JP3177475B2 - 掘進方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド本体部の
掘進方向先端部に設けられかつ該シールド本体部に対し
て回転可能のカッターヘッド部を有し、掘削物を破砕
し、破砕された掘削物をスクリューコンベアにより排出
する掘進方法の改良に関する。

【従来の技術】従来から、シールド掘進方法には、シー
ルド本体部の掘進方向先端部に設けられかつ該シールド
本体部に対して回転可能のカッターヘッド部にローラー
カッターとバイトカッターとを有し、カッターヘッド部
の推力と回転とにより掘削物を破砕し、破砕された掘削
物をスクリューコンベアにより排出するものが知られて
いる。このものでは、カッターヘッド部に加えられる推
力に基づくバイトカッターの作用とカッターヘッド部の
回転に基づくローラーカッターの転動作用により土砂が
掘削され、小形の礫、玉石等の掘削物が破砕され、掘削
物がスクリューコンベアにより連続的に排出されて、掘
削が行われるようになっている。

【発明が解決しようとする課題】しかるに、掘削物中に
は、土質条件によっては巨礫、高強度の礫層等があり、
事前の地質調査をもってしても、掘削中に予期し難い巨
礫、高強度の礫層等の障害物に遭遇することがある。カ
ッターヘッド部に加えられる推力、ローラカッターの軸
強度には限界があるので、このような場合には、掘進機
による掘削作業を一時中断し、別の手段で障害となった
巨礫等を除去するか、あるいは、その障害箇所を避ける
か、またあるいは、当初から必要以上に掘削能力の高い
掘進機を準備して掘削作業を施工しているが、掘削作業
の時間的遅れ、作業計画の変更等を強いられて施工上の
大きな問題となっている。本発明は、上記の実情に鑑み
て為されたもので、その目的は、小径の掘進機を用いて
も大きな障害物を破砕可能で掘削能力の大きな掘進方法
を実現することにある。

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の掘進方
法は、シールド本体部の掘進方向先端部に設けられかつ
該シールド本体部に対して回転可能のカッターヘッド部
を有し、掘削物を破砕し、破砕された掘削物をスクリュ
ーコンベアにより排出する掘進方法であり、掘進方向前
方に存在する掘削物中に巨礫、玉石等の障害物が存在す
る時カッターヘッド部を回転停止状態になした後障害物
にウオータージェットを噴射して前記障害物を一次破砕
し、さらにカッターヘッド部の回転により前記一次破砕
後の障害物を二次破砕せしめる。このカッターヘッド部
を回転停止状態になして行う噴射ノズルからの巨礫等に
対するウオータージェットの噴射によれば、巨礫、玉
石、流木、残置シートパイル等の掘削物中の障害物は、
ウオータージェットにより一次破砕されて、巨礫、玉石
等にはクラックが発生し割裂され流木等は切断される。
また、カッタヘッド部の回転するローラカッターにより
二次破砕されるので、高強度の大礫や玉石等の障害物が
あっても、支障なく掘削作業を継続できる。また、上記
のような障害物が一次破砕されているので二次破砕に係
るローラカッターの耐久性も向上する。前記スクリュー
コンベアのスクリュー部材を筒体と該筒体の外周に螺旋
状に設けられた翼部とから構成し、前記筒体の内部に前
記噴射ノズルにウオータージェット用の高圧水を圧送す
る配管を設け、該配管をスイベルジョイントを介して前
記筒体外部の高圧水圧送管に接続しても良い。この場
合、前記筒体内部を添加材を前記掘削物に向けて吐出さ
せるための案内通路とすれば、塑性流動性の悪い地層で
の掘削土砂の粒度分布等を改善できて望ましい。前記ス
クリューコンベアのスクリュー部材と前記カッターヘッ
ド部とは同一駆動源によって一体回転させても良いし、
別の駆動源によって別々に回転させても良い。前記高圧
水には研磨剤を加えることが望ましい。

【発明の実施の形態】図１において、１は円筒状のシー
ルド本体部である。シールド本体部１の後端部には掘進
方向に向けてシールド本体部１を前進させるための押し
板２が設けられている。シールド本体部１の掘進方向先
端部にはカッターヘッド部３が設けられている。カッタ
ーヘッド部３はその後部に円筒状の回転主軸部４を有す
る。回転主軸部４はベアリング６、７、及びシール材
６′、７′を介してシールド本体部１に回転可能に支承
されている。シールド本体部１の内部にはその中心軸に
沿ってスクリューコンベア８が配設されている。このス
クリューコンベア８は掘削物を排出するための排出管９
と、排出管９内に設けられて破砕された掘削物を搬送す
るためのスクリュー部材１０から構成されている。その
スクリュー部材１０は筒体１０′から構成され、筒体１
０′の外周面には螺旋状の翼部１２が設けられている。
スクリュー部材１０の後端にはギヤ１３が固定され、こ
のギヤ１３はギヤ１４と噛み合わされ、電動機１５の回
転動力が減速機１６、ギヤ１４、ギヤ１３を介してスク
リュー部材１０に伝達されるようになっている。筒体１
０′の先端部はカッターヘッド部３の中央部に固定され
ている。筒体１０′の後部には回転シール部材としての
スイベルジョイント１７が設けられ、筒体１０′の内部
は添加剤含む高圧のウォータージェットを掘削物に向け
て吐出させるための案内通路１０Ａとなっている。この
添加剤は液剤であり、後述する吐出口から吐出される。
この添加剤は掘削物の粘性度を所定に保持し、圧力を所
定に維持して地山を崩さないようにする役割を果たすと
共に、掘削方向前方に存在する掘削物を掘進するのを円
滑にする役割を果たす。カッターヘッド部３の中央部に
は、図２に示すように、添加剤を吐出するための吐出口
１８が形成されている。カッターヘッド部３の前面に
は、ローラーカッター１９とバイトカッター２０とが適
宜箇所に適宜個数設けられると共に、カッターヘッド部
の回転停止状態で掘進方向前方に存在する巨礫、玉石等
の掘削物中の障害物に向けてこれらを一次破砕するウオ
ータージェットを噴射する噴射ノズル２１が適宜箇所に
適宜個数設けられている。ここでは、カッターヘッド部
３の外周部に２個一対のローラーカッター１９が吐出口
１８を挟んで設けられると共に、カッターヘッド部３の
内周部に２個一対のローラーカッター１９が吐出口１８
を挟んで設けられ、外周部に設けられた一対のローラー
カッター１９と内周部に設けられた一対のローラーカッ
ター１９とは直交配置されている。また、カッターヘッ
ド部３の外周部には８個のバイトカッター２０がその周
回り方向に等間隔に配置されている。筒体１０′の内部
には、噴射ノズル２１にウオータージェット用の高圧水
を圧送管２２が設けられている。高圧水には研磨剤が加
えられていても良い。圧送管２２の後部側はエルボージ
ョイント部材２３を介して筒体外部に導かれ、筒体外部
の配管２４にスイベルジョイント２５を介して接続され
ている。圧送管２２の前部側はエルボージョイント部材
２６を介して筒体外部に導かれ、筒体外部の配管２７に
接続されている。その配管２７は噴射ノズル２１に通じ
ている。カッターヘッド部３は、スクリュー部材１０と
同軸で同一駆動源としての電動機１５により、スクリュ
ー部材１０と一体に回転駆動される。カッターヘッド部
３の前面にはウォータージェットにより一次破砕されさ
らにローラーカッター１９の転動により二次破砕された
掘削物を含めすべての掘削物を取り入れるための取入れ
口３０が形成されている。この取入れ口３０から取り入
れられた掘削物は、排出管９と筒体１０′との間を通っ
て後方に送られる。ウオータージェットはカッターヘッ
ド部３の回転停止（掘進停止）中に噴射させて障害物に
集中的なウオータージェットを噴射して、巨礫、玉石等
の粉砕を行う。この発明の実施の形態によれば、掘進機
の大小径に関りなく、シールド本体部１の直径程度の玉
石、巨礫が点在する地質を、迅速に掘進できるという従
来では全く不可能な技術的打開が実現された。カッター
ヘッド部の停止状態でのウオータージェットによる一次
破砕、カッターヘッド部３のローラカッター１９、バイ
トカッター２０による二次破砕により高強度の玉石、礫
等をも細かくできる。また、ウオータージェットにより
玉石、巨礫等にクラックが発生し割裂することで、玉
石、巨礫等が破砕され易くなり、その後の破砕機能を担
うローラカッター１９の耐久性も向上する。従って、カ
ッターヘッド部３のコスト低減も実現する。加えて、本
発明による掘進方法はウオータージェットによる一次破
砕により、掘削物が容易に破砕され易くなったので、使
用する掘進機の推力も低減でき、余掘、推力増加による
掘進機の浮き上がり、横振れを低減でき、計画通りの掘
削作業を正確に行うことができ、トラブル発生の低減、
大幅な工期短縮、施工コストの低減を図ることができ
る。図３は発明を実施するための掘進機の変形例を示す
ものである。この変形例では、図３に示すように、圧送
管２２が筒体１０′の外部に設けられ、シールド本体部
１にはウオータージェットの噴射ノズル２１に向けて高
圧水を圧送する圧送通路３１が設けられている。カッタ
ーヘッド部３の回転主軸部４には噴射ノズル２１に通じ
る配管３２に接続された圧送通路３３が設けられ、圧送
通路３３と圧送通路３１とは、シールド本体部１と回転
主軸部４との間に設けられたスイベルジョイント３５を
介して連通されている。図４、図５はカッターヘッド部
３を電動機１５とは別の電動機３４により回転駆動させ
るものであり、残余の構成は前述と同一であるので、同
一構成要素については同一符号を付してその説明を省略
することとし、異なる箇所のみについて説明することと
する。シールド本体部１の内部には、電動機３４の取付
部３５が設けられている。この取付部３５には減速機３
６と共に電動機３４が固定されている。減速機３４の出
力軸３７にはギヤ３８が取り付けられている。回転主軸
部４の内周にはリングギヤ３９が固定され、ギヤ３８は
リングギヤ３９に噛み合わされている。カッターヘッド
部３の中央部と筒体１０′の先端との間にはベアリング
４０が設けられ、筒体１０′とカッターヘッド部３とは
同軸で、別々に回転可能とされている。圧送管２２はそ
の前部でスイベルジョイント４１を介して配管２７に接
続されている。ここでは、カッターヘッド部３の外周部
に設けられる一対のローラーカッター１９は二組とさ
れ、カッターヘッド部３の外周部に設けられるバイトカ
ッター２０の個数は６個とされている。このように、カ
ッターヘッド部３をスクリューコンベアの駆動源とは別
の駆動源によって駆動できるので、カッターヘッド部３
の駆動力の向上を図ることができる。その他の作用は、
前述の作用と大略同一であるので、その詳細な説明は省
略する。

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、カッターヘッド部の停止で集中的なウオータージ
ェットによる一時破砕を障害物に及ぼしシールド工法等
における掘進にあたって大径では勿論小径の掘進機でも
巨礫、玉石、流木、残置シートパイル等の障害物を破砕
可能で掘削能力の大きな実用性の極めて高い掘進方法を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の掘進方法を実施する掘進機の一例を説
明するための縦断面図である。

【図２】図１に示すカッターヘッド部の正面図である。

【図３】図１に示す掘進機の変形例を示す縦断面図であ
る。

【図４】本発明掘進方法に係わる掘進機の別の形態を説
明するための縦断面図である。

【図５】図４に示すカッターヘッド部の正面図である。

【図６】図４に示す掘進機の変形例を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１…シールド本体部 ３…カッターヘッド部 ８…スクリューコンベア １９…ローラーカッタ ２０…バイトカッター ２１…噴射ノズル ２２…圧送管

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−340188（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−202595（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−11794（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−331990（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 9/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド本体部の掘進方向先端部に設け
   られかつ該シールド本体部に対して回転可能のカッター
   ヘッド部を有し、掘削物を破砕し、破砕された掘削物を
   スクリューコンベアにより排出する掘進方法であり、掘
   進方向前方に存在する掘削物中に巨礫等の障害物が存在
   する時前記カッターヘッド部を回転停止状態になした後
   前記障害物にウオータージェットを噴射して前記障害物
   を一次破砕し、さらに前記カッターヘッド部の回転によ
   り前記一次破砕後の障害物を二次破砕せしめることを特
   徴とする掘進方法。
2. 【請求項２】 前記スクリューコンベアのスクリュー部
   材と前記カッターヘッド部とが同一駆動源によって一体
   回転されることを特徴とする請求項１に記載の掘進方
   法。
3. 【請求項３】 前記スクリューコンベアのスクリュー部
   材と前記カッターヘッド部とが別の駆動源によって別々
   に回転されることを特徴とする請求項１に記載の掘進方
   法。