JPH0332640Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は粘性土地山から固結土、粗大礫、玉石
等を混在する土質の地山に至る全範囲において有
効な掘削を行ない得るシールド掘進機に関するも
のである。

従来の技術 シールド前部に切羽地山に対向する圧力室を備
え、この圧力室の内圧で地山崩壊を防止しつつ掘
削を行ないかつスクリユーコンベヤ式排土装置を
有するシールド掘進機においては、圧力室の内圧
を泥水圧で保持するもの（泥水加圧シールド）や
掘削土砂を充満させて保持するもの（土圧系シー
ルド、圧力保持シールド）等がある。

考案が解決しようとする問題点 前記従来の泥水加圧シールド及び圧力保持シー
ルドの各適用限界が第２図（第２図に記載のＡは
粘土層、Ｂはシルト層、Ｃは砂層、Ｄは礫層、Ｅ
は玉石層を示す。）に示されている。すなわち第
２図中、ａ曲線の粘度分布までが泥水加圧シール
ドの補助工法（薬液注入工法等）を必要とせずに
地山の安定をはかりながら掘削し得る範囲であ
る。またｂ曲線の粘度分布までであれば、圧力保
持シールドにより圧力室内の充満土砂に塑性化改
良材（微細粒子であるシルト、粘土等）を添加混
合することなく掘削し得る。ｂ曲線より右の領域
であるｄ領域の粗大粒子からなる土質条件では、
一般に塑性改良材を添加混合してコンクリートモ
ルタル状の土砂に改良することが必要である。

また掘削土砂中の粗大礫、玉石等が混在する場
合、通常のスクリユーコンベヤ式の排土装置を有
するシールド掘進機では該スクリユーコンベヤの
ケーシング径に比べ排出可能な礫、玉石等の径が
小さくその大きさが制約される。

一方、切羽地山からの間隙水の流出を遮断する
技術としては特開昭55−4453（シールドトンネル
掘進装置）の発明があり、同発明によるとケーシ
ングの後端に駆動源により回転駆動される筒状体
を連設し、このケーシングを貫通する回転軸を有
するスクリユーの後端部を前記筒状体内面に固着
し、掘削土砂を前記筒状体内で締固めし、切羽地
山からの間隙水の流出を遮断するようにしている
が、その締固め土砂はこの筒状体と共回り（一緒
に回ること）しながら螺旋状（ドーナツ状）に押
出され極端にいえばその中心が空洞となるため、
締固め度が弛るくこの筒状体内の滞溜土砂では間
隙水の流出を防ぐことはできない。

さらに押出された締固め土砂は回転する筒状体
と回転しない排出部の境界で剪断破壊されて締固
めは崩れてしまい、間隙水が流出し圧力保持がで
きない。また通常回転軸を取巻くスクリユーなら
びに筒状体と共に土砂が回転しながら充満した状
態で搬送されるから、付着力の大きい粘性土の場
合は、その粘性土がスクリユー部に固く付着して
従来のものではその粘性土の排出が困難であるな
どの欠点があつた。

本考案は上記問題点を解決するもので、良好な
締固めが行なわれて、前記ｄ領域の土質条件で安
全な掘削を行ない得るばかりでなく、ｃ曲線より
も左側の領域にｄ領域の土質条件が混在する場合
でも切羽地山からの間隙水の流出を確実に防止
し、円滑な掘削を可能とするシールド掘進機を提
供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本考案のシールド
掘進機は、シールド先端に軸支されたカツターヘ
ツドの背部に、隔壁で囲まれた掘削土砂取込室を
形成し、この隔壁の大気圧室側から掘削土砂に塑
性化改良材を注入するための注入管を設け、前記
隔壁に、これを貫通して螺旋帯体よりなるリボン
スクリユーが回転自在に設けられた円筒ケーシン
グを連設し、この円筒ケーシングの後端位置に、
前記リボンスクリユーが嵌合固着された回転自在
の筒体を設け、この筒体の後端位置に、前記リボ
ンスクリユーの後端延設部が所定長さだけ突入さ
れかつ後端の排土口に開閉装置を有する延長ケー
シングを設け、前記筒体を回転するための回転駆
動機構を設けたものである。

作 用 上記構成により、螺旋帯体からなるリボンスク
リユーが掘削土砂中の礫、玉石等の混在の有無お
よびそれらの寸法の大小にかかわらず確実に輸送
することは勿論のこと、リボンスクリユーと共に
回転する筒体の前後に回転しない円筒ケーシング
と延長ケーシングを備えかつ、前記リボンスクリ
ユーの後端延設部が所定長さだけ延長ケーシング
に突入しているので、回転する筒体の部分で搬送
中の土砂が共回り現象を起し、抵抗による締固め
が行なわれて脱水が進行し、その後、延長ケーシ
ング内でリボンスクリユーの後端延設部で再度ほ
ぐされ混合されてさらに均一化し、そして、延長
ケーシングのリボンスクリユーが存在しない静止
空間でさらに抵抗が発生して、搬送された排出土
砂が再び締固めされ、良質のサンドプラグが形成
される。

実施例 以下本考案の一実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は本考案の一実施例を示す縦断側面図で
ある。第１図において、１はシールドであり、そ
の前面にカツターヘツド２が設けられる。カツタ
ーヘツド２の背部に前拡がリラツパ状の隔壁３が
設けられている。隔壁３はカツターヘツド２に固
定された前部壁３Ａと、シールド１側に支持材４
を介して固定された後部壁３Ｂとに分割され、前
部壁３Ａが、その周囲の支持部材５、軸受６Ａお
よびシール材６Ｂ等によつてシールド１に保持さ
れる。７はカツターヘツド駆動モータであり、そ
の出力軸が前記支持部材５にギヤ機構８を介して
連結されている。カツターヘツド２と同心状に、
前記後部壁３Ｂに円筒ケーシング９が延設され
る。円筒ケーシング９の後端部に延長ケーシング
１０が配置され、両者が一定の間隙をあけて接続
具１１により接続される。すなわち接続具１１は
円筒ケーシング９側に一体に設けられた第１部材
１１Ａと延長ケーシング１０側に一体に設けられ
た第２部材１１Ｂとからなり、その結合状態にお
いて第１部材１１Ａと第２部材１１Ｂとの間に空
間１１Ｃが形成されるようになつている。

一方、隔壁３内に形成された掘削土砂取込室１
２に、後端に近付くほど縮径するように構成され
た撹拌用スクリユー１３が配置され、また円筒ケ
ーシング９内の通路１４に、螺旋帯体よりなるリ
ボンスクリユー１５が配置される。そしてこの撹
拌用スクリユー１３とリボンスクリユー１５とは
一軸上で互に接続される。撹拌用スクリユー１３
に回転軸１６が設けられており、この回転軸１６
の先端が前記カツターヘツド２の中心部に相対回
転可能に軸支される。またリボンスクリユー１５
は後端部で筒体１７（筒体の搬送通路）に嵌合固
着されると共に、この筒体１７が前記した円筒ケ
ーシング９と延長ケーシング１０との間に介在さ
れ、さらにリボンスクリユー１５の後端延設部１
５Ａは所定長さだけ延長ケーシング１０の中に突
入せしめられている。そして、この筒体１７は、
前記接続具１１にシール材１８Ａ及び軸受１８Ｂ
を介して支持されるとともに、円筒ケーシング９
及び延長ケーシング１０に対して回転自在に連通
連設される。１９は筒体１７を回転するための回
転駆動機構であり、これは接続具１１に保持され
たモータ２０と、このモータ２０の出力軸２０Ａ
と前記筒体１７とを前記接続具１１内空間で連結
するギヤ機構２１とからなり、このギヤ機構２１
はモータ出力軸２０Ａに固着したギヤ２１Ａを筒
体１７の外周に固着したギヤ２１Ｂに噛合さして
なる。

２２は塑性化改良材の導管を示し、この導管２
２は、リボンスクリユー１５の内周に沿つて螺旋
状に配置され、その基端部がリボンスクリユー１
５に形成された注入穴２３を介して塑性化改良材
の注入管２４に連通され、またその先端部が前記
回転軸１６及びカツターヘツド２の内部に形成さ
れた注入路２５に連通される。注入路２５は前記
した掘削土砂取込室１２及び切羽面に対して複数
箇所で開口する。２６は延長ケーシング１０の排
土口１０Ａに対向するバルブであり、その支持杆
２７が、延長ケーシング１０から延設された支持
部材２８に出退自在に支持されると共にシリンダ
２９に連結される。前記した延長ケーシング１
０、バルブ２６、バルブ支持杆２７及びシリンダ
２９により排土機構３０が構成される。３１は排
土口１０Ａの下部に配設された土砂搬出用コンベ
ヤ、３２は隔壁３に取付けられた土圧計または間
隙水圧計である。なお図示例では、掘削土砂取込
室１２の前後から塑性化改良材の注入を可能にす
るために、前記注入路２５の他に固定注入管３３
を後部壁３Ｂに接続している。

以上によれば、カツターヘツド駆動モータ７の
作動に伴なうカツターヘツド２の回転により切羽
地山が掘削され、掘削土砂がその取込室１２に取
込まれる。またモータ２０の作動に伴なう撹拌用
スクリユー１３及びリボンスクリユー１５の回転
により、掘削土砂取込室１２内の掘削土砂が撹拌
されてから円筒ケーシング内通路１４及び筒体１
７内部を通して延長ケーシング１０内へ移送され
る。延長ケーシング１０の排土口１０Ａに対して
バルブ２６がシリンダ２９により対向状態で押付
けられるので、延長ケーシング１０内部ではリボ
ンスクリユー１５による掘削土砂の移送力とバル
ブ２６の付勢力と排出抵抗との押合いに伴なつて
掘削土砂が締め固められ、サンドプラグＰが形成
される。そしてこのサンドプラグＰがバルブ２６
の付勢と排出抵抗に抗して該バルブ２６を後退さ
せるため、排土口１０Ａとバルブ２６との隙間か
ら順次掘削土砂がンベヤ３１上へ排出落下せしめ
られる。この場合延長ケーシング１０の後部の所
定間隔は内部に回転体が存在しないので、該延長
ケーシング１０のこの部分は所定長さを有する任
意断面の静止した空間を形成する。したがつてこ
の部分で締固められた掘削土砂は非常に高い見掛
の密度を示す。

このようなことから、切羽地山の性状が第２図
におけるｂ曲線よりも左側の領域にあれば、前記
サンドプラグＰは何らの補助工法を施すことなく
難透水性を示す。したがつてその透水係数（単
位：cm／sec）よりも速い相対速度で排土するこ
とにより、完全な止水効果を発揮する。また切羽
地山の性状が第２図におけるｂ曲線よりも右の領
域（ｄ領域）にある場合は、必要に応じて塑性化
改良材を掘削土砂取込室１２内へ注入する。この
操作は注入管２４、注入穴２３、導管２２、注入
路２５を通じ、あるいは固定注入管３３を通じて
行なう。注入された塑性化改良材は撹拌用スクリ
ユー１３の作用によつて掘削土砂と十分に混合
し、その性状を改良する。したがつてこの場合
も、延長ケーシング１０の後部の静止空間に形成
されるサンドプラグＰは難透水性を示し、止水効
果を発揮する。

さらに図示されるように、掘削土砂中に礫、玉
石Ｒ等が混在する場合においては、撹拌用スクリ
ユー１３の作用による掘削土砂の撹拌により、そ
の土質が軟弱化されることに加えて塑性化改良材
の注入に伴なつて土質改良されたものが延長ケー
シング１０の後部でサンドプラグＰを形成する。
したがつてこの場合もサンドプラグＰは難透水性
を示し、止水効果を発揮する。また礫、玉石Ｒ等
は円筒ケーシング９内を中心軸（回転軸）を有さ
ないリボンスクリユー１５の作用で移送されるの
で、通常のスクリユーコンベヤにおけるように回
転軸によつて移送可能な粒径が制限されない。そ
のため、それらの移送が支障なく行なわれる。と
ころで、確実な止水効果を発揮し得るサンドプラ
グＰを形成させるためには、バルブ２６の押付力
を大きくする（排土口の抵抗を大きくする）と共
に、リボンスクリユー１５による掘削土砂の移送
力を十分に大きなものとすることが必要となる
が、第１図に示すように、リボンスクリユー１５
の後端延設部１５Ａが延長ケーシング１０に所定
長さ突入していることから、リボンスクリユー１
５による移送力は十分に得られる。同時に、回転
する筒体１７の部分で搬送中の土砂が共回り現象
を起し、抵抗による締固めが行なわれて脱水が進
行し、その後延長ケーシング１０内に突入してい
るリボンスクリユー１５の後端延設部１５Ａで再
度ほぐされ混合されて、さらに均一化し、そし
て、延長ケーシング１０の後部のリボンスクリユ
ー１５が存在しない静止空間でさらに抵抗が発生
し、搬送された排出土砂が再び締固めされて良質
のサンドプラグＰが形成される。

第３図は排土機構３０の他の実施例を示したも
のである。ここでは、第１図のバルブ２６に代え
てヒンジ式のゲート３７が用いられており、排土
口の抵抗を大きくしている。

考案の効果 以上本考案によれば、次のような効果を得るこ
とができる。

(1) 土砂の塑性化改良材の注入管を設けているの
で全土質に渡つて効果的な掘削が可能である。

(2) 掘削土砂を、その取込室より後方へ一直線上
に延びる排土経路（円筒ケーシング、筒体、延
長ケーシングの内部通路）を通して土砂移送を
行ない、しかもその移送のために螺旋帯体から
なるリボンスクリユーを用いるので、掘削土砂
中に礫、玉石等の混在の有無およびそれらの寸
法の大小にかかわらず確実に輸送できる。また
円筒ケーシング内の掘削土砂の搬送中、リボン
スクリユーの中心部は圧密状態が弛いので、土
砂の見掛け密度が小さく、そのためにリボンス
クリユーの回転により上方にもちあげれた搬送
中の土砂が見掛け密度の小さい中心部に落下
し、泥しようと効率よく混合されて均一な改良
土砂となる。さらに回転する筒体の部分で締固
めが行なわれた後、回転しない延長ケーシング
の部分で再度混合される結果、さらに均一化さ
れた土砂となり、そして延長ケーシングの後部
の静止空間で再び締固めが行なわれるので、良
好なサンドプラグが形成されて止水効果を向上
できる。

(3) 土砂は、回転する筒体から回転しない延長ケ
ーシングに排出されて、回転しない部分で締固
められる結果、締固められた土砂は剪断破壊さ
れることがないため、延長ケーシング内で安定
した締固めが行なわれ、間隙水の流出を防止
し、切羽地山の地下水圧とその崩壊土圧を確実
に保持することができる。

(4) 掘削土砂の搬送用にリボンスクリユー式の排
土装置を設けているので、付着力の大きい粘性
土がリボンスクリユーと一緒に共回りした場合
でも、リボンスクリユーの中空穴部の土砂の締
固めが比較的弛るく容易に共回り状態を解除す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す全体縦断側面
図、第２図は従来の泥水加圧シールド、圧力保持
シールドの適応限界を示す線図、第３図は本考案
の他の実施例を示す全体概略縦断側面図である。 １……シールド、２……カツターヘツド、３…
…隔壁、７……カツターヘツド駆動モータ、９…
…円筒ケーシング、１０……延長ケーシング、１
２……掘削土砂取込室、１３……撹拌用スクリユ
ー、１４……円筒ケーシング内通路、１５……リ
ボンスクリユー、１５Ａ……後端延設部、１６…
…撹拌用スクリユー回転軸、１７……筒体、１９
……回転駆動機構、２０……モータ、２１……ギ
ヤ機構、２２……導管、２４……注入管、２５…
…注入路、２６……バルブ、２９……シリンダ、
３０……排土機構、３３……固定注入管、３６…
…スライドゲート、３７……ポンピングチユー
ブ、３８……ローラ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. シールド先端に軸支されたカツターヘツドの背
   部に、隔壁で囲まれた掘削土砂取込室を形成し、
   この隔壁の大気圧室側から掘削土砂に塑性化改良
   材を注入するための注入管を設け、前記隔壁に、
   これを貫通して螺旋帯体よりなるリボンスクリユ
   ーが回転自在に設けられた円筒ケーシングを連設
   し、この円筒ケーシングの後端位置に、前記リボ
   ンスクリユーが嵌合固着された回転自在の筒体を
   設け、この筒体の後端位置に、前記リボンスクリ
   ユーの後端延設部が所定長さだけ突入されかつ後
   端の排土口に開閉装置を有する延長ケーシングを
   設け、前記筒体を回転するための回転駆動機構を
   設けたことを特徴とするシールド掘進機。