JP5993579B2 - Sediment pressure pump, shield machine, and shield method for construction work - Google Patents
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本発明は、建設工事用の土砂圧送ポンプ、該土砂圧送ポンプを備えるシールド機、及び、該シールド機を用いるシールド工法に関する。 The present invention relates to a sediment pump for construction work, a shield machine including the sediment pump, and a shield method using the shield machine.
シールド工法によってトンネルを構築するシールド工事等の建設工事において、掘削土砂をロータリーポンプ等の圧送ポンプで圧送することが行われている(例えば、特許文献1、2参照)。特許文献1に記載の土圧式シールド工法によるシールド工事では、シールド機で掘削してスクリューコンベアを通してチャンバ内に取り込んだ土砂を、スクリューコンベアに接続された回転容積型のロータリーポンプによって、該ロータリーポンプに接続された配管を通してシールド機の後方へ圧送する。 In construction work such as shield work for constructing a tunnel by a shield construction method, excavated earth and sand are pumped with a pump such as a rotary pump (for example, see Patent Documents 1 and 2). In the shield work by the earth pressure type shield method described in Patent Document 1, earth and sand excavated by a shield machine and taken into the chamber through a screw conveyor is transferred to the rotary pump by a rotary displacement type rotary pump connected to the screw conveyor. It is pumped to the back of the shield machine through the connected pipe.
また、特許文献2に記載のロータリーポンプでは、ローターが、円形のケーシングに対して偏心して取り付けられ、板状のブレードが、ローターにその径方向に進退可能、且つ、両端がケーシングの内周面に当接してケーシング内を複数の室に区画するように設けられている。このロータリーポンプでは、ケーシング内への土砂の吸い込みとケーシング内からの土砂の吐き出しとを並行して行うことができるため、効率よく土砂を圧送することができる。
Further, in the rotary pump described in
特許文献2に記載のロータリーポンプでは、板状のブレード(可動型の羽根)の先端が、ケーシングの内周面に対して直角に突き当てられているが、その状態でローターを回転させるため、ブレードの先端とケーシングの内周面との間に隙間ができ、止水性が低くなる。そのため、このロータリーポンプを使用して、大深度や間隙水圧が局所的に高い場所等の高水圧の地盤での土圧式シールド工法を実施する場合には、ブレードの先端とケーシングの内周面との間からの地下水の漏出を防ぐことが難しい。また、従来は、高水圧の地盤での土圧式シールド工法で使用できるロータリーポンプが存在しなかったことから、高水圧の地盤でのシールド工事では、土圧式シールド工法ではなく泥水式シールド工法を採用せざるをえず、コスト増となっていた。
In the rotary pump described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、可動型の羽根の先端とケーシングの内周面との間の止水性を高めることにより、ポンプの耐圧性を高めることを課題とするものである。 This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to raise the pressure | voltage resistance of a pump by raising the water stop property between the front-end | tip of a movable type blade | wing and the internal peripheral surface of a casing. It is.
上記課題を解決するために、本発明に係る建設工事用の土砂圧送ポンプは、建設工事で用いられ、土砂を圧送するポンプであって、円形のポンプ室を有するケーシングと、前記ポンプ室内にその中心軸に対して回転軸が排出側に偏心して設けられたローターと、前記ローターに揺動可能に取り付けられ、前記ローターから前記ポンプ室の外径側へ前記ローターの回転方向に傾斜して延び、前記ローターの回転方向の反対側へ揺動すると先端が前記ポンプ室の周壁に当接するように構成された複数の羽根と、を備え前記羽根の先端が前記ポンプ室の周壁に沿う軌跡を辿るように、前記羽根の移動を案内するガイドと、を備え、前記ガイドは、前記ローターの回転に応じて羽根を揺動させるカム機構を有する。 In order to solve the above problems, a sediment pump for construction work according to the present invention is a pump for pumping earth and sand used in construction work, a casing having a circular pump chamber, A rotor having a rotational shaft eccentric to the discharge side with respect to the central axis, and a swingable attachment to the rotor, and extending from the rotor to the outer diameter side of the pump chamber in an inclined direction in the rotational direction of the rotor. A plurality of blades configured such that the tip of the rotor contacts the peripheral wall of the pump chamber when the rotor is swung in the direction opposite to the rotation direction of the rotor, and the tip of the blade follows a trajectory along the peripheral wall of the pump chamber as such, and a guide for guiding the movement of said blade, said guide that have a cam mechanism for rocking the blade in response to rotation of said rotor.
前記建設工事用の土砂圧送ポンプにおいて、前記羽根は、前記ポンプ室の外径側にいくにつれて前記ローターの回転方向の側に曲がるように湾曲してもよい。 In the earth and sand pump for construction work, the blades may be curved so as to bend toward the rotation direction of the rotor as it goes to the outer diameter side of the pump chamber.
また、前記建設工事用の土砂圧送ポンプにおいて、前記カム機構は、前記ポンプ室に対して固定されたガイドローラーレールと、その外周に当接するカムローラーとを有し、前記羽根は、前記ローターの外周部に当該ローターの回転軸と平行に設けられると共に前記カムローラーの回転中心から偏心してカムローラーに固定された軸により、揺動可能に支持されており、前記羽根の前記ローターの回転方向に向けた揺動を阻止するワンウェイクラッチを有してもよい。 Further, in the earth and sand pump for construction work, the cam mechanism includes a guide roller rail fixed to the pump chamber and a cam roller in contact with an outer periphery of the guide roller rail. An outer peripheral portion is provided in parallel with the rotation axis of the rotor and is supported by a shaft fixed to the cam roller so as to be eccentric from the rotation center of the cam roller. You may have the one-way clutch which blocks the swinging to which it directed .
また、本発明に係るシールド機は、前記建設工事用の土砂圧送ポンプを備え、該土砂圧送ポンプで掘削土砂を排出する。 Moreover, the shield machine which concerns on this invention is equipped with the earth-and-sand pumping pump for the said construction works, and discharges excavated earth and sand with this earth-and-sand pumping pump.
また、本発明に係るシールド工法は、前記シールド機を用いてトンネルを掘削する。 Moreover, the shield construction method according to the present invention excavates a tunnel using the shield machine.
本発明によれば、可動型の羽根の先端とケーシングの内周面との間の止水性を高めることにより、ポンプの耐圧性を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pressure | voltage resistance of a pump can be improved by raising the water stop between the front-end | tip of a movable type | mold blade | wing and the internal peripheral surface of a casing.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、一実施形態に係る土砂圧送用のロータリーポンプ10を備える土圧式(泥土圧式)のシールド機100を示す縦断面図である。また、図2は、図1の2−2矢視図である。これらの図に示すように、シールド機100は、カッターヘッド110を掘進方向の先頭部に備える円筒状の前胴部120と、中折れジャッキ(図示省略)を介して前胴部120の後部に連結された円筒状の後胴部130とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an earth pressure type (mud pressure type)
前胴部120には、カッターヘッド110の後方に配された隔壁124が設けられ、この隔壁124とカッターヘッド110との間にはチャンバ122が設けられている。カッターヘッド110は、十字状に配されたカッタースポーク112と、カッタースポーク112の前面に設けられた多数のカッタービット114とを備えている。また、カッタースポーク112の後面と隔壁124との前面とには夫々、攪拌棒116が設けられている。また、カッタースポーク112には、切羽近傍に添加剤を供給するための添加剤供給口118が設けられている。この添加剤供給口118は、添加剤ユニット(図示省略)に接続されている。
The
以上のような構成の前胴部120では、カッターヘッド110が回転するとカッタービット114により切羽が掘削されて掘削土砂がチャンバ122内に取り込まれる。そして、チャンバ122内に取り込まれた掘削土砂が、攪拌棒116により攪拌混合される。
In the
また、前胴部120から後胴部130までに亘ってスクリューコンベア134が延びている。このスクリューコンベア134の前端は、隔壁124の開口部に取付けられており、スクリューコンベア134のスクリュー135の先端は、チャンバ122内に挿入されている。スクリューコンベア134は、スクリュー135を回転させてチャンバ122から後胴部130へ土砂を搬送する。
A
スクリューコンベア134の後端の排土口には、クラッシャー136及びロータリーポンプ10を介して配管138が接続されており、スクリューコンベア134で搬送された土砂は、クラッシャー136により破砕され、ロータリーポンプ10により配管138を通してシールド機内の後方へ圧送される。
A
図3は、ロータリーポンプ10を示す斜視図であり、図4は、ロータリーポンプ10を示す斜視断面図であり、図5及び図6は、ロータリーポンプ10の内部構造を示す斜視図である。これらの図に示すように、ロータリーポンプ10は、円形のポンプ室21を備えるケーシング20と、ポンプ室21内に配されたローター30と、ローター30に揺動可能に取り付けられた複数(本実施形態では3枚)の羽根40と、ローター30を回転させる駆動機構50とを備えている。
3 is a perspective view showing the
ケーシング20は、ポンプ室21を囲む円環状の周壁22Aを備え軸方向両側が開口したケース22と、ケース22の軸方向両側を密閉する蓋24、26とを備えている。ケース22の上部には、クラッシャー136と接続される吸込口22Bが上方に突出するように設けられ、ケース22の側部には、配管138と接続される排出口22Cが側方(接線方向)に突出するように設けられている。蓋24、26は、複数の部材を組み合わせて構成されており、夫々、軸受27やオイルシール28、29等が設けられている。
The
ローター30は、軸部31と、軸部31と同軸に配されて一体化された円筒状の胴部32と、胴部32の軸方向両端に結合された円盤状のフランジ33とを備えている。軸部31は、ケース22の中心軸に対して平行に且つ偏心して配されており(図7参照)、軸受27により蓋24、26に回転可能に支持されている。ここで、軸部31の軸心即ちローター30の回転軸は、ケース22の中心軸よりも排出口22C側(即ち、吸込口22Bの反対側)に偏心して配されている。これにより、ポンプ室21の容積は、吸込口22B側が排出口22C側よりも大きくなっている。
The
フランジ33の外周部は、胴部32から外周側へ張り出しており、このフランジ33の外周部には、羽根40の軸42がローター30の回転軸と平行に取り付けられている。また、フランジ33は、ケーシング20の蓋24、26に接するように配されており、蓋24、26には、フランジ33の外周部に面してオイルシール28が設けられている。また、蓋24、26には、軸部31が挿通される孔が形成されており、その孔壁には、オイルシール29が設けられている。これにより、蓋24、26と軸部31及び胴部32との間の密封性が確保されている。
The outer peripheral portion of the
複数の羽根40は、ローター30の回転軸の周りに所定間隔(本実施形態では120°間隔)で配されており、各羽根40は、ローター30の外周部からポンプ室21の外径側へ延びている。各羽根40の基端部には、ローター30の外周部に取り付けられた軸42が回転可能に取り付けられており、各羽根40は、ローター30の回転軸と平行な軸の周りに揺動可能に、ローター30の外周部に支持されている。各羽根40は、ローター30の外周部からポンプ室21の外径側へかけて、ローター30の回転方向(図5及び図6の反時計周り方向)に傾斜している。また、各羽根40の揺動軸から先端までの距離は、揺動軸からポンプ室21の周壁22Aまでの距離よりも長く設定されており、各羽根40は、ローター30の回転方向の反対方向(図5及び図6の時計周り方向であり、以下、反回転方向という)に揺動すると先端がポンプ室21の周壁22Aに当接するように構成されている。
The plurality of
また、各羽根40は、ポンプ室21の外径側へかけてローター30の回転方向の側に曲がるように(基端側にかけてローター30の回転方向の反対側に膨らむように)湾曲している。これにより、各羽根40の先端とポンプ室21の周壁22Aとの角度が小さくなり、各羽根40の先端とポンプ室21の周壁22Aとの接触状態が面接触に近くなる。
Each
また、各羽根40の先端には超硬チップが一体化され、該超硬チップが当接するポンプ室21の周壁22Aはゴム又はウレタンのライナで被覆されており、これにより、各羽根40の先端の磨耗が抑制されている。
Further, a carbide tip is integrated at the tip of each
駆動機構50は、モーター52と、モーター52の出力軸に連結された減速機54と、減速機54の出力軸とローター30の軸部31とを連結するカップリング56とを備えている。この駆動機構50では、モーター52の動力が減速機54により回転速度を減じて出力される。これにより、カップリング56で連結された軸部31が回転され、ローター30が回転する。
The
図7は、本実施形態に係るロータリーポンプ10の作用を示す縦断面図である。この図に示すように、ロータリーポンプ10では、ローター30を図中反時計回り方向に回転させてポンプ室21内の土砂を排出口22Cに接続された配管138に圧送する。この際、ポンプ室21の容積は、吸込口22B側が排出口22C側よりも広くなっており、ポンプ室21の内圧は、吸込口22B側が排出口22C側よりも低くなっているため、ポンプ室21の排出口22C側で圧縮力が生じる。これにより、吸込口22Bからポンプ室21内に土砂が取り込まれ、取り込まれた土砂が排出口22Cから配管138へ圧送される。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the operation of the
ここで、複数の羽根40が、ローター30の外周部に、ローター30の回転軸と平行な揺動軸の回りに揺動可能に、且つ、ポンプ室21の外径側へかけてローター30の回転方向に傾斜した状態で支持されているため、それらの羽根40は、ローター30が回転すると、土砂の圧力及び遠心力でローター30の反回転方向へ揺動し、先端をポンプ室21の周壁22Aに当接させる。即ち、ローター30が回転している間、各羽根40の先端が、各羽根40に作用する土砂の圧力及び遠心力で周壁22Aに圧接された状態に維持される。これによって、各羽根40の先端と周壁22Aとの間の止水性を高い状態に維持でき、耐圧性に優れるロータリーポンプ10が得られる。
Here, the plurality of
これによって、本実施形態に係るロータリーポンプ10を使用して、大深度や間隙水圧が局所的に高い場所等の高水圧の地盤での土圧式シールド工法を実施する等、ポンプ室21内に高水圧がかかる場合でも、羽根40の先端とポンプ室21の周壁22Aとの間からの地下水の漏出を防ぐことが可能になる。従って、本実施形態に係るロータリーポンプ10を使用することによって、高水圧の地盤での土圧式シールド工法の実施が可能になり、泥水と土砂との分離作業等を要することにより高コストな泥水式シールド工法を不要にでき、施工コストを低減できる。
As a result, the
特に、本実施形態に係るロータリーポンプ10では、各羽根40が、ポンプ室21の外径側へかけてローター30の回転方向の側に曲がるように湾曲していることにより、各羽根40の先端とポンプ室21の周壁22Aとの角度が小さくなって、各羽根40の先端とポンプ室21の周壁22Aとの接触状態が面接触に近くなっているため、より一層、各羽根40の先端と周壁22Aとの間の止水性を向上させることができ、ロータリーポンプ10の耐圧性を向上させることができる。
In particular, in the
図8は、他の実施形態に係るロータリーポンプが備えるガイド機構60を示す分解斜視図である。この図に示すように、ガイド機構60は、ローター30の外周部にローター30の回転軸と平行に回転可能に支持されると共に羽根40を揺動可能に支持する軸62と、羽根40の基端部に設けられ軸62が挿通されたワンウェイクラッチ64と、軸62の先端に固定されたガイドローラー66とを夫々複数備えている。また、ガイド機構60は、複数のガイドローラー66の内周側に配された円状の板材であるガイドローラーレール68をさらに備えている。
FIG. 8 is an exploded perspective view showing a
ワンウェイクラッチ64は、羽根40の軸62に対するローター30の反回転方向への揺動は許容するが、羽根40の軸62に対するローター30の回転方向への揺動は阻止する。即ち、羽根40は、ローター30の反回転方向へは軸62から独立して揺動できるが、ローター30の回転方向へは軸62と一体でなければ揺動できない。
The one-way clutch 64 allows the
ガイドローラー66及びガイドローラーレール68は、ポンプ室21の外側に配されている。ガイドローラー66は、軸62の軸心Oに対して外周側且つ羽根40の先端側に偏心して配されたカムローラであり、ガイドローラーレール68の外周面に当接可能に配されている。
The
図9は、ガイド機構60の作用を示す概略平面図である。この図に示すように、羽根40の揺動軸Oに対して外周側且つ羽根40の先端側に偏心したガイドローラー66がガイドローラーレール68に当接することにより、羽根40のローター30の回転方向への揺動が制限される。ここで、ガイドローラーレール68の半径Rは、周方向の位置によって異なるように設定されており、ローター30の外周部とポンプ室21の周壁22Aとの距離が遠くなるほど大きくなるように設定されている。このため、羽根40が吸込口22B側へ近づくほど、羽根40の先端がポンプ室21の外周側に移動する。そして、ガイドローラーレール68の半径Rは、羽根40の先端がポンプ室21の周壁22Aに当接して移動する軌跡を辿るように設定されている。
FIG. 9 is a schematic plan view showing the operation of the
これにより、羽根40が排出口22Cを通過してから吸込口22Bに達するまでの間に土砂の圧力が羽根40に作用しない状態になっても、羽根40の先端がポンプ室21の周壁22Aに当接した状態を維持することができ、羽根40の先端とポンプ室21の周壁22Aとの間の止水性を確実に確保することができる。
As a result, even if the pressure of the earth and sand does not act on the
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、ロータリーポンプを備える土圧式のシールド機を例に挙げて本発明を説明したが、本発明に係るロータリーポンプは、他の建設工事での土砂の圧送に使用するポンプにも適用できる。また、上述の実施形態では、羽根を湾曲させたが必須ではなく平らに構成してもよい。 In addition, the above-mentioned embodiment is for making an understanding of this invention easy, and does not limit this invention. It goes without saying that the present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and that the present invention includes equivalents thereof. For example, in the above-described embodiment, the present invention has been described by taking an earth pressure type shield machine including a rotary pump as an example. However, the rotary pump according to the present invention is a pump used for pumping earth and sand in other construction works. It can also be applied to. Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the blade | wing was curved, you may comprise flatly not essential.
10 ロータリーポンプ、20 ケーシング、21 ポンプ室、22 ケース、22A 周壁、22B 吸込口、22C 排出口、24、26 蓋、27 軸受、28、29 オイルシール、30 ローター、31 軸部、32 胴部、33 フランジ、40 羽根、42 軸、50 駆動機構、52 モーター、54 減速機、56 カップリング、60 ガイド機構、62 軸、64 ワンウェイクラッチ、66 ガイドローラー、68 ガイドローラーレール、100 シールド機、110 カッターヘッド、112 カッタースポーク、114 カッタービット、116 攪拌棒、118 添加剤供給口、120 前胴部、122 チャンバ、124 隔壁、130 後胴部、132 中折れジャッキ、134 スクリューコンベア、135 スクリュー、136 クラッシャー、138 配管 10 rotary pump, 20 casing, 21 pump chamber, 22 case, 22A peripheral wall, 22B suction port, 22C discharge port, 24, 26 lid, 27 bearing, 28, 29 oil seal, 30 rotor, 31 shaft, 32 trunk, 33 Flange, 40 blades, 42 shafts, 50 drive mechanism, 52 motor, 54 speed reducer, 56 coupling, 60 guide mechanism, 62 shafts, 64 one-way clutch, 66 guide roller, 68 guide roller rail, 100 shield machine, 110 cutter Head, 112 Cutter spoke, 114 Cutter bit, 116 Stirring bar, 118 Additive supply port, 120 Front barrel, 122 Chamber, 124 Bulkhead, 130 Rear barrel, 132 Folded jack, 134 Screw conveyor, 135 Screw, 13 6 Crusher, 138 piping
Claims (5)
円形のポンプ室を有するケーシングと、
前記ポンプ室内にその中心軸に対して回転軸が排出側に偏心して設けられたローターと、
前記ローターに揺動可能に取り付けられ、前記ローターから前記ポンプ室の外径側へ前記ローターの回転方向に傾斜して延び、前記ローターの回転方向の反対側へ揺動すると先端が前記ポンプ室の周壁に当接するように構成された複数の羽根と、
前記羽根の先端が前記ポンプ室の周壁に沿う軌跡を辿るように、前記羽根の移動を案内するガイドと、
を備え、
前記ガイドは、前記ローターの回転に応じて羽根を揺動させるカム機構を有する建設工事用の土砂圧送ポンプ。 A pump that is used in construction work and pumps earth and sand,
A casing having a circular pump chamber;
A rotor provided with a rotational axis eccentric to the discharge side with respect to the central axis in the pump chamber;
It is attached to the rotor so as to be able to swing, extends from the rotor to the outer diameter side of the pump chamber in an inclined direction in the rotation direction of the rotor, and swings to the opposite side of the rotation direction of the rotor, the tip of the pump chamber A plurality of blades configured to abut against the peripheral wall;
A guide for guiding the movement of the blade such that the tip of the blade follows a trajectory along the peripheral wall of the pump chamber;
Equipped with a,
The guide is sand pressure pump for construction that have a cam mechanism for rocking the blade in response to rotation of said rotor.
前記羽根は、前記ローターの外周部に当該ローターの回転軸と平行に設けられると共に前記カムローラーの回転中心から偏心してカムローラーに固定された軸により、揺動可能に支持されており、
前記羽根の前記ローターの回転方向に向けた揺動を阻止するワンウェイクラッチを有する請求項1又は請求項2に記載の建設工事用の土砂圧送ポンプ。 The cam mechanism has a guide roller rail and a cam roller that abuts on the outer peripheral surface thereof,
The blade is provided on the outer peripheral portion of the rotor in parallel with the rotation axis of the rotor and is supported so as to be swingable by a shaft that is eccentric from the rotation center of the cam roller and is fixed to the cam roller.
The earth and sand pump for construction works according to claim 1 or 2, further comprising a one-way clutch that prevents the blades from swinging in the rotation direction of the rotor .
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