JP4045331B2 - 大深度掘削土搬出装置 - Google Patents

Description

本発明は、大深度の地下空間の施工技術に関し、詳しくは大深度の地下空間の掘削土の搬出装置及びその装置を用いた搬出方法に関する。

近年深度４０メートル以上の大深度の地下空間の有効利用を目的とした計画が数多く立案されているが、大深度の地下空間を施工する際の作業用連絡坑としては、作業効率からは横坑道が望ましいが、勾配の制約から地下空間の設置位置が深くなるほど横坑延長が長大となり事業費がかかりすぎる問題があった。このため作業用連絡坑として立坑を用いて掘削土を搬出する技術が求められていた。

従来、立坑の掘削においては、掘削土の搬出装置として垂直搬送装置が種々提案されているが、これまでの技術は、立坑そのものの掘削に伴う掘削土の搬出能力を満たすものであればよく、立坑完成後の大深度地下空間の施工に伴って発生する大量の掘削土（ズリ）を搬出する装置は提供されていなかった。

しかしながら、従来の土砂の垂直搬送装置は、数百メートルに及ぶ大深度に対応する事ができないと共に、時間当たりの搬出量が少なく大量の掘削土又は掘削礫が排出される大深度の地下空間施工には対応できない問題があった。
また、従来のワイヤー方式の吊上げでは連続した搬出処理が出来ないため地下に掘削土の仮置き空間を確保しなければならない問題があった。さらに、中継のための乗り継ぎ設備を立坑内に設けると大きな断面の立坑としなければならず、立坑自体の施工費用が膨大となる問題があった。

特許文献１は、従来の土砂垂直搬送装置に関する発明で、確実な上昇運搬と排出とを実現でき、搬送能力が高く、垂直搬送部の延長を容易にすることを特徴とするものである。

特願２００３−１３４６７号公報（第１、２頁、第１図）

本発明は、小径の立坑を用い、大規模な地上設備を用いず経済的に大深度の地下空間掘削土及び掘削礫を時間当たり大量に且つ連続的に搬出可能な大深度掘削土搬出装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の大深度掘削土搬出装置は、直径１０メートル以下の小径の立坑を地下空間掘削深度まで掘り下げ、所定深さに達する毎に前記立坑内壁から水平方向の地中に拡幅し横穴状の中継空間を設け、前記立坑底に掘削土礫の積載装置を備え、第１の垂直搬送用ベルトコンベアを地下空間掘削深度から第１の前記中継空間までの間に設け、第１の垂直搬送ベルトコンベアにより搬送された掘削土礫の移載装置を備えた第２の垂直搬送用ベルトコンベアを第１の前記中継空間から第２の中継空間までの間に設け、さらに第２の前記中継空間より地上までの第Ｎの中継空間までそれぞれ移載装置を備えた第Ｎの垂直搬送ベルトコンベアを設け、地下空間掘削土を連続的に地上まで搬送する装置であって、
前記垂直搬送用ベルトコンベアは、駆動ローラとガイドローラにより回動する無限軌道の本体ベルトと、本体ベルト上の中央に所定幅の間隔で並行して長手方向に設けられた２本の波形耳桟と、本体ベルトの長手方向と直角に左右の波形耳桟間に掛け渡すように一定間隔で設けられた横桟で区画された複数の搬送バケットを備え、
前記移載装置は、直前の垂直搬送用ベルトコンベアから落下放出された掘削土礫を受け止めて、落下の衝撃を緩和しながら掘削土礫を横移動させて次の垂直搬送用ベルトコンベアの搬送バケットに移載することを特徴とする。

また、前記移載装置は、上部が長方形に開口した直方体の受入口からなる土礫受入部と、前記受入口の底部から下向きに傾斜して設けられ下部に向けて幅が狭く形成され下部に下向きの排出口を備えた傾斜搬送路とからなり、
前記土礫受入部の一側壁に設けた第１の流下土礫受板と、傾斜搬送路の底板に設けた第２の流下土礫受板と、傾斜搬送路の天板に設けた第３の流下土礫受板とを備え、移載される掘削土礫の流下速度を抑制し、流下に伴う衝撃を吸収して騒音を低減させることを特徴とする。

また、前記流下土礫受板は、側壁、底板あるいは天板に固着された軟質ゴム三角柱からなる弾性支持部材と、該弾性支持部材に連結固定された硬質ゴム板からなる土礫受板とから構成されることを特徴とする。

本発明の大深度掘削土搬出装置によれば、大量の掘削土、礫を連続して搬出することができ、又、中継により大深度の地下空間施工が可能であり、さらに中継空間は立坑を拡幅して必要空間を確保するため立坑径を最小限とすることができる。

このため、従来の大深度地下空間の施工に対して、工期を短縮し、且つ搬出設備費の削減を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の大深度掘削土搬出装置の構成を説明する模式図で、（ａ）は全体を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の要部を示す平面図である。

図１において、１は立坑であり、地上開口１ａから地下空間１００まで掘削された状態を示す。立坑１には、立坑１の内壁を水平方向に拡張し横穴状に形成した中継空間Ａを一定間隔で設ける。図は途中を省略し第１の中継空間Ａ１と、第Ｎの中継空間Ａｎとを示す。

立坑１の地底１ｂは、地下空間１００の施工地点で、図１では１方向への横穴を示したが、左右或は４方に延びる地下空間１００から掘削土礫が運ばれてくる。

地底１ｂには、運ばれてきた掘削土礫を積載する積載装置４０と、第１の垂直搬送ベルトコンベアＢ１が設けられ、第１の垂直搬送ベルトコンベアＢ１は第１の中継空間Ａ１まで延びた状態に設けられる。積載装置４０は、ベルトコンベアへの積載装置であればどのような公知の装置でもよい。

垂直搬送ベルトコンベアＢは、垂直高さ１７０メートルを１ユニットとし、１時間当たり７０立方メートル（１７０トン）の搬送能力を有する。すなわち、この実施例では、第１の中継空間Ａ１は地底１ｂから１７０メートル上方に設ければよい。

垂直搬送ベルトコンベアＢは上部の駆動ローラ２０と、垂直部と水平部に設けられたガイドローラ２１により回動する無限軌道となっており、地底１ｂの水平部で積載装置４０から積み込まれた掘削土礫を立坑１内では垂直に搬送し第１の中継空間Ａ１の水平部の終端で放出する。

第１の中継空間Ａ１には第２の垂直搬送ベルトコンベアＢ２の下端が水平に折り返しており、第１の垂直搬送ベルトコンベアＢ１から落下放出される掘削土礫を第２の垂直搬送ベルトコンベアＢ２に移載する移載装置１０が設けられている。

図示を省略しているが、第２の垂直搬送ベルトコンベアＢ２は第２の中継空間Ａ２まで延設され、図示するように第Ｎの中継空間Ａｎには、第Ｎ−１の垂直搬送ベルトコンベアＢｎ−１と、第Ｎの垂直搬送ベルトコンベアＢｎが設けられる。

このように中継空間を設けて垂直搬送ベルトコンベアＢを乗り継ぐ方式とすることにより、１７０メートル×Ｎの深度殻の掘削土礫の搬出を連続して行うことができる。

第Ｎの垂直搬送ベルトコンベアＢｎは、地上開口１ａから掘削土礫を地上に搬出する。望ましくは、垂直搬送ベルトコンベアＢｎから落下放出される下部に運搬車両を待機させることが望ましい。

図１（ｂ）は、立坑１の要部の水平断面の平面図で、上から地上開口１ａの平面図、第Ｎの中継空間Ａｎの平面図、第１の中継空間Ａ１の平面図、地底１ｂの平面図を示す。

地底１ｂには第１の垂直搬送ベルトコンベアＢ１と、積載装置４０が配置され、第１の中継空間Ａ１には、第１の垂直搬送ベルトコンベアＢ１から第２の垂直搬送ベルトコンベアＢ２に掘削土礫を移載する移載装置１０が配置されている。同様に第Ｎの中継空間Ａｎには、第Ｎ−１の垂直搬送ベルトコンベアＢｎ−１から第Ｎの垂直搬送ベルトコンベアＢｎに掘削土礫を移載する移載装置１０が配置されている。

地上開口１ａには第Ｎの垂直搬送ベルトコンベアＢｎが水平に伸び、折り返している。尚図示しないが、垂直搬送ベルトコンベアＢの折り返し部に駆動ローラ２０が設けられている。

図２は本発明の移載装置を説明する図で、（ａ）は移載部分の平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。

図２（ａ）は、第Ｎの中継空間Ａｎの平面図で、第Ｎ−１の垂直搬送ベルトコンベアＢｎ−１から第Ｎの垂直搬送ベルトコンベアＢｎに掘削土礫を移載する移載装置１０を示している。

この平面図に示すように垂直搬送ベルトコンベアＢは、本体ベルト３０上の中央に所定幅の間隔で並行して長手方向に設けられた２本の波形耳桟３１と、本体ベルト３０の長手方向と直角に左右の波形耳桟３１間に掛け渡すように一定間隔で設けられた横桟３２で区画された複数の搬送バケット３３を備えている。

第Ｎ−１の垂直搬送ベルトコンベアＢｎ−１の搬送バケット３３に収容されて搬送された掘削土礫は、先端部で落下放出され、移載装置１０の土礫受入部１１の受入口１０ａに落下する。落下した掘削土礫は、第１の流下土礫受板１３に受けとめられ衝撃を吸収されて傾斜搬送路１２内部を流下して、第Ｎの垂直搬送ベルトコンベアＢｎの搬送バケット３３に移載される。

図２（ｂ）に示すように、移載装置１０は上部に長方形に開口した受入口１０ａを備えた土礫受入部１１と下方に向けて幅が狭く形成された傾斜搬送路１２と、傾斜搬送路１２の下部に開口した排出口１０ｂからなる。

第Ｎ−１の垂直搬送ベルトコンベアＢｎ−１は、本体ベルト３０の折り返し点を駆動ローラ２０で駆動しており、第Ｎの垂直搬送ベルトコンベアＢｎの折り返し点はガイドローラ２１で回動をガイドされている。

図３は、本発明の移載装置１０の構造を示し、（ａ）は一部断面を示す平面図、（ｂ）は側面の断面図である。

図３（ａ）に示す移載装置１０は、土礫受入部１１と、傾斜搬送路１２から構成され、土礫受入部１１は直方体の箱状の上部が開口して受入口１０ａとされ、直方体の一側壁に第１の流下土礫受板１３が設けられている。

第１の流下土礫受板１３は、垂直搬送ベルトコンベアＢから放出落下する土礫を受けとめて流下速度を抑制し、衝撃を吸収して騒音の発生を最小にするものである。

第１の流下土礫受板１３は、硬質ゴム製の平板である土礫受板１３ａの裏側を軟質ゴムの直角三角柱からなる弾性支持部材１３ｂに接着し、土礫受入部１１の側壁に接着固定してある。土礫受板１３ａのほぼ中央から先端までは撓みにより落下衝撃を吸収し、全体の衝撃は下部の弾性支持部材１３ｂが吸収すると共に騒音の発生を抑制する。

傾斜搬送路１２は、下方に従って狭くなる側壁１２ｃと、下向きの傾斜の底板１２ａ及び天板１２ｂで構成され、下部に長方形の排出口１０ｂが開口している。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、底板１２ａには、第２の流下土礫受板１４が間隔をあけて２箇所に設けられている。この第２の流下土礫受板１４は、硬質ゴム製の平板である土礫受板１４ａの裏側を軟質ゴムの直角三角柱からなる弾性支持部材１４ｂに接着し、底板１２ａに接着固定してある。

また、天板１２ｂには、第３の流下土礫受板１５が前記二つの第２の流下土礫受板１４の間に位置するように設けられている。この第３の流下土礫受板１５は、硬質ゴム製の平板である土礫受板１５ａの後ろ側を軟質ゴムの直角三角柱からなる弾性支持部材１５ｂに接着し、天板１２ｂに接着固定してある。

前記、第２の流下土礫受板１４は、傾斜している傾斜搬送路１２に対し、水平となるように設けられ、傾斜を流下する土礫を受けとめ流下速度を抑制する。また、第３の流下土礫受板１５は、天板１２ｂから垂直に吊り下げられておりバウンドして流下する土礫の衝撃を吸収して流下速度を抑制する。

これら第１から第３の流下土礫受板１３、１４、１５により、移載に際して第１には流下速度の抑制により移載装置内での詰まり防止、第２には流下する土礫の衝撃吸収により移載装置の破損防止、第３には発生する騒音の抑制により坑内環境維持の効果を奏することができる。

図４は、本発明の移載装置１０の内部を透視した立体図である。符号は図３と同様であるので説明を省略する。

図５は、本発明の垂直搬送ベルトコンベアＢの構造を説明する縦断面図である。この図は、垂直搬送ベルトコンベアＢを長手方向と直角に切り取った断面
を示す。

本体ベルト３０の上に、２本の波形耳桟３１が長手方向に連続して並行に溶着されており、左右の波形耳桟３１に掛け渡すように横桟２が溶着により固定されている。

この実施例では、本体ベルト３０の横幅Ｌ１は１，４００ｍｍ、横桟３２の高さＬ２は３６０ｍｍ、波形耳桟３１の高さは４００ｍｍ、幅は１００ｍｍ、本体ベルト３０の両サイドＬ４は ４００ｍｍ、横桟３２の幅は４００ｍｍとしている。

本発明の大深度掘削土搬出装置の構成を説明する模式図で、（ａ）は全体を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の要部を示す平面図である。 本発明の移載装置を説明する図で、（ａ）は移載部分の平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 本発明の移載装置１０の構造を示し、（ａ）は一部断面を示す平面図、（ｂ）は側面の断面図である。 本発明の移載装置１０の内部を透視した立体図である。 本発明の垂直搬送ベルトコンベアＢの構造を説明する縦断面図である。

符号の説明

Ａ 中継空間
Ｂ 垂直搬送ベルトコンベア
１ 立坑
１ａ 地上開口
１ｂ 地底
１０ 移載装置
１０ａ 受入口
１０ｂ 排出口
１１ 土礫受入部
１２ 傾斜搬送路
１２ａ 底板
１２ｂ 天板
１２ｃ 側壁
１３ 第１の流下土礫受板
１３ａ 土礫受板
１３ｂ 弾性支持部材
１４ 第２の流下土礫受板
１４ａ 土礫受板
１４ｂ 弾性支持部材
１５ 第３の流下土礫受板
１５ａ 土礫受板
１５ｂ 弾性支持部材
２０ 駆動ローラ
２１ ガイドローラ
３０ 本体ベルト
３１ 波形耳桟
３２ 横桟
４０ 積載装置

Claims (3)

1. 直径１０メートル以下の小径の立坑を地下空間掘削深度まで掘り下げ、所定深さに達する毎に前記立坑内壁から水平方向の地中に拡幅し横穴状の中継空間を設け、前記立坑底に掘削土礫の積載装置を備え、第１の垂直搬送用ベルトコンベアを地下空間掘削深度から第１の前記中継空間までの間に設け、第１の垂直搬送ベルトコンベアにより搬送された掘削土礫の移載装置を備えた第２の垂直搬送用ベルトコンベアを第１の前記中継空間から第２の中継空間までの間に設け、さらに第２の前記中継空間より地上までの第Ｎの中継空間までそれぞれ移載装置を備えた第Ｎの垂直搬送ベルトコンベアを設け、地下空間掘削土を連続的に地上まで搬送する装置であって、
   前記垂直搬送用ベルトコンベアは、駆動ローラとガイドローラにより回動する無限軌道の本体ベルトと、本体ベルト上の中央に所定幅の間隔で並行して長手方向に設けられた２本の波形耳桟と、本体ベルトの長手方向と直角に左右の波形耳桟間に掛け渡すように一定間隔で設けられた横桟で区画された複数の搬送バケットを備え、
   前記移載装置は、直前の垂直搬送用ベルトコンベアから落下放出された掘削土礫を受け止めて、落下の衝撃を緩和しながら掘削土礫を横移動させて次の垂直搬送用ベルトコンベアの搬送バケットに移載することを特徴とする大深度掘削土搬出装置。
2. 前記移載装置は、上部が長方形に開口した直方体の受入口からなる土礫受入部と、前記受入口の底部から下向きに傾斜して設けられ下部に向けて幅が狭く形成され下部に下向きの排出口を備えた傾斜搬送路とからなり、
   前記土礫受入部の一側壁に設けた第１の流下土礫受板と、傾斜搬送路の底板に設けた第２の流下土礫受板と、傾斜搬送路の天板に設けた第３の流下土礫受板とを備え、移載される掘削土礫の流下速度を抑制し、流下に伴う衝撃を吸収して騒音を低減させることを特徴とする請求項１記載の大深度掘削土搬出装置。
3. 前記流下土礫受板は、側壁、底板あるいは天板に固着された軟質ゴム三角柱からなる弾性支持部材と、該弾性支持部材に連結固定された硬質ゴム板からなる土礫受板とから構成されることを特徴とする請求項２記載の大深度掘削土搬出装置。

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