JPH09221981A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールド掘進機において、掘削対象地盤へ添
加剤を噴射する複数の噴射ノズルには、地表からの深さ
に応じて異なった圧力が夫々作用するため、添加剤供給
手段により複数の噴射ノズルに共通のポンプで添加剤を
圧送すると、複数の噴射ノズルのうち圧力の低い上側に
位置する噴射ノズル程添加剤が噴射し易くなり、下側に
位置する噴射ノズルからは殆ど添加剤が噴射しない虞が
ある。 【解決手段】 ２つの噴射ノズル５，６に夫々独立に添
加剤を圧送する２つのポンプ３１，３２と噴射口７に添
加剤を圧送するポンプ３３を含む添加剤供給機構８を設
けることで、添加剤噴射ノズル５，６に作用する圧力差
によらず、添加剤噴射ノズル５，６から添加剤を確実に
噴射することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤をトンネル状
に掘り進むシールド掘進機に関し、特に、掘削土の改質
土への改質度を向上させるように、複数の添加剤噴射ノ
ズルに添加剤を供給する添加剤供給手段を改善したもの
に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、地盤をトンネル状に掘り進むシール
ド掘進機は、筒状のシールドフレームと、シールドフレ
ームの先端部に回転可能に装着され複数のカッターを取
付けたカッタスポーク部材を有し、掘削土を分離装置で
水（泥水）と砂・礫とに分離した後、別々の搬送手段で
外部へ搬送するように構成した泥水式シールド掘進機が
主流であったが、分離装置や少なくとも２つの搬送手段
を設ける関係上製作コストが高くなること、土質変化に
よる適応が若干低いこと等から、最近では、製作コスト
を低減でき、あらゆる土質に対応できる泥土圧シールド
掘進機が主流になっている。

【０００３】泥土圧シールド掘進機は、先端部分に掘削
土を収容可能なチャンバを有するシールドフレームと、
シールドフレームの先端部に回転可能に装着され複数の
カッタを取付けたカッタスポーク部材と、カッタスポー
ク部材の背面側に設けられた複数の攪拌羽根と、チャン
バ内の改質土を外部へ搬送する搬送手段を有し、掘削土
に添加剤を添加して掘削土を改質土へ改質し、その改質
土をチャンバからスクリューコンベア及びベルトコンベ
ア等の搬送手段を介して外部へ搬送するように構成され
ている。

【０００４】即ち、泥土圧シールド掘進機においては、
掘削土を改質土へ改質しその改質土を外部へ搬送するよ
うに構成したので、前記分離装置を設ける必要がなく製
作コストを低減でき、あらゆる土質にも対応可能にな
る。そして、最近では、搬送効率及び掘削性能を向上さ
せるとともに、搬送の際の掘削土の砂・礫分の噴発を防
止する為に、掘削土の改質土への改質度を向上させる種
々の技術を採用した泥土圧シールド掘進機が実用に供さ
れている。

【０００５】例えば、特公平７−１６６８０号公報に
は、カッタスポーク部材で掘削した掘削土をチャンバ内
に収納した後、チャンバ内で掘削土に添加剤を添加・混
練して、掘削土を改質土に改質する技術が記載されてい
る。また、特開平３−１５８５９６号公報には、チャン
バ内で掘削土に添加剤を添加するとともに、カッタスポ
ーク部材に設けられた複数の噴射ノズルに共通の１台の
ポンプで添加剤を圧送し、カッタスポーク部材の前方へ
も添加剤を噴射することで、掘削土の改質土への改質度
を向上させる技術が記載されている。

【０００６】例えば、図６、図７の従来のシールド掘進
機１００において、シールドフレーム１０１の先端部に
回転可能に装着されたカッタスポーク部材１０２には、
複数のカッタ１０３を取付けた６つのスポーク１０３を
有し、これらスポーク１０３には、６つの噴射ノズル１
０５〜１０７が、同径位置に配設された２つの噴射ノズ
ルを１組とし３組の噴射ノズルの回転半径を異ならせて
夫々配設されている。２つの噴射ノズル１０５において
は、位相を１２０度異ならせて共通のポンプ１１０によ
り添加剤が圧送され、２つの噴射ノズル１０６において
は、位相を１８０度異ならせ共通のポンプ１１１により
添加剤が圧送され、２つの噴射ノズル１０７において
は、位相を１２０度異ならせ共通のポンプ１１２により
添加剤が圧送されるように構成してある。尚、１１３
は、添加剤を収容しておく為のタンク、１１４は、ポン
プ１１０〜１１２を駆動制御する為の制御ユニットであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平３−１
５８５９６号公報のシールド掘進機において、複数の噴
射ノズルには地表からの深さに応じた圧力が夫々作用す
るため、前記添加剤供給手段により複数の噴射ノズルに
共通のポンプで添加剤を圧送すると、複数の噴射ノズル
のうち圧力の低い上側に位置する噴射ノズル程添加剤が
噴射し易くなり、下側に位置する噴射ノズルからは殆ど
添加剤が噴射しない虞があり、全ての添加剤噴射ノズル
から添加剤を確実に噴射させることができないという問
題がある。

【０００８】図６、図７のシールド掘進機１００におい
ても、図６のカッタスポーク部材１０２の状態では、共
通のポンプ１１０に接続された２つの噴射ノズル１０５
を比べた場合、２つの噴射ノズル１０５のうち上側に位
置する噴射ノズル１０５に作用する圧力が下側に位置す
る噴射ノズル１０５に作用する圧力より低くなるため、
共通のポンプ１１０で圧送された添加剤は、上側に位置
する噴射ノズル１０５から噴射し易くなり、下側に位置
する噴射ノズル１０５から殆ど噴射しないという問題が
ある。２つの噴射ノズル１０６及び２つの噴射ノズル１
０７も同様であり、特開平３−１５８５９６号公報のシ
ールド掘進機同様、全ての添加剤噴射ノズルから添加剤
を確実に噴射させることができない。即ち、掘削性能及
び掘削土の改質土への改質度を向上させることができな
い。

【０００９】本発明の目的は、シールド掘進機におい
て、全ての添加剤噴射ノズルから添加剤を確実に噴射さ
せること、掘削性能を向上させること、掘削土の改質土
への改質度を向上させること、添加剤供給手段の製作コ
ストを低減可能にすること、等である。

【００１０】請求項１のシールド掘進機は、先端部分に
掘削土を収容可能なチャンバを有するシールドフレーム
と、シールドフレームの先端部に回転可能に装着され複
数のカッタを取付けたカッタスポーク部材と、カッタス
ポーク部材の背面側に設けられた複数の攪拌羽根と、チ
ャンバ内の改質土を外部へ搬送する搬送手段とを備えた
シールド掘進機において、掘削土を改質する為の液状の
添加剤を掘削対象の地盤に噴射する複数の添加剤噴射ノ
ズルと、複数の添加剤噴射ノズルに夫々独立に添加剤を
圧送する複数のポンプを含む添加剤供給手段とを備えた
ものである。

【００１１】即ち、カッタスポーク部材とともに複数の
添加剤噴射ノズルも回転し、地表からの深さに応じ複数
の添加剤噴射ノズルに作用する圧力も夫々異なるが、添
加剤供給手段において、複数の添加剤噴射ノズルに夫々
独立に添加剤を圧送する複数のポンプを設けたので、複
数の添加剤噴射ノズルに作用する圧力の差によらず、全
ての添加剤噴射ノズルから添加剤を確実に噴射させるこ
とができ、カッタスポーク部材の回転により掘削対象地
盤全体に添加剤が一様に噴射されるので、掘削性能及び
掘削土の改質土への改質度を向上させることができる。

【００１２】請求項２のシールド掘進機は、先端部分に
掘削土を収容可能なチャンバを有するシールドフレーム
と、シールドフレームの先端部に回転可能に装着され複
数のカッタを取付けたカッタスポーク部材と、カッタス
ポーク部材の背面側に設けられた複数の攪拌羽根と、チ
ャンバ内の改質土を外部へ搬送する搬送手段とを備えた
シールド掘進機において、掘削土を改質する為の液状の
添加剤を掘削対象の地盤に噴射する複数の添加剤噴射ノ
ズルと、前記複数の添加剤噴射ノズルに添加剤を圧送す
る共通のポンプと、このポンプから複数の添加剤噴射ノ
ズルに所定の順序で順番に添加剤を供給するように添加
剤供給系を切換える切換え手段とを含む添加剤供給手段
とを備えたものである。

【００１３】即ち、カッタスポーク部材とともに複数の
添加剤噴射ノズルも回転し、地表からの深さに応じ複数
の添加剤噴射ノズルに作用する圧力も夫々異なるが、添
加剤供給手段において、複数の添加剤噴射ノズルに添加
剤を圧送する共通のポンプと、このポンプから複数の添
加剤噴射ノズルに所定の順序で順番に添加剤を供給する
ように添加剤供給系を切換える切換え手段を設けたの
で、複数の添加剤噴射ノズルに作用する圧力の差によら
ず、全ての添加剤噴射ノズルから添加剤を確実に噴射さ
せることができ、カッタスポーク部材の回転により掘削
対象地盤全体に添加剤が一様に噴射されるので、掘削性
能及び掘削土の改質土への改質度を向上させることがで
きる。

【００１４】請求項３のシールド掘進機は、請求項１の
発明において、複数の攪拌羽根の少なくとも１つに、前
記添加剤を噴射する複数の添加剤噴射口を設け、前記添
加剤供給手段は添加剤噴射口に添加剤を圧送する独立の
ポンプを備えたものである。即ち、チャンバ内におい
て、複数の添加剤噴射口から添加剤を掘削土に添加する
ので、掘削土の改質土への改質を一層向上させることが
できる。その他請求項１と同様の作用を奏する。

【００１５】請求項４のシールド掘進機は、請求項２の
発明において、前記複数の攪拌羽根の少なくとも１つ
に、前記添加剤を噴射する複数の添加剤噴射口を設け、
前記切換え手段は共通のポンプから複数の添加剤噴射ノ
ズルと添加剤噴射口に所定の順序で順番に添加剤を供給
するように構成されたものである。即ち、チャンバ内に
おいても、複数の添加剤噴射口から添加剤を掘削土に添
加して、掘削土の改質土への改質を一層向上させること
ができる。その他請求項２と同様の作用を奏する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ説明する。本実施形態のシールド掘
進機は、粘土・シルト層、砂層、礫層、岩層等の土質に
対応でき、掘削土を改質土へ改質して外部へ搬送するよ
うに構成された泥土圧シールド掘進機に本発明を適用し
た場合の一例である。

【００１７】図１、図２に示すように、泥土圧シールド
掘進機１（以下、シールド掘進機という）には、先端部
分に掘削土を収容可能なチャンバ１５を有するシールド
フレーム２と、シールドフレーム２の先端部に回転可能
に装着され複数のカッタ２３を取付けたカッタスポーク
部材３と、カッタスポーク部材３の背面側に設けられた
複数の攪拌羽根４と、掘削土を改質する為の液状の添加
剤を掘削対象の地盤Ｇに噴射する２つの添加剤噴射ノズ
ル５，６（以下、噴射ノズルという）と、攪拌羽根４に
設けられた添加剤噴射口７（以下、噴射口という）と、
２つの噴射ノズル５，６に夫々独立に添加剤を圧送する
２つのポンプ３１，３２と噴射口７に添加剤を圧送する
ポンプ３３を含む添加剤供給機構８と、チャンバ１５内
の改質土を外部へ搬送する搬送機構９とが設けられてい
る。

【００１８】図示していないが、シールドフレーム２
は、地盤Ｇを屈曲状に掘進できるように屈曲可能な構造
であり、また、シールドフレーム２には、地盤Ｇに対し
てシールド掘削機１を前進させる為の前進機構が付設さ
れている。シールドフレーム２の先端部分内部には、仕
切り板１０が固着されており、この仕切り板１０に、カ
ッタスポーク部材３の回転軸１３を回転自在に支持し且
つ回転駆動する駆動機（図示略）を付設した回転支持部
材１４が固定され、カッタスポーク部材３と仕切り板１
０との間に、チャンバ１５が形成されている。

【００１９】カッタスポーク部材３は、前記回転軸１３
に固着され外周側へ延びる６本のスポーク２０と、６本
のスポーク２０の外周側端部が固着されたリング部２１
と、リング部２１と６本のスポーク２０間に形成された
開口２２とからなり、６本のスポーク２０に複数のカッ
タ２３が夫々取付けられている。前記添加剤を掘削対象
の地盤Ｇに噴射する噴射ノズル５，６は、６本のスポー
ク２０のうち２本のスポーク２５，２６に夫々設けられ
ており、噴射ノズル５はスポーク２５の外周部付近に配
設され、噴射ノズル６はスポーク２６の長さ方向中心付
近に配設されている。カッタスポーク部材３の背面側に
設けられた複数の攪拌羽根４は、チャンバ１５内の掘削
土を攪拌する為のものであり、前記噴射口７は、複数の
攪拌羽根４のうち１つの攪拌羽根４に設けられている。

【００２０】添加剤供給機構８について説明する。２つ
の噴射ノズル５，６と噴射口７に添加剤を供給する添加
剤供給機構８は、添加剤を収容するタンク３０と、添加
剤を噴射ノズル５に圧送する為のポンプ３１と、添加剤
を噴射ノズル６に圧送する為のポンプ３２と、添加剤を
噴射口７に圧送する為のポンプ３３と、３つのポンプ３
１〜３３を夫々駆動制御する制御ユニット３４等で構成
されている。ポンプ３１〜３３は供給通路３１ａ〜３３
ａにより噴射ノズル５，６と噴射口７に夫々接続されて
おり、供給通路３１ａ〜３３ａの途中部には、スイベル
ジョイント（図示略）が夫々介装されている。チャンバ
１５内の改質土を外部へ搬送する搬送機構９は、一端部
がチャンバ１５下端部分に臨むスクリューコンベア３
５、ベルトコンベア等で構成されている。

【００２１】シールド掘進機１の作用について説明す
る。カッタスポーク部材３とともに２つの噴射ノズル
５，６も回転し、噴射ノズル５，６の位置により噴射ノ
ズル５，６に作用する圧力も夫々異なるが、添加剤供給
機構８において、２つの噴射ノズル５，６に夫々独立に
添加剤を圧送する２つのポンプ３１，３２を設けたの
で、噴射ノズル５，６に作用する圧力の差によらず、２
つの噴射ノズル５，６から添加剤を確実に噴射すること
ができる。また、チャンバ１５内においては、収容され
た掘削土に噴射口７から添加剤が噴射されつつ、攪拌羽
根４により掘削土と添加剤が攪拌される。

【００２２】即ち、添加剤噴射ノズル５，６に夫々独立
に添加剤を圧送するポンプ３１，３２を含む添加剤供給
機構８を設けることで、カッタスポーク３の回転により
掘削対象地盤Ｇに添加剤を一様に噴射し付着させること
ができるので、カッタスポーク部材３で掘削対象地盤Ｇ
を掘削し易くなり、シールド掘削機１の掘削性能を向上
させることができる。更に、チャンバ１５内においても
掘削土に噴射口７から添加剤を噴射するように構成した
ので、掘削土の改質土への改質度を著しく向上すること
ができる。

【００２３】その結果、図３に示すように、従来のシー
ルド掘進機１００（図６、図７参照）と比べると、チャ
ンバの奥行きを長くすると掘削土の改質度が向上する掘
削土改質ゾーンを拡大することができるとともに、従来
のシールド掘進機１００ではチャンバの奥行きを長くし
ても、掘削土を約８５％しか改質土へ改質できなかった
が、本実施形態のシールド掘進機１においては、チャン
バ１５の奥行きを適正長さに設定すると、掘削土を略１
００％改質土に改質することが可能になる。

【００２４】次に、前記シールド掘進機１を部分的に変
更した別実施形態のシールド掘削機１Ａについて説明す
る。但し、前記実施形態と同一のものには同一の符号を
付しその説明は省略する。図４に示すように、シールド
掘進機１Ａの添加剤供給機構８Ａは、添加剤を収容する
タンク４０と、タンク４０内の添加剤を２つ噴射ノズル
５，６及び噴射口７に圧送する為の共通のポンプ４１
と、バルブユニット４２（切換え手段に相当する）と、
ポンプ４１とバルブユニット４２とを駆動制御する制御
ユニット４３等で構成されている。

【００２５】図５に示すように、バルブユニット４２に
は３つのバルブ４５と、各バルブ４５を開閉可能な３つ
のアクチュエータ４６が設けられている。ポンプ４１は
供給通路４１ａでバルブユニット４２の３つのバルブ４
５へ接続され、これら３つのバルブ４５が、添加剤供給
通路４２ａ〜４２ｃにより、噴射ノズル５，６及び噴射
口７に夫々接続されている。即ち、制御ユニット４３に
より、アクチュエータ４６を駆動制御し、３つのバルブ
４５を所定のタイミングにて開閉することで、噴射ノズ
ル５，６と噴射口７に所定の順序で順番に添加剤を圧送
するよう構成してある。

【００２６】即ち、このシールド掘進機１Ａによれば、
添加剤供給機構８Ａにおいて、ポンプ４１とバルブユニ
ット４２を設け、噴射ノズル５，６と噴射口７に所定の
順序で順番に添加剤を圧送するよう構成したので、地表
からの深さに応じ噴射ノズル５，６に作用する圧力も夫
々異なるが、２つの噴射ノズル５，６から添加剤を確実
に噴射させることができ、前記実施形態と略同様の作用
・効果を得ることができる。また、共通のポンプ４１で
２つの噴射ノズル５，６と噴射口７に添加剤を圧送する
ので、前記実施形態に比べると、噴射ノズルと噴射口の
数のポンプを設けなくてよいので、添加剤供給機構８Ａ
の製作コストを低減するこができる。

【００２７】前記実施形態の変更態様について説明する
と、カッタスポーク部材３に噴射ノズルを３つ以上設け
てもよいし、複数の攪拌羽根に、複数の噴射口を設けて
もよい。その際、メイン実施形態に適用する場合には、
添加剤供給機構８において、複数の噴射ノズルと噴射口
に夫々独立に添加剤を圧送する複数のポンプを設け、別
実施形態に適用する場合には、添加剤供給機構８Ａにお
いて、噴射ノズルと噴射口の数のバルブを有するバルブ
ユニットを設け、前記複数のバルブと複数の噴射ノズル
と噴射口とを夫々接続し、制御ユニットでバルブユニッ
トを駆動制御し、複数の噴射ノズル及び噴射口に所定の
順序で順番に添加剤を供給するように構成すればよい。

【００２８】

【発明の効果】請求項１のシールド掘進機によれば、掘
削土を改質する為の液状の添加剤を掘削対象の地盤に噴
射する複数の添加剤噴射ノズルと、複数の添加剤噴射ノ
ズルに夫々独立に添加剤を圧送する複数のポンプを含む
添加剤供給手段とを備えたので、複数の噴射ノズルには
地表からの深さに応じ異なった圧力が夫々作用するが、
添加剤供給手段により、全ての添加剤噴射ノズルから添
加剤を確実に噴射させることができ、カッタスポーク部
材の回転により掘削対象地盤全体に添加剤が一様に噴射
されるので、掘削性能及び掘削土の改質土への改質度を
向上させることができる。

【００２９】請求項２のシールド掘進機によれば、掘削
土を改質する為の液状の添加剤を掘削対象の地盤に噴射
する複数の添加剤噴射ノズルと、前記複数の添加剤噴射
ノズルに添加剤を圧送する共通のポンプと、このポンプ
から複数の添加剤噴射ノズルに所定の順序で順番に添加
剤を供給するように添加剤供給系を切換える切換え手段
とを含む添加剤供給手段とを備えたので、複数の噴射ノ
ズルには地表からの深さに応じ異なった圧力が夫々作用
するが、共通のポンプと切換え手段とを含む添加剤供給
手段により、全ての添加剤噴射ノズルから添加剤を確実
に噴射させることができ、カッタスポーク部材の回転に
より掘削対象地盤全体に添加剤が一様に噴射されるの
で、掘削性能及び掘削土の改質土への改質度を向上させ
ることができる。また、複数の添加剤噴射ノズルに共通
のポンプで添加剤を圧送するように構成したので、添加
剤供給手段の製作コストを低減するこができる。

【００３０】請求項３のシールド掘進機によれば、請求
項１と同様の効果を奏するが、複数の攪拌羽根の少なく
とも１つに、前記添加剤を噴射する複数の添加剤噴射口
を設け、前記添加剤供給手段は添加剤噴射口に添加剤を
圧送する独立のポンプを備えたので、チャンバ内におい
ても、複数の添加剤噴射口から添加剤を掘削土に添加
し、掘削土の改質土への改質を一層向上させることがで
きる。

【００３１】請求項４のシールド掘進機は、請求項２と
同様の効果を奏するが、前記複数の攪拌羽根の少なくと
も１つに、前記添加剤を噴射する複数の添加剤噴射口を
設け、前記切換え手段は共通のポンプから複数の添加剤
噴射ノズルと添加剤噴射口に所定の順序で順番に添加剤
を供給するように構成されたので、チャンバ内において
も、複数の添加剤噴射口から添加剤を掘削土に添加し、
掘削土の改質土への改質を一層向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るシールド掘進機の正面
図である。

【図２】シールド掘進機の縦断面図である。

【図３】チャンバの奥行きを変数とした掘削土の改質度
を示す説明図である。

【図４】別実施形態に係るシールド掘進機の縦断面図で
ある。

【図５】バルブユニットの構成図である。

【図６】従来のシールド掘進機の正面図である。

【図７】従来のシールド掘進機の縦断面図である。

【符号の説明】

Ｇ 地盤 １，１Ａ シールド掘進機 ２ シールドフレーム ３ カッタスポーク部材 ４ 攪拌羽根 ５，６ 添加剤噴射ノズル ７ 添加剤噴射口 ８，８Ａ 添加剤供給機構 ９ 搬送機構 １５ チャンバ ２３ カッタ ３１〜３３，４１ ポンプ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部分に掘削土を収容可能なチャンバ
   を有するシールドフレームと、シールドフレームの先端
   部に回転可能に装着され複数のカッタを取付けたカッタ
   スポーク部材と、カッタスポーク部材の背面側に設けら
   れた複数の攪拌羽根と、チャンバ内の改質土を外部へ搬
   送する搬送手段とを備えたシールド掘進機において、 掘削土を改質する為の液状の添加剤を掘削対象の地盤に
   噴射する複数の添加剤噴射ノズルと、 前記複数の添加剤噴射ノズルに夫々独立に添加剤を圧送
   する複数のポンプを含む添加剤供給手段と、 を備えたことを特徴とするシールド掘進機。
2. 【請求項２】 先端部分に掘削土を収容可能なチャンバ
   を有するシールドフレームと、シールドフレームの先端
   部に回転可能に装着され複数のカッタを取付けたカッタ
   スポーク部材と、カッタスポーク部材の背面側に設けら
   れた複数の攪拌羽根と、チャンバ内の改質土を外部へ搬
   送する搬送手段とを備えたシールド掘進機において、 掘削土を改質する為の液状の添加剤を掘削対象の地盤に
   噴射する複数の添加剤噴射ノズルと、 前記複数の添加剤噴射ノズルに添加剤を圧送する共通の
   ポンプと、このポンプから複数の添加剤噴射ノズルに所
   定の順序で順番に添加剤を供給するように添加剤供給系
   を切換える切換え手段とを含む添加剤供給手段と、 を備えたことを特徴とするシールド掘進機。
3. 【請求項３】 前記複数の攪拌羽根の少なくとも１つ
   に、前記添加剤を噴射する複数の添加剤噴射口を設け、
   前記添加剤供給手段は添加剤噴射口に添加剤を圧送する
   独立のポンプを備えたことを特徴とする請求項１に記載
   のシールド掘進機。
4. 【請求項４】 前記複数の攪拌羽根の少なくとも１つ
   に、前記添加剤を噴射する複数の添加剤噴射口を設け、
   前記切換え手段は共通のポンプから複数の添加剤噴射ノ
   ズルと添加剤噴射口に所定の順序で順番に添加剤を供給
   するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載
   のシールド掘進機。