JP4259178B2

JP4259178B2 - シールド掘進機

Info

Publication number: JP4259178B2
Application number: JP2003142806A
Authority: JP
Inventors: 健冶村山; 博考木村; 清宮; 正三浦; 稔久岡
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: JP2004346550A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シールド掘進機に関し、特に、礫地盤や岩盤の掘削に適したシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
泥土圧式のシールド掘進機で礫地盤や岩盤を掘削する際には、公知文献の存在は確認していないが、実施工に用いられている掘進機では、礫や岩盤を先端に設けられたローラーカッタで破砕して、排土できる粒径まで小さくする必要があった。
【０００３】
このような場合のシールド掘進機のカッターフェイスは、面版付き構造の場合には、排土可能な粒径にあわせて、スリット幅を設定し、チャンバー内に取り込む粒径を制限する構造としていた。
【０００４】
また、面版を設けずに、スリットを規制しないスポーク構造の場合には、取り込んだ大径礫の排土が可能な大きさのスクリューコンベアを設けていた。
しかしながら、このような従来のシールド掘進機には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、シールド掘進機のカッターフェイスを面版構造として、スリット幅を制限すると、幅規制されたスリット内に取り込むまでに、掘削時間がかかり、掘削能率の低下を招くし、面版に土砂が居着いて、掘削土砂の流れが悪くなり、掘削速度が遅くなる。
【０００６】
また、チャンバー内に取り込むことができる粒径まで破砕すると、破砕に用いるローラーカッタ，ティースビット，特殊ビットなどの破砕負荷が大きくなって、その磨耗，破損が激しくなるという問題があった。
【０００７】
さらに、スリット幅を制限すると、この部分に土砂が付着堆積して、掘削土砂をチャンバー内に取り込めず、掘削不能になることが発生し易いという問題もあった。
【０００８】
一方、スポーク構造の場合には、排土用のスクリューコンベアの規模を、大径礫に合わせるため、大きなものが必要になるとともに、予測外のより大径礫が取り込まれると、スクリューコンベアでの排土ができなくなり、このような礫が複数個滞留すると、掘削不能に陥るという問題があった。
【０００９】
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、チャンバー内に取り込むことができる硬質塊状物の粒径に制限をなくし、破砕用のローラーカッタなどの磨耗や破損を低減しつつ、掘削能率を向上することができるシールド掘進機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、筒状の掘進機本体と、前記掘進機本体の先端側に回転自在に支持され、回転駆動されるスポーク形状のカッターと、前記カッターの背面側に設けられた隔壁と、前記隔壁により隔成され、前記カッターで掘削された掘削土砂を収容するチャンバーと、前記チャンバー内の前記掘削土砂を排出する排土機構とを有するシールド掘進機において、前記カッターの背面側、および、前記隔壁の双方に、前記チャンバー内に突出して、回転と挟み込みにより、取り込まれた礫や岩盤塊などの硬質塊状物を破砕する破砕装置を設けたシールド掘進機であって、前記破砕装置は、前記チャンバー内に出没自在に設置される破砕ロッドと、前記破砕ロッドの出没機構とを有し、前記隔壁側に配置された前記破砕装置は、当該隔壁の中心に対して、１８０°の間隔で同一円周上に配置され、前記カッター背面側に配置された前記破砕装置は、前記隔壁側のものよりも小型であって、前記カッター背面の外周縁に１個配置した。
【００１１】
このように構成したシールド掘進機によれば、チャンバー内に取り込まれた礫や岩盤塊などの硬質塊状物を破砕する破砕装置を、カッターの背面側および隔壁の双方に設けているので、チャンバー内に取り込んだ硬質塊状物は、カッターが回転している間に、破砕装置の間に引っ掛かり、挟み込まれ、挟み込まれた状態での回転などを複数回繰り返すことで、排土可能な大きさまで破砕される。
【００１２】
この場合、カッターは、スポーク形状なので、面版構造の場合のように、チャンバー内に取り込む礫や岩盤塊などの硬質塊状物の粒径を制限する必要がなく、このため、掘削土砂の流れが良くなり、掘削速度が早くなるとともに、破砕に用いるローラーカッタ，ティースビット，特殊ビットなどの破砕負荷を小さくするができ、これらの磨耗，破損を低減することができる。
【００１３】
また、排土用のスクリューコンベアは、例えば、掘進距離100ｍに対して、数個程度しか発生しない大径礫の大きさに対応した大規模のものを設ける必要がなくなり、小規模のもので済む。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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から図４は、本発明にかかるシールド掘進機の一実施例を示している。同図に示した実施例では、本発明を泥土圧式シールド掘進機に適用した場合を例示している。
【００１７】
図１に示したシールド掘進機１０は、掘進機本体１２と、カッター１４と、隔壁１６と、チャンバー１８とを備えている。掘進機本体１２は、両端が開口した円筒状に形成されていて、後端側の内周面には、土砂や水が内部に浸入することを防止するテールシール１９が設けられている。
【００１８】
カッター１４は、スポーク構造のものであって、掘進機本体１２の先端側に回転自在に支持されている。本実施例のカッター１４は、図２にその正面側の詳細を示すように、中心から放射状に延設された複数のカッタースポーク１４ａと、このカッタースポーク１４ａの中心に突設されたセンタービット１４ｂと、カッタースポーク１４ａの一端側が集合した中心部の背面側に設けられた回転軸１４ｃとを備えている。
【００１９】
そして、この回転軸１４ｃを中心とする円周上に沿って、カツタースポーク１４ａの背面側には、周方向に所定間隔を隔ててカッターサポート１４ｄが複数設けられている。
【００２０】
カッタースポーク１４ａの側面と上面には、ローラーカッタ，ティースビット，特殊ビットなどの破砕用を含むメインビット１４ｅが、列状に突設されており、周方向に隣接する一対のカッタースポーク１４ａ間の側面に設けられたメインビット１４ｄの両側が、掘削土砂の取込み部分になっている。
【００２１】
また、カッタースポーク１４ａの内部には、径方向に出没するコピーカッタ１４ｆが内蔵されている。コピーカッタ１４ｆは、カッタースポーク１４ａ内に設けられたジャッキ１４ｇにより出没され、突出状態においては、掘進機本体１２の直径よりも大きな径での掘削が可能になる。
【００２２】
回転軸１４ｃは、チャンバー１８を貫通するようにして、隔壁１６側に延設され、延設端が隔壁１６の中心部分に回転自在に支持されている。カッターサポート１４ｄは、チャンバー１８を貫通するようにして、隔壁１６側に延設され、隔壁１６に回転自在に支持されたリングギア１４ｈに結合されている。
【００２３】
リングギア１４ｈには、駆動モータ１４ｉの回転軸に連結されたギアが歯合していて、駆動モータ１４ｉを回転駆動することにより、カッター１４が回転される。
【００２４】
隔壁１６は、カッターヘッド１４の背面側にあって、掘削土砂を収容するチャンバー１８を隔成するものであり、本実施例の場合には、掘進機本体１２と同じ直径の円板状に形成され、掘進機本体１２の先端から所定間隔だけ後方に後退した位置にあって、本体１２の長手軸と直交するようにして、その内周面に外周縁が固設されている。
【００２５】
隔壁１６によりカッターヘッド１４の背面側隔成されたチャンバー１８には、カッタースポーク１４ａが駆動モータ１４ｉにより回転駆動されて、ビット１４ｂ，１４ｅにより掘削された土砂が内部に取り込まれる。
【００２６】
隔壁１６の下端側には、チャンバー１８内に取込まれた掘削土砂を外部に排出する排土機構が配置されている。本実施例の排土機構は、スクリューコンベア２０で構成されている。
【００２７】
スクリューコンベア２０は、隔壁１６の下端に貫通形成された排土口２２に先端が開口しており、スクリューコンベア２０を回転駆動すると、この排土口２２からチャンバー１８内の掘削土砂を、切羽の崩壊を防止しつつ外部に排出する。
【００２８】
掘進機本体１２内には、掘進用のシールドジャッキ２４が、周方向に所定の間隔を隔てて複数設けられている。
【００２９】
このシールドジャッキ２４は、掘削の進行に伴って、掘進機本体１２の後端側に順次環状に組み立てられるセグメント２６に反力を取って、掘進機本体１２を前進させる。なお、図１に符号２８で示した装置は、セグメント２６の組立てに用いるエレクタである。
【００３０】
以上のような泥土圧式シールド掘進機としての基本的な構成は、従来のこの種のマシンと同じであるが、本実施例のシールド掘進機１０は、以下に説明する点に顕著な特徴がある。
【００３１】
すなわち、本実施例のシールド掘進機１０では、チャンバー１８内に取り込まれた礫や岩盤塊などの硬質塊状物を破砕する破砕装置３０を設けている。この破砕装置３０は、カッタースポーク１４ａの背面側、または、隔壁１６のいずれか一方、若しくは双方に配置することが可能であり、チャンバー１８側に突出して、チャンバー１８内に取り込まれた硬質塊状物を破砕する。
【００３２】
本実施例の場合、破砕装置３０は、図３，４にその詳細を示すように、カッタースポーク１４ａの背面側と、隔壁１６側の双方に配置されている。各破砕装置３０は、チャンバー１８内に出没自在に設置される破砕ロッド３０ａと、破砕ロッド３０ａの収納部３０ｂと、破砕ロッド３０ａの出没機構とから構成構成されている。
【００３３】
本実施例の場合、隔壁１６側に設けられた破砕装置３０は、回転軸１４ｃの貫通個所の外側に、所定の間隔を隔てて一対配置されている。この破砕装置３０は、周方向に180°の角度間隔を隔てて、同一円周上に設けられている。
【００３４】
なお、各破砕装置３０の配置位置は、破砕ロッド３０ａをチャンバー１８側に突出された際に、カッターサポート１４ｄや、チャンバー１８内に複数設けられている攪拌ロッド１４ｊと干渉しない場所に設けられている。
【００３５】
また、カッタースポーク１４ａの背面側に設けられた破砕装置３０は、隔壁１６側のものより小型のものであって、本実施例の場合には、１個配置されている。各破砕装置３０の出没機構は、図面上には示していないが、破砕ロッド３０ａを直線的に前後移動させる形式のものであれば種類を問わないが、例えば、油圧ないしは空圧駆動のジャッキやシリンダーなどを好適に用いることができる。
【００３６】
破砕装置３０は、大礫などの硬質塊状物Ｘの破砕が不要の場合には、図３に示すように、各破砕ロッド３０ａを収納部３０ｂ内に没入させて、チャンバー１８側への突出を規制する。
【００３７】
一方、大径礫などの破砕が必要な硬質塊状物Ｘがチャンバー１８内に取り込まれた場合には、図４に示すように、各破砕装置３０の破砕ロッド３０ａをチャンバー１８内に突出させる。
【００３８】
この場合の破砕ロッド３０ａの突出量は、対向する隔壁１６やカッタースポーク１４ａとの間に、所定の間隔が保たれて、カッター１４の回転を阻害しないように設定する。
【００３９】
このような状態で、カッター１４の回転を継続すると、チャンバー１８内に取り込んだ硬質塊状物Ｘは、カッター１４が回転している間に、破砕装置３０の破砕ロッド３０ａ間や、破砕ロッド３０ａとカッターサポート１４ｄとの間などにに引っ掛かり、挟み込まれ、挟み込まれた状態での回転を複数回繰り返すことで、排土可能な大きさまで破砕される。このようにして破砕された硬質塊状物Ｘは、その後スクリューコンベア２０を介して、チャンバー１８内から排出される。
【００４０】
さて、以上のように構成したシールド掘進機１０によれば、チャンバー１８内に取り込まれた礫や岩盤塊などの硬質塊状物Ｘを破砕する複数の破砕装置３０を、カッター１４の背面側と、隔壁１６との双方に設けているので、チャンバー１８内に取り込んだ硬質塊状物Ｘは、カッター１４が回転している間に、破砕装置３０の破砕ロッド３０ａの間に引っ掛かり、挟み込まれ、このような状態を複数回繰り返すことで、排土可能な大きさまで破砕される。
【００４１】
この場合、カッター１４は、スポーク形式なので、面版構造の場合のように、チャンバー１８内に取り込む礫や岩盤塊などの硬質塊状物Ｘの粒径を制限する必要がなく、このため、掘削土砂の流れが良くなり、掘削速度が早くなるとともに、破砕に用いるローラービットや特殊ビットなどの破砕負荷を小さくするができ、これらの磨耗，破損を低減することができる。
【００４２】
また、排土用のスクリューコンベア２０は、例えば、掘進距離１００ｍに対して、数個程度しか発生しない大径礫の大きさに対応した大規模のものを設ける必要がなくなり、小規模のもので済む。
【００４３】
なお、上記実施例では、破砕装置３０を、カッター１４の背面側と、隔壁１６との双方に設け場合を例示したが、本発明の実施は、これに限定されることはなく、これらのいずれか一方に設けることもできる。
【００４４】
また、上記実施例では、破砕装置３０は、出没自在な破砕ロッド３０ａと、その出没機構とで構成した場合を例示したが、本発明の実施は、これに限定されることはなく、カッター１４の背面側、または、隔壁１６の前面側のいずれか一方若しくは双方に配置されて、チャンバー１８内に突出する固定構造の破砕ロッドを設けて、硬質塊状物Ｘを破砕するようにしても良い。
【００４５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかるシールド掘進機によれば、チャンバー内に取り込むことができる硬質塊状物の粒径に制限をなくし、破砕用のローラーカッタなどの磨耗や破損を低減しつつ、掘削能率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるシールド掘進機の一実施例を示す縦断面である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１の要部拡大図である。
【図４】図１の要部拡大図である。
【符号の説明】
１０シールド掘進機
１２掘進機本体
１４カッター
１６隔壁
１８チャンバー
３０破砕装置
３０ａ破砕ロッド

Claims

筒状の掘進機本体と、
前記掘進機本体の先端側に回転自在に支持され、回転駆動されるスポーク形状のカッターと、
前記カッターの背面側に設けられた隔壁と、
前記隔壁により隔成され、前記カッターで掘削された掘削土砂を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内の前記掘削土砂を排出する排土機構とを有するシールド掘進機において、
前記カッターの背面側、および、前記隔壁の双方に、前記チャンバー内に突出して、回転と挟み込みにより、取り込まれた礫や岩盤塊などの硬質塊状物を破砕する破砕装置を設けたシールド掘進機であって、
前記破砕装置は、前記チャンバー内に出没自在に設置される破砕ロッドと、前記破砕ロッドの出没機構とを有し、
前記隔壁側に配置された前記破砕装置は、当該隔壁の中心に対して、１８０°の間隔で同一円周上に配置され、
前記カッター背面側に配置された前記破砕装置は、前記隔壁側のものよりも小型であって、前記カッター背面の外周縁に１個配置したことを特徴とするシールド掘進機。