JP2004238904A - 推進工法用小口径掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、小口径掘進機内に設けたスクリューコンベアの駆動をモータ駆動されるカッタヘッドの回転駆動力で行う推進工法用小口径掘進機を提供する。
【解決手段】カッタヘッド２ｂは、ベアリング等を介してシールドケース２ａに支持され、駆動モータ１５の回転が回転伝達機構１６を介して伝達される。カッタヘッド１２とスクリュー軸９ａの先端部とは溶接、ボルト締結等により一体に構成されており、小口径掘進機１の第１分割部２を構成している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は上下水道、電線、通信、ガスなど非開削の管埋設など小口径での推進工法に適用される小口径掘進機に関し、具体的にはカッタヘッドをモータにより駆動するとともにカッタヘッドの回転でスクリューコンベアを回転するようにした小口径掘進機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクリュー排土式の小口径掘進機にあっては、その先導管のカッタヘッド部で掘削した土砂を発進立坑側に搬送するため、スクリューコンベアは専用のモータで駆動する構造となっている。この小口径掘進機の先導管の一般的な構造として、小口径管埋設装置の掘削土砂排土装置（例えば、特許文献１参照。）や小口径推進機（特許文献２参照。）などがある。
【０００３】
特許文献１の掘削土砂排土装置は、図１１に示すごとく回転掘削具４５からの掘削土砂６６をスクリューコンベア４６により掘進機本体４２内の第１隔離室５３に移送し、土圧検出器５８で第１隔離室５３内の土圧を管理しながら開閉弁５５を通じて第２隔離室５４側に土砂を排出する。地上に設置した真空吸引装置により第２隔離室５４の空気吸込用開口部５９から排土管接続部６０に接続した排土管内に外気を吸込み、開度調整装置６１により風量を調整して、第２隔離室５４側に排出された土砂を排土管内の真空圧と風力とによって地上まで搬送する構成となっている。
【０００４】
この掘進機本体４２の後部にはスクリューコンベア４６を駆動する駆動軸４７が設けられ、駆動軸４７から駆動ピニオン４８と駆動ギヤ４９を介してスクリューコンベア４６後胴部５０に回転を伝達し、後胴部５０の中心に設置したスクリューコンベア４６を回転させる。スクリューコンベア４６の先端には回転掘削具４５の掘削刃４５ａを設けたカッタスポーク４５ｂが取り付けられており、スクリューコンベア４６とともにカッタスポーク４５ｂが回転し、掘削刃４５ａで地山６５を掘削している。
尚、駆動軸４７を駆動するモータの設置場所については特許文献１の公報には説明されていないが、おそらく機内に設けられているものと考えられる。
【０００５】
特許文献２の小口径推進機は、通常のスクリュー排土方式の小口径推進機における先導管の構造を利用して、専用機であるスクリュー排土方式の小口径推進機とバキューム排土方式の小口径推進機の両機能を簡単な切換作業をもってバキューム排土方式とスクリュー排土方式とに切り換えることのできる小口径推進機となっている。
【０００６】
この小口径推進機における先導管７１の構造は、図１２に示すごとくカッタヘッド７２ｂを回転可能に収容するカッタヘッド部７２と、同カッタヘッド部７２と相対的に揺動可能な揺動部７３と、同揺動部７３に後続するピンチ弁部７４と、同ピンチ弁部７４に後続するレーザターゲット部７５と、後端接続部７６とからなる。前記後端接続部７６は円筒体からなり、後続の図示せぬ埋設管の前端と接続する接続部７６ａを有している。
【０００７】
前記カッタヘッド部７２と揺動部７３とは複数の揺動ジャッキ７７により連結されており、前記カッタヘッド部７２には各揺動ジャッキ７７のピストンロッド端及び複数の揺動量検出器（揺動ジャッキ７のストロークセンサ）７８の検出端が回動可能に支持されている。
【０００８】
カッタヘッド７２ｂは、ベアリング９７を介してシールドケース７２ａに支持され、駆動モータ９８により駆動される。また、カッタヘッド７２ｂとスクリュー軸７９ａとはスイベルジョイント７２ｂ′により連結され、スクリュー軸７９ａ内の送水路を通してカッタヘッド７２ｂの前面に掘削添加材などが吐出される。また、スクリューコンベア７９は前記揺動部７２、ピンチ弁部７３、レーザターゲット部７４及び後端接続部７５の分割単位長さとほぼ同一長に分割されており、通常はそれらが連結固定されてスクリューケース８０の内部に収容されている。
【０００９】
先導管７１のスクリュー軸７９ａの後端に、同スクリュー軸７９ａの軸方向の動きを規制するためのスラストストッパ７９ｂが差し込まれている。この更に後方には、発進立坑まで伸びるスクリューコンベア７９が接続され、発進された発進立坑内に設置された推進装置に取り付けられた油圧モータによりスクリュー軸７９ａが回転駆動される。
【００１０】
ところで、小口径推進機においては、発進立抗の大きさに制約がある場合も多く、先導管を発進立抗の大きさに適合するよう複数の部分に分割して発進（分割発進）することも少なくない。
特許文献１の先導管についてはその分割構造が記載されていないが、スクリュー駆動モータはスクリューのはるか後方に設けられており、仮にこの先導管を分割発進しようとする場合には、最初の分割部を発進させるためにはスクリュー駆動用の駆動手段を別に設けることが必要となってしまう。しかも、その駆動手段は発進立坑内に設けざるを得ないため、必然的に発進立抗のサイズを小型化するにしても、駆動手段の大きさも見込んだ程度までしか小型化することができないこととなる。
【００１１】
特許文献２の小口径推進機では、排土用のスクリューは発進立坑側に設置したモータにより駆動している。このため、分割発進時においてもスクリュー駆動手段を別に設ける必要はないが、発進立抗にはスクリュー駆動用のモータを設置する必要があるため、やはり立抗サイズに制限がでてくる。また、掘進機の掘進距離が長くなるとそれに応じてスクリューの長さも長くなり、スクリューを回転させるためには大きなトルクが必要となり、スクリューの軸径を太くせざるを得なくなる。しかし、掘進機の大きさやスペース等の問題からスクリューの軸径を太くするのも自ずと限界があり、掘進機による掘進距離が制限されていた。
【００１２】
【特許文献１】
特開平５−１３３１９２号公報
（要約、段落番号００１１、００１４〜００１７、図１、図２参照）
【特許文献２】
特開２０００−１４５３７９号公報
（要約、段落０００２〜０００６、００１０、図１〜図７参照。）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、小口径掘進機内に設けたスクリューコンベアの駆動をモータ駆動されるカッタヘッドの回転駆動力で行い、しかもスクリューコンベアの搬送開始端部での回転トルクを高トルク状態に維持することができ、発進立坑の内径を小さくすることのできる推進工法用小口径掘進機を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の事項を備えた本願各請求項に係わる発明により効果的に達成される。
即ち、請求項１に係わる発明は、カッタヘッドを駆動する小口径掘進機内のモータと、前記カッタヘッドの回転により回転駆動されるスクリューコンベアとを備えたことを特徴とする推進工法用小口径掘進機にある。
【００１５】
この発明では、推進工法用小口径掘進機においてカッタヘッドを小口径掘進機内に配したモータにより回転駆動するとともに、カッタヘッドの回転でスクリューコンベアを回転駆動するように構成したものである。
このため、スクリューコンベアはカッタヘッドにつながって回転するので、小口径掘進機が分割発進のときでもスクリューコンベア用の駆動装置を別に設けることなしにスクリューコンベアを回転させることができ、カッタヘッドに設置したカッタによって掘削された排土をスクリューコンベアで発進立坑側に排出することができる。
【００１６】
しかも、スクリューコンベアはカッタヘッドの回転により回転駆動されるため、スクリューコンベアの後端にバキューム排土手段を設ける場合でも、特許文献２のバキューム排土機構採用時（同公報の図４参照）とは異なり、スクリューコンベアとバキューム排土手段との接続部位にスクリューコンベア駆動用のモータを配する必要がないので、スクリューコンベアとバキューム排土手段との接続部の構成を単純化することができる。
【００１７】
カッタヘッドとスクリューコンベアの先端とは溶接、ボルト締結等の手段により一体化することもできる。あるいは雄雌ソケットと抜け止めボルト等を用いた手段により、カッタヘッドとスクリューコンベアの先端とを連結することもできる。これらの手段を用いてカッタヘッドとスクリューコンベアの先端とを一体化あるいは連結することにより、スクリューコンベア用の駆動装置を持たなくてもカッタヘッドの回転でスクリューコンベアを回転駆動することができる。
【００１８】
従って、発進立坑内にスクリューコンベア駆動用のモータを設置する必要がなく、発進立坑の内径を発進立坑内にモータを設置する場合の内径に比べて小径とすることができる。
【００１９】
請求項２に係わる発明は、請求項１の事項に加えて、モータをカッタヘッドの近傍に配した事項を限定した推進工法用小口径掘進機にある。
この発明では、カッタヘッドを回転駆動するモータを小口径掘進機内のカッタヘッド近傍に配したことにより、モータの回転トルクを減衰させることなくカッタヘッド及びスクリューコンベアに伝達することができる。しかも、小口径掘進機が分割発進のときには、モータをカッタヘッドの近傍に配置したことにより、分割時の機長を短縮することができ、分割発進用のスクリュー駆動手段を別に設けることなく分割発進時の排土をスムーズに行うことができる。従って発進立抗の内径を小さくすることができるので、発進立坑の内径を小さくすることができる等の効果を奏することができる。
【００２０】
請求項３に係わる発明は、請求項１の事項に加えて、推進工法用掘進機が発進立坑から分割発進可能な複数の分割部から構成され、カッタヘッドを備えた第１分割部にモータを配した事項を限定した推進工法用小口径掘進機にある。
この発明では、推進工法用の小口径掘進機が発進立坑から分割発進可能な複数の分割部から構成されているものにおいて、カッタヘッドを備えた第１分割部にモータを配しているので、分割発進用のスクリュー駆動手段を別に設けることなく第１分割部の発進時から排土をスムーズに行うことができ、発進立抗の内径を小さくすることもできる。
【００２１】
しかも、発進立坑から発進する第１分割部の機長を短縮したことにより、更に、第２分割部以降の分割部の機長も第１分割部の機長以下とすることでより効果的に発進立坑の内径を小さくすることができ、発進立坑内の作業スペースを有効に使用することができるようになる。
【００２２】
請求項４に係わる発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の事項に加えて、スクリューコンベアの後端部に第２排土手段を配した事項を限定した推進工法用小口径掘進機にある。
この発明では、スクリューコンベアがカッタヘッドによって回転駆動されるので、スクリューコンベアの全長をカッタヘッド後部から発進立坑までの長さとする必要がなくなり、所定長さのスクリューコンベアの後端部にバキューム排土方式等の適宜の排土手段を配することができる。
【００２３】
このため、小口径での推進工法により掘削することのできる掘削長さも任意の長さとすることができ掘削による曲線加工も可能となる。しかも、排土の排出工程を全てスクリュー排土とするのに比べて、スクリューコンベアの接続作業や土砂上げ作業等を省くことができ、掘削作業における作業効率の向上、作業性に対する自由度の向上等を行うことができるようになるほか、スクリュー回転トルクも小さくてすむため、駆動モータを小型化することができるとともに、スクリューシャフトも細くでき、小さな先導管でもこれらの装置を無理なく納めることができる。
第２排土手段としては、バキューム排土方式以外にも圧送による排土方式等公知の排土方式を採用することができる。
【００２４】
【発明の実施形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図示実施例に基づいて具体的に説明する。図１は本願発明の代表的な実施例を示しており、小口径掘進機の内部構造例を示す側面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図３〜図１０は分割発進を行ったときの各段階での説明図である。
【００２５】
この実施例では、排土手段としてのスクリューコンベア９の後端部に第２排土手段としてバキューム排土手段を配した小口径掘進機を示しているが、第２排土手段としてはバキューム排土手段に限定されるものではなく、圧送による排土手段等の各種排土手段を採用することができるものである。
【００２６】
図１に示すごとく小口径掘進機１は、カッタヘッド１２を回転可能に収容するとともに先導管の方向修正のための揺動部１７を有する第１分割部２と、同第１分割部２に接続しピンチ弁１３を備えた第２分割部３と、同第２分割部３に後続しレーザターゲット１４を備えた第３分割部４と、第４分割部５となる後端接続部とからなり、これらの各部は円筒状のシールドケース２ａ、３ａ、４ａ、５ａにそれぞれが収容されている。前記第４分割部５である後端接続部は、図示せぬ後続の埋設管の前端と接続する接続部５ｂを有している。
【００２７】
前記第１分割部２には複数の揺動ジャッキ７により連結された揺動部１７を有し、各揺動ジャッキ７のピストンロッド端及び複数の揺動量検出器（揺動ジャッキ７のストロークセンサ）８の検出端が回動可能に支持されている。
【００２８】
揺動量検出器８により揺動ジャッキ７のストロークを検出しながら、前記揺動ジャッキ７の伸縮量を制御して第１分割部２の揺動部１７の前方を所望の揺動角度に揺動させる。小口径掘進機１が計画推進線から外れたことを第３分割部４内のレーザターゲット１４により検知したときに、小口径掘進機１の位置姿勢を修正する。勿論、前記揺動操作により、前記修正操作に限らず曲線推進を行うことも可能である。
【００２９】
この実施例では、第１分割部２から第４分割部５が接続・分離可能に分割されているが、分割位置は上記実施例に限定されるものではなく、揺動部１７、ピンチ弁１３を含んだ部分、レーザターゲット１４を含んだ部分及び後端接続部に分割しこれらを接続・分離可能に分割することも可能である。更には揺動部１７以降の各分割部を接続・分離を不能にして連結することもできるが、第１分割部２以降の分割部の機長は第１分割部２の機長以上の長さとならないように構成することが望ましい。
【００３０】
また、前記第１分割部２の揺動部の前後は、シール部材６を介して液密的に且つ摺動自在に嵌着されている。また、第１分割部２と第２分割部３の間、第２分割部３と第３分割部４の間、第３分割部４と第４分割部の間にもシール部材を介して接続されている。
【００３１】
前記２分割部３内には流砂現象による噴発を防止するため排土量を制御しプラグゾーンを形成させるピンチ弁１３が配されており、先導管の先端部に掘削添加材を吐出させてカッタヘッド１２を回転させ、掘削土と掘削添加材を混合し、掘削土を改良しながら、前記ピンチ弁１３を作動させてカッタヘッド１２からピンチ弁１３までのケーシング内に改良した掘削土を充満させて改良土のプラグゾーンを形成する。このプラグゾーンとカッタ前面の切羽圧とをバランスさせるようにしてスクリューコンベア９を回転させ排土量の制御を行う。
【００３２】
前記第３分割部４には発進立坑内から発射されるレーザ光を受光して位置・姿勢を検出するレーザターゲット１４が配されている。いま、レーザターゲット１４により検出された小口径掘進機１の位置姿勢が施工計画線からずれていると、そのずれを修正すべく対応する各揺動ジャッキ７を伸縮させて第１分割部２を修正方向に揺動させて小口径掘進機１の位置姿勢を修正する。
【００３３】
カッタヘッド２ｂは、ベアリング等を介してシールドケース２ａに支持され、駆動モータ１５の回転が回転伝達機構１６を介して伝達される。回転伝達機構としては減速歯車機構等を用いることができる。
カッタヘッド１２とスクリュー軸９ａの先端部とは溶接、ボルト締結等により一体に構成されている。カッタヘッド１２とスクリュー軸９ａの先端部とは雄雌ソケット等を用いて連結することもできる。
【００３４】
また、第４分割部５におけるスクリュー軸９ａの後端に接続したホース１１等を介して掘削添加材などが導入され、スクリュー軸９ａ内の送水路を通してカッタヘッド１２の前面に吐出される。スクリューコンベア９は第１分割部２、第２分割部３、第３分割部４及び第４分割部５の分割単位長さとほぼ同一長に分割されており、通常はそれらが連結固定されてスクリューケース１０の内部に収容されている。
【００３５】
スクリュー軸９ａの後端には、発進立坑２２の外部に配した図示せぬバキューム装置に接続したバキューム排土管１８の一端が、スクリューケース１０の下部に内部を連通させて取り付けられている。バキューム排土管１８には外気に通じるエア吸い込み部１８ａを備えている。スクリューケース１０とバキューム排土管１８との連通接続部である開口部２１には、開閉蓋２０が取り付けられている。
【００３６】
開閉蓋２０を操作して開口部２１の閉鎖を行い、推進掘削の実行中にスクリューコンベア９により搬送された排土の堆積量が所定量に達する度に開口部２１を開くことにより、あるいは所定のサイクルで開閉蓋２０の開閉作動を行うことにより、図示せぬバキューム装置で吸引駆動されているバキューム排土管１８に接続しているホッパ１９（特に、図２参照。）内に所定量の排土を落下することができ、バキューム排土管１８による搬送形態として、前記堆積した排土のプラグ搬送を行うことができる。また、開口部２１を常時開口させておくことにより排土の連続バキューム搬送を行うこともできる。この場合には、スクリューコンベア９により搬送される排土の搬送量に応じて開口部２１の開口面積を調整することが望ましい。
【００３７】
図３〜図１０を用いて、分割発進掘削について説明する。図３に示すように発進立坑２２内に小口径掘進機１を推進する推進ジャッキを備えた推進装置２３を配置する。発進立坑２２の内径は、同発進立坑２２内に設置する推進装置２３を設置し、作動させるスペースがあれば十分であり、スクリューコンベア９の駆動用モータ等を設置する必要がないので発進立坑２２の内径の大きさを前記駆動用モータを設置する場合に比べて小径にすることができる。
【００３８】
図３に示すように小口径掘進機１の第１分割部２の後端部が推進装置２３内にセットされ、図４に示すように推進装置２３の推進ジャッキを伸長させて第１分割部２が前方の地山に向けて推進させられるとともに、駆動モータ１５の駆動によりカッタヘッド１２に設けた回転カッタにより地山２５を掘削し、掘削した排土をスクリューコンベア９により後方に搬送している。
【００３９】
図４に示すように第１分割部２が地山２５中を所定量前進すると、図５に示すように第１分割部２の後方に第２分割部３を接続する。第２分割部３として図示実施例においては、図１に示すピンチ弁１３、シールドケース３ａ内のスクリューコンベア９等が接続される。推進装置２３の推進ジャッキを作動して伸長させて推進を開始する。
【００４０】
図６に示すように第１分割部２及び第２分割部３が地山２５中を所定量前進すると、図７に示すように第２分割部３の後方に第３分割部４を接続する。第３分割部４として図示実施例においては、図１に示すレーザターゲット１４、スクリューコンベア９等が接続される。その後、推進装置２３の推進ジャッキを作動して伸長させて推進を開始する。
【００４１】
図８に示すように第１分割部２から第３分割部４が地山２５中を所定量前進すると、図９に示すように第３分割部４の後方に第４分割部５を接続する。第４分割部５として図示実施例においては、図１に示す第２排土手段のバキューム排土管１８等が接続された後端接続部が接続される。その後、推進装置２３の推進ジャッキを作動して伸長させて推進を開始する。
【００４２】
図１０に示すように第１分割部２から第４分割部５が地山中を所定量前進すると、第４分割部５である後端接続部の後端部５ｂに埋設管を接続し、順次推進装置２３の推進ジャッキを作動して伸長させて推進を行った後、埋設管の後端部に次の埋設管を接続してこれを繰り返すことにより埋設管の管埋設工事を行うことができる。
【００４３】
これにより、スクリューコンベア９は常にカッタヘッド９の回転により回転駆動されるため、一体での発進時、分割発進時を問わず、発進立抗にはスクリュー駆動手段を設けることなくスムーズに排土することができ、立抗を小型化することができる。また、スクリューコンベア９により搬送された排土はバキューム排土管１８を介して推進立坑２２の外部に排出することができる。
【００４４】
更に、発進立抗までをすべてスクリューにより排土する場合と比べて、スクリュー回転トルクも小さくてすむため、駆動モータを小型化することができるとともにスクリューシャフトも細くでき、小さな先導管でもこれらの装置を無理なく納めることができる。
【００４５】
しかも、スクリューに比べて搬送距離を長くすることができ、排土管の構造を簡単でフレキシブルなものとすることができるため、長距離施工や曲線施工が可能となるほか、排土管の接続作業も容易となる。
また、小口径掘進機１にピンチ弁１３を設けているので、滞水層を含んだ地山であっても水の噴発を抑えながら安定した排土を行いながらの掘進作業が可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施例である小口径掘進機の内部構造例を示す側面図概略図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】分割発進を行ったときの説明図である。
【図４】分割発進を行ったときの他の説明図である。
【図５】分割発進を行ったときの他の説明図である。
【図６】分割発進を行ったときの他の説明図である。
【図７】分割発進を行ったときの他の説明図である。
【図８】分割発進を行ったときの他の説明図である。
【図９】分割発進を行ったときの他の説明図である。
【図１０】分割発進を行ったときの他の説明図である。
【図１１】従来例における掘進機本体部分の断面図である。
【図１２】他の従来例における掘進機本体部分の断面図である。
【符号の説明】
１ スクリュー排土式先導管
２ 第１分割部
２ａ，３ａ，４ａ，５ａ シールドケース
３ 第２分割部
４ 第３分割部
５ 第４分割部
５ｂ 接続部
６ シール部材
７ 揺動ジャッキ
８ 揺動量検出器
９ スクリューコンベア
９ａ スクリュー軸
１０ スクリューケース
１２ カッタヘッド
１３ ピンチ弁
１４ レーザターゲット
１５ 駆動モータ
１６ 回転伝達機構
１７ 揺動部
１８ バキューム排土管
１８ａ エア吸い込み部
１９ ホッパ
２０ 開閉蓋
２１ 開口部
２２ 発進立坑
２３ 推進装置
２５ 地山

Claims (4)

1. カッタヘッドを駆動する小口径掘進機内のモータと、
   前記カッタヘッドの回転により回転駆動されるスクリューコンベアと、
   を備えたことを特徴とする推進工法用小口径掘進機。
2. 前記モータを前記カッタヘッドの近傍に配したことを特徴とする請求項１記載の推進工法用小口径掘進機。
3. 前記推進工法用掘進機が発進立坑から分割発進可能な複数の分割部から構成され、前記カッタヘッドを備えた第１分割部に前記モータを配したことを特徴とする請求項１記載の推進工法用小口径掘進機。
4. 前記スクリューコンベアの後端部に第２排土手段を配したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の推進工法用小口径掘進機。

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