JPH0411720B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトンネル掘削機の搬出土石閉塞防止装
置に係り、詳しくは、カツタデイスクにより掘削
された土石をジエツトポンプで搬出する場合、そ
の土石取込口における土石の閉塞を防止すること
ができる掘削土石の閉塞防止装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

トンネル掘削機では、切羽を掘削するため回転
するカツタデイスクの背面にバケツトが取り付け
られており、掘削土石がバケツトの回転で掻き上
げられた後カツタチヤンバ内下方のホツパに投入
されるようになつている。切羽が硬岩である場合
には掘削土石は礫状となり、ホツパ内に集積され
たとき相互に自重を支え合つてブリツジを形成す
ることが多い。

このような場合、掘削土石はスクリユーコンベ
アやベルトコンベアなどの上に落ちなくなり、ホ
ツパ内に停滞して土石の搬出が不可能となる。掘
削土石の粒度はカツタなどの大きさにより決ま
り、掘削機の口径の大小によらず同じようなもの
である。したがつて、口径の小さい掘削機の場
合、そのホツパの容積に比較して土石が大きくな
り、ブリツジ現象による閉塞が一層頻繁に発生す
ることになる。また、土石を搬出するコンベアは
径や幅が大きくなりがちであり、口径の小さな掘
削機に、搬出量に見合つた能力のものを搭載する
ことは容易でない。

例えば、特開昭52−104329号公報には、カツタ
チヤンバ内のホツパに集積された土石を、プレー
ト付きのチエーンコンベア装置で搬出する構造が
記載されているが、機械的な可動部品を多く必要
とする構成であつて、掘削機の口径が小さい場合
には適用しえなくなる。そこで、特開昭56−
48500号公報に記載されたように、ジエツトポン
プを採用すれば、種々の面で作業性が向上し、連
続的な稼働により工期の短縮や工費の節減が達成
される。しかし、この種のジエツトポンプでは、
それに設けられれた保護管へ大気導入管を接続し
ておく必要があり、また、その吸引管が長くなつ
て吸込抵抗が大きく、最高の効率が引き出せなく
なる問題がある。

ちなみに、特公昭56−23039号公報には、排水
管の入口に噴射管を臨ませ、礫を含んだ泥水を噴
射流に伴わせて排水管内へ導入し、掘削土石を機
外へ搬出できるようにした装置が記載されてい
る。

その排水管は、泥水式シールド掘削機のカツタ
チヤンバ内の泥水を、上記噴射器によつて礫と共
に回収するためのもので、その径が大きくなつて
いる。したがつて、土石の沈降を防止する必要か
ら、全体の流量を上げまた流速を確保するため、
カツタチヤンバ内圧より高い圧力水が必要とな
る。その圧力水を排水管の開口に噴射させると、
その高圧水の動圧が利用されることにもなるが、
この種の装置は、スロート部を有して負圧のジエ
ツト水と土石およびそれと共に吸引される空気の
三相混合流として搬送するジエツトポンプを構成
しているとは言い難く、カツタチヤンバ内に保持
された泥水圧力と後方部圧力との差圧に基づき排
水するものである。

もちろん、上記のいずれの場合も、取込口近傍
で土石が堆積するとブリツジを形成することがあ
り、円滑な搬出は阻害されることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、実開昭56−53085号公報や実開昭55−
54246号公報などに記載されている振動体を掘削
機のホツパに適用すれば、掘削土石のブリツジを
崩壊させることができると想定される。しかし、
掘削土石を搬出するためのブリツジ崩しは、粉粒
体の場合と異なつた配慮が必要になる。すなわ
ち、粉粒体の場合は全体を加振しなければなら
ず、容器の全体を振動体としておく必要がある。
一方、掘削土石の場合は、取込口の周辺のみを振
動させるだけで十分であり、また、その局部的加
振が重要なこととなる。バケツトの回転と共に掻
き上げられた掘削土石がホツパへ投入されるが、
バケツトごとに断続的に投入されることから、ホ
ツパ本体に振動を与えるのみでは、ジエツトポン
プへ連続した供給ができず、閉塞の原因となるか
らである。そのような振動体を掘削機に好適なジ
エツトポンプに組み込むためには、掘削機特有の
技術的配慮も要求される。

すなわち、常時ジエツトポンプを最大輸送効率
で運転させるためには、カツタチヤンバ内での土
石の流れにマツチさせたホツパやそのホツパ内で
起こるブリツジ現象を解消する振動板などを互い
に関連づけて配置しなければならない。また、ト
ンネル掘削機のように、カツタチヤンバ内の泥水
を加圧できない場合にも、ジエツトポンプによつ
て土石の搬出ができなければならないという技術
的な課題も抱えている。

本発明は上述の問題に鑑みなされたもので、そ
の目的は、開放型のトンネル掘削機における掘削
土石を機外へ搬出する場合、搬出装置が簡素でか
つ小型化が図られるジエツトポンプを採用したと
きに生じる問題を解消しようとするものである。
すなわち、カツタチヤンバにおけるホツパ内での
土石のブリツジ現象を解消し、とりわけ、口径の
小さい掘削機において生じやすい土石取込口にお
ける閉塞を防止し、円滑に掘削土石を機外に搬出
することができること、バケツトの回転と共に掻
き上げられた断続的にホツパへ投入された掘削土
石を量的に平均化させて土石取込口へ連続的に安
定供給できること、カツタチヤンバ内のホツパと
ジエツトポンプならびにその土石取込口の配置
を、土石搬出効率が最も高くなるように選定で
き、吸込抵抗を可及的に小さくしてポンプ効率を
最高に引き出せること、ホツパやジエツトポンプ
を含めた土石搬出機構に大気導入管などの付随的
な構成部材を必要としなく、小型化ならびに簡素
化できること、掘削土石に振動を与えても掘削機
に装着された機器や各種装置に悪影響を与えず、
また、加振のための動力を少なくできること、そ
して、ホツパを直ちに機械装置の一部として構成
させ、より一層の構造の簡素化を促進させること
ができるトンネル掘削機の搬出土石閉塞防止装置
を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のトンネル掘削機の搬出土石閉塞防止装
置は、カツタデイスクの回転により掘削された土
石をカツタデイスクに設けたバケツトにより掻き
上げ、そのバケツトから落下した土石を集積する
ホツパがカツタチヤンバ内に設けられた開放型ト
ンネル掘削機に適用される。

その特徴とするところは、第１図および第２図
を参照して、ホツパ６の底部にジエツトポンプ１
６が配設され、そのジエツトポンプ１６の土石取
込口１８がホツパ６の底部に連通して開口され、
そのジエツトポンプ１６を流過した土石を掘削機
後方へ排出するため、ポンプケーシング１７が略
水平に後方へ延設され、土石取込口１８の周辺は
平板状に形成され、その直上面に防振弾性体２０
および掘削土石５が通過する開口部２１を備えた
平板状振動体１９が配置され、その平板状振動体
１９に振動子２２が取り付けられていることであ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、カツタデイスクのバケツトか
ら落下した土石を集積するホツパがカツタチヤン
バ内に設けられ、そのホツパの底部にジエツトポ
ンプが配設されているので、カツタチヤンバ内の
掘削土石を機外へ搬出する場合、ホツパ内で固液
混合状態にある掘削土石を、停滞なしに円滑に機
外へ搬出することができる。そして、広幅なコン
ベア装置による土石の搬出に比べて、ホツパのみ
ならずジエツトポンプを含めた土石搬出機構の小
型化が図られる。土石取込口の周辺の平板状部分
に防振弾性体および掘削土石が通過する開口部を
備えた平板状振動体が装着されるので、カツタチ
ヤンバにおけるホツパ内での土石のブリツジ現象
が解消され、とりわけ、口径の小さい掘削機にお
いて生じやすい土石取込口における閉塞を防止す
ることができる。

また、平板状振動体を防振弾性体上に置き、し
かも、土石取込口およびその周辺を局部的に振動
させるだけであり、掘削機内の機器や装置に悪影
響を与えることがない。この平板状振動体は、ホ
ツパ自体を振動させるものでないため、ホツパを
厚板構造としておくことができ、ホツパを機械装
置の一部として構成させることができる。平板状
振動体を作動させる動力も小さなもので済む。

加えて、カツタチヤンバ内のホツパとジエツト
ポンプならびにその土石取込口の配置を、土石の
排出効率が最も高くなるように選定でき、付随的
な構成部材や長い吸込管を必要とせず、土石取込
口で空気を吸い込む場合でもポンプ性能は変わら
ず、吸込抵抗を可及的に小さくしてポンプ効率を
最高に発揮させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例に基づいて詳細に説
明する。

第１図はジエツトポンプを用いて掘削土石を搬
出する開放型のトンネル掘削機１０の全体断面図
で、本発明の閉塞防止装置１１を装備している。

切羽１を掘削するための適数個のカツタ１２が
装着されたカツタデイスク２は、伝達歯車１３，
１４を介して駆動モータ１５により回転される。
このカツタデイスク２の背部にはカツタチヤンバ
３が形成され、カツタデイスク２の回転により掘
削された土石５を搬出するために集積するホツパ
６がその内部下方に設けられている。このホツパ
６の底部にはジエツトポンプ１６が配設され、こ
のジエツトポンプ１６のポンプケーシング１７に
は土石取込口１８がホツパ６の底部に連通して開
口されている。そして、ジエツトポンプ１６を流
過した掘削土石５を掘削機１０の後方へ排出する
ため、ポンプケーシング１７が略水平に後方へ延
設されている。

土石取込口１８の周辺は平板状に形成され、第
２図に示すように、その直上面に防振弾性体２０
および掘削土石５が通過する開口部２１を備えた
平板状振動体１９が配置され、その平板状振動体
１９に振動子２２が取り付けられている。この平
板状振動体１９は防振弾性体２０上で振動するも
ので、その平面形は例えば第３図のように、開口
部２１が土石取込口１８にほぼ一致して装着され
る。

上記の振動子２２はボルト２３などで土石取込
口１８に対して放射状方向へ、すなわち、円形の
土石取込口１８の半径方向に延びるように、平板
状振動体１９に固着され、その振動子２２が矢印
２４方向に振れ回ることにより振動するようにな
つている。この振動子２２には例えば回転軸に偏
心したウエイトが内蔵され（図示せず）、その軸
が回転するときのアンバランスな力により生じる
振動が、装着金具２５を介して平板状振動体１９
に伝達される。

ジエツトポンプ１６は掘削された土石５を機外
に搬出するもので、そのポンプケーシング１７は
ホツパ６の底部に位置し、土石取込口１８が上述
したように上方に開口されている。これはホツパ
６内の掘削土石５の自重を利用して取り込むこと
ができると共に、ジエツトポンプ１６の有する負
圧により吸引しやすくなるように配慮されてい
る。

ジエツトポンプ１６には、図示しないが、掘削
機の後方台車に搭載したポンプにより加圧された
水が供給される。その水流はノズル２６で加速さ
れ、スロート部２７で減圧されることによつて生
じる負圧により、土石取込口１８に位置する掘削
土石５を吸引する。したがつて、取り込まれた土
石５は水流に乗つて機外に搬出される。なお、ジ
エツトポンプ１６のポンプケーシング１７の配管
は図示しないが、掘削機１０内の下部において往
水管と帰水管との平面形がＵ字状になつていて、
ジエツトポンプ作用は、カツタチヤンバ３側から
掘削機の後方に向けて水流が移動する帰水管の図
示の位置で行われる。

ホツパ６内への掘削土石５の集積は、カツタデ
イスク２に固着され回転する例えばプレート状の
幾つかのバケツト４（第１図参照）により行われ
るので、ホツパ６の底部に均等に集まるとは限ら
ず、しかも、第４図の矢印２８で示すように偏在
して移動する。したがつて、前記した平板状振動
体１９を土石取込口１８の周囲に配置するだけで
もよいが、図示するように掘削土石５の移動する
矢印２８に一致した対向配置としておくと、振動
を受ける掘削土石５を土石取込口１８へ円滑に移
行させることができる。

このような構成によれば、カツタチヤンバ３に
加圧水が充満されていないような開放型の掘削機
においても、次のようにして、土石取込口１８で
の掘削土石５の閉塞を防止しながら、ジエツトポ
ンプ１６によつて土石５を機外へ搬出することが
できる。

第１図に示すようにカツタデイスク２が回転す
ることにより掘削された土石５は、まず、カツタ
３内に落ち、それらがバケツト４によつて掻き上
げられた後落下して、次々とホツパ６に投入され
る。この掘削土石５が土石取込口１８でブリツジ
を起こしていないときは、その自重とジエツトポ
ンプ１６の吸引力でポンプケーシング１７内に取
り込まれ、高速の水流に乗つて機外へ搬出され
る。

このような状態においても平板状振動体１９を
作動させておくと、土石取込口１８における閉塞
が生じ始めても、掘削土石５に振動が伝えられ、
ブリツジが生じたり成長することはない。また、
ブリツジが生じ始めても直ちに崩され、土石取込
口１８において閉塞が生じない。すなわち、バケ
ツト４で掻き上げられた掘削土石は、バケツト４
ごとに断続的にホツパ６へ投入されることになる
が、土石取込口１８の近傍において局部的な振動
を受け、その掘削土石５の偏在状態が均され、連
続的に土石取込口１８へ取り込まれる。したがつ
て、土石取込口１８の径は余り大きくしておく必
要がなく、ホツパ６のみならずジエツトポンプ１
６を含めた土石搬出機構を小型化できる。その結
果、小口径の掘削機において大きなスペースをと
ることなく、その機能を発揮させることができ
る。

一方、ホツパ６内の掘削土石５に第５図に示す
ようなブリツジが生じ、別途設けられた検出装置
または作業者がジエツトポンプ１６の水流中に土
石が混入していないことを確認すると、振動子２
２を駆動して平板状振動体１９を振動させる。ホ
ツパ６の底部に集積した土石５は平板状振動体１
９の振動を受け、そのブリツジが崩壊される。し
たがつて、土石取込口１８上における掘削土石５
の滞留は解除され、次々と土石５が連続的に土石
取込口１８へ落下し、かつ、ジエツトポンプ１６
の負圧作用により取り込まれ、水流に乗つて搬出
される。なお、第４図に示すように平板状振動体
１９が掘削土石５の流過する矢印２８に沿うよう
装着されていると、集積された土石５が自然と土
石取込口１８へ移行するので、ジエツトポンプ１
６による搬出も一層滑らかとなる。

この平板状振動体１９による振動は防振弾性体
２０で軽減または吸収され、掘削機１０の構成部
材へはほとんど伝わらず、カツタデイスク２を回
転駆動するために支承している軸受２９（第１図
参照）およびシール３０などに悪影響を及ぼすこ
とがない。

以上の説明によれば、土石取込口上における掘
削土石のブリツジ現象が回避でき、ホツパ内で固
液混合状態にある掘削土石の停滞なしに、円滑に
掘削土石を機外に搬出することができ、ジエツト
ポンプを含めた土石搬出機構の小型化も図られ
る。土石取込口で空気を吸い込む場合でもポンプ
性能は変わらず、吸込抵抗を可及的に小さくし
て、ポンプ効率を最高に発揮させることができ
る。すなわち、カツタチヤンバ内を泥水加圧して
おく必要がなく、泥水圧がなくてもジエツトポン
プの力のみで掘削土石を搬出することができる。
土石取込口近傍における掘削土石のみを平板状振
動体の開口部へ誘いこむように振動させるだけで
よく、ホツパを振動させないことから、掘削機に
装着された機器や装置に悪影響を与えず、また、
加振のための動力も少なくて済む。掘削機が開放
型であることから、切羽の状況確認やカツタの点
検作業も極めて容易なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用された開放型トンネル掘
削機の縦断面図、第２図は本発明の要部拡大図、
第３図は第２図の−線矢視図、第４図は平板
状振動体が土石の移動方向に向けて配置された場
合の平面図、第５図は掘削土石が土石取込口にお
いてブリツジ現象を起こしている状態図である。 ２……カツタデイスク、３……カツタチヤン
バ、４……バケツト、５……掘削土石、６……ホ
ツパ、１６……ジエツトポンプ、１７……ポンプ
ケーシング、１８……土石取込口、１９……平板
状振動体、２０……防振弾性体、２１……開口
部、２２……振動子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ カツタデイスクの回転により掘削された土石
   をカツタデイスクに設けたバケツトにより掻き上
   げ、そのバケツトから落下した土石を集積するホ
   ツパがカツタチヤンバ内に設けられた開放型トン
   ネル掘削機において、 前記ホツパの底部にジエツトポンプが配設さ
   れ、そのジエツトポンプの土石取込口が上記ホツ
   パの底部に連通して開口され、そのジエツトポン
   プを流過した土石を掘削機後方へ排出するため、
   ポンプケーシングが略水平に後方へ延設され、 上記土石取込口の周辺は平板状に形成され、そ
   の直上面に防振弾性体および掘削土石が通過する
   開口部を備えた平板状振動体が配置され、その平
   板状振動体に振動子が取り付けられていることを
   特徴とするトンネル掘削機の搬出土石閉塞防止装
   置。 ２ 前記振動子は、土石取込口に対して放射状方
   向に配設されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のトンネル掘削機の搬出土石閉
   塞防止装置。