JP3933546B2 - 壁面土圧計及び壁面土圧計付横坑構築装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば、地中にトンネル等の横坑を構築したり或いは下水管きょを構築する場合に使用される壁面土圧計付横坑構築装置及びこの壁面土圧計付横坑構築装置において使用される壁面土圧計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、土圧式セミシールド機，泥水加圧式セミシールド機及び泥濃式セミシールド機等の横坑構築装置（セミシールド機）は、適用土質も広く、また操作性にも富んでいることから、地中にトンネル等の横坑を構築したり下水管きょを構築する場合には広く使用されている。
【０００３】
そして、このような横坑構築装置（セミシールド機）を用いて実施される工法の中で、例えば、土圧式セミシールド工法について説明すると、この工法は、先導体として動力により駆動する掘削装置と、方向修正ジャッキ等が装備された横抗構築装置や掘削機本体により、地山の崩壊を防止しながら推進管を推進伝達体として発進立坑内の推進管体後部に配設したジャッキにより推進する工法であり、こうした土圧式セミシールド工法を行うセミシールド機は、例えば、特開昭５７−１５７９７号公報，特開昭５７−７４４９８号公報或いは特公昭６１−２５８７９号公報において提案されている。
【０００４】
これらの公報に記載されている土圧式セミシールド機は、駆動モータにより回転駆動し正面には複数のビットが固定されてなるとともに内部に土砂等を導入する開口が形成されたカッターヘッドと、このカッターヘッドの背面側に形成され該カッターヘッドの回転駆動により地盤が掘削されて発生した土砂や泥土を外部に排出する排泥管を備えているものであり、上記土砂等は、この排泥管により外部に排出される。なお、この排泥管の先端側中途部には、図示しない開閉弁が設けられ、この開閉弁の開放により上記土砂等は、上記排泥管を介して外部に排出される。
【０００５】
そして、このような横坑構築装置を用いた工法においては、横坑構築装置（セミシールド機）のチャンバ壁土圧の測定のために、壁面土圧計が配設されている。壁面土圧計を用いることは、掘削時の土圧管理を行うにあたり重要である。
【０００６】
すなわち、壁面土圧計は、横坑構築装置の先端側に形成されたカッターの後方に配設されている。そして、この横坑構築装置においては、壁面土圧計により計測される壁面土圧が所定値より高い場合には、上記開閉弁を開放して排泥管内部に土砂等を導入し外部に排出し、壁面土圧が所定値より低い場合には、開閉弁を閉蓋し、排泥管による土砂等の排出を停止する。
【０００７】
そして、従来用いられている上記壁面土圧計は、図１１に示すように、受圧面１０１をなす金属の僅かな伸縮によって変化する抵抗値を歪みとして測定し、その歪みを圧力値に変換してケーブル１０２を介して出力するものである。この壁面土圧計は、円筒状の本体部１０３内に抵抗値の変化を測定する素子を内蔵し、この本体部１０３の前端面が受圧面１０１とされている。
【０００８】
この壁面土圧計は、横坑構築装置内の隔壁１０４に形成された透孔１０５内に本体部１０３を嵌合させ、受圧面１０１を該隔壁１０４の前面部に略々面一状態とされてなるとともに、この本体部１０３の後方側に設けられたフランジ１０６をボルト１０７によって隔壁１０４の裏面に固定された状態で上記横坑構築装置内に取付けられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の壁面土圧計は、各壁面土圧計毎に、許容負荷圧力が定められており、この圧力を超える負荷圧力を受けると、破壊されてしまう。許容負荷圧力の高い、すなわち、測定レンジの広い壁面土圧計を用いれば、破壊されることは少なくなるが、一方において、測定レンジの広い壁面土圧計は、測定の精度が低い。
【００１０】
すなわち、従来の壁面土圧計では、必要な測定精度を確保しようとすれば、許容負荷圧力の高さ（測定レンジの広さ）の上限は限定されてしまう。したがって、壁面土圧計の許容負荷圧力を超えることによる破壊を充分に防止できる程度には、許容負荷圧力を高くすることはできない。
【００１１】
そこで、本発明は、上述した従来の壁面土圧計及び壁面土圧計付横坑構築装置が有する課題を解決するために提案されたものであって、許容負荷圧力を超える圧力が作用しないようにして、過負荷による破損を有効に防止することができる壁面土圧計及びこのような壁面土圧計を備えた壁面土圧計付横坑構築装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、第１の発明（請求項１記載の発明）は、壁面土圧計に係り、第１のシリンダと、この第１のシリンダ内において進退可能となされた第１のピストンと、この第１のピストンが後退できるストロークを一定距離に規制する移動規制部材と、上記第１のシリンダの後端側に連続されて構成され上記第１のピストンの後方側に密閉された空間を形成するキャビティと、このキャビティ内の空間に充填された圧力伝達液と、この圧力伝達液を介して上記キャビティ内の空間の内圧を計測する圧力計測手段と、上記キャビティ内の空間に連通している第２のシリンダと、この第２のシリンダ内において進退可能となされた第２のピストンと、この第２のピストンを上記キャビティ内の空間に向けて弾性付勢する弾性部材と、上記第２のピストンの上記キャビティ内の空間に向かう移動を所定の位置で規制する位置規制部材とを備え、上記第１のピストンが前端部において受ける壁面土圧が上記圧力計測手段によって計測されるとともに、該壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、上記キャビティ内の空間の内圧により、上記第２のピストンが上記弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動されることにより、上記第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が上記移動規制部材により規制されることにより、上記キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る第２の発明（請求項２記載の発明）は、上記壁面土圧計において、上記第１のピストンは、上記第２のシリンダにもなっており、上記第２のピストン及び上記弾性部材が、該第１のピストン内の中空部分内に設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
これら壁面土圧計においては、壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、上記キャビティ内の空間の内圧によって上記第２のピストンが上記弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動され、上記第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が上記移動規制部材により規制されることにより、上記キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されるので、圧力計測手段に過負荷がかかる虞れがない。
【００１５】
また、第３の発明（請求項３記載の発明）は、上記壁面土圧計において、上記弾性部材は、圧縮コイルバネであることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明に係る第４の発明（請求項４記載の発明）は、上記壁面土圧計において、上記弾性部材は、上記第２のシリンダ内に上記第２のピストンによって密封された気体であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、第５の発明（請求項５記載の発明）は、上記壁面土圧計を備えた壁面土圧計付横坑構築装置に係るものであって、駆動モータにより回転され土砂を掘削するカッターヘッドが先端側に形成された本体部と、この本体部内に収納された壁面土圧計とを備え、上記壁面土圧計は、上記カッターヘッドの後方に位置する上記本体部内の隔壁の透孔として形成された第１のシリンダと、この第１のシリンダ内において進退可能となされた第１のピストンと、この第１のピストンが後退できるストロークを一定距離に規制する移動規制部材と、該第１のシリンダの後端側に連続されて上記隔壁に取付けられて構成され該第１のピストンの後方側に密閉された空間を形成するキャビティと、このキャビティ内の空間に充填された圧力伝達液と、この圧力伝達液を介して該キャビティ内の空間の内圧を計測する圧力計測手段と、上記キャビティ内の空間に連通している第２のシリンダと、この第２のシリンダ内において進退可能となされた第２のピストンと、この第２のピストンを上記キャビティ内の空間に向けて弾性付勢する弾性部材と、該第２のピストンの上記キャビティ内の空間に向かう移動を所定の位置で規制する位置規制部材とを有して構成され、上記第１のピストンが前端部において受ける壁面土圧が上記圧力計測手段によって計測されるとともに、該壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、上記キャビティ内の空間の内圧により、上記第２のピストンが上記弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動されることにより、上記第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が上記移動規制部材により規制されることにより、上記キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されることを特徴とするものである。
【００１８】
この壁面土圧計付横坑構築装置における壁面土圧計においては、壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、上記キャビティ内の空間の内圧によって上記第２のピストンが上記弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動され、上記第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が上記移動規制部材により規制されることにより、上記キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されるので、圧力計測手段に過負荷がかかる虞れがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態は、本発明を、小口径（外径が３０ｃｍ〜７０ｃｍ）の横坑構築装置に適用したものである。この横坑構築装置は、駆動モータにより回転されるカッターヘッドを有し、該カッターヘッドを回転させて地中を掘削するとともに、地山の崩壊を防止しながら推進管を上記横坑構築装置の後方から順次推進させる横坑構築工法において、先導体として用いられるものである。
【００２０】
この実施の形態に係る横抗構築装置１は、図１に示すように、横抗構築装置本体２と、この横抗構築装置本体の正面に着脱可能に配設されたカッターヘッド３とを備えたものである。上記横抗構築装置本体２は、円筒状に成形され、内部には上記カッターヘッド３を回転駆動させるための駆動モータ４が配設されている。この駆動モータ４の駆動軸４ａには、歯車５が固定されている。また、この横抗構築装置本体２の正面側内周には、リング状に成形された内歯歯車６が配設され、この内歯歯車６は、上記歯車５と噛合している。そして、この内歯歯車６の正面にはリング状の連結部材７を介してアウターコーン８が固定されている。すなわち、上記横抗構築装置本体２内の正面側には、上記駆動モータ４の駆動力により回転駆動されるアウターコーン８が設けられている。このアウターコーン８は、外周面はリング状に成形され内周面は正面側から背面側に亘って徐々に縮径されてなるものであり、このアウターコーン８の縮径された内周面には、複数の突片９が固定されている。
【００２１】
また、上記駆動モータ４の上方には、土圧制御弁１０が固定されており、この土圧制御弁１０の正面側には、この横抗構築装置本体２内に流入した泥土を後方に搬送する排泥管１１が配設され、この排泥管１１の先端には、隔壁１２が設けられている。この隔壁１２は円盤状に成形され、外周面には上記連結部材７よりも縮径された円筒状のリング部１３が溶接されており、このリング部１３の外周面と、上記回転駆動する連結部材７との間には軸受１４が配設されている。なお、上記隔壁１２には、図示しない排泥口が形成され、横抗構築装置本体２内に流入した泥土は、この排泥口を通って上記排泥管１１内に流入する。なお、この排泥管１１の先端側には、図示しないエアーピンチバルブが配設され、このエアーピンチバルブの開放により、上記泥土は外部に排出され、該エアーピンチバルブを閉塞することにより、泥土の排出が規制される。
【００２２】
また、上記隔壁１２の中心には、インナーコーン１５が固定されている。このインナーコーン１５は、アウターコーン８の奥行きとほぼ同じ奥行き（長さ）を有するものであって、外周面は先端側から基端側に亘って徐々に拡径されている。すなわち、この横抗構築装置本体２の先端側には、上記アウターコーン８とインナーコーン１５とからなる破砕部が設けられており、後述するカッターヘッド３に形成された開口を通って内部に流入した礫等は、上記駆動モータ４の駆動力により回転駆動するアウターコーン８の内周面と固定されたインナーコーン１５の外周面とにより、細かく破砕された上で、上記排泥口を通過して排泥管１１内に流入する。なお、上記インナーコーン１５の先端には、後述するカッターヘッド３に設けられた一方の軸受け部に当接する他方の軸受部１５ａが形成されている。
【００２３】
そして、上述のように構成された横抗構築装置本体２の先端には、カッターヘッド３が着脱可能に固定されている。このカッターヘッド２は、図２に示すように、上記横抗構築装置本体２の外径とほぼ同じ長さの外径に成形された筒状部２０と、この筒状部２０の正面に設けられた第１のカッタースポーク部２１と、該筒状部２０の正面に設けられた第２のカッタースポーク部２２とを備えている。上記第１及び第２のカッタースポーク部２１，２２は、何れも両端が上記筒状部２０の先端に溶接され、該筒状部２０の先端に形成された開口を一部閉塞するものである。そして、この第１のカッタースポーク部２１と第２のカッタースポーク部２２とは、正面視において、（交差するものではなく）Ｘ字状に一体化されてなる。したがって、このカッターヘッド３の正面には、扇型となされた二つの大きな開口２３，２４と、扇形となされた二つの小さな開口２５，２６が設けられている。
【００２４】
なお、上記第１のカッタースポーク部２１の両端には、それぞれゲージカッタービット２７，２８が転動可能に配設され、該ゲージカッター２７，２８間には、センタカッター２９，３０，３１，３２が転動可能に配設されている。また、上記第２のカッタースポーク部２２には、インナーカッター３３，３４が転動可能に配設されている。また、上記第１のカッタースポーク部２１の一端側側面及び他端側側面には、外側に外周スクレーパツース３５，３６が形成され、これら外周スクレーパツース３５，３６の内側には、スクレーパツース３７，３８が形成され、また、上記第２のカッタースポーク部２２の両端には、礫破砕ビット３９，４０と、外周スクレーパツース４１，４２が形成され、これらの外周スクレーパツース４１，４２内側には、スクレーパツース４３，４４が形成されている。また、上記筒状部２０の先端面であって、上記大きな開口２３，２４が形成されている部位には、取込ビット４５，４６が形成されている。なお、この実施の形態においては、上記第２のカッタースポーク部２０には、掘削する地山に加泥材を注入する加泥材注入口４７が設けられ、この加泥材注入口４７は、図示しない加泥材注入管に連結されている。
【００２５】
また、上記カッターヘッド３を構成する第１のカッタースポーク部２１と第２のカッタースポーク部２２とが一体化されている部位（中心）の背面側には、図１に示すように、上記インナーコーン１５の先端に形成された他方の軸受部１５ａが挿入される一方の軸受４８が設けられている。そして、上記カッターヘッド３を構成する筒状部２０の後端は、間にスペーサ４９を介して上記アウターコーン８の先端に図示しないボルト及びナットにより着脱可能に固定されている。
【００２６】
したがって、上述した実施の形態に係る横抗構築装置１によれば、図１に示す駆動モータ４が回転駆動すると、歯車５と噛合する内歯歯車６，アウターコーン８及びカッターヘッド３が回転駆動する。そして、このカッターヘッド３の回転駆動により、上記第１のカッタースポーク部２１又は第２のカッタースポーク部２２に形成され又は配設されたゲージカッタービット２７，２８，センタカッター２９，３０，３１，３２，インナーカッター３３，３４，外周スクレーパツース３５，３６，スクレーパツース３７，３８，礫破砕ビット３９，４０により、地山が掘削され、またこの地山内に大きな礫が混入している場合には、上記ゲージカッタービット２７，２８，センタカッター２９，３０，３１，３２，インナーカッター３３，３４或いは礫破砕ビット３９，４０により破砕される。このとき、破砕された礫が図２に示す二つの小さな開口２５，２６から横抗構築装置本体２内に取り込まれない場合であっても、上記二つの大きな開口２３，２４から内部に取り込まれる。
【００２７】
そして、このように横抗構築装置本体２の内部に取り込まれた礫は、土圧により、上記アウターコーン８とインナーコーン１５との間に到達し、大きな礫は、該アウターコーン８の回転駆動力と土圧によりインナーコーン１５に挟まれてさらに細かく破砕され、このさらに細かく破砕された礫は、上記隔壁１２に形成された図示しない排泥口から排泥管１１内に流入し、最終的には、地上に排出される。
【００２８】
そして、この横抗構築装置においては、図３に示すように、横抗構築装置本体２に、本発明に係る壁面土圧計５０が配設されている。この壁面土圧計５０は、横抗の壁面から受ける圧力を計測し、この壁面土圧が所定値より高い場合には、土圧制御弁１０を制御して前記エアーピンチバルブを開放し、横抗構築装置本体２内に流入した泥土を排泥管を介して外部（地上）に排出し、壁面土圧が所定値より低い場合には、土圧制御弁１０を制御して上記エアーピンチバルブを閉塞し、横抗構築装置本体２内に流入した泥土の排出を停止するものである。
【００２９】
この壁面土圧計５０は、図３に示すように、横抗構築装置本体２内の隔壁１２の透孔として形成された第１のシリンダ５１と、この第１のシリンダ５１内において進退可能となされた第１のピストン５２とを有している。この第１のシリンダ５１の内面部と第１のピストン５２の外周部との間は、この第１のピストン５２の外周部に設けられた密閉部材（Ｏ−リング）５３により密閉されている。
【００３０】
上記第１のピストン５２の前端面５２ａは、横抗構築装置本体２の隔壁１２の前面部と略々面一となされており、壁面土圧を受ける受圧面となる。
【００３１】
そして、この壁面土圧計５０は、隔壁１２に取付けられて第１のシリンダ５１の後端側に連続されて構成されたキャビティ５４を有している。このキャビティ５４は、隔壁１２の後面部に第１のシリンダ５１の周囲に位置して固定されたリング状部材５５と、このリング状部材５５に重ねられて固定される円盤状の蓋部材５６とを有している。これらリング状部材５５及び蓋部材５６は、互いに重ねられた状態で、ボルト５７によって隔壁１２に対して固定されている。蓋部材５６は、第１のピストン５２の後端面に主面部を対向させており、この第１のピストン５２が後退できるストロークを一定距離に規制する移動規制部材となる。
【００３２】
また、上記蓋部材５６の中心部には、中継ジョイント５８が取付けられる透孔５９が設けられている。この透孔５９には、中継ジョイント５８がネジ込みによって取付けられる。また、蓋部材５６の中心部からは、中継ジョイント５８が取付けられる透孔５９に対応して、第１のピストン５２側に向けて円筒状部分６０が突設されている。この円筒状部分６０は、第１のピストン５２内の中空部５２ｂにこの第１のピストン５２の後方側より嵌入している。これら第１のピストン５２内の中空部５２ｂの内面部と、円筒状部分６０の外周部との間は、密閉部材（Ｏ−リング）により密閉されている。
【００３３】
また、上記中継ジョイント５８は、中空円筒状の部材であって、両端側には、取付け用のネジ（符号は省略する。）が設けられている。この中継ジョイント５８は、一端側が蓋部材５６の中心部の透孔５９にネジ込みによって取付けられ、他端側には、Ｔ字管６１の第１の開口端がネジ込みによって取付けられている。なお、上記Ｔ字管６１は、３つの開口端を有する中空の部材、すなわち、中空の管がＴ字状に成形されたものである。
【００３４】
また、このＴ字管６１の第２の開口端には、中継ジョイント６２を介して、後述する第２のシリンダ６３がネジ込みにより取付けられ、Ｔ字管６１の第３の開口端には、中継ジョイント６４，６５を介して、後述する圧力計測手段６６の接液部６７がネジ込みにより取付けられている。上記第２のシリンダ６３内は、後述する第２のピストン６９によって密閉されている。
【００３５】
すなわち、このキャビティ５４には、上記第１のピストン５２の後方側に、第１のピストン５２内の中空部５２ｂより、蓋部材５６の円筒状部分６０内、中継ジョイント５８、Ｔ字管６１、中継ジョイント６２，６４，６５、第２のシリンダ６３、第２のピストン６９及び圧力計測手段６６の接液部６７までに至る密閉された空間が形成されている。なお、上記中継ジョイント６２，６４，６５は、それぞれ、円筒状或いは屈曲された管状の部材である。
【００３６】
そして、このキャビティ５４内の密閉された空間には、圧力伝達液６８が充填されている。この圧力伝達液６８としては、圧力による体積変化が少ない液体が望ましく、オイルなどが適している。また、上記圧力計測手段６６は、接液部６７に対して圧力伝達液６８によって加えられる圧力を電気信号に変換して増幅し、図示しない信号ケーブルを介して出力するように構成されている。すなわち、この圧力計測手段６６は、圧力伝達液６８を介して、キャビティ５４内の空間の内圧を計測するものである。
【００３７】
そして、上記Ｔ字管６１の第２の開口端に取付けられている第２のシリンダ６３は、円筒状に形成されており、キャビティ５４内の空間に連通している。また、この第２のシリンダ６３内には、進退可能となされた第２のピストン６９が設けられている。これら第２のシリンダ６３の内面部と、第２のピストン６９の外周面との間は、この第２のピストン６９の外周部に設けられた密閉部材（Ｏ−リング）７０により密閉されている。
【００３８】
この第２のシリンダ６３内には、第２のピストン６９をキャビティ５４内の空間に向けて弾性付勢する弾性部材となる圧縮コイルバネ７１が収納されている。この圧縮コイルバネ７１は、一端部を第２のピストン６９の裏面部に当接させ、他端部を第２のシリンダ６３の後端部を閉蓋した蓋体７２に当接させている。そして、第２のシリンダ６３内には、第２のピストン６９のキャビティ５４内の空間に向かう移動を所定の位置で規制する位置規制部材となる位置決め段部７３が設けられている。すなわち、第２のピストン６９は、周縁部を位置決め段部７３に当接させた位置よりもキャビティ５４内の空間に向かう方向に移動することが規制されている。
【００３９】
また、上記第２のピストン６９が周縁部を位置決め段部７３に当接させている状態において、圧縮コイルバネ７１は、自然状態よりも圧縮された状態とされており、この第２のピストン６９を位置決め段部７３に押接させている。この状態における圧縮コイルバネ７１による押圧力は、所定の圧力値、すなわち、圧力計測手段６６における定格負荷圧力（例えば、３kgf／cm２）に対応されている。
【００４０】
このように構成された壁面土圧計５０において、図３中矢印Ｐで示すように、第１のピストン５２の前端面５２ａに壁面土圧が加わると、この壁面土圧は、圧力計測手段６６によって計測される。この壁面土圧に第１のピストン５２の前端面５２ａの面積と第１のピストン５２がキャビティ５４内に臨む後面の面積との比率（以下、「第１のピストン５２の前後面積比」という。）を乗じた値が圧力計測手段６６における定格負荷圧力以下であるとき、すなわち、この壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧縮コイルバネ７１による押圧力以下であるときには、第２のピストン６９は、位置決め段部７３に当接した位置から移動することはない。
【００４１】
そして、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧力計測手段６６における定格負荷圧力よりも大きい場合には、図４に示すように、キャビティ５４内の空間の内圧により、第２のピストン６９が圧縮コイルバネ７１の付勢力に抗して位置決め段部７３より離れ、キャビティ５４内の空間の容積を広げる方向に移動される。なお、第２のシリンダ６３の後端部を閉蓋した蓋体７２には、第２のピストン６９の移動が円滑に行われるように空気孔７４が設けられている。このようにキャビティ５４内の空間の容積が広がることにより、第１のピストン５２は、キャビティ５４内の空間に向けて後退する。
【００４２】
このように第１のピストン５２が後退したとき、キャビティ５４内の空間の内圧は、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値まで高まる。そして、このように高まったキャビティ５４内の空間の内圧、圧縮コイルバネ７１の付勢力による圧力及び圧力計測手段６６が計測している圧力は、全て等しい圧力となって均衡した状態となっている。
【００４３】
そして、さらに壁面土圧が高くなり、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧力計測手段６６における許容負荷圧力（例えば、５kgf／cm２）となったときには、図５に示すように、圧縮コイルバネ７１がさらに圧縮され、第１のピストン５２がキャビティ５４内の空間に向けてさらに後退する。そして、このときには、移動規制部材である蓋部材５６に第１のピストン５２の後端部が当接することにより、この第１のピストン５２の後退が規制され、キャビティ５４内の空間の内圧がさらに上昇することが防止される。
【００４４】
すなわち、第１のピストン５２の前端面５２ａが受ける壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値は、圧力計測手段６６における許容負荷圧力よりも大きくなることはない。再び壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧力計測手段６６における許容負荷圧力よりも低くなったときには、図４に示すように、圧縮コイルバネ７１が伸び、第１のピストン５２が壁面に向けて前進する。そして、このときには、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値、キャビティ５４内の空間の内圧、圧縮コイルバネ７１の付勢力による圧力及び圧力計測手段６６が計測している圧力は、すべて等しい圧力となる。
【００４５】
なお、上述のような動作は、圧力計測手段６６における定格負荷圧力の値、許容負荷圧力の値に基づいて、圧縮コイルバネ７１のバネ定数を適切に定めることによって実現される。
【００４６】
そして、この壁面土圧計５０において、弾性部材は、上述のような圧縮コイルバネではなく、第２のシリンダ６３内に第２のピストン６９によって密封された気体、すなわち、空気バネであっても良い。この場合にも、第２のシリンダ６３の容積と封入する気体の量とによって、バネ定数を定めることができる。
【００４７】
ところで、上述のような本発明に係る壁面土圧計５０の構造は、図６に示すように、モデル化（模式化）して表現することができ、さらに、図７に示すように、第１のピストン５２の構造をモデル化して表現することができる。このようにモデル化された構造において検討すると、壁面土圧をＰ１（kgf／cm２）、第１のピストン５２が壁面土圧Ｐ１を受ける前端面５２ａの面積をＡ（cm２）とすると、第１のピストン５２が壁面土圧Ｐ１から受ける力は、以下のように示される。
Ａ・Ｐ１（kgf）
【００４８】
一方、キャビティ５４内の内圧をＰ２（kgf／cm２）、第１のピストン５２が内圧を受ける後面部分の面積をＢ（cm２）とすると、第１のピストン５２が内圧から受ける力は、以下のように示される。
Ｂ・Ｐ２（kgf）
【００４９】
そして、これらの力は等しいので、以下のように示される。
Ａ・Ｐ１（kgf）＝Ｂ・Ｐ２（kgf）
Ｐ２＝（Ａ／Ｂ）・Ｐ１（kgf）
すなわち、内圧Ｐ２は、壁面土圧Ｐ１の（Ａ／Ｂ）倍となる。
【００５０】
このようにして内圧Ｐ２（kgf／cm２）が定まると、「密閉した静止流体は、その一部に受けた圧力を、増減なくすべての部分に伝達する」というパスカルの原理により、第２のピストン６９の前面及び圧力計測手段６６が受ける圧力も内圧Ｐ２（kgf／cm２）となる。
【００５１】
すると、第２のピストン６９の前面部の面積をＣ（cm２）とすると、第２のピストン６９が内圧Ｐ２から受ける力は、以下のように示される。
Ｃ・Ｐ２（kgf）
【００５２】
このときの圧縮コイルバネ７１の付勢力をｆ（kgf）とすると、以下のように示される。
ｆ＝Ｃ・Ｐ２＝（ＡＣ／Ｂ）・Ｐ１（kgf）
【００５３】
すなわち、圧縮コイルバネ７１の付勢力ｆ（kgf）は、壁面土圧Ｐ１（kgf／cm２）に（ＡＣ／Ｂ）（cm２）を乗じた値となる。
【００５４】
なお、ここで、内圧である圧力Ｐ２は、Ｐ２＝ｆ／Ｃとも表現できることから、上述の説明中では、圧力Ｐ２を「圧縮コイルバネ７１の付勢力による圧力」と表記している。
【００５５】
以上のことから、以下のことがいえる。
（１）圧縮コイルバネ７１（弾性部材）のバネ定数は、第２のシリンダ６３内に収納された状態（すでに自然状態よりも所定距離圧縮された状態）における弾発力ｆ０が、下記の力となるように定めることができる。ここで、Ｐ０は、圧力計測手段６６における定格負荷圧力（例えば、３kgf／cm２）である。
ｆ＝Ｃ・Ｐ０（kgf）
（２）第２のピストン６９の前面部の面積Ｃ（cm２）を小さくすれば、圧縮コイルバネ７１として、バネ定数の低い（力の弱い）バネを使用することができる。
（３）第１のピストン５２の前端面５２ａの面積Ａと後面部分の面積Ｂとを等しくしておけば、壁面土圧Ｐ１と内圧Ｐ２とを常に等しくできる。
（４）第１のピストン５２の前端面５２ａの面積Ａを後面部分の面積Ｂより小さくしておけば、壁面土圧Ｐ１よりも内圧Ｐ２を低くできるので、測定できる壁面土圧Ｐ１の上限を高くすることができる。例えば、許容負荷圧力が５kgf／cm２である圧力計測手段６６を用いて、ＡをＢの１／２としておけば、１０kgf／cm２の壁面土圧まで測定でき、ＡをＢの１／３としておけば、１５kgf／cm２の壁面土圧まで測定することができる。
【００５６】
そして、本発明係る壁面土圧計は、図８に示すように、第１のピストン５２が、第２のシリンダにもなっている構造としてもよい。この場合には、第２のピストン６９及び弾性部材となる圧縮コイルバネ７１は、第１のピストン５２内の中空部分内に設けられる。
【００５７】
すなわち、この壁面土圧計５０は、横抗構築装置本体２内の隔壁１２の透孔として形成された第１のシリンダ５１と、この第１のシリンダ５１内において進退可能となされた第１のピストン５２とを有している。この第１のシリンダ５１の内面部と第１のピストン５２の外周部との間は、この第１のピストン５２の外周部に設けられた密閉部材（Ｏ−リング）５３により密閉されている。なお、図８においては、第１のピストン５２が２個の部品（円筒状の部品及び蓋状の部品）によって構成されているが、図３乃至図５により前述した実施の形態と同様に、第１のピストン５２は、一体的に構成しても良い。上記第１のピストン５２の前端面５２ａは、横抗構築装置本体２の隔壁１２の前面部と略々面一となされており、壁面土圧を受ける受圧面となる。
【００５８】
そして、この壁面土圧計５０は、隔壁１２に取付けられて第１のシリンダ５１の後端側に連続されて構成されたキャビティ５４を有している。このキャビティ５４は、隔壁１２の後面部に第１のシリンダ５１の周囲に位置して固定されたリング状部材５５と、このリング状部材５５に重ねられて固定される円盤状の蓋部材５６とを有している。これらリング状部材５５及び蓋部材５６は、互いに重ねられた状態で、ボルト５７によって隔壁１２に対して固定されている。蓋部材５６は、第１のピストン５２の後端面に主面部を対向させており、この第１のピストン５２が後退できるストロークを一定距離に規制する移動規制部材となる。
【００５９】
上記蓋部材５６の中心部には、圧力計測手段６６の接液部６７が取付けられる透孔５９が設けられている。この透孔５９には、圧力計測手段６６の接液部６７がネジ込みによって取付けられる。すなわち、このキャビティ５４は、第１のピストン５２の後方側に、リング状部材５５及び蓋部材５６によって形成された空間内から圧力計測手段６６の接液部６７までに至る密閉された空間を形成している。
【００６０】
そして、このキャビティ５４内の密閉された空間には、圧力伝達液６８が充填されている。この圧力伝達液６８としては、圧力による体積変化が少ない液体が望ましく、オイルなどが適している。
【００６１】
上記圧力計測手段６６は、上述したように、接液部６７に対して圧力伝達液６８によって加えられる圧力を電気信号に変換して増幅し、出力するので、圧力伝達液６８を介して、キャビティ５４内の空間の内圧を計測する。
【００６２】
そして、第２のシリンダともなる第１のピストン５２は、前端側が閉塞され、後端側が開放された円筒状に形成されており、キャビティ５４内の空間に連通した中空部を有している。そして、この第１のピストン５２の中空部内には、進退可能となされた第２のピストン６９が設けられている。これら第１のピストン５２の中空部の内面部と、第２のピストン６９の外周面との間は、この第２のピストン６９の外周部に設けられた密閉部材（Ｏ−リング）７０により密閉されている。
【００６３】
この第１のピストン５２の中空部内には、第２のピストン６９をキャビティ５４内の空間に向けて弾性付勢する弾性部材となる圧縮コイルバネ７１が収納されている。この圧縮コイルバネ７１は、一端部を第２のピストン６９の裏面部に当接させ、他端部を第１のピストン５２の中空部の前端側を閉蓋した蓋状の部品に当接させている。そして、第１のピストン５２の中空部内には、第２のピストン６９のキャビティ５４内の空間に向かう移動を所定の位置で規制する位置規制部材となる位置決め段部７３が設けられている。すなわち、第２のピストン６９は、周縁部を位置決め段部７３に当接させた位置よりもキャビティ５４内の空間に向かう方向への移動が規制されている。
【００６４】
上記第２のピストン６９が周縁部を位置決め段部７３に当接させている状態において、圧縮コイルバネ７１は、自然状態よりも圧縮された状態となっており、第２のピストン６９を位置決め段部７３に押接させている。この状態における圧縮コイルバネ７１による押圧力は、所定の圧力値、すなわち、圧力計測手段６６における定格負荷圧力（例えば、３kgf／cm２）に対応している。このように構成された壁面土圧計５０において、図８中矢印Ｐで示すように、第１のピストン５２の前端面５２ａに壁面土圧が加わると、この壁面土圧は、圧力計測手段６６によって計測される。この壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧力計測手段６６における定格負荷圧力以下であるとき、すなわち、この壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧縮コイルバネ７１による押圧力以下であるときには、第２のピストン６９は、位置決め段部７３に当接した位置から移動することはない。
【００６５】
そして、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧力計測手段６６における定格負荷圧力よりも大きい場合には、図９に示すように、キャビティ５４内の空間の内圧により、第２のピストン６９が圧縮コイルバネ７１の付勢力に抗して位置決め段部７３より離れ、キャビティ５４内の空間の容積を広げる方向に移動される。このようにキャビティ５４内の空間の容積が広がることにより、第１のピストン５２は、キャビティ５４内の空間に向けて後退する。
【００６６】
このように第１のピストン５２が後退したとき、キャビティ５４内の空間の内圧は、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値まで高まる。そして、このように高まったキャビティ５４内の空間の内圧、圧縮コイルバネ７１の付勢力による圧力及び圧力計測手段６６が計測している圧力は、全て等しい圧力とされ均衡した状態となる。
【００６７】
また、壁面土圧がさらに高くなり、該壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧力計測手段６６における許容負荷圧力（例えば、５kgf／cm２）となったときには、図１０に示すように、圧縮コイルバネ７１がさらに圧縮され、第１のピストン５２がキャビティ５４内の空間に向けてさらに後退する。そして、このときには、移動規制部材である蓋部材５６に第１のピストン５２の後端部が当接することにより、この第１のピストン５２の後退が規制され、キャビティ５４内の空間の内圧がさらに上昇することが防止される。
【００６８】
すなわち、第１のピストン５２の前端面５２ａが受ける壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値は、圧力計測手段６６における許容負荷圧力よりも大きくなることはない。再び壁面土圧が圧力計測手段６６における許容負荷圧力よりも低くなったときには、図９に示すように、圧縮コイルバネ７１が伸び、第１のピストン５２が壁面に向けて前進する。そして、このときには、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値、キャビティ５４内の空間の内圧、圧縮コイルバネ７１の付勢力による圧力及び圧力計測手段６６が計測している圧力は、全て等しい圧力となる。
【００６９】
このような構成からなる壁面土圧計５０においても、上述のような動作は、圧力計測手段６６における定格負荷圧力の値、許容負荷圧力の値に基づいて、圧縮コイルバネ７１のバネ定数を適切に定めることによって実現される。
【００７０】
そして、この壁面土圧計５０においても、弾性部材は、上述のような圧縮コイルバネではなく、第１のピストン５２の中空部内に第２のピストン６９によって密封された気体、すなわち、空気バネであることとしてもよい。この場合にも、第１のピストン５２の中空部内の容積と封入する気体の量とによって、バネ定数を定めることができる。
【００７１】
なお、本発明に係る壁面土圧計は、上述したように、横抗構築装置本体２に内蔵されて使用されることに限定されず、種々の用途における圧力計として使用することができる。この場合には、上述の横抗構築装置本体２内の隔壁１２に代えて、圧力計本体の外筐壁に第１のシリンダ５１を設ける構成とすることにより、単体の圧力計として構成することができる。
【００７２】
【発明の効果】
前述した本発明の実施例の説明からも明らかなように、第１の発明（請求項１記載の発明）及び第２の発明（請求項２記載の発明）に係る壁面土圧計によれば、壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、キャビティ内の空間の内圧によって第２のピストンが弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動され、第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が移動規制部材により規制されることにより、キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されるので、圧力計測手段に過負荷がかかる虞れがない。
【００７３】
すなわち、本発明は、許容負荷圧力を超える圧力がかからないようにして、過負荷による破損が防止された壁面土圧計を提供することができる。
【００７４】
そして、本発明に係る壁面土圧計においては、第３の発明（請求項３記載の発明）及び第４の発明（請求項４記載の発明）におけるように、弾性部材は、圧縮コイルバネ、または、第２のシリンダ内に第２のピストンによって密封された気体とすることができる。
【００７５】
さらに、第５の発明（請求項５記載の発明）に係る壁面土圧計付横坑構築装置においては、壁面土圧計において、壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、キャビティ内の空間の内圧によって第２のピストンが弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動され、第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が移動規制部材により規制されることにより、キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されるので、圧力計測手段に過負荷がかかる虞れがない。
【００７６】
すなわち、本発明は、許容負荷圧力を超える圧力がかからないようにして、過負荷による破損が防止された壁面土圧計を備えた壁面土圧計付横坑構築装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る壁面土圧計付横抗構築装置の要部を示す断面図である。
【図２】上記壁面土圧計付横抗構築装置のカッターヘッドを示す正面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る壁面土圧計の構成を示す断面図である。
【図４】図３に示す壁面土圧計において壁面土圧が定格負荷圧力を超えた状態を示す断面図である。
【図５】図３に示す壁面土圧計において壁面土圧が許容負荷圧力を超えた状態を示す断面図である。
【図６】図３に示す壁面土圧計の構造をモデル化して示す断面図である。
【図７】図３に示す壁面土圧計の構造をさらにモデル化して示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る壁面土圧計の構成を示す断面図である。
【図９】図８に示す壁面土圧計において壁面土圧が定格負荷圧力を超えた状態を示す断面図である。
【図１０】図８に示す壁面土圧計において壁面土圧が許容負荷圧力を超えた状態を示す断面図である。
【図１１】従来の壁面土圧計の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 横抗構築装置
２ 横抗構築装置本体
３ カッターヘッド
４ 駆動モータ
１０ 土圧制御弁
１２ 隔壁
５０ 壁面土圧計
５１ 第１のシリンダ
５２ 第１のピストン
５４ キャビティ
５６ 蓋部材
６３ 第２のシリンダ
６６ 圧力計測手段
６８ 圧力伝達液
６９ 第２のピストン
７１ 圧縮コイルバネ
７３ 位置決め段部
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば、地中にトンネル等の横坑を構築したり或いは下水管きょを構築する場合に使用される壁面土圧計付横坑構築装置及びこの壁面土圧計付横坑構築装置において使用される壁面土圧計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、土圧式セミシールド機，泥水加圧式セミシールド機及び泥濃式セミシールド機等の横坑構築装置（セミシールド機）は、適用土質も広く、また操作性にも富んでいることから、地中にトンネル等の横坑を構築したり下水管きょを構築する場合には広く使用されている。
【０００３】
そして、このような横坑構築装置（セミシールド機）を用いて実施される工法の中で、例えば、土圧式セミシールド工法について説明すると、この工法は、先導体として動力により駆動する掘削装置と、方向修正ジャッキ等が装備された横抗構築装置や掘削機本体により、地山の崩壊を防止しながら推進管を推進伝達体として発進立坑内の推進管体後部に配設したジャッキにより推進する工法であり、こうした土圧式セミシールド工法を行うセミシールド機は、例えば、特開昭５７−１５７９７号公報，特開昭５７−７４４９８号公報或いは特公昭６１−２５８７９号公報において提案されている。
【０００４】
これらの公報に記載されている土圧式セミシールド機は、駆動モータにより回転駆動し正面には複数のビットが固定されてなるとともに内部に土砂等を導入する開口が形成されたカッターヘッドと、このカッターヘッドの背面側に形成され該カッターヘッドの回転駆動により地盤が掘削されて発生した土砂や泥土を外部に排出する排泥管を備えているものであり、上記土砂等は、この排泥管により外部に排出される。なお、この排泥管の先端側中途部には、図示しない開閉弁が設けられ、この開閉弁の開放により上記土砂等は、上記排泥管を介して外部に排出される。
【０００５】
そして、このような横坑構築装置を用いた工法においては、横坑構築装置（セミシールド機）のチャンバ壁土圧の測定のために、壁面土圧計が配設されている。壁面土圧計を用いることは、掘削時の土圧管理を行うにあたり重要である。
【０００６】
すなわち、壁面土圧計は、横坑構築装置の先端側に形成されたカッターの後方に配設されている。そして、この横坑構築装置においては、壁面土圧計により計測される壁面土圧が所定値より高い場合には、上記開閉弁を開放して排泥管内部に土砂等を導入し外部に排出し、壁面土圧が所定値より低い場合には、開閉弁を閉蓋し、排泥管による土砂等の排出を停止する。
【０００７】
そして、従来用いられている上記壁面土圧計は、図１１に示すように、受圧面１０１をなす金属の僅かな伸縮によって変化する抵抗値を歪みとして測定し、その歪みを圧力値に変換してケーブル１０２を介して出力するものである。この壁面土圧計は、円筒状の本体部１０３内に抵抗値の変化を測定する素子を内蔵し、この本体部１０３の前端面が受圧面１０１とされている。
【０００８】
この壁面土圧計は、横坑構築装置内の隔壁１０４に形成された透孔１０５内に本体部１０３を嵌合させ、受圧面１０１を該隔壁１０４の前面部に略々面一状態とされてなるとともに、この本体部１０３の後方側に設けられたフランジ１０６をボルト１０７によって隔壁１０４の裏面に固定された状態で上記横坑構築装置内に取付けられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の壁面土圧計は、各壁面土圧計毎に、許容負荷圧力が定められており、この圧力を超える負荷圧力を受けると、破壊されてしまう。許容負荷圧力の高い、すなわち、測定レンジの広い壁面土圧計を用いれば、破壊されることは少なくなるが、一方において、測定レンジの広い壁面土圧計は、測定の精度が低い。
【００１０】
すなわち、従来の壁面土圧計では、必要な測定精度を確保しようとすれば、許容負荷圧力の高さ（測定レンジの広さ）の上限は限定されてしまう。したがって、壁面土圧計の許容負荷圧力を超えることによる破壊を充分に防止できる程度には、許容負荷圧力を高くすることはできない。
【００１１】
そこで、本発明は、上述した従来の壁面土圧計及び壁面土圧計付横坑構築装置が有する課題を解決するために提案されたものであって、許容負荷圧力を超える圧力が作用しないようにして、過負荷による破損を有効に防止することができる壁面土圧計及びこのような壁面土圧計を備えた壁面土圧計付横坑構築装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、第１の発明（請求項１記載の発明）は、壁面土圧計に係り、第１のシリンダと、この第１のシリンダ内において進退可能となされた第１のピストンと、この第１のピストンが後退できるストロークを一定距離に規制する移動規制部材と、上記第１のシリンダの後端側に連続されて構成され上記第１のピストンの後方側に密閉された空間を形成するキャビティと、このキャビティ内の空間に充填された圧力伝達液と、この圧力伝達液を介して上記キャビティ内の空間の内圧を計測する圧力計測手段と、上記キャビティ内の空間に連通している第２のシリンダと、この第２のシリンダ内において進退可能となされた第２のピストンと、この第２のピストンを上記キャビティ内の空間に向けて弾性付勢する弾性部材と、上記第２のピストンの上記キャビティ内の空間に向かう移動を所定の位置で規制する位置規制部材とを備え、上記第１のピストンが前端部において受ける壁面土圧が上記圧力計測手段によって計測されるとともに、該壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、上記キャビティ内の空間の内圧により、上記第２のピストンが上記弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動されることにより、上記第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が上記移動規制部材により規制されることにより、上記キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る第２の発明（請求項２記載の発明）は、上記壁面土圧計において、上記第１のピストンは、上記第２のシリンダにもなっており、上記第２のピストン及び上記弾性部材が、該第１のピストン内の中空部分内に設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
これら壁面土圧計においては、壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、上記キャビティ内の空間の内圧によって上記第２のピストンが上記弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動され、上記第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が上記移動規制部材により規制されることにより、上記キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されるので、圧力計測手段に過負荷がかかる虞れがない。
【００１５】
また、第３の発明（請求項３記載の発明）は、上記壁面土圧計において、上記弾性部材は、圧縮コイルバネであることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明に係る第４の発明（請求項４記載の発明）は、上記壁面土圧計において、上記弾性部材は、上記第２のシリンダ内に上記第２のピストンによって密封された気体であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、第５の発明（請求項５記載の発明）は、上記壁面土圧計を備えた壁面土圧計付横坑構築装置に係るものであって、駆動モータにより回転され土砂を掘削するカッターヘッドが先端側に形成された本体部と、この本体部内に収納された壁面土圧計とを備え、上記壁面土圧計は、上記カッターヘッドの後方に位置する上記本体部内の隔壁の透孔として形成された第１のシリンダと、この第１のシリンダ内において進退可能となされた第１のピストンと、この第１のピストンが後退できるストロークを一定距離に規制する移動規制部材と、該第１のシリンダの後端側に連続されて上記隔壁に取付けられて構成され該第１のピストンの後方側に密閉された空間を形成するキャビティと、このキャビティ内の空間に充填された圧力伝達液と、この圧力伝達液を介して該キャビティ内の空間の内圧を計測する圧力計測手段と、上記キャビティ内の空間に連通している第２のシリンダと、この第２のシリンダ内において進退可能となされた第２のピストンと、この第２のピストンを上記キャビティ内の空間に向けて弾性付勢する弾性部材と、該第２のピストンの上記キャビティ内の空間に向かう移動を所定の位置で規制する位置規制部材とを有して構成され、上記第１のピストンが前端部において受ける壁面土圧が上記圧力計測手段によって計測されるとともに、該壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、上記キャビティ内の空間の内圧により、上記第２のピストンが上記弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動されることにより、上記第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が上記移動規制部材により規制されることにより、上記キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されることを特徴とするものである。
【００１８】
この壁面土圧計付横坑構築装置における壁面土圧計においては、壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、上記キャビティ内の空間の内圧によって上記第２のピストンが上記弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動され、上記第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が上記移動規制部材により規制されることにより、上記キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されるので、圧力計測手段に過負荷がかかる虞れがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態は、本発明を、小口径（外径が３０ｃｍ〜７０ｃｍ）の横坑構築装置に適用したものである。この横坑構築装置は、駆動モータにより回転されるカッターヘッドを有し、該カッターヘッドを回転させて地中を掘削するとともに、地山の崩壊を防止しながら推進管を上記横坑構築装置の後方から順次推進させる横坑構築工法において、先導体として用いられるものである。
【００２０】
この実施の形態に係る横抗構築装置１は、図１に示すように、横抗構築装置本体２と、この横抗構築装置本体の正面に着脱可能に配設されたカッターヘッド３とを備えたものである。上記横抗構築装置本体２は、円筒状に成形され、内部には上記カッターヘッド３を回転駆動させるための駆動モータ４が配設されている。この駆動モータ４の駆動軸４ａには、歯車５が固定されている。また、この横抗構築装置本体２の正面側内周には、リング状に成形された内歯歯車６が配設され、この内歯歯車６は、上記歯車５と噛合している。そして、この内歯歯車６の正面にはリング状の連結部材７を介してアウターコーン８が固定されている。すなわち、上記横抗構築装置本体２内の正面側には、上記駆動モータ４の駆動力により回転駆動されるアウターコーン８が設けられている。このアウターコーン８は、外周面はリング状に成形され内周面は正面側から背面側に亘って徐々に縮径されてなるものであり、このアウターコーン８の縮径された内周面には、複数の突片９が固定されている。
【００２１】
また、上記駆動モータ４の上方には、土圧制御弁１０が固定されており、この土圧制御弁１０の正面側には、この横抗構築装置本体２内に流入した泥土を後方に搬送する排泥管１１が配設され、この排泥管１１の先端には、隔壁１２が設けられている。この隔壁１２は円盤状に成形され、外周面には上記連結部材７よりも縮径された円筒状のリング部１３が溶接されており、このリング部１３の外周面と、上記回転駆動する連結部材７との間には軸受１４が配設されている。なお、上記隔壁１２には、図示しない排泥口が形成され、横抗構築装置本体２内に流入した泥土は、この排泥口を通って上記排泥管１１内に流入する。なお、この排泥管１１の先端側には、図示しないエアーピンチバルブが配設され、このエアーピンチバルブの開放により、上記泥土は外部に排出され、該エアーピンチバルブを閉塞することにより、泥土の排出が規制される。
【００２２】
また、上記隔壁１２の中心には、インナーコーン１５が固定されている。このインナーコーン１５は、アウターコーン８の奥行きとほぼ同じ奥行き（長さ）を有するものであって、外周面は先端側から基端側に亘って徐々に拡径されている。すなわち、この横抗構築装置本体２の先端側には、上記アウターコーン８とインナーコーン１５とからなる破砕部が設けられており、後述するカッターヘッド３に形成された開口を通って内部に流入した礫等は、上記駆動モータ４の駆動力により回転駆動するアウターコーン８の内周面と固定されたインナーコーン１５の外周面とにより、細かく破砕された上で、上記排泥口を通過して排泥管１１内に流入する。なお、上記インナーコーン１５の先端には、後述するカッターヘッド３に設けられた一方の軸受け部に当接する他方の軸受部１５ａが形成されている。
【００２３】
そして、上述のように構成された横抗構築装置本体２の先端には、カッターヘッド３が着脱可能に固定されている。このカッターヘッド２は、図２に示すように、上記横抗構築装置本体２の外径とほぼ同じ長さの外径に成形された筒状部２０と、この筒状部２０の正面に設けられた第１のカッタースポーク部２１と、該筒状部２０の正面に設けられた第２のカッタースポーク部２２とを備えている。上記第１及び第２のカッタースポーク部２１，２２は、何れも両端が上記筒状部２０の先端に溶接され、該筒状部２０の先端に形成された開口を一部閉塞するものである。そして、この第１のカッタースポーク部２１と第２のカッタースポーク部２２とは、正面視において、（交差するものではなく）Ｘ字状に一体化されてなる。したがって、このカッターヘッド３の正面には、扇型となされた二つの大きな開口２３，２４と、扇形となされた二つの小さな開口２５，２６が設けられている。
【００２４】
なお、上記第１のカッタースポーク部２１の両端には、それぞれゲージカッタービット２７，２８が転動可能に配設され、該ゲージカッター２７，２８間には、センタカッター２９，３０，３１，３２が転動可能に配設されている。また、上記第２のカッタースポーク部２２には、インナーカッター３３，３４が転動可能に配設されている。また、上記第１のカッタースポーク部２１の一端側側面及び他端側側面には、外側に外周スクレーパツース３５，３６が形成され、これら外周スクレーパツース３５，３６の内側には、スクレーパツース３７，３８が形成され、また、上記第２のカッタースポーク部２２の両端には、礫破砕ビット３９，４０と、外周スクレーパツース４１，４２が形成され、これらの外周スクレーパツース４１，４２内側には、スクレーパツース４３，４４が形成されている。また、上記筒状部２０の先端面であって、上記大きな開口２３，２４が形成されている部位には、取込ビット４５，４６が形成されている。なお、この実施の形態においては、上記第２のカッタースポーク部２０には、掘削する地山に加泥材を注入する加泥材注入口４７が設けられ、この加泥材注入口４７は、図示しない加泥材注入管に連結されている。
【００２５】
また、上記カッターヘッド３を構成する第１のカッタースポーク部２１と第２のカッタースポーク部２２とが一体化されている部位（中心）の背面側には、図１に示すように、上記インナーコーン１５の先端に形成された他方の軸受部１５ａが挿入される一方の軸受４８が設けられている。そして、上記カッターヘッド３を構成する筒状部２０の後端は、間にスペーサ４９を介して上記アウターコーン８の先端に図示しないボルト及びナットにより着脱可能に固定されている。
【００２６】
したがって、上述した実施の形態に係る横抗構築装置１によれば、図１に示す駆動モータ４が回転駆動すると、歯車５と噛合する内歯歯車６，アウターコーン８及びカッターヘッド３が回転駆動する。そして、このカッターヘッド３の回転駆動により、上記第１のカッタースポーク部２１又は第２のカッタースポーク部２２に形成され又は配設されたゲージカッタービット２７，２８，センタカッター２９，３０，３１，３２，インナーカッター３３，３４，外周スクレーパツース３５，３６，スクレーパツース３７，３８，礫破砕ビット３９，４０により、地山が掘削され、またこの地山内に大きな礫が混入している場合には、上記ゲージカッタービット２７，２８，センタカッター２９，３０，３１，３２，インナーカッター３３，３４或いは礫破砕ビット３９，４０により破砕される。このとき、破砕された礫が図２に示す二つの小さな開口２５，２６から横抗構築装置本体２内に取り込まれない場合であっても、上記二つの大きな開口２３，２４から内部に取り込まれる。
【００２７】
そして、このように横抗構築装置本体２の内部に取り込まれた礫は、土圧により、上記アウターコーン８とインナーコーン１５との間に到達し、大きな礫は、該アウターコーン８の回転駆動力と土圧によりインナーコーン１５に挟まれてさらに細かく破砕され、このさらに細かく破砕された礫は、上記隔壁１２に形成された図示しない排泥口から排泥管１１内に流入し、最終的には、地上に排出される。
【００２８】
そして、この横抗構築装置においては、図３に示すように、横抗構築装置本体２に、本発明に係る壁面土圧計５０が配設されている。この壁面土圧計５０は、横抗の壁面から受ける圧力を計測し、この壁面土圧が所定値より高い場合には、土圧制御弁１０を制御して前記エアーピンチバルブを開放し、横抗構築装置本体２内に流入した泥土を排泥管を介して外部（地上）に排出し、壁面土圧が所定値より低い場合には、土圧制御弁１０を制御して上記エアーピンチバルブを閉塞し、横抗構築装置本体２内に流入した泥土の排出を停止するものである。
【００２９】
この壁面土圧計５０は、図３に示すように、横抗構築装置本体２内の隔壁１２の透孔として形成された第１のシリンダ５１と、この第１のシリンダ５１内において進退可能となされた第１のピストン５２とを有している。この第１のシリンダ５１の内面部と第１のピストン５２の外周部との間は、この第１のピストン５２の外周部に設けられた密閉部材（Ｏ−リング）５３により密閉されている。
【００３０】
上記第１のピストン５２の前端面５２ａは、横抗構築装置本体２の隔壁１２の前面部と略々面一となされており、壁面土圧を受ける受圧面となる。
【００３１】
そして、この壁面土圧計５０は、隔壁１２に取付けられて第１のシリンダ５１の後端側に連続されて構成されたキャビティ５４を有している。このキャビティ５４は、隔壁１２の後面部に第１のシリンダ５１の周囲に位置して固定されたリング状部材５５と、このリング状部材５５に重ねられて固定される円盤状の蓋部材５６とを有している。これらリング状部材５５及び蓋部材５６は、互いに重ねられた状態で、ボルト５７によって隔壁１２に対して固定されている。蓋部材５６は、第１のピストン５２の後端面に主面部を対向させており、この第１のピストン５２が後退できるストロークを一定距離に規制する移動規制部材となる。
【００３２】
また、上記蓋部材５６の中心部には、中継ジョイント５８が取付けられる透孔５９が設けられている。この透孔５９には、中継ジョイント５８がネジ込みによって取付けられる。また、蓋部材５６の中心部からは、中継ジョイント５８が取付けられる透孔５９に対応して、第１のピストン５２側に向けて円筒状部分６０が突設されている。この円筒状部分６０は、第１のピストン５２内の中空部５２ｂにこの第１のピストン５２の後方側より嵌入している。これら第１のピストン５２内の中空部５２ｂの内面部と、円筒状部分６０の外周部との間は、密閉部材（Ｏ−リング）により密閉されている。
【００３３】
また、上記中継ジョイント５８は、中空円筒状の部材であって、両端側には、取付け用のネジ（符号は省略する。）が設けられている。この中継ジョイント５８は、一端側が蓋部材５６の中心部の透孔５９にネジ込みによって取付けられ、他端側には、Ｔ字管６１の第１の開口端がネジ込みによって取付けられている。なお、上記Ｔ字管６１は、３つの開口端を有する中空の部材、すなわち、中空の管がＴ字状に成形されたものである。
【００３４】
また、このＴ字管６１の第２の開口端には、中継ジョイント６２を介して、後述する第２のシリンダ６３がネジ込みにより取付けられ、Ｔ字管６１の第３の開口端には、中継ジョイント６４，６５を介して、後述する圧力計測手段６６の接液部６７がネジ込みにより取付けられている。上記第２のシリンダ６３内は、後述する第２のピストン６９によって密閉されている。
【００３５】
すなわち、このキャビティ５４には、上記第１のピストン５２の後方側に、第１のピストン５２内の中空部５２ｂより、蓋部材５６の円筒状部分６０内、中継ジョイント５８、Ｔ字管６１、中継ジョイント６２，６４，６５、第２のシリンダ６３、第２のピストン６９及び圧力計測手段６６の接液部６７までに至る密閉された空間が形成されている。なお、上記中継ジョイント６２，６４，６５は、それぞれ、円筒状或いは屈曲された管状の部材である。
【００３６】
そして、このキャビティ５４内の密閉された空間には、圧力伝達液６８が充填されている。この圧力伝達液６８としては、圧力による体積変化が少ない液体が望ましく、オイルなどが適している。また、上記圧力計測手段６６は、接液部６７に対して圧力伝達液６８によって加えられる圧力を電気信号に変換して増幅し、図示しない信号ケーブルを介して出力するように構成されている。すなわち、この圧力計測手段６６は、圧力伝達液６８を介して、キャビティ５４内の空間の内圧を計測するものである。
【００３７】
そして、上記Ｔ字管６１の第２の開口端に取付けられている第２のシリンダ６３は、円筒状に形成されており、キャビティ５４内の空間に連通している。また、この第２のシリンダ６３内には、進退可能となされた第２のピストン６９が設けられている。これら第２のシリンダ６３の内面部と、第２のピストン６９の外周面との間は、この第２のピストン６９の外周部に設けられた密閉部材（Ｏ−リング）７０により密閉されている。
【００３８】
この第２のシリンダ６３内には、第２のピストン６９をキャビティ５４内の空間に向けて弾性付勢する弾性部材となる圧縮コイルバネ７１が収納されている。この圧縮コイルバネ７１は、一端部を第２のピストン６９の裏面部に当接させ、他端部を第２のシリンダ６３の後端部を閉蓋した蓋体７２に当接させている。そして、第２のシリンダ６３内には、第２のピストン６９のキャビティ５４内の空間に向かう移動を所定の位置で規制する位置規制部材となる位置決め段部７３が設けられている。すなわち、第２のピストン６９は、周縁部を位置決め段部７３に当接させた位置よりもキャビティ５４内の空間に向かう方向に移動することが規制されている。
【００３９】
また、上記第２のピストン６９が周縁部を位置決め段部７３に当接させている状態において、圧縮コイルバネ７１は、自然状態よりも圧縮された状態とされており、この第２のピストン６９を位置決め段部７３に押接させている。この状態における圧縮コイルバネ７１による押圧力は、所定の圧力値、すなわち、圧力計測手段６６における定格負荷圧力（例えば、３kgf／cm２）に対応されている。
【００４０】
このように構成された壁面土圧計５０において、図３中矢印Ｐで示すように、第１のピストン５２の前端面５２ａに壁面土圧が加わると、この壁面土圧は、圧力計測手段６６によって計測される。この壁面土圧に第１のピストン５２の前端面５２ａの面積と第１のピストン５２がキャビティ５４内に臨む後面の面積との比率（以下、「第１のピストン５２の前後面積比」という。）を乗じた値が圧力計測手段６６における定格負荷圧力以下であるとき、すなわち、この壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧縮コイルバネ７１による押圧力以下であるときには、第２のピストン６９は、位置決め段部７３に当接した位置から移動することはない。
【００４１】
そして、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧力計測手段６６における定格負荷圧力よりも大きい場合には、図４に示すように、キャビティ５４内の空間の内圧により、第２のピストン６９が圧縮コイルバネ７１の付勢力に抗して位置決め段部７３より離れ、キャビティ５４内の空間の容積を広げる方向に移動される。なお、第２のシリンダ６３の後端部を閉蓋した蓋体７２には、第２のピストン６９の移動が円滑に行われるように空気孔７４が設けられている。このようにキャビティ５４内の空間の容積が広がることにより、第１のピストン５２は、キャビティ５４内の空間に向けて後退する。
【００４２】
このように第１のピストン５２が後退したとき、キャビティ５４内の空間の内圧は、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値まで高まる。そして、このように高まったキャビティ５４内の空間の内圧、圧縮コイルバネ７１の付勢力による圧力及び圧力計測手段６６が計測している圧力は、全て等しい圧力となって均衡した状態となっている。
【００４３】
そして、さらに壁面土圧が高くなり、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧力計測手段６６における許容負荷圧力（例えば、５kgf／cm２）となったときには、図５に示すように、圧縮コイルバネ７１がさらに圧縮され、第１のピストン５２がキャビティ５４内の空間に向けてさらに後退する。そして、このときには、移動規制部材である蓋部材５６に第１のピストン５２の後端部が当接することにより、この第１のピストン５２の後退が規制され、キャビティ５４内の空間の内圧がさらに上昇することが防止される。
【００４４】
すなわち、第１のピストン５２の前端面５２ａが受ける壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値は、圧力計測手段６６における許容負荷圧力よりも大きくなることはない。再び壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧力計測手段６６における許容負荷圧力よりも低くなったときには、図４に示すように、圧縮コイルバネ７１が伸び、第１のピストン５２が壁面に向けて前進する。そして、このときには、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値、キャビティ５４内の空間の内圧、圧縮コイルバネ７１の付勢力による圧力及び圧力計測手段６６が計測している圧力は、すべて等しい圧力となる。
【００４５】
なお、上述のような動作は、圧力計測手段６６における定格負荷圧力の値、許容負荷圧力の値に基づいて、圧縮コイルバネ７１のバネ定数を適切に定めることによって実現される。
【００４６】
そして、この壁面土圧計５０において、弾性部材は、上述のような圧縮コイルバネではなく、第２のシリンダ６３内に第２のピストン６９によって密封された気体、すなわち、空気バネであっても良い。この場合にも、第２のシリンダ６３の容積と封入する気体の量とによって、バネ定数を定めることができる。
【００４７】
ところで、上述のような本発明に係る壁面土圧計５０の構造は、図６に示すように、モデル化（模式化）して表現することができ、さらに、図７に示すように、第１のピストン５２の構造をモデル化して表現することができる。このようにモデル化された構造において検討すると、壁面土圧をＰ１（kgf／cm２）、第１のピストン５２が壁面土圧Ｐ１を受ける前端面５２ａの面積をＡ（cm２）とすると、第１のピストン５２が壁面土圧Ｐ１から受ける力は、以下のように示される。
Ａ・Ｐ１（kgf）
【００４８】
一方、キャビティ５４内の内圧をＰ２（kgf／cm２）、第１のピストン５２が内圧を受ける後面部分の面積をＢ（cm２）とすると、第１のピストン５２が内圧から受ける力は、以下のように示される。
Ｂ・Ｐ２（kgf）
【００４９】
そして、これらの力は等しいので、以下のように示される。
Ａ・Ｐ１（kgf）＝Ｂ・Ｐ２（kgf）
Ｐ２＝（Ａ／Ｂ）・Ｐ１（kgf）
すなわち、内圧Ｐ２は、壁面土圧Ｐ１の（Ａ／Ｂ）倍となる。
【００５０】
このようにして内圧Ｐ２（kgf／cm２）が定まると、「密閉した静止流体は、その一部に受けた圧力を、増減なくすべての部分に伝達する」というパスカルの原理により、第２のピストン６９の前面及び圧力計測手段６６が受ける圧力も内圧Ｐ２（kgf／cm２）となる。
【００５１】
すると、第２のピストン６９の前面部の面積をＣ（cm２）とすると、第２のピストン６９が内圧Ｐ２から受ける力は、以下のように示される。
Ｃ・Ｐ２（kgf）
【００５２】
このときの圧縮コイルバネ７１の付勢力をｆ（kgf）とすると、以下のように示される。
ｆ＝Ｃ・Ｐ２＝（ＡＣ／Ｂ）・Ｐ１（kgf）
【００５３】
すなわち、圧縮コイルバネ７１の付勢力ｆ（kgf）は、壁面土圧Ｐ１（kgf／cm２）に（ＡＣ／Ｂ）（cm２）を乗じた値となる。
【００５４】
なお、ここで、内圧である圧力Ｐ２は、Ｐ２＝ｆ／Ｃとも表現できることから、上述の説明中では、圧力Ｐ２を「圧縮コイルバネ７１の付勢力による圧力」と表記している。
【００５５】
以上のことから、以下のことがいえる。
（１）圧縮コイルバネ７１（弾性部材）のバネ定数は、第２のシリンダ６３内に収納された状態（すでに自然状態よりも所定距離圧縮された状態）における弾発力ｆ０が、下記の力となるように定めることができる。ここで、Ｐ０は、圧力計測手段６６における定格負荷圧力（例えば、３kgf／cm２）である。
ｆ＝Ｃ・Ｐ０（kgf）
（２）第２のピストン６９の前面部の面積Ｃ（cm２）を小さくすれば、圧縮コイルバネ７１として、バネ定数の低い（力の弱い）バネを使用することができる。
（３）第１のピストン５２の前端面５２ａの面積Ａと後面部分の面積Ｂとを等しくしておけば、壁面土圧Ｐ１と内圧Ｐ２とを常に等しくできる。
（４）第１のピストン５２の前端面５２ａの面積Ａを後面部分の面積Ｂより小さくしておけば、壁面土圧Ｐ１よりも内圧Ｐ２を低くできるので、測定できる壁面土圧Ｐ１の上限を高くすることができる。例えば、許容負荷圧力が５kgf／cm２である圧力計測手段６６を用いて、ＡをＢの１／２としておけば、１０kgf／cm２の壁面土圧まで測定でき、ＡをＢの１／３としておけば、１５kgf／cm２の壁面土圧まで測定することができる。
【００５６】
そして、本発明係る壁面土圧計は、図８に示すように、第１のピストン５２が、第２のシリンダにもなっている構造としてもよい。この場合には、第２のピストン６９及び弾性部材となる圧縮コイルバネ７１は、第１のピストン５２内の中空部分内に設けられる。
【００５７】
すなわち、この壁面土圧計５０は、横抗構築装置本体２内の隔壁１２の透孔として形成された第１のシリンダ５１と、この第１のシリンダ５１内において進退可能となされた第１のピストン５２とを有している。この第１のシリンダ５１の内面部と第１のピストン５２の外周部との間は、この第１のピストン５２の外周部に設けられた密閉部材（Ｏ−リング）５３により密閉されている。なお、図８においては、第１のピストン５２が２個の部品（円筒状の部品及び蓋状の部品）によって構成されているが、図３乃至図５により前述した実施の形態と同様に、第１のピストン５２は、一体的に構成しても良い。上記第１のピストン５２の前端面５２ａは、横抗構築装置本体２の隔壁１２の前面部と略々面一となされており、壁面土圧を受ける受圧面となる。
【００５８】
そして、この壁面土圧計５０は、隔壁１２に取付けられて第１のシリンダ５１の後端側に連続されて構成されたキャビティ５４を有している。このキャビティ５４は、隔壁１２の後面部に第１のシリンダ５１の周囲に位置して固定されたリング状部材５５と、このリング状部材５５に重ねられて固定される円盤状の蓋部材５６とを有している。これらリング状部材５５及び蓋部材５６は、互いに重ねられた状態で、ボルト５７によって隔壁１２に対して固定されている。蓋部材５６は、第１のピストン５２の後端面に主面部を対向させており、この第１のピストン５２が後退できるストロークを一定距離に規制する移動規制部材となる。
【００５９】
上記蓋部材５６の中心部には、圧力計測手段６６の接液部６７が取付けられる透孔５９が設けられている。この透孔５９には、圧力計測手段６６の接液部６７がネジ込みによって取付けられる。すなわち、このキャビティ５４は、第１のピストン５２の後方側に、リング状部材５５及び蓋部材５６によって形成された空間内から圧力計測手段６６の接液部６７までに至る密閉された空間を形成している。
【００６０】
そして、このキャビティ５４内の密閉された空間には、圧力伝達液６８が充填されている。この圧力伝達液６８としては、圧力による体積変化が少ない液体が望ましく、オイルなどが適している。
【００６１】
上記圧力計測手段６６は、上述したように、接液部６７に対して圧力伝達液６８によって加えられる圧力を電気信号に変換して増幅し、出力するので、圧力伝達液６８を介して、キャビティ５４内の空間の内圧を計測する。
【００６２】
そして、第２のシリンダともなる第１のピストン５２は、前端側が閉塞され、後端側が開放された円筒状に形成されており、キャビティ５４内の空間に連通した中空部を有している。そして、この第１のピストン５２の中空部内には、進退可能となされた第２のピストン６９が設けられている。これら第１のピストン５２の中空部の内面部と、第２のピストン６９の外周面との間は、この第２のピストン６９の外周部に設けられた密閉部材（Ｏ−リング）７０により密閉されている。
【００６３】
この第１のピストン５２の中空部内には、第２のピストン６９をキャビティ５４内の空間に向けて弾性付勢する弾性部材となる圧縮コイルバネ７１が収納されている。この圧縮コイルバネ７１は、一端部を第２のピストン６９の裏面部に当接させ、他端部を第１のピストン５２の中空部の前端側を閉蓋した蓋状の部品に当接させている。そして、第１のピストン５２の中空部内には、第２のピストン６９のキャビティ５４内の空間に向かう移動を所定の位置で規制する位置規制部材となる位置決め段部７３が設けられている。すなわち、第２のピストン６９は、周縁部を位置決め段部７３に当接させた位置よりもキャビティ５４内の空間に向かう方向への移動が規制されている。
【００６４】
上記第２のピストン６９が周縁部を位置決め段部７３に当接させている状態において、圧縮コイルバネ７１は、自然状態よりも圧縮された状態となっており、第２のピストン６９を位置決め段部７３に押接させている。この状態における圧縮コイルバネ７１による押圧力は、所定の圧力値、すなわち、圧力計測手段６６における定格負荷圧力（例えば、３kgf／cm２）に対応している。このように構成された壁面土圧計５０において、図８中矢印Ｐで示すように、第１のピストン５２の前端面５２ａに壁面土圧が加わると、この壁面土圧は、圧力計測手段６６によって計測される。この壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧力計測手段６６における定格負荷圧力以下であるとき、すなわち、この壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧縮コイルバネ７１による押圧力以下であるときには、第２のピストン６９は、位置決め段部７３に当接した位置から移動することはない。
【００６５】
そして、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧力計測手段６６における定格負荷圧力よりも大きい場合には、図９に示すように、キャビティ５４内の空間の内圧により、第２のピストン６９が圧縮コイルバネ７１の付勢力に抗して位置決め段部７３より離れ、キャビティ５４内の空間の容積を広げる方向に移動される。このようにキャビティ５４内の空間の容積が広がることにより、第１のピストン５２は、キャビティ５４内の空間に向けて後退する。
【００６６】
このように第１のピストン５２が後退したとき、キャビティ５４内の空間の内圧は、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値まで高まる。そして、このように高まったキャビティ５４内の空間の内圧、圧縮コイルバネ７１の付勢力による圧力及び圧力計測手段６６が計測している圧力は、全て等しい圧力とされ均衡した状態となる。
【００６７】
また、壁面土圧がさらに高くなり、該壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値が圧力計測手段６６における許容負荷圧力（例えば、５kgf／cm２）となったときには、図１０に示すように、圧縮コイルバネ７１がさらに圧縮され、第１のピストン５２がキャビティ５４内の空間に向けてさらに後退する。そして、このときには、移動規制部材である蓋部材５６に第１のピストン５２の後端部が当接することにより、この第１のピストン５２の後退が規制され、キャビティ５４内の空間の内圧がさらに上昇することが防止される。
【００６８】
すなわち、第１のピストン５２の前端面５２ａが受ける壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値は、圧力計測手段６６における許容負荷圧力よりも大きくなることはない。再び壁面土圧が圧力計測手段６６における許容負荷圧力よりも低くなったときには、図９に示すように、圧縮コイルバネ７１が伸び、第１のピストン５２が壁面に向けて前進する。そして、このときには、壁面土圧に第１のピストン５２の前後面積比を乗じた値、キャビティ５４内の空間の内圧、圧縮コイルバネ７１の付勢力による圧力及び圧力計測手段６６が計測している圧力は、全て等しい圧力となる。
【００６９】
このような構成からなる壁面土圧計５０においても、上述のような動作は、圧力計測手段６６における定格負荷圧力の値、許容負荷圧力の値に基づいて、圧縮コイルバネ７１のバネ定数を適切に定めることによって実現される。
【００７０】
そして、この壁面土圧計５０においても、弾性部材は、上述のような圧縮コイルバネではなく、第１のピストン５２の中空部内に第２のピストン６９によって密封された気体、すなわち、空気バネであることとしてもよい。この場合にも、第１のピストン５２の中空部内の容積と封入する気体の量とによって、バネ定数を定めることができる。
【００７１】
なお、本発明に係る壁面土圧計は、上述したように、横抗構築装置本体２に内蔵されて使用されることに限定されず、種々の用途における圧力計として使用することができる。この場合には、上述の横抗構築装置本体２内の隔壁１２に代えて、圧力計本体の外筐壁に第１のシリンダ５１を設ける構成とすることにより、単体の圧力計として構成することができる。
【００７２】
【発明の効果】
前述した本発明の実施例の説明からも明らかなように、第１の発明（請求項１記載の発明）及び第２の発明（請求項２記載の発明）に係る壁面土圧計によれば、壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、キャビティ内の空間の内圧によって第２のピストンが弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動され、第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が移動規制部材により規制されることにより、キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されるので、圧力計測手段に過負荷がかかる虞れがない。
【００７３】
すなわち、本発明は、許容負荷圧力を超える圧力がかからないようにして、過負荷による破損が防止された壁面土圧計を提供することができる。
【００７４】
そして、本発明に係る壁面土圧計においては、第３の発明（請求項３記載の発明）及び第４の発明（請求項４記載の発明）におけるように、弾性部材は、圧縮コイルバネ、または、第２のシリンダ内に第２のピストンによって密封された気体とすることができる。
【００７５】
さらに、第５の発明（請求項５記載の発明）に係る壁面土圧計付横坑構築装置においては、壁面土圧計において、壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、キャビティ内の空間の内圧によって第２のピストンが弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動され、第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が移動規制部材により規制されることにより、キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されるので、圧力計測手段に過負荷がかかる虞れがない。
【００７６】
すなわち、本発明は、許容負荷圧力を超える圧力がかからないようにして、過負荷による破損が防止された壁面土圧計を備えた壁面土圧計付横坑構築装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る壁面土圧計付横抗構築装置の要部を示す断面図である。
【図２】上記壁面土圧計付横抗構築装置のカッターヘッドを示す正面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る壁面土圧計の構成を示す断面図である。
【図４】図３に示す壁面土圧計において壁面土圧が定格負荷圧力を超えた状態を示す断面図である。
【図５】図３に示す壁面土圧計において壁面土圧が許容負荷圧力を超えた状態を示す断面図である。
【図６】図３に示す壁面土圧計の構造をモデル化して示す断面図である。
【図７】図３に示す壁面土圧計の構造をさらにモデル化して示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る壁面土圧計の構成を示す断面図である。
【図９】図８に示す壁面土圧計において壁面土圧が定格負荷圧力を超えた状態を示す断面図である。
【図１０】図８に示す壁面土圧計において壁面土圧が許容負荷圧力を超えた状態を示す断面図である。
【図１１】従来の壁面土圧計の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 横抗構築装置
２ 横抗構築装置本体
３ カッターヘッド
４ 駆動モータ
１０ 土圧制御弁
１２ 隔壁
５０ 壁面土圧計
５１ 第１のシリンダ
５２ 第１のピストン
５４ キャビティ
５６ 蓋部材
６３ 第２のシリンダ
６６ 圧力計測手段
６８ 圧力伝達液
６９ 第２のピストン
７１ 圧縮コイルバネ
７３ 位置決め段部
Claims (5)
- 第１のシリンダと、
上記第１のシリンダ内において進退可能となされた第１のピストンと、
上記第１のピストンが後退できるストロークを一定距離に規制する移動規制部材と、
上記第１のシリンダの後端側に連続されて構成され、上記第１のピストンの後方側に密閉された空間を形成するキャビティと、
上記キャビティ内の空間に充填された圧力伝達液と、
上記圧力伝達液を介して、上記キャビティ内の空間の内圧を計測する圧力計測手段と、
上記キャビティ内の空間に連通している第２のシリンダと、
上記第２のシリンダ内において進退可能となされた第２のピストンと、
上記第２のピストンを上記キャビティ内の空間に向けて弾性付勢する弾性部材と、
上記第２のピストンの上記キャビティ内の空間に向かう移動を所定の位置で規制する位置規制部材とを備え、
上記第１のピストンが前端部において受ける壁面土圧が上記圧力計測手段によって計測されるとともに、該壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、上記キャビティ内の空間の内圧により、上記第２のピストンが上記弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動されることにより、上記第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が上記移動規制部材により規制されることにより、上記キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されることを特徴とする壁面土圧計。 - 上記第１のピストンは、上記第２のシリンダにもなっており、上記第２のピストン及び上記弾性部材が、該第１のピストン内の中空部分内に設けられていることを特徴とする請求項１記載の壁面土圧計。
- 上記弾性部材は、圧縮コイルバネであることを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の壁面土圧計。
- 上記弾性部材は、上記第２のシリンダ内に上記第２のピストンによって密封された気体であることを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の壁面土圧計。
- 駆動モータにより回転され土砂を掘削するカッターヘッドが先端側に形成された本体部と、
上記本体部内に収納された壁面土圧計とを備え、
上記壁面土圧計は、上記カッターヘッドの後方に位置する上記本体部内の隔壁の透孔として形成された第１のシリンダと、この第１のシリンダ内において進退可能となされた第１のピストンと、この第１のピストンが後退できるストロークを一定距離に規制する移動規制部材と、該第１のシリンダの後端側に連続されて上記隔壁に取付けられて構成され該第１のピストンの後方側に密閉された空間を形成するキャビティと、このキャビティ内の空間に充填された圧力伝達液と、この圧力伝達液を介して該キャビティ内の空間の内圧を計測する圧力計測手段と、上記キャビティ内の空間に連通している第２のシリンダと、この第２のシリンダ内において進退可能となされた第２のピストンと、この第２のピストンを上記キャビティ内の空間に向けて弾性付勢する弾性部材と、該第２のピストンの上記キャビティ内の空間に向かう移動を所定の位置で規制する位置規制部材とを有して構成され、
上記第１のピストンが前端部において受ける壁面土圧が上記圧力計測手段によって計測されるとともに、該壁面土圧が所定の圧力値よりも大きい場合には、上記キャビティ内の空間の内圧により、上記第２のピストンが上記弾性部材の付勢力に抗して該キャビティ内の空間の容積を広げる方向に移動されることにより、上記第１のピストンが該キャビティ内の空間に向けて後退し、この第１のピストンの後退が上記移動規制部材により規制されることにより、上記キャビティ内の空間の内圧がさらに上昇することが防止されることを特徴とする壁面土圧計付横坑構築装置。
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