JPH10339093A - 流体搬送式土砂排出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘進機から排出される土砂を地上へ排出する
手段として泥水に土砂を混入させる装置の提案が成され
ているが、地上より真空バキューム方式にて吸引するた
めに搬送力が小さく、また排土距離に限界があるため掘
削の日進量を延長させることは難しい。 【解決手段】 上記課題を解決するために本発明に係る
流体搬送式土砂排出装置は、礫の大きさを制限する土砂
選別篩と、前記土砂選別篩の下方に備えられた破砕機
と、前記破砕機の下部に設けられたバルブと、前記バル
ブに接続されたタンクと、前記タンクに接続された送泥
管及び排泥管と、前記送泥管及び前記排泥管と前記タン
クとの接続部に設けられた弁と、前記送泥管と前記排泥
管とを連通させるバイパス弁とを有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は地中を掘進する掘進
機より排出される礫、玉石などの土砂を地上に排出する
ための排出装置に関し、特により大きな礫をも排出しう
る排出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】掘進機を用いて地中を掘削する際に排出
される土砂は、従来台車やベルトコンベアなどを用いて
トンネル内から地上へ排出されていた。これに対し例え
ば特公昭58-14559号公報や特公平8-2564658 号公報に、
泥水に土砂を混入させて排出する排出手段が示されてい
る。すなわち掘進機近傍まで送泥管と排泥管を延長し、
供給された泥水に土砂を混入させて排出するものであ
る。

【０００３】上記のような泥水を用いた排出手段に於い
ては排泥管が搬送できる礫の最大径が限定されるため、
掘進機より排出される排土を全部そのまま搬送すること
はできない。従って掘進機の後方にて所定の径以上の礫
を選別して取り除くと共に、排土の混入した泥水を一旦
貯留し、地上より真空バキューム方式にて吸引すること
により排出を行っている。

【０００４】また上記排出手段においては搬送する礫等
の径がなるべく小さい方が搬送力も小さくなり、また管
に詰まりが生じにくいため、好ましい。従って上記従来
例においても礫等を破砕する破砕機が設けられている。
例えば特公昭58-14559号公報には二つのアームを離接方
向に単振動させるいわゆるジョークラッシャーが示され
ており、また特開昭59-206599 号公報には二つの歯車上
のエッジの間に礫等を通過させるロールクラッシャが示
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の如き構
成に於いては礫や玉石を丸ごと排出するため、バキュー
ム方式による空気スラリーで搬送できる礫等の最大径は
70mm程度が限界であった。70mm以上の径を有する礫等は
すべて台車に積載されて坑外へ排出されるため、連続的
に大量の排土を処理することは困難であった。

【０００６】またバキューム方式による吸引力には限界
があり、その排土距離は300m程度である。すなわち発進
立杭からの推進延長が実質300m以下で限界となり、掘削
の日進量を延長させることは難しい。また送泥管、排泥
管の設置に際しても、バキューム方式に於いては厳密に
密封された管路を敷設しなければならず、漏洩があった
場合にも発見が困難であり、吸引効率が下がる場合があ
る。

【０００７】また泥水に混入する前に礫等を破砕する破
砕機に関し、上記ジョークラッシャーに於いては振動や
騒音が大きく、比較的大きな径の礫等を通過させてしま
う場合がある。また歯車状の破砕機を用いた場合には礫
等に圧力がかからないことから、歯車から逃げてしまっ
たり、径の大きい礫等を噛まない場合があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る流体搬送式土砂排出装置は、礫の大き
さを制限する土砂選別篩と、前記土砂選別篩の下方に備
えられた破砕機と、前記破砕機の下部に設けられたバル
ブと、前記バルブに接続されたタンクと、前記タンクに
接続された送泥管及び排泥管と、前記送泥管及び前記排
泥管と前記タンクとの接続部に設けられた弁と、前記送
泥管と前記排泥管とを連通させるバイパス弁とを有する
ことを特徴とする。

【０００９】上記流体搬送式土砂排出装置において、前
記タンク内に回転駆動するスクリューフィーダを設け、
前記タンク内に落下した土砂を該タンク内に於いて移動
可能に構成することが望ましい。

【００１０】また前記送泥管及び前記排泥管を前記タン
クの一端に接続させ、前記スクリューフィーダによる前
記土砂の搬送方向を前記送泥管及び前記排泥管と前記タ
ンクとの接続部に対向させると共に、前記搬送方向の側
方または後方に補助送泥管を接続することもできる。

【００１１】また前記破砕機とは、上方に向かって径が
大きくなるコーン面と、前記コーン面の内側に配置され
先端に向かって径が小さくなり偏心回転するコーンロー
ターと、前記コーンローターの先端に取り付けられたス
クリューと、前記スクリューの後方に取り付けられ前記
コーン面と前記コーンローターとの間に位置する攪拌板
と、前記コーンローターの後方に配置したホッパーとを
有することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る流体搬送式土砂排出
装置の実施形態を、図を用いて説明する。図１は掘進機
及び土砂排出装置の全体図、図２は土砂排出装置の拡大
図、図３は破砕機の断面図、図４は土砂排出装置を後方
から見た矢視図、図５は土砂排出装置を後方から見た矢
視図、図６は土砂排出装置の動作を説明する図である。

【００１３】図１に示すように、坑内において掘進機１
が掘削作業を実施し、その後方に土砂排出装置２が配置
されている。掘進機１はシールド３の先端に取り付けた
カッタディスク４を減速機６によって回転駆動すること
により掘削を行っている。シールド３は方向制御ジャッ
キ７によってテールシールド５に対して角度を変更する
ことができ、進行方向を制御することができる。カッタ
ディスク４によって掘削された土砂22は、ベルトコンベ
ヤ８によって後方に排出される。

【００１４】図２に示すように土砂排出装置２は上部に
二つの破砕装置11、12を有しており、その上面に土砂選
別篩９を取り付けている。これら破砕装置11、12及び土
砂選別篩９は一端をベルトコンベヤ８に連続させると共
に、他端を下方に傾斜させてベルトコンベヤ24に連続さ
せている。更にベルトコンベヤ24に連続して台車10が配
置されており、坑内を移動可能に構成されている。

【００１５】ベルトコンベヤ８に近い側の破砕装置11を
第一の破砕装置、遠い側の破砕装置12を第二の破砕装置
とすると、土砂選別篩９は第一の破砕装置11に対する部
分９ａを細かい目に形成し、第二の破砕装置12に対する
部分９ｂを粗い目に形成している。従ってベルトコンベ
ヤ８により排出された土砂22は、細かいものは前記細か
い目の部分９ａを通して第一の破砕装置11に落下し、粗
いものは粗い目の部分９ｂを通して第二の破砕装置12に
落下し、さらに大径の礫、玉石などの土砂22ａはベルト
コンベヤ24に積載される。ベルトコンベヤ24は所定量の
大径の礫等22ａが堆積すると駆動され、台車10に大径の
土砂22ａを移動する。

【００１６】二つの破砕装置11、12は同一のものであ
り、一方の破砕装置11について図５により説明する。破
砕装置11は上方に向かって径が大きくなるコーン面30を
有し、その内側に上方に向かって径が小さくなるコーン
ローター34を設けている。コーン面30及びコーンロータ
ー34の表面には突起39が設けられ、土砂22を破砕しやす
いよう構成されている。

【００１７】また、コーンローター34と同一の回転軸31
の上方には、螺旋状のスクリュー35が取り付けられてお
り、これらコーン面30、コーンローター34、スクリュー
35に囲まれた空間に削土室38が形成されている。このス
クリューが回転することにより破砕装置11内に落下した
土砂22を削土室38に順次送り込むことができ、土砂22を
適度に圧密し、削土室38内で土砂22が浮いてしまうこと
を防ぐことができる。またスクリュー35の後方には攪拌
板36ａ、36ｂが取り付けられており、スクリュー35の回
転に伴って削土室38内の土砂22を攪拌し、過密を防ぐよ
う構成されている。

【００１８】回転軸31はコーンローター34に対応する位
置を偏心させたクランク軸であり、駆動モータ32に減速
機32ａ及び歯車33を介して接続されている。コーンロー
ター34は回転軸31に図示しない軸受けにより回動自在に
取り付けられて、削土室38内の土砂22の抵抗により偏心
回転運動を行う。

【００１９】削土室38の後方には格子37が設けられてお
り、通過する土砂22の粒径が制限されている。本実施形
態に於いて、格子37の幅は40mm程度に設定されている。
格子37を通過した土砂22はホッパー13に落下し、一時的
に貯留される。

【００２０】それぞれの破砕装置11、12の下部に取り付
けられたホッパー13の下方には土砂開閉バルブ14を介し
てタンク15が接続されている。タンク15内にはモータ16
ａにて駆動されるスクリューフィーダ16が設けられてお
り、タンク15内部の土砂22をタンク15後方に移動させる
ことが可能なように構成されている。

【００２１】タンク15の後方には送泥管17及び排泥管19
が接続されると共に、タンク15の略中央に補助送泥管18
が接続されている。送泥管17及び排泥管19にはバイパス
弁21が設けられており、これよりもタンク15側に同軸二
連弁20が設けられている。バイパス弁21は開閉により送
泥管17と排泥管19とを短絡させるものであり、同軸二連
弁20は送泥管17と排泥管19の両方を閉鎖し得るものであ
る。

【００２２】すなわちバイパス弁21を解放させ且つ同軸
二連弁20を閉鎖することにより、送泥管17に供給された
泥水はタンク15に到達することなく直接排泥管19より排
出される。送泥管17および排泥管19は図５に示すポンプ
27を適宜随所に設けており、泥水に搬送力を与えてい
る。

【００２３】この土砂排出装置は図４に示す後方（図１
における矢印Ｂ方向）からの矢視図のように、推進管23
の片側半分に位置するよう構成されており、配管や作業
員が通過するための通路を確保している。また外殻２ａ
の内側には台車10が走行するための走行台10ａが設けら
れており、図５に示されるように各推進管23の両側面に
設けられたレール10ｂに連続し、台車10が平行に安定し
て走行し得るよう構成されている。

【００２４】次に、図１、図２及び図６を用いて、本実
施形態に係る土砂排出装置２の動作について説明する。

【００２５】まず始めに図6(a)に示すように、予め同軸
二連弁20を開いて送泥と排泥の泥水量を調整しながら、
タンク15内に泥水を貯留する。泥水の水面が下限液面計
25ｂに至ると、送泥管17と排泥管19の同軸二連弁20を閉
鎖して泥水の供給を停止し、同時にバイパス弁21を解放
する。したがって泥水は送泥管17からバイパス弁21を通
って直接排泥管19へと導かれ、泥水の流動は停止しな
い。

【００２６】掘進機１より排出された礫や玉石等の土砂
22が図２に示すようにベルトコンベヤ８により搬送され
てくると、土砂選別篩９により50mm以下の粒径の土砂22
は第一破砕装置11に落下し、50mm以上200mm 以下の粒径
の土砂22は第二破砕装置12に落下する。200mm 以上の径
を有する大径の土砂22ａは土砂選別篩９を通過してベル
トコンベヤ24に積載され、所定量ごとに台車10に移動さ
れる。台車10は大径の土砂22ａを積載されると推進管23
内を通り、坑外へ搬送する。

【００２７】土砂選別篩９を通過した土砂22は破砕装置
11、12により破砕され、ホッパー13に落下する。ここで
図6(b)のようにホッパー13の土砂開閉バルブ14を解放す
ることにより、破砕された土砂22を更にタンク15に落下
させ、スクリューフィーダ16により順次排泥管19の開口
部の近傍へと移動させる。タンク15内に土砂22が堆積す
ることにより、泥水の水位が次第に上昇する。

【００２８】図6(c)に示すように泥水の水位が上限液面
計25ａに到達すると、土砂開閉バルブ14を閉鎖し、同軸
二連弁20を両方解放すると共に、バイパス弁21を閉鎖す
る。これにより送泥管17からタンク15を介して排泥管19
に至る閉じた通路が形成されることとなる。従ってタン
ク15内に堆積された土砂22は、スクリューフィーダ16に
よって移動され、送泥管17より供給される泥水に混入
し、排泥管19より流体輸送により排出される。またこの
とき土砂22の粘度が高い等の理由により搬送が難しくな
った場合には、補助送泥管18の弁18ａを解放し、タンク
15の側方から直接送泥し、土砂22を円滑に排出すること
ができる。

【００２９】タンク15内の土砂22の排出が終了すると、
図6(d)に示すように送泥管17側のポンプを停止し、排泥
管19側の可変速ポンプにより泥水の吸引量を調整しなが
ら、タンク15内の泥水を排泥管19により吸引する。ここ
でエアブリーザー26から空気が流入することにより、タ
ンク15が負圧になることを防いでいる。

【００３０】そして図6(e)に示すように泥水の水位が下
限液面計25ｂに到達すると、同軸二連弁20を閉鎖し、泥
水の吐出、排出を停止する。そしてバイパス弁21を開い
て、次の排出に備えて泥水を循環させる。また土砂開閉
バルブ14を開き、ホッパー13内に貯留した泥水及び土砂
22をタンク15内に落下させる。その後再びタンク15内に
破砕された土砂22を順次落下させ、上記動作を繰り返す
ことにより継続的に土砂22の排出を行うことができる。

【００３１】

【発明の効果】上記の如く構成したことにより、本発明
に係る流体搬送式土砂排出装置は、開口部のない管路に
流体を循環させることによって礫や玉石などの土砂を搬
送、排出することができる。従って泥水の送泥管や排泥
管の随所にポンプを適宜設けることができ、排出側から
バキューム方式にて吸引することに比して大きな搬送力
を加えることができる。

【００３２】従って送泥管の径をバキューム方式よりも
大きくすることができ、搬送できる礫等の最大径を大き
くすることができる。また搬送力に限界が無いことから
排土距離を大幅に延長させることができ、掘削の日進量
を容易に延長させることができる。また送泥管、排泥管
の設置に際しても、バキューム方式に比して管路の密封
が厳密でなく、漏洩があれば発見が容易である。

【００３３】また破砕機をコーン面とその内側を偏心回
転するコーンローターによって礫、玉石等を破砕するよ
う構成したことにより、高速且つ均一に礫等を破砕する
ことができる。このときコーンローターの先端にスクリ
ューを設けたことにより削土室内に落下した土砂を圧密
する事ができ、またスクリューの後方に撹拌板を設けて
削土室内を攪拌するよう構成したことにより過密を防ぐ
ことができる。従って破砕機を立てて設置し上方に開口
することとなっても、適切な圧力を持って破砕を行うこ
とができる。

【００３４】また粘性土の付着に対しては、コーンロー
ターが偏心すること、スクリューの背面にクラッシャ内
を確実に攪拌できる複数の攪拌板を取り付けたこと、ス
クリューによる土砂の押し込み作用などの相乗効果によ
り、粘性土の付着を確実に防止することができる。

【００３５】また土砂選別篩の直下に破砕機を配置した
ことにより、一つの破砕機に進入する礫、玉石等の量を
減少させ、また最大径を制限することができる。従って
破砕機による礫等の破砕を、効率良く、円滑に且つ安定
して行うことができるという効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】掘進機及び土砂排出装置の全体図である。

【図２】土砂排出装置の拡大図である。

【図３】破砕機の断面図である。

【図４】土砂排出装置を後方から見た矢視図である。

【図５】土砂排出装置を後方から見た矢視図である。

【図６】土砂排出装置の動作を説明する図である。

【符号の説明】 【符号の説明】

１ …掘進機 ２ …土砂排出装置 ２ａ …外殻 ３ …シールド ４ …カッタディスク ５ …テールシールド ６ …減速機 ７ …方向制御ジャッキ ８ …ベルトコンベヤ ９ …土砂選別篩 ９ａ …細かい目の部分 ９ｂ …粗い目の部分 10 …台車 10ａ …走行台 10ｂ …レール 11 …第一破砕装置 12 …第二破砕装置 13 …ホッパー 14 …土砂開閉バルブ 15 …タンク 16 …スクリューフィーダ 16ａ …モータ 17 …送泥管 18 …補助送泥管 18ａ …弁 19 …排泥管 20 …同軸二連弁 21 …バイパス弁 22 …土砂 22ａ …大径の土砂 23 …推進管 24 …ベルトコンベヤ 25ａ …上限液面計 25ｂ …下限液面計 26 …エアブリーザー 30 …コーン面 31 …回転軸 32 …駆動モータ 32ａ …減速機 33 …歯車 34 …コーンローター 35 …スクリュー 36ａ、36ｂ …攪拌板 37 …格子 38 …削土室 39 …突起

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 礫、玉石等の大きさを制限する土砂選別
   篩と、前記土砂選別篩の下方に備えられた破砕機と、前
   記破砕機の下部に設けられたバルブと、前記バルブに接
   続されたタンクと、前記タンクに接続された送泥管及び
   排泥管と、前記送泥管及び前記排泥管と前記タンクとの
   接続部に設けられた弁と、前記送泥管と前記排泥管とを
   連通させるバイパス弁とを有することを特徴とする流体
   搬送式土砂排出装置。
2. 【請求項２】 前記タンク内に回転駆動するスクリュー
   フィーダを設け、前記タンク内に落下した土砂を該タン
   ク内に於いて移動可能に構成したことを特徴とする請求
   項１記載の流体搬送式土砂排出装置。
3. 【請求項３】 前記送泥管及び前記排泥管を前記タンク
   の一端に接続させ、前記スクリューフィーダによる前記
   土砂の搬送方向を前記送泥管及び前記排泥管と前記タン
   クとの接続部に対向させると共に、前記搬送方向の側方
   または後方に補助送泥管を接続したことを特徴とする請
   求項２記載の流体搬送式土砂排出装置。
4. 【請求項４】 前記破砕機とは、前方に向かって径が大
   きくなるコーン面と、前記コーン面の内側に配置され上
   方に向かって径が小さくなり偏心回転するコーンロータ
   ーと、前記コーンローターの上方に取り付けられたスク
   リューと、前記スクリューの後方に取り付けられ前記コ
   ーン面と前記コーンローターとの間に位置する攪拌板
   と、前記コーンローターの後方に配置したホッパーとを
   有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
   か１項に記載の流体搬送式土砂排出装置。