JPS6346557Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 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。

従来の技術 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
削を行ないかつスクリユーコンベヤ式排土装置を
有する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。

考案が解決しようとする問題点 前記従来の泥水加圧シールド及び圧力保持シー
ルドの各適用限界が第６図（第６図に記載のＡは
粘土層、Ｂはシルト層、Ｃは砂層、Ｄは礫層、Ｅ
は玉石層を示す。）に示されている。すなわち第
６図中、ａ曲線の粒度分布までが泥水加圧シール
ドの補助工法（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。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
切羽地山からの間隙水の流出を確実に防止し、円
滑な掘削を可能とするものである。

また掘削土砂中の粗大礫、玉石等が混在する場
合、通常のスクリユーコンベア式の排土装置を有
するシールド掘進機では該スクリユーコンベアの
ケーシング径に比べ排出可能な礫、玉石等の径が
小さくその大きさが制約されるが、本考案はこの
ような問題点をも解決しようとするものである。

一方切羽地山からの間隙水の流出を遮断する技
術としては特開昭55−4453（シールドトンネル掘
進装置）の発明があり、同発明によるとケーシン
グの後端に駆動源により回転駆動される筒状体を
連設し、このケーシングを貫通する回転軸を有す
るスクリユーの後端部を前記筒状体内面に固着
し、掘削土砂を前記筒状体内で締固めし、切羽地
山からの間隙水の流出を遮断するようにしている
が、その締固め土砂はこの筒状体と共回り（一緒
に回ること）しながら螺旋状（ドーナツ状）に押
出され極端にいえばその中心が空洞となるため、
締固め度が弛るくこの筒状体内の滞溜土砂では間
隙水の流出を防ぐことはできない。

さらに押出された締固め土砂は回転する筒状体
と回転しない排出部の境界で剪断破壊されて締固
めは崩れてしまい、間隙水が流出し圧力保持がで
きない。また通常回転軸を取巻くスクリユーなら
びに筒状体と共に土砂が回転しながら充満した状
態で搬送されるから、付着力の大きい粘性土の場
合は、その粘性土がスクリユー部に固く付着して
従来のものではその粘性土の排出が困難であるな
どの欠点があつた。

本考案はこれ等の問題点を解決しようとするも
のである。

問題点を解決するための手段 本考案は前記問題を解決するために、シールド
先端に軸支されたカツターヘツドの背部に隔壁で
囲まれた掘削土砂取込室を形成し、該隔壁の大気
圧室側から掘削土砂に塑性化改良材を注入するた
めの注入管を設け、この隔壁にこれを貫通して螺
旋帯体よりなるリボンスクリユーを回転自在に設
けた円筒ケーシングを連設し、この円筒ケーシン
グの後端開口部に前記リボンスクリユーの後端を
筒体（筒体の搬送通路）のほぼ全長にわたつて嵌
合固着した回転自在の前記筒体を連設すると共
に、この筒体をその外側の回転駆動機構に連結
し、この筒体の後端にその排土口に開閉装置を設
けた延長ケーシングを連設したものである。

実施例 以下本考案の実施例を第１図から第３図、第４
図および第５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
拡がリラツパ状の隔壁３が設けられている、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、軸受６Ａおよびシール材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５にギヤ機構８を介して連結されている。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
が一定の間隙をあけて接続具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とか
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
の後端を筒体１７に該筒体１７（筒体に搬送通
路）のほぼ全長にわたつて嵌合固着すると共に、
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から延設された支持部材２８
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１０Ａ
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３
Ｂ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
に高い見掛の密度を示す。

このようなことから、切羽地山の性状が第６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６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２３、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（排土口の抵抗を大きくする）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、第５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４図のものは、下向きの排
土口３５Ａを有する延長ケーシング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と延長ケー
シング３５とで延長ケーシング３５内に静止空間
を形成する。第５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図及び第５図のもので
は、それぞれの延長ケーシング１０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図のものはポンピングチユー
ブ３７から成る延長ケーシングと排土用ローラ３
８を有し、排土の際にはローラ３８でこのチユー
ブ３７をしごいてポンピングチユーブ３７の内部
の土砂を排土させるものである。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、絞り部分がバルブの作用
をして止水及び土圧解放の防止が図られる。

考案の効果 (1) 土砂の塑性化改良材の注入管を設けているの
で全土質に渡つて効果的な掘削が可能である。

(2) 掘削土砂を、その取込室より後方へ一直線上
に延びる排土経路（円筒ケーシング、筒状体、
延長ケーシングの内部通路）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か
ら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およびそれ等の
寸法の大小にかかわらず確実に輸送できる。ま
た円筒ケーシング内の掘削土砂の搬送中、リボ
ンスクリユーの中心部は圧密状態が弛いので、
土砂の見掛の密度が小さく、そのためにリボン
スクリユーの回転により上方にもちあげられた
搬送中の土砂が見掛の密度の小さい中心部に落
下し、効率よく混合されて均一な改良土砂とな
り、その結果延長ケーシングにおいて良質なサ
ンドプラグを形成することができる。

(3) 土砂は、回転する筒状体から回転しない延長
ケーシングに排出されて、回転しない部分のみ
で締め固められる結果締固められた土砂は剪断
破壊されることがないため、延長ケーシング内
で安定した締固めが行なわれ、間隙水の流出を
防止し、したがつて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できる。

(4) 掘削土砂の搬送用にリボンスクリユー式の排
土装置を設けているので、付着力の大きい粘性
土がリボンスクリユーと一緒に共廻りした場合
でも、リボンスクリユーの中空穴部の土砂の締
固めが比較的弛るく容易に共廻り状態を解除す
ることができる。

【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４図
及び第５図は種々の変形例の全体概略縦断側面
図、第６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、３６
……スライドゲート、３７……ポンピングチユー
ブ、３７′……ヒンジ式ゲート、３８……ローラ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. シールド先端に軸支されたカツターヘツドの背
   部に、隔壁で囲まれた掘削土砂取込室を形成し、
   該隔壁の大気圧室側から掘削土砂に塑性化改良材
   を注入するための注入管を設け、この隔壁に、こ
   れを貫通して螺旋帯体よりなるリボンスクリユー
   を回転自在に設けた円筒ケーシングを連設し、こ
   の円筒ケーシングの後端開口部に前記リボンスク
   リユーの後端を筒体のほぼ全長にわたつて嵌合固
   着した回転自在の前記筒体を連設すると共に、こ
   の筒体をその外側の回転駆動機構に連結し、この
   筒体の後端にその排土口に開閉装置を設けた延長
   ケーシングを連設したことを特徴とするシールド
   掘進機。