JP2012122259A - Soil discharge device for mud pressure shield machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、巨礫の搬送が可能なリボン式軸無しスクリューコンベアを用いることを前提として、切羽土圧に対抗する泥土圧を確保することが可能であって、巨礫が多く散在する地山であっても、通常一般の砂礫層等を掘削するのと遜色なく掘進作業を遂行することが可能な泥土圧シールド掘進機の土砂排出装置に関する。 The present invention is a ground where a large amount of boulders are scattered, and it is possible to secure a mud pressure against the face soil pressure on the premise that a ribbon type shaftless screw conveyor capable of conveying boulders is used. In particular, the present invention relates to a sediment discharge device for a mud pressure shield excavator that can perform excavation work as well as excavating a general gravel layer or the like.
泥土圧シールド工法は概略的には、シールドジャッキでシールド掘進機を推進し、この推進と共に、当該シールド掘進機前面の回転カッターで地山の切羽を掘削する。掘削した土砂は、回転カッター後方のカッターチャンバー内及びカッターチャンバー内から排土するためのスクリューコンベアに充満させる。 In general, the mud pressure shield construction method uses a shield jack to propel a shield machine and, along with this propulsion, excavates the face of a natural ground with a rotary cutter in front of the shield machine. The excavated earth and sand are filled in the cutter chamber behind the rotary cutter and the screw conveyor for discharging the soil from the cutter chamber.
この際、回転カッターの前面やカッターチャンバ内に添加材を注入する。添加材は、掘削土砂に練り混ぜられて、土砂を、塑性流動性(自由に変形・移動できる性質)に富み、不透水性を発揮する泥土に変換する。 At this time, the additive material is injected into the front surface of the rotary cutter or the cutter chamber. The additive is kneaded into the excavated earth and sand, and the earth and sand is converted into mud that is rich in plastic fluidity (property of being freely deformable and movable) and exhibits impermeability.
泥土は、カッターチャンバー内からスクリューコンベア内にわたって充満されていて、シールドジャッキの推進力により、当該泥土には、切羽の土圧及び地下水圧(以下、「切羽土圧」という)に対抗する泥土圧が発生する。 Mud is filled from the cutter chamber to the screw conveyor, and the mud pressure that opposes the earth pressure and groundwater pressure (hereinafter referred to as “face earth pressure”) of the face due to the thrust of the shield jack. Will occur.
この泥土圧と切羽土圧との平衡を保つように、シールド掘進機の推進量とスクリューコンベアによる排土量のバランスを図ることによって、切羽の安定を保ちつつ掘進していくようになっている。 In order to maintain a balance between the mud pressure and the face pressure, the balance of the propelling amount of the shield machine and the amount of soil discharged by the screw conveyor is used to dig while keeping the face stable. .
掘削土砂に添加材を添加して塑性流動性と不透水性を持つ泥土を作成することにより、スクリューコンベアによる円滑な排土が確保されると共に、スクリューコンベア内にプラグゾーン(止水領域)が形成されて地下水の噴発が防止される。 By adding additives to the excavated soil and making mud with plastic fluidity and imperviousness, smooth drainage by the screw conveyor is ensured, and a plug zone (water stoppage area) is provided in the screw conveyor. It is formed to prevent groundwater eruption.
この種の泥土圧シールドの土砂排出装置は例えば、特許文献1に開示されている。特許文献1の「土圧系気泡シールド掘進装置」は、シールド本体の前頭部に設けたカッターヘッドと、該カッターヘッドの後方に設けた隔壁と、該カッターヘッドと該隔壁との間に形成する土圧室内に対し、該隔壁を貫通して、先端開口部を挿設したスクリューコンベアとを有し、前記隔壁を貫通して該土圧室内に突設した気泡を注入する気泡発生器と、前記スクリューコンベアの後部に設けた排土口と坑外に設置されたホッパとを液密的に連接する排土用輸送管と、該排土口の近傍の該排土用輸送管上に設けられ、気泡を帯びた掘削土砂を該ホッパに向けて連続的に圧送する圧送ポンプとを備えている。特許文献1では、中央に回転軸を有する軸付きスクリューコンベアで土砂を排土するようにしている。 This kind of mud pressure shield earth and sand discharging device is disclosed in Patent Document 1, for example. The “earth pressure bubble shield digging device” of Patent Document 1 is formed between a cutter head provided at the front of the shield body, a partition provided behind the cutter head, and the cutter head and the partition. A bubble conveyor that penetrates the partition and inserts a tip opening into the earth pressure chamber, and injects bubbles projecting into the earth pressure chamber through the partition; A soil removal transport pipe for liquid-tightly connecting a soil discharge port provided at a rear portion of the screw conveyor and a hopper installed outside the mine shaft, and the soil discharge transport pipe in the vicinity of the soil discharge port. And a pumping pump that continuously pumps the digging earth and sand with bubbles toward the hopper. In patent document 1, earth and sand are discharged | emitted with the screw conveyor with a shaft which has a rotating shaft in the center.
ところで、地山が、巨礫、例えば外形寸法がφ500を超えるような巨礫が多く散在し、その他に玉石や礫を含むような地質である場合、特にこのような巨礫は、中央に回転軸を有する、通常一般のシールド掘進機用軸付きスクリューコンベアの内径相当で搬送不可能であると共に、当該巨礫を小さく細かく破砕して掘進することは非効率的かつ非現実的である。 By the way, when the ground is a geology in which many boulders such as boulders whose outer dimensions exceed φ500 are scattered and other boulders or gravels are included, such boulders have a rotation axis in the center. In general, it is impossible to convey the inner diameter of a general screw conveyor with a shaft for a shield machine, and it is inefficient and unrealistic to dig the boulder into small pieces.
巨礫の搬送には、リボン式軸無しスクリューコンベアの採用が考えられる。リボン式軸無しスクリューコンベアは、回転駆動される内筒の内周面に、内筒の長さ方向に連続的に螺旋状のブレードを設けたものである。これにより、中央の回転軸を廃止し、搬送路となる内筒の内径よりも小さければ、巨礫であっても搬送することができる。 Adopting a ribbon type shaftless screw conveyor is conceivable for conveying boulders. The ribbon-type shaftless screw conveyor has spiral blades continuously provided in the length direction of the inner cylinder on the inner peripheral surface of the inner cylinder that is rotationally driven. Thereby, if a center rotating shaft is abolished and it is smaller than the internal diameter of the inner cylinder used as a conveyance path, even if it is a boulder, it can be conveyed.
しかし、リボン式軸無しスクリューコンベアは、軸付きスクリューコンベアとは異なり、密実な状態で掘削土砂を搬送することができない。特に、巨礫を含む掘削土砂では、巨礫が掘削土砂を押し退けてゴロゴロと不安定に転がり動くため、搬送路内の圧力はきわめて不安定である。 However, unlike a screw conveyor with a shaft, a ribbon type screw conveyor without a shaft cannot convey excavated earth and sand in a dense state. In particular, in excavated earth and sand containing boulders, the pressure in the transport path is extremely unstable because the boulders move away from the excavated earth and sand in an unstable manner.
このように掘削土砂を密実な状態で搬送できず、搬送路内の圧力が不安定な場合、スクリューコンベアの回転数などを制御しても、カッターチャンバー内からスクリューコンベアにわたる泥土圧を適切に確保することは難しく、従って切羽土圧との平衡を保つことが困難で、泥土圧シールド工法を安全に施工することはできない。 In this way, when excavated sediment cannot be transported in a solid state and the pressure in the transport path is unstable, the mud pressure across the screw conveyor from the cutter chamber to the screw conveyor is properly controlled even if the rotation speed of the screw conveyor is controlled. It is difficult to secure, and therefore, it is difficult to maintain equilibrium with the face pressure, and the mud pressure shield method cannot be safely constructed.
すなわち、リボン式軸無しスクリューコンベアでは、止水領域となって切羽土圧と対抗するプラグゾーンを適切に確保することができなかった。特に、地下水圧が高圧である場合には、リボン式軸無しスクリューコンベアの採用は、施工上問題であった。 That is, in the ribbon-type shaftless screw conveyor, a plug zone that becomes a water stop region and opposes the face soil pressure cannot be secured appropriately. In particular, when the groundwater pressure is high, the adoption of the ribbon type shaftless screw conveyor has been a problem in construction.
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、巨礫の搬送が可能なリボン式軸無しスクリューコンベアを用いることを前提として、切羽土圧に対抗する泥土圧を確保することが可能であって、巨礫が多く散在する地山であっても、通常一般の砂礫層等を掘削するのと遜色なく掘進作業を遂行することが可能な泥土圧シールド掘進機の土砂排出装置を提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of the above-described conventional problems, and on the premise of using a ribbon type shaftless screw conveyor capable of transporting boulders, it is possible to secure a mud pressure that opposes the face soil pressure. Provide a mud pressure shield excavator earth and sand discharging device that can perform excavation work as well as excavating ordinary gravel layers etc. even if it is a natural mountain where many boulders are scattered The purpose is to do.
本発明にかかる泥土圧シールド掘進機の土砂排出装置は、回転カッターにより切羽から掘削され破砕されて、該回転カッター後方のカッターチャンバー内に充満される礫分を含む掘削土砂を、切羽土圧に対抗させながら該カッターチャンバーから外部に排出する泥土圧シールド掘進機の土砂排出装置において、上記カッターチャンバーに接続され、最大搬送可能礫径が搬送路の半径以上であって、礫分を含む掘削土砂を該カッターチャンバーから搬送するリボン式軸無しスクリューコンベアと、該スクリューコンベアに接続され、当該スクリューコンベアの上記搬送路の直径よりも小さな直径に設定された搬出経路を有し、搬出する掘削土砂の圧力損失によってプラグゾーンが形成される長さ以上に設定された排土管とを備えたことを特徴とする。 A mud pressure shield excavator earth discharge device according to the present invention excavates from a face by a rotary cutter and is crushed, and excavated earth and sand including gravel filled in a cutter chamber behind the rotary cutter is applied to the face pressure. In the mud pressure shield excavator earth discharging device that discharges from the cutter chamber to the outside, the excavated earth and sand connected to the cutter chamber and having a maximum transportable gravel diameter equal to or greater than the radius of the transport path and including gravel A ribbon type screwless screw conveyor that conveys from the cutter chamber, and a conveying path that is connected to the screw conveyor and is set to a diameter smaller than the diameter of the conveying path of the screw conveyor. And a drainage pipe set longer than the length of the plug zone formed by pressure loss. That.
前記排土管には、掘削土砂の流動性を調節するために、前記搬出経路に空気を供給する空気供給管が接続されることを特徴とする。 The discharge pipe is connected to an air supply pipe for supplying air to the carry-out path in order to adjust the fluidity of excavated sediment.
前記排土管には、掘削土砂の流動性を調節するために、前記搬出経路に水を供給する給水管が接続されることを特徴とする。 A water supply pipe for supplying water to the carry-out path is connected to the soil discharge pipe in order to adjust the fluidity of excavated sediment.
本発明にかかる泥土圧シールド掘進機の土砂排出装置にあっては、巨礫の搬送が可能なリボン式軸無しスクリューコンベアを用いることを前提として、切羽土圧に対抗する泥土圧を確保することができ、巨礫が多く散在する地山であっても、通常一般の砂礫層等を掘削するのと遜色なく掘進作業を遂行することができる。 In the mud pressure shield excavator according to the present invention, it is possible to secure the mud pressure against the face earth pressure on the premise that a ribbon type shaftless screw conveyor capable of conveying boulders is used. It is possible to carry out the excavation work in the same way as excavating a general gravel layer or the like even in a natural ground where many boulders are scattered.
以下に、本発明にかかる泥土圧シールド掘進機の土砂排出装置の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図1には本実施形態にかかる泥土圧シールド工法に用いられる泥土圧シールド掘進機1の土砂排出装置30の概略側面図が示されていると共に、図2には当該泥土圧シールド掘進機1の回転カッター2の正面図が示されている。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a mud pressure shield excavator earth and sand discharging apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a schematic side view of the
泥土圧シールド掘進機1は主に、中空円筒体状のスキンプレート3と、スキンプレート3の前端側に設けられた隔壁4と、隔壁4から前方に間隔を隔てて設けられ、回転駆動手段(図示せず)で回転駆動されて地山の切羽Zを掘削する回転カッター2と、回転カッター2と隔壁4との間に形成され、掘削された土砂が取り込まれるカッターチャンバー5と、カッターチャンバー5内に設けられ、取り込まれた土砂と注入された薬材とを混合撹拌する撹拌装置(図示せず)と、スキンプレート3内に隔壁4よりも後方に位置させて設けられ、セグメント6に反力をとって、スキンプレート3と共に回転カッター2を前進させる推進力を発生するシールドジャッキ7と、隔壁4を貫通してカッターチャンバー5内に取り込み端部8aが位置され、排出端部8bがスキンプレート3後方へ、斜め上向きに延出されて、カッターチャンバー5内から土砂を排土するリボン式軸無しスクリューコンベア8とから構成される。また、シールド掘進機1後方の後続台車9には、シールド掘進機1の運転室10が設けられ、この運転室10から運転手がシールド掘進機1の運転制御を行うようになっている。
The mud pressure shield machine 1 is mainly provided with a hollow
本実施形態にかかる泥土圧シールド掘進機1は、特に、カッターチャンバー5へ取り込むことが好ましくない巨礫Xが混在し得る玉石混じり砂礫や玉石層からなる地山の切羽Zを掘削する場合に、好適に適用される。勿論、このような巨礫Xを含まない玉石混じり砂礫や玉石層、通常の砂礫層などに対しても、適用することが可能である。
The mud pressure shield machine 1 according to the present embodiment is particularly suitable when excavating a face Z of a natural ground made of cobbles or cobblestone layers that may contain boulders X that are not preferably taken into the
回転カッター2は図2に示すように、スポークタイプで構成される。回転カッター2は、当該回転カッター2の中央に位置され、センタビット11が取り付けられるハブ部12と、ハブ部12から回転カッター2の周縁に向かって放射状に延出され、各種ビット13,14やローラカッター15が取り付けられる6本のスポーク部16と、スポーク部16の中途部同士を連結する中間リング17と、スポーク部16の先端部同士を連結する外周リング18とから構成される。
As shown in FIG. 2, the
中間リング17には、スポーク部16とスポーク部16のほぼ中間に位置させて、上述した大きな外形寸法の巨礫Xや玉石等がスポーク部16の間からカッターチャンバー5内へ取り込まれることを規制するために、制限用突起19が設けられる。すなわち、回転カッター2には、ハブ部12周りに、スポーク部16、制限用突起19を有する中間リング17及び外周リング18で規定して、巨礫取り込み制限区画Rが形成される。
The intermediate ring 17 is positioned substantially in the middle between the
本実施形態の泥土圧シールド工法では、薬材を、回転カッター2で掘削した土砂に添加し、撹拌装置で撹拌混合することにより、掘削土砂を塑性流動性と不透水性を持つ泥土に変換する。そして、この泥土をカッターチャンバー5内、スクリューコンベア8内、さらには後述する排土管25にわたって充満させ、シールドジャッキ7の推進力によりカッターチャンバー5内等に充満した泥土を加圧して泥土圧を発生させ、この泥土圧で切羽土圧に対抗させて、切羽Zを安定させるようになっている。
In the mud pressure shield method according to the present embodiment, the chemical material is added to the earth and sand excavated by the
泥土圧シールド掘進機1の推進に際しては、切羽Zの安定を維持するために、例えば、回転カッター2の回転速度を一定にして、シールドジャッキ7の伸長速度やスクリューコンベア8の回転速度を調整し、排土管25からスクリューコンベア8を介してカッターチャンバー5内に生じる泥土圧を、隔壁4に設けた土圧計(図示せず)で測定し、測定される泥土圧を常時一定の圧力に保つようにして、掘進するようにしている。
When the mud pressure shield machine 1 is propelled, in order to maintain the stability of the face Z, for example, the rotational speed of the
本実施形態にかかる泥土圧シールド掘進機1には、細砂や粗砂、礫に混ざって、玉石、そしてさらには巨礫Xが散在している地山の切羽Zを掘進するにあたり、カッターチャンバー5内の泥土の状態を好適化する泥土調整手段が設けられる。
The mud pressure shield excavator 1 according to the present embodiment includes a
泥土調整手段は、回転カッター2のスポーク部16やハブ部12の適宜位置に設けられて、回転カッター2前方の切羽Zへ向けて薬材を注入する第1注入手段20、隔壁4の中央部付近に設けられて、カッターチャンバー5内へ向けて薬材を注入する第2注入手段21、並びに、隔壁4の周縁部の適宜位置に設けられて、スキンプレート3の外回りやカッターチャンバー5内へ向けて薬材を注入する第3注入手段22を備える。
The mud adjustment means is provided at appropriate positions on the
第1及び第3注入手段20,22は、ベントナイト系添加材などの作泥土材を注入する。第2注入手段21は、気泡材を注入する。作泥土材を注入する注入手段20,22及び気泡材を注入する注入手段21の具体的構成は、従来周知である。 The 1st and 3rd injection means 20 and 22 inject mud soil materials, such as a bentonite type additive. The second injection means 21 injects a bubble material. Specific configurations of the injection means 20 and 22 for injecting the mud material and the injection means 21 for injecting the foam material are well known.
また、本実施形態では、作泥土材を注入する注入手段20,22と気泡材を注入する注入手段21を別々に備える場合が示されているが、作泥土材と気泡材を注入口(図示せず)付近で混ぜ合わせることによって、あるいは、作泥土材の注入タイミングと気泡材の注入タイミングをずらすことによって、作泥土材用の注入手段20,22と気泡材用の注入手段21を供用するようにしてもよい。すなわち、作泥土材と気泡材は、すべての注入手段20〜22から注入するようにしてもよい。 Moreover, although the case where the injection means 20 and 22 which inject | pour a mud clay material and the injection means 21 which inject | pour a foam material are provided separately is shown in this embodiment, a mud clay material and a foam material are injected into an inlet (FIG. The mixing means 20 and 22 for the mud material and the injection means 21 for the foam material are used by mixing in the vicinity or by shifting the injection timing of the mud material and the injection timing of the foam material. You may do it. That is, you may make it inject | pour mud material and a foam material from all the injection | pouring means 20-22.
回転カッター2で切羽Zから掘削され破砕されたばかりの礫分を含む土砂は、回転カッター2の回転作用で、当該回転カッター2の第1注入手段20から切羽Zへ向けて注入される作泥土材や気泡材と撹拌混合されつつ、カッターチャンバー5内へ取り込まれるようになっている。また、回転カッター2で切羽Zから掘削され破砕されてカッターチャンバー5内に取り込まれた礫分を含む土砂は、カッターチャンバー5内で、隔壁4の第2及び第3注入手段21,22からカッターチャンバー5内へ向けて注入される作泥土材や気泡材と撹拌混合される。
Sediment material containing gravel that has just been excavated and crushed by the
すなわち、回転カッター2で掘削された礫分を含む土砂は、スクリューコンベア8へ取り込まれる前に、切羽Z位置及びカッターチャンバー5内にて、作泥土材及び気泡材双方と撹拌混合される。
That is, the earth and sand containing gravel excavated by the
また、本実施形態にかかる泥土圧シールド掘進機1には、カッターチャンバー5内からスクリューコンベア8内に亘る間での土砂の閉塞を監視するために閉塞監視手段が設けられる。土砂の閉塞傾向は、撹拌等される土砂に滞留する摩擦熱に起因して、土砂温度が上昇することにより推定される。
Further, the mud pressure shield machine 1 according to the present embodiment is provided with blockage monitoring means for monitoring blockage of earth and sand between the
閉塞監視手段は、スクリューコンベア8内部に設けられ、スクリューコンベア8で搬送される礫分を含む土砂の温度(排土温度)を計測する温度センサ23と、運転室10内に設置され、温度センサ23で計測された排土温度が入力されると共に、当該排土温度を運転者に視認させるために表示する制御盤24とから構成される。
The blockage monitoring means is provided in the
温度センサ23で計測された排土温度は、閉塞推定用の設定温度と比較され、閉塞を未然に防ぐためのフィードフォワード制御用のデータとして制御盤24に入力される。排土温度が設定温度に向かう温度上昇傾向が判別されたとき、運転者による手動制御もしくは制御盤24による自動制御により、注入手段20〜22から注入する薬材を増量するようになっている。
The soil discharge temperature measured by the
本実施形態にかかる泥土圧シールド掘進機1の土砂排出装置30は、上述したリボン式軸無しスクリューコンベア8と、このスクリューコンベア8に接続された排土管25とから構成される。
The earth and
リボン式軸無しスクリューコンベア8は、従来周知であって、例えば図3に示すように、搬送路31となる内筒32の内周面にその長さ方向に沿って連続的に螺旋状のブレード33を設け、内筒32を、固定外筒34内部に回転自在に支持し、内筒32の長さ方向端部にリングギアを設けると共に、リングギアに、駆動モータに設けたピニオンを噛み合わせて構成され、駆動モータで内筒32を回転させることにより、螺旋状のブレード33で掘削土砂を、カッターチャンバー5内の取り込み端部8aから排出端部8bへ向かって搬送するようになっている。
Ribbon-type
スクリューコンベア8の搬送路31、すなわち内筒32は、礫等で閉塞を起こし易い軸付きスクリューコンベアとは異なり、最大搬送可能礫径Mが少なくとも、当該搬送路31の半径(D2/2)以上であって(図4参照)、軸付きスクリューコンベアでは搬送し得ないこのような大きな寸法の礫を搬送することが可能となっている。
The conveying
このような礫の大きさは、回転カッター2の巨礫取り込み制限区画Rで規定される。カッターチャンバー5内に取り込んだ巨礫をスクリューコンベア8で搬送できるように、スクリューコンベア8の搬送路31の内径は、巨礫取り込み制限区画Rの大きさとの関係で設定される。あるいは、巨礫取り込み制限区画Rの大きさは、搬送路31の内径との関係で設定される。
The size of such gravel is defined by the boulder uptake restriction section R of the
スクリューコンベア8の排出端部8bには図4及び図5に示すように、排土管25が接続され、この排土管25は、後続台車9に組み込まれるズリ搬出台車26まで延設されて、スクリューコンベア8からの排土を、ズリ搬出台車26に排出する。排土管25内部が、掘削土砂の搬出経路35となる。
As shown in FIGS. 4 and 5, a
スクリューコンベア8の排出端部8aと排土管25との接続部には、これら排土管25の搬出経路35やスクリューコンベア8の搬送路31の直径よりも大きな内径で形成された土砂滞留部38が形成され、この土砂滞留部38は、スクリューコンベア8から排土管25へ送り込まれる掘削土砂を一時的に滞留させて、土圧を生じさせつつ円滑に移動させることができるようになっている。
At the connecting portion between the
図4に示すように、搬出経路35の直径D1、すなわち排土管25の内径は、スクリューコンベア8から排出される巨礫を受け入れて搬出することが可能であると共に、後述する圧力損失が生じるように、搬送路31の直径D2よりも小さく設定される(D1<D2)。排土管25に受け入れられた掘削土砂は、スクリューコンベア8による掘削土砂の押し出し作用で排土管25内を流動しつつ、ズリ搬出台車26に向かって送られる。
As shown in FIG. 4, the diameter D <b> 1 of the carry-out
スクリューコンベア8からズリ搬出台車26に達する排土管25の長さは、搬送経路35内を流動しつつ送られる掘削土砂の圧力損失によって、当該排土管25内にプラグゾーン(止水領域)が形成される長さ以上に設定される。圧力損失は、例えば想定される最大の切羽土圧に見合うように、算定され、排土管25の長さは、このような圧力損失を確保し得る長さに設定される。また、圧力損失は、掘削土砂の塑性流動性などを調整することで変化させることができる。
The length of the
圧力損失は従来周知の、「流体力学における管内流れの圧力損失の式」を用いて算定することかできる。当然のことながら、排土管25の内径が大きければ圧力損失は小さくなり、排土管25の内径が小さければ圧力損失は高くなるので、排土管25はその内径との関係で、長さが設定される。
The pressure loss can be calculated by using a well-known “expression of pressure loss of flow in a pipe in fluid dynamics”. As a matter of course, the pressure loss is reduced when the inner diameter of the
排土管25内部の搬出経路35を掘削土砂が移動する際の当該圧力損失がすなわち、排土管25内部での泥土圧発生に寄与し、この泥土圧で止水領域となるプラグゾーンを形成し、これにより地下水圧等に起因する土砂等の噴出を防止するようになっている。
The pressure loss when the excavated earth and sand moves through the
本実施形態にかかる泥土圧シールド掘進機の土砂排出装置30は、巨礫であっても円滑に搬送することができるリボン式軸無しスクリューコンベア8に、巨礫を受け入れることができかつプラグゾーンが形成される圧力損失を生じる長さに設定した排土管25を組み合わせることによって成立するものであって、これにより切羽土圧に対抗する泥土圧を確保しつつ、巨礫を含む掘削土砂をスムーズに排出するようになっている。
The earth and
排土管25には、その内部を移動する掘削土砂の流動性を調節するために、搬送経路35に空気を供給する空気供給管36が接続される。また、排土管25には、その内部を移動する掘削土砂の流動性を調節するために、搬送経路35に水を供給する給水管37が接続される。これら水や空気は、作泥土材など共に、掘削土砂の塑性流動性を変化させ、排土管25内部で生じさせる圧力損失、ひいては切羽土圧に対する泥土圧を調整する。
An
特に、切羽土圧に対して泥土圧が高い場合、具体的には、圧力損失を生じさせる排土管25の長さが長すぎる場合に、空気や水を排土管25内の掘削土砂に混入することで、見かけ上、排土管25の長さを短く設定した状態に調節することができる。
In particular, when the mud pressure is higher than the face pressure, specifically, when the length of the
図示例では、空気供給管36及び給水管37は、排土管25のスクリューコンベア8側端部に設けられていて、排土管25内の掘削土砂の流動性を、排土管25の上流位置で予め適切に調節することができる。しかしながら、空気供給管36及び給水管37は、接続箇所も設置数も、適宜に設定してよい。
In the illustrated example, the
次に、上記実施形態にかかる泥土圧シールド掘進機1を例示して、土砂排出装置の作用について説明する。本発明にかかる泥土圧シールド掘進機の土砂排出装置は具体的には、図6に示す粒径加積曲線(粒径2mm未満の細粒(砂分)が20%を超えず、粒径2mm以上の礫石(礫分)が80%を超える)を有する地山を対象として開発され、台湾の大南湾近郊のトンネル掘削に、守秘状態で、実際に採用されたものである。 Next, the mud pressure shield machine 1 according to the above embodiment will be exemplified to describe the operation of the sediment discharge device. Specifically, the mud pressure shield excavator earth and sand discharging apparatus according to the present invention has a particle size accumulation curve shown in FIG. 6 (fine particles (sand content) having a particle size of less than 2 mm do not exceed 20%, and the particle size is 2 mm. It was developed for natural ground with over 80% of the above gravel stones (pebbles), and was actually used in tunnel excavation near Dainan Bay in Taiwan in a confidential state.
泥土圧シールド工法は基本的には、カッターチャンバー5からスクリューコンベア8に亘って充満する泥土に薬材を添加して塑性流動性や不透水性を確保した上で、シールドジャッキ7の推進力で切羽土圧に拮抗する泥土圧を発生させ、この泥土圧で切羽Zを安定に維持しつつ、カッターチャンバー5内から排土するスクリューコンベア8の回転速度とシールドジャッキ7の伸長速度とを適正に調整して掘進を進めていく。
The mud pressure shield method basically uses a propelling force of the
泥土圧シールド掘進機1の掘進作業にあたり、本実施形態にかかる泥土圧シールド工法では、薬材としてベントナイト系添加材などの作泥土材及び気泡材を併用して、これら薬材を第1〜第3注入手段20〜22から、回転カッター2前方の切羽Zに向かって、そしてまたカッターチャンバー5内に向けて、注入する。
In the excavation work of the mud pressure shield machine 1, the mud pressure shield method according to the present embodiment uses a mud material such as bentonite-based additive and a cellular material as the chemical material, and uses these chemical materials as the first to the first materials. 3. From 3 injection means 20-22, it injects toward the cutting face Z ahead of the
本実施形態では、カッターチャンバー5へ取り込むことが好ましくない巨礫Xが混在し得る玉石混じり砂礫や玉石層からなる地山の切羽Zを掘削する場合を対象としていて、ベントナイト系添加材に代表される作泥土材は、通常一般に認識されている細粒分の補充という意味合いから、土砂の塑性流動性や不透水性を高めるという作用に加えて、巨礫Xを破砕した礫や玉石等の礫分を含む掘削土砂に関し、当該礫分を掘削土砂と共に包み込んで当該礫分が土砂から分離してしまうことを抑制し、これら土砂と礫分との一体性を向上するようにしている。これにより、気泡材の難点である、土砂の粒子同士の付着結合を妨げる等の分離作用を抑制することができる。
In the present embodiment, it is intended for excavating a face Z of a natural ground made of cobblestone or cobblestone that can contain boulders X that are not preferably taken into the
また、気泡材は、上記作泥土材と組み合わせて使用することで、通常一般に認識されている塑性流動性や不透水性の向上に関し、細粒分である作泥土材との相乗作用で、ベアリング効果をもつ塑性流動性や不透水性を発揮して礫分を含む土砂の回転カッター2や隔壁4への付着を抑制することができると共に、作泥土材では得られない気泡材のクッション作用により、掘削土砂や作泥土材の圧縮性を高めて、カッターチャンバー5内やスクリューコンベア8内で礫分が転がり移動することを妨げ、また転がり移動したとしてもそのクッション作用で泥土圧の急激な変動を抑制することができる。
In addition, the foam material is used in combination with the above-mentioned mud-soil material. The plastic fluidity and imperviousness that are effective can be suppressed to prevent the sediment containing gravel from adhering to the
従って、薬材として、作泥土材及び気泡材を併用することにより、泥土圧を安定化することができて切羽Zを安定的に維持することができると共に、スクリューコンベア8による礫分の排土を円滑化して閉塞の発生を防止できると共に、噴出が発生することも防ぐことができる。
Therefore, by using a mud material and a foam material in combination, the mud pressure can be stabilized and the face Z can be stably maintained, and the gravel drained by the
このようにして作泥土材及び気泡材と混合・撹拌された礫分を含む掘削土砂は、カッターチャンバー5からスクリューコンベア8へ取り込まれ、さらに排土管25を経由して、ズリ搬出台車26に排出される。リボン式軸無しスクリューコンベア8は、内筒32の螺旋状ブレード33で、取り込み端部8aからカッターチャンバー5内の掘削土砂を取り込んで、排出端部8bへ向かって搬送する。
The excavated soil including the gravel mixed and stirred with the mud material and the foam material in this way is taken into the
リボン式軸無しスクリューコンベア8は、軸付きスクリューコンベアとは異なり、最大搬送可能礫径Mを搬送路31の半径(D2/2)以上に設定し得るものであって、巨礫を含む掘削土砂であっても、カッターチャンバー5内から取り込んでスムーズに搬送することができる。スクリューコンベア8の排出端部8bに達した掘削土砂は、スクリューコンベア8からの押し込み作用で、排土管25へと送り込まれ、排土管25はこの押し込み作用で、掘削土砂をズリ搬出台車26へ向かって搬出していく。排土管25で搬出される掘削土砂には、空気供給管36及び給水管37から適宜に空気や水が混入されて、これにより流動性が調節される。
Ribbon type
排土管25は予め、搬出する掘削土砂の圧力損失によってプラグゾーンが形成される長さ以上に設定されていて、これにより、排土管25からスクリューコンベア8を介してカッターチャンバー5内には、切羽土圧に対抗する泥土圧が発生する。これにより、泥土圧と切羽土圧との平衡を保ち、地下水の噴出を防止しながら、シールド掘進機1の推進量と土砂排出装置30による排土量のバランスを図って、切羽の安定を保ちつつ掘進していく。
The
泥土圧シールド掘進機1の運転操作において、土圧計で検出される土圧値と設定土圧値とを比較していて、土圧値が大きい場合には、スクリューコンベア8の回転速度を増速し、これにより土圧値が設定土圧値に戻った場合には、スクリューコンベア8の回転速度を復帰させる。土圧値が下がらないときには、掘進速度を減速する。その後、土圧値が設定土圧値に戻った場合には、掘進速度を復帰させる。
In the operation of the mud earth pressure shield machine 1, the earth pressure value detected by the earth pressure gauge is compared with the set earth pressure value. If the earth pressure value is large, the rotational speed of the
他方、土圧値が小さい場合には、スクリューコンベア8の回転速度を減速し、土圧値が設定土圧値に戻った場合には、スクリューコンベア8の回転速度を復帰させる。土圧値が上がらないときには、掘進速度を増速し、その運転状態を継続する。掘進速度は、速い方が好ましいからである。もちろん、土圧値が設定土圧値になったならば、そのときの運転状態で継続運転する。
On the other hand, when the earth pressure value is small, the rotational speed of the
本実施形態にかかる泥土圧シールド掘進機の土砂排出装置30にあっては、カッターチャンバー5に接続され、最大搬送可能礫径Mが搬送路31の半径(D2/2)以上であって、礫分を含む掘削土砂をカッターチャンバー5から搬送するリボン式軸無しスクリューコンベア8と、スクリューコンベア8に接続され、当該スクリューコンベア8の搬送路31の直径D2よりも小さな直径D1に設定された搬出経路35を有し、搬出する掘削土砂の圧力損失によってプラグゾーンが形成される長さ以上に設定された排土管25とを備えたので、リボン式軸無しスクリューコンベア8及び排土管25によって大径の礫を適切に搬送することができると共に、掘削土砂の圧力損失によるプラグゾーンを形成するように長さ設定した排土管25により、リボン式軸無しスクリューコンベア8の不足な点を補って、泥土圧シールド工法による施工を確保することができる。
In the
すなわち、リボン式軸無しスクリューコンベア8では、掘削土砂を密実な状態で搬送することができず、特に巨礫を含む掘削土砂では、巨礫が掘削土砂を押し退けて不安定に転がり動いて、スクリューコンベア8内の圧力はきわめて不安定であるが、排土管25を、その搬出経路35に沿って搬送されていく掘削土砂の圧力損失でプラグゾーンが形成される長さに設定していて、このプラグゾーンの形成により、排土管25からスクリューコンベア8を介して、カッターチャンバー5内に、切羽土圧との平衡を保ち得る泥土圧を発生させることができ、安全に泥土圧シールド工法を施工することができる。
That is, in the ribbon type
また、プラグゾーンにより、地下水圧にも適切に抵抗させることができ、噴出発生を防止することができる。 In addition, the plug zone can appropriately resist the groundwater pressure, and can prevent the occurrence of ejection.
以上説明したように、リボン式軸無しスクリューコンベア8に、その欠点を補うために、圧力損失でプラグゾーンを形成する排土管25を組み合わせたことによって、巨礫が多く散在する地山であっても、通常一般の砂礫層等を掘削するのと遜色なく掘進作業を遂行することができる。
As described above, in order to make up for the shortcomings of the ribbon type
また、排土管25に、空気供給管36や給水管37を接続するようにしたので、掘削土砂の流動性を調節して圧力損失をコントロールすることができ、排土管25内で閉塞等が発生することを防止しつつ、適切にプラグゾーンを形成することができる。
In addition, since the
1 泥土圧シールド掘進機
2 回転カッター
5 カッターチャンバー
8 リボン式軸無しスクリューコンベア
25 排土管
30 土砂排出装置
31 スクリューコンベアの搬送路
35 排土管の搬出経路
36 空気供給管
37 給水管
Z 切羽
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mud
Claims (3)
上記カッターチャンバーに接続され、最大搬送可能礫径が搬送路の半径以上であって、礫分を含む掘削土砂を該カッターチャンバーから搬送するリボン式軸無しスクリューコンベアと、該スクリューコンベアに接続され、当該スクリューコンベアの上記搬送路の直径よりも小さな直径に設定された搬出経路を有し、搬出する掘削土砂の圧力損失によってプラグゾーンが形成される長さ以上に設定された排土管とを備えたことを特徴とする泥土圧シールド掘進機の土砂排出装置。 Mud pressure shield digging that excavates and crushes from the face by a rotary cutter and discharges the excavated soil containing gravel filled in the cutter chamber behind the rotary cutter to the outside while facing the face pressure. In the machine earth and sand discharge device,
Connected to the cutter chamber, the maximum transportable gravel diameter is equal to or greater than the radius of the transport path, and is connected to the screw conveyor with a ribbon type shaftless screw conveyor that transports excavated earth and sand containing gravel from the cutter chamber, A discharge path set to a diameter smaller than the diameter of the conveying path of the screw conveyor, and a discharge pipe set to a length longer than a length at which a plug zone is formed by pressure loss of the excavated earth and sand The mud pressure shield excavator's sediment discharge device.
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