JP7481080B2 - Slurry shield tunneling machine - 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。 The present invention relates to a mud shield machine that excavates the ground and forms a tunnel while stabilizing the tunnel face by applying a predetermined pressure to the mud in the 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 tunneling method for building tunnels underground, the shield tunneling machine is assembled in the starting shaft and then launched to excavate underground. Once it reaches the destination shaft, the shield tunneling machine is disassembled in the destination shaft and transported to the surface.
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。 Shield tunneling machines used in the shield method include mud pressure shield tunneling machines, which excavate the ground while stabilizing the face by turning the excavated soil into mud and applying a certain pressure, and mud water shield tunneling machines, which excavate the ground while stabilizing the face by applying a certain pressure to the mud water in the cutter chamber.
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、また、カッタチャンバ内の泥水圧を圧力計で計測して管理している。そして、カッタチャンバ内の泥水圧が切羽前方の圧力(土圧および水圧)をやや上回るようにして当該切羽前方の圧力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 a mud shield machine, mud is constantly supplied from the mud supply pipe into the cutter chamber, and the mud pressure in the cutter chamber is measured and managed with a pressure gauge. The mud pressure in the cutter chamber is made slightly higher than the pressure (earth pressure and water pressure) in front of the face, and the mud pressure in the cutter chamber counters the pressure in front of the face, stabilizing the face. During excavation, the mud stored in the cutter chamber is discharged to the outside from the mud discharge pipe together with the excavated soil taken into the cutter chamber (excavation mode). When excavation is suspended, such as during segment assembly, a valve (bypass valve) installed in the bypass pipe connecting the mud supply pipe and the mud discharge pipe is opened, and valves (mud supply valve and mud discharge valve) installed on the cutter head side of the bypass pipe of the mud supply pipe and the mud discharge pipe are closed to circulate the mud with the cutter chamber isolated (bypass mode). Furthermore, when the assembly of the segments is complete and drilling is resumed, the bypass valve is closed and the mud feed valve and mud discharge 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 to allow the excavated soil and sand to enter the cutter chamber, and the mud in the cutter chamber presses down on the ground at the face. The mud supplied to the cutter chamber contains bentonite and polymer additives mixed into the mud, which forms a film (mud film) on the face to counter the pressure in front of the face. In ground that is sandy and water easily drains, the amount of mud flowing in is large (lost mud state), so the mud and polymer additives in the mud are increased, the amount of mud supplied is increased, and the amount of mud discharged is increased to stabilize the pressure in the cutter chamber. In ground that is clayey and water does not easily drain, the opposite operation is performed.
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動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動することがあり、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 machine, it is necessary to adjust the concentration of the mud supplied to the cutter chamber in response to fluctuations in the mud pressure inside the cutter chamber due to the soil quality of the ground, as well as to adjust the flow rate of the mud supply pipe and the mud discharge pipe. However, in complex ground or under high water pressure, the mud pressure inside the cutter chamber can fluctuate suddenly, and if such concentration and flow rate adjustments cannot be made in time, this can have a negative impact on the ground and may even cause collapse.
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。 In addition, when switching from bypass mode to drilling mode, the valves are closed and opened instantaneously, causing large fluctuations in the mud pressure in the cutter chamber, which can have a detrimental effect on the face, cutter head, mud transport pipes, and mud discharge pipes.
そこで、特許文献1(特開2013-083110号公報)や特許文献2(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動に対応することで泥水圧の急激な変動を緩和する技術が提案されている。 Therefore, Patent Document 1 (JP 2013-083110 A) and Patent Document 2 (JP 2002-180781 A) propose a technology that provides a chamber that utilizes the elasticity of compressed air, separate from the cutter chamber, to respond to fluctuations in the muddy water level in the cutter chamber and mitigate sudden fluctuations in muddy water pressure.
具体的には、特許文献1に記載の技術は、第1のチャンバであるカッタチャンバの後方に第2のチャンバであるエアチャンバを設けてチャンバ全体を縦割りの2槽にした構造である。後方のエアチャンバは、下方でカッタチャンバと接続されて泥水が供給され、上方はコンプレッサに接続されて圧縮空気が供給されるようになっている。そして、カッタチャンバにかかる圧力が変動した場合、エアチャンバ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, the technology described in Patent Document 1 has a structure in which a second chamber, the air chamber, is provided behind the first chamber, the cutter chamber, making the entire chamber into two vertical tanks. The rear air chamber is connected to the cutter chamber at the bottom to receive muddy water, and connected to a compressor at the top to receive compressed air. When the pressure on the cutter chamber fluctuates, the water level in the air chamber rises and falls, but compressed air is supplied or discharged in response, mitigating the pressure fluctuations of the muddy water in the cutter chamber.
また、特許文献2に記載の技術は、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動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。
The technology described in
このように第1のチャンバ(カッタチャンバ)に加えて、圧縮空気と泥水とが収容されて第1のチャンバに連通した第2のチャンバ(エアチャンバ・圧力調整タンク)が設けられた泥水式シールド掘進機では、第2のチャンバ内の空圧が設定値に保持されないと、第1のチャンバ内の泥水圧の急激な変動を緩和することができなくなる。 In this way, in a mud shield tunneling machine that is provided with a first chamber (cutter chamber) and a second chamber (air chamber/pressure adjustment tank) that contains compressed air and mud and is connected to the first chamber, if the air pressure in the second chamber is not maintained at a set value, it will be impossible to mitigate sudden fluctuations in mud pressure in the first chamber.
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のチャンバ内の空圧を安定して設定値に保持することが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 was made in light of the above technical background, and aims to provide a slurry shield tunneling machine that can stably maintain the air pressure in the second chamber at a set value.
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、カッタヘッドと隔壁との間に形成された第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動を緩和する第2のチャンバと、空圧配管を介して前記第2のチャンバ内に所定圧の圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、単独で前記第2のチャンバ内の空圧を設定値に保持可能な複数台が前記第2のチャンバに設置されて常時作動しており、前記第2のチャンバ内の圧縮空気を協働して排出して当該第2のチャンバ内の空圧を設定値に保持する圧力調整手段と、前記圧力調整手段が設置されたそれぞれの配管に設置され、当該圧力調整手段の状態または当該配管内を流れる圧縮空気の流量を検知する検知手段と、を有し、それぞれの前記検知手段による検知結果を比較して不具合の発生した前記圧力調整手段を発見し得るようにした、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the muddy shield machine of the present invention described in claim 1 comprises a first chamber formed between a cutter head and a partition wall, a mud feed pipe for feeding muddy water into the first chamber, a mud discharge pipe for discharging the muddy water stored in the first chamber together with the excavated soil taken into the first chamber to the outside, a second chamber which contains compressed air and muddy water and is connected to the first chamber by a pressure regulating pipe, the muddy water passing between the first chamber and the second chamber via the pressure regulating pipe to reduce fluctuations in the muddy water pressure in the first chamber, and The system comprises compressed air supply means for supplying constant pressure compressed air, pressure adjustment means which are installed in the second chamber and constantly operating, each capable of independently maintaining the air pressure in the second chamber at a set value, and which cooperate to discharge the compressed air in the second chamber to maintain the air pressure in the second chamber at a set value , and detection means which are installed in each pipe in which the pressure adjustment means is installed, and which detect the state of the pressure adjustment means or the flow rate of compressed air flowing in the pipe, and by comparing the detection results of each detection means, it is possible to find any pressure adjustment means which has a malfunction .
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、前記空圧配管は、単独で前記圧縮空気供給手段から前記第2のチャンバ内に所定圧の圧縮空気が流通可能な能力を有する複数本が相互に並列に設けられて管路が常時開かれた状態にある、ことを特徴とする。
The muddy water shield tunneling machine of the present invention described in
本発明によれば、圧力調整手段は、それぞれが単独で第2のチャンバ内の空圧を設定値に保持可能な容量のものが複数台設置されており、全てが常時作動している。したがって、何れかの圧力調整手段に不具合が生じても残りの圧力調整手段によって第2のチャンバ内の空圧を安定して設定値に保持することが可能になる。 According to the present invention, multiple pressure adjustment means are installed, each of which has a capacity capable of independently maintaining the air pressure in the second chamber at a set value, and all of them are constantly operating. Therefore, even if a malfunction occurs in any of the pressure adjustment means, the remaining pressure adjustment means can stably maintain the air pressure in the second chamber at the set value.
よって、第1のチャンバと第2のチャンバとの間を泥水がスムーズに往来することができ、第2のチャンバによる第1のチャンバ内の泥水圧の変動に対して良好な応答性を発揮することができる。 As a result, muddy water can move smoothly between the first and second chambers, and the second chamber can provide good responsiveness to fluctuations in muddy water pressure in the first 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。 Below, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings for explaining the embodiment, the same components are generally designated by the same reference numerals, and repeated explanations 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。 Figure 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a slurry shield tunneling machine, which is one 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, the mud shield machine (hereinafter, simply referred to as the "shield machine") 1 of this embodiment excavates the ground by pressing the
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 mud water type shield tunneling machine 1 is suitable for construction in ground with high water pressure because the penetration of the mud water has a stabilizing effect on the face F. On the other hand, in highly permeable ground or ground with large boulders, there is a risk of lost mud flow, which increases the amount of mud water flowing in from the ground. Therefore, the mud content and polymer additives in the mud water are increased, and the amount of mud water supplied is increased to reinforce the mud film and stabilize the pressure in 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, a face plate
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、第1のチャンバであるカッタチャンバ4が形成されている。
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。
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。
In addition, 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 muddy water discharged from 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, the shield tunneling machine 1 of this embodiment has an auxiliary chamber (second chamber) 11 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。図1に示すように、本実施の形態において、調圧配管13のカッタチャンバ4側の接続位置は、隔壁9におけるカッタチャンバ4の高さ方向の中央よりも上側となっている。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、高さが高く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、カッタチャンバ4内の高濃度の泥水、つまり土砂を多く含んだ泥水が補助チャンバ11に流入しやすくなり、補助チャンバ11の底部に土砂が蓄積しやすくなるので、調圧配管13との接続部が埋まるなどして望ましくない。このため、比較的低濃度の泥水が流入するようにして土砂の取り込みを抑制する必要から、調圧配管13のカッタチャンバ4側の接続位置を前述のようにしたものである。
Because the
なお、同じく図1に示すように、前述した送泥管5のカッタチャンバ4側の接続位置は、隔壁9における調圧配管9の接続位置よりも上側の、上端に近い位置となっている。これは、カッタチャンバ4内の泥水圧は上方に行くほど低くなることから、送泥管5を泥水圧の低い位置に接続することにより、カッタチャンバ4内へ泥水がスムーズに流入できるようにするためである。
As also shown in Figure 1, the connection position of the
また、図1に示すように、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。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, the
図1に示すように、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。なお、本実施の形態では、空圧配管15は圧力の調整機能は有しておらず、レシーバタンク14に貯留された圧縮空気を常時補助チャンバ11へ供給している。さらに、補助チャンバ11の上面には、圧力に応じて弁の開度を調整することでチャンバ内の空圧を設定値に保持する圧力調整バルブ(圧力調整手段)17が設置されている。
As shown in FIG. 1, a
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になるように圧力調整バルブ17で調整されるようになっている。
In this embodiment, the compressed air generated by the
なお、圧力調整バルブ17は、空気圧によって自動的に開度が変化するものでもよく、サーボモータ等で開度をコントロールするものでもよい。但し、圧力調整バルブ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。
The
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の圧力調整バルブ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。
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の圧力の変動に応じて調圧配管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動を吸収することで、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。
In this way, the internal pressure of the
但し、以上に示した圧力や容量などの数値は一例に過ぎず、本発明がこれらの数値に限定されるものではないことはもちろんである。 However, the pressure, capacity, and other values shown above are merely examples, and the present invention is of course not limited to these values.
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。
The
また、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 consisting of the
隔壁9には、高さ方向の中央位置に、カッタチャンバ4内の泥水圧を検知するための圧力計Pが設置されている。
A pressure gauge P is installed in the center of the
圧力計Pは、カッタチャンバ4内の泥水圧を切羽前方の圧力に対抗する圧力に管理するためのものである。切羽Fやカッタチャンバ4内の泥水圧は、水圧と同じように、上方が低く、下方に行くほど高くなる。そして、カッタチャンバ4内の圧力は、隔壁9の高さ方向の中央位置での値である圧力計Pで検知された値を全体の平均値と推定して管理している。したがって、隔壁9の高さ方向の中央は、泥水圧管理高さとなっている。但し、泥水圧管理高さは隔壁9の高さ方向の中央である必要はなく、例えば実際のカッタチャンバ4内の泥水圧分布から得られた平均値を示す高さを泥水圧管理高さとしてもよい。
The pressure gauge P is used to control the mud pressure in the
なお、圧力計Pは、隔壁9の高さ方向の中央位置の1箇所である必要はない。つまり、比較的口径が小さいシールド掘進機1の場合には、隔壁9の高さ方向の中央の左右に各1箇所設けることができる。また、比較的口径が大きいシールド掘進機1の場合には、隔壁9の高さ方向の中央の左右と中央よりも上方および下方に設けることができ、泥水圧が下方に行くほど高くなった台形の分布と仮定して高さ方向の中央での値を推定して管理することができる。
The pressure gauge P does not have to be located at a single point in the center of the height of the
ここで、本実施の形態において、レシーバタンク14から補助チャンバ11へ圧縮空気を供給する空圧配管15は2本(複数本)並列して設けられている。これら2本の空圧配管15は管路が常時開かれた状態にあり、レシーバタンク14から補助チャンバ11へと常に圧縮空気が流れている。また、空圧配管15は、それぞれが単独でレシーバタンク14から補助チャンバ11内へ所定圧の圧縮空気が流通可能な能力のものが用いられている。したがって、各空圧配管15は、常時においては本来の能力の半分あるいはそれ以下で機能している。
In this embodiment, two (or more)
また、補助チャンバ11内の圧縮空気の圧力を一定に保つ圧力調整バルブ17は2台(複数台)設置されている。これら2台の圧力調整バルブ17は常時作動しており、協働して補助チャンバ11内の圧縮空気を排出して当該補助チャンバ11内の空圧を設定値に保持している。また、これら圧力調整バルブ17は、それぞれが単独で補助チャンバ11内の空圧を設定値に保持可能な容量のものが用いられている。したがって、各圧力調整バルブ17は、常時においては本来の容量の半分あるいはそれ以下で機能している。
Two (or more)
このような2本の空圧配管15あるは2台の圧力調整バルブ17により、空圧配管15や圧力調整バルブ17の一方に不具合が生じた場合には他方が自動的に対応する(つまり、他方の空圧配管15が必要量の圧縮空気を供給する、あるいは他方の圧力調整バルブ17が必要量の圧縮空気を排出する)ようになり、その間に掘進を停止させずに修理が可能になっている。また、万が一、設計時の予想を超える空気の流通量があった場合には、2倍あるいはそれ以上まで対応することが可能になっている。さらに、空圧配管15と圧力調整バルブ17とは常時作動していることから、不具合や想定外の流通量に応じて容量が変化するだけなので、予備として休止させておいて必要時に動作させるよりも、アクシデントに対して素早く対応することができる。そして、これらのことから、補助チャンバ11内の空圧を安定して設定値に保持することが可能になる。
With these two
なお、図1に示すように、それぞれの圧力調整バルブ17には、当該圧力調整バルブ17の開き具合(状態)を検知する開度センサ(検知手段)が設置されている。これにより、作業者は、それぞれの圧力調整バルブ17の開度センサの数値についての差発生の有無や、補助チャンバ11内の圧力が変化した際の開度の変化量を確認するだけで不具合の生じた圧力調整バルブ17を速やかに発見して修理することができる。なお、圧力調整バルブ17が設置された配管を流れる圧縮空気の流量を検知する流量計(検知手段)を設置し、流量計により不具合の発生を検知できるようにしてもよい。
As shown in FIG. 1, each
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の底面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。そして、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。
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。
As shown in the figure, the junction connection point Pm between 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、吸引管22を介して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。さらに、第1の経路および第2の経路の何れか一方の経路だけが設けられていてもよい。
In this way, in the shield machine 1 of this embodiment, two routes are provided for discharging mud water from the auxiliary chamber 11: a first route from the
また、補助チャンバ11内には、図示しない水位計が設置されている。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。
A water level gauge (not shown) is also 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, a first valve V1 is attached 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P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P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。
Each of these valves V1 to V7 is used to open and close the respective pipelines. In this embodiment, data showing the working state of the shield tunneling machine 1 (ground excavation in progress/ground excavation stopped), measurements taken by the pressure gauge P and concentration meter 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, it is also possible to have an operator open and close valves V1 to V7 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。
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。図2および図3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 mud in the shield machine 1 having the above configuration will be explained using Figures 2 and 3. In Figures 2 and 3, the pipelines through which mud flows are indicated by thick solid lines, and pipelines through which mud sometimes flows and other times does not flow are indicated by thick dashed lines. Figure 2 shows the cutter chamber circulation mode in which mud flows back through the cutter chamber 4 (i.e., without passing through the bypass piping 19), while Figure 3 shows the bypass circulation mode in which mud flows back through the bypass piping 19 (i.e., without passing through the cutter chamber 4). Valves V1 to V7, which open and close the pipelines to control the flow of mud, are controlled by the control unit 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。
In FIG. 2, when excavating the natural ground, the sixth valve V6 is first opened. Next, the first valve V1 and the second valve V2 are opened, and the third valve V3 is closed (cutter chamber return mode). Then, the
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 addition, in response to fluctuations in the mud water pressure in the
このとき、調圧配管13のカッタチャンバ4側の接続位置が、隔壁9におけるカッタチャンバ4の高さ方向の中央よりも上側となっているので、カッタチャンバ4から補助チャンバ11へは、比較的低濃度の泥水が流入することになって土砂の取り込みが抑制される。
At this time, the connection position of 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。
In this way, with the sixth valve in the open position, 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 mud concentration 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。 In addition, if the daily lost mud volume falls to 1% or less of the total volume, it will be determined that the lost mud volume has subsided, and the possibility of returning the mud concentration to 1.2 will be considered. The reason why there is room for not returning the mud concentration to 1.2 here is that changing the mud concentration requires major adjustments, such as changing the vibrating screens and thickener bag filters on the ground, and if there is no problem with drilling with the mud concentration increased, it is preferable to continue as 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内の泥土圧は圧力計P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。
Conversely, the water pressure at the face F may increase, causing groundwater to 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、水位が低くなりすぎて掘進が停止したり、さらに水位が低くなって補助チャンバ11の圧縮空気が調圧配管13を通ってカッタチャンバ4内に流入することがなくなる。
As a result, even if mud loss occurs in 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切羽Fの圧力が変化しないので、カッタチャンバ4内の泥水圧力をその時点の圧力で固定するため、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 Figure 3, when excavation of the ground is stopped, such as when assembling the segments, excavation by the
そして、前述のように、空圧配管15は2本並列して設けられて常時開放されており、それぞれが単独でレシーバタンク14から補助チャンバ11内へ所定圧の圧縮空気が流通可能な能力のものが用いられている。また、圧力調整バルブ17は2台設置されて常時作動しており、それぞれが単独で補助チャンバ11内の空圧を設定値に保持可能な容量のものが用いられている。
As mentioned above, two
したがって、上述したシールド掘進機1の動作時において空圧配管15や圧力調整バルブ17の一方に不具合が生じた場合には他方が自動的に対応するようになる。したがって、補助チャンバ11内の空圧を安定して設定値に保持することが可能になる。
Therefore, if a malfunction occurs in either the
また、設計時の予想を超える空気の流通量があった場合には、2倍あるいはそれ以上まで対応することが可能になっている。このように、不具合や想定外の流通量に応じて容量が変化するだけなので、アクシデントに対して素早く対応することができる。 In addition, if the amount of air flow exceeds what was anticipated during the design process, it is possible to accommodate up to twice the capacity or more. In this way, the capacity only changes in response to malfunctions or unexpected air flow, allowing for a quick response to accidents.
さらに、シールド掘進機1の通常の動作時において2本の空圧配管15や2台の圧力調整バルブ17が作動しているので、補助チャンバ11内の圧力変動に対して良好な応答性を発揮することができる。
Furthermore, during normal operation of the shield tunneling machine 1, two
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。 The invention made by the inventor has been specifically described above based on the embodiments, but the embodiments disclosed in this specification are illustrative in all respects and are not limited to the disclosed technology. In other words, the technical scope of the present invention should not be interpreted restrictively based on the explanation in the above embodiments, but should be interpreted solely in accordance with the claims, and includes technologies equivalent to the technologies described in the claims and all modifications that do not deviate from the gist of the claims.
例えば、本実施の形態では、空圧配管15は2本並列して設けられ、圧力調整バルブ17が2台設置されているが、これらは複数であればよく、2本あるいは2台に限定されるものではない。
For example, in this embodiment, two
また、圧力調整バルブ17が2台(複数台)設置されていれば足り、空圧配管15は1本であってもよい。これは、空圧配管15はレシーバタンク14からの圧縮空気が流れるだけなので、圧力調整バルブ17に比べて不具合等が発生しにくいからである。
In addition, two (or more)
なお、空圧配管15にも圧力調整バルブ等の圧力調整手段を設けてもよい。この場合は、圧力調整手段は、空圧配管15のみに設けてもよく、空圧配管15と圧力調整バルブ17の設置された排気用の配管の双方に設けてもよい。
In addition, a pressure adjustment means such as a pressure adjustment valve may also be provided in the
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。 The above explanation has been given of the application of the present invention to a muddy shield tunneling machine, but there are no particular limitations on the shape and structure of the cutter head, etc., which are not related to the present invention.
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 圧力調整バルブ
18 排出配管
19 バイパス配管
20 排泥タンク
21 ドレイン管
22 吸引管
F 切羽
FM 流量計
P 圧力計
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
Claims (2)
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動を緩和する第2のチャンバと、
空圧配管を介して前記第2のチャンバ内に所定圧の圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、
単独で前記第2のチャンバ内の空圧を設定値に保持可能な複数台が前記第2のチャンバに設置されて常時作動しており、前記第2のチャンバ内の圧縮空気を協働して排出して当該第2のチャンバ内の空圧を設定値に保持する圧力調整手段と、
前記圧力調整手段が設置されたそれぞれの配管に設置され、当該圧力調整手段の状態または当該配管内を流れる圧縮空気の流量を検知する検知手段と、
を有し、
それぞれの前記検知手段による検知結果を比較して不具合の発生した前記圧力調整手段を発見し得るようにした、
ことを特徴とする泥水式シールド掘進機。 a first chamber formed between the cutter head and the partition;
a mud pipe for feeding mud water into the first chamber;
a mud discharge pipe for discharging the muddy water stored in the first chamber together with the excavated soil taken into the first chamber to the outside;
a second chamber for storing compressed air and muddy water, communicating with the first chamber through a pressure regulating pipe, and allowing muddy water to pass between the second chamber and the first chamber through the pressure regulating pipe to reduce fluctuations in muddy water pressure in the first chamber;
a compressed air supply means for supplying compressed air at a predetermined pressure into the second chamber via an air pressure pipe;
a pressure adjusting means, the pressure adjusting means being installed in the second chamber and constantly operating, each capable of independently maintaining the air pressure in the second chamber at a set value, and discharging compressed air in the second chamber in cooperation with the pressure adjusting means to maintain the air pressure in the second chamber at the set value;
A detection means is provided in each pipe in which the pressure regulating means is provided, and detects the state of the pressure regulating means or the flow rate of compressed air flowing through the pipe;
having
The detection results from the respective detection means are compared to find out which of the pressure adjusting means has a malfunction.
A slurry shield tunneling machine characterized by:
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。 the pneumatic piping is a plurality of pipings each having a capacity for flowing compressed air at a predetermined pressure from the compressed air supply means into the second chamber, the piping being provided in parallel with each other and the piping being always in an open state;
2. A slurry shield tunneling machine according to claim 1.
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