(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前端開口部に配設しているカッタヘッドによって掘削されてチャンバ内に取込まれた巨礫を含む掘削土砂をチャンバ内から後方に排出するリボンスクリューを備えたスクリューコンベアと、このスクリューコンベアの後端に第１ゲートを備えたゲート室を介してその上端開口部を連結、連通させている分級室を有する分級装置と、この分級装置の掘削土砂排出口に搬送始端部を連通させて掘削土砂を後方に排出するスクリューフィーダとからなる排土装置において、上記分級装置は、その分級室の一側部に第２ゲートによって開閉される巨礫排出口を設けていると共にこの分級室の内部に、そり状に湾曲していて巨礫を受止する上面を分級室の他側端側から巨礫排出口に向かって下方に傾斜させた巨礫滑り面に形成していると共に巨礫排出口の下端に連なる端部の上面を巨礫の排出待機面に形成している複数本のスクリーンバーを前後方向に一定間隔毎に並設してなるバースクリーンを配設してあり、さらに、分級室の底部にこのバースクリーンを通過した小径の礫を含む掘削土砂をスクリューフィーダの搬送始端部内に落下させる土砂送出口を設けていると共に、バースクリーン上に残った巨礫をこのバースクリーン上から巨礫排出口を通じて外部に排出する巨礫排出手段を備えていることを特徴とするシールド掘削機の排土装置における巨礫と掘削土砂との分級装置。
【請求項２】
分級室の上端に掘削土砂投下筒部の下端を連通させてあり、この掘削土砂投下筒部の上端部を前方に向かって直角に屈折させてその前端開口部をゲート室の後端に連結、連通させていることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削機の排土装置における巨礫と掘削土砂との分級装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大口径のシールド掘削機に設けている巨礫を含む掘削土砂の排土装置において、この排土装置の搬送途上に設けられて巨礫と掘削土砂とに分別し、それぞれ別々に排出することができる分級装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、泥土圧によって切羽の崩壊を防止しながらトンネルを掘進するシールド掘削機における排土手段としては、カッタヘッドにより掘削される掘削土砂に比較的大径の礫が含まれる場合には軸を備えていないリボン式スクリューコンベアを使用し、その他の場合には軸付きのスクリューコンベアを使用しているが、リボン式のスクリューコンベアは止水性に劣るためにゲートを閉止しないと土砂水が機内に噴発する虞れがあり、軸付きのスクリューコンベアは止水性を有していても大径の礫を搬出することができない。
【０００３】
このため、特許文献１、２に記載されているように、リボン式スクリューコンベアと軸付きスクリューコンベアとを使用し、リボン式スクリューコンベアの前端開口部をシールド本体の隔壁下端部を貫通してチャンバ内に臨ませると共にこのリボン式スクリューコンベアのケーシングの後端下周部に下向きに開口した排出口を設けて該排出口を第１ゲートにより開閉させるように構成し、さらに、この排出口の下端開口部に大礫（巨礫）を含む掘削土砂の受入筒部の上端を連結、連通し、この受入筒部の下端に第２ゲートによって開閉させられる大礫投下口を設ける一方、該受入筒部の後周部に軸付きスクリューコンベアの前端開口部を連通させてなる排土手段が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−１６４３９８号公報
【特許文献２】実公平３−２４７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記排土手段によれば、リボン式スクリューコンベアの下向き排出口から排出された礫を含む掘削土砂は排出口下方の受入筒部に受入れられるが、この受入筒部の後周部に軸付きスクリューコンベアの前端開口部を臨ませているので、軸付きスクリューコンベアが掘削土砂と共に大径の礫も取り込もうとして閉塞し、掘削土砂の搬出が困難になるばかりでなく、スクリュー羽根が短期間で欠損して使用できなくなる事態が発生するといった問題点があった。
【０００６】
さらに、受入筒部からの礫の排出は、上記排出口と同様に受入筒部の下端に設けられた大礫投下口から下方に落下させるように構成しているので、大径の礫と共に小径の礫を含む掘削土砂も排出されて所定径以上の礫のみの処理を行うことができないといった問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、カッタヘッドによって掘削された巨礫を含む土砂を搬送途上において巨礫と掘削土砂とに分別して巨礫のみを確実に取り出すことができ、巨礫の存在しない小径の礫を含む掘削土砂を巨礫と別にして円滑に排出することができるシールド掘削機の排土装置における分級室を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のシールド掘削機の排土装置における巨礫と掘削土砂との分級装置は、請求項１に記載したように、シールド本体の前端開口部に配設しているカッタヘッドによって掘削されてチャンバ内に取込まれた巨礫を含む掘削土砂をチャンバ内から後方に排出するリボンスクリューを備えたスクリューコンベアと、このスクリューコンベアの後端に第１ゲートを備えたゲート室を介してその上端開口部を連結、連通させている分級室を有する分級装置と、この分級装置の掘削土砂排出口に搬送始端部を連通させて掘削土砂を後方に排出するスクリューフィーダとからなる排土装置において、上記分級装置は、その分級室の一側部に第２ゲートによって開閉される巨礫排出口を設けていると共に内部に分級室の他側部からこの巨礫排出口に向かって複数本のスクリーンバーを前後方向に一定間隔毎に並設してなるバースクリーンを配設してあり、さらに、分級室の底部にこのバースクリーンを通過した小径の礫を含む掘削土砂をスクリューフィーダの搬送始端部内に落下させる土砂送出口を設けていると共に、バースクリーン上に残った巨礫をこのバースクリーン上から巨礫排出口を通じて外部に排出する巨礫排出手段を備えていることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明は、バースクリーンを構成している複数本のスクリーンバーは、そり状に湾曲していて巨礫を受止する上面を分級室の他側端側から巨礫排出口に向かって下方に傾斜させた巨礫滑り面に形成していると共に、巨礫排出口の下端に連なる端部の上面を巨礫の排出待機面に形成していることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、上記分級室の上端に掘削土砂投下筒部の下端を連通させてあり、この掘削土砂投下筒部の上端部を前方に向かって直角に屈折させてその前端開口部をゲート室の後端に連結、連通させていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、カッタヘッドによって掘削された土砂を取り込んで後方に搬送するスクリューコンベアは、ケーシング内にリボンスクリューを回転自在に配設してなるリボン式スクリューコンベアであるから、多量の掘削土砂と共に巨礫も取り込んで搬送することができるのは勿論、このスクリューコンベアの後端に第１ゲートを備えたゲート室を介して分級室を有する分級装置を連結、連通し、この分級装置の掘削土砂排出口に掘削土砂を後方に排出するスクリューフィーダを設けているので、上記スクリューコンベアから排出される巨礫を含んだ掘削土砂を分級装置の分級室内において巨礫と掘削土砂とに分別したのち、巨礫を分級室内に残した状態にして小径の礫を含む掘削土砂のみをスクリューフィーダの土砂受入口に投下させてスクリューフィーダを詰まらせることなく円滑且つ確実に後方に搬送することができる。
【００１２】
さらに、上記分級装置における分級室の底部内に巨礫とそれ以外の小径の礫を含む掘削土砂とに分別するバースクリーンを配設していると共に分級室の一側部にバースクリーン上に残置する巨礫の排出口を設け、且つ、この排出口を第２ゲートによって開閉自在に構成していると共に分級室の底部にバースクリーンを通過した小径の礫を含む掘削土砂をスクリューフィーダの搬送始端部に落下させる土砂排出口を設けてなり、その上、バースクリーン上の巨礫を上記排出口から外部に排出する巨礫排除手段を備えているので、上記リボンスクリューからゲート室を通じて分級内に投入された巨礫を含む掘削土砂をバースクリーンによって巨礫と小径の礫を含む掘削土砂とに篩い分けすることができ、バースクリーンを通過した小径の礫を含む掘削土砂のみをスクリューフィーダ側に排出することができる一方、バースクリーン上に残った巨礫を突き出し板等の適宜な排除手段によって巨礫排出口から外部に排出することができる。
【００１３】
この巨礫の排出時において、シールド掘削機の掘進及びスクリューコンベアの作動を停止させると共にこのスクリューコンベアの後端に連結、連通しているゲート室に設けた第１ゲートを閉止することによって、チャンバ側から機内に土砂水が噴発するのを確実に防止することができると共に、第１ゲートを閉止した状態で上記スクリューフィーダを駆動することにより、分級室内に滞留している掘削土砂をスクリューフィーダ側に排出して分級室内に巨礫のみを残置した状態にすることができ、この状態にして第２ゲートを開くことにより巨礫排出口から巨礫のみを確実に取り出すことができ、台車等に載置して後方に排出処理することができる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、バースクリーンを構成している複数本のスクリーンバーは、そり状に湾曲していて巨礫を受止する上面を分級室の他側端側から巨礫排出口に向かって下方に傾斜させた巨礫滑り面に形成していると共に、巨礫排出口の下端に連なる端部の上面を巨礫の排出待機面に形成しているので、スクリューコンベア側からこのバースクリーン上に落下する巨礫を含む掘削土砂において、比較的小径の礫を掘削土砂と共に隣接するスクリーンバー間を通じて上述したようにスクリューフィーダ側に落下させることができる一方、巨礫をそり状に湾曲したスクリーンバーの傾斜上面上をバースクリーンの巨礫排出口側に向かって滑り落とすことができ、巨礫排出口近傍部のバースクリーンの下傾端部上の巨礫排出待機部に静置状態に待機させておくことができる。
【００１５】
従って、巨礫排出待機部側への巨礫の移動によってバースクリーンの隣接するスクリーンバー間が巨礫により閉塞されることなく小径の礫を含む掘削土砂を通過させる間隔を保持した状態にすることができ、巨礫の存在にもかかわらず、バースクリーンのローラ間を通じて分級室内の掘削土砂を確実にスクリューフィーダ側に排出することができる。さらに、巨礫待機部上の巨礫をスクリーンバーの傾斜上面を利用して排除手段の比較的小さな排除力でもって巨礫排出口から容易に排出することができる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、上記分級室の上端に掘削土砂投下筒部の下端を連通させてあり、この掘削土砂投下筒部の上端部を前方に向かって直角に屈折させてその前端開口部をゲート室の後端に連結、連通させているので、スクリューコンベアのリボンスクリューによって礫を含む掘削土砂を、スクリューコンベアの延長方向に第１ゲート内を通じて掘削土砂投下筒部の前方に向けている開口部内に円滑且つ確実に押し出すことができ、この掘削土砂投下筒部内を通じて分級室内に投下することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明排土装置を備えたシールド掘削機の簡略縦断側面図。
【図２】カッタヘッドの正面図。
【図３】シールド本体内に配設した排土装置の簡略斜視図。
【図４】その排土装置を前方側から見た簡略斜視図。
【図５】リボンスクリューの回転駆動機構の縦断側面図。
【図６】ゲート室からスクリューフィーダに至る排土装置の一部切欠側面図。
【図７】第１ゲートを備えたゲート室の正面図。
【図８】分級室の縦断正面図。
【図９】その一部切欠側面図。
【図１０】その平面図。
【図１１】バースクリーンと巨礫排除手段である水平押出板との斜視図。
【図１２】スクリューフィーダの平面図。
【図１３】その土砂排出口部分の縦断正面図。
【図１４】分級室内に巨礫を含む土砂を投入している状態の一部切欠簡略斜視図。
【図１５】投入した状態の一部切欠簡略斜視図。
【図１６】巨礫を排出する直前の状態を示す一部切欠簡略斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１〜図４において、シールド掘削機Ａは外径が１４ｍ以上の大口径のスキンプレートからなる円筒状のシールド本体１と、このシールド本体１の前端開口部に回転自在に配設しているスポークタイプのカッタヘッド２と、シールド本体１の前端部にその外周端面を一体に固着している隔壁３と、この隔壁３と上記カッタヘッド２との対向面間の空間部によって形成しているチャンバ４と、隔壁３の下端部を貫通してその前端開口部をチャンバ４内に臨ませてこのチャンバ４内の掘削土を後方に排出するスクリューコンベア10とを備えている。
【００１９】
上記カッタヘッド２は図２に示すように、前面に多数本の掘削ビットをやスクレーパツースを取付けているスポーク2aを複数本、中心部から外周端に向かって放射状に配設して全てのスポーク2aをリング状フレーム2bによって一体に連結してなり、隣接するスポーク2a、2a間に最大径が１ｍ程度の巨石、転石等の巨礫Ｂを土砂と共に取り込み可能な取込口2cを設けている。このカッタヘッド２は上記隔壁３に回転自在に支持されて隔壁３の背面に配設している駆動モータ５によって噛合歯車を介して回転させられるように構成していると共に、その背面の複数個所に攪拌翼2dを後方に向かって突設している。
【００２０】
カッタヘッド２によって掘削されてチャンバ４内に取込まれた礫を含む掘削土砂を機内を通じて後方に排出する排土装置は、上記スクリューコンベア10とこのスクリューコンベア10の後端に第１ゲート16を介して連結、連通している巨礫Ｂと掘削土砂との分級室20を備えている分級装置と、この分級装置における分級室20の下端開口部から排出される掘削土を後方に搬送するスクリューフィーダ50とから構成されている。
【００２１】
上記スクリューコンベア10は、巨礫Ｂを搬送可能な1500mm程度の径を有する円筒状のケーシング11内にリボンスクリュー12を回転自在に配設したシャフトなしのリボン式スクリューコンベアであって、このケーシング11の前端開口部を隔壁３の下端部に開口している土砂等の受入口3aを通じてチャンバ４内に水密的に臨ませていると共にケーシング11はその前端から後端に向かって斜め上方に傾斜させた状態にしてシールド本体１の後部内に設置した支持部材９によって支持、固定されてあり、リボンスクリュー12はその前端部を上記受入口3aからチャンバ４の下端部内に突出させて掘削土等の取込みを行うように構成している。
【００２２】
このリボンスクリュー12の回転駆動機構40は、図５に示すように、ケーシング11の後端部に、内周面に上記リボンスクリュー12の後端部外周面を一体に固着させている駆動リング41を配設してこの駆動リング41を油圧モータからなるスクリュー駆動モータ42によって回転駆動するように構成している。詳しくは、ケーシング11の後端部にケーシング部分が設けられていない切除部を設けてこの切除部に内径がケーシング11の内径と同一径の上記駆動リング41を回転自在に介在させていると共に切除部を介して対向しているケーシング11の後端部における前後対向周縁部間をケーシング11よりも大径の中空フランジ形状の中空フレーム43によって一体に連結してあり、さらに、上記駆動リング41の外周面中央部に環状突片41a を突設してこの環状突片41a の外周部両側に、上記中空フレーム43内にベアリング44を介して回転自在に支持された歯車45を固着してこの歯車45に中空フレーム42の前後壁面に装着した複数台のスクリュー駆動モータ42の駆動軸に固着したピニオン46を噛合させてなるものである。
【００２３】
さらに、スクリューコンベア10における上記ケーシング11の後端開口部には上記第１ゲート16を備えているゲート室17が連結、連通している。このゲート室17の内径はケーシング11の内径と同一径に形成されていてその内部をスクリューコンベア10から押し出される掘削土砂を通過させる長さが短い円形通路17a に形成していると共に後部は前後に分割されていてその対向端面間を矩形状フランジ18，18によって連結してあり、この矩形状フランジ部18、18の対向面間に形成しているゲート差し込み口を通じて図６、図７に示すように、上記第１ゲート16をゲート室17内に開閉自在に挿入し、この第１ゲート16によって内部の通路を開閉させるように構成している。なお、ケーシング11の後端に連結、連通しているゲート室17の前半部に対して、第１ゲート16を設けている後半部をやや水平方向に屈折させている。
【００２４】
この第１ゲート16は矩形板からなる左右一対の扉板16a 、16a からなり、これらの扉板16a 、16a をそれぞれ上記矩形状フランジ18、18の対向面における両側端に開口している隙間を通じてゲート室17内に左右方向に開閉自在に挿入することにより、観音開き状のゲートに形成してあり、この扉板16a 、16a の対向内側端面を内側端が先鋭端となった横断面Ｖ字状の内端面16b 、16b （図14、図15参照）に形成して、閉扉した際にこの内端面16b 、16b の先鋭端同士を突き合わせ状に密接させるように構成している。
【００２５】
上記第１ゲート16の開閉機構は、矩形状フランジ18、18の両側端のゲート挿入口から外側方に向かって突出している左右の扉板16a 、16a の外側端に縦枠部材16c 、16c を固着すると共にこれらの縦枠部材16c 、16c の上端部間と下端部間とをゲート室17の上下外周面に配設した第１ゲートジャッキ19、19によって連結してなり、この第１ゲートジャッキ19、19のピストンロッドを伸長させることによって第１ゲート16を開き、収縮させることによって閉じるように構成している。
【００２６】
スクリューコンベア10のケーシング11の後端にこの第１ゲート16を備えたゲート室17を介して連結、連通している上記分級室20は、図１、図８〜図10に示すように、分級室20の上部に、上端部を前方に向かって開口させてその開口端を上記ゲート室17の後端開口部に連結、連通させている受入口21a を有する掘削土砂投下筒部21を設けてあり、この掘削土砂投下筒部21は上記受入口21a から下方に向かって側面Ｌ字状に屈折していて下向きに開口している下端開口部を分級室20の上方部内に連通させている。
【００２７】
上記掘削土砂投下筒部21を有する分級室20は角筒形状に形成されてあり、この分級室20の下端部内に掘削土砂と巨礫Ｂとを分別するバースクリーン25を配設していると共に分級室20の下端開口部に土砂排出口23を、一側部に外側方に向かって開口した長さが短い角筒形状の巨礫排出口24を形成してあり、さらに、バースクリーン25上の巨礫Ｂを巨礫排出口24から外部に排除する巨礫排除手段を設けることによって小径の礫を含む掘削土砂と巨礫Ｂとを別々に排出することができる分級装置を構成している。
【００２８】
上記バースクリーン25は、長さ方向を分級室20の対向する側面間、即ち、前後方向に対して直交する方向に向けている複数本のスクリーンバー25a を前後方向に小径の礫が通過可能な間隔毎に並設してその長さ方向の両端部を棒状の両側フレーム25b 、25c の対向内側端面にこの両側フレーム25b 、25c の長さ方向に所定間隔毎に固着してなると共に全てのスクリーンバー25a は、図11に示すように、そり状に湾曲していてこれらのスクリーンバー25a の一端を固着させている一方のフレーム25b を巨礫排出口24の下端部に該固定フレーム25b の上面が巨礫排出口24の下端水平枠部の上面と面一となるように固着し、これらのスクリーンバー25a の他端を固着させている他方のフレーム25c を上記巨礫排出口24の開口下端部よりも高い位置における分級室20の他側内壁面に固定している。従って、そり状に湾曲しているこれらのスクリーンバー25a は、その上面を分級室20の他側面側から分級室20の一側面側に設けている上記巨礫排出口24の下端水平枠部の内側面に向かって下方に傾斜させてあり、巨礫Ｂをその自重によって下方に滑動させることができる巨礫滑り面に形成している。なお、隣接するスクリーンバー25a 、25a 間の隙間は500mm にしてその以下の礫を掘削土砂と共にこの隙間を通じて下向きに開口した上記土砂排出口23から落下させるように構成している。
【００２９】
さらに、巨礫排出口24の下端水平枠部の内側面側に設けているスクリーンバー25a の下傾端部の上面から巨礫排出口24の下端水平枠部の内側上面とに亘る部分を、スクリーンバー25a 上を滑り落ちる巨礫Ｂがそれ以上滑動することなくこの上面で停止して巨礫排出口24に臨ませた静置状態で待機させておく巨礫待機部26に形成している。なお、上記両側フレーム25b 、25c を設けることなく全てのスクリーンバー25a の両端部を直接、巨礫排出口24の下端水平枠部の内側面と分級20の他側内壁面とにそれぞれ固着しておいてもよい。  
【００３０】
また、巨礫排出口24には、この排出口24を開閉する第２ゲート27が配設されている。この第２ゲート27は矩形状板材からなり、巨礫排出口24の上端水平枠部に開口している隙間を通じて巨礫排出口24内に挿入してその前後両端縁部を巨礫排出口24の前後対向内壁面に縦方向に設けているガイド溝28に上下摺動自在に且つ水密的に係合させていると共に、巨礫排出口24の上端から突出した上端部における前後両端部に巨礫排出口24の前後外側壁面にその長さ方向を縦方向に向けて取付けている第２ゲートジャッキ29、29のピストンロッドの先端を連結してこのピストンロッドを伸長させることによって第２ゲート27を開き、収縮させることによって閉じるように構成している。
【００３１】
さらに、巨礫排出口24に対向している分級室20の他側壁面の下端部に前後方向に細長い長いガイド孔30を穿設してこのガイド孔30に外部から巨礫排除手段としての巨礫突き出し部材31の先端部をシール材を介して水密的に挿入している。この巨礫突き出し部材31は板材からなり、先端面から基部に向かってスクリーンバー25a が介入可能な直状の空間部31b を設けていてこの空間部31b 、31b によってこの巨礫突き出し部材31を各隣接するスクリーンバー25a 、25a 間に挿入する複数枚の突き出し板部31a 、31a に分割している。
【００３２】
この巨礫突き出し部材31の駆動用ジャッキ32、32は、その長さ方向を水平方向に向けて上記分級室20の前後外壁面に取付けられてあり、これらのジャッキ32、32のピストンロッドの先端を巨礫突き出し部材31の基端部における前後部にそれぞれ連結して、常態においてはこのピストンロッドを伸長状態に保持しておくことによって巨礫突き出し部材31をその先端が分級室20の他側壁内面近くに位置するまで後退させ、この状態にして掘削土砂投下筒部21内に投下される掘削土砂を小径礫等と共に隣接するスクリーンバー25a 、25a 間の空間部を通じて土砂排出口23側へ落下させ、巨礫Ｂを排出する際には上記ジャッキ32、32のピストンロッドを収縮させることによって水平板31を巨礫排出口24側に移動させて複数枚の突き出し板部31a をそれぞれ対応するスクリーンバー25a 、25a 間の空間部を通じて突出させることにより、その先端面を巨礫Ｂの下部に押し当てて巨礫Ｂを排出口24側に送り出すように構成している。
【００３３】
なお、分級室20内には、スクリューコンベア10からゲート室17に設けている掘削土砂送出口18a を通じて分級室20内に投下された巨礫Ｂを検出するための検知棒からなる検出手段（図示せず）が配設されてあり、この検出手段によって巨礫Ｂを検出した時に、該検出手段からの信号によってシールド掘削機Ａの掘進とスクリューコンベア10とを停止させると共に第 1ゲート16を閉止し、この第１ゲート16の閉止後、この閉止に連動してスクリューフィーダ50の停止と後述するスクリューフィーダ50の土砂排出口55に設けている第３ゲート56の閉止を行い、しかるのち、巨礫排出用の第２ゲート27を開いて巨礫Ｂの排出を行うように構成している。なお、巨礫排出口24から巨礫Ｂを押し出して排除する巨礫排除手段としては、上記巨礫突き出し部材31に限らず、突き出し棒等の適宜な手段を採用してもよく、また、突き出し手段以外にワイヤを利用した引き出し手段によって外部から土砂排出口55を通じて巨礫Ｂを引き出すように構成してもよい。
【００３４】
分級室20の下端部に設けている下向きに開口した土砂排出口23から落下する小径の礫を含む掘削土砂はスクリューフィーダ50によって後方に搬送される。このスクリューフィーダ50は図12に示すように、前後方向に長い平面長方形状のケーシング51内に、中心軸に略全長に亘ってスクリュー羽根を一体に設けた 2本のオーガ52、52を小間隔を存して並設してなる２軸式スクリューフィーダであって、一方のオーガ52のスクリュー羽根の螺旋方向を右方向に、他方のオーガ52のスクリュー羽根の螺旋方向を左方向に向けている。
【００３５】
そして、上記ケーシング51の底面には図13に示すように、上記２本のオーガ52、52のスクリュー羽根の下周部に沿って半円弧状に湾曲した凹溝51a 、51a が並列状に形成されていてこれらの凹溝51a 、51a にオーガ52、52のスクリュー羽根の下半部をそれぞれ嵌入させていると共にオーガ軸の前後端部をケーシング51の前後壁に回転自在に支持させてあり、前壁から突出したオーガ軸の前端部を該前壁の外面に装着しているオーガ回転駆動モータ53、53によって回転させるように構成している。この場合、オーガ回転駆動モータ53、53の出力軸を相反する方向に回転させてこれらのオーガ52、52のスクリュー羽根を、掘削土砂を後方に送り出す方向に回転させるように構成している。
【００３６】
さらに、ケーシング51の上壁板部における前端部には上方に向かって開口した土砂受入口54が設けられている。この土砂受入口54は、左右方向の開口幅はケーシング51の横幅に略等しく、且つ、上記分級室20の下端部に開口している土砂排出口23と同大、同形に形成されていて、ゲートなどによって開閉させられることなくこの土砂排出口23に全面的に連通させた状態で取り外し可能に連結させ、ケーシング51を前端から後端に向かって斜め上方に緩傾斜させた状態で機内に設けた支持部材９等に支持させている。
【００３７】
ケーシング51の下壁板部における後端部には図１、図６に示すように、下方に向かって開口した土砂排出口55が設けられてあり、この土砂排出口55は前後方向に摺動移動自在に配設した第３ゲート56によって開閉させられる。具体的には、ケーシング51の下壁板部の下面における前部に長さ方向をケーシング51の長さ方向に向けて第３ゲートジャッキ57を取付け、この第３ゲートジャッキ57のピストンロッドの先端を上記第３ゲート56の前端に連結してあり、この第３ゲートジャッキ57のピストンロッドを収縮させることにより第３ゲート56を前方に移動させせて土砂排出口55を開放させ、ピストンロッドを伸長させることにより第３ゲート56を後方に移動させせて土砂排出口55を水密的に密閉させるように構成している。
【００３８】
この土砂排出口55の下方に、掘削土砂をシールド掘削機Ａの掘進に従って築造されたトンネル内を通じて後方に排出するためのベルトコンベア60の前端部上面を臨ませた状態にして配設している。なお、シールド本体１には公知のように、掘削されたトンネル内壁面にセグメントを組み立てるエレクタ７や組み立てられたセグメントの前端面に反力をとってシールド本体１を推進させる複数本のシールドジャッキ８等が配設されている。
【００３９】
上記のように構成したシールド掘削機Ａにおける排土装置の作用を説明すると、まず、シールド掘削機Ａによって切羽地盤を掘削するには、周知のように、機内の後方側から給水管（図示せず）を通じてチャンバ４内に高圧水を供給、充満させることによりチャンバ４内に泥土圧を発生させてこの泥土圧により切羽の崩壊を防止しながら、カッタヘッド２を回転駆動し、且つ、シールドジャッキ８を伸長させてシールド本体１を推進させることにより行われ、一定長のトンネルが掘削される毎にエレクタ７によってセグメントをリング状に組み立ててトンネル掘削壁面を覆工する。
【００４０】
カッタヘッド２によって掘削された掘削土砂はチャンバ４内に取り込まれて、カッタヘッド２の後面に突設している攪拌翼2dにより攪拌され、チャンバ４内の圧力水と混合して塑性流動化されながら、隔壁３の下端部に設けている土砂等の受入口3aを通じてスクリューコンベア10のケーシング11内に取込まれる。スクリューコンベア10のリボンスクリュー12の回転駆動は、ケーシング11の後端部11a の外周面に配設しているスクリュー駆動モータ42を駆動してこのリボンスクリュー12の後端部を固着させている駆動リング41を回転させることによって行われ、上記受入口3aからチャンバ４内に突出しているこのリボンスクリュー12の先端部によって掘削土砂をケーシング11内に取込み、リボンスクリュー12の回転によってケーシング11内を後方に搬送する。
【００４１】
シールド掘削機Ａによるトンネル掘進時には、スクリューコンベア10の後端に連結、連通しているゲート室17に設けている第１ゲート16とスクリューフィーダ50の土砂排出口55に設けている第３ゲート56とが開放されている一方、分級室20の巨礫排出口24に設けている第２ゲート27は閉じられてあり、リボンスクリュー12によってスクリューコンベア10の搬送終端にまで搬送された掘削土砂は、第１ゲート16によって開放されているゲート室17内の土砂送出口18a を通過して分級室20の上端受入口21a から上下方向に向けている筒部21内に投入され、分級室20の下端部内に配設しているバースクリーン25の隣接するスクリーンバー25a 、25a 間を通じて分級室20の下端に下向きに開口している土砂排出口23からスクリューフィーダ50内に投下される。
【００４２】
上記バースクリーン25の隣接するスクリーンバー25a 、25a 間の隙間が500mm に設定されてあり、従って、この数値以下の径の礫は、掘削土砂と共にスクリーンバー25a 、25a間を通じて篩い落とされ、土砂排出口23に連結、連通しているスクリューフィーダ50の土砂受入口54からスクリューフィーダ50の搬送始端部内に落下してスクリューフィーダ50の並列オーガ52、52によって後方に搬送される。この際、小径の礫は並設したオーガ52、52間に受止された状態でこれらのオーガ52、52のスクリュー羽根によってその両側部を押されながら後方に搬送され、掘削土砂と共にスクリューフィーダ50の搬送終端部に下向きに開口している土砂排出口55を通じてベルトコンベア60の搬送始端部上に落下し、このベルトコンベア60によってトンネル内を通じて後方に排出される。
【００４３】
チャンバ４内の掘削土砂を取り込むスクリューコンベア10はシャフトなしのリボン式スクリューコンベアであるため掘削土砂の充満度が低くて土砂水の噴発が生じる虞れがあるが、このスクリューコンベア10に分級室20を介してスクリューフィーダ50を後続させているため、搬送路の長さが長くなって充分な止水性を発揮すると共にスクリューフィーダ50はシャフト付きスクリューからなるので、掘削土砂の充満度が高くて土栓作用を奏し、土砂水の噴発を確実に防止することができる。
【００４４】
次に、シールト掘削機Ａの掘進中に、カッタヘッド２によって巨礫Ｂがチャンバ４内に取り込まれると、巨礫Ｂは掘削土砂と共に上記同様に隔壁３の下端部からチャンバ４内に臨ませているスクリューコンベア10のリボンスクリュー12によって取り込まれてスクリューコンベア10内を通じて後方に搬送され、図14に示すように第１ゲート16の開放によって開口しているゲート室17内の土砂送出口18a を通過して分級室20の上端受入口21a から分級室20内に投入され、土砂は小径の礫と共に上述したようにバースクリーン25の隣接するスクリーンバー25a 、25a 間を通じてスクリューフィーダ50側に投入される一方、巨礫Ｂは該巨礫Ｂの投下経路下に配設されているバースクリーン25の傾斜した巨礫滑り面における高位置上に受止されたのち、この位置から巨礫排出口24に向かって下方に傾斜している巨礫滑り面上をその自重によって滑動し、巨礫排出口23の内側の待機部26に達してこの待機部26上で停止する。
【００４５】
一方、この巨礫Ｂが分級室20内に入った時に分級室20に配設している検出手段によって検出され、その検出信号によってシールド掘削機Ａの掘進を停止させると共にスクリューコンベア10のリボンスクリュー12の回転を停止させ、このリボンスクリュー12の停止後、これに連動して直ちに第１ゲート16の左右扉板16a 、16a を閉止方向に移動させてこれらの扉板16a 、16a の対向する横断面Ｖ字状の内端面16b 、16b の先端を突き合わせ状に接合させることにより図15に示すように、土砂送出口18a を閉止させる。
【００４６】
この第１ゲート16の閉止時において、土砂送出口18a 部分に存在している掘削土砂は、左右扉板16a 、16a の横断面Ｖ字状の内端面16b 、16b によって前後方向に分断され、これらの扉板16a 、16a の内端面間に介在することなくその先鋭な先端同士を突き合わせ状に接合させて土砂送出口18a を密閉させることができる。さらに、土砂送出口18a 部分に礫が存在している場合において、該礫の大半が土砂送出口18a から後方に突出した状態で存在している場合にはこの礫のスクリューコンベア10側に面した前面両側部に左右扉板16a 、16a の上記横断面Ｖ字状の内端面16b 、16b における後面側の傾斜端面を該扉板16a
、16a の閉止方向の移動に従って押し当てて、閉止するに従ってその傾斜端面で礫を分級室20側に向かって押し進めて排出することができ、該礫の大半が土砂送出口18a から前方に突出した状態で存在している場合にはこの礫の分級室20側に面した前面両側部に左右扉板16a 、16a の上記横断面Ｖ字状の内端面16b 、16b における前面側の傾斜端面を該扉板16a 、16a の閉止方向の移動に従って押し当てて、閉止するに従ってその傾斜端面で礫をスクリューコンベア10側に向かって押し戻すことができる。
【００４７】
従って、第１ゲート16の左右扉板16a 、16a の内端面間に土砂等が噛み込み状態に介在させることなく確実に閉止させることができるが、左右扉板16a 、16a の内端面の先鋭な先端同士をより確実に密接状態に接合させるために、対向する内端面が閉止位置に達した左右扉板16a 、16a をその位置で微少な開閉動作を繰り返す、所謂、インチング動作を行わせて左右扉板16a 、16a の対向する先端間に存在する土砂を前後方向に移動させる操作を行う。
【００４８】
第１ゲート16が閉止したのちにおいても、スクリューフィーダ50が作動していてオーガ52、52によりそのケーシング51内の掘削土砂を後方に搬送するが、この搬送に従って分級室20内の掘削土砂がスクリューフィーダ50の前端土砂受入口54内から該スクリューフィーダ50のケーシング51内に排出されて分級室20内に巨礫Ｂを押し出す巨礫突き出し部材31が円滑に作動可能な空間部が設けられると、スクリューフィーダ50の作動を停止させると共に第２ゲート27を上方に作動させて図16に示すように巨礫排出口24を開口させる。なお、分級室20内の掘削土砂が排除されたのを確認するには、分級室20の下部内に土砂検知棒等の土砂検知手段を配設しておき、この土砂検知手段からの信号によってスクリューフィーダ50を停止させるようにしてもよく、また、スクリューフィーダ50の作動によって分級室20内から掘削土砂が排出される時間を予め設定しておき、この時間に達した時にスクリューフィーダ50を停止させてもよい。また、スクリューフィーダ50の土砂排出口55を開閉する第３ゲートは、開放状態を維持させておいてもよい。
【００４９】
上記第２ゲート27によって巨礫排出口24が開放されると、この開放に連動して水平板駆動ジャッキ57が作動し、巨礫突き出し部材31を分級室20の他側壁面側から巨礫排出口24を設けている一側壁面側に向かって水平移動させ、この巨礫突き出し部材31における各突き出し板部31a を対向する各隣接スクリーンバー25a 、25a 間の空間部に挿通してこれらの突き出し板部31a の先端面を巨礫Ｂの下部に押し当てたのちさらに移動させることにより巨礫Ｂを排出待機部26から巨礫排出口24に向かって押し進め、該排出口24から分級室20の一側外方に押し出す。
【００５０】
分級室20の一側外方における下方には巨礫運搬用台車61が待機していて上記排出口24から排出される巨礫Ｂをこの台車61内に落下させ、台車61を機内からトンネル内の後方部にまで敷設している軌道（図示せず）上を走行させて後方の巨礫処理部にまで搬送する。
【００５１】
こうして巨礫Ｂの排出処理後、再び、シールド掘削機Ａによってトンネルを掘進すると共に上述したように、第１、第３ゲート16、56を開放状態にする一方、分級室20の巨礫排出口24の開閉用第２ゲート27を閉止した状態にしたのち、スクリューコンベア10を作動させてカッタヘッド２によって掘削された掘削土砂を取込み、分級室20内に搬出してこの掘削土砂中に巨礫Ｂが含まれている場合には、分級室20内でバースクリーン25により巨礫Ｂと掘削土砂とを篩い分けて掘削土砂をスクリューフィーダ50に送り込む一方、巨礫Ｂを巨礫排出口24から外部に排出する。
【符号の説明】
【００５２】
Ａ  シールド掘削機
Ｂ  巨礫
１  シールド本体
２  カッタヘッド
４  チャンバ
10  スクリューコンベア
11  ケーシング
12  リボンスクリュー
16  第１ゲート
19  第１ゲートジャッキ
20  分級室
23  土砂排出口
24  巨礫排出口
25  バースクリーン
25a スクリーンバー
27  第２ゲート
29  第２ゲートジャッキ
31  巨礫突き出し部材
40  駆動リング
42  スクリュー駆動モータ
50  スクリューフィーダ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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