JP2004251001A - トンネル掘削機の排土機構及び排土方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、簡略かつ安価で、トンネルの掘削に際し、切羽を圧力保持する場合、非圧力保持とする場合の双方の掘削方式に対応できるトンネル掘削機の排土機構を提供する。
【解決手段】掘削時に切羽を圧力保持しない場合には、排土機構１５の搬送装置を無圧搬送装置１６ａに切り替える。オープン掘削機構を用いて掘進し、掘削土砂をスクリューコンベヤ２０を介して取り込みクラッシャ１７にて破砕し、クラッシャ送泥管２１より供給した泥水と混和しながら、坑外排泥管１８に排出する。掘削時に切羽を圧力保持する場合には、搬送装置を主排泥管１２に切り替えてクローズ掘削機構を用いて掘進し、掘削土砂をチャンバ１０内の泥水とともに、主排泥管１２により取り込み、クラッシャ１７にて破砕し坑外排泥管１８に排出する。
【選択図】 図３
【解決手段】掘削時に切羽を圧力保持しない場合には、排土機構１５の搬送装置を無圧搬送装置１６ａに切り替える。オープン掘削機構を用いて掘進し、掘削土砂をスクリューコンベヤ２０を介して取り込みクラッシャ１７にて破砕し、クラッシャ送泥管２１より供給した泥水と混和しながら、坑外排泥管１８に排出する。掘削時に切羽を圧力保持する場合には、搬送装置を主排泥管１２に切り替えてクローズ掘削機構を用いて掘進し、掘削土砂をチャンバ１０内の泥水とともに、主排泥管１２により取り込み、クラッシャ１７にて破砕し坑外排泥管１８に排出する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの掘削に際し、切羽を圧力保持する場合、非圧力保持とする場合の双方の掘削方式に対応するトンネル掘削機の排土機構及び排土方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、トンネルの掘削に際し、切羽の圧力保持を必要とする岩盤層、または圧力保持を不要とする湧水層が連続する複合地質を掘削できるデュアルモード型のトンネル掘削機には、様々な種類が考案されている。例えば、特許文献１では、切羽の圧力保持を必要とする場合に泥水加圧式、圧力保持を不要とする場合に掘削された土砂をジェットポンプで吸い込むジェットポンプ方式の両者を兼用とするトンネル掘削機が示されている。
【０００３】
【特許文献１】
実公平７−６２３８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような中、掘削対象地盤に岩盤層と湧水層が多い地層において、湧水層では泥水加圧式のシールド工法が有効であるものの、岩盤層ではオープン掘削のＮＡＴＭ工法が掘削効率を向上できることが一般に知られており、これらの掘削方式を両立できるトンネル掘削機が望まれている。
しかし、これら泥水加圧式によるシールド工法及びオープン掘削によるＮＡＴＭ工法の両者を併用できるトンネル掘削機には、両者の掘削方式各々に対応する排土処理装置を設置する必要があり、トンネル掘削機における排土処理装置の設置が煩雑となるため、課題となっていた。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、簡略かつ安価で、トンネルの掘削に際し、切羽を圧力保持する場合、非圧力保持とする場合の、双方の掘削方式に対応できるトンネル掘削機の排土機構及び排土方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のトンネル掘削機の排土機構は、岩盤を掘削可能なカッター装置と、該カッター装置の後方に位置して掘削土砂を取り込むチャンバーと、前記チャンバーに泥水を供給する主送泥管とを備えるトンネル掘削機の排土機構であって、前記チャンバー内に収集された掘削土砂もしくは泥水を後方へ搬送する搬送装置と、該搬送装置に連結され、搬送装置を介して搬送された掘削土砂を破砕するクラッシャと、該クラッシャーで破砕された細流状の掘削土砂を、泥水とともに坑外へ流体輸送する坑外排泥管とを備えてなり、前記搬送装置には、切羽を圧力保持せずに掘削することによりチャンバー内に生じた掘削土砂を、前記クラッシャへ搬送する無圧搬送装置と、切羽を泥水により圧力保持しながら掘削することによりチャンバー内に生じた掘削土砂を、泥水とともに前記クラッシャへ搬送する主排泥管よりなる加圧搬送装置が設置されるとともに、掘削時における切羽への圧力保持の有無に応じて、無圧搬送装置と加圧搬送装置を切り替える切替え装置が備えられることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載のトンネル掘削機の排土機構は、前記無圧搬送装置は、前記チャンバー内に収集された掘削土砂を取り出し、該掘削土砂を前記クラッシャに供給するスクリューコンベヤと、前記クラッシャに泥水を供給するクラッシャ送泥管を備えられえるとともに、前記クラッシャには、ロータリークラッシャが用いられることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載のトンネル掘削機の排土機構は、前記クラッシャ送泥管が、前記主送泥管より泥水を供給されることを特徴としている。
【０００９】
請求項４記載のトンネル掘削機の排土機構は、前記スクリューコンベヤの排出部の略上方に、排出口が前記ロータリークラッシャに連結したシュートの投入口が配置されるとともに、これらを鉛直方向に囲うように配され、該スクリューコンベヤの排出部より掘削土砂を投下され、鉛直方向に回転して投下された掘削土砂をシュートの投入口に供給する複数のバケットを備えるロータリーディスチャージャーが設けられることを特徴としている。
【００１０】
請求項５記載のトンネル掘削機の排土機構は、前記無圧搬送装置は、前記チャンバー内に収集された掘削土砂を取り出し、後方へ搬送するベルトコンベヤと、該ベルトコンベヤ及び前記クラッシャの両者に連通し、ベルトコンベヤより搬送された掘削土砂を貯蔵するズリタンクと、該ズリタンクに泥水を供給するタンク送泥管を備えるとともに、前記クラッシャには、泥水があらかじめ混和された掘削土砂を破砕するウォータリークラッシャが用いられることを特徴としている。
【００１１】
請求項６記載のトンネル掘削機の排土機構は、前記タンク送泥管が、前記主送泥管より泥水を供給されることを特徴としている。
【００１２】
請求項７記載のトンネル掘削機の排土機構は、前記坑外排泥管には、礫状の岩片を含む泥水と含まない泥水とを分流する分流装置が設置されることを特徴としている。
【００１３】
請求項８記載のトンネル掘削機の排土方法は、切羽を圧力保持する場合、非圧力保持とする場合の双方の掘削方式に対応する請求項１から７の何れかに記載のトンネル掘削機の排土方法であって、トンネルの掘削時における切羽への圧力保持の有無を選択するとともに、これに応じて、チャンバー内に収集された掘削土砂及び泥水を後方へ搬送する搬送装置を、切替え装置を介して無圧搬送装置もしくは加圧搬送装置の何れかに切り替える第１の工程と、トンネルの掘削を開始し、前記チャンバーに収集された掘削土砂もしくは泥水を、前記搬送装置を介してクラッシャに搬送する第２の工程と、該クラッシャを用いて、泥水中で前記掘削土砂を破砕し、細流化された掘削土砂を坑外排泥管を介して泥水とともに坑外へ流体輸送する第３の工程とよりなることを特徴としている。
【００１４】
請求項９記載のトンネル掘削機の排土方法は、第１の工程で、搬送装置を、スクリューコンベヤとクラッシャ送泥管とを備える無圧搬送装置に切り替え、第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂をスクリューコンベヤを介して前記クラッシャに搬送するとともに、前記クラッシャ送泥管を介して泥水をクラッシャに搬送することを特徴としている。
【００１５】
請求項１０記載のトンネル掘削機の排土方法は、前記無圧搬送装置には、スクリューコンベヤの排出部の略上方に、前記シュートの投入口が配置されるとともに、該スクリューコンベヤの排出部とシュートの投入口を鉛直方向に囲うように、前記ロータリーディスチャージャーが設けられており、第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂を、スクリューコンベヤ、ロータリーディスチャージャー、及びシュートを介して前記クラッシャに搬送することを特徴としている。
【００１６】
請求項１１記載のトンネル掘削機の排土方法は、第１の工程で、搬送装置を、ベルトコンベヤと、ズリタンクと、タンク排泥管とを備える無圧搬送装置に切り替え、第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂をベルトコンベヤを介してズリタンクに投下するとともに、前記タンク排泥管を介して供給された泥水と混合した上で、これを前記クラッシャに搬送することを特徴としている。
【００１７】
請求項１２記載のトンネル掘削機の排土方法は、前記坑外排泥管には、分流装置が備えられており、第３の工程で、分流装置を介して、前記クラッシャを通過することにより破砕された掘削土砂を含む泥水から、礫状の岩片を含まない泥水を分流することを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のトンネル掘削機の排土機構を、図１から図７に示す。本発明は、切羽から圧力水があまり湧出しない岩盤層等の地盤に対して、切羽を圧力保持せず、チャンバの圧力を開放したオープン状態で掘削するＮＡＴＭ工法に準じたオープン掘削機構と、切羽から圧力の高い圧力水が多量に湧出する湧水層等の地盤に対して、切羽を圧力保持しながら掘削する泥水加圧のシールド工法に準じたクローズ掘削機構の、両者を兼ね備えたトンネル掘削機に搭載される排土機構であり、該排土機構は、掘削方法に応じて、掘削土砂を取り込む搬送装置を切り替えるのみで、何れの掘削機構を用いて発生した掘削土砂をも流体輸送といった、統一した輸送形態で坑外へ搬送する排土処理を実施できるものである。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）に示すように、トンネル掘削機１は、掘削対象地盤が圧力水をあまり湧出しない岩盤層であり、切羽を非圧力保持とする無圧状態で掘削する際に用いるオープン掘削機構として、メインフレーム２と、該メインフレーム２の前方に装備されたカッター装置３、該カッター装置３の駆動機構４、カッター装置３を回転自在に支持するベアリング５、前記メインフレーム２の後方に配置され、外方に向けて伸縮自在に装備されたメイングリッパ６、該メイングリッパ６とメインフレーム２との間に介装されたスラストジャッキ７を備えている。
【００２０】
これらオープン掘削機構としての機能に加えて、トンネル掘削機１は、掘削対象地盤が圧力の高い圧力水を多量に湧出する湧水層であり、切羽を圧力保持とする加圧状態で掘削する際に用いるクローズ掘削機構として、前記カッター装置３の後方に、少なくとも前記メインフレーム２を覆うシールドシェル８（スキンプレート）が設けられ、そのシールドシェル８はバルクヘッド９により前後に区画されて、カッター装置３の後方に掘削土砂を収納するチャンバ１０が設けられている。また、チャンバ１０には主送泥管１１と主排泥管１２が設けられており、主送泥管１１よりチャンバ１０に泥水を加圧供給し、その加圧泥水により切羽を安定に保持可能とするものである。そして、シールドシェル８の後部には、セグメント１４を組み立てるための図示しないエレクタと、組み立てたセグメント１４から反力をとって掘進を行うためのシールドジャッキ１３が搭載されている。
【００２１】
以上の構成からなる本実施形態のトンネル掘削機１は、山岳トンネル等の硬質岩盤を掘削する際には、オープン掘削機構を用いてカッター装置３により岩盤を掘削するとともに、図１（ｂ）に示すように、メイングリッパ６を地山に押圧して該メイングリッパ６を介して地山から反力をとりつつ、スラストジャッキ７によりメインフレーム２を前進させることで掘進を行う。
そして、施工途中において切羽が自立し得ないような軟弱地盤や多量の湧水が想定される湧水性地盤に遭遇したような場合には、掘削手段をクローズ掘削機構に切り替え、前記バルクヘッド９を閉鎖した上で、チャンバ１０に前記主送泥管１１を介して泥水を加圧供給し、その加圧泥水により切羽を安定に保持した状態で、カッター装置３により岩盤を掘削するとともに、図示しないエレクタによりセグメント１４を組み立てて、該セグメント１４から反力をとってシールドジャッキ１３により掘進を行う。
つまり、本実施形態のトンネル掘削機１は、硬質岩盤を掘削する際には、ＴＢＭとしての機能を有するオープン掘削機構を用いて掘削を行い、軟弱地盤や湧水性地盤に遭遇したような場合には、直ちに泥水加圧シールド工法によるシールド機としての機能を有するクローズ掘削機構に切り替えてそのまま掘削を行うといった具合に、地盤の状態に応じて掘削機構を切り替えることにより、連続して掘削作業を実施することができるものである。
【００２２】
上述する構成のトンネル掘削機１の排土機構１５は、搬送装置１６と、クラッシャ１７と、坑外排泥管１８を備えている。前記搬送装置１６は、前記チャンバ１０に収納された掘削土砂を取り込み、前記クラッシャ１７に搬送する設備であり、該クラッシャ１７は、搬送された掘削土砂を泥水等の流体中で破砕し、細流化するものである。これら細流化された掘削土砂は、クラッシャ１７内の泥水ととともに、前記坑外排泥管１８を介して坑外に流体輸送される。
ここで、該搬送装置１６には、切羽を圧力保持せず無圧状態で掘削するオープン掘削機構に用いる無圧搬送装置１６ａと、切羽を圧力保持し加圧状態で掘削するクローズ掘削機構に用いる主排泥管１２よりなる加圧搬送装置の両者が備えられている。
【００２３】
前記無圧搬送装置１６ａは、トンネル掘削機１が、オープン掘削機構を用いて掘削している際に用いるものであり、スクリューコンベヤ２０と、クラッシャ送泥管２１を備えている。該スクリューコンベヤ２０は、その取込み部が排出部よりも低く位置するような傾斜を持たせた第１のスクリューコンベヤ２０ａと、取込み部が該第１のスクリューコンベヤ２０ａの排出部と連通し、水平に配された第２のスクリューコンベヤ２０ｂにより構成され、また、第１のスクリューコンベヤ２０ａの取込み部は、前記バルクヘッド９を貫通しチャンバ１０内に挿入されている。
このようなスクリューコンベヤ２０は、一般のＴＢＭに用いられているものと同様の構成であり、その内方に配置されているスクリューシャフト２０ｃを回転することにより、第１のスクリューコンベヤ２０ａの取込み部より取り込んだ掘削土砂が、第１のスクリューコンベヤ２０ａから第２のスクリューコンベヤ２０ｂに移動し、該第２のスクリューコンベヤ２０ｂの排出部より排出するものである。このようにして、前記チャンバ１０より取り出された掘削土砂を、第２のスクリューコンベヤ２０ｂより下方に配置された前記クラッシャ１７に供給することとなる。
【００２４】
これら、クラッシャ１７に供給された掘削土砂は、破砕されて細流化されるが、該クラッシャ１７は、泥水の流体内で掘削土砂を破砕する装置であるため、泥水の供給を必要とする。そこで、本実施の形態では、オープン掘削機構による掘削時に、不要となる前記主送泥管１１及び主排泥管１２を、クラッシャ１７への泥水供給に利用することとし、図３に示すように、主送泥管１１及び主排泥管１２を連結管２９を介して連結するとともに、クラッシャ１７には、前記主排泥管１２と連通するクラッシャ送泥管２１を備えている。したがって、泥水は、主送泥管１１から、連結管２９、主排泥管１２、及びクラッシャ送泥管２１を介してクラッシャ１７に供給されることとなる。なお、前記主送泥管１１及び主排泥管１２各々の、連結管２９との接合部とチャンバとの間、及び連結管２９には、バルブ１１ａ、１２ａ、２９ａが備えられており、オープン掘削機構時には、バルブ１１ａ、１２ａを閉鎖、２９ａを開放とすることにより、泥水が、チャンバ１０に供給されることなく、クラッシャ１７に供給されるものである。
これにより、前記スクリューコンベヤ２０によりチャンバ１０より取り込まれた掘削土砂はクラッシャ１７で破砕され、クラッシャ送泥管２１により供給される泥水と混和された上で、前記坑外排泥管１８を介して坑外に流体輸送される。なお、本実施の形態において、前記クラッシャ１７には、掘削土砂と泥水を混和する機能が内蔵されたロータリークラッシャを用いている。また、クラッシャ送泥管２１の配置位置をクラッシャ１７の破砕部の前段部とし、掘削土砂と泥水を混和した上で破砕するようにしても良い。
【００２５】
ところで、図１を見てもわかるように、第２のスクリューコンベヤ２０ｂの排出部と、前記クラッシャ１７は、ロータリーディスチャージャー２２及びシュート２３を介して連通されている。
該シュート２３は、前記スクリューコンベヤ２０と隣り合うように配置されており、排出口が、前記第２のスクリューコンベヤ２０ｂより低い位置に配置されているクラッシャ１７の投入口に連結され、投入口が、図２（ａ）に示すように、第２のスクリューコンベヤ２０ｂの排出部と鉛直方向の略同軸状の上方に位置している。
【００２６】
また、ロータリーディスチャージャー２２は、図２（ｂ）に示すように、複数のバケット２２ａと、図示しない回転駆動を備えてなり、回転中心軸Ｃに開口部を向けるようにして、複数のバケット２２ａを円周上に隣り合わせて配置するとともに、これら隣り合うバケット２２ａどうしを固定手段を介して固定したものである。したがって、ロータリーディスチャージャー２２は、中央部に、バケット２２ａの開口部が隣り合うことにより形成された略円形状の開口２２ｂを有するドーナツ型に形成されている。このような構成のロータリーディスチャージャー２２は、常に下部に位置するバケット２２ａが開口部を上方に、上部に位置するバケット２２ａが開口部を下方に向くようにして、図示しない回転駆動により鉛直回転するものである。
【００２７】
該ロータリーディスチャージャー２２は、鉛直方向の略同軸状に位置する第２のスクリューコンベヤ２０ｂの排出部とシュート２３の投入口とを鉛直方向に囲うように、つまり、図２（ａ）に示すように、ロータリーディスチャージャー２２の開口部２２ｂの内方に、第２のスクリューコンベヤ２０ｂの排出部とシュート２３の一方の端部が位置するように配置されている。これにより、第２のスクリューコンベヤ２０ｂの排出部より掘削土砂が落下すると、前記ロータリーディスチャージャー２２の下部に位置するバケット２２ａに収納され、掘削土砂を収納したバケット２２ａは、ロータリーディスチャージャー２２の鉛直回転により上部に移動し、バケット２２ａの開口が下方に向いた時点で、掘削土砂が前記シュート２３の投入口に落下し、該シュート２３を介して前記クラッシャ１７に供給されることとなる。
このような構成は、前記クラッシャ１７に供給される泥水が、スクリューコンベヤ２０へ逆流することを防止するために、前記クラッシャ１７をスクリューコンベヤ２０より下方に配置した際に、掘削土砂を確実にクラッシャ１７に供給するために備えられるものである。
【００２８】
こうして、切羽を非圧力保持として掘削するオープン掘削機構により排出された掘削土砂は、前記クラッシャ１７により泥水の流体中で破砕され、泥水とともに前記坑外排泥管１８を介して坑外に流体輸送される。しかし、クラッシャ１７より坑外排泥管１８に供給された泥水中の掘削土砂は、礫状の岩片を含む泥水と礫状の岩片を含まない泥水が混在した状態となっている。
そこで、前記坑外排泥管１８には、分流装置２４が備えられている。該分流装置２４は、坑外排泥管１８中の泥水とともに流体輸送されている掘削土砂について、礫状の岩片を含む泥水と含まない泥水を分流するもので、前記主送泥管１１に連結する戻し管２５を有しており、該戻し管２５を介して礫状の岩片を含まない泥水を主送泥管１１に戻すものである。これにより、礫状の岩片を含まない泥水は、再度クラッシャ１７に供給されるものである。なお、分流装置２４には、戻しポンプ３１が設けられており、礫状の岩片を含まない泥水は該戻しポンプ３１により戻し管２５に圧送される構成となっている。
【００２９】
一方、前記加圧搬送装置は、トンネル掘削機１が、湧水層等よりなる切羽を泥水加圧式のシールド機としての機能を用いて掘削している際に用いるものであり、前記主排泥管１２がこれに相当する。
つまり、切羽を圧力保持することを目的に、前記チャンバ１０の内方に泥水を満たすが、このとき主送泥管１１による泥水の供給と主排泥管１２による泥水の吸引が相まった泥水循環により掘削土砂が泥水とともに、主排泥管１２に取り込まれるものである。
該主排泥管１２は、前記クラッシャ１７と連通しており、泥水とともに取り込んだ掘削土砂がクラッシャ１７に供給されて破砕され、前記坑外排泥管１８を介して坑外に流体輸送される。
なお、前述した前記主送泥管１１及び主排泥管１２、及び連結管２９に備えられたバルブ１１ａ、１２ａ、２９ａは、バルブ１１ａ、１２ａを開放、２９ａを閉鎖とすることにより、泥水が、連結管２９を介さずチャンバ１０に供給されることとなる。
【００３０】
このように、排土機構１５は、掘削時における切羽への圧力保持の有無に応じて、搬送装置１６を加圧搬送装置もしくは無圧搬送装置１６ａに切り替えるのみで、何れの掘削機構を用いた場合にも、掘削土砂を流体として坑外へ輸送する流体輸送を実施することができるものである。なお、該排土機構１５には、前記加圧搬送装置もしくは無圧搬送装置１６ａへの切り替えを実施する切替え装置１９が備えられており、該切替え装置１９が、前述した主送泥管１１、主排泥管１２、及び連結管２９に設置されているバルブ１１ａ、１２ａ、２９ａに加えて、図３に示すような、前記第１のスクリューコンベヤ２０ａの取込み部、シュート２３の排出部各々に備えられたスライドゲート２０ｄ、２３ａ、前記クラッシャ送泥管２１に設置されているバルブ２１ａに連動している。
【００３１】
上述するトンネル掘削機１の排土機構１５を用いて、掘削時における切羽への圧力保持の有無に応じた排土方法の詳細を、切替え装置１９と連動するスライドゲート２０ｄ、２３ａ及びバルブ１１ａ、１２ａ、２１ａ、２９ａの動作と併せて、以下に示す。
はじめに、トンネル掘削機１の掘削機構を、掘削対象地盤の状況に合わせて、掘削時に切羽を圧力保持しない場合に用いるオープン掘削機構、もしくは掘削時に切羽を圧力保持する場合に用いるクローズ掘削機機構に切り替える。ここではまず、オープン掘削機構を用いる場合について図３を用いて、次にクローズ掘削機構を用いる場合について図４を用いて詳述する。
【００３２】
（掘削時に切羽を圧力保持しない場合）
第１の工程では、トンネル掘削機１の掘削機構を、オープン掘削機構に切り替えるとともに、前記排土機構１５の搬送装置１６を、無圧搬送装置１６ａに切り替える。ここで、無圧搬送装置１６ａへの切り替えは、切替え装置１９を用いて、チャンバ１０内に挿入されている第１のスクリューコンベヤ２０ａの取込み部に設けられたスライドゲート２０ｄ、シュート２３の排出口に設けられたスライドゲート２３ａ、クラッシャ送泥管２１及び連結管２９に設置されているバルブ２１ａ、２９ａを開放するとともに、前記主送泥管１１、主排泥管１２の前記チャンバ１０近傍に設置されているバルブ１１ａ、１２ａを閉鎖する。
これにより、主送泥管１１、主排泥管１２はチャンバ１０と遮断され、これに代わりスクリューコンベヤ２０がチャンバ１０と連通するとともに、泥水がチャンバ１０を経由せず、主送泥管１１、連結管２９、主排泥管１２及びクラッシャ送泥管２１を経由してクラッシャ１７に供給される構成となることから、無圧搬送装置１６ａが選択されたこととなる。
【００３３】
第２の工程では、切羽を非圧力状態でオープン掘削機構を用いて掘進することによりチャンバ１０内に収集された掘削土砂を、前記スクリューコンベヤ２０を介して後方に取り込む。掘削土砂は、該スクリューコンベヤ２０内を移動し、第２のスクリューコンベヤ２０ｂより排出されると、ロータリーディスチャージャー２２の下方に位置するバケット２２ａに投下される。ロータリーディスチャージャー２２を鉛直回転し、開口部が下向きになるまで掘削土砂を収納したバケット２２ａを上方に移動させ、前記シュート２３の投入口より上方に達した時点で、掘削土砂をシュート２３に投下する。投下された掘削土砂は、シュート２３を介してクラッシャ１７に供給される。
【００３４】
第３の工程では、前記主送泥管１１、連結管２９、主排泥管１２及びクラッシャ送泥管２１を介して供給した泥水と、前記シュート２３を介して供給した掘削土砂を、前記クラッシャ１７にて混和しながら破砕して細流化した後、細流化された掘削土砂を泥水とともに前記坑外排泥管１８に排出する。
前記クラッシャ１７より排出された泥水中の掘削土砂は、坑外排泥管１８に備えられた分流装置２４を通過し、礫状の岩片を含む泥水を坑外に流体輸送する。また、礫状の岩片を含まない泥水は、前記戻し管２５を介して、前記主送泥管１１に戻し、再度連結管２９、主排泥管１２及びクラッシャ送泥管２１を経由して泥水としてクラッシャ１７に供給される。
【００３５】
（掘削時に切羽を圧力保持する場合）
図４に示すように、第１の工程では、トンネル掘削機１の掘削機構を、クローズ掘削機構に切り替えるとともに、前記排土機構１５の搬送装置１６を、主排泥管１２よりなる加圧搬送装置に切り替える。ここで、主排泥管１２よりなる加圧搬送装置への切り替えは、切替え装置１９を用いて、第１のスクリューコンベヤ２０ａの取込み部に設けられたスライドゲート２０ｄ及びシュート２３の排出口に設けられたスライドゲート２３ａ、クラッシャ送泥管２１及び連結管２９に設置されているバルブ２１ａ、２９ａを閉鎖するとともに、前記主送泥管１１、主排泥管１２の前記チャンバ１０近傍に設置されているバルブ１１ａ、１２ａを開放する。
これにより、スクリューコンベヤ２０がチャンバ１０と遮断され、これに代わり主排泥管１２がチャンバ１０と連通されるとともに、泥水が主送泥管１１から連結管２９に供給されることなく、チャンバ１０に供給される構成となることから、加圧搬送装置が選択されたこととなる。
【００３６】
第２の工程では、切羽を加圧力状態でクローズ掘削機構を用いて掘進することによりチャンバ１０内に収集された掘削土砂を、主送泥管１１によるチャンバ１０への泥水の供給と、主排泥管１２による泥水の吸引が相まった泥水循環により、泥水とともに主排泥管１２に取り込む。掘削土砂は、該主排泥管１２内を移動し、泥水とともにクラッシャ１７に供給される。
【００３７】
第３の工程では、オープン掘削機構による掘削時と同様に、前記クラッシャ１７にて掘削土砂を泥水中で破砕し細流化した後、細流化された掘削土砂を泥水とともに前記坑外排泥管１８に排出する。また、前記坑外排泥管１８に備えられた分流装置２４により分流された礫状の岩片を含まない泥水は、前記戻し管２５を介して前記主送泥管１１に戻され、再度チャンバ１０を経由し、新たな掘削土砂とともに主排泥管１２に取り込まれてクラッシャ１７に供給される。
【００３８】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、オープン掘削機構を用いて切羽への圧力保持をせず掘削する場合における無圧搬送装置１６ａに、スクリューコンベヤ２０を用いる構成を示したが、必ずしも掘削土砂の搬送は、これにこだわるものではない。そこで、第２の実施の形態では、スクリューコンベヤ２０に代わり、ベルトコンベヤ２６を用いた際の事例を示す。
なお、ベルトコンベヤ２６を用いたトンネル掘削機は、図５に示すように、第１の実施の形態で示したものと同様のオープン掘削機構と、クローズ掘削機構を備えるものである。
【００３９】
図６に示すように、前記無圧搬送装置１６ａは、ベルトコンベヤ２６、ズリタンク２７、タンク送泥管２８により構成されている。該ベルトコンベヤ２６は、第１の実施の形態で示したスクリューコンベヤ２０と同じく、ＴＢＭ等で一般的に用いられているものと同様の構成であり、取込み部から取り込んだ掘削土砂がベルトコンベヤ２６内を移動して排出部より排出されるものである。このようなベルトコンベヤ２６は、取込み部を排出部よりも低く位置するような傾斜を持たせるようにして、図５（ａ）に示すように、バルクヘッド９のスライドゲート９ａから前記チャンバ１０内に挿入されており、チャンバ１０内に備えられた図示しないホッパーを介して、掘削土砂がベルトコンベヤ２６に供給されるものである。
なお、切羽を加圧保持しクローズ掘削機構を用いて掘削する際には、図５（ｂ）に示すように、ベルトコンベヤ２６を図示しない収納装置を用いてメインフレーム２内に収納した上で、バルクヘッド９のスライドゲート９ａを閉鎖しチャンバ１０を密閉状態とすればよい。
【００４０】
一方、ベルトコンベヤ２６の排出部は、図６に示すように、鉛直方向で略同軸状に位置するズリタンク２７の上方に配置されている。
該ズリタンク２７は、掘削土砂を一次貯留する容器であるが、主送泥管１１より分岐するタンク送泥管２８が連通されており、ベルトコンベヤ２６から掘削土砂、タンク送泥管２８から泥水を供給されて、両者を混合した上で、流体として掘削土砂をクラッシャ１７に供給するものである。
これら、クラッシャ１７に供給された掘削土砂は、第１の実施の形態と同様に、破砕されて細流化されるが、第２の実施の形態では、あらかじめ泥水と混合された掘削土砂が、流体の状態でクラッシャ１７に供給されるものである。したがって、前記クラッシャ１７には、掘削土砂を泥水の流体内で破砕する機能のみを有するウォータリークラッシャを用いている。
【００４１】
こうして、切羽に圧力保持をせず掘削した際に排出された掘削土砂は、前記クラッシャ１７に破砕され、泥水とともに前記坑外排泥管１８を介して坑外に流体輸送される。しかし、第１の実施の形態と同様に、礫状の岩片を含む泥水と礫状の岩片を含まない泥水が混在した状態となっていることから、前記坑外排泥管１８に、分流装置２４を備えている。該分流装置２４は、該分流装置２４と主送泥管１１に連結するように設置され途中で前記ズリタンク２７に向けて設置されている排出口２５ａに分岐する戻し管２５を介して、分流した礫状の岩片を含まない泥水を、ズリタンク２７に戻すものである。これにより、礫状の岩片を含まない泥水は、再度新たな掘削土砂とともにズリタンク２７からクラッシャ１７に供給されるものである。なお、第１の実施の形態と同様に、分流装置２４には、戻しポンプ３１が設けられており、礫状の岩片を含まない泥水は該戻しポンプ３１により戻し管２５に圧送される構成となっている。
【００４２】
なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、オープン掘削機構時に不要となる前記主送泥管１１及び主排泥管１２を、ズリタンク２７への泥水供給に利用することとし、主送泥管１１から前記タンク送泥管２８に分岐する分岐点に、三方弁１１ｂを設置するとともに、前記主排泥管１２の排出部を前記クラッシャ１７に連通させた上で、前記ズリタンク２７より泥水を混和した掘削土砂を排出するタンク排泥管３０を主排泥管１２に合流させた合流部に三方弁１２ｂを設置している。さらには、前記主送泥管１１と連通する戻し管２５の、ズリタンク２７に向けた排出口２５ａとの分岐部にも、三方弁２５ｂを備えている。
【００４３】
したがって、オープン掘削時において三方弁１１ｂ、１２ｂ、２５ｂの操作により、主送泥管１１とタンク送泥管２８、タンク排泥管３０と主排泥管１２、及び戻し管２５とズリタンク２７への排出口２５ａを連結する。これにより、泥水は、主送泥管１１からタンク送泥管２８を経由してズリタンク２７に供給され、また、ズリタンク２７より泥水を混和した掘削土砂は、タンク排泥管３０及び主排泥管１２を経由してクラッシャ１７に供給される。さらに、前記分流装置２４より分流された礫状の岩片を含まない泥水は、戻し管２５の排出口２５ａよりズリタンク２７へ排出されることとなる。
【００４４】
一方、前記加圧搬送装置は、第１の実施の形態と同様で、前記主排泥管１２がこれに相当する。該主排泥管１２は、前記クラッシャ１７と連通しており、泥水とともに取り込んだ掘削土砂がクラッシャ１７に供給されて破砕され、前記坑外排泥管１８を介して坑外に流体輸送される。また、該分流装置２４により分流された礫状の岩片を含まない泥水は、該分流装置２４と前記主送泥管１１に連結するように設置されている戻し管２５を介して主送泥管１１に戻されるものである。
したがって、クローズ掘削機構を用いた掘削時には、三方弁１１ｂ、１２ｂ、２５ｂの操作により、主送泥管１１とチャンバ１０、チャンバ１０に連通している主排泥管１２とクラッシャ１７、戻し管２５と主送泥管１１を連結する。これにより、泥水は、主送泥管１１からチャンバ１０に供給され、また、チャンバ１０から主排泥管１２により取り込まれた泥水に含まれた掘削土砂は、クラッシャ１７に供給される。さらに、前記分流装置２４より分流された礫状の岩片を含まない泥水は、戻し管２５から主送泥管１１に戻される。
なお、これら三方弁１１ｂ、１２ｂ、２５ｂは、該排土機構１５に備えられている切替え装置１９に連動しており、これと併せて、図示しないベルトコンベヤの収納機構及びバルクヘッド９に設けられているスライドゲート９ａとも連動している。
【００４５】
上述するトンネル掘削機１の排土機構１５を用いて、掘削時における切羽への圧力保持の有無に応じた排土方法の詳細を、切替え装置１９と連動する三方弁１１ｂ、１２ｂ、２５ａ、及び図示しないベルトコンベヤの収納機構及びバルクヘッド９のスライドゲート９ａの動作と併せて以下に示す。
はじめに、トンネル掘削機１の掘削機構を、掘削対象地盤の状況に合わせて、掘削時に切羽を圧力保持しない場合に用いるオープン掘削機構、もしくは掘削時に切羽を圧力保持する場合に用いるクローズ掘削機機構に切り替える。ここではまず、オープン掘削機構を用いる場合について図６を用いて、次にクローズ掘削機構を用いる場合について図７を用いて詳述する。
【００４６】
（掘削時に切羽を圧力保持しない場合）
図６に示すように、第１の工程では、トンネル掘削機１の掘削機構を、オープン掘削機構に切り替えるとともに、前記排土機構１５の搬送装置１６を、無圧搬送装置１６ａに切り替える。ここで、無圧搬送装置１６ａへの切り替えは、切替え装置１９を用いて、主送泥管１１とタンク送泥管２８とを連続させるように三方弁１１ｂを作動し、主送泥管１１とチャンバ１０を絶縁する。また、タンク排泥管３０と主排泥管１２が合流するように三方弁１２ｂを作動し、チャンバ１０と主排泥管１２とを絶縁する。さらに、前記戻し管２５をズリタンク２７への排出口２５ａに連動させるように三方弁２５ｂを作動し、主送泥管１１と戻し管２５を絶縁する。また、バルクヘッド９に設けられているスライドゲート９ａを開放するとともに、ベルトコンベヤ２６の収納装置を作動させて、前記ベルトコンベヤ２６の取込み部をチャンバ１０内に挿入する。
これにより、主排泥管１２はチャンバ１０と遮断され、これに代わりベルトコンベヤ２６がチャンバ１０に開放されるとともに、泥水がチャンバ１０を経由せず、主送泥管１１、タンク送泥管２８を経由してズリタンク２７に供給される構成となることから、無圧搬送装置１６ａが選択されたこととなる。
【００４７】
第２の工程では、切羽を非圧力状態でオープン掘削機構を用いて掘進することによりチャンバ１０内に収集された掘削土砂を、前記ベルトコンベヤ２６を介して後方に取り込む。掘削土砂は、該ベルトコンベヤ２６内を移動し、ズリタンク２７に投下されると、主送泥管１１からタンク送泥管２８を経由してズリタンク２７に供給される泥水とともに混合され、タンク排泥管３０及び主排泥管１２を経由してクラッシャ１７に投下される。
【００４８】
第３の工程では、前記クラッシャ１７にて掘削土砂を泥水中で破砕し、細流化した後、細流化された掘削土砂を泥水とともに前記坑外排泥管１８に排出する。
排出された泥水中の掘削土砂は、坑外排泥管１８に備えられた分流装置２４を通過し、礫状の岩片を含む泥水が、坑外に流体輸送される。分流された礫状の岩片を含まない泥水は、前記戻し管２５から排出口２５ａを介して、前記ズリタンク２７に戻され、再度新たな掘削土砂とともに混合された上で、タンク排泥管３０及び主排泥管１２を経由し、新たな掘削土砂とともに前記クラッシャ１７に供給される。
【００４９】
（掘削時に切羽を圧力保持する場合）
図７に示すように、第１の工程では、トンネル掘削機１の掘削機構を、クローズ掘削機構に切り替えるとともに、前記排土機構１５の搬送装置１６を、主排泥管１２よりなる加圧搬送装置に切り替える。ここで、主排泥管１２よりなる加圧搬送装置への切り替えは、切替え装置１９を用いて、主送泥管１１とチャンバ１０とを連続させるように三方弁１１ｂを作動し、主送泥管１１とタンク送泥管２８を絶縁する。また、チャンバ１０と主排泥管１２、及びクラッシャ１７が連動するように三方弁１２ｂを作動し、タンク排泥管３０と主排泥管１２とを絶縁する。さらに、前記戻し管２５と主送泥管１１が連続するように三方弁２５ｂを作動し、戻し管２５とズリタンク２７への排出口２５ａを絶縁する。また、ベルトコンベヤ２６の図示しない収納装置を作動させて、前記ベルトコンベヤ２６の取込み部をチャンバ１０内から引き抜き、バルクヘッド９に設けられているスライドゲート９ａを閉鎖して、チャンバ１０内を密閉する。
これにより、ベルトコンベヤ２６がチャンバ１０と遮断され、これに代わり主送泥管１１及び主排泥管１２がチャンバ１０に連動される構成となることから、無圧搬送装置１６ａが選択されたこととなる。
【００５０】
第２の工程では、切羽を圧力保持した状態でクローズ掘削機構を用いて掘進することにより、チャンバ１０内に収集された掘削土砂を、主送泥管１１によるチャンバ１０への泥水の供給と、主排泥管１２による泥水の吸引が相まった泥水循環により泥水とともに主排泥管１２に取り込む。掘削土砂は、該主排泥管１２内を移動し、泥水とともにクラッシャ１７に供給される。
【００５１】
第３の工程では、オープン掘削機構による掘削と同様に、前記クラッシャ１７にて掘削土砂を泥水中で破砕して細流化した後、細流化された掘削土砂を泥水とともに前記坑外排泥管１８に排出する。また、前記分流装置２４により分流された礫状の岩片を含まない泥水は、前記戻し管２５を介して前記主送泥管１１に戻され、再度チャンバ１０を経由し切羽の圧力保持として再利用された後、新たな掘削土砂とともに主排泥管１２に取り込まれて、クラッシャ１７に供給される。
【００５２】
上述する第１の実施の形態及び第２の実施の形態によれば、切羽を圧力保持せず、チャンバ１０の圧力を開放したオープン状態で掘削するオープン掘削機構と、切羽を圧力保持しながら掘削する泥水加圧のシールド工法に準じたクローズ掘削機構の、両者を兼ね備えたトンネル掘削機１に搭載される排土機構１５が、掘削方法に応じて、掘削土砂を取り込む搬送装置１６を切り替えるのみで、何れの掘削機構を用いて発生した掘削土砂をも坑外へ流体輸送することから、坑外に設置される土砂搬出設備を泥水輸送システムに統一することができ、機械設備を簡略化することが可能になるとともに、大幅な工費削減を実現することが可能となる。
【００５３】
また、坑外に流体輸送される泥水に混和された掘削土砂は、前記クラッシャ１７により細流化された上で流体輸送されることから、坑外への圧送を容易にでき、排土機構１５のメンテナンス等を作業を大幅に削減することが可能となる。
さらに、坑外排泥管１８には、分流装置２４が備えられていることから、礫状の岩片を含まない泥水を再利用することができ、環境への配慮や工費削減に大きく寄与することが可能となる。
【００５４】
また、オープン掘削機構の適用時に稼働する前記無圧力搬送装置１６ａにおいて、クラッシャ１７に泥水を供給するクラッシャ送泥管２１、もしくはズリタンク２７に泥水を供給するタンク送泥管２８は、クローズ掘削機構を構成する主送泥管１１に連結され、該主送泥管１１を介して泥水を供給することから、オープン掘削機構を適用した掘削作業中にもクローズ掘削機構の構成を有効に活用できるため、排土機構１５をより簡略化できるとともに、作業効率を向上することが可能になる。
さらに、オープン掘削機構による作業中にもクローズ掘削機構を構成する主送泥管１１が稼働していることから、掘進中に地盤の状況が変化した場合にも、迅速に掘削機構をクローズ掘削機構に切り替えることが可能となり、複合地盤での効率的な掘削が可能となる。
【００５５】
搬送装置１６にスクリューコンベヤ２０が用いられる際に、スクリューコンベヤ２０からクラッシャ１７への供給には、ロータリーディスチャージャー２２及びシュート２３が用いられることから、スクリューコンベヤ２０より下方に配されたクラッシャ１７に、掘削土砂を確実に供給しながら、クラッシャ１７に供給される泥水が、スクリューコンベヤ２０へ逆流することを防止することが可能となる。
【００５６】
トンネル掘削機１の排土方法によれば、トンネル掘削時の排土作業は、切羽の状況に応じてオープン掘削機構もしくはクローズ掘削機構の何れかを選択するとともに、排土機構１５を構成する搬送装置１６を何れかの掘削機構に対応させて切り替えるのみで良いため、作業性が良いとともに、掘削工区内で地盤に変化があった場合にも掘削機構に併せた搬送装置１６の切り替えを即時に行うことが可能であり、工費削減、工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１、２、５に記載のトンネル掘削機の排土機構によれば、岩盤を掘削可能なカッター装置と、該カッター装置の後方に位置して掘削土砂を取り込むチャンバーと、前記チャンバーに泥水を供給する主送泥管とを備えるトンネル掘削機の排土機構であって、前記チャンバー内に収集された掘削土砂もしくは泥水を後方へ搬送する搬送装置と、該搬送装置に連結され、搬送装置を介して搬送された掘削土砂を破砕するクラッシャと、該クラッシャーで破砕された細流状の掘削土砂を、泥水とともに坑外へ流体輸送する坑外排泥管とを備えてなり、前記搬送装置には、切羽を圧力保持せずに掘削することによりチャンバー内に生じた掘削土砂を、前記クラッシャへ搬送する無圧搬送装置と、切羽を泥水により圧力保持しながら掘削することによりチャンバー内に生じた掘削土砂を、泥水とともに前記クラッシャへ搬送する主排泥管よりなる加圧搬送装置が設置されるとともに、掘削時における切羽への圧力保持の有無に応じて、無圧搬送装置と加圧搬送装置を切り替える切替え装置が備えられる。
【００５８】
また、前記無圧搬送装置は、前記チャンバー内に収集された掘削土砂を取り出し、該掘削土砂を前記クラッシャに供給するスクリューコンベヤと、前記クラッシャに泥水を供給するクラッシャ送泥管を備えられえるとともに、前記クラッシャには、ロータリークラッシャが用いられる。
【００５９】
もしくは、前記無圧搬送装置は、前記チャンバー内に収集された掘削土砂を取り出し、後方へ搬送するベルトコンベヤと、該ベルトコンベヤ及び前記クラッシャの両者に連通し、ベルトコンベヤより搬送された掘削土砂を貯蔵するズリタンクと、該ズリタンクに泥水を供給するタンク送泥管を備えるとともに、前記クラッシャには、泥水があらかじめ混和された掘削土砂を破砕するウォータリークラッシャが用いられる。
【００６０】
これにより、坑外に設置される土砂搬出設備を泥水輸送システムに統一することができ、機械設備を簡略化することが可能になるとともに、大幅な工費削減を実現することが可能となる。
【００６１】
また、坑外に流体輸送される泥水に混和された掘削土砂は、前記クラッシャにより細流化された上で流体輸送されることから、砂礫状の掘削土砂が含まれている場合と比較して、坑外への圧送を容易にできるとともに、排土機構のメンテナンス等を作業を大幅に削減することが可能となる。
【００６２】
請求項３及び６に記載のトンネル掘削機の排土機構によれば、前記クラッシャ送泥管が、前記主送泥管より泥水を供給される、また、前記タンク送泥管が、前記主送泥管より泥水を供給されることから、オープン掘削機構を適用した掘削作業中にもクローズ掘削機構の構成を有効に活用でき、排土機構をより簡略化できるとともに、作業効率を向上することが可能になる。
さらに、オープン掘削機構による作業中にもクローズ掘削機構を構成する主送泥管が稼働していることから、掘進中に地盤の状況が変化した場合にも、迅速に掘削機構をクローズ掘削機構に切り替えることが可能となり、複合地盤での効率的な掘削が可能となる。
【００６３】
請求項４記載のトンネル掘削機の排土機構によれば、前記スクリューコンベヤの排出部には、その略上方に、排出口が前記ロータリークラッシャに連結するシュートの投入口が配置されるとともに、該スクリューコンベヤの排出部とシュートの投入口を鉛直方向に囲うように、鉛直回転するドーナツ盤形状のロータリーディスチャージャーが設けられており、前記ロータリーディスチャージャーは、回転中心軸に開口部を向けるようにして円周上に複数のバケットを配置し、隣り合う該バケットを連結し形成されることから、スクリューコンベヤより下方に配されたクラッシャに、掘削土砂を確実に供給しながら、クラッシャに供給される泥水が、スクリューコンベヤへ逆流することを防止することが可能となる。
【００６４】
請求項７記載のトンネル掘削機の排土機構によれば、前記坑外排泥管には、礫状の岩片を含む泥水と含まない泥水とを分流する分流装置が設置されることから、礫状の岩片を含む泥水のみを坑外へ流体輸送し、含まない泥水を再利用することができるため、環境への配慮や工費削減に大きく寄与することが可能となる。
【００６５】
請求項８から１２記載のトンネル掘削機の排土機構によれば、切羽を圧力保持する場合、非圧力保持とする場合の双方の掘削方式に対応する請求項１から７の何れかに記載のトンネル掘削機の排土方法であって、トンネルの掘削時における切羽への圧力保持の有無を選択するとともに、これに応じて、チャンバー内に収集された掘削土砂及び泥水を後方へ搬送する搬送装置を、切替え装置を介して無圧搬送装置もしくは加圧搬送装置の何れかに切り替える第１の工程と、トンネルの掘削を開始し、前記チャンバーに収集された掘削土砂もしくは泥水を、前記搬送装置を介してクラッシャに搬送する第２の工程と、該クラッシャを用いて、泥水中で前記掘削土砂を破砕し、細流化された掘削土砂を坑外排泥管を介して泥水とともに坑外へ流体輸送する第３の工程とよりなる。
【００６６】
または、第１の工程で、搬送装置を、スクリューコンベヤとクラッシャ送泥管とを備える無圧搬送装置に切り替え、第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂をスクリューコンベヤを介して前記クラッシャに搬送するとともに、前記クラッシャ送泥管を介して泥水をクラッシャに搬送する。
【００６７】
または、前記無圧搬送装置には、スクリューコンベヤの排出部の略上方に、前記シュートの投入口が配置されるとともに、該スクリューコンベヤの排出部とシュートの投入口を鉛直方向に囲うように、前記ロータリーディスチャージャーが設けられており、第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂を、スクリューコンベヤ、ロータリーディスチャージャー、及びシュートを介して前記クラッシャに搬送する。
【００６８】
または、第１の工程で、搬送装置を、ベルトコンベヤと、ズリタンクと、タンク排泥管とを備える無圧搬送装置に切り替え、第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂をベルトコンベヤを介してズリタンクに投下するとともに、前記タンク排泥管を介して供給された泥水と混合した上で、これを前記クラッシャに搬送する。
【００６９】
もしくは、前記坑外排泥管には、分流装置が備えられており、第３の工程で、分流装置を介して、前記クラッシャを通過することにより破砕された掘削土砂を含む泥水から、礫状の岩片を含まない泥水を分流する。
【００７０】
これにより、トンネル掘削時の排土作業は、切羽の状況に応じてオープン掘削機構もしくはクローズ掘削機構の何れかを選択するとともに、排土機構を構成する搬送装置を掘削機構に対応させて切り替えるのみで良いため、作業性が良いとともに、掘削工区内で地層に変化があった場合にも掘削機構に併せた搬送装置の切り替えを即時に行うことが可能であり、工費削減、工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトンネル掘削機の排土機構の概略を示す図である。
【図２】本発明に係るトンネル掘削機の排土機構を構成するロータリーディスチャージャーの詳細を示す図である。
【図３】本発明に係るトンネル掘削機のオープン掘削機構による掘削時の排土方法の概念図を示す図である。
【図４】本発明に係るトンネル掘削機のクローズ掘削機構による掘削時の排土方法の概念図を示す図である。
【図５】本発明に係るトンネル掘削機の排土機構の他の事例の概略を示す図である。
【図６】本発明に係るトンネル掘削機のオープン掘削機構による掘削時の排土方法の概念図を示す図である。
【図７】本発明に係るトンネル掘削機のクローズ掘削機構による掘削時の排土方法の概念図を示す図である。
【符号の説明】
１ トンネル掘削機
２ メインフレーム
３ カッター装置
４ 駆動機構
５ ベアリング
６ メイングリッパ
７ スラストジャッキ
８ シールドシェル
９ バルクヘッド
１０ チャンバ
１１ 主送泥管
１２ 主排泥管
１３ シールドジャッキ
１４ セグメント
１５ 排土機構
１６ 搬送装置
１６ａ 無圧搬送装置
１７ クラッシャ
１８ 坑外排泥管
１９ 切替え装置
２０ スクリューコンベヤ
２１ クラッシャ送泥管
２２ ロータリーディスチャージャー
２３ シュート
２４ 分流装置
２５ 戻し管
２６ ベルトコンベヤ
２７ ズリタンク
２８ タンク送泥管
２９ 連結管
３０ タンク排泥管
３１ 戻しポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの掘削に際し、切羽を圧力保持する場合、非圧力保持とする場合の双方の掘削方式に対応するトンネル掘削機の排土機構及び排土方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、トンネルの掘削に際し、切羽の圧力保持を必要とする岩盤層、または圧力保持を不要とする湧水層が連続する複合地質を掘削できるデュアルモード型のトンネル掘削機には、様々な種類が考案されている。例えば、特許文献１では、切羽の圧力保持を必要とする場合に泥水加圧式、圧力保持を不要とする場合に掘削された土砂をジェットポンプで吸い込むジェットポンプ方式の両者を兼用とするトンネル掘削機が示されている。
【０００３】
【特許文献１】
実公平７−６２３８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような中、掘削対象地盤に岩盤層と湧水層が多い地層において、湧水層では泥水加圧式のシールド工法が有効であるものの、岩盤層ではオープン掘削のＮＡＴＭ工法が掘削効率を向上できることが一般に知られており、これらの掘削方式を両立できるトンネル掘削機が望まれている。
しかし、これら泥水加圧式によるシールド工法及びオープン掘削によるＮＡＴＭ工法の両者を併用できるトンネル掘削機には、両者の掘削方式各々に対応する排土処理装置を設置する必要があり、トンネル掘削機における排土処理装置の設置が煩雑となるため、課題となっていた。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、簡略かつ安価で、トンネルの掘削に際し、切羽を圧力保持する場合、非圧力保持とする場合の、双方の掘削方式に対応できるトンネル掘削機の排土機構及び排土方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のトンネル掘削機の排土機構は、岩盤を掘削可能なカッター装置と、該カッター装置の後方に位置して掘削土砂を取り込むチャンバーと、前記チャンバーに泥水を供給する主送泥管とを備えるトンネル掘削機の排土機構であって、前記チャンバー内に収集された掘削土砂もしくは泥水を後方へ搬送する搬送装置と、該搬送装置に連結され、搬送装置を介して搬送された掘削土砂を破砕するクラッシャと、該クラッシャーで破砕された細流状の掘削土砂を、泥水とともに坑外へ流体輸送する坑外排泥管とを備えてなり、前記搬送装置には、切羽を圧力保持せずに掘削することによりチャンバー内に生じた掘削土砂を、前記クラッシャへ搬送する無圧搬送装置と、切羽を泥水により圧力保持しながら掘削することによりチャンバー内に生じた掘削土砂を、泥水とともに前記クラッシャへ搬送する主排泥管よりなる加圧搬送装置が設置されるとともに、掘削時における切羽への圧力保持の有無に応じて、無圧搬送装置と加圧搬送装置を切り替える切替え装置が備えられることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載のトンネル掘削機の排土機構は、前記無圧搬送装置は、前記チャンバー内に収集された掘削土砂を取り出し、該掘削土砂を前記クラッシャに供給するスクリューコンベヤと、前記クラッシャに泥水を供給するクラッシャ送泥管を備えられえるとともに、前記クラッシャには、ロータリークラッシャが用いられることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載のトンネル掘削機の排土機構は、前記クラッシャ送泥管が、前記主送泥管より泥水を供給されることを特徴としている。
【０００９】
請求項４記載のトンネル掘削機の排土機構は、前記スクリューコンベヤの排出部の略上方に、排出口が前記ロータリークラッシャに連結したシュートの投入口が配置されるとともに、これらを鉛直方向に囲うように配され、該スクリューコンベヤの排出部より掘削土砂を投下され、鉛直方向に回転して投下された掘削土砂をシュートの投入口に供給する複数のバケットを備えるロータリーディスチャージャーが設けられることを特徴としている。
【００１０】
請求項５記載のトンネル掘削機の排土機構は、前記無圧搬送装置は、前記チャンバー内に収集された掘削土砂を取り出し、後方へ搬送するベルトコンベヤと、該ベルトコンベヤ及び前記クラッシャの両者に連通し、ベルトコンベヤより搬送された掘削土砂を貯蔵するズリタンクと、該ズリタンクに泥水を供給するタンク送泥管を備えるとともに、前記クラッシャには、泥水があらかじめ混和された掘削土砂を破砕するウォータリークラッシャが用いられることを特徴としている。
【００１１】
請求項６記載のトンネル掘削機の排土機構は、前記タンク送泥管が、前記主送泥管より泥水を供給されることを特徴としている。
【００１２】
請求項７記載のトンネル掘削機の排土機構は、前記坑外排泥管には、礫状の岩片を含む泥水と含まない泥水とを分流する分流装置が設置されることを特徴としている。
【００１３】
請求項８記載のトンネル掘削機の排土方法は、切羽を圧力保持する場合、非圧力保持とする場合の双方の掘削方式に対応する請求項１から７の何れかに記載のトンネル掘削機の排土方法であって、トンネルの掘削時における切羽への圧力保持の有無を選択するとともに、これに応じて、チャンバー内に収集された掘削土砂及び泥水を後方へ搬送する搬送装置を、切替え装置を介して無圧搬送装置もしくは加圧搬送装置の何れかに切り替える第１の工程と、トンネルの掘削を開始し、前記チャンバーに収集された掘削土砂もしくは泥水を、前記搬送装置を介してクラッシャに搬送する第２の工程と、該クラッシャを用いて、泥水中で前記掘削土砂を破砕し、細流化された掘削土砂を坑外排泥管を介して泥水とともに坑外へ流体輸送する第３の工程とよりなることを特徴としている。
【００１４】
請求項９記載のトンネル掘削機の排土方法は、第１の工程で、搬送装置を、スクリューコンベヤとクラッシャ送泥管とを備える無圧搬送装置に切り替え、第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂をスクリューコンベヤを介して前記クラッシャに搬送するとともに、前記クラッシャ送泥管を介して泥水をクラッシャに搬送することを特徴としている。
【００１５】
請求項１０記載のトンネル掘削機の排土方法は、前記無圧搬送装置には、スクリューコンベヤの排出部の略上方に、前記シュートの投入口が配置されるとともに、該スクリューコンベヤの排出部とシュートの投入口を鉛直方向に囲うように、前記ロータリーディスチャージャーが設けられており、第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂を、スクリューコンベヤ、ロータリーディスチャージャー、及びシュートを介して前記クラッシャに搬送することを特徴としている。
【００１６】
請求項１１記載のトンネル掘削機の排土方法は、第１の工程で、搬送装置を、ベルトコンベヤと、ズリタンクと、タンク排泥管とを備える無圧搬送装置に切り替え、第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂をベルトコンベヤを介してズリタンクに投下するとともに、前記タンク排泥管を介して供給された泥水と混合した上で、これを前記クラッシャに搬送することを特徴としている。
【００１７】
請求項１２記載のトンネル掘削機の排土方法は、前記坑外排泥管には、分流装置が備えられており、第３の工程で、分流装置を介して、前記クラッシャを通過することにより破砕された掘削土砂を含む泥水から、礫状の岩片を含まない泥水を分流することを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のトンネル掘削機の排土機構を、図１から図７に示す。本発明は、切羽から圧力水があまり湧出しない岩盤層等の地盤に対して、切羽を圧力保持せず、チャンバの圧力を開放したオープン状態で掘削するＮＡＴＭ工法に準じたオープン掘削機構と、切羽から圧力の高い圧力水が多量に湧出する湧水層等の地盤に対して、切羽を圧力保持しながら掘削する泥水加圧のシールド工法に準じたクローズ掘削機構の、両者を兼ね備えたトンネル掘削機に搭載される排土機構であり、該排土機構は、掘削方法に応じて、掘削土砂を取り込む搬送装置を切り替えるのみで、何れの掘削機構を用いて発生した掘削土砂をも流体輸送といった、統一した輸送形態で坑外へ搬送する排土処理を実施できるものである。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）に示すように、トンネル掘削機１は、掘削対象地盤が圧力水をあまり湧出しない岩盤層であり、切羽を非圧力保持とする無圧状態で掘削する際に用いるオープン掘削機構として、メインフレーム２と、該メインフレーム２の前方に装備されたカッター装置３、該カッター装置３の駆動機構４、カッター装置３を回転自在に支持するベアリング５、前記メインフレーム２の後方に配置され、外方に向けて伸縮自在に装備されたメイングリッパ６、該メイングリッパ６とメインフレーム２との間に介装されたスラストジャッキ７を備えている。
【００２０】
これらオープン掘削機構としての機能に加えて、トンネル掘削機１は、掘削対象地盤が圧力の高い圧力水を多量に湧出する湧水層であり、切羽を圧力保持とする加圧状態で掘削する際に用いるクローズ掘削機構として、前記カッター装置３の後方に、少なくとも前記メインフレーム２を覆うシールドシェル８（スキンプレート）が設けられ、そのシールドシェル８はバルクヘッド９により前後に区画されて、カッター装置３の後方に掘削土砂を収納するチャンバ１０が設けられている。また、チャンバ１０には主送泥管１１と主排泥管１２が設けられており、主送泥管１１よりチャンバ１０に泥水を加圧供給し、その加圧泥水により切羽を安定に保持可能とするものである。そして、シールドシェル８の後部には、セグメント１４を組み立てるための図示しないエレクタと、組み立てたセグメント１４から反力をとって掘進を行うためのシールドジャッキ１３が搭載されている。
【００２１】
以上の構成からなる本実施形態のトンネル掘削機１は、山岳トンネル等の硬質岩盤を掘削する際には、オープン掘削機構を用いてカッター装置３により岩盤を掘削するとともに、図１（ｂ）に示すように、メイングリッパ６を地山に押圧して該メイングリッパ６を介して地山から反力をとりつつ、スラストジャッキ７によりメインフレーム２を前進させることで掘進を行う。
そして、施工途中において切羽が自立し得ないような軟弱地盤や多量の湧水が想定される湧水性地盤に遭遇したような場合には、掘削手段をクローズ掘削機構に切り替え、前記バルクヘッド９を閉鎖した上で、チャンバ１０に前記主送泥管１１を介して泥水を加圧供給し、その加圧泥水により切羽を安定に保持した状態で、カッター装置３により岩盤を掘削するとともに、図示しないエレクタによりセグメント１４を組み立てて、該セグメント１４から反力をとってシールドジャッキ１３により掘進を行う。
つまり、本実施形態のトンネル掘削機１は、硬質岩盤を掘削する際には、ＴＢＭとしての機能を有するオープン掘削機構を用いて掘削を行い、軟弱地盤や湧水性地盤に遭遇したような場合には、直ちに泥水加圧シールド工法によるシールド機としての機能を有するクローズ掘削機構に切り替えてそのまま掘削を行うといった具合に、地盤の状態に応じて掘削機構を切り替えることにより、連続して掘削作業を実施することができるものである。
【００２２】
上述する構成のトンネル掘削機１の排土機構１５は、搬送装置１６と、クラッシャ１７と、坑外排泥管１８を備えている。前記搬送装置１６は、前記チャンバ１０に収納された掘削土砂を取り込み、前記クラッシャ１７に搬送する設備であり、該クラッシャ１７は、搬送された掘削土砂を泥水等の流体中で破砕し、細流化するものである。これら細流化された掘削土砂は、クラッシャ１７内の泥水ととともに、前記坑外排泥管１８を介して坑外に流体輸送される。
ここで、該搬送装置１６には、切羽を圧力保持せず無圧状態で掘削するオープン掘削機構に用いる無圧搬送装置１６ａと、切羽を圧力保持し加圧状態で掘削するクローズ掘削機構に用いる主排泥管１２よりなる加圧搬送装置の両者が備えられている。
【００２３】
前記無圧搬送装置１６ａは、トンネル掘削機１が、オープン掘削機構を用いて掘削している際に用いるものであり、スクリューコンベヤ２０と、クラッシャ送泥管２１を備えている。該スクリューコンベヤ２０は、その取込み部が排出部よりも低く位置するような傾斜を持たせた第１のスクリューコンベヤ２０ａと、取込み部が該第１のスクリューコンベヤ２０ａの排出部と連通し、水平に配された第２のスクリューコンベヤ２０ｂにより構成され、また、第１のスクリューコンベヤ２０ａの取込み部は、前記バルクヘッド９を貫通しチャンバ１０内に挿入されている。
このようなスクリューコンベヤ２０は、一般のＴＢＭに用いられているものと同様の構成であり、その内方に配置されているスクリューシャフト２０ｃを回転することにより、第１のスクリューコンベヤ２０ａの取込み部より取り込んだ掘削土砂が、第１のスクリューコンベヤ２０ａから第２のスクリューコンベヤ２０ｂに移動し、該第２のスクリューコンベヤ２０ｂの排出部より排出するものである。このようにして、前記チャンバ１０より取り出された掘削土砂を、第２のスクリューコンベヤ２０ｂより下方に配置された前記クラッシャ１７に供給することとなる。
【００２４】
これら、クラッシャ１７に供給された掘削土砂は、破砕されて細流化されるが、該クラッシャ１７は、泥水の流体内で掘削土砂を破砕する装置であるため、泥水の供給を必要とする。そこで、本実施の形態では、オープン掘削機構による掘削時に、不要となる前記主送泥管１１及び主排泥管１２を、クラッシャ１７への泥水供給に利用することとし、図３に示すように、主送泥管１１及び主排泥管１２を連結管２９を介して連結するとともに、クラッシャ１７には、前記主排泥管１２と連通するクラッシャ送泥管２１を備えている。したがって、泥水は、主送泥管１１から、連結管２９、主排泥管１２、及びクラッシャ送泥管２１を介してクラッシャ１７に供給されることとなる。なお、前記主送泥管１１及び主排泥管１２各々の、連結管２９との接合部とチャンバとの間、及び連結管２９には、バルブ１１ａ、１２ａ、２９ａが備えられており、オープン掘削機構時には、バルブ１１ａ、１２ａを閉鎖、２９ａを開放とすることにより、泥水が、チャンバ１０に供給されることなく、クラッシャ１７に供給されるものである。
これにより、前記スクリューコンベヤ２０によりチャンバ１０より取り込まれた掘削土砂はクラッシャ１７で破砕され、クラッシャ送泥管２１により供給される泥水と混和された上で、前記坑外排泥管１８を介して坑外に流体輸送される。なお、本実施の形態において、前記クラッシャ１７には、掘削土砂と泥水を混和する機能が内蔵されたロータリークラッシャを用いている。また、クラッシャ送泥管２１の配置位置をクラッシャ１７の破砕部の前段部とし、掘削土砂と泥水を混和した上で破砕するようにしても良い。
【００２５】
ところで、図１を見てもわかるように、第２のスクリューコンベヤ２０ｂの排出部と、前記クラッシャ１７は、ロータリーディスチャージャー２２及びシュート２３を介して連通されている。
該シュート２３は、前記スクリューコンベヤ２０と隣り合うように配置されており、排出口が、前記第２のスクリューコンベヤ２０ｂより低い位置に配置されているクラッシャ１７の投入口に連結され、投入口が、図２（ａ）に示すように、第２のスクリューコンベヤ２０ｂの排出部と鉛直方向の略同軸状の上方に位置している。
【００２６】
また、ロータリーディスチャージャー２２は、図２（ｂ）に示すように、複数のバケット２２ａと、図示しない回転駆動を備えてなり、回転中心軸Ｃに開口部を向けるようにして、複数のバケット２２ａを円周上に隣り合わせて配置するとともに、これら隣り合うバケット２２ａどうしを固定手段を介して固定したものである。したがって、ロータリーディスチャージャー２２は、中央部に、バケット２２ａの開口部が隣り合うことにより形成された略円形状の開口２２ｂを有するドーナツ型に形成されている。このような構成のロータリーディスチャージャー２２は、常に下部に位置するバケット２２ａが開口部を上方に、上部に位置するバケット２２ａが開口部を下方に向くようにして、図示しない回転駆動により鉛直回転するものである。
【００２７】
該ロータリーディスチャージャー２２は、鉛直方向の略同軸状に位置する第２のスクリューコンベヤ２０ｂの排出部とシュート２３の投入口とを鉛直方向に囲うように、つまり、図２（ａ）に示すように、ロータリーディスチャージャー２２の開口部２２ｂの内方に、第２のスクリューコンベヤ２０ｂの排出部とシュート２３の一方の端部が位置するように配置されている。これにより、第２のスクリューコンベヤ２０ｂの排出部より掘削土砂が落下すると、前記ロータリーディスチャージャー２２の下部に位置するバケット２２ａに収納され、掘削土砂を収納したバケット２２ａは、ロータリーディスチャージャー２２の鉛直回転により上部に移動し、バケット２２ａの開口が下方に向いた時点で、掘削土砂が前記シュート２３の投入口に落下し、該シュート２３を介して前記クラッシャ１７に供給されることとなる。
このような構成は、前記クラッシャ１７に供給される泥水が、スクリューコンベヤ２０へ逆流することを防止するために、前記クラッシャ１７をスクリューコンベヤ２０より下方に配置した際に、掘削土砂を確実にクラッシャ１７に供給するために備えられるものである。
【００２８】
こうして、切羽を非圧力保持として掘削するオープン掘削機構により排出された掘削土砂は、前記クラッシャ１７により泥水の流体中で破砕され、泥水とともに前記坑外排泥管１８を介して坑外に流体輸送される。しかし、クラッシャ１７より坑外排泥管１８に供給された泥水中の掘削土砂は、礫状の岩片を含む泥水と礫状の岩片を含まない泥水が混在した状態となっている。
そこで、前記坑外排泥管１８には、分流装置２４が備えられている。該分流装置２４は、坑外排泥管１８中の泥水とともに流体輸送されている掘削土砂について、礫状の岩片を含む泥水と含まない泥水を分流するもので、前記主送泥管１１に連結する戻し管２５を有しており、該戻し管２５を介して礫状の岩片を含まない泥水を主送泥管１１に戻すものである。これにより、礫状の岩片を含まない泥水は、再度クラッシャ１７に供給されるものである。なお、分流装置２４には、戻しポンプ３１が設けられており、礫状の岩片を含まない泥水は該戻しポンプ３１により戻し管２５に圧送される構成となっている。
【００２９】
一方、前記加圧搬送装置は、トンネル掘削機１が、湧水層等よりなる切羽を泥水加圧式のシールド機としての機能を用いて掘削している際に用いるものであり、前記主排泥管１２がこれに相当する。
つまり、切羽を圧力保持することを目的に、前記チャンバ１０の内方に泥水を満たすが、このとき主送泥管１１による泥水の供給と主排泥管１２による泥水の吸引が相まった泥水循環により掘削土砂が泥水とともに、主排泥管１２に取り込まれるものである。
該主排泥管１２は、前記クラッシャ１７と連通しており、泥水とともに取り込んだ掘削土砂がクラッシャ１７に供給されて破砕され、前記坑外排泥管１８を介して坑外に流体輸送される。
なお、前述した前記主送泥管１１及び主排泥管１２、及び連結管２９に備えられたバルブ１１ａ、１２ａ、２９ａは、バルブ１１ａ、１２ａを開放、２９ａを閉鎖とすることにより、泥水が、連結管２９を介さずチャンバ１０に供給されることとなる。
【００３０】
このように、排土機構１５は、掘削時における切羽への圧力保持の有無に応じて、搬送装置１６を加圧搬送装置もしくは無圧搬送装置１６ａに切り替えるのみで、何れの掘削機構を用いた場合にも、掘削土砂を流体として坑外へ輸送する流体輸送を実施することができるものである。なお、該排土機構１５には、前記加圧搬送装置もしくは無圧搬送装置１６ａへの切り替えを実施する切替え装置１９が備えられており、該切替え装置１９が、前述した主送泥管１１、主排泥管１２、及び連結管２９に設置されているバルブ１１ａ、１２ａ、２９ａに加えて、図３に示すような、前記第１のスクリューコンベヤ２０ａの取込み部、シュート２３の排出部各々に備えられたスライドゲート２０ｄ、２３ａ、前記クラッシャ送泥管２１に設置されているバルブ２１ａに連動している。
【００３１】
上述するトンネル掘削機１の排土機構１５を用いて、掘削時における切羽への圧力保持の有無に応じた排土方法の詳細を、切替え装置１９と連動するスライドゲート２０ｄ、２３ａ及びバルブ１１ａ、１２ａ、２１ａ、２９ａの動作と併せて、以下に示す。
はじめに、トンネル掘削機１の掘削機構を、掘削対象地盤の状況に合わせて、掘削時に切羽を圧力保持しない場合に用いるオープン掘削機構、もしくは掘削時に切羽を圧力保持する場合に用いるクローズ掘削機機構に切り替える。ここではまず、オープン掘削機構を用いる場合について図３を用いて、次にクローズ掘削機構を用いる場合について図４を用いて詳述する。
【００３２】
（掘削時に切羽を圧力保持しない場合）
第１の工程では、トンネル掘削機１の掘削機構を、オープン掘削機構に切り替えるとともに、前記排土機構１５の搬送装置１６を、無圧搬送装置１６ａに切り替える。ここで、無圧搬送装置１６ａへの切り替えは、切替え装置１９を用いて、チャンバ１０内に挿入されている第１のスクリューコンベヤ２０ａの取込み部に設けられたスライドゲート２０ｄ、シュート２３の排出口に設けられたスライドゲート２３ａ、クラッシャ送泥管２１及び連結管２９に設置されているバルブ２１ａ、２９ａを開放するとともに、前記主送泥管１１、主排泥管１２の前記チャンバ１０近傍に設置されているバルブ１１ａ、１２ａを閉鎖する。
これにより、主送泥管１１、主排泥管１２はチャンバ１０と遮断され、これに代わりスクリューコンベヤ２０がチャンバ１０と連通するとともに、泥水がチャンバ１０を経由せず、主送泥管１１、連結管２９、主排泥管１２及びクラッシャ送泥管２１を経由してクラッシャ１７に供給される構成となることから、無圧搬送装置１６ａが選択されたこととなる。
【００３３】
第２の工程では、切羽を非圧力状態でオープン掘削機構を用いて掘進することによりチャンバ１０内に収集された掘削土砂を、前記スクリューコンベヤ２０を介して後方に取り込む。掘削土砂は、該スクリューコンベヤ２０内を移動し、第２のスクリューコンベヤ２０ｂより排出されると、ロータリーディスチャージャー２２の下方に位置するバケット２２ａに投下される。ロータリーディスチャージャー２２を鉛直回転し、開口部が下向きになるまで掘削土砂を収納したバケット２２ａを上方に移動させ、前記シュート２３の投入口より上方に達した時点で、掘削土砂をシュート２３に投下する。投下された掘削土砂は、シュート２３を介してクラッシャ１７に供給される。
【００３４】
第３の工程では、前記主送泥管１１、連結管２９、主排泥管１２及びクラッシャ送泥管２１を介して供給した泥水と、前記シュート２３を介して供給した掘削土砂を、前記クラッシャ１７にて混和しながら破砕して細流化した後、細流化された掘削土砂を泥水とともに前記坑外排泥管１８に排出する。
前記クラッシャ１７より排出された泥水中の掘削土砂は、坑外排泥管１８に備えられた分流装置２４を通過し、礫状の岩片を含む泥水を坑外に流体輸送する。また、礫状の岩片を含まない泥水は、前記戻し管２５を介して、前記主送泥管１１に戻し、再度連結管２９、主排泥管１２及びクラッシャ送泥管２１を経由して泥水としてクラッシャ１７に供給される。
【００３５】
（掘削時に切羽を圧力保持する場合）
図４に示すように、第１の工程では、トンネル掘削機１の掘削機構を、クローズ掘削機構に切り替えるとともに、前記排土機構１５の搬送装置１６を、主排泥管１２よりなる加圧搬送装置に切り替える。ここで、主排泥管１２よりなる加圧搬送装置への切り替えは、切替え装置１９を用いて、第１のスクリューコンベヤ２０ａの取込み部に設けられたスライドゲート２０ｄ及びシュート２３の排出口に設けられたスライドゲート２３ａ、クラッシャ送泥管２１及び連結管２９に設置されているバルブ２１ａ、２９ａを閉鎖するとともに、前記主送泥管１１、主排泥管１２の前記チャンバ１０近傍に設置されているバルブ１１ａ、１２ａを開放する。
これにより、スクリューコンベヤ２０がチャンバ１０と遮断され、これに代わり主排泥管１２がチャンバ１０と連通されるとともに、泥水が主送泥管１１から連結管２９に供給されることなく、チャンバ１０に供給される構成となることから、加圧搬送装置が選択されたこととなる。
【００３６】
第２の工程では、切羽を加圧力状態でクローズ掘削機構を用いて掘進することによりチャンバ１０内に収集された掘削土砂を、主送泥管１１によるチャンバ１０への泥水の供給と、主排泥管１２による泥水の吸引が相まった泥水循環により、泥水とともに主排泥管１２に取り込む。掘削土砂は、該主排泥管１２内を移動し、泥水とともにクラッシャ１７に供給される。
【００３７】
第３の工程では、オープン掘削機構による掘削時と同様に、前記クラッシャ１７にて掘削土砂を泥水中で破砕し細流化した後、細流化された掘削土砂を泥水とともに前記坑外排泥管１８に排出する。また、前記坑外排泥管１８に備えられた分流装置２４により分流された礫状の岩片を含まない泥水は、前記戻し管２５を介して前記主送泥管１１に戻され、再度チャンバ１０を経由し、新たな掘削土砂とともに主排泥管１２に取り込まれてクラッシャ１７に供給される。
【００３８】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、オープン掘削機構を用いて切羽への圧力保持をせず掘削する場合における無圧搬送装置１６ａに、スクリューコンベヤ２０を用いる構成を示したが、必ずしも掘削土砂の搬送は、これにこだわるものではない。そこで、第２の実施の形態では、スクリューコンベヤ２０に代わり、ベルトコンベヤ２６を用いた際の事例を示す。
なお、ベルトコンベヤ２６を用いたトンネル掘削機は、図５に示すように、第１の実施の形態で示したものと同様のオープン掘削機構と、クローズ掘削機構を備えるものである。
【００３９】
図６に示すように、前記無圧搬送装置１６ａは、ベルトコンベヤ２６、ズリタンク２７、タンク送泥管２８により構成されている。該ベルトコンベヤ２６は、第１の実施の形態で示したスクリューコンベヤ２０と同じく、ＴＢＭ等で一般的に用いられているものと同様の構成であり、取込み部から取り込んだ掘削土砂がベルトコンベヤ２６内を移動して排出部より排出されるものである。このようなベルトコンベヤ２６は、取込み部を排出部よりも低く位置するような傾斜を持たせるようにして、図５（ａ）に示すように、バルクヘッド９のスライドゲート９ａから前記チャンバ１０内に挿入されており、チャンバ１０内に備えられた図示しないホッパーを介して、掘削土砂がベルトコンベヤ２６に供給されるものである。
なお、切羽を加圧保持しクローズ掘削機構を用いて掘削する際には、図５（ｂ）に示すように、ベルトコンベヤ２６を図示しない収納装置を用いてメインフレーム２内に収納した上で、バルクヘッド９のスライドゲート９ａを閉鎖しチャンバ１０を密閉状態とすればよい。
【００４０】
一方、ベルトコンベヤ２６の排出部は、図６に示すように、鉛直方向で略同軸状に位置するズリタンク２７の上方に配置されている。
該ズリタンク２７は、掘削土砂を一次貯留する容器であるが、主送泥管１１より分岐するタンク送泥管２８が連通されており、ベルトコンベヤ２６から掘削土砂、タンク送泥管２８から泥水を供給されて、両者を混合した上で、流体として掘削土砂をクラッシャ１７に供給するものである。
これら、クラッシャ１７に供給された掘削土砂は、第１の実施の形態と同様に、破砕されて細流化されるが、第２の実施の形態では、あらかじめ泥水と混合された掘削土砂が、流体の状態でクラッシャ１７に供給されるものである。したがって、前記クラッシャ１７には、掘削土砂を泥水の流体内で破砕する機能のみを有するウォータリークラッシャを用いている。
【００４１】
こうして、切羽に圧力保持をせず掘削した際に排出された掘削土砂は、前記クラッシャ１７に破砕され、泥水とともに前記坑外排泥管１８を介して坑外に流体輸送される。しかし、第１の実施の形態と同様に、礫状の岩片を含む泥水と礫状の岩片を含まない泥水が混在した状態となっていることから、前記坑外排泥管１８に、分流装置２４を備えている。該分流装置２４は、該分流装置２４と主送泥管１１に連結するように設置され途中で前記ズリタンク２７に向けて設置されている排出口２５ａに分岐する戻し管２５を介して、分流した礫状の岩片を含まない泥水を、ズリタンク２７に戻すものである。これにより、礫状の岩片を含まない泥水は、再度新たな掘削土砂とともにズリタンク２７からクラッシャ１７に供給されるものである。なお、第１の実施の形態と同様に、分流装置２４には、戻しポンプ３１が設けられており、礫状の岩片を含まない泥水は該戻しポンプ３１により戻し管２５に圧送される構成となっている。
【００４２】
なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、オープン掘削機構時に不要となる前記主送泥管１１及び主排泥管１２を、ズリタンク２７への泥水供給に利用することとし、主送泥管１１から前記タンク送泥管２８に分岐する分岐点に、三方弁１１ｂを設置するとともに、前記主排泥管１２の排出部を前記クラッシャ１７に連通させた上で、前記ズリタンク２７より泥水を混和した掘削土砂を排出するタンク排泥管３０を主排泥管１２に合流させた合流部に三方弁１２ｂを設置している。さらには、前記主送泥管１１と連通する戻し管２５の、ズリタンク２７に向けた排出口２５ａとの分岐部にも、三方弁２５ｂを備えている。
【００４３】
したがって、オープン掘削時において三方弁１１ｂ、１２ｂ、２５ｂの操作により、主送泥管１１とタンク送泥管２８、タンク排泥管３０と主排泥管１２、及び戻し管２５とズリタンク２７への排出口２５ａを連結する。これにより、泥水は、主送泥管１１からタンク送泥管２８を経由してズリタンク２７に供給され、また、ズリタンク２７より泥水を混和した掘削土砂は、タンク排泥管３０及び主排泥管１２を経由してクラッシャ１７に供給される。さらに、前記分流装置２４より分流された礫状の岩片を含まない泥水は、戻し管２５の排出口２５ａよりズリタンク２７へ排出されることとなる。
【００４４】
一方、前記加圧搬送装置は、第１の実施の形態と同様で、前記主排泥管１２がこれに相当する。該主排泥管１２は、前記クラッシャ１７と連通しており、泥水とともに取り込んだ掘削土砂がクラッシャ１７に供給されて破砕され、前記坑外排泥管１８を介して坑外に流体輸送される。また、該分流装置２４により分流された礫状の岩片を含まない泥水は、該分流装置２４と前記主送泥管１１に連結するように設置されている戻し管２５を介して主送泥管１１に戻されるものである。
したがって、クローズ掘削機構を用いた掘削時には、三方弁１１ｂ、１２ｂ、２５ｂの操作により、主送泥管１１とチャンバ１０、チャンバ１０に連通している主排泥管１２とクラッシャ１７、戻し管２５と主送泥管１１を連結する。これにより、泥水は、主送泥管１１からチャンバ１０に供給され、また、チャンバ１０から主排泥管１２により取り込まれた泥水に含まれた掘削土砂は、クラッシャ１７に供給される。さらに、前記分流装置２４より分流された礫状の岩片を含まない泥水は、戻し管２５から主送泥管１１に戻される。
なお、これら三方弁１１ｂ、１２ｂ、２５ｂは、該排土機構１５に備えられている切替え装置１９に連動しており、これと併せて、図示しないベルトコンベヤの収納機構及びバルクヘッド９に設けられているスライドゲート９ａとも連動している。
【００４５】
上述するトンネル掘削機１の排土機構１５を用いて、掘削時における切羽への圧力保持の有無に応じた排土方法の詳細を、切替え装置１９と連動する三方弁１１ｂ、１２ｂ、２５ａ、及び図示しないベルトコンベヤの収納機構及びバルクヘッド９のスライドゲート９ａの動作と併せて以下に示す。
はじめに、トンネル掘削機１の掘削機構を、掘削対象地盤の状況に合わせて、掘削時に切羽を圧力保持しない場合に用いるオープン掘削機構、もしくは掘削時に切羽を圧力保持する場合に用いるクローズ掘削機機構に切り替える。ここではまず、オープン掘削機構を用いる場合について図６を用いて、次にクローズ掘削機構を用いる場合について図７を用いて詳述する。
【００４６】
（掘削時に切羽を圧力保持しない場合）
図６に示すように、第１の工程では、トンネル掘削機１の掘削機構を、オープン掘削機構に切り替えるとともに、前記排土機構１５の搬送装置１６を、無圧搬送装置１６ａに切り替える。ここで、無圧搬送装置１６ａへの切り替えは、切替え装置１９を用いて、主送泥管１１とタンク送泥管２８とを連続させるように三方弁１１ｂを作動し、主送泥管１１とチャンバ１０を絶縁する。また、タンク排泥管３０と主排泥管１２が合流するように三方弁１２ｂを作動し、チャンバ１０と主排泥管１２とを絶縁する。さらに、前記戻し管２５をズリタンク２７への排出口２５ａに連動させるように三方弁２５ｂを作動し、主送泥管１１と戻し管２５を絶縁する。また、バルクヘッド９に設けられているスライドゲート９ａを開放するとともに、ベルトコンベヤ２６の収納装置を作動させて、前記ベルトコンベヤ２６の取込み部をチャンバ１０内に挿入する。
これにより、主排泥管１２はチャンバ１０と遮断され、これに代わりベルトコンベヤ２６がチャンバ１０に開放されるとともに、泥水がチャンバ１０を経由せず、主送泥管１１、タンク送泥管２８を経由してズリタンク２７に供給される構成となることから、無圧搬送装置１６ａが選択されたこととなる。
【００４７】
第２の工程では、切羽を非圧力状態でオープン掘削機構を用いて掘進することによりチャンバ１０内に収集された掘削土砂を、前記ベルトコンベヤ２６を介して後方に取り込む。掘削土砂は、該ベルトコンベヤ２６内を移動し、ズリタンク２７に投下されると、主送泥管１１からタンク送泥管２８を経由してズリタンク２７に供給される泥水とともに混合され、タンク排泥管３０及び主排泥管１２を経由してクラッシャ１７に投下される。
【００４８】
第３の工程では、前記クラッシャ１７にて掘削土砂を泥水中で破砕し、細流化した後、細流化された掘削土砂を泥水とともに前記坑外排泥管１８に排出する。
排出された泥水中の掘削土砂は、坑外排泥管１８に備えられた分流装置２４を通過し、礫状の岩片を含む泥水が、坑外に流体輸送される。分流された礫状の岩片を含まない泥水は、前記戻し管２５から排出口２５ａを介して、前記ズリタンク２７に戻され、再度新たな掘削土砂とともに混合された上で、タンク排泥管３０及び主排泥管１２を経由し、新たな掘削土砂とともに前記クラッシャ１７に供給される。
【００４９】
（掘削時に切羽を圧力保持する場合）
図７に示すように、第１の工程では、トンネル掘削機１の掘削機構を、クローズ掘削機構に切り替えるとともに、前記排土機構１５の搬送装置１６を、主排泥管１２よりなる加圧搬送装置に切り替える。ここで、主排泥管１２よりなる加圧搬送装置への切り替えは、切替え装置１９を用いて、主送泥管１１とチャンバ１０とを連続させるように三方弁１１ｂを作動し、主送泥管１１とタンク送泥管２８を絶縁する。また、チャンバ１０と主排泥管１２、及びクラッシャ１７が連動するように三方弁１２ｂを作動し、タンク排泥管３０と主排泥管１２とを絶縁する。さらに、前記戻し管２５と主送泥管１１が連続するように三方弁２５ｂを作動し、戻し管２５とズリタンク２７への排出口２５ａを絶縁する。また、ベルトコンベヤ２６の図示しない収納装置を作動させて、前記ベルトコンベヤ２６の取込み部をチャンバ１０内から引き抜き、バルクヘッド９に設けられているスライドゲート９ａを閉鎖して、チャンバ１０内を密閉する。
これにより、ベルトコンベヤ２６がチャンバ１０と遮断され、これに代わり主送泥管１１及び主排泥管１２がチャンバ１０に連動される構成となることから、無圧搬送装置１６ａが選択されたこととなる。
【００５０】
第２の工程では、切羽を圧力保持した状態でクローズ掘削機構を用いて掘進することにより、チャンバ１０内に収集された掘削土砂を、主送泥管１１によるチャンバ１０への泥水の供給と、主排泥管１２による泥水の吸引が相まった泥水循環により泥水とともに主排泥管１２に取り込む。掘削土砂は、該主排泥管１２内を移動し、泥水とともにクラッシャ１７に供給される。
【００５１】
第３の工程では、オープン掘削機構による掘削と同様に、前記クラッシャ１７にて掘削土砂を泥水中で破砕して細流化した後、細流化された掘削土砂を泥水とともに前記坑外排泥管１８に排出する。また、前記分流装置２４により分流された礫状の岩片を含まない泥水は、前記戻し管２５を介して前記主送泥管１１に戻され、再度チャンバ１０を経由し切羽の圧力保持として再利用された後、新たな掘削土砂とともに主排泥管１２に取り込まれて、クラッシャ１７に供給される。
【００５２】
上述する第１の実施の形態及び第２の実施の形態によれば、切羽を圧力保持せず、チャンバ１０の圧力を開放したオープン状態で掘削するオープン掘削機構と、切羽を圧力保持しながら掘削する泥水加圧のシールド工法に準じたクローズ掘削機構の、両者を兼ね備えたトンネル掘削機１に搭載される排土機構１５が、掘削方法に応じて、掘削土砂を取り込む搬送装置１６を切り替えるのみで、何れの掘削機構を用いて発生した掘削土砂をも坑外へ流体輸送することから、坑外に設置される土砂搬出設備を泥水輸送システムに統一することができ、機械設備を簡略化することが可能になるとともに、大幅な工費削減を実現することが可能となる。
【００５３】
また、坑外に流体輸送される泥水に混和された掘削土砂は、前記クラッシャ１７により細流化された上で流体輸送されることから、坑外への圧送を容易にでき、排土機構１５のメンテナンス等を作業を大幅に削減することが可能となる。
さらに、坑外排泥管１８には、分流装置２４が備えられていることから、礫状の岩片を含まない泥水を再利用することができ、環境への配慮や工費削減に大きく寄与することが可能となる。
【００５４】
また、オープン掘削機構の適用時に稼働する前記無圧力搬送装置１６ａにおいて、クラッシャ１７に泥水を供給するクラッシャ送泥管２１、もしくはズリタンク２７に泥水を供給するタンク送泥管２８は、クローズ掘削機構を構成する主送泥管１１に連結され、該主送泥管１１を介して泥水を供給することから、オープン掘削機構を適用した掘削作業中にもクローズ掘削機構の構成を有効に活用できるため、排土機構１５をより簡略化できるとともに、作業効率を向上することが可能になる。
さらに、オープン掘削機構による作業中にもクローズ掘削機構を構成する主送泥管１１が稼働していることから、掘進中に地盤の状況が変化した場合にも、迅速に掘削機構をクローズ掘削機構に切り替えることが可能となり、複合地盤での効率的な掘削が可能となる。
【００５５】
搬送装置１６にスクリューコンベヤ２０が用いられる際に、スクリューコンベヤ２０からクラッシャ１７への供給には、ロータリーディスチャージャー２２及びシュート２３が用いられることから、スクリューコンベヤ２０より下方に配されたクラッシャ１７に、掘削土砂を確実に供給しながら、クラッシャ１７に供給される泥水が、スクリューコンベヤ２０へ逆流することを防止することが可能となる。
【００５６】
トンネル掘削機１の排土方法によれば、トンネル掘削時の排土作業は、切羽の状況に応じてオープン掘削機構もしくはクローズ掘削機構の何れかを選択するとともに、排土機構１５を構成する搬送装置１６を何れかの掘削機構に対応させて切り替えるのみで良いため、作業性が良いとともに、掘削工区内で地盤に変化があった場合にも掘削機構に併せた搬送装置１６の切り替えを即時に行うことが可能であり、工費削減、工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１、２、５に記載のトンネル掘削機の排土機構によれば、岩盤を掘削可能なカッター装置と、該カッター装置の後方に位置して掘削土砂を取り込むチャンバーと、前記チャンバーに泥水を供給する主送泥管とを備えるトンネル掘削機の排土機構であって、前記チャンバー内に収集された掘削土砂もしくは泥水を後方へ搬送する搬送装置と、該搬送装置に連結され、搬送装置を介して搬送された掘削土砂を破砕するクラッシャと、該クラッシャーで破砕された細流状の掘削土砂を、泥水とともに坑外へ流体輸送する坑外排泥管とを備えてなり、前記搬送装置には、切羽を圧力保持せずに掘削することによりチャンバー内に生じた掘削土砂を、前記クラッシャへ搬送する無圧搬送装置と、切羽を泥水により圧力保持しながら掘削することによりチャンバー内に生じた掘削土砂を、泥水とともに前記クラッシャへ搬送する主排泥管よりなる加圧搬送装置が設置されるとともに、掘削時における切羽への圧力保持の有無に応じて、無圧搬送装置と加圧搬送装置を切り替える切替え装置が備えられる。
【００５８】
また、前記無圧搬送装置は、前記チャンバー内に収集された掘削土砂を取り出し、該掘削土砂を前記クラッシャに供給するスクリューコンベヤと、前記クラッシャに泥水を供給するクラッシャ送泥管を備えられえるとともに、前記クラッシャには、ロータリークラッシャが用いられる。
【００５９】
もしくは、前記無圧搬送装置は、前記チャンバー内に収集された掘削土砂を取り出し、後方へ搬送するベルトコンベヤと、該ベルトコンベヤ及び前記クラッシャの両者に連通し、ベルトコンベヤより搬送された掘削土砂を貯蔵するズリタンクと、該ズリタンクに泥水を供給するタンク送泥管を備えるとともに、前記クラッシャには、泥水があらかじめ混和された掘削土砂を破砕するウォータリークラッシャが用いられる。
【００６０】
これにより、坑外に設置される土砂搬出設備を泥水輸送システムに統一することができ、機械設備を簡略化することが可能になるとともに、大幅な工費削減を実現することが可能となる。
【００６１】
また、坑外に流体輸送される泥水に混和された掘削土砂は、前記クラッシャにより細流化された上で流体輸送されることから、砂礫状の掘削土砂が含まれている場合と比較して、坑外への圧送を容易にできるとともに、排土機構のメンテナンス等を作業を大幅に削減することが可能となる。
【００６２】
請求項３及び６に記載のトンネル掘削機の排土機構によれば、前記クラッシャ送泥管が、前記主送泥管より泥水を供給される、また、前記タンク送泥管が、前記主送泥管より泥水を供給されることから、オープン掘削機構を適用した掘削作業中にもクローズ掘削機構の構成を有効に活用でき、排土機構をより簡略化できるとともに、作業効率を向上することが可能になる。
さらに、オープン掘削機構による作業中にもクローズ掘削機構を構成する主送泥管が稼働していることから、掘進中に地盤の状況が変化した場合にも、迅速に掘削機構をクローズ掘削機構に切り替えることが可能となり、複合地盤での効率的な掘削が可能となる。
【００６３】
請求項４記載のトンネル掘削機の排土機構によれば、前記スクリューコンベヤの排出部には、その略上方に、排出口が前記ロータリークラッシャに連結するシュートの投入口が配置されるとともに、該スクリューコンベヤの排出部とシュートの投入口を鉛直方向に囲うように、鉛直回転するドーナツ盤形状のロータリーディスチャージャーが設けられており、前記ロータリーディスチャージャーは、回転中心軸に開口部を向けるようにして円周上に複数のバケットを配置し、隣り合う該バケットを連結し形成されることから、スクリューコンベヤより下方に配されたクラッシャに、掘削土砂を確実に供給しながら、クラッシャに供給される泥水が、スクリューコンベヤへ逆流することを防止することが可能となる。
【００６４】
請求項７記載のトンネル掘削機の排土機構によれば、前記坑外排泥管には、礫状の岩片を含む泥水と含まない泥水とを分流する分流装置が設置されることから、礫状の岩片を含む泥水のみを坑外へ流体輸送し、含まない泥水を再利用することができるため、環境への配慮や工費削減に大きく寄与することが可能となる。
【００６５】
請求項８から１２記載のトンネル掘削機の排土機構によれば、切羽を圧力保持する場合、非圧力保持とする場合の双方の掘削方式に対応する請求項１から７の何れかに記載のトンネル掘削機の排土方法であって、トンネルの掘削時における切羽への圧力保持の有無を選択するとともに、これに応じて、チャンバー内に収集された掘削土砂及び泥水を後方へ搬送する搬送装置を、切替え装置を介して無圧搬送装置もしくは加圧搬送装置の何れかに切り替える第１の工程と、トンネルの掘削を開始し、前記チャンバーに収集された掘削土砂もしくは泥水を、前記搬送装置を介してクラッシャに搬送する第２の工程と、該クラッシャを用いて、泥水中で前記掘削土砂を破砕し、細流化された掘削土砂を坑外排泥管を介して泥水とともに坑外へ流体輸送する第３の工程とよりなる。
【００６６】
または、第１の工程で、搬送装置を、スクリューコンベヤとクラッシャ送泥管とを備える無圧搬送装置に切り替え、第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂をスクリューコンベヤを介して前記クラッシャに搬送するとともに、前記クラッシャ送泥管を介して泥水をクラッシャに搬送する。
【００６７】
または、前記無圧搬送装置には、スクリューコンベヤの排出部の略上方に、前記シュートの投入口が配置されるとともに、該スクリューコンベヤの排出部とシュートの投入口を鉛直方向に囲うように、前記ロータリーディスチャージャーが設けられており、第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂を、スクリューコンベヤ、ロータリーディスチャージャー、及びシュートを介して前記クラッシャに搬送する。
【００６８】
または、第１の工程で、搬送装置を、ベルトコンベヤと、ズリタンクと、タンク排泥管とを備える無圧搬送装置に切り替え、第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂をベルトコンベヤを介してズリタンクに投下するとともに、前記タンク排泥管を介して供給された泥水と混合した上で、これを前記クラッシャに搬送する。
【００６９】
もしくは、前記坑外排泥管には、分流装置が備えられており、第３の工程で、分流装置を介して、前記クラッシャを通過することにより破砕された掘削土砂を含む泥水から、礫状の岩片を含まない泥水を分流する。
【００７０】
これにより、トンネル掘削時の排土作業は、切羽の状況に応じてオープン掘削機構もしくはクローズ掘削機構の何れかを選択するとともに、排土機構を構成する搬送装置を掘削機構に対応させて切り替えるのみで良いため、作業性が良いとともに、掘削工区内で地層に変化があった場合にも掘削機構に併せた搬送装置の切り替えを即時に行うことが可能であり、工費削減、工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトンネル掘削機の排土機構の概略を示す図である。
【図２】本発明に係るトンネル掘削機の排土機構を構成するロータリーディスチャージャーの詳細を示す図である。
【図３】本発明に係るトンネル掘削機のオープン掘削機構による掘削時の排土方法の概念図を示す図である。
【図４】本発明に係るトンネル掘削機のクローズ掘削機構による掘削時の排土方法の概念図を示す図である。
【図５】本発明に係るトンネル掘削機の排土機構の他の事例の概略を示す図である。
【図６】本発明に係るトンネル掘削機のオープン掘削機構による掘削時の排土方法の概念図を示す図である。
【図７】本発明に係るトンネル掘削機のクローズ掘削機構による掘削時の排土方法の概念図を示す図である。
【符号の説明】
１ トンネル掘削機
２ メインフレーム
３ カッター装置
４ 駆動機構
５ ベアリング
６ メイングリッパ
７ スラストジャッキ
８ シールドシェル
９ バルクヘッド
１０ チャンバ
１１ 主送泥管
１２ 主排泥管
１３ シールドジャッキ
１４ セグメント
１５ 排土機構
１６ 搬送装置
１６ａ 無圧搬送装置
１７ クラッシャ
１８ 坑外排泥管
１９ 切替え装置
２０ スクリューコンベヤ
２１ クラッシャ送泥管
２２ ロータリーディスチャージャー
２３ シュート
２４ 分流装置
２５ 戻し管
２６ ベルトコンベヤ
２７ ズリタンク
２８ タンク送泥管
２９ 連結管
３０ タンク排泥管
３１ 戻しポンプ
Claims (12)
- 岩盤を掘削可能なカッター装置と、
該カッター装置の後方に位置して掘削土砂を取り込むチャンバーと、
前記チャンバーに泥水を供給する主送泥管とを備えるトンネル掘削機の排土機構であって、
前記チャンバー内に収集された掘削土砂もしくは泥水を後方へ搬送する搬送装置と、
該搬送装置に連結され、搬送装置を介して搬送された掘削土砂を破砕するクラッシャと、
該クラッシャーで破砕された細流状の掘削土砂を、泥水とともに坑外へ流体輸送する坑外排泥管とを備えてなり、
前記搬送装置には、切羽を圧力保持せずに掘削することによりチャンバー内に生じた掘削土砂を、前記クラッシャへ搬送する無圧搬送装置と、
切羽を泥水により圧力保持しながら掘削することによりチャンバー内に生じた掘削土砂を、泥水とともに前記クラッシャへ搬送する主排泥管よりなる加圧搬送装置が設置されるとともに、
掘削時における切羽への圧力保持の有無に応じて、無圧搬送装置と加圧搬送装置を切り替える切替え装置が備えられることを特徴とするトンネル掘削機の排土機構。 - 請求項１に記載のトンネル掘削機の排土機構において、
前記無圧搬送装置は、前記チャンバー内に収集された掘削土砂を取り出し、該掘削土砂を前記クラッシャに供給するスクリューコンベヤと、
前記クラッシャに泥水を供給するクラッシャ送泥管を備えられえるとともに、
前記クラッシャには、ロータリークラッシャが用いられることを特徴とするトンネル掘削機の排土機構。 - 請求項２に記載のトンネル掘削機の排土機構において、
前記クラッシャ送泥管が、前記主送泥管より泥水を供給されることを特徴とするトンネル掘削機の排土機構。 - 請求項２または３に記載のトンネル掘削機の排土機構において、
前記スクリューコンベヤの排出部の略上方に、排出口が前記ロータリークラッシャに連結したシュートの投入口が配置されるとともに、
これらを鉛直方向に囲うように配され、該スクリューコンベヤの排出部より掘削土砂を投下され、鉛直方向に回転して投下された掘削土砂をシュートの投入口に供給する複数のバケットを備えるロータリーディスチャージャーが設けられることを特徴とするトンネル掘削機の排土機構。 - 請求項１に記載のトンネル掘削機の排土機構において、
前記無圧搬送装置は、前記チャンバー内に収集された掘削土砂を取り出し、後方へ搬送するベルトコンベヤと、
該ベルトコンベヤ及び前記クラッシャの両者に連通し、ベルトコンベヤより搬送された掘削土砂を貯蔵するズリタンクと、
該ズリタンクに泥水を供給するタンク送泥管を備えるとともに、
前記クラッシャには、泥水があらかじめ混和された掘削土砂を破砕するウォータリークラッシャが用いられることを特徴とするトンネル掘削機の排土機構。 - 請求項５に記載のトンネル掘削機の排土機構において、
前記タンク送泥管が、前記主送泥管より泥水を供給されることを特徴とするトンネル掘削機の排土機構。 - 請求項１から６のいずれかに記載のトンネル掘削機の排土機構において、
前記坑外排泥管には、礫状の岩片を含む泥水と含まない泥水とを分流する分流装置が設置されることを特徴とするトンネル掘削機の排土機構。 - 切羽を圧力保持する場合、非圧力保持とする場合の双方の掘削方式に対応する請求項１から７の何れかに記載のトンネル掘削機の排土方法であって、
トンネルの掘削時における切羽への圧力保持の有無を選択するとともに、これに応じて、チャンバー内に収集された掘削土砂及び泥水を後方へ搬送する搬送装置を、切替え装置を介して無圧搬送装置もしくは加圧搬送装置の何れかに切り替える第１の工程と、
トンネルの掘削を開始し、前記チャンバーに収集された掘削土砂もしくは泥水を、前記搬送装置を介してクラッシャに搬送する第２の工程と、
該クラッシャを用いて、泥水中で前記掘削土砂を破砕し、細流化された掘削土砂を坑外排泥管を介して泥水とともに坑外へ流体輸送する第３の工程とよりなることを特徴とするトンネル掘削機の排土方法。 - 請求項８に記載のトンネル掘削機の排土方法において、
第１の工程で、搬送装置を、スクリューコンベヤとクラッシャ送泥管とを備える無圧搬送装置に切り替え、
第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂をスクリューコンベヤを介して前記クラッシャに搬送するとともに、前記クラッシャ送泥管を介して泥水をクラッシャに搬送することを特徴とするトンネル掘削機の排土方法。 - 請求項９に記載のトンネル掘削機の排土方法において、
前記無圧搬送装置には、スクリューコンベヤの排出部の略上方に、前記シュートの投入口が配置されるとともに、該スクリューコンベヤの排出部とシュートの投入口を鉛直方向に囲うように、前記ロータリーディスチャージャーが設けられており、
第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂を、スクリューコンベヤ、ロータリーディスチャージャー、及びシュートを介して前記クラッシャに搬送することを特徴とするトンネル掘削機の排土方法。 - 請求項８に記載のトンネル掘削機の排土方法において、
第１の工程で、搬送装置を、ベルトコンベヤと、ズリタンクと、タンク排泥管とを備える無圧搬送装置に切り替え、
第２の工程で、前記チャンバーに収集された掘削土砂をベルトコンベヤを介してズリタンクに投下するとともに、前記タンク排泥管を介して供給された泥水と混合した上で、これを前記クラッシャに搬送することを特徴とするトンネル掘削機の排土方法。 - 請求項８から１１のいずれかに記載のトンネル掘削機の排土方法において、
前記坑外排泥管には、分流装置が備えられており、
第３の工程で、分流装置を介して、前記クラッシャを通過することにより破砕された掘削土砂を含む泥水から、礫状の岩片を含まない泥水を分流することを特徴とするトンネル掘削機の排土方法。
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| JP4119277B2 (ja) | 2008-07-16 |
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