立坑掘削機における掘削ズリ排出装置
【課題】立坑を掘削するトンネル掘削機において、カッタ板によって掘削されたズリを該カッタ板の背面上の中央部に円滑且つ確実に集積させて上方への排出処理を能率よく行えるようにする。する。
【解決手段】切羽を掘削する多数のカッタビット３とズリ取込み開口部２を備えた逆截頭円錐形状に形成されているカッタ板１において、このカッタ板１の外周端部の上方に高圧水噴射ノズル７を配設し、カッタ板１の回転によってこの高圧水噴射ノズル７の下方を通過するカッタ板背面上の掘削ズリを、該噴射ノズル７から噴出する高圧水によって順次、カッタ板１の回転中心部に向かって押し進め、その中心部上の集積部５に集積させたのち、この集積部５に吸込口８ｂを臨ませている排出管８に吸入、排除させるように構成している。
【解決手段】切羽を掘削する多数のカッタビット３とズリ取込み開口部２を備えた逆截頭円錐形状に形成されているカッタ板１において、このカッタ板１の外周端部の上方に高圧水噴射ノズル７を配設し、カッタ板１の回転によってこの高圧水噴射ノズル７の下方を通過するカッタ板背面上の掘削ズリを、該噴射ノズル７から噴出する高圧水によって順次、カッタ板１の回転中心部に向かって押し進め、その中心部上の集積部５に集積させたのち、この集積部５に吸込口８ｂを臨ませている排出管８に吸入、排除させるように構成している。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地下深層部に石油貯蔵所や放射性廃棄物の貯留所等の地下構造物を築造する際に、所定の深さまで垂直な立坑を掘削するのに適した立坑掘削機における掘削ズリ排出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、立坑を所定深さまで掘削する手段として、小径の立坑の場合には先端に掘削ビットを装着しているバケットを使用して行い、大径の立坑の場合には発破によって掘り下げていくことが一般に行われているが、いずれの掘削手段においても、所定径の立坑を正確に且つ能率よく掘削することが困難である。このため、近年、岩盤トンネル掘削機（ＴＢＭ）を用いてこのトンネル掘削機のカッタ板を直下方向に向けた状態にして立坑を掘削することが実施されている。
【０００３】
このトンネル掘削機は、ケーシングに外方に向けて装着されているグリッパを坑壁に圧着させることにより掘削機本体を保持すると共にカッタ板を掘削地盤に押し付けながら、該カッタ板によって下方の地盤を掘削し、掘削したズリを吸引管を通じて上方に排出するように構成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６２−６３７９８号公報（第２〜３頁、第１図）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記トンネル掘削機によれば、カッタ板によって掘削されたズリは一個所に集合することなくカッタ板の全面に拡散した状態となるので、下端開口部がカッタ板の上面中心部に臨ませている上記吸引管によって全ての掘削ズリを効率よく吸引排除することが極めて困難である。
【０００６】
このため、例えば、特開平９−１１２１８２号公報に記載されているように、カッタ板の前面（下面）に、該カッタ板によって掘削されたズリを外周方向に案内する掻き寄せ板を突設すると共に外周端部にこの掻き寄せ板によって掻き寄せられた掘削ズリをカッタ板上に取り込む取り込み口を設け、この取り込み口に取り込まれた掘削ズリをカッタ板の背面外周部に設けているスライド板によってカッタ板の背面中央部にまで案内し、該中央部に開口下端を臨ませているスクリューコンベアによってズリを上方に排出するように構成した斜坑掘削機が知られている。
【０００７】
この斜坑掘削機によれば、掘削ズリを一旦、カッタ板の外周端部にまで掻き寄せたのち、外周端部に設けている取り込み口からスライド板上に送り込み、該スライド板の傾斜角度によって、掘削ズリをカッタ板の背面中央部にスライドさせるように構成しているため、カッタ板の半径方向に長いズリ取り込み開口部を設けているスポークタイプのカッタ板には採用することができないばかりでなく、上下面が略平坦な円板形状のカッタ板を設けている立坑掘削機に対してはカッタ板の背面が全面的に水平状に形成されているために、例え、該カッタ板の外周端部にズリ取り込み口が設けられていても、その取り込み口からカッタ板の背面中央に向かってスライド板を斜め下方に傾斜させた状態で配設することは実質的に不可能である。
【０００８】
また、立坑掘削機のカッタ板として、外周端から中央部に向かって斜め下方に傾斜した逆截頭円錐形状に形成されているカッタ板を採用している場合には、このカッタ板の傾斜した背面に上記スライド板を外周端側から中央部に向かって斜め下方に傾斜させた状態で配設することができるが、該スライド板の傾斜角度がカッタ板の外周端から中央部に向かう傾斜角度よりも緩い角度でしか配設することがきないために、カッタ板の外周端部に設けているズリ取り込み口から上記スライド板の傾斜上端部上に取り入れた掘削ズリをその傾斜面によってはカッタ板の中央部に向かってスライドさせることが困難であり、立坑掘削機における掘削ズリ排出手段としては適さないという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ズリ取込み開口部を通じてカッタ板の背面上に取り込まれた掘削ズリを該カッタ板の背面中央部に円滑且つ確実に集積させて能率よくズリの排出処理を可能にした立坑掘削機における掘削ズリ排出装置を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の立坑掘削機における掘削ズリの排出装置は請求項１に記載したように、複数のズリ取込み開口部を周方向に一定間隔毎に設けていると共に切羽面に面した前面に多数のカッタビットを突設しているカッタ板を回転させながら地盤を直下方向に掘削していく立坑掘削機において、カッタ板の背面側に該カッタ板の背面に沿って外周側から中央部に向かって高圧水を噴射して掘削ズリをカッタ板の背面中央部に集積させる噴射ノズルを配設していると共に、上記掘削ズリの集積部であるカッタ板の背面中央部上にズリ排出管の下端を臨ませてなる構造としている。
【００１１】
このように構成した立坑掘削機における掘削ズリの排出装置において、請求項２に係る発明は、上記カッタ板を、中央部から外周端に向かって斜め上方に傾斜した逆截頭円錐形状に形成し、その背面における中央凹部を掘削ズリの集積部に形成している一方、噴射ノズルをカッタ板の外周端部の上方における不動部にその噴射口をカッタ板の上記掘削ズリ集積部に向けた状態にして装着していることを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項３に係る発明は、上記噴射ノズルを少なくともカッタ板の外周端部の上方とカッタ板の半径方向の中間部上方との内外２個所に配設していることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、カッタ板における上記集積凹部の開口下端を臨ませている上記ズリ排出管は、掘削ズリを吸い上げる吸引排出管から構成していることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
立坑掘削機のカッタ板におけるカッタビットを突設している前面を下向きに向けた状態にしてこのカッタ板を回転させながら立坑掘削機を垂直下方に推進させることにより、岩盤地山等の地盤を切り下げ掘削していく。カッタビットによって掘削されたズリは、ズリ取込み開口部を通じてカッタ板の背面上に取り込まれると、この掘削ズリはカッタ板の背面側において、該カッタ板の外周側から中央部に向かって噴射する噴射ノズルからの高圧水により、強制的にカッタ板の背面中央部に集積され、この集積部に開口下端を臨ませているズリ排出管を通じて円滑に上方に排出される。
【００１５】
この際、カッタ板が平板円盤形状であっても、逆截頭円錐形状であっても、カッタ板の背面上に取り込まれる全ての掘削ズリを上記噴射ノズルからの高圧水によって迅速に且つ確実にカッタ板の背面中央部の集積部に集積させることができる。
【００１６】
さらに、噴射ノズルをカッタ板の背面外周端部に装着するのではなく、カッタ板の外周端部の上方における不動部にその噴射口をカッタ板の上記掘削ズリ集積凹部に向けた状態にして装着しておくことによって、カッタ板背面上に取り込まれている掘削ズリがカッタ板の回転に従って該噴射ノズルの下方を通過する際に、この噴射ノズルからの高圧水によって順次、カッタ板の背面中央部の集積部に向かって押し進められる。従って、カッタ板の背面に、このカッタ板の回転中心回りに該カッタ板と一体的に回転する複数本の噴射ノズルを周方向に小間隔毎に配設しておく必要はなく、１本ないしは２、３本の噴射ノズルをカッタ板の外周部上方に固定的に装着しておくといった簡単な構成によってカッタ板の背面上の全ての掘削ズリを集積部に集積させることができる。
【００１７】
また、上記噴射ノズルをカッタ板の外周端部の上方とカッタ板の半径方向の中間部上方との２個所に配設しておくことにより、カッタ板が大径であっても該カッタ板の背面に取り込まれた掘削ズリを、まず、外側の噴射ノズルから噴射する高圧水によってカッタ板の中央部に向かって該カッタ板の半径方向の中間部にまで押し進めたのち、内側の噴射ノズルから噴射する高圧水によって該中間部から掘削ズリを引き続いて連続的に且つ円滑に中央部の上記集積部に向かって押し進めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１は立坑掘削機の簡略縦断面図であって、この立坑掘削機の本体である筒状胴体１１は垂直状に配設されてその下端開口部にカッタ板１を回転自在に支持している。このカッタ板１は図２、図３に示すように、その回転中心部から外周端に向かって複数本のスポーク１ａ、１ａ、１ａ・・を周方向に一定の角度間隔毎に放射状に設けて隣接するスポーク１ａ、１ａ間に切羽面Ａに面している前面（下面）から機内に連通するズリ取込み開口部２を形成している。なお、上記全てのスポーク１ａの外周端面はカッタ板１の外周縁部を形成しているリング部材１ｂに、周方向に一定間隔毎に一体に固着している。
【００１９】
上記全てのスポーク１ａには、長さ方向に一定間隔毎にローラビットからなるカッタビット３を装着していると共にリング部材１ｂにもスポーク１ａの外端取付部分にローラビットからなるカッタビット３を装着している。これらのカッタビット３は、その外周部の一部をスポーク１ａやリング部材１ｂの下面、即ち、切羽面Ａに面しているカッタ板１の下面（前面）から下方に突出させた状態にして岩盤を切削するように構成している。なお、カッタビット３が上述したようにローラビットからなる場合には、その回転方向をカッタ板１の回転方向と一致するようにスポーク１ａやリング部材１ｂに回転自在に軸支させているが、ローラビット以外の掘削ビットをカッタ板１の下面から下方に突出させておいてもよい。
【００２０】
さらに、上記各ズリ取込み開口部２におけるカッタ板１の回転方向に面した側端縁、即ち、各スポーク１ａにおけるカッタ板１の回転方向に面した側端縁に、カッタ板１によって掘削されるズリをカッタ板１の回転に従って該カッタ板１の外周端側から内周端側に向かって掻き寄せながら上記ズリ取込み開口部２を通じてカッタ板１の背面側、即ち、機内に面した上面側に掻き上げるスクレーパ４を取付けている。
【００２１】
このように、カッタ板１の回転に従ってスクレーパ４により掘削ズリをカッタ板１の外周端側から内周端側に向かって掻き寄せながら機内、即ち、カッタ板１の背面上に掻き上げるように構成するには、上記各スポーク１ａにおけるカッタ板１の回転方向に面した側端縁を、カッタ板１の上記回転中心部に連設している内周端からリング部材１ｂに連設している外周端に向かってカッタ板１の回転方向に傾斜させ、この傾斜側端縁に沿って長方形板状に形成されているスクレーパ４の幅方向の上半部を固着し、且つ、切羽面Ａ側に向かって突設している下端縁部から上端縁部に向かってズリを機内に掻き入れる方向、即ち、カッタ板１の回転方向に対して逆方向に傾斜させた構造としている。なお、カッタ板１の下面から下方に突出したこのスクレーパ４の突出幅は上記ローラビット３のスポーク１ａからの突出寸法に略等しいか、僅かに短い寸法に形成している。
【００２２】
このスクレーパ４は、一定厚みを有する矩形状の短片を複数枚、スポーク１ａの側端縁に順次、並列状態に接続させながらボルト等の適宜な固着具によって固着することにより細幅の長方形板状に形成されてあり、スポーク１ａから切羽面Ａに向かって突設している下端側の長辺縁部（先端縁部）をズリ掻取り刃に形成していると共にこのズリ掻取り刃からスポーク１ａの側端縁に固着している上端縁に向かって上述したようにカッタ板１の反回転方向に傾斜させて、カッタ板１の回転に従ってこのスクレーパ４により掘削ズリを機内に向かって掻き上げるように構成しているものである。
【００２３】
上記各スポーク１ａは、カッタ板１の回転中心部から外周端に向かって水平状に突設させることによりカッタ板１を円形平板形状に形成しておいてもよく、また、カッタ板１の回転中心部から外周端に向かって緩やかな円弧状に湾曲させて下向きドーム形状のカッタ板１に形成しておいてもよいが、図１に示すカッタ板１においては、各スポーク１ａをカッタ板１の回転中心部である中央部から外周端に向かって上方に向かって緩やかに傾斜させて、カッタ板１をその回転中心部である平坦な中央部から外周端に向かって斜め上方に傾斜した逆截頭円錐形状に形成し、その背面（上面）における中央部を掘削ズリの集積部５に形成していると共に、該集積部５の平坦な前面（下面）にセンタービットとして複数個のローラビットからなるカッタビット３ａを装着している。
【００２４】
また、カッタ板１を構成している上記各スポーク１ａの背面には、図３に示すように、上記スクレーパ４を装着している一側端縁に対して反対側の他側端縁に沿って一定高さのズリガイド６を突設してあり、このズリガイド６の外端部をスクレーパ４を装着させている上記一側端縁の外端部に向かって円弧状に湾曲させてスポーク１ａの外周端上を幅方向に横断し、その外端をスクレーパ４の外周端面に当接させている。従って、スクレーパ４によりカッタ板１内に掻き上げられたズリをこのズリガイド６によってズリ取込み開口部２から再び切羽面Ａ側に落下するのを阻止しながらスポーク１ａの背面上（上面上）を上記集積部５に向かって寄せ集めることができるように形成している。
【００２５】
さらに、カッタ板１の背面における外周端部の上方に図１、図３に示すように噴射口をカッタ板１の外周端側から集積部５に向けて開口させている噴射ノズル７を配設してあり、この噴射ノズル７から高圧水を該カッタ板１の背面上に沿って外周端側から上記集積部５に向かって噴射させてカッタ板１の背面上の掘削ズリをカッタ板１の集積部５に押し進めるように構成している。このような噴射ノズル７は、カッタ板１が小径の場合には該カッタ板１の背面における外周端部の上方にのみ配設しておいてもよいが、カッタ板１が大径の場合には、この噴射ノズルを外側噴射ノズル７とし、カッタ板１の半径方向の中間部上方にも内側噴射ノズル７ａとしてその噴射口を集積部５に向けた開口させた状態にして配設している。
【００２６】
これらの噴射ノズル７、７ａは、カッタ板１の上方において、カッタ板１と一体的に回転することのない不動部に配設されている。具体的には、カッタ板１の中央部の上方から半径方向に突設している後述する固定フレーム２４の外端部と中間部とにそれぞれ固定的に装着されてあり、さらに、カッタ板１の回転方向に対して外側の噴射ノズル７からの高圧水がカッタ板１の背面に取り込まれた掘削ズリに先に作用するように、内側噴射ノズル７ａを外側噴射ノズル７から一つのズリ取込み開口部２を介して斜め前方位置に配設している。
【００２７】
カッタ板１を下端開口部に回転自在に配設している立坑掘削機の上記筒状胴体１１は、図１R>１に示すように互いに屈折自在に連結した下側胴体１１ａ と上側胴体１１ｂとからなり、下側胴体１１ａ に隔壁１２を設けてこの隔壁１２の下面に下方に向けて突設している固定円筒壁体１３の下端部内周面に上記カッタ板１の外周端から内周に向かって突設している複数本のアーム部材１ｃの内端に固着した環部材１ｄを回転自在に支持させ、この環部材１ｄの内周面に形成しているラック１４に、隔壁１２の上面に設置している駆動モータ１５の回転軸に固着したピニオン１６を噛合させて、駆動モータ１５によりカッタ板１を回転させるように構成している。
【００２８】
さらに、下側胴体１１ａ の下端部と上側胴体１１ｂ には掘削地盤に圧着して立坑掘削機を支持する複数個のフロントグリッパ１８とリアグリッパ１９を配設してあり、これらのグリッパ１８、１９はそれぞれ油圧ジャッキによって内外径方向に伸縮して掘削地盤に対して圧着、離脱するように構成していると共に、上側胴体１１ｂ の内周面には、周方向に一定間隔毎に複数本の推進ジャッキ２０を装着し、これらの推進ジャッキ２０のロッドを上側胴体１１ｂ の上端から上方に向かって伸縮自在にして掘削された立坑Ｔの内周面に施工される覆工セグメントＳの下端面に当接させ、該セグメントＳに推進反力を支持させるように構成している。
【００２９】
また、上側胴体１１ｂ の長さ方向の中間部に中間隔壁２１を張設してあり、この中間隔壁２１と下側胴体１１ａ の上記隔壁１２とを複数本の調節ジャッキ２２によって連結してこれらの調節ジャッキ２２の作動により下側胴体１１ａ を上側胴体１１ｂ に対してその掘り下げ方向の向きを調整できるようにしている。図中、２３は上側胴体１１ｂの上端開口部側に配設したエレクタである。
【００３０】
上記上下胴体１１ａ 、１１ｂ とからなる筒状胴体１１の中心部には垂直な小径筒体１７が配設されていて、その下端部を上記隔壁１２の中心部に貫通状態で支持されてあり、この小径筒体１７内に一本のズリ排出管８と第１、第２高圧水供給管９Ａ、９Ｂと、給水管１０と空気導入管２５（図４に示す）とが配設されている。
【００３１】
そして、ズリ排出管８と給水管１０との下端開口部を上記カッタ板１の背面中央部上の集積部５上に臨ませていると共に、第２高圧水供給管９Ｂの下端部をＵ字状に屈曲させてその先端（上端）開口部をズリ排出管８の下端部に連結、連通させ、この第２高圧水供給管９Ｂからズリ排出管８の下端部内に上方に向かう高圧水を噴出させてその噴出によるエゼクタ作用によりズリ排出管８の下端部内に吸引力を発生させ、上記集積部５上に集積している掘削ズリを吸入して立坑掘削機の上方の適所に設置している貯留タンク（図示せず）に排出するズリ排出手段を構成している。
【００３２】
詳しくは、このズリ排出手段は図４に示すように、ズリ排出管８の下端部を傾斜管部８ａを介して垂直な吸込口８ｂに形成し、この傾斜管部８ａの上端部に上記第２高圧水供給管９Ｂの上端部を垂直上方に向けた状態に連通させてその上端部内に装着している高圧水噴射ノズル９ｂを傾斜管部８ａの上端から垂直なズリ排出管８の下端部内に臨ませていると共に空気導入管２５の下端部を高圧水噴射ノズル９ｂの開口端側に連結、連通させてあり、さらに、この第２高圧水供給管９Ｂの管路中に高圧ポンプ２６を配設してなるものである。
【００３３】
また、ズリ排出管８の傾斜管部８ａに圧力センサ２７を装着し、この圧力センサ２７を上記高圧ポンプ２６に電気的制御回路を通じて接続して該圧力センサ２７によって検出される吸込口８ｂの圧力が所定の圧力となるように高圧ポンプ２６の回転速度を調整するように構成している。なお、上記高圧水噴射ノズル９ｂの開口端には開閉蓋２８が設けられてあり、高圧水の噴射時にはその噴射力によって該蓋２８を開放させると共に高圧ポンプ２６の停止時には高圧水噴射ノズル９ｂの開口端を該蓋２８により自動的に閉止して高圧水噴射ノズル９ｂが土粒等によって詰まるのを防止している。
【００３４】
さらにまた、図５に示すように、ズリ排出管８の傾斜管部８ａに圧力センサ２７’を装着すると共に吸込口８ｂ部分に起振器（バイブレータ）２９を装着してこれらの圧力センサ２７’ と起振器２９とを電気的制御回路を通じて接続しておき、ズリ排出管８の吸込口８ｂ内がズリによって詰まった時に変動するズリ排出管８の傾斜管部８ａ内の圧力を圧力センサ２７’ によっ検出して起振器２９を作動させ、吸込口８ｂを振動させて詰まったズリを弛緩させて再び、ズリ排出管８の吸入力により掘削ズリの吸入を可能にするように構成しておいてもよい。
【００３５】
一方、上記第１高圧水供給管９Ａの下端部は図１に示すようにカッタ板１の回転中心線上に配設されたロータリージョイント３０を介してカッタ板１と一体に回転するように構成していると共に、その下端部を数本の噴射ノズル９ａ１ 、９ａ２ 、９ａ３ に分岐させて、これらの噴射ノズル９ａ１ 、９ａ２ 、９ａ３ を図２に示すように、カッタ板１の中央部の上記集積部５を貫通させてこの集積部５の前面（下面）から下方に突出させ、且つそれぞれの噴射口を集積部５の前面に沿って前後方向或いは左右方向に向けて、集積部５から突出している上記ローラビット３ａに対向させてあり、これらの噴射ノズル９ａ１ 〜９ａ３ から噴射する高圧水によって、ローラビット３ａにより掘削されたズリを集積部５の前面に沿ってスクレーパ４の内端部にまで送り込むように構成している。
【００３６】
さらに、ズリ排出管８の下端部には固定フレーム２４がカッタ板１の回転中心部の上方から外周端に向かって水平状に突設してあり、この固定フレーム２４の突出端部である外端部に上記外側噴射ノズル７を、長さ方向の中間部に上記内側噴射ノズル７ａを支杆２４ａ を介して取り付けられている。そして、これらの内外噴射ノズル７、７ａは上記筒状胴体１１の中心部の上記垂直な小径筒体１７内に配設している高圧水圧送管７１、７１の下端に連結、連通して、上記第１、第２高圧水供給管９Ａ、９Ｂと同様に、小径筒体１７内を通じてトンネル掘削機の上方の適所に設置している給水槽（図示せず）に接続している。
【００３７】
なお、ズリ排出管８の下端部から上記固定フレーム２４を２〜３本、放射状に突設してこれらの固定フレーム２４に上記内外噴射ノズル７、７ａをそれぞれ取り付けて、カッタ板１の上方に内外噴射ノズル７、７ａを一組として２、３組を周方向に所定間隔を存して配設しておいてもよい。
【００３８】
以上のように構成した立坑掘削機によって立坑Ｔを垂直状に掘り下げていくには、フロントグリッパ１８とリアグリッパ１９との少なくとも一方を立坑Ｔの掘削壁面に摺動可能に押し付けて立坑掘削機が下動可能に支持した状態にして、駆動モータ１５によりカッタ板１を回転させると共に既に施工している覆工セグメントＳに推進ジャッキ２０の推進反力を支持させてこれらの推進ジャッキ２０のロッドを伸長させる。なお、立坑掘削機はその自重によって常にカッタ板１を切羽面Ａに押し付ける方向に作用しており、この立坑掘削機の自重が全て切羽面Ａに作用しないように上記フロントグリッパ１８とリアグリッパ１９によって立坑Ｔに支持させながら推進ジャッキ２０を伸長させるものであるから、この推進ジャッキ２０の推進力は小さくて済む。
【００３９】
この推進ジャッキ２０の伸長によって立坑掘削機を垂直下方に推進させると、カッタ板１は切羽面Ａに押し付けた状態で回転しながらその回転中心部から放射状に突設している複数本のスポーク１ａに装着したカッタビット３により切羽の岩盤を切り下げ掘削していく。このカッタビット３によって掘削されたズリは、カッタ板１を構成している各スポーク１ａの側端縁から突設したスクレーパ４によってズリ取込み開口部２を通じてカッタ板１の背面側、即ち、上面側に掻き上げられる。
【００４０】
また、カッタ板１の回転中心部である平坦な前面（下面）中央部に突設しているカッタビット３ａによって掘削されたズリは、カッタ板１の回転にもかかわらず、このままでは切羽面Ａとカッタ板１の平坦な下面中央部との間に介在、残留してカッタビット３ａによる切羽面Ａの掘削を阻害すると共に該カッタビット３ａがこのズリを二次破砕することになって短期間で破損や欠損が生じる虞れがあるが、上述したようにこのカッタ板１の中央部から第１圧力水供給管９Ａの噴射ノズル９ａ１ 〜９ａ３ が下面にまで貫通、突出していて、これらの噴射ノズル９ａ１ 〜９ａ３ を上記カッタビット３ａに対向させてカッタ板１の中央部下面に沿って前後左右方向に向けているので、カッタビット３ａにより掘削されたズリは、これらの噴射ノズル９ａ１ 〜９ａ３ から噴射する高圧水によってスクレーパ４の内端部側に向かって外方に押し進められ、上記カッタビット３によって掘削されたズリと共にズリ取込み開口部２からカッタ板１の上面に送り込まれる。
【００４１】
さらに、カッタ板１の上面に送り込まれた掘削ズリは、各スポーク１ａにおける上記スクレーパ４を装着した側端縁と反対側の他側端縁に沿って突設しているズリガイド６により、ズリをズリ取込み開口部２から再び切羽面Ａ側に落下するのを阻止しながら、カッタ板１の外周端部と半径方向の中間部との上方の不動部に配設している内外噴射ノズル７、７ａからの噴出高圧水によってズリガイド６に沿ってカッタ板１の回転中心部である中央部上の集積部５に押し進め、該集積部５上に集積させる。
【００４２】
この際、内外噴射ノズル７、７ａは、カッタ板１の上方において、カッタ板１と一体的に回転しない不動部に配設されてあり、且つ、内側噴射ノズル７ａを外側噴射ノズル７に対して一つのズリ取込み開口部２を介してカッタ板１の回転方向の斜め前方位置に配設しているので、図３において、カッタ板１が矢印方向に回転すると、内側噴射ノズル７ａの下方を通過したカッタ板１の上面部分が外側噴射ノズル７に達するまでにズリ取込み開口部２を通じて該上面にズリが取り込まれ、外側噴射ノズル７の下方を通過する時に、該外側噴射ノズル７から噴射する高圧水の噴射圧によってその上面に堆積しているズリが集積部５側に向かって押し動かされたのち、内側噴射ノズル７ａの下方に達して該内側噴射ノズル７ａから噴射する高圧水の噴射圧により、さらに集中的に勢いよくカッタ板１の中心部に向かって押し進められ、集積部５上に円滑且つ確実に集積するものである。
【００４３】
集積部５内には給水管１０からの給水によって所定高さまで水が滞留されていて掘削ズリを混在させてあり、下端吸込口８ｂを水中に没入させている排出管８に掘削ズリが水と共に吸入されて上方に排出される。即ち、第２高圧水供給管９Ｂ中に配設している高圧ポンプ２２の作動によって高圧水が噴射ノズル９ｂからズリ排出管８の下端部内に上方に向かって噴射し、この噴射によってズリ排出管８の下端部内に負圧が発生して集積部５上に集積している掘削ズリが水と共にズリ排出管８の下端吸込口８ｂから吸い上げられる。
【００４４】
この際、噴射ノズル９ｂから噴射する高圧水に空気導入管２１からの空気が導入、混合されるので、噴射ノズル９ｂからズリ排出管８内に噴射する高圧水の流速が高速化され、ズリ排出管８の吸込口８ｂに大きな吸引力が発生して掘削ズリを水と共に円滑且つ確実に吸込口８ｂ内に吸い込んでこのズリ排出管８内を通じて上方に搬出される。
【００４５】
一方、この立坑掘削機を推進させながらカッタ板１により所定深さの立坑部分が掘削される毎に、上側胴体１１ｂ 側に配設しているエレクタ２３によって掘削壁面にセグメントＳをリング状に組み立て、再び、このセグメントＳの下端面に推進ジャッキ２０の推進反力を支持させながら上述したように立坑掘削機により立坑Ｔを切り下げ掘削し、掘削ズリを上述したようにスクレーパ４でズリ取込み開口部２内を通じてカッタ板１上に送り込み、内外噴射ノズル７、７ａからの高圧水の噴射によって掘削ズリを集積部５上に集積させて、排出管８の吸入力で上方に搬出し、この作業をくり返し行って所定深さまで垂直な立坑Ｔを掘削するものである。なお、掘削ズリの排出は上述したような吸引力によることなく、管内に回転スクリューを配設しているスクリューコンベアや多数のバケットを巡回可能に配設しているバケットコンベア等、適宜な排出管を採用してもよい。
【００４６】
また、本発明の立坑掘削機は上記した形態に限らず、例えば、以下のように構成してもよい。
１）調節ジャッキ２２を推進ジャッキとし、リアグリッパ１９を掘削壁面に押付け、これを反力に下側胴体１１ａ を推進するように構成してもよい。この場合は、推進ジャッキ２０は覆工セグメントＳの支持用ジャッキとして作用し、上側胴体１１ｂ の下方移動と共に伸長するように構成される。
２）覆工はセグメントのようなプレキャスト部材に限らず、吹付コンクリート、現場打ちコンクリートでもよい。
３）カッタビットにはディスクタイプ、ツースタイプのいずれも含む。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明の立坑掘削機における掘削ズリ排出装置によれば、請求項１に記載したように、複数のズリ取込み開口部を周方向に一定間隔毎に設けていると共に切羽面に面した前面に多数のカッタビットを突設しているカッタ板を回転させながら地盤を直下方向に掘削していく立坑掘削機において、上記カッタ板の背面側に該カッタ板の背面に沿って外周側から中央部に向かって高圧水を噴射する噴射ノズルを配設していると共に、上記掘削ズリの集積部であるカッタ板の背面中央部上にズリ排出管の下端を臨ませているので、カッタ板が円板形状であっても逆截頭円錐形状であっても、ズリ取込み開口部を通じてカッタ板の背面上に取り込まれる全ての掘削ズリをカッタ板の外周側から中央部に向かって噴射する噴射ノズルからの高圧水によって、迅速に且つ確実にカッタ板の背面中央部上に集積させることができ、該集積部上の下端を臨ませている排出管を通じて効率良く排出することができる。
【００４８】
さらに、請求項２に係る発明によれば、上記カッタ板は中央部から外周端に向かって斜め上方に傾斜した逆截頭円錐形状に形成されていて、その背面における中央凹部を掘削ズリの集積部に形成してあり、噴射ノズルはカッタ板の外周端部の上方における不動部にその噴射口をカッタ板の上記掘削ズリ集積部に向けた状態にして装着されているので、カッタ板の背面（上面）は中央の集積部に向かって斜め下方に傾斜しているから、外周端部に配設している噴射ノズルからの高圧水によりカッタ板上の全ての掘削ズリを円滑に且つ能率よく集積部に集積させることができ、その上、カッタ板を回転させてその背面上に堆積している掘削ズリを不動部に配設された噴射ノズルの下方を通過させることによって該噴射ノズルからの高圧水により、順次、中央の集積部に押し進めるものであるから、１本ないしは２、３本の噴射ノズルをカッタ板の外周部上方に固定的に装着しておくといった簡単な構成によってカッタ板の背面上の全ての掘削ズリを集積部に集積させることができる。
【００４９】
また、請求項３に係る発明によれば、上記噴射ノズルをカッタ板の外周端部の上方とカッタ板の半径方向の中間部上方との内外２個所に配設しているので、カッタ板が大径であっても該カッタ板の背面に取り込まれた掘削ズリを、まず、外側の噴射ノズルから噴射する高圧水によってカッタ板の中央部に向かって該カッタ板の半径方向の中間部にまで押し進めたのち、内側の噴射ノズルから噴射する高圧水によって該中間部から掘削ズリを引き続いて連続的に且つ円滑に中央部の上記集積部に向かって押し進めることができ、掘削ズリを能率よく集積部に集積させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】立坑掘削機の縦断面図、
【図２】立坑掘削機の下方から見たカッタ板の平面図、
【図３】立坑掘削機の上方から見たカッタ板の背面図、
【図４】ズリ排出手段の要部の一部を断面した側面図、
【図５】ズリ吸込口部分に起振器を装着した場合のズリ排出手段の一部を断面した側面図。
【符号の説明】
１ カッタ板
２ ズリ取込み開口部
３ カッタビット
５ 集積部
７、７ａ 噴射ノズル
８ ズリ排出管
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地下深層部に石油貯蔵所や放射性廃棄物の貯留所等の地下構造物を築造する際に、所定の深さまで垂直な立坑を掘削するのに適した立坑掘削機における掘削ズリ排出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、立坑を所定深さまで掘削する手段として、小径の立坑の場合には先端に掘削ビットを装着しているバケットを使用して行い、大径の立坑の場合には発破によって掘り下げていくことが一般に行われているが、いずれの掘削手段においても、所定径の立坑を正確に且つ能率よく掘削することが困難である。このため、近年、岩盤トンネル掘削機（ＴＢＭ）を用いてこのトンネル掘削機のカッタ板を直下方向に向けた状態にして立坑を掘削することが実施されている。
【０００３】
このトンネル掘削機は、ケーシングに外方に向けて装着されているグリッパを坑壁に圧着させることにより掘削機本体を保持すると共にカッタ板を掘削地盤に押し付けながら、該カッタ板によって下方の地盤を掘削し、掘削したズリを吸引管を通じて上方に排出するように構成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６２−６３７９８号公報（第２〜３頁、第１図）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記トンネル掘削機によれば、カッタ板によって掘削されたズリは一個所に集合することなくカッタ板の全面に拡散した状態となるので、下端開口部がカッタ板の上面中心部に臨ませている上記吸引管によって全ての掘削ズリを効率よく吸引排除することが極めて困難である。
【０００６】
このため、例えば、特開平９−１１２１８２号公報に記載されているように、カッタ板の前面（下面）に、該カッタ板によって掘削されたズリを外周方向に案内する掻き寄せ板を突設すると共に外周端部にこの掻き寄せ板によって掻き寄せられた掘削ズリをカッタ板上に取り込む取り込み口を設け、この取り込み口に取り込まれた掘削ズリをカッタ板の背面外周部に設けているスライド板によってカッタ板の背面中央部にまで案内し、該中央部に開口下端を臨ませているスクリューコンベアによってズリを上方に排出するように構成した斜坑掘削機が知られている。
【０００７】
この斜坑掘削機によれば、掘削ズリを一旦、カッタ板の外周端部にまで掻き寄せたのち、外周端部に設けている取り込み口からスライド板上に送り込み、該スライド板の傾斜角度によって、掘削ズリをカッタ板の背面中央部にスライドさせるように構成しているため、カッタ板の半径方向に長いズリ取り込み開口部を設けているスポークタイプのカッタ板には採用することができないばかりでなく、上下面が略平坦な円板形状のカッタ板を設けている立坑掘削機に対してはカッタ板の背面が全面的に水平状に形成されているために、例え、該カッタ板の外周端部にズリ取り込み口が設けられていても、その取り込み口からカッタ板の背面中央に向かってスライド板を斜め下方に傾斜させた状態で配設することは実質的に不可能である。
【０００８】
また、立坑掘削機のカッタ板として、外周端から中央部に向かって斜め下方に傾斜した逆截頭円錐形状に形成されているカッタ板を採用している場合には、このカッタ板の傾斜した背面に上記スライド板を外周端側から中央部に向かって斜め下方に傾斜させた状態で配設することができるが、該スライド板の傾斜角度がカッタ板の外周端から中央部に向かう傾斜角度よりも緩い角度でしか配設することがきないために、カッタ板の外周端部に設けているズリ取り込み口から上記スライド板の傾斜上端部上に取り入れた掘削ズリをその傾斜面によってはカッタ板の中央部に向かってスライドさせることが困難であり、立坑掘削機における掘削ズリ排出手段としては適さないという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ズリ取込み開口部を通じてカッタ板の背面上に取り込まれた掘削ズリを該カッタ板の背面中央部に円滑且つ確実に集積させて能率よくズリの排出処理を可能にした立坑掘削機における掘削ズリ排出装置を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の立坑掘削機における掘削ズリの排出装置は請求項１に記載したように、複数のズリ取込み開口部を周方向に一定間隔毎に設けていると共に切羽面に面した前面に多数のカッタビットを突設しているカッタ板を回転させながら地盤を直下方向に掘削していく立坑掘削機において、カッタ板の背面側に該カッタ板の背面に沿って外周側から中央部に向かって高圧水を噴射して掘削ズリをカッタ板の背面中央部に集積させる噴射ノズルを配設していると共に、上記掘削ズリの集積部であるカッタ板の背面中央部上にズリ排出管の下端を臨ませてなる構造としている。
【００１１】
このように構成した立坑掘削機における掘削ズリの排出装置において、請求項２に係る発明は、上記カッタ板を、中央部から外周端に向かって斜め上方に傾斜した逆截頭円錐形状に形成し、その背面における中央凹部を掘削ズリの集積部に形成している一方、噴射ノズルをカッタ板の外周端部の上方における不動部にその噴射口をカッタ板の上記掘削ズリ集積部に向けた状態にして装着していることを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項３に係る発明は、上記噴射ノズルを少なくともカッタ板の外周端部の上方とカッタ板の半径方向の中間部上方との内外２個所に配設していることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、カッタ板における上記集積凹部の開口下端を臨ませている上記ズリ排出管は、掘削ズリを吸い上げる吸引排出管から構成していることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
立坑掘削機のカッタ板におけるカッタビットを突設している前面を下向きに向けた状態にしてこのカッタ板を回転させながら立坑掘削機を垂直下方に推進させることにより、岩盤地山等の地盤を切り下げ掘削していく。カッタビットによって掘削されたズリは、ズリ取込み開口部を通じてカッタ板の背面上に取り込まれると、この掘削ズリはカッタ板の背面側において、該カッタ板の外周側から中央部に向かって噴射する噴射ノズルからの高圧水により、強制的にカッタ板の背面中央部に集積され、この集積部に開口下端を臨ませているズリ排出管を通じて円滑に上方に排出される。
【００１５】
この際、カッタ板が平板円盤形状であっても、逆截頭円錐形状であっても、カッタ板の背面上に取り込まれる全ての掘削ズリを上記噴射ノズルからの高圧水によって迅速に且つ確実にカッタ板の背面中央部の集積部に集積させることができる。
【００１６】
さらに、噴射ノズルをカッタ板の背面外周端部に装着するのではなく、カッタ板の外周端部の上方における不動部にその噴射口をカッタ板の上記掘削ズリ集積凹部に向けた状態にして装着しておくことによって、カッタ板背面上に取り込まれている掘削ズリがカッタ板の回転に従って該噴射ノズルの下方を通過する際に、この噴射ノズルからの高圧水によって順次、カッタ板の背面中央部の集積部に向かって押し進められる。従って、カッタ板の背面に、このカッタ板の回転中心回りに該カッタ板と一体的に回転する複数本の噴射ノズルを周方向に小間隔毎に配設しておく必要はなく、１本ないしは２、３本の噴射ノズルをカッタ板の外周部上方に固定的に装着しておくといった簡単な構成によってカッタ板の背面上の全ての掘削ズリを集積部に集積させることができる。
【００１７】
また、上記噴射ノズルをカッタ板の外周端部の上方とカッタ板の半径方向の中間部上方との２個所に配設しておくことにより、カッタ板が大径であっても該カッタ板の背面に取り込まれた掘削ズリを、まず、外側の噴射ノズルから噴射する高圧水によってカッタ板の中央部に向かって該カッタ板の半径方向の中間部にまで押し進めたのち、内側の噴射ノズルから噴射する高圧水によって該中間部から掘削ズリを引き続いて連続的に且つ円滑に中央部の上記集積部に向かって押し進めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１は立坑掘削機の簡略縦断面図であって、この立坑掘削機の本体である筒状胴体１１は垂直状に配設されてその下端開口部にカッタ板１を回転自在に支持している。このカッタ板１は図２、図３に示すように、その回転中心部から外周端に向かって複数本のスポーク１ａ、１ａ、１ａ・・を周方向に一定の角度間隔毎に放射状に設けて隣接するスポーク１ａ、１ａ間に切羽面Ａに面している前面（下面）から機内に連通するズリ取込み開口部２を形成している。なお、上記全てのスポーク１ａの外周端面はカッタ板１の外周縁部を形成しているリング部材１ｂに、周方向に一定間隔毎に一体に固着している。
【００１９】
上記全てのスポーク１ａには、長さ方向に一定間隔毎にローラビットからなるカッタビット３を装着していると共にリング部材１ｂにもスポーク１ａの外端取付部分にローラビットからなるカッタビット３を装着している。これらのカッタビット３は、その外周部の一部をスポーク１ａやリング部材１ｂの下面、即ち、切羽面Ａに面しているカッタ板１の下面（前面）から下方に突出させた状態にして岩盤を切削するように構成している。なお、カッタビット３が上述したようにローラビットからなる場合には、その回転方向をカッタ板１の回転方向と一致するようにスポーク１ａやリング部材１ｂに回転自在に軸支させているが、ローラビット以外の掘削ビットをカッタ板１の下面から下方に突出させておいてもよい。
【００２０】
さらに、上記各ズリ取込み開口部２におけるカッタ板１の回転方向に面した側端縁、即ち、各スポーク１ａにおけるカッタ板１の回転方向に面した側端縁に、カッタ板１によって掘削されるズリをカッタ板１の回転に従って該カッタ板１の外周端側から内周端側に向かって掻き寄せながら上記ズリ取込み開口部２を通じてカッタ板１の背面側、即ち、機内に面した上面側に掻き上げるスクレーパ４を取付けている。
【００２１】
このように、カッタ板１の回転に従ってスクレーパ４により掘削ズリをカッタ板１の外周端側から内周端側に向かって掻き寄せながら機内、即ち、カッタ板１の背面上に掻き上げるように構成するには、上記各スポーク１ａにおけるカッタ板１の回転方向に面した側端縁を、カッタ板１の上記回転中心部に連設している内周端からリング部材１ｂに連設している外周端に向かってカッタ板１の回転方向に傾斜させ、この傾斜側端縁に沿って長方形板状に形成されているスクレーパ４の幅方向の上半部を固着し、且つ、切羽面Ａ側に向かって突設している下端縁部から上端縁部に向かってズリを機内に掻き入れる方向、即ち、カッタ板１の回転方向に対して逆方向に傾斜させた構造としている。なお、カッタ板１の下面から下方に突出したこのスクレーパ４の突出幅は上記ローラビット３のスポーク１ａからの突出寸法に略等しいか、僅かに短い寸法に形成している。
【００２２】
このスクレーパ４は、一定厚みを有する矩形状の短片を複数枚、スポーク１ａの側端縁に順次、並列状態に接続させながらボルト等の適宜な固着具によって固着することにより細幅の長方形板状に形成されてあり、スポーク１ａから切羽面Ａに向かって突設している下端側の長辺縁部（先端縁部）をズリ掻取り刃に形成していると共にこのズリ掻取り刃からスポーク１ａの側端縁に固着している上端縁に向かって上述したようにカッタ板１の反回転方向に傾斜させて、カッタ板１の回転に従ってこのスクレーパ４により掘削ズリを機内に向かって掻き上げるように構成しているものである。
【００２３】
上記各スポーク１ａは、カッタ板１の回転中心部から外周端に向かって水平状に突設させることによりカッタ板１を円形平板形状に形成しておいてもよく、また、カッタ板１の回転中心部から外周端に向かって緩やかな円弧状に湾曲させて下向きドーム形状のカッタ板１に形成しておいてもよいが、図１に示すカッタ板１においては、各スポーク１ａをカッタ板１の回転中心部である中央部から外周端に向かって上方に向かって緩やかに傾斜させて、カッタ板１をその回転中心部である平坦な中央部から外周端に向かって斜め上方に傾斜した逆截頭円錐形状に形成し、その背面（上面）における中央部を掘削ズリの集積部５に形成していると共に、該集積部５の平坦な前面（下面）にセンタービットとして複数個のローラビットからなるカッタビット３ａを装着している。
【００２４】
また、カッタ板１を構成している上記各スポーク１ａの背面には、図３に示すように、上記スクレーパ４を装着している一側端縁に対して反対側の他側端縁に沿って一定高さのズリガイド６を突設してあり、このズリガイド６の外端部をスクレーパ４を装着させている上記一側端縁の外端部に向かって円弧状に湾曲させてスポーク１ａの外周端上を幅方向に横断し、その外端をスクレーパ４の外周端面に当接させている。従って、スクレーパ４によりカッタ板１内に掻き上げられたズリをこのズリガイド６によってズリ取込み開口部２から再び切羽面Ａ側に落下するのを阻止しながらスポーク１ａの背面上（上面上）を上記集積部５に向かって寄せ集めることができるように形成している。
【００２５】
さらに、カッタ板１の背面における外周端部の上方に図１、図３に示すように噴射口をカッタ板１の外周端側から集積部５に向けて開口させている噴射ノズル７を配設してあり、この噴射ノズル７から高圧水を該カッタ板１の背面上に沿って外周端側から上記集積部５に向かって噴射させてカッタ板１の背面上の掘削ズリをカッタ板１の集積部５に押し進めるように構成している。このような噴射ノズル７は、カッタ板１が小径の場合には該カッタ板１の背面における外周端部の上方にのみ配設しておいてもよいが、カッタ板１が大径の場合には、この噴射ノズルを外側噴射ノズル７とし、カッタ板１の半径方向の中間部上方にも内側噴射ノズル７ａとしてその噴射口を集積部５に向けた開口させた状態にして配設している。
【００２６】
これらの噴射ノズル７、７ａは、カッタ板１の上方において、カッタ板１と一体的に回転することのない不動部に配設されている。具体的には、カッタ板１の中央部の上方から半径方向に突設している後述する固定フレーム２４の外端部と中間部とにそれぞれ固定的に装着されてあり、さらに、カッタ板１の回転方向に対して外側の噴射ノズル７からの高圧水がカッタ板１の背面に取り込まれた掘削ズリに先に作用するように、内側噴射ノズル７ａを外側噴射ノズル７から一つのズリ取込み開口部２を介して斜め前方位置に配設している。
【００２７】
カッタ板１を下端開口部に回転自在に配設している立坑掘削機の上記筒状胴体１１は、図１R>１に示すように互いに屈折自在に連結した下側胴体１１ａ と上側胴体１１ｂとからなり、下側胴体１１ａ に隔壁１２を設けてこの隔壁１２の下面に下方に向けて突設している固定円筒壁体１３の下端部内周面に上記カッタ板１の外周端から内周に向かって突設している複数本のアーム部材１ｃの内端に固着した環部材１ｄを回転自在に支持させ、この環部材１ｄの内周面に形成しているラック１４に、隔壁１２の上面に設置している駆動モータ１５の回転軸に固着したピニオン１６を噛合させて、駆動モータ１５によりカッタ板１を回転させるように構成している。
【００２８】
さらに、下側胴体１１ａ の下端部と上側胴体１１ｂ には掘削地盤に圧着して立坑掘削機を支持する複数個のフロントグリッパ１８とリアグリッパ１９を配設してあり、これらのグリッパ１８、１９はそれぞれ油圧ジャッキによって内外径方向に伸縮して掘削地盤に対して圧着、離脱するように構成していると共に、上側胴体１１ｂ の内周面には、周方向に一定間隔毎に複数本の推進ジャッキ２０を装着し、これらの推進ジャッキ２０のロッドを上側胴体１１ｂ の上端から上方に向かって伸縮自在にして掘削された立坑Ｔの内周面に施工される覆工セグメントＳの下端面に当接させ、該セグメントＳに推進反力を支持させるように構成している。
【００２９】
また、上側胴体１１ｂ の長さ方向の中間部に中間隔壁２１を張設してあり、この中間隔壁２１と下側胴体１１ａ の上記隔壁１２とを複数本の調節ジャッキ２２によって連結してこれらの調節ジャッキ２２の作動により下側胴体１１ａ を上側胴体１１ｂ に対してその掘り下げ方向の向きを調整できるようにしている。図中、２３は上側胴体１１ｂの上端開口部側に配設したエレクタである。
【００３０】
上記上下胴体１１ａ 、１１ｂ とからなる筒状胴体１１の中心部には垂直な小径筒体１７が配設されていて、その下端部を上記隔壁１２の中心部に貫通状態で支持されてあり、この小径筒体１７内に一本のズリ排出管８と第１、第２高圧水供給管９Ａ、９Ｂと、給水管１０と空気導入管２５（図４に示す）とが配設されている。
【００３１】
そして、ズリ排出管８と給水管１０との下端開口部を上記カッタ板１の背面中央部上の集積部５上に臨ませていると共に、第２高圧水供給管９Ｂの下端部をＵ字状に屈曲させてその先端（上端）開口部をズリ排出管８の下端部に連結、連通させ、この第２高圧水供給管９Ｂからズリ排出管８の下端部内に上方に向かう高圧水を噴出させてその噴出によるエゼクタ作用によりズリ排出管８の下端部内に吸引力を発生させ、上記集積部５上に集積している掘削ズリを吸入して立坑掘削機の上方の適所に設置している貯留タンク（図示せず）に排出するズリ排出手段を構成している。
【００３２】
詳しくは、このズリ排出手段は図４に示すように、ズリ排出管８の下端部を傾斜管部８ａを介して垂直な吸込口８ｂに形成し、この傾斜管部８ａの上端部に上記第２高圧水供給管９Ｂの上端部を垂直上方に向けた状態に連通させてその上端部内に装着している高圧水噴射ノズル９ｂを傾斜管部８ａの上端から垂直なズリ排出管８の下端部内に臨ませていると共に空気導入管２５の下端部を高圧水噴射ノズル９ｂの開口端側に連結、連通させてあり、さらに、この第２高圧水供給管９Ｂの管路中に高圧ポンプ２６を配設してなるものである。
【００３３】
また、ズリ排出管８の傾斜管部８ａに圧力センサ２７を装着し、この圧力センサ２７を上記高圧ポンプ２６に電気的制御回路を通じて接続して該圧力センサ２７によって検出される吸込口８ｂの圧力が所定の圧力となるように高圧ポンプ２６の回転速度を調整するように構成している。なお、上記高圧水噴射ノズル９ｂの開口端には開閉蓋２８が設けられてあり、高圧水の噴射時にはその噴射力によって該蓋２８を開放させると共に高圧ポンプ２６の停止時には高圧水噴射ノズル９ｂの開口端を該蓋２８により自動的に閉止して高圧水噴射ノズル９ｂが土粒等によって詰まるのを防止している。
【００３４】
さらにまた、図５に示すように、ズリ排出管８の傾斜管部８ａに圧力センサ２７’を装着すると共に吸込口８ｂ部分に起振器（バイブレータ）２９を装着してこれらの圧力センサ２７’ と起振器２９とを電気的制御回路を通じて接続しておき、ズリ排出管８の吸込口８ｂ内がズリによって詰まった時に変動するズリ排出管８の傾斜管部８ａ内の圧力を圧力センサ２７’ によっ検出して起振器２９を作動させ、吸込口８ｂを振動させて詰まったズリを弛緩させて再び、ズリ排出管８の吸入力により掘削ズリの吸入を可能にするように構成しておいてもよい。
【００３５】
一方、上記第１高圧水供給管９Ａの下端部は図１に示すようにカッタ板１の回転中心線上に配設されたロータリージョイント３０を介してカッタ板１と一体に回転するように構成していると共に、その下端部を数本の噴射ノズル９ａ１ 、９ａ２ 、９ａ３ に分岐させて、これらの噴射ノズル９ａ１ 、９ａ２ 、９ａ３ を図２に示すように、カッタ板１の中央部の上記集積部５を貫通させてこの集積部５の前面（下面）から下方に突出させ、且つそれぞれの噴射口を集積部５の前面に沿って前後方向或いは左右方向に向けて、集積部５から突出している上記ローラビット３ａに対向させてあり、これらの噴射ノズル９ａ１ 〜９ａ３ から噴射する高圧水によって、ローラビット３ａにより掘削されたズリを集積部５の前面に沿ってスクレーパ４の内端部にまで送り込むように構成している。
【００３６】
さらに、ズリ排出管８の下端部には固定フレーム２４がカッタ板１の回転中心部の上方から外周端に向かって水平状に突設してあり、この固定フレーム２４の突出端部である外端部に上記外側噴射ノズル７を、長さ方向の中間部に上記内側噴射ノズル７ａを支杆２４ａ を介して取り付けられている。そして、これらの内外噴射ノズル７、７ａは上記筒状胴体１１の中心部の上記垂直な小径筒体１７内に配設している高圧水圧送管７１、７１の下端に連結、連通して、上記第１、第２高圧水供給管９Ａ、９Ｂと同様に、小径筒体１７内を通じてトンネル掘削機の上方の適所に設置している給水槽（図示せず）に接続している。
【００３７】
なお、ズリ排出管８の下端部から上記固定フレーム２４を２〜３本、放射状に突設してこれらの固定フレーム２４に上記内外噴射ノズル７、７ａをそれぞれ取り付けて、カッタ板１の上方に内外噴射ノズル７、７ａを一組として２、３組を周方向に所定間隔を存して配設しておいてもよい。
【００３８】
以上のように構成した立坑掘削機によって立坑Ｔを垂直状に掘り下げていくには、フロントグリッパ１８とリアグリッパ１９との少なくとも一方を立坑Ｔの掘削壁面に摺動可能に押し付けて立坑掘削機が下動可能に支持した状態にして、駆動モータ１５によりカッタ板１を回転させると共に既に施工している覆工セグメントＳに推進ジャッキ２０の推進反力を支持させてこれらの推進ジャッキ２０のロッドを伸長させる。なお、立坑掘削機はその自重によって常にカッタ板１を切羽面Ａに押し付ける方向に作用しており、この立坑掘削機の自重が全て切羽面Ａに作用しないように上記フロントグリッパ１８とリアグリッパ１９によって立坑Ｔに支持させながら推進ジャッキ２０を伸長させるものであるから、この推進ジャッキ２０の推進力は小さくて済む。
【００３９】
この推進ジャッキ２０の伸長によって立坑掘削機を垂直下方に推進させると、カッタ板１は切羽面Ａに押し付けた状態で回転しながらその回転中心部から放射状に突設している複数本のスポーク１ａに装着したカッタビット３により切羽の岩盤を切り下げ掘削していく。このカッタビット３によって掘削されたズリは、カッタ板１を構成している各スポーク１ａの側端縁から突設したスクレーパ４によってズリ取込み開口部２を通じてカッタ板１の背面側、即ち、上面側に掻き上げられる。
【００４０】
また、カッタ板１の回転中心部である平坦な前面（下面）中央部に突設しているカッタビット３ａによって掘削されたズリは、カッタ板１の回転にもかかわらず、このままでは切羽面Ａとカッタ板１の平坦な下面中央部との間に介在、残留してカッタビット３ａによる切羽面Ａの掘削を阻害すると共に該カッタビット３ａがこのズリを二次破砕することになって短期間で破損や欠損が生じる虞れがあるが、上述したようにこのカッタ板１の中央部から第１圧力水供給管９Ａの噴射ノズル９ａ１ 〜９ａ３ が下面にまで貫通、突出していて、これらの噴射ノズル９ａ１ 〜９ａ３ を上記カッタビット３ａに対向させてカッタ板１の中央部下面に沿って前後左右方向に向けているので、カッタビット３ａにより掘削されたズリは、これらの噴射ノズル９ａ１ 〜９ａ３ から噴射する高圧水によってスクレーパ４の内端部側に向かって外方に押し進められ、上記カッタビット３によって掘削されたズリと共にズリ取込み開口部２からカッタ板１の上面に送り込まれる。
【００４１】
さらに、カッタ板１の上面に送り込まれた掘削ズリは、各スポーク１ａにおける上記スクレーパ４を装着した側端縁と反対側の他側端縁に沿って突設しているズリガイド６により、ズリをズリ取込み開口部２から再び切羽面Ａ側に落下するのを阻止しながら、カッタ板１の外周端部と半径方向の中間部との上方の不動部に配設している内外噴射ノズル７、７ａからの噴出高圧水によってズリガイド６に沿ってカッタ板１の回転中心部である中央部上の集積部５に押し進め、該集積部５上に集積させる。
【００４２】
この際、内外噴射ノズル７、７ａは、カッタ板１の上方において、カッタ板１と一体的に回転しない不動部に配設されてあり、且つ、内側噴射ノズル７ａを外側噴射ノズル７に対して一つのズリ取込み開口部２を介してカッタ板１の回転方向の斜め前方位置に配設しているので、図３において、カッタ板１が矢印方向に回転すると、内側噴射ノズル７ａの下方を通過したカッタ板１の上面部分が外側噴射ノズル７に達するまでにズリ取込み開口部２を通じて該上面にズリが取り込まれ、外側噴射ノズル７の下方を通過する時に、該外側噴射ノズル７から噴射する高圧水の噴射圧によってその上面に堆積しているズリが集積部５側に向かって押し動かされたのち、内側噴射ノズル７ａの下方に達して該内側噴射ノズル７ａから噴射する高圧水の噴射圧により、さらに集中的に勢いよくカッタ板１の中心部に向かって押し進められ、集積部５上に円滑且つ確実に集積するものである。
【００４３】
集積部５内には給水管１０からの給水によって所定高さまで水が滞留されていて掘削ズリを混在させてあり、下端吸込口８ｂを水中に没入させている排出管８に掘削ズリが水と共に吸入されて上方に排出される。即ち、第２高圧水供給管９Ｂ中に配設している高圧ポンプ２２の作動によって高圧水が噴射ノズル９ｂからズリ排出管８の下端部内に上方に向かって噴射し、この噴射によってズリ排出管８の下端部内に負圧が発生して集積部５上に集積している掘削ズリが水と共にズリ排出管８の下端吸込口８ｂから吸い上げられる。
【００４４】
この際、噴射ノズル９ｂから噴射する高圧水に空気導入管２１からの空気が導入、混合されるので、噴射ノズル９ｂからズリ排出管８内に噴射する高圧水の流速が高速化され、ズリ排出管８の吸込口８ｂに大きな吸引力が発生して掘削ズリを水と共に円滑且つ確実に吸込口８ｂ内に吸い込んでこのズリ排出管８内を通じて上方に搬出される。
【００４５】
一方、この立坑掘削機を推進させながらカッタ板１により所定深さの立坑部分が掘削される毎に、上側胴体１１ｂ 側に配設しているエレクタ２３によって掘削壁面にセグメントＳをリング状に組み立て、再び、このセグメントＳの下端面に推進ジャッキ２０の推進反力を支持させながら上述したように立坑掘削機により立坑Ｔを切り下げ掘削し、掘削ズリを上述したようにスクレーパ４でズリ取込み開口部２内を通じてカッタ板１上に送り込み、内外噴射ノズル７、７ａからの高圧水の噴射によって掘削ズリを集積部５上に集積させて、排出管８の吸入力で上方に搬出し、この作業をくり返し行って所定深さまで垂直な立坑Ｔを掘削するものである。なお、掘削ズリの排出は上述したような吸引力によることなく、管内に回転スクリューを配設しているスクリューコンベアや多数のバケットを巡回可能に配設しているバケットコンベア等、適宜な排出管を採用してもよい。
【００４６】
また、本発明の立坑掘削機は上記した形態に限らず、例えば、以下のように構成してもよい。
１）調節ジャッキ２２を推進ジャッキとし、リアグリッパ１９を掘削壁面に押付け、これを反力に下側胴体１１ａ を推進するように構成してもよい。この場合は、推進ジャッキ２０は覆工セグメントＳの支持用ジャッキとして作用し、上側胴体１１ｂ の下方移動と共に伸長するように構成される。
２）覆工はセグメントのようなプレキャスト部材に限らず、吹付コンクリート、現場打ちコンクリートでもよい。
３）カッタビットにはディスクタイプ、ツースタイプのいずれも含む。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明の立坑掘削機における掘削ズリ排出装置によれば、請求項１に記載したように、複数のズリ取込み開口部を周方向に一定間隔毎に設けていると共に切羽面に面した前面に多数のカッタビットを突設しているカッタ板を回転させながら地盤を直下方向に掘削していく立坑掘削機において、上記カッタ板の背面側に該カッタ板の背面に沿って外周側から中央部に向かって高圧水を噴射する噴射ノズルを配設していると共に、上記掘削ズリの集積部であるカッタ板の背面中央部上にズリ排出管の下端を臨ませているので、カッタ板が円板形状であっても逆截頭円錐形状であっても、ズリ取込み開口部を通じてカッタ板の背面上に取り込まれる全ての掘削ズリをカッタ板の外周側から中央部に向かって噴射する噴射ノズルからの高圧水によって、迅速に且つ確実にカッタ板の背面中央部上に集積させることができ、該集積部上の下端を臨ませている排出管を通じて効率良く排出することができる。
【００４８】
さらに、請求項２に係る発明によれば、上記カッタ板は中央部から外周端に向かって斜め上方に傾斜した逆截頭円錐形状に形成されていて、その背面における中央凹部を掘削ズリの集積部に形成してあり、噴射ノズルはカッタ板の外周端部の上方における不動部にその噴射口をカッタ板の上記掘削ズリ集積部に向けた状態にして装着されているので、カッタ板の背面（上面）は中央の集積部に向かって斜め下方に傾斜しているから、外周端部に配設している噴射ノズルからの高圧水によりカッタ板上の全ての掘削ズリを円滑に且つ能率よく集積部に集積させることができ、その上、カッタ板を回転させてその背面上に堆積している掘削ズリを不動部に配設された噴射ノズルの下方を通過させることによって該噴射ノズルからの高圧水により、順次、中央の集積部に押し進めるものであるから、１本ないしは２、３本の噴射ノズルをカッタ板の外周部上方に固定的に装着しておくといった簡単な構成によってカッタ板の背面上の全ての掘削ズリを集積部に集積させることができる。
【００４９】
また、請求項３に係る発明によれば、上記噴射ノズルをカッタ板の外周端部の上方とカッタ板の半径方向の中間部上方との内外２個所に配設しているので、カッタ板が大径であっても該カッタ板の背面に取り込まれた掘削ズリを、まず、外側の噴射ノズルから噴射する高圧水によってカッタ板の中央部に向かって該カッタ板の半径方向の中間部にまで押し進めたのち、内側の噴射ノズルから噴射する高圧水によって該中間部から掘削ズリを引き続いて連続的に且つ円滑に中央部の上記集積部に向かって押し進めることができ、掘削ズリを能率よく集積部に集積させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】立坑掘削機の縦断面図、
【図２】立坑掘削機の下方から見たカッタ板の平面図、
【図３】立坑掘削機の上方から見たカッタ板の背面図、
【図４】ズリ排出手段の要部の一部を断面した側面図、
【図５】ズリ吸込口部分に起振器を装着した場合のズリ排出手段の一部を断面した側面図。
【符号の説明】
１ カッタ板
２ ズリ取込み開口部
３ カッタビット
５ 集積部
７、７ａ 噴射ノズル
８ ズリ排出管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のズリ取込み開口部を周方向に一定間隔毎に設けていると共に切羽面に面した前面に多数のカッタビットを突設しているカッタ板を回転させながら地盤を直下方向に掘削していく立坑掘削機において、上記カッタ板の背面側に該カッタ板の背面に沿って外周側から中央部に向かって高圧水を噴射して掘削ズリをカッタ板の背面中央部に集積させる噴射ノズルを配設していると共に、上記掘削ズリの集積部であるカッタ板の背面中央部上にズリ排出管の下端を臨ませていることを特徴とする立坑掘削機における掘削ズリ排出装置。
【請求項２】
カッタ板は中央部から外周端に向かって斜め上方に傾斜した逆截頭円錐形状に形成されていて、その背面における中央凹部を掘削ズリの集積部に形成してあり、噴射ノズルはカッタ板の外周端部の上方における不動部にその噴射口をカッタ板の上記掘削ズリ集積部に向けた状態にして装着されていることを特徴とする請求項１に記載の立坑掘削機における掘削ズリ排出装置。
【請求項３】
噴射ノズルは少なくともカッタ板の外周端部の上方とカッタ板の半径方向の中間部上方との内外２個所に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の立坑掘削機における掘削ズリ排出装置。
【請求項４】
掘削ズリの排出管は、掘削ズリを吸い上げる吸引排出管であることを特徴とする請求項１に記載の立坑掘削機における掘削ズリ排出装置。
【請求項１】
複数のズリ取込み開口部を周方向に一定間隔毎に設けていると共に切羽面に面した前面に多数のカッタビットを突設しているカッタ板を回転させながら地盤を直下方向に掘削していく立坑掘削機において、上記カッタ板の背面側に該カッタ板の背面に沿って外周側から中央部に向かって高圧水を噴射して掘削ズリをカッタ板の背面中央部に集積させる噴射ノズルを配設していると共に、上記掘削ズリの集積部であるカッタ板の背面中央部上にズリ排出管の下端を臨ませていることを特徴とする立坑掘削機における掘削ズリ排出装置。
【請求項２】
カッタ板は中央部から外周端に向かって斜め上方に傾斜した逆截頭円錐形状に形成されていて、その背面における中央凹部を掘削ズリの集積部に形成してあり、噴射ノズルはカッタ板の外周端部の上方における不動部にその噴射口をカッタ板の上記掘削ズリ集積部に向けた状態にして装着されていることを特徴とする請求項１に記載の立坑掘削機における掘削ズリ排出装置。
【請求項３】
噴射ノズルは少なくともカッタ板の外周端部の上方とカッタ板の半径方向の中間部上方との内外２個所に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の立坑掘削機における掘削ズリ排出装置。
【請求項４】
掘削ズリの排出管は、掘削ズリを吸い上げる吸引排出管であることを特徴とする請求項１に記載の立坑掘削機における掘削ズリ排出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００５−４２３５３（Ｐ２００５−４２３５３Ａ）
【公開日】平成１７年２月１７日（２００５．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−２０１６３０（Ｐ２００３−２０１６３０）
【出願日】平成１５年７月２５日（２００３．７．２５）
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【公開日】平成１７年２月１７日（２００５．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年７月２５日（２００３．７．２５）
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
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