(57)【要約】【課題】  土砂処理装置並びにトンネル掘削機及び掘削工法において、設備コストや処理コストの低減を図ると共に泥水土砂を水と固形物とに確実に分離することで土砂処理効率の向上を図る。【解決手段】  掘削機本体１１に形成されたチャンバ３２に第１、第２スクリューコンベヤ３３，３４を連結し、この第２スクリューコンベヤ３２の後端部に加圧ろ過装置としての加圧装置３５〜３８を連結すると共に、この加圧装置３５〜３８により圧縮された固形物としての砂礫を所定量ずつ切出す切出装置４３〜４６を設ける一方、加圧装置３５〜３８に分離した水分をチャンバ３２に戻す送水管６４，６５を連結する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
泥水土砂を加圧して水分と固形物とに分離する加圧ろ過手段と、該加圧ろ過手段により圧縮された固形物を所定量だけ切出す固形物切出手段と、前記加圧ろ過手段により分離された水分を排出する排水手段とを具えたことを特徴とする土砂処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の土砂処理装置において、前記固形物切出手段は、前記加圧ろ過手段により圧縮された固形物の一部を収容する収容部を有し、該収容部が固形物収容位置と固形部排出位置とに移動自在に支持されたことを特徴とする土砂処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の土砂処理装置において、前記加圧ろ過手段は、泥水土砂を供給する筒状のケーシングと、該ケーシングの一端部側に移動自在に設けられた加圧ピストンと、前記ケーシングの他端部側に装着されたフィルタとを有し、前記固形物切出手段は、該フィルタに隣接して設けられたことを特徴とする土砂処理装置。
【請求項４】
請求項３記載の土砂処理装置において、前記固形物切出手段は、前記ケーシングに交差する方向に移動自在に支持された切出板と、該切出板に形成されて前記ケーシングの内部に連通した位置で固形物を収容する収容部とを有することを特徴とする土砂処理装置。
【請求項５】
請求項４記載の土砂処理装置において、前記切出板が移動して前記収納部が前記ケーシングの外方に移動したとき、該収容部に収容された固形物を押出す押出し手段が設けられたことを特徴とする土砂処理装置。
【請求項６】
請求項１記載の一対の土砂処理装置を、前記固形物切出手段が対向するように直線状に配設し、該各固形物切出手段の下方に固形物搬送台車を移動自在に支持したことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項７】
切羽の掘削泥水土砂を排出する排泥管と、該排泥管から排出された掘削泥水土砂を加圧して水分と固形物とに分離する加圧ろ過手段と、該加圧ろ過手段により圧縮された固形物を所定量だけ切出す固形物切出手段と、前記加圧ろ過手段により分離された水分を前記切羽に戻す送水管とを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項８】
請求項７記載のトンネル掘削機において、前記加圧ろ過手段は、前記排泥管に連結されて掘削泥水土砂を供給する筒状のケーシングと、該ケーシングの一端部側に移動自在に設けられた加圧ピストンと、前記ケーシングの他端部側に装着されたフィルタとを有し、前記固形物切出手段は、該フィルタに隣接して前記ケーシングに交差する方向に移動自在に支持された切出板と、該切出板に形成されて前記ケーシングの内部に連通した位置で固形物を収容する収容部とを有することを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項９】
請求項８記載のトンネル掘削機において、前記切出板が移動して前記収納部が前記ケーシングの外方に移動したとき、該収容部に収容された固形物を押出す押出し手段が設けられたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項１０】
切羽で発生した掘削泥水土砂を後方に排出し、この排出された掘削泥水土砂を加圧して水分と固形物とに分離し、圧縮された固形物を所定量ずつ複数回にわたって切出す一方、分離された水分を前記切羽に戻して掘削を行うことを特徴とするトンネル掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤を掘削して発生した泥水土砂を処理する土砂処理装置、並びにこの土砂処理装置を適用してトンネルを構築するトンネル掘削機及びトンネル掘削工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
泥水式シールド掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部に円盤形状をなすカッタヘッドが駆動回転可能に装着される一方、後部には掘削機本体を前進させる多数のシールドジャッキが装着されると共に、既設トンネルの内壁面にセグメントを組み付けるエレクタ装置が装着されて構成されている。従って、カッタヘッドを回転させながらシールドジャッキを伸長させると、既設セグメントからの掘削反力を得て掘削機本体が前進し、各カッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネルを形成することができる。
【０００３】
この泥水式シールド掘削機が使用される地盤は、切羽が比較的軟弱で、湧水処理の困難な安定しない地層であり、トンネル掘削作業では、泥水を循環させることにより、この泥水により切羽の安定を図りながら地盤を掘削している。即ち、地盤掘削により発生したずりを排泥ポンプにより泥水として地上に流体輸送し、この地上に設置された処理施設で土砂と泥水に分離し、泥水ポンプにより泥水をチャンバに戻して加圧状態に維持することで、切羽の安定を図っている。
【０００４】
そのため、ずりを地上に排出するための排泥ポンプ及び排泥管と、泥水をチャンバに戻すための泥水ポンプ及び泥水管が必要となり、配管設備が大掛かりなものとなって設備コストが増大してしまうという問題がある。また、チャンバ内でのずりの流動性を確保するために、ずりに対してベントナイトなどの添加材を注入しているため、地上に流体輸送されて分離された土砂は産業廃棄物として処理しなければならず、処理コストが増大してしまう。
【０００５】
このような問題を解決するために、本出願人は、下記に示す特許文献１として「トンネル掘削工法」を既に出願している。この「トンネル掘削工法」は、掘削泥水土砂をスクリューコンベヤにより後方に搬送し、加圧装置により加圧して水と砂礫に分離し、水を切羽に戻す一方、砂礫を外部に排出して地上に搬送することで、設備コストの低減を図ったものである。
【特許文献１】特開２００３−１４８０８７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した「トンネル掘削工法」では、掘削泥水土砂を加圧装置により加圧して水と砂礫に分離しているが、この加圧装置として、ケーシング、ピストン、フィルタ等を用いており、加圧圧縮した砂礫をケーシングの端部からゲートを開けて排出している。ところが、ケーシング内に供給された全量の泥水土砂を加圧して脱水するには、多大な圧力が必要となり、加圧ジャッキの大型化を招いてしまう。また、所定量の泥水土砂を筒状のケーシング内で加圧した場合、土砂の脱水状態がケーシングの長手方向で不均一となり、良好な砂礫を得ることが困難となってしまう。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するものであって、設備コストや処理コストの低減を図ると共に泥水土砂を水と固形物とに確実に分離することで土砂処理効率の向上を図った土砂処理装置、トンネル掘削機、トンネル掘削工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の土砂処理装置は、泥水土砂を加圧して水分と固形物とに分離する加圧ろ過手段と、該加圧ろ過手段により圧縮された固形物を所定量だけ切出す固形物切出手段と、前記加圧ろ過手段により分離された水分を排出する排水手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明の土砂処理装置では、前記固形物切出手段は、前記加圧ろ過手段により圧縮された固形物の一部を収容する収容部を有し、該収容部が固形物収容位置と固形部排出位置とに移動自在に支持されたことを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明の土砂処理装置では、前記加圧ろ過手段は、泥水土砂を供給する筒状のケーシングと、該ケーシングの一端部側に移動自在に設けられた加圧ピストンと、前記ケーシングの他端部側に装着されたフィルタとを有し、前記固形物切出手段は、該フィルタに隣接して設けられたことを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明の土砂処理装置では、前記固形物切出手段は、前記ケーシングに交差する方向に移動自在に支持された切出板と、該切出板に形成されて前記ケーシングの内部に連通した位置で固形物を収容する収容部とを有することを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明の土砂処理装置では、前記切出板が移動して前記収納部が前記ケーシングの外方に移動したとき、該収容部に収容された固形物を押出す押出し手段が設けられたことを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明のトンネル掘削機は、一対の土砂処理装置を、前記固形物切出手段が対向するように直線状に配設し、該各固形物切出手段の下方に固形物搬送台車を移動自在に支持したことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７の発明のトンネル掘削機は、切羽の掘削泥水土砂を排出する排泥管と、該排泥管から排出された掘削泥水土砂を加圧して水分と固形物とに分離する加圧ろ過手段と、該加圧ろ過手段により圧縮された固形物を所定量だけ切出す固形物切出手段と、前記加圧ろ過手段により分離された水分を前記切羽に戻す送水管とを具えたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８の発明のトンネル掘削機では、前記加圧ろ過手段は、前記排泥管に連結されて掘削泥水土砂を供給する筒状のケーシングと、該ケーシングの一端部側に移動自在に設けられた加圧ピストンと、前記ケーシングの他端部側に装着されたフィルタとを有し、前記固形物切出手段は、該フィルタに隣接して前記ケーシングに交差する方向に移動自在に支持された切出板と、該切出板に形成されて前記ケーシングの内部に連通した位置で固形物を収容する収容部とを有することを特徴としている。
【００１６】
請求項９の発明のトンネル掘削機では、前記切出板が移動して前記収納部が前記ケーシングの外方に移動したとき、該収容部に収容された固形物を押出す押出し手段が設けられたことを特徴としている。
【００１７】
請求項１０の発明のトンネル掘削工法は、切羽で発生した掘削泥水土砂を後方に排出し、この排出された掘削泥水土砂を加圧して水分と固形物とに分離し、圧縮された固形物を所定量ずつ複数回にわたって切出す一方、分離された水分を前記切羽に戻して掘削を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明の土砂処理装置によれば、泥水土砂を加圧して水分と固形物とに分離する加圧ろ過手段と、この加圧ろ過手段により圧縮された固形物を所定量だけ切出す固形物切出手段と、加圧ろ過手段により分離された水分を排出する排水手段とを設けたので、泥水土砂から水分を分離して固形物を形成し、この固形物を所定量ずつ切出して排出することができ、泥水土砂を地上に排出するための排泥ポンプや排泥管などの排土設備が不要となり、全体の排土設備をコンパクトにすることができると共に、設備コストを低減することができ、また、泥水土砂を水と固形物とに確実に分離することができるため、固形物の搬送が容易となり、土砂処理効率を向上することができる。
【００１９】
請求項２の発明の土砂処理装置によれば、固形物切出手段として、加圧ろ過手段により圧縮された固形物の一部を収容する収容部を設け、この収容部を固形物収容位置と固形部排出位置とに移動自在に支持したので、脱水された固形物だけを収容部を通して確実に排出することができる。
【００２０】
請求項３の発明の土砂処理装置によれば、加圧ろ過手段を、泥水土砂を供給する筒状のケーシングと、ケーシングの一端部側に移動自在に設けられた加圧ピストンと、ケーシングの他端部側に装着されたフィルタとで構成し、固形物切出手段をフィルタに隣接して設けたので、加圧ろ過手段の構成を簡素化して設備コストを低減することができると共に、フィルタの直前の固形物を切出すため、確実に脱水された固形物のみを排出することができる。
【００２１】
請求項４の発明の土砂処理装置によれば、固形物切出手段を、ケーシングに交差する方向に移動自在に支持された切出板に、ケーシングの内部に連通した位置で固形物を収容する収容部を形成して構成したので、固形物切出手段の構成を簡素化することで、装置の小型化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００２２】
請求項５の発明の土砂処理装置によれば、切出板を移動して収納部がケーシングの外方に移動したとき、この収容部に収容された固形物を押出す押出し手段を設けたので、切出板により切出した固形物を容易に排出することができる。
【００２３】
請求項６の発明のトンネル掘削機によれば、一対の土砂処理装置を、固形物切出手段が対向するように直線状に配設し、各固形物切出手段の下方に固形物搬送台車を移動自在に支持したので、複数の土砂処理装置から取り出した固形物としての土砂を搬送台車により効率的に集積して排出することができ、土砂処理効率を向上することができる。
【００２４】
請求項７の発明のトンネル掘削機によれば、切羽の掘削泥水土砂を排出する排泥管と、排泥管から排出された掘削泥水土砂を加圧して水分と固形物とに分離する加圧ろ過手段と、加圧ろ過手段により圧縮された固形物を所定量だけ切出す固形物切出手段と、加圧ろ過手段により分離された水分を前記切羽に戻す送水管とを設けたので、掘削泥水土砂から水分を分離して固形物を形成し、この固形物を所定量ずつ切出して排出することができ、地上に排出するための排泥ポンプや排泥管などの排土設備が不要となり、全体の排土設備をコンパクトにすることができると共に、設備コストを低減することができ、また、泥水土砂を水と固形物とに確実に分離することができるため、固形物の搬送が容易となり、土砂処理効率を向上することができる。
【００２５】
請求項８の発明のトンネル掘削機によれば、加圧ろ過手段を、排泥管に連結されて掘削泥水土砂を供給する筒状のケーシングと、ケーシングの一端部側に移動自在に設けられた加圧ピストンと、ケーシングの他端部側に装着されたフィルタとで構成し、固形物切出手段を、フィルタに隣接してケーシングに交差する方向に移動自在に支持された切出板と、切出板に形成されてケーシングの内部に連通した位置で固形物を収容する収容部とで構成したので、加圧ろ過手段及び固形物切出手段の構成を簡素化して装置の小型化並びに設備コストの低減を図ることができると共に、フィルタの直前の固形物を切出すため、確実に脱水された固形物のみを排出することができる。
【００２６】
請求項９の発明のトンネル掘削機によれば、切出板を移動して収納部がケーシングの外方に移動したとき、収容部に収容された固形物を押出す押出し手段を設けたので、切出板により切出した固形物を容易に排出することができる。
【００２７】
請求項１０の発明のトンネル掘削工法によれば、切羽で発生した掘削泥水土砂を後方に排出し、この排出された掘削泥水土砂を加圧して水分と固形物とに分離し、圧縮された固形物を所定量ずつ複数回にわたって切出す一方、分離された水分を前記切羽に戻して掘削を行うようにしたので、掘削泥水土砂から水分を分離して固形物を形成し、この固形物を所定量ずつ切出して排出することができ、地上に排出するための排泥ポンプや排泥管などの排土設備が不要となり、全体の排土設備をコンパクトにすることができると共に、設備コストを低減することができ、また、泥水土砂を水と固形物とに確実に分離することができるため、固形物の搬送が容易となり、土砂処理効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の土砂処理装置並びにトンネル掘削機及び掘削工法を実施するための最良の形態は、泥水土砂を加圧して水分と固形物とに分離し、圧縮された固形物を所定量ずつ複数回にわたって切出して排出するものであり、以下に、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１に本発明の一実施例に係る泥水式トンネル掘削機に搭載された土砂処理装置の平面視、図２に本実施例の土砂処理装置の正面視、図３に図１のIII−III断面、図４に図１のIV−IV断面、図５に本実施例の土砂切出装置の概略、図６に本実施例の泥水式トンネル掘削機の概略断面、図７及び図８に本実施例の泥水式トンネル掘削機によるトンネル掘削工法を表す概略を示す。
【００３０】
本実施例のトンネル掘削機は、特に、深度４０ｍ以上の、所謂、大深度におけるトンネル掘削作業に用いられるものであり、このような大深度の地層は比較的硬質なもので、且つ、地下水が発生しやすいものとなっている。従って、本実施例では、土砂処理装置を泥水式トンネル掘削機に搭載したものとして説明する。
【００３１】
本実施例の泥水式トンネル掘削機において、図６に示すように、掘削機本体１１は円筒形状をなし、前部にカッタヘッド１２が回転自在に装着されており、このカッタヘッド１２は前面に多数のカッタビット１３が固定されると共に、外周部にコピーカッタ１４が出没自在に装着されている。また、カッタヘッド１２の後部にはリングギア１５が固定される一方、掘削機本体１１には複数の旋回モータ１６が取付けられ、各旋回モータ１６の駆動ギア１７がこのリングギア１５に噛み合っている。従って、旋回モータ１６を駆動して駆動ギア１７を回転駆動すると、リングギア１５を介してカッタヘッド１２を回転することができる。
【００３２】
掘削機本体１１の内周面にはシールドジャッキ１８が周方向に沿って複数並設されており、このシールドジャッキ１８を掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に構築された既設セグメントＳに押し付けることで、その反力により掘削機本体１１を前進することができる。この掘削機本体１１の後部には旋回リング１９が旋回自在に支持され、この旋回リング１９にセグメントＳを組立てるエレクタ装置２０が装着されている。また、掘削機本体１１の後部には架台２１が後方に延設されており、この架台２１にはセグメントＳを搬送する第１ウインチ２２が前後方向に沿って移動自在に支持されている。更に、掘削機本体１１の後方にはトンネル掘削に伴ってトンネルの長手方向に沿ってレール２３が敷設されてきており、このレール２３には門型をなす支持台車２４が移動自在に支持されている。そして、この支持台車２４は連結梁２５を介して架台２１に連結されており、この連結梁２５にはセグメントＳを搬送する第２ウインチ２６が前後方向に沿って移動自在に支持されている。また、レール２３には複数のセグメントＳを搭載して搬送する搬送台車２７が移動自在に支持されており、支持台車２４の中央部を通過してその前後に移動可能となっている。
【００３３】
従って、複数のセグメントＳは搬送台車２７に搭載されて既設トンネル内に搬入され、レール２３を移動して掘削機本体１１の後方まで搬送される。そして、第２ウインチ２６が搬送台車２７上のセグメントＳを吊り下げて前方に移動し、続いて第１ウインチ２２がこのセグメントＳを受け取り、９０度旋回して前方に移動して所定の位置に載置する。エレクタ装置２０はこのセグメントＳを把持して移動し、既設トンネルの内壁面とリング状に組み立てる。
【００３４】
ところで、本実施例の泥水式トンネル掘削機は、比較的硬質な大深度の地盤におけるトンネル掘削作業に用いて好適であり、掘削泥水土砂を加圧ろ過手段に供給して水と固形物としての砂礫と分離（分離工程）し、切羽内の土水圧対抗水圧として分離した水（または補給水）のみを掘削機本体内の閉鎖系循環配管路から供給しながら掘削（掘削工程）する一方、分離された砂礫を地上に搬送（搬送工程）するようにしている。従って、掘削機本体１１の後方には、本実施形態の土砂処理装置３０が設けられている。
【００３５】
この土砂処理装置３０において、図１乃至図６に示すように、掘削機本体１１にはカッタヘッド１２の後方に位置してバルクヘッド３１が取付けられており、カッタヘッド１２とこのバルクヘッド３１との間にチャンバ３２が形成されている。そして、掘削機本体１１内には前傾した第１スクリューコンベヤ３３が配設されており、前端部がこのチャンバ３２に開口して連通している。一方、この第１スクリューコンベヤ３３の後端部には水平な第２スクリューコンベヤ３４が連結されている。
【００３６】
この第２スクリューコンベヤ３３の下方には、加圧ろ過手段としての４つの加圧装置３５〜３８が配設され、排土管３９〜４２を介して連結されている。この加圧装置３５〜３８はほぼ同様の構成をなしているものの、後方の加圧装置３５，３７と前方の加圧装置３６，３８とはその加圧方向が逆になるように対向して配設され、左方に位置する加圧装置３５，３６と右方に位置する加圧装置３７，３８とはその加圧方向が同様になるように並列して配設されると共に前後にずれて配設されている。そして、各加圧装置３５〜３８の先端部に圧縮された砂礫を所定量ずつ切出す固形物切出手段としての切出装置４３〜４６がそれぞれ設けられている。
【００３７】
なお、この加圧装置３６〜３８及び切出装置４３〜４６は、それぞれほぼ同様の構造であるため、一つの加圧装置３６及び切出装置４３についてのみ詳細に説明し、その他の加圧装置３７〜３９及び切出装置４４〜４６については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３８】
即ち、加圧装置３５は、円筒形状をなして水平に支持されたケーシング５１と、このケーシング５１内に移動自在に支持された加圧ピストン５２と、この加圧ピストン５２を往復移動可能な加圧ジャッキ５３と、このケーシング５１の先端部に装着されたフィルタ５４とから構成されている。そして、排土管３９に泥土投入ゲート５５が泥土投入ジャッキ５６により開閉可能となっている。
【００３９】
また、切出装置４４において、図４及び図５に詳細に示すように、ケーシング５１の先端部には取付ブラケット５７により切出板５８がケーシング５１の軸方向に交差する方向に沿って移動自在に支持され、左右の切出ジャッキ５９により移動可能となっている。この切出板５８はケーシング５１の内部に連通する収容部としての２つの切出孔５８ａ，５８ｂが形成されており、各切出孔５８ａ，５８ｂはケーシング５１の内径と同径となっている。この場合、切出板５８はケーシング５１の先端部でフィルタ５４の手前側に隣接して位置している。また、ケーシング５１の上方には、上方に移動した切出板５８の切出孔５８ａに対応して圧縮された砂礫を押出す押出し手段としての上押出ジャッキ６０ａが配設される一方、ケーシング５１の下方には、下方に移動した切出板５８の切出孔５８ｂに対応して圧縮された砂礫を押出す押出し手段としての下押出ジャッキ６０ｂが配設され、取付ブラケット６１により第２スクリューコンベヤ３４に支持されている。各押出ジャッキ６０ａ，６０ｂは駆動ロッドの先端部に切出孔５８ａ，５８ｂと同径の押出板６２ａ，６２ｂを有しており、この切出孔５８ａ，５８ｂ内の砂礫を押出可能となっている。
【００４０】
また、各加圧装置３５〜３８の先端部には送水管６３の一端部が分岐して連結され、他端部は前方に延設されて支持台車２４のスクイズポンプ６４に連結されている。そして、スクイズポンプ６４から前方に延設された送水管６５は先端部が分岐し、開閉弁６６を介してチャンバ３２に連通すると共に、開閉弁６７を介して掘削機本体１１を貫通して周辺地盤に連通している。なお、第２スクリューコンベヤ３４の後端部には、メンテナンス用の開口部６８が形成され、ゲート６９により開閉可能となっている。
【００４１】
従って、泥土投入ゲート５５が開放され、掘削泥水土砂が第２スクリューコンベヤ３４から排土管３９を通してケーシング５１内に所定量供給された状態で、加圧ジャッキ５３を伸長して加圧ピストン５２を移動すると、ケーシング５１内の泥水土砂を圧縮し、特にフィルタ５４近傍の泥水土砂を脱水して水分をフィルタ５４を通して送水管６３に排出する一方、水分が分離された土砂、つまり、砂礫を固めることができる。このとき、切出装置４４の切出板５８は、例えば、一方の切出孔５８ｂがケーシング５１の端部に同心上に位置しており、この切出孔５８ｂ内に脱水された砂礫が充填されることとなり、切出ジャッキ５９を収縮して切出板５８を上方に移動すると、砂礫が充填された切出孔５８ｂはケーシング５１の外方で移動する一方、空の切出孔５８ａがケーシング５１内に移動する。そのため、押出ジャッキ６０ａを伸長することで、押出板６２ａが切出孔５８ｂ内の砂礫を押出して排出することができる一方、切出孔５８ａ内に脱水された砂礫を充填することができる。
【００４２】
なお、各切出装置４３〜４６は、下部が既設トンネルの中心側を向くように所定角度傾斜して、Ｖ字型をなすように配設されており、各切出孔５８ａ，５８ｂから排出された砂礫が落下する途中でケーシング５１に接触しないように考慮されている。そして、この切出装置４３〜４６の下方には、レール２３に沿って土砂搬出台車７０が移動自在に支持されており、切出装置４３〜４６から排出された砂礫をこの土砂搬出台車７０が受け取って外部に搬送することができる。
【００４３】
ここで、このように構成された本実施例のトンネル掘削機によるトンネル掘削作業並びに土砂処理作業について説明する。
【００４４】
トンネルを掘削形成するには、図６に示すように、まず、旋回モータ１６を駆動してカッタヘッド１２を回転しながら、複数のシールドジャッキ１８を伸長して既設セグメントＳへの押し付け反力によって掘削機本体１１を前進させることで、多数のカッタビット１３によって前方の地盤を掘削する。次に、シールドジャッキ１８の何れか一つを縮み方向に作動して既設セグメントＳとの間に空所を形成し、エレクタ装置２０によってこの空所に新しいセグメントＳを装着することでリングセグメントを形成する。
【００４５】
この掘削作業により発生した掘削泥水土砂はチャンバ３２内に取り込まれ、第１、第２スクリューコンベヤ３３，３４によって後方に搬送され、この掘削泥水土砂は各加圧装置３５〜３８により水と砂礫とに分離され、分離した水のみをチャンバ３２に戻す一方、分離された砂礫を各切出装置４３〜４６により所定量ずつ切出して地上に搬送する。この場合、４つの加圧装置３５〜３８及び切出装置４３〜４６を同時に稼動したり、交互に稼動したりすることで、排土処理を効率的に行っている。以下に、掘削泥水土砂の処理作業を詳細に説明するが、各加圧装置３５〜３８及び切出装置４３〜４６の処理はほぼ同様であるため、加圧装置３５及び切出装置４３により処理について詳細に説明する。
【００４６】
即ち、まず、図７(ａ)に示すように、加圧装置３５の泥土投入ゲート５５を開放した状態で、チャンバ３２内の掘削泥水土砂を第１スクリューコンベヤ３３から第２スクリューコンベヤ３４に搬送し、排土管３９を通して加圧装置３５のケーシング５１内に投入する。次に、ケーシング５１内に所定量の掘削泥水土砂が投入されたら、図７(ｂ)に示すように、加圧装置３５の泥土投入ゲート５５を閉止してから、加圧ジャッキ５３を伸長して加圧ピストン５２を移動し、ケーシング５１内の掘削泥水土砂を加圧することで、水分と砂礫とに分離する。この場合、分離された水分には泥土が含まれているが、ケーシング５１の先端部排に設けられたフィルタ５４でろ過されてから送水管６３に排出されるため、掘削泥水土砂は確実に水分と砂礫とに分離されることとなる。
【００４７】
また、この分離処理の作業時、掘削泥水土砂に含有されている水分は、前述したように、ケーシング５１の先端部のフィルタ５４を通って送水管６３に排出されるものであり、泥水土砂を圧縮するとフィルタ５４の近くの水分は容易に送水管６３へ押出されるが、泥水土砂の圧縮によりその粒子間の隙間が減少して目詰まりするため、フィルタ５４から遠い部分の水分が泥水土砂の粒子間を通過して送水管６３側に移動しにくくなり、十分な脱水が困難となる。そこで、加圧ジャッキ５３を所定圧力で伸長して加圧ピストン５２によりケーシング５１内の掘削泥水土砂を加圧圧縮すると、フィルタ５４の近傍の泥水土砂の水分は適正にフィルタ５４を通して送水管６３に排出され、ケーシング５１内に残留したフィルタ５４近傍の土砂は確実に水分が分離されて砂礫となるため、この確実に脱水された砂礫だけを外部に排出する。
【００４８】
即ち、図８(ａ)に示すように、加圧ピストン５２によるケーシング５１内の掘削泥水土砂の加圧時に、切出装置４４では、切出板５８が上方に移動して下方の切出孔５８ｂがケーシング５１の端部に同心上に位置しているため、この切出孔５８ｂ内に脱水された砂礫が充填されることとなる。そのため、この状態で、切出ジャッキ５９を伸長して切出板５８を下方に移動すると、図８(ｂ)に示すように、砂礫が充填された切出孔５８ｂはケーシング５１の外方で移動する一方、空の切出孔５８ａがケーシング５１内に移動する。そして、砂礫が充填された切出孔５８ｂに対して下方の押出ジャッキ６０ｂを伸長することで、図８(ｃ)に示すように、押出板６２ｂが切出孔５８ｂ内に侵入して内部の砂礫を外方に押出して排出し、押出された砂礫を下方の土砂搬送台車７０が受け取る。
【００４９】
一方、切出板５８が移動して切出孔５８ａがケーシング５１の内部に位置すると、加圧ジャッキ５３を継続して所定圧力で伸長しているため、加圧ピストン５２によりケーシング５１内の掘削泥水土砂が更に圧縮されて切出孔５８ａ内に充填され、圧縮された土砂から分離した水分がフィルタ５４を通して送水管６３に排出され、切出孔５８ａ内に土砂は水分が分離されて砂礫となる。そのため、今度は、切出板５８を上方に移動して上方の砂礫が充填された切出孔５８ａをケーシング５１の外方で移動する一方、砂礫が押出されて空となった切出孔５８ｂａをケーシング５１内に移動し、前述と同様に、押出ジャッキ６０ａを伸長して押出板６２ａにより切出孔５８ａｂ内の砂礫を外方に押出して排出する一方、切出孔５８ｂがケーシング５１内部に移動して土砂を充填する。この繰り返し作業によりケーシング５１内の泥水土砂を随時加圧して圧縮しながら脱水することで、水分と砂礫とに分離し、この砂礫を所定量ずつ切出して排出していく。
【００５０】
ところで、このトンネル掘削作業では、チャンバ３２に水を供給して加圧状態に維持することで、この加圧水により切羽の安定を図っている。そのため、チャンバ３２には図示しない土圧センサが設けられており、この土圧センサの検出結果に基づいてチャンバ３２の圧力が所定圧となるように、各加圧装置３５〜３８で掘削泥水土砂から分離した水分をチャンバ３２に戻している。
【００５１】
例えば、図６に示すように、各加圧装置３５〜３８で分離された水分は、送水管６３を通ってスクイズポンプ６４に一旦送られ、このスクイズポンプ６４により送水管６５を介してチャンバ３２に送給することができる。この場合、戻される水分は各ろ過フィルタ５４でろ過されるため、チャンバ３２に泥土が戻されて排土効率を低下させることはない。そして、掘削泥水土砂から分離した水分をチャンバ３２に戻して加圧状態に維持することで、切羽の安定を図っており、掘削泥水土砂に対してベントナイトなどの加泥材を添加する必要もない。更に、分離した水分をチャンバ３２に戻さずに、開閉弁６７を開放することで、周辺の地層に圧送して地下水として戻すようにしてもよい。
【００５２】
このように本実施例のトンネル掘削機にあっては、掘削機本体１１に形成されたチャンバ３２に第１、第２スクリューコンベヤ３３，３４を連結し、この第２スクリューコンベヤ３２の後端部に加圧ろ過装置としての加圧装置３５〜３８を連結すると共に、この加圧装置３５〜３８により圧縮された固形物としての砂礫を所定量ずつ切出す切出装置４３〜４６を設ける一方、加圧装置３５〜３８に分離した水分をチャンバ３２に戻す送水管６４，６５を連結している。
【００５３】
そして、掘削作業により発生した掘削泥水土砂がチャンバ３２内に取り込まれると、第１、第２スクリューコンベヤ３３，３４によって後方に搬送し、加圧装置３５から３８により掘削泥水土砂を加圧して水と砂礫とに分離し、切出装置４３〜４６により分離した砂礫を所定量ずつ切出して排出し、土砂搬出台車７０により地上に搬送する一方、分離した水のみをチャンバ３２に戻すこととなる。
【００５４】
従って、また、泥水土砂から分離して土砂を所定利用ずつ、つまり、確実に固形物状態となった砂礫だけを切出して排出することとなり、泥水土砂を水と固形物とに確実に分離することができるため、固形物の搬送が容易となり、土砂処理効率を向上することができる。
【００５５】
また、水分を含んだ掘削泥水土砂を地上に排出するための排泥ポンプや排泥管などの排土設備が不要となり、全体の排土設備をコンパクトにすることができると共に、設備コストを低減することができる。また、チャンバ３２内での掘削泥水土砂の流動性を確保するために添加するベントナイトなどの添加材も不要となり、分離された砂礫が産業廃棄物として処理する必要となく、処理コストを低減することができると共に、再利用が可能となる。
【００５６】
更に、加圧装置３５〜３８を、筒状のケーシング５１と、このケーシング５１に移動自在に設けられた加圧ピストン５２及び加圧ジャッキ５３と、ケーシング５１の先端部に装着されたフィルタ５４とで構成し、このフィルタ５４に隣接して切出装置４３〜４６の切出板５８を設けている。従って、装置を簡素化して設備コストを低減することができると共に、フィルタ５４の直前の砂礫を切出すため、確実に脱水された固形物のみを排出することができる。
【００５７】
なお、上述の実施例では、第２スクリューコンベヤ３４の後端部に４つの加圧装置３５〜３８を連結したが、掘削泥水土砂の発生量に応じて１つの加圧装置を用いて断続運転してもよく、５つ以上の加圧装置を用いて連続運転してもよい。また、この加圧装置３５〜３８ケーシング５１、加圧ピストン５２、加圧ジャッキ５３、フィルタ５４等により構成したが、この構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る土砂処理装置並びにトンネル掘削機及び掘削工法は、地盤掘削工事で発生した泥水土砂を水分と固形物とに分離し、この固形物を所定量ずつ切出して排出するものであり、トンネル工事に拘わらず、水分を多く含んだ地盤掘削工事に適用することができ、また、トンネル工事であっても、トンネル掘削機の形態は、泥水式あるいは泥土圧式シールド掘削機やトンネルボーリングマシンなどいずれの掘削機にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施例に係る泥水式トンネル掘削機に搭載された土砂処理装置の平面図である。
【図２】本実施例の土砂処理装置の正面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】図１のIV−IV断面図である。
【図５】本実施例の土砂切出装置の概略図である。
【図６】本実施例の泥水式トンネル掘削機の概略断面図である。
【図７】本実施例の泥水式トンネル掘削機によるトンネル掘削工法を表す概略図である。
【図８】本実施例の泥水式トンネル掘削機によるトンネル掘削工法を表す概略図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１  掘削機本体
１２  カッタヘッド
１６  旋回モータ
１８  シールドジャッキ
２０  エレクタ装置
３２  チャンバ
３３  第１スクリューコンベヤ
３４  第２スクリューコンベヤ
３５，３６，３７，３８  加圧装置（加圧ろ過手段）
３９，４０，４１，４２  排土ゲート
４３，４４，４５，４６  切出装置
５１  ケーシング
５２  加圧ピストン
５３  加圧ジャッキ
５４  フィルタ
５８  切出板
５８ａ，５８ｂ  切出孔
５９  切出ジャッキ
６０ａ，６０ｂ  押出ジャッキ
６２ａ，６２ｂ  押出板
６３，６５  送水管
【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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