JP2005256355A - Screw conveyor type cutter and shaft boring machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立坑を掘削するためのカッタ及び立坑掘進機に係り、掘削土砂を効率的に排土することができるように改良されたカッタ及び立坑掘進機に関するものである。 The present invention relates to a cutter and a shaft excavator for excavating a shaft, and more particularly to a cutter and a shaft excavator improved so that excavated soil can be efficiently discharged.
トンネル工事の起点或いは終点となる立坑を掘削する際には、下向きに配置されたカッタを備えた立坑掘進機を用いる。そのため、掘削土砂がカッタ前面の切羽面上に堆積し、チャンバ内に取り込めず、機内への取込みができなくなる場合がある。そこで、従来より、カッタヘッドを円錐形に形成して、地山をすり鉢状に掘削することで、切羽の底面中央に掘削土砂を集めて吸い上げる立坑掘進機(例えば特許文献1または2参照)や、切羽に高圧水を流すことによりチャンバ内に掘削土砂を送り込む掘進機があった。 When excavating a vertical shaft as a starting point or an end point of tunnel construction, a vertical shaft excavator with a cutter arranged downward is used. For this reason, excavated earth and sand accumulate on the face of the cutter in front, and cannot be taken into the chamber, making it impossible to take it into the machine. Therefore, conventionally, a cutter head is formed in a conical shape, and a natural shaft is excavated in the shape of a mortar. There was an advancing machine that sent excavated sediment into the chamber by flowing high-pressure water through the face.
しかしながら、上述のように円錐形のカッタヘッドを有する立坑掘進機では、切羽と掘削土砂との摩擦が高いと、掘削土砂が切羽の底面中央に集まらず、掘削土砂の取込効率が悪化するといった問題があった。 However, in the shaft excavation machine having the conical cutter head as described above, if the friction between the face and the excavated earth is high, the excavated earth does not collect at the center of the bottom face of the face, and the efficiency of taking in the excavated earth is deteriorated. There was a problem.
また、切羽に高圧水を流す立坑掘進機では、土砂の性状によっては掘削土砂が適正に移動せず、掘削土砂の取込効率が悪化する場合があった。 Moreover, in the vertical excavation machine that allows high-pressure water to flow through the face, the excavated sediment may not move properly depending on the properties of the sediment, and the intake efficiency of the excavated sediment may deteriorate.
そこで、本発明は上記問題を解決すべく創案されたものであり、その目的は、切羽面上に堆積する掘削土砂を効率的に取り込んで排土することができるカッタ及び立坑掘進機を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been developed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a cutter and a shaft excavation machine capable of efficiently taking in and excavating excavated sediment deposited on the face. There is.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、立坑を掘削する立坑掘進機の前面軸心部に掘削方向に延びて設けられたカッタヘッド回転軸に、半径方向外方に延出させて回転駆動するスクリュカッタを設けると共に、該スクリュカッタの外側部に地山側にスクリュカッタを臨ませ露出させて覆うケーシングを設けたスクリュコンベア型カッタである。 In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 1 is characterized in that a cutter head rotating shaft provided in the front shaft center portion of a shaft excavator for excavating a shaft extends in the radial direction and extends radially outward. A screw conveyor type cutter that is provided with a screw cutter that is driven to rotate and a casing that is exposed and covered on the outer side of the screw cutter on the ground side.
請求項2の発明は、立坑を掘削する立坑掘進機において、掘進機本体の前面軸心部に掘削方向に延びて設けられたカッタヘッド回転軸に、半径方向外方に延出させて回転駆動するスクリュカッタを設けると共に、該スクリュカッタの外側部に地山側にスクリュカッタを臨ませ露出させて覆うケーシングを設けた立坑掘進機である。 According to a second aspect of the present invention, in the shaft excavation machine for excavating the shaft, the cutter head rotating shaft provided in the excavation direction is provided on the front axis of the excavator main body so as to extend radially outward and rotate. A shaft excavator is provided with a screw cutter that covers the outer surface of the screw cutter so that the screw cutter faces the ground and is exposed.
請求項3の発明は、上記ケーシングの上記スクリュカッタの露出部の反対側に、掘削土砂を機内側へ排出するための土砂排出口を形成した立坑掘進機である。 A third aspect of the present invention is a shaft excavation machine in which a sediment discharge port for discharging excavated sediment to the inside of the machine is formed on the opposite side of the exposed portion of the screw cutter of the casing.
請求項4の発明は、上記土砂排出口が、上記ケーシングの基端部近傍に形成された立坑掘進機である。 The invention of claim 4 is a shaft excavation machine in which the earth and sand discharge port is formed in the vicinity of the base end portion of the casing.
請求項5の発明は、上記スクリュカッタの外周部に、超硬チップが所定ピッチで設けられた立坑掘進機である。 A fifth aspect of the present invention is a shaft excavation machine in which carbide chips are provided at a predetermined pitch on an outer peripheral portion of the screw cutter.
本発明によれば、切羽面上に堆積する掘削土砂を効率的に取り込んで排土することができるといった優れた効果を発揮する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the outstanding effect that the excavation earth and sand deposited on a face face can be taken in efficiently and discharged | emitted is exhibited.
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて詳述する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明に係る立坑掘進機の好適な実施の形態を示した底面図、図2は本発明に係るスクリュコンベア型カッタの好適な実施の形態を示した側面断面図、図3は本発明に係るスクリュコンベア型カッタの好適な実施の形態を示した要部拡大断面図、図4は図2のIV−IV線断面図、図5は本発明に係る立坑掘進機の好適な実施の形態を示した側面断面図である。 FIG. 1 is a bottom view showing a preferred embodiment of a shaft excavator according to the present invention, FIG. 2 is a side sectional view showing a preferred embodiment of a screw conveyor type cutter according to the present invention, and FIG. The principal part expanded sectional view which showed suitable embodiment of the screw conveyor type cutter which concerns on invention, FIG. 4 is IV-IV sectional view taken on the line of FIG. 2, FIG. 5 is suitable implementation of the shaft excavation machine which concerns on this invention It is side surface sectional drawing which showed the form.
なお、本実施の形態では、地山に泥水を供給して、掘削土砂を泥水と共に取り込む泥水式のシールド掘進機を例に挙げて説明する。 In the present embodiment, an explanation will be given by taking as an example a muddy-type shield machine that supplies muddy water to natural ground and takes in excavated earth and sand together with muddy water.
図1及び図5に示すように、かかる立坑掘進機1は、上下方向に延びる円筒状のシールドフレーム2を備え、そのシールドフレーム2の下端(前面)近傍には、バルクヘッド3が設けられている。バルクヘッド3の中心(軸心部)には、後述するスクリュコンベア型カッタ11が設けられている。バルクヘッド3とシールドフレーム2の前端部分2aとで、泥水チャンバ12が区画されている。バルクヘッド3の外周部近傍には、泥水チャンバ12に泥水を供給する送泥管14が開口して設けられている。送泥管14は、シールド周方向に所定ピッチで複数設けられている。バルクヘッド3の中心部近傍には、掘削土砂を泥水と共に取り込む排泥管15が開口して設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 5, the shaft excavating machine 1 includes a
スクリュコンベア型カッタ11は、バルクヘッド3の中心に設けられ、掘削方向に延びるカッタヘッド回転軸5を備えている。カッタヘッド回転軸5は、バルクヘッド3を貫通して軸支されており、その後部のシールドフレーム2内側には、カッタヘッド回転軸5を回転させるためのカッタヘッド駆動用モータ6が設けられ、平歯車からなるギヤ7を介して接続されている。カッタヘッド駆動用モータ6は、減速機を備え、機内に固定されている。
The screw
図2、図3及び図5に示すように、カッタヘッド回転軸5の前端近傍には、下部が開口した断面略円弧状(図4参照)のケーシング8が放射状に複数設けられている。ケーシング8の下部に形成された開口部23は、長手方向全長に渡って形成されており、そのケーシング8内には、ネジ羽根状のスクリュカッタ9が半径方向外方に延出されて回転自在に設けられている。スクリュカッタ9は、螺旋状に構成された羽根の外周部がケーシング8下部の開口部23から所定長さ下方に突出しており、地山側に臨んで露出するように構成されている。
As shown in FIGS. 2, 3, and 5, a plurality of
ケーシング8は、シールド径方向に延びて配置され、その基端部がカッタヘッド回転軸5の外周面に一体的に固定されており、先端部がシールドフレーム2の前端部分2aの内周面近傍まで延出している。ケーシング8の先端部には、その先端を覆う蓋部材8aが設けられている。スクリュカッタ9は、羽根の外周部がケーシング8の内周面と若干のクリアランスをあけて回転可能に形成されており、スクリュカッタ9の外側部にケーシング8が設けられていることとなる。このスクリュカッタ9とケーシング8とで、掘削土砂をケーシング8内でその長手方向に移送するスクリュコンベアを形成している。
The
ケーシング8の基端部近傍の上面(スクリュカッタ9の露出部の反対側)には、掘削土砂を機内側へと排出するための土砂排出口24が形成されている。土砂排出口24は、排泥管15の取込口25に対向する位置に形成されている。
A
スクリュカッタ9は、ケーシング8内でその長手方向に沿って設けられたカッタスポーク16に取り付けられている。スクリュカッタ9とカッタスポーク16は、その先端部がケーシング8の蓋部材8a近傍まで延出している。カッタスポーク16は、その基端部がカッタヘッド回転軸5に軸支されてカッタヘッド回転軸5の内部まで延出している。カッタスポーク16の基端部には、ベベルギヤ17a(図5参照)が固定されている。一方、カッタヘッド回転軸5は、筒状に形成され、その内部には、カッタスポーク16と一体のスクリュカッタ9を回転させるためのスクリュカッタ用回転軸18が掘削方向に沿って設けられている。スクリュカッタ用回転軸18の後端には、スクリュカッタ駆動用モータ19が設けられ、平歯車からなるギヤ21を介して接続されている。スクリュカッタ駆動用モータ19は、減速機を備え、機内に固定されている。スクリュカッタ用回転軸18の前端には、ベベルギヤ17bが固定されている。ベベルギヤ17bは、上記ベベルギヤ17aにそれぞれ噛合しており、スクリュカッタ駆動用モータ19の駆動力は、スクリュカッタ用回転軸18、ベベルギヤ17b、17aを介して、カッタスポーク16と一体のスクリュカッタ9に伝達される。
The
図4に示すように、スクリュカッタ9の羽根の外周部には、超硬チップ22が所定ピッチで埋め込まれている。超硬チップ22は、棒状に形成されており、スクリュカッタ9の羽根の外周部より羽根径方向に延びて埋め込まれている。
As shown in FIG. 4,
上記構成のスクリュコンベア型カッタ11は、カッタヘッド駆動用モータ6でケーシング8及びスクリュカッタ9を、カッタヘッド回転軸5回りに回転させながら、スクリュカッタ駆動用モータ19で、スクリュカッタ9及びカッタスポーク16をカッタスポーク16の軸回りに回転させることで、地山を掘削する。
The screw
上記構成によれば、カッタヘッド回転軸5回りの回転と、カッタスポーク16の軸回りの回転とは、独立に操作可能となっている。ここでは、図1中、矢印にて示すように、カッタヘッド回転軸5回りの回転によるカッタスポーク16の進行方向(摺動方向)と、カッタスポーク16の軸回りの回転による掘削面の進行方向(回転方向)を同じにすることにより、地山とスクリュカッタ9との相対的な摺動速度が高くなる。よって、掘削効率が大幅に向上する。具体的には、地山とスクリュカッタ9との相対速度は、カッタヘッド回転軸5回りの回転によるカッタスポーク16の地山に対する摺動速度と、カッタスポーク16の回転角速度とスクリュカッタ16の半径を乗じて算出されるスクリュカッタ9外周面の地山に対する摺動速度とを足した速度となる。
According to the above configuration, the rotation around the cutter
そして、掘削された土砂は、スクリュカッタ9の回転によって、泥水と共にケーシング8内を土砂排出口24に向かって移送された後、排泥管15に取り込まれて、立坑掘進機1の後方へと排出される。
Then, the excavated earth and sand are transferred together with the muddy water in the
このとき、ケーシング8と切羽面とで区画された筒状空間の内部で、スクリュカッタ9は回転することになるので、スクリュカッタ9のカッタスポーク16の軸回りの回転によって、掘削土砂を泥水と共にシールド径方向内側の土砂排出口24に向かって(スクリュカッタ9の押出方向に向かって)移送させることができ、効率的な排土を行うことができる。
At this time, the
上述のように、カッタをスクリュコンベア型カッタ11として、掘削土砂を、排泥管15の取込口25部分まで機械的に移送するようにしたので、切羽面上に堆積しようとする掘削土砂を確実且つ効率的に取り込んで排土することができる。さらに、切羽面上の掘削土砂が移送されて除去されることで、スクリュカッタ9は、常に切羽面に接することとなり、掘削効率の向上が図れる。
As described above, the cutter is the screw
また、本発明によれば、カッタ自身が掘削土砂を移送する機能を有しているため、掘削土砂移送用の装置を別個に設ける必要がなく、比較的単純な構成の立坑掘進機1とすることができる。さらに、スクリュカッタ9の羽根の外周部をカッタの掘削面としているので、掘削面を長く確保でき、切羽との摺動によるカッタ摩耗を分散できるので、カッタの長寿命化が達成できる。また、スクリュカッタ9に超硬チップ22を設けたことによって、カッタのさらなる長寿命化が図れる。
Further, according to the present invention, since the cutter itself has a function of transferring excavated earth and sand, it is not necessary to separately provide an apparatus for transferring excavated earth and sand, and the shaft excavator 1 having a relatively simple configuration is provided. be able to. Furthermore, since the outer peripheral portion of the blade of the
図6は、本発明に係る立坑掘進機の好適な他の実施の形態を示した側面断面図である。 FIG. 6 is a side sectional view showing another preferred embodiment of the shaft excavation machine according to the present invention.
本実施の形態の立坑掘進機31は、土圧式のシールド掘進機である。機内には、掘削土砂を掘進機後方へ排出する排土装置としてスクリュコンベア32が設けられている。このスクリュコンベア32は、その取込口33が、バルクヘッド3の中央部近傍に開口しており、その取込口33の近傍には、ケーシング8の土砂排出口24が形成されている。
The
なお、その他の構成については、上記実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。 Since other configurations are the same as those in the above embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
本実施の形態においても、掘削土砂は、排土装置(スクリュコンベア32)の取込口33へと確実に移送されるので、上述と同様の作用効果を得ることができる。
Also in the present embodiment, the excavated earth and sand is reliably transferred to the
図7、図8及び図9は、本発明に係るスクリュコンベア型カッタの好適な他の実施の形態をそれぞれ示した側面断面図である。 7, 8 and 9 are side cross-sectional views respectively showing other preferred embodiments of the screw conveyor type cutter according to the present invention.
図7の実施の形態のスクリュコンベア型カッタ35は、ケーシング8の長手方向中間部に土砂排出口24が設けられている。その土砂排出口24に向かって掘削土砂が移送されるように、スクリュカッタ9の中間部で、スクリュの捩り方向が逆転している。すなわち、カッタスポーク16の基端側と先端側で、捩り方向が反対のスクリュカッタ9がそれぞれ設けられている。その他の構成については、上記図1乃至図5に示した実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。
The screw
上記構成によれば、排泥管15の配置場所を変更できる。すなわち、スクリュの捩り方向を所望の位置で逆転させることで、土砂排出口24の位置を任意に設定することができるので、排泥管15の配置場所を所望の位置に設定できる。これによって、機内の各種装置のレイアウトの自由化が図れ、より効率的な機械配置が達成できる。
According to the said structure, the arrangement | positioning location of the
図8の実施の形態のスクリュコンベア型カッタ36は、スクリュカッタ9の隣接する羽根間の配置ピッチを、変更したものである。具体的には、シールド径中心側(基端側)の羽根配置ピッチを広くし、シールド径方向外側(先端側)の羽根配置ピッチを狭くしている。なお、本実施の形態では、スクリュカッタ9の略中間部で、羽根配置ピッチが変化するように構成されているが、中心側から外側に向かうに連れて羽根配置ピッチを徐々に狭くするようにしてもよい。その他の構成については、上記図1乃至図5に示した実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。
The screw
このように、シールド径方向外側に位置するスクリュカッタ9の羽根配置ピッチをシールド径中心側より狭くしたことで、シールド径方向外側の掘削面の長さを中心側よりも長くできる。よって、摺動掘削距離が中心側よりも長い外側に多くの超硬チップ22を設けることができるので、カッタの偏摩耗を防止することができる。
Thus, by making the blade arrangement pitch of the
図9の実施の形態のスクリュコンベア型カッタ37は、ケーシング8が、シールド径方向外側に向かうに連れて徐々に拡径するテーパ状に形成されている。これに合わせて、スクリュカッタ9もその羽根径がシールド径方向外側に向かうに連れて拡径して形成されている。スクリュカッタ9の羽根の外周部とケーシング8の内周面とのクリアランスは一定になるように構成されている。その他の構成については、上記図1乃至図5に示した実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。
The screw
このように、シールド径方向外側に位置するスクリュカッタ9の羽根径を大きくしたことで、シールド径方向外側の掘削面の長さを中心側よりも長くできる。よって、摺動掘削距離が中心側よりも長い外側に多くの超硬チップ22を設けることができるので、カッタの偏摩耗を防止することができる。
Thus, by increasing the blade diameter of the
なお、上記実施の形態では、スクリュカッタ9はカッタスポーク16に設けられているが、スクリュカッタ9を直接カッタヘッド回転軸5に軸支させベベルギヤ17aに固定して、カッタスポーク16を省略する構成としてもよい。但し、掘削時に受ける地山からの土圧を考えると、カッタスポーク16を有する構成の方が強度的に優れており、好ましい。
In the above-described embodiment, the
また、上記実施の形態では、カッタスポーク16は、その基端部がカッタヘッド回転軸5に軸支されて片持ち支持されているが、ケーシング8先端の蓋部材8aに軸受け(図示せず)を設け、カッタスポーク16をその両端で軸支するようにしてもよい。これによれば、掘削時に受ける地山からの土圧に対するカッタ強度を高めることができる。
Further, in the above-described embodiment, the
1 立坑掘進機
5 カッタヘッド回転軸
8 ケーシング
9 スクリュカッタ
11 スクリュコンベア型カッタ
22 超硬チップ
24 土砂排出口
31 立坑掘進機
35 スクリュコンベア型カッタ
36 スクリュコンベア型カッタ
37 スクリュコンベア型カッタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
The shaft excavation machine according to any one of claims 2 to 4, wherein carbide chips are provided at a predetermined pitch on an outer peripheral portion of the screw cutter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004067678A JP2005256355A (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Screw conveyor type cutter and shaft boring machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004067678A JP2005256355A (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Screw conveyor type cutter and shaft boring machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005256355A true JP2005256355A (en) | 2005-09-22 |
Family
ID=35082358
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2004067678A Pending JP2005256355A (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Screw conveyor type cutter and shaft boring machine |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005256355A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010037913A (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-18 | Shimizu Corp | Bidirectionally-winding screw cutter mechanism |
JP2010037912A (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-18 | Shimizu Corp | Screw cutter mechanism and excavating equipment using the same |
CN111622772A (en) * | 2020-06-03 | 2020-09-04 | 高军 | Tunneller for tunnel full-face construction |
-
2004
- 2004-03-10 JP JP2004067678A patent/JP2005256355A/en active Pending
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---|---|---|---|---|
JP2010037913A (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-18 | Shimizu Corp | Bidirectionally-winding screw cutter mechanism |
JP2010037912A (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-18 | Shimizu Corp | Screw cutter mechanism and excavating equipment using the same |
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