JPS594040B2 - 圧力保持式シ−ルド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、掘削土砂を切羽保持用圧力室から大気圧室へ
移送排出すると同時に、その排出口近傍に締め固められ
た難透水性のサンドプラグを形成して前記圧力室を圧力
保持する形式のスクリューコンベヤを備えた圧力保持式
シールド掘進機に関し、その目的は、スクリューコンベ
ヤの回転軸がサンドプラグ形成土砂との摩擦によって摩
耗するのを防止し、同時に前記摩擦による動力損失を減
少せしめることにある。

従来、シールド掘進機には、切羽保持用圧力室に泥水を
供給して切羽を泥水加圧して保持する泥水加圧式シール
ド掘進機、また圧気圧をかけたり、薬液注入によって地
盤改良を行いながら掘進する手掘り式・機械掘り式のも
のがあるが、本発明はこれらとは異なり、地山を掘削し
た土砂を切羽圧力室に充満して切羽の崩壊圧力を保持し
、掘削土砂を切羽保持用圧力室から大気圧室に順次解放
排出する圧力保持式シールド掘進機に係る。

なお、圧力保持式シールド掘進機という名称にしたのは
、排出口近傍で締め固めたサンドプラグにより前記の切
羽崩壊圧力（土圧、地下水圧）を保持し、且つ圧気圧を
も保持し得ることによるものである。

この種のシールド掘進機では、地山掘削により応力解放
した土砂を大気に解放排出するときに、排出土砂を地山
の土質状態まだはそれ以上に土質改良して地山の自然含
水比の状態で排出し、自然状態の地下土質に何ら影響を
しないようにしである。

しだがってこの場合、添加物、添化剤を可及的に少量と
し得、または絶無にして掘削を進めることができる。

第１図はこの種のシールド掘進機を示すもので、１はシ
ールド掘進機本体であり、これは隔壁２より切羽保持用
圧力室３と大気圧室４とに区画されている。

圧力室３には切羽５に対向するカッタ６が設置されてお
り、該カッタ６の回転により掘削された土砂は圧力室３
内に取り込まれる。

７は掘削土砂を圧力室３から大気圧室４へ移送排出する
スクリューコンベヤであり、このコンベヤ７は隔壁２を
貫通し、圧力室３で開口する掘削土砂投入口８及び大気
圧室４で開口する掘削土砂排出口９とを有する筒状ケー
シング１０と、このケーシング１０に同芯上に嵌入され
た回転軸１１と、この回転軸１１に固着されたスクリュ
ー羽根１２とからなり、前記回転軸１１は排出口９の外
方で駆動モータ１３の出力軸に連設されている。

１４は前記回転軸１１０基部に軸芯方向摺動自在に外嵌
されたコーンバルブであって、このコーンバルブ１４は
前記排出口９を開閉するだめのものであって、図外のシ
リンダ装置により閉塞方向に押圧付勢される。

したがって１駆動モータ１３を作動させて回転軸１１乃
至スクリュー羽根１２を回転させると、前記圧力室３に
取り込まれた掘削土砂は投入口８から筒状ケーシング１
０内に送られ、該ケーシング１０内を排出口９に向って
移送される。

しかるに排出口９はコーンバルブ１４により押圧状態で
閉塞されているので、掘削土砂はケーシング１０内の排
出口９近傍で締め固められ、該位置にサンドプラグ１５
を形成することになる。

このサンドプラグ１５は掘削土砂が切羽地山の土質状態
捷たけそれ以上に土質改良されたものであり、該サンド
プラグ１５により圧力室３の切羽圧力が保持される。

スクリューコンベヤ７での掘削土砂の移送をさらに続け
ると、該コンベヤ７の移送圧力がコーンバルブ１４の閉
塞押付圧力より犬となり、コーンバルブ１４が排出口９
より後退して排出口９が両者の差圧に見合って開放し、
この開放部分から掘削土砂が大気に解放排出される。

このとき筒状ケーシング１０内部の排出口９近傍には依
然としてサンドプラグ１５が形成されており、土砂排出
中も圧力室３の切羽圧力は保持されている。

大気圧室４に解放排出された掘削土砂はコンベヤ１６に
より坑外へ搬出する。

なお、前記の場合、回転軸１１のサンドプラグ形成ゾー
ンｌ（第２図）を貫通している部分にはスクリュー羽根
１２が配置されないことは当然であり、サンドプラグ１
５は該部分１１Ａの外周面と筒状ケーシング１０の内周
面との間で形成するのである。

コーンバルブ１４の押付圧力は土質条件により調整する
のであって、このようにコーンバルブ１４の押付圧力Ｐ
ｏとスクリューコンベヤ７の移送圧力（Ｐｍａｘ）即ち
サンドプラグ締め固め圧力とをバランスさせつつサンド
プラグ１５を形成して掘削土砂を大気圧室４に解放排出
する場合、ＰｍａｘとＰｏとのバランス関係式は次式の
如くなる（第２図、、、）。

μｍ土砂と回転軸１１との摩擦係数 ｌ−サンドプラグ形成ゾーンの長さ に＝土圧係数 Ｄ′−スクリューコンベアの関係直径（これはケーシン
グ内径りと回転軸径ｄに関係する。

つしたがってＰｍａｘ を一定にするには、サンドプ
ラグ形成時の締め固め中に摩擦係数−）が変化すること
から、ｌ、Ｄ’、Ｐｏを変化させることが必要であり、
Ｄ′、ｌの要素が一定のときはＰｏを変化させれば良い
ことが判る。

しかし、スクリューコンベヤ７で掘削土砂を移送する場
合の所要動力の要素を考えると、Ｐｍａｘの移送圧力を
生じさせる押出動力と、回転軸１１乃至スクリュー羽根
１２の回転による摩擦動力の合計が必要であり、これら
は回転数当り、α、β−キロワットへの換算係数 鷹＝押出動力 拠ぬ一摩擦動力 Ｐ−スクリュー羽根ピッチ ｎ−回転数 Ｄｍ−スクリュー羽根平均平置径 で表わされる。

ところで第１図、第２図に示したような回転軸１１のサ
ンドプラグ形成ゾーンを貫通する部分１１Ａの外周面上
でサンドプラグ１５を形成することは、摩擦動力ＫＷ２
が極端に大きくなることから所要動力の損失が大きくな
るので好ましくなく、また前記貫通部分１１Ａ外周面の
摩耗原因となっている。

本発明は、前記第０式においてπｄを小さく抑えること
により所要動力の損失及び回転軸の摩耗を最小限に抑え
得ることに着目してなされたもので、以下その実施例を
第３図に基づき説明する。

１９はスクリューコンベヤ１８０筒状ケーシング、２０
は回転軸、２０Ａはスクリュー羽根である。

回転軸２０はサンドプラグ２１の形成ゾーン始部２１Ａ
において、段部２２Ａを介して一体に形成された小径軸
部２２に連設されており、この小径軸部２２がサンドプ
ラグ形成ゾーンＬを貫通し、排出口２３の外方で、駆動
モータ２４の出力軸２５に継手２６を介して連結されて
いる。

２７は小径軸部２２の軸受であり、前記ケーシング１９
に固着された取付架枠２８に取付けられていて、小径軸
部２２の基部を軸支している。

そしてこの軸受２７と前記回転軸２０の段部２２Ａとの
間に小径軸部２２に対１．外嵌状態で固定さや管２９が
設けられており、このさや管２９０基端部３０はフラン
ジ部３１を介して前記軸受２７に固着されまた先端部は
徐々に先細となるテーパ面３２を有すると共に内周面が
段付太径部３３に形成されている。

そして小径軸部２２における嵌め込み端部にはスクリュ
ー羽根２０Ａと反対ねじれのスクリュ一部３４が形成さ
れており、このスクリュ一部３４が段付太径部３３の内
部でスクリューコンベヤ駆動に伴って回転することによ
り、土砂がさや管２９内に入るのを防止し得るようにな
っている。

３５はコーンパルｆｃあって、このコーンバルブ３５は
前記排出口２３の外方において固定さや管２９に軸芯方
向摺動自在に嵌合され、前記取付架枠２８に上下揺動可
能に枢着されたシリンダ装置３６によって前後進作動す
る。

すなわち一端が取付架枠２８の下部に左右揺動自在に枢
着されかつ他端が前記シリンダ装置３６のピストンロッ
ド先端金具３７に相対揺動可能に枢着されたヨーク３８
の長手方向略中央部に形成された長孔３９にコーンバル
ブ３５の外側周面上に突出したピボット４０を係合し、
ヨーク３８の左右揺動に伴い、ピボット４０を介してコ
ーンバルブ３５が固定さや管２９の外周面上を軸芯方向
に進退するようになっている。

かかる構成によって、シリンダ装置３６を一定圧で押出
し作動させ、コーンバルブ３５に一定の押付圧力を付与
した状態で、駆動モータ２４を１駆動してスクリューコ
ンベヤ１８を作動せしめて掘削土砂の移送を開始すると
、排出口２３まで移送された土砂はコーンバルブ３５に
当たって排出口２３の近傍で停滞し、後続の土砂により
圧縮されて締め固められ、サンドプラグ２１を形成する
。

そしてさらに移送を続行すると移送民力がコーンバルブ
３５の押付圧力より犬となり、コーンバルブ３５が排出
口２３より後退して排出口２３が両者の差圧に見合って
開放し、この開放部分から土砂は大気圧室に解放排出さ
れろ。

しかしてこの場合、サンドプラグ２１は固定さや管２９
の外周面とケーシング１９の内周面との間に形成される
ことになり、小径軸部２２は固定さや管２９に内嵌した
状態で回転するので、該小径軸部２２と土砂との間には
同等摩擦力は作用しない。

したがって前記第０式の βＸｎＸＰｍａｘＸＫＸμＸπｄ の項は消去され、よって摩擦動力（Ｋｗ２）は小さくな
る。

このためスクリューコンベヤ１８の動力損失が小さくな
り、同時に小径軸部２２に摩耗が生じないので、第１図
、第２図に示した回転軸１１の摩耗量に比べ、これを大
幅に減少することができる。

なお第３図において、４１．４２はそれぞれシリンダ装
置３６及びヨーク３８の枢着軸である。

以上の説明から明らかなように、本発明によると、掘削
土砂排出用のスクリューコンベヤノ排出口近傍にサンド
プラグを形成しつつ土砂を大気圧室に解放排出し、同時
に圧力室の切羽圧力を保持し得ることから、土砂排出が
切羽地山の土質状態またはそれ以上に土質改良した状態
で可能であり、よって添加剤、添加物の注入量を可及的
に小又は絶無とすることができ、しかも前記サンドプラ
グを形成するにかかわらずスクリューコンベヤでの土砂
移送の動力損失を従来のものに比べ極力小さくすること
ができ、加えてスクリューコンベヤ回転軸の摩耗も減少
し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の縦断側面図、第２図は第１図の要部拡
大図、第３図は本発明実施例の要部縦断側面図である。 ３・・・切羽保持用圧力室、４・・・大気圧室、７゜１
８・・・スクリューコンベヤ、８・・・投入口、９゜２
３・・・排出口、１０，１９・・・筒状ケーシング、１
１．２０・・・回転軸、１２、２０Ａ・・・スクリュー
羽根、１４，３５・・・コーンバルブ、１５，２１・・
・サンドプラグ、２２・・・小径軸部、２９・・・さや
管、３３・・・段付き大径部、３４・・・スクリュ一部
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 切羽保持用圧力室で開口する掘削土砂投入口及び大
   気圧室で開口する掘削土砂排出口を有するスクリューコ
   ンベヤと、前記排出口を開閉するコーンパルプとを設け
   、該コーンパルプの閉塞押付圧力とスクリューコンベヤ
   の移送圧力とをバランスさせつつ前記排出口近傍にサン
   ドプラグを形成して前記圧力室の圧力保持を行うべく構
   成すると共に、スクリューコンベヤ回転軸の前記サンド
   プラグ形成ゾーンを貫通する部分に固定さや管を外管し
   、このさや管の外周面上に前記サンドプラグを形成する
   ようにしたことを特徴とする圧力保持式シールド掘進機
   。