(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の外殻の先端に切羽を掘削するカッタ面板を備えたシールド掘進機とともにシールド掘進機の後方に接続した推進管を推進させて、推進管を埋設させていく推進工法用のシールド掘進機において、シールド掘進機の先端に回転自在に設置されたカッタ面板と、前記シールド掘進機の外殻内側に前後に摺動可能に配置され、前記カッタ面板の後方から内径が後方に向かって小さくなる円錐状のコーンガイドを有する摺動筒と、前記摺動筒の内側で前記カッタ面板の後方に回転自在に配置され、外径が後方に向かって大きくなる円錐状のインナ
ーコーンを備えたことを特徴とする礫用シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粘土地盤においてチャンバー内の閉塞を解除するための礫用シールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
シールド掘進機は、推進工法などの各種のトンネル工事に利用されている。推進工法は、シールド掘進機の後端に推進管を順次接続して、シールド掘進機の推進と同時に推進管を地中に埋設していく方法で、下水道管路やガス管路、地中電力管路の施工に多く採用されている。通常のシールド掘進機の構造は、先端に複数個の切削ビットを装備したカッタ面板を回転させて、切羽を切削しながら前進させてトンネル孔を形成させる。カッタ面板で掘削された掘削土はカッタ面板に設けた取込口よりシールド掘進機内に取り込まれ、後方に連結した推進管内を通して流体輸送などで立坑外に搬出される。
【０００３】
土質条件が礫地盤の場合は、大きな礫が流体輸送などの配管内で閉塞するため、前記したシールド掘進機の外殻内側に、内径が後方に向かって小さくなる円錐状のコーンガイドを設け、コーンガイドの内側に外径が後方に向かって大きくなるインナーコーンを回転自在に設けることによって、後端で前記コーンガイドとの間に狭小な破砕空間を構成し、大きな礫を前記破砕空間で破砕する機構となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
礫破砕用のコーンガイドとインナーコーンを装備することによって、礫地盤の推進施工でも効率良く礫の破砕が行え、流体輸送などの配管内で礫が詰まることもなく、良好な推進施工が行えるようになった。しかし、通常は地中の土質が均一なことは少なく、礫層から粘土層へと変化することが時々発生する。特に推進距離が長くなるにつれて互層の確率は大きくなってくる。このように土質が粘土に変化した場合には、カッタ面板の取込口から取り込まれた掘削粘土は、徐々に狭くなっていくコーンガイドとインナーコーンの破砕空間で圧密されてチャンバー内に充満した状態となって固結し、インナーコーンが空回転した状態となって粘土を後方に搬送できなくなる。このため、推進力も大きくなって推進施工が出来なくなるため、カッタ面板やチャンバ内から圧力水を噴射して閉塞を除去する方法が用いられているが、粘土は水を通しにくいため、圧密固結した状態の粘土塊を崩すことが出来ず、コーンガイド内周面やインナーコーン外周面に水が廻るだけで、粘土の完全な取り除きが出来ないという問題が発生している。
【０００５】
このため、シールド掘進機位置に中間立坑を構築して、シールド掘進機を洗浄したり、改造する方法が用いられているが、市街地での施工が多い推進工事では、立地条件によっては地上からの掘削施工が出来ないことが多いため、シールド掘進機を発進立坑内に引き抜く方法が多く用いられている。この方法も後方の推進管から１本づつ引き抜かなければならなく、作業が非常に繁雑となることや無駄な多額の費用を必要とするという問題がある。
【０００６】
また、チャンバー内の閉塞を解除する方法として、コーンガイドの内側に配置したインナーコーンを前後に移動可能な機構として、インナーコーンを前方に押し出すことによって、コーンガイドとインナーコーンの間の狭小な破砕空間を広くする方法が開発されているが、駆動機などを含めたインナーコーン全体を前後に稼働できる機構が必要となり、シールド掘進機の構成が複雑となるとともに製作費用も高価となるという問題がある。
【０００７】
このため、本発明は、土質条件が礫地盤から粘土地盤に変化しても効率良く推進施工が行えるように粘土閉塞を解除するための礫用シールド掘進機を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、筒状の外殻の先端に切羽を掘削するカッタ面板を備えたシールド掘進機とともにシールド掘進機の後方に接続した推進管を推進させて、推進管を埋設させていく推進工法用のシールド掘進機において、シールド掘進機の先端に回転自在に設置されたカッタ面板と、前記シールド掘進機の外殻内側に前後に摺動可能に配置され、前記カッタ面板の後方から内径が後方に向かって小さくなる円錐状のコーンガイドを有する摺動筒と、前記摺動筒の内側で前記カッタ面板の後方に回転自在に配置され、外径が後方に向かって大きくなる円錐状のインナーコーンを備えた礫用シールド掘進機である。
【０００９】
カッタ面板の前面には、複数個の切削ビットなどの掘削手段を備えているとともに、掘削した土砂を背面側に送り込むための取込口を複数箇所備えている。
【００１０】
コーンガイドは、シールド掘進機の内部でカッタ面板の後方に配置され、内径が後方に向かって小さくなる円錐状をなし、その内側空間にカッタ面板で掘削された土砂が送り込まれる。インナーコーンは、コーンガイドの内側でカッタ面板の後方に回転自在に配置され、外径が後方に向かって大きくなる円錐状をなし、後端でコーンガイドとの間に狭小な破砕空間を有している。コーンガイドやインナーコーンの形状や構造は、通常のシールド掘進機と同様でよい。
【００１２】
摺動筒は、シールド掘進機外殻の内周面に当接するように設置され、後端に設置した油圧ジャッキの伸縮により前後に移動可能な機構となっている。前記摺動筒の内面には、内径が後方に向かって小さくなる円錐状のコーンガイドが取り付けられており、摺動等とともに前後に移動する。摺動筒の内側でカッタ面板の後方に回転自在に配置され、外径が後方に向かって大きくなる円錐状のインナーコーンが設置される。粘土地盤以外の通常時は、後端でコーンガイドとの間に狭小な破砕空間が形成できるように、摺動筒がカッタ面板の後方より所定の距離をおいて設置されている。粘土地盤に遭遇すると、油圧ジャッキが稼働され、ピストンが伸長することによって、摺動筒が前方に移動しすることによって、コーンガイドも前方に移動し、チャンバー内の粘土塊をインナーコーンに押し付けることによって粘土を後方へと搬送する。さらに、コーンガイドが前方に移動することで狭小の破砕空間が広くなり、圧密による粘土閉塞が防止される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を基に説明する。図１は、参考例としての礫用シールド掘進機を説明する縦断面図である。礫用シールド掘進機１は、筒状の外殻２の先端に円盤状のカッタ面板３が設置されている。カッタ面板３は、礫用シールド掘進機１の内部後方に配置された駆動機９及び減速機を通じて回転軸８から回転が伝達される。カッタ面板３の前面には、先端の切羽地盤を切削するための切削ビットなどの切削手段を複数個備えている。また、切削した土砂をカッタ面板３の背面側に送り込むための取込口を複数箇所備えている。
【００１４】
カッタ面板３の後方で礫用シールド掘進機１の外殻２の内周には、内径が後方に向かって小さくなる円錐状のコーンガイド４が設置されている。コーンガイド４の内側でカッタ面板３の背面には、外径が後方に向かって大きくなる円錐状のインナーコーン６が設置されている。インナーコーン６は、カッタ面板３と後方に設けた隔壁１０の間のチャンバ５内の回転軸８に装備され、カッタ面板３とともに回転駆動する。インナーコーン６の後端外周とコーンガイド４の後端外周との間は、狭小な破砕空間を形成している。
【００１５】
コーンガイド４の内周面やインナーコーン６の外周面には、前記した各面に対して鉛直方向に伸縮可能な油圧ジャッキなどの伸縮手段７が所定の間隔を置いて装備されている。伸縮手段７は、通常は頭部が各面に対して同一か少し下がった状態で設置されていて、礫の破砕時などに支障とならないよう設置されている。
【００１６】
図２は、参考例に関わる伸縮手段を詳細に説明する断面図である。コーンガイド４の内周面には、面に対して直角方向に伸縮手段７の１つである油圧ジャッキがピストン１４の頭部が内周面と同一になるように、固定金具１２によってシリンダ１１が固定されている。シリンダ１１の内部に油を送り、ピストン１４を伸縮させるための配管材１３は、チャンバ５内に送り込まれた土砂によって破損しないように、コーンガイド４内や回転軸８内を通して配管される。
【００１７】
通常の礫地盤の場合は、油圧ジャッキのピストン１４は縮小されて、コーンガイド４の内周面やインナーコーン６の外周面と同一となっている。カッタ面板３の取込口から取り込まれた土砂は、コーンガイド４の内周面とインナーコーン６の外周面とで構成されるテーパー状の空間を移動しながら、インナーコーン６の回転にともなって攪拌破砕される。この時、隔壁１０に設けた送泥管（図示省略）から送り込まれた泥水が攪拌混合されることで土砂の塊が崩壊して細かくなり、より後方への移動を容易にする。
【００１８】
土質条件が礫地盤から粘土地盤に変わり、チャンバ５内に粘土が圧密されて充満されると、推進力が増加したり、掘削土が搬送されなくなると、伸縮手段７である油圧ジャッキのピストン１４が伸長され、チャンバ１０内に充満された粘土塊にピストン１４が突き刺さる。そして、インナーコーン６を回転することによって、ピストン１４が粘土塊を切断、攪拌して粘土の閉塞を解除する。この時も、送泥管から送られる泥水が、粘土の切断、攪拌効果を向上させる。インナーコーン６の後端の狭小な破砕空間を過ぎた土砂は、隔壁１０に設けた排泥管によって推進管内を通して立坑外へと流体輸送される。
【００１９】
また土質が、粘土地盤から礫地盤に変わった場合は、伸縮手段７である油圧ジャッキのピストン１４を縮小することによって、通常の礫地盤の推進施工が行える。
【００２０】
図３は、本発明の実施形態の礫用シールド掘進機の摺動筒を詳細に説明する断面図である。シールド掘進機１の外殻２の内側に内接するように摺動筒１６が設けられている摺動筒１６の後方には、摺動筒１６を稼動させる稼動手段１７が装備されている。稼動手段１７としては、従来使用されている油圧ジャッキや空気圧ジャッキが用いられ、摺動筒１６が前方に稼動して、カッタ面板３の背面に当たらない長さだけのストロークを有していればよい。また、摺動筒１６が回転して稼動手段１７に偏圧がかからないように、外殻２の内面に突起１８を設けることによって回転を防止する。
【００２１】
図４は、本発明の実施形態の礫用シールド掘進機を説明する縦断面図である。礫用シールド掘進機１は、筒状の外殻２の先端に円盤状のカッタ面板３が設置されている。カッタ面板３は、礫用シールド掘進機１の内部後方には配置された駆動機９及び減速機を通じて回転軸８から回転が伝達される。カッタ面板３の前面には、先端の切り羽地盤を切削するための切削ビットなどの切削手段を複数個備えている。また、切削した土砂をカッタ面板３の背面側に送り込む為の取込口を複数箇所備えている。
【００２２】
カッタ面板３の後方で礫用シールド掘進機１の外殻２の内周には、内周面を前後に摺動可能に配置した筒状の摺動筒１６が設置されている。摺動筒１６の内側には、内径が後方に向かって小さくなる円錐状のコーンガイド４が固設されている。摺動筒１６の後方には、摺動筒１６を前後に稼動させるための稼動手段１７である油圧ジャッキなどが装備されている。摺動筒１６の内側には、外径が後方に向かって大きくなる円錐状のインナーコーン６が設置されている。インナーコーン６は、カッタ面板３と後方に設けた隔壁１０の間のチャンバ５内の回転軸８に装備され、カッタ面板３とともに回転する。通常は摺動筒１６に設けるコーンガイド４の位置は、インナーコーン６の後端とコーンガイド４の後端が合うように設置され、狭小な破砕空間を形成している。また、摺動筒１６は、前方に移動ができるように、カッタ面板３の背面から所定の間隔をおいて設置されている。
【００２３】
本礫用シールド掘進機１により、通常の礫地盤の場合は、前記した実施形態と同じでカッタ面板３の取込口から取り込まれた土砂は、コーンガイド４の内周面とインナーコーン６の外周面とで構成されるテーパー状の空間を移動しながら、インナーコーン６の回転に伴って攪拌破砕される。
【００２４】
土質条件が礫地盤から粘土地盤に変わると、稼動手段１７である油圧ジャッキが伸長され、摺動筒１６は前方へと移動し、コーンガイド４も前方に移動し、チャンバ５内に圧密されて充満した粘土を崩壊させるとともに、インナーコーン６とで形成された後端の狭小な破壊空間が広くなり、インナーコーン６の回転により破砕された粘土は、広くなった空間から後方へ搬送される。
【００２５】
本発明の礫用シールド掘進機１に、回転軸８内に注入孔を設けて、カッタ面板３前面に高圧水などを噴射する機構を設けて、カッタ面板３の粘土閉塞を防止することによって、粘土地盤でもより効率の良い推進施工が行える。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の礫用シールド掘進機により、土質が粘土地盤に変わってチャンバ内に粘土が閉塞しても、摺動筒でコーンガイドを前進させることによって、チャンバ内の粘土塊を崩壊させるとともに、コーンガイドとインナーコーンの後端の狭小な破砕空間を、広くすることによって粘土の圧密を防止することができ、礫及び粘土地盤のどちらでも効率の良い推進施工が提供できる。
【００２７】
【符号の説明】
１６            摺動筒
【図面の簡単な説明】
【図１】伸縮手段を詳細に説明する断面図である。
【図２】シールド掘進機のカッタ面板を説明する正面図である。
【図３】他の実施形態の礫用シールド掘進機を説明する縦断面図である。
【図４】摺動筒を詳細に説明する断面図である。
【符号の説明】
１              礫用シールド掘進機
２              外殻
３              カッタ面板
４              コーンガイド
５              チャンバ
６              インナーコーン
７              伸縮手段
８              回転軸
９              駆動機
１０            隔壁
１１            シリンダ
１２            固定金具
１３            配管材
１４            ピストン
１５            シール材
１６            摺動手段
１７            稼働手段
１８            突起
【図１】
0003546998.tif 000002
【図２】
0003546998.tif 000003
【図３】
0003546998.tif 000004
【図４】
0003546998.tif 000005