JP5015100B2 - 推進機用カッターヘッド - Google Patents

Description

本発明は、上下水道管を埋設したり、既設の埋設管の改修をする推進機に用いられるカッターヘッドに係り、特に、地質や掘削対象物の性質に応じたビットを使用して、効率よい推進を行えるようにした推進機用カッターヘッドに関する。

地表を開削することなく上・下水道管や電線管等の管を地中に埋設する工法には、管埋設用の推進機が従来より利用されている。推進機は、地表から掘削したピット内に設置される。推進機からはスクリューが延び、このスクリューの先端に設けられたカッタヘッドにより水平方向に地盤を掘削し、掘削した土砂はスクリューが挿通される先導管内のケーシングを通じてピットから地上へ搬出される。かくして先導管に順次埋設管を継ぎ足しながら、埋設管は地中に推進される。

また、古くなったヒューム管等を新しい管に改築する埋設改築工法にも、同じように推進機を用いた掘削が行われる。

従来の推進機で用いるカッタヘッドには、図７に示す構造のカッタヘッドが用いられていた。スクリュー１０の先端には、ビット２を有するカッタヘッド３の面板４が取り付けられている。この面板４の背面には止水コーン５が取り付けられている。止水コーン５と先導管６の先端の刃口７のテーパー状内周面８との間にクリアランスＣが設けられており、カッタヘッド３はこのクリアランスＣ部分で回転中心が保たれて回動するようになっている。

しかるに、このカッタヘッド３では、面板４の外周と刃ロ７の内周面８とのクリアランスＣだけでカッタヘッド３の回転中心を保証するものであるから、カッタヘッド３の回転中心が一定せず、ふらついてきわめて不安定な回転となり、良好な掘削ができないと同時に掘削面の方向修正が効きにくいという問題点があった。

そこで、かかる問題を解決するために、本出願人は、掘削孔の最外周部を掘削する最外周掘削ビットを刃ロの先端にベアリングを介して回転可能に支持するとともに、先端にカッタヘッドを取り付けたスクリューコンベアを軸方向に可動に支持するようにしたカッタヘッドを提案している（特許文献１）
特開２００１−２９５５８４号公報

埋設管を地中に推進する場合、地質にはさまざまなバラエティがあり、軟質、硬質の違いだけでなく、地質によっては推進進路上に大きな礫が存在する場合があるというように、様々である。また、地質の違いだけでなく、既設埋設管の改築工事にみられるように、しばしば、ヒューム管のコンクリート部分と鉄製カラー部分を交互に掘削しなければならないことがある。

このように掘削の条件には、地質の違い、対象物の材料の違いなど様々であるが、従来は、難掘の地層あるいは掘削対象の方に、カッタービットを合わせて掘削していた。このため、カッタビットの特性を十分に生かすことができず、カッタビットの早期摩耗や損傷などの不具合が生じていた。

この点、上記特開２００１−２９５５８４号公報に係るカッタヘッドは、要するに、最外周部分のビットと、内周部分のビットを相対的に前記に移動可能にした構成になっているが、予想される異なる地層や対象物が異なる場合の掘削には対応することはできなかった。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、埋設管の推進経路に、硬軟異なる性質の地層や、硬軟異なる材料の掘削対象物が存在することが予想される場合に、地層や掘削対象物の性質によりカッタビットを選択し、掘削効率を上げ、カッタビットの寿命を延ばすことを可能にする推進機用カッターヘッドを提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、先導管に挿通されるスクリューの先端に取り付けられたカッターヘッドにより地盤を掘削しながら地中に埋設管を推進するための推進機に用いられるカッターヘッドにおいて、第１のカッタービットが前面に取り付けられ、前記先導管先端の刃口にベアリングを介して回転自在に取り付けられた第１の面板と、 第２のカッタービットが前面に取り付けられ、前記スクリューの先端部と連結されて前記スクリューとともに軸方向に可動な第２の面板と、を具備し、前記第１の面板と前記第２の面板は、両者を組み合わせることで円形の面板前面を構成し、前記第１面板は、一対の半月形の面板前面を形成し、前記第２円板は、前記半月形の面板前面の間に整合的に嵌合する一定の幅の矩形面板前面を形成し、前記第１のカッタービットによる掘削範囲と前記第２のカッタービットによる掘削範囲が重なり合うことを特徴としている。

本発明では、前記第１カッタービットと、第２カッタービットは、それそれ掘削特性の異なるカッタービットからなることが好ましい。

本発明によれば、設管の推進経路に、硬軟異なる性質の地層や、硬軟異なる材料の掘削対象物が存在することが予想される場合に、地層や掘削対象物の性質にカッタビットを選択し、掘削効率を上げ、カッタビットの寿命を延ばすことができる。

以下、本発明による推進機用カッターヘッドの一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は本発明によるカッタヘッドの一実施形態の正面を示し、図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す。図３は、図１のＢ−Ｂ断面を示す。

図示しない推進機から延びる先導管６の内部には、その軸方向にケーシング６ａが配設されている。この先導管６の先端の刃口７には、ベアリング１１を介して第１の面板１２が回転自在に取り付けられている。

また、ケーシング６ａにはスクリュー１０が図示しない後方の駆動手段により回転駆動および所定の距離にわたって前後動自在に挿通され、このスクリュー１０の先端には、第２の面板１４の中心がスクリュー１０と同軸に固着されている。

第１の面板１２の前面には、第１カッタービット１５が４つ直線状に配列して固着されている。同様に、第２の面板１４の前面には、第２カッタービット１６が５つ直線配列で固着されている。この第１カッタービット１５の配列と、第２カッタービット１６の配列は、回転中心で交差し、第１カッタービット１５による掘削範囲と第２カッタービット１６による掘削範囲は重なり合うようになっている。なお、第１カッタービット１５と、第２カッタービット１６は、例えば前者は礫などを対象とする硬い地質用、後者は軟質の地質用というように、それぞれ掘削特性の異なるカッタービットが用いられている。

この実施形態によるカッターヘッドでは、第１の面板１２と第２の面板１４は、組み合わされると、面板前面は全体として円形になっている。このうち、第１面板１２は、一対の半円形の面板前面１２ａ、１２ｂを構成している。これに対して、第２面板１４の方は、半円形の前面面板１２ａ、１２ｂの間に整合的に嵌合する一定の幅の矩形面板前面を構成している。

図２に示すように、第１面板１２の背面には、ベアリング１１によって支持された円環状のボス部１７が形成されている。第１面板１２は、半円形の前面面板１２ａ、１２ｂとボス部１７とが一体になっている。

第２面板１４の背面には伝達キー１８が形成されており、この伝達キー１８は、第１面板１２のボス部１７と嵌合可能になっている。そして、第２面板１４の伝達キー１８が第１面板１２のボス部１７に嵌合している状態では、スクリュー１０といっしょに第２面板１４が回転すると、この回転は第１面板１２に伝達される。

本実施形態による推進機用カッターヘッドは、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。
まず、図４は、図１のＡ−Ｂ断面において、第１面板１２と第２面板１４はほぼ同一平面にある状態での断面を示す。
本実施形態のカッターヘッドでは、スクリュー１０とともに第２面板１４を軸方向に前進後退させることができる。図４に示すように、第１面板１２と第２面板１４がほぼ同一平面上にあると、掘削した土砂はスクリュー１０側へは進入しない。

次に、図５は、図１のＡ−Ｂ断面において、第１面板１２と第２面板１４が互い違いになっていて、かつ第２面板１４の方が第１面板１２よりも突出している状態での断面を示す。

この状態で、スクリュー１０が回転すると、第２面板１４の第２カッタービット１６は先行して地盤を掘削する。この掘削時には、第１面板１２の第１カッタービット１５は、第２面板１４から回転トルクを伝達されて回転し、その第１カッタービット１５は、第２カッタービット１６に遅れて地盤を掘削する。砕かれた土砂は、第１面板１２と第２面板１４の間にできる開ロ部Ａを通じてスクリュー１０に取り込まれ、ケーシング６ａ内を後方へ搬送されて地上へ搬出される。

そこで、例えば、推進進路上に比較的大きな礫があることが予想される場合、本実施形態のカッターヘッドによれば、第１カッタービット１５としては比較的軟質地盤用のビットを取り付け、第２カッタービット１６としては礫層の掘削に適した硬質地盤用のビットを取り付ければよい。

このように異なるカッタービットを用いることで、礫の掘削に適した第２カッタービット１６をより前方へ突出させた状態として、カッタービット１６のみによる先行掘削を行なえば、礫を含む地盤の掘削を効率よく行なうことができる。そして、同じ掘削範囲にある礫以外の土砂は、第１面板１４の第１カッタービット１５で掘削できるので、軟質地盤用のカッタビット１５を破損させることもなく、いずれのカッタビット１５、１６の寿命を延ばすことができる。

最後に、図６は、図１のＡ−Ｂ断面において、第１面板１２と第２面板１４が互い違いになっていて、かつ第１面板１２の方が第２面板１４よりも突出している状態での断面を示す。

既設の埋設管が老朽化したヒューム管の場合には、ヒューム管の継手部には、接続のための鉄製カラーが入っていることがある。このようなヒューム管を砕きながら掘削をするには、以下のように対応する。

第１面板１２には、コンクリート材料の破砕に適した第１カッタービット１５を取り付け、第２面板１４には、金属材料でも破砕可能な第２カッタービット１６を取り付ける。

そして、ヒューム管のコンクリート部分は、図６に示すように、第１面板１２を突出させることで、コンクリートの破砕に適した第１カッタービット１５で破砕する。その後遅れて、第２面板１４の第２カッタービット１６は、鉄製カラーを粉砕することができる。

このようにコンクリートと鉄というように、全く異なるものが掘削対象となる場合でも、カッタービットを破損させることなく効率良く掘削を進めることができる。また、第１面板１２を先行させて掘削する場合には、第１面板１２がベアリング１１により回転中心を保持されているので、修正効果が良くなる利点もある。

なお、図５並びに図６のいずれの場合でも、スクリューコンベア１０の軸方向への進退移動量を調整することにより、第１面板１２と第２面板の間の土砂取り込み開口部Ａの開度を調整することができ、掘削土砂の取り込み量を制御することができる。なお、本実施形態では、土砂取り込み開口部Ａは、第１面板１２と第２面板１４の位置差による隙間から形成されているが、あらかじめ第１面板１２または第２面板１４に土砂取り込み開口部Ａを設ける構成としてもよい。

また粘土質の地盤掘削時にスクリュー１０に粘性士が付着した場合には、スクリュー１０を前後勤させて振動を与えることにより剥離させることができる。

以上、本発明に係る推進機用カッターヘッドについて、好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、上述の実施形態で説明した礫を含む地層を掘削する場合や、ヒューム管の掘削に限定されないことはもちろんであり、地盤の条件に応じて第１カッタービット１５、第２カッタービットを任意に組み合わせることができる。

本発明による推進機用カッターヘッドの一実施形態を示す正面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 図１におけるＡ−Ｂ断面図である。 図１におけるＡ−Ｂ断面において、第２面板が先行している状態の断面図である。 図１におけるＡ−Ｂ断面において、第１面板が先行している状態の断面図である。 従来の推進機用カッターヘッドを示す断面図である。

符号の説明

６ 先導管
６ａ ケーシング
７ 刃口
１０ スクリュー
１１ ベアリング
１２ 第１の面板
１４ 第２の面板
１５ 第１のカッタービット
１６ 第２のカッタービット

Claims (2)

1. 先導管に挿通されるスクリューの先端に取り付けられたカッターヘッドにより地盤を掘削しながら地中に埋設管を推進するための推進機に用いられるカッターヘッドにおいて、
   第１のカッタービットが前面に取り付けられ、前記先導管先端の刃口にベアリングを介して回転自在に取り付けられた第１の面板と、
   第２のカッタービットが前面に取り付けられ、前記スクリューの先端部と連結されて前記スクリューとともに軸方向に可動な第２の面板と、を具備し、
   前記第１の面板と前記第２の面板は、両者を組み合わせることで円形の面板前面を構成し、前記第１面板は、一対の半月形の面板前面を形成し、前記第２円板は、前記半月形の面板前面の間に整合的に嵌合する一定の幅の矩形面板前面を形成し、前記第１のカッタービットによる掘削範囲と前記第２のカッタービットによる掘削範囲が重なり合うことを特徴とする推進機用カッターヘッド。
2. 前記第１カッタービットと、第２カッタービットは、それぞれ掘削特性の異なるカッタービットからなることを特徴とする請求項１に記載の推進機用カッターヘッド。

Images