JP4878569B2 - シールド掘進機の泥水管継ぎ足し装置 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルを構築するシールド掘進機へ泥水を送り又はシールド掘進機から掘削土砂を含む泥水を排出する泥水管を、シールド掘進機の掘進に伴い継ぎ足すための装置に関するものである。

シールド掘進機は、筒状のシールドフレームを有する掘進機本体と、その掘進機本体の前部に設けられ、切羽を掘削するためのカッタと、掘進機本体の内部に設けられ、セグメントをシールドフレームの内周に沿って組み立てるためのエレクタと、シールドフレームの内周にその周方向に間隔を隔てて複数設けられ、組み立てたセグメントに反力を取って掘進機本体を前進させるためのシールドジャッキとを備えている。

かかるシールド掘進機は、シールドジャッキを伸長させてカッタを切羽に押し付けてそのカッタで切羽を掘削し、掘削した土砂を掘進機本体の前部に設けられたカッタチャンバ内に取り込むようになっている。

カッタチャンバへ泥水を送り、泥水圧によって切羽の安定を図ると共に、カッタチャンバから掘削土砂を含む泥水を排出し、掘削土砂を流体輸送する泥水式のシールド掘進機にあっては、カッタチャンバへ泥水を送る送泥管（泥水管）と、カッタチャンバから掘削土砂を含む泥水を排出する排泥管（泥水管）とを備えている。

このようなシールド掘進機においては、シールド掘進機の掘進に伴い、シールド掘進機が坑口から離間することから、送泥管及び排泥管等の泥水管を順次継ぎ足していかなければならない。

そこで、こうした泥水管を継ぎ足す作業を円滑に行うために、泥水管の切羽側の部分をなす切羽側泥水管と泥水管の坑口側の部分をなす坑口側泥水管との間に介設され、ドラムやリールに巻き回された可撓性ホースを具備する泥水管継ぎ足し装置が提案されている（特許文献１から３等参照）。

かかる泥水管継ぎ足し装置においては、シールド掘進機の掘進に伴いドラムやリールに巻き回された可撓性ホースが引き出されることで、切羽側泥水管と坑口側泥水管とがトンネルの長手方向に離間することが許容される。シールド掘進機が所定距離だけ掘進して、ドラムやリールに巻き回された可撓性ホースが所定長さだけ引き出されると、プラグ機構を用いて坑口側泥水管を閉塞した後、可撓性ホースを坑口側泥水管から取り外す。そして、引き出された可撓性ホースをドラムやリールに再度巻き回すことで、可撓性ホースの後端と坑口側泥水管の前端との間に、継ぎ足し用泥水管を挿入する空間が形成され、その継ぎ足し用泥水管により可撓性ホースと坑口側泥水管とを接続するようになっている。

特開平１１−１３１９８１号公報 特開平１１−２００７６８号公報 特開平１１−２４７５８３号公報

ところで、上述のような泥水管継ぎ足し装置においては、可撓性ホースをドラムやリールに巻き回していたため、これら可撓性ホース、ドラムやリールが上下方向にスペースを占有し、装置全体がトンネルの上下方向に関して大型になるという問題があった。

また、坑口側泥水管を閉塞するためのプラグ機構を、上記の可撓性ホース、ドラムやリールを配設した台車の後続台車に配設していたため、装置全体がトンネルの長手方向に関して大型になるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、コンパクトなシールド掘進機の泥水管継ぎ足し装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、トンネルを構築するシールド掘進機へ泥水を送り又は上記シールド掘進機から掘削土砂を含む泥水を排出する泥水管を、上記シールド掘進機の掘進に伴い継ぎ足すための装置において、上記泥水管の切羽側の部分をなす切羽側泥水管と、上記泥水管の坑口側の部分をなす坑口側泥水管と、上記シールド掘進機に牽引され且つ上記トンネルの長手方向に沿って移動可能で、上記切羽側泥水管の後端が固定される第一台車と、該第一台車上に配設され且つ上記トンネルの長手方向に沿って移動可能で、上記坑口側泥水管の前端が固定される第二台車と、上記第一台車に立設され、上記トンネルの上部に位置する水平面を有する第一フレームと、上記第二台車に立設され、上記トンネルの上部に位置する水平面を有する第二フレームと、上記切羽側泥水管と上記坑口側泥水管との間に介設され、且つ、上記第一フレームの上記水平面上及び上記第二フレームの上記水平面上に沿って湾曲させた状態で配設され、上記シールド掘進機の掘進に伴い上記切羽側泥水管と上記坑口側泥水管とが上記トンネルの長手方向に離間することを許容するための可撓性ホースとを備えたものである。

ここで、上記坑口側泥水管を解放・閉塞するためのプラグ機構を備え、該プラグ機構を、上記第二台車に配設しても良い。

本発明によれば、コンパクトなシールド掘進機の泥水管継ぎ足し装置を提供することができるという優れた効果を奏する。

本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係る泥水管継ぎ足し装置の側断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。

図示はしないが、本実施形態に係るシールド掘進機は、筒状のシールドフレームを有する掘進機本体と、その掘進機本体の前部に設けられ、切羽を掘削するためのカッタと、掘進機本体の内部に設けられ、セグメントをシールドフレームの内周に沿って組み立てるためのエレクタと、シールドフレームの内周にその周方向に間隔を隔てて複数設けられ、組み立てたセグメントに反力を取って掘進機本体を前進させるためのシールドジャッキとを備えている。

本実施形態に係るシールド掘進機は、掘進機本体の前部に設けられ掘削した土砂（掘削土砂）が取り込まれるカッタチャンバへ泥水を送り、泥水圧によって切羽の安定を図ると共に、カッタチャンバから掘削土砂を含む泥水を排出し、掘削土砂を流体輸送する泥水式のものである。

よって、本実施形態に係るシールド掘進機は、カッタチャンバへ泥水を送る送泥管１（泥水管）と、カッタチャンバから掘削土砂を含む泥水を排出する排泥管２（泥水管）とを備えている（図１から図３参照）。

送泥管１は、送泥管１の切羽側（図１中の左側）の部分をなす切羽側送泥管１ａ（切羽側泥水管）と、送泥管１の坑口側（図１中の右側）の部分をなす坑口側送泥管１ｂ（坑口側泥水管）とから構成される。

排泥管２は、排泥管２の切羽側の部分をなす切羽側排泥管２ａ（切羽側泥水管）と、排泥管２の坑口側の部分をなす坑口側排泥管２ｂ（坑口側泥水管）とから構成される。

図１から図３に示すように、本実施形態に係る泥水管継ぎ足し装置１０は、シールド掘進機に牽引され且つそのシールド掘進機によりその後方に構築したトンネルＴの長手方向（図１中の左右方向）に沿って移動可能で、切羽側送泥管１ａ及び切羽側排泥管２ｂの後端が固定される第一台車１１と、第一台車１１上に配設され且つトンネルＴの長手方向に沿って移動可能で、坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂの前端が固定される第二台車１２と、第一台車１１に立設され、トンネルＴの上部に位置する水平面１３を有する第一フレーム１４と、第二台車１２に立設され、トンネルＴの上部に位置する水平面１５を有する第二フレーム１６と、切羽側送泥管１ａと坑口側送泥管１ｂの間、及び、切羽側排泥管２ａと坑口側排泥管２ｂとの間にそれぞれ介設され、且つ、第一フレーム１４の水平面１３上及び第二フレーム１６の水平面１５上に沿って湾曲させた状態で配設され、シールド掘進機の掘進に伴い切羽側送泥管１ａ及び切羽側排泥管２ａと坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂとがトンネルＴの長手方向に離間することを許容するための可撓性ホース１７、１８とを備えている。

坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂはそれぞれ、所定長さを有する継ぎ足し用泥水管３をシールド掘進機の掘進に伴い継ぎ足して構成される。継ぎ足し用泥水管３は、トンネルＴの底部に敷設されたカルバート１９上を走行する搬送台車２０に複数積載され、その搬送台車２０によって坑口側から切羽側に搬送される。搬送台車２０上の継ぎ足し用泥水管３は、第一台車１１の第一フレーム１４に配設されたホイスト（図示せず）を用いて、第一台車１１上に設けられた継ぎ足し用泥水管ストック場２１に移される。

第一台車１１は、カルバート１９をトンネルＴの幅方向の両側から挟むようにしてトンネルＴの底部に敷設されたブロック２２上を走行するようになっている。第一台車１１は、基部２３と、基部２３の下面に設けられた走行車輪２４とを有している。走行車輪２４は、ブロック２２上にトンネルＴの長手方向に沿って敷設されたレール２５上を走行するようになっている。

第一台車１１は、シールド掘進機の掘進機本体、或いは、トンネルＴ内で第一台車１１よりも前方を走行する台車等（図示せず）に連結されて、シールド掘進機により牽引される。

第一フレーム１４は、基部２３上に複数立設された柱２６と、それら柱２６の上部に架け渡された桁２７とから主に構成される。桁２７上には、本実施形態の水平面１３をなす平板２８（例えば、鉄板）が敷設されている。つまり、本実施形態では、第一フレーム１４の水平面１３は、平板２８の上面と一致する。

第一フレーム１４に設けられる平板２８には、切羽側送泥管１ａ及び切羽側排泥管２ａがその後端にて取付部材２９を介して固定されている。切羽側送泥管１ａ及び切羽側排泥管２ａの後端は、トンネルＴの幅方向の一側側（図２中の下側）に位置され、その切羽側送泥管１ａ及び切羽側排泥管２ａの後端にそれぞれ、可撓性ホース１７、１８の一端（前端）が接続されている。

なお、水平面１３が、桁２７の上面と一致していても良い。つまり、第一フレーム１４の桁２７上に平板２８を敷設することなく、桁２７上に可撓性ホース１７、１８を直接配置しても良い。

第二台車１２は、第一台車１１の基部２３上を走行するようになっている。第二台車１２は、基部３０と、基部３０の下面に設けられた脚部３１とを有している。脚部３１は、第一台車１１の基部２３上にトンネルＴの長手方向に沿って敷設されたレール３２上を走行するようになっている。

第二フレーム１６は、基部３０上に複数立設された柱３３と、それら柱３３の上部に架け渡された桁３４とから主に構成される。桁３４上には、本実施形態の水平面１５をなす平板３５（例えば、鉄板）が敷設されている。つまり、本実施形態では、第二フレーム１６の水平面１５は、平板３５の上面と一致する。

第二フレーム１６に設けられる平板３５には、坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂがその前端にて取付部材３６を介して固定されている。坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂの前端は、トンネルＴの幅方向の他側側（図２中の上側）に位置され、その坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂの前端にそれぞれ、可撓性ホース１７、１８の他端（後端）が接続されている。

なお、水平面１５が、桁３４の上面と一致していても良い。つまり、第二フレーム１６の桁３４上に平板３５を敷設することなく、桁３４上に可撓性ホース１７、１８を直接配置しても良い。

また、第二フレーム１６の水平面１５は、その高さが第一フレーム１４の水平面１３の高さとほぼ等しくなっている。つまり、第二フレーム１６に設けられた平板３５は、その上面までの高さが第一フレーム１４に設けられた平板２８の上面までの高さと等しくなっている。或いは、第二フレーム１６の桁３４は、その上面までの高さが第一フレーム１４の桁２７の上面までの高さと等しくなっている。

可撓性ホース１７は、その一端（前端）が切羽側送泥管１ａの後端に接続されると共に、他端（後端）が坑口側送泥管１ｂの前端に接続されている。また、可撓性ホース１８は、その一端（前端）が切羽側排泥管２ａの後端に接続されると共に、他端（後端）が坑口側排泥管２ｂの前端に接続されている。これにより、泥水が可撓性ホース１７を介して坑口側送泥管１ｂから切羽側送泥管１ａに供給され、掘削土砂を含む泥水が可撓性ホース１８を介して切羽側排泥管２ａから坑口側排泥管２ｂに流体輸送されるようになっている。

本実施形態では、可撓性ホース１７、１８はそれぞれ、第一フレーム１４の水平面１３（平板２８）上及び第二フレーム１６の水平面１５（平板３５）上に沿って、後方に向かい凸となるように略Ｕ字状に湾曲させて水平に配設されている。

本実施形態に係る泥水管継ぎ足し装置１０は、継ぎ足し用泥水管３を坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂ（既設の継ぎ足し用泥水管３）に継ぎ足す際に、坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂを解放・閉塞するためのプラグ機構３７を備えている。プラグ機構３７は、第二台車１２の基部３０上に配設されている。

本実施形態では、プラグ機構３７は、坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂの途中にそれぞれ介設されたＴ字管３８を有している。Ｔ字管３８は、直線状の本管部３９と、本管部３９の途中に連結された分岐管部４０とから構成されている。Ｔ字管３８は、分岐管部４０と本管部３９の一端とで坑口側送泥管１ｂを連通して、坑口側送泥管１ｂの本管部３９側から分岐管部４０側へと泥水を供給するようになっている。また、Ｔ字管３８は、分岐管部４０と本管部３９の一端とで坑口側排泥管２ｂを連通して、坑口側排泥管２ｂの分岐管４０側から本管部３９側へと掘削土砂を含む泥水を排出するようになっている。分岐管部４０には、シャット弁４１が設けられており、本管部４０の他端側には、プラグ（栓）４２が収容されている。

プラグ機構３７は、継ぎ足し用泥水管３を坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂ（既設の継ぎ足し用泥水管３）に継ぎ足す際には、Ｔ字管３８の分岐管部４０に設けたシャット弁４１を閉じて、坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂの分岐管部４０側を閉塞すると共に、流体圧（本実施形態では、空圧）でプラグ４２を、Ｔ字管３８の本管部３９を通じて坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂに打ち込んで、坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂの本管部３９側を閉塞するようになっている。これにより、Ｔ字管３８の本管部３９を坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂ（既設の継ぎ足し用泥水管３）から取り外し、Ｔ字管３８の本管部３９と坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂ（既設の継ぎ足し用泥水管３）の前端との間に、新たに継ぎ足し用泥水管３を継ぎ足すことを可能とする。

第一台車１１の第一フレーム１４に配設されたホイストを用いて、継ぎ足し用泥水管３を第一台車１１上に設けられた継ぎ足し用泥水管ストック場２１から吊り上げ、その継ぎ足し用泥水管３をそれぞれ、Ｔ字管３８の本管部３９と坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂ（既設の継ぎ足し用泥水管３）の前端との間に接続する（継ぎ足す）ようにしている。

一方、プラグ機構３７は、継ぎ足し用泥水管３を坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂ（既設の継ぎ足し用泥水管３）に継ぎ足した後に、ワイヤを用いて或いは流体圧でプラグ４２をＴ字管３８の本管部３９に回収し、しかる後、Ｔ字管３８の分岐管部４０に設けたシャット弁４１を再び開くようになっている。これにより、坑口側送泥管１ｂ及び坑口側排泥管２ｂを再び解放し、送泥管１（切羽側送泥管１ａ、坑口側送泥管１ｂ）及び排泥管２（切羽側排泥管２ａ、坑口側排泥管２ｂ）内に泥水を循環させて、シールド掘進機を掘進させることを可能とする。

次に、本実施形態の作用を説明する。

以下、継ぎ足し用泥水管３を送泥管１（坑口側送泥管１ｂ）に継ぎ足す手順を図４を用いて説明する。継ぎ足し用泥水管３を排泥管２（坑口側排泥管２ｂ）に継ぎ足す手順は以下の手順とほぼ同様であるので省略する。

本実施形態に係る泥水管継ぎ足し装置１０においては、図４（ａ）に示すように、可撓性ホース１７は、第一フレーム１４の水平面１３（平板２８）上及び第二フレーム１６の水平面１５（平板３５）上に沿って湾曲させた状態で水平に配設されており、シールド掘進機が前方に掘進すると、シールド掘進機によって切羽側送泥管１ａが前方に引っ張られる。

この切羽側送泥管１ａの前方への移動に伴い、図４（ｂ）に示すように、切羽側送泥管１ａが固定された第一台車１１が前方に走行し、切羽側送泥管１ａと坑口側送泥管１ｂとがトンネルＴの長手方向に離間し、可撓性ホース１７は、第一フレーム１４の水平面１３（平板２８）上及び第二フレーム１６の水平面１５（平板３５）上を摺動して、その曲げ半径Ｒが小さくなるように変形する。このとき、送泥管１（切羽側送泥管１ａ、坑口側送泥管１ｂ）においては、可撓性ホース１７を介して、シールド掘進機への泥水の供給が継続される。また、坑口側送泥管１ｂの後端が坑口に設けられた泥水供給装置（図示せず）に接続されているので、坑口側送泥管１ｂはトンネルＴに固定されていることとなり、切羽側送泥管１ａが前方に移動しても、坑口側送泥管１ｂは前方には移動しない。

シールド掘進機を所定距離（例えば、セグメント５リング分の幅に相当する距離）だけ掘進させると、シールド掘進機の掘進を一旦停止させる。シャット弁４１を閉じると共にプラグ機構３７によりプラグ４２をＴ字管３８の本管部３９のフランジ３９ｆよりも後方の坑口側送泥管１ｂに打ち込んで坑口側送泥管１ｂを閉塞し、プラグ機構３７のＴ字管３８の本管部３９を坑口側送泥管１ｂ（既設の継ぎ足し用泥水管３）から取り外し、しかる後、第二台車１２（Ｔ字管３８）を前方に移動させる。

図４（ｃ）に示すように、プラグ機構３７のＴ字管３８の本管部３９と、坑口側送泥管１ｂ（既設の継ぎ足し用泥水管３）の前端との間に、継ぎ足し用泥水管３を挿入する（継ぎ足す）スペース４３が形成されることとなり、そのスペース４３に、第一台車１１の第一フレーム１４に配設されたホイストを用いて、新たな継ぎ足し用泥水管３を配置する。この新たな継ぎ足し用泥水管３は、Ｔ字管３８の本管部３９と坑口側送泥管１ｂ（既設の継ぎ足し用泥水管３）の前端との間に接続される。

ここで、本実施形態においては、切羽側泥水管（切羽側送泥管１ａ、切羽側排泥管２ａ）と坑口側泥水管（坑口側送泥管２ａ、坑口側排泥管２ｂ）との間に開設される可撓性ホース１７、１８を、トンネルＴの上部に位置する第一フレーム１４の水平面１３上及び第二フレーム１６の水平面１５上に沿って湾曲させて配設しており、可撓性ホース１７、１８が、ドラムやリールに巻き回されていないことから、可撓性ホース１７、１８がトンネルＴの上下方向にスペースを占有することがなく、泥水管継ぎ足し装置１０全体をトンネルＴの上下方向に関してコンパクトな構成とすることができる。

また、本実施形態では、坑口側泥水管（坑口側送泥管１ｂ、坑口側排泥管２ｂ）を解放・閉塞するためのプラグ機構３７を、第二台車１２に配設することとしたため、プラグ機構３７を第一台車１１及び第二台車１２の後続台車に配設する必要がなく、泥水管継ぎ足し装置１０全体をトンネルＴの長手方向に関してコンパクトな構成とすることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上記の実施形態においては、可撓性ホース１７、１８をそれぞれ、第一フレーム１４の水平面１３上及び第二フレーム１６の水平面１５上に沿って、後方に向かい凸となるように略Ｕ字状に湾曲させて配設するとしたが、これには限定はされず、可撓性ホース１７、１８をそれぞれ、第一フレーム１４の水平面１３上及び第二フレーム１６の水平面１５上に沿って、トンネルＴの幅方向に向かい凸となるように略Ｕ字状に湾曲させて配設しても良い。

図１は、本発明の一実施形態に係る泥水管継ぎ足し装置の側断面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。 図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、継ぎ足し用泥水管を送泥管（泥水管）に継ぎ足す手順を説明するためのステップ図である。

符号の説明

１ 送泥管（泥水管）
１ａ 切羽側送泥管（切羽側泥水管）
１ｂ 坑口側送泥管（坑口側泥水管）
２ 排泥管（泥水管）
２ａ 切羽側排泥管（切羽側泥水管）
２ｂ 坑口側排泥管（坑口側泥水管）
１０ 泥水管継ぎ足し装置
１１ 第一台車
１２ 第二台車
１３ 水平面
１４ 第一フレーム
１５ 水平面
１６ 第二フレーム
１７ 可撓性ホース
１８ 可撓性ホース
３７ プラグ機構
Ｔ トンネル

Claims (2)

1. トンネルを構築するシールド掘進機へ泥水を送り又は上記シールド掘進機から掘削土砂を含む泥水を排出する泥水管を、上記シールド掘進機の掘進に伴い継ぎ足すための装置において、
   上記泥水管の切羽側の部分をなす切羽側泥水管と、上記泥水管の坑口側の部分をなす坑口側泥水管と、上記シールド掘進機に牽引され且つ上記トンネルの長手方向に沿って移動可能で、上記切羽側泥水管の後端が固定される第一台車と、該第一台車上に配設され且つ上記トンネルの長手方向に沿って移動可能で、上記坑口側泥水管の前端が固定される第二台車と、上記第一台車に立設され、上記トンネルの上部に位置する水平面を有する第一フレームと、上記第二台車に立設され、上記トンネルの上部に位置する水平面を有する第二フレームと、上記切羽側泥水管と上記坑口側泥水管との間に介設され、且つ、上記第一フレームの上記水平面上及び上記第二フレームの上記水平面上に沿って湾曲させた状態で配設され、上記シールド掘進機の掘進に伴い上記切羽側泥水管と上記坑口側泥水管とが上記トンネルの長手方向に離間することを許容するための可撓性ホースとを備えたことを特徴とするシールド掘進機の泥水管継ぎ足し装置。
2. 上記坑口側泥水管を解放・閉塞するためのプラグ機構を備え、
   該プラグ機構を、上記第二台車に配設した請求項１に記載のシールド掘進機の泥水管継ぎ足し装置。

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