JP2009013702A - 泥水式シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】切羽の泥水圧の変動を吸収するエアチャンバーを備えた泥水式シールド掘進機において、低コストで、エアチャンバー内における泥や礫等の滞留堆積を予防防止して、連通口が塞がることを回避する。
【解決手段】カッター側隔壁５とカッターヘッド４との間に区画されたカッターチャンバー７と、カッター側隔壁５と本体側隔壁６との間に区画されたエアチャンバー８と、カッターチャンバー７とエアチャンバー８とを連通するようにカッター側隔壁５の下部に開口された連通口１１とを備え、カッターチャンバー７内の泥水を連通口１１を介してエアチャンバー８に導き、エアチャンバー８の下部に泥水層８ｂを上部に空気層８ａを形成する泥水式シールド掘進機１であって、エアチャンバー８に、エアチャンバー８内の泥水層８ｂの泥の濃度を低下させる薄め水を導入する注水管１７を、連通口１１よりも上方の部分に接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、切羽の泥水圧を安定させるためのエアチャンバーを備えた泥水式シールド掘進機に関する。

エアチャンバーを備えた泥水式シールド掘進機として、図５に示すものが知られている（特許文献１参照）。

この種の泥水式シールド掘進機１ｘは、掘進機本体３の前部に配設され切羽を切削すべく回転されるカッターヘッド４と、カッターヘッド４から掘進方向と反対方向に離間して掘進機本体３内に形成されたカッター側隔壁５と、カッター側隔壁５から掘進方向と反対方向に離間して掘進機本体３内に形成された本体側隔壁６と、カッター側隔壁５とカッターヘッド４との間に区画されたカッターチャンバー７と、カッター側隔壁５と本体側隔壁６との間に区画されたエアチャンバー８とを備えている。

また、この泥水式シールド掘進機１ｘは、掘進機本体３内からカッターチャンバー７内の上部に切羽の土圧水圧を保持するための泥水を送出する送泥管９と、カッターチャンバー７内の下部の掘削土砂が混ざった泥水を掘進機本体３内に排出する排泥管１０と、カッターチャンバー７とエアチャンバー８とを連通するようにカッター側隔壁５の下部に開口された連通口１１とを備えていて、カッターチャンバー７内の泥水を連通口１１を介してエアチャンバー８に導き、エアチャンバー８の下部に泥水層８ｂを上部に空気層８ａを形成し、切羽における圧力変動をエアチャンバー８内の空気層８ａの圧縮性によって吸収するものである。なお、空気層８ａの空気量は、本体側隔壁６にこれを貫通して設けられた図示しない給気管及び排気管によって調節可能となっている。

ここで、仮に連通口１１が泥や礫等で塞がると、エアチャンバー８内の空気層８ａによる切羽の圧力変動吸収作用が得られない。そこで、従来、エアチャンバー８の底面を掘進方向前方が低くなるように連通口１１に向けて傾けた傾斜面８１とし、その傾斜面８１の上端側から連通口１１に向けて洗浄水を噴射する洗浄管１７０を本体側隔壁６に取り付け、傾斜面８１に堆積した泥や礫等を洗浄管１７０から噴射される洗浄水によって連通口１１に向けて押し流すようにしていた。

特開２００３−１２０１７５号公報

図６は図５の連通口１１の部分を掘進方向前方から見た概略図である。

洗浄管１７０は、傾斜面８１に堆積した泥や礫等を洗浄管１７０から噴射される洗浄水によって押し流すものであるので、洗浄管１７０から噴射される洗浄水の水流が及ぶ範囲Ａの泥や礫等しか押し流すことができない。よって、エアチャンバー８の底面の傾斜面８１の全領域における泥や礫等を的確に押し流すためには、洗浄管１７０を傾斜面８１の幅方向に間隔を隔てて複数設置しなければならず、コストアップを招く。また、泥や礫等を押し流すためには、ある程度の噴射圧で洗浄水を洗浄管１７０から噴射しなければならず、そのための加圧手段（ポンプ等）が別途必要となり、コストアップを招く。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、切羽の泥水圧の変動を吸収するエアチャンバーを備えた泥水式シールド掘進機において、低コストで、エアチャンバー内における泥や礫等の滞留堆積を予防、防止して、連通口が塞がることを回避した泥水式シールド掘進機を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係る泥水式シールド掘進機は、掘進機本体の前部に配設され、切羽を切削するカッターヘッドと、該カッターヘッドから掘進方向と反対方向に離間して上記掘進機本体に形成されたカッター側隔壁と、該カッター側隔壁と上記カッターヘッドとの間に区画され、上記カッター側隔壁を貫通した送泥管及び排泥管が接続されたカッターチャンバーと、上記カッター側隔壁から掘進方向と反対方向に離間して上記掘進機本体に形成された本体側隔壁と、該本体側隔壁と上記カッター側隔壁との間に区画され上部に空気層が形成されるエアチャンバーと、該エアチャンバーと上記カッターチャンバーとを連通するように上記カッター側隔壁の下部に開口され、上記カッターチャンバー内の泥水を上記エアチャンバー内に導入して上記エアチャンバーの下部に泥水層を形成する連通口とを備え、上記エアチャンバーに、上記エアチャンバー内の泥水層の泥の濃度を低下させるための薄め水を導入する注水管を、上記連通口よりも上方の部分に接続したものである。

上記注水管が、上記送泥管から分岐された分岐管からなっていてもよい。

本発明によれば、切羽の泥水圧の変動を吸収するエアチャンバーを備えた泥水式シールド掘進機において、低コストで、エアチャンバー内における泥や礫等の滞留堆積を予防、防止でき、連通口が塞がることを回避できる。

本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態に係る泥水式シールド掘進機の側断面図、図２は図１のII−II線断面図、図３は図１のIII−III線断面図、図４は図１のIV−IV線断面図である。

図１〜図３に示すように、本実施形態に係る泥水式シールド掘進機１は、筒状（円筒状）に形成されたシールドフレーム２を有する掘進機本体３と、掘進機本体３の前部に配設され切羽を切削すべく回転されるカッターヘッド４と、カッターヘッド４から掘進方向と反対方向に離間してシールドフレーム２内に形成されたカッター側隔壁５と、カッター側隔壁５から掘進方向と反対方向に離間してシールドフレーム２内に形成された本体側隔壁６とを備えている。

カッター側隔壁５は、シールドフレーム２内を掘進方向の前後に仕切るように形成された仕切板（円板）から成る。本体側隔壁６は、カッター側隔壁５の掘進方向後方に配設された後方板６ａと、後方板６ａの下端部からカッター側隔壁５の背面まで延出された底部板６ｂとから成り、シールドフレーム２内を掘進方向の前後に仕切っている。カッター側隔壁５とカッターヘッド４との間には、カッターチャンバー７が区画され、カッター側隔壁５と本体側隔壁６との間には、エアチャンバー８が区画されている。

本体側隔壁６とカッター側隔壁５との間には、筒状に形成された周壁２０が設けられており、この周壁２０の内方には、カッターヘッド４を回転させる図示しないカッター駆動機構（ギヤ、モータ等）が収容されている。エアチャンバー８は、本体側隔壁６の前面、カッター側隔壁５の後面、周壁２０の外周面、シールドフレーム２の内周面によって区画され、カッターチャンバー７は、カッターヘッド４の後面、カッター側隔壁５の前面、シールドフレーム２の内周面によって区画される。

泥水式シールド掘進機１は、本体側隔壁６の後方から泥水をカッター側隔壁５の前方上部に送出する送泥管９と、カッター側隔壁５の前方下部の泥水をカッター側隔壁５の後方に排出する排泥管１０とを備えている。送泥管９は、本体側隔壁６の上部とカッター側隔壁５の上部とを貫通してそれら隔壁５、６に支持されており、切羽の土圧水圧を保持するため、図示しないポンプで加圧された泥水をカッターチャンバー７内の上部に送出する。排泥管１０は、カッター側隔壁５の下部を貫通してその隔壁５に支持されており、カッターヘッド４によって切削された切羽の掘削土砂が混ざったカッターチャンバー７内の泥水を、カッターチャンバー７の下部からカッター側隔壁５の後方に排出する。

泥水式シールド掘進機１は、カッターチャンバー７とエアチャンバー８とを連通するように、カッター側隔壁５の下部に開口された連通口１１を備えている。連通口１１の下縁は、エアチャンバー８の下壁を成す底部板６ｂの上面と面一となっている。連通口１１により、カッターチャンバー７内の泥水がエアチャンバー８に導かれ、エアチャンバー８には、下部に泥水層８ｂが上部に空気層８ａが形成される。空気層８ａの空気は、切羽の土圧水圧等が変動した際、その変動を吸収するエアスプリングとして機能する。

本体側隔壁６の上部には、エアチャンバー８内の空気層８ａに空気を導入する給気管１２と、エアチャンバー８内の空気層８ａの空気を排出する排気管１３とが接続され、エアチャンバー８内の空気層８ａの圧力を検出する圧力センサ１４が設けられている。圧力センサ１４の出力は図示しないコントローラに送られ、空気層８ａの圧力が、切羽の土圧水圧等の変動に拘わらず予め設定された圧力となるように、給気管１２からエアチャンバー８へ導入される空気量及びエアチャンバー８から排気管１３を通って排出される空気量の少なくとも一方が、上記コントローラにより制御される。

本体側隔壁６には、エアチャンバー８内の泥水層８ｂの泥水面１６の高さを検出する液面センサ１５（フロート式等）が設けられている。液面センサ１５の出力は図示しないコントローラに送られ、泥水層８ｂの泥水面１６の高さが、切羽の土圧水圧等の変動に拘わらず予め設定された高さとなるように、送泥管９に接続されたポンプの運転（回転）が、上記コントローラにより制御される。なお、泥水層８ｂの泥水面１６を制御するコントローラと空気層８ａの圧力を制御するコントローラとは、共用してもよい。

本体側隔壁６には、エアチャンバー８内の泥水層８ｂの泥の濃度を低下させるための薄め水をエアチャンバー８内に導入する注水管１７が、接続されている。注水管１７は、連通口１１よりも上方の本体側隔壁６に接続されている。すなわち、エアチャンバー８には、エアチャンバー８内の泥水層８ｂの泥の濃度を低下させるための薄め水を導入する注水管１７が、連通口１１よりも上方の部分に接続されている。

注水管１７は、送泥管９から分岐された分岐管から成り、送泥管９を通ってカッターチャンバー７内に送出される泥水の一部が、注水管１７を介してエアチャンバー８に注水されるようになっている。注水管１７は、送泥管９よりも細く形成されており、送泥管９からカッターチャンバー７に送出される水量よりも少ない水量がエアチャンバー８に注水される。注水管１７には、流量を調節するためのバルブ１８を設けてもよい。

本実施形態の作用を述べる。

図１に示すように、エアチャンバー８の泥水層８ｂの上部には、送泥管９を通ってカッターチャンバー７に向かう泥水（掘削土砂が含まれていないもの、以下送泥水という）の一部が、注水管１７を通って導入される。

注水管１７を通ってエアチャンバー８の泥水層８ｂの上部に導入された送泥水は、泥水層８ｂの上方に切羽の土圧水圧すなわちカッターチャンバー７内の泥水（掘削土砂が含まれているもの、以下排泥水という）の圧力に対抗できる圧力の空気が充満された空気層８ａが存在するため、泥水層８ｂ内を緩やかに下降して連通口１１からカッターチャンバー７に流出する。

こうして、エアチャンバー８内の泥水層８ｂが、掘削土砂が含まれていない注水管１７からの送泥水で満たされる状態が保たれるので、エアチャンバー８内における土砂の滞留堆積が予防され、抑制される。なお、図１にて、カッターチャンバー７内の密度の高いドットは泥の濃度の高い状態を概略的に示し、エアチャンバー８内の密度の低いドットは泥の濃度の低い状態を概略的に示すものである。

より詳しく述べると、図１に示す本実施形態において注水管１７からエアチャンバー８の泥水層８ｂに送出される送泥水は、図５に示す従来例における洗浄管１７０から噴射される洗浄水のようにエアチャンバー８の底面（傾斜面８１）に堆積した泥や礫等を水流の力で押し流すものではなく、エアチャンバー８内の泥水層８ｂの泥の濃度を低下させる薄め水として機能して泥や礫等がエアチャンバー８内の底面（底部板６ｂ）に堆積することを予防抑制するものであり、エアチャンバー８の底面（底部板６ｂ）に堆積した泥や礫等を水流の力で押し流すものではない。

よって、本実施形態の注水管１７の数は、従来例の洗浄管１７０の数よりも少なくて済み、注水管１７から流出される送泥水の送出圧力も、従来例の洗浄管１７０から噴射される清浄水の噴射圧力よりも小さな圧力で済む。

すなわち、図５の従来例においては、洗浄管１７０から噴射される洗浄水によってエアチャンバー８の底面（傾斜面８１）に堆積した泥や礫等を押し流しているので、エアチャンバー８の底面（傾斜面８１）に堆積した泥や礫等を全面的に押し流すためには、図６を用いて述べたように、洗浄管１７０をエアチャンバー８の底面（傾斜面８１）の幅方向に間隔を隔てて複数設置する必要があったが、図１に示す本実施形態においては、注水管１７は、エアチャンバー８内の泥水層８ｂにその泥の濃度を低下させる薄め水（送泥水）を供給すればよいので、１又は２本程度で足り、コストダウンとなる。なお、図３、図４に示すように、注水管１７は、泥水層８ｂの左右の上部に１本ずつ設置することが好ましい。泥水層８ｂ内の泥の濃度をバランスよく低下させるためである。

また、図５の従来例においては、洗浄管１７０から噴射される洗浄水の水流の力によってエアチャンバー８の底面（傾斜面８１）に堆積した泥や礫等を押し流しているので、泥や礫等を的確に押し流すためには、ある程度の噴射圧で洗浄水を噴射しなければならず、そのための加圧手段（ポンプ等）が別途必要となり、コストアップを招くことになっていたが、図１の本実施形態においては、注水管１７は、エアチャンバー８内の泥水層８ｂにその泥の濃度を低下させる薄め水（送泥水）を緩やかに供給すればよいので、泥や礫等を押し流すような噴射圧力で薄め水を噴射する必要はなく、専用の加圧手段（ポンプ等）は不要であり、コストダウンとなる。すなわち、送泥管９内を流れる送泥水の一部を分岐管で分岐し、これを注水管１７とすれば、専用の加圧手段（ポンプ等）は不要である。

以上述べたように、本実施形態によれば、切羽の泥水圧の変動を吸収するエアチャンバー８を備えた泥水式シールド掘進機１において、低コストで、エアチャンバー８内における泥や礫等の滞留堆積を予防、防止でき、連通口１１が塞がることを回避できる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

本実施形態では、注水管１７を本体側隔壁６の泥水層８ｂの上部に接続したが、注水管１７を本体側隔壁６の空気層８ａの部分に接続してもよい。この場合、注水管１７から流出した送泥水が泥水層８ｂの泥水面１６に落下するため、泥水層８ｂにおける泥水の撹拌効果が期待できる。

また、泥水層８ｂ内の泥の濃度をセンサで測定し、泥の濃度が高いときには注水管１７のバルブ１８の開度を大きくし、泥の濃度が低いときには注水管１７のバルブ１８の開度を小さくするようにしてもよい。

具体的には、カッター側隔壁５に後方へ光を照射する照射装置を設け、本体側隔壁６に照射装置から照射された光の受光量を検出する受光量検出装置を設け、受光量検出装置で検出した受光量が大きければ泥水層８ｂ内の泥の濃度が低いと判断し、受光量検出装置で検出した受光量が小さければ泥水層８ｂ内の泥の濃度が高いと判断する制御部を設け、この制御部からの指令を受け、泥の濃度が高いときには注水管１７のバルブ１８の開度を大きくし、泥の濃度が低いときには注水管１７のバルブ１８の開度を小さくするアクチュエータをバルブ１８に設けてもよい。

これにより、送泥管９から分岐されてエアチャンバー８内へ供給される薄め水（送泥水）の供給量を、エアチャンバー８内における土砂の滞留堆積を予防できる必要最小限の量にコントロールできる。この結果、送泥管９内を流れる送泥水は、エアチャンバー８内における土砂の滞留堆積を予防するためにエアチャンバー８に向けて分流される量を除き、最大限、カッターチャンバー７内に供給されることになる。よって、送泥管９内を流れる送泥水の本来の目的である、排泥管１０と協同したカッターチャンバー７内の掘削土砂の流体輸送能力を、保持できる。

また、注水管１７は、送泥管９から分岐された分岐管に限られるものではなく、送泥管９とは切り離して別途配管してもよい。この場合、注水管１７からエアチャンバー８内に送出される薄め水には、カッターチャンバー７内の掘削土砂が混ざった泥水（排泥水）よりも泥の濃度が低い水（泥が含まれていない水でも可）が用いられる。

本発明の一実施形態に係るエアチャンバー付きの泥水式シールド掘進機の側断面図である。 図１のII−II線断面図である。 図１のIII−III線断面図である。 図１のIV−IV線断面図である。 従来例を示すエアチャンバー付きの泥水式シールド掘進機の側断面図である。 図５の連通口の部分を掘進方向前方から見た概略図である。

符号の説明

１ 泥水式シールド掘進機
３ 掘進機本体
４ カッターヘッド
５ カッター側隔壁
６ 本体側隔壁
７ カッターチャンバー
８ エアチャンバー
８ａ 空気層
８ｂ 泥水層
１１ 連通口
１２ 送泥管
１３ 排泥管
１７ 注水管

Claims (2)

1. 掘進機本体の前部に配設され、切羽を切削するカッターヘッドと、
   該カッターヘッドから掘進方向と反対方向に離間して上記掘進機本体に形成されたカッター側隔壁と、
   該カッター側隔壁と上記カッターヘッドとの間に区画され、上記カッター側隔壁を貫通した送泥管及び排泥管が接続されたカッターチャンバーと、
   上記カッター側隔壁から掘進方向と反対方向に離間して上記掘進機本体に形成された本体側隔壁と、
   該本体側隔壁と上記カッター側隔壁との間に区画され上部に空気層が形成されるエアチャンバーと、
   該エアチャンバーと上記カッターチャンバーとを連通するように上記カッター側隔壁の下部に開口され、上記カッターチャンバー内の泥水を上記エアチャンバー内に導入して上記エアチャンバーの下部に泥水層を形成する連通口とを備え、
   上記エアチャンバーに、上記エアチャンバー内の泥水層の泥の濃度を低下させるための薄め水を導入する注水管を、上記連通口よりも上方の部分に接続した
   ことを特徴とする泥水式シールド掘進機。
2. 上記注水管が、上記送泥管から分岐された分岐管からなる請求項１に記載の泥水式シールド掘進機。

Images