JPS6131110Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は粘性土地山から固結土、粗大礫、玉石
等を混在する土質の地山に至る全範囲において有
効な掘削を行ない得るシールド掘進機に関するも
のである。

シールド前部に切羽地山に対向する圧力室を備
え、この圧力室の内圧で地山崩壊を防止しつつ掘
削を行なうシールド掘進機においては、圧力室の
内圧を泥水圧で保持するもの（泥水加圧シール
ド）や掘削土砂を充満させて保持するもの（土圧
系シールド：圧力保持シールド）等がある。

第７図に従来の泥水加圧シールド及び圧力保持
シールドの各適応限界が示される。すなわちこれ
らのシールドが対象とする地山には、粘土Ａ、シ
ルトＢ、砂Ｃ、礫Ｄ、玉石Ｅ等が単独で存在し又
は混在している。粗大礫、玉石を混在する地山を
掘削する場合、地山崩壊が発生しやすく、既存の
泥水加圧シールドでは地山保持が困難である。他
方圧力保持シールドでは、掘削土砂中の微細粒子
（粘土、シルト）の含有率が10％程度以下の場合
にしばしば掘削作業が困難となつている。これは
圧力室内の充満土砂の土粒子同士の接触により、
土砂の内部摩擦角φが大となるからである。すな
わち第７図中、ａ曲線の粒度分布までが泥水加圧
シールドで補助工法（薬液注入工法等）を必要と
せずに地山の安定をはかりながら掘削し得る範囲
である。またｂ曲線の粒度分布までであれば、圧
力保持シールドにより圧力室内の充満土砂に塑性
化改良材（微細粒子であるシルト、粘土等）を添
加混合することなく掘削し得る。ｃ曲線はシル
ト・粘土の含有率が40％以上で、混練するだけで
土砂を遡性化できる粒度分布を示す。ｂ曲線より
右の領域であるｄ領域の粗大粒子からなる土質条
件では、一般に塑性化改良材を添加混合してコン
クリートモルタル状の土砂に改良することが必要
である。

本考案は、前記したｄ領域の土質条件で安全な
掘削を行ない得るばかりでなく、ｃ曲線よりも左
側の領域にｄ領域の土質条件が混在する場合でも
掘削及び撹拌作用によつてその土質を軟弱化し、
もつて円滑な掘削を可能にするものである。以下
本考案の実施例を第１図〜第６図に基づき説明す
る。

１はシールドであり、その前面にカツターヘツ
ド２が設けられる。カツターヘツド２の背部に前
拡がりラツパ状の隔壁３が設けられる。隔壁３
は、カツターヘツド２に固定された前部壁３Ａ
と、シールド１側に支持材４を介して固定された
後部壁３Ｂとに分割され、前部壁３Ａが、その周
囲の支持部材５とシールド１及び支持材４との間
に介装された軸受６Ａ、シール材６Ｂ等によつて
シールド１に保持される。７はカツターヘツド駆
動モータであり、その出力軸が前記支持部材Ｓに
ギヤ機構８を介して連結される。カツターヘツド
２と同心状に、前記後部壁３Ｂに円筒ケーシング
９が延設される。円筒ケーシング９の後端部に延
長ケーシング１０が配置され、両者が一定の間隔
をあけて接続具１１により接続される。すなわち
接続具１１は円筒ケーシング９側に一体に設けら
れた第１部材１１Ａと延長ケーシング１０側に一
体に設けられた第２部材１１Ｂからなり、その結
合状態において第１部材１１Ａと第２部材１１Ｂ
との間に空間１１Ｃが形成されるようになつてい
る。

一方、隔壁３内に形成された掘削土砂取込室１
２に、後端に近付くほど縮径するように構成され
た撹拌用スクリユー１３が配置され、また円筒ケ
ーシング９内の通路１４に、螺旋帯体よりなるリ
ボンスクリユー１５が配置される。そしてこの撹
拌用スクリユー１３とリボンスクリユー１５とは
一軸上で互に接続される。撹拌用スクリユー１３
に回転軸１６が設けられており、この回転軸１６
の先端が前記カツターヘツド２の中心部に相対回
転可能に軸支される。またリボンスクリユー１５
の後端に筒体１７が嵌合固着されると共に、この
筒体１７が前記した円筒ケーシング９と延長ケー
シング１０との間に介在される。すなわちこの筒
体１７は、前記接続具１１にシール材１８Ａ及び
軸受１８Ｂを介して支持されると共に、円筒ケー
シング９及び延長ケーシング１０に対して回転自
在に連通連設される。１９は回転駆動機構であ
り、これは接続具１１に保持されたモータ２０
と、このモータ２０の出力軸２０Ａと前記筒体１
７とを前記接続具１１内空間で連結するギヤ機構
２１とからなる。なおギヤ機構２１はモータ出力
軸２０Ａに固着したギヤ２１Ａを筒体１７の外周
に固着したギヤ２１Ｂに噛合させてなる。２２は
塑性化改良材の導管を示し、この導管２２は、リ
ボンスクリユー１５の内周に沿つて螺旋状に配置
され、その基端部がリボンスクリユー１５に形成
された注入穴２３を介して塑性化改良材の注入管
２４に連通され、またその先端部が前記回転軸１
６及びカツターヘツド２の内部に形成された注入
路２５に連通される。注入路２５は前記した掘削
土砂取込室１２及び切羽面に対して複数箇所で開
口する。２６は延長ケーシング１０の排土口１０
Ａに対向するバルブであり、その支持杆２７が、
延長ケーシング１０から延設されれた支持部材２
８に出退自在に支持されると共にシリンダ２９に
連結される。前記した延長ケーシング１０、バル
ブ２６、バルブ支持杆２７及びシリンダ２９によ
り排土機構３０が構成される。３１は排土口１０
Ａの下部に配設された土砂搬出用コンベヤ、３２
は隔壁３に取付けられた土圧計または間隙水圧計
である。なお図示例では、掘削土砂取込室１２の
前後から塑性化改良材の注入を可能にするため
に、前記注入路２５の他に固定注入管３３を後部
壁３Ｂに接続している。

以上によれば、カツターヘツド駆動モータ７の
作動に伴なうカツターヘツド２の回転により切羽
地山が掘削され、掘削土砂がその取込室１２に取
込まれる。またモータ２０の作動に伴なう撹拌用
スクリユー１３及びリボンスクリユー１５の回転
により、掘削土砂取込室１２内の掘削土砂が撹拌
されてから円筒ケーシング内通路１４及び筒体１
７内部を通して延長ケーシング１０内へ移送され
る。延長ケーシング１０の排土口１０Ａに対して
バルブ２６がシリンダ２９により対向状態で押付
けられるので、延長ケーシング１０内部ではリボ
ンスクリユー１５による掘削土砂の移送力とバル
ブ２６の付勢力との押合いに伴なつて掘削土砂が
締め固められ、サンドプラグＰが形成される。そ
してこのサンドプラグＰがバルブ２６の付勢に抗
して該バルブ２６を後退させるため、排土口１０
Ａとバルブ２６との隙間から順次掘削土砂が土砂
搬出用コンベヤ３１上へ排出落下せしめられる。
この場合延長ケーシング１０の内部に回転体が存
在しないので、該延長ケーシング１０の内部は一
定の長さを有する任意断面の静止した空間を形成
する。したがつてこの部分で締め固められた掘削
土砂は非常に高い密度を示す。

このようなことから、切羽地山の性状が第７図
におけるｂ曲線よりも左側の領域にあれば、前記
サンドプラグＰは何らの補助工法を施すことなく
難透水性を示す。したがつてその透水係数（単
位：cm／sec）よりも速い相対速度で排土するこ
とにより、完全な止水効果を発揮する。また切羽
地山の性状が第７図におけるｂ曲線よりも右の領
域（ｄ領域）にある場合は、必要に応じて塑性化
改良材を掘削土砂取込室１２内へ注入する。この
操作は注入管２４、注入穴３３、導管２２、注入
路２５を通じ、あるいは固定注入管３３を通じて
行なう。注入された塑性化改良材は撹拌用スクリ
ユー１３の作用によつて掘削土砂と十分に混合
し、その性状を改良する。したがつてこの場合
も、延長ケーシング１０内の静止空間に形成され
るサンドプラグＰは難透水性を示し、止水効果を
発揮する。

さらに図示されるように、掘削土砂中に礫、玉
石Ｒ等が混在する場合においては、撹拌用スクリ
ユー１３の作用による掘削土砂の撹拌により、そ
の土質が軟弱化されることに加えて塑性化改良材
の注入に伴なつて土質改良されたものが延長ケー
シング１０内でサンドプラグＰを形成する。した
がつてこの場合もサンドプラグＰは難透水性を示
し、止水効果を発揮する。また礫、玉石Ｒ等は円
筒ケーシング９内を中心軸（回転軸）を有さない
リボンスクリユー１５の作用で移送されるので、
通常のスクリユーコンベヤにおけるように回転軸
によつて移送可能な粒径が制限されない。そのた
め、それらの移送が支障なく行なわれる。

ところで、確実な止水効果を発揮し得るサンド
プラグＰを形成させるためには、バルブ２６の押
付力を大きくすると共に、リボンスクリユー１５
による掘削土砂の移送力を十分に大きなものとす
ることが必要となる。そのためには、延長ケーシ
ング１０内部が静止空間であることから、リボン
スクリユー１５の後端が強固であることを要す
る。これに関しては、リボンスクリユー１５の後
端を筒体１７に溶接して固定しておくことが役立
つ。リボンスクリユー１５の後端の軸方向の変形
が防止されるからである。

第４図のように、リボンスクリユー１５はその
後端を筒体１７の後方へ延長させたものとしても
よい。この場合にリボンスクリユー１５の後端延
設部１５Ａの軸方向変形を抑えて健全なサンドプ
ラグＰを形成させるためには、その延設部１５Ａ
の長さ及び径を調節することが有効となる。

第５図、第６図は排土機構３０の他の例を示し
たものである。すなわち第５図のものは、第１図
における延長ケーシング１０に代え、下向きの排
土口３５Ａを有する排土筒３５を用い、その排土
口３５Ａをスライドゲート３６によつて開度調整
するようにしたものである。これによれば、スラ
イドゲート３６と排土筒３５とが排土筒３５内に
静止空間を形成する。第６図のものは、第１図の
ものにおけるバルブ２６に代え、ヒンジ式のゲー
ト３７を用いたものである。

第１図、第２図、第４図〜第６図のものでは、
それぞれ延長ケーシング１０、排土筒３５内に静
止空間が形成されるようにしてこの部分で健全な
サンドプラグＰを構成し、もつて止水効果を発揮
させるようにしたものを説明した。これに対して
第３図のものは、第１図における延長ケーシング
１０及びバルブ２６に代えてポンピングチユーブ
３７及びこのチユーブ２６をしごいて内部の土砂
を排出させるローラ３８を用いたものを示す。す
なわちこの場合は、弾性体であるポンピングチユ
ーブ３７がローラ３８によつて絞られ、その絞り
部分が後方へ移動せしめられるので、絞り部分に
おいて止水及び土圧解放の防止が図られる。

以上の説明から明らかなように、本考案によれ
ば掘削土砂を撹拌した後、その取込室より後方へ
一直線状に延びる排土経路（円筒ケーシング、筒
体、延長ケーシング等の内部通路）を通して土砂
移送を行ない、しかもその移送のために螺旋帯体
よりなるリボンスクリユーを用いるので、掘削土
砂中に礫、玉石等の混在の有無にかかわらず、切
羽地山の地下水圧とその崩壊土圧を確実に保持す
ることが可能となる。また掘削土砂中に礫、玉石
等の粗大固形物が混在していても、それは機内へ
の取込後直ちに撹拌されて移送されるので好都合
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例の全体縦断側面図、第２
図は第１図における部分断面図、第３図〜第６図
は種々の変形例の全体概略縦断側面図、第７図は
従来の泥水加圧シールド、圧力保持シールドの適
応限界を示す線図である。 １……シールド、２……カツターヘツド、３…
…隔壁、７……カツターヘツド駆動モータ、９…
…円筒ケーシング、１０……延長ケーシング、１
２……掘削土砂取込室、１３……撹拌用スクリユ
ー、１４……円筒ケーシング内通路、１５……リ
ボンスクリユー、１６……撹拌用スクリユー回転
軸、１７……筒体、１９……回転駆動機構、２０
……モータ、２１……ギヤ機構、２２……導管、
２４……注入管、２５……注入路、２６……バル
ブ、２９……シリンダ、３０……排土機構、３５
……排土筒、３６……スライドゲート、３７……
ポンピングチユーブ、３８……ローラ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. シールドに軸支されたカツターヘツド背部に前
   拡がりラツパ状の隔壁で囲まれた掘削土砂取込室
   を形成し、この隔壁の後部に円筒ケーシングを前
   記カツターヘツドと同心状に延設し、前記掘削土
   砂取込室と前記円筒ケーシング内通路とに、一軸
   上で互に接続された撹拌用スクリユーと螺旋帯体
   よりなるリボンスクリユーとを各別に配置し、撹
   拌用スクリユーに回転軸を設け、この回転軸の前
   端を前記カツターヘツドの中心部に相対回転可能
   に軸支すると共に、前記リボンスクリユーの後端
   部に、前記円筒ケーシングの後端開口に回転可能
   に接続された筒体を嵌合固着し、この筒体を該筒
   体の外側で回転駆動機構に連結し、さらにこの筒
   体の後端に、サンドプラグを形成しつつ排土する
   排土機構を設けたことを特徴とするシールド掘進
   機。