JP2020180527A - 掘削機及びその回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシングの外径より外側を掘削するオーバーカッタを、水で土砂を洗い流す等の作業を行うことなく、スムーズにケーシングの内周面よりも内側に縮径させることができ、大きなオーバーカッタを採用できて掘削効率がよい掘削機を提供する。【解決手段】ケーシング４内にケーシング４から前後方向に移動可能に設けられる本体部２と、本体部２にケーシング４の中心軸を中心として回転可能に設けられ、カッタ７を有する回転体３とを備え、カッタ７は、ケーシング４の外径より外側の範囲まで掘削するオーバーカッタ１０と、ケーシング４の内径より内側の範囲を掘削する内周カッタ９とを有し、オーバーカッタ１０は、回転体３に対して、前後方向に移動可能であって、内周カッタ９の前に移動した後にケーシング４の内径より内側に揺動することが可能である。【選択図】図１１

Description

本発明は、ケーシングの先端部に取り付けられて地中を掘削しながら推進していき、発進立坑側へ引き抜き可能な掘削機及びその回収方法に関する。

推進工法は、地中に管を設置するために、推進管の先頭管の先端部に掘削機を設け、推進管の基端側に順次後続の管を継ぎ足し、押圧して推進させていく工法である。この際、掘削機による掘削孔内で管を推進させるには、掘削機のカッタによって推進管の外径よりも外側まで掘削しなければならない。
一方、到達立坑が無く掘削機を回収しなければならない場合や、カッタの閉塞など不具合によるカッタの洗浄あるいは交換などの対応をする際に、推進管の内部を通して掘削機を発進立坑側へ引き抜く必要があり、これには、カッタを推進管の内径より内側に位置させる（縮径させる）必要がある。

従来、このようなカッタを縮径させて発進立坑側へ引き抜き可能な掘削機としては、例えば、特許文献１に記載されたような掘削機がある。
上記特許文献１に開示された掘削機は、先頭曲線管の先端側に位置するヘッド部を備えており、ヘッド部は、軸心周りに回転する主ブロックと、主ブロックに対して先端側に向かうにしたがって軸心に近づくよう移動可能な移動ブロックとを備えており、主ブロックには、先端に管の外径よりも内側を掘削するカッタディスクが設けられ、移動ブロックには、管の外径よりも外側まで掘削可能なローラビットが設けられる。

また、主ブロックには、先端側に向かうにしたがって軸心に近づくよう傾斜した係合溝が形成され、係合溝の底部の先端側に凹部が設けられる。一方、移動ブロックには、係合溝にスライド可能に係合するボールプランジャが設けられている。

曲線掘削機を引き抜く際には、主ブロックを先頭曲線管の基端側へ引くと、移動ブロックが係合溝に沿って先端側へ移動し、係合溝の傾斜により移動ブロックが徐々に先頭曲線管の軸心方向へ移動する。
そして、ボールプランジャが凹部に係合したとき、ローラビットを含む移動ブロック全体が先頭曲線管の内周面の内側に納まり、曲線掘削機を発進立坑側へ引き抜くことができるようになる。

特許第３８１８２８７号公報

上記特許文献１に記載のような掘削機は、引き抜きの際に、ローラビットを前方斜め内側に向けて徐々に移動させることによってのみ縮径させるので、ローラビットの内周側で土砂が圧密されるようになりローラビットの移動に支障をきたす。特に、ローラビットとカッタディスクとの隙間に土砂が詰まった場合には、土砂に邪魔されてローラビットの移動に支障をきたす。これを解消するためには、付着した土砂類を高圧水で洗い流すなどの作業も発生してしまう。

また、ローラビットを前方斜め内側に向けて徐々に移動させるので、ローラビットは内側に存在するカッタディスクに向って移動することになり、縮径させるためにローラビットがカッタディスクに干渉しないようにするには、ローラビットの寸法を小さくせざるを得ない。

本発明が解決しようとする課題は、ケーシングの外径より外側を掘削するオーバーカッタを、スムーズにケーシングの内周面よりも内側に縮径させることができ、水で土砂を洗い流す等の作業の発生を防止し、大きなオーバーカッタを採用できて掘削効率がよい掘削機及び掘削機の回収方法を提供することにある。

本願請求項１に係る発明は、ケーシング内に該ケーシングから前後方向に移動可能に設けられる本体部と、前記本体部に前記ケーシングの中心軸を中心として回転可能に設けられ、カッタを有する回転体と、を備えた掘削機であって、前記カッタは、前記ケーシングの外径より外側の範囲まで掘削するオーバーカッタを有し、前記オーバーカッタは、前記回転体に対して、前後方向に移動可能であって、前方向に移動した後に前記ケーシングの内径より内側に揺動することが可能なように設けられていることを特徴とする掘削機である。

本願請求項２に係る発明は、ケーシング内に該ケーシングから前後方向に移動可能に設けられる本体部と、前記本体部に前記ケーシングの中心軸を中心として回転可能に設けられ、カッタを有する回転体とを備えた掘削機であって、前記カッタは、前記ケーシングの外径より外側の範囲まで掘削するオーバーカッタと、前記ケーシングの内径より内側の範囲を掘削する内周カッタとを有し、前記オーバーカッタは、前記回転体に対して、前後方向に移動可能であって、前記内周カッタの前に移動した後に前記ケーシングの内径より内側に揺動することが可能なように設けられていることを特徴とする掘削機である。

本願請求項３に係る発明は、前記オーバーカッタの前記回転体に対する前方向への移動及び前記ケーシングの内側への移動は、前記本体部に対して相対的に前方向へ移動した前記ケーシングの押圧によって行われることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の掘削機である。

本願請求項４に係る発明は、前記回転体及びオーバーカッタには、前記オーバーカッタが前記ケーシングの内側へ揺動した際に前記内周カッタに干渉することを規制する回転規制部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の掘削機である。

本願請求項５に係る発明は、前記オーバーカッタの前記回転体に対する揺動を許容するための逃げ部が、前記オーバーカッタ側に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の掘削機である。

本願請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の掘削機の回収方法であって、前記オーバーカッタを、前記回転体に対して前方に移動させ、前記内周カッタの前に移動させた後に前記ケーシングの内径より内側に揺動させる工程と、前記ケーシングから前記本体部を前記回転体とともに後方に移動させる工程とを備えた掘削機の回収方法である。

本発明によれば、ケーシングの外径より外側まで広がるオーバーカッタを、前方に移動させた後に内側へ揺動させるので、オーバーカッタの内周側に土砂が存在したとしても、前方への移動により、内周側の土砂がほぐれて圧密されにくくなり、ローラビットの揺動に支障が生じにくくなり、スムーズにオーバーカッタを縮径できる。

本発明によれば、ケーシングの外径より外側まで広がるオーバーカッタを、中央部の内周カッタよりも前に移動させた後に内側へ揺動させるので、オーバーカッタと内周カッタとの隙間に土砂が詰まっていたとしても、オーバーカッタの揺動の邪魔にならず、高圧水で土砂を流す等の作業も発生せず、スムーズにオーバーカッタを縮径できる。
また、オーバーカッタの内周カッタよりも前への移動により、オーバーカッタの揺動による内周カッタへの干渉が避けた位置で、オーバーカッタが内側へ揺動することになるので、比較的大きい寸法のオーバーカッタを採用することが可能であり、掘削に有利である。

加えて、掘削機を引き抜くために本体部を後方へ引っ張ることにより、本体部に対して相対的に前方へ移動するケーシングがオーバーカッタを押圧するので、自動的にオーバーカッタを前進させ揺動させ縮径させることができる。

加えて、オーバーカッタが内側へ揺動した際に内周カッタにぶつからないので、カッタの損傷を防止できる。

加えて、オーバーカッタの揺動を許容するための逃げ部が、回転体側ではなくオーバーカッタ側に形成されていることで、オーバーカッタが後退している掘削時に回転体が安定してオーバーカッタを支持し、この結果、オーバーカッタのがたつきを防いで掘削効率が高まる。

本発明の実施形態を示す掘削機の掘削時における断面図。 本発明の実施形態を示す掘削機の掘削時における前面図。 図１のＡ−Ａ断面図。 本発明の実施形態に係るレール部の前方から見た斜視図。 本発明の実施形態に係るレール部の後方から見た斜視図。 本発明の実施形態に係るレール部及びカッタベース部の掘削時における前方から見た斜視図。 本発明の実施形態に係るレール部及びカッタベース部の掘削時における後方から見た斜視図。 本発明の実施形態を示す掘削機のオーバーカッタ前進時における断面図。 本発明の実施形態に係るレール部及びカッタベース部のオーバーカッタ前進時における前方から見た斜視図。 本発明の実施形態に係るレール部及びカッタベース部のオーバーカッタ前進時における後方から見た斜視図。 本発明の実施形態を示す掘削機の回収時における断面図。 本発明の実施形態に係るレール部及びカッタベース部の掘削機回収時における前方から見た斜視図。 本発明の実施形態に係るレール部及びカッタベース部の掘削機回収時における後方から見た斜視図。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照する等して説明する。なお、本発明は、実施形態に限定されないことはいうまでもない。
図１は実施形態を示す掘削機の掘削時における断面図であり、図２は実施形態を示す掘削機の前面図であり、図３は図１のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態において、掘削機１は本体部２と回転体３とを備える。
本体部２は、掘削時には推進管であるケーシング４内に固定され、回収時にはケーシング４から前後方向に移動可能に設けられる。
ケーシング４は、先端部に掘削機１を設置した先頭管を発進立坑から地中に送り込み、掘削機１により掘削しながら推進装置によって推進させ、先頭管の基端側に後続の管を順次継ぎ足していくことにより地中に埋設される。この技術は周知なので、図には先頭管のみを示し、発進立坑及び後続の管は省略してある。

本体部２は、外径がケーシング４の内径より小さい略筒状であり、本体部２の内部にはモータ５が設置されている。また、本体部２の外周囲には、ケーシング４の内周面に当接する止水シール６が設けられ、ケーシング４の内部に土砂や水が流入するのを防いでいる。
また、図示しないが、本体部２には、ケーシング４の軸方向と直角に伸縮する支持ジャッキが設けられ、この支持ジャッキをケーシング４の内周面に圧接させることにより、本体部２をケーシング４に対して固定できるようになっている。

回転体３は、本体部２の先端側に配設され、カッタ７及びカッタ支持部８を備える。カッタ支持部８の後部はモータ５の出力軸に接続され、モータ５を駆動すると、回転体３が本体部２の中心軸を中心として回転する。
カッタ７は、回転体３の回転中心軸の両側に設置された一対の内周カッタ９及び一対のオーバーカッタ１０を有し、図２に示すように一対の内周カッタ９の中心を結ぶ線と、一対のオーバーカッタ１０の中心を結ぶ線とが直交するよう配置されている。

一対の内周カッタ９は、ローラーカッタであって、カッタ支持部８の先端中央部に並べて取り付けられ、回転体３の回転に伴いケーシング４の内径より内側の範囲であって、オーバーカッタ１０の内側を掘削する。
一対のオーバーカッタ１０は、内周カッタ９の外側であって、ケーシング４の外径より外側の範囲まで掘削するものであり、各オーバーカッタ１０は、カッタベース部１１と、カッタベース部１１の先端に取り付けられたローラーカッタ１２とを備える。

カッタ支持部８の外周面には、オーバーカッタ１０の前後方向への移動をガイドするレール部１３が固定される。
レール部１３は、その軸方向が回転体３の回転中心軸と平行であり、図４及び図５に示すように、底面がカッタ支持部８に固定される固定フランジ部１４と、固定フランジ部１４から径方向外側へ起立する起立部１５と、起立部１５の外端両側に張り出すガイドフランジ部１６とを有する。

ガイドフランジ部１６の幅は、固定フランジ部１４の幅よりも狭く、ガイドフランジ部１６の前端面は固定フランジ部１４及び起立部１５の前端面よりも後退している。また、ガイドフランジ部１６の外面の後部には浅い円錐形の凹部１８が形成されている。
さらに、起立部１５の両側面には、回転体３の回転中心軸と平行な前後方向に沿ってガイド溝１７が形成される。ガイド溝１７の前端はガイドフランジ部１６の前端面より前方に達している。

図６、図７には、レール部１３に設置されたカッタベース部１１の後部を示している。図示されないカッタベース部１１の前部の前方には、ローラーカッタ１２が設けられている。
カッタベース部１１は、図６及び図７に示すように、レール部１３の外側に設置される。カッタベース部１１の内面には、レール部１３の起立部１５に摺動自在に係合する狭幅溝１９が形成され、狭幅溝１９の外側に連続して、ガイドフランジ部１６に摺動自在に係合する広幅溝２０が形成される。狭幅溝１９及び広幅溝２０はカッタベース部１１の前後両端面に亘って形成され、狭幅溝１９の対向する両側端面には、レール部１３のガイド溝１７に摺動自在に係合するピン２１（図３）が突設されている。

そして、カッタベース部１１の狭幅溝１９及び広幅溝２０をレール部１３の起立部１５及びガイドフランジ部１６に沿って摺動させると、オーバーカッタ１０が回転体３に対して、回転体３の回転中心軸と平行な前後方向に移動する。これに伴って、カッタベース部１１のピン２１はレール部１３のガイド溝１７に沿って前後方向に移動する。

カッタベース部１１は、断面において、ケーシング４の内周よりも径小な円弧状の外周を有し、カッタベース部１１の後端部外側面には、その前部よりも低くなるよう低段部２２が形成される（図６及び図７）。
また、カッタベース部１１の後端部内側面は、その前部よりも薄くなるよう切りかかれて逃げ部２３が形成される（図６及び図７）。

図３に示すように、カッタベース部１１の後部には、レール部１３の凹部１８に係合可能なボールプランジャ２４が設けられる。
このボールプランジャ２４は、内側へ突出するよう付勢されており、オーバーカッタ１０が後退している時は突出してレール部１３の凹部１８に係合している。ところが、オーバーカッタ１０が前方へ押されると、ボールプランジャ２４はカッタベース部１１内に没入して凹部１８から脱出する。
このため、掘削機１を運搬する際等に、オーバーカッタ１０を後退させてボールプランジャ２４を凹部１８に係合させておけば、オーバーカッタ１０が掘削機１から外れて落下するのを防止できる。

掘削機１により掘削を行うには、図１、図６及び図７に示すように、オーバーカッタ１０を後退させた状態でケーシング４の先端部に掘削機１を設置し、ケーシング４内に収納された本体部２の支持ジャッキを伸ばして掘削機１をケーシング４に固定する。
この時、オーバーカッタ１０の前部はケーシング４の先端面から前方へ露出して径方向外側へ広がり、ローラーカッタ１２及びカッタベース部１１の前部外面はケーシング４の内径より外側へ達している。

オーバーカッタ１０の先端面は、内周カッタ９の先端面と前後方向においてほぼ一致した位置にある。また、カッタベース部１１のピン２１は、レール部１３のガイド溝１７の後端部に係合している。
そして、カッタベース部１１の図６で示された部分の前部の内側面は、レール部１３の固定フランジ部１４の外面に全面的に密着して支持されるので、回転体３を回転させてもオーバーカッタ１０ががたつくことがなく、効率よく掘削できる。

掘削を終了したら、本体部２の支持ジャッキを縮めて掘削機１の固定を解除してから、本体部２を後方（発進立坑側）へ引く。すると、本体部２の先端に固定されたカッタ支持部８も後方へ引かれ、図８に示すように、本体部２に対して相対的に前方向へ移動したケーシング４の先端面が、カッタベース部１１の低段部２２を通過して前部後端面を前方へ押圧する。
なお、止水シール６が本体部２の後方への移動に支障になる場合には、止水シール６のケーシング４への押圧力を低下させることができるような止水シール６の構造にしておいても良い。

この結果、ボールプランジャ２４がカッタベース部１１内に没入して凹部１８から脱出し、カッタベース部１１がレール部１３に対して前進し、オーバーカッタ１０の前端部は内周カッタ９の先端より前方に位置し、図９及び図１０に示すように、ピン２１がレール部１３のガイド溝１７の前端部まで移動するとともに、カッタベース部１１の狭幅溝１９及び広幅溝２０が固定フランジ部１４の外面よりも前方へ達する。

すると、カッタベース部１１の後端部内面には逃げ部２３が形成されているので、図１１〜図１３に示すように、オーバーカッタ１０は、さらに前進するケーシング４で外側から押され、ピン２１を中心として内側への揺動が許容される。そして、オーバーカッタ１０は内周カッタ９の前に移動しているので、オーバーカッタ１０と内周カッタ９の隙間にたまった土砂がオーバーカッタ１０の揺動を阻害する心配はない。

そして、カッタベース部１１の内面と固定フランジ部１４の外面先端の角とが当接して回転規制部２５として機能し、オーバーカッタ１０の揺動が停止する。回転規制部２５により、オーバーカッタ１０は内周カッタ９に干渉することを規制し、隙間をあけた状態で停止するので、オーバーカッタ１０及び内周カッタ９は損傷せず、掘削機１を回収して再利用する際にも有利である。

オーバーカッタ１０の揺動が停止すると、オーバーカッタ１０の全体がケーシング４の内径よりも内側に収まることになる。
したがって、ケーシング４の内部を通して掘削機１を後方へ引き抜き、発進立坑側へ回収することができる。

〔変形例〕
本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば以下のようなものも含まれる。

本実施形態では、内周カッタ及びオーバーカッタをそれぞれ一対設けたが、掘削効率を高めるために３個以上設置してもよいし、その形状も図示のものに限定されない。
ケーシングは、上下水道管、通信ケーブル等を配設するための埋設管や、トンネルのケーシングとすることができる。

本実施形態では、オーバーカッタ１０の揺動による内周カッタ９への干渉を防ぐ回転規制部を設けたが、内周カッタ９とオーバーカッタ１０との干渉を避ける必要がない場合には、回転規制部を設けなくても良い。

本実施形態では、レール部１３をカッタ支持部８の外周面に固定して設けたものであったが、これに限られない。カッタ支持部の外周面にレール部を形成してしても良い。

本実施形態では、内周カッタ９及びオーバーカッタ１０はいずれもローラーカッタであったが、これに限られない。内周カッタ９及びオーバーカッタ１０のいずれか又はいずれもがカッタービットであっても良い。

本実施形態では、一対の内周カッタ９の中心を結ぶ線と、一対のオーバーカッタ１０の中心を結ぶ線とが直交するよう配置されていたが、これに限られない。一対の内周カッタ９の中心を結ぶ線と、一対のオーバーカッタ１０の中心を結ぶ線とが重なるように、すなわち一対の内周カッタ及び一対オーバーカッタがすべて一文字となるように配置しても良い。この場合には、チャンバー内の開口部を大きくとることができるなどの利点がある。そして、このような一文字配置では、比較的内周カッタとオーバーカッタとの間隔が狭くなり、土砂の詰まりやオーバーカッタのサイズの制限などの問題が発生しやすくなるが、本発明では、オーバーカッタを前進させてから内側に揺動させるので、特に効果的である。

本実施形態では、オーバーカッタを押圧するケーシングは、掘削機の本体部から移動可能な推進管であったが、これに限られない。掘削機の本体部を覆うスキンプレートであっても良い。この場合には、推進管の先端部がスキンプレートの後端部と連結されており、スキンプレートの内部に掘削機の本体部が支持ジャッキで保持されているようになる。そして、掘削機を回収する際には、支持ジャッキを縮小させてスキンプレートと本体部とを移動可能にして、本体部を後退させることで、スキンプレートの先端部でオーバーカッタを押圧して前に移動させ揺動させることになる。この変形例では、スキンプレートが本願発明のケーシングに相当することになる。

本実施形態では、カッタベース部１１のピン２１がレール部１３のガイド溝１７の前端部まで移動した後にカッタベース部１１が揺動するものだったが、これに限られない。ガイド溝１７を設けず、ガイド溝１７の前端部に相当する位置に凹部を設けるとともに、ピン２１をボールプランジャに代えて、カッタベース部のボールプランジャが凹部にまで移動した時点で、ボールプランジャの先端が凹部内に係合して、そこを中心としてカッタベース部を揺動させるようにしても良い。

本実施形態では、オーバーカッタ１０の内周側に内周カッタ９を備えたものであったが、これに限られない。例えば、一対のオーバーカッタが内周カッタが掘削する箇所をカバーするようなもの、すなわち内周カッタが存在しないようなものでも良い。このようなケースにおいても、一対のオーバーカッタを従来技術のように縮径させようとすると、一対のオーバーカッタ間で土砂が圧密されるようになるが、オーバーカッタの内周側に土砂が存在したとしても、前方への移動により、内周側の土砂がほぐれて圧密されにくくなり、ローラビットのその後に揺動に支障が生じにくくなり、スムーズにオーバーカッタを縮径できる。

１ 掘削機
２ 本体部
３ 回転体
４ ケーシング
５ モータ
６ 止水シール
７ カッタ
８ カッタ支持部
９ 内周カッタ
１０ オーバーカッタ
１１ カッタベース部
１２ ローラーカッタ
１３ レール部
１４ 固定フランジ部
１５ 起立部
１６ ガイドフランジ部
１７ ガイド溝
１８ 凹部
１９ 狭幅溝
２０ 広幅溝
２１ ピン
２２ 低段部
２３ 逃げ部
２４ ボールプランジャ
２５ 回転規制部

Claims (6)

1. ケーシング内に該ケーシングから前後方向に移動可能に設けられる本体部と、前記本体部に前記ケーシングの中心軸を中心として回転可能に設けられ、カッタを有する回転体と、を備えた掘削機であって、
   前記カッタは、前記ケーシングの外径より外側の範囲まで掘削するオーバーカッタを有し、
   前記オーバーカッタは、前記回転体に対して、前後方向に移動可能であって、前方向に移動した後に前記ケーシングの内径より内側に揺動することが可能なように設けられている
   ことを特徴とする掘削機。
2. ケーシング内に該ケーシングから前後方向に移動可能に設けられる本体部と、前記本体部に前記ケーシングの中心軸を中心として回転可能に設けられ、カッタを有する回転体と、を備えた掘削機であって、
   前記カッタは、前記ケーシングの外径より外側の範囲まで掘削するオーバーカッタと、前記ケーシングの内径より内側の範囲を掘削する内周カッタとを有し、
   前記オーバーカッタは、前記回転体に対して、前後方向に移動可能であって、前記内周カッタの前に移動した後に前記ケーシングの内径より内側に揺動することが可能なように設けられている
   ことを特徴とする掘削機。
3. 前記オーバーカッタの前記回転体に対する前方向への移動及び前記ケーシングの内側への移動は、前記本体部に対して相対的に前方向へ移動した前記ケーシングの押圧によって行われることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の掘削機。
4. 前記回転体及びオーバーカッタには、前記オーバーカッタが前記ケーシングの内側へ揺動した際に前記内周カッタに干渉することを規制する回転規制部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の掘削機。
5. 前記オーバーカッタの前記回転体に対する揺動を許容するための逃げ部が、前記オーバーカッタ側に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の掘削機。
6. 請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の掘削機の回収方法であって、
   前記オーバーカッタを、前記回転体に対して前方に移動させ、前記内周カッタの前に移動させた後に前記ケーシングの内径より内側に揺動させる工程と、
   前記ケーシングから前記本体部を前記回転体とともに後方に移動させる工程と、
   を備えた掘削機の回収方法。