JP2023134280A

JP2023134280A - シールド掘進機

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Publication number: JP2023134280A
Application number: JP2022039728A
Authority: JP
Inventors: 浩昭村中; Hiroaki Muranaka; 祐司山本; Yuji Yamamoto; 竜生森; Tatsuo Mori
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2022-03-14
Filing date: 2022-03-14
Publication date: 2023-09-27
Anticipated expiration: 2042-03-14
Also published as: TW202336341A; JP7145575B1; TWI826985B

Abstract

【課題】シールド掘進機の攪拌棒の性能が低下することを防止することができる。【解決手段】泥土圧シールド掘進機１の機器本体３の隔壁板７に設けられた練混ぜ棒１５は、その先端側に交換可能な状態で設けられた交換部１５ａと、その交換部１５ａが溶接された既存部１５ｂとを有している。これにより、泥土圧シールド掘進機１による掘削施工時に練混ぜ棒１５の先端部に損傷や摩耗等が生じたら交換部１５ａを取り外して新しいものに交換することができる。このため、練混ぜ棒１５，１６Ｒにより土砂と添加材とを良好に攪拌し混合することができるので掘削土砂の塑性流動性を維持することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、シールド掘進機に関し、例えば、シールド掘進機のチャンバ内において掘削土砂と添加材等とを攪拌し混合する攪拌棒の構造に関するものである。

シールド掘進機は、その前面に設けられたカッタ盤を地山の切羽に押し当てて回転させながら前進することにより地山に掘削坑を形成する掘削機器である。このシールド掘進機においては、掘削土砂と添加材および水との混錬を促進し、掘削土砂の付着や堆積を防ぐためにカッタヘッドの裏面とこれに対向する隔壁面との各々に攪拌棒を設けている。

このようなシールド掘進機については、例えば、特許文献１に記載があり、シールド掘進機のカッタヘッドの裏面と隔壁面との各々に練混ぜ翼と称する攪拌棒を設けることにより、カッタヘッドを回転させるとシールド掘進機のチャンバ内に入り込んだ掘削土砂と添加材とが攪拌棒によって攪拌され混ぜ合わされる構造が開示されている。

特開２０１５－２１３４０号公報

ところで、シールド掘進機においては、掘削の開始から終了までの掘削途中において、基本的に上記攪拌棒を交換することなく掘削処理を実施しているが、例えば、掘削対象の地盤に巨礫等が含まれていると、その礫が攪拌棒に衝突すること等に起因して攪拌棒が曲がってしまったり、摩耗してしまったりする結果、攪拌棒の攪拌混合の性能が低下してしまうという課題がある。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、シールド掘進機の攪拌棒の性能が低下することを防止することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のシールド掘進機は、機器本体の周方向に沿って回転自在の状態で前記機器本体の進行方向の前面に支持されたカッタ盤と、前記カッタ盤の裏面に対向して前記機器本体の開口部を塞ぐように設けられた隔壁部と、前記カッタ盤の裏面と前記隔壁部の前面との間に設けられたチャンバと、前記チャンバ内に入り込んだ掘削土砂と添加材とを攪拌して混合する攪拌手段と、を備え、前記攪拌手段は、前記隔壁部の前面に設けられた第１の攪拌棒と、前記カッタ盤の裏面において前記カッタ盤が回転したときに前記第１の攪拌棒に衝突しない位置に設けられた第２の攪拌棒と、を備え、前記第１の攪拌棒および前記第２の攪拌棒の各々の先端部は、側面視で重なるように前記チャンバに向かって突出しており、前記第１の攪拌棒と前記第２の攪拌棒との少なくとも一方の先端側を交換可能としたことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項１に記載の発明において、前記第１の攪拌棒の先端側のみが交換可能とされており、前記第１の攪拌棒は、該第１の攪拌棒の先端側の交換可能とされる交換部と、それ以外の既存部とを有することを特徴とする。

請求項３に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項２記載の発明において、前記第１の攪拌棒の前記交換部の長さは、前記第２の攪拌棒の先端部が前記第１の攪拌棒に側面視で重なっている重なり長さより長いことを特徴とする。

請求項４に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項２または３記載の発明において、前記第１の攪拌棒の前記交換部と前記既存部とは溶接されていることを特徴とする。

請求項５に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項４記載の発明において、前記第１の攪拌棒の外周において前記交換部と前記既存部との境界に、前記第１の攪拌棒の中心軸に向かって窪む溶接用の溝を設けたことを特徴とする。

請求項６に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項２～５の何れか一項に記載の発明において、前記第１の攪拌棒の前記交換部と前記既存部との対向面には凹凸が嵌め合わされて形成された凹凸篏合部が設けられていることを特徴とする。

請求項７に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項６記載の発明において、前記第１の攪拌棒の前記交換部の前記対向面には凸部が設けられ、前記既存部の前記対向面には前記交換部の前記凸部が篏合される凹部が設けられていることを特徴とする。

請求項８に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項２～７の何れか一項に記載の発明において、前記第１の攪拌棒の前記既存部の外周には攪拌翼が設けられており、前記攪拌翼の先端部は前記第１の攪拌棒の前記交換部に側面視で重ならないことを特徴とする。

本発明によれば、シールド掘進機の攪拌棒の性能が低下することを防止することが可能となる。

本発明の一実施の形態である泥土圧シールド掘進機の内部を側面から透かして見せた構成図である。（ａ）は図１の泥土圧シールド掘進機のカッタヘッドの正面図、（ｂ）は図１の泥土圧シールド掘進機の位置Ａを矢印で示す方向から見た構成図である。図１の泥土圧シールド掘進機のカッタヘッドの正面図である。図１の泥土圧シールド掘進機の先端部の要部拡大断面図である。図４の泥土圧シールド掘進機の練混ぜ棒の要部拡大側面図である。（ａ）は交換部を有する練混ぜ棒の一部破断要部側面図、（ｂ）は図６（ａ）の練混ぜ棒の正面図、（ｃ）は図６（ａ）の練混ぜ棒を中心軸に沿って切断したときの要部断面図、（ｄ）は図６（ｃ）の破線で囲んだ箇所の拡大断面図である。（ａ）は交換部を有する練混ぜ棒の変形例の一部破断要部側面図、（ｂ）は図７（ａ）の練混ぜ棒の正面図、（ｃ）は図７（ａ）の練混ぜ棒を中心軸に沿って切断したときの要部断面図である。（ａ）は交換部を有する練混ぜ棒の他の変形例の一部破断要部側面図、（ｂ）は図８（ａ）の練混ぜ棒の正面図、（ｃ）は図８（ａ）の練混ぜ棒を中心軸に沿って切断したときの要部断面図である。交換部を有する練混ぜ棒のさらに他の変形例の要部拡大側面図である。（ａ）は交換部を有する練混ぜ棒の変形例の一部破断要部側面図、（ｂ）は図１０（ａ）の練混ぜ棒の正面図、（ｃ）は図１０（ａ）の練混ぜ棒を中心軸に沿って切断したときの要部断面図、（ｄ）は図１０（ｃ）の練混ぜ棒の分解断面図である。（ａ）は交換部を有する練混ぜ棒の他の変形例の一部破断要部側面図、（ｂ）は図１１（ａ）の練混ぜ棒の正面図、（ｃ）は図１１（ａ）の練混ぜ棒を中心軸に沿って切断したときの要部断面図、（ｄ）は図１１（ｃ）の破線で囲んだ箇所の要部拡大断面図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は本実施の形態の泥土圧シールド掘進機の内部を側面から透かして見せた構成図、図２（ａ）は図１の泥土圧シールド掘進機のカッタヘッドの正面図、図２（ｂ）は図１の泥土圧シールド掘進機の位置Ａを矢印で示す方向から見た構成図である。

本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１は、カッタヘッド（カッタ盤）２により掘削された土砂をカッタヘッド２と機器本体３との間のチャンバＣＲ内に充満させ、これに添加材を注入して混錬することにより土砂を塑性流動性（自由に変形および移動できる性質）および止水性の高い泥土にし、その土圧により切羽の安定性を図りながら掘削坑を構築する掘削機器である。

特に限定されるものではないが、泥土圧シールド掘進機１の掘削外径は、例えば５９００ｍｍ程度、機長は、例えば７１４０ｍｍ程度である。また、泥土圧シールド掘進機１の運転は、その後方の後続台車ＳＢ内の運転室内でオペレータにより制御される。また、その運転室内に設けられた制御部Ｃにより泥土圧シールド掘進機１の全体の動作が制御される。この制御部Ｃは、運転室内に設けられた表示部Ｄに電気的に接続されており、表示部Ｄには、制御部Ｃから送られた各種情報が表示される。

カッタヘッド２は、地山の切羽を掘削する部材であり、機器本体３の前面に機器本体３の周方向に沿って回転自在の状態で設置されている。このカッタヘッド２には、例えば、円盤状のスポーク型が採用されている。すなわち、図２（ａ）に示すように、カッタヘッド２は、中央のハブ部２ａと、ハブ部２ａから外周に向かって放射状に延びる６本のスポーク部２ｂと、スポーク部２ｂの延在方向の中途部同士を結ぶ中間リング部２ｃと、スポーク部２ｂの先端部同士を結ぶ外周リング部２ｄと、これらの部材間に形成された貫通孔２ｅとを備えている。このように本実施の形態においては、カッタヘッド２の一例として開口率の大きなスポーク型を採用することにより、カッタヘッド２と機器本体３との間の室内に礫を極力割らずに取り込むことができる。

カッタヘッド２の掘削面には、複数のカッタビット（以下、単にビットという）４ａ～４ｄが設置されている。カッタヘッド２の中央のハブ部２ａには、センタービットと称するビット４ａが設置されている。また、各スポーク部２ｂには、複数のビット４ｂが規則的に並んで設置されている。なお、ハブ部２ａには、コーンヘッド型のローラビット等のような他の掘削部材が設置される場合もある。また、スポーク部２ｂには、ビット４ｂの他に、ローラビット等のような他の掘削部材が設置される場合もある。

図１および図２（ａ）に示すように、外周リング部２ｄにおいて切羽側の前面には、複数のビット４ｃがその刃を外周側に向けた状態で並んで装着されている。また、外周リング部２ｄの外周面には、例えば、コピービットと称する２個のビット４ｄが対極となるように設置されている。このビット４ｄは、急曲線施工時の余掘りや泥土圧シールド掘進機１の姿勢制御等を行う役割を備えている。

また、図２（ａ）に示すように、ハブ部２ａおよびスポーク部２ｂには、添加材注入部５ａ１，５ａ２，５ａ３，５ａ４が設けられている。これらの添加材注入部５ａ１～５ａ４は、例えばベントナイト系の添加材のような作泥土材をカッタヘッド２の前面の切羽に向けて注入する構成部であり、カッタヘッド２の正面内の異なる回転軌跡上に分散された状態で配置されている。これにより、添加材の注入制御をより多様化させることができるので、掘削土砂の塑性流動化をより精度良く効率的に行うことができる。また、添加材注入部５ａ２と、添加材注入部５ａ３，５ａ４とは、中央の添加材注入部５ａ１を挟んで左右に離れて配置されている。これにより、添加材をカッタヘッド２の前面内においてより広い範囲に行き渡らせることができる。なお、添加材注入部５ａ１～５ａ４の各々から注入される添加材には、ベントナイト系の添加材に代えて気泡材を用いてもよいし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いてもよい。

中間リング部２ｃにおいて隣接するスポーク部２ｂ，２ｂ間の中央には、制限突起２ｆが設けられている。カッタヘッド２で掘削された土砂は貫通孔２ｅを通じてチャンバＣＲ（図１参照）内に取り込まれるが、制限突起２ｆは、貫通孔２ｅの開口面積を規制することで、地中の巨礫や玉石等が貫通孔２ｅを通じてチャンバＣＲ内に入り込むのを規制する部分である。この制限突起２ｆの表面にもビット４ｂが設けられている。

一方、機器本体３は、図１に示すように、ガーダー部の前胴プレート３ａと、その後方のテール部の後胴プレート３ｂとを備えている。前胴プレート３ａおよび後胴プレート３ｂは、例えば円筒状の鋼製板により形成されており、機器本体３の外形を形成するとともに、機器本体３の内部に中空空間を形成する外装体である。前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとは、前胴プレート３ａの後端側において後胴プレート３ｂの先端部分が前胴プレート３ａの内周面に接した状態で入り込むことで係合されている。

前胴プレート３ａの前面側において、その前面から機器本体３の内方に後退した位置には、機器本体３内の中空空間を切羽側と機内側とに分ける隔壁板（隔壁部）７が設けられている。この隔壁板７よりも切羽側（すなわち、上記カッタヘッド２と隔壁板７との間の空間）には上記チャンバＣＲが設けられ、隔壁板７よりも機内側には、添加材注入部５ｂと、カッタ駆動体８と、中折れジャッキ９ａと、シールドジャッキ９ｂと、スクリューコンベア１０とが設けられている。

チャンバＣＲは、カッタヘッド２により掘削された土砂等が取り込まれる空間である。このチャンバＣＲ内において、隔壁板７の前面にはチャンバＣＲ内に突出する円柱状等の練混ぜ棒（攪拌手段、第１の攪拌棒）１５が設けられている。すなわち、練混ぜ棒１５は隔壁板７に固定され不動である。

一方、カッタヘッド２の裏面にはチャンバＣＲ内に突出する円柱状等の練混ぜ棒（攪拌手段、第２の攪拌棒）１６Ｒ（回転移動側）と三角柱状等の練混ぜ翼１６Ｗとが設けられている。すなわち、練混ぜ棒１６Ｒおよび練混ぜ翼１６Ｗはカッタヘッド２に固定されカッタヘッド２の回転とともに回転移動するようになっている。

これらの練混ぜ棒１５，１６Ｒおよび練混ぜ翼１６Ｗは、カッタヘッド２が回転するとチャンバＣＲ内に入り込んだ土砂とチャンバＣＲ内に注入された添加材とを混合するとともに撹拌する役割を備えている。なお、練混ぜ棒１５から添加材を注入させるようにしてもよい。

添加材注入部５ｂは、機器本体３の外回りやチャンバＣＲ内に向けて添加材を注入する部分であり、添加材注入部５ｂの注入口を機器本体３の外部に表出させた状態で隔壁板７の外周近傍に設けられている。添加材注入部５ｂから注入される添加材には、例えばベントナイト系の添加材のような作泥土材が使用される。なお、添加材注入部５ｂから注入される添加材には、ベントナイト系の添加材に代えて気泡材を用いてもよいし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いてもよい。

カッタ駆動体８は、カッタヘッド２を回転させる駆動源である。ここでは、カッタ駆動方式として中間支持駆動方式が例示されており、カッタ駆動体８は、図１に示すように、カッタヘッド２の正面内の中央と外周とのほぼ中央の位置に、カッタヘッド２の周方向に沿って複数個並んで配置されている。なお、符号８ＴＡはトルクアームを示している。

中折れジャッキ９ａは、前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを連結するとともに、泥土圧シールド掘進機１の推進方向を修正する機器であり、図１に示すように、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨ぐ位置に、泥土圧シールド掘進機１の周方向に沿って複数個並んで配置されている。この中折れジャッキ９ａに圧油を供給し前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを予め決められた方向および角度に屈折させた状態で泥土圧シールド掘進機１を推進することにより、泥土圧シールド掘進機１の推進方向を制御することが可能になっている。

シールドジャッキ９ｂは、機器本体３の後方に設置されたセグメントＳＧに反力をとって泥土圧シールド掘進機１を前進させるための推進力を発生させる機器であり、図１に示すように、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨ぐ位置に、図２（ｂ）に示すように、泥土圧シールド掘進機１の周方向に沿って複数個並んで配置されている。

スクリューコンベア１０は、チャンバＣＲ内に取り込まれた土砂を機外に排出するための機器であり、図１に示すように、隔壁板７を貫通してチャンバＣＲ内に配置された土砂取込端部１０ａから機器本体３の後方に配置された排出後端部１０ｂに向かって斜め上向きに連続的に延在した状態で設けられている。なお、特に限定されるものではないが、スクリューコンベア１０の外径は、例えば、８５０ｍｍ程度である。

このスクリューコンベア１０としては、例えば、リボン式のスクリューコンベアが使用されている。すなわち、スクリューコンベア１０の管内には回転軸を持たない螺旋状のブレード１０ｃが回転自在の状態で設置されている。回転軸を持つスクリューコンベアの場合は礫等により閉塞し易いのに対して、リボン式のスクリューコンベア１０の場合は搬送可能な礫等の最大径を搬送路の半径以上とすることができるので、回転軸を持つスクリューコンベアでは搬送できない大きな礫等をも搬送することができる。このため、スクリューコンベア１０によって巨礫を排出することができるので、チャンバＣＲ内に巨礫を極力割らずに取り込むことができる。

このようなスクリューコンベア１０の後方の排出端部１０ｂには排土管（図示せず）が連結されており、スクリューコンベア１０によって排出端部１０ｂに搬送された土砂は、排土管を通じてズリ搬出台車（図示せず）等に搬送されるようになっている。なお、特に限定されるものではないが、排土管の外径は、例えば、６００ｍｍ程度、長さは、例えば、３０ｍ程度である。

また、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１は、図示しない土圧検出部および温度センサ等のようなセンサ部を備えている。土圧検出部は、チャンバＣＲ内の泥土による圧力を検出するセンサ部であり、土圧検出面をチャンバＣＲ内に向けた状態で設置されている。この土圧検出部によりチャンバＣＲ内の泥土圧を計測することができるとともに、その計測値が予め決められた値の範囲になるように管理することによって切羽の安定性を図りながら掘削処理を進めることができる。

また、温度センサは、掘削土砂の温度（以下、土砂温度という）を検出するセンサ部であり、カッタヘッド２の正面内および外周面内に設置されている。温度センサは、例えば、シース型熱電対により構成されている。このシース型熱電対で構成される温度センサは、故障に強い上、場所をとらず安価なので、カッタヘッド２に複数配置することができる。このため、カッタヘッド２の前面および外周の土砂温度の測定精度を向上させることができる。この複数の温度センサは、カッタヘッド２の正面内において異なる回転軌跡上（すなわち、カッタヘッド２の径方向の異なる位置）に分散された状態で配置されている。

また、温度センサは、上記した制御部Ｃ（図１参照）に電気的に接続されている。そして、制御部Ｃにおいては、土砂温度をリアルタイムで計測するとともに、温度センサから送信された温度情報に基づいて、カッタヘッド２の前面内および外周面内の温度分布をグラフ化（可視化）し、さらに、添加材の注入条件を調整するようになっている。

このような本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１は、特に、巨礫（特に限定されるものではないが、例えば、直径が６００ｍｍ程度）が混在する玉石混じり砂礫層や玉石層を含む地山を掘削する場合に好適であるが、巨礫が混在しない玉石混じり砂礫層や玉石層あるいは通常の砂礫層に適用することもできる。

次に、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１の練混ぜ棒１５，１６Ｒについて図３～図６を参照して説明する。

図３は図１の泥土圧シールド掘進機のカッタヘッドの正面図である。なお、図３においてはカッタヘッド２の裏面側の練混ぜ棒１５，１６Ｒおよび練混ぜ翼１６Ｗ等を透かして見せている。また、図３は正面図であるが図面を見易くするため練混ぜ棒１５にハッチングを付した。

図３に示すように、練混ぜ棒１５と練混ぜ棒１６Ｒとは、カッタヘッド２が回転したときに互いに衝突しないように設置されている。すなわち、カッタヘッド２の径方向における練混ぜ棒１５の設置位置と、カッタヘッド２の径方向における練混ぜ棒１６Ｒの設置位置とは互いに異なっている。ここでは、例えば、カッタヘッド２の径方向において２個の練混ぜ棒１５，１５の間に１個の練混ぜ棒１６Ｒが設置されている。

また、図４は図１の泥土圧シールド掘進機の先端部の要部拡大断面図、図５は図４の泥土圧シールド掘進機の練混ぜ棒の要部拡大側面図である。なお、図４は断面図であるが図面を見易くするためビットおよびハッチングを省略した。

図４および図５に示すように、練混ぜ棒１５と、練混ぜ棒１６Ｒとは、その各々の先端が側面視で部分的に重なる位置まで延在している。練混ぜ棒１５は、先端側の交換部１５ａと、基端（脚部）側の既存部１５ｂとを有しており、練混ぜ棒１５の先端側を交換することが可能な構成となっている。

ここで、練混ぜ棒１５の先端側を交換することができない場合、例えば、掘削対象の地盤に巨礫等が含まれていると、その礫が練混ぜ棒１５に衝突すること等に起因して練混ぜ棒１５が曲がってしまったり、摩耗してしまったりする場合がある。特に、カッタヘッド２に固定された練混ぜ棒１６Ｒはカッタヘッド２の回転とともに移動するので礫等が衝突したときに衝撃を逃がすことができ損傷や摩耗が比較的生じ難いのに対して隔壁板７に固定された練混ぜ棒１５は礫等が衝突したときに衝撃を逃がすことができず損傷や摩耗等が生じ易く、練混ぜ棒１５の攪拌混合の性能が低下するという課題がある。

これに対して本実施の形態においては、練混ぜ棒１５の先端の交換部１５ａが曲がってしまったり、摩耗してしまったりしたら、その交換部１５ａを取り外して新しいものに交換することができるので、練混ぜ棒１５の性能が低下してしまうのを防止することができる。ただし、練混ぜ棒１６Ｒの先端側も練混ぜ棒１５と同様に交換可能な構成にしてもよい。また、練混ぜ棒１５，１６Ｒの両方の先端側を交換可能な構成にしてもよい。

なお、本願において、練混ぜ棒１５や練混ぜ棒１６Ｒの「先端側」とは、先端を含む所定の長さ部分を意味している。

図５に示すように、練混ぜ棒１５の交換部１５ａの長さＬ１は、練混ぜ棒１５，１６Ｒが互いに側面視で重なっている部分の長さ（以下、重なり長さという）Ｌ２より長くなっている。練混ぜ棒１５の損傷や摩耗等は、練混ぜ棒１５，１６Ｒが互いに側面視で重なっている部分で生じ易いので、仮に、練混ぜ棒１５の交換部１５ａの長さＬ１を、上記重なり長さＬ２より短くしてしまうと、重なり長さＬ２の範囲内に練混ぜ棒１５の既存部１５ｂが入ってしまい既存部１５ｂに損傷や摩耗等が生じてしまう。これに対して、練混ぜ棒１５の交換部１５ａの長さＬ１を、上記重なり長さＬ２より長くすることにより、重なり長さＬ２の範囲内に既存部１５ｂが入らないので、既存部１５ｂに損傷や摩耗等が生じるのを抑制または防止することができる。

また、図６（ａ）は交換部を有する練混ぜ棒の一部破断要部側面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の練混ぜ棒の正面図、図６（ｃ）は図６（ａ）の練混ぜ棒を中心軸に沿って切断したときの要部断面図、図６（ｄ）は図６（ｃ）の破線で囲んだ箇所の拡大断面図である。

図６（ａ），（ｃ），（ｄ）に示すように、練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとは、練混ぜ棒１５の外周において交換部１５ａと既存部１５ｂとの境界に形成された接合部Ｊによって接合されている。図６（ｃ），（ｄ）に示すように、接合部Ｊは、練混ぜ棒１５の外周において交換部１５ａと既存部１５ｂとの境界に、練混ぜ棒１５の中心軸に向かって断面視でＶ字状に窪むように形成された溝Ｖの部分を溶接することにより形成されている。このように溝Ｖを設けることにより、練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとの溶接を容易にすることができるとともに、交換部１５ａと既存部１５ｂとの接合強度を向上させることができる。

また、図６（ａ），（ｃ）に示すように、練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとは凹凸が嵌め合わされることにより形成された凹凸篏合部Ｆが設けられている。ここでは、例えば、練混ぜ棒１５の交換部１５ａの対向面の中央に１個の凸部ＣＰが設けられ、既存部１５ｂの対向面の中央に１個の凹部ＤＰが設けられており、交換部１５ａの凸部ＣＰが既存部１５ｂの凹部ＤＰに嵌め合わされている。これにより、練混ぜ棒１５の中心軸に交差する横方向からの力に対して練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとの接合部の強度を向上させることができる。ただし、凸部ＣＰおよび凹部ＤＰの位置は、各々の対向面の中央に限定されるものではなく、各々の対向面の中央からずらしてもよい。

また、図７（ａ）は交換部を有する練混ぜ棒の変形例の一部破断要部側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の練混ぜ棒の正面図、図７（ｃ）は図７（ａ）の練混ぜ棒を中心軸に沿って切断したときの要部断面図である。

この変形例においては、図７に示すように、練混ぜ棒１５の交換部１５ａの対向面に２個の凸部ＣＰが設けられ、既存部１５ｂの対向面に２個の凹部ＤＰが設けられており、交換部１５ａの２個の凸部ＣＰが既存部１５ｂの２個の凹部ＤＰに嵌め合わされている。これにより、練混ぜ棒１５の中心軸に交差する横方向からの力に対して練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとの接合強度をさらに向上させることができる。

また、図８（ａ）は交換部を有する練混ぜ棒の他の変形例の一部破断要部側面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の練混ぜ棒の正面図、図８（ｃ）は図８（ａ）の練混ぜ棒を中心軸に沿って切断したときの要部断面図である。

この変形例においては、図８に示すように、練混ぜ棒１５の交換部１５ａの対向面に１個の凸部ＣＰと１個の凹部ＤＰとが設けられ、既存部１５ｂの対向面に１個の凹部ＤＰと１個の凸部ＣＰとが設けられており、その交換部１５ａの凸部ＣＰが既存部１５ｂの凹部ＤＰに嵌め合わされているとともに、交換部１５ａの凹部ＤＰに既存部１５ｂの凸部ＣＰが嵌め合わされている。これにより、練混ぜ棒１５の中心軸に交差する横方向からの力に対して練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとの接合強度を向上させることができる上、練混ぜ棒１５の交換部１５ａの凸部ＣＰおよび既存部１５ｂの凸部ＣＰの加工を容易にすることができる。

また、図９は交換部を有する練混ぜ棒のさらに他の変形例の要部拡大側面図である。この変形例においては、練り混ぜ棒１５の既存部１５ｂの外周には翼部ＷＰが設けられている。翼部ＷＰの先端部は、練混ぜ棒１５の交換部１５ａに側面視で重ならないように交換部１５ａの手前で終端している。これにより、練混ぜ棒１５に翼部ＷＰが設けられている場合においても練混ぜ棒１５の交換部１５ａを容易に交換することができる。

なお、練混ぜ棒１６Ｒの側面に翼部を設けてもよい。この場合、練混ぜ棒１５，１６Ｒの重なり部で練混ぜ棒１６Ｒの翼部が練混ぜ棒１５に接触しないように翼部を設ける。また、練混ぜ棒１６Ｒの先端側を交換可能とする場合は、練混ぜ棒１５と同様に、練混ぜ棒１６Ｒの翼部の先端部が練混ぜ棒１６Ｒの交換部に側面視で重ならないようにする。

次に、図１の泥土圧シールド掘進機１による泥土圧シールド工法の一例について説明する。

本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１においては、カッタヘッド２を切羽に押し付け回転させながら機器本体３を推し進めることで地中に掘削抗を構築する。ここでは、例えば、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％を超える地山が掘削対象とされている。

この掘削作業に際して、カッタヘッド２で掘削した土砂に上記添加材を添加するとともに、カッタヘッド２の回転により練混ぜ棒１６Ｒ等を回転移動させて練混ぜ棒１５，１６Ｒにより土砂と添加材とを撹拌し混合して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、その泥土をチャンバＣＲ内およびスクリューコンベア１０内に充満させ、その充満した泥土をシールドジャッキ９ｂの推進力により加圧して泥土圧を発生させ、この泥土圧を切羽の土圧に対抗させることで切羽の安定性を維持する。

また、例えば、カッタヘッド２の回転速度を一定にし、シールドジャッキ９ｂの伸長速度やスクリューコンベア１０の回転速度を調整し、チャンバＣＲ内の泥土圧を上記土圧検出部により測定しこれが一定になるようにすることで切羽の安定性を維持する。

添加材として加えるベントナイト系の添加材（作泥土材）は、土砂の塑性流動性や不透水性を高める作用を有する上、巨礫を破砕した礫や玉石等の礫分を掘削土砂とともに包み込んで当該礫分が掘削土砂から分離しないように掘削土砂と礫分との一体性を向上させる作用を有している。

一方、添加材として加える気泡材は、上記礫分がカッタヘッド２や隔壁板７に付着するのを抑制する分離作用を有する上、ベントナイト系の添加材では得られない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チャンバＣＲ内やスクリューコンベア１０内で礫分が転がり移動するのを抑制し、また、転がり移動したとしてもクッション作用により泥土圧の急激な変動を抑制する作用を有している。

このため、チャンバＣＲ内への取り込みが好ましくない巨礫が混在する玉石混じり砂礫層や玉石層が存在する地山を掘削する場合でも、泥土圧を安定化することができ、切羽の安定性を維持できる上、スクリューコンベア１０による礫分の排土を円滑に移動させて閉塞の発生を防止でき、噴出が発生するのを防止することができる。

ここで、泥土圧シールド掘進機１による掘削施工の際に、練混ぜ棒１５の先端部に礫等の衝突に因り損傷や摩耗等が生じた場合、練混ぜ棒１５の性能が低下し、掘削土砂の塑性流動性を低下させてしまう。そこで、本実施の形態においては、練混ぜ棒１５の先端部に損傷や摩耗等が生じた場合には、泥土圧シールド掘進機１の掘削動作を停止し、練混ぜ棒１５の先端側の交換部１５ａを新しいものに交換してから再度、泥土圧シールド掘進機１の掘削動作を開始する。

これにより、泥土圧シールド掘進機１の練混ぜ棒１５の性能の低下を防止することができるので、泥土圧シールド掘進機１による掘削施工の開始から終わりまで掘削土砂の塑性流動性を維持することができる。このため、掘削施工の開始から終わりまで、泥土圧シールド掘進機１のカッタトルクを低減することができる。また、掘削土砂による閉塞および噴発を抑制または防止することができるので、閉塞および噴発に因る掘削作業の中断回数を低減することができる。したがって、泥土圧シールド掘進機１による掘削動作をより効率的に実施することができるので、掘削工期を短縮することができ、巨礫を含む地盤であっても長距離施工を推進することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

前記実施の形態においては、練混ぜ棒１５を２本、練混ぜ棒１６Ｒを１本、それぞれ設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々変更可能である。

また、前記実施の形態においては、練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとの対向面に凹部ＤＰおよび凸部ＣＰを設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図１０に示すようにしてもよい。図１０（ａ）は交換部を有する練混ぜ棒の変形例の一部破断要部側面図、（ｂ）は図１０（ａ）の練混ぜ棒の正面図、（ｃ）は図１０（ａ）の練混ぜ棒を中心軸に沿って切断したときの要部断面図、（ｄ）は図１０（ｃ）の練混ぜ棒の分解断面図である。

この変形例においては、練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとの各々の対向面に２個ずつ凹部ＤＰを設け、その各々の凹部ＤＰ内に、別体で用意した円柱棒状の２個の埋込ロッドＲＰを嵌め込むことにより交換部１５ａと既存部１５ｂとを篏合している。これにより、練混ぜ棒１５の中心軸に交差する横方向からの力に対して練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとの接合強度を向上させることができる上、練混ぜ棒１５の交換部１５ａおよび既存部１５ｂの加工を容易にすることができる。ただし、凹部ＤＰを１個にし、埋込ロッドＲＰを１個にしてもよい。この場合は、凹部ＤＰおよび埋込ロッドＲＰの正面視での形状を六角形等のような多角形にしてもよい。これにより、交換部１５ａの周方向に沿って加わる力に対して強化することができる。

また、図１１（ａ）は交換部を有する練混ぜ棒の他の変形例の一部破断要部側面図、（ｂ）は図１１（ａ）の練混ぜ棒の正面図、（ｃ）は図１１（ａ）の練混ぜ棒を中心軸に沿って切断したときの要部断面図、（ｄ）は図１１（ｃ）の破線で囲んだ箇所の要部拡大断面図である。

この変形例においては、練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとの各々の対向面に１個ずつ凹部ＤＰを設け、その各々の凹部ＤＰの内壁面に雌ネジを設ける一方、側面に雄ネジを設けた円柱棒状の埋込ロッドＲｓＰを別体で用意し、その雄ネジを持つ埋込ロッドＲｓＰを交換部１５ａおよび既存部１５ｂの雌ネジを持つ凹部ＤＰ内に螺合することにより交換部１５ａと既存部１５ｂとを螺合している。この場合の練混ぜ棒１５の組立に際しては、既存部１５ｂの凹部ＤＰ内に埋込ロッドＲｓＰを螺合した後、その埋込ロッドＲｓＰの突出部に交換部１５ａの凹部ＤＰを合わせてから交換部１５ａを回転させて埋込ロッドＲｓＰの突出部を交換部１５ａの凹部ＤＰ内に螺合すればよい。これにより、練混ぜ棒１５の中心軸に交差する横方向からの力に対して練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとの接合強度を向上させることができる。

また、前記実施の形態においては、リボンスクリュー型のスクリューコンベアを用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば、リボン型と軸付き型とを組み合わせたスクリューコンベアを用いてもよい。

以上の説明では、本発明を中間支持駆動方式の泥土圧シールド掘進機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばセンターシャフト駆動方式や外周支持駆動方式の泥土圧シールド掘進機等、他のシールド掘進機にも適用できる。

１泥土圧シールド掘進機
２カッタヘッド
２ａハブ部
２ｂスポーク部
２ｃ中間リング部
２ｄ外周リング部
２ｅ貫通孔
２ｆ制限突起
３機器本体
４ａ～４ｃビット
４ｄコピービット
５ａ１～５ａ４添加材注入部
５ｂ添加材注入部
７隔壁板
１５練混ぜ棒
１５ａ交換部
１５ｂ既存部
１６Ｒ練混ぜ棒
１６Ｗ練混ぜ翼
Ｃ制御部
Ｄ表示部
ＣＲチャンバ
Ｊ接合部
Ｖ溝
ＣＰ凸部
ＤＰ凹部
Ｆ凹凸篏合部
ＷＰ翼部
ＲＰ，ＲｓＰ埋込ロッド

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のシールド掘進機は、機器本体の周方向に沿って回転自在の状態で前記機器本体の進行方向の前面に支持されたカッタ盤と、前記カッタ盤の裏面に対向して前記機器本体の開口部を塞ぐように設けられた隔壁部と、前記カッタ盤の裏面と前記隔壁部の前面との間に設けられたチャンバと、前記チャンバ内に入り込んだ掘削土砂と添加材とを攪拌して混合する攪拌手段と、を備え、前記攪拌手段は、前記隔壁部の前面に設けられた第１の攪拌棒と、前記カッタ盤の裏面において前記カッタ盤が回転したときに前記第１の攪拌棒に衝突しない位置に設けられた第２の攪拌棒と、を備え、前記第１の攪拌棒および前記第２の攪拌棒の各々の先端部は、側面視で重なるように前記チャンバに向かって突出しており、前記第１の攪拌棒は、該第１の攪拌棒の先端側に位置して交換可能となった交換部と、前記交換部と接合された前記隔壁部側の既存部とを有し、前記第１の攪拌棒の前記交換部の長さは、前記第１の撹拌棒と前記第２の攪拌棒とが互いに側面視で重なっている部分の長さである重なり長さより長い、ことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項１記載の発明において、前記第１の攪拌棒の前記交換部と前記既存部とは溶接されていることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項２記載の発明において、前記第１の攪拌棒の前記交換部と前記既存部とは相互に同一の径方向断面とされるとともに、前記第１の攪拌棒の外周において前記交換部と前記既存部との境界に、前記第１の攪拌棒の中心軸に向かって窪む溶接用の溝を設けたことを特徴とする。

請求項４に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項２または３記載の発明において、前記第１の攪拌棒の前記交換部と前記既存部との対向面には凹凸が嵌め合わされて形成された凹凸嵌合部が設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項４記載の発明において、前記第１の攪拌棒の前記交換部の前記対向面には凸部が設けられ、前記既存部の前記対向面には前記交換部の前記凸部が嵌合される凹部が設けられていることを特徴とする。

請求項６に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項２～５の何れか一項に記載の発明において、前記第１の攪拌棒の前記既存部の外周には攪拌翼が設けられており、前記攪拌翼の先端部は前記第１の攪拌棒の前記交換部に側面視で重ならないことを特徴とする。

また、図６（ａ），（ｃ）に示すように、練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとは凹凸が嵌め合わされることにより形成された凹凸嵌合部Ｆが設けられている。ここでは、例えば、練混ぜ棒１５の交換部１５ａの対向面の中央に１個の凸部ＣＰが設けられ、既存部１５ｂの対向面の中央に１個の凹部ＤＰが設けられており、交換部１５ａの凸部ＣＰが既存部１５ｂの凹部ＤＰに嵌め合わされている。これにより、練混ぜ棒１５の中心軸に交差する横方向からの力に対して練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとの接合部の強度を向上させることができる。ただし、凸部ＣＰおよび凹部ＤＰの位置は、各々の対向面の中央に限定されるものではなく、各々の対向面の中央からずらしてもよい。

この変形例においては、練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとの各々の対向面に２個ずつ凹部ＤＰを設け、その各々の凹部ＤＰ内に、別体で用意した円柱棒状の２個の埋込ロッドＲＰを嵌め込むことにより交換部１５ａと既存部１５ｂとを嵌合している。これにより、練混ぜ棒１５の中心軸に交差する横方向からの力に対して練混ぜ棒１５の交換部１５ａと既存部１５ｂとの接合強度を向上させることができる上、練混ぜ棒１５の交換部１５ａおよび既存部１５ｂの加工を容易にすることができる。ただし、凹部ＤＰを１個にし、埋込ロッドＲＰを１個にしてもよい。この場合は、凹部ＤＰおよび埋込ロッドＲＰの正面視での形状を六角形等のような多角形にしてもよい。これにより、交換部１５ａの周方向に沿って加わる力に対して強化することができる。

１泥土圧シールド掘進機
２カッタヘッド
２ａハブ部
２ｂスポーク部
２ｃ中間リング部
２ｄ外周リング部
２ｅ貫通孔
２ｆ制限突起
３機器本体
４ａ～４ｃビット
４ｄコピービット
５ａ１～５ａ４添加材注入部
５ｂ添加材注入部
７隔壁板
１５練混ぜ棒
１５ａ交換部
１５ｂ既存部
１６Ｒ練混ぜ棒
１６Ｗ練混ぜ翼
Ｃ制御部
Ｄ表示部
ＣＲチャンバ
Ｊ接合部
Ｖ溝
ＣＰ凸部
ＤＰ凹部
Ｆ凹凸嵌合部
ＷＰ翼部
ＲＰ，ＲｓＰ埋込ロッド

Claims

機器本体の周方向に沿って回転自在の状態で前記機器本体の進行方向の前面に支持されたカッタ盤と、
前記カッタ盤の裏面に対向して前記機器本体の開口部を塞ぐように設けられた隔壁部と、
前記カッタ盤の裏面と前記隔壁部の前面との間に設けられたチャンバと、
前記チャンバ内に入り込んだ掘削土砂と添加材とを攪拌して混合する攪拌手段と、
を備え、
前記攪拌手段は、前記隔壁部の前面に設けられた第１の攪拌棒と、前記カッタ盤の裏面において前記カッタ盤が回転したときに前記第１の攪拌棒に衝突しない位置に設けられた第２の攪拌棒と、
を備え、
前記第１の攪拌棒および前記第２の攪拌棒の各々の先端部は、側面視で重なるように前記チャンバに向かって突出しており、
前記第１の攪拌棒と前記第２の攪拌棒との少なくとも一方の先端側を交換可能としたことを特徴とするシールド掘進機。
前記第１の攪拌棒の先端側のみが交換可能とされており、前記第１の攪拌棒は、該第１の攪拌棒の先端側の交換可能とされる交換部と、それ以外の既存部とを有することを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機。
前記第１の攪拌棒の前記交換部の長さは、前記第２の攪拌棒の先端部が前記第１の攪拌棒に側面視で重なっている重なり長さより長いことを特徴とする請求項２記載のシールド掘進機。
前記第１の攪拌棒の前記交換部と前記既存部とは溶接されていることを特徴とする請求項２または３記載のシールド掘進機。
前記第１の攪拌棒の外周において前記交換部と前記既存部との境界に、前記第１の攪拌棒の中心軸に向かって窪む溶接用の溝を設けたことを特徴とする請求項４記載のシールド掘進機。
前記第１の攪拌棒の前記交換部と前記既存部との対向面には凹凸が嵌め合わされて形成された凹凸篏合部が設けられていることを特徴とする請求項２～５の何れか一項に記載のシールド掘進機。
前記第１の攪拌棒の前記交換部の前記対向面には凸部が設けられ、前記既存部の前記対向面には前記交換部の前記凸部が篏合される凹部が設けられていることを特徴とする請求項６記載のシールド掘進機。
前記第１の攪拌棒の前記既存部の外周には攪拌翼が設けられており、前記攪拌翼の先端部は前記第１の攪拌棒の前記交換部に側面視で重ならないことを特徴とする請求項２～７の何れか一項に記載のシールド掘進機。