(57)【要約】【課題】カッタヘッドの土圧バランスを常に一定に保持して安定した推進を行い、かつ排土量の制御も容易に行う。【解決手段】カッタヘッドの回転により機内に取り込まれた土砂を後方へ搬送するスクリューコンベア１４と、このスクリューコンベア１４により搬送されてきた土砂を受け入れる隔離室２０を有するとともに、この隔離室２０をスクリューコンベア軸周りに回転させることにより土砂を回転移送する回転移送部材１８と、隔離室２０の所定の回転位置においてその隔離室２０に連通するように配される排土管６と、この排土管６内の土砂を吸引する真空排土装置を備える構成とする。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタヘッドの回転により機内に取り込まれた土砂を後方へ搬送するスクリューコンベアと、このスクリューコンベアにより搬送されてきた土砂を受け入れる隔離室を有するとともに、この隔離室をスクリューコンベア軸周りに回転させることにより土砂を回転移送する回転移送手段と、前記隔離室の所定の回転位置においてその隔離室に連通するように配される排土管と、この排土管内の土砂を吸引する吸引手段を備えることを特徴とする小口径管埋設装置の排土装置。
【請求項２】
前記隔離室は、前記スクリューコンベアの下方位置にあるときにそのスクリューコンベアから土砂を受け入れ、このスクリューコンベアの上方位置に回転したときに前記排土管に連通される請求項１に記載の小口径管埋設装置の排土装置。
【請求項３】
前記隔離室内の空気圧を検出する圧力センサと、この圧力センサにより検出された圧力に応じて前記隔離室内に空気を導入する空気導入手段とよりなる気圧調整機構が設けられる請求項１または２に記載の小口径管埋設装置の排土装置。
【請求項４】
前記隔離室内の負圧を打ち消すための圧縮空気導入手段が設けられる請求項１または２に記載の小口径管埋設装置の排土装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小口径管埋設装置における掘削土砂を排土するための排土装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の小口径管埋設装置の排土装置として、本出願人の提案になる特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示された小口径管埋設装置は、図７に示されるように、前部先導管５１ａと後部先導管５１ｂとよりなる先導管５１と、前部先導管５１ａの前部に支持されカッタ駆動モータ５２により駆動されるカッタヘッド５３と、前記先導管５１の中心部を貫通するように配されスクリュー駆動モータ５４により駆動されるスクリューコンベア５５と、このスクリューコンベア５５の後端部に接続される排土管５６と、この排土管５６の後端部にバキュームホース（図示せず）を介して接続されるバキューム装置（図示せず）と、前記排土管５６の前端部に連通されるとともに端部が埋設管内に解放されている空気管５７と、前記排土管５６の前端部に接続されその排土管５６の入口部に圧縮空気を導入する圧縮空気供給管（図示せず）を備えて構成されている。また、前記スクリューコンベア５５の中間部にはピンチ弁５８が配されていて、このピンチ弁５８により土砂および地下水の流出排土制御が行われるようにされている。
【０００３】
この従来装置において、カッタヘッド５３により掘削されてチャンバー５９内に取り込まれた土砂はスクリューコンベア５５により後方へ搬送され、このスクリューコンベア５５の後端部から排土管５６内に導入された後、その排土管５６およびバキュームホースを介して地上に配されるバキューム装置によって吸引排土される。このとき、土砂は、バキューム吸引によって発生する空気管５７からの空気流によって搬送される。さらに、この排土管５６による搬送時に、必要に応じ圧縮空気供給管から噴出される圧縮空気圧をバキューム装置の真空圧に加算することで、搬送力および搬送量の増大が図られている。また、排土時にピンチ弁５８を絞ることにより、噴射された圧縮空気の切羽側への逆流が防がれるとともに、このピンチ弁５８の開度量を調整することで排土量が調整されるようになっている。
【０００４】
また、他の先行技術として、特許文献２に開示されたものがある。この特許文献２に開示された地中掘進装置は、図８に示されるように、カッタヘッド（回転カッタ）６１の直後方にそのカッタヘッド６１と同軸で回転する回転移送部材６２を配し、カッタヘッド６１により掘削された土砂がその回転移送部材６２の上側の掘削物収容移送孔６３に収容されるようにし、回転移送部材６２が回転され下方の掘削物排出口６４に対向する位置に達したときに空気噴射室６５から噴射される圧縮空気により後方の掘削物排出管路６６へ向けて圧送されるように構成されたものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１９６２８６号公報
【特許文献２】
特許第２５２０２６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に記載の装置においては、バキューム排土を行う排土管５６がカッタヘッド５３のチャンバー５９およびスクリューコンベア５５と隔たりなく連通しているために、この排土管５６の吸気口にて発生した負圧がスクリューコンベア５５内を通ってチャンバー５９内の土圧バランスに影響を及ぼし、切羽側の地山に悪影響を与える可能性があるという問題点がある。また、この従来装置では、スクリューコンベア５５の中間部に配されたピンチ弁５８によって排土量等の調整を行っているが、このピンチ弁５８による排土止水制御が機能しなかった場合に、大量の地下水が排土管５６内に流入してその排土管５６が閉塞する事態が発生するという問題点がある。
【０００７】
一方、前記特許文献２に記載の装置においては、回転移送部材６２がカッタヘッド６１と同軸でしかも同期して回転するようにされているために、土砂の取り込み制御はカッタヘッド６１の回転数制御に頼ることになり、掘削土と排土とをバランス良く調整することは極めて困難であり、土砂の取り込み過ぎによる切羽の崩壊やせり上がりや、更には地盤陥没を起し易いという問題点がある。また、この従来技術では、礫石等の地山を掘削する際には、回転移送部材にスムーズにその礫石を取り込むことが困難で、回転ロスが極めて大きいという問題点もある。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、カッタヘッドの土圧バランスを常に一定に保持して安定した推進を行うことができるとともに、排土量の制御も容易に行うことのできる小口径管埋設装置の排土装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明による小口径管埋設装置の排土装置は、
カッタヘッドの回転により機内に取り込まれた土砂を後方へ搬送するスクリューコンベアと、このスクリューコンベアにより搬送されてきた土砂を受け入れる隔離室を有するとともに、この隔離室をスクリューコンベア軸周りに回転させることにより土砂を回転移送する回転移送手段と、前記隔離室の所定の回転位置においてその隔離室に連通するように配される排土管と、この排土管内の土砂を吸引する吸引手段を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
カッタヘッドの回転により機内に取り込まれた土砂はスクリューコンベアによって後方へ搬送され、このスクリューコンベアの後端部において回転移送手段の隔離室内に受け入れられ、次いでその回転移送手段が所定の回転位置まで回転すると、前記隔離室が排土管に連通することによりその排土管に接続された吸引手段の吸引力によってその排土管によって更に後方に搬送・排出される。本発明によれば、吸引手段の吸引力が作用する排土管が回転移送手段の隔離室によってスクリューコンベアおよびカッタヘッドチャンバーと隔離されているので、排土管に発生する負圧を隔離室内で大気圧に調整することができ、この負圧がスクリューコンベア部に伝達されるのを防ぐことができる。したがって、カッタヘッドにおける土圧バランスを常に一定に保持することができ、常に安定した推進を行うことが可能となる。また、スクリューコンベアの途中に配されるピンチ弁等の排土止水制御手段の制御不能によって地下水が後方へ大量に流入しようとしても、この地下水の流入を回転移送手段において遮断することができて排土管への流入を阻止できるので、この排土管の閉塞等の事態の発生を未然に防ぐことができる。しかも、掘削土と排土とのバランス調整も容易で、土砂の取り込み過ぎによる切羽の崩壊等も防ぐことができるという効果を奏する。
【００１１】
本発明において、前記隔離室は、前記スクリューコンベアの下方位置にあるときにそのスクリューコンベアから土砂を受け入れ、このスクリューコンベアの上方位置に回転したときに前記排土管に連通されるのが好ましい。こうすることで、スクリューコンベアから隔離室への土砂の取り込みをスムーズに行うことができ、搬送ロスがなく、効率の良い排土を行うことができる。
【００１２】
また、前記隔離室内の空気圧を検出する圧力センサと、この圧力センサにより検出された圧力に応じて前記隔離室内に空気を導入する空気導入手段とよりなる気圧調整機構が設けられるのが好ましい。このような気圧調整機構を設けることで、土砂の吸引が終わって負圧状態にある隔離室の気圧を大気圧に調整することができ、スクリューコンベア部への負圧の影響を確実に排除することができる。
【００１３】
あるいは、前記隔離室の負圧を打ち消すための圧縮空気導入手段を設けるだけでも良い。土砂の通過する環境内で回転する回転移送手段において隔離室の気密性を長期間保つことは非常に困難であり、時間とともにある程度の漏れは発生することとなる。したがって、上述のように隔離室内の圧力を検出してその気圧を細かく調整せず、予め定めた所定量の圧縮空気を隔離室に導入するだけでも、スクリューコンベア部への負圧の影響を大幅に低減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による小口径管埋設装置の排土装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１には本発明の一実施形態に係る小口径管埋設装置の全体構成図が示され、図２には本実施形態の小口径管埋設装置の縦断面図が示されている。また、図３には図２の要部拡大図が、図４には図３のＡ−Ａ断面図（ａ）およびそのＢ矢視図（ｂ）が、図５には回転移送部材の斜視図が、図６には図２のＣ−Ｃ断面図（ａ）およびＤ矢視図（ｂ）がそれぞれ示されている。
【００１６】
本実施形態に係る小口径管埋設装置においては、図１に示されるように、発進立坑１に推進装置２が設置され、先導管３の後部に埋設管４が順次継ぎ足され、先導管３の前端部に設けられるカッタヘッド５によって切羽を掘削しつつ、前記推進装置２の推進シリンダにより埋設管４の後端部が押圧されることでその埋設管４が地中を推進するようになっている。
【００１７】
前記先導管３内の中央部には後述するスクリューコンベア１４が配され、このスクリューコンベア１４の後方に排土管（排泥管）６が配され、この排土管６が吸引手段としての地上の真空排土装置（本実施形態ではバキュームカー）７に接続されている。こうして、カッタヘッド５によって掘削された土砂はスクリューコンベア１４で後方へ搬送された後、真空吸引によって排土管６を介して真空排土装置７内または別置きタンクに排土される。ここで、前記推進装置２はコントローラ８および油圧ユニット９にて制御されて作動される。また、カッタヘッド５先端への掘削添加剤等は地上のポンプ１０から延長ホースによって圧送される。
【００１８】
図２に示されるように、前記先導管３は、前端部に軸受１２を介してカッタヘッド５を支持する前部先導管３ａと、この前部先導管３ａの後端部に球面軸受１１を介して揺動自在に支持される後部先導管３ｂとによって構成されている。ここで、前記カッタヘッド５はカッタ駆動モータ１３によって回転駆動される。
【００１９】
また、前部先導管３ａおよび後部先導管３ｂの中心部を貫通するようにスクリューコンベア１４が配されている。このスクリューコンベア１４は、その前端部がカッタヘッド５の後方に形成されるチャンバー１５内に開口し、カッタヘッド５の回転によりそのチャンバー１５内に取り込まれた土砂を後方へ搬送するようにされている。また、スクリューコンベア１４の中間部外周にはピンチ弁１６が配され、このピンチ弁１６によって排土量等の制御が行われるようになっている。
【００２０】
前記スクリューコンベア１４は、スクリューケーシング１４ａ内にスクリュー軸１４ｂと羽根１４ｃとからなるスクリューが収納されて構成され、後端部に配されるスクリュー駆動モータ（油圧モータ）１７にて駆動される。
【００２１】
前記スクリュー軸１４ｂの基端部（後端部）には、このスクリュー軸１４ｂと同軸に、複数個（本実施形態では６個）の回転羽根１８ａを有する回転移送部材（本発明の回転移送手段に相当する。）１８が固着されている（図５参照）。この回転移送部材１８は、その外周部が前面板１９ａ、後面板１９ｂおよび外周板１９ｃよりなる円筒状のケーシング１９にて覆われるとともに、その内周部が前記スクリューケーシング１４ａにて覆われた空間内にて回転される。こうして、互いに隣接する回転羽根１８ａ，１８ａ間には隔離室２０が区画形成される。なお、各隔離室２０の壁面（ケーシング１９の壁面およびスクリューケーシング１４ａの壁面）と回転羽根１８ａとの隙間は、地下水の流出を防止するために最小限の隙間に設定されている。
【００２２】
また、前記スクリューケーシング１４ａの最後端の下部には土砂落し口としての切欠部２１が形成され、スクリューコンベア１４にて搬送されてきた土砂はその切欠部２１を通して前記隔離室２０内に落下するようにされている。一方、前記ケーシング１９の上部は、前部が空気管２２に連通されるとともに、後部がその空気管２２に対向するように設けられる排土管（排泥管）６に連通されている。また、図６に示されているように、前記空気管２２は二股状に分岐されてその基端側がそれぞれピンチ弁２３ａ，２３ｂを介して先導管内に解放されている。こうして、回転移送部材１８の隔離室２０によって上方へ持ち上げられた土砂は、空気管２２に連通する位置までくると、ピンチ弁２３ａ，２３ｂから吸い込まれる空気流によって排土管６に向けて空気輸送される。ここで、前記ピンチ弁２３ａ，２３ｂは、エア圧により遠隔操作にて開閉操作できるようになっており、通常の土砂吸引時には全開状態にし、停止時には全閉状態にしてスクリューコンベア１４からの地下水や、排土管６からの戻り水が機内に溢れるのを防ぐようにされている。
【００２３】
図５に示されているように、前記回転移送部材１８は、外周部に６個の凸部１８ｂと切欠き１８ｃとが交互に形成されてなる基板１８ｄと、この基板１８ｄの凸部１８ｂ前面に溶接接合される回転羽根１８ａにより構成され、前記切欠き１８ｃが略円弧状に形成されてその円弧の径が前記排土管６の内径よりもやや小さくなるように設定されている。また、前記回転羽根１８ａは、外周面がケーシング１９の外周板１９ｃの内面に沿う円弧面に形成されるとともに、内周面がスクリューケーシング１４ａの外面に沿う円弧面に形成され、両側面が、土砂の入口側が広く奥側に向かうにしたがって狭くなるように、かつ掘進方向の前方側が広く後方へ向かうにしたがって狭くなるような曲面形状に形成されている。こうして、回転羽根１８ａは、基板１８ｄへの接合強度を確保しつつ、土砂の取り込み性を向上させた形状となっている。なお、前記回転移送部材１８は図４、図５で矢印Ｐ方向に回転される。
【００２４】
ところで、前記排土管６による土砂吸引が終わった隔離室２０は、ピンチ弁２３ａ，２３ｂの入口の吸引抵抗および空気管２２の空気流入抵抗によって負圧状態となっていて、この負圧状態のまま隔離室２０が下方へ回転して下部の土砂取り込み口（切欠部２１下方）に達すると、スクリューコンベア１４内が負圧となって切羽に影響を及ぼす可能性があることから、本実施形態では、図４（ａ）に示されるように、土砂吸引終了直後の隔離室２０に対応するように、圧縮空気供給ノズル（空気導入手段）２４と圧力センサ２５とよりなる気圧調整機構が設けられ、この圧力センサ２５による空気圧検出に基づきコントローラ８からの信号によって圧縮空気供給ノズル２４から隔離室２０内に圧縮空気が供給されるようになっている。こうすることで、土砂吸引終了直後の隔離室２０が常に大気圧になるように圧力調整されるので、スクリューコンベア１４部への負圧の影響を確実に排除することができる。なお、この圧力調整については、電磁比例減圧弁を用いて自動化することも可能であり、この場合にも、その圧力供給のために必要な地上設備、延長ホース等も軽微なもので済む。
【００２５】
本実施形態においては、圧力センサ２５により検出した空気圧に基づいて隔離室２０内の圧力が大気圧になるように調整するものとして説明したが、圧力センサを設けず、予め定めた所定量の圧縮空気を隔離室に導入するだけでも、スクリューコンベア部への負圧の影響を大幅に低減することができる。土砂の通過する環境内で回転する回転移送手段において隔離室の気密性を長期間保つことは非常に困難であり、時間とともにある程度の漏れは発生するため、それほどシビアな圧力調整を行う必要がない場合もあるためである。
【００２６】
本実施形態の小口径管埋設装置において、カッタヘッド５の回転によって掘削された土砂はチャンバー１５内に取り込まれ、スクリューコンベア１４によってピンチ弁１６を介して後方へ搬送される。このとき、ピンチ弁１６の直上流側で土圧を検出しその検出された土圧に応じてピンチ弁１６を制御することで排土量の調整が行われる。こうして、スクリューコンベア１４の後端部まで搬送されてきた土砂は、スクリューケーシング１４ａの最後端に形成された切欠部２１から回転移送部材１８の隔離室２０（回転羽根１８ａ間の空間）内へ落下する。
【００２７】
この回転移送部材１８はスクリューコンベア１４と同軸で回転されることから、隔離室２０内に取り込まれた土砂はその回転に伴って上方へ移動し、土砂取り込み位置の真上まで移動したときに、前部が空気管２２に連通するとともに、後部が排土管６に連通する。これにより、真空排土装置７からの真空圧によりピンチ弁２３ａ，２３ｂおよび空気管２２を介して吸い込まれる空気流によって隔離室２０内の土砂は排土管６から真空排土装置７に吸引排土される。
【００２８】
本実施形態の小口径管埋設装置によれば、切羽を掘削するカッタヘッド５と、掘削土砂を搬送するスクリューコンベア１４とが別個の駆動装置によって駆動されるように構成されているので、掘削土と排土とのバランス制御を容易に行うことができ、土砂の取り込み過ぎにより切羽の崩壊等の発生を防止することができる。
【００２９】
また、真空排土装置７からの吸引圧が作用する排土管６が回転移送部材１８の隔離室２０によってスクリューコンベア１４と隔離されており、しかも排土管６に発生する負圧を圧縮空気供給ノズル２４と圧力センサ２５とによって大気圧に調整するように構成されているので、真空排土装置７からの吸引圧がスクリューコンベア１４部、カッタヘッド５部に伝達されることがない。したがって、カッタヘッド５のチャンバー１５における土圧バランスを常に一定に保持することができ、常に安定した推進を行うことができる。また、スクリューコンベア１４の途中に配されるピンチ弁１６の制御不能によって地下水が後方へ大量に流入しようとしても、この地下水の流入を回転移送部材１８において遮断することができて排土管６への流入を阻止できるので、この排土管６の閉塞といった事態の発生を未然に防ぐことができる。この結果、長距離推進にも適合した小口径管埋設装置を提供することができる。
【００３０】
なお、圧力センサを設けず、予め定めた所定量の圧縮空気を隔離室に導入するだけでもスクリューコンベア部への負圧の影響を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る小口径管埋設装置の全体構成図である。
【図２】図２は、本実施形態の小口径管埋設装置の縦断面図である。
【図３】図３は、図２の要部拡大図である。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ断面図（ａ）およびそのＢ矢視図（ｂ）である。
【図５】図５は、回転移送部材の斜視図である。
【図６】図６は、図２のＣ−Ｃ断面図（ａ）およびＤ矢視図（ｂ）である。
【図７】図７は、従来例による小口径管埋設装置の縦断面図である。
【図８】図８は、他の従来例による小口径管埋設装置の縦断面図である。
【符号の説明】
２          推進装置
３          先導管
４          埋設管
５          カッタヘッド
６          排土管
７          真空排土装置（吸引手段）
１４        スクリューコンベア
１４ａ      スクリューケーシング
１５        チャンバー
１６        ピンチ弁
１８        回転移送部材（回転移送手段）
１８ａ      回転羽根
１９        ケーシング
２０        隔離室
２１        切欠部
２２        空気管
２４        圧縮空気供給ノズル（空気導入手段）
２５        圧力センサ
【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】
2004278025.tif 000007
【図６】
2004278025.tif 000008
【図７】
2004278025.tif 000009
【図８】
2004278025.tif 000010