JPH10184279A - トンネル掘進機の掘削ズリ搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排土効率が向上し、比較的大きな礫等を搬送
でき、メンテナンス性がよく、且つ掘削ズリ量の変動に
対応することができるトンネル掘進機の掘削ズリ搬送装
置を提供する。 【解決手段】 カッタ１０で掘削された掘削ズリを一旦
カッタ室１２内のホッパ１５に集積し、ホッパ１５内の
掘削ズリをスクリューコンベヤ１９で隔壁１１の後方へ
搬送し、スクリューコンベヤ１９の排出口１８から排出
された掘削ズリを、水流噴射手段２６から噴射された水
流によって移送管２５内をトンネル後方に押し流す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘進機の
掘削ズリ搬送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のトンネル掘進機の掘削ズリ搬送装
置を図７に示す。図示するように、切羽を掘削すべく回
転するカッタａとシールドフレームｂ内を前後に仕切る
隔壁ｃとで区画されたカッタ室ｄ内には、カッタａで掘
削された掘削ズリを集積するホッパｅが設けられてい
る。ホッパｅの底部には、ホッパｅ内の掘削ズリをジェ
ット水流によって搬送するジェットポンプｆが設けら
れ、ジェットポンプｆの排出口には、掘削ズリを後方に
移送する移送管ｇが接続されている。

【０００３】かかる搬送装置によれば、カッタａで掘削
された掘削ズリは、一旦ホッパｅに集積され、その後ジ
ェットポンプｆにより移送管ｇを通してトンネル後方へ
流体輸送される。このように、掘削ズリをジェットポン
プｆによる移送管ｇを通した流体輸送とすれば、トンネ
ル内に掘削ズリ搬送用の台車等を設ける必要がなくな
り、小口径のトンネル掘進機に好適なものとなる。ま
た、台車等を用いないので、粉塵がなくトンネル内の作
業環境が向上する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の掘削ズ
リ搬送装置にあっては、カッタ室ｄ内にジェットポンプ
ｆを設けているため、掘削ズリ中の礫等がジェットポン
プｆのスロート部ｈに詰まった場合、作業員が隔壁ｃに
設けた図示しないマンホールを開いてカッタ室ｄ内に入
って除去作業を行わなければならず、メンテナンス性が
悪い。

【０００５】また、狭いカッタ室ｄ内にジェットポンプ
ｆを設けているため、ジェットポンプｆのサイズがカッ
タ室ｄの大きさによって制限され、大きな礫、岩塊、土
塊等をホッパｅから搬出できない。また、掘削ズリ搬送
能力（ｍ³ ／min ）がカッタ室ｄの大きさによって制限
されてしまう。

【０００６】他方、カッタａで掘削される掘削ズリ量は
土質やカッタ回転速度等によって変動し一定ではないた
め、多量の掘削ズリが生じた場合には、上述のように能
力が制限されたジェットポンプｆでは搬送しきれなくな
り、ホッパｅから掘削ズリが溢れてカッタ室ｄ内に充満
し、掘進不能となることも考えられる。

【０００７】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、比較的大きな礫等を搬送できると共に、メンテ
ナンス性がよく、且つ掘削ズリ量の変動に対応できるト
ンネル掘進機の掘削ズリ搬送装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るトンネル掘進機の掘削ズリ搬送装置は、
切羽を掘削するカッタと、該カッタ坑口側のカッタ室内
に設けられ掘削ズリを集積するホッパと、該ホッパ内に
取込口を有すると共に上記カッタ室の後方に排出口を有
する掘削ズリ搬送用のコンベヤと、該コンベヤの排出口
から排出された掘削ズリをトンネル後方へ移送するため
の移送管と、該移送管に設けられ管内の掘削ズリをトン
ネル後方へ押し流すための水流噴射手段とを備えて構成
されている。

【０００９】本発明によれば、ホッパに集積された掘削
ズリは、コンベヤによって隔壁の後方に搬出されるた
め、比較的大きな礫等も問題なくホッパから搬送でき
る。また、掘削ズリを流体輸送する水流噴射手段をカッ
タ室の後方に設けたので、カッタ室のスペースとは無関
係に流体輸送能力の大きな水流噴射手段を採用でき、排
土効率が向上する。また、かかる水流噴射ノズルは、隔
壁の後方に設けられているので、容易にメンテナンスが
できる。また、掘削ズリの発生量が変動した場合には、
それに応じてコンベヤの回転速度（運転速度）を調節す
ることにより、ホッパ内の掘削ズリの量を略一定に保つ
ことができ、カッタ室内が掘削ズリで充満して掘削不能
となることを回避できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１１】図１は本実施形態に係る掘削ズリ搬送装置
を備えたトンネル掘進機の側断面図、図２は図１の II-
II線断面図、図３は図１の III-III線断面図、図４は上
記掘削ズリ搬送装置のシステム全体図である。

【００１２】図１に示すように、このトンネル掘進機
は、前胴１と中胴２と後胴３とから構成されたシールド
フレーム４を有している。前胴１と中胴２とは、中折れ
継手５を介して接続されており、中折れジャッキ６によ
って屈曲自在となっている。後胴３は、前部後胴３ａと
後部後胴３ｂから構成されている。前部後胴３ａと後部
後胴３ｂとは、中折れ継手７を介して接続されており、
ヒンジ機構８によって屈曲自在となっている。中胴２
は、内筒２ａと外筒２ｂとの二重筒から構成され、それ
らの間に上記前部後胴３ａがスライド自在に挿入されて
いる。そして、上記中胴２と後部後胴３ｂとに間には、
推進ジャッキ９が介設されている。

【００１３】前胴１には、その前端部に切羽を掘削すべ
く回転するカッタ１０が設けられ、内部に前胴１内を前
後に仕切る隔壁１１が設けられている。カッタ１０は、
岩盤を掘削するためのローラカッタ１０ａやカッタビッ
ト等が設けられたカッタヘッドを有している。このカッ
タ１０と上記隔壁１１とによって区画された空間が、カ
ッタ１０で掘削した掘削ズリを取り込むカッタ室１２と
なる。また、前胴１には、図２にも示すようにフロント
グリッパジャッキ１３が、径方向外方に出没自在に設け
られ、上記後部後胴３ｂには、図３にも示すようにリヤ
グリッパジャッキ１４が、径方向外方に出没自在に設け
られている。

【００１４】かかるトンネル掘進機を掘進させる場合に
は、フロントグリッパジャッキ１３を引き込みリヤグリ
ッパジャッキ１４を突出させ、その状態でカッタ１０を
回転させつつ推進ジャッキ９を伸ばす。すると、後胴３
の位置が保たれたまま、前胴１および中胴２が前進す
る。その後、推進ジャッキ９が所定ストロークに至った
なら、フロントグリッパジャッキ１３を突出させリヤグ
リッパジャッキ１４を引き込み、その状態で推進ジャッ
キ９を縮める。すると、前胴１および中胴２の位置が保
たれたまま、後胴３が前方に引き寄せられる。かかる動
作を繰り返すことにより、尺取り虫のように掘進するの
である。

【００１５】さて、上記カッタ室１２内には、カッタ１
０で掘削された掘削ズリを集積するためのホッパ１５
が、隔壁１１に取り付けられている。ホッパ１５には、
カッタ１０に形成された土砂取込口（図示せず）から直
接掘削ズリが投入される他、一旦カッタ室１２内に落ち
た掘削ズリがカッタ１０の内面に設けられたバケット１
６で掻き上げられて投入されるようになっている。すな
わち、バケット１６がカッタ１０の回転に伴って上昇し
て逆様になったとき、それと対向するようにホッパ１５
が隔壁１１から延出されているのである。バケット１６
は、カッタ１０の内面に放射状に取り付けられた複数の
リブから構成されている。

【００１６】ホッパ１５には、当該ホッパ１５内に取込
口１７を有すると共に隔壁１１の後方に排出口１８を有
するスクリューコンベヤ１９が接続されている。スクリ
ューコンベヤ１９は、隔壁１１に形成された取込口１７
に取り付けられた管状のケーシング２０と、ケーシング
２０内に収容された螺旋状のネジ羽根２１と、ネジ羽根
２１を回転させるモータ２２とを有している。ネジ羽根
２１は、リボンを螺旋状に旋回させたようなシャフトレ
ス部２１ａと、回転軸２３にリボンを螺旋状に巻き付け
たようなシャフト部２１ｂとからなり、シャフトレス部
２１ａが上記取込口１７を挿通してホッパ１５内に配置
されている。

【００１７】このように中心に空間を有するシャフトレ
ス部２１ａをホッパ１５内に位置させることにより、ホ
ッパ１５内の攪拌性が高まると共に比較的大きな礫もホ
ッパ１５内から搬送できる。また、シャフトレス部２１
ａの後方にシャフト部２１ｂを接続することにより、ネ
ジ羽根２１を駆動するモータ２２の取付位置（高さ）を
シャフト部２１ｂの回転軸２３の位置とすることがで
き、機内の上部にモータ２２と干渉しない広い作業空間
２４を確保できる。なお、ホッパ１５内の攪拌性を考慮
しなければ、ネジ羽根２１を全てシャフト部２１ｂとし
てもよい。

【００１８】スクリューコンベヤ１９のケーシング２０
の後部下面には、上記ネジ羽根２１によって搬送された
掘削ズリを排出するための排出口１８が設けられてい
る。排出口１８には、排出された掘削ズリをトンネル後
方へ移送するための移送管２５が接続されている。移送
管２５は、排出口１８にボルト等で着脱自在に取り付け
られる接続管２５ａと、接続管２５ａにボルト等で着脱
自在に取り付けられる本体管２５ｂとから構成されてい
る。本体管２５ｂは、中胴２の底面と干渉しないように
上方にカーブされており、そのカーブ部２５ｃには、管
内の掘削ズリをトンネル後方へ押し流すための水流噴射
手段として高水圧ノズル２６が取り付けられている。

【００１９】高水圧ノズル２６は、上記本体管２５ｂの
1/5程度の直径の細管からなり、8Kg/cm ² 程度の水流
を噴出する。本実施形態においては、高水圧ノズル２６
をカーブ部２５ｃの外側に配置したが、これに限らずカ
ーブ部２５ｃの側面または内側に配置してもよいし、高
水圧ノズル２６を多数配置してもよい。また、高水圧ノ
ズル２６を形成する細管を本体管２５ｂの内部に突き出
すようにしてもよい。なお、スクリューコンベヤ１９の
ケーシング２０内の後端部には、掘削ズリを上記排出口
１８に案内するための斜板２７が設けられている。ま
た、上記前胴１内に設けられた隔壁１１には、ホッパ１
５内に水を供給する給水管２８が設けられている。

【００２０】次に、給水管２８、高水圧ノズル２６、移
送管２５の結合システムを図４に示す。図示するよう
に、移送管２５を通って輸送される掘削ズリおよび水
は、バルブ２９を介してクラッシャ３０に供給され、掘
削ズリ中の礫や土塊等を粉砕され、排水タンク３１に貯
溜される。排水タンク３１内の排水は、排水ポンプ３２
でホース３３を通して地上タンク３４に移送され、土砂
と水とが分離される。地上タンク３４内の水は、加圧ポ
ンプ３５によりホース３６を通じて供給管３７に送ら
れ、一部がそのまま給水管２８に送られ、残りがさらに
ポンプ３９で加圧されて高水圧ノズル２６に送られるよ
うになっている。なお、バルブ４０、４１は、通常時は
閉じられており、管内を洗浄するとき等に開かれる。

【００２１】以上の構成からなる本実施形態の作用を述
べる。

【００２２】カッタ１０で掘削された掘削ズリ（本実施
形態では主に礫を対象としている）は、直接ホッパ１５
に落下する他、カッタ１０に設けたバケット１６に汲み
上げられてホッパ１５に集積される。ホッパ１５内の掘
削ズリは、スクリューコンベヤ１９によって隔壁１１の
後方に搬送される。このようにホッパ１５内の掘削ズリ
をスクリューコンベヤ１９で搬出するようにしたので、
図７に示すものようにジェットポンプｆで搬出する方式
に比べれば、比較的大きな礫等も問題なくホッパ１５か
ら搬送できる。なお、ホッパ１５内には給水管２８から
水が供給されるため、スクリューコンベヤ１９の内部に
は掘削ズリと水とが充満した状態となっており、掘削ズ
リ（礫等）の搬送摩擦が軽減される。

【００２３】スクリューコンベヤ１９で搬送された掘削
ズリは、給水管２８からの水と一緒に排出口１８から移
送管２５に排出され、高水圧ノズル２６から噴射された
水流に押され（巻き込まれ）て、後方に搬送される。こ
のように、掘削ズリを流体輸送するための高水圧ノズル
２６を隔壁１１の後方に設けたので、図７に示すものよ
うにカッタ室ｄ内にジェットポンプｆを設けたタイプと
比較すれば、本装置はカッタ室１２のスペースとは全く
無関係に流体輸送能力の大きな高水圧ノズル２６を採用
でき、排土効率が向上する。

【００２４】すなわち、図７に示すものようにカッタ室
ｄ内にジェットポンプｆを設けるタイプでは、そのジェ
ットポンプｆのサイズ（能力）がカッタ室ｄのスペース
によって制限されてしまうのに対し、本実施形態のよう
にカッタ室１２内の掘削ズリを一旦スクリューコンベヤ
１９で隔壁１１の後方に搬送した後に高水圧ノズル２６
で流体輸送するようにすれば、その高水圧ノズル２６の
サイズは何等カッタ室１２の大きさに影響を受けないた
め、輸送能力の大きな高水圧ノズル２６を採用でき、排
土効率が向上するのである。

【００２５】また、かかる高水圧ノズル２６は、隔壁１
１の後方の機内側に設けられているので、仮に故障や詰
まり等が生じたとしても容易にメンテナンスができる。
また、スクリューコンベヤ１９は、掘削ズリを搬送する
途中でズリ中の礫や土塊等を粉砕する機能も発揮する。
このため、スクリューコンベヤ１９から移送管２５に排
出された掘削ズリ中の礫径は、高水圧ノズル２６で十分
流体輸送可能なサイズとなる。

【００２６】また、切羽の土質やカッタ１０の回転速度
が変化して掘削ズリの発生量が変動した場合には、それ
に応じてスクリューコンベヤ１９を駆動するモータ２２
の回転速度を調節することにより、ホッパ１５内の掘削
ズリの量を略一定に保つことができる。すなわち、掘削
ズリの発生量が増えた場合にはスクリューコンベヤ１９
の回転速度を速くし、掘削ズリの発生量が減った場合に
はスクリューコンベヤ１９の回転速度を遅くする。これ
により、ホッパ１５内の掘削ズリの量を略一定に保つこ
とができ、掘削ズリがホッパ１５から溢れてカッタ室１
２内に充満し、掘削不能となることを回避できる。

【００２７】以上説明したように本装置によれば比較的
大きな礫、土塊、岩塊を搬送できるので、カッタ１０に
形成されるカッタスリット（土砂取込口）を大きくでき
る。よって、掘削ズリの取込性が向上し、カッタヘッ
ド、カッタビット、ローラカッタ１０ａの摩耗が低減で
きる。また、ホッパ１５内の掘削ズリをスクリューコン
ベヤ１９で搬送するようにしているため、図７に示すも
ののようにジェットポンプｆに礫が詰まって生じるカッ
タ室ｄ内の土砂閉塞を回避できる。

【００２８】なお、この掘削ズリ搬送装置は、本トンネ
ル施工が終了した後には他の現場の掘削ズリ搬送装置と
して使い回すことができ、その際、移送管２５をスクリ
ューコンベヤ１９から取り外し、代わりにトロッコによ
る搬送とすることも可能である。

【００２９】変形例を図５及び図６に示す。

【００３０】図５に示すものは、スクリューコンベヤ１
９のネジ羽根２１を全てシャフトレス部２１ａとしたも
のである。この場合、シャフトレス部２１ａの外周部に
駆動ギヤ４２を固設し、駆動ギヤ４２をモータ４３のピ
ニオン４４で駆動するようにする。

【００３１】この方式によれば、スクリューコンベヤ１
９の排出口１８をケーシング２０の後端部に設けること
ができるため、その排出口１８にテーパ状の接続管２５
ａと直線状の本体管２５ｂとからなる移送管２５を接続
することにより、スクリューコンベヤ１９および移送管
２５の位置（高さ）を図１に示すものよりも低くでき、
その上方に広い作業空間２４を確保できる。なお、高水
圧ノズル２６の取付位置は、接続管２５ａの下部に限ら
ず、側部または上部でもよい。

【００３２】また、図６に示すものは、スクリューコン
ベヤ１９の排出口１８の下方に、ジェットポンプ４５を
設け、ホッパ１５内に水を供給する給水管２８を廃止し
たものである。ジェットポンプ４５は、排出口１８から
落下した掘削ズリを受ける受け部４６と、受け部４６の
下方に設けられた筒体状の本体４７と、本体４７の一端
に設けられた高水圧ノズル２６と、その反対側に設けら
れた筒状のスロート４８とを備えている。スロート４８
の下流側には、移送管２５が接続されている。

【００３３】この方式によれば、ホッパ１５内の掘削ズ
リ（礫等）は、スクリューコンベヤ１９によってドライ
搬送され、排出口１８から空気を巻き込んでジェットポ
ンプ４５の本体４７内に落下し、高水圧ノズル２６から
噴射された水流および巻き込まれた空気に押されて移送
管２５内を後方に搬送される。ここで、ジェットポンプ
４５の受け部４６が開放されているため、仮にジェット
ポンプ４５内に詰まり等が生じてもメンテナンスがしや
すい。なお、給水管２８を設けてウエット搬送としても
よい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るトンネ
ル掘進機の掘削ズリ搬送装置によれば、排土効率が向上
し、比較的大きな礫等を搬送でき、メンテナンス性がよ
く、且つ掘削ズリ量の変動に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す掘削ズリ搬送装置を
備えたトンネル掘進機の側断面図である。

【図２】図１の II-II線断面図である。

【図３】図１の III-III線断面図である。

【図４】上記掘削ズリ搬送装置のシステム全体図であ
る。

【図５】上記掘削ズリ搬送装置の別の実施形態を示す側
断面図である。

【図６】上記掘削ズリ搬送装置の更に別の実施形態を示
す側断面図である。

【図７】従来の掘削ズリ搬送装置を示す側断面図であ
る。

【符号の説明】

４ シールドフレーム １０ カッタ １１ 隔壁 １２ カッタ室 １５ ホッパ １７ 取込口 １８ 排出口 １９ スクリューコンベヤ ２５ 移送管 ２６ 水流噴射手段としての高水圧ノズル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切羽を掘削するカッタと、該カッタ坑口
   側のカッタ室内に設けられ掘削ズリを集積するホッパ
   と、該ホッパ内に取込口を有すると共に上記カッタ室の
   後方に排出口を有する掘削ズリ搬送用のコンベヤと、該
   コンベヤの排出口から排出された掘削ズリをトンネル後
   方へ移送するための移送管と、該移送管に設けられ管内
   の掘削ズリをトンネル後方へ押し流すための水流噴射手
   段とを備えたことを特徴とするトンネル掘進機の掘削ズ
   リ搬送装置。