JP3286200B2 - 立坑掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド工法によ
って地盤に大口径の縦孔、すなわち立坑を掘削すること
のできる立坑掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法によって地盤に大口径の立
坑を掘削する立坑掘削機に関連するものとして、本願出
願人らは先に、特願平７−１２８６２５号、及び特願平
７−１６１５０６号（以下、「第１，第２の先行技術」
という）に示す技術を提案した。

【０００３】上述した第１の先行技術は、立坑内に配置
されるシールド本体と、このシールド本体の下方に設け
られ、立坑内の切羽を掘削するカッタと、少なくとも一
部がシールド本体に設けられ、上述したカッタを駆動す
る駆動部を有する立坑シールド掘進機にあって、一端が
カッタの掘削面近傍にそれぞれ開口して吸い込み口を形
成し、他端がサクションポンプに接続され、カッタによ
り掘削された土砂を吸い込んで排出する複数本の土砂吸
い込み配管を備えるとともに、これらの複数本の土砂吸
い込み配管をカッタの中心軸付近に配置された回転軸継
手に収納した構成になっている。

【０００４】また、上述した第２の先行技術は、大口径
の立坑掘削機ほど掘削土砂が掘削孔の外周寄りに溜り易
くなるため、カッタのほぼ中心部に設けた土砂吸い込み
口に集まりにくくなり、その結果、排土効率および掘削
効率が低減するといった課題を解決するために、立坑の
掘削をおこなうカッタの少なくとも１箇所に送水口を設
け、掘削土砂を送水口から放出される泥水によって前述
の土砂吸い込み口の方へ押し流すようにするとともに、
この土砂吸い込み口を有する排泥管、および前述の送水
口を有する泥水管をカッタの中心軸付近に配置された回
転軸継手に収納した構成になっている。

【０００５】図６は上述した第１，第２の先行技術を併
せて考えられる立坑掘削機を示す縦断面図、図７は図６
のＤ−Ｄ矢視に相当する横断面図、図８は図６のＥ−Ｅ
矢視に相当するカッタ部分を示す図、図９は図６のＦ部
拡大図である。

【０００６】図６に示す立坑掘削機のシールド本体１
は、外殻を形成し、掘削した地山の崩壊を防ぐハル３を
有するとともに、その内部に内周リング１ａ、中間リン
グ１ｂ、外周リング１ｃをそれぞれ有する。また、この
シールド本体１の下方には、立坑内の切羽を掘削するカ
ッタ２を有する。このカッタ２は、中央部分に配置され
るカッタ２の中心軸２ｄと、図８にも示すように、カッ
タ２の中心軸２ｄの下端に装着されるセンタカッタ２ａ
と、中央部分から外周部分に放射状に延びる複数本のカ
ッタスポーク２ｂと、これらのカッタスポーク２ｂのそ
れぞれに設けられるビット２ｃとを備える。

【０００７】また、前述したシールド本体１の中間リン
グ１ｂ部分には、図７，８，９にも示すように、カッタ
２を上下動させるカッタ上下ジャッキ９と、カッタ２を
回転させる回転力を発生させる駆動モータ４ａと、この
駆動モータ４ａで発生させた回転力をカッタ２に伝える
駆動リング４ｂと、この駆動リング４ｂを回転自在に保
持するベアリング１１を有する。上述した駆動モータ４
ａ、ベアリング１１、及び駆動リング４ｂによってカッ
タ２を回転させる駆動部４が構成される。

【０００８】シールド本体１の内部のハル３に近接した
位置には、掘削した立坑の土砂の崩壊を防ぐセグメント
７を組み立てるエレクタ８が配置されるとともに、セグ
メント７の端面に当接することによりシールド本体１を
推進させる推進力を発生させるシールドジャッキ６が配
置される。

【０００９】そして、一端すなわち下端がカッタ２の掘
削面近傍、例えばセンタカッタ２ａ付近に開口して吸い
込み口５ａを形成し、他端が図示しないサクションポン
プに接続され、カッタ２により掘削された土砂を吸い込
んで排出する土砂吸い込み配管５と、カッタ２の外周に
配置される送水口１０ａを有し、カッタ２によって掘削
された土砂を送水口１０ａから放出される水、例えば泥
水によって土砂吸い込み配管５の吸い込み口５ａ方向に
押し流す送水管１０とを備えるとともに、カッタ２の中
心軸２ｄ付近に配置され、上述の土砂吸い込み配管５と
送水管１０とが収納される回転軸継手５ｃが備えられ
る。

【００１０】このように構成される立坑掘削機では、例
えばカッタ上下ジャッキ９を伸長させた状態で、シール
ドジャッキ６を伸長させながら駆動モータ４ａを作動さ
せると、駆動リング４ｂを介してカッタ２が回転し、こ
のカッタ２により所定長さの立坑の掘削がおこなわれ
る。この状態で例えばカッタ上下ジャッキ９を収縮させ
ると、カッタ２の下方に空隙部が形成される。ここで送
水管１０に水を供給するとともに、図示しないサクショ
ンポンプを駆動すると、送水口１０ａを経て掘削土砂に
放水され、掘削土砂が泥あるいは泥水となって吸い込み
口５ａ方向に押し流され、吸い込み口５ａから土砂吸い
込み配管５を介してサクションポンプ方向に排出され
る。このようにして掘削土砂の排出がおこなわれた後に
は、シールドジャッキ６を収縮させる。このシールドジ
ャッキ６の収縮により、このシールドジャッキ６の末端
部（図６の上端部）の後方部分に、新たなセグメント７
の収納が可能な空隙が形成される。エレクタ８を作動さ
せることにより、その空隙に新たなセグメントが収納さ
れる。

【００１１】以下、同様の動作が繰り返しおこなわれて
所望の立坑が形成される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、本願
出願人の第２の先行技術、および第１，第２の先行技術
を併せて考えられる図６〜図９に示す立坑掘削機は、送
水口をカッタ２の外周近傍に設けたため、掘削孔の外周
寄りに溜まった掘削土砂がカッタ２の回転と共に送水口
から放出される泥水によって土砂吸い込み口の方へ押し
流されて集まり、大口径の掘削機の排土効率を向上させ
ることができるものである。しかしながら、その反面、
カッタ２の中心軸２ｄ付近に配置される回転軸継手５ｃ
に、土砂吸い込み配管５と送水管１０の、少なくとも２
本の管路（流路）を設けなければならないことから、回
転軸継手５が大型化する。また、カッタ２の中心軸２ｄ
に少なくとも２本の配管を通す必要があるため、その中
心軸２ｄが太くなってしまう。

【００１３】上述のように、カッタ２の中心に位置する
回転軸継手５が大型化することに伴い、この回転軸継手
５よりも外周に位置し、カッタ２に回転力を伝える駆動
リング４ｂの径も大きくなり、この駆動リング４ｂを支
持するベアリング１１も大径化する。また、泥水圧によ
るベアリング１１への負荷も大きくなり、これを考慮す
るとベアリング１１はさらに大径化する。これに伴い、
カッタ上下ジャッキ９の容量も大きくしなければならな
い。これらのことから、カッタ２の駆動部４が大型にな
り、製造原価が高くなってしまう問題がある。

【００１４】なお、ベアリング１１の大型化を抑えるた
めに、回転軸継手５を、図６に示す形態よりも上方に配
置することが考えられるが、このように、回転軸継手５
を配置しようとすると、シールド本体１の高さ寸法が大
きくなって上述とは別の観点からカッタ２の駆動部４が
大型になり、製造原価が高くなってしまう。 本発明は、
上記した従来技術における実状に鑑みてなされたもの
で、その目的は、上述の排土効率は維持しつつ、土砂吸
い込み配管と、掘削土砂を押し流す送水管とを備える回
転軸継手部分を小型化することができる立坑掘削機を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係る発明は、立坑内に配置され
るシールド本体と、このシールド本体の下方に設けら
れ、立坑内の切羽を掘削するカッタと、一端側が前記カ
ッタのほぼ中央部で掘削面近傍の位置に設けた少なくと
も１つの吸い込み口を形成し、他端側がサクションポン
プに接続される土砂吸い込み配管と、一端側が前記カッ
タの外周近傍で掘削面近傍の位置に設けた少なくとも１
つの送水口を形成し、他端側が送水ポンプに接続される
送水管とを備えた立坑掘削機において、前記カッタの中
心軸近傍に配置され、前記土砂吸い込み配管の一端側と
他端側との間に位置する中間部を収納する第１の回転軸
継手と、この第１の回転軸継手と別に設けられ、前記送
水管の一端側と他端側との間に位置する中間部を収納す
る第２の回転軸継手とを備えた構成にしてある。

【００１６】このように構成した請求項１に係る発明に
よれば、サクションポンプを駆動することにより、カッ
タによって掘削された土砂を土砂吸い込み配管を介して
排出させることができ、この際に、送水ポンプを駆動し
送水管を介して水を放出させることにより、カッタによ
って掘削された土砂を土砂吸い込み配管方向に押し流す
ことができ、能率よく掘削土砂の排出作業を実施するこ
とができる。

【００１７】そして、カッタの中心軸近傍に配置され、
土砂吸い込み配管の一端側と他端側 との間に位置する中
間部を収納する第１の回転軸継手と、送水管の一端側と
他端側との間に位置する中間部を収納する第２の回転軸
継手とをそれぞれ別に設けたので、カッタ中心軸近傍に
設ける第１の回転軸継手を小型化することができる。よ
って、排土効率を維持しながらカッタの中心軸の径寸法
の大型化を防止することができ、それに伴い、カッタの
駆動部の大型化も防止することができる。また、第２の
回転軸継手は例えば駆動リングの外側に配置することが
できるので、この駆動リングも径寸法を特別に大きくす
ることを要しない。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の立坑掘削機の実施
の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の立坑掘
削機の一実施形態を示す縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ
矢視に相当する横断面図、図３は図１のＢ−Ｂ矢視に相
当するカッタ部分を示す図、図４は図１のＣ部拡大図、
図５は図１に示す実施形態を用いておこなわれる掘削作
業の一形態を示す図である。なお、これらの図におい
て、前述した図６〜９に示した部材と同等のものは同一
の符号で示してある。

【００１９】すなわち本実施形態も、前述した図６〜９
に示したものと同様に、シールド本体１は、外殻を形成
し、掘削した地山の崩壊を防ぐハル３の他、内周リング
１ａ、中間リング１ｂ、外周リング１ｃを備えている。
また、シールド本体１の下方には、立坑内の切羽を掘削
するカッタ２を備えている。このカッタ２は、中央部分
に配置されるカッタ２の中心軸２ｄと、図３にも示すよ
うに、カッタ２の中心軸２ｄの下端に装着されるセンタ
カッタ２ａと、中央部分から外周部分に放射状に延びる
カッタスポーク２ｂと、これらのカッタスポーク２ｂの
それぞれに設けられるビット２ｃとを備えている。

【００２０】また、シールド本体１の中間リング１ｂ部
分には、図１，２，４に示すように、カッタ２に回転力
を伝える駆動リング４ｂと、この駆動リング４ｂを回転
自在に保持するベアリング１１と、駆動リング４ｂを回
転させる駆動モータ４ａの他、カッタ２を上下動させる
カッタ上下ジャッキ９とを配置してある。上述した駆動
モータ４ａ、ベアリング１１、駆動リング４ｂ、及びカ
ッタ上下ジャッキ９によって、カッタ２を駆動する駆動
部４が構成されている。

【００２１】シールド本体１の内部のハル３に近接した
位置には、図１，２に示すように、掘削した立坑の土砂
の崩壊を防ぐセグメント７を組み立てるエレクタ８を配
置してあるとともに、セグメント７の端面に当接するこ
とによりシールド本体１を推進させる推進力を発生させ
るシールドジャッキ６を配置してある。

【００２２】また、カッタ２の中心軸２ｄ部分には、カ
ッタ２によって掘削された土砂を吸い込んで排出する土
砂吸い込み配管５を配置してある。この土砂吸い込み配
管５の一方の端部すなわち下端には、カッタ２の掘削面
近傍、例えばセンタカッタ２ａ付近に開口する吸い込み
口５ａを形成してあり、他方の端部側は図５に例示する
サクションポンプ５ｂを介して、所定の排土場所に位置
させてある。また、図１に示すように土砂吸い込み配管
５から離隔した外側部分には、カッタ２によって掘削さ
れた土砂を土砂吸い込み配管５の吸い込み口５ａ方向に
押し流す水、例えば泥水を導く送水管１０を配置してあ
る。この送水管１０は、一端、例えば下方に位置する端
部がカッタ２の外周に配置される送水口１０ａを形成
し、他端側は図５に示すように、送水ポンプ１０ｂに接
続してある。

【００２３】上述した各部材については、送水管１０を
土砂吸い込み配管５から離隔した外側部分に配置した点
を除けば、前述した図６〜９に示したものとほとんど同
等の構成である。

【００２４】本実施形態では特に、カッタ２の中心軸２
ｄ付近に、土砂吸い込み配管５の両端部間に位置する中
間部を収納する第１の回転軸継手２０を配置してあり、
駆動リング４ｂの外側に位置するシールド本体１部分
に、送水管１０の両端部間に位置する中間部を収納する
第２の回転軸継手２１を配置してある。

【００２５】このように構成した本実施形態では、例え
ばカッタ上下ジャッキ９を伸長させた状態で、シールド
ジャッキ６を伸長させながら駆動モータ４ａを作動させ
ると、ベアリング１１、駆動リング４ｂを介してカッタ
２が回転し、このカッタ２によって所定長さの立坑の掘
削がおこなわれる。この状態で例えばカッタ上下ジャッ
キ９を収縮させると、カッタ２の下方に空隙部が形成さ
れる。ここで、送水ポンプ１０ｂを駆動して送水管１０
に泥水を供給するとともに、サクションポンプ５ｂを駆
動すると、送水管１０に導かれた泥水が、第２の回転軸
継手２１、送水管１０の送水口１０ａを経て掘削土砂に
放水され、掘削土砂が泥土化あるいは泥水化されて吸い
込み口５ａ方向に押し流される。そのように押し流され
た掘削土砂は、その吸い込み口５ａから土砂吸い込み配
管５内に取り込まれ、サクションポンプ５ｂの吸い込み
力により、第１の回転軸継手２０を経て所定の排土位置
まで導かれる。このようにして掘削土砂の排出がおこな
われた後には、シールドジャッキ６を収縮させる。この
シールドジャッキ６の収縮により、このシールドジャッ
キ６の末端部（図１の上端部）の後方部分に、新たなセ
グメント７の収納が可能な空隙が形成される。ここでエ
レクタ８を作動させることにより、その空隙に新たなセ
グメントが収納される。以下、同様の動作が繰り返しお
こなわれて所望の立坑を形成することができる。

【００２６】本実施形態によれば、上述のように送水管
１０、第２の回転軸継手２１を介して泥水を放出させ、
泥土化あるいは泥水化した掘削土砂を土砂吸い込み配管
５、第１の回転軸継手２０を介して排出させることによ
り、能率よく掘削土砂の排土作業を実施することができ
る。

【００２７】また特に、カッタ２の中心軸２ｄ付近に配
置される第１の回転軸継手２０は、土砂吸い込み配管５
の収納が可能な程度の小型のものに形成することがで
き、これに伴ってカッタ２の中心軸２ｄの径寸法の大径
化も抑えることができる。また、第２の回転軸継手２１
は駆動リング４ｂの外側に配置するので、この駆動リン
グ４ｂも径寸法を特別に大きくすることを要しない。

【００２８】これに伴い、駆動リング４ｂを保持するベ
アリング１１もその径寸法を比較的小さく設定でき、ま
た、駆動リング４ｂの径寸法を比較的小さく設定できる
ことにより、泥水圧によるベアリング１１への負荷を小
さく抑えることができ、カッタ上下ジャッキ９の容量も
比較的小さく抑えることができる。これらのことから、
カッタ２の駆動部４を比較的小型にすることができ、シ
ールド本体１に対するカッタ２の駆動部４の配置が容易
になるとともに、このカッタ２の駆動部４の製造原価を
安く抑えることができる。

【００２９】また、駆動リング４ｂの径寸法を比較的小
さく設定できることに伴って、カッタ２の回転に追従す
る図示しない駆動リングシールの摺動部の速度を遅くす
ることができ、これにより駆動リングシールの耐久性を
向上させることができる。

【００３０】また、上述のようにカッタ２の中心軸２ｄ
の径寸法を比較的小さく設定できることにより、この中
心軸２ｄに装着される図示しない中心軸シールの摺動部
の速度を遅くすることができ、これにより中心軸シール
の耐久性を向上させることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１記載の
発明は、カッタの中心軸近傍に配置され、土砂吸いこみ
配管の一端側と他端側との間に位置する中間部を収納す
る第１の回転軸継手と、送水管の一端側と他端側との間
に位置する中間部を収納する第２の回転軸継手とをそれ
ぞれ別に設けたので、カッタ中心軸近傍に設ける第１の
回転軸継手を小型化することができる。よって、排土効
率を維持しながらカッタの中心軸の径寸法の大型化を防
止することができ、それに伴い、カッタの駆動部の大型
化も防止することができる。 また、請求項２に係る発明
では、第２の回転軸継手を、カッタに回転力を加える駆
動リングの外側に設けたので、駆動リングの大型化を防
止することができる。よって、さらにカッタの駆動部の
大型化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立坑掘削機の一実施形態を示す縦断面
図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視に相当する横断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ矢視に相当するカッタ部分を示す
図である。

【図４】図１のＣ部拡大図である。

【図５】図１に示す実施形態を用いておこなわれる掘削
作業の一形態を示す図である。

【図６】本願出願人らの先行技術から考えられる立坑掘
削機を示す縦断面図である。

【図７】図６のＤ−Ｄ矢視に相当する横断面図である。

【図８】図６のＥ−Ｅ矢視に相当するカッタ部分を示す
図である。

【図９】図６のＦ部拡大図である。

【符号の説明】

１ シールド本体 １ａ 内周リング １ｂ 中間リング １ｃ 外周リング ２ カッタ ２ａ センタカッタ ２ｂ カッタスポーク ２ｃ ビット ２ｄ 中心軸 ３ ハル ４ 駆動部 ４ａ 駆動モータ ４ｂ 駆動リング ５ 土砂吸い込み配管 ５ａ 吸い込み口 ５ｂ サクションポンプ ６ シールドジャッキ ７ セグメント ８ エレクタ ９ カッタ上下ジャッキ １０ 送水管 １０ａ 送水口 １０ｂ 送水ポンプ １１ ベアリング ２０ 第１の回転軸継手 ２１ 第２の回転軸継手

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 1/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立坑内に配置されるシールド本体と、 このシールド本体の下方に設けられ、立坑内の切羽を掘
   削するカッタと、 一端側が前記カッタのほぼ中央部で掘削面近傍の位置に
   設けた少なくとも１つの吸い込み口を形成し、他端側が
   サクションポンプに接続される土砂吸い込み配管と、 一端側が前記カッタの外周近傍で掘削面近傍の位置に設
   けた少なくとも１つの送水口を形成し、他端側が送水ポ
   ンプに接続される送水管とを備えた立坑掘削機におい
   て、 前記カッタの中心軸近傍に配置され、前記土砂吸い込み
   配管の一端側と他端側との間に位置する中間部を収納す
   る第１の回転軸継手と、この第１の回転軸継手と別に設けられ、 前記送水管の一
   端側と他端側との間に位置する中間部を収納する第２の
   回転軸継手とを備えたことを特徴とする立坑掘削機。
2. 【請求項２】 前記第２の回転軸継手を、前記カッタに
   回転力を加える駆動リングの外側に設けたことを特徴と
   する立坑掘削機。