JP4091522B2 - 土砂分離用フィルタ装置及びトンネル掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘削などにより発生した掘削土砂を水と土砂に分離処理する土砂分離用フィルタ装置、また、地盤を掘削してトンネルを構築するトンネル掘削機に関する。

泥水式シールド掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部に円盤形状をなすカッタヘッドが駆動回転可能に装着される一方、後部には掘削機本体を前進させる多数のシールドジャッキが装着されると共に、既設トンネルの内壁面にセグメントを組み付けるエレクタ装置が装着されて構成されている。従って、カッタヘッドを回転させながらシールドジャッキを伸長させると、既設セグメントからの掘削反力を得て掘削機本体が前進し、各カッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネルを形成することができる。

ところで、泥水式シールド掘削機が使用される地盤は、切羽が比較的軟弱で、湧水処理の困難な安定しない地層であり、トンネル掘削作業では、泥水を循環させることにより、この泥水により切羽の安定を図りながら地盤を掘削している。即ち、地盤掘削により発生したずりを排泥ポンプにより泥水として地上に流体輸送し、地上に設置された処理施設で土砂と泥水に分離し、泥水ポンプにより泥水をチャンバに戻して加圧状態に維持することで、切羽の安定を図っている。なお、掘削土砂の処理方法としては、下記に記載した特許文献１、２がある。
特開平１１−１５９２８１号公報 特開平１０−２５２３８１号公報

ところが、このようにずりを泥水として地上に流体輸送して土砂と水に分離した後に水をチャンバに戻しているため、ずりを地上に排出するための排泥ポンプ及び排泥管と、泥水をチャンバに戻すための泥水ポンプ及び泥水管が必要となり、配管設備が大掛かりなものとなって設備コストが増大してしまうという問題がある。また、チャンバ内でのずりの流動性を確保するために、ずりに対してベントナイトなどの添加材を注入しているため、地上に流体輸送されて分離された土砂は産業廃棄物として処理しなければならず、処理コストが増大してしまう。

更に、泥水式シールド掘削機のトンネル掘削作業で発生した掘削土砂をろ過装置を用いて土砂と泥水に分離するが、地層の種類（土、砂、粘度、礫など）によってそのろ過度合が異なる。そのため、ろ過装置のフィルタが目詰まりしたり、土砂を適正に分離することができなかったりして、掘削土砂のろ過作業に長時間を要してしまい、作業効率が良くなかった。

本発明はこのような問題を解決するものであって、設備コストや処理コストの低減を図ると共に掘削土砂のろ過効率の向上を図った土砂分離用フィルタ装置及びトンネル掘削機を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するための請求項１の発明の土砂分離用フィルタ装置は、排土装置に設けられて掘削土砂から水と土砂を分離する土砂分離用フィルタ装置において、掘削土砂に含有する土砂の種類に応じてろ過度合を変更するろ過度合変更手段を設け、前記ろ過度合変更手段は、前記排土装置の掘削土砂流動領域とその周辺部との間で移動可能な複数のフィルタを有することを特徴とするものである。

請求項２の発明の土砂分離用フィルタ装置では、前記複数のフィルタは、前記掘削土砂流動領域に移動して互いに重合することを特徴としている。

請求項３の発明の土砂分離用フィルタ装置では、前記複数のフィルタは串歯形状をなし、互いに交差する方向に移動自在に支持されたことを特徴としている。

請求項４の発明の土砂分離用フィルタ装置では、前記複数のフィルタは、前記掘削土砂流動領域に移動して互いに並行状態で該掘削土砂流動領域を被覆可能であることを特徴としている。

請求項５の発明の土砂分離用フィルタ装置では、前記複数のフィルタは、前記掘削土砂流動領域にて移動方向に沿った軸心を中心として回動可能であることを特徴としている。

請求項６の発明の土砂分離用フィルタ装置では、前記複数のフィルタは、直列に連結されたろ過度合の異なる複数のフィルタであることを特徴としている。

請求項７の発明の土砂分離用フィルタ装置では、前記複数のフィルタは、選択的に前記掘削土砂流動領域に移動可能なろ過度合の異なる複数のフィルタであることを特徴としている。

請求項８の発明の土砂分離用フィルタ装置では、前記ろ過度合変更手段は、前記排土装置の掘削土砂流動領域とその周辺部との間で互いに交差する方向に移動自在な複数組の駆動ロッドであることを特徴としている。

また、請求項９の発明のトンネル掘削機は、切羽に連通する送水管及び排土管を有する循環配管系と、該循環配管系に流動する掘削土砂を水と土砂とに分離するろ過装置と、該ろ過装置に設けられて掘削途中でも土砂の種類に応じてろ過度合を変更可能とするろ過度合変更手段と、前記ろ過装置から砂礫を取出す砂礫排出口とを具えたことを特徴とするものである。

請求項１０の発明のトンネル掘削機では、前記ろ過装置は、掘削土砂を加圧する加圧装置と、該加圧装置により分離された掘削土砂をろ過するフィルタ装置とを有し、前記ろ過度合変更手段は該フィルタ装置のろ過度合を変更することを特徴としている。

本発明の土砂分離用フィルタ装置によれば、掘削土砂に含有する土砂の種類に応じてろ過度合を変更するろ過度合変更手段を設けたので、ろ過フィルタの目詰まりを防止し、土砂と水分とを適正に分離することができ、ろ過作業を短時間で容易に行うことで、作業効率を向上することができ、また、設備コストや処理コストの低減を図ることができると共に、掘削土砂のろ過効率を向上することができる。

本発明の土砂分離用フィルタ装置によれば、ろ過度合変更手段は、排土装置の掘削土砂流動領域とその周辺部との間で移動可能な複数のフィルタを有するので、土砂の種類に応じて複数のフィルタを移動することで、容易にろ過度合を変更することができる。

本発明の土砂分離用フィルタ装置によれば、複数のフィルタは、掘削土砂流動領域に移動して互いに重合するので、複数のフィルタの組み合わせにより多数のろ過度合を形成することができる。

本発明の土砂分離用フィルタ装置によれば、複数のフィルタは串歯形状をなし、互いに交差する方向に移動自在に支持したので、簡単な構成で複数のろ過度合を形成することができる。

本発明の土砂分離用フィルタ装置によれば、複数のフィルタは、掘削土砂流動領域に移動して互いに並行状態で掘削土砂流動領域を被覆可能としたので、フィルタ全体の厚さを薄く構成することで、装置の小型軽量化を可能とすることができる。

本発明の土砂分離用フィルタ装置によれば、複数のフィルタを、掘削土砂流動領域にて移動方向に沿った軸心を中心として回動可能としたので、短時間で容易にろ過度合を変更することができる。

本発明の土砂分離用フィルタ装置によれば、複数のフィルタを、直列に連結されたろ過度合の異なる複数のフィルタとしたので、フィルタ全体の厚さを薄く構成することで、装置の小型軽量化を可能とすることができると共に、土砂のろ過度合を容易に変更することができ、作業性を向上することができる。

本発明の土砂分離用フィルタ装置によれば、複数のフィルタを、選択的に掘削土砂流動領域に移動可能なろ過度合の異なる複数のフィルタとしたので、土砂のろ過度合を容易に変更することができ、作業性を向上することができる。

本発明の土砂分離用フィルタ装置によれば、ろ過度合変更手段を、排土装置の掘削土砂流動領域とその周辺部との間で互いに交差する方向に移動自在な複数組の駆動ロッドとしたので、複数の駆動ロッドによりフィルタを構成し、その伸長する本数により土砂のろ過度合を変更することができ、装置の簡素化を可能とすることができる。

本発明のトンネル掘削機によれば、切羽に連通する送水管及び排土管を有する循環配管系と、循環配管系に流動する掘削土砂を水と土砂とに分離するろ過装置と、ろ過装置に設けられて掘削途中でも土砂の種類に応じてろ過度合を変更可能とするろ過度合変更手段と、ろ過装置から砂礫を取出す砂礫排出口とを設けたので、掘削土砂を地上に排出するための排泥ポンプや排土管などの排土設備が不要となり、全体の排土設備をコンパクトにすることができると共に、設備コストを低減することができると共に、土砂の種類に応じてろ過度合を変更することで、ろ過装置の目詰まりを防止し、掘削土砂を適正に分離することができ、ろ過作業を短時間で容易に行うことで、作業効率を向上することができる。

本発明のトンネル掘削機によれば、ろ過装置を、掘削土砂を加圧する加圧装置と、加圧装置により分離された掘削土砂をろ過するフィルタ装置とで構成し、ろ過度合変更手段がフィルタ装置のろ過度合を変更する用にしたので、簡単な構成で掘削土砂の加圧ろ過処理を行うことができ、設備コストを低減することができる。

本発明の土砂分離用フィルタ装置及びトンネル掘削機の最良の形態は、循環配管系に流動する掘削土砂を水と土砂とに分離する際に、土砂の種類に応じてろ過度合を変更可能としたものであり、以下に、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

図１に本発明の第１実施例に係るトンネル掘削機に搭載されたろ過フィルタの縦断面、図２に第１実施例のろ過フィルタの水平断面、図３に第１実施例のトンネル掘削機の概略断面、図４に第１実施例のトンネル掘削機の背面視、図５乃至図１０に第１実施例のトンネル掘削機による掘削工法を表す概略を示す。

第１実施例のトンネル掘削機は、特に、深度４０ｍ以上の、所謂、大深度におけるトンネル掘削作業に用いられるものであり、このような大深度の地層は比較的硬質なものとなっている。

第１実施例のトンネル掘削機において、図３及び図４に示すように、掘削機本体１１は円筒形状をなす前胴１２と後胴１３とが屈曲自在に連結されてなり、複数の中折ジャッキ１４によって屈曲可能となっている。この掘削機本体１１の前胴１２の前部にはカッタヘッド１５が回転自在に装着されており、このカッタヘッド１５には多数のカッタビット１６が固定されると共に、コピーカッタ１７が装着されている。また、カッタヘッド１５の後部にはリングギア１８が固定される一方、前胴１２には複数の旋回モータ１９が取付けられ、各旋回モータ１９の駆動ギア２０がこのリングギア１８に噛み合っている。従って、旋回モータ１９を駆動して駆動ギア２０を回転駆動すると、リングギア１８を介してカッタヘッド１５を回転することができる。

一方、掘削機本体１１の後胴１３の前部内周面にはシールドジャッキ２１が周方向に沿って複数並設されており、このシールドジャッキ２１を掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に構築された既設セグメントＳに押し付けることで、その反力により掘削機本体１１を前進することができる。また、この後胴１３には旋回リング２２が駆動旋回自在に支持され、この旋回リング２２にセグメントＳを組立てるエレクタ装置２３が装着されている。更に、掘削機本体１１の後部にはエレクタ装置２３によりリング状に組付けられたセグメントＳ同士をボルト締結するためのセグメント組立足場２４と、リング状のセグメントＳを所定形状（例えば、真円形状）に矯正して保持する形状保持装置２５が設けられている。

ところで、第１実施例のトンネル掘削機は、比較的硬質な大深度の地盤におけるトンネル掘削作業に用いて好適であり、掘削土砂をろ過手段に供給して水と砂礫とを分離（分離工程）し、切羽内の土水圧対抗水圧として分離した水（または補給水）のみを掘削機本体内の閉鎖系循環配管路から供給しながら掘削（掘削工程）する一方、分離された砂礫を地上に搬送（搬送工程）するようにしている。そして、このろ過装置にて、掘削土砂の種類に応じてそのろ過度合を変更（ろ過度合変更手段）可能となっている。

即ち、掘削機本体１１の前胴１２にはカッタヘッド１５の後方に位置してバルクヘッド２６が取付けられており、カッタヘッド１５とこのバルクヘッド２６との間にチャンバ２７が形成されている。そして、掘削機本体１１内には前傾した第１スクリューコンベヤ２８が配設されており、前端部がこのチャンバ２７に突出して連通している。一方、この第１スクリューコンベヤ２８の後端部には水平な第２スクリューコンベヤ２９が連結されている。

この第２スクリューコンベヤ２９の下方には、ろ過手段を構成する一対の加圧装置３０，３１が配設され、排土管３２，３３を介して連結されている。この加圧装置３０，３１はほぼ同様の構成をなしており、図５に詳細に示すように、円筒形状をなして水平に支持されたケーシング３４，３５と、このケーシング３４，３５内に移動自在に支持された加圧ピストン３６，３７と、この加圧ピストン３６，３７を往復移動可能な加圧ジャッキ３８，３９と、このケーシング３４，３５の先端部を開閉可能な排土ゲート（砂礫排出口）４０，４１及び排土ジャッキ４２，４３とから構成されている。この各排土管３２，３３には泥土投入ゲート４４，４５が泥土投入ジャッキ４６，４７により開閉可能となっている。

そして、この各加圧装置３０，３１には送水管４８，４９の基端部が連結され、先端部は前方に延設されてチャンバ２７に連結されている。この場合、第１加圧装置３０のケーシング３４と第１送水管４８の基端部とは、前部操作弁５０ａ，５０ｂ及びろ過フィルタ５１、中部操作弁５２ａ，５２ｂ及びろ過フィルタ５３、後部操作弁５４ａ，５４ｂ及びろ過フィルタ５５を介して連結されている。一方、第２加圧装置３１のケーシング３５と第２送水管４９の基端部とは、前部操作弁５６ａ，５６ｂ及びろ過フィルタ５７、中部操作弁５８ａ，５８ｂ及びろ過フィルタ５９、後部操作弁６０ａ，６０ｂ及びろ過フィルタ６１を介して連結されている。また、第１、第２送水管４８，４９の先端部にはそれぞれチャンバ２７の手前に開閉弁６２，６３が介装されている。

上述したろ過フィルタ５１，５３，５５，５７，５９，６１は土砂分離用フィルタ装置として機能し、排土室３４ａ，３５ａで掘削土砂から加圧処理された土砂を土砂と水分とに分離し、土砂を排土室３４ａ，３５ａに戻す一方、水分のみを各送水管４８，４９に排出するものであり、土砂の種類に応じてろ過度合を変更可能となっている。なお、以下に、ろ過フィルタ５１について詳細に説明するが、他のろ過フィルタ５３，５５，５７，５９，６１もほぼ同様の構成となっており、詳細な説明は省略する。

ろ過フィルタ５１において、図１及び図２に示すように、Ｌ字の箱型のハウジング８１の下部には取付ブラケット８２を介して配管８３が連結され、この配管８３に前部操作弁５０ｂが装着されてケーシング３４（排土室３４ａ）に連結される一方、ハウジング８１の上部には取付ブラケット８４を介して配管８５が連結され、この配管８５に前部操作弁５０ａが装着されて第１送水管４８に連結されている。

このハウジング８１の一側部には上下一対の第１フィルタ移動ジャッキ８６ａ，８６ｂが装着され、各駆動ロッド８７ａ，８７ｂの先端部には串歯形状をなす第１フィルタ８８ａ，８８ｂが連結されている。また、ハウジング８１の隣接する一側部には上下一対の第２フィルタ移動ジャッキ８９ａ，８９ｂが装着され、各駆動ロッド９０ａ，９０ｂの先端部には串歯形状をなす第２フィルタ９１ａ，９１ｂが連結されている。

従って、第１フィルタ移動ジャッキ８６ａ，８６ｂを駆動することで、第１フィルタ８８ａ，８８ｂをハウジング８１内の退避位置と配管８３，８５を遮る稼働位置（掘削土砂流動領域）との間を移動することができる。一方、第２フィルタ移動ジャッキ８９ａ，８９ｂを駆動することで、第２フィルタ９１ａ，９１ｂをハウジング８１内の退避位置と配管８３，８５を遮る稼働位置（掘削土砂流動領域）との間を移動することができる。そのため、稼働位置（掘削土砂流動領域）に重合するフィルタ８８ａ，８８ｂ，８９ａ，８９ｂの数に応じて土砂のろ過度合を変更することができる。

また、加圧装置３０，３１の下方には貯留タンク（給排水タンク）６４が配設され、第１加圧装置３０のケーシング３４の排土室３４ａと操作弁６５ａ，６５ｂ及びろ過フィルタ６６を有する連結管６７を介して連結されると共に、ケーシング３４の排水室３４ｂと開閉弁６８を有する連結管６９を介して連結されている。一方、第２加圧装置３１のケーシング３５の排土室３５ａと操作弁７０ａ，７０ｂ及びろ過フィルタ７１を有する連結管７２を介して連結されると共に、ケーシング３５の排水室３５ｂと開閉弁７３を有する連結管７４を介して連結されている。そして、貯留タンク６４は、開閉弁７５を有する連結管７６を介して第１送水管４８に連結され、開閉弁７７を有する連結管７８を介して第２送水管４９に連結されている。

なお、上述したろ過フィルタ６６，７１は、前述したろ過フィルタ５１，５３，５５，５７，５９，６１とほぼ同様の構成となっており、詳細な説明は省略する。

そして、第１実施例では、スクリューコンベヤ（排泥管）２８，２９、加圧装置３０，３１、送水管４８，４９などにより閉鎖系循環配管系が構成される。

ここで、このように構成された第１実施例のトンネル掘削機によるトンネル掘削作業並びに排土作業について説明する。

トンネルを掘削形成するには、図３及び図４に示すように、旋回モータ１９を駆動してカッタヘッド１５を回転させなから、複数のシールドジャッキ２１を伸長して既設セグメントＳへの押し付け反力によって掘削機本体１１を前進させることで、多数のカッタビット１６によって前方の地盤を掘削する。次に、トンネルジャッキ２１の何れか一つを縮み方向に作動して既設セグメントＳとの間に空所を形成し、エレクタ装置２３によってこの空所に新しいセグメントＳを装着することでリングセグメントを形成する。

この掘削作業により発生した掘削土砂はチャンバ２７内に取り込まれ、第１、第２スクリューコンベヤ２８，２９によって後方に搬送され、この掘削土砂が水と砂礫とに分離され、分離した水のみをチャンバ２７に戻す一方、分離された砂礫を地上に搬送する。この場合、第１加圧装置３０及び第１送水管４８と、第２加圧装置３１及び第２送水管４９とを交互に用いて排土処理する。

この掘削土砂を加圧装置３０，３１により水と砂礫に分離する場合、ろ過フィルタ５１，５３，５５，５７，５９，６１を用いて泥水を水と土砂に分離するが、地層の種類（土、砂、粘度、礫など）によってそのろ過度合が異なるため、各ろ過フィルタ５１，５３，５５，５７，５９，６１のろ過度合を地層に合わせて調整しておく。

即ち、地層の種類が土のようにその粒子が小さいときは、ろ過フィルタ５１，５３，５５，５７，５９，６１にて、図１及び図２に示すように、第１フィルタ移動ジャッキ８６ａ，８６ｂを伸長駆動し、第１フィルタ８８ａ，８８ｂを配管８３，８５を遮る稼働位置に移動すると共に、第２フィルタ移動ジャッキ８９ａ，８９ｂを伸長駆動し、第２フィルタ９１ａ，９１ｂを同様に稼働位置に移動することで、ろ過度合を上げて目を細かくし、土の通過を防止する。一方、地層の種類が砂や礫のようにその粒子が大きくなると、第１フィルタ８８ａ，８８ｂ及び第２フィルタ９１ａ，９１ｂの重合する数を減らしてろ過度合を下げて目を粗くする。

このようにろ過フィルタ５１，５３，５５，５７，５９，６１のろ過度合が地層に合わせて調整された状態で、まず、図５に示すように、第１加圧装置３０の泥土投入ゲート４４を開放する一方、第２加圧装置３１の泥土投入ゲート４５を閉止した状態で、チャンバ２７内の掘削土砂を第１スクリューコンベヤ２８から第２スクリューコンベヤ２９に搬送し、排土管３２を通して第１加圧装置３０のケーシング３４の排土室３４ａ内に投入する。そして、ケーシング３４内に所定量の掘削土砂が投入されたら、図６に示すように、第１加圧装置３０の泥土投入ゲート４４を閉止する一方、第２加圧装置３１の泥土投入ゲート４５を開放する。すると、掘削土砂の投入位置が第１加圧装置３０から第２加圧装置３２に切り換わり、第２スクリューコンベヤ２９内の掘削土砂が排土管３３を通して第２加
圧装置３１のケーシング３５の排土室３５ａ内に投入される。

掘削土砂が第２加圧装置３２に投入されている間に、第１加圧装置３０では、加圧ジャッキ３８を伸長して加圧ピストン３６によりケーシング３４内の掘削土砂を加圧することで、水分と砂礫とに分離する。このとき、操作弁６５ａ，６５ｂ及び開閉弁６８を開放すると、排土室３４ａにて分離された水分が貯溜タンク６４を介して排水室３４ｂに供給されるため、ケーシング３４（排土室３４ａ、排水室３４ｂ）内が所定圧に維持することができる。また、分離された水分には泥土が含まれているが、ケーシング３４の排土室３４ａから貯溜タンク６４に供給されるときにろ過フィルタ６６でろ過されるため、排水室３４ｂに泥土が侵入して加圧ジャッキ３８の作動に影響を与えることはない。その後、第１加圧装置３０の加圧ジャッキ３８を収縮して加圧ピストン３６を元の位置に戻す。

そして、ケーシング３５内に所定量の掘削土砂が投入されたら、図７に示すように、第２加圧装置３１の泥土投入ゲート４５を閉止する一方、第１加圧装置３０の泥土投入ゲート４４を開放する。すると、掘削土砂の投入位置が第２加圧装置３１から第１加圧装置３１に切り換わり、第２スクリューコンベヤ２９内の掘削土砂が排土管３２を通して第１加圧装置３０のケーシング３４の排土室３４ａ内に投入される。

すると、第２加圧装置３１では、加圧ジャッキ３９を伸長して加圧ピストン３７によりケーシング３５内の掘削土砂を加圧することで、水分と砂礫とに分離する。このとき、操作弁７０ａ，７０ｂ及び開閉弁７３を開放すると、排土室３５ａにて分離された水分が貯溜タンク６４を介して排水室３５ｂに供給されるため、ケーシング３５（排土室３５ａ、排水室３５ｂ）内が所定圧に維持することができる。また、排土室３５ａから貯溜タンク６４に供給される水はろ過フィルタ７１でろ過されるため、排水室３５ｂに泥土が侵入して加圧ジャッキ３９の作動に影響を与えることはない。その後、第２加圧装置３１の加圧ジャッキ３９を収縮して加圧ピストン３７を元の位置に戻す。

ところで、このトンネル掘削作業では、チャンバ２７に水を供給して加圧状態に維持することで、この加圧水により切羽の安定を図っている。そのため、チャンバ２７には図示しない土圧センサが設けられており、この土圧センサの検出結果に基づいてチャンバ２７の圧力が所定圧となるように、各加圧装置３０，３１で掘削土砂から分離した水分をチャンバ２７に戻している。

例えば、図８に示すように、第１加圧装置３０の排土室３４ａ内に掘削土砂が投入され、図９に示すように、加圧ジャッキ３８を伸長して加圧ピストン３６によりケーシング３４内の掘削土砂を加圧するとき、操作弁５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂを開放する。すると、排土室３４ａで加圧分離された水分をろ過フィルタ５１，５３，５５を通して第１送水管４８に押し出し、この第１送水管４８を通してチャンバ２７に送給することができる。この場合、分離された水分には泥土が含まれているが、各ろ過フィルタ５１，５３，５５でろ過されるため、チャンバ２７に泥土が戻されて排土効率を低下させることはない。

この場合、掘削土砂から分離した水分をチャンバ２７に戻して加圧状態に維持することで、切羽の安定を図っており、掘削土砂に対してベントナイトなどの加泥材を添加する必要もない。また、加圧ジャッキ３８を収縮して加圧ピストン３６を戻すときに、操作弁５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂを開放すると、ろ過された水分がろ過フィルタ５１，５３，５５を通してケーシング３４，３５側に戻されることで、ろ過フィルタ５１，５３，５５の逆洗処理を行うこともできる。

なお、加圧装置３０，３１にて、加圧ジャッキ３８，３９を伸長して加圧ピストン３６，３７によりケーシング３４，３５内の掘削土砂を加圧して水分と砂礫とに分離するとき、分離した水分を貯溜タンク６４に戻すか、送水管４８，４９を通してチャンバ２７に戻すかは、チャンバ２７の土圧状態に応じて選択すればよい。また、分離した水分を送水管４８，４９から周辺の地層に圧送して地下水として戻すようにしてもよい。更に、貯溜タンク６４内の水が満水状態となって、チャンバ２７や周辺地層に送給することができないときには、別途配設された排水管を通して地上に排出すればよい。

そして、この作業を繰り返すことで、図９に示すように、第１加圧装置３０の排土室３４ａ内にほぼ満杯の掘削土砂が投入されたら、加圧ジャッキ３８を伸長して加圧ピストン３６によりケーシング３４内の掘削土砂を加圧する。すると、図１０に示すように、投入された掘削土砂は水分と砂礫に分離され、水分がチャンバ２７あるいは貯留タンク６４に送給される一方、圧縮された砂礫は固まりとなり、排土ジャッキ４２を伸長して排土ゲート４０を開放することで、固化した砂礫をケーシング３４の後端部から外部に排出することができる。

既設トンネル内には、図示しないレールが敷設されて搬送台車が移動自在となっており、第１加圧装置３０にて掘削土砂から分離された固化した砂礫をこの搬送台車に積載して地上に搬送する。なお、第２加圧装置３１にて掘削土砂から分離された固化した砂礫も同様に搬送台車に積載して地上に搬送する。

なお、地層の種類が変更したときには、掘削途中で各ろ過フィルタ５１，５３，５５，５７，５９，６１のろ過度合を変更調整する。この場合、作業者が掘削土砂の地質を目視したり、検査装置で測定したり、あるいは粒子検出センサなどを用いて行ってもよい。

このように第１実施例のトンネル掘削機にあっては、掘削機本体１１に形成されたチャンバ２７に第１、第２スクリューコンベヤ２８，２９を連結し、この第２スクリューコンベヤ２９の後端部にろ過装置としての一対の加圧装置３０，３１を連結し、この加圧装置３０，３１に掘削土砂から分離した水分をチャンバ２７に戻す第１、第２送水管４８，４９を連結して循環配管系を形成すると共に、分離した砂礫を排出する排土ゲート４０，４１を設けている。

そして、掘削作業により発生した掘削土砂がチャンバ２７内に取り込まれると、第１、第２スクリューコンベヤ２８，２９によって後方に搬送し、加圧装置３０，３１により掘削土砂を加圧して水と砂礫とに分離し、分離した水のみをチャンバ２７に戻す一方、分離した砂礫を排土ゲート４０，４１から排出して地上に搬送している。

従って、水分を含んだ掘削土砂を地上に排出するための排泥ポンプや排泥管などの排土設備が不要となり、全体の排土設備をコンパクトにすることができると共に、設備コストを低減することができる。また、チャンバ２７内での掘削土砂の流動性を確保するために添加するベントナイトなどの添加材も不要となり、分離された砂礫が産業廃棄物として処理する必要となく、処理コストを低減することができると共に、再利用が可能となる。

また、掘削機本体１１の後方の既設トンネル内に、掘削土砂を水分と砂礫に加圧分離するろ過装置としての加圧装置３０，３１を配設したことで、地上に設置する掘削土砂の処理施設を小型化することができる。また、この第１、第２加圧装置３０，３１に第１、第２送水管４８，４９を連結して交互運転することで、掘削土砂を断続的に連続処理することができ、掘削土砂の処理効率を向上することができる。

更に、各加圧装置３０，３１に貯留タンク６４を連結したことで、チャンバ２７に戻しても処理しきれない水分をこの貯留タンク６４に一時的に貯留することができ、作業性を向上することができる。

また、各加圧装置３０，３１で処理された泥水をチャンバ２７または貯留タンク６４に送給する排水系にろ過フィルタ５１，５３，５５，５７，５９，６１を設け、このろ過フィルタ５１，５３，５５，５７，５９，６１にて、掘削土砂の種類に応じてそのろ過度合を変更可能としている。従って、ろ過フィルタ５１，５３，５５，５７，５９，６１における第１フィルタ８８ａ，８８ｂ及び第２フィルタ９１ａ，９１ｂの目詰まりを防止し、掘削土砂を適正に分離することができ、ろ過作業を短時間で容易に行うことで、作業効率を向上することができる。

なお、上述の実施例では、スクリューコンベヤ２９の後端部にろ過装置として２つの加圧装置３０，３１及び送水管４８，４９を連結したが、掘削土砂の発生量に応じて１つの加圧装置及び送水管を用いて断続運転してもよく、３つ以上の加圧装置及び送水管を用いて連続運転してもよい。また、この加圧装置３０，３１をケーシング３４，３５、加圧ピストン３６，３７、加圧ジャッキ３８，３９、排土ゲート４０，４１等により構成したが、この構成に限定されるものではない。

また、第１、第２加圧装置３０，３１にて掘削土砂から分離された砂礫を搬送台車に積載して地上に搬送して処理したが、この砂礫を既設トンネル内に有効利用を図ってもよい。例えば、トンネル完成後には、線路を敷設したり道路を形成するために下部を水平地盤とするが、砂礫をこの水平地盤の盛土として利用（還元）してもよい。また、トンネル掘削後にトンネル内壁面と既設セグメントとの空間部に裏込め材（モルタルなど）を注入するが、この裏込め材の代わりに砂礫を注入してもよい。この場合、砂礫を小さい粒径に粉砕したり水分量を調整してスラリー状とすることで流動性を確保し、この状態で空間部に注入することで砂礫を空間部に隙間なく十分に行き渡らせて充填することができる。そして、上述の実施例では、本発明のろ過度合変更手段を、ろ過フィルタ５１，５３，５５，５７，５９，６１，６６，７１としたが、この構成に限定されるものではない。

図１１に本発明の第２実施例に係るろ過フィルタの縦断面、図１２に第２実施例のろ過フィルタの水平断面を示す。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１１及び図１２に示すように、第２実施例のろ過フィルタ100において、箱型のハウジング101の下部には取付ブラケット102を介して配管103が連結される一方、ハウジング101の上部には取付ブラケット104を介して配管105が連結されている。このハウジング101の側部には３つのフィルタ移動ジャッキ106a，106b，106cが互いに並行状態で装着され、各駆動ロッド107a，107b，107cの先端部には串歯形状をなすフィルタ108a，108b，108cが連結されている。

従って、フィルタ移動ジャッキ106a，106b，106cを駆動することで、フィルタ108a，108b，108cをハウジング101内の退避位置と配管103，105を遮る稼働位置（掘削土砂流動領域）との間を移動することができ、図１２(ａ)(ｂ)(ｃ)に示すように、稼働位置（掘削土砂流動領域）に位置するフィルタ108a，108b，108cの数に応じて土砂のろ過度合を変更することができる。この場合、例えば、中央部のフィルタ108bを移動方向に沿った軸心、つまり、駆動ロッド107bを軸中心として回動可能とすることで、更に、土砂のろ過度合を細かく変更することができる。

このように第２実施例のろ過フィルタ100にあっては、３つのフィルタ108a，108b，108cを水平な方向に並行して配設したことで、ろ過フィルタ100全体の厚さを薄く構成することで、装置の小型軽量化を可能とすることができる。

図１３に本発明の第３実施例に係るろ過フィルタの縦断面、図１４に第３実施例のろ過フィルタの水平断面を示す。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１３及び図１４に示すように、第３実施例のろ過フィルタ110において、矩形箱型のハウジング111の下部には取付ブラケット112を介して配管113が連結される一方、ハウジング111の上部には取付ブラケット114を介して配管115が連結されている。このハウジング111の側部にはフィルタ移動ジャッキ116が装着され、駆動ロッド117の先端部には串歯形状をなしてろ過度合の異なる３つのフィルタ118a，118b，118cが直列に連結されている。この場合、フィルタ118aの目が一番細かく、フィルタ118cの目が一番粗くなっている。

従って、フィルタ移動ジャッキ116を駆動することで、フィルタ118a，118b，118cのいずれか一つハウジング111内の退避位置から配管113，115を遮る稼働位置（掘削土砂流動領域）に移動することができ、稼働位置（掘削土砂流動領域）に位置するフィルタ118a，118b，118cに応じて土砂のろ過度合を変更することができる。

このように第３実施例のろ過フィルタ100にあっては、３つのフィルタ118a，118b，118cを直列に連結したことで、ろ過フィルタ110全体の厚さを薄く構成することで、装置の小型軽量化を可能とすることができると共に、土砂のろ過度合を容易に変更することができ、作業性を向上することができる。

図１５に本発明の第４実施例に係るろ過フィルタの縦断面、図１６に第４実施例のろ過フィルタの水平断面を示す。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１５及び図１６に示すように、第４実施例のろ過フィルタ120において、箱型のハウジング121の下部には取付ブラケット122を介して配管123が連結される一方、ハウジング121の上部には取付ブラケット124を介して配管125が連結されている。このハウジング121の一側部には上下２段にそれぞれ並行をなす５つの第１フィルタ移動ジャッキ126a〜126e，127a〜127eが装着され、それぞれ伸縮する棒状の駆動ロッド128a〜128e，129a〜129eを有している。また、ハウジング121の隣接する一側部には上下２段にそれぞれ並行をなす５つの第２フィルタ移動ジャッキ130a〜130e，131a〜131eが装着され、それぞれ伸縮する棒状の駆動ロッド132a〜132e，133a〜133eを有している。この場合、第１フィルタ移動ジャッキ126a〜126e，127a〜127eの上下位置及び第２フィルタ移動ジャッキ130a〜130e，131a〜131eの上下位置は並列方向にずれた位置となっている。

従って、第１フィルタ移動ジャッキ126a〜126e，127a〜127eを伸長駆動することで、駆動ロッド128a〜128e，129a〜129eを配管123，125を遮る稼働位置（掘削土砂流動領域）に移動することができ、また、第２フィルタ移動ジャッキ130a〜130e，131a〜131eを伸長駆動することで、駆動ロッド132a〜132e，133a〜133eを配管123，125を遮る稼働位置（掘削土砂流動領域）に移動することができ、また、稼働位置に移動する駆動ロッド128a〜128e，129a〜129e，132a〜132e，133a〜133eの本数に応じて土砂のろ過度合を変更することができる。

このように第４実施例のろ過フィルタ120にあっては、複数の駆動ロッド128a〜128e，129a〜129e，132a〜132e，133a〜133eによりフィルタを構成し、その伸長する本数により土砂のろ過度合を変更することができ、装置の簡素化を可能とすることができる。

図１７に本発明の第５実施例に係るろ過フィルタの概略を示す。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１７に示すように、第５実施例のろ過フィルタ130において、加圧装置のケーシングとチャンバへの第１送水管４８とを連結する配管131には取付ブラケット132が固定され、この取付ブラケット132にリング形状をなす３つのフィルタ133a，133b，133cが回動自在に装着され、フィルタ移動ジャッキ134により回動可能となっている。この場合、フィルタ133aの目が一番細かく、フィルタ133cの目が一番粗くなっている。

従って、フィルタ移動ジャッキ134により３つのフィルタ133a，133b，133cのうちの一つを選択的に移動して配管131を遮る稼働位置（掘削土砂流動領域）に移動することができ、選択するフィルタ133a，133b，133cの種類に応じて土砂のろ過度合を変更することができる。

このように第５実施例のろ過フィルタ130にあっては、３つのフィルタ133a，133b，133cを選択的に回動可能としたことで、土砂のろ過度合を容易に変更することができ、作業性を向上することができる。

本発明に係る土砂分離用フィルタ装置は、トンネル掘削機のろ過フィルタに適用して公的であるが、これに限定されるものではなく、掘削土砂を排泥ポンプにより泥水として地上に流体輸送し、地上に設置された処理施設で土砂と水分に分離するためのフィルタ装置として使用することもでき、また、トンネル掘削作業で発生した掘削土砂に限らず、土木建設現場で発生した泥水などの分離作業にも適用することができる。

本発明の第１実施例に係るトンネル掘削機に搭載された土砂分離用フィルタ装置の縦断面図である。 第１実施例の土砂分離用フィルタ装置の水平断面図である。 第１実施例に係るトンネル掘削機の概略断面図である。 第１本実施例のトンネル掘削機の背面図である。 第１実施例のトンネル掘削機による掘削工法を表す概略図である。 第１実施例のトンネル掘削機による掘削工法を表す概略図である。 第１実施例のトンネル掘削機による掘削工法を表す概略図である。 第１実施例のトンネル掘削機による掘削工法を表す概略図である。 第１実施例のトンネル掘削機による掘削工法を表す概略図である。 第１実施例のトンネル掘削機による掘削工法を表す概略図である。 本発明の第２実施例に係るろ過フィルタの縦断面図である。 第２実施例のろ過フィルタの水平断面図である。 本発明の第３実施例に係るろ過フィルタの縦断面図である。 第３実施例のろ過フィルタの水平断面図である。 本発明の第４実施例に係るろ過フィルタの縦断面図である。 第４実施例のろ過フィルタの水平断面図である。 本発明の第５実施例に係るろ過フィルタの概略図である。

符号の説明

１１ 掘削機本体
１５ カッタヘッド
１９ 旋回モータ
２１ シールドジャッキ
２３ エレクタ装置
２７ チャンバ
２８ 第１スクリューコンベヤ
２９ 第２スクリューコンベヤ
３０ 第１加圧装置（ろ過手段）
３１ 第２加圧装置（ろ過手段）
４０，４１ 排土ゲート（砂礫排出口）
４８ 第１送水管
４９ 第２送水管
５１，５３，５５，５７，５９，６１，６６，７１ ろ過フィルタ（ろ過度合変更手段）
６４ 貯留タンク
８０，100，110，120，130 ろ過フィルタ
８１ 101，111，121 ハウジング
８６ａ，８６ｂ，126a〜126e，127a〜127e 第１フィルタ移動ジャッキ
８８ａ，８８ｂ 第１フィルタ
８９ａ，８９ｂ，130a〜130e，131a〜131e 第２フィルタ移動ジャッキ
９１ａ，９１ｂ 第２フィルタ
106a，106b，106c，116，134 フィルタ移動ジャッキ
108a，108b，108c，118a，118b，118c，133a，133b，133c フィルタ

Claims (10)

1. 排土装置に設けられて掘削土砂から水と土砂を分離する土砂分離用フィルタ装置において、
   掘削土砂に含有する土砂の種類に応じてろ過度合を変更するろ過度合変更手段を設け、
   前記ろ過度合変更手段は、前記排土装置の掘削土砂流動領域とその周辺部との間で移動可能な複数のフィルタを有する
   ことを特徴とする土砂分離用フィルタ装置。
2. 請求項１記載の土砂分離用フィルタ装置において、
   前記複数のフィルタは、前記掘削土砂流動領域に移動して互いに重合する
   ことを特徴とする土砂分離用フィルタ装置。
3. 請求項２記載の土砂分離用フィルタ装置において、
   前記複数のフィルタは串歯形状をなし、互いに交差する方向に移動自在に支持された
   ことを特徴とする土砂分離用フィルタ装置。
4. 請求項１記載の土砂分離用フィルタ装置において、
   前記複数のフィルタは、前記掘削土砂流動領域に移動して互いに並行状態で該掘削土砂流動領域を被覆可能である
   ことを特徴とする土砂分離用フィルタ装置。
5. 請求項４記載の土砂分離用フィルタ装置において、
   前記複数のフィルタは、前記掘削土砂流動領域にて移動方向に沿った軸心を中心として回動可能である
   ことを特徴とする土砂分離用フィルタ装置。
6. 請求項１記載の土砂分離用フィルタ装置において、
   前記複数のフィルタは、直列に連結されたろ過度合の異なる複数のフィルタである
   ことを特徴とする土砂分離用フィルタ装置。
7. 請求項１記載の土砂分離用フィルタ装置において、
   前記複数のフィルタは、選択的に前記掘削土砂流動領域に移動可能なろ過度合の異なる複数のフィルタである
   ことを特徴とする土砂分離用フィルタ装置。
8. 請求項１記載の土砂分離用フィルタ装置において、
   前記ろ過度合変更手段は、前記排土装置の掘削土砂流動領域とその周辺部との間で互いに交差する方向に移動自在な複数組の駆動ロッドである
   ことを特徴とする土砂分離用フィルタ装置。
9. 切羽に連通する送水管及び排土管を有する循環配管系と、
   該循環配管系に流動する掘削土砂を水と土砂とに分離するろ過装置と、
   該ろ過装置に設けられて掘削途中でも土砂の種類に応じてろ過度合を変更可能とするろ過度合変更手段と、
   前記ろ過装置から砂礫を取出す砂礫排出口とを具えた
   ことを特徴とするトンネル掘削機。
10. 請求項９記載のトンネル掘削機において、
    前記ろ過装置は、掘削土砂を加圧する加圧装置と、該加圧装置により分離された掘削土砂をろ過するフィルタ装置とを有し、
    前記ろ過度合変更手段は、該フィルタ装置のろ過度合を変更する
    ことを特徴とするトンネル掘削機。

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