JP2013241742A - シールド掘削機における排土装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カッタヘッドによって掘削された巨礫を含む掘削土砂を搬出するリボンスクリューの後端開口部をゲートによって閉止する際に、ゲートに掘削土砂を噛み込ませることなく確実な閉止を可能にすると共に、巨礫と小径の礫を含む掘削土砂とに分別してそれぞれ別々に排出することができる排土装置を提供する。
【解決手段】
リボンスクリュー12の後端開口部にゲート室17を連通させ、このゲート室17に設けているゲート16を両開きする左右扉板16a 、16b によって構成すると共に左右扉板16a 、16b
の対向端面を横断面Ｖ字状の傾斜端面に形成して閉止時の接合を確実に行えるように構成してあり、さらに、ゲート室17から巨礫Ｂと掘削土砂との分級手段を有する分級室20を通じて小径の礫を含む掘削土砂の搬出用スクリューフィーダ50に連通させ、ゲート室17内の巨礫Ｂを排出口24から外部に排出するように構成している。
【選択図】 図１４

Description

本発明は、大口径のシールド掘削機に配設された排土装置、特に、カッタヘッドによって掘削された土砂中に含まれる巨礫を掘削土砂と共に後方に搬出するリボンスクリューを備えた排土装置に関するものである。

従来から、泥土圧によって切羽の崩壊を防止しながらトンネルを掘進するシールド掘削機における排土装置としては、カッタヘッドにより掘削された掘削土砂に比較的大径の礫が含まれる場合には軸を備えていないリボン式スクリューコンベアを使用し、その他の場合には軸付きのスクリューコンベアを使用しているが、リボン式のスクリューコンベアは止水性に劣るためにゲートを閉止しないと土砂水が機内に噴発する虞れがあり、軸付きのスクリューコンベアは止水性を有していても大径の礫を搬出することができない。

このため、特許文献１、２に記載されているように、リボン式スクリューコンベアと軸付きスクリューコンベアとを使用し、リボン式スクリューコンベアの前端開口部をシールド本体の隔壁下端部を貫通してチャンバ内に臨ませると共にこのリボン式スクリューコンベアのケーシングの後端下周部に下向きに開口した排出口を設けて該排出口を第１ゲートにより開閉させるように構成し、さらに、この排出口の下端開口部に軸付きスクリューコンベアの搬送始端部を連結、連通させると共に該搬送始部の底部に第２ゲートによって開閉される大礫投下口を設けてなる排土手段が開発されている。

実開昭６１−１６４３９８号公報 実公平３−２４７１８号公報

しかしながら、上記排土手段によれば、リボン式スクリューコンベアから軸付きスクリューコンベア側に排出する掘削土砂の排出口は、リボン式スクリューコンベアのケーシングの後端下周部に設けられていて下向きに開口、即ち、リボンスクリューによる搬送方向に対して直角方向に開口しているため、ケーシング内に回転自在に配設されているリボンスクリューの掘削土砂搬送力を排出口からの送出力として有効に作用させることができないばかりでなく、礫がリボンスクリューの羽根に引っ掛かったりして排出口からの円滑な投下が行えなくなる虞れがある。

さらに、掘削土砂の排出口を直接、軸付きスクリューコンベアの掘削土砂搬送始端部に連通させているので、リボン式スクリューコンベアの上記掘削土砂排出口から大小径の礫が掘削土砂と共に上記掘削土砂搬送始端部内に投入されて該搬送始端部が閉塞し、掘削土砂の搬出ができなくなる事態が発生すると共にスクリューコンベアのスクリュー羽根が大径の礫に噛み込んで欠損が生じる事態が発生する。

また、上記掘削土砂の搬送始端部内に投入された大径の礫を取り出す際には、リボン式リボンスクリューの上記排出口に設けているゲートを閉止してチャンバー側からの土砂水の噴発を防止しているが、ゲートの閉止時に排出口内に存在している掘削土砂がゲートに噛み込んでゲートを完全に密閉することができなくなると共に、排出口に礫が存在しているとゲートの閉止が行えなくなり、その結果、土砂水の噴発を阻止することが困難となるといった問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、カッタヘッドによって掘削された巨礫を含む掘削土砂をリボンスクリューの後端に配設しているゲートを通じて後方に円滑に搬出することができるばかりでなく、巨礫の排出時には上記ゲートを確実に閉止させることができ、また、スクリュー羽根の摩損や欠損等が生じ難い構造を有するシールド掘削機における排土装置を提供するにある。

上記目的を達成するために本発明のシールド掘削機における排土装置は、請求項１に記載したように、シールド本体の前端開口部に配設しているカッタヘッドによって掘削されてチャンバ内に取込まれた巨礫を含む掘削土砂をチャンバ内から後方に排出する排土装置であって、内部にリボンスクリューを回転自在に配設しているケーシングの前端開口部をシールド本体の隔壁の下端部から上記チャンバ内に臨ませているスクリューコンベアと、このスクリューコンベアの後端開口部に連結、連通し、且つ、内部をリボンスクリューから押し出される掘削土砂の通路に形成していると共にこの通路を開閉する第１ゲートを備えているゲート室と、ゲート室の後端開口部に連結、連通し、小径の礫を含む掘削土砂と巨礫とを分別する分級手段を設けていると共に小径の礫を含む掘削土砂と巨礫とを別々に排出する排出口を有する分級室とからなり、さらに、上記ゲートは左右方向に開閉自在な左右扉板からなると共に閉止時にこれらの扉板の突き合わせ状に接合する対向端面を先端に向かって先細の傾斜端面に形成していることを特徴とする。

このように構成したシールド掘削機における排土装置において請求項２に係る発明は、上記ゲートの左右扉板の対向端面を横断面Ｖ字状に形成してこれらの左右扉板の対向端部の前後端縁部を先端に向かって互いに接近する方向に傾斜した前後傾斜端面に形成していることを特徴とする。

さらに、請求項３に係る発明は、上記ゲートの左右扉板の対向端面が閉止位置に達した際に、これらの左右扉板をその位置で左右方向に開閉動作を繰り返し行わせるように構成していることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、ゲート室内に配設している分級手段は、数本のスクリーンバーを小径の礫を含む掘削土砂が通過可能で巨礫を通過させない間隔毎に並設してなるバースクリーンからなると共に、ゲート室の一側壁にバースクリーン上に残留している巨礫の排出口を設ける一方、バースクリーンの下方におけるゲート室の底部に小径の礫を含む掘削土砂の排出口を設けてあり、この掘削土砂排出口をスクリューフィーダの搬送始端部に連通させていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、カッタヘッドによって掘削された土砂を取り込んで後方に搬送するスクリューコンベアは、ケーシング内にリボンスクリューを回転自在に配設してなるリボン式スクリューコンベアであるから、多量の掘削土砂と共に巨礫も取り込んで搬送することができるのは勿論、このスクリューコンベアの後方に向かって開口している後端開口部に第１ゲートを備えているゲート室を連結、連通させると共にこのゲート室の後端開口部に分級室の前方に向かって開口している上端開口部を連通させているので、スクリューコンベアのリボンスクリューによって礫を含む掘削土砂を、スクリューコンベアの延長方向にゲート室内を通じて円滑且つ確実に送り出すことができ、ゲート室から分級室内に円滑且つ確実に排出することができる。

さらに、分級室内に小径の礫を含む掘削土砂と巨礫とを分別する分級手段を配設しているので、分級手段によって巨礫と分別されて排出口から排出される小径の礫を含む掘削土砂をスクリューフィーダによって後方に搬出する際には、スクリューフィーダを閉塞させたりスクリュー羽根の欠損を生じ難くして確実に後方に排出することができる一方、分級室内に分級手段上に残った巨礫のみを巨礫排出口を通じて外部に排出することができる。

この巨礫の排出時において、シールド掘削機の掘進及びスクリューコンベアの作動を停止させると共にこのスクリューコンベアの後端に連結、連通しているゲート室に設けたゲートを閉止して土砂水が噴発するのを防止するが、ゲートは左右方向に開閉自在な左右扉板からなると共に閉止時にこれらの扉板の突き合わせ状に接合する対向端面を先端に向かって先細の傾斜端面に形成しているので、ゲート室内に存在する掘削土砂を左右扉板の対向する先細端部によって前後方向に切り裂くようにして分離させて対向端面間に掘削土砂を噛み込ませることなく確実に接合、密閉することができ、さらに、礫が存在していても該礫を左右扉板の先細端部によってゲート室内の前後いずれかの方向に押し動かして確実に閉止することができ、土砂水の噴発を阻止することができる。

さらに、請求項２に係る発明によれば、上記ゲートの左右扉板の対向端面を横断面Ｖ字状に形成してこれらの左右扉板の対向端部の前後端縁部を先端に向かって互いに接近する方向に傾斜した前後傾斜端面に形成しているので、左右扉板の閉止時にはその横断面Ｖ字状に形成された対向端部によってゲート室内に存在する掘削土砂を前後方向に分断しながら先端同士を容易に突き合わせ状に接合させることができ、さらに、ゲート室内に礫が存在している場合において、該礫の大半がゲート閉止位置に対して前方にある場合にはこの礫の後面両側部に左右扉板の上記横断面Ｖ字状先端部における前側の傾斜端面を押しつけた状態にして左右扉板の閉止に従って巨礫を前方に押し出すことができ、該礫の大半がゲート閉止位置に対して後方にある場合にはこの礫の前面両側部に左右扉板の上記横断面Ｖ字状先端部における後側の傾斜端面を押しつけた状態にして左右扉板の閉止に従って巨礫を後方に押し戻すことができ、従って、ゲート室内に巨礫が存在していてもゲートを簡単に閉止することができる。

その上、請求項３に係る発明によれば、上記ゲートの左右扉板の対向端面が閉止位置に達した際に、これらの左右扉板をその位置で左右方向に開閉動作を繰り返し行わせるように構成しているので、閉止直前において、左右扉板の対向端面間に存在する掘削土砂をこれらの左右扉板の繰り返し開閉動作によって前後方向に排除して掘削土砂が左右扉板間に噛み込むのを確実に防止することができ、ゲートを容易に且つ正確に密閉させることができる。

また、請求項４に係る発明によれば、上記分級室内の分級手段は、数本のスクリーンバーを小径の礫を含む掘削土砂が通過可能で且つ巨礫を通過させない間隔毎に並設してなるバースクリーンからなるので、上記リボンスクリューからゲート室を通じてこの分級室内に投入された礫を含む掘削土砂をこのバースクリーンによって巨礫と小径の礫を含む掘削土砂とに篩い分けすることができ、小径の礫を含む掘削土砂を隣接するスクリーンバー間を通じて下方に排出してこの排出端に連通しているスクリューフィーダにより後方に円滑に搬出することができる一方、バースクリーン上に巨礫のみを残存させてゲート室の一側壁に設けている巨礫排出口から巨礫を簡単且つ確実に排出することができる。

本発明排土装置を備えたシールド掘削機の簡略縦断側面図。 カッタヘッドの正面図。 シールド本体内に配設した排土装置の簡略斜視図。 その排土装置を前方側から見た簡略斜視図。 リボンスクリューの回転駆動機構の縦断側面図。 ゲート室からスクリューフィーダに至る排土装置の一部切欠側面図。 ゲート室の正面図。 分級室の縦断正面図。 その側面図。 その平面図。 スクリューフィーダの平面図。 その土砂排出口部分の縦断正面図。 分級室内に巨礫を含む土砂を投入している状態の一部切欠簡略斜視図。 投入した状態の一部切欠簡略斜視図。 巨礫を排出する直前の状態を示す一部切欠簡略斜視図。

次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１〜図４において、シールド掘削機Ａは外径が１４ｍ以上の大口径のスキンプレートからなる円筒状のシールド本体１と、このシールド本体１の前端開口部に回転自在に配設しているスポークタイプのカッタヘッド２と、シールド本体１の前端部にその外周端面を一体に固着している隔壁３と、この隔壁３と上記カッタヘッド２との対向面間の空間部によって形成しているチャンバ４と、隔壁３の下端部を貫通してその前端開口部をチャンバ４内に臨ませてこのチャンバ４内の掘削土を後方に排出するスクリューコンベア10とを備えている。

上記カッタヘッド２は図２に示すように、前面に多数本の掘削ビットをやスクレーパツースを取付けているスポーク2aを複数本、中心部から外周端に向かって放射状に配設して全てのスポーク2aをリング状フレーム2bによって一体に連結してなり、隣接するスポーク2a、2a間に最大径が１ｍ程度の巨石、転石等の巨礫Ｂを土砂と共に取り込み可能な取込口2cを設けている。このカッタヘッド２は上記隔壁３に回転自在に支持されて隔壁３の背面に配設している駆動モータ５によって噛合歯車を介して回転させられるように構成していると共に、その背面の複数個所に攪拌翼2dを後方に向かって突設している。

カッタヘッド２によって掘削されてチャンバ４内に取込まれた礫を含む掘削土砂を機内を通じて後方に排出する排土装置は、上記スクリューコンベア10と、このスクリューコンベア10の後端に第１ゲート16を備えたゲート室17を介して連結、連通し、且つ、内部に巨礫Ｂと小径の礫を含む掘削土砂との分級手段22を有する分級室20と、この分級室20の下端開口部から排出される掘削土を後方に搬送するスクリューフィーダ50とから構成されている。

上記スクリューコンベア10は、巨礫Ｂを搬送可能な1500mm程度の径を有する円筒状のケーシング11内にリボンスクリュー12を回転自在に配設したシャフトなしのリボン式スクリューコンベアであって、このケーシング11の前端開口部を隔壁３の下端部に開口している土砂等の受入口3aを通じてチャンバ４内に水密的に臨ませていると共にケーシング11はその前端から後端に向かって斜め上方に傾斜させた状態にしてシールド本体１の後部内に設置した支持部材９によって支持、固定されてあり、リボンスクリュー12はその前端部を上記受入口3aからチャンバ４の下端部内に突出させて掘削土等の取込みを行うように構成している。

このリボンスクリュー12の回転駆動機構40は、図５に示すように、ケーシング11の後端部に、内周面に上記リボンスクリュー12の後端部外周面を一体に固着させている駆動リング41を配設してこの駆動リング41を油圧モータからなるスクリュー駆動モータ42によって回転駆動するように構成している。詳しくは、ケーシング11の後端部にケーシング部分が設けられていない切除部を設けてこの切除部に内径がケーシング11の内径と同一径の上記駆動リング41を回転自在に介在させていると共に切除部を介して対向しているケーシング11の後端部における前後対向周縁部間をケーシング11よりも大径の中空フランジ形状の中空フレーム43によって一体に連結してあり、さらに、上記駆動リング41の外周面中央部に環状突片41a を突設してこの環状突片41a の外周部両側に、上記中空フレーム43内にベアリング44を介して回転自在に支持された歯車45を固着してこの歯車45に中空フレーム42の前後壁面に装着した複数台のスクリュー駆動モータ42の駆動軸に固着したピニオン46を噛合させてなるものである。

さらに、スクリューコンベア10における上記ケーシング11の後端開口部には上記第１ゲート16を備えているゲート室17が連結、連通している。このゲート室17の内径はケーシング11の内径と同一径に形成されていてその内部をスクリューコンベア10から押し出される掘削土砂を通過させる長さが短い円形通路17a に形成していると共に後部は前後に分割されていてその対向端面間を矩形状フランジ18，18によって一体に連結してあり、この矩形状フランジ部18、18の対向面間の両側部にゲート差し込み口を開設してこれらの左右ゲート差し込み口を通じて図６、図７に示すように、上記第１ゲート16を構成している左右扉板16a 、16b をゲート室17内に開閉自在に挿入し、これらの左右扉板16a 、16b の対向端を突き合わせ状に接合、密接させることによって内部の通路を閉止するように構成している。なお、ケーシング11の後端に連結、連通しているゲート室17の前半部に対して、第１ゲート16を設けている後半部をやや水平方向に屈折させている。

上記第１ゲート16を構成している左右一対の扉板16a 、16b は矩形板からなり、これらの扉板16a 、16b をそれぞれ上記矩形状フランジ18、18の対向面における両側端に開口している差し込み口を通じてゲート室17内に左右方向に開閉自在に挿入することにより、観音開き状のゲートに形成している。さらに、図13および図14に示すように、これらの左右扉板16a 、16b の対向端面を先端に向かって先細となる横断面Ｖ字状に形成して、対向端部における前後端縁部を互いに突き合わせる先端縁に向かって互いに接近する方向、即ち、徐々に厚みが薄くなるように傾斜した前後傾斜端面16a1、16a2；16b1、16b2に形成している。

上記第１ゲート16の開閉機構は、矩形状フランジ18、18の両側端のゲート挿入口から外側方に向かって突出している左右の扉板16a 、16b の外側端に縦枠部材16c 、16c を固着すると共にこれらの縦枠部材16c 、16c の上端部間と下端部間とをゲート室17の上下外周面に配設した第１ゲートジャッキ19、19によって連結してなり、この第１ゲートジャッキ19、19のピストンロッドを伸長させることによって第１ゲート16を開き、収縮させることによって閉じるように構成していると共に、左右扉板16a 、16b の対向端面が閉止位置に達した時に、これらの第１ゲートジャッキ19、19のピストンロッドを短時間の間で繰り返し伸縮させて左右扉板16a 、16b を左右方向に微少な開閉動作を繰り返し行わせることにより対向端面間に存在する掘削土砂を前後方向に積極的に排除して、対向端を突き合わせ状に確実に接合、閉止させるように構成している。

スクリューコンベア10のケーシング11の後端にこの第１ゲート16を備えたゲート室17を介して連結、連通している上記分級室20は、図１、図８〜図10に示すように、その上部に前方に向かって開口してその開口端を上記ゲート室17の後端開口部に連結、連通させている受入口21a を有する掘削土砂投下筒部21を設けてあり、この掘削土砂投下筒部21は上記受入口21a から下方に向かって側面Ｌ字状に屈折していて下向きに開口している下端開口部を分級室20の上方部内に連通させている。

上記掘削土砂投下筒部21を有する分級室20は角筒形状に形成されてあり、この分級室20の下端部内に掘削土砂と巨礫Ｂとを分別する分級手段22を配設している。この分級手段22の具体的な構造は、分級室20の下端開口部に土砂排出口23を、一側部に外側方に向かって開口した巨礫排出口24を形成していると共に分級室20内における上記土砂排出口23の上方に巨礫Ｂと掘削土砂とを分別するバースクリーン25を配設している。

このバースクリーン25の構造の具体的な一例としては、スクリーンバーとして棒体の外周面に円筒部材を回転自在に被嵌させてなるバーを使用し、このスクリーンバー25a 〜25d を複数本、その長さ方向を上記巨礫排出口24方向に対して直交する前後方向に向けて分級室20の他側部から上記巨礫排出口24の下端に向かって所定間隔毎に配設してなるものである。

さらに、これらのスクリーンバー25a 〜25d において、分級室20の他側部側に配設しているスクリーンバー25a から分級室20の一側部側の上記巨礫排出口24の下端部に配設しているスクリーンバー25d に向かって上記下向きの土砂排出口23からの高さが順次低くなるように配設してあり、上記掘削土砂投下筒部21を通じて落下する巨礫Ｂをスクリーンバー間上に受止させたのち、これらのスクリーンバー25a 〜25d 上を伝って巨礫排出口24側に送り込むように構成している。

巨礫排出口24は長さが短い角筒形状に形成されていると共に、この巨礫排出口24の内端側下端部に配設している上記最低位のスクリーンバー25d の配置高さは巨礫排出口24の下端枠部の水平上端面と略同じ高さ位置にして位置させてあり、この最低位のスクリーンバー25d 上を巨礫を一旦、静置状態に待機させておく排出待機部26に形成している。なお、隣接するローラ間の隙間は500mm にしてその以下の礫を掘削土砂と共にこの隙間を通じて下向きに開口した上記土砂排出口23から落下させるように構成している。

また、巨礫排出口24には、この排出口24を開閉する第２ゲート27が配設されている。この第２ゲート27は矩形状板材からなり、巨礫排出口24の上端水平枠部に開口している隙間を通じて巨礫排出口24内に挿入してその前後両端縁部を巨礫排出口24の前後対向内壁面に縦方向に設けているガイド溝28に上下摺動自在に且つ水密的に係合させていると共に、巨礫排出口24の上端から突出した上端部における前後両端部に巨礫排出口24の前後外側壁面にその長さ方向を縦方向に向けて取付けている第２ゲートジャッキ29、29のピストンロッドの先端を連結してこのピストンロッドを伸長させることによって第２ゲート27を開き、収縮させることによって閉じるように構成している。

さらに、巨礫排出口24に対向している分級室20の他側壁面の下端部に前後方向に細長い長いガイド孔30を穿設してこのガイド孔30に外部から巨礫突き出し用水平板31の先端部をを挿入していると共に分級室20の前後外壁面にその長さ方向を水平状にして水平板駆動用ジャッキ32、32を取付けてあり、これらのジャッキ32、32のピストンロッドの先端を巨礫突き出し用水平板31の基端部における前後部にそれぞれ連結して、常態においてはこのピストンロッドを伸長状態に保持しておくことによって水平板31をその先端が分級室20の他側壁内面近くに位置するまで後退させ、掘削土砂投下筒部21内に投下される掘削土砂を小径礫等と共に隣接する上記ローラ間の隙間を通じて土砂排出口23側へ落下させ、巨礫Ｂを排出する際には上記ジャッキ32、32のピストンロッドを収縮させることによって水平板31を高位側のスクリーンバー25b とこのスクリーンバー25b に隣接する低位側のスクリーンバー25c との間の空間部を通じて巨礫排出口24に向かって移動させ、その先端面を巨礫Ｂの下部に押し当てて巨礫Ｂを排出口24側に送り出すように構成している。

また、分級室20内には、スクリューコンベア10からゲート室17に設けている掘削土砂送出口18a を通じて分級室20内に投下された巨礫Ｂを検出するための検知棒からなる検出手段（図示せず）が配設されてあり、この検出手段によって巨礫Ｂを検出した時に、該検出手段からの信号によってシールド掘削機Ａの掘進とスクリューコンベア10とを停止させると共に第 1ゲート16を閉止し、この第１ゲート16の閉止後、この閉止に連動してスクリューフィーダ50の停止と後述するスクリューフィーダ50の土砂排出口55に設けている第３ゲート56の閉止を行い、しかるのち、巨礫排出用の第２ゲート27を開いて巨礫Ｂの排出を行うように構成している。

分級室20の下端部に設けている下向きに開口した土砂排出口23から落下する小径の礫を含む掘削土砂はスクリューフィーダ50によって後方に搬送される。このスクリューフィーダ50は図11に示すように、前後方向に長い平面長方形状のケーシング51内に、中心軸に略全長に亘ってスクリュー羽根を一体に設けた 2本のオーガ52、52を小間隔を存して並設してなる２軸式スクリューフィーダであって、一方のオーガ52のスクリュー羽根の螺旋方向を右方向に、他方のオーガ52のスクリュー羽根の螺旋方向を左方向に向けている。

そして、上記ケーシング51の底面には図12に示すように、上記２本のオーガ52、52のスクリュー羽根の下周部に沿って半円弧状に湾曲した凹溝51a 、51a が並列状に形成されていてこれらの凹溝51a 、51a にオーガ52、52のスクリュー羽根の下半部をそれぞれ嵌入させていると共にオーガ軸の前後端部をケーシング51の前後壁に回転自在に支持させてあり、前壁から突出したオーガ軸の前端部を該前壁の外面に装着しているオーガ回転駆動モータ53、53によって回転させるように構成している。この場合、オーガ回転駆動モータ53、53の出力軸を相反する方向に回転させてこれらのオーガ52、52のスクリュー羽根を、掘削土砂を後方に送り出す方向に回転させるように構成している。

さらに、ケーシング51の上壁板部における前端部には上方に向かって開口した土砂受入口54が設けられている。この土砂受入口54は、左右方向の開口幅はケーシング51の横幅に略等しく、且つ、上記分級室20の下端部に開口している土砂排出口23と同大、同形に形成されていて、ゲートなどによって開閉させられることなくこの土砂排出口23に全面的に連通させた状態で取り外し可能に連結させ、ケーシング51を前端から後端に向かって斜め上方に緩傾斜させた状態で機内に設けた支持部材９等に支持させている。

ケーシング51の下壁板部における後端部には図１、図６に示すように、下方に向かって開口した土砂排出口55が設けられてあり、この土砂排出口55は前後方向に摺動移動自在に配設した第３ゲート56によって開閉させられる。具体的には、ケーシング51の下壁板部の下面における前部に長さ方向をケーシング51の長さ方向に向けて第３ゲートジャッキ57を取付け、この第３ゲートジャッキ57のピストンロッドの先端を上記第３ゲート56の前端に連結してあり、この第３ゲートジャッキ57のピストンロッドを収縮させることにより第３ゲート56を前方に移動させせて土砂排出口55を開放させ、ピストンロッドを伸長させることにより第３ゲート56を後方に移動させせて土砂排出口55を水密的に密閉させるように構成している。

この土砂排出口55の下方に、掘削土砂をシールド掘削機Ａの掘進に従って築造されたトンネル内を通じて後方に排出するためのベルトコンベア60の前端部上面を臨ませた状態にして配設している。なお、シールド本体１には公知のように、掘削されたトンネル内壁面にセグメントを組み立てるエレクタ７や組み立てられたセグメントの前端面に反力をとってシールド本体１を推進させる複数本のシールドジャッキ８等が配設されている。

上記のように構成したシールド掘削機Ａにおける排土装置の作用を説明すると、まず、シールド掘削機Ａによって切羽地盤を掘削するには、周知のように、機内の後方側から給水管（図示せず）を通じてチャンバ４内に高圧水を供給、充満させることによりチャンバ４内に泥土圧を発生させてこの泥土圧により切羽の崩壊を防止しながら、カッタヘッド２を回転駆動し、且つ、シールドジャッキ８を伸長させてシールド本体１を推進させることにより行われ、一定長のトンネルが掘削される毎にエレクタ７によってセグメントをリング状に組み立ててトンネル掘削壁面を覆工する。

カッタヘッド２によって掘削された掘削土砂はチャンバ４内に取り込まれて、カッタヘッド２の後面に突設している攪拌翼2dにより攪拌され、チャンバ４内の圧力水と混合して塑性流動化されながら、隔壁３の下端部に設けている土砂等の受入口3aを通じてスクリューコンベア10のケーシング11内に取込まれる。スクリューコンベア10のリボンスクリュー12の回転駆動は、ケーシング11の後端部11a の外周面に配設しているスクリュー駆動モータ42を駆動してこのリボンスクリュー12の後端部を固着させている駆動リング41を回転させることによって行われ、上記受入口3aからチャンバ４内に突出しているこのリボンスクリュー12の先端部によって掘削土砂をケーシング11内に取込み、リボンスクリュー12の回転によってケーシング11内を後方に搬送する。

シールド掘削機Ａによるトンネル掘進時には、スクリューコンベア10の後端に連結、連通しているゲート室17に設けている第１ゲート16とスクリューフィーダ50の土砂排出口55に設けている第３ゲート56とが開放されている一方、分級室20の巨礫排出口24に設けている第２ゲート27は閉じられてあり、リボンスクリュー12によってスクリューコンベア10の搬送終端にまで搬送された掘削土砂は、第１ゲート16によって開放されているゲート室17内の土砂送出口18a を通過して分級室20の上端受入口21a から上下方向に向けている筒部21内に投入され、分級室20の下端部内に配設している分級手段22を構成しているバースクリーン16における隣接するスクリーンバー間を通じて分級室20の下端に下向きに開口している土砂排出口23からスクリューフィーダ50内に投下される。

バースクリーン16を構成している複数本のスクリーンバー25a 〜25d において、隣接するスクリーンバー間の隙間が500mm に設定されてあり、従って、この数値以下の径の礫は、掘削土砂と共にスクリーンバー間を通じて篩い落とされ、土砂排出口23に連結、連通しているスクリューフィーダ50の土砂受入口54からスクリューフィーダ50の搬送始端部内に落下してスクリューフィーダ50の並列オーガ52、52によって後方に搬送される。この際、礫は並設したオーガ52、52間に受止された状態でこれらのオーガ52、52のスクリュー羽根によってその両側部を押されながら後方に搬送され、掘削土砂と共にスクリューフィーダ50の搬送終端部に下向きに開口している土砂排出口55を通じてベルトコンベア60の搬送始端部上に落下し、このベルトコンベア60によってトンネル内を通じて後方に排出される。

チャンバ４内の掘削土砂を取り込むスクリューコンベア10はシャフトなしのリボン式スクリューコンベアであるため掘削土砂の充満度が低くて土砂水の噴発が生じる虞れがあるが、このスクリューコンベア10に分級室20を介してスクリューフィーダ50を後続させているため、搬送路の長さが長くなって充分な止水性を発揮すると共にスクリューフィーダ50はシャフト付きスクリューからなるので、掘削土砂の充満度が高くて土栓作用を奏し、土砂水の噴発を確実に防止することができる。

次に、シールト掘削機Ａの掘進中に、カッタヘッド２によって巨礫Ｂがチャンバ４内に取り込まれると、巨礫Ｂは掘削土砂と共に上記同様に隔壁３の下端部からチャンバ４内に臨ませているスクリューコンベア10のリボンスクリュー12によって取り込まれてスクリューコンベア10内を通じて後方に搬送され、図13に示すように第１ゲート16の開放によって開口しているゲート室17内の土砂送出口18a を通過して分級室20の上端受入口21a から分級室20内に投入され、土砂は小径の礫と共に上述したように分級手段22の隣接するスクリーンバー間を通じてスクリューフィーダ50側に投入される一方、巨礫Ｂは該巨礫Ｂの投下経路下に配設しているスクリーンバー上に受止され、高位側のスクリーンバー25a から低位側のスクリーンバー25c に向かって形成された急傾斜角度によってこれらのスクリーンバーをこの巨礫との摺接摩擦力によって回転させながら巨礫はその自重によって分級室20の一側端側に設けている巨礫排出口23側に排出待機部26まで移動してこの排出待機部26上で停止する。

一方、この巨礫Ｂが分級室20内に入った時に分級室20に配設している検出手段によって検出され、その検出信号によってシールド掘削機Ａの掘進を停止させると共にスクリューコンベア10のリボンスクリュー12の回転を停止させ、このリボンスクリュー12の停止後、これに連動して直ちに第１ゲート16の左右扉板16a 、16b を閉止方向に移動させてこれらの扉板16a 、16b の対向する横断面Ｖ字状の先端同士を突き合わせ状に接合させることにより図14に示すように、土砂送出口18a を閉止させる。なお、巨礫検出手段としては、検知棒以外に重量計、密度計、スクリューコンベアの回転トルクの検出、ＣＴスキャン、Ｘ線等を使用した手段を採用してもよい。

この第１ゲート16の閉止時において、土砂送出口18a 部分に存在している掘削土砂は、左右扉板16a 、16b の横断面Ｖ字状の前後傾斜端面16a1、16a2；16b1、16b2によって前後方向に分断され、これらの扉板16a 、16b の対向端面間に介在することなくその先鋭な先端同士を突き合わせ状に接合させて土砂送出口18a を密閉させることができる。さらに、土砂送出口18a 部分に礫が存在している場合において、該礫の大半が土砂送出口18a から後方に没入した状態で存在している場合にはこの礫のスクリューコンベア10側に面した前面両側部に左右扉板16a 、16b の上記横断面Ｖ字状の後側傾斜端面16a2、16b2を該扉板16a 、16b の閉止方向の移動に従って押し当てて、閉止するに従ってその後側傾斜端面で礫を分級室20側に向かって押し進めて排出することができ、該礫の大半が土砂送出口18a から前方に突出した状態で存在している場合にはこの礫の分級室20側に面した前面両側部に左右扉板16a 、16b の上記横断面Ｖ字状の前側傾斜端面16a1、16b1を該扉板16a 、16b の閉止方向の移動に従って押し当てて、閉止するに従ってその傾斜端面で礫をスクリューコンベア10側に向かって押し戻すことができる。

従って、第１ゲート16の左右扉板16a 、16b の対向端面間に土砂等が噛み込み状態に介在させることなく確実に閉止させることができるが、左右扉板16a 、16b の対向する横断面Ｖ字状の先端同士をより確実に密接状態に接合させるために、対向する端面が閉止位置に達した左右扉板16a 、16b をその位置で微少な開閉動作を繰り返す、所謂、インチング動作を行わせて左右扉板16a 、16b の対向する先端間に存在する土砂を前後方向に移動させる操作を行う。

第１ゲート16が閉止したのちにおいても、スクリューフィーダ50が作動していてオーガ52、52によりそのケーシング51内の掘削土砂を後方に搬送するが、この搬送に従って分級室20内の掘削土砂がスクリューフィーダ50の前端土砂受入口54内から該スクリューフィーダ50のケーシング51内に排出されて分級室20内に巨礫Ｂを押し出す巨礫突き出し用水平板31が円滑に作動可能な空間部が設けられると、スクリューフィーダ50の作動を停止させると共に第２ゲート27を上方に作動させて図15に示すように巨礫排出口24を開口させる。なお、分級室20内の掘削土砂が排除されたのを確認するには、分級室20の下部内に土砂検知棒等の土砂検知手段を配設しておき、この土砂検知手段からの信号によってスクリューフィーダ50を停止させるようにしてもよく、また、スクリューフィーダ50の作動によって分級室20内から掘削土砂が排出される時間を予め設定しておき、この時間に達した時にスクリューフィーダ50を停止させてもよい。また、スクリューフィーダ50の土砂排出口55を開閉する第３ゲートは、開放状態を維持させておいてもよい。

上記第２ゲート27によって巨礫排出口24が開放されると、この開放に連動して水平板駆動ジャッキ57が作動し、巨礫突き出し用水平板31を分級室20の他側壁面側から巨礫排出口24を設けている一側壁面側に向かって移動させ、その先端面を巨礫Ｂの下部に押し当てたのちさらに移動させることにより巨礫Ｂを排出待機部26から巨礫排出口24に向かって押し進め、該排出口24から分級室20の一側外方に押し出す。

分級室20の一側外方における下方には巨礫運搬用台車61が待機していて上記排出口24から排出される巨礫Ｂをこの台車61内に落下させ、台車61を機内からトンネル内の後方部にまで敷設している軌道（図示せず）上を走行させて後方の巨礫処理部にまで搬送する。

こうして巨礫Ｂの排出処理後、再び、シールド掘削機Ａによってトンネルを掘進すると共に上述したように、第１、第３ゲート16、56を開放状態にする一方、分級室20の巨礫排出口24の開閉用第２ゲート27を閉止した状態にしたのち、スクリューコンベア10を作動させてカッタヘッド２によって掘削された掘削土砂を取込み、分級室20内に搬出してこの掘削土砂中に巨礫Ｂが含まれている場合には、分級室20内で巨礫Ｂと掘削土砂とを篩い分けて掘削土砂をスクリューフィーダ50に送り込む一方、巨礫Ｂを巨礫排出口24から外部に排出する。

Ａ シールド掘削機
Ｂ 巨礫
１ シールド本体
２ カッタヘッド
４ チャンバ
10 スクリューコンベア
11 ケーシング
12 リボンスクリュー
16 第１ゲート
16a 、16b 左右扉板
19第１ゲートジャッキ
20 分級室
22 分級装置
23 土砂排出口
24 巨礫排出口
25 バースクリーン
27 第２ゲート
29 第２ゲートジャッキ
31 巨礫突き出し用水平板
40 駆動リング
42 スクリュー駆動モータ
50 スクリューフィーダ
55 第3 ゲート

Claims (4)

1. シールド本体の前端開口部に配設しているカッタヘッドによって掘削されてチャンバ内に取込まれた巨礫を含む掘削土砂をチャンバ内から後方に排出する排土装置であって、内部にリボンスクリューを回転自在に配設しているケーシングの前端開口部をシールド本体の隔壁の下端部から上記チャンバ内に臨ませているスクリューコンベアと、このスクリューコンベアの後端開口部に連結、連通し、且つ、内部をリボンスクリューから押し出される掘削土砂の通路に形成していると共にこの通路を開閉するゲートを備えているゲート室と、ゲート室の後端開口部に連結、連通し、小径の礫を含む掘削土砂と巨礫とを分別する分級手段を設けていると共に小径の礫を含む掘削土砂と巨礫とを別々に排出する排出口を有する分級室とからなり、さらに、上記ゲートは左右方向に開閉自在な左右扉板からなると共に閉止時にこれらの扉板の突き合わせ状に接合する対向端面を先端に向かって先細の傾斜端面に形成していることを特徴とするシールド掘削機における排土装置。
2. ゲートの左右扉板の対向端面を横断面Ｖ字状に形成してこれらの左右扉板の対向端部の前後端縁部を先端に向かって互いに接近する方向に傾斜した前後傾斜端面に形成していることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削機における排土装置。
3. ゲートの左右扉板の対向端面が閉止位置に達した際に、これらの左右扉板をその位置で左右方向に開閉動作を繰り返し行わせるように構成していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシールド掘削機における排土装置。
4. 分級室内の分級手段は、複数本のローラを巨礫排出口に向かって順次低くなるように所定間隔毎に配列してなるバースクリーンからなると共に、バースクリーン上の巨礫を巨礫排出口に送り出す送出手段を配設していることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削機における排土装置。

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