JP7449636B2 - Mud water shield excavator - Google Patents
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Description
本発明は、カッタチャンバ内の泥水に所定の圧力を加えることで切羽を安定させながら地山を掘削してトンネルを形成する泥水式シールド掘進機に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a muddy water type shield excavator that excavates a ground to form a tunnel while stabilizing a face by applying a predetermined pressure to muddy water in a cutter chamber.
地盤中にトンネルを構築するシールド工法では、発進立坑内でシールド掘進機を組み立てて発進させ、地中を掘進させる。そして、到達立坑に到達したならば、到達立坑内でシールド掘進機を分解して地上に搬出する。 In the shield construction method, which constructs a tunnel in the ground, a shield excavator is assembled in the starting shaft and launched to excavate underground. After reaching the reaching shaft, the shield tunneling machine is disassembled inside the reaching shaft and transported to the ground.
また、シールド工法に用いられるシールド掘進機には、掘削土を泥土化して所定の圧力を与えることにより切羽を安定させながら地山を掘削する泥土圧シールド掘進機や、カッタチャンバ内の泥水に所定の圧力を加えることで切羽を安定させながら地山を掘削する泥水式シールド掘進機などがある。 In addition, the shield excavators used in the shield method include mud pressure shield excavators, which turn the excavated soil into mud and apply a specified pressure to excavate the ground while stabilizing the face, and There are mud shield excavators that excavate the ground while stabilizing the face by applying pressure.
ここで、泥水式シールド掘進機では、泥水が送泥管からカッタチャンバ内に常時供給されており、切羽前方の圧力(土圧および水圧)にカッタチャンバ内の泥水圧で対抗することで切羽を安定させている。そして、掘削時には、カッタチャンバ内に溜められた泥水がカッタチャンバに取り込まれた掘削土とともに排泥管から外部に排出される(掘削モード)。また、セグメント組立時など掘削を休止する際には、送泥管と排泥管とを連通するバイパス配管に設けられたバルブ(バイパス用バルブ)を開放するとともに、送泥管および排泥管のバイパス配管よりもカッタヘッド側に設けられたバルブ(送泥用バルブ・排泥用バルブ)を閉鎖して、カッタチャンバを切り離した状態で泥水を循環させる(バイパスモード)。さらに、セグメントの組み立てが完了して掘削を再開する際には、バイパス用バルブを閉鎖するとともに、送泥用バルブおよび排泥用バルブを開放する。 In muddy shield tunneling machines, muddy water is constantly supplied into the cutter chamber from the mud pipe, and the muddy water pressure in the cutter chamber counteracts the pressure (earth pressure and water pressure) in front of the face. It's stabilized. During excavation, the muddy water accumulated in the cutter chamber is discharged to the outside from the mud drain pipe together with the excavated soil taken into the cutter chamber (excavation mode). In addition, when stopping excavation such as when assembling segments, open the valve (bypass valve) installed in the bypass pipe that communicates the sludge pipe and the sludge pipe, and The valves (sludge feeding valve/sludge removal valve) installed closer to the cutter head than the bypass piping are closed to circulate muddy water with the cutter chamber separated (bypass mode). Furthermore, when the segment assembly is completed and excavation is restarted, the bypass valve is closed, and the mud feeding valve and mud draining valve are opened.
カッタヘッドには、掘削した土砂をカッタチャンバ内に取り込むための隙間があり、カッタチャンバ内の泥水は切羽の地山を押さえる。カッタチャンバ内に供給される泥水には、泥分にベントナイトや高分子添加剤などが混入されており、これによって切羽面に膜(泥膜)を形成して、切羽前方の圧力に対抗している。そして、砂質土で水が抜けやすい地盤などの場合は泥水の流入量が大きくなる(逸泥状態)ので、泥水中の泥分や高分子添加剤を多くするとともに泥水の供給量を増やし、泥水の排出量を増やしてカッタチャンバ内の圧力を安定させる操作を行っている。また、粘質土で水が抜けにくい地盤などの場合は、これとは逆の操作を行っている。 The cutter head has a gap for taking the excavated earth and sand into the cutter chamber, and the muddy water inside the cutter chamber presses down the ground at the face. The mud supplied into the cutter chamber contains bentonite, polymer additives, etc. mixed into the mud, which forms a film (mud film) on the face of the face to counteract the pressure in front of the face. There is. In the case of sandy soil where water easily drains, the amount of mud water flowing in increases (sludge state), so the amount of mud and polymer additives in the mud water is increased, and the amount of mud water supplied is increased. Operations are being carried out to stabilize the pressure inside the cutter chamber by increasing the amount of muddy water discharged. In addition, in the case of clayey soil that does not allow water to drain easily, the operation is reversed.
ここで、泥水式シールド掘進機での掘削においては、地盤の土質によるカッタチャンバ内の泥水圧の変化に応じて当該カッタチャンバ内に供給する泥水の濃度を調整するとともに、送泥管および排泥管の流量を調節する必要がある。しかしながら、複雑な地盤や高水圧下ではカッタチャンバ内の泥水圧が急激に変化することがあり、このような濃度調整や流量調整が間に合わない場合には、地山への悪影響が生じて崩落の可能性もある。 When excavating with a mud shield excavator, the concentration of mud supplied to the cutter chamber is adjusted according to changes in the mud water pressure in the cutter chamber depending on the soil quality of the ground, and the mud supply pipe and mud drainage are adjusted. It is necessary to adjust the flow rate of the pipe. However, when the ground is complex or under high water pressure, the mud pressure inside the cutter chamber may change rapidly, and if such concentration and flow rate adjustments are not made in time, it may have an adverse effect on the ground and cause it to collapse. There is a possibility.
また、バイパスモードから掘削モードに移行する際には、各バルブの閉鎖や開放が瞬時に行なわれるためにカッタチャンバ内の泥水圧が大きく変動し、これに伴って、切羽地山やカッタヘッド、送泥管、排泥管などに悪影響が出る可能性がある。 Additionally, when transitioning from bypass mode to excavation mode, the mud water pressure inside the cutter chamber fluctuates greatly as each valve closes and opens instantly, causing the face rock, cutter head, There is a possibility that there will be an adverse effect on the sludge pipes, sludge drainage pipes, etc.
そこで、特許文献1(特開2002-180781号公報)には、カッタチャンバとは別に、圧縮空気の弾力性を利用したチャンバを設け、カッタチャンバ内の泥水の水面の変化に対応することで泥水圧の急激な変化を緩和する技術が提案されている。 Therefore, in Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-180781), a chamber that utilizes the elasticity of compressed air is provided separately from the cutter chamber, and by responding to changes in the water surface of muddy water in the cutter chamber, Techniques have been proposed to alleviate sudden changes in water pressure.
具体的には、第1のチャンバであるカッタチャンバとは離れたトンネル内に第2のチャンバである圧力調整タンクを設けた構造である。圧力調整タンクは下方がカッタチャンバと接続されて泥水が供給され、上方が圧縮空気を封入したダンパタンクと接続されて圧縮空気が供給される。そして、カッタチャンバにかかる圧力が変化した場合に圧力調整タンク内の水面が上下するが、それに伴って圧縮空気が供給もしくは排出されてカッタチャンバ内の泥水の圧力変動が緩和される。 Specifically, it has a structure in which a pressure adjustment tank, which is a second chamber, is provided in a tunnel separate from a cutter chamber, which is a first chamber. The pressure adjustment tank is connected at the lower end to the cutter chamber to be supplied with muddy water, and at the upper end is connected to a damper tank containing compressed air to be supplied with compressed air. When the pressure applied to the cutter chamber changes, the water level in the pressure adjustment tank rises and falls, but compressed air is supplied or discharged accordingly, and pressure fluctuations in the muddy water in the cutter chamber are alleviated.
特許文献1に記載の技術では、泥水が第1のチャンバ(カッタチャンバ)から別途設けられた第2のチャンバ(圧力調整タンク)に供給される構造となっている。そして、第2のチャンバ内の泥水の水位が高くなりすぎて排出する必要が生じたときのために、第2のチャンバの底部には、泥水を排出するためのドレイン管(ドレーン42)が設けられている。 The technique described in Patent Document 1 has a structure in which muddy water is supplied from a first chamber (cutter chamber) to a separately provided second chamber (pressure adjustment tank). In case the water level of the muddy water in the second chamber becomes too high and needs to be drained, a drain pipe (drain 42) is provided at the bottom of the second chamber to drain the muddy water. It is being
また、ドレイン管に設けられたリリーフ弁を開くと、泥水が単にトンネル内に垂れ流されることになる。 Moreover, when the relief valve provided in the drain pipe is opened, the muddy water simply drips into the tunnel.
すると、第2のチャンバの底部に土砂が溜まった状態の場合には、ドレイン管が閉塞して泥水が排出されない。 Then, if dirt is accumulated at the bottom of the second chamber, the drain pipe is blocked and muddy water is not discharged.
本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、第2のチャンバの底部に土砂が貯まっていても泥水を排出することのできる泥水式シールド掘進機を提供することを目的とする。 The present invention has been made from the above-mentioned technical background, and an object of the present invention is to provide a muddy water type shield excavator that can discharge muddy water even if earth and sand accumulates at the bottom of the second chamber. .
また、本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、第2のチャンバから排出された泥水でトンネル内が汚染されることのない泥水式シールド掘進機を提供することを目的とする。 Further, the present invention has been made based on the above-mentioned technical background, and an object of the present invention is to provide a muddy water type shield excavator in which the inside of the tunnel is not contaminated by muddy water discharged from the second chamber. do.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の本発明の泥水式シールド掘進機は、地山を掘削するカッタヘッドの背面に形成された第1のチャンバと、前記第1のチャンバ内に泥水を送り込む送泥管と、前記第1のチャンバ内に溜められた泥水を前記第1のチャンバに取り込まれた掘削土とともに外部に排出する排泥管と、圧縮空気および泥水が収容されるとともに調圧配管により前記第1のチャンバと連通され、前記調圧配管を介して前記第1のチャンバとの間を泥水が往来して当該第1のチャンバ内の泥水圧の変化を緩和する第2のチャンバと、前記送泥管と前記排泥管とを連通するバイパス配管と、前記送泥管から分岐して前記第2のチャンバに接続された供給配管と、前記第2のチャンバから延びて前記排泥管に接続され、前記排泥管内の流水の圧力で前記第2のチャンバ内に溜まった砂分を吸引して前記排泥管へ送り込む排出配管と、前記送泥管における前記バイパス配管との分岐接続点よりも前記第1のチャンバ側の管路を開閉する第1のバルブ、および前記排泥管における前記バイパス配管との分岐接続点よりも前記第1のチャンバ側の管路を開閉する第2のバルブと、前記バイパス配管の管路を開閉する第3のバルブと、前記供給配管の管路を開閉する第4のバルブ、および前記排出配管の管路を開閉する第5のバルブと、前記排出配管における前記第5のバルブの前記排泥管側に設置され、前記排泥管内の水圧の方が前記排出配管内の水圧よりも高くなった場合に、泥水が前記排泥管から前記排出配管を通って前記第2のチャンバ内に逆流するのを阻止する逆止弁と、前記調圧配管の管路を開閉する第6のバルブとを有し、地山掘削時には、前記第1のバルブ、前記第2のバルブおよび前記第6のバルブを開放して前記第3のバルブを閉鎖するとともに前記第4のバルブおよび前記第5のバルブを開閉して前記第2のチャンバ内の泥水量を調整する、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a muddy water type shield excavator according to the present invention as set forth in claim 1 includes: a first chamber formed on the back side of a cutter head for excavating a ground; and a muddy water shield excavator in the first chamber. a mud feeding pipe for feeding mud into the first chamber; a mud draining pipe for discharging the muddy water stored in the first chamber to the outside together with the excavated soil taken into the first chamber; A second chamber is connected to the first chamber by a pressure piping, and muddy water flows back and forth between the first chamber and the first chamber via the pressure regulating piping to alleviate changes in muddy water pressure in the first chamber. a chamber, a bypass pipe that communicates the sludge pipe and the sludge removal pipe, a supply pipe that branches from the sludge pipe and is connected to the second chamber, and a supply pipe that extends from the second chamber and connects the sludge pipe to the second chamber; a discharge pipe that is connected to the mud removal pipe and sucks sand accumulated in the second chamber under the pressure of flowing water in the mud removal pipe and sends it to the mud removal pipe; and a bypass pipe in the mud transport pipe. a first valve that opens and closes a pipe line closer to the first chamber than a branch connection point with the bypass pipe; and a first valve that opens and closes a pipe line closer to the first chamber than a branch connection point with the bypass pipe in the mud removal pipe a second valve that opens and closes the pipeline, a third valve that opens and closes the pipeline of the bypass piping, a fourth valve that opens and closes the pipeline of the supply piping, and a fifth valve that opens and closes the pipeline of the discharge piping. A valve is installed on the mud drainage pipe side of the fifth valve in the discharge pipe , and when the water pressure in the mud drainage pipe becomes higher than the water pressure in the discharge pipe, muddy water is removed from the discharge pipe. It has a check valve that prevents backflow from the mud pipe through the discharge pipe and into the second chamber, and a sixth valve that opens and closes the passage of the pressure regulating pipe. , the first valve, the second valve and the sixth valve are opened and the third valve is closed, and the fourth valve and the fifth valve are opened and closed to open and close the second valve. It is characterized by adjusting the amount of muddy water in the chamber.
請求項2に記載の本発明の泥水式シールド掘進機は、上記請求項1記載の発明において、前記第2のチャンバの底面には、ドレイン管を介して排泥タンクが接続され、前記ドレイン管には、当該ドレイン管の管路を開閉する第7のバルブが設けられ、前記第5のバルブに加えて、さらに前記第7のバルブを開閉して前記第2のチャンバ内の泥水量を調整する、ことを特徴とする。
In the muddy shield excavator of the present invention according to
請求項3に記載の本発明の泥水式シールド掘進機は、上記請求項1または2記載の発明において、地山掘削停止時には、前記第1のバルブおよび前記第2のバルブを閉鎖して前記第3のバルブを開放する、ことを特徴とする。
The muddy water type shield excavator of the present invention according to
請求項4に記載の本発明の泥水式シールド掘進機は、上記請求項1または3記載の発明において、前記第1~第6のバルブを開閉制御する制御手段をさらに有する、ことを特徴とする。
The muddy water type shield excavator of the present invention according to
請求項5に記載の本発明の泥水式シールド掘進機は、上記請求項2記載の発明において、前記第1~第7のバルブを開閉制御する制御手段をさらに有する、ことを特徴とする。
The muddy water type shield excavator according to the present invention according to
請求項6に記載の本発明の泥水式シールド掘進機は、上記請求項1~5の何れか一項に記載の発明において、前記排出配管の前記排泥管との合流接続点から泥水の流動方向下流側に延びる前記排泥管と前記排出配管とでなす分岐角は90°以上である、ことを特徴とする。
A muddy water type shield excavator according to the present invention according to
請求項7に記載の本発明の泥水式シールド掘進機は、上記請求項1~6の何れか一項に記載の発明において、前記排泥管に設置され、前記排泥管内の泥水を排出する排泥ポンプをさらに有し、前記排出配管の前記排泥管との合流接続点は、前記排泥ポンプよりも泥水の流動方向上流側となっている、ことを特徴とする。
The muddy water type shield excavator of the present invention according to
本発明によれば、第2のチャンバから延びる排出配管が排泥管に接続されているので、第2のチャンバの底部に土砂が貯まっていても、排泥管内の流水の圧力でこれらの土砂が排出配管を介して吸引されて排泥管内へと流入し、機外へと排出することが可能になる。 According to the present invention, since the discharge pipe extending from the second chamber is connected to the mud removal pipe, even if dirt accumulates at the bottom of the second chamber, the pressure of the flowing water in the mud removal pipe removes the dirt and sand. The sludge is sucked through the discharge pipe, flows into the sludge pipe, and can be discharged outside the machine.
また、本発明によれば、第2のチャンバの底面にはドレイン管を介して排泥タンクが接続されているので、第2のチャンバ内の土砂はドレイン管を通って排泥タンクに排出されることになる。これにより、第2のチャンバから排出された泥水でトンネル内が汚染されることがなくなる。 Further, according to the present invention, since the sludge tank is connected to the bottom of the second chamber via the drain pipe, the earth and sand in the second chamber is discharged to the sludge tank through the drain pipe. That will happen. This prevents the inside of the tunnel from being contaminated with muddy water discharged from the second chamber.
以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment as an example of this invention will be described in detail based on drawing. In addition, in the drawings for explaining the embodiments, the same components are designated by the same reference numerals in principle, and repeated explanation thereof will be omitted.
図1は本発明の一実施の形態である泥水式シールド掘進機の構成を側面から示す概念図である。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a muddy water shield excavator according to an embodiment of the present invention from the side.
図1において、本実施の形態の泥水式シールド掘進機(以下、単に「シールド掘進機」という。)1は、カッタヘッド2を切羽(掘削面)Fに押し当てて回転させることにより地山を掘削する際に、カッタヘッド2の背面のスキンプレート3内に設けられたカッタチャンバ(第1のチャンバ)4に送泥管5を通じて泥水を供給し、カッタチャンバ4内の泥水圧力を切羽Fの土圧および地下水圧に見合う圧力にして切羽Fの安定を図るとともに、カッタチャンバ4内に溜められた泥水をカッタチャンバ4内に取り込まれた掘削土とともに排泥管6によってトンネルの外部に排出しながら地山にトンネルを形成する。なお、カッタチャンバ4に送り込まれる泥水は坑外に設置された泥水プラント7に貯留されており、送泥ポンプ8により圧送される。また、泥水には、泥分にベントナイトや高分子添加剤などが混入されており、これにより切羽Fに膜(泥膜)を形成して前方の地山の隙間に泥水が流れ込むことを防いでいる。
In FIG. 1, a muddy water type shield excavator (hereinafter simply referred to as "shield excavator") 1 according to the present embodiment excavates the ground by pressing a
泥水式のシールド掘進機1は泥水の浸透による切羽Fの安定効果があるため、水圧の高い地盤での施工に適している。一方、透水性の高い地盤、巨石地盤では、地盤からの泥水の流入量が大きくなる逸泥が発生するおそれがあることから、泥水中の泥分や高分子添加剤を多くするとともに泥水の供給量を増やし、泥膜を補強してカッタチャンバ内の圧力を安定させるようにする。 The muddy water type shield excavator 1 has a stabilizing effect on the face F due to penetration of muddy water, so it is suitable for construction on ground with high water pressure. On the other hand, in highly permeable ground or megalithic ground, there is a risk of mud slippage, where a large amount of muddy water flows in from the ground. Increase the volume and reinforce the mud film to stabilize the pressure inside the cutter chamber.
シールド掘進機1を構成するカッタヘッド2は、地山の切羽Fを掘削する正面視円形状の掘削部材であり、スキンプレート3の前面にスキンプレート3の周方向に沿って正逆方向に回転自在の状態で設置されている。
The
本実施の形態において、カッタヘッド2には面板タイプが採用されており、前面(切羽Fに対向する面)には、玉石等の破砕や地山の掘削を行う複数のビットやスクレーパツース(何れも図示せず)が装着されている。また、カッタヘッド2には、当該カッタヘッド2の回転により掘削された土砂等をカッタチャンバ4内に取り込むための土砂取込口(図示せず)が形成されている。
In this embodiment, the
カッタヘッド2の後方に位置するスキンプレート3は、例えば径方向の断面が円筒状になった鋼製板により形成されている。このスキンプレート3の前面(カッタヘッド2が設置された位置)から内方に後退した位置には、当該スキンプレート3内を切羽側と機内側とに区画する隔壁9が設置されている。そして、スキンプレート3の切羽側すなわちカッタヘッド2と隔壁9との間に、カッタチャンバ4が設けられている。
The
カッタチャンバ4は、カッタヘッド2の回転により掘削された土砂等を取り込み、送泥管5を通じて供給された泥水と混合する空間(チャンバ)であり、前述のように、カッタチャンバ4内の泥水圧力を切羽Fの土圧および地下水圧に見合う圧力にして切羽Fを押さえて安定化させる。
The
一方、スキンプレート3の機内には、カッタヘッド2を正逆方向に回転させるカッタ駆動部、前後に分割されて屈曲可能となったスキンプレート3(前胴プレート・後胴プレート)を相互に連結するとともにシールド掘進機1の推進方向を修正する中折れジャッキ、スキンプレート3の後方に敷設されたセグメントに反力をとってシールド掘進機1を前進させるシールドジャッキ、スキンプレート3の後端付近において複数のピースを環状に組み立ててトンネルの内周にセグメントを構築するエレクタなどが設置されている。
On the other hand, inside the
さらに、スキンプレート3の機内から坑外に延びるようにして、前述の送泥管5と排泥管6とが設置されている。
Furthermore, the aforementioned
送泥管5は、カッタチャンバ4内に泥水を供給する配管であり、例えば、鋼材により形成されている。送泥管5の先端部(放泥口)は、隔壁9の正面内上部を貫通してカッタチャンバ4に達している。これにより、送泥管5を通じて圧送された泥水は、シールド掘進機1の正面内上部からカッタチャンバ4内に供給される。この送泥管5はトンネルの抗口に向かって延び、途中に配置された前述の送泥ポンプ8を介してトンネルの外部の泥水プラント7に接続されている。なお、泥水プラント7は、トンネルの外部の泥水処理装置(図示せず)に接続されている。
The
排泥管6は、カッタチャンバ4内の排泥水(掘削土と泥水との混合泥水)をトンネルの外部に排出する配管であり、例えば、鋼材により形成されている。排泥管6の先端部(吸泥口)は、隔壁9の正面内下部を貫通してカッタチャンバ4に達している。これにより、カッタチャンバ4内の排泥水は、シールド掘進機1の正面内下部から排出される。排泥管6はトンネルの抗口に向かって延び、途中に配置された排泥ポンプ10を介してトンネルの外部の泥水処理装置に接続されている。
The
すなわち、カッタチャンバ4内の排泥水は、排泥管6を通じてトンネルの外部の泥水処理装置に送られ、そこで土砂と泥水とに分離され比重や粘性等が調整された後、泥水プラント7に送られて再び送泥管5を通じてカッタチャンバ4へ送られる。
That is, the waste water in the
図1に示すように、本実施の形態のシールド掘進機1には、カッタチャンバ4の後方に補助チャンバ(第2のチャンバ)11が設置されている。補助チャンバ11は調圧配管13によりカッタチャンバ4と連通しており、カッタチャンバ4との間を泥水が往来するようになった小型の圧力容器である。
As shown in FIG. 1, in the shield excavator 1 of this embodiment, an auxiliary chamber (second chamber) 11 is installed behind the
補助チャンバ11は調圧配管13でカッタチャンバ4と連結されているために、チャンバ内の下層は泥水層(貯留泥水)となっている。本実施の形態において、調圧配管13のカッタチャンバ4の接続位置は、カッタチャンバ4の中央よりも上部の位置となっている。これは、補助チャンバ11の役目は圧力の調整であるから、泥水の濃度は機能に影響しないため、チャンバ内の泥水の濃度が薄いことが望ましいからである。すなわち、カッタチャンバ4内の泥水は底部付近が濃く、上部になるにつれて薄くなっているため、調圧配管13をカッタチャンバ4の底部付近に接続すると、濃度が高い泥水、つまり土砂を多く含んだ泥水が補助チャンバ11に流入しやすくなるため、濃度の薄い泥水を取り込む必要から、調圧配管13のカッタチャンバ4の接続位置を前述のようにしたものである。但し、泥水濃度の条件などによっては、調圧配管13のカッタチャンバ4の接続位置は、カッタチャンバ4の中央よりも下部となっていてもよい。
Since the
なお、本実施の形態では、調圧配管13は補助チャンバ11の底部を含む位置に接続されている。これは、調圧配管13が確実に補助チャンバ11内の泥水層に面するようにするためである。但し、必ずしもこのような接続形態になってなくてもよい。
In this embodiment, the
また、図示するように、コンプレッサ16から圧縮空気の供給を受けるレシーバタンク14が設置され、このレシーバタンク14は空圧配管15を介して補助チャンバ11と常時接続されている。よって、補助チャンバ11内の上部は圧縮空気層となっている。さらに、補助チャンバ11の上面には、チャンバ内の空圧を設定値に保持するリリーフ弁(圧力制御弁)17が取り付けられている。本実施の形態では、コンプレッサ16で生成される圧縮空気は0.75MPa(MAX)であり、コンプレッサ16とレシーバタンク14との間に設置された図示しない調圧バルブにより0.31~0.35MPa程度に減圧されてレシーバタンク14内に送り込まれる。減圧された圧縮空気はレシーバタンク14から補助チャンバ11内に送り込まれ、補助チャンバ11の内部が0.3MPaになるようにリリーフ弁17で制御されるようになっている。なお、リリーフ弁17の開度は、制御のし易さの見地から10%程度にするのが望ましい。
Further, as shown in the figure, a
また、レシーバタンク14内の圧力が0.31MPaより低くなるとコンプレッサ16が稼働し、0.35MPaより高くなると停止する。そして、レシーバタンク16からは常に補助チャンバ11に圧縮空気が供給されている。その上で、補助チャンバ11のリリーフ弁17から常に空気を排出し続けることで、安定した気圧を保つことができる。
Further, when the pressure inside the
なお、本実施の形態では、補助チャンバ11の容量5.0m3に対し、レシーバタンク14の容量2.26m3となっている。なお、コンプレッサ16は最大出力で使用するものとし、出力の大きいものが望ましい。
In this embodiment, the capacity of the
そして、このようにして補助チャンバ11の内部圧力が一定に保たれているため、カッタチャンバ4の圧力の変化に応じて調圧配管13から泥水が流入して泥水層の水面高さが変化しても、上層の圧縮空気が空気圧ダンパとして切羽圧の変化を吸収することで、カッタヘッド2の切羽Fに対する圧力を一定に保つことができることになる。
Since the internal pressure of the
なお、レシーバタンク14はコンプレッサ16と常時接続されているが、レシーバタンク14内の圧縮空気の圧力が一定値を超えるとコンプレッサ16が停止し、レシーバタンク14内の圧力が所定以上に上昇することが防止されている。
Note that the
ここで、本実施の形態において、空圧配管15は1本だけになっている。しかしながら、空圧配管15を複数本設けておき、通常は1本の空圧配管15だけでレシーバタンク14から補助チャンバ11内に圧縮空気を供給するようにしておき、補助チャンバ11内の圧力が急激に低下した場合には他の空圧配管15も使用して同時に多量の圧縮空気を補助チャンバ11内に供給するようにして、当該補助チャンバ11内の圧力を速やか所定のレベルに戻すようにしてもよい。また、空圧配管15を複数本設けておけば、一方の空圧配管15に不具合があった場合でもすぐに対応が可能になる。
Here, in this embodiment, there is only one
なお、レシーバタンク14とコンプレッサ16とで構成される圧縮空気供給手段は、シールド掘進機1の前進に追随して前進する後続台車に搭載されている。
In addition, the compressed air supply means comprised of the
さらに、補助チャンバ11には送泥管5から分岐した供給配管12が接続されており、送泥管5を流れる泥水は、補助チャンバ11にも流入可能になっている。また、補助チャンバ11から延びるようにして、排出配管18が排泥管6に接続されている。さらに、送泥管5と排泥管6とは、バイパス配管19により直接(つまり、カッタチャンバ4を介することなく)接続されている。
Furthermore, a
ここで、補助チャンバ11から延びる排出配管18を排泥管6に接続したのは、排泥管6内の流水の圧力で補助チャンバ11内に溜まった砂分を排出配管18を介して吸引することができるからである。なお、補助チャンバ11内の土砂を効率的に排出するためには、排出配管18は補助チャンバ11の底面から延びるように接続されているのがよい。
Here, the
なお、図4に示すように、排出配管18の排泥管6との合流接続点Pmから泥水の流動方向下流側に延びる排泥管6と排出配管18とでなす分岐角(排出配管18の管芯C3排泥管6の管芯C4とでなす角)θは90°以上であることが望ましい。分岐角θを90°以上にすると、排泥管6を流れる泥水の流れる方向からみて排出配管18は土砂が流入しにくい方向に接続されることになるので、土砂はより一層排出配管18に流入しにくくなるからである。
In addition, as shown in FIG. 4, the branching angle formed by the
また、図示するように、排出配管18の排泥管6との合流接続点Pmは、前述した排泥ポンプ10よりも泥水の流動方向上流側となっている。これは、合流接続点Pmを排泥ポンプ10よりも泥水の流動方向下流側にすると、排泥管6内の圧力が大きい場合に、補助チャンバ11内に対する吸引力が強すぎて補助チャンバ11内の水位が下がりすぎることが考えられるからである。但し、補助チャンバ11内の土砂の沈下量が多い場合は、合流接続点Pmを排泥ポンプ10よりも泥水の流動方向下流側にしてもよく、さらに、合流接続点Pmの上流側および下流側に排泥ポンプ10を接続して、状況に応じて選択的に稼働させるようにしてもよい。
Further, as shown in the figure, the merging connection point Pm of the
なお、本実施の形態において、補助チャンバ11の底面にはドレイン管21を介して排泥タンク20が接続されている。そして、補助チャンバ11内の泥水が土砂を多く含んだ場合には、ドレイン管21に設けられた第7のバルブV7を開いて補助チャンバ11内の土砂を排泥タンク20に排出するようになっている。したがって、補助チャンバ11内の泥水をドレイン管21から排出しても、泥水でトンネル内が汚染されることがない。なお、排泥タンク20内の泥水は、図示しないバキューム掃除機で負圧吸引して機外に排出される。
In this embodiment, a
このように、本実施の形態のシールド掘進機1では、補助チャンバ11からの泥水の排出経路として、排出配管18から排泥管6に排出する第1の経路、およびドレイン管21から排泥タンク20に排出する第2の経路の2経路が設けられている。これは、補助チャンバ11内の泥水を排出する必要が生じたにもかかわらず、排泥管6内の水圧が高いために第1の経路での排出ができなくなったときを想定したものである。但し、第1の経路による泥水の排出が可能な状態であっても、第2の経路で、あるいは第1の経路と第2の経路とを併用して排出してもよい。
In this way, in the shield excavator 1 of the present embodiment, the mud water is discharged from the
また、補助チャンバ11内には、図示しない水位計(流向検知手段)が設置されている。この水位計は、補助チャンバ11内の水位の増減を計測することにより、補助チャンバ11とカッタチャンバ4との間を往来する泥水の流向(泥水がどちらの方向に流れているか)を検知するためのものである。但し、水位計に代えて、調圧配管13に流向計(流向検知手段)を設置し、補助チャンバ11とカッタチャンバ4との間を往来する泥水の流向を検知するようにしてもよい。
Furthermore, a water level gauge (flow direction detection means), not shown, is installed in the
図示するように、送泥管5におけるバイパス配管19との分岐接続点Pb1よりもカッタチャンバ4側には第1のバルブV1が、排泥管6におけるバイパス配管19との分岐接続点Pb2よりもカッタチャンバ4側には第2のバルブV2が取り付けられている。また、バイパス配管19には第3のバルブV3が、供給配管12には第4のバルブV4が、排出配管18には第5のバルブV5が、調圧配管13には第6のバルブV6が取り付けられている。さらに、前述のように、補助チャンバ11と排泥タンク20とを連結するドレイン管21には第7のバルブV7が取り付けられている。
As shown in the figure, the first valve V1 is located closer to the
これらのバルブV1~V7は何れもそれぞれの管路を開閉するためのものであり、本実施の形態においては、シールド掘進機1の作業状態(地山掘削作業中・地山掘削作業停止中)を示すデータ、カッタチャンバ4内の泥水の圧力計および濃度計による計測値、補助チャンバ11内の水位計および水量計(後述する)および圧力計による計測値などが収集され、これらに基づいて図示しない制御部(制御手段)に制御されるモータなどのアクチュエータによって自動的に開閉操作されるようになっている。
These valves V1 to V7 are for opening and closing their respective pipelines, and in this embodiment, the shield excavation machine 1 is used in various operating states (during earth excavation work/during earth excavation work stopped). , the measured values of the muddy water in the
但し、制御部を設けることなく、オペレータがアクチュエータを介してバルブV1~V7を開閉操作するようにしてもよい。 However, the valves V1 to V7 may be opened and closed by an operator via actuators without providing a control unit.
なお、排出配管18に取り付けられた第5のバルブV5の排泥管6側には、逆止弁(第8のバルブ)V8が設置されている。これは、排泥管6内の水圧の方が排出配管18内の水圧よりも高くなっている場合に、泥水が排泥管6から排出配管18を通って補助チャンバ11内に逆流する事態を阻止するためである。
Note that a check valve (eighth valve) V8 is installed on the
以上のような構成を有するシールド掘進機1における泥水の流れについて、図2および図3を用いて説明する。なお、これらの図面において、泥水の流れる管路は太い実線で、泥水が流れたり流れなかったりする管路は太い破線で、それぞれ示している。また、図2は、泥水がカッタチャンバ4を通って(つまり、バイパス配管19を通らずに)環流するカッタチャンバ環流モードであり、図3は、泥水がバイパス配管19を通って(つまり、カッタチャンバ4を通らずに)環流するバイパス環流モードを示している。また、管路を開閉して泥水の流れを制御するバルブV1~V7は、前述のように制御部によって制御されている。 The flow of muddy water in the shield excavator 1 having the above configuration will be explained using FIGS. 2 and 3. In these drawings, the pipes through which muddy water flows are shown by thick solid lines, and the pipes through which muddy water flows or not are shown by thick broken lines. Further, FIG. 2 shows a cutter chamber circulation mode in which muddy water circulates through the cutter chamber 4 (that is, without passing through the bypass pipe 19), and FIG. A bypass reflux mode is shown in which the flow is refluxed (without passing through chamber 4). Further, the valves V1 to V7, which open and close the pipes to control the flow of muddy water, are controlled by the control section as described above.
図2において、地山掘削時には、先ず第6のバルブV6を開放する。続いて、第1のバルブV1および第2のバルブV2を開放して、第3のバルブV3を閉鎖する(カッタチャンバ環流モード)。そして、送泥管5を通じて泥水プラント7に貯留されている泥水を送泥ポンプ8によりカッタチャンバ4内に供給し、カッタチャンバ4内の泥水圧力を切羽Fの土圧および地下水圧に見合う圧力にして切羽Fの安定を図るとともに、カッタチャンバ4内に溜められた泥水をカッタチャンバ4内に取り込まれた掘削土とともに排泥管6によってトンネルの外部の泥水プラント7を介して環流させながら地山にトンネルを形成する。また、カッタチャンバ4内の泥水圧力の変動に応じて、調圧配管13を介してカッタチャンバ4と補助チャンバ11との間で泥水が往来して、カッタチャンバ4内の圧力変動が緩和される。
In FIG. 2, when excavating the earth, the sixth valve V6 is first opened. Subsequently, the first valve V1 and the second valve V2 are opened, and the third valve V3 is closed (cutter chamber circulation mode). Then, the muddy water stored in the
なお、このように、第6のバルブが開放位置になって補助チャンバ11はカッタチャンバ4と常時接続されている。しかしながら、何らかの不測の事態が生じて補助チャンバ11内の泥水量が急激且つ極端に多くまたは少なくなったときには、補助チャンバ11によりカッタチャンバ4内の圧力変動を緩和することができなくなる。よって、その場合のみ、第6のバルブV6を閉鎖して両者の接続を解除するようになっている。
Note that, in this way, the sixth valve is in the open position and the
なお、本実施の形態において、カッタチャンバ4内の逸泥状態での泥水の濃度の調整については次にようにしている。すなわち、逸泥状態かどうかは逸泥量の算定結果から判断しており、補助チャンバ11の水位変動時以外でも行われる。具体的には、1日の逸泥量(=(送泥量+掘削土量)-排泥量)が全体量の10%以上のときを逸泥状態としている。泥水濃度は比重で管理しており、標準が1.2として、逸泥状態の場合は1.25まで上げるようにしている。また、泥水の比重は最大で1.3程度とし、逸泥量が大きくない場合は標準を1.22としている。
In this embodiment, the concentration of muddy water in the
また、1日の逸泥量が全体量の1%以下になったら逸泥が収まったと判断し、泥水の濃度を1.2まで戻す可能性を検討する。ここで、泥水の濃度を1.2まで戻さない余地を残したのは、泥水の濃度を変更する場合には、地上の振動ふるいやシックナーバックフィルタなどについて変更するなど大掛かりな調整が必要なためであり、泥水の濃度を上げた状態で掘削することに問題がない場合は、そのまま続けることが望ましいからである。 Additionally, if the amount of mud lost per day is less than 1% of the total amount, it will be determined that the mud loss has subsided, and the possibility of returning the concentration of mud to 1.2 will be considered. The reason we left room for not returning the muddy water concentration to 1.2 was because changing the muddy water concentration would require major adjustments such as changes to the above-ground vibrating sieve and thickener back filter. Therefore, if there is no problem with excavating with increased concentration of mud water, it is desirable to continue the excavation as it is.
また、逸水とは逆に、切羽Fの水圧が高くなり、地下水がカッタチャンバ4に流入して水位が上昇する場合がある。本実施の形態において、このときの許容値はプラスマイナス3%としており、水位の上昇が3%以上の状態が丸1日続いた場合には、カッタチャンバ4の泥土圧を漸増させて切羽Fとのバランスを取る。カッタチャンバ4内の泥土圧は図示しない土圧計により管理値(地盤の主働土圧と受働土圧の間)の範囲内で調整し、許容値内に戻ったら泥土圧を戻す。なお、この間は、補助チャンバ11内の空気圧も泥土圧に合わせて標準値よりも高くなるように調整する。
Moreover, contrary to water loss, the water pressure at the face F may become high, and groundwater may flow into the
前述のように、補助チャンバ11には、カッタチャンバ4への送泥管5から分岐した供給配管12が接続され、さらに、補助チャンバ11の内部の泥水量が多くなりすぎないように、排出配管18が排泥管6に接続されている。また、供給配管12には第4のバルブが、排出配管18には第5のバルブが、それぞれ設置されている。したがって、地山掘削時には、第4のバルブV4および第5のバルブV5を適宜開閉することにより、補助チャンバ11内の水量を計測する水量計(図示せず)の計測値に応じて、補助チャンバ11内の泥水量が調整される。
As mentioned above, the
これにより、カッタチャンバ4で逸泥が生じて補助チャンバ11内の泥水が調圧配管13からカッタチャンバ4に流入しても、第4のバルブV4が開いて送泥管5の泥水が供給配管12から補助チャンバ11内に供給されるので、補助チャンバ11の圧縮空気がカッタチャンバ4内に流入することがなくなる。
As a result, even if mud escape occurs in the
そして、本実施の形態では、補助チャンバ11から延びる排出配管18が排泥管6に接続されている。これにより、補助チャンバ11の底部に土砂が貯まっていても、排泥管6内の流水の圧力でこれらの土砂が排出配管18を介して吸引されて排泥管6内へと流入し、機外へと排出することが可能になる。
In this embodiment, a
そして、排出配管18に取り付けられた第5のバルブV5の排泥管6側には、逆止弁V8が設置されているので、排泥管6内の水圧の方が排出配管18内の水圧よりも高くなっている場合であっても、泥水が排泥管6から排出配管18を通って補助チャンバ11内に逆流することはない。
Since a check valve V8 is installed on the
次に、図3に示すように、セグメントを組み立てる場合のような地山掘削停止時には、カッタヘッド2による掘削が停止されてカッタチャンバ4内の泥水圧力で切羽Fを押さえる必要がないことから、第1のバルブV1および第2のバルブV2を閉鎖して第3のバルブV3を開放する(バイパス環流モード)。これにより、泥水はカッタチャンバ4内には供給されることがなく、送泥管5からバイパス配管19を経由して排泥管6に流れ込み、トンネルの外部で掘削土砂が除去された後、泥水プラント7を介して送泥ポンプ8により環流される。
Next, as shown in FIG. 3, when earth excavation is stopped, such as when assembling segments, excavation by the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。 As above, the invention made by the present inventor has been specifically explained based on the embodiments, but the embodiments disclosed in this specification are illustrative in all respects, and are limited to the disclosed technology. It's not a thing. In other words, the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner based on the description of the embodiments described above, but should be construed solely in accordance with the description of the claims, and the scope of the claims This invention includes techniques equivalent to the techniques described in , and all changes without departing from the gist of the claims.
以上の説明では、本発明を泥水式のシールド掘進機に適用した場合について説明したが、カッタヘッドの形状や構造等、本発明にかかわらない点については、特に限定されるものではない。 In the above explanation, the present invention was applied to a muddy water type shield excavator, but there are no particular limitations on points that are not related to the present invention, such as the shape and structure of the cutter head.
1 シールド掘進機
2 カッタヘッド
3 スキンプレート
4 カッタチャンバ(第1のチャンバ)
5 送泥管
6 排泥管
7 泥水プラント
8 送泥ポンプ
9 隔壁
10 排泥ポンプ
11 補助チャンバ(第2のチャンバ)
12 供給配管
13 調圧配管
14 レシーバタンク
15 空圧配管
16 コンプレッサ
17 リリーフ弁(圧力制御弁)
18 排出配管
19 バイパス配管
20 排泥タンク
21 ドレイン管
θ 分岐角
C1 管芯
C2 管芯
F 切羽
Pb1,Pb2 分岐接続点
Pm 合流接続点
V1~V7 第1のバルブ~第7のバルブ
V8 逆止弁(第8のバルブ)
1
5
12 Supply piping 13 Pressure regulation piping 14
18 Discharge piping 19 Bypass piping 20
Claims (7)
前記第1のチャンバ内に泥水を送り込む送泥管と、
前記第1のチャンバ内に溜められた泥水を前記第1のチャンバに取り込まれた掘削土とともに外部に排出する排泥管と、
圧縮空気および泥水が収容されるとともに調圧配管により前記第1のチャンバと連通され、前記調圧配管を介して前記第1のチャンバとの間を泥水が往来して当該第1のチャンバ内の泥水圧の変化を緩和する第2のチャンバと、
前記送泥管と前記排泥管とを連通するバイパス配管と、
前記送泥管から分岐して前記第2のチャンバに接続された供給配管と、
前記第2のチャンバから延びて前記排泥管に接続され、前記排泥管内の流水の圧力で前記第2のチャンバ内に溜まった砂分を吸引して前記排泥管へ送り込む排出配管と、
前記送泥管における前記バイパス配管との分岐接続点よりも前記第1のチャンバ側の管路を開閉する第1のバルブ、および前記排泥管における前記バイパス配管との分岐接続点よりも前記第1のチャンバ側の管路を開閉する第2のバルブと、
前記バイパス配管の管路を開閉する第3のバルブと、
前記供給配管の管路を開閉する第4のバルブ、および前記排出配管の管路を開閉する第5のバルブと、
前記排出配管における前記第5のバルブの前記排泥管側に設置され、前記排泥管内の水圧の方が前記排出配管内の水圧よりも高くなった場合に、泥水が前記排泥管から前記排出配管を通って前記第2のチャンバ内に逆流するのを阻止する逆止弁と、
前記調圧配管の管路を開閉する第6のバルブとを有し、
地山掘削時には、前記第1のバルブ、前記第2のバルブおよび前記第6のバルブを開放して前記第3のバルブを閉鎖するとともに前記第4のバルブおよび前記第5のバルブを開閉して前記第2のチャンバ内の泥水量を調整する、
ことを特徴とする泥水式シールド掘進機。 a first chamber formed on the back of a cutter head for excavating the earth;
a mud feeding pipe that sends muddy water into the first chamber;
a mud draining pipe that discharges muddy water stored in the first chamber to the outside together with excavated soil taken into the first chamber;
Compressed air and muddy water are accommodated and communicated with the first chamber by pressure regulating piping, and the muddy water flows back and forth between the first chamber and the first chamber via the pressure regulating piping. a second chamber for mitigating changes in mud water pressure;
a bypass pipe that communicates the sludge feeding pipe and the sludge removal pipe;
a supply pipe branched from the mud feeding pipe and connected to the second chamber;
a discharge pipe that extends from the second chamber and is connected to the mud removal pipe, and sucks sand accumulated in the second chamber by the pressure of the flowing water in the mud removal pipe and sends it to the mud removal pipe; ,
a first valve that opens and closes a pipe line closer to the first chamber than a branch connection point with the bypass pipe in the mud feeding pipe; a second valve that opens and closes the pipeline on the chamber side of the first chamber;
a third valve that opens and closes the pipeline of the bypass piping;
a fourth valve that opens and closes the conduit of the supply piping; and a fifth valve that opens and closes the conduit of the discharge piping;
The fifth valve is installed on the mud drainage pipe side of the fifth valve in the discharge pipe, and when the water pressure in the mud drainage pipe becomes higher than the water pressure in the discharge pipe, muddy water is removed from the mud drainage pipe. a check valve that prevents backflow through the discharge piping and into the second chamber;
and a sixth valve that opens and closes the pipe line of the pressure regulating pipe,
When excavating the earth, the first valve, the second valve, and the sixth valve are opened, the third valve is closed, and the fourth valve and the fifth valve are opened and closed. adjusting the amount of muddy water in the second chamber;
A mud water type shield excavator characterized by:
前記ドレイン管には、当該ドレイン管の管路を開閉する第7のバルブが設けられている、
ことを特徴とする請求項1記載の泥水式シールド掘進機。 A sludge tank is connected to the bottom of the second chamber via a drain pipe,
The drain pipe is provided with a seventh valve that opens and closes the channel of the drain pipe.
The muddy water type shield excavator according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1または2記載の泥水式シールド掘進機。 When earth excavation is stopped, the first valve and the second valve are closed and the third valve is opened.
The muddy water type shield excavator according to claim 1 or 2, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1または3記載の泥水式シールド掘進機。 further comprising control means for controlling opening and closing of the first to sixth valves;
The muddy water type shield excavator according to claim 1 or 3, characterized in that:
ことを特徴とする請求項2記載の泥水式シールド掘進機。 further comprising control means for controlling opening and closing of the first to seventh valves;
The muddy water type shield excavator according to claim 2, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1~5の何れか一項に記載の泥水式シールド掘進機。 A branching angle formed by the discharge pipe and the mud discharge pipe extending downstream in the flow direction of mud from the confluence connection point of the discharge pipe with the mud discharge pipe is 90° or more.
The mud water type shield excavator according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
前記排出配管の前記排泥管との合流接続点は、前記排泥ポンプよりも泥水の流動方向上流側となっている、
ことを特徴とする請求項1~6の何れか一項に記載の泥水式シールド掘進機。 further comprising a sludge pump that is installed in the sludge pipe and discharges muddy water in the sludge pipe,
The confluence connection point of the discharge pipe with the sludge drainage pipe is located upstream of the sludge pump in the flow direction of muddy water.
The mud water type shield excavator according to any one of claims 1 to 6, characterized in that:
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