JP2018168535A - 泥濃式推進工法に用いる掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】泥濃式推進工法における高水位及び高深度立坑での施工を可能とする泥濃式推進工法に用いる掘進機を提供することを目的とするものである。
【解決手段】掘削カッター３が駆動回転自在に取り付けられた隔壁８によって形成される掘削室２と、隔壁８に開口される排泥土口９に連通状に接続される排泥土導入管１０と、排泥土導入管１０の他端が、上部に連通され、下部に排泥土搬送管１２に連通される排泥土収納部１４と、排泥土収納部１４と排泥土搬送管１２との間に設けられるエアーバランスバルブ１６と、排泥土導入管１０と排泥土搬送管１２との連通状態と、遮断状態とを切換える可動シリンダー２４と、可動シリンダー２４内を排泥土搬送管１２の軸心方向へ前後可動可能とされる排泥土圧送ピストン２５とを備え、一定量の掘削土砂を排泥土収納部１４から排泥土搬送管１２へ排出する定量押出し機構５５を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、泥濃式推進工法に用いる掘進機に関する。

従来より地下に管路を敷設する場合には、密閉型推進工法が知られている。この密閉型推進工法では、敷設する管路の一端側に対応する位置の地面から縦穴である発進立坑、管路の他端側に対応する位置の地面から縦穴である到達立坑をそれぞれ掘削する。その後、発進立坑内に掘進機の元押装置を設置する。そして、掘進機によって到達立坑に向って地中を掘削しながら順次敷設管を元押装置によって押し込んでいく。この密閉型推進工法は、泥土圧式、泥濃式、泥水式の推進工法に大別されている。

泥濃式推進工法に用いる掘進機としては、図９に示す泥土排出制御装置を使用したものがある。この泥土排出制御装置は、掘進機のカッター部後方の排泥土送出管１０１に、その一端が連通状に配置された第１エアーピンチバルブ１０２と、第１エアーピンチバルブ１０２の他端に連通状に連結された第１貯泥槽１０３とを有する。第１貯泥槽１０３の下部には、可動式の排泥ピストン１０４が内包されている。この排泥ピストン１０４は、ピストン駆動装置１０５によって前後往復動する。第１貯泥槽１０３には、排泥ピストン１０４の前方の開口部１０６に第２エアーピンチバルブ１０７が連結されている。

また、第２エアーピンチバルブ１０７には、第２貯泥槽１０８が連結されている。この第２貯泥槽１０８の上面には、開口部１０９が形成され、開放されている。さらに、この第２貯泥槽１０８には、図示しない真空吸引機構の排泥土搬送管１１０が連通されている。従って上記第２貯泥槽１０８の開口部１０９より常に空気が取り入れられ、第２貯泥槽１０８内が吸気による搬送が可能な状態となっている。

このような構成の泥土排出制御装置では、第１エアーピンチバルブ１０２と第２エアーピンチバルブ１０７との間に可動式の排泥ピストン１０４を内包したピストン駆動装置１０５を設けることで、第２エアーピンチバルブ１０７から大気圧に排出された泥土は排泥土搬送管１１０から吸引排泥される。

ここで、泥濃式推進工法は、掘削土の５０〜１５０％程度の作泥材を注入撹拌することで掘削土を液状化する。さらに、エアーピンチバルブを開閉することで掘削室圧を地下水圧＋０.０２〜０.０５ＭＰａの範囲で保持しながら掘進排土する。そして、いったん大気圧下の機内に、排出された液状土は吸引排泥装置にて排泥土搬送管１１０から地上の吸引タンクに搬出される。

特許第４４６０１３６号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載された発明では、実際の施工において地下水圧が０．１５ＭＰａ以上の高深度の場合では掘削室と大気圧の差が大き過ぎるので、第１エアーピンチバルブ１０２が耐えきれない可能性がある。

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、泥濃式推進工法における高水位及び高深度立坑での施工を可能とする泥濃式推進工法に用いる掘進機を提供することを目的とするものである。

本発明に係る泥濃式推進工法に用いる掘進機は、掘削室と、排泥土口と、排泥土導入管と、排泥土搬送管と、泥土排出制御部とを備える。前記掘削室は、掘削カッターが駆動回転自在に取り付けられた隔壁によって形成される。前記排泥土口は、前記隔壁に開口される。前記排泥土導入管は、一端が前記排泥土口に連通され、前記掘削室内の掘削土砂を排出する。前記排泥土搬送管は、前記掘削土砂を地上へ搬送する。前記泥土排出制御部は、前記排泥土導入管と前記排泥土搬送管との間に配設され、前記排泥土導入管から前記排泥土搬送管への泥土の排出を制御する。前記泥土排出制御部は、排泥土収納部と、エアーバランスバルブと、可動シリンダーと、排泥土圧送ピストンとを備える。前記排泥土収納部は、上部に前記排泥土導入管の他端が連通される上部管連通部、下部に前記排泥土搬送管と連通される下部管連通部がそれぞれ形成され、前記掘削土砂を収納する。前記エアーバランスバルブは、前記排泥土収納部と前記排泥土搬送管との間に設けられ、管状ケーシングとこの管状ケーシングの中に内蔵された円筒状ゴムと、を有し、通常状態では前記円筒状ゴムは、自らの締め込み力により内側に寄って前記円筒状ゴムの筒内を閉塞する閉方向に締め込まれた状態で保持され、前記円筒状ゴムに作用する圧送圧により、前記円筒状ゴムの締め込み力に抗して前記円筒状ゴムの筒内を開く方向に押し広げて弾性変形する。前記可動シリンダーは、前記排泥土収納部の下部における前記排泥土搬送管と対向する位置に前記排泥土収納部内に出し入れ可能に取り付けられ、前記排泥土収納部内に挿入されることで前記排泥土収納部内と前記排泥土導入管との連通を遮断する遮断状態、前記排泥土収納部内から引き出されることで、前記排泥土収納部内と前記排泥土導入管とを連通させる連通状態に切換える。前記排泥土圧送ピストンは、前記可動シリンダー内を軸方向へ移動可能である。そして、前記エアーバランスバルブの前記円筒状ゴムの変形動作と、前記可動シリンダーおよび前記排泥土圧送ピストンとの相互作用により、一定量の前記掘削土砂を前記排泥土収納部内から前記排泥土搬送管へ間欠的に排出する定量押出し機構を有する。

本発明の泥濃式推進工法に用いる掘進機によれば、高水位及び高深度立坑での施工で、掘削土質が砂、砂礫、あるいはシルト、粘土の土質の場合でも一定量の排泥土を連続的に搬送することが可能となる。

図１は、実施形態の泥濃式推進工法に用いる掘進機による排泥処理システムの一例を説明するための模式図である。 図２は、実施形態の泥濃式推進工法に用いる掘進機の一例を説明するための模式図である。 図３Ａは、実施形態の泥濃式推進工法に用いる掘進機の泥土排出制御の第１工程を説明するための模式図である。 図３Ｂは、掘進機の泥土排出制御の第２工程を説明するための模式図である。 図３Ｃは、掘進機の泥土排出制御の第３工程を説明するための模式図である。 図３Ｄは、掘進機の泥土排出制御の第４工程を説明するための模式図である。 図４Ａは、実施形態の泥濃式推進工法に用いる掘進機において、礫取出しの第１工程を説明するための模式図である。 図４Ｂは、礫取出しの第２工程を説明するための模式図である。 図４Ｃは、礫取出しの第３工程を説明するための模式図である。 図４Ｄは、礫取出しの第４工程を説明するための模式図である。 図５は、図３ＡのＶ−Ｖ線断面図である。 図６は、図４ＤのＶＩ−ＶＩ線断面図である。 図７は、図４ＤのＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 図８Ａは、実施形態の掘進機による排泥処理システムの作用を説明するための模式図である。 図８Ｂは、実施形態の掘進機による排泥処理システムの作用状態の他の例を説明するための模式図である。 従来の掘進機の一例を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参酌しながら説明する。図１は、本発明を適用した泥濃式推進工法に用いる掘進機による排泥処理システムの一例を説明するための模式図である。図２は、実施形態の泥濃式推進工法に用いる掘進機の一例を説明するための模式図である。図３Ａは、実施形態の泥濃式推進工法に用いる掘進機の泥土排出制御の第１工程を説明するための模式図である。図３Ｂは、掘進機の泥土排出制御の第２工程を説明するための模式図である。図３Ｃは、掘進機の泥土排出制御の第３工程を説明するための模式図である。図３Ｄは、掘進機の泥土排出制御の第４工程を説明するための模式図である。図４Ａは、実施形態の泥濃式推進工法に用いる掘進機において、礫取出しの第１工程を説明するための模式図である。図４Ｂは、礫取出しの第２工程を説明するための模式図である。図４Ｃは、礫取出しの第３工程を説明するための模式図である。図４Ｄは、礫取出しの第４工程を説明するための模式図である。図５は、図３ＡのＶ−Ｖ線断面図である。図６は、図４ＤのＶＩ−ＶＩ線断面図である。図７は、図４ＤのＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。図８Ａは、実施形態の掘進機による排泥処理システムの作用を説明するための模式図である。図８Ｂは、実施形態の掘進機による排泥処理システムの作用状態の他の例を説明するための模式図である。

本実施形態の泥濃式推進工法に用いる掘進機による排泥処理システム３０は、図１に示すように地中３３に開けた縦穴である立坑３１を形成し、この立坑３１の壁３２の下部壁面に横坑３８を掘るための坑口５１が設けられる。掘進機１は、この坑口５１から地中３３に挿入され、立坑３１内に配置された元押しジャッキ(図示せず)で、押圧される。これにより掘進機１で地中３３を掘削・推進させて横坑３８を形成する。

また、地上には、地上側機器である吸引排泥装置３７と、作泥プラント４５と、泥水処理機３９とが設置される。吸引排泥装置３７は、吸引タンク３５と、吸引ブロアー３６とを含む。吸引タンク３５には、排泥土搬送管１２の一端が連結されている。この排泥土搬送管１２の他端は、掘進機１側に延出され、後述する泥土排出制御部１３に連結されている。

掘進機１は、図２に示すように円筒状の外装管５２の前部に掘削室２が設けられ、この掘削室２の前方に掘削カッター３が装着されている。掘削カッター３は、外装管５２内に設けられた駆動モーター４で駆動回転される。更に、掘削カッター３の回転軸５には、作泥注入口６が開口されている。この作泥注入口６には、作泥ホース７の先端部が取り付けられている。この作泥ホース７の基端部は、地上３４側に延出され、作泥プラント４５に連結されている。この作泥プラント４５から作泥材が作泥ホース７を経て作泥注入口６に送られ、作泥注入口６から掘削カッター３の前方に作泥材を噴出する。

外装管５２の内部には、掘削室２と、この掘削室２の後方空間との間を仕切る隔壁８が配設されている。この隔壁８には、外装管５２の軸心方向に沿って排泥土口９が開口されている。この排泥土口９には、排泥土導入管１０の先端部が連通状に接続されている。

更に、隔壁８には、排泥土口９の前方側に掘削室ゲート１１が設けられている。この掘削室ゲート１１は、図６に示すように羽根状の回動部材１１ａと、電動モーター、あるいは油圧ジャッキ等の機内装置１１ｂとを有する。そして、回動部材１１ａが図６中に実線で示す開位置と、同図中に点線で示す閉位置とに回動駆動され、排泥土口９を開閉可能である。

また、外装管５２の内部には、掘削室２の後方空間に泥土排出制御部１３が配置されている。この泥土排出制御部１３は、箱状の排泥土収納部１４と、二重シリンダーポンプ部１５と、エアーバランスバルブ１６とから構成されている。

図２に示すように排泥土収納部１４の上部には、上部管連通部１４ａ、下部には、下部管連通部１４ｂがそれぞれ形成されている。排泥土導入管１０の基端部は、排泥土収納部１４の上部管連通部１４ａの前面壁に連結されている。排泥土収納部１４の下部管連通部１４ｂの後面壁には、排泥土を地上側に搬送する排泥土搬送管１２の先端部が連結されている。これにより、排泥土導入管１０と排泥土搬送管１２との間に泥土排出制御部１３が配置されている。

また、排泥土収納部１４の下部の前面壁には、排泥土搬送管１２と対向配置される状態で、二重シリンダーポンプ部１５が連結されている。この二重シリンダーポンプ部１５は、可動シリンダー２４と、排泥土圧送ピストン２５とを備える。可動シリンダー２４は、油圧式、あるいは空気圧式によって作動し、排泥土収納部１４内を前後方向へ移動する。排泥土圧送ピストン２５は、可動シリンダー２４内を前後方向に移動する。

ここで、可動シリンダー２４は、排泥土収納部１４内を前後方向へ移動させることで排泥土搬送管１２と排泥土収納部１４との連通を閉塞、あるいは開放することが可能となる。

また、排泥土圧送ピストン２５は、可動シリンダー２４内を前後方向に移動することで排泥土収納部１４内の掘削土砂を排泥土搬送管１２の方向に圧送して押し出すことができる。

エアーバランスバルブ１６は、排泥土収納部１４と排泥土搬送管１２との間に設けられている。このエアーバランスバルブ１６は、外殻の管状ケーシング１６ａと、この管状ケーシング１６ａの中に内蔵された円筒状ゴム１６ｂと、を有する。円筒状ゴム１６ｂは、通常状態では自らの締め込み力により内側に寄って円筒状ゴム１６ｂの筒内を閉塞する閉方向に締め込まれた状態で保持される（図３Ａ〜３Ｃ参照）。そして、排泥土圧送ピストン２５からの圧送圧により、円筒状ゴム１６ｂの締め込み力に抗して円筒状ゴム１６ｂの筒内を開く方向に押し広げて弾性変形する構造である（図３Ｄ参照）。掘削土砂の押出後は、エアーバランスバルブ１６内の円筒状ゴム１６ｂの締め込み力で円筒状ゴム１６ｂは自ら閉まる。

また、排泥土収納部１４には、上下方向の中間位置に礫係留用としてのスクリーン２１が水平方向に配置されている。これにより、排泥土収納部１４の内部空間には、スクリーン２１の上側に礫係留部１４ｃが形成されている。さらに、排泥土収納部１４には、礫係留部１４ｃに隣接して礫回収箱２０が並設されている。礫係留部１４ｃと礫回収箱２０との間には、スクリーン２１上に溜まった礫等を礫回収箱２０に取り出すための礫取り出しゲート２２が開閉可能に設けられている。

また、排泥土導入管１０と連通される排泥土収納部１４の上端には、空気バルブ１７が設けられると共に、導入パイプ１８の一端が連結されている。この導入パイプ１８の他端は、作泥ホース７と連通されている。導入パイプ１８には、作泥バルブ１９Ｂが介設されている。さらに、作泥ホース７には、作泥バルブ１９Ａが設けられている。

また、排泥土搬送管１２の基端部は、図１に示すように立坑３１内に延出され、この立坑３１内から地上３４に設置された吸引排泥装置３７の吸引タンク３５に連結されている。立坑３１内の排泥土搬送管１２には、空気バルブ１７Ａが配置されている。

ここで、二重シリンダーポンプ部１５からの圧送による掘削土砂は、排泥土搬送管１２の立坑３１内に配置される空気バルブ１７Ａまで圧送され、続いて、地上３４側の吸引タンク３５へ回収される構成とされている。これにより、掘進機１によって掘削される排泥は、排泥土導入管１０と、排泥土収納部１４と、排泥土搬送管１２とを順次経由して吸引タンク３５へ回収される。

更に、排泥土搬送管１２には、掘進機１側から吸引タンク３５に向けて、一定間隔ごとに後述する詰まり検査用の閉塞箇所特定機構５６を構成する空気バルブ１７Ｂが複数個設けられている。

また、図１および図８Ａに示すように地上３４に設置された作泥プラント４５は、泥水処理機３９と給泥水パイプ４０で連通されている。更に、泥水処理機３９には、還流ライン４１の一端が連結されている。この還流ライン４１には、送泥ポンプ４２と、排泥ポンプ４３とが配置される。

還流ライン４１の中途部には、連結管４６の一端が連結されている。この連結管４６の他端は、排泥土搬送管１２の中途部に連結されている。この連結管４６には、管路切換え用の第１切換えバルブ４４が介設されている。さらに、排泥土搬送管１２には、管路切換え用の第２切換えバルブ４４Ａが介設されている。そして、これらの第１切換えバルブ４４と、第２切換えバルブ４４Ａとのバルブ切換え操作により、排泥土搬送管１２と、還流ライン４１との間の断続状態が切換え可能になっている。

次に、図３Ａ〜３Ｄを参照して実施形態の泥濃式推進工法に用いる掘進機１の泥土排出制御の動作について説明する。

掘進機１の推進開始時には、図３Ａに示すように、二重シリンダーポンプ部１５は、可動シリンダー２４を排泥土圧送ピストン２５とともに排泥土収納部１４内に移動させる（第１工程）。これにより、可動シリンダー２４で排泥土収納部１４内を閉塞する。このとき、エアーバランスバルブ１６は、円筒状ゴム１６ｂが自らの締め込み力により閉状態で保持されている。エアーバランスバルブ１６の空気圧は、掘削室２と同圧の地下水圧＋０．０２〜０．０５ＭＰａである。

次に、図３Ｂに示すように、可動シリンダー２４を排泥土圧送ピストン２５とともに同時に掘進機１の前側に移動させ、排泥土収納部１４より掘進機１の前側に引き込む（第２工程）。この時、エアーバランスバルブ１６の空気圧は、掘削室２と同圧の閉状態とする。

これにより、排泥土導入管１０内の掘削土砂Ａは、掘削室２内の圧力によって排泥土導入管１０内に押し出されて排泥土収納部１４に充填される。

次に、図３Ｃに示すように、可動シリンダー２４のみを排泥土収納部１４内に押し出して、排泥土収納部１４内を閉塞する。このとき、排泥土圧送ピストン２５は、排泥土収納部１４の外側に保持されている（第３工程）。

その後、図３Ｄに示すように、排泥土圧送ピストン２５を排泥土収納部１４内に押し出す。この排泥土圧送ピストン２５の押し出し動作により、排泥土収納部１４内の掘削土砂Ａを排泥土搬送管１２側に押し込む。

この時、掘削土砂Ａからの押圧力により、エアーバランスバルブ１６の円筒状ゴム１６ｂを押し広げる。これにより、掘削土砂Ａは、排泥土搬送管１２側へ移動する。このとき、排泥土の押出圧は、５〜１０ＭＰａ程度で、エアーバランスバルブ１６の空気圧は、掘削室２内の圧力と同圧の０．１〜０．２ＭＰａ程度である。そのため、掘削土砂Ａは、排泥土搬送管１２側へ簡単に押出される。掘削土砂Ａの押出後は、エアーバランスバルブ１６内の円筒状ゴム１６ｂの締め込み力で円筒状ゴム１６ｂは自ら閉まる。

これにより、排泥土収納部１４内に充填される一定量の掘削土砂Ａを排泥土搬送管１２内に押し込むことが可能となる。したがって、本実施形態では、エアーバランスバルブ１６の開閉動作と、可動シリンダー２４および排泥土圧送ピストン２５との相互作用により、一定量の掘削土砂を排泥土収納部１４内から排泥土搬送管１２へ間欠的に排出する定量押出し機構５５が形成されている。

その後、図３Ｂに示すように、再び可動シリンダー２４と排泥土圧送ピストン２５を同時に掘進機１の前側に移動させ、排泥土収納部１４より掘進機１の前側に引き込む。これにより、排泥土導入管１０側から常に一定量の掘削土砂Ａが排泥土収納部１４に充填される。

このようにして、一定量の掘削土砂Ａを排泥土収納部１４内に取り込み、排泥土圧送ピストン２５によって排泥土搬送管１２内に押し込むことを繰り返すことで、排泥土搬送管１２はある程度の長さが掘削土砂Ａで充填される。

これにより、排泥土搬送管１２内の掘削土砂Ａは、二重シリンダーポンプ部１５で立坑３１内に配置された空気バルブ１７Ａまで圧送される。その後は、空気バルブ１７Ａからの給気と吸引排泥装置３７の吸引ブロアー３６による吸気によって吸引されながら掘削土砂Ａは、地上３４へと搬送される。

この場合に、排泥土搬送管１２は、掘削室２の室圧とバランスを保てることでエアーバランスバルブ１６の空気圧は、ほとんどゼロの開状態とすることができる。

また、排泥土搬送管１２内が空の状態の時は、エアーバランスバルブ１６の空気圧は、掘削室２と同圧の閉状態である。そして、排泥土導入管１０内へ掘削土砂Ａが充填されるに従って図示しない空気圧調整装置で低くする。

なお、排泥土導入管１０の内径は掘進機１の外径の１／４程度とし、可動シリンダー２４の内径と排泥土導入管１０の内径は、ほぼ同径とすることが望ましい。

次に、図４Ａ〜４Ｄを参照して実施形態の泥濃式推進工法に用いる掘進機１において、礫取出しの作業について説明する。

まず、図４Ａに示すように、排泥土導入管１０内に取り入れられた掘削土砂Ａのうち排泥土搬送管１２の内径の１／２より大きい礫Ｃは、排泥土収納部１４のスクリーン２１で、礫係留部１４ｃ内に保持する（第１工程）。これにより、排泥土搬送管１２の内径の１／２より大きい礫Ｃが、排泥土収納部１４の礫係留部１４ｃよりも下側の空間内に侵入しないようにする。このとき、礫取り出しゲート２２は閉じた状態で保持される。

ここで、礫係留部１４ｃ内に礫Ｃが多く溜まり、二重シリンダーポンプ部１５による掘削土砂Ａの取込量が悪くなった時点で、掘削室ゲート１１を閉めて空気バルブ１７を開ける。そして、礫係留部１４ｃのスクリーン２１を通過する掘削土砂Ａを二重シリンダーポンプ部１５の作動により排泥土搬送管１２内へ押し出す。

更に、図４Ｂに示すように、礫取り出しゲート２２を開けて礫係留部１４ｃ内の礫Ｃを礫回収箱２０に排出する（第２工程）。このようにして、礫Ｃを排出した後は、図４Ｃに示すように、礫取り出しゲート２２を閉め、作泥バルブ１９Ｂを開けて作泥材を礫係留部１４ｃ内に充填させて空気バルブ１７を閉める（第３工程）。この作泥材の充填で掘削室２と排泥土導入管１０内を同圧とした後に、図４Ｄに示すように、掘削室ゲート１１を開けて掘進を再開する（第４工程）。

そこで、上記構成の本実施形態の掘進機１では、次の効果を奏する。すなわち、二重シリンダーポンプ部１５の可動シリンダー２４で掘削土砂を遮断することで高深度の場合の高圧力に対して十分に耐えることが可能となる。

また、排泥土収納部１４内に収納される一定量の掘削土砂を排泥土圧送ピストン２５で、確実に排泥土搬送管１２へと送り出すことが可能となる。

さらに、本実施形態の掘進機１では、掘削カッター３が駆動回転自在に取り付けられた隔壁８によって形成される掘削室２によって、掘削カッター３を回転させ、地山の土砂と作泥材を混合しながら地山に一定の圧力を加えることが可能となる。

また、隔壁８に形成される排泥土口９に連通状に接続される排泥土導入管１０によって、掘削室２内で形成される排泥土が排泥土口９を通して排泥土導入管１０内へ搬送される。

また、排泥土導入管１０の他端が上部に連通状に接続され、下部に排泥土搬送管１２に連通状に接続される排泥土収納部１４によって、排泥土が排泥土導入管１０を通して排泥土収納部１４内に収納され、かつ排泥土搬送管１２を通して搬出可能となる。

また、排泥土収納部１４と排泥土搬送管１２との間に設けられるエアーバランスバルブ１６によって、排泥土収納部１４と排泥土搬送管１２の連通を自在に閉塞することが可能となる。

また、排泥土収納部１４内を出し入れ自在に取り付けられ、排泥土導入管１０と排泥土搬送管１２との連通を自在に遮断可能とされる筒状の可動シリンダー２４によって、排泥土収納部１４内に一定量の排泥土を収納することが可能となる。

また、可動シリンダー２４内を排泥土搬送管１２の軸心方向へ前後可動可能とされる排泥土圧送ピストン２５によって、排泥土収納部１４内の一定量の排泥土を排泥土搬送管１２内へ押し出すことが可能となる。

また、本発明に係る泥濃式推進工法に用いる掘進機１において、排泥土口９が開閉可能とされる場合には、掘削室２から排泥土口９を通して排泥土導入管１０内へ搬送される排泥土を遮断することが可能となる。

また、本発明に係る泥濃式推進工法に用いる掘進機１において、排泥土収納部１４が礫係留用のスクリーン２１を有する場合には、排泥土導入管１０内に取り入れられた掘削土砂のうち大きい礫は、スクリーン２１で排泥土収納部１４の礫係留部１４ｃの下側の空間内に侵入しないようにすることが可能となる。

また、本発明に係る泥濃式推進工法に用いる掘進機１において、排泥土収納部１４が排泥土導入管１０内に作泥を注入可能に接続された作泥バルブ１９Ｂを有する場合には、作泥材を活用して掘削室２と排泥土導入管１０内の圧力のバランスを調整することが可能となる。

ここで、産廃減量のためシルト、粘土含有量が２５〜３５％以上の地山土質の場合は、立坑３１内の空気バルブ１７Ａを開とし、その他の横坑３８、立坑３１内に設置された数個の空気バルブ１７Ｂは全て閉とする。この状態で、掘削土砂Ａを立坑３１の空気バルブ１７Ａまで圧送し、空気バルブ１７Ａから地上までは吸引排泥装置３７で吸引タンク３５に回収・処理させる。

この吸引排泥を行う工程において横坑３８の排泥土搬送管１２が礫等で閉塞した場合に、推進を停止し、排泥土搬送管１２内の閉塞場所を検出する作業を行う。この検出作業時には、二重シリンダーポンプ部１５を停止して立坑３１側から掘進機１側に向けて一定間隔で設置した数個の空気バルブ１７Ｂを順次、開いて行く。

このときに、空気の吸い込みがない空気バルブ１７Ｂがあれば、この空気バルブ１７Ｂより立坑３１側の直近の空気バルブ１７Ｂとの間の排泥土搬送管１２内が詰まっていることが検出される。

そこで、この排泥土搬送管１２を取り外して詰まっている礫等を除去することで、閉塞を解除することが可能となる。この際に泥状掘削土が横坑３８内に流出するが吸引排泥装置３７で地上の吸引タンク３５に回収・処理することができる。

また、掘削土質がシルト・粘土の含有率が２５〜３５％以下の砂・砂礫の場合は、産廃減量化のため図８Ａに示すように、第１切換えバルブ４４を開とし、第２切換えバルブ４４Ａを閉とする状態に切換え制御する。これにより、排泥土搬送管１２と還流ライン４１とを連通させる。この場合は、掘進機１から圧送された液状掘削土Ｄを還流ライン４１内を流れる還流泥水Ｅと合流させて泥水処理機３９に供給する。この泥水処理機３９では、土砂と還流泥水に分級し、泥水の一部は作泥プラント４５に分配されてベントナイト等で調整したのち作泥材として作泥ホース７を利用して掘進機１に送られる。

液状掘削土Ｄが還流泥水Ｅと合流したら排泥ポンプ４３の回転を上げて還流ライン４１の管内流速が一定以上となるように調整する。

また、泥水処理機３９を作動し、送泥ポンプ４２と排泥ポンプ４３を作動して還流ライン４１の管内流速が一定以上になった場合には、第１切換えバルブ４４を開とし、第２切換えバルブ４４Ａを閉とする状態に切換え制御する。この後、掘進機１、作泥プラント４５、元押しジャッキ（図示せず）を作動させて掘進作業が進められる。

なお、掘進作業中に排泥土搬送管１２が礫等で閉塞した場合は、掘進作業を中止し、排泥土搬送管１２の閉塞場所を検出する作業が行われる。この作業時には、第１切換えバルブ４４を閉とした後、第２切換えバルブ４４Ａを開とする。

この状態で、吸引ブロアー３６を作動させる。続いて、詰まり検査用の複数の空気バルブ１７Ｂを使用して詰まり検査を行う。このとき、立坑側の空気バルブ１７Ｂから順次、掘進機１に向かって空気バルブ１７Ｂを開けていきながら排泥土搬送管１２内の土砂を地上３４の吸引タンク３５に送り込む。

ここで、空気バルブ１７Ｂが吸わない箇所を見つけたら、その空気バルブ１７Ｂと直前の空気バルブ１７Ｂとの間の排泥土搬送管１２が閉塞していることが検出される。この閉塞部分で排泥土搬送管１２を外して閉塞を解除した後に復旧する。このとき、流出した液状土は、吸引タンク３５まで吸い上げる。

また、掘削土質が砂、砂礫からシルト、粘土の土質に変化した場合は、掘進機１の掘進作業を停止した後、泥水処理機３９と、送泥ポンプ４２と、排泥ポンプ４３とを停止する。

そして、図８Ｂに示すように、第１切換えバルブ４４を閉じ、第２切換えバルブ４４Ａを開にして、立坑３１の空気バルブ１７Ａを開として吸引ブロアー３６を作動させた後に掘進機１による掘進作業を再開する。ここで、立坑３１の空気バルブ１７Ａまで圧送された掘削土砂は、空気バルブ１７Ａからの給気の空気圧と共に、吸引ブロアー３６からの吸引力により吸引タンク３５に搬送される。

このようにして、圧送と吸引排泥を組み合わせることで、高深度立坑での排泥処理が可能となり、排泥土搬送管１２が礫等で閉塞した場合には、前記図８Ａで詳述した方法により容易に解除することが可能となる。

なお、吸引排泥方式の特徴は、圧送排泥管のプラグ(土の集団)とプラグの間に空気の層を多く入れ込むことで高深度の立坑でも土の搬出が可能である。この場合、空気の層が長くなると処理量が減少することから圧送と吸引の境界位置は各々の排泥処理量がバランスするよう空気バルブの取付け位置を決める必要がある。

なお、本実施の形態では、排泥土口９が開閉可能とされるものであるが、必ずしも開閉可能とする必要性はない。しかし、掘削室２から排泥土口９を通して排泥土導入管１０内へ搬送される排泥土を遮断することが可能となるという点において、開閉可能とすることが望ましい。

また、本実施の形態では、排泥土収納部１４が礫係留用としてスクリーン２１を有するものであるが、必ずしもスクリーン２１を設ける必要性はない。しかし、排泥土搬送管１２の内径の１／２より大きい礫等によって排泥土の搬送に支障をきたすことを未然に防止するという点において、スクリーン２１を設けることが望ましい。

また、本実施の形態では、排泥土収納部１４が、排泥土導入管１０内に作泥材を注入可能に接続された作泥バルブ１９Ｂを有するものであるが、必ずしも作泥バルブ１９Ｂを設ける必要性はない。しかし、作泥材を活用して掘削室２と排泥土導入管１０内の圧力のバランスを調整することで掘削土砂の導入をスムーズに行えるという点において作泥バルブ１９Ｂを設けることが望ましい。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…掘進機、２…掘削室、３…掘削カッター、４…駆動モーター、５…回転軸、６…作泥注入口、７…作泥ホース、８…隔壁、９…排泥土口、１０…排泥土導入管、１１…掘削室ゲート、１１ａ…回動部材、１１ｂ…機内装置、１２…排泥土搬送管、１３…泥土排出制御部、１４…排泥土収納部、１４ａ…上部管連通部、１４ｂ…下部管連通部、１４ｃ…礫係留部、１５…二重シリンダーポンプ部、１６…エアーバランスバルブ、１６ａ…管状ケーシング、１６ｂ…円筒状ゴム、１７…空気バルブ、１７Ａ…空気バルブ、１７Ｂ…空気バルブ、１８…導入パイプ、１９Ａ…作泥バルブ、１９Ｂ…作泥バルブ、２０…礫回収箱、２１…スクリーン、２２…礫取り出しゲート、２４…可動シリンダー、２５…排泥土圧送ピストン、３０…排泥処理システム、３１…立坑、３２…立坑壁、３３…地中、３４…地上、３５…吸引タンク、３６…吸引ブロアー、３７…吸引排泥装置、３８…横坑、３９…泥水処理機、４０…給泥水パイプ、４１…還流ライン、４２…送泥ポンプ、４３…排泥ポンプ、４４…第１切換えバルブ、４４Ａ…第２切換えバルブ、４５…作泥プラント、４６…連結管、５１…坑口、５２…外装管、５５…定量押出し機構、５６…閉塞箇所特定機構、１０１…排泥土取り込み口、１０２…エアーピンチバルブ、１０３…排泥ピストン、１０４…排泥シリンダー、１０５…吸気バルブ、１０６…排泥土搬送管、１０７…吸気バルブ、１０８…エアーピンチバルブ。

本発明に係る泥濃式推進工法に用いる掘進機は、掘削室と、排泥土口と、排泥土導入管と、排泥土搬送管と、泥土排出制御部とを備える。前記掘削室は、掘削カッターが駆動回転自在に取り付けられた隔壁によって形成される。前記排泥土口は、前記隔壁に開口される。前記排泥土導入管は、一端が前記排泥土口に連通され、前記掘削室内の掘削土砂を排出する。前記排泥土搬送管は、前記掘削土砂を地上へ搬送する。前記泥土排出制御部は、前記排泥土導入管と前記排泥土搬送管との間に配設され、前記排泥土導入管から前記排泥土搬送管への泥土の排出を制御する。前記泥土排出制御部は、排泥土収納部と、エアーバランスバルブと、可動シリンダーと、排泥土圧送ピストンとを備える。前記排泥土収納部は、上部に前記排泥土導入管の他端が連通される上部管連通部、下部に前記排泥土搬送管と連通される下部管連通部がそれぞれ形成され、前記掘削土砂を収納する。前記エアーバランスバルブは、前記排泥土収納部と前記排泥土搬送管との間に設けられ、管状ケーシングとこの管状ケーシングの中に内蔵された円筒状ゴムと、を有し、通常状態では前記円筒状ゴムは、自らの締め込み力により内側に寄って前記円筒状ゴムの筒内を閉塞する閉方向に締め込まれた状態で保持され、前記円筒状ゴムに作用する圧送圧により、前記円筒状ゴムの締め込み力に抗して前記円筒状ゴムの筒内を開く方向に押し広げて弾性変形する。前記可動シリンダーは、前記排泥土収納部の下部における前記排泥土搬送管と対向する位置に前記排泥土収納部内に出し入れ可能に取り付けられ、前記排泥土収納部内に挿入されることで前記排泥土収納部内と前記排泥土導入管との連通を遮断する遮断状態と、前記排泥土収納部内から引き出されることで前記排泥土収納部内と前記排泥土導入管とを連通させる連通状態と、に切換える。前記排泥土圧送ピストンは、前記可動シリンダー内を軸方向へ移動可能である。そして、前記エアーバランスバルブの前記円筒状ゴムの変形動作と、前記可動シリンダーおよび前記排泥土圧送ピストンとの相互作用により、一定量の前記掘削土砂を前記排泥土収納部内から前記排泥土搬送管へ間欠的に排出する定量押出し機構を有する。

Claims (7)

1. 掘削カッターが駆動回転自在に取り付けられた隔壁によって形成される掘削室と、
   前記隔壁に開口される排泥土口と、
   一端が前記排泥土口に連通され、前記掘削室内の掘削土砂を排出する排泥土導入管と、
   前記掘削土砂を地上へ搬送する排泥土搬送管と、
   前記排泥土導入管と前記排泥土搬送管との間に配設され、前記排泥土導入管から前記排泥土搬送管への泥土の排出を制御する泥土排出制御部とを備え、
   前記泥土排出制御部は、上部に前記排泥土導入管の他端が連通される上部管連通部、下部に前記排泥土搬送管と連通される下部管連通部がそれぞれ形成され、前記掘削土砂を収納する排泥土収納部と、
   前記排泥土収納部と前記排泥土搬送管との間に設けられ、管状ケーシングとこの管状ケーシングの中に内蔵された円筒状ゴムと、を有し、通常状態では前記円筒状ゴムは、自らの締め込み力により内側に寄って前記円筒状ゴムの筒内を閉塞する閉方向に締め込まれた状態で保持され、前記円筒状ゴムに作用する圧送圧により、前記円筒状ゴムの締め込み力に抗して前記円筒状ゴムの筒内を開く方向に押し広げて弾性変形するエアーバランスバルブと、
   前記排泥土収納部の下部における前記排泥土搬送管と対向する位置に前記排泥土収納部内に出し入れ可能に取り付けられ、前記排泥土収納部内に挿入されることで前記排泥土収納部内と前記排泥土導入管との連通を遮断する遮断状態、前記排泥土収納部内から引き出されることで、前記排泥土収納部内と前記排泥土導入管とを連通させる連通状態に切換える可動シリンダーと、
   前記可動シリンダー内を軸方向へ移動可能な排泥土圧送ピストンとを備え、
   前記エアーバランスバルブの前記円筒状ゴムの変形動作と、前記可動シリンダーおよび前記排泥土圧送ピストンとの相互作用により、一定量の前記掘削土砂を前記排泥土収納部内から前記排泥土搬送管へ間欠的に排出する定量押出し機構を有する泥濃式推進工法に用いる掘進機。
2. 前記定量押出し機構は、前記エアーバランスバルブの前記円筒状ゴムが閉方向に締め込まれた状態で、前記可動シリンダーを前記排泥土収納部内に突出させて、前記排泥土収納部内を遮断する状態、前記排泥土圧送ピストンを前記可動シリンダー内に突出させる状態にそれぞれ移動させた第１の切替位置と、
   前記エアーバランスバルブの前記円筒状ゴムが閉方向に締め込まれた状態で、前記排泥土圧送ピストンを収納した前記可動シリンダーを前記排泥土収納部内から前記泥土排出制御部へ引き込んだ状態に、それぞれ移動させて前記排泥土導入管から前記排泥土収納部内に前記掘削土砂を導入する第２の切替位置と、
   前記エアーバランスバルブの前記円筒状ゴムが閉方向に締め込まれた状態で、前記排泥土圧送ピストンを前記可動シリンダー内に引き込んだ位置で保持した状態で、前記可動シリンダーを前記排泥土収納部内に突出させて前記排泥土収納部内を遮断する状態に移動させた第３の切替位置と、
   前記エアーバランスバルブの前記円筒状ゴムが閉方向に締め込まれた状態で、前記可動シリンダーを前記排泥土収納部内に突出させて前記排泥土収納部内を遮断する位置で保持した状態で、前記排泥土圧送ピストンを前記可動シリンダー内に突出させることで、前記エアーバランスバルブの前記円筒状ゴムが前記排泥土圧送ピストンの圧送圧により開く方向に押し広げる状態となり、前記排泥土収納部内に充填される一定量の前記掘削土砂を前記排泥土搬送管内に押し込む第４の切替位置と、
   を順次切り替える請求項１に記載の泥濃式推進工法に用いる掘進機。
3. 前記排泥土口は、開閉可能な掘削室ゲートを有する
   請求項１または２に記載の泥濃式推進工法に用いる掘進機。
4. 前記排泥土収納部は、前記上部管連通部と対応する前記排泥土収納部の上部空間に前記掘削土砂のうち前記排泥土搬送管の内径の１／２より大きい礫の侵入を防止する礫係留用のスクリーンと、前記上部空間における前記上部管連通部との対向面側に前記スクリーン上に溜まる前記礫を前記排泥土導入管の外へ排出する開閉可能な礫取り出しゲートとを有し、
   前記礫取り出しゲートを開けて前記礫を前記排泥土導入管の外へ排出する礫排出機構を備える
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の泥濃式推進工法に用いる掘進機。
5. 前記掘削カッターは、回転軸に前記掘削カッターの前方に作泥材を噴出するための作泥注入口が開口され、前記作泥注入口に前記作泥材を供給する作泥材供給路が連結されるとともに、
   前記排泥土収納部は、前記作泥材供給路に連結される導入パイプに介設され、前記排泥土導入管内に前記作泥材を注入可能に接続された作泥バルブを有する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の泥濃式推進工法に用いる掘進機。
6. 前記排泥土搬送管に前記排泥土収納部側から地上側に向けて、複数の空気バルブが一定間隔ごとに設けられ、
   前記排泥土搬送管が閉塞した場合に、前記複数の空気バルブを順次開くことで空気の吸い込みがない前記空気バルブを検出して前記排泥土搬送管内での閉塞箇所を特定するための閉塞箇所特定機構を有する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の泥濃式推進工法に用いる掘進機。
7. 前記作泥材供給路は、地上に設置された作泥プラントに連通状に接続され、
   前記作泥プラントは、地上に設置された泥水処理機と給泥水パイプで連通状に接続され、
   更に、前記泥水処理機は、還流ラインが設けられ、
   前記還流ラインに送泥ポンプと排泥ポンプとが配置されると共に、前記排泥土搬送管と前記還流ラインとを連通状に接続可能な構成とされ、
   泥水還流による排泥と吸引による排泥を選択できる切換えバルブを有する
   請求項５に記載の泥濃式推進工法に用いる掘進機。