JP2023134277A - Cutter board of shield tunneling machine, and shield tunneling machine including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シールド掘進機およびそれを備えるシールド掘進機に関する技術である。 The present invention relates to a shield tunneling machine and a shield tunneling machine including the shield tunneling machine.
シールド掘進機は、機器本体の前面に設けられたカッタ盤を地山の切羽に押し当て回転させながら前進することで地山に掘削坑を形成する機器である。 A shield tunneling machine is a device that forms an excavation hole in a rock by pushing a cutter board provided on the front of the device body against a face of a rock and moving forward while rotating it.
シールド掘進機には、泥土圧シールド掘進機と泥水式シールド掘進機とがある。前者のシールド掘進機は、添加材をチャンバ内に注入して掘削土を泥土化(流動化)して所定の圧力を与えることにより切羽を安定させる構造となっており、より詳しくは、掘削土砂を切羽と隔壁間に充満させ、これに添加材を注入・混練することにより、土砂を流動性と止水性の高い泥土(礫と添加材の混合物)とし、その土圧により切羽の安定を図りながら掘進するシールド機である。なお、チャンバ内で添加材と混合された土砂は、スクリュコンベアに取り込まれて機器本体の後方から排出される。また、後者のシールド掘進機は、チャンバ内の泥水に所定の圧力を加えることにより切羽を安定させ、泥水を循環させることで掘削土を流体輸送する構造となっている。 Shield tunneling machines include mud pressure shield tunneling machines and mud water type shield tunneling machines. The former type of shield excavator has a structure that stabilizes the face by injecting additives into the chamber and turning the excavated soil into mud (fluidization) and applying a predetermined pressure. By filling the space between the face and the bulkhead, and injecting and kneading additives into this, the soil becomes mud (a mixture of gravel and additives) with high fluidity and water-stopping properties, and the earth pressure stabilizes the face. It is a shield machine that digs while digging. Note that the earth and sand mixed with the additive in the chamber is taken into a screw conveyor and discharged from the rear of the device body. The latter shield excavator has a structure in which the face is stabilized by applying a predetermined pressure to the muddy water in the chamber, and the excavated soil is fluidly transported by circulating the muddy water.
ここで、泥土圧シールド掘進機のカッタ盤は、回転中心に位置するハブ部と、そのハブ部から放射状に延在する複数のスポーク部と、複数のスポーク部の延在方向の外周端部を連結する外周リング部とを備えている。また、カッタ盤で掘削された土砂等をカッタ盤の背後に形成されたチャンバに取り込むための貫通孔がスポーク部の間に形成されている。 Here, the cutter board of the mud pressure shield excavator has a hub part located at the center of rotation, a plurality of spoke parts extending radially from the hub part, and an outer peripheral end in the extending direction of the plurality of spoke parts. and a connecting outer peripheral ring portion. Further, a through hole is formed between the spoke parts for taking in earth and sand excavated by the cutter board into a chamber formed behind the cutter board.
各スポーク部には、ローラカッタ、先行ビットおよびスクレーパツース等のような各種の掘削手段が配置されている。ローラカッタは、各スポーク部の前面に配置されており、主に玉石や巨礫等(以下、単に「玉石」ということもある。)を破砕する。先行ビットは、各スポーク部の前面に複数配置されており、先行掘削を行うとともにスクレーパツースを保護する。さらに、スクレーパツースは、各スポーク部の幅方向の両外縁部、すなわち、掘削土砂の取り込み口の外周角部において各スポーク部の延在方向に沿って複数配置されており、地山を掘削するとともに掘削した土砂をチャンバ内に取り込む(例えば特許文献1~5参照)。
Each spoke section is equipped with various excavating means such as roller cutters, leading bits, scraper teeth, etc. The roller cutter is arranged at the front of each spoke part, and mainly crushes cobblestones, boulders, etc. (hereinafter sometimes simply referred to as "cobblestones"). A plurality of leading bits are arranged on the front surface of each spoke portion, and perform leading excavation and protect the scraper teeth. Furthermore, a plurality of scraper teeth are arranged along the extending direction of each spoke part at both outer edges in the width direction of each spoke part, that is, at the outer peripheral corner of the excavated earth and sand intake port, and scraper teeth are used to excavate the ground. At the same time, excavated earth and sand are taken into the chamber (see, for example,
ところで、泥土圧シールド掘進機においては、カッタ盤に形成された貫通孔から取り込むことのできる最大径以上の玉石が存在した場合には、ビットにより玉石を破砕してから取り込むようにしている。これは、スクリュコンベアで搬送できない玉石が取り込まれてしまった場合には、チャンバ内では破砕することはできないので、チャンバ内で撹拌されながらスクリュコンベアで搬送できる径まで摩耗されるまで残ることとなるために、撹拌棒やトルクアームなどの損傷につながるからである。よって、カッタ盤から取り込む玉石の最大径は、スクリュコンベアで搬送できる径以下にしておく必要がある。 By the way, in the mud pressure shield excavator, if there is a boulder larger than the maximum diameter that can be taken in through the through hole formed in the cutter board, the boulder is crushed with a bit and then taken in. This is because if a cobblestone that cannot be transported by the screw conveyor is taken in, it cannot be crushed in the chamber, so it remains while being agitated in the chamber until it is worn down to a diameter that can be transported by the screw conveyor. This is because this may lead to damage to the stirring rod, torque arm, etc. Therefore, the maximum diameter of the boulders taken in from the cutter board needs to be smaller than the diameter that can be transported by the screw conveyor.
泥土圧シールド掘進機では、礫率が非常に高く且つ巨礫を含む礫層を掘進する際において大径の玉石がカッタ盤の内周側(スポーク部の延在方向の中央部から内側)の地盤にあった場合、その玉石は切羽地盤から外れた後に、玉石が取り込める大きさの貫通孔があるスポーク部の外周側(スポーク部の延在方向の中央部から外側)に向けて、転がるように移動する。そして、玉石が外周側の貫通孔から取り込まれるまでに何度もスポーク部やスポーク部に取り付けられたビットに衝突し、ビットやスポーク部の摩耗、破損を促進してしまう原因となる。 When using a mud pressure shield excavator, when excavating a gravel layer with a very high gravel ratio and containing boulders, large-diameter boulders are buried in the ground on the inner circumferential side of the cutter plate (inward from the center in the extending direction of the spoke part). If the boulder is removed from the face ground, it will roll toward the outer periphery of the spoke part (from the center in the extending direction of the spoke part) where there is a through hole large enough to take the boulder in. Moving. Then, the boulders collide with the spokes and the bits attached to the spokes many times before they are taken in through the through-holes on the outer circumferential side, leading to accelerated wear and damage of the bits and spokes.
そして、このような傾向は、シールド径が6000mm以上の比較的大径のシールド掘進機よりも、シールド径が2000mm~4500mm程度の比較的小径のシールド掘進機において特に大きくなる。 This tendency is particularly greater in relatively small-diameter shield tunneling machines with a shield diameter of about 2000 mm to 4500 mm than in relatively large-diameter shield tunneling machines with a shield diameter of 6000 mm or more.
ここで、スポーク部の側面から突出したスクレーパツースをスポーク部の外周側の幅方向の両外縁部のみに配置し、内周側には配置しないようにすれば、内周側に形成された貫通孔における取込可能な玉石の最大径が拡大するので、上述したビットやスポーク部の摩耗、破損は抑制される。 Here, if the scraper teeth protruding from the side surface of the spoke part are arranged only on both outer edges in the width direction on the outer circumference side of the spoke part, and not on the inner circumference side, the penetration formed on the inner circumference side can be removed. Since the maximum diameter of the boulder that can be taken into the hole is increased, the above-mentioned wear and damage of the bit and spoke parts is suppressed.
しかしながら、スクレーパツースが配置されていないスポーク部の内周側では、地山の掘削能力が低下してしまうおそれがある。 However, on the inner peripheral side of the spoke portion where the scraper teeth are not arranged, there is a possibility that the ability to excavate the ground may be reduced.
本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、シールド掘進機のカッタ盤において、スクレーパツースが配置されていないスポーク部の内周側における地山の掘削能力が損なわれることのない技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made from the above-mentioned technical background, and is a cutter board of a shield excavator, in which the ability to excavate the ground on the inner circumferential side of the spoke portion where the scraper teeth are not disposed is not impaired. The purpose is to provide technology.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、回転中心に位置するハブ部と、前記ハブ部から放射状に延在する複数のスポーク部と、複数の前記スポーク部の間に形成され、掘削土砂を取り込むための貫通孔と、複数の前記スポーク部の延在方向の外周端部を連結する外周リング部と、複数の前記スポーク部の前面に設けられた複数の先行ビットと、複数の前記スポーク部の延在方向の中央部から内側のみに形成され、前記スポーク部の前方から後方に向けて相互に接近する方向に傾斜した前記スポーク部の幅方向の両側面である傾斜面と、複数の前記スポーク部の延在方向の中央部から外側のみの幅方向の両外縁部に設けられた第1のスクレーパツースと、複数の前記スポーク部の延在方向の外周端部における幅方向の両外縁部に設けられた第2のスクレーパツースと、を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a cutter board for a shield excavator according to the present invention as set forth in
請求項2に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、上記請求項1記載の発明において、前記傾斜面には、耐摩耗鋼板が取り付けられている、ことを特徴とする。 A cutter board for a shield tunneling machine according to a second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect of the invention, a wear-resistant steel plate is attached to the inclined surface.
請求項3に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、上記請求項2記載の発明において、前記耐摩耗鋼板には、掘削土砂の付着を防止するコーティング処理が施されている、ことを特徴とする。
The cutter board for a shield excavator according to the present invention according to
請求項4に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、上記請求項1記載の発明において、前記傾斜面には、掘削土砂の付着を防止する付着防止板が取り付けられている、ことを特徴とする。
A cutter board for a shield excavator according to the present invention according to claim 4 is characterized in that, in the invention according to
請求項5に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、上記請求項1記載の発明において、前記傾斜面には、掘削土砂の付着を防止するコーティング処理が施されている、ことを特徴とする。
A cutter board for a shield excavator according to the present invention according to claim 5 is characterized in that, in the invention according to
請求項6に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、上記請求項1~5の何れか一項に記載の発明において、複数の前記スポーク部の延在方向の中央部から内側のみに設けられ、前記スポーク部の延在方向の中央部から内側を保護する保護部材をさらに有する、ことを特徴とする。
A cutter board for a shield excavator according to the present invention according to
請求項7に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、上記請求項6記載の発明において、前記保護部材は、前記スポーク部の幅方向の両外縁部に設置された耐摩耗鋼板、および前記スポーク部の前面に設置された耐摩耗鋼板の少なくとも何れかである、ことを特徴とする。
In the cutter board for a shield excavator according to the present invention according to
請求項8に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、上記請求項6または7記載の発明において、前記保護部材は、前記スポーク部の延在方向の中央部から内側における当該スポーク部の前面板の幅方向の側面全域に形成された肉盛り溶接部である、ことを特徴とする。
In the cutter board for a shield excavator according to the present invention according to
請求項9に記載の本発明のシールド掘進機は、請求項1~8の何れか一項に記載のカッタ盤を機器本体の前面に回転自在の状態で備える、ことを特徴とする。
A shield tunneling machine according to the present invention according to claim 9 is characterized in that the cutter board according to any one of
本発明によれば、各スポーク部の内周側のみにおける幅方向の両側面は、当該スポーク部の前方から後方に向けて相互に接近する方向に傾斜した傾斜面となっている。これにより、内周側の先行ビットで溝状に砕かれた切羽面の地盤が内周側のスポーク部によってすくい取られるように掘削されて機内に取り込まれる。 According to the present invention, both side surfaces in the width direction only on the inner circumferential side of each spoke portion are sloped surfaces that are inclined in a direction that approaches each other from the front to the rear of the spoke portion. As a result, the ground on the face surface, which has been broken into grooves by the leading bit on the inner circumferential side, is scooped out by the spokes on the inner circumferential side and taken into the machine.
したがって、スクレーパツースが配置されていないスポーク部の内周側であっても、地山の掘削能力が損なわれることがなくなる。 Therefore, even on the inner peripheral side of the spoke portion where the scraper teeth are not arranged, the ability to excavate the earth is not impaired.
以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment as an example of this invention will be described in detail based on drawing. In addition, in the drawings for explaining the embodiments, the same components are designated by the same reference numerals in principle, and repeated explanation thereof will be omitted.
図1は本実施の形態の泥土圧シールド掘進機の内部を側面から透かして見せた構成図、図2は図1の泥土圧シールド掘進機のカッタヘッドの正面図、図3は図2のカッタヘッドを矢印A1の方向から見た側面図、図4は図2の矢印Xから見た断面図、図5は図4のZ部を拡大して示す断面図、図6は図2の矢印Yから見た断面図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing the inside of the mud pressure shield excavator of this embodiment from the side, FIG. 2 is a front view of the cutter head of the mud pressure shield excavator of FIG. 1, and FIG. 3 is a cutter of the cutter head of the mud pressure shield excavator of FIG. 4 is a sectional view of the head seen from arrow A1 in FIG. 2, FIG. 5 is an enlarged sectional view of section Z in FIG. FIG.
本実施の形態の泥土圧シールド掘進機(シールド掘進機)1は、カッタヘッド(カッタ盤)2により掘削された土砂に添加材を注入して練り混ぜることで生成された不透水性と塑性流動性(自由に変形および移動できる性質)とを持つ泥土をカッタヘッド2と機器本体3との間の室内に充満した状態で掘進することで泥土圧を発生させ、その泥土圧を切羽の土圧に対抗させた状態で掘削坑を構築する機器である。
The mud pressure shield excavation machine (shield excavation machine) 1 of the present embodiment has imperviousness and plastic flow generated by injecting and mixing additives into earth and sand excavated by a cutter head (cutter board) 2. The chamber between the cutter head 2 and the
この泥土圧シールド掘進機1は、特に、巨礫が混在する玉石混じり砂礫層や玉石層を含む地山を掘削する場合に好適であるが、巨礫が混在しない玉石混じり砂礫層や玉石層あるいは通常の砂礫層に適用してもよい。
This mud-earth
なお、泥土圧シールド掘進機1の掘削外径は、例えば4500mm程度である。また、泥土圧シールド掘進機1の機長は、例えば6400mm程度である。また、泥土圧シールド掘進機1の運転は、その後方に配置された後続台車(図示せず)内の運転室内でオペレータにより制御される。
Note that the outer diameter of the excavation of the mud
カッタヘッド2は、地山の切羽を掘削する部材であり、機器本体3の前面に機器本体3の周方向に沿って回転自在の状態で設置されている。このカッタヘッド2には、例えば、円盤状のスポークタイプが採用されている。すなわち、図2に示すように、カッタヘッド2は、回転中心に位置するハブ部2aと、ハブ部2aから外周に向かって放射状に延びる6本のスポーク部2bと、各スポーク部2bの延在方向の中途部同士を結ぶ中間リング部2cと、各スポーク部2bの先端部同士を結ぶ外周リング部2dと、各スポーク部2bの間に形成されて掘削土砂をチャンバ6内に取り込むための貫通孔2eとを備えている。
The cutter head 2 is a member for excavating a face of the earth, and is installed on the front surface of the device
カッタヘッド2のハブ部2aには、センタービット(ビット)4aが装着されている。なお、ハブ部2aには、コーンヘッド型のローラビット等のような他の掘削部材が装着される場合もある。
A
図示するように、各スポーク部2bは、その幅方向(カッタヘッド2の回転方向)の寸法が、スポーク部2bの延在方向の中央部(ここでは、中間リング部2cの取付位置よりもややハブ部2a寄り)から内側(以下、「内周側」という。)ではハブ部2aに近づくにつれて細くなるように形成され、スポーク部2bの延在方向の中央部から外側(以下、「外周側」という。)では幅方向の寸法が同一になるように形成されている。
As shown in the figure, each spoke
これは、スポーク部2bの内周側では、スポーク部2bがハブ部2aから徐々に広くなるように形成することで、貫通孔2eの開口面積をできるだけ確保しつつスポーク部2bの強度的安定性を図ることができるからである。つまり、スポーク部2bの内周側の幅方向の寸法を細くすると、貫通孔2eの開口面積を広くとることはできるが強度が低下するためであり、逆に広くすると、強度は向上するが貫通孔2eの開口面積が減少してしまうからである。
This is achieved by forming the
また、スポーク部2bの外周側では、幅方向の寸法が同一になるように形成することで、貫通孔2eの開口面積、換言すれば開口率を大きくすることができるからである。
Further, by forming the
なお、本実施の形態では、スポーク部2bの延在方向の中央部は、中間リング部2cの取付位置よりもややハブ部2a寄りとなっているが、中間リング部2cの取付位置と同じ位置、あるいは中間リング部2cの取付位置よりも外周リング部2d寄りであってもよい。さらに、スポーク部2bの延在方向の中央部とは、スポーク部2bの全長の丁度半分の位置である必要はなく、おおよそ半分の位置で足りる。
In addition, in this embodiment, the central part of the
また、本実施の形態では、スポーク部2bの内周側では幅方向の寸法がハブ部2aに近づくにつれて細くなるように形成され、中央部から外側では幅方向の寸法が同一になるように形成されているが、スポーク部2bの全長に亘って同一幅で形成したり、スポーク部2bの全長に亘ってハブ部2aに近づくにつれて細くなるように形成されていてもよい。
Furthermore, in this embodiment, the
各スポーク部2bには、先行ビット(ビット)4b、スクレーパツース4sおよび耐摩耗鋼板(保護部材)4tが装着されている。本実施の形態において、先行ビット4bの高さ(スポーク部2bの表面からの高さ)は150mm、スクレーパツース4sの高さは100mmで突出量(スポーク部2bの側面からの突出量)は100mmとなっている。なお、スポーク部2bの前面には、先行ビット4bの他に、ローラビット等のような他の掘削部材が装着される場合もある。
Each spoke
先行ビット4bは、玉石等の破砕や地山の掘削を先行して行う他、スクレーパツース4sを保護する役割を有しており、図2に示すように、各スポーク部2bの前面(切羽に対向する面)に複数規則的に並んで設置されている。各先行ビット4bは、その平面形状が、例えば略長方形状に形成されており、その長辺をスポーク部2bの幅方向に沿わせた状態で配置されている。
The leading
なお、本実施の形態では、カッタヘッド2の回転方向に隣接する先行ビット4bの位置が異なる回転軌跡上に配置されているが、これに限定されるものではなく、同一の回転軌跡上に配置してもよい。
Note that in this embodiment, the leading
スクレーパツース4sは、地山を掘削するとともに掘削した土砂をチャンバ6(図1)内に取り込む役割を有しており、各スポーク部2bの外周側のみの幅方向の両外縁部に設けられた第1のスクレーパツース4saと、各スポーク部2bの延在方向の外周端部における幅方向の両外縁部に設けられた第2のスクレーパツース4sbとからなる。なお、後述するように、第1のスクレーパツース4saの取付位置はスポーク部2bによって異なっているが、最もハブ部2a寄りに取り付けられた第1のスクレーパツース4sa(図2において、時計の盤面で12時と6時に相当する位置のスポーク部2bに取り付けられた第1のスクレーパツース4sa)から径方向外側が、スポーク部2bの外周側となる。
The
本実施の形態においては、隣り合うスポーク部2bの第1のスクレーパツース4saの取付位置がカッタヘッド2の径方向に対して互いにずれている。具体的には、カッタヘッド2が回転した際の第1のスクレーパツース4saの軌跡が相互に異なって全体として地山の掘削残し領域が発生しないように、図2において、時計の盤面で12時と6時に相当する位置に設置された第1のスクレーパツース4saと、2時と8時に相当する位置に設置された第1のスクレーパツース4saと、4時と10時に相当する位置に設置された第1のスクレーパツース4saとが互い違いに配置されている。
In this embodiment, the attachment positions of the first scraper teeth 4sa of
また、本実施の形態においては、長さの異なる2種類の第2のスクレーパツース4sbが設けられており、図2において、時計の盤面で2時と8時に相当する位置に設置された第2のスクレーパツース4sbは、それ以外の位置に設置された第2のスクレーパツース4sbよりも長くなって、カッタヘッド2が回転した際の軌跡が時計の盤面で4時と10時に相当する位置に設置された外周側の第1のスクレーパツース4saの軌跡と僅かにオーバーラップしている。 In addition, in this embodiment, two types of second scraper teeth 4sb with different lengths are provided, and in FIG. The second scraper tooth 4sb is longer than the second scraper tooth 4sb installed at other positions, so that the trajectory when the cutter head 2 rotates corresponds to 4 o'clock and 10 o'clock on the clock face. The trajectory slightly overlaps with the trajectory of the first scraper tooth 4sa on the outer peripheral side.
このような第1のスクレーパツース4saと第2のスクレーパツース4sbとの配置により、カッタヘッド2の外周側に位置する地山が満遍なく掘削されるようになっている。 By arranging the first scraper teeth 4sa and the second scraper teeth 4sb in this way, the ground located on the outer peripheral side of the cutter head 2 is evenly excavated.
図4および図6に示すように、各スポーク部2bの内周側のみにおける幅方向の両側面は、当該スポーク部2bの前方から後方に向けて相互に接近する方向に傾斜した傾斜面TSとなっている。図示するように、本実施の形態において、傾斜面TSの傾斜角(スポーク部2bの前面板2baと垂直をなす線と傾斜面TSとで形成される角)は5°となっている。このような傾斜面TSは前述した外周側のスクレーパツース4sと同様の機能を持つことになり、先行ビット4bで溝状に砕かれた切羽面の地盤がすくい取られるように掘削されてチャンバ6内に取り込まれる。なお、傾斜面TSの傾斜角は5°である必要はなく、自由に設定することができる。
As shown in FIGS. 4 and 6, both side surfaces in the width direction only on the inner peripheral side of each spoke
ここで、図4および図6に示すように、傾斜面TSには、当該傾斜面TSを保護するための耐摩耗鋼板4tが取り付けられており、地盤掘削によるスポーク部2bの摩耗や破損を防止している。なお、傾斜面TSに取り付けられた耐摩耗鋼板4tには、粉末や液体の土砂付着防止剤によるコーティング処理を施してもよい。このような掘削土砂の付着を防止するコーティング処理をすれば、傾斜面TSに付着した土砂のために切羽面の土砂の掘削量が減少して掘削効率が悪化することがなくなる。
Here, as shown in FIGS. 4 and 6, a wear-
また、傾斜面TSには、耐摩耗鋼板4tに代えて、掘削土砂の付着を防止する付着防止板を取り付けるようにしてもよい。あるいは、傾斜面TSには、耐摩耗鋼板4tや付着防止板を取り付けるのではなく、掘削土砂の付着を防止するコーティング処理を直接施すようにしてもよい。なお、傾斜面TSに付着防止板を取り付けたり付着防止のコーティング処理を施すことによっても、前述したように、傾斜面TSに付着した土砂のために切羽面の土砂の掘削量が減少して掘削効率が悪化することがなくなる。
Further, instead of the wear-
さらに、本実施の形態では、図2、図4および図5に示すように、各スポーク部2bの内周側における幅方向の両外縁部、および各スポーク部2bの内周側の前面(詳しくは、スポーク部2bの前面板2baの表面)には、取付板4vを介して耐摩耗鋼板4tが装着されている。このような耐摩耗鋼板4tを設けたことにより、各スポーク部2bの内周側の幅方向の両外縁部および表面が保護されて、地盤掘削によるスポーク部2bの摩耗や破損が防止される。
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIGS. 2, 4, and 5, both outer edges in the width direction on the inner circumferential side of each spoke
なお、本実施の形態では、各スポーク部2bの内周側における幅方向の両外縁部および前面に耐摩耗鋼板4tが装着されているが、幅方向の両外縁部または前面の何れかに装着されていてもよい。また、耐摩耗鋼板4tは、取付板4vを介することなく、直接スポーク部2bに装着してもよい。
In the present embodiment, the wear-
さらに、図4~図6に示すように、各スポーク部2bの内周側には、当該スポーク部2bの前面板2baの幅方向の側面全域に肉盛り溶接部(保護部材)4wが形成されている。これにより、地盤掘削時におけるスポーク部2bの内周側の耐摩耗性が向上する。
Furthermore, as shown in FIGS. 4 to 6, a built-up welded portion (protective member) 4w is formed on the inner peripheral side of each spoke
ここで、貫通孔2eにおける玉石取り込みの最大径は、スクリュコンベア10の大きさ(径)で決まるが、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機1では、径が700mm×600mm程度の径の玉石を搬送できるスクリュコンベア10となっており、カッタヘッド2に形成された貫通孔2eでは、それに合わせて最大径700mmの玉石が取り込める大きさになっている。
Here, the maximum diameter for taking in boulders in the through
これは、スクリュコンベア10で搬送できない大きさの玉石が貫通孔2eから取り込まれてしまった場合には、チャンバ6内では破砕することはできないので、チャンバ6内で撹拌されながらスクリュコンベア10で搬送できる径まで摩耗されるまで残ることとなる。その場合、練混ぜ翼15,16(後述する)などの損傷につながるため、チャンバ6内に取り込まれる玉石の最大径は、スクリュコンベア10で搬送できる径以下にしておく必要があるからである。
This is because if a cobblestone of a size that cannot be transported by the
ハブ部2aおよびスポーク部2bには、添加材注入口5aが設けられている。この添加材注入口5aは、例えばベントナイト系の添加材のような作泥土材をカッタヘッド2の前面の切羽に向けて注入する構成部である。なお、添加材注入口5aの各々から注入される添加材には、ベントナイト系の添加材に代えて気泡材を用いてもよいし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いてもよい。
Additive
カッタヘッド2で掘削された土砂は貫通孔2eを通じて後述するチャンバ6(図1参照)内に取り込まれるが、各スポーク部2bの延在方向の中途部同士を結ぶ中間リング部2cで貫通孔2eの開口面積を規制することで、貫通孔2eから取り込まれる玉石の大きさが規制される。なお、泥土圧シールド掘進機1の掘削外径が小さい(例えば2000mm)場合には、中間リング部2cは設置を省略することができる。
The earth and sand excavated by the cutter head 2 is taken into a chamber 6 (see FIG. 1), which will be described later, through the through
外周リング部2dにおいて切羽側の前面には、複数の外周ビット(ビット)4cが並んで装着されている。この外周ビット4cについても、高さが150mmになっている。なお、カッタヘッド2の回転方向に隣接する外周ビット4cの高さが、カッタヘッド2の回転方向に沿って高低を繰り返すように異なるようにすることができる。このようにすれば、外周ビット4cにかかる衝撃や負荷を分散することができて外周ビット4cの耐久性を向上し、カッタヘッド2の外周ビット4cの交換時期を延長させることができる。また、同一回転軌跡上の外周ビット4cの高さを変えることで、切羽の玉石等を良好に切り崩すことができる。
A plurality of outer circumferential bits (bits) 4c are installed in line on the front surface of the outer
また、外周リング部2dの外周面には、例えば2個のコピービット4dが対極する位置に設けられている。このコピービット4dは、急曲線施工時の余掘りや泥土圧シールド掘進機1の姿勢制御等を行う役割を備えている。
Further, on the outer peripheral surface of the outer
さて、図1に示すように、機器本体3は、ガーダ部の前胴プレート3aと、その後方のテール部の後胴プレート3bとを備えている。前胴プレート3aおよび後胴プレート3bは、例えば円筒状の鋼製板により形成されており、機器本体3の外形を形成するとともに、機器本体3の内部に中空空間を形成する部材である。前胴プレート3aと後胴プレート3bとは、前胴プレート3aの後端側において後胴プレート3bの先端の球面軸受部が前胴プレート3aの内周面に接した状態で入り込むことで係合されている。
As shown in FIG. 1, the
前胴プレート3aの前面側において、その前面から機器本体3の内方に後退した位置には、機器本体3内の中空空間を切羽側と機内側とに分ける隔壁7が設けられている。この隔壁7の切羽側(すなわちカッタヘッド2と隔壁7との間)にはチャンバ6が設けられ、隔壁7の機内側には、添加材注入部5bと、カッタ駆動体8と、中折れジャッキ9aと、シールドジャッキ9bと、スクリュコンベア10と、土圧検出部(図示せず)とが設けられている。
On the front side of the
添加材注入部5bは、機器本体3の外回りやチャンバ6内に向けて添加材を注入する機器であり、添加材注入部5bの注入口を機器本体3の外部に表出させた状態で隔壁7の外周近傍に設けられている。添加材注入部5bから注入される添加材には、例えばベントナイト系の添加材のような作泥土材が使用される。なお、添加材注入部5bから注入される添加材には、ベントナイト系の添加材に代えて気泡材を用いてもよいし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いてもよい。
The
チャンバ6は、カッタヘッド2により掘削された土砂等が取り込まれる空間である。このチャンバ6内において、隔壁7の前面にはチャンバ6内に突出する円柱状等の練混ぜ翼15が設けられている一方、カッタヘッド2の背面にはチャンバ6内に突出する円柱状等の練混ぜ翼16が設けられている。これらの練混ぜ翼15,16は、カッタヘッド2の径方向の位置が互いにずれており、カッタヘッド2が回転するとチャンバ6内に入り込んだ土砂とチャンバ6内に注入された添加材とを撹拌混合する役割を備えている。
The
カッタ駆動体8は、カッタヘッド2を回転させる駆動源である。ここでは、カッタ駆動方式として中間支持駆動方式が例示されており、カッタ駆動体8は、図1に示すように、カッタヘッド2の正面内の中央と外周とのほぼ中央の位置に、カッタヘッド2の周方向に沿って複数個並んで配置されている。
The
中折れジャッキ9aは、前胴プレート3aと後胴プレート3bとを連結するとともに、泥土圧シールド掘進機1の推進方向を修正する機器であり、図1に示すように、機器本体3内において前胴プレート3aと後胴プレート3bとの境界を跨ぐ位置に、泥土圧シールド掘進機1の周方向に沿って複数個並んで配置されている。この中折れジャッキ9aに圧油を供給し前胴プレート3aと後胴プレート3bとを予め決められた方向および角度に屈折させた状態で泥土圧シールド掘進機1を推進することにより、泥土圧シールド掘進機1の推進方向を制御することが可能になっている。
The bending
シールドジャッキ9bは、機器本体3の後方に設置されたセグメントSGに反力をとって泥土圧シールド掘進機1を前進させるための推進力を発生させる機器であり、図1に示すように、機器本体3内において前胴プレート3aと後胴プレート3bとの境界を跨ぐ位置に、図3に示すように、泥土圧シールド掘進機1の周方向に沿って複数個並んで配置されている。
The
スクリュコンベア10は、チャンバ6内に取り込まれた土砂を機外に排出するための機器であり、図1に示すように、機器本体3の底部において隔壁7を貫通しチャンバ6内に配置された土砂取込端部10aから機器本体3の後方において機器本体3の高さ方向中央より若干高い位置に配置された排出端部10bに向かって斜め上向きに連続的に延在した状態で設けられている。
The
このスクリュコンベア10には、例えば、回転軸を持たない螺旋状のブレード10cを管内に備えるリボン式のスクリュコンベアが使用されている。回転軸を持つスクリュコンベアの場合は玉石により閉塞し易いのに対して、リボン式のスクリュコンベア10の場合は搬送可能な玉石の最大径を搬送路の半径以上とすることができ、回転軸を持つスクリュコンベアでは搬送し得ないような大きさの玉石をも搬送することができる。これにより、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機1においては、スクリュコンベア10で排出可能な大きさの玉石等を破砕せずにチャンバ6内に取り込むことが可能な構成となっている。
As the
なお、スクリュコンベア10の排出端部10bには排土管(図示せず)が連結されており、スクリュコンベア10の排出端部10bに搬送された土砂は、排土管を通じて台車等に搬送されるようになっている。
An earth discharge pipe (not shown) is connected to the
土圧検出部は、チャンバ6内の泥土による圧力を歪ゲージを介して電気信号に変換するセンサ部分であり、その土圧検出面をチャンバ6内に向けた状態で設けられている。泥土圧シールド掘進機1は、土圧検出部で検出されたチャンバ6内の泥土圧が予め決められた値の範囲になるように管理することで切羽の安定性を維持しながら掘削処理を進めるようになっている。
The earth pressure detection part is a sensor part that converts the pressure caused by the mud in the
次に、図1の泥土圧シールド掘進機1による泥土圧シールド工法について説明する。なお、ここでは、礫率が非常に高く且つ巨礫を含む礫層からなる地山が掘削対象とされている。
Next, a mud pressure shield construction method using the mud
このような地山の掘削に際し、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機1においては、カッタヘッド2を切羽に押し付け回転させながら機器本体3を推し進めることで地中に掘削抗を構築する。
When excavating such a ground, the mud
この掘削作業に際して、カッタヘッド2で掘削した土砂に添加材を添加するとともに、その土砂と添加材とをカッタヘッド2の回転やその回転に追従する練混ぜ翼16等の動作により撹拌混合して掘削土砂を塑性流動性と不透水性を持つ泥土に変換する。そして、その泥土をチャンバ6内およびスクリュコンベア10内に充満させ、その充満した泥土をシールドジャッキ9bの推進力により加圧して泥土圧を発生させ、この泥土圧を切羽の土圧に対抗させることで切羽の安定性を維持する。また、例えば、カッタヘッド2の回転速度を一定にし、シールドジャッキ9bの伸長速度やスクリュコンベア10の回転速度を調整し、チャンバ6内の泥土圧を上記土圧検出部により測定しこれが一定になるようにすることで切羽の安定性を維持する。
During this excavation work, an additive is added to the earth and sand excavated by the cutter head 2, and the earth and sand and the additive are stirred and mixed by the rotation of the cutter head 2 and the operation of the
添加材として加えるベントナイト系の添加材(作泥土材)は、土砂の塑性流動性や不透水性を高める作用を有する上、巨礫を破砕した礫や玉石等の礫分を掘削土砂とともに包み込んで当該礫分が掘削土砂から分離しないように掘削土砂と礫分との一体性を向上させる作用を有している。 Bentonite-based additives (sludge materials) added as additives have the effect of increasing the plastic fluidity and impermeability of the soil, and also envelop gravel such as crushed boulders and cobbles together with the excavated soil. It has the effect of improving the integrity of the excavated soil and gravel so that the gravel does not separate from the excavated soil.
ここで、カッタヘッド2の内周側の貫通孔2eよりも外周側の貫通孔2eの方が取り込み可能な玉石の最大径が大きくい場合には、内周側の貫通孔2eで取り込まれなかった玉石はスポーク部2bの外周側へと移動し、外周側の貫通孔2eから取り込まれる。その間、玉石は何度もスポーク部2bやスポーク部2bに取り付けられた先行ビット4bに衝突して、先行ビット4bやスポーク部2bの摩耗、破損を促進してしまう。
Here, if the maximum diameter of the boulder that can be taken in through the through
これに対して、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機1では、前述のように、各スポーク部2bの内周側には、スポーク部2bの側面から突出したスクレーパツース4sは設けられていないので、貫通孔2eで取り込み可能な玉石の最大径はカッタヘッド2の内周側と外周側とで相違しない。したがって、貫通孔2eから取り込み可能な大径の玉石がカッタヘッド2の内周側の地盤にあった場合、その玉石は切羽地盤から外れた後に、そのまま内周側の貫通孔2eから取り込まれてチャンバ6内に送り込まれる。
On the other hand, in the mud
このとき、各スポーク部2bの内周側のみにおける幅方向の両側面は、当該スポーク部2bの前方から後方に向けて相互に接近する方向に傾斜した傾斜面TSとなっている。これにより、傾斜面TSは外周側のスクレーパツース4sと同様の機能を持つことになるので、内周側の先行ビット4bで溝状に砕かれた切羽面の地盤が内周側のスポーク部2bによってすくい取られるように掘削されてチャンバ6内(つまり、機内)に取り込まれる。
At this time, both side surfaces in the width direction only on the inner peripheral side of each spoke
したがって、スクレーパツース4sが配置されていないスポーク部2bの内周側であっても、地山の掘削能力が損なわれることがなくなる。
Therefore, even on the inner peripheral side of the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。 As above, the invention made by the present inventor has been specifically explained based on the embodiments, but the embodiments disclosed in this specification are illustrative in all respects, and are limited to the disclosed technology. It should be considered that it is not a thing. In other words, the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner based on the description of the embodiments described above, but should be construed solely in accordance with the description of the claims, and the scope of the claims This invention includes techniques equivalent to the techniques described in , and all changes without departing from the gist of the claims.
例えば前記実施の形態においては、リボンスクリュ型のスクリュコンベアを用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばリボン型と軸付き型とを組み合わせたスクリュコンベアを用いてもよい。 For example, in the embodiment described above, a case was explained in which a ribbon screw type screw conveyor was used, but the invention is not limited to this and various modifications are possible. For example, a screw conveyor that combines a ribbon type and a shaft type may also be used.
以上の説明では、本発明を中間支持駆動方式の泥土圧シールド掘進機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばセンターシャフト駆動方式や外周支持駆動方式の泥土圧シールド掘進機等、他のシールド掘進機にも適用される。 In the above explanation, the present invention was applied to a mud pressure shield excavator with an intermediate support drive method, but the present invention is not limited to this. It also applies to other shield tunneling machines such as tunneling machines.
1 泥土圧シールド掘進機(シールド掘進機)
2 カッタヘッド(カッタ盤)
2a ハブ部
2b スポーク部
2c 中間リング部
2d 外周リング部
2e 貫通孔
4a センタービット(ビット)
4b 先行ビット(ビット)
4c 外周ビット(ビット)
4s スクレーパツース
4sa 第1のスクレーパツース
4sb 第2のスクレーパツース
4t 耐摩耗鋼板(保護部材)
4w 肉盛り溶接部(保護部材)
6 チャンバ
7 隔壁
10 スクリュコンベア
TS 傾斜面
1 Mud earth pressure shield excavation machine (shield excavation machine)
2 Cutter head (cutter board)
4b Leading bit (bit)
4c Outer bit (bit)
4s Scraper tooth 4sa First scraper tooth 4sb
4w Overlay welding part (protective member)
上記課題を解決するため、請求項1に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、回転中心に位置するハブ部と、前記ハブ部から放射状に延在する複数のスポーク部と、それぞれの前記スポーク部の間に形成され、掘削土砂を取り込むための貫通孔と、前記複数のスポーク部の延在方向の外周端部を連結する外周リング部と、前記複数のスポーク部の前面に設けられた複数の先行ビットと、前記複数のスポーク部の延在方向におけるカッタ盤の正面視での回転中心から前記スポーク部の外端部までの距離の中央位置から内側のみに形成され、切羽側である前記スポーク部の前方から後方に向けて相互に接近する方向に傾斜した前記スポーク部の幅方向の両側面である傾斜面と、前記複数のスポーク部の延在方向の前記中央位置から外側のみの幅方向の両外縁部に設けられた第1のスクレーパツースと、前記複数のスポーク部の延在方向の外周端部における幅方向の両外縁部に設けられた第2のスクレーパツースと、を有し、前記複数のスポーク部の前記中央位置から内側に配置された前記先行ビットの前記スポーク部の延在方向に対するピッチは、前記中央位置から外側に配置された前記先行ビットの前記スポーク部の延在方向に対するピッチよりも狭くなっており、前記傾斜面には、掘削土砂の付着を防止するコーティング処理が施された耐摩耗鋼板が取り付けられているか、または、掘削土砂の付着を防止するコーティング処理が施されている、ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a cutter board for a shield excavator according to the present invention as set forth in
請求項2に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、上記請求項1記載の発明において、前記スポーク部の前面板と垂直をなす線と前記傾斜面とで形成される角は5°である、ことを特徴とする。
In the cutter board for a shield excavator according to the present invention according to claim 2, in the invention according to
請求項3に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、上記請求項1または2記載の発明において、複数の前記スポーク部の延在方向の中央部から内側のみに設けられ、前記スポーク部の延在方向の中央部から内側を保護する保護部材をさらに有する、ことを特徴とする。
The cutter board of the shield tunneling machine according to the present invention according to
請求項4に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、上記請求項3記載の発明において、前記保護部材は、前記スポーク部の延在方向の前記中央位置から内側におけるカッタ盤の正面視での幅方向の両側の縁部および前記先行ビットの間に設けられた耐摩耗鋼板である、ことを特徴とする。
In the cutter board for a shield excavator according to the present invention according to claim 4 , in the invention set forth in
請求項5に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、上記請求項3記載の発明において、前記保護部材は、前記スポーク部の延在方向の前記中央位置から内側における当該スポーク部の前面板の幅方向の側面全域に形成された肉盛り溶接部である、ことを特徴とする。
In the cutter board for a shield excavator according to the present invention according to claim 5 , in the invention according to
請求項6に記載の本発明のシールド掘進機は、請求項1~5の何れか一項に記載のカッタ盤を機器本体の前面に回転自在の状態で備える、ことを特徴とする。
A shield excavator according to the present invention according to
図示するように、各スポーク部2bは、その幅方向(カッタヘッド2の回転方向)の寸法が、スポーク部2bの延在方向におけるカッタヘッド2の正面視での回転中心からスポーク部2bの外端部までの距離の中央位置(ここでは、中間リング部2cの取付位置よりもややハブ部2a寄り)から内側(以下、「内周側」という。)ではハブ部2aに近づくにつれて細くなるように形成され、スポーク部2bの延在方向の中央位置から外側(以下、「外周側」という。)では幅方向の寸法が同一になるように形成されている。
As shown in the figure, each spoke
なお、本実施の形態では、スポーク部2bの延在方向の中央位置は、中間リング部2cの取付位置よりもややハブ部2a寄りとなっているが、中間リング部2cの取付位置と同じ位置、あるいは中間リング部2cの取付位置よりも外周リング部2d寄りであってもよい。
In this embodiment, the center position of the
また、本実施の形態では、スポーク部2bの内周側では幅方向の寸法がハブ部2aに近づくにつれて細くなるように形成され、中央位置から外側では幅方向の寸法が同一になるように形成されているが、スポーク部2bの全長に亘って同一幅で形成したり、スポーク部2bの全長に亘ってハブ部2aに近づくにつれて細くなるように形成されていてもよい。
Furthermore, in this embodiment, the
シールドジャッキ9bは、機器本体3の後方に設置されたセグメントSGに反力をとって泥土圧シールド掘進機1を前進させるための推進力を発生させる機器であり、図1に示すように、機器本体3内において前胴プレート3aと後胴プレート3bとの境界を跨ぐ位置に、泥土圧シールド掘進機1の周方向に沿って複数個並んで配置されている。
The
Claims (9)
前記ハブ部から放射状に延在する複数のスポーク部と、
複数の前記スポーク部の間に形成され、掘削土砂を取り込むための貫通孔と、
複数の前記スポーク部の延在方向の外周端部を連結する外周リング部と、
複数の前記スポーク部の前面に設けられた複数の先行ビットと、
複数の前記スポーク部の延在方向の中央部から内側のみに形成され、前記スポーク部の前方から後方に向けて相互に接近する方向に傾斜した前記スポーク部の幅方向の両側面である傾斜面と、
複数の前記スポーク部の延在方向の中央部から外側のみの幅方向の両外縁部に設けられた第1のスクレーパツースと、
複数の前記スポーク部の延在方向の外周端部における幅方向の両外縁部に設けられた第2のスクレーパツースと、
を有することを特徴とするシールド掘進機のカッタ盤。 A hub part located at the center of rotation,
a plurality of spoke portions extending radially from the hub portion;
a through hole formed between the plurality of spoke parts and for taking in excavated soil;
an outer circumferential ring portion that connects outer circumferential ends of the plurality of spoke portions in the extending direction;
a plurality of leading bits provided on the front surface of the plurality of spoke parts;
An inclined surface that is formed only on the inner side from the central part in the extending direction of the plurality of spoke parts, and is both side surfaces in the width direction of the spoke part, which slopes in a direction in which the spoke parts approach each other from the front to the rear. and,
first scraper teeth provided at both outer edges in the width direction only outward from the central portion in the extending direction of the plurality of spoke portions;
second scraper teeth provided at both outer edges in the width direction at the outer peripheral ends in the extending direction of the plurality of spoke parts;
A cutter board for a shield excavator, characterized in that it has.
ことを特徴とする請求項1記載のシールド掘進機のカッタ盤。 A wear-resistant steel plate is attached to the inclined surface.
A cutter board for a shield excavator according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項2記載のシールド掘進機のカッタ盤。 The wear-resistant steel plate is coated to prevent excavation soil from adhering to it.
A cutter board for a shield excavator according to claim 2, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1記載のシールド掘進機のカッタ盤。 An adhesion prevention plate is attached to the slope to prevent excavated soil from adhering to the slope.
A cutter board for a shield excavator according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1記載のシールド掘進機のカッタ盤。 The slope surface is coated to prevent excavated soil from adhering to it.
A cutter board for a shield excavator according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1~5の何れか一項に記載のシールド掘進機のカッタ盤。 further comprising a protection member that is provided only on the inner side of the central part in the extending direction of the plurality of spoke parts and protects the inner side from the central part in the extending direction of the plurality of spoke parts;
A cutter board for a shield excavator according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
前記スポーク部の幅方向の両外縁部に設置された耐摩耗鋼板、および前記スポーク部の前面に設置された耐摩耗鋼板の少なくとも何れかである、
ことを特徴とする請求項6記載のシールド掘進機のカッタ盤。 The protection member is
At least one of a wear-resistant steel plate installed on both outer edges in the width direction of the spoke part, and a wear-resistant steel plate installed on the front surface of the spoke part,
A cutter board for a shield excavator according to claim 6.
前記スポーク部の延在方向の中央部から内側における当該スポーク部の前面板の幅方向の側面全域に形成された肉盛り溶接部である、
ことを特徴とする請求項6または7記載のシールド掘進機のカッタ盤。 The protection member is
A built-up welding portion formed on the entire side surface in the width direction of the front plate of the spoke portion inward from the central portion in the extending direction of the spoke portion,
A cutter board for a shield excavator according to claim 6 or 7, characterized in that:
ことを特徴とするシールド掘進機。 The cutter board according to any one of claims 1 to 8 is rotatably provided on the front surface of the device main body.
A shield excavator characterized by:
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