JPH10246096A - シールド掘進機の排土装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削土砂をその搬送中に脱水することによ
り、減量化すると共にその取扱性を向上することができ
るシールド掘進機の排土装置を提供する。 【解決手段】 シールド掘進機１の土砂取込室５とその
後方の坑内６とを連通する筒体状のケーシング８と、該
ケーシング８内の土砂に軸方向の強制的な搬送力を与え
るべく回転駆動される複数のスクリュー羽根９，１４
と、該スクリュー羽根１４によって搬送される土砂の搬
送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成され
た通水性部材１５とを備えたもの。ケーシング８ｂ内の
土砂は、複数のスクリュー羽根１４，１４の回転によっ
て軸方向の強制的な搬送力が与えられるため、搬送断面
積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通水
性部材１５内にて圧密化され、土砂中の水分が通水性部
材１５の外側に染み出し、脱水される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土砂中の水分を脱
水して固形化率を上げることにより排土の取扱性を向上
させたシールド掘進機の排土装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド掘進機は、筒体状のシールドフ
レームの前部に設けたカッタによって地山を掘削し、そ
の掘孔の内面にシールドフレーム内に設けたエレクタに
よってセグメントを組み付け、トンネルを構築するもの
である。上記カッタにより掘削された掘削土砂は、隔壁
で仕切られた土砂取込室に一旦取り込まれ、スクリュー
コンベヤからなる排土装置によって坑内に搬送される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、シールド工
法では、大断面や大深度となるとその掘削土砂の運搬お
よび処分が工事の進渉を左右するが、従来は掘削土砂に
改良材を加えて運びやすくする方法が主流であり、掘削
土砂の減量化は行われていない。よって、地山の土質が
水分を多量に含んだものである場合には、コンベヤの出
口から排出される排土は水分を含んだものが大量に排出
され、その取扱性が悪く運搬および処理に時間がかかっ
ていた。

【０００４】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、掘削土砂をその搬送中に脱水することにより減
量化すると共にその取扱性を向上することができるシー
ルド掘進機の排土装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明は、シールド掘進機の土砂取込室とその後方の坑内
とを連通する筒体状のケーシングと、該ケーシング内の
土砂に軸方向の強制的な搬送力を与えるべく回転駆動さ
れる複数のスクリュー羽根と、該スクリュー羽根によっ
て搬送される土砂の搬送断面積を徐々に小さくするよう
にテーパ状に形成された通水性部材とを備えたものであ
る。

【０００６】本発明によれば、ケーシング内の土砂は、
複数のスクリュー羽根の回転によって軸方向の強制的な
搬送力が与えられるため、搬送断面積を徐々に小さくす
るようにテーパ状に形成された通水性部材内にて圧密化
され、土砂中の水分が通水性部材の外側に染み出し、脱
水される。よって、排土が減量化されると共にその取扱
性が良好となる。

【０００７】また、上記通水性部材が、上記ケーシング
の後端部に土砂の移送方向に沿って先細に形成された中
空のコーン体からなっていてもよい。

【０００８】また、上記通水性部材が、スクリュー羽根
の回転軸に土砂の移送方向に沿って末広に形成された中
空の逆コーン体からなっていてもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を添付図面に
基づいて説明する。

【００１０】図１に示すように、シールド掘進機１は、
筒体状のシールドフレーム２と、シールドフレーム２内
を仕切って設けられた隔壁３と、隔壁３に回転自在に取
り付けられたカッタ４とを有している。カッタ４前方の
切羽には、掘削性を良好にすべく掘進機１から添加材
（泥土化材）が注入される。隔壁４には、その前方の土
砂取込室５内の土砂を後方の坑内６へ搬送するための排
土装置７が設けられている。

【００１１】排土装置７は、土砂取込室５と坑内６とを
連通する断面繭状に形成されれた筒体状のケーシング８
を有している。ケーシング８は、軸方向に沿って均等断
面に形成された前部ケーシング８ａと、先細テーパ断面
に形成された後部ケーシング８ｂとが接続されて構成さ
れている。前部ケーシング８ａ内には、相互に逆方向に
螺旋状に形成されたスクリュー羽根９，９を有する２本
の回転軸１０，１０が、スクリュー羽根９，９同志がラ
ップするようにして平行に収容されている。これら回転
軸１０，１０は、図示しないモータによって相互に逆方
向に回転駆動される。

【００１２】スクリュー羽根９，９の肉厚は、それぞれ
対向するスクリュー羽根９，９の１ピッチ分の隙間に嵌
まる肉厚となっている。これにより、１ピッチ隔てて隣
接するスクリュー羽根９，９と前部ケーシング８ａの内
面とによって密閉空間（土砂移送室１１）が区画され
る。よって、双方の回転軸１０，１０を逆方向に回転さ
せることにより、各土砂移送室１１内の土砂が強制的に
軸方向に移送される（容積式ポンプ作用）。また、前部
ケーシング８ａには、土砂中から所定粒径以上の礫を取
り出すためのダクト１２およびスライド蓋１３が設けら
れている。なお、上記各スクリュー羽根９，９の螺旋方
向を同方向とし、それら回転軸１０，１０を同方向に回
転させて前部ケーシング８ａ内の土砂に強制搬送力を与
えるようにしてもよい。

【００１３】他方、後部ケーシング８ｂ内には、相互に
逆方向に螺旋状に形成されたスクリュー羽根１４，１４
が２本噛み合うようにして収容されている。これらスク
リュー羽根１４，１４は、図２に示すように中心部に回
転軸（駆動軸）を有さない所謂リボン型のものであり、
軸方向後方に向かって徐々に中心部の空間の直径Ｄが縮
小するようにテーパ状に形成されている。これらスクリ
ュー羽根１４，１４は、図示しないモータによって相互
に逆方向に回転駆動されるようになっており、後部ケー
シング８ｂ内の土砂に軸方向の強制搬送力および攪拌力
を与えるものである。なお、上記各スクリュー羽根１
４，１４の旋回方向を同方向とし、回転方向を同方向と
してもよい。

【００１４】後部ケーシング８ｂの後端部には、スクリ
ュー羽根１４，１４によって搬送される土砂の搬送断面
積を徐々に小さくするように、テーパ状に形成された通
水性部材１５が設けられている。通水性部材１５は、土
砂の移送方向に沿って先細に形成された中空のコーン体
１６からなっている。通水性部材１５は、掘削土砂は通
さないが水分は通す格子を有する金網や、極小の複数の
穴を有する多孔性物質や、鋼板に複数の孔を穿ったパン
チングメタル等から構成されている。かかる通水性部材
１５の内側には、上述のようにテーパ状に形成された各
スクリュー羽根１４，１４が収容され、各スクリュー羽
根１４，１４のリボン縁部が通水性部材１５に当接する
ようになっている。

【００１５】通水性部材１５の外側には、当該通水性部
材１５から染み出た水分を貯留するためのカバー部材１
７が設けられている。カバー部材１７は、上記通水性部
材１５よりも一回り大きな断面の筒体からなり、通水性
部材１５を覆って取り付けられている。カバー部材１７
には、抽出された水分を取り出すための排水管１７ａが
接続されている。なお、カバー部材１７を気密構造と
し、その内部を減圧するための排気ポンプ（図示せず）
を接続してもよい。

【００１６】本実施形態の作用を述べる。

【００１７】シールド掘進機１の土砂取込室５内の掘削
土砂は、前部ケーシング８ａ内の２本のスクリュー羽根
９，９の回転によって軸方向に強制的な搬送力が与えら
れて後部ケーシング８ｂに導かれ、後部ケーシング８ｂ
内の２本のスクリュー羽根１４，１４の回転によって軸
方向の搬送力および攪拌力が与えられて出口１８から排
出される。

【００１８】この際、後部ケーシング８ｂ内を搬送され
る土砂は、搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ
状に形成された通水性部材１５内にて圧密化されるた
め、土砂中の水分が通水性部材１５の外側のカバー部材
１７内に染み出し、脱水される。なお、カバー部材１７
にその内部を減圧するための排気ポンプ（図示せず）を
接続すれば、カバー部材１７内を真空状態に近くするこ
とができ、脱水効果が高まる。なお、出口１８に図示し
ないゲートを設けて出口１８の排土面積を調節すること
により土砂の圧密度を調節するようにしてもよい。

【００１９】この結果、後部ケーシング８ｂの出口１８
から排出される土砂は、脱水された水分の分だけ減量化
されると共に、土質がパサパサの状態に近くなり、取扱
性が向上する。かかる脱水効果は、土砂が機械的に圧縮
されることによってなされるので、土質の変化や作業員
の習熟度に影響を受けずに確実に達成される。よって、
出口１８から排出された脱水済みの排土は、図１に示す
ように一般的なベルトコンベヤ１９で搬送することがで
きる。

【００２０】仮に脱水されないとすると水分を含んだド
ロドロの排土（取扱いが困難）となるため、その排土が
零れないようなバケットを有するトロッコ等を用いて搬
送する必要があるが、本実施形態によれば一般的なベル
トコンベヤ１９で済むのである。ベルトコンベヤ１９に
よって搬送された排土は、バケットエレベータ２０によ
って立坑から地上に搬送される。

【００２１】また、通水性部材１５の外側に染み出した
土砂中の水分は、カバー部材１７内に貯留され排水管１
７ａから取り出されるが、この水分中にはカッタ４によ
る掘削性を良好にすべく掘進機１から切羽に注入添加さ
れた添加材（泥土化材）が混合している。よって、これ
を回収して再度切羽に添加するようにすれば、添加材が
再利用されることとなりその使用量を低減できる。

【００２２】また、前部ケーシング８ａと後部ケーシン
グ８ｂとの接続部近傍にて、後部ケーシング８ｂ内に公
知の残土改良材を注入するようにすれば、注入された残
土改良材は後部ケーシング８ｂ内の２つのスクリュー羽
根１４，１４によって効率良く攪拌されるため、脱水効
果と相俟って残土改良効果が高まる。

【００２３】別の実施形態を図３に示す。

【００２４】この排土装置は、前実施形態の後部ケーシ
ング８ｂの部分のみが異なっているため、その相違部分
のみを説明する。

【００２５】本実施形態の後部ケーシング８ｂに設けら
れる通水性部材１５（前実施形態と同様の中空のコーン
体１６）の内部には、前実施形態とは異なりシャフト１
４ｂ付きのスクリュー羽根１４ａが収容される。スクリ
ュー羽根１４ａは、前実施形態のものと同様の旋回方向
に形成されており、シャフト１４ｂを駆動装置１４ｃで
回転駆動することにより前実施形態と同様に回転駆動さ
れる。

【００２６】通水性部材１５の回りには、カバー部材１
７が取り付けられている。カバー部材１７には、水分を
取り出すための排水管１７ａが接続されていると共に、
図示しない排気ポンプが接続されている。排水管１７ａ
より取り出された水分からは、前実施形態と同様に泥土
化材を回収できる。また、後部ケーシング８ｂの端部に
は、排土の出口１８が開口されており、出口１８には、
排土用のゲート１８ａがスライド自在に設けられてい
る。

【００２７】この構成によれば、ゲート１８ａをスライ
ドさせて出口１８の開口面積を調節することにより、後
部ケーシング８ｂ内の土砂の圧密の度合いを調節でき、
脱水量を制御できる。なお、図中、矢印３０は泥土、矢
印３１は脱水、矢印３２は脱水土である。

【００２８】更に別の実施形態を図４に示す。

【００２９】この排土装置は、前実施形態の後部ケーシ
ング８ｂの部分のみが異なっているため、その相違部分
のみを説明する。

【００３０】本実施形態の後部ケーシング８ｂは、前実
施形態とは異なりその繭型断面が軸方向に沿ってテーパ
状ではなく均等断面となっており、その内部に相互に逆
方向に螺旋状に形成されたスクリュー羽根２１，２１を
有する回転軸２２，２２が２本平行に収容されている。
これらスクリュー羽根２１，２１は、図示しないモータ
によって相互に逆方向に回転され、後部ケーシング８ｂ
内の土砂に軸方向の強制的な搬送力と攪拌力とを与え
る。なお、上記各スクリュー羽根２１，２１の旋回方向
を同方向とし、回転軸２２，２２の回転方向を同方向と
してもよい。

【００３１】各回転軸２２，２２の後端部には、各スク
リュー羽根２１，２１によって搬送される土砂の搬送断
面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通
水性部材２３が設けられている。通水性部材２３，２３
は、前実施形態と同様の材質のものが用いられ、土砂の
移送方向に沿って末広に形成された中空の逆コーン体２
４，２４からなっている。逆コーン体２４の径方向外方
には、上記後部ケーシング８ｂが延長されており、土砂
の搬送断面積が徐々に小さくなっている。

【００３２】逆コーン体２４の底部には、円板状の蓋部
材２５がそれぞれ取り付けられている。蓋部材２５の直
径は、後部ケーシング８ｂの後端部に繭型状に開口され
た土砂の出口２６の一部を、蓋部材２５の径方向外側に
残す直径となっている。蓋部材２５には、逆コーン体２
４の内部に貯留された水分を排水するための排水管２７
が接続されている。排水管２７にはバキュームポンプが
接続されている。なお、排水管２７を蓋部材２５の中心
に取り付け、スクリュー羽根２１の回転駆動軸と兼用し
てもよい。

【００３３】本実施形態の作用を述べる。

【００３４】後部ケーシング８ｂ内をスクリュー羽根２
１，２１によって強制的に軸方向に搬送される土砂は、
搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成さ
れた通水性部材２３と後部ケーシング８ｂの内面との間
にて圧密化されるため、土砂中の水分が通水性部材２３
の内部に染み出し、脱水される。そして、脱水された土
砂が、後部ケーシング８ｂの後端部の出口２６から排出
される。なお、出口２６に図示しないゲートを設けて圧
密度を調節するようにしてもよい。他方、通水性部材２
３の内部に貯留された水分は、バキュームポンプが接続
された排水管２７から排水される。

【００３５】この結果、出口２６からの排土が減量化さ
れると共に脱水されてその取扱性が良好となり、前実施
形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、出口２６か
ら排出される脱水された排土をベルトコンベヤ等によっ
て搬送でき、排水管２７から排水された水分には切羽に
注入添加された添加材（泥土化材）が含まれているため
それを再び切羽に注入して再使用でき、後部ケーシング
８ｂ内に残土改良材を注入すれば各スクリュー羽根２
１，２１によって効率良く攪拌されるため残土改良効果
を高めることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るシール
ド掘進機の排土装置によれば、掘削土砂をその搬送中に
脱水することにより減量化すると共にその取扱性を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の一実施形態に係るシールド掘進機
の排土装置の全体図である。

【図２】上記排土装置の要部を示す側断面図である。

【図３】上記排土装置の別の実施形態を示す側断面図で
ある。

【図４】上記排土装置の更に別の実施形態を示す側断面
図である。

【符号の説明】

１ シールド掘進機 ５ 土砂取込室 ６ 坑内 ８ ケーシング ９ スクリュー羽根 １４ スクリュー羽根 １５ 通水性部材 １６ コーン体 ２３ 通水性部材 ２４ 逆コーン体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 外山 良成 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)発明者 西田 義則 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 栄 毅熾 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 金子 迪弌 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 金子 研一 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機の土砂取込室とその後方
   の坑内とを連通する筒体状のケーシングと、該ケーシン
   グ内の土砂に軸方向の強制的な搬送力を与えるべく回転
   駆動される複数のスクリュー羽根と、該スクリュー羽根
   によって搬送される土砂の搬送断面積を徐々に小さくす
   るようにテーパ状に形成された通水性部材とを備えたこ
   とを特徴とするシールド掘進機の排土装置。
2. 【請求項２】 上記通水性部材が、上記ケーシングの後
   端部に土砂の移送方向に沿って先細に形成された中空の
   コーン体からなる請求項１記載のシールド掘進機の排土
   装置。
3. 【請求項３】 上記通水性部材が、スクリュー羽根の回
   転軸に土砂の移送方向に沿って末広に形成された中空の
   逆コーン体からなる請求項１記載のシールド掘進機の排
   土装置。