JP2837602B2 - シールド工法用土砂搬出システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シールド工法に用い
て好適な土砂（掘削ずり）の搬出システムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の、例えばミニシールド工法におけ
る土砂の搬出システムは、図６または図７に示す如き構
成を具えており、図６に示す泥土圧式工法の場合には、
ミニシールド掘削機１の前端に位置する切羽２から出た
掘削ずりを、掘削機１内の作業員３が操作するスクリュ
ーコンベヤ４でベルトコンベヤ５上へ搭載し、そのベル
トコンベヤ５で掘削機１の内部を通して掘削機１の後方
まで搬送する一方、ミニシールド掘削機１を用いて掘削
しセグメント６で覆工したトンネル７内にレール８を敷
設し、上面を開放するとともに台車９で支持した土砂ス
キップ10をそのレール８上で、作業員11が運転するバッ
テリーカー12で牽引してベルトコンベヤ５の後端の位置
まで前進させ、ベルトコンベヤ５からその土砂スキップ
10内に落下させた掘削ずりを作業員11がかき均し、土砂
スキップ10内が掘削ずりで一杯になったら、その土砂ス
キップ10を支持した台車９をバッテリーカー12で牽引し
て図示しない発進用立坑の下端まで後退させ、その位置
に台車９を残し土砂スキップ10だけを立坑を通して図示
しないクレーンで吊り上げて、掘削ずりを地上に搬出す
る。

【０００３】また図７に示す開放型手掘り式工法の場合
には、ミニシールド掘削機１の前端に位置する切羽２か
ら出た掘削ずりを、掘削機１内の切羽作業員13がスコッ
プでベルトコンベヤ５上へ搭載するが、その他の点は先
に述べた泥土圧式工法の場合と同様である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかながら、かかる従
来の土砂搬出システムは何れも、掘削ずりをベルトコン
ベヤでミニシールド掘削機の内部を通して後方へ搬送し
て土砂スキップ内に積載していたため、ベルトコンベヤ
の脱線トラブルによって作業時間の損失が生ずるという
問題や、土砂の粉塵等によって作業環境が汚染されると
いう問題、そしてミニシールド掘削機の内部の作業員の
作業スペースがベルトコンベヤによって狭められるとい
う問題があり、さらには、セグメント６の一リング分に
相当する量の掘削ずりを搬出する際に、一台の土砂スキ
ップ10のみではその全部を積み込むことができず、しか
もトンネル内が狭いため二両連結ではかき均しが困難に
なるので二両連結とすることもできず、土砂スキップ10
が二往復することを余儀無くされ、搬出に時間がかかる
という問題があった。

【０００５】この一方従来、他の種類の土砂の搬出シス
テムとして高速気流搬送システムも知られており、この
システムは、地上に設けた大容量の吸気装置に、これも
地上に設けたホッパーと、トンネル内を通した土砂搬送
配管と、切羽付近に設けたロータリーフィーダーとを順
次直列に接続し、ロータリーフィーダーが取り込んだ掘
削ずりを、吸気装置が生じさせる高速気流に乗せて、土
砂搬送配管内を通し地上のホッパーまで気流搬送すると
いうものである。

【０００６】しかしながら、かかる高速気流搬送システ
ムでは、トンネルを掘り進んで土砂搬送配管が長くなる
と、気流の流速が低下して土砂の搬送が困難になり、土
砂が管の途中で止まって堆積してしまうため、一般的な
75kw〜130kw 動力の吸気装置では揚程10m で配管長さ20
0mが実質上限度となり、その長さの範囲内でも距離が長
い程、土砂が配管内に残留して返送率が低下するという
問題があった。また、搬送速度を上げようとして土砂搬
送配管の内径を大きくすると、気流の速度が低下してか
えって搬送速度が落ちてしまうため、結局ある程度以上
は搬送速度を上げられず、コンベヤや土砂スキップでの
搬送に比較すると搬送に極めて時間がかかるという問題
もあった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記高速気
流搬送システムが極めて短い配管の場合には土砂を高速
で搬送できる点に着目して前記従来の土砂の搬出システ
ムの課題を有利に解決したシステムを提供するものであ
り、この発明のシールド工法用土砂搬出システムは、地
上に設けた吸気装置に、トンネル内を通した吸気配管
と、地上とシールド掘削機の後方の位置との間で移動さ
れ得る土砂吸引タンクと、シールド掘削機内を通る短い
土砂投入管と、切羽付近に設置した土砂投入口と、を順
次直列に接続してなる。

【０００８】

【作用】かかるシステムにあっては、シールド掘削機の
後方の位置に移動された土砂吸引タンク内が、トンネル
内を通した吸気配管を介し地上の吸気装置によって吸気
されて減圧されるので、切羽付近に設置したロータリー
フィーダー等からなる土砂投入口に、作業員が直接に、
あるいはスクリューコンベヤ等を用いて掘削ずりを投入
すると、その土砂が、土砂投入口からシールド掘削機内
を通る短い土砂投入管を介し気流搬送もしくは流体搬送
もしくはそれらの組合せにより土砂吸引タンク内に吸引
されて、土砂吸引タンク内に、吸気流で自然にかき均さ
れつつ積載される。そしてその土砂吸引タンク内が土砂
で一杯になると、土砂吸引タンクに接続されていた土砂
投入管および吸気配管が外され、次いでその土砂吸引タ
ンクが、例えばバッテリーカーやクレーンにより駆動さ
れて地上へ移動され、これにより土砂吸引タンク内の土
砂が地上に搬出される。

【０００９】従ってこの発明のシールド工法用土砂搬出
システムによれば、土砂が、ベルトコンベヤによらず土
砂投入管を介し、土砂投入口からシールド掘削機内を通
って土砂吸引タンク内へ搬送されるので、ベルトコンベ
ヤの脱線トラブルによって作業時間の損失が生ずるとい
う問題や、土砂の粉塵等によって作業環境が汚染される
という問題、そしてミニシールド掘削機の内部の作業員
の作業スペースがベルトコンベヤによって狭められると
いう問題がなく、また土砂が、土砂吸引タンク内に吸気
流で自然にかき均されつつ積載されるため、土砂吸引タ
ンクを二両連結にしても、かき均しに不都合が生ずるこ
ともないので、セグメントの一リング分に相当する量の
掘削ずりを搬出する場合に、土砂吸引タンクの一往復で
その搬出を行うことができる。

【００１０】さらにこの発明のシステムによれば、トン
ネルを掘り進んで、トンネル内を通した吸気配管が相当
に長くなっても、吸気配管は土砂を搬送せず土砂吸引タ
ンク内の空気を吸引してそこを減圧するのみであって相
当の長さになってもその減圧は達成することができるの
で、土砂吸引タンク内への土砂の吸引は支障無く行うこ
とができ、しかも、土砂投入口から土砂吸引タンクまで
の間は、シールド掘削機内を通り得る程度の短い土砂投
入管を通すだけなので、管路での土砂の抵抗が極めて少
なく、それゆえ土砂吸引タンク内に多量の土砂を短時間
で容易に吸引することができる。従って、トンネルが長
くなっても、土砂を確実に搬出することができる。

【００１１】

【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基づき詳
細に説明する。図１は、この発明のシールド工法用土砂
搬出システムを泥土圧式ミニシールド工法に適用した一
実施例を示す構成図であり、図中従来例と同様の部分
は、それと同一の符号にて示す。

【００１２】この実施例のシステムは、発進立坑14付近
の地上に設けられた大容量の吸気装置15と、ミニシール
ド掘削機１を用いて掘削されセグメント６で覆工された
トンネル７内に通された吸気配管16と、地上とミニシー
ルド掘削機１の後方の位置との間で移動され得る土砂吸
引タンク17と、ミニシールド掘削機１内に通された短い
土砂投入管18と、ミニシールド掘削機１の前端に位置す
る切羽２の付近に設置された土砂投入口としてのロータ
リーフィーダー19とが、順次直列に接続され、さらに、
切羽２の付近にスクリューコンベヤ４が設置される一
方、発進立坑14付近の地上にホイストクレーン20と土砂
ホッパー21とが設置されて、構成されている。

【００１３】ここで、上記吸気装置15には、例えば先に
記した従来の高速気流搬送システムで使用している、建
機エンジニアリング（株）製のKHM-55型（動力52kw) も
しくはKHM-75型（動力75kw) 吸気装置を使用でき、また
上記吸気配管16には、直線部分では塩化ビニールパイ
プ、曲線部分ではサクションホース（可撓性の蛇腹管）
を使用でき、それらの内径は、吸気抵抗と吸気量とを減
らすため、好ましくはKHM-55型に対してはφ100 、KHM-
75型に対してはφ125 とされる。そして上記土砂投入管
18には、吸気配管15と同様にサクションホースを使用で
き、その内径は、土砂吸引タンク17内への土砂の吸引量
を多くするため、好ましくは吸気配管16よりも一周り大
きいものとされる。

【００１４】この一方、上記土砂吸引タンク17は、図２
（ａ）および（ｂ）に示すように、ここでは二つ用いら
れていて、二両連結の台車９にそれぞれ支持され、各土
砂吸引タンク17は、上部が密閉された空箱の底部に、図
２（ｃ）に示すように両開きに開放可能な底板17a が気
密に設けられ、さらにその空箱の上部に吸入管17b およ
び排出管17c が内部と外部を連通させるように設けら
れ、前側（図では左方）の土砂吸引タンク17の排出管17
c と後側の土砂吸引タンク17の吸入管17b とがサクショ
ンホースからなる連通管17d で接続されて構成されてお
り、この土砂吸引タンク17は、トンネル７内に敷設され
たレール８上で作業員11が運転するバッテリーカー12が
それら二両の台車９を牽引することにて、図１中左方に
示すミニシールド掘削機１の後方の位置と、図１中右方
に示す発進立坑14の下端の位置との間で往復走行可能と
され、またホイストクレーン20が、底板17a にフック20
a を掛けて、台車９を残し土砂吸引タンク17のみを発進
立坑14を通して吊り上げることにて、地上へ搬出可能と
されている。

【００１５】かかる構成を持つこの実施例のシステムに
あっては、当初は、二つの土砂吸引タンク17が上記のよ
うに前側の土砂吸引タンク17の排出管17c と後側の土砂
吸引タンク17の吸入管17b とが連通管17d で接続された
状態でミニシールド掘削機１の後方に配置され、それら
二つの土砂吸引タンク17のうち前側の土砂吸引タンク17
の吸入管17b に土砂投入管18が接続されるとともに後側
の土砂吸引タンク17の排出管17c に吸気配管16が接続さ
れ、これにより土砂吸引タンク17内が、トンネル７内に
通された吸気配管16を介し、地上の吸気装置15によって
吸気されて減圧される。

【００１６】そしてその減圧後、後にセグメント６の組
立て等を行う作業員３が、切羽２付近に設置したスクリ
ューコンベヤ４によってロータリーフィーダー19に、切
羽２から出た土砂（掘削ずり）22を投入し、その土砂22
が、ロータリーフィーダー19からシールド掘削機１内を
通る短い土砂投入管18を介し、気流搬送もしくは流体搬
送もしくはそれらの組合せにより土砂吸引タンク17内に
吸引されて、それら二つの土砂吸引タンク17内に、図３
に示すように吸気流Ｆで自然にかき均されつつ積載され
る。なおこのとき、土砂22は、最初は前側の土砂吸引タ
ンク17内に溜まってゆき、そこが一杯になると次に、そ
の一杯の土砂上を流れて後側の土砂吸引タンク17内に溜
まってゆく。従ってここでは、作業員による土砂のかき
均しは不要である。

【００１７】しかしてセグメント６の一リング分の掘削
が終了し、それら二つの土砂吸引タンク17内が土砂22で
一杯になったと判断されると、ミニシールド掘削機１内
の作業員３と、バッテリーカー12を運転する作業員11と
によって、土砂吸引タンク17に接続されていた土砂投入
管18と吸気配管16とが外され、次いでそれらの土砂吸引
タンク17を支持する二両連結の台車９が、バッテリーカ
ー12で牽引されて発進用立坑14の下端まで後退し、そこ
でさらに作業員11によって連通管17d が外されて、二つ
の土砂吸引タンク17が互いに分離され、その後、ホイス
トクレーン20がそれらの土砂吸引タンク17を一つづつ、
発進立坑14を通して吊り上げることにて地上へ搬出し、
土砂ホッパー21上に降ろす。なお、土砂吸引タンク17の
両側面にはそれぞれフランジ17e が設けられており、そ
れらのフランジ17e が上部の穴の縁に掛合するように土
砂吸引タンク17を土砂ホッパー21上に降ろせば、図１お
よび図２（ｃ）に示すように底板17a が開いて、土砂吸
引タンク17内の土砂22が土砂ホッパー21内に落下する。

【００１８】その後は、ホイストクレーン20が二つの土
砂吸引タンク17をそれぞれ台車９上へ降ろし、連通管17
d が作業員11によって二つの土砂吸引タンク17に接続さ
れ、その状態で、それらの土砂吸引タンク17を支持した
二両連結の台車９がバッテリーカー12で牽引されてミニ
シールド掘削機１の後方に配置され、そこでさらに、二
人の作業員３，11により、土砂投入管18と吸気配管16と
が土砂吸引タンク17に接続されて、当初の状態に戻る。
なお、土砂吸引タンク17への各配管の接続部には、その
着脱を容易かつ迅速ならしめるため、市販のレバー式の
ワンタッチジョイントが設けられている。

【００１９】上述したシステムによれば、土砂22が、ベ
ルトコンベヤによらず土砂投入管18を介し、ロータリー
フィーダー19からシールド掘削機１内を通って土砂吸引
タンク17内へ搬送されるので、ベルトコンベヤの脱線ト
ラブルによって作業時間の損失が生ずるという問題や、
土砂の粉塵等によって作業環境が汚染されるという問
題、そしてミニシールド掘削機１の内部の作業員３の作
業スペースがベルトコンベヤによって狭められるという
問題がなく、また土砂22が、土砂吸引タンク17内に吸気
流で自然にかき均されつつ積載されるため、土砂吸引タ
ンク17を二両連結にしても、かき均しに不都合が生ずる
こともないので、セグメント６の一リング分に相当する
量の掘削ずりを搬出する場合に、土砂吸引タンク17の一
往復でその搬出を行うことができる。

【００２０】さらに上述したシステムによれば、トンネ
ル７を掘り進んで、そのトンネル７内を通した吸気配管
16が相当に長くなっても、吸気配管16は土砂22を搬送せ
ず土砂吸引タンク17内の空気を吸引してそこを減圧する
のみであって、相当の長さになってもその減圧は達成す
ることができるので、土砂吸引タンク17内への土砂の吸
引は支障無く行うことができ、しかも、ロータリーフィ
ーダー19から土砂吸引タンク17までの間は、シールド掘
削機１内を通り得る程度の短い土砂投入管18を通すだけ
なので、管路での土砂の抵抗が極めて少なく、それゆえ
土砂吸引タンク17内に多量の土砂を短時間で容易に吸引
することができる。従って、トンネル７が長くなって
も、土砂を確実に搬出することができる。

【００２１】なお、本出願人の実験の結果、KHM-55型
（動力52kw) 吸気装置を用い、吸気配管16の長さを700m
とした場合に、セグメント６の一リング分に相当する量
の約半分の0.75m³の泥土を５分20秒で取り込むことがで
き、この速度はスクリューコンベヤ４の通常の搬送速度
に匹敵する高速である。またKHM-55型（動力52kw) 吸気
装置を用い、吸気配管16の長さを1000m とした場合で
も、0.75m³の泥土を６分20秒で取り込むことができ、こ
の速度でも充分に高速である。

【００２２】加えて上述したシステムによれば、トンネ
ル７内の空気をロータリーフィーダー19から常時吸引し
ているので、トンネル７内を常に強制的に換気し得て酸
欠防止を図ることができ、またそのロータリーフィーダ
ー19からの吸引によって、湧き水を適宜地上に排水する
こともできる。

【００２３】図４は、この発明を泥土圧式ミニシールド
工法に適用した他の実施例を示すものであり、この実施
例では、二つの土砂吸引タンク17を用いるものの、それ
らを直列には接続せず、二つの土砂吸引タンク17の排出
管17c 同士が連結管17f で接続されるとともに二本の土
砂投入管18が二つの土砂吸引タンク17の吸入管17b にそ
れぞれ接続されることにより、二つの土砂吸引タンク17
がロータリーフィーダー19と吸気配管16との間に並列に
接続されており、他の部分は先の実施例と同様に構成さ
れている。

【００２４】かかる実施例のシステムによっても、二つ
の土砂吸引タンク17内に土砂を吸引し得て、多量の土砂
を短時間で確実に搬出することができるが、後側の土砂
吸引タンク17に到る土砂投入管18が前側の土砂吸引タン
ク17に到る土砂投入管18よりも長くなることから、後側
の土砂吸引タンク17内への土砂の吸引に、前側の土砂吸
引タンク17よりも時間がかかるため、二つの土砂吸引タ
ンク17が同時に土砂を取り込むものの、取り込み時間は
先の実施例とそれほど差がなかった。

【００２５】図５は、この発明を開放型手掘り式ミニシ
ールド工法に適用した他の実施例を示すものであり、こ
の実施例では、一つの土砂吸引タンク17を用いるととも
に、土砂投入口としてロータリーフィーダー19の代わり
に投入ホッパー23が、切羽２の近くに設けられ、その投
入ホッパー23に、土砂吸引タンク17に到る土砂投入管18
が接続されており、他の部分は先の実施例と同様に構成
されている。そしてこの実施例では、ミニシールド掘削
機１の前端に位置する切羽２から出た掘削ずりを、掘削
機１内の切羽作業員13がスコップで投入ホッパー23内に
投入する。

【００２６】上記実施例のシステムが搬出する掘削ずり
は、泥土状でなく、砂や石や粘土等からなる土砂となる
ことが多いが、このシステムによれば、土砂を粒径の小
さい一様な物になるように処理すれば、吸気配管16が10
00m 程度と長い場合でも充分高速でその取り込みを行う
ことができる。

【００２７】以上、図示例に基づき説明したが、この発
明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、この発
明のシステムは岩盤掘削ミニシールド工法や他の一般の
シールド工法にも適用することができ、その場合でも、
土砂を粒径の小さい一様な物になるように処理すれば、
充分高速でその取り込みを行うことができる。

【００２８】

【発明の効果】かくしてこの発明のシールド工法用土砂
搬出システムによれば、ベルトコンベヤの脱線トラブル
による作業時間の損失をなくし、土砂の粉塵等による作
業環境の汚染をなくし、ミニシールド掘削機の内部の作
業員の作業スペースを拡大することができ、またセグメ
ントの一リング分に相当する量の掘削ずりを搬出する場
合でも、土砂吸引タンクの一往復でその搬出を行うこと
ができる。

【００２９】さらにこの発明のシステムによれば、トン
ネルを掘り進んで、トンネル内を通した吸気配管が相当
に長くなっても、土砂吸引タンク内に、多量の土砂を短
時間で容易に吸引することができるので、トンネルが長
くなっても、土砂を確実に搬出することができる。。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のシールド工法用土砂搬出システムを
泥土圧式ミニシールド工法に適用した一実施例を示す構
成図である。

【図２】（ａ）および（ｂ）は、上記実施例で用いる土
砂吸引タンクを台車とともに示す側面図および正面図、
（ｃ）はその土砂吸引タンクを底板が開いた状態で示す
正面図である。

【図３】上記土砂吸引タンク内への土砂の吸引状態を示
す断面図である。

【図４】この発明のシステムを泥土圧式ミニシールド工
法に適用した他の実施例を示す構成図である。

【図５】この発明のシステムを開放型手掘り式ミニシー
ルド工法に適用した他の実施例を示す構成図である。

【図６】従来の泥土圧式ミニシールド工法における土砂
搬出システムを示す説明図である。

【図７】従来の開放型手掘り式ミニシールド工法におけ
る土砂搬出システムを示す説明図である。

【符号の説明】

１ ミニシールド掘削機 ２ 切羽 ３，11 作業員 ４ スクリューコンベヤ ７ トンネル ９ 台車 12 バッテリーカー 15 吸気装置 16 吸気配管 17 土砂吸引タンク 18 土砂投入管 19 ロータリーフィーダー 20 ホイストクレーン 21 土砂ホッパー 22 土砂（掘削ずり）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地上に設けた吸気装置（15）に、トンネ
   ル内を通した吸気配管（16）と、地上とシールド掘削機
   （１）の後方の位置との間で移動され得る土砂吸引タン
   ク（17）と、シールド掘削機内を通る短い土砂投入管
   （18）と、切羽付近に設置した土砂投入口（19）と、を
   順次直列に接続してなる、シールド工法用土砂搬出シス
   テム。