JP7088728B2 - 掘削機及び掘削方法 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 配布日 平成２９年１１月９日、配布場所 神奈川県横浜市港北区綱島東１－３－９ ［刊行物等］ 納品日 平成３０年１月３１日、納品場所 神奈川県横浜市港北区綱島東１－８

本発明は、推進工法やシールド工法に用いる掘削機及び当該掘削機を用いた掘削方法に関する。

推進工法やシールド工法を行う場合、掘削しようとする箇所に地中障害物が存在する場合がある。
地中障害物が存在する場合の対処法の一つには、特許文献１のように掘削機により地中障害物を共に掘削してしまうものがある。この方法においては、地中障害物を掘削機の回転カッタで破壊して取り込み、後方に掘削した土砂と共に排土することになる。

特開２０００－１４５３７３号公報

この破壊された地中障害物の破片は、掘削機の隔壁に設けられた排出管を介して排出される。このとき地中障害物の破片の長径が排出管の内径に対して大きい場合には、隔壁の排出口付近や排出管内（特に曲部やバルブ部）で詰まることがある。このような破片の詰まりによって、排出管の閉塞が発生する。
このような地中障害物の破片の詰まりは、地中障害物が木製杭、マンシェットチューブ、塩化ビニール管のようなものである場合、切削能力が比較的低い小口径の推進工法や排出管径が比較的小さいシールド工法などで特に発生しやすい。

このような閉塞が発生すると、閉塞を解除するために、掘削作業を中断しなければならず、工期の遅れやコストが増加してしまう。
特に、小口径の推進工法の場合では、掘削口径が６００ｍｍ以下の場合もあり、閉塞箇所まで作業員が行くことが非常に困難であり、仮に閉塞箇所まで行けたとしても閉塞を解除する作業は困難であり、危険が伴う。そのため、発進立坑において掘削機を推進管とともに引き抜き、掘削機や排出管を分解して閉塞を解除する場合もあり、この場合は大幅な工期の遅れやコストが増加してしまう。

そこで、本発明の目的は、地中障害物を破壊しても隔壁の排出口付近や排出管内で閉塞の発生を防止することができる掘削機を提供すること及び掘削方法を提供することである。

本願請求項１に係る発明は、ビットが設けられたカッタスポークを有し一方向に回転可能な回転カッタを備えた掘削機であって、前記カッタスポークの側部には、前記回転カッタが前記一方向に回転することによって掘削物の取り込みを抑制する取込抑制羽根が設けられていることを特徴とする掘削機である。

本願請求項２に係る発明は、前記取込抑制羽根は、前記回転カッタが一方向に回転した際の前記カッタスポークの回転方向側の側部に設けられており、前記取込抑制羽根の前面は、前記カッタスポークの側部に設けられた前記取込抑制羽根の基部から離れるに従って後方に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の掘削機である。

本願請求項３に係る発明は、前記取込抑制羽根は、前記回転カッタが一方向に回転した際の前記カッタスポークの回転方向の反対側の側部に設けられており、前記取込抑制羽根の前面は、前記カッタスポークの側部に設けられた前記取込抑制羽根の基部から離れるに従って前方に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の掘削機である。

本願請求項４に係る発明は、前記取込抑制羽根の前面は、前記回転カッタの回転中心から離れるに従って前方に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の掘削機である。

本願請求項５に係る発明は、前記ビットは先行ビットを備えており、前記取込抑制羽根は、前記回転カッタが回転する際の前記取込抑制羽根の軌跡が、前記回転カッタが回転する際の前記先行ビットの軌跡を含むように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の掘削機である。

本願請求項６に係る発明は、前記先行ビットの軌跡を含むように配置されている前記取込抑制羽根は、前記回転カッタが一方向に回転する際に、当該先行ビットが通過した後であって、他のビットが通過する前に当該取込抑制羽根の軌跡が当該先行ビットの軌跡を含むように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の掘削機である。

本願請求項７に係る発明は、前記ビットはメインビットを備えており、前記取込抑制羽根は、前記回転カッタが回転する際の前記取込抑制羽根の軌跡が、前記回転カッタが回転する際の前記メインビットの軌跡を含むように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の掘削機である。

本願請求項８に係る発明は、前記メインビットの軌跡を含むように配置されている前記取込抑制羽根は、前記回転カッタが一方向に回転する際に、当該メインビットが通過した後であって、他のビットが通過する前に当該取込抑制羽根の軌跡が当該メインビットの軌跡を含むように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の掘削機である。

本願請求項９に係る発明は、前記掘削機は、前記回転カッタの後方に掘削物を排出する排出管が設けられる排出口を有する隔壁を備えており、前記取込抑制羽根の回転軌跡は、正面視において前記排出口に重なることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちいずれか１項に記載の掘削機である。

本願請求項１０に係る発明は、前記掘削機は、前記回転カッタの後方に掘削物を排出する排出管が設けられる排出口を有する隔壁を備えており、前記カッタスポークの後面には、前記排出口付近に滞留する掘削物を除去するスイーパーが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のうちいずれか１項に記載の掘削機である。

本願請求項１１に係る発明は、前記掘削機は、前記回転カッタの後方に、掘削補助材を前記回転カッタの後方に送る送入管が設けられる送入口と、掘削物を排出する排出管が設けられる排出口と、を有する隔壁を備えており、前記送入口と前記排出口とは、前記一方向に回転する前記取込抑制羽根が、前記送入口から前記排出口への最短の流れに抗するような順に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のうちいずれか１項に記載の掘削機である。

本願請求項１２に係る発明は、前記取込抑制羽根が設けられている前記カッタスポークには、オーバーカット用ビットが設けられていないことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のうちいずれか１項に記載の掘削機である。

本願請求項１３に係る発明は、請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の掘削機であって、前記回転カッタは一方向にも他方向にも回転可能なものである掘削機を用いて、地中障害物が存在しない区間では前記回転カッタを他方向に回転させて掘削し、地中障害物が存在する区間では前記回転カッタを一方向に回転させて掘削することを特徴とする掘削方法である。

請求項１乃至１２に係る構成により、地中障害物を破壊しても隔壁の排出口付近や排出管内で閉塞の発生を防止することができる掘削機を提供することができる。請求項１３に係る構成により、地中障害物を破壊しても隔壁の排出口付近や排出管内で閉塞の発生を防止することができる掘削方法を提供することができる。
これらの効果は、特に地中障害物が木製杭、マンシェットチューブ、塩化ビニール管のようなものである場合、切削能力が比較的低い小口径の推進工法や排出管径が比較的小さいシールド工法などにおいて有効である。

本発明の第１の実施形態の掘削機の正面図である。 本発明の第１の実施形態の掘削機のカッタを右下から見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態の掘削機のカッタを右下から見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態の掘削機の斜視図である。 本発明の第１の実施形態の掘削機による施工を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態の掘削機による施工を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態の掘削機の正面図である。 本発明の第３の実施形態の掘削機の正面図である。 本発明の第４の実施形態の掘削機の正面図である。 本発明の第５の実施形態の掘削機のカッタを右下から見た斜視図である。 本発明の第５の実施形態の掘削機の右下から見た斜視図である。 本発明の第５の実施形態の掘削機のスイーパーの説明図である。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照する等して説明する。なお、本発明は、実施形態に限定されないことはいうまでもない。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明に係る第１の実施形態について、図面の図１乃至図６と共に説明する。
図１は、本発明に係る掘削機の第１の実施形態を示した正面図である。本実施形態の掘削機１は、小口径の泥水式推進工法に用いられるものである。

掘削機１は、フード部２の前方に回転カッタ３を有している。回転カッタ３は、センターシャフト４とセンターシャフト４に放射状に取り付けられた４本の十字状のカッタスポークを備えている。回転カッタ３は、フード部２に対して、センターシャフト４を回転中心として図１に両矢印で示すように一方向又は他方向に回転可能となっている。回転カッタ３の回転は、図示しない駆動モータによって行われる。

本実施形態において、図１におけるセンターシャフト４の右側に取り付けられたカッタスポーク５ａを第一カッタスポーク５ａという。また同様に、上側に取り付けられたカッタスポーク５ｂを第二カッタスポーク５ｂ、左側に取り付けられたカッタスポーク５ｃを第三カッタスポーク５ｃ、下側に取り付けられたカッタスポーク５ｄを第四カッタスポーク５ｄという。

第一乃至第四カッタスポーク５ａ～５ｄの断面形状は矩形である。第一乃至第四カッタスポーク５ａ～５ｄは、前側部に、先行ビット６ａ及びメインビット６ｂを備えている。第一カッタスポーク５ａは、二つの先行ビット６ａ及び一つのメインビット６ｂを備えている。第二カッタスポーク５ｂ及び第三カッタスポーク５ｃは、一つの先行ビット６ａ及び一つのメインビット６ｂを各々備えている。第四カッタスポーク５ｄは、二つの先行ビット６ａを備えている。

第二カッタスポーク５ｂは、オーバーカット用のメインビット６ｂを備えている。第四カッタスポーク５ｄは、オーバーカット用の先行ビット６ａを備えている。第二カッタスポーク５ｂのオーバーカット用のメインビット６ｂ及び第四カッタスポーク５ｄのオーバーカット用の先行ビット６ａは、本発明のオーバーカット用ビットに相当する。
センターシャフト４には、センターカッタ６ｃが設けられている。

回転カッタ３の後方には、隔壁７が設けられている。隔壁７には、泥水を送る送泥管が設けられる送泥口８、排泥管が設けられる排泥口９が設けられている。
送泥口８は本発明の送入口に相当し、排泥口９は本発明の排出口に相当する。送泥管は本発明の送入管に相当し、排泥管は本発明の排出管に相当する。送泥管で送られる泥水は、本発明の掘削補助材に相当する。

図１に示すように、掘削機１は回転カッタ３に取込抑制羽根１０を二枚備えている。これらの取込抑制羽根１０は、センターシャフト４を対称として第一カッタスポーク５ａと第三カッタスポーク５ｃに同様に設けられているので、第一カッタスポーク５ａに設けられた取込抑制羽根１０について説明し、他方の説明は省略する。

取込抑制羽根１０は、回転カッタ３が一方向に回転することで掘削物の排泥口９への取り込みを抑制するものである。
取込抑制羽根１０は、第一カッタスポーク５ａの側部に設けられている。具体的には、回転カッタ３が一方向に回転した際の第一カッタスポーク５ａの回転方向側の側部に取り付けられている。

取込抑制羽根１０が取り付けられている第一カッタスポーク５ａは、オーバーカット用ビットが取り付けられていないので、オーバーカット用ビットが取り付けられている第二カッタスポーク５ｂ及び第四カッタスポーク５ｄよりも長さが短く、回転する際の負荷が小さい。負荷が小さい方に取込抑制羽根１０を取り付けることで、負荷が偏らないようにしている。

図１に示すように、取込抑制羽根１０は、板状の略扇形の形状をしており、第一カッタスポーク５ａと第四カッタスポーク５ｄとの間から見える隔壁７を略半分程度塞ぐように配置されている。
回転カッタ３が一方向に回転する際に取込抑制羽根１０の回転軌跡は、排泥口９に重なるようになっている。このように構成することで、効果的に取り込みを抑制することができる。

送泥口８と排泥口９とは、一方向に回転する取込抑制羽根１０が、送泥口８から排泥口９への最短の流れＮに抗するような順に配置されている。詳述すると、図１に示すように、送泥口８を隔壁７の左下部、排泥口９を隔壁７の右下部に配置して、回転カッタ３を一方向に回転させると、取込抑制羽根１０が隔壁７上で送泥口８から排泥口９へ最短で流れる流れＮに抗して通過することになる。このように通過させることでより取り込みを抑制することができる。

図１乃至図３に示すように、取込抑制羽根１０は、前面１０ａ、カッタスポーク側縁部１０ｂ、内周側縁部１０ｃ、先端側縁部１０ｄ、外周側縁部１０ｅを備えている。
図１に示すように、取込抑制羽根１０の外周側縁部１０ｅは、フード部２より内周側に位置している。これは、外周側縁部１０ｅをフード部２まで位置するようにし隔壁を覆った方が、掘削物の取り込みをより抑制できるが、回転カッタ３に与える負荷を考慮しているからである。

図１乃至図３に示すように、カッタスポーク側縁部１０ｂは、第一カッタスポーク５ａとの接続部である。カッタスポーク側縁部１０ｂは、本発明の取込抑制羽根の基部に相当する。内周側縁部１０ｃは、センターシャフト４と接続されているが、接続されなくても良い。内周側縁部１０ｃがセンターシャフト４に固着された方が、取込抑制羽根１０の剛性が高くなる。内周側縁部１０ｃのセンターシャフト４への固着は、溶接やボルト接合であるが、センターシャフト４の側面にセンターカッタ６ｃが存在しない第一カッタスポーク５ａと第四カッタスポーク５ｄとの間であるので、センターカッタ６ｃが邪魔にならず固着作業が行いやすい。

図２及び図３に示すように、取込抑制羽根１０は、その前面１０ａが第一カッタスポーク５ａの側部との接続部であるカッタスポーク側縁部１０ｂから一方向に離れるに従って後方に位置するように配置されている。すなわち、取込抑制羽根１０は、カッタスポーク側縁部１０ｂから先端側縁部１０ｄに向って、隔壁側である後方に傾斜している。
このように取込抑制羽根１０を設けたので、回転カッタ３が一方向に回転した際に、掘削物が隔壁側に移動するのを阻害し、排泥口への取り込みを抑制することができる。

取込抑制羽根１０は、その前面１０ａが回転カッタの回転中心から離れるに従って前方に位置するように配置されている。すなわち、取込抑制羽根１０は、センターシャフト４の側部との接続部である内周側縁部１０ｃから外周側に向って隔壁側とは反対の前方に傾斜している。
このように取込抑制羽根１０を設けたので、回転カッタ３が一方向に回転した際に、掘削物が隔壁側に移動するのを阻害するとともに、フードの外側に移動させ、排泥口への取り込みをより抑制することができる。
なお、取込抑制羽根１０は、センターシャフト４の側部との接続部である内周側縁部１０ｃから外周側に向って隔壁側とは反対の前方に傾斜させないようにしても良い。

図４に基づいて、取込抑制羽根１０の作用効果を説明する。
フード部２と隔壁７とで囲まれるチャンバ内に送泥口８から泥水を送りながら、掘削機１の回転カッタ３を一方向に回転させながら掘削を行うと、先行ビット６ａ、メインビット６ｂ、センターカッタ６ｃで掘削された掘削物はチャンバ内に移動し、さらに排泥口９に移動しようとする。しかし、取込抑制羽根１０が一方向に回転するので、掘削物には、図４の矢印Ｆで示すように前方に掬い上げられ、かつ、外周に向うような力が作用する。これにより、掘削物が排泥口９に取り込まれるのが抑制される。

木製杭、マンシェットチューブ、塩化ビニール管のような地中障害物が存在する箇所を掘削するときには、地中障害物を破壊して掘削することになるが、この際に、上記のように取り込みを抑制して掘削をすることで、破壊された地中障害物の破片も取り込みが抑制され、排泥口９付近や排泥管内に詰まり、排泥管が閉塞することを防止する。

図５及び図６に基づいて、本実施形態の掘削機１による掘削方法を説明する。
図５は、推進管２０の先端に設けられた掘削機１が、塩化ビニール管である地中障害物２１に到達する前の通常の掘削の状態（地中障害物が存在しない区間を掘削する状態）を示したものである。掘削機１は、回転カッタ３を他方向に回転させて掘削している。回転カッタ３が他方向に回転しているため、取込抑制羽根１０は機能せず、掘削土は積極的に取り込まれる。回転カッタ３は他方向に回転し、取込抑制羽根１０は、回転カッタ３が一方向に回転した際のカッタスポークの回転側の側部に設けられているので、カッタスポークに隠れることになり回転する際の負荷は少ない。

図６は、掘削機１が、地中障害物２１に到達し、これを掘削する状態（地中障害物が存在する区間を掘削する状態）を示したものである。掘削機１は、回転カッタ３を一方向に回転させて掘削を行う。回転カッタ３が一方向に回転するため、取込抑制羽根１０が機能して、掘削土砂とともに掘削により破壊された地中障害物の破片も取り込みが抑制される。
その後、地中障害物２１が存在する箇所を通過すれば、回転カッタ３を他方向に回転させて通常の掘削の状態に戻す。取り込みの少ない時間が長すぎると切羽のバランスが崩れる場合もあるので、取り込みを抑制する区間や時間は、切羽のバランスを考慮して決定する。

〔第２の実施形態〕
以下、本発明に係る第２の実施形態について図面の図７と共に説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分については説明を省略し、主に異なる部分について説明する。
本実施形態も、第１の実施形態と同様に、回転カッタ３を一方向に回転することで掘削物の取り込みを抑制する取込抑制羽根を備えた掘削機であるが、取込抑制羽根１１が、回転カッタ３が他方向に回転した際のスポークの回転方向側の側部に設けられたものである。

図７（Ａ）に示すように、掘削機１は回転カッタ３に取込抑制羽根１１を二枚備えている。これらの取込抑制羽根１１は、センターシャフト４を対称として第一カッタスポーク５ａと第三カッタスポーク５ｃに同様に設けられているので、第一カッタスポーク５ａに設けられた取込抑制羽根１１について説明し、他方の説明は省略する。
取込抑制羽根１１は、第一カッタスポーク５ａの側部に設けられている。具体的には、回転カッタ３が他方向に回転した際の第一カッタスポーク５ａの回転方向側の側部に取り付けられている。

図７（Ａ）に示すように、取込抑制羽根１１は、板状の略扇形の形状をしており、第一カッタスポーク５ａと第二カッタスポーク５ｂとの間から見える隔壁７を略半分程度塞ぐように配置されている。第１の実施形態の取込抑制羽根１０より扇形の開く角度が小さい。これは、回転カッタ３を他方向に回転させる通常の掘削の状態のときに回転の負荷を配慮したためである。

図７（Ａ）に示すように、取込抑制羽根１１も、第１の実施形態の取込抑制羽根１０と同様の前面１１ａ、カッタスポーク側縁部１１ｂ、内周側縁部１１ｃ、先端側縁部１１ｄ、外周側縁部１１ｅを備えている。

図７（Ｂ）は、図７（Ａ）における第一カッタスポーク５ａをＸ方向からみた図を示したものである。
図７（Ｂ）に示すように、取込抑制羽根１１は、その前面１１ａが第一カッタスポーク５ａの側部との接続部であるカッタスポーク側縁部１１ｂから他方向に離れるに従って前方に位置するように配置されている。すなわち、取込抑制羽根１１は、カッタスポーク側縁部１１ｂから先端側縁部１１ｄに向って、切羽側である前方に傾斜している。

このように取込抑制羽根１１を設けたので、回転カッタ３が一方向に回転した際に、掘削物が隔壁側に移動するのを阻害し、排泥口への取り込みを抑制することができる。
また、回転カッタ３が他方向に回転した際、すなわち、通常に掘削する際には、掘削物を積極的に取り込むことができる。

〔第３の実施形態〕
以下、本発明に係る第３の実施形態について図面の図８と共に説明する。なお、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様の部分については説明を省略し、主に異なる部分について説明する。
第３の実施形態では、第１の実施形態の取込抑制羽根１０と第２の実施形態の取込抑制羽根１１とを備えたものである。

図８（Ｂ）に示すように、取込抑制羽根１０は、その前面１０ａが第一カッタスポーク５ａの側部との接続部であるカッタスポーク側縁部１０ｂから一方向に離れるに従って後方に位置するように配置されている。取込抑制羽根１１は、その前面１１ａが第一カッタスポーク５ａの側部との接続部であるカッタスポーク側縁部１１ｂから他方向に離れるに従って前方に位置するように配置されている。
第３の実施形態では、回転カッタ３を一方向に回転させた際には、掘削物の取り込みをより抑制して、回転カッタ３を他方向に回転させた際には、掘削物の取り込みをより積極的に行うことができる。

〔第４の実施形態〕
以下、本発明に係る第４の実施形態について図面の図９と共に説明する。なお、第１の実施形態乃至第３の実施形態と同様の部分については説明を省略し、主に異なる部分について説明する。
先行ビットは、メインビットよりも薄く先に接触するため、木製杭、マンシェットチューブ、塩化ビニール管のような地中障害物を掘削し、破壊した場合には、その破片が大きくなることが多く、その破片により排泥管の閉塞が懸念される。このため、第４実施形態では、取込抑制羽根を先行ビットに対応して設けたものである。

図９に示すように、掘削機１は回転カッタ３に取込抑制羽根１２Ａ～１２Ｄを四枚備えている。取込抑制羽根１２Ａは、回転カッタ３が一方向に回転した際の第一カッタスポーク５ａの回転方向側の側部に取り付けられている。取込抑制羽根１２Ｂは、回転カッタ３が一方向に回転した際の第二カッタスポーク５ｂの回転方向側の側部に取り付けられている。取込抑制羽根１２Ｃは、回転カッタ３が一方向に回転した際の第三カッタスポーク５ｃの回転方向側の側部に取り付けられている。取込抑制羽根１２Ｄは、回転カッタ３が一方向に回転した際の第四カッタスポーク５ｄの回転方向側の側部に取り付けられている。

本実施形態の取込抑制羽根１２Ａ～１２Ｄは、回転カッタ３が回転した際の取込抑制羽根１２Ａ～１２Ｄの各軌跡が、それぞれ対応する先行ビット６Ａａ～６Ｄａの軌跡を含むように配置されている。各軌跡の対応は、第一カッタスポーク５ａに設けられた取込抑制羽根１２Ａは第四カッタスポーク５ｄに設けられた先行ビット６Ａａに、第二カッタスポーク５ｂに設けられた取込抑制羽根１２Ｂは第一カッタスポーク５ａに設けられた先行ビット６Ｂａに、第三カッタスポーク５ｃに設けられた取込抑制羽根１２Ｃは第二カッタスポーク５ｂに設けられた先行ビット６Ｃａに、第四カッタスポーク５ｄに設けられた取込抑制羽根１２Ｄは第三カッタスポーク５ｃに設けられた先行ビット６Ｄａに対応するものとなっている。

本実施形態の取込抑制羽根１２Ａ～１２Ｄも、第１の実施形態の取込抑制羽根１０と同様に、前面１２Ａａ～１２Ｄａ、カッタスポーク側縁部１２Ａｂ～１２Ｄｂ、内周側縁部１２Ａｃ～１２Ｄｃ、先端側縁部１２Ａｄ～１２Ｄｄ、外周側縁部１２Ａｅ～１２Ｄｅを備えている。なお、第二カッタスポーク５ｂに設けられた取込抑制羽根１２Ｂの内周側縁部１２Ｂｃは、センターシャフト４に接続していない。

これらの取込抑制羽根１２Ａ～１２Ｄは、回転カッタ３が一方向に回転した際に対応する先行ビット６Ａａ～６Ｄａが掘削した後に、他の先行ビット６Ａａ～６Ｄａやメインビット６ｂによって掘削される前に、通過するように配置されている。
このため、先行ビット６Ａａ～６Ｄａが、地中障害物を破壊した破片の取り込みをいち早く取込抑制羽根１２Ａ～１２Ｄにて抑制することができる。

これらの取込抑制羽根１２Ａ～１２Ｄは、その回転軌跡が、対応する先行ビット６Ａａ～６Ｄａが設けられるカッタスポークに設けられたメインビットの回転軌跡は含まれないように配置されている。第一カッタスポーク５ａの取込抑制羽根１２Ａについては、第四カッタスポーク５ｄにメインビットが設けられていない。第二カッタスポーク５ｂの取込抑制羽根１２Ｂの回転軌跡は、第一カッタスポーク５ｄのメインビット６ｂの回転軌跡を含まない。第三カッタスポーク５ｃの取込抑制羽根１２Ｃの回転軌跡は、第二カッタスポーク５ｂのメインビット６ｂの回転軌跡を含まない。第四カッタスポーク５ｄの取込抑制羽根１２Ｄの回転軌跡は、第三カッタスポーク５ｃのメインビット６ｂの回転軌跡を含まない。

このように配置することで、掘削時のカッタスポーク間の間隔も確保しつつ効果的な取り込みの抑制を図ることができる。
本実施形態では、先行ビットに対応して取込抑制羽根を配置したが、メインビットに対応して取込抑制羽根を配置しても良い。掘削する土質などによっては、先行ビットよりもメインビットでの掘削による地中障害物の破片が大きくなることもあるからである。

〔第５の実施形態〕
以下、本発明に係る第５の実施形態について図面の図１０乃至図１２と共に説明する。なお、第１の実施形態乃至第４の実施形態と同様の部分については説明を省略し、主に異なる部分について説明する。
取込抑制羽根を設けたとしても、排泥口に破壊された地中障害物の破片が詰まることも懸念される。このため、第５の実施形態では、第１の実施形態の掘削機に排泥口に詰まるような破片を取り除くスイーパーをカッタスポークに設けたものである。

図１０に示すように、第一カッタスポーク５ａの後面には、スイーパー１５が設けられている。スイーパー１５は、図示しないが、第三カッタスポーク５ｃにも設けられている。本実施形態では、取込抑制羽根１０が設けられているカッタスポークにスイーパー１５を設けている。これは、取込抑制羽根１０で取り込みを抑制できなかった掘削物を直ぐに除去するためである。

スイーパー１５は、軸部１５ａと除去片部１５ｂとを備えている。軸部１５ａの前部は、第一カッタスポーク５ａの後面に固定され、隔壁方向に延びている。軸部１５ａの後方端部と中間部に除去片部１５ｂが設けられている。除去片部１５ｂは、軸部１５ａに対して回転カッタ３の一方向側に突出して設けられている。軸部１５ａの後方端部に設けられた除去片部１５ｂは、隔壁と所定の間隔を空けて設けられる。この所定の間隔が広すぎると破片を除去できず、狭すぎると破片などが挟まるので適切な間隔を設定する。
スイーパー１５は、回転カッタ３が回転したときに、その軌跡が正面視において排泥口の少なくとも一部に重なるように配置されている。

図１１に基づいて、スイーパー１５の作用効果を説明する。図１１では、説明のため取込抑制羽根は図示していない。
回転カッタ３が一方向に回転すると、スイーパー１５は、排泥口９の切羽側を通過する。このとき、排泥口９付近に存在する破壊された地中障害物の破片は、スイーパー１５の除去片部１５ｂによって除去されることになる。
このようにして、掘削物の取り込みを抑制しつつ滞留する破片も除去することができる。

スイーパー１５の除去片部１５ｂの形状にはさまざまな形状がある。図１２は、スイーパー１５を正面視したものを示したものである。軸部１５ａは矩形であるが、円形などの湾曲したものでも良い。
図１２（Ａ）は、図１０及び図１１に示したスイーパー１５である。軸部１５ａに対して回転カッタの一方向への回転方向に除去片部１５ｂが突出している。

図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のスイーパーの除去片部１５ｂの回転カッタの外周側にテーパー部１５ｂ１を設けたものである。このようにすることで、除去する際の負荷も少なくなり、また、除去する対象物をさらに細かくすることができる。
図１２（Ｃ）は、図１２（Ｂ）のスイーパーの除去片部１５ｂを一方向だけでなく回転カッタの他方向への回転方向に突出させたものである。このようにすることで、地中障害物の掘削時だけなく、通常の掘削時においても排泥口付近の滞留物を除去することができる。

〔その他の変形例〕
本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば以下のようなものも含まれる。

本実施形態では、カッタスポークは４本であったが、これに限られない。また、その断面も矩形であったが、これに限らず、円形でも良い。カッタスポークの断面が円形の場合に取込抑制羽根を取り付ける側部は湾曲した面となる。

本実施形態では、泥水式の推進工法における掘削機で説明したが、これに限られず、泥土圧式の推進工法における掘削機に適用しても良い。また、推進工法の掘削機に限らず、シールド工法の掘削機に適用しても良い。さらに、小口径だけでなく中口径以上の掘削機に適用しても良い。

本実施形態において、第５の実施形態では、スイーパーは取込抑制羽根が設けられているカッタスポークに設けたが、これに限られず、取込抑制羽根が設けられていないカッタスポークに設けても良い。

いずれの実施形態における各技術的事項を他の実施形態に適用して実施例としても良い。

１ 掘削機
２ フード部
３ 回転カッタ
４ センターシャフト
５ａ～５ｄ カッタスポーク
６ａ 先行ビット
６ｂ メインビット
６ｃ センターカッタ
７ 隔壁
８ 送泥口
９ 排泥口
１０、１１、１２ 取込抑制羽根
１５ スイーパー
２０ 推進管
２１ 地中障害物

Claims (13)

1. ビットが設けられたカッタスポークを有し一方向に回転可能な回転カッタを備えた掘削機であって、
   前記カッタスポークの側部には、前記回転カッタが前記一方向に回転することによって掘削物の取り込みを抑制する取込抑制羽根が設けられていることを特徴とする掘削機。
2. 前記取込抑制羽根は、前記回転カッタが一方向に回転した際の前記カッタスポークの回転方向側の側部に設けられており、
   前記取込抑制羽根の前面は、前記カッタスポークの側部に設けられた前記取込抑制羽根の基部から離れるに従って後方に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の掘削機。
3. 前記取込抑制羽根は、前記回転カッタが一方向に回転した際の前記カッタスポークの回転方向の反対側の側部に設けられており、
   前記取込抑制羽根の前面は、前記カッタスポークの側部に設けられた前記取込抑制羽根の基部から離れるに従って前方に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の掘削機。
4. 前記取込抑制羽根の前面は、前記回転カッタの回転中心から離れるに従って前方に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の掘削機。
5. 前記ビットは先行ビットを備えており、
   前記取込抑制羽根は、前記回転カッタが回転する際の前記取込抑制羽根の軌跡が、前記回転カッタが回転する際の前記先行ビットの軌跡を含むように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の掘削機。
6. 前記先行ビットの軌跡を含むように配置されている前記取込抑制羽根は、前記回転カッタが一方向に回転する際に、当該先行ビットが通過した後であって、他のビットが通過する前に当該取込抑制羽根の軌跡が当該先行ビットの軌跡を含むように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の掘削機。
7. 前記ビットはメインビットを備えており、
   前記取込抑制羽根は、前記回転カッタが回転する際の前記取込抑制羽根の軌跡が、前記回転カッタが回転する際の前記メインビットの軌跡を含むように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の掘削機。
8. 前記メインビットの軌跡を含むように配置されている前記取込抑制羽根は、前記回転カッタが一方向に回転する際に、当該メインビットが通過した後であって、他のビットが通過する前に当該取込抑制羽根の軌跡が当該メインビットの軌跡を含むように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の掘削機。
9. 前記掘削機は、前記回転カッタの後方に掘削物を排出する排出管が設けられる排出口を有する隔壁を備えており、
   前記取込抑制羽根の回転軌跡は、正面視において前記排出口に重なることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちいずれか１項に記載の掘削機。
10. 前記掘削機は、前記回転カッタの後方に掘削物を排出する排出管が設けられる排出口を有する隔壁を備えており、
    前記カッタスポークの後面には、前記排出口付近に滞留する掘削物を除去するスイーパーが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のうちいずれか１項に記載の掘削機。
11. 前記掘削機は、前記回転カッタの後方に、掘削補助材を前記回転カッタの後方に送る送入管が設けられる送入口と、掘削物を排出する排出管が設けられる排出口と、を有する隔壁を備えており、
    前記送入口と前記排出口とは、前記一方向に回転する前記取込抑制羽根が、前記送入口から前記排出口への最短の流れに抗するような順に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のうちいずれか１項に記載の掘削機。
12. 前記取込抑制羽根が設けられている前記カッタスポークには、オーバーカット用ビットが設けられていないことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のうちいずれか１項に記載の掘削機。
13. 請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の掘削機であって、前記回転カッタは一方向にも他方向にも回転可能なものである掘削機を用いて、
    地中障害物が存在しない区間では前記回転カッタを他方向に回転させて掘削し、地中障害物が存在する区間では前記回転カッタを一方向に回転させて掘削することを特徴とする掘削方法。

Images