JP7493887B2 - 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 slurry shield machine that forms a tunnel by excavating natural ground while stabilizing a tunnel face by applying a predetermined pressure to slurry 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 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 to stabilize 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.
なお、泥水式シールド掘進機に関する技術としては、例えば特許文献1(特開2013-083110号公報)や特許文献2(特開2002-180781号公報)に記載のものが知られている。 Note that known technologies relating to slurry shield tunneling machines are described in, for example, Patent Document 1 (JP Patent Publication No. 2013-083110) and Patent Document 2 (JP Patent Publication No. 2002-180781).
ここで、泥水式シールド掘進機において、機内の後方に配置されるシールドジャッキは、既設セグメントの先端(切羽側の端面)を押圧しながらシールド掘進機を前方に推進させるためのものである。そして、このシールドジャッキは、セグメントを組み立てる際には、既設セグメントに対するシールドジャッキの押圧荷重を除去(除荷)して当該既設セグメントの先端からスプレッダ(セグメント端面に推力を均等に分布させる部材)を離し、新たなセグメントの設置できる隙間を設けている。 Here, in a slurry shield tunneling machine, the shield jack located at the rear of the machine is used to propel the shield tunneling machine forward while pressing against the tip (end face) of the existing segment. When assembling the segments, this shield jack removes (unloads) the shield jack's pressing load from the existing segment and moves the spreader (a component that distributes thrust evenly across the segment end faces) away from the tip of the existing segment, leaving a gap in which a new segment can be installed.
具体的には、1つのセグメントに対して複数のシールドジャッキが押圧しており、セグメント1つ分のシールドジャッキを順次除荷して新たなセグメントを設置できる隙間を設ける。そして、セグメント1つ分の隙間ができたら、新たなセグメントを設置してシールドジャッキで既設セグメントの先端面に押圧する。1つのセグメントの設置と押圧が完了したら、次のセグメントを押圧しているシールドジャッキの除荷を開始し同様の作業を行い、これをセグメントリング一周分繰り返す。シールドジャッキを除荷すると次第に泥水の圧力が低下するが、新たなセグメントを設置した後に元の泥水圧まで押圧すると、カッタ板のビットが地山に喰い込んでしまい、掘進を再開しようとする際に回転できなくなる危険があるため、新たなセグメントを既設セグメントに押し付ける程度にする。 Specifically, multiple shield jacks press against one segment, and the shield jacks for each segment are unloaded in turn to create a gap in which a new segment can be installed. Once a gap the size of one segment has been created, the new segment is installed and pressed against the tip face of the existing segment with the shield jack. Once the installation and pressing of one segment is complete, the shield jack pressing the next segment begins to be unloaded, and the same work is carried out, and this is repeated for one revolution of the segment ring. When the shield jacks are unloaded, the mud pressure gradually decreases, but if the mud pressure is increased to the original level after the new segment is installed, the cutter plate bit will bite into the ground, and there is a risk that it will not be able to rotate when excavation is resumed, so the new segment is only pressed against the existing segment.
このようにセグメントを組み立てるためにシールドジャッキを除荷すると、新たなセグメントを設置する隙間を作るたびに泥水式シールド掘進機を前方に押す力が少なくなってカッタチャンバ内の泥水の圧力が低下する。すると、地山の性質によっては切羽が崩壊するおそれが発生する。 When the shield jack is unloaded to assemble the segments in this way, the force pushing the slurry shield machine forward decreases each time a gap is made to install a new segment, and the pressure of the slurry in the cutter chamber decreases. This can cause the tunnel face to collapse depending on the nature of the ground.
本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、泥水式シールド掘進機のセグメント組立時において、カッタチャンバ内の泥水圧の低下を抑制できる技術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 technology that can suppress a drop in mud pressure in the cutter chamber when assembling segments of a mud shield tunneling machine.
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カッタチャンバと、前記カッタチャンバ内に泥水を送り込む送泥管と、前記カッタチャンバ内に溜められた泥水を前記カッタ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、下層には調圧配管を介して前記カッタチャンバとの間を流動可能な泥水が貯留され、上層には一定の圧力に保たれた圧縮空気が貯留された切羽圧力維持チャンバと、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、前記調圧配管の管路を開閉する第6のバルブとを有し、セグメントの組立時には、地山の掘削を停止して、前記第1のバルブおよび前記第2のバルブを閉鎖するとともに、前記第3のバルブおよび前記第6のバルブを開放して、圧縮空気に押された前記切羽圧力維持チャンバ内の泥水を前記カッタチャンバ内に供給するようにした、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 cutter chamber formed between a cutter head and a partition wall, a mud pipe for feeding muddy water into the cutter chamber, a mud discharge pipe for discharging the muddy water stored in the cutter chamber to the outside together with the excavated soil taken into the cutter chamber, a face pressure maintaining chamber in which muddy water capable of flowing between the cutter chamber and the cutter chamber via a pressure regulating pipe is stored in a lower layer and compressed air maintained at a constant pressure is stored in an upper layer, a bypass pipe communicating between the mud pipe and the mud discharge pipe, and a branch connection point of the mud pipe with the bypass pipe. Moreover, the present invention is characterized in that it has a first valve for opening and closing the pipeline on the first chamber side, a second valve for opening and closing the pipeline on the first chamber side of the sludge discharge pipe branching off and connecting to the bypass piping, a third valve for opening and closing the pipeline of the bypass piping, and a sixth valve for opening and closing the pipeline of the pressure regulating piping, and when assembling the segments, excavation of the ground is stopped, the first valve and the second valve are closed, and the third valve and the sixth valve are opened to supply the mud water in the face pressure maintaining chamber pushed by compressed air into the cutter 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、前記切羽圧力維持チャンバは、地山の掘削時において、前記調圧配管を介して前記カッタチャンバとの間を泥水が往来して当該カッタチャンバ内の泥水圧の変化を抑制する補助チャンバである、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、セグメントの組み立てを行う際において、カッタチャンバ内の減少した泥水圧分を切羽圧力維持チャンバ内の圧縮空気に押された泥水が補うことになる。これにより、カッタチャンバ内の泥水圧の低下を抑制することが可能になる。 According to the present invention, when assembling the segments, the reduced mud pressure in the cutter chamber is compensated for by the mud pushed by the compressed air in the face pressure maintenance chamber. This makes it possible to suppress the decrease in mud pressure in the cutter 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 tunneling machine (hereinafter simply referred to as the "shield tunneling 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、カッタ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SG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23、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SGを構築するエレクタなどが設置されている。
Inside the
シールドジャッキ23は、シールド掘進機1の周方向に沿って所定の間隔を開けて複数個配置されている。また、図示するように、シールドジャッキ23は、本体部23aと、本体部23aから出没して既設のセグメントSGの端面を押圧するロッド23bと、ロッド23bの先端に取り付けられて当該セグメントSGの端面に推力を均等に分布させるスプレッダ23cとで構成されている。
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。
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(切羽圧力維持チャンバ)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 machine 1 of this embodiment has an auxiliary chamber (face pressure maintenance 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。
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補助チャンバ11内の空圧を一定の圧力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、一定の気圧を保つことができる。
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。
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一定の圧力に保持することが可能になる。
With these two
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・セグメント組立中)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/segment assembly in progress), measurements taken by the mud pressure gauge P and concentration meter 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、泥水の流れない管路は細い実線で、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, pipelines through which mud flows are indicated by thick solid lines, pipelines through which mud does not flow are indicated by thin 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を介して環流させる。そして、既設のセグメントSGの切羽端面側をシールドジャッキ23で押圧して反力をとりながら、シールド掘進機1を推進させて地山にトンネルを形成するとともに、当該シールド掘進機1をセグメントSGの幅分だけ推進させて次のセグメントを組み立てるためのスペースを形成する。
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
そして、シールド掘進機1の推進時において、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。
When the shield machine 1 is moving forward, mud flows between 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 amount of lost mud will fall to 1% or less of the total amount, it will be determined that the lost mud 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、地山の掘削を停止してセグメントSGを組み立てる場合には、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、送泥管5からの泥水はカッタチャンバ4内には供給されることがなく、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。また、第6のバルブV6は開放されたままとする。そして、シールドジャッキ23ののうちのセグメント1つ分についてロッド23bを本体部23a内にスライドさせて縮めてシールドジャッキ23を除荷し(図中上側のシールドジャッキ23)、当該既設セグメントの先端からスプレッダ23cを離してセグメントの設置できる隙間を形成する。
Next, as shown in FIG. 3, when the excavation of the ground is stopped and the segments SG are assembled, the first valve V1 and the second valve V2 are closed and the third valve V3 is opened (bypass return mode). As a result, the mud water from the
ここで、シールドジャッキ23を除荷すると、シールド掘進機1を前方に押す力が少なくなってカッタチャンバ4内の泥水の圧力が低下することになる。そして、これをセグメントの1リング分繰り返すため、セグメント1つ分の除荷によって低下する圧力は小さくても累積されて大きくなり、地山の性質によっては切羽Fが崩壊するおそれが発生する。
When the
しかしながら、本実施の形態では、セグメントSGの組み立てを行う際において、調圧配管13を介して補助チャンバ11がカッタチャンバ4と連通しているので、カッタチャンバ4内の減少した泥水圧分を補助チャンバ11内の圧縮空気に押された泥水が補うことになる。これにより、カッタチャンバ4内の泥水圧の低下が抑制されて切羽Fへの圧力が維持され、カッタヘッド2で切羽Fを押し続けることができる。
However, in this embodiment, when assembling the segments SG, 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。 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、地山の掘削時においてカッタチャンバ4内の泥水圧の変化を抑制する補助チャンバ11がセグメント組立時における切羽Fへの圧力を維持するためのチャンバ、つまり切羽圧力維持チャンバを兼ねている。しかしながら、補助チャンバ11と切羽圧力維持チャンバとは相互に独立していてもよい。つまり、セグメントSGの組立時に稼働する切羽圧力維持チャンバを補助チャンバ11とは別に設置し、当該切羽圧力維持チャンバ内の泥水で圧力を加えてカッタチャンバ4内の泥水圧の低下を抑制して切羽への圧力を維持するようにしてもよい。
For example, in this embodiment, the
または、補助チャンバを設けず、切羽圧力維持チャンバのみを設けてもよい。その場合、切羽圧力維持チャンバはセグメントSGの組立時にのみ稼働させるようにすればよい。 Alternatively, only the face pressure maintenance chamber may be provided without providing an auxiliary chamber. In that case, the face pressure maintenance chamber may be operated only when the segment SG is assembled.
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
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(切羽圧力維持チャンバ)
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
23 シールドジャッキ
23a 本体部
23b ロッド
23c スプレッダ
F 切羽
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
12
Claims (2)
前記カッタチャンバ内に泥水を送り込む送泥管と、
前記カッタチャンバ内に溜められた泥水を前記カッタ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、
下層には調圧配管を介して前記カッタチャンバとの間を流動可能な泥水が貯留され、上層には一定の圧力に保たれた圧縮空気が貯留された切羽圧力維持チャンバと、
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、
前記調圧配管の管路を開閉する第6のバルブとを有し、
セグメントの組立時には、地山の掘削を停止して、前記第1のバルブおよび前記第2のバルブを閉鎖するとともに、前記第3のバルブおよび前記第6のバルブを開放して、圧縮空気に押された前記切羽圧力維持チャンバ内の泥水を前記カッタチャンバ内に供給するようにした、
ことを特徴とする泥水式シールド掘進機。 a cutter chamber formed between the cutter head and the partition wall;
A mud pipe for feeding mud water into the cutter chamber;
A mud discharge pipe that discharges the mud water stored in the cutter chamber together with the excavated soil taken into the cutter chamber to the outside;
A face pressure maintaining chamber in which a muddy water capable of flowing between the lower layer and the cutter chamber via a pressure adjusting pipe is stored, and a face pressure maintaining chamber in which compressed air maintained at a constant pressure is stored is stored in an upper layer;
A bypass pipe that connects the sludge transport pipe and the sludge discharge pipe;
a first valve for opening and closing a pipeline on the first chamber side of a branch connection point between the mud transport pipe and the bypass pipe, and a second valve for opening and closing a pipeline on the first chamber side of a branch connection point between the mud discharge pipe and the bypass pipe;
a third valve for opening and closing the bypass piping;
a sixth valve for opening and closing the pressure regulating pipe;
During assembly of the segments, excavation of the natural ground is stopped, the first valve and the second valve are closed, and the third valve and the sixth valve are opened to supply the mud water in the face pressure maintaining chamber, which has been pushed by compressed air, into the cutter chamber.
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 face pressure maintaining chamber is an auxiliary chamber through which mud water flows between the face pressure maintaining chamber and the cutter chamber via the pressure adjusting pipe during excavation of natural ground, thereby suppressing changes in mud water pressure in the cutter chamber.
2. A slurry shield tunneling machine according to claim 1.
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