(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機の土砂取込室とその後方の坑内とを連通する筒体状のケーシングと、該ケーシング内の土砂に軸方向の強制的な搬送力を与えるべく回転駆動される複数のスクリュー羽根と、該スクリュー羽根によって搬送される土砂の搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通水性部材とを備え、
上記スクリュー羽根が、その直径が土砂の移送方向後方に向かい縮小するように形成され、
上記通水性部材が、上記ケーシングの後端部に上記スクリュー羽根を覆うように設けられ、土砂の移送方向後方に向かい先細となるように形成された中空のコーン体からなり、 該コーン体を覆うように、上記コーン体から染み出た水分を貯留するためのカバー部材を設けたことを特徴とするシールド掘進機の排土装置。
【請求項２】
上記コーン体の後端部に設けられ、土砂を排出する出口の開口面積を調節するためのゲートを備えた請求項１記載のシールド掘進機の排土装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土砂中の水分を脱水して固形化率を上げることにより排土の取扱性を向上させたシールド掘進機の排土装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機は、筒体状のシールドフレームの前部に設けたカッタによって地山を掘削し、その掘孔の内面にシールドフレーム内に設けたエレクタによってセグメントを組み付け、トンネルを構築するものである。上記カッタにより掘削された掘削土砂は、隔壁で仕切られた土砂取込室に一旦取り込まれ、スクリューコンベヤからなる排土装置によって坑内に搬送される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シールド工法では、大断面や大深度となるとその掘削土砂の運搬および処分が工事の進渉を左右するが、従来は掘削土砂に改良材を加えて運びやすくする方法が主流であり、掘削土砂の減量化は行われていない。よって、地山の土質が水分を多量に含んだものである場合には、コンベヤの出口から排出される排土は水分を含んだものが大量に排出され、その取扱性が悪く運搬および処理に時間がかかっていた。
【０００４】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、掘削土砂をその搬送中に脱水することにより減量化すると共にその取扱性を向上することができるシールド掘進機の排土装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明は、シールド掘進機の土砂取込室とその後方の坑内とを連通する筒体状のケーシングと、該ケーシング内の土砂に軸方向の強制的な搬送力を与えるべく回転駆動される複数のスクリュー羽根と、該スクリュー羽根によって搬送される土砂の搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通水性部材とを備え、上記スクリュー羽根が、その直径が土砂の移送方向後方に向かい縮小するように形成され、上記通水性部材が、上記ケーシングの後端部に上記スクリュー羽根を覆うように設けられ、土砂の移送方向後方に向かい先細となるように形成された中空のコーン体からなり、該コーン体を覆うように、上記コーン体から染み出た水分を貯留するためのカバー部材を設けたものである。
【０００６】
本発明によれば、ケーシング内の土砂は、複数のスクリュー羽根の回転によって軸方向の強制的な搬送力が与えられるため、搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通水性部材内にて圧密化され、土砂中の水分が通水性部材の外側に染み出し、脱水される。よって、排土が減量化されると共にその取扱性が良好となる。
【０００７】
また、上記コーン体の後端部に設けられ、土砂を排出する出口の開口面積を調節するためのゲートを備えていてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１に示すように、シールド掘進機１は、筒体状のシールドフレーム２と、シールドフレーム２内を仕切って設けられた隔壁３と、隔壁３に回転自在に取り付けられたカッタ４とを有している。カッタ４前方の切羽には、掘削性を良好にすべく掘進機１から添加材（泥土化材）が注入される。隔壁４には、その前方の土砂取込室５内の土砂を後方の坑内６へ搬送するための排土装置７が設けられている。
【００１１】
排土装置７は、土砂取込室５と坑内６とを連通する断面繭状に形成されれた筒体状のケーシング８を有している。ケーシング８は、軸方向に沿って均等断面に形成された前部ケーシング８ａと、先細テーパ断面に形成された後部ケーシング８ｂとが接続されて構成されている。前部ケーシング８ａ内には、相互に逆方向に螺旋状に形成されたスクリュー羽根９，９を有する２本の回転軸１０，１０が、スクリュー羽根９，９同志がラップするようにして平行に収容されている。これら回転軸１０，１０は、図示しないモータによって相互に逆方向に回転駆動される。
【００１２】
スクリュー羽根９，９の肉厚は、それぞれ対向するスクリュー羽根９，９の１ピッチ分の隙間に嵌まる肉厚となっている。これにより、１ピッチ隔てて隣接するスクリュー羽根９，９と前部ケーシング８ａの内面とによって密閉空間（土砂移送室１１）が区画される。よって、双方の回転軸１０，１０を逆方向に回転させることにより、各土砂移送室１１内の土砂が強制的に軸方向に移送される（容積式ポンプ作用）。また、前部ケーシング８ａには、土砂中から所定粒径以上の礫を取り出すためのダクト１２およびスライド蓋１３が設けられている。なお、上記各スクリュー羽根９，９の螺旋方向を同方向とし、それら回転軸１０，１０を同方向に回転させて前部ケーシング８ａ内の土砂に強制搬送力を与えるようにしてもよい。
【００１３】
他方、後部ケーシング８ｂ内には、相互に逆方向に螺旋状に形成されたスクリュー羽根１４，１４が２本噛み合うようにして収容されている。これらスクリュー羽根１４，１４は、図２に示すように中心部に回転軸（駆動軸）を有さない所謂リボン型のものであり、軸方向後方に向かって徐々に中心部の空間の直径Ｄが縮小するようにテーパ状に形成されている。これらスクリュー羽根１４，１４は、図示しないモータによって相互に逆方向に回転駆動されるようになっており、後部ケーシング８ｂ内の土砂に軸方向の強制搬送力および攪拌力を与えるものである。なお、上記各スクリュー羽根１４，１４の旋回方向を同方向とし、回転方向を同方向としてもよい。
【００１４】
後部ケーシング８ｂの後端部には、スクリュー羽根１４，１４によって搬送される土砂の搬送断面積を徐々に小さくするように、テーパ状に形成された通水性部材１５が設けられている。通水性部材１５は、土砂の移送方向に沿って先細に形成された中空のコーン体１６からなっている。通水性部材１５は、掘削土砂は通さないが水分は通す格子を有する金網や、極小の複数の穴を有する多孔性物質や、鋼板に複数の孔を穿ったパンチングメタル等から構成されている。かかる通水性部材１５の内側には、上述のようにテーパ状に形成された各スクリュー羽根１４，１４が収容され、各スクリュー羽根１４，１４のリボン縁部が通水性部材１５に当接するようになっている。
【００１５】
通水性部材１５の外側には、当該通水性部材１５から染み出た水分を貯留するためのカバー部材１７が設けられている。カバー部材１７は、上記通水性部材１５よりも一回り大きな断面の筒体からなり、通水性部材１５を覆って取り付けられている。カバー部材１７には、抽出された水分を取り出すための排水管１７ａが接続されている。なお、カバー部材１７を気密構造とし、その内部を減圧するための排気ポンプ（図示せず）を接続してもよい。
【００１６】
本実施形態の作用を述べる。
【００１７】
シールド掘進機１の土砂取込室５内の掘削土砂は、前部ケーシング８ａ内の２本のスクリュー羽根９，９の回転によって軸方向に強制的な搬送力が与えられて後部ケーシング８ｂに導かれ、後部ケーシング８ｂ内の２本のスクリュー羽根１４，１４の回転によって軸方向の搬送力および攪拌力が与えられて出口１８から排出される。
【００１８】
この際、後部ケーシング８ｂ内を搬送される土砂は、搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通水性部材１５内にて圧密化されるため、土砂中の水分が通水性部材１５の外側のカバー部材１７内に染み出し、脱水される。なお、カバー部材１７にその内部を減圧するための排気ポンプ（図示せず）を接続すれば、カバー部材１７内を真空状態に近くすることができ、脱水効果が高まる。なお、出口１８に図示しないゲートを設けて出口１８の排土面積を調節することにより土砂の圧密度を調節するようにしてもよい。
【００１９】
この結果、後部ケーシング８ｂの出口１８から排出される土砂は、脱水された水分の分だけ減量化されると共に、土質がパサパサの状態に近くなり、取扱性が向上する。かかる脱水効果は、土砂が機械的に圧縮されることによってなされるので、土質の変化や作業員の習熟度に影響を受けずに確実に達成される。よって、出口１８から排出された脱水済みの排土は、図１に示すように一般的なベルトコンベヤ１９で搬送することができる。
【００２０】
仮に脱水されないとすると水分を含んだドロドロの排土（取扱いが困難）となるため、その排土が零れないようなバケットを有するトロッコ等を用いて搬送する必要があるが、本実施形態によれば一般的なベルトコンベヤ１９で済むのである。ベルトコンベヤ１９によって搬送された排土は、バケットエレベータ２０によって立坑から地上に搬送される。
【００２１】
また、通水性部材１５の外側に染み出した土砂中の水分は、カバー部材１７内に貯留され排水管１７ａから取り出されるが、この水分中にはカッタ４による掘削性を良好にすべく掘進機１から切羽に注入添加された添加材（泥土化材）が混合している。よって、これを回収して再度切羽に添加するようにすれば、添加材が再利用されることとなりその使用量を低減できる。
【００２２】
また、前部ケーシング８ａと後部ケーシング８ｂとの接続部近傍にて、後部ケーシング８ｂ内に公知の残土改良材を注入するようにすれば、注入された残土改良材は後部ケーシング８ｂ内の２つのスクリュー羽根１４，１４によって効率良く攪拌されるため、脱水効果と相俟って残土改良効果が高まる。
【００２３】
別の実施形態を図３に示す。
【００２４】
この排土装置は、前実施形態の後部ケーシング８ｂの部分のみが異なっているため、その相違部分のみを説明する。
【００２５】
本実施形態の後部ケーシング８ｂに設けられる通水性部材１５（前実施形態と同様の中空のコーン体１６）の内部には、前実施形態とは異なりシャフト１４ｂ付きのスクリュー羽根１４ａが収容される。スクリュー羽根１４ａは、前実施形態のものと同様の旋回方向に形成されており、シャフト１４ｂを駆動装置１４ｃで回転駆動することにより前実施形態と同様に回転駆動される。
【００２６】
通水性部材１５の回りには、カバー部材１７が取り付けられている。カバー部材１７には、水分を取り出すための排水管１７ａが接続されていると共に、図示しない排気ポンプが接続されている。排水管１７ａより取り出された水分からは、前実施形態と同様に泥土化材を回収できる。また、後部ケーシング８ｂの端部には、排土の出口１８が開口されており、出口１８には、排土用のゲート１８ａがスライド自在に設けられている。
【００２７】
この構成によれば、ゲート１８ａをスライドさせて出口１８の開口面積を調節することにより、後部ケーシング８ｂ内の土砂の圧密の度合いを調節でき、脱水量を制御できる。なお、図中、矢印３０は泥土、矢印３１は脱水、矢印３２は脱水土である。
【００２８】
本発明の実施形態ではない参考形態を図４に示す。
【００２９】
この排土装置は、前実施形態の後部ケーシング８ｂの部分のみが異なっているため、その相違部分のみを説明する。
【００３０】
この参考形態の後部ケーシング８ｂは、前実施形態とは異なりその繭型断面が軸方向に沿ってテーパ状ではなく均等断面となっており、その内部に相互に逆方向に螺旋状に形成されたスクリュー羽根２１，２１を有する回転軸２２，２２が２本平行に収容されている。これらスクリュー羽根２１，２１は、図示しないモータによって相互に逆方向に回転され、後部ケーシング８ｂ内の土砂に軸方向の強制的な搬送力と攪拌力とを与える。なお、上記各スクリュー羽根２１，２１の旋回方向を同方向とし、回転軸２２，２２の回転方向を同方向としてもよい。
【００３１】
各回転軸２２，２２の後端部には、各スクリュー羽根２１，２１によって搬送される土砂の搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通水性部材２３が設けられている。通水性部材２３，２３は、前実施形態と同様の材質のものが用いられ、土砂の移送方向に沿って末広に形成された中空の逆コーン体２４，２４からなっている。逆コーン体２４の径方向外方には、上記後部ケーシング８ｂが延長されており、土砂の搬送断面積が徐々に小さくなっている。
【００３２】
逆コーン体２４の底部には、円板状の蓋部材２５がそれぞれ取り付けられている。蓋部材２５の直径は、後部ケーシング８ｂの後端部に繭型状に開口された土砂の出口２６の一部を、蓋部材２５の径方向外側に残す直径となっている。蓋部材２５には、逆コーン体２４の内部に貯留された水分を排水するための排水管２７が接続されている。排水管２７にはバキュームポンプが接続されている。なお、排水管２７を蓋部材２５の中心に取り付け、スクリュー羽根２１の回転駆動軸と兼用してもよい。
【００３３】
この参考形態の作用を述べる。
【００３４】
後部ケーシング８ｂ内をスクリュー羽根２１，２１によって強制的に軸方向に搬送される土砂は、搬送断面積を徐々に小さくするようにテーパ状に形成された通水性部材２３と後部ケーシング８ｂの内面との間にて圧密化されるため、土砂中の水分が通水性部材２３の内部に染み出し、脱水される。そして、脱水された土砂が、後部ケーシング８ｂの後端部の出口２６から排出される。なお、出口２６に図示しないゲートを設けて圧密度を調節するようにしてもよい。他方、通水性部材２３の内部に貯留された水分は、バキュームポンプが接続された排水管２７から排水される。
【００３５】
この結果、出口２６からの排土が減量化されると共に脱水されてその取扱性が良好となり、前実施形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、出口２６から排出される脱水された排土をベルトコンベヤ等によって搬送でき、排水管２７から排水された水分には切羽に注入添加された添加材（泥土化材）が含まれているためそれを再び切羽に注入して再使用でき、後部ケーシング８ｂ内に残土改良材を注入すれば各スクリュー羽根２１，２１によって効率良く攪拌されるため残土改良効果を高めることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るシールド掘進機の排土装置によれば、掘削土砂をその搬送中に脱水することにより減量化すると共にその取扱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の排土装置の全体図である。
【図２】  上記排土装置の要部を示す側断面図である。
【図３】  上記排土装置の別の実施形態を示す側断面図である。
【図４】  上記排土装置の参考形態を示す側断面図である。
【符号の説明】
１  シールド掘進機
５  土砂取込室
６  坑内
８  ケーシング
９  スクリュー羽根
１４  スクリュー羽根
１５  通水性部材
１６  コーン体
１７  カバー部材
【図１】
0003870472.tif 000002
【図２】
0003870472.tif 000003
【図３】
0003870472.tif 000004
【図４】
0003870472.tif 000005