(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水底にトンネルを建造するべく上側が水内に位置し、下側が水底土砂内に埋没して掘進する水底開削シールド掘進機であって、シールドフレームの先端の上部に設けられ上記水底開削シールド掘進機が掘進する水底面の状態を探査する水底面計測装置と、この水底面計測装置にて計測された水底面の状態に応じてスクリュコンベヤによる排土量を増減する排土量調整機構とを備えたことを特徴とする水底開削シールド掘進機。
【請求項２】
上記排土量調整機構が、上記水底面計測装置からの信号に応じて上記スクリュコンベヤのスクリュの回転速度を調整する制御装置を備えた請求項１記載の水底開削シールド掘進機。
【請求項３】
上記水底面計測装置が、上記水底開削シールド掘進機の軸方向にスライド自在で幅方向に揺動自在に設けられた請求項１または２いずれかに記載の水底開削シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水底にトンネルを建造する水底開削シールド掘進機に係り、特に掘削した土砂の排土量管理を行えるように改良した水底開削シールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機は、その先端のカッタの回転と、シールドジャッキによる推進力によって、地中を掘進するようになっている。従来のカッタは、シールドフレーム先端の全面に亘って設けられている。
【０００３】
ところで、海底や川底等の水底にトンネルを建造する場合、従来は水底面にシールド掘進機全体が埋没するように配置して掘進を行うようになっていた。しかしながら、上述のシールド掘進機では、水底に全体が埋没しているため、推進抵抗が大きい。
【０００４】
そこで、本発明者等は、シールド掘進機の上側が水内に位置し、下側が水底土砂内に埋没して掘進することによって、推進抵抗を低減することができる水底開削シールド掘進機を提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シールド掘進機の上側が水内に位置し、下側が水底土砂内に埋没して掘進する水底開削シールド掘進機では、水底面が平らでない場合に、下側に位置するスクリュコンベヤの開口部に上側からの水みちができることがある。このように下側に水みちが一旦できると、スクリュコンベヤから水が吸い込まれて、水底開削シールド掘進機１内への水の吹き上げが発生して掘進ができなくなってしまうといった問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、シールド掘進機の下側に位置するスクリュコンベヤの開口部に水みちを作ることなく掘進することができる水底開削シールド掘進機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、水底にトンネルを建造するべく上側が水内に位置し、下側が水底土砂内に埋没して掘進する水底開削シールド掘進機であって、シールドフレームの先端の上部に設けられ上記水底開削シールド掘進機が掘進する水底面の状態を探査する水底面計測装置と、この水底面計測装置にて計測された水底面の状態に応じてスクリュコンベヤによる排土量を増減する排土量調整機構とを備えたものである。
【０００８】
上記構成によれば、水底面の状態に応じて、排土量を調整するので、水底面を好適な一定のレベルに保つことができる。従って、シールド掘進機の下側に位置するスクリュコンベヤの開口部に水みちが作られるのを防止でき、好適な掘進を行うことができる。
【０００９】
そして、上記排土量調整機構が、上記水底面計測装置からの信号に応じて上記スクリュコンベヤのスクリュの回転速度を調整する制御装置を備えたものが好ましい。
【００１０】
また、上記水底面計測装置が、上記水底開削シールド掘進機の軸方向にスライド自在で幅方向に揺動自在に設けられたものが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
図１は本発明に係る水底開削シールド掘進機の好適な実施の形態を示した断面図、図２は本発明に係る水底開削シールド掘進機の好適な実施の形態を示した平面図、図３は本発明に係る水底開削シールド掘進機の好適な実施の形態を示した正面図である。
【００１３】
まず、本実施の形態に係る水底開削シールド掘進機の構成を説明する。
【００１４】
係る水底開削シールド掘進機１は、水底にトンネルを建造するものであって、図示するように、シールドフレーム２の先端の下側に土砂を掘削するカッタ３が設けられており、上側が水内に位置し、下側が水底土砂内に埋没して掘進するようになっている。
【００１５】
カッタ３は、モータ４によって回転するカッタ回転軸５からその径方向にカッタスポーク６が延出したスポーク式のものが用いられている。カッタ回転軸５はバルクヘッド７を貫通して設けられており、その先方側にカッタスポーク６が、後方側にモータ４がそれぞれ設けられている。
【００１６】
カッタ３は、幅方向左右に隣接して２機設けられており、カッタスポーク６の回転軌道が互いにラップするように配置されている。各カッタ３はそれぞれのカッタスポーク６が干渉しないように、同期して逆方向に回転する。
【００１７】
バルクヘッド７の各カッタ３の間の下部位置には、カッタ３によって掘削された水底土砂を取り込む土砂取込口８が形成されている。土砂取込口８の後方には水底土砂を後方に掻き出すスクリュコンベヤ９が設けられている。このスクリュコンベヤ９は、組み立てられたセグメント１１の上部に掘削した水底土砂を載せる装置（図示せず）に接続されている。
【００１８】
なお、図１中、１２はセグメント１１を組み立てるエレクタ、１４は組み立てられたセグメント１１を押して掘進の推進力を得るためのシールドジャッキをそれぞれ示す。
【００１９】
シールドフレーム２の先端の上側には、カッタ３の上方を覆う突出部１５が形成されている。突出部１５は、幅方向中心部が前方に突出しており、幅方向中心から後方に行くに連れて左右に広がるように形成されている。この前面部分で、余剰の水底土砂をシールドフレームの左右に掻き分けるようになっている。
【００２０】
一方、突出部１５の下端面は、後方に行くに連れて下方に下がるように傾斜して形成されており、掘削した水底土砂をカッタ３（下方）側へ案内するようになっている。この下端面は、掘削される水底土砂の安息角と略同等の角度で傾斜している。
【００２１】
ところで、本発明に係る水底開削シールド掘進機１は、シールドフレーム２の先端の上部に設けられ水底開削シールド掘進機１が掘進する水底面２１の状態を探査する水底面計測装置２２と、この水底面計測装置２２にて計測された水底面２１の状態に応じてスクリュコンベヤ９による排土量を増減する排土量調整機構２３とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
水底面計測装置２２は、超音波探査装置２４が用いられており、突出部１５の幅方向中央部の上端に取り付けられたロッド２５の先端下側に取り付けられている。超音波探査装置２４は、その装置から水底面２１までの距離を計測して、その状態を探査する。
【００２３】
ロッド２５は、図１及び図２に示すように、水底開削シールド掘進機１の軸方向にスライド自在で且つ幅方向に揺動自在に設けられている。これによって、超音波探査装置２４は、水底開削シールド掘進機１が掘進する水底面２１の所定範囲内の任意の場所を探査することができる。
【００２４】
排土量調整機構２３は、水底面計測装置２２（超音波探査装置２４）からの信号に応じてスクリュコンベヤ９のスクリュ１６の回転速度を調整する制御装置２６を備えている。この制御装置２６は、水底面計測装置２２及びスクリュコンベヤ９のモータ１７にそれぞれ電気的に接続されており、モータ１７の回転数を増減させる。
【００２５】
具体的には、水底開削シールド掘進機１前方の水底面２１が低くなった場合には、これを超音波探査装置２４が検知して、その信号が制御装置２６に送られ、制御装置２６からスクリュコンベヤ９のモータ１７にその回転数を減らす信号が送られ、排土量を減少させる。一方、水底面２１が高くなった場合には、水底面２１が好適なレベルよりも下がらない程度にモータ１７の回転数を増やして、排土量を増加させる。
【００２６】
次に、上記構成による水底開削シールド掘進機１の作用を説明する。
【００２７】
係る水底開削シールド掘進機１は掘進しながら、超音波探査装置２４にて前面の水底面２１を探査する。このとき、水底面２１のレベルが好適な場合は、スクリュコンベヤ９をそのままの回転数で継続して掘削土砂を排土する。
【００２８】
水底面２１のレベルが高くなると、超音波探査装置２４が、水底面２１までの距離が短くなったのを検知し、制御装置２６へと信号を送る。そして、制御装置２６からの信号によりスクリュコンベヤ９での搬出量を増加させて、水底面２１を好適なレベルに戻す。
【００２９】
一方、水底面２１のレベルが低くなると、超音波探査装置２４が、水底面２１までの距離が長くなったのを検知し、制御装置２６へと信号を送る。そして、制御装置２６からの信号によりスクリュコンベヤ９での搬出量を減少させて、水底面２１を好適なレベルに戻す。なお、このときのシールドジャッキ１４の伸縮速度は一定になっている。
【００３０】
このように、本発明によれば、水底面２１の状態に応じて、排土量を調整するので、水底面２１を好適な一定のレベルに保つことができる。従って、水底開削シールド掘進機１の下側に位置するスクリュコンベヤ９の開口部である土砂取込口８に繋がる水みちが作られるのを防止でき、水がスクリュコンベヤ９内に流れ込むのを防止できる。これによって、スクリュコンベヤ９から水底開削シールド掘進機１内への水の吹き上げを防止でき、好適な掘進を行うことができる。
【００３１】
また、水底開削シールド掘進機１の周囲の水底面２１を乱すのを防止できるので、既設のトンネルの近傍に新たなトンネルを建造する場合などに、既設のトンネルや水底面２１の環境に与える影響を最小限に抑えることができる。
【００３２】
なお、上記実施の形態においては、排土量調整機構２３がスクリュコンベヤ９のスクリュ１６の回転速度を調節することによって、排土量の調整を行うようになっているが、これに限られるものではない。例えば、スクリュコンベヤ９のスクリュ１６の回転速度は一定のままでシールドジャッキ１４の伸縮速度を調整して排土量を調整するものであってもよい。
【００３３】
また、上記実施に形態では、カッタ３が水底開削シールド掘進機１の下側に設けられ、上部の突出部１５の上端に水底面計測装置２２が設けられているが、カッタがシールドフレームの前面全体に設けられたシールド掘進機であっても、水底面計測装置を取り付けるロッドを、カッタに干渉しないように配置すれば、
適用できるのは勿論である。
【００３４】
さらに、上記実施の形態では、カッタ３がカッタスポーク式の回転型のものとなっているが、これに限られるものではない。例えば、揺動式のカッタ等、他の形状のものであってもよい。
【００３５】
また、本実施の形態では、水底面計測装置として、超音波探査装置２４が設けられているが、これに限られるものではない。例えば、電波による計測装置や、位相のずれを計測する光波による計測装置や、反射時間を計測するレーザによる計測装置や、２台のカメラ等により水底面高さを画像処理してステレオタイプ的に計測する計測装置であってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、水底面の状態に応じて、排土量を調整するので、水底面を好適な一定のレベルに保つことができ、水底開削シールド掘進機の下側に水みちが作られるのを防止でき、水がスクリュコンベヤ内に流れ込むのを防止できる。これによって、スクリュコンベヤから水底開削シールド掘進機内への水の吹き上げを防止でき、好適な掘進を行うことができるといった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水底開削シールド掘進機の好適な実施の形態を示した断面図である。
【図２】本発明に係る水底開削シールド掘進機の好適な実施の形態を示した平面図である。
【図３】本発明に係る水底開削シールド掘進機の好適な実施の形態を示した正面図である。
【符号の説明】
１  水底開削シールド掘進機
２  シールドフレーム
９  スクリュコンベヤ
１６  スクリュ
２１  水底面
２２  水底面計測装置
２３  排土量調整機構
２４  超音波探査装置
２６  制御装置
【図１】
0004471143.tif 000002
【図２】
0004471143.tif 000003
【図３】
0004471143.tif 000004