(57)【要約】【課題】掘削土砂を排出する際の作業者の負担を軽減することができ、しかも掘削土砂の排出効率を向上させることができる泥濃式推進工法およびこれに用いる泥濃式掘進機を提供する。【解決手段】掘進機本体１の先端部にカッタ９を設け、当該カッタ９の前方に泥水を供給しつつ当該カッタ９により地山を掘削し、その掘削土砂を真空ポンプにより吸引して坑外へと排出する泥濃式推進工法である。上記真空ポンプにより吸引する前段階で、上記掘削土砂に含まれる礫を破砕機構で破砕して上記真空ポンプにより吸引できる大きさ以下に微細化するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘進機本体の先端部にカッタを設け、当該カッタの前方に泥水を供給しつつ当該カッタにより地山を掘削し、その掘削土砂を真空ポンプにより吸引して坑外へと排出する泥濃式推進工法において、
上記真空ポンプにより吸引する前段階で、上記掘削土砂に含まれる礫を破砕機構で破砕して上記真空ポンプにより吸引できる大きさ以下に微細化するようにしたことを特徴とする泥濃式推進工法。
【請求項２】
上記破砕機構を、上記カッタと一体的に回転し上記カッタに向けて漸次小径となる破砕用コーンと、この破砕用コーンと対向する上記掘進機本体の内面側に設けられ上記カッタに向けて漸次大径となる破砕用ライナとにより構成して、これら破砕用コーンと破砕用ライナとの協働により、上記掘削土砂に含まれる礫を破砕するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の泥濃式推進工法。
【請求項３】
上記破砕用コーンと上記破砕用ライナとの間隙に流入した掘削土砂を撹拌部材により撹拌するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の泥濃式推進工法。
【請求項４】
筒状をなす掘進機本体の先端部に、地山を掘削するカッタが回転自在に設けられ、このカッタの後方に隔壁が設けられて、これらカッタと隔壁との間に、掘削土砂が流入する空間となるチャンバが形成される一方、上記隔壁の後方に、上記チャンバから送られた掘削土砂を受け入れて貯留する排土タンクが設置され、この排土タンク内の掘削土砂が真空ポンプにより吸引されて坑外へと排出されるように構成された泥濃式掘進機において、
上記チャンバ内に、上記掘削土砂に含まれる礫を破砕して上記真空ポンプにより吸引できる大きさ以下に微細化する破砕機構を設けたことを特徴とする泥濃式掘進機。
【請求項５】
上記カッタの裏面側には、このカッタに向けて漸次小径となる破砕用コーンが上記カッタの回転軸と一体的に設けられる一方、上記破砕用コーンと対向する上記掘進機本体の内面側には、上記カッタに向けて漸次大径となる破砕用ライナが一体に設けられ、これら破砕用コーンと破砕用ライナとにより上記破砕機構が構成されていることを特徴とする請求項４に記載の泥濃式掘進機。
【請求項６】
上記破砕用コーンと上記破砕用ライナとの少なくとも一方に撹拌部材を突設して、上記破砕用コーンと上記破砕用ライナとの間隙に流入した掘削土砂を上記撹拌部材により撹拌するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の泥濃式掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水道管等を地中に敷設する際に用いて好適な泥濃式推進工法および掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば上下水道、電気、通信、ガスなどの管路を地中に敷設する際に用いられる工法の一つとして、泥濃式推進工法が知られている。
この泥濃式推進工法は、非特許文献１に示されるように、掘進機先端のカッタ後方に隔壁を設け、これらカッタと隔壁との間のチャンバ内に高濃度の泥水を圧送充満し、切羽の安定を図りながら、カッタを回転させ掘削推進を行う工法である。この工法においては、カッタで掘削した土砂を上記高濃度の泥水と攪拌混合し流動化させ、掘進機内の排土バブルを開閉することにより、切羽を安定させながら間欠的に排土する。そして、大気圧下に排土された掘削土砂を、搬送可能な大きさに選別し、真空力により坑外に搬出するようにしている。
【０００３】
【非特許文献１】
「推進工法用設計積算要領（泥濃式推進工法編）」、第三版、社団法人日本下水道管渠推進技術協会、平成１３年１２月１日、ｐ．１−６
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の泥濃式推進工法においては、真空吸引できない大きな礫を作業者がトロバケットにのせて坑外に搬出するようにしていたため、掘削土砂中に上記礫が多く含まれる場合には、その搬出作業に大変な手間を要し、特に推進距離が長い場合には、狭い管内で上記礫を運ぶ距離も長くなることから、作業者の負担が非常に大きくなるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、掘削土砂を排出する際の作業者の負担を軽減することができ、しかも掘削土砂の排出効率を向上させることができる泥濃式推進工法およびこれに用いる泥濃式掘進機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、掘進機本体の先端部にカッタを設け、当該カッタの前方に泥水を供給しつつ当該カッタにより地山を掘削し、その掘削土砂を真空ポンプにより吸引して坑外へと排出する泥濃式推進工法において、上記真空ポンプにより吸引する前段階で、上記掘削土砂に含まれる礫を破砕機構で破砕して上記真空ポンプにより吸引できる大きさ以下に微細化するようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、請求項４に記載の発明は、筒状をなす掘進機本体の先端部に、地山を掘削するカッタが回転自在に設けられ、このカッタの後方に隔壁が設けられて、これらカッタと隔壁との間に、掘削土砂が流入する空間となるチャンバが形成される一方、上記隔壁の後方に、上記チャンバから送られた掘削土砂を受け入れて貯留する排土タンクが設置され、この排土タンク内の掘削土砂が真空ポンプにより吸引されて坑外へと排出されるように構成された泥濃式掘進機において、上記チャンバ内に、上記掘削土砂に含まれる礫を破砕して上記真空ポンプにより吸引できる大きさ以下に微細化する破砕機構を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項１または４に記載の発明によれば、真空ポンプにより吸引する前段階で、掘削土砂に含まれる礫を破砕機構で破砕して真空ポンプにより吸引できる大きさ以下に微細化するようにしたので、すべての掘削土砂を真空ポンプで排出することが可能となる。したがって、掘削土砂を排出する際の作業者の負担を従来と比べて大幅に軽減することができ、掘削土砂の排出効率を格段に向上させることができる。
また、泥水式推進工法の場合と比べて、掘削土砂に含まれる泥水の量が少なくなることから、排土効率を高めることができ、排泥用のポンプにかかる負荷を大幅に低減することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の泥濃式推進工法において、上記破砕機構を、上記カッタと一体的に回転し上記カッタに向けて漸次小径となる破砕用コーンと、この破砕用コーンと対向する上記掘進機本体の内面側に設けられ上記カッタに向けて漸次大径となる破砕用ライナとにより構成して、これら破砕用コーンと破砕用ライナとの協働により、上記掘削土砂に含まれる礫を破砕するようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の泥濃式掘進機において、上記カッタの裏面側には、このカッタに向けて漸次小径となる破砕用コーンが上記カッタの回転軸と一体的に設けられる一方、上記破砕用コーンと対向する上記掘進機本体の内面側には、上記カッタに向けて漸次大径となる破砕用ライナが一体に設けられ、これら破砕用コーンと破砕用ライナとにより上記破砕機構が構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２または５に記載の発明によれば、相対的に回転する破砕用コーンと破砕用ライナとの協働により、掘削土砂に含まれる礫を効率的に破砕することができる。また、破砕用コーンと破砕用ライナとの間隙が漸次狭まるように構成されているので、その間隙を通過させる過程で、掘削土砂に含まれる礫を一定の大きさ以下、すなわち真空ポンプで吸引できる大きさ以下に容易に破砕することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の泥濃式推進工法において、上記破砕用コーンと上記破砕用ライナとの間隙に流入した掘削土砂を撹拌部材により撹拌するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の泥濃式掘進機において、上記破砕用コーンと上記破砕用ライナとの少なくとも一方に撹拌部材を突設して、上記破砕用コーンと上記破砕用ライナとの間隙に流入した掘削土砂を上記撹拌部材により撹拌するようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３または６に記載の発明によれば、破砕用コーンと破砕用ライナとの間隙に流入した掘削土砂を撹拌するようにしたので、上記間隙に流入した掘削土砂の流動性を高めて、上記間隙に掘削土砂が閉塞するのを防止することができる。したがって、上記間隙をその下流部分において狭めることが可能となり、掘削土砂に含まれる礫をより微細に破砕することが可能となる。そのため、真空ポンプで吸引できない大きさの礫が排土中に残存することをなくすことができるとともに、真空ポンプにかかる負荷を大幅に低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１〜図７は、本発明に係る泥濃式掘進機の一実施形態を示すもので、図中符号１が、円筒状をなす掘進機本体である。この掘進機本体１の先端部分には、隔壁２が設けられ、この隔壁２の背面側に、大容量の減速機付きモータ３が複数取り付けられている。他方、隔壁２の前面側には、各モータ３の出力軸と噛み合う歯車を有する主軸６が設けられ、この主軸６が、ケーシング７内の軸受７ａを介して回転自在に設けられている。
【００１６】
この主軸６の先端には、カッタ９が回転自在に設けられ、このカッタ９の前面には、地山を掘削する多数の掘削ビット１０が設けられている。また、主軸６の中心部分には、その軸線方向に沿って送泥孔１１が設けられ、この送泥孔１１によりカッタ９の前方に高濃度の泥水が供給されるようになっている。また、カッタ９の後方には、所定間隔を配して隔壁８が設けられ、これらカッタ９と隔壁８との間には、掘削土砂が流入する空間となるチャンバ５が形成されている。
【００１７】
また、カッタ９の裏面側に位置する主軸６の外周には、図１〜図３に示すように、このカッタ９に向けて漸次小径となる破砕用コーン１２が主軸（カッタの回転軸）６と一体的に設けられる一方、破砕用コーン１２と対向する掘進機本体１の内面側には、カッタ９に向けて漸次大径となる破砕用ライナ１３が一体に設けられている。これら破砕用コーン１２の外周面と破砕用ライナ１３の内周面には、図８に示すように、それぞれ破砕用の微小な突起１２ａ、１３ａが多数形成されており、これら突起１２ａ、１３ａ間に礫Ｒを挟み込んだ状態で、破砕用コーン１２と破砕用ライナ１３とが相対的に回転することにより、突起１２ａ、１３ａ間の礫Ｒが破砕されるようになっている。したがって、上記掘削土砂が、破砕用コーン１２と破砕用ライナ１３との間隙Ｓの漸次狭隘となる後方に向けて順次送り込まれることにより、上記掘削土砂に含まれる礫が徐々に小さく破砕されて、上記間隙Ｓを通過するまでの間に、真空ポンプで吸引できる大きさ以下に微細化されるようになっている。すなわち、破砕用コーン１２と破砕用ライナ１３とによって、礫の破砕機構が構成されている。
【００１８】
また、破砕用ライナ１３の後端面と隔壁８との間には、図１に示すように、破砕用コーン１２と破砕用ライナ１３との間隙Ｓを通過した掘削土砂が流入する排出溝１５が形成されている。この排出溝１５の底面は、図１および図５に示すように、破砕用ライナ１３の後端面に突設された円弧状の底板１６の内周面によって構成され、その高さが、破砕用ライナ１３後端の底面（内周面）の高さとほぼ一致するように構成されている。すなわち、排出溝１５に流入した土砂が溝内に滞留し難い構造となっている。
【００１９】
また、破砕用ライナ１３の内周面には、図１および図２に示すように、当該破砕用ライナ１３と破砕用コーン１２との間隙Ｓに流入した掘削土砂（礫が破砕される前の掘削土砂）を撹拌する撹拌部材１７が突設され、破砕用コーン１２の後端面には、図１および図４に示すように、排出溝１５内に流入した掘削土砂（礫が破砕された後の掘削土砂）を撹拌する撹拌部材１８が突設されている。これら撹拌部材１７、１８によって、上記間隙Ｓと排出溝１５内に流入した掘削土砂がそれぞれ流動化されて、それら各部位における掘削土砂の滞留が防止されるようになっている。
【００２０】
排出溝１５には、図５に示すように、両隔壁２、８を貫通する状態で設けられた排出管２０の一端が接続されている。この実施形態においては、図６に示すように、送泥孔１１が掘進機本体１の中央に配置され、この送泥孔１１の周囲に沿って複数のモータ３が近接配置され、その余ったスペースに大口径の排出管２０が配置されている。この排出管２０の途中には、図１に示すように、開閉自在なピンチ弁２１が設けられ、この排出管２０の他端側の下方には、当該排出管２０より移送された掘削土砂を受け入れて貯留する排土タンク２２が設置されている。この排土タンク２２は、上面が大気に開放された箱形容器であって、その側壁部には、図１および図７に示すように、地上または立坑内に設置された真空ポンプから延びる排土管２３の一端が接続されている。
【００２１】
次に、上記構成からなる泥濃式掘進機を用いた泥濃式推進工法の一実施形態について説明する。この泥濃式推進工法は、泥濃式掘削機の後端部に、工場で製造された推進管（例えば、鉄筋コンクリート管、硬質塩化ビニル管、鋼管、鋳鉄管等）を取り付け、発進立坑内に設置した元押ジャッキの推進力を利用して、上記推進管を推進・埋設する工法である。この工法においては、カッタ９の前方（切羽付近）に高濃度の泥水（増粘剤や目詰材等の添加剤が添加された比重１．０７〜１．２５程度の泥水）を供給して切羽の安定を図りつつカッタ９により地山を掘削するようにする。
【００２２】
このカッタ９により掘削された土砂は、泥水とともにチャンバ５内に流入し、ピンチ弁２１が開放状態にあるときには、漸次狭隘となる後方に向けて順次送り込まれることにより、相対的に回転する破砕用ライナ１３と破砕用コーン１２との間隙Ｓに流入し、この間隙Ｓを通過する過程で、その中に含まれる礫が徐々に小さく破砕されて、真空ポンプで吸引できる大きさ以下に微細化される。その際に、上記掘削土砂は撹拌部材１７により撹拌されることとなるので、流動性が高められ、上記間隙Ｓを閉塞することが防止される。
【００２３】
真空ポンプで吸引できる大きさ以下に微細化された掘削土砂は、上記間隙Ｓから排出溝１５に流入した後、撹拌部材１８により撹拌されながら順次排出管２０内に送り込まれる。その後、上記掘削土砂は、排出管２０によって排土タンク２２に移送された後、真空ポンプにより真空吸引されて排土管２３により坑外へと搬出される。
【００２４】
このように、本実施形態によれば、真空ポンプにより吸引する前段階で、掘削土砂に含まれる礫を、破砕機構で破砕して真空ポンプにより吸引できる大きさ以下に微細化するようにしたので、すべての掘削土砂を真空ポンプで排出することが可能となり、これにより、掘削土砂を排出する際の作業者の負担を大幅に軽減することができるとともに、掘削土砂の排出効率を向上させることができる。
また、相対的に回転する破砕用コーン１２と破砕用ライナ１３とにより上記破砕機構を構成するようにしたので、その間隙Ｓを通過させる過程で、掘削土砂に含まれる礫を一定の大きさ以下、すなわち真空ポンプで吸引できる大きさ以下に効率的に破砕することができる。
【００２５】
また、破砕用コーン１２と破砕用ライナ１３との間隙Ｓに流入した掘削土砂を撹拌部材１７で撹拌するようにしたので、上記間隙Ｓに流入した掘削土砂の流動性を高めて、上記間隙Ｓに掘削土砂が閉塞するのを防止することができる。したがって、上記間隙Ｓをその下流部分において狭めることが可能となり、掘削土砂に含まれる礫をより微細に破砕することが可能となる。そのため、真空ポンプで吸引できない大きさの礫が排土中に残存することをなくすことができるとともに、真空ポンプにかかる負荷を大幅に低減することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、すべての掘削土砂が真空ポンプで排出されることとなるので、掘削土砂を排出する際の作業者の負担を大幅に軽減することができ、掘削土砂の排出効率を格段に向上させることができる。
したがって、掘進途中で礫層を通過するような長距離掘進に対しても当該泥濃式推進工法および掘進機を好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の泥濃式掘進機の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図５】図１のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図６】図１のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【図７】図１のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【図８】図１の破砕用コーンと破砕用ライナとの間隙部分を拡大した図である。
【符号の説明】
１    掘進機本体
５    チャンバ
８    隔壁
９    カッタ
１２  破砕用コーン（破砕機構）
１３  破砕用ライナ（破砕機構）
１７  撹拌部材
２２  排土タンク
【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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