JPH10196286A - トンネル掘進機の排土装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排土管１０，１０ｂ内の掘削土砂の搬送力を
増大させた、トンネル掘進機の排土装置を提供する。 【解決手段】 小口径管推進機、あるいは、シールド掘
進機のようなトンネル掘進機の排土装置であって、掘進
機本体１内に設けられたスクリューコンベア６と、その
スクリューコンベアの後方、下部あるいは後端に接続さ
れる排土管１０ａ，１０ｂと、排土管１０ａ，１０ｂの
後端に接続されるバキューム装置と、排土管１０ａ，１
０ｂに設けた吸気口１２とを備えた排土装置において、
排土管１０ａ，１０ｂの入り口近傍に圧縮空気噴出口１
５ａ〜１５ｃを設けたトンネル掘進機の排土装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトンネル掘削機の排
土装置に関し、特に小口径管推進機やシールド掘進機の
掘削土砂を排土するためのトンネル掘進機の排土装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル掘削機の排土装置の第１の従来
技術として、図３及び図４に示す「特開平５−１３３１
９２」に開示される、小口径管埋設装置の排土装置につ
いて説明する。第１隔離室５３と第２隔離室５４の間の
開閉弁５５を閉じ、空気吸込用開口部５９の開度調整装
置６１を開いた状態で、地上に設置した真空吸引装置７
１を作動させると、その真空圧により第２隔離室５４の
空気吸込用開口部５９から外部空気が吸い込まれ、排土
管７０内に気流が発生する。掘進開始時に開閉弁５５を
閉じておくと、切羽６５から移送された掘削土砂は第１
隔離室５３に溜まり、掘削土砂が充満するにつれて第１
隔離室５３内の土圧が上昇する。その土圧を土圧検出器
５８で検出し、予め設定し管理しようとする土圧に達し
た時点で開閉弁５５を開くと、掘削土砂は第１隔離室５
３から第２隔離室５４へ排出され、排出された掘削土砂
は真空吸引装置７１の真空圧と、その真空圧によって排
土管７０内に発生する風力により排出管７０を通して真
空吸引装置７１のタンク内まで搬送される。従って開閉
弁５５の開度調整により排土量を管理し、空気吸込用開
口部１９の開度調整装置６１により排土管７０内の風量
を掘削土砂の性状に合わせて調整することで、第１隔離
室５３の土圧を一定に保った状態で掘削土砂を効率よく
連続排土することができる。

【０００３】第２の従来技術として「特公平３−６９４
４０」について、図５、図６により説明する。カッタ駆
動用液圧モータ８８、コンプレッサ９８、真空ポンプ９
５、及びロータリバルブ９４を運転すると共に、推進装
置９０の推進用ジャッキ８９により埋設管８１及びカッ
タヘッド８３を推進すると、カッタヘッド８３の前方の
土砂が送り羽根付きカッタ８４により掘削されると共
に、送り羽根８７により掘削土砂室８２の後方に移送さ
れる。この場合、掘削土砂室８２の前部の地山には土圧
と同等以上の空気圧が掘削土砂室８２側から作用してい
るので、掘削土砂室８２内に土砂が崩落して、掘削排土
室８２内への土砂の取込量が過多になることはない。掘
削土砂室８２内の後部に移送された土砂は、吸引孔９１
及び吸引管８５内の真空吸引力により、空気と共に吸引
搬送されてレシーバ９２内に投入され、レシーバ９２内
に投入された土砂はロータリバルブ９４を通って、トラ
ック等により排出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記各
従来の技術においては以下のような問題点がある。 （１）第１の従来技術は、真空圧により排土管７０内に
発生する風力によって、掘削土砂を排土管７０後方に搬
送するが、空気吸込用開口部５９は第２隔離室５４の一
部に設置されているため、排土管７０内壁全周にわたり
排土管７０と掘削土砂との摩擦抵抗を低減できず、その
ため十分な搬送力が得られず、掘削土砂が排土管７０内
に閉塞することがあった。 （２）また第１の従来技術は、排土管７０外周の一部を
切リ欠いて空気吸込用開口部５９を形成しているため、
空気吸込用開口部５９から吸込まれる空気流は、排土管
７０の半径方向成分が大きく、空気流の速度エネルギー
を搬送力として十分利用できないだけでなく、特に排土
管７０の内径部に付着している掘削土砂の摩擦抵抗が大
きいため、掘削土砂を効率よく連続排土することができ
ない。 （３）第２の従来技術は、掘削排土室８２に圧縮空気を
供給して掘削排土室８２の圧力を切羽の土圧と同等以上
に保って、切羽の崩落を防止することを目的とするもの
である。従って掘削排土室８２内の圧縮空気圧は送り羽
根８７や、送り羽根８７の間にある掘削土砂の抵抗によ
り、吸引管８５内の土砂の搬送力として十分に利用でき
ず、やはり十分な搬送力が得られず、掘削土砂が排土管
内に閉塞することがあった。

【０００５】本発明は前記の問題点に着目してなされた
もので、排土管内の掘削土砂の搬送力を増大させた、ト
ンネル掘進機の排土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および作用・効果】上記の
目的を達成するために、本願第１の発明に係るトンネル
掘削機の排土装置は、小口径管推進機、あるいは、シー
ルド掘進機のようなトンネル掘進機の排土装置であっ
て、掘進機本体１内に設けられたスクリューコンベア６
と、そのスクリューコンベアの後方、下部あるいは後端
に接続される排土管１０ａ，１０ｂと、排土管１０ａ，
１０ｂの後端に接続されるバキューム装置と、排土管１
０ａ，１０ｂに設けた吸気口１２とを備えた排土装置に
おいて、排土管１０ａ，１０ｂの入り口近傍に圧縮空気
噴出口１５ａ〜１５ｃを設けたことを特徴とする。

【０００７】第１の発明によれば、スクリューコンベア
６後方に搬送されてきた掘削土砂は、バキューム装置の
真空圧と圧縮空気噴出口から噴出される空気圧とによ
り、排土管１０ａ，１０ｂ内に発生する風力によって、
空気吸込口から吸込まれる排土管１０ａ，１０ｂ内の風
量に加算される、圧縮空気噴出口より噴出される風量に
より決まる排土量だけ排土管１０ａ，１０ｂ後方に搬送
される。特にスクリュコンベア６から排土管１０ａ，１
０ｂ内に排出された掘削土砂は、圧縮空気噴出口１５ａ
〜１５ｃから噴出する圧縮空気により、排土管１０ａ，
１０ｂ内壁と掘削土砂との摩擦抵抗を低減すると共に、
排土管１０ａ，１０ｂ後方に勢い良く吹き飛ばされる。
このように搬送速度を得た掘削土砂は排土管１０ａ，１
０ｂの吸気口１２から吸引される空気により、排土管１
０ａ，１０ｂ内を効率よく真空搬送されるため確実に連
続排土することができる。

【０００８】本願第２の発明に係るトンネル掘削機の排
土装置は、小口径管推進機、あるいは、シールド掘進機
のようなトンネル掘進機の排土装置であって、掘進機本
体１内に設けられたスクリューコンベア６と、そのスク
リューコンベア６の後方、下部あるいは後端に接続され
る排土管１０ａ，１０ｂと、排土管１０ａ，１０ｂの後
端に接続されるバキューム装置と、排土管１０ａ，１０
ｂに設けた吸気口１２とを備えた排土装置において、前
記吸気口１２は、スクリューコンベア６のケーシング６
ｄに固定された第１排土管１０ａの後端部内径と、第１
排土管１０ａに挿入される第２排土管１０ｂの前端部外
径との隙間により形成されることを特徴とする。

【０００９】第２の発明によれば、スクリューコンベア
６後方に搬送されてきた掘削土砂は、バキューム装置の
真空圧で排土管内１０ａ，１０ｂに発生する風力によっ
て、吸気口１２から吸込まれる排土管１０ａ，１０ｂ内
の風量により決まる排土量だけ排土管後方に搬送され
る。このとき第２排土管１０ｂの前端部を第１排土管１
０ａ内の前方まで挿入することにより、第１排土管１０
ａ内の前方部分に吸気口を設置できる。従ってスクリュ
ーコンベア６のケーシング６ｄから落下する掘削土砂が
第１排土管１０ａ内壁に衝突する前の速度エネルギー
と、吸気口１２から吸込まれる空気流とにより、特に搬
送抵抗の大きい第２排土管１０ｂの内径部全周における
掘削土砂の摩擦抵抗に打ち勝って、掘削土砂を効率よく
連続排土することができる。

【００１０】本願第３の発明に係るトンネル掘削機の排
土装置は、第１の発明において、吸気口１２はスクリュ
ーコンベア６のケーシング６ｄに固定された第１排土管
１０ａの後端部内径と、第１排土管１０ａに挿入される
第２排土管１０ｂの前端部外径との隙間により形成され
ることを特徴とする。

【００１１】第３の発明によれば、第１の発明の作用効
果に加えて、掘削土砂が第１排土管１０ａ内壁に衝突す
る前の速度エネルギーと、吸気口１２から吸込まれる空
気流とにより、特に搬送抵抗の大きい第２排土管１０ｂ
の内径部全周における掘削土砂の摩擦抵抗に打ち勝っ
て、第１の発明より更に効率よく掘削土砂を連続排土で
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るトンネル掘
進機の排土装置に関する一実施例について、図１及び図
２の図面を参照して詳述する。図１は本発明に係るトン
ネル掘進機の一つである小口径管推進機の排土装置の一
実施例を示す、図２のＰ部拡大図、図２は本発明に係る
トンネル掘進機の排土装置の一実施例を示す図である。

【００１３】トンネル掘進機の掘進機本体を構成する小
口径管推進機の先導管１は、前端部にカッタヘッド２を
回転自在に支持した、Ｌ1 の長さを有する前部先導管１
ａと、前部先導管１ａの後端部を球面軸受１ｃを介して
揺動自在に支持した、Ｌ2 の長さを有する後部先導管１
ｂとにより構成される。図示しない発進立坑内に設置さ
れた推進装置により推進される埋設管５は、後部先導管
１ｂの後端に推進力を付与する。前部先導管１ａには軸
受４により前記カッタヘッド２が支持され、このカッタ
ヘッド２はカッタ駆動モータ３により駆動される。前部
先導管１ａ及び後部先導管１ｂの中心部にはスクリュー
コンベア６が貫通しており、スクリューコンベア６の前
端部はカッタヘッド２後面に形成されたチャンバ７内に
開口している。後部先導管１ｂの中程に位置するスクリ
ューコンベア６の外周には、ピンチ弁８が設置されてい
る。

【００１４】前記スクリュコンベア６は羽根６ａと軸６
ｂとからなるスクリュ６ｃと、スクリュ６ｃを収納する
ケーシング６ｄとからなり、スクリュコンベア６の後端
部にはスクリュ駆動モータ９が装着され、スクリュ駆動
モータ９とスクリュー６ｃの羽根６ａの終端間の軸６ｂ
には、ケーシング６ｄとの間をシールした土留板１１が
固定されている。土留板１１の前方で羽根６ａの終端部
に位置するケーシング６ｄ下方部には、第１排土管１０
ａが固定され、第１排土管１０ａ後端の内径部は第２排
土管１０ｂの外径部と、Ｌ3 の長さにわたり嵌合して吸
気口１２を形成している。前記第１排土管１０ａと第２
排土管１０ｂとにより排土管１０を構成している。第２
排土管１０ｂの後端部には先導管１の推進と共に、埋設
管５と同一長のバキュームホースが順次接続され、図示
しない発進立坑を経由して地上のバキューム装置に接続
されている。

【００１５】また前記ピンチ弁８の下流側となる第１排
土管１０ａには図示しないコンプレッサから送られてき
た圧縮空気を、掘削土砂であるずりの搬送方向に噴出す
る第１圧縮空気噴出口１５ａ、第２圧縮空気噴出口１５
ｂ、第３圧縮空気噴出口１５ｃの各圧縮空気噴出口１５
が３か所に、それぞれ独立に開閉可能に設置されてい
る。更に、スクリュコンベヤ６のケーシング６ｃにはケ
ーシング６ｃ内に水を注入するための、水注入口１６が
設置されている。

【００１６】前記構成による作用について説明する。カ
ッタヘッド２で掘削されたずりはチャンバ７に取り込ま
れ、スクリュコンベヤ６によりピンチ弁８を介して後方
に搬送されるが、土留板１１によりそれより後方への搬
送が阻止されるため、スクリュコンベヤ６から第１排土
管１０ａ内に搬送される。第１排土管１０ａ内に搬送さ
れたずりは、図示しないバキューム装置の真空圧と、そ
れぞれ独立に開閉可能に設置された第１圧縮空気噴出口
１５ａ、第２圧縮空気噴出口１５ｂ、第３圧縮空気噴出
口１５ｃから、ずりの搬送方向に噴出する圧縮空気圧と
により第１排土管１０ａ内に発生する風力によって、第
１排土管１０ａから第２排土管１０ｂを介して、第２排
土管１０ｂに接続されるバキュームホースにより坑外の
バキューム装置に吸引排土される。

【００１７】このようにバキューム装置の真空圧だけで
なく、各圧縮空気噴出口１５ａ〜１５ｃからずりの搬送
方向に噴出する圧縮空気圧が加算され、また排出口１０
ｃから第２排土管１０ｂに排出されるずりの排土量は、
吸気口１２から第２排土管１０ｂ内に吸込まれる風量だ
けでなく、各圧縮空気噴出口１５ａ〜１５ｃより噴出さ
れる風量が加算されて決まるため、第２排土管１０ｂ内
のずりの搬送力および搬送量が著しく増大する。

【００１８】すなわち、スクリュコンベア６から第１排
土管１０ａ内に排出された掘削土砂は、圧縮空気噴出口
１５ａ〜１５ｃから掘削土砂の搬送方向に噴出する圧縮
空気により、第１、第２排土管１０ａ，１０ｂ内壁全周
と掘削土砂との摩擦抵抗を低減すると共に、第２排土管
１０ｂ後方に勢い良く吹き飛ばされる。このように搬送
速度を得た掘削土砂は第１排土管１０ａ内径と第２排土
管１０ｂの外径との間で形成される吸気口１２から吸引
される空気により、第２排土管１０ｂ内を効率よく真空
搬送される。この方式をエアアシストという。

【００１９】前記エアアシスト方式は、通常は第１排土
管１０ａの内径とずりとの摩擦力が最も大きい、第１排
土管１０ａの内径下部のずりに搬送力を付与できる第２
圧縮空気噴出口１５ｂから圧縮空気を供給している。ず
りの排土状況、及びずりの種類（礫、あるいは粘土系）
により、第１圧縮空気噴出口１５ａや第３圧縮空気噴出
口１５ｃからも圧縮空気を供給してずりの搬送力を増大
させることができる。

【００２０】また水注入口１６からケーシング６ｃ内に
水を注入して、ずりの流動性を増すことにより、ずりの
搬送力を増大させる方式を水アシストという。このよう
にエアアシストと水アシストとを併用すれば、ずりの搬
送力を更に増大させてより確実な排土が可能となる。

【００２１】更に第２排土管１０ｂの前端部を第１排土
管１０ａ内の前方まで挿入することにより、第１排土管
１０ａ内の前方部分に吸気口１２を設置できる。従って
スクリューコンベア６のケーシング６ｄから落下する掘
削土砂が第１排土管１０ａ内壁に衝突する前の速度エネ
ルギーと、吸気口１２から吸込まれる空気流とにより、
特に搬送抵抗の大きい第２排土管１０ｂの内径部全周に
おける掘削土砂の摩擦抵抗に打ち勝って、掘削土砂を効
率よく連続排土することができる。

【００２２】スクリュコンベヤ６に固定された第１排土
管１０ａから、第２排土管１０ｂ後端部は、先導管１の
推進と共に前進するため、埋設管と同一長のバキューム
ホースを順次継ぎ足して地上のバキューム装置に連結す
ることにより、第２排土管１０ｂ内のずりを地上のバキ
ューム装置まで搬送している。

【００２３】なお本実施例では小口径管推進機の排土装
置について説明したが、これに限らずシールド掘進機の
排土装置に使用しても同様である。また各圧縮空気噴出
口１５ａ〜１５ｃより上流側にピンチ弁８が設置されて
いるので、ピンチ弁８を絞ることにより噴射された圧縮
空気が切羽側へ逆流するのを防止して、ずりの搬送力向
上に寄与するばかりでなく、ピンチ弁８の開度量により
ずりの排土量調整が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトンネル掘進機の排土装置の一実
施例を示す図で、図２のＰ部拡大図である。

【図２】本発明に係るトンネル掘進機の排土装置の一実
施例を示す図である。

【図３】第１の従来技術に係る掘削設備を示す図であ
る。

【図４】図３の先導管を示す図である。

【図５】第２の従来技術の掘削設備を示す図である。

【図６】図５の先導管を示す図である。

【符号の説明】

１…先導管（掘進機本体）、１ａ…前部先導管、１ｂ…
後部先導管、１ｃ…球面軸受、２…カッタヘッド、３…
カッタ駆動モータ、４…軸受、５…埋設管、６…スクリ
ューコンベア、６ａ…羽根、６ｂ…軸、６ｃ…スクリ
ュ、６ｄ…ケーシング、７…チャンバ、８…ピンチ弁、
９…スクリュ駆動モータ、１０ａ…第１排土管（排土
管）、１０ｂ…第２排土管（排土管）、１１…土留板、
１２…吸気口、１５…圧縮空気噴出口、１５ａ…第１圧
縮空気噴出口、、１５ｂ…第２圧縮空気噴出口、、１５
ｃ…第３圧縮空気噴出口、、１６…水注入口。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 小口径管推進機、あるいは、シールド掘
   進機のようなトンネル掘進機の排土装置であって、掘進
   機本体内に設けられたスクリューコンベアと、そのスク
   リューコンベアの後方、下部あるいは後端に接続される
   排土管と、排土管の後端に接続されるバキューム装置
   と、排土管に設けた吸気口とを備えた排土装置におい
   て、排土管の入り口近傍に圧縮空気噴出口を設けたこと
   を特徴とするトンネル掘削機の排土装置。
2. 【請求項２】 小口径管推進機、あるいは、シールド掘
   進機のようなトンネル掘進機の排土装置であって、掘進
   機本体内に設けられたスクリューコンベアと、そのスク
   リューコンベアの後方、下部あるいは後端に接続される
   排土管と、排土管の後端に接続されるバキューム装置
   と、排土管に設けた吸気口とを備えた排土装置におい
   て、前記吸気口は、スクリューコンベアのケーシングに
   固定された第１排土管の後端部内径と、第１排土管に挿
   入される第２排土管の前端部外径との隙間により形成さ
   れることを特徴とするトンネル掘削機の排土装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記吸気口はスクリ
   ューコンベアのケーシングに固定された第１排土管の後
   端部内径と、第１排土管に挿入される第２排土管の前端
   部外径との隙間により形成されることを特徴とするトン
   ネル掘削機の排土装置。