JP3559089B2 - 拡大シールド掘削装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は拡大シールド掘削装置に係り、特に既設管を破砕しつつ新たに大径の管を地中に形成する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、既設管を破砕し新たに大径の管を地中に形成するに際しては、まず、既設管を何らかの方法で破砕した後、改めて大径の管を形成するようにしていた。
【０００３】
近年は、この作業を同時に進行できるような装置が種々開発されており、例えば特開平６−２８８１７５号公報に記載されているものがある。
これは図８に示すように、筒状の本体１を回転させつつ地中を進行し、形成されたトンネル内壁をセグメント２で補強するものである。そして、破砕すべき既設管１０は本体１内部の中心に位置せしめてあり、既設管１０を内側と外側から挟持するように設けられた破砕ビット５０、５１で既設管１０を破砕するようになっている。そして、破砕された廃棄物は図示しないコンベアで後方へ移送される。なお、前記破砕ビット５０、５１はモータ５２で駆動され、本体１はモータ５３で駆動される。
【０００４】
このように、既設管の破砕と新設管の構築とを同時進行させることができるという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した従来のものにおいては、第１に破砕ビットが内側と外側とに２組固定されているために、予め設定された特定の径と厚みの既設管以外のものに対応させることが困難であり、自由度が低いという問題がある。また、既設管が大きくカーブしている場合、これに対応しにくい。
【０００６】
第２に破砕ビット周囲の構造が複雑になり、既設管が蛇行している場合には装置の追従性とシール性とが不十分になり易いという問題が指摘され得る。
本発明は前記事項に鑑みてなされたもので、破砕すべき管の寸法や曲がりに幅広く対応することができるとともに、構造が簡単で、低コストで構成でき、併せて蛇行した既設管への追従性を高めた拡大シールド掘削装置を提供することを技術的課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記技術的課題を解決するために、掘削用カッター１１を回転させて地中を進行しつつ既設管１０を破砕する拡大シールド掘削装置において次のような構成とした。
【０００８】
すなわち、切羽側に回転体１３を設け、この回転体１３の外周部に掘削用カッター１１を配設し、またこの回転体１３の内周側にジャッキ３を取り付け、このジャッキ３は外周部に向かって拡開可能であり、このジャッキ３の端部には破砕ビット４を設け、前記破砕ビット４を、破砕すべき既設管１０内に位置せしめてジャッキ３を拡開して回転させるように構成したことを技術的手段とする（請求項１に対応）。
【０００９】
ここで前記本体１は、例えば切羽面の外周部に掘削用カッター１１を有しており、既設管１０の外側で回転させるように構成することができる。
また、前記ジャッキ３は油圧ジャッキが好適である。前記モータ５は本装置の前記セグメント２側に保持されており、前記掘削用カッター１１とジャッキと３とを一体に回転させるものとなっている。
【００１０】
前記掘削用カッター１１を前記破砕ビット４よりも先行させて配置し、これらの掘削用カッター１１と破砕ビット４との中間に、既設管１０の外周面に接触して、前記回転体１３と前記既設管１０とのクリアランスを埋めるシール部２１を設け、このシール部２１は常時前記既設管１０に圧接する構成としてもよい（請求項２に対応）。
【００１１】
また前記掘削用カッター１１を前記破砕ビット４よりも先行させて配置し、これらの掘削用カッター１１と破砕ビット４との中間に、既設管１０の外周面に接触して、前記回転体１３と前記既設管１０とのクリアランスを埋めるシール部２１を設け、このシール部２１は常時前記既設管１０に圧接し、またこのシール部２１に先行して既設管１０の外周面を切削するカッター１９を設けることができる。カッター１９は、既設管１０の外側面をわずかに切削して平滑化するもので、掘削用カッター１１の内側に出没可能に設けるのが好ましい（請求項３に対応）。
【００１２】
さらに前記掘削用カッター１１の内側に、前記既設管１０とのクリアランスを埋めるシール２６、２７、２８を設け、これらのシールはスプリング（コイルスプリング）２９、３０、３１、または油圧等により常時既設管に圧接させることが好ましい。ここでスプリングとしてはコイルスプリングの他リーフスプリング、あるいは空気スプリングを使用することができる。前記シール２６、２７、２８の周囲にグリスを圧送して更に密閉性を高める構造とすることができる。
【００１３】
一方、急カーブしている既設管に対応するするためには、一般的にシールド装置で用いられている中折れ構造を採用することが可能である。
【００１４】
【作用】
モータ５を起動して、掘削用カッターを回転させることにより既設管の外周が掘削される。このとき形成されたトンネル内壁はセグメント２により補強され、このセグメント２を推進用ジャッキで押圧した反力により本体１が前進する。
【００１５】
このとき既設管は筒状の本体１の中心に位置しているが、本体１がある程度前進した位置、好ましくは破砕ビット４の長さと同程度前進した位置、でジャッキ３を拡開させる。すると、このジャッキ３の端部に設けられた破砕ビット４が既設管の内面に当接する。ここでモータ５を再度起動してジャッキ３を回転させ破砕ビット４で既設管を切削して破砕する。この破砕ビット４の押圧力は既設管の硬さにより調整される。しかし、既設管の硬度が高い場合は、上記の本体１の前進位置を短くし、破砕ビット４が一度に切削する長さを短くする。
【００１６】
このとき、前記本体１の内面に前記既設管の外側面をわずかに切削する平滑化カッターを設けた場合には、既設管の表面が平滑化され気密性が向上する。
また、シール２６、２７、２８を設け、このシールを常時前記既設管に圧接するようにすると、掘削機の内部の密閉性が良好となり、既設管の内部に泥水等が流れ込まない。
【００１７】
【実施例】
本発明の第１実施例を図１ないし図７に基づいて説明する。
本体１は新設管（セグメント２）の外径と略同外径の筒状体であり、その切羽側の外周には掘削用カッター１１が設けられている。この掘削用カッター１１は環状のプレート１２に、９０度の位置差を以て４組設けられている。
【００１８】
上記掘削用カッター１１の内側は開口しており、破砕すべき既設管１０が挿通されるようになっている。
本体１の中ほどには円盤状の回転体１３が設けられており、この回転体１３の中心にはシャフト１４が形成され、このシャフト１４は、回転体１３と本体１の間で、モータ５に近接して設けたベアリング２２により、回転自在に支持されている。
【００１９】
また、この隔壁１３の切羽側には、油圧型のジャッキ３が、それぞれ反対の方向に向けて２基固定されている。これらジャッキ３のそれぞれの先端には破砕ビット用ベッド４ａが夫々設けられており、ヘッド４ａは１８０°異なった方向を向いて設置されている。この破砕ビット用ベッド４ａに、それぞれ３組の破砕ビット４が設けられている。前記破砕ビット４は算盤の玉状に形成されている。一方の破砕ビット用ベッド４ａにおける最前部のものは３０度ほどの角度がつけられている。この角度を付することにより、破砕ビット４のケーシングが既設管の表面に接触して切削不能になることがなくなり、破砕ビット４よりも厚い既設管１０をも破砕できる。同様に、他方の破砕ビット用ベッド４ａにおける最後部の破砕ビット４にも３０度ほどの角度がつけられている。前記ジャッキ３及び破砕ビット４は一体として回転する。
【００２０】
なお、図２に示すものでは前記破砕ビット４は２組対向的に設けられているが、十字型に４組設けてもよい。
前記回転体１３の内側面の外周には歯車３６が取り付けられており、モータ５がこれに噛合している。そしてモータ５は前進用ジャッキ１６に接合されている。 推進用ジャッキ１６の先端は前記セグメント２に密接しており、強固に固定されている。
【００２１】
上記の構成であるので、モータ５が起動すると回転体１３を介して前記破砕ビット４が回転する。また、破砕ビット４の突出量は前記ジャッキ３の作動量によって任意に設定できる。さらに前記モータ５は、回転体１３を介して、その外側に設けた掘削用カッター１１も回転させることができるようになっている。
【００２２】
本体１の、切削用カッター１１の後方外周側には、これと連通したコンベア１７ａが設けられており、前記掘削用カッター１１で掘削された土砂を搬出するように構成されている。このコンベア１７ａと本体１の間には、本体１内に土砂等が入り込まないように、シール４０が設けられている。
【００２３】
前記本体１の先端部内側には、前記既設管１０の外側面をわずかに切削する平滑化カッター１８が出没可能に設けられている。この平滑化カッター１８はカッターベッド１９の先端に約６０度の角度を以て設けられており、前記カッターベッド１９は油圧シリンダ２０を介して本体１に固定されている。これにより油圧シリンダ２０への油圧を調整することで、平滑化カッター１８の突出量を調整することができるように構成されている。この平滑化カッター１８は図７に示すように、前記既設管１０の外側面に常に当接するよう制御されており、既設管１０の外側面をわずかに切削してその表面を平滑化するようになっている。これにより、後述するシール部２１が十分に機能を発揮する。
【００２４】
前記シール部２１は、リング状に形成されたシールベッド２３、２４、２５にシール２６、２７、２８が夫々装着されて構成されており、前記各シールベッド２３、２４、２５はコイルスプリング２９、３０、３１によって、夫々既設管１０の外側面に押圧されている。前記シールベッド２３は切羽側に位置しており、その先端には４５度程度の傾斜が設けられている。そして、シールベッド２３の後壁と本体１との間にはスラストシール３２が介挿されている。また、前記シールベッド２４の前壁と本体１との間にもスラストシール３３が介挿されている。前記シールベッド２３とシールベッド２４との間にはグリスゲート３４が設けられているとともに、前記シールベッド２４とシールベッド２５との間にもグリスゲート３５が設けられている。これらグリスゲート３４、３５には高圧でグリスが圧送され本体１と既設管１０との間に少しの間隙も生じないようになっている。
【００２５】
前記した構造により湾曲した既設管１０であってもシール２６、２７、２８はこれに追従して伸縮するとともに、グリスによってその密閉性は完全となる。
このようにラビリンス構造としたことによって、既設管が蛇行していても容易に追従できるとともに密閉性も良好となる。
【００２６】
前記した構成において、実際に施工するに際しては、まず筒状の本体１を進行させる必要がある。そこでモータ５を起動して、掘削用カッター１１を回転させることにより切羽面を掘削する。このとき形成されたトンネル内壁はセグメント２により順次補強され、このセグメント２を推進用ジャッキ１６で押すことで本体１を前進させる。
【００２７】
このとき既設管１０は筒状の本体１の中心に挿入されることとなる。そして、本体１がある程度前進した位置で進行を止め、ジャッキ３を拡開させる。すると、このジャッキ３の端部に設けられた破砕ビット４が既設管１０の内面に当接する。ここでモータ５を再度起動してジャッキ３を回転させ破砕ビット４で既設管１０を破砕する。このときは推進用ジャッキ１６は作動せず、掘削用カッター１１は回転するも切羽の掘削はされず、本体１は前進しない。
【００２８】
そして、既設管１０の破砕物は、下方のコンベア１７ｂで外部に搬出する。そして、ある距離分の既設管１０の破砕が終了した時点で回転を止め、ジャッキ３を縮める。
【００２９】
次に掘削用カッター１１を再度回転させて掘削しつつ推進用ジャッキ１６により前進し、上記と同様のサイクルを繰り返して既設管１０の破壊と新設管（セグメント２）の設置を交互に実施する。
【００３０】
なお本実施例の装置では、掘削時に本体１が偏芯して進行するのを防止するために、上記ジャッキ３を収納したケーシング３７の先端部にセンサ３８を設置している。これは既設管の破砕時には、塵芥からこれを保護するために円筒状のカバー３９内にスライド自在に収納されている。既設管１０の破砕の停止時に、カバー３９内から水平方向にスライドして外部に突出し、上記ジャッキ３と共に回転しながら既設管１０までの距離を計測する。既設管１０までの距離が全周にわたって均一かどうかを検知し、もし偏芯していれば、掘削用カッター１１の向きを調整して既設管１０に対する本体１の位置を修正する。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、ジャッキによって破砕ビットの突出量を任意に調整することができるので、破砕すべき管の寸法に幅広く対応することができる。
【００３２】
しかも本体駆動用と破砕ビット駆動用のモータを兼用したので、構造が簡単となり低コストで構成できる。
また、回転体と既設管とのクリアランスを埋めるシールを設ければ、既設管が蛇行している場合にも装置の追従性とシール性とが良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の断面図である。
【図２】本発明の装置の正面図である。
【図３】破砕ビット周囲の断面図である。
【図４】シールド部の拡大断面図である。
【図５】平滑化カッターの構造を示す横断面図である。
【図６】平滑化カッター構造を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例を示す平滑化カッターの動作説明図である。
【図８】従来の拡大シールド掘削装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・本体、
２・・セグメント、
３・・ジャッキ、
４・・破砕ビット、
５・・モータ、
１０・・既設管、
２６、２７、２８・・シール、
２９、３０、３１・・コイルスプリング。

Claims (3)

1. 掘削用カッターを回転させて地中を進行しつつ既設管を破砕する拡大シールド掘削装置において、
   切羽側に回転体を設け、この回転体の外周部に掘削用カッターを配設し、またこの回転体の内周側にジャッキを取り付け、このジャッキは外周部に向かって拡開可能であり、このジャッキの端部には破砕ビットを設け、前記破砕ビットを、破砕すべき既設管内に位置せしめてジャッキを拡開して回転させるように構成したことを特徴とする拡大シールド掘削装置。
2. 前記掘削用カッターを前記破砕ビットよりも先行させて配置し、これらの掘削用カッターと破砕ビットとの中間に、既設管の外周面に接触して、前記回転体と前記既設管とのクリアランスを埋めるシールを設け、このシールは常時前記既設管に圧接してある請求項１記載の拡大シールド掘削装置。
3. 前記掘削用カッターを前記破砕ビットよりも先行させて配置し、これらの掘削用カッターと破砕ビットとの中間に、既設管の外周面に接触して、前記回転体と前記既設管とのクリアランスを埋めるシールを設け、このシールは常時前記既設管に圧接し、またこのシールに先行して既設管の外周面を切削するカッターを設けた請求項１記載の拡大シールド掘削装置。

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