(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内に、右旋回の螺旋状のスクリュー羽根を有する回転軸と左旋回の螺旋状のスクリュー羽根を有する回転軸とを双方のスクリュー羽根をラップさせて平行に配置し、一方のスクリュー羽根を有する回転軸を他方のスクリュー羽根を有する回転軸に対して軸方向に移動自在とし、上記一方のスクリュー羽根を有する回転軸を軸方向に移動させて、上記一方のスクリュー羽根と上記他方のスクリュー羽根との隙間を狭めるためのアクチュエータを設けたことを特徴とする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、所謂ダブルスクリューコンベヤを用いたシールド掘進機の排土装置に係り、特に、止水性の向上を図ったシールド掘進機の排土装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０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の前部に設けたカッタ３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２内に設けられた図示しないエレクタによってセグメント４を組み付け、トンネルを構築するものである。上記カッタ３により掘削された掘削土砂は、隔壁５で仕切られた土砂取込室６に一旦取り込まれ、排土装置７によって坑内８に搬送される。
【０００３】
上記排土装置７として、図１１および図１２に示すような所謂ダブルスクリューコンベヤが知られている。ダブルスクリューコンベヤは、土砂取込室６とその後方の坑内８とを連通する筒体状のケーシング９内に、右旋回の螺旋状のスクリュー羽根１０を有する回転軸１１と左旋回の螺旋状のスクリュー羽根１２を有する回転軸１３とを双方のスクリュー羽根１０，１２がラップするように平行に配置して構成され、これら回転軸１１，１３を相互に逆回転させることにより、ケーシング９の入口１４から取り込んだ土砂を出口１５まで搬送するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかるダブルスクリューコンベヤにおいては、図１１に示すように一方の回転軸１１のスクリュー羽根１０が他方の回転軸１３のスクリュー羽根１２の１ピッチの略中央に位置するように配置されているので、スクリュー羽根１０，１２同士のラップ部分には双方のスクリュー羽根１０，１２同士の隙間を蛇行するようにして入口１４から出口１５へ向かう水または土砂の通り道が形成されてしまう。よって、切羽の土圧水圧が大きくなると、土砂取込室６内の土砂や地下水が上記通り道を通って出口１５から噴発する可能性がある。かかる噴発は、切羽の圧力が高まる大深度トンネルや海底トンネルを施工する場合に発生し易い。
【０００５】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、双方のスクリュー羽根同士のラップ部分の止水性を高め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。
【００１３】
【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内に、右旋回の螺旋状のスクリュー羽根を有する回転軸と左旋回の螺旋状のスクリュー羽根を有する回転軸とを双方のスクリュー羽根をラップさせて平行に配置し、一方のスクリュー羽根を有する回転軸を他方のスクリュー羽根を有する回転軸に対して軸方向に移動自在とし、上記一方のスクリュー羽根を有する回転軸を軸方向に移動させて、上記一方のスクリュー羽根と上記他方のスクリュー羽根との隙間を狭めるためのアクチュエータを設けたものである。
【００１４】
この発明によれば、一方のスクリュー羽根を有する回転軸を他方のスクリュー羽根を有する回転軸に対して軸方向に移動させ、双方のスクリュー羽根同士の隙間を狭めることにより、ラップ部分の止水性が高まる。よって、切羽の高圧化に伴う噴発現象を未然に防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態ではない第１の参考形態を図１乃至図３に基づいて説明する。
【００１６】
図１に示す排土装置は、図１０に示すシールド掘進機１の土砂取込室６内の土砂を隔壁５後方の坑内８に搬送するものであり、土砂取込室６と坑内８とを連通する筒体状のケーシング２０を有している。ケーシング２０は、土砂取込室６に入口（図示せず）を有する円筒状の前部ケーシング２０ａと、坑内８に出口２１を有する断面繭型筒体状の後部ケーシング２０ｂ（図３参照）とを、図示しないボルト等によって着脱自在に接続して形成されている。
【００１７】
後部ケーシング２０ｂ内には、図１に示すように、右旋回の螺旋状のスクリュー羽根２２を有する回転軸２３と、左旋回の螺旋状のスクリュー羽根２４を有する回転軸２５とが、双方のスクリュー羽根２２，２４がラップするようにして平行に収容されている。双方のスクリュー羽根２２，２４の径方向の寸法は、それぞれ相手方の回転軸２３，２５の外周面に接する直前までの寸法となっている。
【００１８】
一方の回転軸２３は、その両端部が軸受２６，２６によって後部ケーシング２０ｂに軸支され、他方の回転軸２５は、その一端部が軸受２７によって後部ケーシング２０ｂに軸支されている。これら回転軸２３，２５の端部には、同歯数のタイミングギヤ２８，２８がそれぞれ取り付けられており、回転軸２５の端部には、駆動モータ２９接続されている。この構成によれば、駆動モータ２９の駆動によって、双方の回転軸２３，２５が逆方向に同速度で回転する。
【００１９】
本参考形態の特長とするところは、一方のスクリュー羽根２２の肉厚ｔを他方のスクリュー羽根２４の１ピッチ分の隙間Ｔに嵌まるように厚肉化した点にある。この結果、一方のスクリュー羽根２２の断面は、略方形となる。本参考形態では、双方のスクリュー羽根２２，２４は３ピッチ分だけ噛合っているが、これは止水性に万全を期するためであり、止水性さえ確保できれば１ピッチでもよく、何ピッチでもよい。
【００２０】
かかるスクリュー羽根２２，２４より軸方向後方の後部ケーシング２０ｂには、坑内８に開口された出口２１が形成されている。出口２１に臨む回転軸２３，２５には、スクリュー羽根２２，２４は設けられていない。排土性を良好にするためである。出口２１の軸方向後方の回転軸２３，２５には、それぞれスクリュー羽根２２，２４と逆旋回方向のスクリュー羽根３０，３１が設けられている。出口２１より土砂を効率的に送り出すためである。
【００２１】
他方、前部ケーシング２０ａ内には、後部ケーシング２０ｂ内の薄肉スクリュー羽根２４と同方向の螺旋状のスクリュー羽根３２を有する回転軸３３が、後部ケーシング２０ｂ内の回転軸２５と着脱部材１００を介して接続されて収容されている。着脱部材１００は、回転軸３３に形成された凹部１０１と、回転軸２５に形成された凸部１０２と、これら凸部１０２およぶ凹部１０１を貫通するピン１０３とからなっている。
【００２２】
凹部１０１および凸部１０３は、回転力を伝達するため、断面が多角形状となっている方が好ましい。この構成によれば、ピン１０３を挿抜することにより、回転軸３３と回転軸２５とを自在に分離接合できる。なお、凹部１０１および凸部１０２の配置が逆になっていてもよく、回転軸３３と回転軸２５とを着脱部材１００を介さずに一体的に接続してもよい。
【００２３】
前部ケーシング２０ａの軸方向の前端部には、図１０に示すシールド掘進機１の土砂取込室６に開口された入口（図示せず）が形成されている。後部ケーシング２０ｂ内の薄肉スクリュー羽根２４の直径は、前部ケーシング２０ａ内のスクリュー羽根３２の直径よりも大きい。前部ケーシング２０ａ内の土砂搬送量と後部ケーシング２０ｂ内の土砂搬送量とのマッチングをとるためである。
【００２４】
すなわち、後部ケーシング２０ｂ内においては薄肉スクリュー羽根２４と厚肉スクリュー羽根２２とのラップ部分によって土砂の搬送スペースが潰されて土砂搬送量が減少するため、前部ケーシング２０ａ内のスクリュー羽根３２と同等の土砂搬送量を確保するには、後部ケーシング２０ｂ内のスクリュー羽根２４の直径を前部ケーシング２０ａ内のスクリュー羽根３２の直径より大きくする必要があるからである。
【００２５】
以上の構成からなる本参考形態の作用を述べる。
【００２６】
図１において駆動モータ２９を駆動させると、後部ケーシング２０ｂ内の２本の回転軸２３，２５が相互に逆回転すると共に、前部ケーシング２０ａ内の回転軸３３が回転する。これにより、図１０に示す土砂取込室６内の土砂は、前部ケーシング２０ａの前端部の入口から取り込まれてその内部のスクリュー羽根３２によって搬送された後、続く後部ケーシング２０ｂ内のスクリュー羽根２２，２４によって搬送され、出口２１から坑内８に排出される。
【００２７】
ここで、後部ケーシング２０ｂ内の一方のスクリュー羽根２２の肉厚ｔを他方のスクリュー羽根２４の１ピッチ分の隙間Ｔに嵌まるように厚肉化したため、双方のスクリュー羽根２２，２４同士のラップ部分の隙間が充塞され、ラップ部分の止水性が高まる。よって、切羽の高圧化に伴う出口２１からの噴発現象が未然に防止され、切羽の圧力が高まる大深度トンネルや海底トンネルの施工に用いるのに好適な排土装置となる。なお、図３に示すように、双方のスクリュー羽根２２，２４同士のラップ部分の括れは、後部ケーシング２０ｂに設けられた山型部材２０ｃによってシールされている。
【００２８】
また、前部ケーシング２０ａ内の土砂は、前部ケーシング２０ａとの接続部３４において双方のスクリュー羽根２２，２４の肉厚比によって分流され、スクリュー羽根２２と後部ケーシング２０ｂの内面とで区画された空間３５内、およびスクリュー羽根２４と後部ケーシング２０ｂの内面とで区画された空間３６内をそれぞれ搬送される。よって、双方のスクリュー羽根２２，２４の肉厚比を変化させることにより、土砂の分流の制御ができる。
【００２９】
また、双方のスクリュー羽根２２，２４のラップ部分には、スクリュー羽根２２，２４が充塞していて土砂が流れないので、排土の流れが大きく乱されることはない。すなわち、図１１に示すもののようにスクリュー羽根１０，１２のラップ部分に土砂が流れると、そのラップ部分にて相互に逆回転する双方のスクリュー羽根１０，１２によって排土の流れが大きく乱されてしまうが、本参考形態では排土はラップ部分を流れることなく上記空間３５，３６を流れるのでスムーズに排土される。
【００３０】
また、円筒状の前部ケーシング２０ａは断面繭型筒体状の後部ケーシング２０ｂよりも容積が小さいので、狭隘なトンネル内にて省スペース化を図りつつ切羽の高圧化に伴う噴発現象を防止できる。具体的には、上記前部ケーシング２０ａが配置される図１０に示す隔壁５近傍はカッタ３の駆動モータや駆動ギヤ等が配置されるためスペースが殆ど残されていないが、本参考形態の前部ケーシング２０ａ（円筒状）であれば通常のシングルスクリューと同等の設置スペースで済むため問題なく設置できる。
【００３１】
なお、隔壁５近傍に十分なスペースがあれば、上記後部ケーシング２０ｂ（断面繭型筒体状）および内部の回転軸２３，２５をそのまま土砂取込室６まで延長して、前部ケーシング２０ａを省略してもよい。また、上記前部ケーシング２０ａと後部ケーシング２０ｂとを着脱自在に接続すると共に、上記前部ケーシング２０ａ内の回転軸３３と、これに接続される後部ケーシング２０ｂ内の回転軸２５とを着脱部材１００を介して着脱自在としたので、前部ケーシング２０ａ側の通常の単軸スクリューコンベヤと、後部ケーシング２０ｂ側のダブルスクリューコンベヤとを切り離して、それぞれ単独で使用することも可能である。
【００３２】
本発明の実施形態ではない第２の参考形態を図４乃至図６を用いて説明する。
【００３３】
図４に示すように、この排土装置は、シールド掘進機１の土砂取込室６とその後方の坑内８とを連通する断面繭型筒体状のケーシング４０を有している。このケーシング４０は、前参考形態のものとは異なり、軸方向に沿って全て断面繭型となっている。かかるケーシング４０内には、右旋回の螺旋状のスクリュー羽根４１を有する回転軸４２と左旋回の螺旋状のスクリュー羽根４３を有する回転軸４４とが、双方のスクリュー羽根４１，４３を噛合わせて（ラップさせて）平行に配置されている。
【００３４】
この参考形態の特長とするところは、双方のスクリュー羽根４１，４３の肉厚ｘ，ｘを互いにスクリュー羽根４１，４３の１ピッチ分の隙間ｘ，ｘに嵌まるように等しく厚肉化した点にある。この構成によれば、双方のスクリュー羽根４１，４３同士のラップ部分の隙間が充塞され、ラップ部分の止水性が高まる。よって、前参考形態と同様に切羽の高圧化に伴う噴発現象を未然に防止できる。
【００３５】
また、ケーシング４０内を搬送される土砂は、双方のスクリュー羽根４１，４３のラップ部分ではなく、スクリュー羽根４１，４３とケーシング４０の内面とで区画された空間４５，４６内を搬送される。よって、ケーシング４０の出口４７は、図６に示すようにケーシング４０の短径方向の両端部に、両スクリューの排土空間４５、４６に跨がる面積をもって形成されている。この出口４７には、排土管４９が接続されている。他方、ケーシング４０の入口５０は、図７に示す土砂取込室６に開口されている。
【００３６】
なお、双方のスクリュー羽根４１，４３の断面形状は、例えば図５(a),(b),(c) に示すように、三角でも四角でも四角のエッジをカットしたものでもよい。いずれにしても、双方のスクリュー羽根４１，４３のラップ部分の隙間が充塞される形状ならよい。
【００３７】
本発明の一実施形態を図７および図８を用いて説明する。
【００３８】
図７に示すように、この排土装置は、シールド掘進機１の土砂取込室６とその後方の坑内８とを連通する断面繭型筒体状のケーシング６０を有している。ケーシング６０内には、右旋回の螺旋状のスクリュー羽根６１を有する回転軸６２と左旋回の螺旋状のスクリュー羽根６３を有する回転軸６４とが、双方のスクリュー羽根６１，６３をラップさせて平行に配置されている。
【００３９】
この実施形態の特長とするところは、一方のスクリュー羽根６１を有する回転軸６２を他方のスクリュー羽根６３を有する回転軸６４に対して軸方向に移動自在とした点にある。詳しくは、一方の回転軸６２は、軸受６５を介してケーシング６０に軸方向にスライド自在に軸支されており、他方の回転軸６４は、軸受６６を介してケーシング６０に軸方向にスライドすることなく軸支されている。
【００４０】
そして、他方の回転軸６４には、駆動モータ６７のピニオン６８に噛合する幅広ギヤ６９が設けられており、一方の回転軸６２には、上記ギヤ６９に噛合する同歯数の幅狭ギヤ７０が設けられている。幅広ギヤ６９の幅ｙは、一方の回転軸６２を軸方向に移動させて一方のスクリュー羽根６１を他方のスクリュー羽根６３に当接させても、幅狭ギヤ７０が脱落しない幅に設定されている。
【００４１】
また、一方の回転軸６２の端部には、当該回転軸６２を軸方向に移動させるためのアクチュエータとしてのシリンダ７１のロッド部７２が連結されている。なお、アクチュエータは、シリンダ７１に限られず微調節が容易なネジ送り機構などを用いてもよい。
【００４２】
この構成によれば、上記シリンダ７１によって一方のスクリュー羽根６１を有する回転軸６２を他方のスクリュー羽根６３を有する回転軸６４に対して軸方向に移動させ、双方のスクリュー羽根６１，６３同士の隙間を狭めることにより、従来問題となっていたラップ部分の止水性が高まる。よって、前参考形態と同様に切羽の高圧化に伴う噴発現象を未然に防止できる。
【００４３】
なお、以上の排土装置は全て通常の横向き掘進のシールド掘進機に適用した例について説明してきたが、図９に示すように上下方向に掘進する縦向きシールド掘進機１の排土装置７に適用してもよいことは勿論である。この場合、土砂はダブルスクリューの近似的な容積式ポンプ作用によって重力に逆らって強制的に上方へ送られる。
【００４４】
【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、双方のスクリュー羽根同士のラップ部分の止水性を高めることができるので、切羽が高圧化しても噴発現象を未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の参考形態に係るシールド掘進機の排土装置の要部側断面図である。
【図２】  図１の部分拡大図である。
【図３】  図１の III-III線断面図である。
【図４】  第２の参考形態に係るシールド掘進機の排土装置の要部側断面図である。
【図５】  第２の参考形態のスクリュー羽根の断面形状の変型例を示す要部側面図である。
【図６】  図４の VI-VI線断面図である。
【図７】  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要部側断面図である。
【図８】  図７の VIII-VIII線断面図である。
【図９】  縦向きシールド掘進機の断面図である。
【図１０】  通常のシールド掘進機の側断面図である。
【図１１】  従来例を示すシールド掘進機の排土装置（ダブルスクリューコンベヤ）の側断面図である。
【図１２】  図１１の XII-XII線断面図である。
【符号の説明】
１  シールド掘進機
６  土砂取込室
８  坑内
２０  ケーシング
２０ａ  前部ケーシング
２０ｂ  後部ケーシング
２１  出口
２２  一方のスクリュー羽根
２３  一方の回転軸
２４  他方のスクリュー羽根
２５  他方の回転軸
ｔ  肉厚
Ｔ  隙間
【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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【図９】
0003872867.tif 000010
【図１０】
0003872867.tif 000011
【図１１】
0003872867.tif 000012
【図１２】
0003872867.tif 000013