JPH0423958B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は横坑を掘削する際に使用するシールド
およびセミシールド用の横坑掘削機に関する。

（従来技術） 従来、シールドおよびセミシールドの掘削機に
おいては掘削した土砂あるは礫の搬出にスクリユ
ーコンベアあるいは流体輸送等を用いているが、
地盤によつては非常に大なる礫が存在し機内に取
り込めないことがあり、その場合には シールド筒３１′の隔壁３０′に設けたマンホ
ール３２′等より切羽側へ作業員３３′が進入し
て削岩機３４′等を用いて礫Ａを破砕した後機
内に取り込む（第５図参照）。

また、第６図に示すように土砂取込孔３５′
の付近に礫取り出し用のゲート３６′等を設け
てそこから大きな礫Ａを機内に取り込む。

さらに、第７図に示す如き回転型機械掘削シ
ールドおよびセミシールド機においては、掘削
機先端部においてすり鉢状のフード３７′とコ
ーン状カツターヘツド回転軸面３８′にそれぞ
れ破砕刃を設け掘削した土砂あるいは礫Ａがそ
こを通過する際にカツターヘツド３９′の偏心
回転力を利用して礫を挟み込んで破砕する。

また、第８図に示すように、スクリユーコン
ベアとしてリボン形スクリユー４０′のものを
用いる。

等の方法が考えられ実施されてきた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、は作業員３３′の安全を図る
ためには切羽を安定させなければならず、その作
業を要し、かつ安定させても危険性が伴ない、か
つ作業性が悪いという問題点がある。

また、，，については掘削機の大きさに
より取り出させる礫Ａの大きさに限度がある。

また、，は礫を取り出すために掘削を一時
中断しなければならず作業性が悪いという難点が
あつた。

このため、本願出願人によつて特願昭61−3350
号（特開昭62−164999号）として上記難点を解決
し、掘削すべき地盤にスクリユーコンベアや流体
輸送等で取り出し得ない大きさの礫を容易、かつ
連続的に取り出すことができ作業性が良好で比較
的簡易構成なシールドおよびセミシールドの横坑
掘削機が提供されている。

本発明では更にその構成を簡略化し、製造が容
易でコストダウンを図つた横坑掘削機を提供する
ことを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 前方に掘削室３が形成され、かつ前端のフード
１ａにフード破砕刃４が設けられたシールド筒１
と、このシールド筒１の前記掘削室３の前部に設
けられ、かつ回転しつつ前後動可能であると共に
掘削刃６ｃ，６ｅが前面および後面にそれぞれ設
けられたカツターヘツド６と、このカツターヘツ
ド６を回転摺動させる装置とを備え、この装置は
前端部に前記カツターヘツド６が設けられた回転
可能なセンターシヤフト７に取付けられ、かつ波
形面を有する波形回転子１６と、この波形回転子
１６の波形面と接触しつつ回転し、かつ波形回転
子１６を介し前記センターシヤフト６を前後動さ
せる回転部材を有したことを要旨としている。

（作用） 本発明は、スクリユーコンベアや流体輸送等に
より取り出すことの困難な大きさの礫が混入して
いる地盤に横坑を掘削する際に用いると好適であ
り、カツターヘツドを回転させつつ前後動させ、
カツターヘツドの前部の掘削刃で切羽を掘削する
と共に礫等を一次破砕するなどし、かつ掘削室に
取り込んだカツターヘツド後面に必要に応じ設け
た破砕刃と、これと対向するシールド筒のフード
部分に同じく必要に応じ設けた破砕刃とによつて
挟み込むようにして打撃し二次破砕することによ
り細かくして排出を容易とし、作業性の向上を図
つている。

（実施例） 以下、図面に沿つて本発明の好ましい実施例を
説明する。

第１図イ，ロないし第３図は本発明の一実施例
を示す。このうち、第１図イは本発明装置の側断
面図、ロは正面図であり、これらの図中１は鋼板
よりなる略円筒状のシールド筒で、前方部内には
第１隔壁２が形成されその前方が掘削室３となつ
ており、かつ前端のフード１ａの内周の一部は円
錐状を呈しその部分にフード破砕刃４が設けられ
ている。

また、５はシールド筒１の前方において略同心
に設けられた回転型カツターで、この回転型カツ
ター５のカツターヘツド６の前方に設けられた面
板状を呈する円板部６ａの前面には、例えば十字
状をなす前面に突出する断面路山形のリブ６ｂが
設けられ、このリブ６ｂの頂部には超硬掘削刃６
ｃが設けられている。また、カツターヘツド６の
外周部の適箇所には掘削室３に通じる切欠き状の
土砂取込孔６ｄが形成されている。この場合、土
砂取込孔６ｄの前方開口部はリブ６ｂの外周部の
側方の位置に形成されているが、必らずしも図示
の例に限定されるものではなく、土質条件などに
より適宜決められるものである。さらに、シール
ド筒１のフード１ａおよび隔壁２と相俟つて掘削
室３の区画形成するカツターヘツド６の円錐状の
背面にはカツター破砕刃６ｅが設けられている。

しかして、カツターヘツド６の後部には後方に
延びるセンターシヤフト７が一体的に設けられて
いる。このセンターシヤフト７は隔壁２を貫通
し、かつシール８および円筒状の軸受９を介し回
転可能に支持され、また、後部には回転型カツタ
ー５を回転させつつ前後動させる回転摺動変換装
置１０が設けられている。この回転摺動変換装置
１０はセンターシヤフト７に設けられた後述する
波形回転子１６と、この波形回転子１６と接触し
つつ回転し、かつ波形回転子１６を介してセンタ
ーシヤフト７を前後動させる円錐コロ１７の如き
回転部材とを主要部として構成されている。

すなわち、センターシヤフト７の後端には摺動
可能スプライン１１が取付けられ、このスプライ
ン１１はその外周側に設けられた大歯車１２と噛
合し、かつこの大歯車１２はフレーム１３に固定
された駆動モータ１４の出力軸に取付けたピニオ
ン１５と噛合しており、駆動モータ１４の回転力
が伝達される。

そして、隔壁２の後方側のセンターシヤフト外
周には一体的に波形回転子１６が設けられてい
る。この波形回転子１６の波形面１６ａは掘削機
の後方に向いており、かつその波形面１６ａは詳
しくは第２図イ，ロに示すように適宜のピツチで
凹凸をなし波形に形成されている。なお、この波
形面１６ａとしては、第３図に示すように、凸か
ら凹にかけての部分１６′は平面状に、また、凹
から凸にかけての部分１６″は曲面で形成しても
良い。この波形面１６ａに対しては再び第１図に
示す如く接触しつつ回転可能な円錐コロ１７が設
けられている。すなわち、この円錐コロ１７は縦
断面が台形をなす円錐状に形成され、かつ、例え
ば上下に一対設けられ、軸１８を介しそれぞれ回
転可能となつており、この軸１８は第２隔壁１９
に基端部が固定された支持部材２０，２１に固定
されており、円錐コロ１７自体の位置は固定とな
つている。なお、円錐コロ１７は一対にのみ限定
されるものではなく、必要に応じ適宜増減される
ものである。また、必ずしも円錐状に形成する必
要はなく、球形としたり、円筒状にしても良い。

しかして、第２隔壁１９の略中央部にセンター
シヤフト７が貫通され、かつ第２隔壁１９の後面
にはセンターシヤフト７を軸支し、かつその位置
が固定の固定軸受け２２が固設されている。ま
た、この固定軸受け２２に対しその後方側に適間
隔を介し配置され、かつ接近・離間自在な可動軸
受け２３が設けられている。この可動軸受け２３
は、基端部が第３隔壁２４に固定された円筒状の
支持部材２５の内部の開口部分に形成されたスプ
ライン２５ａを介しガイドされつつ前後に摺動可
能となつている。また、可動軸受け２３と固定軸
受け２２との間にはバネＳが設けられ、かつ可動
軸受２３の後面には略円板状の軸受け押さえ材２
６が設けられている。この軸受け押さえ材２６は
円筒状支持部材２５内に位置され、かつセンター
シヤフト７の外周に固着され、可動軸受け２３に
接し、センターシヤフト７と共に回転し、かつ可
動軸受け２３と共に前後動可能に構成されてい
る。

なお、図中２７はセンターシヤフト７内におい
てその軸方向中央部に設けられたベントナイト溶
液、CMC等の作泥土材、水ないし泥水、さらに
は高圧のエアー等を外部に噴射させるための噴射
管であり、その噴射孔２７ａは各十字に交叉する
リブ６ｂの根元に設けられているが、その他の位
置に設けても良い。また、この噴射管２７の後端
部にはスイベルジヨイント２８を介し注入管２９
が接続されている。

しかして、土質がシルトや砂礫層などの場合、
噴射管２７を介して作泥土材を注入すると好適で
あり、また、特に粘着性の大きな土質の場合には
掘削刃の付近に掘削片が付着しやすいので、この
とき噴射管２７、その噴射孔２７ａを介して高圧
エアーないし高圧ジエツト水等を噴射して付着し
た土砂を取り除くことが可能であるが、噴射管２
７等は常に必要ではなく、土質によつては設けな
くとも良い。

また、３０は坑内側から延び掘削室３の上方側
に設けられた給水管、３１は掘削室３の下方側に
設けられ、坑内側に延びる排出管で、特に図示し
ないポンプと適宜接続されている。

なお、この実施例における掘削機はシールドお
よびセミシールドに適用するもので推進装置は従
来通りのため、それらの構成の図示は省略する。

次に前述の各図に加え第４図を参照しつつ本発
明の動作を説明する。

いま、駆動モーター１４を回転せしめるとカツ
ターヘツド６はピニオン１５、大歯車１２、摺動
可能スプライン１１等を介して回転カツターヘツ
ド６の前面の超硬掘削刃６ｃにより切羽を掘削す
る。この時、センターシヤフト７、カツター６は
波形回転子１６、円錐コロ１７、およびバネＳ等
により回転と同時に前後動する。すなわち、波形
回転子１６の凹面と円錐コロ１７が接している
時、カツターヘツド６は後端に位置していること
になり、この時、バネＳの縮み量は零の状態とな
つている。一方、センターシヤフト７の回転とと
もに波形回転子１６と円錐コロ１７の接触位置が
凹部から凸部へと移動するとセンターシヤフト７
およびカツターヘツド６は前方へ移動する。セン
ターシヤフト７の前方への移動に伴つてバネＳは
軸受け押さえ材２６、ひいては可動軸受け２３と
固定軸受け２２とによつて縮められ、バネＳには
その縮み量に応じた力が貯えられる。この場合に
おいて、センターシヤフト７は波形回転子１６の
凸部の頂点と円錐コロ１７が接した時、最大の突
出位置となり、バネＳには最大の力が貯えられる
ことになる。この後、センターシヤフト７が回転
し、波形回転子１６と円錐コロ１７の接する位置
が波形回転子１６の凸部から凹部に移動した場合
はバネＳの力により、センターシヤフト７は後方
へ移動し、凹部の底面と円錐コロ１７とが接する
位置までセンターシヤフト７が移動し再びバネＳ
の縮み量が零になる。このようにしてセンターシ
ヤフト７は回転に伴なつて強制的に前後方向にも
移動される。この強制摺動運動はカツターヘツド
６による打撃効果を生み切羽に存在する礫Ａを切
羽面においてカツターヘツドの回転力と打撃力の
相乗効果により破砕（一次破砕）し、土質によつ
ては礫Ａを地山の中へ押しつける効果も生じせし
めることもできる。一方、超硬掘削刃６ｃによつ
て掘削破砕された土砂・礫は土砂取込口６ｄを通
りカツター破砕刃６ｅとフード破砕刃４との間隙
部において摺動のもどり時に挟み込まれると同時
に回転しさらに破砕され、掘削室３に取り込まれ
る。この実施例の場合、給水管３０より常に水な
いしは泥水を供給し切羽に常時水圧あるいは泥水
圧を付加せしめて切羽の安定を図りつつ掘削破砕
された礫を供給水とともに排水管３１によつて排
出せしめて掘進が実施される。

なお、上記実施例においては前方へ摺動したセ
ンターシヤフト７およびカツターヘツド６を戻す
ためにバネＳを用いているが、必ずしもバネＳは
必要ではない。すなわち、強制的にセンターシヤ
フト７を戻すための装置を用いない場合にはカツ
ターヘツド６が地山から受ける反力によつて、セ
ンターシヤフト７は後方へ戻されるので、センタ
ーシヤフト７を戻す方法としては地山の反力を期
待する方法であつても良い。また、カツターヘツ
ド６の後面のカツター破砕刃６ｅおよびフード部
のフード破砕刃４は必ずしも必要でなく、また、
カツターヘツド自体の形状も第１図に示した形状
である必要はなく、通常の面板タイプやスポーク
タイプのものであつても良い。

更に、上記実施例ではカツターヘツド６はシー
ルド筒１に対し略同心状に配設しているが、何れ
かの位置に偏心させるなどし、それに応じて回転
摺動変換装置等を構成することも可能である。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、回転型カツター
を回転させるセンターシヤフトを、このセンター
シヤフトに取付けられた波形回転子およびその波
形面と接触され、波形回転子ひいてはセンターシ
ヤフトを前後させる固定された回転部材を主要部
とする回転摺動変換装置を介し駆動し、カツター
ヘツドを強制的に前後運動させるようにしてお
り、回転摺動変換装置の機構が簡易であるため、
製造が容易で、かつコストダウンを図り得ると共
に、機構の故障が少ない効果がある。

また、機構が単純であるため、掘削機本体内に
占める駆動部のスペースが小さくすることができ
特に小口径のセミシールド掘削機には有利である
効果がある。

更に、前後運動するカツターヘツドにより切羽
を打撃して掘削、削孔し、かつ一次破砕と二次破
砕との２つの破砕効果により礫を破砕するように
したので、大きな礫を殆んど完全に破砕すること
ができ、土砂の搬出が連続的に行なわれ時間的ロ
スを生ずることなく作業性が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例で、イ図は側断面
図、ロは正面図、第２図イは同上に適用される波
形回転子の側面図、ロ図は正面図、第３図は波形
回転子の他の態様例、第４図は動作説明図、第５
図ないし第８図はそれぞれ従来例を示す。 １…シールド筒、２…隔壁、３…掘削室、４…
フード破砕刃、５…回転型カツター、６…カツタ
ーヘツド、６ｂ…リブ、６ｃ…超硬掘削刃、７…
センターシヤフト、１０…回転摺動変換装置、１
６…波形回転子、１６ａ…波形面、１７…円錐コ
ロ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 前方に掘削室３が形成され、かつ前端のフー
   ド１ａにフード破砕刃４が設けられたシールド筒
   １と、このシールド筒１の前記掘削室３の前部に
   設けられ、かつ回転しつつ前後動可能であると共
   に掘削刃６ｃ，６ｅが前面および後面にそれぞれ
   設けられたカツターヘツド６と、このカツターヘ
   ツド６を回転摺動させる装置とを備え、この装置
   は前端部に前記カツターヘツド６が設けられた回
   転可能なセンターシヤフト７に取付けられ、かつ
   波形面を有する波形回転子１６と、この波形回転
   子１６の波形面と接触しつつ回転し、かつ波形回
   転子１６を介し前記センターシヤフト６を前後動
   させる回転部材を有することを特徴とした横坑掘
   削機。