JPH07189593A - シールド掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 閉塞することなく破砕した対象物を排出し、
連続長距離掘削を行うことができるようにする。 【構成】 先導体（１０）に設けた回転体（２）を回転
して対象物を破砕し、破砕した対象物を排出手段で搬出
しつつ掘削推進するシールド掘削装置において、回転体
（１０）に連結して後方に配置された一定の長さのスク
リューコンベア（６１）と、その後に配置された送排泥
水装置（７０）を設けたことを特徴とするシールド掘削
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、先導体に設けた回転体
を回転して対象物を破砕し、破砕した対象物を排出手段
で搬出しつつ掘削推進するシールド掘削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】管掘削推進工法ではシールド掘削装置が
用いられる。シールド掘削装置は、一般に最前部に先導
体（シールド体ともいう）を有し、先導体に設けた回転
体の作動により地盤を穿孔する構成になっている。先導
体の後方には、掘削の進行状況に合わせて管が挿入され
る。通常は先導体の直後に誘導管又は直接ヒューム管が
挿入される。これらの管は、後方に設定されたジャッキ
の推力によって前進する。

【０００３】発進坑から到達坑まで掘削して次々にヒュ
ーム管を挿入し、最後にシールド体あるいは誘導管を回
収すればヒューム管の埋設が完了する。

【０００４】回転体のカッターで削り取られた被掘削物
は、回転体とケーシングとの間を通過し、誘導管及びヒ
ューム管の内部に設けられた排出手段によってジャッキ
側まで搬送され、ヒューム管の外に排出される。

【０００５】さて、従来のシールド掘削装置における排
出手段は、スクリューコンベアを単独で用いるか、ある
いは泥水式排出装置を単独で用いる構成になっている。

【０００６】又、泥水式排出装置単独の方式で小口径の
ものでは、先端部（カッターヘッド直後）に電動モータ
が設置され、出来るだけ先導体を小さくコンパクト化す
るために小型電動モータが使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】スクリューコンベアを
単独で用いる従来の排出手段では、推進距離が長くなる
と、管内に配置されるスクリューコンベアもそれに応じ
て長くなる。その場合には、相当に長いスクリューコン
ベアを駆動して排出物を搬送しなければならないので、
コンベア駆動用モーターとして、大容量モータが必要と
なる。従って、この形式の排出手段を用いる場合には、
推進距離をあまり長くすることができなかった。従っ
て、多数の発進・到達抗を設ける必要があり、コスト高
になっていた。

【０００８】一方、泥水方式のみで排水を行う場合に
は、とくに粘土層に遭遇したときに、排泥管が閉塞しや
すい欠点があった。また、砂質土や礫玉石層を掘削する
際にも、穿孔作業の進行状況によっては砂や石の掘削量
が急激に増加することがあり、その場合に排泥管が一度
に多量の排出物を吸込んで排泥管が閉塞する恐れがあっ
た。排泥管が閉塞すると、その復旧には相当の手間と時
間が必要である。又、先端部に電動モータを設置する
と、特に管径の小さいヒューム管を埋設する際は、その
ヒューム管と同程度の小口径の先導体が必要となり、電
動モータを小型化するが、それに伴い掘削トルクも小さ
くなる。先端部の電動モータを配設すると、推進距離に
相当するキャップタイヤケーブルを引き回すことにな
り、電気的トラブルの発生要因となっている。

【０００９】本発明はこれらの問題に対して、スクリュ
ーコンベアの駆動の負担軽減と小口径でも大きな掘削ト
ルクが得られるように一定の長さのスクリューコンベア
に限定し、電動モータの負荷を軽減することと、小口径
でも電動モータを先端部に設置することなく大きなトル
クが得られること等と共に送排泥水の開口部を１つの送
排泥水室に設けて、圧力バランスと排泥量の調整を容易
にし、かつ排泥管の閉塞を回避する目的でなされたもの
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、先導体（１）
に設けた回転体（２）を回転して対象物を破砕し、破砕
した対象物を排出手段で搬出しつつ掘削するシールド掘
削装置において、排出手段が、回転体（２）の後方に配
置された所定の長さのスクリューコンベア（６１）と、
その後方に配置された泥水式排出装置（７０）を有する
ことを特徴とするシールド掘削装置を要旨としている。

【００１１】

【作用】回転体２を回転することにより、硬質の砂礫層
や礫層などや大きい玉石などを含む対象物を破砕して掘
削する。破砕された砂礫や玉石は、まず所定の長さのス
クリューコンベア６１で後方に送られる。この際、破砕
された対象物はスクリューコンベア６１の作用で安定し
た送り量で搬送される。スクリューコンベア６１で送ら
れた砂礫等の被破砕物は、次に、送排泥水装置７０で搬
送される。この際、被破砕物は、前述したように安定し
た送り量で搬送されるので、送排泥水装置７０が閉塞を
起すことはない。また、送排泥水装置７０を併用するこ
とによってスクリューコンベア６１の負担が軽減され、
スクリューコンベア駆動装置の負荷も軽減される。この
ため、従来のシールド掘削装置に比べて長い距離に亘っ
て連続で掘削を行うことができる。

【００１２】また、スクリューコンベアの負担を軽減
し、小口径でも大きな掘削トルクが得られるように一定
の長さのスクリューコンベアに限定することによって、
電動モータの負荷を軽減し、小口径でも電動モータを先
端部に設置することなく大きなトルクが得られる。さら
に、送排泥水の開口部を１つの送排泥水室に設けること
によって、圧力バランスと排泥量の調整を容易にし、か
つ排泥管の閉塞を回避できる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１、２は本発明の主に礫用のシールド掘削装置
の好適な実施例を示す概念図であり、シールド掘削装置
の前方部分及び後方部分が示されている。図３は、図２
のシールド掘削装置の先端部を示す端面図である。

【００１４】シールド掘削装置は、先導体１０、誘導管
（延長管ともいう）２０、ヒューム管３０、及び図示し
ない発信台、油圧ユニット、操作装置、レーザ発振機、
処理装置等から構成されている。

【００１５】先導体１０は図２に示すように、シールド
本体１、回転体２、固定ガイド４、羽根組立体６、外周
リング８を有している。回転体２は、礫用刃先、礫用カ
ッターもしくは回転クラッシャ部ともいう。固定ガイド
４は外側コーンともいう。

【００１６】シールド本体１は好ましくは円筒形もしく
は円管形である。シールド本体１の内周面には、リング
状のサポートを介して固定ガイド４が固定されている。
この固定ガイド４は円錐形、特に切頭円錐形状であり、
横断面は円形に形成されている。つまり固定ガイド４
は、掘削方向もしくは推進方向に向けて直径が次第に大
きくなるように形成されている。

【００１７】固定ガイド４はシールド体１内に同軸状に
配置されている。固定ガイド４の内面には、硬化肉盛部
１８が好ましくはらせん状に設けられている。固定ガイ
ド４はたとえばＳ４５Ｃで作られており、硬化肉盛部１
８は周知の硬化肉盛材料で作られている。

【００１８】回転体２の後端部分は、接続部材２１に接
続されている。この接続部材２１は図示しない周知の回
転駆動源に接続されている。回転駆動源の駆動により、
回転体２はたとえば１分間に１５回転する。回転体２
は、好ましくは横断面がほぼ正六角形であるが、その他
の多角形であってもよい。回転体２の軸方向の先端部１
１は尖っている。

【００１９】第１傾斜部２４の傾斜は、固定ガイド４の
傾斜と逆方向である。つまり第１傾斜部２４は推進方向
に向けて直径が次第に小さくなるように形成されてい
る。第２傾斜部２６の傾斜は、固定ガイド４の傾斜と同
方向である。つまり第２傾斜部２６は推進方向に向けて
直径が次第に大きくなるように形成されている。固定ガ
イド４の先端大径部と第１傾斜部２４の先端部分の半径
方向間隔はたとえば１００mm以上あけるようにする。ま
た固定ガイド４の後端小径部と第２傾斜部２６の後端部
分の半径方向間隔はたとえば約３０mmに設定する。

【００２０】固定ガイド４と回転体２の間には、礫もし
くは玉石１００の破砕用空間２８が形成されている。破
砕用空間２８は、固定ガイド４と第１傾斜部２４の間に
形成された前方部分空間と、固定ガイド４と第２傾斜部
２６の間に形成された後方部分空間から成る。前方部分
空間は推進方向に拡大されている。後方部分空間は間隔
が一定である。

【００２１】図２に示すように、回転体２には突起状の
チップ３０が多数設けられている。チップ３０は例えば
銀ろう付けで固定されている。回転体２の第１傾斜部２
４と第２傾斜部２６は、例えばＳ４５Ｃ相当の材料で作
られており、チップ３０は超硬合金や、緻密質セラミッ
ク等のように磨耗や衝撃に強い材料で作られている。

【００２２】回転体２の先端部１１側には羽根組立体６
が設けられている。羽根組立体６は、図１に示すよう
に、３つの羽根を有する。図３では２つの羽根３２，３
４のみが見えている。３つの羽根は、回転体２を中心に
して１２０°ごとに配置されている。羽根３２，３４
は、回転体２の回転中心に対して例えば１０°傾けてあ
る。この３つの羽根３２、３４を回転軸の回りに回転す
ることにより、掘削した対象物を後方の破砕用空間２８
に押しやることができる。羽根３２，３４には細長い硬
化肉盛部３８が複数本設けられている。また羽根３２，
３４の前端面には摩耗を防ぐために超硬チップ４８が取
付けられている。３つの羽根３２，３４は外周リング８
と一体的に結合されている。羽根の各内端は、回転体２
に固定されている。従って、羽根３２，３４、回転体２
および外周リング８は一体で回転する。

【００２３】図２に示してあるように、回転体の軸心上
には泥水路１２０が形成されていて、回転体２の先端部
１１には泥水路１２０に連通する幾つかの泥水噴出孔１
２１が設けられている。この水路に水を流して掘削時に
回転体２やその他の冷却を行い、しかもこの水を被破砕
した対象物の泥水式排出に役立てることができる。この
水路は切羽に目結め剤を供給する際にも用いられる。目
結め剤は、切羽の圧力バランスをとるのに役立つ。

【００２４】外周リング８は図２に示すようにシールド
本体１とほぼ同じか、それよりも少し大きい外径を有し
ている。外周リング８の幅と軸方向長さはシールド体１
の方向制御に役立つ。外周リング８の前端面には超硬チ
ップ５０がほぼ一定の間隔で設けられている。また外周
リング８の前端面には２つの超硬チップ５０の間に硬化
肉盛部５９が一定間隔で設けられている。

【００２５】外周リング８の外周面には一連のＶ字形の
硬化肉盛部５２が設けられている。これらの硬化肉盛部
５２はＶ字形の開き角度が、例えば互いに６０°に設定
されている。

【００２６】回転体２の後端には、破砕された対象物を
搬送するためのらせん状のスクリューオーガ６１（スク
リューコンベアともいう）が連結されている。回転体２
とスクリューオーガ６１は、前記回転駆動源によって一
体的に回転する。スクリューオーガ６１の周囲には内筒
管８１が配置されていて、破砕された対象物は、スクリ
ューオーガ６１の推進力によって内筒管８１内を後方に
移動する。

【００２７】先導体１０の後方には、誘導管２０が連結
されている。誘導管２０の外壁６９の径は、先導体１０
のシールド本体１の外径と大体同じか僅かに小さい。誘
導管２０の前方よりには数本、例えば４本のシリンダ６
３が配置されている。シリンダ６３のロッド先端は、シ
ールド本体１の後部壁に固定されている。

【００２８】誘導管２０の軸心部には内筒管８１とスク
リューオーガ６１が設けられ、破砕した礫等が内筒管内
を後方に排出されている。スクリューオーガ６１は複数
個の小さな継手角を有する継手部６２を介し、先導体１
０を駆動しており、スクリューオーガの最後端部Ａの軸
心部は内筒管８１と共に誘導間２０の軸心に対して、複
数個の継手角の累積された相当分寸法が偏心されて設置
されている。

【００２９】このような構成になっているので、シリン
ダ６３のロッドを伸縮させることによって、先導体１０
の進行方向を変えることができる。

【００３０】先導体１０と誘導管２０の両方に配置され
ているスクリューオーガ部の長さは先導体１０の性能、
機能等の要求品質の要因にも関係して最適長さが設定さ
れるが、本発明の場合の例として先導体口径が３０〜４
０ｃｍの場合、スクリューオーガ部の長さは１００〜２
００ｃｍ範囲内が好ましい。即ち、回転体２０の駆動ト
ルク、スクリューオーガの排出能力及び送排泥水装置の
容量等を総合的に判断して決められる。

【００３１】誘導管２０の後方よりには、前述した送排
泥水装置７０が設けられている。送排泥水装置７０は、
送泥パイプ７１、排泥パイプ７２、送排泥水室７３で形
成されている。送排泥水室７３は、２枚の壁部材７６、
７６によって画成されている。送排泥水室７３の前方壁
部材７６の近くには送泥パイプ７１の開口７１ａが配置
されている。送排泥水室７３の後方壁部材７６の近くに
は排泥パイプ７２の開口７２ａが配置されている。な
お、図１では、送泥パイプ７１の大部分は他の部材の裏
側にあり破線で示されている。

【００３２】図３では、排泥口７１ａの近くには、前後
方向に移動可能な排泥量調整用スライド軸１３０が配置
されている。このスライド軸１３０は、内側に設けられ
たスプライン軸１３１とスプライン結合を形成してい
る。スライド軸１３０がスプライン軸１３１とかみ合い
ながら前後方向に移動することによって、排泥口７１ａ
の開口面積を変化させることができる。その目的は、排
泥量を調節することにより掘削時に調整して地山を安定
させること、特に弱い地山で排泥量を小さくして掘削地
山部を安定させることにある。また、作業停止時には開
口を閉鎖して、作業停止中に地山の崩壊を防止すること
等にも役立つ。

【００３３】スクリューオーガ６１と内筒管８１の後端
部分は、前方壁部材７６を貫通している。従って、スク
リューオーガ６１により搬送された砂礫等の破砕物は、
スクリューオーガ６１と内筒管８１の後端部から送排泥
水室７３内に送られる。送排泥水室７３は、前述したよ
うにスクリューオーガ６１と内筒管８１に通じている以
外は密閉されている。送排泥水室７３内の圧力調整は、
送排泥ポンプの回転数を調整することで行なう。

【００３４】送泥パイプ７１と排泥パイプ７２は、地上
の処理装置（図示せず）までそれぞれ連通している。処
理装置は、排泥パイプ７２によって搬送されてきた砂礫
を取り除き、泥水の粘性を調整槽において管理した後
で、泥水を再び送泥パイプ７１に送る構成になってい
る。

【００３５】送排泥水室７３の上部にはレーザターゲッ
ト６６が設けられている。レーザターゲット６６は、レ
ーザ発振器と協働する構成になっていて、先導体１０の
進路制御に利用される。

【００３６】前方壁部材７６を貫通したスクリューオー
ガ６１は、結合部６２を介して回転軸に連結されてい
る。この回転軸は、前記回転駆動源に連結されている。

【００３７】誘導管２０の後端部には、滑材送り管７４
の滑材吹出口７４ａが配置されている。滑材送り管７４
は地上の制御装置まで達している。滑材は、滑材吹出口
７４ａから誘導管２０と土壌の間に排出され、両者間の
摩擦を軽減する。また、ヒューム管と土壌の間の摩擦も
軽減する。

【００３８】誘導管２０の後端には、ヒューム管３０が
接続されている。ヒューム管３０は、掘削が進むにつれ
て次々に継ぎ足される。これらのヒューム管３０の軸芯
上には駆動軸が配置され、その周りには送泥パイプ７
１、排泥パイプ７２及び滑材送り管７４が一体になって
配置されている。その一体物の下部には、複数の車輪７
５が設けられている。

【００３９】次に上述したシールド掘削装置の動作を説
明する。

【００４０】図示しない回転駆動源を駆動すると駆動軸
を介して、回転体２、外周リング８、３枚の羽根３２，
３４及びスクリューオーガが、たとえば１分間に１５回
転する。シールド体１に対してたとえば油圧ジャッキの
ような装置（図示せず）により図１の推進方向に推力を
与えると、外周リング８と羽根３２，３４の回転力と推
力で、礫層や砂礫層を大きく破砕される。このとき３つ
の羽根３２，３４が傾斜して回転しているので、玉石１
００を含む掘削した土砂等は後方の回転体２側に押し込
まれる。また外周リング８が回転するので、掘削時にシ
ールド体１の安定性があり、進みやすく、掘削方向制御
が容易である。

【００４１】玉石１００や土砂等は図１の破砕用空間２
８の前方部分空間に入る。すでに述べたように回転体２
に取り付けられた回転体２は横断面が多角形、特に正六
角形になっている。このため、押込められてきた玉石１
００は、横断面が円形の固定ガイド４との間で必然的に
回転方向に圧壊破砕力を受ける。すなわちチップ３０と
硬化肉盛部１８の間ではさまれた玉石１００が、間隔の
狭ばまったところでチップ３０と硬化肉盛部１８により
実質的に点破砕されるのである。このように回転体２の
各面に配列された超硬のチップ３０と固定ガイド４の円
錐面にらせん状に配列された硬化肉盛部１８の間で玉石
１００が破砕される。しかも回転体２の第１傾斜部２４
と固定ガイド４の間隔は徐々に小さくなっているので、
玉石は、固定ガイド４の硬化肉盛部１８と回転体２のチ
ップ３０で徐々に細かく破砕される。そして第２傾斜部
２６のチップ３０と案内部４の硬化肉盛部１８のところ
の後方部分空間においてさらに細かく破砕され、微小な
被破砕礫になる。

【００４２】ここで得られた被破砕礫やその他の土砂等
は回転体２の水穴から供給される（泥）水と共に、内筒
管８１内をスクリューオーガ６１によって後方に移動す
る。破砕礫や土砂は、誘導体２０内をスクリューオーガ
６１によって搬送され、送排泥水室７３内に送られる。
送排泥水室７３内では、破砕礫や土砂が、送泥パイプ７
１によって送られてきた泥水と混合され、排泥パイプ７
２によって吸い出される。

【００４３】泥水と混合された破砕礫や土砂は、排泥パ
イプ７２を通って地上の処理装置に送られる。そして、
サイクロンや振動ふるいで振い分けされた砂礫が取り除
かれる。泥水は、調整槽において粘性を管理され、送泥
ポンプ７１により送排泥水室７３内に送られて循環す
る。

【００４４】ターゲット６６による上下、左右位置とと
もに、傾斜計６５によって先導体１０の姿勢を計測して
地上監視装置に表示すると共に、先導体１０の進行方向
を正しく制御する。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、回転体２を回転するこ
とにより、硬質の砂礫層や礫層、大きな玉石などを含む
対象物が破砕・掘削される。破砕された砂礫や玉石は、
まずスクリューコンベア６１で後方に送られる。この
際、砂礫や玉石はスクリューコンベア６１の作用で安定
した送り量で搬送される。スクリューコンベア６１で送
られた砂礫等の被破砕物は、次に、送排泥水装置７０で
搬送される。この際、被破砕物は、前述したように安定
した送り量で搬送されるので、送排泥水装置７０が閉塞
を起すことはない。また、送排泥水装置７０を併用する
ことによってスクリューコンベア６１の負担が軽減さ
れ、スクリューコンベア駆動装置の負荷も軽減される。
このため、従来のシールド掘削装置に比べて長い距離に
亘って連続で掘削を行うことができる。従って、施工コ
ストを低減できる。

【００４６】また本発明によれば、スクリューコンベア
の負担を軽減し、小口径でも大きな掘削トルクが得られ
るように一定の長さのスクリューコンベアに限定するこ
とによって、電動モータの負荷を軽減することができ、
小口径でも電動モータを先端部に設置することなく大き
なトルクが得られる。さらに、送排泥水の開口部を１つ
の送排泥水室７３に設けることによって、圧力バランス
と排泥量の調整を容易にし、かつ排泥管の閉塞を回避す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシールド掘削装置の実施例を示す概念
図。

【図２】図１の先導体を示す端面図。

【図３】図１の送排泥水装置及びその周辺を示す図。

【符号の説明】

１ シールド本体 ２ 回転体 ４ 固定ガイド ６ 羽根組立体 ８ 外周リング １０ 先導体 ２０ 誘導体 ６１ スクリューオーガ ６２ 結合部 ６３ シリンダ ６６ ターゲット ７０ 送排泥水装置 ７１ 送泥パイプ ７２ 排泥パイプ ７３ 送排泥水室 ７６ 壁部材 ８０ ヒューム管 ８１ 内筒管 １００ 玉石

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先導体（１０）に設けた回転体（２）を
   回転して対象物を破砕し、破砕した対象物を排出手段で
   搬出しつつ掘削推進するシールド掘削装置において、回
   転体（１０）に連結して後方に配置された一定の長さの
   スクリューコンベア（６１）と、その後方に配置された
   送排泥水装置（７０）を設けたことを特徴とするシール
   ド掘削装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシールド掘削装置におい
   て、前記送排泥水装置（７０）はスクリューコンベア
   （６１）の後端部を前方壁部材（７６ａ）とし、所定の
   空間部を有して後方壁部材（７６ｂ）を設け、前記前方
   壁部材（７６ａ）と後方壁部材（７６ｂ）の中心部を回
   転体（２）の駆動軸を貫通すると共に送泥水管（６６）
   と排泥水管（７２）がそれぞれ開口した送排泥水室（７
   ３）を備えたことを特徴とするシールド掘削装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載のシールド掘
   削装置において、排泥量調整用スライド軸（１３０）を
   設け、排泥口（７２ａ）の開口部面積を調整可能とした
   ことを特徴とするシールド掘削装置。