JP3829089B2 - シールド掘進機の加泥材注入構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機の加泥材注入構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5に本発明者等が先に開発した上向きシールド掘進機の概要を示す。図示するように、この上向きシールド掘進機aは、縦に配置された円筒状のシールドフレームbと、シールドフレームb内を切羽側と坑内側とに上下に仕切る漏斗状の隔壁cと、隔壁cに回転自在に取り付けられた円筒状の回転リングdと、回転リングdに設けられ切羽を掘削するカッタeとを備えている。
【0003】
かかる上向きシールド掘進機aは、モータfによって回転リングdを回転させてカッタeで切羽を掘削し、掘削土砂をカッタ室gに取り込み、隔壁cの排土口hから排土管iを通して下方に排土する。排土管iの内部には、図示しないモータ等によって回転されるセンターロッドjが収容されている。センターロッドjの先端部は、カッタeに回転自在に挿入されている。
【0004】
センターロッドjの側部には、カッタ室g内の土砂を混練してほぐすパドルkが設けられている。センターロッドjの内部には、加泥材を流す第1通路lが形成されている。センターロッドjの下部には、第1通路lに加泥材を供給する図示しないロータリージョイントが設けられている。カッタeの内部には、第1通路lに繋げて第2通路mが形成されている。
【0005】
この構成によれば、ロータリージョイントを介して第1通路lに供給された加泥材は、第2通路mを通ってその出口部nから切羽に注入され、回転するカッタeによって掘削土砂と混ぜ合わされてカッタ室g内に取り込まれ、パドルkによって更に混練されて掘削土砂を流動化させる。かかる土砂は、排土口hから排土管iを通して下方に排土される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カッタ室g内に取り込まれた土砂は、センターロッドjの外周面と排土管iの内周面との間隙を通って下方に排土されるため、粒径の大きな礫や粘土塊が上記間隙に詰まって閉塞する可能性がある。
【0007】
この対策として、センターロッドjを小径化する対策が考えられる。しかし、センターロッドjは、その内部に加泥材を流す第1通路lが形成されており、側部にパドルkが取り付けられているため、土砂を流動化させるために必要な加泥材の流量(第1通路lの断面積)を確保しつつ、パドルkを回転させるために必要な捩りトルクを確保するには、所定の太さにならざるを得ず、小径化は困難である。
【0008】
また、排土管iの管径を大きくすることは、狭隘なトンネル内の作業スペースが狭くなるため好ましくない。また、排土管iに装備される図示しないバルブの機構上・寸法上の制限から、排土管iの管径を大きくできない場合がある。
【0009】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、センターロッドによらずに切羽に加泥材を注入でき、排土性を向上させたシールド掘進機の加泥材注入構造を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明は、シールドフレーム内を切羽側と坑内側とに仕切る隔壁と、該隔壁に回転自在に取り付けられた円筒状の回転リングと、該回転リングに設けられ切羽を掘削するカッタとを有するシールド掘進機の加泥材注入構造であって、上記回転リングの外周面または内周面の少なくとも一方に周方向に沿って環状に凹設されたヘッダ室と、該ヘッダ室を覆うようにリング状に形成されシールドフレーム側に固定された摺接カバーと、該摺接カバーに形成され上記ヘッダ室に加泥材を供給する第1通路と、上記回転リングおよびカッタに形成され上記ヘッダ室内の加泥材を切羽へ導く第2通路とを備えたものである。
【0011】
また、上記シールドフレームを縦に配置し、上記隔壁を漏斗状に形成し、その中央部に排土口を形成してもよい。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【0013】
図1は、本実施形態に係る加泥材注入構造を備えた上向きシールド掘進機の側断面図である。図示するように、上向きシールド掘進機1は、縦に配置された円筒状のシールドフレーム2を有する。シールドフレーム2は、厚板部2aと薄板部2bとが上下に接続されて構成されている。シールドフレーム2の厚板部2aの内方には、シールドフレーム2内を上下に切羽側と坑内側とに仕切る漏斗状の隔壁3が配置されている。隔壁3とシールドフレーム2の厚板部2aとの間には、円筒状に形成された回転リング4が回転可能に取り付けられている。
【0014】
回転リング4の切羽側面(上面)には、中空の支柱5を介してカッタ6が取り付けられている。カッタ6は、図4にも示すように、回転中心に配置された中央部7と、中央部7から掘進方向後方に傾斜されて放射状に延出された複数のカッタスポーク8と、各カッタスポーク8の先端部を接続する外周リング9と、中央部7およびカッタスポーク8に取り付けられたビット10とを有する。なお、カッタスポーク8の数は4本に限定されず、カッタスポーク8の代わりにカッタ面板を用いてもよい。
【0015】
回転リング4の坑内側面(下面)には、図1および図2に示すように、リング状の内歯ギヤ11が取り付けられている。内歯ギヤ11は、駆動モータ12のピニオン13が噛合されている。駆動モータ12は、シールドフレーム2の厚板部2aに取り付けられたブラケット14に装着されている。この構成によれば、駆動モータ12を駆動することにより、回転リング4が回転し、支柱5を介してカッタ6が回転し、ビット10によって切羽が掘削される。掘削土砂は、カッタ室15内に取り込まれ、隔壁3の中央に開口された排土口16から排土管17を介して排土される。
【0016】
排土管17の内部には、センターロッド18が配置されている。センターロッド18は、図1に示すようにその上部がカッタ6の中央部7に回転可能に貫通支持され、図3に示すように下部がスポーク部材19および円筒部材20を介して排土管17に回転可能に支持されている。円筒部材20には、外歯ギヤ21が設けられている。外歯ギヤ21は、モータ22のピニオン23に噛合されている。この構成によれば、モータ22を駆動することにより、センターロッド18が回転し、ロッド18に取り付けられたパドル24がカッタ室15内で回転し、土砂を混練する。
【0017】
センターロッド18の内部には、加泥材の通路25(ロッド通路)が形成されている。ロッド通路25の出口26は、センターロッド18の頂部に開口されている。図3に示すように、ロッド通路18には、ロータリージョイント27を介して加泥材が供給されるようになっている。ロータリージョイント27は、センターロッド18の下部に取り付けられたスポーク部28と、スポーク部28の先端に取り付けられた円筒状の回転リング29と、回転リング29の外周面に周方向に沿って環状に凹設されたヘッダ室30と、ヘッダ室30の上下に配置されたリング状のシール31と、ヘッダ室30に加泥材を供給すべく排土管17に形成された入口通路32と、スポーク部28に形成されヘッダ室30とロッド通路25とを連通するスポーク通路33とを有する。
【0018】
この構成によれば、入口通路32からヘッダ室30に供給された加泥材(粘土質水等)は、スポーク通路33およびロッド通路25を通って切羽に供給され、回転するカッタ6によって掘削土砂と混ぜ合わされてカッタ室15内に取り込まれ、パドル24によって更に混練されて掘削土砂を塑性流動化させる。かかる土砂は、排土口16から排土管17を通して下方に排土される。また、図1に示すように、排土管17には、管内の土砂通過断面積を調節して、切羽の土圧を制御するためのバルブ34が設けられている。
【0019】
図2に示すように、カッタ6が取り付けられた回転リング4の外周面4aおよび内周面4bには、それぞれ周方向に沿って環状に凹設された外側および内側ヘッダ室35、36が設けられている。外側および内側ヘッダ室35、36は、シールドフレーム2側に固定されたリング状の外側および内側摺接カバー37、38によってそれぞれ覆われている。外側摺接カバー37は、シールドフレーム2の厚板部2aが兼用する。内側摺接カバー38は、その上部が隔壁3に固定され、下部がギヤケース39およびブラケット14を介してシールドフレームに固定されている。
【0020】
ヘッダ室35、36の上下には、カッタ6の回転中心に対してリング状に形成されたリップシール40が配置されている。リップシール40は、回転リング4の外周面4aとシールドフレーム2の内周面との間、回転リング4の内周面4bと内側摺接カバー38の外周面との間を、それぞれシールするリップシール41と同じものが用いられ、各ヘッダ室35、36内に供給される加泥材の圧力を考慮して、そのリップ部の向きが設定されている。すなわち、ヘッダ室35、36の上下のリップシール40、40は、ヘッド室35、36内の圧力をリークしないように、相互に上下逆向きに配置されている。
【0021】
外側摺接カバー37としての厚板部2aには、外側ヘッダ室35に加泥材を供給する第1外側通路42が形成されている。内側摺接カバー38には、内側ヘッダ室36に加泥材を供給する第1内側通路43が形成されている。そして、回転リング4およびカッタ6には、外側および内側ヘッダ室35、36内の加泥材を切羽へ導く第2通路44が形成されている。第2通路44は、外側ヘッダ室35と支柱5の内方とを連通する第2外側通路44aと、内側ヘッダ室36と支柱5の内方とを連通する第2内側通路44bとを有する。
【0022】
カッタスポーク8には、支柱5の内方と切羽とを連通するスポーク通路45が形成されている。この構成によれば、第1外側通路2から外側ヘッダ室35に供給された加泥材は、第2外側通路44aを通って支柱5の内方に至り、第1内側通路43から内側ヘッダ室36に供給された加泥材は、第2内側通路44bを通って支柱5の内方に至る。そして、支柱5の内方の加泥材は、スポーク通路45を通って切羽に供給される。なお、スポーク通路45を複数設けて切羽側の出口を複数としてもよく、外側または内側ヘッダ室35、36を上下に多段に設けてそれぞれに通路を接続してもよい。
【0023】
本実施形態の作用を述べる。
【0024】
カッタ6を支持する回転リング4に加泥材の通路44を形成したので、センターロッド18内の通路18を介して切羽に供給される加泥材に加えて、当該通路44から加泥材を切羽に供給できる。よって、切羽に供給される加泥材の量が増加し、掘削土砂の塑性流動化を推進できる。従って、土砂の排土性が向上する。
【0025】
また、回転リング4内の通路44からも切羽に加泥材を供給しているため、加泥材をセンターロッド18内の通路25のみで切羽に供給していた図5に示すタイプと比べると、切羽への加泥材の供給量を一定とした場合、センターロッド18内の通路25の断面積を小さくできる。
【0026】
このように、センターロッド18内の通路25断面積すなわち強度的断面欠損を小さくできるので、センターロッド18の太さをパドル24の回転に必要な捩りトルクを確保した最低太さにできる。よって、センターロッド18と排土管17との土砂通過間隙が大きくなり、排土性が向上する。従って、排土管17内における掘削土砂の閉塞を可及的に防止でき、安定した掘進が可能となる。
【0027】
また、センターロッド18を廃止することも可能である。この場合、排土性は更に向上する。但し、カッタ6の回転中心側の切羽にも加泥材を供給する必要があるため、カッタスポーク8内のスポーク通路45を多数設ける必要がある。また、4つの支柱5のそれぞれに加泥材を供給するように各通路44を設けてもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るシールド掘進機の加泥材注入構造によれば、センターロッドによらずに切羽に加泥材を注入でき、また、最低限太さのセンターロッドにすることができるため、排土性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す加泥材注入構造を備えたシールド掘進機の側断面図である。
【図2】上記加泥材注入構造の拡大図である。
【図3】図1の部分拡大断面図である。
【図4】図1のIV-IV線矢示図である。
【図5】本発明者等が先に開発した上向きシールド掘進機の側断面図である。
【符号の説明】
1 上向きシールド掘進機
2 シールドフレーム
3 隔壁
4 回転リング
4a 外周面
4b 内周面」
6 カッタ
35 外側ヘッダ室
36 内側ヘッダ室
37 外側摺接カバー
38 内側摺接カバー
42 第1外側通路
43 第1内側通路
44 第2通路
Claims (2)
- シールドフレーム内を切羽側と坑内側とに仕切る隔壁と、該隔壁に回転自在に取り付けられた円筒状の回転リングと、該回転リングに設けられ切羽を掘削するカッタとを有するシールド掘進機の加泥材注入構造であって、上記回転リングの外周面または内周面の少なくとも一方に周方向に沿って環状に凹設されたヘッダ室と、該ヘッダ室を覆うようにリング状に形成されシールドフレーム側に固定された摺接カバーと、該摺接カバーに形成され上記ヘッダ室に加泥材を供給する第1通路と、上記回転リングおよびカッタに形成され上記ヘッダ室内の加泥材を切羽へ導く第2通路とを備えたことを特徴とするシールド掘進機の加泥材注入構造。
- 上記シールドフレームを縦に配置し、上記隔壁を漏斗状に形成し、その中央部に排土口を形成した請求項1記載のシールド掘進機の加泥材注入構造。
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