JP7019356B2

JP7019356B2 - 土圧式シールド機

Info

Publication number: JP7019356B2
Application number: JP2017178939A
Authority: JP
Inventors: 篤史中谷; 博一杉山; 俊之岩井
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2037-09-19
Also published as: JP2019052511A

Description

特許法第３０条第２項適用土木学会平成２９年度全国大会第７２回年次学術講演会講演概要集において公開

本発明は、簡易な構成でチャンバー中央部の撹拌を効率よく行うことができるアジテータを有した土圧式シールド機に関する。

土圧式シールド工法は、カッターにより切り崩したチャンバー内の掘削土砂に各種添加剤を注入・撹拌して流動性をもたせ、その掘削土砂を利用して掘削面に圧力をかけて、掘削面の安定を図る工法である。土圧式シールド工法では、塑性流動性を適切な状態に保持することで切羽土圧を均等化させ、地表面の沈下抑制対策を図ることが重要である。

なお、特許文献１では、チャンバーの周縁側にアジテータを設け、チャンバー内の掘削土砂の撹拌を行っている。

特開平８－２９１６９３号公報

しかしながら、チャンバーの中央部は、カッターの回転中心からの半径が小さいため、カッターの回転に伴うカッターの移動量が少なく、チャンバー内の中央部における掘削土砂の撹拌性が低い。このため、特に大型の土圧式シールド機では、切羽土圧の均等化が難しい。また、上述した特許文献１では、アジテータを駆動する駆動源を、カッターを駆動する駆動源とは別に設けているため、土圧式シールド機の構成が複雑になる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でチャンバー中央部の撹拌を効率よく行うことができるアジテータを有した土圧式シールド機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる土圧式シールド機は、カッターの回転軸を軸として回転するヘリカルリボン形状の撹拌翼を設け、該撹拌翼を前記カッターの駆動源を用いて回転駆動し、チャンバー中心部の掘削土砂を撹拌することを特徴とする。

また、本発明にかかる土圧式シールド機は、上記の発明において、前記撹拌翼は、同一形状で複数であり、各撹拌翼は、前記軸の回転方向にずらして配置されることを特徴とする。

また、本発明にかかる土圧式シールド機は、上記の発明において、前記撹拌翼は、複数であり、各撹拌翼は、径が異なり、かつ、回転方向が異なることを特徴とする。

本発明によれば、カッターの回転軸を軸として回転するヘリカルリボン形状の撹拌翼を設け、該撹拌翼を前記カッターの駆動源を用いて回転駆動し、チャンバー中心部の掘削土砂を撹拌するようにしているので、簡易な構成でチャンバー中央部の撹拌を効率よく行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態１である土圧式シールド機の全体構成を示す断面図である。図２は、図１に示したアジテータの詳細構造を示す斜視図である。図３は、図１に示したアジテータの変形例の詳細構造を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

(実施の形態１)
図１は、本発明の実施の形態１である土圧式シールド機１の全体構成を示す断面図である。図１に示すように、土圧式シールド機１は、進行方向全部で切羽の掘削を行うカッター２、フード部３とガーダー部４とは隔壁３１で仕切られる。フード部３は、カッター２と隔壁３１とで挟まれ、掘削土砂が充填されるチャンバー３２を形成する。ガーダー部４には、カッター２などを駆動する駆動源４１、スクリューコンベア４２、シールドジャッキ４３などが配置される。テール部５は、ガーダー部４の後方に配置され、後部での覆工を行う。

カッター２は前面に複数のカッタービット２１を有する。駆動源４１は、伝達機構４５及び駆動軸３３を介してカッター２に接続され、カッター２を回転駆動する。チャンバー３２内には、カッター２の後面に取り付けられた撹拌翼３４と隔壁３１の前面に取り付けられた固定翼３５とを有し、カッター２の回転によってチャンバー３２内の掘削土砂を撹拌する。また、アジテータ１０は、駆動軸３３の軸回りに、伝達機構４５を介して駆動源４１によって回転駆動され、チャンバー３２内の中心部分の掘削土砂を撹拌する。アジテータ１０は、ヘリカルリボン形状の撹拌翼である。アジテータ１０は、カッター２を駆動する駆動源４１によって回転駆動されるが、伝達機構４５によって、カッター２の回転数よりも大きい回転数で独立して駆動される。

カッター２によって切り崩されたチャンバー３２内の掘削土砂には、ベントナイトなどの各種添加剤が注入される。この各種添加剤は、供給配管４４からカッター２に供給され、カッター２の後面に分散配置された供給口からチャンバー３２内の掘削土砂に注入される。

チャンバー３２内の掘削土砂は、注入された各種添加剤によって不透水性と塑性流動性を持つ泥土に変換される。塑性流動性をもった掘削土砂は、掘削面に圧力をかけて、掘削面の安定を図ることができる。この掘削土砂の塑性流動性を適切な状態に保持することで切羽土圧を均等化させ、地表面の沈下抑制対策を図ることができる。

チャンバー３２内の掘削土砂は、土圧式シールド機１の進行に伴ってスクリューコンベア４２から排出される。シールドジャッキ４３は、土圧式シールド機１を推進させる。

（アジテータ１０の詳細構造）
図２は、アジテータ１０の詳細構造を示す斜視図である。図２に示すように、アジテータ１０は、駆動軸３３の軸回りに配置され、駆動軸３３の軸Ｃと同軸の回転筒１４の周りに３つのヘリカルリボン翼１１～１３が駆動軸３３の軸Ｃの回転角θ方向に、それぞれ１２０°ずらして配置される。ヘリカルリボン翼１１は、０°位置を基準とし、回転軸方向Ａ１に向いて時計方向の回転角θを３６０°（１周）回転している。ヘリカルリボン翼１２は、１２０°位置を基準とし、回転軸方向Ａ１に向いて時計方向の回転角θを３６０°（１周）回転している。ヘリカルリボン翼１３は、２４０°位置を基準とし、回転軸方向Ａ１に向いて時計方向の回転角θを３６０°（１周）回転している。

ヘリカルリボン翼１１は、回転角θ方向に対する、端部の０°位置、１２０°位置、２４０°位置、端部の０°位置は、それぞれ、アーム１５、１６、１７、１５で支持されている。ヘリカルリボン翼１２は、回転角θ方向に対する、端部の１２０°位置、２４０°位置、０°位置、端部の１２０°位置は、それぞれ、アーム１６、１７、１５、１６で支持されている。ヘリカルリボン翼１３は、回転角θ方向に対する、端部の２４０°位置、０°位置、１２０°位置、端部の２４０°位置は、それぞれ、アーム１７、１５、１６、１７で支持されている。

本実施の形態１のアジテータ１０は、従来、撹拌が不十分であった、チャンバー３２の中央部の撹拌を行うことができるため、チャンバー３２内の掘削土砂全体に対する撹拌を満遍なく行うことができる。また、アジテータ１０の駆動源は、カッター２の駆動源４１と同じであるため、アジテータ１０のための駆動源を別途設ける必要がないため、土圧式シールド機１が簡易な構成となる。

（実施の形態２）
図３は、本実施の形態２であるアジテータ６０の詳細構造を示す斜視図である。アジテータ６０は、土圧式シールド機１のアジテータ１０に替えて設けられる。図３に示すように、アジテータ６０は、駆動軸３３の軸回りに配置され、駆動軸３３の軸Ｃと同軸の回転筒６４の周りに２つのヘリカルリボン翼６１、６２が設けられる。ヘリカルリボン翼６１は、０°位置を基準とし、回転軸方向Ａ１に向いて時計方向の回転角θを反時計回りに３６０°（１周）回転している。ヘリカルリボン翼６２は、０°位置を基準とし、回転軸方向Ａ１に向いて時計方向の回転角θを時計回りに３６０°（１周）回転している。すなわち、ヘリカルリボン翼６１，６２は、それぞれ回転方向が異なる。また、ヘリカルリボン翼６１，６２の径は、それぞれ異なる。ヘリカルリボン翼６１の径Ｒ１は、ヘリカルリボン翼６２の径Ｒ２よりも大きい。

ヘリカルリボン翼６１は、回転角θ方向に対して反時計方向に、端部の０°位置、２４０°位置、１２０°位置、端部の０°位置は、それぞれ、アーム６５、６７、６６、６５で支持されている。ヘリカルリボン翼６２は、回転角θ方向と同方向の時計回りに、端部の０°位置、１２０°位置、２４０°位置、端部の０°位置は、それぞれ、アーム６５、６６、６７、６５で支持されている。

ヘリカルリボン翼６１，６２は、それぞれ異なる軸方向に対する掘削土砂の流れを起こして撹拌するので、さらにチャンバー３２の中央部分の撹拌効率を高めることができる。

本実施の形態２のアジテータ６０は、実施の形態１と同様に、従来、撹拌が不十分であった、チャンバー３２の中央部の撹拌を行うことができるため、チャンバー３２内の掘削土砂全体に対する撹拌を満遍なく行うことができる。また、アジテータ６０の駆動源は、カッター２の駆動源４１と同じであるため、アジテータ６０のための駆動源を別途設ける必要がないため、土圧式シールド機１が簡易な構成となる。

なお、上述した実施の形態１，２では、カッター２をその中央部の駆動軸３３で回転駆動させるものであったが、カッター２の周縁近傍に駆動軸を設けてカッター２を回転駆動する場合、駆動源４１からカッター２の駆動軸に対する伝達機構４５とは別に、アジテータ１０，６０に対する伝達機構を設ければよい。これによって、カッター２に対する駆動源とアジテータ１０，６０に対する駆動源を共有することができる。

１土圧式シールド機
２カッター
３フード部
４ガーダー部
５テール部
１０，６０アジテータ
１１～１３，６１，６２ヘリカルリボン翼
１４，６４回転筒
１５～１７，６５～６７アーム
２１カッタービット
３１隔壁
３２チャンバー
３３駆動軸
３４撹拌翼
３５固定翼
４１駆動源
４２スクリューコンベア
４３シールドジャッキ
４４供給配管
４５伝達機構
Ａ１回転軸方向
Ｃ軸
Ｒ１，Ｒ２径
θ 回転角

Claims

切羽の掘削を行うカッターと前記カッターの後方の隔壁との間に形成されたチャンバー内に充填される掘削土砂を前記カッターの後面に取り付けられた撹拌翼を用いて撹拌する土圧式シールド機であって、
前記チャンバーの中心部に、前記カッターの回転軸を軸として回転するヘリカルリボン形状のヘリカルリボン翼を設け、該ヘリカルリボン翼を前記カッターの駆動源を用いて前記カッターの回転数よりも大きい回転数で回転駆動し、前記チャンバーの中心部の掘削土砂を撹拌することを特徴とする土圧式シールド機。
前記ヘリカルリボン翼は、同一形状で複数であり、
各ヘリカルリボン翼は、前記軸の回転方向にずらして配置されることを特徴とする請求項１に記載の土圧式シールド機。
前記ヘリカルリボン翼は、複数であり、
各ヘリカルリボン翼は、径が異なり、かつ、回転方向が異なることを特徴とする請求項１に記載の土圧式シールド機。