矩形掘進機
【課題】 地盤下部の余掘りを可能にして乗り上げ現象を防止できる矩形掘進機を提供する。
【解決手段】 掘削部の回転により矩形状に削孔する矩形掘削装置３と同矩形掘削装置３の外周を囲む断面矩形の筒状の刃口４とを先端部に備えた推進工法に用いる矩形掘進機１において、前記刃口４の外周下面の前縁を後退させて矩形掘削装置３の掘削部下方を露出させ、同矩形掘削装置３をその掘削部が頂部においては刃口４内を掘削し下部においては刃口４の外周下面より下方へ余掘りできるように配置する。
【解決手段】 掘削部の回転により矩形状に削孔する矩形掘削装置３と同矩形掘削装置３の外周を囲む断面矩形の筒状の刃口４とを先端部に備えた推進工法に用いる矩形掘進機１において、前記刃口４の外周下面の前縁を後退させて矩形掘削装置３の掘削部下方を露出させ、同矩形掘削装置３をその掘削部が頂部においては刃口４内を掘削し下部においては刃口４の外周下面より下方へ余掘りできるように配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中を非開削工法により掘削して管体もしくは鋼材を挿入する推進工法において、隣接する管体もしくは鋼材を継ぎ手で接続しながら水平土留覆工を行う地下空間構築のために用いる矩形掘進機に関し、詳しくは頂部を保護する刃口で掘削後の地山の挙動を防止するとともに地山の緩みや肌落ちを防止する機能を有し、しかも地盤の下部を余掘りして乗り上げを防止できようにする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的な土粒子崩壊防護の刃口を設置した矩形掘進機は、カッター部が刃口内部に収納されており、掘削途中において下方に貯留した掘削土砂に乗り上げる現象が発生し、掘進方向の精度管理に問題があった。また、掘削部を刃口から露出させて余掘りできるようにした掘進機が特許文献１で提案されているが、上方も露出しているから土質性状や条件によっては地山の緩みを防止することが難しかった。
【０００３】
一方、従来の先受け工法、パイプルーフ工法、水平土留め工法等を使用するトンネル構築工法に関して、先行して施工される埋設管は一般に継ぎ手を有している。そのため、継ぎ手を有した管体を推進又は牽引して所定の位置に挿入する必要があった。その場合、継ぎ手部が地中に挿入される際に貫入抵抗が増大し、継ぎ手の変形や破損及び脱落が発生してスムーズな挿入が行なわれず、後日の内部掘削時に地下水の漏水や土粒子の流出となり、工期、品質、経済性等に問題が生じる場合があった。
【０００４】
そこで、継ぎ手を円滑に挿入する技術として、特許文献２に示される掘進機が提案されている。この技術は埋設される管体の中間部もしくは矩形一辺の内部に設置される構造で、最外周部に設置できる構造とはなっておらず、継ぎ手位置が制限されていた。
【特許文献１】特開２０００−２５７３８５号公報
【特許文献２】特許第３５６８８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、地盤下部の余掘りを可能にして乗り上げ現象を防止できる矩形掘進機を提供することにある。第２の課題は、隣接した管体又は鋼材の継ぎ手が最外周部に設置された場合においても溝状の掘削を可能にして継ぎ手部の貫入抵抗を低減し、継ぎ手の変形・破損及び脱落を防止して円滑に効率良く継ぎ手を挿入できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 掘削部の回転により矩形状に削孔する矩形掘削装置と同矩形掘削装置の外周を囲む断面矩形の筒状の刃口とを先端部に備えた推進工法に用いる矩形掘進機において、前記刃口の外周下面の前縁を後退させて矩形掘削装置の掘削部下方を露出させ、同矩形掘削装置をその掘削部が頂部においては刃口内を掘削し下部においては刃口の外周下面より下方へ余掘りできるように配置し、しかも余掘りの深さを調整可能にしたことを特徴とする矩形掘進機
２） 矩形掘削装置の掘削部と矩形掘削装置の外郭の中心を上下に位置をずらして下方の余掘り深さを調整できるようにした前記１）記載の矩形掘進機
３） 刃口の刃先側辺を上方から下方へ斜め後方となるように形成した前記１）又は２）記載の矩形掘進機
４） 刃口の刃先前縁の一部を後退させて凹凸状にした前記３）記載の矩形掘進機
５） 刃口が、外周方向に向ってビットを装着し、土質に応じて刃口全体を一体として脱着自在にした構造である前記３）又は４）記載の矩形掘進機
６） 矩形掘削装置の外郭に推進方向の溝を地盤に切削する回転掘削装置を取り付けた前記１）〜５）いずれか記載の矩形掘進機
７） 外郭の回転掘削装置の前方に地盤抵抗を低減する添加材を注出する注出手段を設け、その後方に掘削された地山と添加材の混合体の土砂を圧密防止のために排土させる排土手段を設けた前記６）記載の矩形掘進機
にある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、先端の矩形掘削装置をその掘削部が刃口の外周下面より下方へ露出するように配置したから、頂部の崩落を防止しながら下方の余掘りを可能にして掘進中の乗り上げを低減できる。また、矩形掘削装置によって掘削した削孔に更に継ぎ手用の溝を切削することで、最外周部に継ぎ手がある管体又は鋼材を抵抗なく挿入し、継ぎ手の変形・損傷を防止して円滑に推進できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の余掘り深さの調整手段としては、矩形掘削装置の掘削部のビットを余掘りするように調整して回動させる方法や、掘削部自体を矩形掘削装置の外郭の中心より上下に位置をずらして偏心させる方法がある。刃口は上方を前方へ張り出したフ−ド状のものが用いられ、その刃先は凹凸状として貫入抵抗を低減し、且つ一体型で脱着自在として土質に応じて支換できるようにし、損傷部分の交換も容易にする。刃先は部分的に後退させ、貫入抵抗を減少させるとともに集中応力を発生させて接触時の貫入を容易にする。外郭に取り付けられる回転掘削装置は先端に超硬チップ等を備えた円盤形や菱形、十字型等の様々な形状のものが用いられ、継ぎ手の位置に応じて上下左右に対向配置して用いられる。以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は実施例の矩形掘進機の縦断面図、図２は実施例の矩形掘削装置の斜視図、図３は実施例の矩形掘削装置の縦断面図、図４は実施例の外郭の縦断面図、図５は実施例の溝の切削を示す説明図である。
【００１０】
本実施例の矩形掘進機１は、図１〜４に示すように、矩形掘削装置３の外郭２の後端部に継ぎ手１０で角部同士を連結して横方向へ列設した断面矩形状の管体９を接続し、同管体９の終端を発進基地で押圧して矩形掘削装置３で削孔しながら管体９を地中に埋設する推進工法に用いるものである。矩形掘削装置３の外郭２の側面には２対１組の平盤状の回転カッタ−８を上下左右面に前後位置をずらせ且つその刃先が外郭２から突出するように軸支している。
【００１１】
矩形掘削装置３の先端は、上面が前方へ張り出し側辺を斜め後方に形成したフ−ド状の刃口４をボルト４ａで脱着可能に取り付け、掘削部は多数のビット５を備え複雑な回動により矩形状に削孔可能な構造で、その駆動部分の中心位置を外郭２の中心より下方へ３５ｍｍずらして偏心させている。回転カッタ−８の外郭２の前方位置には掘削抵抗を低減させる添加材を削孔Ｈへ注出する注出口２ａと掘削土砂Ｇａ及び添加材を回収する排土口２ｂを形成している。５ａはモ−タ、６は排土口、６ａは排土圧調整バルブ、７は貯泥槽、７ａは吸引排土管、８ｂはモ−タ、９は管体、１０は継ぎ手、Ｇは地盤及び土砂、Ｇａは掘削土砂、Ｈは削孔、Ｓは溝、Ｔはトンネルである。
【００１２】
本実施例では、トンネルＴの発進基地にジャッキを用いた推進装置（図示せず）を設置して矩形掘進機１を水平に配置した後、トンネルＴの上方地盤（クラウン部）に向けて矩形掘削装置３及び回転カッタ−８を作動させ、推進装置で推進させて矩形状に掘進する。図３に示すように矩形掘削装置３の上方は刃口４で崩落を防止し、下方は偏心させた分余掘りすることで掘削土砂Ｇａの貯留を抑制して乗り上げが防止される。
【００１３】
回転カッタ−８は、図５（ａ）に示すように削孔Ｈの上下左右の角部に管体９の推進方向へ沿う深さ５０〜１５０ｍｍの溝Ｓが掘削される。この溝Ｓによって管体９の上下左右に取付けられた継ぎ手１０が移動に伴う地盤及び土砂Ｇからの抵抗を大幅に小さくし、図５（ｂ）に示すように管体９同士を継ぎ手１０で係止させた状態のまま容易に推進させることができる。同時に、添加材が注出口２ａから回転カッタ−８に向けて注出され、回転カッタ−８の掘削を効果的にする。回転カッタ−８によって切削された掘削土砂Ｇａ・岩石破砕片・添加材・水などを掻き込んで排土口２ｂから排出させ、外部の吸泥・排泥装置（図示せず）で吸引して排出される。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明の矩形推進機は、トンネルの水平土留覆土や防護工，箱型状の削孔，地中配管工事，地盤の崩落防止等の補強工法や対策工，地中に管を連結して埋設する工事等において利用される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例の矩形推進機の縦断面図である。
【図２】実施例の矩形掘削装置の斜視図である。
【図３】実施例の矩形掘削装置の縦断面図である。
【図４】実施例の外郭の縦断面図である。
【図５】実施例の溝の切削を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１６】
１ 矩形推進機
２ 外郭
２ａ 注出口
２ｂ 排土口
３ 矩形掘削装置
４ 刃口
４ａ ボルト
５ ビット
５ａ モ−タ
６ 排土口
６ａ 排土圧調整バルブ
７ 貯泥槽
７ａ 吸引排土管
８ 回転カッタ−
９ 管体
１０ 継ぎ手
Ｇ 地盤及び土砂
Ｇａ 掘削土砂
Ｓ 削孔
Ｔ トンネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中を非開削工法により掘削して管体もしくは鋼材を挿入する推進工法において、隣接する管体もしくは鋼材を継ぎ手で接続しながら水平土留覆工を行う地下空間構築のために用いる矩形掘進機に関し、詳しくは頂部を保護する刃口で掘削後の地山の挙動を防止するとともに地山の緩みや肌落ちを防止する機能を有し、しかも地盤の下部を余掘りして乗り上げを防止できようにする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的な土粒子崩壊防護の刃口を設置した矩形掘進機は、カッター部が刃口内部に収納されており、掘削途中において下方に貯留した掘削土砂に乗り上げる現象が発生し、掘進方向の精度管理に問題があった。また、掘削部を刃口から露出させて余掘りできるようにした掘進機が特許文献１で提案されているが、上方も露出しているから土質性状や条件によっては地山の緩みを防止することが難しかった。
【０００３】
一方、従来の先受け工法、パイプルーフ工法、水平土留め工法等を使用するトンネル構築工法に関して、先行して施工される埋設管は一般に継ぎ手を有している。そのため、継ぎ手を有した管体を推進又は牽引して所定の位置に挿入する必要があった。その場合、継ぎ手部が地中に挿入される際に貫入抵抗が増大し、継ぎ手の変形や破損及び脱落が発生してスムーズな挿入が行なわれず、後日の内部掘削時に地下水の漏水や土粒子の流出となり、工期、品質、経済性等に問題が生じる場合があった。
【０００４】
そこで、継ぎ手を円滑に挿入する技術として、特許文献２に示される掘進機が提案されている。この技術は埋設される管体の中間部もしくは矩形一辺の内部に設置される構造で、最外周部に設置できる構造とはなっておらず、継ぎ手位置が制限されていた。
【特許文献１】特開２０００−２５７３８５号公報
【特許文献２】特許第３５６８８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、地盤下部の余掘りを可能にして乗り上げ現象を防止できる矩形掘進機を提供することにある。第２の課題は、隣接した管体又は鋼材の継ぎ手が最外周部に設置された場合においても溝状の掘削を可能にして継ぎ手部の貫入抵抗を低減し、継ぎ手の変形・破損及び脱落を防止して円滑に効率良く継ぎ手を挿入できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 掘削部の回転により矩形状に削孔する矩形掘削装置と同矩形掘削装置の外周を囲む断面矩形の筒状の刃口とを先端部に備えた推進工法に用いる矩形掘進機において、前記刃口の外周下面の前縁を後退させて矩形掘削装置の掘削部下方を露出させ、同矩形掘削装置をその掘削部が頂部においては刃口内を掘削し下部においては刃口の外周下面より下方へ余掘りできるように配置し、しかも余掘りの深さを調整可能にしたことを特徴とする矩形掘進機
２） 矩形掘削装置の掘削部と矩形掘削装置の外郭の中心を上下に位置をずらして下方の余掘り深さを調整できるようにした前記１）記載の矩形掘進機
３） 刃口の刃先側辺を上方から下方へ斜め後方となるように形成した前記１）又は２）記載の矩形掘進機
４） 刃口の刃先前縁の一部を後退させて凹凸状にした前記３）記載の矩形掘進機
５） 刃口が、外周方向に向ってビットを装着し、土質に応じて刃口全体を一体として脱着自在にした構造である前記３）又は４）記載の矩形掘進機
６） 矩形掘削装置の外郭に推進方向の溝を地盤に切削する回転掘削装置を取り付けた前記１）〜５）いずれか記載の矩形掘進機
７） 外郭の回転掘削装置の前方に地盤抵抗を低減する添加材を注出する注出手段を設け、その後方に掘削された地山と添加材の混合体の土砂を圧密防止のために排土させる排土手段を設けた前記６）記載の矩形掘進機
にある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、先端の矩形掘削装置をその掘削部が刃口の外周下面より下方へ露出するように配置したから、頂部の崩落を防止しながら下方の余掘りを可能にして掘進中の乗り上げを低減できる。また、矩形掘削装置によって掘削した削孔に更に継ぎ手用の溝を切削することで、最外周部に継ぎ手がある管体又は鋼材を抵抗なく挿入し、継ぎ手の変形・損傷を防止して円滑に推進できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の余掘り深さの調整手段としては、矩形掘削装置の掘削部のビットを余掘りするように調整して回動させる方法や、掘削部自体を矩形掘削装置の外郭の中心より上下に位置をずらして偏心させる方法がある。刃口は上方を前方へ張り出したフ−ド状のものが用いられ、その刃先は凹凸状として貫入抵抗を低減し、且つ一体型で脱着自在として土質に応じて支換できるようにし、損傷部分の交換も容易にする。刃先は部分的に後退させ、貫入抵抗を減少させるとともに集中応力を発生させて接触時の貫入を容易にする。外郭に取り付けられる回転掘削装置は先端に超硬チップ等を備えた円盤形や菱形、十字型等の様々な形状のものが用いられ、継ぎ手の位置に応じて上下左右に対向配置して用いられる。以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は実施例の矩形掘進機の縦断面図、図２は実施例の矩形掘削装置の斜視図、図３は実施例の矩形掘削装置の縦断面図、図４は実施例の外郭の縦断面図、図５は実施例の溝の切削を示す説明図である。
【００１０】
本実施例の矩形掘進機１は、図１〜４に示すように、矩形掘削装置３の外郭２の後端部に継ぎ手１０で角部同士を連結して横方向へ列設した断面矩形状の管体９を接続し、同管体９の終端を発進基地で押圧して矩形掘削装置３で削孔しながら管体９を地中に埋設する推進工法に用いるものである。矩形掘削装置３の外郭２の側面には２対１組の平盤状の回転カッタ−８を上下左右面に前後位置をずらせ且つその刃先が外郭２から突出するように軸支している。
【００１１】
矩形掘削装置３の先端は、上面が前方へ張り出し側辺を斜め後方に形成したフ−ド状の刃口４をボルト４ａで脱着可能に取り付け、掘削部は多数のビット５を備え複雑な回動により矩形状に削孔可能な構造で、その駆動部分の中心位置を外郭２の中心より下方へ３５ｍｍずらして偏心させている。回転カッタ−８の外郭２の前方位置には掘削抵抗を低減させる添加材を削孔Ｈへ注出する注出口２ａと掘削土砂Ｇａ及び添加材を回収する排土口２ｂを形成している。５ａはモ−タ、６は排土口、６ａは排土圧調整バルブ、７は貯泥槽、７ａは吸引排土管、８ｂはモ−タ、９は管体、１０は継ぎ手、Ｇは地盤及び土砂、Ｇａは掘削土砂、Ｈは削孔、Ｓは溝、Ｔはトンネルである。
【００１２】
本実施例では、トンネルＴの発進基地にジャッキを用いた推進装置（図示せず）を設置して矩形掘進機１を水平に配置した後、トンネルＴの上方地盤（クラウン部）に向けて矩形掘削装置３及び回転カッタ−８を作動させ、推進装置で推進させて矩形状に掘進する。図３に示すように矩形掘削装置３の上方は刃口４で崩落を防止し、下方は偏心させた分余掘りすることで掘削土砂Ｇａの貯留を抑制して乗り上げが防止される。
【００１３】
回転カッタ−８は、図５（ａ）に示すように削孔Ｈの上下左右の角部に管体９の推進方向へ沿う深さ５０〜１５０ｍｍの溝Ｓが掘削される。この溝Ｓによって管体９の上下左右に取付けられた継ぎ手１０が移動に伴う地盤及び土砂Ｇからの抵抗を大幅に小さくし、図５（ｂ）に示すように管体９同士を継ぎ手１０で係止させた状態のまま容易に推進させることができる。同時に、添加材が注出口２ａから回転カッタ−８に向けて注出され、回転カッタ−８の掘削を効果的にする。回転カッタ−８によって切削された掘削土砂Ｇａ・岩石破砕片・添加材・水などを掻き込んで排土口２ｂから排出させ、外部の吸泥・排泥装置（図示せず）で吸引して排出される。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明の矩形推進機は、トンネルの水平土留覆土や防護工，箱型状の削孔，地中配管工事，地盤の崩落防止等の補強工法や対策工，地中に管を連結して埋設する工事等において利用される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例の矩形推進機の縦断面図である。
【図２】実施例の矩形掘削装置の斜視図である。
【図３】実施例の矩形掘削装置の縦断面図である。
【図４】実施例の外郭の縦断面図である。
【図５】実施例の溝の切削を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１６】
１ 矩形推進機
２ 外郭
２ａ 注出口
２ｂ 排土口
３ 矩形掘削装置
４ 刃口
４ａ ボルト
５ ビット
５ａ モ−タ
６ 排土口
６ａ 排土圧調整バルブ
７ 貯泥槽
７ａ 吸引排土管
８ 回転カッタ−
９ 管体
１０ 継ぎ手
Ｇ 地盤及び土砂
Ｇａ 掘削土砂
Ｓ 削孔
Ｔ トンネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削部の回転により矩形状に削孔する矩形掘削装置と同矩形掘削装置の外周を囲む断面矩形の筒状の刃口とを先端部に備えた推進工法に用いる矩形掘進機において、前記刃口の外周下面の前縁を後退させて矩形掘削装置の掘削部下方を露出させ、同矩形掘削装置をその掘削部が頂部においては刃口内を掘削し下部においては刃口の外周下面より下方へ余掘りできるように配置し、しかも余掘りの深さを調整可能にしたことを特徴とする矩形掘進機。
【請求項２】
矩形掘削装置の掘削部と矩形掘削装置の外郭の中心を上下に位置をずらして下方の余掘り深さを調整できるようにした請求項１記載の矩形掘進機。
【請求項３】
刃口の刃先側辺を上方から下方へ斜め後方となるように形成した請求項１又は２記載の矩形掘進機。
【請求項４】
刃口の刃先前縁の一部を後退させて凹凸状にした請求項３記載の矩形掘進機。
【請求項５】
刃口が、外周方向に向ってビットを装着し、土質に応じて刃口全体を一体として脱着自在にした構造である請求項３又は４記載の矩形掘進機。
【請求項６】
矩形掘削装置の外郭に推進方向の溝を地盤に切削する回転掘削装置を取り付けた請求項１〜５いずれか記載の矩形掘進機。
【請求項７】
外郭の回転掘削装置の前方に地盤抵抗を低減する添加材を注出する注出手段を設け、その後方に掘削された地山と添加材の混合体の土砂を圧密防止のために排土させる排土手段を設けた請求項６記載の矩形掘進機。
【請求項１】
掘削部の回転により矩形状に削孔する矩形掘削装置と同矩形掘削装置の外周を囲む断面矩形の筒状の刃口とを先端部に備えた推進工法に用いる矩形掘進機において、前記刃口の外周下面の前縁を後退させて矩形掘削装置の掘削部下方を露出させ、同矩形掘削装置をその掘削部が頂部においては刃口内を掘削し下部においては刃口の外周下面より下方へ余掘りできるように配置し、しかも余掘りの深さを調整可能にしたことを特徴とする矩形掘進機。
【請求項２】
矩形掘削装置の掘削部と矩形掘削装置の外郭の中心を上下に位置をずらして下方の余掘り深さを調整できるようにした請求項１記載の矩形掘進機。
【請求項３】
刃口の刃先側辺を上方から下方へ斜め後方となるように形成した請求項１又は２記載の矩形掘進機。
【請求項４】
刃口の刃先前縁の一部を後退させて凹凸状にした請求項３記載の矩形掘進機。
【請求項５】
刃口が、外周方向に向ってビットを装着し、土質に応じて刃口全体を一体として脱着自在にした構造である請求項３又は４記載の矩形掘進機。
【請求項６】
矩形掘削装置の外郭に推進方向の溝を地盤に切削する回転掘削装置を取り付けた請求項１〜５いずれか記載の矩形掘進機。
【請求項７】
外郭の回転掘削装置の前方に地盤抵抗を低減する添加材を注出する注出手段を設け、その後方に掘削された地山と添加材の混合体の土砂を圧密防止のために排土させる排土手段を設けた請求項６記載の矩形掘進機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１５２７４５（Ｐ２００６−１５２７４５Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４８１９２（Ｐ２００４−３４８１９２）
【出願日】平成１６年１２月１日（２００４．１２．１）
【出願人】（０００１６２５９３）株式会社協和エクシオ (57)
【出願人】（５９９１１１９６５）株式会社アルファシビルエンジニアリング (32)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１日（２００４．１２．１）
【出願人】（０００１６２５９３）株式会社協和エクシオ (57)
【出願人】（５９９１１１９６５）株式会社アルファシビルエンジニアリング (32)
【Ｆターム（参考）】
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