JP2005213749A - 掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】 地中に存在する障害物にカッターヘッド部が遭遇したり一部が喰い込んだ場合でも迅速にその障害物を破砕・切断したり喰い込みを解消して掘進作業を続行することのできる掘進機を提供する。
【解決手段】 本発明の掘進機は、シールド筒体１０に設けられかつ掘進方向先端にカッタービット２８を有して回転されるカッターヘッド部２５をシールド筒体１０に対し独立して掘進方向に対して前進・後退させる駆動機構１５、１６を備えていて、その適宜位置で高圧水による掘削、セメント等の注入による地盤改良、障害物のアブレシブスラリーによる切断・破砕を遂行させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、地中に存在する多様な障害物とりわけ既設の老朽化した管路、構造物を破砕するのに好適な掘進機に関する。

掘進機には、掘進方向先端にカッタービットを有するカッターヘッド部をシールド筒体に設け、カッターヘッド部を回転させながら、掘進を行う構成のものが知られている（特許文献１等）。
特開平５−３４０１８８号公報

ところで、地中には、例えば老朽化した管路、構造物等の障害物が存在し、地中を掘進中に、これらの管路や構造物等の障害物に遭遇すると、掘進機のカッターヘッド部が管路や構造物等の障害物によりはね返され喰い込んで、カッターヘッド部が回転を停止し、回転掘削、ウォータージェットによる音響前方探査が不可能となり、掘進作業に支障が生じる事態が生じる場合がある。

また、掘進中に軟弱地盤に出会いこれに対し地盤改良を必要となる場合がある。
特に、地中に障害物として図１に示すような例えばＨ形鋼板１が掘進方向前方に存在する場合、シールド筒体２の先端部に設けられているカッターヘッド部３のカッタービット４が回転中にはね返されあるいは一部がＨ形鋼板１に喰い込んで、カッターヘッド部３が回転を停止し、掘進作業に支障を生じ易い。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、地中に存在する障害物に遭遇したりカッターヘッド部が喰い込んだ場合でも迅速にその障害や喰い込みを解消し、併せて必要な場合地盤改良を施しつつ掘進作業を続行することのできる掘進機を提供することにある。

請求項１に記載の掘進機は、シールド筒体に設けられかつ掘進方向先端にカッタービットを有して回転されるカッターヘッド部を前進・後退させる駆動機構を備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の掘進機は、前記シールド筒体が前胴と中胴と後胴とから構成され、前記カッターヘッド部は前記前胴の先端部に設けられ、前記駆動機構は前記前胴を前記中胴に対して駆動して前記カッターヘッド部を前進・後退させる第1駆動機構と、前記中胴を前記後胴に対して駆動して前記カッターヘッド部を前進・後退させる第2駆動機構とからなることを特徴とする。

請求項３に記載の掘進機は、前記第1駆動機構と前記第2駆動機構とが同時に駆動可能であることを特徴とする。
請求項４に記載の掘進機は、前記駆動機構が方向修正ジャッキにより構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の掘進機は、前記カッターヘッド部にウォータージェット噴射ノズルが前記カッターヘッド部の回転軸に対して偏心して設けられていることを特徴とする。
請求項６に記載の掘進機は、前記カッターヘッド部を後退させた状態で前記カッターヘッド部を回転させながら、前記ウォータージェット噴射ノズルから前記ウォータージェットを噴射させることにより前記障害物を破砕し掘削を円滑に遂行することを特徴とする。

請求項７に記載の掘進機は、ウォータージェットが高圧水、アブレシブスラリー、セメントを切換噴射されるものであることを特徴とする。

請求項１〜請求項４に記載の掘進機によれば、地中に存在する障害物に掘進機が遭遇したりカッターヘッド部が喰い込んだ場合でも迅速にその障害や喰い込みを解消して掘進作業を続行することができる。

請求項５、請求項６、請求項７に記載の掘進機によれば、障害物を迅速に破砕し必要な場合地盤改良を施しつつ効率よく掘削することができる。

図２において、１０はシールド筒体、１１はヒューム管である。そのシールド筒体１０は前胴１２、中胴１３、後胴１４からなっている。中胴１３は後胴１４に摺動可能に連結され、前胴１２は中胴１３に摺動可能に連結されている。

その前胴１２と中胴１３とは第１駆動機構としての方向修正ジャッキ１５により連結され、この方向修正ジャッキ１５は上下左右方向に配設されている。その中胴１３と後胴１４とは第２駆動機構としての方向修正ジャッキ１６により連結され、この方向修正ジャッキ１６は上下方向に一対配設されている。なお、その図１において、１１ａ、１１ｂはリング状シール部材である。

そのシールド筒体１０内にはリボンスクリューコンベア１７が設けられている。このリボンスクリューコンベア１７はスクリューモータ１８によって回転駆動される。そのリボンスクリューコンベア１７の搬送方向後端側にはリボンスクリューコンベアゲート１９が設けられている。このリボンスクリューコンベアゲート１９は排土バルブ２０に接続されている。その排土バルブ２０の排出口は排泥タンク２１に臨まされている。２０ａはその排土バルブの開閉弁である。

そのリボンスクリューコンベア１７はケーシング２２内に設けられている。そのケーシング２２は支持リンク２３に支持されている。この支持リンク２３は支持軸２３ａを支点にして揺動可能である。

前胴１２にはその先端部分に支持軸受け２４が設けられている。支持軸受け２４にはカッターヘッド部２５が回転可能に支承されている。その図２において、２６はそのカッターヘッド部２５の回転軸である。そのカッターヘッド部２５は図３に示す駆動モータ２７によって回転駆動される。そのカッターヘッド部２６の先端部には図４に示すように適宜箇所にカッタービット２８、先行ビット２９、ゲージビット３０が取り付けられている。

カッターヘッド部２５は破砕物取り入れ口２５ａを有する。カッターヘッド部２５により破砕された破砕物は破砕物取り入れ口２５ａを介してカッターヘッド部２５の内部空間３１に取り入れられる。なお、その図２、図３において、２５ｂは土圧計、２５ｃはリボンスクリューコンベア１７の先端部を支持する支持筒である。

そのカッターヘッド部２５には掘進方向に向けて超高圧水を噴射して掘削したり前方に存在する障害物を破砕する、さらに必要な場合セメントを噴射注入して地盤改良を図るためのウォータージェット噴射ノズル３２が設けられている。そのウォータージェット噴射ノズル３２は超高圧水、人造ガーネット等の研磨材粒を分散したスラリー、セメントミルクを切換噴射でき、図５に示すようにジャッキ３３、３４に支持されている。このウォータージェット噴射ノズル３２はカッターヘッド部２５の回転軸２６に対して偏心して設けられている。

そのウォータージェット噴射ノズル３２は図６に拡大して示すようにその噴射ノズル位置を半径方向外方と半径方向内方との間で変更可能とされている。そのジャッキ３３、３４はその噴射ノズル位置を半径方向外方と半径方向内方との間で変更する噴射ノズル位置変更機構として機能する。

ジャッキ３３は半径方向内周側でウォータージェット噴射ノズル３２の噴射ノズル位置を変更するのに用いられる。また、ジャッキ３４は半径方向外周側でウォータージェット噴射ノズル３２の噴射ノズル位置を変更するのに用いられる。

ジャッキ３４は図６に示すようにウォータージェット噴射ノズル３２をカッターヘッド部２５の外形２５ｄよりも外側に進出させる構成とされている。そのジャッキ３４はその後端が揺動軸３５に支持されて、後方に傾動可能とされている。これにより、ウォータージェット噴射ノズル３２のメンテナンスの容易化が図られている。

そのウォータージェット噴射ノズル３２には、回転軸２６の内部に形成された配管３６を介して超高圧水が供給されると共に、ホース３７を介してアブレシブスラリーまたは必要時セメントミルク等地盤改良材が供給される。このアブレシブスラリーの供給により切断性の向上が図られている。そのウォータージェット噴射ノズル３２から噴射されるウォータージェットまたはアブレシブスラリーにより掘進方向前方に存在するＨ形鋼板１（図１参照）等の障害物が所定の大きさに切断可能とされている。

すなわち、ジャッキ３３、３４によりウォータージェット噴射ノズル３２を半径方向に移動させながらウォータージェットを噴射させると、障害物が半径方向に切断される。ウォータージェット噴射ノズル３２の半径方向の位置を一定に維持してカッターヘッド部２５を回転させながらウォータージェットを噴射させると、障害物が円周方向に切断される。また、ウォータージェット噴射ノズル３２をカッターヘッド部２５の外形２５ｄよりも外側に進出させてカッターヘッド部２５を回転させながらウォータージェットを噴射させると、カッターヘッド部２５の外径よりも大きな穴径を形成しつつ掘進作業を行うことができる。

リボンスクリューコンベア１７は、スクリューコンベア駆動機構としての摺動ジャッキ３８によりシールド筒体１０に対して前進・後退される。そのリボンスクリューコンベア１７は、図７示すように、その破砕物搬送用有効開口１７ａの開口径Φがリボンスクリューコンベア１７のケーシング２２の径と略同一である。これにより、図７、図８に示すように、障害物の断片（Ｈ形鋼板１の切断片）３９が大きな塊のものであっても支障なく効率良く搬送できるものとされている。そのリボンスクリューコンベア１７はその前進時に破砕物を採りこみ、後退時に回転されて破砕物を排土タンク２１に向けて搬送するものである。

この掘進機による場合、地中に存在するＨ形鋼板１にカッターヘッド部２５が喰い込んだ場合、第1駆動機構としてのジャッキ１５を駆動することにより前胴１２を中胴１３に対して後退させるか、第2駆動機構としてのジャッキ１６を駆動することにより中胴１３を後胴１４に対して後退させるか、これらのジャッキ１５，１６を同時に駆動するかすることにより、Ｈ形鋼板１に対するカッタービット２８の喰い込みを解消し易い姿勢にカッターヘッド部２５を誘導してＨ形鋼板１からカッターヘッド部２５を引き抜くことができる。

このカッターヘッド部２５をＨ形鋼板１に対して後退させた状態でジャッキ３３、３４を駆動してウォータージェット噴射ノズル３２を半径方向に移動させながらウォータージェット噴射ノズル３２からウォータージェットをＨ形鋼板１に向けて噴射することによりＨ形鋼板１を半径方向に切断する。

ついで、カッターヘッド部２５を回転させながら、ウォータージェット噴射ノズル３２から超高圧水またはアブレシブスラリーのウォータージェットをＨ形鋼板１に向けて噴射することによりＨ形鋼板１を円周方向に切断して、これを切断破砕して断片３９とすることができる。

従って、地中に存在するＨ形鋼板１にカッターヘッド部２５が遭遇したり一部が喰い込んだ場合でも迅速にその喰い込みを解消して効率良くＨ形鋼１を破砕し、掘進作業を続行することができる。

以上、発明の実施の形態について説明したが、スクリューコンベアゲート１９には図９に示すダブルゲートを用いても良い。

Ｈ形鋼板を切断する際の不具合を説明するための概要図である。 本発明に係る掘進機のカッターヘッド部の前進・後退させる駆動機構を説明するための縦断面図である。 本発明に係る掘進機のカッターヘッド部を回転させる駆動モータ示す縦断面図である。 図３のカッターヘッド部を矢印方向Ｘから目視した図である。 図３のカッターヘッド部を矢印方向Ｙから目視した図である。 図２に示すウォータージェット噴射ノズルの噴射ノズル位置変更機構を説明するための部分拡大図である。 図２に示すリボンスクリューコンベアの作用を説明するための長手方向断面断面図である。 図７のＺ−Ｚ線に沿う断面図である。 図２に示すスクリューコンベアゲートの他の例を示す説明図である。

符号の説明

１０…シールド筒体
１５、１６…方向修正ジャッキ（駆動機構）
２５…カッターヘッド部
２８…カッタービット
３２…ウォータージェット噴射ノズル

Claims (7)

1. シールド筒体に設けられかつ掘進方向先端にカッタービットを有して回転されるカッターヘッド部を掘進方向に対して前記シールド筒体に対し独立して前進・後退させる駆動機構を有することを特徴とする掘進機。
2. 前記シールド筒体が前胴と中胴と後胴とから構成され、前記カッターヘッド部は前記前胴の先端部に設けられ、前記駆動機構は前記前胴を前記中胴に対して駆動して前記カッターヘッドを前進・後退させる第1駆動機構と、前記中胴を前記後胴に対して駆動して前記カッターヘッドを前進・後退させる第2駆動機構とからなることを特徴とする掘進機。
3. 前記第1駆動機構と前記第２駆動機構とが同時に駆動可能であることを特徴とする請求項２に記載の掘進機。
4. 前記駆動機構が方向修正ジャッキにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の掘進機。
5. 前記カッターヘッド部にウォータージェット噴射ノズルが前記カッターヘッド部の回転軸に対して偏心して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の掘進機。
6. 前記カッターヘッド部を掘進位置から後退させた状態で前記カッターヘッド部を回転させながら、前記噴射ノズルから前記ウォータージェットを噴射させることを特徴とする請求項５に記載の掘進機。
7. 前記ウォータージェットが、高圧水、アブレシブスラリー、セメント等を切換噴射されるものであることを特徴とする請求項５または６に記載の掘進機。

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