JP2007092375A - 小口径シールドマシンの排土装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内部空間の狭いシールドマシンの内部に破砕機の設置を可能とすること。
【解決手段】筒状に形成されたシールドマシン本体１１と、該シールドマシン本体１１の先端に回転自在に設置された回転カッタ１２と、掘削土砂をシールドマシン本体１１内に取り込むように傾斜させて配置したスクリュコンベア２０とを備え、該スクリュコンベア２０の排出口２１の直下にロータリクラッシャ式の破砕機３０を配置し、破砕機３０に搬出手段４０を接続するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は小口径シールドマシンの排土装置に関するものである。

小口径のシールドトンネルの施工に用いられる小口径シールドマシンは、通常マシンと同様に、回転カッタで掘削した掘削土砂をスクリュコンベアを通じて機内に取り込んでいる。そして、スクリュコンベアから坑内に排出された掘削土砂は、ベルトコンベアなどで後方に移動され、ズリ鋼車または圧送ポンプ等を使用して、坑外に搬出される。

前記した従来のシールドマシンの排土技術にあってはつぎの問題点がある。
（１）大口径のシールドマシンでは、取り込んだ礫を、シールドマシン内部にジョークラッシャやコーンクラッシャを配備するだけのスペースを確保できるから、礫層の掘進は可能である。
これに対して小口径シールドマシンの場合は、シールドマシンの内部空間が狭隘である。
そのため、小口径シールドマシンでは、スリュコンベアの排出口にベルトコンベア、又は圧送ポンプを配備するのがやっとであり、スペース的な制約やエレクタ装置等の周辺機器との干渉の問題からシールドマシン内部にジョークラッシャやコーンクラッシャを配備することができず、大口径のシールドマシンの排出システムをそのまま小口径シールドマシンに適用することができない。
（２）上記した理由から、大径の礫が存在する場合はその礫を破砕しなければ排土ができないために、小口径シールドトンネルの施工が難しいとされている。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところはつぎの何れかひとつの小口径シールドマシンの排土装置を提供することにある。
（１）内部空間の狭い小口径シールドマシンの内部に破砕機の設置を可能とすること。
（２）大径の礫が存在する地質であっても小口径シールドトンネルの施工を可能とすること。

本願の第１発明は、筒状に形成されたシールドマシン本体と、このシールドマシン本体の先端に回転自在に設置された回転カッタと、掘削土砂をシールドマシン本体内に取り込むように傾斜させて配置したスクリュコンベアとを備え、シールドマシン本体内に取り込んだ掘削土砂を坑内へ搬送する小口径シールドマシンの排土装置であって、スクリュコンベアの排出口の直下に、礫を搬送可能な大きさに破砕する破砕機を配置したことを特徴とする、小口径シールドマシンの排土装置である。
本願の第２発明は、筒状に形成されたシールドマシン本体と、このシールドマシン本体の先端に回転自在に設置された回転カッタと、掘削土砂をシールドマシン本体内に取り込むように傾斜させて配置したスクリュコンベアと、シールドマシン本体内に取り込んだ掘削土砂を坑内へ搬送する搬出手段とを備えた小口径シールドマシンの排土装置であって、スクリュコンベアの排出口の直下に、礫を搬送可能な大きさに破砕する破砕機を配置し、前記破砕機に搬出手段を接続したことを特徴とする、小口径シールドマシンの排土装置である。
本願の第３発明は、前記第２発明において、前記破砕機の直下に搬出手段を接続したことを特徴とする、小口径シールドマシンの排土装置である。
本願の第４発明は、前記第２発明において、前記破砕機の横（側方）に搬出手段を接続したことを特徴とする、小口径シールドマシンの排土装置である。
本願の第５発明は、前記第１乃至４発明の何れかにおいて、前記スクリュコンベアの駆動用モータをスクリュコンベアの側方に配置し、排出口をスクリュコンベアの上端部に形成したことを特徴とする、小口径シールドマシンの排土装置である。
本願の第６発明は、前記第２乃至５発明の何れかにおいて、スクリュコンベアと搬出手段に対して前記破砕機を着脱可能に構成したことを特徴とする、小口径シールドマシンの排土装置である。
本願の第７発明は、前記第１乃至６発明の何れかにおいて、前記破砕機をロータリクラッシャで構成したことを特徴とする、小口径シールドマシンの排土装置である。
本願の第８発明は、前記第２乃至６発明の何れかにおいて、前記搬出手段を回転容積型のロータリポンプで構成したことを特徴とする、小口径シールドマシンの排土装置である。

本発明はつぎのいずれかひとつの効果を奏する。
（１）スクリュコンベアの排出口をマシンの高い位置に形成し、シールドマシンの内部空間が狭隘であってもスクリュコンベアの排出口の直下に破砕機を設置することが可能となる。
（２）小口径シールドマシンの内部に破砕機を配置し、搬送可能な大きさに破砕できるので、大径の礫が存在する地質であっても小口径シールドトンネルの施工が可能となる。
（３）破砕機をロータリクラッシャで構成することにより、十分な破砕効率を確保したまま破砕機の高さ方向の寸法を小さくできる。
（４）破砕機の真横に搬出手段を配置した場合は、小口径シールドマシンの口径がより小さく、破砕機と搬出手段を縦列配置できない場合に対処可能である。
（５）破砕機を着脱自在に構成した場合は、礫の存否により破砕機を着脱して掘進できるので、地質の状況に応じて効率の良い掘削排土を実現することができる。

以下に図面を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。

（１）前提とするシールドマシン
図１，２に本発明が前提とする小口径シールドマシン１０（以下「シールドマシン１０」という）のモデル図を示す。

シールドマシン１０は泥水式、土圧式又は公知の各種形式のシールドマシンに適用可能である。
またシールドマシン１０は曲線施工に適するように複数の分割体を軸方向に連結した多連構造体も含むものである。

このシールドマシン１０は円筒状のシールドマシン本体１１の切羽側に回転カッタ１２を装備し、そのほかに必要に応じて、図示しないセグメント１３を組み立てるためのエレメント装置や掘進用のシールドジャッキ等を装備する。

本発明はこのようなシールドマシン１０を前提とし、以下に詳述する排土装置を具備するものである。

（２）排土装置
排土装置は、スクリュコンベア２０と、スクリュコンベア２０の排出口２１の直下に配置した破砕機３０と、破砕機３０の排出口３２の直下に配置した搬出手段４０とにより構成される。

［スクリュコンベア］
スクリュコンベア２０は切羽側のチャンバーとシールドマシン本体１１間に傾斜して配置され、ケーシング２２と、ケーシング２２内に回転可能に収容したスクリュ２３と、スクリュ２３を回転駆動する駆動モータ２４を具備する。
ケーシング２２の下端部（図面左方）は掘削土砂の取り込みが可能なように切羽側に露出している。ケーシング２２の上端部（図面右方）の下方には、排出口２１が形成されている。
ケーシング２２の排出口２１は図示しないゲートにより開閉を制御可能に構成されている。

駆動モータ２４は電動式又は油圧式のモータで、ケーシング２２の側方に配置し、公知の歯車機構を介してスクリュ２３の軸又は羽根に駆動モータ２４の回転を伝達できるようになっている。
駆動モータ２４をケーシング２２の側方に配置したのは、排出口２１をケーシング２２の尾端に設けて、排出口２１の下方に広いスペースを確保するためである。

図１ではスクリュコンベア２０の上端部が水平に屈曲している場合を示すが、屈曲させずに直線状のままであってもよい。

［破砕機］
破砕機３０は上記スクリュコンベア２０で取り込んだ掘削土砂に大径の礫が混入している場合に、大径の礫を破砕するための装置で、コンパクトなロータリクラッシャが最適である。

ロータリクラッシャとしては、例えば密封構造のハウジング３１内に、水平軸を中心に回転し、外周に複数のビットを設けた回転ロータと、回転ロータと対向して配置した固定ビットを具備し、落下してくる礫を回転ロータと固定ビットの間で破砕する一軸式のロータリクラッシャを採用できる。
尚、図１に示した符号３３は回転ロータを回転駆動するためのモータである。

またその他のロータリクラッシャとしては、一対の回転ロータを水平に並設し、一対の回転ロータ間で落下してくる礫を破砕する多軸式のロータリクラッシャや公知のロータリクラッシャを採用できる。
ハウジング３１の上口はスクリュコンベア２０の排出口２１と一体に固定され、またハウジング３１の下方には排出口３２が形成されている。

破砕機３０は種々知られているが、破砕機３０にロータリクラッシャを採用することで、十分な破砕効率を確保したまま破砕機３０の高さ方向の寸法を小さくできる利点が得られる。

［搬出手段］
搬出手段４０は破砕機３０の排出口３２から落下する掘削土砂を、シールドマシン１０外へ搬出するための装置である。
本例では、搬出手段４０として回転容積型のロータリポンプを採用する。
ロータリポンプはポンプ本体４１と、このポンプ本体４１の駆動用モータ４２とから構成されている。
ポンプ本体４１には、土砂の受入口と吐出口とが設けられていて、受入口に破砕機３０の排出口３２が連通接続され、吐出口には、配管５０の一端側が連通接続されていて、破砕された礫を含む掘削土砂を坑内へ輸送できるようになっている。

（３）掘削土砂の排出方法
以上のように構成したシールドマシン１０では、回転カッタ１２を回転駆動することにより大径の礫を含む土砂が、回転カッタ１２の背面側に設けられたチャンバー内に取り込まれる。

取り込まれた掘削土砂の一部がスクリュコンベア２０を通じてシールドマシン本体１１内の高所へ移送され、スクリュコンベア２０の排出口２１から破砕機３０であるロータリクラッシャ内に投入される。

破砕機３０内に投入された掘削土砂中に大径の礫が混入している場合、大径の礫は破砕機３０により搬送可能な大きさに破砕される。
破砕された礫を含む掘削土砂は破砕機３０の排出口３２を通じて搬出手段４０を構成するロータリポンプに投入され、搬出手段４０に連通接続した配管５０を通じて坑内へ輸送される。

このように構成した排土装置によれば、駆動モータ２４をスクリュコンベア２０の側方に配置することでスクリュコンベア２０の排出口２１をマシンの高い位置に形成できると共に、破砕機３０をロータリクラッシャで構成することにより、小口径のシールドマシンの内部空間が狭隘であってもスクリュコンベア２０の排出口２１の直下に破砕機３０と搬出手段４０を設置することが可能となる。
したがって、小口径のシールドマシン１０に破砕機３０を装備できるので、掘削対象地盤に大径の礫が存在していても、シールドマシン１０の内部で小さい寸法に破砕して礫を搬送することができるから、大径の礫が存在する地盤を対象とした小口径のシールドトンネルの施工を実現することができる。

（４）その他の実施の形態
以上は、一台のスクリュコンベア２０に対して、破砕機３０と搬出手段４０を夫々一台ずつ配置する場合を説明したが、一台のスクリュコンベア２０に対して、破砕機３０と搬出手段４０を夫々複数台ずつ配置してもよい。
破砕機３０と搬出手段４０の設置台数は、掘削土砂の処理能力によって適宜使い分けをすればよい。

また以上はスクリュコンベア２０、破砕機３０、搬出手段４０の順序で縦列配置した場合について説明したが、破砕機３０の真横に搬出手段４０を配置しても良い。
シールドマシン１０の口径がより小さく、破砕機３０と搬出手段４０を縦列配置できない場合に有効である。

また破砕機３０は着脱自在に構成する場合もある。
大径の礫が存在しない地質では、破砕機３０を取り外し、スクリュコンベア２０の直下に搬出手段４０を接続する。
搬出手段４０の接続形態としては、搬出手段４０を持ち上げてスクリュコンベア２０の排出口２１に直接接続するか、或いは搬出手段４０はそのままの高さにして、スクリュコンベア２０の排出口２１と搬出手段４０の間に別途の連絡筒を介装する形態がある。
本例のように構成すれば、礫の存否により破砕機３０を着脱して掘進できるので、地質の状況に応じて効率の良い掘削排土を実現することができる。

また本発明は、スクリュコンベア２０の排出口２１の直下に破砕機３０を接続するだけで、搬出手段４０の設置を省略する場合もある。
本例にあっては、破砕機３０から排出した掘削土砂を、圧送ポンプ、ズリ鋼車またはベルトコンベア等で後方に移動して対処する。

本発明に係るシールドマシンの排土装置のモデル図 図１におけるＩＩ−ＩＩの断面図

符号の説明

１０・・・シールドマシン
２０・・・スクリュコンベア
２１・・・排出口
２２・・・ケーシング
２３・・・スクリュ
３０・・・破砕機（ロータリクラッシャ）
４０・・・搬出手段

Claims (8)

1. 筒状に形成されたシールドマシン本体と、このシールドマシン本体の先端に回転自在に設置された回転カッタと、掘削土砂をシールドマシン本体内に取り込むように傾斜させて配置したスクリュコンベアとを備え、シールドマシン本体内に取り込んだ掘削土砂を坑内へ搬送する小口径シールドマシンの排土装置であって、
   スクリュコンベアの排出口の直下に、礫を搬送可能な大きさに破砕する破砕機を配置したことを特徴とする、
   小口径シールドマシンの排土装置。
2. 筒状に形成されたシールドマシン本体と、このシールドマシン本体の先端に回転自在に設置された回転カッタと、掘削土砂をシールドマシン本体内に取り込むように傾斜させて配置したスクリュコンベアと、シールドマシン本体内に取り込んだ掘削土砂を坑内へ搬送する搬出手段とを備えた、小口径シールドマシンの排土装置であって、
   スクリュコンベアの排出口の直下に、礫を搬送可能な大きさに破砕する破砕機を配置し、
   前記破砕機に搬出手段を接続したことを特徴とする、
   小口径シールドマシンの排土装置。
3. 請求項２において、前記破砕機の直下に搬出手段を接続したことを特徴とする、
   小口径シールドマシンの排土装置。
4. 請求項２において、前記破砕機の横に搬出手段を接続したことを特徴とする、小口径シールドマシンの排土装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかにおいて、前記スクリュコンベアの駆動用モータをスクリュコンベアの側方に配置し、排出口をスクリュコンベアの上端部に形成したことを特徴とする、小口径シールドマシンの排土装置。
6. 請求項２乃至請求項５の何れかにおいて、スクリュコンベアと搬出手段に対して前記破砕機を着脱可能に構成したことを特徴とする、小口径シールドマシンの排土装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れかにおいて、前記破砕機をロータリクラッシャで構成したことを特徴とする、小口径シールドマシンの排土装置。
8. 請求項２乃至請求項６の何れかにおいて、前記搬出手段を回転容積型のロータリポンプで構成したことを特徴とする、小口径シールドマシンの排土装置。

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