JP2003193793A - 先端装置の内部温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 先端装置の内部空間を簡略な構成で効果的に
冷却できるようにする。 【解決手段】 内部に計測・制御装置７，９が備えられ
た密閉構造を有する先端装置１の外筒部材２の後端に挿
入管４を順次継ぎ足して地中に挿入することにより小口
径トンネルを構築するようにしている先端装置の内部温
度制御方法であって、先端装置１の外筒部材２の内面に
外筒部材２とは異なる材料からなる内側部材２３を固定
して外筒部材２と内側部材２３との間に直流電流を印可
することによりペルチェ素子２６を構成し、先端装置１
の内部空間１１の温度をペルチェ素子２６の内側部材２
３により制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は先端装置の内部温度
制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】挿入管を地中に埋設して小口径のトンネ
ルを構築するために、つぎのような工法が実施されてい
る。即ち、立坑に設置した元押装置により先端装置を
ただ単に押圧し、土砂を掘削することなく地中に圧入さ
せる静的圧入工法、先端装置に備えた振動発生装置を
加振機で加振すると共に、振動発生装置周囲の土砂に振
動を与えて流動化させ、立坑に設置した元押装置により
押圧することにより土砂を掘削することなく先端装置を
地中に圧入するようにした動的圧入工法、先端装置に
備えたカッタにより土砂を掘削すると共に掘削した土砂
を排土しながら地中に押込む掘削工法がある。そして、
上記した各工法で地中に挿入させた先端装置の後部に挿
入管を順次継ぎ足して押込むことにより、地中に小口径
トンネルを形成するようにしている。ここで、小口径ト
ンネルとは作業者が内部で作業できないような口径、例
えば直径が５００ｍｍ以下程度の大きさのものを言う。

【０００３】図４は、前記掘削工法による先端装置１の
一例を示したものであり、この先端装置１は、外筒部材
２の前端に、油圧モータ８等の駆動装置によって駆動さ
れるカッタ３（スポーク型、面板型、ローラ型等）を備
えており、又、外筒部材２は前部２ａと後部２ｂから構
成されており、図示しない中折れジャッキ等の駆動装置
により前部２ａを折り曲げて推進方向の修正が行えるよ
うになっている。

【０００４】更に、外筒部材２の後部２ｂの後端には、
挿入管４を嵌合して接続するための嵌合部５が形成され
ており、先端装置１の後部２ｂに挿入管４を接続した
後、立坑６に設けられた図示しない押込み装置により順
次地中に押込むようにしている。

【０００５】前記先端装置１の内部には、先端装置１の
姿勢を検出するためのジャイロやその他の計測装置７が
備えられており、更に先端装置１の方向修正のための中
折れジャッキ及びカッタ３を駆動する油圧モータ８等の
駆動装置の駆動を制御するための制御装置９が備えられ
ている。

【０００６】一方、前記先端装置１の内部に設けられる
計測装置７及び制御装置９等の電子機器を保護するため
に、前記外筒部材２の後部２ｂの後端部内側に閉止板１
０を設置して先端装置１の内部空間１１を閉塞し、これ
により、先端装置１の内部に外部の水等が侵入しないよ
うにしている。

【０００７】又、前記油圧モータ８には、作動油１２
（送給流体）を供給する作動油供給管１３ａと作動油戻
り管１３ｂが電磁弁１４を介して接続されており、更に
作動油供給管１３ａと作動油戻り管１３ｂは前記閉止板
１０を貫通してトンネル後部に延設され、例えば立坑６
の外部地上に設けた油圧源１５に接続されている。

【０００８】更に、先端装置１の前端外周には滑材供給
管１６により滑材１７（送給流体）が供給されるように
なっており、滑材供給管１６は前記閉止板１０を貫通し
てトンネル後部に延設され、例えば外部地上に設けられ
た滑材供給装置１８に接続されている。

【０００９】又、前記先端装置１が泥水式シールドであ
る場合には、作泥材供給管１９により先端のカッタ３部
に泥水等の作泥材２０（送給流体）が供給されるように
なっており、作泥材供給管１９は前記閉止板１０を貫通
してトンネル後部に延設され、例えば外部地上に設けら
れた作泥材供給装置２１に接続されている。更に、前記
カッタ３で掘削した土砂をそのまま或いは作泥剤で泥状
化してトンネル後部に排出する排土管２２が設けられて
いる。

【００１０】上記したように、先端装置１の内部には、
油圧モータ８や中折れジャッキ等の駆動装置の他、図２
に示すように各種配管１３ａ，１３ｂ，１６，１９，２
２が狭いスペースに複雑に配置されており、従って、前
記計測装置７や制御装置９は、前記駆動装置及び配管等
を避けた狭い隙間に配置されている。

【００１１】図４の先端装置では、先端装置１の後部２
ｂの嵌合部５に挿入管４を接続した後、立坑６に設けら
れた図示しない押込み装置により略挿入管４の長さ分だ
け地中に押込んで次の挿入管４を接続するという間欠工
法によって小口径トンネルを構築している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記先端装置
１は、作業に伴い内部に備えられている油圧モータ８及
び中折れジャッキ等の駆動装置及び作動各部が発熱す
る。この時、前記先端装置１は、内部に備えられる計測
装置７、制御装置９等の電子機器を保護するために閉止
板１０にて内部空間１１を密閉しているために、前記先
端装置１の内部には熱がこもり易い。図４の先端装置１
は、先端装置１の後部に挿入管４を継ぎ足しては押込み
装置により押込むという間欠工法であるために、先端装
置１の押込みを停止している間は、先端装置１の熱の一
部は地中に伝えられて拡散される効果があるが、それで
も作業の進行に伴い先端装置１の内部空間１１の温度が
上昇して、計測装置７、制御装置９等の電子機器に悪影
響を及ぼすことが考えられる。

【００１３】又、寒冷地では、外気温度が低いため、先
端装置１の内部空間１１が冷やされることにより、計測
装置７、制御装置９等の電子機器に悪影響を及ぼすこと
も考えられる。

【００１４】一般に、電子機器は高級なものほど温度の
影響を受け易く、そのために、先端装置１内部の温度上
昇、或いは温度低下によって、計測装置７、制御装置９
等の電子機器の誤動作が生じたり、或いは電子機器が損
傷したり、又は計測装置７が誤計測を起こすことが考え
られる。又、こうした問題に対処するため、先端装置１
内部の温度を検出する温度センサを設けて、例えば先端
装置１内部の温度が上昇して設定値を越えた時に警報を
発することによりトンネルの推進作業を停止させること
も考えられるが、この場合には、先端装置１内部の温度
上昇によりトンネル構築の作業が頻繁に停止されること
になって作業能率が低下するという問題がある。

【００１５】又、近年では、前記したように先端装置１
を間欠的に押込む間欠工法に対して、挿入管の継ぎ足し
作業の能率化により押込み停止時間の短縮化が提案され
ているが、押込み効率が向上される反面、先端装置１の
内部空間１１の温度が更に上昇する傾向になり、よっ
て、前記した問題が更に深刻なものとなる。

【００１６】本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもの
で、先端装置の内部空間を簡略な構成で効果的に冷却で
きるようにした先端装置の内部温度制御方法を提供しよ
うとするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、内部に計測・
制御装置が備えられた密閉構造を有する先端装置の外筒
部材の後端に挿入管を順次継ぎ足して地中に挿入するこ
とにより小口径トンネルを構築するようにしている先端
装置の内部温度制御方法であって、先端装置の外筒部材
の内面に外筒部材とは異なる材料からなる内側部材を固
定して外筒部材と内側部材との間に直流電流を印可する
ことによりペルチェ素子を構成し、先端装置の内部空間
の温度をペルチェ素子の内側部材により制御することを
特徴とする先端装置の内部温度制御方法、に係るもので
ある。

【００１８】又、本発明は、内部に計測・制御装置が備
えられた密閉構造を有する先端装置の外筒部材の後端に
挿入管を順次継ぎ足して地中に挿入することにより小口
径トンネルを構築するようにしている先端装置の内部温
度制御方法であって、トンネル後部から先端装置に送ら
れる送給流体をトンネルの後部において温度制御し、先
端装置の内部空間の温度を、前記温度制御した送給流体
により熱交換部を介して制御することを特徴とする先端
装置の内部温度制御方法、に係るものである。

【００１９】上記手段において、前記送給流体が、先端
装置の機器を駆動するために循環供給される作動油であ
り、作動油供給管に備えた熱交換部により先端装置の内
部空間の温度を制御し、先端装置内の作動油戻り管を断
熱してもよく、又、前記送給流体が、先端装置の前端外
周に供給される滑材であり、滑材供給管に備えた熱交換
部により先端装置の内部空間の温度を制御してもよく、
又、前記送給流体が、先端装置の先端に供給される作泥
材であり、作泥材供給管に備えた熱交換部により先端装
置の内部空間の温度を制御してもよい。

【００２０】上記手段によれば、以下のような作用が得
られる。

【００２１】先端装置の外筒部材の内面に外筒部材とは
異なる材料からなる内側部材を固定して外筒部材と内側
部材との間に直流電流を印可することによりペルチェ素
子を構成し、先端装置の内部空間の温度をペルチェ素子
の内側部材により制御するようにしたので、簡単な構成
にて先端装置の内部空間の温度を効果的に制御して計測
・制御装置を保護できる。

【００２２】又、トンネル後部から先端装置に送られる
送給流体をトンネルの後部において温度制御し、先端装
置の内部空間の温度を前記温度制御された送給流体によ
り熱交換部を介して制御するようにしたので、先端装置
に備えられた機能を利用して簡単な構成にて先端装置の
内部空間の温度を効果的に制御して計測・制御装置を保
護できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。

【００２４】図１、図２は本発明を実施する形態の一例
であって、内部空間を冷却する場合を例示している。図
中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わして
おり、以下に本発明の特徴部分のみについて説明する。

【００２５】図１、図２に示す如く、先端装置１の外筒
部材２の内面に、該外筒部材２とは異種の導電性の材料
からなる内側部材２３を固定する。そして、外筒部材２
と内側部材２３とを電気的に接続し、外筒部材２と内側
部材２３との間に直流電流を印加する電源２５を設ける
ことによりペルチェ素子２６を構成する。この時、一般
に鋼板にて構成されている外筒部材２の内部に、例えば
銅材にて形成した内側部材２３を固定する。又、外筒部
材２との組み合わせでペルチェ素子２６を構成し得るも
のであれば内側部材２３の材質には制限されない。

【００２６】ペルチェ素子２６は、直流電流の印加によ
って一方から他方へ熱が移動する作用を有し、更に、供
給する電源２５の正負を切替えることによって熱の移動
方向が逆転する作用を有するので、内側部材２３から外
筒部材２へ熱が移動するように、前記電源２５を接続す
る。尚、図１では、計測装置７及び制御装置９が設置さ
れている外筒部材２の後部２ｂの内部に内側部材２３を
固定してペルチェ素子２６を構成した場合について示し
たが、前部２ａの内部に内側部材２３を設けてペルチェ
素子２６を構成するようにしてもよい。

【００２７】図１、図２に示した構成によれば、外筒部
材２と内側部材２３とで形成されるペルチェ素子２６の
内側部材２３が冷却され、先端装置１の内部に発生する
熱は内側部材２３によって効果的に冷却される。これに
より、先端装置１の内部に備えられている計測装置７、
制御装置９等の電子機器が高温による悪影響を受けるこ
とを防止できる。又、外筒部材２は加熱されることにな
るが、その熱は外筒部材２に接している地中に放出され
ることになる。上記したように、先端装置１にペルチェ
素子２６を構成したことにより、簡単な構成にて先端装
置１の内部空間１１を効果的に冷却できる。

【００２８】更に、図１には、トンネル後部から先端装
置１に送られる種々の送給流体を用いて先端装置１の内
部空間１１を冷却する構成が一緒に示されている。

【００２９】即ち、外部地上に設けた油圧源１５から先
端装置１の油圧モータ８等の機器に作動油１２を供給し
て駆動を行う作動油供給管１３ａの、前記油圧源１５出
口部に、作動油１２を冷却する冷却装置２７を設置す
る。又、前記作動油供給管１３ａにおける先端装置１の
内部に熱交換部２８を設ける。この熱交換部２８は、例
えば先端装置１内部の作動油供給管１３ａを熱伝達率が
高い銅等の材料で構成したり、或いは図３に示すよう
に、作動油供給管１３ａの一部を複数に分岐して再び合
流させた分岐管２９とし、この分岐管２９に伝熱用のフ
ィン３０を取付けた構成とする。又、上記分岐管２９も
熱伝達率が高い銅等の材料で構成してもよい。

【００３０】一方、作動油戻り管１３ｂにおける前記先
端装置１の内部には、断熱材３１を巻き付ける等により
断熱を行う。

【００３１】上記したように、油圧源１５から供給され
る作動油１２を冷却装置２７にて冷却し、この冷却した
作動油１２を先端装置１の油圧モータ８等に供給する
と、先端装置１内部に設けた熱交換部２８によって先端
装置１の内部空間１１が冷却される。これにより、先端
装置１内部に備えられている計測装置７、制御装置９等
の電子機器が高温による悪影響を受けることを防止でき
る。一方、油圧モータ８等を駆動して温度が上昇した作
動油１２は、先端装置１内において断熱材３１が巻かれ
た作動油戻り管１３ｂを介して油圧源１５に戻されるた
めに、作動油戻り管１３ｂによって先端装置１の内部空
間１１の温度が上昇することは防止される。

【００３２】又、外部地上に設けた滑材供給装置１８か
ら先端装置１の前端外周に滑材１７を供給するようにし
ている滑材供給管１６の、前記滑材供給装置１８出口部
に、滑材１７を冷却する冷却装置３２を設置する。又、
前記滑材供給管１６における先端装置１の内部には例え
ば図３に示したような構造を有する熱交換部３３を設け
る。

【００３３】このように、滑材供給装置１８から供給さ
れる滑材１７を冷却装置３２にて冷却し、この冷却され
た滑材１７を先端装置１の前端外周に供給すると、先端
装置１内部に設けた熱交換部３３によって先端装置１の
内部空間１１が冷却される。これにより、先端装置１内
部に備えられる計測装置７、制御装置９等の電子機器が
高温による悪影響を受けることを防止できる。

【００３４】又、外部地上に設けた作泥材供給装置２１
から先端装置１のカッタ３部に作泥材２０を供給するよ
うにしている作泥材供給管１９の、前記作泥材供給装置
２１出口部に、作泥材２０を冷却する冷却装置３４を設
置する。又、前記作泥材供給管１９における先端装置１
の内部には例えば図３に示したような構造を有する熱交
換部３５を設ける。

【００３５】このように、作泥材供給装置２１により供
給する作泥材２０を冷却装置３４にて冷却し、この冷却
された作泥材２０を先端装置１の前端に供給すると、先
端装置１内部に設けた熱交換部３５によって先端装置１
の内部空間１１が冷却される。これにより、先端装置１
内部に備えられている計測装置７、制御装置９等の電子
機器が高温による悪影響を受けることを防止できる。

【００３６】上記したように、トンネル後部から先端装
置１に送られる作動油１２、滑材１７、作泥材２０等の
送給流体をトンネルの後部において冷却装置２７，３
２，３４で冷却し、先端装置１の内部空間１１を前記冷
却された送給流体により熱交換部２８，３３，３５を介
して冷却するようにしたので、先端装置１に備えられて
いる機能を利用して簡単な構成にて先端装置１の内部空
間１１を冷却することができる。

【００３７】上述したペルチェ素子２６を構成して先端
装置１の内部空間１１を冷却する方式、作動油１２を冷
却して先端装置１の内部空間１１を冷却する方式、滑材
１７を冷却して先端装置１の内部空間１１を冷却する方
式、作泥材２０を冷却して先端装置１の内部空間１１を
冷却する方式は、それらを単独で実施することができ、
又、先端装置１の内部空間１１を冷却するのに冷熱が不
足する場合には、前記した方式を任意に組合わせて実施
してもよい。

【００３８】又、上記した形態例では、先端装置１の内
部空間１１を冷却する場合について説明したが、寒冷地
等において内部空間１１の温度が下がり過ぎる場合に
は、前記ペルチェ素子２６に供給する電源２５の正負を
切替えて内側部材２３により内部空間１１を加熱した
り、或いは、送給流体（作動油１２、滑材１７、作泥材
２０）を後部で加熱することによって内部空間１１を加
熱するようにしてもよい。

【００３９】尚、本発明の先端装置の内部温度制御方法
は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、先端
装置の挿入方式、構成には限定されないこと、熱交換部
の熱交換方式、構成には限定されないこと、その他本発
明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得
ること、等は勿論である。

【００４０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の先端装
置の内部温度制御方法によれば、先端装置の外筒部材の
内面に外筒部材とは異なる材料からなる内側部材を固定
して外筒部材と内側部材との間に直流電流を印可するこ
とによりペルチェ素子を構成し、先端装置の内部空間の
温度をペルチェ素子の内側部材により制御するようにし
たので、簡単な構成にて先端装置の内部空間の温度を効
果的に制御して計測・制御装置を保護できるという優れ
た効果を奏し得る。

【００４１】又、トンネル後部から先端装置に送られる
送給流体をトンネルの後部において温度制御し、先端装
置の内部空間の温度を前記温度制御された送給流体によ
り熱交換部を介して制御するようにしたので、先端装置
に備えられている機能を利用して簡単な構成にて先端装
置の内部空間の温度を効果的に制御して計測・制御装置
を保護できるという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略切断側
面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向拡大矢視図である。

【図３】熱交換部の構成例を示す側面図である。

【図４】従来の掘削工法による先端装置を備えて小口径
トンネルを構築する一例を示した概略切断側面図であ
る。

【符号の説明】

１ 先端装置 ２ 外筒部材 ４ 挿入管 ７ 計測装置 ９ 制御装置 １１ 内部空間 １２ 作動油（送給流体） １３ａ 作動油供給管 １３ｂ 作動油戻り管 １６ 滑材供給管 １７ 滑材（送給流体） １９ 作泥材供給管 ２０ 作泥材（送給流体） ２３ 内側部材 ２５ 電源 ２６ ペルチェ素子 ２７ 冷却装置 ２８ 熱交換部 ３２ 冷却装置 ３３ 熱交換部 ３４ 冷却装置 ３５ 熱交換部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千品 裕嗣 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 (72)発明者 佐藤 政幸 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 (72)発明者 杁山 義弘 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 高梨 敏彦 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 日野 英則 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2D054 AC18 BA02 GA06 GA13 GA24 GA32 GA36 GA42 GA75 GA81 GA92 5H323 AA40 BB11 CA09 CB12 CB25 DA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に計測・制御装置が備えられた密閉
   構造を有する先端装置の外筒部材の後端に挿入管を順次
   継ぎ足して地中に挿入することにより小口径トンネルを
   構築するようにしている先端装置の内部温度制御方法で
   あって、先端装置の外筒部材の内面に外筒部材とは異な
   る材料からなる内側部材を固定して外筒部材と内側部材
   との間に直流電流を印可することによりペルチェ素子を
   構成し、先端装置の内部空間の温度をペルチェ素子の内
   側部材により制御することを特徴とする先端装置の内部
   温度制御方法。
2. 【請求項２】 内部に計測・制御装置が備えられた密閉
   構造を有する先端装置の外筒部材の後端に挿入管を順次
   継ぎ足して地中に挿入することにより小口径トンネルを
   構築するようにしている先端装置の内部温度制御方法で
   あって、トンネル後部から先端装置に送られる送給流体
   をトンネルの後部において温度制御し、先端装置の内部
   空間の温度を、前記温度制御した送給流体により熱交換
   部を介して制御することを特徴とする先端装置の内部温
   度制御方法。
3. 【請求項３】 前記送給流体が、先端装置の機器を駆動
   するために循環供給される作動油であり、作動油供給管
   に備えた熱交換部により先端装置の内部空間の温度を制
   御し、先端装置内の作動油戻り管を断熱している請求項
   ２記載の先端装置の内部温度制御方法。
4. 【請求項４】 前記送給流体が、先端装置の前端外周に
   供給される滑材であり、滑材供給管に備えた熱交換部に
   より先端装置の内部空間の温度を制御している請求項２
   記載の先端装置の内部温度制御方法。
5. 【請求項５】 前記送給流体が、先端装置の先端に供給
   される作泥材であり、作泥材供給管に備えた熱交換部に
   より先端装置の内部空間の温度を制御している請求項２
   記載の先端装置の内部温度制御方法。