JP2020026700A - テールシールの充填材注入システム - Google Patents

Abstract

【課題】 シールド機のテールシール室内に充填材を注入、排出する管部材を充填材が流通しやすい構造とし、また、テールシール室内に充填された充填材の漏出を防止して遮蔽性を高めること。【解決手段】 トンネル掘削用のシールド機のテールプレートに取り付けられた複数のテールシールにおいて、テールプレートに設けられ、テールシール室へ充填材を供給する充填材供給管と、テールプレートに設けられ、テールシール室から外部へ充填材を排出する充填材排出管と、充填材供給管に接続され、テールシール室へ充填材を送付する圧入ポンプと、充填材排出管に接続され、テールシール室から充填材を吸引取り出しする排出ポンプとを備え、充填材供給管は当該充填材供給管中を充填材が流れる上流側から下流側へかけて次第に径寸法が大きくなるように成形され、また、充填材排出管は当該充填材排出管中を充填材が流れる上流側から下流側へかけて次第に径寸法が大きくなるように成形されている。【選択図】図２

Description

本発明は、地中を掘削するトンネル掘削機のテールボイドに注入された裏込め材や地下水がシールド機内に侵入することを有効に抑止するため、テールシール室に充満加圧される充填材注入システムに関するものである。

現在、シールド工法によるトンネル掘削機（以下、「シールド機」という）のテールシールとしては、ブラシ型テールシールが一般的である。ブラシ型テールシールは、シールド機のテールプレート内周に沿ってブラシ型テールシールユニットが配列して取り付けられて構成される。ブラシ型テールシールは、シールド機の掘進に伴い、セグメントとのクリアランスの範囲の中で湾曲して、セグメントを押圧してテールクリアランス（シールド機半径とセグメント半径との差）を遮蔽する。これにより、シールド機内への裏込め注入材（以下、単に「裏込め材」という）や地下水の浸入を防止する。テールクリアランスは、シールドの掘進において、シールドの姿勢、曲線掘進などに伴い、様々に変化する。この変化に対して、ブラシの曲率が変化することにより対応する。掘進に伴い、テールボイドへ裏込め材が注入される。なお、上記テールボイドとは、シールド外径とセグメント外径の差でできた環状断面をいう。

このテールボイドは、時には地下水や裏込め材の注入圧力により、地下水や裏込め材がシールド機内に浸入することがある。テールシールはシールド機の軸方向に沿って複列に配置されることが多い。この場合、テールシール室にシールド機からテールプレートの内部に貫通された充填材注入管を介して充填材を充填加圧する。テールシール室とは前列、後列のテールシールと、テールプレート内周面、およびセグメント外周面で構成される断面の環状空間である。

従来の充填材は、充填材の圧力を裏込め注入圧や地下水圧より大きくして注入される。これにより、地下水や裏込め材の浸入を防止している。このため、外側（或いは、外径側）のテールシールがめくれ上がり、充填材がテールシール先端からテールボイドへ漏出し、この充填材が裏込め材に混入することとなる。また、セグメント外周面にも充填材が付着する。ときには、これがテールボイド内で塊状になることもある。充填材には油脂類を含むため、これがテールボイドへ漏出すると裏込め材の品質の劣化を招き、ひいてはトンネルの品質劣化を招くこととなる。

この分野の先行技術としては、例えば特許文献１（特開平０９−１２５８８１号公報）や特許文献２（特開２０１６−０８４３９４号公報）に開示されたものがある。特許文献１の技術では、充填材は、ベントナイト、アクリル水溶性ポリマー、繊維を主成分として配合した、油脂を含まない高粘性材料である。シールド機のテール部をシールするシールド機のテールシール注入装置において、シールド機のシールドプレートのテール部内側に設けた複数列のワイヤーブラシと、ワイヤーブラシの各列の間に注入材（本発明における充填材）を供給する注入管と、前記注入管の注入口付近に設けられて注入材を圧送する圧送ポンプと、注入管の注入口付近に設けられて注入材の圧力を測定する注入材圧測定器と、測定された注入材圧力を基にして、圧送ポンプの運転制御を行う制御装置とを具備する。また、この先行技術では、充填材の注入圧力は水圧＋０．２ｋｇ／ｃｍ² 〜０．４ｋｇ／ｃｍ² に自動制御されている。すなわち、充填材の注入圧力は外部水圧よりも高い圧力に保持されていた。

上述のように充填材の注入圧力は外部水圧や裏込め圧力よりも０．２ｋｇ／ｃｍ² 〜０．４ｋｇ／ｃｍ² 程度高い圧力に保持されていたため、テールシールのブラシを通してテールボイドへ充填材が漏れ出すおそれがあった。また、充填材の注入圧力はテールボイドへ裏込め材が充填される裏込め圧力よりも高いため、裏込め圧力をテールボイド側の面に作用させることができず、このため、テールシールがセグメント外面に密着されず、上述のように充填材が漏れ出すと裏込め材を棄損するおそれがあった。裏込め材はトンネル構造物の一部であり、これを毀損することは重大な問題或いは事故を引き起こすおそれがあった。

特許文献２の技術では、充填材は炭水化物からなる潤滑油基油４０〜６０質量％を含むものである。これがテールシール室内からテールプボイドへ漏出すると、裏込め材に混入する。また、セグメント外周面に膜状に残置する。充填材には潤滑油、基油を含んでいるので、裏込め材の材質を劣化させる原因になる。充填材が塊状に残ると、地盤に地下水が浸入することにもなり、セグメントの漏水の原因にもなるので、好ましくないという課題があった（特許文献２の段落[０００９]に実施の形態として、「不混和粘度が２２０〜２５０のものが好ましい」との説明がある）。上記充填材には油脂が含まれるので、セグメントとテールシールとの接触面から充填材が漏れると、裏込め材の硬化に影響を与える。充填材が裏込め材と混じりあうと、裏込め材の強度の発現（確保）に支障が出て、セグメントと裏込め材との一体化が困難となる。これを解決するために、ブラシシール部に浸入した裏込め材の硬化を遅らせることはできるが、それでも時間が経てば硬化する。硬化した裏込め材はテールシール部から排除できないので、ブラシシールの動きに支障が生ずるおそれがあり、シールド掘進の障害になる。

特開平０９−１２５８８１号公報 特開２０１６−０８４３９４号公報

上述したように、ブラシシールド部に浸入した裏込め材は、一般的に、硬化してシールド掘進の障害といった障害を引き起こす。ブラシ型テールシールは、裏込め材や地下水がブラシ内に浸入しやすいという欠点を補うため、テールシール室に油脂類を含む充填材を詰め、且つ地下水圧より高い圧力で圧入し、これにより充填材をテールボイドへ漏出していた。充填材は高粘度の流動体であり、配管抵抗も大きいので高圧注入ポンプが必要であった。また、テールプレート内に注入管を配置するため、注入管の内径に限界があり、大きな径の配管ができないという課題があった。

最近、ブラシ型テールシールには、掘削作業の発進前に、その内部に液状ウレタンゴム、シリコンゴムなどを充填して形成されたテールシールが採用されている。ブラシとゴムとが一体となっているので、耐久性が高く、且つ地下水などを遮蔽する能力が高いという長所を持っている。このような長所を有するテールシールに対して、新しい発想からの充填材システムが求められていた。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、地中を掘進するシールド機に備え付けられるテールシールの、シール室内に充填材を注入、排出する管部材を充填材が流通しやすい構成にすることである。
本発明の第２の目的は、耐久性が高く、シールド機が掘進中であっても機内からテールシールのシール室内に充填された充填材の漏出をより一層防止して遮蔽性を高め得るテールシールの充填材注入システムを提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、シールド機のテールプレートに取付け固定され、当該テールプレートとセグメント間のクリアランスをシールするテールシールにおいて、テールシールは、シールド機の後端側から前方へ、外側テールシール、中間テールシール、内側テールシール・・・と、複数個設けられ、これら複数のテールシールの間には、シールド機の後端側から前方へ、第１テールシール室、第２テールシール室・・・と、複数のテールシール室が設けられ、また、シールド機の後端側位置する第１テールシール室よりも後方位置に設けられ、裏込め材が注入されるテールボイドと、テールプレートに設けられ、テールプレートの外部から前記複数のテールシール室へ充填材を供給する充填材供給管と、テールプレートに設けられ、前記テールシール室から前記テールプレートの外部へ充填材を排出する充填材排出管と、充填材供給管に接続され、充填材供給管を通して前記テールシール室へ充填材を送付する圧入ポンプと、充填材排出管に接続され、充填材排出管を通して前記テールシール室から充填材を吸引取り出しする排出ポンプとを備え、充填材供給管は、当該充填材供給管中を充填材が流れる上流側から下流側へかけて次第に径寸法が大きくなるように成形され、また、充填材排出管は、当該充填材排出管中を充填材が流れる上流側から下流側へかけて次第に径寸法が大きくなるように成形されたことを要旨とするものである。

本発明はまた、前記複数のテールシール室のそれぞれ、ないしはテールシール室の近傍の注入管又は排出管に設けられ、各テールシール室における充填材の圧力を計測する圧力計と、複数のテールシール室の各圧力計による計測結果に基づき、前記圧入ポンプ及び排出ポンプの動作をコントロールする制御手段とを備えたことを要旨とする。

本発明はまた、前記制御手段は圧入ポンプ及び排出ポンプの動作をコントロールすることにより、第１テールシール室、第２テールシール室及びテールボイドの間の圧力を、
Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ
ここで、
Ｐ１：第１テールシール室の充填材圧力
Ｐ２：第２テールシール室の充填材圧力
Ｐ：裏込め材圧力（または水圧）
の関係に保持することを要旨とする。

本発明によれば、上述の構成により、シールド機のテールシール室内に充填材を注入、排出する管部材を充填材が流通しやすくなり、テールシール室への充填材の供給、排出動作が迅速に行える。

また、掘進中のシールド機におけるテールシール室における充填材の圧力が適切に管理されることにより、テールシール室内に充填された充填材の漏出を防止して遮蔽性を高めることができる。

本発明の一実施の形態に係るテールシールの充填材注入システムが適用されるシールド機の概略構成を示す側面断面図である。 図１の丸枠IIで示された範囲を拡大してテールシール部の構造を表し、また、このテールシール部への充填材の供給、排出管路を示す部分断面図である。 図２のＺ−Ｚ線で切断して正面方向に見た断面図である。図３中、Ｗ−Ｗの線で切断した部分が図２中Ｗ−Ｗの線で示した範囲を示し、図３中、Ｖ−Ｖの線で切断した部分が図２中Ｖ−Ｖの線で示した範囲を示す。 前記実施の形態において、充填材供給管と第１テールシール室との接続構造を示す平面方向部分断面図である。 前記実施の形態において、充填材供給管と第１テールシール室との接続構造を、上記図４における断面とは長手方向はそのままで、９０°方向ずれた方向から見た状態を示す、図２中Ｗ−Ｗの範囲の側方部分断面図である。 前記実施の形態において、充填材排出管と第１テールシール室との接続構造を示す平面方向部分断面図である。 前記実施の形態において、充填材排出管と第１テールシール室との接続構造を、上記図６における断面とは長手方向はそのままで、９０°方向ずれた方向から見た状態を示す、図２中Ｖ−Ｖの範囲の側方部分断面図である。 前記実施の形態における、充填材および裏込め材の供給、排出管路の回路、及びその制御回路を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明のテールシールが適用されるシールド機の概略構成を示す断面図である。図１において、符号１はシールド機、２はシールド機１の前端部に取り付けられたカッター、３はシールド機の前端部においてカッター後方に設けられたカッターチャンバー、４はシールド機内部の空間を形成するシールドプレート、５はシールドプレート４の後方に設けられ、シールド機１の後方でセグメントを組み立てるための空間を確保するテールプレート、６はテールプレート５の内周面の全周に環状に取り付けられたテールシールである。テールプレート５はシールド機１の外筒の後殻（後部構造体）を形成する筒板である。シールド機１の後部において、テールプレート５の内部にはセグメント７が組み立て配置される。セグメント７は、シールド機１内で組み立てられた筒状覆工体である。このセグメント７は、当該セグメント７の前端部とシールド機１のカッターチャンバー３との間に差し渡し取り付けされたシールドジャッキ８により支持される。９はテールシール６の後方において、シールド外径とセグメント外径の差で出来た円環状断面の空間或いは隙間であるテールボイドであり、このテールボイド９へは裏込め材１０が注入される。裏込め材１０は、セメントなどの固結材を含む流動体であり、テールプレート５に設けられた裏込め注入管（図示してない）からテールボイド９へ注入される。

図２は図１においてIIで示す範囲のシールド機の部分を拡大して示す断面図である
。また、図３は図２のＺ−Ｚ線においてシールド機の軸と交差する方向に切断して示す断面図である。図２及び図３において、テールシール６は外側テールシール６ａと、中間テールシール６ｂと、内側テールシール６ｃとから成っている。外側テールシール６ａは、テールボイド９とシールド機内を遮断するためにテールプレート５の内面後端に設置される。中間テールシール６ｂは、外側テールシール６ａよりも前方に、外側テールシール６ａから一定の距離をおいて配置される。内側テールシール６ｃは、中間テールシール６ｂよりもさらに前方に、中間テールシール６ｂから一定の距離をおいて設置され、最もシールド機内側に配置されるテールシールである。外側テールシール６ａと中間テールシール６ｂとの間には第１テールシール室１１が形成され、中間テールシール６ｂと、内側テールシール６ｃとの間には第２テールシール室１２が形成され、内側テールシール６ｃよりもカッター２の方に近い側はシールド機の内部室１３になっている。第１テールシール室１１および第２テールシール室１２はそれぞれ、全体として環状空間となっている。内部室１３は筒状空間となっている。第１テールシール室１１および第２テールシール室１２には充填材１４が注入される。充填材１４は、本実施の形態では、例えば膨潤したベントナイトや高分子吸水材と、繊維などの混合体などの流動体から成る。

符号１５は、第１テールシール室１１に充填材１４を供給する充填材供給管である。１６は、第１テールシール室１１から充填材１４を排出する充填材排出管である。１７は、第２テールシール室１２に充填材１４を供給する充填材供給管、１８は、第２テールシール室１２から充填材１４を排出する充填材排出管である。充填材供給管１５、１７は、テールプレート５内に配置され、テールシール室１１，１２のそれぞれに供給口を有する充填材供給用配管であり、テールプレート５内に複数設けると好適である。充填材排出管１６，１８は、テールプレート５内に配置され、テールシール室１１，１２のそれぞれに排出口を有し、テールシール室１１，１２のそれぞれから充填材を貯留しておくタンクへ戻す充填材排出用配管であり、これもまたテールプレート５内に複数設けると好適である。シールド機１にはテールボイド１０にも裏込め材１０を供給するための裏込め材注入管１９（図３に示されている）が設けられている。

図３に示すように、第２テールシール室１２に充填材を供給する充填材供給管１７および第２テールシール室１２から充填材を排出する充填材排出管１８は、それぞれ複数本設けられるとともに、シールド機１の周方向に交互に配置されている。同様に、第１テールシール室１１に充填材を供給する充填材供給管１５（図示なし）および第１テールシール室１１から充填材を排出する充填材排出管１６は、それぞれ複数本設けられるとともに、シールド機１の周方向に交互に配置されている。

第３圧力計４０は、複数個設けられるとともに、テールプレート１２の後端面に後方を向くようにして周方向に間隔をあけて配置されている。第１圧力計２０および第２圧力計２１は、それぞれ複数個設けられるとともに、第１テールシール室１１および第２テールシール室１２に面するようにテールプレート１２の内周面に周方向に間隔をあけて配置されている。

シールド機１の第１テールシール室１１に面した部分には第１圧力計２０が設けられている一方、第２テールシール室１２に面した部分には第２圧力計２１が設けられている。第１圧力計２０は第１テールシール室１１内の充填材の圧力を計測する一方、第２圧力計２１は第２テールシール室１２内の充填材の圧力を計測する。また、シールド機１のテールボイド１０に面した部分には第３圧力計４０が設けられており、さらに、シールド機１の内部室１３に面した部分には第４圧力計４１が設けられている。第３圧力計４０はテールボイド１０内の裏込め材の圧力を計測する。２２は充填材供給管１７に接続され充填材１４を圧送する供給管路、２３は充填材排出管１８に接続され充填材を排出する排出管路である。供給管路２２、排出管路２３はそれぞれ、第１テールシール室１１及び第２テールシール室１２に対応して２系列に構成されている。

２４は供給管路２２に接続され充填材を送り出す圧入ポンプであり、上記２系列の供給管路２２に対応して２台が接続されている（圧入ポンプＡ、圧入ポンプＢのように）。なお１台の圧入ポンプ２４で２系列の供給管路２２に充填材を供給する構成をとることもできる。２５は圧入ポンプ２４の上流側に接続された貯留タンクであり、内部に充填材を蓄える。貯留タンク２５は圧入ポンプ２４が複数設けられているときは複数個が設けられる。排出管路２３の途中部分には開閉バルブ２６が設置されている。また、排出管路２３の途中の、上記開閉バルブ２６よりも下流部分には排出ポンプ２７が設置されている。本実施の形態においては、上記排出ポンプ２７には吸引タイプのポンプが用いられる。排出ポンプ２７もまた、２系列の排出管路２３に対応して２台が接続されている（排出ポンプＡ、排出ポンプＢのように）。なお１台の排出ポンプ２７で２系列の排出管路２３に充填材を吸引する構成をとることもできる。

本実施例では、テールシール６はブラシ型であるが、予めその内部に液状ウレタンゴム或いはシリコンゴムが充填されて固められて成るブラシ型テールシールを採用するとよい。このとき、上記液状ウレタンゴム或いはシリコンゴムに繊維を混合してブラシシール内に充填すると、ゴムの一体的強度が増大してなお好適である。さらに、ブラシの鋼との一体性も向上する。しかしながら、本発明は上記のような構成を持つテールシールに限定されるものではない。本実施の形態において、テールシール６は２段以上の複数段に配設される。ここでは、図２に示されているように、外側テールシール６ａ、中間テールシール６ｂ 、内側テールシール６ｃの３段のテールシールで説明する。本発明においては、充填材１４は油脂を含まないことも特徴である。ちなみに、油脂、バター、マーガリンのような油材料は、セメントの中の水酸化石灰の作用により鹸化作用を受け、これにより生じたカルシウム石鹸がコンクリートを崩壊に導くことがある（コンクリート要覧、第３４２頁）。

本発明では、シールド機１の掘進において、充填材１４は、ベントナイト及び／又は粘土、高分子吸収剤、繊維、ＡＥ剤、水、固化遅延剤などが配合された混合体を用いる。油脂類は含まない。この充填材１４はシールド機内、或いはシールド機１の駆動操作ユニット台車（図示してない）に設けられた専用の圧力入出力ポンプ２４を用いて第１テールシール室１１，第２テールシール室１２内に圧送され、循環される。このとき、排出管路２３の途中に配置された開閉バルブ２６は遠隔操作により開いた状態にある。排出管路２３の途中に配置された排出ポンプ２７の駆動により、充填材１４は、第１テールシール室１１及び第２テールシール室１２から排出されて貯留タンク２５へ戻る。そしてまた、充填材１４は、貯留タンク２５から圧入ポンプ２４により供給管路２２を経由して第１テールシール室１１，第２テールシール室１２内に圧送される。これにより充填材１４の供給、排出による循環が行われる。

第１テールシール室１１の充填材圧力（以下、「第１充填材圧力」という。）をＰ１，第２テールシール室１２の充填材圧力（以下、「第２充填材圧力」という。）をＰ２とすると、これらのＰ１、Ｐ２は、
Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ
ここで、
Ｐ：裏込め材圧力（または水圧）
を維持するように圧入ポンプ２４及び排出ポンプ２７の駆動を制御して充填材１４は圧入される構成となっている。裏込め注入圧或いは水圧Ｐと充填材圧力Ｐ１との圧力差Ｐ−Ｐ１が外側テールシール６ａのテールボイド９側の面に作用して、外側テールシール６ａをセグメント７の外周面に押し付けるので、遮蔽性を確保する。同様に、テールシール室１１，１２内の充填材の差圧Ｐ１−Ｐ２が中間テールシール６ｂに作用して遮蔽性を発揮する。

充填材１４にはセメント固化遅延剤が配合されていることにより、万一、外側テールシール室６ａに裏込め材１０が侵入してきても、裏込め材の固化を遅らせることができる。また、充填材１４にはＡＥ剤を配合すると好適である。これにより、充填材に気泡が連行されるため、充填材１４が小さな断面の供給管や排出管の配管抵抗を低減することができ、圧入ポンプ２４や排出動作をする排出ポンプ２７の効率を上げ、駆動エネルギーを低減することができる。また、図示されていないが、マイクロバブル発生装置を供給管路２２、２３に装備すれば、充填材１４にマイクロバブル又はミリバブルやナノバブルを混入することにより、上記供給管路２２、２３の管抵抗の低減が可能となり好適である。また、上記マイクロバブル等は、供給管路２２、２３に注入する代わりに、充填材１４の作製時に混入させてもよい。

図４乃至図７は充填材供給管１５、１７及び充填材排出管１６、１８の各テールシール室１１，１２との接続構造を説明する図である。本実施の形態においては、充填材供給管１５、１７はシールド機１の前方から後方へ向けて延びており、その径寸法は、シールド機１の前方すなわち上流側から後方すなわち下流側へかけて次第に大きくなるように成形されている。これにより、充填材１４の配管抵抗を低減できるようにしている。また、充填材供給管１５、１７が第１テールシール室１１または第２テールシール室１２へ臨む供給開口２８は，流体である充填材１４が円滑に流れて第１テールシール室１１または第２テールシール室１２へ注入されるよう、必要十分な開口面積を有する。また、充填材排出管１６、１８はシールド機１の後方から前方へ向けて延びており、その径寸法は、シールド機１の後方すなわち上流側から前方すなわち下流側へかけて次第に大きくなるように成形されている。これにより、充填材１４の配管抵抗を低減できるようにしている。また、充填材排出管１６、１８が第１テールシール室１１または第２テールシール室１２へ臨む排出開口２９は，流体である充填材１４が円滑に流れて第１テールシール室１１または第２テールシール室１２から吸引排出されるよう、必要十分な開口面積を有する。また、充填材供給管１５、１７の上流端部には接続口３０が設けられ、この接続口３０において供給管路２２に接続されている。さらに、充填材排出管１６、１８の上流端部には接続口３１が設けられ、この接続口３１において排出管路２３に接続されている。

次に、供給ポンプ２４、排出ポンプ２７と各テールシール室１１，１２間における圧力制御装置について説明する。図８に示すように、シールド機１は、圧入ポンプ２４と、貯留タンク２５と、排出ポンプ２７と、第１圧力計２０と、第２圧力計２１と、第３圧力計４０と、充填材供給管１５，１７と、供給管路２２と、充填材排出管１６、１８と、排出管路２３とを備えて流体回路を構成し、さらにこの流体回路に対して電子的なコントロールを与える制御部３５と、制御内容を画像で出力する表示部３６とをさらに有している。

貯留タンク２５には、充填材が蓄えられており、供給管路２２を通じて圧入ポンプ２４に接続されている。図８において、圧入ポンプ２４は、供給管路２２、および充填材供給管１５，１７を通じて第１テールシール室１１および第２テールシール室１２に接続されている。供給管路２２は管路２２ａ、２２ｂと２系列構成となっており、前者は第１テールシール室１１に接続される一方、後者は第２テールシール室１２に接続されている。圧入ポンプ２４は、２系列の管路２２ａ、２２ｂに対応して、圧入ポンプＡ、圧入ポンプＢが設けられ、管路２２ａに圧入ポンプＡ、管路２２ｂに圧入ポンプＢが接続されている。圧入ポンプ２４は、制御部３５から送信される制御信号に基づいて、貯留タンク２５内の所望量の充填材を第１テールシール室１１および第２テールシール室１２に供給する。

同じく図８において、排出ポンプ２７は、排出管路２３及び充填材排出管１６，１８を通じて第１テールシール室１１および第２テールシール室１２に接続されている。排出管路２３は管路２３ａ、２３ｂと２系列構成となっており、前者は第１テールシール室１１に接続される一方、後者は第２テールシール室１２に接続されている。排出ポンプ２７は、２系列の管路２３ａ、２３ｂに対応して、排出ポンプＡ、排出ポンプＢが設けられ、管路２３ａに排出ポンプＡ、管路２３ｂに排出ポンプＢが接続されている。排出ポンプ２７は、制御部３５から送信される制御信号に基づいて、第１テールシール室１１および第２テールシール室１２内の所望量の充填材を排出管５８および管路２３ａ、２３ｂを通じて外部に排出し、または、貯留タンク２５に還流させる。

第３圧力計４０は、テールボイド９内の裏込材や地下水、泥水などの液体の圧力（上記した「Ｐ」）を計測し、液体圧力Ｐを示す計測信号を制御部３５に送信するよう回路が構成されている。第１圧力計２０は、第１テールシール室１１内の第１充填材圧力Ｐ１を計測し、計測した第１充填材圧力Ｐ１を示す計測信号を制御部３５に送信するよう回路が構成されている。第２圧力計２１は、第２テールシール室１２内の第２充填材圧力Ｐ２を計測し、計測した第２充填材圧力Ｐ２を示す計測信号を制御部３５に送信するよう回路が構成されている。

裏込め材１０は、裏込め材注入管１９（図３参照）によりテールボイド９へ供給される。裏込め材注入管１９は、テールプレート５の内部に配設されており、図示しない裏込材注入ポンプを通じて裏込材タンクに接続されており、この裏込材注入ポンプは、制御部３５によって制御されることにより、裏込材タンク内の所望量の裏込材を裏込め材注入管１９を通じてテールボイド９に注入する。裏込め材注入管１９は、上記した充填材供給管１５，１７や充填材排出管１６，１８と同様、複数本設けられるとともに、周方向に間隔をあけて配置され、かつ、それぞれの開口端がテールプレート５の後端面に露出している。

制御部３５は、マイクロコンピュータ等により構成されており、シールド機１の全体の動作を司る機能部である。制御部３５は、圧入ポンプ２４、排出ポンプ２７および裏込材注入ポンプと信号線を通じて接続されており、これらに対して制御信号を送付する。また、制御部３５は、第１圧力計２０、第２圧力計２１、第３圧力計４０と信号線を通じて接続されており、これらから送信される信号に基づいて、第１充填材圧力Ｐ１、第２充填材圧力Ｐ２、および液体圧力Ｐを測定する。表示部３６は、上記測定の結果得られた圧力Ｐ１、Ｐ２、およびＰを表示画面上に表示する機能を有する。表示部３６は液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイなどの各種タイプの画像表示装置により構成されている。

（作用、動作） 以上のような構成を有するシールド機１において、このシールド機１の掘進時に、第１テールシール室１１および第２テールシール室１２には充填材１４が注入される。また、テールボイド９へは裏込め材１０が注入される。第１テールシール室１１及び第２テールシール室１２への充填材１４の注入に際しては、充填材供給管１５、１７の径寸法が、充填材が流れる上流側から下流側へかけて次第に大きくなるように成形されているから、充填材１４の配管抵抗が低減され、充填材１４の円滑な供給が行われる。また、第１テールシール室１１及び第２テールシール室１２からの充填材１４の排出に際しては、充填材排出管１６、１８の径寸法は、充填材１４が流れる上流側から下流側へかけて次第に大きくなるように成形されているから、充填材１４の配管抵抗が低減され、充填材１４の円滑な排出が行われる。

また、テールシール室１１，１２に注入された充填材やテールボイドに注入された裏込め材１０については、第１乃至第３圧力計２０，２１，４０による圧力計測が行われる。第１圧力計２０は、第１テールシール室１１内の第１充填材圧力Ｐ１を計測し、計測した第１充填材圧力Ｐ１を示す計測信号を制御部３５に送信する。第２圧力計２１は、第２テールシール室１２内の第２充填材圧力Ｐ２を計測し、計測した第２充填材圧力Ｐ２を示す計測信号を制御部３５に送信する。第３圧力計４０は、テールボイド９内の裏込材や地下水、泥水などの液体の圧力（上記した「Ｐ」）を計測し、液体圧力Ｐを示す計測信号を制御部３５に送信する。

制御部３５は、第１圧力計２０、第２圧力計２１、第３圧力計４０により計測されたそれぞれの圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐデータを受け取り、演算により各圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐの大小関係を求める。そして、第１の圧力設定処理として、
圧力Ｐ１、Ｐ２、およびＰの関係を、
Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ
を維持するように圧入ポンプ２４（圧入ポンプＡ、Ｂ）、排出ポンプ２７（排出ポンプＡ、Ｂ）、及び裏込材注入ポンプの駆動を制御する。
なお、上記圧力Ｐ１、Ｐ２、およびＰは、
Ｐ１：第１充填材圧力
Ｐ２：第２充填材圧力
Ｐ：裏込め材圧力（または水圧）
であることは上述の通りである。

上記制御部３５による駆動制御により、圧入ポンプ２４は、制御部３５から送信される制御信号に基づいて、貯留タンク２５内の所望量の充填材１４を管路２２ａ、２２ｂおよび充填材供給管１５，１７を通じて第１テールシール室１１（圧入ポンプＡによる）および／または第２テールシール室１２（圧入ポンプＢによる）に供給するか、又は不作動となる。また、この圧入ポンプ２４の動作に合わせて、或いは独立して、排出ポンプ２７は、制御部３５から送信される制御信号に基づいて、第１テールシール室１１（排出ポンプＡによる）および第２テールシール室１２（排出ポンプＢによる）内の所望量の充填材１４を充填材排出管１６，１８および管路２３ａ、２３ｂを通じて外部に排出し、または、貯留タンク２５に還流させるか、或いは不作動となる。さらに、上記圧入ポンプ２４および／または排出ポンプ２７の動作に合わせて、或いは独立して、裏込材注入ポンプは、制御部３５によって制御されることにより、裏込材タンク内の所望量の裏込材を裏込め材注入管１９を通じてテールボイド９に注入するか、或いは不作動となる。これにより、中間テールシール６ｂ、及び内側テールシール６ｃの遮蔽性を確保し、かつ充填材１４がテールボイド９へ漏出するのを防止することができる。

このような圧力関係を保持する場合においても、上述したのと同様な圧入ポンプ２４、排出ポンプ２７、及び裏込材注入ポンプの動作制御が行われる。これにより、中間テールシール６ｂ、及び内側テールシール６ｃの遮蔽性を確保できる。

このような圧力関係を保持する場合においても、上述したのと同様な圧入ポンプ２４、排出ポンプ２７、及び裏込材注入ポンプの動作制御が行われる。これにより、充填材１４がテールボイド９へ漏出することがほとんどない状態になる。

本発明によれば、シールド機のテールシール室内に充填材を注入、排出する管部材を充填材が流通しやすい構造となっており、また、掘進中のシールド機におけるテールシール室内に充填された充填材の漏出を防止して遮蔽性を高めることができ、有用である。

また、充填材１４はベントナイト及び／又は粘土、高分子吸収剤、繊維、ＡＥ剤、水、固化遅延剤などが配合された混合体であり、油脂類は含まない。このため、裏込め材に混入しても裏込め材の最終的固結を阻害しないので、これまでの充填材にはない有利性を有する。

１ シールド機
２ カッター
３ カッターチャンバー
４ シールドプレート
５ テールプレート
６ テールシール
６ａ 外側テールシール
６ｂ 中間テールシール
６ｃ 内側テールシール
７ セグメント
８ シールドジャッキ
９ テールボイド
１０ 裏込め材
１１ 第１テールシール室
１２ 第２テールシール室
１３ 内部室
１４ 充填材
１５、１７ 充填材供給管
１６、１８ 充填材排出管
１９ 裏込め材注入管
２０ 第１圧力計
２１ 第２圧力計
２２ 供給管路
２３ 排出管路
２４ 圧入ポンプ
２５ 貯留タンク
２６ 開閉バルブ２６
２７ 排出ポンプ
２８ 供給開口
２９ 排出開口
３０、３１ 接続口
３５ 制御部
３６ 表示部
４０ 第３圧力計

Claims (3)

1. シールド機のテールプレートに取付け固定され、当該テールプレートとセグメント間のクリアランスをシールするテールシールにおいて、
   テールシールは、シールド機の後端側から前方へ、外側テールシール、中間テールシール、内側テールシール・・・と、複数個設けられ、
   これら複数のテールシールの間には、シールド機の後端側から前方へ、第１テールシール室、第２テールシール室・・・と、複数のテールシール室が設けられ、また、
   前記シールド機の後端側位置する第１テールシール室よりも後方位置に設けられ、裏込め材が注入されるテールボイドと、
   前記テールプレートに設けられ、テールプレートの外部から前記複数のテールシール室へ充填材を供給する充填材供給管と、
   前記テールプレートに設けられ、前記テールシール室から前記テールプレートの外部へ充填材を排出する充填材排出管と、
   前記充填材供給管に接続され、充填材供給管を通して前記テールシール室へ充填材を送付する圧入ポンプと、
   前記充填材排出管に接続され、充填材排出管を通して前記テールシール室から充填材を吸引取り出しする排出ポンプと、
   前記複数のテールシール室のそれぞれ、ないしはテールシール室の近傍の注入管又は排出管に設けられ、各テールシール室における充填材の圧力を計測する圧力計と、
   前記複数のテールシール室の各圧力計による計測結果に基づき、前記圧入ポンプ及び排出ポンプの動作をコントロールする制御手段と、を備え、
   前記制御手段は圧入ポンプ及び排出ポンプの動作をコントロールすることにより、第１テールシール室、第２テールシール室及びテールボイドの間の圧力を、
   Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ
   ここで、
   Ｐ１：第１テールシール室の充填材圧力
   Ｐ２：第２テールシール室の充填材圧力
   Ｐ：裏込め材圧力（又は水圧）
   の関係に保持することを特徴とするテールシールの充填材注入システム。
2. 前記充填材供給管は、当該充填材供給管中を充填材が流れる上流側から下流側へかけて次第に径寸法が大きくなるように成形され、また、
   前記充填材排出管は、当該充填材排出管中を充填材が流れる上流側から下流側へかけて次第に径寸法が大きくなるように成形されている
   ことを特徴とする請求項１記載のテールシールの充填材注入システム。
3. 前記充填材には、ベントナイト及び／又は粘土、高分子吸収剤、繊維、ＡＥ剤、水、固化遅延剤などが配合された混合体が用いられることを特徴とする請求項１又は２記載のテールシールの充填材注入システム。

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