JPH09217583A - 地盤の掘削方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削効率を高めることにある。 【解決手段】 地盤の掘削装置は、先方ほど筒状の本体
の軸線から離れるように本体の軸線と交差する軸線を有
クラッシャヘッドを本体の先端部内に本体と共同してク
ラッシャを構成するように配置し、クラッシャヘッドに
連結された掘削ヘッドを本体の先端に配置し、クラッシ
ャヘッドがその軸線の周りに回転することを阻止しつ
つ、クラッシャヘッドの軸線と本体の軸線との交差点を
中心とする首振り運動をさせるようにクラッシャヘッド
および掘削ヘッドを変位させることにより、掘削ヘッド
の複数のカッタビットで被掘削部を溝を掘削して該溝に
囲まれた１以上のブロックを被掘削部に形成し、該ブロ
ックを本体内に取り込んで破砕するようにしたことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、横穴、縦穴等を地中に
形成する掘削方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】横穴、縦穴等を地中に形成する掘削装置
の１つとして、筒状の本体の先端部に配置されたカッタ
ヘッドにより掘削面全体を掘削する装置がある。しか
し、このような掘削装置では、掘削面全体を掘削するか
ら、掘削効率が低い。

【０００３】掘削装置の他の１つとして、複数の鋸歯状
カッタを筒状の本体の先端部に一方向に間隔をおいて配
置し、各鋸歯状カッタを往復移動させることにより、被
掘削部に複数の溝を形成してそれらの溝により分割され
た複数のブロックを被掘削部に形成し、それらのブロッ
クを本体内に取り込む装置がある。しかし、この掘削装
置では、鋸歯状カッタを往復移動させるにすぎないか
ら、被掘削部のうち、鋸歯状カッタの移動方向の端部を
接続する部位に対応する箇所が掘削されず、その結果長
い板状カッタを被掘削部の対応する箇所に押し込んでブ
ロックを地盤から分離しなければならず、掘削効率が低
い。

【０００４】

【解決しようとする課題】本発明の目的は、掘削効率を
高めることにある。

【０００５】

【解決手段、作用、効果】本発明の地盤の掘削方法は、
掘削により被掘削部に溝を形成して前記溝で囲まれた１
以上のブロックを前記被掘削部に形成し、該ブロックを
筒状の本体内に取り込んで破砕することを含む。

【０００６】本発明によれば、ブロックが掘削により形
成された溝により地盤から分離されるから、ブロックを
地盤から分離する長い板状カッタが不要であり、したが
って掘削効率が高い。

【０００７】本発明の地盤の掘削装置は、筒状の本体
と、該本体の先端部内に配置されたクラッシャヘッドで
あって先方ほど前記本体の軸線から離れるように前記本
体の軸線と交差する軸線を有しかつ前記本体と共同して
クラッシャを構成するクラッシャヘッドと、前記本体の
先端に配置されかつ前記クラッシャヘッドに連結された
掘削ヘッドと、前記クラッシャヘッドがその軸線の周り
に回転することを阻止しつつ、前記クラッシャヘッドの
軸線と前記本体の軸線との交差点を中心とする首振り運
動をさせるように前記クラッシャヘッドを変位させる駆
動機構とを含み、前記掘削ヘッドは、前記クラッシャヘ
ッドの首振り運動にともなって被掘削部を掘削して溝を
形成する複数のカッタビットを備えることを特徴とす
る。

【０００８】掘削ヘッドが両軸線の交差点を中心とする
クラッシャヘッドの歳差運動すなわち首振り運動にとも
なってクラッシャヘッドと同じ変位運動をするから、各
カッタビットは、クラッシャヘッドの変位運動すなわち
首振り運動にともなって、円形の軌跡を描くように変位
することにより、被掘削部を掘削する。これにより、連
続した溝が被掘削部に掘削され、溝により囲まれたブロ
ックが被掘削部に形成される。ブロックは、掘削装置の
前進にともなって本体の先端部内に受け入れられ、本体
とクラッシャヘッドとの共同作用により破砕される。

【０００９】本発明の掘削装置によれば、クラッシャヘ
ッドの首振り運動にともなってカッタビットで被掘削部
に溝を掘削するから、溝で囲まれた１以上のブロックが
被掘削部に形成され、その結果ブロックを地盤から分離
する長い板状カッタが不要であり、掘削効率が高い。

【００１０】カッタビットを、前記被掘削部を前記本体
の外形と類似した形状に掘削するように配置することが
できる。これにより、本体の外形と類似した形状のブロ
ックが被掘削部から分離される。

【００１１】好ましい実施例においては、前記掘削ヘッ
ドは、さらに、前記クラッシャヘッドから放射状に伸び
る複数のアームと、該アームの先端部を相互に連結する
連結体とを備え、前記カッタビットは前記アームおよび
前記連結体の前側に取り付けられている。

【００１２】前記本体の外形は円形または多角形とする
ことができ、また前記連結体は前記本体の外形と類似の
形状に配置することができる。これにより、被掘削部が
複数のブロックに分離される。

【００１３】好ましい実施例においては、前記駆動機構
は、前記本体の軸線の周りに回転可能に前記本体に支持
されたシャフトであって前記クラッシャヘッドを支持す
べく前方ほど前記本体の軸線から離れるように前記本体
の軸線と交差する軸線を有する支持部を備えるシャフト
と、該シャフトを回転させる回転機構と、前記クラッシ
ャヘッドが首振り運動をすることは許すが、前記クラッ
シャヘッドがその軸線の周りに回転することは阻止する
阻止手段とを含むことができる。

【００１４】好ましい実施例においては、前記クラッシ
ャヘッドはその軸線と直交する断面積が先端側ほど小さ
い錐体部を有し、前記本体は互いに区画された前方域と
後方域とを有し、前記クラッシャヘッドおよび前記シャ
フトの支持部は前記前方域内に配置されている。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１〜図３を参照するに、掘削装
置１０は、軸線１２を有する四角筒状の本体１４を含
む。本体１４は、四角筒状の第１の筒状部１６と、第１
の筒状部１６の後端部に部分的に嵌合された四角筒状の
第２の筒状部１８とに分割されている。第１および第２
の筒状部１６，１８は、複数のジャッキ２０により屈曲
可能に連結されている。

【００１６】各ジャッキ２０は、掘削装置１０の前進方
向を修正する方向修正用のジャッキであり、また空気圧
式または油圧式のジャッキが用いられる。第２の筒状部
１８に対する第１の筒状部１６の向き、すなわち第２の
筒状部１８の軸線に対する第１の筒状部１６の軸線角度
は、少なくとも１つのジャッキ２０を所定の量だけ伸長
または収縮させることにより、修正される。これによ
り、掘削装置１０の前進方向が修正される。

【００１７】本体１４内は、第１の筒状部１６内に設け
られた壁部２２により前方域と後方域とに区画されてい
る。壁部２２には、スリーブ２４が本体１４と同軸的に
支持されている。スリーブ２４は、壁部２２を貫通して
おり、また複数のボルト２６により壁部２２に取り付け
られている。スリーブ２４には、シャフト２８が軸線１
２の周りに回転可能にシールド本体１４に支持されてい
る。

【００１８】シャフト２８は、主軸部３０と、主軸部３
０の先端に続く支持部３２とを有しており、また支持部
３２が壁部２２から前方ヘ突出するように、主軸部３０
においてスリーブ２４に複数の軸受３４により支持され
ている。支持部３２の軸線３６は、前方ほど軸線１２か
ら本体１４の半径方向外方へ離れるように、軸線１２に
対し角度θだけ傾斜しており、また壁部２２の前面に対
応する部位付近の点Ｐにおいて軸線１２と交差してい
る。

【００１９】シャフト２８は、スリーブ２４の後面に取
り付けられた回転機構３８により回転される。回転機構
３８は、電動機のような回転源と、その出力側に組み付
けられた減速機とを備えており、また減速機の出力軸に
おいてキーのような連結手段によりシャフト２８に連結
され、減速機において複数のボルト４０によりスリーブ
２４に組み付けられている。

【００２０】シャフト２８の支持部３２には、クラッシ
ャヘッド４２が回転可能に支持されている。クラッシャ
ヘッド４２は、その軸線と直交する断面積が先端側ほど
小さい四角錐状の形状を有する錐体部４４と、錐体部４
４に組み付けられたスリーブ４６とを有する。スリーブ
４６は、錐体部４４の底面から突出するように複数のボ
ルト４６により錐体部４４に組み付けられている。

【００２１】クラッシャヘッド４２は、錐体部４４が前
側となりかつクラッシャヘッド４２の軸線が支持部３２
の軸線３６と一致するようにスリーブ４６において複数
の軸受５０により支持部３２に組み付けられている。ク
ラッシャヘッド４２には、掘削ヘッド５２が取り付けら
れている。

【００２２】掘削ヘッド５２は、クラッシャヘッド４２
の外側面から放射状に伸びる厚板状の複数のアーム５４
と、アーム５４の先端部を相互に連結する連結体５６
と、アーム５４および連結体５６の前側面に対応するア
ーム５４または連結体５６の長手方向に間隔をおいて配
置された複数のカッタビット５８とを備える。各アーム
５４は、溶接等によりクラッシャヘッド４２に連結され
ている。連結体５６は、複数の長尺部材により本体１２
の外形と相似する形状すなわち四角形に形成されてお
り、また溶接等によりアーム５４に連結されている。ア
ーム５４および連結体５６の前面は、本体１４よりやや
前方に位置する。

【００２３】各カッタビット５８は、図４〜図６に示す
ように、板状のビット６０と、該ビットを取り外し可能
に受ける台座６２とを有しており、また図１に示すよう
にビット６０の刃先６４が対応するアーム５４または連
結体５６の伸長方向と直交する方向へ伸びるように、対
応するアーム５４または連結体５６の前面に台座６２に
おいて溶接等により組み付けられている。

【００２４】スリーブ３０とクラッシャヘッド４２と
は、スリーブ２４の前端部およびスリーブ４６の後端部
に形成された傘歯車６６および６８により軸線３６の周
りの相対的な回転を阻止される。傘歯車６６は軸線１２
の周りを伸び、傘歯車６８は軸線３６の周りを伸びる。
このため、傘歯車６６，６８は、その直径方向の一部に
おいてだけ噛合する。

【００２５】軸受３４，５２および傘歯車６６，６８が
配置された空間は、潤滑油で満たされている。この潤滑
油を土砂から保護するために、シール手段７０がスリー
ブ２４，４６間に配置されてており、また図示してはい
ないが、適宜なシール部材が駆動機構２０とスリーブ２
４との間、壁部２２とスリーブ２４との間、スリーブ２
４と錐体４４との間等に配置されている。

【００２６】図示では、シール手段７０は、スリーブ４
６の前端部に形成された円弧面に滑動可能に当接する内
側リングと、該内側リングの周りを伸びる外側リング
と、量リングの間に配置されたＯリングと、外側リング
を受ける受け部材とを備えたフローティングシールであ
る。スリーブ４６の円弧面は点Ｐ₀ を中心とする前方に
凸の面であり、受け部材はスリーブ２４に取り外し可能
に組み付けられている。なお、フローティングシールの
代わりに、メカニカルシールのような他のシール手段を
用いてもよい。

【００２７】本体１４の前方域は、本体１４の角錐状の
内側面により形成される第１の室７２と、第１の室７２
に続く第２の室７４とを有する。第１の室７２は、軸線
１２と直角の断面積が前方ほど大きくなるように形成さ
れており、また掘削物を受け入れるように本体１４の前
方に開口する。第２の室７４は、第１の室７２から受け
るように軸線１２の周りを四角形状に伸びる。

【００２８】クラッシャヘッド４２は、その角錐状の外
側面が本体１４の角錐状の内側面と対向するように、第
１の室７２に配置されており、また本体１４の角錐状の
内側面と共同してクラッシャを構成する。本体１４およ
びクラッシャヘッド４２は、それぞれ、軸線１２および
３６の周りを伸びる複数の突出部７６および７８を角錐
状の内側面および外側面に有する。第１の室７２内の大
きな礫は、第１および第２の室７２，７４の境界部に配
置された格子８０により、第２の室７４へ移動すること
を阻止される。

【００２９】軸線１２と直交する本体１４の断面の外
形、軸線３６と直交するクラッシャヘッド４２の断面の
外形、および軸線３６と直交する掘削ヘッドの外形は、
相似の形状を有する。また、本体１４、クラッシャヘッ
ド４２および掘削ヘッド５２は、それらの外形の各辺が
互いに対向するように結合されている。

【００３０】第２の室７４は、掘削物を排出するための
泥水を第２の室７４に供給するパイプ８２と、掘削物を
泥水とともに第２の室７４から排出するパイプ８４に連
通されている。第２の室７４は、室７４へのパイプ８
２，８４の開口部に対応する箇所に配置された板部材８
６により仕切られている。これにより、パイプ８２から
第２の室７４に供給された泥水は、第２の室７４内にお
いて軸線１２の周りを経てパイプ８４へ流れる。

【００３１】図示の実施例は、管推進工法に用いる装置
であることから、掘削装置１０は、元押し機構等からの
推力を本体１４の後部に続く１以上の管８８を介して受
けることにより、管８８とともに前進される。しかし、
最先端に配置された管８８と本体１４の後部との間に複
数のジャッキを配置し、該ジャッキにより掘削装置１０
を前進させてもよいし、掘削した穴の周囲の地盤に反力
を得て掘削装置１０を尺取り虫状に前進させてもよい。

【００３２】シャフト２８は、掘削装置１０が前進力を
受けている状態で、回転機構３８により回転される。ク
ラッシャヘッド４２は、シャフト２８の回転にともなっ
て、軸線１２の周りの回転運動をしようとするが、軸線
３６の周りの回転を傘歯車６６，６８により阻止されて
いるから、軸１２，３６の交差点Ｐを中心とする歳差運
動すなわち首振り運動をする。このとき、傘歯車６６，
６８の噛み合う部位はクラッシャヘッド４２の首振り運
動によりシャフト２８の回転方向に順次移り、傘歯車６
６，６８はクラッシャヘッド４２が軸線３６の周りに回
転することを阻止し続ける。

【００３３】クラッシャヘッド４２の首振り運動によ
り、掘削ヘッド５２も交差点点Ｐを中心とする軸線１２
の周りの歳差運動すなわち首振り運動をする。これによ
り、各カッタビット５８が円形に変位されて掘削面を掘
削する。各カッタビット５８による掘削範囲は、図３に
示すように、交差点Ｐから刃先６４までの距離Ｒ、軸線
３６から刃先６４までの距離、角度θ等により異なる。

【００３４】図示の例では、各カッタビット５８が直線
状の刃先６４を有するから、図６に破線で示すように、
刃先６４の伸長方向に長い楕円形の範囲９０となるが、
刃先６４を一点の移動軌跡は円形となる。掘削範囲９０
の最大長さ寸法は、刃先６４の長さ、交差点Ｐから刃先
６４までの距離、軸線３６から刃先６４までの距離、角
度θ等により異なる。範囲９０の最大幅は、交差点Ｐか
ら刃先６４までの距離Ｒ、軸線３６から刃先６４までの
距離、角度θ等により異なる。

【００３５】カッタビット５８は、隣り合うカッタビッ
ト５８の掘削範囲９０が重なるようなピッチでアーム５
４および連結体４６に配置されている。これにより、ア
ーム５４および連結体４６の方向へ伸びる複数の溝が掘
削装置の前進にともなって掘削面に形成される。それら
の溝は互いに続いており、このため被掘削部はそれぞれ
が溝により囲まれた複数のブロックに分割される。

【００３６】複数のブロックは、掘削装置１０の前進に
ともなって、カッタビット５８による小さい掘削物とと
もに、アーム５４および連結体５６の間の空間から第１
の室７２に受け入れられ、第１の室７２内においてクラ
ッシャヘッド４２の歳差運動によりクラッシャヘッド４
２の外側面と第１の筒状部１６の内側面とに挟み込まれ
て破砕される。

【００３７】破砕された掘削物は、掘削装置１０の前進
にともなって、格子８０を介して第２の室７４に受け入
れられる。第２の室７４内の掘削物は、パイプ８２から
第２の室７４に供給された泥水とともに、パイプ８４を
介して地上に排出される。第２の室７４内の掘削物を排
出する手段としては、スクリューコンベアを用いた排出
機構、真空排出機構等、他の手段であってもよい。

【００３８】上記から明らかなように、壁部２２および
スリーブ２４は本体１４の一部として作用し、シャフト
２８、回転機構３８および傘歯車６６，６８はクラッシ
ャヘッド４２のための駆動機構として作用し、傘歯車６
６，６８はクラッシャヘッド４２が軸線３６の周りに回
転することを阻止する阻止手段として作用する。

【００３９】上記のように、被掘削部を連続した溝で囲
まれた複数のブロックに分割し、それらのブロックを本
体１４内において破砕すると、ブロックを地盤から分離
する長い板状カッタが不要となるから、高速度で掘削す
ることができ、掘削効率が高くなる。

【００４０】本発明の掘削装置によれば、掘削ヘッド５
２に首振り運動をさせて、カッタビット５８を円形に変
位させることにより、被掘削部に溝を掘削し、その溝に
囲まれたブロックを被掘削部に形成するから、ブロック
を地盤から分離する長い板状カッタが不要であり、した
がって掘削効率が高い。

【００４１】本発明は、上記実施例に限定されない。た
とえば、クラッシャヘッド４２が軸線３６の周りに回転
することを阻止する手段として、傘歯車６６，６８を用
いる代わりに、内歯歯車と外歯歯車、複数のボールまた
はロールをそのような歯車のように配置した機構等、適
宜な機構を用いることができる。

【００４２】本発明は、軸線１２と直交する断面形状が
四角形の穴を掘削する装置のみならず、軸線１２と直交
する断面形状が三角形以上の多角形および円形の穴を掘
削する装置にも適用することができる。また、水平方向
へ伸びる横穴を掘削する装置のみならず、水平線に対し
傾斜する穴および上下方向へ伸びる縦穴を掘削する装置
にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシールド装置の一実施例を示す前面図
である。

【図２】図１の２−２線に沿って得た断面図である。

【図３】図１に示す掘削装置の前部分の拡大断面図であ
る。

【図４】図１に示す掘削装置で用いるカッタビットの一
実施例を示す正面図である。

【図５】図４に示すカッタビットの右側面図である。

【図６】図４に示すカッタビットの平面図である。

【符号の説明】

１０ 掘削装置 １２ 本体の軸線 １４ 本体 ２８ シャフト ３０ シャフトの主軸部 ３２ シャフトの支持部 ３６ 支持部およびクラッシャヘッドの軸線 ３８ 回転機構 ４２ クラッシャヘッド ４４ 錐体部 ５２ 掘削ヘッド ５４ アーム ５６ 連結体 ５８ カッタビット ６６，６８ 傘歯車（阻止手段） Ｐ 軸線１２，３６の交差点

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削により被掘削部に溝を形成して前記
   溝で囲まれた１以上のブロックを前記被掘削部に形成
   し、該ブロックを筒状の本体内に取り込んで破砕するこ
   とを含む、地盤の掘削方法。
2. 【請求項２】 筒状の本体と、該本体の先端部内に配置
   されたクラッシャヘッドであって先方ほど前記本体の軸
   線から離れるように前記本体の軸線と交差する軸線を有
   しかつ前記本体と共同してクラッシャを構成するクラッ
   シャヘッドと、前記本体の先端に配置されかつ前記クラ
   ッシャヘッドに連結された掘削ヘッドと、前記クラッシ
   ャヘッドがその軸線の周りに回転することを阻止しつ
   つ、前記クラッシャヘッドの軸線と前記本体の軸線との
   交差点を中心とする首振り運動をさせるように前記クラ
   ッシャヘッドを変位させる駆動機構とを含み、前記掘削
   ヘッドは、前記クラッシャヘッドの首振り運動にともな
   って被掘削部を掘削して溝を形成する複数のカッタビッ
   トを備える、地盤の掘削装置。
3. 【請求項３】 前記カッタビットは、前記被掘削部を前
   記本体の外形と類似した形状に掘削すべく配置されてい
   る、請求項２に記載の掘削装置。
4. 【請求項４】 前記掘削ヘッドは、さらに、前記クラッ
   シャヘッドから放射状に伸びる複数のアームと、該アー
   ムの先端部を相互に連結する連結体とを備え、前記カッ
   タビットは前記アームおよび前記連結体の前側に取り付
   けられている、請求項２または３に記載の掘削装置。
5. 【請求項５】 前記本体は円形または多角形の外形を有
   し、前記連結体は前記本体の外形と類似の形状に配置さ
   れている、請求項４に記載の掘削装置。
6. 【請求項６】 前記駆動機構は、前記本体の軸線の周り
   に回転可能に前記本体に支持されたシャフトであって前
   記クラッシャヘッドを支持すべく前方ほど前記本体の軸
   線から離れるように前記本体の軸線と交差する軸線を有
   する支持部を備えるシャフトと、該シャフトを回転させ
   る回転機構と、前記クラッシャヘッドが首振り運動をす
   ることは許すが、前記クラッシャヘッドがその軸線の周
   りに回転することは阻止する阻止手段とを含む、請求項
   ２〜５のいずれか１項に記載の掘削装置。
7. 【請求項７】 前記クラッシャヘッドは、その軸線と直
   交する断面積が先端側ほど小さい錐体部を有する、請求
   項２〜６のいずれか１項に記載の掘削装置。