JP5336454B2

JP5336454B2 - 防爆型掘進装置

Info

Publication number: JP5336454B2
Application number: JP2010225361A
Authority: JP
Inventors: 栄治酒井
Original assignee: 株式会社アルファシビルエンジニアリング
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2030-10-05
Also published as: JP2012077552A

Description

本発明は、密閉型掘進機を用いてメタンや硫化水素等の爆発の危険性があるガスを含む地盤をトンネル掘削する際、ガス又はこれを含む地下水の侵入を阻止して防爆する防爆型掘進装置に関する。

地中に管路を埋設する場合、推進工法やシールド工法のような非開削工法が採用されることが多いが、腐植土層や軟弱シルト地盤等の堆積地盤を掘削する際、メタンや硫化水素等のガスを含む土質や地下水の箇所に遭遇する場合も多々見受けられる。いずれも可燃性で、濃度（一般的にメタンは５〜１５％が爆発濃度）によっては掘削機の作動時のモーターコイルの接触火花、スイッチの接触やリレー回路の微電流の発生時の火花で爆発を起こす危険性がある。

その場合、以下の対策が考えられる。
ａ）大きな送気・吸気の換気設備を別途設置し、掘削時に発生したガスを爆発しない風速で坑外の高位置へ一気に排気する（一般的には管内流速１ｍ／秒）。
ｂ）エアーカーテンを掘削機の後方に設置し、掘削機内から搬出される土砂や地下水に含まれているガスを管路側に侵入させないように遮断する。
ｃ）減速機付きモーター・回路ボックス・動力線コネクター・信号設備・信号線継ぎ手部・通信設備などの全ての掘進機内に装備された機器やコネクター類を完全防爆仕様に変更する。

しかし、前記ａ）記載の方法では、設備が大型でコストがかかり、残留ガスの完全除去までは至らない。前記ｂ）記載の方法では、ガスの遮断が不完全な場合が多い。前記ｃ）記載の方法では、コストがかかるとともに外部を被覆した機器が大型化し、内部空間が限られる中小口径の掘削機では機内装備として設置が難しく、防爆部品の入手に時間を要し、特定部品では入手が困難な場合もある。

これに対し、掘削機内にガスが侵入しても内部機器を防爆仕様にすることなく防爆できるようにした掘進装置が特許文献１で提案されている。この技術は、掘削機と推進管を隔壁で遮断し、掘削機内にヘリウム等の不燃性ガスを供給するガスボンベを設けたことを特徴としている。この技術によれば、掘削機内に不燃性ガスを充満させておくと、例えば掘削機の中折れ部分からガスを含む地下水が侵入しても、不燃性ガスの雰囲気中であるから爆発しない、というものである。

しかしながら、前記技術では、不燃性ガスを用いるからコストがかかる問題があり、管理が煩雑で取り扱いも慎重さが求められる。また、長時間掘進していると、ガスが掘削機内に徐々に侵入して濃度が高まっていき、不燃性ガスを充満させておいても濃度によっては爆発の危険性が依然あるという問題もある。

特開２００６−３０７６００号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、メタンや硫化水素等の爆発の危険性があるガスを含む地下水が掘削機内へ侵入するのを阻止し、確実に且つ低コストで防爆できるようにすることにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）掘削機の後端に複数の推進管を接続し、最後尾の推進管を元押しして掘削機で地盤を掘削しながら推進管を地中に埋入し、掘削された土砂を掘削機内の排土管に取り込んで坑外へ排出する掘進装置において、掘削機と接続される配管・配線を除いて掘削機の後方を閉塞する閉塞壁を設け、その閉塞壁を貫通して掘削機内に空気を圧送して掘削機内の気圧を地下水圧以上に一定圧に保持する送気手段を設け、掘削機内への水・ガスの侵入を阻止できるようにしたことを特徴とする防爆型掘進装置であって、掘削機と推進管との目地の内側位置に推進管内面との間を水密にする前後一対の膨張可能なエアーパッキンを介してリング部材を取り付け、そのリング部材に閉塞壁を取り付け、掘削機内に空気を一定圧で圧送する送気管を閉塞壁に貫通した、防爆型掘進装置
２）前後の推進管同士の目地の内側位置にリング部材を所定間隔おいて取り付け、そのリング部材と推進管の内面との間の前後位置に膨張可能なエアーパッキンを介在し、その前後のエアーパッキン間に目地と連通し且つ推進管内とは隔離した空間を形成した、前記１）記載の防爆型掘進装置
３）排土管内の土砂を坑外に吸引する吸引手段を設け、排土管に逆止弁付きの吸気管を閉塞壁に貫通して設けた、前記１）又は２）記載の防爆型掘進装置
４）送気手段が、地下水圧を検知する液圧計と、掘削機内の気圧を検知する気圧計と、掘削機内に空気を圧送するレギュレーターと、気圧計で検知した掘削機内の気圧が液圧計で検知した地下水圧以上となるようにレギュレーターを制御する制御部とで構成したものである、前記１）〜３）いずれか記載の防爆型掘進装置
にある。

本発明の前記１）記載の構成によれば、掘削機内にガスを含む地下水が侵入しようとしても、掘削機と推進管との間の一対のエアーパッキン・リング部材・閉塞壁によって掘削機と推進管とを隔離し、更に閉塞壁を貫通した送気管からの圧送空気によって掘削機内の気圧が地下水圧以上に保持されるように加圧状態にあるから侵入しない。仮に中折修正装置の箇所で漏水が発生しても、機内圧が高いため地下水等は侵入しない。したがって、掘進に要する時間に係わらず地下水の侵入を確実に阻止して防爆でき、しかも侵入を阻止する気体は空気であるからガスボンベ等は不要で、低コストで実施できる。

本発明の前記２）記載の構成によれば、掘進中の推進管同士の目地の開閉でガスを含む地下水が侵入してもエアーパッキン間の空間に滞溜し、推進管内には侵入しない。したがって、ガスの侵入をより確実に阻止して防爆できる。

本発明の前記３）記載の構成によれば、ガスを含む土砂又は地下水が排土管内に取り込まれても、吸引力によって坑外へ迅速に排出され、ガスは掘削機内や推進管内に漏出しない。また、吸気管には逆止弁を備えているから、排土管内のガスが推進管内に逆流することもない。その他、掘削機の後方で吸泥を行っているために、仮にメタンの流入があっても排土として管内吸気で坑外に搬出できる。したがって、ガスの侵入をより確実に阻止して防爆できる。

本発明の前記４）記載の構成によれば、バーチカル（縦断勾配）推進工の場合や地盤内の透水性により地下水圧が変化しても、その変化に応じてレギュレーターの空気の圧送量が制御部で自動的に加減され、掘削機内の気圧を常に地下水圧以上に保持できる。

実施例の掘進装置の説明図である。実施例の掘削機と推進管との接続部分の断面図である。実施例の掘削機と推進管との接続部分の拡大図である。実施例の前後の推進管同士の接続部分の拡大図である。

以下、本発明を実施するための形態を実施例と図面に基づいて具体的に説明する。

図１は実施例の掘進装置の説明図、図２は実施例の掘削機と推進管との接続部分の断面図、図３は実施例の掘削機と推進管との接続部分の拡大図、図４は実施例の前後の推進管同士の接続部分の拡大図である。

図中、１０は掘削機、１１は外殻、１２は排土取込口、１３は隔壁、１４はカッター、１５はモーター、１６は胴管、１７は目地、２０は排土装置、２１は排土管、２２は排土バルブ、２３は排土貯溜槽、２３ａは攪拌羽根、２３ｂはモーター、２４は排土管、２５は吸気管、２５ａは逆止弁、３０は推進管、３１はカラー、３２はパッキン、３３，３４は目地、４０はリング部材、４１はエアーパッキン、４２は閉塞壁、４２ａは点検窓、４３はエアー供給チューブ、４４はレギュレーター、４５は送気管、４６はレギュレーター（送気手段）、４６ａは液圧計、４６ｂは気圧計、４６ｃは制御部、４７は排気管、５０はリング部材、５１はエアーパッキン、５２は滞留室、５３はエアー供給チューブ、５４はレギュレーターである。

本実施例の掘進装置の掘削機１０は、図１に示すように、外殻１１を複数に分割して方向修正用ジャッキ（図示せず）で中折れ可能に連結し、最前の外殻１１に排土取込口１２を備えた隔壁１３を取り付けている。その隔壁１３の前方にはカッター１４を配置し、そのカッター１４を回転駆動するモーター１５を隔壁１３の背面に取り付けている。

排土装置２０は、排土管２１を排土取込口１２に取り付けて連通し、その排土管２１の途中位置に排土バルブ２２を取り付け、排土管２１の終端に排土貯溜槽２３を取り付けている。排土貯溜槽２３内には攪拌羽根２３ａをモーター２３ｂで回転自在に取り付け、排土貯溜槽２３の後面に排土管２４を接続して坑外まで配管し、排土管２４の終端に吸引装置（図示せず）を設けている。

掘削機１０と推進管３０との接続部分は、図２，３に示すように、掘削機１０の最後尾の外殻１１の後端位置に胴管１６を推進管３０に対して取り付け、その胴管１６の後端位置に推進管３０の内径よりやや小径のリング部材４０を推進管３０に対して取り付け、そのリング部材４０と推進管３０との間にエアーパッキン４１を前後に設けて水密している。リング部材４０には閉塞壁４２を設けて掘削機１０と推進管３０とを隔離し、逆止弁２５ａ付きの吸気管２５を閉塞壁４２に貫通して排土貯溜槽２３に配管している。閉塞壁４２には掘削機１０内の様子を確認できる透明な点検窓４２ａを備えている。

エアーパッキン４１にはエアー供給チューブ４３を接続し、レギュレーター４４で空気を圧送して一定圧力の膨張の状態を保持できるようにしている。閉塞壁４２には送気管４５を貫通して設け、外殻１１の左右の外面に地下水圧を検知する液圧計４６ａを取り付け、閉塞壁４２の外殻１１側に掘削機１０内の気圧を検知する気圧計４６ｂを取り付け、掘削機１０内に送気管４５を通じて空気を圧送するレギュレーター４６を設け、気圧計４６ｂで検知した掘削機１０内の気圧が液圧計４６ａで検知した地下水圧と比較して水頭差＋２ｍ以上（予備圧）となるようにレギュレーター４６を制御する制御部４６ｃを設けている。また、閉塞壁４２には排気管４７を貫通して坑外まで配管し、その終端に吸引装置（図示せず）を設けている。その他、モーター１５，２３ｂの配線等（図示せず）が閉塞壁４２を貫通している。

前後の推進管３０同士の接続部分は、図４に示すように、推進管３０の内径よりやや小径のリング部材５０を推進管３０に対して取り付け、そのリング部材５０と推進管３０との間の前後位置にエアーパッキン５１を設けて水密し、前後のエアーパッキン５１間の位置に目地３４と連通し且つ推進管３０内とは隔離した滞留室５２を形成している。エアーパッキン５１にはエアー供給チューブ５３を接続し、レギュレーター５４で空気を圧送して一定圧力の膨張の状態を保持できるようにしている。

本実施例では、レギュレーター４４，５４でエアーパッキン４１，５１を一定圧力に膨張させて推進管３０に密接させる。また、液圧計４６ａと気圧計４６ｂで地下水圧と掘削機１０内の気圧を検知し、制御部４６ｃでレギュレーター４６を制御して掘削機１０内の気圧が地下水圧と比較して水頭差＋２ｍ以上（予備圧）に保持されるように空気を圧送する。坑外の吸引装置（図示せず）を駆動すると、排土装置２０内が負圧となって逆止弁２５ａ付きの吸気管２５から自然吸気される。

モーター１５，２３ｂを駆動して最後尾の推進管３０を元押しすると、カッター１４が地盤を掘削しながら地中を掘進する。掘削された土砂は排土取込口１２から排土装置２０の排土管２１内に取り込まれ、後方へ搬送されて排土貯溜槽２３に落下する。排土貯溜槽２３では攪拌羽根２３ａで攪拌されて流動化し、排土管２４を通じて吸引装置の吸引力で坑外へ排出される。

ここで、地盤が腐植土層や軟弱シルト地盤の場合、メタンや硫化水素等の爆発の危険性があるガスを含む土砂又は地下水が排土装置２０内に取り込まれたり、ガスを含む地下水が目地１７，３３，３４から侵入しようとすることがある。ガスを含む土砂又は地下水が排土装置２０内に取り込まれた場合は、吸引力によって坑外へ直接排出されるから、ガスが掘削機１０の内部空間に漏出することはない。また、吸気管２５には逆止弁２５ａを備えているから、排土装置２０内のガスが逆流して推進管３０内に流入することもない。

掘削機１０では、内部空間が閉塞壁４２及びエアーパッキン４１で後方の推進管３０と隔離されているとともに、掘削機１０内の気圧が水頭差＋２ｍに保持されているから、ガスを含む地下水は目地１７，３３から掘削機１０内に侵入することはない。また、バーチカル（縦断勾配）推進工の場合や地盤内の透水性により地下水圧が変化しても、その変化に応じてレギュレーター４６の空気の圧送量が制御部４６ｃで自動的に加減され、掘削機１０内の気圧が常に水頭差＋２ｍに保持される。さらに、前後の推進管３０同士の目地３４では、リング部材５０とエアーパッキン５１で密閉されているから、掘進中の目地３４の開閉でガスを含む地下水が侵入しても滞流室５２に滞溜し、推進管３０内に侵入することはない。

本発明の技術は、メタンや硫化水素等の爆発の危険性があるガスを含む土質や地下水を有する腐植土層や軟弱シルト地盤等の掘進に有用である。

１０掘削機
１１外殻
１２排土取込口
１３隔壁
１４カッター
１５モーター
１６胴管
１７目地
２０排土装置
２１排土管
２２排土バルブ
２３排土貯溜槽
２３ａ攪拌羽根
２３ｂモーター
２４排土管
２５吸気管
２５ａ逆止弁
３０推進管
３１カラー
３２パッキン
３３，３４目地
４０リング部材
４１エアーパッキン
４２閉塞壁
４２ａ点検窓
４３エアー供給チューブ
４４レギュレーター
４５送気管
４６レギュレーター（送気手段）
４６ａ液圧計
４６ｂ気圧計
４６ｃ制御部
４７排気管
５０リング部材
５１エアーパッキン
５２滞留室
５３エアー供給チューブ
５４レギュレーター

Claims

掘削機の後端に複数の推進管を接続し、最後尾の推進管を元押しして掘削機で地盤を掘削しながら推進管を地中に埋入し、掘削された土砂を掘削機内の排土管に取り込んで坑外へ排出する掘進装置において、掘削機と接続される配管・配線を除いて掘削機の後方を閉塞する閉塞壁を設け、その閉塞壁を貫通して掘削機内に空気を圧送して掘削機内の気圧を地下水圧以上に一定圧に保持する送気手段を設け、掘削機内への水・ガスの侵入を阻止できるようにしたことを特徴とする防爆型掘進装置であって、掘削機と推進管との目地の内側位置に推進管内面との間を水密にする前後一対の膨張可能なエアーパッキンを介してリング部材を取り付け、そのリング部材に閉塞壁を取り付け、掘削機内に空気を一定圧で圧送する送気管を閉塞壁に貫通した、防爆型掘進装置。
前後の推進管同士の目地の内側位置にリング部材を所定間隔おいて取り付け、そのリング部材と推進管の内面との間の前後位置に膨張可能なエアーパッキンを介在し、その前後のエアーパッキン間に目地と連通し且つ推進管内とは隔離した空間を形成した、請求項１記載の防爆型掘進装置。
排土管内の土砂を坑外に吸引する吸引手段を設け、排土管に逆止弁付きの吸気管を閉塞壁に貫通して設けた、請求項１又は２記載の防爆型掘進装置。
送気手段が、地下水圧を検知する液圧計と、掘削機内の気圧を検知する気圧計と、掘削機内に空気を圧送するレギュレーターと、気圧計で検知した掘削機内の気圧が液圧計で検知した地下水圧以上となるようにレギュレーターを制御する制御部とで構成したものである、請求項１〜３いずれか記載の防爆型掘進装置。