JP6865020B2 - トンネル掘削機およびその制御方法 - Google Patents

トンネル掘削機およびその制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、トンネル掘削機およびその制御方法に関するものである。
シールド工法に用いられる従来のトンネル掘削機(以下、「シールド機」という)の一例が、特許文献1に開示されている。このシールド機は、前面に掘削のためのカッターが設けられ、後方のテールプレートの内周面に3列の環状のワイヤブラシからなるテールシールが設けられている。シールド機は、3列のテールシールと各列の間に注入された注入材(充填材)とによって、後方からの裏込材等の侵入を抑制している。
このシールド機は、3列のテールシールのうちの後方寄りのテールシールおよび中間のテールシール間の第1の注入箇所、および、中間のテールシールおよび前方寄りのテールシールの間の第2の注入箇所にそれぞれ注入材が注入される。そして、第1の注入箇所に注入された第1の注入材の圧力が裏込材等の圧力未満であるとき、ポンプを高速運転させて第1の注入箇所に注入材を注入する。その後、第1の注入材の圧力が上昇して、裏込材等の圧力および裏込材等の圧力+0.2kgf/cmに到達する毎に第1のポンプを段階的に中速運転、低速運転とし、第1の注入材の圧力が裏込材等の圧力+0.4kgf/cm以上となったときに、第1のポンプの運転を停止させる。すなわち、このシールド機では、第1の注入材の圧力を裏込材等の圧力より高く維持するように制御しており、これにより、第1の注入箇所への裏込材等の侵入を抑制している。
特許第3044335号公報
このようなシールド機では、第1の注入材の圧力を裏込材等の圧力より高くすることにより裏込材の圧力に対抗するようにしており、この場合、後方寄りのテールシールをセグメントに押し付ける力が弱まり、テールシールとセグメントとの間から注入材が後方に部分的に多めに漏れ出してしまうことがある。さらには、このような注入材には、ベントナイト、アクリル水溶性ポリマ、繊維などを撹拌混合した高粘性材料などを用いることから、撹拌混合状態によっては塊状の注入材が後方に漏れ出してしまうこともある。そのため、多くの注入材が漏れ出したり、塊状の注入材がセグメント外周面に張り付いたりした状態で裏込材が注入されると、裏込材の注入状態にムラが生じてしまうおそれがあった。
また、テールシールをセグメントに押し付ける力が弱くなるとシール性が低下して、ワイヤブラシがセグメント外周面から浮き上がって第1の注入箇所に裏込材が流れ込むおそれがあり、これにより裏込材がワイヤブラシに付着して固結しまうことがある。そのため、裏込材によりテールシールの可撓性が阻害されてしまい、後方からの裏込材等の侵入を抑制するシール性能の低下を招くおそれがあった。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、テールシール後方への充填材の漏出を抑制できるとともにシール性能の低下を抑制できるトンネル掘削機およびトンネル掘削方法を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の一態様のトンネル掘削機は、筒状のシールド本体と、前記シールド本体の内周面に後方から前方に向けて間隔を開けて順に設けられた環状の複数のテールシールと、前記複数のテールシールの間に形成された1または複数のシール室の充填材の量を調整する充填材調整部と、前記シールド本体後方に形成されたテールボイドの液体圧力、および前記テールボイドの前方側に隣接する隣接シール室の充填材圧力を測定する圧力測定部と、を有し、前記充填材調整部が、前記圧力測定部によって測定された前記隣接シール室の充填材圧力が前記テールボイドの液体圧力より小さくなるように前記隣接シール室の充填材の量を調整することを要旨とする。
この構成によれば、複数のテールシールの中の最後方のテールシールは、シールド本体の内周面から後方に延在しつつセグメントの外周面に接し、セグメントの外周面の法線方向に前記最後方のテールシールを挟んでテールボイドとこれの前方に隣接する隣接シール室とが位置付けられる。そして、前記隣接シール室の充填材圧力がテールボイドの液体圧力より小さいので、テールボイドの液体圧力によって前記最後方のテールシールをセグメントにより強く押し付けることができる。
上記特徴を有するトンネル掘削機の他の態様として、前記シールド本体は、複数のテールシールとして、後方から前方に向けて前記最後方のテールシールとしての第1テールシール、及び第2テールシール、第3テールシール、またはそれ以上のテールシールと、前記第1テールシールと前記第2テールシールとの間に設けられた前記隣接シール室としての第1シール室、及び前記第2テールシールと前記第3テールシールとの間に設けられた第2シール室、またはそれ以上のシール室とを有し、前記充填材調整部は、前記圧力測定部によって測定された前記第1シール室の充填材圧力が前記テールボイドの液体圧力より小さくなるように前記第1シール室の充填材の量を調整することを要旨とする。
この構成によれば、第1テールシールはシールド本体の内周面から後方に延在しつつセグメントの外周面に接し、セグメントの外周面の法線方向に第1テールシールを挟んでテールボイドと第1シール室とが位置付けられる。そして、第1シール室の充填材圧力がテールボイドの液体圧力より小さいので、テールボイドの液体圧力によって第1テールシールをセグメントにより強く押し付けることができる。
上記特徴を有するトンネル掘削機の他の態様として、前記圧力測定部が、前記第1シール室よりも前方の第2シール室、またはそれよりも前方のシール室の充填材圧力も測定し、前記充填材調整部が、前記圧力測定部によって測定された前記第2シール室、またはそれよりも前方のシール室の充填材圧力が、各々のシール室よりも後方に隣接するシール室の充填材圧力より小さくなるように前記第2シール室、またはそれよりも前方のシール室の充填材の量を調整する、ことを要旨とする。このように構成することで、第2テールシールについてみると当該第2テールシールはシールド本体の内周面から後方に延在しつつセグメントの外周面に接し、セグメントの外周面の法線方向に第2テールシールを挟んで第1シール室と第2シール室とが位置付けられ、且つそれよりも前方のテールシールについても同様の位置付けが実現される。そして、第2シール室の充填材圧力が第1シール室の充填材圧力より小さいので、第1シール室の充填材圧力によって第2テールシールをセグメントにより強く押し付けることができる。同様に、第2シール室よりも前方のシール室について、各々のシール室の充填材圧力がそれよりも後方に隣接するシール室の充填材圧力より小さいので、この圧力差により各テールシールをセグメントにより強く押し付けることができる。
さらに、第1シール室および第2シール室の充填材の量を調整する充填材調整部の態様として、前記充填材調整部が、前記充填材を前記第1シール室(隣接シール室)、前記第2シール室、またはそれよりも前方のシール室に供給する供給ポンプと、前記充填材を前記第1シール室および前記第2シール室、またはそれよりも前方のシール室から排出する排出ポンプと、を有していること、を要旨とする。このように構成することで、充填材の供給のみならず充填材の排出も可能となり、供給ポンプと排出ポンプとを協働させることで第1シール室および第2シール室、またはそれよりも前方のシール室の充填材圧力を迅速に調整することができる。
上記目的を達成するために、本発明の他の一態様のトンネル掘削機の制御方法は、筒状のシールド本体の内周面に後方から前方に向けて間隔を開けて順に設けられた環状の複数のテールシールが設けられたトンネル掘削機の制御方法であって、前記複数のテールシールの間に形成された1または複数のシール室に充填材を充填し、前記シールド本体後方に形成されたテールボイドの前方側に隣接する隣接シール室の充填材圧力が前記テールボイドの液体圧力より小さくなるように前記隣接シール室の充填材の量を調整することを要旨とする。
本発明によれば、第1テールシールをセグメントにより強く押し付けることができるので、後方への充填材の漏出を抑制できるとともにシール性能の低下を抑制できる。
本発明の実施の形態に係るシールド機の概略構成を示す断面図である。 図1のシールド機の充填材供給、排出制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 図1のA−A線に沿う拡大断面図である。 図1のシールド機のテールプレート部分の拡大平面図である。 図4のB−B線に沿う拡大断面図である。 図1のシールド機の充填材供給、排出制御装置の変形例の構成を示す機能ブロック図である。 図1のシールド機の充填材供給、排出制御装置の変形例のさらに他の変形例の構成を示す機能ブロック図である。 図7のシールド機の充填材供給、排出制御装置の動作を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態に係るシールド機の概略構成を示す断面図である。図2は図1のシールド機の機能ブロック図である。図3は図1のA−A線に沿う拡大断面図であって、シールド機のテールプレート部分を後方から見た図である。図4は図1のシールド機のテールプレート部分の拡大平面図である。図5は図4のB−B線に沿う拡大断面図である。
図1に示すように、トンネル掘削機としてのシールド機1は、シールド本体10と、カッター15と、シールドジャッキ16と、第1テールシール21と、第2テールシール22と、第3テールシール23と、を有している。
シールド本体10は、円筒状に形成されており、掘削方向前方寄り(図1において左側)に配置されたスキンプレート11と、スキンプレート11の後端に連結されたテールプレート12とを有している。カッター15は、円板状に形成されており、スキンプレート11の前端に取り付けられている。
第1テールシール21、第2テールシール22および第3テールシール23は、それぞれが環状のワイヤブラシであり、テールプレート12の内周面12aの全周に後方から前方に向けて順に配設されている。第1テールシール21および第2テールシール22は、基端部がテールプレート12の内周面12aに設けられた環状のリブ13(図5)から後方に延びる押え板14とテールプレート12との間に保持されており、先端部が、基端部より後方でセグメントSの外周面に押し付けられている。第3テールシール23は、その基端部がスキンプレート11の後端から後方に延びる押え板14とテールプレート12との間に保持されており、先端部が基端部より後方でセグメントSの外周面Saに押し付けられている。すなわち、第1テールシール21、第2テールシール22および第3テールシール23は、テールプレート12の内周面12aから後方に延在しつつセグメントSの外周面Saに接している。
第1テールシール21、第2テールシール22、テールプレート12の内周面12aおよびセグメントSの外周面Saは、第1シール室31を画定している。第2テールシール22、第3テールシール23、テールプレート12の内周面12aおよびセグメントSの外周面Saは、第2シール室32を画定している。シール室は上記第1シール室31、第2シール室32の2つに限られるものではなく、テールシールを第1テールシール21、第2テールシール22の2段しか設けない場合は第1シール室31のみが画定されることになる。また逆に、テールシールを第4テールシール、第5テールシールと増やすことにより第3、第4のシール室を画定することもできる。第1テールシール21は、第1シール室31と、シールド機1後方の地山GとセグメントSとの間の空間であるテールボイドTとを区画している。また、シール室が複数画定されている場合において、第1シール室31はテールボイドTの前方側に隣接して配置されているから、特に「隣接シール室」としての位置付けを持つ。
第1シール室31および第2シール室32には、充填材が満たされる。テールボイドTには、裏込材が注入される。充填材は、例えば、粘着性の高いグリースや膨潤した高分子吸収材、膨潤したベントナイト、粘土などに繊維材を撹拌混合した材料であって、透水性の低い性質を有する。裏込材は、例えば、二液を直前に混合した可塑状裏込材や、モルタル、コンクリートなどである。
また、図2に示すように、シールド機1は、充填材タンク41と、供給ポンプ42と、排出ポンプ43と、分配弁44と、混合弁45と、後方圧力センサ46と、第1圧力センサ47と、第2圧力センサ48と、裏込材供給管49と、供給管51〜54と、排出管55〜58と、三方弁59と、制御部60と、表示部67とをさらに有している。
充填材タンク41には、充填材が蓄えられており、供給管51を通じて供給ポンプ42に接続されている。供給ポンプ42は、供給管52、分配弁44、供給管53および供給管54を通じて第1シール室31および第2シール室32に接続されている。供給ポンプ42および分配弁44は、後述する制御部60から送信される制御信号に基づいて、充填材タンク41内の所望量の充填材を第1シール室31および第2シール室32に供給する。分配弁44は、第1シール室31および第2シール室32に供給する充填材の量(分配割合)を任意に設定でき、一方のシール室にのみ充填材を供給することも可能である。
排出ポンプ43は、排出管55、混合弁45、排出管56および排出管57を通じて第1シール室31および第2シール室32に接続されている。排出ポンプ43および混合弁45は、後述する制御部60から送信される制御信号に基づいて、第1シール室31および第2シール室32内の所望量の充填材を排出管58および三方弁59を通じて外部に排出し、または、充填材タンク41に還流させる。混合弁45は、第1シール室31および第2シール室32から排出する充填材の量(混合割合)を任意に設定でき、一方のシール室のみ充填材を排出することも可能である。
図3に示すように、第2シール室32に充填材を供給する供給管54および第2シール室32から充填材を排出する排出管57は、それぞれ複数本設けられるとともに、シールド本体10の周方向に交互に配置されている。同様に、第1シール室31に充填材を供給する供給管53(図示なし)および第1シール室31から充填材を排出する排出管56は、それぞれ複数本設けられるとともに、シールド本体10の周方向に交互に配置されている。
後方圧力センサ46は、テールボイドT内の裏込材や地下水、泥水などの液体の圧力(以下、「液体圧力Pt」という。)を検出し、液体圧力Ptを示す検出信号を後述する制御部60に送信する。第1圧力センサ47は、第1シール室31内の充填材の圧力(以下、「第1充填材圧力P1」という。)を検出し、検出した第1充填材圧力P1を示す検出信号を後述する制御部60に送信する。第2圧力センサ48は、第2シール室32内の充填材の圧力(以下、「第2充填材圧力P2」という。)を検出し、第2充填材圧力P2を示す検出信号を後述する制御部60に送信する。
図3に示すように、後方圧力センサ46は、複数個設けられるとともに、テールプレート12の後端面12bに後方を向くようにして周方向に間隔をあけて配置されている。図4、図5に示すように、第1圧力センサ47および第2圧力センサ48は、それぞれ複数個設けられるとともに、第1シール室31および第2シール室32に面するようにテールプレート12の内周面12aに周方向に間隔をあけて配置されている。
裏込材供給管49は、図示しない裏込材注入ポンプを通じて裏込材タンクに接続されており、このポンプは、後述する制御部60によって制御されることにより、裏込材タンク内の所望量の裏込材を裏込材供給管49を通じてテールボイドTに注入する。裏込材供給管49は、複数本設けられるとともに、図3に示すように、周方向に間隔をあけて配置されかつそれぞれの開口端がテールプレート12の後端面12bに露出している。
制御部60は、マイクロコンピュータ等により構成されており、シールド機1の全体の動作を司る機能部である。制御部60は、供給ポンプ42、排出ポンプ43、分配弁44、混合弁45および裏込材注入ポンプと信号線を通じて接続されており、これらに対して制御信号を送信する。また、制御部60は、後方圧力センサ46、第1圧力センサ47および第2圧力センサ48と信号線を通じて接続されており、これらから送信される信号に基づいて、第1充填材圧力P1、第2充填材圧力P2および液体圧力Ptを測定する。これらの測定の結果得られた圧力P1、P2、およびPtは表示部67に表示される。表示部67は液晶ディスプレイ、CRTディスプレイなどの各種タイプの画像表示装置により構成されている。
次に、上述したシールド機1の動作について説明する。
シールド機1は、前方の地山Gをカッター15により掘削しつつ、シールドジャッキ16を伸長して既設のセグメントSから反力をとることにより所定の距離だけ前進し、前進に伴いテールボイドTに裏込材を注入する。次に、シールド機1は、シールドジャッキ16を縮小して、この空間に既設セグメントSの前端に連結して新しいセグメントSを筒状に組み立てる。シールド機1は、再度、この新たなセグメントSから反力をとって前進する。
シールド機1は、第1テールシール21、第2テールシール22および第3テールシール23ならびに各テールシールの間に満たされた充填材によってシール部を構成し、テールプレート12とセグメントSとの間をシールして、裏込材や地下水、泥水などがシールド機1内に侵入することを防ぐ。
そして、シールド機1が前進することにより、セグメントSの外表面に付着した充填剤の一部は、第1テールシール21によってこそげ落とされることなくテールボイドTへ流出し、第1シール室31の充填材が減少する。これにより第1シール室31の第1充填材圧力P1が低下していく。
ここで、シールド機1の制御部60は、第1シール室31の第1充填材圧力P1が、テールボイドTの液体圧力Ptより第1差分圧α(ただしα>0)小さくなるように供給ポンプ42、排出ポンプ43、分配弁44および混合弁45に制御信号を送信して、第1シール室31内の充填材の量を調整する。すなわち、制御部60は、P1<Pt−αのとき、排出ポンプ43を停止するとともに供給ポンプ42を動作させて第1シール室31に充填材を供給する。または、制御部60は、P1>Pt−αのとき、供給ポンプ42を停止するとともに排出ポンプ43を動作させて第1シール室31から充填材を排出する。
そのため、テールボイドT、第1テールシール21および第1シール室31がセグメントSの外周面Saの法線方向(図5の上下方向)に重なっている箇所において、テールボイドT側から第1テールシール21を押す力(液体圧力Pt)が第1シール室31側から第1テールシール21を押す力(第1充填材圧力P1)より大きいので、第1テールシール21の先端部がセグメントSの外周面Saにより強く押し付けられる。
さらに、制御部60は、第2シール室32の第2充填材圧力P2が、第1シール室31の第1充填材圧力P1より第2差分圧β(ただしβ>0)小さくなるように供給ポンプ42、排出ポンプ43、分配弁44および混合弁45に制御信号を送信して、第2シール室32内の充填材の量を調整する。すなわち、制御部60は、P2<P1−βのとき、排出ポンプ43を停止するとともに供給ポンプ42を動作させて第2シール室32に充填材を供給する。または、制御部60は、P2>P1−βのとき、供給ポンプ42を停止するとともに排出ポンプ43を動作させて第2シール室32から充填材を排出する。
そのため、第1シール室31、第2テールシール22および第2シール室32がセグメントSの外周面Saの法線方向に重なっている箇所において、第1シール室31側から第2テールシール22を押す力(第1充填材圧力P1)が第2シール室32側から第2テールシール22を押す力(第2充填材圧力P2)より大きいので、第2テールシール22の先端部がセグメントSの外周面Saにより強く押し付けられる。
第1差分圧αおよび第2差分圧βは、例えば、0.2〜1.0kgf/cmなど範囲から選択された固定値としたり、液体圧力Ptに対する所定の割合(α=0.9×Pt)や第1充填材圧力P1に対する所定の割合(β=0.8×P1)とするなど、本発明の目的に反しない限り、構成に応じて任意に設定することができる。
本実施形態において、供給ポンプ42、排出ポンプ43、分配弁44、混合弁45、供給管51〜54、排出管55〜58および制御部60が充填材調整部を構成する。また、後方圧力センサ46、第1圧力センサ47、第2圧力センサ48および制御部60が圧力測定部を構成する。
以上より、本実施形態によれば、第1シール室31の第1充填材圧力P1がテールボイドTの液体圧力Ptより小さくなるように第1シール室31の充填材の量を調整する。第1テールシール21はテールプレート12の内周面12aから後方に延在しつつセグメントSの外周面Saに接し、セグメントSの外周面Saの法線方向に第1テールシール21を挟んでテールボイドTと第1シール室31とが位置付けられる。そして、第1シール室31の第1充填材圧力P1がテールボイドTの液体圧力Ptより小さい。このようにしたことから、テールボイドTの液体圧力Ptによって第1テールシール21をセグメントSにより強く押し付けることができる。
また、第2シール室32の第2充填材圧力P2が第1シール室31の第1充填材圧力P1より小さくなるように第2シール室32の充填材の量を調整する。第2テールシール22はテールプレート12の内周面12aから後方に延在しつつセグメントSの外周面Saに接し、セグメントSの外周面Saの法線方向に第2テールシール22を挟んで第1シール室31と第2シール室32とが位置付けられる。そして、第2シール室32の第2充填材圧力P2が第1シール室31の第1充填材圧力P1より小さい。このようにしたことから、第1シール室31の第1充填材圧力P1によって第2テールシール22をセグメントSにより強く押し付けることができる。
さらに、充填材を第1シール室31および第2シール室32に供給する供給ポンプ42と、充填材を第1シール室31および第2シール室32から排出する排出ポンプと、を有している。このようにしたことから、充填材の供給のみならず充填材の排出も可能となり、第1シール室31および第2シール室32の充填材圧力を迅速に調整することができる。
したがって、本実施形態によれば、第1テールシール21をセグメントSにより強く押し付けることができるので、後方への充填材の漏出を抑制できるとともにシール性能の低下を抑制できる。
上述した実施形態では、第1シール室31にそれぞれ別体の供給管53および排出管56が接続され、第2シール室32にそれぞれ別体の供給管54および排出管57が接続される構成であったが、これに限定されるものではない。例えば図6は、図1のシールド機の変形例の構成を示す機能ブロック図である。図6に示すように、分配弁44、混合弁45、供給管53、54および排出管56、57に代えて、分配弁・混合弁の両機能を有する弁装置61と、供給ポンプ42および排出ポンプ43を排他的に弁装置61に接続する三方弁62と、弁装置61と第1シール室31および第2シール室32とを接続する流通管63および流通管64と、弁装置61と三方弁62とを接続する流通管65と、を有する構成としてもよい。この構成では、三方弁62によって、充填材を供給するときは供給ポンプ42と弁装置61と接続し、充填材を排出するときは排出ポンプ43と弁装置61と接続する。このようにすることで、充填材の供給および排出について、弁装置61および流通管63、64を共通に用いることができ、シールド本体10内に敷設される配管数を減らすことができる。
図7は図1のシールド機の充填材供給、排出制御装置のさらに他の変形例の構成を示す機能ブロック図である。この例では、第1シール室31にそれぞれ別体の供給管53および排出管56が接続され、第2シール室32にそれぞれ別体の供給管54および排出管57が接続される構成である点は図2の例と同様であるが、図2における分配弁44および混合弁45は削除されている。そして、充填材の供給側においては、図2における供給ポンプ42の代わりに第1の供給ポンプ42aと第2の供給ポンプ42bが設けられている。第1の供給ポンプ42aは充填材タンク41と供給管53の間に接続される一方、第2の供給ポンプ42bは充填材タンク41と供給管54の間に接続される。また、充填材の排出側においては、図2における排出ポンプ43の代わりに第1の排出ポンプ43aと第2の排出ポンプ43bが設けられている。第1の排出ポンプ43aは第1の三方弁59aを介して充填材タンク41と排出管56の間に接続される一方、第2の排出ポンプ43bは第2の三方弁59bを介して充填材タンク41と排出管57の間に接続される。なお、図7中、符号66は裏込材供給管49に接続され、この裏込材供給管49を介してテールボイドTへ裏込材を送給する裏込ポンプである。
次に、本実施の形態に係るシールド機における裏込め制御動作について説明する。図8は、図7に示されたシールド機の充填材供給、排出制御装置による上記制御動作を示すフローチャートである。制御動作は下記のように実行される。
ステップS1:裏込め材の管理余裕圧の設定
この処理ステップでは、掘進時と停止時の管理の目標となる裏込め注入圧を設定する。注入圧としては、
掘進時設定圧p01:地山の土圧pa+地下水圧pw+余裕圧ω、
停止時設定圧p02:地下水圧pw+余裕圧η
である。さらにこのステップにおいては、シール室密封材の管理余裕圧の設定を行う。管理余裕圧としては、
シール室1:α
シール室2:β
である。これらの余裕圧α,βは、それぞれ異なる値でもよいし、同じ値でもよい。また、このステップS1では、掘進開始前に、シール室1およびシール室2のシール室密封材設定圧を設定する。それぞれのシール室密封材設定圧は、
シール室1設定圧p11:停止時設定裏込め注入圧p02-余裕圧α
シール室2設定圧p21:シール室1の密封材設定圧p11-余裕圧β
である。
ステップS2:密封材の初期充填
この処理ステップでは、掘進開始前に、第1シール室31および第2シール室32内に予め密封材を充填する。
ステップS3:掘進開始
この処理ステップでは、シールド機1が起動され、シールド掘進を開始する。
ステップS4:裏込め注入開始
この処理ステップでは、シールド機1が掘進(前進)するにしたがって、第1テールシール21後方にテールボイドTが発生すると同時に裏込め注入を実施する。
ステップS5:掘進時裏込め注入圧管理
この処理ステップでは、掘進中の裏込め注入圧p0を、設定した掘進時設定注入圧p01(地山の土圧pa+地下水圧pw+余裕圧ω)と比較し、裏込めポンプ66の注入量増減により、設定注入圧にほぼ等しい注入圧を維持する。すなわち、
p0<pa+pw+ω
であるときは裏込めポンプを増速させてより多くの裏込材をテールボイドTに供給する(ステップS6)。他方、
p0>pa+pw+ω
であるときは裏込めポンプを減速させてより少ない裏込材をテールボイドTに供給する(ステップS7)。
ステップS8:掘進時第1シール室密封材圧力管理
この処理ステップでは、第1シール室31内圧力p1が掘進停止時の設定裏込め注入圧p02より余裕圧αを考慮した設定圧p11より小さいか、それとも大きいかにより、切り替えバルブ1を供給側と排出側との間で切り替え、第1の供給ポンプ42aを作動または停止させる。例えば、第1シール室31内圧力p1が掘進停止時の設定裏込め注入圧p02より余裕圧αを考慮した設定圧p11より小さい場合、すなわち、
p1<p02−α
である場合は、切り替えバルブ1を供給側へ切り替え(ステップS9)、第1の供給ポンプ42aを作動させる。
他方、第1シール室31内圧力p1が掘進停止時の設定裏込め注入圧p02より余裕圧αを考慮した設定圧p11より大きい場合、すなわち、
p1>p02−α
である場合は、切り替えバルブ1を排出側に切り替え(ステップS11)、戻り管を通して戻りタンクに戻し第1の供給ポンプ42aを停止させる(ステップS12)。
第1シール室31内圧力p1が掘進停止時の設定裏込め注入圧p02とほぼ等しい場合は、そのまま掘進を継続する。ここで、「ほぼ等しい」とは、一例として設定目標圧±10kPa程度とする。
戻りタンクの密封材は、供給ポンプの密封材タンク41に連通させて再利用も可能である。
ステップS13:掘進時第2シール室密封材圧力管理
この処理ステップでは、上記ステップS8〜ステップS12までの処理と同様の処理を第2シール室32に対して行うものである。ステップS13において、第2シール室32内圧力p2が第1シール室31内設定圧p11より余裕圧βを考慮した設定圧p21より小さい場合、すなわち、
p2<p11−β
である場合は、切り替えバルブ2を供給側に切り替え(ステップS14)、第2の供給ポンプ42bを作動させる(ステップS15)。
他方、第2シール室32内圧力p2が第1シール室31内設定圧p11より余裕圧βを考慮した設定圧p21より大きい場合、すなわち、
p2>p11−β
である場合は、切り替えバルブ2を排出側に切り替え(ステップS16)、密封材を戻りタンクに戻し第2の供給ポンプ42bを停止させる(ステップS17)。
第2シール室32内圧力p2が第1シール室31内設定圧p11にほぼ等しい場合は、そのまま掘進を継続する。ここで、「ほぼ等しい」とは、一例として設定目標圧±10kPa程度とする。
ステップS18:掘進・裏込め注入停止
この処理ステップでは、1リングの掘進を完了した時点で、裏込め注入を停止する。
ステップS19:停止時裏込め注入圧管理
この処理ステップでは、停止時の裏込め注入圧は掘進時より低下するが、掘進時設定注入圧p01が地山の地下水圧に余裕圧ηを加えた停止時裏込め注入圧設定値圧pwより小さくなる場合、すなわち、
p0<pw+η
である場合は、裏込めポンプ66を作動させて(ステップS20)、停止時裏込め注入圧を設定値と略同じ圧に保持する。
ステップS21:停止時第1シール室密封材圧力管理
この処理ステップでは、掘進時と同様、第1シール室31内圧力p1が停止時の設定裏込め注入圧p02より余裕圧αを考慮した設定圧p11より小さい場合、すなわち、
p1<p02−α
である場合は、切り替えバルブ1を供給側に切り替え(ステップS22)、第1の供給ポンプ42aを作動させる(ステップS23)。他方、第1シール室31内圧力p1が停止時の設定裏込め注入圧p02より余裕圧αを考慮した設定圧p11より大きい場合、すなわち、
p1>p02−α
である場合は、切り替えバルブ1を排出側に切り替え(ステップS24)、密封材を戻りタンクに戻し第1の供給ポンプ42aを停止させる(ステップS25)。
第1シール室31内圧力p1が掘進停止時の設定裏込め注入圧p02とほぼ等しい場合は、そのまま圧力を維持する。ここで、「ほぼ等しい」とは、一例として設定目標圧±10kPa程度とする。
ステップS26:停止時シール室2密封材圧力管理
この処理ステップでは、掘進時と同様、第2シール室32内圧力p2が第1シール室31内設定圧p11より余裕圧βを考慮した設定圧p21より小さい場合、すなわち、
p2<p1−β
である場合は、切り替えバルブ2を供給側に切り替え(ステップS27)、第2の供給ポンプ42bを作動させる(ステップS28)。
第2シール室32内圧力p2が第1シール室31内設定圧p11より余裕圧βを考慮した設定圧p21より大きい場合、すなわち、
p2>p1−β
である場合は、切り替えバルブ2を排出側に切り替え(ステップS29)、密封材を戻りタンクに戻し第2の供給ポンプ42bを停止させる(ステップS30)。
第2シール室32内圧力p2が第1シール室31内設定圧p11にほぼ等しい場合は、そのまま圧力を維持する。ここで、「ほぼ等しい」とは、一例として設定目標圧±10kPa程度とする。
ステップS31:裏込め材・密封材の管理余裕圧の見直し処理
この処理ステップでは、次リングの掘進開始前に、裏込め材および密封材の管理余裕圧を地山の土質、土被り、地下水位等の変化に応じて、必要により設定を変更する。
以上の一連の動作により制御動作が実行される。
上記に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
1…シールド機(トンネル掘削機)、
10…シールド本体、
11…スキンプレート、
12…テールプレート、
12a…内周面、
12b…後端面、
13…リブ、
14…押え板、
15…カッター、
16…シールドジャッキ
21…第1テールシール、
22…第2テールシール、
23…第3テールシール、
31…第1シール室、
32…第2シール室、
41…充填材タンク、
42…供給ポンプ、
43…排出ポンプ、
44…分配弁、
45…混合弁、
46…後方圧力センサ、
47…第1圧力センサ、
48…第2圧力センサ、
49…裏込材供給管、
51、52、53、54…供給管、
55、56、57、58…排出管、
59…三方弁、
60…制御部、
61…弁装置、
62…三方弁、
63、64…流通管、
G…地山、
P1…第1充填材圧力、
P2…第2充填材圧力、
Pt…液体圧力、
α…第1差分圧、
β…第2差分圧、
S…セグメント、
Sa…外周面、
T…テールボイド。

Claims (3)

  1. 筒状のシールド本体と、
    前記シールド本体の内周面に後方から前方に向けて間隔を開けて順に設けられた環状の複数のテールシールと、
    前記複数のテールシールの間に形成された1または複数のシール室の充填材の量を調整する充填材調整部と、
    前記シールド本体後方に形成されたテールボイドの液体圧力、および前記テールボイドの前方側に隣接する隣接シール室の充填材圧力を測定する圧力測定部と、を備え、
    前記シールド本体は、
    複数のテールシールとして、後方から前方に向けて最後方のテールシールとしての第1テールシール、その前方の第2テールシール、及びさらに前方の第3テールシール、またはそれ以上のテールシールと、
    前記第1テールシールと前記第2テールシールとの間に設けられた前記隣接シール室としての第1シール室、及び前記第2テールシールと前記第3テールシールとの間に設けられた第2シール室、またはそれ以上のシール室と、を有し、
    前記圧力測定部が、前記第1シール室よりも前方の第2シール室、またはそれよりも前方のシール室の充填材圧力も測定し、
    前記充填材調整部は、前記圧力測定部によって測定された前記第1シール室の充填材圧力が前記テールボイドの液体圧力より小さくなるように前記第1シール室に充填材を供給又は排出することにより充填材の量を調整し、さらに、
    前記充填材調整部は、前記圧力測定部によって測定された前記第2シール室、またはそれよりも前方のシール室の充填材圧力が、各々のシール室よりも後方に隣接するシール室の充填材圧力より小さくなるように前記第2シール室、またはそれよりも前方のシール室に充填材を供給又は排出することにより充填材の量を調整する、
    ことを特徴とするトンネル掘削機。
  2. 前記充填材調整部が、前記充填材を前記隣接シール室、前記第2シール室、またはそれよりも前方のシール室に供給する供給ポンプと、前記充填材を前記第1シール室および前記第2シール室、またはそれよりも前方のシール室から排出する排出ポンプと、を有していることを特徴とする請求項1に記載のトンネル掘削機。
  3. 筒状のシールド本体の内周面に後方から前方に向けて最後方のテールシールとしての第1テールシール、その前方の第2テールシール、及びさらに前方の第3テールシール、またはそれ以上のテールシールというように、間隔を開けて順に配置された環状の複数のテールシールが設けられたトンネル掘削機の制御方法であって、
    前記複数のテールシールの間において、前記第1テールシールと前記第2テールシールとの間に設けられた前記隣接シール室としての第1シール室、及び前記第2テールシールと前記第3テールシールとの間に設けられた第2シール室、またはそれ以上のシール室というように形成された複数のシール室に充填材を充填し、
    前記シールド本体後方に形成されたテールボイドの液体圧力、および前記テールボイドの前方側に隣接する第1シール室の充填材圧力を測定するとともに、前記第1シール室よりも前方の第2シール室、またはそれよりも前方のシール室の充填材圧力も測定し、
    前記第1シール室の充填材圧力が前記テールボイドの液体圧力より小さくなるように前記第1シール室に充填材を供給又は排出することにより充填材の量を調整し、さらに、
    前記第2シール室、またはそれよりも前方のシール室の充填材圧力が、各々のシール室よりも後方に隣接するシール室の充填材圧力より小さくなるように前記第2シール室、またはそれよりも前方のシール室に充填材を供給又は排出することにより充填材の量を調整する、
    ことを特徴とするトンネル掘削機の制御方法
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