JPH0791944B2

JPH0791944B2 - 礫破砕用のシールド掘削機

Info

Publication number: JPH0791944B2
Application number: JP4028342A
Authority: JP
Inventors: 弘美佐藤
Original assignee: 株式会社奥村組
Priority date: 1992-02-14
Filing date: 1992-02-14
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPH0559890A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、礫破砕機構を有するシ
ールド掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、埋設管の推進工法などに用いられ
る礫破砕機構を備えたシールド掘削機としては、例えば
特開昭６０−２１５９９６号公報に記載のものが知られ
ている。このシールド掘削機は、シールド本体の前端に
後方に向かって大径となる円錐形状のコーン部材を回転
可能に取り付ける一方、このコーン部材の外周面に対向
するシールド殻のフード部を後方に向かって小径となる
円錐形状の凹部に形成して、上記コーン部材を偏心回転
させながらコーン部材の外周面とフード部の凹部との間
に礫を食い込ませるように送り込んで破砕するようにな
っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
シールド掘削機では、コーン部材外周面とフード部凹部
とで形成される前端に向かって拡がる断面Ｖ字状の環状
空間に礫が入っても、シールド掘削機を常に前方へ押圧
して、切羽地盤に反力をとらない限り、礫が前方へ飛び
出してしまいこれを効率良く破砕できないという欠点が
ある。また、コーン部材が回転しているとき、入り込ん
だ礫が上記環状空間内で共回りするのを防ぐため、コー
ン部材を前述の如く偏心回転させているが、それでも共
回り防止効果が充分でなく、破砕効率が悪いという欠点
がある。さらに、シールド掘削機を常に前方へ押圧する
と、上記環状空間が礫で充満して、コーン部材の回転に
大きなトルクが必要になるかあるいはトルク不足で回転
が停止するという問題がある。

【０００４】そこで、本発明の目的は、シールド掘削機
を常に前方へ押圧しなくても、確実かつ効率良く礫を破
砕しうるとともに、耐用寿命を延ばし、しかも構造が簡
素で安価に製造できるシールド掘削機を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の礫破砕用のシールド掘削機は、シールド殻
内の隔壁に支承され、前端にカッターを有し、後方の駆
動装置で回転せしめられる回転軸の隔壁よりも前方に、
上記隔壁より前方に、隔壁に向かって次第に大径とな
り、かつ上記回転軸に直交する方向の断面形状が楕円を
なす截頭円錐形状のコーン部材を互いに中心を一致させ
て取り付ける一方、このコーン部材の外周面に対向する
上記シールド殻のフード部に、上記隔壁に向かって次第
に小径となり、かつ上記回転軸に直交する方向の断面形
状が円形をなす截頭円錐形状の開口を形成し、さらに上
記截頭円錐形状のコーン部材の外周面および上記截頭円
錐形状の開口面に、夫々母線方向に伸びる線状の突起を
設けたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】隔壁の前方の回転軸に同軸に取り付けたコーン
部材を駆動装置で回転させながら、シールド殻を前進さ
せて回転軸の前端のカッターで地盤を掘削すると、回転
するコーン部材の外周面とこれに対向するフード部の開
口との間の前端に向かって拡がる断面Ｖ字状の環状空間
に、礫が入り込む。この環状空間は、コーン部材の横断
面が楕円形で、外側の開口の横断面が円形なのでシール
ド殻の前端正面から見ると、上記楕円の長軸および短軸
つまり２軸に関して対称な形状をなし、環状空間の幅
は、長軸上で最短,短軸上で最長となる。従って、上記
環状空間に入り込んだ礫は、コーン部材が９０°回転す
る毎に強弱と１回転の間に交互に２回圧縮され、適切に
共回りを抑えられて旋回せしめられ、コーン部材の外周
面とフード部の開口面に夫々母線方向に設けられた線状
の突起の間に挾まれて主に剪断力で、また副次的に上記
圧縮による圧縮力で効率良く破砕される。この破砕に伴
ってコーン部材に作用する力は、上述の環状空間の対称
性によって偶力となり、駆動装置に対して偏心したクラ
ンク軸にコーン部材を軸支して,軸の回りに自転させつ
つ偏心旋回させる場合、つまり環状空間が１軸対称であ
る場合におけるようなモーメント力にはならない。かく
て、環状空間内の前方でまず破砕された礫は、開口面に
沿って円滑に後方の狭い間隙へ送られるにしたがって次
第に細かく破砕され、効果的な破砕が行なわれる。な
お、上記コーン部材の外周面またはフード部の開口面に
母線に略沿って羽根板を突設し、この羽根板を例えば前
端に向かってＴ字状断面をなすように形成すれば、上記
環状空間に入り込んだ礫の共回りを一層効果的に防止で
き、かつ前方への飛び出しを防止できる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例により詳細に説
明する。図１(Ａ),(Ｂ)は、礫破砕用のシールド掘削機
の一実施例を示す軸方向断面図および正面図であり、１
は先導管１aと後続管１bを連結してなるシールド殻、２
は上記先導管１aの前端のフランジ３０に内嵌,固定した
隔壁、３はこの隔壁２の中央に固定した軸受、４はこの
軸受３に支承され、上記隔壁２の後方のシールド殻１内
に設置した減速機５を介して駆動電動機６で回転せしめ
られる回転軸、７はこの回転軸４の前端に同軸をなして
取り付けられ、隔壁２に向かって次第に大径となる截頭
円錐形状のコーン、８はこのコーン７の外周面の径方向
対称位置に母線に沿って突出するように固定され、先端
に向かってＴ字状断面を有する羽根板、９,９,…はこの
羽根板８の先端面に固定したカッター板１０に突設さ
れ、地盤を掘削するカッター、１１は上記先導管１aと
同一外径を有し、コーン７および羽根板８を覆うように
上記フランジ３０に固定したフード、１２はこのフード
１１の内周に上記羽根板８およびコーン７から隙間Ｄ₁,
Ｄ₂(図２参照)をあけて形成され、隔壁２に向かって次
第に小径となる截頭円錐形状の中空の開口の開口面であ
る。

【０００８】また、１３はロッド先端１３aを補強材１
４を介して上記先導管１aに連結し、基部１３bを後続管
１bの内周に固定して周方向に等間隔をおいて３台配置
した方向修正ジャッキ、１５は上記開口面１２の後端と
隔壁２で囲まれる環状空間１６に水を供給する送水管、
１７は上記環状空間１６の内の掘削土を含む泥水を排出
する排泥管、１８は回転軸４に取り付けられ、上記環状
空間１６内の泥水を撹拌する撹拌羽根である。

【０００９】図２〜図４は、上記実施例の先端部の詳細
図および図２のIII-III線ならびにIV-IV線矢視図であ
る。截頭円錐状の上記コーン７は、回転軸４(図１参照)
に直交す方向の断面形状が楕円をなすとともに(図４参
照)、截頭頂部７aに軸方向に設けたボルト穴２１(図４
参照)に挿入した図示しないボルトで回転軸４に固定さ
れ、外周面７bには、母線方向に伸びる線状の突起２２,
２２,…が周方向に適宜間隔をおいて肉盛溶接で形成さ
れている。一方、コーン７に対向する上記開口面１２
は、回転軸４に直交する方向の断面形状が円形をなして
いる(図４参照)。上記羽根板８は、図２の如くコーン７
の外周面７bの両側から夫々略法線方向に突出し、かつ
図３の如く先端に向かって拡大する一対の四角錐形状部
８a,８aを中央の細径柱状部８bで連結してなり、各四角
錐形状部８aの表面には、法線方向に伸びる線状の突起
２３,２３,…が適宜間隔をおいて肉盛溶接で形成されて
いる。また、羽根板８は、図２にも示すように、コーン
７の外周面７bとフード１１の開口面１２とで形成され
る環状空間ＣのＶ字状の軸方向断面形状に略等しい形状
の平面をなしている。

【００１０】上記羽根板８の先端面８c(図４参照)に
は、図１(Ｂ)に示すような形状のカッター板１０をＴ字
状に固定し、このカッター板１０の中央に細長いセンタ
ービット２４を、その周囲に８個のカッター９を夫々突
設している。また、截頭円錐形状の中空の上記開口面１
２には、図２,図３に示すように、その表面に母線方向
に伸びる線状の突起２５,２５,…を周方向に適宜間隔を
おいて肉盛溶接で形成する一方、後端に図示しない導管
を経て上記環状空間１６(図１(Ａ)参照)に連なる複数の
給水口２６を設けるとともに、先端付近に複数の噴水口
２７を設けている。

【００１１】上記構成の礫破砕用のシールド掘削機の動
作について次に述べる。発進立坑側からシールド殻１に
後続する管体２８(図１(Ａ)参照)を押圧して、シールド
殻１を地盤中前方へ推進させるとともに、駆動電動機６
を駆動してコーン７のカッター板１０を回転させ、さら
に送水管１５を経て(矢印Ａ参照)前方の環状空間１６お
よび開口面１２内の空間２９に水を供給する。カッター
板１０の回転に伴いカッター９,９,…で掘削され、シー
ルド殻１の前進で殻内に取り込まれた土砂は、回転する
コーン７の外周面とフード１１の開口面１２との間の先
細りのＶ字断面の環状空間Ｃに入り込む。入り込んだ土
砂中の礫は、コーン７に突設され、開口面１２との間の
環状空間ＣのＶ字状断面を殆んど覆う羽根板８により、
適切に共回りを抑えられて旋回させられ、外側に移動し
て開口面１２との間で挾まれ、大粒径の礫は主に剪断力
によって小粒径の礫に破砕される。このとき、コーン７
と開口面１２には母線方向に伸びる硬質金属からなる多
数本の突起２２,２５が、また羽根板８にはコーンの法
線方向に伸びる同様の突起２３が夫々形成されているの
で、礫の破砕が容易かつ迅速に行なわれる。また、礫
は、一般に圧縮破壊強度より剪断破壊強度の方が小さい
ので、例えば従来例のように偏心旋回する突起のないコ
ーン部材によって礫を半径方向に挾み込んで主に圧縮力
で破砕する場合よりも小さい力で破砕でき、回転するコ
ーン部材の楕円断面による副次的圧縮力も手伝って容易
かつ効率良く破砕がなされる。次いで、小粒径の礫は、
土砂と共に開口面１２に沿って後方へ送られ、コーン７
と開口面１２間の隙間Ｄ₂を通過するとき全部が細かく
主に剪断力により同様に破砕される。また、コーン部材
７の横断面が楕円形状なので、環状空間Ｃは、シールド
殻１の前端正面から見ると、図４に示すように楕円の長
軸と短軸の２軸に関して対称な形状をなし、環状空間Ｃ
の幅は、長軸上の２箇所で最短,短軸上の２箇所で最長
となる。従って、環状空間Ｃに入り込んだ礫が、コーン
部材７の１回転毎に上記箇所で強弱交互に２度圧縮され
て、後方へ一層円滑に送られるとともに、一層効果的に
破砕される。この破砕に伴ってコーン７に作用する力
は、環状空間Ｃの対称性によって偶力となり、駆動軸に
対して偏心したクランク軸にコーンを軸支して、この軸
の回りに自転させつつ偏心回転させる従来例の場合のよ
うなモーメント力にならない。

【００１２】また、羽根板８の一対の四角錐形状部８a,
８aが前方に向かって拡大し、その前端にＴ字状をなす
ようにカッター板１０が固定されているので、上記環状
空間Ｃに入り込んだ土砂は、これらに遮ぎられて、シー
ルド殻１を常に前方へ押圧せずとも前方へ飛び出すこと
がない。さらに、四角錐形状部８aが傾斜しており、コ
ーン７が回転することによって隔壁方向へ礫を送り込む
ので、礫が環状空間Ｃ内に充満することがない。こうし
て、細かく破砕された礫を含む土砂は、環状空間１６に
流入し、撹拌羽根１８によって供給水と混合・撹拌され
た後、排泥管１７を経て（矢印Ｂ参照)坑外へ排出され
る。また、開口面１２の噴水口２７から噴射される供給
水は、粘土層などを掘削する際、羽根板８と開口面１２
間の隙間Ｄ₁に固着する粘土を溶かして流動化し、掘削
トルクの軽減と固着粘土の除去に貢献する。また、コー
ン７にモーメントでなく、偶力が作用するので、コーン
７は、力学的により安定な状態となって耐用寿命が延び
る。さらに、コーン７が回転軸４と同軸で、環状空間Ｃ
も２軸対称であるので、コーンが偏心回転する従来例に
比して、構造が簡素化し、製造コストを低減することが
できる。

【００１３】上記実施例の羽根板８は、必ずしも必要で
なく、省略することもできる。また、上記実施例のコー
ン,羽根板,開口面の突起は、必ずしも肉盛溶接で形成す
る必要はなく、鋳造等で一体に形成してもよい。なお、
本発明のコーン部材は、上記実施例のような厳密な截頭
円錐形状に限られず、例えば半割りのラグビーボールの
如き形状であってもよい。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
礫破砕用のシールド掘削機は、シールド殻内の隔壁に支
承される回転軸の前端に、隔壁に向かって大径となり、
かつ上記回転軸に直交する方向の断面形状が楕円をなす
截頭円錐形状のコーン部材を互いに中心を一致させて取
り付ける一方、これに対向するシールド殻のフード部
に、上記隔壁に向かって小径となり、かつ上記回転軸に
直交する方向の断面形状が円形をなす截頭円錐形状の開
口を形成し、さらに上記コーン部材の外周面および上記
開口面に、夫々母線方向に伸びる線状の突起を設けてい
るので、コーン部材の外周面とフード部の開口で形成さ
れる断面Ｖ字状の先細りの環状空間に、回転軸先端のカ
ッターで掘削された大粒径の礫を取り込み、回転する楕
円形横断面のコーン部材と円形横断面の開口の間で、礫
を共回りを抑えつつ適度に旋回させ、開口面に沿って円
滑に後方の狭い隙間へ送りつつ、主に剪断力によって小
さな力で効率良く細かく破砕することができ、シールド
掘削機を常に前方へ押圧せずに、従って小さい駆動トル
クでもって確実かつ効率良い破砕が行なえるとともに、
コーン部材にモーメントでなく偶力が作用して耐用寿命
が延び、駆動装置の小型化を含んで構造の簡素化で製造
コストが低減でき、礫を含む地盤の掘削に顕著な効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシールド掘削機の一実施例を示す軸
方向断面図および正面図である。

【図２】上記実施例の先端部の詳細断面図である。

【図３】図２のIII-III線矢視図である。

【図４】図２のIV-IV矢視図である。

【符号の説明】

１…シールド殻、２…隔壁、３…軸受、４…回転軸、６
…駆動電動機、７…コーン、９…カッター、１０…カッ
ター板、１１…フード、１２…開口面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シールド殻内の隔壁に、この隔壁の後方
に設けた駆動装置によって回転せしめられる回転軸を支
承し、この回転軸の前端にカッターを有するシールド掘
削機において、上記隔壁の前方の上記回転軸に、隔壁に向かって次第に
大径となり、かつ上記回転軸に直交する方向の断面形状
が楕円をなす截頭円錐形状のコーン部材を、その中心と
上記回転軸の中心とを一致させて取り付ける一方、この
コーン部材の外周面に対向する上記シールド殻のフード
部に、上記隔壁に向かって次第に小径となり、かつ上記
回転軸に直交する方向の断面形状が円形をなす截頭円錐
形状の開口を形成し、さらに上記截頭円錐形状のコーン
部材の外周面および上記截頭円錐形状の開口面に、夫々
母線方向に伸びる線状の突起を設けたことを特徴とする
礫破砕用のシールド掘削機。