特許 7348871 シールド掘削機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-12

(45)【発行日】2023-09-21

(54)【発明の名称】シールド掘削機

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/12 20060101AFI20230913BHJP

   E21D 9/13 20060101ALI20230913BHJP

   E21D 9/093 20060101ALI20230913BHJP

【ＦＩ】

E21D9/12 D

E21D9/13 B

E21D9/093 F

E21D9/12 J

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020056859

(22)【出願日】2020-03-26

(65)【公開番号】P2021156002

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-10-07

(73)【特許権者】

【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】110002170

【氏名又は名称】弁理士法人翔和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】村中 浩昭

(72)【発明者】

【氏名】土居 武

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－０９３３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１６３７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２４１７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０６９８２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １／００－ ９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤を掘削する掘削部が進行方向先端に設けられた泥土圧式のシールド掘削機であって、
前記掘削部により掘削された土砂を搬送するスクリューコンベアと、
前記スクリューコンベアの排土口から排出された前記土砂を一時的に貯留し、一時的に貯留した後に前記土砂を送出する土砂トラップと、
前記土砂トラップから送出された前記土砂を後方へ搬送する排土管と、
を備えており、
前記土砂トラップは、
前記土砂トラップに設けられ、前記土砂トラップに貯留された前記土砂を前記土砂トラップの外部に排出するための第１排出口を塞ぐ第１蓋部と、
前記第１蓋部に設けられ、前記土砂トラップに貯留された前記土砂を前記土砂トラップの外部に排出するための第２排出口を塞ぎ、前記第１排出口の直径よりも口径の小さい第２蓋部と、
を有しており、
前記第１蓋部は、第１接合手段により前記土砂トラップに着脱可能に取り付けられ、
前記第２蓋部は、第２接合手段により前記第１蓋部に着脱可能に取り付けられ、
前記土砂トラップに貯留された前記土砂により、前記排土管への前記土砂の搬送が滞った場合、前記土砂の大きさに応じて、前記第１接合手段および前記第２接合手段の少なくともいずれかを操作することにより、前記第１蓋部および前記第２蓋部の少なくともいずれかを取り外して、前記土砂を前記土砂トラップの外部に排出する、シールド掘削機。

【請求項2】

前記第２接合手段は、ゴムリング、ハウジング、ボルトナットを含んで構成され、前記第２蓋部の外周面を覆うように被せられた接合手段である請求項１に記載のシールド掘削機。

【請求項3】

前記第１接合手段は、ゴムリング、ハウジング、ボルトナットを含んで構成され、前記第１蓋部の外周面を覆うように被せられた接合手段である請求項２に記載のシールド掘削機。

【請求項4】

前記スクリューコンベアは、前記掘削部と前記シールド掘削機の内部とを仕切る隔壁に設けられた接続口に接続され、
前記隔壁には、前記接続口を開閉するためのゲートが設けられており、前記土砂トラップから前記土砂を取り除く際、前記ゲートが閉じられる、請求項１～３のいずれか１項に記載のシールド掘削機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シールド掘削機に関し、特に、泥土圧式のシールド掘削機に関する。

【背景技術】

【0002】

泥土圧式のシールド掘削機は、添加剤を作泥土室（チャンバ）内の掘削土砂に注入して泥土に変換させ、泥土で切羽を安定させて岩盤等の掘削を進める掘削機である。より詳細には、泥土圧式のシールド掘削機は、カッターで掘削された土砂に作泥土材を注入して、練混ぜ翼で攪拌し、掘削した土砂を不透水性と塑性流動性を持つ泥土に変換させる。そして、シールドジャッキの推力により泥土圧を発生させ、切羽の安定を図りながら掘削する。泥土は、作泥土室の後方に設けられたスクリューコンベアにより搬送され、処理される。

【0003】

上記技術分野において、特許文献１には、スクリューコンベアに排土ダクトが直接接続され、スクリューコンベアで搬送された土砂がそのまま排土ダクトに送出されるシールド掘進機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】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】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、スクリューコンベアと排土ダクトとが直接接続されており、掘削土砂に大小の礫が混ざっていても、そのまま排土ダクトに掘削土砂が供給されるため、排土ダクトが詰まったり、破損したりする原因となっていた。

【0006】

本発明は、掘削土砂に含まれる大小の礫を簡易、確実に取り除くことができるシールド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】

上記目的を達成するため、本発明に係るシールド掘削機は、
地盤を掘削する掘削部が進行方向先端に設けられた泥土圧式のシールド掘削機であって、
前記掘削部により掘削された土砂を搬送するスクリューコンベアと、
前記スクリューコンベアの排土口から排出された前記土砂を一時的に貯留し、一時的に貯留した後に前記土砂を送出する土砂トラップと、
前記土砂トラップから送出された前記土砂を後方へ搬送する排土管と、
を備えており、
前記土砂トラップは、
前記土砂トラップに設けられ、前記土砂トラップに貯留された前記土砂を前記土砂トラップの外部に排出するための第１排出口を塞ぐ第１蓋部と、
前記第１蓋部に設けられ、前記土砂トラップに貯留された前記土砂を前記土砂トラップの外部に排出するための第２排出口を塞ぎ、前記第１排出口の直径よりも口径の小さい第２蓋部と、
を有しており、
前記第１蓋部は、第１接合手段により前記土砂トラップに着脱可能に取り付けられ、
前記第２蓋部は、第２接合手段により前記第１蓋部に着脱可能に取り付けられ、
前記土砂トラップに貯留された前記土砂により、前記排土管への前記土砂の搬送が滞った場合、前記土砂の大きさに応じて、前記第１接合手段および前記第２接合手段の少なくともいずれかを操作することにより、前記第１蓋部および前記第２蓋部の少なくともいずれかを取り外して、前記土砂を前記土砂トラップの外部に排出する。

【発明の効果】

【0008】

本発明のシールド掘削機によれば、掘削され、後方に搬送される掘削土砂に含まれる礫を簡易、確実に取り除くことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の好ましい一実施形態に係るシールド掘削機の全体構成を説明するための断面模式図である。

【図2】本発明の好ましい一実施形態に係るシールド掘削機の土砂トラップの蓋部の構成を説明するための（ａ）側面図、（ｂ）底面図である。

【図3】本発明の好ましい一実施形態に係るシールド掘削機の土砂トラップの蓋部の他の構成を説明するための側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、本発明の好ましい一実施形態に係るシールド掘削機の全体構成を説明するための断面模式図である。シールド掘削機１０は、地盤を掘削する掘削部が進行方向（矢印４０）の先端に設けられた泥土圧式の掘削機である。

【0011】

シールド掘削機１０は、掘削部で掘削された土砂３１に作泥土材を注入して、攪拌し、掘削した土砂３１を不透水性と塑性流動性を持つ泥土に変換する。ここで、掘削部は、シールド掘削機１０の先端部に設けられ、岩盤を切削するカッターなどを含む部分である。

【0012】

そして、シールド掘削機１０は、掘削土砂を変換させて得た泥土をカッターのすぐ後部にある作泥土室１１（チャンバ）とスクリューコンベア１４とに充満させ、シールドジャッキ１３を伸展してセグメント３０を押す。シールド掘削機１０は、セグメント３０を押すことにより推力を得て、泥土圧を発生させて、切羽が崩壊しないように、切羽の安定を図りながら矢印４０の方向へ掘進する掘削機である。なお、スキンプレート１２は、シールド掘削機１０の外殻で、土水圧に抵抗する部分である。

【0013】

そして、シールド掘削機１０は、泥土圧を調整するために、作泥土室１１とスクリューコンベア１４とに充満させる土砂３１の量を調節しながら掘進する。スクリューコンベア１４に充満させた土砂３１は、スクリューの作用により、スクリューコンベア１４の上部の方へ向かって（矢印４１の方向）搬送される。スクリューコンベア１４の上部に到達した土砂３１は、スクリューコンベア１４に設けられた排土口から土砂トラップ１６へ排出させる（矢印４２）。排土口からの土砂３１の排出は、例えば、排土口の開閉により行われる。なお、排土口は常時開口しているものであってもよく、これにより、スクリューコンベア１４により搬送された土砂３１は、土砂トラップ１６へ自動的に落下することとなる。なお、スクリューコンベア１４は、土砂３１を採取する採取口が低い位置に配置され、排土口が高い位置に配置されるように傾斜をもって配置されている。つまり、採取口から排土口へ向けて斜め上方に向けて土砂３１を搬送するように傾けられている。

【0014】

土砂トラップ１６へ排出された土砂３１は、その後、土砂トラップ１６の送出口から排土管１７へ送出され、排土管１７により後方へ搬送される。ここで、排土管１７は、土砂トラップ１６に設けられた送出口に接続されている。すなわち、土砂トラップ１６は、スクリューコンベア１４の排土口と排土管１７の入り口との間に設けられている。土砂トラップ１６は、スクリューコンベア１４の排土口から排出された土砂３１を一時的に貯留し、その後、貯留された土砂３１を排土管１７へと送出する。排土管１７に送出された土砂３１は、排土管１７により後方へ搬送され（矢印４３の方向）、シールド掘削機１０の後方に設けられた排土処理装置において処理される。

【0015】

また、スクリューコンベア１４は、隔壁２０の下部に設けられた接続口に接続されている。隔壁２０は、作泥土室１１（チャンバ）とシールド掘削機１０の内部とを仕切る壁である。そして、ゲート１８は、シールド掘削機１０により掘削が行われている場合は、開かれている。ゲート１８は、土砂トラップ１６において、土砂３１が詰まって、閉塞が起き、シールド掘削機１０の動作が停止した場合に閉じられる。つまり、ゲート１８が開かれたまま、土砂トラップ１６から土砂３１を外部に排出すると、地盤中の水などがスクリューコンベア１４を通じて外部に噴出するため、これを防止するために、ゲート１８は閉じられる。

【0016】

すなわち、シールド掘削機１０は、まず、作泥土室１１とシールド掘削機１０の内部とを仕切る隔壁２０に設けられた接続口からスクリューコンベア１４を用いて掘削された土砂３１を取り込む。そして、シールド掘削機１０は、取り込んだ土砂３１を排土管１７により後方へ搬送する。なお、排土管１７を用いる代わりに、ベルトコンベアや、ズリ鋼車などを用いて土砂３１を後方へ搬送してもよい。

【0017】

ここで、スクリューコンベア１４や排土管１７によって搬送される土砂３１には掘削部による切削によっても、粉砕しきれなかった大小の礫が混ざることがある。そのため、土砂３１に含まれる礫の大きさによっては、土砂トラップ１６や排土管１７が詰まったり、破損したりする原因となる。土砂トラップ１６や排土管１７が詰まるなどのトラブルが発生すると、シールド掘削機１０による掘削を中断して、土砂トラップ１６や排土管１７の内部の清掃や、土砂トラップ１６や排土管１７の取り替えが必要となり、作業の遅れにつながる。

【0018】

そのため、シールド掘削機１０においては、一旦、土砂トラップ１６に土砂３１を貯留し、排土管１７による土砂３１の搬送に滞りが見られた場合に、土砂トラップ１６に設けられた蓋部１９を開放して、土砂３１に含まれる礫を取り除く。あるいは、排土管１７の内径よりも大きな礫が土砂３１に含まれる場合、そのような土砂３１は、排土管１７には流れ込まないため、土砂トラップ１６に滞留し、排土の量が減少する。このような場合にも、蓋部１９を開放して、土砂３１に含まれる礫を取り除く。これにより、土砂３１の搬送が復活し、元の状態で土砂３１が搬送される。

【0019】

次に、図２を参照して、土砂トラップ１６の蓋部１９について詳細に説明する。図２は、本発明の好ましい一実施形態に係るシールド掘削機１０の土砂トラップ１６の蓋部１９の構成を説明するための（ａ）側面図、（ｂ）底面図である。図２は、図１において、破線で囲んだ部分の部分拡大図に相当する。

【0020】

土砂トラップ１６には、蓋部１９が設けられ、蓋部１９は、大蓋１９ａと小蓋１９ｂとを有している。大蓋１９ａは、土砂トラップ１６に設けられ、土砂トラップ１６に貯留された土砂３１を土砂トラップ１６の外部に排出するための排出口１６ａを塞ぐ蓋である。大蓋１９ａは、土砂トラップ１６に対して着脱可能な蓋であり、大蓋１９ａを取り外すと、土砂トラップ１６に貯留された土砂３１を土砂トラップ１６の外部に排出することができる。

【0021】

小蓋１９ｂは、大蓋１９ａに設けられ、土砂トラップ１６に貯留された土砂３１を土砂トラップ１６の外部に排出するための排出口１９ｆを塞ぎ、排出口１６ａの直径（Ｄ）よりも口径（ｄ）の小さい蓋である。つまり、排出口１６ａの直径（Ｄ）は、排出口１９ｆの直径（ｄ）よりも大きい（Ｄ＞ｄ）。

【0022】

また、小蓋１９ｂは、大蓋１９ａに対して着脱可能な蓋であり、小蓋１９ｂを取り外すと、土砂トラップ１６に貯留された土砂３１を土砂トラップ１６の外部に排出することができる。すなわち、大蓋１９ａは、排出口１６ａを塞ぐことが可能な大きさの蓋であり、小蓋１９ｂは、排出口１９ｆを塞ぐことが可能な大きさの蓋となっている。また、大蓋１９ａおよび小蓋１９ｂは、いずれも、底面から見て、円形形状となっているが（図２（ｂ）参照）、大蓋１９ａおよび小蓋１９ｂの形状はこれには限定されない。この場合、排出口１６ａおよび排出口１９ｆの形状は、大蓋１９ａおよび小蓋１９ｂの形状に対応した形状となる。

【0023】

土砂トラップ１６には、土砂トラップ１６に滞留した土砂３１に含まれる礫を外部に排出するための排出口１６ａが設けられているが、大蓋１９ａは、この排出口１６ａを塞ぐように位置決めされる。大蓋１９ａは、接合手段（第１接合手段）としてボルト１９ｄにより土砂トラップ１６に着脱可能に取り付けられる。大蓋１９ａには、ボルト１９ｄが差し込まれる孔が少なくとも２つ設けられている。これらの孔にボルト１９ｄを差し込んで、締め付けることにより、大蓋１９ａを土砂トラップ１６に取り付けることができる。大蓋１９ａを取り外す場合には、ボルト１９ｄを緩める。なお、孔は、大蓋１９ａの外周部に沿って複数個設けられている。なお、排出口１６ａの直径（Ｄ）は、シールド掘削機１０により掘削するトンネルの直径や、掘削する岩盤の性質、発生すると予想される礫の大きさなどに応じて、適切な値が採用される。なお、取手１９ｅは、大蓋１９ａを着脱する際に、大蓋１９ａを保持するために用いられる。

【0024】

小蓋１９ｂは、接合手段（第２接合手段）としてヴィクトリックジョイント１９ｃにより大蓋１９ａに着脱可能に取り付けられている。大蓋１９ａには、排出口１９ｆが設けられており、小蓋１９ｂは直径がｄの排出口１９ｆを塞ぐことができる大きさの蓋となっている。小蓋１９ｂは、側面から見てコの字形状をしており、立設部分の端部には、外側に向かって延設するように鍔が設けられている。鍔は、円形形状の小蓋１９ｂの立設部の外周に沿って設けられている。さらに、小蓋１９ｂの鍔に対応するように、大蓋１９ａにも同様の鍔が設けられている。そして、小蓋１９ｂを大蓋１９ａに取り付ける場合、小蓋１９ｂの鍔と大蓋１９ａの鍔とが合致するように、大蓋１９ａおよび小蓋１９ｂの位置決めがなされる。その語、これらの鍔を上下方向から挟み込んで、鍔同士を密着させるように挟持するヴィクトリックジョイント１９ｃが被せられ、大蓋１９ａおよび小蓋１９ｂが接合される。

【0025】

図２（ｂ）に示したように、ヴィクトリックジョイント１９ｃは、小蓋１９ｂの外周面を覆うように被せられている。ここで、ヴィクトリックジョイント１９ｃは、ゴムリング、ハウジング、ボルトナット等を含んで構成されるシンプルな構造の接合手段であり、管端に係り止め加工を行い、管などの接合を行うものである。ヴィクトリックジョイント１９ｃは、例えば、接合する管の両端にゴムリングを嵌め、その上からハウジングを被せて、ボルト、ナットで締め付けることにより、管内を密閉して、接合することができる接合手段である。

【0026】

そして、土砂トラップ１６に貯留された土砂３１により、排土管１７への土砂３１の搬送が滞った場合、土砂３１に含まれる礫の大きさに応じて、ボルト１９ｄおよびヴィクトリックジョイント１９ｃの少なくともいずれかを操作して、取り外す。これにより、大蓋１９ａおよび小蓋１９ｂの少なくともいずれかを取り外せるので、土砂トラップ１６に詰まった土砂３１に含まれる大小の礫を外部に排出できる。なお、大蓋１９ａおよび小蓋１９ｂの取り外しのタイミングは、作業員が排土の状態、例えば、排土の量を目視で確認し、排土の状態が悪くなったと判断したタイミングである。作業員が目視で排土の状態を確認する他に、例えば、土砂トラップ１６や排土管１７に排土の状態を検知するためのセンサを取り付けて、センサによる検知結果により取り外しのタイミングを決定しもよい。

【0027】

このように、小蓋１９ｂをヴィクトリックジョイント１９ｃで大蓋１９ａに取り付けることにより、小蓋１９ｂの取り付け、取り外しを短時間で行うことが可能となり、中型や小型の礫の詰まりによる不具合であれば、これを容易に解消できる。なお、ここでは、大蓋１９ａおよび小蓋１９ｂの二重蓋構造について説明をしたが、土砂トラップ１６に取り付けられる蓋は、二重蓋には限定されず、三重蓋以上の蓋構造であってもよい。そして、三重蓋以上の蓋構造の場合、土砂トラップ１６に詰まった礫の大きさに応じて開放する蓋を変えることにより、土砂トラップ１６等に詰まった礫を容易に取り除くことができる。

【0028】

図３は、本発明の好ましい一実施形態に係るシールド掘削機１０の土砂トラップ１６の蓋部１９の他の構成を説明するための側面図である。図３においては、大蓋１９ａについても、小蓋１９ｂと同様に、接合手段（第１接合手段）としてヴィクトリックジョイント１９ｃにより土砂トラップ１６に取り外し可能に取り付けられている。ここで、大蓋１９ａは、土砂トラップ１６と接続される管端部分に鍔が設けられている。土砂トラップ１６にも、大蓋１９ａの鍔に対応する鍔が設けられている。そして、大蓋１９ａは、土砂トラップ１６の鍔と、大蓋１９ａの鍔とが合致するように位置決めされる。大蓋１９ａの位置決めが完了したらヴィクトリックジョイント１９ｃを被せて、両者を接合する。このように、大蓋１９ａも、ヴィクトリックジョイント１９ｃを用いて、土砂トラップ１６に取り付けることにより、大蓋１９ａの取り付け、取り外しが、より容易になり、短時間で土砂３１の詰まりなどの不具合を解消できる。なお、大蓋１９ａおよび小蓋１９ｂを着脱可能に取り付けるための機構は、ヴィクトリックジョイント１９ｃには限定されない。

【符号の説明】

【0029】

１０ シールド掘削機
１１ 作泥土室
１２ スキンプレート
１３ シールドジャッキ
１４ スクリューコンベア
１５ 作泥土材注入管
１６ 土砂トラップ
１６ａ 排出口
１７ 排土管
１８ ゲート
１９ 蓋部
１９ａ 大蓋
１９ｂ 小蓋
１９ｃ ヴィクトリックジョイント
１９ｄ ボルト
１９ｅ 取手
１９ｆ 排出口
２０ 隔壁
３０ セグメント
３１ 土砂
４０、４１、４２、４３ 矢印

【図1】

【図2】

【図3】