JP3002283B2 - シールド掘進機の土砂排出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、土砂溜め部に溜められ
た土砂等を、油圧で駆動されるピストンにより排土用の
圧送パイプを通して圧送するシールド掘進機の土砂排出
装置に係わり、特に、土砂排送ラインにおける土砂等の
噴発を防止するのに好適なシールド掘進機の土砂排出装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】土砂等の圧送ポンプ（以下単に圧送ポン
プという）は、トンネルや鉱山等において土砂溜めタン
クやホッパ等の土砂溜め部にたい積された土砂を圧送パ
イプを介して比較的遠距離まで移送するのに多く使用さ
れている。土砂溜め部にたい積している土砂には、トン
ネル内の湧水や圧力が作用している場合や圧送パイプ側
から逆流しようとする圧力が作用している場合等があ
り、前者の場合は圧送パイプの出口より、後者の場合は
土砂溜め部において土砂等が噴発する危険性がある。

【０００３】従来の圧送ポンプをシールド掘進機に使用
した具体例を図２および図３について説明する。図２は
圧送ポンプを装着したシールド掘進機の一例を示す縦断
面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図で圧送ポンプ
の構成および作動説明図である。図において、１はシー
ルド本体、２は地山３を掘削するカッターホイル、４は
掘削された土砂を後方へ移送するスクリュウコンベア、
４ａはスクリュウコンベア４に設けられている土砂の吐
出口、５は吐出口４ａから吐出される土砂を溜める土砂
溜めタンクで、吐出口４ａ部に取り付けられている。土
砂溜めタンク５は相対する壁５ａ，５ｂを有し、壁５ａ
には開口５ｃが設けられており該開口５ｃは土砂圧送用
の圧送パイプ６が接続されるとともにシール７が装着さ
れている。一方、壁５ｂには開口５ｃと同心でほぼ同径
の穴５ｄが設けられている。８は穴５ｄに嵌合し穴５ｄ
を案内として壁５ａ，５ｂ間を移動するスライド筒で、
移動してスライド筒８の先端が壁５ａ面に達しシール７
に押圧されると、スライド筒８内と圧送パイプ６とが連
通状態になるとともに土砂溜めタンク５内と圧送パイプ
６間は土砂の流通が遮断される。９はスライド筒８内を
摺動するピストン、１０はそのピストンロッド、１１は
ピストンロッド１０の基端側に固着されているピストン
ロッド１０より大径のフランジ、１２はフランジ１１よ
り突出させたロッドである。１３ａ，１３ｂはスライド
筒８を油圧駆動する２本の油圧ジャッキで、スライド筒
８の後端部両側にそれぞれ連結されている。１４はピス
トン９、ピストンロッド１０等を油圧駆動する油圧ジャ
ッキで、ピストンロッド１０の基端部と連結されてい
る。油圧ジャッキ１３ａ，１３ｂ，１４は、油圧ジャッ
キ１４を中央に油圧ジャッキ１３ａ，１３ｂをその両側
に配置していずれもフレーム１５に取付けられている。
１６、１７、１８は位置検出用のスイッチで、スイッチ
１６がスライド筒８の後進端、スイッチ１７がスライド
筒８の前進端、スイッチ１８がピストン９の前進端の各
位置を検出し、同時に各油圧ジャッキ１３ａ，１３ｂ，
１４の停止および伸縮の切換え信号となる。

【０００４】図３（ａ）に示すスライド筒８およびピス
トン９が後進端の位置から、前記構成の圧送ポンプを作
動させる押ボタンスイッチ（図示していない）を操作す
ると、圧油はまず油圧ジャッキ１３ａ，１３ｂのボトム
側に供給され、スライド筒８を前進させ先端がシール７
を押圧した位置でスイッチ１７が働いて圧油の供給が断
たれスライド筒８を停止させる。（図３（ｂ）の状態）
この状態を維持したまま図３（ｃ）に示すように油圧ジ
ャッキ１４のボトム側に圧油を供給してピストン９を前
進させると、スライド筒８内に充満している土砂は土砂
溜めタンク５と流通が遮断されている圧送パイプ６へ押
し出され、フランジ１１がスライド筒８の後端面に当接
した位置でロッド１２によりスイッチ１８が働き圧油の
供給が断たれてピストン９が停止する。ピストン９が停
止すると同時に図示してない切換弁により油圧ジャッキ
１３ａ，１３ｂのロッド側に圧油が供給されスライド筒
８を後進させる。そしてスライド筒８の後進に併せてピ
ストン９も後進させる（図３（ｄ）の状態）。スライド
筒８およびピストン９が後進端の位置の図３（ａ）の状
態に復すると土砂溜めタンク５内には土砂が再び充満し
前記動作が順次繰り返され土砂が圧送される。

【０００５】ところで、シールド掘進機で掘削された土
砂は、地山を緩めないよう移送量を調整してスクリュウ
コンベア４で移送される。地山は、湧水を含むものやヘ
ドロ状の軟弱土を多く含むものなど自立しない条件の場
合もある。かかる場合には、スクリュウコンベア４、土
砂溜めタンク５および圧送パイプ６の土砂内に水道が形
成され、切羽における地下水圧や土圧等により土砂内に
含まれている湧水や軟弱土が圧送パイプ６の継ぎ目や排
土口から噴発することがある。このような湧水等の噴発
は、切羽地山の地盤沈下や構築したトンネル内が土砂で
埋まるなどの原因となる。このため、掘削作業を終了し
た場合やセグメント組立時等で圧送ポンプを休止すると
きは、運転員は必ずスライド筒を前進させる操作を行
い、土砂溜めタンク５と圧送パイプ６の間を遮断して、
前記噴発を防止するように規定されている。しかし、圧
送ポンプを休止する頻度はかなり多いため、休止の都度
前記操作を行うことはかなり面倒である。また、他の作
業に紛れて操作を忘れることもあり、その都度操作を確
認することが困難で、危険な状態を確実に防止すること
ができない問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記の如く、従来の土
砂排出装置は、休止時に圧送ポンプ以降における土砂等
の噴発を防止するため、運転員の操作により土砂溜め部
と圧送パイプ管を遮断しているが、操作頻度が多く面倒
である。また、操作忘れしやすいことからその都度操作
を確認しにくいなど、噴発を確実に防止することができ
ない問題点を有していた。

【０００７】上記の事情に鑑み、本発明の目的は、土砂
排出装置を停止させたとき、土砂溜め部と圧送パイプ間
を自動的に遮断し、土砂等の噴発を確実に防止すること
ができるようにしたシールド掘進機の土砂排出装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、掘削された土砂を後方へ移送す
るスクリュウコンベアと、このスクリュウコンベアの吐
出口に装着され、前記スクリュウコンベアにより移送さ
れた土砂を溜める土砂溜め部と、前記土砂溜め部の相対
する壁面間を移動するスライド筒と、このスライド筒を
移動させる第１の油圧ジャッキと、前記スライド筒内に
摺動可能に嵌合し、スライド筒内の土砂等を圧送パイプ
に送り出すピストンと、このピストンを摺動させる第２
の油圧ジャッキとを備えたシールド掘進機の土砂排出装
置において、前記第１の油圧ジャッキのボトム側の室ま
たはロッド側の室に油圧ポンプからの圧油を供給してこ
の第１の油圧ジャッキを伸縮動させ、前記土砂排出装置
の停止に連動して前記第１の油圧ジャッキのボトム側と
ロッド側の両室を連通させ、前記第２の油圧ジャッキへ
圧油を供給する第１の油圧ジャッキ制御手段と、前記土
砂排出装置の停止に連動して前記第２の油圧ジャッキの
ボトム側とロッド側の両室を油タンクへ連通させる第２
の油圧ジャッキ制御手段と、前記第１の油圧ジャッキ、
および第２の油圧ジャッキのもどり管路に設けた管路抵
抗部とを備えた。

【０００９】

【作用】土砂排出装置を停止させ、第１油圧ジャッキの
ボトム側の室とロッド側の室とを連通させると、各室に
それぞれ背圧が作用する。このとき、前記第１の油圧ジ
ャッキは、ボトム側の室とロッド側の室に作用する背圧
を受ける有効断面積に比例したシリンダ力を生じ、その
差により各油圧ジャッキは、スライド筒をその先端が土
砂溜め部の圧送パイプを接続した壁面に達するまで伸長
させ、土砂溜め部内と圧送パイプ間の土砂等の流通を遮
断して土砂排送ラインにおける土砂等の噴発を確実に防
止する。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図１および前記図３を参照
して説明する。図１は土砂排出装置の油圧回路図であ
る。図中図３と同符号のものは同じものを示す。図にお
いて、２０は電動機２１に駆動される油圧ポンプ、２２
は油圧ジャッキ１３ａ、１３ｂの伸縮の切換え等を行う
複数の切替弁を内蔵したマニホールド、２３は油圧ジャ
ッキ１４の伸縮の切換えを行う複数の切替弁を内蔵した
マニホールド、２４は各油圧ジャッキ１３ａ、１３ｂ、
１４のもどり管路のマニホールド２２、２３の下流側に
設けられその流量を規制する管路抵抗部で、本実施例に
おいては可変絞り弁を使用している。２５はリリーフ
弁、２６は油タンクである。マニホールド２２は、ＡＢ
Ｒ接続の電磁パイロット切替弁（以下単に電磁弁とい
う）３０と、電磁弁３０の切換わりにより開閉する４個
のパイロット操作のロジック弁３１、３２、３３、３４
が内設されており、各ロジック弁３１、３２、３３、３
４が中立位置のときいずれも開となる。一方、マニホー
ルド２３には、２位置電磁パイロット切替弁（以下単に
電磁弁という）４０と、電磁弁４０の切換わりにより開
閉するパイロット操作のロジック弁４１が内設されてお
り、電磁弁４０が消磁位置のときロジック弁４１は開と
なる。

【００１１】図３（ａ）に示すように、スライド筒８お
よびピストン９の後進端の位置をスイッチ１６が検出す
ると、電磁弁３０はａ側に切換わり、ロジック弁３２，
３３が閉となり油圧ポンプ２０より供給される圧油は開
状態のロジック弁３１を介して油圧ジャッキ１３ａ，１
３ｂのボトム側に供給され、スライド筒を前進させる。
このとき電磁弁４０は、消磁されてｂ側に位置し、ロジ
ック弁４１が開状態になるので、油圧ジャッキ１３ａ，
１３ｂのロッド側の油は、開状態のロジック弁３４およ
び開状態のロジック弁４１を経て油タンク２６に流入す
る。図３（ｂ）に示すように、スライド筒８の先端がシ
ール７を押圧した状態でスイッチ１７が働きその検出信
号により電磁弁３０が中立位置に切換わると、パイロッ
ト圧油の供給が停止し、各ロジック弁３１，３２，３
３，３４が開となり、各ロジック弁３１，３２，３３，
３４を介して油圧ポンプ２０よりの圧油がマニホールド
２３に送られる。このとき電磁弁４０は、上記スイッチ
１７の検出信号によりａ側に切換えられておりロジック
弁４１を閉状態にしているから、マニホールド２３に送
られてきた圧油は、油圧ジャッキ１４の ボトム側に供
給されてピストン９を前進させ、スライド筒８内に充満
している土砂を圧送パイプ６へ押し出す。図３（ｃ）に
示すように、ピストン９は、フランジ１１がスライド筒
８の後端面に当接し、ロッド１２によりスイッチ１８を
作動する位置まで前進する。一方、ピストン９でスライ
ド筒８内の土砂を押し出している間、油圧ジャッキ１３
ａ，１３ｂのボトム側およびロッド側にも油圧ポンプ２
０よりの圧油が作用しており、スライド筒８はボトム側
とロッド側の両室の有効断面積の差によるシリンダ力の
大きいボトム側からその先端をシール７に強く押圧され
ている。図３（ｃ）に示す状態で、スイッチ１８が働く
と、電磁弁３０は、ｂ側に切換わり、電磁弁４０は、消
磁されてｂ側へ切換わる。すると、ロジック弁３１，３
４が閉、ロジック弁３２，３３，４１が開となる。図３
（ｄ）に示すように、油圧ポンプよりの圧油は、ロジッ
ク弁３３を介して油圧ジャッキ１３ａ，１３ｂのロッド
側に送られスライド筒８を後進させる。す ると、スライ
ド筒８によりフランジ１１が押され、ピストン９もスラ
イド筒８とともに後進する。このとき、油圧ジャッキ１
３ａ，１３ｂのボトム側の油は、ロジック弁３２，４１
を介して油タンク２６へ流れ、油圧ジャッキ１４のロッ
ド側は、油タンクより油を吸い上げて負圧を防止する。
スライド筒８およびピストン９が、図３（ｄ）に示す状
態を経て図３（ａ）に示す状態に復すると、土砂圧送の
１サイクルが終わり、以降前記動作を繰り返すことによ
り連続的なポンプ作用で土砂が圧送される。

【００１２】セグメントの組立等で土砂排出装置を停止
する場合は、各ロジック弁３１、３２、３３、３４、４
１はパイロット圧油の供給が停止するとともに各電磁弁
３０、４０が消磁位置となるため開となり、各油圧ジャ
ッキ１３ａ、１３ｂ、１４のボトム側およびロッド側の
両室に背圧が作用する。このボトム側とロッド側の両室
に作用する作用する背圧は、両室の有効断面積の差によ
りシリンダ力の差を生じ、その差により各油圧ジャッキ
１３ａ、１３ｂ、１４を伸長させる。この伸長は油圧ジ
ャッキ１３ａ、１３ｂに連結されたスライド筒８の先端
がシール７を押圧する位置まで行われ、土砂溜めタンク
５と圧送パイプ６との間を土砂が流通できない状態に遮
断する。この場合シール７は遮断性を向上させる効果が
ある。各油圧ジャッキ１３ａ、１３ｂ、１４に作用する
前記背圧は、土砂排出装置を停止させた場合に、スライ
ド筒８の先端が前記土砂溜めタンク５と圧送パイプ６間
との遮断状態まで自動的に伸長させる差圧を生ずるよう
に可変絞り弁２４により調整されている。上記運転員が
土砂排出装置を停止させた場合の圧送ポンプの作用は、
圧送ポンプが図３（ａ）〜（ｄ）のどの工程にあっても
自動的に行われるから、前記運転員の１操作のみで土砂
排出装置の休止時における土砂等の噴発防止状態を確実
かつ容易に得ることができる。したがって圧送パイプ６
以降の修理や交換作業を安全に実施することが出きる効
果がある。

【００１３】前記実施例においては、油圧ジャッキにお
ける背圧を可変絞り弁２４を使用して調整するようにし
たが、マニホールド２２，２３の下流側の管路の抵抗に
よる背圧で前記スライド筒８による遮断状態が可能であ
る場合は可変絞り弁２４を設けなくてもよく、また規制
する流量を調整する必要がない場合は単なる絞り弁とし
てもよい。

【００１４】さらに、運転者が土砂排出装置を停止操作
（信号１）した後、スライド筒が伸長したことをスイッ
チ１７で確認し（信号２）、信号１、２をもって電動機
を停止しても良い。

【００１５】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明は、運転員が
土砂排出装置を停止させると、圧送ポンプの油圧ジャッ
キのボトム側とロッド側の両室に背圧を作用させるとと
もに、前記両室間の背圧の差圧が、土砂溜め部と圧送パ
イプ間を遮断する状態にスライド筒を自動的に伸長させ
るようにしたから、土砂排出装置を前記休止状態にした
とき土砂溜め部と圧送パイプ間の土砂等の流通が自動的
に遮断され、土砂排送ラインにおける土砂等の噴発によ
る危険を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる土砂排出装置の油圧回路の一例
を示すブロック線図。

【図２】土砂排出装置を備えたシールド掘進機の断面
図。

【図３】図２のＩＩＩーＩＩＩ断面図で、圧送ポンプの
構成および動作説明図。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−155598（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−151361（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−192994（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−24702（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 1/00 - 23/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削された土砂を後方へ移送するスクリ
   ュウコンベアと、このスクリュウコンベアの吐出口に装
   着され、前記スクリュウコンベアにより移送された土砂
   を溜める土砂溜め部と、前記土砂溜め部の相対する壁面
   間を移動するスライド筒と、このスライド筒を移動させ
   る第１の油圧ジャッキと、前記スライド筒内に摺動可能
   に嵌合し、スライド筒内の土砂等を圧送パイプに送り出
   すピストンと、このピストンを摺動させる第２の油圧ジ
   ャッキとを備えたシールド掘進機の土砂排出装置におい
   て、前記第１の油圧ジャッキのボトム側の室またはロッ
   ド側の室に油圧ポンプからの圧油を供給してこの第１の
   油圧ジャッキを伸縮動させ、前記土砂排出装置の停止に
   連動して前記第１の油圧ジャッキのボトム側とロッド側
   の両室を連通させ、前記第２の油圧ジャッキへ圧油を供
   給する第１の油圧ジャッキ制御手段と、前記土砂排出装
   置の停止に連動して前記第２の油圧ジャッキのボトム側
   とロッド側の両室を油タンクへ連通させる第２の油圧ジ
   ャッキ制御手段と、前記第１の油圧ジャッキ、および第
   ２の油圧ジャッキのもどり管路に設けた管路抵抗部とを
   備えたことを特徴とするシールド掘進機の土砂排出装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１の油圧ジャッキ制御手段は、前
   記第１の油圧ジャッキのボトム側の室と油圧ポンプとを
   連通する管路に設けられ、その管路を遮断・連通する第
   １のロジック弁と、前記第１の油圧ジャッキのロッド側
   の室と油圧ポンプとを連通する管路に設けられ、その管
   路を遮断・連通する第２のロジック弁と、前記スライド
   筒および前記ピストンの移動端位置検出用のスイッチ信
   号に応じて中立位置に切換えられたとき、前記各ロジッ
   ク弁を開状態にさせる電磁パイロット切替弁とにより構
   成したことを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機
   の土砂排出装置。
3. 【請求項３】 前記管路抵抗部は、前記土砂排出装置を
   停止したとき土砂溜め部と圧送パイプの遮断状態の位置
   にスライド筒を自動的に移動させる背圧を前記第１の油
   圧ジャッキの両室間に発生させる可変絞り弁により構成
   したことを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機の
   土砂排出装置。