JP7104583B2 - シールド掘進機、トンネルの施工方法、及び、スクリューコンベヤ - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機と、シールド掘進機を用いるトンネルの施工方法と、シールド掘進機用のスクリューコンベヤとに関する。

上下水道、共同溝、道路、鉄道などの管路として用いられるシールドトンネルは、シールド工法により構築される。
シールド工法ではシールド掘進機が用いられる。シールド掘進機は、例えば、筒状の胴部と、胴部の前端部に配置されるカッタヘッドと、カッタヘッドの後方で胴部内に配置される隔壁と、カッタヘッドと隔壁との間に形成されてカッタヘッドにより掘削された土砂を蓄えるチャンバと、チャンバ内に蓄えられた土砂を隔壁に開口させた土砂排出口から隔壁の後方に排出する排土装置とを備え、この排土装置はスクリューコンベヤを含み得る。

シールド工法では、例えば、地山に発進立坑と到達立坑とを構築し、発進立坑から到達立坑へ向けてシールド掘進機で地山を掘削しながら、胴部の後部（テール部）の内方で次々にセグメントを組み立てて円筒状の覆工体を構築する。この工法では、シールド掘進機は、既設セグメントを推進ジャッキで後方へ押圧し、その反力として発生する推力によって、地山を掘削しながら前進する。

礫・玉石混じりの地層をシールド掘進機が掘進する際には、前述の排土装置としてリボン式のスクリューコンベヤが採用され得る。このリボン式のスクリューコンベヤは、例えば、前端部に土砂取込口を有して後端部に土砂排出口を有する筒状のケーシングと、ケーシング内に回転可能に設けられて螺旋状の回転羽根を含むリボンスクリューとを備え、ケーシングの土砂取込口が、シールド掘進機の隔壁の土砂排出口に接続されている。

この点、特許文献１は、シールド掘進機用のスクリューコンベヤにおいて、リボンスクリュー（スクリューオーガ）の中心軸線に沿って軸部材を着脱可能に取り付けることを開示している。特許文献１では、シールド掘進機の掘進に伴って地層の構成（掘削対象の土の特性）が変化すると、その変化に応じて、軸部材をリボンスクリューから取り外したりリボンスクリューに取り付けたりする。具体的には、例えば、地層が大寸法の礫である場合にリボンスクリューから軸部材を取り外して土砂の搬出を行い、地層が細粒土である場合にリボンスクリューの中心軸線に沿って軸部材を取り付けて土砂の搬出を行う（特許文献１の段落００１０，００２０参照）。

特開平０７－０１１８９１号公報

特許文献１では、リボンスクリューの中心軸線に沿って軸部材を取り付ける際に、軸部材をスクリューコンベヤの後方からリボンスクリューの中央空間部内に挿入している（特許文献１の図１参照）。それゆえ、特許文献１に開示の技術では、前述のスクリューコンベヤの直後に、軸部材の長さ分をカバーできる広範なスペースを確保しなければならない。

しかしながら、実際のトンネル施工では、前述のスクリューコンベヤの直後に、例えば覆工体（セグメント）や後続台車などが配置されている。ゆえに、実際には、前述のスクリューコンベヤの直後に、軸部材の長さ分をカバーできる広範なスペースを確保することが非常に難しかった。また、礫・玉石の排出経路が狭まることで土砂が閉塞し、掘削効率が低下したり掘削不能となる懸念があった。

本発明は、このような実状に鑑み、シールド掘進機の掘進に伴って地層の構成が変化してもその変化に容易に対応可能であり、かつ、簡素な構成であるスクリューコンベヤを提供することを目的とする。

そのため本発明の第１態様では、シールド掘進機は、筒状の胴部と、胴部の前端部に配置されるカッタヘッドと、カッタヘッドの後方で胴部内に配置される隔壁と、カッタヘッドと隔壁との間に形成されてカッタヘッドにより掘削された土砂を蓄えるチャンバと、チャンバ内に蓄えられた土砂を隔壁に開口させた土砂排出口から隔壁の後方に排出する排土装置と、を含んで構成される。排土装置はスクリューコンベヤを含む。スクリューコンベヤは、前端部に土砂取込口を有して後端部に土砂排出口を有する筒状のケーシングと、ケーシング内に回転可能に設けられて螺旋状の回転羽根を含むスクリューと、ケーシング内で回転羽根に隣接して形成されてケーシングの長手方向に延び、かつ、回転羽根の径方向内方に位置する空間部と、回転羽根に設けられて、回転羽根から前記径方向内方に、かつ、空間部内に突出可能な突出部材と、を備える。ケーシングの土砂取込口が隔壁の土砂排出口に接続されている。

本発明の第２態様は、前述の第１態様のシールド掘進機を用いるトンネルの施工方法である。このトンネルの施工方法は、シールド掘進機の掘進を停止させること、シールド掘進機の掘進を停止させた状態でスクリューを回転させてケーシング内の土砂をケーシングの土砂排出口からケーシング外へ排出させること、突出部材の空間部内への突出量を変更すること、及び、シールド掘進機の掘進を再開すること、を含む。

本発明の第３態様では、シールド掘進機用のスクリューコンベヤは、一端部に土砂取込口を有して他端部に土砂排出口を有する筒状のケーシングと、ケーシング内に回転可能に設けられて螺旋状の回転羽根を含むスクリューと、ケーシング内で回転羽根に隣接して形成されてケーシングの長手方向に延び、かつ、回転羽根の径方向内方に位置する空間部と、回転羽根に設けられて、回転羽根から前記径方向内方に、かつ、空間部内に突出可能な突出部材と、を備える。

尚、本発明における「螺旋」とは、３次元曲線の１種として知られているものであり、「つる巻線」又は「へリックス（helix）」と称させるものである。

本発明によれば、スクリューコンベヤは、ケーシング内の前記空間部内に突出可能な突出部材を備える。ゆえに、シールド掘進機の掘進に伴って地層の構成が変化しても、その変化に応じて、特許文献１記載の軸部材の代わりに、前述の突出部材を用いることができるので、簡素な構成で、前述の地層の構成の変化に容易に対応することができる。

本発明の第１実施形態におけるシールド掘進機の概略構成図 前記第１実施形態における回転羽根に設けられた突出部材の引込状態を示す斜視図 図２のＡ矢視図 図２の領域ＰのＢ矢視図 前記第１実施形態における回転羽根に設けられた突出部材の押出状態を示す斜視図 図５のＣ矢視図 図５の領域ＰのＤ矢視図 前記第１実施形態における突出量変化機構の一例を示す図 前記第１実施形態におけるスクリューコンベヤの第１変形例を示す図 前記第１実施形態におけるスクリューコンベヤの第２変形例を示す図 本発明の第２実施形態における突出部材の回転羽根への設置方法を示す図

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態におけるシールド掘進機の概略構成を示す。尚、本実施形態では、便宜上、トンネル掘進方向を前進方向として前後を規定している。

トンネルの構築に用いられる泥土圧式のシールド掘進機１は、その本体（掘進機本体）２が、円筒状の胴部３を含んで構成される。ここで、胴部３の外周面を構成するスキンプレート４は、掘進機本体２の外殻をなすものである。

胴部３は、掘削用のカッタヘッド５と隔壁（バルクヘッド）６とを有する。カッタヘッド５は胴部３の前端部に配置されて回転可能である。隔壁６は、胴部３内にて、カッタヘッド５の後方に離間して配置されている。カッタヘッド５は、隔壁６に回転自在に支持されており、隔壁６の後面に設置された駆動用モータ７を駆動源として、回転しながら地山を掘削する。

カッタヘッド５と隔壁６との間には、これらと胴部３とによりチャンバ（カッタチャンバ）８が区画形成されている。チャンバ８は、カッタヘッド５により掘削された土砂を蓄える。換言すれば、チャンバ８内では、カッタヘッド５による掘削で生じた掘削土砂が滞留する。チャンバ８内には、図示しない添加材注入管を介して、添加材（加泥材）が供給され得る。隔壁６の下端部には、チャンバ８の底部に臨むように、土砂排出口６ａが開口形成されている。

シールド掘進機１は、胴部３内にエレクター９を備える。エレクター９は把持部９ａを有する。エレクター９は、胴部３の内方にて、円弧状断面を有するセグメント１０を把持部９ａで把持しつつ、セグメント１０をトンネル軸方向、径方向、周方向に適宜移動させることができる。エレクター９はセグメント１０を組立てて円筒状の覆工体１１を構築する。

シールド掘進機１の胴部３の周縁部には、複数の推進ジャッキ１２が、胴部３の周方向に互いに間隔を空けて配置されている。推進ジャッキ１２は、シリンダ１２ａとロッド１２ｂとにより構成される油圧ジャッキである。シリンダ１２ａは、その前端側が胴部３に固定されており、後端側にて、ロッド１２ｂが進出・退入可能となっている。推進ジャッキ１２のロッド１２ｂの後端部を既設のセグメント１０に当接させた状態で推進ジャッキ１２を伸長作動させることにより、シールド掘進機１は推進力を得ることができる。このようにして、推進ジャッキ１２は、既設のセグメント１０から反力を取ってシールド掘進機１を前方に推進させる。

シールド掘進機１は、チャンバ８内に蓄えられた土砂を隔壁６の土砂排出口６ａから隔壁６の後方に排出する排土装置１５を備えている。排土装置１５は、複数段（本実施形態では前後２段）のスクリューコンベヤ２０，３０を含んで構成される。尚、排土装置１５を構成するスクリューコンベヤの個数は２つに限らず、１つのみであってもよく、又は、３つ以上であってもよい。

前段（１段目）のスクリューコンベヤ２０は、いわゆるリボン式のスクリューコンベヤである。スクリューコンベヤ２０は、円筒状のケーシング２１と、ケーシング２１内に回転可能に設けられたスクリュー（リボンスクリュー）２２と、スクリュー２２を回転駆動する駆動装置２３とを備える。

ケーシング２１は、その前端部（一端部）に土砂取込口２１ａを有して、後端部（他端部）に土砂排出口２１ｂを有する。ケーシング２１の土砂取込口２１ａは隔壁６の土砂排出口６ａに接続されている。ケーシング２１は、隔壁６の土砂排出口６ａから隔壁６の後方へ斜め上向きに配設されて延在している。

ケーシング２１の周壁には開口部２５が形成されている。スクリューコンベヤ２０は、開口部２５を開閉可能な蓋体２６を備えている。尚、ケーシング２１に形成される開口部２５の個数は１つに限らず、２つ以上であってもよい。ケーシング２１に形成される開口部２５の個数が２つ以上である場合には、これら開口部２５が、ケーシング２１の長手方向に互いに間隔を空けてケーシング２１の周壁に形成されることが好ましい。また、この場合において、各開口部２５に蓋体２６が設けられる。

ケーシング２１における開口部２５の近傍には、ケーシング２１内の圧力（具体的には、ケーシング２１内を流通する土砂の圧力）を測定して表示する圧力計２７が設けられている。尚、本実施形態では、ケーシング２１における開口部２５の近傍であって、かつ、開口部２５の前側（上流側）と後側（下流側）とにそれぞれ圧力計２７が設けられているが、この他、開口部２５の前側（上流側）と後側（下流側）とのいずれか一方に圧力計２７が設けられてもよいことは言うまでもない。

駆動装置２３は例えば油圧モータ又は電気モータによって構成されており、ケーシング２１の後端部に設けられている。駆動装置２３の回転軸（出力軸）には、図示しないピニオンギヤが固定されており、このピニオンギヤには、図示しないリングギヤがかみ合っている。リングギヤは、その内周面にてスクリュー２２に一体的に固定されている。従って、駆動装置２３の回転力がピニオンギヤ及びリングギヤを介してスクリュー２２に伝達され得る。尚、駆動装置２３によってスクリュー２２を回転駆動する手法については、特許文献１に開示の手法や、特許第５８４８６６９号公報に開示の手法などを採用することができる。

後段（２段目）のスクリューコンベヤ３０も、いわゆるリボン式のスクリューコンベヤであり、前述のスクリューコンベヤ２０と同様の構成である。スクリューコンベヤ３０は、円筒状のケーシング３１と、ケーシング３１内に回転可能に設けられたスクリュー（リボンスクリュー）（図示せず）と、このスクリューを回転駆動する駆動装置３３とを備える。

ケーシング３１は、その前端部（一端部）に土砂取込口３１ａを有して、後端部（他端部）に土砂排出口３１ｂを有する。ケーシング３１の土砂取込口３１ａはエルボ管１７を介してケーシング２１の土砂排出口２１ｂに接続されている。ケーシング３１は、エルボ管１７の後端部から後方へ斜め上向きに配設されて延在している。ここで、ケーシング３１の傾斜勾配はケーシング２１の傾斜勾配よりも小さい。ケーシング３１の土砂排出口３１ｂは下を向いており、その下方には、例えば、排土装置１５を構成するベルトコンベヤ（図示せず）が配置され得る。

ケーシング３１の周壁には２つの開口部３５が形成されている。スクリューコンベヤ３０は、各開口部３５をそれぞれ開閉可能な蓋体３６を備えている。これら開口部３５は、ケーシング３１の長手方向に互いに間隔を空けてケーシング３１の周壁に形成されている。尚、ケーシング３１に形成される開口部３５の個数は２つに限らず、１つのみであってもよく、又は、３つ以上であってもよい。

ケーシング３１における開口部３５の近傍には、ケーシング３１内の圧力（具体的には、ケーシング３１内を流通する土砂の圧力）を測定して表示する圧力計３７が設けられている。尚、本実施形態では、ケーシング３１における開口部３５の近傍であって、かつ、開口部３５の前側（上流側）と後側（下流側）とにそれぞれ圧力計３７が設けられているが、この他、開口部３５の前側（上流側）と後側（下流側）とのいずれか一方に圧力計３７が設けられてもよいことは言うまでもない。

駆動装置３３については、前述の駆動装置２３と同様の構成であり、前述の駆動装置２３と同様に、駆動装置３３の回転力がピニオンギヤ及びリングギヤを介してスクリューコンベヤ３０のスクリューに伝達され得る。

本実施形態では、スクリューコンベヤ２０，３０及びエルボ管１７からなるスクリューコンベヤユニット４０の円筒状のケーシング（ケーシング２１，３１及びエルボ管１７）の周壁に、３つの開口部（１つの開口部２５及び２つの開口部３５）が、スクリューコンベヤユニット４０の長手方向（延在方向）に互いに間隔を空けて形成されており、これら開口部の各々に蓋体２６，３６が設けられている。スクリューコンベヤユニット４０は、エルボ管１７箇所にて屈曲又は湾曲している。スクリューコンベヤユニット４０は、排土装置１５を構成する。

スクリューコンベヤ２０を構成するスクリュー２２は、螺旋状の回転羽根（搬送翼）２８を含む。
スクリューコンベヤ２０については、後述する図２～図４に示すように、ケーシング２１の内部空間が、円柱状の第１空間部５１と、その径方向外方に位置する螺旋状の第２空間部５２とにより構成されている。すなわち、スクリューコンベヤ２０は、第１空間部５１及び第２空間部５２を備えている。

第１空間部５１は、ケーシング２１内で回転羽根２８に隣接して形成されてケーシング２１の長手方向に延びている。ここで、第１空間部５１が本発明の「空間部」に対応する。第１空間部５１は、ケーシング２１及びスクリュー２２の中心軸線（仮想線）ＣＬに沿って形成されている。ケーシング２１の長手方向（例えば中心軸線ＣＬ）に直交する断面で見て、第１空間部５１は、回転羽根２８の径方向内方に位置している（図３及び図４参照）。

第２空間部５２は、ケーシング２１の内周面と、螺旋状の回転羽根２８とによって螺旋状に区画形成されている。

図２は、回転羽根２８に設けられた突出部材５５の引込状態を示す斜視図である。図３は図２のＡ矢視図である。図４は図２の領域ＰのＢ矢視図である。図５は、回転羽根２８に設けられた突出部材５５の押出状態を示す斜視図である。図６は図５のＣ矢視図である。図７は図５の領域ＰのＤ矢視図である。ここで、図２及び図５は、回転羽根２８の一部（螺旋状における３ピッチ分）を示している。また、図２及び図５に示す領域Ｐは、回転羽根２８のうち開口部２５に対向可能な領域である。

回転羽根２８の領域Ｐにおける土砂排出口２１ｂ側の表面には、複数（本実施形態では６つ）の突出部材５５が設けられている。ゆえに、スクリューコンベヤ２０は突出部材５５を備える。突出部材５５は、第１空間部５１内に突出可能である。突出部材５５は、回転羽根２８の径方向内方に向かって先細となる等脚台形状の板状部材である。これら突出部材５５は、回転羽根２８の周方向に並んで配置されている（図３及び図４参照）。

尚、本実施形態では、回転羽根２８の領域Ｐにおける土砂排出口２１ｂ側の表面に複数の突出部材５５を設けているが、これに代えて、又は、これに加えて、回転羽根２８の領域Ｐにおける土砂取込口２１ａ側の表面に複数の突出部材５５を設けてもよい。

本実施形態では、回転羽根２８の領域Ｐにおいて、６つの突出部材５５が回転羽根２８の周方向に６０°間隔で回転羽根２８に設けられているが、突出部材５５の個数及び設置間隔（角度間隔）はこれに限らない。つまり、回転羽根２８の領域Ｐにおいて、１つ以上の任意の個数の突出部材５５が回転羽根２８に設けられ得る。また、回転羽根２８の領域Ｐにおいて、複数の突出部材５５が回転羽根２８に設けられる場合には、これら突出部材５５が回転羽根２８の周方向に任意の間隔で（例えば、１５°間隔、３０°間隔、４５°間隔、６０°間隔、９０°間隔、１２０°間隔、及び１８０°間隔のいずれかで）回転羽根２８に設けられ得る。

本実施形態では、回転羽根２８のうち開口部２５に対向可能な領域Ｐが、回転羽根２８の螺旋状における１ピッチ分に対応している。すなわち、スクリューコンベヤ２０の長手方向における開口部２５の長さが、回転羽根２８の螺旋状における１ピッチ分の長さに対応にしている。しかしながら、スクリューコンベヤ２０の長手方向における開口部２５の長さは、回転羽根２８の螺旋状における１ピッチ分の長さに限定されないことは言うまでもない。例えば、スクリューコンベヤ２０の長手方向における開口部２５の長さが、回転羽根２８の螺旋状における２ピッチ分又は３ピッチ分の長さに対応してもよい。

スクリューコンベヤ２０は、突出部材５５の第１空間部５１内への突出量を変化させる突出量変化機構６０を備える。この突出量変化機構６０については、図２～図７で図示を省略している。突出量変化機構６０の一例の概略構成については図８を用いて後述する。

図２～図４は、突出部材５５が最退入位置に位置している、突出部材５５の引込状態を示している。図５～図７は、突出部材５５が最進出位置に位置している、突出部材５５の押出状態を示している。突出量変化機構６０を用いることで、突出部材５５は、最退入位置と最進出位置との間で、回転羽根２８の径方向にスライド自在であり、また、最退入位置と最進出位置との間の所望の位置で位置保持可能である。

図２～図４に示す突出部材５５の引込状態では、土砂排出口２１ｂ側から第１空間部５１を見て、突出部材５５は、第１空間部５１内に非常にわずかに突出しているか、又は、全く突出していない。この状態では、第１空間部５１における礫などの通過を突出部材５５が邪魔することはない。

一方、図５～図７に示す突出部材５５の押出状態では、土砂排出口２１ｂ側から第１空間部５１を見て、突出部材５５が第１空間部５１内に十分に突出しており、それゆえ、円柱状の第１空間部５１からなる流路の一部が突出部材５５によって絞られている。この状態では、土砂排出口２１ｂ側から第１空間部５１を見て、回転羽根２８の周方向で隣り合う突出部材５５の一部同士が互いにオーバーラップしている。この状態における突出部材５５同士のオーバーラップ度合いは任意に設定可能である。
尚、この突出部材５５の押出状態では、土砂排出口２１ｂ側から第１空間部５１を見て、第１空間部５１が突出部材５５によって閉じられてもよい。

ここで、シールド掘進機１の掘進に伴って地層の構成が変化し、土砂や地下水がチャンバ８内からスクリューコンベヤ２０，３０の第１空間部５１を通過してスクリューコンベヤ３０の土砂排出口３１ｂから噴発する恐れがある場合などに、図５～図７に示す突出部材５５の押出状態が採用され得る。

従って、円柱状の第１空間部５１からなる流路については、その断面積が減少された絞り部が複数の突出部材５５によって形成され得る。この絞り部の断面積（開口率）は、突出量変化機構６０によって変更可能である。

図８は、本実施形態における突出量変化機構６０の一例を示している。ここにおいて、図８（Ａ）は、突出部材５５が最退入位置に位置している、突出部材５５の引込状態を示している。図８（Ｂ）は、突出部材５５が最進出位置に位置している、突出部材５５の押出状態を示している。ここでは、回転羽根２８の領域Ｐに設けられた複数の突出部材５５のうちの１つのみについて説明するが、残りのものについても同様である。

この例では、突出量変化機構６０が、一対のボルト６１と、回転羽根２８に形成されて各々にボルト６１の雄ねじ部が螺合する一対の雌ねじ部（図示せず）と、突出部材５５に形成されて各々にボルト６１の雄ねじ部が挿入され、かつ、回転羽根２８の径方向に延びる一対の長穴６２とにより構成される。

図８（Ａ）に示す突出部材５５の引込状態において、ボルト６１を緩めて、突出部材５５を回転羽根２８の径方向内方に向けて押圧することで、突出部材５５が、その長穴６２及びボルト６１によってガイドされつつ、回転羽根２８の径方向内方に向かってスライドする。このスライド量を変化させることで、突出部材５５の第１空間部５１内への突出量を変化させることができる。この突出量の変更を完了した後、ボルト６１を締める。

図８（Ｂ）に示す突出部材５５の押出状態において、ボルト６１を緩めて、突出部材５５を回転羽根２８の径方向外方に向けて引っ張ることで、突出部材５５が、その長穴６２及びボルト６１によってガイドされつつ、回転羽根２８の径方向外方に向かってスライドする。このスライド量を変化させることで、突出部材５５の第１空間部５１内への突出量を変化させることができる。この突出量の変更を完了した後、ボルト６１を締める。

本実施形態では、突出量変化機構６０を用いることで、図８（Ａ）に示す突出部材５５の引込状態と、図８（Ｂ）に示す突出部材５５の押出状態との間で、突出部材５５の第１空間部５１内への突出量を任意に変化させることができる。ここにおいて、突出部材５５の第１空間部５１内への突出量を増大させることは、実質的には、回転羽根２８の表面積（露出面積）を増大させることに対応し得るので、ケーシング２１内を流通する土砂に対する圧損（摩擦損失）を増大させることにつながり得る。

スクリューコンベヤ３０を構成するスクリューについても、前述のスクリュー２２と同様に螺旋状の回転羽根（搬送翼）を含む。ゆえに、スクリューコンベヤ３０についても、第１空間部５１及び第２空間部５２を備えている。スクリューコンベヤ３０の回転羽根にも、前述のスクリューコンベヤ２０の回転羽根２８と同様に、突出部材５５及び突出量変化機構６０が設けられている。ここにおいて、スクリューコンベヤ３０の回転羽根のうち開口部３５に対向可能な領域に、突出部材５５及び突出量変化機構６０が設けられ得る。

次に、本実施形態におけるトンネルの施工方法について説明する。
本実施形態では、シールド掘進機１の掘進に伴って地層の構成が変化する場合に、その変化に応じて、以下の第１の作業例及び第２の作業例のいずれか一方が行われ得る。

〔第１の作業例〕
第１の作業例は、以下の工程（Ａ）～（Ｆ）を含む。

（Ａ）シールド掘進機１の掘進を停止させる。
（Ｂ）ケーシング２１の土砂取込口２１ａを閉塞する。
（Ｃ）シールド掘進機１の掘進を停止させた状態でスクリューコンベヤ２０，３０のスクリューを回転させてケーシング２１，３１内の土砂をケーシング３１の土砂排出口３１ｂから外へ排出させる。

（Ｄ）ケーシング２１，３１内の土砂の排出が完了したら、スクリューコンベヤ２０，３０のスクリューの回転を停止させる。この後、作業員が蓋体２６，３６を開けて、作業員が、開口部２５，３５を介して、突出部材５５の第１空間部５１への突出量を変更する。
（Ｅ）作業員が蓋体２６，３６を閉めて、ケーシング２１の土砂取込口２１ａの閉塞を解除する。
（Ｆ）シールド掘進機１の掘進を再開する。

尚、ケーシング２１の土砂取込口２１ａを閉塞する際には、例えば、ケーシング２１に設けられて土砂取込口２１ａを開閉可能なゲート部材（図示せず）により土砂取込口２１ａを閉塞してもよい。又は、チャンバ８内及び／又はケーシング２１内の土砂のうち土砂取込口２１ａの近傍に位置するものを凍結させることで、土砂取込口２１ａを閉塞してもよい。

〔第２の作業例〕
第２の作業例は、以下の工程（Ｇ）～（Ｌ）を含む。

（Ｇ）シールド掘進機１の掘進を停止させる。
（Ｈ）ケーシング３１の土砂取込口３１ａを閉塞する。
（Ｉ）シールド掘進機１の掘進を停止させた状態でスクリューコンベヤ３０のスクリューを回転させてケーシング３１内の土砂をケーシング３１の土砂排出口３１ｂから外へ排出させる。

（Ｊ）ケーシング３１内の土砂の排出が完了したら、スクリューコンベヤ３０のスクリューの回転を停止させる。この後、作業員が蓋体３６を開けて、作業員が、開口部３５を介して、突出部材５５の第１空間部５１への突出量を変更する。
（Ｋ）作業員が蓋体３６を閉めると共に、ケーシング３１の土砂取込口３１ａの閉塞を解除する。
（Ｌ）シールド掘進機１の掘進を再開する。

尚、ケーシング３１の土砂取込口３１ａを閉塞する際には、例えば、ケーシング３１に設けられて土砂取込口３１ａを開閉可能なゲート部材（図示せず）により土砂取込口３１ａを閉塞してもよい。又は、エルボ管１７内及び／又はケーシング３１内の土砂のうち土砂取込口３１ａの近傍に位置するものを凍結させることで、土砂取込口３１ａを閉塞してもよい。

また、ケーシング３１の土砂取込口３１ａを閉塞しなくても、直列的に連結された複数のケーシング２１，３１のうち、前方に位置するケーシング２１内に止水薬液（例えばＣＰＳ工法）を添加しスクリュー２２の回転を停止して、後方に位置するケーシング３１内のスクリューを回転させることで、ケーシング２１内の土砂が土砂取込口３１ａを閉鎖することと同じ機能を発揮して、ケーシング３１内のスクリューを回転させることでケーシング３１内の土砂の排出を完了することができる。

トンネル施工時には、作業員による圧力計２７，３７の監視結果に基づいて、ケーシング２１，３１内の圧力が上流側から下流側に向かってなだらかに低下するように、例えば以下の点（ア）～（ウ）が決定され得る。
（ア）前述の第１の作業例と第２の作業例とのどちらを実施するのか。
（イ）１つの開口部２５及び２つの開口部３５のうち、どの開口部に隣接する突出部材５５の第１空間部５１内への突出量を変更するのか。
（ウ）突出部材５５の第１空間部５１への突出量をどの程度変更をするのか。

本実施形態によれば、シールド掘進機１は、筒状の胴部３と、胴部３の前端部に配置されるカッタヘッド５と、カッタヘッド５の後方で胴部３内に配置される隔壁６と、カッタヘッド５と隔壁６との間に形成されてカッタヘッド５により掘削された土砂を蓄えるチャンバ８と、チャンバ８内に蓄えられた土砂を隔壁６に開口させた土砂排出口６ａから隔壁６の後方に排出する排土装置１５と、を含んで構成される。排土装置１５はスクリューコンベヤ２０を含む。スクリューコンベヤ２０は、前端部に土砂取込口２１ａを有して後端部に土砂排出口２１ｂを有する筒状のケーシング２１と、ケーシング２１内に回転可能に設けられて螺旋状の回転羽根２８を含むスクリュー２２と、ケーシング２１内で回転羽根２８に隣接して形成されてケーシング２１の長手方向に延びる第１空間部５１（空間部）と、回転羽根２８に設けられて第１空間部５１内に突出可能な突出部材５５と、を備える。ケーシング２１の土砂取込口２１ａが隔壁６の土砂排出口６ａに接続されている。ゆえに、シールド掘進機１の掘進に伴って地層の構成が変化しても、その変化に応じて、特許文献１記載の軸部材の代わりに突出部材５５を用いることができるので、簡素な構成で、前述の地層の構成の変化に容易に対応することができる。

また本実施形態によれば、スクリューコンベヤ２０は、突出部材５５の第１空間部５１（空間部）内への突出量を変化させる突出量変化機構６０を更に備える。これにより、突出量変化機構６０を用いて、円柱状の第１空間部５１からなる流路の一部の絞り度合い（流路断面積、開口率）を任意に調整することができる。

また本実施形態によれば、ケーシング２１の長手方向に直交する断面で見て、第１空間部５１（空間部）が回転羽根２８の径方向内方に位置しており、複数の突出部材５５が、回転羽根２８の周方向に並んで配置される。これにより、複数の突出部材５５を回転羽根２８の周方向にバランス良く配置することができるので、突出部材５５の設置に伴って回転羽根２８が回転時に振動することなどを抑制することができる。

また本実施形態によれば、スクリューコンベヤ２０は、ケーシング２１の周壁に形成された開口部２５を開閉可能な蓋体２６を更に備える。回転羽根２８のうち開口部２５に対向可能な領域Ｐに突出部材５５が設けられている。これにより、作業員は、蓋体２６を開けて、開口部２５を介して、突出部材５５の第１空間部５１内への突出量を容易に変更することができる。

また本実施形態によれば、複数の開口部２５，３５が、ケーシング２１，３１の長手方向に互いに間隔を空けてケーシング２１，３１の周壁に形成されており、これら開口部２５，３５に蓋体２６，３６が設けられている。これにより、ケーシング２１，３１の長手方向における複数箇所にて、開口部２５，３５を介して、突出部材５５の第１空間部５１内への突出量を容易に変更することができる。

また本実施形態によれば、シールド掘進機１を用いるトンネルの施工方法は、シールド掘進機１の掘進を停止させること、シールド掘進機１の掘進を停止させた状態でスクリューコンベヤ２０，３０のスクリューを回転させてケーシング２１，３１内の土砂をケーシング３１の土砂排出口３１ｂからケーシング３１外へ排出させること、突出部材５５の第１空間部５１（空間部）内への突出量を変更すること、及び、シールド掘進機１の掘進を再開すること、を含む。ゆえに、シールド掘進機１の掘進に伴って地層の構成が変化しても、その変化に応じて、突出部材５５の第１空間部５１内への突出量を容易に変更することができる。

また本実施形態によれば、シールド掘進機１を用いるトンネルの施工方法は、シールド掘進機１の掘進を停止させた状態でスクリューコンベヤ２０，３０のスクリューを回転させるに先立って、ケーシング２１の土砂取込口２１ａを閉塞することを更に含む。これにより、チャンバ８内からケーシング２１内への土砂の流入を防止した状態で、突出部材５５の突出量の変更作業を安全に行うことができる。

また本実施形態によれば、スクリューコンベヤ２０，３０は、シールド掘進機１用のスクリューコンベヤである。スクリューコンベヤ２０は、前端部（一端部）に土砂取込口２１ａを有して後端部（他端部）に土砂排出口２１ｂを有する筒状のケーシング２１と、ケーシング２１内に回転可能に設けられて螺旋状の回転羽根２８を含むスクリュー２２と、ケーシング２１内で回転羽根２８に隣接して形成されてケーシング２１の長手方向に延びる第１空間部５１（空間部）と、回転羽根２８に設けられて第１空間部５１内に突出可能な突出部材５５と、を備える。これと同様の構成をスクリューコンベヤ３０も有する。ゆえに、スクリューコンベヤ２０，３０がエルボ管１７を介して直列に連結されていても、スクリューコンベヤ２０，３０の各々において、突出部材５５の第１空間部５１内への突出量を容易に変更することができる。

図９は、本実施形態におけるスクリューコンベヤ２０の第１変形例を示す図である。ここにおいて、図９（Ａ）は、突出部材５５が最退入位置に位置している、突出部材５５の引込状態を示している。図９（Ｂ）は、突出部材５５が最進出位置に位置している、突出部材５５の押出状態を示している。

本変形例では、回転羽根２８のうち開口部２５に対向可能な領域Ｐにおいて、３つの突出部材５５が回転羽根２８の周方向に１２０°間隔で回転羽根２８に設けられている。これと同様の構成をスクリューコンベヤ３０が有してもよいことは言うまでもない。

図１０は、本実施形態におけるスクリューコンベヤ２０の第２変形例を示す図である。ここにおいて、図１０（Ａ）は、突出部材５５が最退入位置に位置している、突出部材５５の引込状態を示している。図１０（Ｂ）は、突出部材５５が最進出位置に位置している、突出部材５５の押出状態を示している。

本変形例では、前述の第１変形例において、スクリュー２２が、その中心軸線（仮想線）ＣＬに沿って延びる軸部２４ａと、軸部２４ａと回転羽根２８とを連結するように軸部２４ａから回転羽根２８の径方向に放射状に延びる連結部材２４ｂとを更に含んでいる。これと同様の構成をスクリューコンベヤ３０が有してもよいことは言うまでもない。

図１１は、本発明の第２実施形態における突出部材５５の回転羽根２８への設置方法を示す図である。ここにおいて、図１１（Ａ）は、突出部材５５が回転羽根２８から取り外された状態を示し、図１１（Ｂ）は、突出部材５５が回転羽根２８に取り付けられた状態を示す。ここでは、回転羽根２８の領域Ｐに設けられた複数の突出部材５５のうちの１つのみについて説明するが、残りのものについても同様である。
前述の第１実施形態と異なる点について説明する。

本実施形態では、回転羽根２８に一対の雌ねじ部６５が形成されており、各雌ねじ部６５にそれぞれボルト６６の雄ねじ部が螺合可能である。突出部材５５には、各々にボルト６６の雄ねじ部が挿入される一対の貫通孔（図示せず）が形成されている。ゆえに、本実施形態では、突出部材５５がボルト６６を介して回転羽根２８に固定されており、このボルト６６を緩めて除去することで、突出部材５５が回転羽根２８から取り外され得る。

特に本実施形態によれば、突出部材５５が回転羽根２８から取り外し可能に回転羽根２８に設けられている。これにより、突出部材５５を回転羽根２８に取り付けたり回転羽根２８から取り外したりすることで、円柱状の第１空間部５１からなる流路における絞り部の有無を容易に切り替えることができる。

尚、本実施形態における突出部材５５の回転羽根２８への設置方法をスクリューコンベヤ３０に適用してもよいことは言うまでもない。

また、本実施形態では、前述の第１の作業例の工程（Ｄ）において、突出部材５５の第１空間部５１への突出量を変更することが、突出部材５５をスクリューコンベヤ２０，３０の回転羽根に取り付けることと、突出部材５５をスクリューコンベヤ２０，３０の回転羽根から取り外すこととに対応し得る。

また、本実施形態では、前述の第２の作業例の工程（Ｊ）において、突出部材５５の第１空間部５１への突出量を変更することが、突出部材５５をスクリューコンベヤ３０の回転羽根に取り付けることと、突出部材５５をスクリューコンベヤ３０の回転羽根から取り外すこととに対応し得る。

前述の第１及び第２実施形態では突出部材５５が板状であるが、突出部材５５の形状は板状に限らない。突出部材５５は例えば棒状であってもよい。

前述の第１及び第２の実施形態では、スクリューコンベヤ２０，３０を構成するスクリューをリボンスクリューとしたが、スクリューコンベヤ２０，３０を構成するスクリューはリボンスクリューに限らない。例えば、標準的なスクリュー、又はカット型スクリューであってもよい。

前述の第１及び第２実施形態では、本発明の「シールド掘進機」の一例として泥土圧式のシールド掘進機を用いて説明したが、この他、泥土式のシールド掘進機を用いてもよいことは言うまでもない。

図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１…シールド掘進機、２…掘進機本体、３…胴部、４…スキンプレート、５…カッタヘッド、６…隔壁、６ａ…土砂排出口、７…駆動用モータ、８…チャンバ、９…エレクター、９ａ…把持部、１０…セグメント、１１…覆工体、１２…推進ジャッキ、１２ａ…シリンダ、１２ｂ…ロッド、１５…排土装置、１７…エルボ管、２０…スクリューコンベヤ、２１…ケーシング、２１ａ…土砂取込口、２１ｂ…土砂排出口、２２…スクリュー、２３…駆動装置、２４ａ…軸部、２４ｂ…連結部材、２５…開口部、２６…蓋体、２７…圧力計、２８…回転羽根、３０…スクリューコンベヤ、３１…ケーシング、３１ａ…土砂取込口、３１ｂ…土砂排出口、３３…駆動装置、３５…開口部、３６…蓋体、３７…圧力計、４０…スクリューコンベヤユニット、５１…第１空間部、５２…第２空間部、５５…突出部材、６０…突出量変化機構、６１…ボルト、６２…長穴、６５…雌ねじ部、６６…ボルト、ＣＬ…中心軸線、Ｐ…領域

Claims (8)

1. 筒状の胴部と、
   前記胴部の前端部に配置されるカッタヘッドと、
   前記カッタヘッドの後方で前記胴部内に配置される隔壁と、
   前記カッタヘッドと前記隔壁との間に形成されて前記カッタヘッドにより掘削された土砂を蓄えるチャンバと、
   前記チャンバ内に蓄えられた土砂を前記隔壁に開口させた土砂排出口から前記隔壁の後方に排出する排土装置と、
   を含んで構成され、
   前記排土装置はスクリューコンベヤを含み、
   前記スクリューコンベヤは、
   前端部に土砂取込口を有して後端部に土砂排出口を有する筒状のケーシングと、
   前記ケーシング内に回転可能に設けられて螺旋状の回転羽根を含むスクリューと、
   前記ケーシング内で前記回転羽根に隣接して形成されて前記ケーシングの長手方向に延び、かつ、前記回転羽根の径方向内方に位置する空間部と、
   前記回転羽根に設けられて、前記回転羽根から前記径方向内方に、かつ、前記空間部内に突出可能な突出部材と、
   を備え、
   前記ケーシングの土砂取込口が前記隔壁の土砂排出口に接続されている、シールド掘進機。
2. 前記突出部材は板状である、請求項１に記載のシールド掘進機。
3. 前記スクリューコンベヤは、前記突出部材の前記空間部内への突出量を変化させる突出量変化機構を更に備える、請求項１又は請求項２に記載のシールド掘進機。
4. 前記突出部材が前記回転羽根から取り外し可能に前記回転羽根に設けられている、請求項１～請求項３のいずれか１つに記載のシールド掘進機。
5. 前記スクリューコンベヤは、前記ケーシングの周壁に形成された開口部を開閉可能な蓋体を更に備え、
   前記回転羽根のうち前記開口部に対向可能な領域に前記突出部材が設けられている、請求項１～請求項４のいずれか１つに記載のシールド掘進機。
6. 請求項１～請求項５のいずれか１つに記載のシールド掘進機を用いるトンネルの施工方法であって、
   前記シールド掘進機の掘進を停止させること、
   前記シールド掘進機の掘進を停止させた状態で前記スクリューを回転させて前記ケーシング内の土砂を前記ケーシングの土砂排出口から前記ケーシング外へ排出させること、
   前記突出部材の前記空間部内への突出量を変更すること、及び、
   前記シールド掘進機の掘進を再開すること、
   を含む、トンネルの施工方法。
7. シールド掘進機用のスクリューコンベヤであって、
   一端部に土砂取込口を有して他端部に土砂排出口を有する筒状のケーシングと、
   前記ケーシング内に回転可能に設けられて螺旋状の回転羽根を含むスクリューと、
   前記ケーシング内で前記回転羽根に隣接して形成されて前記ケーシングの長手方向に延び、かつ、前記回転羽根の径方向内方に位置する空間部と、
   前記回転羽根に設けられて、前記回転羽根から前記径方向内方に、かつ、前記空間部内に突出可能な突出部材と、
   を備える、スクリューコンベヤ。
8. 前記突出部材は板状である、請求項７に記載のスクリューコンベヤ。

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