JP3954084B1 - 地盤掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】ビットの相互干渉の防止と掘削残りをなくす地盤掘進機の提供。
【解決手段】地盤掘削機は、掘削機本体の先端に回転自在に支持されるカッターヘッド１６を備え、カッターヘッド１６は、中央に配置された複数のセンタービット２０と、センタービット２０の外周側に配置された複数の外周ビット２２とを有している。ビットは、概略円錐形状に形成され、掘進機本体の中心軸に対して、各ビット２０，２２の軸心が中心軸方向を指向するようにして、周方向に沿って所定の角度間隔で配置されている。外周ビット２２は、拡径・収縮自在に構成されている。ビット２０，２２は、外周ビット２２の収縮時に、相互の干渉を回避するように小径および短縮化され、センタービット２０は、少なくとも１つを、外周ビット２２の拡径時に、残りのセンタービットと外周ビットとの間に位置するように外方にシフトさせている。
【選択図】図１

Description

この発明は、地盤掘削機に関し、特に、掘削機本体の外径よりも大きな径での掘削が可能な拡径・収縮自在なカツターヘッド備えた地盤掘削機に関するものである。

推進工法により中空管体を地盤中に埋設する際に用いられる地盤掘進機としては、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献が開示されている地盤掘削機は、推進管内に設置され、管内で前後方向に移動することができる掘削機本体を有し、掘削機本体の先端には、拡径・収縮自在なカッターヘッドが設けられている。

推進管を埋設する際には、カッターヘッドを拡径させて、推進管の直径よりも大きな径で掘削して、推進管の埋設を容易にさせるとともに、掘削が完了した時などには、カッターヘッドを収縮させて、推進管内に収納し、掘削機本体の回収を可能にしている。

ところで、特許文献１に開示されている地盤掘削機のカッターヘッドは、図９に示す構造になっていた。同図に示したカッターヘッド１は、中央に配置された３個のセンタービット２と、センタービット２の外周側に配置された３個の外周ビット３とを有し、センターおよび外周ビット２，３は、それぞれ外周面に突設される複数の掘削チップ４を有して、概略円錐形状に形成されている。

各ビット２，３は、掘進機本体の中心軸Ｏに対して、各ビット２，３の軸心が中心軸Ｏの方向を指向するようにして、周方向に沿って１２０°の角度間隔で配置されており、周方向に隣接するセンタービット２の中間に、外周ビット３の軸心が位置するようになっている。

センタービット２は、中心軸Ｏから半径ｒ１の円周上に回転自在に固定され、外周ビット３は、中心軸Ｏから半径ｒ２の円周上に配置され、一部が推進管の外方に一部が突出する状態と、掘進機本体内に収まる状態となるように拡径・収縮自在に構成されている。

特許文献１では、カッターヘッド１を回転させることで、外周ビット３が拡径・収縮するようになっているが、このような構成のカッターヘッド１には、以下に説明する技術的な課題があった。

特開２００３−１４８０８８号公報

すなわち、図９に示したカッターヘッド１においては、外周ビット３の収縮時には、これらがセンタービット２の後端縁に近接し、掘削チップ４同士の干渉が発生し易くなる。

このような状態を回避するためには、例えば、収縮時に、外周ビット３の先端側とセンタービット２の後端側との間を離間させればよい。ところが、このような解決手段であると、外周ビット３を拡径させて地盤を掘削する際に、センタービット２と外周ビット３との間に間隙が生じ、その結果、センタービット２と外周ビット３との間の土砂が掘削されず、掘削残りが発生することになる。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、カッター同士の相互干渉を回避しつつ、しかも、掘削残りの発生を防止することができる地盤掘削機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、掘削機本体の先端に回転自在に支持されるカッターヘッドを備え、前記カッターヘッドは、中央に配置された複数のセンタービットと、前記センタービットの外周側に配置された複数の外周ビットとを有し、前記センターおよび外周ビットは、概略円錐形状に形成され、外周面に突設される複数の掘削チップを有し、前記掘進機本体の中心軸に対して、各ビットの軸心が前記中心軸方向を指向するようにして、周方向に沿って等角度間隔で配置され、前記外周ビットが拡径・収縮自在に構成された地盤掘削機であって、
前記外周およびセンタービットは、前記外周ビットの収縮時に、相互の干渉を回避するように小径および短縮化され、前記センタービットは、周方向に沿って等角度間隔で配置された３個から構成され、少なくとも１つを、前記外周ビットの拡径時に、残りのセンタービットと前記外周ビットとの間に位置するように、外方にシフトさせた。

このように構成した地盤掘削機によれば、ビットは、外周ビットの収縮時に、相互の干渉を回避するように小径および短縮化され、センタービットは、少なくとも１つを、外周ビットの拡径時に、残りのセンタービットと外周ビットとの間に位置するように、外方にシフトさせたので、外周ビットの収縮時に、ビット同士の相互干渉を回避することができるとともに、外周ビットの拡径掘削時に掘削残りの発生を防止することができる。

前記掘削チップは、前記ビットの外周面に沿って複数配列され、当該配列状態を不均等とすることができる。

この構成によれば、地盤掘削時には、カッターヘッドが回転させられ、各ビットは、自転することになり、この際に、掘削チップが均一になっていると、チップが掘削した凹部に嵌まり込んで、同じ個所を掘削することになり、掘削能力が低下するが、配列状態を不均一にすると、このような問題を回避することができる。

前記掘削機本体は、後方から推進される推進管の内部に収容され、前記外周ビットは、拡径時に一部が前記推進管の外方の掘削が可能になるとともに、収縮時に前記推進管の内径よりも小径になるようにすることができる。

本発明に係る地盤掘削機によれば、カッター同士の相互干渉を回避しつつ、しかも、掘削残りの発生を防止することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１〜図６は、本発明にかかる地盤掘削機の一実施例を示している。これらの図に示した地盤掘削機は、掘削機本体１０を有している。掘削機本体１０は、推進管１２の先頭部に設けられているフード管１４内に設置される。フード管１４の詳細を図２に示しており、フード管１４は、両端が開口した中空円筒状に形成され、推進管１２の先端に配置されている。なお、本実施例では、掘削機本体１０を推進管１２内部に設置した場合を例示ているが、例えば、地盤性状が良好な場合などには、推進管１２内に必ずしも設置する必要はない。

掘削機本体１０の先端には、カッターヘッド１６が設けられている。カッターヘッド１６は、フード管１４の先端よりも外方に突出した状態で掘削が開始される。カッターヘッド１６は、モータが内蔵された減速機１８により回転駆動させられ、センターおよび外周ビット２０，２２、または、複数のビットにより地盤を掘削し、これとともに、推進管１２を後方から押圧することにより、順次継足しながら地盤中に埋設される。

この掘削時には、泥水の浸入を防止するために、止水クランプ２４を止水クランプシリンダで押圧することにより、推進管１２の内面に当接させる。この止水クランプ２４によるクランプ状態は、掘削機本体１０の固定も補助的に行う。

内張りクランプ２６は、シリンダ２８により拡径・縮小され、掘削機本体１０を推進管１２の内面に着脱させて、回転力をカッターヘッド１６に伝達する際の反力受けなどにも用いられる。

減速機１８は、スイングプレート３０に取り付けられた３箇所のジョイント３２で、首振り自在に支持され、周方向に沿って配置された３個の修正ジャッキシリンダー３４を、それぞれ駆動することにより、カッターヘッド１６を首振り動作させて、掘削方向の修正制御を行う。この際に、修正ジャッキシリンダー３４は、各動作ストロークをセンサーなどで測定し、修正方向および量を外部から指令することが可能になっている。

カッターヘッド１６による掘削径は、推進管１２の外径よりも大きくする必要があり、このために外周ビット２２は、拡径・収縮自在に構成されており、その詳細を後述する図３に示している。

掘削機本体１０ないしは推進管１２の推進方向は、監視カメラでターゲット３６上に映し出されたレーザ光を、操作盤の画面で確認しながら操作する。掘削された排土は、カッターヘッド１６を介して内部に取り込まれ、減速機１８の外周に取り付けたクラッシヤーコーン３８で、さらに細かく２次粉砕し、排泥管４０を介して、機外に排出される。

地盤掘削が終了し、掘削機本体１０を回収する場合には、減速機１８の中心に設けた薬液注入口４２から２液形態の薬液をカッターヘッド１６の前方に噴出させて、地山の保持と止水を行う。

そして、（ａ）クランプシリンダー２８で内張りクランプ２６を緩める。（ｂ）軸方向移動用のシリンダージャッキ４４を作動させて、内張りクランプ２６を前方に移動させる。（ｃ）クランプシリンダー２８で内張りクランプ２６を張り、止水クランプ２４を緩める。（ｄ）ジャッキシリンダー４４を作動させて、内張りクランプ２６を後方に移動させる。

以上の（ａ）〜（ｄ）の操作を繰り返すことで、掘削機本体１０を後方に移動させて回収することができる。また、（ａ）〜（ｄ）の逆操作の繰り返しにより、掘削機本体１０を前方に移動させることができる。

なお、清水工法の場合には、送水管より泥水を送り噴出させる。また、バイパス管により、排泥管４０に送水して、排泥管４０内の清掃も行える。さらに、カッターヘッド１６は、図１に示した薬注装置付きコアカッターに替えて、障害物のくりぬき加工用のものも使用することができる。

図３は、掘削機本体１０の先端部の拡大図であり、主として、カッターヘッド１６の部分が示されている。カッターヘッド１６は、減速機１８の先端側にドライブプレート４６を介して支持されている。

ドライブプレート４６の外周には、ドライバー４８とストッパー５０が配置されていて、カッターヘッド１６は、１／３回転できるようになっている。外周ビット２２は、一端に固設されたホルダ５２により回転自在に支持され、ホルダ５２は、支持台５４にピン５６を介して、径方向に揺動自在に支持されている。

そして、ドライバー４８が中間位置にきた時、ドライブプレート４６に設けた凹溝に支持台５４が嵌入すると、外周ビット２２は、図３の仮想線で示したように傾いて、収縮状態となり、推進管１２の内径よりも小さくなって、これを通過することができるようになる。

これ以外の左右の回転位置では、支持台５４が凹溝から外れて、拡径状態での掘削が可能になる。なお、図３には、外周ビット２２の拡径状態が実線で示されている。ドライバー４８の左右位置と中間位置は、カム板５８により検出する。なお、外周ビット２２の拡径・収縮手段としては、上記説明の構成以外に、油圧シリンダーを介したスライドビット方式、油圧シリンダーを介したレバー方式などがあり、これらのいずれも本発明では採用することができる。

本発明では、ビット２０，２２は、外周ビット２２の収縮時に、相互の干渉を回避するように小径および短縮化されている。本実施例の場合には、センタービット２０が小径および短縮化されている。

図４は、センタービット２０の拡大図であり、同図に示したセンタービット２０は、ビットホルダ６０に回転自在（自転）に支持され、その形状は、概略円錐の先端を切断した円錐台状に形成され、外周の斜面上には、５個の段部が設けられ、先端と各段部に掘削チップ６２が固設されている。なお、本実施例では、センタービット２０の形状だけしか例示していないが、外周ビット２２もこれと実質的に同一形状とすることができる。

センタービット２０は、掘削チップ６２を含む最大外周径Ａと、掘削チップ６２を含む最大長Ｂとの比が、約１：０．８５〜１に設定されている。このＡ：Ｂの比は、図９に示した、従来のセンタービット２では、Ａ：Ｂ＝１：０．７〜０．８であったのに対して、小径および短縮化されている。

また、本実施例の場合には、このような小径および短縮化に加えて、センタービット２０は、３個のうちの１つを、外方側にシフトさせている。図５にその状態が示されている。図５において、（Ａ）が外周ビット２２の縮小時であり、（Ｂ）が外周ビット２２の拡径時である。

図５において、符号Ｏで示した位置が掘削機本体１０の中心軸であり、この中心軸Ｏに対して、各ビット２０，２２の軸線が、その方向を指向するように配置されている。３個のセンタービット２０は、周方向に１２０°の間隔を隔てて配置され、周方向に隣接する一対のセンタービット２０間の中心に、３個の外周ビット２２が１２０°の等角度間隔で配置されている。

本実施例の場合、図５において、下方に示した１個のセンタービット２０（ＮＯ３）が、下側に所定長さシフトされている。このシフト量は、外周ビット２２の拡径時に、残りのセンタービット２０（ＮＯ１，２）と外周ビット２０との間に位置するようになっている。このように外方にシフトさせると、外周ビット２２の拡径掘削時に掘削残りの発生を防止することができる。

また、センタービット２０は、従来のセンタービット２に比べて、小径および短縮化されているので、図５（Ａ）に示したように、外周ビット２０が収縮された際に、センタービット２０の先端側と、センタービット２０の後端側との間に所定の隙間が形成され、ビット２０，２２同士の干渉が確実に防止されるようになっている。

なお、このような干渉を防止する手段としては、センタービット２０を小径および短縮化すること以外に、外周ビット２２を小径および短縮化してもよく、さらには、双方を小径および短縮化しても勿論よい。

一方、本実施例の場合には、掘削チップ６２は、ビットの外周面に沿って複数配列され、当該配列状態を不均等としている。図６には、配列状態を不均等とする場合の例が示されている。

この図に示した例では、センタービット２０の外周面に設けられた６段の段部に設けられた複数の掘削チップ６２が、軸心Ｏに対する半径方向で全部が重なることがないように不均等になっている。また、各段部において、径の内外方向に隣接する部分同士でも完全に重なることがないように不均等な配列になっている。

この構成によれば、地盤掘削時には、カッターヘッド１６が回転させられ、各ビット２０，２２は、自転することになり、この際に、掘削チップ６２が均一になっていると、チップ６２が掘削した凹部に嵌まり込んで、同じ個所を掘削することになり、掘削能力が低下するが、配列状態を不均一にすると、このような問題を回避することができる。

図７および図８は、掘削チップ６２を不均等に配列する場合の他の例を示している。これらの各図においても、掘削チップ６２が、軸心Ｏに対する半径方向で完全に重なることがない不均等な配列であり、かつ、各段部において、径の内外方向に隣接する部分同士でも完全に重なることがないように不均等な配列になっている。

なお、このような掘削チップ６２の不均等配列は、センタービット２０だけでなく外周ビット２２においても採用することができる。

本発明にかかる地盤掘削機によれば、ビット同士の干渉を回避しつつ、掘削残りをなくすことができるので、推進管の埋設工事において有効に活用することができる。

本発明にかかる地盤掘削機の全体側面図図である。 図１の推進管の拡大図である。 図１に示した地盤掘削機の先端部の拡大図である。 図１に示した地盤掘削機のセンタービットの拡大図である。 図１に示したカッタービットの外周ビットの拡径時と収縮時の説明図である。 図５に示したセンタービットに設けられた掘削チップの配列説明図である。 センタービットに設ける掘削チップの他の配列を示す説明図である。 センタービットに設ける掘削チップのさらに他の配列を示す説明図である。 特許文献１に示されている従来ビットの説明図である。

符号の説明

１０ 掘削機本体
１２ 推進管
１６ カッターヘッド
２０ センタービット
２２ 外周ビット
６２ 掘削チップ

Claims (3)

1. 掘削機本体の先端に回転自在に支持されるカッターヘッドを備え、
   前記カッターヘッドは、中央に配置された複数のセンタービットと、前記センタービットの外周側に配置された複数の外周ビットとを有し、
   前記センターおよび外周ビットは、概略円錐形状に形成され、外周面に突設される複数の掘削チップを有し、前記掘進機本体の中心軸に対して、各ビットの軸心が前記中心軸方向を指向するようにして、周方向に沿って等角度間隔で配置され、
   前記外周ビットが拡径・収縮自在に構成された地盤掘削機であって、
   前記外周およびセンタービットは、前記外周ビットの収縮時に、相互の干渉を回避するように小径および短縮化され、
   前記センタービットは、周方向に沿って等角度間隔で配置された３個から構成され、少なくとも１つを、前記外周ビットの拡径時に、残りのセンタービットと前記外周ビットとの間に位置するように、外方にシフトさせたことを特徴とする地盤掘削機。
2. 前記掘削チップは、前記ビットの外周面に沿って複数配列され、当該配列状態を不均等とすることを特徴とする請求項１記載の地盤掘削機。
3. 前記掘削機本体は、後方から推進される推進管の内部に収容され、前記外周ビットは、拡径時に一部が前記推進管の外方の掘削が可能になるとともに、収縮時に前記推進管の内径よりも小径になることを特徴とする請求項１または２記載の地盤掘削機。

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