JPH085134Y2 - 土砂搬出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案はシールド掘進機における
スクリュ式土砂搬出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地下水位の高い滞水砂礫層や粘性土質の
トンネル施工においては、現在土圧式と加泥式のシール
ドマシンが多く使われている。土圧式シールドマシン
は、通例排土装置としてスクリュ式土砂搬出装置（スク
リュコンベヤ）を装備している。このシールドマシン
は、切羽前面の土圧に対抗する圧力保持体としてシール
ド圧力室（チャンバー）に掘削土砂を充満させ、またス
クリュコンベヤによる掘削土砂の排出の過程で、圧縮締
め固めにより難透水性のサンドプラグを形成させて地下
水圧を保持し、切羽の安定をはかりながら掘進を行なう
構成になっている。このような土圧式シールドマシンで
は、カッタヘッドで掘削した切羽の土砂をシールドチャ
ンバー内で塑性流動化させ、該チャンバー内を所定圧力
に保持しながらスクリュコンベヤによって大気圧下の土
砂取出し口に排出している。土砂取出し口にはコーンバ
ルブ又はロータリーバルブ等のゲートバルブを設け、こ
のバルブ開度を適宜調節することにより排出土砂量及び
該土砂の締め固め強さを調整していた。

【０００３】

【考案が解決しようとする問題点】しかるに上記のシー
ルドマシンでは掘削された土砂の中に大きな固形物（羽
根のピッチ一杯でかつ有効断面一杯の礫等）が取込口に
入った後、排出口に向って行く途中で詰まる状態がしば
しば起っていた。また、ゲートバルブの開閉時期を間違
えた場合はチャンバー内圧力とコンベヤゲートバルブ付
近の圧力差を規定圧に保つことができず、排土装置内に
急激な土圧上昇が起こり、土砂がつまり滞留することに
より閉塞を生ずる。すなわち機長全長にわたりスクリュ
ピッチが同一に構成されている図３（Ａ）のような従来
の排土装置３０Ａ及び図３（Ｂ）のようにスクリュピッ
チａが同一でかつ排土側にスクリュ羽根を有しないゾー
ン３１を有する従来の排土装置３０Ｂにあっては、前記
ゲートバルブ３２の誤操作によりバルブの開口部付近に
土砂が圧密付着し、その圧密が土砂取込口３３まで成長
しスクリュコンベヤ全体の閉塞を生じさせている。閉塞
が生じた場合は、直ちにスクリュー回転速度を調整する
ことで対処するが、閉塞が起き出すと仲々止められず、
例えば小口径のシールドマシンの場合では、閉塞解除の
ためにスクリュコンベヤを取外して坑外に搬出するなど
の事態を余儀なくされ、掘進作業の中断が長期間に及ぶ
こともあった。しかるに現在に至るまで上記のような排
土装置の閉塞を効果的に防止しうる手段は開発されてい
なかった。

【０００４】本考案の目的は、以上の問題点を解決し、
掘削土砂をスムーズに排土することのできる土砂搬出装
置を提供せんとするものである。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに本考案は、トンネルを掘削する地山に臨むカッタを
備えたシールドチャンバーに直結させたスクリュコンベ
ヤケーシングの上流側の端部に土砂取込口を設け、また
下流側の端部に圧力調整用ゲートバルブを備えた土砂取
出口を設けるとともに、該ケーシングにより形成された
空間内に取込土砂を充填し、該土砂を圧密して難透水性
のサンドプラグを形成しながら取込土砂を排土するスク
リュコンベヤ装置であって、取込土砂の圧密状態を前記
土砂取込口では密にし、土砂取出口では粗にするととも
に、前記土砂取込口と土砂取出口との間のスクリュコン
ベヤ内の取込土砂の圧密状態を上流側から下流側に向っ
て粗密、粗密と反復し保持するように、スクリュ羽根ピ
ッチを変化させたことを特徴とするシールド掘進機の土
砂搬出装置である。

【０００６】

【実施例】次に本考案の構成を図面に基づいて具体的に
説明する。図１は、本考案の一実施例を骨格的に示す縦
断面図であって、図中符号１はスクリュコンベヤのケー
シング、２はスクリュ軸、３はスクリュ軸回転用モー
タ、４はスクリュ羽根、５は土砂取込口、６は土砂取出
口である。土砂取出口６には、この取出口を全開できる
コーンバルブ７が設けられており、コーンバルブ７はシ
リンダ１３によりバルブ開度が調節される。

【０００７】本考案の土砂搬出装置（スクリュコンベ
ヤ）は、図示の通りスクリュ軸長手方向に沿ってスクリ
ュ羽根ピッチを異にする数個のゾーンＺ０、Ｚ１、Ｚ２
・・・、Ｚｎを設ける。これら各ゾーンのスクリュ羽根
４のピッチは、土砂取込口５を有するゾーンのスクリュ
羽根のピッチを最小ピッチとし、一方、土砂取出口６を
有するゾーンのスクリュ羽根ピッチが最大ピッチとなる
ように形成させる。しかも前記土砂取込口と土砂取出口
との間で、羽根ピッチが大きいものと小さいものとが繰
り返すように設けられている。この構成によって、前記
土砂取込口と土砂取出口との間のスクリュコンベヤ内の
取込土砂の圧密状態を上流側から下流側に向って粗密、
粗密と反復し保持するように、取込土砂の圧密状態を複
数段増減しうるようにしている。

【０００８】図１の実施例では、土砂取込口５付近のス
クリュ羽根のピッチを１０としたときに、隣のスクリュ
羽根のピッチ１１は、１０≒１１の関係を有し、また下
流側のゾーンＺ２、Ｚ３のスクリュ羽根のピッチ１２、
１３は、Ｌ０≒１１＜１２＜１３の関係を有し、ゾーン
Ｚ４のスクリュ羽根のピッチは１２の関係となるように
設定している。上記実施例では、土砂取込口と土砂取出
口との間の羽根ピッチが小中大、中小大なる関係を有し
いるが、土砂取込口と土砂取出口との間のスクリュコン
ベヤ内の取込土砂の圧密状態を上流側から下流側に向っ
て粗密、粗密と反復し保持するように、土砂取込口と土
砂取出口との間のスクリュコンベヤ部の羽根ピッチはそ
のピッチが大きいものと小さいものとが繰り返すように
設けられていればよいしたがって、ここでいう各ゾーン
の羽根ピッチは小大、小大、もしくは小中大、小中大、
または中小大、中小大と、規則正しく反復する関係を有
していてもさしつかえない。

【０００９】図２は図１のスクリュコンベヤの使用状態
を示したもので、図中符号１０が本考案の土砂搬出装
置、１１はシールドチャンバー、１２はカッタヘッド、
１３はバルブ用シリンダ、１４はベルトコンベヤを示し
ている。

【００１０】

【作用】本考案は上述のように、チャンバー１１内に充
満した土砂は取込口５よりコンベヤ内に取込まれる際、
スクリュ軸長手方向に沿ってスクリュ羽根ピッチを異に
する数個のゾーンを設け、各ゾーンのスクリュ羽根のピ
ッチは、土砂取込口付近のスクリュ羽根のピッチを最小
ピッチとし、かつ土砂取出口付近のスクリュ羽根ピッチ
が最大ピッチとなるように形成されているとともに、前
記土砂取込口と土砂取出口との間のスクリュコンベヤ内
の取込土砂の圧密状態を上流側から下流側に向って粗
密、粗密と反復し保持するように、スクリュ羽根ピッチ
を変化させたので、土砂取込口と取出口の土砂の圧密状
態（密度）は密と粗であるが、コンベヤ内部に取込まれ
た土砂の圧密状態（密度）は前記ピッチの変化に応じて
取出口６に至るまで数段にわたり増減するから、たとえ
スクリュ羽根ピッチと同等で有効断面一杯の大きな固形
物（大礫等）が取込まれても、従来のように途中でその
固形物が滞留して詰まることなく、スムーズに排出口ま
で搬送される。この作用のため、取込口５より取込まれ
た掘削土砂は過圧縮となることなく、取込土砂を撹拌し
流動化させながらスムーズに取出口６へ運搬される。本
作用によって、例えば、シールド掘進地層が、大礫含有
の砂礫で地山の地下水圧が高い場合、取込口５より取込
まれた大礫含有の掘削砂礫土は、スクリュコンベヤ内を
下流側に向かって搬送される段階で羽根ピッチの小から
大へ通過する際に減圧効果を奏し、減圧効果ゾーンに於
いて、土砂の撹拌促進により流動化されると共に過圧密
による閉塞が起らず、又羽根ピッチの大から小へ通過す
る際に増圧効果を奏し、増圧効果ゾーンに於いて土砂の
撹拌促進により流動化されると共に、土砂の圧密度が増
加して、止水性を確保しながら大気圧中に排土できた。

【００１１】以上、本考案の実施例を図面により説明し
てきたが、本考案はこの実施例に限定されるものではな
い。例えば、スクリュ羽根のないゾーンをコンベヤのゲ
ートバルブ側に設けてもよい。また、スクリュ軸内に薬
液注入管を装備させるようにすることもできるほか、本
考案の趣旨を損なわない範囲に於て種々の変更が可能で
ある。

【考案の効果】以上に述べた本考案の構成によれば、土
砂取込口より取込まれた土砂全体がスクリュコンベヤ中
において過度に圧密されることなく安定した流動が行わ
れ土砂搬送状態が良好となる。しかも本考案によれば、
スクリュコンベヤ内を塑性流動化させた取込土砂で充満
させることにより、該土砂を媒体としてスクリュコンベ
ヤのケーシング内を切羽土圧に対抗し得る圧力に保つこ
とができる。したがって、シールド切羽前面土圧とのバ
ランス保持が容易となり、そのうえ掘削土砂の圧密によ
り止水性を確保しながらスクリュコンベヤ内での閉塞が
防止できるので、礫を含む含水比の高い掘削土砂をシー
ルドチャンバー（所定圧力保持下）から土砂搬出口（大
気圧下）までスムーズに搬送できる。特に掘削土砂の搬
送中に、圧力管理を誤って急激な圧力降下を招いて地下
の崩壊と路面沈下による第３者災害の防止も期待でき、
施工効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を骨格的に示した縦断面図で
ある。

【図２】図１のものの使用状態を示す。

【図３】図３の（Ａ）と（Ｂ）は従来例を骨格的に示し
た縦断面図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ スクリュ軸 ３ モータ ４ スクリュ羽根 ５ 土砂取込口 ６ 土砂取出口 ７ コーンバルブ １０ 土砂搬出装置 １１ シールドチャンバー １２ カッタヘッド １３ バルブ用シリンダ １４ ベルトコンベヤ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】トンネルを堀削する地山に臨むカッタを備
   えたシールドチャンバーに直結させたスクリュコンベヤ
   ケーシングの上流側の端部に土砂取込口を設け、また下
   流側の端部に圧力調整用ゲートバルブを備えた土砂取出
   口を設けるとともに、該ケーシングにより形成された空
   間内に取込土砂を充填し、該土砂を圧密して難透水性の
   サンドプラグを形成しながら取込土砂を排土するスクリ
   ュコンベヤ装置であって、 取込土砂の圧密状態を前記土砂取込口では密にし、土砂
   取出口では粗にするとともに、前記土砂取込口と土砂取
   出口との間のスクリュコンベヤ内の取込土砂の圧密状態
   を上流側から下流側に向って粗密、粗密と反復し保持す
   るように、スクリュ羽根ピッチを変化させたことを特徴
   とするシールド掘進機の土砂搬出装置。
2. 【請求項２】スクリュコンベヤは、土砂取込口側の羽根
   ピッチを最小となし、土砂取出口側の羽根ピッチを最大
   にし、かつ前記土砂取込口と土砂取出口との間で、羽根
   ピッチが大きいものと小さいものとが繰り返すように設
   けられていることを特徴とする請求項１記載のシールド
   掘進機の土砂搬出装置。