JPH06294292A - シールド掘削機のスクリュー排土方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 適正排土量を確保しつつ、充分な止水機能を
持たせることができるようにしたシールド掘削機のスク
リュー排土方法および装置を提供する。 【構成】 スクリュー排土装置２４において、スクリュ
ー排土装置の胴体部２６を伸縮可能に形成するととも
に、この伸縮部に油圧シリンダ３４を取り付けて伸縮量
を可変とする。また、スクリュー排土装置内部の土砂取
込み口と排土部の土圧とを検出するセンサを設け、この
センサ信号を入力しこれらの差圧に応じて油圧シリンダ
にスクリュー排土装置の胴体の長さを変更操作駆動させ
る制御部５０を設けている。排土装置内土砂の圧密長さ
をチャンバ内土圧にバランスさせるよう制御部により胴
長長さを調整駆動し、チャンバ内の土圧に対応する長さ
のスクリュー排土装置内部の土砂によるサンドプラグを
形成し、この圧密長さをチャンバ内土圧にバランスさせ
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシールド掘削機のスクリ
ュー排土方法および装置に係り、特にスクリュー排土装
置内での土砂圧密量を容易に調整することができるよう
にした方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】土圧バランス型のシールド掘削機では、
シールドカッタにより掘削された土砂をシールドチャン
バ内に取込み、これをスクリュー排土装置によってシー
ルド後方に排出している。この種の掘削方法では、塑性
流動化した掘削土砂をシールドチャンバ内に充満させて
おき、掘進に応じて取込まれる掘削土量に対応する分だ
けスクリュー排土装置によって排土量を排出し、土圧バ
ランスを図ることが切羽崩壊を防止する上で重要であ
る。

【０００３】ところで、この種のスクリュー排土装置で
は地山掘削土砂に高い地下水圧が作用する場合には充分
な止水効果を与える必要がある。このため従来のスクリ
ュー排土装置は、一段ゲート装置や二段ゲート装置によ
って掘削土砂の排土量を制御し、あるいはコーンバルブ
による排土量の調整により、スクリュー内排土過程で土
砂の締め固めをなして難透水性のサンドプレグを形成
し、この締め固めたサンドプラグによって止水効果を得
るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のスク
リュー排土装置では、ゲート部の開閉率制御によりサン
ドプラグの長さや圧密の程度を調整しているが、ゲート
部の抵抗により所定の効果が得られないことが多く、し
たがって高水圧時には止水材をスクリュー排土装置内に
注入し、排出土砂の難透水性を増した状態で排出しなけ
ればならない問題があった。このため従来の装置では排
土量を所定に確保しようとすると止水効果が得られず、
また止水効果を持たせるためには排土量を犠牲にする必
要があったものである。

【０００５】本発明は、適正排土量を確保しつつ、充分
な止水機能を持たせることができるようにしたシールド
掘削機のスクリュー排土方法および装置を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るシールド掘削機のスクリュー排土方法
は、シールド前部に形成されるチャンバ内に先端を臨ま
せ、シールド後方に延長されるスクリュー排土装置によ
って掘削土砂を搬出する排土方法において、前記スクリ
ュー排土装置の胴体長を可変としておき、チャンバ内に
臨む前記スクリュー排土装置前端部の土圧と排土部の土
圧とを検出し、これらの差圧に応じて前記スクリュー排
土装置の胴体の長さを変更操作させて当該排土装置内土
砂の圧密長さをチャンバ内土圧にバランスさせるように
構成したものである。

【０００７】また、本発明に係るシールド掘削機のスク
リュー排土装置は、シールド前部に形成されるチャンバ
内に先端を臨ませ、シールド後方に延長されて掘削土砂
を搬出するスクリュー排土装置において、前記スクリュ
ー排土装置の胴体部を伸縮可能に形成するとともに、こ
の伸縮部に油圧シリンダを取り付けて伸縮量を可変と
し、チャンバ内に臨む前記スクリュー排土装置内部の土
圧および排土部の土圧とを検出するセンサを設け、この
センサ信号を入力しこれらの差圧に応じて前記油圧シリ
ンダにスクリュー排土装置の胴体の長さを変更操作駆動
させる制御部を設け、当該排土装置内土砂の圧密長さを
チャンバ内土圧にバランスさせるよう前記制御部により
胴長長さを設定させるようにしたものである。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、スクリュー排土装置の胴体
部を内筒と外筒によって摺動できるように構成してお
き、胴長全体が伸縮できるようにして胴長を調整するこ
とができる。伸縮量はシールドチャンバ内の土圧にほぼ
等しい排土装置内の土砂導入土圧と排土部分の土圧を検
知し、その差圧に応じて伸縮部に取り付けた油圧シリン
ダの駆動量を加減調整すれば良い。これによってシール
ドチャンバ内の土圧と常に平衡するように排土装置内の
圧密状態を調整することができ、したがって充分高い止
水効果を発揮させながら、規定量の土砂排出を行わせる
ことが可能となるのである。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係るシールド掘削機のスク
リュー排土方法および装置の具体的実施例を図面を参照
して詳細に説明する。

【００１０】まず、図２に実施例に係るスクリュー排土
装置を組込んだシールド掘削機の断面図を示す。シール
ド掘削機はシールド本体１０を前胴部１０Ｆと後胴部１
０Ｒとにより構成し、シールド本体１０の先端部分には
回転駆動により対面する地中切羽面を掘削するカッタヘ
ッド１２が配置されている。前胴部１０Ｆの先端寄りの
内部にはバルクヘッド１４が設けられてシールド内部を
前後を仕切っており、このバルクヘッド１４に前記カッ
タヘッド１２を回転可能に支持するとともに、バルクヘ
ッド１４の背面部側に取り付けたモータ１６によりカッ
タヘッド１２の回転駆動して掘削を行なわせるようにし
ている。カッタヘッド１２は回転して掘削作用をなす
が、これを掘進させるために前記シールド本体の内周面
部分には推進ジャッキ１８が設けられており、これを伸
張させてシールド掘削機１０の後方に覆工されるセグメ
ント２０の先端面に当接させてシールド本体１０を押出
すことにより掘進させるようにしている。したがって、
シールド掘削機はカッタヘッド１２を回転駆動させると
ともに、後方のセグメント２０を支承面として推進させ
ることにより、掘削土砂を前記カッタヘッド１２とバル
クヘッド１４の間に形成したシールドチャンバ２２内に
取込むのである。そしてシールドチャンバ２２内に取込
んだ土砂はスクリュー排土装置２４によって後方に排出
される。

【００１１】スクリュー排土装置２４は基本的には筒状
の胴体２６とその内部に取り付けられたスクリュー２８
を備え、スクリュー２８を回転駆動させることにより土
砂の搬送をなす。シールドチャンバ２２内の土砂を取込
むため、胴体２６の先端開口部をバルクヘッド１４の下
部からシールドチャンバ２２内に差込んで開口させ、こ
の開口部から更に先端をチャンバ内に突出させたスクリ
ュー２８先端によって混練作用を行いながら土砂の排土
をなすものである。排土装置２４のセンターはシールド
軸芯に対して一定の上り勾配となるように傾斜されてい
る。

【００１２】ここで、土圧式のシールド掘削機では、ス
クリュー排土装置２４による排土量はシールドチャンバ
２２内の土圧とバランスさせる必要があり、かつ地山の
滞水圧に対向し得る止水作用をこのスクリュー排土装置
２４にて行わせる必要がある。このため、本実施例で
は、スクリュー排土装置２４の特に胴体２６の後端部分
をテレスコピック構造として伸縮可能とし、もって胴長
を可変として構成している。すなわち、胴体２６の後端
部から当該胴体２６と同径の筒体を更に後方に延長さ
せ、この延長筒部３０の外周を軸芯方向に沿って摺動可
能に外筒３２を取り付けている。そして、延長筒部３０
と外筒３２との間に伸縮油圧シリンダ３４を取り付けて
おり、この油圧シリンダ３４の駆動により延長筒部３０
に対する外筒３２の伸縮量が調整できるものとされてい
る。外筒３２には延長筒部３０の内挿範囲部分は排土装
置軸芯と同芯に設定されているが、後端部分はややシー
ルド軸芯に沿うように屈曲形成しており、この後端面部
分にゲート装置３６を取り付けている。このゲート装置
３６の開口を調整することにより排土量の制御が行われ
る。

【００１３】なお、この排土装置２４では胴体２６の後
端部に伸縮部を設けているため、スクリュー２８の回転
駆動機構３８が前記延長筒部３０の基端部外周に装備さ
れている。これは図３に示すように、胴体２６と延長筒
部３０の接続部に軸受を介して回転可能にリング４０を
取り付け、これを胴体２６の外周部に設備した駆動モー
タ４２によって回転駆動させるようにしている。そして
回転リング４０の内周面に前記スクリュー２８のフライ
ト外縁を溶接により結合一体化しているものである。こ
れにより胴体２６の外周部に設けたモータ４２を駆動す
ることにより回転リング４０が回転し、これと一体化さ
れたスクリュー２８が胴体２６の内部で回転し、土砂の
搬送を行うのである。

【００１４】ところで、前述したようにスクリュー排土
装置２４の後部は延長筒部３０と外筒３２とによって伸
縮可能とされているが、この伸縮量はシールドチャンバ
２２内の土圧に関連して排土装置２４の土砂取込み口部
分の土圧と排土装置２４の排土部分の土圧に応じて制御
調整するようにしている。このため、図１に示すよう
に、シールドチャンバ２２内に臨みその土圧を検出する
チャンバ土圧センサ４４と、スクリュー排土装置２４内
における搬送土砂の取込み口側の土圧を検出する第１の
搬送土圧センサ４６、および胴長伸縮部における土圧を
検出する第２の搬送土圧センサ４８を設け、それぞれチ
ャンバ内土圧Ｐ0、排土装置入口土圧Ｐ1、および排土装
置出口土圧Ｐ2を検出するようにしている。また、これ
らの土圧センサ４４、４６、４８の検出信号を入力する
制御部５０が設けられ、制御部５０は特にチャンバ土圧
センサ４４によって検出されたチャンバ内土圧Ｐ0と、
排土装置入口土圧Ｐ1、および排土装置出口土圧Ｐ2とを
比較し、これらの差圧信号に基づいて、前記外筒３２を
駆動する油圧シリンダ３４の駆動信号を出力するように
している。

【００１５】具体的制御方法は次のようになる。スクリ
ュー排土装置２４を用いて安定排土を行わせるために
は、排土装置入口土圧Ｐ1がチャンバ内土圧Ｐ0に等しい
かあるいはそれより大きく、かつ排土装置出口土圧Ｐ2
が入口土圧Ｐ1より若干高い状態が必要となる。すなわ
ち、Ｐ0≦Ｐ1＜Ｐ2の条件（安定排土条件）が必要であ
る。

【００１６】これに対し、排土装置出口土圧Ｐ2が高く
なってしまい、Ｐ0＜Ｐ1《Ｐ2あるいはＰ0≦Ｐ1《Ｐ2と
なった場合には、排土ができなくなってしまう（排土不
能条件）。このような条件下では、排土装置出口土圧Ｐ
2とチャンバ内土圧Ｐ0の比較をなして、チャンバ内土圧
Ｐ0が切羽安定設定圧力になるように入口土圧Ｐ1に基づ
いて調整をする。これはシールド推進力等の調整によっ
て行えばよい。そして、入口土圧Ｐ1と出口土圧Ｐ2を比
較し、その差圧に基づき、制御部５０から前記伸縮油圧
シリンダ３４の縮小駆動指令を出力する。この信号は油
圧駆動装置５２に出力され、これによって前記伸縮油圧
シリンダ３４が収縮動作をなすようにバルブの切換えお
よび供給流量の調整が行われる。差圧Ｐは一定周期でサ
ンプリングし、差圧Ｐが小さくなるにしたがって供給流
量を減少させるように比例制御させればよい（図１
（１）参照）。これにより外筒３２が縮小移動され、排
土装置２４の後端部長さが短くなり、この内部に形成さ
れるサンドプラグ長が短くなって出口土圧Ｐ2、入口土
圧Ｐ1が順次降圧され、上記安定排土条件に達するよう
に調整できるのである。

【００１７】また逆に、チャンバ内土圧Ｐ0が高くな
り、Ｐ0》Ｐ1＞Ｐ2あるいはＰ0≧Ｐ1＞Ｐ2となった場合
には、排土装置出口圧Ｐ2が低くなり噴発してしまう
（噴発条件）。このような場合には、排土装置入口土圧
Ｐ1とチャンバ内土圧Ｐ0の圧力を比較して上記の場合と
同様に切羽安定圧力となるようにシールド推進力等によ
る調整を行うとともに、排土装置出口土圧Ｐ2と入口土
圧Ｐ1の差圧Ｐに基づき、制御部５０から前記伸縮油圧
シリンダ３４の伸張駆動指令信号を出力する。これによ
り排土装置２４の後端部長さが長くなり、この内部に形
成されるサンドプラグ長が長くなって出口土圧Ｐ2、入
口土圧Ｐ1が順次昇圧され、上記安定排土条件に達する
ように調整できる。したがって圧密長さが長くなること
によって止水能力を増大させることができるのである
（図１（２）参照）。

【００１８】このような実施例によれば、スクリュー排
土装置２４の後部において、内筒となる延長筒部３０と
外筒３２とを設け、外筒３２が延長筒部３０を油圧シリ
ンダ３４の駆動により摺動させて胴長全体の長さを伸縮
するように構成しているため、掘削土砂の排土装置２４
内での圧密状態が生じ易いようになっている。そしてこ
の胴長伸縮部での土圧がチャンバ内土圧と平衡するよう
に胴長の長さを調整することができるので、最適の圧密
状態を掘削土砂に与えて止水効果を持たせつつ、規定量
の土砂排土を可能にすることができる。

【００１９】なお、上記実施例においては、スクリュー
排土装置２４のスクリュー２８は軸付きスクリューとし
た例を示しているが、これは礫の排出を容易にするため
にリボンスクリューとすることができる。このようにす
ることによって排土装置のゲート装置３６は不要とな
り、大型礫の掘削排出を可能としつつ、噴発発生を抑制
しながら適量排土を確保することができる効果が得られ
る。また、排土装置２４の胴長の調整は延長筒部３０に
外筒３２を装着した例について説明したが、これは内筒
を装着するようにしてもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明はシールド
前部に形成されるチャンバ内に先端を臨ませ、シールド
後方に延長されて掘削土砂を搬出するスクリュー排土装
置において、前記スクリュー排土装置の胴体部を伸縮可
能に形成するとともに、この伸縮部に油圧シリンダを取
り付けて伸縮量を可変とし、スクリュー排土装置取込み
口の土圧およびスクリュー排土装置の排土部の土圧とを
検出するセンサを設け、このセンサ信号を入力しこれら
の差圧に応じて前記油圧シリンダにスクリュー排土装置
の胴体の長さを変更操作駆動させる制御部を設け、当該
排土装置内土砂の圧密長さをチャンバ内土圧にバランス
させるよう前記制御部により胴長長さを設定させるよう
にして、前記スクリュー排土装置内部の取込み口および
排土口の土圧との差圧に応じて排土装置内土砂の圧密長
さを調整して、チャンバ内土圧にバランスさせるように
設定できるので、泥土や止水剤などの補助材を混入しな
くても、止水効果と掘削土砂の適量排土とを同時に確保
することができるとともに、地山の土砂取込みを安定化
させて路面に対しての影響を小さくすることができると
いう優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るシールド掘削機のスクリュー排土
装置の要部構成図である。

【図２】実施例のスクリュー排土装置を備えたシールド
掘削機の断面図である。

【図３】実施例のスクリュー排土装置のスクリュー回転
機構部の説明図である。

【符号の説明】

１０ シールド本体 １２ カッタヘッド １４ バルクヘッド １６ カッタヘッド駆動モータ １８ 推進ジャッキ ２０ ゼグメント ２２ シールドチャンバ ２４ スクリュー排土装置 ２６ 胴体 ２８ スクリュー ３０ 延長筒部 ３２ 外筒 ３４ 伸縮油圧シリンダ ３６ ゲート装置 ３８ 回転駆動機構 ４０ 回転リング ４２ 回転モータ ４４ チャンバ土圧センサ ４６ 第１搬送土圧センサ ４８ 第２搬送土圧センサ ５０ 制御部 ５２ 油圧駆動装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド前部に形成されるチャンバ内に
   先端を臨ませ、シールド後方に延長されるスクリュー排
   土装置によって掘削土砂を搬出する排土方法において、
   前記スクリュー排土装置の胴体長を可変としておき、チ
   ャンバ内に臨む前記スクリュー排土装置前端部の土圧と
   排土部の土圧とを検出し、これらの差圧に応じて前記ス
   クリュー排土装置の胴体の長さを変更操作させて当該排
   土装置内土砂の圧密長さをチャンバ内土圧にバランスさ
   せるようにしたことを特徴とするシールド掘削機のスク
   リュー排土方法。
2. 【請求項２】 シールド前部に形成されるチャンバ内に
   先端を臨ませ、シールド後方に延長されて掘削土砂を搬
   出するスクリュー排土装置において、前記スクリュー排
   土装置の胴体部を伸縮可能に形成するとともに、この伸
   縮部に油圧シリンダを取り付けて伸縮量を可変とし、チ
   ャンバ内に臨む前記スクリュー排土装置内部の土圧およ
   び排土部の土圧とを検出するセンサを設け、このセンサ
   信号を入力しこれらの差圧に応じて前記油圧シリンダに
   スクリュー排土装置の胴体の長さを変更操作駆動させる
   制御部を設け、当該排土装置内土砂の圧密長さをチャン
   バ内土圧にバランスさせるよう前記制御部により胴長長
   さを設定させることを特徴とするシールド掘削機のスク
   リュー排土装置。