JPS599718B2 - シ−ルド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、土質の状況に応じて泥水加圧シールド掘進
又は、ブラインドシールド掘進を行なえるようにしたシ
ールド掘進機に関するものである。

軟弱地盤下にトンネルを構築する場合、土質の状況に応
じてブラインドシールド掘進機、または泥水加圧式シー
ルド掘進機が選定され、これらが数多く使用されている
が、しかし所定距離のトンネルを堀進中は、同一の土質
は極く稀であり、従って土質の状況によって機種の選定
は非常に重要であった。

特に日本の地下土質は変化に富み、砂質層、れき層、粘
土シルト層が交互に重復し、例えばブラインドシールド
掘進機では透水性の低い粘土シルト質土の場合は良好な
結果が得られるが、地下水の多い砂質土に遭偶した場合
は掘進が非常に困難であった。

この発明はかかる問題点を解決するために案出されたも
ので、土質の状況に応じてブラインドシールド掘進及び
泥水加圧シールド掘進を選択的に行うことができるよう
にしたシールド掘進機を提供するものである。

以下添附図面に基づいてこの発明の実施例を説明する。

第１図、第２図において１はシールド掘進機本体（以下
シールド本体１と言う。

）であって、このシールド本体１の前部に隔壁２を介し
て切羽３との間に加圧室４を区画形成してある。

隔壁２の中央部には、ディスクカッタ５・を装着させる
ための透孔６が形成してあり、この透孔６には第２図に
示すように密封式軸受７を介して前記ディスクカッタ５
のディスク盤８を支持し、かつフランジ結合する中空シ
ャフト９が回転可能に挿通させてある。

中空シャフト９は、その外周の一部に形成したスプライ
ン１０を介して隔壁２の後方に設置した駆動ギヤ−１１
にスプライン係合し、また駆動ギヤ−１１は、中間ギヤ
−１２を介して，駆動モータ１３に連結されている。

上記中空シャフト９の後端部は、掘進機内に設置された
後述するスクリューコンベヤー１４の外筒となる中空軸
管１５が密封軸受１６を介して同芯的に連通接続さへ該
中空シャフト９と、中空軸管１５との内部には、前記テ
イスク盤８の中央に突出するスクリューコンベヤ１４の
ブレードシャフト１７が設けられている。

ブレードシャフト１７は、中空軸管１５の後端に密閉的
に装着された駆動装置１８に連結し、この駆動装置１８
の駆動により中空シャフト９及び中空軸管１５内で単独
に回転駆動するようになっている。

前記中空シャフト９に７ランジ結合された断面半円孤状
のディスク盤８には、掘削土砂を中央部に取り寄せるス
パイヤル状の掘削刃１９が所定の間隔を隔てて複数出入
可能に配設してあり、またディスク盤８は中空状に構成
され、この中空部内には上述の掘削刃１９の出入作動を
行なう油圧ジャッキ２０が複数装備され、これら油圧ジ
ャッキ２０は中空シャフト９の肉厚部を通して機内から
伸縮操作される。

まだディスク盤８の背面には、１この背面に当接する円
環状のリング２１を介してディスク盤５の後退を抑制し
、かつディスク盤５の円周部から該背面に流入する土砂
を防止するストツパジャッキ２２が装着してある。

次に中空シャフト９の後端に連通接続された中空軸管１
５の中央部には、シールド本体１の後方台車２３上に設
置された密閉式循環分離装置２４に連通ずる排泥水管２
５の排泥口２６と、送水管２７の送水管口２８と、更に
台車２３上の集水タンク２９に連通する補給水管３０の
補給水口３１とが相対して設けてあり、また中空軸管１
５の後端下部には、上述の送水口２８から排泥口２６に
通じる水流で分級された掘削土砂及びスクリューコンベ
ヤ１４で搬送されて来る塊体並びにスクリューコンベヤ
１４内に圧入されて来る掘削土砂を取り出す排出口３２
が設けてある。

上記密閉式の土砂循環分離装置２４は公知のサイクロン
式であって排泥水を円錐形ハウジング内で旋回させ、土
砂分を沈澱させて水と分離するもので、この分離装置２
４のハウジング周面に連通ずる排泥水管２５には、排泥
水ポンプ３３が介設してあり、またこの排泥水ポンプ３
３と、排泥口２６の近傍に設けた図示しないフィルター
との間の排泥水管２５には第１図に示すようにバルブ３
４が介設してある。

また送水管２７は、その送水管口２８の近傍に設けたバ
ルプ３５を介して後方台車２３上の排泥水ポンプ３３の
吐出側に通じる密閉式分離装置２４に連通し、この密閉
式分離装置２４の下部には該分離装置２４で分離した土
砂を土砂栓化し、かつ密閉管路中から加圧泥水の溢出を
防止しながら連続的に抗内に取出す土砂搬出装置３６が
装着してある。

更に補給水管３０の補給水口３１は密閉式分離装置２４
から排出される土砂量に応じて集水タンク２９から密閉
循環閉回路３７の管内に補水を行なうもので補給水管３
０にはストツパバルプ３８と逆流防止のチェックバルプ
３９とが介設してある。

また前記隔壁２により画成された加圧室４の上部には、
第１図に示すように隔壁２を貫通して、発進竪坑４０の
所定高さに設けたヘッドタンク４４と連通ずる加圧水管
４１の開口部４２がバルブ４３を介して設けてあり、そ
してこの加圧室４内の圧力を常時地下水位以上にその水
頭差で加圧している。

更に図中４５は、掘削土砂の排出口３２に装着した塊体
土砂の取込箱を示し４６．４７は取込箱４５の上部と底
部に設けた仕切弁、４８は取込箱４５の下方に横設され
た塊体、土砂の取出し用搬出コンベヤである。

次にこの発明の掘進操作並びに作用について、泥水加圧
シールド掘進を行なう場合と、ブラインドシールド堀進
を行なう場合とに分けて説明する。

Ａ泥水加圧シールド掘進を行なう場合 この泥水加圧シールド掘進を行なう場合は、掘進する地
盤が地下水が多く、しかも透水係数の高い砂質が主体で
ある。

この場合は、ヘッドタンク４４より加圧水管４１通して
、その開口部４２から泥水加圧室４内に清水を充満させ
、ヘッドタンク４４の水位Ｐ１ を地下水位Ｐ。

より幾分高めてセットすることにより、切羽面をその水
頭差で加圧呟切羽３からの地下水の漏出を防止した上、
排泥水ポンプ３３を運転し、スクリューコンベヤ１４を
回転駆動させる。

この場合、密閉循環閉回路３７に介設した各バルブ３４
．３５並びに補給水管３０に設けたストツパバルブ３
８、チェックバルブ３９を開とし、スクリューコンベヤ
１４の中空軸管１５の後端下部に設けた塊体及び掘削土
砂の取出箱４５の上下仕切弁４６．４７のうち、下の仕
切弁４７は閉としておく。

このような状態からディスクカツタ５を駆動モータ１３
、中間ギヤ−１２、駆動ギヤ−１１、スプライン１０、
中空シャフト９を介して回転駆動し、一方、隔壁２の後
面に装着したシールドジャッキ４９を、その後方の覆工
体５０に推進反力をとって伸張作動してシールド本体１
を所定量前進させる。

このシールド本体１を所定量前進させると、塊体を含ん
だ砂質を主とする切羽３は、回動しているディスク盤８
上に突出させたスパイラル状の掘削刃１９で掘削掻き込
まれ、ディスク盤８の中央からスクリューコンベヤ１４
で掘削機後方に取込み移送される。

この掘削土砂は、移送の中途に於いて密閉循環閉回路３
７内の水流と交差し、水流浮揚攪拌されて、ここで分級
された塊体を除く掘削土砂は、排泥口２６より水流で取
込まれて排泥水管２５、排泥水ポンプ３３を介して密閉
式循環分離装置２４に泥水輸送される。

一方水流で分級された塊体はスクリューコンベヤ１４で
引続き移送され、中空軸管１５の後端下部に設けた排出
口３２から塊体の取込箱４５に落下取込まれる。

そして取込箱４５内に塊体がたまったら下方の仕切弁４
７を開放して、その下部に横設した搬出コンベヤ４８に
より機体後方に搬出する。

捷だ、前記密閉式循環分離装置２４に送られる泥水はこ
の分離装置２４により掘削土砂と水とに分離され、この
掘削土砂は分離装置２４の下部より土砂栓化して土砂搬
出装置３６により、順次、坑内の後方に連続して排出さ
れ、また土砂のみ除去された分離水は再び密閉式循環分
離装置２４の上部より送水管２７を経て、スクリューコ
ンベヤ１４に循環される。

また同時に密閉循環閉回路３７内から坑内に排除された
土砂量並びに塊体の取込箱４５から排出される塊体量に
相当する補水が集水タンク２９より補給水管３０を介し
て自動的に行なわれる。

切羽３の堀削と坑内への土砂排除中の加圧室４の加圧保
持は、シールド本体１の前進速度が切羽３への掘削取込
速度と同一の場合、ヘッドタンク４４の水位は一定で、
加圧室４への加圧水の出入はなく、一定の水頭差で切羽
３は加圧されている。

また一方掘削取込速度が早い場合は、ヘッドタンク４４
の水頭差で加圧された清水が加圧室４に補給されて、加
圧室４は常時一定に加圧保持され、同時にヘッドタンク
４４の水位はフロートスイッチ５１の作動で補給水タン
ク５２から補給されて同じ状態に保持される。

また切羽３の崩壊防止は、上述の一定に加圧された加圧
室４内の清水で抑止する他に、スクリューコンベヤー１
４のブレードシャフト１７の回転で取込む掘削土砂の搬
出速度を、ディスク盤８と同期回転するスクリューコン
ベヤ１４の外筒となる中空シャフト９と、これに対して
固定的（静止している）は中空軸管１５との内部で掘削
土砂の排出速度を変化させ、中空シャフト９内に掘削土
砂の安息角に相当する量を逐次帯在させながらディスク
盤８で常時抑止して切羽３の崩壊を防止するものである
。

Ｂブラインドシールド堀進を行なう場合 このブラインドシールド掘進を行なう場合は、掘進する
地盤が微粒子から構成され、透水性の低い粘土シルト質
土となり、密閉式循環分離装置における分離速度が低下
するような場合である。

このような場合には排泥水ポンプ３３の運転を停止し、
密閉循環閉回路３Ｔに介設した各バルブ３４，３５並び
に補給水管３０に設けたストツパバルプ３８、チェック
バルブ３９を閉鎖し、更にディスクカッター５の回転駆
動を行なう駆動モータ１３を停止させる。

そしてディスク盤８の掘削刃１９を油圧ジャッキ２０に
より引込み、更にストツパ用のリング２１をストツパジ
ャッキ２２で押し出すことによってブラインドシールド
掘進に切換えを行なう。

このような状態からシールドジャッキ４９を覆工体５０
の側面に推進反力をとって伸長作動し、シールド本体１
を前進させると、粘土シルト質を主体とする切羽３は、
平滑になったディスク盤８の中央部の透孔６からスクリ
ューコンベヤ１４の外筒となる中空シャフト９並びに中
空軸管１５内を通って、中空軸管１５の後端下部に設け
た排出口３２から、取込箱４５内へ流動状に押し出され
、この取込箱４５内へ押し出された粘土シルト質を主体
とする土砂は、その取込箱４５の下部に横設された搬出
コンベヤ４８により順次坑内後方に搬出される。

なお、従来の泥水シールド掘進機でこのようなブライン
ドシールド掘進を行おうとすると、カッターで切削した
土砂が切羽の下方に推積し、これをパイプで横から水平
方向に送り、更に下方に曲げて取出す必要があったので
作業が困難となる問題があった。

また粘土シルト質中に混入する砂質土が２０係以上とな
り、粘着力が０． ２ ｋ９ ／ｆｆｌを超える場合は
、スクリューコンベヤ１４を駆動する。

更に混入する砂質土が３０％〜３５チで粘着力が０、４
ｋ９ ／ｃｒｔになった場合は、ディスク盤８上の掘
削刃１９を油圧ジャッキ２０を介して押し出し、ディス
クカツタ５を低速で駆動することによりシールド本体１
の推進抵抗を小さくすることができる。

この発明は上記のように、ディスクカツタのディスク盤
の中央を貫通してスクリューコンベヤを設け、このスク
リューコンベヤに密閉式循環分離装置を備える密閉循環
閉回路を連通接続するとともに前記スクリューコンベヤ
の外筒の一部の掘削土砂の排出口を併設したため、地盤
の土質の状況に応じて泥水加圧シールド掘進及びブライ
ンドシールド掘進をそれぞれ選定してシールド掘進を行
なうことができ、従って従来装置のように土質の状況に
より掘進が不可能になることがないことから推進作業を
能率的に行なうことができ、また１台のシールド掘進機
に泥水加圧シールド掘進機及びブラインドシールド掘進
機の両機能を備えているため、シールド掘進作業の経済
性が飛躍的に改善される等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の全体を示す概略構成図、第２図は
シールド掘進機の拡大縦断面図である。 １・・・シールド掘進機本体、２８・・・送水管口、５
・・・ディスクカツタ、３０・・・補給水管、８・・・
ディスク盤、３１・・・補給水口、１５・・・中空軸管
、３２・・・排出口、１６・・・密封軸受、３６・−・
土砂搬出装置、２４・・・密閉式循環分離装置、３７・
・・密閉循環閉回路、２６・・・排泥口、４８・・・搬
出コンベヤ、２７・・・送水％

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ゾールド掘進機本体の前部に隔壁を設け、この隔壁
   の前方にディスクカツタを備えたディスク盤を配置し、
   かつディスク盤の中空シャフトを隔壁を貫通して回転自
   在に支持する一方、上記中空シャフトの内部に同芯的に
   先端部がディスク盤を貫通するスクリューコンベヤを配
   設し、スクリューコンベヤの外筒となる中空軸管の後方
   下部に掘削土砂の排出口を設け、さらに中空軸管の途中
   に排泥水管と送水管をそれぞれバルブを介して連通接続
   し、排泥水管を排泥水ポンプを介してサイクロン式の土
   砂循環分離装置に接続するとともに、前記送水管をこの
   土砂循環分離装置の上部分離水側に接続して密閉循環閉
   回路を形成する一方、前記隔壁前方にヘッドタンクと連
   通ずる加圧水管をバルプを介して開口させたことを特徴
   とするシールド掘進乳