JP3554410B2 - Discharge amount adjustment device for shield machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上向きに掘進するシールド掘進機の排土量調整装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、地上と地下トンネルとを結ぶ立坑の施工において、地下のトンネル内よりシールド掘進機を上向きに掘進させる施工方法が提案されており、これによれば、地上に施工用地が必要とならないため、特に都市部において用地確保が難しい場合でも施工が可能となるメリットがある。
【0003】
図7は、上向きシールド掘進機の一例であり、aはカッタ、bはケーシング、cはセグメントである。カッタaで掘削された土砂は漏斗状のチャンバdに集められ、中心部に設けられた排土管eを通じて下方に排出される。排土管e内では、リボンスクリュfがモータgに駆動されて回転し、チャンバd内の土砂はその回転及び重力により下方に移送された後、筒状の反力ケーシングhを通じて落下する。反力ケーシングhは、土砂の排出を行うと同時に、推進ジャッキiの推進反力をも受けて推進を可能とする。なお反力ケーシングhの下端は地下トンネル内の架台上に支持される。上方への掘進が所定距離終了すれば、反力ケーシングhは継ぎ足され、セグメントcはエレクタjにより組み立てられる。
【0004】
排土管eには、モータgの駆動力をリボンスクリュfに伝達するためのギヤ機構部kが設けられる。そしてギヤ機構部kの下部には、排土管eを通ずる排土量を調整するためのゲート弁lが設けられる。ゲート弁lにおいては、板状の弁体が排土管e内を仕切るようスライド移動するようになっており、これによって排土管e内は開閉され、リボンスクリュfから送られてきた土砂は適宜量だけ反力ケーシングhに落下するようになる。
【0005】
また、このような排土量調整装置としては、ゲート弁lの他にボール弁を用いたものもある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上向きシールド掘進機の場合、掘削土砂は重力方向に排出されるため、土圧の作用により排土管e内での閉塞が生じ易い。このため、チャンバdのできるだけ近傍に、即ちできるだけ上方にゲート弁l等の排土量調整装置を配置するのが望ましいが、排土管e内にはリボンスクリュfが挿通され、且つゲート弁lは弁体が排土管e内を仕切る構成のために、ゲート弁lは必然的に、リボンスクリュfのないギヤ機構部kの下部に配置せざるを得ない。
【0007】
そこで、本発明は上記課題を解決すべく創案されたものであり、その目的は、チャンバ付近への設置を可能として、排土管内での土砂の閉塞を未然に防止し得るシールド掘進機の排土量調整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】
上記目的を達成するため、請求項1記載の本発明は、上向きに掘進するシールド掘進機の排土量調整装置であって、掘削された土砂を下方に排出するための排土管と、この排土管内で土砂を適宜移送するための移送手段と、上記排土管に設けられ、流体圧の作用により膨張・収縮して上記移送手段との間の排土通路を開閉する弾性膜と、この弾性膜の位置で土砂に滑材を供給するための滑材供給手段とを備えたものである。
【0010】
請求項1記載の本発明によれば、弾性膜の位置で土砂に滑材が供給され、弾性膜を通過する土砂の摩擦抵抗が低減される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【0013】
図2は、シールド掘進機の全体を示す縦断正面図で、図示するようにシールド掘進機1は、上向きの掘進を可能とすべくその上端部にカッタ2を有する。カッタ2はシールドケーシング3に回転可能に支持されてカッタ駆動モータ4により回転される。シールドケーシング3は、上下に延出する外筒5と、外筒5の上端に設けられた漏斗状のチャンバ6とを有する。チャンバ6の下端中心部には、掘削された土砂を排出するための排土管7が接続される。排土管7は、外筒部5の軸心方向に沿って延出されて排土通路7aを区画形成すると共に、ここでは分割式の構成とされて下端が反力ケーシング8に接続される。反力ケーシング8は、前述したように、分割可能な筒状に形成されてシールド掘進機1の掘進に伴い継ぎ足される。そしてその内部では、排土管7から落下される土砂がそのまま地下トンネルまで落下される。
【0014】
排土管7は、その上端部を形成してチャンバ6に接続される出口管9と、出口管9の下部に接続されるピンチバルブ10のバルブケーシング11と、バルブケーシング11の下部に接続され反力ケーシング8まで延出する延出管12とから主に構成される。出口管9の外周部には隔壁板13が接続され、これにより外筒5内部は仕切られる。延出管12の下部には、セグメント14を組み立てるためのエレクタ15が回転可能に取り付けられ、エレクタ15は、推進ジャッキ支持ビーム16に設けられた位置決めモータ17により適宜回転移動される。推進ジャッキ支持ビーム16は、延出管12に固定されて複数が放射状に延出され、それぞれの先端部に、隔壁板13を上方に押し上げてシールドケーシング3の推進を行う推進ジャッキ17が設けられる。なおシールドケーシング3の推進の際には、シールドケーシング3の下端のテールシール18がセグメント14上を摺動する。また外筒5の内周壁に沿って複数の支持ジャッキ19が設けられ、これはセグメント14の上端に当接して推進反力を補助的に受けると共に、反力ケーシング8の継ぎ足し時に掘進機1全体を支持する。
【0015】
図1は、本願発明が適用可能な排土量調整装置の構造の一例を示す。この排土量調整装置20は、出口管9の下部に接続された前述のピンチバルブ10を有する。ピンチバルブ10は、そのバルブケーシング11が、上下に位置するフランジ板21と、これらフランジ板21の間に固定される中間筒体22とから構成される。フランジ板21は、中間筒体22側に開放されたリング状の溝23と、溝23の径方向内側にて中間筒体22側に突出するリング状挟持片24とを有する。挟持片24は、中間筒体22の斜めに形成された角部25との間で弾性膜26の上下端部を気密に挟持する。弾性膜26は、ゴム等の弾性体で比較的大きい厚さの筒状に形成され、通常は中間筒体22の直管部27に当接されて出口管9と等しい内径を有するが、中間筒体22への流体圧、ここでは空気圧の導入により、仮想線の如く膨張或いは径方向内方に膨出されて排土管7内を閉鎖するようになっている。中間筒体22の中間管部28は径方向外方にアール状に膨出され、これには空気圧の導入口29が複数設けられて導圧管29aより空気圧が導入される。導圧管29aは、図示しない空気圧供給装置例えばコンプレッサに接続される。また導圧管29aには、中間筒体22と弾性膜26との間の流体室30の圧力を測定する圧力センサ30aも設けられる。
【0016】
ピンチバルブ10の下部には、排土管7内で土砂を適宜移送するための移送手段、即ちパドルスクリュ31を回転駆動させるための駆動装置32が設けられる。この駆動装置32は、ピンチバルブ10の下部フランジ板21に接続されるケーシング33と、ケーシング33に取り付けられた駆動モータ34と、駆動モータ34のピニオンギヤ34aに歯合される駆動部材35とから主に構成される。駆動部材35は、周方向に列設された上下の軸受35bによって排土管7の中心回りに回転可能であり、ケーシング33内部に収容されるリング体35aがシールリング36の凹凸状外側面に摺接して土砂の侵入を防止する。特にシールリング36は、ケーシング33の上下の端板部33aとともに排土管7或いは延出管12の一部を形成する。リング体35aからはスポーク37が中心に向かって延出され、スポーク37の先端はボス38に固定され、ボス38はパドルスクリュ31のシャフト部39に固定されてパドルスクリュ31を実質的に駆動する。
【0017】
図2も参照して、パドルスクリュ31のシャフト部39は、排土管7の軸心方向に延出されてその上端部がカッタ2の軸受部40に相対回転自在に支持される。そしてパドルスクリュ31のシャフト部39には、径方向外方に突出する複数のパドル部材41が固定される。パドル部材41は、排土管7内ではその内壁面の近傍まで比較的短く突出されるが、チャンバ6内ではこれらよりも長く延出されている。特にピンチバルブ10の弾性膜26を通過する部分にはパドル部材41が設けられず、上下のリング42で上下移動が規制されたカラー43が回転自在に取り付けられる。そして図示するように、弾性膜26はその膨張時にカラー43に当接し、回転するシャフト部39に対しカラー43を停止させる。なお出口管9にも、パドルスクリュ31同様のパドル部材44が固設される。これらパドル部材41,44の断面は、ここでは下方に縮小する三角形とされる。
【0018】
次に、この排土量調整装置20の作用について説明する。
【0019】
カッタ2で掘削された土砂はチャンバ6内に送られ、回転するパドル部材41で切断或いは分断されつつ、重力により出口管9に収集される。そして出口管9内でも、パドル部材41,44による切断がなされて、土砂は順次下方に落下される。そしてピンチバルブ10の弾性膜26とカラー43との間の排土通路7a、駆動部材35のスポーク37間等を順次通過し、即ち排土管7内を通過して反力ケーシング8内を落下される。反力ケーシング8の下端に落下した土砂はコンベヤ等に受け取られ、地下トンネル内を搬送されて排出される。
【0020】
このように、パドルスクリュ31は、従来のスクリュコンベヤにおけるリボンスクリュやスクリュシャフトと異なり、土砂を積極的に運ぶのではなくそれを切断して重力移送を促進し、これにより比較的高い土圧下での閉塞を防止するものである。この土砂の切断は、パドルスクリュ31及び出口管9双方のパドル部材41,44の協同作用によってもなされる。
【0021】
さて、この土砂の排出量即ち排土量の調整は、中間筒体22と弾性膜26との間の流体室30に空気圧の導入・導出を行い、弾性膜26を適宜膨張・収縮させて排土管7内を開閉することで行われる。弾性膜26を膨張させれば、排土管7内或いはカラー43との間の排土通路7aが閉じ、これによって土砂の落下は規制乃至制限される。またカラー43があるため、弾性膜26とシャフト部39との直接接触はなく、摺動による弾性膜26の摩耗は回避される。
【0022】
弾性膜26は、空気圧の制御により、上記排土通路7aを全開にする完全収縮状態からそれを全閉にする完全膨張状態までいかようにも変形でき、これにより排土通路7aを中間開度に保持することもできる。そして排土量を最適に増減し、併せてチャンバ6内圧力を制御することも可能となる。なおチャンバ6内圧力は、チャンバ6に設けられた土圧計45(図2参照)により検出される。このような圧力制御には、従来のゲート弁のような機構制御に比べ構造が簡単となるメリットがある。
【0023】
こうして、弾性膜26により、回転するパドルスクリュ31を挿通した状態で、それとの間の排土通路7aを開閉でき、これにより排土量調整装置20を駆動装置32の上方或いはチャンバ6の近傍に位置させることができる。これにより、チャンバ6下部や排土管7内での土砂の閉塞は防止され、安定且つ連続した排土及び運転が可能となる。
【0024】
次に、本願発明が適用可能な排土量調整装置の他の構造例を説明する。
【0025】
図3に示すように、この例にあっては、パドルスクリュ31の駆動装置32の下部にピンチバルブ10aが追加されている。即ち、この排土量調整装置20は二つのピンチバルブ10,10aを有することになる。当然、弾性膜26も上下に設けられることになるが、これにおいては以下のようなメリットがある。
【0026】
▲1▼ 上方のピンチバルブ10が破損した場合でも、下方のピンチバルブ10aによって排土量の調整が補償される。特に上方のピンチバルブ10においては、弾性膜26が硬質のカラー43に接触するため、摩擦による穴開き等の損傷を生じる虞がある。これによればその場合でも、排土量の調整が可能となる。
【0027】
▲2▼ 掘進が長期間停止する場合でも、排土管7内を確実に閉塞して特に止水の向上を図れる。弾性膜26は、全周方向に亘って径方向外側から内側に弾性変形し、カラー43や弾性膜26自身に接触して排土管7内を閉塞する。しかし、相手の形状に倣って変形するものの僅かな隙間はやむを得ず、特に長期間の停止の場合は水分等の漏れ出しが懸念される。よって、二つの弾性膜26で止水を行うことで、水分等の漏れ出しは確実に防止できる。
【0028】
▲3▼ 土砂噴発時の過度な排土を防止できる。カッタ2で掘削される地盤は場所によって土質が変化し、このためチャンバ6内の土圧が急激に上昇し、上方のピンチバルブ10の弾性膜26を強制変形させて土砂が噴発する場合がある。しかしこの場合でも、下方の弾性膜26がその噴発土砂を規制するため、過度な排土は防止される。
【0029】
なお、これから分かるように、前記の例においてパドルスクリュ31を省いたとしても排土通路7aの開閉は可能である。このときには土砂の移送はもっぱら重力と土圧とに任されることになり、土質が比較的良好ならばこのような構成も可能である。
【0030】
さて、図4を用いて本発明の第1実施例を説明する。なお、本実施例の排土量調整装置は、図1又は図3に示した排土量調整装置に適用可能なものである。そこで、図1及び図3に示したものと同様の要素には同一の符号を付してその説明を省略し、特徴部分のみを説明する。本実施例の排土量調整装置においては、出口管9の下端部即ちピンチバルブ10直上位置に滑材の供給管46が設けられる。供給管46は出口管9に側方から貫通され、その一端が出口管9内壁に沿って下方に向けられている。供給管46の他端は滑材の供給装置(図示せず)に接続される。供給装置から供給された滑材は供給管46の一端から土砂に混入される。このように供給管46は、土砂に滑材を供給するための滑材供給手段を形成する。
【0031】
弾性膜26は、空気圧で膨張してこの位置にある土砂に力を与える。こうすると土砂は、水分が絞られた硬質な部分と、水分に富む軟質な部分とができて不安定な状態となる。この結果、排土の状態が不安定となり、チャンバ6内の土圧も不安定となる。従来ではチャンバ6内にて滑材を加えていたが、弾性膜26の位置にくるころにはその効果も激減してしまう。そこで本実施例では、ピンチバルブ10の直上位置で滑材を土砂に供給し、直前で土砂を滑り易くして弾性膜26の通過を容易にしている。特に排土開始時においては、その際に抵抗となる静摩擦力を大巾に低減し、スムーズな排土を可能にすることができる。ここで、滑材としては、加泥剤として知られるベントナイト等が有効である。
【0032】
次に、図5に示す第2実施例においては、弾性膜26の外表面部に弾性帯体47が全周方向に亘り貼着されている。弾性帯体47は弾性膜26との間で滑材の溜め部48を形成する。弾性膜26には細孔49が穿設され、細孔49は溜め部48の滑材を弾性膜26の内側に流出させる。弾性帯体47は弾性膜26の上端部に設けられ、そのスペースを確保するため中間筒体22には上方の直管部27が設けられない。弾性帯体47には可撓性を有する供給管50が接続され、供給管50は導入口29から外部に延出されて滑材の供給装置(図示せず)に接続される。弾性帯体47は、ゴム等の弾性材料から比較的薄い厚さに形成されて、弾性膜26の変形に追従して変形することができる。供給管50は、弾性帯体47の変形・移動に合わせて移動できるよう、流体室30内で余長がとられている。
【0033】
この構成においても、弾性膜26の位置で滑材を供給することができ、これにより排土の状態を安定させることができる。
【0034】
次に、図6に示す第3実施例においては、パドルスクリュ31のシャフト部39内部に、滑材の供給通路51が形成されている。供給通路51は、シャフト部39下端からその中心に沿って弾性膜26の上端位置まで延出され、その位置では直径方向或いは放射状に分岐されてシャフト部39の表面にて開放されている。供給通路51の下端には、シャフト部39に対し相対回転可能な供給管52が接続され、供給管52は滑材の供給装置(図示せず)に接続されている。これによって滑材は、供給通路51から排土管7乃至排土通路7a内に供給されて排土の状態を安定させることになる。
【0035】
上記実施例の他にも、本発明は様々な態様にて変形・変更が可能であり、例えば、弾性膜26を油圧にて膨張・収縮させるようにすることもできる。
【0036】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【0037】
(1) 請求項1記載の本発明によれば、排土の状態を安定させ、スムーズな排土を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用可能な排土量調整装置の構造例を示す縦断正面図である。
【図2】シールド掘進機の全体を示す縦断正面図である。
【図3】本発明が適用可能な排土量調整装置の他の構造例を示す縦断正面図である。
【図4】本発明の第1実施例を示す縦断正面図である。
【図5】本発明の第2実施例を示す縦断正面図である。
【図6】本発明の第3実施例を示す縦断正面図である。
【図7】従来のシールド掘進機の全体を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
1 シールド掘進機
7 排土管
7a 排土通路
20 排土量調整装置
26 弾性膜
31 パドルスクリュ
46 供給管
47 弾性帯体
48 溜め部
49 細孔
50 供給管
51 供給通路
52 供給管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an earth removal amount adjusting device for a shield machine that excavates upward.
[0002]
[Prior art]
Because in recent years, in application of the vertical shaft connecting the ground and underground tunnels, construction method for upward excavation of the shield machine from the underground tunnels have been proposed, according to this, that do not require construction land on the ground, Particularly, there is an advantage that construction is possible even when it is difficult to secure land in an urban area.
[0003]
FIG. 7 shows an example of an upward shield excavator , in which a is a cutter, b is a casing, and c is a segment. The earth and sand excavated by the cutter a is collected in a funnel-shaped chamber d and discharged downward through an earth discharging pipe e provided at the center. In the discharge pipe e, the ribbon screw f is driven by the motor g to rotate, and the earth and sand in the chamber d is transferred downward by the rotation and gravity, and then falls through the cylindrical reaction force casing h. The reaction force casing h discharges earth and sand, and at the same time, receives the propulsion reaction force of the propulsion jack i to enable propulsion. The lower end of the reaction force casing h is supported on a gantry in the underground tunnel. When the upward excavation is completed for a predetermined distance, the reaction force casing h is extended, and the segment c is assembled by the erector j.
[0004]
The discharge pipe e is provided with a gear mechanism k for transmitting the driving force of the motor g to the ribbon screw f. A gate valve 1 is provided below the gear mechanism k for adjusting the amount of soil discharged through the earth discharging pipe e. In the gate valve 1, a plate-shaped valve element is slid so as to partition the inside of the discharge pipe e, whereby the inside of the discharge pipe e is opened and closed, and the amount of earth and sand sent from the ribbon screw f is appropriately adjusted. Only the reaction force casing h.
[0005]
Further, as such an earth removal amount adjusting apparatus, there is an apparatus using a ball valve in addition to the gate valve l.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of upward shield machine, for drilling soil is discharged in the direction of gravity, easy blockage in the discharge drainpipe e is generated by the action of soil pressure. For this reason, it is desirable to dispose the earth discharging amount adjusting device such as the gate valve 1 as close as possible to the chamber d, that is, as high as possible. However, the ribbon screw f is inserted into the earth discharging pipe e, and the gate valve l Because of the configuration in which the valve element partitions the inside of the discharge pipe e, the gate valve l must be arranged at the lower part of the gear mechanism k without the ribbon screw f.
[0007]
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a shield excavator that can be installed in the vicinity of a chamber and that can prevent obstruction of earth and sand in a discharge pipe beforehand. An object of the present invention is to provide a soil volume adjusting device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 is an earth removal amount adjusting device for a shield machine which excavates upward, comprising: an earth discharging pipe for discharging the excavated earth and sand downward; and transfer means for transferring the sediment appropriate within drainpipe, provided in the exhaust drainpipe, and the elastic membrane for opening and closing the dumping passage between said transfer means to expand and contract under the action of fluid pressure, the elastic And lubricating material supply means for supplying a lubricating material to the earth and sand at the position of the membrane .
[0010]
According to the first aspect of the present invention, the lubricating material is supplied to the earth and sand at the position of the elastic film, and the frictional resistance of the earth and sand passing through the elastic film is reduced.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0013]
FIG. 2 is a vertical sectional front view showing the entire shield excavator . As shown, the shield excavator 1 has a
[0014]
The
[0015]
FIG. 1 shows an example of the structure of a soil removal amount adjusting device to which the present invention can be applied. This earth removal
[0016]
At the lower part of the
[0017]
Referring also to FIG. 2, the
[0018]
Next , the operation of the earth removal
[0019]
The earth and sand excavated by the
[0020]
In this way, the
[0021]
In order to adjust the discharge amount of the earth and sand, that is, the discharge amount, the air pressure is introduced / derived from / to the
[0022]
By controlling the air pressure, the
[0023]
Thus, with the
[0024]
Next, another example of the structure of the earth removal amount adjusting device to which the present invention is applicable will be described.
[0025]
As shown in FIG. 3, in this example , a pinch valve 10a is added to a lower portion of the driving
[0026]
{Circle around (1)} Even when the
[0027]
(2) Even if the excavation is stopped for a long time, the inside of the
[0028]
(3) Excessive earth removal at the time of sediment eruption can be prevented. The soil excavated by the
[0029]
In addition, as can be seen from this, even if the
[0030]
Now, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. It should be noted that the earth removal amount adjusting device of this embodiment is applicable to the earth removal amount adjusting device shown in FIG. 1 or FIG. Therefore, the same components as those shown in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only the characteristic portions will be described. In the apparatus for adjusting the amount of soil discharged according to the present embodiment, a
[0031]
The
[0032]
Next, in the second embodiment shown in FIG. 5, an
[0033]
Also in this configuration, the lubricant can be supplied at the position of the
[0034]
Next, in a third embodiment shown in FIG. 6, a
[0035]
In addition to the above embodiment, the present invention can be modified and changed in various modes. For example, the
[0036]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following excellent effects.
[0037]
(1) According to the first aspect of the present invention, it is possible to stabilize the state of earth removal and to enable smooth earth removal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional front view showing a structural example of a soil discharge amount adjusting device to which the present invention can be applied .
FIG. 2 is a longitudinal sectional front view showing the entire shield machine.
FIG. 3 is a vertical sectional front view showing another example of the structure of the earth removal amount adjusting device to which the present invention can be applied .
FIG. 4 is a vertical sectional front view showing the first embodiment of the present invention .
FIG. 5 is a longitudinal sectional front view showing a second embodiment of the present invention .
FIG. 6 is a longitudinal sectional front view showing a third embodiment of the present invention .
FIG. 7 is a vertical sectional front view showing the whole of a conventional shield machine.
[Explanation of symbols]
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JPH0941881A (en) | 1997-02-10 |
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