破砕機構付きシールド掘進機
【課題】 泥土圧式シールド掘進機による掘削土砂に含まれる粘土塊を小さく破砕してから搬送させる破砕機構を、破砕能力を担保しつつコンパクトな形状とする。
【解決手段】 掘削土砂に含まれる固結粘土塊を破砕する機構を備えた破砕機構付きシールド掘進機であって、破砕機構１２は、土砂投入口２４ａ及び土砂排出口２４ｂを備える破砕室２４と、破砕室２４の下部において平行に配置された複数の固定ロッド状部材２７からなる簀子部２８と、簀子部２８の上方に平行に並べて配置され、軸方向に所定の間隔をおいて複数の破砕羽根２９が取付けられた２本の回転軸部材３０とからなる。破砕羽根２９は、その回転軌跡３１の下端部が簀子部２８の隣接する固定ロッド状部材２７間の間隔部分を通過し、且つ２本の回転軸部材３０に取付けられた破砕羽根２９の回転軌跡３１が、軸方向から見てこれらの中間部分で重なり合うような位置関係で各回転軸部材３０に取付けられる。
【解決手段】 掘削土砂に含まれる固結粘土塊を破砕する機構を備えた破砕機構付きシールド掘進機であって、破砕機構１２は、土砂投入口２４ａ及び土砂排出口２４ｂを備える破砕室２４と、破砕室２４の下部において平行に配置された複数の固定ロッド状部材２７からなる簀子部２８と、簀子部２８の上方に平行に並べて配置され、軸方向に所定の間隔をおいて複数の破砕羽根２９が取付けられた２本の回転軸部材３０とからなる。破砕羽根２９は、その回転軌跡３１の下端部が簀子部２８の隣接する固定ロッド状部材２７間の間隔部分を通過し、且つ２本の回転軸部材３０に取付けられた破砕羽根２９の回転軌跡３１が、軸方向から見てこれらの中間部分で重なり合うような位置関係で各回転軸部材３０に取付けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、破砕機構付きシールド掘進機に関し、特に泥土圧式シールド掘進機において、掘削土砂に含まれる固結粘土の粘土塊を破砕する破砕機構を備えた破砕機構付きシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネル工法は、発進立坑から到達立坑に向けて、後方に順次設置したセグメントから掘進反力を得ながらシールド掘進機による掘進を行うことにより、発進立坑と到達立坑との間に連設配置した多数のセグメントによるトンネルを形成する工法である。シールドトンネル工法を行うためのシールド掘進機は、泥土圧式シールド掘進機、泥水式シールド掘進機等の種々のシールド掘進機が公知であるが、これらのうち泥土圧式シールド掘進機は、先端のカッター板によって掘削した掘削土砂を後方の隔室に取り込んで充填し、充填した掘削土砂の土圧によって切羽面を安定させると共に、スクリューコンベアを介して隔室から掘削土砂を排出しながらトンネルの掘進を行ってゆくものである。また、隔室に取り込まれて充填される掘削土砂は、好ましくは加泥材等が添加混合されて流動化された状態となっており、この状態でトンネルの切羽面をバランス良く押え付けつつ、スクリューコンベアを介して隔室から容易に連続排出されるようになっている。
【０００３】
一方、泥土圧式シールド掘進機によって掘削される地山の土質が、例えば一軸圧縮強度が５〜１０Ｎ／ｍｍ2程度の固結粘土層（泥岩層、粘土塊層、土丹層等を含む）であると、掘削時に例えば２００〜４００ｍｍ程度の大きさの粘土塊が隔室内に取り込まれる場合がある。また隔室内に取り込まれた粘土塊は、流動化されることなく塊として残ったままスクリューコンベアの羽根の間の隙間を介して排出されると、例えば圧送ポンプを用いて隔室から排出された掘削土砂を立坑や地上の作業ヤードまで搬送する際に、圧送ポンプが粘土塊によって閉塞されて搬送作業が困難になる。また、隔室から排出された掘削土砂を例えばズリトロを用いて搬送する際にも、大きな粘土塊が残っていると、フケによる見掛けの土砂量が大きくなり、余分な搬送能力を必要とすることになると共に、掘削土砂の搬出量を管理するうえで好ましくない。さらに、立坑を介して掘削土砂を地上まで上昇させるために垂直コンベアを使用する場合には、粘土塊を事前に小さく破砕処理しておくことが必要である。
【０００４】
これらのことから、固結粘土層を泥土圧式シールド掘進機によって掘削する際に、発生する粘土塊を細かく破砕してから圧送ポンプによって搬送することを可能にした、回転破砕装置及びシールド掘進機が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２３３１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のシールド掘進機は、カッター板の回転によって掘削されてチャンバー（隔室）内に取り込まれた土砂を、スクリューコンベアによって排出し、圧送ポンプによってトンネル外部に圧送するシールド掘削機において、スクリューコンベアの排出口に回転破砕機の土砂投入口を取り付け、圧送ポンプの土砂投入口に回転破砕機の土砂排出口を取り付けたものである。また回転破砕機は、土砂投入口を有する破砕室と、該破砕室に配設され、複数列に破砕羽根が設けられた１本の回転軸と、回転軸を回転駆動する駆動手段と、回転軸の下方において、破砕羽根の各列の間を通過して回転軸に直交する方向に延在して設けられた複数の固定棒（簀子部）と、固定棒の下方に設けられた土砂排出口とを備えたものである。
【０００６】
特許文献１に記載のシールド掘進機によれば、スクリューコンベアによって排出されて土砂と共に破砕室に投入される粘土塊は、回転破砕機によって、例えば複数列に配列された破砕羽根の間を擦り抜けた粘土塊を固定棒で受け止めて固定し、次に回転してきた破砕羽根によって確実に破砕しつつ、固定棒間（簀子部）を通過できる程度の大きさに容易に破砕されることになる。これによって、土砂に含まれる粘土塊が圧送ポンプを閉塞するのを効果的に回避して、固結粘土層における泥土圧式シールド掘進機によるトンネル掘進の作業性を向上させることが可能になる。
【０００７】
一方、特許文献１に記載のシールド掘進機によれば、シールド掘進機が大口径のものになると、単位時間当りの掘削土砂の土量が増加することになるため、スクリューコンベアの径を大きくする必要がある。またスクリューコンベアの排出口に取り付けられる回転破砕機も大掛かりなものとする必要がある。回転破砕機が大掛かりなものになると、狭いシールド掘進機の内部において、スクリューコンベアの排出口の下方に取り付けられる回転破砕機が邪魔になって、セグメントの搬入・組立て作業やその他の作業に影響を及ぼし易くなることから、粘土塊を破砕するための破砕機構をよりコンパクトな形状にするための、さらなる改良が望まれている。
【０００８】
また、特許文献１に記載のシールド掘進機によれば、回転破砕機の破砕羽根が取り付けられた回転軸は、１本のみ設けられていて一方向にのみ回転するものであることから、例えば多量の粘土塊が一度に破砕室に送られてくると、破砕室において破砕羽根が粘土塊をスムーズに下方に巻き込めなくなる場合があり、例えば付着等を原因として回転軸の回転方向後方における破砕室の上部に粘土塊が残置されて、破砕室の上部を閉塞することも考えられる。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたものであり、泥土圧式シールド掘進機によって掘削された掘削土砂に含まれる粘土塊を小さく破砕してから圧送ポンプの等の搬送装置に送り出すことができると共に、コンパクトな形状とすることのできる破砕機構を備える破砕機構付きシールド掘進機を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、多量の粘土塊が一度に破砕室に送られてくる場合でも、破砕羽根によって粘土塊を順次スムーズに下方に巻き込みながら確実に破砕してゆくことのできる破砕機構を備える破砕機構付きシールド掘進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】
【００１１】
本発明は、先端のカッター板によって掘削した掘削土砂を後方の隔室に取り込んで充填し、充填した掘削土砂の土圧によって切羽面を安定させると共に、スクリューコンベアを介して前記隔室から掘削土砂を排出しながらトンネルの掘進を行う泥土圧式シールド掘進機において、掘削土砂に含まれる固結粘土の粘土塊を破砕する破砕機構を備えた破砕機構付きシールド掘進機であって、前記破砕機構は、上部にスクリューコンベアからの土砂投入口を備え、下部に土砂排出口を備える破砕室と、該破砕室の下部に設けられ、所定の間隔をおいて平行に配置された複数の固定ロッド状部材からなる簀子部と、該簀子部の上方に前記固定ロッド状部材と垂直な方向に平行に並べて配置され、軸方向に所定の間隔をおいて取り付けられた複数の破砕羽根を有する２本の回転軸部材とからなり、前記破砕羽根は、その回転軌跡の下端部が前記簀子部の隣接する固定ロッド状部材間の間隔部分を通過し、且つ２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根の回転軌跡が、軸方向から見て当該２本の回転軸部材の中間部分で重なり合うような位置関係で各回転軸部材に取り付けられている破砕機構付きシールド掘進機を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【００１２】
そして、本発明の破砕機構付きシールド掘進機によれば、前記２本の回転軸部材は、当該２本の回転軸部材によって挟まれる部分において破砕羽根が上方から下方に移動する方向に回転するようになっていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の破砕機構付きシールド掘進機によれば、前記固定ロッド状部材間の各間隔部分に前記２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根の回転軌跡の下端部が各々通過するように、前記２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根は、前記回転軸部材と垂直な同じ面内に各々配置されるようになっていることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明の破砕機構付きシールド掘進機によれば、前記２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根は、前記回転軸部材の軸方向の各取付け位置において、前記回転軸部材の周方向に所定の角度間隔で複数設けられていることが好ましい。
【００１５】
さらにまた、本発明の破砕機構付きシールド掘進機によれば、前記破砕室の土砂排出口に圧送ポンプの土砂投入口が接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の破砕機構付きシールド掘進機によれば、コンパクトな形状の破砕機構を用いて、泥土圧式シールド掘進機によって掘削された掘削土砂に含まれる粘土塊を小さく破砕してから圧送ポンプ等の搬送装置に送り出すことができる。また、２本の回転軸部材を、当該２本の回転軸部材によって挟まれる部分において破砕羽根が上方から下方に移動する方向に回転するようにすれば、多量の粘土塊が一度に破砕室に送られてくる場合でも、破砕羽根によって粘土塊を順次スムーズに下方に巻き込みながら確実に破砕してゆくことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好ましい一実施形態に係る破砕機構付きシールド掘進機１０は、図１に示すような泥土圧式シールド掘進機において、スクリューコンベア１１の後端部分の下方に、これの土砂排出口１１ａと連設して、後述する粘土塊の破砕機構１２を、搬送装置としての圧送ポンプ２３との間に介在して設置することによって構成される。
【００１８】
本実施形態によれば、泥土圧式シールド掘進機は、例えば直径が５５００ｍｍ程度の大きさのシールドトンネルを地中に構築してゆくためのトンネル掘進機であって、例えば７５００ｍｍ程度の長さの外郭体（スキンプレート）１３の内部に、セグメント組立て用のエレクタ１４、シールドジャッキ１５、中折ジャッキ１６、スクリューコンベア１１、カッター回転駆動モータ１７等を備えた公知のものである。また外郭体１３の先端部分には、隔壁１８によってこれの後方部分との間を区画された隔室１９が設けられ、隔室１９の先端面を覆うように配置されてカッター板２０が回転可能に取り付けられている。
【００１９】
そして、泥土圧式シールド掘進機は、外郭体１３の後部でセグメント２１をリング状に組み立てて前方に連設してゆくと共に、最先端に設置されたセグメント２１から掘進反力を得て、シールドジャッキ１５や中折ジャッキ１６によって外郭体１３を前方に押し出すようにしつつ、カッター板２０を回転駆動して地山の切羽面を切削（掘削）しながら外郭体１３を前進させることにより、外郭体１３の後方にセグメント２１によるトンネル覆工体を順次連続して構築して行くトンネル掘進機である。またカッター板２０によって掘削された掘削土砂は、カッター板２０に開口形成された土砂取込み用のスリット（図示せず。）から隔室１９の内部に取り込まれ、適宜加泥材等を添加混合して攪拌されることにより、流動化された状態で隔室１９内に充填される。掘削土砂が隔室１９内に流動化された状態で充填されることにより、掘削土砂によってトンネルの切羽面をバランス良く押え付けつつ、掘削土砂をスクリューコンベア１１を介して隔室１９から容易に連続排出することが可能になる。
【００２０】
本実施形態によれば、泥土圧式シールド掘進機によって掘削される地山の土質は、例えば一軸圧縮強度が５〜１０Ｎ／ｍｍ2程度の固結粘土層となっており、隔室１９には、掘削作業に伴なって、例えば２００〜４００ｍｍ程度の大きさの固結粘土の粘土塊が掘削土砂と共に取り込まれる場合がある。隔室１９内に取り込まれた粘土塊は、流動化されることなく塊のまま、所定のピッチで配設されたスクリューコンベア１１の螺旋状の羽根２２の間の隙間を介して送り出される場合があり、掘削土砂と共に排出された粘土塊を圧送ポンプ２３によって搬送しようとすると、これらの粘土塊によって圧送ポンプ２３が閉塞されて、搬送作業が困難になる。本実施形態の破砕機構付きシールド掘進機１０では、上述のように、スクリューコンベア１１の土砂排出口１１ａと連設して圧送ポンプ２３との間に破砕機構１２が設けられていることにより、掘削土砂に含まれる粘土塊を小さく破砕してから圧送ポンプ２３に送り出すことが可能になり、圧送ポンプ２３が閉塞するのを効果的に回避できるうようにするものである。
【００２１】
そして、本実施形態の破砕機構付きシールド掘進機１０は、先端のカッター板２０によって掘削した掘削土砂を後方の隔室１９に取り込んで充填し、充填した掘削土砂の土圧によって切羽面を安定させると共に、スクリューコンベア１１を介して隔室１９から掘削土砂を排出しながらトンネルの掘進を行う泥土圧式シールド掘進機において、掘削土砂に含まれる固結粘土の粘土塊を破砕する破砕機構１２を備えており、この破砕機構１２は、図２〜４に示すように、上部にスクリューコンベア１１からの土砂投入口２４ａを備え、下部に土砂排出口２４ｂを備える破砕室２４と、この破砕室２４の下部における土砂排出口２４ｂの上方に設けられ、所定の間隔をおいて平行に配置された複数の固定ロッド状部材２７からなる簀子部２８と、この簀子部２８の上方に固定ロッド状部材２７と垂直な方向に平行に並べて配置され、軸方向に所定の間隔をおいて取り付けられた複数の破砕羽根２９を有する２本の回転軸部材３０とによって構成されている。また破砕羽根２９は、その回転軌跡３１（図４参照）の下端部が簀子部２８の隣接する固定ロッド状部材２７間の間隔部分を通過し、且つ２本の回転軸部材３０に取り付けられた破砕羽根２９の回転軌跡３１が、軸方向から見て当該２本の回転軸部材３０の中間部分で重なり合うような位置関係で各回転軸部材３０に取り付けられている。
【００２２】
また、本実施形態によれば、２本の回転軸部材３０は、当該２本の回転軸部材３０よって挟まれる部分において破砕羽根２９が上方から下方に移動する方向Ｘ（図４参照）に回転するようになっている。
【００２３】
さらに、本実施形態によれば、固定ロッド状部材２７間の各間隔部分に２本の回転軸部材３０に取り付けられた破砕羽根２９の回転軌跡３１の下端部が各々通過するように、２本の回転軸部材３０に取り付けられた破砕羽根２９は、回転軸部材３０と垂直な同じ面内に各々配置されている。
【００２４】
さらにまた、２本の回転軸部材３０に取り付けられた破砕羽根２９は、回転軸部材３０の軸方向の各取付け位置において、回転軸部材３０の周方向に所定の角度間隔（本実施形態では１８０度間隔）で複数（本実施形態では２本）設けられている。
【００２５】
本実施形態の破砕機構１２を構成する破砕室２４は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、天面部２５ａと、底面部２５ｂと、４方の側壁部２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ（図２〜図４参照）とからなる、平面矩形形状の中空箱体として形成される。平面矩形形状の破砕室２４の短辺側の一方の側壁部２５ｃには、中空六面体形状の駆動室３２が連設一体化されて設けられている。駆動室３２には、ギア機構等によって連結された２体の回転駆動装置３３が並べて設置されている（図３参照）。これらの回転駆動装置３３は、駆動室３２の外側に連結された油圧モータ３４と接続しており、この油圧モータ３４の駆動力によって、回転駆動装置３３に一端が係止固定されて破砕室２４の内部に回転可能に配置された２本の回転軸部材３０を、同期させつつ上述の所定の回転方向Ｘに回転駆動させることができるようになっている。
【００２６】
すなわち、駆動室３２に収容された２体の回転駆動装置３３は、破砕室２４の短辺側の一方の側壁部２５ｃを貫通して、そのチャック部３３ａが破砕室２４に各々突出して配置されており、これらのチャック部３３ａに一端を挿入して係止固定すると共に、破砕室２４の短辺側の他方の側壁部２５ｄに設けた回転支持台２６に他端を回転可能に支持させることにより、一対の回転軸部材３０は、破砕室２４の内部において、所定の回転方向Ｘに所定の回転速度で同期しながら回転できるようになっている。
【００２７】
本実施形態によれば、破砕室２４の天面部２５ａは、当該破砕室２４の天面を覆う投入口取合いフランジ板３６と点検口取合いフランジ板３７とを斜めに突き合わせるように配置して構成されている。投入口取合いフランジ板３６は、図２（ｂ）に示すように、内側が略正方形に開口する土砂投入口２４ａとなった矩形枠状のプレート部材であって、土砂投入口２４ａの外側の枠部分には、多数のボルト孔３６ａが穿孔形成されている。これらのボルト孔３６ａを介して固定ボルトを締着することにより、スクリューコンベア１１の土砂排出口１１ａの周縁部分に投入口取合いフランジ板３６を密着させつつ、粘土破砕機構１２がスクリューコンベア１１の後端部下方に固定される。また投入口取合いフランジ板３６の内側の土砂投入口２４ａは、スクリューコンベア１１の土砂排出口１１ａと連通する。
【００２８】
点検口取合いフランジ板３７は、投入口取合いフランジ板３６よりも長さの短い、内側が横長長方形の点検用開口部３７ａとなった横長矩形枠状のプレート部材であって、点検用開口部３７ａを開閉可能に覆う蓋部材３８が設けられている。必要に応じて蓋部材３８を適宜開放して破砕室２６の内部を点検用開口部３７ａから点検することができるようになっており、また例えば破砕が困難な礫等がスクリューコンベア１１から破砕室２６に投入された場合に、点検用開口部３７ａからこれらを除去することができるようになっている。
【００２９】
本実施形態によれば、破砕室２４の底面部２５ｂは、当該破砕室２４の底面を覆う排出口取合いフランジ板３９を配置して構成されている。排出口取合いフランジ板３９は、図２（ｃ）に示すように、内側が略正方形に開口する土砂排出口２４ｂとなった矩形枠状のプレート部材であって、土砂排出口２４ｂの外側の枠部分には、多数のボルト孔３９ａが穿孔形成されている。これらのボルト孔３９ａを介して固定ボルトを締着することにより、排出口取合いフランジ板３９に圧送ポンプ２３の土砂投入口２３ａの周縁部分を密着させつつ、圧送ポンプ２３が粘土破砕機構１２の下方に固定される。また排出口取合いフランジ板３９の内側の土砂排出口２４ｂは、圧送ポンプ２３の土砂投入口２３ａと連通する。
【００３０】
そして、本実施形態によれば、破砕室２４の下部における土砂排出口２４ｂの上方には、平行に配置された複数の固定ロッド状部材２７からなる簀子部２８が設けられている（図２〜図４の斜線部参照）。本実施形態では、簀子部２８を構成する固定ロッド状部材２７は、下半部分が先細りの形状となった、幅３０ｍｍ程度、高さ１２０ｍｍ程度の縦長矩形断面形状を備える棒状部材であって、両端が破砕室２４の長辺側の一対の対向する側壁部２５ｅ，２５ｆに支持固定されることにより、２本の回転軸部材３０と垂直に延設して取付けられている。
【００３１】
また、本実施形態では、例えば９本の固定ロッド状部材２７が、例えば９０ｍｍ程度のピッチで平行に配置されて簀子部２８を形成していると共に、各隣接する固定ロッド状部材２７の間には、例えば６０ｍｍ程度の間隔部分が保持されることになる。各隣接する固定ロッド状部材２７間の８箇所の間隔部分には、２本の回転軸部材３０に取り付けられた各破砕羽根２９の回転軌跡３１の下端部が各々通過することになる。これらの間隔部分を介して、スクリューコンベア１１から破砕室２４に投入された掘削土砂が圧送ポンプ２３に送り出されることから、これらの間隔部分の幅によって、破砕機構１２によって破砕された後に通過する粘土塊の大きさが決められることになる。なお、各隣接する固定ロッド状部材２７間の間隔部分の幅を調整することによって、破砕された後に圧送ポンプ２３に送り出される粘土塊の大きさが所定の大きさとなるように適宜調整することが可能になる。
【００３２】
簀子部２８の上方に平行に並べて配置された２本の回転軸部材３０に各々取付けられる破砕羽根２９は、各回転軸部材３０において、簀子部２８の隣接する固定ロッド状部材２７間の８箇所の間隔部分に対応させた軸方向の８箇所の所定の位置に、径方向外方に突出して設けられている。本実施形態によれば、破砕羽根２９は、図５に示すように、装着固定部４０を挟んだ両側に一対の破砕羽根２９を一体として連接した破砕ピース４１を、装着固定部４０を介して回転軸部材３０の軸方向の８箇所の所定の位置に各々挿通固定することにより、回転軸部材３０に取り付けられる。これによって破砕羽根２９は、各軸方向の位置において、回転軸部材３０の周方向に１８０度の角度間隔をおいて背向した状態で各々一対設けられることになる。なお、各破砕羽根２９の回転方向Ｘ側の先端側角部分には超硬チップ４２が取り付られており、各破砕羽根２９の磨耗や破損を効果的に抑制できるようになっている。
【００３３】
また、本実施形態によれば、各破砕ピース４１における装着固定部４０の中心から破砕羽根２９の先端までの長さは、例えば２３０ｍｍ程度となっており、例えば４００ｍｍ程度の中心間距離で配置された２本の回転軸部材３０の当該中心間距離の１／２の長さよりも長くなっている。また、例えば１１０ｍｍ程度に設定された、回転軸部材３０の中心と簀子部２８を構成する固定ロッド状部材２７の天面との間の長さよりも長くなっている。これらによって、破砕羽根２９の回転軌跡３１は、軸方向から見て２本の回転軸部材３０の中間部分で重なり合うと共に、回転軌跡３１の下端部分が隣接する固定ロッド状部材２７間の間隔部分を通過することになる。
【００３４】
さらに、本実施形態によれば、２本の回転軸部材３０における８箇所の軸方向の位置に各々取付けられる破砕ピース４１（破砕羽根２９）は、軸方向に隣接する破砕ピース４１（破砕羽根２９）の間で例えば周方向に６０度づつ角度をずらせて取り付けられている。また軸方向の同じ位置で２本の回転軸部材３０に各々取付けられて同じ面内を回転軌跡３１が通過する各一対の破砕ピース４１（破砕羽根２９）は、例えば周方向に９０度角度をずらせて取り付けられている。
【００３５】
破砕ピース４１（破砕羽根２９）が軸方向に隣接する位置で周方向に角度をずらせて取り付けられていることにより、粘土塊を分散させながら各破砕羽根２９によって効率良く破砕してゆくことが可能になる。また、破砕ピース４１（破砕羽根２９）が軸方向と垂直な同じ面内で２本の回転軸部材３０の周方向に角度をずらせて取り付けられていることにより、これらの回転軌跡３１が２本の回転軸部材３０の中間部分で重なり合っていても、破砕ピース４１（破砕羽根２９）は互いに干渉することなく回転することが可能になる。また２本の回転軸部材３０に取り付けた破砕羽根２９が、各々の回転軌跡３１が重なり合う箇所において同一の位置を通過するので、いわゆる２度切りの作用によって、さらに確実且つ効果的に粘土塊を破砕してゆくことが可能になる。
【００３６】
上述のような構成を備える破砕機構１２は、駆動室３２や油圧モータ３４等を含めた全体の形状が、例えば長さが２１００ｍｍ、幅が９２０ｍｍ、高さが６８０ｍｍ程度の大きさの、コンパクトな形状を備えると共に、泥土圧式シールド掘進機のスクリューコンベア１１の土砂排出口１１ａと圧送ポンプ２３の土砂投入口２３ａとの間に介在して取り付けられて、本実施形態の破砕機構付きシールド掘進機１０を構成することになる。
【００３７】
そして、本実施形態の破砕機構付きシールド掘進機１０によれば、コンパクトな形状の破砕機構１２を用いて、泥土圧式シールド掘進機によって掘削された掘削土砂に含まれる粘土塊を小さく破砕してから圧送ポンプ２３に送り出すことができ、これによって大きな粘土塊によって圧送ポンプ２３が閉塞するのを効果的に回避することが可能になる。
【００３８】
すなわち、本実施形態によれば、破砕機構１２は、土砂投入口２４ａ及び土砂排出口２４ｂを備える破砕室２４と、平行に配置された複数の固定ロッド状部材２７による簀子部２８と、簀子部２８の上方に固定ロッド状部材２７と垂直な方向に平行に並べて配置された複数の破砕羽根２９を有する２本の回転軸部材３０とからなり、破砕羽根２９は、その回転軌跡３１の下端部が簀子部２８の隣接する固定ロッド状部材２７間の間隔部分を通過し、且つ２本の回転軸部材３０に取り付けられた破砕羽根２９の回転軌跡３１が、軸方向から見て中間部分で重なり合うような位置関係で取り付けられているので、破砕羽根を取り付けた回転軸が１本のみ設けられている従来の回転破砕機と比較して、同等の破砕能力を担保したまま破砕羽根２９の回転半径を小さくすることによって、破砕機構１２の高さを低く抑えることが可能になり、これによって破砕機構１２を取り付けたスクリューコンベア１１の下方に相当の作業空間を確保して、シールド掘進機の内部における、セグメントの搬入・組立て作業やその他の作業を効率良く行うことを可能にする。
【００３９】
また、本実施形態の破砕機構付きシールド掘進機１０によれば、破砕羽根２９が取り付けられた２本の回転軸部材３０は、当該２本の回転軸部材３０よって挟まれる部分において破砕羽根２９が上方から下方に移動する方向Ｘに回転するようになっているので、破砕される方向に粘土塊を順次送り出しつつ破砕して行くことが可能になり、これによって多量の粘土塊が一度に破砕室２４に送られてくる場合でも、破砕羽根２９によって粘土塊を順次スムーズに下方に巻き込みながら、例えば粘土塊を破砕室２４の上部に付着させたままにすることなく、確実に破砕してゆくことが可能になる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、２本の回転軸部材は、これらに挟まれる部分において破砕羽根が上方から下方に移動する方向に回転させる必要は必ずしもなく、また２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根を、回転軸部材と垂直な同じ面内に各々配置する必要は必ずしもない。さらに、回転軸部材の各軸方向の位置において、破砕羽根を周方向に１８０度の角度間隔をおいて一対設ける必要は必ずしもなく、各軸方向の位置おいて一枚のみ又は３枚以上径方向外方に突出させて設けることもできる。
【００４１】
さらにまた、破砕室の土砂排出口に圧送ポンプの土砂投入口を接続して、破砕した粘土塊を含む掘削土砂を圧送ポンプによって搬送する必要は必ずしもなく、例えばズリトロを搬送装置として掘削土砂を搬送する場合にも適用することができる。ズリトロを搬送装置として用いる場合でも、粘土塊を小さく破砕して均一な状態にしてから搬送することにより、搬送土砂のフケ率を減少させて、余分な搬送能力を必要とすることがなくなり、また正確な掘削土砂の管理を行うことも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の好ましい一実施形態に係る破砕機構付きシールド掘進機の構成を説明する略示縦断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の好ましい一実施形態に係る破砕機構付きシールド掘進機に取り付けられる破砕機構の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａに沿った上面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂに沿った底面図である。
【図３】本発明の好ましい一実施形態に係る破砕機構付きシールド掘進機に取り付けられる破砕機構の、図２（ａ）のＣ−Ｃに沿った平断面図である。
【図４】本発明の好ましい一実施形態に係る破砕機構付きシールド掘進機に取り付けられる破砕機構の、図３のＤ−Ｄに沿った横断面図である。
【図５】一対の破砕羽根を含む破砕ピースの正面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 破砕機構付きシールド掘進機
１１ スクリューコンベア
１２ 破砕機構
１３ 外郭体（スキンプレート）
１８ 隔壁
１９ 隔室
２０ カッター板
２１ セグメント
２２ スクリューコンベアの螺旋状の羽根
２３ 圧送ポンプ
２４ 破砕室
２４ａ 破砕室の土砂投入口
２４ｂ 破砕室の土砂排出口
２５ａ 破砕室の天面部
２５ｂ 破砕室の底面部
２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ 破砕室の側壁部
２７ 固定ロッド状部材
２８ 簀子部
２９ 破砕羽根
３０ 回転軸部材
３１ 破砕羽根の回転軌跡
３３ 回転駆動装置
３４ 油圧モータ
３６ 投入口取合いフランジ板
３７ 点検口取合いフランジ板
３９ 排出口取合いフランジ板
４０ 破砕ピースの装着固定部
４１ 破砕ピース
４２ 超硬チップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、破砕機構付きシールド掘進機に関し、特に泥土圧式シールド掘進機において、掘削土砂に含まれる固結粘土の粘土塊を破砕する破砕機構を備えた破砕機構付きシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネル工法は、発進立坑から到達立坑に向けて、後方に順次設置したセグメントから掘進反力を得ながらシールド掘進機による掘進を行うことにより、発進立坑と到達立坑との間に連設配置した多数のセグメントによるトンネルを形成する工法である。シールドトンネル工法を行うためのシールド掘進機は、泥土圧式シールド掘進機、泥水式シールド掘進機等の種々のシールド掘進機が公知であるが、これらのうち泥土圧式シールド掘進機は、先端のカッター板によって掘削した掘削土砂を後方の隔室に取り込んで充填し、充填した掘削土砂の土圧によって切羽面を安定させると共に、スクリューコンベアを介して隔室から掘削土砂を排出しながらトンネルの掘進を行ってゆくものである。また、隔室に取り込まれて充填される掘削土砂は、好ましくは加泥材等が添加混合されて流動化された状態となっており、この状態でトンネルの切羽面をバランス良く押え付けつつ、スクリューコンベアを介して隔室から容易に連続排出されるようになっている。
【０００３】
一方、泥土圧式シールド掘進機によって掘削される地山の土質が、例えば一軸圧縮強度が５〜１０Ｎ／ｍｍ2程度の固結粘土層（泥岩層、粘土塊層、土丹層等を含む）であると、掘削時に例えば２００〜４００ｍｍ程度の大きさの粘土塊が隔室内に取り込まれる場合がある。また隔室内に取り込まれた粘土塊は、流動化されることなく塊として残ったままスクリューコンベアの羽根の間の隙間を介して排出されると、例えば圧送ポンプを用いて隔室から排出された掘削土砂を立坑や地上の作業ヤードまで搬送する際に、圧送ポンプが粘土塊によって閉塞されて搬送作業が困難になる。また、隔室から排出された掘削土砂を例えばズリトロを用いて搬送する際にも、大きな粘土塊が残っていると、フケによる見掛けの土砂量が大きくなり、余分な搬送能力を必要とすることになると共に、掘削土砂の搬出量を管理するうえで好ましくない。さらに、立坑を介して掘削土砂を地上まで上昇させるために垂直コンベアを使用する場合には、粘土塊を事前に小さく破砕処理しておくことが必要である。
【０００４】
これらのことから、固結粘土層を泥土圧式シールド掘進機によって掘削する際に、発生する粘土塊を細かく破砕してから圧送ポンプによって搬送することを可能にした、回転破砕装置及びシールド掘進機が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２３３１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のシールド掘進機は、カッター板の回転によって掘削されてチャンバー（隔室）内に取り込まれた土砂を、スクリューコンベアによって排出し、圧送ポンプによってトンネル外部に圧送するシールド掘削機において、スクリューコンベアの排出口に回転破砕機の土砂投入口を取り付け、圧送ポンプの土砂投入口に回転破砕機の土砂排出口を取り付けたものである。また回転破砕機は、土砂投入口を有する破砕室と、該破砕室に配設され、複数列に破砕羽根が設けられた１本の回転軸と、回転軸を回転駆動する駆動手段と、回転軸の下方において、破砕羽根の各列の間を通過して回転軸に直交する方向に延在して設けられた複数の固定棒（簀子部）と、固定棒の下方に設けられた土砂排出口とを備えたものである。
【０００６】
特許文献１に記載のシールド掘進機によれば、スクリューコンベアによって排出されて土砂と共に破砕室に投入される粘土塊は、回転破砕機によって、例えば複数列に配列された破砕羽根の間を擦り抜けた粘土塊を固定棒で受け止めて固定し、次に回転してきた破砕羽根によって確実に破砕しつつ、固定棒間（簀子部）を通過できる程度の大きさに容易に破砕されることになる。これによって、土砂に含まれる粘土塊が圧送ポンプを閉塞するのを効果的に回避して、固結粘土層における泥土圧式シールド掘進機によるトンネル掘進の作業性を向上させることが可能になる。
【０００７】
一方、特許文献１に記載のシールド掘進機によれば、シールド掘進機が大口径のものになると、単位時間当りの掘削土砂の土量が増加することになるため、スクリューコンベアの径を大きくする必要がある。またスクリューコンベアの排出口に取り付けられる回転破砕機も大掛かりなものとする必要がある。回転破砕機が大掛かりなものになると、狭いシールド掘進機の内部において、スクリューコンベアの排出口の下方に取り付けられる回転破砕機が邪魔になって、セグメントの搬入・組立て作業やその他の作業に影響を及ぼし易くなることから、粘土塊を破砕するための破砕機構をよりコンパクトな形状にするための、さらなる改良が望まれている。
【０００８】
また、特許文献１に記載のシールド掘進機によれば、回転破砕機の破砕羽根が取り付けられた回転軸は、１本のみ設けられていて一方向にのみ回転するものであることから、例えば多量の粘土塊が一度に破砕室に送られてくると、破砕室において破砕羽根が粘土塊をスムーズに下方に巻き込めなくなる場合があり、例えば付着等を原因として回転軸の回転方向後方における破砕室の上部に粘土塊が残置されて、破砕室の上部を閉塞することも考えられる。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたものであり、泥土圧式シールド掘進機によって掘削された掘削土砂に含まれる粘土塊を小さく破砕してから圧送ポンプの等の搬送装置に送り出すことができると共に、コンパクトな形状とすることのできる破砕機構を備える破砕機構付きシールド掘進機を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、多量の粘土塊が一度に破砕室に送られてくる場合でも、破砕羽根によって粘土塊を順次スムーズに下方に巻き込みながら確実に破砕してゆくことのできる破砕機構を備える破砕機構付きシールド掘進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】
【００１１】
本発明は、先端のカッター板によって掘削した掘削土砂を後方の隔室に取り込んで充填し、充填した掘削土砂の土圧によって切羽面を安定させると共に、スクリューコンベアを介して前記隔室から掘削土砂を排出しながらトンネルの掘進を行う泥土圧式シールド掘進機において、掘削土砂に含まれる固結粘土の粘土塊を破砕する破砕機構を備えた破砕機構付きシールド掘進機であって、前記破砕機構は、上部にスクリューコンベアからの土砂投入口を備え、下部に土砂排出口を備える破砕室と、該破砕室の下部に設けられ、所定の間隔をおいて平行に配置された複数の固定ロッド状部材からなる簀子部と、該簀子部の上方に前記固定ロッド状部材と垂直な方向に平行に並べて配置され、軸方向に所定の間隔をおいて取り付けられた複数の破砕羽根を有する２本の回転軸部材とからなり、前記破砕羽根は、その回転軌跡の下端部が前記簀子部の隣接する固定ロッド状部材間の間隔部分を通過し、且つ２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根の回転軌跡が、軸方向から見て当該２本の回転軸部材の中間部分で重なり合うような位置関係で各回転軸部材に取り付けられている破砕機構付きシールド掘進機を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【００１２】
そして、本発明の破砕機構付きシールド掘進機によれば、前記２本の回転軸部材は、当該２本の回転軸部材によって挟まれる部分において破砕羽根が上方から下方に移動する方向に回転するようになっていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の破砕機構付きシールド掘進機によれば、前記固定ロッド状部材間の各間隔部分に前記２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根の回転軌跡の下端部が各々通過するように、前記２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根は、前記回転軸部材と垂直な同じ面内に各々配置されるようになっていることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明の破砕機構付きシールド掘進機によれば、前記２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根は、前記回転軸部材の軸方向の各取付け位置において、前記回転軸部材の周方向に所定の角度間隔で複数設けられていることが好ましい。
【００１５】
さらにまた、本発明の破砕機構付きシールド掘進機によれば、前記破砕室の土砂排出口に圧送ポンプの土砂投入口が接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の破砕機構付きシールド掘進機によれば、コンパクトな形状の破砕機構を用いて、泥土圧式シールド掘進機によって掘削された掘削土砂に含まれる粘土塊を小さく破砕してから圧送ポンプ等の搬送装置に送り出すことができる。また、２本の回転軸部材を、当該２本の回転軸部材によって挟まれる部分において破砕羽根が上方から下方に移動する方向に回転するようにすれば、多量の粘土塊が一度に破砕室に送られてくる場合でも、破砕羽根によって粘土塊を順次スムーズに下方に巻き込みながら確実に破砕してゆくことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好ましい一実施形態に係る破砕機構付きシールド掘進機１０は、図１に示すような泥土圧式シールド掘進機において、スクリューコンベア１１の後端部分の下方に、これの土砂排出口１１ａと連設して、後述する粘土塊の破砕機構１２を、搬送装置としての圧送ポンプ２３との間に介在して設置することによって構成される。
【００１８】
本実施形態によれば、泥土圧式シールド掘進機は、例えば直径が５５００ｍｍ程度の大きさのシールドトンネルを地中に構築してゆくためのトンネル掘進機であって、例えば７５００ｍｍ程度の長さの外郭体（スキンプレート）１３の内部に、セグメント組立て用のエレクタ１４、シールドジャッキ１５、中折ジャッキ１６、スクリューコンベア１１、カッター回転駆動モータ１７等を備えた公知のものである。また外郭体１３の先端部分には、隔壁１８によってこれの後方部分との間を区画された隔室１９が設けられ、隔室１９の先端面を覆うように配置されてカッター板２０が回転可能に取り付けられている。
【００１９】
そして、泥土圧式シールド掘進機は、外郭体１３の後部でセグメント２１をリング状に組み立てて前方に連設してゆくと共に、最先端に設置されたセグメント２１から掘進反力を得て、シールドジャッキ１５や中折ジャッキ１６によって外郭体１３を前方に押し出すようにしつつ、カッター板２０を回転駆動して地山の切羽面を切削（掘削）しながら外郭体１３を前進させることにより、外郭体１３の後方にセグメント２１によるトンネル覆工体を順次連続して構築して行くトンネル掘進機である。またカッター板２０によって掘削された掘削土砂は、カッター板２０に開口形成された土砂取込み用のスリット（図示せず。）から隔室１９の内部に取り込まれ、適宜加泥材等を添加混合して攪拌されることにより、流動化された状態で隔室１９内に充填される。掘削土砂が隔室１９内に流動化された状態で充填されることにより、掘削土砂によってトンネルの切羽面をバランス良く押え付けつつ、掘削土砂をスクリューコンベア１１を介して隔室１９から容易に連続排出することが可能になる。
【００２０】
本実施形態によれば、泥土圧式シールド掘進機によって掘削される地山の土質は、例えば一軸圧縮強度が５〜１０Ｎ／ｍｍ2程度の固結粘土層となっており、隔室１９には、掘削作業に伴なって、例えば２００〜４００ｍｍ程度の大きさの固結粘土の粘土塊が掘削土砂と共に取り込まれる場合がある。隔室１９内に取り込まれた粘土塊は、流動化されることなく塊のまま、所定のピッチで配設されたスクリューコンベア１１の螺旋状の羽根２２の間の隙間を介して送り出される場合があり、掘削土砂と共に排出された粘土塊を圧送ポンプ２３によって搬送しようとすると、これらの粘土塊によって圧送ポンプ２３が閉塞されて、搬送作業が困難になる。本実施形態の破砕機構付きシールド掘進機１０では、上述のように、スクリューコンベア１１の土砂排出口１１ａと連設して圧送ポンプ２３との間に破砕機構１２が設けられていることにより、掘削土砂に含まれる粘土塊を小さく破砕してから圧送ポンプ２３に送り出すことが可能になり、圧送ポンプ２３が閉塞するのを効果的に回避できるうようにするものである。
【００２１】
そして、本実施形態の破砕機構付きシールド掘進機１０は、先端のカッター板２０によって掘削した掘削土砂を後方の隔室１９に取り込んで充填し、充填した掘削土砂の土圧によって切羽面を安定させると共に、スクリューコンベア１１を介して隔室１９から掘削土砂を排出しながらトンネルの掘進を行う泥土圧式シールド掘進機において、掘削土砂に含まれる固結粘土の粘土塊を破砕する破砕機構１２を備えており、この破砕機構１２は、図２〜４に示すように、上部にスクリューコンベア１１からの土砂投入口２４ａを備え、下部に土砂排出口２４ｂを備える破砕室２４と、この破砕室２４の下部における土砂排出口２４ｂの上方に設けられ、所定の間隔をおいて平行に配置された複数の固定ロッド状部材２７からなる簀子部２８と、この簀子部２８の上方に固定ロッド状部材２７と垂直な方向に平行に並べて配置され、軸方向に所定の間隔をおいて取り付けられた複数の破砕羽根２９を有する２本の回転軸部材３０とによって構成されている。また破砕羽根２９は、その回転軌跡３１（図４参照）の下端部が簀子部２８の隣接する固定ロッド状部材２７間の間隔部分を通過し、且つ２本の回転軸部材３０に取り付けられた破砕羽根２９の回転軌跡３１が、軸方向から見て当該２本の回転軸部材３０の中間部分で重なり合うような位置関係で各回転軸部材３０に取り付けられている。
【００２２】
また、本実施形態によれば、２本の回転軸部材３０は、当該２本の回転軸部材３０よって挟まれる部分において破砕羽根２９が上方から下方に移動する方向Ｘ（図４参照）に回転するようになっている。
【００２３】
さらに、本実施形態によれば、固定ロッド状部材２７間の各間隔部分に２本の回転軸部材３０に取り付けられた破砕羽根２９の回転軌跡３１の下端部が各々通過するように、２本の回転軸部材３０に取り付けられた破砕羽根２９は、回転軸部材３０と垂直な同じ面内に各々配置されている。
【００２４】
さらにまた、２本の回転軸部材３０に取り付けられた破砕羽根２９は、回転軸部材３０の軸方向の各取付け位置において、回転軸部材３０の周方向に所定の角度間隔（本実施形態では１８０度間隔）で複数（本実施形態では２本）設けられている。
【００２５】
本実施形態の破砕機構１２を構成する破砕室２４は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、天面部２５ａと、底面部２５ｂと、４方の側壁部２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ（図２〜図４参照）とからなる、平面矩形形状の中空箱体として形成される。平面矩形形状の破砕室２４の短辺側の一方の側壁部２５ｃには、中空六面体形状の駆動室３２が連設一体化されて設けられている。駆動室３２には、ギア機構等によって連結された２体の回転駆動装置３３が並べて設置されている（図３参照）。これらの回転駆動装置３３は、駆動室３２の外側に連結された油圧モータ３４と接続しており、この油圧モータ３４の駆動力によって、回転駆動装置３３に一端が係止固定されて破砕室２４の内部に回転可能に配置された２本の回転軸部材３０を、同期させつつ上述の所定の回転方向Ｘに回転駆動させることができるようになっている。
【００２６】
すなわち、駆動室３２に収容された２体の回転駆動装置３３は、破砕室２４の短辺側の一方の側壁部２５ｃを貫通して、そのチャック部３３ａが破砕室２４に各々突出して配置されており、これらのチャック部３３ａに一端を挿入して係止固定すると共に、破砕室２４の短辺側の他方の側壁部２５ｄに設けた回転支持台２６に他端を回転可能に支持させることにより、一対の回転軸部材３０は、破砕室２４の内部において、所定の回転方向Ｘに所定の回転速度で同期しながら回転できるようになっている。
【００２７】
本実施形態によれば、破砕室２４の天面部２５ａは、当該破砕室２４の天面を覆う投入口取合いフランジ板３６と点検口取合いフランジ板３７とを斜めに突き合わせるように配置して構成されている。投入口取合いフランジ板３６は、図２（ｂ）に示すように、内側が略正方形に開口する土砂投入口２４ａとなった矩形枠状のプレート部材であって、土砂投入口２４ａの外側の枠部分には、多数のボルト孔３６ａが穿孔形成されている。これらのボルト孔３６ａを介して固定ボルトを締着することにより、スクリューコンベア１１の土砂排出口１１ａの周縁部分に投入口取合いフランジ板３６を密着させつつ、粘土破砕機構１２がスクリューコンベア１１の後端部下方に固定される。また投入口取合いフランジ板３６の内側の土砂投入口２４ａは、スクリューコンベア１１の土砂排出口１１ａと連通する。
【００２８】
点検口取合いフランジ板３７は、投入口取合いフランジ板３６よりも長さの短い、内側が横長長方形の点検用開口部３７ａとなった横長矩形枠状のプレート部材であって、点検用開口部３７ａを開閉可能に覆う蓋部材３８が設けられている。必要に応じて蓋部材３８を適宜開放して破砕室２６の内部を点検用開口部３７ａから点検することができるようになっており、また例えば破砕が困難な礫等がスクリューコンベア１１から破砕室２６に投入された場合に、点検用開口部３７ａからこれらを除去することができるようになっている。
【００２９】
本実施形態によれば、破砕室２４の底面部２５ｂは、当該破砕室２４の底面を覆う排出口取合いフランジ板３９を配置して構成されている。排出口取合いフランジ板３９は、図２（ｃ）に示すように、内側が略正方形に開口する土砂排出口２４ｂとなった矩形枠状のプレート部材であって、土砂排出口２４ｂの外側の枠部分には、多数のボルト孔３９ａが穿孔形成されている。これらのボルト孔３９ａを介して固定ボルトを締着することにより、排出口取合いフランジ板３９に圧送ポンプ２３の土砂投入口２３ａの周縁部分を密着させつつ、圧送ポンプ２３が粘土破砕機構１２の下方に固定される。また排出口取合いフランジ板３９の内側の土砂排出口２４ｂは、圧送ポンプ２３の土砂投入口２３ａと連通する。
【００３０】
そして、本実施形態によれば、破砕室２４の下部における土砂排出口２４ｂの上方には、平行に配置された複数の固定ロッド状部材２７からなる簀子部２８が設けられている（図２〜図４の斜線部参照）。本実施形態では、簀子部２８を構成する固定ロッド状部材２７は、下半部分が先細りの形状となった、幅３０ｍｍ程度、高さ１２０ｍｍ程度の縦長矩形断面形状を備える棒状部材であって、両端が破砕室２４の長辺側の一対の対向する側壁部２５ｅ，２５ｆに支持固定されることにより、２本の回転軸部材３０と垂直に延設して取付けられている。
【００３１】
また、本実施形態では、例えば９本の固定ロッド状部材２７が、例えば９０ｍｍ程度のピッチで平行に配置されて簀子部２８を形成していると共に、各隣接する固定ロッド状部材２７の間には、例えば６０ｍｍ程度の間隔部分が保持されることになる。各隣接する固定ロッド状部材２７間の８箇所の間隔部分には、２本の回転軸部材３０に取り付けられた各破砕羽根２９の回転軌跡３１の下端部が各々通過することになる。これらの間隔部分を介して、スクリューコンベア１１から破砕室２４に投入された掘削土砂が圧送ポンプ２３に送り出されることから、これらの間隔部分の幅によって、破砕機構１２によって破砕された後に通過する粘土塊の大きさが決められることになる。なお、各隣接する固定ロッド状部材２７間の間隔部分の幅を調整することによって、破砕された後に圧送ポンプ２３に送り出される粘土塊の大きさが所定の大きさとなるように適宜調整することが可能になる。
【００３２】
簀子部２８の上方に平行に並べて配置された２本の回転軸部材３０に各々取付けられる破砕羽根２９は、各回転軸部材３０において、簀子部２８の隣接する固定ロッド状部材２７間の８箇所の間隔部分に対応させた軸方向の８箇所の所定の位置に、径方向外方に突出して設けられている。本実施形態によれば、破砕羽根２９は、図５に示すように、装着固定部４０を挟んだ両側に一対の破砕羽根２９を一体として連接した破砕ピース４１を、装着固定部４０を介して回転軸部材３０の軸方向の８箇所の所定の位置に各々挿通固定することにより、回転軸部材３０に取り付けられる。これによって破砕羽根２９は、各軸方向の位置において、回転軸部材３０の周方向に１８０度の角度間隔をおいて背向した状態で各々一対設けられることになる。なお、各破砕羽根２９の回転方向Ｘ側の先端側角部分には超硬チップ４２が取り付られており、各破砕羽根２９の磨耗や破損を効果的に抑制できるようになっている。
【００３３】
また、本実施形態によれば、各破砕ピース４１における装着固定部４０の中心から破砕羽根２９の先端までの長さは、例えば２３０ｍｍ程度となっており、例えば４００ｍｍ程度の中心間距離で配置された２本の回転軸部材３０の当該中心間距離の１／２の長さよりも長くなっている。また、例えば１１０ｍｍ程度に設定された、回転軸部材３０の中心と簀子部２８を構成する固定ロッド状部材２７の天面との間の長さよりも長くなっている。これらによって、破砕羽根２９の回転軌跡３１は、軸方向から見て２本の回転軸部材３０の中間部分で重なり合うと共に、回転軌跡３１の下端部分が隣接する固定ロッド状部材２７間の間隔部分を通過することになる。
【００３４】
さらに、本実施形態によれば、２本の回転軸部材３０における８箇所の軸方向の位置に各々取付けられる破砕ピース４１（破砕羽根２９）は、軸方向に隣接する破砕ピース４１（破砕羽根２９）の間で例えば周方向に６０度づつ角度をずらせて取り付けられている。また軸方向の同じ位置で２本の回転軸部材３０に各々取付けられて同じ面内を回転軌跡３１が通過する各一対の破砕ピース４１（破砕羽根２９）は、例えば周方向に９０度角度をずらせて取り付けられている。
【００３５】
破砕ピース４１（破砕羽根２９）が軸方向に隣接する位置で周方向に角度をずらせて取り付けられていることにより、粘土塊を分散させながら各破砕羽根２９によって効率良く破砕してゆくことが可能になる。また、破砕ピース４１（破砕羽根２９）が軸方向と垂直な同じ面内で２本の回転軸部材３０の周方向に角度をずらせて取り付けられていることにより、これらの回転軌跡３１が２本の回転軸部材３０の中間部分で重なり合っていても、破砕ピース４１（破砕羽根２９）は互いに干渉することなく回転することが可能になる。また２本の回転軸部材３０に取り付けた破砕羽根２９が、各々の回転軌跡３１が重なり合う箇所において同一の位置を通過するので、いわゆる２度切りの作用によって、さらに確実且つ効果的に粘土塊を破砕してゆくことが可能になる。
【００３６】
上述のような構成を備える破砕機構１２は、駆動室３２や油圧モータ３４等を含めた全体の形状が、例えば長さが２１００ｍｍ、幅が９２０ｍｍ、高さが６８０ｍｍ程度の大きさの、コンパクトな形状を備えると共に、泥土圧式シールド掘進機のスクリューコンベア１１の土砂排出口１１ａと圧送ポンプ２３の土砂投入口２３ａとの間に介在して取り付けられて、本実施形態の破砕機構付きシールド掘進機１０を構成することになる。
【００３７】
そして、本実施形態の破砕機構付きシールド掘進機１０によれば、コンパクトな形状の破砕機構１２を用いて、泥土圧式シールド掘進機によって掘削された掘削土砂に含まれる粘土塊を小さく破砕してから圧送ポンプ２３に送り出すことができ、これによって大きな粘土塊によって圧送ポンプ２３が閉塞するのを効果的に回避することが可能になる。
【００３８】
すなわち、本実施形態によれば、破砕機構１２は、土砂投入口２４ａ及び土砂排出口２４ｂを備える破砕室２４と、平行に配置された複数の固定ロッド状部材２７による簀子部２８と、簀子部２８の上方に固定ロッド状部材２７と垂直な方向に平行に並べて配置された複数の破砕羽根２９を有する２本の回転軸部材３０とからなり、破砕羽根２９は、その回転軌跡３１の下端部が簀子部２８の隣接する固定ロッド状部材２７間の間隔部分を通過し、且つ２本の回転軸部材３０に取り付けられた破砕羽根２９の回転軌跡３１が、軸方向から見て中間部分で重なり合うような位置関係で取り付けられているので、破砕羽根を取り付けた回転軸が１本のみ設けられている従来の回転破砕機と比較して、同等の破砕能力を担保したまま破砕羽根２９の回転半径を小さくすることによって、破砕機構１２の高さを低く抑えることが可能になり、これによって破砕機構１２を取り付けたスクリューコンベア１１の下方に相当の作業空間を確保して、シールド掘進機の内部における、セグメントの搬入・組立て作業やその他の作業を効率良く行うことを可能にする。
【００３９】
また、本実施形態の破砕機構付きシールド掘進機１０によれば、破砕羽根２９が取り付けられた２本の回転軸部材３０は、当該２本の回転軸部材３０よって挟まれる部分において破砕羽根２９が上方から下方に移動する方向Ｘに回転するようになっているので、破砕される方向に粘土塊を順次送り出しつつ破砕して行くことが可能になり、これによって多量の粘土塊が一度に破砕室２４に送られてくる場合でも、破砕羽根２９によって粘土塊を順次スムーズに下方に巻き込みながら、例えば粘土塊を破砕室２４の上部に付着させたままにすることなく、確実に破砕してゆくことが可能になる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、２本の回転軸部材は、これらに挟まれる部分において破砕羽根が上方から下方に移動する方向に回転させる必要は必ずしもなく、また２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根を、回転軸部材と垂直な同じ面内に各々配置する必要は必ずしもない。さらに、回転軸部材の各軸方向の位置において、破砕羽根を周方向に１８０度の角度間隔をおいて一対設ける必要は必ずしもなく、各軸方向の位置おいて一枚のみ又は３枚以上径方向外方に突出させて設けることもできる。
【００４１】
さらにまた、破砕室の土砂排出口に圧送ポンプの土砂投入口を接続して、破砕した粘土塊を含む掘削土砂を圧送ポンプによって搬送する必要は必ずしもなく、例えばズリトロを搬送装置として掘削土砂を搬送する場合にも適用することができる。ズリトロを搬送装置として用いる場合でも、粘土塊を小さく破砕して均一な状態にしてから搬送することにより、搬送土砂のフケ率を減少させて、余分な搬送能力を必要とすることがなくなり、また正確な掘削土砂の管理を行うことも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の好ましい一実施形態に係る破砕機構付きシールド掘進機の構成を説明する略示縦断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の好ましい一実施形態に係る破砕機構付きシールド掘進機に取り付けられる破砕機構の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａに沿った上面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂに沿った底面図である。
【図３】本発明の好ましい一実施形態に係る破砕機構付きシールド掘進機に取り付けられる破砕機構の、図２（ａ）のＣ−Ｃに沿った平断面図である。
【図４】本発明の好ましい一実施形態に係る破砕機構付きシールド掘進機に取り付けられる破砕機構の、図３のＤ−Ｄに沿った横断面図である。
【図５】一対の破砕羽根を含む破砕ピースの正面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 破砕機構付きシールド掘進機
１１ スクリューコンベア
１２ 破砕機構
１３ 外郭体（スキンプレート）
１８ 隔壁
１９ 隔室
２０ カッター板
２１ セグメント
２２ スクリューコンベアの螺旋状の羽根
２３ 圧送ポンプ
２４ 破砕室
２４ａ 破砕室の土砂投入口
２４ｂ 破砕室の土砂排出口
２５ａ 破砕室の天面部
２５ｂ 破砕室の底面部
２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ 破砕室の側壁部
２７ 固定ロッド状部材
２８ 簀子部
２９ 破砕羽根
３０ 回転軸部材
３１ 破砕羽根の回転軌跡
３３ 回転駆動装置
３４ 油圧モータ
３６ 投入口取合いフランジ板
３７ 点検口取合いフランジ板
３９ 排出口取合いフランジ板
４０ 破砕ピースの装着固定部
４１ 破砕ピース
４２ 超硬チップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端のカッター板によって掘削した掘削土砂を後方の隔室に取り込んで充填し、充填した掘削土砂の土圧によって切羽面を安定させると共に、スクリューコンベアを介して前記隔室から掘削土砂を排出しながらトンネルの掘進を行う泥土圧式シールド掘進機において、掘削土砂に含まれる固結粘土の粘土塊を破砕する破砕機構を備えた破砕機構付きシールド掘進機であって、
前記破砕機構は、上部にスクリューコンベアからの土砂投入口を備え、下部に土砂排出口を備える破砕室と、該破砕室の下部に設けられ、所定の間隔をおいて平行に配置された複数の固定ロッド状部材からなる簀子部と、該簀子部の上方に前記固定ロッド状部材と垂直な方向に平行に並べて配置され、軸方向に所定の間隔をおいて取り付けられた複数の破砕羽根を有する２本の回転軸部材とからなり、
前記破砕羽根は、その回転軌跡の下端部が前記簀子部の隣接する固定ロッド状部材間の間隔部分を通過し、且つ２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根の回転軌跡が、軸方向から見て当該２本の回転軸部材の中間部分で重なり合うような位置関係で各回転軸部材に取り付けられている破砕機構付きシールド掘進機。
【請求項２】
前記２本の回転軸部材は、当該２本の回転軸部材によって挟まれる部分において破砕羽根が上方から下方に移動する方向に回転する請求項１に記載の破砕機構付きシールド掘進機。
【請求項３】
前記固定ロッド状部材間の各間隔部分に前記２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根の回転軌跡の下端部が各々通過するように、前記２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根は、前記回転軸部材と垂直な同じ面内に各々配置される請求項１又は２に記載の破砕機構付きシールド掘進機。
【請求項４】
前記２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根は、前記回転軸部材の軸方向の各取付け位置において、前記回転軸部材の周方向に所定の角度間隔で複数設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の破砕機構付きシールド掘進機。
【請求項５】
前記破砕室の土砂排出口に圧送ポンプの土砂投入口が接続されている請求項１〜４のいずれかに記載の破砕機構付きシールド掘進機。
【請求項１】
先端のカッター板によって掘削した掘削土砂を後方の隔室に取り込んで充填し、充填した掘削土砂の土圧によって切羽面を安定させると共に、スクリューコンベアを介して前記隔室から掘削土砂を排出しながらトンネルの掘進を行う泥土圧式シールド掘進機において、掘削土砂に含まれる固結粘土の粘土塊を破砕する破砕機構を備えた破砕機構付きシールド掘進機であって、
前記破砕機構は、上部にスクリューコンベアからの土砂投入口を備え、下部に土砂排出口を備える破砕室と、該破砕室の下部に設けられ、所定の間隔をおいて平行に配置された複数の固定ロッド状部材からなる簀子部と、該簀子部の上方に前記固定ロッド状部材と垂直な方向に平行に並べて配置され、軸方向に所定の間隔をおいて取り付けられた複数の破砕羽根を有する２本の回転軸部材とからなり、
前記破砕羽根は、その回転軌跡の下端部が前記簀子部の隣接する固定ロッド状部材間の間隔部分を通過し、且つ２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根の回転軌跡が、軸方向から見て当該２本の回転軸部材の中間部分で重なり合うような位置関係で各回転軸部材に取り付けられている破砕機構付きシールド掘進機。
【請求項２】
前記２本の回転軸部材は、当該２本の回転軸部材によって挟まれる部分において破砕羽根が上方から下方に移動する方向に回転する請求項１に記載の破砕機構付きシールド掘進機。
【請求項３】
前記固定ロッド状部材間の各間隔部分に前記２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根の回転軌跡の下端部が各々通過するように、前記２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根は、前記回転軸部材と垂直な同じ面内に各々配置される請求項１又は２に記載の破砕機構付きシールド掘進機。
【請求項４】
前記２本の回転軸部材に取り付けられた破砕羽根は、前記回転軸部材の軸方向の各取付け位置において、前記回転軸部材の周方向に所定の角度間隔で複数設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の破砕機構付きシールド掘進機。
【請求項５】
前記破砕室の土砂排出口に圧送ポンプの土砂投入口が接続されている請求項１〜４のいずれかに記載の破砕機構付きシールド掘進機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２９９７５９（Ｐ２００６−２９９７５９Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２７１４４（Ｐ２００５−１２７１４４）
【出願日】平成１７年４月２５日（２００５．４．２５）
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２５日（２００５．４．２５）
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]