(57)【要約】【課題】トンネル掘削のシールド機などの掘削部の閉塞土砂を、比較的簡単な機構により、自動的に、確実に、迅速に、安全に除去できるようにする。【解決手段】土圧式シールド機１などのカッターヘッド３と隔壁４の間の土圧室７内に膜材１１による閉塞土砂分解部材１０をカッターヘッド３に対向するように隔壁４の表面に設け、この膜材４の内部に空気、水あるいは油等の流体を充填して膜材を膨張させることにより、カッターヘッド３や土圧室７内の閉塞土砂Ａに亀裂を発生させて崩落させ、崩れ落ちた土砂をスクリューコンベア８で排出して、閉塞を解除する。【選択図】　　図１
2004143825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機械の掘削部に閉塞した土砂を除去する方法であり、前記掘削部に膜材を設け、この膜材の内部に流体を充填して膜材を膨張させることにより、掘削部の閉塞土砂を分解して排出することを特徴とする掘削部の閉塞土砂除去方法。
【請求項２】
シールド機のカッターヘッドと隔壁の間の掘削部に閉塞した土砂を除去する方法であり、前記隔壁のカッターヘッド側に膜材を設け、この膜材の内部に流体を充填して膜材を膨張させることにより、掘削部の閉塞土砂を分解し、排土機構により排出することを特徴とするシールド掘削部の閉塞土砂除去方法。
【請求項３】
掘削機械の掘削部に閉塞した土砂を除去する装置であり、膜材の内部に流体を充填することにより膨張可能な閉塞土砂分解部材が前記掘削部に設けられていることを特徴とする掘削部の閉塞土砂除去装置。
【請求項４】
シールド機のカッターヘッドと隔壁の間の掘削部に閉塞した土砂を除去する装置であり、膜材の内部に流体を充填することにより膨張可能な閉塞土砂分解部材が前記隔壁のカッターヘッド側に設けられていることを特徴とするシールド掘削部の閉塞土砂除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削のシールド機などの掘削機械の掘削部に閉塞した土砂を除去する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、土圧式シールド機は、地山を掘削するためのカッターヘッド、掘削土砂を攪拌・混練するための攪拌装置、掘削土砂に一定の圧力を与えて保持するための隔壁で密閉されたチャンバ、掘削土砂をチャンバから排出するためのスクリューコンベア、シールドを推進させるためのシールドジャッキ等から構成されている（例えば、特許文献１参照）。比較的軟弱な地盤では、掘削土砂は攪拌により塑性流動化してチャンバ内に充満し、掘進で生じる掘削土圧を切羽全体に作用させて切羽の安定を図る（土圧シールド）。砂や砂礫等の硬質地盤では、掘削土砂に粘土やベントナイト等の添加材を注入しながら攪拌して塑性流動化させ、その泥土圧を切羽全体に作用させて切羽の安定を図る（泥土圧シールド）。
【０００３】
また、泥水式シールド機では、隔壁に送泥水管と排泥水管を接続し、送泥水管によりカッターヘッドと隔壁の間に加圧された泥水を送り込み、この泥水圧で切羽の安定を図る。掘削土砂は排泥水管により送り出し、土砂を取り除いた泥水を送泥水管により再び切羽に送り込む（以上、例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
以上のような土圧式シールドや泥水式シールドのカッターヘッドは、スリットを開けた面板を用いる場合と、スポーク状の回転翼を用いる場合がある。砂や砂礫が多い場合には、切り羽が崩れやすいため、面板にカッターを取付け、スリットから土砂を取り込む。粘土が混じる割合に応じてスリットの開き量を広くする。粘土分が多い地層では、面板のないスポーク状となる（以上、例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、それでも、粘性土等における掘削時にカッターヘッドやカッターヘッドから駆動部（隔壁）までの間の掘削部に閉塞土砂が発生し、掘進が不可能になってしまうことがある。このような閉塞土砂は、従来、添加剤の注入や洗浄により土砂の流動性を高めて間接的に排出させるか、最悪の場合には、人の手によって除去することが行われている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１４７１７１号公報
【特許文献２】
特開平１０−３３９０９１号公報
【非特許文献１】
松本嘉司著，「最新シールドトンネル」，初版，日経ＢＰ社，
１９９４年９月９日，ｐ．２９，ｐ．５３
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、添加剤の注入や洗浄による間接的な排出では、閉塞土砂の除去効率が悪く、人が掘削部に入って閉塞土砂を取り除く作業では、地山が崩落する恐れがあり危険である。また、閉塞解除には多大な時間を要し、長期の掘進停止を余儀なくされる場合も多い。
【０００８】
本発明は、このような問題を解消すべくなされたもので、シールド機などの掘削部の閉塞土砂を、比較的簡単な機構により、自動的に、確実に、迅速に、安全に除去することができる閉塞土砂除去方法および閉塞土砂除去装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、掘削機械の掘削部に閉塞した土砂を除去する方法であり、前記掘削部に膜材を設け、この膜材の内部に流体（空気、水あるいは油など）を充填して膜材を膨張させることにより、掘削部の閉塞土砂を分解して排出することを特徴とする掘削部の閉塞土砂除去方法である。
【００１０】
本発明の請求項３は、掘削機械の掘削部に閉塞した土砂を除去する装置であり、膜材の内部に流体（空気、水あるいは油など）を充填することにより膨張可能な閉塞土砂分解部材が前記掘削部に設けられていることを特徴とする掘削部の閉塞土砂除去装置である。
【００１１】
この請求項１および請求項３は、シールド機やトンネル掘削機あるいはその他の掘削機械に適用されるものであり、掘削部の閉塞土砂に対向させて設けた膜材を膨張させ、膨張した膜材表面の押圧力で閉塞土砂に亀裂を発生させて崩落させ、剥がれ落ちた土砂を排出するものである。
【００１２】
本発明の請求項２は、シールド機のカッターヘッドと隔壁の間の掘削部に閉塞した土砂を除去する方法であり、前記隔壁のカッターヘッド側に膜材を設け、この膜材の内部に流体（空気、水あるいは油など）を充填して膜材を膨張させることにより、掘削部の閉塞土砂を分解し、排土機構により排出することを特徴とするシールド掘削部の閉塞土砂除去方法である。
【００１３】
本発明の請求項４は、シールド機のカッターヘッドと隔壁の間の掘削部に閉塞した土砂を除去する装置であり、膜材の内部に流体（空気、水あるいは油など）を充填することにより膨張可能な閉塞土砂分解部材が前記隔壁のカッターヘッド側に設けられていることを特徴とするシールド掘削部の閉塞土砂除去装置である。
【００１４】
この請求項２および請求項４は、土圧シールドや泥土圧シールドの土圧式シールド機あるいは泥水式シールド機などに適用され、カッターヘッドと隔壁の間の掘削部（カッターヘッドのスポーク間やスリット間およびカッターヘッドと隔壁の間の土圧室）の閉塞土砂を除去する場合であり、隔壁のカッターヘッド側に閉塞土砂に対向させて設けた膜材を膨張させ、膨張した膜材表面の押圧力で閉塞土砂に亀裂を発生させて崩落させ、剥がれ落ちた土砂をシールド機の排土機構（土圧式シールド機のスクリューコンベア、泥水式シールド機の排泥水管など）で排出するものである（図１参照）。
【００１５】
上記の膜材は、円形等の座布団状の密閉型とし、この密閉型の膜材を掘削部の構造材などに枠材などを介して強固に固定し、あるいは、円形等のドーム状や平板状の開放型とし、この開放型の膜材の周縁部を枠材などで掘削部の構造材などに固定し、密閉空間を形成する。このような膜材による閉塞土砂分解部材に流体供給管を接続し、膜材を膨張できるようにする。閉塞が解除されると、掘削による土砂の圧力で膜材を収縮させ、あるいは、前記流体供給管により膜材内の流体を強制的に排出して膜材を収縮させる。
【００１６】
本発明において、膜材は、可撓性と強度と止水性を有する材料であればよく、例えば膜構造屋根に用いられる樹脂コーティング繊維織布、繊維補強ゴム、繊維補強合成樹脂、ゴム、合成樹脂等を用いることができる。また、本発明で膜材の膨張とは、膜材自体が伸びずに形状が変化して膜材内部が体積膨張する場合、膜材自体が伸びて膜材内部が体積膨張する場合、膜材自体が伸び、かつ、形状が変化して膜材内部が体積膨張する場合などである。
【００１７】
以上のような構成の本発明において、粘性土等における掘削時に掘削部に閉塞土砂が発生すると、膜材を流体の充填により膨張させ、この膨張により膜材の表面積が大きくなり、膜材に対向する閉塞土砂が押圧されることにより、閉塞土砂に亀裂が入り、閉塞土砂が割れて剥がれ落ち、剥がれ落ちた閉塞土砂は排土機構等により排出され、閉塞が解除される（図２参照）。
【００１８】
従来の添加剤の注入や洗浄による間接的な排出あるいは人手による除去では、除去効率が悪いが、本発明では、膜材を膨張させるだけで、閉塞土砂を自動的に、確実に、迅速に、排除することができる。また、人手による除去では、地山崩壊の恐れがあり、危険であるが、本発明では、閉塞土砂を機械的に自動排除でき、安全である。また、膜材による比較的簡単な装置で確実な閉塞土砂の解除が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施の形態に基づいて説明する。この実施形態は、土圧式シールドに適用した例である。図１は、本発明の閉塞土砂除去方法を実施するための閉塞土砂除去装置の一実施形態を示す水平断面図、正面図、鉛直断面図である。図２は、本発明の膜材膨張による閉塞土砂除去の過程を示すイメージ図である。
【００２０】
図１の実施形態において、土圧式シールド１は、シールド本体の外板（スキンプレート）２、カッターを取付けたスポーク３ａや面板３ｂからなるカッターヘッド３、隔壁（バルクヘッド）４、モータ等からなる回転駆動装置５、攪拌翼６、土砂を土圧室（チャンバ）７の下部からシールド内部に取り込む排土機構のスクリューコンベア８、シールドジャッキ９などから構成されている。セグメント組立用のエレクター、その他は、省略されている。
【００２１】
本発明では、隔壁４の土圧室７側の表面に樹脂コーティング繊維織布やゴム等の膜材１１からなる閉塞土砂分解部材１０を取付け、粘性土等の掘削でカッターヘッド３と隔壁４の間に閉塞した閉塞土砂Ａを、膨張させた膜材１１で分解して排出し、土砂による閉塞を解消する。
【００２２】
膜材１１は、図示例の場合、正面視が円形で、膨張した時にカッターヘッド３に向かって凸のドーム状となるように形成され、例えば円盤形のエアバッグ状の膜材１１をリング状の枠材１２等を介して隔壁４の表面に固定し、あるいは、ドーム状の膜材１１の周縁部をリング状の枠材１２等を介して隔壁４の表面に固定し、内部に密閉空間が形成されるようにする。なお、膜材１１の形状や大きさや取付方法等は図示例に限らず、その他の形状や大きさや取付方法等でもよい。
【００２３】
隔壁４には、膜材１１の内部空間に空気、水、油等の流体を供給する供給管１３を取付ける。供給管１３には、圧縮機やポンプ等（図示省略）を接続し、膜材１１の内部空間に流体を供給できるようにする。閉塞が解除された後は、掘削土砂で膜材１１が収縮するようにしてもよいし、膜材１１内の流体を強制的に排出させてもよい。
【００２４】
このような膜材１１による閉塞土砂分解部材１０は、カッターヘッド３のスポーク３ａ，３ａ間や面板３ｂのスリットの閉塞土砂および土圧室７内の閉塞土砂を分解排出できるように、カッターヘッド３の円周方向に間隔をおいて多数個、半径方向に間隔をおいて複数個、配置する。
【００２５】
以上のような構成において、次のように閉塞土砂除去が実施される（図２参照）。
【００２６】
（１）　粘性土等の掘削でカッターヘッド３と隔壁４の間に閉塞土砂Ａが発生すると、膜材１１を流体の充填により膨張させる。
【００２７】
（２）　膨張した膜材１１の表面積が増大し、閉塞土砂Ａに押圧力が作用することで、閉塞土砂Ａに亀裂Ｂが発生する。
【００２８】
（３）　閉塞土砂Ａの亀裂Ｂが大きくなると、閉塞土砂Ａが剥がれ落ちる。剥がれ落ちた閉塞土砂Ａはスクリューコンベア８により排出される。
【００２９】
（４）　閉塞土砂Ａが自動的に、確実に、迅速に除去されるため、シールド掘進を安定して行うことができる。
【００３０】
なお、以上は、土圧式シールドに適用した場合について説明したが、これに限らず、泥水式シールドの粘性土等による閉塞の解除、トンネル掘削機やその他の掘削機械の閉塞解除にも本発明を適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果を奏する。
【００３２】
（１）　掘削部に設けた膜材を膨張させるだけで、閉塞土砂を自動的に、確実に、迅速に、排除することができ、閉塞土砂を取り除くコストの削減等を図ることができる。
【００３３】
（２）　閉塞土砂を機械的に自動排除でき、安全に閉塞土砂の解除を行える。
【００３４】
（３）　膜材による比較的簡単な装置で確実な閉塞土砂の解除が可能となり、コストの低減を図ることができる。
【００３５】
（４）　シールド機の場合には、スムーズに掘進を行うことができ、施工コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の閉塞土砂除去方法を実施するための閉塞土砂除去装置の一実施形態を示す（ａ）　は水平断面図、（ｂ）　は正面図、（ｃ）　は鉛直断面図である。
【図２】本発明の膜材膨張による閉塞土砂除去の過程のイメージを示す概略断面図である。
【符号の説明】
Ａ…閉塞土砂
Ｂ…亀裂
１……土圧式シールド
２……外板
３……カッターヘッド
３ａ…スポーク
３ｂ…面板
４……隔壁
５……回転駆動装置
６……攪拌翼
７……土圧室
８……スクリューコンベア
９……シールドジャッキ
１０……閉塞土砂分解部材
１１……膜材
１２……枠材
１３……供給管
【図１】
2004143825.tif 000003
【図２】
2004143825.tif 000004