(57)【要約】【課題】チャンバー内に取り込む硬質塊状物の粒径を大きくすること。【解決手段】シールド掘進機１０は、掘進機本体１２と、カッターヘッド１４と、隔壁１６と、チャンバー１８と、破砕装置３０とを備えている。破砕装置３０は、固定刃３２と回転刃３４とを有している。固定刃３２は、複数のビット３２ａと、支持プレート３２ｂとを備えている。回転刃３４は、円弧状に湾曲する３個の回転刃ブロック３５を有している。各回転刃ブロック３５は、複数のビット３５０と、支持プレート３５１とを備えている。チャンバー１８内に取り込まれた硬質塊状物は、固定刃３２と回転刃ブロック３５との間に挟まれて、細かく破砕される。【選択図】　図１
2004068384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の掘進機本体と、
前記掘進機本体の先端側に回転自在に支持され、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背面側に設けられた隔壁と、
前記隔壁により隔成され、前記カッターヘッドで掘削された掘削土砂を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内の前記掘削土砂を排出する排土機構とを有するシールド掘進機において、
前記チャンバー内に取り込まれた礫や岩盤塊などの硬質塊状物を所定粒径に破砕する破砕装置を設けたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
前記破砕装置は、前記チャンバーの外周を隔成する前記掘進機本体の内面に固設された固定刃と、
前記チャンバー内に位置する前記カッターヘッドの支持機構に固設され、前記カッターヘッドとともに回転し、前記固定刃に対向する回転刃とを備え、
前記固定および回転刃間に前記塊状物を挟んで細かく破砕することを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機。
【請求項３】
前記回転刃は、円弧状に湾曲する複数の回転刃ブロックから構成され、各回転刃ブロックは、前記カッターヘッドの支持ロッド心を中心とする円周状に沿って、所定間間隔を隔てて間欠的に配置したことを特徴とする請求項１または２記載のシールド掘進機。
【請求項４】
前記固定刃は、前記隔壁に貫通形成され、前記排土機構と連通する排出口の近傍に配置したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のシールド掘進機。
【請求項５】
前記固定刃には、付着土砂を除去する洗浄管が付設されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のシールド掘進機。
【請求項６】
前記固定刃または回転刃のいずれか一方は、前記回転刃の回転方向の前方側から後方側に向けて、両者間の対向間隔が漸次狭小になるように配置することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シールド掘進機に関し、特に、礫地盤や岩盤の掘削に適したシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
泥土圧式のシールド掘進機で礫地盤や岩盤を掘削する際には、礫や岩盤を先端に設けられたローラーカッタで破砕して、排土できる粒径まで小さくする必要があった。
【０００３】
このような場合のシールド掘進機のカッターフェイスは、面版付きで、排土可能な粒径にあわせて、スリット幅を設定し、チャンバー内に取り込む粒径を制限する構造としていた。
しかしながら、このような従来のシールド掘進機には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、シールド掘進機のカッターフェイスを面版構造として、スリット幅を制限すると、幅規制されたスリット内に取り込むまでに、掘削時間がかかり、掘削能率の低下を招くし、面版に土砂が居着いて、掘削土砂の流れが悪くなり、掘削速度が遅くなる。
【０００５】
また、チャンバー内に取り込むことができる粒径まで破砕すると、破砕に用いるローラーカッタ，ティースビット，特殊ビットなどの破砕負荷が大きくなって、その磨耗，破損が激しくなるという問題があった。
【０００６】
さらに、スリット幅を制限すると、この部分に土砂が付着堆積して、掘削土砂をチャンバー内に取り込めず、掘削不能になることが発生し易いという問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、チャンバー内に取り込む硬質塊状物の粒径を大きくすることにより、破砕用のローラーカッタなどの磨耗や破損を低減しつつ、掘削能率を向上することができるシールド掘進機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、筒状の掘進機本体と、前記掘進機本体の先端側に回転自在に支持され、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背面側に設けられた隔壁と、前記隔壁により隔成され、前記カッターヘッドで掘削された掘削土砂を収容するチャンバーと、前記チャンバー内の前記掘削土砂を排出する排土機構とを有するシールド掘進機において、前記チャンバー内に取り込まれた礫や岩盤塊などの硬質塊状物を所定粒径に破砕する破砕装置を設けた。
【０００９】
このように構成したシールド掘進機によれば、チャンバー内に取り込まれた礫や岩盤塊などの硬質塊状物を所定粒径に破砕する破砕装置を設けているので、チャンバー内に取り込んだ硬質塊状物は、破砕装置で破砕した後に、排土機構により外部に排出することになり、この結果、チャンバー内に取り込む硬質塊状物の粒径を大きくすることができる。
【００１０】
チャンバー内に取り込む礫や岩盤塊などの硬質塊状物の粒径を大きくすることができると、掘削土砂の流れが良くなり、掘削速度が早くなるとともに、破砕に用いるローラーカッタ，ティースビット，特殊ビットなどの破砕負荷を小さくするができ、これらの磨耗，破損を低減することができる。
【００１１】
前記破砕装置は、前記チャンバーの外周を隔成する前記掘進機本体の内面に固設された固定刃と、前記チャンバー内に位置する前記カッターヘッドの支持機構に固設され、前記カッターヘッドとともに回転し、前記固定刃に対向する回転刃とを備え、前記固定および回転刃間に前記塊状物を挟んで細かく破砕するように構成することができる。
【００１２】
前記回転刃は、円弧状に湾曲する複数の回転刃ブロックから構成され、各回転刃ブロックは、前記カッターヘッドの支持ロッド心を中心とする円周状に沿って、所定間間隔を隔てて間欠的に配置することができる。
【００１３】
前記固定刃は、前記隔壁に貫通形成され、前記排土機構に連通する排出口の近傍に配置することができる。
【００１４】
前記固定刃には、付着土砂を除去する洗浄管を付設することができる。
【００１５】
前記固定刃または回転刃のいずれか一方は、前記回転刃の回転方向の前方側から後方側に向けて、両者間の対向間隔が漸次狭小になるように配置することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図４は、本発明にかかるシールド掘進機の一実施例を示している。同図に示した実施例では、本発明を泥土圧式シールド掘進機に適用した場合を例示している。
【００１７】
図１に示したシールド掘進機１０は、掘進機本体１２と、カッターヘッド１４と、隔壁１６と、チャンバー１８とを備えている。掘進機本体１２は、両端が開口した円筒状に形成されていて、後端側の内周面には、土砂や水が内部に浸入することを防止するテールシール１９が設けられている。
【００１８】
カッターヘッド１４は、掘進機本体１２の先端側に回転自在に支持されており、図２にその正面側の詳細を示すように、十字状に形成されたカッタースポーク１４ａと、このカッタースポーク１４ａの中心に突設されたセンタービット１４ｂと、カッタースポーク１４ａの背面側中心に延設された支持ロッド１４ｃとを備えている。そして、この支持ロッド１４ｃを中心とする円周上に沿って、所定間隔を隔ててカッターサポート１４ｈが複数設けられている。
【００１９】
カッタースポーク１４ａの側面には、メインビット１４ｄが、中心から外方に向けて複数個が十字状に、かつ、２列状に突設されており、２列状に設けられたメインビット１４ｄの両側に、掘削土砂の取込み用のスリット１４ｅがそれぞれ開口形成されている。
【００２０】
また、カッタースポーク１４ａの内部には、径方向に出没するコピーカッタ１４ｆが内蔵されている。コピーカッタ１４ｆは、カッタースポーク１４ａ内に設けられたジャッキ１４ｇにより出没され、突出状態においては、掘進機本体１２の直径よりも大きな径での掘削が可能になる。
【００２１】
さらに、カッタースポーク１４ａの背面側には、チャンバー１８内に突出するようにして複数のカッターサポート１４ｈが設けられている。このカッターサポート１４ｈは、支持ロッド１４ｃの外周に所定の間隔を隔てて、支持ロッド１４ｃの軸心を中心とする円上に配置されていて、先端側が隔壁１６に近接配置されている。
【００２２】
なお、図２に符号１４ｉで示した部材は、岩盤や礫などの硬質物質を掘削するためのローラーカッタである。また、同図に符号１４ａ’で示した部材は、カッタースポーク１４ａ間に配置された面版である。
【００２３】
隔壁１６は、カッターヘッド１４の背面側にあって、掘削土砂を収容するチャンバー１８を隔成するものであり、本実施例の場合には、掘進機本体１２と同じ直径の円板状に形成され、掘進機本体１２の先端から所定間隔だけ後方に後退した位置にあって、本体１２の長手軸と直交するようにして、その内周面に外周縁が固設されている。
【００２４】
隔壁１６の中心には、カッターヘッド１４の支持ロッド１４ｃが回転自在支持されている。隔壁１６を貫通した支持ロッド１４ｃは、ロータリージョイントで固定されている。駆動装置１４ｊは、リングギア１４ｋを介して、カッターサポート１４ｈ連結されているので、駆動装置１４ｊを回転駆動するとカッターヘッド１４が回転する。
【００２５】
隔壁１６によりカッターヘッド１４の背面側隔成されたチャンバー１８には、カッタースポーク１４ａが駆動装置１４ｊにより回転駆動されて、ビット１４ｂ，１４ｄにより掘削された土砂が、スリット１４ｅを介して内部に取り込まれる。
【００２６】
隔壁１６の下端側には、チャンバー１８内に取込まれた掘削土砂を外部に排出する排土機構２０が配置されている。本実施例の排土機構は、スクリューコンベア２０で構成されている。
【００２７】
スクリューコンベア２０は、隔壁１６の下端に貫通形成された排土口２２に先端が開口しており、スクリューコンベア２０を回転駆動すると、この排土口２２からチャンバー１８内の掘削土砂を、切羽の崩壊を防止しつつ外部に排出する。
【００２８】
掘進機本体１２内には、掘進用のシールドジャッキ２４が設けられている。このシールドジャッキ２４は、掘削の進行に伴って、掘進機本体１２の後端側に順次環状に組み立てられるセグメント２６に反力を取って、掘進機本体１２を前進させる。なお、図１に符号２８で示した装置は、セグメント２６の組立てに用いるエレクタである。
【００２９】
以上のような泥土圧式シールド掘進機としての基本的な構成は、従来のこの種のマシンと同じであるが、本実施例のシールド掘進機１０は、以下に説明する点に顕著な特徴がある。
【００３０】
すなわち、本実施例のシールド掘進機１０では、チャンバー１８内に取り込まれた礫や岩盤塊などの硬質塊状物を所定粒径に破砕する破砕装置３０を設けている。
【００３１】
本実施例の破砕装置３０は、チャンバー１８内に配置されており、図４にもその一部を拡大して示すように、固定刃３２と回転刃３４とを有している。固定刃３２は、複数のビット３２ａと、支持プレート３２ｂとを備えている。
支持プレート３２ｂは、掘進機本体１２と同じ曲率の湾曲板であって、排土機構２０のスクリューコンベア２０に連なる排土口２２の下端と、一部が重なるようにして、排土口２２の両側に延設されている。
【００３２】
この支持プレート３２ｂは、図４に示すように、カッタースポーク１４ａ側の端面に傾斜面３２ｃが設けられるとともに、その内部には、ビット３２ａに付着する土砂を除去するための洗浄管３６が付設されている。
【００３３】
ビット３２ａは、支持プレート３２ｂの周方向に沿って、所定の間隔を隔てて、その全長に亘って配置されるとともに、支持プレート３２ｂの幅方向には、傾斜面３２ｃの隣接位置から、複数個が所定の間隔を隔てて列状に配置されている。
【００３４】
一方、回転刃３４は、本実施例の場合、図３にその正面配置状態を示すように、円弧状に湾曲する回転刃ブロック３５を有している。各回転刃ブロック３５は、複数のビット３５０と、支持プレート３５１とを備えている。
支持プレート３５１は、カッターヘッド１４の支持ロッド１４ｃの軸心を中心とする円周を複数に分割した湾曲板であって、周方向に所定の間隔を設けて、間欠的に配置されている。
【００３５】
各支持プレート３５１は、本実施例の場合、同一円周上に配置されている複数のカッターサポート１４ｈのうち、周方向沿って隣接する２本ずつに跨るように、その外周面に、スペーサ部材３５２を介して固設されている。
【００３６】
また、各支持プレート３５０のカッタースポーク１４ａ側の端面には、図４に示すように、固定刃３２側の傾斜面３２ｃと対向する傾斜面３５３がそれぞれ形成されている。ビット３５０は、支持プレート３５１の周方向に沿って、所定の間隔を隔てて、その全長に亘って配置されるとともに、支持プレート３５１の幅方向には、傾斜面３５３の隣接位置から、複数個が所定の間隔を隔てて列状に配置されている。
【００３７】
以上のように構成したシールド掘進機１０では、その掘進の途中で、礫や岩盤塊などの硬質塊状物がスリット１４ｅからチャンバー１８内に取り込まれることになる。
【００３８】
この場合、本実施例のシールド掘進機１０では、チャンバー１８内に破砕装置３０が設けられているので、チャンバー１８内に取り込まれた礫や岩盤塊などの硬質塊状物は、排土機構２０で排出可能な粒径に粉砕される。
【００３９】
この破砕過程を詳述すると、本実施例の破砕装置３０は、固定刃３２と回転刃３４とを有していて、回転刃３４の回転刃ブロック３５は、カッターヘッド１４が回転駆動されると、これに伴って同じ方向に回転する。
【００４０】
このような回転の過程で、回転刃ブロック３５は、順次固定刃３２と対向することになり、このような対向状態は、排土口２２の直前で形成される。一方、チャンバー１８内に取込まれた塊状物は、回転に伴うカッターサポート１４ｈやスペーサ部３５２の攪拌作用と自重により、チャンバー１８の下方、すなわち、排土口２２側に移動して、回転刃ブロック３５と固定刃３２とが対向する部分に挟まれる。
【００４１】
この場合、固定刃３２と回転刃ブロック３５との間には、相互に対向するビット３２ａ，３５０が設けられていて、ビット３５０がカッターヘッド１４とともに回転するので、ビット３２ａ，３５０間に挟まれた硬質塊状物は、ビット３５０の回転力により細かく破砕される。
【００４２】
硬質塊状物が、このようにして細かく破砕されると、その後は、排土機構２０により外部に排出することが可能になり、この結果、チャンバー１８内に取り込む硬質塊状物の粒径を大きくすることができる。
【００４３】
チャンバー１８内に取り込む礫や岩盤塊などの硬質塊状物の粒径を大きくすることができると、掘削土砂の流れが良くなり、掘削速度が早くなるとともに、破砕に用いるローラーカッタ，ティースビット，特殊ビットなどの破砕負荷を小さくするができ、これらの磨耗，破損を低減することができる。
【００４４】
なお、上記実施例では、回転刃３４は、複数の回転刃ブロック３５で構成し各回転刃ブロック３５を、複数のビット３５０と、支持プレート３５１とで構成し、同一円周上に配置されている複数のカッターサポート１４ｈの２本に跨るように、支持プレート３５１を渡設した場合を例示したが、本発明の実施は、これに限定されることはなく、以下の変形例であっても良い。
【００４５】
図３に示した湾曲した支持プレート３５１を使用することなく、ビット３５０を直接スペーサ部材３５２ないしはカッターサポート１４ｈの外周面に固設する。また、シールドの大きさや破砕する礫の量によっては、回転刃３４の数は、上記実施例で示した数に限らず、任意に選択することができる。
【００４６】
図５は、本発明にかかるシールド掘進機の第２実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。
【００４７】
同図に示した実施例では、上記実施例と同様に、チャンバー１８内に礫や岩盤塊などの硬質塊状物を細かく破砕する破砕装置３０ａが設置されている。この破砕装置３０ａは、固定刃３２と複数の回転刃ブロック３５ａとを備えている。
各回転刃ブロック３５ａは、上記実施例と同様に、ビット３５０ａ，支持プレート３５１ａ，スペーサ部材３５２ａを有していて、カッターヘッド１４のカッターサポート１４ｈに取り付けられているが、回転刃ブロック３５ａは、回転方向の前方側から後方側に向けて、対向する固定刃３２との間の間隔が漸次狭小になるように設けられている。
【００４８】
すなわち、本実施例の場合には、支持プレート３５１ａをカッターサポート１４ｈに固設する際に用いるスペーサ部材３５２ａの厚みを、周方向に位置する前後で異ならせていて、回転方向の前方側に設置する方を、後方側よりも厚みが薄くなるようにしている。
【００４９】
このように構成した破砕装置３０ａによれば、固定刃３２と回転刃ブロック３５ａとの間に、硬質塊状物を挟み込んだ際に、回転に伴ってビット３５０ａの先端が、順次深く侵入するので、より一層容易に細かく破砕することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかるシールド掘進機によれば、チャンバー内に取り込む硬質塊状物の粒径を大きくすることにより、破砕用のローラーカッタなどの磨耗や破損を低減しつつ、掘削能率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるシールド掘進機の一実施例を示す縦断面である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】図１のＢ部拡大図である。
【図５】本発明にかかるシールド掘進機の他の実施例を示す要部縦断面である。
【符号の説明】
１０　　　　シールド掘進機
１２　　　　掘進機本体
１４　　　　カッターヘッド
１６　　　　隔壁
１８　　　　チャンバー
３０　　　　破砕装置
３２　　　　固定刃
３４　　　　回転刃
３５　　　　回転刃ブロック
【図１】
2004068384.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004068384.tif 000006
【図５】
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