JP3182668B2 - 土圧式シールド掘進機の掘削土改良装置 - Google Patents

土圧式シールド掘進機の掘削土改良装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、チャンバー部分に地
山土圧に対抗する泥土圧を作用させ地山の崩壊を防ぎな
がら掘進を行なう土圧式シールド掘進機による施工にお
いて、シールド掘進機の掘進に伴って排出される流動性
の高い掘削土(以下、ズリと云う場合がある)を取扱い
易い性状に改良するためシールド掘進機のスクリューコ
ンベアの後方に設置して使用される掘削土改良装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】最近は、地下水位の高い砂質の地盤で
も、土圧式シールド掘進機を使用することにより、薬液
注入などの補助工法無しで施工することが普及してい
る。しかし、シールド掘進機の掘進に伴って排出される
流動性の高い掘削土は、産業廃棄物に分類されるので、
その処分地が制限される。のみならず、前記掘削土の運
搬は通常のダンプトラックでは困難であり、タンク車な
ど特別な構造の運搬手段が必要となり、運送コストも高
くなっている。
【0003】そこで従来、工事現場近くに設けたヤード
内で石灰やセメントを混合してスラリー状態から自立す
る程度にまで土性改良することが行われている。こうし
た掘削土改良処理は発進縦坑作業基地内、あるいは縦坑
内に設置された掘削土改良処理プラントで行われてい
る。
【0004】
【本発明が解決しようとする課題】従来の掘削土改良処
理プラントの設置には多大なスペースを必要とする。ま
た、プラントの運転管理には専属の作業員を必要とす
る。通常、シールド掘進機から排出された流動性の高い
掘削土は、ベルトコンベアやズリトロッコ等の搬出機械
設備により坑外のプラントまで搬出されるが、搬出途中
でベルトコンベア、ズリトロッコから飛散することが多
々あり、飛散したズリをかき集めたり坑内を清掃する後
処理をしなければならず、こうした後処理のために多く
の労力と時間を費やすという欠点がある。更に、掘削土
がスラリー状であると、通常の残土搬出用機械設備を使
用できない場合もあり、機械設備の運用上の問題もあ
り、解決すべき課題になっている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決するための手段として、この発明に係る土圧式シール
ド掘進機の掘削土改良装置は、チャンバー部分に地山土
圧に対抗する泥土圧を作用させて掘進を行い、ズリ取入
口が隔壁を貫通してチャンバーに臨みシールド坑内の後
方に向けて配置されたスクリューコンベアで掘削土を排
出する土圧式シールド掘進機の前記スクリューコンベア
の後端の掘削土排出口に掘削土改良装置のケーシングの
前端が接続されていること、前記スクリューコンベアの
後端の掘削土排出口に前端を接続されて、シールド坑内
の後方に向けて配置された長い円筒形状のケーシング内
の中心部の軸線に沿って同ケーシングのほぼ全長に及ぶ
長さの撹拌翼軸が回転自在に設置され、前記撹拌翼軸を
回転駆動する手段が設けられていること、前記円筒形状
のケーシングの内周面に沿って前記撹拌翼軸の撹拌翼と
は干渉を起こさない内径の螺旋形状をなすリボンスクリ
ューが前記ケーシングのほぼ全長に及ぶ長さで回転自在
に設置され、前記リボンスクリューを回転駆動する手段
が設けられていること、記ケーシングの軸方向に距離
をおいた複数箇所に改良材注入孔が設けられ、ケーシン
グの後端が改良土の排出口とされていること、をそれぞ
れ特徴とする。
【0006】
【作用】カッターヘッド1で掘削された掘削土は、加泥
材注入口16から吐出された加泥材と混合、攪拌され、
流動性の高い掘削土となってチャンバー4内に満たさ
れ、地山の崩壊が防止される。チャンバー4内に掻き込
まれた掘削土は順次スクリューコンベア6の前端のズリ
取入口2から取り込まれ、後方へ送られる(図1参
照)。
【0007】前記スクリューコンベア6の後端のズリ排
出口7から掘削土改良装置100のケーシング8内に入
った流動性の高い掘削土は、同ケーシング8の内周面に
沿って回転される螺旋状のリボンスクリュー13によっ
て順次後方へ送られる。こうしてケーシング8内を送ら
れる掘削土は、同時に回転される攪拌翼軸10の攪拌翼
12によって攪拌される。そこへ改良材注入口15から
高分子系改良材が適量注入される結果、掘削土と高分子
系改良材とは十分に攪拌混合されて土質改良が進み、ケ
ーシング後端の排出口9を出る頃にはポロポロして取り
扱い性状のよい状態に改良され排出される。掘削土改良
の効率、品質を高めるために、リボンスクリュー13及
び攪拌翼軸10の回転速度や回転方向、あるいは改良材
の注入時期や注入量、組成などが種々調整される。排出
口9を出た改良土は、例えばベルトコンベア18などで
坑内を後方へ運ばれ、地上に搬出されて、例えば産業廃
棄物としてダンプトラック等で運搬し処分地にて処分さ
れる。
【0008】
【実施例】次に、図示した本発明の実施例を説明する。
図1に示した土圧式シールド掘進機は、スキンプレート
20の先端面にカッターヘッド1が回転自在に設置さ
れ、これが隔壁3より後方側に位置するカッターモータ
21によって回転される構成になっている。隔壁3とカ
ッターヘッド1との間が、地山土圧に対抗する大きさの
泥土圧を作用させて地山の崩壊を防ぐチャンバー4に形
成されている。隔壁3及びカッターヘッド1の中心部を
軸方向に貫通する軸22が設けられ、カッターヘッド1
の前面側及びチャンバー4内に加泥材注入口16が設け
られている。加泥材注入口16はシールド坑内後方の図
示を省略した加泥プラント及び加泥ポンプと接続され、
加泥材注入口16から吐出された加泥材は、カッターヘ
ッド1が掘削した掘削土と混合、攪拌され、流動性の高
いズリとなってチャンバー4内へ掻き込まれる。
【0009】チャンバー4の中央下部にスクリューコン
ベア6の前端のズリ取込口2が隔壁3を貫通して臨み、
前記のようにしてチャンバー4内に掻き込まれた流動性
の高い掘削土を順次スクリューコンベア6に取り込む構
成とされている。スクリューコンベア6は、シールド掘
進機5の後方に向かってやや上り勾配の配置とされ、排
土ゲート23より後方のズリ排出口7が、掘削土改良装
置100の前端と接続されている(図2を参照)。スク
リューコンベア6内のスクリュー6aは、モータ24に
よって例えば毎分当たり9回転ぐらいの速度で回転され
る。図1中の符号25はシールドジャッキ、27はテー
ルシールである。
【0010】前記のスクリューコンベア6につづく掘削
土改良装置100は、図2に示しているように、装置主
体である円筒形状のケーシング8は、シールド坑45を
形成するセグメント26の天井部分の軸方向に設置した
天井レール30に沿って移動可能に吊り下げられた複数
の吊り具31にて吊り支持されている。前記ケーシング
8は、直径が460mm、長さが4.2m程度の大きさで
ある。ケーシング8の前端が前記スクリューコンベア6
のズリ排出口7へ外ばめ状態に接続され、シールド坑4
5内の後方側に向かって少し上り勾配の配置で吊り支持
されている。図2中の符号32は前記接続部の水密性を
高めるリング状のゴムパッキンである。ケーシング8内
の中心部の軸線に沿って同ケーシング8の略全長に及ぶ
長さの攪拌翼軸10が回転自在に設置されている。攪拌
翼軸10の右端は、ケーシング8の天井部位に固定した
軸受34で回転自在に支持されている。この攪拌翼軸1
0には、軸方向に一定のピッチで放射状にスポーク型の
攪拌翼12が多数取り付けられている。攪拌翼12は流
動性を失った改良土の後方への流れを阻害しないように
流動抵抗の少ない丸棒形状とされている。前記攪拌翼軸
10の左端は、その回転駆動手段11を構成する回転輪
35と一体的に接合され前記スクリュコンベア6から送
り出されたズリの搬送能力をもつスクリュ36で支持さ
れている。前記の回転輪35は、ケーシング8の外周面
に同心配置に設置した軸受カバー37によって回転自在
に、しかも水密的構造で支持されている。回転輪35
は、その外周に形成された大歯車と噛合うピニオン38
をモータ39で駆動して回転される。攪拌翼軸10の回
転速度は毎分当たり0〜40回転ぐらいの範囲で調整さ
れる。
【0011】次に、前記ケーシング8内の内周面に沿っ
てその略全長に及ぶ長さのリボンスクリュー13が回転
自在に設置されている。このリボンスクリュー13は、
前記攪拌翼軸10の攪拌翼12(その外径円の直径は約
230mm)に対して干渉を起こさない内径(約250m
m)の螺旋形状に形成されている。このリボンスクリュ
ー13の前面及び背面のところどころには、掘削土を送
りながら攪拌する小片状及び棒状の掻き混ぜ片40と4
0’を備えている。前記リボンスクリュー13の右端部
は、その回転駆動手段14を構成するリング状の回転輪
41の内周面に固定されている。回転輪41は、ケーシ
ング8の外周面に同心配置に設置した軸受カバー42に
よって回転自在に、かつ水密的構造に支持されている。
回転輪41は、その外周に形成された大歯車と噛合うピ
ニオン43をモータ44で駆動して回転される。リボン
スクリュー13の回転速度は、毎分当り0〜25回転ぐ
らいの範囲で調整される。
【0012】ケーシング8の外周部分には、その前端寄
り位置及び少し後方側に距離をおいた位置の2箇所(但
し、箇所数は1以上複数)であって同ケーシング8の天
井部位に、高分子改良材等の改良材注入孔15が設けら
れ、各々は図示を省略した注入ポンプと接続されてい
る。要するに、スクリューコンベア6で運搬されてきた
流動性の高い掘削土は、掘削土改良装置100のケーシ
ング8内に入ると、リボンスクリュー13によって送ら
れ、かつ攪拌翼12による攪拌を受けながら進む。その
進行途中において、改良材注入孔15から高分子系改良
材が注入され十分に攪拌混合される結果、順次に土性改
良が進み、ケーシング8の後端の排出口9を出る頃に
は、ポロポロして取扱い易い性状の改良土となる。排出
口9は流動性を失った改良土の流れ、排出を良好にする
ため下半分を切除した形状とされている。前記の改良土
は、排出口9に接続したベルトコンベア18によってシ
ールドの杭内45を後方へ運ばれ、地上へ搬出してダン
プトラック等により処分地へ運搬し処分される。
【0013】改良土の性状の適否は、リボンスクリュー
13及び攪拌翼軸10の回転速度や回転方向の制御、あ
るいは高分子系改良材の組成や注入位置の調節などによ
りコントロールされる。上記の掘削土改良装置の実施結
果を別紙の表1に示した。
【0014】
【本発明が奏する効果】本発明に係る土圧式シールド掘
進機の掘削土改良装置は、次の効果を奏する。 (1)構造がコンパクトであり、小口径シールド工事の
シールド坑内にも設置が可能である。従って、発進縦坑
作業基地、或いは縦坑内に掘削土改良プラントを設置す
る必要がなく、杭内スペースを有効に使用できる。 (2)シールド坑内に設置することによって作業場所を
1元化でき、掘削土改良作業を坑内の作業員で行なうこ
とが可能であり、省人化、合理化が図れる。 (3)シールド掘進機から坑外への掘削土搬出過程にお
ける荷こぼれ、或いは飛散を極めて少なくすることがで
き、こぼれたズリのかき集め或いは清掃に費やされる労
力と時間を節約できる。 (4)改良土はズリトロッコに山積みにする事が可能で
あり、ズリ出し作業の効率が向上する。 (5)改良土は取扱い易い性状に土性改良されているた
め、搬出用のズリトロッコや縦坑に設置されるズリ搬出
機械設備は従来より使用されていた一般的な機械設備を
使用可能となり、搬出作業能率が向上する。また、機械
稼働面においても効率的な運用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】シールド掘進機を示した断面図である。
【図2】シールド掘進機後方の掘削土改良装置を示した
断面図である。
【図3】図2のA−A矢視断面図である。
【符号の説明】
1 カッターヘッド 2 ズリ取入口 3 隔壁 4 チャンバー 5 シールド杭 6 スクリューコンベア 7 ズリ排出口 8 ケーシング 10 攪拌翼軸 11 回転駆動の手段 12 攪拌翼 13 リボンスクリュー 14 回転駆動の手段 15 改良材注入孔
【表1】
フロントページの続き (72)発明者 大西 常康 東京都中央区銀座八丁目21番1号 株式 会社竹中土木内 (72)発明者 山本 次雄 東京都中央区銀座八丁目21番1号 株式 会社竹中土木内 (72)発明者 稲吉 克巳 東京都中央区銀座八丁目21番1号 株式 会社竹中土木内 (72)発明者 有賀 照男 神奈川県愛甲郡愛川町角田3087 (72)発明者 栗原 哲夫 神奈川県秦野市南矢名1243−11 (56)参考文献 特公 昭62−318(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21D 9/12 E21D 9/06 301

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】チャンバー部分に地山土圧に対抗する泥土
    圧を作用させて掘進を行い、ズリ取入口が隔壁を貫通し
    てチャンバーに臨みシールド坑内の後方に向けて配置さ
    れたスクリューコンベアで掘削土を排出する土圧式シー
    ルド掘進機の前記スクリューコンベアの後端の掘削土排
    出口に掘削土改良装置のケーシングの前端が接続されて
    いること、 前記スクリューコンベアの後端の掘削土排出口に前端を
    接続されて、シールド坑内の後方に向けて配置された長
    い円筒形状のケーシング内の中心部の軸線に沿って同ケ
    ーシングのほぼ全長に及ぶ長さの撹拌翼軸が回転自在に
    設置され、前記撹拌翼軸を回転駆動する手段が設けられ
    ていること、 前記円筒形状のケーシングの内周面に沿って前記撹拌翼
    軸の撹拌翼とは干渉を起こさない内径の螺旋形状をなす
    リボンスクリューが前記ケーシングのほぼ全長に及ぶ長
    さで回転自在に設置され、前記リボンスクリューを回転
    駆動する手段が設けられていること、 記ケーシングの軸方向に距離をおいた複数箇所に改良
    材注入孔が設けられ、ケーシングの後端が改良土の排出
    口とされていること、 をそれぞれ特徴とする、土圧式シールド掘進機の掘削土
    改良装置。
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