JP3398137B2 - トンネル掘削機の排土装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、トンネル掘削機
の排土装置に関し、特に切羽から湧出する圧力水を開放
せずに掘削するクローズドモードで掘削可能にした排土
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】 地質条件が礫地盤又は岩盤である場合
にシールド工法を採用してトンネルを掘り進めて行く際
には、トンネル掘削機が採用される。トンネル掘削機に
は、切羽から掘削した掘削ズリを外部に排出する為の排
土装置が設けられているが、この排土装置としては、一
般にスクリュウコンベヤと、ベルトコンベヤとからなる
排土装置が採用される。

【０００３】切羽から湧水があまり発生しない場合に
は、前記の排土装置を用いてオープンモードにてトンネ
ルを掘削することができる。しかし、切羽から多量の圧
力水が湧出する場合には、前記のような排土装置を用い
てオープンモードで掘削することはできない。このよう
な場合、従来では、切羽の先の地山にボーリングして排
水通路を形成しながら掘削したり、或いは、切羽に複数
の注入孔をボーリングし、その複数の注入孔からモルタ
ル等を注入して固化させ、圧力水の湧出を防止した状態
で掘削を行い、所定長さ掘削する毎に、このボーリング
とモルタル注入とを繰り返しつつ掘削していく技術が採
用されている。

【０００４】他方、地質条件が泥分の多い礫地盤などの
場合、泥水式の排土装置を適用し、切羽からの湧水を大
気開放することなく掘削する技術も公知であり、この泥
水式の排土装置は都市部の地下にトンネルを掘るシール
ド掘進機などに広く適用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 地質条件が礫地盤又
は岩盤で、多量の高圧の湧水が湧出するような場合には
前記泥水式の排土装置を適用することは殆ど不可能であ
る。仮に、泥水式の排土装置を適用できるにしても、排
泥管をトンネル内の後方まで長く配設したり、初期掘削
時の圧力保持の為の泥水処理プラントを高い位置に設置
したりする為の設備費が高価になり、排泥管の摩耗も激
しくなる等の問題がある。

【０００６】前記のモルタル注入による掘削は、掘削能
率が低くなり、ボーリングやモルタル注入の費用も高価
になる。このように、従来のトンネル掘削機において
は、オープンモードとクローズドモードとに切換え可能
で経済性に優れる排土装置は、全く提案されていないの
が実情である。本発明の目的は、多量の高圧の湧水が湧
出するような場合にはクローズドモードで排土可能で、
また湧水が問題とならない場合にはオープンモードで排
土可能なトンネル掘削機の排土装置を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 請求項１のトンネル掘
削機の排土装置は、カッターヘッドを回転駆動してトン
ネルを掘削するトンネル掘削機において、カッターヘッ
ドで掘削した掘削ズリをカッターヘッドの背部付近から
取り出す第１のスクリュウコンベヤと、前記掘削ズリを
トンネル内で排出側へ搬送するベルトコンベヤと、前記
第１のスクリュウコンベヤで搬送される掘削ズリを圧力
水と共に受入可能なズリ貯留用圧力容器と、前記第１の
スクリュウコンベヤから受ける圧力水と掘削ズリをズリ
貯留用圧力容器内へ搬送する第２のスクリュウコンベヤ
とを備え、前記ズリ貯留用圧力容器内に掘削ズリから圧
力水を分離するスクリーン手段を設け、第１のスクリュ
ウコンベヤに掘削ズリを外部へ取り出す為の第１ゲート
を設けると共に、第２のスクリュウコンベヤにコンベヤ
内の搬送通路を遮断可能な第２ゲートを設け、第１ゲー
トを開き且つ第２ゲートを閉じた状態で、掘削ズリを第
１のスクリュウコンベヤからベルトコンベヤに排出する
オープンモ ードと、第１ゲートを閉じ且つ第２ゲートを
開いた状態で、掘削ズリを圧力水と共に第１のスクリュ
ウコンベヤから第２のスクリュウコンベヤを介してズリ
貯留用圧力容器内へ搬送し、このズリ貯留用圧力容器内
で掘削ズリから分離した圧力水を貯水タンクと還流用ポ
ンプと圧力水還流通路により切羽に還流させるクローズ
ドモードとに択一的に切替可能に構成したことを特徴と
するものである。

【０００８】切羽から多量の湧水が湧出する地質条件の
場合には、カッターヘッドで掘削した掘削ズリは、カッ
ターヘッドの背部付近から第１のスクリュウコンベヤで
取り出され、第２のスクリュウコンベヤを介してズリ貯
留用圧力容器へ搬送され、１リング又は１／２リング
（１ストローク又は１／２ストローク）分のトンネルを
掘削後、掘削を停止した状態で、ズリ貯留用圧力容器内
においてスクリーン手段により掘削ズリから圧力水を分
離し、掘削ズリはズリ貯留用圧力容器からベルトコンベ
ヤへ排出され、そのベルトコンベヤによって排出側へ搬
送される。

【０００９】掘削中はズリ貯留用圧力容器を、大気開放
しないクローズド状態に保持できるから、圧力水が坑内
に噴出することがなく、良好な坑内環境及び作業の安全
を確保できる。また、切羽からの湧水が問題にならない
地質条件の場合には、第２のスクリュウコンベヤとズリ
貯留用圧力容器を機能停止状態に保持し、第１のスクリ
ュウコンベヤの内部を大気開放してオープン状態とし、
掘削ズリを第１のスクリュウコンベヤからベルトコンベ
ヤへ排出する。

【００１０】切羽から湧水が殆ど湧出しない場合にはオ
ープンモードが選択され、また、切羽から多量の圧力水
が湧出する場合にはクローズドモードが選択される。 オ
ープンモードでは、第１のスクリュウコンベヤに設けた
第１ゲートを開き且つ第２のスクリュウコンベヤに設け
た第２ゲートを閉じた状態で、掘削ズリを第１のスクリ
ュウコンベヤからベルトコンベヤに排出し、そのベルト
コンベヤにより排出側へ搬送する。 切羽から多量の圧力
水が湧出する場合には、第１ゲートを閉じ且つ第２ゲー
トを開いた状態で、掘削ズリを圧力水と共に第１のスク
リュウコンベヤから第２の スクリュウコンベヤを介して
ズリ貯留用圧力容器内へ搬送し、そのズリ貯留用圧力容
器からベルトコンベヤへ供給してベルトコンベヤにより
排出側へ搬送する。このクローズドモードにおいて、ズ
リ貯留用圧力容器内で掘削ズリから分離した圧力水は貯
水タンクに圧力状態を維持したまま貯留され、その圧力
水が還流用ポンプと圧力水還流通路により切羽に還流さ
せる。

【００１１】請求項２のトンネル掘削機の排土装置は、
請求項１の発明において、前記ズリ貯留用圧力容器内か
ら排出される圧力水を収容する貯水タンクと、この貯水
タンク内の圧力水を切羽に還流させる還流用ポンプ及び
圧力水還流通路とを設けたことを特徴とするものであ
る。ズリ貯留用圧力容器にて掘削ズリから分離された圧
力水は、圧力水の圧力を維持したまま貯水タンクに貯留
してから還流用ポンプにて圧力水還流通路を介して切羽
へと還流されるため、切羽の圧力を高く維持したまま掘
削し、切羽からの圧力水の湧出を最小限に抑えることが
できる。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】請求項３のトンネル掘削機の排土装置は、
請求項１又は２の発明において、前記ズリ貯留用圧力容
器に、その内部の掘削ズリをベルトコンベヤに取り出す
為のゲート手段を設けたことを特徴とするものである。
それ故、トンネルの１リング又は１／２リング分を掘削
する毎に間欠的に、ズリ貯留用圧力容器内の掘削ズリを
ゲート手段によりベルトコンベヤへ排出することができ
る。

【００１６】請求項４のトンネル掘削機の排土装置は、
請求項１〜３の何れかの発明において、前記クローズド
モードで掘削開始する際に、前記ズリ貯留用圧力容器内
に充填する水を貯留する水貯留手段及びポンプ手段を設
けたことを特徴とするものである。

【００１７】クローズドモードで掘削後に、ズリ貯留用
圧力容器内の掘削ズリを排出した状態ではズリ貯留用圧
力容器内はほぼ空で大気圧状態である。そのため、クロ
ーズドモードで次のサイクルの掘削を開始する際には、
水貯留手段内の水をポンプ手段によりズリ貯留用圧力容
器内に充填し、切羽の圧力水と同じ圧力状態に維持して
から掘削を開始する。それ故、切羽の圧力水の圧力を大
気開放することなく、圧力状態を維持したまま掘削を開
始でき、圧力水の湧出を抑制できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。尚、掘削方向に向かっ
て前後左右を前後左右として説明する。図１、図２に示
すように、トンネル掘削機１は、カッターヘッド２、胴
部材３とその内部の諸部材を含む本体構造４、カッター
駆動装置５、シールドジャッキ６などの付属的な諸機
器、掘削ズリを排出する為の排土装置７、トンネル内面
にセグメントを覆工するエレクタ装置８などを有するも
のである。

【００１９】最初に、トンネル掘削機１の前半部の構造
について、図１に基づいて説明する。尚、図１と図２は
分割線Ｘ−Ｘで接続される図面である。カッターヘッド
２はトンネル掘削機１の前端部に配設され、カッター駆
動装置５により回転駆動される。カッターヘッド２は、
センタ筒部材１０を含むセンタフレーム１１と、外周部
を囲繞する外周板部材１２と、環状のカッタードラム１
３と、センタフレーム１１から延びる複数のカッタース
ポーク１４と、これらカッタースポーク１４に着脱可能
に装着された複数のローラカッター１５と、半径方向向
きに配設された複数のズリかき上げ板１６と、複数のロ
ーラカッター１５に冷却水を注入する複数の冷却水注入
管１７などを有する。

【００２０】次に本体構造４について説明する。胴部材
３は円筒状の部材からなり、その胴部材３の前端部の内
側には、カッターヘッド２の外周板部材１２の後半部の
テーパー状板部材に係合したテーパ状の環状テーパ板２
０が設けられ、胴部材３の前部の内部には、カッターヘ
ッド２の背部にチャンバー２１を形成する隔壁２２が設
けられ、隔壁２２の外周部は３枚のリングウェブを含む
環状フレーム２３で構成され、胴部材３の途中部の内部
には環状ウェブ２４が設けられ、胴部材３の後端部分の
内面にはテールシール２５が設けられている。

【００２１】前記センタ筒部材１０は隔壁２２の中心部
に回転自在に挿入されて、シール部材により水密にシー
ルされている。カッタードラム１３は隔壁２２に形成さ
れた環状の収容部に回転自在に収容され、カッタードラ
ム１３の内周側と外周側には、土砂シールとベアリング
とが装着されている。隔壁２２には作業者の出入りに供
するエアロック２６が設けられている。また、チャンバ
ー２１内の掘削ズリをスクリュウコンベヤ５０の方へ案
内する左右１対のリトラクタブルホッパー２７も隔壁２
２に取付けられている。

【００２２】次に、カッター駆動装置５について説明す
る。カッタードラム１３の後端にリングギヤ３０が固定
され、隔壁２２には複数のカッター駆動モータ３１が固
定され、それらカッター駆動モータ３１の出力軸に固定
されたピニオン３２がリングギヤ３０に噛合している。
複数のカッター駆動モータ３１で複数のピニオン３２を
回転駆動し、リングギヤ３０とカッタードラム１３を介
してカッターヘッド２を正逆回転駆動可能に構成されて
いる。

【００２３】次に、付属的な諸機器について説明する。
前記隔壁２２の外周部の環状フレーム２３には、例えば
左右１対のフロントグリッパー４０が設けられ、これら
フロントグリッパー４０を張出し側へ駆動した状態で
は、岩盤層掘削時のトンネル掘削機の振動を防止し、且
つトンネル掘削機１に前方から作用する土水圧に抗して
地山をグリップしてトンネル掘削機１の位置を保持でき
るようになっている。

【００２４】胴部材３の長さ方向途中部の内面には、掘
進推力を発生させる複数のシールドジャッキ６が前後方
向向きかつロッド４１を後方向きにして配置され、ジャ
ッキ６本体は環状ウェブ２４に固定されている。シール
ドジャッキ６のロッド４２の先端部には偏心金具を介し
てスプレッダー４２が取り付けられ、トンネルＴ内面に
覆工されたセグメントＳの前端にスプレッダー４２を当
接させて反力を取り掘進推力を発生させる。

【００２５】次に、エレクタ装置８について説明する。
エレクタ装置８は、トンネルＴ内面にセグメントＳを覆
工する装置であり、胴部材３の内部の長さ方向中央部に
配設されている。エレクタ装置８は、環状可動フレーム
４３と、この環状可動フレーム４３に装備されたエレク
タ本体４４と、環状可動フレーム４３を回転させること
でエレクタ本体４４を回転駆動する回転駆動手段とを有
する。環状可動フレーム４３は、環状ウェブ２４側に付
設された複数の遊転ローラ４５に回動自在に支持されて
いる。

【００２６】トンネルＴを１リング分（シールドジャッ
キ６の１ストローク分）掘削する毎に、掘削を停止し、
フロントグリッパー４０を張出し状態に切換えてから、
一部の複数のシールドジャッキ６のロッド４１を退入状
態に切換え、そこにエレクタ装置８で１枚のセグメント
Ｓを組み付け、そこにシールドジャッキ６の反力を取
る。次に、別のセグメントＳを組み付ける領域のシール
ドジャッキ６のロッド４１を退入状態に切換えてセグメ
ントＳを組み付け、そこにシールドジャッキ６の反力を
取る。これを順々に繰り返すことで、１リング分のセグ
メントＳを組み付けてから、全部のシールドジャッキ６
を機能させた状態にし、フロントグリッパー４０を解除
してから次の１リング分の掘削を開始する。尚、前記エ
レクタ装置８によりトンネルＴ内面にセグメントＳを覆
工後、そのセグメントＳを真円に保持する為の真円保持
装置４６もエレクタ装置８の後方に設けられている。

【００２７】次に、排土装置７について図１〜図４に基
づいて明する。この排土装置７は、第１スクリュウコン
ベヤ５０と、ベルトコンベヤ５１と、第２スクリュウコ
ンベヤ５２と、ズリ貯留用圧力容器５３と、容器内スク
リュウコンベヤ５４，５５と、圧力水還流手段５６と、
水を貯留してズリ貯留用圧力容器５３に充填可能な水貯
留手段５７と、台車５８などを有する。

【００２８】第１スクリュウコンベヤ５０は、前方下が
り傾斜状に配設されて、前端部分がチャンバー２１内に
挿入されている。第１スクリュウコンベヤ５０の長さ方
向途中部には、掘削ズリを外部へ取り出す為の第１ゲー
ト５９と、内部のスクリュウシャフト６０を回転駆動す
る回転駆動部６１が設けられている。ゲート５９は、第
１スクリュウコンベヤ５０からベルトコンベヤ５１へ掘
削ズリを取り出す開口部（図示略）を開閉可能な筒体６
２を１対の油圧シリンダ６３でスライド移動させるよう
になっている。第１スクリュウコンベヤ５０の上端付近
部には、その内部の搬送通路を遮断可能な仕切り弁と同
様の補助ゲート６４が設けられている。

【００２９】ベルトコンベヤ５１は、第１ゲート５９の
下側付近から台車５８の後端付近まで延びているが、こ
のベルトコンベヤ５１はトンネルＴ内の右側部の中段に
配設されている（図３参照）。第２スクリュウコンベヤ
５２は、第１スクリュウコンベヤ５０から受ける掘削ズ
リと圧力水を圧力容器５３内へ搬送するものであり、そ
の前端が第１スクリュウコンベヤ５０に接続され、圧力
容器５３内へ連続的に水平に延びている。この第２スク
リュウコンベヤ５２は圧力容器５３の内部空間の上半部
に配設されている。

【００３０】第２スクリュウコンベヤ５２を回転駆動す
る駆動モータを含む回転駆動部６５が圧力容器５３の後
端側に設けられ、第２スクリュウコンベヤ５２の前端付
近には、その内部の搬送通路を遮断可能な仕切り弁と同
様の第２ゲート６６が設けられている。ズリ貯留用圧力
容器５３は、掘削ズリと共に、切羽に湧出する圧力水を
圧力を維持したまま収容可能であり、この圧力容器５３
の容積は、例えばトンネルＴの１リング又は１／２リン
グ分の掘削ズリを圧力水と共に収容可能な大きさに設定
されている。

【００３１】圧力容器５３の内部の下半部には１対の容
器内スクリュウコンベヤ５４，５５が配設され、これら
容器内スクリュウコンベヤ５４，５５は前後に直列的に
配置されている。前側のスクリュウコンベヤ５４を回転
駆動する駆動モータを含む回転駆動部６７が圧力容器５
３の前端側に設けられ、後側のスクリュウコンベヤ５５
を回転駆動する駆動モータを含む回転駆動部６８が圧力
容器５３の後端側に設けられている。図３に示すよう
に、圧力容器５３内には、掘削ズリから圧力水を分離す
るスクリーン６９が右下がり傾斜状に設けられている。

【００３２】圧力容器５３内の掘削ズリをベルトコンベ
ヤ５１に取り出す為の開閉式のゲート７０が前部と中央
部と後部に設けられ、各ゲート７０は油圧シリンダでゲ
ート蓋を開閉駆動するようになっている。

【００３３】台車５８の前部フレーム７１と後部フレー
ム７２とは一体的に構成され、前部フレーム７１及び後
部フレーム７２は夫々４組の遊転輪７３を有し、台車５
８はトンネルＴ内面に覆工されたセグメントＳの内面を
転動してトンネル掘削機１の前進移動に同期して前進移
動するように構成されている。この台車５８の上に圧力
容器５３とベルトコンベヤ５１が固定支持されている。

【００３４】前記の圧力水還流手段５６は、クローズド
モードで掘削する際に、切羽から湧出し掘削ズリと共に
圧力容器５３内に流入した圧力水を圧力を維持したまま
切羽へ還流させる手段である。圧力水還流手段５６は２
組設けられ、各圧力水還流手段５６は、台車５８上に設
けられた貯水タンク７４（例えば、容量１０ｍ³ ）と、
圧力容器５３から貯水タンク７４に圧力水を抜く排水用
還流管７５と、この排水用還流管７５に設けた電磁開閉
弁７６と、還流ポンプ７７と、還流ポンプ７７で加圧さ
れた圧力水をチャンバー２１内へ還流させる還流管７８
と、この還流管７８に設けた電磁開閉弁７９などで構成
されている。

【００３５】前記の水貯留手段５７は、クローズドモー
ドでの掘削を開始する際に、圧力水も掘削ズリも収容さ
れてない空の圧力容器５３内に水を充填して圧力状態に
する為の手段である。図４に示すように、この水貯留手
段５７は、大型の貯水タンク８０（例えば、容量１５０
ｍ³ ）と、配管８１と、ポンプ８２及び電磁開閉弁８
３，８４と、この貯水タンク８０にトンネルＴ外から水
を補給する補給管８５及び電磁開閉弁８６などで構成さ
れている。貯水タンク８０には、そのタンクへ圧力水を
充填する時に内部の空気を圧力状態でリリーフさせるリ
リーフ弁付き空気吐出口と、内部の圧力水を圧力容器５
３に充填する時に外部から空気を導入可能な逆止弁付き
空気導入口とが設けられている。また、配管８１は実際
には圧力容器５３の底部に接続されている。尚、図４〜
図９は排土装置の機能説明用の説明図である。

【００３６】図４に示すように、前記圧力水は泥水であ
るが、その泥水の濃度が余りに高濃度になった場合に、
トンネルＴの外部から水を補給する為の配管８７が圧力
容器５３に接続され、その配管８７には電磁開閉弁８８
も設けられている。

【００３７】次に、以上説明したトンネル掘削機１とそ
の排土装置７の作用について、図４〜図１０に基づいて
説明する。このトンネル掘削機１では、切羽から圧力の
高い圧力水が多量に湧出する場合には、その圧力水の圧
力を維持したクローズド状態で掘削可能であり、このモ
ードをクローズドモードという。また、切羽から圧力水
が余り湧出しない場合には、チャンバー２１の圧力を開
放したオープン状態で掘削可能であり、このモードをオ
ープンモードという。

【００３８】前記クローズドモードでトンネルＴを掘削
する場合、１リング又は１／２リング分のトンネルＴの
掘削の開始に際して、圧力容器５３内に圧力水を充填す
る。この場合、図４に示すように、第１ゲート５９と補
助ゲート６４と第２ゲート６６を閉じた状態にし、開閉
弁７６，８３を閉じ、開閉弁８４を開き、ポンプ８２を
作動させて貯水タンク８０内に貯留した泥水を加圧しつ
つ圧力容器５３へ充填し、圧力容器５３内に切羽の湧水
の圧力とほぼ同圧力の圧力水を充填した状態にする。
尚、このとき、圧力容器５３内の泥水の濃度が余りに高
濃度となっている場合には、電磁開閉弁８８を開き、配
管８７から水を適量補給して泥水を希釈する。

【００３９】次に、図５に示すように、電磁開閉弁８８
を閉じ、電磁開閉弁７６，７９，８３，８４を開き、補
助ゲート６４と第２ゲート６６とを開き、カッターヘッ
ド２を回転駆動し、複数のシールドジャッキ６を伸長さ
せつつ切羽を掘削する。その掘削ズリＭは圧力水と共に
第１，第２スクリュウコンベヤ５０，５２により圧力容
器５３内へ搬送され、圧力容器５３内において圧力水は
スクリーン６９で分離されて圧力容器５３の下部に流
れ、排水還流管７５から貯水タンク７４内へ流入する。
また、貯水タンク７４の圧力水はポンプ７７と還流管７
８によりチャンバー２１内へ還流される。但し、余分の
圧力水は配管８１により大型の貯水タンク８０へ供給さ
れ貯留される。

【００４０】このようにしてトンネルＴを掘削してい
き、１リング又は１／２リング分掘削して圧力容器５３
内がほぼ一杯になった時に掘削を停止し、圧力容器５３
内の掘削ズリＭをベルトコンベヤ５１へ排出する。この
場合、図６に示すように、補助ゲート６４と第２ゲート
６６とを閉じ、電磁開閉弁７６，７９を閉じた状態に
し、電磁開閉弁８３，８４を開いた状態にして、圧力容
器５３内の圧力水を配管８１を介して貯水タンク８０へ
送って圧力容器５３内の圧力水を除去し、その後電磁開
閉弁８３，８４を閉じてから、圧力容器５３内の容器内
コンベヤ５４，５５を作動させると共に、ベルトコンベ
ヤ５１を作動させ、図７、図８に示すように３つのゲー
ト７０を順々に開きながら、圧力容器５３内の掘削ズリ
Ｍをベルトコンベヤ５１へ排出し、ベルトコンベヤ５１
によりトンネルＴ後方の排出側へ搬送し、ベルトコンベ
ヤ５１の端部から所定の搬送台車（図示外）または別の
ベルトコンベヤ（図示外）へ渡してトンネルＴ外へ搬送
する。

【００４１】この時期がセグメントＳの組み付けの時期
に一致している場合には、上記の掘削ズリＭの排出と並
行的に、エレクタ装置８によりトンネル１リング分の壁
面に１リング分のセグメントＳの組み付けが行われる。
次に、圧力容器５３内の掘削ズリＭを排出後、再び前記
と同様に、貯水タンク８０から圧力容器５３内へ圧力水
の充填を実行し、トンネルＴの掘削を実行する。つま
り、図４〜図８を繰り返して、クローズドモードにてト
ンネルＴを掘削する。

【００４２】一方、切羽から湧水が殆ど発生しない場合
には、オープンモードでのトンネル掘削が行われる。こ
のオープンモードの場合、図９に示すように、全ての電
磁開閉弁７６，７９，８３，８４，８８を閉弁状態に
し、第１ゲート５９を開き、補助ゲート６４及び第２ゲ
ート６６を閉じた状態にしてトンネル掘削を行い、掘削
ズリＭは第１ゲート５９からベルトコンベヤ５１へ供給
し、ベルトコンベヤ５１と図示外の搬送台車又は別のベ
ルトコンベヤにより外部へ排出する。

【００４３】本実施形態によれば、切羽から圧力の高い
圧力水が多量に湧出する場合に、その圧力水の圧力を維
持した状態で掘削するクローズドモードと、切羽から圧
力水が余り湧出しない場合にチャンバー２１の圧力を開
放した状態で掘削するオープンモードを選択でき、クロ
ーズドモードでトンネルＴを掘削する場合は、掘削ズリ
Ｍをズリ貯留用圧力容器５３へ貯留し、圧力容器５３は
大気開放しないクローズド状態に保持できるので、圧力
水がトンネルＴ内に噴出することなく、トンネルＴ内の
良好な作業環境及び作業の安全を確保できる。

【００４４】圧力容器５３の内部には、掘削ズリＭから
圧力水を分離するスクリーン６９が設けられており、ク
ローズドモードで掘削する場合に掘削ズリＭは圧力水か
ら分離されて圧力容器５３からベルトコンベヤ５１に排
出される。故に圧力容器５３からの掘削ズリＭ排出時に
は圧力水がトンネルＴ内に噴出することはなく、トンネ
ルＴ内は良好な作業環境に保たれる。

【００４５】クローズドモードでトンネルＴを掘削する
場合、圧力容器５３で掘削ズリＭと分離されて排出され
た圧力水は、貯水タンク７４に収容され、還流ポンプ７
７で切羽へと還流される。従って切羽の圧力は高く維持
された状態で掘削することができ、切羽からの圧力水が
湧出するのを最小限に抑えることができる。

【００４６】切羽からの圧力水が余り湧出しない地質条
件で掘削する場合には、第１ゲート５９を開き且つ補助
ゲート６４及び第２ゲート６６を閉じて、掘削ズリＭを
第１スクリュウコンベヤ５０からベルトコンベヤ５１へ
排出することで、オープンモードで掘削できる。切羽か
ら多量の圧力水が湧出する地質条件では、第１ゲート５
９を閉じ且つ補助ゲート６４及び第２ゲート６６を開
き、第２スクリュウコンベヤ５２を稼働させて、掘削ズ
リＭを圧力容器５３へ搬送することで、クローズドモー
ドで掘削できる。

【００４７】クローズドモードで掘削する場合、トンネ
ルＴを１リング又は１／２リング掘削する毎に、掘削ズ
リＭは圧力容器５３で圧力水と分離された後、圧力容器
５３の下部に設けられた３つのゲート７０よりベルトコ
ンベヤ５１に排出することができる。

【００４８】クローズドモードで掘削を開始する前に、
圧力容器５３へ貯水タンク８０からポンプ８２で水を充
填することで、圧力容器５３を切羽の圧力水と同程度の
圧力状態に保持できる。従って、掘削開始後、切羽の圧
力水の圧力を維持したまま掘削を行うため、圧力水の湧
出を抑えることができる。

【００４９】次に、前記実施形態を部分的に変更する変
更形態について説明する。 １）図１０に示すように、圧力容器５３内に前記容器内
スクリュウコンベヤ５４，５５を省略し、第２スクリュ
ウコンベヤ５２のみを配設してもよい。この場合、第２
スクリュウコンベヤ５２はトンネルＴ掘削中には、第１
スクリュウコンベヤ５０より搬送される掘削ズリＭを圧
力容器５３へ搬送し、掘削終了後には、スクリーン６９
により圧力水と分離された掘削ズリＭをベルトコンベヤ
５１へ供給する。また、容器内スクリュウコンベヤ５
４，５５を長さ方向に合わせて１つのスクリュウコンベ
ヤとして設けてもよく、更にゲート７０は１つ、若しく
は３つ以外の複数個設けてもよい。

【００５０】２）圧力容器５３へ充填する水を貯留する
ための貯水タンク８０と、充填するためのポンプ８２は
省略してもよい。この場合、クローズドモードでの掘削
開始時には切羽の圧力水は大気開放状態であり、掘削当
初は多量の圧力水が湧出するが、圧力水は掘削ズリＭと
共に圧力容器５３へ搬送されるため、圧力水はトンネル
Ｔ内に噴出しない。圧力容器５３で掘削ズリＭと分離さ
れた圧力水が貯水タンク７４に収容され始めると、圧力
水は還流ポンプ７７で切羽に還流され、切羽の圧力水の
圧力が維持されて、圧力水の湧出が抑えられる。

【００５１】３）クローズドモードでの掘削において、
図４〜図７の圧力容器５３への水充填から掘削ズリの排
出までの繰り返しは１リング分の掘削毎に行うのが望ま
しい。この場合、掘削終了後、圧力容器５３の水抜き、
掘削ズリＭの排出、更に圧力容器５３への水充填の作業
をセグメントＳの施工と並行して行うことができるた
め、作業工程の短縮が可能である。

【００５２】４）２本の排水用還流管７５は夫々別の圧
力水還流手段５６に接続されているが、２本の排水用還
流管７５を途中で１本に合流させ、１組の圧力水還流手
段５６と接続してもよい。この場合、貯水タンク７４、
還流ポンプ７７の個数が減るため、コスト削減且つトン
ネル掘削機内部の省スペースが可能になる。

【００５３】５）前記実施形態の第１ゲート５９は、筒
体をスクリュウコンベヤ長さ方向にスライド移動させて
開閉する構造であるが、円周方向にスライドして回転す
ることにより、開口部を開閉する構造であってもよい。

【００５４】

【発明の効果】 請求項１の発明によれば、トンネル掘
削中はズリ貯留用圧力容器を、大気開放しないクローズ
ド状態に保持できるから、圧力水が坑内に噴出すること
がなく、良好な坑内環境及び作業の安全を確保できる。
また、切羽からの湧水が問題にならない地質条件の場合
には、第２のスクリュウコンベヤとズリ貯留用圧力容器
を機能停止状態に保持し、第１のスクリュウコンベヤの
内部を大気開放してオープン状態とし、掘削ズリを第１
のスクリュウコンベヤからベルトコンベヤへ排出するこ
とができる。

【００５５】そして、ズリ貯留用圧力容器内に掘削ズリ
から圧力水を分離するスクリーン手段を設けたので、ズ
リ貯留用圧力容器内において、スクリーン手段により掘
削ズリから圧力水を分離し、掘削ズリのみをベルトコン
ベヤへ供給することができる。切羽からの湧水が殆ど湧
出しない場合にはオープンモードを選択してトンネル掘
削を行うことができ、また、切羽から多量の圧力水が湧
出する場合にはクローズドモードを選択して、トンネル
掘削を行うことができる。

【００５６】請求項２の発明によれば、ズリ貯留用圧力
容器内から排出される圧力水を収容する貯水タンクと、
この貯水タンク内の圧力水を切羽に還流させる還流用ポ
ンプ及び圧力水還流通路とを設けたので、ズリ貯留用圧
力容器にて掘削ズリから分離された圧力水の圧力を維持
したまま貯水タンクに貯留してから還流用ポンプにて圧
力水還流通路を介して切羽へと還流できるため、切羽の
圧力を高く維持したまま掘削し、切羽からの圧力水の湧
出を最小限に抑えることができる。その他請求項１と同
様の効果を奏する。

【００５７】

【００５８】

【００５９】請求項３の発明によれば、ズリ貯留用圧力
容器に、その内部の掘削ズリをベルトコンベヤに取り出
す為のゲート手段を設けたので、トンネルの１リング又
は１／２リング分を掘削する毎に間欠的に、ズリ貯留用
圧力容器内の掘削ズリをゲート手段によりベルトコンベ
ヤへ排出することができる。その他請求項１又は２と同
様の効果を奏する。

【００６０】請求項４の発明によれば、前記クローズド
モードで掘削開始する際に、前記ズリ貯留用圧力容器内
に充填する水を貯留する水貯留手段及びポンプ手段を設
けたので、クローズドモードで次のサイクルの掘削を開
始する際に、水貯留手段内の水をポンプ手段によりズリ
貯留用圧力容器内に充填し、切羽の圧力水と同じ圧力状
態に維持してから掘削を開始することができる。それ
故、切羽の圧力水の圧力を大気開放することなく、圧力
状態を維持したまま掘削を開始でき、圧力水の湧出を抑
制できる。その他請求項１〜３の何れかと同様の効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るトンネル掘削機の前半
部の縦断側面図である。

【図２】トンネル掘削機の後半部の縦断側面図である。

【図３】トンネル掘削機の背面図である。

【図４】掘削前の排土装置の水充填の準備状態を説明す
る説明図である。

【図５】掘削時の排土装置の作動状態を説明する説明図
である。

【図６】掘削終了時の排土装置の水排出の準備状態を説
明する説明図である。

【図７】掘削ズリ排出時の排土装置の作動状態を説明す
る説明図である。

【図８】ズリ貯留用圧力容器のスクリーンの作用を説明
する説明図である。

【図９】オープンモードにおける排土装置の作動状態を
説明する説明図である。

【図１０】変更形態に係る図８相当図である。

【符号の説明】

１ トンネル掘削機 ２ カッターヘッド ７ 排土装置 ２１ チャンバー ５０ 第１スクリュウコンベヤ ５１ ベルトコンベヤ ５２ 第２スクリュウコンベヤ ５３ ズリ貯留用圧力容器 ５９ 第１ゲート ６６ 第２ゲート ６９ スクリーン ７０ ゲート ７４ 貯水タンク ７７ 還流ポンプ ８０ 貯水タンク ８２ ポンプ Ｔ トンネル Ｓ セグメント Ｍ 掘削ズリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/12 E21D 9/06 301

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッターヘッドを回転駆動してトンネル
   を掘削するトンネル掘削機において、 カッターヘッドで掘削した掘削ズリをカッターヘッドの
   背部付近から取り出す第１のスクリュウコンベヤと、 前記掘削ズリをトンネル内で排出側へ搬送するベルトコ
   ンベヤと、 前記第１のスクリュウコンベヤで搬送される掘削ズリを
   圧力水と共に受入可能なズリ貯留用圧力容器と、 前記第１のスクリュウコンベヤから受ける圧力水と掘削
   ズリをズリ貯留用圧力容器内へ搬送する第２のスクリュ
   ウコンベヤとを備え、 前記ズリ貯留用圧力容器内に掘削ズリから圧力水を分離
   するスクリーン手段を設け、第１のスクリュウコンベヤ
   に掘削ズリを外部へ取り出す為の第１ゲートを設けると
   共に、第２のスクリュウコンベヤにコンベヤ内の搬送通
   路を遮断可能な第２ゲートを設け、 第１ゲートを開き且つ第２ゲートを閉じた状態で、掘削
   ズリを第１のスクリュウコンベヤからベルトコンベヤに
   排出するオープンモードと、 第１ゲートを閉じ且つ第２ゲートを開いた状態で、掘削
   ズリを圧力水と共に第１のスクリュウコンベヤから第２
   のスクリュウコンベヤを介してズリ貯留用圧力容器内へ
   搬送し、このズリ貯留用圧力容器内で掘削ズリから分離
   した圧力水を貯水タンクと還流用ポンプと圧力水還流通
   路により切羽に還流させるクローズドモードとに択一的
   に切替可能に構成した、 ことを特徴とするトンネル掘削機の排土装置。
2. 【請求項２】 前記ズリ貯留用圧力容器内から排出され
   る圧力水を収容する貯水タンクと、この貯水タンク内の
   圧力水を切羽に還流させる還流用ポンプ及び圧力水還流
   通路とを設けたことを特徴とする請求項１に記載のトン
   ネル掘削機の排土装置。
3. 【請求項３】 前記ズリ貯留用圧力容器に、その内部の
   掘削ズリをベルトコンベヤに取り出す為のゲート手段を
   設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネ
   ル掘削機の排土装置。
4. 【請求項４】 前記クローズドモードで掘削開始する際
   に、前記ズリ貯留用圧力容器内に充填する水を貯留する
   水貯留手段及びポンプ手段を設けたことを特徴とする請
   求項１〜３の何れかに記載のトンネル掘削機の排土装
   置。