特許 7536223 発進坑口のエントランス装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-09

(45)【発行日】2024-08-20

(54)【発明の名称】発進坑口のエントランス装置

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20240813BHJP

   E21D 11/00 20060101ALI20240813BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 301E

E21D11/00 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023204951

(22)【出願日】2023-11-16

【審査請求日】2024-01-24

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390027661

【氏名又は名称】株式会社金澤製作所

(72)【発明者】

【氏名】金澤 光雄

【審査官】湯本 照基

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２３８２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０６７０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１９０３３６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平７－１０２８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２７０２５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／０６

Ｅ２１Ｄ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シールドマシンが発進する発進坑口のエントランス装置であって、
前記シールドマシンが挿入進行可能なように環状に形成されたエントランスフレームと、
前記エントランスフレームの内周面に固定された環状のシートであり、トンネル掘削時に前記シールドマシンの外周面に密着するパッキンと、
前記パッキンに対して前記シールドマシンの進行方向後方に配設され、前記パッキンの周方向に沿って環状に並べられ、前記シールドマシンの進行方向に回動可能なフラップと、
前記シールドマシンと前記エントランスフレームとの間に形成される空間に流入し堆積した土砂や泥を前記エントランスフレームの内周面から前記発進坑口の外部に向かって排出する排出路と、
前記エントランスフレームの内周面に形成した前記排出路の入り口に破砕具と、を備える前記発進坑口のエントランス装置。

【請求項2】

前記破砕具が１枚または複数の刃物から構成される請求項１記載の排出路。

【請求項3】

シールドマシンが発進する発進坑口のエントランス装置であって、
前記シールドマシンが挿入進行可能なように環状に形成されたエントランスフレームと、
前記エントランスフレームの内周面に固定された環状のシートであり、トンネル掘削時に前記シールドマシンの外周面に密着するパッキンと、
前記パッキンに対して前記シールドマシンの進行方向後方に配設され、前記パッキンの周方向に沿って環状に並べられ、前記シールドマシンの進行方向に回動可能なフラップと、
前記シールドマシンと前記エントランスフレームとの間に形成される空間に流入し堆積した土砂や泥を前記エントランスフレームの内周面から前記発進坑口の外部に向かって排出する排出路と、
前記エントランスフレームの内周面に形成した前記排出路の入り口に向かって前記排出路の出口から圧縮気体を送るための圧縮機と、を備える前記発進坑口のエントランス装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シールドマシンを用いてトンネルを掘削する際に、シールドマシンの発進坑口に設置するエントランス装置に関するものであり、具体的には、エントランス装置の止水性を確保し、同時にシールドマシンの走行を維持するために、シールドマシンとエントランス装置との間に形成される空間に流入し堆積した土砂や泥を排出するための排出路に関する。

【背景技術】

【0002】

地盤中を掘削し、地下鉄などの軌道や自動車道路を構築するために、シールドマシンマシンと呼ばれるトンネル掘削機が多く利用されている。これは、まず地盤を掘り起こして発進立坑１と呼ばれる坑道を形成して図１に示すようなシールドマシン２を搬入し、次に発進立坑１の側壁１ａに発進坑口３を設けてからシールドマシン２を発進坑口３に挿入し、地中を堀削する。

【0003】

通常、トンネル４は地下水位より深い地中に構築されるため、トンネル４には多量の水やガスが発生する。そこで、トンネル４内の水抜きやガス抜きと、発進坑口３とシールドマシン２との間の止水とを目的として、特許文献１に記載されているエントランス装置５が設けられる。

【0004】

エントランス装置５は、図２に示すように発進坑口３の内径と同じ外径を有する環状に形成されたエントランスフレーム６を有する。エントランスフレーム６には、図２に示すように、トンネル４内に発生した水やガスをトンネル４内から発進坑口３に向かって除去するために、その内周面６ａに水・ガス抜き配管７が設けられる。

【0005】

水・ガス抜き配管７は、図２に示すように、エントランスフレーム６の径方向上側の内周面６ａと、下側の内周面６ａに設置される。設置される数は限定されず、堀削の状況に応じて決められる。トンネル４内に発生した水やガスは、自らが持つ圧力によって、水・ガス抜き配管７を経由して発進坑口３の外部に導かれる。

【0006】

発進坑口３とシールドマシン２との間の止水のために、エントランスフレーム６には、図２に示すようにエントランスフレーム６の内周面６ａにパッキン押えリング８を挟んでパッキン９とフラップ１０が固定される。

【0007】

パッキン９はシールドマシン２の外周面２ａに密着して止水を行い、同時にシールドマシン２の振動を吸収するための部材であり、可撓性および弾性を有するゴム部材等によって構成された環状の１枚のシートであり、シールドマシン２の外周径よりも小さな内周径を有する。図３に示すように、シールドマシン２の推進に伴い、パッキン９の自由端９ａがシールドマシン２の進行方向に屈曲してシールドマシン２の外周面２ａに密着することにより、発進坑口３とシールドマシン２との間を止水する。

【0008】

フラップ１０は図３に示すようにパッキン９に対してシールドマシン２の進行方向後方に配設された複数の短冊状の部材からなり、パッキン９の周方向に沿って環状に並べられ、シールドマシン１の進行方向に対して回動可能になっている。フラップ１０は、鋼製のフラップ部１０ａと、鋼製のベース板１０ｂと、ヒンジ１０ｃを含む。フラップ部１０ａの端部が、ヒンジ１０ｃを介してベース板１０ｂに回動可能に連結されている。そして、シールドマシン２の進行に伴い、フラップ１０がシールドマシン２の進行方向に回動してパッキン９を押さえつけることにより、パッキン９の自由端９ａが裏返ることを防止する。

【0009】

図３に示すように、エントランスフレーム６の内周面６ａに内周面６ａからシールドルドマシン２に向かって、パッキン９の固定端９ｂ、パッキン押えリング８、フラップ１０のベース板１０ｂの順に積み重ねられ、これらがボルト１１によってエントランスフレーム６に固定されている。

【0010】

特許文献１の方法によって止水は可能なものの、図３のようにシールドマシン２とエントランスフレーム６との間に形成される空間１２に土砂や泥１３が流入し、パッキン９に接触するまで堆積すると、堆積した土砂や泥１３の締め付け力によってパッキン９の自由端９ａ近傍が抑圧される。この状態でシールドマシン２が進行すると、パッキン９の自由端９ａがシールドマシン２の進行方向に引き伸ばされ、引きちぎられるという事故が発生している。このため、十分な止水性が得られない、シールドマシン２を支えることができず、シールドマシン２の走行を維持することができない問題があった。

【0011】

水・ガス抜き配管７が設けられているが、その口径は一般には２インチであるため、堆積した土砂や泥１３を排出するには不十分な寸法であり、パッキン９が引き伸ばされ、引きちぎられる事故を防止することはできない。また、この問題を解決するための装置や方法は提案されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【文献】特開２０２０―１４３５６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は、シールドマシンとエントランスフレームとの間に形成される空間に流入し堆積する土砂や泥を排出し、エントランスフレームに固定されたパッキンの損傷を防止して十分な止水性を確保し、シールドマシンを支障なく支持することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本課題を解決するため、本発明の第１の形態は、図１、２、および３に示すシールドマシン２が発進する発進坑口３のエントランス装置５であって、シールドマシン２が挿入進行可能なように環状に形成されたエントランスフレーム６と、エントランスフレーム６の内周面６ａに固定された環状のシートであり、トンネル掘削時にシールドマシン２の外周面に密着するパッキン９と、パッキン９に対してシールドマシン２の進行方向後方に配設され、パッキン９の周方向に沿って環状に並べられ、シールドマシン２の進行方向に回動可能なフラップ１０と、シールドマシン２とエントランスフレーム６との間に形成される空間１２に流入し堆積した土砂や泥１３をエントランスフレーム６の内周面６ａから発進坑口３の外部（発進立坑１側）に向かって排出する排出路１４と、を備える発進坑口３のエントランス装置５である。

【0015】

本発明の第２の形態は、図３に示すエントランスフレーム６の内周面６ａに形成した排出路１４の入り口１４ａに、破砕具１５を備える排出路１４である。破砕具１５は、空間１２に流入し堆積した土砂や泥１３が塊状に固まって排出路１４を塞ぐことを防止するためのものである。

【0016】

本発明の第３の形態は、図５に示すように破砕具１５が１枚または複数の刃物１６から構成される。刃物１６によって、塊状に固まった土砂や泥１３を破砕し、排出路１４を塞ぐことを防止する。

【0017】

本発明の第４の形態は、排出路１４の入り口１４ａに向かって圧縮気体を送るための圧縮機（図示せず）を備える。土砂や泥１３が塊状に固まって排出路１４を塞いだ場合、圧縮機から排出路１４を通じて排出路１４の入り口１４ａに向かって圧縮空気を送り、これによって土砂や泥１３を排除する。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、シールドマシンとエントランスフレームとの間に形成される空間に流入し堆積する土砂や泥が、エントランスフレームに固定されるパッキンを損傷することがなく、止水性を損なうことが無い。また、シールドマシンも安定して支えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】一般的な発進立坑の地中方向に対する断面図である。

【図2】一般的なエントランス装置のトンネル方向に対する断面図である。

【図3】本発明に係る排出路のトンネル方向に対する断面図である。

【図4】本発明に係るエントランスフレームのトンネル径方向の断面図である。

【図5】本発明に係る破砕具の平面および断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１および２に示すように、本発明のエントランス装置５は、発進坑口３の内径と同じ外径を有する環状に形成されたエントランスフレーム６を有し、エントランスフレーム６の内周面６ａには、パッキン９とフラップ１０が固定されている。エントランスフレーム６、パッキン９、およびフラップ１０は従来のものをそのまま用いることができ、パッキン９およびフラップ１０の設置位置も同様である。図２および３ではパッキン９およびフラップ１０を３組記載しているが、その組数に制限はなく、シールドマシン２の大きさや止水の状況によって１組、あるいは２組以上を設置することができる。２組以上設置する場合には、エントランスフレーム６の内周面６ａにシールドマシン２の進行方向に沿って一定の間隔で設置することが望ましい。

【0021】

本発明では、図３に示すようにシールドマシン２とエントランスフレーム６との間に形成される空間１２に流入し堆積した土砂や泥１３を、エントランスフレーム６の内周面６ａに設けられた排出路１４の入り口１４ａから排出路１４を通して発進坑口３の外部（発進立坑１側）に向かって排出する。

【0022】

入り口１４ａが設けられる位置は、エントランスフレーム６の内周面６ａであれば限定されないが、土砂や泥１３はシールドマシン２の下側に流入および堆積しやすいため、エントランスフレーム６の径方向下側の内周面６ａに設けることが好ましい。また、パッキン９の自由端９ａに土砂や泥１１が触れる前に土砂や泥１１を排出できるように、図３に示すようにパッキン９の自由端９ａがシールドマシン２の外周面２ａに密着している点の下側に設けることが好ましい。

【0023】

排出路１４は土砂や泥１３の排出だけでなく、図２に示される従来の水・ガス抜き配管７の役割も担うため、エントランスフレーム６の径方向下側の内周面６ａにこれまで設置されていた水・ガス抜き配管７は不要になる。

【0024】

シールドマシン２とエントランスフレーム６との間に形成される空間１２には高い水圧が発生しているので、この水圧によって土砂や泥１３を排出路１４の入り口１４ａに導くことができる。

【0025】

図３に示すように、排出路１４はエントランスフレーム６の内周面６ａと発進坑口３の外部とを結ぶものであり、空間１２に発生した水圧によってエントランスフレーム６の内周面６ａに設けた入り口１４ａに導かれた土砂や泥１３は、同じ水圧によって排出路１４を通して発進坑口３の外部（発進立坑１側）に向かって排出される。

【0026】

図３に示すように排出路１４の発進立坑１側には土砂や泥１３を排出する排出路出口１４ｂが設けられており、排出路出口１４ｂには回収ピット１７が接続されている。排出口１４ｂから出た土砂や泥１３は、回収ピット１７にて回収される。

【0027】

排出路１４の材質は、土砂や泥１３を排出できるものであれば限定されるものではないが、強度を保つ点から鋼管であることが好ましい。

【0028】

排出路１４および入り口１４ａの形状および寸法についても限定されるものではないが、例えば鋼管を利用した場合は、土砂や泥１３が排出し易くなることからその断面は円形で、口径は２インチより大きいことが好ましく、特に４インチ以上であることが好ましい。

【0029】

排出路１４は１本で本発明の効果を得ることができるが、排出の効率を高めるためには複数本の排出路１４を設置することが好ましい。例えば、図４はトンネル４の径方向の断面図であり、ここにはエントランスフレーム６の内周面６ａに３つの入口１４ａが設けられている。

【0030】

排出路１４によって土砂や泥１３を排出するが、空間１２で土砂や泥１３がパッキン９との接触などによって圧密化され塊状に固まって硬く固化した場合、土砂や泥１３が排出路１４の入り口１４ａを閉塞することがある。これを防止するため、圧密化され塊状に固まって硬く固化した土砂や泥１３を破砕することを目的として、図３のように入口１４ａに破砕具１５を備えることが好ましい。

【0031】

シールドマシン２とエントランスフレーム６との間の空間１２には高い水圧が発生しているので、水圧によって土砂や泥１３が破砕具１５に押し付けられることで塊状に固まった土砂や泥１３は破砕される。

【0032】

破砕具１５は塊状に固まって硬く固化した土砂や泥１３を破砕できるものであれば、その種類、構造および材質は限定されるものではないが、破砕し易さの点で鋼製の刃物１６であることが好ましい。

【0033】

刃物１６の形状や配置も限定されるものではないが、図５ａのように排出路１４の入り口１４ａを上から見た場合、直線状の１枚の刃物１６を円形の入り口１４ａの径方向に平行に設けたものが好ましい。

【0034】

また、図５ｂのように排出路１４の入り口１４ａを上から、および排出路１４の入り口１４ａを排出路１４に沿って横方向から見た場合、円形の入り口１４ａの中心部を頂点として入り口１４ａの円周部に向かって複数枚の刃物１４を放射状に配置した破砕具１５を用いることも好ましい。図５ｂでは入り口１４ａの中心部を頂点として３枚の刃物が入り口１４ａの円周部に向かって放射状に配置されている。

【0035】

複数枚の刃物１６を有する破砕具１５を作製する場合、１枚の刃物１６を溶接などによって接合させてもよく、または鋳造などによって一体化してもよい。

【0036】

刃物１６は入り口１４ａに固定するのが好ましいが、固定する方法は制限されない。溶接によって入り口１４ａに直に接合する、入り口１４ａと同様の形状を有するリングに刃物１６を溶接し、これを１４ａに嵌め込む、などの方法が考えられる。

【0037】

土砂や泥１３は、圧密化され塊状に固まって硬く固化したまま、排出路１４に入り込んで排出路１４を閉塞することがある。塊状に固まって硬く固化した土砂や泥１３を排除するため、排出路１４の入り口１４ａに向かって圧縮気体を送るための圧縮機（図示せず）を設置することが好ましい。

【0038】

圧縮機によって作られた圧縮気体が、塊状に固まって硬く固化した土砂や泥１３に衝撃を与え、これを吹き飛ばす、あるいは細かく粉砕することができる。

【0039】

図３のように排出路１４にはエアバルブ１８に取り付けられており、エアバルブ１８に配管を介して図示しない圧縮機が接続される。圧縮機を稼働する時は、まずエアバルブ１８によって回収ピット１７に通じる経路を閉じ、圧縮機と排出路１４の入り口１４ａとの間を開く。次に圧縮機を稼働し、排出路１４を閉塞している土砂や泥１３に圧縮気体を送り、これらを吹き飛ばす、あるいは細かく粉砕する。

【0040】

圧縮機は圧縮気体を発生できるものであればその構造や種類は限定されるものではなく、一般的なものが利用される。圧縮気体の種類についても限定されるものではないが、扱いやすさの点で空気であることが好ましい。圧縮気体の圧力は、土砂や泥１３の状態に応じて設定される。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明は、シールドマシンが発進する発進坑口のエントランス装置として利用することができる。

【符号の説明】

【0042】

１ 発進立坑
２ シールドマシン
３ 発進坑口
４ トンネル
５ エントランス装置
６ エントランスフレーム
７ 水・ガス抜き配管
８ パッキン押えリング
９ パッキン
１０ フラップ
１１ ボルト
１２ 空間
１３ 土砂や泥
１４ 排出路
１５ 破砕具
１６ 刃物
１７ 回収ピット
１８ エアバルブ

【要約】

【課題】シールドマシンとエントランスフレームとの間に形成される空間に流入し堆積する土砂や泥を排出し、エントランスフレームに固定されたパッキンの損傷を防止して十分な止水性を確保し、シールドマシンを支障なく支持するエントランス装置の提供。
【解決手段】シールドマシンとエントランスフレームとの間に形成される空間に流入し堆積した土砂や泥を、エントランスフレームの内周面から発進坑口の外部に向かって排出する排出路を備えるトンネル坑口のエントランス装置。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】