JP6908433B2 - Drain material cutting device and drain material cutting method - Google Patents
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Description
本発明は、シールド工法で使用するドレン材切断装置およびドレン材切断方法に関する。 The present invention relates to a drain material cutting device and a drain material cutting method used in the shield method.
水を含んだ軟弱な地盤を改良する工法として、内部が空洞に形成されたドレン材を地表から下方に延びるように設け、このドレン材を介して地中の水分を地上へ排出する工法が用いられている。
このような工法で地盤改良された地山をシールド掘進機で掘進する場合、地中のドレン材をカッタービットで巻き込むと、地表面が崩落する可能性があるため、予めドレン材を切断する必要がある。
As a construction method to improve the soft ground containing water, a drain material with a hollow inside is provided so as to extend downward from the ground surface, and a construction method is used in which the moisture in the ground is discharged to the ground through this drain material. Has been done.
When digging a ground that has been improved by such a method with a shield excavator, if the drain material in the ground is caught with a cutter bit, the ground surface may collapse, so it is necessary to cut the drain material in advance. There is.
以下の特許文献1には、シールド掘進機のカッター面板に高周波または超音波で振動を与えることが可能な切断刃を設け、切断刃を前方に送り出すことによってドレン材を切断する方法が開示されている。 Patent Document 1 below discloses a method in which a cutting blade capable of applying vibration with high frequency or ultrasonic waves is provided on the cutter face plate of a shield excavator, and the drain material is cut by feeding the cutting blade forward. There is.
しかし、上記特許文献1に記載の発明では以下の問題がある。
(1)高出力の振動子を採用しなければならない。
土水圧下では、切断刃が水または土(以下「水等」ともいう。)に接触するため、水等に振動が伝わって切断刃の振動が減衰してしまう。
このため、減衰を考慮した上で切断刃に高出力の振動子を採用する必要が生じ、コスト増につながっていた。
(2)切断波の貫入抵抗が大きくなりやすい。
高出力の振動子を用いた切断刃はサイズも大きくなるため、土中への貫入抵抗が大きくなり、施工性に悪影響が生じやすい。また、振動子が刃先寸法よりも大きくなると、配置できない場合も生じうる。
However, the invention described in Patent Document 1 has the following problems.
(1) A high-power oscillator must be adopted.
Under soil water pressure, the cutting blade comes into contact with water or soil (hereinafter, also referred to as "water or the like"), so that vibration is transmitted to water or the like and the vibration of the cutting blade is attenuated.
For this reason, it is necessary to adopt a high-power oscillator for the cutting blade in consideration of attenuation, which leads to an increase in cost.
(2) The penetration resistance of the cutting wave tends to increase.
Since the cutting blade using a high-power vibrator has a large size, the penetration resistance into the soil becomes large, and the workability is likely to be adversely affected. Further, if the vibrator becomes larger than the cutting edge size, it may not be possible to arrange the vibrator.
よって、本発明は、水または土の中でも、切断刃の振動の減衰が生じにくい手段の提供を目的の1つとする。 Therefore, one of the objects of the present invention is to provide a means for which the vibration of the cutting blade is less likely to be damped even in water or soil.
上記課題を解決すべくなされた本願の第1発明は、シールド掘進機に設けて、地山に埋め込まれたドレン材を切断するためのドレン材切断装置であって、前記シールド掘進機の前面に設けてある掘進用カッターよりも、掘削方向に突出可能に構成し、高周波または超音波によって振動する、ドレンカッターと、前記シールド掘進機の径方向において前記ドレンカッターを挟むように配置して、前記ドレン材を切断する際に前記ドレンカッターの周囲に局所的にドレン材切断用の気体層を形成する、気体層形成手段と、を少なくとも具備することを特徴とする。
また、本願の第2発明は、前記第1発明において、前記気体層形成手段が、前記ドレンカッターとともに移動することを特徴とする。
また、本願の第3発明は、前記第1発明または第2発明において、前記気体層形成手段が、前記ドレンカッターの周囲に圧縮空気または気泡剤を送る手段を少なくとも含んでなることを特徴とする。
また、本願の第4発明は、シールド掘進機に設けたドレンカッターによって、地山の掘進時に地山に埋め込まれたドレン材を切断する、ドレン材の切断方法であって、前記シールド掘進機の径方向において前記ドレンカッターを挟むように配置した気体層形成手段でもって、前記ドレンカッターの周囲に局所的にドレン材切断用の気体層を形成しながら該ドレンカッターを高周波または超音波で振動させることで、前記ドレン材を切断することを特徴とする。
The first invention of the present application, which has been made to solve the above problems, is a drain material cutting device provided in a shield excavator for cutting a drain material embedded in a ground, and is provided on the front surface of the shield excavator. The drain cutter, which is configured to project more in the excavation direction than the provided excavation cutter and vibrates by high frequency or ultrasonic waves, and the drain cutter are arranged so as to sandwich the drain cutter in the radial direction of the shield excavator. It is characterized by including at least a gas layer forming means for locally forming a gas layer for cutting the drain material around the drain cutter when the drain material is cut.
Further, the second invention of the present application is characterized in that, in the first invention, the gas layer forming means moves together with the drain cutter .
Further, the third invention of the present application is characterized in that, in the first invention or the second invention, the gas layer forming means includes at least a means for sending compressed air or a foaming agent around the drain cutter. ..
Further, the fourth invention of the present application is a method for cutting a drain material embedded in a ground by a drain cutter provided in the shield excavator at the time of excavation of the ground . With the gas layer forming means arranged so as to sandwich the drain cutter in the radial direction, the drain cutter is vibrated by high frequency or ultrasonic waves while locally forming a gas layer for cutting the drain material around the drain cutter. This is characterized by cutting the drain material.
本願発明によれば、少なくとも以下に記載する効果を奏する。
(1)ドレンカッターの周囲に気体層を形成して、ドレン材の切断時にドレンカッターの振動を周囲の水等へと伝わりにくくすることによって、ドレンカッターの振動の減衰を抑えることができる。よって、ドレンカッターに用いる振動子を必要以上に高出力のものにする必要がなくなる。
(2)振動子の規格を上げることに起因してドレンカッターのサイズが過剰に大きくすることも無くなるため、施工性の悪化を回避でき、配置スペースを節約にも寄与する。
According to the present invention, at least the following effects are exhibited.
(1) By forming a gas layer around the drain cutter and making it difficult for the vibration of the drain cutter to be transmitted to the surrounding water or the like when cutting the drain material, it is possible to suppress the attenuation of the vibration of the drain cutter. Therefore, it is not necessary to make the vibrator used for the drain cutter have an unnecessarily high output.
(2) Since the size of the drain cutter is not excessively increased due to raising the standard of the vibrator, deterioration of workability can be avoided and it also contributes to saving the arrangement space.
以下、図面を参照しながら、本願発明の実施例について説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
<1>全体構成
図1は、本実施例に係るドレン材切断装置の機能概略図であり、(a)はドレン材切断装置をシールド掘進機に格納した状態を示しており、(b)ドレン材切断装置でもってドレン材を切断している状態を示している。
ドレン材切断装置Aは、土水圧下で地山の掘削を行うシールド掘進機の前面に設ける装置であり、ドレンカッター10と、前記ドレンカッター10の周囲に気体層を形成する、気体層形成手段20と、を少なくとも具備する。
以下、各構成要素の詳細について説明する。
<1> Overall configuration FIG. 1 is a schematic functional diagram of a drain lumber cutting device according to this embodiment, (a) shows a state in which the drain lumber cutting device is stored in a shield excavator, and (b) a drain. It shows the state where the drain material is cut by the material cutting device.
The drain lumber cutting device A is a device provided on the front surface of a shield excavator that excavates the ground under soil water pressure, and is a gas layer forming means for forming a gas layer around the
The details of each component will be described below.
<2>ドレンカッター
ドレンカッター10は、シールド掘進機から掘削方向に突出するように移動することで、掘削対象の地山に埋め込まれているドレン材Xを切断するための装置である。
ドレンカッター10は、地山の掘進に用いる掘進用カッターの掘進面Yよりも掘削方向に突出自在に構成する。
ドレンカッター10は、高周波または超音波で振動する振動刃11と、前記振動刃11を掘削方向へと移動するための伸縮機構12とを少なくとも具備する。
<2> Drain cutter The
The
The
<2.1>振動刃
振動刃11は、ドレン材Xを切断するための部材である。
本実施例では、振動刃11を、ドレン材Xと接触する刃先111と、高周波または超音波でもって前記刃先111を振動させる振動子112と、前記刃先111と振動子112との間に介設する共振体113とで構成している。
そして、高周波または超音波でもって振動する刃先をドレン材に押し当てることで、ドレン材Xを溶融切断する。
振動刃11は、求められる振動子112の性能やドレン材Xの材質などによって適宜最適な形状を選択すればよい。
なお、本明細書における「超音波」とは、高周波の一種であって周波数が略20kHz以上の音波を意味している。
<2.1> Vibrating blade The vibrating
In this embodiment, the vibrating
Then, the drain material X is melt-cut by pressing the cutting edge vibrating with high frequency or ultrasonic waves against the drain material.
The vibrating
The term "ultrasonic wave" in the present specification means a type of high frequency sound wave having a frequency of about 20 kHz or more.
<2.2>伸縮機構
伸縮機構12は、振動刃11を掘削前後方向へと移動自在とするための機構である。
伸縮機構12は公知の伸縮ジャッキを用いることができ、この伸縮ジャッキの後端をシールド掘進機の任意の浮動位置に固定しつつ、伸縮ジャッキの先端を振動刃11に接続する。
この状態で伸縮ジャッキの伸縮動作を行うことで、振動刃11を掘削前後方向へと移動自在とすることができる。
<2.2> Expansion / contraction mechanism The expansion /
A known telescopic jack can be used for the
By expanding and contracting the telescopic jack in this state, the vibrating
<3>気体層形成手段
気体層形成手段20は、ドレン材Xを切断する際のドレンカッター10の周囲に気体層を形成するための装置である。
気体層22を構成する気体は、空気に限らず、あらゆる種類の気体を単一または複数用いることができる。
<3> Gas layer forming means The gas layer forming means 20 is a device for forming a gas layer around the
The gas constituting the gas layer 22 is not limited to air, and any kind of gas can be used alone or in combination.
<3.1>気体層の形成方法
気体層形成手段20による気体層22の形成方法としては、ドレンカッター10の周囲に吐出口を位置させた管路を設けておき、この管路を通じてコンプレッサーからの圧縮気体を送ってドレンカッター10の周囲の水等Zに気泡21を混入する方法や、管路に接続したタンクからポンプによって気泡剤をドレンカッター10の周囲の水等Zに注入して気泡21を発生させる方法や、これらの方法を適宜組み合わせた態様などがある。
<3.1> Method of forming a gas layer As a method of forming a gas layer 22 by the gas layer forming means 20, a pipeline in which a discharge port is located is provided around the
<3.2>気体層の形成場所
気体層22の形成場所は、ドレン材Xの切断のためにドレンカッター10が突出している状態でのドレンカッター10の周囲(切断作業領域)であればよい。
したがって、気体層形成手段20は、シールド掘進機に固定した状態で、ドレンカッター10を伸張した際にドレンカッター10が位置する箇所(切断作業領域)へと常に気体層22を形成する態様であってもよいし、掘削方向に突出するドレンカッター10とともに移動して、常にドレンカッター10の周囲に気体層22を形成する態様であってもよい。
本実施例では、前者のように気体層形成手段20を構成する管路の吐出口を固定した態様を採用している。
<3.2> Gas layer formation location The gas layer 22 formation location may be around the drain cutter 10 (cutting work area) in a state where the
Therefore, the gas layer forming means 20 is an embodiment in which the gas layer 22 is always formed at a position (cutting work area) where the
In this embodiment, as in the former case, a mode in which the discharge port of the pipeline constituting the gas layer forming means 20 is fixed is adopted.
<3.3>気体層を設ける理由
互いに接する媒質間での超音波の透過によるエネルギーロスは、各媒質間の音響インピーダンスの差の大小によって決まる。
すなわち、各媒質間の音響インピーダンスの差が小さければ、超音波はより透過するため、振動刃11の振動が周囲に伝わりやすくエネルギーロスが大きいことになる。一方、各媒質間の音響インピーダンスの差が大きいほど超音波は反射するため、振動刃11の振動が周囲に伝わりにくくなりエネルギーロスが生じにくいこととなる。
<3.3> Reason for providing a gas layer The energy loss due to the transmission of ultrasonic waves between media in contact with each other is determined by the magnitude of the difference in acoustic impedance between the media.
That is, if the difference in acoustic impedance between the media is small, the ultrasonic waves are more transmitted, so that the vibration of the vibrating
<3.3.1>音響インピーダンス
この音響インピーダンスは、媒質の密度[kg/m3]と音速[m/s]の積[kg/m2s]によって求められる。
空気などの気体は、水、土、金属と比較して、はるかに低い値の音響インピーダンスを有しているため、当然に振動刃を構成する金属素材との間との音響インピーダンスの差も大きくなる。
例えば振動刃11がアルミニウム製の場合、アルミの音響インピーダンスは、17.3×106[kg/m2s]であり、水(25℃)の音響インピーダンスは1.5×106[kg/m2s]、空気(1℃、1気圧下)の音響インピーダンスは428[kg/m2s]である。
このように、振動刃11の周囲が、水等Zに覆われている場合と、気体層22によって覆われている場合とでは、後者のほうが、音響インピーダンスの差が大きくなるため、振動刃11のエネルギーロスが生じにくいこととなる。
<3.3.1> Acoustic impedance This acoustic impedance is obtained by the product [kg / m 2 s] of the density [kg / m 3 ] of the medium and the speed of sound [m / s].
Since gases such as air have a much lower acoustic impedance than water, soil, and metals, the difference in acoustic impedance from the metal materials that make up the vibrating blade is naturally large. Become.
For example, when the vibrating
As described above, when the periphery of the vibrating
<3.4>使用手順
シールド掘進機に設けた掘進用カッターによる掘削作業を進めていく中で、前方に切断対象のドレン材Xが近づいてきた場合には、気体層形性手段20によって切断作業領域に気体層22を形成した状態で、ドレンカッター10を掘進用カッターの掘進面Yよりも前方に移動させて、ドレン材Xの切断作業を行う。
このとき、切断作業領域に局所的に形成された気体層20によって、ドレンカッター10の周囲の空間は、その他の空間よりも水や土が除かれた状態である。
この気体層22の存在により、ドレンカッター10の振動刃11の振動が水等Zと接触して減衰することなく、ドレン材Xの切断作業を行うことができる。
<3.4> Usage procedure While proceeding with the excavation work by the excavation cutter provided in the shield excavator, if the drain material X to be cut approaches forward, it is cut by the gas layer forming means 20. With the gas layer 22 formed in the work area, the
At this time, the space around the
Due to the presence of the gas layer 22, the drain material X can be cut without the vibration of the vibrating
<4>まとめ
このように、本実施例に係るドレン材切断装置Aによれば、ドレンカッター10の周囲に気体層22を形成して、ドレン材Xの切断時にドレンカッター10の振動が周囲の水等Zへと伝わりにくくすることにより、ドレンカッター10の振動の減衰を抑えることができる。よって、ドレンカッター10に用いる振動子112を必要以上に高出力のものにする必要がなくなる。
<4> Summary As described above, according to the drain material cutting device A according to the present embodiment, the gas layer 22 is formed around the
A ドレン材切断装置
10 ドレンカッター
11 振動刃
111 刃先
112 振動子
113 共振体
12 伸縮機構
20 気体層形性手段
21 気泡
22 気体層
X ドレン材
Y 掘進用カッターの掘進面
Z 水等
A Drain
Claims (4)
前記シールド掘進機の前面に設けてある掘進用カッターよりも、掘削方向に突出可能に構成し、高周波または超音波によって振動する、ドレンカッターと、
前記シールド掘進機の径方向において前記ドレンカッターを挟むように配置して、前記ドレン材を切断する際に前記ドレンカッターの周囲に局所的にドレン材切断用の気体層を形成する、気体層形成手段と、
を少なくとも具備することを特徴とする、
ドレン材切断装置。 It is a drain material cutting device installed in a shield excavator to cut the drain material embedded in the ground.
A drain cutter that is configured to project in the excavation direction and vibrates by high frequency or ultrasonic waves, rather than the excavation cutter provided on the front surface of the shield excavator.
A gas layer is formed by arranging the drain cutter in the radial direction of the shield excavator so as to sandwich the drain cutter and locally forming a gas layer for cutting the drain material around the drain cutter when cutting the drain material. Means and
It is characterized by having at least
Drain material cutting device.
請求項1に記載のドレン材切断装置。The drain material cutting device according to claim 1.
前記シールド掘進機の径方向において前記ドレンカッターを挟むように配置した気体層形成手段でもって、前記ドレンカッターの周囲に局所的にドレン材切断用の気体層を形成しながら該ドレンカッターを高周波または超音波で振動させることで、前記ドレン材を切断することを特徴とする、
ドレン材切断方法。 It is a drain material cutting method that cuts the drain material embedded in the ground when digging the ground with a drain cutter installed in the shield excavator.
With the gas layer forming means arranged so as to sandwich the drain cutter in the radial direction of the shield excavator, the drain cutter is subjected to high frequency or high frequency while locally forming a gas layer for cutting the drain material around the drain cutter. The drain material is cut by vibrating with ultrasonic waves.
Drain lumber cutting method.
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