JP3458269B2 - 縦坑及び横坑の掘削装置 - Google Patents

縦坑及び横坑の掘削装置

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JP3458269B2
JP3458269B2 JP02260399A JP2260399A JP3458269B2 JP 3458269 B2 JP3458269 B2 JP 3458269B2 JP 02260399 A JP02260399 A JP 02260399A JP 2260399 A JP2260399 A JP 2260399A JP 3458269 B2 JP3458269 B2 JP 3458269B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば電気,ガ
ス,水道等のパイプラインを配設する縦坑及び横坑の
削装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、縦坑と横坑の掘削を1台のシール
ドマシンにより行えるようにした球体シールドマシンが
提案されている。この球体シールドマシン1は、図11
に示すように、縦坑の掘削に使用するリング形の外周側
カッター2をシールド本体3aの先端(図示下端)に配
設した縦シールド機3と、横シールド機4とからなる。
【0003】横シールド機4は、上記縦シールド機3の
シールド本体3aの先端部内に傾動可能に配設した可動
球体5に収容されており、それは、シールド本体6の先
端(図示下端)に、円形の内周側カッター7を上記外周
側カッター2と同軸的に支持してなるものである。
【0004】上記の構成を備えた球体シールドマシン1
による縦坑と横坑の掘削は、概ね次のように行われる。
地盤の縦坑掘削位置に配置した架台(図示しない)
に、球体シールドマシン1を倒立させて吊持し、この倒
立状態のまま地盤を掘削する。
【0005】 セグメントを組み上げながら、これら
のセグメントに対して反力を取りつつ掘進し、所定の深
度において、縦シールド機3の外周側カッター2と横シ
ールド機4の内周側カッター7とを切り離し、その内周
側カッター7を可動球体5内に引き込んで収納する。
【0006】 縦シールド機3のシールド本体3a内
に配設した回転ジャッキ(図示しない)により、内周側
カッター7が水平となるように、可動球体5を傾動させ
る。 次に、テールプレート(図示しない)を溶接に
より継ぎ足すとともに、エレクター等を整備した後、横
シールド機4を可動球体5から発進させて横坑を掘削す
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の球体シ
ールドマシン1によって縦坑と横坑の掘削を行う場合に
は、次のような問題がある。 球体シールドマシン1
を吊持しかつこれを掘削に伴って昇降調整しなければ、
自重により外周側カッター2及び内周側カッター7が切
羽面に咬止してしまうため、球体シールドマシン1を吊
持する架台や昇降調整のための大型の付帯設備を設けな
ければならない。
【0008】 内周側カッター7と外周側カッター2
とを同軸的に配置しているために、縦坑と横坑の内径を
互いに独立して設定することができない。また、縦シー
ルド機3のシールド本体3a内に横シールド機4を内蔵
しているために、内周側カッター7の大きさが縦シール
ド機3のシールド本体3aの大きさによっても制限さ
れ、従って、縦坑,横坑の大きさが制限される。
【0009】 また、縦坑の掘削に伴ってセグメント
を組み上げて、それらのセグメントに反力を取る必要が
あるので、アンカー工、反力受け設備等が大規模にな
り、かつ、横坑の掘削に至るまでの工程が多くなって、
施工費の上昇原因になっているとともに掘削作業が煩雑
となる。
【0010】 可動球体5を傾動させる必要があるの
で、縦シールド機3の構造が複雑になって、他の一般的
なシールドマシンよりもさらに高価になる。
【0011】そこで本発明は、装置自体を吊持するため
の架台や付帯設備を必要とせず、縦坑,横坑の掘削を容
易かつ安価に行うことができるとともに、それらの内径
を互いに干渉することなく任意に設定できる縦坑及び横
坑の掘削装置を提供しようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の縦坑及び
横坑の掘削装置は、縦坑掘削用カッターヘッド14と、
これを昇降駆動する昇降用油圧ジャッキ11…とを配設
したコンクリート基体8上に、横坑掘削用カッターヘッ
ド33を周壁31に配設してなる坑壁体Eと、その横坑
掘削用カッターヘッド33と上記縦坑掘削用カッターヘ
ッド14とを各別に回転駆動するシールドマシンCとを
載置した構成のものである。
【0013】請求項2記載の本発明は、シールドマシン
Cのシールド本体21が、水密構造になっておりかつコ
ンクリート基体8に対し水密にして取り付けられている
請求項1記載の縦坑および横坑の掘削装置である。
【0014】請求項3記載の縦坑及び横坑の掘削装置
は、回転及び昇降自在にした縦坑掘削用カッターヘッド
14と、これを昇降する昇降用油圧ジャッキ11…とを
配設したコンクリート基体8上に、シールドマシンCに
よって回転駆動される横坑掘削用カッターヘッド33を
周壁31に配設してなる坑壁体Eと、上記縦坑掘削用カ
ッターヘッド14を回転駆動する複数の油圧モータ40
…とを載置した構成のものである。
【0015】請求項4記載の本発明は、縦坑掘削用カッ
ターヘッド14が切羽面Gbに咬止しないように昇降用
油圧ジャッキ11を伸縮駆動する制御部Dを備えている
請求項1,2又は3記載の縦坑および横坑の掘削装置で
ある。
【0016】請求項5記載の本発明は、制御部Dが、縦
坑掘削用カッターヘッド14に生じる掘削トルクを検出
し、その検出した掘削トルクが所定値を超えないように
昇降用油圧ジャッキ11…を駆動する請求項4記載の縦
坑および横坑の掘削装置である。
【0017】
【発明の実施の形態】まず、第1の実施形態に係る本発
明縦坑及び横坑の掘削装置Aについて、図面を参照して
説明する。8はコンクリート基体であり、それは、図
1,2に示すように、下端面側に形成した下側空部10
b上に、これよりも小径の上側空部10aを連設形成し
てなるカッター収容部10を内設するとともに、その上
側空部10aの上壁中央に遊挿孔9を穿設した円筒形の
もので、そのカッター収容部10にカッターヘッド昇降
支持機構Bを収容している。なお、8aは送泥管、8b
は排泥管である。
【0018】上記カッターヘッド昇降支持機構Bは、コ
ンクリート基体8の上側空部10a内に、遊挿孔9を中
心とした所定角度間隔で配列した複数の昇降用油圧ジャ
ッキ11…により反力受け12を昇降自在にし、また、
その反力受け12に、回転支持体13及びこれに複数の
連結部材17…を介して固定した縦坑掘削用カッターヘ
ッド14を回転自在に支持した構成のものである。
【0019】上記反力受け12は、図2に示すように、
カッター収容部10の上側空部10aに昇降自在に装架
されかつ昇降用油圧ジャッキ11…に連結する受け部1
2aの上壁中央に、遊挿部12bを突設してなる円筒形
のものである。
【0020】上記回転支持体13は、上端面に減速機構
である差動歯車機構15を収容する収容凹部13aを形
成しかつ周壁下辺縁にベアリング載置用鍔13bを水平
に突設してなるものであり、これのベアリング載置用鍔
13b上に配列した複数のベアリング18…を介して上
記反力受け12に対して回転自在に装架されている。
【0021】上記縦坑掘削用カッターヘッド14は、こ
れが傾斜した際に、沈下が遅れている刃口部分を掘削し
て、その傾斜を修正するように伸縮駆動制御される複数
のオーバーカッター16…が外周縁部に沿い所定の間隔
で配列されているものである。
【0022】上記のカッターヘッド支持機構Bでは、回
転支持体13が反力受け12に対し回転自在に装架され
ているとともに、その反力受け12が、上側空部10a
内において昇降用油圧ジャッキ11…により昇降自在に
して装架されていることにより、縦坑掘削用カッターヘ
ッド14は、コンクリート基体8に対して回転及び昇降
自在に支持されていることになる。なお、19,20は
それぞれシール材である。
【0023】Cは、上記コンクリート基体8上に水密に
して載置されたシールドマシンであり、これは、図1,
3に示すように、水密構造にしたシールド本体21の後
端部(図示上端部)に、メンテナンスシャフト22を取
り付ける上板23を水密にして固定するとともに、シー
ルド本体21の先端部(図示下端部)に、複数の油圧モ
ータ24…を等角度間隔で配設しかつリング形の支持部
材25aを内周壁25bに固着した取付け部材25を設
けてなるものである。
【0024】26は、上記シールドマシンCに、縦坑掘
削用カッターヘッド14を連結するカッターヘッド連結
部材であり、それは、円筒形本体27の一端側口縁に、
上記差動歯車機構15の大歯車15aと同じ軸に固定し
た小歯車15bに噛合するリング状の内歯歯車28を、
また、その円筒形本体27の他端面に、これを支持部材
25aに対して回動自在に支持させる支持用リング部材
27aを固定するとともに、その支持用リング部材27
aに、上記油圧モータ24…の各駆動軸に固定した小歯
車29に噛合するリング形歯車30を固定してなる。
【0025】すなわち、上記のシールドマシンCは従来
公知のものと異なり、カッターヘッド連結部材26を介
して縦坑掘削用カッターヘッド14を連結することがで
き、また、そのカッターヘッド連結部材26を取り外し
た状態で、後述する横坑掘削用カッターヘッド33を連
結できる構成になっているものである。換言すると、シ
ールドマシンCは、縦坑掘削用カッターヘッド14と横
坑掘削用カッターヘッド33の回転駆動源を兼ねるもの
である。
【0026】Dは、本装置全体を制御するとともに、縦
坑掘削用カッターヘッド14が切羽面Gbに咬止しない
ように昇降用油圧ジャッキ11…を伸縮駆動する機能を
有する制御部であり、縦坑Gaの坑口近傍に配置されて
いる。
【0027】すなわち、制御部Dは、上記油圧モータ2
4…に生じる圧力変動により縦坑掘削用カッターヘッド
14に生じる掘削トルクを算出し、その算出した掘削ト
ルクが、縦坑掘削用カッターヘッド14が切羽面Gbに
咬止する値にならないように、昇降用油圧ジャッキ11
…を伸縮駆動する。
【0028】Eは、上記コンクリート基体8上に載置さ
れた坑壁体であり、それは、図1に示すように、コンク
リート基体8と同じ外径にした周壁31の一部に設けた
エントランス設備32に、横坑掘削用カッターヘッド3
3を仮固定してなるものである。なお、32aはエント
ランス設備32の外側開口を閉じる仮壁であり、たとえ
ばロックピン(図示しない)等により固定されている。
【0029】横坑掘削用カッターヘッド33の後面に
は、図4に示すように、上記シールドマシンCの油圧モ
ータ24の小歯車29に噛合するリング形歯車34が固
定され、また、そのリング形歯車34には、これを回転
自在にして上記取付け部材25に支持させる支持用リン
グ部材35が固定されている。
【0030】次に、上記縦坑及び横坑の掘削装置Aを用
いた縦坑及び横坑の掘削方法について、主に図1,5〜
7を参照して説明する。図1に示すように、地盤Gの縦
坑掘削位置に配設した補強用坑壁36内に、コンクリー
ト基体8を設置する。
【0031】シールドマシンCの駆動により縦坑掘削用
カッターヘッド14を回転させて縦坑Gaを掘削する
が、その縦坑掘削用カッターヘッド14による掘削は、
その縦坑掘削用カッターヘッド14を、これが切羽面G
bに咬止しないように昇降用油圧ジャッキ11…により
昇降しながら行う。
【0032】所要深さまで掘削したら、坑壁体Eの周壁
31上に、坑口に配設したスリップフォーム37により
新たな坑壁38を構築し、また、メンテナンスシャフト
22も必要に応じて継ぎ足しながら掘削を進める。
【0033】掘削の進行に伴って反力が必要になったと
きは、縦坑Ga内に所要量の水を満たすことにより必要
な反力を得る。この場合、シールドマシンCのシールド
本体21を水密構造にし、また、そのシールド本体21
とコンクリート基体8とを水密に接合しているので、縦
坑Gaに満たした水が縦坑Ga外に漏出したり、シール
ドマシンC内に浸入することもない。
【0034】図6に示すように、縦坑Gaを所定の深度
まで掘削したなら、その縦坑Ga内に満たしていた水を
抜き、また、シールドマシンCをコンクリート基体8か
ら取り外した後、それのカッター収容部10内にコンク
リートを打設して、カッターヘッド昇降支持機構Bを埋
設して止水処理し、さらに、そのコンクリート基体8上
にシールド発進設備39を設置する。
【0035】また、シールドマシンCから、メンテナン
スシャフト22、上板23及びカッターヘッド連結部材
26を取り外し、それを横向きにしてコンクリート基体
8上に載置する。
【0036】さらに、シールドマシンCの油圧モータ2
4の小歯車29を、坑壁体Eに配設した横坑掘削用カッ
ターヘッド33のリング形歯車34に噛合させるととも
に、支持用リング部材35を取付け部材25に接合す
る。その後、シールドマシンCを発進させて横坑を掘削
する。
【0037】次に、第2の実施形態に係る本発明縦坑及
び横坑の掘削装置A′について説明する。なお、上記第
1の実施形態のものと同じものについては、同一の符号
を付して説明を省略する。
【0038】カッターヘッド昇降支持機構B′は、回転
支持体42を除き、上記カッターヘッド昇降支持機構B
と同じ構成のものである。
【0039】回転支持体42は、上端面に大歯車42a
を形成しかつ周壁下辺縁にベアリング載置用鍔42bを
水平に突設したものであり、これの下端面に、複数の連
結部材17…を介して縦坑掘削用カッターヘッド14が
取り付けられている。
【0040】上記のカッターヘッド昇降支持機構B′で
は、回転支持体42が反力受け12に対し回転自在に装
架されているとともに、その反力受け12が、上側空部
10a内において昇降用油圧ジャッキ11…により昇降
自在に装架されていることにより、縦坑掘削用カッター
ヘッド14は、コンクリート基体8に対して昇降及び回
転自在に支持されていることになる。
【0041】40は、コンクリート基体8の遊挿孔9の
周囲に等角度間隔で固定された油圧モータであり、それ
らの各回転軸には、上記回転支持体42の大歯車42a
に噛合する小歯車43が固定されている。
【0042】Dは、上記第1の実施形態の場合と同様
に、本装置全体を制御するとともに、縦坑掘削用カッタ
ーヘッド14が切羽面Gbに咬止しないように昇降用油
圧ジャッキ11…を伸縮駆動する機能を有する制御部で
あるが、ここでは、上記油圧モータ40…に生じる圧力
変動により縦坑掘削用カッターヘッド14に生じる掘削
トルクを算出している。
【0043】41は、遊挿孔9及び油圧モータ40…を
覆うことができる大きさからなるフード本体41aの上
部に、メンテナンスシャフト41bを連結してなる防水
フードであり、コンクリート基体8に対し水密にして着
脱自在に載置されている。
【0044】次に、上記縦坑及び横坑の掘削装置A′を
用いた縦坑及び横坑の掘削方法について、図8〜10を
参照して説明する。図8に示すように、地盤Gの縦坑掘
削位置に配設した補強用坑壁36内に、コンクリート基
体8を設置する。
【0045】コンクリート基体8に固定載置した油圧モ
ータ40…を駆動して縦坑掘削用カッターヘッド14を
回転させて縦坑Gaを掘削するが、その縦坑掘削用カッ
ターヘッド14による掘削は、その縦坑掘削用カッター
ヘッド14を、これが切羽面Gbに咬止しないように昇
降用油圧ジャッキ11…により昇降しながら行う。
【0046】所要深さまで掘削したら、坑壁体Eの周壁
31上に、坑口に配設したスリップフォーム37により
新たな坑壁38を構築し、また、メンテナンスシャフト
41bも必要に応じて継ぎ足しながら掘削を進める。さ
らに、掘削の進行に伴って反力が必要になったときは、
縦坑Ga内に所要量の水を満たすことにより必要な反力
を得る。
【0047】図10に示すように、縦坑Gaを所定の深
度まで掘削したなら、その縦坑Ga内に満たしていた水
を抜き、また、防水フード41,油圧モータ40…をコ
ンクリート基体8から取り外した後、そのコンクリート
基体8のカッター収容部10内にコンクリートを打設し
て、カッターヘッド昇降支持機構B′を埋設して止水処
理する。
【0048】次に、コンクリート基体8上にシールド発
進設備39を設置するとともに、別に用意しておいたシ
ールドマシンCを横向きにして載置し、そのシールドマ
シンCを坑壁体Eの横坑掘削用カッターヘッド33に接
合し、その後、そのシールドマシンCを発進させて横坑
を掘削する。
【0049】
【発明の効果】請求項1〜記載の発明によれば、架台
や付帯設備を必要とせず、縦坑,横坑の掘削を容易かつ
安価に行うことができるとともに、それらの内径を互い
に干渉することなく任意に設定できる。
【0050】縦坑の掘削に従ってコンクリートの坑壁を
構築できるので、工期を短縮することができる。
【0051】請求項1〜記載の発明で得られる上記共
通の効果の他、各請求項記載の発明によれば次の各効果
を得ることができる。請求項1記載の発明によれば、縦
坑掘削用カッターヘッドと、横坑掘削用カッターヘッド
とを、1台のシールドマシンにより回転駆動させること
ができるので、各カッターヘッド毎に、油圧モータ等の
駆動源を設ける必要がなく、製造コストを低減できる。
【0052】請求項2記載の発明によれば、シールド本
体を水密構造にしかつコンクリート基体に対し水密にし
て載置しているので、掘削に伴い必要な反力を得る水を
縦坑内に満たすことができる。従って、従来のように、
縦坑の掘削に伴って組み立てたセグメントに反力を取る
必要がない。
【0053】さらに、アンカー工、反力受け設備等が不
要となるとともに、横坑の掘削に至るまでの工程を簡素
化することができるようになって、施工費を低減できる
とともに掘削作業を簡素化できる。
【0054】請求項3記載の発明によれば、縦坑掘削用
カッターヘッドを油圧モータにより回転駆動し、また、
横坑掘削用カッターヘッドをシールドマシンにより回転
駆動しているので、縦坑掘削用カッターヘッドにより縦
坑を掘削している間に、横坑掘削用カッターヘッドを回
転駆動させるのに必要なシールドマシンを製作すること
ができ、工期を短縮することができる。
【0055】請求項4記載の発明によれば、縦坑掘削用
カッターヘッドが切羽面に咬止しないように昇降用油圧
ジャッキを駆動する制御部を備えているので、切羽面の
掘削を効率よく行うことができる。
【0056】請求項5記載の発明によれば、制御部が、
縦坑掘削用カッターヘッドに生じる掘削トルクを検出
し、その検出した掘削トルクが所定値を超えないように
昇降用油圧ジャッキを駆動しているので、掘削トルクを
正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係る本発明縦坑及び横坑の掘
削装置の断面図である。
【図2】その主要部の分解図である。
【図3】シールドマシンの拡大断面図である。
【図4】横坑掘削用カッターヘッドの拡大図である。
【図5】上記の縦坑及び横坑の掘削装置による掘削方法
を説明するためのもので、昇降用油圧ジャッキを伸出駆
動した様子を示す断面図である。
【図6】その縦坑の掘削終了後、横坑を掘削し始める前
の断面図である。
【図7】横坑掘削用カッターヘッドとシールドマシンを
連結固定した断面図である。
【図8】第2の実施形態に係る本発明縦坑及び横坑の掘
削装置の断面図である。
【図9】その縦坑及び横坑の掘削装置による掘削方法を
説明するためのもので、昇降用油圧ジャッキを伸出駆動
した様子を示す断面図である。
【図10】その縦坑の掘削終了後、坑壁体にシールドマ
シンを取り付けた断面図である。
【図11】縦坑と横坑の掘削を1台のシールドマシンに
より行えるようにした球体シールドマシンの断面図であ
る。
【符号の説明】
8 コンクリート基体 11 昇降用油圧ジャッキ 14 縦坑掘削用カッターヘッド 21 シールド本体 24,40 油圧モータ 31 周壁 33 横坑掘削用カッターヘッド C シールドマシン D 制御部 E 坑壁体 Gb 切羽面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−165991(JP,A) 特開 平10−252378(JP,A) 特開 昭63−165693(JP,A) 実用新案登録2574149(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21D 1/00 - 1/08 E21D 5/00 - 5/04 E21D 9/06 301

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】縦坑掘削用カッターヘッドと、これを昇降
    駆動する昇降用油圧ジャッキとを配設したコンクリート
    基体上に、横坑掘削用カッターヘッドを周壁に配設して
    なる坑壁体と、その横坑掘削用カッターヘッドと上記縦
    坑掘削用カッターヘッドとを各別に回転駆動するシール
    ドマシンとを載置していることを特徴とする縦坑及び横
    坑の掘削装置。
  2. 【請求項2】シールドマシンは、それのシールド本体が
    水密構造になっておりかつコンクリート基体に対し水密
    にして取り付けられている請求項1記載の縦坑及び横坑
    の掘削装置。
  3. 【請求項3】回転及び昇降自在にした縦坑掘削用カッタ
    ーヘッドと、これを昇降する昇降用油圧ジャッキとを配
    設したコンクリート基体上に、シールドマシンを連結す
    ることにより回転駆動される横坑掘削用カッターヘッド
    を周壁に配設してなる坑壁体と、上記縦坑掘削用カッタ
    ーヘッドを回転駆動する複数の油圧モータとを載置して
    いることを特徴とする縦坑及び横坑の掘削装置。
  4. 【請求項4】上記縦坑掘削用カッターヘッドが切羽面に
    咬止しないように昇降用油圧ジャッキを伸縮駆動する制
    御部を備えている請求項1,2又は3記載の縦坑及び横
    坑の掘削装置。
  5. 【請求項5】制御部は、縦坑掘削用カッターヘッドに生
    じる掘削トルクを検出し、その検出した掘削トルクが所
    定値を超えないように昇降用油圧ジャッキを駆動する請
    求項4記載の縦坑及び横坑の掘削装置。
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