JPH0631533B2 - アップワードシールドマシンの土砂排出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、シールドマシンに係り、特に、新設又は既設
のシールド坑より地表に垂直に上方向に掘削する際に発
生する土砂等を定量的に順次排出することのできるアッ
プワードシールドマシンの土砂排出装置に関する。

【従来の技術】

一般に電話線やあるいは電力線といった送信線あるいは
送電線を地下ケーブルによって布設する場合、後の補修
が容易に行ない得るように直径３〜５ｍの大きさの横坑
を掘って布設している。この横坑（シールド坑）を掘る
には、まず、地上に櫓を組み上げ、土砂等を排出する装
置を設置し、立坑を所定の深さまで掘り進んだ後、シー
ルドマシンを坑内に搬入し、横方向に掘進する。このよ
うにシールド坑（横坑）を掘るには、従来より手作業に
よらず、能率も良いところからジャッキの力を推進力と
するシールドマシンを用いた方法が採られている。この
方法は地下鉄工事や下水工事等にも採用されている。す
なわち、横坑をシールドマシンを用いて自動的に掘り進
んで行くわけである。 そして、所定距離シールド坑（横坑）を掘進すると、所
定位置に立坑を掘削する。この立坑を掘削するには、従
来は、シールド坑の所定位置に相当する位置の地表に路
下室を造り、この路下室においてシールド坑に向かって
地表より掘削していた。 しかしながら、近年、経済社会の発達に伴い、地上は、
道路周辺に家が密集し、道路上には車や人が氾濫してい
る。このような家の密集している道路に立坑を掘削する
場合、地表に櫓を組み資材置場を確保し、路下室を造る
には、広い作業面積を必要とし、道路が狭い場合には、
他人の土地を利用しなければならない場合が多々出てき
て、その土地の所有権、地上権等の諸権利関係、また、
地上での作業時に発生する騒音等から地上での作業が極
端に制限され能率良く作業することが甚だ困難を極める
に至っている。また、道路幅が広くても、櫓等を立てる
ため道路を全面封鎖しなければならない場合が生じ、往
来の激しい道路では道路を全面的に封鎖して作業を行な
うことが中々難しく、道路周辺に家が密集していると、
地上での作業時に発する騒音等から地上での作業が極端
に制限され能率良く作業することが甚だ困難を極めるに
至っている。 そこで、近年、新設又は既設のシールド坑に立坑を掘削
する場合、シールド坑から地表に向かって立坑を掘削す
る方法が嘱望されている。

【発明が解決しようとする課題】

立坑を掘削する地層は、例えば地表から、表土（約３
ｍ）、粘土層（約９ｍ）、滞水砂礫層（約２０ｍ）、土
丹層（約５ｍ）となっている。この地層中、シールド坑
（横坑）は、土丹層中に形成されている。この土丹層中
を横方向に掘削するには、従来よりシールドマシンが使
用されている。しかし、このシールド坑掘削用のシール
ドマシンをシールド坑内より垂直に立てて上方向に掘削
しようとすると、掘刃によって掘削した土砂等は、掘刃
から掘削され、直ちに下に落下することになるが、従来
のシールドマシンは、上方向より落下してくる土砂を順
次定量的に排出する構造とは成っておらず、従来のシー
ルドマシンをシールド坑内に垂直に立てて上方向に掘削
するようにしただけでは立坑掘削作業を行なうことがで
きないという問題点を有している。 また、従来のシールドマシンを垂直に立てて、土丹層中
を掘削する場合、掘削した土砂がダイレクトに下方に落
下してくるため、シールドマシンの下で、立坑の壁面を
構成するセグメントや掘削土砂をシールド坑を利用して
坑外に排出する作業を行なうことができないという問題
点を有している。しかも、地層は、前述の如く、土丹層
の上に、水分を多く含んだ滞水砂礫層があり、この滞水
砂礫層にシールドマシンが進んだ場合に特に問題があ
る。すなわち、この滞水砂礫層は、脆い層で崩れ落ちる
性質を有しており、溢水層でもある。このため、単に下
から掘削機によって掘削するだけで崩れ落ちる程の脆い
層で、シールドマシンが仮りに滞水砂礫層内に入った場
合には、滞水砂礫層の掘削面でシールドマシンを支える
ことはできず、シールドマシンの掘進方向がふらついて
しまうばかりか立坑の壁面を構成するセグメントの組立
ができず、上部周囲の土層の崩落を防止することができ
ずに地表陥没をさせてしまう危険性があるという問題点
を有している。 また、滞水砂礫層で出る水を従来のシールドマシンは処
理することができず、シールドマシン内はもとより、シ
ールドマシンの下で人間が作業することができないとい
う問題点を有している。 本発明は、シールド坑より地表に垂直に上方向に掘削す
る際に発生する土砂等を定量的に順次排出することので
きるアップワードシールドマシンの土砂排出装置を提供
することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本発明のアップワードシー
ルドマシンの土砂排出装置においては、円筒上に形成さ
れる胴体と、該胴体先端部に土砂等を掘削する掘削装置
と、前記掘削装置によって掘削した土砂等を下方に排出
する土砂排出装置とを備え、シールド坑より地表に向き
垂直方向に立てて前記掘削装置を回転させて土砂等を掘
削し該掘削した土砂等を下方に排出しながら円周方向に
複数分割されたセグメントを周面に順次組み上げて前進
方向に継ぎ足すように構成し該セグメントの先端にシー
ルドジャッキを当接せしめて推進させながら立坑を形成
するものにおいて、上記土砂排出装置を、上記掘削部の
下方に設けられ該掘削装置によって掘削される土砂等を
受けるホッパーと、前記ホッパーの出口に接続され前記
ホッパー内の土砂を順次定量的に排出するロータリフィ
ーダーと、前記ロータリフィーダーの出口に接続され該
ロータリフィーダーより排出される土砂を緩やかに落下
させるスパイラルシュートとによって構成したものであ
る。 また、上記ホッパー内に、上記掘削装置の回転に伴って
前記ホッパー内壁に摺接して回転する排土板を設けたも
のである。 また、上記排土板を、凹面状に形成したものである。 さらに、上記排土板を、上記掘削装置の中央をはさみ相
背向して２つ形成したものである。 また、上記ホッパー内に、該ホッパー内の土砂等を強制
的にホッパー出口側に排出するスクレーパーを設けたも
のである。 さらにまた、上記スクレーパーを、上記ホッパー内に等
間隔に２〜４個設けたものである。 そして、上記スクレーパーを、上記掘削装置の回転を利
用して回転させるようにしたものである。

【作用】

アップワードシールドマシンをシールド坑内に垂直に立
てて掘削を開始すると、掘削装置によって掘削された土
砂等は、ホッパー内に落下し、このホッパーによって受
け止められる。このホッパー内に落下した土砂は、排土
板によって中央に掻き集められ、スクレーパーによっ
て、ホッパー出口に強制的に排出される。このホッパー
出口に設けられるゲートバルブによって排出量を制御さ
れながらロータリフィーダーによって順次定量的に排出
される。このロータリフィーダーによって排出された土
砂等は、スパイラルシュートによって徐々に下方に移動
していく。

【実施例】

以下、本発明の実施例について説明する。 第１図には、本発明に係るアップワードシールドマシン
の土砂排出装置の一実施例が示されている。 図において、アップワードシールドマシン１は、筒状に
形成される胴体２を有している。この胴体２は、上胴３
と、中胴４と、下胴５とによって構成されており、この
上胴３と中胴４と下胴５とは分割可能に構成されてい
る。 上胴３の先端部には、回転可能に構成される掘削装置６
が取付けられている。この掘削装置６は、ターンテーブ
ル７の内歯ギア８に噛合するピニオン９を回転駆動する
油圧モータ１０によって回転するようになっている。ま
た、この掘削装置６の先端には、シャフト１１が渡され
ており、このシャフト１１には、円筒１２、１３が回転
自在に嵌合されている。この円筒１２、１３には、第２
図に示す如く、カッタービット１４、１５が相背向して
２列設けられている。この円筒１２、１３は、第３図、
第４図に示す如く、ジャッキ１６、１７を駆動すること
によって作動するリンク機構１８、１９（図示されてい
ない）によって所定角度回動するように構成されてい
る。第４図に示す如く、ジャッキ１６のピストンロッド
を矢印Ａに示す如く突出させると、円筒１２は矢印Ｂに
示す方向に回動し、カッタービット１４Ａが引っ込み、
カッタービット１４Ｂが突出する。このカッタービット
１４Ａ、１４Ｂの使い分けは、例えば、カッタービット
１４Ａは右回転用に、カッタービット１４Ｂは左回転用
に用いる場合である。 また、掘削装置６の先端には、第２図に示す如くカッタ
ービット１４、１５を挟んで面板２０、２１が設けられ
ている。この面板２０とカッタービット１４、１５との
間には、カッタービット１４、１５によって掘削された
土砂等を排出（落下）するためのスリット２２が、ま
た、面板２１とカッタービット１４、１５との間には、
スリット２３が設けられている。このスリット２２、２
３は、第３図に示す如くジャッキ８０、８１、８２、８
３によって摺動する第２図図示摺動板８４、８５、８
６、８７により開口面積を可変できるようになってい
る。また、円筒１２と円筒１３との間の略中央には、円
錐体２４が設けられており、この円錐体２４は、中央で
２つに分割され、溝２５が形成されている。この溝２５
には、センタービット２６が嵌合されている。このセン
タービット２６は、第１図に示す如く、複数の掘刃が所
定間隔を置いて一列に、しかも山型に配列されている。
このセンタービット２６は、油圧ジャッキ２７によって
円錐体２４からの刃の突出具合を調整できるようになっ
ている。 この掘削装置６の最下部に第３図に示す如く、相対向す
る凹面状の排土板７０、７５が設けられている。この排
土板７０、７５は、掘削装置６の回数にあわせて回転す
るようになっている。 また、この掘削装置６の下部には、土砂排出装置１００
が接続されている。この土砂排出装置１００は、ホッパ
ー２００と、ロータリーフィーダー３００と、スパイラ
ルシュート４００とによって構成されている。 ホッパー２００は、掘削装置６の下面に接続されるチャ
ンバ２０１と、このチャンバ２０１の出口に設けられる
ゲートバルブ２０２とによって構成されている。このチ
ャンバ２０１は、漏斗状に形成されており、チャンバ２
０１内に落下した土砂等を一箇所の出口から排出できる
ようにしたものである。また、ゲートバルブ２０２は、
掘削装置６によって掘削排出される土砂等が下方に落下
する量を制御するための絞り弁の役目を果たすものであ
る。このゲートバルブ２０２は、ゲート板２０３をゲー
トジャッキ２０４によって開閉するように構成されてい
る。このゲートジャッキ２０４を駆動することによって
ゲート板２０３の開閉制御を行なっている。 このホッパー２００の出口ゲートバルブ２０２には、ロ
ータリーフィーダー３００が接続されている。このロー
タリーフィーダー３００は、ケーシング３０１を有して
いる。このケーシング３０１内には、回転軸３０２を中
心に放射状に羽根３０３、３０４、３０５、３０６がそ
れぞれ取付けられており、ケーシング３０１の内壁を密
に摺動して回転するように構成されている。このケーシ
ング３０１の下部には、排出口３０７が形成されてお
り、この排出口３０７に形成されるフランジ３０８の下
方には、スパイラルシュート４００が設けられている。 スパイラルシュート４００は、円筒状の筒体４１０と、
筒４２０とによって構成されている。この筒体４１０
は、ロータリーフィーダー３００のフランジ３０８に固
着されており、胴体２の移動に伴って前方に掘進するも
のである。この筒体４１０は、上部筒体４１１と下部４
１２とを有し、第５図に示す如く、筒部４１３、４１４
と、スパイラル状に形成されるスクリュー４１５、４１
６とによって構成されている。また、この筒体４１０に
は、筒４２０が接続されており、この筒４２０は、筒体
４１０同様、筒部４２１とスパイラル状に形成されるス
クリュー４２２とによって構成されている。 また、上部筒体４１１の外周面には、外周面に沿って移
動可能にアーム４２が取付けられている。このアーム４
２の先端部には、吊り上げ具４３が取付けられている。
この吊り上げ具４３は、ワイヤーロープ４４を巻き取
り、ワイヤーロープ４４の先端に固着されているフック
４５に引っ掻けたセグメント５００を吊り上げる作用を
有している。また、下部筒体４１の外周面には、筒４６
が回転自在に嵌合されている。この筒４６の外周面にジ
ャッキ４７の本体が固着されており、このジャッキ４７
のピストンロッドの先端には、セグメント５００を取付
けるタッグ４８が固着されている。このジャッキ４７
は、筒４６に固着されるシャッキ４９によって上下方向
に摺動できるように構成されている。また、この筒４６
は、油圧モータ５０によって回転できるようになってい
る。 また、アップワードシールドマシン１の中胴４の上端部
に第６図に示す如くアップワードシールドマシン１を推
進するためのジャッキ５１、５２、５３、５４、５５、
５６のピストンロッドの先端が固着されている。このジ
ャッキ５１、５２、５３、５４、５５、５６の本体は、
組み上げられたセグメント６００の最上端部に載置さ
れ、胴体２をセグメント６００を足場にして推進する作
用を有している。この胴体２は、中胴４の外周に設けら
れた爪５７によって、掘削部６が回転し、カッタービッ
ト１４、１５によって掘削する際に自転してしまうこと
がないようになっている。 この筒４２０の最上部には、セグメント組立デッキ５９
が取付けられている。 なお、第１図における６０、６１はセグメント１０１に
掛けられた梯子を示している。この梯子６０と梯子６１
とは第６図に示す如く、多少ずれた位置に掛けられてい
る。これは、万一梯子６０で足を踏み外しても、一番下
まで落ちることがないよう安全上からの設計である。 次に、本実施例の動作について説明する。 まず、シールド坑（図示されていない）内において、立
坑を掘削する箇所にアップワードシールドマシン１をセ
ットする。次に掘削装置６の先端のセンタービット２６
を掘削する土質に合わせて刃の出し具合を調整する。ま
た、カッタービット１４、１５についても掘削装置６の
回転方向に合わせて調整する。その後、立坑の壁になる
セグメントの上にジャッキ５１、５２、５３、５４、５
５、５６を載置し、このジャッキ５１、５２、５３、５
４、５５、５６を駆動させながら油圧モータ１０を駆動
して掘削装置６を回転する。この掘削装置６の回転によ
ってセンタービット２６及びカッタービット１４、１５
によって掘削された土砂等がスリット２２、２３を通っ
て土砂排出装置１００のホッパー２００のチャンバ２０
１内に落下する。この土砂等は、排土板７０、７５によ
って中央に掻き寄せられ、ゲートバルブ２０２を通りロ
ータリーフィーダー３００のケーシング３０１内に送ら
れる。このゲートバルブ２０２は、土質が滞水砂礫層の
ように崩落しやすい土質の場合にゲート板２０３によっ
て土砂等の通過面積を可変する。また、土質が著しく軟
らかく掘削部で掘削するまでもなく多量に土砂が落下し
てくるような場合等、排出作業が土砂等の排出速度に追
い着かないようなときに、一時土砂等の排出を停止する
ためゲート板２０３を閉じるといった作業効率や安全性
をも考慮したものである。 このようにロータリーフィーダー３００に送られた土砂
等は、ロータリーフィーダー３００の羽根３０３、３０
４、３０５、３０６によってスパイラルシュート４００
の筒体４１０に送られる。この筒体４１０ではスパイラ
ルシュートの作用により、土砂等は直接最下点まで落下
せず、スパイラル状に移動しながら落下していく。 第７図には、本発明に係るアップワードシールドマシン
の土砂排出装置の他の実施例が示されている。第７図
は、アップワードシールドマシンの土砂排出装置１００
０のホッパー１１００の部分を示したものである。 このホッパー１１００は、掘削装置６の下面に接続され
るチャンバ１１０１と、このチャンバ１１０１の出口１
１０２に設けられるゲートバルブ（図示されていないが
第１図図示ゲートバルブ２０２と同様の構成をしてい
る）とによって構成されている。このチャンバ１１０１
は、漏斗状に形成されており、チャンバ１１０１内に落
下した土砂等を一箇所の出口から排出できるように構成
されている。このチャンバ１１０１内には、シャフト１
２０１が取付けられており、このシャフト１２０１を通
して油圧回路に油を供給できるようになっている。この
シャフト１２０１には、回転筒１２０４が回転自在に嵌
着されており、この回転筒１２０４に複数本のアーム１
２０２が固着されている。この複数本のアーム１２０２
のそれぞれに回転羽根１２０３が設けられている。この
回転羽根１２０３の下端面は、ホッパ１１００のチャン
バ１１０１の壁面を摺接回転するようになっている。こ
の実施例１２０１、アーム１２０２、回転羽根１２０
３、回転筒１２０４によってスクレーパー１２００が構
成されている。この回転筒１２０４の上端部には、ギヤ
１２０５が設けられており、このバヤ１２０５にシャフ
ト１３００に固着されているギヤ１３１０が噛合されて
いる。このシャフト１３００は、掘削装置６のシャフト
１１に固着されている。このように、掘削装置６が回転
すると、この回転がシャフト１３００、ギヤ１３１０を
介してギヤ１２０５、回転筒１２０４に伝達される。こ
のスクレーパー１２００は、ホッパー１１００内に適宜
箇所（本実施例においては、図示されていないが３カ
所）に設けられている。 このクレーパー１２００は、スリット２２、２３から落
下してチャンバ１１０１内に溜った土砂等を強制的にチ
ャンバ１１０１下方に送り出す作用を有している。ま
た、このスクレーパー１２００の回転速度は、シャフト
１３００に設けられているギヤ１３１０と、スクレーパ
ー１２００の回転筒１２０４に設けられているギヤ１２
０５とのギヤ比によって設定される。このギヤ比は、
１：２（掘削装置６の回転の２倍の速さ）又は、１：３
（同じく３倍の速さ）にするのが適当である。 このように構成されるものであるから、掘削装置６を回
転し、センタービット２２及びカッタービット１４、１
５によって掘削された土砂は、スリット２２、２３を通
ってホッパ１１００のチャンバ１１０１内に落下する。
この土砂等は、排土板７０、７５によって中央に掻き寄
せられ、さらにスクレーパー１２００の作用によって、
スクレーパー１２００の回転羽根１２０３によりチャン
バ１１０１の上方から下方に強制的に移動させられる。
このスクレーパー１２００の働きによって押し出された
土砂等は、出口１１０２から下方に排出される。 したがつて、本実施例によれば、掘削装置６によって掘
削された土砂等がホッパー１１００内に溜ってしまうと
いうことを防止することができる。

【発明の効果】

本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。 円筒上に形成される胴体と、該胴体先端部に土砂等を掘
削する掘削装置と、前記掘削装置によって掘削した土砂
等を下方に排出する土砂排出装置とを備え、シールド坑
より地表に向け垂直方向に立てて前記掘削装置を回転さ
せて土砂等を掘削し該掘削した土砂等を下方に排出しな
がら円周方向に複数分割されたセグメントを周面に順次
組み上げて前進方向に継ぎ足すように構成し該セグメン
トの先端にシールドジャッキを当接せしめて推進させな
がら立坑を形成するものにおいて、上記土砂排出装置
を、上記掘削部の下方に設けられ該掘削装置によって掘
削される土砂等を受けるホッパーと、前記ホッパーの出
口に接続され前記ホッパー内の土砂を順次定量的に排出
するロータリフィーダーと、前記ロータリフィーダーの
出口に接続され該ロータリフィーダーより排出される土
砂を緩やかに落下させるスパイラルシュートとによって
構成しているため、シールド坑より地表に向かって垂直
に上方向に掘削する際に発生する土砂等を定量的に順次
排出することができる。 そして、ホッパー内に、掘削装置の回転に伴って前記ホ
ッパー内壁に摺接回動する排土板を設けたため、ホッパ
ー内に落下する土砂等を確実に排出することができる。 さらに、この排土板を凹面状に形成するため、土砂等を
排出する排出残しを生じることがなく、また、この排土
板を掘削装置の中央を挟み相対向して２つ形成してある
ため、ホッパー内に落下した土砂等を確実に中央に掻き
集めることができる。 また、ホッパー内に、スクレーパーを設けているため、
ホッパー内の土砂を強制的にホッパー出口側に排出する
ことができ、自重によってもホッパー内壁面を摺落しな
いで溜る土砂を残すことがない。 さらに、このスクレーパーは、ホッパー内に等間隔に２
〜４個設けたものであるため、ホッパー内に土砂等の排
出残しを生じることがなく、また、このスクレーパー
は、掘削装置の回転を利用して回転させるものであるた
め、特別な駆動源を必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るアップワードシールドマシンの土
砂排出装置の実施例が適用されるアップワードシールド
マシンの全体構成図、第２図は第１図図示アップワード
シールドマシンの平面図、第３図は第１図の面板を取り
払った状態での平面図、第４図は第３図図示Ａ−Ａ断面
図、第５図は筒体の断面図、第６図は第１図図示Ａ−Ａ
断面図、第７図は本発明に係るアップワードシールドマ
シンの他の実施例を示す図である。 １……アップワードシールドマシン ６……掘削装置 １００……土砂排出装置 ２００……ホッパー ２０１……チャンバ ２０２……ゲートバルブ ３００……ロータリフィーダー ４００……筒体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒上に形成される胴体と、該胴体先端部
   に土砂等を掘削する掘削装置と、前記掘削装置によって
   掘削した土砂等を下方に排出する土砂排出装置とを備
   え、シールド坑より地表に向け垂直方向に立てて前記掘
   削装置を回転させて土砂等を掘削し該掘削した土砂等を
   下方に排出しながら円周方向に複数分割されたセグメン
   トを周面に順次組み上げて前進方向に継ぎ足すように構
   成し該セグメントの先端にシールドジャッキを当接せし
   めて推進させながら立坑を形成するものにおいて、上記
   土砂排出装置を、上記掘削部の下方に設けられ該掘削装
   置によって掘削される土砂等を受けるホッパーと、前記
   ホッパーの出口に接続され前記ホッパー内の土砂を順次
   定量的に排出するロータリフィーダーと、前記ロータリ
   フィーダーの出口に接続され該ロータリフィーダーより
   排出される土砂を緩やかに落下させるスパイラルシュー
   トとによって構成したことを特徴とするアップワードシ
   ールドマシンの土砂排出装置。
2. 【請求項２】上記ホッパー内には、上記掘削装置の回転
   に伴って前記ホッパー内壁に摺接して回転する排土板を
   設けたものである請求項１記載のアップワードシールド
   マシンの土砂排出装置。
3. 【請求項３】上記排土板は、凹面状に形成されたもので
   ある請求項２記載のアップワードシールドマシンの土砂
   排出装置。
4. 【請求項４】上記排土板は、上記掘削装置の中央をはさ
   み相背向して２つ形成したものである請求項２又は３記
   載のアップワードシールドマシンの土砂排出装置。
5. 【請求項５】上記ホッパー内には、該ホッパー内の土砂
   等を強制的にホッパー出口側に排出するスクレーパーを
   設けたものである請求項１、２、３又は４記載のアップ
   ワードシールドマシンの土砂排出装置。
6. 【請求項６】上記スクレーパーは、上記ホッパー内に等
   間隔に２〜４個設けたものである請求項５記載のアップ
   ワードシールドマシンの土砂排出装置。
7. 【請求項７】上記スクレーパーは、上記掘削装置の回転
   を利用して回転させるものである請求項５又は６記載の
   アップワードシールドマシンの土砂排出装置。