(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端のカッターで地盤を掘削し、その掘削された土砂をカッター後方の隔壁に有する排土取込口から機内の排土装置に取り込んで後方へ排出する掘進機であって、前記排土装置が、排土取込口に筒状のケーシングを取り付けて連通し、そのケーシング内に軸が中空のスクリューを配置し、そのスクリューを回転駆動する駆動手段を設け、スクリューの中空の軸内に小スクリューを小スクリューも中空の軸とともに回転するように挿入し、その小スクリューの基端と中空の軸の内底面との間に小スクリューの先端が隔壁から突出できるように進退させる進退ジャッキを取り付け、ケーシングの後部にゲート付きの排土口を開口した構造であることを特徴とする、掘進機。
【請求項２】
スクリューの途中位置に羽根の無い軸のみの部分を形成し、その位置のケーシング内に通路の開口寸法の変化に対応して断面積を変える膨縮自在のバルブを設けた、請求項１記載の掘進機。
【請求項３】
スクリューの途中位置の羽根を縮径し、その縮径した羽根の位置のケーシング内に通路の開口寸法の変化に対応して断面積を変える膨縮自在のバルブを設けた、請求項１記載の掘進機。
【請求項４】
小スクリューの軸内に掘削土砂の流動性を高める添加材を供給する注入路を形成し、小スクリューの先端を一部開口して排土時に注入できるようにした、請求項１〜３いずれか記載の掘進機。
【請求項５】
先端のカッターで地盤を掘削し、その掘削された土砂をカッター後方の隔壁に有する排土取込口から機内の排土装置に取り込んで後方へ排出する掘進機であって、前記排土装置が、排土取込口に筒状のケーシングを取り付けて連通し、そのケーシング内に軸が中空のスクリューを配置し、そのスクリューの中空の軸内に回転軸を係合し、その回転軸を駆動する駆動手段を設け、スクリューの基端と回転軸の後部との間にスクリューの先端が隔壁から突出できるように進退させる進退ジャッキを取り付け、ケーシングの後部にゲート付きの排土口を開口した構造であることを特徴とする、掘進機。
【請求項６】
ケーシング内の前部位置に通路の開口寸法の変化に対応して断面積を変える膨縮自在のバルブを設け、そのバルブの膨張時にスクリューをバルブの後方まで後退させるように進退ジャッキを制御するようにした、請求項５記載の掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法や推進工法で用いられる掘進機に関し、詳しくは掘進中に土質が変化しても同一の装置で排土できるようにする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、一般的な土圧式掘進工法に使用する掘進機では、切羽の安定や地盤への影響回避のため、調圧を含めて掘進と並行して掘削土砂を後方に排出する装置が必要となる。現状では軸付スクリュー排土装置とリボンスクリュー排土装置の２種類が一般的で、スクリュー先端が隔壁より前方に突出している構造や突出していない構造のものを掘削しようとする地盤の土質に応じて選択している（例えば特許文献１，２参照）。また、排土装置全体がスライドする構造も有る。
【０００３】
ところで、前記従来の排土装置では、スクリュー先端が隔壁より前方に突出していない構造では、掘進中に泥岩等の硬質地盤が出現すると流動性の低い掘削土砂で付着、閉塞が発生して推進不能となることがあり、スクリュー先端が隔壁より前方に突出している構造では、掘進中、礫地盤では先端が障害となり、礫との接触で破損し、軟弱地盤が出現すると掘削土砂が取り込み過多となって地盤の緩みや沈下が発生することがある。このように、スクリューの位置が固定の排土装置では、掘進中の土質の変化に対応し難いものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４９１９３号公報
【特許文献２】特開２００４−１９０３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、同一の排土装置で掘進中の土質変化に対応できる掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）  先端のカッターで地盤を掘削し、その掘削された土砂をカッター後方の隔壁に有する排土取込口から機内の排土装置に取り込んで後方へ排出する掘進機であって、前記排土装置が、排土取込口に筒状のケーシングを取り付けて連通し、そのケーシング内に軸が中空のスクリューを配置し、そのスクリューを回転駆動する駆動手段を設け、スクリューの中空の軸内に小スクリューを小スクリューも中空の軸とともに回転するように挿入し、その小スクリューの基端と中空の軸の内底面との間に小スクリューの先端が隔壁から突出できるように進退させる進退ジャッキを取り付け、ケーシングの後部にゲート付きの排土口を開口した構造であることを特徴とする、掘進機
２）  スクリューの途中位置に羽根の無い軸のみの部分を形成し、その位置のケーシング内に通路の開口寸法の変化に対応して断面積を変える膨縮自在のバルブを設けた、前記１）記載の掘進機
３）  スクリューの途中位置の羽根を縮径し、その縮径した羽根の位置のケーシング内に通路の開口寸法の変化に対応して断面積を変える膨縮自在のバルブを設けた、前記１）記載の掘進機
４）  小スクリューの軸内に掘削土砂の流動性を高める添加材を供給する注入路を形成し、小スクリューの先端を一部開口して排土時に注入できるようにした、前記１）〜３）いずれか記載の掘進機
５）  先端のカッターで地盤を掘削し、その掘削された土砂をカッター後方の隔壁に有する排土取込口から機内の排土装置に取り込んで後方へ排出する掘進機であって、前記排土装置が、排土取込口に筒状のケーシングを取り付けて連通し、そのケーシング内に軸が中空のスクリューを配置し、そのスクリューの中空の軸内に回転軸を係合し、その回転軸を駆動する駆動手段を設け、スクリューの基端と回転軸の後部との間にスクリューの先端が隔壁から突出できるように進退させる進退ジャッキを取り付け、ケーシングの後部にゲート付きの排土口を開口した構造であることを特徴とする、掘進機
６）  ケーシング内の前部位置に通路の開口寸法の変化に対応して断面積を変える膨縮自在のバルブを設け、そのバルブの膨張時にスクリューをバルブの後方まで後退させるように進退ジャッキを制御するようにした、前記５）記載の掘進機
にある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の前記１）記載の構成によれば、軟弱地盤の場合は小スクリューを後退させることで、切羽圧力を保持して土砂の取り込み過多を防止する。硬質地盤の場合は小スクリューを隔壁より突出させることで、流動性の低い掘削土砂を迅速に取り込み、付着や閉塞が防止され、掘削土砂を効率的に排土する。特に、本発明の前記２，３）記載の構成によれば、地盤が極めて軟弱な場合は、バルブを膨張させてケーシングの内径を縮径又は通路を遮断することで、地下水の噴発や軟弱地盤の流出が確実に防止される（排土開口部の縮小）。さらに、本発明の前記４）記載の構成によれば、掘削土砂の流動性が極めて低い場合、小スクリューの先端から添加材を注入すると、掘削土砂の流動性が高まり、より迅速に排土できる。したがって、掘進中に土質が硬質地盤や軟弱地盤のいずれに変化しても、同一の装置で排土できるようになる。
【０００８】
また、本発明の前記５）記載の構成によれば、軟弱地盤の場合はスクリューを後退させることで、切羽圧力を保持して土砂の取り込み過多を防止する。硬質地盤の場合はスクリューを隔壁より突出させることで、流動性の低い掘削土砂を迅速に取り込み、付着や閉塞が防止され、掘削土砂を効率的に排土する。特に、本発明の前記６）記載の構成によれば、地盤が極めて軟弱な場合は、スクリューをバルブより後方まで後退させ、バルブを膨張させてケーシングの内径を縮径又は通路を遮断することで、地下水の噴発や軟弱地盤の流出が確実に防止され、切羽圧力の保持が可能となる。したがって、前記１）〜４）記載の構成と同様に、掘進中に土質が硬質地盤や軟弱地盤のいずれに変化しても、同一の装置で排土できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の掘進機の断面図である。
【図２】実施例１の排土装置の説明図である。
【図３】実施例１の他の例の排土装置の説明図である。
【図４】実施例１の他の例の排土装置の説明図である。
【図５】実施例２の排土装置の説明図である。
【図６】実施例２の他の例の排土装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を各実施例と図面に基づいて具体的に説明する。
【実施例】
【００１１】
（実施例１）図１は実施例１の掘進機の断面図、図２は実施例１の排土装置の説明図である。図中、１０は外殻、１１は前胴、１２は後胴、１３は方向修正用ジャッキ、１４は隔壁、１４ａはチャンバー、１５は排土取込口、２０は駆動部、２１はカッター、２２はモーター、３０は排土装置、３１はケーシング、３２はスクリュー、３２ａは中空軸、３２ｂは羽根、３２ｃは排土口、３３は小スクリュー、３３ａはパッキン、３３ｂは注入路、３４は進退ジャッキ、３５はモーター、３５ａは回転軸、３６は排土口、３６ａはゲート、３６ｂは開閉ジャッキ、４０は貯泥槽、４１は排土管、５０は推進管、Ａは掘進機である。
【００１２】
図１に示すように、掘進機Ａの外殻１０は、前胴１１と後胴１２を方向修正用ジャッキ１３で中折れ可能に連結し、前胴１１に隔壁１４を設けてチャンバー１４ａを形成し、隔壁１４に掘削土砂を取り込む排土取込口１５を開口している。駆動部２０は、カッター２１とこれを駆動するモーター２２を備え、隔壁１４の背面に取り付けてカッター２１をチャンバー１４ａの前方に配置している。排土装置３０は、外殻１０内に取り付けて排土取込口１５と連通している。
【００１３】
排土装置３０は、図２に示すように、排土取込口１５に筒状のケーシング３１を取り付けて連通し、そのケーシング３１内に前端が開放され且つ後端が閉塞された中空軸３２ａを配置し、その中空軸３２ａの全周面に羽根３２ｂを螺旋状に形成してスクリュー３２を構成している。ケーシング３１の後端にはモーター３５を取り付け、そのモーター３５の回転軸３５ａをスクリュー３２の中空軸３２ａの後端と軸着している。
【００１４】
中空軸３２ａ内には羽根を螺旋状に形成した小スクリュー３３を挿入し、その小スクリュー３３の軸端と中空軸３２ａの内底面との間に進退ジャッキ３４を介装し、小スクリュー３３の軸の後部にパッキン３３ａを設けて中空軸３２ａ内で摺動可能に水密し、中空軸３２ａの後部に排土口３２ｃを開口している。小スクリュー３３の軸内には図示しないスイベルを介して泥水等の添加材を供給する注入路３３ｂを形成し、小スクリュー３３の先端を一部開口して注入できるようにしている。ケーシング３１の後部下面には排土口３６を開口し、その排土口３６にゲート３６ａを開閉ジャッキ３６ｂで開閉自在に取り付けている。
【００１５】
排土口３６の下方位置には、落下した掘削土砂を受ける貯泥槽４０を設け、その貯泥槽４０内の掘削土砂を後方へ排出する排土管４１を配管している。
【００１６】
実施例１では、外殻１０の後端に推進管５０を接続し、モーター２２，３５を駆動して推進管５０を後方から押し出すと、カッター２１が地盤を掘削しながら地中を掘進する。チャンバー１４ａ内の掘削土砂は排土取込口１５から排土装置３０のケーシング３１内に取り込まれてスクリュー３２で後方へ搬送され、排土口３６から貯泥槽４０に落下し、排土管４１で後方へ排出される。推進管５０が地中に推進すると、その推進管５０の後端に別の推進管５０を継ぎ足して押し出し、これらの工程を繰り返して地中に管路が構築される。
【００１７】
ここで、地盤が軟弱地盤の場合、スクリュー先端が隔壁より前方に突出している構造では、流速が速くなって切羽圧力が低下し、掘削土砂の取り込み量が増加して地盤沈下を招くことがある。これに対し、実施例１では進退ジャッキ３４を縮退させて小スクリュー３３を後退させた状態で掘進することで、切羽圧力を保持して掘削土砂の取り込み量の増加を抑え、地盤沈下が防止される。
【００１８】
一方、地盤が硬質地盤の場合、スクリュー先端が隔壁より前方に突出していない構造では、掘削土砂が取り込まれ難くなって推進不能となることがある。これに対し、実施例１では進退ジャッキ３４を伸張させて小スクリュー３３を隔壁１４より突出させた状態で掘進することで、流動性の低い掘削土砂が迅速に取り込まれて効率的に排土される。このとき、小スクリュー３３の先端から添加材を注入すると、掘削土砂の流動性が高まり、より迅速に排土できる。中空軸３２ａ内に取り込まれた掘削土砂は排土口３２ｃからケーシング３１内に落下する。このように、実施例１によれば、掘進中に土質が硬質地盤や軟弱地盤のいずれに変化しても、同一の排土装置３０で排土できる。
【００１９】
図３，４に示すのは実施例１の排土装置の他の例である。図３，４は実施例１の他の例の排土装置の説明図である。図中、３７はバルブである。図３に示すのは、スクリュー３２の途中位置に羽根３２ｂを撤去した中空軸３２ａのみの部分を形成し、その位置のケーシング３１内に空気の注入出で膨縮できるゴム製のバルブ３７を取り付けている。図４に示すのは、スクリュー３２の途中位置の羽根３２ｂを縮径し、その縮径した羽根３２ｂの位置のケーシング３１内に空気の注入出で膨縮できるゴム製のバルブ３７を取り付けている。
【００２０】
これらの例では、通常の硬質地盤や軟弱地盤ではバルブ３７を収縮させ、小スクリュー３３を後退又は隔壁１４より突出させることで土質に応じて切り替えながら掘進し、地盤が極めて軟弱で小スクリュー３３の後退だけでは対応できない場合は、バルブ３７を膨張させてケーシング３１の内径を縮径又は通路を遮断することで、地下水の噴発や軟弱地盤の流出を確実に防止できるようにしている。その他、符号、構成、作用効果は実施例１と同じである。
【００２１】
（実施例２）図５は実施例２の排土装置の説明図である。図中、３５ｂはキー、３５ｃは支持部、３８は進退ジャッキである。実施例２の排土装置３０は、図５に示すように、回転軸３５ａの外面にキー３５ｂを形成し、その回転軸３５ａにキー溝を備えた中空軸３２ａを挿入してキー３５ｂと係合し、回転軸３５ａの基部に固着した支持部３５ｃと中空軸３２ａの後部との間に進退ジャッキ３８を取り付けている。進退ジャッキ３８を伸縮させると、スクリュー３２が回転軸３５ａに沿って進退し、モーター３５の駆動力はキー３５ｂを介してスクリュー３２に伝達される。
【００２２】
実施例２では、地盤が軟弱地盤の場合は、進退ジャッキ３８を縮退させてスクリュー３２を後退させた状態で掘進することで、切羽圧力を保持して掘削土砂の取り込み量の増加を抑え、地盤沈下が防止される。地盤が硬質地盤の場合は、進退ジャッキ３８を伸張させてスクリュー３２を隔壁１４から突出させた状態で掘進することで、流動性の低い掘削土砂が迅速に取り込まれて効率的に排土される。その他、符号、構成、作用効果は実施例１と同じである。
【００２３】
図６に示すのは実施例２の排土装置の他の例である。図６は実施例２の他の例の排土装置の説明図である。図６に示すように、ケーシング３１内の前部位置に空気の注入出で膨縮できるゴム製のバルブ３７を取り付けている。進退ジャッキ３８はストロークが実施例２より長いものを使用し、進退ジャッキ３８を最大に縮退させた状態ではスクリュー３２の先端がバルブ３７より後方に後退でき、進退ジャッキ３８を最大に伸張させた状態ではスクリュー３２の先端が隔壁１４より突出できるようにしている。
【００２４】
この例は、通常の硬質地盤や軟弱地盤ではスクリュー３２を排土取込口１５の直後に後退又は隔壁１４より突出させることで土質に応じて切り替えながら掘進し、地盤が極めて軟弱な場合は、スクリュー３２をバルブ３７より後方まで後退させ、バルブ３７を膨張させてケーシング３１の内径を縮径又は通路を遮断することで、地下水の噴発や軟弱地盤の流出を防止できるようにしている。その他、符号、構成、作用効果は実施例２と同じである。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の技術は、硬質土地盤・軟弱地盤・高水圧地盤など、掘進中で土質の大きな変化が想定される地盤のトンネル工事に利用できる。
【符号の説明】
【００２６】
１０  外殻
１１  前胴
１２  後胴
１３  方向修正用ジャッキ
１４  隔壁
１４ａ  チャンバー
１５  排土取込口
２０  駆動部
２１  カッター
２２  モーター
３０  排土装置
３１  ケーシング
３２  スクリュー
３２ａ  中空軸
３２ｂ  羽根
３２ｃ  排土口
３３  小スクリュー
３３ａ  パッキン
３３ｂ  注入路
３４  進退ジャッキ
３５  モーター
３５ａ  回転軸
３５ｂ  キー
３５ｃ  支持部
３６  排土口
３６ａ  ゲート
３６ｂ  開閉ジャッキ
３７  バルブ
３８  進退ジャッキ
４０  貯泥槽
４１  排土管
５０  推進管
Ａ  掘進機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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