JP4694361B2 - シールド掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、掘削土と水との混合された泥土を水と土とに分離する機能を備えたシールド掘削機において、チャンバ内で生成した泥土の圧力を有効利用可能とし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土と水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機に送り、脱水処理済土とする。
特開２００５−３６５１７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。

本発明は、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、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集水槽まで、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。
脱水装置が、土と分離した水を集める集水槽を備え、集水槽内とチャンバ内とが送水管により互いに連結され、送水管には集水槽内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。

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集水槽まで、泥土を導く内部経路が外部と遮断されたので、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。
集水槽内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、水の有効利用が図れる。

図１、図２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１は、胴筒２の前端に回転カッタヘッド３を備え、胴筒２の内側に、チャンバ４、スクリューコンベア５、シールドジャッキ６などを備え、さらに、スクリューコンベア５の後端の泥土排出部７に連結された凝集剤添加攪拌装置８、凝集剤添加攪拌装置８に連結された脱水装置９を備える。スクリューコンベア５の泥土排出部７と凝集剤添加攪拌装置８の入口１０とが接続管１１と連結体１２；１３とにより互いに連結される。凝集剤添加攪拌装置８の出口１４と脱水装置９の入口１５とが連結体１６により互いに連結される。連結体１２は、スクリューコンベア５の泥土排出部７の外周に固定されたフランジと接続管１１の入口１１ａの外周に固定されたフランジ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１３は、接続管１１の出口１１ｂの外周に固定されたフランジと凝集剤添加攪拌装置８の入口１０の外周に固定されたフランジ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１６は、凝集剤添加攪拌装置８の出口１４の外周に固定されたフランジと脱水装置９の入口１５の外周に固定されたフランジ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５、接続管１１、凝集剤添加攪拌装置８、脱水装置９が連結体１２；１３；１６で繋がれたことによって、チャンバ４から脱水装置９の土排出口４０及び集水槽４２まで、泥土を導く内部経路１００（図２参照）が、外部と遮断されて泥土を外部に漏れないように構成された。

胴筒２の前端部の内には、胴筒２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１７が設けられる。チャンバ４は、隔壁１７と隔壁１７よりも前方に延長する胴筒２の筒前部１８と回転カッタヘッド３の後面１９とで囲まれた部屋により形成される。回転カッタヘッド３は隔壁１７に回転可能に取り付けられた回転軸２０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３の後面１９には後方に延長する攪拌棒２１が設けられる。従って、回転カッタヘッド３を回転駆動することにより回転カッタヘッド３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３の前面から後面１９に貫通する図外の掘削土取込口を経由してチャンバ４内に取り込まれる。図示しないが、チャンバ４内には粘度調整用の水が注入され、回転カッタヘッド３の回転に伴い回転する攪拌棒２１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４内に充満させ、その泥土の圧力によってシールド掘削機１の回転カッタヘッド３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４内からスクリューコンベア５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４内の泥土圧を調整している。スクリューコンベア５は、外筒５ａ、スクリューシャフト５ｂ、スクリュー５ｃ、モータ５ｄのような駆動源を備える。外筒５ａの一端の開口部５ｅがチャンバ４内に突出して設けられる。スクリューシャフト５ｂが外筒５ａの筒の延長方向に沿って外筒５ａの内側中心部に設けられる。スクリューシャフト５ｂの外周にはスクリュー５ｃが螺旋状に設けられる。モータ５ｄは、外筒５ａの一端の開口部５ｅの外周面に設けられる。モータ５ｄのモータ軸とスクリューシャフト５ｂ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５ｄを駆動することによって、スクリューシャフト５ｂが回転し、スクリュー５ｃがチャンバ４内から泥土を外筒５ａの内部に導入する。この外筒５ａの内部に導入された泥土はスクリューシャフト５ｂの回転に伴うスクリュー５ｃの旋回で泥土排出部７の方向に導かれる。モータ５ｄを外筒５ａの泥土排出部７側に設けても良いが、本形態にようにモータ５ｄを外筒５ａの開口部５ｅの側に設ければ、モータ５ｄの動力をスクリューシャフト５ｂ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５の泥土排出部７と接続管１１とが連結体１２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５ａの泥土排出部７側にモータ５ｄを設けた場合、動力伝達機構が外筒５ａ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８は、攪拌槽２５、凝集剤貯留槽２６を備える。攪拌槽２５と凝集剤貯留槽２６とがポンプ２７及び流量制御バルブ２８を備えた送管２９により互いに繋がれている。凝集剤貯留槽２６に溜められた凝集剤３０はポンプ２７及び流量制御バルブ２８により攪拌槽２５に送られる。従って、スクリューコンベア５から接続管１１を経由して攪拌槽２５に送られてくる泥土に凝集剤３０が添加される。攪拌槽２５の内部には攪拌体３１を有している。攪拌体３１は、モータ３４により回転する回転駆動軸３２の外周面に多数の攪拌羽３３を突設して備えた構成である。

凝集剤３０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。

脱水装置９は、凝集剤添加攪拌装置８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。脱水装置９は、筒状胴部３５、回転スクリュー３６を備える。筒状胴部３５は、水平方向に延長するよう配置される。回転スクリュー３６はモータ３６ａにより回転する回転軸３７の外周面に螺旋羽３８を突設して備える。筒状胴部３５の一端側には入口１５を備え、筒状胴部３５の他端側には土排出口４０を備える。筒状胴部３５の少なくとも下部には排水孔４１が形成されており、排水孔４１の下側には集水槽４２が設けられる。集水槽４２の水出口孔４５とチャンバ４の水入口孔４６とがポンプ４４付きの送水管４３により互いに連結される。また、集水槽４２の水排出孔４７と胴筒２の内面と外面とを貫通する胴筒２に形成された貫通孔４８とが排水管４９により互いに連結される。排水管４９には開閉弁５０が設けられる。胴筒２内には開閉弁５０を制御する水制御装置５１が設けられる。集水槽４２内には水量検出器５２が設けられる。排水管４９、開閉弁５０、水制御装置５１、水量検出器５２により、集水槽４２内の水をシールド掘削機１の機外の地中に排水させる排水機構５３が構成される。

次に脱水処理について説明する。スクリューコンベア５から凝集剤添加攪拌装置８の攪拌槽２５に泥土が送られる。そして、攪拌槽２５に送られた泥土に凝集剤３０が添加されて攪拌された凝集剤添加土は脱水装置９に供給され、脱水装置９により、凝集剤添加土が脱水処理済の土と水とに分離されて排出される。排出された水は集水槽４２に集められ、集水槽４２に集まった水はポンプ４４によりチャンバ４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４からスクリューコンベア５、凝集剤添加攪拌装置８、脱水装置９を経由してチャンバ４に至る水循環経路１０１内の水を掘削に伴って時々排水しないと、水循環経路１０１内に水が充満してしまう。よって、水制御装置５１が、集水槽４２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５２から入力した場合に開閉弁５０を開いて集水槽４２内の水をシールド掘削機１の機外の地中に排出させることによって、水循環経路１０１内の泥土および水の充満を防止できる。また、水制御装置５１が、集水槽４２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５２から入力した場合に開閉弁５０を閉じることによって、チャンバ４内に戻す水を確保でき、水の有効利用が図れる。脱水装置９土排出口４０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５の後端の泥土排出部７と凝集剤添加攪拌装置８の攪拌槽２５の入口１０とが接続管１１と連結体１２；１３とにより互いに連結されているため、泥土が、チャンバ４内の圧力によりスクリューコンベア５経由で凝集剤添加攪拌装置８の攪拌槽２５に圧送されるので、チャンバ４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２５に送られた泥土には凝集剤３０が添加されるので、脱水装置９においての水と土との分離が凝集剤３０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５の後端の泥土排出部７と凝集剤添加攪拌装置８の攪拌槽２５の入口１０とが接続管１１と連結体１２；１３とにより互いに連結され、さらに、凝集剤添加攪拌装置８の出口１４と脱水装置９の入口１５とが連結体１６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９により土と分離された水がチャンバ４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５３を備えるので、水循環経路１０１内の水の充満を防止できる。

泥土の粘性が小さければ、凝集剤添加攪拌装置８を省いてスクリューコンベア５の後端の泥土排出部７と脱水装置９の入口１５とを互いに連結しても良い。

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）。

符号の説明

１ シールド掘削機、２ 胴筒、３ 回転カッタヘッド、４ チャンバ、
５ スクリューコンベア、７ 泥土排出部、８ 凝集剤添加攪拌装置、
９ 脱水装置、４２ 集水槽、４３ 送水管、４４ ポンプ、５３ 排水機構。

Claims (2)

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、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集水槽まで、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. 脱水装置が、土と分離した水を集める集水槽を備え、集水槽内とチャンバ内とが送水管により互いに連結され、送水管には集水槽内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に記載のシールド掘削機。

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