JP3562978B2 - Mechanism for correcting the direction of excavation of the leading conduit - Google Patents

Mechanism for correcting the direction of excavation of the leading conduit Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば下水道管渠や地中電線管等の推進工法に用いられる推進装置に係り、特に小口径の推進先導管の掘進方向を設定方向に維持するための掘進方向修正機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
管渠等の施工に多用されている推進工法は、予め構築した立坑の中に推進用のジャッキ装置を配置しておき、立坑に開けた発進坑口から先導管をこのジャッキ装置によって掘削方向に推力を与えながら移動させて掘削していくもので、先導管に推進管を1本ずつ接続することによって管渠が構築される。
【0003】
このような推進工法では、推進機の先導管の進行方向が発進坑口から設計通りの位置と方向に維持されるように厳しく管理する必要がある。すなわち、先導管がジャッキ装置によるスラストと先端のカッターの回転によって地山を掘削していくとき、地山の条件や推進機械の特性によって先導管の進行方向が曲げられてしまうことがある。このため、先導管の指向方向を掘削完了までの期間継続して監視する必要があり、進行方向からずれたときには先導管の姿勢を変更するように制御することで元の設定された掘削方向となるように矯正操作される。
【0004】
このような先導管の掘進方向を矯正する方法として、従来から首振り方式または斜切り管方式が主に利用されている。
【0005】
首振り方式は、先導管の先端を球面継手によって先導管本体に連接し、先導管先端の首振りのための油圧ジャッキを配置したものである。そして、首振りを行う先導管先端部はカッタヘッド自身を動かす方法とカッタヘッドの外周に配置したフードを動かす方法がある。
【0006】
このような首振り式の中で、カッタヘッド自身を首振りさせるものでは、掘進方向の修正が確実にできる点で優れているが、フードを首振りさせるものは若干その修正効果が低いとされている。
【0007】
一方、斜切り管方式は、パイロット管を用いるものとフードを用いる二つの方式がある。パイロット管方式は、カッタヘッドと同軸上に配置されその先端を斜めにカットして傾斜板で塞いだ形状のパイロット管を備え、推進機を直進させるときにはカッタヘッドとともに回転させ、推進方向を修正するときには先端の斜切り面を曲げる反対方向に位置するようにパイロット管を停止させるようにしたものである。パイロット管の回転を停止させている期間では、パイロット管は径が小さいので土圧抵抗が最小となる方向に曲げられて推進される。したがって、パイロット管の斜切り面の方向を検知すれば掘進が曲がる方向を知ることができる。また、フード式のものは、先導管の先端に設けたフードの先端を斜切りするとともにこのフードからカッタヘッドが出没動作できるようにしたものである。直進掘進のときにはカッタヘッドをフードから突き出して掘削してフードの影響を殺ぎ、方向修正のときにはフードの中にカッタヘッドを後退させ、フードの長さ方向の不同を利用して掘進方向を修正している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、首振り式の場合では、カッタヘッドまたはフードを首振りさせるいずれの構成においても、油圧ジャッキと球面継手が必要である。したがって、油圧ジャッキ及び球面継手が占める容量が大きくなり、特に小口径推進管の場合への対応がむずかしい。一方、油圧ジャッキを小型化することで対応すると、必要な首振りトルクを得るためには高圧の油圧回路が必要であり、作動油のリークや部材の応力等が新たな問題となる。
【0009】
また、球面継手は製造費用が高くなるほか保守管理も煩雑になりやすく、磨耗等で間隙が大きくなると、油圧ジャッキのストロークがこの間隙によって吸収されてしまい、カッタヘッドやフードの首振り量が不足したり首振り角度の検出が十分にできなくなる。
【0010】
一方、斜切り管方式のパイロット管を用いるものでは、パイロット管の外径が小さいのでその推進抵抗も低く抑えられるものの、パイロット管と先導管との2段の推進となるので、構造が複雑になりやすい。また、斜切り面を持つフードの場合では、首振り式と比べてその方向修正の機能の面で十分とはいえない。
【0011】
本発明において解決すべき課題は、構造が簡単で小口径の推進装置への適用も可能な推進装置における掘進方向の修正機構を提供することにある。
【0012】
本発明は、推進装置からの推力によって掘進方向に推進される先導管において、前記先導管の先端に回転駆動可能に装着されるカッタヘッド前記カッタヘッドから前記先導管を経由して掘削された土砂を地上まで排出する排土管とを備え、前記カッタヘッドは、先細り状のほぼ部分円錐であって先端部が前記先導管の断面中心を含み且つ基端側にかけて扇状に周面を展開したテーパブロックと、前記テーパブロックの周面に配置した掘削用のビットとから構成してなることを特徴とする。
【0013】
このような構成において、前記カッタヘッドを回転駆動するための駆動モータを前記先導管の内部に配置し、前記カッタヘッドの回転中心と同軸配置されて前記駆動モータに連接される回転軸の周りに回転角度検出用のディスクを備え、更に前記ディスクの外周を観測面として前記回転軸の回動角度を検知する検知手段を備えたものとすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の推進機の先端部の要部を示す概略縦断面図、図2は先端側から見た正面図である。
【0015】
図において、円筒状の先導管1は、その先端側に減速機付きの駆動モータ2を組み込むとともに、この駆動モータ2の出力軸2aに同軸上でスプライン継手2cを介して連結した駆動軸2bを支持するヘッドブロック1aを一体に固定したものである。
【0016】
先導管1は従来の推進工法で利用されている推進装置と同様に、発進側の立坑から推進ジャッキによって到達立坑側へ圧入される推進管によって推進されるものである。すなわち、発進坑口から地山中に推進装置の推力が推進管を経て先導管1に加えられて地山を掘進していく。そして、推進管を継ぎ足してこの圧入を繰り返し、管渠を構築する。先導管1が到達立坑に達したときにこの先導管1のみが地上側に回収される。
【0017】
このような推進工法においては、先導管1の推進方向を監視することが重要である。この推進方向の監視のため、発進側の立坑に備えた推進方向監視用のレーザ投光器(図示せず)からのレーザを受けて先導管の1の位置ずれを計測するためのテレビカメラ3aと先導管1の傾斜を計測する遠隔傾斜計3bを配置している。
【0018】
先導管1のヘッドブロック1aは、駆動軸2bを支持する軸受1bとシール用のシール環1cを備えるとともに排土チャンバ1dを環状に形成したものである。そして、排土チャンバ1dの正面側には複数の開口1eを開けるとともに背面側には排土管1fを連結している。なお、排土管1fは従来のものと同様に先端側に圧縮空気の供給配管を接続するとともに基端側を地上に設置したバキュームポンプに接続し、圧縮空気の供給と真空引きによって掘削土砂を排出する。
【0019】
更に、ヘッドブロック1aの先端面の外周縁には前方に突き出るリングバンク1gを設けるとともに、中心部には円筒状のガイドスリーブ1hを設ける。このガイドスリーブ1hには駆動軸2bが回転自在に差し込まれ、駆動軸2bの先端部の六角軸2b−1にはカッタヘッド4が同軸上に連結している。このカッタヘッド4は、ガイドスリーブ1hの周りに回転自在に外挿される部分を偏心スリーブ4aとするとともにこの偏心スリーブ4aの外周にクラッシャ5を嵌合して一体に固定している。
【0020】
クラッシャ5は、たとえば先端側を先細りさせた戴頭円錐環であり、偏心スリーブ4aの偏心によって図3に示すようにクラッシャ5の外周面とリングバンク1gの内周面との間が回転に伴って広がったり狭まったりして岩石等の塊を破砕する。なお、クラッシャ5の基端側(図1において右端側)の半径はヘッドブロック1aの開口1eを塞がない程度とすることは無論であり、破砕された岩石や土砂は開口1eから排土チャンバ1dへ先導管の推進力と排土管の吸引力によって流れ込む。
【0021】
カッタヘッド4は図2に示すように、中心角が180°以下の劣弧状であって先細りさせたテーパブロック4bと、コーン型の2列のビット6a,6bを備えたものである。ビット6a,6bはそれぞれ異なる回転方向を先端が指向する姿勢として取り付けられ、カッタヘッド4の正転方向及び逆転方向のいずれにも対応して掘削可能であり、最も外周に配置されたものは先導管1の外周より5〜10mm程度のオーバーカットができるようにする。
【0022】
ここで、カッタヘッド4は先導管1の全断面に対して劣弧状の範囲を占めるだけで、テーパブロック4bは従来例で説明した斜切り用のパイロット管またはフードと同様に掘削孔内の土圧に対して偏当たりする。そして、この偏当たりを利用して先導管1の掘進方向を修正するので、カッタヘッド4の回動姿勢を知ることが必要である。このため、図1に示すように、先導管1の内部に近接センサ7を設けるとともに、駆動モータ2の出力軸2aに3枚のディスク8a,8b,8cを取り付ける。
【0023】
図4は近接センサ7と3枚のディスク8a〜8cの位置配列関係を示す概略図であり、ディスク8a〜8cの外周の出っ張った部分を山8dとし、引っ込んだ部分を谷8eとする。ディスク8aの場合では中心角180°が山8dで残り180°が谷8eとなり、ディスク8bでは中心角90°の山8dと谷8eが交互に配置され、ディスク8cでは中心角45°の山8dと谷8eが交互に配置されている。そして、近接センサ7が山8dに接近しているときオンを表示し、同じく谷8eに接しているときはオフで表示すれば、45°刻みで出力軸2aの回動角度をディジタル表示することができる。
【0024】
以上の構成において、発進立坑の推進ジャッキによって推進駆動される推進管(図示せず)の先端に連結された先導管1はその先端に取り付けたカッタヘッド4の掘削によって掘進していく。このとき、先導管1の先端のカッタヘッド4は先導管1の回転断面の一部を占めて半径方向に偏っているが、回転掘進によってカッタヘッド4が地山を一様に掘削するので、その掘進方向が曲げられることはない。そして、図5の(a)に示すように、ビット6a,6bによって図中のハッチング領域で示すように先導管1周りにオーバーカットを形成しながら掘進し、カッタヘッド4部分の地山はほぼ円錐台状に掘削される。
【0025】
なお、カッタヘッド4の回転方向は駆動モータ2の制御によって切り換えることができ、図2において時計方向に回転するときはビット6aにより掘削し、反時計方向に回転するときには他方のビット6bによる掘削が行われる。また、カッタヘッド4が回転するときには、偏心スリーブ4aの周りに取り付けたクラッシャ5も回転する。すなわち図3においてはリングバンク1gに対して下側にクラッシャ5が偏っているが、カッタヘッド4の回転によってその偏心方向が次第に変わっていき、リンクバンク1gとクラッシャ5の周面との間が周期的に拡大収縮する。したがって、掘削された岩石の塊等はリングバンク1gとの間でクラッシャ5による圧縮を受けて破砕され、掘削土砂や破砕分は開口1eから排土チャンバ1dに送り込まれ、排土管1fから排出される。
【0026】
ここで、先導管1の掘進進行中に地山に含まれた転石等にカッタヘッド4が衝突したりして推進方向が曲げられてしまうことがあるので、このような曲がりを矯正する。たとえば、テレビカメラ3aによる撮像によって推進方向が所定の軌道よりも上側に傾いていくことが検知されたときには、図1,図2及び図5の(a)に示すように、カッタヘッド4が先導管1の回転断面の上側になる位置で停止させる。このカッタヘッド4の位置の設定は、図4で示した近接センサ7と3枚のディスク8a,8b,8cを利用することで実行可能である。
【0027】
次いで、発進立坑の推進ジャッキを駆動して先導管1にスラストを加える。このとき、カッタヘッド4部分が入り込んでいる地山部分は、スラストが加わる前にカッタヘッド4の回転によって軟化し、排土も行われているので密度は疎となっている。すなわち、図5の(a)において、カッタヘッド4のテーパブロック4bの下側にハッチングで示された領域の地山は軟らかくまた疎になっているので、先導管1にスラストが加わるとカッタヘッド4は図5の(b)に示す矢印の方向を向くような力が加わって姿勢を変える。したがって、導管1は軸線を斜め下向きに次第に変え、その位置も下方に移動する。
【0028】
このように先導管1の位置が下方に下がったことをテレビカメラ3aで確認した後には、駆動モータ2を再起動してカッタヘッド4を回転させて掘削を再開する。このとき、この変位の修復状態をテレビカメラ3aによる撮像によって確認し、修正不良であれば先の修正を繰り返し、先導管1はこの修正された姿勢を基に掘削していき、その結果先導管1の掘進方向は計画位置に補正される。
【0029】
なお、先導管1の推進方向のずれは上下方向の変位が左右方向よりも掘進には重大な影響を及ぼすので、先導管1の内部に備えた遠隔傾斜計3bによって先導管1の変位量の外に傾斜角度を確認して、修正動作を確実に行わせる。すなわち、上下や左右方向の変位に対しては、変位した向きと同じ側にカッタヘッド4を回動させて停止させ、その後は先に説明した要領で先導管1の掘進方向を修正すればよい。
【0030】
図6〜図8は別の例であって、これはカッタヘッド4に備えるビットを通常使用されている掘削ビットとするとともに、カッタヘッド4の回動角度をアナログ的に検知できるようにしたものである。なお、先の例と同じ構成部材については共通の符号で指示し、その詳細な説明は省略する。
【0031】
図6及び図7に示すように、カッタヘッド4のテーパブロック4bには、3列のビット9a,9b,9cが取り付けられている。これらのビット9a〜9cは従来から利用されている先導管用のカッタに常用されているものである。そして、先導管1の内部には非接触変位センサ10を備えるとともに、駆動モータ2の出力軸2aにはカッタヘッド4の回動姿勢の検知のためのディスク11を取り付けている。
【0032】
非接触変位センサ10は光学式又は電気式のものでディスク11の周面との間の距離に応じた信号を出力する。そして、ディスク11は図7に示すように、中心周りの全包囲の半径が一様に変化する外周面を形成したもので、その回転角度と非接触変位センサ10までの距離の関係を予め演算系に組み込むことによってディスク11の回転角度を知ることができる。したがって、先の例と同様にディスク11の回転姿勢を利用してカッタヘッド4の回動角度を検知できる。
【0033】
この図6〜図8の構成においても、先導管1の掘進方向がずれたとき、その変位方向と同じ側にカッタヘッド4の位置を設定することで、掘進方向の修正が可能である。
【0034】
なお、ビット9a〜9cは先の例のコーン型のビット6a,6bに比べると突き出し長さが短いが、カッタヘッド4周りでの掘削の状況は若干相違する。しかしながら、先導管1の掘進方向の修正においては、いずれのビットを用いてもテーパブロック4bの周りの土砂が掘削されて軟化し排土によって疎になるのを利用して方向修正するので、ビットの違いが掘進方向の修正の良否を決めることはなく、いずれの場合でも良好な修正の操作が可能である。
【0035】
【発明の効果】
請求項1の発明では、カッタヘッドにテーパブロックを形成するだけで掘進方向を修正できるので、加工が難しくて高価な球面継手や油圧ジャッキ等の揺動機構や褶動機構を必要とせず、簡単な構造でコンパクト化でき、小口径の推進機にも最適に利用できる。
【0036】
請求項2の発明では、先導管内の回転軸の回転角度をその周りのディスクと先導管内に配置した検知手段によって知ることができるので、たとえば発進立坑側から望遠鏡等の光学的な手段で標的を観察して回転角度を知る場合に比べると、標的の遠近を問わず回転角度を正確に把握でき、カッタヘッドの姿勢を適正化して正しい掘進方向への修正が可能となる。また、発進立坑側から先導管まで光の通る空所を設ける必要がないため、推進管内で配管類や電気配線類及び強度材等の配置が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の推進方向修正機構を備えた先導管及びカッタヘッド部分の要部を示す縦断面図である。
【図2】先導管及びカッタヘッドをその先端側から見た正面図である。
【図3】偏心スリーブ周りのクラッシャの偏心構造を示す要部の縦断面図である。
【図4】近接センサとディスクの配置を示す概略図である。
【図5】掘進状況の概略図であって、同図の(a)は直進掘進を示し、同図の(b)は下向きに変位した後の推進方向の修正を示す。
【図6】常用の掘削ビットと非接触変位センサを備える例を示す要部の縦断面図である。
【図7】図6の例の正面図である。
【図8】非接触センサとディスクの配置を示す概略図である。
【符号の説明】
1 先導管
1a ヘッドブロック
1d 排土チャンバ
1e 開口
1f 排土管
1g リングバンク
1h ガイドスリーブ
2 駆動モータ
2a 出力軸
2b 駆動軸
2c スプライン継手
3a テレビカメラ
3b 遠隔傾斜計
4 カッタヘッド
4a 偏心スリーブ
4b テーパブロック
5 クラッシャ
6a,6b ビット
7 近接センサ
8a,8b,8c ディスク
8d 山
8e 谷
9a,9b,9c ビット
10 非接触変位センサ
11 ディスク
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a propulsion device used for a propulsion method such as a sewer pipe or an underground conduit, and more particularly to a digging direction correcting mechanism for maintaining a digging direction of a small diameter propulsion destination pipe in a set direction.
[0002]
[Prior art]
The propulsion method often used for the construction of sewers is to place a jack device for propulsion in a shaft that has been constructed in advance, and to thrust the leading conduit from the starting port opening in the shaft in the direction of excavation by this jack device. The excavation is performed by moving the excavator while giving it, and a propulsion pipe is constructed by connecting the propulsion pipes one by one to the leading pipe.
[0003]
In such a propulsion method, it is necessary to strictly control the traveling direction of the conduit ahead of the propulsion device so that the position and direction from the starting wellhead are maintained as designed. That is, when the front pipe excavates the ground by the thrust by the jack device and the rotation of the cutter at the tip, the traveling direction of the front pipe may be bent depending on the conditions of the ground and the characteristics of the propulsion machine. For this reason, it is necessary to continuously monitor the pointing direction of the leading pipe during the period until the completion of the excavation, and when it deviates from the traveling direction, by controlling the attitude of the leading pipe to be changed, the original set drilling direction and The correction operation is performed.
[0004]
As a method of correcting the excavation direction of such a front pipe, a swinging method or an oblique pipe method has been mainly used.
[0005]
In the swinging method, the tip of the leading pipe is connected to the body of the leading pipe by a spherical joint, and a hydraulic jack for swinging the tip of the leading pipe is arranged. The tip of the leading conduit for swinging can be divided into a method of moving the cutter head itself and a method of moving a hood arranged on the outer periphery of the cutter head.
[0006]
In such a swing type, the one that swings the cutter head itself is excellent in that the direction of excavation can be corrected reliably, but the one that swings the hood is said to have a slightly lower correction effect. ing.
[0007]
On the other hand, the inclined pipe system includes two systems using a pilot tube and using a hood. The pilot pipe system is equipped with a pilot pipe that is arranged coaxially with the cutter head, the tip of which is cut obliquely and closed by an inclined plate.When the propulsion unit goes straight, it rotates with the cutter head to correct the propulsion direction. In some cases, the pilot pipe is stopped so that the pilot pipe is located in a direction opposite to the direction in which the inclined surface at the tip is bent. During the period in which the rotation of the pilot pipe is stopped, the pilot pipe is bent and propelled in a direction that minimizes the earth pressure resistance because the diameter of the pilot pipe is small. Therefore, by detecting the direction of the inclined plane of the pilot pipe, the direction in which the excavation turns can be known. In the hood type, the tip of the hood provided at the tip of the leading conduit is beveled, and the cutter head can move out and out of the hood. When moving straight, the cutter head protrudes from the hood and excavates to kill the influence of the hood, and when correcting the direction, the cutter head is retracted into the hood, and the digging direction is corrected using the unequal length direction of the hood are doing.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the swinging type, a hydraulic jack and a spherical joint are required in any configuration for swinging the cutter head or the hood. Therefore, the capacity occupied by the hydraulic jack and the spherical joint increases, and it is difficult to cope with the case of a small-diameter propulsion pipe. On the other hand, if the hydraulic jack is reduced in size, a high-pressure hydraulic circuit is necessary to obtain the required swinging torque, and leakage of hydraulic oil, stress of members, and the like pose new problems.
[0009]
In addition, the production cost of spherical joints is high and maintenance management is also complicated.If the gap becomes large due to wear or the like, the stroke of the hydraulic jack is absorbed by this gap, and the amount of swinging of the cutter head and hood is insufficient. And the swing angle cannot be detected sufficiently.
[0010]
On the other hand, in the case of using the inclined pipe type pilot pipe, the outer diameter of the pilot pipe is small, so that the propulsion resistance can be suppressed low. However, since the pilot pipe and the front pipe are driven in two stages, the structure becomes complicated. Prone. Also, in the case of a hood having a bevel, the function of correcting the direction is not sufficient in comparison with the swing type.
[0011]
The problem to be solved in the present invention is to provide a mechanism for correcting the direction of excavation in a propulsion device that has a simple structure and can be applied to a small-diameter propulsion device.
[0012]
The present invention is directed to a forward conduit propelled in a digging direction by a thrust from a propulsion device, wherein a cutter head is rotatably mounted at a tip of the forward conduit, and excavated from the cutter head via the forward conduit. The cutter head is a tapered , substantially partial cone , the tip of which includes the center of the cross section of the front conduit and has a fan-shaped peripheral surface extending toward the base end side. It is characterized by comprising a taper block and a bit for excavation arranged on a peripheral surface of the taper block.
[0013]
In such a configuration, a drive motor for rotationally driving the cutter head is disposed inside the front conduit, and is arranged coaxially with the center of rotation of the cutter head and around a rotation axis connected to the drive motor. The apparatus may further include a disk for detecting a rotation angle, and further include a detection unit configured to detect a rotation angle of the rotation shaft using an outer periphery of the disk as an observation surface.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a main part of a distal end portion of a propulsion device according to the present invention, and FIG. 2 is a front view seen from the distal end side.
[0015]
In the figure, a cylindrical front conduit 1 incorporates a drive motor 2 with a speed reducer at the distal end thereof, and a drive shaft 2b coaxially connected to an output shaft 2a of the drive motor 2 via a spline joint 2c. The head block 1a to be supported is fixed integrally.
[0016]
The forward conduit 1 is propelled by a propulsion pipe which is press-fitted from the starting shaft to the reaching shaft side by a propulsion jack, similarly to the propulsion device used in the conventional propulsion method. That is, the thrust of the propulsion device is applied from the starting port to the front pipe 1 through the propulsion pipe into the ground, and the ground is excavated. Then, the propulsion pipe is added and this press-fitting is repeated to construct a sewer. When the leading pipe 1 reaches the reaching shaft, only the leading pipe 1 is collected on the ground side.
[0017]
In such a propulsion method, it is important to monitor the propulsion direction of the leading conduit 1. In order to monitor the propulsion direction, a television camera 3a for measuring the displacement of the leading conduit 1 by receiving a laser from a laser projector (not shown) for monitoring the propulsion direction provided in the shaft on the starting side is used. A remote inclinometer 3b for measuring the inclination of the conduit 1 is arranged.
[0018]
The head block 1a of the front conduit 1 includes a bearing 1b for supporting the drive shaft 2b, a seal ring 1c for sealing, and an annularly formed earth discharging chamber 1d. A plurality of openings 1e are opened on the front side of the earth discharging chamber 1d, and an earth discharging pipe 1f is connected to the rear side. The discharge pipe 1f is connected to a compressed air supply pipe at the distal end side and a vacuum pump installed on the ground side at the distal end side, and discharges excavated earth and sand by supplying compressed air and evacuation as in the conventional case. I do.
[0019]
Further, a ring bank 1g protruding forward is provided on the outer peripheral edge of the front end surface of the head block 1a, and a cylindrical guide sleeve 1h is provided at the center. A drive shaft 2b is rotatably inserted into the guide sleeve 1h, and a cutter head 4 is coaxially connected to a hexagonal shaft 2b-1 at the tip of the drive shaft 2b. The cutter head 4 has an eccentric sleeve 4a at the portion rotatably inserted around the guide sleeve 1h, and a crusher 5 is fitted and fixed integrally to the outer periphery of the eccentric sleeve 4a.
[0020]
The crusher 5 is, for example, a conical cone with a tapered distal end, and the eccentricity of the eccentric sleeve 4a causes rotation between the outer peripheral surface of the crusher 5 and the inner peripheral surface of the ring bank 1g as shown in FIG. Crushing blocks such as rocks by spreading and narrowing. Of course, the radius of the crusher 5 on the base end side (the right end side in FIG. 1) should not be so large that the opening 1e of the head block 1a is closed. It flows into 1d by the propulsive force of the leading conduit and the suction force of the discharging pipe.
[0021]
As shown in FIG. 2, the cutter head 4 is provided with a tapered block 4b which is inferior in arc shape and has a central angle of 180 ° or less and is tapered, and two rows of cone-shaped bits 6a and 6b. The bits 6a and 6b are mounted so that the tip points in different rotation directions, and can be excavated in both the forward rotation direction and the reverse rotation direction of the cutter head 4; An overcut of about 5 to 10 mm from the outer periphery of the conduit 1 is made.
[0022]
Here, the cutter head 4 occupies only a subarc-shaped area with respect to the entire cross section of the front pipe 1, and the tapered block 4b is similar to the diagonal pilot pipe or hood described in the conventional example. Bias against pressure. Then, since the excavation direction of the leading pipe 1 is corrected by using this uneven contact, it is necessary to know the turning posture of the cutter head 4. For this purpose, as shown in FIG. 1, a proximity sensor 7 is provided inside the front conduit 1, and three disks 8a, 8b, 8c are attached to the output shaft 2a of the drive motor 2.
[0023]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a positional arrangement relationship between the proximity sensor 7 and the three disks 8a to 8c. A protruding portion on the outer periphery of the disks 8a to 8c is defined as a peak 8d, and a recessed portion is defined as a valley 8e. In the case of the disk 8a, the central angle 180 ° is the peak 8d and the remaining 180 ° is the valley 8e. In the disk 8b, the peaks 8d and the valleys 8e having the central angle of 90 ° are alternately arranged. And valleys 8e are arranged alternately. If the proximity sensor 7 indicates ON when approaching the peak 8d, and indicates OFF when the proximity sensor 7 is in contact with the valley 8e, the rotation angle of the output shaft 2a is digitally displayed at 45 ° intervals. Can be.
[0024]
In the above configuration, the leading pipe 1 connected to the tip of the propulsion pipe (not shown) driven by the propulsion jack of the starting shaft excavates by excavating the cutter head 4 attached to the tip. At this time, the cutter head 4 at the tip of the front pipe 1 occupies a part of the rotation cross section of the front pipe 1 and is deviated in the radial direction. However, since the cutter head 4 excavates the ground uniformly by rotary excavation, Its excavation direction is not bent. Then, as shown in FIG. 5A, excavation is performed while forming an overcut around the front pipe 1 by the bits 6a and 6b as shown by hatching areas in the figure, and the ground at the cutter head 4 is almost completely removed. Drilled into a truncated cone.
[0025]
The rotation direction of the cutter head 4 can be switched by the control of the drive motor 2. In FIG. 2, when the cutter head 4 rotates in the clockwise direction, the excavation is performed by the bit 6a. Done. When the cutter head 4 rotates, the crusher 5 attached around the eccentric sleeve 4a also rotates. That is, in FIG. 3, the crusher 5 is biased downward with respect to the ring bank 1g, but the direction of the eccentricity gradually changes due to the rotation of the cutter head 4, and the gap between the link bank 1g and the peripheral surface of the crusher 5 is increased. It expands and contracts periodically. Therefore, the excavated rock mass or the like is compressed and crushed by the crusher 5 with the ring bank 1g, and the excavated earth and sand and the crushed portion are sent to the earth removal chamber 1d from the opening 1e and discharged from the earth discharge pipe 1f. You.
[0026]
Here, since the cutter head 4 may collide with a boulder or the like included in the ground while the excavation of the front pipe 1 is in progress, the propulsion direction may be bent, and thus such bending is corrected. For example, when the propulsion direction is detected to be tilted above a predetermined trajectory by imaging with the television camera 3a, the cutter head 4 is first moved as shown in FIGS. The conduit 1 is stopped at a position above the rotational section. The setting of the position of the cutter head 4 can be executed by using the proximity sensor 7 and the three disks 8a, 8b, 8c shown in FIG.
[0027]
Next, the propulsion jack of the starting shaft is driven to add thrust to the leading conduit 1. At this time, the ground portion into which the cutter head 4 enters enters is softened by the rotation of the cutter head 4 before the thrust is applied, and the soil is discharged, so that the density is low. That is, in FIG. 5A, the ground in the area indicated by hatching below the tapered block 4b of the cutter head 4 is soft and sparse, so that when thrust is applied to the front conduit 1, the cutter head 4 Reference numeral 4 changes the posture by applying a force in the direction of the arrow shown in FIG. Therefore, the conduit 1 gradually changes its axis obliquely downward, and its position also moves downward.
[0028]
After confirming with the television camera 3a that the position of the leading pipe 1 has been lowered in this way, the driving motor 2 is restarted to rotate the cutter head 4, and the excavation is resumed. At this time, the repaired state of the displacement is confirmed by imaging with the television camera 3a, and if the correction is not correct, the previous correction is repeated, and the leading pipe 1 is excavated based on the corrected posture. The excavation direction of 1 is corrected to the planned position.
[0029]
In addition, since the displacement of the leading pipe 1 in the propulsion direction has a more significant influence on the excavation than the displacement in the vertical direction than in the left and right directions, the displacement of the leading pipe 1 is calculated by the remote inclinometer 3b provided inside the leading pipe 1. Check the angle of inclination outside to ensure corrective action. That is, for vertical and horizontal displacements, the cutter head 4 is rotated to the same side as the displaced direction and stopped, and thereafter the excavation direction of the leading pipe 1 may be corrected in the manner described above. .
[0030]
FIGS. 6 to 8 show another example, in which a bit provided in the cutter head 4 is a commonly used excavation bit, and the rotation angle of the cutter head 4 can be detected in an analog manner. It is. The same components as those in the previous example are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0031]
As shown in FIGS. 6 and 7, three rows of bits 9 a, 9 b, and 9 c are attached to the tapered block 4 b of the cutter head 4. These bits 9a to 9c are commonly used in a conventional cutter for a leading pipe. A non-contact displacement sensor 10 is provided inside the front conduit 1, and a disk 11 for detecting the rotation posture of the cutter head 4 is attached to the output shaft 2 a of the drive motor 2.
[0032]
The non-contact displacement sensor 10 is of an optical or electric type and outputs a signal according to the distance between the sensor and the peripheral surface of the disk 11. As shown in FIG. 7, the disk 11 has an outer peripheral surface in which the radius of the entire circumference around the center changes uniformly, and the relationship between the rotation angle and the distance to the non-contact displacement sensor 10 is calculated in advance. By incorporating it in the system, the rotation angle of the disk 11 can be known. Therefore, the rotation angle of the cutter head 4 can be detected using the rotation posture of the disk 11 as in the previous example.
[0033]
Also in the configurations of FIGS. 6 to 8, when the excavation direction of the leading conduit 1 is shifted, the excavation direction can be corrected by setting the position of the cutter head 4 on the same side as the displacement direction.
[0034]
Note that the bits 9a to 9c have a shorter protruding length than the cone-shaped bits 6a and 6b in the above example, but the state of excavation around the cutter head 4 is slightly different. However, in the correction of the excavation direction of the leading conduit 1, no matter which bit is used, the direction is corrected using the fact that the earth and sand around the tapered block 4b is excavated and softened and becomes sparse due to earth removal. The difference does not determine the quality of the correction in the excavation direction, and a good correction operation can be performed in any case.
[0035]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the excavation direction can be corrected only by forming a taper block on the cutter head, machining is difficult and an expensive swinging mechanism such as a spherical joint or a hydraulic jack or a sliding mechanism is not required. It can be made compact with a simple structure and can be optimally used for small-diameter propulsion machines.
[0036]
According to the second aspect of the present invention, the rotation angle of the rotating shaft in the front conduit can be known by the surrounding disk and the detection means arranged in the front conduit, so that the target can be detected by an optical means such as a telescope from the starting shaft, for example. Compared to the case of observing the rotation angle by observing, the rotation angle can be accurately grasped regardless of the distance of the target, and the posture of the cutter head can be optimized to correct the digging direction. In addition, since it is not necessary to provide a space through which light passes from the starting shaft to the leading conduit, it is easy to arrange pipes, electric wiring, strength members, and the like in the propulsion pipe.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of a front conduit and a cutter head provided with a propulsion direction correcting mechanism of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the leading conduit and the cutter head as viewed from the distal end side thereof.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a main part showing an eccentric structure of a crusher around an eccentric sleeve.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an arrangement of a proximity sensor and a disk.
FIGS. 5A and 5B are schematic diagrams of a digging state, wherein FIG. 5A shows straight digging and FIG. 5B shows correction of a propulsion direction after being displaced downward.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a main part showing an example in which a conventional drill bit and a non-contact displacement sensor are provided.
FIG. 7 is a front view of the example of FIG. 6;
FIG. 8 is a schematic view showing an arrangement of a non-contact sensor and a disk.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 front conduit 1a head block 1d discharging chamber 1e opening 1f discharging pipe 1g ring bank 1h guide sleeve 2 drive motor 2a output shaft 2b drive shaft 2c spline joint 3a TV camera 3b remote inclinometer 4 cutter head 4a eccentric sleeve 4b taper block 5 Crusher 6a, 6b Bit 7 Proximity sensor 8a, 8b, 8c Disk 8d Peak 8e Valley 9a, 9b, 9c Bit 10 Non-contact displacement sensor 11 Disk

Claims (2)

推進装置からの推力によって掘進方向に推進される先導管において、前記先導管の先端に回転駆動可能に装着されるカッタヘッド前記カッタヘッドから前記先導管を経由して掘削された土砂を地上まで排出する排土管とを備え、前記カッタヘッドは、先細り状のほぼ部分円錐であって先端部が前記先導管の断面中心を含み且つ基端側にかけて扇状に周面を展開したテーパブロックと、前記テーパブロックの周面に配置した掘削用のビットとから構成してなる先導管の掘進方向修正機構。In lead pipe is propelled excavation direction by thrust from the propulsion unit, a cutter head which can be rotationally driven attached to the distal end of the destination conduit, the earth and sand excavated by way of the destination conduit from said cutter head ground A cutter tube, which is a tapered block having a tapered substantially partial conical shape , a distal end portion including a cross-sectional center of the front conduit, and a peripheral surface developed in a fan shape toward a base end side, A mechanism for correcting the direction of advance of the leading conduit, comprising a drill bit disposed on the peripheral surface of the tapered block. 前記カッタヘッドを回転駆動するための駆動モータを前記先導管の内部に配置し、前記カッタヘッドの回転中心と同軸配置されて前記駆動モータに連接される回転軸の周りに回転角度検出用のディスクを備え、更に前記ディスクの外周を観測面として前記回転軸の回動角度を検知する検知手段を備えてなる請求項1記載の先導管の掘進方向修正機構。A drive motor for rotationally driving the cutter head is disposed inside the front conduit, and a disk for detecting a rotation angle around a rotation axis coaxially arranged with the rotation center of the cutter head and connected to the drive motor. 2. The excavation direction correcting mechanism for a leading conduit according to claim 1, further comprising: a detection unit configured to detect a rotation angle of the rotation shaft using an outer periphery of the disk as an observation surface.
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