JPH06100073B2 - シールド掘進機の排土装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スクリューコンベアとピストン式の土砂圧送
ポンプにより土砂輸送を行うシールド掘進機の排土装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来技術とし、本出願人の出願に係る特願昭58−223358
に記載された例を第８図に示す。本図に示すシールドに
掘進機は、セグメント２の前端部側に位置するシールド
本体１と、これの前端部に隔壁４によって区画形成され
た土砂取込み用のカッタチャンバ５と、隔壁４の軸受６
と軸受箱７の軸受８によって支持され、歯車列９を介し
てカッタ駆動装置10に連結されたセンタシャフト11と、
センタシャフト11に取り付けられたカッタホイール12
と、シールド本体１の周辺部に配置されたシールドジャ
ッキ（図示せず）等を備えている。また、掘削土砂を後
方へ輸送する排土装置として、スクリューコンベア13と
土砂圧送ポンプ24を備えている。

スクリューコンベア13は、円筒状ケーシング14の前端部
にカッタチャンバ５に向って開口した土砂取込口15と、
ケーシング14の後端部側に下方に向って開口した排土口
16を有し、そのスクリュー17をケーシング後端部に装着
したスクリュー駆動装置18に連結して構成されており、
掘進時にカッタホイール12により切羽を掘削し取り込ん
だ土砂をカッタチャンバ５内に充満させながら、スクリ
ューコンベア13によって後方に排出する。そして、シー
ルドの推進に合せて排土量を管理することにより切羽の
安定を確保するとともに、スクリューコンベア13内に充
填圧密された土砂の止水性により地下水の噴出を防止し
ている。

土砂圧送ポンプ24は、スクリューコンベア13の排出口16
に連通する土砂溜タンク25と、潤滑油を溜めるオイルタ
ンク26と、土砂溜タンク25の後方、すなわち立坑側の側
壁に開口し、後方の土砂圧送管34に接続された排土口27
と、土砂溜タンク25の前方、すなわち切羽側の側壁を貫
通して前後方向に摺動する外筒28と、外筒28内に配置さ
れて前後方向に摺動する圧送ピストン29と、外筒28およ
び圧送ピストン29を独立に往復運動させる油圧駆動部30
を備え、土砂溜タンク25の上方開口部がスクリューコン
ベア13の排出口16と直結した状態に装備されている。

この土砂圧送ポンプは、（１）第８図に示した状態から
外筒28を土砂溜タンク25内に進入させ、外筒28の内部に
土砂を取り込むとともに、外筒28の先端部を排土口27の
周縁部に当節させて排土口27を土砂溜タンク25内から隔
離する行程と、（２）次に圧送ピストン29を前進させ、
外筒28内に取り込まれた土砂を排土口27から押し出す行
程と、（３）土砂の押出し終了後、外筒28および圧送ピ
ストン29を後退させ、土砂溜タンク25内に新たな土砂を
吸い込む行程とを繰り返して、スクリューコンベア13の
排土口16から土砂溜タンク25へ供給された土砂を後方の
土砂圧送管34へ圧送する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術によるシールド掘進機の排土装置は、土砂
圧送ポンプ24の土砂溜タンク25がスクリューコンベア13
の排土口16に直結され、密封構造になっているため、ス
クリューコンベアの排土口から土砂がこぼれ落ちたり、
地下水が流出して坑内を汚すことがない。

しかしながら、このようにスクリューコンベア13と土砂
圧送ポンプ24を直列に連結して土砂輸送を行う場合、ス
クリューコンベア13が連続排土を行うのに対して、土砂
圧送ポンプ24はピストンの往復動による間欠排土である
ため、途中で土砂がつかえることのないように、土砂圧
送ポンプ24の排土量をスクリューコンベア13の排土量よ
り大きく設定する必要がある。その結果、土砂溜タンク
25を密封構造にすると、前述した土砂圧送ポンプ24の吸
込行程において、土砂溜タンク25内が負圧状態となり、
スクリューコンベア13側から土砂を引き込む力が働いて
スクリューコンベア13内の土圧を低下させ、ひいてはカ
ッタチャンバ５内の土圧にも影響を及ぼして切羽を不安
定にする現象や、土砂溜タンク25内に発生する負圧によ
り土砂圧送管34側から土砂が逆流して圧送効率の低下を
招く現象が生じ、特に流動性が高い軟弱な土砂を扱う場
合にこの傾向が強い。

また、スクリューコンベア13の回転数にかかわらず、排
土が柔らかい場合、切羽土圧によりスクリューコンベア
13内を排土が流れて土砂溜タンク25内に充満してしまう
場合がある。この場合、土砂圧送ポンプ24の外筒28が土
砂溜タンク25内に進入する工程において土砂溜タンク25
内土圧が上がり切羽土圧まで影響を与え地山に影響を与
えると共に、安定した掘進ができなくなってしまう。

また、排土の粘着力が高い場合は、土砂溜タンク25内壁
に排土が付着してしまい、土砂圧送部（土砂圧送ポンプ
24の外筒28の作動範囲）に土砂が落下しにくくなる。そ
の結果土砂圧送ポンプ24の外筒28により土砂溜タンク25
と排土口27が隔離されていない状態時に、スクリューコ
ンベア13から土砂圧送部に押し出された分の土砂のみ圧
送されることになり、そのほかの状態では土砂の取り込
みができなくなり、スクリューコンベア13は連続で排土
してくるため土砂溜タンク25内土圧、切羽土圧が土砂圧
送ポンプ24の工程に合わせて上下し、安定した掘進がで
きなくなる。

本発明の目的は、土砂圧送ポンプの土砂溜タンクを密封
構造としながら、土砂溜タンク内に発生する正圧，負圧
によって切羽を不安定にすることがなく、かつ、負圧に
よる圧送土砂の逆流を防止して圧送効率を向上し得るシ
ールド掘進機の排土装置を提供することにある。

また、第８図に示すようにスクリューコンベア13の排土
口16の下方に土砂圧送ポンプ24を配置した構成では、土
砂圧送ポンプ24の設置スペース分だけ排土口16の位置が
高くなるため、小口径のシールド掘進機には適用困難で
あった。

本発明の他の目的は、シールド口径を最大限に利用して
設置でき、小口径のシールド掘進機において土砂圧送ポ
ンプによる土砂輸送が可能なシールド掘進機の排土装置
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、切羽
でな掘削土砂カッタチャンバから後方へ搬出するスクリ
ューコンベアと、該スクリューコンベアの排土口から土
砂溜タンクに供給された掘削土砂を往復運動する圧送ピ
ストンによって土砂圧送管へ圧送する土砂圧送ポンプと
を備えた密封構造のシールド掘進機の排土装置におい
て、前記土砂圧送ポンプをシールド後部につづく管に据
え付け、前記スクリューコンベアと前記土砂圧送ポンプ
の間を結ぶ排土通路の少なくとも一部を内圧の変化に応
じて膨張収縮可能な弾性体よりなる管で構成したことを
特徴とする。

さらに上記他の目的を達成するための請求項２記載の発
明は、前記スクリューコンベアを、スクリューを収納さ
れたケーシングの後端部に軸方向に開口した排土口を設
け、スクリューの外周部に駆動装置を連結して構成し、
前記土砂圧送ポンプを前記スクリューコンベアの排土口
より後方に設置したことを特徴とする。

〔作用〕

請求項１記載の発明では、土砂圧送ポンプをシールド後
部につづく管に据え付け、スクリューコンベアと土砂圧
送ポンプの間を結ぶ排土通路の少なくとも一部を内圧の
変化に応じて膨脹収縮可能な弾性体よりなる管で構成し
ているので、土砂圧送ポンプの吸込行程において土砂溜
タンク内が負圧状態のなろうとすると、これに対応して
前記排土通路中の弾性体よりなる管が径方向に収縮し、
その容積変化により土砂溜タンク内の負圧状態を解消し
て、スクリューコンベアおよびカッタチャンバ内の土圧
に影響が及ばないようにする緩衝体として働く。

また、スクリューコンベア13の回転数にかかわらず、排
土が柔らかい場合、切羽土圧によりスクリューコンベア
13内を排土が流れて土砂溜タンク25内に排土が充満して
しまう場合がある。この場合土砂圧送ポンプ24の外筒28
が土砂溜タンク25内に進入する工程において、土砂溜タ
ンク25内の土圧が上がろうとするとこれに対応して前記
排土通路中の弾性体よりなる管が径方向に膨張しその容
積変化により土砂溜タンク25内の正圧状態を解消して、
スクリューコンベア13およびカッタチャンバ５内の土圧
に影響が及ぼないようにする緩衝体として働く。

また、排土の粘着力が高い場合は、土砂溜タンク25内壁
に付着してしまい、土砂圧送部（土砂圧送ポンプ24の外
筒28の作動範囲）に土砂が落下しにくくなる。その結果
土砂圧送ポンプ24の外筒28により土砂溜タンク25と排土
口27が隔離されていない状態時に、スクリューコンベア
13から土砂圧送部に押し出された分の土砂のみ圧送され
ることになり、そのほかの状態で土砂の取り込みができ
なくなる。この時スクリューコンベア13は連続で排土し
てくるため土砂溜タンク25内土圧が上がろうとするが、
これに対応して前記排土通路中の弾性体よりなる管が径
方向に膨張しその容積変化により土砂溜タンク25内の正
圧状態を解消して、スクリューコンベア13およびカッタ
チャンバ５内の土圧に影響が及ばないようにする緩衝体
として働く。

これにより、掘進時の切羽の安定が確保され、地山の土
質が軟弱な場合でも、切羽の崩落や地盤沈下、地盤隆起
などを招くことがない。また、土砂溜タンク内の負圧状
態が解消されるので、圧送土砂の逆流を防止でき、その
結果、圧送効率も向上する。

請求項２記載の発明では、スクリューコンベアの排土口
が従来より高い位置に設けられており、かつ土砂圧送ポ
ンプをスクリューコベアの下ではなく、スクリューコン
ベアとほぼ同じ高さに配置できるので、小口径のシール
ド掘進機においても上、側方に余裕をとって装備するこ
とができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第７図により説明す
る。

第１図は本発明の排土装置を備えたシールド掘進機の縦
断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は第１
図のＢ−Ｂ矢視図、第４図は第１図中のスクリューコン
ベアの詳細断面図、第５図〜第７図は第１図中の土砂圧
送ポンプの動作過程を示す断面図である。なお、第８図
に示した従来例と同一の構成要素には同一符号を付し、
その説明を省略する。

本実施例のシールド掘進機は、先端掘進部のシールド本
体１に後部管（鋼製管）1Aが連結され、後部管1Aにはヒ
ューム管３が接続しており、発進抗内に設置された図示
しない元押し装置から推進力を与えられて掘進する構成
となっている。

カッタチャンバ５から後方へ掘削土砂を搬出するスクリ
ューコンベア13は、円筒状ケーシング14の前端部にカッ
タチャンバ５に向って開口した土砂取込口15と、ケーシ
ング14の後端部に軸方向に開口した排土口16を有し、そ
の排土口16に排土量調整用のゲート21が取り付けられて
いる。スクリューは、前半部の有軸スクリュー17Aと後
半部のリボン形スクリュー17Bを一体に連結して構成さ
れ、リボン形スクリュー17Bの外周部に取り付けたリン
グギヤ19と、これにかみ合うピニオン20を介して、ケー
シング14の側面に配置されたスクリュー駆動装置18に連
結されている。

土砂圧送ポンプ24は、その土砂溜タンク25が前方、すな
わち切羽側に位置し、油圧駆動部30が後方、すなわち立
坑側に位置するように、スクリューコンベア13の排土口
16より後方のシールド後部管1A内に据え付けられてい
る。スクリューコンベア13の排土口16と土砂溜タンク25
の間を結ぶ排土管路には、鋼製管22と、ゴム等の弾性体
よりなる管23を用い、鋼製管22の下方に曲がった後端部
を土砂溜タンク25の上部に接続固定して、鋼製管22の前
端部とスクリューコンベア13の排土口16との間に弾性体
よりなる管23が接続されている。この弾性体よりなる管
23は、内圧の変化に応じて膨張収縮可能なように蛇腹状
に形成されている。弾性体よりなる管23の長さは土砂溜
タンク25内の正圧，負圧状態を解消するために最小限度
必要な長さ（数十cm程度）でよく、このように弾性体よ
りなる管23を排土管の一部に限定して用いることによ
り、排土管全体のたわみ、変形による排土抵抗の増加を
防ぐことができる。

土砂溜タンク25内の土砂は、土砂溜タンク25の前方で水
平方向に180度屈曲したＵ字形状の土砂圧送管34Aを経て
後方のヒューム管３内に設置された土砂圧送管34に圧送
されるようになっており、土砂圧送ポンプ24をこのよう
な逆向き配置とすることにより、第１図に示すスクリュ
ーコンベア排土口16と土砂溜タンク25の間の距離Ｌの短
縮化をはかっている。

土砂圧送ポンプ24の内部構造とその動作過程は第５図〜
第７図に示す通りである。土砂溜タンク25の前部側壁25
Aには土砂圧送管34Aを接続する排土口27が設けられ、後
部側壁25Bには排土口27と向き合って外筒28が貫通する
穴が設けられている。後部側壁25Bの後方に潤滑油を溜
めるオイルタンク26が形成され、オイルタンク26の後部
側壁26Aには油圧駆動部30のシリンダ31が取り付けられ
ており、外筒28はオイルタンク26を横切ってシリンダ31
内のピストン32Aに連結されている。また、外筒28内に
は圧送ピストン29が配置され、この圧送ピストン29はシ
リンダ31内のピストン32Aより後方にあるピストン32Bに
連結されている。図面には示していないが、シリンダ31
内の油室33A,33B,33Cにはそれぞれ給、排油ポートが接
続されている。また、土砂溜タンク25の上部は第１図に
示すスクリューコンベア13からの排土管22に接続され、
密封構造となっている。

本実施例において、掘削土砂がカッタチャンバ５からス
クリューコンベア13によって搬出され、排土管22,23を
経て土砂溜タンク25に供給されるまでの動作は、第８図
を示した従来例と同様である。

土砂溜タンク25に土砂が供給されると、第５図に示す状
態から、油室33Aに供給される圧油によって外筒28が土
砂溜タンク25内に進入し、第６図に示すように外筒28の
内部に土砂を取り込むとともに、その先端部が排土口27
の周縁部に当接して排土口27を土砂溜タンク25内から離
隔する。続いて、油室33Bに供給される圧油により、圧
送ピストン29が前進し、第７図に示すように外筒28内に
取り込まれた土砂を排土口27から押し出す。その後、油
室33Cに供給される圧油により、外筒28が圧送ピストン2
9と共に後退し、土砂溜タンク25内に再び土砂が充満し
て、第５図に示す最初の状態に戻る。

以上の動作を繰り返して土砂溜タンク25から土砂圧送管
34に土砂を圧送するものであるが、間欠排土する土砂圧
送ポンプ24の排土量は連続排土するスクリューコンベア
13の排土量より大きく設定してあるため、第７図に示す
状態から第５図に示す状態に移る土砂圧送ポンプの吸込
行程において、土砂溜タンク25内が負圧状態になろうと
する。また、排土が柔らかい場合や粘着力が高い場合に
は、前述の如く土砂溜タンク25の内の圧力が上昇しよう
とする。しかし、本発明によれば、土砂溜タンク25内が
負圧または正圧状態になろうとすると、これに対応して
弾性体よりなる管23が第１図の一点鎖線23Aで示すよう
に収縮し、または膨張（膨張時は図示していない）する
ので、その容積変化によって負圧状態または正圧状態が
解消し、この負圧または正圧がもとで切羽の不安定現象
や圧送土砂の逆流現象を生じることがない。

本実施例は、排土口を軸方向に開口させた外周駆動形の
スクリューコンベアを用いて小口径（口径2mφ以下）の
シールド掘進機にも土砂圧送ポンプを適用できるように
した例であるが、スクリューコンベアの排土口が下向き
に設けられている場合でも、その排土口と土砂圧送ポン
プの土砂溜タンクの間を結ぶ排土管路の少なくとも一部
を弾性体よりなる管で構成することにより、土砂溜タン
ク内の正圧，負圧状態を解消できることは上記と同様で
ある。また、実施例では、スクリューコンベア13の排土
口と、土砂溜タンク25の間を結ぶ排土管の一部を弾性体
よりなる管23で構成した例を示したが、スクリューコン
ベア13のケーシング14の一部または土砂溜タンク25の内
壁の一部を弾性体を構成してもよい。

〔発明の効果〕

請求項１記載の発明によれば、土砂圧送ポンプの土砂溜
タンク内に生じる正圧，負圧状態を解消できるので、そ
の正圧または負圧がスクリューコンベアおよびカッタチ
ャンバ内の土圧に影響を及ぼすことを防ぎ、切羽の安定
を確保することができるとともに、負圧による圧送土砂
の逆流を防止して圧送効率を向上させることができる。

さらに、請求項２記載の発明によれば、スクリューコン
ベアと土砂圧送ポンプをほぼ同一高さに配置できるた
め、シールド口径を最大限に利用して小口径のシールド
掘進機にまで土砂圧送ポンプによる土砂輸送を適用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のシールド掘進機の縦断面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は第１図の
Ｂ−Ｂ矢視図、第４図は第１図中のスクリューコンベア
の詳細断面図、第５図〜第７図は第１図中の土砂圧送ポ
ンプの動作過程を示す断面図、第８図は従来技術による
シールド掘進機の縦断面図である。 １……シールド本体、1A……シールド後部管、５……カ
ッタチャンバ、13……スクリューコンベア、14……ケー
シング、16……排土口、17A,17B……スクリュー、18…
…スクリュー駆動装置、19……リングギヤ、20……ピニ
オン、22……排土管（鋼製管）、23……弾性体よりなる
管、24……土砂圧送ポンプ、25……土砂溜タンク、29…
…圧送ピストン、34,35A……土砂圧送管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】切羽での掘削土砂をカッタチャンバから後
   方へ搬出するスクリューコンベアと、該スクリューコン
   ベアの排土口から土砂溜タンクに供給された掘削土砂を
   往復運動する圧送ピストンによって土砂圧送管に圧送す
   る土砂圧送ポンプとを備えた密封構造のシールド掘進機
   の排土装置において、前記土砂圧送ポンプをシールド後
   部につづく管に据え付け、前記スクリューコンベアと前
   記土砂圧送ポンプの間を結ぶ排土通路の少なくとも一部
   を内圧の変化に応じて膨張収縮可能な弾性体よりなる管
   で構成したことを特徴とするシールド掘進機の排土装
   置。
2. 【請求項２】前記スクリューコンベアは、スクリューを
   収納したケーシングの後端部の軸方向に開口した排土口
   を有し、スクリューの外周部に駆動装置を連結して構成
   され、前記土砂圧送ポンプは前記スクリューコンベアの
   排土口より後方に設置されていることを特徴とする請求
   項１記載のシールド掘削機の排土装置。