JP5871710B2 - シールド掘削機の排土装置 - Google Patents

Description

本発明は大口径のシールド掘削機に設けている巨礫を含む掘削土砂の排土装置、特に、掘削土砂の搬送途上において巨礫と掘削土砂とに分別し、それぞれ別々に排出することができる分級手段を備えた排土装置に関するものである。

従来から、泥土圧によって切羽の崩壊を防止しながらトンネルを掘進するシールド掘削機における排土装置としては、カッタヘッドにより掘削される掘削土砂に比較的大径の礫が含まれる場合には軸を備えていないリボン式スクリューコンベアを使用し、その他の場合には軸付きのスクリューコンベアを使用しているが、リボン式のスクリューコンベアは止水性に劣るためにゲートを閉止しないと土砂水が機内に噴発する虞れがあり、軸付きのスクリューコンベアは止水性を有していても大径の礫を搬出することができない。

このため、特許文献１、２に記載されているように、リボン式スクリューコンベアと軸付きスクリューコンベアとを使用し、リボン式スクリューコンベアの前端開口部をシールド本体の隔壁下端部を貫通してチャンバ内に臨ませると共にこのリボン式スクリューコンベアのケーシングの後端下周部に下向きに開口した排出口を設けて該排出口を第１ゲートにより開閉させるように構成し、さらに、この排出口の下端開口部に大礫（巨礫）を含む掘削土砂の受入筒部の上端を連結、連通し、この受入筒部の下端に第２ゲートによって開閉させられる大礫投下口を設ける一方、該受入筒部の後周部に軸付きスクリューコンベアの前端開口部を連通させてなる排土装置が開発されている。

実開昭６１−１６４３９８号公報 実公平３−２４７１８号公報

しかしながら、上記排土装置によれば、リボン式スクリューコンベアの下向き排出口から排出された礫を含む掘削土砂は排出口下方の受入筒部に受入れられるが、この受入筒部の後周部に軸付きスクリューコンベアの前端開口部を臨ませているので、軸付きスクリューコンベアが掘削土砂と共に大径の礫も取り込もうとして閉塞し、掘削土砂の搬出が困難になる事態が発生するばかりでなく、スクリュー羽根が礫に噛み込んで短期間で欠損し、使用できなくなる事態が発生するといった問題点があった。

さらに、受入筒部からの礫の排出は、上記排出口と同様に受入筒部の下端に設けられた大礫投下口から下方に落下させるように構成しているので、大径の礫と共に小径の礫を含む掘削土砂も排出されて所定径以上の礫のみの処理を行うことができないといった問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、カッタヘッドによって掘削された巨礫を含む土砂を搬送途上において巨礫と掘削土砂とに分別して巨礫のみを確実に取り出すことができ、巨礫の存在しない小径の礫を含む掘削土砂を巨礫と別にして排出することができるシールド掘削機の排土装置を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明のシールド掘削機の排土装置は、請求項１に記載したように、シールド掘削機のシールド本体の前端開口部に配設しているカッタヘッドによって掘削されてチャンバ内に取込まれた巨礫を含む掘削土砂をチャンバ内から後方に排出するリボンスクリューを有するスクリューコンベアと、このスクリューコンベアの後端に連結、連通させ、第１ゲートジャッキによって開閉させられる第１ゲートを備えたゲート室と、このゲート室の後端開口部にその上端開口部を連通させてゲート室から投入される巨礫を含む掘削土砂を巨礫とそれ以外の小径の礫を含む掘削土砂とに分別する分級手段を備えてなる分級室と、この分級室の一側部に設けられ、第２ゲートジャッキによって開閉させられる第２ゲートを備えた巨礫排出口と、上記分級手段によって分別された小径の礫を含む掘削土砂を排出するスクリューフィーダとからなる排土装置であって、上記分級手段は、小径の礫を含む掘削土砂が通過可能な間隔を存して並設した２本の巨礫搬出スクリューからなり、これらの両スクリューをその長さ方向を上記スクリューコンベアの長さ方向に対して直交する方向に向け且つ搬送終端部を上記巨礫排出口の下端内側部に臨ませた状態にしてその両端部を分級室の両側壁に回転自在に支持させていると共に分級室の他側壁に、上記第２ゲートによる巨礫排出口の開放に連動して上記巨礫搬出スクリューを回転させる駆動モータを配設してあり、さらに、上記ゲート室から分級室内に投下された巨礫を検出し、その検出信号によって上記シールド掘削機とスクリューコンベアとを停止させる巨礫検出手段を分級室内に配設していることを特徴とする。

このように構成したシールド掘削機の排土装置において、請求項２に係る発明は、上記分級手段は、スクリュー羽根を軸に左巻き方向に螺旋状に固着してなるスクリューと、スクリュー羽根を軸に右巻き方向に螺旋状に固着してなるスクリューとを、これらのスクリュー羽根を対向させて並設してなると共に、駆動モータによってこれらのスクリュー羽根を巨礫排出口に向かって巨礫を搬送する方向に回転させるように構成していることを特徴とする。

さらに、請求項３に係る発明は、上記スクリューコンベアにおけるリボンスクリューを内装しているケーシングの後端開口部にゲート室の前端開口部を連結、連通させていると共にこのゲート室の後端に前方に向かって直角に屈折している分級室の上端開口部を連結、連通させていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、カッタヘッドによって掘削された土砂を取り込んで後方に搬送するスクリューコンベアは、ケーシング内にリボンスクリューを回転自在に配設してなるリボン式スクリューコンベアであるから、多量の掘削土砂と共に巨礫も取り込んで搬送することができるのは勿論、このスクリューコンベアの後端に第１ゲートを備えたゲート室を介して巨礫とそれ以外の小径の礫を含む掘削土砂とを分別する分級手段を有する分級室を連結、連通し、この分級室の底部に設けている掘削土砂落下口に掘削土砂を後方に排出するスクリューフィーダの搬送始端部を臨ませているので、上記スクリューコンベアから排出される巨礫を含んだ掘削土砂を分級室内の分級手段によって巨礫と小径の礫を含む掘削土砂とに分別したのち、巨礫を分級室内に残した状態にして小径の礫を含む掘削土砂のみをスクリューフィーダの搬送始端部上に投下させてスクリューフィーダを詰まらせることなく円滑且つ確実に後方に搬送することができる。

さらに、分級室内に配設している上記分級手段は、小径の礫を含む掘削土砂が通過可能な間隔を存して並設した少なくとも２本の巨礫搬出スクリューとからなり、分級室にこれらの巨礫搬出スクリューの回転駆動モータを配設していると共に、分級室の底面にスクリュー間を通過した小径の礫を含む掘削土砂を上記スクリューフィーダの搬送始端部に落下させる落下口を設ける一方、側壁に上記巨礫搬出スクリューによって搬送される巨礫を外部に排出する排出口を設けているので、上記リボンスクリューからゲート室を通じて分級内に投入された巨礫を含む掘削土砂を分級室内に並設している巨礫搬出スクリューによって巨礫と小径の礫を含む掘削土砂とに篩い分けすることができ、巨礫排出スクリュー間を通過した小径の礫を含む掘削土砂のみを分級室の底部に開口している落下口を通じてスクリューフィーダ側に排出することができる。

一方、巨礫排出スクリュー上に残った巨礫を該スクリューの回転によって分級室の側壁に設けている巨礫排出口側に移送させることができ、この巨礫の移動によって巨礫排出スクリュー間に小径の礫を含む掘削土砂が通過可能な間隔を設けておくことができてスクリューの端部上に巨礫が存在しているにもかかわらず、小径の礫を含む掘削土砂をスクリューフィーダ側に確実に投下させることができる。さらに、分級室の側壁の巨礫排出口に設けている第２ゲートを開放することにより、巨礫排出スクリュー上から巨礫搬出スクリューの回転によって巨礫を外部に自動的に排出することができる。

その上、巨礫排出スクリューによる巨礫の排出時において、シールド掘削機の掘進及び上記スクリューコンベアの作動を停止させると共にこのスクリューコンベアの後端に連結、連通しているゲート室に設けた第１ゲートを閉止することによって、チャンバ側から機内に土砂水が噴発するのを確実に防止することができると共に、第１ゲートを閉止した状態で上記スクリューフィーダを駆動することにより、分級室内に滞留している掘削土砂をスクリューフィーダ側に排出して分級室内に巨礫のみを残置した状態にすることができ、この状態にして第２ゲートを開くことにより巨礫排出口から巨礫のみをスクリューの回転によって確実に外部に取り出すことができ、台車等に載置して後方に排出処理することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、上記分級手段は、スクリュー羽根を軸に左巻き方向に螺旋状に固着してなるスクリューと、スクリュー羽根を軸に右巻き方向に螺旋状に固着してなるスクリューとを、これらのスクリュー羽根を対向させて並設してなると共に、駆動モータによってこれらのスクリュー羽根を巨礫排出口に向かって巨礫を搬送する方向に回転させるように構成しているので、並設している巨礫搬出スクリュー間上に跨ぐようにして載置される巨礫を巨礫排出口に向かって円滑に送り出すことができる。

請求項３に係る発明によれば、上記スクリューコンベアにおけるリボンスクリューを内装しているケーシングの後端開口部にゲート室の前端開口部を連結、連通させていると共にこのゲート室の後端に前方に向かって直角に屈折している分級室の上端開口部を連結、連通させているので、スクリューコンベアのリボンスクリューによって礫を含む掘削土砂を、スクリューコンベアの延長方向に第１ゲート内を通じて掘削土砂投下筒部の前方に向けている開口部内に円滑且つ確実に押し出すことができ、この掘削土砂投下筒部内を通じて分級室内に投下することができる。

本発明排土装置を備えたシールド掘削機の簡略縦断側面図。 カッタヘッドの正面図。 シールド本体内に配設した排土装置の簡略斜視図。 その排土装置を前方側から見た簡略斜視図。 リボンスクリューの回転駆動機構の縦断側面図。 ゲート室からスクリューフィーダに至る排土装置の一部切欠側面図。 第１ゲートを備えたゲート室の正面図。 分級室の縦断正面図。 その側面図。 その平面図。 スクリューフィーダの平面図。 その土砂排出口部分の縦断正面図。 分級室内に巨礫を含む土砂を投入している状態の一部切欠簡略斜視図。 投入した状態の一部切欠簡略斜視図。 巨礫を排出する直前の状態を示す一部切欠簡略斜視図。

次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１〜図４において、シールド掘削機Ａは外径が１４ｍ以上の大口径のスキンプレートからなる円筒状のシールド本体１と、このシールド本体１の前端開口部に回転自在に配設しているスポークタイプのカッタヘッド２と、シールド本体１の前端部にその外周端面を一体に固着している隔壁３と、この隔壁３と上記カッタヘッド２との対向面間の空間部によって形成しているチャンバ４と、隔壁３の下端部を貫通してその前端開口部をチャンバ４内に臨ませてこのチャンバ４内の掘削土を後方に排出するスクリューコンベア10とを備えている。

上記カッタヘッド２は図２に示すように、前面に多数本の掘削ビットをやスクレーパツースを取付けているスポーク2aを複数本、中心部から外周端に向かって放射状に配設して全てのスポーク2aをリング状フレーム2bによって一体に連結してなり、隣接するスポーク2a、2a間に最大径が１ｍ程度の巨石、転石等の巨礫Ｂを土砂と共に取り込み可能な取込口2cを設けている。このカッタヘッド２は上記隔壁３に回転自在に支持されて隔壁３の背面に配設している駆動モータ５によって噛合歯車を介して回転させられるように構成していると共に、その背面の複数個所に攪拌翼2dを後方に向かって突設している。

カッタヘッド２によって掘削されてチャンバ４内に取込まれた礫を含む掘削土砂を機内を通じて後方に排出する排土装置は、上記スクリューコンベア10と、このスクリューコンベア10の後端に第１ゲート16を介して連結、連通している巨礫Ｂと掘削土砂との分級手段22を備えた分級室20と、この分級室20の底部に開口している落下口23から落下する小径の礫を含む掘削土砂を受け入れて後方に搬送するスクリューフィーダ50とから構成されている。

上記スクリューコンベア10は、巨礫Ｂを搬送可能な1500mm程度の径を有する円筒状のケーシング11内にリボンスクリュー12を回転自在に配設したシャフトなしのリボン式スクリューコンベアであって、このケーシング11の前端開口部を隔壁３の下端部に開口している土砂等の受入口3aを通じてチャンバ４内に水密的に臨ませていると共にケーシング11はその前端から後端に向かって斜め上方に傾斜させた状態にしてシールド本体１の後部内に設置した支持部材９によって支持、固定されてあり、リボンスクリュー12はその前端部を上記受入口3aからチャンバ４の下端部内に突出させて掘削土等の取込みを行うように構成している。

このリボンスクリュー12の回転駆動機構40は、図５に示すように、ケーシング11の後端部に、内周面に上記リボンスクリュー12の後端部外周面を一体に固着させている駆動リング41を配設してこの駆動リング41を油圧モータからなるスクリュー駆動モータ42によって回転駆動するように構成している。詳しくは、ケーシング11の後端部にケーシング部分が設けられていない切除部を設けてこの切除部に内径がケーシング11の内径と同一径の上記駆動リング41を回転自在に介在させていると共に切除部を介して対向しているケーシング11の後端部における前後対向周縁部間をケーシング11よりも大径の中空フランジ形状の中空フレーム43によって一体に連結してあり、さらに、上記駆動リング41の外周面中央部に環状突片41a を突設してこの環状突片41a の外周部両側に、上記中空フレーム43内にベアリング44を介して回転自在に支持された歯車45を固着してこの歯車45に中空フレーム42の前後壁面に装着した複数台のスクリュー駆動モータ42の駆動軸に固着したピニオン46を噛合させてなるものである。

さらに、スクリューコンベア10における上記ケーシング11の後端開口部には上記第１ゲート16を備えているゲート室17が連結、連通している。このゲート室17の内径はケーシング11の内径と同一径に形成されていてその内部をスクリューコンベア10から押し出される掘削土砂を通過させる長さが短い円形通路17a に形成していると共に後部は前後に分割されていてその対向端面間を矩形状フランジ18，18によって連結してあり、この矩形状フランジ部18、18の対向面間に形成しているゲート差し込み口を通じて図６、図７に示すように、上記第１ゲート16をゲート室17内に開閉自在に挿入し、この第１ゲート16によって内部の通路を開閉させるように構成している。なお、ケーシング11の後端に連結、連通しているゲート室17の前半部に対して、第１ゲート16を設けている後半部をやや水平方向に屈折させている。

この第１ゲート16は矩形板からなる左右一対の扉板16a 、16a からなり、これらの扉板16a 、16a をそれぞれ上記矩形状フランジ18、18の対向面における両側端に開口している隙間を通じてゲート室17内に左右方向に開閉自在に挿入することにより、観音開き状のゲートに形成してあり、この扉板16a 、16a の対向内側端面を内側端が先鋭端となった横断面Ｖ字状の内端面16b 、16b （図13、図14参照）に形成して、閉扉した際にこの内端面16b 、16b の先鋭端同士を突き合わせ状に密接させるように構成している。

上記第１ゲート16の開閉機構は、矩形状フランジ18、18の両側端のゲート挿入口から外側方に向かって突出している左右の扉板16a 、16a の外側端に縦枠部材16c 、16c を固着すると共にこれらの縦枠部材16c 、16c の上端部間と下端部間とをゲート室17の上下外周面に配設した第１ゲートジャッキ19、19によって連結してなり、この第１ゲートジャッキ19、19のピストンロッドを伸長させることによって第１ゲート16を開き、収縮させることによって閉じるように構成している。

スクリューコンベア10のケーシング11の後端にこの第１ゲート16を備えたゲート室17を介して連結、連通している上記分級室20は、図１、図８〜図10に示すように、その上部に前方に向かって開口してその開口端を上記ゲート室17の後端開口部に連結、連通させている受入口21a を有する掘削土砂投下筒部21を設けてあり、この掘削土砂投下筒部21は上記受入口21a から下方に向かって側面Ｌ字状に屈折していて下向きに開口している下端開口部を分級室20の上方部内に連通させている。

上記掘削土砂投下筒部21を有する分級室20は角筒形状に形成されてあり、この分級室20の下端部内に掘削土砂と巨礫Ｂとを分別する分級手段22を配設していると共に、分級室の底面に分級手段22によって分別された小径の礫を含む掘削土砂を上記スクリューフィーダの搬送始端部に落下させる落下口23を設ける一方、一側壁に掘削土砂から分離した巨礫Ｂを外部に排出する巨礫排出口24を設けてあり、この巨礫排出口24を第２ゲート27によって開閉するように構成している。

分級手段22は小径の礫を含む掘削土砂が通過可能な間隔を存して並設した２本の巨礫搬出スクリュー25、25からなり、これらのスクリュー25、25は、軸25a にスクリュー羽根25b を隣接する羽根間のピッチが小径の礫を含む掘削土砂を通過させることができる500mmとなるように螺旋状に固着してなると共に、一方のスクリュー25のスクリュー羽根25b を左巻きとし、他方のスクリュー25のスクリュー羽根25b を右巻きとしてあり、これら両スクリュー25、25をその長さ方向を上記スクリューコンベア10の長さ方向に対して直交する方向、即ち、分級室20の両側壁間に向けて軸25a 、25a を上記羽根ピッチと同一間隔（500mm ）を存した状態で、且つ、これらのスクリュー25、25のスクリュー羽根25b 、25b を前後方向に対向させた状態にして平行に配設し、該軸25a 、25a の両端部を分級室20の両側壁の下端部に回転自在に支持させて、その搬送終端部を上記巨礫排出口24の下端内側部に臨ませている。なお、これらのスクリューコンベア25、25は分級室20の他側壁側から巨礫排出口24に向かって下方に緩傾斜させているが、水平状に配設しておいてもよい。

これらの巨礫排出スクリュー25、25の軸25a 、25の他端部は分級室20の他側壁を貫通して外部に突出させ、該他側壁の外面に装着している駆動モータ26、26の回転軸に連結して、これらの駆動モータ26、26を互いに逆方向に回転させて軸25a に左方向に螺旋巻きしているスクリュー25のスクリュー羽根25b と、軸25a に右方向に螺旋巻きしているスクリュー25のスクリュー羽根25b とを互いに巨礫Ｂを排出口24に向かって搬送する方向に回転させるように構成している。

この巨礫排出口24に配設されている第２ゲート27は矩形状板材からなり、巨礫排出口24の上端水平枠部に開口している隙間を通じて巨礫排出口24内に挿入してその前後両端縁部を巨礫排出口24の前後対向内壁面に縦方向に設けているガイド溝28に上下摺動自在に且つ水密的に係合させていると共に、巨礫排出口24の上端から突出した上端部における前後両端部に巨礫排出口24の前後外側壁面にその長さ方向を縦方向に向けて取付けている第２ゲートジャッキ29、29のピストンロッドの先端を連結してこのピストンロッドを伸長させることによって第２ゲート27を開き、収縮させることによって閉じるように構成している。

なお、分級室20内には、スクリューコンベア10からゲート室17に設けている掘削土砂送出口17a を通じて分級室20内に投下された巨礫Ｂを検出するための検知棒からなる検出手段（図示せず）が配設されてあり、この検出手段によって巨礫Ｂを検出した時に、該検出手段からの信号によってシールド掘削機Ａの掘進とスクリューコンベア10とを停止させると共に第 1ゲート16を閉止し、この第１ゲート16の閉止後、短時間をおいてこの閉止に連動してスクリューフィーダ50の停止と後述するスクリューフィーダ50の土砂排出口55に設けている第３ゲート56の閉止を行い、しかるのち、巨礫排出用の第２ゲート27を開いて巨礫排出スクリュー25、25を回転駆動することにより巨礫排出口24からの巨礫Ｂの排出を行うように構成している。

なお、検出手段によって巨礫Ｂを検出した時に、まず、巨礫排出スクリュー25、25を短時間だけ作動させてこれらの巨礫排出スクリュー25、25上の巨礫Ｂを巨礫排出口24近傍部にまで搬送したのち停止させ、しかるのち、上記のようにシールド掘削機Ａの掘進とスクリューコンベア10とを停止させると共に第 1ゲート16を閉止し、この第１ゲート16の閉止後、スクリューフィーダ50を停止させるように構成しておいてもよい。

分級室20の下端部に設けている下向きに開口した土砂排出口23から落下する小径の礫を含む掘削土砂はスクリューフィーダ50によって後方に搬送される。このスクリューフィーダ50は図11に示すように、前後方向に長い平面長方形状のケーシング51内に、中心軸に略全長に亘ってスクリュー羽根を一体に設けた 2本のオーガ52、52を小間隔を存して並設してなる２軸式スクリューフィーダであって、上記巨礫排出スクリュー25、25と同様に、一方のオーガ52のスクリュー羽根の螺旋方向を右巻き方向に、他方のオーガ52のスクリュー羽根の螺旋方向を左巻き方向に向けている。

そして、上記ケーシング51の底面には図12に示すように、上記２本のオーガ52、52のスクリュー羽根の下周部に沿って半円弧状に湾曲した凹溝51a 、51a が並列状に形成されていてこれらの凹溝51a 、51a にオーガ52、52のスクリュー羽根の下半部をそれぞれ嵌入させていると共にオーガ軸の前後端部をケーシング51の前後壁に回転自在に支持させてあり、前壁から突出したオーガ軸の前端部を該前壁の外面に装着しているオーガ回転駆動モータ53、53によって回転させるように構成している。この場合、オーガ回転駆動モータ53、53の出力軸を相反する方向に回転させてこれらのオーガ52、52のスクリュー羽根を、掘削土砂を後方に送り出す方向に回転させるように構成している。

さらに、ケーシング51の上壁板部における前端部には上方に向かって開口した土砂受入口54が設けられている。この土砂受入口54は、左右方向の開口幅はケーシング51の横幅に略等しく、且つ、上記分級室20の下端部に開口している土砂排出口23と同大、同形に形成されていて、ゲートなどによって開閉させられることなくこの土砂排出口23に全面的に連通させた状態で取り外し可能に連結させ、ケーシング51を前端から後端に向かって斜め上方に緩傾斜させた状態で機内に設けた支持部材９等に支持させている。

ケーシング51の下壁板部における後端部には図１、図６に示すように、下方に向かって開口した土砂排出口55が設けられてあり、この土砂排出口55は前後方向に摺動移動自在に配設した第３ゲート56によって開閉させられる。具体的には、ケーシング51の下壁板部の下面における前部に長さ方向をケーシング51の長さ方向に向けて第３ゲートジャッキ57を取付け、この第３ゲートジャッキ57のピストンロッドの先端を上記第３ゲート56の前端に連結してあり、この第３ゲートジャッキ57のピストンロッドを収縮させることにより第３ゲート56を前方に移動させせて土砂排出口55を開放させ、ピストンロッドを伸長させることにより第３ゲート56を後方に移動させせて土砂排出口55を水密的に密閉させるように構成している。

この土砂排出口55の下方に、掘削土砂をシールド掘削機Ａの掘進に従って築造されたトンネル内を通じて後方に排出するためのベルトコンベア60の前端部上面を臨ませた状態にして配設している。なお、シールド本体１には公知のように、掘削されたトンネル内壁面にセグメントを組み立てるエレクタ７や組み立てられたセグメントの前端面に反力をとってシールド本体１を推進させる複数本のシールドジャッキ８等が配設されている。

上記のように構成したシールド掘削機Ａにおける排土装置の作用を説明すると、まず、シールド掘削機Ａによって切羽地盤を掘削するには、周知のように、機内の後方側から給水管（図示せず）を通じてチャンバ４内に高圧水を供給、充満させることによりチャンバ４内に泥土圧を発生させてこの泥土圧により切羽の崩壊を防止しながら、カッタヘッド２を回転駆動し、且つ、シールドジャッキ８を伸長させてシールド本体１を推進させることにより行われ、一定長のトンネルが掘削される毎にエレクタ７によってセグメントをリング状に組み立ててトンネル掘削壁面を覆工する。

カッタヘッド２によって掘削された掘削土砂はチャンバ４内に取り込まれて、カッタヘッド２の後面に突設している攪拌翼2dにより攪拌され、チャンバ４内の圧力水と混合して塑性流動化されながら、隔壁３の下端部に設けている土砂等の受入口3aを通じてスクリューコンベア10のケーシング11内に取込まれる。スクリューコンベア10のリボンスクリュー12の回転駆動は、ケーシング11の後端部11a の外周面に配設しているスクリュー駆動モータ42を駆動してこのリボンスクリュー12の後端部を固着させている駆動リング41を回転させることによって行われ、上記受入口3aからチャンバ４内に突出しているこのリボンスクリュー12の先端部によって掘削土砂をケーシング11内に取込み、リボンスクリュー12の回転によってケーシング11内を後方に搬送する。

シールド掘削機Ａによるトンネル掘進時には、スクリューコンベア10の後端に連結、連通しているゲート室17に設けている第１ゲート16とスクリューフィーダ50の土砂排出口55に設けている第３ゲート56とが開放されている一方、分級室20の巨礫排出口24に設けている第２ゲート27は閉じられていると共に巨礫排出スクリュー25、25の回転を停止させてあり、リボンスクリュー12によってスクリューコンベア10の搬送終端にまで搬送された掘削土砂は、第１ゲート16によって開放されているゲート室17内の土砂送出口18a を通過して分級室20の上端受入口21a から上下方向に向けている筒部21内に投入され、分級室20の下端部内に配設している分級手段22を構成している巨礫排出スクリュー25、25間の空間部を通じて分級室20の底部に下向きに開口しているい落下口23からスクリューフィーダ50内に投下される。

分級手段22を構成している互いに平行に配設した上記２本の巨礫排出スクリュー25、25間の間隔は500mm に設定されてあり、従って、この数値以下の径の礫は、掘削土砂と共にこれらの巨礫排出スクリュー25、25間を通じて篩い落とされ、土砂落下口23に連結、連通しているスクリューフィーダ50の土砂受入口54からスクリューフィーダ50の搬送始端部内に落下してスクリューフィーダ50の並列オーガ52、52によって後方に搬送される。この際、小径の礫は並設したオーガ52、52間に受止された状態でこれらのオーガ52、52のスクリュー羽根によってその両側部を押されながら後方に搬送され、掘削土砂と共にスクリューフィーダ50の搬送終端部に下向きに開口している土砂排出口55を通じてベルトコンベア60の搬送始端部上に落下し、このベルトコンベア60によってトンネル内を通じて後方に排出される。

上記チャンバ４内の掘削土砂を取り込むスクリューコンベア10はシャフトなしのリボン式スクリューコンベアであるため掘削土砂の充満度が低くて土砂水の噴発が生じる虞れがあるが、このスクリューコンベア10に分級室20を介してスクリューフィーダ50を連通状態いに後続させているため、搬送路の長さが長くなって充分な止水性を発揮すると共にスクリューフィーダ50はシャフト付きスクリューからなるので、掘削土砂の充満度が高くて土栓作用を奏し、土砂水の噴発を確実に防止することができる。

次に、シールト掘削機Ａの掘進中に、カッタヘッド２によって巨礫Ｂがチャンバ４内に取り込まれると、巨礫Ｂは掘削土砂と共に上記同様に隔壁３の下端部からチャンバ４内に臨ませているスクリューコンベア10のリボンスクリュー12によって取り込まれてスクリューコンベア10内を通じて後方に搬送され、図13に示すように第１ゲート16の開放によって開口しているゲート室17内の土砂送出口18a を通過して分級室20の上端受入口21a から分級室20内に投入され、土砂は小径の礫と共に上述したように分級手段22を構成している巨礫排出スクリュー25、25間を通じてスクリューフィーダ50側に投入される一方、巨礫排出スクリュー25、25の軸間の空間部よりも大径の巨礫Ｂはこれらの巨礫排出スクリュー25、25間上に落下、受止されて巨礫排出スクリュー25、25間上に跨がった載置状態となる。

さらに、この巨礫Ｂが分級室20内に入った時に分級室20に配設している検知棒等の検出手段によって検出され、その検出信号によってシールド掘削機Ａの掘進を停止させると共にスクリューコンベア10のリボンスクリュー12の回転を停止させ、このリボンスクリュー12の停止後、これに連動して直ちに第１ゲート16の左右扉板16a 、16a を閉止方向に移動させてこれらの扉板16a 、16a の対向する横断面Ｖ字状の内端面16b 、16b の先端を突き合わせ状に接合させることにより図14に示すように、土砂送出口18a を閉止させる。

この第１ゲート16の閉止時において、土砂送出口18a 部分に存在している掘削土砂は、左右扉板16a 、16a の横断面Ｖ字状の内端面16b 、16b によって前後方向に分断され、これらの扉板16a 、16a の内端面間に介在することなくその先鋭な先端同士を突き合わせ状に接合させて土砂送出口18a を密閉させることができる。さらに、土砂送出口18a 部分に礫が存在している場合において、該礫の大半が土砂送出口18a から後方に突出した状態で存在している場合にはこの礫のスクリューコンベア10側に面した前面両側部に左右扉板16a 、16a の上記横断面Ｖ字状の内端面16b 、16b における後面側の傾斜端面を該扉板16a
、16a の閉止方向の移動に従って押し当てて、閉止するに従ってその傾斜端面で礫を分級室20側に向かって押し進めて排出することができ、該礫の大半が土砂送出口18a から前方に突出した状態で存在している場合にはこの礫の分級室20側に面した前面両側部に左右扉板16a 、16a の上記横断面Ｖ字状の内端面16b 、16b における前面側の傾斜端面を該扉板16a 、16a の閉止方向の移動に従って押し当てて、閉止するに従ってその傾斜端面で礫をスクリューコンベア10側に向かって押し戻すことができる。

従って、第１ゲート16の左右扉板16a 、16a の内端面間に土砂等が噛み込み状態に介在させることなく確実に閉止させることができるが、左右扉板16a 、16a の内端面の先鋭な先端同士をより確実に密接状態に接合させるために、対向する内端面が閉止位置に達した左右扉板16a 、16a をその位置で微少な開閉動作を繰り返す、所謂、インチング動作を行わせて左右扉板16a 、16a の対向する先端間に存在する土砂を前後方向に移動させる操作を行う。

第１ゲート16が閉止したのちにおいてもスクリューフィーダ50が作動していてオーガ52、52によりそのケーシング51内の掘削土砂を後方に搬送するが、この搬送に伴って分級室20内に存在している掘削土砂が巨礫Ｂによって閉塞されていない巨礫排出スクリュー25、25間の空間部を通じて落下口23からスクリューフィーダ50内に取り込まれて排除され、分級室20内には巨礫排出スクリュー25、25上の巨礫Ｂのみが残留した状態となる。そして、分級室20内の掘削土砂がスクリューフィーダ50側に排出されると、スクリューフィーダ50の作動を停止させると共に第２ゲート27を上方に作動させて図15に示すように巨礫排出口24を開口させる。なお、分級室20内の掘削土砂が排除されたのを確認するには、分級室20の下部内に土砂検知棒等の土砂検知手段を配設しておき、この土砂検知手段からの信号によってスクリューフィーダ50を停止させるようにしてもよく、また、スクリューフィーダ50の作動によって分級室20内から掘削土砂が排出される時間を予め設定しておき、この時間に達した時にスクリューフィーダ50を停止させてもよい。また、スクリューフィーダ50の土砂排出口55を開閉する第３ゲートは、開放状態を維持させておいてもよい。

上記第２ゲート27によって巨礫排出口24が開放されると、この開放に連動して駆動モータ26、26を作動させ、巨礫排出スクリュー25、25を回転駆動してこれらの巨礫排出スクリュー25、25上に載置されている巨礫Ｂを巨礫排出口24側に搬送し、回転するスクリュー羽根によって巨礫排出口24から外部に送り出す。なお、巨礫Ｂが巨礫排出スクリュー25、25の回転するスクリュー羽根25b によって巨礫排出口24から完全に外部に送り出すことができない場合には、適宜な引き出し具を使用して巨礫排出口24から引き出せばよい。

巨礫排出口24の下方には巨礫運搬用台車61が待機していて排出口24から排出される巨礫Ｂをこの台車61内に落下させ、台車61を機内からトンネル内の後方部にまで敷設している軌道（図示せず）上を走行させて後方の巨礫処理部にまで搬送する。

こうして巨礫Ｂの排出処理後、再び、シールド掘削機Ａによってトンネルを掘進すると共に上述したように、第１、第３ゲート16、56を開放状態にする一方、分級室20の巨礫排出口24の開閉用第２ゲート27を閉止した状態にしたのち、スクリューコンベア10を作動させてカッタヘッド２によって掘削された掘削土砂を取込み、分級室20内に搬出してこの掘削土砂中に巨礫Ｂが含まれている場合には、分級室20内で巨礫排出スクリュー25、25により巨礫Ｂと掘削土砂とを分別し、て掘削土砂をスクリューフィーダ50に送り込む一方、巨礫Ｂを巨礫排出口24から外部に排出する。

Ａ シールド掘削機
Ｂ 巨礫
１ シールド本体
２ カッタヘッド
４ チャンバ
10 スクリューコンベア
11 ケーシング
12 リボンスクリュー
16 第１ゲート
19 第１ゲートジャッキ
20 分級室
22 分級手段
23 土砂排出口
24 巨礫排出口
25 巨礫排出スクリュー
27 第２ゲート
29 第２ゲートジャッキ
31 巨礫突き出し用水平板
40 駆動リング
42 スクリュー駆動モータ
50 スクリューフィーダ

Claims (3)

1. シールド掘削機のシールド本体の前端開口部に配設しているカッタヘッドによって掘削されてチャンバ内に取込まれた巨礫を含む掘削土砂をチャンバ内から後方に排出するリボンスクリューを有するスクリューコンベアと、このスクリューコンベアの後端に連結、連通させ、第１ゲートジャッキによって開閉させられる第１ゲートを備えたゲート室と、このゲート室の後端開口部にその上端開口部を連通させてゲート室から投入される巨礫を含む掘削土砂を巨礫とそれ以外の小径の礫を含む掘削土砂とに分別する分級手段を備えてなる分級室と、この分級室の一側部に設けられ、第２ゲートジャッキによって開閉させられる第２ゲートを備えた巨礫排出口と、上記分級手段によって分別された小径の礫を含む掘削土砂を排出するスクリューフィーダとからなる排土装置であって、上記分級手段は、小径の礫を含む掘削土砂が通過可能な間隔を存して並設した２本の巨礫搬出スクリューからなり、これらの両スクリューをその長さ方向を上記スクリューコンベアの長さ方向に対して直交する方向に向け且つ搬送終端部を上記巨礫排出口の下端内側部に臨ませた状態にしてその両端部を分級室の両側壁に回転自在に支持させていると共に分級室の他側壁に、上記第２ゲートによる巨礫排出口の開放に連動して上記巨礫搬出スクリューを回転させる駆動モータを配設してあり、さらに、上記ゲート室から分級室内に投下された巨礫を検出し、その検出信号によって上記シールド掘削機とスクリューコンベアとを停止させる巨礫検出手段を分級室内に配設していることを特徴とするシールド掘削機の排土装置。
2. 分級手段は、スクリュー羽根を軸に左巻き方向に螺旋状に固着してなるスクリューと、スクリュー羽根を軸に右巻き方向に螺旋状に固着してなるスクリューとを、これらのスクリュー羽根を対向させて並設してなると共に、駆動モータによってこれらのスクリュー羽根を巨礫排出口に向かって巨礫を搬送する方向に回転させるように構成していることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削機の排土装置。
3. スクリューコンベアにおけるリボンスクリューを内装しているケーシングの後端開口部にゲート室の前端開口部を連結、連通させていると共にこのゲート室の後端に前方に向かって直角に屈折している分級室の上端開口部を連結、連通させていることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削機の排土装置。

Images