特開 2023-138064 シールド掘進機の排土設備およびそれを構成する排土ポンプの設置方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023138064

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】シールド掘進機の排土設備およびそれを構成する排土ポンプの設置方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/12 20060101AFI20230922BHJP

【ＦＩ】

E21D9/12 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022044556

(22)【出願日】2022-03-18

(71)【出願人】

【識別番号】000140292

【氏名又は名称】株式会社奥村組

(74)【代理人】

【識別番号】100101971

【弁理士】

【氏名又は名称】大畑 敏朗

(72)【発明者】

【氏名】薮ノ 和洋

(72)【発明者】

【氏名】池島 智昭

(72)【発明者】

【氏名】嵯峨 義朗

(72)【発明者】

【氏名】崎山 直人

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AC04

2D054DA12

2D054DA15

(57)【要約】

【課題】シールド掘進機の排土設備を構成する排土ポンプの数を減らすことができる。
【解決手段】泥土圧シールド掘進機１の排土設備ＲＥを構成する排土ポンプＰ１を複数台の後続台車ＳＢ０～ＳＢｎのうちの最後尾の後続台車ＳＢｎに搭載した。これにより、排土ポンプＰ１と中継用の排土ポンプＰ２とを連結する排土管ＥＰ２の内径を大きくすることができるので、排土ポンプＰ１によって泥土を有効に送ることができる排土到達距離を長くすることができる。このため、その排土ポンプＰ１の排土到達距離によって決まる中継用の排土ポンプＰ２の設置距離を長くすることができるので、坑ＳＨ内に設置される中継用の排土ポンプＰ２の台数を減らすことができる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シールド掘進機のチャンバ内の掘削土砂を排出する排出手段と、
前記排出手段に接続された第１の排土ポンプと、
前記第１の排土ポンプに第１の排土管を介して接続された第２の排土ポンプと、
前記第２の排土ポンプに接続され、前記掘削土砂を地上まで送るように延在した状態で設けられた第２の排土管と、
前記第２の排土管において予め決められた距離毎に接続された複数台の中継用の排土ポンプと、
を備え、
前記第１の排土管は、前記排出手段の後方の複数台の後続台車の上方に設置されており、
前記第２の排土ポンプは、前記複数台の後続台車の最後尾車両に搭載されており、
前記第２の排土管の内径は、前記第１の排土管の内径より大きい、
ことを特徴とするシールド掘進機の排土設備。

【請求項2】

前記第１の排土ポンプは、前記複数台の後続台車のうちの先頭車両に搭載されている、
ことを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機の排土設備。

【請求項3】

前記シールド掘進機が泥土圧シールド掘進機であり、前記排出手段がスクリューコンベアである、
ことを特徴とする請求項１または２記載のシールド掘進機の排土設備。

【請求項4】

シールド掘進機のチャンバから排出手段によって送られた掘削土砂を第１の排土ポンプによって前記排出手段の後方の複数台の後続台車の上方に配置された第１の排土管を通じて第２の排土ポンプに送るとともに、前記第２の排土ポンプによって送られた掘削土砂を第２の排土管と該第２の排土管において予め決められた距離毎に接続された複数台の中継用の排土ポンプとによって地上に送る際に、
前記複数台の後続台車の最後尾車両に前記第２の排土ポンプを設置する過程と、
前記シールド掘進機が到達立坑から予め決められた距離に到達する前は前記複数台の後続台車とともに前記第２の排土ポンプを移動させ、前記シールド掘進機が到達立坑から予め決められた距離に到達した時は前記複数台の後続台車から前記最後尾車両を切り離して残置することにより前記最後尾車両に搭載された前記第２の排土ポンプを前記中継用の排土ポンプとして設置する過程と、
を有することを特徴とするシールド掘進機の排土設備を構成する排土ポンプの設置方法。

【請求項5】

前記複数台の後続台車の先頭車両に前記第１の排土ポンプを設置する過程を有する、
ことを特徴とする請求項４記載のシールド掘進機の排土設備を構成する排土ポンプの設置方法。

【請求項6】

前記シールド掘進機が泥土圧シールド掘進機であり、前記排出手段がスクリューコンベアである、
ことを特徴とする請求項４または５記載のシールド掘進機の排土設備を構成する排土ポンプの設置方法。

【請求項7】

前記第２の排土ポンプが搭載された前記最後尾車両を残置した後、前記第１の排土管の後端と前記第２の排土ポンプとの間に、前記第１の排土管より内径の大きな第３の排土管を接続する過程を有する、
ことを特徴とする請求項４～６の何れか一項に記載のシールド掘進機の排土設備を構成する排土ポンプの設置方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シールド掘進機の排土設備およびそれを構成する排土ポンプの設置方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

シールド掘進機は、その前面に設けられたカッタヘッドを地山の切羽に押し当て回転させながら前進することにより地山を掘削するとともに、それにより生じた掘削土砂を切羽とシールド掘進機の隔壁との間のチャンバ内に充満させ、その土圧により切羽の安定を図りながら地山に掘削坑を形成する掘削機器である。

【0003】

このシールド掘進機により掘削されチャンバ内に充満された掘削土砂は、隔壁を貫通して設けられたスクリューコンベアによって後方の排土管に送られ、さらに排土管に接続された圧送ポンプによって地上へ送られるようになっている。圧送ポンプには、スクリューコンベアの後方に設置された圧送ポンプと、その後方に一定距離毎に設置された複数台の中継ポンプとがある。なお、シールド掘進機については、例えば、特許文献１に記載がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－２１３４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記した圧送ポンプとその直後の中継ポンプとの間には複数台の後続台車が介在されている関係上、圧送ポンプとその直後の中継ポンプとを連結する排土管は一般的に複数台の後続台車の上方に設置されている。しかし、後続台車の上方の空間は狭く使用可能な範囲に限りがあるため、圧送ポンプとその直後の中継ポンプとを連結する排土管としては内径の細い配管が使用されている。

【0006】

このため、圧送ポンプとその直後の中継ポンプとを連結する排土管においては掘削土砂が流れる抵抗が大きくなるので、圧送ポンプによって掘削土砂を有効に送ることができる距離（排土到達距離）が短くなるが、中継ポンプが設置される距離は圧送ポンプの排土到達距離によって決定されてしまうので、排土到達距離が短くなれば掘削坑内に設置される中継ポンプの台数が増えてしまう、という課題がある。この課題は、後続台車の台数が多くなると細い排土管が長くなるため顕著になる。

【0007】

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、シールド掘進機の排土設備を構成する排土ポンプの数を減らすことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のシールド掘進機は、シールド掘進機のチャンバ内の掘削土砂を排出する排出手段と、前記排出手段に接続された第１の排土ポンプと、前記第１の排土ポンプに第１の排土管を介して接続された第２の排土ポンプと、前記第２の排土ポンプに接続され、前記掘削土砂を地上まで送るように延在した状態で設けられた第２の排土管と、前記第２の排土管において予め決められた距離毎に接続された複数台の中継用の排土ポンプと、を備え、前記第１の排土管は、前記排出手段の後方の複数台の後続台車の上方に設置されており、前記第２の排土ポンプは、前記複数台の後続台車の最後尾車両に搭載されており、前記第２の排土管の内径は、前記第１の排土管の内径より大きい、ことを特徴とする。

【0009】

請求項２に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項１に記載の発明において、前記第１の排土ポンプは、前記複数台の後続台車のうちの先頭車両に搭載されている、ことを特徴とする。

【0010】

請求項３に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項１または２記載の発明において、前記シールド掘進機が泥土圧シールド掘進機であり、前記排出手段がスクリューコンベアである、ことを特徴とする。

【0011】

請求項４に記載の本発明のシールド掘進機の排土設備を構成する排土ポンプの設置方法は、シールド掘進機のチャンバから排出手段によって送られた掘削土砂を第１の排土ポンプによって前記排出手段の後方の複数台の後続台車の上方に配置された第１の排土管を通じて第２の排土ポンプに送るとともに、前記第２の排土ポンプによって送られた掘削土砂を第２の排土管と該第２の排土管において予め決められた距離毎に接続された複数台の中継用の排土ポンプとによって地上に送る際に、前記複数台の後続台車の最後尾車両に前記第２の排土ポンプを設置する過程と、前記シールド掘進機が到達立坑から予め決められた距離に到達する前は前記複数台の後続台車とともに前記第２の排土ポンプを移動させ、前記シールド掘進機が到達立坑から予め決められた距離に到達した時は前記複数台の後続台車から前記最後尾車両を切り離して残置することにより前記最後尾車両に搭載された前記第２の排土ポンプを前記中継用の排土ポンプとして設置する過程と、を有することを特徴とする。

【0012】

請求項５に記載の本発明のシールド掘進機の排土設備を構成する排土ポンプの設置方法は、上記請求項４記載の発明において、前記複数台の後続台車の先頭車両に前記第１の排土ポンプを設置する過程を有する、ことを特徴とする。

【0013】

請求項６に記載の本発明のシールド掘進機の排土設備を構成する排土ポンプの設置方法は、上記請求項４または５記載の発明において、前記シールド掘進機が泥土圧シールド掘進機であり、前記排出手段がスクリューコンベアである、ことを特徴とする。

【0014】

請求項７に記載の本発明のシールド掘進機の排土設備を構成する排土ポンプの設置方法は、上記請求項４～６の何れか一項に記載の発明において、前記第２の排土ポンプが搭載された前記最後尾車両を残置した後、前記第１の排土管の後端と前記第２の排土ポンプとの間に、前記第１の排土管より内径の大きな第３の排土管を接続する過程を有する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、シールド掘進機の排土設備を構成する排土ポンプの数を減らすことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施の形態である泥土圧シールド掘進機の要部を透かして見せた要部側面図である。

【図2】（ａ）は図１の泥土圧シールド掘進機のカッタヘッドの正面図、（ｂ）は図１の泥土圧シールド掘進機の位置Ａ１を矢印で示す方向から見た正面図である。

【図3】図１の泥土圧シールド掘進機の後方の排土設備を含む構成を透かして見せた要部側面図である。

【図4】図３の泥土圧シールド掘進機の位置Ａ２を矢印で示す方向から見た正面図である。

【図5】図３の泥土圧シールド掘進機の位置Ａ３を矢印で示す方向から見た正面図である。

【図6】図３の泥土圧シールド掘進機の位置Ａ４を矢印で示す方向から見た正面図である。

【図7】掘削作業時における図１の泥土圧シールド掘進機の排土設備を含む構成を透かして見せた要部側面図である。

【図8】図７の過程後の掘削作業時における図１の泥土圧シールド掘進機の排土設備を含む構成を透かして見せた要部側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0018】

図１は本実施の形態の泥土圧シールド掘進機の要部を透かして見せた要部側面図、図２（ａ）は図１の泥土圧シールド掘進機のカッタヘッドの正面図、図２（ｂ）は図１の泥土圧シールド掘進機の位置Ａ１を矢印で示す方向から見た正面図である。

【0019】

本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１は、カッタヘッド（カッタ盤）２により掘削された土砂をカッタヘッド２と機器本体３との間のチャンバＣＲ内に充満させ、これに添加材を注入して混錬することにより土砂を塑性流動性（自由に変形および移動できる性質）および止水性の高い泥土にし、その土圧により切羽の安定性を図りながら掘削坑を構築する掘削機器である。

【0020】

特に限定されるものではないが、泥土圧シールド掘進機１の掘削外径は、例えば５９００ｍｍ程度、機長は、例えば７１４０ｍｍ程度である。また、泥土圧シールド掘進機１の運転は、その後方の後続台車ＳＢｘ内の運転室内でオペレータにより制御される。また、その運転室内に設けられた制御部Ｃにより泥土圧シールド掘進機１の全体の動作が制御される。この制御部Ｃは、運転室内に設けられた表示部Ｄに電気的に接続されており、表示部Ｄには、制御部Ｃから送られた各種情報が表示される。

【0021】

カッタヘッド２は、地山の切羽を掘削する部材であり、機器本体３の前面に機器本体３の周方向に沿って回転自在の状態で設置されている。このカッタヘッド２には、例えば、円盤状のスポーク型が採用されている。すなわち、図２（ａ）に示すように、カッタヘッド２は、中央のハブ部２ａと、ハブ部２ａから外周に向かって放射状に延びる６本のスポーク部２ｂと、スポーク部２ｂの延在方向の中途部同士を結ぶ中間リング部２ｃと、スポーク部２ｂの先端部同士を結ぶ外周リング部２ｄと、これらの部材間に形成された貫通孔２ｅとを備えている。このように本実施の形態においては、カッタヘッド２の一例として開口率の大きなスポーク型を採用することにより、チャンバＣＲ内に礫を極力割らずに取り込むことができる。

【0022】

カッタヘッド２の掘削面には、複数のカッタビット（以下、単にビットという）４ａ～４ｄが設置されている。カッタヘッド２の中央のハブ部２ａには、センタービットと称するビット４ａが設置されている。また、各スポーク部２ｂには、複数のビット４ｂが規則的に並んで設置されている。なお、ハブ部２ａには、コーンヘッド型のローラビット等のような他の掘削部材が設置される場合もある。また、スポーク部２ｂには、ビット４ｂの他に、ローラビット等のような他の掘削部材が設置される場合もある。

【0023】

図１および図２（ａ）に示すように、外周リング部２ｄにおいて切羽側の前面には、複数のビット４ｃがその刃を外周側に向けた状態で並んで装着されている。また、外周リング部２ｄの外周面には、例えば、コピービットと称する２個のビット４ｄが対極となるように設置されている。このビット４ｄは、急曲線施工時の余掘りや泥土圧シールド掘進機１の姿勢制御等を行う役割を備えている。

【0024】

また、図２（ａ）に示すように、ハブ部２ａおよびスポーク部２ｂには、添加材注入部５ａ１，５ａ２，５ａ３，５ａ４が設けられている。これらの添加材注入部５ａ１～５ａ４は、例えばベントナイト系の添加材のような作泥土材をカッタヘッド２の前面の切羽に向けて注入する構成部であり、カッタヘッド２の正面内の異なる回転軌跡上に分散された状態で配置されている。これにより、添加材の注入制御をより多様化させることができるので、掘削土砂の塑性流動化をより精度良く効率的に行うことができる。また、添加材注入部５ａ２と、添加材注入部５ａ３，５ａ４とは、中央の添加材注入部５ａ１を挟んで左右に離れて配置されている。これにより、添加材をカッタヘッド２の前面内においてより広い範囲に行き渡らせることができる。なお、添加材注入部５ａ１～５ａ４の各々から注入される添加材には、ベントナイト系の添加材に代えて気泡材を用いてもよいし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いてもよい。

【0025】

中間リング部２ｃにおいて隣接するスポーク部２ｂ，２ｂ間の中央には、制限突起２ｆが設けられている。カッタヘッド２で掘削された土砂は貫通孔２ｅを通じてチャンバＣＲ（図１参照）内に取り込まれるが、制限突起２ｆは、貫通孔２ｅの開口面積を規制することで、地中の巨礫や玉石等が貫通孔２ｅを通じてチャンバＣＲ内に入り込むのを規制する部分である。この制限突起２ｆの表面にもビット４ｂが設けられている。

【0026】

一方、機器本体３は、図１に示すように、ガーダー部の前胴プレート３ａと、その後方のテール部の後胴プレート３ｂとを備えている。前胴プレート３ａおよび後胴プレート３ｂは、例えば円筒状の鋼製板により形成されており、機器本体３の外形を形成するとともに、機器本体３の内部に中空空間を形成する外装体である。前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとは、前胴プレート３ａの後端側において後胴プレート３ｂの先端部分が前胴プレート３ａの内周面に接した状態で入り込むことで係合されている。

【0027】

前胴プレート３ａの前面側において、その前面から機器本体３の内方に後退した位置には、機器本体３内の中空空間を切羽側と機内側とに分ける隔壁板（隔壁部）７が設けられている。この隔壁板７よりも切羽側（すなわち、上記カッタヘッド２と隔壁板７との間の空間）には上記チャンバＣＲが設けられ、隔壁板７よりも機内側には、添加材注入部５ｂと、カッタ駆動体８と、中折れジャッキ９ａと、シールドジャッキ９ｂと、スクリューコンベア１０とが設けられている。

【0028】

チャンバＣＲは、カッタヘッド２により掘削された土砂等が取り込まれる空間である。このチャンバＣＲ内において、隔壁板７の前面にはチャンバＣＲ内に突出する円柱状等の練混ぜ棒１５が設けられている。すなわち、練混ぜ棒１５は隔壁板７に固定され不動である。

【0029】

一方、カッタヘッド２の裏面にはチャンバＣＲ内に突出する円柱状等の練混ぜ棒１６Ｒ（回転移動側）と三角柱状等の練混ぜ翼１６Ｗとが設けられている。すなわち、練混ぜ棒１６Ｒおよび練混ぜ翼１６Ｗはカッタヘッド２に固定されカッタヘッド２の回転とともに回転移動するようになっている。

【0030】

これらの練混ぜ棒１５，１６Ｒおよび練混ぜ翼１６Ｗは、カッタヘッド２が回転するとチャンバＣＲ内に入り込んだ土砂とチャンバＣＲ内に注入された添加材とを混合するとともに撹拌する役割を備えている。なお、練混ぜ棒１５から添加材を注入させるようにしてもよい。

【0031】

添加材注入部５ｂは、機器本体３の外回りやチャンバＣＲ内に向けて添加材を注入する部分であり、添加材注入部５ｂの注入口を機器本体３の外部に表出させた状態で隔壁板７の外周近傍に設けられている。添加材注入部５ｂから注入される添加材には、例えばベントナイト系の添加材のような作泥土材が使用される。なお、添加材注入部５ｂから注入される添加材には、ベントナイト系の添加材に代えて気泡材を用いてもよいし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いてもよい。

【0032】

カッタ駆動体８は、カッタヘッド２を回転させる駆動源である。ここでは、カッタ駆動方式として中間支持駆動方式が例示されており、カッタ駆動体８は、図１に示すように、カッタヘッド２の正面内の中央と外周とのほぼ中央の位置に、カッタヘッド２の周方向に沿って複数個並んで配置されている。なお、符号８ＴＡはトルクアームを示している。

【0033】

中折れジャッキ９ａは、前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを連結するとともに、泥土圧シールド掘進機１の推進方向を修正する機器であり、図１に示すように、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨ぐ位置に、泥土圧シールド掘進機１の周方向に沿って複数個並んで配置されている。この中折れジャッキ９ａに圧油を供給し前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを予め決められた方向および角度に屈折させた状態で泥土圧シールド掘進機１を推進することにより、泥土圧シールド掘進機１の推進方向を制御することが可能になっている。

【0034】

シールドジャッキ９ｂは、機器本体３の後方に設置されたセグメントＳＧに反力をとって泥土圧シールド掘進機１を前進させるための推進力を発生させる機器であり、図１に示すように、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨ぐ位置に、図２（ｂ）に示すように、泥土圧シールド掘進機１の周方向に沿って複数個並んで配置されている。

【0035】

スクリューコンベア１０は、チャンバＣＲ内に取り込まれた土砂を機外に排出するための排出手段であり、図１に示すように、隔壁板７を貫通してチャンバＣＲ内に配置された土砂取込端部１０ａから機器本体３の後方に配置された排出後端部１０ｂに向かって斜め上向きに連続的に延在した状態で設けられている。なお、特に限定されるものではないが、スクリューコンベア１０の外径は、例えば、８５０ｍｍ程度である。

【0036】

このスクリューコンベア１０としては、例えば、リボン式のスクリューコンベアが使用されている。すなわち、スクリューコンベア１０の管内には回転軸を持たない螺旋状のブレード１０ｃが回転自在の状態で設置されている。回転軸を持つスクリューコンベアの場合は礫等により閉塞し易いのに対して、リボン式のスクリューコンベア１０の場合は搬送可能な礫等の最大径を搬送路の半径以上とすることができるので、回転軸を持つスクリューコンベアでは搬送できない大きな礫等をも搬送することができる。このため、スクリューコンベア１０によって巨礫を排出することができるので、チャンバＣＲ内に巨礫を極力割らずに取り込むことができる。

【0037】

また、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１は、図示しない土圧検出部および温度センサ等のようなセンサ部を備えている。土圧検出部は、チャンバＣＲ内の泥土による圧力を検出するセンサ部であり、土圧検出面をチャンバＣＲ内に向けた状態で設置されている。この土圧検出部によりチャンバＣＲ内の泥土圧を計測することができるとともに、その計測値が予め決められた値の範囲になるように管理することによって切羽の安定性を図りながら掘削処理を進めることができる。

【0038】

また、温度センサは、掘削土砂の温度（以下、土砂温度という）を検出するセンサ部であり、カッタヘッド２の正面内および外周面内に設置されている。温度センサは、例えば、シース型熱電対により構成されている。このシース型熱電対で構成される温度センサは、故障に強い上、場所をとらず安価なので、カッタヘッド２に複数配置することができる。このため、カッタヘッド２の前面および外周の土砂温度の測定精度を向上させることができる。この複数の温度センサは、カッタヘッド２の正面内において異なる回転軌跡上（すなわち、カッタヘッド２の径方向の異なる位置）に分散された状態で配置されている。

【0039】

また、温度センサは、上記した制御部Ｃ（図１参照）に電気的に接続されている。そして、制御部Ｃにおいては、土砂温度をリアルタイムで計測するとともに、温度センサから送信された温度情報に基づいて、カッタヘッド２の前面内および外周面内の温度分布をグラフ化（可視化）し、さらに、添加材の注入条件を調整するようになっている。

【0040】

次に、図３は図１の泥土圧シールド掘進機の後方の排土設備を含む構成を透かして見せた要部側面図、図４は図３の泥土圧シールド掘進機の位置Ａ２を矢印で示す方向から見た正面図、図５は図３の泥土圧シールド掘進機の位置Ａ３を矢印で示す方向から見た正面図、図６は図３の泥土圧シールド掘進機の位置Ａ４を矢印で示す方向から見た正面図である。

【0041】

図３～図６に示すように、坑ＳＨは泥土圧シールド掘進機１により掘削された掘削坑であり、その坑ＳＨ内には、その幅方向（図４～図６の横方向）に沿って２条のレールＲ１，Ｒ２が敷設されている。各レールＲ１，Ｒ２は、坑ＳＨの長手方向に沿って延在している。なお、図４および図５に示すように、坑ＳＨ内の天井部には坑ＳＨの長手方向に沿って延在するように坑内風管ＷＤが設置されている。

【0042】

泥土圧シールド掘進機１のスクリューコンベア１０の後方において、レールＲ１，Ｒ１上には、複数台の後続台車ＳＢ０，ＳＢ１～ＳＢｎ－１，ＳＢｎが、泥土圧シールド掘進機１の掘進動作に追従して移動可能な状態で配置されている。これらの後続台車ＳＢ０，ＳＢ１～ＳＢｎ－１，ＳＢｎは、泥土圧シールド掘進機１の後続設備を備えた台車であり、例えば、クラッシャ台車、分流器台車、操作台車、シールド油圧ユニット台車、カッタ油圧ユニット台車、カッタオイルタンク台車、制御盤台車、裏込プラント台車、休息台車、トイレ台車、バルブセット台車、トランス台車、高圧ケーブル台車、低圧ケーブル台車、ホースリール台車、テールグリスポンプ台車、加泥台車、エア圧送および材料台車、計装ケーブル台車、カプセル風管台車等がある。なお、図１に示した後続台車ＳＢｘは、操作台車であり、図３に示した複数台の後続台車ＳＢ０，ＳＢ１～ＳＢｎ－１，ＳＢｎのうちの１つである。

【0043】

また、泥土圧シールド掘進機１のスクリューコンベア１０の後方において、レールＲ２，Ｒ２上には、セグメントＳＧを運ぶための複数台の運搬台車ＣＢが走行可能な状態で配置されている。運搬台車ＣＢは、セグメントＳＧの他に、レール、枕木、配管またはボルト等のような資材を運搬する場合もある。なお、レールＲ２，Ｒ２上にはバッテリロコ等のような電動機関車（図示せず）が走行可能な状態で配置されており、このバッテリロコによって運搬台車ＣＢが牽引される。

【0044】

このような泥土圧シールド掘進機１による掘削処理によって生じた掘削土砂は、チャンバＣＲ内で塑性流動性と不透水性を持つ泥土に変換されてから排土設備ＲＥを構成するスクリューコンベア１０と、複数台の排土ポンプＰ０，Ｐ１，Ｐ２と、複数本の排土管ＥＰ０，ＥＰ１，ＥＰ２とを通じて地上に運ばれるようになっている。これにより、泥土をベルトコンベアによって地上に運ぶ場合に比べて、初期発進時や急曲線施工時の排土設備の変更が著しく少なく、施工性を向上させることができる。また、セグメントＳＧの組立作業のための空間を広く確保でき、作業環境および安全性を向上させることができる。さらに、高水圧下においても後方に延長した排土管ＥＰ０，ＥＰ１，ＥＰ２が止水ゾーンとして機能するので、排土ポンプＰ０，Ｐ１，Ｐ２の止水性と併せて高い土圧でも安定して施工ができる。

【0045】

スクリューコンベア１０の後端の排出口に接続された排土管ＥＰ０は、スクリューコンベア１０と排土ポンプＰ０とを接続する配管であり、スクリューコンベア１０によって送られた泥土は排土管ＥＰ０を通じて排土ポンプＰ０に送られるようになっている。排土管ＥＰ０の内径は、例えば、６インチ（１５２．４ｍｍ）程度である。

【0046】

排土ポンプ（第１の排土ポンプ）Ｐ０は、泥土を後方の排土ポンプＰ１に圧送するための油圧式の一次ポンプである。排土ポンプＰ０は、複数台の後続台車ＳＢ０，ＳＢ１～ＳＢｎ－１，ＳＢｎのうちの先頭の後続台車ＳＢ０に搭載されている。ただし、排土ポンプＰ０をスクリューコンベア１０の後端の排出口に直接接続してもよい。

【0047】

この排土ポンプＰ０の排出口に接続された排土管（第１の排土管）ＥＰ１は、排土ポンプＰ０と排土ポンプＰ１とを接続する配管であり、排土ポンプＰ０から送られた泥土は排土管ＥＰ１を通じて排土ポンプＰ１に送られるようになっている。この排土管ＥＰ１は、複数台の後続台車ＳＢ１～ＳＢｎ－１の上方に設置されているが、後続台車ＳＢ１～ＳＢｎ－１の上方の空間は狭く使用可能な範囲に限りがあるため（図５参照）、内径の細い配管で構成されている。排土管ＥＰ１の内径は、上記した排土管ＥＰ０の内径と同じである。

【0048】

排土ポンプ（第２の排土ポンプ）Ｐ１は、泥土を後方の排土ポンプＰ２に圧送するための油圧式の二次ポンプである。本実施の形態においては、排土ポンプＰ１が複数台の後続台車ＳＢ０，ＳＢ１～ＳＢｎ－１，ＳＢｎのうちの最後尾の後続台車ＳＢｎに搭載されており、後続台車ＳＢｎと一緒に移動するようになっている。

【0049】

この排土ポンプＰ１の排出口に接続された排土管（第２の排土管）ＥＰ２は、排土ポンプＰ１から送られた泥土を地上に運ぶ配管である。上記したように本実施の形態においては、排土ポンプＰ１を最後尾の後続台車ＳＢｎに搭載したことにより、排土管ＥＰ２の設置空間を広く確保することができるので、排土管ＥＰ０，ＥＰ1よりも内径の大きな配管を排土管ＥＰ２として使用することができる。排土管ＥＰ２の内径は、例えば、８インチ（２０３.２ｍｍ）程度である。

【0050】

この排土管ＥＰ２には、予め決められた距離毎に複数台の排土ポンプＰ２が接続されている。この複数台の排土ポンプＰ２は、泥土を地上に圧送するための油圧式の中継ポンプであり、坑ＳＨ内の底部に設置されている。上記したように本実施の形態においては、排土管ＥＰ２の内径を大きくすることができるので、排土管ＥＰ２内において泥土が流れる抵抗を下げることができる。このため、排土ポンプＰ１によって泥土を有効に送ることができる距離（排土到達距離）を長くすることができるので、中継用の排土ポンプＰ２の設置距離を長くすることができる。したがって、坑ＳＨ内に設置される中継用の排土ポンプＰ２の台数を減らすことができる。このため、中継用の排土ポンプＰ２を設置するための労力を低減できる。また、中継用の排土ポンプＰ２の総設置時間を短縮することができるので、掘削工期を短縮することができる。なお、排土ポンプＰ１からその直後の排土ポンプＰ２までの距離Ｌ１（すなわち、中継用の排土ポンプＰ２の設置距離）は、例えば、５００ｍ程度である。

【0051】

このような複数台の排土ポンプＰ０，Ｐ１，Ｐ２は、図１に示した後続台車ＳＢｘの制御部Ｃに電気的に接続されており、一元管理されている。また、各排土管ＥＰ０，ＥＰ１，ＥＰ２の途中には、管内を流れる泥土の流量を計測するための流量計（図示せず）が設置されている。この流量計は、図１に示した後続台車ＳＢｘの制御部Ｃに電気的に接続されており、その計測値を表示部Ｄに表示したり、流量データを記録部に記録したりすることが可能になっている。

【0052】

また、排土ポンプＰ０，Ｐ１，Ｐ２としては、例えば、スラッジポンプが使用されている。スラッジポンプは、いわゆる揺動弁方式の全油圧式ダブルピストンポンプであり機構が簡単で消耗品が少なく維持管理が容易である。また、小容量から大容量まで機種が豊富にあるので、小口径から大口径のトンネル工事に広く対応できる。また、揺動弁に特殊な自動調整リングを取り付けているため、シール性が高く泥土等の圧送に適している。また、スクリューコンベア１０からの排土を検知し、各排土ポンプＰ０，Ｐ１，Ｐ３を連動させることが可能である。

【0053】

次に、図１の泥土圧シールド掘進機１による泥土圧シールド工法の一例について図７および図８を参照して説明する。図７および図８は掘削作業時における図１の泥土圧シールド掘進機の排土設備を含む構成を透かして見せた要部側面図である。

【0054】

図７に示すように、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１においては、カッタヘッド２を切羽に押し付け回転させながら機器本体３を推し進めることで地中に掘削抗を構築する。特に限定されるものではないが、例えば、粒径２ｍｍ未満の細粒（砂分）が２０％を超えず、粒径２ｍｍ以上の礫石（礫分）が８０％を超える地山が掘削対象とされている。

【0055】

この掘削工事に際して、カッタヘッド２で掘削した土砂に上記添加材を添加するとともに、図１に示したように、カッタヘッド２の回転により練混ぜ棒１６Ｒ等を回転移動させて練混ぜ棒１５，１６Ｒにより土砂と添加材とを撹拌し混合して掘削土砂を塑性流動性と不透水性を持つ泥土に変換する。そして、その泥土をチャンバＣＲ内およびスクリューコンベア１０内に充満させ、その充満した泥土をシールドジャッキ９ｂの推進力により加圧して泥土圧を発生させ、この泥土圧を切羽の土圧に対抗させることで切羽の安定性を維持する。この際、例えば、カッタヘッド２の回転速度を一定にし、シールドジャッキ９ｂの伸長速度やスクリューコンベア１０の回転速度を調整し、チャンバＣＲ内の泥土圧を上記土圧検出部により測定しこれが一定になるようにすることで切羽の安定性を維持する。

【0056】

添加材として加えるベントナイト系の添加材（作泥土材）は、土砂の塑性流動性や不透水性を高める作用を有する上、巨礫を破砕した礫や玉石等の礫分を掘削土砂とともに包み込んで当該礫分が掘削土砂から分離しないように掘削土砂と礫分との一体性を向上させる作用を有している。一方、添加材として加える気泡材は、上記礫分がカッタヘッド２や隔壁板７に付着するのを抑制する分離作用を有する上、ベントナイト系の添加材では得られないクッション作用により掘削土砂や作泥土材の圧縮性を高めてチャンバＣＲ内やスクリューコンベア１０内で礫分が転がり移動するのを抑制し、また、転がり移動したとしてもクッション作用により泥土圧の急激な変動を抑制する作用を有している。このため、チャンバＣＲ内への取り込みが好ましくない巨礫が混在する玉石混じり砂礫層や玉石層が存在する地山を掘削する場合でも、泥土圧を安定化することができ、切羽の安定性を維持できる上、スクリューコンベア１０による礫分の排土を円滑に移動させて閉塞の発生を防止でき、噴出が発生するのを防止することができる。

【0057】

また、掘削工事に際して泥土圧シールド掘進機１のチャンバＣＲ内の泥土は、スクリューコンベア１０によって排出され、排土管ＥＰ０を通じて先頭の後続台車ＳＢ０の排土ポンプＰ０に送られる。この排土ポンプＰ０に送られた泥土は、排土ポンプＰ０から排土管ＥＰ１を通じて最後尾の後続台車ＳＢｎの排土ポンプＰ１に送られる。この排土ポンプＰ１に送られた泥土は、排土ポンプＰ１から排土管ＥＰ２に送られ、さらに、排土管ＥＰ２に接続された複数台の排土ポンプＰ２（図３参照）によって地上に送られる。

【0058】

ここで、泥土圧シールド掘進機１の掘進動作が進み泥土圧シールド掘進機１の先頭が到達立坑ＶＨから予め決められた距離Ｌ２に到達したら、複数台の後続台車ＳＢ０～ＳＢｎ－１の一群から最後尾の後続台車ＳＢｎを切り離す。なお、距離Ｌ２は、例えば、発進立坑から到達立坑ＶＨまでの設計上の距離から泥土圧シールド掘進機１が進んだ距離を引くことで算出する。

【0059】

その後、図８に示すように、泥土圧シールド掘進機１を掘進して掘削処理を実施する。この時、泥土圧シールド掘進機１の後方の複数台の後続台車ＳＢ０～ＳＢｎ―１はシールド掘進機１の前進移動とともに前進移動するが、最後尾の後続台車ＳＢｎは前進することなく残置される。すなわち、最後尾の後続台車ＳＢｎに搭載された排土ポンプＰ１を残置することにより、その排土ポンプＰ１を中継用の排土ポンプとして坑ＳＨ内に設置する。

【0060】

この場合、複数台の後続台車ＳＢ０～ＳＢｎ－１のうちの先頭の後続台車ＳＢ０に搭載された排土ポンプＰ０は、排土管ＥＰ１，ＥＰ３を通じて、残置された最後尾の後続台車ＳＢｎに搭載された排土ポンプＰ１に接続されている。ここで、この段階における最後尾の後続台車ＳＢｎ－１と、残置された後続台車ＳＢｎとの間には後続台車が介在されないので、後続台車ＳＢｎ－１と後続台車ＳＢｎとの間の排土管（第３の排土管）ＥＰ３の設置空間を広く確保することができる。このため、排土管ＥＰ３の内径を排土管ＥＰ０，ＥＰ１の内径より大きくすることができるので、排土管ＥＰ３内において泥土が流れる抵抗を下げることができる。したがって、排土ポンプＰ０によって泥土を有効に送ることができる距離（排土到達距離）を長くすることができ、排土ポンプＰ０から排土ポンプＰ１までの距離Ｌ３を長くすることができるので、坑ＳＨ内に設置される中継用の排土ポンプＰ２の台数を減らすことができる。このため、中継用の排土ポンプＰ２を設置するための労力を低減できる。また、中継用の排土ポンプＰ２の総設置時間を短縮することができるので、掘削工期を短縮することができる。なお、排土管ＥＰ３の内径は、例えば、８インチ（２０３.２ｍｍ）程度である。また、排土ポンプＰ０からその直後の排土ポンプＰ１までの距離Ｌ３は、例えば、２００ｍ～３００ｍ程度である。

【0061】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

【0062】

前記実施の形態においては、泥土圧シールド掘進機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、チャンバ内の泥水に所定の圧力を加えることにより切羽を安定させ、泥水を循環させることにより掘削土砂を輸送する仕組みを持つ泥水式シールド掘進機にも適用することができる。この場合、チャンバ内の泥水を排出する排出手段は排泥管となる。

【0063】

また、前記実施の形態においては、リボンスクリュー型のスクリューコンベアを用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば、リボン型と軸付き型とを組み合わせたスクリューコンベアを用いてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0064】

以上の説明では、本発明を中間支持駆動方式の泥土圧シールド掘進機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばセンターシャフト駆動方式や外周支持駆動方式の泥土圧シールド掘進機等、他のシールド掘進機にも適用できる。

【符号の説明】

【0065】

１ 泥土圧シールド掘進機
２ カッタヘッド
２ａ ハブ部
２ｂ スポーク部
２ｃ 中間リング部
２ｄ 外周リング部
２ｅ 貫通孔
２ｆ 制限突起
３ 機器本体
４ａ～４ｃ ビット
４ｄ コピービット
５ａ１～５ａ４ 添加材注入部
５ｂ 添加材注入部
７ 隔壁板
１５ 練混ぜ棒
１６Ｒ 練混ぜ棒
１６Ｗ 練混ぜ翼
ＣＲ チャンバ
ＳＨ 坑
ＶＨ 到達立坑
ＳＧ セグメント
Ｒ１，Ｒ２ レール
ＳＢ０～ＳＢｎ，ＳＢｘ 後続台車
Ｃ 制御部
Ｄ 表示部
ＣＢ 運搬台車
ＷＤ 坑内風管
ＲＥ 排土設備
Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２ 排土ポンプ
ＥＰ０，ＥＰ１，ＥＰ２，ＥＰ３ 排土管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】