JPS5814917B2 - シ−ルドトンネル掘進装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシールド１〜ンネル掘進装置に関し、特に切羽
の土水圧に対抗して先端に掘削装置を備えるシールドを
押圧、推進し、これにより切羽の崩壊を防止しつつトン
ネルを掘進する、いわゆる土圧バランス型のトンネル掘
進装置に関する。

トンネル切羽の崩壊は、砂質や砂礫の地盤、あるいは地
下水位の高い地盤にトンネルを掘進する際に生じ易いこ
とが知られている。

この切羽崩壊の主な原因には、カツタの回転によって掘
削十が移動することに伴う流砂現象すなわち土中水の移
動、圧力変動あるいは士中水の排出過多による地盤沈下
がある。

このような現象による切羽崩壊を防止するために、一般
的には、泥水加圧、泥土加圧、土圧加水等により切羽に
圧力をおよぼず方法が広く採用されているが、これらの
方法の実施には加圧媒体のための輸送設備や地上処理設
備を必要とし、設備費が高価となるばかりでなく、排泥
水等の排出物はその処理方法のいかんによっては公害問
題を引き起す。

また、従来から広く用いられてきた圧気方式は、砂質も
しくは砂礫地盤では、切羽から透気してしまう等により
、地質によっては効果的でない。

本発明は、地下水位が高い地盤での切羽の崩壊を防止す
べく、掘削された土砂を介して切羽に作用する高圧空気
のための室をシールド本体内に設け、掘削士中水の移動
によって生じる十粒子間間隙水の急激な水圧変動を空気
の圧縮性を利用して防止し、また絶えず変化する地下水
位に呼応して空気圧を調整して土水圧と空気圧とを調和
させることにより、切羽の安定を図ることを企図する。

従って、本発明に係る装置は、前記隔壁の前方において
シールド本体内の上方部分に設けられ、前記隔壁と共に
掘削土砂に向けて下向きに開放する空気圧室を形成する
仕切板を備える。

前記仕切板および前記掘削土砂を排出するためのスクリ
ューコンベヤのケーシングには、掘削士および搬送土砂
の土圧を検出するための検出器を設け、該土圧検出器に
よって検出された土水圧に応じて空気圧室内の空気圧の
増減を図るべく、該空気圧室に加圧空気を送給しかつこ
れから排気するための空気口を前記隔壁に設け、これに
より隔壁前方の土水圧域中に所定の圧力を維持して、切
羽の崩壊を防止する。

本発明が特徴とするところは、図示の実施例についての
以下の説明により、さらに明らかになろう。

第１図に示すように、本発明に係るシールドトンネル掘
進装置１０は、シールド本体１２およびこれを推進する
ための複数の液圧装置１４を含み、シールド本体１２の
前端部には被駆動のカッタディスク１６が回転可能に支
承されている。

シールド本体１２の内部には、これを横切って隔壁１８
が設けられており、該隔壁前方には、シールド本体の上
方部分に位置する仕切板２０が設けられている。

カツタディスク１６と隔壁１８との間には、カツタディ
スクにより掘削されかつかき込まれた硼をかき上げる回
転羽根２２が配置されている。

カツクディスク１６と隔壁１８との間には、カツタディ
スクの作動中掘削土砂および地下水が受け入れられ、土
水圧が作用する。

従って、その間は区画された土水圧域２４である。

また、仕切板２０は、前記士水圧域２４中に部分的に区
切られた、土水圧域に開放する空間すなわち空気圧室２
６を隔壁１８と共に形成する。

前記仕切板２０の下端部には土水圧域中の土水圧を検出
するための検出器２８が設けられており、また隔壁１８
には空気圧室２６中に高圧空気を供給しまたは排気する
ための空気口３０が設けられている。

隔壁１８の前方における土水圧域２４から、その後方に
おける大気圧域へ土砂を排出するために、全体を符号３
２で示すスクリューコンベヤが配置されている。

スクリューコンベヤ３２を構成する筒状のケーシング３
４は、その一端で隔壁に設けられた開口３６にシール部
材３８を介して固定され、隔壁１８の前方において上半
部分が開放されている。

ケーシング３４は、支持部材３９によりシールド本体１
２に支持されており、また図示のように隔壁１８の後方
へ上向きに傾斜して配置されている。

ケーシング３４の他端は、これに接続される部材４０の
土砂放出口を介して大気圧域中に開口されている。

また、ケーシング３４はそのほぼ中間部に送気口４１お
よび土圧検出器２８ａを備える。

ケーシング３４はその他端近傍に内径を大きくしたケー
シング部分３４ａを有し、該ケーシング部分の外部には
電動モータのような駆動源４２が配置されている。

また、ケーシング部分３４ａの内部にはケーシング３４
の他の部分におけるとほぼ等しい内径の筒状体４４が同
軸的にかつ軸受４６およびシール部材４８を介して回転
可能に配置されている。

筒状体４４はその外周に歯車４９を備え、該歯車は駆動
源４２に連結された歯車（図示せず）に噛合している。

ケーシング３４中には、スクリューロツド５０がその軸
５１上のスクリュー羽根５２をケーシングのへ壁に支承
させて、回転可能に収容されている。

スクリューロツド５０の一端は隔壁１８の前方において
上半部分を開放されたケーシング内で土水圧域２４中に
露出しており、また他端は前記筒状体４４のほぼ中間部
分に終端しかつその外周ですなわちスクリュー羽根５２
で筒状体４４の内壁に溶接により固定されている。

従って、スクリューロツド５０は、駆動源４２の作動に
よる筒状体４４の回転を介して駆動回転される。

この構成によれば、スクリューロツド５０は筒状体４４
をその外周に設けた歯車４９に伝えられるトルクによっ
て回転されることから、従来のスクリューロンド軸に直
接トルクを伝える型式のものに比べ、歯車比の点からよ
り大きなトルクを伝達することができ動力が小さくてよ
い。

土水圧域２４中の土砂は、スクリューロッド５０の回転
によりケーシング３４中を直線状に搬送され、その間に
筒状体４４内に至る。

筒状体４４内ではスクリューロンド５０とこれを取り巻
く筒状体内壁との間に相対的な運動がないことから、土
砂にはスクリュー羽根５２による送り力が与えられず筒
状体中に停滞しようとする。

しかし、引き続き土砂が筒状体４４中に送り込まれてく
ることから、筒状体中の土砂は直接的な送り方向への押
圧力を受けて次第に圧密する。

土砂の圧密は該土砂が筒状体中にある限り、その度合を
増大する。

こうして圧密された土砂は、ケーシング３４およびこれ
に連通する土水圧域２４中の圧力降下を生じることなく
排土するために、自ら栓の作用をなす。

しかし、ケーシング中に留まることなく引き続き直接的
な搬送路内を移動し、終いにはケーシングの端末部分３
４ｂに接続された前記部材４０の放出口を経て、大気圧
域中に放出される。

圧密土砂のケーシング３４に対する栓の作用を一層強固
にするために、図示のように、ケーシングの端末部分３
４ｂにその内径を減ずるための絞り弁３５を設けること
ができる。

ここで留意されねばならないこととして、絞り弁３５は
あくまでも土砂搬送路の内径を筒状体４４の内径より小
さくして土砂の圧密度をさらに高める目的のものであっ
て、間欠的にケーシングを閉じてその内部圧力の降下を
防ぐためのものではなく、そのような弁装置とは実質的
に作動および機能を異にする。

土砂の圧密度は、土水圧域２４中の圧力すなわち地下水
位に応じて高めることが必要であるが、この圧密度を一
層高め、セグメントの搬入やエレクタ５４によるセグメ
ント組立のための作業域を一層拡大するために、あるい
は土砂の排出を広範囲の土質に適合させるために、第２
図に示すように、複数のスクリューコンベヤ３２ ，３
２ａを可撓管５６を介して接続することが有利である。

この場合、スクリューコンベヤ３２ａのスクリューロツ
ド５０ａ回転数をスクリューコンベヤ３２におけるより
低く、することによりその筒状体に至らないケーシング
３４′内においても土砂の圧密をさらに高めることがで
き、筒状体４４ａ中では土砂の圧密度をより一層高める
ことができる。

再び第１図を参照するに、前記した仕切板２０およびケ
ーシング３４に設けられた土圧検出器２８．２８ａはそ
れぞれ土水圧域２４およびケーシング３４内の十水圧を
検出し、検出した土水圧に応答して空気圧室２６中の圧
力を空気口３０を経る給排気によって調整する。

これにより、絶えず変化する地下水位と空気圧室２６内
の空気圧とのバランスを図り、切羽の安定を図ることが
できる。

また、この空気圧室２６の空気圧により、シールド本体
１２の推進時およびカツクディスク１６の回転開始時に
生じる急激な土水圧変動を緩和することもできる。

スクリューコンベヤ３２により搬出される土砂は、前記
したようにケーシング３４中の筒状体４４内で圧密され
て栓の作用をなすが、土質によっては該栓に十分な水密
性を得ることが困難な場合がある。

このような場合、筒状体４４の長さやその回転数を調整
し、あるいは前記したようにスクリューコンベヤ３２，
３２ａを連結することが効果的であるが、これらに加え
てまたはこれらに代えて、送気口４１を介してケーシン
グ３４内に高圧空気を導入する。

これにより、搬送土砂の脱水を図りまたはケーシング中
の水位の低下を図ることができ、圧密土砂による栓の作
用が高められる。

本発明によれば、地下水位がシールド上方にあって水位
がたえず変動する場合、あるいは掘削士中水の移動によ
り十粒子間間隙に急激な水圧変動を生じた場合でも、土
水圧域内に配置された検出器により検出された土水圧に
応じてシールド本体の前部に規定された空気圧室にその
外部から加圧空気を送給しあるいは空気圧室から外部へ
排気することにより常に土水圧と空気圧とをバランスさ
せることができ、これにより切羽の安定を図ことかでき
る。

また、前記空気圧室内の圧力調整は、外部からの加圧空
気の導入または外部への排気によることから、空気圧室
の容量は必要最小限に留めることができ、したがって、
土水圧域の容量、すなわち空気圧室を設ける上で制約の
ある小口径のシールド掘進機にも本発明を適用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシールドトンネル掘進装置の縦断
面図であり、第２図は変形例を示す第１図と同様の縦断
面図である。 １２……シールド本体、１６……カッタディスク、１８
……隔壁、２０……仕切板、２４……土水圧域、２６…
…空気圧室、２８，２８ａ……土水圧の検出器、３０…
…空気口、３２，３２ａ……スクリューコンベヤ、３４
，３４’……ケーシング、３４ａ ，３４ｂ……ケーシ
ング部分、４１……送気口、４２……電動モーク、４４
……筒状体、４９……（筒状体外周の）歯車、５０ ，
５０ａ……スクリューロツド、５１……軸、５２……ス
クリュー羽根、５４……エレクタ、５６……可撓管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 推進可能のシールド本体と、該シールド本体の前端
   部に回転可能に支承された被駆動のカッタディスクと、
   前記シールド本体内に設けられた隔壁と、該隔壁前方に
   おいて前記シールド本体内の上方部分に設けられ、前記
   隔壁と共に該隔壁前方の土水圧域内に下向きに開放する
   空気圧室を形成する仕切板と、前記隔壁に設けられた、
   前記空気圧室へ給気し、該空気圧室から排気するための
   空気口と、前記士水圧域内に設けられた、該土水圧域内
   の土水圧を検出するための検出器と、前記カツタディス
   クにより該カツクディスクと前記隔壁との間に受け入れ
   られた掘削土砂を、隔壁前方に作用する土水圧の降下を
   きたすことなく、隔壁後方へ排出する手段とから成る、
   シールドトンネル掘進装置。 ２ 前記土砂排出手段は、前記隔壁に固定されて、その
   後方へ上向きに配置され、前記隔壁の前方で開放された
   筒状のケーシングと、該ケーシング中に回転可能に収容
   されたスクリューロンドとから成り、前記ケーシングは
   その内部に同軸的にしかも回転可能に配置された被駆動
   の筒状体を有し、前記スクリューロンドはその一端が前
   記隔壁前方に配置されまた他端が前記筒状体の内周に固
   定されている、特許請求の範囲第１項に記載のシールド
   トンネル掘進装置。 ３ 前記検出器は、前記仕切板に設けられている、特許
   請求の範囲第１項に記載のシールドトンネル掘進装置。