JP5989748B2 - シールド掘進機の圧力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機に設けられる圧力測定装置に関する。

シールド掘進機は、筒状に延びるシールドフレームの前端部に設けられたカッターヘッドによって地山を掘削するように構成される。シールドフレームの内側におけるカッターヘッドの後方に隔壁が設けられ、この隔壁とカッターヘッドとの間に、カッターヘッドによって掘削された土砂が取り込まれるチャンバー室が形成される。チャンバー室内に取り込まれた土砂は、スクリューコンベヤによって後方に搬送されて外部に排出される。掘削の際、隔壁に配設された土圧計を用いてチャンバー室内の土圧を測定し、チャンバー室内の土圧が所定範囲内になるように掘削を行う。なお隔壁には、土圧計の他、加泥材等の注入材をチャンバー室内に注入するための注入管が設けられている。

このようなシールド掘進機において、土圧計が故障した場合や、所定の時期に土圧計のセンサを校正する場合に、土圧計を取り外して交換する作業が必要となる。土圧計の交換作業を実施する際に、切羽からの土水の侵入を遮蔽して土圧計の取り外しを行えるようにするため、シールド掘進機の隔壁に土水の侵入を防止可能な土圧計の交換機構が設けられている（例えば、特許文献１および２を参照）。

特開平９−２２８７７６号公報 特開２０１０−１２１４０６号公報

しかしながら、従来の土圧計は、前述のように専用の交換機構を有して構成されているため、構造が複雑となってコストも高くなっていた。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡便な構成のシールド掘進機の圧力測定装置を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係るシールド掘進機の圧力測定装置は、前後方向に筒状に延びるシールドフレームと、前記シールドフレームの前端部に設けられて掘削を行うカッターヘッドと、前記シールドフレームの内側における前記カッターヘッドの後方に設けられた隔壁とを備えたシールド掘進機に用いられる圧力測定装置であって、前記シールドフレームまたは前記隔壁に設けられた注入材を注入するための注入管に先端側を挿通させることが可能な筒状のケース部と、前記ケース部の先端側に収容されて前記ケース部の先端部に作用する圧力を測定可能な圧力検出部と、先端側が前記注入管に挿通された前記ケース部の基端側と前記注入管の基端部とを結合させて、前記ケース部の基端側と前記注入管との間隙を塞ぐ結合部とを備えている。

そして、前記ケース部は、前記圧力検出部を収容して前記注入管に挿通される筒状の先端側ケース部と、前記先端側ケース部と別体の筒状に形成されて前記先端側ケース部の基端部に連結され、前記先端側ケース部とともに前記注入管に挿通されて前記結合部により前記注入管の基端部と結合される基端側ケース部とを有している。

上述の圧力測定装置において、前記圧力検出部は、前記先端側ケース部の先端部の内側に、前記先端側ケース部の延伸方向に沿って変位可能に取り付けられ、前記先端側ケース部の先端部に作用する圧力を受ける受圧ピストンと、前記先端側ケース部の内部に収容され、前記受圧ピストンを介して前記先端側ケース部の先端部に作用する圧力を測定する圧力センサと、前記受圧ピストンが前記先端側ケース部の先端部の内側における所定の変位規制位置よりも前記先端側ケース部の先端側に変位するのを規制する負圧規制部とを有していることが好ましい。

上述の圧力測定装置において、前記結合部は、前記基端側ケース部の外周部に設けられて前記注入管の基端部に設けられた注入側フランジ部と結合可能な検出側フランジ部と、前記検出側フランジ部と前記注入側フランジ部とに挟まれて前記基端側ケース部と前記注入管との間隙を塞ぐシール部材と、前記シール部材を挟むように前記検出側フランジ部と前記注入側フランジ部とを結合させる結合部材とを有することが好ましい。

上述の圧力測定装置において、前記ケース部の先端側が前記隔壁に設けられた前記注入管に挿通されて、前記圧力検出部が前記カッターヘッドと前記隔壁との間の空間内における土圧を測定可能であることが好ましい。

本発明によれば、シールド掘進機の圧力測定装置が、シールドフレームまたは隔壁に設けられた注入管に先端側を挿通させることが可能なケース部と、ケース部の先端側に収容された圧力検出部と、ケース部の基端側と注入管との間隙を塞ぐ結合部とを備えて構成されるため、シールドフレームまたは隔壁に設けられた既存の注入管に圧力測定装置を取り付けることができる。そのため、専用の交換機構を設ける必要がなく、圧力測定装置の構成を簡便にすることが可能になる。また、シールドフレームに設けられた注入管に圧力測定装置を取り付けることができるため、シールド掘進機におけるシールドフレームの周囲に作用する圧力（例えば、シールドフレームの周囲の土圧や裏込め材の充填圧力等）を測定することが可能になる。

また、ケース部は、圧力検出部を収容する筒状の先端側ケース部と、先端側ケース部と別体の筒状に形成されて先端側ケース部の基端部に連結される基端側ケース部とを有している。これにより、先端側ケース部を共通化して、基端側ケース部の長さを変えることで、ケース部全体の長さを容易に変更することができる。そのため、注入管の長さに応じて圧力測定装置を容易に作製することが可能になる。

また、圧力検出部は、受圧ピストンが所定の変位規制位置よりも先端側ケース部の先端側に変位するのを規制する負圧規制部を有している。これにより、例えば、土砂に凝固性を有する地盤改良材が注入された状態の土圧を測定する場合に、先端側ケース部の先端部に一時的に付着した土砂が剥離して受圧ピストンに負圧力が作用しても、負圧規制部によって受圧ピストンが先端側に変位するのを規制することができる。そのため、圧力センサに過大な負圧力が生じるのを防止することができ、圧力センサの破損を防止することができる。

また、結合部は、注入管に設けられた注入側フランジ部と結合可能な検出側フランジ部と、検出側フランジ部と注入側フランジ部とに挟まれて基端側ケース部と注入管との間隙を塞ぐシール部材と、シール部材を挟むように検出側フランジ部と注入側フランジ部とを結合させる結合部材とを有していることで、簡便なシール部材により基端側ケース部と注入管との間隙を塞ぐことができる。そのため、簡便な構成で土水の侵入を防止することが
できる。

また、ケース部の先端側が隔壁に設けられた注入管に挿通されて、圧力検出部がカッターヘッドと隔壁との間の空間内における土圧を測定可能であることで、簡便な構成で、カッターヘッドと隔壁との間の空間内における土圧を測定することができる。

隔壁側注入口部に圧力測定装置が取り付けられた状態を示す側面図（部分断面図）である。 シールド掘進機の側断面図である。 図２の矢印III−IIIの方向から見た断面図である。 図２の矢印IV−IVの方向から見た断面図である。 図２の矢印V−Vの方向から見た断面図である。 外周側注入口部の側面図（部分断面図）である。 圧力測定装置の側断面図である。 圧力測定装置の先端部近傍を示す拡大断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図２〜図５を参照しながら、シールド掘進機１の概要について説明する。本実施形態のシールド掘進機１は、図２に示すように、前後のシールドフレーム１０，２０と、カッターヘッド３０とを主体に構成される。前部シールドフレーム１０は前後方向に延びる筒状に形成され、前部シールドフレーム１０の前端部にカッターヘッド３０が回転可能に配設される。後部シールドフレーム２０は前後方向に延びる筒状に形成され、油圧シリンダ１６を介して前部シールドフレーム１０の後端部と後部シールドフレーム２０の前端部とが連結される。なお、後部シールドフレーム２０の前端部は、前部シールドフレーム１０の後端部の内側に入り込んで摺接するようになっている。

前部シールドフレーム１０の前部内側におけるカッターヘッド３０の後方に、前部シールドフレーム１０の内部空間を前後に仕切る隔壁１１が設けられる。前部シールドフレーム１０の内側におけるカッターヘッド３０と隔壁１１との間に、カッターヘッド３０によって掘削された土砂が取り込まれるチャンバー室１２が形成される。前部シールドフレーム１０と後部シールドフレーム２０とに跨って、チャンバー室１２内に取り込まれた土砂を隔壁１１の下部から後方に搬送するスクリューコンベヤ１３が設けられる。

隔壁１１の中央部に、カッターヘッド３０を回転可能に支持する回転支持部３５が設けられる。カッターヘッド３０は、回転支持部３５に設けられた駆動モータ３７により回転駆動されて地山を掘削し、掘削した土砂をチャンバー室１２内に取り込むようになっている。カッターヘッド３０は、円形枠状に形成されたカッターフレーム３１と、カッターフレーム３１の前面中央に設けられたフィッシュテール３２と、カッターフレーム３１およびフィッシュテール３２の前面側に設けられた複数のカッタービット３３等から構成される。なお、カッターフレーム３１の後面側に、掘削した土砂の性状をコントロールする薬剤を供給可能な配管３４が設けられる。また、駆動モータ３７は、回転支持部に３５の後部に複数（例えば、図３に示すように８個）配設され、回転支持部に３５に内蔵された駆動ギヤ３６を介してカッターヘッド３０を回転駆動する。

図３に示すように、隔壁１１の中間部における回転支持部３５の左側近傍と右側近傍に、加泥材等の注入材をチャンバー室１２内に注入可能な隔壁側注入口部５０が設けられる。この隔壁側注入口部５０の隔壁側注入管５２（図１を参照）に、チャンバー室１２内の土圧を測定する圧力測定装置１００が取り付けられる。また、隔壁１１の下部におけるス
クリューコンベヤ１３の左側近傍と右側近傍に、上方の隔壁側注入口部５０と大きさが異なる他は同様な構成の隔壁側注入口部５０´が設けられる。加泥材等の注入材は、当該注入材を供給する供給装置（図示せず）を用いて下方の隔壁側注入口部５０´からチャンバー室１２内に注入される。

図２に示すように、前部シールドフレーム１０の後部内側と後部シールドフレーム２０の前部内側とに跨って、前部シールドフレーム１０の後端部と後部シールドフレーム２０の前端部とを連結する油圧シリンダ１６が設けられる。油圧シリンダ１６は、前部シールドフレーム１０および後部シールドフレーム２０の内周方向に沿って複数（例えば、図４および図５に示すように８個）並んで配設される。なお、複数の油圧シリンダ１６を別個に伸縮させることにより、前後のシールドフレーム１０，２０を屈曲した形状にして、シールド掘進機１の掘進方向を大きく曲げることができるようになっている。

また、前部シールドフレーム１０の後部内側と後部シールドフレーム２０の前部内側とに跨って、シールド掘進機１を掘進させるためのシールドジャッキ１７が設けられる。油圧式のシールドジャッキ１７は、前部シールドフレーム１０および後部シールドフレーム２０の内周方向に沿って、油圧シリンダ１６と交互に複数（例えば、図４および図５に示すように１０個）並んで配設される。なお、シールドジャッキ１７は、前部シールドフレーム１０の後部内側に固定されて後方へ伸縮可能に構成される。

前部シールドフレーム１０の胴部に、裏込め材等の注入材を前部シールドフレーム１０の外部側に注入可能な前部外周側注入口部６０が設けられる。前部外周側注入口部６０は、前部シールドフレーム１０の内周方向に沿って複数（例えば、図４に示すように６個）並んで配設される。

後部シールドフレーム２０の内側に、複数のセグメント（図示せず）を結合させてセグメントリングＳＲを構築するエレクタ装置２１が設けられる。後部シールドフレーム２０の胴部に、裏込め材等の注入材を後部シールドフレーム２０の外部側に注入可能な後部外周側注入口部２２が設けられる。後部外周側注入口部２２は、後部シールドフレーム２０の内周方向に沿って複数（例えば、図５に示すように６個）並んで配設される。

このようなシールド掘進機１において、トンネルを掘削形成する際、駆動モータ３７によりカッターヘッド３０を回転させながら、シールドジャッキ１７を後方へ伸長させて既設のセグメントリングＳＲに当接させる。これにより、回転するカッターヘッド３０が前方の地山を掘削しつつ、シールドジャッキ１７がセグメントリングＳＲを押圧する際の反力によって前後のシールドフレーム１０，２０が前進する。そして、シールドジャッキ１７を縮小させて既設のセグメントリングＳＲとの間に間隙部を形成し、エレクタ装置２１により当該間隙部にセグメント（図示せず）を組み込んで新たなセグメントリングＳＲを構築する。この作業を繰り返すことによってトンネルが掘削形成される。

カッターヘッド３０によって掘削された土砂は、チャンバー室１２内に取り込まれる。チャンバー室１２内に取り込まれた土砂は、スクリューコンベヤ１３によって後方に搬送されて外部に排出される。本実施形態では、掘削の際、隔壁１１の隔壁側注入口部５０に取り付けられた圧力測定装置１００を用いてチャンバー室１２内の土圧を測定し、チャンバー室１２内の土圧が所定範囲内になるように掘削を行う。

次に、本実施形態の隔壁側注入口部５０について、図１を参照しながら説明する。隔壁側注入口部５０は、固定フランジ部５１と、隔壁側注入管５２と、開閉バルブ５３と、注入側フランジ部５４とを有して構成される。固定フランジ部５１は、金属材料を用いて円盤状に形成され、溶接等の結合手段により隔壁側注入管５２の先端外周部に傾斜して結合
される。固定フランジ部５１は、フランジ固定ボルト１５を用いて、隔壁１１に形成された隔壁側開口部１４を覆うように隔壁１１の後面側に取り付け固定される。これにより、隔壁側注入管５２の先端部に形成された隔壁側注入口５５が隔壁側開口部１４を介してチャンバー室１２内に露出する。

隔壁側注入管５２は、金属材料を用いて管状に形成される。隔壁側注入管５２の先端部に、前部シールドフレーム１０における隔壁１１より前方の内部空間（すなわち、チャンバー室１２）と連通する隔壁側注入口５５が形成される。一方、隔壁側注入管５２の基端部に、前部シールドフレーム１０における隔壁１１より後方の内部空間と連通する隔壁側挿入口５６が形成される。隔壁側注入管５２の中間部に、隔壁側注入管５２内の管路を開閉可能な開閉バルブ５３が設けられる。

開閉バルブ５３は、ボールバルブ等を用いて構成され、フランジや締結ボルト等の連結手段を用いて、隔壁側注入管５２の中間部に連結される。開閉バルブ５３は、作業者がコック５３ａを揺動させることにより、隔壁側注入管５２内の管路を開閉させることができるようになっている。注入側フランジ部５４は、金属材料を用いて円盤状に形成され、溶接等の結合手段により隔壁側注入管５２の基端外周部に結合される。注入側フランジ部５４には、圧力測定装置１００の検出側フランジ部１４１や、加泥材等の注入材を供給する供給装置（図示せず）の先端部（フランジ部）を結合させることができるようになっている。

次に、本実施形態の前部外周側注入口部６０について、図６を参照しながら説明する。前部外周側注入口部６０は、外周側注入管６２と、開閉バルブ６３とを有して構成される。外周側注入管６２は、金属材料を用いて、先端外周部にネジ部を有する管状に形成される。外周側注入管６２は、前部シールドフレーム１０の胴部に形成された外周側開口部１８に螺合されて前部シールドフレーム１０の胴部内側に取り付け固定される。これにより、外周側注入管６２の先端部に形成された外周側注入口６５が外周側開口部１８を介して前部シールドフレーム１０の外部側に露出する。なお、外周側注入管６２の先端外周部のネジ部に、前部シールドフレーム１０における隔壁１１より後方の内部空間に土水が侵入するのを防止するパイプシール部材６７が付着されている。

外周側注入管６２の先端部に、前部シールドフレーム１０の外部空間と連通する外周側注入口６５が形成される。一方、外周側注入管６２の基端部に、前部シールドフレーム１０における隔壁１１より後方の内部空間と連通する外周側挿入口６６が形成される。外周側注入管６２の中間部に、外周側注入管６２内の管路を開閉可能な開閉バルブ６３が設けられる。開閉バルブ６３は、ボールバルブ等を用いて構成され、外周側注入管６２の中間部に一体的に形成される。開閉バルブ６３は、作業者がコック６３ａを揺動させることにより、外周側注入管６２内の管路を開閉させることができるようになっている。外周側注入管６２の基端部には、裏込め材等の注入材を供給する供給装置（図示せず）の先端部を結合させることができるようになっている。なお、後部外周側注入口部２２は、前部外周側注入口部６０と同様の構成であり、詳細な図示および説明を省略する。

次に、本実施形態の圧力測定装置１００について、図１および図７〜図８を参照しながら説明する。圧力測定装置１００は、図１および図７に示すように、ケース部１１０と、圧力検出部１３０と、結合部１４０とを有し、隔壁側注入口部５０の隔壁側注入管５２に取り付け可能に構成される。ケース部１１０は、図７に示すように、先端側ケース部１１１と、先端側ケース部１１１と別体の基端側ケース部１２１とから構成され、隔壁側注入管５２の隔壁側挿入口５６から隔壁側注入管５２内の管路に挿通可能な筒状に形成される。ケース部１１０は、開閉バルブ５３により隔壁側注入管５２内の管路が開通した状態で、先端側ケース部１１１の先端部が隔壁側注入管５２の先端部の隔壁側注入口５５に位置
するように挿通される。

先端側ケース部１１１は、金属材料を用いて、隔壁側注入管５２の内径よりも若干小さい外径を有する筒状に形成される。先端側ケース部１１１は、圧力検出部１３０を収容して隔壁側注入管５２内の管路に挿通されるようになっている。図８に示すように、先端側ケース部１１１の先端部の内側に、圧力検出部１３０の受圧ピストン１３２が先端側ケース部１１１の延伸方向に沿って変位可能に収容されるピストン収容部１１２が形成される。ピストン収容部１１２の基端部に、受圧ピストン１３２の負圧規制部１３３が当接可能な段差状のピストン当接部１１３が形成される。なお、ピストン収容部１１２の先端に位置する先端側ケース部１１１の先端部に、圧力検出部１３０の接触板１３１が結合される。

先端側ケース部１１１の中間部に、圧力検出部１３０の圧力センサ１３５を収容可能なセンサ収容部１１４がピストン収容部１１２の基端部に繋がって形成される。センサ収容部１１４の胴部に、圧力検出部１３０のピストン当接ネジ１３４が螺合して取り付けられるネジ取付部１１５が形成される。先端側ケース部１１１の基端内周部に、基端側ケース部１２１の基端側連結ネジ部１２２と螺合する先端側連結ネジ部１１６が形成される。

図７に示すように、基端側ケース部１２１は、金属材料を用いて、隔壁側注入管５２の内径よりも若干小さい外径を有する筒状に形成される。基端側ケース部１２１の内側には、先端側ケース部１１１に収容された圧力検出部１３０から延びる出力ケーブル１３８が挿通されるようになっている。基端側ケース部１２１の先端外周部に、先端側ケース部１１１の先端側連結ネジ部１１６と螺合する基端側連結ネジ部１２２が形成される。先端側ケース部１１１の先端側連結ネジ部１１６と基端側ケース部１２１の基端側連結ネジ部１２２とを螺合させることで、先端側ケース部１１１の基端部に基端側ケース部１２１が連結される。

基端側連結ネジ部１２２の基端側の段差部に、先端側連結ネジ部１１６と基端側連結ネジ部１２２との隙間からケース部１１０の内側に土水が侵入するのを防ぐＯリング１２３が取り付けられる。樹脂製のＯリング１２３は、先端側連結ネジ部１１６と基端側連結ネジ部１２２とが螺合した状態で、先端側連結ネジ部１１６の縁部と基端側連結ネジ部１２２の段差部とに挟まれて弾性変形し、先端側連結ネジ部１１６と基端側連結ネジ部１２２との隙間を塞ぐようになっている。なお、基端側ケース部１２１の基端部に、結合部１４０の検出側フランジ部１４１が結合される。

圧力検出部１３０は、図８に示すように、接触板１３１と、受圧ピストン１３２と、圧力センサ１３５とを有し、先端側ケース部１１１の先端部に作用する圧力を測定可能に構成される。接触板１３１は、弾性変形可能な金属板材を用いて、先端側ケース部１１１の外周形状に合わせた薄い円盤状に形成される。接触板１３１は、溶接等の結合手段により先端側ケース部１１１の先端部に結合され、先端側ケース部１１１の先端開口部を塞ぐようになっている。

受圧ピストン１３２は、金属材料を用いて、胴部の外径がピストン収容部１１２の内径よりも若干小さい円柱状に形成される。受圧ピストン１３２は、ピストン収容部１１２の内側に先端側ケース部１１１の延伸方向に沿って変位可能に収容され、接触板１３１を介して先端側ケース部１１１の先端部に作用する圧力を受けるようになっている。なお、受圧ピストン１３２の先端部が接触板１３１に接触し、受圧ピストン１３２の基端部が圧力センサ１３５の鋼球１３７に接触するように配置される。

受圧ピストン１３２の基端部の外周側に、胴部よりも外径の大きいフランジ形の負圧規
制部１３３が形成される。負圧規制部１３３は、ピストン収容部１１２よりも内径の大きいセンサ収容部１１４の内側に配置され、ピストン収容部１１２に収容された受圧ピストン１３２が所定の変位規制位置に達すると、ピストン収容部１１２の基端部に形成されたピストン当接部１１３に当接する。これにより、負圧規制部１３３（およびピストン当接部１１３）は、受圧ピストン１３２が所定の変位規制位置よりも先端側ケース部１１１の先端側に変位するのを規制し、圧力センサ１３５に負圧力が作用して破損するのを防止している。なお、受圧ピストン１３２の所定の変位規制位置として、例えば、圧力センサ１３５で検出される圧力が零となる位置、すなわち圧力センサ１３５で負圧力が検出されない位置に設定される。また例えば、受圧ピストン１３２の所定の変位規制位置として、圧力センサ１３５が故障しない範囲で負圧力を検出可能な位置に設定されてもよい。

また、センサ収容部１１４の内側における負圧規制部１３３の基端側近傍に、ピストン当接ネジ１３４が配設される。ピストン当接ネジ１３４は、センサ収容部１１４の胴部に形成されたネジ取付部１１５に螺合して取り付けられ、ピストン当接ネジ１３４の頭部がセンサ収容部１１４の胴部に埋没するとともに、ピストン当接ネジ１３４の脚部がセンサ収容部１１４の内側に突出するようになっている。これにより、ピストン当接ネジ１３４は、圧力センサ１３５の交換時等において、受圧ピストン１３２の胴部がピストン収容部１１２からセンサ収容部１１４の方に抜け出す前に、受圧ピストン１３２の負圧規制部１３３に当接する。なお、受圧ピストン１３２をピストン収容部１１２に対して着脱させる際には、ピストン当接ネジ１３４はネジ取付部１１５から取り外される。

圧力センサ１３５は、歪みゲージ等を用いて構成され、センサ収容部１１４の内側に収容される。圧力センサ１３５の先端側に、圧力センサ１３５で検出する圧力を受ける受圧部１３６が設けられる。受圧部１３６の中央部に、受圧ピストン１３２の基端部に接触可能な鋼球１３７が嵌め込まれている。圧力センサ１３５は、鋼球１３７が受圧ピストン１３２の基端部に接触した状態で、センサ固定部材１３９を用いてセンサ収容部１１４の内側に固定される。これにより、圧力センサ１３５は、接触板１３１および受圧ピストン１３２を介して先端側ケース部１１１の先端部に作用する圧力を測定する。センサ固定部材１３９は、外周部にネジ部を有して、圧力センサ１３５における出力ケーブル１３８との接続部分を挿通させることが可能な円環状に形成される。センサ固定部材１３９は、センサ収容部１１４の基端側内周部に形成されたネジ部に螺合し、センサ収容部１１４の基端側から圧力センサ１３５を固定するようになっている。

圧力センサ１３５の基端側に、圧力センサ１３５の検出信号を送信可能な出力ケーブル１３８が電気的に接続される。出力ケーブル１３８は、センサ収容部１１４の基端側からセンサ収容部１１４と連通する基端側ケース部１２１の内側に挿通され、検出側フランジ部１４１のケーブル挿通穴１４３を通ってケース部１１０の外方へ延びる。ケース部１１０の外方へ延びた出力ケーブル１３８は、前部シールドフレーム１０の内側に設けられたシーケンサ（図示せず）と電気的に接続される。これにより、圧力センサ１３５は、出力ケーブル１３８を介してシーケンサと電気的に接続され、圧力センサ１３５からシーケンサへ圧力の検出信号が出力される。

結合部１４０は、図７に示すように、検出側フランジ部１４１と、フランジシール部材１４５と、締結ボルト１４７および締結ナット１４８とを有し、隔壁側注入管５２の内側に挿通された基端側ケース部１２１と隔壁側注入管５２の基端部とを結合させて、基端側ケース部１２１と隔壁側注入管５２との間隙を塞ぐように構成される。検出側フランジ部１４１は、金属材料を用いて円盤状に形成され、溶接等の結合手段により基端側ケース部１２１の基端部に結合される。検出側フランジ部１４１の外周側は、基端側ケース部１２１の基端外周部より外方に拡がり、隔壁側注入管５２の注入側フランジ部５４と重なって結合できるようになっている。検出側フランジ部１４１の外周側に、締結ボルト１４７の
ネジ部が挿通されるネジ挿通穴１４２が複数形成される。検出側フランジ部１４１のネジ挿通穴１４２は、注入側フランジ部５４のネジ挿通穴（図示せず）に合わせて形成される。

検出側フランジ部１４１の中央部は、基端側ケース部１２１の基端開口部を塞ぐようになっている。検出側フランジ部１４１の中央部に、圧力センサ１３５の出力ケーブル１３８が挿通されるケーブル挿通穴１４３が形成される。検出側フランジ部１４１の基端側の表面に、作業者が把持可能なハンドル１４４が結合されている。また、検出側フランジ部１４１の基端側の表面に、ケーブル挿通穴１４３を塞ぐためのシール収容部材１５３が取り付けられる。シール収容部材１５３は、固定ネジ１５５により検出側フランジ部１４１に固定可能なフランジ部を有する段付き筒状に形成される。シール収容部材１５３の先端側は、ケーブル挿通穴１４３と出力ケーブル１３８との間の筒状間隙部に挿入され、シール収容部材１５３の内側に出力ケーブル１３８が挿通されるようになっている。

シール収容部材１５３の段差部の外側に形成された溝部に第１ケーブルシール部材１５１が収容され、シール収容部材１５３の段差部の内側に第２ケーブルシール部材１５２が収容される。第１ケーブルシール部材１５１は、樹脂材料を用いて円環状に形成され、シール収容部材１５３の段差部と検出側フランジ部１４１とに挟まれてケーブル挿通穴１４３の周辺部を塞ぐようになっている。第２ケーブルシール部材１５２は、樹脂材料を用いて出力ケーブル１３８を挿通させることが可能な筒状に形成され、シール固定部材１５４によりシール収容部材１５３の内側に固定される。第２ケーブルシール部材１５２は、シール収容部材１５３の内周部とシール固定部材１５４とに挟まれてケーブル挿通穴１４３における出力ケーブル１３８の挿通部を塞ぐようになっている。シール固定部材１５４は、外周部にネジ部を有して、出力ケーブル１３８を挿通させることが可能な円環状に形成される。シール固定部材１５４は、シール収容部材１５３の基端側内周部に形成されたネジ部に螺合し、シール収容部材１５３の基端側から第２ケーブルシール部材１５２を固定するようになっている。

フランジシール部材１４５は、樹脂材料を用いて、中央に開口部を有する円盤状に形成される。フランジシール部材１４５は、開口部にケース部１１０（基端側ケース部１２１）が挿通された状態で、検出側フランジ部１４１と注入側フランジ部５４とに挟まれ、基端側ケース部１２１と隔壁側注入管５２との間隙を塞ぐようになっている。これにより、チャンバー室１２側から隔壁側注入管５２とケース部１１０（基端側ケース部１２１）との間隙に侵入した土水が、前部シールドフレーム１０における隔壁１１より後方の内部区間に侵入するのを防止することができる。フランジシール部材１４５の外周側には、締結ボルト１４７のネジ部が挿通されるネジ挿通穴１４６が複数形成される。フランジシール部材１４５のネジ挿通穴１４６は、注入側フランジ部５４のネジ挿通穴（図示せず）に合わせて形成される。

締結ボルト１４７および締結ナット１４８は、注入側フランジ部５４のネジ挿通穴（図示せず）に合わせて形成される。締結ボルト１４７および締結ナット１４８は、互いに螺合することで、検出側フランジ部１４１と注入側フランジ部５４とを締結して結合させる。これにより、検出側フランジ部１４１および注入側フランジ部５４を介して、隔壁側注入管５２内の管路に挿通されたケース部１１０（基端側ケース部１２１）が隔壁側注入管５２の基端部に結合されて固定され、圧力測定装置１００が隔壁側注入管５２に取り付け固定される。

以上のように構成される圧力測定装置１００を、隔壁側注入口部５０の隔壁側注入管５２に取り付けるには、まず、開閉バルブ５３のコック５３ａを揺動操作して、開閉バルブ５３が隔壁側注入管５２内の管路を開通した状態にする。次に、ケース部１１０の先端側
ケース部１１１と基端側ケース部１２１とをこの順で、隔壁側注入管５２の隔壁側挿入口５６から隔壁側注入管５２内の管路に挿通させる。なおこのとき、フランジシール部材１４５を隔壁側注入管５２の注入側フランジ部５４に重ねておく。これにより、ケース部１１０が隔壁側注入管５２内の管路に挿通された状態で、基端側ケース部１２１の基端部に結合された検出側フランジ部１４１が、フランジシール部材１４５を挟むようにして注入側フランジ部５４と重なる。

次に、締結ボルト１４７のネジ部を、検出側フランジ部１４１のネジ挿通穴１４２、フランジシール部材１４５のネジ挿通穴１４６、および注入側フランジ部５４のネジ挿通穴（図示せず）に挿通させる。そして、締結ボルト１４７と締結ナット１４８とを螺合させ、検出側フランジ部１４１と注入側フランジ部５４とを締結して結合させる。これにより、検出側フランジ部１４１および注入側フランジ部５４を介して、隔壁側注入管５２内の管路に挿通されたケース部１１０（基端側ケース部１２１）が隔壁側注入管５２の基端部に結合されて固定され、圧力測定装置１００が隔壁側注入管５２に取り付け固定される。またこのとき、圧力検出部１３０を収容した先端側ケース部１１１の先端部が、隔壁側注入管５２の先端部に位置し、隔壁側注入管５２の隔壁側注入口５５および隔壁１１の隔壁側開口部１４を介してチャンバー室１２内に露出する。

このようにして、隔壁側注入管５２に取り付けられた圧力測定装置１００は、チャンバー室１２内の土圧を測定することが可能になる。前述したように、カッターヘッド３０によって掘削された土砂は、チャンバー室１２内に取り込まれて堆積し、チャンバー室１２内に堆積した土砂による土圧が先端側ケース部１１１の先端部に作用する。このとき、圧力検出部１３０の圧力センサ１３５は、接触板１３１および受圧ピストン１３２を介して先端側ケース部１１１の先端部に作用する土圧を測定する。圧力センサ１３５は、測定した土圧の検出信号を、出力ケーブル１３８を介してシーケンサ（図示せず）へ出力する。

なお、圧力測定装置１００が故障した場合や、所定の時期に圧力センサ１３５を校正する場合に、圧力測定装置１００を取り外して交換する作業が行われる。隔壁側注入管５２から圧力測定装置１００を取り外すには、締結ナット１４８を締結ボルト１４７から取り外し、締結ボルト１４７を、検出側フランジ部１４１のネジ挿通穴１４２、フランジシール部材１４５のネジ挿通穴１４６、および注入側フランジ部５４のネジ挿通穴（図示せず）から抜去する。そして、ケース部１１０を隔壁側注入管５２から抜去し、開閉バルブ５３のコック５３ａを揺動操作して、開閉バルブ５３が隔壁側注入管５２内の管路を閉鎖した状態にする。これにより、隔壁側注入管５２から圧力測定装置１００を取り外しても、開閉バルブ５３により土水の侵入を防止することができる。また、圧力測定装置１００を取り外した後、ケース部１１０および圧力検出部１３０の代わりに隔壁側注入管５２内の管路に挿通可能な棒状の塞栓部を有して、圧力測定装置１００と同様に形成されたプラグ（図示せず）を、圧力測定装置１００に代えて隔壁側注入管５２に取り付けるようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、シールド掘進機１の圧力測定装置１００が、隔壁１１に設けられた隔壁側注入管５２に先端側を挿通させることが可能なケース部１１０と、ケース部１１０の先端側に収容された圧力検出部１３０と、ケース部１１０の基端側と隔壁側注入管５２との間隙を塞ぐ結合部１４０とを備えて構成されるため、隔壁１１に設けられた既存の注入管に圧力測定装置１００を取り付けることができる。そのため、専用の交換機構を設ける必要がなく、圧力測定装置１００の構成を簡便にすることが可能になる。

また、ケース部１１０は、圧力検出部１３０を収容する筒状の先端側ケース部１１１と、先端側ケース部１１１と別体の筒状に形成されて先端側ケース部１１１の基端部に連結
される基端側ケース部１２１とを有している。これにより、先端側ケース部１１１を共通化して、基端側ケース部１２１の長さを変えることで、ケース部１１０全体の長さを容易に変更することができる。そのため、注入管の長さに応じて圧力測定装置１００を容易に作製することが可能になる。

また、圧力検出部１３０は、受圧ピストン１３２が所定の変位規制位置よりも先端側ケース部１１１の先端側に変位するのを規制する負圧規制部１３３を有している。これにより、例えば、土砂に凝固性を有する地盤改良材が注入された状態の土圧を測定する場合に、先端側ケース部１１１の先端部に一時的に付着した土砂が剥離して受圧ピストン１３２に負圧力が作用しても、負圧規制部１３３によって受圧ピストン１３２が先端側に変位するのを規制することができる。そのため、圧力センサ１３５に過大な負圧力が生じるのを防止することができ、圧力センサ１３５の破損を防止することができる。また例えば、地中に埋設されたコンクリートの圧力を測定する場合に、先端側ケース部１１１の先端部に一時的に付着したコンクリートが剥離して受圧ピストン１３２に負圧力が作用しても、負圧規制部１３３によって同様に、圧力センサ１３５に過大な負圧力が生じるのを防止することができ、圧力センサ１３５の破損を防止することができる。

また、結合部１４０は、隔壁側注入管５２に設けられた注入側フランジ部５４と結合可能な検出側フランジ部１４１と、検出側フランジ部１４１と注入側フランジ部５４とに挟まれて基端側ケース部１２１と隔壁側注入管５２との間隙を塞ぐフランジシール部材１４５と、フランジシール部材１４５を挟むように検出側フランジ部１４１と注入側フランジ部とを結合させる締結ボルト１４７および締結ナット１４８とを有していることで、簡便なフランジシール部材１４５により基端側ケース部１２１と隔壁側注入管５２との間隙を塞ぐことができる。そのため、簡便な構成で土水の侵入を防止することができる。

また、ケース部１１０の先端側が隔壁１１に設けられた隔壁側注入管５２に挿通されて、圧力検出部１３０がカッターヘッド３０と隔壁１１との間の空間（チャンバー室１２）内における土圧を測定可能であることで、簡便な構成で、カッターヘッド３０と隔壁１１との間の空間（チャンバー室１２）内における土圧を測定することができる。

上述の実施形態において、圧力測定装置１００が隔壁側注入口部５０の隔壁側注入管５２に取り付けられているが、これに限られるものではない。例えば、圧力測定装置１００は、前部シールドフレーム１０に設けられた前部外周側注入口部６０の外周側注入管６２に取り付けられてもよく、後部シールドフレーム２０に設けられた外周側注入口部２２の外周側注入管（図示せず）に取り付けられてもよい。このように、前後のシールドフレーム１０，２０に設けられた既存の注入管に圧力測定装置１００を取り付けることができるため、シールド掘進機１における前後のシールドフレーム１０，２０の周囲に作用する圧力（例えば、前後のシールドフレーム１０，２０の周囲の土圧や裏込め材の充填圧力等）を測定することが可能になる。

なお、圧力測定装置１００を前部外周側注入口部６０の外周側注入管６２に取り付ける場合、予め、溶接等により外周側注入管６２の基端外周部に注入側フランジ部（図示せず）を結合させる。次に、開閉バルブ６３のコック６３ａを揺動操作して、開閉バルブ６３が外周側注入管６２内の管路を開通した状態にする。次に、ケース部１１０の先端側ケース部１１１と基端側ケース部１２１とをこの順で、外周側注入管６２の外周側挿入口６６から外周側注入管６２内の管路に挿通させる。なおこのとき、フランジシール部材１４５を外周側注入管６２の注入側フランジ部に重ねておく。これにより、ケース部１１０が外周側注入管６２内の管路に挿通された状態で、基端側ケース部１２１の基端部に結合された検出側フランジ部１４１が、フランジシール部材１４５を挟むようにして外周側注入管６２の注入側フランジ部と重なる。

そして、上述の実施形態の場合と同様に、締結ボルト１４７と締結ナット１４８とを螺合させ、検出側フランジ部１４１と注入側フランジ部（図示せず）とを締結して結合させる。これにより、検出側フランジ部１４１および注入側フランジ部を介して、外周側注入管６２内の管路に挿通されたケース部１１０（基端側ケース部１２１）が外周側注入管６２の基端部に結合されて固定され、圧力測定装置１００が外周側注入管６２に取り付け固定される。またこのとき、圧力検出部１３０を収容した先端側ケース部１１１の先端部が、外周側注入管６２の先端部に位置し、外周側注入管６２の外周側注入口６５および前部シールドフレーム１０の外周側開口部１８を介して前部シールドフレーム１０の外部側に露出する。

このようにして、外周側注入管６２に取り付けられた圧力測定装置１００は、前部シールドフレーム１０の周囲の土圧や裏込め材の充填圧力等を測定することが可能になる。なおこのとき、圧力検出部１３０の圧力センサ１３５は、上述の実施形態の場合と同様に、先端側ケース部１１１の先端部に作用する土圧等を測定し、測定した土圧等の検出信号を、出力ケーブル１３８を介してシーケンサ（図示せず）へ出力する。また、外周側注入管６２から圧力測定装置１００を取り外すには、上述の実施形態の場合と同様に、締結ナット１４８を締結ボルト１４７から取り外して、締結ボルト１４７を抜去する。そして、ケース部１１０を外周側注入管６２から抜去し、開閉バルブ６３のコック６３ａを揺動操作して、開閉バルブ６３が外周側注入管６２内の管路を閉鎖した状態にする。これにより、外周側注入管６２から圧力測定装置１００を取り外しても、開閉バルブ６３により土水の侵入を防止することができる。また、圧力測定装置１００を取り外した後、上述の実施形態の場合と同様にプラグ（図示せず）を外周側注入管６２に取り付けるようにしてもよい。

上述の実施形態において、圧力センサ１３５の出力ケーブル１３８が、検出側フランジ部１４１のケーブル挿通穴１４３に挿通されているが、これに限られるものではない。例えば、検出側フランジ部１４１の中央部に、基端側ケース部１２１の内側に挿通される出力ケーブル１３８と電気的に接続されたメタルコネクタを設けるようにしてもよい。なおこの場合、圧力センサ１３５の出力ケーブル１３８と電気的に接続されたメタルコネクタは、シーケンサ（図示せず）から延びる接続ケーブルと電気的に接続された相手側のメタルコネクタと着脱可能に嵌合接続される。このようにすれば、必要に応じて相手側のメタルコネクタを着脱させることにより、圧力測定装置１００の取り付け作業および交換作業をより容易に行うことができる。

上述の実施形態において、基端側ケース部１２１の基端部に検出側フランジ部１４１が設けられているが、これに限られるものではなく、基端側ケース部１２１の中間部に検出側フランジ部が設けられるようにしてもよい。なおこの場合、基端側ケース部１２１の基端部に、基端側ケース部１２１の基端開口部を塞ぐカバー部材（図示せず）を設けるようにすれば、このカバー部材に、前述のシール収容部材１５３等、もしくは、メタルコネクタを取り付けることができる。

上述の実施形態において、シールド掘進機１が前後のシールドフレーム１０，２０を備えて構成されているが、これに限られるものではなく、例えば、シールド掘進機が一体のシールドフレームを備えて構成されてもよく、シールドフレームは前後に分かれた構成でなくてもよい。

１ シールド掘進機
１０ 前部シールドフレーム
１１ 隔壁
１２ チャンバー室
２０ 後部シールドフレーム
２２ 後部外周側注入口部
３０ カッターヘッド
５０ 隔壁側注入口部
５０ 隔壁側注入管
５３ 開閉バルブ（５３ａ コック）
５４ 注入側フランジ部
６０ 前部外周側注入口部
６２ 外周側注入管
６３ 開閉バルブ（６３ａ コック）
１００ 圧力測定装置
１１０ ケース部
１１１ 先端側ケース部
１１２ ピストン収容部
１１３ ピストン当接部
１２１ 基端側ケース部
１３０ 圧力検出部
１３１ 接触板
１３２ 受圧ピストン
１３３ 負圧規制部
１３５ 圧力センサ
１４０ 結合部
１４１ 検出側フランジ部
１４５ フランジシール部材
１４７ 締結ボルト（結合部材）
１４８ 締結ナット（結合部材）

Claims (4)

1. 前後方向に筒状に延びるシールドフレームと、前記シールドフレームの前端部に設けられて掘削を行うカッターヘッドと、前記シールドフレームの内側における前記カッターヘッドの後方に設けられた隔壁とを備えたシールド掘進機に用いられる圧力測定装置であって、
   前記シールドフレームまたは前記隔壁に設けられた注入材を注入するための注入管に先端側を挿通させることが可能な筒状のケース部と、
   前記ケース部の先端側に収容されて前記ケース部の先端部に作用する圧力を測定可能な圧力検出部と、
   先端側が前記注入管に挿通された前記ケース部の基端側と前記注入管の基端部とを結合させて、前記ケース部の基端側と前記注入管との間隙を塞ぐ結合部とを備え、
   前記ケース部は、
   前記圧力検出部を収容して前記注入管に挿通される筒状の先端側ケース部と、
   前記先端側ケース部と別体の筒状に形成されて前記先端側ケース部の基端部に連結され、前記先端側ケース部とともに前記注入管に挿通されて前記結合部により前記注入管の基端部と結合される基端側ケース部とを有していることを特徴とするシールド掘進機の圧力測定装置。
2. 前記圧力検出部は、
   前記先端側ケース部の先端部の内側に、前記先端側ケース部の延伸方向に沿って変位可能に取り付けられ、前記先端側ケース部の先端部に作用する圧力を受ける受圧ピストンと、
   前記先端側ケース部の内部に収容され、前記受圧ピストンを介して前記先端側ケース部の先端部に作用する圧力を測定する圧力センサと、
   前記受圧ピストンが前記先端側ケース部の先端部の内側における所定の変位規制位置よりも前記先端側ケース部の先端側に変位するのを規制する負圧規制部とを有していることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機の圧力測定装置。
3. 前記結合部は、前記基端側ケース部の外周部に設けられて前記注入管の基端部に設けられた注入側フランジ部と結合可能な検出側フランジ部と、
   前記検出側フランジ部と前記注入側フランジ部とに挟まれて前記基端側ケース部と前記注入管との間隙を塞ぐシール部材と、
   前記シール部材を挟むように前記検出側フランジ部と前記注入側フランジ部とを結合させる結合部材とを有することを特徴とする請求項１または２に記載のシールド掘進機の圧力測定装置。
4. 前記ケース部の先端側が前記隔壁に設けられた前記注入管に挿通されて、前記圧力検出部が前記カッターヘッドと前記隔壁との間の空間内における土圧を測定可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド掘進機の圧力測定装置。

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