特許 7535924 材料供給装置

(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】2024-08-08

(45)【発行日】2024-08-19

(54)【発明の名称】材料供給装置

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20240809BHJP

   E21D 9/12 20060101ALI20240809BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 301M

E21D9/12

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020196832

(22)【出願日】2020-11-27

(65)【公開番号】P2022085245

(43)【公開日】2022-06-08

【審査請求日】2023-08-29

(73)【特許権者】

【識別番号】303057365

【氏名又は名称】株式会社安藤・間

(74)【代理人】

【識別番号】110001335

【氏名又は名称】弁理士法人 武政国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】粥川 幸司

(72)【発明者】

【氏名】荒東 伸一

【審査官】亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０２５２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－１８１１９２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１１－０３２８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－０８６９９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６０－１９６４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４６０７８８９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １／００－９／１４

Ｅ２１Ｂ １／００－１９／２４

Ｅ２１Ｂ ４４／００－４４／１０

Ｆ１６Ｌ ３７／００－３９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

掘進中のシールドマシンの切羽側に、添加材を含む材料を供給する装置において、
前記シールドマシンのカッター面板を回転させる回転軸とともに回転する回転体と、
前記回転軸から独立した固定体と、を備え、
前記回転体は、前記回転軸に固定される柱状の回転内柱と、該回転内柱の外周に配置される筒状の回転外壁と、掘進前方側に配置される回転底板と、を有し、該回転内柱と該回転外壁が該回転底板に取り付けられ、該回転内柱と該回転外壁との間に回転側収容空間が形成され、
前記固定体は、筒状の固定内壁と、該固定内壁の外周に配置される筒状の固定外壁と、掘進後方側に配置される固定底板と、を有し、該固定内壁と該固定外壁が該固定底板に取り付けられ、該固定内壁の内側に固定側内部収容空間が形成されるとともに、該固定内壁と該固定外壁との間に固定側収容空間が形成され、
また前記固定体は、前記シールドマシンの隔壁の掘進後方側で、該隔壁に固定され、
前記回転内柱が前記固定側内部収容空間内に収容され、前記回転外壁が前記固定側収容空間内に収容されるとともに、前記固定内壁が前記回転側収容空間内に収容された状態で、前記回転体は回転可能であり、
前記回転外壁の側面には１又は２以上の回転外周溝が設けられるとともに、該回転外壁の内部には該回転外周溝に開口する回転外壁用注入管が設けられ、
前記固定外壁の内部には前記回転外周溝に対向する位置で開口する固定外壁用注入管が設けられ、
前記回転外周溝は、側面を周回する無端の帯状溝であり、
前記材料は、前記固定外壁用注入管を通じて前記回転外周溝に注入され、さらに前記回転外壁用注入管を通じて切羽側に吐出される、
ことを特徴とする材料供給装置。

【請求項2】

前記回転内柱の側面には１又は２以上の回転内周溝が設けられるとともに、該回転内柱の内部には該回転内周溝に開口する回転内柱用注入管が設けられ、
前記固定内壁の内部には前記回転内周溝に対向する位置で開口する固定内壁用注入管が設けられ、
前記回転内周溝は、側面を周回する無端の帯状溝であり、
前記材料は、前記固定内壁用注入管を通じて前記回転内周溝に注入され、さらに前記回転内柱用注入管を通じて切羽側に吐出される、
ことを特徴とする請求項１記載の材料供給装置。

【請求項3】

掘進中のシールドマシンの切羽側に、添加材を含む材料を供給する装置において、
前記シールドマシンのカッター面板を回転させる回転軸とともに回転する回転体と、
前記回転軸から独立した固定体と、を備え、
前記回転体は、前記回転軸に固定される柱状の回転内柱と、該回転内柱の外周に配置される筒状の回転外壁と、掘進前方側に配置される回転底板と、を有し、該回転内柱と該回転外壁が該回転底板に取り付けられ、該回転内柱と該回転外壁との間に回転側収容空間が形成され、
前記固定体は、筒状の固定内壁と、該固定内壁の外周に配置される筒状の固定外壁と、掘進後方側に配置される固定底板と、を有し、該固定内壁と該固定外壁が該固定底板に取り付けられ、該固定内壁の内側に固定側内部収容空間が形成されるとともに、該固定内壁と該固定外壁との間に固定側収容空間が形成され、
また前記固定体は、前記シールドマシンの隔壁の掘進後方側で、該隔壁に固定され、
前記回転内柱が前記固定側内部収容空間内に収容され、前記回転外壁が前記固定側収容空間内に収容されるとともに、前記固定内壁が前記回転側収容空間内に収容された状態で、前記回転体は回転可能であり、
前記固定外壁の側面には１又は２以上の固定外周溝が設けられるとともに、該固定外壁の内部には該固定外周溝に開口する固定外壁用注入管が設けられ、
前記回転外壁の内部には前記固定外周溝に対向する位置で開口する回転外壁用注入管が設けられ、
前記固定外周溝は、側面を周回する無端の帯状溝であり、
前記材料は、前記固定外壁用注入管を通じて前記固定外周溝に注入され、さらに前記回転外壁用注入管を通じて切羽側に吐出される、
ことを特徴とする材料供給装置。

【請求項4】

前記固定内壁の側面には１又は２以上の固定内周溝が設けられるとともに、該固定内壁の内部には該固定内周溝に開口する固定内壁用注入管が設けられ、
前記回転内柱の内部には前記固定内周溝に対向する位置で開口する回転内柱用注入管が設けられ、
前記固定内周溝は、側面を周回する無端の帯状溝であり、
前記材料は、前記固定内壁用注入管を通じて前記固定内周溝に注入され、さらに前記回転内柱用注入管を通じて切羽側に吐出される、
ことを特徴とする請求項３記載の材料供給装置。

【請求項5】

前記回転体が、前記隔壁を貫通するように配置された、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の材料供給装置。

【請求項6】

前記回転体は、２以上の前記回転外壁を有し、該回転外壁と該回転外壁との間にも前記回転側収容空間が形成され、
前記固定体は、２以上の前記固定外壁を有し、該固定外壁と該固定外壁との間にも前記固定側収容空間が形成され、
２以上の前記回転外壁が前記固定側収容空間内に収容されるとともに、最も外側に位置する前記固定外壁を除く前記固定外壁が前記回転側収容空間内に収容された状態で、前記回転体は回転可能である、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の材料供給装置。

【請求項7】

前記カッター面板及び／又はカッタースポーク内に設けられる先端注入管を、さらに備え、
前記回転外壁用注入管の吐出側開口部には、前記先端注入管が接続され、
前記材料は、前記回転外壁用注入管を通じて前記先端注入管に吐出され、さらに掘進中の前記シールドマシンの切羽側に供給される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の材料供給装置。

【請求項8】

前記先端注入管が、カッタービットの先端に開口した、
ことを特徴とする請求項７記載の材料供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、シールドマシンによって掘進する際に掘削土砂に添加材を供給する技術に関するものであり、より具体的には、多段式の回転体により複数個所から材料を供給することができる材料供給装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

シールド工法は、トンネル切羽の安定を図りつつシールドマシンで地中を掘進し、セグメントで覆工することによって、地下に鉄道トンネルや道路トンネル、上下水道用のトンネル、共同溝や電力通信用のトンネルなどを構築する工法である。掘進中、切羽を安定させる手法にはいくつか種類があり、古くは圧気方式（開放型）が用いられ、その後は密閉型の泥水式シールド工法が採用されるようになり、近年では密閉型のうち特に土圧式シールド工法が多用されている。

【0003】

泥水式シールド工法は、それまでの圧気に代えて泥水圧を利用して切羽の安定を図る工法であり、一方の土圧式シールド工法は、文字どおり土圧によって切羽の安定を図る工法である。なお土圧式シールド工法は、土圧シールド工法と泥土圧シールド工法に２分され、このうち現在では泥土圧シールド工法（特に、泥土加圧シールド工法）が主流となっており、泥水式シールド工法を含めたシールド工法全体でも相当の割合を占めている。

【0004】

密閉型のシールド工法では、掘削土砂に添加材（作泥土材ともいう）を加えながらカッターヘッドや撹拌機構で撹拌することによって、掘削土砂を塑性流動化させる。そして、塑性流動化した掘削土砂（泥土）をカッターチャンバー内に充満させるとともに、シールドマシンの推進力によりその泥土に圧力を加え、その圧力によって切羽の安定を図りながら掘進していく。

【0005】

掘進中、切羽に対して供給される添加材は、掘削土砂に塑性流動性を与えるものである。この添加材は、当然ながらその土質性状に応じて適宜選択されたうえで用いられ、例えばベントナイト、粘土、高分子系材料、界面活性剤系材料、気泡材などが一般的に利用される。

【0006】

シールドマシンの切羽側（カッターフェース）には、添加材のほかカッタービット用の油類など、種々のものが供給されることもある。そして、添加材や油類など（以下、これらを総称して「材料」という。）を切羽やカッターフェースに供給するにあたっては、通常、ロータリージョイントが用いられる。従来、このロータリージョイントはセンターシャフト（カッター回転軸）に装着され、センターシャフト内やカッター面板内、カッタースポーク内の配管を供給路としてシールドマシン内から材料を供給していた。

【0007】

シールドマシンの限られたスペースを利用することから、シールドマシン径にもよるものの装着されるロータリージョイントは１機とされることが多く、したがって供給路の数（口数）はそのロータリージョイントに依存することとなる。一般的な中口径シールドマシンの場合、その供給路の口数はフィッシュテール部に１個所、カッタースポークの外周部に１～２個所に設けられる。これに対して大口径シールドマシンの場合、シールドマシン内の空間も大きくなるためロータリージョイントを設置する余裕はあるが、切羽面積がシールド径の２乗で大きくなることから多数の供給路の口数が必要になる。

【0008】

ところで施工現場（対称トンネル）によっては、多量の材料供給が求められ、あるいは多種の材料の使用が求められることもある。また近年では、土留め壁（発振立坑や到達立坑の土留め壁）の直接切削や長距離掘進が求められることも多く、摩耗対策のためカッタービット（特に先行ビット）の高さ（長さ）寸法が大きくなる傾向にある。例えば、従来はカッタービット高が６０～１００ｍｍのものが多用されていたところ、カッタービット高１５０～２００ｍｍのものも使用されるようになってきた。この場合、カッター面板やカッタースポークからカッタービット先端（つまり、地山位置）までの距離が長くなるため、切削された土砂に水分や添加材が十分に行き渡らず、掘削土砂が塑性流動化（泥土化）しないことも想定される。その結果、切削土砂がシールドマシンの推進力によって圧縮され、そのかみ合わせ効果により多大な抵抗となり、カッタートルクの上昇や、これによるカッターモーターの負荷増大、さらにはカッター軸受けシール等の温度上昇などが発生し、掘進不能に陥るおそれもある。このような状況を回避するには、カッタービット先端にも水分や添加材を供給するとよい。

【0009】

材料の供給量や種類を増加する場合、あるいはカッタービット先端に材料を供給する場合、より多くの材料供給路の口数が必要になるが、１機のロータリージョイントではその口数が不足するケースもある。材料供給路の口数を増加するためには、例えばロータリージョイントを長尺化することでロータリージョイントへの注入管を増やすことも考えられるが、シールドマシン内の隔壁より後方の空間を大きく占領することになり、その結果、他の設備の配置に影響を及ぼすことから現実的には難しい。

【0010】

そのため、ロータリージョイントを長尺化することなく、材料供給路の口数を増加する技術が切望されており、これまでこの問題を解消するための試みも行われている。例えば特許文献１では、センターロッド内の通路を利用して加泥材を供給するとともに、回転可能なリング状のシールドフレーム側に固定した装置を利用することで外周側からも加泥材を供給する技術について提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特開２００３－１９３７９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

特許文献１に開示される技術によれば、切羽に材料を供給するための口数は増加する。しかしながら、回転可能なリング状のシールドフレームを装備する必要があるうえ、センターロッド内のロータリージョイントのほかシールドフレーム用の供給装置も必要となり、従来技術に比して大幅なコスト増となる。

【0013】

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち従来のロータリージョイントよりも材料供給路の増加を図ることができる材料供給装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本願発明は、回転体を構成する回転外壁内に注入管を設けることによって材料供給路の増加を図る、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。

【0015】

本願発明の材料供給装置は、掘進中のシールドマシンの切羽側に材料を供給する装置であり、回転体と固定体を備えたものである。この回転体は回転軸とともに回転し、一方の固定体は回転軸から独立しておりこれとともに回転することはない。また回転体は、柱状の回転内柱と、回転内柱の外周に配置される筒状の回転外壁、掘進前方側に配置される回転底板を有するもので、回転内柱と回転外壁が回転底板に取り付けられた構成であり、回転内柱と回転外壁との間には回転側収容空間が形成される。これに対して固定体は、筒状の固定内壁と、固定内壁の外周に配置される筒状の固定外壁、掘進後方側に配置される固定底板を有するもので、固定内壁と固定外壁が固定底板に取り付けられた構成であり、固定内壁の内側に固定側内部収容空間が形成されるとともに、固定内壁と固定外壁との間には固定側収容空間が形成される。そして、回転内柱が固定側内部収容空間内に収容され、回転外壁が固定側収容空間内に収容されるとともに、固定内壁が回転側収容空間内に収容された状態で、回転体は回転可能である。なお、回転外壁の側面には１又は２以上の回転外周溝（側面を周回する無端の帯状溝）が設けられるとともに、回転外壁の内部には回転外周溝に開口する回転外壁用注入管が設けられ、固定外壁の内部には回転外周溝に対向する位置で開口する固定外壁用注入管が設けられる。これにより材料は、固定外壁用注入管を通じて回転外周溝に注入され、さらに回転外壁用注入管を通じて切羽側に吐出される。

【0016】

本願発明の材料供給装置は、回転内柱の側面に１又は２以上の回転内周溝（側面を周回する無端の帯状溝）が設けられ、回転内柱の内部に回転内周溝に開口する回転内柱用注入管が設けられたものとすることもできる。この場合、固定内壁の内部には回転内周溝に対向する位置で開口する固定内壁用注入管が設けられる。これにより材料は、固定内壁用注入管を通じて回転内周溝に注入され、さらに回転内柱用注入管を通じて切羽側に吐出される。

【0017】

本願発明の材料供給装置は、それぞれの回転外周溝に対して２以上の回転外壁用注入管が設けられたものとすることもできる。

【0018】

本願発明の材料供給装置は、固定外壁の側面に１又は２以上の固定外周溝（側面を周回する無端の帯状溝）が設けられ、固定外壁の内部に回転外周溝に開口する固定外壁用注入管が設けられたものとすることもできる。この場合、回転外壁の内部には回転外周溝に対向する位置で開口する回転外壁用注入管が設けられる。これにより材料は、固定外壁用注入管を通じて固定外周溝に注入され、さらに回転外壁用注入管を通じて切羽側に吐出される。

【0019】

本願発明の材料供給装置は、固定内壁の側面に１又は２以上の固定内周溝（側面を周回する無端の帯状溝）が設けられ、固定内壁の内部に回転内周溝に開口する固定内壁用注入管が設けられたものとすることもできる。この場合、回転内柱の内部には回転内周溝に対向する位置で開口する回転内柱用注入管が設けられる。これにより材料は、固定内壁用注入管を通じて固定内周溝に注入され、さらに回転内柱用注入管を通じて切羽側に吐出される。

【0020】

本願発明の材料供給装置は、それぞれの固定外周溝に対して２以上の回転外壁用注入管が設けられたものとすることもできる。

【0021】

本願発明の材料供給装置は、回転体に２以上の回転外壁が形成され、固定体に２以上の固定外壁が形成されたものとすることもできる。この場合、回転外壁と回転外壁との間にも回転側収容空間が形成され、固定外壁と固定外壁との間にも固定側収容空間が形成される。そして、２以上の回転外壁が固定側収容空間内に収容されるとともに、固定外壁（ただし、最も外側に位置する固定外壁を除く）が回転側収容空間内に収容された状態で、回転体は回転可能とされる。

【0022】

本願発明の材料供給装置は、カッター面板やカッタースポーク内に設けられる先端注入管をさらに備えたものとすることもできる。この場合、回転外壁用注入管の吐出側開口部には、先端注入管が接続される。これにより材料は、回転外壁用注入管を通じて先端注入管に吐出され、さらに掘進中のシールドマシンの切羽側に供給される。

【0023】

本願発明の材料供給装置は、先端注入管がカッタービットの先端や側方に開口したものとすることもできる。

【発明の効果】

【0024】

本願発明の材料供給装置は、次のような効果がある。
（１）既製品のロータリージョイントの材料供給路数に制限されることなく、より多くの材料供給路数を確保することができる。これにより、材料の供給量や種類を増加することができる。また、先端注入管の開口部をカッタービットの先端や側方に設けることによって、カッター面板やカッタースポークからの供給に加え、掘削地盤に近いカッタービットからも材料を供給することができる。
（２）カッタービットから材料を供給することによって切削された直後の土砂の塑性流動化（泥土化）が促進され、その結果、カッタートルクの上昇や、これによるカッターモーターの負荷増大、カッター軸受けシール等の温度上昇といった不具合を回避することができ、ひいては安定したシールド掘進を行うことができる。
（３）さらに安定したシールド掘進を行うことができることから、適切に切羽安定を図ることができ、地盤変状や地盤沈下等のトラブルを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本願発明の材料供給装置を模式的に示す断面図。

【図2】（ａ）は側方から見た回転体を模式的に示す断面図、（ｂ）は正面から見た回転体を模式的に示す断面図、（ｃ）は上方から見た回転体を模式的に示す平面図。

【図3】回転外周溝に対して２箇所ずつ設置された回転外周用注入管を模式的に示す平面図。

【図4】（ａ）は側方から見た固定体を模式的に示す断面図、（ｂ）は正面から見た固定体を模式的に示す断面図、（ｃ）は回転外周溝と固定外壁用注入管との接続部分を模式的に示す部分断面図。

【図5】起点側端が外側の側面で開口し終点側端が内側の側面で開口する固定外周用注入管を模式的に示す側面図。

【図6】（ａ）は側方から見た回転外周溝を具備しない回転体を模式的に示す断面図、（ｂ）は側方から見た固定外周溝を具備する固定体を模式的に示す断面図、（ｃ）は固定外周溝と回転外壁用注入管との接続部分を模式的に示す部分断面図。

【図7】（ａ）は側方から見た多段外壁を有する回転体を模式的に示す断面図、（ｂ）は側方から見た多段外壁を有する固定体を模式的に示す断面図。

【図8】先端注入管の終点側端がカッタービットの先端や側方に開口した状態を模式的に示す部分断面図。

【図9】（ａ）はシールドマシンの内部を模式的に示す断面図、（ｂ）は回転リングに設置された材料注入機構を模式的に示す部分断面図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本願発明の材料供給装置の実施形態の例を図に基づいて説明する。図１は、本願発明の材料供給装置１００を模式的に示す断面図である。材料供給装置１００は、掘進中のシールドマシンの切羽側に材料（添加材や油類など）を供給する装置であり、この図に示すように回転体２００と固定体３００を備えたものである。回転体２００は、回転軸４００に固定されており、そのため回転軸４００とともにその軸周りに回転する。一方の固定体３００は、回転軸４００に固定されず（独立しており）、回転軸４００や回転体２００に伴って回転しない。

【0027】

回転体２００と固定体３００は、図１に示すように断面視で櫛形状を呈しており、相互に櫛形が噛み合うように配置されたうえで、例えばシールドマシンの隔壁にボルトＢＮ等を利用して固定される。また、回転体２００と固定体３００の櫛形部分が噛み合った状態で、回転体２００は軸周りに回転する。そのため、回転体２００と固定体３００との間にはベアリングＢＲを設置するとよい。

【0028】

固定体３００の内部には材料を注入するための注入管が設けられており、同様に回転体２００の内部にも注入管が設けられている。これにより、外部から注入された材料は、固定体３００内の注入管を経由し、さらに回転体２００内の注入管を経由して、掘進中のシールドマシンの切羽側に供給される。また、固定体３００内の注入管と回転体２００内の注入管との接続箇所には帯状の溝が形成されており、固定体３００内の注入管から吐出された材料は一旦この帯状溝に貯留され、そしてここで貯留された材料は帯状溝に開口した回転体２００内の注入管内に移動していく。なお、固定体３００内の注入管と帯状溝との接続箇所には、材料の漏洩を防ぐためにシーリング材を設置するとよい。

【0029】

以下、材料供給装置１００を構成する主な要素ごとに詳しく説明する。

【0030】

（回転体）
図２は、回転体２００を模式的に示す図であり、（ａ）は側方から見た断面図、（ｂ）は正面から見た（図２（ａ）の矢視Ａ－Ａ）断面図、（ｃ）は上方から見た（図２（ａ）の矢視Ｂ－Ｂ）平面図である。この図に示すように回転体２００は、中央に位置する柱状（図では円柱状）の回転内柱２１０と、この回転内柱２１０の外周に配置される筒状（断面視でリング状）の回転外壁２２０、そして掘進前方側に位置する板状（図では円盤状）の回転底板２４０を含んで構成される。

【0031】

回転内柱２１０と回転外壁２２０は回転軸４００に対して略平行（平行を含む）な向きで配置され、これに対して回転底板２４０は回転軸４００に対して略垂直（垂直を含む）な向きで配置され、回転内柱２１０と回転外壁２２０の一端（図では左端）が回転底板２４０に取り付けられる。これにより回転体２００の外観は、回転外壁２２０を側面、回転底板２４０を底面とする一方（図では右側）が開口した中空の円筒状となり、回転内柱２１０はこの円筒内の中央に配置される。したがって、回転内柱２１０と回転外壁２２０との間には、筒状（断面視でリング状）の空間（以下、「回転側収容空間２３０」という。）が形成される。なお、回転内柱２１０と回転外壁２２０、回転底板２４０はそれぞれ別体として作製したうえで回転底板２４０に回転内柱２１０と回転外壁２２０を取り付けることで回転体２００を作製することもできるし、回転内柱２１０と回転外壁２２０、回転底板２４０を一体として回転体２００を作製することもできる。

【0032】

回転外壁２２０の側面には、帯状の溝（以下、「回転外周溝２２２」という。）が形成されている。この回転外周溝２２２は、図２（ｃ）から分かるように回転外壁２２０の側面を周回する無端の溝である。なお、図２では３本の回転外周溝２２２が形成されているが、これに限らず１本や２本、あるいは４本以上の回転外周溝２２２を形成することもできる。また回転外周溝２２２は、回転外壁２２０の外側の側面に形成することもできるし、これに代えて（あるいは加えて）回転外壁２２０の内側の側面に形成することもできる。

【0033】

回転外壁２２０の内部には、材料を送り出す流路管（以下、「回転外壁用注入管２２１」という。）が内蔵されている。この回転外壁用注入管２２１の起点側端は回転外周溝２２２内に開口しており、終点側端は回転底板２４０を貫通した位置で開口している。なお図２（ａ）では、３本の回転外壁用注入管２２１を便宜上重ねて表示しているが、図２（ｂ）や図２（ｃ）から分かるように回転外壁用注入管２２１はそれぞれ離れた位置で回転外壁２２０内に配置される。また、回転外壁用注入管２２１は回転外周溝２２２ごとに設置することが望ましく、例えば図２の例では３本の回転外周溝２２２に対してそれぞれ１個所ずつ（つまり計３個所）回転外壁用注入管２２１を設置している。あるいは、図３に示すように回転外周溝２２２に対してそれぞれ複数個所（図では２箇所ずつ）で回転外壁用注入管２２１を設置することもできる。回転外壁２２０内に複数の回転外壁用注入管２２１を設置する場合、全て同じ径で設計することもできるし、送り出す材料の種類や量に応じてそれぞれ異なる径で設計することもできる。

【0034】

回転外壁２２０の側面に加えて回転内柱２１０の側面（この場合は外側の側面）にも、１又は２以上の帯状の溝（以下、「回転内周溝２１２」という。）を形成することができる。この回転内周溝２１２は、回転外周溝２２２と同様、回転内柱２１０の側面を周回する無端の溝である。回転内柱２１０の側面に回転内周溝２１２を形成する場合、回転内柱２１０の内部には材料を送り出す流路管（以下、「回転内柱用注入管２１１」という。）を内蔵するとよい。この回転内柱用注入管２１１は、回転外壁用注入管２２１と同様、その起点側端が回転内周溝２１２内に開口し、終点側端は回転底板２４０を貫通した位置で開口する。また回転内柱用注入管２１１は、図２（ｂ）や図２（ｃ）から分かるようにそれぞれ離れた位置で回転内柱２１０内に配置され、回転内周溝２１２に対してそれぞれ１又は２箇所以上で設置するとよい。回転内柱２１０内に複数の回転内柱用注入管２１１を設置する場合、全て同じ径で設計することもできるし、送り出す材料の種類や量に応じてそれぞれ異なる径で設計することもできる。

【0035】

（固定体）
図４は、固定体３００を模式的に示す図であり、（ａ）は側方から見た断面図、（ｂ）は正面から見た（図４（ａ）の矢視Ｃ－Ｃ）断面図、（ｃ）は回転外周溝２２２と後述する固定外壁用注入管３２１との接続部分を模式的に示す部分断面図である。この図に示すように固定体３００は、断面視で内側に位置する筒状（断面視でリング状）の固定内壁３１０と、固定内壁３１０の外周に配置される同じく筒状（断面視でリング状）の固定外壁３２０、そして掘進後方側に位置する板状（図では円盤状）の固定底板３４０を含んで構成される。

【0036】

固定内壁３１０と固定外壁３２０は回転軸４００に対して略平行（平行を含む）な向きで配置され、これに対して固定底板３４０は回転軸４００に対して略垂直（垂直を含む）な向きで配置され、固定内壁３１０と固定外壁３２０の一端（図では右端）が固定底板３４０に取り付けられる。これにより固定体３００の外観は、固定外壁３２０を側面、固定底板３４０を底面とする一方（図では左側）が開口した中空の円筒状となり、固定内壁３１０はこの円筒内に配置される。したがって、固定内壁３１０と固定外壁３２０との間には、筒状（断面視でリング状）の空間（以下、「固定側収容空間３３２」という。）が形成され、また固定内壁３１０の内部には柱状の空間（以下、「固定側内部収容空間３３１」という。）が形成される。なお、固定内壁３１０と固定外壁３２０、固定底板３４０はそれぞれ別体として作製したうえで固定底板３４０に固定内壁３１０と固定外壁３２０を取り付けることで固定体３００を作製することもできるし、固定内壁３１０と固定外壁３２０、固定底板３４０を一体として固定体３００を作製することもできる。

【0037】

固定外壁３２０の内部には、材料を送り出す流路管（以下、「固定外壁用注入管３２１」という。）が内蔵されている。この固定外壁用注入管３２１の終点側端は固定外壁３２０の側面（図では内側の側面）に開口しており、起点側端は固定底板３４０を貫通した位置で開口している。ただし、固定外壁用注入管３２１の終点側端（固定外壁３２０の側面での開口位置）は、図４（ｃ）に示すように回転外周溝２２２に対向する位置（特に、掘削方向における位置）とされる。なお図４（ａ）では、３本の固定外壁用注入管３２１を便宜上重ねて表示しているが、図４（ｂ）から分かるように固定外壁用注入管３２１はそれぞれ離れた位置で固定外壁３２０内に配置される。また、固定外壁用注入管３２１の起点側端は、固定底板３４０を貫通した位置で開口することもできるし、図５に示すように終点側端が開口する側面とは異なる側の側面（図では外側の側面）で開口することもできる。

【0038】

また固定外壁用注入管３２１は回転外周溝２２２ごとに設置することが望ましく、例えば図４の例では３本の回転外周溝２２２に対してそれぞれ１個所ずつ（つまり計３個所）固定外壁用注入管３２１を設置している。あるいは、回転外周溝２２２に対してそれぞれ複数個所（例えば２箇所ずつ）で固定外壁用注入管３２１を設置することもできる。固定外壁３２０内に複数の固定外壁用注入管３２１を設置する場合、全て同じ径で設計することもできるし、送り出す材料の種類や量に応じてそれぞれ異なる径で設計することもできる。

【0039】

固定外壁３２０の内部に加え固定内壁３１０の内部にも、材料を送り出す流路管（以下、「固定内壁用注入管３１１」という。）を内蔵するとことができる。この固定内壁用注入管３１１は、固定外壁用注入管３２１と同様、その終点側端が固定内壁３１０の側面（図では内側の側面）に開口しており、起点側端は固定底板３４０を貫通した位置で開口している。ただし、固定内壁用注入管３１１の終点側端（固定内壁３１０の側面での開口位置）は、回転内周溝２１２に対向する位置（特に、掘削方向における位置）とされる。また固定内壁用注入管３１１は、図４（ｂ）から分かるようにそれぞれ離れた位置で固定内壁３１０内に配置され、回転内周溝２１２に対してそれぞれ１又は２箇所以上で設置するとよい。固定内壁３１０内に複数の固定内壁用注入管３１１を設置する場合、全て同じ径で設計することもできるし、送り出す材料の種類や量に応じてそれぞれ異なる径で設計することもできる。

【0040】

図６（ｂ）に示すように、固定外壁３２０の側面（内側の側面や外側の側面）に１又は２以上の帯状の溝（以下、「固定外周溝３２２」という。）を形成し、固定内壁３１０の側面（内側の側面や外側の側面）に１又は２以上の帯状の溝（以下、「固定内周溝３１２」という。）を形成することもできる。この固定外周溝３２２は固定外壁３２０の側面を周回する無端の溝であり、固定内周溝３１２は固定内壁３１０の側面を周回する無端の溝である。固定外壁３２０の側面に固定外周溝３２２を形成する場合、固定外壁用注入管３２１の終点側端は固定外周溝３２２内に開口し、一方、回転外壁用注入管２２１の起点側端は図６（ｃ）に示すように固定外周溝３２２に対向する位置（特に、掘削方向における位置）で開口するとよい。同様に、固定内壁３１０の側面に固定内周溝３１２を形成する場合、固定内壁用注入管３１１の終点側端は固定内周溝３１２内に開口し、一方、回転内柱用注入管２１１の起点側端は固定内周溝３１２に対向する位置（特に、掘削方向における位置）で開口するとよい。

【0041】

また固定外壁３２０の側面に固定外周溝３２２を形成する場合、図６（ａ）に示すように回転外壁２２０には回転外壁用注入管２２１のみを設けることとし、回転外周溝２２２を省略することもできる。同様に、固定内壁３１０の側面に固定内周溝３１２を形成する場合、図６（ａ）に示すように回転内柱２１０には回転内柱用注入管２１１のみを設けることとし、回転内周溝２１２を省略することもできる。もちろん、回転外壁２２０の側面に回転外周溝２２２を形成するとともに固定外壁３２０の側面にも固定外周溝３２２を形成したり、回転内柱２１０の側面に回転内周溝２１２を形成するとともに固定内壁３１０の側面にも固定内周溝３１２を形成したりすることもできる。

【0042】

（多段外壁）
回転体２００は、図７（ａ）に示すように２以上（図では２つ）の回転外壁２２０を備えたものとすることもできる。これら複数の回転外壁２２０は、ここまで説明したようにその側面に回転外周溝２２２が形成され、その内部に回転外周用注入管２２１が設けられる。なお、２以上の回転外壁２２０を備えた回転体２００は、２以上（回転外壁２２０と同数）の回転側収容空間２３０が形成される。

【0043】

回転体２００が２以上の回転外壁２２０を備えている場合、図７（ｂ）に示すように固定体３００も２以上（図では２つ）の固定外壁３２０を備えたものとするとよい。これら複数の固定外壁３２０は、ここまで説明したようにその内部に固定外壁用注入管３２１が設けられ、その側面に固定外周溝３２２を形成することができる。なお、２以上の固定外壁３２０を備えた固定体３００は、２以上（固定外壁３２０と同数）の固定側収容空間３３２が形成される。また、後述するように回転外壁２２０は固定側収容空間３３２内に収容されることから、固定体３００の固定外壁３２０の数（つまり固定側収容空間３３２の数）は回転体２００の回転外壁２２０と同数にするとよい。

【0044】

（回転体と固定体３００の組み合わせ）
回転体２００と固定体３００は、図１に示すように相互に対向するように、しかもそれぞれが噛み合うように配置される。より詳しくは、回転体２００の回転内柱２１０が固定体３００の固定側内部収容空間３３１内に収容されるとともに、回転体２００の回転外壁２２０が固定体３００の固定側収容空間３３２内に収容され、さらに固定体３００の固定内壁３１０が回転体２００の回転側収容空間２３０内に収容されるように、回転体２００と固定体３００を組み合せる。なお、回転体２００が２以上の回転外壁２２０を備え、固定体３００が２以上の固定外壁３２０を備えている場合、固定外壁３２０（ただし、固定外壁３２０のうち最も外側に位置する固定外壁３２０を除く）も回転側収容空間２３０内に収容される。

【0045】

このように回転体２００と固定体３００を配置した材料供給装置１００は、ボルトＢＮ等を利用して例えばシールドマシンの隔壁などに固定される。そして、回転体２００と固定体３００が噛み合った状態で、回転体２００は回転軸４００とともにその軸周りに回転する。すなわち、回転内柱２１０が固定側内部収容空間３３１内で回転するとともに、回転外壁２２０が固定側収容空間３３２内で回転することによって、回転体２００はいわば固定体３００の内側で回転するわけである。また、既述したとおり回転軸４００から独立している固定体３００は回転軸４００や回転体２００に伴って回転しないが、固定内壁３１０が回転側収容空間２３０内に収容され、あるいは固定外壁３２０が回転側収容空間２３０内に収容されていることから、回転体２００の回転に対して固定内壁３１０や固定外壁３２０が障壁となることはない。

【0046】

（先端注入管）
材料供給装置１００は、材料を切羽側に送り出す１又は２以上の流路管（以下、「先端注入管５００」という。）を備えたものとすることもできる。この先端注入管５００は、カッター面板やカッタースポーク内に配管され、その起点側端は回転外壁用注入管２２１の終点側端の開口部（吐出側開口部）に接続され、終点側端はカッター面板やカッタースポークを貫通した位置で開口している。また、回転内柱２１０に回転内柱用注入管２１１が内蔵されている場合は、他の先端注入管５００を配管し、その起点側端を回転内柱用注入管２１１の吐出側開口部に接続するとよい。これにより、回転内柱用注入管２１１や回転外壁用注入管２２１から吐出された材料は、先端注入管５００に流入し、さらにカッター面板やカッタースポーク内の配管を経由して掘進中のシールドマシンの切羽側に供給される。

【0047】

先端注入管５００の終点側端の開口部（吐出側開口部）は、カッター面板やカッタースポークの掘進前方側（切羽側）に設けるほか、図８に示すようにカッタービットＣＢの先端や側方に設けることもできる。近年、カッタービットＣＢの高さ（長さ）寸法の長大化傾向に起因して、材料（水分や添加材）の供給不足により掘削土砂が十分に泥土化しない状況が生じ、その結果、シールドマシンの推進力によって圧縮された切削土砂のかみ合わせから多大な抵抗となり、カッタートルクの上昇など種々の不具合が生じていた。一方、本願発明の材料供給装置１００では、先端注入管５００の吐出側開口部をカッタービットＣＢの先端や側方に設けることができることから、掘削土砂に対して十分な量の材料が供給され、上記したような不具合を回避することができる。

【0048】

本願発明の材料供給装置１００は、回転外壁２２０に内蔵される回転外壁用注入管２２１や、回転内柱２１０に内蔵される回転内柱用注入管２１１など、従来に比して数多くの材料供給路を確保することができる。また、図９に示すようにシールドマシンの回転リングを利用することで、材料供給路の数をさらに増設することもできる。図９では、シールドマシンが本来備えている回転リングに、材料を切羽側に注入する機構（以下、「材料注入機構」という。）が設けられている。回転リングは、カッター面板やカッタースポークとともに回転するもので、その内周側は回転しない固定支持体によって支持されている。

【0049】

図９（ｂ）に示すように材料注入機構は、固定支持体に設けられる固定側注入管と、回転リングの内部に設けられる回転側注入管、そして回転リングの内側の表面に形成される帯状溝を備えている。この固定側注入管はここまで説明した固定外壁用注入管３２１や固定内壁用注入管３１１と同様の機能を果たすもので、また回転側注入管は回転外壁用注入管２２１や回転内柱用注入管２１１の機能を果たし、帯状溝は回転外周溝２２２や回転内周溝２１２の機能を果たすものである。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本願発明の材料供給装置は、地下に構築される道路トンネルのほか、鉄道トンネルや、上下水道用のトンネル、共同溝や電力通信用のトンネルの構築に際して利用することができる。また、小口径から大口径のシールドマシン、あるいは泥水式シールド工法や土圧式シールド工法でも利用することができ、広範囲の土質に対応することもできる。本願発明によれば効率的かつ安全にトンネル構造物という社会基盤（社会インフラストラクチャ）を構築することができることを考えれば、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。

【符号の説明】

【0051】

１００ 本願発明の材料供給装置
２００ （材料供給装置の）回転体
２１０ （回転体の）回転内柱
２１１ （回転内柱の）回転内柱用注入管
２１２ （回転内柱の）回転内周溝
２２０ （回転体の）回転外壁
２２１ （回転外壁の）回転外壁用注入管
２２２ （回転外壁の）回転外周溝
２３０ （回転体の）回転側収容空間
２４０ （回転体の）回転底板
３００ （材料供給装置の）固定体
３１０ （固定体の）固定内壁
３１１ （固定内壁の）固定内壁用注入管
３１２ （固定内壁の）固定内周溝
３２０ （固定体の）固定外壁
３２２ （固定外壁の）固定外周溝
３２１ （固定外壁の）固定外壁用注入管
３３１ （固定体の）固定側内部収容空間
３３２ （固定体の）固定側収容空間
３４０ （固定体の）固定底板
４００ （材料供給装置の）回転軸
５００ （材料供給装置の）先端注入管
ＢＮ ボルト
ＢＲ ベアリング
ＣＢ カッタービット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】