JP3954528B2 - 掘進機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤を断面非円形状（円形の一部外周部分を半径方向に拡径するような形状）に掘削できる掘進機に関し、地下空間・トンネルを構築する連結式パイプルーフ工法の非円形断面のパイプ挿入地中孔を削孔する装置として有用な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地下空間を構築するため、地下空間となる地盤の外周部に事前にパイプ挿入地中孔を複数削孔し、列設した各パイプ挿入地中孔に断面円形鋼管の２個所に継手部を突設した鋼管パイプを挿入し、鋼管パイプ列でもって、地下空間の外周土留を行い、その内部を掘削して箱形・馬蹄形・矩形・アーチ形の構造物を造る。鋼管パイプ列の外周土留によって外部からの地下水・土砂の流入・地盤の崩落を防止するというパイプルーフ工法が採用されている。このパイプルーフ工法における継手部付鋼管パイプの挿入方法としては、掘進機で掘削した断面円形のパイプ挿入地中孔に、継手部付鋼管パイプを加圧して継手部分を地山に圧入するようにして挿入する方法、又は掘進機の後部に継手カッターを設けて継手部の納まる空間を部分掘削してパイプ挿入地中孔を非円形断面にし、継手部付鋼管パイプを挿入する方法がある。
しかしながら、前者の方法は、地盤の抵抗が高くなって強い加圧力（推進力）が必要となり、圧入できない場合が生じる。又継手部が損傷・変形を生じ、強度低下、洩水を生起する。又、後者の方法は、掘進機後方に特別の継手カッター部を必要とし、構造が複雑で又駆動部を別途必要となり、製作コストが嵩むという問題点が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、前面の掘削刃の改良によって非円形状の断面の削孔を掘削刃だけで掘削行え、パイプルーフ工法の継手部付鋼管パイプの挿入を容易なしめる非円形断面の削孔を可能とする掘進機を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 前面に取付けた複数の掘削刃を回動させて地盤を掘削する掘進機において、
掘進機の前面に回転盤を設け、同回転盤の回転中心から偏心した複数の位置に掘削刃を自転自在に取付け、回転盤を回転させながら掘削刃を自転するように回動させる駆動手段を設けるとともに、複数の中の一部の掘削刃の自転軸心から刃先までの長さと回転盤の回転中心から自転軸心までの偏心の長さを加算した刃先長が回転盤の外形の半径より長く且つ他の掘削刃の刃先長よりも長くし、しかも掘削刃の自転軸に取付角度に位相差を設けて複数の掘削刃を軸着し、掘削される削孔断面が円形の一部が拡径されるような非円形状に掘削できることを特徴とする掘進機
２） 前面に取付けた複数の掘削刃を回動させて地盤を掘削する掘進機において、
掘進機の前面に回転盤を設け、同回転盤の回転中心から偏心した複数の位置に掘削刃を自転自在に取付け、回転盤を回転させながら掘削刃を自転するように回動させる駆動手段を設けるとともに、複数の中の一部の掘削刃の自転軸心から刃先までの長さと回転盤の回転中心から自転軸心までの偏心の長さを加算した刃先長が回転盤の外形の半径より長く且つ他の掘削刃の刃先長よりも長くし、各掘削刃の自転軸が同じ偏心長さの同一円周位置に設けられ、しかも長い刃先長の掘削刃が回転盤の回転中心の反対位置それぞれに配置され、他の掘削刃の刃先長はこれより短くし、掘削される削孔断面が円形の一部が拡径されるような非円形状に掘削できることを特徴とする掘進機
３） 各掘削刃の自転軸が同じ偏心長さの同一円周位置に設けられ、しかも長い刃先長の掘削刃が回転盤の回転中心の反対位置それぞれに配置され、他の掘削刃の刃先長はこれより短くした前記１）記載の掘進機
にある。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の掘削刃は、同じ自転軸に複数取付けられるのを普通とする。掘削刃を１８０°の位相（反対側）で１つの自転軸に２本の掘削刃を設けるのが代表的である。刃先長の長いものと短い掘削刃を反対方向に対をなして自転軸に取付けもの、同じ短い掘削刃を反対方向に対をなして自転軸に取付けもの、これらを２組（計４つの自転軸）回転盤に互いに９０°の位相をもって配置することが多い。短い刃先長の掘削刃が主に断面円形に掘削し、刃先長の長い掘削刃が拡径した非円形となる部分を掘削する。
本発明の複数の自転軸の偏心長さは、全て同じでなくて長短があってもよいが、普通は自転軸は同じ偏心長さの同一円周上に配置されるのが多い。
本発明の駆動手段は、遊星ギヤを用いて回転盤の回転と自転軸の自転とを共通の駆動源で行う。
本発明の長い刃先長の掘削刃の一つ又は複数のものが削孔の拡径部（非円形とする部分）を掘削するように、その刃の軌跡が拡径部を通過するようにする。通過するためには掘削刃の配置、取付初期位相、刃先長の長さ、及び自転軸の公転自転速度比の適宜な設定を行う。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本実施例は、パイプルーフ工法に用いる左右の対向する外周位置に継手部Ｐａを有する鋼管パイプＰを挿入できるパイプ挿入地中孔Ｈを削孔する掘削機の例である。
本実施例で削除するパイプ挿入地中孔Ｈは図９に示すように拡径部Ｈａを左右に有する形状を有する。
本実施例の掘進機１の鋼製スキンプレート１０の外径は８１２ｍｍ（半径４０６ｍｍ）であり、長い掘削刃の刃先長は４６６ｍｍであり、スキンプレート１０の左右対向位置に６０ｍｍ程の拡径することとなる。スキンプレート１０の前方内側に回転盤１１を中心部に固設した排土管１６まわりに回転自在に取付けている。
本実施例の掘削刃１２ａ，１２ｂの自転軸１３は、回転盤１１の回転中心から２４０ｍｍの半径の同一偏心の円周の上に配置され、９０°毎に設けられ、各自転軸１３には１８０°の位相を設けて（反対側）一対の掘削刃（１２ａ，１２ｂ），（１２ｂ，１２ｂ）が軸着されている。刃先長の長い掘削刃１２ａは回転盤１１の反対側に位置した自転軸１３それぞれに取付けられ、初期的には水平方向の外向きに位置するようになっている。他の短い掘削刃１２ｂの刃先長は４１５ｍｍで少し短く、各自転軸１３に取付けられている。
本実施例の回転盤１１の回転は、４台の駆動モータ１４の出力軸１４ａに軸着された平ギヤ１４ｂが回転盤１１の後方に内周に設けた環状ラック１５に噛合し、出力軸１４ａの回転は平ギヤ１４ｂ，環状ラック１５を介して回転盤１１を回転させる。回転盤１１の回転によって自転軸１３は回転盤１１の回転中心まわりに公転する。又、排土管１６に固着させた大歯車１６ａを介して自転軸１３のピニオン１３ａが噛合して自転するようになっている。回転盤１１の回転速度（角速度）と自転軸１３の自転速度（角速度）は１：３の比で自転速度の方が高いように設定されている。公転と自転方向は同じである。
【０００７】
この実施例では４台の駆動モータ１４が作動すると、その出力軸１４ａの平ギア１４ｂが環状ラック１５と噛合して、これに取付けた回転盤１１を回転させる。この回転盤１１の回転によって自転軸１３は回転盤１１の回転中心まわりに公転するとともに、排土管１６の外周の大歯車１６ａとピニオン１３ａの噛合を介して自転軸１３も自転する。自転軸１３は回転中心まわりに公転しながら、その３倍の回転速度で自転する（図２，３，４，５，６，７参照）。
【０００８】
この自転軸１３の先端に取付けた掘削刃１２ａ，１２ｂは回転中心まわりに公転しながら自転軸１３まわりに３倍の回転速度で自転する。これによる各掘削刃の刃先の運動の軌跡は図３〜７に示すように水平左右の継手部Ｐａの部分を大きく拡巾するように掘削する。しかも短い掘削刃１２ｂ及び長い掘削刃１２ａは地盤を均一に掘削する。水平左右は拡径部Ｈａを有する削孔Ｈには、継手部付パイプＰは容易に挿入できるものとなる。
しかも、自転、公転する掘削刃１２ａ，１２ｂの長短の長さのみで非円形断面の削孔Ｈを掘削できるものとした。図中、Ｃ１は鋼製パイプＰの管外径ライン、Ｃ２はスキンプレート１０の管外径ライン、Ｃ３は削孔オーバカット部分である。
【０００９】
【発明の効果】
以上の様に、本願発明によれば、掘削刃を回転盤の回転中心から偏心した位置で自転するように回動させ、しかも掘削刃の拡径して他の掘削刃より長くすることによって、非円形断面の形状に掘削できるようにした。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の掘進機の縦断面図である。
【図２】実施例の掘進機の正面図である。
【図３】実施例の掘削刃の自転公転の状態を示す説明図である。
【図４】実施例の掘削刃の自転公転の状態を示す説明図である。
【図５】実施例の掘削刃のオーバカットの拡径掘削部分を示す説明図である。
【図６】実施例の長い刃先長の掘削刃の刃先の運動軌跡を示す説明図である。
【図７】実施例の短い刃先長の刃先の運動軌跡を示す説明図である。
【図８】実施例の削孔に挿入する継手部付地中挿入パイプを示す説明図である。
【図９】実施例の非円形削孔の形状を示す説明図である。
【図１０】継手部付地中挿入パイプの地中配列状態を示す説明図である。
【図１１】実施例の公転自転の駆動伝達機構を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 掘進機
１０ スキンプレート
１１ 回転盤
１２ａ，１２ｂ 掘削刃
１３ 自転軸
１３ａ ピニオン
１４ 駆動モータ
１４ａ 出力軸
１４ｂ 平ギア
１５ 環状ラック
１６ 排土管
１６ａ 大歯車
Claims (3)
- 前面に取付けた複数の掘削刃を回動させて地盤を掘削する掘進機において、
掘進機の前面に回転盤を設け、同回転盤の回転中心から偏心した複数の位置に掘削刃を自転自在に取付け、回転盤を回転させながら掘削刃を自転するように回動させる駆動手段を設けるとともに、複数の中の一部の掘削刃の自転軸心から刃先までの長さと回転盤の回転中心から自転軸心までの偏心の長さを加算した刃先長が回転盤の外形の半径より長く且つ他の掘削刃の刃先長よりも長くし、しかも掘削刃の自転軸に取付角度に位相差を設けて複数の掘削刃を軸着し、掘削される削孔断面が円形の一部が拡径されるような非円形状に掘削できることを特徴とする掘進機。 - 前面に取付けた複数の掘削刃を回動させて地盤を掘削する掘進機において、
掘進機の前面に回転盤を設け、同回転盤の回転中心から偏心した複数の位置に掘削刃を自転自在に取付け、回転盤を回転させながら掘削刃を自転するように回動させる駆動手段を設けるとともに、複数の中の一部の掘削刃の自転軸心から刃先までの長さと回転盤の回転中心から自転軸心までの偏心の長さを加算した刃先長が回転盤の外形の半径より長く且つ他の掘削刃の刃先長よりも長くし、各掘削刃の自転軸が同じ偏心長さの同一円周位置に設けられ、しかも長い刃先長の掘削刃が回転盤の回転中心の反対位置それぞれに配置され、他の掘削刃の刃先長はこれより短くし、掘削される削孔断面が円形の一部が拡径されるような非円形状に掘削できることを特徴とする掘進機。 - 各掘削刃の自転軸が同じ偏心長さの同一円周位置に設けられ、しかも長い刃先長の掘削刃が回転盤の回転中心の反対位置それぞれに配置され、他の掘削刃の刃先長はこれより短くした請求項１記載の掘進機。
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