JPH057788U - 立坑掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 作業員の数が少なくてすみ、作業効率が高
く、建設公害の発生のない立坑掘削機を提供する。 【構成】 複数の掘削ビット１２が、下方に向かうにつ
れてカッタの回転軸線に近接する仮想傾斜面に配置され
ている。また、掘削ビットが、下方に向かうにつれてカ
ッタの回転軸線に近接する仮想傾斜面に配置されている
とともに、カッタの回転軸線を中心とする仮想螺線上に
配置されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、立坑を掘削する立坑掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、鉛直方向に延びる立坑を掘削するには、ダイナマイトによる発破作業と 、人力による土砂除去作業とを繰り返して行うようにしている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、従来の立坑掘削方法では、人力で土砂を取り除くようにしてい るので、作業員が多数必要となり、近年作業員不足が深刻になっている。

【０００４】 発破作業には危険がつきまとうので、発破の都度、作業員が立坑内から待避し なければならず、作業効率が悪い。

【０００５】 発破による振動や騒音は近隣に建設公害をもたらす。

【０００６】 本考案は、上記事情に鑑みてなされたもので、作業員の数が少なくてすみ、作 業効率が高く、建設公害の発生のない立坑掘削機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本願の請求項１に記載の立坑掘削機は、設置される立坑の予想中心軸線に沿っ て設けられ、底部に土砂を搬出する搬出装置が設けられた下穴の穴壁を掘削して 下穴の穴径を拡大して立坑を掘削する立坑掘削機において、掘削機本体を立坑の 穴壁に固定する固定機構と、外端面に複数の掘削ビットが配置されたカッタと、 このカッタを前記立坑の中心軸線の周りに回転させる回転機構と、前記カッタを 前記掘削機本体から前記立坑の中心軸線に沿って下方に突出させる突出機構とを 備え、前記複数の掘削ビットが、下方に向かうにつれて前記カッタの回転軸線に 近接する仮想傾斜面に配置されていることを特徴とする。

【０００８】 本願の請求項２に記載の立坑掘削機は、設置される立坑の予想中心軸線に沿っ て設けられ、底部に土砂を搬出する搬出装置が設けられた下穴の穴壁を掘削して 下穴の穴径を拡大して立坑を掘削する立坑掘削機において、掘削機本体を立坑の 穴壁に固定する固定機構と、外端面に複数の掘削ビットが配置されたカッタと、 このカッタを前記立坑の中心軸線の周りに回転させる回転機構と、前記カッタを 前記掘削機本体から前記立坑の中心軸線に沿って下方に突出させる突出機構とを 備え、前記掘削ビットが、下方に向かうにつれて前記カッタの回転軸線に近接す る仮想傾斜面に配置されているとともに、前記カッタの回転軸線を中心とする仮 想螺線上に配置されていることを特徴とする。

【０００９】

【作用】

本願の立坑掘削機では、掘削機本体は固定機構により立坑の穴壁に固定される 。回転機構によりカッタは立坑の中心軸線の周りに回転させられるとともに、突 出機構により掘削機本体から立坑の中心軸に沿って突出される。ここで、カッタ の外端面には複数の掘削ビットが配置されており、カッタが回転しつつ突出する ことにより、掘削ビットにより下穴の穴壁が掘削されて下穴の穴径が拡大されて 立坑が形成される。

【００１０】 ここで、本願の請求項１に記載した立坑掘削機によれば、前記掘削ビットが下 方に向かうにつれてカッタの回転軸線に近接する仮想傾斜面に配置されているの で、掘削ビットによる掘削面は下方に向かうにつれて立坑の中心軸線に近接する 傾斜面となる。この結果、掘削ビットによって掘削された土砂は、重力により傾 斜面に沿って立坑の中心軸線方向に落下する。

【００１１】 前記下穴の底部には搬出装置が設けられているので、傾斜面に沿って落下して 下穴内に落下した土砂は搬出装置により搬出される。

【００１２】 また、本願の請求項２に記載した立坑掘削機によれば、請求項１に記載した構 成に加えて、掘削ビットがカッタの回転軸線を中心とする仮想螺線上に配置され ているので、掘削ビットにより掘削された土砂がカッタの回転に伴って掘削ビッ トにより順次押されてカッタの中心軸線すなわち立坑の中心軸線の方に掻き寄れ られて下穴内に落下する。このように、請求項２に記載された立坑掘削機では、 重力による土砂の落下と併せて掘削ビットによる掻き寄せにより、効率的に土砂 を下穴内に落下させることが可能となる。

【００１３】

【実施例】

以下に図面を参照して本考案の実施例について説明する。

【００１４】 本考案の立坑掘削機を用いて立坑を掘削する工法の概略について図１に基づい て説明する。

【００１５】 図１（ａ）に示すように、地山１に鉛直方向に延びる下穴２をボーリングマシ ンにより掘削する。この下穴２は直径が約１ｍであり、穴壁は補強をしなくても 崩れない自立状態になっている。さらに、下穴２の中心軸線は設置しようとする 立坑の予想中心軸線と略一致するように掘削されている。

【００１６】 図１（ｂ）に示すように、下穴２の底部２ａに連通する横行トンネル３を掘削 する。この横行トンネル３内に土砂を搬送するコンベア等の搬出装置４を設置す る。なお、搬出装置４の一端を前記下穴２の底部２ａに対向して設け、下穴２内 に落下した土砂を受けて搬出することができるようになっている。

【００１７】 図１（ｃ）に示すように、設置される立坑の直径に略等しい直径をもつ大径部 ２ｃを、下穴２の上部開口部２ｂに下穴２と略同軸に掘削する。なお、この大 径部２は深さを約３ｍとする。次に、本実施例の掘削機５をクレーン６により吊 上げて、前記大径部 ２ｃ内に設置する。

【００１８】 図１（ｄ）に示すように、立坑掘削機５により下穴２の穴壁を掘削して下穴２ の穴径を拡大して立坑７を形成する。そして、掘削された穴壁にはライナプレー ト８を取り付けて穴壁の崩壊を防止している。また、掘削された土砂は下穴２内 に落下し、搬出装置４によって横行トンネル３内から搬出される。なお、立坑掘 削機５による掘削の詳細は後述する。

【００１９】 図１（ｅ）に示すように、立坑掘削機５による穴２の穴径の拡大とライナプレ ート８の取付とを交互に繰り返しながら下方に堀り進むことにより、鉛直方向に 延びる立坑７を形成する。

【００２０】 次に、本実施例の立坑掘削機５の構造について説明する。

【００２１】 図２に示すように、立坑掘削機５は、掘削機本体１０と、掘削機本体１０を立 坑７の穴壁に固定する固定機構１１と、外端面に複数の掘削ビット１２が配置さ れたカッタ１３と、このカッタ１３を立坑７の中心軸線の周りに回転させる回転 機構１４と、カッタ１３を掘削機本体１０から立坑７の中心軸線に沿って下方に 突出させる突出機構１５とを備えている。

【００２２】 前記掘削機本体１０は次のように構成される。

【００２３】 図２に示すように、環状の２個のリング部材１６、１７を上下に相互に間隔を もたせて配置するとともに、各リング部材１６，１７を筒状の連結部材１８で連 結してある。リング部材１６，１７のそれぞれには、中央に穴が形成された円盤 部材１９，２０が同心状に固定されている。

【００２４】 図３に示すように、円盤部材１９，２０の間には、４組の梁２１，２２が立坑 ７の穴壁に向かって放射状に取り付けられており、各梁２１，２２には立坑７の 穴壁の曲率に略等しい円弧面２３をもった穴壁保護部材２４が、穴壁との間に若 干の隙間が形成される状態で取り付けられている。

【００２５】 図２に示すように、各梁２１，２２の中間部には、筒状のケース２５が鉛直方 向上方に突出した状態で取り付けられ、ケース２５の底部内壁にはシリンダ装置 ２６のシリンダ２９の一端がが固定されている。このシリンダ装置２６のピスト ンロッド２７の先端には、筒状のケース２８が前記ケース２５の内側に進退自在 に収納されており、ケース２８の先端には、ピストンロッド２７を伸長させたと きに、切削面７ａに着座する脚部３０が搖動自在に取り付けられている。

【００２６】 前記固定機構１１は以下のように構成される。

【００２７】 図３に示すように、前記円盤部材１９，２０の間には、４組の梁３１，３２が 立坑７の穴壁に向かって放射状に取り付けられており、各梁３１，３２に囲まれ た空間には一端が前記筒状部材１８に固定されたシリンダ装置３３が収納されて いる。このシリンダ装置３３のピストンロッド３４の先端には、立坑７の穴壁の 曲率に略等しい円弧面３５をもち前記シリンダ装置３３により穴壁に当接される グリッパ３６が搖動自在に取り付けられている。グリッパ３６にはピストンロッ ド３４の周囲を覆うように筒状部材３８が一体に形成され、この筒状部材３８は 前記梁３１，３２に固定したシール部材３７の内面に摺動自在に挿入されている 。

【００２８】 前記カッタ１３は次のように構成される。

【００２９】 カッタ１３は、図４に示すように、後述する回転機構に連結される筒状部４０ と、筒状部４０から放射状に延びる４本のアーム部４１とを備えている。図２に 示すように、各アーム部４１の外端面４２は、下方に向かうにつれてカッタ１３ の中心軸線に近接する円錐面（傾斜面）となっている。図３に示すように、各ア ーム部４１の外端面４２には、アーム部４１の延びる方向に沿って複数の掘削ビ ット１２が等間隔で固定されている。また、各掘削ビット１２はカッタ１３の中 心軸線を中心とする仮想螺線上に配置されている。すなわち、カッタ１３の中心 軸線を中心として反時計周りに掘削ビット１２の固定された位置の中心軸線から の距離を見ていくと、その距離が順次拡大するようになっている。

【００３０】 前記回転機構１４は次のように構成される。

【００３１】 図２に示すように、前記カッタ１３の筒状部４０に同軸状に筒状部材４４が取 り付けられている。この筒状部材４４の外径は、前記掘削機本体１０のリング部 材１６，１７の内径よりも若干小さく形成され、リング部材１６，１７内に回転 自在にかつ摺動自在に挿入されている。筒状部材４４の下部には支持部材４６を 介して油圧モータ４７が固定されている。この油圧モータ４７の回転軸には歯車 ４８が固定され、この歯車４８は、筒状部材４０とカッタ１３との連接境界部に 固定された環状の歯車４５に螺合している。

【００３２】 前記突出機構１５は次のように構成される。

【００３３】 図２に示すように、前記カッタ１３の筒状部４０に取り付けられた筒状部材４ ４の上端には、フランジ部４９が形成されている。このフランジ部４９には、シ リンダ装置５０のシリンダ５１の一端が連結され、このシリンダ装置５０のピス トンロッド５２の一端が前記掘削機本体１０の円盤部材１９に取り付けられてい る。なお、シリンダ装置５０は、前記梁２１，２２により囲まれる空間の上方に 位置している。

【００３４】 次に、立坑７を掘削する場合における掘削機５の作動について説明する。

【００３５】 まず、第５図に示すように、シリンダ装置５０に油圧を供給して、ピストンロ ッド５２を伸ばし、筒状部材４４を上方に引き上げてカッタ１３を掘削機本体１ ０側に持ち上げる。そして、シリンダ装置２６に油圧を供給してピストンロッド ２７を下方に向けて突出させて、ピストンロッド２７に連結された脚部３０を掘 削面７ａに押圧させる。この脚部３０の掘削面７ａへの押圧により掘削機本体１ ０は地山１に支持される。

【００３６】 次に、図６に示すように、シリンダ装置３３に油圧を供給して、ピストンロッ ド３４を伸長させ、ピストンロッド３４の先端に取り付けられたグリッパ３６を 立坑７の径方向に向かって突出させて、グリッパ３６を立坑７の穴壁に押圧当接 させる。このグリッパ３６の穴壁への押圧当接により、掘削機本体１０は立坑７ の穴壁に固定される。そして、シリンダ装置２６に油圧を供給して、ピストンロ ッド２７を鉛直方向上方に引き上げ、脚部３０と掘削面７ａとの当接を解除する 。

【００３７】 図７に示すように、油圧モータ４７に油圧を供給することにより歯車４５，４ ８を介して回転をカッタ１３に伝達して、カッタ１３を回転させる。さらに、シ リンダ装置５０に油圧を供給して、ピストンロッド５２をシリンダ５１内に引き 込み、シリンダ装置５０を縮小させる。すると、シリンダ装置５０にフランジ４ ９を介して接続された筒状部材４４が鉛直方向下方に移動され、筒状部材４４に 取り付けられたカッタ１３が鉛直方向下方に移動させられる。このように、カッ タ１３を回転しつつ鉛直方向下方に移動させることにより、カッタ１３の外端面 ４２に取り付けられた掘削ビット１２により、下穴２の穴壁が図中２点鎖線で示 す位置から実線で示す位置まで掘削されて穴径が拡大される。

【００３８】 ここで、上述したように、カッタ１３の外端面４２は、下方に向かうにつれて カッタ１３の中心軸線に近接する円錐面となっているので、掘削ビット１２は仮 想円錐面上に配置されることになり、掘削ビット１２による掘削された掘削面７ ａは図に示すように下方に向けて傾斜する傾斜面となる。したがって、掘削ビッ ト１２により掘削されて生じた土砂はこの傾斜面に沿って下方に向かって落下し て、下穴２の中に投入される。

【００３９】 また、上述したように、複数の掘削ビット１２はカッタ１３の中心軸線を中心 とする仮想螺線上に配置されているので、掘削ビット１２により掘削されて生じ た土砂は、カッタ１３が回転するに従って掘削ビット１２により回転方向前方に 順次押し出されるとともに、カッタ１３の中心軸線（下穴２の中心軸線）側に順 次搬送されて、下穴２の中に投入される。

【００４０】 そして、下穴２内に投入された土砂は、下穴２の底部に設けた前記した搬出装 置４により外部に搬出される。このように、土砂を下穴２内に投入して下穴２の 底部に設けた搬出装置４により土砂を搬出するようにしているので、掘削作業中 に作業員が立坑７内に土砂を除去するために入る必要がなく、作業を安全に行う ことができるとともに、作業員を土砂搬出作業から開放することができる。

【００４１】 図８に示すように、カッタ１３が、シリンダ装置５０の１ストローク分だけ下 方に移動したとき（図中で２点鎖線で示す状態）には、油圧モータ４７への油圧 の供給を停止してカッタ１３の回転を停止する。そして、シリンダ装置２６に油 圧を供給して、ピストンロッド２７を伸長して、ピストンロッド２７の先端に取 り付けた脚部３０を掘削面７ａに当接させ、掘削機本体１０を地山１に支持する 。この後、シリンダ装置５０に油圧を供給して、ピストンロッド５２を突出させ て、筒状部材４４を鉛直方向上方に引き上げ筒状部材４４に取り付けられたカッ タ１３を引き上げる。

【００４２】 図９に示すように、シリンダ装置３３に油圧を供給し、ピストンロッド３４を 引き込んで、ピストンロッド３４の先端に取り付けられたグリッパ３６を立坑７ の中心軸線側に向かって移動させ、グリッパ３６による穴壁の押圧を解除する。 これにより、掘削機本体１０は、図中２点鎖線で示すように、シリンダ装置２６ によって地山１に支持された状態になる。この状態でシリンダ装置２６から作動 油を抜き、ピストンロッド２７をシリンダ２９側に引き込み、図中実線に示す位 置になるまで、掘削機本体１０を自重により鉛直方向下方に移動させてピストン ロッド２７の引き込みを停止する。この状態は、図５に示した状態から掘削機本 体１０を鉛直方向下方に１ストローク分だけ降下させた状態になる。

【００４３】 以上のように、図５〜図９に示した過程を繰り返すことにより、掘削機本体１ ０を順次鉛直方向下方に移動させ、カッタ１３により下穴２の穴壁を拡大させて 立坑７を形成する。

【００４４】 なお、上述の実施例では、下穴２の穴径を拡大して形成された立坑７の穴壁に ライナプレート８を順次取り付けるようにして穴壁の保護を行うようにしている が、ライナプレート８を用いる代わりに、穴壁に支保工を建て込んだり、コンク リートを穴壁に向けて吹き付けたりする等の穴壁保護を行ってもよい。

【００４５】

【考案の効果】

以上説明したように、本願の請求項１に記載した立坑掘削機においては、複数 の掘削ビットが、下方に向かうにつれてカッタの回転軸線に近接する仮想傾斜面 に配置されているので、掘削面を下方に向かう傾斜面とすることができ、この傾 斜面に沿って掘削した土砂を落下させることができる。

【００４６】 また、本願の請求項２に記載した立坑掘削機によれば、掘削ビットが、下方に 向かうにつれてカッタの回転軸線に近接する仮想傾斜面に配置されているととも に、カッタの回転軸線を中心とする仮想螺線上に配置されているので、掘削面を 下方に向かう傾斜面とすることができ、この掘削面に沿って掘削した土砂を落下 させることができるとともに、掘削ビットによって掘削された土砂をカッタの中 心軸線に向かってかき寄せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の立坑掘削機を用いて立坑を掘
削する工法を示す工程図である。

【図２】本考案の実施例の立坑掘削機を示す断面図であ
る。

【図３】図２のＡ矢視図である。

【図４】図２のＢ矢視図である。

【図５】本考案の本実施例の立坑掘削機の動作を示す断
面図である。

【図６】本考案の本実施例の立坑掘削機の動作を示す断
面図である。

【図７】本考案の本実施例の立坑掘削機の動作を示す断
面図である。

【図８】本考案の本実施例の立坑掘削機の動作を示す断
面図である。

【図９】本考案の本実施例の立坑掘削機の動作を示す断
面図である。

【符号の説明】

２ 下穴 ４ 搬出装置 ５ 立坑掘削機 ７ 立坑 １０ 掘削機本体 １１ 固定機構 １２ 掘削ビット １３ カッタ １４ 回転機構 １５ 突出機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 和田 利彦 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)考案者 伊藤 啓之 福岡県大牟田市旭町２丁目28番地 株式会 社三井三池製作所三池事業所内 (72)考案者 岳 秀文 東京都中央区日本橋室町２丁目１番１号 株式会社三井三池製作所内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 設置される立坑の予想中心軸線に沿って
   設けられ、底部に土砂を搬出する搬出装置が設けられた
   下穴の穴壁を掘削して下穴の穴径を拡大して立坑を掘削
   する立坑掘削機において、掘削機本体を立坑の穴壁に固
   定する固定機構と、外端面に複数の掘削ビットが配置さ
   れたカッタと、このカッタを前記立坑の中心軸線の周り
   に回転させる回転機構と、前記カッタを前記掘削機本体
   から前記立坑の中心軸線に沿って下方に突出させる突出
   機構とを備え、前記複数の掘削ビットが、下方に向かう
   につれて前記カッタの回転軸線に近接する仮想傾斜面に
   配置されていることを特徴とする立坑掘削機。
2. 【請求項２】 設置される立坑の予想中心軸線に沿って
   設けられ、底部に土砂を搬出する搬出装置が設けられた
   下穴の穴壁を掘削して下穴の穴径を拡大して立坑を掘削
   する立坑掘削機において、掘削機本体を立坑の穴壁に固
   定する固定機構と、外端面に複数の掘削ビットが配置さ
   れたカッタと、このカッタを前記立坑の中心軸線の周り
   に回転させる回転機構と、前記カッタを前記掘削機本体
   から前記立坑の中心軸線に沿って下方に突出させる突出
   機構とを備え、前記掘削ビットが、下方に向かうにつれ
   て前記カッタの回転軸線に近接する仮想傾斜面に配置さ
   れているとともに、前記カッタの回転軸線を中心とする
   仮想螺線上に配置されていることを特徴とする立坑掘削
   機。