特開 2018-193787 ドレン材切断装置およびドレン材切断方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-193787(P2018-193787A)

(43)【公開日】2018年12月6日

(54)【発明の名称】ドレン材切断装置およびドレン材切断方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/08 20060101AFI20181109BHJP

   E21D 9/00 20060101ALI20181109BHJP

   E21D 9/087 20060101ALI20181109BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/08 Z

   E21D9/00

   E21D9/087 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2017-98912(P2017-98912)

(22)【出願日】2017年5月18日

(71)【出願人】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】516308364

【氏名又は名称】ＪＩＭテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082418

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 朔生

(74)【代理人】

【識別番号】100167601

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 信之

(74)【代理人】

【識別番号】100201329

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 真二郎

(72)【発明者】

【氏名】中野 正晴

(72)【発明者】

【氏名】西田 与志雄

(72)【発明者】

【氏名】金木 洵太朗

(72)【発明者】

【氏名】大坂 衛

(72)【発明者】

【氏名】清水 亮佑

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AA10

2D054AC02

2D054BA20

2D054BB04

2D054DA39

(57)【要約】

【課題】シールド掘進作業中のドレン材の切断に際し、水または土の中でも切断刃の振動の減衰を生じにくくすること。
【解決手段】シールド掘進機に設けたドレンカッター１０の周囲に気体層２２を形成しながらドレンカッター１０を高周波または超音波で振動させることで地山に埋め込まれているドレン材Ｘを切断する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
前記ドレン材を切断する際に前記ドレンカッターの周囲に気体層を形成する、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。

【請求項2】

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を送る手段を少なくとも含んでなることを特徴とする、請求項１に記載のドレン材切断装置。

【請求項3】

前記気体層形成手段が、前記ドレンカッターの周囲に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、請求項１または２に記載のドレン材切断装置。

【請求項4】

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、
前記ドレンカッターの周囲に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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２１９５４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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、前記ドレン材を切断する際に前記ドレンカッターの周囲に気体層を形成する、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の周囲に圧縮空気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、ドレン材切断方法であって、前記ドレンカッターの周囲に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。

【発明の効果】

【0008】

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。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ドレン材切断装置の動作イメージを示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【実施例】

【0011】

＜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。

【0012】

＜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。

【0013】

＜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。

【0014】

＜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。

【0015】

＜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。

【0016】

＜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。

【0017】

＜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。

【0018】

＜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。

【0019】

＜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。

【0020】

＜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。

【0021】

＜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。

【符号の説明】

【0022】

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

【図1】