JP2005188263A

JP2005188263A - 掘削土搬送用スクリュウコンベア

Info

Publication number: JP2005188263A
Application number: JP2003434794A
Authority: JP
Inventors: Koji Tachibana; 孝次橘; Yoshinobu Onishi; 芳延大西; Tomohisa Hoshi; 智久星; Masao Takai; 正雄高井
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP4243181B2

Abstract

【課題】ケーシングと、ケーシング内に回転可能に設けられたスクリュウ羽根を設けたスクリュウと、スクリュウを回転するための駆動機と、スクリュウにより搬送された掘削土を排出する開口部とを具備するスクリュウコンベアにおいて、掘削する物が比較的大きな、特に偏平な塊である場合にあっても、適当な大きさとなるまで破砕され、開口部を閉塞することがなく且つ流動性の掘削物や比較的小さな掘削物を速やかに排出できるようにする。
【解決手段】排出開口部（３５）付近では、回転軸（３２）にスクリュウ羽根（３３）を設けずに回転軸（３２ｂ）のみとし、この回転軸の部分に、長手方向に沿って放射状に配置した複数枚の板状の破砕羽根（４２）からなる破砕機（４０）を取り付け、破砕機の回転外周部に隣接して排出開口部（３５）が位置するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明はスクリュウコンベア、特に、泥土圧式シールド機に取り付けて掘削物を排出する排土用スクリュウコンベアに関する。

従来、地下鉄等のトンネル工事、下水配管工事などの掘削工事において泥土圧式シールド機が使用される。泥土圧式シールド機においては、前方のチャンバに掘削土を貯留してカッターヘッドの安定を図ると共に、掘削土に泥水を攪拌し混合して流動化して掘削土の排出を容易にしている。シールド機のチャンバ内からの掘削土の排出は、スクリュウコンベアで行い、スクリュウコンベアの掘削土排出開口部に発進立坑側から配管された送排泥管を接続し、排泥管に圧送ポンプを介装して、スクリュウコンベアの開口部から排出される掘削土を送排泥管を流れる泥水によって発進立坑側へ送る流体輸送が行われる。

図１は上述のようなトンネル掘削用の泥土圧式シールド機を断面図で示したものである。円筒形のシールド本体１の前方にカッターヘッド２が回転可能に装着され、掘削されたトンネルの内壁面は、コンクリート部材３により支持される。シールド本体１はジャッキ４により既設のコンクリート部材３に対して掘削方向前方への圧力が加えられ、この状態でカッターヘッド２が回転することにより、カッターヘッド２前方の地盤を掘削し、掘削土をカッターヘッド２の後方でシールド機前方のチャンバ５内に貯留する。このようにチャンバ５内に貯留する掘削土により、未掘削の切羽地盤の崩壊を抑制している。

チャンバ５内に貯留された掘削土は、チャンバ５の下部からスクリュウコンベア６にて斜め上方に搬送され、排土ホッパー７へ排出される。一方、チャンバ５及び排土ホッパー７には泥水供給管８を通じて泥水が供給され、泥水の混じった掘削土がスクリュウコンベア６にて搬送され、排土ホッパー７内では掘削土に泥水が更に混合されて、クラッシャー９にて泥水の混合された掘削土が更に細かく破砕されて圧送ポンプ１１によって排泥管１０を経由して発進立杭（図示せず）側へ流体搬送される。

図２は従来の掘削土搬送用スクリュウコンベアの搬送後端部を断面図で示す。スクリュウコンベア６は、円筒状のケーシング２１と、この円筒ケーシング２１内に回転可能に設けられた回転軸２２の周囲に所定のピッチで固定された螺旋状のスクリュウ羽根２３と、ケーシング２１の後端外部に設けられたスクリュウ羽根２３の回転軸２２を回転するための駆動機２４と、スクリュウ羽根２３により搬送された掘削土を排出する開口部２５とを有する。

したがって、駆動機２４によりスクリュウ羽根２３が回転されることにより、シールド機前方のチャンバ５（図１）に貯留し且つ泥水と混合された掘削土はスクリュウ羽根２３の回転作用で斜め上方に搬送され、排出開口部２５より排土ホッパー７（図１）へ排出される。ここで、このスクリュウコンベア６の最大輸送径、即ち輸送可能な掘削土の塊２６の大きさは、スクリュウ羽根２３のピッチＰ及び半径方向の寸法（Ｄ−ｄ）／２により規制される。

そのため、掘削対象の地山が礫層や泥岩層や粘土層であった場合に、シールド掘進速度を速くするとカッターヘッドの地山への切り込み量が大きくなり、地山が大割れの状態（掘削物が偏平で大きな塊）として掘削されるので、たとえ掘削物がスクリュウコンベアを通過して搬送されたとしても排泥管内、特に、図１における排土ホッパー７とクラッシャー９との間の排泥管１０ａ内で閉塞する、という問題がある。

このような問題を解決する先行技術として、特許文献１（実開昭６２−１８５７９２号公報）及び特許文献２（特公平２−６０３３７９号公報）がある。これらの先行技術では、スクリュウコンベアの搬送後端部に円錐形状の破砕部を有し、この破砕部の後端の最も狭い開口から破砕物を排出するようにしている。このため、掘削物が粘土である場合や破砕物が多量にある場合は、排出開口を閉塞してしまうことがあった。また、泥土のような流動物も破砕物とともにその狭い開口を通過しなければならず、スクリュウ内の圧力が上がったり閉塞してしまうことがあった。また、円錐形状の破砕部には掘削土を破砕する突起（突条帯）が設けられているが、突起の高さが隣接する突起同志の間隔よりも低いので、相対的に開口面積が小さく、同様の問題があった。更に、排出開口が円錐形状の破砕部の後端側にあるため、掘削土が後端側へ移動する間に詰まり、開口を閉塞してしまうことがあった。また開口自体の大きさを調整することが困難であり、種々の地山の土質に対応した掘削を行うに支障があった。

実開昭６２−１８５７９２号公報特公平２−６０３３７９号公報

このように特許文献１及び特許文献２では、掘削の対象物が粘土である場合や破砕物が多量にある場合は、排出開口部を閉塞することがあり、泥土のような流動物もその狭い開口部を通過しなければならず、開口部を閉塞してしまうことがあり、また開口部の大きさを調整することが困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、掘削物が比較的大きな、特に偏平な塊である場合においても、適当な大きさとなるまで破砕され、もって排出開口部を閉塞することがなく且つ流動性の掘削物や比較的小さな掘削物を速やかに排出することのできるスクリュウコンベアを提供することを課題とする。

また、本発明の他の課題は、掘削土の種類に応じ、或いは掘削土の量の多少に応じて、排出開口部を調整可能としたスクリュウコンベアを提供することにある。

上記の課題を達成するために、本発明によれば、ケーシングと、該ケーシング内に回転可能に設けられたスクリュウ羽根を設けたスクリュウと、該スクリュウを回転するための駆動機と、前記ケーシングに設けた前記スクリュウにより搬送された掘削土を排出する排出開口部とを具備するスクリュウコンベアにおいて、前記排出開口部付近では、前記スクリュウ羽根を設けずに該スクリュウの回転軸のみとし、該スクリュウ羽根を設けていない前記回転軸の部位に、長手方向に沿って放射状に配置した複数枚の板状の破砕羽根からなる破砕機を取り付け、該破砕機の回転外周部に隣接して前記開口部が位置するようにしたことを特徴とする掘削土搬送用スクリュウコンベアが提供される。

前記各破砕羽根の外縁は、掘削土の搬送方向と逆向きに径方向の寸法が小さくなるように傾斜し、破砕機の回転外周が略円錐形状であることを特徴とする。

前記破砕用突起は、前記ケーシングの内周方向に沿って、前記排出開口部に対応する位置及び前記破砕羽根の回転方向の沿ったケーシング内周の少なくとも一部にわたり、所定間隔で複数個設けられていることを特徴とする。

前記破砕機は、前記回転軸に固定されたフランジと、該フランジに着脱可能に固定されるベース取付板と、該ベース取付板に固定された前記複数の破砕羽根と、を含むことを特徴とする。

前記ベース取付板は２つの略半円形板からなり、それぞれの略半円リング形板に前記複数の破砕羽根が半数づつ固定されて２つの破砕機半体を構成し、前記２つの略半円リング形板を前記フランジに着脱可能に固定すると共に、一方の破砕機半体の破砕羽根と他方の破砕機半体の破砕羽根の隣接するものどおしを接合することにより、これらの破砕機半体を前記回転軸に固定することを特徴とする。

前記フランジと粉砕機の前記ベース取付板との間に、任意枚数のスペーサ板を挟んで前記粉砕機を固定し、該前記粉砕機の軸方向の取付位置を調整可能とする。

或いは、前記複数の板状破砕羽根は半径方向の高さが異なり、前記取付板を前記フランジの軸心に併せて固定した際、前記破砕機が前記回転軸に対し偏心したものとなることを特徴とする。

前記板状破砕羽根は、隣接する破砕羽根の円周方向における外縁間の間隔が半径方向の高さより小さいことを特徴とする。

以下、添付図面（図３〜５）を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図３は本発明の実施形態に係るスクリュウコンベアの搬送後端部を断面図で示す。図４は他の実施形態の断面図、図５は図３及び図４の矢印Ａ−Ａにおける拡大断面図である。本発明のスクリュウコンベア３０においても、円筒状のケーシング３１と、この円筒ケーシング内に回転可能に設けられた回転軸３２の周囲に所定のピッチで固定された螺旋状のスクリュウ羽根３３と、ケーシング３１の後端外部に設けられたスクリュウ羽根３３の回転軸３２を回転駆動するための駆動機３４と、スクリュウ羽根３３により搬送された掘削土を下方へ排出するために、円筒状ケーシング３１の搬送後端部の下部に設けられた排出開口部３５とを有する。

本発明の実施形態では、駆動機３４の主軸に連結されているスクリュウコンベア３０の回転軸３２のスクリュウ（搬送後端部を除く回転軸３２の殆んどの部分）搬送部分３２ａにおいては、図２の従来例と同様、スクリュウ羽根３３を取り付けているが、排出開口部３５の付近における回転軸３２の部分３２ｂにおいてはスクリュウ羽根３３を取り付けていない。

一方で、駆動機３４に近接するケーシング３１内の回転軸３２の基端部側において、排出開口部３５の付近のスクリュウ羽根３３を設けていない部位３２ｂに、円板状のフランジ３７が固定されており、このフランジ３７に破砕機４０が着脱可能に固定されている。

破砕機４０は、図５〜図７に詳細に示すように、同一構造の２つの破砕機半体４０ａ、４０ｂから成り、各破砕機半体４０ａ、４０ｂは、略半円リング状の取付板４１ａと半円筒状体４１ｂと破砕羽根４２とからなり、取付板４１ａが半円筒状体４１ｂの一方端に固定され、破砕羽根４２が半円筒状体４１ｂの外周に放射状に配されるとともに取付板４１ａに突き合わされ、取付板４１ａと半円筒状体４１ｂのそれぞれに溶接等で固定されている。破砕羽根４２は各半円リング状取付板４１に対して４５°毎に計５枚取付けられているが、互いに１８０°の位置のある取付板４１の端部に取り付けられる２つの破砕羽根４２ａは、もう一方の破砕機半体４０ａ、４０ｂの対応する破砕羽根４２ａとボルトにより面接合されるようになっている。

図７に示すように、各破砕羽根４２は略半円リング状取付板４１ａの取付部分及びその近辺では、取付板４１ａの半径方向の寸法と略同じ高さｈ１を有するが、所定寸法の部位４２ｃのところより、スクリュウコンベアの搬送方向の逆向きに高さが低くなる方向に傾斜した傾斜部４２ｂを有し、搬送方向の前端では高さｈ２（ｈ１＞ｈ２）となっている。これにより、２つの破砕機半体４０ａ、４０ｂをスクリュウコンベアに取り付けた状態では、全体として、破砕機４０の破砕羽根４２の外周が略円錐形状となる。

また、図６に示すように、破砕羽根４２は、隣接する破砕羽根４２の円周方向における外縁間の間隔ｗが半径方向の高さｈ１より小さい。これにより、掘削土が破砕される塊３６の大きさ（径）をできる限り小さくなるようにするとともに、掘削土の通過路（開口）を大きくして掘削土が通過路を閉塞しないようにしている。

破砕機４０は、スクリュウコンベア３０の回転軸部分３２ｂに固定されている円板形のフランジ３７に搬送方向に対して逆の側に取り付けられるが、上述のように、破砕機４０は２つの破砕機半体４０ａ、４０ｂから成るので、先ず、一方の破砕機半体４０ａの半円筒状体４１ｂを回転軸３２ｂに被せるように配し、そのリング状取付板４１ａを、回転軸３２ｂの一方の側から円板状のフランジ３７の半円の個所に数個のボルト４３にて取り付け、ついで、他方の破砕機半体４０ｂのリング状取付板４１ｂを回転軸３２ｂに被せるように且つ一方の半円筒状体４１ｂに対向して配し、そのリング状取付板４１ａを、回転軸３２ｂの他方の側から円板状フランジ３７の他方の半円部の個所にボルト４３にて取り付け、破砕機半体４０ａ、４０ｂ同士の端部にある破砕羽根４２ａを相互にボルト４４にて固定する。このように、２つの破砕機半体４０ａ、４０ｂがフランジ３７に取り付けられた状態では、破砕羽根４２は回転軸ｂ３２の回りに放射方向に約４５°ごとに合計８枚配置され、且つ破砕羽根４２の板面が軸方向に延在することとなる。

一方、円筒状ケーシング３１の内壁には、排出開口部３５の搬送方向直前の位置において、即ち、スクリュウコンベア３０のスクリュウ羽根３３が存在しなくなっている位置の直後の部分において、内周方向に沿って間隔をおいて複数個の固定側の破砕用突起４６（図５）が設けられている。これらの破砕用突起４６は、少なくとも排出開口部３５に対応する領域、すなわち、開口３５の前端開口壁にボルト等４７ａで固着したケーシング３１の内周形状（円弧状）に形成した板部材４７の突起４６を植設した円弧形成縁に、及びこの排出開口部３５から破砕機４０の回転方向Ｐ（図５）に沿った側の領域の少なくとも一部にわたり（全体として約１８０°程度の円周領域にわたり）、内周方向に間隔をおいて複数個、円筒形ケーシング３１の内壁から内側へ突出するように取付けられている。なお、突起４６は超硬チップ又はハードフェーシングされた硬質材からなる。そして、略円錐形状の破砕機４０をスクリュウコンベア３０に取付けた際は、傾斜部４２ｂがこれらの破砕用突起４６に対向する位置となり、破砕用突起４６と破砕機４０の傾斜部４２ｂとの間隔ｔでもって破砕される掘削土の塊３６の径が規制される。

図４は本発明の他の実施形態に係るスクリュウコンベアを断面図で示す。図３の実施形態と異なる点は、フランジ３７と粉砕機４０のリング状取付板４１との間に適当な枚数のスペーサ板４８を挟んで所定の長さのボルト４３を使用して粉砕機４０をフランジ３７に固定する。これにより、粉砕機４０の軸方向の取付位置を調整することができ、破砕用突起４６と破砕機４０の傾斜部４２ｂとの間隔ｔをｔ２に変えることができる。これにより、粉砕機４０により破砕される掘削土の塊３６の径をより小さく又は大きくなるように規制することができる。

なお、図４に示した実施形態において、スペーサ板４８は半円リング状取付板４２と同様な半円リング状とし、取付板４２に設けられているボルト固定用の取付孔に対応する位置にボルト用の取付孔を設けることにより、破砕機４０ａ、４０ｂをそれぞれ回転軸３２ｂの両側から取付ける際に、同様に回転軸３２ｂの両側から挿入して容易に取付けることができる。なお、半円リング状のスペーサ板４８は半円リング状の取付板４２に対して例えば互いに９０°位相をずらして取付けることもできる。

上記の図３及び図４に示した本発明の実施形態において、破砕機４０は、スクリュウコンベア３０のスクリュウ羽根３３の設けられていない回転軸３２の部分３２ｂに取り付けられているので、駆動機３４によりスクリュウ羽根３３が回転して掘削土を搬送が行われる間、同じ速度で回転する。したがって、スクリュウ羽根３３により斜め上方へ搬送されてくる掘削土が排出開口部３５から排出される直前の位置にて破砕機４０の破砕羽根４２により破砕され、特に、スクリュウ羽根３３でと障害なく搬送されるものの、排泥管１０ａ内で閉塞する可能性のある、偏平な形状の掘削土の塊を排出開口部３５の直前にて破砕した後に排出させることができる。

以上添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。

例えば、上記の実施形態においては、複数の板状破砕羽根４２は軸方向の長さが同一であり、且つ半径方向の高さも同一であって、且つ取付板４１をフランジ３７の軸心に対して同心に取り付ける場合について説明したが、２つの半円リング状取付板４１をフランジ３７の軸心に対して偏心して取り付けることにより、粉砕機４０を偏心回転させて回転中に周期的に、破砕用突起４６と破砕機４０の傾斜部４２ｂとの間隔ｔが可変となるようにして、破砕される掘削土の塊の径を小さくして掘削土の破砕効率を上げることもできる。

また、複数の板状破砕羽根４２の半径方向の高さが異なるものを取付けた場合においては、取付用のベース板４１をフランジ３７の軸心に対して同心に取り付けても、粉砕機４０を偏心回転させて、破砕効率を上げることができる。

以上説明したように、本発明によれば、スクリュウコンベアの排出開口部付近では、スクリュウ羽根を設けずにその回転軸に、長手方向に沿って放射状に配置した複数枚の板状の破砕羽根からなる破砕機を取り付け、破砕機の回転外周部に隣接して前記開口部が位置するようにしたので、既存のスクリュウコンベアを大幅に変更することなく、簡単な変更を加えるだけで、掘削する物が比較的大きな、特に偏平な塊である場合においても、適当な大きさとなるまで破砕される。したがって、排出開口部が閉塞されることはなく、流動性の掘削物や比較的小さな掘削物を速やかに排出することができる。また、破砕機の取付部にスペーサを用いることで、掘削土の種類に応じ、或いは掘削土の量の多少に応じて、簡単に排出開口部を調整することができる。

本発明を適用可能な泥土圧式シールド機の概略断面図である。従来の掘削土搬送用スクリュウコンベアの断面図である。本発明の１実施形態に係るスクリュウコンベアの断面図である。本発明の他の実施形態に係るスクリュウコンベアの断面図である。図３のＡ−Ａにおける拓大断面図である。２つの粉砕機半体の平面図である。板状粉砕羽根の側面図である。

符号の説明

３０…スクリュウコンベア
３１…ケーシング
３２（３２ａ、３２ｂ）…回転軸
３３…スクリュウ羽根
３４…駆動機
３５…排出開口部
３６…掘削土塊
３７…フランジ
４０…破砕機
４１…半円リング状取付板
４２…板状破砕羽根
４２ｂ…傾斜部

Claims

ケーシングと、該ケーシング内に回転可能に設けられたスクリュウ羽根を設けたスクリュウと、該スクリュウを回転するための駆動機と、前記ケーシングに設けた前記スクリュウにより搬送された掘削土を排出する排出開口部とを具備するスクリュウコンベアにおいて、前記排出開口部付近では、前記スクリュウ羽根を設けずに該スクリュウの回転軸のみとし、該スクリュウ羽根を設けていない前記回転軸の部位に、長手方向に沿って放射状に配置した複数枚の板状の破砕羽根からなる破砕機を取り付け、該破砕機の回転外周部に隣接して前記開口部が位置するようにし、前記排出開口部の搬送方向前方の位置で、前記破砕羽根と協働する破砕用突起を設けたことを特徴とする掘削土搬送用スクリュウコンベア。
前記各破砕羽根の外縁は、掘削土の搬送方向と逆向きに径方向の寸法が小さくなるように傾斜し、破砕機の回転外周を略円錐形としたことを特徴とする請求項１に記載のスクリュウコンベア。
前記破砕用突起は、前記ケーシングの内周方向に沿って、前記排出開口部に対応する位置及び前記破砕羽根の回転方向の沿ったケーシング内周の少なくとも一部にわたり、所定間隔で複数個設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスクリュウコンベア。
前記破砕機は、前記回転軸に固定されたフランジと、該フランジに着脱可能に固定される取付板と、該取付板に固定された前記複数の破砕羽根と、を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクリュウコンベア。
前記取付板は２つの略半円リング形板からなり、それぞれの略半円形リング板に前記複数の破砕羽根が固定されて２つの破砕機半体を構成し、前記２つの略半円形板を前記フランジに着脱可能に固定すると共に、一方の破砕機半体の破砕羽根と他方の破砕機半体の破砕羽根の隣接するものどおしを接合することにより、これらの２つの破砕機半体を前記回転軸に固定することを特徴とする請求項４に記載のスクリュウコンベア。
前記フランジと粉砕機の前記取付板との間に、任意枚数のスペーサ板を挟んで前記粉砕機を固定し、該前記粉砕機の軸方向の取付位置を調整可能としたことを特徴とする請求項４又は５に記載のスクリュウコンベア。
前記複数の板状破砕羽根は半径方向の高さが異なり、前記取付板を前記フランジの軸心に併せて固定した際、前記破砕機が前記回転軸に対し回転偏心したものとなることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のスクリュウコンベア。
前記板状破砕羽根は、隣接する破砕羽根の円周方向における外縁間の間隔（ｗ）が半径方向の高さ（ｈ₁）より小さいことを特徴とする請求項１〜７に記載のスクリュウコンベア。