JPH08135845A - Excavation propulsion method using small diameter pipe and excavation bit for excavation propelling machine using small diameter pipe - Google Patents
Excavation propulsion method using small diameter pipe and excavation bit for excavation propelling machine using small diameter pipeInfo
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- JPH08135845A JPH08135845A JP6301548A JP30154894A JPH08135845A JP H08135845 A JPH08135845 A JP H08135845A JP 6301548 A JP6301548 A JP 6301548A JP 30154894 A JP30154894 A JP 30154894A JP H08135845 A JPH08135845 A JP H08135845A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、小口径管掘削推進機を
用いて地中に掘削孔を形成し掘進中の掘削孔に小口径管
を埋設する埋設工事における小口径管掘削推進方法及び
この小口径管掘削推進方法に用いる小口径管掘削推進機
の掘削ビットに関する。更に詳しくは、埋設する上又は
下水道管を先導するため地中を掘進する先導体と、掘削
により形成される孔の最先端面と先導体に設けられてい
る排出用導孔の位置関係を配慮して掘削工事を行う際の
小口径管掘削推進方法及びこの小口径管掘削推進方法に
用いる小口径管掘削推進機の掘削ビットに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small-diameter pipe excavation propulsion method for burial work in which a small-diameter pipe excavator is used to form an excavation hole in the ground and to embed the small-diameter pipe in the excavating hole. The present invention relates to an excavation bit for a small-diameter pipe excavation propulsion machine used in this small-diameter pipe excavation propulsion method. More specifically, consider the positional relationship between the leading conductor that digs into the ground to lead the upper or sewage pipe to be buried, the leading end surface of the hole formed by excavation, and the discharge guiding hole provided in the leading conductor. The present invention relates to a small-diameter pipe excavation propulsion method when performing excavation work, and an excavation bit for a small-diameter pipe excavation propulsion machine used in the small-diameter pipe excavation propulsion method.
【0002】[0002]
【従来の技術】上下水道用管、配電線用管、通信線用
管、ガス用管などの小口径管が土中に埋設されている。
このような埋設工事のために小口径管掘削推進機が用い
られている。小口径管掘削推進機は、埋設する後続の小
口径管を先導し埋設用孔を形成しながら掘進する先導体
を備えている。このような先導体の前端部に設けられ回
転するカッターフェイスにローラビットが自転自在に取
り付けられている。2. Description of the Related Art Small diameter pipes such as water and sewer pipes, distribution line pipes, communication line pipes and gas pipes are buried in the soil.
A small-diameter pipe excavator is used for such burial work. The small-diameter pipe excavation propulsion machine includes a leading conductor that guides a subsequent small-diameter pipe to be buried and advances while forming a burial hole. A roller bit is rotatably attached to a rotating cutter face provided at the front end of such a leading conductor.
【0003】このようなローラビットにより削られた被
掘削物は先導体の前端部で取り込み口が開放されている
排出用導孔に導かれ、先導体を形成する管状ケーシング
により構成されている排出路を通され後方に排出され
る。このような工事を従来の小口径管掘削推進機を用い
て行っていた際、れき層に出くわした小口径管掘削推進
機の掘削能力が急激に落ちて掘進できなくなった。The object to be excavated by such a roller bit is guided to a discharge guide hole having an intake port opened at the front end portion of the leading conductor, and is discharged by a tubular casing forming the leading conductor. It is passed through the road and discharged backward. When this kind of work was being performed using a conventional small-diameter pipe excavator, the excavation capacity of the small-diameter pipe excavator encountered in the gravel layer fell sharply and it became impossible to proceed.
【0004】そこで掘削孔の最先端部に届く縦孔を掘っ
て掘削孔の最先端部を調べてみると、ローラービットに
より破砕されローラービットの2体の刃の間に挟まれた
状態で自転するローラビットにより排出用導孔に導かれ
て排出されたはずの破砕粒が、掘削孔最深部の下方部に
滞留していた。このようなことから、ローラービットに
より破砕された破砕粒は、ローラービットの2体の刃の
間の斜面を滑り排出用導孔に導かれる前にずり落ちてし
まったと考えられる。Then, when a vertical hole reaching the tip of the drilling hole is dug and the tip of the drilling hole is examined, it is crushed by the roller bit and is rotated while being sandwiched between two blades of the roller bit. The crushed particles, which should have been discharged by being guided to the discharge guide hole by the roller bit, remained in the lower part of the deepest part of the drill hole. From this, it is considered that the crushed particles crushed by the roller bit slipped on the slope between the two blades of the roller bit and were slid down before being guided to the discharge guide hole.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】この発明は上述のよう
な技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達
成する。The present invention has been made based on the above technical background, and achieves the following objects.
【0006】この発明の他の目的は、れき層に遭遇して
も掘削推進力が低下しない小口径管掘削推進方法を提供
することにある。Another object of the present invention is to provide a small-diameter pipe excavation propulsion method in which the excavation propulsion force does not decrease even if a gravel layer is encountered.
【0007】この発明の他の目的は、排出用導孔に導か
れる前に破砕粒がローラビットの刃の間から滑り落ちな
い小口径管掘削推進機の掘削ビットを提供することにあ
る。Another object of the present invention is to provide an excavating bit for a small diameter pipe excavating propulsion machine in which crushed particles do not slide down between the blades of the roller bit before being guided to the discharge guide hole.
【0008】この発明の他の目的は、れき層に遭遇して
も掘削推進力が低下しないように簡易に設計できる小口
径管掘削推進機の掘削ビットを提供することにある。Another object of the present invention is to provide a drill bit for a small diameter pipe drilling propulsion machine which can be easily designed so that the drilling propulsive force does not decrease even if a gravel layer is encountered.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】この発明は、前記目的を
達成するため、次の手段を採る。The present invention adopts the following means in order to achieve the above object.
【0010】この発明の小口径管掘削推進方法は、外側
ケーシング(2)と内側ケーシング(3)とからなる先
導体(1)と、前記外側ケーシング(2)と内側ケーシ
ング(3)を結合する先導体(1)の前端部のカッター
フェイス(8)と、前記カッターフェイス(8)ととも
に公転しながら自転自在に前記カッターフェイス(8)
に設けられ複数組のローラビット(10)と、前記ロー
ラビットにより掘削される掘削物を排出するために前記
カッターフェイスに設けられ前端が開放された排出用導
孔(16)とからなる小口径管掘削推進機を用いた小口
径管掘削推進方法であって、θを定数とし積分範囲を零
秒からΔt秒までとする次式により求められるΔtIn the small-diameter pipe excavation propulsion method of the present invention, the front conductor (1) consisting of the outer casing (2) and the inner casing (3) is joined to the outer casing (2) and the inner casing (3). The cutter face (8) at the front end of the front conductor (1) and the cutter face (8) so as to freely rotate while revolving with the cutter face (8).
A small diameter of a plurality of sets of roller bits (10) provided on the cutter and a discharge guide hole (16) provided on the cutter face and having an open front end for discharging excavated material excavated by the roller bits. A small-diameter pipe excavation propulsion method using a pipe excavation propulsion device, wherein Δt is obtained by the following equation in which θ is a constant and an integration range is from 0 second to Δt seconds.
【0011】[0011]
【数9】s=e/cos(α) α:前記ローラビットの楔角の半分、 e:前記ローラビットの刃部の斜面部の半径方向の長さ ω:前記ローラビットの公転角速度 θ:前記ローラビットの角度座標 r:前記ローラビットの公転軌道半径 a:前記ローラビットの半径 k:r/a μ:掘削岩と前記ローラビットの斜面との間の摩擦係数 g:重力加速度 β:{kω・(基準時間点からの設計定数としての時
間)+2nπ}(すなわち前記ローラビットの設計定数
としての公転回転角度位置座標) n:整数 を用いて次式 L=e+a{1−cos(kωΔt)} により定義される長さLに対して、次式S = e / cos (α) α: Half of the wedge angle of the roller bit, e: Radial length of the slope of the blade of the roller bit ω: Revolution angular velocity of the roller bit θ: Angle coordinate of the roller bit r: Revolution radius of the roller bit a: Radius of the roller bit k: r / a μ: Coefficient of friction between excavated rock and slope of the roller bit g: Gravitational acceleration β: { kω · (time as a design constant from a reference time point) + 2nπ} (that is, revolution rotation angle position coordinate as a design constant of the roller bit) n: the following equation using an integer L = e + a {1-cos (kωΔt) } For the length L defined by
【0012】[0012]
【数10】で定められる関係にあるように前記排出用導
孔(16)と掘削中の掘削面との間の距離Dを設けて掘
削することを特徴としている。It is characterized in that the excavation is performed by providing a distance D between the discharge guide hole (16) and the excavation surface being excavated so as to have a relationship defined by the following equation.
【0013】また、この発明の小口径管掘削推進機の掘
削ビットは、外側ケーシング(2)と内側ケーシング
(3)とからなる先導体(1)と、前記外側ケーシング
(2)と内側ケーシング(3)を結合する先導体(1)
の前端部のカッターフェイス(8)と、掘削物を排出す
るために前記カッターフェイスに設けられ前端が開放さ
れた排出用導孔(16)とからなる小口径管掘削推進機
の掘削ビットであって、この掘削ビットは、前記カッタ
ーフェイス(8)とともに公転しながら自転自在に前記
カッターフェイス(8)に複数組が設けられるローラビ
ット(10)であり、θを定数とし積分範囲を零秒から
Δt秒までとする次式により求められるΔtFurther, the excavating bit of the small diameter pipe excavating propulsion machine of the present invention comprises a front conductor (1) comprising an outer casing (2) and an inner casing (3), the outer casing (2) and the inner casing ( Leading conductor (1) connecting 3)
Of a small-diameter pipe excavator, which comprises a cutter face (8) at the front end portion of and a discharge guide hole (16) provided at the cutter face for discharging excavated objects and having an open front end. The excavating bit is a roller bit (10) in which a plurality of sets are provided on the cutter face (8) so as to rotate while revolving with the cutter face (8), and θ is a constant, and the integration range is from 0 second. Δt obtained by the following equation up to Δt seconds
【0014】[0014]
【数9】s=e/cos(α) α:前記ローラビットの楔角の半分、 e:前記ローラビットの刃部斜面部の半径方向の長さ ω:前記ローラビットの公転角速度 θ:前記ローラビットの角度座標 r:前記ローラビットの公転軌道半径 a:前記ローラビットの半径 k:r/a μ:掘削岩と前記ローラビットの斜面との間の摩擦係数 g:重力加速度 β:{kω・(基準時間点からの設計定数としての時
間)+2nπ}(すなわち前記ローラビットの設計定数
としての公転回転角度位置座標) n:整数 を用いて次式 L=e+a{1−cos(kωΔt)} により定義される長さLに対して、次式S = e / cos (α) α: Half of the wedge angle of the roller bit, e: Radial length of the inclined surface of the blade portion of the roller bit ω: Revolution angular velocity of the roller bit θ: The above Roller bit angular coordinates r: Revolution radius of the roller bit a: Radius of the roller bit k: r / a μ: Coefficient of friction between excavated rock and slope of the roller bit g: Gravitational acceleration β: {kω・ (Time as a design constant from the reference time point) + 2nπ} (that is, revolution rotation angle position coordinate as a design constant of the roller bit) n: The following equation using an integer L = e + a {1-cos (kωΔt)} For the length L defined by
【0015】[0015]
【数12】から求められる最大値eを前記ローラビット
の刃部斜面部の半径方向の長さとして設計されたことを
特徴としている。It is characterized in that the maximum value e obtained from the equation (12) is designed as the length in the radial direction of the inclined surface of the blade portion of the roller bit.
【0016】また、この発明の小口径管掘削推進機の掘
削ビットは、外側ケーシング(2)と内側ケーシング
(3)とからなる先導体(1)と、前記外側ケーシング
(2)と内側ケーシング(3)を結合する先導体(1)
の前端部のカッターフェイス(8)と、前記ローラビッ
ト(10)により掘削される掘削物を排出するために前
記カッターフェイスに設けられ前端が開放された排出用
導孔(16)とからなる小口径管掘削推進機の掘削ビッ
トであって、この掘削ビットは、前記カッターフェイス
(8)とともに公転しながら自転自在に前記カッターフ
ェイス(8)に複数組が設けられるローラビット(1
0)であり、前記排出用導孔(16)の前端開口が前記
カッターフェイス(8)の前端面に一致しまたはほぼ一
致するように位置づけられ、前記ローラビット(10)
の刃部斜面部の半径方向の長さが前記ローラビット(1
0)の刃先間距離よりも小さく設計されたことを特徴と
している。Further, the excavating bit of the small diameter pipe excavating propulsion machine of the present invention comprises a front conductor (1) comprising an outer casing (2) and an inner casing (3), the outer casing (2) and the inner casing ( Leading conductor (1) connecting 3)
Of the cutter face (8) at the front end and a discharge guide hole (16) provided at the cutter face for discharging the excavated material excavated by the roller bit (10) and having an open front end. A digging bit for a caliber pipe digging propulsion machine, wherein the digging bit is a roller bit (1) provided with a plurality of sets on the cutter face (8) so as to be rotatable while revolving with the cutter face (8).
0), and the front end opening of the discharge guide hole (16) is positioned so as to coincide with or substantially coincide with the front end surface of the cutter face (8), and the roller bit (10).
The length in the radial direction of the blade slope of the roller bit (1
It is characterized by being designed to be smaller than the distance between the cutting edges of 0).
【0017】[0017]
【作用】この発明の小口径管掘削推進方法は、掘削孔の
前端面である掘削面から適切な間隔だけ後退した位置に
排出用導孔の前端の開口が位置づけられている。破砕さ
れた破砕粒は、ローラビットの刃先部の斜面を滑りなが
らローラビットとともに自転する。自転しながらローラ
ビットの刃先部の斜面から設計定数として定められた位
置で落下し始める破砕粒は、排出用導孔に誘導される。In the small-diameter pipe excavation propulsion method of the present invention, the opening of the front end of the discharge guide hole is positioned at a position retracted from the excavation surface which is the front end surface of the excavation hole by an appropriate distance. The crushed crushed particles rotate along with the roller bit while sliding on the slope of the blade edge of the roller bit. The crushed particles that start to fall from the inclined surface of the blade edge portion of the roller bit at a position determined as a design constant while rotating are guided to the discharge guide hole.
【0018】また、この発明の小口径管掘削推進機は、
ローラビットの刃部斜面部の半径方向の長さが、設計定
数として定められた位置との関係で定められている。自
転しながらローラビットの刃先部の斜面から設計定数と
して定められた位置で落下し始める破砕粒は、排出用導
孔に誘導される。The small-diameter pipe excavation propulsion machine of the present invention is
The radial length of the blade slope portion of the roller bit is defined in relation to the position defined as a design constant. The crushed particles that start to fall from the inclined surface of the blade edge portion of the roller bit at a position determined as a design constant while rotating are guided to the discharge guide hole.
【0019】また、この発明の小口径管掘削推進機は、
排出用導孔の前端開口がカッターフェイスの前端面に一
致しまたはほぼ一致するように位置づけられ、ローラビ
ットの刃部斜面部の半径方向の長さがローラビットの刃
先間距離よりも小さく設計されているので、掘削面から
破砕粒が落下する落下点までの距離内にカッターフェイ
スの前端面を位置させる設計が行われている。Further, the small diameter pipe excavation propulsion machine of the present invention is
It is designed so that the front end opening of the discharge guide hole matches or almost coincides with the front end surface of the cutter face, and the radial length of the beveled part of the roller bit is designed to be smaller than the distance between the cutting edges of the roller bit. Therefore, the front end face of the cutter face is designed to be located within the distance from the excavated surface to the drop point where the crushed particles fall.
【0020】[0020]
(実施例1)次に、本発明の実施例を説明する。図1
は、本発明の小口径管掘削推進機の実施例1を示す正面
断面図である。図1に示す小口径管掘削推進機の先導体
1は、図で左方に掘進する。掘進する先導体1に後続し
て、先導体1の後方にできる掘削孔に水道管が埋設され
る。先導体1は、外側ケーシング2と内側ケーシング3
とから構成されている。(Embodiment 1) Next, an embodiment of the present invention will be described. FIG.
1 is a front sectional view showing a first embodiment of a small diameter pipe excavation propulsion machine of the present invention. The leading conductor 1 of the small-diameter pipe excavator shown in FIG. 1 digs to the left in the figure. Subsequent to the leading conductor 1 that is being dug, a water pipe is buried in a drill hole formed behind the leading conductor 1. The front conductor 1 includes an outer casing 2 and an inner casing 3.
It consists of and.
【0021】外側ケーシング2は、前方部外側ケーシン
グ2aと後方部外側ケーシング2bとから構成されてい
る。前方部外側ケーシング2aと後方部外側ケーシング
2bとは、前方部外側ケーシング2aの後端部の凸球面部
と後方部外側ケーシング2bの前端部の凹球面部との球
面接触により、折曲自在に結合している。このため、前
方部外側ケーシング2aの軸は後方部外側ケーシング2b
の軸に対してある立体角の範囲で任意の方向に向くこと
ができる。The outer casing 2 is composed of a front outer casing 2a and a rear outer casing 2b. The front outer casing 2a and the rear outer casing 2b are bendable by spherical contact between the convex spherical surface portion of the rear end portion of the front outer casing 2a and the concave spherical surface portion of the front end portion of the rear outer casing 2b. Are connected. For this reason, the axis of the front outer casing 2a is set to the rear outer casing 2b.
It can be oriented in any direction within a certain solid angle with respect to the axis.
【0022】内側ケーシング3は、前方部内側ケーシン
グ3aと後方部内側ケーシング3bとから構成されてい
る。前方部内側ケーシング3aの後端部の外周面は全体
的に断面6角形態に形成され、その頂線部に部分凸球面
が形成されている。前方部内側ケーシング3aの前端部
の内周面は全体的に断面6角形態に形成され、その頂線
部に部分凹球面が形成されている。The inner casing 3 is composed of a front inner casing 3a and a rear inner casing 3b. The outer peripheral surface of the rear end portion of the front inner casing 3a is formed to have a hexagonal cross section as a whole, and a partial convex spherical surface is formed on the top line portion thereof. The inner peripheral surface of the front end portion of the front inner casing 3a is formed to have a hexagonal cross section as a whole, and a partial concave spherical surface is formed on the top line portion thereof.
【0023】このため、前方部外側ケーシング3aと後
方部外側ケーシング3bとは、前方部外側ケーシング3a
の後端部の部分凸球面部と後方部外側ケーシング3bの
前端部の部分凹球面部との球面接触により、中折れ自在
に結合しており、前方部内側ケーシング3aの軸は後方
部内側ケーシング3bの軸に対してある立体角の範囲で
任意の方向に向くことができるが、前方部内側ケーシン
グ3aと後方部内側ケーシング3bとは、軸回りの回転方
向には拘束されていて、一体的に回転することができ
る。このような一体的回転が可能なユニバーサル・ジョ
イント構造は、特願平4−360744号明細書に詳記
されている。前方部外側ケーシング2aの軸と後方部外
側ケーシング2bの軸との間の角度制御は、流体圧シリ
ンダ装置9により行われる。Therefore, the front outer casing 3a and the rear outer casing 3b are the front outer casing 3a.
The partial convex spherical surface of the rear end portion and the partial concave spherical surface portion of the front end portion of the rear outer casing 3b are spherically connected to each other so that they can be folded inwardly, and the axis of the front inner casing 3a is the rear inner casing. Although it can be oriented in any direction within a certain solid angle range with respect to the axis of 3b, the front inner casing 3a and the rear inner casing 3b are constrained in the rotational direction about the axis and are integrated. Can be rotated. Such a universal joint structure capable of integral rotation is described in detail in Japanese Patent Application No. 4-360744. The angle control between the shaft of the front outer casing 2a and the shaft of the rear outer casing 2b is performed by the fluid pressure cylinder device 9.
【0024】前方部内側ケーシング3aと後方部内側ケ
ーシング3bの各円筒状外周面にはそれぞれに螺旋羽根
4が巻き付けられ固定されている。内側ケーシング3と
螺旋羽根4とでオーガを構成している。内側ケーシング
3の円筒状内周面の内側には、先導孔掘削用ケーシング
5が内挿されている。先導孔掘削用ケーシング5の前端
部には、先導孔掘削用ビット6が設けられている。外側
ケーシング2は回転しないが、内側ケーシング3と先導
孔掘削用ケーシング5とはそれぞれに独立に回転駆動さ
れる。A spiral blade 4 is wound around and fixed to each of the cylindrical outer peripheral surfaces of the front inner casing 3a and the rear inner casing 3b. The inner casing 3 and the spiral blade 4 form an auger. A guide hole excavating casing 5 is inserted inside the cylindrical inner peripheral surface of the inner casing 3. A leading hole excavating bit 6 is provided at the front end portion of the leading hole excavating casing 5. The outer casing 2 does not rotate, but the inner casing 3 and the guide hole excavating casing 5 are independently driven to rotate.
【0025】前方部外側ケーシング2aの前端には、カ
ッターフェイス7が回転自在に結合している。カッター
フェイス7と内側ケーシング3の前方部内側ケーシング
3aとは、カッターフェイス8により一体的に結合して
いる。カッターフェイス8にローラビット10,固定ビ
ット11が設けられている。図2,3は、カッターフェ
イス8とこれに一体的に結合しているローラビット1
0,外周用ゲージカッター11との位置関係を詳しく示
している。図2は左側面図、図3は正面断面図である。A cutter face 7 is rotatably connected to the front end of the front outer casing 2a. The cutter face 7 and the front inner casing 3a of the inner casing 3 are integrally connected by a cutter face 8. The cutter face 8 is provided with a roller bit 10 and a fixed bit 11. 2 and 3 show a cutter face 8 and a roller bit 1 integrally connected thereto.
0, the positional relationship with the outer circumference gauge cutter 11 is shown in detail. 2 is a left side view and FIG. 3 is a front sectional view.
【0026】ローラビット10,外周用ゲージカッター
11はそれぞれに3組ずつが回転方向に120度の間隔
で相隣り合うように設けられている。3組の外周用ゲー
ジカッター11は半径方向には同じ位置に設けられてい
るが、3組のローラビット10は半径方向には異なる位
置に設けられている。3組の外周用ゲージカッター11
の先鋭な外周縁が形成する円形の中心線はカッターフェ
イス8の軸とは平行でもなく直交もしないが、ローラビ
ット10の先鋭な外周縁が形成する円形の中心線は、カ
ッターフェイス8の軸心線に直交している。The roller bit 10 and the outer circumference gauge cutter 11 are provided so that three sets are adjacent to each other at intervals of 120 degrees in the rotation direction. The three sets of outer circumference gauge cutters 11 are provided at the same positions in the radial direction, but the three sets of roller bits 10 are provided at different positions in the radial direction. 3 sets of gauge cutters for outer circumference 11
The circular center line formed by the sharp outer peripheral edge of the roller bit 10 is neither parallel nor orthogonal to the axis of the cutter face 8, but the circular center line formed by the sharp outer peripheral edge of the roller bit 10 is the axis of the cutter face 8. It is orthogonal to the core line.
【0027】カッターフェイス8の前端面12は軸方向
に直交する平面に形成されている。外周用ゲージカッタ
ー11は前端面12より後方に納められているが、ロー
ラビット10は1部が前端面12より前方に突出してい
る。ローラビット10は図示しないボール軸受に回転自
在に支持されている回転軸13に同軸に固定されてい
る。各組の外周用ゲージカッター11はカッターフェイ
ス8の軸心線に直交する中心線を同心線とする各3体の
算盤球型の要素ビット10a,10b,10cから構成さ
れている。The front end face 12 of the cutter face 8 is formed in a plane orthogonal to the axial direction. The outer peripheral gauge cutter 11 is housed rearward of the front end face 12, but a part of the roller bit 10 projects forward of the front end face 12. The roller bit 10 is coaxially fixed to a rotating shaft 13 which is rotatably supported by a ball bearing (not shown). The outer circumference gauge cutter 11 of each set is composed of three abacus ball-shaped element bits 10a, 10b, 10c each having a center line orthogonal to the axis of the cutter face 8 as a concentric line.
【0028】図4に示すように、算盤球型の各要素ビッ
ト10aは、2体の切頭円錐体を逆向きに1体化した形
態であり、外周縁(刃先)は先鋭に形成されている。外
周縁を含み回転軸13の軸心線に直交する平面と前記切
頭円錘体中心断面の形状線との交わり角はαに設計され
ている。2体の切頭円錐体の中心断面に現れる2本の形
状線の交わり角は2αに設計されている。軸方向に隣り
合う要素ビット10a、10bの刃先間の軸方向の距離は
長さdに設定されている。傾斜角αを持たないローラビ
ット10の刃部平行平面部の直径を2aで表し、傾斜角
αを持つ刃部斜面部の半径方向長さをeとする。As shown in FIG. 4, each abacus element bit 10a has a shape in which two truncated cones are integrated in the opposite direction, and the outer peripheral edge (blade edge) is sharply formed. There is. The intersection angle between the plane including the outer peripheral edge and orthogonal to the axis of the rotary shaft 13 and the shape line of the truncated cone center cross section is designed to be α. The intersection angle of the two shape lines appearing in the central cross section of the two truncated cones is designed to be 2α. The axial distance between the cutting edges of the axially adjacent element bits 10a and 10b is set to a length d. The diameter of the blade parallel plane portion of the roller bit 10 having no inclination angle α is represented by 2a, and the radial length of the blade inclined surface portion having the inclination angle α is e.
【0029】3組のローラビット10、外周用ゲージカ
ッター11の後方にはカッターフェイス7内に、図2,
3に示すように、それぞれに排出用導孔15,16が軸
方向に設けられている。排出用導孔16の前端開放口の
ローラビット10の前端あるいはカッターフェイス8の
前端面に対する位置関係が、後述する設計定数に基づい
て定められる。Behind the three sets of roller bits 10 and the outer circumference gauge cutter 11, inside the cutter face 7, FIG.
As shown in FIG. 3, discharge guide holes 15 and 16 are respectively provided in the axial direction. The positional relationship between the front end opening of the discharge guide hole 16 and the front end of the roller bit 10 or the front end face of the cutter face 8 is determined based on design constants described later.
【0030】3組のローラビット10、外周用ゲージカ
ッター11の回転方向後方にはカッターフェイス8に、
図2に示すように、それぞれに排出案内板17,18が
設けられている。排出案内板17,18は、排出用導孔
15,16の回転方向後方の縁に設けられている。排出
用導孔15,16は、外側ケーシング2と内側ケーシン
グ3との間の環状空間に接続されている。A cutter face 8 is provided at the rear of the three pairs of roller bits 10 and outer circumference gauge cutter 11 in the rotational direction.
As shown in FIG. 2, discharge guide plates 17 and 18 are provided respectively. The discharge guide plates 17 and 18 are provided at the rear edges of the discharge guide holes 15 and 16 in the rotation direction. The discharge guide holes 15 and 16 are connected to an annular space between the outer casing 2 and the inner casing 3.
【0031】(実施例1の動作)次に、前記実施例1の
動作を説明する。先導孔掘削用ケーシング5を回転駆動
して、先導孔掘削用ビット6により小口径の先導孔を掘
削する。次に、先導孔掘削用ケーシング5を中心軸とし
て、後方部内側ケーシング3a を回転駆動する。後方部
内側ケーシング3a に回転方向に結合している前方部内
側ケーシング3bが回転する。前方部内側ケーシング3b
に結合しているカッターフェイス8及びカッターフェ
イス7が回転する。(Operation of First Embodiment) Next, the operation of the first embodiment will be described. The guide hole excavating casing 5 is rotationally driven, and the guide hole excavating bit 6 excavates a guide hole having a small diameter. Next, the rear inner casing 3a is rotationally driven with the leading hole excavating casing 5 as the central axis. The front inner casing 3b, which is rotationally connected to the rear inner casing 3a, rotates. Front inner casing 3b
The cutter face 8 and the cutter face 7, which are connected to, rotate.
【0032】カッターフェイス8に設けられているロー
ラビット10,外周用ゲージカッター11が回転して、
外周用ゲージカッター11が主として小口径孔の円筒周
面を形成するように掘削する。ローラビット10は、主
として掘進前方に小口径孔の円形断面を形成するように
掘削する。このような掘進と並行し先導体1に後続し
て、掘削孔内に水道管が導入され地中に埋設される。掘
削孔の曲がりは、前方部外側ケーシング2a と前方部内
側ケーシング3a との首振り制御により修正される。The roller bit 10 and the outer circumference gauge cutter 11 provided on the cutter face 8 rotate,
The outer peripheral gauge cutter 11 excavates mainly so as to form a cylindrical peripheral surface of a small diameter hole. The roller bit 10 is excavated mainly so as to form a circular cross section of a small diameter hole in front of the excavation. In parallel with such excavation, a water pipe is introduced into the excavation hole and buried under the ground, following the front conductor 1. The bending of the drill hole is corrected by the swing control of the front outer casing 2a and the front inner casing 3a.
【0033】ローラビット10,外周用ゲージカッター
11により掘削された掘削屑は、先導孔掘削用ケーシン
グ5の先端部などから噴射される水とともに、排出用導
孔15,16を通り、外側ケーシング2と内側ケーシン
グ3との間の環状空間に送られ、螺旋羽根4により後方
へ排出される。れき地盤中の玉石、転石は、ローラビッ
ト10の長さdだけ離れた刃先の楔作用により割られ
る。このように割られる石の平均粒径の直径はローラビ
ット10の刃先間距離dで近似される。Excavation chips excavated by the roller bit 10 and the outer circumference gauge cutter 11 pass through the discharge guide holes 15 and 16 together with water sprayed from the tip of the guide hole excavation casing 5, and the outer casing 2. Is sent to the annular space between the inner casing 3 and the inner casing 3, and is discharged rearward by the spiral blade 4. The boulders and boulders in the gravel ground are broken by the wedge action of the cutting edge separated by the length d of the roller bit 10. The diameter of the average particle diameter of the stone thus divided is approximated by the distance d between the cutting edges of the roller bit 10.
【0034】このような平均粒径の破砕岩の運動を解析
するために、図5を参照する。図2で左回転するカッタ
ーフェイス8は、図5で右回転するように表されている
(すなわち、図2は前方より見たものであるが、図5は
後方より見たものである)。ローラビット10の自転軸
は、位置イと位置ホで水平に、位置ロと位置ニで水平に
対してθ度、θ+π/2に、位置ハで鉛直に向いてい
る。先導体1の軸をZ軸とする水平面X−Z座標に直交
し、X軸、Z軸の交点Oを通る線をY軸とする。交点O
を以下原点という。平面X−Yを掘削孔の最深部の鉛直
掘削面Sに一致させる。In order to analyze the motion of the crushed rock having such an average grain size, refer to FIG. The cutter face 8 that rotates counterclockwise in FIG. 2 is shown to rotate clockwise in FIG. 5 (ie, FIG. 2 is seen from the front, but FIG. 5 is seen from the rear). The rotation axis of the roller bit 10 is oriented horizontally at the positions a and e, at the positions b and d, at θ degrees and θ + π / 2 with respect to the horizontal, and vertically at the position c. A line orthogonal to the horizontal plane X-Z coordinate having the axis of the leading conductor 1 as the Z axis and passing through the intersection O of the X axis and the Z axis is taken as the Y axis. Intersection O
Is hereinafter referred to as the origin. The plane XY is aligned with the vertical excavation surface S at the deepest part of the excavation hole.
【0035】点線で示した円C1 は、掘削面Sとローラ
ビット10が掘削面上を転動して掘削面に接触する接触
点の軌跡である。位置ハについて、θ=0とする。位置
イから位置ロまでのローラビット10の公転角度は、+
θである。図6に、位置ロにあるローラビット10と掘
削面との接触点をP1 で表している。このようなローラ
ビット10が円になるように投影した図が、図7であ
る。ローラビット10の自転方向を矢aで示す。刃先円
C2 上の点P1 から自転軸Oj に向かう刃面上の折れ線
の折れ点をP2 とする。A circle C 1 indicated by a dotted line is a locus of a contact point where the excavation surface S and the roller bit 10 roll on the excavation surface and come into contact with the excavation surface. For position c, θ = 0. The revolution angle of the roller bit 10 from position a to position b is +
θ. In FIG. 6, the contact point between the roller bit 10 at the position B and the excavation surface is represented by P 1 . FIG. 7 is a diagram in which the roller bit 10 is projected in a circle. The rotation direction of the roller bit 10 is indicated by an arrow a. The break point of the broken line on the blade surface from the point P 1 on the cutting edge circle C 2 toward the rotation axis O j is defined as P 2 .
【0036】線分P1 P2 と自転軸に直交する平面との
角度が、図4に示した角度αである。点P2 を自転方向
に角度βだけ回転させた位置の点をP3 とする。線分P
1 P2 と自転軸Oj に直交する平面との角度はαであ
る。図8は、図7の正面図を角度θだけ傾けて表してい
る。自転軸Oj に点P3 から降ろした垂線の足を点P7
とする。直線P2 P7 に点P3 から下した垂線の足をP
5 とする。The angle between the line segment P 1 P 2 and the plane orthogonal to the rotation axis is the angle α shown in FIG. The point at the position where the point P 2 is rotated by the angle β in the rotation direction is defined as P 3 . Line segment P
The angle between 1 P 2 and the plane orthogonal to the rotation axis Oj is α. FIG. 8 shows the front view of FIG. 7 tilted by an angle θ. Put the foot of the perpendicular line drawn from the point P 3 on the axis of rotation Oj at the point P 7
And P on the straight line P 2 P 7 and the perpendicular line descending from the point P 3
Set to 5 .
【0037】図7から容易にわかるように、線分P3 P
5 の長さは、a・sin(β)である。図8に、点P3
から点P5 を通る鉛直線に下した垂線の足を点P6 で示
す。線分P5 P6 の長さは、(線分P3 P5 )・sin
(θ)であるので、 線分P5 P6 =a・sin(β)sin(θ) で表される。直線P3 P7 と水平面との間の角度をγと
すると、線分線分P5 P7 は水平であり、点P7 と点P
3 との落差は長さP5 P6 であるので、すなわち、点P
3 を通る水平線に点P7 から下した垂線の足をP8 とす
ると、P7 P8 =P5 P6 であるので sin(γ)=(線分P5 P6 )/a =sin(β)sin(θ) (1) したがって、As can be easily seen from FIG. 7, the line segment P 3 P
The length of 5 is a · sin (β). In FIG. 8, point P 3
Perpendicular line of the leg, who defeated a vertical line passing through the point P 5 from the show at the point P 6 a. The length of the line segment P 5 P 6 is (line segment P 3 P 5 ) · sin
Since it is (θ), it is represented by the line segment P 5 P 6 = a · sin (β) sin (θ). If the angle between the straight line P 3 P 7 and the horizontal plane is γ, the line segment P 5 P 7 is horizontal, and the point P 7 and the point P
Since the difference with 3 is the length P 5 P 6 , that is, the point P
Assuming that the foot of the perpendicular line from the point P 7 to the horizontal line passing through 3 is P 8 , P 7 P 8 = P 5 P 6 , so sin (γ) = (segment P 5 P 6 ) / a = sin ( β) sin (θ) (1) Therefore,
【0038】[0038]
【数1】 点P3 から半径方向に向かう刃部面上の線の水平面に対
する角度δは、θが零度の近辺で近似的に δ=γ+α (3) となる。[Equation 1] The angle δ of the line on the blade surface extending from the point P 3 in the radial direction with respect to the horizontal plane is approximately δ = γ + α (3) when θ is near zero.
【0039】図9は、掘削面Sを形成しながら公転自転
する位置ロのローラビット10の平面図を示している。
排出用導孔16の前端と掘削面Sとの間の間隔をDとす
る。今破砕岩である平均直径dの球Rの中心から刃部の
斜面に降ろした垂線の足即ちこのような球と刃部の斜面
との接触点Qとこの接触点Qから半径方向に向かう線と
刃先とが交わる点との間の距離をD1 とする妥当な仮定
を設ける。刃先線に一致したときの接触点Qが排出用導
孔16の前端線よりある距離D1 だけ前方の点を含む鉛
直面より後方にあれば、球Rは排出用導孔16に落ちる
が、そうでない場合は、球Rは排出用導孔16に落ちな
いで掘削孔の下方に向かって落ちるものとする。このよ
うな仮定による境界点を図9に、点Q1 で表している。FIG. 9 is a plan view of the roller bit 10 at the position B where it revolves around its axis while forming the excavated surface S.
The distance between the front end of the discharge guide hole 16 and the excavation surface S is D. A foot of a perpendicular line dropped from the center of a sphere R having an average diameter d, which is now crushed rock, to the slope of the blade, that is, a contact point Q between such a sphere and the slope of the blade and a line extending from the contact point Q in the radial direction. Make a reasonable assumption that D 1 is the distance between the point where the and the cutting edge meet. If the contact point Q when it coincides with the cutting edge line is behind the vertical plane including the point anterior to the front end line of the discharge guide hole 16 by a distance D 1 , the ball R falls into the discharge guide hole 16, If not, the ball R does not fall into the discharge guide hole 16 but falls toward the bottom of the drill hole. The boundary point based on this assumption is represented by the point Q 1 in FIG.
【0040】 L=D−D1 (4) で表す量D2 を定義する。球Rの自転はそれほど速くな
いので、球Rと刃部の斜面との間の摩擦係数は、静止摩
擦係数であり十分に大きいので、球Rは、点Qから点Q
1 まで刃部の斜面を落下しながら自転するローラビット
10と一体に回転すると考えてよい。点Qから点Q1 ま
での距離D3 は、次の近似式 D3 =aβ2 (5) で表される。ここで、β2 は角度QP7 Q1 である。L = D−D 1 (4) The quantity D 2 expressed by (4) is defined. Since the rotation of the sphere R is not so fast, the coefficient of friction between the sphere R and the slope of the blade is a static friction coefficient, which is sufficiently large.
It may be considered that the roller bit 10 that rotates while dropping the inclined surface of the blade up to 1 rotates together with the roller bit 10. The distance D 3 from the point Q to the point Q 1 is represented by the following approximate expression D 3 = aβ 2 (5). Here, β 2 is the angle QP 7 Q 1 .
【0041】重力加速度gが作用する球Rが刃部の斜面
に沿って受ける加速度は、式3のδを用いて、gsin
(δ)である。球の質量をMとすると、球が斜面に沿っ
て受ける力F2 は、摩擦係数をμとすると、 F1 =Mgsin(δ)−μMgcos(δ) (6) ローラビット10の公転角速度をω、ローラビット10
の公転軌道の半径をrとすると、ローラビット10の外
周近くの周速度vは、次式で近似される。The acceleration received by the sphere R on which the gravitational acceleration g acts along the inclined surface of the blade is gsin
(Δ). Letting the mass of the sphere be M, the force F 2 that the sphere receives along the slope is F 1 = Mgsin (δ) -μMgcos (δ) (6) The revolution angular velocity of the roller bit 10 is ω , Roller bit 10
Let r be the radius of the revolution orbit of, the peripheral speed v near the outer circumference of the roller bit 10 is approximated by the following equation.
【0042】 v=ωr (7) したがって、球がローラビット10と一体に回転するこ
とにより発生する遠心力は、V = ωr (7) Therefore, the centrifugal force generated when the sphere rotates integrally with the roller bit 10 is
【0043】[0043]
【数2】 である。この遠心力は、球Rに刃部の斜面に向く方向の
成分として作用するので、その成分をF2 とすると、[Equation 2] Is. This centrifugal force acts on the sphere R as a component in the direction toward the inclined surface of the blade portion, so if the component is F 2 ,
【0044】[0044]
【数3】 したがって、球Rを運動させる方向に働く力Fは、(Equation 3) Therefore, the force F acting in the direction of moving the sphere R is
【0045】[0045]
【数4】 刃部の斜面上で半径方向の座標をsとすると、運動方程
式は、[Equation 4] Letting s be the radial coordinate on the slope of the blade, the equation of motion is
【0046】[0046]
【数5】 式(2),(3)から、θが小さい範囲で、(Equation 5) From equations (2) and (3), in the range where θ is small,
【0047】[0047]
【数6】 点Qの角度位置座標をβ1 とすると、点Qがローラビッ
ト10上で半径方向に運動する距離sは、(Equation 6) If the angular position coordinate of the point Q is β 1 , the distance s by which the point Q moves in the radial direction on the roller bit 10 is
【0048】[0048]
【数7】 で積分範囲は、β1 からβ2 までである。式(2),
(3)を代入して、(Equation 7) The integration range is from β 1 to β 2 . Equation (2),
Substituting (3),
【0049】[0049]
【数8】 ここで、十分によい近似範囲で、θは定数扱いとするこ
とができる。積分範囲は、β1 =0からβ2 =(r/
a)ωΔtであるから、k=r/aとおいて、(Equation 8) Here, θ can be treated as a constant within a sufficiently good approximation range. The integration range is β 1 = 0 to β 2 = (r /
a) Since ωΔt, k = r / a
【0050】[0050]
【数9】この積分は、半径方向初期座標を零、半径方向
初速度を零として行う。図9に示すように、掘削面Sと
ローラビット10の隣り合う刃先に挟まれ楔作用で割ら
れた瞬間の岩石が、ローラビット10との間の十分に大
きい摩擦力によりローラビット10と同体に回転しなが
ら、この岩石がローラビット10の刃先と接する位置ま
でローラビット10の半径方向に滑るものと仮定する。
この仮定は妥当な仮定である。刃先間距離で定まるある
値の平均粒径の球が半径方向に滑る距離は、e/cos
(α)より小さいが、よい近似でe/cos(α)とす
る。## EQU9 ## This integration is performed with the radial initial coordinate set to zero and the radial initial velocity set to zero. As shown in FIG. 9, the rock at the moment when it is sandwiched between the excavated surface S and the adjacent cutting edge of the roller bit 10 and split by the wedge action is the same body as the roller bit 10 due to a sufficiently large frictional force between the excavation surface S and the roller bit 10. It is assumed that the rock slides in the radial direction of the roller bit 10 to a position in contact with the cutting edge of the roller bit 10 while rotating in the direction.
This assumption is a valid assumption. The distance that a sphere having a certain average particle diameter determined by the distance between the blade edges slides in the radial direction is e / cos
Although it is smaller than (α), it is e / cos (α) with a good approximation.
【0051】この長さsが先に述べたe/cos(α)
に一致する点が、落下開始点である。This length s is the above-mentioned e / cos (α)
The point that coincides with is the fall start point.
【0052】 s=e/cos(α) (16) 図9,10から分かるように落下点Q1 と掘削面Sとの
間の距離Lは、近似的に、 L=e+{a−a・cos(kωΔt)} =e+a{1−cos(kωΔt)} (17) この式中の変数Δtは、式(16)と式(17)とから
求めることができる。掘削面Sと排出用導孔16の前端
面との間の距離をDとすると、ローラビット10から落
下する岩石球が排出用導孔16に誘導されるための十分
条件は、次式で表される。S = e / cos (α) (16) As can be seen from FIGS. 9 and 10, the distance L between the drop point Q 1 and the excavation surface S is approximately L = e + {a−a · cos (kωΔt)} = e + a {1-cos (kωΔt)} (17) The variable Δt in this equation can be obtained from the equations (16) and (17). If the distance between the excavation surface S and the front end face of the discharge guide hole 16 is D, a sufficient condition for guiding the rock ball falling from the roller bit 10 to the discharge guide hole 16 is given by the following formula. To be done.
【0053】[0053]
【数10】この式(19)は、θが零に近い範囲では時
間tに関して近似的であるが一般式である。ここで、d
は岩石球の平均粒径(直径)である。なお、上記で、e
はaに較べて十分に小さいので、(a+e)はaで近似
した。[Mathematical formula-see original document] This equation (19) is a general equation although it is approximate with respect to time t in the range in which θ is close to zero. Where d
Is the average particle size (diameter) of the rock sphere. In the above, e
Is sufficiently smaller than a, so (a + e) is approximated by a.
【0054】DがLの最小値よりも小さい場合は、前記
範囲で、岩石球は全て排出用導孔16に誘導されるが、
Lの設計値が小さすぎると、掘削効率が悪い。逆に、L
の設計値が大きすぎると、掘削効率はよいが、落下して
掘削孔の底に溜まる掘削岩の量が多くなり、掘削に支障
が出る。従って、値Lは設計値として実験により経験則
的に定める設計定数の扱いをする。When D is smaller than the minimum value of L, all the rock balls are guided to the discharge guide hole 16 within the above range.
If the design value of L is too small, the excavation efficiency is poor. Conversely, L
If the design value of is too large, the excavation efficiency will be good, but the amount of excavated rock that falls and accumulates at the bottom of the excavation hole will be large, which will hinder excavation. Therefore, the value L is treated as a design value, which is a design constant empirically determined by experiments.
【0055】次に、パラメータに具体的な数値を入れて
検討する。摩擦係数を零、公転各速度を20rpmすな
わち秒速(2/3)π、ローラビット10の半径aと公
転半径rの比を3とし、公転半径を40cm強とし、ロ
ーラビット10の楔角の半分αを30度とし、式(8)
で表される遠心力を質量Mで割った遠心加速度に式(1
0)に現れるcos(α)をかけた加速度を400cm
/sec・secに設定し、重力加速度gを1000c
m/sec・secとすると、sin(β)が0.0
0、0.03、0.06、0.09、0.12、0.1
5、0.18の位置について、すなわち、ローラビット
10と掘削面Sとの接点が10度強回転する位置までの
5点の位置における加速度Aを小さい角度範囲の6ヶ所
のθについて加速度曲線を示すと図11のようになる。Next, a specific numerical value will be put into the parameter for consideration. The friction coefficient is zero, each revolution speed is 20 rpm, that is, a speed (2/3) π per second, the ratio of the radius a of the roller bit 10 to the revolution radius r is 3, the revolution radius is slightly more than 40 cm, and the wedge angle of the roller bit 10 is half. Let α be 30 degrees, and use equation (8)
The centrifugal acceleration obtained by dividing the centrifugal force represented by
The acceleration multiplied by cos (α) appearing in 0) is 400 cm
/ Sec · sec, gravitational acceleration g is 1000c
If m / sec · sec, sin (β) is 0.0
0, 0.03, 0.06, 0.09, 0.12, 0.1
5, 0.18 positions, that is, the acceleration A at five points up to the position where the contact point between the roller bit 10 and the excavation surface S makes a strong rotation of 10 degrees, the acceleration curves are shown for six θ in a small angle range. It is as shown in FIG.
【0056】図11は、摩擦係数μ=0.1のときのも
のである。掘削面Sとの接点部がβが最大値0.20に
なるところまで回転したとき、sinθが最大値0.1
の場合に加速度Aは最大値示し、約404cm/sec
・secになる。これに遠心力成分を加えると約800
cm/sec・secとなる。FIG. 11 shows the case where the friction coefficient μ = 0.1. When the contact point with the excavation surface S rotates up to the point where β reaches a maximum value of 0.20, sin θ has a maximum value of 0.1.
In case of, the acceleration A shows the maximum value, about 404 cm / sec
・ It becomes sec. When the centrifugal force component is added to this, about 800
cm / sec · sec.
【0057】次に、β=0.05の場合に、摩擦係数μ
とsinθを変えた場合の加速度Aを表1に示す。また
sinθ=0.04で固定し、βとμとを考えたときの
加速度Aを表2に示す。Next, when β = 0.05, the friction coefficient μ
Table 1 shows the acceleration A when sin and sin θ are changed. Table 2 shows the acceleration A when β and μ are taken into consideration by fixing sin θ = 0.04.
【0058】[0058]
【表1】 [Table 1]
【0059】[0059]
【表2】 これらの表から、例えばβ=0.05、摩擦係数μ=
0.1、sinθ=0.06のところでの加速度約30
0を用いて検討する。遠心加速度成分400を加えて、
加速度が700cm/sec・secで検討する。式
(16)のSとして、2cmとすると、次式[Table 2] From these tables, for example β = 0.05, friction coefficient μ =
0.1, acceleration at sin θ = 0.06 about 30
Consider using 0. Adding the centrifugal acceleration component 400,
Consider acceleration at 700 cm / sec.sec. Assuming that S in the equation (16) is 2 cm, the following equation is obtained.
【0060】[0060]
【数11】 から求められるΔtの間に、ローラビット10は、約2
5度ほど回転することになる。したがって、落下点Q1
と掘削面Sとの間の距離Lは、概算で式(18)から、
摩擦係数μとして0.1を選ぶと、以上の計算を繰り返
して、距離Lは、約(e+0.09a)である。[Equation 11] During the time Δt obtained from
It will rotate about 5 degrees. Therefore, the drop point Q1
The distance L between the excavation surface and the excavation surface S is approximately calculated from the equation (18),
When 0.1 is selected as the friction coefficient μ, the above calculation is repeated and the distance L is about (e + 0.09a).
【0061】図2,3に示した実験機は、刃先間距離d
=3cm、e=1.8cm、a=11cmである。摩擦
係数μ=0.1の場合について計算すると、L=2.8
となる。実験機を用いた実験結果は、D=2.0の時に
破砕粒の下方部への滞留が起きずに掘進が可能であっ
た。この値は、摩擦係数が0.1のときの理論値よりも
小さいので、破砕粒の下方部への落下防止は十分すぎる
値であることがわかる。しかし、摩擦係数がより大きく
なれば、Lは2.8cmよりもやや大きくなる。The experimental machine shown in FIGS. 2 and 3 has a distance d between the cutting edges.
= 3 cm, e = 1.8 cm, and a = 11 cm. Calculating for a friction coefficient μ = 0.1, L = 2.8
Becomes As a result of the experiment using the experimental machine, when D = 2.0, it was possible to excavate without the retention of the crushed particles in the lower part. Since this value is smaller than the theoretical value when the friction coefficient is 0.1, it can be seen that the prevention of the falling of the crushed particles to the lower portion is too sufficient. However, if the friction coefficient becomes larger, L becomes slightly larger than 2.8 cm.
【0062】現実の摩擦係数は0.1又はこれよりやや
大きいであろうから、現実の長さLは、前記2.8cm
より大きくなるはずである。ただし、前記解析からわか
るように、前記数値は、θが零度から約10度までの小
さい値の範囲のものでもある。したがって、θがより大
きく変われば、長さLはより大きくなる。しかし、θ=
0の近傍で、破砕粒を拾い切ればよい。すなわち、θ=
90、θ=270の近辺で拾い出せなかった破砕粒はθ
=0度、θ=180度の所まで持ち上げられるから、そ
の際に、改めて拾い出せばよい。したがって、前記実施
例では、Lより小さいDは3cm以下でよい。Since the actual friction coefficient will be 0.1 or a little larger than this, the actual length L is 2.8 cm.
It should be bigger. However, as can be seen from the analysis, the numerical values are also in the range of small values of θ from 0 degree to about 10 degrees. Therefore, the greater the change in θ, the greater the length L. However, θ =
In the vicinity of 0, all the crushed particles should be picked up. That is, θ =
About 90, θ = 270, crushed particles that could not be picked up were θ
Since it can be lifted up to = 0 degree and θ = 180 degrees, it can be picked up again at that time. Therefore, in the above embodiment, D smaller than L may be 3 cm or less.
【0063】(実施例2)実施例2は、小口径管掘削推
進機の図4に示す掘削ビットに関する。排出用導孔16
の前端面は、実施例1では必ずしもカッターフェイス8
の前端面に一致していない。この実施例2は、排出用導
孔16の前端面が先導体2のカッターフェイス8の前端
面に一致している。ローラビット10の斜面部が岩盤面
から地盤中へ突入する現実の掘削中は、Dはeまたはこ
れに近い値になっているので、前記式(18)におい
て、 D=e (20) として近似することができる。この式(20)と式(1
8)から、値eの最大値を求めることができる。このよ
うな最大値をeの値として設計するのが、前記理論解析
と実験結果との整合性から現実的であることが分かる。(Embodiment 2) Embodiment 2 relates to a drill bit shown in FIG. 4 of a small diameter pipe excavator. Discharge guide hole 16
The front end face of the cutter face 8 is not necessarily the cutter face 8 in the first embodiment.
Does not match the front face of the. In the second embodiment, the front end face of the discharge guide hole 16 coincides with the front end face of the cutter face 8 of the front conductor 2. During the actual excavation in which the slope of the roller bit 10 plunges into the ground from the rock surface, D is e or a value close to this, so in the above equation (18), D = e (20) is approximated. can do. This equation (20) and equation (1
The maximum value of the value e can be obtained from 8). It can be seen that it is realistic to design such a maximum value as the value of e from the consistency between the theoretical analysis and the experimental result.
【0064】(実施例3)実施例3は、小口径管掘削推
進機の図4に示す掘削ビットに関する。排出用導孔16
の前端面は、実施例1,2では必ずしもカッターフェイ
ス8の前端面に一致していない。この実施例3は、排出
用導孔16の前端面が先導体2のカッターフェイス8の
前端面に一致するかほぼ一致している。このように排出
用導孔16の前端開口をカッターフェイス8の前端面に
一致するかほぼ一致させて、ローラビット10の刃部斜
面部の半径方向の長さeをローラビット10の刃先間距
離dよりも小さく設計する。(Embodiment 3) Embodiment 3 relates to a drill bit shown in FIG. 4 of a small-diameter pipe excavator. Discharge guide hole 16
The front end face of No. 1 does not necessarily match the front end face of the cutter face 8 in the first and second embodiments. In the third embodiment, the front end face of the discharge guide hole 16 is substantially the same as the front end face of the cutter face 8 of the front conductor 2. In this way, the front end opening of the discharge guide hole 16 is matched or substantially matched with the front end face of the cutter face 8, and the radial length e of the blade slope portion of the roller bit 10 is set to the blade tip distance of the roller bit 10. Design smaller than d.
【0065】このような設計は、直径が大きほど破砕粒
は落下しにくいこととDがLに近い値になる理論的解析
とから妥当である。dがeよりもやや大きければ、θ=
90度の場合に、破砕粒の落下を防止できるが、θは変
数であるので、dを比較的にeより大きい値にするのが
よい。d=3.0cm、e=1.8cmである前記実験
機による結果は、dが比較的にeよりも大きいので、θ
を変数とする理論的解析にこの点でも一致している。Such a design is appropriate in view of the fact that the crushed particles are less likely to fall as the diameter is larger and the theoretical analysis in which D becomes a value close to L. If d is slightly larger than e, then θ =
In the case of 90 degrees, the fall of the crushed particles can be prevented, but since θ is a variable, it is preferable to make d relatively larger than e. The results obtained by the experimental machine with d = 3.0 cm and e = 1.8 cm show that d is relatively larger than e.
This point also agrees with the theoretical analysis with the variable.
【0066】(その他の実施例)式(20)は、パラメ
ータとして、掘削機の回転速度ω(ビットの公転角速
度)、ビットの公転半径r、ビットの自転半径a、比r
/a(=k)、1組の隣り合う刃先間距離d、刃先の楔
角2αを持っている。したがって、式(21)を満たす
ように設計するとき、値Dを先に決めて、ω、r、a、
d、αの値を設計定数とすることができる。ただし、半
径rは、水道管の定められた直径値により自動的に決ま
る値であるので、比kは掘削効率の点から強い制限をう
ける。また、公転角速度も駆動部のパワーから強い制限
を受ける。したがって、Dが適切な設計定数になる。こ
の場合、eはDに強い制限をうけるので、eも設計定数
の1つとなるが、楔角2αとの関係が考慮され設計され
る。(Other Embodiments) The equation (20) has parameters such as the rotational speed ω of the excavator (bit revolution angular velocity), the bit revolution radius r, the bit rotation radius a, and the ratio r.
/ A (= k), a distance d between adjacent pairs of blade edges, and a wedge angle 2α of the blade edges. Therefore, when designing to satisfy the equation (21), the value D is first determined, and ω, r, a,
The values of d and α can be used as design constants. However, since the radius r is a value that is automatically determined by the determined diameter value of the water pipe, the ratio k is strongly limited in terms of excavation efficiency. Further, the revolution angular velocity is also strongly limited by the power of the driving unit. Therefore, D becomes an appropriate design constant. In this case, since e is strongly restricted by D, e is also one of the design constants, but is designed in consideration of the relationship with the wedge angle 2α.
【0067】[0067]
【発明の効果】この発明によると、次の効果が奏され
る。適切な値を設計定数として選ぶので、落下石の量を
飛躍的に減らすことができる。また、破砕粒の大きさと
の関係からeまたはD、Lの大きさをきめるので、θの
値の変化に対しても破砕力を維持できる。According to the present invention, the following effects are exhibited. Since an appropriate value is selected as the design constant, the amount of falling stones can be dramatically reduced. Further, since the size of e, D, or L is determined from the relationship with the size of the crushed particles, the crushing force can be maintained even if the value of θ changes.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】図1は、本発明の小口径管掘削推進方法に用い
る小口径管掘削推進機の実施例1を示す正面図である。FIG. 1 is a front view showing a first embodiment of a small-diameter pipe excavation propulsion machine used in the small-diameter pipe excavation propulsion method of the present invention.
【図2】図2は、図1の左側面図である。FIG. 2 is a left side view of FIG.
【図3】図3は、図1の部分正面図である。FIG. 3 is a partial front view of FIG.
【図4】図4は、ローラビット10の平面図である。FIG. 4 is a plan view of the roller bit 10.
【図5】図5は、掘削面とローラビット10の各回転位
置における位置関係を示す鳥瞰図である。5 is a bird's-eye view showing the positional relationship between the excavated surface and the roller bit 10 at each rotational position. FIG.
【図6】図6は、掘削面とローラビット10とが接して
いる1転動接触点とローラビット10の1回転位置にお
ける位置関係を示す拡大した斜軸投影図である。FIG. 6 is an enlarged oblique-axis projection view showing a positional relationship between one rolling contact point where the excavation surface and the roller bit 10 are in contact with each other and one rotation position of the roller bit 10.
【図7】図7は、掘削面とローラビット10の任意の回
転位置における位置関係を示し、ローラビット10が円
で表されるようにその回転角度に応じた角度で表したす
斜軸投影図である。FIG. 7 shows a positional relationship between the excavated surface and the roller bit 10 at an arbitrary rotational position, and the oblique axis projection is represented by an angle corresponding to the rotational angle of the roller bit 10 as represented by a circle. It is a figure.
【図8】図8は、図7のVIII−VIII線で切断した平面を
基準とする任意の回転位置にあるローラビット10の中
心断面における幾何的解析図である。8 is a geometrical analysis diagram in the center cross section of the roller bit 10 at an arbitrary rotation position with reference to the plane cut along the line VIII-VIII of FIG. 7.
【図9】図9は、掘削面とローラビット10の任意の回
転位置における位置関係を示す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing the positional relationship between the excavation surface and the roller bit 10 at an arbitrary rotational position.
【図10】図10は、掘削面とローラビット10の任意
の回転位置における位置関係を示す幾何的解析用斜軸投
影図である。FIG. 10 is a geometric analysis oblique-axis projection view showing the positional relationship between the excavation surface and the roller bit 10 at an arbitrary rotational position.
【図11】図11は、加速度曲線のCGに2軸座標を付
加したグラフである。FIG. 11 is a graph in which biaxial coordinates are added to CG of an acceleration curve.
1…先導体 2…外側ケーシング 3…内側ケーシング 8…カッターフェイス 10…ローラビット 12…前端面 14…排出用導孔 α:前記ローラビットの楔角の半分、 e:前記ローラビットの刃部の斜面部の半径方向の長さ ω:前記ローラビットの公転角速度 θ:前記ローラビットの角度座標 r:前記ローラビットの公転軌道半径 a:前記ローラビットの半径 k:r/a μ:掘削岩と前記ローラビットの斜面との間の摩擦係数 g:重力加速度 β:{kω・(基準時間点からの設計定数としての時
間)+2nπ}(すなわち前記ローラビットの設計定数
としての公転回転角度位置座標) n:整数DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Leader conductor 2 ... Outer casing 3 ... Inner casing 8 ... Cutter face 10 ... Roller bit 12 ... Front end face 14 ... Ejecting guide hole α: Half of wedge angle of the roller bit, e: Blade part of the roller bit Radial length of slope part ω: Revolution angular velocity of the roller bit θ: Angular coordinates of the roller bit r: Revolution radius of the roller bit a: Radius of the roller bit k: r / a μ: Excavation rock Friction coefficient between the roller bit and the slope surface g: Gravitational acceleration β: {kω · (time as a design constant from the reference time point) + 2nπ} (that is, revolution rotation angle position coordinate as a design constant of the roller bit) n: integer
Claims (3)
(3)とからなる先導体(1)と、 前記外側ケーシング(2)と内側ケーシング(3)を結
合する先導体(1)の前端部のカッターフェイス(8)
と、 前記カッターフェイス(8)とともに公転しながら自転
自在に前記カッターフェイス(8)に設けられ複数組の
ローラビット(10)と、 前記ローラビットにより掘削される掘削物を排出するた
めに前記カッターフェイスに設けられ前端が開放された
排出用導孔(16)とからなる小口径管掘削推進機を用
いた小口径管掘削推進方法であって、 θを定数とし積分範囲を零秒からΔt秒までとする次式
により求められるΔt 【数9】 s=e/cos(α) α:前記ローラビットの楔角の半分、 e:前記ローラビットの刃部の斜面部の半径方向の長さ ω:前記ローラビットの公転角速度 θ:前記ローラビットの角度座標 r:前記ローラビットの公転軌道半径 a:前記ローラビットの半径 k:r/a μ:掘削岩と前記ローラビットの斜面との間の摩擦係数 g:重力加速度 β:{kω・(基準時間点からの設計定数としての時
間)+2nπ}(すなわち前記ローラビットの設計定数
としての公転回転角度位置座標) n:整数 を用いて次式 L=e+a{1−cos(kωΔt)} により定義される長さLに対して、次式 【数10】 で定められる関係にあるように前記排出用導孔(16)
と掘削中の掘削面との間の距離Dを設けて掘削すること
を特徴とする小口径管掘削推進方法。1. A front conductor (1) comprising an outer casing (2) and an inner casing (3), and a front end portion of the front conductor (1) connecting the outer casing (2) and the inner casing (3). Cutter face (8)
A plurality of sets of roller bits (10) provided on the cutter face (8) so as to be able to rotate while revolving with the cutter face (8), and the cutter for discharging excavated material excavated by the roller bits. A small-diameter pipe excavation propulsion method using a small-diameter pipe excavation propulsion machine, which comprises a discharge guide hole (16) provided on the face and having an open front end, wherein θ is a constant and the integration range is from 0 second to Δt seconds. Δt obtained by the following equation up to s = e / cos (α) α: Half the wedge angle of the roller bit, e: Radial length of the slope of the blade of the roller bit ω: Revolution angular velocity of the roller bit θ: Of the roller bit Angular coordinates r: Radius of orbit of the roller bit a: Radius of the roller bit k: r / a μ: Coefficient of friction between excavated rock and slope of the roller bit g: Gravitational acceleration β: {kω ・ (reference Time as a design constant from the time point) + 2nπ} (that is, revolution rotation angle position coordinate as a design constant of the roller bit) n: defined by the following equation using an integer L = e + a {1-cos (kωΔt)} For the length L, The discharge guide hole (16) has a relationship defined by
A small-diameter pipe excavation propulsion method, which comprises excavating with a distance D between the excavation surface and the excavation surface being excavated.
(3)とからなる先導体(1)と、 前記外側ケーシング(2)と内側ケーシング(3)を結
合する先導体(1)の前端部のカッターフェイス(8)
と、 掘削物を排出するために前記カッターフェイスに設けら
れ前端が開放された排出用導孔(16)とからなる小口
径管掘削推進機の掘削ビットであって、 この掘削ビットは、前記カッターフェイス(8)ととも
に公転しながら自転自在に前記カッターフェイス(8)
に複数組が設けられるローラビット(10)であり、 θを定数とし積分範囲を零秒からΔt秒までとする次式
により求められるΔt 【数9】s=e/cos(α) α:前記ローラビットの楔角の半分、 e:前記ローラビットの刃部斜面部の半径方向の長さ ω:前記ローラビットの公転角速度 θ:前記ローラビットの角度座標 r:前記ローラビットの公転軌道半径 a:前記ローラビットの半径 k:r/a μ:掘削岩と前記ローラビットの斜面との間の摩擦係数 g:重力加速度 β:{kω・(基準時間点からの設計定数としての時
間)+2nπ}(すなわち前記ローラビットの設計定数
としての公転回転角度位置座標) n:整数 を用いて次式 L=e+a{1−cos(kωΔt)} により定義される長さLに対して、次式 【数12】から求められる最大値eを前記ローラビット
の刃部斜面部の半径方向の長さとして設計されたことを
特徴とする小口径管掘削推進機の掘削ビット。2. A front conductor (1) comprising an outer casing (2) and an inner casing (3), and a front end portion of the front conductor (1) connecting the outer casing (2) and the inner casing (3). Cutter face (8)
And a discharge guide hole (16) provided in the cutter face for discharging a drilling material and having an open front end, the drill bit of a small diameter pipe drilling propulsion machine, wherein the drilling bit is the cutter. The cutter face (8) is free to rotate while revolving with the face (8).
Is a roller bit (10) provided with a plurality of sets, and Δt is obtained by the following equation where θ is a constant and the integration range is from 0 second to Δt seconds: s = e / cos (α) α: Half of the wedge angle of the roller bit, e: radial length of the blade slope of the roller bit ω: revolution angular velocity of the roller bit θ: angular coordinate of the roller bit r: revolution radius of the roller bit a : Radius of the roller bit k: r / a μ: coefficient of friction between excavated rock and slope of the roller bit g: gravitational acceleration β: {kω · (time as design constant from reference time point) + 2nπ} (That is, the revolution rotation angle position coordinate as the design constant of the roller bit) n: The following equation using an integer L = e + a {1-cos (kωΔt)} 12] Obtained from An excavating bit for a small-diameter pipe excavating machine, wherein the maximum value e is designed as the length in the radial direction of the slope of the blade of the roller bit.
(3)とからなる先導体(1)と、 前記外側ケーシング(2)と内側ケーシング(3)を結
合する先導体(1)の前端部のカッターフェイス(8)
と、 前記ローラビット(10)により掘削される掘削物を排
出するために前記カッターフェイスに設けられ前端が開
放された排出用導孔(16)とからなる小口径管掘削推
進機の掘削ビットであって、 この掘削ビットは、前記カッターフェイス(8)ととも
に公転しながら自転自在に前記カッターフェイス(8)
に複数組が設けられるローラビット(10)であり、 前記排出用導孔(16)の前端開口が前記カッターフェ
イス(8)の前端面に一致しまたはほぼ一致するように
位置づけられ、 前記ローラビット(10)の刃部斜面部の半径方向の長
さが前記ローラビット(10)の刃先間距離よりも小さ
く設計されたことを特徴とする小口径管掘削推進機の掘
削ビット。3. A front conductor (1) comprising an outer casing (2) and an inner casing (3), and a front end portion of the front conductor (1) connecting the outer casing (2) and the inner casing (3). Cutter face (8)
And a discharge guide hole (16) provided on the cutter face and having an open front end for discharging the excavated material excavated by the roller bit (10). This drill bit revolves with the cutter face (8) while freely revolving around the cutter face (8).
A plurality of sets are provided in the roller bit (10), and the front end opening of the discharge guide hole (16) is positioned so as to match or substantially match the front end surface of the cutter face (8). An excavating bit for a small-diameter pipe excavator, characterized in that the radial length of the blade sloped surface of (10) is designed to be smaller than the distance between blade edges of the roller bit (10).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6301548A JPH08135845A (en) | 1994-11-10 | 1994-11-10 | Excavation propulsion method using small diameter pipe and excavation bit for excavation propelling machine using small diameter pipe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6301548A JPH08135845A (en) | 1994-11-10 | 1994-11-10 | Excavation propulsion method using small diameter pipe and excavation bit for excavation propelling machine using small diameter pipe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08135845A true JPH08135845A (en) | 1996-05-31 |
Family
ID=17898268
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6301548A Pending JPH08135845A (en) | 1994-11-10 | 1994-11-10 | Excavation propulsion method using small diameter pipe and excavation bit for excavation propelling machine using small diameter pipe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08135845A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108895201A (en) * | 2018-07-09 | 2018-11-27 | 中国铁建重工集团有限公司 | A kind of push-bench and formula pipe jacking construction method can be retracted |
-
1994
- 1994-11-10 JP JP6301548A patent/JPH08135845A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108895201A (en) * | 2018-07-09 | 2018-11-27 | 中国铁建重工集团有限公司 | A kind of push-bench and formula pipe jacking construction method can be retracted |
CN108895201B (en) * | 2018-07-09 | 2024-05-28 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | Push bench and retractable push bench construction method |
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