JP3870472B2 - シールド掘進機の排土装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、土砂中の水分を脱水して固形化率を上げることにより排土の取扱性を向上させたシールド掘進機の排土装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
シールド掘進機は、筒体状のシールドフレームの前部に設けたカッタによって地山を掘削し、その掘孔の内面にシールドフレーム内に設けたエレクタによってセグメントを組み付け、トンネルを構築するものである。上記カッタにより掘削された掘削土砂は、隔壁で仕切られた土砂取込室に一旦取り込まれ、スクリューコンベヤからなる排土装置によって坑内に搬送される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シールド工法では、大断面や大深度となるとその掘削土砂の運搬および処分が工事の進渉を左右するが、従来は掘削土砂に改良材を加えて運びやすくする方法が主流であり、掘削土砂の減量化は行われていない。よって、地山の土質が水分を多量に含んだものである場合には、コンベヤの出口から排出される排土は水分を含んだものが大量に排出され、その取扱性が悪く運搬および処理に時間がかかっていた。
【0004】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、掘削土砂をその搬送中に脱水することにより減量化すると共にその取扱性を向上することができるシールド掘進機の排土装置を提供することにある。
【0005】
【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、シールド掘進機の土砂取込室とその後方の坑内とを連通する筒体状のケーシングと、該ケーシング内の土砂に軸方向の強制的な搬送力を与えるべく回転駆動される複数のスクリュー羽根と、該スクリュー羽根によって搬送される土砂の搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通水性部材とを備え、上記スクリュー羽根が、その直径が土砂の移送方向後方に向かい縮小するように形成され、上記通水性部材が、上記ケーシングの後端部に上記スクリュー羽根を覆うように設けられ、土砂の移送方向後方に向かい先細となるように形成された中空のコーン体からなり、該コーン体を覆うように、上記コーン体から染み出た水分を貯留するためのカバー部材を設けたものである。
【0006】
本発明によれば、ケーシング内の土砂は、複数のスクリュー羽根の回転によって軸方向の強制的な搬送力が与えられるため、搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通水性部材内にて圧密化され、土砂中の水分が通水性部材の外側に染み出し、脱水される。よって、排土が減量化されると共にその取扱性が良好となる。
【0007】
また、上記コーン体の後端部に設けられ、土砂を排出する出口の開口面積を調節するためのゲートを備えていてもよい。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0010】
図1に示すように、シールド掘進機1は、筒体状のシールドフレーム2と、シールドフレーム2内を仕切って設けられた隔壁3と、隔壁3に回転自在に取り付けられたカッタ4とを有している。カッタ4前方の切羽には、掘削性を良好にすべく掘進機1から添加材(泥土化材)が注入される。隔壁4には、その前方の土砂取込室5内の土砂を後方の坑内6へ搬送するための排土装置7が設けられている。
【0011】
排土装置7は、土砂取込室5と坑内6とを連通する断面繭状に形成されれた筒体状のケーシング8を有している。ケーシング8は、軸方向に沿って均等断面に形成された前部ケーシング8aと、先細テーパ断面に形成された後部ケーシング8bとが接続されて構成されている。前部ケーシング8a内には、相互に逆方向に螺旋状に形成されたスクリュー羽根9,9を有する2本の回転軸10,10が、スクリュー羽根9,9同志がラップするようにして平行に収容されている。これら回転軸10,10は、図示しないモータによって相互に逆方向に回転駆動される。
【0012】
スクリュー羽根9,9の肉厚は、それぞれ対向するスクリュー羽根9,9の1ピッチ分の隙間に嵌まる肉厚となっている。これにより、1ピッチ隔てて隣接するスクリュー羽根9,9と前部ケーシング8aの内面とによって密閉空間(土砂移送室11)が区画される。よって、双方の回転軸10,10を逆方向に回転させることにより、各土砂移送室11内の土砂が強制的に軸方向に移送される(容積式ポンプ作用)。また、前部ケーシング8aには、土砂中から所定粒径以上の礫を取り出すためのダクト12およびスライド蓋13が設けられている。なお、上記各スクリュー羽根9,9の螺旋方向を同方向とし、それら回転軸10,10を同方向に回転させて前部ケーシング8a内の土砂に強制搬送力を与えるようにしてもよい。
【0013】
他方、後部ケーシング8b内には、相互に逆方向に螺旋状に形成されたスクリュー羽根14,14が2本噛み合うようにして収容されている。これらスクリュー羽根14,14は、図2に示すように中心部に回転軸(駆動軸)を有さない所謂リボン型のものであり、軸方向後方に向かって徐々に中心部の空間の直径Dが縮小するようにテーパ状に形成されている。これらスクリュー羽根14,14は、図示しないモータによって相互に逆方向に回転駆動されるようになっており、後部ケーシング8b内の土砂に軸方向の強制搬送力および攪拌力を与えるものである。なお、上記各スクリュー羽根14,14の旋回方向を同方向とし、回転方向を同方向としてもよい。
【0014】
後部ケーシング8bの後端部には、スクリュー羽根14,14によって搬送される土砂の搬送断面積を徐々に小さくするように、テーパ状に形成された通水性部材15が設けられている。通水性部材15は、土砂の移送方向に沿って先細に形成された中空のコーン体16からなっている。通水性部材15は、掘削土砂は通さないが水分は通す格子を有する金網や、極小の複数の穴を有する多孔性物質や、鋼板に複数の孔を穿ったパンチングメタル等から構成されている。かかる通水性部材15の内側には、上述のようにテーパ状に形成された各スクリュー羽根14,14が収容され、各スクリュー羽根14,14のリボン縁部が通水性部材15に当接するようになっている。
【0015】
通水性部材15の外側には、当該通水性部材15から染み出た水分を貯留するためのカバー部材17が設けられている。カバー部材17は、上記通水性部材15よりも一回り大きな断面の筒体からなり、通水性部材15を覆って取り付けられている。カバー部材17には、抽出された水分を取り出すための排水管17aが接続されている。なお、カバー部材17を気密構造とし、その内部を減圧するための排気ポンプ(図示せず)を接続してもよい。
【0016】
本実施形態の作用を述べる。
【0017】
シールド掘進機1の土砂取込室5内の掘削土砂は、前部ケーシング8a内の2本のスクリュー羽根9,9の回転によって軸方向に強制的な搬送力が与えられて後部ケーシング8bに導かれ、後部ケーシング8b内の2本のスクリュー羽根14,14の回転によって軸方向の搬送力および攪拌力が与えられて出口18から排出される。
【0018】
この際、後部ケーシング8b内を搬送される土砂は、搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通水性部材15内にて圧密化されるため、土砂中の水分が通水性部材15の外側のカバー部材17内に染み出し、脱水される。なお、カバー部材17にその内部を減圧するための排気ポンプ(図示せず)を接続すれば、カバー部材17内を真空状態に近くすることができ、脱水効果が高まる。なお、出口18に図示しないゲートを設けて出口18の排土面積を調節することにより土砂の圧密度を調節するようにしてもよい。
【0019】
この結果、後部ケーシング8bの出口18から排出される土砂は、脱水された水分の分だけ減量化されると共に、土質がパサパサの状態に近くなり、取扱性が向上する。かかる脱水効果は、土砂が機械的に圧縮されることによってなされるので、土質の変化や作業員の習熟度に影響を受けずに確実に達成される。よって、出口18から排出された脱水済みの排土は、図1に示すように一般的なベルトコンベヤ19で搬送することができる。
【0020】
仮に脱水されないとすると水分を含んだドロドロの排土(取扱いが困難)となるため、その排土が零れないようなバケットを有するトロッコ等を用いて搬送する必要があるが、本実施形態によれば一般的なベルトコンベヤ19で済むのである。ベルトコンベヤ19によって搬送された排土は、バケットエレベータ20によって立坑から地上に搬送される。
【0021】
また、通水性部材15の外側に染み出した土砂中の水分は、カバー部材17内に貯留され排水管17aから取り出されるが、この水分中にはカッタ4による掘削性を良好にすべく掘進機1から切羽に注入添加された添加材(泥土化材)が混合している。よって、これを回収して再度切羽に添加するようにすれば、添加材が再利用されることとなりその使用量を低減できる。
【0022】
また、前部ケーシング8aと後部ケーシング8bとの接続部近傍にて、後部ケーシング8b内に公知の残土改良材を注入するようにすれば、注入された残土改良材は後部ケーシング8b内の2つのスクリュー羽根14,14によって効率良く攪拌されるため、脱水効果と相俟って残土改良効果が高まる。
【0023】
別の実施形態を図3に示す。
【0024】
この排土装置は、前実施形態の後部ケーシング8bの部分のみが異なっているため、その相違部分のみを説明する。
【0025】
本実施形態の後部ケーシング8bに設けられる通水性部材15(前実施形態と同様の中空のコーン体16)の内部には、前実施形態とは異なりシャフト14b付きのスクリュー羽根14aが収容される。スクリュー羽根14aは、前実施形態のものと同様の旋回方向に形成されており、シャフト14bを駆動装置14cで回転駆動することにより前実施形態と同様に回転駆動される。
【0026】
通水性部材15の回りには、カバー部材17が取り付けられている。カバー部材17には、水分を取り出すための排水管17aが接続されていると共に、図示しない排気ポンプが接続されている。排水管17aより取り出された水分からは、前実施形態と同様に泥土化材を回収できる。また、後部ケーシング8bの端部には、排土の出口18が開口されており、出口18には、排土用のゲート18aがスライド自在に設けられている。
【0027】
この構成によれば、ゲート18aをスライドさせて出口18の開口面積を調節することにより、後部ケーシング8b内の土砂の圧密の度合いを調節でき、脱水量を制御できる。なお、図中、矢印30は泥土、矢印31は脱水、矢印32は脱水土である。
【0028】
本発明の実施形態ではない参考形態を図4に示す。
【0029】
この排土装置は、前実施形態の後部ケーシング8bの部分のみが異なっているため、その相違部分のみを説明する。
【0030】
この参考形態の後部ケーシング8bは、前実施形態とは異なりその繭型断面が軸方向に沿ってテーパ状ではなく均等断面となっており、その内部に相互に逆方向に螺旋状に形成されたスクリュー羽根21,21を有する回転軸22,22が2本平行に収容されている。これらスクリュー羽根21,21は、図示しないモータによって相互に逆方向に回転され、後部ケーシング8b内の土砂に軸方向の強制的な搬送力と攪拌力とを与える。なお、上記各スクリュー羽根21,21の旋回方向を同方向とし、回転軸22,22の回転方向を同方向としてもよい。
【0031】
各回転軸22,22の後端部には、各スクリュー羽根21,21によって搬送される土砂の搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通水性部材23が設けられている。通水性部材23,23は、前実施形態と同様の材質のものが用いられ、土砂の移送方向に沿って末広に形成された中空の逆コーン体24,24からなっている。逆コーン体24の径方向外方には、上記後部ケーシング8bが延長されており、土砂の搬送断面積が徐々に小さくなっている。
【0032】
逆コーン体24の底部には、円板状の蓋部材25がそれぞれ取り付けられている。蓋部材25の直径は、後部ケーシング8bの後端部に繭型状に開口された土砂の出口26の一部を、蓋部材25の径方向外側に残す直径となっている。蓋部材25には、逆コーン体24の内部に貯留された水分を排水するための排水管27が接続されている。排水管27にはバキュームポンプが接続されている。なお、排水管27を蓋部材25の中心に取り付け、スクリュー羽根21の回転駆動軸と兼用してもよい。
【0033】
この参考形態の作用を述べる。
【0034】
後部ケーシング8b内をスクリュー羽根21,21によって強制的に軸方向に搬送される土砂は、搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通水性部材23と後部ケーシング8bの内面との間にて圧密化されるため、土砂中の水分が通水性部材23の内部に染み出し、脱水される。そして、脱水された土砂が、後部ケーシング8bの後端部の出口26から排出される。なお、出口26に図示しないゲートを設けて圧密度を調節するようにしてもよい。他方、通水性部材23の内部に貯留された水分は、バキュームポンプが接続された排水管27から排水される。
【0035】
この結果、出口26からの排土が減量化されると共に脱水されてその取扱性が良好となり、前実施形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、出口26から排出される脱水された排土をベルトコンベヤ等によって搬送でき、排水管27から排水された水分には切羽に注入添加された添加材(泥土化材)が含まれているためそれを再び切羽に注入して再使用でき、後部ケーシング8b内に残土改良材を注入すれば各スクリュー羽根21,21によって効率良く攪拌されるため残土改良効果を高めることができる。
【0036】
【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排土装置によれば、掘削土砂をその搬送中に脱水することにより減量化すると共にその取扱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の排土装置の全体図である。
【図2】 上記排土装置の要部を示す側断面図である。
【図3】 上記排土装置の別の実施形態を示す側断面図である。
【図4】 上記排土装置の参考形態を示す側断面図である。
【符号の説明】
1 シールド掘進機
5 土砂取込室
6 坑内
8 ケーシング
9 スクリュー羽根
14 スクリュー羽根
15 通水性部材
16 コーン体
17 カバー部材
Claims (2)
- シールド掘進機の土砂取込室とその後方の坑内とを連通する筒体状のケーシングと、該ケーシング内の土砂に軸方向の強制的な搬送力を与えるべく回転駆動される複数のスクリュー羽根と、該スクリュー羽根によって搬送される土砂の搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通水性部材とを備え、
上記スクリュー羽根が、その直径が土砂の移送方向後方に向かい縮小するように形成され、
上記通水性部材が、上記ケーシングの後端部に上記スクリュー羽根を覆うように設けられ、土砂の移送方向後方に向かい先細となるように形成された中空のコーン体からなり、 該コーン体を覆うように、上記コーン体から染み出た水分を貯留するためのカバー部材を設けたことを特徴とするシールド掘進機の排土装置。 - 上記コーン体の後端部に設けられ、土砂を排出する出口の開口面積を調節するためのゲートを備えた請求項1記載のシールド掘進機の排土装置。
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JP05349597A JP3870472B2 (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-07 | シールド掘進機の排土装置 |
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