JP3870695B2

JP3870695B2 - 泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法

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Publication number: JP3870695B2
Application number: JP2000376849A
Authority: JP
Inventors: 健冶村山; 尚輝上田; 仁渋谷
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2020-12-12
Also published as: JP2002180781A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法に関し、特に、切羽水圧の変動に迅速に対応することができる制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地下鉄トンネルなどの構築工法の一種として、泥水シールド工法が知られている。泥水シールド工法は、シールド掘進機の前端に設けられた掘削ドラムの背面側にチャンバを隔成し、チャンバ内に泥水を循環させながら、切羽水圧を一定に保持して、掘削土砂を泥水スラリーとして坑外に排出する。
【０００３】
この場合、チャンバには、地上に設置される泥水タンクから送泥ポンプを介して、泥水を送り込む送泥管と、チャンバ内の泥水スラリーを、排泥ポンプを介して坑外に排出する排泥管とが連通接続される。
【０００４】
このような構成のシールド掘進機を用いてトンネルを掘削する際には、切羽の崩壊を防止するために、チャンバ内の泥水圧を一定に保つ必要があるが、このような切羽水圧の制御に、従来は、地上側に設置される送泥ポンプの調整により行っていた。
【０００５】
送泥ポンプの調整により切羽水圧を制御する際には、シールド掘進機のチャンバ内の圧力を測定する圧力計を設置し、この圧力計の指示値が目標値になるように、その検出信号を送泥ポンプ側にフィードバックすることにより行われている。
【０００６】
しかしながら、このような従来の泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上述したような泥水シールド工法で、長距離掘削を行う場合には、切羽と送泥ポンプとの間の距離が非常に長くなる。ところが、この場合、前述したようにチャンバに設置した圧力計により泥水ポンプをフィードバック制御すると、切羽水圧の検出から制御信号の送出までに時間がかかり、圧力変動に対する応答性が悪化し、瞬間的な閉塞の発生などにより、切羽水圧の変動幅が大きくなるという問題があった。
【０００８】
このような問題に対して、シールド掘進機本体のチャンバ内に、エアチャンバを設置して、このエアチャンバにより切羽水圧の変動を吸収しようとする試みもあったが、この方法では、チャンバ内の機構が複雑化し、掘削土砂の付着滞留が増し、逆に閉塞を起こし易くなって、切羽水圧を大きく変動させる要因となる。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、チャンバ内の機構の複雑化を伴うことなく、圧力変動に対して、迅速に応答することができる泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、シールド掘進機の前端に設けられた掘削ドラムの背面側にチャンバを隔成し、地上に設置される泥水タンクから送泥ポンプを介して、泥水を前記チャンバ内に送り込む送泥管と、前記チャンバ内の泥水スラリーを、排泥ポンプを介して坑外に排出する排泥管とを前記チャンバに連通接続し、前記チャンバ内の切羽水圧を一定に保持しつつ、掘削土砂を前記泥水スラリーとして坑外に排出する泥水シールド工法において、前記シールド掘進機の後続台車または掘進機本体内に、所定水位の水を収容する圧力調整タンクを設置し、前記チャンバ内の圧力変動を前記圧力調整タンク内の水位の上下により吸収する切羽水圧の制御方法であって、前記圧力調整タンクは、内部に所定水位の水が収容され、前記チャンバ内と直接連通するか、あるいは前記送泥管または排泥管を介して前記チャンバ内と間接的に連通する並列接続された第１および第２タンクと、前記第１および第２タンクの上部と連通され、内部にエアのみが収容されダンパタンクとを備え、前記チャンバ内の切羽水圧は、前記送泥ポンプを一定回転数で運転するとともに、前記チャンバ内の圧力値を検出して、この圧力値に基づいて、前記圧力調整タンク内のエアー圧力をフィードバック制御して、一定に保つようにした。
【００１１】
このように構成した泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法によれば、シールド掘進機の後続台車または掘進機本体内に、所定水位の水を収容する圧力調整タンクを設置し、チャンバ内と圧力調整タンクとを直接連通するか、あるいは送泥管または排泥管を介してチャンバ内と圧力調整タンクとを間接的に連通し、チャンバ内の圧力変動を圧力調整タンク内の水位の上下により吸収するので、チャンバと送泥ポンプとの間の距離が長くなっても、圧力変動に対して、迅速に応答することができ、しかも、チャンバ内の機構の複雑化を伴うこもない。
【００１４】
さらに、本発明は、前記圧力調整調整タンクは、その内部に前記水に代えて、泥水を収容し、前記チャンバ内の圧力変動を前記圧力調整タンク内の泥水位の上下により吸収することができる。
【００１５】
このように構成した泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法においても、チャンバ内の機構の複雑化を伴うことなく、圧力変動に対して、迅速に応答することができる。
【００１６】
前記チャンバ内の切羽水圧は、前記排泥管の途中に流量計を設置し、この流量計の検出値に基づいて前記排泥ポンプを制御して、排泥量が一定になるように保持することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかる泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法の第１実施例を示している。
【００１８】
同図に示した切羽圧力の制御方法は、泥水シールド掘進機１０のチャンバ１２内の切羽圧力を一定に保つように行われる。泥水シールド掘進機１０は、筒状の本体１４と、本体１４の先端に回転自在に支持された掘削ドラム１６とを備えている。
【００１９】
掘削ドラム１６の背面側には、隔壁１８が設置され、この隔壁１８によりチャンバ１２が隔成されている。隔壁１８の上部側には、送泥管２０の一端がこれを貫通するようにして、チャンバ１２内と連通接続されている。
【００２０】
送泥管２０の他端側は、シールド掘進機１０の後方に延設され、地上に設置される送泥ポンプ２２を介して、泥水Ｂが満たされた泥水タンク２４に接続されている。隔壁１８の下部側には、排泥管２６の一端がこれを貫通するようにして、チャンバ１２内と連通接続されている。
【００２１】
排泥管２６の他端側は、シールド掘進機１０の後方に延設され、管路の途中に設置された排泥ポンプ２８を介して、地上側に設置される処理プラントに接続されている。
【００２２】
このように構成された泥水シールド掘進機１０では、地上に設置される泥水タンク２４から送泥ポンプ２２を介して、泥水Ｂを送泥管２０によりチャンバ１２内に送り込みながら、チャンバ１２内の泥水スラリーＳを、排泥ポンプ２８を介して排泥管２６で坑外に排出する際に、チャンバ１２内の切羽水圧を一定に保持して切羽の崩壊を防止する。
【００２３】
このような泥水シールド工法の基本的な構成は、従来のこの種の工法と同じであるが、本実施例の場合には、以下に説明する点に顕著な特徴がある。すなわち、本実施例の場合には、シールド掘進機１０の後続台車（図示省略）、または、掘進機本体１４内に設置され、チャンバ１２と連通接続される圧力調整タンク３０を備えている。
【００２４】
本実施例の圧力調整タンク３０は、内部に所定水位の水Ｗが収容された第１および第２タンク３０ａ，３０ｂと、内部にエアＡのみが収容されたダンパタンク３０ｃとを備えている。
【００２５】
第１および第２タンク３０ａ，３０ｂは、水位以深の部分で連通管３２により並列接続され、連通管３２は、第１開閉弁３４を介して、チャンバ１２内と連通接続されている。
【００２６】
第１開閉弁３４は、チャンバ１２を隔成する隔壁１８の近傍に配置され、その前後には、第１および第２圧力センサ３６，３８が設置されている。また、第１タンク３０ａには、内部の水Wの水位を検出する水位計４０が付設され、底部には、水Ｗを排出するドレーン４２が設けられている。
【００２７】
さらに、第１タンク３０ａには、第２開閉弁４４を介して、水Ｗの給水部４６に接続されている。一方、第１および第２タンク３０ａ，３０ｂと、ダンパタンク３０ｃの上部側は、接続管４８により並列接続され、接続管４８には、第３開閉弁５０と電磁弁５２とを介在させて、コンプレッサ５４に接続されている。
【００２８】
ダンパタンク３０ｃには、第３圧力センサ５６が設置されていて、状況を監視できるとともに、万一水が浸入した場合に、バルブ６０を開いて排出することができる。
【００２９】
以上のように構成された圧力調整タンク３０内の水位調整は、これがチャンバ１２に未接続状態で行い、所定のエアー容量が確保される。この手順は、以下の順に行う。
【００３０】
まず、本体１４内の第１開閉弁３４を閉じた状態で、第１および第２タンク３０ａ，３０ｂ内の水Ｗの水位を水位計４０で確認し、これが許容範囲内であれば、以下の手順は行わない。なお、水位調整をする場合、タンク３０ａ，３０ｂ内のエア圧力を０．１Ｍｐａ程度に調整して、連通管３２内の泥水が逆流することを防止し、現在の水位が目標水位よりも低い場合には、水位を確認しつつ第２開閉弁４４を開いて水Ｗを供給する。また、現在の水位が目標水位よりも高い場合には、ドレーン４２を開いて、水位を調整する。
【００３１】
このようにして、第１および第２タンク３０ａ，３０ｂ内の水Ｗの水位調整が終了すると、次に、第１開閉弁３４の前後の圧力センサ３６，３８の圧力値を検出し、第３開閉弁５０を開弁した状態で、電磁弁５２を制御し、圧力センサ３６，３８の検出値が一致するように調整する。
【００３２】
圧力センサ３６，３８の検出値が一致すると、第３開閉弁５０を閉弁して、電磁弁５２の作動を停止させて、第１開閉弁３４を開弁させて、圧力調整タンク３０をチャンバ１２内と連通させる。
【００３３】
なお、このような圧力タンク３０の接続は、シールド掘進機１０の掘削中ないしはセグメント組み立て中を開始したときに行われ、シールド掘進機１０の掘削停止中には、第１開閉弁３４を閉弁して、圧力調整タンク３０は、チャンバ１２と切り離される。
【００３４】
以上のようにして、圧力調整タンク３０がチャンバ１２に連通接続された後には、チャンバ１２内の切羽水圧は、以下のようにして、一定に保つようにする。
【００３５】
シールド掘進機１０による掘進の進行過程で、チャンバ１２内の切羽水圧が変動すると、チャンバ１２には、連通管３２を介して圧力調整タンク３０が接続されているので、この圧力変動により、第１および第２タンク３０ａ，３０ｂ内に収容されている水Ｗの水位が上下方向に移動して、圧力変動を緩和吸収する。
【００３６】
このような圧力変動の吸収効果は、シールド掘進機１０の後続台車または掘進機本体１４内に、所定水位の泥水を収容する圧力調整タンク３０を設置し、チャンバ１２内と圧力調整タンク３０とを直接連通することにより得られるので、チャンバ１２内の機構の複雑化を伴うことなく、チャンバ１２と送泥ポンプ２２との間の距離が長くなっても、圧力変動に対して、迅速に応答することができる。
【００３７】
なお、上記実施例の場合、チャンバ１２内の切羽水圧は、送泥ポンプ２２を一定回転数で運転するとともに、圧力調整タンク３０内のエアー圧力を、チャンバ１２内の圧力値を第1圧力センサ３６で検出して、この検出圧力値に基づいてフィードバック制御して、一定に保つことができる。
【００３８】
このような制御方法を採用すると、単に、圧力調整タンク３０により圧力変動を自動的に吸収する場合に比べて、より一層圧力変動に対して迅速に対応することができるとともに、急激で大きな圧力変動にも有効に対応できる。
【００３９】
また、本実施例で示した第１開閉弁３４と一対の第１および第２圧力センサ３６，３８のユニットは、図1に実線で示した個所に替えて、同図に仮想性で示すように、送泥管２０に接続するか、あるいは、排泥管２６に接続し、チャンバ１２内と圧力調整タンク３０とがこれらを介して間接的に連通接続するようにしてもよい。
【００４０】
さらに、図１に符号６１で示した開閉弁は、連通管３２とチャンバ１２との間に介装されたバイパス通路６３の開閉に用いられるものであって、このバイパス通路６３は、連通管３２の清掃時に用いられる。
【００４１】
図２は、本発明にかかる泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法の第２実施例を示しており、上記第１実施例と同一もしくは相当する部分には、同一符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。
【００４２】
図2に示した実施例では、圧力調整タンク３０内に所定の水位で収容される流体を水Wに替えて、泥水Ｂとしている。また、送泥管２０には、送泥流量計６２が設置されるとともに、排泥管２６には、排泥流量計６４が設置されていて、各管路を流れる送泥流量と排泥流量とが検出されるようになっている。
【００４３】
このように構成したシールド掘進機１０では、掘削開始前に、前述した第１実施例と同じ手順に従って、圧力調整タンク３０がチャンバ１２と接続されるとともに、その後は、切羽水圧は、以下のように制御される。
【００４４】
すなわち、本実施例の場合、掘削中の運転では、送泥ポンプ２２は、送泥流量計６２で検出される送泥流量が目標値に近づくように制御される。この目標値は、排泥流量−掘削土砂量で定義される。
【００４５】
この場合の掘削土砂量は、シールド掘進機１０に取り付けられたジャッキスピード計より以下の式で算出される。
掘削土砂量＝π×（Ｄ／２）²×ジャッキスピード（ｍ／ｍｉｎ）
ここに、Ｄは、シールド掘進機１０の直径（ｍ）である。この式から掘削土砂量を演算よって求めると、排泥流量が排泥流量計６４により測定されているので、これらの値から送泥流量の目標値を求めることができる。
【００４６】
一方、チャンバ１２内の切羽水圧は、圧力センサ１３の検出値に基づいて、電磁弁５２を比例制御し、各タンク３０ａ〜３０ｃ内のエアー圧力を調整して、目標値になるように制御される。
【００４７】
また、このような制御と同時にタンク３０ａ，３０ｂ内の泥水Ｂの水位が一定に保たれるように、水位計４０に基づいて調整する。
【００４８】
以上のような制御が行われている過程で、チャンバ１２内の切羽水圧が変動すると、タンク３０ａ，３０ｂ内から泥水Ｂの供給や、泥水Ｂの受け入れが行われて、チャンバ１２と送泥ポンプ２２との間の距離が長くなっても、上記第１実施例と同様に、チャンバ１２内の機構の複雑化を伴うことなく、圧力変動に対して、迅速に応答することができる。
【００４９】
なお、この第２実施例の場合も、第１実施例と同様に、第１開閉弁３４と一対の第１および第２圧力センサ３６，３８のユニットは、図２に示した個所に替えて、送泥管２０ないしは排泥管２６に接続してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法によれば、チャンバ内の機構の複雑化を伴うことなく、圧力変動に対して、迅速に応答することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法の第１実施例を示す実施状態の説明図である。
【図２】本発明にかかる泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法の第２実施例を示す実施状態の説明図である。
【符号の説明】
１０泥水シールド掘進機
１２チャンバ
１４掘削ドラム
１８隔壁
２０送泥管
２２送泥ポンプ
２６排泥管
２８排泥ポンプ
３０圧力調整タンク
３２連通管
３４第１圧力センサ
３６第１開閉弁
３８第２圧力センサ

Claims

シールド掘進機の前端に設けられた掘削ドラムの背面側にチャンバを隔成し、
地上に設置される泥水タンクから送泥ポンプを介して、泥水を前記チャンバ内に送り込む送泥管と、前記チャンバ内の泥水スラリーを、排泥ポンプを介して坑外に排出する排泥管とを前記チャンバに連通接続し、
前記チャンバ内の切羽水圧を一定に保持しつつ、掘削土砂を前記泥水スラリーとして坑外に排出する泥水シールド工法において、
前記シールド掘進機の後続台車または掘進機本体内に、所定水位の水を収容する圧力調整タンクを設置し、
前記チャンバ内の圧力変動を前記圧力調整タンク内の水位の上下により吸収する切羽水圧の制御方法であって、
前記圧力調整タンクは、内部に所定水位の水が収容され、前記チャンバ内と直接連通するか、あるいは前記送泥管または排泥管を介して前記チャンバ内と間接的に連通する並列接続された第１および第２タンクと、前記第１および第２タンクの上部と連通され、内部にエアのみが収容されダンパタンクとを備え、
前記チャンバ内の切羽水圧は、前記送泥ポンプを一定回転数で運転するとともに、前記チャンバ内の圧力値を検出して、この圧力値に基づいて、前記圧力調整タンク内のエアー圧力をフィードバック制御して、一定に保つことを特徴とする泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法。
前記圧力調整調整タンクは、その内部に前記水に代えて、泥水を収容し、前記チャンバ内の圧力変動を前記圧力調整タンク内の泥水位の上下により吸収することを特徴とする請求項１記載の泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法。
前記チャンバ内の切羽水圧は、前記排泥管の途中に流量計を設置し、この流量計の検出値に基づいて前記排泥ポンプを制御して、排泥量が一定になるように保持することを特徴とする請求項１または２記載の泥水シールド工法における切羽水圧の制御方法。