JP4039988B2 - Cutter plate of shaft excavator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は地下深層部に石油貯蔵所や放射性廃棄物の貯留所等の地下構造物を築造する際に、所定の深さまで垂直な立坑を掘削するのに適した立坑掘削機におけるカッタ板の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、立坑を所定深さまで掘削する手段として、小径の立坑の場合には先端に掘削ビットを装着しているバケットを使用して行い、大径の立坑の場合には発破によって掘り下げていくことが一般に行われているが、いずれの掘削手段においても、所定径の立坑を正確に且つ能率よく掘削することが困難である。このため、岩盤トンネル掘削機(TBM)を用いてこのトンネル掘削機のカッタ板を直下方向に向けた状態にして立坑を掘削し、掘削したズリをカッタ板に周方向に所定間隔毎に設けているズリ取込み開口部を通じてカッタ板の背面上に取り込んだのち、バケットコンベア等の適宜なズリ排出手段によって上方に排出することが検討されている。
【0003】
このようにトンネル掘削機によって立坑を掘削する場合、カッタ板の回転中心部である中央部にはカッタ板の強度上、ズリを取り込むための開口部を設けることができず、その中央部前面(下面)に設けているカッタビットによって掘削されたズリは、上記ズリ取込み開口部を通じて背面上に取り込まれることなく、その平坦な中央部前面に留まり、カッタビットによって二次破砕されたり、カッタ板と切羽間で挟圧された状態となる。その結果、カッタビットの磨耗が激しくなって交換頻度が高まると共に、カッタ板自体も摩損するという問題が生じる。
【0004】
この対策として、カッタ板の前面に中央部周辺から外周端に向かって掘削ズリの掻き寄せ板を放射状に突設し、カッタ板の回転に従って掘削ズリをこれらの掻き寄せ板によりカッタ板の外周端に開口しているズリ取込み開口部に向かって掻き寄せて該開口部を通じてカッタ板の背面上に送り込むように構成した斜坑掘削機が開発されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−112182号公報(第2〜3頁、第1図、第2図)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カッタ板の前面中央部にはセンタビットである複数個の上記カッタビットが設けられているため、このカッタビットの配置との関係から上記掻き寄せ板を該前面中央部に取り付けることは極めて困難であり、また、例え、取り付けられたとしても、カッタ板の中央部が外周側に比べて切羽面に対する移動速度は小さく、従って、掘削ズリを効率よくカッタ板の外周方に移動させることができず、掘削ズリの大半がその前面中央部に滞留して上記のようにカッタビットの磨耗やカッタ板の摩損等が激しくなる虞れがあった。
【0007】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、掘削ズリがカッタ板の前面中央部に留まることなく、カッタ板に設けているズリ取込み開口部に向かって円滑且つ確実に移動させてカッタ板の背面上に送り込むことができるようにした立坑掘削機のカッタ板を提供するにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の立坑掘削機のカッタ板は、請求項1に記載したように、筒状胴体の下端に回転自在に配設されて前面に設けている多数のカッタビットにより地盤を直下方向に掘削していく立坑掘削機のカッタ板であって、周方向に所定間隔毎にズリ取込み開口部を設けていると共に前面中央部に、該前面中央部に突設しているカッタビットにより掘削されたズリを上記ズリ取込み開口部側に向かって押し進める高圧水噴射ノズルを配設してなる構造としている。
【0009】
このように構成した立坑掘削機のカッタ板において、請求項2に係る発明は、カッタ板の上方に高圧水供給管を配設し、この高圧水供給管の下端部にロータリージョイントを介して1本ないし数本の高圧水噴射ノズルを接続し、該高圧水噴射ノズルをカッタ板を貫通させてこのカッタ板の前面中央部にその噴射口をカッタ板の板面に沿う方向に向けて配設してなる構造を有している。
【0010】
また、請求項3に係る発明は、上記カッタ板の背面側における外周端部の上方の不動部に噴射ノズルを配設し、この噴射ノズルの噴射口をカッタ板の外周端側から中央部に向けて、該噴射口から噴出する高圧水によりカッタ板の背面上に取り込まれた掘削ズリをカッタ板の背面中央部に形成しているズリ集積部に集積させるように構成していると共に、このズリ集積部上にズリ排出管の下端を臨ませた構造としている。
【0011】
なお、カッタ板の形状としては、請求項4に記載したように円形平板形状、又は下向きドーム形状、或いは逆截頭円錐形状のいずれであってもよい。
【0012】
請求項5に係る発明は、上記カッタ板の前面中央部に設けているカッタビットの周囲からカッタ板の外周端に向かって、このカッタ板の回転に従って掘削ズリを取込み開口部に掻き寄せるスクレーパを放射状に突設していることを特徴とする。
【0013】
【作用】
立坑掘削機のカッタ板におけるカッタビットを突設している前面を下向きに向けた状態にしてこのカッタ板を回転させながら立坑掘削機を垂直下方に推進させることにより、岩盤地山等の地盤を切り下げ掘削していく。この際、カッタ板の前面において、カッタ板の中央部以外の部分に設けているカッタビットによって掘削されたズリは、カッタ板の回転に従ってズリ取込み開口部を通じてカッタ板の背面上に取り込まれるが、カッタ板の前面中央部に設けているカッタビット、即ち、センタビットによって掘削されたズリは、上記ズリ取込み開口部の内端がカッタの前面中央部よりも外側に位置しているので、このままではカッタ板の回転にもかかわらずズリ取込み開口部側に向かって殆ど移動することはなく、その位置に留まろうとする。
【0014】
しかしながら、カッタ板の前面中央部には、掘削ズリを上記ズリ取込み開口部に向かって外方に押し進める高圧水噴射ノズルを配設しているので、カッタ板の前面中央部のカッタビットにより掘削されたズリは、この噴射ノズルからの高圧水の噴射圧力によってカッタ板の前面中央から外方に押し出され、カッタ板の回転に従って上記掘削ズリと共にズリ取込み開口部からカッタ板の背面上に取り込まれるものである。
【0015】
こうしてカッタ板の回転によって掘削されたズリは、ズリ取込み開口部を通じてカッタ板の背面上に取り込まれると、カッタ板の背面中央部上のズリ集積部に向かって寄せ集められ、該集積部に開口下端を臨ませているズリ排出管を通じて上方に排出される。
【0016】
この際、カッタ板の背面における外周端側から上記ズリ集積部にまでズリを寄せ集める手段としては、高圧水噴射ノズルを採用することが望ましく、この噴射ノズルをカッタ板の外周端部の上方の不動部に固定しておくことにより、カッタ板背面上に取り込まれている掘削ズリがカッタ板の回転に従って該噴射ノズルの下方を通過する際に、この噴射ノズルからの高圧水によって順次、カッタ板の背面中央部の集積部に向かって強制的に押し進められ、カッタ板が円形平板形状、又は下向きドーム形状、或いは逆截頭円錐形状のいずれの形状に形成されていても簡単な構成によってカッタ板の背面上の全ての掘削ズリを集積部に集積させることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図1は立坑掘削機の簡略縦断面図であって、この立坑掘削機の本体である筒状胴体11は垂直状に配設されてその下端開口部にカッタ板1を回転自在に支持している。このカッタ板1は図2、図3に示すように、その回転中心部から外周端に向かって複数本のスポーク1a、1a、1a・・を周方向に一定の角度間隔毎に放射状に設けて隣接するスポーク1a、1a間に切羽面Aに面している前面(下面)から機内に連通するズリ取込み開口部2を形成している。なお、上記全てのスポーク1aの外周端面はカッタ板1の外周縁部を形成しているリング部材1bに、周方向に一定間隔毎に一体に固着している。
【0018】
上記全てのスポーク1aには、長さ方向に一定間隔毎にローラビットからなるカッタビット3を装着していると共にリング部材1bにもスポーク1aの外端取付部分にローラビットからなるカッタビット3を装着している。これらのカッタビット3は、その外周部の一部をスポーク1aやリング部材1bの下面、即ち、切羽面Aに面しているカッタ板1の下面(前面)から下方に突出させた状態にして岩盤を切削するように構成している。なお、カッタビット3が上述したようにローラビットからなる場合には、その回転方向をカッタ板1の回転方向と一致するようにスポーク1aやリング部材1bに軸支させているが、ローラビット以外の掘削ビットをカッタ板1の下面から下方に突設しておいてもよい。
【0019】
さらに、上記各ズリ取込み開口部2におけるカッタ板1の回転方向に面した側端縁、即ち、各スポーク1aにおけるカッタ板1の回転方向に面した側端縁に、カッタ板1によって掘削されるズリをカッタ板1の回転に従って該カッタ板1の外周端側から内周端側に向かって掻き寄せながら上記ズリ取込み開口部2を通じてカッタ板1の背面側、即ち、機内に面した上面側に掻き上げるスクレーパ4を取付けている。
【0020】
このように、カッタ板1の回転に従ってスクレーパ4により掘削ズリをカッタ板1の外周端側から内周端側に向かって掻き寄せながら機内、即ち、カッタ板1の背面上に掻き上げるように構成するには、上記各スポーク1aにおけるカッタ板1の回転方向に面した側端縁を、カッタ板1の上記回転中心部に連設している内周端からリング部材1bに連設している外周端に向かってカッタ板1の回転方向に傾斜させ、この傾斜側端縁に沿って長方形板状に形成されているスクレーパ4の幅方向の上半部を固着し、且つ、切羽面A側に向かって突設している下端縁部から上端縁部に向かってズリを機内に掻き入れる方向、即ち、カッタ板1の回転方向に対して逆方向に傾斜させた構造としている。なお、カッタ板1の下面から下方に突出したこのスクレーパ4の突出幅は上記カッタビット3のスポーク1aからの突出寸法に略等しいか、僅かに短い寸法に形成している。
【0021】
上記各スポーク1aは、カッタ板1の回転中心部から外周端に向かって水平状に突設させることによりカッタ板1を円形平板形状に形成しておいてもよく、また、カッタ板1の回転中心部から外周端に向かって緩やかな円弧状に湾曲させて下向きドーム形状のカッタ板1に形成しておいてもよいが、図1に示すカッタ板1においては、各スポーク1aをカッタ板1の回転中心部である中央部から外周端に向かって上方に向かって緩やかに傾斜させて、カッタ板1をその回転中心部である平坦な中央部から外周端に向かって斜め上方に傾斜した逆截頭円錐形状に形成し、その背面(上面)における中央部を掘削ズリの集積部5に形成していると共に該集積部5の平坦な前面(下面)にセンタービットとして複数個のローラビットからなるカッタビット3aを装着している。
【0022】
そして、平坦な集積部5の前面(下面)には、上記ズリ取込み開口部2やスクレーパ4は設けられてなく、これらのズリ取込み開口部2やスクレーパ4は、集積部5の外周端におけるカッタ板1の傾斜下端部から上端部に亘って設けられている。
【0023】
また、上記集積部5の上方、即ち、トンネル掘削機における上記筒状胴体11の中心部には垂直な小径筒体17が配設されてあり、この小径筒体17の下端部を、筒状胴体11の下端部に外周端を一体に固着している隔壁12の中心部に貫通状態で支持させて、この小径筒体17を該隔壁12の中心部から上方に立設させている。そして、この小径筒体17内には一本のズリ排出管8と、第1、第2高圧水供給管9A、9Bと、給水管10と、空気導入管25(図4に示す)とが配設されている。
【0024】
上記第1高圧水供給管9Aの下端部は、図1に示すようにカッタ板1の回転中心線上に配設されたロータリージョイント30を介してカッタ板1と一体に回転するように構成していると共に、その下端部を数本の噴射ノズル9a1 、9a2 、9a3 に分岐させて、これらの噴射ノズル9a1 、9a2 、9a3 を図2に示すように、カッタ板1の中央部の上記集積部5を貫通させてこの集積部5の前面(下面)から下方に突出させ、且つそれぞれの噴射口を集積部5の前面(下面)に沿う方向に向けて、集積部5から突出している上記カッタビット3aに対向させてあり、これらの噴射ノズル9a1 〜9a3 から噴射する高圧水によって、ローラビット3aにより掘削されたズリを集積部5の前面(下面)に沿ってズリ取込み開口部2或いはスクレーパ4の内端部にまで送り込むように構成している。
【0025】
なお、上記各噴射ノズル9a1 、9a2 、9a3 は、集積部5の平坦な前面(下面)における外周部にその噴射口を内方に向けておくことにより、これらの噴射ノズル9a1 、9a2 、9a3 から噴出する高圧水によって集積部5の前面下方の掘削ズリを外周方に向かって押し進めるようにしているが、ロータリージョイント30を用いることなく、一本の噴射ノズルをカッタ板1の回転中心に上下に貫通させてその噴出口を集積部5の前面(下面)に沿う方向に向けておいてもよく、このように構成すれば、一本の固定噴射ノズルの噴射口から噴射する高圧水をカッタ板1の回転に従って、集積部5の下面全面に作用させて全ての掘削ズリを中心から外周方に送り出すことができる。
【0026】
また、カッタ板1を構成している上記各スポーク1aの背面には、図3に示すように、上記スクレーパ4を装着している一側端縁に対して反対側の他側端縁に沿って一定高さのズリガイド6を突設してあり、このズリガイド6の外端部をスクレーパ4を装着させている上記一側端縁の外端部に向かって円弧状に湾曲させてスポーク1aの外周端上を幅方向に横断し、その外端をスクレーパ4の外周端面に当接させている。従って、スクレーパ4によりカッタ板1内に掻き上げられたズリをこのズリガイド6によってズリ取込み開口部2から再び切羽面A側に落下するのを阻止しながらスポーク1aの背面上(上面上)を上記集積部5に向かって寄せ集めることができるように形成している。
【0027】
さらに、カッタ板1の背面における外周端部の上方に図1、図3に示すように噴射口をカッタ板1の外周端側から集積部5に向けて開口させている噴射ノズル7を配設してあり、この噴射ノズル7から高圧水を該カッタ板1の背面上に沿って外周端側から上記集積部5に向かって噴射させてカッタ板1の背面上の掘削ズリをカッタ板1の集積部5に押し進めるように構成している。このような噴射ノズル7は、カッタ板1が小径の場合には該カッタ板1の背面における外周端部の上方にのみ配設しておいてもよいが、カッタ板1が大径の場合には、この噴射ノズルを外側噴射ノズル7とし、カッタ板1の半径方向の中間部上方にも内側噴射ノズル7aとしてその噴射口を集積部5に向けて開口させた状態にして配設している。
【0028】
これらの噴射ノズル7、7aは、カッタ板1の上方において、カッタ板1と一体的に回転することのない不動部に配設されている。具体的には、カッタ板1の中央部の上方から半径方向に突設している固定フレーム24の外端部と中間部とにそれぞれ固定的に装着されてあり、さらに、カッタ板1の回転方向に対して外側の噴射ノズル7からの高圧水がカッタ板1の背面に取り込まれた掘削ズリに先に作用するように、内側噴射ノズル7aを外側噴射ノズル7から一つのズリ取込み開口部2を介して斜め内方位置に配設している。
【0029】
上記筒状胴体11の中心部に配設している上記垂直な小径筒体17内のズリ排出管8と給水管10とは、その下端部を小径筒体17の開口下端から下方に突出していてその下端開口部を上記カッタ板1の背面中央部上の集積部5上に臨ませてあり、また、ズリ排出管8の下端部には上記固定フレーム24がカッタ板1の回転中心部の上方から外周端に向かって水平状に突設していて、この固定フレーム24の突出端部である外端部に上記外側噴射ノズル7を、長さ方向の中間部に上記内側噴射ノズル7aを支杆24a を介して取り付けられている。
【0030】
そして、これらの内外噴射ノズル7、7aは上記筒状胴体11の中心部の上記垂直な小径筒体17内に配設している高圧水圧送管71、72の下端に連結、連通して、上記第1、第2高圧水供給管9A、9Bと同様に、小径筒体17内を通じてトンネル掘削機の上方の適所に設置している給水槽(図示せず)に高圧ポンプ(図示せず)を介して接続している。
【0031】
なお、ズリ排出管8の下端部から上記固定フレーム24を2〜3本、放射状に突設してこれらの固定フレーム24に上記内外噴射ノズル7、7aをそれぞれ取り付けて、カッタ板1の上方に内外噴射ノズル7、7aを一組として2、3組を周方向に所定間隔を存して配設しておいてもよい。
【0032】
また、上記第2高圧水供給管9Bの下端部はU字状に屈曲してその先端(上端)開口部をズリ排出管8の下端部に連結、連通させ、この第2高圧水供給管9Bからズリ排出管8の下端部内に上方に向かう高圧水を噴出させてその噴出によるエゼクタ作用によりズリ排出管8の下端部内に吸引力を発生させ、上記集積部5上に集積している掘削ズリを吸入して立坑掘削機の上方の適所に設置している貯留タンク(図示せず)に排出するズリ排出手段を構成している。
【0033】
詳しくは、このズリ排出手段は図4に示すように、ズリ排出管8の下端部を傾斜管部8aを介して垂直な吸込口8bに形成し、この傾斜管部8aの上端部に上記第2高圧水供給管9Bの上端部を垂直上方に向けた状態に連通させてその上端部内に装着している高圧水噴射ノズル9bを傾斜管部8aの上端から垂直なズリ排出管8の下端部内に臨ませていると共に空気導入管25の下端部を高圧水噴射ノズル9bの開口端側に連結、連通させてあり、さらに、この第2高圧水供給管9Bの管路中に高圧ポンプ26を配設してなるものである。
【0034】
また、ズリ排出管8の傾斜管部8aに圧力センサ27を装着し、この圧力センサ27を上記高圧ポンプ26に電気的制御回路を通じて接続して該圧力センサ27によって検出される吸込口8bの圧力が所定の圧力となるように高圧ポンプ26の回転速度を調整するように構成している。なお、上記高圧水噴射ノズル9bの開口端には開閉蓋28が設けられてあり、高圧水の噴射時にはその噴射力によって該蓋28を開放させると共に高圧ポンプ26の停止時には高圧水噴射ノズル9bの開口端を該蓋28により自動的に閉止して高圧水噴射ノズル9bが土粒等によって詰まるのを防止している。
【0035】
さらにまた、図5に示すように、ズリ排出管8の傾斜管部8aに圧力センサ27'を装着すると共に吸込口8b部分に起振器(バイブレータ)29を装着してこれらの圧力センサ27' と起振器29とを電気的制御回路を通じて接続しておき、ズリ排出管8の吸込口8b内がズリによって詰まった時に変動するズリ排出管8の傾斜管部8a内の圧力を圧力センサ27' によっ検出して起振器29を作動させ、吸込口8bを振動させて詰まったズリを弛緩させて再び、ズリ排出管8の吸入力により掘削ズリの吸入を可能にするように構成しておいてもよい。
【0036】
一方、カッタ板1を下端開口部に回転自在に配設している立坑掘削機の上記筒状胴体11は、図1に示すように互いに屈折自在に連結した下側胴体11a と上側胴体11b とからなり、下側胴体11a に上記隔壁12を設けてこの隔壁12の下面に下方に向けて突設している固定円筒壁体13の下端部内周面に上記カッタ板1の外周端から内周に向かって突設している複数本のアーム部材1cの内端に固着した環部材1dを回転自在に支持させ、この環部材1dの内周面に形成している内歯車14に、隔壁12の上面に設置している駆動モータ15の回転軸に固着したピニオン16を噛合させて、駆動モータ15によりカッタ板1を回転させるように構成している。
【0037】
さらに、下側胴体11a の下端部と上側胴体11b には掘削地盤に圧着して立坑掘削機を支持する複数個のフロントグリッパ18とリアグリッパ19を配設してあり、これらのグリッパ18、19はそれぞれ油圧ジャッキによって内外径方向に伸縮して掘削地盤に対して圧着、離脱するように構成していると共に、上側胴体11b の内周面には、周方向に一定間隔毎に複数本の推進ジャッキ20を装着し、これらの推進ジャッキ20のロッドを上側胴体11b の上端から上方に向かって伸縮自在にして掘削された立坑Tの内周面に施工される覆工セグメントSの下端面に当接させ、該セグメントSに推進反力を支持させるように構成している。
【0038】
また、上側胴体11b の長さ方向の中間部に中間隔壁21を張設してあり、この中間隔壁21と下側胴体11a の上記隔壁12とを複数本の調節ジャッキ22によって連結してこれらの調節ジャッキ22の作動により下側胴体11a を上側胴体11b に対してその掘り下げ方向の向きを調整できるようにしている。図中、23は上側胴体11bの上端開口部側に配設したエレクタである。
【0039】
以上のように構成した立坑掘削機によって立坑Tを垂直状に掘り下げていくには、フロントグリッパ18とリアグリッパ19との少なくとも一方を立坑Tの掘削壁面に摺動可能に押し付けて立坑掘削機が下動可能に支持した状態にして、駆動モータ15によりカッタ板1を回転させると共に既に施工している覆工セグメントSに推進ジャッキ20の推進反力を支持させてこれらの推進ジャッキ20のロッドを伸長させる。なお、立坑掘削機はその自重によって常にカッタ板1を切羽面Aに押し付ける方向に作用しており、この立坑掘削機の自重が全て切羽面Aに作用しないように上記フロントグリッパ18とリアグリッパ19によって立坑Tに支持させながら推進ジャッキ20を伸長させるものであるから、この推進ジャッキ20の推進力は小さくて済む。
【0040】
この推進ジャッキ20の伸長によって立坑掘削機を垂直下方に推進させると、カッタ板1は切羽面Aに押し付けた状態で回転しながらその回転中心部から放射状に突設している複数本のスポーク1aに装着したカッタビット3により切羽の岩盤を切り下げ掘削していく。このカッタビット3によって掘削されたズリは、カッタ板1を構成している各スポーク1aの側端縁から突設したスクレーパ4によってズリ取込み開口部2を通じてカッタ板1の背面側、即ち、上面側に掻き上げられる。
【0041】
また、カッタ板1の回転中心部である平坦な前面(下面)中央部に突設しているカッタビット3aによって掘削されたズリは、カッタ板1の回転にもかかわらず、このままでは切羽面Aとカッタ板1の平坦な下面中央部との間に介在、残留してカッタビット3aによる切羽面Aの掘削を阻害すると共に該カッタビット3aがこのズリを二次破砕することになって短期間で破損や欠損が生じる虞れがあるが、上述したようにこのカッタ板1の中央部から第1圧力水供給管9Aの噴射ノズル9a1 〜9a3 が下面にまで貫通、突出していて、これらの噴射ノズル9a1 〜9a3 を上記カッタビット3aに対向させてカッタ板1の中央部下面に沿う方向に向けているので、カッタビット3aにより掘削されたズリは、これらの噴射ノズル9a1 〜9a3 から噴射する高圧水によってスクレーパ4の内端部側に向かって外方に押し進められ、上記カッタビット3によって掘削されたズリと共にズリ取込み開口部2からカッタ板1の上面に送り込まれる。
【0042】
さらに、カッタ板1の上面に送り込まれた掘削ズリは、各スポーク1aにおける上記スクレーパ4を装着した側端縁と反対側の他側端縁に沿って突設しているズリガイド6により、ズリをズリ取込み開口部2から再び切羽面A側に落下するのを阻止しながら、カッタ板1の外周端部と半径方向の中間部との上方の不動部に配設している内外噴射ノズル7、7aからの噴出高圧水によってズリガイド6に沿ってカッタ板1の回転中心部である中央部上の集積部5に押し進め、該集積部5上に集積させる。
【0043】
この際、内外噴射ノズル7、7aは、カッタ板1の上方において、カッタ板1と一体的に回転しない不動部に配設されてあり、且つ、内側噴射ノズル7aを外側噴射ノズル7に対して一つのズリ取込み開口部2を介してカッタ板1の回転方向の斜め前方位置に配設しているので、図3において、カッタ板1が矢印方向に回転すると、内側噴射ノズル7aの下方を通過したカッタ板1の上面部分が外側噴射ノズル7に達するまでにズリ取込み開口部2を通じて該上面にズリが取り込まれ、外側噴射ノズル7の下方を通過する時に、該外側噴射ノズル7から噴射する高圧水の噴射圧によってその上面に堆積しているズリが集積部5側に向かって押し動かされたのち、内側噴射ノズル7aの下方に達して該内側噴射ノズル7aから噴射する高圧水の噴射圧により、さらに集中的に勢いよくカッタ板1の中心部に向かって押し進められ、集積部5上に円滑且つ確実に集積するものである。
【0044】
集積部5内には給水管10からの給水によって所定高さまで水が滞留されていて掘削ズリを混在させてあり、下端吸込口8bを水中に没入させている排出管8に掘削ズリが水と共に吸入されて上方に排出される。即ち、第2高圧水供給管9B中に配設している高圧ポンプ26の作動によって高圧水が噴射ノズル9bからズリ排出管8の下端部内に上方に向かって噴射し、この噴射によってズリ排出管8の下端部内に負圧が発生して集積部5上に集積している掘削ズリが水と共にズリ排出管8の下端吸込口8bから吸い上げられる。
【0045】
この際、噴射ノズル9bから噴射する高圧水に空気導入管25からの空気が導入、混合されるので、噴射ノズル9bからズリ排出管8内に噴射する高圧水の流速が高速化され、ズリ排出管8の吸込口8bに大きな吸引力が発生して掘削ズリを水と共に円滑且つ確実に吸込口8b内に吸い込んでこのズリ排出管8内を通じて上方に搬出される。
【0046】
一方、この立坑掘削機を推進させながらカッタ板1により所定深さの立坑部分が掘削される毎に、上側胴体11b 側に配設しているエレクタ23によって掘削壁面にセグメントSをリング状に組み立て、再び、このセグメントSの下端面に推進ジャッキ20の推進反力を支持させながら上述したように立坑掘削機により立坑Tを切り下げ掘削し、掘削ズリを上述したようにスクレーパ4でズリ取込み開口部2内を通じてカッタ板1上に送り込み、内外噴射ノズル7、7aからの高圧水の噴射によって掘削ズリを集積部5上に集積させて、排出管8の吸入力で上方に搬出し、この作業をくり返し行って所定深さまで垂直な立坑Tを掘削するものである。なお、掘削ズリの排出は上述したような吸引力によることなく、管内に回転スクリューを配設しているスクリューコンベアや多数のバケットを巡回可能に配設しているバケットコンベア等、適宜な排出管を採用してもよい。
【0047】
また、本発明の立坑掘削機は上記した形態に限らず、例えば、以下のように構成してもよい。
1)調節ジャッキ22を推進ジャッキとし、リアグリッパ19を掘削壁面に押付け、これを反力に下側胴体11a を推進するように構成してもよい。この場合は推進ジャッキ20は覆工セグメントSの支持用ジャッキとして作用し、上側胴体11b の下方移動と共に伸長するように構成される。
2)覆工はセグメントのようなプレキャスト部材に限らず、吹付コンクリート、現場打ちコンクリートでもよい。
3)カッタビットにはディスクタイプ、ツースタイプのいずれも含む。
【0048】
【発明の効果】
以上のように本発明の立坑掘削機のカッタ板によれば、請求項1に記載したように、筒状胴体の下端に回転自在に配設され、前面に設けている多数のカッタビットにより地盤を直下方向に掘削していく立坑掘削機のカッタ板であって、周方向に所定間隔毎にズリ取込み開口部を設けていると共に前面中央部に、該前面中央部に突設しているカッタビットにより掘削されたズリをズリ取込み開口部側に向かって押し進める高圧水噴射ノズルを配設しているので、カッタ板の前面中央部のカッタビットにより掘削されたズリを、その位置で留まらせることなくこの噴射ノズルからの高圧水の噴射圧力によってカッタ板の前面中央からズリ取込み開口部の内端側に向かって外方に円滑且つ確実に押し出すことができ、上記ズリ取込み開口部からカッタ板の背面上に効率よく取り込むことができる。
【0049】
従って、掘削ズリがカッタ板の中央部前面に留まることによるカッタビットの磨耗やカッタ板自体の摩損を防止することができ、長時間に亘り効率のよい掘削が可能となるものである。
【0050】
さらに、請求項2に係る発明によれば、カッタ板の上方に高圧水供給管を配設し、この高圧水供給管の下端部にロータリージョイントを介して1本ないし数本の上記高圧水噴射ノズルを接続し、該高圧水噴射ノズルをカッタ板を貫通させてこのカッタ板の前面中央部にその噴射口をカッタ板の板面に沿う方向に向けて配設しているので、1本ないし数本の高圧水噴射ノズルをカッタの前面中央部に配設しただけの極めて簡単で構成によって、該噴射ノズルから噴射する高圧水をカッタ板の中央部前面に沿って噴流させることができ、その位置で掘削されたズリを容易にズリ取込み開口部側に向かって排除することができる。
【0051】
また、請求項3に係る発明によれば、カッタ板の背面側における外周端部の上方の不動部に噴射ノズルを配設し、この噴射ノズルの噴射口をカッタ板の外周端側から中央部に向けて、該噴射口から噴出する高圧水によりカッタ板の背面上に取り込まれた掘削ズリをカッタ板の背面中央部に形成しているズリ集積部に集積させるように構成していると共に、このズリ集積部上にズリ排出管の下端を臨ませているので、カッタ板が請求項4に記載したように、円板形状であっても下向きドーム形状、或いは逆截頭円錐形状であっても、ズリ取込み開口部を通じてカッタ板の背面上に取り込まれる全ての掘削ズリをカッタ板の外周側から中央部に向かって噴射する噴射ノズルからの高圧水によって、迅速に且つ確実にカッタ板の背面中央部上に集積させることができ、該集積部上の下端を臨ませている排出管を通じて効率良く排出することができる。
【0052】
さらにまた、請求項5に係る発明によれば、カッタ板の前面中央部に設けているカッタビットの周囲からカッタ板の外周端に向かって、このカッタ板の回転に従って掘削ズリを取込み開口部に掻き寄せるスクレーパを放射状に突設しているので、カッタビットによって掘削された全てのズリをこのスクレーパによってズリ取込み開口部内に確実に送り込むことができ、掘削ズリの排出処理が円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】立坑掘削機の縦断面図、
【図2】立坑掘削機の下方から見たカッタ板の平面図、
【図3】立坑掘削機の上方から見たカッタ板の背面図、
【図4】ズリ排出手段の要部の一部を断面した側面図、
【図5】ズリ吸込口部分に起振器を装着した場合のズリ排出手段の一部を断面した側面図。
【符号の説明】
1 カッタ板
2 ズリ取込み開口部
3 カッタビット
4 スクレーパ
5 集積部
7、7a 機内側の高圧水噴射ノズル
8 ズリ排出管
9a1 〜9a3 カッタ板の前面中央部側に設けた高圧水噴射ノズル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a cutter plate in a shaft excavator suitable for excavating a vertical shaft up to a predetermined depth when building an underground structure such as an oil storage or a radioactive waste storage in the deep underground layer. It is about.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a means of excavating a shaft to a predetermined depth, in the case of a small-diameter shaft, a bucket having a drilling bit attached to the tip is used, and in the case of a large-diameter shaft, it is drilled down by blasting. However, in any excavation means, it is difficult to excavate a shaft having a predetermined diameter accurately and efficiently. Therefore, a rock tunnel excavator (TBM) is used to excavate the shaft with the cutter plate of the tunnel excavator facing in the direct downward direction, and the excavated gap is provided in the cutter plate at predetermined intervals in the circumferential direction. It has been considered that the sheet is taken in on the back surface of the cutter plate through the gap taking-in opening and then discharged upward by an appropriate gap discharging means such as a bucket conveyor.
[0003]
Thus, when excavating a vertical shaft with a tunnel excavator, the center part, which is the rotation center part of the cutter plate, can not be provided with an opening for taking in the gap due to the strength of the cutter plate. The gap excavated by the cutter bit provided on the lower surface is not taken into the back surface through the above-mentioned slot taking-in opening, but stays at the flat front part of the center, and is secondarily crushed by the cutter bit, It is in a state of being pinched between the faces. As a result, there is a problem in that the wear of the cutter bit is intense, the replacement frequency is increased, and the cutter plate itself is also worn.
[0004]
As a countermeasure against this, a scraping plate for excavation sludge is projected radially from the periphery of the central part toward the outer peripheral edge on the front surface of the cutter plate, and the excavation sludge is removed by these scraping plates according to the rotation of the cutter plate. Inclined excavators have been developed that are configured to scrape toward a slip-in opening that is open at the top of the cutter plate and feed it through the opening onto the back surface of the cutter plate (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-112182 (
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the plurality of cutter bits, which are center bits, are provided at the center of the front surface of the cutter plate, it is extremely difficult to attach the scraping plate to the center portion of the front surface in relation to the arrangement of the cutter bits. Even if it is attached, the moving speed of the center part of the cutter plate relative to the face surface is lower than that of the outer peripheral side, so that the excavation slip can be moved efficiently toward the outer peripheral side of the cutter plate. However, most of the excavation sludge stays in the center of the front surface, and there is a possibility that the wear of the cutter bit, the wear of the cutter plate, and the like become severe as described above.
[0007]
The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to move toward the opening for taking in the slip provided on the cutter plate without the excavation slip remaining at the front center of the cutter plate. It is an object of the present invention to provide a cutter plate for a shaft excavator that can be moved smoothly and reliably and fed onto the back surface of the cutter plate.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the cutter plate of the shaft excavator of the present invention is a plurality of cutter bits provided on the front face and rotatably disposed at the lower end of the cylindrical body as described in
[0009]
In the cutter plate of the shaft excavator configured as described above, the invention according to
[0010]
According to a third aspect of the present invention, an injection nozzle is disposed in a stationary part above the outer peripheral end on the back side of the cutter plate, and the injection port of the injection nozzle extends from the outer peripheral end side to the central portion of the cutter plate. The excavation slip taken in on the back surface of the cutter plate by the high-pressure water ejected from the injection port is configured to be accumulated in the slip accumulation portion formed in the center of the back surface of the cutter plate. The structure is such that the bottom end of the drain discharge pipe faces the top of the stacking unit.
[0011]
The shape of the cutter plate may be any of a circular flat plate shape, a downward dome shape, or a reverse truncated cone shape as described in claim 4.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a scraper for taking in the excavation sludge and scraping it to the opening according to the rotation of the cutter plate from the periphery of the cutter bit provided at the front center portion of the cutter plate toward the outer peripheral end of the cutter plate. It is characterized by projecting radially.
[0013]
[Action]
By rotating the cutter plate with the front of the cutter bit of the shaft excavator projecting the cutter bit facing downward, and propelling the shaft excavator vertically downward, the ground such as rock mass Drill down. At this time, on the front surface of the cutter plate, the slip excavated by the cutter bit provided in a portion other than the central portion of the cutter plate is taken in on the back surface of the cutter plate through the slit intake opening according to the rotation of the cutter plate. The cutter bit provided at the center of the front surface of the cutter plate, that is, the slit excavated by the center bit, is located at the inner end of the slit taking-in opening outside the center of the front surface of the cutter. Despite the rotation of the cutter plate, it hardly moves toward the slip-in opening portion side and tries to stay at that position.
[0014]
However, since a high-pressure water injection nozzle that pushes the excavation slot outward toward the slot intake opening is disposed at the front center portion of the cutter plate, it is excavated by the cutter bit at the front center portion of the cutter plate. The slip is pushed outward from the center of the front surface of the cutter plate by the injection pressure of the high-pressure water from the spray nozzle, and is taken into the back surface of the cutter plate from the slip-in opening with the excavation slip as the cutter plate rotates. It is.
[0015]
When the gap excavated by the rotation of the cutter plate is taken into the rear surface of the cutter plate through the slit take-in opening, the gap is gathered toward the gap accumulation portion on the rear central portion of the cutter plate, and the opening is opened to the accumulation portion. It is discharged upwards through a drain discharge pipe facing the lower end.
[0016]
At this time, it is desirable to employ a high-pressure water spray nozzle as means for gathering the gap from the outer peripheral end side on the back surface of the cutter plate to the gap accumulation portion, and this jet nozzle is disposed above the outer peripheral end portion of the cutter plate. By fixing to the non-moving part, when the excavation gap taken in on the back of the cutter plate passes under the injection nozzle according to the rotation of the cutter plate, the cutter plate is sequentially used by the high pressure water from the injection nozzle. Even if the cutter plate is forcibly pushed forward toward the collecting portion at the center of the back surface and the cutter plate is formed in a circular flat plate shape, a downward dome shape, or a reverse truncated cone shape, the cutter plate has a simple configuration. All excavation gaps on the back of the can be accumulated in the accumulation part.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a simplified longitudinal sectional view of a shaft excavator, and a
[0018]
All the spokes 1a are equipped with
[0019]
Further, the
[0020]
In this way, the scraper 4 is scraped up from the outer peripheral end side to the inner peripheral end side of the
[0021]
Each of the spokes 1a may be formed in a circular flat plate shape by projecting horizontally from the center of rotation of the
[0022]
Further, the front surface (lower surface) of the flat stacking
[0023]
Further, a vertical small-diameter cylinder 17 is disposed above the
[0024]
The lower end of the first high-pressure
[0025]
Each of the injection nozzles 9a1, 9a2, 9a3 is arranged from the injection nozzles 9a1, 9a2, 9a3 by directing the injection ports inward to the outer peripheral portion of the flat front surface (lower surface) of the stacking
[0026]
Further, on the back surface of each spoke 1a constituting the
[0027]
Furthermore, as shown in FIGS. 1 and 3, an
[0028]
These
[0029]
The
[0030]
The inner and
[0031]
Note that two or three fixed
[0032]
Further, the lower end portion of the second high pressure
[0033]
More specifically, as shown in FIG. 4, the gap discharge means forms a lower end portion of the
[0034]
In addition, a
[0035]
Furthermore, as shown in FIG. 5, a pressure sensor 27 'is attached to the
[0036]
On the other hand, the
[0037]
Further, a plurality of
[0038]
Further, an
[0039]
In order to dig down the shaft T vertically with the shaft excavator configured as described above, at least one of the
[0040]
When the shaft excavator is propelled vertically downward by the extension of the
[0041]
In addition, the gap excavated by the
[0042]
Further, the excavation gap fed to the upper surface of the
[0043]
At this time, the inner and
[0044]
In the accumulating
[0045]
At this time, since the air from the
[0046]
On the other hand, every time a shaft portion of a predetermined depth is excavated by the
[0047]
Moreover, the shaft excavator of the present invention is not limited to the above-described form, and may be configured as follows, for example.
1) The
2) The lining is not limited to precast members such as segments, but may be shotcrete or cast-in-place concrete.
3) The cutter bit includes both disk type and tooth type.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the cutter plate of the shaft excavator of the present invention, as described in
[0049]
Accordingly, it is possible to prevent wear of the cutter bit and wear of the cutter plate itself due to the excavation gap remaining on the front surface of the center portion of the cutter plate, and efficient excavation can be performed for a long time.
[0050]
Further, according to the invention of
[0051]
According to the invention of
[0052]
Furthermore, according to the invention according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a shaft excavator,
FIG. 2 is a plan view of the cutter plate as seen from below the shaft excavator,
FIG. 3 is a rear view of the cutter plate as seen from above the shaft excavator,
FIG. 4 is a side view showing a cross-section of a part of the main part of the slip discharge means;
FIG. 5 is a side view showing a cross section of a portion of a slip discharge means when a vibration exciter is attached to a slip suction port portion.
[Explanation of symbols]
1 Cutter plate
2 Slip-in opening
3 Cutter bits
4 Scraper
5 Stacking unit
7, 7a High pressure water injection nozzle inside the machine
8 Sludge discharge pipe
9a1 to 9a3 High-pressure water injection nozzle provided on the front center side of the cutter plate
Claims (5)
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