JP2010037912A - スクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スクリューカッタ20は、軸部21の周囲に一連の螺旋羽根22が設けられ、その螺旋羽根22の外周部に切削ビット23が取り付けられ、螺旋羽根22の軸回転により切削ビット23で地盤を切削するとともに切削土砂を排土側に移送する構成であり、螺旋羽根22の軸部21側には、螺旋巻き方向に沿って複数の開口部24、24、…が形成され、それら開口部24は排土側に向かうにしたがって開口率が小さくなり、配置間隔が大きくなっている。
【選択図】図4
Description
このようなスクリューカッタによる機構は、油圧モータ等の回転駆動により、螺旋羽根を回転させて土砂を切削しながら、左右方向に切削した土砂を移送し、スクリュー端部付近でスクリューカッタの回転軸方向と直角方向に設置したスクリューコンベヤによりシールド機の後方に掘削土砂を排出するものである。
また、
本発明では、螺旋羽根に形成される開口部が排土側と反対側ほど大きくなる構成であって、切削土砂の移送能力は排土側で大きく、その反対側で小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。
本発明では、螺旋羽根に形成される開口部の配置間隔が排土側ほど大きくなる構成であって、切削土砂の移送能力は排土側で大きく、その反対側で小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。
本発明では、切削土砂の移送能力は螺旋羽根の羽根ピッチが大きい排土側で大きく、羽根ピッチが小さい排土側と反対側で移送能力が小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。
本発明では、軸部の軸径が細い部分では螺旋羽根の羽根ピッチ間の移送路断面が広くなる構成となり軸部の細い排土側の移送路断面ほど切削土砂の移送能力が大きく、その反対側の移送路断面で移送能力が小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。
本発明では、スクリューカッタ機構によって移送される切削土砂の一部が誘導板によって開口部に誘導されることから、攪拌能力の向上や移送能力の調整をより確実に行うことができる。
本発明では、螺旋羽根に開口部を設けることで、攪拌能力の向上や切削土砂の移送能力を調整可能としたスクリューカッタ機構を掘削装置に備えているので、安定した掘削を行うことができる。
図1は本発明の第1の実施の形態によるトンネル掘削機の概略構成を示す側面図、図2は図1に示すA−A線断面図、図3は図1に示すトンネル掘削機の正面図、図4はトンネル掘削機に備えられるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図、図5(a)は図4に示すB−B線矢視図、(b)は同じくC−C線矢視図である。
図1乃至図3に示すトンネル掘削機1は、ボックスカルバート等の矩形断面のトンネルを掘削するためのものであって、基本的には通常のシールド機と同様に、地盤を掘削しつつその後方において、コンクリート造のボックス2を組み立て、その組み立て済みのボックス2から反力をとって掘進していくように構成されたものである。
さらに具体的には、掘削機本体3は掘削すべきトンネルの断面形状に合致する矩形筒状のスキンプレート4を外殻とし、その後部には施工済みのボックス2を押圧してそこから反力をとって推進するための推進ジャッキ5が多数設けられている。また、掘削機本体3の内部にはボックス2の組み立てに使用するためのエレクタ装置6が備えられている他、トンネル掘削に必要な装置類が備えられている。
なお、上述のように各段の支持フレーム14には主移送装置としてのスクリューコンベヤ12が組み込まれていることから、各段の支持フレーム14を進退させた際には同時に各段のスクリューコンベヤ12も一体に進退することになる。
ここで、図4は、図3に示すトンネル掘削機1の正面斜視図で図3の紙面に向かって右側に位置するスクリューカッタ20を示している。つまり、図4で紙面右側から左側を見た断面視で軸部21を右回転させた場合に矢印E方向が土砂移送方向であり、その終点側が排土側となっている。
図2に示すように、スクリューカッタ20は、その回転軸方向が掘削方向と直交して交差する方向に配置され、一対2台が中央のセンターフレーム9を挟んで左右両側に対称配置されていて、それらの両端部がサイドフレーム8とセンターフレーム9に対して回転自在に支持され、それらの端部内側に組み込まれた第3駆動モータ17によって回転されるようになっている。これにより、それぞれが切羽を幅方向に掘削して、それら複数のスクリューカッタ20、20、…全体で矩形断面のトンネルを掘削するようになっている。
つまり、図5(a)に示す排土側(サイドフレーム8側)に設けられる開口部24(符号24A)は、図5(b)に示す螺旋羽根22の排土側と反対側(トンネル掘削機1の幅方向中央部側、センターフレーム9側)に設けられる開口部24(ここでは符号24B)より開口率が小さく、且つ隣り合う開口部24、24どうしの間隔も小さくなっている。
図2に示すように、本トンネル掘削機1では、各段のスクリューカッタ20および先端カッタ7を順次(例えば上方から順に)、前方に推進させて地盤を掘削する。このときの推進順は、上方のスクリューカッタ20から順に先に掘削することが地盤の緩みを抑える点で好ましいが、この順に限定されることはなく、また複数のスクリューカッタ20、20、…を同時に推進させるようにしてもかまわない。
また、螺旋羽根22に開口部24が設けられているので、攪拌性能の向上を図ることができる。
図6は第1の実施の形態の変形例によるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図であって、図4に対応する図である。
図6に示すように、第1の実施の形態の変形例によるスクリューカッタ20は、軸部21の周囲に設けられた一連の螺旋羽根22に、切削土砂を開口部24に誘導する誘導板25を設けた構成である。そして、複数の開口部24、24、…は、上述した第1の実施の形態では排土側(矢印E方向)に向かうにしたがって開口率と配置間隔が小さくなる構成(図4参照)としているが、本変形例では開口率、配置間隔ともに変わらない構成となっている。
図7に示すように、本第2の実施の形態によるスクリューカッタ30は、軸部31の周囲に設けられた一連の螺旋羽根32の羽根ピッチP(P1〜P5)は、排土側(矢印E方向)に向かうにしたがって大きくなる構成となっている。つまり、羽根ピッチPは、排土側と反対側に位置する符号P5から排土側に位置する符号P1の羽根ピッチの順で漸次大きくなっている。
そして、複数の開口部34、34、…は、上述した第1の実施の形態では排土側(矢印E方向)に向かうにしたがって開口率が小さく、且つ配置間隔が大きくなる構成(図4、図5参照)としているが、本第2の実施の形態では開口率、配置間隔ともに変わらない構成となっている。
図8に示すように、本第3の実施の形態によるスクリューカッタ40は、軸部41の軸径が排土側(矢印E方向)に向かうにしたがって細くなる構成となっている。
そして、複数の開口部44、44、…は、上述した第1の実施の形態では排土側(矢印E方向)に向かうにしたがって開口率が小さく、且つ配置間隔が大きくなる構成(図4、図5参照)としているが、本第3の実施の形態では開口率、配置間隔ともに変わらない構成となっている。
例えば、スクリューカッタ20、30、40の外径寸法、軸方向の長さ寸法、螺旋羽根の厚さ寸法などの構成は、第1〜第3の実施の形態に限定されることはなく、切削する地盤の硬さや地質、切削能力などの条件に応じて適宜設定することができる。
また、本実施の形態ではスクリューカッタ20、30、40を矩形断面を掘削するトンネル掘削機1に採用しているが、このような形態に限定されることはなく、またトンネル掘削機1に配置されるスクリューカッタの台数、配置形態は任意に設定することができる。
また、第1の実施の形態の変形例および第2、第3の実施の形態においては、螺旋羽根に設けた開口部の開口率、配置間隔をともに一定の値としたが、開口率については排土側に向かうにしたがって小さくすること、配置間隔については排土側に向かうにしたがって大きくすることのいずれか又は双方を採用するようにしてもよい。
それから、第2、第3の実施の形態において第1の実施の形態の変形例における誘導板を開口部に設けてもよい。
さらにまた、回転軸方向に切削土砂の移送能力の変化をつけるといった観点だけでとらえれば、第2、第3の実施の形態において、螺旋羽根の開口部は設けなくてもよい。
20、30、40 スクリューカッタ(スクリューカッタ機構)
21、31、41 軸部
22、32、42 螺旋羽根
23、33、43 切削ビット
24、34、44 開口部
25 誘導板
21a 上面
3 スクリューコンベヤ
S1、S2 移走路断面
Claims (7)
- 軸部の周囲に一連の螺旋羽根が設けられ、該螺旋羽根の外周部に切削ビットが取り付けられ、前記螺旋羽根の軸回転により前記切削ビットで地盤を切削するとともに切削土砂を排土側に移送するスクリューカッタ機構であって、
前記螺旋羽根には、螺旋巻き方向に沿って複数の開口部が形成されていることを特徴とするスクリューカッタ機構。 - 前記開口部の開口率は、排土側に向かうにしたがって小さくなることを特徴とする請求項1に記載のスクリューカッタ機構。
- 前記開口部の配置間隔は、排土側に向かうにしたがって大きくなることを特徴とする請求項1又は2に記載のスクリューカッタ機構。
- 前記螺旋羽根の羽根ピッチは、排土側に向かうにしたがって大きくなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のスクリューカッタ機構。
- 前記軸部の軸径は、排土側に向かうにしたがって細くなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のスクリューカッタ機構。
- 前記螺旋羽根には、切削土砂を前記開口部に誘導する誘導板が設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のスクリューカッタ機構。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載のスクリューカッタ機構を備えた掘削装置であって、
掘削機本体の先端に、前記スクリューカッタ機構をその回転軸方向を掘削方向に交差する方向に配置されていることを特徴とするスクリューカッタ機構を用いた掘削装置。
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