JPH09228783A - トンネル掘削用排土装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 破砕効率と作業能率及び作業環境を改善で
き、さらに機体の長寿命化と小型化を図ることができる
トンネル掘削用排土装置を提供すること課題とする。 【解決手段】 上記課題を解決するための手段として、
油圧シリンダの伸縮によりスイングジョ−を揺動可能に
構成したジョ−クラッシャを配備したトンネル掘削用排
土装置を提供する。また、上記ジョ−クラッシャを密閉
型とし、土砂を粒度により選別するスクリ−ンを有する
分離槽と合体させたトンネル掘削用排土装置を提供す
る。また、油圧シリンダの油圧ポンプの吐出圧を調整す
ることにより、スイングジョ−の破砕圧力の制御を行え
るよう構成したトンネル掘削用排土装置を提供する。さ
らに、位置センサにより油圧シリンダのストロ−ク位置
を検出すると共に、電磁弁の切換え速度と前記油圧ポン
プの吐出量とを調整することにより、スイングジョ−振
幅及び振幅回数の制御を行えるよう構成したことを特徴
とするトンネル掘削用排土装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シ−ルド工法やＴ
ＢＭによりトンネル切羽で発生した掘削土砂中の石塊を
破砕して、後続の排泥管に送るためのトンネル掘削用排
土装置に関するものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来よりトンネル掘削
用排土装置の一部として、トンネル切羽で発生した掘削
土砂中の石塊を破砕するためにジョ−クラッシャが用い
られている。しかし、従来のトンネル掘削用のジョ−ク
ラッシャには、下記のような多くの問題点が存在する。

【０００３】＜イ＞クラッシャの駆動は、モ−タ−によ
りＶベルトを介してフライホイ−ルの付いた偏心軸を回
転させ、この偏心軸に懸垂させたスイングジョ−を揺動
させることによって行われる。そのため、スイングジョ
−が揺動に伴って上下動し、動歯板と固定歯板が石塊を
圧縮する際の破砕面圧が逃げてしまう。従って、破砕能
力の低下を招くことになる。また、回転運動を揺動運動
に変換して破砕を行う駆動原理も、破砕効率の低下に繋
がっている。さらに、スイングジョ−の上下動によっ
て、石塊が歯板面に擦り付けられる現象が起きるため、
歯板面に面状に擦り摩耗が発生し、歯板の寿命が短くな
る。

【０００４】＜ロ＞トンネル切羽側で発生する掘削土砂
中には、様々な粒度の石塊が混入しているため、それら
が破砕室に供給されると、スイングジョ−の揺動により
破砕室内にふるい効果が発生し、小径のものは破砕室下
部に、大径のものは破砕室上部に上昇してしまう。その
ため、破砕室上部に大径礫が滞留する傾向となり、破砕
効率の低下を招いている。

【０００５】＜ハ＞偏心軸に装備されたフライホイ−ル
の回転により発生する衝撃力のため、機械振動が大き
く、周辺機器へ影響を及ぼすと共に、騒音が大きいため
作業環境の悪化を招いていた。また、露出するフライホ
イ−ルの高速回転により、作業の安全性が損なわれると
共に、機体の小型化が困難であった。

【０００６】＜ニ＞破砕室の閉塞による加負荷保護機構
は、スイングジョ−の運動の下端の支えとなるトッグル
プレ−トを折損させ動力を解除し、主要部の破損を防ぐ
よう構成されているが、構造が複雑で、復旧処置も難し
い。

【０００７】＜ホ＞破砕室出口の寸法、破砕圧力、振幅
ストロ−ク、振幅数など運転仕様を変更する際には、機
体を分解する必要があり、作業が煩雑である。そのた
め、土質に対して最も適切な運転仕様を選択する場合の
対応性が悪い。

【０００８】

【本発明の目的】本発明は、上記のような様々な問題点
を解決するためになされたもので、破砕効率と作業能率
及び作業環境を改善でき、さらに機体の長寿命化と小型
化を図ることができるトンネル掘削用排土装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するための手段として、トンネル切羽で発生した掘削土
砂中の大径礫を破砕して後続の排泥管に送るためのトン
ネル掘削用排土装置において、トンネル切羽で発生した
土砂を粒度により選別するためのスクリ−ンを配備した
分離槽と、密閉型ハウジング内に配備した、前記スクリ
−ンオ−バ−径の大径礫を破砕するために油圧シリンダ
の伸縮により揺動可能に構成したジョ−クラッシャと、
前記スクリ−ンアンダ−径の土砂と、前記スクリ−ンオ
−バ−径の大径礫の破砕後の砕石とを、後続の排泥管に
送るための土砂排出路とよりなることを特徴とする、ト
ンネル掘削用排土装置を提供する。

【００１０】また、前記スクリ−ン上部に加水手段を設
け、スクリ−ン上の掘削土砂に加水して土砂と大径礫と
の分離を促進するよう構成したことを特徴とする、トン
ネル掘削用排土装置を提供する。

【００１１】また、前記土砂排出路は、前記スクリ−ン
アンダ−径の土砂と、前記スクリ−ンオ−バ−径の大径
礫の破砕後の砕石とを、合流させて後続の排泥管に送る
よう構成したことを特徴とする、トンネル掘削用排土装
置を提供する。

【００１２】また、前記スクリ−ン下部に加水手段を設
け、前記スクリ−ンアンダ−径の土砂と、前記スクリ−
ンオ−バ−径の大径礫の破砕後の砕石とに加水し、前記
排泥管から良好に排出できるよう構成したことを特徴と
する、トンネル掘削用排土装置を提供する。

【００１３】また、前記油圧シリンダの油圧ポンプの吐
出圧を調整することにより、スイングジョ−の破砕圧力
の制御を行えるよう構成したことを特徴とする、トンネ
ル掘削用排土装置を提供する。

【００１４】また、前記油圧シリンダのストロ−ク位置
を検出するセンサと、油圧シリンダのピストンの前後進
のための油圧切換えを行う電磁弁とを設け、前記センサ
により油圧シリンダのストロ−ク位置を検出すると共
に、前記電磁弁の切換え速度と前記油圧ポンプの吐出量
とを調整することにより、スイングジョ−振幅及び振幅
回数の制御を行えるよう構成したことを特徴とする、ト
ンネル掘削用排土装置を提供する。

【００１５】また、前記ジョ−クラッシャの固定歯板と
動歯板間に形成される破砕室を、ほぼ水平方向に位置さ
せて構成したことを特徴とする、トンネル掘削用排土装
置を提供する。

【００１６】さらに、前記ジョ−クラッシャの固定歯板
に表裏面を貫通する複数の孔を開設し、前記破砕室内に
供給された所定粒径以下の石塊を、前記孔を介して破砕
室外に排出させるスクリ−ン機能を付与したことを特徴
とする、トンネル掘削用排土装置を提供する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について説明する。トンネルの排土処理
は、カッタ背面のチャンバよりスクリュ−コンベア等に
より抜き出して坑外へ搬出するが、坑外までポンプ、配
管を使用して流体輸送する場合、掘削土砂中に大径の礫
が含まれると、排泥ポンプや排泥管の中で閉塞して輸送
に支障を来すおそれがある。そこで、図１に示すよう
に、スクリュ−コンベアの出口ゲ−ト部Ｇと、後続の排
泥管Ｐとの間に本発明の装置を配備し、礫をポンプ輸送
可能な粒度まで破砕処理し、掘削土砂と共に排泥ポンプ
で坑外へ流送するものである。

【００１８】＜イ＞分離槽 分離槽100 は、トンネル切羽で発生した土砂を粒度によ
り選別するためのスクリ−ン101 を配備したものであ
り、スクリュ−コンベアの出口ゲ−ト部Ｇに直結してあ
ると共に、ジョ−クラッシャのハウジング200 と合体し
て構成されている。スクリ−ン101 は出口ゲ−ト部Ｇか
らジョ−クラッシャに向けて傾斜して配置され、スクリ
−ン目幅は、排泥管や排泥ポンプの通過粒径により決定
される。

【００１９】スクリ−ン101 の上部には加水口102 を設
ける。これによって、スクリ−ン上101 の掘削土砂に加
水して土砂と大径礫との分離を促進することができる。
また、スクリ−ン101 下部にも、排泥管Ｐ側に向けて噴
射可能な補助加水口103 を設ける。これにより、スクリ
−ンアンダ−径の土砂と、スクリ−ンオ−バ−径の大径
礫の破砕後の砕石とに加水し、土砂と砕石の混合を促し
て、排泥管Ｐから良好に排出することが可能となる。な
お、分離槽100 の上部には点検口104 を設けておくと良
い。

【００２０】＜ロ＞ジョ−クラッシャの密閉型ハウジン
グ スクリ−ンオ−バ−径の大径礫を破砕するためのジョ−
クラッシャは、分離槽100 と合体する密閉型のハウジン
グ200 内に配備される。このハウジング200 の上部に
は、スクリ−ン101 の上部空間と連通する大径礫の供給
口201 が開設され、その反対側の下部には、後続の排泥
管Ｐに連通する土砂排出口202 が開設されている。

【００２１】また、分離槽100 のスクリ−ン101 の下部
空間と、土砂排出口202 とは、ハウジング200 の底部に
形成された土砂排出路203 を介して連通している。この
土砂排出路203 には、ジョ−クラッシャにより破砕され
た砕石が落下するため、その底面には耐摩耗鋳物等で製
作されたライナ−を敷設しておく。これによって、スク
リ−ンアンダ−径の土砂と、スクリ−ンオ−バ−径の大
径礫の破砕後の砕石とが、土砂排出路203 で合流して後
続の排泥管Ｐに送られることになる。

【００２２】＜ハ＞ジョ−クラッシャ ジョ−クラッシャ300 は、固定歯板301 と動歯板302 と
が破砕角αをもって対向し、それらの間に破砕室303 を
形成するものである。破砕室303 内には、ハウジング20
0 の供給口201 から大径礫が供給されるよう構成してあ
る。なお、両歯板の対向面には耐摩耗鋳物等で製作され
たライナ−を装備しておく。

【００２３】動歯板302 を保持するスイングジョ−304
はスイングジョ−軸305 に懸垂され、スイングジョ−30
4 下部は油圧シリンダ306 とロットジョイント307 によ
り連結され、油圧シリンダ306 のロットの伸縮により、
スイングジョ−軸305 を中心として揺動する。

【００２４】破砕室303 に供給された大径礫は、固定歯
板301 と動歯板302 との間で所望の粒度に圧縮破砕され
る。油圧シリンダ306 は、スイングジョ−304 の運動方
向に追随するような中間トラニオンの揺動形シリンダ
で、十分な圧縮破砕力を得るため、大きなロット径とし
ている。

【００２５】図２は、ジョ−クラッシャの駆動制御機器
構成で、揺動して礫等を圧縮破砕するスイングジョ−30
4 を衝撃、振動の少ない状態で駆動制御するものであ
る。油圧シリンダ306 のロットの往復動によりスイング
ジョ−304 の先端は、前進点＋Ｈと、後退点＋Ｌの間の
振幅Ｗで揺動する。

【００２６】＋ＨＨは、停止時の動歯板302 先端の位置
を示す。ＳＴは油圧シリンダ306 の全ストロ−クで動歯
板302 、固定歯板301 の摩耗代を考慮した余裕値と、閉
塞時に破砕室303 内の礫等を排出するため、動歯板302
（シリンダロット）を一時的に後退して下部開口寸法ａ
を広げる場合や、分解、組立ての調整代を見込んで、通
常運転振幅Ｗの数倍のストロ−クとしている。

【００２７】前後進切換用電磁弁ユニット308 は、油圧
シリンダ306 のピストンを前後進させるための油圧を
Ａ、Ｂポ−トへ交互に切り替えるためのバルブ装置で、
前進時は、Ｂポ−ト側へ油圧をかけ、Ａポ−ト側の油は
電磁弁ユニット308 のバルブ切換えにより油圧ユニット
309 のタンクへ戻される。後退時は同様にして、Ａポ−
ト側へ油圧をかけ、Ｂポ−ト側の油は油圧ユニット309
のタンクへ戻される。

【００２８】動歯板302 の先端の位置は、油圧シリンダ
306 のロット端に装着した位置センサ310 により検出さ
れる。礫等の破砕粒度は、両歯板301 、302 の破砕面形
状や破砕室303 出口の開口部寸法ａにより決まるが、油
圧シリンダ306 のロットを伸縮し、スイングジョ−304
を揺動させる場合の開口部寸法ａは、前進点＋Ｈ（図３
に示すロットを伸ばし歯先端を閉じた状態の寸法ａ１）
と、後退点＋Ｌ（図３に示すロットを縮め歯先端を開い
た状態の寸法ａ２）の間で運転される。

【００２９】ロット端に装着した位置センサ310 によ
り、シリンダロットの絶対位置を検出し、そのロットに
連結されたスイングジョ−304 の動歯板302 の位置を制
御する。前進点＋Ｈと後退点＋Ｌは、制御盤311 上の位
置設定ダイヤル312 、313 で指示することにより、出口
セット寸法ａ１、ａ２と振幅Ｗの制御調整が容易に行え
る。動歯位置指示計314 により、運転中の動歯板302 の
位置も確認できる。

【００３０】破砕圧力は、油圧シリンダ306 へかける油
圧を制御し推力を調整することで行なう。必要な破砕力
に対応し、設定切換器315 の圧力設定調整器316 で圧力
調整コントロ−ラ317 から電磁比例リリ−フ弁318 への
指令電圧をコントロ−ルすることにより、リリ−フ圧力
を調整し任意の圧力に設定する。

【００３１】振幅回数は、設定切換器315 の流量設定調
整器319 で流量調整用アンプ320 から油圧ポンプ321 の
電磁比例流量制御弁322 への指令電圧を制御することに
より行なう。油圧ポンプ321 の吐出量と電磁弁ユニット
308 の切換え速度を制御することにより、スイングジョ
−304 の振幅回数が決定される。シ−ケンサ323 はこれ
らの油圧装置を衝撃の少ない最良のタイミングや流量で
制御する。振幅回数や破砕圧力を任意に制御すること
で、異なる土質や処理量に対応することができる。

【００３２】図３中のその他の符号については、324 は
油圧配管、325 はシグナルプロセッサ、326 は振幅設定
値指示計、327 は往復回数指示計、328 は電磁弁制御用
リレ−、329 は圧力指示計、330 は動力盤、331 は電動
機、332 は圧力センサ、333は振幅Ｌ位置設定指示計、3
34 は振幅Ｈ位置設定指示計、335 はその他の入出力機
器、336 は油圧機器各種センサを示している。

【００３３】なお、上記説明においては、ジョ−クラッ
シャの破砕室303 をほぼ垂直に位置させる場合である
が、本装置のジョ−クラッシャは駆動を油圧シリンダに
よって行うため、破砕室303 を任意の角度に傾斜させて
構成することができる。破砕室303 をほぼ水平方向に位
置させる場合には、機械高を低く抑えることができる。

【００３４】また、固定歯板301 に表裏面を貫通する複
数の孔を開設し、破砕室303 内に供給された所定粒径以
下の石塊を、その孔を介して破砕室303 外に排出させる
スクリ−ン機能を付与する場合も考えられる。さらに、
固定歯板301 、動歯板302 の一方あるいは双方に加振機
能を付与して、スクリ−ン効果を高めることも考えられ
る。

【００３５】

【本発明の効果】本発明は以上のようになるため、次の
ような効果を得ることができます。 ＜イ＞油圧シリンダの伸縮による直線運動を、そのまま
スイングジョ−の揺動運動に利用するため、スイングジ
ョ−に上下動が発生せず、破砕面圧が逃げることがな
い。従って、破砕能力を向上することができる。また、
スイングジョ−の上下動による石塊の歯板面への擦り付
けがなくなるため、擦り摩耗の発生を防止でき、歯板の
長寿命化を図ることができる。

【００３６】＜ロ＞スクリ−ンの設置により小径石塊を
破砕室内に供給する前に分離でき、また固定歯板に孔を
開設することによって、小径の石塊を破砕室から排除す
ることができる。そのため、大径の石塊が破砕室上部に
上昇するのを防止し、破砕効率の向上を図ることができ
る。

【００３７】＜ハ＞油圧シリンダによる駆動機構のため
フライホイ−ルを必要としない。従って、機械振動が小
さく、周辺機器へ影響を及ぼすことがない。また、騒音
も小さいため作業環境の改善を図ることができる。さら
に、作業の安全性を確保することができると共に、機体
の小型化が可能となる。

【００３８】＜ニ＞破砕室が閉塞した場合は、油圧シリ
ンダを収縮させるだけでよく、容易かつ瞬時に閉塞の解
除が可能となる。また、従来のような複雑な加負荷保護
機構が不要であるため、装置の構造を簡素化することが
できる。

【００３９】＜ホ＞破砕室出口の寸法、破砕圧力、振幅
ストロ−ク、振幅数などの運転仕様の変更は、外部より
容易かつ迅速に制御することができる。そのため、機体
の分解が不要であり、土質に対して最も適切な運転仕様
を選択する場合の対応性に優れている。

【００４０】＜ヘ＞破砕室をほぼ水平方向に位置させる
ことにより、機械高を低くすることができ、小径シ−ル
ド機内に設置する場合などにも対応可能となる。

【００４１】＜ト＞破砕室下部にスクリ−ンアンダ−径
の土砂流を導いて混合させることによって、破砕室下部
の閉塞を防止し、破砕後の砕石を良好に後続の排泥管に
送ることができる。そのため、分流器や循環ポンプ等の
装置が不要となり、装置の簡素化を図ることができる。

【００４２】＜チ＞スクリ−ン上部に加水手段を設ける
ことにより、土砂と大径礫とを効果的に分離することが
できる。

【００４３】＜リ＞スクリ−ン下部に加水手段を設ける
ことにより、スクリ−ンアンダ−径の土砂と破砕室下部
に落下する砕石とを効果的に混合でき、また土砂流に勢
いを付与することができる。そのため、分離破砕室下部
の閉塞を防止し、破砕後の砕石を良好に後続の排泥管に
送ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のトンネル掘削用排土装置全体の断面
図

【図２】 駆動制御機器の説明図

【図３】 破砕室出口の開口部寸法の説明図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル切羽で発生した掘削土砂中の石
   塊を破砕して後続の排泥管に送るためのトンネル掘削用
   排土装置において、 トンネル切羽で発生した掘削土砂の供給口と、破砕後の
   砕石を後続の排泥管に送るための排出口とを有する密閉
   型ハウジング内に、 スイングジョ−を油圧シリンダの伸縮により揺動可能に
   構成したジョ−クラッシャを配備したことを特徴とす
   る、 トンネル掘削用排土装置。
2. 【請求項２】 トンネル切羽で発生した掘削土砂中の大
   径礫を破砕して後続の排泥管に送るためのトンネル掘削
   用排土装置において、 トンネル切羽で発生した土砂を粒度により選別するため
   のスクリ−ンを配備した分離槽と、 密閉型ハウジング内に配備した、前記スクリ−ンオ−バ
   −径の大径礫を破砕するためのジョ−クラッシャと、 前記スクリ−ンアンダ−径の土砂と、前記スクリ−ンオ
   −バ−径の大径礫の破砕後の砕石とを、後続の排泥管に
   送るための土砂排出路とよりなることを特徴とする、 トンネル掘削用排土装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のトンネル掘削用排土装
   置において、前記スクリ−ン上部に加水手段を設け、ス
   クリ−ン上の掘削土砂に加水して土砂と大径礫との分離
   を促進するよう構成したことを特徴とする、 トンネル掘削用排土装置。
4. 【請求項４】 請求項２又は３に記載のトンネル掘削用
   排土装置において、前記土砂排出路は、前記スクリ−ン
   アンダ−径の土砂と、前記スクリ−ンオ−バ−径の大径
   礫の破砕後の砕石とを、合流させて後続の排泥管に送る
   よう構成したことを特徴とする、 トンネル掘削用排土装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のトンネル掘削用排土装
   置において、前記スクリ−ン下部に加水手段を設け、前
   記スクリ−ンアンダ−径の土砂と、前記スクリ−ンオ−
   バ−径の大径礫の破砕後の砕石とに加水し、前記排泥管
   から良好に排出できるよう構成したことを特徴とする、 トンネル掘削用排土装置。
6. 【請求項６】 請求項２乃至５のいずれかに記載のトン
   ネル掘削用排土装置において、前記ジョ−クラッシャの
   スイングジョ−を油圧シリンダの伸縮により揺動可能に
   構成したことを特徴とする、トンネル掘削用排土装置。
7. 【請求項７】 請求項１又は６に記載のトンネル掘削用
   排土装置において、前記油圧シリンダの油圧ポンプの吐
   出圧を調整することにより、スイングジョ−の破砕圧力
   の制御を行えるよう構成したことを特徴とする、トンネ
   ル掘削用排土装置。
8. 【請求項８】 請求項１、６、７に記載のトンネル掘削
   用排土装置において、前記油圧シリンダのストロ−ク位
   置を検出するセンサと、油圧シリンダのピストンの前後
   進のための油圧切換えを行う電磁弁とを設け、前記セン
   サにより油圧シリンダのストロ−ク位置を検出すると共
   に、前記電磁弁の切換え速度と前記油圧ポンプの吐出量
   とを調整することにより、スイングジョ−振幅及び振幅
   回数の制御を行えるよう構成したことを特徴とする、ト
   ンネル掘削用排土装置。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載のトン
   ネル掘削用排土装置において、前記ジョ−クラッシャの
   固定歯板と動歯板間に形成される破砕室を、ほぼ水平方
   向に位置させて構成したことを特徴とする、トンネル掘
   削用排土装置。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれかに記載のト
    ンネル掘削用排土装置において、前記ジョ−クラッシャ
    の固定歯板に表裏面を貫通する複数の孔を開設し、前記
    破砕室内に供給された所定粒径以下の石塊を、前記孔を
    介して破砕室外に排出させるスクリ−ン機能を付与した
    ことを特徴とする、トンネル掘削用排土装置。