JP2017020231A

JP2017020231A - 推進工法用掘進機

Info

Publication number: JP2017020231A
Application number: JP2015137928A
Authority: JP
Inventors: 酒井　栄治; Eiji Sakai; 栄治酒井
Original assignee: Kiyota Railway Eng Co Ltd; KIYOTA RAILWAY ENGINEERING CO Ltd; Alpha Civil Engineering Inc
Current assignee: Kiyota Railway Eng Co Ltd; KIYOTA RAILWAY ENGINEERING CO Ltd; Alpha Civil Engineering Inc
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: JP6131410B2

Abstract

【課題】本発明は、掘進機の前方の回転掘削カッタで地盤の切羽を掘削した際、分割・破砕が不充分な粘性土の大塊又は大きな玉石が発生し、これらが排土路に送られると排土路を閉塞していたが、これらの大塊・大きい玉石が出ないように切羽を掘削でき、排土路中にこれらの大塊・大きな玉石の小割・破砕する装置を不要にする。【解決手段】掘進機の回転掘削カッタ１２は、隔壁１１の中央から突出した回動軸１３の先端に取付けた十字状スポークアーム１２ａの前面にルーフ型ビット１２ｂ，鋸歯状ビット１２ｃ，シェル型ビット１２ｓを設けるとともに、スポークアーム１２ａの側方に回転方向に張り出した三角板状サイドカッタ１２ｅ，ルーフ型サイドカッタ２２ｆを設け、スポークアーム１２ａの回転によって前記三角板状サイドカッタが粘土質の大塊を切断・分離し、又ルーフ型サイドカッタ２２ｆによって大きな玉石を小さく破砕する。【選択図】図２

Description

本発明は、管渠埋設工事等の地中において、地盤掘削して管渠・地下コンクリート通路・地下配線配管用通路を構築する工事で使用される推進工法に用いる掘進機の掘削時のカッタ室内からの排土に関する技術であって、地盤が粘土質又は自立性の高い硬質地盤において有用な掘進機の構造に関する。

従来、推進工法に用いる密閉型ボックス掘進機にて粘性土地盤等の掘進を行う場合、土圧式、泥土圧式、泥濃式の推進工法では、切羽部でカッタビットにより掘削された段階で大塊の粘性土が摘出される場合が多い。それが隔壁の排土口から排土路に取り込まれると、排土路途中の排土バルブやスクリューコンベア内で閉塞状態が発生し、排土作業が困難を極めることも多々あった。

また、スポーク型カッタ構造（センタ駆動方式）においては玉石の混入地盤は排土バルブから摘出可能な寸法（礫径φ２００ｍｍ〜φ４００ｍｍ）である場合は、玉石地盤用カッタビットは切削型形状で破砕型カッタでないために、それなりに玉石取込時の負荷が大きく、又玉石は破砕されずにそのまま排土路に移送された。

以上の様な場合、排土バルブ等を通過して貯泥槽にストックされる前の吐出口で、二次破砕を行ったり、残っている大きな玉石の排除処理のために人力での分別作業が必要となる。固形粘性土の場合は人力小割り作業に、玉石混入の場合はスクリーン等での簡易な分離を行った後に、人力にて集積・バッケト積込等の作業に多くの時間を費やしている。
別途の固結粘土層のスムーズな排土対策としては、排土口・吐出口の後方に小割り専用の回転式ドラムカッタ等を装着するか、油圧式や電動式のスライドカッタ（ギロチン方式）で固結粘土を分割する方法もあるが、掘削対照土質の変化や掘進速度との不調和で吐出口付近に堆積し、閉塞を生じる場合も多い。

そのような問題を解決するため、粘性土が切羽でのカッタ掘削段階で分割され、カッタ室内（チャンバ内）で流動化される方法が一番効果的と思われる。しかし、固結粘性土は一定の大きさで大割れしやすく、その場合排土口径内の粘土塊は排土バルブ内をそのまま通過するために機内貯泥槽手前で二次的な処理を必要としていた。

また、玉石混入地盤ではローラカッタを設置した破砕型カッタ掘進機を使用して一次破砕を行うことが望ましい。しかし、コスト面ではセンタ駆動方式が優位で、取込可能な礫径の地盤ではスポークタイプカッタ方式が採用されている。
よって、従来のスポーク型カッタ（センタ駆動方式）を使用した場合、粘性土硬質地盤の掘削時には固結粘性土質を細かく分割する装置又は作業が必要となり、玉石地盤ではカッタにて礫長径寸法の半分程度に破砕することが可能な装置又は分離人手作業が必要となっていた。

特開平６−２７２４８７号公報

本発明は、従来の問題点を別途大きな装置や機内の２次的人力作業をなくす目的があり、簡単なカッタ構造の変更で粘土質・玉石混入地盤でも排土を円滑に後方処理できるようにした掘進機を提供することにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）掘進機の主管フードの先端から後方となる位置に隔壁を設け、同機内側の隔壁から隔壁中央部を介して前方へ突出させた回動軸の軸端に地盤を掘削する回転掘削カッタを取付け、同回動軸を回動する動力装置を隔壁後方ケーシング内に設け、掘進機後続胴管後方に地盤に埋設する推進管を後続させ、前記隔壁には排土口を開口し、同排土口に排土管を接続し、同排土管の途中に排土調圧バルブを設置し、排土口から進入した掘削土砂を排土管の排土調圧バルブを経て掘進機と掘進管内部を介して外部へ排出する推進工法用掘進機に於いて、回転掘削カッタの前面部分には地盤を掘削する複数のビットを前向きに設け、後方には隔壁面に延びた撹拌部材を設けるとともに、回転掘削カッタにその回転方向に向けて尖ったサイドカッタを複数取付け、掘削された地盤の大径の固形粘土又は玉石を回転掘削カッタのサイドカッタで分断小割りして、排土口から取り込むようにしたことを特徴とする、推進工法用掘進機
２）回転掘削カッタが、回動軸の先端部から放射状に取付けた複数本のスポークアームの前面に掘削用ビットを取付け、スポークアームの側面にサイドカッタを複数設けた、前記１）記載の推進工法用掘進機
３）前記サイドカッタが、回転方向に向けて巾が短くなる板体で、しかもその板体の周端に凹凸の鋸刃を強化形成したものである、前記１）又は２）記載の推進工法用掘進機
４）前記３）の板体のサイドカッタの板面が、回転方向に平行でなくこれと所要角度で傾斜して取付けられた、前記３）記載の推進工法用掘進機
５）前記サイドカッタが、回転方向に向けて先細りとなった断面三角形状した側方ビットである、前記１）〜４）いずれか記載の推進工法用掘進機
にある。

本発明では、従来通り回転掘削刃の前面に設けたビットによって、地盤の切羽を掘削し、その後方の撹拌部材で撹拌して排土口へ掘削土砂を送り込むが、回転掘削カッタに回転方向に向って尖ったサイドカッタを設けているので、切り出された大きな固結粘土はこのサイドカッタで分断又は細断される。玉石の場合は、このサイドカッタが玉石と当って衝突破砕や衝撃破砕をおこして小割りする。これによって、隔壁の排土口から移送された粘土には大われの固結粘土は少なくなり、又玉石を小さく割られて取込まれることとなり、排土路を塞らせることなく円滑に排出させることができる。
これによって、排土路途中に大きな固結粘土を細断する二次的細断装置、玉石を小さく割る二次破砕装置、その他管内の重作業を省けるようにできた。

図１は、実施例１の掘進機Ｓ１の回転掘削カッタの取付状態を示す説明図である。図２は、実施例１の回転掘削カッタを示す正面図である。図３は、実施例１の回転掘削カッタを示す側面図である。図４は、実施例１の三角板状サイドカッタと掘削用櫛歯状ビットを示す拡大図である。図５は、掘削用シェル型ビット（切削型）を示す一部切欠正面図である。図６は、掘削用シェル型ビット（切削型）を示す一部切欠平面図である。図７は、図６のＢ−Ｂ断面図である。図８は、実施例２の掘進機Ｓ２の回転掘削刃を示す正面図である。

玉石地盤では、本発明のサイドカッタは断面三角形の（ルーフ型）ビットを回転掘削刃の回転の前方となる横端に複数個設けるのがよい。

粘土質の地盤では、本発明のサイドカッタは回転方向に尖った三角形状の板体を回転掘削刃の回転となる側端に複数個所取付けるのがよい。しかも、三角形状の板体の周端に鋸刃状の凹凸を設けると鋸刃で効率的に切断するようにできて、固結粘土を迅速に分割できるので好ましい。

ルーフ型又は鋸刃状の三角形状の板体のサイドカッタは、掘削する地盤の質に応じて一方のみ又は両タイプで混在するように配置してもよい。

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。

（実施例１）
図１〜図４に示す実施例１の掘進機Ｓ１は、固結粘土質地盤で主に使用する掘進機の例を示すものである。

図中、Ｓ１は実施例１の固結粘土地盤用の掘進機、１０〜１５はその掘進機Ｓ１の構成部分であり、１０は掘進機Ｓ１の円形状胴管、１０ａは同胴管の先端部の主管フード、１１は同先端１０ａより後方内側に設けた隔壁、１１ａは同隔壁１１の下方に開口した排土口、１２は胴管１０の先端１０ａより前方で回転する回転掘削カッタ、１２ａは同回転掘削カッタの回転基材の十字状スポークアーム、１２ｂはスポークアーム１２ａの前面部に三角形の頂点の稜線が前方に突出するようにした断面三角形状の掘削用ルーフ型ビット、１２ｃは同じスポークアーム１２ａの前面中央部で前方に突設するように設けた鋸歯状の小ビットを配置した掘削用鋸歯状ビット、１２ｓはスポークアーム１２ａの先端の前部に取り付けた掘削用シェル型ビット、１２ｓ_１はシェル型ビット１２ｓのチップ、１２ｓ_２はシェル型ビット１２ｓの取付基端部、１２ｄはスポークアーム１２ａの中央部に一文字状に設けた掘削用中央ビット、１２ｅはスポークアーム１２ａの中間に回転方向に向って巾が短くなった三角形状の板体でスポークアーム１２ａの回転方向角度差をもって取付けられて傾斜するように取付け、且つ周端には鋸歯状の凹凸１２ｇを設けた三角板状サイドカッタ、１２ｆはスポークアーム１２ａから後方に向って突出した撹拌部材、１３は回転掘削カッタ１２のスポークアーム１２ａを回動させる回動軸、１４は同回動軸を回転させる隔壁１１後方のケーシング１０内に設けた回動装置であり、１５は排土管、１５ａは膨縮自在な排土管１５の内部の排土調圧バルブである。

この実施例１の掘進機Ｓ１に後続させた推進管（図示せず）を元押し装置（図示せず）で押圧して、掘進機Ｓ１の回動装置１４を作動させると隔壁１１の中心部を貫通した回動軸１３が回転し、その先端に取付けた回転掘削カッタ１２のスポークアーム１２ａが回転する。

スポークアーム１２ａが回転すると、その前面部に設けた掘削用ルーフ型ビット１２ｂ，掘削用鋸歯状ビット１２ｃ，シェル型ビット１２ｓ，掘削用中央ビット１２ｄが地盤の切羽に押し付けられて回転することで、切羽の土砂を掘削する。

切羽の掘削によって大きな固結粘土が切り出されても、スポークアーム１２ａの側面に回転方向に突出するように取付けられた三角板状サイドカッタ１２ｅが、大きな固結粘土を切り裂いて小さく分断する。この分断力は周縁に鋸歯状凹凸１２ｇを設けたこと及びスポークアーム１２ａの半径方向と直角の円周方向と所要角度をもって傾斜するように取付けられたことで、回転力に伴う集中応力を期待してその固まりの分断力を効果的に高められる。

このように、実施例１のスポークアーム１２ａに回転方向に突出するように取付けられた三角板状サイドカッタ１２ｅがスポークアーム１２ａの回転によって固結粘土に刺し込まれ、鋸歯状凹凸１２ｇと傾斜取付けによって切断力と分離力を与えて、固結粘土を効果的に小さく分断する。
これによって、固結粘土は小さくされて排土口１１ａに送られることになり、これと接合された排土管の途中の排土調圧バルブ１５ａ・搬送用スクリュー等を閉塞することがないようにする。

これによって、固結粘土質地盤で本実施例１の掘進機Ｓ１を使用すれば、排土路の途中での閉塞を少なくし、又大きな固結粘土の排土路途中における切断・分割装置又は分割作業を不要にできる。この実施例１の構造の掘進機Ｓ１は玉石混入地盤でも三角板状サイドカッタ１２ｅが玉石を削ったり、破砕・分割して有効であり、玉石混入地盤にも効果がある。

（実施例２）
図５に示す実施例２の掘進機Ｓ２は、玉石地盤用の掘進機の例である。
この実施例２の回転掘削カッタ１２として、実施例１と同じ十字状スポークアーム１２ａを使用するが、スポークアーム１２ａの前面部に取付ける掘削用ビットとしてスポークアーム１２ａの半径先端と中間の位置で複数の小ビット１００を前方向に突出するように鋸歯状に列設した掘削用鋸歯状ビット２２ｃと、断面三角形状ビットに前方に突出するように掘削用ルーフ型ビット２２ｂと、スポークアーム１２ａの回転中心部に一文字状に設けた掘削用中央ビット２２ｄと、スポークアーム１２ａの先端のシェル型ビット１２ｓとを設けている。
そして、サイドカッタとしてスポークアーム１２ａ側面にルーフ型サイドカッタ２２ｆをその断面三角形の頂点稜線が回転方向に突出するように複数個設けている。

この実施例２の掘進機Ｓ２の使用方法は、実施例１の掘進機Ｓ１と同様である。
スポークアーム１２ａの前面部に設けた鋸歯状ビット２２ｃとルーフ型ビット２２ｂとシェル型ビット２２ｓと中央ビット２２ｄで切羽を掘削して切り崩し、切り崩された玉石はスポークアーム１２ａの側面で回転している三角板状サイドカッタ２２ｅによって、強く回転力をもって打撃・割岩・破砕を受けて、小さく玉石を破砕する。
これによって、玉石は破砕されて小さくされて排土口１１ａから排土管１５へ送られる。
取り込まれた玉石はサイドカッタ２２ｆで強く破砕を受けて小さくなるため、排土管１５内で詰ることもなく移送が可能となる。又、排土管１５及びこれに続く排土路において、二次破砕装置の必要がなく、又大きな玉石を排除して別輸送装置で選別して送る人手作業も必要ない。

尚、実施例１，２の掘進機のサイドカッタ１２ｅ，２２ｅ，２２ｆは一例であり、これ以外に固結土の切断・分断できるもの、玉石をよく割って破砕するビットを採用してもよく、あるいは固結土向きサイドカッタと玉石破砕用のサイドカッタとを混在して設けることもできる。

本発明は、地中の暗渠・トンネル等の工事に適した掘進機であるが、その掘削の小径のものでも使用でき、又推進工法でない掘進機でも採用できる。

Ｓ１実施例１の掘進機
Ｓ２実施例２の掘進機
１０胴管
１０ａ先端
１１隔壁
１１ａ排土口
１２回転掘削カッタ
１２ａスポークアーム
１２ｂ，２２ｂ掘削用ルーフ型ビット
１２ｃ，２２ｃ掘削用鋸歯状ビット
１２ｄ，２２ｄ掘削用中央ビット
１２ｅ，２２ｅ三角板状サイドカッタ
１２ｆ撹拌部材
１２ｇ凹凸
１２ｓ，２２ｓシェル型ビット
１２ｓ_１チップ
１２ｓ_２取付基端部
１３回動軸
１４回動装置
１５排土管
１５ａ排土調圧バルブ
２２ｆルーフ型サイドカッタ
１００小ビット

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）掘進機の主管フードの先端から後方となる位置に隔壁を設け、同機内側の隔壁から隔壁中央部を介して前方へ突出させた回動軸の軸端に地盤を掘削する回転掘削カッタを取付け、同回動軸を回動する動力装置を隔壁後方ケーシング内に設け、掘進機後続胴管後方に地盤に埋設する推進管を後続させ、前記隔壁には排土口を開口し、同排土口に排土管を接続し、同排土管の途中に排土調圧バルブを設置し、排土口から進入した掘削土砂を排土管の排土調圧バルブを経て掘進機と掘進管内部を介して外部へ排出する推進工法用掘進機に於いて、回転掘削カッタの前面部分には地盤を掘削する複数のビットを前向きに設け、後方には隔壁面に延びた撹拌部材を設けるとともに、回転掘削カッタにその回転方向に向けて尖ったサイドカッタを複数取付け、しかも回転掘削カッタが、回動軸の先端部から放射状に取付けた複数本のスポークアームの前面に掘削用ビットを取付け、スポークアームの側面にサイドカッタを複数設けた構造とし、掘削された地盤の大径の固形粘土又は玉石を回転掘削カッタのサイドカッタで分断小割りして、排土口から取り込むようにしたことを特徴とする、推進工法用掘進機
２）前記サイドカッタが、回転方向に向けて巾が短くなる板体で、しかもその板体の周端に凹凸の鋸刃を強化形成したものである、前記１）記載の推進工法用掘進機
３）前記２）の板体のサイドカッタの板面が、回転方向に平行でなくこれと所要角度で傾斜して取付けられた、前記２）記載の推進工法用掘進機
４）前記サイドカッタが、回転方向に向けて先細りとなった断面三角形状した側方ビットである、前記１）〜３）いずれか記載の推進工法用掘進機
にある。

Claims

掘進機の主管フードの先端から後方となる位置に隔壁を設け、同機内側の隔壁から隔壁中央部を介して前方へ突出させた回動軸の軸端に地盤を掘削する回転掘削カッタを取付け、同回動軸を回動する動力装置を隔壁後方ケーシング内に設け、掘進機後続胴管後方に地盤に埋設する推進管を後続させ、前記隔壁には排土口を開口し、同排土口に排土管を接続し、同排土管の途中に排土調圧バルブを設置し、排土口から進入した掘削土砂を排土管の排土調圧バルブを経て掘進機と掘進管内部を介して外部へ排出する推進工法用掘進機に於いて、回転掘削カッタの前面部分には地盤を掘削する複数のビットを前向きに設け、後方には隔壁面に延びた撹拌部材を設けるとともに、回転掘削カッタにその回転方向に向けて尖ったサイドカッタを複数取付け、掘削された地盤の大径の固形粘土又は玉石を回転掘削カッタのサイドカッタで分断小割りして、排土口から取り込むようにしたことを特徴とする、推進工法用掘進機。
回転掘削カッタが、回動軸の先端部から放射状に取付けた複数本のスポークアームの前面に掘削用ビットを取付け、スポークアームの側面にサイドカッタを複数設けた、請求項１記載の推進工法用掘進機。
前記サイドカッタが、回転方向に向けて巾が短くなる板体で、しかもその板体の周端に凹凸の鋸刃を強化形成したものである、請求項１又は２記載の推進工法用掘進機。
請求項３の板体のサイドカッタの板面が、回転方向に平行でなくこれと所要角度で傾斜して取付けられた、請求項３記載の推進工法用掘進機。
前記サイドカッタが、回転方向に向けて先細りとなった断面三角形状した側方ビットである、請求項１〜４いずれか記載の推進工法用掘進機。