JP4280889B2 - 土圧シールド工法における掘削土水力輸送装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下鉄、下水道等のトンネル構築において、特に軟弱地盤を掘削するのに用いられる土圧シールド工法における掘削土水力輸送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年において、地下鉄、下水道等のトンネル構築を遂行するために様々なシールド工法が開発されている。特に、崩壊危険度の高い軟弱基盤のトンネル構築においては土圧シールド工法が用いられている。
【０００３】
図４に示すものは、土圧シールド工法に用いる従来装置であり、切羽３０に当てたカッター３１を旋回台軸受３２で支承すると共にモータ３３で駆動し、さらにシールドジャッキ３４を設けることによって、その推進力で切羽３０にカッター３１を押圧した状態にして前進しながらカッター３１の旋回駆動によって切羽３０を掘削するようにしている。
【０００４】
カッター３１は、図５に示すように、その前面に配列された多数のカッタービット３５とその周辺に沿ってスリット３６が設けられ、カッター３１を旋回駆動すると、カッタービット３５で掘削された掘削土砂がスリット３６からチャンバ３７内に取り込まれる。
【０００５】
チャンバ３７内の作泥室３７ａには作泥材注入管３８が接続されると共に、後方へ延びるスクリューコンベア３９が設けられ、作泥材の供給によって掘削土砂に粘性を生じさせながらスクリューコンベア３９の回転によってチャンバ３７の作泥室３７ａ内の掘削土砂を後方へ移送し、スクリューコンベア３９の後端下部に設けられた排出口４０から排出する。さらに、この土砂を排出口４０の下方に設けられたベルトコンベア４１によって排土タンク４２に排出し、地上の処理プラントへと移送するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような土圧シールド工法においては、切羽３０の掘削土砂が流動性のあるスラリーのように泥状である場合、ベルトコンベア４１での移送が困難となったり、泥状の掘削土砂がスクリューコンベア３９の排出口４０から噴出する結果、切羽３０に対する圧力保持が困難となって土圧のバランスが崩れるため、場所によっては、山崩れ、または地盤沈下の原因となる。
【０００７】
このため、スクリューコンベア３９の排出口４０を閉鎖して密閉状態にすると、土圧の保持が可能となって安全性を確保し得るが、切羽３０の掘削土砂をどのように排出するかという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このように土圧シールド工法において、切羽の土壌が流動性のあるスラリーのように泥状であっても、切羽に対する土圧を保持し、しかも逆流を防止しながら切羽からの掘削土砂を排出することができるようにした土圧シールド工法における掘削土水力輸送装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１の土圧シールド工法における掘削土水力輸送装置は、切羽を押圧しつつ掘削するカッターの後方にて作泥室を形成するチャンバに連結したスクリュコンベアによって前記作泥室内の土砂を移送する土圧シールド工法において、前記スクリュコンベアの排出口に設けられた泥水室の流下口にジェットエジェクタを結合し、該ジェットエジェクタは送水口側に接続されたノズルと吐出口側に接続されたベンチュリ管とが前記泥水室の流下口の直下にて切り放された空隙を有し、給水タンクに接続された給水管を給水ポンプを介して循環調整タンクの上部に接続すると共に該循環調整タンクの底部付近に接続した送水管を前記ジェットエジェクタの送水口に接続し、さらに前記ジェットエジェクタの吐出口に接続した吐出管を前記循環調整タンクの底部に設けた排出口に接続して該排出口に排出管を接続した構成により、前記泥水室の土砂を前記ジェットエジェクタのノズルからの噴射水で溶解して前記ベンチュリ管を経て前記吐出口側へ移送すると共に、前記給水ポンプにより前記循環調整タンクの圧力調整を行うことによって前記切羽への逆流を防止すべく前記泥水室の圧力保持を行うようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２の土圧シールド工法における掘削土水力輸送装置は、請求項１において、前記給水管に設けられた給水ポンプと、前記送水管に設けられた送水ポンプと、前記排出管に設けられた排出ポンプとを備え、前記給水ポンプは前記循環調整タンクに設けられた圧力計によって該循環調整タンクの圧力を一定に保持すべく調整されると共に、前記排出ポンプは前記排出管に設けられた流量計によって流量一定にすべく調整されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３の土圧シールド工法における掘削土水力輸送装置は、請求項１または２において、前記給水管を流れる給水量をＱ１とし、前記排出管を流れる泥水量をＱ２とし、前記送水管から分岐して前記泥水室に接続された分岐管を流れる給水量をＱａとし、前記分岐管で分岐した後の前記送水管を流れる給水量をＱｊとし、前記泥水室に排出される泥水量をＱｓとし、前記吐出管を流れる泥水量をＱｆとし、前記循環調整タンクの排出口における排出量をＱｎとしたときの流量バランスが、
Ｑ２＝Ｑｆ＋Ｑｎ（Ｑｆ≦Ｑ２）
Ｑｆ＝Ｑｓ＋Ｑｊ＋Ｑａ（Ｑｊ≧Ｑｓ＋Ｑａ）
Ｑ１＝Ｑａ＋Ｑｊ＋Ｑｎ
となるように、制御するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項４の土圧シールド工法における掘削土水力輸送装置は、請求項１、２または３において、前記給水管に設けられた給水流量計と前記排出管に設けられた排出流量計との差をとることによる偏差流量積算によって前記切羽における掘削量を管理するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
本発明による掘削土砂水力輸送装置は、図４に示すように、切羽３０を押圧しつつ掘削するカッター３１の後方にて作泥室３７ａを形成するチャンバ３７に連結したスクリュコンベア３９によって作泥室３７ａ内の流状土砂を移送する土圧シールド工法に用いるものである。
【００１５】
スクリュコンベア３９の排出口４０には、図１に示すように、泥水室２が設けられている。この泥水室２はスクリュコンベア３９の排出口４０の下端部に固定された容器３の容室によって形成され、泥水室２の下流側においては、テーパ状に形成された絞り形状の下端部に流下口４が設けられている。また、泥水室２には、スクリュコンベア３９の排出口４０から排出された流状土砂の室内圧力を計測する圧力計Ｐｏが接続されている。
【００１６】
この泥水室２には後述する送水管２１に接続された分岐管２２が連結されると共に該分岐管２２に開閉バルブＶ３が設けられ、この開閉バルブＶ３を開くことによって、送水管２１内の水を泥水室２に供給することができる。
【００１７】
泥水室２の流下口４にはジェットエジェクタ５が連結されている。このジェットエジェクタ５は、図２または図３に示すように、ジェットエジェクタ５の送水口６に連結されたノズル７と吐出口８に連結されたベンチュリ管９との間に空隙１０が形成され、泥水室２の流下口４の直下をノズル７とベンチュリ管９との空隙１０に連通した構成としている。
【００１８】
上記の構成において、ノズル７はジェットエジェクタ５の送水口６から吐出口８方向にテーパ状の絞り口７ａを有し、上記のように泥水室２の流下口４の直下に空隙１０をあけ、ベンチュリ管９の管口９ａを設けて吐出口８方向に広がる管径を有するように形成されている。
【００１９】
このような構成によって、泥水室２の流下口４から流下する流状土砂を空隙１０にてノズル７から噴出される水で溶解しつつ泥水状態にしてベンチュリ管９からの水力によって吐出口８へ移送することができる。
【００２０】
一方、地上に設置された不図示の給水タンクには給水管２０が接続され、該給水管２０には給水ポンプＰ１が設けられ、給水管２０が縦坑内に導かれた後、横坑内に設けられた循環調整タンク１１の上部に接続されることにより、上記の給水ポンプＰ１によって給水タンク内の水を循環調整タンク１１に導くようにしている。
【００２１】
また、給水管２０の途中には流量計ＦＱ１が設けられ、給水管２０の流量を計測するようにしている。
【００２２】
循環調整タンク１１は、図１に示すように内部の片側が傾斜面を有することによって、後述する吐出管２３と排出管２４とを接続した底部片側の排出口１２の方向へ窄まった形状を有するもので、循環調整タンク１１内の水が排出口１２の方向へ流動しやすいように形成されている。
【００２３】
また、循環調整タンク１１には圧力計ＰＴが接続され、循環調整タンク１１内の水圧を計測すると共に、該計測値によって給水ポンプＰ１を制御することにより循環調整タンク１１内の圧力を一定に保つようにしている。
【００２４】
さらに、循環調整タンク１１の底部付近の前方側には送水管２１が接続され、該送水管２１には送水ポンプＰｊが設けられると共に、送水管２１の途中に電磁バルブＶ１が連結され、送水管２１の端部は上記のジェットエジェクタ５の送水口６に接続されている。
【００２５】
ジェットエジェクタ５の吐出口８に接続した吐出管２３はその途中に連結された電磁バルブＶ２を経て循環調整タンク１１の底部に設けられた排出口１２に接続されるている。また、排出口１２に排出管２４が接続され、この排出管２４には排出ポンプＰ２が設けられると共に、排出ポンプＰ２からの流下側に流量計ＦＱ２が連結されている。この排出管２４の末端は地上に設置された処理プラントの排土タンクに接続されることとなる。
【００２６】
上記の構成において、泥水室２に逆圧が作用すると、スクリュコンベア３９側に泥水が逆流し、切羽に影響を及ぼして山崩れ等の原因になるため、泥水室２の圧力計Ｐｏによって検出した圧力を循環調整タンク１１の圧力計ＰＴと同様の一定圧または循環調整タンク１１側の圧力が大となるようにする必要がある。
【００２７】
そのため、給水ポンプＰ１は循環調整タンク１１内の圧力を一定とするように循環調整タンク１１の圧力計ＰＴで制御して泥水室２内の圧力を逆流を生じない一定圧力に保持するようにしている。
【００２８】
本実施例においては、循環調整タンク１１内の供給水を送出ポンプＰｊで移送してジェットエジェクタ５の送水口６に接続されたノズル７から噴射して一端泥水室２に給水し、次いで空隙１０にてノズル７からの噴射水によって溶解された流状土砂を泥水状態にしてベンチュリ管９からの水力によって吐出口８へ移送するようにしてあるため、ジェットエジェクタ５内にて循環調整タンク１１からの水供給と泥水状態になった吐出口８側への排水機能とが切り離されているため、泥水室２内の圧力保持を循環調整タンク１１内の圧力、即ちジェットエジェクタ５の圧力をコントロールする循環調整タンク１１の圧力を給水ポンプＰ１の制御によって行なうことができる。
【００２９】
また、排出ポンプＰ２は排出管２４に設けられた排出流量計ＦＱ２によって一定の流量にされる。
【００３０】
循環調整タンク１１内における水圧は循環調整タンク１１の排出口１２における排出量Ｑｎを生じさせ、この排出量Ｑｎが排出管２４を流れる泥水に対する水力移送の圧力として作用する。
【００３１】
流量計ＦＱ１、ＦＱ２によってフィードバックされた流量を各ポンプＰ１、Ｐ２に送ることによって制御されたポンプ出力によって、流量バランスは以下の式（流量バランス式）を保つように調整される。
【００３２】
下記の式において、Ｑ１は給水管２０を流れる給水量であり、Ｑ２は排出管２４を流れる泥水量であり、Ｑａは分岐管２２を流れる給水量であり、Ｑｊは分岐管２２で分岐した後の送水管２１を流れる給水量であり、Ｑｓは泥水室２内の泥水量であり、Ｑｆは吐出管２３を流れる泥水量であり、Ｑｎは循環調整タンク１１の排出口１２における排出量である。
【００３３】
流量バランス式
Ｑ２＝Ｑｆ＋Ｑｎ（Ｑｆ≦Ｑ２）
Ｑｆ＝Ｑｓ＋Ｑｊ＋Ｑａ（Ｑｊ≧Ｑｓ＋Ｑａ）
Ｑ１＝Ｑａ＋Ｑｊ＋Ｑｎ
また、本発明においては、給水管２０に設けられた給水流量計と排出管２４に設けられた排出流量計との差（ＦＱ２−ＦＱ１）をとることによる偏差流量積算によって掘削量を管理することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、土圧シールド工法におけるスクリュコンベアの排出口に設けられた泥水室の流下口にジェットエジェクタを結合し、該ジェットエジェクタは送水口側に接続されたノズルと吐出口側に接続されたベンチュリ管とが泥水室の流下口の直下にて切り放された空隙を有し、給水タンクに接続された給水管を給水ポンプを介して循環調整タンクの上部に接続すると共に該循環調整タンクの底部付近に接続した送水管をジェットエジェクタの送水口に接続してあるため、泥水室の流状土砂をノズルからの噴射水で溶解してベンチュリ管を経て吐出口側へ移送することができる。
【００３５】
さらに、ジェットエジェクタ内にて循環調整タンクからの水供給と泥水状態になった吐出口側への排水機能とが切り離されているため、泥水室内の圧力保持を循環調整タンク内の圧力、即ち圧力ポンプの調整によって行なうことができる。
【００３６】
また、本発明においては、給水管に設けられたに設けられた給水流量計と排出管に設けられた排出流量計との差をとることによる偏差流量積算によって掘削量を管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による土圧シールド工法における掘削土水力輸送装置の全体図である。
【図２】本発明におけるジェットエジェクタの側面図である。
【図３】本発明におけるジェットエジェクタの端面図である。
【図４】従来の土圧シールド工法に用いるシールド機の側面図である。
【図５】従来の土圧シールド工法に用いるシールド機の前面図である。
【符号の説明】
Ｐ１…給水ポンプ
Ｐ２…排出ポンプ
Ｐｊ…送水ポンプ
ＰＴ…循環調整タンクの圧力計
Ｐｏ…泥水室の圧力計
ＦＱ１…給水管の流量計
ＦＱ２…排出管の流量計
Ｖ１…電磁バルブ
Ｖ２…電磁バルブ
Ｖ３…開閉バルブ
２…泥水室
３…容器
４…流下口
５…ジェットエジェクタ
６…送水口
７…ノズル
７ａ…絞り口
８…吐出口
９…ベンチュリ管
９ａ…管口
１０…空隙
１１…循環調整タンク
１２…排出口
２０…給水管
２１…送水管
２２…分岐管
２３…吐出管
２４…排出管
３０…切羽
３１…カッター
３７…チャンバ
３７ａ…作泥室
３９…スクリュコンベア
４０…排出口

Claims (4)

1. 切羽を押圧しつつ掘削するカッターの後方にて作泥室を形成するチャンバに連結したスクリュコンベアによって前記作泥室内の土砂を移送する土圧シールド工法において、前記スクリュコンベアの排出口に設けられた泥水室の流下口にジェットエジェクタを結合し、該ジェットエジェクタは送水口側に接続されたノズルと吐出口側に接続されたベンチュリ管とが前記泥水室の流下口の直下にて切り放された空隙を有し、給水タンクに接続された給水管を給水ポンプを介して循環調整タンクの上部に接続すると共に該循環調整タンクの底部付近に接続した送水管を前記ジェットエジェクタの送水口に接続し、さらに前記ジェットエジェクタの吐出口に接続した吐出管を前記循環調整タンクの底部に設けた排出口に接続して該排出口に排出管を接続した構成により、前記泥水室の流状土砂を前記ジェットエジェクタのノズルからの噴射水で溶解して前記ベンチュリ管を経て前記吐出口側へ移送すると共に、前記給水ポンプにより前記循環調整タンクの圧力調整を行うことによって前記切羽への逆流を防止すべく前記泥水室の圧力保持を行うようにしたことを特徴とする土圧シールド工法における掘削土水力輸送装置。
2. 前記給水管に設けられた給水ポンプと、前記送水管に設けられた送水ポンプと、前記排出管に設けられた排出ポンプとを備え、前記給水ポンプは前記循環調整タンクに設けられた圧力計によって該循環調整タンクの圧力を一定に保持すべく調整されると共に、前記排出ポンプは前記排出管に設けられた流量計によって流量一定にすべく調整されることを特徴とする請求項１記載の土圧シールド工法における掘削土水力輸送装置。
3. 前記給水管を流れる給水量をＱ１とし、前記排出管を流れる泥水量をＱ２とし、前記送水管から分岐して前記泥水室に接続された分岐管を流れる給水量をＱａとし、前記分岐管で分岐した後の前記送水管を流れる給水量をＱｊとし、前記泥水室に排出される泥水量をＱｓとし、前記吐出管を流れる泥水量をＱｆとし、前記循環調整タンクの排出口における排出量をＱｎとしたときの流量バランスが、
   Ｑ２＝Ｑｆ＋Ｑｎ（Ｑｆ≦Ｑ２）
   Ｑｆ＝Ｑｓ＋Ｑｊ＋Ｑａ（Ｑｊ≧Ｑｓ＋Ｑａ）
   Ｑ１＝Ｑａ＋Ｑｊ＋Ｑｎ
   となるように、制御するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の土圧シールド工法における掘削土水力輸送装置。
4. 前記給水管に設けられた給水流量計と前記排出管に設けられた排出流量計との差をとることによる偏差流量積算によって前記切羽における掘削量を管理するようにしたことを特徴とする請求項１、２または３記載の土圧シールド工法における掘削土水力輸送装置。

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