JP2022161536A - ベルトコンベア鋼車、及び掘削ズリ搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち小断面トンネルの発破掘削を行う際に従来技術に比してより効率的に掘削ズリ搬送作業を行うことができるベルトコンベア鋼車とこれを用いた掘削ズリ搬送方法を提供することである。
【解決手段】本願発明のベルトコンベア鋼車は、トンネル掘削によって生じた掘削ズリを積載して、搬送レール上を移動し得る鋼車であって、掘削ズリを収容し得るズリ収容体とコンベア用レール、移動ベルトコンベアを備えたものである。このうち移動ベルトコンベアは、コンベア用レール上をスライド移動できるものである。移動ベルトコンベア上に載置された掘削ズリは、移動ベルトコンベアによって運搬され、移動ベルトコンベアの一端からズリ収容体内に投入される。
【選択図】図１

Description

本願発明は、トンネル掘削によって生じた岩塊や岩砕、土砂等（以下、これらを総称して「掘削ズリ」という。）を鋼車によって搬送する技術に関するものであり、より具体的には、２以上の鋼車に掘削ズリを搭載して搬送することができる搬送技術に関するものである。

近時、温室効果ガスの排出を抑制することができるという点において、再生可能エネルギーによる発電方式が注目されている。この再生可能エネルギーは、太陽光をはじめ、中小水力や風力、地熱、木質バイオマスといった文字どおり再生することができるエネルギーであり、温室効果ガスの排出を抑え、また国内で生産できることから、有望な低炭素エネルギーとして期待されている。

中でも出力１０，０００ｋＷ以下の小水力発電は、比較的簡易な設備で発電することができるうえ、太陽光発電とは異なり昼夜を問わず発電することができ、さらに地域密着型の事業となるケースが多いため雇用促進といった地域の活性化につながるなど、多様な効果を望むことができることから今後は需要が増大することが予想され、実際、小水力発電を行うための導水路トンネルの建設がここ数年で急増している。導水路トンネルは、一般的に小断面であり、地山強度によってはＴＢＭ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｂｏｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ）を用いた掘削を行うこともあるが、多くの場合は発破を伴うＮＡＴＭ（Ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）工法によって掘削される。

ＮＡＴＭによるトンネル掘削は、火薬装填のための削孔、発破、掘削ズリの搬送、支保工の構築（吹付コンクリートや鋼製支保工、ロックボルト）といった一連の作業（サイクル）を繰り返し実施することで掘進していく工法である。つまり、切羽付近では種々の作業が順次行われ、しかも作業ごとに使用する機械が異なることから機械の入れ替え作業が避けられない。また発破によって生じた掘削ズリを坑外に搬送する方法にはいくつかの種類があり、ダンプトラック等に積載して掘削ズリを搬送する「タイヤ式」や、坑内に設置した連続ベルトコンベアシステムによって掘削ズリを搬送する「ベルトコンベア式」、同じく坑内に敷設したレールを利用して掘削ズリを搬送する「レール式」などが挙げられる。

導水路トンネルのように小断面のトンネルを掘削する場合、当然ながら小さい（狭い）空間での作業が強いられることから使用する機械も小型化が要求される。そのため、タイヤ式による搬送を採用すると、１台当たりの掘削ズリ積載量が制限されることから作業効率が著しく劣化する。またベルトコンベア式を採用すると、発破によって生じた掘削ズリを細かく破砕するための破砕機（移動式クラッシャー）が必要になるが、ほとんどの小断面のトンネルではこの破砕機の配置が不可能であり、仮に配置できたとしても破砕機に掘削ズリを投入することはできないといった不都合が生じる。したがって、小断面のトンネルではレール式による搬送方法が主流であり、レール（軌条）上の掘削ズリ搭載車（以下、「ズリ鋼車」という。）を機関車（バッテリーロコ）が牽引して坑口側に掘削ズリを搬送している。なお、小断面のトンネルでは空間の制約から１条のレール敷設（いわゆる単線）が余儀なくされ、他の作業で使用する機械も同じレール上を移動する形式のものを利用することもある。

従来のレール式搬送方法では、１台の鋼車と１台の機関車の組み合わせにより掘削ズリを搬送していた。より詳しくは、切羽側に配置される１台の鋼車を、坑口側に配置される機関車に連結し、この鋼車に掘削ズリが満載されると鋼車と機関車からなる組み合わせ（以下、「搬送体」という。）が坑口に向かって移動していくわけである。これは、掘削ズリ積込み機（シャフローダなど）が小型化する結果、掘削ズリの搬送長（リーチ長さ）が短くなり、２台以上のズリ鋼車を連結すると坑口側に置かれたズリ鋼車に掘削ズリが届かないためである。なお、トンネル掘削延長が長くなると、当然ながら１セットの搬送体では切羽側での待ち時間（いわば遊び）が長くなってしまうため、この場合は２セット以上の搬送体が導入される。

１セットの搬送体が切羽まで移動して掘削ズリを搭載して搬送し、また異なる搬送体が入れ替わりで切羽まで移動することを繰り返すのでは、極めて効率が悪い。掘削ズリ搬送に時間が掛かると、トンネル掘削のサイクルタイムを押し上げることとなり、延いてはトンネル工事にかかる期間も長期化することとなる。また、異なる搬送体どうしは坑内ですれ違う必要があることから、坑内には所定間隔（３００ｍ程度）で複線区間を設けなければならない。この複線区間は、トンネル断面を拡幅した領域であり、本来の目的（例えば導水）にとって直接的には必要ないいわば間接工事であって、その構築にかかる費用や時間は可能な限り低減されることが望ましい。

このように小断面トンネルのレール式搬送方法には、非効率な掘削ズリ搬送作業という問題や、複線区間（拡幅区間）の構築といった問題が指摘されており、これらの問題を解決する技術が切望されていた。そこで特許文献１では、掘削ズリ搬送用のコンベアをコンベア受け台車とズリ鋼車で支持することとし、ズリ鋼車の移動に応じてコンベア受け台車が伸縮するという技術を提案している。

特開２００１－１５２７８９号公報

特許文献１に開示される技術によれば、１台の機関車に連結された複数台のズリ鋼車によって掘削ズリを搬送することができるため、従来技術に比して効率的に掘削ズリ搬送作業を行うことができる。しかしながら特許文献１の技術では、切羽付近にコンベアを常設する必要があるうえに、伸縮式のコンベア受け台車も切羽付近に常設しなければならない。つまり、特許文献１が前提としているＴＢＭによるトンネル掘削では実施することができても、切羽付近で頻繁に作業機械が入れ替わる発破掘削ではその採用が極めて困難である。

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち小断面トンネルの発破掘削を行う際に従来技術に比してより効率的に掘削ズリ搬送作業を行うことができるベルトコンベア鋼車と、これを用いた掘削ズリ搬送方法を提供することである。

本願発明は、ズリ鋼車にスライド式のベルトコンベアを設けることで、機関車による２以上のズリ鋼車の牽引を可能とする、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。

本願発明のベルトコンベア鋼車は、トンネル掘削によって生じた掘削ズリを積載して、搬送レール上を移動し得る鋼車であって、掘削ズリを収容し得るズリ収容体とコンベア用レール、移動ベルトコンベアを備えたものである。このうちコンベア用レールは、搬送レールの軸方向に配置されてズリ収容体の上部に固定されるもので、移動ベルトコンベアは、コンベア用レール上をスライド移動できるものである。移動ベルトコンベア上に載置された掘削ズリは、移動ベルトコンベアによって運搬され、移動ベルトコンベアの一端からズリ収容体内に投入される。

本願発明のベルトコンベア鋼車は、ズリ収容体の上部であって、コンベア用レールに略直交（直交を含む）して配置されるガイドレールをさらに備えたものとすることもできる。なお、移動ベルトコンベアが設置されたコンベア用レールは、ガイドレールに沿ってスライド可能である。

本願発明のベルトコンベア鋼車は、移動ベルトコンベアが坑口側に向かって上り勾配となるようにコンベア用レールに設置されたものとすることもできる。

本願発明の掘削ズリ搬送方法は、坑口側から切羽側に向かって機関車、本願発明のベルトコンベア鋼車、普通鋼車の順で連結された搬送装置が搬送レール上を移動することでトンネル掘削によって生じた掘削ズリを坑口側に搬送する方法であって、ベルトコンベア前進工程とベルトコンベア鋼車投入工程、ベルトコンベア後退工程、普通鋼車投入工程を備えた方法である。このうちベルトコンベア前進工程では、移動ベルトコンベアを切羽側に移動させる。またベルトコンベア鋼車投入工程では、掘削ズリ積込み機で掘削ズリを移動ベルトコンベア上に載置することによって、移動ベルトコンベアが掘削ズリを坑口側に運搬するとともに、移動ベルトコンベアの坑口側端からベルトコンベア鋼車のズリ収容体内に掘削ズリを投入する。ベルトコンベア後退工程では、移動ベルトコンベアを坑口側に移動させ、普通鋼車投入工程では、掘削ズリ積込み機で普通鋼車のズリ収容体内に掘削ズリを投入する。そして機関車が掘削ズリを搭載したベルトコンベア鋼車と普通鋼車を牽引しながら、搬送レール上を坑口側に移動する。

本願発明の掘削ズリ搬送方法は、ズリ収容体を転倒させることによって積載した掘削ズリを排出する掘削ズリ排出工程を、さらに備えた方法とすることもできる。この場合のベルトコンベア鋼車は、ズリ収容体の上部であってコンベア用レールに略直交（直交を含む）して配置されるガイドレールを有している。なお掘削ズリ排出工程では、移動ベルトコンベアを搭載した状態のコンベア用レールを、ガイドレールに沿ってズリ収容体の転倒方向とは異なる方向にあらかじめ移動させたうえで、ズリ収容体を転倒させる。

本願発明のベルトコンベア鋼車、及び掘削ズリ搬送方法には、次のような効果がある。
（１）効率的なズリ搬出作業を実現することで、トンネル掘削作業全体のサイクルアップを図ることができ、延いてはトンネル工事にかかる期間も短縮することができる。
（２）異なる搬送体どうしが坑内ですれ違う機会が従来に比して低減されることから、複線区間（拡幅区間）の設置間隔を広げることができ、すなわち構築する複線区間を少なくすることができる。
（３）ズリ鋼車の連結や切り離し作業が従来に比して低減されることから、施工現場における労働災害が発生するリスクを低減することができる。

本願発明のベルトコンベア鋼車を用いて掘削ズリを坑口方向に運搬する状況を模式的に示す側面図。 （ａ）は本願発明のベルトコンベア鋼車を模式的に示す側面図、（ｂ）は本願発明のベルトコンベア鋼車を模式的に示す平面図、（ｃ）は本願発明のベルトコンベア鋼車を模式的に示す正面図。 （ａ）は前進スライドする移動ベルトコンベアを模式的に示す側面図、（ｂ）は後退スライドする移動ベルトコンベアを模式的に示す側面図。 （ａ）は傾斜して配置された移動ベルトコンベアが前進スライドする状況を模式的に示す側面図、（ｂ）は傾斜して配置された移動ベルトコンベアが後退スライドする状況を模式的に示す側面図。 断面軸方向に見たとき中折れ形状となる移動ベルトコンベアを模式的に示す側面図。 ズリ収容体を転倒させることで内部の掘削ズリを排出する状況を模式的に示す側面図。 （ａ）は可動側壁と移動ベルトコンベアが干渉した状態を模式的に示す側面図、（ｂ）はガイドレールが設けられたズリ収容体を模式的に示す平面図、（ｃ）は移動ベルトコンベアを可動側壁から遠ざかる方向にスライド移動させた状態を模式的に示す側面図、（ｄ）は移動ベルトコンベアを可動側壁から遠ざけたままズリ収容体が転倒した状態を模式的に示す側面図。 願発明の掘削ズリ搬送方法の主な工程の流れを示すフロー図。 ベルトコンベア鋼車のズリ収容体内に掘削ズリを投入するまでの主な工程を示すステップ図。 ベルトコンベア鋼車のズリ収容体内の掘削ズリを排出するまでの主な工程を示すステップ図。 坑口側から切羽側に向かって機関車、２台のベルトコンベア鋼車、普通鋼車の順で連結された搬送装置を用いて、掘削ズリを坑口方向に運搬する状況を模式的に示す側面図。

本願発明のベルトコンベア鋼車、及び掘削ズリ搬送方法の実施の例を図に基づいて説明する。

図１は、本願発明のベルトコンベア鋼車１００を用いて、トンネル掘削によって生じる掘削ズリを坑口方向に運搬する状況を模式的に示す側面図である。この図に示すように本願発明のベルトコンベア鋼車１００は、その上部にベルトコンベアを備えている。なお、このベルトコンベアは、トンネル軸方向（坑口と切羽を結ぶ方向）にスライド移動することができることから、便宜上ここでは「移動ベルトコンベア１３０」ということとする。そして、坑口側から切羽側に向かって機関車ＢＬ、ベルトコンベア鋼車１００、従来用いられている通常の鋼車（以下、「普通鋼車ＳＣ」という。）の順で連結された一連の機体（以下、「搬送装置」という。）が、搬送レール（軌条）ＲＬを走行することによって掘削ズリを坑口方向に運搬する。より詳しくは、掘削ズリ積込み機ＳＬ（シャフローダなど）がベルトコンベア鋼車１００と普通鋼車ＳＣに掘削ズリを積み込み、それぞれ概ね満載されると機関車ＢＬが坑口方向に自走し、すなわち機関車ＢＬに牽引されたベルトコンベア鋼車１００と普通鋼車ＳＣの掘削ズリが坑口方向に運ばれるわけである。

１．ベルトコンベア鋼車
はじめに、本願発明のベルトコンベア鋼車１００について詳しく説明する。なお、本願発明の掘削ズリ搬送方法は、本願発明のベルトコンベア鋼車１００を用いて掘削ズリを搬送する方法である。したがって、まずは本願発明のベルトコンベア鋼車１００について説明し、その後に本願発明の掘削ズリ搬送方法について説明することとする。

図２は、本願発明のベルトコンベア鋼車１００を模式的に示す図であり、（ａ）はベルトコンベア鋼車１００をトンネル軸方向と直交する軸方向（以下、「横断軸方向」という。）に見た側面図、（ｂ）はベルトコンベア鋼車１００を上方から見た平面図、（ｃ）はベルトコンベア鋼車１００をトンネル軸方向に見た正面図である。なお図２（ｂ）では、便宜上、移動ベルトコンベア１３０を省略している。

図２に示すようにベルトコンベア鋼車１００は、鋼車部１１０とコンベア用レール１２０、移動ベルトコンベア１３０を含んで構成されるもので、鋼車部１１０の上部にコンベア用レール１２０が固定されており、このコンベア用レール１２０に沿ってスライド移動できるように移動ベルトコンベア１３０がコンベア用レール１２０に設置されている。この鋼車部１１０は、掘削ズリを収容することができるズリ収容体１１１や、搬送レールＲＬ上を移動するための車輪１１２などを含む車体であり、従来用いられている通常の鋼車（つまり、普通鋼車ＳＣ）を利用することができる。また移動ベルトコンベア１３０は、坑口側プーリーと切羽側のプーリー、これらプーリー間を巡回する無端ベルト、無端ベルトを巡回させる動力手段などを含んで構成され、掘削ズリ積込み機ＳＬによって無端ベルト上に載置された掘削ズリを坑口方面に搬送することができるものである。

図２（ａ）に示すようにコンベア用レール１２０は、略水平（水平を含む）であってトンネル軸方向となるように配置され、鋼車部１１０の先端（切羽側端）を超える位置まで延びるような寸法（長さ）で設計するとよい。もちろん、車部１１０の先端と後端（坑口側端）の両端を超える位置まで延びるような寸法とすることもできる。このコンベア用レール１２０は鋼車部１１０の上部に固定され、したがってベルトコンベア鋼車１００に対してコンベア用レール１２０が移動することはない。

一方、移動ベルトコンベア１３０は、トンネル軸方向となるように配置され、しかもコンベア用レール１２０に沿って（つまり、トンネル軸方向に）スライド移動できるように、コンベア用レール１２０に設置される。図２（ｃ）では、２本のＬ字状（断面視）のコンベア用レール１２０で移動ベルトコンベア１３０を挟持する構造であり、移動ベルトコンベア１３０の横断軸方向（図では左右方向）の移動は拘束されるが、トンネル軸方向（図では紙面奥行方向）の移動は自由となっている。なお、移動ベルトコンベア１３０がコンベア用レール１２０に沿ってスライド移動可能な構造であれば、図２（ｃ）に示す構造にかかわらず従来用いられている種々の手法を利用して移動ベルトコンベア１３０をコンベア用レール１２０に設置することができる。ただし、移動ベルトコンベア１３０が無制限にスライド移動するとコンベア用レール１２０から離脱するため、コンベア用レール１２０に離脱防止用のストッパを設けるとよい。また、後述するようにズリ収容体１１１を転倒させるときに移動ベルトコンベア１３０がコンベア用レール１２０から離脱するおそれがあるため、移動ベルトコンベア１３０の上方への移動も拘束する構造にするとよい。

移動ベルトコンベア１３０は、油圧ジャッキや電動モータといった動力を利用してスライド移送させる機械式とすることもできるし、作業者がチェーンブロックなどを用いてスライド移送させる人力式とすることもできる。あるいは、移動ベルトコンベア１３０が動力と車輪を備えることとし、動力によって回転した車輪がコンベア用レール１２０を走行する自走式を採用することもできる。移動ベルトコンベア１３０は、コンベア用レール１２０に沿ってスライド移動可能であると説明したが、切羽側と坑口側の両方向に移動することができる。便宜上ここでは、切羽側にスライド移動することを「前進スライド」、坑口側にスライド移動することを「後退スライド」ということとする。図３（ａ）は前進スライドする移動ベルトコンベア１３０を模式的に示す側面図であり、図３（ｂ）は後退スライドする移動ベルトコンベア１３０を模式的に示す側面図である。

図２や図３では、移動ベルトコンベア１３０を略水平（水平を含む）に配置するとともに、その略水平姿勢を維持したままスライド移動する構成としているが、これに限らず移動ベルトコンベア１３０を傾斜して配置することもできる。図４（ａ）は傾斜して配置された移動ベルトコンベア１３０が前進スライドする状況を模式的に示す側面図であり、図３（ｂ）は傾斜して配置された移動ベルトコンベア１３０が後退スライドする状況を模式的に示す側面図である。この場合、図４に示すように移動ベルトコンベア１３０が坑口側に向かって上り勾配（切羽側に向かって下り勾配）となるように配置するとよい。なお移動ベルトコンベア１３０は、鉛直面においては傾斜しているものの、水平面に投影した軸方向はトンネル軸方向となるように配置される。

仮に、コンベア用レール１２０も移動ベルトコンベア１３０に応じた傾斜で配置した場合、移動ベルトコンベア１３０が前進スライドすると地面近くに降下していき、逆に後退スライドするとトンネル天端近くまで上昇してしまう。そのため図４に示すように、コンベア用レール１２０は略水平（水平を含む）に配置し、そのうえで移動体１４０を利用するとよい。この移動体１４０は、横断軸方向に見た形状がクサビ状であり、しかも移動ベルトコンベア１３０の配置姿勢（つまり、傾斜姿勢）とコンベア用レール１２０の配置姿勢（つまり、略水平姿勢）からなる挟角を有する形状を呈している。

また移動体１４０は、コンベア用レール１２０に沿って（つまり、トンネル軸方向に）スライド移動（前進スライドと後退スライド）できるように、コンベア用レール１２０に設置される。なお、移動体１４０がスライド移動する構造は、移動ベルトコンベア１３０と同様のスライド移動構造（機械式や人力式、自走式）とすることができる。そして移動ベルトコンベア１３０は、移動体１４０に固定される。すなわち、移動体１４０を介していわば間接的に移動ベルトコンベア１３０がコンベア用レール１２０に設置されることによって、移動体１４０のスライド移動とともに移動ベルトコンベア１３０もスライド移動するわけである。

図３や図４では、移動ベルトコンベア１３０を直線状（横断軸方向視）としているが、これに限らず中間で屈折する中折れ形状とすることもできる。図５は、横断軸方向に見たとき中折れ形状となる移動ベルトコンベア１３０を模式的に示す側面図である。この図に示すように、移動ベルトコンベア１３０を中折れ形状とする場合は、切羽側を傾斜姿勢とし、坑口側を略水平姿勢にするとよい。ただしその傾斜姿勢は、坑口側に向かって上り勾配（切羽側に向かって下り勾配）となるような傾斜にするとよい。つまり、図３に示す移動ベルトコンベア１３０を坑口側に配置するとともに、図４に示す移動ベルトコンベア１３０を切羽側に配置したうえで、これらを連結した移動ベルトコンベア１３０とするわけである。

ベルトコンベア鋼車１００や普通鋼車ＳＣが所定の場所（例えば、坑外の土捨て場）まで搬送されると、そのズリ収容体１１１内に収容された掘削ズリは排出される。このとき、通常は図６に示すようにズリ収容体１１１を転倒させることで、内部の掘削ズリを排出する。ズリ収容体１１１の一方の側面（図では左側面）には可動側壁１１３が設けられており、ズリ収容体１１１を回転させない状態では内部の掘削ズリがこぼれないよういわば閉じ蓋の機能を担っている。そして、ズリ収容体１１１を可動側壁１１３側（図では反時計回り）に転倒（回転）させると、可動側壁１１３はこのズリ収容体１１１の挙動とは異なり上方に若干移動する。これにより、可動側壁１１３による閉じ蓋機能は解除され、すなわち可動側壁１１３が配置されていた側面が開口部となってズリ収容体１１１内の掘削ズリが排出される。

ところが、本願発明のベルトコンベア鋼車１００はズリ収容体１１１の上部にコンベア用レール１２０や移動ベルトコンベア１３０が配置されており、ズリ収容体１１１を転倒させたときに図７（ａ）に示すように可動側壁１１３と移動ベルトコンベア１３０が干渉するおそれがある。この干渉を回避するには、ズリ収容体１１１の上部にガイドレール１５０を設けるとよい。このガイドレール１５０は、コンベア用レール１２０を横断軸方向に案内するレール（軌条）であり、したがってコンベア用レール１２０と略直交（直交を含む）するように配置される。つまり、移動ベルトコンベア１３０をガイドレール１５０に沿ってスライド移動させることで、移動ベルトコンベア１３０を可動側壁１１３から遠ざけ、相互の干渉を回避するわけである。

ガイドレール１５０は、例えば図７（ｂ）に示すように、ズリ収容体１１１の切羽側（図では左側）に外側ガイドレール１５１と内側ガイドレール１５２を設置し、さらにズリ収容体１１１の坑口側（図では右側）に外側ガイドレール１５１と内側ガイドレール１５２を設置した構成とすることができる。コンベア用レール１２０の下面に設けられた突起を外側ガイドレール１５１と内側ガイドレール１５２との間に挿入すれば、この突起がガイドレール１５０（外側ガイドレール１５１と内側ガイドレール１５２）によって横断軸方向に案内され、すなわちコンベア用レール１２０とその上に載置された移動ベルトコンベア１３０が横断軸方向に案内される。なおガイドレール１５０は、可動側壁１１３と移動ベルトコンベア１３０との干渉を回避するために設置するものであるから、定位置にある移動ベルトコンベア１３０が可動側壁１１３から遠ざかるスライド移動を実現するように、その配置や寸法を設計するとよい。

ズリ収容体１１１にガイドレール１５０を設置した場合、次のような手順でズリ収容体１１１内の掘削ズリを排出するとよい。ベルトコンベア鋼車１００が所定の場所まで搬送されると、図７（ｃ）に示すように、コンベア用レール１２０と移動ベルトコンベア１３０をガイドレール１５０に沿って可動側壁１１３から遠ざかる方向にスライド移動させる。そして移動ベルトコンベア１３０が可動側壁１１３から十分離れると、図７（ｄ）に示すように、ズリ収容体１１１を転倒させることで内部の掘削ズリを排出する。このとき、移動ベルトコンベア１３０が可動側壁１１３の方向に移動しないように、ガイドレール１５０に移動ベルトコンベア１３０を固定するためのストッパを設けるとよい。

２．掘削ズリ搬送方法
続いて、本願発明の掘削ズリ搬送方法ついて説明する。なお、本願発明の掘削ズリ搬送方法は、ここまで説明したベルトコンベア鋼車１００を用いて掘削ズリを搬送する方法である。したがって、ベルトコンベア鋼車１００について説明した内容と重複する説明は避け、本願発明の掘削ズリ搬送方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「１．ベルトコンベア鋼車」で説明したものと同様である。

図８は本願発明の掘削ズリ搬送方法の主な工程の流れを示すフロー図であり、図９はベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内に掘削ズリを投入するまでの主な工程を示すステップ図、図１０はベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内の掘削ズリを排出するまでの主な工程を示すステップ図である。図９（ａ）に示すように、坑口側から切羽側に向かって機関車ＢＬ、ベルトコンベア鋼車１００、普通鋼車ＳＣの順で連結された搬送装置が、切羽近くまで到達すると（図８のＳｔｅｐ２０１）、ベルトコンベア鋼車１００と普通鋼車ＳＣ搬送との連結を解除する（図８のＳｔｅｐ２０２）。そして図９（ｂ）に示すように、機関車ＢＬが切羽側に自走することによって、ベルトコンベア鋼車１００を普通鋼車ＳＣに近づける（図８のＳｔｅｐ２０３）。ベルトコンベア鋼車１００が普通鋼車ＳＣに十分近づくと、図９（ｃ）に示すようにベルトコンベア鋼車１００の移動ベルトコンベア１３０を前進スライドさせる（図８のＳｔｅｐ２０４）。

移動ベルトコンベア１３０を前進スライドさせると、ベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内に掘削ズリを投入していく（図８のＳｔｅｐ２０５）。より詳しくは、掘削ズリ積込み機ＳＬが移動ベルトコンベア１３０上に掘削ズリを載置すると、移動ベルトコンベア１３０の無端ベルトが回転（図では時計回りの回転）することによって掘削ズリをベルトコンベア鋼車１００側（つまり、坑口側）に搬送し、移動ベルトコンベア１３０の坑口側端まで移動してきた掘削ズリがズリ収容体１１１内に投入される。このとき、ズリ収容体１１１内で掘削ズリが一様に（偏ることなく）搭載されるように、ベルトコンベア鋼車１００を徐々に坑口側に移動しながら掘削ズリを投入していくとよい。図９（ｄ）に示すベルトコンベア鋼車１００は、掘削ズリの投入開始からある程度の時間が経過しているため、当初から相当程度の距離で坑口側に移動している。

ベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内に掘削ズリが概ね満載されると、図１０（ｅ）に示すように、移動ベルトコンベア１３０を後退スライドさせる（図８のＳｔｅｐ２０６）。そして、図１０（ｆ）に示すように機関車ＢＬが切羽側に自走することによってベルトコンベア鋼車１００を普通鋼車ＳＣに近づけ（図８のＳｔｅｐ２０７）、ベルトコンベア鋼車１００と普通鋼車ＳＣ搬送を連結する（図８のＳｔｅｐ２０８）。ベルトコンベア鋼車１００と普通鋼車ＳＣ搬送を連結すると（あるいはベルトコンベア鋼車１００と普通鋼車ＳＣ搬送との連結に並行して）、普通鋼車ＳＣのズリ収容体内に掘削ズリを投入していく（図８のＳｔｅｐ２０９）。より詳しくは、掘削ズリ積込み機ＳＬが普通鋼車ＳＣのズリ収容体内に掘削ズリを直接投入していく。このとき、ズリ収容体内で掘削ズリが一様に（偏ることなく）搭載されるように、普通鋼車ＳＣを徐々に坑口側に移動しながら掘削ズリを投入していくとよい。図１０（ｇ）に示す普通鋼車ＳＣは、掘削ズリの投入開始からある程度の時間が経過しているため、当初から相当程度の距離で坑口側に移動している。

ベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内に掘削ズリが概ね満載され、さらに普通鋼車ＳＣのズリ収容体内にも掘削ズリが概ね満載されると、搬送装置が所定の場所（例えば、坑外の土捨て場）まで移動する（図８のＳｔｅｐ２１０）。そして、図１０（ｆ）に示すようにベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内の掘削ズリを排出するとともに、普通鋼車ＳＣ０のズリ収容体内の掘削ズリも排出する（図８のＳｔｅｐ２１１）。なおベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内の掘削ズリを排出するにあたっては、既述したように、コンベア用レール１２０と移動ベルトコンベア１３０をガイドレール１５０に沿って可動側壁１１３から遠ざかる方向にスライド移動させたうえで、ズリ収容体１１１を転倒させるとよい。

ここまで、１台のベルトコンベア鋼車１００を連結した搬送装置の例で説明してきたが、本願発明の掘削ズリ搬送方法は、２台以上のベルトコンベア鋼車１００を連結した搬送装置を用いて掘削ズリを搬送する方法とすることもできる。図１１は、坑口側から切羽側に向かって機関車ＢＬ、２台のベルトコンベア鋼車１００、普通鋼車ＳＣの順で連結された搬送装置を用いて、掘削ズリを坑口方向に運搬する状況を模式的に示す側面図である。以下、この図に示す搬送装置を用いて掘削ズリを搬送する手順について説明する。なお便宜上ここでは、図１１のうち坑口側にあるベルトコンベア鋼車１００のことを「後方ベルトコンベア鋼車１００」と、切羽側にあるベルトコンベア鋼車１００のことを「前方ベルトコンベア鋼車１００」ということとする。

図１１に示す搬送装置が切羽近くまで到達すると（図８のＳｔｅｐ２０１）、前方ベルトコンベア鋼車１００と普通鋼車ＳＣ搬送との連結を解除し（図８のＳｔｅｐ２０２）、前方ベルトコンベア鋼車１００を普通鋼車ＳＣに近づけ（図８のＳｔｅｐ２０３）、前方ベルトコンベア鋼車１００の移動ベルトコンベア１３０を前進スライドさせる（図８のＳｔｅｐ２０４）。さらに、後方ベルトコンベア鋼車１００と前方ベルトコンベア鋼車１００との連結を解除し、後方ベルトコンベア鋼車１００を前方ベルトコンベア鋼車１００に近づけ、後方ベルトコンベア鋼車１００の移動ベルトコンベア１３０を前進スライドさせる。

前方ベルトコンベア鋼車１００と後方ベルトコンベア鋼車１００の移動ベルトコンベア１３０を前進スライドさせると、後方ベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内に掘削ズリを投入していく。より詳しくは、掘削ズリ積込み機ＳＬが前方ベルトコンベア鋼車１００の移動ベルトコンベア１３０上に掘削ズリを載置すると、この移動ベルトコンベア１３０の無端ベルトが回転することによって掘削ズリを坑口側に搬送し、後方ベルトコンベア鋼車１００の移動ベルトコンベア１３０上に掘削ズリを引き渡す。そして、この移動ベルトコンベア１３０の無端ベルトが回転することによって掘削ズリを坑口側に搬送し、移動ベルトコンベア１３０の坑口側端まで移動してきた掘削ズリが後方ベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内に投入される。

後方ベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内に掘削ズリが概ね満載されると、後方ベルトコンベア鋼車１００の移動ベルトコンベア１３０を後退スライドさせる。そして、今度は前方ベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内に掘削ズリを投入していく。より詳しくは、掘削ズリ積込み機ＳＬが前方ベルトコンベア鋼車１００の移動ベルトコンベア１３０上に掘削ズリを載置すると、この移動ベルトコンベア１３０の無端ベルトが回転することによって掘削ズリを坑口側に搬送し、移動ベルトコンベア１３０の坑口側端まで移動してきた掘削ズリが前方ベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内に投入される。なお、３台以上のベルトコンベア鋼車１００を連結した場合は、連結した台数分だけ上記した工程を繰り返すとよい。

後方ベルトコンベア鋼車１００と前方ベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内に掘削ズリが概ね満載され、さらに普通鋼車ＳＣのズリ収容体内にも掘削ズリが概ね満載されると、搬送装置が所定の場所（例えば、坑外の土捨て場）まで移動する（図８のＳｔｅｐ２１０）。そして、図１０（ｆ）に示すように後方ベルトコンベア鋼車１００と前方ベルトコンベア鋼車１００のズリ収容体１１１内の掘削ズリを排出するとともに、普通鋼車ＳＣ０のズリ収容体内の掘削ズリも排出する（図８のＳｔｅｐ２１１）。

本願発明のベルトコンベア鋼車、及び掘削ズリ搬送方法は、導水路トンネルや導坑先進工法による側壁導坑のほか、鉄道トンネルや道路トンネルなど様々な用途のトンネル掘削に利用でき、また採石場など岩盤を掘削して搬送するあらゆる状況で利用することができる。本願発明が小水力発電のための導水路トンネルに利用でき、すなわち温室効果ガス排出の低減に寄与することを考えれば、本願発明は産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。

１００ 本願発明のベルトコンベア鋼車
１１０ （ベルトコンベア鋼車の）鋼車部
１１１ （鋼車部の）ズリ収容体
１１２ （鋼車部の）車輪
１１３ （鋼車部の）可動側壁
１２０ （ベルトコンベア鋼車の）コンベア用レール
１３０ （ベルトコンベア鋼車の）移動ベルトコンベア
１４０ （ベルトコンベア鋼車の）移動体
１５０ （ベルトコンベア鋼車の）ガイドレール
１５１ （ガイドレールの）外側ガイドレール
１５２ （ガイドレールの）内側ガイドレール
ＢＬ 機関車
ＲＬ 搬送レール
ＳＣ 普通鋼車
ＳＬ 掘削ズリ積込み機

Claims (7)

1. トンネル掘削によって生じた掘削ズリを積載して、搬送レール上を移動し得る鋼車であって、
   掘削ズリを収容し得るズリ収容体と、
   前記搬送レールの軸方向に配置され、前記ズリ収容体の上部に固定されるコンベア用レールと、
   前記コンベア用レール上をスライド可能な移動ベルトコンベアと、を備え、
   前記移動ベルトコンベア上に載置された掘削ズリは、該移動ベルトコンベアによって運搬され、該移動ベルトコンベアの一端から前記ズリ収容体内に投入される、
   ことを特徴とするベルトコンベア鋼車。
2. 前記ズリ収容体の上部であって、前記コンベア用レールに直交、又は略直交して配置されるガイドレールを、さらに備え、
   前記移動ベルトコンベアが設置された前記コンベア用レールは、前記ガイドレールに沿ってスライド可能である、
   ことを特徴とする請求項１記載のベルトコンベア鋼車。
3. 前記移動ベルトコンベアが、坑口側に向かって上り勾配となるように、前記コンベア用レールに設置された、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のベルトコンベア鋼車。
4. 坑口側から切羽側に向かって機関車、ベルトコンベア鋼車、普通鋼車の順で連結された搬送装置が搬送レール上を移動することで、トンネル掘削によって生じた掘削ズリを坑口側に搬送する方法であって、
   前記普通鋼車は、掘削ズリを収容し得るズリ収容体を有し、
   前記ベルトコンベア鋼車は、前記ズリ収容体と、前記搬送レールの軸方向に配置され該ズリ収容体の上部に固定されるコンベア用レールと、該コンベア用レール上をスライド可能な移動ベルトコンベアと、を有し、
   前記移動ベルトコンベアを切羽側に移動させるベルトコンベア前進工程と、
   掘削ズリ積み込み機で掘削ズリを前記移動ベルトコンベア上に載置することによって、該移動ベルトコンベアが掘削ズリを坑口側に運搬するとともに、該移動ベルトコンベアの坑口側端から前記ベルトコンベア鋼車の前記ズリ収容体内に掘削ズリを投入するベルトコンベア鋼車投入工程と、
   前記移動ベルトコンベアを坑口側に移動させるベルトコンベア後退工程と、
   掘削ズリ積み込み機で前記普通鋼車の前記ズリ収容体内に掘削ズリを投入する普通鋼車投入工程と、を備え、
   前記機関車が、掘削ズリを搭載した前記ベルトコンベア鋼車と前記普通鋼車を牽引しながら、前記搬送レール上を坑口側に移動する、
   ことを特徴とする掘削ズリ搬送方法。
5. 前記ベルトコンベア鋼車投入工程では、前記普通鋼車との連結が解除された前記ベルトコンベア鋼車が、坑口側に移動しながら前記ズリ収容体内に掘削ズリを投入する、
   ことを特徴とする請求項４記載の掘削ズリ搬送方法。
6. 前記搬送装置が、２以上の前記ベルトコンベア鋼車を含んで構成され、
   前記ベルトコンベア鋼車ごとに、前記ベルトコンベア前進工程と、前記ベルトコンベア鋼車投入工程と、前記ベルトコンベア後退工程と、を繰り返し行い、
   切羽側から数えて２番目以降の前記ベルトコンベア鋼車に係る前記ベルトコンベア鋼車投入工程では、切羽側の他の前記ベルトコンベア鋼車の前記移動ベルトコンベアから、当該ベルトコンベア鋼車の前記移動ベルトコンベアに、掘削ズリが受け渡される、
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の掘削ズリ搬送方法。
7. 前記ベルトコンベア鋼車が、前記ズリ収容体の上部であって、前記コンベア用レールに直交、又は略直交して配置されるガイドレールを、有し、
   前記ズリ収容体を転倒させることによって、積載した掘削ズリを排出する掘削ズリ排出工程、をさらに備え、
   前記掘削ズリ排出工程では、前記移動ベルトコンベアが設置された前記コンベア用レールを、前記ガイドレールに沿って前記ズリ収容体の転倒方向とは異なる方向にあらかじめ移動させる、
   ことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の掘削ズリ搬送方法。

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