JP2009074318A - シールド掘進機におけるテールシールの洗浄方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 テールシールに滞留する裏込め注入材を容易に除去することができるシールド掘進機におけるテールシールの洗浄方法および装置を提供する。
【解決手段】 シールド掘進機１におけるテールシール２０には、冷却装置３６が設けられている。テールシール２０に裏込め注入材Ｕが滞留した際には、冷却装置３６に冷却液を循環供給し、裏込め注入材を凍結させる。その後、冷却装置３６に温水を循環供給して凍結した裏込め注入材Ｕを解凍する。解凍後の裏込め注入材は構造破壊を起こすことから、脆弱な状態となっている。このときに、グリース噴射孔ＳＧからグリースを噴射することにより、テールシール２０から裏込め注入材Ｕを除去する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、シールド掘進機におけるテールシールの洗浄方法および装置に関する。

シールド掘進機においては、その後方において、セグメントと地山との間におけるテールボイドを塞ぐために、セグメントと地山との間に裏込め注入材を注入している。また、シールド掘進機における外筒部の後端部には、裏込め注入材が外筒部内への流入を阻止するテールシールが設けられている。このテールシールは、地下水が外筒部内に流入することも防止している。

テールシールに裏込め注入材が流入すると、流入した裏込め注入材がテールシールで固化し、セグメントとの間で競ることによってセグメントにひび割れを起こす原因となる。また、テールシールの止水性が低下し、地下水の流入量を増加させる原因となる。このため、シールド掘進機による掘進の途中における休工中などに、テールシールを洗浄してテールシールにおける裏込め注入材を除去している。

従来におけるテールシールの除去方法としては、たとえば、セグメントの先端に発泡ウレタンで形成されたテールシールブラシを設け、このテールシールブラシで外筒部とセグメントとの間を止水するシールド機テールシールの緊急止水装置を用いる（たとえば特許文献１）。この緊急止水装置を用いてテールブラシへの地下水の浸入を阻止しながら、テールシールにおいて固化している裏込め注入材を除去するようにしている。
特開平１０−１３１６８３号公報

しかし、テールシールに滞留する裏込め注入材は固化した状態にある。このため、上記特許文献１に開示された緊急止水装置を用いて止水を行ったとしても、固化した裏込め注入材をテールシールから除去するためには、たとえば裏込め注入材を破砕するなどしなければならない。したがって、テールシールに滞留する裏込め注入材を除去するのは容易ではないという問題があった。

そこで、本発明の課題は、テールシールに滞留する裏込め注入材を容易に除去することができるシールド掘進機におけるテールシールの洗浄方法および装置を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係るシールド掘進機におけるテールシールの洗浄方法は、シールド掘進機における外筒部の後端部に設けられたテールシールに滞留する裏込め注入材を除去してテールシールを洗浄するにあたり、裏込め注入材が、一旦凍結した後に解凍することにより構造破壊を起こすものであり、テールシールに滞留する裏込め注入材を凍結装置によって凍結させ、その後、裏込め注入材を解凍した後、テールシールから裏込め注入材を除去することを特徴とするものである。

本発明に係るシールド掘進機におけるテールシールの洗浄方法では、一旦凍結した後に解凍することにより構造破壊を起こす裏込め注入材が用いられている。ここで、テールシールに滞留して固化した裏込め注入材を凍結させ、その後、解凍した後、テールシールから裏込め注入材を除去する。このため、テールシールから除去しようとする際の裏込め注入材は、構造破壊を起こし自立性を失って脆弱化している。したがって、テールシールに滞留する裏込め注入材が固化した場合でも、その裏込め注入材を容易に除去することができる。

ここで、裏込め注入材を凍結装置によって凍結させた後、加熱装置によって裏込め注入材を解凍する態様とすることができる。

このように、裏込め注入材を凍結させた後、加熱装置によって裏込め注入材を解凍することにより、テールシールに滞留する裏込め注入材を短時間で脆弱化することができる。

また、テールシールで解凍された裏込め注入材を、除去装置によってテールシールから除去する態様とすることもできる。

このように、裏込め注入材を、除去装置によってテールシールから除去することにより、裏込め注入材を、容易にテールシールから除去することができる。ここでの除去装置としては、テールシールにグリースを注入するグリース注入装置や水などの液体をジェット噴射するジェット噴射などを用いることができる。

さらに、裏込め注入材として、水ガラスが混合された裏込め注入材を用いる態様とすることができる。

このように、裏込め注入材として、水ガラスが混合された裏込め注入材を用いることにより、凍結してから解凍した後に確実に構造破壊を起こす裏込め注入材を製造することができる。

また、上記課題を解決した本発明に係るシールド掘進機におけるテールシールの洗浄装置は、外筒部の後方におけるセグメントと地山との間に裏込め注入材を注入する裏込め注入装置を備え、外筒部の後端部に設けられたテールシールを有するシールド掘進機において、裏込め注入材が、一旦凍結した後に解凍することにより構造破壊を起こすものであり、テールシールに流入して滞留する裏込め注入材を凍結させる凍結装置を備えるものである。

本発明に係るシールド掘進機におけるテールシールの洗浄方法および装置によれば、テールシールに滞留する裏込め注入材を容易に除去することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。図１は本発明の実施形態に係るシールド掘進機の側断面図、図２は本発明の実施形態に係るシールド掘進機における後端部の拡大側断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るシールド掘進機１は、外筒部１０を備えている。外筒部１０の前端開口部よりも前方位置には、カッタ部となるカッタヘッド１１が設けられている。さらに、外筒部１０の前端部よりやや後方位置に仕切り板１２が設けられている。これらのカッタヘッド１１と仕切り板１２との間にチャンバ１３が形成されている。

カッタヘッド１１の正面には、多数のカッタビット１１Ａが設けられている。カッタヘッド１１は、モータによって回転させられる回転軸１４を介して仕切り板１２に取り付けられている。この回転軸１４が回転することによりカッタヘッド１１が回転する。カッタヘッド１１の回転によって地山がカッタビット１１Ａを削り、掘削が行われる。

仕切り板１２は、外筒部１０の前方開口部を塞ぐようにして配設されている。この仕切り板１２は、チャンバ１３内における土砂やその周囲の地山に含まれる地下水の外筒部１０の内部への浸入を阻止している。また、仕切り板１２は、チャンバ１３における掘削土が外筒部１０の内側に流入するのを防止している。

仕切り板１２の下方位置にはスクリューコンベア１６が接続されている。スクリューコンベア１６は、チャンバ１３内の残土を排出する。スクリューコンベア１６によってチャンバ１３から排出された残土は、外筒部１０の外部に搬送される。

さらに、外筒部１０における後部には、シールドジャッキ１７が設けられている。シールドジャッキ１７は、シールドジャッキシリンダ１７Ｂおよびシールドジャッキロッド１７Ａを備えており、シールドジャッキロッド１７Ａの先端は、組み立てられたセグメントＳを押圧する。シールドジャッキロッド１７ＡでセグメントＳを押圧することにより、セグメントＳに反力をとってシールド掘進機１を前進させる。

さらに、外筒部１０の後端部には、テールシール２０が設けられている。テールシール２０は、シールド掘進機１の後端部において、セグメントＳとシールド掘進機１との間を止水している。テールシール２０は、図２に示すように、１段目テールシール２１と、２段目テールシール２２と、３段目テールシール２３と、を備えている。このうち、３段目テールシール２３が外筒部１０の内側の最後端部に設けられており、外筒部１０の内側におけるその前方に２段目テールシール２２が設けられ、外筒部１０の内側におけるさらにその前方に１段目テールシール２１が設けられている。後方に組み立てたセグメントＳと外筒部１０の内側とをテールシール２０によって塞ぐことにより、外筒部１０内への土砂や地下水の侵入を防止している。なお、本実施形態では、テールシール２０は３段とされているが、テールシールの段数は３段でなく、１段、２段、あるいは４段以上である態様とすることもできる。

また、組み立てたセグメントＳのうち、裏込め注入用セグメントＳ１には、裏込め材注入孔ＳＨが形成されており、裏込め材注入孔ＳＨには、裏込め材注入装置３０が接続されている。裏込め材注入装置３０は、裏込め材注入孔ＳＨに対して裏込め注入材を供給する、裏込め材注入孔ＳＨに供給された裏込め注入材Ｕは、セグメントＳと地山との間に注入される。

ここで、本実施形態で用いられる裏込め注入材Ｕとしては、一旦凍結した後に解凍することにより構造破壊を起こすものが用いられる。裏込め注入材としては、Ａ液として固化剤、助剤、および水を含むもの、Ｂ液として水ガラスを含むものが用いられる。

さらに、外筒部１０における後端部の内側面には、図２に示すように、冷却装置３６が設けられている。さらに、外筒部１０における後端部の内部には、冷却装置３６に連通する冷却管３７が設けられている。冷却装置３６は、第２テールシール２２および第３テールシール２３のそれぞれ前部に設けられており、冷却流体としての冷却液が循環可能とされている。ここでの冷却流体としては、冷却流体が冷熱を有する液体や気体、たとえば液体窒素や液体空気などを用いることができる。冷却装置３６は、外筒部１０の内側面においてその周方向に沿って設けられている。

冷却管３７の一方端は、冷却装置３６に連通しており、他方端は冷却液供給装置３８に接続されている。冷却液供給装置３８からは、冷却液が冷却管３７を介して冷却装置３６に対して循環供給される。冷却装置３６は、冷却液が循環供給されることにより、外筒部１０の内側に滞留する裏込め注入材Ｕを凍結させる。また、冷却管３７には、温水を供給可能とされている。裏込め注入材Ｕが凍結した後、冷却管３７に温水を循環供給することにより、凍結した裏込め注入材Ｕの解凍が促進される。

また、外筒部１０の後端部には、図示しないグリース給脂機構が設けられており、このグリース給脂機構には、グリース供給装置４０が接続されている。グリース供給装置４０は、グリース給脂機構に対してグリースを供給しており、グリース給脂機構に供給されたグリースは、セグメントＳとテールシール２０との間に給脂される。

さらに、外筒部１０の後端部における外側面には、ヒータ４５が設けられている。ヒータ４５には、図示しない電熱線が設けられており、この電熱線に電流を供給することにより、外筒部１０の外側を加熱する。冷却管３７に冷凍液を循環供給して裏込め注入材Ｕを凍結させる際、電熱線に電流を供給してヒータ４５を作動させることにより、冷却管３７を循環する冷却液の冷熱が外筒部１０の外側における地山に伝熱されることを防止している。

次に、本実施形態に係るシールド掘進機１におけるテールシールの洗浄方法の手順について説明する。

シールド掘進機１によって掘進を行っている際には、カッタヘッド１１を回転させることにより、地山を掘削する。地山を掘削することによって発生する残土は、スクリューコンベア１６によって外筒部１０内へと排出される。また、シールド掘進機１を前進させる際、シールドジャッキ１７の伸縮を繰り返し、シールド掘進機１が前進する際にセグメントＳが組み立てられる。セグメントＳの組み立てを行うとともに、裏込め材注入装置３０によって、セグメントＳと地山との間に裏込め注入材Ｕを注入する。なお、裏込め注入材Ｕは、マシンテールから注入する態様とすることもできる。

シールド掘進機１の後端部には、テールシール２０が設けられている。シールド掘進機１が掘進を行う際には、テールシール２０によってシールド掘進機１の後端部とセグメントＳとの間における止水が図られるとともに、裏込め注入材Ｕの外筒部１０内への流入が阻止される。

ところが、シールド掘進機１の掘進が進行すると、少しずつテールシール２０に流入する裏込め注入材Ｕがテールシール２０に滞留する。テールシール２０に滞留した裏込め注入材Ｕは、テールシール２０で固化する。テールシール２０で固化した裏込め注入材Ｕの量が多くなると、テールシール２０の止水性が低下するなどの弊害が生じる。そこで、この場合に、テールシール２０を洗浄し、テールシール２０に滞留する裏込め注入材Ｕの除去作業を行う。

テールシール２０の洗浄を行う際には、まず、図３（ａ）に示すように、先頭のセグメントＳとして、グリース噴出孔ＳＧが形成された洗浄用セグメントＳ２を設ける。このとき、テールシール２０には、大量の裏込め注入材Ｕが滞留している。続いて、一旦シールド掘進機１における掘削を中断し、図１に示す冷却液供給装置３８から冷却管３７を介して冷却装置３６へと循環供給される。

冷却装置３６に冷却液が循環供給されると、図３（ｂ）に示すように、テールシール２０における裏込め注入材が凍結して凍結裏込め注入材ＵＦとなる。裏込め注入材Ｕが完全に凍結するまでの規定時間冷却装置３６に冷却液を循環供給したら、冷却液の循環供給を停止する。続いて、冷却装置３６に対して冷却管３７を介して温水を循環供給する。冷却装置３６に温水を循環供給することにより、凍結したテールシール２０における裏込め注入材Ｕが短時間で解凍する。このとき、冷却管３７は、温水を供給されることにより温水管として機能し、冷却装置３６は加熱装置として機能する。

テールシール２０における滞留する裏込め注入材Ｕは、一旦凍結した後に解凍することにより構造破壊を起こす裏込め注入材である。このため、テールシール２０で解凍した裏込め注入材Ｕは、構造破壊を起こしており、脆弱な状態となっている。このときに、図３（ｃ）に示すように、裏込め材注入孔ＳＨから水ジェット噴射を行うことにより、水ジェットの流れに伴って裏込め注入材Ｕがテールシール２０から外筒部１０の外筒部１０の内側に排出される。このとき、裏込め材注入孔ＳＨから棒状部材を挿入して裏込め注入材Ｕを破砕することもできる。あるいは、外筒部１０の後端部に設けられたグリース給脂機構からグリースまたは水ジェットを噴出することにより、外筒部１０の外側に裏込め注入材Ｕを排出させることができる。こうして、テールシール２０の洗浄が終了する。テールシール２０の洗浄が済んだら、シールド掘進機１における掘進を再開する。

このように、本実施形態に係るテールシールの洗浄方法では、一旦凍結した後に解凍することにより構造破壊を起こす裏込め注入材が用いており、テールシール２０に滞留して固化した裏込め注入材Ｕを凍結させて解凍し、その後テールシール２０から裏込め注入材Ｕを除去している。このため、テールシール２０から除去しようとする際の裏込め注入材Ｕは、構造破壊を起こし自立性を失って脆弱化している。したがって、裏込め注入材はＵセグメントＳを外して強打等することなく、単に水ジェットやグリースを流すなどによって簡単に除去することができるので、テールシール２０に滞留する裏込め注入材Ｕが固化した場合でも、その裏込め注入材Ｕを容易に除去することができる。

次に、裏込め注入材が示す解凍脆弱性についての実験結果について説明する。ここでは、下記の表１に示す配合の試料１〜５を用意し、各試料について、解凍後の構造破壊状況を調べた。その結果を表１に示す。

表１に示すように、セメントミルクのみからなる試料１およびセメントベントナイトからなる試料２では、いずれも作液時よりも重量が増加し、解凍後に構造破壊を起こさない結果となった。また、セメントベントナイトに急硬材を添加した試料３では、作液時よりも重量は減少したが、解凍後に構造破壊を起こさない結果となった。

さらに、セメントベントナイトに水ガラスを添加した試料４は、作液時よりも重量が減少し、ゲル化していることから、水が抜けなかった。また、解凍後は構造破壊を起こした。構造破壊を起こす原因としては、凍結から解凍の過程において、粒状成分と液状成分とに分離したことにあると考えられる。また、従来の裏込め注入材として用いられる試料５では、ゲル化していることから水が抜けず、わずかに構造破壊を起こす結果となった。

以上の実験結果から、裏込め注入材としては、水ガラスが混合されていることが解凍脆弱性を発揮するために好適である。さらに、その水ガラスの混合量が多い方が好適解凍脆弱性を良好に発揮される。また、水分が多くセメント量が少ない場合にも、解凍脆弱性を発揮すると考えられる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態ではテールシール２０の裏込め注入材Ｕが凍結した後、冷却装置３６に温水を供給して解凍を促進しているが、温水を供給することなく、ヒータ４５のみによって裏込め注入材Ｕを加熱したり、自然解凍を待ったりする態様とすることもできる。また、上記実施形態では、外筒部１０の外側にヒータ４５を設けているが、ヒータ４５の代わりに断熱材を設けたり、ヒータと断熱材の両方を設けたりすることもできる。あるいは、ヒータなどを設けない態様とすることもできる。

さらに、上記実施形態では、解凍した後の裏込め注入材ＵをグリースＧによってテールシール２０の外部に除去しているが、そのほか、水などの液体をジェット噴射したり、テールシール２０に棒状の部材を挿入して除去したりする態様とすることもできる。さらには、テールシール２０における最後段のテールブラシの地山側の凍結を行い、止水性を確保した上でテールシール２０内側のセグメントを除去して、テールシール２０を清掃することもできる。

本発明の形態に係るシールド掘進機の側断面図である。 シールド掘進機における後端部の拡大側断面図である。 テールシールの洗浄工程を側面視した工程図であるである。

符号の説明

１…シールド掘進機
１０…外筒部
１１…カッタヘッド
１１Ａ…カッタビット
１２…仕切り板
１３…チャンバ
１４…回転軸
１６…スクリューコンベア
１７…シールドジャッキ
１７Ａ…シールドジャッキロッド
１７Ｂ…シールドジャッキシリンダ
２０…テールシール
２１…１段目テールシール
２２…２段目テールシール
２３…３段目テールシール
３０…裏込め材注入装置
３６…冷却装置（加熱装置）
３７…冷却管（温水管）
３８…冷却液供給装置
４０…グリース供給装置
４５…ヒータ
Ｓ…セグメント
Ｓ１…注入用セグメント
ＳＨ…裏込め材注入孔
Ｕ…裏込め注入材
ＵＦ…凍結裏込め注入材

Claims (5)

1. シールド掘進機における外筒部の後端部に設けられたテールシールに滞留する裏込め注入材を除去して前記テールシールを洗浄するにあたり、
   前記裏込め注入材が、一旦凍結した後に解凍することにより構造破壊を起こすものであり、
   前記テールシールに滞留する前記裏込め注入材を凍結装置によって凍結させ、その後、前記裏込め注入材を解凍した後、前記テールシールから前記裏込め注入材を除去することを特徴とするシールド掘進機におけるテールシールの洗浄方法。
2. 前記裏込め注入材を凍結装置によって凍結させた後、加熱装置によって前記裏込め注入材を解凍する請求項１に記載のシールド掘進機におけるテールシールの洗浄方法。
3. 前記テールシールで解凍された前記裏込め注入材を、除去装置によって前記テールシールから除去する請求項１または請求項２に記載のシールド掘進機におけるテールシールの洗浄方法。
4. 前記裏込め注入材として、水ガラスが混合された裏込め注入材を用いる請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載のシールド掘進機におけるテールシールの洗浄方法。
5. 外筒部の後方におけるセグメントと地山との間に裏込め注入材を注入する裏込め注入装置を備え、前記外筒部の後端部に設けられたテールシールを有するシールド掘進機において、
   前記裏込め注入材が、一旦凍結した後に解凍することにより構造破壊を起こすものであり、
   前記テールシールに流入して滞留する裏込め注入材を凍結させる凍結装置を備えることを特徴とするシールド掘進機におけるテールシールの洗浄装置。

Images