JP3044335B2 - シールド機のテールシール注入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、シールド機のテ
ールシール注入装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】昨今、シールド機を用いてトンネルなど
を構築する場合、図４の従来のシールド機１０１の概略
構成を示す断面図に示すように、シールド機１０１の前
面でカッタ１０３により地山１０５の掘削を行ない、ス
キンプレート１０７後方のテールプレート部１０９の内
側でセグメント１１１を組み立て、このセグメント１１
１から反力をとってシールド機１０１が掘進方向Ｃに推
進する。テール部Ｄでは、テールプレート１０９の内側
面にワイヤブラシ１１３が３列設けられている。なお、
ワイヤブラシ１１３は、現場の条件に応じて２列から４
列程度の間で設けられていた。

【０００３】図５は図４のＤ部の拡大図であり、シール
ド機１０１後方のテール部Ｄの後方では、図示しない注
入管などから裏込材１１７が供給され、裏込材１１７は
地山１０５とセグメント１１１との間の隙間に充填され
る。ワイヤブラシ１１３は、テールプレート１０９とセ
グメント１１１との間から裏込材１１７の他、地下水、
泥水などがシールド機１０１内に侵入することを防ぐた
めに設けられるものである。

【０００４】一般に多く使用されているワイヤブラシ型
テールシールは、それ自体では、止水効果は少ない。従
来、ワイヤブラシ型テールシールの止水効果を向上させ
るために、グリースを主体とし繊維などを混合したシー
ラ材を塗布したり、図５の注入空隙１１９ａ、１１９ｂ
に充填したりして、止水効果を発揮させていた。

【０００５】シーラ材を塗布あるいは充填する箇所およ
びタイミングは、次のとおりである。（ａ）シールド機
１０１組み立て時にワイヤブラシの表面へ塗布したり内
部へ充填する。 （ｂ）複数のブラシ間（図５、注入空隙１１９ａ、１１
９ｂ）へ充填する。

【０００６】（ｃ）シーラ材専用の注入装置（図５、注
入管１２１など）を有するシールド機の場合は、掘進中
に、シーラ材を間欠的にワイヤブラシ周辺に注入する。 （ｄ）シーラ材注入装置を有しないシールド機の場合
は、掘進中に１００Ｒ〜２００Ｒ毎に、セグメントに設
けたグラウトホールより、シーラ材をワイヤブラシ周辺
に注入する。 なお、図５はシーラ材専用の注入装置として注入管１２
１を有するシールド機１０１のＤ部の拡大図を示してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
テールシールグリースの注入では、以下のような問題点
があった。すなわち、 （ａ）テールクリアランスが変化した場合に、テールシ
ール間に空隙が生じ、裏込材１１７が侵入したり、地下
水や泥水などが漏水したりする。 （ｂ）テールシールグリースが全周には行き渡らないた
め裏込材１１７が侵入し、侵入した裏込材は排出されず
に固化するので、テールシールが破損する。 （ｃ）テールシールグリースが高価である。

【０００８】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、止水性およびテー
ルシールの保護性能が高い、シールド機のテールシール
注入装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 前述した目的を達成す
るために、本発明は、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、前記シ
ールド機のスキンプレートのテール部内側に設けた複数
列のワイヤブラシと、前記ワイヤブラシの各列の間に注
入材を供給する注入管と、前記注入管に前記注入材を圧
送する圧送ポンプと、前記注入管の注入口付近に設けら
れ、前記注入材の注入材圧を測定する注入材圧測定器
と、前記テール部後方の外部液圧を測定する外部液圧測
定器と、前記圧送ポンプの回転数を制御する制御装置
と、を具備し、前記制御装置は、測定された前記注入材
圧が前記外部液圧より小さい場合、前記圧送ポンプを高
速運転させ、測定された前記注入材圧が前記外部液圧以
上で、かつ所定の第１の閾値より小さい場合、前記圧送
ポンプを中速回転させ、測定された前記注入材圧が所定
の第１の閾値以上で、かつ所定の第２の閾値より小さい
場合、前記圧送ポンプを低速回転させることを特徴とす
るシールド機のテールシール注入装置である。

【００１０】

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
第１の実施の形態について詳細に説明する。図１は本実
施の形態に係るシールド機１の概略構成を示す断面図で
ある。シールド機１の前面でカッタ３により地山５の掘
削を行ない、スキンプレート７の後方のテールプレート
９の内側面には、全周に環状にワイヤブラシ１１ａ、１
１ｂ、１１ｃが３列に設けられる。

【００１２】次に、ワイヤブラシ１１の先端部を所定の
距離だけシールド機１の外周側に押しつけるようにし
て、ワイヤブラシ１１の内側にセグメント１１を組み立
て、このセグメント１１から反力をとってシールド機１
が掘進方向Ａへ推進する。シールド機１後方のテール部
Ｂのテールプレート９の内側に環状に設けたワイヤブラ
シ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、テールプレート９と、セ
グメント１３との間から裏込材１５、あるいは地下水、
泥水などがシールド機１内に侵入することを防ぐための
ものである。

【００１３】次に、本実施の形態に係るシールド機１の
テールシール注入装置およびテールシール注入材につい
て説明する。シールド機１では、ワイヤブラシ１１ａと
ワイヤブラシ１１ｂとの間、および、ワイヤブラシ１１
ｂとワイヤブラシ１１ｃとの間の環状の空隙部分に専用
の装置でテールシール注入材を充填し、３列の環状のワ
イヤブラシ１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、各列の間に注入
されたテールシール注入材とが一体化し、全体としてワ
イヤブラシシールを構成する。

【００１４】図２は、図１のＢ部の拡大断面、および注
入装置の各部の関係を示す図である。水圧測定器（水圧
測定用圧力変換器）１７は、テールプレート９の最後尾
部などに設けられ、テールプレート９の後方の空隙に存
在する泥水や地下水などの水圧を測定する。またテール
プレート９の後方に裏込材１５を充填した後は、裏込材
１５、泥水、地下水などの外部流動物の、テールプレー
ト９の最後尾部分に及ぼす圧力（外部液圧）を測定す
る。

【００１５】第１の注入材圧測定器（第１のテールシー
ル注入材圧測定用圧力変換器）３５は、第１の注入箇所
３１にテールシール注入材を注入するために設けた第１
の注入管３３の一部に接して設けられ、テールシール注
入材の注入材圧を測定する。第１の制御装置３７は、水
圧測定器１７および第１の注入材圧測定器３５の各測定
値を解析して、所定の計算を行ない、第１のモータ４１
の回転数などを算出する。第１のインバータ３９は、第
１の制御装置３７から送られる直流の制御信号を交流信
号に変換し、第１のモータ４１に送る。第１のモータ４
１は第１の圧送ポンプ（モノポンプ）４３を駆動する。

【００１６】第２の注入材圧測定器（第２のテールシー
ル注入材圧測定用圧力変換器）５５は、第２の注入箇所
５１にテールシール注入材を注入するために設けた第２
の注入管５３の一部に接して設けられ、テールシール注
入材の注入材圧を測定する。第２の制御装置５７は、水
圧測定器１７および第２の注入材圧測定器５５および第
１の注入材圧測定器３５の各測定値を解析して、所定の
計算を行ない、第２のモータ６１の回転数などを算出す
る。第２のインバータ５９は、第２の制御装置５７から
送られる直流の制御信号を交流信号に変換し、第２のモ
ータ６１に送る。第２のモータ６１は第２の圧送ポンプ
（モノポンプ）６３を駆動する。

【００１７】テールシール注入材の材料１９は、廉価な
ベントナイト、アクリル水溶性ポリマ、繊維などを主成
分とし、ミキサ２１による攪拌混合後には高粘性材料
（５０００ｃｐ程度）となるようにする。テールシール
注入材は、配液管２３を介してミキサ２１から第１の圧
送ポンプ４３および第２の圧送ポンプ６３に送られる。

【００１８】次にテールシール注入材の注入の手順につ
いて説明する。ここでは、まず、ワイヤブラシ１１ｂ
と、ワイヤブラシ１１ｃとの間の第１の注入箇所３１に
テールシール注入材を注入する場合を先に説明する。第
１の注入箇所３１へは第１の注入管３３を介してテール
シール注入材が注入される。第１の注入箇所３１全体に
テールシール注入材がほぼ充填されるまでは、テールシ
ール注入材は後述する自動注入ではなく、担当者によっ
て管理するなどして注入作業を行なってもよい。

【００１９】図３は第１の注入箇所３１へのテールシー
ル注入材の送圧の調節方法の１例を示すフローチャート
である。図３の例では本発明の原理を簡単に示すため
に、第２の注入箇所５１には注入材が注入されていない
場合に、第１の注入箇所３１への注入材圧とテールシー
ル部の外部の水圧との比較によって注入材の送圧を調整
する方法について説明する。

【００２０】テールシール注入材の自動注入を開始する
と（ステップ３０１）、テールシール注入材の第１の注
入材圧は第１の注入材圧測定器３５で継続的に計測さ
れ、外部からテールプレート９部にかかる水圧は水圧測
定器１７により継続的に計測される（ステップ３０
２）。

【００２１】第１の注入材圧と水圧の両測定値は、リア
ルタイムで第１の制御装置３７に送られ、第１の制御装
置３７では両測定値を比較し、所定の計算式を用いて第
１の圧送ポンプ４３の運転制御を行ない、テールシール
注入材の送圧が制御される。

【００２２】まず、注入材圧が水圧未満であるか否かを
判定する（ステップ３０３）。注入材圧が水圧未満であ
る場合には、外部流動物がワイヤブラシ１１ｃの内側に
侵入してしまうため、対抗する注入材圧を迅速に高める
ために、第１の圧送ポンプ４３を高速運転させる（ステ
ップ３０４）。

【００２３】ステップ３０３で、注入材圧が水圧以上で
ある場合には、ステップ３０５で、注入材圧が、例えば
水圧＋０．２ｋｇｆ／ｃｍ２未満であるか否かを判定す
る。注入材圧が、水圧以上かつ水圧＋０．２ｋｇｆ／ｃ
ｍ２未満である場合は注入材圧が不十分であるため、注
入材圧を高めるために、第１の圧送ポンプ４３を中速運
転する（ステップ３０６）。

【００２４】ステップ３０５で、注入材圧が水圧＋０．
２ｋｇｆ／ｃｍ２以上である場合には、ステップ３０７
で、例えば注入材圧が水圧＋０．４ｋｇｆ／ｃｍ２未満
であるか否かを判定する。注入材圧が、水圧＋０．２ｋ
ｇｆ／ｃｍ２以上かつ水圧＋０．４ｋｇｆ／ｃｍ２未満
である場合には、第１の圧送ポンプ４３を低速運転する
（ステップ３０８）。

【００２５】ステップ３０７で、注入材圧が水圧＋０．
４ｋｇｆ／ｃｍ２以上である場合には注入材圧は十分で
あり、注入材圧が、それ以上増加すると、注入材圧が高
過ぎてワイヤブラシ１１ｃを外側へ押し曲げる危険があ
るため、第１の圧送ポンプ４３の運転が停止される（ス
テップ３０９）。

【００２６】ステップ３０４、ステップ３０６、ステッ
プ３０８、あるいはステップ３０９で第１の圧送ポンプ
４３の運転状態を決定した後は、テールシール注入材の
自動注入を終了するか否かが判定される（ステップ３１
０）。

【００２７】テールシール注入材の自動注入を終了する
のは、水圧あるいは裏込材１５の液圧が低い場合、シー
ルド機１による掘進を停止する場合など所定の条件を満
たした場合である。ステップ３１０で、自動注入を終了
すると判定された場合には、水圧および注入材圧の測定
値の監視などが停止され、テールシール注入材の自動注
入が終了される（ステップ３１１）。

【００２８】次に、ワイヤブラシ１１ａと、ワイヤブラ
シ１１ｂとの間の第２の注入箇所５１にテールシール注
入材を注入する場合について説明する。第２の注入箇所
５１へは第２の注入管５３を介してテールシール注入材
が注入される。第２の注入箇所５１全体にテールシール
注入材がほぼ充填された後、テールシール注入材の自動
注入を開始すると、第２の注入材圧は第２の注入材圧測
定器５５で計測され、リアルタイムで第２の制御装置５
７に送られる。

【００２９】第２の圧送ポンプ６３から第２の注入箇所
５１への注入材の送圧の算出の際には、例えば第２の注
入材圧と第１の注入材圧と水圧の測定値の３測定値を比
較し、所定の計算式を用いて新たな送圧が計算される。

【００３０】以上、詳細に説明したように、本実施の形
態に係るテールシールは、ワイヤブラシ１１ａ、１１
ｂ、１１ｃの各列の間のテールシール注入材の圧力を検
知することができ、テールシール注入材の注入量および
送圧を制御することによりテールシール間に空隙が生じ
ないようにして、裏込材１５や泥水、地下水などがシー
ルド機１内に侵入しないようにすることができる。

【００３１】また、テールシールの止水性が高まり、高
水圧に対処できる。また、テールシール注入材の注入量
を増すことにより、テールシール間を洗浄したり、テー
ルシール間に侵入した裏込材１５などを排出することが
可能である。また、このため、テールシールの耐久性が
高く、テールシールを交換せずに超長距離を掘進するこ
とが可能となり、経済的であり、シールド工事全体の工
期も短縮できる。

【００３２】また、テールクリアランスの大幅な変化に
対応できるため、急曲施工、縮小径セグメント施工にも
対処することができる。また、テールシール注入材が廉
価なため、コストダウンが可能である。また、テールシ
ール注入材は、テールシールグリースに比べて流動性が
高いため、注入口の個数を減らすことが可能であり、施
工、保守などの作業が簡略化される。

【００３３】なお、本実施の形態では、水圧測定器１７
をテールプレート９の最後尾部分に設けるものとした
が、テールシール部の後方に存在する流動物からテール
シール部にかかる圧力が測定できる任意の位置に水圧測
定器１７を設けてもよい。

【００３４】さらに、テールシール注入材の注入量およ
び送圧の制御は、図３に示したものに限定されるもので
はなく、要するに各注入箇所の内外の圧力を測定しつ
つ、テールシール部に空隙が発生しないようにテールシ
ール注入材の注入量あるいは送圧を制御すればよい。し
たがって第１の注入箇所３１と第２の注入箇所５１の注
入材圧のバランスも調整可能であり、各ワイヤブラシ１
１に無理な力が加わって変形の生じることを防止でき
る。

【００３５】また、図２においては、第１の制御装置３
７では第１の注入材圧測定器の測定値と水圧測定器１７
の２種の測定値を、第２の制御装置５７では第１の注入
材圧測定器の測定値と第２の注入材圧測定器の測定値と
水圧測定器１７の３種の測定値を、それぞれ比較検討す
ることとしたが、任意の測定値を選択して、テールシー
ル部に空隙が発生しないようにテールシール注入材の注
入量あるいは送圧を制御することができる。

【００３６】また、本実施の形態では、ワイヤブラシは
３列設けるものとしたが、ワイヤブラシの配列は２列以
上の任意の列とし、ワイヤブラシ各列の間の注入箇所に
別々の注入管を介して注入管テールシール注入材を注入
することとしてもよい。その場合、各注入管に注入材圧
測定器を設け、テールシール部の外部の水圧と各注入箇
所の注入材圧の各測定値を比較検討して、テールシール
注入材の各注入箇所への送圧をそれぞれ制御する。

【００３７】また、本実施の形態では、テールシール注
入材は、ベントナイト、アクリル水溶性ポリマ、繊維な
どを主成分とし、ミキサ２１による攪拌混合後には高粘
性材料（５０００ｃｐ程度）になるものを用いることと
したが、送圧の調整の可能な材料であれば、任意の素材
からなるものをテールシール注入材として用いてもよ
い。

【００３８】

【発明の効果】 以上、詳細に説明したように、本発明
によれば、止水性およびテールシールの保護性能が高
い、シールド機のテールシール注入装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 シールド機１の概略構成を示す断面図

【図２】 図１のＢ部の拡大断面、および注入装置の各
部の関係を示す図

【図３】 テールシール注入材の送圧の調節方法の１例
を示すフローチャート

【図４】 従来のシールド機１０１の概略構成図

【図５】 注入管１２１を有するシールド機１０１のＤ
部の拡大図

【符号の説明】

１………シールド機 ３………カッタ ５………地山 ７………スキンプレート ９………テールプレート １１………ワイヤブラシ １３………セグメント １５………裏込材 １７………水圧測定器 １９………材料 ２１………ミキサ ２３………配液管 ３１………第１の注入箇所 ３３………第１の注入管 ３５………第１の注入材圧測定器 ３７………第１の制御装置 ３９………第１のインバータ ４１………第１のモータ ４３………第１の圧送ポンプ ５１………第２の注入箇所 ５３………第２の注入管 ５５………第２の注入材圧測定器 ５７………第２の制御装置 ５９………第２のインバータ ６１………第２のモータ ６３………第２の圧送ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−174194（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−61478（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、 前記シールド機のスキンプレートのテール部内側に設け
   た複数列のワイヤブラシと、 前記ワイヤブラシの各列の間に注入材を供給する注入管
   と、 前記注入管に前記注入材を圧送する圧送ポンプと、 前記注入管の注入口付近に設けられ、前記注入材の注入
   材圧を測定する注入材圧測定器と、 前記テール部後方の外部液圧を測定する外部液圧測定器
   と、 前記圧送ポンプの回転数を制御する制御装置と、 を具備し、 前記制御装置は、 測定された前記注入材圧が前記外部液圧より小さい場
   合、前記圧送ポンプを高速運転させ、 測定された前記注入材圧が前記外部液圧以上で、かつ所
   定の第１の閾値より小さい場合、前記圧送ポンプを中速
   回転させ、 測定された前記注入材圧が所定の第１の閾値以上で、か
   つ所定の第２の閾値より小さい場合、前記圧送ポンプを
   低速回転させることを特徴とするシールド機のテールシ
   ール注入装置。