(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドフレーム内を切羽側と坑内側とに仕切る隔壁と、該隔壁に回転自在に取り付けられた円筒状の回転リングと、該回転リングに設けられ切羽を掘削するカッタとを有するシールド掘進機の加泥材注入構造であって、上記回転リングの外周面または内周面の少なくとも一方に周方向に沿って環状に凹設されたヘッダ室と、該ヘッダ室を覆うようにリング状に形成されシールドフレーム側に固定された摺接カバーと、該摺接カバーに形成され上記ヘッダ室に加泥材を供給する第１通路と、上記回転リングおよびカッタに形成され上記ヘッダ室内の加泥材を切羽へ導く第２通路とを備えたことを特徴とするシールド掘進機の加泥材注入構造。
【請求項２】
上記シールドフレームを縦に配置し、上記隔壁を漏斗状に形成し、その中央部に排土口を形成した請求項１記載のシールド掘進機の加泥材注入構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機の加泥材注入構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に本発明者等が先に開発した上向きシールド掘進機の概要を示す。図示するように、この上向きシールド掘進機ａは、縦に配置された円筒状のシールドフレームｂと、シールドフレームｂ内を切羽側と坑内側とに上下に仕切る漏斗状の隔壁ｃと、隔壁ｃに回転自在に取り付けられた円筒状の回転リングｄと、回転リングｄに設けられ切羽を掘削するカッタｅとを備えている。
【０００３】
かかる上向きシールド掘進機ａは、モータｆによって回転リングｄを回転させてカッタｅで切羽を掘削し、掘削土砂をカッタ室ｇに取り込み、隔壁ｃの排土口ｈから排土管ｉを通して下方に排土する。排土管ｉの内部には、図示しないモータ等によって回転されるセンターロッドｊが収容されている。センターロッドｊの先端部は、カッタｅに回転自在に挿入されている。
【０００４】
センターロッドｊの側部には、カッタ室ｇ内の土砂を混練してほぐすパドルｋが設けられている。センターロッドｊの内部には、加泥材を流す第１通路ｌが形成されている。センターロッドｊの下部には、第１通路ｌに加泥材を供給する図示しないロータリージョイントが設けられている。カッタｅの内部には、第１通路ｌに繋げて第２通路ｍが形成されている。
【０００５】
この構成によれば、ロータリージョイントを介して第１通路ｌに供給された加泥材は、第２通路ｍを通ってその出口部ｎから切羽に注入され、回転するカッタｅによって掘削土砂と混ぜ合わされてカッタ室ｇ内に取り込まれ、パドルｋによって更に混練されて掘削土砂を流動化させる。かかる土砂は、排土口ｈから排土管ｉを通して下方に排土される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カッタ室ｇ内に取り込まれた土砂は、センターロッドｊの外周面と排土管ｉの内周面との間隙を通って下方に排土されるため、粒径の大きな礫や粘土塊が上記間隙に詰まって閉塞する可能性がある。
【０００７】
この対策として、センターロッドｊを小径化する対策が考えられる。しかし、センターロッドｊは、その内部に加泥材を流す第１通路ｌが形成されており、側部にパドルｋが取り付けられているため、土砂を流動化させるために必要な加泥材の流量（第１通路ｌの断面積）を確保しつつ、パドルｋを回転させるために必要な捩りトルクを確保するには、所定の太さにならざるを得ず、小径化は困難である。
【０００８】
また、排土管ｉの管径を大きくすることは、狭隘なトンネル内の作業スペースが狭くなるため好ましくない。また、排土管ｉに装備される図示しないバルブの機構上・寸法上の制限から、排土管ｉの管径を大きくできない場合がある。
【０００９】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、センターロッドによらずに切羽に加泥材を注入でき、排土性を向上させたシールド掘進機の加泥材注入構造を提供することにある。
【００１０】
【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、シールドフレーム内を切羽側と坑内側とに仕切る隔壁と、該隔壁に回転自在に取り付けられた円筒状の回転リングと、該回転リングに設けられ切羽を掘削するカッタとを有するシールド掘進機の加泥材注入構造であって、上記回転リングの外周面または内周面の少なくとも一方に周方向に沿って環状に凹設されたヘッダ室と、該ヘッダ室を覆うようにリング状に形成されシールドフレーム側に固定された摺接カバーと、該摺接カバーに形成され上記ヘッダ室に加泥材を供給する第１通路と、上記回転リングおよびカッタに形成され上記ヘッダ室内の加泥材を切羽へ導く第２通路とを備えたものである。
【００１１】
また、上記シールドフレームを縦に配置し、上記隔壁を漏斗状に形成し、その中央部に排土口を形成してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る加泥材注入構造を備えた上向きシールド掘進機の側断面図である。図示するように、上向きシールド掘進機１は、縦に配置された円筒状のシールドフレーム２を有する。シールドフレーム２は、厚板部２ａと薄板部２ｂとが上下に接続されて構成されている。シールドフレーム２の厚板部２ａの内方には、シールドフレーム２内を上下に切羽側と坑内側とに仕切る漏斗状の隔壁３が配置されている。隔壁３とシールドフレーム２の厚板部２ａとの間には、円筒状に形成された回転リング４が回転可能に取り付けられている。
【００１４】
回転リング４の切羽側面（上面）には、中空の支柱５を介してカッタ６が取り付けられている。カッタ６は、図４にも示すように、回転中心に配置された中央部７と、中央部７から掘進方向後方に傾斜されて放射状に延出された複数のカッタスポーク８と、各カッタスポーク８の先端部を接続する外周リング９と、中央部７およびカッタスポーク８に取り付けられたビット１０とを有する。なお、カッタスポーク８の数は４本に限定されず、カッタスポーク８の代わりにカッタ面板を用いてもよい。
【００１５】
回転リング４の坑内側面（下面）には、図１および図２に示すように、リング状の内歯ギヤ１１が取り付けられている。内歯ギヤ１１は、駆動モータ１２のピニオン１３が噛合されている。駆動モータ１２は、シールドフレーム２の厚板部２ａに取り付けられたブラケット１４に装着されている。この構成によれば、駆動モータ１２を駆動することにより、回転リング４が回転し、支柱５を介してカッタ６が回転し、ビット１０によって切羽が掘削される。掘削土砂は、カッタ室１５内に取り込まれ、隔壁３の中央に開口された排土口１６から排土管１７を介して排土される。
【００１６】
排土管１７の内部には、センターロッド１８が配置されている。センターロッド１８は、図１に示すようにその上部がカッタ６の中央部７に回転可能に貫通支持され、図３に示すように下部がスポーク部材１９および円筒部材２０を介して排土管１７に回転可能に支持されている。円筒部材２０には、外歯ギヤ２１が設けられている。外歯ギヤ２１は、モータ２２のピニオン２３に噛合されている。この構成によれば、モータ２２を駆動することにより、センターロッド１８が回転し、ロッド１８に取り付けられたパドル２４がカッタ室１５内で回転し、土砂を混練する。
【００１７】
センターロッド１８の内部には、加泥材の通路２５（ロッド通路）が形成されている。ロッド通路２５の出口２６は、センターロッド１８の頂部に開口されている。図３に示すように、ロッド通路１８には、ロータリージョイント２７を介して加泥材が供給されるようになっている。ロータリージョイント２７は、センターロッド１８の下部に取り付けられたスポーク部２８と、スポーク部２８の先端に取り付けられた円筒状の回転リング２９と、回転リング２９の外周面に周方向に沿って環状に凹設されたヘッダ室３０と、ヘッダ室３０の上下に配置されたリング状のシール３１と、ヘッダ室３０に加泥材を供給すべく排土管１７に形成された入口通路３２と、スポーク部２８に形成されヘッダ室３０とロッド通路２５とを連通するスポーク通路３３とを有する。
【００１８】
この構成によれば、入口通路３２からヘッダ室３０に供給された加泥材（粘土質水等）は、スポーク通路３３およびロッド通路２５を通って切羽に供給され、回転するカッタ６によって掘削土砂と混ぜ合わされてカッタ室１５内に取り込まれ、パドル２４によって更に混練されて掘削土砂を塑性流動化させる。かかる土砂は、排土口１６から排土管１７を通して下方に排土される。また、図１に示すように、排土管１７には、管内の土砂通過断面積を調節して、切羽の土圧を制御するためのバルブ３４が設けられている。
【００１９】
図２に示すように、カッタ６が取り付けられた回転リング４の外周面４ａおよび内周面４ｂには、それぞれ周方向に沿って環状に凹設された外側および内側ヘッダ室３５、３６が設けられている。外側および内側ヘッダ室３５、３６は、シールドフレーム２側に固定されたリング状の外側および内側摺接カバー３７、３８によってそれぞれ覆われている。外側摺接カバー３７は、シールドフレーム２の厚板部２ａが兼用する。内側摺接カバー３８は、その上部が隔壁３に固定され、下部がギヤケース３９およびブラケット１４を介してシールドフレームに固定されている。
【００２０】
ヘッダ室３５、３６の上下には、カッタ６の回転中心に対してリング状に形成されたリップシール４０が配置されている。リップシール４０は、回転リング４の外周面４ａとシールドフレーム２の内周面との間、回転リング４の内周面４ｂと内側摺接カバー３８の外周面との間を、それぞれシールするリップシール４１と同じものが用いられ、各ヘッダ室３５、３６内に供給される加泥材の圧力を考慮して、そのリップ部の向きが設定されている。すなわち、ヘッダ室３５、３６の上下のリップシール４０、４０は、ヘッド室３５、３６内の圧力をリークしないように、相互に上下逆向きに配置されている。
【００２１】
外側摺接カバー３７としての厚板部２ａには、外側ヘッダ室３５に加泥材を供給する第１外側通路４２が形成されている。内側摺接カバー３８には、内側ヘッダ室３６に加泥材を供給する第１内側通路４３が形成されている。そして、回転リング４およびカッタ６には、外側および内側ヘッダ室３５、３６内の加泥材を切羽へ導く第２通路４４が形成されている。第２通路４４は、外側ヘッダ室３５と支柱５の内方とを連通する第２外側通路４４ａと、内側ヘッダ室３６と支柱５の内方とを連通する第２内側通路４４ｂとを有する。
【００２２】
カッタスポーク８には、支柱５の内方と切羽とを連通するスポーク通路４５が形成されている。この構成によれば、第１外側通路２から外側ヘッダ室３５に供給された加泥材は、第２外側通路４４ａを通って支柱５の内方に至り、第１内側通路４３から内側ヘッダ室３６に供給された加泥材は、第２内側通路４４ｂを通って支柱５の内方に至る。そして、支柱５の内方の加泥材は、スポーク通路４５を通って切羽に供給される。なお、スポーク通路４５を複数設けて切羽側の出口を複数としてもよく、外側または内側ヘッダ室３５、３６を上下に多段に設けてそれぞれに通路を接続してもよい。
【００２３】
本実施形態の作用を述べる。
【００２４】
カッタ６を支持する回転リング４に加泥材の通路４４を形成したので、センターロッド１８内の通路１８を介して切羽に供給される加泥材に加えて、当該通路４４から加泥材を切羽に供給できる。よって、切羽に供給される加泥材の量が増加し、掘削土砂の塑性流動化を推進できる。従って、土砂の排土性が向上する。
【００２５】
また、回転リング４内の通路４４からも切羽に加泥材を供給しているため、加泥材をセンターロッド１８内の通路２５のみで切羽に供給していた図５に示すタイプと比べると、切羽への加泥材の供給量を一定とした場合、センターロッド１８内の通路２５の断面積を小さくできる。
【００２６】
このように、センターロッド１８内の通路２５断面積すなわち強度的断面欠損を小さくできるので、センターロッド１８の太さをパドル２４の回転に必要な捩りトルクを確保した最低太さにできる。よって、センターロッド１８と排土管１７との土砂通過間隙が大きくなり、排土性が向上する。従って、排土管１７内における掘削土砂の閉塞を可及的に防止でき、安定した掘進が可能となる。
【００２７】
また、センターロッド１８を廃止することも可能である。この場合、排土性は更に向上する。但し、カッタ６の回転中心側の切羽にも加泥材を供給する必要があるため、カッタスポーク８内のスポーク通路４５を多数設ける必要がある。また、４つの支柱５のそれぞれに加泥材を供給するように各通路４４を設けてもよい。
【００２８】
【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加泥材注入構造によれば、センターロッドによらずに切羽に加泥材を注入でき、また、最低限太さのセンターロッドにすることができるため、排土性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す加泥材注入構造を備えたシールド掘進機の側断面図である。
【図２】上記加泥材注入構造の拡大図である。
【図３】図１の部分拡大断面図である。
【図４】図１のIV-IV線矢示図である。
【図５】本発明者等が先に開発した上向きシールド掘進機の側断面図である。
【符号の説明】
１  上向きシールド掘進機
２  シールドフレーム
３  隔壁
４  回転リング
４ａ  外周面
４ｂ  内周面」
６  カッタ
３５  外側ヘッダ室
３６  内側ヘッダ室
３７  外側摺接カバー
３８  内側摺接カバー
４２  第１外側通路
４３  第１内側通路
４４  第２通路
【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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