JP4131493B2 - Shaft excavator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は立坑掘削装置に関し、特に、掘削ズリを地上へ搬送する為の技術を改善した立坑掘削装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、深度が数100 mもの大深度立坑として、過去では炭坑が、また、最近では鉄道や道路が通る交通トンネルの換気用立坑が実用に供され、将来的には、放射性廃棄物の廃棄等のために、深度が1000mにも達する大深度立坑が必要であると考えられる。これら立坑の掘削方法は、発破掘削と機械掘削とに大別されるが、最近では、機械掘削用の種々の立坑掘削装置が実用化されている。立坑掘削装置の主要な構成は、胴部材と、この胴部材の先端側に装備されたカッターヘッドと、これら胴部材とカッターヘッドを推進させる複数の推進用ジャッキとを備えた掘削機と、掘削ズリ(土砂や礫等)を地上へ搬送する掘削ズリ排出装置である。
【0003】
特許文献1に記載の立坑掘削装置には、掘削機に、チャンバー内の掘削ズリを泥水にして上方へ輸送するスクリュウーコンベアと、スクリュウーコンベで搬送されてきた泥水を貯留する泥水槽が設けられ、この泥水槽から泥水を吸い上げて地上の泥水処理プラントへ送る排泥管と排泥ポンプ、泥水処理プラントで処理された水を泥水槽へ送る送泥管と送泥ポンプが設けられている。
【0004】
特許文献2に記載の立坑掘削装置には、掘削機に、掘削ズリを上方へ輸送するバケットコンベアが設けられ、このバケットコンベアは、センターポスト、センターポスト内に設けられた無端状のチェーン、このチェーンに連結された複数のバケット、複数のバケット(チェーン)を回動させる油圧モータを有し、各バケットの先端部に取り付けられた切刃でも地山を掘削可能になっている。尚、センターポストは油圧モータにより鉛直軸心回りに回動可能であり、そのセンターポストの先端部分にヘリカルドラム掘削機が連結されている。
【0005】
一方、掘削機に、チャンバー内の掘削ズリを水と共に上方へ吸引搬送する混気ジェットポンプと、混気ジェットポンプで搬送されてきた掘削ズリと水を分離する分離装置と、分離装置で分離された掘削ズリを貯留するズリストックビンを設け、この掘削ズリをカプセル輸送方式で地上へ搬送する掘削ズリ排出装置を設けた立坑掘削装置が知られている。分離装置で分離された水は、混気ジェットポンプにより掘削ズリを搬送する為の水として再利用される。
【0006】
尚、特許文献3には、掘削機前方の地山にボーリングを行い、ボーリングされた穴に挿入された反力受けロッドの下端部分を根固めした状態で、反力受けロッドで反力をとって掘削機を推進させる技術が開示されている。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−332792号公報
【特許文献2】
特開2003−3780号公報
【特許文献3】
特開2002−349181号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来の立坑掘削装置において、特許文献1のような掘削ズリ排出装置を採用した場合、立坑深さが深くなる程、泥水を吸い上げて地上まで送る多数の排泥ポンプが必要となり、これら排泥ポンプの大多数を立坑途中部に設置しなければならないため、掘削ズリ排出装置の設備コストが非常に高価になり、この掘削ズリ排出装置の運転負荷も大きくなる。これら排泥ポンプを設置する作業負荷も大きく、更に、立坑深さが深くなり、掘削ズリを複数の中継地点で中継しながら搬送するようにすると、掘削ズリの排出を能率よく行うことができなくなり、立坑施工工期が長くなる。
【0009】
また、特許文献1のような掘削ズリ排出装置を採用した場合、排泥ポンプが故障したり停電等の緊急時に排泥ポンプが作動停止すると、排泥管内の搬送途中の掘削ズリが水と共に落下し、排泥管が閉塞・破損したりポンプが破損する虞がある。尚、前記カプセル輸送式の掘削ズリ排出装置でも、設備コストが高価になり、掘削ズリの排出を能率よく行うことが難しい。
【0010】
掘削機内において掘削ズリをカッターヘッド付近から上方へ輸送する掘削ズリ輸送機構として、特許文献1ではスクリューコンベアが設けられ、特許文献2ではバケットコンベアが設けられているが、これらの機構は何れも部品点数が多い複雑な構造であり、駆動用の油圧モータを必要とするため、掘削ズリ輸送機構の設備コストが高価になり、また、掘削ズリ輸送機構の駆動負荷も大きくなる。
【0011】
特許文献1〜3には、掘削機前方の地山からの湧水についての対策については何ら開示されていない。即ち、地山の湧水の状態に応じて、カッターヘッドには湧水よる水圧が作用する場合と作用しない場合とがあり、その水圧がカッターヘッドに作用した場合でも、その水圧は一定圧でなく安定しないことが多いため、常時、カッターヘッドを適度な押付力で前方の地山に押し付けることが難しく、その結果、地山の掘削を能率的に行えないという虞がある。
【0012】
従来の立坑掘削装置では、カッターヘッド付近の掘削ズリを取り残すことなく上方へ掘削ズリ輸送機構で輸送することは難しく、掘削ズリの取り残しがあると、その掘削ズリによってカッターヘッドが回転不良を起こす虞があるし、カッターヘッドが磨耗し易くなる。尚、掘削機は数100 トンの重量になるものもあり、その掘削機の荷重支持のために地上からウインチで吊り下げることは、設備コストや安全面で望ましくはなく、また、前記課題同様に、カッターヘッドを適度な押付力で前方の地山に押し付けることも難しい。
【0013】
本発明の目的は、掘削ズリ排出装置の構造を簡単化し設備コストを低減すること、掘削ズリ排出装置の運転負荷を低減すること、掘削ズリの排出を能率よく行い更に掘削ズリ排出管の増設を簡単に行えるようにして立坑施工工期を短縮すること、掘削機内において掘削ズリを上方へ輸送する掘削ズリ輸送機構の構造を簡単化し設備コストを低減すること、掘削ズリ輸送機構の駆動負荷を低減すること、カッターヘッドを適度な押付力で前方の地山に押し付けてカッターヘッドで地山掘削を能率的に行うこと、掘削ズリの取り残しを防止してカッターヘッドの回転不良や磨耗を極力防止すること、等々である。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1の立坑掘削装置は、胴部材と、この胴部材の先端側に装備されたカッターヘッドと、これら胴部材とカッターヘッドを推進させる複数の推進用ジャッキとを備えた掘削機を有する立坑掘削用の立坑掘削装置において、立坑の上端付近から掘削機まで延びる送水管部と、この送水管部の下端に連通連結されて立坑の上端付近まで延び掘削ズリを水と共に地上へ搬送する排出管部とを備え且つ立坑深さが深くなるのに応じて継ぎ足される掘削ズリ搬送管と、前記送水管部にズリ搬送用水を供給する排土用ポンプとを備えた掘削ズリ排出装置と、前記掘削ズリを排出管部内に押し込む掘削ズリ投入装置と、前記カッターヘッドの切羽に発生させた水圧を利用して、カッターヘッドで掘削された掘削ズリを水と共に前記掘削ズリ投入装置まで輸送可能な掘削ズリ輸送機構であって一端部がカッターヘッドの前側へ突出し他端部が分離装置に接続された輸送管と、分離装置で分離された水を切羽側へ導出可能な導出管と、この導出管に介装されて切羽の水圧を調節可能な切羽水圧調整ポンプとを有する掘削ズリ輸送機構と、前記掘削ズリ輸送機構で輸送されてきた掘削ズリと水とを分離する分離装置とを設け、前記分離装置で分離された掘削ズリを掘削ズリ投入装置に供給するよう構成し、前記掘削ズリ排出装置は、掘削ズリを掘削ズリ搬送管内の水流で地上へ搬送するように構成したことを特徴とするものである。
【0015】
この立坑掘削装置において、掘削ズリ排出装置は、立坑の上端付近から掘削機まで延びる送水管部と、この送水管部の下端に連通連結されて立坑の上端付近まで延びる排出管部とを備えた掘削ズリ搬送管を有し、この掘削ズリ排出装置の排土用ポンプにより送水管部にズリ搬送用水が供給されて、掘削ズリ搬送管内に水流が発生し、掘削ズリ搬送管内に掘削ズリを導入することにより、その掘削ズリが掘削ズリ搬送管内の水流で地上へ搬送され排出される。
【0016】
掘削ズリ搬送管は、送水管部と排出管部とを連通連結したサイフォン管的な管となり、この掘削ズリ搬送管と排土用ポンプとを用いた所謂サイフォン技術を採用することにより、排土用ポンプとして、非常に高出力のポンプや多数のポンプを設けなくても、立坑深さ、つまり掘削ズリ搬送管の上下方向長さに殆ど影響を受けず、立坑深さが深くなっても、掘削ズリ搬送管内に水流を発生させて掘削ズリを搬送することが可能になる。こうして、掘削ズリ排出装置の構造を簡単化し設備コストを低減することができ、掘削ズリ排出装置の運転負荷も低減できる。
【0017】
掘削ズリ排出装置は、立坑深さが深くなるのに応じて掘削ズリ搬送管を継ぎ足すことにより対応でき、この継ぎ足し作業も簡単に行うことができ、しかも、この掘削ズリ排出装置により、掘削ズリを掘削機から地上まで中継することなく一気に搬送できるため、掘削ズリの排出を能率よく行うことができ、その結果、立坑施工工期を大幅に短縮することができる。排土用ポンプが故障したり停電等の緊急時に排土用ポンプが作動停止しても、掘削ズリ搬送管内の少なくとも水は落下することなく保持されるため、掘削ズリ搬送管や排土用ポンプが破損するのを極力防止でき、安全面でも優れたものになる。
【0018】
また、立坑深さが深くなり、掘削ズリ搬送管の地上からの上下方向距離が長くなる程、掘削ズリを押し込む部分の掘削ズリ搬送管内の水圧は高圧になるが、この場合でも、掘削ズリ投入装置により、掘削ズリ搬送管からの水の流出を防止して、掘削ズリを排出管部内に確実に押し込むことができる。
【0019】
さらに、この立坑掘削装置は、前記カッターヘッドの切羽に発生させた水圧を利用して、カッターヘッドで掘削された掘削ズリを水と共に掘削ズリ投入装置まで輸送可能な掘削ズリ輸送機構を設けたもので、それ故、掘削ズリ輸送機構の駆動負荷を軽減可能とすると共に、掘削ズリを掘削ズリ投入装置まで簡単・確実に輸送することができる。
【0020】
しかも、この立坑掘削装置は、分離装置で分離された掘削ズリを掘削ズリ投入装置により排出管部内に能率よく押し込むことができ、また、分離装置で分離された水を再利用したり、そのうちの余剰水については、掘削ズリ搬送管に排出することもできる。
【0021】
【0022】
切羽水圧調整ポンプにより、分離装置で分離された水をカッターヘッドの切羽に積極的に供給することにより、切羽の水圧を高めて適正圧に調節することができ、その水圧で掘削ズリを水と共に輸送管を介して分離装置へ確実に安定的に輸送することができ、しかも、その水圧を加味して、掘削機の荷重支持を行うと共に、カッターヘッドを適度な押付力で前方の地山に押し付けて、カッターヘッドで地山掘削を能率的に行うことが可能になる。また、掘削ズリ輸送機構は、輸送管、導出管、切羽水圧調整ポンプを有する簡単な構造であるため、掘削ズリ輸送機構の設備コストを低減できる。
【0023】
請求項2の立坑掘削装置は、請求項1の発明において、前記輸送管の先端部に装備された先行排土カッターと、前記先行排土カッターを進退駆動する進退駆動機構と、先行排土カッターを回動駆動する回動駆動機構とを設けたことを特徴とするものである。進退駆動機構により先行排土カッターの突出位置を調節し、回動駆動機構により先行排土カッターを回動させて回収穴を形成し、その回収穴に掘削ズリを集め、場合によって、先行排土カッターを進退させ回動させながら、掘削ズリを輸送管で吸い上げて回収し輸送することができる。掘削ズリの取り残しを防止してカッターヘッドの回転不良や磨耗を極力防止することができる。
【0024】
請求項3の立坑掘削装置は、請求項1の発明において、前記分離装置で分離された余剰水を排出管部に排出する為の余剰水排出管と、この余剰水排出管に介装された余剰水排出ポンプとを設けたことを特徴とするものである。前方の地山からの湧水が多く切羽の水圧が適正圧以上になる場合、この余剰水排出管と余剰水排出ポンプにより、分離装置で分離された水を積極的に掘削ズリ搬送管に排出し、切羽の水圧を低下させ適正圧に調節することができる。
【0025】
請求項4の立坑掘削装置は、請求項1の発明において、前記カッターヘッドで掘削されたズリが、カッターヘッドのうち輸送管の先端部が突出している部分に集まるように、カッターヘッドを構成したことを特徴とするものである。ここで、カッターヘッドは、前記輸送管の先端部が突出している部分(先行部分)が最も先行した下向きの傘状に、更に、カッターヘッドの前面部に複数の寄せ板を渦巻き状に取り付けて構成される。こうして、カッターヘッドの先行部分に掘削ズリを確実に集め、その掘削ズリを輸送管で吸い上げて回収して輸送でき、掘削ズリの取り残しを防止してカッターヘッドの回転不良や磨耗を極力防止できる。
【0026】
請求項5の立坑掘削装置は、請求項1の発明において、前記カッターヘッド前方の地山にボーリングを行い地山内の湧水の状態を調査すると共に、大量の湧水がある場合に地盤改良可能なボーリング装置を設けたことを特徴とするものである。ボーリング装置により、カッターヘッド前方の地山にボーリングを行って地山内の湧水の状態を調査し、大量の湧水がある場合にモルタルを注入する等して地盤改良して、湧水を調整することができる。
【0027】
請求項6の立坑掘削装置は、請求項1〜5の何れかの発明において、前記掘削機で掘削されたトンネルの内面にセグメントを組付けるエレクタ装置を設け、前記胴部材は、掘削方向向きに相対的に移動自在の後胴と前胴とを有し、前記複数の推進用ジャッキとして、エレクタ装置で組付けられたセグメントに対して後胴を推進駆動する複数の第1ジャッキと、後胴に対して前胴を推進駆動する複数の第2ジャッキとを設けたことを特徴とするものである。
【0028】
エレクタ装置を設けることにより、掘削機で掘削されたトンネルの内面をセグメントで覆工しつつ、立坑を掘削していくことができる。トンネルの内面に組み付けられたセグメントに複数の第1ジャッキの反力をとって前胴及び後胴を推進させることができ、また、トンネルの内面に固定された後胴に複数の第2ジャッキの反力をとって前胴を推進さることもでき、この2通りの方法にて、先端側のカッターヘッドで前方の地山を掘削することができる。
【0029】
請求項7の立坑掘削装置は、請求項6の発明において、前記後胴をトンネルの内面に固定解除可能に固定する複数の第1グリッパー機構と、前記前胴をトンネルの内面に固定解除可能に固定すると共に掘削機の進行方向を調節可能な複数の第2グリッパー機構とを設けたことを特徴とするものである。複数の第1グリッパー機構により後胴をトンネルの内面に固定した状態で、複数の第2ジャッキを駆動して前胴を推進させる際、また、複数の第1ジャッキを駆動して前胴及び後胴を推進させる際に、複数の第2グリッパー機構により掘削機の進行方向を調節することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態は、掘削機を有する立坑掘削用の立坑掘削装置に、本発明を適用した場合の一例である。尚、掘削機の掘削方向である下方を、適宜、前方、先端側として説明する。
図1〜図5に示すように、立坑掘削装置1は、立坑T(鉛直向きのトンネルT)を掘削する掘削機2と、掘削機2により掘削された掘削ズリを地上まで搬送して排出する掘削ズリ排出装置3を備えている。
【0031】
図1〜図4に示すように、掘削機2は、胴部材10と、胴部材10の先端側に装備されたカッターヘッド11と、胴部材10とカッターヘッド11を推進させる複数の推進用ジャッキ12と、掘削機2で掘削されたトンネルTの内面にセグメントSを組付けるエレクタ装置13を備えている。
【0032】
胴部材10は、掘削方向向き(上下方向向き)に相対的に移動自在の胴部材本体となる後胴10Aと前胴10Bとを有し、後胴10Aの下部に、前胴10Bの上部がスライド可能に外嵌されている。後胴10A又は前胴10Bには、これら後胴10Aと前胴10Bとの嵌合部間を、常時シールする環状のスライドシール20と、緊急時に止水する環状の緊急止水シール21が装備されている。
【0033】
複数の推進用ジャッキ12として、エレクタ装置13で組付けられたセグメントSに対して後胴10Aを推進駆動する複数の第1ジャッキ12Aと、後胴10Aに対して前胴10Bを推進駆動する複数の第2ジャッキ12Bが設けられている。後胴10Aの長さ方向中央部分の内面に後胴リングフレーム22が固着され、複数の第1ジャッキ12Aは上向きにして後胴10Aの内面に沿って周方向に適当間隔おきに配設され、後胴リングフレーム22に挿通状に固定されている。
【0034】
また、前胴10Bの前部の内面に、その前面板が隔壁となる前胴リングフレーム23が固着され、複数の第2ジャッキ12Bは上下方向向きにして胴部材10の内面に沿って周方向に適当間隔おきに配設され、第2ジャッキ12Bの上端部(ロッドの上端部)が後胴リングフレーム22に連結され、下端部(ジャッキ本体の下端部)が前胴リングフレーム23に連結されている。これら第1,第2ジャッキ12A,12Bに油圧を供給する油圧供給ユニット25が、後胴リングフレーム22に装備されている。尚、この油圧供給ユニット25は、後述の、第1グリッパー機構14Aの油圧シリンダ26、第2グリッパー機構14Bの油圧シリンダ28、掘削ズリ投入装置50の油圧ジャッキ66、進退駆動機構80の油圧シリンダ80a等にも油圧を供給する共通の装置となっている。
【0035】
ここで、図1〜図3に示すように、掘削機2には、後胴10AをトンネルTの内面に固定解除可能に固定する複数(例えば、4つ)の第1グリッパー機構14Aと、前胴10BをトンネルTの内面に固定解除可能に固定すると共に掘削機1の進行方向を調節可能な複数(例えば、4つ)の第2グリッパー機構14Bが設けられている。
【0036】
複数の第1グリッパー機構14Aは、後胴10Aの長さ方向中央部分に設けられ、これら第1グリッパー機構14Aを装備する為の複数の凹部10aが後胴10Aに形成されている。各第1グリッパー機構14Aは上下1対の油圧シリンダ26を有し、これら油圧シリンダ26がトンネルTの中心側に向くように凹部10aに装着されて、ピストンロッド26bの先端部が凹部底壁10bに連結されている。各第1グリッパー機構14Aの1対のシリンダ本体26aを内蔵したブロックに断面円弧状の押え板27が連結されて、複数の第1グリッパー機構14Aの複数の油圧シリンダ26が進出駆動されると、複数の押え板27がトンネルTの内面に押し付けられて、後胴10AがトンネルTの内面に固定される。
【0037】
複数の第2グリッパー機構14Bは、前胴10Bの前端部分に設けられ、これら第2グリッパー機構14Bを装備する為の複数の凹部10cが前胴10Bに形成されている。各第2グリッパー機構14Bは油圧シリンダ28を有し、この油圧シリンダ28がトンネルTの中心側に向くように凹部10cに装着されて、複数の第2グリッパー機構14Bの複数の油圧シリンダ28が進出駆動されると、これら油圧シリンダ28のシリンダ本体を内蔵したブロックがトンネルTの内面に押し付けられて、前胴10BがトンネルTの内面に固定される。
【0038】
複数の第1ジャッキ12A、複数の第2ジャッキ12B、複数の第1グリッパー機構14A、複数の第2グリッパー機構14Bを設けたことにより、複数の第1グリッパー機構14Aにより後胴10AをトンネルTの内面に固定した状態で、複数の第2グリッパー機構14Bにより掘削機1の進行方向を調節して、複数の第2ジャッキ12Bを駆動して前胴10Bを推進させ、カッターヘッド11で前方の地山を掘削させ、また、複数の第1ジャッキ12Aを駆動して後胴10A及び前胴10Bを推進させることができる。
【0039】
図1、図2、図4に示すように、カッターヘッド11は、短尺の筒状部30と、筒状部30の下端部に連結された前面板部31と、前面板部31に取り付けられた複数のローラカッター32とを有する。前面板部31には比較的大径の中央穴31aと複数の小径穴31bが形成され、中央穴31aからは、掘削ズリ輸送機構51の輸送管75と、輸送管75に外嵌されたスリーブ78の先端部が下側へ突出し、この輸送管75の先端部に先行排土カッター33が装備され、この先行排土カッター33には複数のビット33aが取り付けられている。
【0040】
カッターヘッド11の前面板部31は、その中央部分が最も下方へ突出する下向きの傘状に形成され、前面板部31には、複数の寄せ板34,35が渦巻き状に取り付けられている。このカッターヘッド11による掘削面は中央部分に向かって下がる傾斜面となり、カッターヘッド11が図4の矢印a方向に回転することにより、掘削ズリは複数の寄せ板34,35により掻き寄せられるように傾斜面を落ちて中央部分に集まってくる。このように、カッターヘッド11で掘削されたズリが、カッターヘッド11のうち輸送管75の先端部が突出している中央部分に集まるように、カッターヘッド11が構成されている。
【0041】
カッターヘッド11を回動駆動する機構については、カッターヘッド11の後端部にリング部材40が連結され、リング部材40の後端部にリングギヤ41が連結され、リングギヤ41には複数の駆動ギヤ42が噛合されている。リング部材40は、前胴リングフレーム23のリング状の穴に環状シール部材を介して回動自在に嵌合され、その穴の後部側スペースにリングギヤ41と複数の駆動ギヤ42が配設されている。複数の駆動ギヤ42が、前胴リングフレーム23に固定された複数の駆動モータ43で駆動されて、リングギヤ41及びリング部材42と共にカッターヘッド11が回動駆動される。
【0042】
図1に示すように、エレクタ装置13は、セグメントSを把持解除可能に把持する把持部45と把持部45をトンネルTの径方向に移動させる機構とを含むエレクタ本体46であって、後胴リングフレーム22に鉛直軸心回りに回動自在に支持されたエレクタ本体46と、エレクタ本体46を回動させる駆動モータ47を含む機構とを備えたものである。エレクタ装置13により組み付けられた複数のセグメントSのうち、上下方向に適当間隔おきのセグメントSはロックボルトSBによりトンネルTの内面に強固に固定される。尚、セグメントSを地上からエレクタ装置13まで搬送するセグメント搬送装置を備えている。尚、後胴10Aの上端部分には、この後胴10Aと組み付けられたセグメントSの間を、常時シールするテールシールと緊急時に止水する止水シールが設けられている。
【0043】
さて、図1〜図5に示すように、この立坑掘削装置1は、掘削ズリ排出装置3、掘削ズリ投入装置50、掘削ズリ輸送機構51、分離装置52、余剰水排出機構53、ボーリング装置54が備えられ、この掘削ズリ排出装置3以外の装置及び機構50〜54が掘削機2に装備されている。
【0044】
先ず、掘削ズリ排出装置3について説明する。
図1、図5に示すように、掘削ズリ排出装置3には、立坑Tの上端付近の地上から掘削機2まで延びる送水管部61と、送水管部61の下端に連通連結されて立坑Tの上端付近の地上まで延び掘削ズリを水と共に地上へ搬送する排出管部62とを備えた掘削ズリ搬送管60と、立坑Tの上端付近の地上に設置されて送水管部61にズリ搬送用水を供給する排土用ポンプ63とが設けられ、掘削ズリ排出装置3は、掘削ズリを掘削ズリ搬送管60内の水流で地上へ搬送するように構成されている。尚、地上へ搬送された掘削ズリと水は掘削ズリ分離装置で分離され、その水については再利用して送水管部61に供給することができる。
【0045】
掘削ズリ搬送管60は、その送水管部61と排出管部62とが独立した管で構成されており、下端部がU字状になるサイフォン管的な管であるため、立坑Tの深さ、つまり掘削ズリ搬送管60の上下方向長さに殆ど影響を受けず、立坑Tの深さが深くなっても、地上に設置した排土用ポンプ63により給水管部61にズリ搬送用水が供給されると、掘削ズリ搬送管60内に水流が発生し、この水流によって掘削ズリが地上まで搬送される。
【0046】
排出管部62には、その下端位置付近において掘削ズリ投入装置50が接続され、この掘削ズリ投入装置50により排出管部62に掘削ズリが押し込まれ、また、掘削ズリ投入装置50との接続部よりも下流側に、余剰水排出機構53の余剰水排水管85が連通連結されている。尚、掘削ズリ搬送管60の途中数カ所がエレクタ装置13で組み付けられたセグメントSに連結され支持されている。
【0047】
この掘削ズリ搬送管60は、立坑Tの深さが深くなるのに応じて継ぎ足される。この場合、既設の送水管部61と排出管部62に、所定長さの送水増設管と排出増設管とをボルトにより連結して増設する。
【0048】
次に、掘削ズリ投入装置50、掘削ズリ輸送機構51、分離装置52、余剰水排出機構53について説明する。
掘削ズリ投入装置50は、前述の通り、掘削ズリを掘削ズリ搬送管60内に押し込む為の装置であり、エレクタ装置13の上側の架台8上に設置されている。この立坑掘削装置1では、深度が数100 m以上、更には深度が1000mに達する大深度立坑の掘削を想定しており、それ故、掘削ズリ搬送管60内の下端位置での水圧は非常に高圧になり、この高圧の水圧に抗して掘削ズリを掘削ズリ搬送管60内に押し込む為の掘削ズリ投入装置50である。
【0049】
この掘削ズリ投入装置50の一例として、図1、図6〜図9に示すように、左右1対のプランジャー65と、これらプランジャー65を夫々駆動する1対の油圧ジャッキ66とを有する。1対のプランジャー65の先端部がスライド板67に固定され、そのスライド板67がスライドガイド68にスライド移動自在に係合されている。1対のプランジャー65の基端部と1対の油圧ジャッキ66の基端部が連結板69a,69bで一体的に連結されている。
【0050】
スライド板67には、1対のプランジャー65のズリ出入口に連通する2つのスライド板穴が形成され、スライドガイド68の鉛直板部には3つのスライドガイド穴が形成され、隣合う2つのスライドガイド穴間の間隔は、2つのスライド板穴間の間隔と同じである。スライドガイド68には、3つのスライドガイド穴の真ん中の穴に連通するズリ導出管70と、両側の穴に連通する1対のズリ導入管71が連結されている。
【0051】
ズリ導出管70が排出管部62に連通連結され、1対のズリ導入管71が分離装置52のズリ貯留部51aの下端に連通連結されている。スライドガイド68は、図示略の油圧ジャッキによりスライド駆動され、図8、図9の矢印を左方とした場合、図8に示すように、左側のプランジャー65のズリ出入口がズリ導出管70に連通すると、右側のプランジャー65のズリ出入口が右側のズリ導入管71に連通し、この状態で、1対の油圧ジャッキ66を駆動して、左側のプランジャー65内の掘削ズリをズリ導出管70を介して排出管部62内に押し込み、右側のプランジャー65内に掘削ズリを導入することができる。
【0052】
また、図9に示すように、右側のプランジャー65のズリ出入口がズリ導出管70に連通すると、左側のプランジャー65のズリ出入口が左側のズリ導入管71に連通し、この状態で、1対の油圧ジャッキ66を駆動して、右側のプランジャー65内の掘削ズリをズリ導出管70を介して排出管部62内に押し込み、左側のプランジャー65内に掘削ズリを導入することができる。こうした動作を繰り返し行い、掘削ズリを排出管部62内に能率的に押し込むことができる。
【0053】
図1、図2、図5に示すように、掘削ズリ輸送機構51は、カッターヘッド11の前方の地山からの湧水の水圧を利用して、カッターヘッド11で掘削された掘削ズリを水と共に掘削ズリ投入装置50まで輸送可能な機構であり、この掘削ズリ輸送機構51で輸送されてきた掘削ズリと水が、架台8上に設置された分離装置52に供給され、その分離装置52で分離された掘削ズリが、前述のように、掘削ズリ投入装置50に供給される。
【0054】
掘削ズリ輸送機構51は、一端部(下端部)がカッターヘッド11の前側へ突出し他端部(上端部)が分離装置52に接続された輸送管75と、分離装置52で分離された水を切羽側であるカッターヘッド11の内側へ導出可能な導出管76と、導出管76に介装されて切羽側の水圧を調節可能な切羽水圧調整ポンプ77とを有する。切羽水圧調整ポンプ77は、架台8の上側の架台9上に設置されている。
【0055】
輸送管75は、掘削機2に固定的に設けられた固定輸送管75aと、この固定輸送管75aに対して伸縮且つ回動可能に連通連結された可動輸送管75bからなり、可動輸送管75bにスリーブ78が外嵌され、スリーブ78が前胴リングフレーム23に固定されたベアリング部材79により回動自在に支持されている。可動輸送管75bとスリーブ78の先端部分がカッターヘッド11の中央穴31aから前側へ突出し、その可動輸送管75bの先端部に先行排土カッター33が装備されている。この先行排土カッター33で掘削された先行穴に掘削ズリが集まり、その掘削ズリが水と共に輸送管75に入り込み、この輸送管75で分離装置52まで輸送される。
【0056】
導出管76は少なくとも2股76aに分かれて、前胴リングフレーム23の前側の切羽側へ突出している。輸送管75内の水流は切羽の水圧により発生するが、検出された切羽の水圧が掘削ズリを効果的に輸送する適正圧よりも低圧の場合、適正圧まで高めるために、切羽水圧調整ポンプ77が駆動され、分離装置52で分離された水が切羽側へ積極的に導出される。尚、切羽の水圧が適正圧よりも高圧の場合には、切羽水圧調整ポンプ77の作動を停止させ、後で説明する余剰水排出機構53を作動させて、切羽の水圧を適正圧まで低めるようにする。
【0057】
ここで、可動輸送管75bを進退駆動する油圧シリンダ80aを含む進退駆動機構80と、可動輸送管75bを回動駆動する駆動モータを含む回動駆動機構81が設けられている。進退駆動機構80においては、油圧シリンダ80aのシリンダ本体が前胴リングフレーム23にブラケットにより固定され、ピストンロッドの先端部が、可動輸送管75bに対して回動可能に且つ上下方向に相対移動不能に連結されている。
【0058】
図1、図2、図5に示すように、余剰水排出機構53は、余剰水を排出管部62に排出する為の機構であり、分離装置52で分離された余剰水を排出管部62に排出する為の余剰水排出管85と、余剰水排出管85に介装された余剰水排出ポンプ86とを有する。前方の地山から湧水により余剰水がある場合、切羽の水圧が適正圧よりも高圧の場合に適正圧にするために、余剰水排出管85が駆動されて、分離装置52で分離された余剰水が排出管部62に積極的に排出される。尚、立坑Tの深さが深くなると、排出管部62との接続部分における排出管部62内の水圧は高圧になるため、余剰水排出ポンプ86については、その高圧の水圧に抗して余剰水を排出管部62に押し込むことが可能な油圧プランジャー型のポンプとしてもよい。
【0059】
次に、ボーリング装置54について説明する。
図1、図2に示すように、ボーリング装置54は、カッターヘッド11の前方の地山にボーリングを行い地山内の湧水の状態を調査すると共に、大量の湧水がある場合に地盤改良可能に構成されている。このボーリング装置54は、先端部にビットを取り付けたボーリングロッドを進退駆動且つ回転駆動可能なボーリング装置本体90を有し、ボーリング装置本体90の位置及び姿勢を調節可能な複数のリンク及び複数の油圧シリンダを有する位置姿勢調節機構91とを有する。
【0060】
前胴リングフレーム23には複数のガイド管92が挿通状に固定され、このうちの1本を使用し、その使用ガイド管92に対して位置姿勢調節機構91によりボーリング装置本体90の位置及び姿勢を調節することにより、ボーリング装置本体90により、ボーリングロッドを使用ガイド管92に挿通させ、カッターヘッド11の小径穴31bに挿通させて、回動させながら進出させて地山をボーリングしていく。ボーリングロッドに地盤改良材供給通路を形成し、ボーリングロッドの先端からモルタル等の地盤改良材を注入して地盤改良できる。尚、各ガイド管92には非使用時に管路閉止可能に開閉弁部材が装着されている。
【0061】
以上説明した立坑掘削装置1の作用・効果について説明する。
先ず、この立坑掘削装置1は、立坑Tの上端付近の地上から掘削機2まで延びる送水管部61と、この送水管部61の下端に連通連結されて立坑Tの上端付近の地上まで延び掘削ズリを水と共に地上へ搬送する排出管部62とを備え且つ立坑Tの深さが深くなるのに応じて継ぎ足される掘削ズリ搬送管60と、送水管部61にズリ搬送用水を供給する排土用ポンプ63とを備えた掘削ズリ排出装置3を設け、掘削ズリ排出装置3は、掘削ズリを掘削ズリ搬送管60内の水流で地上へ搬送するように構成したものである。
【0062】
つまり、掘削ズリ搬送管60は、送水管部61と排出管部62とを連通連結したサイフォン管的な管となり、この掘削ズリ搬送管60と排土用ポンプ63とを用いた所謂サイフォン技術を採用することにより、排土用ポンプ63として、非常に高出力のポンプや多数のポンプを設けなくても、立坑深さ、つまり掘削ズリ搬送管60の上下方向長さに殆ど影響を受けず、立坑Tの深さが深くなっても、掘削ズリ搬送管60内に水流を発生させて掘削ズリを搬送することが可能になる。こうして、掘削ズリ排出装置3の構造を簡単化し設備コストを低減することができ、掘削ズリ排出装置3の運転負荷も低減することができる。
【0063】
掘削ズリ排出装置3は、立坑Tの深さが深くなるのに応じて掘削ズリ搬送管60を継ぎ足すことにより対応でき、この継ぎ足し作業も簡単に行うことができ、しかも、この掘削ズリ排出装置3により、掘削ズリを掘削機2から地上まで中継することなく一気に搬送できるため、掘削ズリの排出を能率よく行うことができ、その結果、立坑施工工期を大幅に短縮することができる。また、排土用ポンプ63が故障したり停電等の緊急時に排土用ポンプ63が作動停止しても、掘削ズリ搬送管60内の少なくとも水は落下することなく保持されるため、掘削ズリ搬送管60や排土用ポンプ63が破損するのを極力防止することができ、安全面でも優れたものになる。
【0064】
掘削ズリを排出管部62内に押し込む掘削ズリ投入装置50を設けたので、立坑Tの深さが深くなり、掘削ズリ搬送管60の地上からの上下方向距離が長くなる程、ズリ押し込み部分における掘削ズリ搬送管60内の水圧は高圧になるが、この場合でも、掘削ズリ投入装置50により、掘削ズリ搬送60管からの水の流出を防止して、掘削ズリを排出管部62内に確実に押し込むことができる。
【0065】
カッターヘッド11の切羽に発生させた水圧を利用して、カッターヘッド11で掘削された掘削ズリを水と共に掘削ズリ投入装置50まで輸送可能な掘削ズリ輸送機構51を設けたので、掘削ズリ輸送機構51の駆動負荷を軽減可能とすると共に、掘削ズリを掘削ズリ投入装置50まで簡単・確実に輸送できる。
【0066】
掘削ズリ輸送機構51で輸送されてきた掘削ズリと水とを分離する分離装置52を設け、そこで分離された掘削ズリを掘削ズリ投入装置50に供給するので、分離装置52で分離された掘削ズリを掘削ズリ投入装置50により排出管部62内に能率よく押し込むことができ、また、分離装置52で分離された水を再利用したり、その内の余剰水については、余剰水排出管85から掘削ズリ搬送管60に排出することができる。
【0067】
掘削ズリ輸送機構51は、一端部がカッターヘッド11の前側へ突出し他端部が分離装置52に接続された輸送管75と、分離装置52で分離された水を切羽側へ導出可能な導出管76と、この導出管76に介装されて切羽の水圧を調節可能な切羽水圧調整ポンプ77とを有するものである。
【0068】
それ故、切羽水圧調整ポンプ77により、分離装置52で分離された水を再利用しカッターヘッド11の切羽に積極的に供給することにより、切羽の水圧を高めて適正圧に調節することができ、その水圧で掘削ズリを水と共に輸送管75を介して分離装置52へ確実に安定的に輸送でき、しかも、その水圧を加味して、掘削機1の荷重支持を行うと共に、カッターヘッド11を適度な押付力で前方の地山に押し付けて、カッターヘッド11で地山掘削を能率的に行うことが可能になる。また、掘削ズリ輸送機構75は、輸送管75、導出管76、切羽水圧調整ポンプ77を有する簡単な構造であるため、掘削ズリ輸送機構51の設備コストを低減することができる。
【0069】
可動輸送管75bの先端部に装備された先行排土カッター33と、可動輸送管75bを進退駆動する進退駆動機構80と、可動輸送管75bを回動駆動する回動駆動機構81とを設けたので、進退駆動機構80により先行排土カッター33の突出位置を調節し、回動駆動機構81により先行排土カッター33を回動させて回収穴を形成し、その回収穴に掘削ズリを集め、場合によって、先行排土カッター33を進退させ回動させながら、掘削ズリを輸送管75で吸い上げて回収し輸送することができる。掘削ズリの取り残しを防止してカッターヘッド11の回転不良や磨耗を極力防止することができる。
【0070】
分離装置52で分離された余剰水を排出管部62に排出する為の余剰水排出管85と、この余剰水排出管85に介装された余剰水排出ポンプ86とを有する余剰水排出機構53を設けたので、前方地山からの湧水が多く切羽の水圧が高圧過ぎる場合、分離装置52で分離された水を積極的に掘削ズリ搬送管60に排出し、切羽の水圧を低下させ調節することができる。
【0071】
カッターヘッド11で掘削されたズリが、カッターヘッド11のうち輸送管75の先端部が突出している部分に集まるように、カッターヘッド11を構成したので、カッターヘッド11の先行部分に掘削ズリを確実に集め、その掘削ズリを輸送管75で吸い上げて回収して輸送でき、掘削ズリの取り残しを防止してカッターヘッド11の回転不良や磨耗を極力防止できる。
【0072】
カッターヘッド11の前方の地山にボーリングを行い地山内の湧水の状態を調査すると共に、大量の湧水がある場合に地盤改良可能なボーリング装置54を設けたので、このボーリング装置54により、カッターヘッド11の前方の地山にボーリングを行って地山内の湧水の状態を調査し、大量の湧水がある場合にモルタルを注入する等して地盤改良して、湧水を調整することができる。
【0073】
次に、立坑掘削装置の変更形態について説明する。但し、基本的に、変更箇所以外の構成は前記実施形態の立坑掘削装置の構成と同様であり、前記実施形態と同じものには同一符号を付して説明する。
1]図10の立坑掘削装置1Aのカッターヘッド11Aにおいては、その前面板部31Aの中央部分が、前記カッターヘッド11Aの前面板部31よりも下方へ大きく突出する下向きの傘状に形成されている。尚、カッターヘッド11Aの平面視は前記カッターヘッド11の平面視と略同様である。このカッターヘッド11Aによる掘削面は中央部分に向かって大きく下がる傾斜面となり、カッターヘッド11が回転することにより、掘削ズリは複数の寄せ板34,35により掻き寄せられるように傾斜面を落ちて中央部分に確実に集まり易くなる。
【0074】
2]掘削ズリ排出装置3において、外管とこの外管に遊嵌状に挿入される内管とで掘削ズリ搬送管を構成し、内管と、内管と外管の間に、送水通路と、排水通路を形成してもよい。
【0075】
3]掘削ズリ投入装置51においては、ピストン式の投入装置の他に、ロータリー式の投入装置で構成してもよい。
4]尚、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を付加して実施することが可能である。
【0076】
【発明の効果】
請求項1の立坑掘削装置によれば、立坑の上端付近から掘削機まで延びる送水管部と、この送水管部の下端に連通連結されて立坑の上端付近まで延び掘削ズリを水と共に地上へ搬送する排出管部とを備え且つ立坑深さが深くなるのに応じて継ぎ足される掘削ズリ搬送管と、送水管部にズリ搬送用水を供給する排土用ポンプとを備えた掘削ズリ排出装置を設け、掘削ズリ排出装置は、掘削ズリを掘削ズリ搬送管内の水流で地上へ搬送するように構成した。
【0077】
つまり、掘削ズリ搬送管は、送水管部と排出管部とを連通連結したサイフォン管的な管となり、この掘削ズリ搬送管と排土用ポンプとを用いた所謂サイフォン技術を採用することにより、排土用ポンプとして、非常に高出力のポンプや多数のポンプを設けなくても、立坑深さ、つまり掘削ズリ搬送管の上下方向長さに殆ど影響を受けず、立坑深さが深くなっても、掘削ズリ搬送管内に水流を発生させて掘削ズリを搬送することが可能になり、掘削ズリ排出装置の構造を簡単化し設備コストを低減することができ、掘削ズリ排出装置の運転負荷も低減できる。
【0078】
掘削ズリ排出装置は、立坑深さが深くなるのに応じて掘削ズリ搬送管を継ぎ足すことにより対応でき、この継ぎ足し作業も簡単に行うことができ、しかも、この掘削ズリ排出装置により、掘削ズリを掘削機から地上まで中継することなく一気に搬送できるため、掘削ズリの排出を能率よく行うことができ、その結果、立坑施工工期を大幅に短縮することができる。排土用ポンプが故障したり停電等の緊急時に排土用ポンプが作動停止しても、掘削ズリ搬送管内の少なくとも水は落下することなく保持されるため、掘削ズリ搬送管や排土用ポンプが損傷するのを極力防止することができ、安全面でも優れたものになる。
【0079】
この立坑掘削装置によれば、掘削ズリを排出管部内に押し込む掘削ズリ投入装置を設けたので、立坑深さが深くなり、掘削ズリを押し込む部分の掘削ズリ搬送管内の水圧が高圧になった場合でも、掘削ズリ搬送管からの水の流出を防止して、掘削ズリを排出管部内に確実に押し込むことができる。
【0080】
また、この立坑掘削装置によれば、カッターヘッドの切羽に発生させた水圧を利用して、カッターヘッドで掘削された掘削ズリを水と共に掘削ズリ投入装置まで輸送可能な掘削ズリ輸送機構を設けたので、この掘削ズリ輸送機構の駆動負荷を軽減可能とすると共に、掘削ズリを掘削ズリ投入装置まで簡単・確実に輸送することができる。
【0081】
さらに、この立坑掘削装置によれば、掘削ズリ輸送機構で輸送されてきた掘削ズリと水とを分離する分離装置を設け、そこで分離された掘削ズリを掘削ズリ投入装置に供給するので、掘削ズリを掘削ズリ投入装置により排出管部内に能率よく押し込むことができ、また、分離された水を再利用したり、そのうちの余剰水については、掘削ズリ搬送管に排出することもできる。
【0082】
しかも、この立坑掘削装置によれば、切羽水圧調整ポンプにより、分離装置で分離された水をカッターヘッドの切羽に積極的に供給することにより、切羽の水圧を高めて適正圧に調節することができ、その水圧で掘削ズリを水と共に輸送管を介して分離装置へ確実に安定的に輸送することができ、しかも、その水圧を加味して、掘削機の荷重支持を行うと共に、カッターヘッドを適度な押付力で前方の地山に押し付けて、カッターヘッドで地山掘削を能率的に行うことが可能になる。また、掘削ズリ輸送機構は、輸送管、導出管、切羽水圧調整ポンプを有する簡単な構造であるため、掘削ズリ輸送機構の設備コストを低減することができる。
【0083】
請求項2の立坑掘削装置によれば、輸送管の先端部に装備された先行排土カッターと、先行排土カッターを進退駆動する進退駆動機構と、先行排土カッターを回動駆動する回動駆動機構とを設けたので、先行排土カッターの突出位置を調節し、先行排土カッターを回動させて回収穴を形成し、その回収穴に掘削ズリを集め、場合によって、先行排土カッターを進退させ回動させながら、掘削ズリを輸送管で吸い上げて回収し輸送することができる。その結果、掘削ズリの取り残しを防止してカッターヘッドの回転不良や磨耗を極力防止することができる。
【0084】
請求項3の立坑掘削装置によれば、分離装置を排出管部に接続する余剰水排出管と、この余剰水排出管に介装された余剰水排出ポンプとを設けたので、前方の地山からの湧水が多く切羽の水圧が適正圧以上になる場合、この余剰水排出管と余剰水排出ポンプにより、分離装置で分離された水を積極的に掘削ズリ搬送管に排出し、切羽の水圧を低下させ適正圧に調節することができる。
【0085】
請求項4の立坑掘削装置によれば、カッターヘッドで掘削されたズリが、カッターヘッドのうち輸送管の先端部が突出している部分に集まるように、カッターヘッドを構成したので、そのカッターヘッドの先行部分に掘削ズリを確実に集め、その掘削ズリを輸送管で吸い上げて回収して輸送でき、掘削ズリの取り残しを防止してカッターヘッドの回転不良や磨耗を極力防止できる。
【0086】
請求項5の立坑掘削装置によれば、カッターヘッド前方の地山にボーリングを行い地山内の湧水の状態を調査すると共に、大量の湧水がある場合に地盤改良可能なボーリング装置を設けので、カッターヘッド前方の地山にボーリング行って地山内の湧水の状態を調査し、大量の湧水がある場合にモルタルを注入する等して地盤改良して、湧水を調整することができる。
【0087】
請求項6の立坑掘削装置によれば、エレクタ装置を設けることにより、掘削機で掘削されたトンネルの内面をセグメントで覆工しつつ、立坑を掘削していくことができる。トンネルの内面に組み付けられたセグメントに複数の第1ジャッキの反力をとって前胴及び後胴を推進させ、また、トンネルの内面に固定された後胴に複数の第2ジャッキの反力をとって前胴を推進させることもでき、この2通りの方法にて、先端側のカッターヘッドで前方の地山を掘削できる。
【0088】
請求項7の立坑掘削装置によれば、複数の第1グリッパー機構により後胴をトンネルの内面に固定した状態で、複数の第2ジャッキを駆動して前胴を推進させる際、また、複数の第1ジャッキを駆動して前胴及び後胴を推進させる際に、複数の第2グリッパー機構により掘削機の進行方向を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る立坑掘削装置の縦断面図である。
【図2】掘削機の要部の縦断面図である。
【図3】図3のIII 矢視図である。
【図4】図3のIV−IV線断面図である。
【図5】掘削ズリ輸送機構と掘削ズリ排出装置の構成図である。
【図6】掘削ズリ投入装置の斜視図である。
【図7】掘削ズリ投入装置の部分的に切欠いた斜視図である。
【図8】掘削ズリ投入装置の作動説明図である。
【図9】掘削ズリ投入装置の作動説明図である。
【図10】変更形態に係る掘削機の要部の縦断面図である。
【符号の説明】
T 立坑(トンネル)
1 立坑掘削装置
2 掘削機
3 掘削ズリ排出装置
10 胴部材
10A 後胴
10B 前胴
11 カッターヘッド
12 推進用ジャッキ
12A 第1ジャッキ
12B 第2ジャッキ
13 エレクタ装置
14A 第1グリッパー機構
14B 第2グリッパー機構
33 先行排土カッター
50 掘削ズリ投入装置
51 掘削ズリ輸送機構
52 分離装置
53 余剰水排出機構
54 ボーリング装置
60 掘削ズリ搬送管
61 送水管部
62 排出管部
63 排土用ポンプ
75 輸送管
76 導出管
77 切羽水圧調整ポンプ
80 進退駆動機構
81 回動駆動機構
85 余剰水排出管
86 余剰水排水ポンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a shaft excavation device, and more particularly to a shaft excavation device with improved technology for conveying excavation gaps to the ground.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a deep shaft with a depth of several hundreds of meters, a coal mine has been used in the past, and recently, a tunnel for ventilation of a traffic tunnel through which a railroad or a road passes, and in the future, disposal of radioactive waste, etc. Therefore, it is considered that a deep shaft with a depth of 1000m is necessary. These shaft excavation methods are roughly classified into blast excavation and mechanical excavation. Recently, various shaft excavation apparatuses for mechanical excavation have been put into practical use. The main structure of the shaft excavator includes a barrel member, a cutter head equipped on the tip side of the barrel member, an excavator including a plurality of jacks for propelling the barrel member and the cutter head, and excavation Excavation drain discharge device that transports ground (such as earth and sand and gravel) to the ground.
[0003]
In the shaft excavation device described in
[0004]
In the shaft excavation apparatus described in
[0005]
On the other hand, the excavator is separated by an air-jet jet pump that sucks and conveys excavation sludge in the chamber together with water, a separation device that separates the excavation sludge and water that has been conveyed by the air-mix jet pump, and a separation device. There is known a shaft excavator provided with a drill dock for storing excavation sludge and provided with a excavation sludge discharge device for transporting the excavation sludge to the ground by a capsule transport system. The water separated by the separation device is reused as water for transporting the excavation sludge by the mixed air jet pump.
[0006]
In
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2002-332792 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-3780
[Patent Document 3]
JP 2002-349181 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional shaft excavating device, when the excavation sludge discharging device as in
[0009]
In addition, when the excavation sludge discharge device as in
[0010]
In the excavator, as a excavation gap transport mechanism for transporting excavation gap from the vicinity of the cutter head upward, in
[0011]
[0012]
In conventional shaft excavation equipment, it is difficult to transport the excavation gap near the cutter head without leaving the excavation gap, and if there is any excavation gap left, the excavation gap may cause the cutter head to rotate poorly. And the cutter head is easily worn. Some excavators can weigh several hundred tons, and it is not desirable in terms of equipment costs and safety to suspend them from the ground to support the load of the excavator. It is also difficult to press the cutter head against the front ground with an appropriate pressing force.
[0013]
The object of the present invention is to simplify the structure of the excavation sludge discharge device, reduce the equipment cost, reduce the operating load of the excavation sludge discharge device, efficiently discharge the excavation sludge, and further increase the number of excavation sludge discharge pipes. Shorten the shaft construction period by making it easy, simplify the structure of the excavation transport mechanism that transports the excavation sludge upward in the excavator, reduce the equipment cost, and reduce the driving load of the excavation transport mechanism In addition, the cutter head is pressed against the front ground with an appropriate pressing force, and the ground is efficiently excavated with the cutter head, and the cutter head is prevented from being left behind and the rotation of the cutter head is prevented as much as possible. , And so on.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The shaft excavation apparatus according to
[0015]
In this shaft excavation device, the excavation drain discharge device includes a water supply pipe portion extending from the vicinity of the upper end of the shaft to the excavator, and a discharge pipe portion connected to the lower end of the water supply pipe portion and extending to the vicinity of the upper end of the shaft. It has an excavation debris transfer pipe, and water for debris transfer is supplied to the water supply pipe section by the soil discharge pump of this excavation debris discharge device. By doing so, the excavation gap is transported to the ground and discharged by the water flow in the excavation gap transport pipe.
[0016]
The excavation debris transfer pipe is a siphon-like pipe in which the water supply pipe section and the discharge pipe section are connected to each other. By adopting the so-called siphon technology using this excavation debris transfer pipe and the earth discharge pump, Even if there is no very high output pump or a large number of pumps as a pump for use, the vertical shaft depth, that is, the vertical length of the excavation pipe is almost unaffected, and the vertical shaft depth increases, It becomes possible to transport the excavation gap by generating a water flow in the excavation gap conveyance pipe. In this way, the structure of the excavation sludge discharge device can be simplified and the equipment cost can be reduced, and the operation load of the excavation sludge discharge device can be reduced.
[0017]
The excavation debris discharge device can respond by adding the excavation debris transfer pipe as the shaft depth becomes deeper, and this addition operation can be easily performed. Can be transported at once without being relayed from the excavator to the ground, so that excavation can be discharged efficiently, and as a result, the construction period of the shaft can be greatly shortened. Even if the earth removal pump breaks down or stops operating in case of an emergency such as a power outage, at least water in the excavation debris transfer pipe is retained without falling. Can be prevented as much as possible, and it is excellent in safety.
[0018]
Also, stand As the pit depth increases and the vertical distance from the ground of the excavation sludge transport pipe increases, the water pressure in the excavation sludge transport pipe at the portion where the excavation sludge is pushed becomes higher. In addition, it is possible to prevent the outflow of water from the excavation debris transfer pipe and to reliably push the excavation debris into the discharge pipe portion.
[0019]
In addition, this shaft excavator It is equipped with an excavation sludge transport mechanism that can transport excavation sludge excavated by the cutter head together with water to the excavation sludge input device using the hydraulic pressure generated at the face of the cutter head. The driving load of the mechanism can be reduced, and the excavation slot can be transported to the excavation slot input device easily and reliably.
[0020]
Moreover, this shaft excavator is The excavation debris separated by the separation device can be efficiently pushed into the discharge pipe by the excavation throw-in device, and the water separated by the separation device can be reused, and excess water can be transported by excavation debris. It can also be discharged into a tube.
[0021]
[0022]
By actively supplying the water separated by the separation device to the face of the cutter head by the face pressure adjustment pump, the water pressure of the face can be increased and adjusted to an appropriate pressure. It can be transported reliably and stably to the separation device via the transport pipe, and while supporting the load of the excavator taking into account its hydraulic pressure, the cutter head can be moved to the front ground with an appropriate pressing force. It becomes possible to efficiently perform excavation with the cutter head. Moreover, since the excavation gap transport mechanism has a simple structure including a transport pipe, a lead-out pipe, and a face water pressure adjustment pump, the equipment cost of the excavation gap transport mechanism can be reduced.
[0023]
[0024]
[0025]
Claim 4 The vertical shaft drilling device is claimed 1 In this invention, the cutter head is configured such that the gap excavated by the cutter head gathers in the portion of the cutter head where the tip of the transport pipe projects. Here, the cutter head has a downward umbrella shape in which the portion (leading portion) from which the tip of the transport pipe projects is most advanced, and a plurality of gathering plates attached to the front portion of the cutter head in a spiral shape. Composed. In this way, the excavation gap is reliably collected at the preceding portion of the cutter head, and the excavation gap can be sucked up by the transport pipe, recovered, and transported. The excavation gap is prevented from being left behind, and the rotation failure and wear of the cutter head can be prevented as much as possible.
[0026]
Claim 5 The vertical shaft drilling device is claimed 1 The invention is characterized in that a boring device is provided for drilling the ground in front of the cutter head to investigate the state of spring water in the ground and improving the ground when there is a large amount of spring water. It is. With the boring device, drill the ground in front of the cutter head to investigate the state of the spring in the ground, and adjust the spring by improving the ground by injecting mortar if there is a large amount of spring. can do.
[0027]
Claim 6 The vertical shaft excavation apparatus of
[0028]
By providing the erector device, the shaft can be excavated while lining the inner surface of the tunnel excavated by the excavator with the segment. The reaction force of the plurality of first jacks can be applied to the segments assembled on the inner surface of the tunnel to propel the front and rear cylinders, and a plurality of second jacks can be mounted on the rear cylinder fixed to the inner surface of the tunnel. A reaction force can be taken to propel the front torso, and the front ground can be excavated with the cutter head on the tip side by these two methods.
[0029]
Claim 7 The vertical shaft drilling device is claimed 6 A plurality of first gripper mechanisms for releasably fixing the rear cylinder to the inner surface of the tunnel; and fixing the front cylinder to the inner surface of the tunnel so as to be unreleasable and adjusting an advancing direction of the excavator A plurality of second gripper mechanisms are provided. When driving the plurality of second jacks to propel the front cylinder while the rear cylinders are fixed to the inner surface of the tunnel by the plurality of first gripper mechanisms, the front cylinder and the rear are driven by driving the plurality of first jacks. When propelling the trunk, the traveling direction of the excavator can be adjusted by the plurality of second gripper mechanisms.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is an example when the present invention is applied to a shaft excavation apparatus for shaft excavation having an excavator. In addition, the lower part which is the excavation direction of an excavator is demonstrated as a front and a front end side suitably.
As shown in FIGS. 1 to 5, the
[0031]
As shown in FIGS. 1 to 4, the
[0032]
The
[0033]
As the plurality of
[0034]
Further, a front
[0035]
Here, as shown in FIGS. 1 to 3, the
[0036]
The plurality of
[0037]
The plurality of
[0038]
By providing the plurality of
[0039]
As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the
[0040]
The
[0041]
Regarding the mechanism for rotationally driving the
[0042]
As shown in FIG. 1, the
[0043]
As shown in FIGS. 1 to 5, this
[0044]
First, the excavation
As shown in FIGS. 1 and 5, the excavation
[0045]
The excavation
[0046]
The excavation
[0047]
This excavation
[0048]
Next, the excavation
As described above, the excavation
[0049]
As shown in FIGS. 1 and 6 to 9, as an example of the excavation
[0050]
The
[0051]
A
[0052]
Further, as shown in FIG. 9, when the slippage inlet / outlet of the
[0053]
As shown in FIGS. 1, 2, and 5, the excavation
[0054]
The excavation
[0055]
The
[0056]
The lead-out
[0057]
Here, an advancing / retracting
[0058]
As shown in FIGS. 1, 2, and 5, the surplus
[0059]
Next, the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0060]
A plurality of
[0061]
The operation and effect of the
First, the
[0062]
That is, the excavation
[0063]
The excavation
[0064]
Since the excavation
[0065]
Since the excavation
[0066]
The
[0067]
The excavation
[0068]
Therefore, by reusing the water separated by the
[0069]
A leading
[0070]
A surplus
[0071]
Since the
[0072]
Boring the ground in front of the
[0073]
Next, a modified form of the shaft excavator will be described. However, the configuration other than the changed portion is basically the same as the configuration of the shaft excavator of the above embodiment, and the same components as those of the above embodiment are denoted by the same reference numerals and described.
1] In the
[0074]
2] In the excavation
[0075]
3]
4] It should be noted that various modifications can be added and implemented without departing from the spirit of the present invention.
[0076]
【The invention's effect】
According to the shaft excavation device of
[0077]
That is, the excavation debris transfer pipe becomes a siphon-like pipe in which the water supply pipe section and the discharge pipe section are connected in communication, and by adopting a so-called siphon technology using this excavation debris transfer pipe and the soil discharge pump, Even if there is no very high power pump or a large number of pumps as a soil removal pump, the shaft depth is deeply affected by the vertical shaft depth, that is, the vertical length of the excavation sludge transfer pipe. However, it is possible to transport the excavation sludge by generating a water flow in the excavation sludge transport pipe, simplify the structure of the excavation sludge discharge device, reduce the equipment cost, and reduce the operating load of the excavation sludge discharge device it can.
[0078]
The excavation debris discharge device can respond by adding the excavation debris transfer pipe as the shaft depth becomes deeper, and this addition operation can be easily performed. Can be transported at once without being relayed from the excavator to the ground, so that excavation can be discharged efficiently, and as a result, the construction period of the shaft can be greatly shortened. Even if the earth removal pump breaks down or stops operating in case of an emergency such as a power outage, at least water in the excavation debris transfer pipe is retained without falling. Can be prevented as much as possible, and the safety is excellent.
[0079]
According to this shaft excavator, Since the excavation sludge input device that pushes the shaving into the discharge pipe section is provided, even when the depth of the shaft becomes deep and the water pressure in the excavation sludge conveyance pipe at the part where the excavation sludge is pushed becomes high, The outflow of water can be prevented, and the excavation gap can be reliably pushed into the discharge pipe portion.
[0080]
In addition, according to this shaft excavator, By using the hydraulic pressure generated at the face of the utter head, an excavation slip transport mechanism that can transport excavation slip excavated by the cutter head together with water to the excavation slip input device is provided. In addition to being able to reduce, excavation sludge can be transported easily and reliably to the excavation sludge input device.
[0081]
Furthermore, according to this shaft excavator, A separation device for separating the excavation sludge transported by the shaving transport mechanism and the water is provided, and the separated excavation sludge is supplied to the excavation sludge input device. It can be pushed in efficiently, the separated water can be reused, and the surplus water can be discharged into the excavation sludge transfer pipe.
[0082]
Moreover, according to this shaft excavator, By actively supplying the water separated by the separation device to the face of the cutter head with the blade pressure adjustment pump, the water pressure of the face can be increased and adjusted to an appropriate pressure. It can be transported reliably and stably to the separation device via the transport pipe, and while supporting the load of the excavator taking into account its hydraulic pressure, the cutter head can be moved to the front ground with an appropriate pressing force. It becomes possible to efficiently perform excavation with the cutter head. Moreover, since the excavation gap transport mechanism has a simple structure including a transport pipe, a lead-out pipe, and a face pressure adjustment pump, the equipment cost of the excavation gap transport mechanism can be reduced.
[0083]
[0084]
[0085]
Claim 4 According to the vertical shaft excavation device, the cutter head is configured so that the gap excavated by the cutter head is gathered at the portion of the cutter head where the tip of the transport pipe protrudes. The excavation gap can be collected reliably, and the excavation gap can be sucked up with a transport pipe, collected, and transported. The excavation gap can be prevented from being left behind and the cutter head rotation failure and wear can be prevented as much as possible.
[0086]
Claim 5 According to the shaft excavation device, the drill head is drilled on the ground in front of the cutter head to investigate the state of the spring in the ground, and when there is a large amount of spring, a drilling device that can improve the ground is provided. It is possible to adjust the spring water by drilling to the natural ground ahead, investigating the state of spring water in the natural ground, and improving the ground by injecting mortar when there is a large amount of spring water.
[0087]
Claim 6 According to this shaft excavation device, by providing the erector device, the shaft can be excavated while lining the inner surface of the tunnel excavated by the excavator with the segment. The reaction force of the plurality of first jacks is applied to the segments assembled on the inner surface of the tunnel to propel the front and rear cylinders, and the reaction force of the plurality of second jacks is applied to the rear cylinder fixed to the inner surface of the tunnel. It is also possible to propel the front trunk, and it is possible to excavate the front ground by the cutter head on the tip side by these two methods.
[0088]
Claim 7 According to the shaft excavation apparatus, when the plurality of first jacks drive the plurality of second jacks to propel the front trunk while the rear trunk is fixed to the inner surface of the tunnel by the plurality of first gripper mechanisms, the plurality of first jacks When driving the front cylinder and the rear cylinder by driving, the traveling direction of the excavator can be adjusted by the plurality of second gripper mechanisms.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a shaft excavating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a main part of the excavator.
FIG. 3 is a view taken in the direction of arrow III in FIG. 3;
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
FIG. 5 is a configuration diagram of the excavation debris transport mechanism and the excavation debris discharge device.
FIG. 6 is a perspective view of an excavation slot input device.
FIG. 7 is a partially cutaway perspective view of the excavation slot input device.
FIG. 8 is an operation explanatory diagram of the excavation slot input device.
FIG. 9 is an operation explanatory diagram of the excavation slot throwing device.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a main part of an excavator according to a modified embodiment.
[Explanation of symbols]
T shaft (tunnel)
1 Vertical excavator
2 excavator
3 Excavation discharge device
10 Body member
10A rear trunk
10B Front trunk
11 Cutter head
12 Propulsion jack
12A 1st jack
12B 2nd jack
13 Electa device
14A First gripper mechanism
14B Second gripper mechanism
33 Leading earth cutter
50 Excavation throwing device
51 Excavation transport mechanism
52 Separation device
53 Excess water discharge mechanism
54 Boring equipment
60 Excavation transport pipe
61 Water pipe section
62 Discharge pipe section
63 Pump for earth removal
75 Transport pipe
76 Outlet tube
77 Face water pressure adjustment pump
80 advance / retreat drive mechanism
81 Rotation drive mechanism
85 Excess water discharge pipe
86 Excess water drainage pump
Claims (7)
立坑の上端付近から掘削機まで延びる送水管部と、この送水管部の下端に連通連結されて立坑の上端付近まで延び掘削ズリを水と共に地上へ搬送する排出管部とを備え且つ立坑深さが深くなるのに応じて継ぎ足される掘削ズリ搬送管と、前記送水管部にズリ搬送用水を供給する排土用ポンプとを備えた掘削ズリ排出装置と、
前記掘削ズリを排出管部内に押し込む掘削ズリ投入装置と、
前記カッターヘッドの切羽に発生させた水圧を利用して、カッターヘッドで掘削された掘削ズリを水と共に前記掘削ズリ投入装置まで輸送可能な掘削ズリ輸送機構であって一端部がカッターヘッドの前側へ突出し他端部が分離装置に接続された輸送管と、分離装置で分離された水を切羽側へ導出可能な導出管と、この導出管に介装されて切羽の水圧を調節可能な切羽水圧調整ポンプとを有する掘削ズリ輸送機構と、
前記掘削ズリ輸送機構で輸送されてきた掘削ズリと水とを分離する分離装置とを設け、
前記分離装置で分離された掘削ズリを掘削ズリ投入装置に供給するよう構成し、
前記掘削ズリ排出装置は、掘削ズリを掘削ズリ搬送管内の水流で地上へ搬送するように構成したことを特徴とする立坑掘削装置。 In a shaft excavation device for shaft excavation, which has an excavator provided with a trunk member, a cutter head equipped on the distal end side of the trunk member, and a plurality of jacks for propelling the trunk member and the cutter head,
A water supply pipe section extending from the vicinity of the upper end of the shaft to the excavator, and a discharge pipe section connected to the lower end of the water supply pipe section and extending to the vicinity of the upper end of the shaft and transporting the excavation sludge together with water to the ground Excavation debris discharge device comprising an excavation debris transport pipe that is added as the depth increases, and a drainage pump that supplies debris transport water to the water supply pipe section ,
Excavation throwing device for pushing the excavation slip into the discharge pipe part;
An excavation gap transport mechanism capable of transporting excavation gap excavated by the cutter head together with water to the excavation gap throwing device using water pressure generated at the face of the cutter head, one end of which is directed to the front side of the cutter head A transport pipe with a protruding other end connected to the separator, a lead-out pipe that can lead water separated by the separator to the face, and a face water pressure that is interposed in the lead-out pipe and can adjust the water pressure of the face An excavation sludge transport mechanism having a regulating pump;
A separation device for separating the excavation debris transported by the excavation debris transport mechanism and water;
The excavation slot separated by the separation device is configured to be supplied to the excavation slot input device,
The shaft excavating device is configured to convey excavation gears to the ground by a water flow in the excavation gear carrier pipe.
前記胴部材は、掘削方向向きに相対的に移動自在の後胴と前胴とを有し、
前記複数の推進用ジャッキとして、エレクタ装置で組付けられたセグメントに対して後胴を推進駆動する複数の第1ジャッキと、後胴に対して前胴を推進駆動する複数の第2ジャッキとを設けたことを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の立坑掘削装置。An erector device for assembling a segment to the inner surface of the tunnel excavated by the excavator is provided.
The barrel member has a rear barrel and a front barrel that are relatively movable in the direction of excavation,
As the plurality of propulsion jacks, a plurality of first jacks for propelling and driving the rear cylinder with respect to the segments assembled by the erector apparatus, and a plurality of second jacks for propelling and driving the front trunk with respect to the rear trunk The shaft excavation device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the shaft excavation device is provided.
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