(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインカッタの周囲に小カッタを設け、そのメインカッタと小カッタで掘削した土砂を排土するためのシールド掘進機の排土機構において、メインカッタを収容するシールド掘進機に、その本体から外方に突出するよう突出部を形成すると共に、その突出部の前面に小カッタを設け、上記メインカッタの後方の本体に第１カッタ室を形成し、その第１カッタ室に土砂を排土するスクリューコンベアを設け、上記小カッタ後方の突出部に第２カッタ室を形成し、上記小カッタの回転軸に土砂を後方に送るスクリュー羽根を設け、そのスクリュー羽根の後方に、土砂を上記第１カッター室に移送する案内板を設けたことを特徴とするシールド掘進機の排土機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機の排土機構に係り、特に、シールド掘進機本体の外周部に設けられた小カッタの掘削土を排土するための排土機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大断面トンネルや矩形断面等の使用目的に合わせた断面形状を有するトンネル等を掘削するための掘削工法としてマイクロ・マルチ・ボックス工法（以下「Ｍ−Ｍ−Ｂ工法」という）という工法が試行され始めている。このＭ−Ｍ−Ｂ工法は、図５に示すように、トンネル等の外周部分のみを適宜の大きさの掘削ブロック４０ａ，４０ｂに分割し、これら掘削ブロック４０ａ，４０ｂを小型のシールド掘進機４３を使用して掘削しながら箱状のセグメント４１ａ，４１ｂを組み立て、その後で掘削ブロック４０ａ，４０ｂに囲まれた部分の土砂をショベルカー等の土木機器で掘り進むものであり、これまでのような大型のシールド掘進機を必要としない点でも注目されている。
【０００３】
この工法に用いられるシールド掘進機４３は、掘削したいブロックの形状、大きさ等により適宜選択されるものであるが、例えば縦長の矩形ブロック４０ａを掘削する場合、略矩形の掘削面を有するものが用いられる。このシールド掘進機４３は、補強材を打つための穴を掘削するための小カッタ２４を掘削面２の各隅角部に有し、ブロック４０ａ，４０ｂの各隅角部に小穴４２を掘削しながら補強材を打てるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、小カッタはシールド掘進機本体から外方に突出して設けられるものであるためカッタの裏側に設けられている排土口から遠く、小カッタで掘削した掘削土は排土口から後方に向けて設けられているスクリューコンベアの吸引力で吸い込んで排土するものであるため、いったん小カッタの裏側で土砂の滞留が発生するとそのまま詰まってしまい、排土不能となってしまうという課題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、シールド掘進機本体から外方に突出して設けられた小カッタの裏側での土砂の滞留を防ぐと共に、たとえ土砂の滞留が発生しても小カッタの裏側に土砂が詰まることを防ぐシールド掘進機の排土機構を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、メインカッタの周囲に小カッタを設け、そのメインカッタと小カッタで掘削した土砂を排土するためのシールド掘進機の排土機構において、メインカッタを収容するシールド掘進機に、その本体から外方に突出するよう突出部を形成すると共に、その突出部の前面に小カッタを設け、上記メインカッタの後方の本体に第１カッタ室を形成し、その第１カッタ室に土砂を排土するスクリューコンベアを設け、上記小カッタ後方の突出部に第２カッタ室を形成し、上記小カッタの回転軸に土砂を後方に送るスクリュー羽根を設け、そのスクリュー羽根の後方に、土砂を上記第１カッター室に移送する案内板を設けたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【０００９】
図１に示すように、シールド掘進機１は、正面に縦長の掘削面２を有し、正面視中央に位置される縦長矩形状の掘進機本体３と、掘進機本体３の四隅にそれぞれ位置される突出部４とからなる。
【００１０】
掘進機本体３は、図２乃至図４に示すように、正面の外周形状を保ったまま後方に延びる筒状の形状を有し、前面には掘進方向前面に縦一列に３つのメインカッタ５，６，７が設けられている。メインカッタ５，６，７は、図１に示すように、それぞれ正面視十字状の形状を有し、図２乃至図４に示すように、後述する隔壁１１を後方から前方に向けて貫通して設けられた第１回転軸８の前端に設けられている。
【００１１】
第１回転軸８の後端側は、隔壁１１の後側に設けられた第１駆動モータ９に連結されており、第１駆動モータ９が回転駆動されることにより第１回転軸８も回転するようになっている。メインカッタ５，６，７の前面にはそれぞれ複数のカッタビット１０が強固に取り付けられており、メインカッタ５，６，７が第１回転軸８を中心に回転することでカッタビット１０が土砂を擦り、土砂を削り取るようになっている。
【００１２】
また、メインカッタ５，６，７の後方にはメインカッタ５，６，７のそれぞれの背面と向き合うように掘進機本体３の内部空間を前後に隔てる隔壁１１が設けられている。この隔壁１１は、メインカッタ５，６，７と隔壁１１との間に土砂を流動させるためのカッタ室１２を形成すると共に、掘削された土砂を隔壁１１より後方に形成される機内１３に入れないようにするためのものであり、掘削土による押圧に耐え得る強度を有すると共に土砂掘削に伴う地下水等の液体が機内１３に浸入しないように液密に設けられている。
【００１３】
隔壁１１の下部にはカッタ室１２内の掘削土を機外に排出するための排土口１４が設けられており、排土口１４に入った土砂が後述するスクリューコンベア１８により後方に移送されるようになっている。
【００１４】
そして、掘削面２の下端近傍には、最下位置に設けられるメインカッタ７で掘削できない部分を補助的に掘削するためのサブカッタ１５が設けられている。サブカッタ１５は、クランク機構により楕円状に揺動するように設けられたものであり、図４に示すように、隔壁１１の後側に設けられた第２駆動モータ１６により駆動されるようになっている。サブカッタ１５の前面には土砂を削り取るためのカッタビット１７が設けられており、カッタビット１７を土砂に当てて擦りつけることにより、土砂が削り取られるようになっている。
【００１５】
また、機内１３には、図１乃至図４に示すように、掘削土を機外に排出するためのスクリューコンベア１８や、セグメント４１ａを組み立てるためのエレクター２０，２０や、組み立てられたセグメント４１ａを後方に押してシールド掘進機１を前進させるためのシールドジャッキ２１等の種々の装置が設けられている。
【００１６】
スクリューコンベア１８は、掘削土の排出経路を形成する案内筒２２内に掘削土の移送手段であるスクリュー体２３を設けてなるものであり、スクリュー体２３が案内筒２２内で回転されることにより掘削土が案内筒２２内を移送されるようになっているものである。スクリューコンベア１８は、排土口１４から上方かつ後方に向けて延設されている。
【００１７】
突出部４ａ，４ｂは、掘進機本体３側面の四隅からそれぞれ外方に突出して形成された突出部分であり、それぞれの前面には、縦一列に２つの小カッタ２４，２４が設けられている。小カッタ２４，２４は、図１に示すように、それぞれ略一文字状の形状を有し、図２及び図３に示すように、後述する案内板２９を後方から前方に向けて貫通して設けられた２本の第２回転軸２５，２５の前端にそれぞれ設けられている。
【００１８】
第２回転軸２５，２５の後端側は、案内板２９の後側に設けられた第３駆動モータ２６に連結されており、第３駆動モータ２６が回転駆動されることにより第２回転軸２５，２５もそれぞれ回転するようになっている。
【００１９】
また、小カッタ２４，２４の裏側（後方）には小カッタ２４，２４により掘削された掘削土を排土口１４に向けて送り出すための送出手段３１が設けられている。この送出手段３１は、小カッタ２４，２４により掘削された掘削土を後方に押し込むためのスクリュー３２，３２と、スクリュー３２，３２により後方に押し込まれた掘削土を排土口１４の向きに流れを変えるように案内するための案内板２９とからなる。
【００２０】
スクリュー３２，３２は、第２回転軸２５，２５の外周に螺旋形状を有するスクリュー羽根２７，２７を一体的に設けてなるものであり、第２回転軸２５，２５を回転させることで小カッタ２４，２４の裏側に押し込まれた土砂を攪拌しながらさらに後方に送り出すようになっている。これらスクリュー３２，３２は、略樋状の形状を有するケーシング３７ａ，３７ｂに掘進機本体３の外方の側を覆われており、スクリュー３２，３２を回転させることにより効率よく掘削土を後方に送り出せるようになっている。
【００２１】
また、特に、掘進機本体３の下部両側から外方に突出した突出部４ｂ，４ｂのケーシング３７ｂ，３７ｂは、突出部４ｂ，４ｂ内からカッタ室１２へ向かう掘削土の流れを良好なものとするために掘進機本体３の底板３８との接続部分にそれぞれ緩やかに傾斜した傾斜部３９，３９を有する。傾斜部３９，３９は、それぞれ底板３８の両側に滑らかに接続されている。
【００２２】
案内板２９は、スクリュー３２，３２の後方に掘進機本体３の左右方向略中央に位置される排土口１４の側をそれぞれ後方に傾斜させて設けられており、内側の端は掘進機本体３の隔壁１１の側端に滑らかに接続されている。すなわち、案内板２９の外側の端は、隔壁１１よりも前方に位置され、案内板２９に当たった土砂が隔壁１１のある内側に案内されるようになっている。そして、これら案内板２９は、小カッタ２４，２４と案内板２９との間に土砂を流動させるための第２カッタ室３０を形成すると共に、掘削された土砂を第２カッタ室３０より後方の空間に入れないようにするためのものでもあり、スクリュー３２，３２により押し出される掘削土の押圧に耐え得る強度を有すると共に土砂掘削に伴う地下水等の液体が機内１３に浸入しないように液密に設けられている。
【００２３】
小カッタ２４，２４の前面には複数のカッタビット２８が強固に取り付けられており、小カッタ２４，２４が回転することでカッタビット２８が土砂を擦り、土砂を削り取るようになっている。
【００２４】
次に作用を述べる。
【００２５】
土砂を掘削する場合、第１駆動モータ９、第２駆動モータ１６、第３駆動モータ２６及びスクリューコンベア１４をそれぞれ回転駆動させてメインカッタ５，６，７、サブカッタ１５、小カッタ２４及びスクリュー体２３を回転させると共に、シールドジャッキ２１を伸長させてシールド掘進機１を前方の土砂に押し付ける。こうすることにより、各カッタ５，６，７，１５，２４の前面に設けられたカッタビット１０，１７，２８がそれぞれ土砂に擦りつけられ、土砂は削り取られる。
【００２６】
そして、メインカッタ５，６，７及びサブカッタ１５により削り取られた土砂は、カッタ室１２内に押し込まれる。カッタ室１２内に押し込まれた土砂は、メインカッタ５，６，７及びサブカッタ１５の回転により攪拌されて一定の流れを形成しながらスクリューコンベア１４に吸引され、スクリューコンベア１４の前端である排土口１４から後方に向けて移送される。このとき、排土口１４は、カッタ室１２の下端近傍に配設されているため、土砂はスクリューコンベア１４の吸引力のみならず自重によっても排土口１４の方向に向かうこととなり、効率よく排土されることとなる。
【００２７】
また、小カッタ２４により削り取られた土砂は、第２カッタ室３０内に押し込まれる。第２カッタ室３０内にはスクリュー羽根２７，２７を有する第２回転軸２５，２５が前後方向に延びており、小カッタ２４と共に回転しているため、土砂はケーシング３７ａ，３７ｂに囲まれたスクリュー羽根２７，２７により第２カッタ室３０内後方に押し込まれる。
【００２８】
第２カッタ室３０内後方に押し込まれた土砂は、左右後方内側に傾斜して設けられた案内板２９に当たり、案内板２９の傾斜に沿って第２カッタ室３０の内側に位置されるカッタ室１２内に押し出されることとなる。このとき、特に突出部４ｂ，４ｂのケーシング３７ｂ，３７ｂには掘進機本体３の底板３８と滑らかに接続される傾斜部３９，３９が形成されているため、掘進機本体３の底板３８より下方に突出された突出部４ｂ，４ｂ内からも掘削土がカッタ室１２内に向けて滞りなく押し出される。
【００２９】
このため、第２カッタ室３０内に土砂が滞留することはなく、スムーズにカッタ室１２内に押出されることとなる。また、たとえ比較的大きな土塊等が第２カッタ室３０内に入ったとしても、第２カッタ室３０内ではスクリュー羽根２７が動いているため、土塊等は容易に砕かれ、第２カッタ室３０を詰まらすことはない。
【００３０】
このようにしてカッタ室１２内に押出された土砂は、メインカッタ５，６，７及びサブカッタ１５により削り取られた土砂と混ざり、メインカッタ５，６，７及びサブカッタ１５により削り取られた土砂と一緒にスクリューコンベア１４に吸引され、スクリューコンベア１４の前端である排土口１４から後方に向けて移送されることとなる。
【００３１】
このように、掘進機本体３の外周部で回転する小カッタ２４の裏側に小カッタ２４で掘削された掘削土を排土口１４に向けて送り出すための送出手段３１を設けたため、小カッタ２４の裏側に土砂等が詰まるのを防ぐことができる。
【００３２】
また、送出手段３１を小カッタ２４の回転軸である第２回転軸２５に設けられ掘削土を後方に送り出すスクリュー３２と、スクリュー３２の後方に排土口１４の側を後方に傾斜させて設けられ掘削土の移動方向を排土口１４の方向に変える案内板２９とを備えるものとしたため、小カッタ２４の裏側に形成される第２カッタ室２０内に左右方向内側に向かう土砂の流れを作ることができ、第２カッタ室２０内の土砂を強制的にカッタ室１２内に移動させて排土口１４から排土することができる。
【００３３】
そして、掘進機本体３の底板３８に接続されるケーシング３７ｂ，３７ｂの接続部分に緩やかな傾斜の傾斜部３９，３９を形成し、傾斜部３９，３９を底板３８の両側にそれぞれ滑らかに接続したため、第２カッタ室３０の土砂を滞りなくカッタ室１２内に押す出すことができ、土砂の流れをスムーズなものとすることができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、縦長の穴を掘削するための縦型矩形シールド掘進機１を用いたが、これに限るものではない。例えば、図６に示すようなクランク機構により略矩形状に揺動するように設けられたカッタ３３を有するシールド掘進機３４に本願発明に係る送出手段を設けてもよい。具体的には、シールド掘進機３４の外周から突出した小カッタ３５の裏側に小カッタ３５で掘削された掘削土を排土口３６に向けて送り出すための送出手段を設ければよい。また、このように、本願発明に係る送出手段は、掘進機本体の形状に係わりなく掘進機本体の外方に突出した小カッタを有するシールド掘進機全般に用いることのできるものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を奏する。
【００３６】
（１）小カッタの裏側に土砂が詰まるのを防ぐことができる。
【００３７】
（２）小カッタの裏側にある土砂を強制的に排土することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示すシールド掘進機の正面図である。
【図２】図１のII−II線矢視断面図である。
【図３】図１のIII −III 線矢視断面図である。
【図４】図１のIV−IV線矢視断面図である。
【図５】従来のシールド掘進機をＭ−Ｍ−Ｂ工法に用いた状態を示す状態図である。
【図６】他の実施の形態を示すシールド掘進機の正面図である。
【符号の説明】
１  シールド掘進機
３  掘進機本体
１４  排土口
２４  小カッタ
２５  回転軸
２９  案内板
３１  送出手段
３２  スクリュー
【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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