(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上向きに掘進するシールド掘進機の排土量調整装置であって、掘削された土砂を下方に排出するための排土管と、該排土管内で土砂を適宜移送するための移送手段と、上記排土管に設けられ、流体圧の作用により膨張・収縮して上記移送手段との間の排土通路を開閉する弾性膜と、該弾性膜の位置で土砂に滑材を供給するための滑材供給手段とを備えたことを特徴とするシールド掘進機の排土量調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上向きに掘進するシールド掘進機の排土量調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地上と地下トンネルとを結ぶ立坑の施工において、地下のトンネル内よりシールド掘進機を上向きに掘進させる施工方法が提案されており、これによれば、地上に施工用地が必要とならないため、特に都市部において用地確保が難しい場合でも施工が可能となるメリットがある。
【０００３】
図７は、上向きシールド掘進機の一例であり、ａはカッタ、ｂはケーシング、ｃはセグメントである。カッタａで掘削された土砂は漏斗状のチャンバｄに集められ、中心部に設けられた排土管ｅを通じて下方に排出される。排土管ｅ内では、リボンスクリュｆがモータｇに駆動されて回転し、チャンバｄ内の土砂はその回転及び重力により下方に移送された後、筒状の反力ケーシングｈを通じて落下する。反力ケーシングｈは、土砂の排出を行うと同時に、推進ジャッキｉの推進反力をも受けて推進を可能とする。なお反力ケーシングｈの下端は地下トンネル内の架台上に支持される。上方への掘進が所定距離終了すれば、反力ケーシングｈは継ぎ足され、セグメントｃはエレクタｊにより組み立てられる。
【０００４】
排土管ｅには、モータｇの駆動力をリボンスクリュｆに伝達するためのギヤ機構部ｋが設けられる。そしてギヤ機構部ｋの下部には、排土管ｅを通ずる排土量を調整するためのゲート弁ｌが設けられる。ゲート弁ｌにおいては、板状の弁体が排土管ｅ内を仕切るようスライド移動するようになっており、これによって排土管ｅ内は開閉され、リボンスクリュｆから送られてきた土砂は適宜量だけ反力ケーシングｈに落下するようになる。
【０００５】
また、このような排土量調整装置としては、ゲート弁ｌの他にボール弁を用いたものもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上向きシールド掘進機の場合、掘削土砂は重力方向に排出されるため、土圧の作用により排土管ｅ内での閉塞が生じ易い。このため、チャンバｄのできるだけ近傍に、即ちできるだけ上方にゲート弁ｌ等の排土量調整装置を配置するのが望ましいが、排土管ｅ内にはリボンスクリュｆが挿通され、且つゲート弁ｌは弁体が排土管ｅ内を仕切る構成のために、ゲート弁ｌは必然的に、リボンスクリュｆのないギヤ機構部ｋの下部に配置せざるを得ない。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題を解決すべく創案されたものであり、その目的は、チャンバ付近への設置を可能として、排土管内での土砂の閉塞を未然に防止し得るシールド掘進機の排土量調整装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、上向きに掘進するシールド掘進機の排土量調整装置であって、掘削された土砂を下方に排出するための排土管と、この排土管内で土砂を適宜移送するための移送手段と、上記排土管に設けられ、流体圧の作用により膨張・収縮して上記移送手段との間の排土通路を開閉する弾性膜と、この弾性膜の位置で土砂に滑材を供給するための滑材供給手段とを備えたものである。
【００１０】
請求項１記載の本発明によれば、弾性膜の位置で土砂に滑材が供給され、弾性膜を通過する土砂の摩擦抵抗が低減される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】
図２は、シールド掘進機の全体を示す縦断正面図で、図示するようにシールド掘進機１は、上向きの掘進を可能とすべくその上端部にカッタ２を有する。カッタ２はシールドケーシング３に回転可能に支持されてカッタ駆動モータ４により回転される。シールドケーシング３は、上下に延出する外筒５と、外筒５の上端に設けられた漏斗状のチャンバ６とを有する。チャンバ６の下端中心部には、掘削された土砂を排出するための排土管７が接続される。排土管７は、外筒部５の軸心方向に沿って延出されて排土通路７ａを区画形成すると共に、ここでは分割式の構成とされて下端が反力ケーシング８に接続される。反力ケーシング８は、前述したように、分割可能な筒状に形成されてシールド掘進機１の掘進に伴い継ぎ足される。そしてその内部では、排土管７から落下される土砂がそのまま地下トンネルまで落下される。
【００１４】
排土管７は、その上端部を形成してチャンバ６に接続される出口管９と、出口管９の下部に接続されるピンチバルブ１０のバルブケーシング１１と、バルブケーシング１１の下部に接続され反力ケーシング８まで延出する延出管１２とから主に構成される。出口管９の外周部には隔壁板１３が接続され、これにより外筒５内部は仕切られる。延出管１２の下部には、セグメント１４を組み立てるためのエレクタ１５が回転可能に取り付けられ、エレクタ１５は、推進ジャッキ支持ビーム１６に設けられた位置決めモータ１７により適宜回転移動される。推進ジャッキ支持ビーム１６は、延出管１２に固定されて複数が放射状に延出され、それぞれの先端部に、隔壁板１３を上方に押し上げてシールドケーシング３の推進を行う推進ジャッキ１７が設けられる。なおシールドケーシング３の推進の際には、シールドケーシング３の下端のテールシール１８がセグメント１４上を摺動する。また外筒５の内周壁に沿って複数の支持ジャッキ１９が設けられ、これはセグメント１４の上端に当接して推進反力を補助的に受けると共に、反力ケーシング８の継ぎ足し時に掘進機１全体を支持する。
【００１５】
図１は、本願発明が適用可能な排土量調整装置の構造の一例を示す。この排土量調整装置２０は、出口管９の下部に接続された前述のピンチバルブ１０を有する。ピンチバルブ１０は、そのバルブケーシング１１が、上下に位置するフランジ板２１と、これらフランジ板２１の間に固定される中間筒体２２とから構成される。フランジ板２１は、中間筒体２２側に開放されたリング状の溝２３と、溝２３の径方向内側にて中間筒体２２側に突出するリング状挟持片２４とを有する。挟持片２４は、中間筒体２２の斜めに形成された角部２５との間で弾性膜２６の上下端部を気密に挟持する。弾性膜２６は、ゴム等の弾性体で比較的大きい厚さの筒状に形成され、通常は中間筒体２２の直管部２７に当接されて出口管９と等しい内径を有するが、中間筒体２２への流体圧、ここでは空気圧の導入により、仮想線の如く膨張或いは径方向内方に膨出されて排土管７内を閉鎖するようになっている。中間筒体２２の中間管部２８は径方向外方にアール状に膨出され、これには空気圧の導入口２９が複数設けられて導圧管２９ａより空気圧が導入される。導圧管２９ａは、図示しない空気圧供給装置例えばコンプレッサに接続される。また導圧管２９ａには、中間筒体２２と弾性膜２６との間の流体室３０の圧力を測定する圧力センサ３０ａも設けられる。
【００１６】
ピンチバルブ１０の下部には、排土管７内で土砂を適宜移送するための移送手段、即ちパドルスクリュ３１を回転駆動させるための駆動装置３２が設けられる。この駆動装置３２は、ピンチバルブ１０の下部フランジ板２１に接続されるケーシング３３と、ケーシング３３に取り付けられた駆動モータ３４と、駆動モータ３４のピニオンギヤ３４ａに歯合される駆動部材３５とから主に構成される。駆動部材３５は、周方向に列設された上下の軸受３５ｂによって排土管７の中心回りに回転可能であり、ケーシング３３内部に収容されるリング体３５ａがシールリング３６の凹凸状外側面に摺接して土砂の侵入を防止する。特にシールリング３６は、ケーシング３３の上下の端板部３３ａとともに排土管７或いは延出管１２の一部を形成する。リング体３５ａからはスポーク３７が中心に向かって延出され、スポーク３７の先端はボス３８に固定され、ボス３８はパドルスクリュ３１のシャフト部３９に固定されてパドルスクリュ３１を実質的に駆動する。
【００１７】
図２も参照して、パドルスクリュ３１のシャフト部３９は、排土管７の軸心方向に延出されてその上端部がカッタ２の軸受部４０に相対回転自在に支持される。そしてパドルスクリュ３１のシャフト部３９には、径方向外方に突出する複数のパドル部材４１が固定される。パドル部材４１は、排土管７内ではその内壁面の近傍まで比較的短く突出されるが、チャンバ６内ではこれらよりも長く延出されている。特にピンチバルブ１０の弾性膜２６を通過する部分にはパドル部材４１が設けられず、上下のリング４２で上下移動が規制されたカラー４３が回転自在に取り付けられる。そして図示するように、弾性膜２６はその膨張時にカラー４３に当接し、回転するシャフト部３９に対しカラー４３を停止させる。なお出口管９にも、パドルスクリュ３１同様のパドル部材４４が固設される。これらパドル部材４１，４４の断面は、ここでは下方に縮小する三角形とされる。
【００１８】
次に、この排土量調整装置２０の作用について説明する。
【００１９】
カッタ２で掘削された土砂はチャンバ６内に送られ、回転するパドル部材４１で切断或いは分断されつつ、重力により出口管９に収集される。そして出口管９内でも、パドル部材４１，４４による切断がなされて、土砂は順次下方に落下される。そしてピンチバルブ１０の弾性膜２６とカラー４３との間の排土通路７ａ、駆動部材３５のスポーク３７間等を順次通過し、即ち排土管７内を通過して反力ケーシング８内を落下される。反力ケーシング８の下端に落下した土砂はコンベヤ等に受け取られ、地下トンネル内を搬送されて排出される。
【００２０】
このように、パドルスクリュ３１は、従来のスクリュコンベヤにおけるリボンスクリュやスクリュシャフトと異なり、土砂を積極的に運ぶのではなくそれを切断して重力移送を促進し、これにより比較的高い土圧下での閉塞を防止するものである。この土砂の切断は、パドルスクリュ３１及び出口管９双方のパドル部材４１，４４の協同作用によってもなされる。
【００２１】
さて、この土砂の排出量即ち排土量の調整は、中間筒体２２と弾性膜２６との間の流体室３０に空気圧の導入・導出を行い、弾性膜２６を適宜膨張・収縮させて排土管７内を開閉することで行われる。弾性膜２６を膨張させれば、排土管７内或いはカラー４３との間の排土通路７ａが閉じ、これによって土砂の落下は規制乃至制限される。またカラー４３があるため、弾性膜２６とシャフト部３９との直接接触はなく、摺動による弾性膜２６の摩耗は回避される。
【００２２】
弾性膜２６は、空気圧の制御により、上記排土通路７ａを全開にする完全収縮状態からそれを全閉にする完全膨張状態までいかようにも変形でき、これにより排土通路７ａを中間開度に保持することもできる。そして排土量を最適に増減し、併せてチャンバ６内圧力を制御することも可能となる。なおチャンバ６内圧力は、チャンバ６に設けられた土圧計４５（図２参照）により検出される。このような圧力制御には、従来のゲート弁のような機構制御に比べ構造が簡単となるメリットがある。
【００２３】
こうして、弾性膜２６により、回転するパドルスクリュ３１を挿通した状態で、それとの間の排土通路７ａを開閉でき、これにより排土量調整装置２０を駆動装置３２の上方或いはチャンバ６の近傍に位置させることができる。これにより、チャンバ６下部や排土管７内での土砂の閉塞は防止され、安定且つ連続した排土及び運転が可能となる。
【００２４】
次に、本願発明が適用可能な排土量調整装置の他の構造例を説明する。
【００２５】
図３に示すように、この例にあっては、パドルスクリュ３１の駆動装置３２の下部にピンチバルブ１０ａが追加されている。即ち、この排土量調整装置２０は二つのピンチバルブ１０，１０ａを有することになる。当然、弾性膜２６も上下に設けられることになるが、これにおいては以下のようなメリットがある。
【００２６】
▲１▼  上方のピンチバルブ１０が破損した場合でも、下方のピンチバルブ１０ａによって排土量の調整が補償される。特に上方のピンチバルブ１０においては、弾性膜２６が硬質のカラー４３に接触するため、摩擦による穴開き等の損傷を生じる虞がある。これによればその場合でも、排土量の調整が可能となる。
【００２７】
▲２▼  掘進が長期間停止する場合でも、排土管７内を確実に閉塞して特に止水の向上を図れる。弾性膜２６は、全周方向に亘って径方向外側から内側に弾性変形し、カラー４３や弾性膜２６自身に接触して排土管７内を閉塞する。しかし、相手の形状に倣って変形するものの僅かな隙間はやむを得ず、特に長期間の停止の場合は水分等の漏れ出しが懸念される。よって、二つの弾性膜２６で止水を行うことで、水分等の漏れ出しは確実に防止できる。
【００２８】
▲３▼  土砂噴発時の過度な排土を防止できる。カッタ２で掘削される地盤は場所によって土質が変化し、このためチャンバ６内の土圧が急激に上昇し、上方のピンチバルブ１０の弾性膜２６を強制変形させて土砂が噴発する場合がある。しかしこの場合でも、下方の弾性膜２６がその噴発土砂を規制するため、過度な排土は防止される。
【００２９】
なお、これから分かるように、前記の例においてパドルスクリュ３１を省いたとしても排土通路７ａの開閉は可能である。このときには土砂の移送はもっぱら重力と土圧とに任されることになり、土質が比較的良好ならばこのような構成も可能である。
【００３０】
さて、図４を用いて本発明の第１実施例を説明する。なお、本実施例の排土量調整装置は、図１又は図３に示した排土量調整装置に適用可能なものである。そこで、図１及び図３に示したものと同様の要素には同一の符号を付してその説明を省略し、特徴部分のみを説明する。本実施例の排土量調整装置においては、出口管９の下端部即ちピンチバルブ１０直上位置に滑材の供給管４６が設けられる。供給管４６は出口管９に側方から貫通され、その一端が出口管９内壁に沿って下方に向けられている。供給管４６の他端は滑材の供給装置（図示せず）に接続される。供給装置から供給された滑材は供給管４６の一端から土砂に混入される。このように供給管４６は、土砂に滑材を供給するための滑材供給手段を形成する。
【００３１】
弾性膜２６は、空気圧で膨張してこの位置にある土砂に力を与える。こうすると土砂は、水分が絞られた硬質な部分と、水分に富む軟質な部分とができて不安定な状態となる。この結果、排土の状態が不安定となり、チャンバ６内の土圧も不安定となる。従来ではチャンバ６内にて滑材を加えていたが、弾性膜２６の位置にくるころにはその効果も激減してしまう。そこで本実施例では、ピンチバルブ１０の直上位置で滑材を土砂に供給し、直前で土砂を滑り易くして弾性膜２６の通過を容易にしている。特に排土開始時においては、その際に抵抗となる静摩擦力を大巾に低減し、スムーズな排土を可能にすることができる。ここで、滑材としては、加泥剤として知られるベントナイト等が有効である。
【００３２】
次に、図５に示す第２実施例においては、弾性膜２６の外表面部に弾性帯体４７が全周方向に亘り貼着されている。弾性帯体４７は弾性膜２６との間で滑材の溜め部４８を形成する。弾性膜２６には細孔４９が穿設され、細孔４９は溜め部４８の滑材を弾性膜２６の内側に流出させる。弾性帯体４７は弾性膜２６の上端部に設けられ、そのスペースを確保するため中間筒体２２には上方の直管部２７が設けられない。弾性帯体４７には可撓性を有する供給管５０が接続され、供給管５０は導入口２９から外部に延出されて滑材の供給装置（図示せず）に接続される。弾性帯体４７は、ゴム等の弾性材料から比較的薄い厚さに形成されて、弾性膜２６の変形に追従して変形することができる。供給管５０は、弾性帯体４７の変形・移動に合わせて移動できるよう、流体室３０内で余長がとられている。
【００３３】
この構成においても、弾性膜２６の位置で滑材を供給することができ、これにより排土の状態を安定させることができる。
【００３４】
次に、図６に示す第３実施例においては、パドルスクリュ３１のシャフト部３９内部に、滑材の供給通路５１が形成されている。供給通路５１は、シャフト部３９下端からその中心に沿って弾性膜２６の上端位置まで延出され、その位置では直径方向或いは放射状に分岐されてシャフト部３９の表面にて開放されている。供給通路５１の下端には、シャフト部３９に対し相対回転可能な供給管５２が接続され、供給管５２は滑材の供給装置（図示せず）に接続されている。これによって滑材は、供給通路５１から排土管７乃至排土通路７ａ内に供給されて排土の状態を安定させることになる。
【００３５】
上記実施例の他にも、本発明は様々な態様にて変形・変更が可能であり、例えば、弾性膜２６を油圧にて膨張・収縮させるようにすることもできる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３７】
（１）  請求項１記載の本発明によれば、排土の状態を安定させ、スムーズな排土を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な排土量調整装置の構造例を示す縦断正面図である。
【図２】シールド掘進機の全体を示す縦断正面図である。
【図３】本発明が適用可能な排土量調整装置の他の構造例を示す縦断正面図である。
【図４】本発明の第１実施例を示す縦断正面図である。
【図５】本発明の第２実施例を示す縦断正面図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す縦断正面図である。
【図７】従来のシールド掘進機の全体を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１  シールド掘進機
７  排土管
７ａ  排土通路
２０  排土量調整装置
２６  弾性膜
３１  パドルスクリュ
４６  供給管
４７  弾性帯体
４８  溜め部
４９  細孔
５０  供給管
５１  供給通路
５２  供給管
【図１】
0003554410.tif 000002
【図２】
0003554410.tif 000003
【図３】
0003554410.tif 000004
【図４】
0003554410.tif 000005
【図５】
0003554410.tif 000006
【図６】
0003554410.tif 000007
【図７】
0003554410.tif 000008