JP3111112B2 - 掘進機及び掘進方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、掘進機及び掘進方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】掘進機としては色々な構造のものが知ら
れている。その中の１つに、管状本体の先に回転可能な
カッターヘッドを首振り自在に付設し、カッターヘッド
の先端を土砂取り込み用のカッタースリットだけが開い
ている円形の面板で塞いだ掘進機が知られている。この
ような円形面板で塞がれたカッターヘッドを一般に面板
付カッターヘッドと呼んでいる。

【０００３】上述のような構造の掘進機では、掘削した
土砂の取り込み量は、面板上に設けたカッタースリット
（以下、これを単にスリットと云う）の全面積に対する
円形面板の全面積の比、すなわち開口比によって定ま
る。だから、一般に崩壊し易い地盤では開口比の小さい
掘進機を用い、自立性の大きい地盤では開口比の大きい
掘進機を用いて来た。開口比を固定したのでは、掘進中
に地盤の性質が変わった場合に掘進することが困難にな
るので、中には開口比を油圧によって調節できるように
したものもあった。しかし、開口比を調節することは構
造を複雑にし、故障を多くすることになるので、有利で
ない。だから、開口比をどのようにすべきかについては
頭を悩まして来た。

【０００４】上述のような従来の掘進機では、カッター
ヘッドの面板上に設けるスリットの形状を普通は面板の
半径方向に長い形状とし、また同じ形状のスリットを中
心対称に必ず複数個設けて来た。その理由は、中心対称
の位置に複数個の同じ形状のスリットを設けないと、カ
ッターヘッドが回転時にバランスを失い、回転が円滑に
行えなくなると考えられたからである。ところが、この
ようにすると、１つのスリット幅を僅かに増しただけで
も、その増加は開口比において数倍となって現れる。そ
の上に、スリット幅が小さいと、細砂の流入を抑える利
点はあるが、反面大きな礫がスリットに挟まって、土砂
の取り込みが円滑に行えなくなる。逆にスリット幅を大
きくすると、上と全く反対の利点と欠点とをもたらすこ
とになる。だから、開口比の設定は、複雑にして困難と
なった。

【０００５】そこで、開口比を適当な値に選定して、あ
とは掘進機の運転中に別の操作により、土砂取り込み量
を調節することが行われた。例えば、面板の後方に位置
するチャンバー内に泥水や空気を圧送し、泥水や空気の
圧力を調節することにより土砂取り込み量を調節するこ
とが行われた。しかし、上述のように、円形面板の半径
方向に長い形状のスリットを中心対称に複数個設けた掘
進機では、泥水や空気の圧力を調節することにより、ス
リットからの土砂の取り込み量を調節することも困難で
あった。その理由は次のとおりである。

【０００６】カッターヘッドでは、スリットが円形面板
上に中心対称に複数個設けられているので、カッターヘ
ッドの回転中は、何れかのスリットが面板の上から下ま
で延びている状態のときが多い。従って、例えばチャン
バー内における泥水又は空気の圧力を増し、この圧力を
前面地盤の水圧よりも高くして、スリットからの土砂の
取り込みを抑制しようとしても、泥水又は空気は面板中
心よりも上方にある地下水圧の低いスリット部分から逃
げてしまい、チャンバー内に泥水や空気圧を維持するこ
とができない。従って、泥水又は空気の圧力の調節によ
って、土砂の取り込み量を調節することが困難であっ
た。

【０００７】その上に、従来のカッターヘッドは円形面
板に中心対称に半径方向に長いスリットを複数個備えて
いたので、掘進機を休止させておくと、スリットは円形
面板の上から下までに延びていることになる。だから、
前面地盤が自然に崩壊したときには、崩壊した土砂が上
方に位置するスリットから流入してチャンバーを埋めて
しまうことになる。このようになると、チャンバー内の
土砂を取り出すことが容易でなくなり、しかもチャンバ
ー内に或る程度空間ができるまで掘進機を作動させるこ
とができなくなる。従来の掘進機には、このような欠点
があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、従来の掘
進機が持っていた上述の欠点を解消することを目的とす
るものである。すなわち、この発明は、カッターヘッド
にある円形面板上に或る程度のスリットを付設するだけ
で足り、しかも泥水又は空気の圧力調節により容易にス
リットからの取り込み土砂量を調節でき、さらに掘進機
の休止時に崩壊した土砂が面板後方のチャンバーに充満
することのないような、掘進機を提供しようとするもの
である。

【０００９】

【課題解決のための手段】この発明者は、これまでカッ
ターヘッドの前面に位置する円形の面板上に、土砂取り
込み用のスリットを中心対称に付設して来たのを改め
て、円形面板上に唯１個だけ土砂取り込み用のスリット
を設けると、上記課題が解決できることを見出した。

【００１０】また，これまでは、円形面板上に唯１個だ
けの土砂取り込み用のスリットを設けたのでは、面板を
回転させるとき面板がバランスを失い、面板が円滑に回
転しないのではないかと懸念された。ところが、実際に
はその懸念が杞憂に過ぎないことが判明した。その理由
は、掘進機が地盤を掘進する時はカッターヘッドはバラ
ンスが問題となるほど早く回転するものでもなく、また
掘進機の周りは地山の地盤で包囲されているので、面板
は非対称であっても差し支えないことが判明したからで
ある。この発明は、このような知見に基づいて完成され
たものである。

【００１１】この発明は、管状本体の先に回転可能なカ
ッターヘッドを首振り自在に付設し、カッターヘッドの
先端を土砂取り込み用のスリットだけが開いている円形
の面板で塞いだ掘進機において、上記スリットを唯１個
として、面板上で中心角が１２０度以下の範囲内だけに
偏在させたことを特徴とする、掘進機に関するものであ
る。

【００１２】

【実施例】この発明に係る掘進機を実施の一例につい
て、図面に基づき説明すると次のとおりである。図１
は、この発明に係る掘進機の側断面図であり、図２は、
図１に示した掘進機のカッターヘッドの正面図である。
図３は、この発明に係る他の掘進機のカッターヘッドの
正面図である。

【００１３】図１及び図２において、１はカッターヘッ
ド、２は円形の面板、３はスリットである。カッターヘ
ッド１は、管状本体２１の先端にタレット７によって回
転可能に支持されている。その回転は、駆動用の減速電
動機１４によって行われる。また、カッターヘッド１
は、方向制御ジャッキ１５によって、タレット７ととも
に首振り自在にされており、これによって地盤の掘進方
向が定められる。タレット７にはバルクヘッド８が設け
られ、これによってチャンバー９と管状本体２１の内部
にある機内１０とが隔離されている。

【００１４】カッターヘッド１の先端は、円形の面板２
が塞ぐ形状となっており、面板２には土砂取り込み用ス
リット３が設けられ、面板２はスリット３だけで開いて
いる。スリット３は、面板２の半径方向に延びて長い形
状にされている。スリット３は、図２では面板２上に唯
１個設けられているだけであり、面板２の中心角で約４
０度の狭い扇形内に偏って存在している。スリット３の
半径方向に延びる両側縁には、スクレーパー４が４個ず
つ列をなして付設されている。スクレーパー４の位置
は、１側に並べられた各スクレーパーが、他側に並べら
れた各スクレーパーの中間に来るように、交互に配列さ
れている。

【００１５】面板２の中心にはセンタービット５が付設
されている。面板２のスリット３を除いたその余の面上
には、ビット６が付設されている。ビット６は、スリッ
ト３の中心軸ｘを軸として対称関係にある半径ＹとＹ′
上に付設されている。云いかえると、面板２の半径方向
に延びるスリット３の中心軸ｘを軸として、対称の面板
半径ＹとＹ′上にビット６が付設されている。ビット６
は、半径Ｙ上に並べられた各ビット６と、半径Ｙ′上に
並べられた各ビット６とが、中心からの距離を異にして
互い違いになっている。このようにして作られたのが、
この発明に係る掘進機である。

【００１６】図２ではスリット３の両側縁にスクレーパ
ー４を設けたが、その代わりに図３に示したように、ス
リット３の中心軸ｘ上にスクレーパービット１９を設け
てもよい。図３では、中心軸ｘの位置にブーム２０を付
設して、ブーム２０にスクレーパービット１９を固定し
ている。従って、スリット１８はもともとは連続した唯
１個のスリットであったが、ブーム２０によって分割さ
れた結果、正面から一見したところでは２個のスリット
が近接して設けられているかように見えるが、実際は唯
１個のスリットである。このスリットも面板２の中心角
で見れば、おおよそ１００度の狭い扇形範囲内に偏在し
ていることになる。この発明に係る掘進機は、このよう
な面板を持つものであってもよい。

【００１７】ここで、スリットとはカッタースリットの
ことであって、カッタースリットは幅が小さくて長さの
長いものに限らない。その形状は、図２及び図３に示し
たような台形であってもよく、しかもその台形は矩形に
近いものであってもよい。そのほか、スリットの形状は
扇形であってもよい。また、上述のように矩形であると
云っても、図３ではその縦と横との比が１．５対１より
も１対１に近い比となっている。スリットはこのような
ものであってもよい。

【００１８】また、スクレーパー４は、土砂を掻き込む
のが主たる役目のものである。これに対し、ビットは土
砂を切削するのが主たる役目となっているものを云う。
また、スクレーパービット１９は、スクレーパーとビッ
トとの両方の役目を持ったものを意味している。

【００１９】この発明は、上述の掘進機を用いて掘進す
る方法をも含んでいる。その方法は、カッターヘッドに
設けられた上記円形面板の後方にあるチャンバー内に、
泥水又は空気を圧入し、泥水圧又は空気圧を調節するこ
とによって、面板上に偏在しているスリットからの土砂
の取り込み量を調節することを特徴としている。

【００２０】上述の方法の一例を図１及び図２について
説明すると、次のとおりである。図１において、カッタ
ーヘッド１は減速電動機１４により駆動され、センター
ビット５が付設された位置を中心として回転する。する
と、面板２上に付設されたセンタービット５が前面地盤
の中心を切削するとともに、ビット６が前面地盤を切削
して行く。こうして切削された土砂は、スクレーパー４
によってスリット３内に誘導され、カッターヘッド１内
に設けられた掻上板２２によって掻き上げられ、クラッ
シャーフィーダー１２に入れられて粉砕されるとともに
後方へ送られる。カッターヘッド１は、タレット７とと
もに方向制御ジャッキ１５により首振り自在とされ、こ
れによって掘進方向を定めることができる。

【００２１】泥水排土方式では、送泥管１１から泥水を
チャンバー９内に圧送し、泥水を土砂１６と混合し、混
合物をクラッシャーフィーダー１２を経て排泥管１３か
ら排出させる。このとき、この発明に係る掘進機では、
スリット３が面板２上で中心角１２０度以下の狭い範囲
に偏在しているために、泥水の圧力調節によりスリット
３からの土砂の取り込み量を容易に調節できる。すなわ
ち、泥水の圧力を上げると、スリット３からの土砂の取
り込み量を抑制して少なくすることができる。また、逆
に泥水の圧力を下げると、スリット３からの土砂の取り
込み量を多くすることができる。

【００２２】上に述べた効果は、面板２上に複数個のス
リットを中心対称に設けた従来の掘進機と比較すると、
容易に納得される。従来の掘進機では前述のように、円
形面板の半径方向に長い形状のスリットが、中心対称に
複数個設けられていたために、カッターヘッドの回転中
は、スリットが面板の上から下まで延びている機会が多
い。従って、泥水圧を増加しても、泥水は面板上部の水
圧の低いスリットから逃げてしまい、下部のスリットに
は泥水圧が加わらないので、土砂の流入が抑制できなく
なる。ところが、この発明に係る掘進機では、スリット
が面板２上に唯１個設けられているに過ぎないので、チ
ャンバー内の泥水の逃げ場がなく、従って泥水の圧力が
そのままスリットに加えられることになって、土砂の流
入を有効に制御することができる。

【００２３】以上は、泥水排土方式について説明した
が、圧気方式についても同様の効果がある。すなわち、
チャンバー９内に圧気圧力を加えると、圧力が低いとき
には、土砂の取り込み量が増加し、圧力が高くなるにつ
れて土砂の取り込み量が減少する。また、この場合に
は、通常の先端圧気工法とは違って、カッターヘッドの
前面が面板２によって塞がれ、ただ偏在するスリットに
圧気圧力が加わるだけであるから、圧気の消費量も極め
て少なく、従って通常の圧気工法に伴う公害も発生しな
い。さらにスリットから取り込まれる土砂の水分を圧気
で押し返しているので、滞水層を掘進する場合でも土砂
は水が切れていることとなり、従って排土の処分が容易
である。また、この発明に係る掘進機では、チャンバー
内に取り込んだ土砂を排出するのに色々な方法を採用す
ることができる。例えば、特公平３−４４２００号公報
又は特開昭６３−４００９８号公報に記載された装置又
は方法を利用することができる。

【００２４】

【発明の効果】この発明に係る掘進機によれば、カッタ
ーヘッドの先端を土砂取り込み用のスリットだけが開い
ている円形の面板で塞ぎ、スリットを唯１個としたの
で、同一開口比の場合でもスリット幅を大きくすること
ができるので、大きな礫をも容易に通過させることがで
き、スリットの付設に格別の苦労が必要とされない。ま
た、スリットを唯１個とし、しかも面板上で中心角が１
２０度以下の狭い範囲内だけに偏在させたので、スリッ
トは面板の上から下までに延びることがなく、従ってチ
ャンバー内に泥水又は空気の圧力をかけ、その圧力を調
節することにより、スリットからの土砂の取り込み量を
容易に調節することができる。さらに、スリットを面板
上に偏在させたので、スリットを面板の下半分に位置さ
せた状態として掘進機を休止させておくことにより、休
止中に自然に崩壊した土砂が安息角の範囲内でチャンバ
ーの底にたまるだけとなり、従ってチャンバー内全体に
土砂が充満することを防ぐことができる。その上に面板
の半径方向に延びるスリットの中心軸上又はスリットの
両側にスクレーパー又はビットを付設したので、カッタ
ーヘッドを正逆何れの方向に回転させても、土砂を円滑
に掘進して行くことができる。この発明は、このような
利益をもたらすものである。

【００２５】なお、掘進機の休止時にスリットを面板の
下部に確実に位置させるには、カッターヘッドの回転と
駆動軸の回転とが一定の比になっていることを利用し、
駆動軸の回転を電気的に読み取ってカッターの位置を確
認する方法によることもでき、またカッターヘッドの内
周後部に磁石を付設して、バルクヘッドから磁気センサ
ーで感知する方法によることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る掘進機の側断面図である。

【図２】図１に示した掘進機のカッターヘッドの正面図
である。

【図３】この発明に係る他の掘進機のカッターヘッドの
正面図である。

【符号の説明】

１ カッターヘッド ２ 面板 ３ スリット ４ 掻き込みビット ５ センタービット ６ ビット ７ タレット ８ バルクヘッド ９ チャンバー １０ 機内 １１ 送泥管 １２ クラッシャーフィーダー １３ 排泥管 １４ カッター駆動用の減速電動機 １５ 方向制御ジャッキ １６ 土砂 １７ 面板 １８ スリット １９ スクレーパービット ２０ ブーム ２１ 管状本体 ２２ 掻上板

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管状本体の先に回転可能なカッターヘッ
   ドを首振り自在に付設し、カッターヘッドの先端を土砂
   取り込み用のカッタースリットだけが開いている円形面
   板で塞いだ掘進機において、上記カッタースリットを唯
   １個として面板上で中心角が１２０度以下の範囲内だけ
   に偏在させたことを特徴とする掘進機。
2. 【請求項２】 管状本体の先に回転可能なカッターヘッ
   ドを首振り自在に付設し、カッターヘッドの先端を土砂
   取り込み用のカッタースリットだけが開いている円形の
   面板で塞いだ掘進機を用いて、地盤を掘削するに際し、
   上記カッタースリットを唯１個として面板上で中心角が
   １２０度以下の範囲内だけに偏在させ、面板の後方に位
   置するチャンバー内に泥水又は空気を圧送し、泥水圧又
   は空気圧を調節することによって上記スリットからの土
   砂の取り込み量を調節することを特徴とする掘進方法。