JP4619281B2 - シールド掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、チャンバ内で生成した泥土の圧力を有効利用可能とし、かつ、泥土の脱水を効率的に行える脱水装置を備えたシールド掘削機に関する。

シールド掘削機の前端に設けられた回転カッタヘッドで掘削された掘削土を回転カッタヘッドの後方のチャンバ内に取り込み、チャンバ内の掘削土に水を混合した泥土をチャンバ内に充満させ、その泥土の圧力によってシールド掘削機の回転カッタヘッドが切羽の安定を保ちつつ掘進させるシールド掘削機が知られている。掘削土と水とが混合された泥土は産業廃棄物として扱われるので、脱水処理にて泥土を水と土とに分離することで得られる脱水処理済土としてから廃棄する。このシールド掘削機では、チャンバ内の泥土をスクリューコンベアに通してスクリューコンベアの泥土排出部よりベルトコンベアに排出し、ベルトコンベアでタンクに送る。そして、このタンクに溜めた泥土を凝集剤添加攪拌装置経由で脱水装置に送り、脱水処理済土とする（例えば、特許文献１等）。脱水装置としては、筒体（シリンダ）と押体（ピストン）とを備え、筒体内に泥土を収容した後に、泥土を押体で押し、筒体の他端方向に設けられた透水フィルタを通して泥土の水を脱水するもの（例えば、特許文献２等）や、筒体と筒体内において筒体の一端から他端にかけて延長するよう設けられた螺旋羽（スクリューコンベア）とを備え、泥土を筒体の一端から筒体内に供給し、筒体の一端から他端に螺旋羽で泥土を搬送しながら螺旋羽で泥土に圧力を加えることによって泥土を土と水とに分離するものが知られている（例えば、特許文献３等）。
特開２００５−３６５１７号公報 特開２００５−１３３３６８号公報 特開平０９−２２０５９８号公報

しかしながら、従来のシールド掘削土の脱水処理方法によれば、スクリューコンベアの泥土排出部より排出された泥土を一旦タンクに溜めるようにしているので、タンクから凝集剤添加攪拌装置に泥土を圧送するためのポンプのような圧送手段が必要になる。また、チャンバ内の泥土は圧力が加えられた状態でスクリューコンベアの泥土排出部より排出されるので、圧力の加わった泥土がスクリューコンベアの泥土排出部から勢い良く飛び散ってしまう、いわゆる、噴発現象が生じてしまうという欠点があった。さらに、脱水装置は、筒体の筒の延長方向に泥土を収容して筒体の筒の延長方向に押圧力を加える方式や、泥土を筒体の一端側から他端側に螺旋羽で搬送する方式であるため、筒体の筒長が長くなり、装置が大型化してしまうという欠点があった。

本発明のシールド掘削機は、胴筒と胴筒の前端に設けられた回転カッタヘッドとを備え、胴筒の内側には掘削土を取り込むチャンバとスクリューコンベアと凝集剤添加攪拌装置と脱水装置とを備え、チャンバ内で掘削土と水とを混合して形成した泥土による圧力で切羽の安定を図りながら掘削を行うシールド掘削機において、脱水装置が、円筒状の回転体と、回転体の外周面に外周面より窪むように設けられた凹部と、凹部内に設けられて回転体の外周面に相当する位置にある凹部の開口部と凹部の底面との間を移動可能な押体と、押体と凹部の開口部との間で形成された収容部と、回転体を回転可能に収容し、固体と液体とが混在した固液混合物の入口部と出口部と入口部の一端と出口部の一端とに連接されて回転体の外周面を所定角度範囲で覆う脱水部とを有したケーシングと、押体の駆動制御機構とを備え、脱水部が、脱水孔付きの脱水板と脱水板の外側に設けられて脱水板を覆う外板と脱水板と外板とで囲まれた水路とを備え、脱水板が、回転体の外周面に形成された複数の収容部の開口部を覆える大きさに形成され、外板が、水路に排出された水を排水する排水孔を備え、収容部を形成する凹部の内壁面が、押体の移動方向に沿って平行な面により形成され、押体が、凹部の内壁面と平行で凹部の内壁面に接触した状態で移動可能な周面を備えた板材により形成されて、脱水板の方向に移動することによって、収容部に収容された固液混合物中の水を脱水板の脱水孔を介して水路に排出させ、駆動制御機構は、入口部に位置した収容部が入口部からの固液混合物を収容してから回転体の回転に伴って脱水板に対応する位置に到達した後に出口部に到達するまで、回転体の回転に伴って押体を回転体の外周面に近付く方向に徐々に移動させるか、あるいは、回転体が所定角度回転する毎に押体を回転体の外周面の方向に移動させるよう構成され、さらに、チャンバ内の泥土を後方に送るスクリューコンベアの泥土排出部と凝集剤添加攪拌装置の入口とが泥土をチャンバ内の圧力によりスクリューコンベア経由で凝集剤添加攪拌装置に圧送できるように密閉状態となるよう互いに連結され、凝集剤添加攪拌装置の出口と脱水装置の入口とが互いに連結されたことによって、チャンバから脱水装置の土排出口及び排水孔まで、泥土を導く内部経路が外部と遮断されたことを特徴とする。
収容部が、回転体の外周囲に沿った方向において所定間隔を隔てて複数形成されたことも特徴とする。
排水孔とチャンバ内とが送水管により互いに連結され、送水管には排水孔からの水をチャンバ内に圧送するポンプが設けられたことも特徴とする。
脱水装置が、水路内の水をシールド掘進機の機外の地中に排水させる排水機構を備えたことも特徴とする。

本発明によれば、スクリューコンベアの泥土排出部と凝集剤添加攪拌装置の入口とが互いに連結され、凝集剤添加攪拌装置の出口と脱水装置の入口とが互いに連結されたので、泥土を、チャンバ内の圧力によりスクリューコンベア経由で凝集剤添加攪拌装置に圧送できる。すなわち、チャンバ内で生成した泥土の圧力を有効利用できるため、従来のようにタンクから凝集剤添加攪拌装置に泥土を送るためのポンプを省くことができる。また、従来のようにスクリューコンベアの泥土排出口からの泥土の噴発現象を防止できる。また、凝集剤添加攪拌装置において、泥土に凝集剤が添加されるので、脱水装置においての水と土との分離を凝集剤により促進でき、水分の少ない土を効率的に排出できる。また、脱水装置が、回転体の外周面に設けた収容部に泥土を収容し、回転体を回転させるとともに収容部に収容された泥土を回転体の外周面に沿って配置された脱水板の方向に押体で押して泥土を脱水処理できる構成とされたので、泥土を押圧するためや泥土を搬送するために長い筒体を設ける必要がなくなり、装置を小型化できる。
脱水板を、回転体の外周面に形成された複数の収容部の開口部を覆える大きさに形成すれば、複数の収容部による脱水処理が可能となる。
収容部を、回転体の外周囲に沿った方向において所定間隔を隔てて複数設ければ、複数の収容部による連続脱水処理が可能となる。また、収容部を、回転体の外周囲に沿った方向において所定間隔を隔てて複数設け、この複数の収容部の外周面を覆える大きさに脱水板を形成すれば、脱水区間を長くできるので、脱水時間の長い連続脱水処理が可能となる。
脱水装置の排水孔とチャンバ内とがポンプ付きの送水管により互いに連結されたので、脱水装置により土と分離された水をチャンバ内に戻して粘度調整用の水として再利用できて水の有効利用が図れる。
脱水装置が、排水機構を備えたので、チャンバからスクリューコンベア、凝集剤添加攪拌装置、脱水装置を経由してチャンバに至る水循環経路内の水の充満を防止できる。

図１乃至図６は最良の形態を示し、図１はシールド掘削機の構成を簡略して示し、図２はスクリューコンベアと凝集剤添加攪拌装置と脱水装置との繋がりを断面で示し、図３は脱水装置を縦断して示し、図４は脱水装置を分解して示し、図５は脱水装置の回転体の内部構造を示し、図６は脱水部及び収容部を拡大して示す。

図１を参照し、シールド掘削機の構成を説明する。シールド掘削機１０１は、胴筒１０２の前端に回転カッタヘッド１０３を備え、胴筒１０２の内側に、チャンバ１０４、スクリューコンベア１０５、シールドジャッキ１０６などを備え、さらに、スクリューコンベア１０５の後端の泥土排出部１０７に連結された凝集剤添加攪拌装置１０８、凝集剤添加攪拌装置１０８に連結された脱水装置１０９を備える。スクリューコンベア１０５の泥土排出部１０７と凝集剤添加攪拌装置１０８の入口１１０とが接続管１１１と連結体１１２；１１３とにより互いに連結される。凝集剤添加攪拌装置１０８の出口１１４と脱水装置１０９の入口１１５とが連結体１１６により互いに連結される連結体１１２は、スクリューコンベア１０５の泥土排出部１０７の外周に固定されたフランジ２０１と接続管１１１の入口２１１の外周に固定されたフランジ２０２とが相対峙されてボルト及びナットとで締結された構成である。連結体１１３は、接続管１１１の出口２１２の外周に固定されたフランジ２０３と凝集剤添加攪拌装置１０８の入口１１０の外周に固定されたフランジ２０４とが相対峙されてボルト及びナットとで締結された構成である。連結体１１６は、凝集剤添加攪拌装置１０８の出口１１４の外周に固定されたフランジ２０５と脱水装置１０９の入口１１５の外周に固定されたフランジ２０６とが相対峙されてボルト及びナットとで締結された構成である。つまり、スクリューコンベア１０５、接続管１１１、凝集剤添加攪拌装置１０８、脱水装置１０９が連結体１１２；１１３；１１６で繋がれたことによって、チャンバ１０４から脱水装置１０９の土排出口１４０及び排水孔７８まで、泥土を導く内部経路２２０が外部と遮断されて泥土を外部に漏らさないように構成される。

胴筒１０２の前端部の内には、胴筒１０２の筒の延長方向と直交する方向に延長して筒孔を塞ぐ隔壁１１７が設けられる。チャンバ１０４は、隔壁１１７と隔壁１１７よりも前方に延長する胴筒１０２の筒前部１１８と回転カッタヘッド１０３の後面１１９とで囲まれた部屋により形成される。回転カッタヘッド１０３は隔壁１１７に回転可能に取り付けられた回転軸１２０を回転中心として図外のモータのような駆動源により回転駆動する。回転カッタヘッド１０３の後面１１９には後方に延長する攪拌棒１２１が設けられる。従って、回転カッタヘッド１０３を回転駆動することにより回転カッタヘッド１０３が地盤を掘削して掘削された掘削土が回転カッタヘッド１０３の前面から後面１１９に貫通する図外の掘削土取込口を経由してチャンバ１０４内に取り込まれる。図示しないが、チャンバ１０４内には粘度調整用の水が注入され、回転カッタヘッド１０３の回転に伴い回転する攪拌棒１２１で水と掘削土とが攪拌されて混合されることによって泥土が形成される。この泥土をチャンバ１０４内に充満させ、その泥土の圧力によってシールド掘削機１０１の回転カッタヘッド１０３が切羽の安定を保ちつつ掘進する。この際、チャンバ４内に注入する水量及びチャンバ１０４内からスクリューコンベア１０５によって排出する泥土排出量をコントロールすることによってチャンバ１０４内の泥土圧を調整している。スクリューコンベア１０５は、外筒１０５ａ、スクリューシャフト１０５ｂ、スクリュー１０５ｃ、モータ１０５ｄのような駆動源を備える。外筒１０５ａの一端の開口部１０５ｅがチャンバ１０４内に突出して設けられる。スクリューシャフト１０５ｂが外筒１０５ａの筒の延長方向に沿って外筒１０５ａの内側中心部に設けられる。スクリューシャフト１０５ｂの外周にはスクリューｌ０５ｃが螺旋状に設けられる。モータ１０５ｄは、外筒１０５ａの一端の開口部１０５ｅの外周面に設けられる。モータ１０５ｄのモータ軸とスクリューシャフト１０５ｂとが互いに図外のギヤなどの動力伝達機構で繋がれている。そして、モータ１０５ｄを駆動することによって、スクリューシャフト１０５ｂが回転し、スクリュー１０５ｃがチャンバ４内から泥土を外筒１０５ａの内部に導入する。外筒１０５ａの内部に導入された泥土はスクリューシャフト１０５ｂの回転に伴うスクリュー１０５ｃの旋回で泥土排出部１０７の方向に導かれる。モータ１０５ｄを外筒１１５ａの泥土排出部１０７側に設けても良いが、本形態のようにモータ１０５ｄを外筒１０５ａの開口部１０５ｅの側に設ければ、モータ１０５ｄの動力をスクリューシャフト１０５ｂに伝達するための動力伝達機構の構造が簡単になる。その理由は、スクリューコンベア１０５の泥土排出部１０７と接続管１１１とが連結体１１２により泥土が漏れないように密閉状に連結されているので、外筒１０５ａの泥土排出部１０７側にモータ１０５ｄを設けた場合、動力伝達機構が外筒１０５ａの外側と内側とに渡って上記密閉状の連結を維持するように設けられなければならないからである。

図２に示すように、凝集剤添加攪拌装置１０８は、攪拌槽１２５、凝集剤貯留槽１２６を備える。攪拌槽１２５と凝集剤貯留槽１２６とがポンプ１２７及び流量制御バルブ１２８を備えた送管１２９により互いに繋がれている。凝集剤貯留槽１２６に溜められた凝集剤１３０はポンプ１２７及び流量制御バルブ１２８により攪拌槽１２５に送られる。従って、スクリューコンベア１０５から接続管１１１を経由して攪拌槽１２５に送られてくる泥土に凝集剤１３０が添加される。攪拌槽１２５の内部には攪拌体１３１を有している。攪拌体１３１は、モータ１３４により回転する回転駆動軸１３２の外周面に多数の攪拌羽１３３を突設して備えた構成である。

凝集剤１３０としては、例えば高分子凝集剤であるポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、無水マレイン酸重合物、ポリアクリル酸エステル、グアガム、アクリルアミドとアクリル酸塩の共重合体、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリビニルスルホン酸塩の内の一種又は二種以上の組合せのものや、無機凝集剤であるポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、セメント及び消石灰一種又は二種以上の組合せのものが用いられる。

図３を参照し、脱水装置１０９の構成を説明する。脱水装置１０９は、円筒状の回転体１、回転体の外周面に設けられた凹部３６、凹部内に設けられた押体４４と、泥土や食品などのような泥土を収容する収容部５１と、回転体１を回転可能に収容したケーシング２と、押体４４の駆動制御機構９９と、回転体１の回転軸１０を回転させるための駆動源であるモータ３とを備える。脱水装置１０９は、凝集剤添加攪拌装置１０８から供給される凝集剤添加土を、土と水とに分離して排出する。

回転体１は、回転軸１０、回転ドラム部１１を備える。回転ドラム部１１は、筒部１２、円形の塞板１３を備える。回転ドラム部１１は、筒部１２の両端と塞板１３；１３とが連結されたことによって、筒部１２の両端の開口がそれぞれ塞板１３；１３で塞がれた構成である（図４参照）。回転軸１０は、筒部１２の筒中心及び筒部１２の両端の塞板１３；１３の円中心を通過して塞板１３；１３に対して回転不能に連結される（図４参照）。これにより、モータ３の動力で回転する回転軸１０の回転力が塞板１３；１３を経由して筒部１２に伝達される。即ち、回転軸１０と回転ドラム部１１とが一緒に回転する回転体１が形成される。

筒部１２は、内壁部１５、仕切壁体１６を備える。内壁部１５は、断面が略正八角形の筒状に形成される。仕切壁体１６は、断面が扇状の棒材により形成される。仕切壁体１６は、内壁部１５の外周における略正八角形の角部１７に相当する位置において、内壁部１５の筒の延長する方向（以下、「筒長方向」という）に沿って棒が延長するように設けられる。つまり、８個の仕切壁体１６が、内壁部１５の外周囲に沿った方向（以下、「周方向」という）において互いに４５°の角度を隔てて配置され、かつ、１つ１つの仕切壁体１６が、内壁部１５の筒長方向に沿って延長するように設けられる。

内壁部１５は、８枚の平板２１の両端とこれら両端に対応する塞板１３；１３とが図外の止ねじで互いに連結されたことによって断面略正八角形の筒状に形状される。平板２１と平板２１との間には隙間２５が設けられる。この隙間２５内に、断面扇形状の仕切壁体１６の２つの斜面２６；２６で挟まれた扇の基部分２７が挿入された状態で該仕切壁体１６の両端とこれら両端に対応する塞板１３；１３とが図外の止ねじで互いに連結されたことによって、回転軸１０の回転中心を筒の中心とする断面略正八角形の筒状体からなる内壁部１５と、この内壁部１５の周方向において互いに４５°の角度を隔てて内壁部１５の外周に配置された８個の仕切壁体１６とからなる筒部１２が形成される。内壁部１５の断面略正八角形の１辺を形成する平板２１の外面３１と当該平板２１の両側に配置される仕切壁体１６の斜面２６；２６とは互いに直角をなす。つまり、平板２１の両側に配置される２つの仕切壁体１６の互いに向かい合う斜面２６；２６は互いに平行であり、これら斜面２６；２６と平板２１の外面３１とが直角をなす。筒部１２の仕切壁体１６の外面３３は、筒部１２の外周面、すなわち、回転体１の外周面３２上に位置される。平板２１の両側の位置する仕切壁体１６；１６の平行に相対峙する面２６；２６と塞板１３；１３の内面３４；３４とによって凹部３６が区画形成される。即ち、回転体１は、回転体１の外周面３２に外周面３２より窪むように設けられた凹部３６を８つ備える。８つの凹部３６は、回転体１の筒長方向に沿って延長する矩形状の凹部であり、回転体１の周方向において等間隔を隔てて間欠的に設けられる。回転体１の外周面３２は、凹部３６の開口部３５（＝収容部５１の開口部３５）を塞ぐような仕切壁体１６の外面３３と外面３３とを繋いで円筒面を形成する仮想の弧面と、仕切壁体１６の外面３３とにより形成される。

平板２１には、加圧機構４１が取り付けられる。加圧機構４１は、シリンダ４２、押体４３、押体４４を備える。シリンダ４２の一端部の周囲には取付フランジ４１ａが設けられる。平板２１には、平板２１を貫通するシリンダ設置孔３７が、筒部１２の筒の延長する方向に沿って所定の間隔を隔てて３箇所に形成される（図５参照）。筒部１２の外側から内側方向にシリンダ４２をシリンダ４２の他端側からシリンダ設置孔３７に通して取付フランジ４１ａと平板２１の外面３１とを接触させてこれらが互いに図外のねじで固定される。押体４３の先端部には押体４４が取り付けられる。押体４４は、平板２１の両側の位置する仕切壁体１６；１６の平行に相対峙する面２６；２６と塞板１３；１３の内面４５；４５とに接触して平板２１の外面３１を外側から塞ぐ大きさに形成される。つまり、押体４４は、平板２１の外面３１の面積に合せた面を備えた板材により形成され、凹部３６の４つの内壁面（面２６；２６、内面４５；４５）に接触する周面４７を備える。即ち、後述する収容部５１を形成する凹部３６の内壁面を、押体４４の移動方向に沿って平行な面により形成したので、押体４４としては、凹部３６の内壁面と平行で内壁面と互いに接触した状態で移動可能な周面４７を備えたものを用いればよく、板材のような簡単な構成の押体４４により密閉状態の収容部５１を形成できる。押体４４の外面４６の曲率は回転体１の外周面３２の曲率と同じ曲率に形成される。押体４４の周面４７には周面４７を一周するシール溝４８が形成され、シール溝４８内にシール材４９が設けられる（図６参照）。押体４４は、加圧機構４１による油圧駆動によって、回転軸１０の回転中心と回転体１の外周面３２とを繋ぐ半径線上を移動可能である。すなわち、押体４４は、凹部３６内に、回転体１の外周面３２に相当する位置にある凹部３６の開口部３５と平板２１の外面３１で形成される凹部３６の底面との間を移動可能である。１つの収容部５１に収容された押体４４を３つの加圧機構４１により駆動するように構成したので、小型の加圧機構４１を使用できて装置の小型化が図れ、また、押体４４をスムーズに移動させることが可能となる。

押体４４の外面４６と相対峙する仕切壁体１６；１６の互いに平行な面２６；２６と相対峙する塞板１３；１３の互いに平行な内面３４；３４とで囲まれた空間によって収容部５１が形成される。即ち、収容部５１は、押体４４と凹部３６の開口部３５との間で形成される。回転体１は、回転体１の外周面３２において筒長方向に沿って延長する矩形状の８つの収容部５１を、回転体１の周方向において等間隔を隔てて間欠的に備える。収容部５１は、回転体１の筒の延長方向に沿った方向に延長するとともに回転体１の外周面３２に沿って延長する形状であり、外周面３２に沿った長さが、筒の延長方向に沿った長さより短い。このため、回転体１の外周面３２に沿った方向に収容部５１を複数設けることができ、かつ、１つ１つの収容部５１の収容容量も多くできる。

加圧機構４１のシリンダ４２と油タンク５２とが油送ケーブル５３；５４；５５及び油圧制御弁５６を経由して互いに接続される（図４参照）。尚、図３；４では、油送ケーブル５３；５４；５５及び油圧制御弁５６は油供給系と油排出系とを１つでまとめて図示している。回転軸１０にはロータリージョイントと呼ばれるようなケーブル中継器５７が設けられ、シリンダ４２に接続された内部の油送ケーブル５３とケーブル中継器５７とが接続され、油圧制御弁５６に接続された外部の油送ケーブル５４と油圧制御弁５６とが接続され、タンクに接続されたタンク側の油送ケーブル５５と油圧制御弁５６とが接続される。ケーブル中継器５７を用いたことにより、油送ケーブル５３；５４が回転軸１０の回転によっても捻れないように接続されて、油送ケーブル５３；５４とケーブル中継器５７とにより、シリンダ４２と油圧制御弁５６とを互いに繋ぐ油送路が形成される。即ち、押体４４が、油圧駆動の加圧機構４１により移動可能に形成されたので、押体４４の移動をスムーズにでき、また、制御も容易となる。

ケーシング２は、前連結部６１、後壁部６２、胴壁部６３を備える。胴壁部６３は、前壁部６４、後連結部６５、入口部６６、脱水部６７、出口部６８、待機部６９を備える（図４参照）。１つ１つの収容部５１における回転体１の周方向の幅Ｔは同じである。この幅Ｔは、入口部６６の入口孔６６ａ、脱水部６７、出口部６８の出口孔６８ａ、待機部６９における回転体１の周方向に沿った部分の幅よりも小さい。脱水部６７は、脱水板７１、外板７２を備える。脱水板７１は、回転体１の外周面３２に沿って配置される。脱水板７１は、回転体１の外周面３２に沿って形成された複数の収容部５１の開口部３５を覆える大きさに形成される。例えば、図３のように、脱水板７１は、５個の収容部５１を覆える角度範囲の断面弧状に形成されて回転体１の筒長方向に沿って延長し、回転体１の外周面３２を上記角度範囲で覆う。脱水板７１には泥土の液体を回転体１の外周面３２側から外板７２側に通過させる脱水孔７３が形成される。即ち、脱水板７１は、パンチングメタルのような孔開板により形成される（図６参照）。脱水孔７３は、脱水板７１の内面７１ａ側から外面７１ｂ側にかけて漸次大径となるように形成される。例えば、内面７１ａの径が２ｍｍ、外面７１ｂの径が３ｍｍに設定された細孔である。外板７２は、脱水板７１と同様に、５個の収容部５１を覆える角度範囲の断面弧状に形成されて回転体１の筒の延長する方向に沿って延長し、回転体１の外周面３２を上記角度範囲で覆う板であるが、脱水板７１の外面７１ｂに沿って対向するように脱水板７１の外側に配置されるため、脱水板７１より径が大きい。脱水板７１と外板７２とが支柱７４及び図外の止ねじにより互いに連結される。脱水板７１と外板７２とで囲まれた空間により水路７７が形成される。脱水板７１の他端と外板７２の他端とが封止板７０により互いに連結され、脱水板７１の一端と外板７２の一端とが封止板６０により互いに連結され、水路７７の前端開口部７７ａに前連結部６１が連結され、水路７７の後端開口部７７ｂに後壁部６２が連結されることによって、脱水板７１と外板７２と前連結部６１の内面７５（図４参照）と後連結部６２の内面７６（図４参照）と封止板６０；７０とで密閉状態に囲まれた水路７７が形成される。封止板６０は水路７７と入口部６６とを区切る板、封止板７０は水路７７と出口部６８とを区切る板である。すなわち、収容部５１を、回転体１の外周囲に沿った方向において所定間隔を隔てて複数設け、この複数の収容部５１の開口部３５を覆える大きさに脱水板７１を形成したので、脱水区間を長くでき、脱水時間の長い連続脱水処理が可能となる。水路７７の下部における外板７２には排水孔７８が形成される。外板７２に水路７７と繋がる排水孔７８を設けたので、排水処理を効率的に行える。

図２に示すように、脱水装置１０９の排水孔７８とチャンバ１０４の水入口孔４６０とがポンプ８０付きの送水管７９により互いに連結されることによって、排水孔７８とチャンバ１０４内とが送水管７９により互いに連結される。また、送水管７９のポンプ８０よりもチャンバ１０４寄りの部位と胴筒１０２に形成された胴筒１０２の内面と外面とを貫通する貫通孔４８０とが排水管４９０により互いに連結される。送水管７９において排水管４９０の位置よりチャンバ１０４寄りの位置には開閉弁５００が設けられる。胴筒１０２内には開閉弁５００を制御する水制御装置５１０が設置される。水路７７の所定の位置には水量検出器５２０が設置される。排水管４９０、開閉弁５００、水制御装置５１０、水量検出器５２０により、水路７７内の水をシールド掘進機１０１の機外の地中に排水させる排水機構５３０が構成される。すなわち、脱水装置１０９が、排水機構５３０を備える。

入口部６６は、脱水部６７の一端部８１と連接される。出口部６８は、脱水部６７の他端部８２と連接される。出口部６８の出口孔６８ａにおける回転体１の周方向に沿った部分の幅の長さａは、１個の収容部５１における開口部３５の全てが出口孔６８ａと対応している間は、その他の収容部５１における開口部３５が出口孔６８ａと対応しないような長さに設定される。具体的には、収容部５１の開口部３５における回転体１の周方向に沿った部分の幅の長さをＴとし、回転体１の外周面３２を構成する仕切壁体１６の外面３３における回転体１の周方向に沿った部分の幅の長さをｂとすると、Ｔ＜ａ＜（Ｔ＋ｂ）に設定される。このように設定すれば、出口部６８以外の部分、特に、脱水部６７の範囲を長くできることから、連続脱水を効率的に行えるようになる。

待機部６９は、入口部６６の他端部８３と出口部６８の他端部８４とに連接され、入口部６６と出口部６８とを区切る。待機部６９と出口部６８との境界を形成する出口部内面８５が、出口部６８を通過する押体４４の外面４４ａに付着した固体を掻き落とす残余固体掻き落とし部を形成する。よって、出口部６８を通過した収容部５１が入口部６６に到達する前に外面４４ａに付着した固体が残余固体掻き落とし部により掻き落とされるので、入口部６６に到達する収容部５１にその都度決まった定量分の固液混合物を収容できることから、処理効率を向上できる。

図４に示すように、前壁部６４と後壁部６２とには、回転軸１０を回転可能に支持するベアリング９０；９１が設けられる。回転体１の回転軸１０の両端部が前壁部６４のベアリング９０と後壁部のベアリング９１とに回転可能に支持される。後壁部６２の内面７６と後連結部６５とが図外の止ねじにより連結され、前連結部６１の内面７５と前壁部６４の外面７７とが図外の止ねじにより連結され、脱水部６７が後壁部６２の内面７６と前連結部６１の内面７５とに図外の止ねじにより連結されることによって、回転体１を回転可能に収容して回転体１を囲むケーシング２が組み立てられる。後壁部６２に別途設けられたモータ３のモータ軸９２と回転軸１０とに回転伝達ベルト９３が掛け回され、モータ軸９２の回転力が回転伝達ベルト９３を介して回転軸１０に伝達される。モータ軸９２と回転伝達ベルト９３とによって接続された回転軸１０の一端には角度センサ（エンコーダ）９５が取り付けられており、角度センサ９５と制御装置９６とが信号線９７により互いに接続される。角度センサ９５は、回転軸１０の中心と何れか１つの仕切壁体１６の断面の中心とを結ぶ線と交わる回転軸１０の外周面の位置が角度検出基準（原点）となるよう回転軸１０に取り付けられる。制御装置９６と油圧制御弁５６とが制御信号線９８により互いに接続される。ケーシング２には、図外の固定土台や固定腕のようなベースが設けられ、ベースにより脱水装置を設置面に安定に設置できる。制御装置９６、加圧機構４１、油タンク５２や油送ケーブル５３；５４；５４及び油圧制御弁５６のような油系統により、押体４４の駆動制御機構９９が構成される。

脱水装置１０９の動作を説明する。図３において、想像線Ｗと交わる回転軸１０の外周面の位置が角度センサ９５の角度検出基準（原点）の原点に設定されているとして説明する。また、図３では、最初に（１）の位置にあった加圧機構４１が回転体１の回転に伴って、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）の位置に進んだ場合における押体４４の移動経緯を図示している。
スクリューコンベア１０５から凝集剤添加攪拌装置１０８の攪拌槽１２５に泥土が送られ、攪拌槽１２５に送られた泥土に凝集剤１３０が添加されて攪拌された凝集剤添加土が脱水装置１０９の入口部６６に供給され、所定時間経過後に、図３の状態からモータ３により回転軸１０が矢印ｅの方向に回転し、４５度回転した場合に、最初に（１）の位置にあった加圧機構４１が（２）の位置に来る。この場合、制御装置９６が、４５度回転したことを角度センサ９５から入力して（２）の位置に来た加圧機構４１のシリンダ４２に油圧を供給し始めるよう油圧制御弁５６を制御する。これにより、加圧機構４１の押体４３の先端に設けられた押体４４が回転体１の外周面３２の方向に移動し、押体４４によって泥土が脱水板７１の方向に押圧されて泥土中の水が脱水孔７３を経由して水路７７に排出される。さらに、回転軸１０が回転すると、最初に（１）の位置にあった加圧機構４１が（３）、（４）、（５）、（６）の位置に順次進む。制御装置９６は、加圧機構４１が（１）の位置から（６）の位置に近づくに従って徐々に押体４４を回転体１の外周面３２の方向に移動するように油圧制御弁５６を制御したり、あるいは、回転軸１０が原点位置から４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°というように所定角度回転する毎に押体４４を回転体１の外周面３２の方向に移動するように油圧制御弁５６を制御する。制御装置９６は、原点位置から３１５度回転した場合、即ち、最初に（１）の位置にあった加圧機構４１が（７）の位置に来たら、油圧制御弁５６を制御して加圧機構４１の押体４３を最大限伸ばして押体４４の外面４４ａが回転体１の外周面３２の位置にくるまで押体４４を移動させる。そして、制御装置９６は、最初に（１）の位置にあった加圧機構４１が（８）の位置に来たら、油圧制御弁５６を制御して加圧機構４１の押体４４を縮めて押体４４を凹部３６の底面（平板２１の外面３１）の方向に下げ始めるよう制御する。これにより収容部５１が形成され、入口部６６からの泥土が収容部５１に収容される。８個の加圧機構４１はそれぞれ個別に上述したように制御される。

水路７７に排出された水はポンプ８０によりチャンバ１０４内に送り戻されて、粘度調整用の水として再利用される。一方で、掘削土中にも水分が含まれるので、チャンバ１０４からスクリューコンベア１０５、凝集剤添加攪拌装置１０８、脱水装置１０９を経由してチャンバ１０４に至る水循環経路１０１Ａ内の水を掘削に伴って時々排水しないと、水循環経路１０１Ａ内に水が充満してしまう。よって、水制御装置５１０が、水路７７内の水量が所定量以上になったことを示す信号を水量検出器５２０から入力した場合に開閉弁５００を開いて水路７７内の水を排水管４９０経由でシールド掘進機１０１の機外の地中に排出させることによって、水循環経路１０１Ａ内の泥土および水の充満を防止できる。また、水制御装置５１０が、水路７７内の水量が所定量以下になったことを示す信号を水量検出器５２０から入力した場合に開閉弁５００を閉じることによって、チャンバ１０４内に戻す水を確保でき、水の有効利用が図れる。脱水装置１０９の出口部６８より排出された土は、図外の土搬送車に集められた後に立坑底部まで搬送され、立坑より地上に搬出される。

最良の形態によれば、スクリューコンベア１０５の後端の掘削土排出口１０７と凝集剤添加攪拌装置１０８の攪拌槽１２５の入口１１０とが接続管１１１と連結体１１２；１１３とにより互いに連結されているため、泥土が、チャンバ１０４内の圧力によりスクリューコンベア１０５経由で凝集剤添加攪拌装置１０８の攪拌槽１２５に圧送されるので、チャンバ１０４内で生じた圧力を有効利用できるため、従来のようにタンクから凝集剤添加攪拌装置に泥土を送るためのポンプを省くことができる。また、攪拌槽１２５に送られた泥土には凝集剤１３０が添加されるので、脱水装置１０９においての水と土との分離が凝集剤１３０により促進され、水分の少ない土を排出できる。また、スクリューコンベア１０５の後端の泥土排出部１０７と凝集剤添加攪拌装置１０８の攪拌槽１２５の入口１１０とが接続管１１１と連結体１１２；１１３とにより互いに連結され、さらに、凝集剤添加攪拌装置１０８の出口１１４と脱水装置１０９の入口１１５とが連結体１１６により互いに連結されているので、従来のようにスクリューコンベアの泥土排出口部からの泥土の噴発現象を防止できる。さらには、脱水装置１０９により土と分離された水がチャンバ１０４内に戻されて粘度調整用水として再利用されるので、水の有効利用が図れる。また、排水機構５３０を備えるので、水循環経路１０１Ａ内の水の充満を防止できる。

最良の形態では、円筒状の回転体１と、回転体１の外周面３２に外周面３２より窪むように設けられた凹部３６と、凹部３６内に設けられて回転体１の外周面３２に相当する位置にある凹部３６の開口部３５と凹部３６の底面（平板１の外面３１）との間を移動可能な押体４４と、押体４４と凹部３６の開口部３５との間で形成された収容部５１と、回転体１を回転可能に収容したケーシング２と、押体４４の駆動制御機構９９とを備え、ケーシング２が、固体と液体とが混在した固液混合物の入口部６６と、出口部６８と、入口部６６の一端と出口部６８の一端とに連接されて回転体１の外周面３２を所定角度範囲で覆う脱水部６７とを備え、脱水部６７が、回転体１の外周面３２に沿って配置された脱水板７１を備え、脱水板７１が、脱水孔７３を備え、入口部６６に位置した収容部５１が入口部６６からの固液混合物を収容してから回転体１の回転に伴って脱水板７１に対応する位置に到達した場合に、駆動制御機構９９が押体４４を脱水板７１の方向に移動させることによって、固液混合物中の液体が脱水板７１の脱水孔７３を経由して脱水板７１の外面側に排出され、回転体１の回転に伴って脱水部６７を通過した収容部５１が出口部６８に到達した場合に、駆動制御機構９９が押体４４を回転体１の外周面３２の方向に移動させることによって、収容部５１内の固体が押体４４で押されて出口部６８より排出され、回転体１の回転に伴って出口部６８を通過した収容部５１が入口部６６に到達した場合に、当該収容部５１に入口部６６からの固液混合物が収容される構成とした。すなわち、回転体１の外周面３２に設けた収容部５１に固液混合物を収容し、回転体１を回転させるとともに収容部５１に収容された固液混合物を回転体１の外周面３２に沿って配置された脱水板７１の方向に押体４４で押して固液混合物を脱水処理する構成としたので、固液混合物を押圧するためや固液混合物を搬送するために長い筒体を設ける必要がなくなり、装置を小型化できる。
また、最良の形態では、脱水装置１０９が、回転体１の外周囲に沿った方向において所定間隔を隔てて複数の収容部５１を備え、この複数の収容部５１の開口部３５を覆える大きさの脱水板７１を備えたので、回転体１の回転に伴って複数の収容部５１に連続的に泥土を収容させ、複数の収容部５１に収容された泥土を連続的に脱水処理できる。即ち、脱水処理を効率的に行える。

泥土の粘性が小さければ、凝集剤添加攪拌装置１０８を省いて、スクリューコンベア１０５の後端の泥土排出部１０７と脱水装置１０９の入口１１５とを互いに連結しても良い。脱水装置１０９における回転体１の外周面３２に設ける収容部５１の数は、１つ以上であればよい。油圧駆動の加圧機構４１の代わりに、水圧駆動や空気圧駆動の加圧機構、あるいは、カムとばねを用いた加圧機構を使用してもよい。また、回転体１の回転軸１０側から外周面３２に近くなるにつれて幅広となる収容部、即ち、収容部を仕切る仕切壁体の壁面が回転体の半径線と平行な面に形成されて、壁面が末広がりとなった収容部を形成し、押体として、ばね機構などで幅が可変に構成されたものを使用することも可能である。

シールド掘削機の簡略構成図（最良の形態）。 スクリューコンベアと凝集剤添加攪拌装置と脱水装置との繋がりを示す断面図（最良の形態）。 脱水装置の縦断面図（最良の形態）。 脱水装置の分解斜視図（最良の形態）。 脱水装置の回転体の内部構造を示す斜視図（最良の形態）。 脱水装置の脱水部及び収容部の拡大図（最良の形態）。

符号の説明

１ 回転体、２ ケーシング、３２ 回転体の外周面、３３ 回転体の外周面、
３５ 収容部の開口部、３６ 凹部、４１ 加圧機構、４４ 押体、５１収容部、
６６ 入口部、６７ 脱水部、６８ 出口部、７１ 脱水板、７２ 外板、
７３ 脱水孔、７８ 排水孔、７９ 送水管、８０ ポンプ、９９ 駆動制御機構、
１０１ シールド掘削機、１０２ 胴筒、１０３ 回転カッタヘッド、
１０４ チャンバ、１０５ スクリューコンベア、１０８ 凝集剤添加攪拌装置、
１０９ 脱水装置。

Claims (4)

1. 胴筒と胴筒の前端に設けられた回転カッタヘッドとを備え、胴筒の内側には掘削土を取り込むチャンバとスクリューコンベアと凝集剤添加攪拌装置と脱水装置とを備え、チャンバ内で掘削土と水とを混合して形成した泥土による圧力で切羽の安定を図りながら掘削を行うシールド掘削機において、
   脱水装置が、円筒状の回転体と、回転体の外周面に外周面より窪むように設けられた凹部と、凹部内に設けられて回転体の外周面に相当する位置にある凹部の開口部と凹部の底面との間を移動可能な押体と、押体と凹部の開口部との間で形成された収容部と、回転体を回転可能に収容し、固体と液体とが混在した固液混合物の入口部と出口部と入口部の一端と出口部の一端とに連接されて回転体の外周面を所定角度範囲で覆う脱水部とを有したケーシングと、押体の駆動制御機構とを備え、
   脱水部が、脱水孔付きの脱水板と脱水板の外側に設けられて脱水板を覆う外板と脱水板と外板とで囲まれた水路とを備え、
   脱水板が、回転体の外周面に形成された複数の収容部の開口部を覆える大きさに形成され、
   外板が、水路に排出された水を排水する排水孔を備え、
   収容部を形成する凹部の内壁面が、押体の移動方向に沿って平行な面により形成され、
   押体が、凹部の内壁面と平行で凹部の内壁面に接触した状態で移動可能な周面を備えた板材により形成されて、脱水板の方向に移動することによって、収容部に収容された固液混合物中の水を脱水板の脱水孔を介して水路に排出させ、
   駆動制御機構は、入口部に位置した収容部が入口部からの固液混合物を収容してから回転体の回転に伴って脱水板に対応する位置に到達した後に出口部に到達するまで、回転体の回転に伴って押体を回転体の外周面に近付く方向に徐々に移動させるか、あるいは、回転体が所定角度回転する毎に押体を回転体の外周面の方向に移動させるよう構成され、
   さらに、チャンバ内の泥土を後方に送るスクリューコンベアの泥土排出部と凝集剤添加攪拌装置の入口とが泥土をチャンバ内の圧力によりスクリューコンベア経由で凝集剤添加攪拌装置に圧送できるように密閉状態となるよう互いに連結され、凝集剤添加攪拌装置の出口と脱水装置の入口とが互いに連結されたことによって、チャンバから脱水装置の土排出口及び排水孔まで、泥土を導く内部経路が外部と遮断されたことを特徴とするシールド掘削機。
2. 収容部が、回転体の外周囲に沿った方向において所定間隔を隔てて複数形成されたことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削機。
3. 排水孔とチャンバ内とが送水管により互いに連結され、送水管には排水孔からの水をチャンバ内に圧送するポンプが設けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシールド掘削機。
4. 脱水装置が、水路内の水をシールド掘進機の機外の地中に排水させる排水機構を備えたことを特徴とする請求項３に記載のシールド掘削機。

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