特開 2024-122537 トンネル掘削機

(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】P2024122537

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】トンネル掘削機

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/12 20060101AFI20240902BHJP

   E21D 9/093 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

E21D9/12 D

E21D9/093 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023030128

(22)【出願日】2023-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安部 剛史

(72)【発明者】

【氏名】米沢 実

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 義信

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 卓哉

(72)【発明者】

【氏名】祖父江 秀司

(72)【発明者】

【氏名】福田 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】吉村 隼人

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AC04

2D054BA03

2D054CA01

2D054CA04

2D054DA03

2D054DA31

2D054GA12

2D054GA17

2D054GA25

2D054GA42

2D054GA52

2D054GA58

2D054GA60

2D054GA68

(57)【要約】

【課題】カッターチャンバ内の土砂を効率的に取り出すことが可能なトンネル掘削機を提供する。
【解決手段】泥土圧式のシールド掘進機は、地山の内壁を支持可能なスキンプレートと、スキンプレートに装着され、回転により地山を掘削するカッターヘッドと、胴体内に設けられ、カッターヘッドに対向して配置される隔壁１３と、スキンプレート、カッターヘッド、及び隔壁１３により区画され、カッターヘッドにより掘削された土砂が流入するカッターチャンバ１４と、カッターチャンバ１４内の土砂をトンネル掘削機の後方に排出する排出コンベヤと、カッターチャンバ内の土砂の一部を取り出す取出機構５０と、を備え、取出機構５０は、カッターチャンバ１４内の土砂を移送することでカッターチャンバ１４内から土砂を取り出す取出部６０と、取出部６０が取り出す土砂を圧送するポンプ５５と、ポンプ５５から圧送された土砂を導く搬送路５１と、を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルを掘削する泥土圧式のトンネル掘削機であって、
地山の内壁を支持可能な胴体と、
前記胴体に装着され、回転により前記地山を掘削する掘削部と、
前記胴体内に設けられ、前記トンネルの軸方向において前記掘削部に対向して配置される隔壁と、
前記胴体、前記掘削部、及び前記隔壁により区画され、前記掘削部により掘削された土砂が流入するカッターチャンバと、
前記カッターチャンバ内の土砂を前記トンネル掘削機の後方に排出する排出機構と、
前記カッターチャンバ内の土砂の一部を取り出す取出機構と、を備え、
前記取出機構は、
前記カッターチャンバ内の土砂を移送することで前記カッターチャンバ内から土砂を取り出す取出部と、
前記取出部が取り出す土砂を圧送するポンプと、
前記ポンプから圧送された土砂を導く搬送路と、を有する、
トンネル掘削機。

【請求項2】

請求項１に記載のトンネル掘削機であって、
前記排出機構によって排出された土砂を前記トンネル掘削機のさらに後方に移送する移送機構をさらに備え、
前記取出部によって取り出された土砂は、前記搬送路を通じて前記移送機構に導かれる、
トンネル掘削機。

【請求項3】

請求項１に記載のトンネル掘削機であって、
前記搬送路は、それぞれ前記隔壁に設けられ前記カッターチャンバに開口する第一開口部及び第二開口部を通じて前記カッターチャンバに連通し、
前記取出機構は、前記第一開口部及び前記第二開口部の一方を通じて前記取出部によって取り出された土砂を前記ポンプによって前記搬送路に圧送して、他方を通じて前記カッターチャンバ内に戻すように構成される、
トンネル掘削機。

【請求項4】

請求項１に記載のトンネル掘削機であって、
前記隔壁には、それぞれ前記カッターチャンバに開口する第一開口部及び第二開口部が設けられ、
前記取出機構は、
前記第一開口部と前記第二開口部とを通じて前記カッターチャンバに連通する前記搬送路と、
前記第一開口部を通じて前記カッターチャンバ内から土砂を取り出し可能であると共に前記搬送路内の土砂を前記第一開口部を通じて前記カッターチャンバ内に供給可能に構成される、前記取出部としての第一取出部と、
前記第一取出部が取り出した土砂を前記搬送路に圧送可能であると共に前記搬送路の土砂を前記第一取出部に圧送可能に構成される、前記ポンプとしての第一ポンプと、
前記第二開口部を通じて前記カッターチャンバ内から土砂を取り出し可能であると共に前記搬送路内の土砂を前記第二開口部を通じて前記カッターチャンバ内に供給可能に構成される、前記取出部としての第二取出部と、
前記第二取出部が取り出した土砂を前記搬送路に圧送可能であると共に前記搬送路の土砂を前記第二取出部に圧送可能に構成される、前記ポンプとしての第二ポンプと、を有する、
トンネル掘削機。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一つに記載のトンネル掘削機であって、
前記隔壁に設けられ土砂を塑性状態にする添加剤を前記カッターチャンバに注入する注入機構をさらに備える、
トンネル掘削機。

【請求項6】

請求項１から４のいずれか一つに記載のトンネル掘削機であって、
前記搬送路に設けられ前記搬送路に導かれる土砂の性状を測定する測定部をさらに備える、
トンネル掘削機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル掘削機に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、地山を掘削するカッターと、カッターとの間にカッターチャンバを区画する隔壁と、カッターチャンバ内の土砂を排出するスクリューコンベヤと、を備える泥土圧式シールド掘進機が開示されている。このシールド掘進機では、隔壁に設けられる貫通孔の周囲にシリンダが取り付けられ、シリンダ内にピストンが嵌合されると共にシリンダの外周面にシリンダ内の密度を測定する密度計が装着される。ピストンの引き操作時の密度計の出力値によって、貫通孔からシリンダ内に吐出される掘削土砂の密度が計測される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－６９８２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

シールド掘進機では、例えばカッターチャンバ内の土砂の性状を測定する目的などのために、カッターチャンバ内の土砂をシールド掘進機外に排出するのとは別に、カッターチャンバ内の土砂の一部を取り出すことがある。

【0005】

特許文献１では、ピストンをシリンダ内で移動させることによる圧力によってカッターチャンバ内の土砂が取り出される。しかしながら、泥土圧式のシールド掘進機の場合、カッターチャンバ内には水分も含まれることから、圧力によって土砂を取り出す特許文献１の構成ではカッターチャンバ内の水分が優先的に取り出され、土砂が相対的に取り出しにくくなるおそれがある。

【0006】

本発明は、カッターチャンバ内の土砂を効率的に取り出すことが可能なトンネル掘削機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、トンネルを掘削する泥土圧式のトンネル掘削機であって、地山の内壁を支持可能な胴体と、胴体に装着され、回転により地山を掘削する掘削部と、胴体内に設けられ、トンネルの軸方向において掘削部に対向して配置される隔壁と、胴体、掘削部、及び隔壁により区画され、掘削部により掘削された土砂が流入するカッターチャンバと、カッターチャンバ内の土砂を機外に排出する排出機構と、カッターチャンバ内の土砂の一部を取り出す取出機構と、を備え、取出機構は、カッターチャンバ内の土砂を移送することでカッターチャンバ内から土砂を取り出す取出部と、取出部が取り出す土砂を圧送するポンプと、ポンプから圧送された土砂を導く搬送路と、を有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、カッターチャンバ内の土砂を効率的に取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係るシールド掘進機の構成を模式的に示す模式図である。

【図2】本発明の実施形態に係るシールド掘進機の構成を一部省略して模式的に示す模式図である。

【図3】本発明の実施形態に係るシールド掘進機の取出機構の構成を模式的に示す模式図である。

【図4】本発明の実施形態の第一変形例に係る取出機構の構成を模式的に示す模式図である。

【図5】本発明の実施形態の第二変形例に係る取出機構の構成を模式的に示す模式図である。

【図6】本発明の実施形態の第三変形例に係る取出機構の構成を模式的に示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るトンネル掘削機ついて説明する。以下では、トンネル掘削機が、シールド工法において用いられるシールド掘進機１００である場合について説明する。シールド掘進機１００は、地中（地山）を掘進して掘削坑１を形成し、掘削坑１の内壁を覆うようセグメントリング１０（覆工体）を組み立てることによって、トンネルＴを構築するものである。なお、本発明は、シールド掘進機１００以外のトンネル掘削機、例えば、推進工法において推進管の先端に設置される掘削機にも適用可能である。

【0011】

以下では、シールド掘進機１００が進む方向である切羽側を「前方」とし、その反対の方向である坑口側を「後方」として説明する。

【0012】

本実施形態の、シールド掘進機１００は、泥土圧シールド工法に用いられる泥土圧式シールド掘進機である。

【0013】

シールド掘進機１００は、図１及び図２に示すように、トンネルＴの軸方向に沿って延在し掘削坑１の内壁を支持可能な筒状の胴体としてのスキンプレート１１と、スキンプレート１１の前方において回転駆動される掘削部としてのカッターヘッド１２と、スキンプレート１１内に設けられトンネルＴの軸方向においてカッターヘッド１２に対向して配置される隔壁１３と、カッターヘッド１２により掘削された土砂が流入するカッターチャンバ１４と、を備える。スキンプレート１１の内部の後方側において、シールド掘進機１００の前進に伴ってセグメントリング１０が順次構築される。なお、図２は、図１から排出機構を省略した図である。

【0014】

スキンプレート１１には、ジャッキ２０が固定される。ジャッキ２０は、セグメントリング１０から反力を得てスキンプレート１１を前方に推進し、カッターヘッド１２を地山に押し付ける。スキンプレート１１が推進されてセグメントリング１０がスキンプレート１１から出ると、セグメントリング１０の外周面と掘削坑１の内壁との間に裏込め材（図示省略）が充填される。

【0015】

カッターヘッド１２には、前方に突出するカッタービット１２ａが複数設けられる。カッターヘッド１２が地山に押し付けられた状態で回転すると、地山がカッタービット１２ａにより掘削されて掘削坑１が形成される。カッターヘッド１２の外径は、スキンプレート１１の外径と略等しく、地山は、スキンプレート１１の外径と略等しい内径で掘削される。カッターヘッド１２により掘削された土砂は、カッターヘッド１２に設けられる図示しないカッタースリット等の開口を通じてカッターヘッド１２の後方に導かれ、カッターチャンバ１４内に滞留する。

【0016】

また、カッターヘッド１２には、カッターチャンバ１４に向かって突出しカッターヘッド１２の径方向の内側に延びる複数の撹拌翼１５（撹拌部）が設けられる。撹拌翼１５がカッターヘッド１２と共に回転することでカッターチャンバ１４内に滞留する土砂が撹拌される。

【0017】

カッターチャンバ１４は、スキンプレート１１、カッターヘッド１２、及び隔壁１３により区画される。カッターチャンバ１４内には、掘削された土砂及び地下水が流入する。カッターチャンバ１４内を土砂で充満させてカッターチャンバ１４内の土砂の圧力をカッターヘッド１２に作用させることにより、切羽面の土圧及び地下水圧をカッターヘッド１２で抑え切羽面を安定させることができる。

【0018】

隔壁１３は、トンネルＴの軸方向においてカッターヘッド１２に対向して配置されており、隔壁１３に対して回転ドラム２６が回転自在に支持されている。カッターヘッド１２は、連結ロッド２７を介して回転ドラム２６に連結されており、回転ドラム２６と共に回転可能である。回転ドラム２６は、図示しない減速機構を介して電動モータ２５に連結されており、電動モータ２５の駆動により、回転ドラム２６とカッターヘッド１２がスキンプレート１１に対して回転する。電動モータ２５の作動を制御することによって、カッターヘッド１２の回転方向や回転速度を制御することが可能である。

【0019】

シールド掘進機１００は、図１から図３に示すように、カッターチャンバ１４内の土砂をシールド掘進機１００の後方に排出する排出機構と、排出機構によって排出された土砂をシールド掘進機１００のさらに後方に移送する移送機構と、カッターチャンバ１４内の土砂の一部を取り出す取出機構５０と、土砂の性状を測定する測定部７０と、取出機構５０の動作を制御する制御部８０と、をさらに備える。

【0020】

排出機構は、図１に示すように、隔壁１３に設けられる開口を通じてカッターチャンバ１４内に臨むスクリューコンベヤである。以下では、排出機構のスクリューコンベヤを「排出コンベヤ３０」と称する。

【0021】

排出コンベヤ３０は、円筒状のケース３１と、ケース３１の内部に組み込まれるオーガ３２と、を有する。排出コンベヤ３０は、オーガ３２が駆動部としての図示しないモータにより回転されることによって、カッターチャンバ１４内の掘削土砂を搬出可能な構成となっている。ケース３１は、前方側がカッターチャンバ１４に接続される土砂入口となっており、後方寄りの下方には、土砂出口となる排出口３１ａが開口している。カッターチャンバ１４内の土砂の量は、排出コンベヤ３０により排出されることで調節される。

【0022】

移送機構は、排出コンベヤ３０の排出口３１ａの下方から後方に向かって掘削坑１に沿って設けられ排出コンベヤ３０から排出土砂を受け取り後方へと搬送するベルトコンベヤ４０である。ベルトコンベヤ４０は、シールド掘進機１００の後方に連結される図示しない後続台車上に設置される。なお、後続台車は、ホッパ４１を介してベルトコンベヤ４０から排出土砂を受け取る搬送車両４２がその下方に進入できるよう門型に構成されている。搬送車両４２としては、セグメントリング１０を構成するセグメントピースを掘削坑１内へと搬入する搬入車両が利用される。ベルトコンベヤ４０はシールド掘進機１００により掘削された掘削土である排出土砂をシールド掘進機１００の機外に移送する設備であり、または、さらに後方の坑口へと搬送するための設備である。

【0023】

このように構成された排出コンベヤ３０を含む搬送経路を通じて、カッターヘッド１２によって掘削された土砂は、シールド掘進機１００外に排出され、掘削坑１の外へと搬出される。

【0024】

取出機構５０は、図２及び図３に示すように、カッターチャンバ１４に連通する搬送路５１と、カッターチャンバ１４内の土砂を移送してカッターチャンバ１４内から土砂を取り出す取出部６０と、取出部６０が取り出す土砂を搬送路５１に圧送するポンプ５５と、を有する。

【0025】

隔壁１３には、図３に示すように、それぞれカッターチャンバ１４に開口する第一開口部１３ａ及び第二開口部１３ｂが設けられる。第一開口部１３ａと第二開口部１３ｂとは、それぞれカッターヘッド１２の中心を挟んで鉛直方向の上下に並んで設けられる。第一開口部１３ａが、第二開口部１３ｂよりも鉛直方向の上方側に設けられる。

【0026】

搬送路５１は、内部に土砂の通過を許容する配管（例えば鋼管）によって構成される。搬送路５１は、両端が隔壁１３に接続され第一開口部１３ａ及び第二開口部１３ｂを通じてカッターチャンバ１４に連通する第一搬送路５２と、第一搬送路５２に接続され内部を通過する土砂をベルトコンベヤ４０に導く第二搬送路５３と、を有する。

【0027】

第一搬送路５２は、略Ｕ字状に形成される。第一搬送路５２は、シールド掘進機１００の内部、より具体的には、スキンプレート１１の内側において、カッターチャンバ１４内の土砂を取り出して再び別の箇所から戻す循環路を構成するものである。

【0028】

第二搬送路５３は、シールド掘進機１００の前方から後方に向かって延びて設けられる。第二搬送路５３の一端は第一搬送路５２に接続され、他端はベルトコンベヤ４０の上方において開口端として構成される（図２参照）。

【0029】

取出機構５０は、取出部６０として、第一開口部１３ａを通じてカッターチャンバ１４から土砂を取り出す第一取出部６０ａと、第二開口部１３ｂを通じてカッターチャンバ１４から土砂を取り出す第二取出部６０ｂと、を有する。第一取出部６０ａと第二取出部６０ｂとは、互いに同様の構成であるため、以下では第一取出部６０ａと第二取出部６０ｂとに共通する構成に関しては、両者を区別せず「取出部６０」と称して説明する。

【0030】

取出部６０は、スクリューコンベヤである取出コンベヤ６１と、取出コンベヤ６１を駆動する電動モータ６５（駆動部）と、を有する。

【0031】

取出コンベヤ６１は、排出コンベヤ３０と同様、円筒状のケース６２と、ケース６２の内部に組み込まれるオーガ６３と、を有する。

【0032】

取出コンベヤ６１のケース６２は、対応する第一開口部１３ａ及び第二開口部１３ｂを通じて一端がカッターチャンバ１４に連通し、他端が第一搬送路５２に連通するように隔壁１３に設けられる。取出コンベヤ６１のケース６２は、排出コンベヤ３０のケース３１よりも内径が小さい。よって、カッターチャンバ１４内の土砂は、主として排出コンベヤ３０によって排出される。なお、取出コンベヤ６１のケース６２は、排出コンベヤ３０のケース３１よりも内径が小さい。

【0033】

取出コンベヤ６１のオーガ６３の先端部は、対応する第一開口部１３ａ及び第二開口部１３ｂを通じてカッターチャンバ１４内に臨んでおり、カッターチャンバ１４内の土砂に直接接触している。

【0034】

電動モータ６５は、搬送路５１に近接して設けられ、図示しない減速機等を介して取出コンベヤ６１を回転駆動する。取出コンベヤ６１のオーガ６３は、電動モータ６５によって回転駆動されることで、その回転方向に応じてカッターチャンバ１４内からの土砂の取出又はカッターチャンバ１４に向けた土砂の供給を行う。このように、取出コンベヤ６１は、圧力等によってカッターチャンバ１４内から土砂を吸い込むのではなく、土砂に直接接触して移送することで機械的に土砂を取り出すものである。これにより、カッターチャンバ１４内の土砂をより確実に取り出すことができる。

【0035】

また、取出機構５０は、ポンプ５５として、第一取出部６０ａがカッターチャンバ１４から取り出した土砂を圧送する第一ポンプ５５ａと、第二取出部６０ｂがカッターチャンバ１４から取り出した土砂を圧送する第二ポンプ５５ｂと、を有する。第一ポンプ５５ａが第一取出部６０ａに対応するポンプであり、第二ポンプ５５ｂが第二取出部６０ｂに対応するポンプである。第一ポンプ５５ａと第二ポンプ５５ｂとは、互いに同様の構成であるため、以下では第一ポンプ５５ａと第二ポンプ５５ｂとに共通する構成に関しては、両者を区別せず「ポンプ５５」と称して説明する。

【0036】

ポンプ５５は、第一搬送路５２の途中に設けられる、いわゆるラインポンプであり、一対のポートを有している。また、ポンプ５５は、図示しない電動モータによって回転駆動され、回転方向に応じて一方のポートから吸い込んだ土砂を他方のポートから圧送する、双方向ポンプである。つまり、ポンプ５５は、対応する取出部６０が取り出した土砂を一方のポートから吸い込み、他方のポートを通じて第一搬送路５２に圧送することが可能である。また、ポンプ５５は、第一搬送路５２の土砂を他方のポートから吸い込み、一方のポートを通じて対応する取出部６０に向けて圧送することも可能である。

【0037】

ポンプ５５は、例えば、ハウジング内でそれぞれ独立して駆動軸回りを回転可能な一対のブレードを有し、ブレードによりハウジング内に区画されるポンプ室に土砂を取り込み、ポンプ室から土砂を圧送するロータリーポンプである。なお、ポンプ５５は、この構成に限定されず、任意の構成とすることができる。つまり、ポンプ５５は、ロータリーポンプに限定されず、ロータリーポンプであったとしても、上記構成に限定されるものではない。

【0038】

測定部７０は、第二搬送路５３に取り付けられ、第二搬送路５３を通過する土砂の性状を測定する。具体的には、測定部７０は、土砂の密度及び水分量を測定する、いわゆる中性子線とガンマ線を利用したラジオアイソトープ（ＲＩ）センサである。なお、測定部７０は、密度及び水分量に限らず、電気的物性や粘性などの性状を測定するものでもよい。

【0039】

取出機構５０は、それぞれ搬送路５１を開閉する第一開閉部５６、第二開閉部５７、及び第三開閉部５８をさらに有する。第一開閉部５６は、第一搬送路５２において、第一取出部６０ａ（より詳細には第一取出部６０ａの取出コンベヤ６１）と第一ポンプ５５ａとの間に設けられる。第二開閉部５７は、第一搬送路５２において、第二取出部６０ｂ（より詳細には第二取出部６０ｂの取出コンベヤ６１）と第二ポンプ５５ｂとの間に設けられる。第三開閉部５８は、第二搬送路５３において測定部７０よりも上流側（第一搬送路５２と第二搬送路５３との接続部側）に設けられる。第一開閉部５６、第二開閉部５７、及び第三開閉部５８は、例えば、電磁駆動されるシャッターやバルブにより構成され、制御部８０によって作動が制御されることで搬送路５１を開閉する。

【0040】

制御部８０は、制御プログラム等を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＣＰＵにより実行される制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＣＰＵの演算結果等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、通信装置と、等を備えたコンピュータによって構成される。制御部８０は、ＲＯＭに記憶される制御プログラムがＲＡＭに読み込まれ、ＲＡＭ上でＣＰＵによって実行されることにより、本明細書に記載の制御部８０の各種機能を実行する。制御部８０は、一つのコンピュータによって構成されていてもよいし、複数のマイクロコンピュータによって構成され各制御を当該複数のコンピュータで分散処理するように構成されていてもよい。

【0041】

制御部８０は、図示しない入力装置を通じて入力される作業者の操作信号に応じて、取出部６０の電動モータ６５、ポンプ５５、及び第一から第三開閉部５６，５７，５８の作動を制御する。また、制御部８０には、測定部７０の測定結果が入力される。測定部７０の測定結果は、図示しない表示装置に表示されたり、土砂の排出量を算出する演算に使用されたりする。

【0042】

シールド掘進機１００は、図１に示すように、隔壁１３に設けられ土砂を塑性状態にする添加剤をカッターチャンバ１４に注入する第一注入機構３５（注入機構）と、排出コンベヤ３０に設けられ排出コンベヤ３０内に添加剤を注入する第二注入機構３６と、を有する。

【0043】

第一注入機構３５は、隔壁１３に設けられる注入口を通じてカッターチャンバ１４内に添加剤を注入するノズル部と、ノズル部に添加剤を供給する供給部と、を有する。注入機構によってカッターチャンバ１４内に添加剤が注入されることで、カッターチャンバ１４内の土砂が、適切な流動性（塑性流動性）を有する状態に保たれる。なお、第一注入機構３５は、カッターヘッド１２に設けられてもよい。

【0044】

第二注入機構３６は、排出コンベヤ３０のケース３１に設けられる注入口を通じてケース３１内に添加剤を注入するノズル部と、ノズル部に添加剤を供給する供給部と、を有する。第二注入機構３６が添加する添加剤は、排出コンベヤ３０によって排出される土砂が排出口３１ａから噴出する噴発を防ぐための改質剤である。改質剤には、例えば、高分子凝集剤等が含まれる。排出コンベヤ３０内に添加剤が添加されることで、上述のように噴発が抑制されると共に、排出される土砂の流動性を下げて搬送しやすい状態とすることができる。

【0045】

次に、本実施形態の取出機構５０の作用について説明する。

【0046】

一般に、カッターチャンバ内の圧力は、カッターチャンバ内の土砂の性状により変化する。泥土圧式のシールド掘進機は、カッターチャンバ内の圧力によってカッターヘッドを抑えて土砂を掘削するものであるため、カッターチャンバ内の全体にわたって土砂の性状が安定していることが望まれる。よって、シールド掘進機では、カッターチャンバ内の土砂を採取し、性状を測定するサンプリングが行われる。

【0047】

カッターチャンバ内には、掘削した土砂に加え、地下水や空気が含まれる。土砂は、地下水や空気に比べて比重が大きいため、鉛直方向の下方側に溜まりやすい。カッターヘッドに設けられる撹拌翼によってカッターチャンバ内が撹拌されるものの、カッターチャンバ内の性状の均一化には改善の余地がある。

【0048】

カッターチャンバ内の土砂の性状が不均一であると、カッターチャンバ内の圧力が不均一になると共に、採取した土砂の性状によってカッターチャンバ内の土砂の性状を正確に把握することが困難となる。

【0049】

また、シールド掘進機では、地山の隆起や陥没の発生を確認するために、掘削速度に基づいて算出される掘削量と、排出コンベヤからベルトコンベヤを通じて排出される土砂の排出量と、が一致しているかを確認しながら掘削作業が行われる。一般に、土砂の排出量は、測定した重量と土砂性状（掘削土の密度又は比重、地下水の流入等による掘削土の含有する水分量等）から算出される。このため、土砂性状が正確に把握できないと、排出量を正確に求めることが困難となる。

【0050】

これに対し、本実施形態では、図３に示す取出機構５０によってカッターチャンバ１４内の土砂を取り出して、カッターチャンバ１４内の土砂の循環と、カッターチャンバ１４内の土砂の性状を測定するサンプリングと、の２つが実行される。

【0051】

まず、取出機構５０による土砂の循環について説明する。

【0052】

一般には、カッターチャンバ１４内は、比重の大きい土砂が下方側に溜まって不均一状態となるため、本実施形態では、取出機構５０によって下方側の第二開口部１３ｂを通じて土砂を取り出し、取り出した土砂が第一開口部１３ａを通じてカッターチャンバ１４内に戻すようにして土砂を循環させる。

【0053】

土砂をこのように循環させるには、第一開閉部５６及び第二開閉部５７によって第一搬送路５２を開放し、第一取出部６０ａと第二取出部６０ｂとをそれぞれ駆動する。第二取出部６０ｂは、カッターチャンバ１４内から土砂を取り出すように駆動される。第二ポンプ５５ｂは、第二取出部６０ｂが取り出した土砂を吸い込んで第一搬送路５２に圧送するように駆動される。第一ポンプ５５ａは、第一搬送路５２の土砂を吸い込み、第一取出部６０ａに向けて圧送するように駆動される。そして、第一取出部６０ａは、第一ポンプ５５ａから圧送された土砂をカッターチャンバ１４内に供給するように駆動される。なお、このように土砂を循環させている間は、第三開閉部５８は閉じた状態にされる。

【0054】

このようにして相対的に下方側にある第二開口部１３ｂから取り出されたカッターチャンバ１４内の土砂が上方側にある第一開口部１３ａを通じてカッターチャンバ１４内に戻されて循環される。よって、カッターチャンバ１４内の土砂が撹拌され、土砂性状の均一化を図ることができる。

【0055】

なお、土砂の循環は、カッターチャンバ１４内から第二開口部１３ｂから取り出して第一開口部１３ａを通じて戻すものに限らず、これとは反対に、第一開口部１３ａから取り出して第二開口部１３ｂを通じて戻すようにしてもよい。

【0056】

次に、取出機構５０によるサンプリングについて説明する。

【0057】

カッターチャンバ１４内の上方側の土砂をサンプリングする場合には、第一開閉部５６によって第一搬送路５２を開放し、第三開閉部５８によって第二搬送路５３を開放する。また、カッターチャンバ１４内から土砂を取り出し、第一搬送路５２に圧送するように、第一取出部６０ａ及び第一ポンプ５５ａを駆動する。第二開閉部５７は、閉じ状態とされ、第二取出部６０ｂ及び第二ポンプ５５ｂは、作動が停止される。

【0058】

反対に、カッターチャンバ１４内の下方側の土砂をサンプリングする場合には、第二開閉部５７によって第二搬送路５３を開放し、第三開閉部５８によって第二搬送路５３を開放する。また、カッターチャンバ１４内から土砂を取り出し、第二搬送路５３に圧送するように、第二取出部６０ｂ及び第二ポンプ５５ｂを駆動する。第一開閉部５６は、閉じ状態とされ、第一取出部６０ａ及び第一ポンプ５５ａは、作動が停止される。

【0059】

カッターチャンバ１４内から取り出された土砂は、第一ポンプ５５ａ又は第二ポンプ５５ｂによって第一搬送路５２から第二搬送路５３に導かれる。土砂が第二搬送路５３を通過することで、測定部７０によって土砂の性状を測定することができる。第二搬送路５３に導かれた土砂は、ベルトコンベヤ４０に導かれ、後方に排出される（図２参照）。

【0060】

取出機構５０によれば、カッターチャンバ１４内の土砂を連続的に取り出すことができるため、土砂性状を連続的に測定することができる。また、取出機構５０は、カッターチャンバ１４の上方側のサンプリングと下方側のサンプリングとの両方を行うことができる。このため、カッターチャンバ１４の上方側と下方側とを交互にサンプリングすることで、カッターチャンバ１４内の土砂性状が均一であるかを把握することができる。

【0061】

なお、土砂の循環とサンプリングとを別々に説明したが、循環とサンプリングとを同時に行ってもよい。

【0062】

つまり、第一開閉部５６及び第二開閉部５７によって第一搬送路５２を開放し、第一取出部６０ａ及び第二取出部６０ｂによって土砂を循環させると共に、第三開閉部５８によって第二搬送路５３を開放して土砂性状の測定を行ってもよい。この場合、カッターチャンバ１４内から取り出された土砂の一部はカッターチャンバ１４内に戻されて循環し、残りは第二排出通路を通過して性状が測定されシールド掘進機１００の後方に排出される。第一取出部６０ａ、第二取出部６０ｂ、第一ポンプ５５ａ、及び第二ポンプ５５ｂの動作を制御することで、循環する土砂の流量と性状が測定されベルトコンベヤ４０まで排出される土砂の流量との比率を調整することができる。

【0063】

以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

【0064】

本実施形態の取出機構５０は、取出部６０が圧力ではなく土砂に直接接触して移送することで土砂をカッターチャンバ１４から取り出し、ポンプ５５によって土砂が搬送路５１に圧送される構成である。これにより、土砂がカッターチャンバ１４からより確実に取り出されるため、カッターチャンバ１４内から土砂を効率的に取り出すことができる。

【0065】

また、本実施形態では、取出機構５０によって、カッターチャンバ１４内から土砂を取り出し、取り出した箇所とは別の箇所からカッターチャンバ１４に土砂を戻すようにして、土砂が循環される。これにより、カッターチャンバ１４内の土砂性状を均一化させることができる。

【0066】

また、本実施形態では、第一開口部１３ａは、第二開口部１３ｂよりも鉛直方向の上方側に設けられている。このように、第一開口部１３ａと第二開口部１３ｂとを鉛直方向の上下にずらして設け、第一開口部１３ａと第二開口部１３ｂとを通じて土砂を循環させることで、下方側に土砂が沈下しやすいカッターチャンバ１４内を効率的に撹拌させ、性状を均一化させることができる。

【0067】

また、本実施形態では、取出機構５０によってカッターチャンバ１４内の土砂がより確実かつ効率的に取り出されるため、土砂の性状をより安定して精度よく測定することができる。また、取出機構５０によって土砂が連続的に取り出されるため、土砂性状を連続して把握することができる。

【0068】

また、本実施形態では、測定部７０が第二搬送路５３に設けられ第二搬送路５３を通過する土砂の性状が測定される。第二搬送路５３からベルトコンベヤ４０に排出された土砂は大気に開放されて圧力状態がカッターチャンバ１４内とは異なるのに対し、第二搬送路５３を通過する土砂は圧力状態がカッターチャンバ１４内の土砂に近い状態である。このため、第二搬送路５３を通過する土砂の性状を測定することで、カッターチャンバ１４内の土砂の性状をより精度よく測定することができる。

【0069】

さらに、排出コンベヤ３０から排出される土砂には、第二注入機構３６から添加剤が注入されるため、排出される土砂は、カッターチャンバ１４内の土砂とは性状が異なる。したがって、排出コンベヤ３０からベルトコンベヤ４０に排出された土砂の性状を測定しても、カッターチャンバ１４内の土砂の性状を正確に把握することは困難である。このような場合に対しても、本実施形態では、排出コンベヤ３０とは別に取出コンベヤ６１によってカッターチャンバ１４内の土砂を取り出して性状を測定するため、カッターチャンバ１４内の土砂の性状をより正確に把握することができる。

【0070】

次に、本実施形態の変形例について説明する。以下のような変形例も本発明の範囲内である。また、変形例に示す構成と上記の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

【0071】

上記実施形態では、シールド掘進機１００は、取出機構５０によってシールドチャンバから取り出した土砂の循環と性状測定の両方を実行可能に構成される。これに対し、シールド掘進機１００は、取出機構５０によって取り出した土砂の循環及びサンプリングのいずれか一方のみが実行可能に構成されていてもよい。

【0072】

例えば、図４に示すように、取出機構５０は、第二搬送路５３及び測定部７０を備えていなくてもよい。この変形例では、取出機構５０によって取り出した土砂の性状測定はできないものの、上記実施形態と同様にカッターチャンバ１４から取り出した土砂を循環させ、カッターチャンバ１４内を撹拌させることができる。

【0073】

また、図５に示すように、隔壁１３には第一開口部１３ａを設ける一方で第二開口部１３ｂは設けず、取出機構５０は、第一取出部６０ａを備える一方、第二取出部６０ｂを備えていない構成としてもよい。この場合、第一搬送路５２は、一端が第一開口部１３ａに接続され、他端は第二搬送路５３の一端と接続される。この変形例では、取出機構５０によって取り出した土砂を循環させてカッターチャンバ１４内を撹拌させることはできないものの、第一開口部１３ａを通じて取り出した土砂の性状測定を行うことができる。なお、図示は省略するが、シールド掘進機１００は、図５の変形例とは反対に、第一開口部１３ａが設けられず、第二開口部１３ｂを通じて取り出した土砂の性状測定を行うように構成されてもよい。また、第一開口部１３ａ及び第一開口部１３ａに接続される搬送路と、第二開口部１３ｂ及び第二開口部１３ｂに接続される搬送路と、をそれぞれ独立して設け、第一開口部１３ａ及び第二開口部１３ｂのそれぞれを通じて取り出した土砂の性状測定を行うように構成されてもよい。この場合、カッターチャンバ１４の異なる箇所（上方と下方）から取り出した土砂の性状を同時に連続して把握できるため、カッターチャンバ１４内の性状が均一となっているかを容易に把握することができる。

【0074】

また、上記実施形態では、カッターチャンバ１４内の土砂を循環させるための第一搬送路５２に、土砂の性状を測定するための第二搬送路５３が接続される。これに対し、図６に示すように、第一搬送路５２と第二搬送路５３とは、互いに接続されず、独立して構成されてもよい。つまり、カッターチャンバ１４に開口する第三開口部１３ｃを第一開口部１３ａ及び第二開口部１３ｂとは別に隔壁１３に設け、当該第三開口部１３ｃに第二搬送路５３を接続してもよい。

【0075】

また、測定部７０は、第二搬送路５３に設けられるものに限定されない。例えば、測定部７０は、第一搬送路５２に設けられ、第一搬送路５２を通過する土砂の性状を測定するものでもよい。この場合、図１から図３に示すように第二搬送路５３が設けられる形態において測定部７０が第一搬送路５２に設けられてもよいし、図４に示すように第二搬送路５３が設けられない形態において測定部７０が第一搬送路５２に設けられてもよい。また、測定部７０は、搬送路５１に複数設けられてもよい。

【0076】

また、上記実施形態では、第二搬送路５３に測定部７０を取り付け、測定部７０により土砂の性状を測定する。これに対し、第二搬送路５３に設けられる測定部７０によらず、第二搬送路５３の開口端から土砂を採取して、性状を測定してもよい。

【0077】

また、上記実施形態では、第一取出部６０ａに対応して第一ポンプ５５ａが設けられ、第二取出部６０ｂに対応して第二ポンプ５５ｂが設けられる。このように、取出部６０付近に対応するポンプ５５を設けることで、搬送路５１内で土砂を安定して搬送させることができる。これに対し、取出機構５０は、第一取出部６０ａ及び第二取出部６０ｂを備える一方、ポンプ５５は搬送路５１に一つだけ設けられる構成であってもよい。この構成であっても、上記実施形態と同様に、第一開口部１３ａ及び第二開口部１３ｂの一方から取り出された土砂がポンプ５５によって吸い込まれ他方に向けて圧送されるため、上記実施系と同様に土砂を循環させることができる。

【0078】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0079】

１００ シールド掘進機
１１ スキンプレート（胴体）
１２ カッターヘッド（掘削部）
１３ 隔壁
１３ａ 第一開口部
１３ｂ 第二開口部
１４ カッターチャンバ
３０ 排出コンベヤ（排出機構）
３５ 第一注入機構（注入機構）
４０ ベルトコンベヤ（移送機構）
５０ 取出機構
５１ 搬送路
５５ ポンプ
５５ａ 第一ポンプ
５５ｂ 第二ポンプ
６０ 取出部
６０ａ 第一取出部
６０ｂ 第二取出部
７０ 測定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】