JP5425856B2 - Muddy water type shield machine - Google Patents
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Description
本発明は、泥水式シールド掘進機に関し、特にカッターチャンバーに充填された泥水の圧力によって切羽面を安定させながらトンネルの掘進を行う泥水式シールド掘進機に関する。 The present invention relates to a muddy water shield machine, and more particularly to a muddy water shield machine that performs tunnel tunneling while stabilizing a face surface by the pressure of muddy water filled in a cutter chamber.
泥水式シールド掘進機は、掘進機本体の先端部に設けられて切羽面を掘削するカッターヘッドの後方に、隔壁によって仕切られたカッターチャンバーを形成すると共に、このカッターチャンバーに泥水を充填して、充填した泥水の圧力(泥水圧)によって切羽面を安定させながらトンネルの掘進を行うシールド掘進機であり、カッターチャンバーに充填した泥水を、泥水槽や泥水タンクとの間で循環させて、掘削土砂を泥水と共に泥水槽や泥水タンクに搬送することで、カッターヘッドによって掘削した掘削土砂をカッターチャンバーから排出しつつトンネルの掘進を行えるようになっている。 The muddy water shield machine forms a cutter chamber partitioned by a partition wall behind the cutter head that is provided at the tip of the machine body and excavates the face, and fills the cutter chamber with muddy water. This is a shield excavator that excavates the tunnel while stabilizing the face with the pressure of the muddy water (muddy water pressure). The muddy water filled in the cutter chamber is circulated between the muddy water tank and muddy water tank, and excavated soil Is transported together with muddy water to a muddy water tank or muddy water tank, so that the tunnel can be dug while discharging excavated earth and sand excavated by the cutter head from the cutter chamber.
また、泥水式シールド掘進機を改良したものとして、カッターチャンバーの後方にエアチャンバーを形成すると共に、カッターチャンバーとエアチャンバーとをこれらの下部において連通させることで、エアチャンバー内の泥水層の上方に空気層を形成した状態でトンネルの掘進を行うようにした、エアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機が開発されている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, as an improvement of the muddy water shield machine, an air chamber is formed behind the cutter chamber, and the cutter chamber and the air chamber are communicated with each other at the lower part thereof, so that the muddy water layer in the air chamber is located above the muddy water layer. A mud shield shield machine equipped with an air chamber has been developed in which a tunnel is dug in a state where an air layer is formed (see, for example, Patent Document 1).
このようなエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機では、例えばエアチャンバー内における泥水層と空気層との境界部分である泥水の液面の高さを、空気層の空気圧の制御と、カッターチャンバー及びエアチャンバーへの泥水の送泥や排泥の制御とによって、所定の高さとなるように設定した状態で、切羽面における地山側からの水圧の変化等による圧力変動を、エアチャンバー内の空気層を形成する空気の圧縮膨張性によって緩和しながら、トンネルの掘進を行えるようになっている。 In the muddy water type shield machine equipped with such an air chamber, for example, the height of the muddy water level, which is the boundary between the muddy water layer and the air layer in the air chamber, the air pressure of the air layer, the cutter chamber, Pressure fluctuations due to changes in water pressure from the ground surface on the face face are controlled by controlling the mud flow and mud discharge to the air chamber, and the air layer in the air chamber. The tunnel can be dug while being relaxed by the compressive and expansibility of air.
一方、泥水式シールド掘進機によって掘削される地山の土質は、トンネルの掘進に伴って変化するものであり、また特に、例えば大断面のトンネルの場合、地山の土質が断面方向に均質でない場合が多く、例えば均等係数の少ない砂層や、砂礫層や、岩盤層に遭遇したり、切羽面にこれらの層が含まれていると、泥水の噴発や放出等を原因として、逸水等によるトラブルが発生する場合がある。逸水等が生じた場合には、カッターチャンバー内の加圧された泥水が切羽面から地山側に抜けることで、カッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力も急激に低下することになる。また、例えばカッターチャンバーから泥水を排泥する排泥管が閉塞したり、キャビテーションが発生すると、カッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力が急激に上昇することになる。 On the other hand, the soil quality of the natural ground excavated by the muddy water shield excavator changes with the tunnel excavation. In particular, in the case of a tunnel with a large section, the soil texture of the natural ground is not homogeneous in the cross-sectional direction. In many cases, for example, when a sand layer, a gravel layer, or a bedrock layer with a low uniformity coefficient is encountered, or when these layers are included in the face, there is a loss of water due to the eruption or release of muddy water. May cause trouble. When water loss or the like occurs, the pressure in the cutter chamber or the air chamber is also rapidly lowered by the pressurized muddy water in the cutter chamber being removed from the face to the ground. Further, for example, when a mud pipe for draining muddy water from the cutter chamber is blocked or cavitation occurs, the pressure in the cutter chamber or the air chamber will rise rapidly.
ここで、切羽面における逸水や、排泥管の閉塞等が生じた場合に、これらを検知してカッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力を早急に回復できれば、切羽面を安定させて引き続き掘進を行えるようになるものと考えられる。カッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力が急激に低下したり上昇したりすると、これに追随して、エアチャンバー内における泥水層の液面の水位も上下に変動することになるため、泥水層の液面の水位を精度良く検出して管理することは、カッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力を早急に回復させて、切羽面を安定させる上で重要である。 Here, if there is water loss on the face, clogging of the sludge pipe, etc., if these can be detected and the pressure in the cutter chamber or air chamber can be recovered quickly, the face will be stabilized and digging will continue. It will be possible to do it. If the pressure in the cutter chamber or air chamber suddenly drops or rises, the water level of the muddy water layer in the air chamber will also fluctuate up and down. It is important to accurately detect and manage the water level on the surface in order to quickly recover the pressure in the cutter chamber and the air chamber and stabilize the face.
このため、例えば特許文献1のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機では、エアチャンバーを仕切る本体側隔壁からトンネルの坑内側に張り出させて、エアチャンバー内の空気層と泥水層とを連通する管状のセンサー取付体を設けておき、このセンサー取付体の内部において、例えばセンサー取付体内の水面に配置した反射板と、該反射板に向って発した光線や音波によって該センサー取付体内の水位を検出するレーザーや超音波式センサーとを用いて、泥水層の液面の水位を計測できるようになっている。また、このセンサー取付体は、トンネルの坑内側に張り出させて設けたことで、エアチャンバー内に作業員が立ち入ることなく、トンネルの坑内側からの作業によって、交換したり保守点検したりすることができるようになっている。 For this reason, for example, in the muddy water type shield machine equipped with the air chamber of Patent Document 1, the air layer in the air chamber and the muddy water layer are communicated by projecting from the main body side partition wall that partitions the air chamber to the inside of the tunnel. A tubular sensor mounting body is provided, and in this sensor mounting body, for example, a reflecting plate disposed on the water surface in the sensor mounting body, and the water level in the sensor mounting body is measured by light rays and sound waves emitted toward the reflecting plate. The water level of the muddy water layer can be measured using a detecting laser or ultrasonic sensor. In addition, this sensor mounting body is provided so as to project inside the tunnel mine, so that it can be replaced or inspected by work from inside the tunnel mine without workers entering the air chamber. Be able to.
しかしながら、特許文献1に記載の泥水式シールド掘進機では、管状のセンサー取付体の内部での泥水層の水位を正確に計測することができる一方で、泥水層を形成する泥水は、比重を高くするためにベントナイト成分等が含まれていて、粘性が高くなっていることから、エアチャンバー内の圧力の低下や上昇に伴う、当該エアチャンバー内における泥水層の液面の水位の低下や上昇が、管状のセンサー取付体の内部における泥水層の水位の低下や上昇に反映されるまでには、相当の時間を要することになる。また、特に、カッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力が急激に低下したり上昇した場合に、これをセンサー取付体の内部で検知するまでには相当の時間遅れを生じて、カッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力を早急に回復させることが難しくなると考えられる。したがって、例えばカッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力が急激に低下したり上昇した際に、これらの圧力の低下や上昇に伴うエアチャンバー内の泥水層の液面の水位の低下や上昇を、時間遅れを生じることなく即座に検知することを可能にすると共に、エアチャンバー内に作業員が立ち入ることなく、液面計を交換したり保守点検したりすることを可能にする、新たな技術の開発が望まれている。 However, in the muddy water shield machine described in Patent Document 1, the muddy water level inside the tubular sensor mounting body can be accurately measured, while the muddy water forming the muddy water layer has a high specific gravity. In order to do so, bentonite components and the like are included, and the viscosity is high, so that the water level of the muddy water layer in the air chamber decreases or rises as the pressure in the air chamber decreases or rises. A considerable amount of time is required until the water level of the muddy water layer falls or rises in the tubular sensor mounting body. In particular, when the pressure in the cutter chamber or air chamber suddenly drops or rises, there is a considerable time delay until it is detected inside the sensor mounting body, and the inside of the cutter chamber or air chamber It is considered difficult to quickly recover the pressure of Therefore, for example, when the pressure in the cutter chamber or air chamber suddenly drops or rises, the drop or rise in the liquid level of the muddy water layer in the air chamber due to the drop or rise in these pressures is delayed in time. New technology development that enables immediate detection without causing trouble, and allows the level gauge to be replaced or serviced without the operator entering the air chamber. It is desired.
本発明は、例えばカッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力が急激に低下したり上昇した際に、これらの圧力の低下や上昇に伴うエアチャンバー内の泥水層の液面の水位の低下や上昇を、時間遅れを生じることなく液面計を用いて即座に検知することができると共に、エアチャンバー内に作業員が立ち入ることなく、液面計を交換したり保守点検したりすることのできるエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機を提供することを目的とする。 In the present invention, for example, when the pressure in the cutter chamber or the air chamber suddenly decreases or increases, the decrease or increase in the water level of the muddy water layer in the air chamber accompanying the decrease or increase in these pressures, An air chamber that can be detected immediately using a liquid level gauge without causing a time lag, and can be replaced or serviced without an operator entering the air chamber. An object is to provide a muddy water type shield machine.
本発明は、掘進機本体の先端部に設けられて切羽面を掘削するカッターヘッドと、該カッターヘッドの後方に配置されたカッター側隔壁によって仕切られて、該カッター側隔壁と前記カッターヘッドとの間に形成されたカッターチャンバーと、該カッターチャンバーの後方に配置された本体側隔壁によって仕切られて、該本体側隔壁と前記カッター側隔壁との間に形成されたエアチャンバーとを含んで構成され、前記カッターチャンバーに充填された泥水の圧力によって切羽面を安定させながらトンネルの掘進を行う泥水式シールド掘進機において、前記エアチャンバーと前記カッターチャンバーとは、前記カッター側隔壁の下部に設けられた連通口を介して連通していることで、前記エアチャンバーの下部に泥水層が、上部に空気層が形成されており、切羽面における地山側の圧力変動を、前記エアチャンバー内の前記空気層の空気の圧縮膨張性によって緩和しながらトンネルの掘進を行えるようになっており、前記本体側隔壁の上部には、当該本体側隔壁から前記カッター側隔壁側に張り出して、液面計設置室が、底面部に形成された計測開口を前記泥水層の液面の直上部分に配置して設けられており、前記液面計設置室には、前記計測開口との間の中空計測路を密閉可能に開閉するバルブ機構を介在させて、前記泥水層の液面からの反射波を検出して前記泥水層の水位を計測する液面計が、着脱可能に設置されている泥水式シールド掘進機を提供することにより、上記目的を達成したものである。 The present invention is provided by a cutter head provided at the tip of the excavator main body for excavating the face, and a cutter-side partition disposed behind the cutter head, and the cutter-side partition and the cutter head A cutter chamber formed between the main body side partition wall and the cutter side partition wall, and is partitioned by a main body side partition wall disposed behind the cutter chamber. In the muddy water type shield excavator that excavates the tunnel while stabilizing the face by the pressure of the muddy water filled in the cutter chamber, the air chamber and the cutter chamber are provided below the cutter side partition wall. By communicating through the communication port, a muddy water layer is formed at the lower part of the air chamber and an air layer is formed at the upper part. It is possible to dig a tunnel while mitigating the pressure fluctuation on the ground surface on the face surface by the compressive expansibility of the air in the air layer in the air chamber. Is projecting from the main body side partition to the cutter side partition side, and a liquid level gauge installation chamber is provided with a measurement opening formed in the bottom surface portion arranged in a portion directly above the liquid level of the muddy water layer, In the liquid level gauge installation chamber, a valve mechanism that opens and closes a hollow measurement path between the measurement opening and the sealing opening is interposed to detect a reflected wave from the liquid level of the muddy water layer and to detect the muddy water layer. The liquid level gauge that measures the water level provides the muddy water type shield machine that is detachably installed, thereby achieving the above object.
そして、本発明の泥水式シールド掘進機は、前記バルブ機構が、前記計測開口の開口周縁部に一体として接合された、中央部分に貫通開口を備える下部フランジ部材と、該下部フランジ部材の上方に一体として接合されたバルブ部材と、該バルブ部材の上方に着脱可能に一体として接合された、中央部分に貫通開口を備える上部フランジ部材とを含んで構成されており、前記上部フランジ部材に前記液面計が一体として取り付けられていることが好ましい。 In the muddy water type shield machine according to the present invention, the valve mechanism is integrally joined to the opening peripheral edge of the measurement opening, and has a lower flange member having a through opening at a central portion, and above the lower flange member. A valve member joined as a unit, and an upper flange member that is detachably joined to the upper part of the valve member and that has a through-opening at a central portion thereof. It is preferable that the surface meter is attached integrally.
また、本発明の泥水式シールド掘進機は、前記バルブ部材が、ボールバルブであることが好ましい。 In the muddy water shield machine according to the present invention, the valve member is preferably a ball valve.
さらに、本発明の泥水式シールド掘進機は、前記液面計が、超音波式液面計であることが好ましい。 Furthermore, in the muddy water type shield machine according to the present invention, the liquid level gauge is preferably an ultrasonic liquid level gauge.
さらにまた、本発明の泥水式シールド掘進機は、前記液面計が設置されている前記液面計設置室が、前記エアチャンバーの中央部分を挟んだ両側に各々設けられていることが好ましい。 Furthermore, in the muddy water type shield machine according to the present invention, it is preferable that the liquid level gauge installation chambers in which the liquid level gauge is installed are respectively provided on both sides of the central portion of the air chamber.
本発明のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機によれば、例えばカッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力が急激に低下したり上昇した際に、これらの圧力の低下や上昇に伴うエアチャンバー内の泥水層の液面の水位の低下や上昇を、時間遅れを生じることなく液面計を用いて即座に検知することができると共に、エアチャンバー内に作業員が立ち入ることなく、液面計を交換したり保守点検したりすることができる。 According to the muddy water type shield machine equipped with the air chamber of the present invention, for example, when the pressure in the cutter chamber or the air chamber suddenly decreases or increases, the muddy water in the air chamber accompanying the decrease or increase in these pressures. A drop or rise in the water level in the bed can be detected immediately using a liquid level gauge without causing a time delay, and the liquid level gauge can be replaced without entering the air chamber. Maintenance and inspection.
図1及び図2に示す本発明の好ましい一実施形態に係る泥水式シールド掘進機10は、例えば地下水が存在する地盤に、例えばトンネルの断面の直径が6〜20m程度の大きさの、道路や地下鉄用のトンネルを構築する工事において、周囲の地盤に影響を与えることなく、泥水の圧力(泥水圧)によって切羽面20を安定させながらトンネルを掘進してゆくためのシールド掘進機として採用されたものである。また、本実施形態の泥水式シールド掘進機10は、切羽面20を掘削するカッターヘッド12の後方に形成されたカッターチャンバー13の後方に、さらにエアチャンバー14を備えることで、切羽面20における地山側の圧力変動を、エアチャンバー14に形成された空気層15の空気の圧縮膨張性によって緩和しながら、トンネルの掘進を行えるようにする機能を備えている。さらに、例えばトンネルの掘進中に切羽面20における逸水や、排泥管の閉塞等が生じてカッターチャンバー13やエアチャンバー14内の圧力が急激に低下したり上昇した際に、これらの圧力の低下や上昇に伴うエアチャンバー14内の泥水層19の液面19aの水位の低下や上昇を、時間遅れを生じることなく液面計44を用いて即座に検知することを可能にする機能を備えている。
A muddy water
すなわち、本実施形態の泥水式シールド掘進機10は、掘進機本体11の先端部に設けられて切羽面20を掘削するカッターヘッド12と、カッターヘッド12の後方に配置されたカッター側隔壁16によって仕切られて、カッター側隔壁16とカッターヘッド12との間に形成されたカッターチャンバー13と、カッターチャンバー13の後方に配置された本体側隔壁17によって仕切られて、本体側隔壁17とカッター側隔壁16との間に形成されたエアチャンバー14とを含んで構成され、カッターチャンバー12に充填された泥水21の圧力によって切羽面20を安定させながらトンネルの掘進を行うシールド掘進機において、エアチャンバー14とカッターチャンバー13とは、カッター側隔壁16の下部に設けられらた連通口18を介して連通していることで、エアチャンバー14の下部に泥水層19が、上部に空気層15が形成されており、切羽面20における地山側の圧力変動を、エアチャンバー14内の空気層15の空気の圧縮膨張性によって緩和しながらトンネルの掘進を行えるようになっている。
That is, the muddy water
そして、本体側隔壁17の上部には、当該本体側隔壁17からカッター側隔壁側16に張り出して、液面計設置室40が、その底面部40aに形成された計測開口41を泥水層19の液面の直上部分に配置して設けられており、液面計設置室40には、図3(a)、(b)にも示すように、計測開口41との間の中空計測路42を密閉可能に開閉するバルブ機構43を介在させて、泥水層19の液面19aからの反射波を検出して泥水層19の水位を計測する液面計44が、着脱可能に取り付けられている。
And in the upper part of the main body
また、本実施形態では、バルブ機構43は、計測開口41の開口周縁部に一体として接合された、中央部分に貫通開口45a(図4参照)を備える下部フランジ部材45と、この下部フランジ部材45の上方に一体として接合された、好ましくはボールバルブからなるバルブ部材46と、このバルブ部材46の上方に着脱可能に一体として接合された、中央部分に貫通開口47a(図5参照)を備える上部フランジ部材47とを含んで構成されており、この上部フランジ部材47に液面計44が一体として取り付けられている。
In the present embodiment, the
本実施形態では、泥水式シールド掘進機10の掘進機本体11は、図1及び図2に示すように、従来のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機の掘進機本体と略同様の構成を備えている。すなわち、掘進機本体11は、筒状(円筒状)に形成された外殻体30と、掘進機本体11の先端部に配設されると共に、公知のカッター回転駆動機構(図示せず)によって回転制御されて切羽面20を掘削するカッターヘッド12と、カッターヘッド12から掘進方向と反対方向に離間して外殻体30の内部に形成されたカッター側隔壁16と、カッター側隔壁16から掘進方向と反対方向に離間して外殻体30の内部に形成された本体側隔壁17とを有している。
In this embodiment, the digging machine
カッター側隔壁16は、外殻体30の内部を掘進方向の前後に仕切るように形成された円板状の仕切板からなる。カッター側隔壁16の後方に配置される本体側隔壁17は、中央部分が円形に切り抜かれると共に、下端部分が弓形形状に切り欠かれた、略円環ドーナ板形状の仕切板からなる(図2参照)。本体側隔壁17の円形に切り抜かれた中央部分には、円筒形状の内筒体31が内側に嵌め込まれている。内筒体31は、カッター側隔壁16の背面まで延設してこれに密着した状態で、本体側隔壁17に一体として接合されている(図1参照)。本体側隔壁17の弓形形状に切り欠かれた下端部分には、カッターチャンバー13側に傾斜する平坦な底部をエアチャンバー14に形成する、底板32が設けられている。底板32は、カッター側隔壁16の背面まで延設してこれに密着した状態で、本体側隔壁17に一体として接合されている。
The cutter-
これらによって、カッター側隔壁16と本体側隔壁17の間には、従来のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機と同様に、下端部分が切り欠かれた略円環ドーナ形状のエアチャンバー14が形成される。また、エアチャンバー14は、底部を覆う底板32の直上部分において、カッター側隔壁16の下部に開口形成された連通口18を介して、カッターチャンバー13と連通している。これによって、カッターチャンバー13からエアチャンバー14に泥水が送り込まれて、空気層15の下方の略下半部分に、泥水層19が形成されるようになっている。さらに、エアチャンバー14を径方向に区画してこれの中央部分に設けられた内筒体31の内側には、従来のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機と同様に、ギヤやモータ等を備える公知のカッター回転駆動機構(図示せず)が設けられている。
As a result, between the cutter
また、本実施形態では、泥水式シールド掘進機10の掘進機本体11に、カッターチャンバー13に泥水を送泥する送泥管33と、カッターチャンバー13から泥水を掘削土砂と共に排出する排泥管34とを備える。
Moreover, in this embodiment, the
送泥管33は、本体側隔壁17及びカッター側隔壁16の上部において、本体側隔壁17の後方からこれらを貫通して、カッターチャンバー13の上部に先端開口が開口するように取り付けられている。送泥管33は、送泥ポンプ(図示せず)を駆動することで、例えば立坑やトンネルの内部に設置した泥水槽や泥水タンク(図示せず)から、カッターチャンバー13に向けて泥水を送泥できるようになっている。
The
排泥管34は、底板32によって仕切られたエアチャンバー14の底部の下方において、カッター側隔壁16を貫通して、カッターチャンバー13の下部に後端開口が開口するように取り付けられている。排泥管34は、排泥ポンプ(図示せず)を駆動することで、例えば立坑やトンネルの内部に設置した泥水槽や泥水タンク(図示せず)に向けて、掘削土砂が混ざった泥水を、カッターチャンバー13から排出できるようになっている。
The
そして、送泥管33を介してカッターチャンバー13に泥水を送泥し、排泥管34を介してカッターチャンバー13から泥水を掘削土砂と共に排泥して、泥水槽や泥水タンク(図示すせ)との間で泥水をを循環させさながら、切羽面20をカッターヘッド12によって掘削しつつトンネルの掘進が行われるようになっている。送泥ポンプや排泥ポンプは、従来のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機と同様に、これらによる送泥量や排泥量を制御する公知の制御装置(図示せず)と接続されており、例えばカッターチャンバー13に設けられた泥水圧検出器50による検出結果に基づいて、カッターチャンバー13内の泥水圧が所定の値となるように、送泥量や排泥量を制御できるようになっている。
Then, mud is sent to the
さらに、本実施形態では、泥水式シールド掘進機10の掘進機本体11には、エアチャンバー14内の空気層15に空気を圧送する給気配管24と、空気層15から空気を排出する排気配管35とが、本体側隔壁17の上部において当該本体側隔壁17を貫通して設けられている。
Further, in the present embodiment, the
給気配管24には、圧縮空気を貯留する空気タンク22と、圧縮空気を生成する空気圧縮機23とが接続していると共に、給気減圧調整バルブ25や給気側エアーコントロールバルブ26が設けられている。給気配管24は、通常のトンネルの掘進時には、エアチャンバー14内の空気層15の空気圧が予め設定された所定の圧力に保持されるように、好ましくは給気減圧調整バルブ25や給気側エアーコントロールバルブ26を公知の制御装置(図示せず)により制御して、空気タンク22から空気層15に圧縮空気を圧送し続けることができるようになっている。また、カッターチャンバー13内の泥水圧やエアチャンバー14内の空気層15の空気圧の急激な低下や上昇が、泥水圧検出器50やチャンバー内空気圧検出器27によって検知された際や、後述する液面計44によって泥水層19の液面19aの低下や上昇を検出することで検知された際には、好ましくは給気減圧調整バルブ25や給気側エアーコントロールバルブ26を制御装置(図示せず)により制御して、空気層15に圧縮空気を圧送する量を増加させたり減少させたりすることによって、空気層15の空気圧が所定の圧力となるように、早急に回復させることができるようになっている。
An
排気配管35には、排気側エアーコントロールバルブ38が設けられている。排気配管35は、通常のトンネルの掘進時には、エアチャンバー14内の空気層15の空気圧が予め設定された所定の圧力に保持されるように、好ましくは給気配管24の給気側エアーコントロールバルブ26と連動させて、排気側エアーコントロールバルブ38を公知の制御装置(図示せず)により制御することによって、空気層15から所望の量の空気を排出し続けることができるようになっている。また、カッターチャンバー13内の泥水圧やエアチャンバー14内の空気層15の空気圧の急激な低下や上昇が、泥水圧検出器50やチャンバー内空気圧検出器27によって検知された際や、後述する液面計44によって泥水層19の液面の低下や上昇を検出することで検知された際には、好ましくは給気配管24の給気側エアーコントロールバルブ26と連動させて、排気側エアーコントロールバルブ38を公知の制御装置(図示せず)により制御することによって、空気層15から排出される空気の量を減少させてたり増加させて、空気層15の空気圧が所定の圧力となるように、早急に回復させることができるようになっている。
The
そして、本実施形態では、本体側隔壁17の上部には、当該本体側隔壁17からカッター側隔壁側16に張り出して、液面計設置室40が、その底面部40aに形成された計測開口41を泥水層19の液面19aの直上部分に配置して設けられている。この液面計設置室40には、液面計44が、エアチャンバー14内の泥水層19の液面19aからの反射波を直接検出することが可能な状態で設置されている。
In the present embodiment, a liquid level
すなわち、液面計44は、空気層15を形成する加圧された空気が計測開口41から漏れ出ないように当該計測開口41から液面計44に到る中空計測路42を密閉可能に開閉する機能を備えるバルブ機構43を介して、液面計設置室40に着脱可能に取り付けられている。バルブ機構43は、図3(a)、(b)に示すように、液面計設置室40の底面部40aに形成された計測開口41の開口周縁部に一体として接合された、中央部分に貫通開口45a(図4参照)を備える下部フランジ部材45と、この下部フランジ部材45の上方に一体として接合された、ボールバルブからなるバルブ部材46と、このバルブ部材46の上方に着脱可能に一体として接合された、中央部分に貫通開口47a(図5参照)を備える上部フランジ部材47とを含んで構成されており、この上部フランジ部材46に液面計44が一体として取り付けられている。
That is, the
ここで、液面計設置室40は、例えば横幅bが400〜500mm程度、奥行きdが300〜450mm程度、高さhが500〜700mm程度の大きさの、中空の六面体形状を備える鋼製の函体として形成されており、本体側隔壁17に沿って配置される一側面が、開口面40bとなっている。液面計設置室40は、開口面40bの周縁部を、本体側隔壁17に形成された液面計取付け用の開口窓17a(図1参照)の周縁部に、溶接等によって強固に密着接合することによって、内筒体31の直上部分を避けた位置において、本体側隔壁17からカッター側隔壁側16に張り出した状態で、本体側隔壁17の上部に気密に一体として固定される。これによって、液面計設置室40の底面部40aに形成された計測開口41は、エアチャンバー14の内部の泥水層19による液面19aの直上部分に配置されることになる。
Here, the level
また、本実施形態では、液面計44が設置されている液面計設置室40は、図2に示すように、エアチャンバー14の中央部分に設けられた内筒体31を挟んだ両側に、各々2箇所ずつ、合計4箇所に設けられている。液面計設置室40がエアチャンバー14の中央部分を挟んだ両側に各々設けられていることにより、泥水層19の液面19aの水位を、中央部分を挟んだ両側の液面計44による検出値の平均値として計測することが可能になると共に、中央部分を挟んだ両側の液面計44による水位の差を計測することで、泥水21の状態(泥水21の粘度やばらつき等)を管理することが可能になる。液面計設置室40がエアチャンバー14の中央部分を挟んだ両側に各々2箇所ずつ設けられていることにより、これらの液面計設置室40に設置された液面計44を予備として互いに補完させて、例えば一方の液面計44が故障した汚れたり保守点検が必要になった場合に、他方の液面計44によって引き続き泥水層19の液面19aの水位を計測することが可能になる。
In the present embodiment, the level
本実施形態では、バルブ機構43を構成する下部フランジ部材45は、図3(a)、(b)及び図4に示すように、例えば鋼製の円環ドーナツ形状の厚板状部材であって、その中央部分に貫通開口45aが形成されている。また、下部フランジ部材45には、貫通開口45aの開口縁部から下方に突出して、鋼製の接合スリーブ45bが一体として取り付けられている(図3(b)参照)。この接合スリーブ45bの下端部を、液面計設置室40の計測開口41の開口周縁部に接合することで、下部フランジ部材45は、液面計設置室40の底面部40aから浮かせた状態で、接合スリーブ45bを介して計測開口41の開口周縁部に気密に一体として接合される。また、下部フランジ部材45の上面には、バルブ部材46の下部フランジ部46aが、溶接接合や接着接合等によって気密に一体として接合される。
In the present embodiment, the
バルブ部材46は、本実施形態では、ボールバルブからなる。ボールバルブは、中央部分を直径方向に貫通して相当の大きさの開口断面積を有する貫通穴が形成された、球状の弁体を備える公知のバルブ部材である。ポールバルブは、ハンドル部46cを操作して、弁体の貫通穴の軸心を当該弁体を挟んだ両側の中空流路の軸心に沿わせることで、両側の中空流路を連通させると共に、弁体の貫通穴の軸心を両側の中空流路の軸心と垂直な方向に配置することで、両側の中空流路を密閉状態で遮断する機能を備えている。
In this embodiment, the
バルブ部材46には、これの下端部にボルト締着孔48が形成された下部フランジ部46aが、これの上端部にボルト締着孔48が形成された上部フランジ部46bが、各々一体として取り付けられている。上述のように、下部フランジ部46aを介して、バルブ部材46が下部フランジ部材45の上方に一体として接合されると共に、上部フランジ部46bを介して、液面計44が取り付けられた上部フランジ部材47が、バルブ部材46の上方に着脱可能に一体として接合されることになる。
A
上部フランジ部材47は、図3(a)、(b)及び図5に示すように、例えば鋼製の円環ドーナツ形状の厚板状部材であって、その中央部分に貫通開口47aが形成されている。また、上部フランジ部材47には、周方向に所定の間隔をおいて、バルブ部材46の上部フランジ部46bに形成されたボルト締着孔48と対応する位置に、ボルト締着孔49が複数形成されている。上部フランジ部材47は、ボルト締着孔49をバルブ部材46の上部フランジ部46bに形成されたボルト締着孔48に合致させて、締着ボルト50を締め付けることにより、上部フランジ部46bの上面に、液面計44と共に着脱可能に気密に一体として接合される。上部フランジ部材47の上面には、液面計44が、貫通開口47aを閉塞するようにして一体として取り付けられている。
As shown in FIGS. 3 (a), 3 (b) and 5, the
液面計44は、液面からの反射波を検出して液面の水位を計測する計測器として公知のものであり、例えば発射部から泥水層19の液面19aに向けて超音波を発射すると共に、泥水層19の液面19aから反射する超音波を受波部で検出して泥水層19の水位を計測することが可能な、公知の各種の超音波式液面計を好ましく用いることができる。
The
液面計44は、図3(a)、(b)に示すように、例えばこれの下端部に設けられた接合フランジ部44aを、貫通開口47a(図5参照)を覆うようにして溶接接合や接着接合等によって上部フランジ部材47の上面に気密に接合することで、上部フランジ部材47の上面から立設した状態で、上部フランジ部材47に一体して取り付けられる。またこれによって、液面計44の発射部や受波部は、当該液面計44と、液面計設置室40の底面部40aの計測開口41との間に上下方向に連通して形成された、下部フランジ部材45の貫通開口45aと、バルブ部材46の弁体の貫通穴及び弁体の両側の中空流路と、上部フランジ部材47の貫通開口47aとによる、相当の大きさの開口断面積を有する中空計測路42に向けた状態で、配置されることになる。
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the
そして、本実施形態では、泥水式シールド掘進機10によるトンネルの掘進中においては、ボールバルブによるバルブ部材46の弁体に形成された貫通穴の軸心を、弁体の両側の中空流路の軸心に沿わせることで、相当の大きさの開口断面積を有する中空計測路42を、その全長にわたって開放させた状態とする。これによって、開放された中空計測路42を介して、エアチャンバー14の内部の泥水層19の液面19aに向けて、液面計44から好ましくは超音波を発射すると共に、泥水層19の液面19aから反射する超音波を受波部で検出することによって、泥水層19の水位を、常時、エアチャンバー14内の空気層15から加圧された空気をトンネルの坑内側に漏れ出させることなく、直接計測することが可能になる。また、泥水層19の水位を、液面計44によって、常時、直接計測できるようになっているので、例えばトンネルの掘進中に切羽面20における逸水や、排泥管の閉塞等が生じて、カッターチャンバー13やエアチャンバー14内の圧力が急激に低下したり上昇するのに伴って、エアチャンバー14内の泥水層19の液面19aに水位の低下や上昇が生じた際には、これらの水位の低下や上昇を、時間遅れを生じることなく即座に検知することが可能になって、カッターチャンバー13やエアチャンバー14内の圧力を、例えば空気タンク22から空気層15に圧縮空気を送り込む量を増加させることによって、早急に回復させることが可能になる。
In this embodiment, during tunnel tunneling by the muddy water
一方、例えば泥水式シールド掘進機10によるトンネルの掘進が長期間にわたって施工されることで、液面計44が故障したり汚れたり保守点検が必要なった場合には、ハンドル部46cを操作して、ボールバルブによるバルブ部材46の弁体に形成された貫通穴の軸心を、弁体の両側の中空流路の軸心と垂直な方向に配置すれば、液面計設置室40の底面部40aの計測開口41から液面計44に至る中空計測路42を、エアチャンバー14内の空気層15から加圧された空気をトンネルの坑内側に漏れ出させない状態で、気密に遮断して閉塞することが可能になる。これによって、エアチャンバー14の内部に作業員が立ち入ることなく、好ましくは大気圧下にあるトンネルの坑内側からの作業によって、液面計44を上部フランジ部材47と共にバルブ部材46の上部フランジ部46bから取り外し、さらに液面計設置室40から取り出して、液面計44の交換や清掃や保守点検を容易に行うことが可能になる。
On the other hand, for example, when the tunnel leveling by the muddy water
したがって、本実施形態のエアチャンバー14を備える泥水式シールド掘進機10によれば、例えばカッターチャンバー13やエアチャンバー14内の圧力が急激に低下したり上昇した際に、これらの圧力の低下や上昇に伴うエアチャンバー14内の泥水層19の液面19aの水位の低下や上昇を、時間遅れを生じることなく液面計44を用いて即座に検知することが可能になると共に、エアチャンバー14内に作業員が立ち入ることなく、液面計44を交換したり保守点検したりすることが可能になる。
Therefore, according to the muddy water
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、バルブ機構は、上記実施形態のものとは異なる構成のものを採用することができ、バルブ機構のバルブ部材は、ボールバルブである必要は必ずしもない。相当の大きさの開口断面積を有する中空計測路を、気密に且つ開閉可能に閉塞することが可能な、その他の種々の公知のバルブ部材を用いることができる。また、液面計が設置されている液面計設置室は、カッターチャンバーの中央部分を挟んだ両側に各々2箇所ずつ設ける必要は必ずしもなく、両側に各々1箇所ずつ設けても良い。カッターチャンバーの内部に液面計設置室を1箇所のみ設けて泥水層の液面の水位を計測することもできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, a valve mechanism having a configuration different from that of the above embodiment can be adopted, and the valve member of the valve mechanism is not necessarily a ball valve. Various other known valve members capable of closing a hollow measurement path having a considerably large opening cross-sectional area in an airtight and openable manner can be used. In addition, the level gauge setting chambers in which the level gauges are installed do not necessarily have to be provided at two locations on both sides of the center portion of the cutter chamber, and may be provided at one location on each side. It is also possible to measure the water level of the liquid level of the muddy water layer by providing only one liquid level gauge installation room inside the cutter chamber.
10 泥水式シールド掘進機
11 掘進機本体
12 カッターヘッド
13 カッターチャンバー
14 エアチャンバー
15 空気層
16 カッター側隔壁
17 本体側隔壁
18 連通口
19 泥水層
19a 液面
20 切羽面
27 チャンバー内空気圧検出器
40 液面計設置室
40a 底面部
40b 開口面
41 計測開口
42 中空計測路
43 バルブ機構
44 液面計
45 下部フランジ部材
45a 貫通開口
46 バルブ部材(ボールバルブ)
46a 下部フランジ部
46b 上部フランジ部
46c ハンドル部
47 下部フランジ部材
47a 貫通開口
50 泥水圧検出器
DESCRIPTION OF
46a Lower flange portion 46b
Claims (5)
前記エアチャンバーと前記カッターチャンバーとは、前記カッター側隔壁の下部に設けられた連通口を介して連通していることで、前記エアチャンバーの下部に泥水層が、上部に空気層が形成されており、切羽面における地山側の圧力変動を、前記エアチャンバー内の前記空気層の空気の圧縮膨張性によって緩和しながらトンネルの掘進を行えるようになっており、
前記本体側隔壁の上部には、当該本体側隔壁から前記カッター側隔壁側に張り出して、液面計設置室が、底面部に形成された計測開口を前記泥水層の液面の直上部分に配置して設けられており、
前記液面計設置室には、前記計測開口との間の中空計測路を密閉可能に開閉するバルブ機構を介在させて、前記泥水層の液面からの反射波を検出して前記泥水層の水位を計測する液面計が、着脱可能に設置されている泥水式シールド掘進機。 It is formed between the cutter side partition wall and the cutter head, which is partitioned by a cutter head provided at the tip of the excavator body and excavating the face, and a cutter side partition wall arranged behind the cutter head. The cutter chamber, and an air chamber formed between the main body side partition and the cutter side partition, the partition chamber being partitioned by a main body side partition disposed behind the cutter chamber, In a muddy water type shield excavator that excavates a tunnel while stabilizing the face by the pressure of muddy water filled in
The air chamber and the cutter chamber communicate with each other through a communication port provided in the lower part of the cutter-side partition wall so that a muddy water layer is formed in the lower part of the air chamber and an air layer is formed in the upper part. In addition, tunnel excavation can be performed while mitigating pressure fluctuation on the ground surface on the face surface by compressive expansion of air in the air layer in the air chamber,
At the upper part of the main body side partition wall, the liquid level gauge installation chamber projects from the main body side partition wall to the cutter side partition wall side, and the measurement opening formed in the bottom surface part is arranged in the part directly above the liquid level of the muddy water layer Is provided,
In the liquid level gauge installation chamber, a valve mechanism that opens and closes a hollow measurement path between the measurement opening and the sealing opening is interposed to detect a reflected wave from the liquid level of the muddy water layer and to detect the muddy water layer. A muddy water shield machine with a detachable level gauge for measuring the water level.
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