JP4562662B2 - 矩形断面掘進機 - Google Patents

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Description

本発明は、鉄道や道路等の直下に地下道等を掘削する場合に上部地盤の崩落を防止するための地盤支持部材を地盤に水平に埋設する装置に関し、より詳しくは、細長い矩形断面の管状支持部材を低い推進力および高い精度で効率よく埋設する技術に関する。
従来、鉄道の線路や道路、地上構造物あるいは地下構造物等の直下に地下道、上下水道、共同溝などの構造物を非開削工法で構築する場合には、上部地盤の崩落を防止するために多数のパイプや形鋼等の支持部材を地盤中に水平に埋設した後、これらの支持部材の下方を掘削する工事を行う(例えば、下記特許文献1を参照)。
このとき、地盤中に支持部材を埋設する工法として、油圧シリンダや衝撃ハンマーを備えた押込装置によって発進立坑から地盤中へと支持部材を押し込む工法、あるいはスクリュー軸等の掘削機によって地盤を掘削しながらパイプあるいは筒状支持部材を推進して埋設する工法が用いられるが、人工密集地域における施工には騒音や振動の少ない後者の工法が適している。
ところで、地盤を掘削し推進し埋設する管状支持部材には、強度的に有利な円形断面の鋼管が広く用いられてきたが、近年、地盤を掘削する面積が少なくて済む矩形断面の鋼管が用いられている。
そこで、本願の出願人は、矩形断面の鋼管の掘削推進に適した「矩形断面掘進機」を先に開発して出願している(下記特許文献2を参照)。
特開2000−73351号公報 特開2004−245005号公報
上記特許文献2に記載されている「矩形断面掘進機」は、その先端に掘削ヘッドを有したスクリュー軸を水平方向に揺動させて地盤を長円形に掘削しつつ、矩形断面の鋼管を推進して地盤中に埋設するものである。
これにより、矩形断面の四隅の切り残しが少なくて支持部材を埋設するために必要な推進力が低くて済むばかりでなく、構造が簡単であり、かつ既存の推進機の部品を活用できるという優れた作用効果を奏することができる。
これに対して、本発明の「矩形断面掘進機」は、より細長い矩形断面の鋼管を地盤に効率よく埋設するためのものである。
さらに本発明は、地盤を掘削する面積を大きく取って推進力を低減させることができるとともに、掘削した地盤から礫や障害物が出た場合にもスクリュー軸に詰まりを生じることがなく、さらには埋設する矩形断面鋼管のローリングを防止して高い精度で埋設できる矩形断面掘進機を提供しようとするものである。
上記の課題を解決するための請求項1に記載した手段は、
地盤を掘削しつつ矩形断面の管状支持部材を推進し埋設する矩形断面掘進機であって、
前記管状支持部材の前端に接続される矩形断面の先導体と、
掘削ヘッドおよび巻き付け方向がそれぞれ反対なスクリュー羽根を有する、前記先導体の内側に挿入される左右一対のスクリュー軸と、
これらのスクリュー軸を収納する、前記先導体に接続された長円形断面の排土用ケーシングと、
前記左右一対のスクリュー軸を同期させつつ反対方向に回転駆動する駆動手段と、
前記先導体および前記管状支持部材を推進する推進手段と、
を備えることを特徴とする。
すなわち、請求項1に記載した矩形断面掘進機は、先導体、したがってこの先導体に後続する矩形断面の管状支持部材の内側に挿入される左右一対のスクリュー軸によって地盤を掘削するものであるから、管状支持部材の細長い矩形断面のうち四隅のわずかな部分を除いた大部分の地盤を掘削することができる。
これにより、掘削する地盤のうち先導体の圧入によって崩す部分が少なくなるから、管状支持部材を推進するために必要な推進力を低く抑えることができ、土被りの浅い施工現場において地盤を隆起させることもない。
また、左右一対のスクリュー軸を互いに反対方向に回転させるから、その全体が一方向にローリングすることはなく、管状支持部材を地盤中に推進して埋設する精度を高めることができる。
また、請求項2に記載した手段は、請求項1に記載した矩形断面掘進機において、前記左右一対のスクリュー軸は、掘削方向前側から見たときに前記スクリュー羽根の一部が互いに重なり合うように配置されていることを特徴とする。
なお、左右一対のスクリュー羽根は、一方が右巻きで他方が左巻きの羽根であり、かつ一方の羽根が無い部分に他方の羽根の先端が入り込むように位置決めすることにより、互いに干渉することはない。
すなわち、請求項2に記載した矩形断面掘進機においては、地盤の掘削によって発生した土砂を左右一対のスクリュー羽根の連係によって排出することができるから、地盤中に埋まっている礫や岩石等の障害物も確実に後方に搬送することができ、詰まりが生じることがない。
また、請求項3に記載した手段は、請求項1または2に記載した矩形断面掘進機において、前記掘削ヘッドが、前記スクリュー軸と一体に回転する円形の面板と、この面板の外周縁を越えて隣接するスクリュー軸の面板の前側にまで延びる拡大掘削用カッタとをそれぞれ有していることを特徴とする。
なお、この拡大掘削用カッタを各面板に固定する位置は、隣接するスクリュー軸の面板に固定されている拡大掘削用カッタと干渉しないように、回転方向の位相をずらした位置とする。
すなわち、請求項3に記載した矩形断面掘進機においては、掘削ヘッドによって掘削する地盤のうち、円形の面板の前側に対向する部分ばかりでなく、その周囲の部分も拡大掘削用カッタによって掘削することができる。
これにより、掘削径を大きく取って切り残し部分を減少させることができるから、矩形断面の管状支持部材の推進に必要な推進力を低減することができる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、細長い矩形断面の管状支持部材を地盤に埋設する掘進機であって、地盤を掘削する面積を大きく取って推進力を低減させることができるとともに、掘削した地盤から礫や障害物が出た場合にもスクリュー軸に詰まりを生じることがなく、さらには埋設する管状支持部材のローリングを防止して高い精度で埋設できる矩形断面掘進機を提供することができる。
以下、図1乃至図5を参照し、本発明に係る矩形断面掘進機について詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、矩形断面の管状支持部材の推進方向を前後方向、前後方向に対して垂直で水平な方向を左右方向、鉛直方向を上下方向と言う。
本実施形態の矩形断面掘進機100は、図5にその断面形状が示されている鋼管エレメント(矩形断面の管状支持部材)1を推進して地盤に水平に埋設するためのものであり、図1に示した全体平面図には、次述する先導体10の後端に同軸に接続されるとともに前後方向に順次接続されて前方に推進される複数の鋼管エレメント1のうちの最初の1本が描かれている。
なお、この鋼管エレメント1は、左右方向に細長い矩形断面の本体部分1aの4隅に、隣接して埋設される鋼管エレメントと接続するための接続部1b〜1eを有している。
先導体10は、鋼管エレメント1を利用して製作したもので、鋼管エレメント1と全く同一の断面形状を有しており、その後端には埋設する鋼管エレメント1の前端が溶接あるいはピン、ボルトを用いて同軸に接続される。
また、その内壁面には、地盤を掘削する際に生じた土砂を排土するための排土用ケーシング20のうち、その前端にある傾斜案内部21が全周にわたって溶接されている。
そして、排土用ケーシング20のうち、傾斜案内部21から後方に延びる断面形状が長円形(小判形あるいは繭形とも言う)の本体部分22には、左右一対のスクリュー軸30,40がそれぞれ収容されている。
左右一対のスクリュー軸30,40は、ほぼ左右対称な構造であり、前後方向に平行に延びる左右一対の回転軸31,41と、これらの回転軸31,41の周囲に螺旋状に巻き付けられた一条のスクリュー羽根32,42とをそれぞれ有している。
なお、一方のスクリュー羽根32は回転軸31の回りに右巻きに巻き付けられ、他方のスクリュー羽根42は回転軸41の回りに左巻きに巻き付けられており、かつ図5に示したように推進方向前方から見たときにそれらの一部は互いに重なり合っている。
しかしながら、図2に拡大して示したように、一方のスクリュー羽根32が存在しない部分に他方のスクリュー羽根42の先端が入り込むように位置決めされており、かつ後述するように回転軸31,41が同期して等しい回転数で反対方向に回転するので(図5参照)、これらのスクリュー羽根32,42が互いに干渉することはない。
また、左右一対の回転軸31,41の先端には、それぞれ円形の面板33,43が固定されており、その前面には地盤掘削用カッタ34,35,44,45がそれぞれ固定されている。
このとき、拡大掘削用カッタ35,45は、円形の面板33,43の外周縁を越えて半径方向外側に延びており、隣接する面板33,43の前方にまで延びるときがある。
しかしながら、次述するように回転軸31,41が同期して等しい回転数で反対方向に回転するとともに、各面板33,43に対する固定位置の角度位相が異なっているので、一方の面板33における拡大掘削用カッタ35と他方の面板43における拡大掘削用カッタ45とが互いに干渉することはない。
さらに、図1に示したように、この矩形断面掘進機100の後方には、左右一対のスクリュー軸30,40を回転駆動するための電動モータ51,51および減速機52が配設されており、その駆動軸53,54が各回転軸31,41の後端に接続されている。
このとき減速機52は、内蔵されている歯車機構の作用により駆動軸53,54、したがって回転軸31,41が同期して等しい回転数で反対方向に回転するように駆動する(図5中の矢印を参照)。
加えて、鋼管エレメント1を元押しする押動部55には、左右一対の油圧シリンダ56が連結されている。
これにより、先導体10および最初の1本目の鋼管エレメント1を所定のストロークで元押しして推進した後、油圧シリンダ56,56を短縮させて押動部55を後退させ、2本目の鋼管エレメントをセットし、最初の1本目の鋼管エレメント1の後端にその前端を溶接して一体化する。
さらに、スクリュー軸30,40の後端に延長軸をそれぞれ連結する作業を行うことにより、2本目の鋼管エレメント1を推進する準備が完了する。
そして、このような一連の作業を連続して行うことにより、複数の鋼管エレメント1を前後方向に連結して一体に推進することができる。
このとき、本実施形態の矩形断面掘進機100は、先導体10、したがってこの先導体10に後続する鋼管エレメント1の内側に挿入されている左右一対のスクリュー軸30,40によって地盤を掘削するから、左右方向に細長い鋼管エレメント1の矩形断面のうち四隅のわずかな部分を除いた大部分の地盤を掘削することができる。
また、左右一対のスクリュー軸30,40の各面板33,43には、その外周縁を越えて隣接する面板の前側にまで延びる拡大掘削用カッタ35,45がそれぞれ設けられており、掘削する地盤のうち面板33,43の前側に対向する部分ばかりでなく、その周囲の部分も拡大して掘削することができる。
これにより、掘削する地盤のうち先導体10の圧入によって崩す部分を少なくすることができるから、鋼管エレメント1を推進するために必要な推進力を低く抑えることができるばかりでなく、土被りの少ない施工現場において地盤が隆起することを防止できる。
また、左右一対のスクリュー軸30,40を互いに反対方向に回転させるから、地盤を掘削するときにその全体が一方向にローリングすることはない。
これにより、地盤を掘削して鋼管エレメント1を地盤中に推進し埋設する際の精度を高めることができる。
さらに、左右一対のスクリュー軸30,40のスクリュー羽根32,42は、互いに反対方向に巻かれているとともに、推進方向の前方から見たときにその一部が互いに重なり合っている。
これにより、左右一対のスクリュー羽根32,42は、地盤の掘削によって発生した土砂を連係して後方に搬送することができるから、地盤中に埋まっている礫や岩石等の障害物も確実に後方に搬送することができ、排土用ケーシング20の本体部分22に詰まりが生じることはない。
加えて、左右方向の寸法が異なる鋼管エレメントを埋設する際には、左右一対のスクリュー軸30,40の軸間距離を変更する必要があるが、減速機52に内蔵されている歯車機構の歯車の寸法を適宜変更して駆動軸53,54の位置を調整することによって対応することができる。
これにより、左右方向に細長い鋼管エレメント1ばかりでなく、断面形状が正方形に近い鋼管エレメントの埋設にも対応することができる。
以上、本発明に係る矩形断面掘進機の一実施形態ついて詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態においては、左右方向に細長い矩形断面を有した鋼管エレメントを埋設の対称としているが、上下方向に細長い矩形断面の鋼管エレメントを埋設する場合には、一対のスクリュー軸を上下方向に並べることによって対応することができる。
第1実施形態の矩形断面掘進機を示す全体平面図。 図1の要部拡大図。 図1に示した矩形断面掘進機の前端部分を示す斜視図。 図1に示した矩形断面掘進機の前端部分を示す正面図。 図1中のA−A破断線に沿った断面図。
符号の説明
1 鋼管エレメント(矩形断面の管状支持部材)
10 先導体
20 排土用ケーシング
21 傾斜案内部
22 本体部分
30,40 スクリュー軸
31,41 回転軸
32,42 スクリュー羽根
33,43 面板
34,44 掘削用カッタ
35,45 拡大掘削用カッタ
51 電動モータ
52 減速機
53,54 駆動軸
55 押動部
56 油圧シリンダ
100 矩形断面掘進機

Claims (3)

  1. 地盤を掘削しつつ矩形断面の管状支持部材を推進し埋設する矩形断面掘進機であって、
    前記管状支持部材の前端に接続される矩形断面の先導体と、
    掘削ヘッドおよび巻き付け方向がそれぞれ反対なスクリュー羽根を有する、前記先導体の内側に挿入された左右一対のスクリュー軸と、
    これらのスクリュー軸を収納する、前記先導体に接続された長円形断面の排土用ケーシングと、
    前記左右一対のスクリュー軸を同期させつつ反対方向に回転駆動する駆動手段と、
    前記先導体および前記管状支持部材を推進する推進手段と、
    を備えることを特徴とする矩形断面掘進機。
  2. 前記左右一対のスクリュー軸は、掘削方向前側から見たときに前記スクリュー羽根の一部が互いに重なり合うように配置されていることを特徴とする請求項1に記載した矩形断面掘進機。
  3. 前記掘削ヘッドは、前記スクリュー軸と一体に回転する円形の面板と、この面板の外周縁を越えて隣接するスクリュー軸の面板の前側にまで延びる拡大掘削用カッタと、をそれぞれ有していることを特徴とする請求項1に記載した矩形断面掘進機。
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