JPH0255600B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、切羽で掘削した土砂をスクリユーコ
ンベアにより搬出する土圧式小口径トンネル掘進
機に関するものである。

〔従来の技術〕

第１図、第２図および第３図に、土圧式小口径
トンネル掘進機の従来技術の一例を示す。

第１図に示すように、この種のトンネル掘進機
はセグメント１と、その前端部側に装備されたシ
ールドハル２と、そのシールドハルの前端部に隔
壁３により区画、形成された土砂取込み用チヤン
バ４と、隔壁３に取り付けられた軸受部７と軸受
箱６に設けられた軸受８とに支持されかつ歯車列
１１を介して回転駆動源１０に連結された回転軸
９と、複数個の刃部１３を有しかつ回転軸９の前
端部に取り付けられたカツタホイール１２と、シ
ールドハル２の周辺に設けられたシールドジヤツ
キ（図示を省略した）等を備えている。

また、掘削土砂の搬出装置は、第１図〜第３図
に示すように、スクリユーコンベア１７と、ベル
トコンベア２０と、ズリトロ２２とにより構成さ
れている。

そして、カツタホイール１２を回転させて刃部
１３で切羽１５を掘削し、掘削土砂をチヤンバ４
内に充満させてその土圧により切羽土砂の崩壊お
よび湧水のスクリユーコンベア１７への噴出を防
止するようにしている。

また、チヤンバ４内の掘削土砂は土砂取出口１
４からスクリユーコンベア１７を通じて搬送さ
れ、このスクリユーコンベア１７の出口１９から
ベルトコンベア２０上に転載され、このベルトコ
ンベア２０によりさらに後方に搬送され、ついで
ズリトロ２２に落下され、このズリトロ２２によ
り発進立坑へ搬出されるようになつている。

掘削機の推進は、シールドジヤツキを後方のセ
グメント１に反力を取りながら伸長させて行な
う。シールドジヤツキの伸長速度は、スクリユー
コンベア１７の搬出能力に合わせて設定され、常
にチヤンバ４内に一定の土圧を立たせ、これによ
り切羽土砂の崩壊が防止されている。

なお、図示を省略したが、シールドハル１の周
辺には方向修正ジヤツキが配置され、発進立坑部
には元押装置が装備されていて、この元押装置に
よりセグメントを発進立坑内で継ぎ足して元押ジ
ヤツキにより推力をかけて掘進機を前進させる。

しかしながら、前述の従来技術には次のような
問題がある。

(イ) 搬送途中でベルトコンベア２０から土砂が落
下し、坑内がよごれるので、度々掃除しなけれ
ばならない。

(ロ) スクリユーコンベア１７外に、ベルトコンベ
ア２０とズリトロ２２とが配備されているた
め、特に２ｍφ以下の小口径の場合にはスペー
スが狭く、掘進機のメンテナンス、操作等に際
して、オペレータが掘進機へ行くことも、掘進
機から発進立坑側へ出て行くことも困難であ
る。普通、掘進機のオペレータは掘進機の中に
居るが、土砂搬送中はベルトコンベア２０とズ
リトロ２２とで通路が寒がれているため、発進
立坑側へ行くことができない。したがつて、切
羽１５で何等かの事故が起つたような場合に非
常に危険である。

(ハ) また、特に小口径の場合、ズリトロ２２がト
ンネル坑内ですれ違うことができないため、ズ
リトロ往復時は掘進機をストツプさせなければ
ならず、能率が悪くなる。

前記のような従来技術の問題点を改善するた
め、スクリユーコンベアから排出された土砂を一
旦土砂溜めタンクで受け、その土砂溜めタンク中
の土砂を土砂圧送ポンプにより排出するものがあ
る。しかし、土砂圧送ポンプは、２本一対でない
とほゞ連続的に土砂を排出することができないの
で、比較的大型となり、２ｍφ以下の小口径トン
ネル掘進機に適用するのが困難であり、仮りに適
用することができたとして、掘進機と坑内間の作
業時の往来が困難となる。

また、排出用スクリユーコンベアを有するシー
ルド掘進機において、スクリユーコンベアの排土
口に土砂圧送装置を直接配設し、その圧送装置の
排出口に排土ラインを接続して、スクリユーコン
ベアから排出される掘削土砂を排土ラインに圧送
するように構成することは実開昭58−115595号公
報により知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記実開昭58−115595号公報に示すように、ス
クリユーコンベアの排土口に土砂圧送装置を直接
配設すると、チヤンバ内での土砂の状況によつて
は土砂圧送装置内でアーチアクシヨンが起きてス
クリユーコンベアの排土口から土砂圧送装置の土
砂取入部に土砂が落下しなくなり、排土効果が落
ちてチヤンバ内と土砂圧送装置とが土砂を通して
連続的につながり、切羽土圧が土砂圧送装置の動
きに合わせて上下動し、安定した掘進を行なうこ
とが不可能となるおそがある。

また、上記のようなアーチアクシヨンの防止を
考えるあまり、チヤンバ内に粘性付与材を供給し
てチヤンバ内の土砂を軟らかくしすぎると、切羽
土圧により土砂がスクリユーコンベア内に流れて
しまい、スクリユーコンベアによる土圧制御が行
なえなくなるという問題がある。

本発明は、前記の如き従来技術の問題点を改善
し、小口径のシールド掘進機に適用してもスクリ
ユーコンベア回りの空間を広くすることができ、
しかも坑内を汚すことなく掘削土砂を円滑に排出
することができる土圧式小口径トンネル掘進機を
提供せんとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前記の如き目的を達成せんがため、
シールドハルの前端部に設けられた掘削手段と、
シールドハル内の前記掘削手段よりも後方に設け
られた隔壁と、シールドハル内の前端部に前記隔
壁により区画、形成された土砂取り込み用チヤン
バと、このチヤンバ内の土砂を後方に搬送するス
クリユーコンベアとを備え、前記チヤンバ内の土
圧により切羽土砂の崩壊を防止しつつ掘進すべく
なした土圧式小口径トンネル掘進機において、前
記スクリユーコンベアを、その前段のスクリユー
コンベア部分と後段の撹拌部分とにより構成する
と共に、両者の境界付近に粘性付与材注入手段を
設け、前記スクリユーコンベアの撹拌部分の胴体
に土砂圧送装置を直接連結し、かつ、該土砂圧送
装置を、前記スクリユーコンベアの土砂出口に連
結された土砂溜めタンクと、土砂溜めタンクの一
側部に取り付けられた土砂圧送パイプと、土砂圧
送パイプに向かつて摺動可能に設けられかつ土砂
溜めタンクと土砂圧送パイプ間を隔離する１本の
外側シリンダと、この外側シリンダの内部に摺動
可能に設けられた１本の土砂圧送用のピストン
と、土砂圧送時に前記外側シリンダを土砂圧送用
のピストンに先行させて前進させ、土砂溜めタン
クと土砂圧送パイプを隔離後、土砂圧送用のピス
トンを前進させ、土砂押出後、前記外側シリンダ
と土砂圧送用のピストンとを後退させる流体圧操
作部とを有して構成したことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の土圧式小口径トンネル掘進機は、前記
の如き構成よりなるから、スクリユーコンベアの
前段のスクリユーコンベア部分においてチヤンバ
内の土圧制御を行なうと共に、後段の撹拌部分に
おいて適度の流動性を与えられて土砂溜めタンク
内におけるアーチアクシヨンを未然に防止し、か
くして土砂溜めタンク内に供給された土砂は、外
側シリンダによつて土砂溜めタンクと土砂圧送パ
イプとを隔離した状態で１本の土砂圧送用のピス
トンによつて圧送されるので、スクリユーコンベ
ア回りの空間を広く確保して坑内を汚さずに掘削
土砂を排出することができる。

〔実施例〕

以下、第４図ないし第１０図について本発明の
一実施例を説明する。

これらの第４図ないし第７図に示すトンネル掘
進機は、セグメント１の前端部にシールドハル２
が装備され、このシールドハル２の前端部には隔
壁３により土砂取り込み用のチヤンバ４が区画、
形成されている。

前記隔壁３の後端面には、第４図に示すように
ギアボツクス５が取り付けられ、このギアボツク
ス５の後端面には軸受箱６が取り付けられてい
る。また、隔壁３の中心部には軸受部７が設けら
れ、軸受箱６には軸受８が設けられており、軸受
部７と軸受８とにより回転軸９が支持されてい
る。

前記回転軸９は、第４図に示すように、ギアボ
ツクス５の後端面に取り付けられた回転駆動源１
０に、ギアボツクス５内に設けられた歯車列１１
を介して連結されている。また、回転軸９の前端
部には、複数個の刃部１３を有するカツターホイ
ール１２が取り付けられ、前記隔壁３には、チヤ
ンバ４の下部に連通させて掘削土砂の取出口１４
が形成されている。

前記セグメント１とシールドハル２の内部にわ
たり、ブラケツト１６を介してスクリユーコンベ
ア７４が傾斜状に設置されている。このスクリユ
ーコンベア７４は、後端部に設けた回転駆動源７
５に連結された回転軸７６にスクリユー７７を固
定した前段スクリユーコンベア部分と、回転軸７
６に撹拌棒７８を固定した後段撹拌部分とにより
構成され、その前段スクリユーコンベア部分と後
段撹拌部分とは共通の円筒状胴体によりとり囲ま
れ、その前段スクリユーコンベア部分と後段撹拌
部分との境界部付近には、後段撹拌部分に水、ベ
ントナイト溶液、粘土溶液などの粘性付与材を供
給する粘性付与材注入手段８０が設けられてい
る。

また、前段スクリユーコンベア部分の前端の土
砂取入口７４′は前記チヤンバ側の土砂取出口１
４に面しており、後段撹拌部分の胴体の下面には
土砂出口７９が形成され、その土砂出口７９に土
砂圧送装置４０が直接配設されている。

前記土砂圧送装置４０は、第４図および第６図
に示すように、土砂溜めタンク４１を備え、この
土砂溜めタンク４１の開口部は土砂圧送装置４０
の土砂出口７９に連結されている。

前記土砂溜めタンク４１の前側には、第６図に
示すように油タンク４２が設置され、この油タン
ク４２には後述の外側および内側シリンダ５４，
６５の摺動面を潤滑する潤滑油が貯えられてい
る。

前記土砂溜めタンク４１には、土砂吸込部４１
ａが設けられ、土砂吸込部４１ａの後端側には圧
送パイプ４３が配設され、前端側には土砂圧送パ
イプ４８が配置されており、これらの圧送パイプ
４３と土砂圧送パイプ４８とは同一軸線上に配列
されている。

前記圧送パイプ４３は、第６図に示すように、
土砂溜めタンク４１の一側の壁４１ｂに、シール
ケーシング４５をはさんで取付部材４４を介して
取り付けられている。前記シールケーシング４５
には、外側シリンダ５４の先端部５４′と密に接
触するリング状のシール部材４６が嵌合され、こ
のシール部材４６は固定リング４７により止着さ
れている。

前記土砂圧送パイプ４８は、第６図に示すよう
に、ケーシング５０と、圧送パイプ４３と土砂溜
めタンク４１との隔離装置としての外側シリンダ
５４と、外側シリンダ押進用のピストン５５と、
これのストツパ６４と、内側シリンダ６５と、こ
の内側シリンダ６５の一端部に取り付けられた土
砂圧送用のピストン６６と、内側シリンダ６５の
他端部に取り付けられた内側シリンダ押進用のピ
ストン６７と、このピストン６７のストツパ７１
と、外側および内側シリンダ用の流体圧操作部と
を備えている。

なお、この土砂圧送パイプ４８において、外側
シリンダ５４と、内側シリンダ６５およびこれに
付属の部材とが圧送パイプ４３に接近する移動方
向を前進方向とする。

前記ケーシング５０は、第６図に示すように、
有底円筒状をなし、油タンク４２の前側の壁４２
ａに取付部材４９を介して取り付けられている。

前記外側シリンダ５４は、土砂溜めタンク４１
の前側の壁４１ｃに取り付けられた支持部材５３
に支持され、かつケーシング５０に、軸方向の摺
動可能に挿入されている。そして、外側シリンダ
押進用のピストン５５により前進方向に押進され
た時、その先端部５４′を通じて外側シリンダ５
４の内部に土砂吸込部４１ａ付近の土砂７２を取
り込み、ついで先端部５４′がシールケーシング
４５を介して圧送パイプ４３の入口側端部に設け
られたシール部材４６に密に接触し、圧送パイプ
と土砂溜めタンク４１とを隔離し得るようになつ
ている。

前記外側シリンダ押進用のピストン５５とケー
シング５０の端壁の内面間には、ピストン５５を
前進させる流体圧室５６が形成され、同ピストン
５５とケーシング５０の胴部間には、ピストン５
５を後退させる流体圧室５７が形成されている。
また、このピストン５５はこれを前進させる流体
圧室５６と後述の内側シリンダ押進用のピストン
６７を前進させる流体圧室６８とを連通させる流
体圧通路５８，５９と、両流体圧通路５８，５９
を連通または閉寒させるスプール６０と、内側シ
リンダ押進用のピストン６７のガイドと流体圧通
路とに兼用のガイドパイプ６２と、外側シリンダ
押進用のピストン５５を後退させる流体圧室５７
とガイドパイプ６２の入口側端部とを結ぶ流体圧
通路６３が設けられている。前記流体圧通路５８
には、スプール６０を確実に作動させる差圧発生
手段としての絞り６１が設けられているが、この
絞り６１は流体圧通路５９に設けてもよい。な
お、前記流体圧通路５８，５９とスプール６０と
は、第７図に拡大して示されている。

前記外側シリンダ押進用のピストン５５のスト
ツパ６４は、ケーシング５０に組み付けられてい
る。

前記内側シリンダ６５は、外側シリンダ５４の
内部において軸方向に摺動可能に設けられてい
る。

前記土砂圧送用のピストン６６は、内側シリン
ダ押進用のピストン６７により内側シリンダ６５
が前進方向に押進された時、外側シリンダ５４内
に取り込まれている土砂７２を圧送するようにな
つている。

前記外側シリンダ５４の内部において、外側シ
リンダ押進用のピストン５５と内側シリンダ押進
用のピストン６７間には、内側シリンダ押進用の
ピストン６７を前進させる流体圧室６８が形成さ
れ、外側シリンダ５４の内周と内側シリンダ６５
の外周間には、内側シリンダ押進用のピストン６
７を後退させる流体圧室６９が形成されている。
また、内側シリンダ６５にはその内室６５′と内
側シリンダ押進用のピストン６７を後退させる流
体圧室６９とを結ぶ流体圧孔７０が設けられてい
る。

前記内側シリンダ押進用のピストン６７のスト
ツパ７１は、外側シリンダ５４のほゞ中間部に設
けられている。

外側および内側シリンダ用の流体圧操作部は、
前記ポート５１，５２に流体圧を供給する流体圧
源（図示せず）と、前記ポート５１，５２を流体
圧の供給または吐出側に交互に切り替える切替手
段（図示せず）とを備えている。そして、この流
体圧操作部は、外側シリンダ５４を前進させ、そ
の先端部５４′が圧送すべき土砂７２を掬つて外
側シリンダ５４内に取り込み、ついで前記先端部
５４′が圧送パイプ４３の入口側の端部に設けら
れたシール部材４６に圧接して圧送パイプ４３と
土砂溜めタンク４１とを隔離した後、内側シリン
ダ６５を前進させ、この内側シリンダ６５により
土砂圧送用のピストン６６を前進させて土砂７２
を圧送パイプ４３内に圧送した後、外側シリンダ
５４を後退させ、ついで内側シリンダ６５を後退
させ、土砂圧送用のピストン６６を後退させる順
序動作をもつて、外側および内側シリンダ５４，
６５を操作し得るように構成されている。

前記シールドハル２の周辺には、シールドジヤ
ツキが設けられ、後方のセグメント１に反力を取
りながらシールドジヤツキを伸長させ、掘進機に
推力を与えるようになつているが、シールドジヤ
ツキは図面では省略されている。

前記実施例のトンネル掘進機は、次のように操
作され、作用する。

すなわち、第４図に示す状態において、カツタ
ーホイール１２の回転駆動源１０とスクリユーコ
ンベア７４の回転駆動源７５とを駆動させる。

前記カツタホイール１２の回転駆動源１０の駆
動により歯車列１１および回転軸９を介してカツ
タホイール１２が回転し、カツタホイール１２に
設けられた刃部１３により切羽１５を掘削する。

そして、掘削された土砂は、カツタホイール１
２のスポーク等により撹拌されながらチヤンバ４
内に充満され、隔壁３に設けられ取出口１４を通
つてスクリユーコンベア７４に入り、スクリユー
７７を有するスクリユーコンベア部分においてチ
ヤンバ４内の土圧を制御すると共に、撹拌棒７８
を有する撹拌部分において粘性付与材注入手段８
０から供給された水、ベントナイト溶液または粘
土溶液が掘削土砂と混合撹拌され、これにより、
掘削土砂は事後の処理に適する流動性を持つた土
砂に変換され、土砂出口７９を通じて土砂圧送装
置４０に供給される。

粘性付与材としては、スクリユーコンベア７４
に入つてくる土砂が例えば水分の少ない砂礫のよ
うな場合には、水、薄いベントナイト溶液が用い
られ、この粘性付与材と前述の砂礫のような水分
の少ない土砂とを撹拌することによつて適度の流
動性を与える。これにより、土砂圧送装置４０の
土砂溜めタンク４１内で起るアーチアクシヨンを
未然に防止することができ、かつ、圧送パイプ４
３の内部における土砂の圧送抵抗を減少させるこ
とができるので、長距離の圧送を可能となし得
る。

反対に、スクリユーコンベア７４に入つてくる
土砂が非常に流動性の高い土砂や泥水の場合に
は、濃いベントナイト溶液または粘土溶液が用い
られる。この粘性付与材と前述の流動性の高い土
砂や泥水とを撹拌することによつて、適度の流動
性を持つたものに変換される。

前記土砂圧送装置４０は、土砂７２を土砂溜め
タンク４１内に受け入れ、ついで第８図および第
９図から分かるように、圧送パイプ４３と土砂溜
めタンク４１との隔離装置としての外側シリンダ
５４を土砂圧送用のピストン６６に先行して前進
させ、外側シリンダ５４の先端部５４′で土砂吸
込部４１ａ付近の土砂７２を外側シリンダ５４の
内部に取り込み、外側シリンダ５４の先端部５
４′が圧送パイプ４３の入口側の端部に設けられ
たシール部材４６に圧接し、圧送パイプ４３と土
砂溜めタンク４１とを隔離した後、第１０図に示
すように、内側シリンダ押進用のピストン６７と
内側シリンダ６５を介して土砂圧送用のピストン
６６を前進させ、外側シリンダ５４内に取り込ま
れている土砂７２を圧送パイプ４３に押し込み、
圧送する。土砂７２の圧送後、外側シリンダ５４
を後退させ、ついで土砂圧送用のピストン６６を
後退させる。

この土砂圧送装置４０では、前述の動作を繰り
返し行なうことによつて、スクリユーコンベア７
４から土砂溜めタンク４１に供給された土砂７２
を次々に圧送することができる。

さらに、土砂圧送装置４０は土砂７２の中に第
６図に示す外側シリンダ５４の内径Ｄ以下の固形
物が混じつていても圧送することができるので、
従来技術に比べて大きな固形物を含む土砂をも圧
送可能となる。

また、スクリユーコンベア７４の土砂出口７９
に土砂溜めタンク４１を連結しているので、土砂
がこぼれ落ち、あるいは湧水等が坑内に噴出して
坑内を汚す不具合を完全に解消することができ
る。

しかも、土砂圧送装置４０全体を構造上細身に
形成することができるし、スクリユーコンベア７
４の胴体に土砂圧送装置４０を直接連結している
ので、第５図に示すように、土砂圧送装置４０の
最下部からセグメント１の内面間の寸法l₁′を従来
技術による寸法l₁に比較して大きくすることがで
き、かつ、土砂圧送装置４０の土砂圧送用ピスト
ンは１本で構成しているので、土砂圧送装置の側
面とセグメント１の内面間の寸法l₂′も従来技術に
よる寸法l₂に比べて大きくすることができ、その
結果、スクリユーコンベア７４の回りに大きな空
間を確保することができる。したがつて、作業員
がカツタホイール１２側の点険、修理等に際して
自由に往来できるし、セグメント１を容易に搬入
することもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、スクリユ
ーコンベアの前段のスクリユーコンベア部分にお
いてチヤンバ内の土砂制御を行なうと共に、後段
の撹拌部分において適度の流動性を与えて土砂溜
めタンク内におけるアーチアクシヨンを未然に防
止し、かくしてスクリユーコンベアから土砂溜め
タンクに直接供給された適度の流動性を有する掘
削土砂は、外側シリンダによつて土砂溜めタンク
と土砂圧送パイプとを隔離した状態で１本の土砂
圧送用のピストンによつて圧送されるので、小口
径であつてもスクリユーコンベア回りの空間を広
く確保して坑内を汚さずに掘削土砂を排出するこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の一例を示す縦断側面図、第
２図および第３図は第１図の−および−
線断面図である。第４図〜第７図は本発明の一実
施例を示すもので、第４図は縦断側面図、第５図
は第４図の−線断面図、第６図は土砂圧送装
置部分の拡大縦断側面図、第７図は流体圧室を切
り替えるスプールとその回りの部材とを拡大して
示した断面図、第８図、第９図および第１０図は
それぞれ土砂圧送装置の作用説明図である。 １……セグメント、２……シールドハル、３…
…隔壁、４……チヤンバ、１２……カツタホイー
ル、１４……隔壁に形成された土砂取出口、１５
……切羽、４０……土砂圧送装置、４１……土砂
溜めタンク、４３……圧送パイプ、４８……土砂
圧送ポンプ、５０……ケーシング、５１，５２…
…流体圧のポート、５４……外側シリンダ、５５
……外側シリンダ押進用のピストン、６５……内
側シリンダ、６６……土砂圧送用のピストン、６
７……内側シリンダ押進用のピストン、７２……
土砂、７４……スクリユーコンベア、７７……ス
クリユー、７８……撹拌棒、７９……土砂出口、
８０……粘性付与材注入手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シールドハルの前端部に設けられた掘削手段
   と、シールドハル内の前記掘削手段よりも後方に
   設けられた隔壁と、シールドハル内の前端部に前
   記隔壁により区画、形成された土砂取り込み用チ
   ヤンバと、このチヤンバ内の土砂を後方に搬送す
   るスクリユーコンベアとを備え、前記チヤンバ内
   の土圧により切羽土砂の崩壊を防止しつつ掘進す
   べくなした土圧式小口径トンネル掘進機におい
   て、前記スクリユーコンベアを、その前段のスク
   リユーコンベア部分と後段の撹拌部分とにより構
   成すると共に、両者の境界付近に粘性付与材注入
   手段を設け、前記スクリユーコンベアの撹拌部分
   の胴体に土砂圧送装置を直接連結し、かつ、該土
   砂圧送装置を、前記スクリユーコンベアの土砂出
   口に連結された土砂溜めタンクと、土砂溜めタン
   クの一側部に取り付けられた土砂圧送パイプと、
   土砂圧送パイプに向かつて摺動可能に設けられか
   つ土砂溜めタンクと土砂圧送パイプ間を隔離する
   １本の外側シリンダと、この外側シリンダの内部
   に摺動可能に設けられた１本の土砂圧送用のピス
   トンと、土砂圧送時に前記外側シリンダを土砂圧
   送用のピストンに先行させて前進させ、土砂溜め
   タンクと土砂圧送パイプを隔離後、土砂圧送用の
   ピストンを前進させ、土砂押出後、前記外側シリ
   ンダと土砂圧送用のピストンとを後退させる流体
   圧操作部とを有して構成したことを特徴とする土
   圧式小口径トンネル掘進機。