JP3153332B2 - シールド掘削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド体内で回転体
を回転して対象物を破砕して掘削推進するシールド掘削
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】管掘削推進工法では、シールド掘削装置
を使用して、一般に、掘削されるべき管の最前部にシー
ルド体（先導体ともいう）を配置して、そのシールド体
に設けられた回転体のカッターの作動により地盤を穿孔
する。シールド体に続く多数の管の後方のジャッキの作
動によりシールド体および管に推力がおよぼされ、シー
ルド体と多数の管は穿孔された地盤中に掘削推進され
る。シールド体および管が推進されているとき、カッタ
ーで削り取られた被掘削物は回転体とシールド体との間
を通過して、菅の内部に設けられたスクリューコンベヤ
などの排出手段に至り、この排出手段によってジャッキ
側まで搬送されていって菅の外の所定場所に排出され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のカッターは、通
常、粘性土や砂質土あるいは砂礫層を掘削してゆくもの
であった。掘削中に、硬質礫層もしくは玉石混りの砂礫
層にカッターが遭遇すると、スクリュートルクの上昇な
どで掘進不能となった。このため掘削できる適性土質の
種類が粘性土や砂質土に限られていた。また掘削中に礫
層があると掘削掘削作業を中止しなくてはならなかっ
た。

【０００４】このような硬質地盤の掘削を行うために、
圧密ヘッドを偏心回転運動させるシールド掘削装置が特
公平３−７００７９号で提案されている。しかし、この
掘削装置には偏心回転運動機構を設けなければならない
ため構造が複雑になってしまう欠点がある。

【０００５】この発明は、偏心回転運動機構を設けない
でも、礫層を破砕して進むことができ軟弱地盤から硬質
地盤にわたり幅広い種類の土質に対応して掘削できるシ
ールド掘削装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１発明は、シールド体
（１）内で回転体（２）を回転して対象物を破砕して掘
削するシールド掘削装置において、回転体（２）の周囲
に離して固定ガイド（４）を設け、回転体（２）の推進
方向側の第１傾斜部（２４）と固定ガイド（４）が逆向
きの実質的に切頭錐状の外表面を有し、回転体（２）の
横断面形状がほぼ正六角形の形状になっていて回転体
（２）と固定ガイド（４）の間で回転体の回転により対
象物を破砕する構成としたことを特徴とするシールド掘
削装置を要旨としている。

【０００７】第２発明は、回転体（２）の第１傾斜部
（２４）の外表面が回転体（２）の回転中心に関して５
°以上３０°以下の角度で傾斜していることを特徴とす
る請求項１記載のシールド掘削装置を要旨としている。

【０００８】第３発明は、シールド体（１）内で回転体
（２）を回転して対象物を破砕して掘削するシールド掘
削装置において、シールド体（１）の掘削方向（ＡＤ）
の先端外周に外周リング（８）を設け、外周リング
（８）を回転体（２）とともに回転させる構成としたこ
とを特徴とするシールド掘削装置を要旨としている。

【０００９】第４発明は、回転体（２）の先頭部分に設
けられた羽根組立体（６）の羽根（３２、３４、３６）
が回転体（６）の回転中心に対して所定の角度をつけて
取り付けてある請求項１〜３のいずれか１項に記載のシ
ールド掘削装置を要旨としている。

【００１０】第５発明は、回転体（２）が、推進方向側
の第１傾斜部（２４）の後方に、固定ガイド（４）の傾
斜と同じ方向に傾斜した第２傾斜部（２６）を有する請
求項１〜４のいずれか１項に記載のシールド掘削装置を
要旨としている。

【００１１】

【作用】回転体２とともに外周リング８を回転すること
により硬質の砂礫層や礫層などや大きい玉石など含む対
象物を掘削する。礫石などの硬く大きいものが含まれて
いても、回転体２の表面に設けた複数の突起状のチップ
３０ａ，３０ｂにより、それらを破砕して細かい破砕礫
にする。回転体２の外面はその中心に関して所定の角度
で傾いているので、礫などの硬く大きい対象物でも徐々
に破砕される。

【００１２】また、回転体２の横断面が円形以外の形状
（たとえば好ましくは正六角形）であると、回転体２の
回転により必然的に強制力が生じて玉石などを細かく破
砕する。

【００１３】

【実施例】図１は本発明のシールド掘削装置の好適な実
施例を示す断面図である。シールド掘削装置は、シール
ド体１、回転体２、固定ガイド４、羽根組立体６、外周
リング８を有している。回転体２は、礫用刃先、礫用カ
ッターもしくは回転クラッシャ部ともいう。固定ガイド
４は外側コーンともいう。

【００１４】シールド体１は好ましくは円筒形もしくは
円管形である。シールド体１の内周面にはリング状のサ
ポート１２，１４，１６，１７が直径方向に固定されて
いる。固定ガイド４はサポート１２、１４、１６、１７
に対して固定されている。この固定ガイド４は円錐形、
特に切頭円錐形状であり、横断面は円形に形成されてい
る。つまり固定ガイド４は、掘削方向もしくは推進方向
であるＡＤ方向に向けて直径が次第に大きくなるように
形成されている。

【００１５】固定ガイド４の小径部１９はサポート１２
に固定され、固定ガイド４の大径部２０はサポート１
６，１７側に固定されている。固定ガイド４はシールド
体１内に同軸状に配置されている。固定ガイド４の内面
には、硬化肉盛部１８が好ましくはらせん状に設けられ
ている。固定ガイド４はたとえばＳ４５Ｃで作られてお
り、硬化肉盛部１８は周知の硬化肉盛材料で作られてい
る。固定ガイド４とシールド体１の成す角度Ａは、好ま
しくは５°以上３０°以下であり、最も好ましいのが１
２°である。ここで、角度Ａが５°より小さいと、回転
体２の軸方向破砕部分が長大となり、礫との摩擦損失が
大きくなり、多大の駆動力を要すると共に回転軸首部の
負荷が増大するので、好ましくない。また角度Ａが３０
°より大きいと、ＡＤ方向に反力としての圧壊力が逃げ
るため好ましくない。

【００１６】回転体２の後端部分は、接続部材２１に接
続されている。この接続部材２１は図示しない周知の回
転駆動源に接続されている。回転駆動源の駆動により、
図２の矢印Ｓ方向に回転体２が回転する。たとえば１分
間に１５回転する。回転体２は、好ましくは特に図３に
示すように横断面がほぼ正六角形である。回転体２の軸
方向の先端部１１はとがっている。

【００１７】回転体２は第１傾斜部２４と第２傾斜部２
６を有している。第１傾斜部２４と回転軸心の成す角度
Ｂは好ましくは５°以上３０°以下であり、各種実験結
果によると、最も好ましくは１０°前後である。また角
度Ｂが３０°より大きいと、硬いものが破砕できず対象
物に対する回転体２の耐久性が悪い点でよくない。第２
傾斜部２６と回転軸心の成す角度Ｃは、各種実験の結
果、最も好ましくは１０〜１５°である。

【００１８】第１傾斜部２４の傾斜は、固定ガイド４の
傾斜と逆方向である。つまり第１傾斜部２４はＡＤ方向
に向けて直径が次第に小さくなるように形成されてい
る。第２傾斜部２６の傾斜は、固定ガイド４の傾斜と同
方向である。つまり第２傾斜部１９はＡＤ方向に向けて
直径が次第に大きくなるように形成されている。好まし
くは図１で示すように第２傾斜部２６と固定ガイド４は
平行である。固定ガイド４の大径部２０と第１傾斜部２
４の先端部分の間隔Ｌ１はたとえば１００mm以上であ
る。また固定ガイド４の小径部１９と第２傾斜部２６の
後端部分の間隔Ｌ２はたとえば約３０mmである。

【００１９】このように構成することで固定ガイド４と
回転体２の間に礫もしくは玉石１００の破砕用空間２８
を形成している。破砕用空間２８は、固定ガイド４と第
１傾斜部２４の間に形成された部分空間２８ａと、固定
ガイド４と第２傾斜部２６の間に形成された部分空間２
８ｂから成る。部分空間２８ａはＡＤ方向に拡大されて
いる空間である。部分空間２８ｂは一定の間隔の空間で
ある。

【００２０】図１に示すように回転体２には突起状のチ
ップ３０ａ，３０ｂが多数設けられている。回転体２の
第１傾斜部２４と第２傾斜部２６は、たとえばＳ４５Ｃ
相当の材料で作られており、チップ３０ａ，３０ｂは超
硬合金や、セラミッ等のように磨耗や衝撃に強い材料で
作られている。

【００２１】図１と図２に示すように，回転体２の先端
部１１側には羽根組立体６が設けられている。羽根組立
体６は３つの羽根３２，３４，３６を有する。羽根３
２，３４，３６は、図２に示すように、回転体２を中心
にして１２０°ごとに配置されている。羽根３２，３
４，３６は、図６に示すように、回転体２の回転中心に
対して角度θ°たとえば１０°傾けてある。この３つの
羽根３２、３４、３６を図２のＳ方向に回転することに
より、掘削した対象物を後方の破砕用空間２８に押しや
るのである。３つの羽根３２，３４，３６には細長い硬
化肉盛部３８が複数本設けられている。図２に示すよう
に、先端部１１にも超硬材による硬化肉盛部４０が設け
られている。また３つの羽根３２，３４，３６の前端面
には超硬チップ４８が取付けられている。この硬化肉盛
り部３８、４０は、摩耗を防ぐために設けられている。
３つの羽根３２，３４，３６は外周リング８と一体的に
結合されている。図２に示すように、羽根３２，３４，
３６の各内端は、回転体２に固定されている。羽根３
２，３４，３６、回転体２および外周リング８は一体に
回転する。

【００２２】図４は回転体２と回転体２を示している。
図５は回転体２と回転体２の断面を示している。回転体
２には軸方向にそって水路４４と３つの水穴４２が形成
されている。３つの水穴４２は図９に示す。この水路４
４に水を流して掘削時に回転体２その他の冷却を行い、
しかもこの水を利用して掘削及び破砕した対象物の泥水
排出をする。図７は図４の回転体２と回転体２を図４の
Ｘ方向から見た図である。図８は図４のＹ方向から見た
図である。

【００２３】図１０は、チップ３０ａを示している。チ
ップ３０ａは図５に示す第１傾斜部２４と第２傾斜部２
６に設けられている。別のチップ３０ｂは図５に示す第
２傾斜部２６と第１傾斜部２４との境目に設けられてい
る。一例として図５の実施例では一方のチップ３０ａは
６０個あり、他方のチップ３０ｂは６個ある。これらの
チップ３０ａと３０ｂは図７と図８に示すように所定の
間隔で配列されている。これらのチップは銀ろう付けさ
れている。

【００２４】次に、外周リング８は図１に示すようにシ
ールド体１とほぼ同じか、それよりも少し大きい外径の
部材である。外周リング８の幅と軸方向長さはシールド
体１の方向制御に役立つ。図２に示すように、外周リン
グ８の前端面には超硬チップ５０が好ましくは３０°ご
とに一定間隔で設けられている。また外周リング８の前
端面には２つの超硬チップ５０の間に硬化肉盛部５９が
一定間隔で設けられている。

【００２５】図２と図１１に示すように外周リング８の
外周面には一定間隔ごとに６つのＶ字形の硬化肉盛部５
２が設けられている。これらの硬化肉盛部５２はＶ字形
の開き角度が例えば互いに６０°開いている。

【００２６】次に上述したシールド掘削装置の動作を説
明する。

【００２７】図示しない回転駆動装置を駆動すると、図
２のＳ方向に回転体２、外周リング８、回転体２、羽根
３２，３４，３６が、たとえば１分間に１５回転する。
シールド体１に対してたとえば油圧ジャッキのような装
置（図示せず）により図１のＡＤ方向に推力を与える
と、礫層もしくは砂礫層を、外周リング８と羽根３２，
３４，３６で回転力と推力で大きく破砕する。このとき
３つの羽根３２，３４，３６が傾斜して回転しているの
で、玉石１００を含む掘削した土砂等を後方の回転体２
側に押し込む。また外周リング８が回転するので、掘削
時にシールド体１の安定性があり、進みやすく、掘削方
向制御が容易である。

【００２８】図１４の玉石１００や土砂等は図１の破砕
用空間２８の部分空間２８ａに入る。すでに述べたよう
に回転体２に取り付けられた回転体２は横断面が多角
形、特に正六角形になっている。このため、図１４で模
式的に示すように、円形の回転体を使用する場合とは異
なり、押込められてきた玉石１００は、横断面が円形の
固定ガイド４との間で必然的に回転方向のＳ方向に圧壊
破砕力を受ける。すなわち図１４においてチップ３０ａ
と硬化肉盛部１８の間隔Ｒ１のところではさまれた玉石
１００が間隔Ｒ２まで狭ばまったところでチップ３０ａ
と硬化肉盛部１８により点で破砕されるのである。この
ように回転体２の各面に配列された超硬のチップ３０
ａ，３０ｂと固定ガイド４の円錐面にらせん状に配列さ
れた硬化肉盛部１８の間で玉石１００が破砕される。し
かも図１に示すように回転体２の第１傾斜部２４と固定
ガイド４の間隔は最大が寸法Ｌ１であり徐々に小さくな
っている。このため玉石は、固定ガイド４の硬化肉盛部
１８と回転体２のチップ３０ａ，３０ｂで徐々に細かく
破砕される。そして第２傾斜部２６のチップ３０ａと案
内部４の硬化肉盛部１８のところの部分空間２８ｂにお
いてさらに細かく破砕され、図１３に示すような破砕礫
１２０になる。得られた破砕礫やその他の土砂等は図５
の水穴４２から供給される水と共に、図１に示す通路Ｓ
Ｌから排出管（図示せず）を介して後方に送られる。

【００２９】このように図１のシールド掘削装置では、
羽根３２，３４，３６で玉石や土砂等の対象物を強制的
に後方の回転体２側に送る。しかも従来のように回転体
を偏心して設けるのでなく、回転体２の横断面が円形以
外のたとえば正六角形のような横断面を持つ多角錐形状
に形成し、圧壊破砕力を横断面円錐形の固定ガイド４と
回転体２の間で玉石１００に対して生み出すのである。

【００３０】ところでこの発明は上述の実施例に限定さ
れない。たとえば、回転体２の横断面は、正六角形でな
く、他の正多角形断面としてもよい。回転体２の横断面
は円形以外のたとえば楕円形としてもよい。また逆に回
転体の横断面を円形にして、しかも固定ガイドの横断面
を円形以外の多角形やだ円形にしても圧壊破砕力を発揮
することができる。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、偏心軸を用い
ずに圧壊破砕力を発生して玉石などの硬く大きいものを
確実に破砕できる。このため適応土質の範囲を広げるこ
とができる。

【００３２】請求項２の発明によれば、回転体の外表面
が中心軸に対して５°以上３０°以下の角度で傾斜して
いるので、玉石などの硬く大きいものを徐々に細かく確
実に破砕できる。このため適応土質の範囲を広げること
ができる。

【００３３】請求項３の発明によれば、外周リングが回
転体とともに回転するので、軟弱土はもちろんのこと、
玉石を含む硬い礫層があっても掘削が安定し、掘削制御
が容易である。このため適応土質の範囲を広げることが
できる。

【００３４】請求項４の発明によれば、回転体の先頭部
分に設けられた羽根組立体の羽根が回転体の回転中心に
対して所定の角度をつけて取り付けてあるので、軟弱土
はもちろんのこと、玉石を含む硬い礫層があっても掘削
推進が促進され、かつ掘削制御が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシールド掘削装置の好適な実施例を示
す断面図。

【図２】本発明の図１における矢印Ｘ方向からみたシー
ルド掘削装置の正面図。

【図３】本発明の図１における矢印Ｙ方向からみた礫用
刃の背面図。

【図４】本発明におけるシールド掘削装置の中心軸と礫
用刃を示す側面図。

【図５】本発明におけるシールド掘削装置の中心軸と礫
用刃を示す断面図。

【図６】本発明のシールド掘削装置の羽根と外周リング
を示す図。

【図７】本発明の図４の矢印Ｘ方向からみた正面図。

【図８】本発明の図４の矢印Ｙ方向からみた背面図。

【図９】本発明の図５のＱ−Ｑ線における断面図。

【図１０】本発明の礫用刃のチップを示す図。

【図１１】本発明のシールド掘削装置の外周リングの側
面図であり、超硬チップの図示を省略している。

【図１２】玉石の一例を示す図。

【図１３】本発明の礫用刃と案内部の間で玉石を細かく
破砕して得られた破砕礫を示す図。

【図１４】本発明のシールド掘削装置における圧壊破砕
力の発生を説明するための模式図。

【符号の説明】

１ シールド体 ２ 回転体 ４ 固定ガイド ６ 羽根組立体 ８ 外周リング １１ 先端部 １２ サポート １４ サポート １６ サポート １７ サポート １８ 硬化肉盛部 １９ 小径部 ２０ 大径部 ２１ 接続部材 ２２ 支持部 ２４ 第１傾斜部 ２６ 第２傾斜部 ２８ 破砕用空間 ３０ａ、３０ｂ チップ ３２ 羽根 ３４ 羽根 ３６ 羽根 ３８ 硬化肉盛部 ４０ 硬化肉盛部 ４２ 水穴 ４４ 水路 ４８ 超硬チップ ５０ 超硬チップ ５２ 硬化肉盛部

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド体（１）内で回転体（２）を回
   転して対象物を破砕して掘削するシールド掘削装置にお
   いて、回転体（２）の周囲に離して固定ガイド（４）を
   設け、回転体（２）の推進方向側の第１傾斜部（２４）
   と固定ガイド（４）が逆向きの実質的に切頭錐状の外表
   面を有し、回転体（２）の横断面形状がほぼ正六角形の
   形状になっていて回転体（２）と固定ガイド（４）の間
   で回転体の回転により対象物を破砕する構成としたこと
   を特徴とするシールド掘削装置。
2. 【請求項２】 回転体（２）の第１傾斜部（２４）の外
   表面が回転体（２）の回転中心に関して５°以上３０°
   以下の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１記
   載のシールド掘削装置。
3. 【請求項３】 シールド体（１）内で回転体（２）を回
   転して対象物を破砕して掘削するシールド掘削装置にお
   いて、シールド体（１）の掘削方向（ＡＤ）の先端外周
   に外周リング（８）を設け、外周リング（８）を回転体
   （２）とともに回転させる構成としたことを特徴とする
   シールド掘削装置。
4. 【請求項４】 回転体（２）の先頭部分に設けられた羽
   根組立体（６）の羽根（３２、３４、３６）が回転体
   （６）の回転中心に対して所定の角度をつけて取り付け
   てある請求項１〜３のいずれか１項に記載のシールド掘
   削装置。
5. 【請求項５】 回転体（２）が、推進方向側の第１傾斜
   部（２４）の後方に、固定ガイド（４）の傾斜と同じ方
   向に傾斜した第２傾斜部（２６）を有する請求項１〜４
   のいずれか１項に記載のシールド掘削装置。