(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】P2024156482
(43)【公開日】2024-11-06
(54)【発明の名称】シールド掘進機及び土砂採取方法
(51)【国際特許分類】
E21D 9/093 20060101AFI20241029BHJP
【ＦＩ】
E21D9/093 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023070983
(22)【出願日】2023-04-24
(71)【出願人】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】高見沢 計夫
(72)【発明者】
【氏名】志田 智之
【テーマコード（参考）】
2D054
【Ｆターム（参考）】
2D054AC04
2D054GA15
2D054GA93
(57)【要約】
【課題】チャンバ内から掘削土砂を容易に採取できるシールド掘進機及び土砂採取方法を提案する。
【解決手段】シールド掘進機１は、カッタヘッド２の後方に設けられる隔壁３を有する。隔壁３には、チャンバ４内の土砂６を採取する土砂取込口３ａが設けられる。土砂取込口３ａには、これを開放または遮断するバルブ１０が備わる。バルブ１０には土砂取り込み器２０が接続されている。土砂取り込み器２０は、バルブ１０に対して着脱可能な土砂取込筒２１と、土砂取込筒２１内に摺動可能に配置されたピストン２２とを有する。バルブ１０を開放させることで土砂取込口３ａから土砂取込筒２１内に土砂６を進入させ、ピストン２２を後退させることによって土砂取込筒２１内に土砂が取り込まれる構成とした。
【選択図】図１
【解決手段】シールド掘進機１は、カッタヘッド２の後方に設けられる隔壁３を有する。隔壁３には、チャンバ４内の土砂６を採取する土砂取込口３ａが設けられる。土砂取込口３ａには、これを開放または遮断するバルブ１０が備わる。バルブ１０には土砂取り込み器２０が接続されている。土砂取り込み器２０は、バルブ１０に対して着脱可能な土砂取込筒２１と、土砂取込筒２１内に摺動可能に配置されたピストン２２とを有する。バルブ１０を開放させることで土砂取込口３ａから土砂取込筒２１内に土砂６を進入させ、ピストン２２を後退させることによって土砂取込筒２１内に土砂が取り込まれる構成とした。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
カッタヘッドと、前記カッタヘッドの後方に設けられる隔壁とを有するシールド掘進機であって、
前記隔壁に設けられ、チャンバ内の土砂を採取するための土砂取込口と、
前記土砂取込口に設けられ、前記土砂取込口を開放または遮断するバルブと、
前記バルブに接続された土砂取り込み器と、を備え、
前記土砂取り込み器は、前記バルブに対して着脱可能に設けられた土砂取込筒と、前記土砂取込筒内に摺動可能に配置されたピストンと、を有しており、
前記バルブを開放させることにより、前記土砂取込口から前記土砂取込筒内に土砂を進入させ、前記ピストンを後退させることによって前記土砂取込筒内に土砂が取り込まれることを特徴とするシールド掘進機。
前記隔壁に設けられ、チャンバ内の土砂を採取するための土砂取込口と、
前記土砂取込口に設けられ、前記土砂取込口を開放または遮断するバルブと、
前記バルブに接続された土砂取り込み器と、を備え、
前記土砂取り込み器は、前記バルブに対して着脱可能に設けられた土砂取込筒と、前記土砂取込筒内に摺動可能に配置されたピストンと、を有しており、
前記バルブを開放させることにより、前記土砂取込口から前記土砂取込筒内に土砂を進入させ、前記ピストンを後退させることによって前記土砂取込筒内に土砂が取り込まれることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項2】
前記土砂取込筒は直管であることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項3】
前記土砂取り込み器は、
前記ピストンを駆動するための駆動機構と、
前記ピストンの摺動量を検出する検出手段と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
前記ピストンを駆動するための駆動機構と、
前記ピストンの摺動量を検出する検出手段と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項4】
前記バルブは、ナイフゲートバルブまたはスライドゲートバルブであることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項5】
前記土砂取込筒は、ヒンジを介して前記バルブに取り付けられており、前記ヒンジによる回動によって前記バルブに対して着脱可能となっていることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項6】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のシールド掘進機における土砂採取方法であって、
前記バルブを開放し、前記土砂取込筒に土砂を取り込む土砂取込工程と、
前記土砂取込工程により前記土砂取込筒に土砂を取り込んだ状態で、前記バルブを遮断するバルブ遮断工程と、
前記バルブを遮断した状態で、前記バルブから前記土砂取込筒を離脱し、前記土砂取込筒から土砂を回収する回収工程と、を備えていることを特徴とする土砂採取方法。
前記バルブを開放し、前記土砂取込筒に土砂を取り込む土砂取込工程と、
前記土砂取込工程により前記土砂取込筒に土砂を取り込んだ状態で、前記バルブを遮断するバルブ遮断工程と、
前記バルブを遮断した状態で、前記バルブから前記土砂取込筒を離脱し、前記土砂取込筒から土砂を回収する回収工程と、を備えていることを特徴とする土砂採取方法。
【請求項7】
前記土砂取込工程は、土砂の取り込み時に前記ピストンを後退させるピストン後退工程を備えることを特徴とする請求項６に記載の土砂採取方法。
【請求項8】
前記バルブ遮断工程は、前記バルブを遮断した状態で前記ピストンをさらに後退させる減圧工程を備えることを特徴とする請求項６に記載の土砂採取方法。
【請求項9】
前記土砂取込工程は、前記土砂取込口内に前記ピストンを予め進入させて待機させることを特徴とする請求項６に記載の土砂採取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シールド掘進機及び土砂採取方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、土砂を採取する技術に関連して特許文献１，２に開示されたものが知られている。特許文献１は、シールドトンネルの周辺地盤の土質試料を採取するための土質試料採取治具であり、グラウト孔が設けられたシールドトンネル周辺の地盤から、そのグラウト孔を利用して不攪乱の土質試料を採取するものである。
また、特許文献２は、シールド掘進機のチャンバから排出された含水土砂等を処理する含水土砂処理装置であり、含水土砂改質剤を含有する液体を、加圧された気体を介して含水土砂に添加することにより、チャンバから排出された含水土砂等を処理するものである。
また、特許文献２は、シールド掘進機のチャンバから排出された含水土砂等を処理する含水土砂処理装置であり、含水土砂改質剤を含有する液体を、加圧された気体を介して含水土砂に添加することにより、チャンバから排出された含水土砂等を処理するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－２９０１７号公報
【特許文献2】特開２０２２－１６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、シールド掘進機によるシールド工法では、チャンバ内の掘削土砂の塑性流動化状況を適宜測定する必要がある。シールド工法の現場では、スクリューコンベアから排出された排出土を用いて土砂性状の適否を触手試験やスランプ試験、テーブルフロー試験、ベーンせん断試験、乾燥密度試験等を行うことにより判断している。このため、チャンバ内の土砂によるリアルタイムの情報を得ることができなかった。
本発明は、前記した課題を解決し、チャンバ内から掘削土砂を容易に採取できるシールド掘進機及び土砂採取方法を提案することを課題とする。
本発明は、前記した課題を解決し、チャンバ内から掘削土砂を容易に採取できるシールド掘進機及び土砂採取方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記課題を解決するための本発明のシールド掘進機は、カッタヘッドと、前記カッタヘッドの後方に設けられる隔壁とを有する。シールド掘進機は、前記隔壁に設けられ、チャンバ内の土砂を採取するための土砂取込口と、前記土砂取込口に設けられ、前記土砂取込口を開放または遮断するバルブと、前記バルブに接続された土砂取り込み器と、を備える。前記土砂取り込み器は、前記バルブに対して着脱可能に設けられた土砂取込筒と、前記土砂取込筒内に摺動可能に配置されたピストンと、を有しており、前記バルブを開放させることにより、前記土砂取込口から前記土砂取込筒内に土砂を進入させ、前記ピストンを後退させることによって前記土砂取込筒内に土砂が取り込まれることを特徴とする。
本発明では、チャンバ内の土圧を利用して土砂取込筒内に土砂を取り込むことができるので、チャンバ内の土圧変動を抑制するとともに土砂取込筒内への土砂の噴出を抑制しながら土砂を採取できる。土砂取込筒内に採取した土砂は、土砂取込筒をバルブから離脱することにより容易に回収できる。
また、前記土砂取込筒は直管であることが好ましい。この構成では、土砂取込筒が分岐部分を有しないので、分岐部分をピストンが通過するときに生じるおそれのあるピストンシールの傷付きを防止できる。また、土砂取込筒が分岐部分を有しないので、ピストンのスムーズな摺動を実現できる。
また、前記土砂取り込み器は、前記ピストンを駆動するための駆動機構と、前記ピストンの摺動量を検出する検出手段と、を備えていることが好ましい。このような構成において、土砂取込筒内に土砂を取り込む際に駆動機構によりピストンを後退させると、土砂取込筒内の圧力変化を抑制できるので、土砂の取り込みをスムーズに行うことができる。
また、土砂を取り込んだ後にバルブを遮断した状態で駆動機構によりピストンをさらに後退させると、土砂取込筒内を減圧できる。これにより、バルブから土砂取込筒を離脱した際に生じるおそれのある土砂の噴発を未然に防止できる。
さらに、検出手段によりピストンの摺動量（移動量）を的確に捉えることができるので、必要な土砂を確実に回収できる。
また、前記バルブは、ナイフゲートバルブまたはスライドゲートバルブであることが好ましい。この構成によれば、土砂取込口と土砂取込筒との連通状態または遮断状態をバルブにより確実に維持できる。
また、前記土砂取込筒は、ヒンジを介して前記バルブに取り付けられており、前記ヒンジによる回動によって前記バルブに対して着脱可能に取り付けられていることが好ましい。このような構成において、バルブから土砂取込筒が離脱するように土砂取込筒を回動させると、バルブに接続されていた土砂取込筒の開口端部が開いた状態になる。したがって、土砂取込筒内に採取された土砂の回収が容易になる。また、土砂の回収後に、バルブに土砂取込筒が取着されるように土砂取込筒を回動させると、土砂取込筒の開口端部がバルブに接続されて閉じられた状態になる。したがって、バルブに対する土砂取込筒の取り付けも容易になる。
本発明では、チャンバ内の土圧を利用して土砂取込筒内に土砂を取り込むことができるので、チャンバ内の土圧変動を抑制するとともに土砂取込筒内への土砂の噴出を抑制しながら土砂を採取できる。土砂取込筒内に採取した土砂は、土砂取込筒をバルブから離脱することにより容易に回収できる。
また、前記土砂取込筒は直管であることが好ましい。この構成では、土砂取込筒が分岐部分を有しないので、分岐部分をピストンが通過するときに生じるおそれのあるピストンシールの傷付きを防止できる。また、土砂取込筒が分岐部分を有しないので、ピストンのスムーズな摺動を実現できる。
また、前記土砂取り込み器は、前記ピストンを駆動するための駆動機構と、前記ピストンの摺動量を検出する検出手段と、を備えていることが好ましい。このような構成において、土砂取込筒内に土砂を取り込む際に駆動機構によりピストンを後退させると、土砂取込筒内の圧力変化を抑制できるので、土砂の取り込みをスムーズに行うことができる。
また、土砂を取り込んだ後にバルブを遮断した状態で駆動機構によりピストンをさらに後退させると、土砂取込筒内を減圧できる。これにより、バルブから土砂取込筒を離脱した際に生じるおそれのある土砂の噴発を未然に防止できる。
さらに、検出手段によりピストンの摺動量（移動量）を的確に捉えることができるので、必要な土砂を確実に回収できる。
また、前記バルブは、ナイフゲートバルブまたはスライドゲートバルブであることが好ましい。この構成によれば、土砂取込口と土砂取込筒との連通状態または遮断状態をバルブにより確実に維持できる。
また、前記土砂取込筒は、ヒンジを介して前記バルブに取り付けられており、前記ヒンジによる回動によって前記バルブに対して着脱可能に取り付けられていることが好ましい。このような構成において、バルブから土砂取込筒が離脱するように土砂取込筒を回動させると、バルブに接続されていた土砂取込筒の開口端部が開いた状態になる。したがって、土砂取込筒内に採取された土砂の回収が容易になる。また、土砂の回収後に、バルブに土砂取込筒が取着されるように土砂取込筒を回動させると、土砂取込筒の開口端部がバルブに接続されて閉じられた状態になる。したがって、バルブに対する土砂取込筒の取り付けも容易になる。
【0006】
前記課題を解決するための本発明の土砂採取方法は、前記バルブを開放し、前記土砂取込筒に土砂を取り込む土砂取込工程と、前記土砂取込工程により前記土砂取込筒に土砂を取り込んだ状態で、前記バルブを遮断するバルブ遮断工程と、前記バルブを遮断した状態で、前記バルブから前記土砂取込筒を離脱し、前記土砂取込筒から土砂を回収する回収工程と、を備えている。
本発明では、チャンバ内の土圧を利用して土砂取込筒内に土砂を取り込むことができるので、チャンバ内の土圧変動を抑制するとともに土砂取込筒内への土砂の噴出を抑制しながら土砂を採取できる。土砂取込筒内に採取した土砂は、土砂取込筒をバルブから離脱することにより容易に回収できる。
また、前記土砂取込工程は、土砂の取り込み時に前記ピストンを後退させるピストン後退工程を備えることが好ましい。土砂取り込み時にピストンを後退させると、土砂取込筒内の圧力変化を抑制できるので、土砂の取り込みをスムーズに行うことができる。
また、前記バルブ遮断工程は、前記バルブを遮断した状態で前記ピストンをさらに後退させる減圧工程を備えることが好ましい。土砂を取り込んだ後にバルブを遮断した状態でピストンをさらに後退させると、土砂取込筒内が減圧するので、バルブから土砂取込筒を離脱した際に生じるおそれのある土砂の噴発を未然に防止できる。
また、前記土砂取込工程は、前記土砂取込口内に前記ピストンを予め進入させて待機させることが好ましい。土砂取り込み時に土砂取込口内にピストンを待機させると、土砂取込筒内の圧力変化を抑制できるので、土砂の取り込みをスムーズに行うことができる。
本発明では、チャンバ内の土圧を利用して土砂取込筒内に土砂を取り込むことができるので、チャンバ内の土圧変動を抑制するとともに土砂取込筒内への土砂の噴出を抑制しながら土砂を採取できる。土砂取込筒内に採取した土砂は、土砂取込筒をバルブから離脱することにより容易に回収できる。
また、前記土砂取込工程は、土砂の取り込み時に前記ピストンを後退させるピストン後退工程を備えることが好ましい。土砂取り込み時にピストンを後退させると、土砂取込筒内の圧力変化を抑制できるので、土砂の取り込みをスムーズに行うことができる。
また、前記バルブ遮断工程は、前記バルブを遮断した状態で前記ピストンをさらに後退させる減圧工程を備えることが好ましい。土砂を取り込んだ後にバルブを遮断した状態でピストンをさらに後退させると、土砂取込筒内が減圧するので、バルブから土砂取込筒を離脱した際に生じるおそれのある土砂の噴発を未然に防止できる。
また、前記土砂取込工程は、前記土砂取込口内に前記ピストンを予め進入させて待機させることが好ましい。土砂取り込み時に土砂取込口内にピストンを待機させると、土砂取込筒内の圧力変化を抑制できるので、土砂の取り込みをスムーズに行うことができる。
【発明の効果】
【0007】
本発明のシールド掘進機及び土砂採取方法によれば、測定現場に対する搬入作業及び搬出作業が行いやすく、機器の配置作業等を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の第１実施形態に係るシールド掘進機の概要を示す側断面図である。
【図2】本発明の第１実施形態に係るシールド掘進機の土砂取込口にバルブを介して設けられた土砂取り込み器を示す拡大斜視図である。
【図3A】本発明の第１実施形態に係るシールド掘進機の土砂取込口にバルブを介して設けられた土砂取り込み器を示す側断面図である。
【図3B】本発明の第１実施形態に係るシールド掘進機の土砂取込口にピストンを待機させた状態を示す側断面図である。
【図3C】本発明の第１実施形態に係るシールド掘進機において土砂取り込み時にバルブを開いた状態を示す側断面図である。
【図4A】本発明の第１実施形態に係るシールド掘進機において土砂取り込み後にバルブを閉じて土砂取込筒内を減圧した際の様子を示す側断面図である。
【図4B】本発明の第１実施形態に係るシールド掘進機においてバルブに対して土砂取込筒を開いた状態を示す側断面図である。
【図5A】本発明の第２実施形態に係るシールド掘進機の土砂取込口にバルブを介して設けられた土砂取り込み器を示す側断面図である。
【図5B】本発明の第２実施形態に係るシールド掘進機の土砂取込口にピストンを待機させた状態を示す側断面図である。
【図5C】本発明の第２実施形態に係るシールド掘進機において土砂取り込み時にバルブを開いた状態を示す側断面図である。
【図6A】本発明の第２実施形態に係るシールド掘進機において土砂取り込み後にバルブを閉じて土砂取込筒内を減圧した際の様子を示す側断面図である。
【図6B】本発明の第２実施形態に係るシールド掘進機においてバルブに対して土砂取込筒を開いた状態を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明のシールド掘進機及び土砂採取方法について適宜図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、シールド掘進機及び土砂採取方法について「前後」「左右」「上下」を言うときは図１，図２等に示す方向を基準とするが、シールド掘進機の使用方法（設置方向）を限定する趣旨ではない。また、各実施形態では、泥土圧式シールド工法によるシールドトンネル工事において、土砂を採取する場合について説明する。各実施形態において、共通する部分には共通の符合を付し、重複する説明は省略する。
【0010】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るシールド掘進機の概要を示す側断面図である。本実施形態のシールド掘進機１は、図１に示すように、前端に設けられたカッタヘッド（カッタースポーク）２とその後方に設けられた隔壁３とを備えており、カッタヘッド２と隔壁３との間にチャンバ４が形成されている。カッタヘッド２には、複数のカッタビット２ａが固定されている。また、シールド掘進機１の内部には、チャンバ４内の掘削土である土砂６（泥土）を排出するためのスクリューコンベア５が設けられている。スクリューコンベア５は、隔壁３を貫通して、チャンバ４に接続されている。また、シールド掘進機１に推力を与えるシールドジャッキ８が設けられているとともに、カッタヘッド２に回転力を付与するモータ７が設けられている。
図１は本発明の第１実施形態に係るシールド掘進機の概要を示す側断面図である。本実施形態のシールド掘進機１は、図１に示すように、前端に設けられたカッタヘッド（カッタースポーク）２とその後方に設けられた隔壁３とを備えており、カッタヘッド２と隔壁３との間にチャンバ４が形成されている。カッタヘッド２には、複数のカッタビット２ａが固定されている。また、シールド掘進機１の内部には、チャンバ４内の掘削土である土砂６（泥土）を排出するためのスクリューコンベア５が設けられている。スクリューコンベア５は、隔壁３を貫通して、チャンバ４に接続されている。また、シールド掘進機１に推力を与えるシールドジャッキ８が設けられているとともに、カッタヘッド２に回転力を付与するモータ７が設けられている。
【0011】
泥土圧式シールド工法では、チャンバ４内において、カッタビット２ａで掘削した土砂に加泥材を添加して練り混ぜることで、不透水性と塑性流動性を有する土砂６（泥土）を生成し、これをチャンバ４内に充満させる。この状態を維持しながらシールドジャッキ８の推力によりチャンバ４内の土砂６に土圧を発生させ、切羽Ｋの土圧と地下水圧に対抗し、シールド掘進機１の掘進量と排土量のバランスを図りながら掘進する。
シールド掘進機１の内部には、チャンバ４内の土砂６を取り込むことが可能な土砂取り込み器２０が設けられている。
シールド掘進機１の内部には、チャンバ４内の土砂６を取り込むことが可能な土砂取り込み器２０が設けられている。
【0012】
隔壁３には、チャンバ４内の土砂６を採取するための土砂取込口３ａが設けられている。土砂取込口３ａは、隔壁３を貫通しており断面略円形状を呈している。土砂取込口３ａには、バルブとしてナイフゲートバルブ１０が設けられている。ナイフゲートバルブ１０は、土砂取込口３ａを開放または遮断する開閉弁である。
図２は土砂取込口３ａにナイフゲートバルブ１０を介して設けられた土砂取り込み器２０を示す拡大斜視図である。図３Ａは同じく側断面図、図３Ｂは同じくピストン２２の待機位置を異ならせた側断面図、図３Ｃは土砂取り込み時にナイフゲートバルブ１０を開いた状態を示す側断面図である。
図２に示すように、ナイフゲートバルブ１０は、弁箱１１と、弁箱１１内に配置された弁体１２と、弁体１２に接続された図示しない弁ロッドを駆動する駆動部１３とを備えている。弁体１２は、先端部を鋭角形状とした板状体であり、弁箱１１内の図示しない弁座に着座して土砂取込口３ａに連通する通路を遮断する。弁体１２は、図示しないグランドパッキン等によりシールされている。駆動部１３は、図示しないエアー供給源から供給されるエアーにより駆動されるエアシリンダである。駆動部１３は、制御装置２８の制御により駆動される。なお、駆動部１３は、エアシリンダに限られることはなく、例えば、電動シリンダ、油圧シリンダ、手動ハンドル等、各種の方式のものを採用することができる。また、ナイフゲートバルブ１０に代えて、公知のスライドゲートバルブを用いてもよい。
図２は土砂取込口３ａにナイフゲートバルブ１０を介して設けられた土砂取り込み器２０を示す拡大斜視図である。図３Ａは同じく側断面図、図３Ｂは同じくピストン２２の待機位置を異ならせた側断面図、図３Ｃは土砂取り込み時にナイフゲートバルブ１０を開いた状態を示す側断面図である。
図２に示すように、ナイフゲートバルブ１０は、弁箱１１と、弁箱１１内に配置された弁体１２と、弁体１２に接続された図示しない弁ロッドを駆動する駆動部１３とを備えている。弁体１２は、先端部を鋭角形状とした板状体であり、弁箱１１内の図示しない弁座に着座して土砂取込口３ａに連通する通路を遮断する。弁体１２は、図示しないグランドパッキン等によりシールされている。駆動部１３は、図示しないエアー供給源から供給されるエアーにより駆動されるエアシリンダである。駆動部１３は、制御装置２８の制御により駆動される。なお、駆動部１３は、エアシリンダに限られることはなく、例えば、電動シリンダ、油圧シリンダ、手動ハンドル等、各種の方式のものを採用することができる。また、ナイフゲートバルブ１０に代えて、公知のスライドゲートバルブを用いてもよい。
【0013】
ナイフゲートバルブ１０の弁箱１１の後部には、図２に示すように、バルブ側フランジ部１１ａ，取り込み器側フランジ部２１ａを介して土砂取り込み器２０が接続されている。土砂取り込み器２０は、両フランジ部１１ａ，２１ａによりナイフゲートバルブ１０に対して着脱可能である。なお、バルブ側フランジ部１１ａは、弁箱１１の後部に一体的に設けられており、土砂取込口３ａに連通する図示しない開口部を有している。
土砂取り込み器２０は、土砂取込筒２１と、ピストン２２と、駆動機構としての油圧装置２３とを備えている。土砂取込筒２１は、内部に土砂６を取り込むシリンダとして機能する。土砂取込筒２１は、図３Ａに示すように、前端が開口し後端が閉じられた円筒状の直管である。土砂取込筒２１の前端部には、取り込み器側フランジ部２１ａが設けられている。取り込み器側フランジ部２１ａは、バルブ側フランジ部１１ａに対応する形状に形成されており、ヒンジ２５を介してバルブ側フランジ部１１ａに連結されている。このような連結により、土砂取込筒２１は、ヒンジ２５による回動によってナイフゲートバルブ１０に対して着脱可能となっている。なお、取り込み器側フランジ部２１ａは、バルブ側フランジ部１１ａに対して図示しない締結ボルトの締付けにより液密の状態に固定される。なお、ヒンジ２５による開閉方向は、上下方向の他、左右方向等、任意の方向とすることができる。土砂取込筒２１には、ピストン２２の摺動量（摺動位置）を検出する検出手段としてのストロークセンサ２７が取り付けられている。ストロークセンサ２７は、例えばマグネット式である。ストロークセンサ２７による検出値は、後記する制御装置２８に送出される。なお、検出手段としては、ストロークセンサ２７に限られることはなく、油量式、インジケータ式、エンコーダ式等、種々の方式のものを採用できる。
土砂取り込み器２０は、土砂取込筒２１と、ピストン２２と、駆動機構としての油圧装置２３とを備えている。土砂取込筒２１は、内部に土砂６を取り込むシリンダとして機能する。土砂取込筒２１は、図３Ａに示すように、前端が開口し後端が閉じられた円筒状の直管である。土砂取込筒２１の前端部には、取り込み器側フランジ部２１ａが設けられている。取り込み器側フランジ部２１ａは、バルブ側フランジ部１１ａに対応する形状に形成されており、ヒンジ２５を介してバルブ側フランジ部１１ａに連結されている。このような連結により、土砂取込筒２１は、ヒンジ２５による回動によってナイフゲートバルブ１０に対して着脱可能となっている。なお、取り込み器側フランジ部２１ａは、バルブ側フランジ部１１ａに対して図示しない締結ボルトの締付けにより液密の状態に固定される。なお、ヒンジ２５による開閉方向は、上下方向の他、左右方向等、任意の方向とすることができる。土砂取込筒２１には、ピストン２２の摺動量（摺動位置）を検出する検出手段としてのストロークセンサ２７が取り付けられている。ストロークセンサ２７は、例えばマグネット式である。ストロークセンサ２７による検出値は、後記する制御装置２８に送出される。なお、検出手段としては、ストロークセンサ２７に限られることはなく、油量式、インジケータ式、エンコーダ式等、種々の方式のものを採用できる。
【0014】
ピストン２２は、土砂取込筒２１内に摺動可能に配置されている。ピストン２２は、内側が中空とされた有底円筒状（断面略コ字形状）である。なお、ピストン２２は、有底円筒状のものに限られることはなく、例えば、円柱状としてもよい。ピストン２２の外周面には、軸方向に間隔を空けて複数のシール部材２４が外嵌されている。シール部材２４は、土砂取込筒２１の内周面とピストン２２の外周面との間をシールしている。図３Ｃに示すように、土砂取込筒２１内の後部側にピストン２２が位置されている状態で、ピストン２２の前側には、土砂取込筒２１とピストン２２により区画された土砂取り込み室２２ａが形成される。一方、ピストン２２の中空部を含む後側には、油圧装置２３からの油圧が作用する油圧室２２ｂが形成される。土砂取り込み室２２ａには、土砂６を採取する際に土砂取込口３ａ及びナイフゲートバルブ１０を通じて土砂６が取り込まれる。油圧室２２ｂには、ピストン２２を作動させるための作動油が充填されている。土砂取込筒２１の底部には、図３Ａに示すように、油圧装置２３に通じるポート２６が設けられている。以下では、土砂取込筒２１内をピストン２２が前方に向けて摺動する場合を「前進」、これとは反対側の後方に向けて摺動する場合を「後退」ということがある。
【0015】
油圧装置２３は、ピストン２２を油圧により駆動するための装置であり、油圧室２２ｂへ作動油を吐出する機能及び油圧室２２ｂから作動油を吸引する機能を備えている。油圧装置２３により作動油が油圧室２２ｂに吐出されると、作動油の圧力によりピストン２２がナイフゲートバルブ１０側に向けて摺動する。これとは逆に、油圧装置２３により作動油が油圧室２２ｂから吸引されると、油圧室２２ｂが負圧となり、ピストン２２が油圧装置２３側に向けて摺動する。油圧装置２３は、後記する制御装置２８の制御により作動する。なお、ピストン２２は、土砂採取時に取り込まれた土砂６の土圧を受けて油圧装置２３側に向けて摺動するように構成されている。この場合、油圧室２２ｂに充填されている作動油は、ポート２６に接続された戻り流路２６ａを通じて作動油が貯溜される図示しない作動油タンク側に戻される。戻り流路２６ａの途中には、戻り流路２６ａを開閉する電磁弁２６ｂが設けられている。電磁弁２６ｂは、土砂６の土圧を受けてピストン２２が油圧装置２３側に向けて後退する際に開かれ、作動油タンク側に作動油が戻されることを許容する。また、電磁弁２６ｂは、土砂６の土圧を受けてピストン２２が所定位置まで後退したことをストロークセンサ２７が検出した場合に、制御装置２８の制御により閉じられる。電磁弁２６ｂが閉じられると、戻り流路２６ａの作動液の流れが止められるため、ピストン２２の後退が停止される。なお、ピストン２２の後退が停止された状態で、土砂取り込み室２２ａ内には、予め設定された量の土砂６が取り込まれるようになっている。
制御装置２８は、ナイフゲートバルブ１０の駆動部１３の駆動制御、及びストロークセンサ２７の検出値に基づいて油圧装置２３の作動を制御する。制御装置２８には、コントロールスイッチ２９が接続されている。コントロールスイッチ２９は、ナイフゲートバルブ１０を開閉するための操作スイッチや、油圧装置２３を作動させてピストン２２を所定位置に摺動させるための操作スイッチ等が備わる。
制御装置２８は、ナイフゲートバルブ１０の駆動部１３の駆動制御、及びストロークセンサ２７の検出値に基づいて油圧装置２３の作動を制御する。制御装置２８には、コントロールスイッチ２９が接続されている。コントロールスイッチ２９は、ナイフゲートバルブ１０を開閉するための操作スイッチや、油圧装置２３を作動させてピストン２２を所定位置に摺動させるための操作スイッチ等が備わる。
【0016】
次に、本実施形態のシールド掘進機１による土砂採取方法について図３Ａ～図３Ｃ、図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。なお、図３Ｂ，図３Ｃ，図４Ａ，図４Ｂでは、図３Ａに示した油圧装置２３、制御装置２８及びコントロールスイッチ２９の構成を省略している。
土砂採取方法は、土砂取込工程と、バルブ遮断工程と、回収工程とを備えている。
土砂取込工程は、土砂取り込み器２０の土砂取込筒２１に土砂６を取り込む工程である。バルブ遮断工程は、ナイフゲートバルブ１０を遮断する工程であり、土砂取込工程により土砂取込筒２１に土砂６を取り込んだ後に行われる。バルブ遮断工程は、減圧工程を備えている。減圧工程は、土砂取込筒２１内（土砂取り込み室２２ａ内）を減圧する工程であり、ナイフゲートバルブ１０を遮断した後に行われる。回収工程は、ナイフゲートバルブ１０を遮断した状態で、ナイフゲートバルブ１０から土砂取込筒２１を離脱し、土砂取込筒２１から土砂６を回収する工程である。
土砂採取方法は、土砂取込工程と、バルブ遮断工程と、回収工程とを備えている。
土砂取込工程は、土砂取り込み器２０の土砂取込筒２１に土砂６を取り込む工程である。バルブ遮断工程は、ナイフゲートバルブ１０を遮断する工程であり、土砂取込工程により土砂取込筒２１に土砂６を取り込んだ後に行われる。バルブ遮断工程は、減圧工程を備えている。減圧工程は、土砂取込筒２１内（土砂取り込み室２２ａ内）を減圧する工程であり、ナイフゲートバルブ１０を遮断した後に行われる。回収工程は、ナイフゲートバルブ１０を遮断した状態で、ナイフゲートバルブ１０から土砂取込筒２１を離脱し、土砂取込筒２１から土砂６を回収する工程である。
【0017】
土砂取込工程では、図３Ａに示すように、土砂取り込み器２０がナイフゲートバルブ１０を介して土砂取込口３ａに接続された状態で、弁体１２の側方の所定位置にピストン２２が位置するように、ピストン２２を前進させて位置調整する。図３Ａでは、ピストン２２の前端部がバルブ側フランジ部１１ａの内側に入り込む位置までピストン２２を前進させている。この位置調整は、制御装置２８に予め設定されたプログラム等に基づいて油圧装置２３を作動させることにより自動的に行うことも可能である。
なお、土砂取込工程では、図３Ｂに示すように、土砂取込口３ａ内、例えば、隔壁３のチャンバ内面と略同じ位置にピストン２２の前端部が位置するように、ピストン２２を予め前進させて（進入させて）待機させてもよい。この場合、制御装置２８の制御によりナイフゲートバルブ１０の駆動部１３が駆動されて弁体１２が開かれ、油圧装置２３により油圧室２２ｂ内へ作動油が吐出されてピストン２２が土砂取込口３ａ内に摺動する。また、油圧装置２３により、油圧室２２ｂ内の作動油が保持されて待機位置にピストン２２が保持される。なお、油圧装置２３によらずに、他の保持手段により待機位置にピストン２２を保持するように構成してもよい。
土砂取込工程において、図３Ａに示す状態から制御装置２８の制御によりナイフゲートバルブ１０の駆動部１３が駆動され、弁体１２が開かれると、チャンバ４内の土圧は、隔壁３よりも後方の気圧に比べて大きくなっているため、図３Ｃに示すように、チャンバ４内の土砂６が土砂取込口３ａからナイフゲートバルブ１０を通じてピストン２２の前方に流入し、ピストン２２を押圧して後退させる（ピストン後退工程）。つまり、本実施形態では、チャンバ４内の土圧と油圧室２２ｂとの圧力差を利用して土砂取込筒２１内に土砂６を取り込でいる。この場合、土砂６は、土砂取り込み室２２ａを徐々に広げながら土砂取込筒２１内に取り込まれるため、土砂６の取り込み時にチャンバ４内の土圧の変化を抑制できる。なお、土砂６の取り込み時には、チャンバ４内の土圧を管理しながら行うことが好ましい。仮に、土砂６の取り込み時にチャンバ４内の土圧の変化が大きくなった場合には、チャンバ４内における許容範囲内の土圧の変化となるように図示しない加泥装置により加泥材を一時的に添加してチャンバ４内の土圧を調整することが好ましい。
なお、土砂取込工程では、図３Ｂに示すように、土砂取込口３ａ内、例えば、隔壁３のチャンバ内面と略同じ位置にピストン２２の前端部が位置するように、ピストン２２を予め前進させて（進入させて）待機させてもよい。この場合、制御装置２８の制御によりナイフゲートバルブ１０の駆動部１３が駆動されて弁体１２が開かれ、油圧装置２３により油圧室２２ｂ内へ作動油が吐出されてピストン２２が土砂取込口３ａ内に摺動する。また、油圧装置２３により、油圧室２２ｂ内の作動油が保持されて待機位置にピストン２２が保持される。なお、油圧装置２３によらずに、他の保持手段により待機位置にピストン２２を保持するように構成してもよい。
土砂取込工程において、図３Ａに示す状態から制御装置２８の制御によりナイフゲートバルブ１０の駆動部１３が駆動され、弁体１２が開かれると、チャンバ４内の土圧は、隔壁３よりも後方の気圧に比べて大きくなっているため、図３Ｃに示すように、チャンバ４内の土砂６が土砂取込口３ａからナイフゲートバルブ１０を通じてピストン２２の前方に流入し、ピストン２２を押圧して後退させる（ピストン後退工程）。つまり、本実施形態では、チャンバ４内の土圧と油圧室２２ｂとの圧力差を利用して土砂取込筒２１内に土砂６を取り込でいる。この場合、土砂６は、土砂取り込み室２２ａを徐々に広げながら土砂取込筒２１内に取り込まれるため、土砂６の取り込み時にチャンバ４内の土圧の変化を抑制できる。なお、土砂６の取り込み時には、チャンバ４内の土圧を管理しながら行うことが好ましい。仮に、土砂６の取り込み時にチャンバ４内の土圧の変化が大きくなった場合には、チャンバ４内における許容範囲内の土圧の変化となるように図示しない加泥装置により加泥材を一時的に添加してチャンバ４内の土圧を調整することが好ましい。
【0018】
土砂６の取り込み時に、制御装置２８は、ストロークセンサ２７の検出値に基づいて、ピストン２２の後退位置を検出する。制御装置２８は、ピストン２２が所定位置に後退したことを検出すると、戻り流路２６ａの電磁弁２６ｂを閉じる制御を行う。これにより、戻り流路２６ａの作動液の通流が停止され、ピストン２２の後退が停止される。所定位置にピストン２２が停止することで、土砂取込筒２１内（土砂取り込み室２２ａ内）には、所定量の土砂６が取り込まれた状態になる。なお、所定位置は、適宜設定することができる。本実施形態では、図３Ｃにおいてピストン２２が停止している位置、つまり、土砂取込筒２１の底部２１ｃから前方に間隔を空けた位置を所定位置としている。所定位置にピストン２２が停止している状態で、ピストン２２の後方には、ピストン２２をさらに後退させることが可能なスペースＳが形成されている。
なお、本実施形態では、土砂取込工程にピストン後退工程が含まれており、チャンバ４内の土圧と油圧室２２ｂの圧力との差圧によりピストンを受動的に後退させたが、ピストン後退工程では、土砂６の取り込み時に油圧装置２３を作動させて油圧室２２ｂから作動油を吸引し、油圧室２２ｂ内を負圧状態にしてピストン２２を能動的に後退させてもよい。このようなピストン２２の後退は、制御装置２８に予め設定されたプログラム等に基づいてナイフゲートバルブ１０の開放に連動して行われるようにしてもよいし、コントロールスイッチ２９の操作スイッチを手動操作することにより行ってもよい。
なお、本実施形態では、土砂取込工程にピストン後退工程が含まれており、チャンバ４内の土圧と油圧室２２ｂの圧力との差圧によりピストンを受動的に後退させたが、ピストン後退工程では、土砂６の取り込み時に油圧装置２３を作動させて油圧室２２ｂから作動油を吸引し、油圧室２２ｂ内を負圧状態にしてピストン２２を能動的に後退させてもよい。このようなピストン２２の後退は、制御装置２８に予め設定されたプログラム等に基づいてナイフゲートバルブ１０の開放に連動して行われるようにしてもよいし、コントロールスイッチ２９の操作スイッチを手動操作することにより行ってもよい。
【0019】
バルブ遮断工程では、図４Ａに示すように、ナイフゲートバルブ１０の駆動部１３が駆動され、弁体１２が閉じられる。これにより、土砂取込筒２１内（土砂取り込み室２２ａ内）が密閉された状態になる。減圧工程では、弁体１２が閉じられた状態で油圧装置２３を作動させて油圧室２２ｂから作動油を吸引し、油圧室２２ｂ内を負圧状態にしてピストン２２を後退させる。ピストン２２の後退は、土砂取込工程時にピストン２２の後方に形成されたスペースＳ（図３Ｃ参照）を利用して行われる。このピストン２２の後退により、土砂取り込み室２２ａ内が減圧される。
【0020】
回収工程では、弁体１２が閉じられた状態でバルブ側フランジ部１１ａと取り込み器側フランジ部２１ａとを結合していた図示しない締結ボルトを緩め、その後、図４Ｂに示すように、ナイフゲートバルブ１０から土砂取込筒２１（土砂取り込み器２０）を離脱させる。離脱の際には、ナイフゲートバルブ１０に対して土砂取込筒２１をヒンジ２５により回動させて土砂取込筒２１の開口端部を上に向ける。この場合、図示しないチェーンブロックあるいは油圧機器、電動ウインチ等で土砂取込筒２１を補助的に吊り下げることで、作業性が向上する。そして、開口端部を通じて土砂取込筒２１内に採取された土砂６を回収する。
【0021】
以上説明した本実施形態のシールド掘進機１によれば、チャンバ４内の土圧を利用して土砂取込筒２１内に土砂６（泥土）を取り込むことができるので、チャンバ４内の土圧変動を抑制するとともに土砂取込筒２１内への土砂６の噴出を抑制しながら土砂６を採取できる。すなわち、土砂取込筒２１内に採取した土砂６の性状を、チャンバ４内の土砂６の性状に近付けることができる。土砂取込筒２１内に採取した土砂６は、土砂取込筒２１をナイフゲートバルブ１０からから離脱することにより容易に回収できる。また、土砂取込筒２１内に進入する土砂６によりピストン２２が後退して土砂取り込み室２２ａの容積が広がるので、スムーズな土砂６の取り込みを実現できる。
また、チャンバ４内の土砂６を隔壁３の土砂取込口３ａを通じて直に採取できるので、触手試験やスランプ試験、テーブルフロー試験、ベーンせん断試験、乾燥密度試験等を速やかに行うことができ、したがって、加泥材濃度や添加量などの変更に係る対応も迅速に行うことができる。また、スクリューコンベア５から排出された土砂からチャンバ４内の土砂性状を把握するのではなく、チャンバ４内の土砂６を直接採取してチャンバ４内の土砂性状を把握できるため、切羽Ｋの安定や噴発防止あるいは土砂６の過取り込みを未然に防ぐことができ、地上部への影響を低減できる。
また、土砂取込筒２１が直管であり分岐部分を有しないので、分岐部分をピストン２２が通過するときに生じるおそれのあるピストン２２のシール部材２４の傷付きを防止できる。また、土砂取込筒２１が分岐部分を有しないので、ピストン２２のスムーズな摺動を実現できる。
また、チャンバ４内の土砂６を隔壁３の土砂取込口３ａを通じて直に採取できるので、触手試験やスランプ試験、テーブルフロー試験、ベーンせん断試験、乾燥密度試験等を速やかに行うことができ、したがって、加泥材濃度や添加量などの変更に係る対応も迅速に行うことができる。また、スクリューコンベア５から排出された土砂からチャンバ４内の土砂性状を把握するのではなく、チャンバ４内の土砂６を直接採取してチャンバ４内の土砂性状を把握できるため、切羽Ｋの安定や噴発防止あるいは土砂６の過取り込みを未然に防ぐことができ、地上部への影響を低減できる。
また、土砂取込筒２１が直管であり分岐部分を有しないので、分岐部分をピストン２２が通過するときに生じるおそれのあるピストン２２のシール部材２４の傷付きを防止できる。また、土砂取込筒２１が分岐部分を有しないので、ピストン２２のスムーズな摺動を実現できる。
【0022】
また、土砂取込筒２１内に土砂６を取り込む際にピストン２２が後退するため、土砂取込筒２１内への土砂６の噴出を抑制しながら、土砂６の取り込みをスムーズに行うことができる。
また、土砂６を取り込んだ後にナイフゲートバルブ１０を遮断した状態で油圧装置２３によりピストン２２をさらに後退させると、土砂取り込み室２２ａ内（土砂取込筒２１内）を減圧できる。これにより、ナイフゲートバルブ１０から土砂取込筒２１を離脱した際に生じるおそれのある土砂６の噴発を未然に防止できる。
さらに、ストロークセンサ２７によりピストン２２の摺動量（移動量）を的確に捉えることができるので、必要な土砂６を確実に回収できる。
また、バルブとしてナイフゲートバルブ１０を用いているので、土砂取込口３ａと土砂取込筒２１との連通状態または遮断状態をナイフゲートバルブ１０により確実に維持できる。
また、土砂取込筒２１（土砂取り込み器２０）は、ナイフゲートバルブ１０に対してヒンジ２５による回動によって着脱可能に取り付けられている。これにより、ナイフゲートバルブ１０から土砂取込筒２１が離脱するように土砂取込筒２１を回動させると、ナイフゲートバルブ１０に接続されていた土砂取込筒２１の開口端部が開放された状態になる。したがって、土砂取込筒２１内に採取された土砂６の回収が容易である。また、土砂６の回収後に、ナイフゲートバルブ１０に土砂取込筒２１が取着されるように土砂取込筒２１を回動させると、土砂取込筒２１の開口端部がナイフゲートバルブ１０に接続されて閉じられた状態になる。したがって、ナイフゲートバルブ１０に対する土砂取込筒２１の取り付けが容易である。
また、土砂６を取り込んだ後にナイフゲートバルブ１０を遮断した状態で油圧装置２３によりピストン２２をさらに後退させると、土砂取り込み室２２ａ内（土砂取込筒２１内）を減圧できる。これにより、ナイフゲートバルブ１０から土砂取込筒２１を離脱した際に生じるおそれのある土砂６の噴発を未然に防止できる。
さらに、ストロークセンサ２７によりピストン２２の摺動量（移動量）を的確に捉えることができるので、必要な土砂６を確実に回収できる。
また、バルブとしてナイフゲートバルブ１０を用いているので、土砂取込口３ａと土砂取込筒２１との連通状態または遮断状態をナイフゲートバルブ１０により確実に維持できる。
また、土砂取込筒２１（土砂取り込み器２０）は、ナイフゲートバルブ１０に対してヒンジ２５による回動によって着脱可能に取り付けられている。これにより、ナイフゲートバルブ１０から土砂取込筒２１が離脱するように土砂取込筒２１を回動させると、ナイフゲートバルブ１０に接続されていた土砂取込筒２１の開口端部が開放された状態になる。したがって、土砂取込筒２１内に採取された土砂６の回収が容易である。また、土砂６の回収後に、ナイフゲートバルブ１０に土砂取込筒２１が取着されるように土砂取込筒２１を回動させると、土砂取込筒２１の開口端部がナイフゲートバルブ１０に接続されて閉じられた状態になる。したがって、ナイフゲートバルブ１０に対する土砂取込筒２１の取り付けが容易である。
【0023】
また、本実施形態の土砂採取方法によれば、チャンバ４内の土圧を利用して土砂取込筒２１内に土砂６を採取できる。土砂取込筒２１内に採取した土砂６は、土砂取込筒２１をナイフゲートバルブ１０から離脱することにより容易に回収できる。
また、土砂取り込み時にピストン２２を後退させると、土砂取込筒２１内への土砂６の噴出を抑制しながら土砂６の取り込みをスムーズに行うことができる。
また、土砂６を取り込んだ後にナイフゲートバルブ１０を遮断した状態でピストン２２をさらに後退させると、土砂取込筒２１内が減圧するので、ナイフゲートバルブ１０から土砂取込筒２１を離脱した際に生じるおそれのある土砂６の噴発を未然に防止できる。
また、土砂取り込み時に土砂取込口３ａ内にピストン２２を待機させると、土砂取込筒２１内の圧力変化を抑制できるので、土砂６の取り込みをスムーズに行うことができる。
また、土砂取り込み時にピストン２２を後退させると、土砂取込筒２１内への土砂６の噴出を抑制しながら土砂６の取り込みをスムーズに行うことができる。
また、土砂６を取り込んだ後にナイフゲートバルブ１０を遮断した状態でピストン２２をさらに後退させると、土砂取込筒２１内が減圧するので、ナイフゲートバルブ１０から土砂取込筒２１を離脱した際に生じるおそれのある土砂６の噴発を未然に防止できる。
また、土砂取り込み時に土砂取込口３ａ内にピストン２２を待機させると、土砂取込筒２１内の圧力変化を抑制できるので、土砂６の取り込みをスムーズに行うことができる。
【0024】
（第２実施形態）
次に、図５Ａ～図５Ｃ、図６Ａ、図６Ｂを参照して、第２実施形態のシールド掘進機及び土砂採取方法について説明する。本実形態が前記第１実施形態と異なるところは、ピストン２２ｅの駆動機構として油圧シリンダ３１を用いた点にある。
図５Ａは本発明の第２実施形態に係るシールド掘進機１の土砂取込口３ａにナイフゲートバルブ１０を介して設けられた土砂取り込み器２０Ａを示す側断面図、図５Ｂは同じくピストン２２ｅの待機位置を異ならせた側断面図、図５Ｃは同じく土砂取り込み時にナイフゲートバルブ１０を開いた状態を示す側断面図である。図６Ａは同じく土砂取り込み後にナイフゲートバルブ１０を閉じて土砂取込筒２１ｅ内を減圧した際の様子を示す側断面図、図６Ｂは同じくナイフゲートバルブ１０に対して土砂取込筒２１ｅを開いた状態を示す側断面図である。
次に、図５Ａ～図５Ｃ、図６Ａ、図６Ｂを参照して、第２実施形態のシールド掘進機及び土砂採取方法について説明する。本実形態が前記第１実施形態と異なるところは、ピストン２２ｅの駆動機構として油圧シリンダ３１を用いた点にある。
図５Ａは本発明の第２実施形態に係るシールド掘進機１の土砂取込口３ａにナイフゲートバルブ１０を介して設けられた土砂取り込み器２０Ａを示す側断面図、図５Ｂは同じくピストン２２ｅの待機位置を異ならせた側断面図、図５Ｃは同じく土砂取り込み時にナイフゲートバルブ１０を開いた状態を示す側断面図である。図６Ａは同じく土砂取り込み後にナイフゲートバルブ１０を閉じて土砂取込筒２１ｅ内を減圧した際の様子を示す側断面図、図６Ｂは同じくナイフゲートバルブ１０に対して土砂取込筒２１ｅを開いた状態を示す側断面図である。
【0025】
土砂取り込み器２０Ａは、図５Ａに示すように、土砂取込筒２１ｅと、ピストン２２ｅと、駆動機構としての油圧シリンダ３１とを備えている。土砂取込筒２１ｅは、前端及び後端が開口した円筒状の直管である。土砂取込筒２１ｅの後端の開口縁部には、ピストン２２ｅの摺動を規制する規制突部２１ｇが形成されている。ピストン２２ｅは、後退時に規制突部２１ｇに当接する位置まで摺動可能である。ピストン２２ｅの後部にはピストンロッド３３が取り付けられている。ピストンロッド３３の後端部は、土砂取込筒２１ｅの後方に配置された駆動伝達部３５に接続されている。
油圧シリンダ３１は、直線運動を行う油圧アクチュエータであり、土砂取込筒２１ｅを挟んで上下に一対配置されている。油圧シリンダ３１は、図示しない油圧ポンプ等で発生した油圧を利用してロッド３２を前後動させる。油圧ポンプは、制御装置２８の制御により駆動されて油圧シリンダ３１，３１に作動油を送出する。油圧シリンダ３１，３１の各前端部は、隔壁３の外面に固定されている。一方、ロッド３２，３２の各後端部は、駆動伝達部３５に接続されている。つまり、油圧シリンダ３１，３１によるロッド３２，３２の前後方向に駆動力が、駆動伝達部３５及びピストンロッド３３を介してピストン２２ｅに伝達されるように構成されている。ロッド３２，３２が後方へ駆動されることで、ピストン２２ｅが土砂取込筒２１ｅ内を後退する方向に摺動し、これとは反対側となる前方へロッド３２，３２が駆動されることで、ピストン２２ｅが土砂取込筒２１ｅ内を前進する方向に摺動する。
油圧シリンダ３１は、直線運動を行う油圧アクチュエータであり、土砂取込筒２１ｅを挟んで上下に一対配置されている。油圧シリンダ３１は、図示しない油圧ポンプ等で発生した油圧を利用してロッド３２を前後動させる。油圧ポンプは、制御装置２８の制御により駆動されて油圧シリンダ３１，３１に作動油を送出する。油圧シリンダ３１，３１の各前端部は、隔壁３の外面に固定されている。一方、ロッド３２，３２の各後端部は、駆動伝達部３５に接続されている。つまり、油圧シリンダ３１，３１によるロッド３２，３２の前後方向に駆動力が、駆動伝達部３５及びピストンロッド３３を介してピストン２２ｅに伝達されるように構成されている。ロッド３２，３２が後方へ駆動されることで、ピストン２２ｅが土砂取込筒２１ｅ内を後退する方向に摺動し、これとは反対側となる前方へロッド３２，３２が駆動されることで、ピストン２２ｅが土砂取込筒２１ｅ内を前進する方向に摺動する。
【0026】
次に、本実施形態のシールド掘進機１による土砂採取方法について説明する。なお、図５Ｂ，図５Ｃ，図６Ａ，図６Ｂでは、図５Ａに示した制御装置２８及びコントロールスイッチ２９の構成を省略している。
本実施形態の土砂採取方法は、第１実施形態と同様に、土砂取込工程と、バルブ遮断工程と、回収工程とを備えている。土砂取込工程は、ピストン後退工程を備えている。また、バルブ遮断工程は、減圧工程を備えている。各工程における概略の工程内容は、第１実施形態と略同様である。なお、第１実施形態では、土砂取込工程において、チャンバ４内と土砂取込筒２１内（図３Ｃ参照、以下同じ）との圧力差を利用して土砂取込筒２１内に土砂６を取り込む構成としたが、本実施形態では、油圧シリンダ３１の作動によるピストン２２ｅの後退で土砂取込筒２１ｅ内に土砂６を取り込むように構成している。
土砂取込工程では、図５Ａに示すように、弁体１２の側方にピストン２２ｅが位置するように油圧シリンダ３１を作動させて位置調整する。なお、本実施形態においても、制御装置２８に予め設定されたプログラム等に基づいて油圧シリンダ３１を作動させることにより位置調整を自動的に行うことが可能である。
土砂取込工程では、第１実施形態と同様に、制御装置２８の制御によりナイフゲートバルブ１０の駆動部１３（図２参照、以下同じ）が駆動され、弁体１２が開かれる。
なお、土砂取込工程では、図５Ｂに示すように、土砂取込口３ａ内、例えば、隔壁３のチャンバ内面と略同じ位置にピストン２２ｅの前端部が位置するように、ピストン２２ｅを予め前進させて（進入させて）待機させてもよい。この場合、制御装置２８の制御によりナイフゲートバルブ１０の駆動部１３が駆動されて弁体１２が開かれ、油圧シリンダ３１が作動されてピストン２２ｅが土砂取込口３ａ内に摺動する。また、油圧シリンダ３１により待機位置にピストン２２ｅが保持される。なお、油圧シリンダ３１によらずに、他の保持手段により待機位置にピストン２２ｅを保持するように構成してもよい。
本実施形態の土砂採取方法は、第１実施形態と同様に、土砂取込工程と、バルブ遮断工程と、回収工程とを備えている。土砂取込工程は、ピストン後退工程を備えている。また、バルブ遮断工程は、減圧工程を備えている。各工程における概略の工程内容は、第１実施形態と略同様である。なお、第１実施形態では、土砂取込工程において、チャンバ４内と土砂取込筒２１内（図３Ｃ参照、以下同じ）との圧力差を利用して土砂取込筒２１内に土砂６を取り込む構成としたが、本実施形態では、油圧シリンダ３１の作動によるピストン２２ｅの後退で土砂取込筒２１ｅ内に土砂６を取り込むように構成している。
土砂取込工程では、図５Ａに示すように、弁体１２の側方にピストン２２ｅが位置するように油圧シリンダ３１を作動させて位置調整する。なお、本実施形態においても、制御装置２８に予め設定されたプログラム等に基づいて油圧シリンダ３１を作動させることにより位置調整を自動的に行うことが可能である。
土砂取込工程では、第１実施形態と同様に、制御装置２８の制御によりナイフゲートバルブ１０の駆動部１３（図２参照、以下同じ）が駆動され、弁体１２が開かれる。
なお、土砂取込工程では、図５Ｂに示すように、土砂取込口３ａ内、例えば、隔壁３のチャンバ内面と略同じ位置にピストン２２ｅの前端部が位置するように、ピストン２２ｅを予め前進させて（進入させて）待機させてもよい。この場合、制御装置２８の制御によりナイフゲートバルブ１０の駆動部１３が駆動されて弁体１２が開かれ、油圧シリンダ３１が作動されてピストン２２ｅが土砂取込口３ａ内に摺動する。また、油圧シリンダ３１により待機位置にピストン２２ｅが保持される。なお、油圧シリンダ３１によらずに、他の保持手段により待機位置にピストン２２ｅを保持するように構成してもよい。
【0027】
ピストン後退工程では、図５Ｃに示すように、油圧シリンダ３１を作動させてピストン２２ｅを後退させる。制御装置２８は、ストロークセンサ２７の検出値に基づいて、ピストン２２ｅが所定位置に後退したこと検出し、油圧ポンプを停止させる。これにより、ピストン２２ｅが所定位置に停止される。所定位置にピストン２２ｅが停止することで、土砂取込筒２１ｅ内（土砂取り込み室２２ａ内）には、所定量の土砂６が取り込まれた状態になる。また、所定位置にピストン２２ｅが停止した状態で、ピストン２２ｅの後方には、図５Ｃに示すように、ピストン２２ｅをさらに後退させることが可能なスペースＳが形成されている。
なお、ピストン２２ｅを後退させて土砂取り込み室２２ａを徐々に広げながら土砂取込筒２１ｅ内に土砂６を取り込むため、土砂６の取り込み時にチャンバ４内の土圧の変化を抑制できる。また、土砂６の取り込み時にチャンバ４内の土圧の変化が大きくなった場合には、チャンバ４内における許容範囲内の土圧の変化となるように図示しない加泥装置により加泥材を一時的に添加してチャンバ４内の土圧を調整することが好ましい。
なお、ピストン２２ｅを後退させて土砂取り込み室２２ａを徐々に広げながら土砂取込筒２１ｅ内に土砂６を取り込むため、土砂６の取り込み時にチャンバ４内の土圧の変化を抑制できる。また、土砂６の取り込み時にチャンバ４内の土圧の変化が大きくなった場合には、チャンバ４内における許容範囲内の土圧の変化となるように図示しない加泥装置により加泥材を一時的に添加してチャンバ４内の土圧を調整することが好ましい。
【0028】
バルブ遮断工程では、図６Ａに示すように、ナイフゲートバルブ１０の駆動部１３が駆動され、弁体１２が閉じられる。これにより、土砂取込筒２１ｅ内（土砂取り込み室２２ａ内）が密閉された状態になる。減圧工程では、弁体１２が閉じられた状態で油圧シリンダ３１を作動させてピストン２２ｅが規制突部２１ｇに当接する位置まで後退させる。これにより、土砂取り込み室２２ａ内が減圧される。
回収工程では、図６Ｂに示すように、第１実施形態と同様に、弁体１２が閉じられた状態で図示しない締結ボルトを緩め、ナイフゲートバルブ１０から土砂取込筒２１ｅ（土砂取り込み器２０Ａ）を離脱する。そして、開口端部を通じて土砂取込筒２１ｅ内に採取された土砂６を回収する。
回収工程では、図６Ｂに示すように、第１実施形態と同様に、弁体１２が閉じられた状態で図示しない締結ボルトを緩め、ナイフゲートバルブ１０から土砂取込筒２１ｅ（土砂取り込み器２０Ａ）を離脱する。そして、開口端部を通じて土砂取込筒２１ｅ内に採取された土砂６を回収する。
【0029】
以上説明した本実施形態のシールド掘進機１及び土砂採取方法によれば、第１実施形態と略同様の作用効果が得られる。特に、土砂取り込み時にピストン２２ｅを油圧シリンダ３１の作動により後退させて、土砂取り込み室２２ａを徐々に広げるので、土砂取り込み室２２ａ内への土砂６の噴出を抑制しながら土砂６の取り込みをスムーズに行うことができる。また、油圧シリンダ３１によりピストン２２ｅが後退するので、ピストン２２ｅが後退する際の摺動速度を管理することにより、チャンバ４内の土圧の変化をより好適に抑制できる。
【0030】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、前記第１実施形態では、油圧装置２３によりピストン２２が駆動する構成としたが、これに限られることはなく、電動式や機械式、作動油以外の流体（気体や水）を用いた方式、手動式等、種々の方式のものを採用することができる。
また、前記第１，第２実施形態において、土砂取込筒２１はナイフゲートバルブ１０に対してヒンジ２５により回動可能に設けたが、ヒンジ２５は必ずしも設けなくてもよい。また、土砂取込筒２１（土砂取り込み器２０）は、ナイフゲートバルブ１０に対して分離可能に設けてもよい。
また、前記第１，第２実施形態では、バルブとしてナイフゲートバルブ１０またはスライドゲートバルブを挙げたが、これに限られることはなく、土砂６（泥土）の通流路を適切に開放または遮断できるものであれば、種々のバルブを採用できる。また、ナイフゲートバルブ１０は、弁体１２が上から下へ駆動されることで土砂取込口３ａが遮断されるものを示したが、これに限られることはなく、弁体１２が下から上へ駆動されることで土砂取込口３ａが遮断されるものであってもよい。
また、前記第２実施形態では、土砂取込時に油圧シリンダ３１の作動でピストン２２ｅが後退するように構成したが、これに限られることはなく、第１実施形態と同様に、チャンバ４内と土砂取込筒２１内との圧力差を利用して土砂取込筒２１内に土砂６を取り込むように構成してもよい。また、油圧シリンダ３１に代えて、電動式や機械式、作動油以外の流体（気体や水）を用いた方式、手動式等、種々の方式のものを採用することができる。
例えば、前記第１実施形態では、油圧装置２３によりピストン２２が駆動する構成としたが、これに限られることはなく、電動式や機械式、作動油以外の流体（気体や水）を用いた方式、手動式等、種々の方式のものを採用することができる。
また、前記第１，第２実施形態において、土砂取込筒２１はナイフゲートバルブ１０に対してヒンジ２５により回動可能に設けたが、ヒンジ２５は必ずしも設けなくてもよい。また、土砂取込筒２１（土砂取り込み器２０）は、ナイフゲートバルブ１０に対して分離可能に設けてもよい。
また、前記第１，第２実施形態では、バルブとしてナイフゲートバルブ１０またはスライドゲートバルブを挙げたが、これに限られることはなく、土砂６（泥土）の通流路を適切に開放または遮断できるものであれば、種々のバルブを採用できる。また、ナイフゲートバルブ１０は、弁体１２が上から下へ駆動されることで土砂取込口３ａが遮断されるものを示したが、これに限られることはなく、弁体１２が下から上へ駆動されることで土砂取込口３ａが遮断されるものであってもよい。
また、前記第２実施形態では、土砂取込時に油圧シリンダ３１の作動でピストン２２ｅが後退するように構成したが、これに限られることはなく、第１実施形態と同様に、チャンバ４内と土砂取込筒２１内との圧力差を利用して土砂取込筒２１内に土砂６を取り込むように構成してもよい。また、油圧シリンダ３１に代えて、電動式や機械式、作動油以外の流体（気体や水）を用いた方式、手動式等、種々の方式のものを採用することができる。
【符号の説明】
【0031】
１ シールド掘進機
２ カッタヘッド
３ 隔壁
３ａ 土砂取込口
４ チャンバ
６ 土砂
１０ ナイフゲートバルブ（バルブ）
２０ 土砂取り込み器
２１，２１ｅ 土砂取込筒
２２，２２ｅ ピストン
２３ 油圧装置（駆動機構）
２５ ヒンジ
２７ ストロークセンサ（検出手段）
２ カッタヘッド
３ 隔壁
３ａ 土砂取込口
４ チャンバ
６ 土砂
１０ ナイフゲートバルブ（バルブ）
２０ 土砂取り込み器
２１，２１ｅ 土砂取込筒
２２，２２ｅ ピストン
２３ 油圧装置（駆動機構）
２５ ヒンジ
２７ ストロークセンサ（検出手段）
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】