(57)【要約】【課題】簡単な構成で、掘削径を大きくすることなく、岩粉がカッターヘッド外周、掘進機外周及び埋設管外周と地山との間に入り込むのを防止し、カッターヘッド外周、掘進機本体外周及び埋設管外周と地山との回転駆動及び推進に伴う摩擦抵抗を軽減することができる推進工法用掘進機を提供することを目的とする。【解決手段】推進工法用掘進機において、前面に掘削ビットを備え、ジャッキにより切羽側に押圧されると共に、駆動手段により回転駆動されるカッターヘッドと、前記カッターヘッドの先端部外周の全周に設けられる岩粉巻き込み防止突起と、を備え、前記岩粉巻き込み防止突起は、前記カッターヘッドの径方向に対して同じ厚みを有し、前記カッターヘッドの周方向に沿って切羽面に対して連続した波形の凹凸が形成されることを特徴とする。【選択図】図３
2010121305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進工法用掘進機において、
前面に掘削ビットを備え、ジャッキにより切羽側に押圧されると共に、駆動手段により回転駆動されるカッターヘッドと、
前記カッターヘッドの先端部外周の全周に設けられる岩粉巻き込み防止突起と、
を備え、
前記岩粉巻き込み防止突起は、前記カッターヘッドの径方向に対して同じ厚みを有し、前記カッターヘッドの周方向に沿って切羽面に対して連続した波形の凹凸が形成されることを特徴とする推進工法用掘進機。
【請求項２】
前記駆動手段を正逆回転駆動可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の推進工法用掘進機。
【請求項３】
前記岩粉巻き込み防止突起の凸部の先端部を、前記カッターヘッドの外周先端に位置させたことを特徴とする請求項１または２に記載の推進工法用掘進機。
【請求項４】
前記岩粉巻き込み防止突起の後部に添加材または滑材を供給する注入口を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の推進工法用掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管渠を地中に推進埋設する推進工法用掘進機に関し、特に、地山との摩擦抵抗を低減し、掘削及び推進のための動力を低減する岩盤掘削に適した推進工法用掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水道に代表される管渠の地中への設置方法として、地表部の利用を可能とする非開削の推進工法が多く用いられる。このような推進工法において、地山の土質が普通土の場合は特に問題はないが、地山が軟岩や硬岩などの岩盤の場合、掘進機のカッターヘッドを回転駆動するのに普通土に比較し大きな駆動力を必要とする。さらに、カッターヘッドの掘削に伴い発生する粒径の小さい岩粉がカッターヘッドの外周と地山との間の狭い空間に巻き込まれ滞留することにより回転摩擦抵抗が増加し、カッターヘッドの回転駆動が困難になるという問題がある。
【０００３】
推進工法に用いられる掘進機の外周と地山との間の空間は、通常、推進精度の関係もあり、後続する埋設管が推進できる程度しか形成されておらず、この狭い空間に岩粉が入り込み滞留し摩擦抵抗が大きくなり回転駆動できなくなるという問題と、さらに、岩粉が後続の掘進機本体及び埋設管と地山との間の空間に入り込むと、掘進機本体及び埋設管外周と地山との摩擦抵抗が大きくなり、掘進機本体及び埋設管のジャッキによる推進が困難になるという問題も発生する。このような問題を解決するために、特開平８−１７０４８９号公報には、推進工法に用いる掘進機のカッターヘッドの外周に余堀用側面切削ビットを配置し、掘進機本体及び埋設管の外径より大きな内径のトンネルを掘削して、掘進機本体の外周及び埋設管外周と地山との間の空間を大きくし、入り込んだ岩粉による摩擦抵抗を軽減する推進工法用掘進機が開示されている。また、同公報には、掘進機の外周に岩粉排出用の水を供給する水噴出口を設けることも開示されている。
【特許文献１】特開平８−１７０４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開平８−１７０４８９号公報に開示された推進工法用掘進機は、掘進機本体及び埋設管の外径より大きな内径のトンネルを掘削するものであり、埋設管を設置するのに必要なトンネルより大きな断面のトンネルを掘削することによる動力消費量の増加、余分に掘削した岩屑の処理量の増加、さらに、掘削後、テールボイドに多くの充填材を充填する必要があり、施工コストの大幅な上昇を招くという問題が発生する。
【０００５】
本発明は、前記従来技術の持つ課題を解決するもので、簡単な構成で、掘削径を大きくすることなく、岩粉がカッターヘッド外周、掘進機外周及び埋設管外周と地山との間に入り込むのを防止し、カッターヘッド外周、掘進機本体外周及び埋設管外周と地山との回転駆動及び推進に伴う摩擦抵抗を軽減することができる推進工法用掘進機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の推進工法用掘進機は、前記課題を解決するために、推進工法用掘進機において、前面に掘削ビットを備え、ジャッキにより切羽側に押圧されると共に、駆動手段により回転駆動されるカッターヘッドと、前記カッターヘッドの先端部外周の全周に設けられる岩粉巻き込み防止突起と、を備え、前記岩粉巻き込み防止突起は、前記カッターヘッドの径方向に対して同じ厚みを有し、前記カッターヘッドの周方向に沿って切羽面に対して連続した波形の凹凸が形成されることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の推進工法用掘進機は、前記駆動手段を正逆回転駆動可能にしたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の推進工法用掘進機は、前記岩粉巻き込み防止突起の凸部の先端部を、前記カッターヘッドの外周先端に位置させたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の推進工法用掘進機は、前記カッターヘッドの前記岩粉巻き込み防止突起の後部に添加材または滑材を供給する注入口を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
推進工法用掘進機において、前面に掘削ビットを備え、ジャッキにより切羽側に押圧されると共に、駆動手段により回転駆動されるカッターヘッドと、前記カッターヘッドの先端部外周の全周に設けられる岩粉巻き込み防止突起と、を備え、前記岩粉巻き込み防止突起は、前記カッターヘッドの径方向に対して同じ厚みを有し、前記カッターヘッドの周方向に沿って切羽面に対して連続した波形の凹凸が形成される構成により、カッターヘッド外周と地山との間に入り込んだ掘削に伴い発生する岩粉は、切羽面に対して連続した波形の凹凸が形成された岩粉巻き込み防止突起のカッターヘッドの回転に伴う螺旋効果により凹部と凸部に沿って相対移動し、凸部の頂点から切羽面側に押し出し、カッターヘッド外周と地山との間の空間に滞留することなく、岩粉巻き込み防止突起の後部に入り込むのを防止でき、カッターヘッドと地山との間の摩擦抵抗の増加を防止できる。
駆動手段を正逆回転駆動可能にした構成により、掘進方向の片寄りを防止できると共に、カッターヘッドの正逆回転においても、切羽面に対して連続した波形の凹凸が形成された岩粉巻き込み防止突起の螺旋効果により岩粉を切羽面側に押し出すことができる。
岩粉巻き込み防止突起の凸部の先端部を、前記カッターヘッドの外周先端に位置させた構成により、切羽面に対して連続した波形の凹凸が形成された岩粉巻き込み防止突起のカッターヘッドの回転に伴う螺旋効果により凹部と凸部に沿って相対移動し、凸部の頂点から切羽面方向に押し出し、カッターヘッド外周と地山との間の空間に滞留することなく、岩粉巻き込み防止突起の後部に入り込むのを防止でき、カッターヘッドと地山との間の摩擦抵抗の増加を防止できる。
岩粉巻き込み防止突起の後部に添加材または滑材を供給する注入口を設けた構成により、岩粉巻き込み防止突起を乗り越えた一部の岩粉による摩擦抵抗の増加を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の推進工法用掘進機の側面図であり、図２は、カッターヘッドの正面図である。
【００１２】
セミシールド推進工法や小口径推進工法に用いられる掘進機１は、地山を掘削するカッターヘッド２を備えた掘進機本体３の後方に埋設管１１を順次継ぎ足しながら埋設を行うものである。一般的に、掘進機１と埋設管１１は、発進立坑に設置された元押しジャッキ（図示せず）により推進される。カッターヘッド２の回転駆動に伴う反力も元押しジャッキが支持する。推進距離が長くなる場合、元押しジャッキによる推進力を補うために、埋設管の間に中押しジャッキ（図示せず）を設置しても良い。
【００１３】
掘進機１は、中空円筒形の掘進機本体３の前方に、掘進機本体３とほぼ同じ外径の円筒形のカッターヘッド２が軸受４を介して回転自在に配置される。掘進機本体３の前部に切削フランジ５を一体に形成し、切削フランジに駆動モータ等の駆動手段６が配置され、カッターヘッド２を回転駆動する。駆動手段６は、正逆回転可能とされる。回転駆動手段６により一方向のみにカッターヘッド２を回転駆動すると掘削方向が一方に片寄る恐れがあるので、正回転駆動、逆回転駆動を交互繰り返すことで掘削方向の片寄りを防止する。
【００１４】
カッターヘッド２の前面には、複数の掘削ビット７が配置される。掘削ビット７としては、カッターヘッド２の回転駆動により切羽面との接触で自転するローラビットタイプ、回転しない切削ビットタイプのものがあり、対象地盤に応じて組み合わせて用いる。カッターヘッド２の前面には、掘削ビット６により掘削された岩屑をカッターヘッド２内に取り込むための開口８が形成される。掘削ビット６７を備え、元押しジャッキにより切羽面側に押圧されて回転駆動するカッターヘッド２により、掘進機本体３の外径より若干大きな内径のトンネルが掘削される。
【００１５】
掘進機本体３に形成した切削フランジ５に、開口８からカッターヘッド２内に取り込まれた岩屑を搬送するスクリュウコンベア等の掘削物搬送手段９が気密に貫通して配置され、掘削物を後部に搬送する。円筒形のカッターヘッド２の外周先端に岩粉巻き込み防止突起１０が、円筒形のカッターヘッド２の全周に渡って形成される。岩粉巻き込み防止突起１０の機能については後述する。
【００１６】
推進工法に用いられる掘進機１による地山の掘削は、通常、推進精度の関係もあり、後続する埋設管１１が推進できる程度の内径しか掘削しない。その結果、円筒形のカッターヘッド２の外周と地山との間の空間は非常に狭いものになる。カッターヘッド２による掘削対象地盤が普通土の場合、カッターヘッド２を回転駆動するための負荷はそれほど大きくなく問題はないが、掘削対象地盤が岩盤の場合、カッターヘッド２を回転駆動するための負荷は大きく、カッターヘッド２の外周と地山との狭い空間に岩盤掘削により発生する粒径の小さい岩粉がカッターヘッド２の回転により巻き込まれ滞留すると、摩擦抵抗が増大しカッターヘッド２の回転駆動が困難になる事態が発生する。
【００１７】
図３は、このような事態の発生を防止するために、カッターヘッド２の外周に設置した岩粉巻き込み防止突起１０の斜視図である。岩粉巻き込み防止突起１０は、円筒形のカッターヘッド２の外周の全周に渡って溶接等の手段より設置される。岩粉巻き込み突起１０は、カッターヘッド２の径方向に同じ厚み（高さ）を有し、カッターヘッド２の周方向に沿って切羽面に対して連続した波形の凹凸が形成される。岩粉巻き込み防止突起１０の厚みは、掘削されるトンネルの穴壁と円筒形のカッターヘッド２の外周との間の間隔以下になるようにし、岩粉巻き込み突起１０と穴壁との接触を防止し、岩粉巻き込み防止突起１０と穴壁との接触による摩擦抵抗の増大と、岩粉巻き込み防止突起１０の穴壁との接触による摩耗を防止する。
【００１８】
岩粉巻き込み防止突起１０の切羽面に対して波形の凹凸の凸部の先端の位置を、カッターヘッド２の外周の先端位置と一致するように配置する。図３に示される凹凸は直線状であるが、波形の凹凸をサインカーブ状の曲線としても良い。また、カッターヘッド２の外周の岩粉巻き込み防止突起１０の後部に、添加剤又は滑剤を供給する注入口１２を設けても良い。
【００１９】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、カッターヘッド２が正回転駆動する場合の岩粉巻き込み防止突起の作用を示す図である。図４（ａ）の矢印に示されるように、カッターヘッド２が正回転する場合、切羽面側に押圧されながら回転駆動されるカッターヘッド２の前面に設置した掘削ビット７により切羽面の岩盤が掘削される。掘削により発生する径の大きな岩塊は、カッターヘッド２の前面に形成した開口８からカッターヘッド２内に取り込まれ、掘削物搬送手段９により後方に搬送される。掘削により発生する粒径の小さい岩粉の一部は、円筒形のカッターヘッド２の外周と掘削されたトンネルの穴壁との間の隙間に入り込む。
【００２０】
円筒形のカッターヘッド２の外周に設置された切羽面に対して連続した波形の凹凸は、凹部入り込んだ岩粉を、図４（ａ）に示すようにカッターヘッド２の回転方向と逆方向に凹部から凸部へと相対移動させ、カッターヘッド２の外周先端位置に位置する凸部の先端から切羽側に押し出し、カッターヘッド２の外周と穴壁との隙間に岩粉が滞留し、岩粉巻き込み防止突起１０の後部への岩粉の入り込むのを防止する。例えば、岩粉巻き込み防止突起１０を直線状としてカッターヘッド２の外周に設置した場合、掘削により発生した岩粉は、本発明のような波形の凹凸による相対移動が無いため岩粉巻き込み防止突起を乗り越えて後方の隙間に入り込み滞留してカッターヘッド２の回転駆動の抵抗を増加させる。
【００２１】
本発明のように、岩粉巻き込み防止突起を切羽面に対して波形の凹凸に形成することにより、カッターヘッド２の外周先端が切羽面と接触するような状態においても、発生した岩粉が岩粉巻き込み防止突起１０の凹部に入り込むので、岩粉巻き込み防止突起１０を乗り越えて後方に入り込む岩粉の量を少なくすることができる。凹部に入り込んだ岩粉は、カッターヘッド２の回転により凹部から凸部に相対移動し、凸部の先端から切羽面側に押し出される。
【００２２】
図４（ａ）に示すように、岩粉巻き込み防止突起１０の後方に添加材または滑材の注入口１２を設けても良い。添加材または滑材を供給することにより、岩粉巻き込み防止突起１０を乗り越えた一部の岩粉を滞留させることなく後方に排出し、摩擦抵抗の増加を防止できる。
【００２３】
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、カッターヘッド２が逆回転駆動する場合の岩粉巻き込み防止突起の作用を示す図である。図５（ａ）の矢印に示されるように、カッターヘッド２が逆回転する場合、切羽面側に押圧されながら回転駆動されるカッターヘッド２の前面に設置した掘削ビット７により切羽面の岩盤が掘削される。掘削により発生する径の大きな岩塊は、カッターヘッド２の前面に形成した開口８からカッターヘッド２内に取り込まれ、掘削物搬送手段９により後方に搬送される。掘削により発生する粒径の小さい岩粉の一部は、円筒形のカッターヘッド２の外周と掘削されたトンネルの穴壁との間の隙間に入り込む。
【００２４】
円筒形のカッターヘッド２の外周に設置された切羽面に対して連続した波形の凹凸は、入り込んだ岩粉を、図５（ａ）に示すようにカッターヘッド２の回転方向と逆方向に凹部から凸部へと相対移動させ、カッターヘッド２の外周先端位置に位置する凸部の先端から切羽側に押し出し、カッターヘッド２の外周と穴壁との隙間に岩粉が滞留し、岩粉巻き込み防止突起１０の後部への岩粉の入り込むのを防止する。
【００２５】
図５（ａ）に示すように、岩粉巻き込み防止突起１０の後方に添加材または滑材の注入口１２を設けても良い。添加材または滑材を供給することにより、岩粉巻き込み防止突起１０を乗り越えた一部の岩粉を滞留させることなく後方に排出し、摩擦抵抗の増加を防止できる。
【００２６】
以上のように、本発明の推進工法用掘進機によれば、掘削径を大きくすることなく、岩粉がカッターヘッド外周、掘進機外周及び埋設管外周と地山との間に入り込むのを防止し、カッターヘッド外周、掘進機本体外周及び埋設管外周と地山との回転駆動及び推進に伴う摩擦抵抗を軽減することができる
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態を示す図である。
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施形態を示す図である。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：掘進機、２：カッターヘッド、３：掘進機本体、４：軸受け、５：フランジ、６：駆動手段、７：掘削ビット、８：開口、９：掘削物搬送手段、１０：岩粉巻き込み防止突起、１１：埋設管、１２：添加材または滑材の注入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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