JP4233093B2 - 礫分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘削機で切削した礫を排泥管外に排出する為に設けられる礫分離装置に関する。

泥水加圧式のシールド掘削機では、前面のカッターにより掘削された土砂は、泥水とともに排泥管を通って地上へ案内され泥水と分離した後に廃棄されるとともに、泥水は連続する掘削作業のために循環利用される。しかし礫層中を掘進する場合には、掘削された土砂の中に大きな礫が混入しており、これらが排泥管により輸送されるときに、排泥管が詰まり、シールド掘削機の運転を中止しなければならない事態となる場合がある。

そこで従来は図４に示す如く、シールド掘削機から地上へ延びる排泥管１０１の途中に、排泥管１０１よりも直径がかなり大きい円筒形の礫分離装置１０３を設け、ポンプ１０５で吸引されて排泥管１０１中を流れる泥水の流速を礫分離装置１０３内で低下させることにより、比重の大きな礫が礫分離装置１０３の底に溜まるようにしている。また礫分離装置１０３内には礫分離網１０７が設けられ、誤って礫が礫分離装置１０３より下流側の排泥管１０１内へ流れ込まないようにしている。

礫分離装置１０３内に溜まった礫は、礫分離装置１０３の側面に設けられる取り出し口の扉１０９を２０本程度のボルトを外すことにより開放し、そこから掻き出すようにして排出している。

また特許文献１には、シールド掘削機本体からトンネル後方へ延設される排泥管の経路中に、シールド掘削機本体から延びた排泥管に接続される排泥流入口と、排泥流入口に対し排泥水の流れ方向下流の対向面に設けられた排泥吐出口とを介して装置を設置し、装置内には排泥吐出口の近傍に装置内を上下流方向に仕切るスクリーンと、排泥流入口から装置内に流入した排泥水中に混在した礫分のうち、スクリーンを通過せずに堆積した礫を取り出し可能な礫取り出し口とを設ける構成が開示されている。

特開平９−３０２７１４号公報

しかし、上述のような礫分離装置では、礫分離装置１０３から礫を除去するためにボルトの取り外し作業、礫の撤去作業及びボルトの取り付け作業を行うために３０分程度の時間が掛かっていた。また、礫の撤去作業に際して漏れ出す泥水の量が礫分離装置の容積を超えて多いという問題があった。また更に、図４に示す礫分離装置１０３を備えるシールド掘削機を使用して大きな礫を含まない地層を掘削する場合には、礫分離網１０７が目詰まりして泥水の搬送効率が低下する場合があるため、礫分離網１０７が存在しない流路を形成することが望まれていた。

本発明の目的は、溜まった礫を効率的に取り出すことができ、掘削すべき地層に応じて礫分離網の有無を簡易に切り替えることができる礫分離装置を提供することにある。

上記課題を達成するため、本発明の第１の態様に係る礫分離装置は、シールド掘削機で掘削した土砂を排出先へ搬送する排泥管の途中に設けられ、前記排泥管の内径よりも大きな内径を有する滞留部が内部に形成された礫分離装置であって、該礫分離装置が、内側に位置し、円筒形の内筒側面と、土砂搬送方向の上流側と下流側とにそれぞれ形成される上流側端面及び下流側端面と、前記内筒側面の一部に形成される内筒礫排出口とを有する円筒形で回転可能な内筒部と、該内筒部の外側周囲に設けられ、円筒形の外筒側面と、土砂搬送方向の上流側と下流側とにそれぞれ形成される上流側端面及び下流側端面と、前記外筒側面の下側に形成される外筒礫排出口とを有する円筒形で固定の外筒部と、前記内筒部をその回転軸の周りで回転させる手段とを備え、前記外筒部の上流側端面及び下流側端面の、それぞれ上流側端面及び下流側端面の中心より上方の対応する位置に、それぞれ外筒流入孔及び外筒流出孔が形成され、これらの外筒流入孔及び外筒流出孔にそれぞれ上流側の排泥管と下流側の排泥管とが接続されており、前記内筒部の上流側端面には、前記外筒流入孔と対応する半径方向位置に内筒流入孔が形成され、前記内筒部の下流側端面には、前記外筒流出孔と対応する半径方向位置に内筒流出孔が形成され、前記内筒礫排出口は、前記内筒流入孔及び内筒流出孔がそれぞれ前記外筒流入孔及び外筒流出孔と整合していない内筒部の回転位置において前記外筒礫排出口と整合して、前記滞留部内の礫を取り出すための礫取り出し口を形成できることを特徴とするものである。

本発明の第１の態様によれば、内筒部を回転させる手段を使用して内筒部を外筒部内で回転させることにより、内筒礫排出口が外筒礫排出口と整合して礫取り出し口が形成される。滞留部内に溜まった礫は礫取り出し口から自然に落下するか、あるいは適宜の治具を使用して掻き出すだけで礫を容易に排出することができる。また礫分離作業を再開する場合には、内筒部を外筒部内で回転させて、内筒流入孔及び内筒流出孔がそれぞれ外筒流入孔及び外筒流出孔と整合し、且つ内筒礫排出口が外筒礫排出口と整合しないようにすればよい。
また、内筒部の上流側端面及び下流側端面が、その回転位置によって排泥管との連通を開閉する弁として機能するため、礫の撤去作業に際して漏れ出す泥水の量を礫分離装置の容積以内に低減させることができる。

また、本発明の第２の態様に係る礫分離装置は、上記第１の態様において、前記内筒部を回転させる手段は、前記内筒部の上流側端面及び／又は下流側端面の中心に接続されたハンドルであることを特徴とするものである。本態様によれば、ハンドルを手で回すか、ハンドルを駆動源に接続することにより、容易に内筒部を回転させることができる。

また、本発明の第３の態様に係る礫分離装置は、上記第１または２の態様において、前記内筒部内の前記内筒礫排出口より下流側には、前記内筒部の全断面に亘って礫の下流側への通過を阻止する網部材が設けられていることを特徴とするものである。本態様によれば、滞留部内の底に溜まらずに下流側の排泥管側へ流れていく礫を網部材により捕捉し、下流側の排泥管内に礫が入り込んで排泥管が詰まることを防止できる。

また、本発明の第４の態様に係る礫分離装置は、上記第１〜第３のいずれかの態様において、前記内筒部の上流側端面及び下流側端面の対応する位置には、それぞれバイパス流入孔とバイパス流出孔とが形成されており、前記バイパス流入孔とバイパス流出孔とを接続し前記内筒部内を延びるバイパス管を備え、前記バイパス流入孔及びバイパス流出孔は、前記内筒流入孔及び内筒流出孔がそれぞれ前記外筒流入孔及び外筒流出孔と整合していない内筒部の回転位置において、それぞれ前記外筒流入孔及び外筒流出孔に整合可能であることを特徴とするものである。

本態様によれば、礫が存在しない地層では、網部材による礫の除去が不要であるばかりか、網部材の存在が泥水の流れを妨げることになるので、バイパス管を利用して泥水が滞留部を介することなく直接、下流側の排泥管へ流れ込むようにすることができる。すなわち、バイパス管内を通過する泥水が網部材の存在により抵抗を受けることがないため、効率の良い泥水の搬送が実現できる。尚この態様では、内筒流入孔が外筒流入孔と整合していないため、上流側の排泥管から泥水が滞留部内に入り込むことはない。

また、本発明の第５の態様に係る礫分離装置は、シールド掘削機で掘削した土砂を排出先へ搬送する排泥管の途中に設けられ、前記排泥管の内径よりも大きな内径を有する滞留部が内部に形成された礫分離装置であって、内側に位置し、円筒形の内筒側面と、土砂搬送方向の上流側と下流側とにそれぞれ形成される上流側端面及び下流側端面と、を有する円筒形で回転可能な内筒部と、該内筒部の外側周囲に設けられ、円筒形の外筒側面と、土砂搬送方向の上流側と下流側とにそれぞれ形成される上流側端面及び下流側端面と、を有する円筒形で固定の外筒部と、前記滞留部に溜まった礫を外部に取り出すための礫排出口と、前記内筒部をその回転軸の周りで回転させる手段とを備え、前記外筒部の上流側端面及び下流側端面の、それぞれ上流側端面及び下流側端面の中心より上方の対応する位置に、それぞれ外筒流入孔及び外筒流出孔が形成され、これらの外筒流入孔及び外筒流出孔にそれぞれ上流側の排泥管と下流側の排泥管とが接続されており、前記内筒部の上流側端面には、前記外筒流入孔と対応する半径方向位置に内筒流入孔が形成され、前記内筒部の下流側端面には、前記外筒流出孔と対応する半径方向位置に内筒流出孔が形成され、前記内筒部内の前記内筒礫排出口より下流側には、前記内筒部の全断面に亘って礫の下流側への通過を阻止する網部材が設けられ、前記内筒部の上流側端面及び下流側端面の対応する位置には、それぞれバイパス流入孔とバイパス流出孔とが形成されており、前記バイパス流入孔とバイパス流出孔とを接続し前記内筒部内を延びるバイパス管を備え、前記バイパス流入孔及びバイパス流出孔は、前記内筒流入孔及び内筒流出孔がそれぞれ前記外筒流入孔及び外筒流出孔と整合していない内筒部の回転位置において、それぞれ前記外筒流入孔及び外筒流出孔に整合可能であることを特徴とする。これにより、上記第４の態様と同様の作用効果が得られる。

以下、本願発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る礫分離装置の礫排出作業中における全体を示す一部破断斜視図であり、図２は礫分離作業中、礫排出作業中及びバイパス作業中における外筒部と内筒部の各状態を示す図１中のＡ−Ａ線で破断した断面図であり、図３は礫分離作業中、礫排出作業中及びバイパス作業中における内筒部の各状態を示す図１中のＢ−Ｂ線で破断した断面図である。

図１中、符号１は本発明の礫分離装置であり、この礫分離装置１は、図１の左側（以下、上流側という）に設けられるシールド掘削機（図示せず）から延びる上流側の排泥管３と、図１の礫分離装置１よりも右側（以下、下流側という）に延びる下流側の排泥管５の間に設けられている。シールド掘削機で掘削された土砂は泥水とともに、ポンプ７の吐出力により上流側の排泥管３、礫分離装置１及び下流側の排泥管５を通り、排出先である地上へ案内され泥水と分離された後に廃棄され、その後、泥水は連続する掘削作業のために循環利用される。尚、礫分離装置１の前後には排泥管３、５にバルブ９、１１が設けられている。

礫分離装置１は、排泥管３、５の内径よりも大きな内径を有する滞留部１７が内部に形成された内筒部１３と、内筒部１３の外側周囲に設けられる外筒部１５とを備えている。内筒部１３は、円筒形の内筒側面１９と、上流側と下流側とにそれぞれ形成される上流側端面２１及び下流側端面２３と、内筒側面１９の一部に形成される内筒礫排出口２５とを有し、図１中仮想線で示す中心線２７の周囲で回転可能である。外筒部１５は、円筒形の外筒側面２９と、土砂搬送方向の上流側と下流側とにそれぞれ形成される上流側端面３１及び下流側端面３３と、外筒側面２９の下側に形成される外筒礫排出口３５とを有する固定の部材である。

内筒部１３の上流側端面２１及び下流側端面２３の中心には、それぞれ内筒部を回転させる手段であるハンドル３７が接続されており、このハンドル３７は、外筒部１５の上流側端面３１及び下流側端面３３の中央に形成された小孔を貫通して外部に突出している。作業者は、このハンドル３７を手動で、あるいはこのハンドル３７に適宜の駆動伝達系を接続することにより機械的に回転駆動することにより、外筒部１５内で内筒部１３を中心線２７の周囲で任意の回転角だけ回転させ、且つその位置を保持することができるようになっている。尚、ハンドル３７は、外筒部１５の上流側端面３１及び下流側端面３３のいずれか一方にだけ設けるようにしてもよい。

外筒部１５の上流側端面３１及び下流側端面３３の、それぞれ上流側端面３１及び下流側端面３３の中心より上方の対応する位置には、それぞれ外筒流入孔３９及び外筒流出孔４１が形成されており、これら外筒流入孔３９及び外筒流出孔４１にはそれぞれ上流側の排泥管３と下流側の排泥管５とが固定的に接続されている。

内筒部１３の上流側端面２１には、外筒流入孔３９と対応する半径方向位置に内筒流入孔４３が形成されており、内筒部１３の下流側端面２３には、外筒流出孔４１と対応する半径方向位置に内筒流出孔４５が形成されている。

内筒礫排出口２５は、後で詳述するように、内筒流入孔４３及び内筒流出孔４５がそれぞれ外筒流入孔３９及び外筒流出孔４１と整合していない位置へ内筒部１３が回転しているときに、外筒礫排出口３５と整合する。そして内筒礫排出口２５と外筒礫排出口３５とが整合することにより、滞留部１７内の礫Ｒを取り出すための礫取り出し口４７が形成される。

図１に示す如く、内筒部１３の内筒礫排出口２５より下流側には、内筒部１３の全断面に亘って礫の下流側への通過を阻止する網部材４９が設けられている。網部材４９の網目は礫は通過できないが礫よりも小さな土砂は通過できるような大きさである。網部材４９には、後述するバイパス管の貫通する位置にバイパス管貫通孔５１が形成されている。

内筒部１３の上流側端面２１にはバイパス流入孔５３が形成され、また内筒部１３の下流側端面２３であってバイパス流入孔５３と対応する位置にはバイパス流出孔５５が形成されている。バイパス流入孔５３とバイパス流出孔５５との間には、これらを接続するようにバイパス管５７が内筒部１３内に延設されており、途中で網部材４９のバイパス管貫通孔５１を貫通している。バイパス流入孔５３及びバイパス流出孔５５は、内筒流入孔４３及び内筒流出孔４５がそれぞれ外筒流入孔３９及び外筒流出孔４１と整合していない位置へ内筒部１３が回転しているときに、それぞれ外筒流入孔３９及び外筒流出孔４１に整合可能である。尚、勿論、バイパス流入孔５３及びバイパス流出孔５５の位置は、それぞれ内筒流入孔４３及び内筒流出孔４５の位置とも一致していない。

本発明の礫分離装置１は、上記のような構成を備えるものであり、以下図２及び図３を参照しながら礫分離装置１の作用について説明する。図２（ａ）に示す如く、礫取り作業中は、内筒部１３の内筒礫排出口２５は、外筒部１５の外筒礫排出口３５と整合しない位置に回転しており、従って礫取り出し口４７は形成されていない。すなわち閉塞されている。また、図示しないが内筒流入孔４３が外筒流入孔３９と整合し、また図２（ａ）に示す如く、内筒流出孔４５が外筒流出孔４１と整合するため、図２（ａ）、図３（ａ）に示す状態では、上流側の排泥管３と、礫分離装置１の滞留部１７と、下流側の排泥管５とが一連に連通する状態となっている。

この状態でシールド掘削機で掘削し、礫が混入した土砂が泥水とともに上流側の排泥管３から礫分離装置１内に流れ込むと、泥水の流速が急激に低下するため重量の重い礫Ｒのほとんどが滞留部１７内で落下し、滞留部１７内の底付近に溜まる。一部の礫Ｒは網部材４９に捕捉されることで、礫Ｒが下流側の排泥管５内に入り込み排泥管内で詰まりを生じることを防止することができる。

次に、滞留部１７内に溜まった礫Ｒを排出する場合には、図２（ｂ）に示す如く内筒部１３を例えば矢印で示す方向に回転し、内筒部１３の内筒礫排出口２５が外筒部１５の外筒礫排出口３５と整合するようにし、礫取り出し口４７を形成する。礫取り出し口４７が形成されると、滞留部１７内に溜まっている礫Ｒが自然に礫取り出し口４７から下方に落下し、礫受け取り箱５９内に受け取られる。礫取り出し口４７の上流側及び下流側に溜まっている礫Ｒは、適宜の治具を使用して掻き集め、礫取り出し口４７から落下させればよい。図２（ｂ）、図３（ｂ）に示す礫排出中は、内筒部１３の回転により、内筒流入孔４３が外筒流入孔３９の位置からずれて整合しなくなるため、内筒流入孔４３からの滞留部１７内への泥水の流入は、内筒部１３の上流側端面２１によって阻止される。一方、同様に内筒流出孔４５が外筒流出孔４１の位置からずれて整合しなくなるため、内筒部１３の下流側端面２３によって、滞留部１７内と下流側排泥管５との連絡も阻止される。尚、礫排出中は、効率良く礫Ｒを排出するために、バイパス管５７が礫取り出し口４７の一部を塞がない位置にあることが好ましい。

次に、シールド掘削機で掘削された土砂の中に礫が混入していない場合について説明する。この場合は、網部材４９による礫Ｒの除去が不要であるばかりか、網部材４９の存在が泥水の流れを妨げることになるので、網部材４９が存在しないことが好ましい。そこで本発明では、図２（ｃ）に示す如く、バイパス管５７を利用して泥水が滞留部１７を介することなく直接、下流側の排泥管５へ流れ込むようにしている。

即ち、図２（ｃ）に示す如く、内筒部１３を例えば矢印の方向に回転させて、バイパス管５７のバイパス流入孔５３が外筒流入孔３９と整合し、バイパス流出孔５５が外筒流出孔４１と整合するようにする。これにより上流側の排泥管３から泥水が、直接バイパス管５７内へ流れ込み、網部材４９を介することなく礫分離装置１内を通過し、その後下流側の排泥管５へ流れ込む。またこのとき内筒部１３の内筒礫排出口２５は、外筒部１５の外筒礫排出口３５と整合しない位置に回転しているため、礫取り出し口４７は形成されない。更に、内筒流入孔４３は外筒流入孔３９と整合していないため、上流側の排泥管３から泥水が滞留部１７内に入り込むこともない。

本発明は、シールド掘削機で切削した礫を排泥管外に排出する為に設けられる礫分離装置に係り、シールド掘削機で掘削した土砂から礫を分離し、分離された礫を効率的に取り出すために利用可能である。

本発明に係る礫分離装置の礫排出作業中における全体を示す一部破断斜視図である。 礫分離作業中、礫排出作業中及びバイパス作業中における外筒部と内筒部の各状態を示す図１中のＡ−Ａ線で破断した断面図である。 礫分離作業中、礫排出作業中及びバイパス作業中における内筒部の各状態を示す図１中のＢ−Ｂ線で破断した断面図である。 従来の礫分離装置を示す斜視図である。

符号の説明

１ 礫分離装置、３ 上流側の排泥管、５ 下流側の排泥管、７ ポンプ、９ バルブ
１１ バルブ、１３ 内筒部、１５ 外筒部、１７ 滞留部、１９ 内筒側面
２１ 上流側端面、２３ 下流側端面、２５ 内筒礫排出口、２７ 中心線、
２９ 外筒側面、３１ 上流側端面、３３ 下流側端面、３５ 外筒礫排出口
３７ ハンドル、３９ 外筒流入孔、４１ 外筒流出孔、４３ 内筒流入孔、
４５ 内筒流出孔、４７ 礫取り出し口、４９ 網部材、５１ バイパス管貫通孔
５３ バイパス流入孔、５５ バイパス流出孔、５７ バイパス管、５９ 礫受け取り箱
Ｒ 礫

Claims (5)

1. シールド掘削機で掘削した土砂を排出先へ搬送する排泥管の途中に設けられ、前記排泥管の内径よりも大きな内径を有する滞留部が内部に形成された礫分離装置であって、
   内側に位置し、円筒形の内筒側面と、土砂搬送方向の上流側と下流側とにそれぞれ形成される上流側端面及び下流側端面と、前記内筒側面の一部に形成される内筒礫排出口とを有する円筒形で回転可能な内筒部と、
   該内筒部の外側周囲に設けられ、円筒形の外筒側面と、土砂搬送方向の上流側と下流側とにそれぞれ形成される上流側端面及び下流側端面と、前記外筒側面の下側に形成される外筒礫排出口とを有する円筒形で固定の外筒部と、
   前記内筒部をその回転軸の周りで回転させる手段とを備え、
   前記外筒部の上流側端面及び下流側端面の、それぞれ上流側端面及び下流側端面の中心より上方の対応する位置に、それぞれ外筒流入孔及び外筒流出孔が形成され、これらの外筒流入孔及び外筒流出孔にそれぞれ上流側の排泥管と下流側の排泥管とが接続されており、
   前記内筒部の上流側端面には、前記外筒流入孔と対応する半径方向位置に内筒流入孔が形成され、前記内筒部の下流側端面には、前記外筒流出孔と対応する半径方向位置に内筒流出孔が形成され、
   前記内筒礫排出口は、前記内筒流入孔及び内筒流出孔がそれぞれ前記外筒流入孔及び外筒流出孔と整合していない内筒部の回転位置において前記外筒礫排出口と整合して、前記滞留部内の礫を取り出すための礫取り出し口を形成できることを特徴とする礫分離装置。
2. 請求項１において、前記内筒部を回転させる手段は、前記内筒部の上流側端面及び／又は下流側端面の中心に接続されたハンドルであることを特徴とする礫分離装置。
3. 請求項１または２において、前記内筒部内の前記内筒礫排出口より下流側には、前記内筒部の全断面に亘って礫の下流側への通過を阻止する網部材が設けられていることを特徴とする礫分離装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、前記内筒部の上流側端面及び下流側端面の対応する位置には、それぞれバイパス流入孔とバイパス流出孔とが形成されており、前記バイパス流入孔とバイパス流出孔とを接続し前記内筒部内を延びるバイパス管を備え、前記バイパス流入孔及びバイパス流出孔は、前記内筒流入孔及び内筒流出孔がそれぞれ前記外筒流入孔及び外筒流出孔と整合していない内筒部の回転位置において、それぞれ前記外筒流入孔及び外筒流出孔に整合可能であることを特徴とする礫分離装置。
5. シールド掘削機で掘削した土砂を排出先へ搬送する排泥管の途中に設けられ、前記排泥管の内径よりも大きな内径を有する滞留部が内部に形成された礫分離装置であって、
   内側に位置し、円筒形の内筒側面と、土砂搬送方向の上流側と下流側とにそれぞれ形成される上流側端面及び下流側端面と、を有する円筒形で回転可能な内筒部と、
   該内筒部の外側周囲に設けられ、円筒形の外筒側面と、土砂搬送方向の上流側と下流側とにそれぞれ形成される上流側端面及び下流側端面と、を有する円筒形で固定の外筒部と、
   前記滞留部に溜まった礫を外部に取り出すための礫排出口と、
   前記内筒部をその回転軸の周りで回転させる手段とを備え、
   前記外筒部の上流側端面及び下流側端面の、それぞれ上流側端面及び下流側端面の中心より上方の対応する位置に、それぞれ外筒流入孔及び外筒流出孔が形成され、これらの外筒流入孔及び外筒流出孔にそれぞれ上流側の排泥管と下流側の排泥管とが接続されており、
   前記内筒部の上流側端面には、前記外筒流入孔と対応する半径方向位置に内筒流入孔が形成され、前記内筒部の下流側端面には、前記外筒流出孔と対応する半径方向位置に内筒流出孔が形成され、
   前記内筒部内の前記内筒礫排出口より下流側には、前記内筒部の全断面に亘って礫の下流側への通過を阻止する網部材が設けられ、
   前記内筒部の上流側端面及び下流側端面の対応する位置には、それぞれバイパス流入孔とバイパス流出孔とが形成されており、前記バイパス流入孔とバイパス流出孔とを接続し前記内筒部内を延びるバイパス管を備え、前記バイパス流入孔及びバイパス流出孔は、前記内筒流入孔及び内筒流出孔がそれぞれ前記外筒流入孔及び外筒流出孔と整合していない内筒部の回転位置において、それぞれ前記外筒流入孔及び外筒流出孔に整合可能であることを特徴とする礫分離装置。

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