(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタヘッドと、該カッタヘッドにより掘削した土砂を取りこむカッタチャンバと、該カッタチャンバの土砂を取り出すスクリュウコンベアと、を有するシールド掘削機に具設される該スクリュウコンベアから排出される土砂を運搬装置まで搬送する土砂搬送装置であって、
土砂搬送装置は前記スクリュウコンベアから排出される土砂を通過可能に筒状に形成され、
前記スクリュウコンベアの排出口に接続される取込部材と、
前記運搬装置へ土砂の吐出を行う吐出部材と、
前記取込部材と前記吐出部材とに連結され、土砂搬送方向を軸に回転可能な回転部を有する連結部材と、
前記回転部に回転力を与える駆動部と、からなり、
前記連結部材は外管と前記回転部である内管とからなる二重管であり、
前記外管は前記取込部材と前記吐出部材とに継合された
ことを特徴とする土砂搬送装置。
【請求項２】
前記運搬装置に向かって傾斜する傾斜部を有することを特徴とする請求項１に記載の土砂搬送装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の土砂搬送装置を用いた土砂搬送方法であって、
前記カッタヘッドにより掘削した土砂を前記カッタチャンバが取りこむ土砂掘削取り込み工程と、
前記カッタチャンバに取り込まれた土砂をスクリュウコンベアによって前記土砂搬送装置に排出する土砂排出工程と、
前記回転部を回転させながら前記運搬装置に土砂を搬送することを特徴とする土砂搬送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリュウコンベアを用いたシールド掘削機における土砂搬送技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、泥土圧式シールド掘削機は、回転式のカッタヘッドによって切羽全面の地山を掘削し、カッタヘッドとバルクヘッドとによって区画されたカッタチャンバ内に掘削した土砂を取り込み、加泥材を注入・攪拌して塑性流動化させ、バルクヘッド下方に備えられたスクリュウコンベアを介して、シールド掘削機の掘進方向の後方に搬出する。スクリュウコンベアから排出される土砂はベルトコンベアを経由して土砂運搬台車に積み込んでシールドトンネル坑外に運搬・搬出するか、運搬距離が短ければ配管によるポンプ圧送されることもある。
特許文献１によれば、スライド板を開閉することにより排出口の土砂排出量を調整できる排土量調整装置を備えたスクリュウコンベアと、排出口からベルトコンベアに土砂が排出される発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１―５２６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
昨今の低コスト、急速化施工のニーズへの高まりから、泥水式シールド工法に代わり、前述のような泥土圧式シールド工法の適用実績が増えつつある。しかしながら、例示した掘削土砂の運搬・搬出方法はいずれも小断面トンネルへの適用例であり、直径１０ｍ以上、延長数ｋｍを超える大断面、長距離シールドトンネルの場合、スクリュウコンベアから排出された土砂の運搬・搬出に軌条を必要とする土砂運搬台車は原則利用されない。急速化に対応すべくセグメントの切羽への供給能力を向上させるために、シールドトンネルの中央付近はセグメント供給台車の軌条を優先的に配置する必要があるからである。
一般に、大断面トンネルではその利点を生かし、トンネル側方のスペースにトンネル坑外に向かってベルトコンベアを連続的に配置する方法が採られている。この場合、スクリュウコンベアはカッタチャンバ内の塑性流動化した土砂を排出する必要性からバルクヘッドの下方、すなわちシールド掘削機のほぼ中央に設けられるため、その排出口からトンネル側方に設けられたベルトコンベアに直接土砂を排出することができず、中継的に横引き運搬のためのスクリュウコンベアやベルトコンベアを別途設ける必要があった。
しかしながら、別途のスクリュウコンベアは設備費用が嵩み、別途のベルトコンベアはスクリュウコンベア排出口の直下、ベルトコンベアの直上、と配置上の制約が大きく、スクリュウコンベア排出口から噴出した土砂水が別途のベルトコンベアから溢れ出ないようにするためのホッパーや排土量調整装置等を介すと比較的大きなスペースを占有し、設備費も嵩むことにもなる。
【０００５】
本発明の目的は、シールド掘削機によって掘削された土砂を掘削機の中央付近に配置されたスクリュウコンベアの排出口からシールドトンネルの側方に配設された土砂運搬装置まで、別途のスクリュウコンベアやベルトコンベアを必要とせず、確実に搬送することを可能にするシールド掘削機における土砂搬送装置および土砂搬送方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成すべく、本発明による土砂搬送装置の一態様は、カッタヘッドと、該カッタヘッドにより掘削した土砂を取りこむカッタチャンバと、該カッタチャンバの土砂を取り出すスクリュウコンベアと、を有するシールド掘削機に具設される該スクリュウコンベアから排出される土砂を運搬装置まで搬送する土砂搬送装置であって、土砂搬送装置は前記スクリュウコンベアから排出される土砂を通過可能に筒状に形成され、前記スクリュウコンベアの排出口に接続される取込部材と、前記運搬装置へ土砂の吐出を行う吐出部材と、前記取込部材と前記吐出部材とに連結され、土砂搬送方向を軸に回転可能な回転部を有する連結部材と、前記回転部に回転力を与える駆動部と、からなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の一態様である、スクリュウコンベアから排出される土砂を通過可能に筒状に形成され、スクリュウコンベアの排出口に接続される取込部材と、運搬装置へ土砂の吐出を行う吐出部材と、接続部材と前記吐出部材に連結され、土砂搬送方向を軸に回転可能な回転部を有する連結部材と、回転部に回転力を与える駆動部と、からなる土砂搬送装置を用いれば、回転部の回転力によって、土砂搬送装置内における土砂の閉塞を抑制した土砂搬送ができる。
【０００８】
また、本発明による土砂搬送装置の他の態様において、前記運搬装置に向かって傾斜する傾斜部を有することを特徴とする。
【０００９】
本態様によれば、土砂搬送装置が運搬装置に向かって傾斜する傾斜部を有しているので、重力を伴う土砂搬送により、土砂が通過しやすくなり、閉塞を抑制できる。
【００１０】
また、本発明による土砂搬送装置の態様は、前記連結部材は外管と前記回転部である内管とからなる二重管であり、前記外管は前記取込部材と前記吐出部材とに継合されたことを特徴とする。
【００１１】
本態様によれば、連結部材は外管と回転部である内管とからなる二重管であり、外管は取込部材と吐出部材とに継合されたことで水密性が確保され、土砂搬送装置内を通過する土砂が漏洩することなく、確実に運搬装置に搬出される。
【００１２】
また、本発明による土砂搬送方法の一態様は、前記柱部材の土砂搬送装置を用いた土砂搬送方法であって、前記カッタヘッドにより掘削した土砂を前記カッタチャンバが取りこむ土砂掘削取り込み工程と、前記カッタチャンバに取り込まれた土砂をスクリュウコンベアによって前記土砂搬送装置に排出する土砂排出工程と、前記回転部を回転させながら前記運搬装置に土砂を搬送することを特徴とする。
【００１３】
本態様によれば、スクリュウコンベアから排出される土砂を通過可能に筒状に形成され、スクリュウコンベアの排出口に接続される取込部材と、運搬装置へ土砂の排出を行う吐出部材と、接続部材と前記吐出部材に連結され、土砂搬送方向を軸に回転可能な回転部を有する連結部材と、回転部に回転力を与える駆動部と、からなる土砂搬送装置を用いれば、回転部の回転力によって、土砂搬送装置内における土砂の閉塞を抑制できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の土砂搬送装置および土砂搬送方法によれば、シールド掘削機によって掘削された土砂を掘削機の中央付近に配置されたスクリュウコンベアの排出口からシールドトンネルの側方に配設された土砂運搬装置まで、別途のスクリュウコンベアやベルトコンベアを必要とせず、確実に搬送することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る土砂搬送装置のシールド掘削機における配置状況を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る土砂搬送装置の平面図（図１のＡ−Ａ）である。
【図３】本発明の実施形態に係る土砂搬送装置の側面図（図２のＢ−Ｂ）である。
【図４】本発明の実施形態に係る土砂搬送装置の断面図（図２のＣ−Ｃ）である。
【図５】本発明の実施形態に係る土砂搬送装置の断面図（図４のＤ−Ｄ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る土砂搬送装置および土砂搬送方法について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１７】
はじめに、図１を参照して、実施形態に係る土砂搬送装置の全体概要について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る土砂搬送装置のシールド掘削機における配置状況を示す断面図である。
本実施形態に係るシールド掘削機１は、泥土圧式シールド工法に適用され、同図に示すように、回転押圧力により切羽地山を掘削することができる多数のカッタービットが配置されたカッタヘッド１１を前面に備えている。また、カッタヘッド１１の背面にはシールド掘削機１内を１気圧に保つための隔壁としてバルクヘッド１２がシールド掘削機１の外殻を構成する円筒形の胴体１５と一体に配置されており、カッタヘッド１１とバルクヘッド１２との間には、カッタヘッド１１が掘削した土砂を取り込むことができるカッタチャンバ１３が配置されている。さらに、バルクヘッド１２の下方に、バルクヘッド１２を貫通してスクリュウコンベア１４が備えられている。スクリュウコンベア１４内に備えられている螺旋羽根を携えたスクリュウ軸１４１の回転によって、カッタチャンバ１３内に溜まった土砂がスクリュウコンベア１４の排出口１４２から排出される。
【００１８】
排出口１４２から排出された土砂は、土砂搬送装置２を介して運搬装置３に吐出される。運搬装置３は、複数のベルトコンベアを組み合わせて構成され、シールドトンネルＳＴの坑外に運搬・搬出される。
【００１９】
次に、図２、３を参照して、実施形態に係る土砂搬送装置の全体構成について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る土砂搬送装置の平面図（図１のＡ−Ａ）であり、図３は、本発明の実施形態に係る土砂搬送装置の側面図（図２のＢ−Ｂ）である。
図２より、土砂搬送装置２は、スクリュウコンベア１４から排出される土砂を通過可能に筒状に形成され、スクリュウコンベア１４の排出口１４２に接続される取込部材２１と運搬装置３へ土砂の吐出を行う吐出部材２３と取込部材２１と吐出部材２３とに連結され、土砂搬送方向を軸に回転可能な回転部２２１ｂ（後述する内管２２１ｂ）を有する連結部材２２と回転部２２１ｂに回転力を与える駆動部２２４とからなる。土砂搬送装置２の外殻は複数の鋼板を加工された部材を組み合わせて形成されている。
【００２０】
取込部材２１は、円筒形状の取込管２１１とその両端部にリング状に形成されたフランジ形状の第２接続部２１２および第１継合部２１３からなる。
第２接続部２１２は、スクリュウコンベア１４の排出口１４２端部に形成された同じくフランジ形状の第１接続部１４３と背合わせ密着した状態で複数のボルトナットにより接続されている。前記の通り、スクリュウコンベア１４はその性質上、カッタチャンバ１３内の塑性流動化した土砂を排出する必要性からバルクヘッド１２の下方、すなわちシールド掘削機１のほぼ中央に設けられているため、シールドトンネルＳＴの側方に設けられた運搬装置３までその土砂を横引き搬送する必要がある。このため、本実施形態では土砂を搬送する取込管２１１には９０度の曲管を採用している。
【００２１】
連結部材２２の基本構成は、円筒形状の連結管２２１とその両端部にリング状に形成されたフランジ形状の第２継合部２２２および第３継合部２２３である。  
第２継合部２２２は第１継合部２１３と複数のボルトナットにより継合されている。
連結管２２１の第２継合部２２２側の一部は、後述するベアリング部２２６を格納するため、外径が大きく形成されている。また、連結管２２１の上部外面にはモータからなる駆動部２２４が搭載されており、駆動部２２４にはベアリング部２２６に回転力を伝達させるためのピニオンギアからなるギア部２２５が接続されている。さらに、連結管２２１には複数の貫通孔からなるマンホール２２８が設けられており、点検時や非常時に作業員が連結部材２２内に入ることができる。通常の運転時は、蓋板によって密閉されている。この他、連結管２２１には、回転部２２１ｂ（後述する内管２２１ｂ）を回転支持するためのローラ部２２７が複数個所設けられている。
【００２２】
吐出部材２３は、円筒形状の吐出管２３１とその両端部にリング状に形成されたフランジ形状の第４継合部２３３および板上の妻板２３４と箱形状の吐出口２３２とからなる。
第４継合部２３３は第３継合部２２３と複数のボルトナットにより継合されている。
吐出管２３１の吐出口２３２との接続部には、搬送された土砂を挿通可能にその接続部の内縁に沿って切り欠きが形成されている。運搬装置３の直上に土砂を吐出させるため、吐出口２３２は、その中心軸が運搬装置３の中心軸に合わせて、吐出管２３１の端面に沿って直交方向に接続されている。また、妻板２３４は、吐出管２３１の端面と吐出口２３２の側面に沿って形成される開口を閉塞するように接続されている。
【００２３】
図３より、土砂搬送装置２は、シールド掘削機１が牽引する不図示の後続台車に固定するために、架台４によって支持される。架台４は複数の形鋼材を主部材として組み合わせ形成されている。土砂搬送装置２は全体として、搬送する土砂がスムースに管内を通過できるように、運搬装置３に向かって傾斜する傾斜部を有している。土砂搬送装置２内を通過した土砂は最終的に吐出口２３２に設けられた矩形形状の開口である開口部２３５から運搬装置３に向かって吐出される。
【００２４】
次に図４、５を参照して、実施形態に係る土砂搬送装置のうち、回転機構について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る土砂搬送装置の断面図（図２のＣ−Ｃ）であり、図５は、本発明の実施形態に係る土砂搬送装置の断面図（図４のＤ−Ｄ）である。
図４より、円筒形状からなる連結部材２１の主部材を構成する連結管２２１は、外管２２１ａと内管２２１ｂ（回転部２２１ｂ）とからなる二重管構造である。前述の駆動部２２４、マンホール２２８、ローラ部２２７および、取込部材２１と吐出部材２３とに継合するための第２継合部２２２、第３継合部２２３はともに外管２２１ａに固定されている。
【００２５】
図５より、ベアリング部２２６は主に、アウターリング２２６ａ、インナーリング２２６ｂ、ボール２２６ｃおよび間座２２６ｄによって形成されている。
【００２６】
図４、５より、アウターリング２２６ａはリング形状をなし、その外面は、ギア部２２５と噛合回転可能にギア状に形成されている。これにより、駆動部２２４のモータによる回転力をピニオンギアからなるギア部２２５を介して、アウターリング２２６ａに伝達できる。また、図４より、アウターリング２２６ａは内管２２１ｂに複数のボルトにて一体に固定されている。
【００２７】
図４、５より、インナーリング２２６ｂはアウターリング２２６ａの同心円上にリング状に形成され、外管２２１ａの端部に形成されている第２継合部２２２と複数のボルトにて一体に固定されている。
【００２８】
図５より、アウターリング２２６ａとインナーリング２２６ｂとの間には複数のボール２２６ｃと間座２２６ｄが互いに隣接するようにリング状に連続して配置されている。このボール２２６ｃを介してアウターリング２２６ａとインナーリング２２６ｂが接触しているため、アウターリング２２６ａの回転により発生するインナーリング２２６ｂとの摩擦力を低減することが可能になる。いわゆるボールベアリング機構による摩擦低減効果である。なお、ボール２２６ｃと間座２２６ｄとの連成部には潤滑油が充填されていることが望ましい。前述の通り、アウターリング２２６ａは内管２２１ｂと接続一体に形成されているので、アウターリング２２６ａの回転に伴って内管２２１ｂが回転することになる。内管２２１ｂ内を通過する土砂は、内管２２１ｂの回転によって内管２２１ｂ内面へ付着が軽減され、土砂搬送装置２全体としての土砂の閉塞が抑制される。
【００２９】
図４より、ローラ部２２７は、ローラボックス２２７a、軸部２２７ｂ、ローラ２２７ｃによって構成されている。ローラボックス２２７aは、外管２２１ａに接続され、横架するように回転可能にローラボックス２２７aに枢結された軸部２２７ｂと、軸部２２７ｂに周設されたタイヤ状のローラ２２７ｃを格納している。ローラ２２７ｃはゴムからなる弾性体であり、外管２２１ａに設けられた貫通孔を介して、内管２２１ｂに接触する。ローラ部２２７は、外管２２１ａにベアリング部２２６と対向する位置に設置されているため、内管２２１ｂはその軸方向に対して、ベアリング部２２６とローラ部２２７とによって外管２２１ａに支持される構造となっている。
【００３０】
インナーリング２２６ｂと内管２２１ｂおよびインナーリング２２６ｂと吐出管２３１との間の摺動面にはＯリング２２９が介設されている。Ｏリング２２９の周囲には不図示のグリースが塗布されており、Ｏリング２２９の押圧力によるパッキング効果とグリースによる撥水効果によって、止水ゾーンが形成されている。
【００３１】
本実施形態のシールド掘削機における土砂搬送装置および土砂搬送方法によれば、土砂搬送装置がスクリュウコンベアから排出される土砂を通過可能に筒状に形成され、スクリュウコンベアの排出口に接続される取込部材と、運搬装置へ土砂の吐出を行う吐出部材と、接続部材と前記吐出部材に連結され、土砂搬送方向を軸に回転可能な回転部を有する連結部材と、回転部に回転力を与える駆動部とからなっているので、回転部の回転力によって、土砂搬送装置内における土砂の閉塞を抑制できる。
さらに、土砂搬送装置が運搬装置に向かって傾斜する傾斜部を有しているので、重力を伴う土砂搬送により、土砂が通過しやすくなり、閉塞を抑制できる。
また、連結部材は外管と回転部である内管とからなる二重管であり、外管は取込部材と吐出部材とに継合されたことで水密性が確保され、土砂搬送装置内を通過する土砂が漏洩することなく、確実に運搬装置に搬出される。
【００３２】
なお、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、また、本発明はここで示した構成に何等限定されるものではない。例えば、内管２２１ｂの回転による土砂の搬送力をより向上させるために、本実施形態における内管２２１ｂの内面に沿って、螺旋状に連続した羽根部材（フライト）を取り付けても良いし、土砂搬送方向に対して交差するように連続しない複数の羽根板を設けても良い。
この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【００３３】
ＳＴ             シールドトンネル
１                シールド掘削機
１１             カッタヘッド
１２             バルクヘッド
１３             カッタチャンバ
１４             スクリュウコンベア
１５             胴体
１４１          スクリュウ軸
１４２          排出口
１４３          第１接続部
２                土砂搬送装置
２１             取込部材
２１１          取込管
２１２          第２接続部
２１３          第１継合部
２２             連結部材
２２１          連結管
２２１ａ      外管
２２１ｂ      内管（回転部）
２２２          第２継合部
２２３          第３継合部
２２４          駆動部
２２５          ギア部
２２６          ベアリング部
２２６ａ      アウターリング
２２６ｂ      インナーリング
２２６ｃ      ボール
２２６ｄ      間座
２２７          ローラ部
２２７a        ローラボックス
２２７ｂ      軸部
２２７ｃ      ローラ
２２８          マンホール
２２９          Ｏリング
２３             吐出部材
２３１          吐出管
２３２          吐出口
２３３          第４継合部
２３４          妻板
２３５          開口部
３                運搬装置（ベルトコンベア）
４                架台
【要約】
【課題】シールド掘削機によって掘削された土砂を掘削機の中央付近に配置されたスクリュウコンベアの排出口からシールドトンネルの側方に配設された土砂運搬装置まで、別途のスクリュウコンベアやベルトコンベアを必要とせず、確実に搬送することを可能にする。
【解決手段】カッタヘッド１１とカッタヘッド１１により掘削した土砂を取りこむカッタチャンバ１３とカッタチャンバ１３の土砂を取り出すスクリュウコンベア１４とを有するシールド掘削機１に具設されるスクリュウコンベア１４から排出される土砂を運搬装置３まで搬送する土砂搬送装置２であって、土砂搬送装置２はスクリュウコンベア１４から排出される土砂を通過可能に筒状に形成され、スクリュウコンベア１４の排出口１４２に接続される取込部材２１と運搬装置３へ土砂の吐出を行う吐出部材２３と取込部材２１と吐出部材２３とに連結され、土砂搬送方向を軸に回転可能な回転部２２１ｂを有する連結部材２２と回転部２２１ｂに回転力を与える駆動部２２４とからなること。
【選択図】図２【図１】
0006929421.tif 000002
【図２】
0006929421.tif 000003
【図３】
0006929421.tif 000004
【図４】
0006929421.tif 000005
【図５】
0006929421.tif 000006