JP4085722B2 - シールド掘進機の裏込材注入装置用の先行カッタ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機の裏込材注入装置用の先行カッタ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6に示すように、シールド掘進機1は、筒状のシールドフレーム2を有する掘進機本体3と、シールドフレーム2内を前後に仕切る隔壁4と、隔壁4に取り付けられたカッタ5とを備え、カッタ5によって掘削された切羽8の掘削土砂を一旦隔壁4前方の土砂取込室6に取り込んだ後、掘進機本体3の前進に応じて土砂取込室6内の掘削土砂を坑内7に移送し、切羽8の土圧水圧の安定を保っている。掘進機本体3の前進は、シールドフレーム2内に設けた推進ジャッキ(図示せず)を、既設セグメント9の端部に押し付けて反力をとって行う。セグメント9は、シールドフレーム2内に設けたエレクタ(図示せず)によってリング状に組み立てられる。
【0003】
かかるシールド掘進機1においては、シールドフレーム2の内側でセグメント9を組み立てるため、カッタ5によって掘削された掘孔(シールドフレーム2と略同径の孔)と既設セグメント9との間に隙間が生じる。よって、その隙間にモルタル等の裏込材10を注入して充填し、側部地山の崩落を防止すると共に既設セグメントの位置を固定している。裏込材10は、シールドフレーム2の外側面に突設された裏込材注入装置11から後方に注入され、上記隙間に充填される。
【0004】
この裏込材注入装置11は、シールドフレーム2の外側面から突出しているものの、通常の地山であれば掘進機本体3の前進を妨げるような大きな抵抗となることはない。しかし、地中に設置された中間立坑や到達立坑用の掘削可能壁12(モルタルに炭素繊維を分散させたもの等)を掘り抜く際には、カッタ5によって掘り抜かれた掘削可能壁12の孔12aの縁部に裏込材注入装置11が引っ掛かり、掘進機本体3の前進が妨げられる。そして、この状態で無理に前進すると、裏込材注入装置11の破損を招く。
【0005】
この対策として、図7に示すように、裏込材注入装置11の前方に、シールドフレーム2の外側面から回転しながら突出する先行カッタ13を設けたものが提案されている。先行カッタ13は、通常、シールドフレーム2内に設けられた収納ケース14内に収容されており、当該先行カッタ13が掘削可能壁12の穴12aに対向したとき、掘進機本体3の掘進が停止され、収納ケース14から回転しながら突出される。
【0006】
先行カッタ13は、その上下面を連通する取込口15を有し、掘削した掘削可能壁12の掘削破片(掘削土砂)を取込口15から下方の収納ケース14に導く。その後、収納ケース14内の掘削土砂は、ケース14に接続された注泥管16から供給された泥水によってスラリーとなった後、ケース14に接続された連絡管17を介して土砂取込室6に移送される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように先行カッタ13で掘削した掘削可能壁12の破片(掘削土砂)を掘進機本体3の土砂取込室6内に導くと、掘進停止中における土砂取込室6内の土圧水圧が変化し、切羽8が不安定となる可能性がある。特に、土砂取込室6内に坑内7側から泥水を供給し、カッタ5で掘削された土砂と混合させ、それを坑内7側に排出する泥水式シールドにおいては、土砂取込室6内に掘削可能壁12の破片を混ぜると、土砂取込室6内における泥水の濃度が変化して切羽8が不安定となり易い。
【0008】
また、図7のタイプのように、先行カッタ13で掘削した掘削可能壁12の破片(掘削土砂)を土砂取込室6内に移送するには、先行カッタ13にその掘削土砂を収納ケース14に導くための取込口15を形成しなければならない上、収納ケース14内の掘削土砂を土砂取込室6に導くための連絡管17が必要となるため、装置全体が複雑大型化する。このため、機内における占有スペースが大きくなり、主構造の変更や他の機内装備品の設置位置の変更等が必要となる。
【0009】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、掘削中に切羽を安定に保つことができると共に装置の小型化を図ったシールド掘進機の裏込材注入装置用の先行カッタ装置を提供することにある。
【0010】
【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は、掘削土砂を一旦土砂取込室内に取り込んだ後に切羽の土圧水圧を保ちつつ坑内に移送する掘進機本体と、該掘進機本体の外側面に突設された裏込材注入装置とを備えたシールド掘進機の裏込材注入装置用の先行カッタ装置であって、上記掘進機本体内に、上記裏込材注入装置の前方に位置させて、上記掘進機本体の掘進停止時に上記掘進機本体の外側面から回転しながら突出する先行カッタを設けると共に、上記掘進機本体に、上記裏込材注入装置と上記先行カッタとの間に位置させて、上記掘進機本体内外を貫通する穴を設け、その穴に、上記掘進機本体の外側面から突出した上記先行カッタへ向けて液体を噴射してその先行カッタで掘削した土砂を上記土砂取込室内に取り込むことなく押し流すための洗浄管を装着し、且つ、上記掘進機本体に、上記裏込材注入装置と上記先行カッタとの間に位置させて、上記掘進機本体内外を貫通する別の穴を設け、その穴に、上記洗浄管から噴射した液体で押し流した掘削土砂を上記土砂取込室内を介することなく上記坑内に取り込むための取込管を装着したものである。
【0011】
本発明によれば、側部地山(掘削可能壁等)を掘削するときには、掘進機本体の掘進を停止させた状態で、先行カッタを回転させながら突出させ、同時に洗浄管から液体を噴射する。すると、先行カッタによって裏込材注入装置の前方の側部地山(掘削可能壁等)が掘削され、その掘削土砂が洗浄管から噴射された液体によって土砂取込室内に取り込まれることなく押し流される。よって、土砂取込室内の土圧水圧が変化することはなく、切羽を安定に保つことができる。また、先行カッタの掘削土砂を土砂取込室に導くための連絡管等が不要となるため、装置の小型化を図ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0013】
本発明の実施形態ではない参考形態を図1に示す。
図1に示す参考形態にかかる先行カッタ装置20が装着された掘進機本体3は、既述の図6に示す掘進機本体3と同様の構成となっている。すなわち、掘進機本体3は、筒状に形成されたシールドフレーム2と、シールドフレーム2内を前後に仕切る隔壁4と、隔壁4に取り付けたカッタ5とを有し、カッタ5によって掘削した切羽8の土砂を一旦隔壁4前方の土砂取込室6に取り込み、掘進機本体3の前進に応じて土砂取込室6内から坑内7に移送し、切羽8の土圧水圧の安定を保つ。
【0014】
掘進機本体3の前進は、シールドフレーム2内に設けた推進ジャッキ(図示せず)を、既設セグメント9の端部に押し付けて反力をとって行う。セグメント9は、シールドフレーム2内に設けたエレクタ(図示せず)によってリング状に組み立てられる。シールドフレーム2の外側面には、裏込材注入装置11が突設されている。裏込材注入装置11は、カッタ5による掘孔と既設セグメント9との間隙にモルタル等の裏込材10を充填し、側部地山の崩落を防止し、既設セグメント9の設置位置を安定させる。
【0015】
このようなシールド掘進機1には、図1に示すように、裏込材注入装置11の前方に位置させて、側部地山を掘削するための先行カッタ21が備えられている。詳しくは、シールドフレーム2には、裏込材注入装置11の前方に位置させて、先行カッタ21が出没する穴22が開口されており、その穴22には、先行カッタ21を収容する有底筒体状の収容ケース23が、シールドフレーム2の内面に取り付けられている。収容ケース23内の先行カッタ21は、支持軸24を介してモータ25に接続されており、回転駆動される。
【0016】
モータ25の支持フレーム26は、収容ケース23との間に介設されたアクチュエータ27(シリンダ、ネジ送り機構等)及びガイドロッド28によって、収容ケース23に対して近接離間する。これにより、図2に示すように、先行カッタ21が開口から突出する。突出高さは少なくとも裏込材注入装置11の高さ以上に設定されている。突出の際にモータ25を駆動すれば、先行カッタ21は回転しながら突出することになる。
【0017】
収容ケース23には、図1に示すように、収容状態の先行カッタ21の上方に位置させて、ケース23を開閉するシャッタ29が設けられている。シャッタ29は、図示しないシリンダ等のアクチュエータによって開閉され、通常時には閉じられ、側部地山(掘削可能壁12等)を掘削するときに開かれる。通常掘進時に土砂が収容ケース23内に入り込んで圧密され、先行カッタ21が突出不能となったり回転不能となることを防止するためである。
【0018】
収容ケース23には、ドレン管30が接続されている。ドレン管30は、シャッタ29を閉じたとき止水が万全であるか否かをチェックするものであり、その先端が坑内7に導かれている。即ち、ドレン管30は、例えば、先行カッタ21を交換するときにシャッタ29を閉じるが、このとき止水が完全であるかチェックするために用いられる。ドレン管30には、開閉弁31が介設されており、この開閉弁31は、通常時には閉じられ、シャッタ29の止水をチェックするときに開かれる。
【0019】
先行カッタ21は、図3に示すように、下面に上記支持軸24が取り付けられる円板32と、円板32の上面に放射状に取り付けられた排出リブ33と、排出リブ33の上面に取り付けられたビット34とを有する。各ビット34は、径方向に適宜ずらして配置され、円板32の回転に伴って、地中に設置された中間立坑や到達立坑用の掘削可能壁12(モルタルに炭素繊維を分散させたもの等)を掘削する。掘削された掘削可能壁12の破片(掘削土砂)は、円板32の回転に伴って、排出リブ33によって径方向外方へ排出される。
【0020】
先行カッタ21で掘削された土砂の近傍には、図2に示すように、シールドフレーム2内に設けられた洗浄管35から、液体が噴射されるようになっている。洗浄管35は、先行カッタ21の近傍のシールドフレーム2に穿孔された穴36に斜めに装着されており、ポンプ37で加圧された液体を先行カッタ21へ向けて噴射する。噴射方向は、図3にも示すように、先行カッタ21の回転方向に沿った方向である。掘削土砂を先行カッタ21の回転遠心力と相俟って効果的に押し流すためである。
【0021】
なお、洗浄管35の液体噴射方向は、先行カッタ21に付着した土砂を洗い流すという観点からは、先行カッタ21の回転方向と対向する方向(図例と逆方向)としてもよい。また、噴射される液体は、泥水式シールドに用いられる泥水や、通常の水等が用いられるが、掘削可能壁12の掘削を補助するための研磨粒が混合された水(泥水)を用いてもよい。
【0022】
本参考形態の作用を述べる。
【0023】
掘進機本体3の通常掘進時には、図1に示すように、シャッタ29を閉じておく。土砂が収容ケース23内に入り込んで圧密され、先行カッタ21が突出不能となったり回転不能となることを防止するためである。そして、ドレン管30の開閉弁31、洗浄管35の開閉弁36は、共に閉じられている。
【0024】
掘進機本体3が、図4(a)に示すように、地中に設置された中間立坑や到達立坑用の掘削可能壁12(モルタルに炭素繊維を分散させたもの等)を掘削するときには、先行カッタ21が掘削可能壁12の穴12aに対向するまではシャッタ29を閉じ、半分程度対向したならば開く。そして、ドレン管30の開閉弁31は閉じたまま、洗浄管35の開閉弁36を開き、掘進機本体3の掘進を停止する。
【0025】
その後、図4(b)に示すように、掘進機本体3の掘進を停止させた状態で、先行カッタ21を回転させながら突出させ、裏込材注入装置11の前方の側部地山(掘削可能壁12)を掘削し、同時に、洗浄管35から液体を噴射する。すると、先行カッタ21で掘削された掘削可能壁12の破片(掘削土砂)は、洗浄管35から噴射された液体によって押し流され、掘進機本体3の土砂取込室6内に取り込まれることはない。よって、土砂取込室6内の土圧水圧が変化することはなく、切羽8を安定に保つことができる。
【0026】
すなわち、掘進機本体3の掘進停止時には、掘進機本体3のカッタ5が停止しており土砂取込室6には新たな掘削土砂が入ってくることはなく切羽8の土圧水圧が変化しない安定状態となっているが、ここに図7のタイプのように先行カッタ13の掘削土砂(掘削可能壁12の破片)が連絡管17を介して導かれると、掘進停止中における土砂取込室6内の土圧水圧が変化し、切羽8が不安定となる可能性がある。特に、土砂取込室6内に坑内7側から泥水を供給し、カッタ5で掘削された土砂と混合させ、それを坑内7側に排出する泥水式シールドにおいては、土砂取込室6内の泥水に掘削可能壁12の破片を混ぜると、土砂取込室6内の泥水の濃度が変化して切羽8が不安定となり易い。
【0027】
これに対し、本参考形態によれば、図2に示すように、先行カッタ21で掘削した掘削可能壁12の破片(掘削土砂)を、土砂取込室6内に取り込むことなく、洗浄管35から噴射された液体によってシールドフレーム2の外に押し流しているので、先行カッタ21による掘削可能壁12の切削中に土砂取込室6内の土圧水圧が変化することはなく、切羽8を安定に保つことができるのである。また、洗浄管35から噴射された液体によって先行カッタ21のビット34が洗浄されるため、各ビット34間に土砂が詰まって掘削能力が低下することも回避できる。
【0028】
また、本参考形態によれば、図7のタイプのように、先行カッタ13(21)の掘削土砂を掘進機本体3の土砂取込室6に導かないので、導くための連絡管17が不要となると共に、先行カッタ13にその上下を連通する取込口15を形成する必要もなくなる。よって、装置20全体の小型化を図ることができる。従って、相対的に機内における装置20の占有スペースが小さくなり、主構造の変更や他の機内装備品の設置位置の変更等が不要となって、既存のシールド掘進機に後付することが可能となる。また、本参考形態の先行カッタ21は、取込口15を形成しないので強度が図7のタイプよりも向上し、土砂よりも硬い掘削可能壁12を掘削するために有利となる。
【0029】
その後、図4(b)のように、先行カッタ21が所定ストローク突出してその部分の掘削可能壁12を掘削したならば、図4(c)に示すように、先行カッタ21を没入させる。そして、図4(d)に示すように、掘進機本体3を、先行カッタ21が再び半分程度掘削可能壁12の穴12aに対向するまで、掘進させて停止する。以降、図4(e)、図4(f)と先行カッタ21によって掘削可能壁12を掘削し、同様の手順によって裏込材注入装置11の前方の掘削可能壁12を掘削する。
【0030】
本発明の実施形態を図5に示す。
【0031】
図示するように、この実施形態は、基本的構成が前参考形態と同様であるため同一の部品には同一の符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。相違点は、先行カッタ21と裏込材注入装置11との間に、先行カッタ21で掘削された掘削可能壁12の破片(掘削土砂)をシールドフレーム2内に取り込むための取込管40を、設けた点である。取込管40は、シールドフレーム1の内外を貫通する穴41に取り付けられている。穴41は、図3に示すように、洗浄管35からの液体の送水方向と逆方向に設定されており、掘削土砂を効率よく取り込むようになっている。
【0032】
すなわち、洗浄管35から先行カッタ21の回転方向に沿って噴射された液体は、先行カッタ21の前方の掘削可能壁12の未掘削の部分で偏向されてUターンし、送水方向と逆方向に排出されるため、その排出方向に穴41を設けることで、液体によって押し流された掘削土砂が穴41の近傍に案内され、側部土圧に押されて穴41内に取り込まれるのである。穴41から取込管40に取り込まれた掘削土砂は、土砂取込室6内に導かれることなく坑内7に排出される。取込管40には、通常閉じられ先行カッタ21を作動させるときに開かれる開閉弁42が介設されている。
【0033】
本実施形態においても前参考形態と同様の作用効果を奏する。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るシールド掘進機の裏込材注入装置用の先行カッタ装置によれば、掘削中に切羽を安定に保つことができると共に、装置全体の小型化を推進できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考形態に係る先行カッタ装置の説明図(収納状態)であり、(a)は平面図、(b)は側断面図である。
【図2】 上記先行カッタ装置を作動させたときの説明図であり、(a)は平面図、(b)は側断面図である。
【図3】 上記先行カッタの拡大図である。
【図4】 上記先行カッタによって掘削可能壁を掘削するときの工程図である。
【図5】 本発明の実施形態を示す先行カッタの説明図(収納状態)であり、(a)は平面図、(b)は側断面図である。
【図6】 シールド掘進機の説明図であり、(a)は正面図、(b)は側面図である。
【図7】 本発明と対比するための先行カッタ装置の説明図であり、(a)は平面図、(b)は側断面図である。
【符号の説明】
3 掘進機本体
6 土砂取込室
7 坑内
8 切羽
11 裏込材注入装置
20 先行カッタ装置
21 先行カッタ
35 洗浄管
36 穴
40 取込管
41 穴(別の穴)
Claims (1)
- 掘削土砂を一旦土砂取込室内に取り込んだ後に切羽の土圧水圧を保ちつつ坑内に移送する掘進機本体と、該掘進機本体の外側面に突設された裏込材注入装置とを備えたシールド掘進機の裏込材注入装置用の先行カッタ装置であって、上記掘進機本体内に、上記裏込材注入装置の前方に位置させて、上記掘進機本体の掘進停止時に上記掘進機本体の外側面から回転しながら突出する先行カッタを設けると共に、上記掘進機本体に、上記裏込材注入装置と上記先行カッタとの間に位置させて、上記掘進機本体内外を貫通する穴を設け、その穴に、上記掘進機本体の外側面から突出した上記先行カッタへ向けて液体を噴射してその先行カッタで掘削した土砂を上記土砂取込室内に取り込むことなく押し流すための洗浄管を装着し、且つ、上記掘進機本体に、上記裏込材注入装置と上記先行カッタとの間に位置させて、上記掘進機本体内外を貫通する別の穴を設け、その穴に、上記洗浄管から噴射した液体で押し流した掘削土砂を上記土砂取込室内を介することなく上記坑内に取り込むための取込管を装着したことを特徴とするシールド掘進機の裏込材注入装置用の先行カッタ装置。
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