JPH04174194A - シールド掘進機のテールシール部止水方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、大深度、高水圧下の地中を掘進するシールド
掘進機のテールシール部止水方法に関する。

〔従来の技術〕

大深度，高水圧下の地中を掘進するシールド掘進機では
、坑内作業の安全確保のため、テールシール部の止水性
の維持が重要課題となっている。

この問題を解決する方法として、特開平２−１７６０９
６号で述べているように、シールド本体のテールスキン
プレートにテールシールを複数段装備し、テールシール
段間に形成された室に流動性のある充填材を充填して、
その充填材圧力を周辺地山の土圧，水圧に対抗できる圧
力に保持することにより、５　ｋｇｆ／ｃｍ”以上の高
水圧下においても、テールシール部からの漏水を防止で
きることが実験により明らかになってきた。

第７図および第８図は、上記従来技術によるテールシー
ル部の掘進中の状態を示したものである。

これらの図で、シールド本体１のテールスキンプレー）
１ａにはセグメント９の外周に接するテールシール８が
２段装備されており、そのテールシール段間に形成され
た室１０に充填材注入ポンプ（図示せず）により充填材
注入用配管１２を通して流動性のある充填材（繊維入り
グリース等）を充填する。シールド本体１が推進するに
つれ、室１０に充填された充填材はセグメント９に付着
して地山側へ流出するため、室１０の充填材圧力は徐々
に下がってくるので、流出した分の充填材を充填材注入
用配管１２を通して補給することで室１０の充填材圧力
を周辺地山の土圧、水圧に対抗できる圧力に保持するよ
うにしている。

しかし、セグメント９にはその外周側に開いたグラウト
ホール９ａが設けられており、グラウトホール用プラグ
９ｂを装着してあってもプラグ端とセグメント外周側と
の間に空間が残存している。

しかも、セグメントを組み立てた状態では１リングを構
成する各セグメントのグラウトホール９ａが円周方向に
１列に並んでいるため、１リング分のグラウトホールの
空間容積はかなりの大きさになる。また、セグメント継
目部に外周側に開いた目開き溝９０が存在する場合もあ
る。したがって、第７図および第８図に示すようにシー
ルド本体１の推進に伴いセグメント外周側に開いたグラ
ウトホール９ａや目開き溝９０等の凹部が切羽側のテー
ルシール８を乗り越えてテールシール段間の室１０に進
入してくると、これらの凹部によって室１０に大きな空
間が生じ、このため室１０の充填材圧力が象、激に低下
して周辺地山の土圧、水圧に対抗できなくなり、充填材
圧力が回復するまでテールシール部を通して機内への漏
水が生じる。また、充填材が漏水と共に室１０から流出
すると、充填材圧が回復せず、漏水が止まらない場合も
ある。これは室１０に急激に大きな空間が生じたことで
充填材の補給が追いつかないためであり、また空間容積
に対応した量の充填材を瞬時に補給することは、充填材
注入ポンプの容量が膨大となるため、現実的でない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように従来技術では、セグメント外周側に開いた
グラウトホール、目開き溝等の凹部が切羽側のテールシ
ールを乗り越えてテールシール段間の室１０に進入して
きたとき、急激に大きな空間が生じることによって室１
０内の充填材圧力が低下し、その回復が遅れる点につい
て考慮されておとず、充填材の圧力変動によるテールシ
ール部からの漏水を防止できないことがわかった。

本発明は上記の点にかんがみ、セグメント外周側に開い
たグラウトホール、目開き溝等の凹部が外乱となって最
も地山例のテールシールと前段テールシールとの間に形
成された室内の充填材圧力の安定が乱されることを防ぎ
、高水圧下でのテールシール部の止水性を維持すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明のテールシール部止水
方法は、シールド本体のテールスキンプレートに少なく
とも３段のテールシールを装備し、切羽側より１段目と
２段目のテールシール七セグメントにより区切られた室
（第１室と呼ぶ）および２段目と３段目のテールシール より区切られた室（第２室と呼ぶ）にそれぞれ流動性の
ある充填材を充填するための第１および第２の充填材供
給手段を設け、第１の充填材供給手段により、シールド
本体の推進に伴いセグメント外周側に開いたグラウトホ
ール、目開き溝等の凹部が第１室を通過する間にこれら
凹部に充填材をほぼ充満させるように第１室に充填材を
供給し、第２の充填材供給手段により、セグメントに付
着して他山に流出した分の充填材を第２室に補給して、
第２室の充填材圧力を周辺地山の土圧，水圧に対抗でき
る圧力に保持することを特徴とする。

〔作用〕 上記構成において、第１の充填材供給手段はシールド本
体の推進に伴いセグメント外周側に開いたグラウトホー
ル、目開き溝等の凹部が第１室を通過する間にこれら凹
部に充填材をほぼ充満させるように第１室に充填材を供
給し、第２の充填材供給手段はシールド本体の推進に伴
いセグメントに付着して他山に流出した分の充填材を第
２室に補給する。このようにすると、セグメント外周側
に開いたグラウトホール、目開き溝等の凹部が第１室か
ら第２室に進入してきたときには、これら凹部は既に充
填材でほぼ埋められた状態にあるので、第２室の充填材
圧力が急激に低下することはなく、第２室の充填材圧力
を周辺地山の土圧、水圧（以下、地山圧力と呼ぶ）に対
抗できる圧力に保持することができる。また、第１室の
充填材圧力が低下したときでも、第２室の充填材圧力の
みで地山圧力に対抗させることができるので、機内への
漏水を防止できる。

〔実施例］ 第１図〜第４図に本発明の一実施例を示す。

第１図〜第３図において、１はシールド本体、２はカッ
タホイル、３はバルクヘッド、４は切羽水圧計、５は排
土用スクリュウコンベア、６はカッタ駆動用モータ、７
はシールドジヤツキ、８１゜８２、８３はテールシール
、９はセグメントである。

テールシールの段数は３段以上であればよく、本実施例
では鋼線の束を主体としたブラシシールからなる３段の
テールシール８１．８２．８３ヲシ一ルド本体１のテー
ルスキンプレート１ａに装備し、切羽側より１段目と２
段目のテールシール８１．８２とセグメント９により区
切られた室を第１室１０１．２段目と３段目のテールシ
ール ト９により区切られた室を第２室１０２と呼ぶ。

第１室１０１および第２室１０２にそれぞれ流動性のあ
る充填材（繊維入りグリース等）を充填するため、第１
および第２の充填材供給手段が設けられている。第１の
充填材供給手段は、テールスキンプレー）１ａの充填材
注入口１１１に接続された充填材注入用配管１２１と、
機内に設置された充填材注入ポンプ１３１、注入ポンプ
駆動用モータ１４１、充填材タンク１５１からなり、第
２の充填材供給手段は、同様にテールスキンプレー１−
１ａの充填材注入口１１２に接続された充填材注入用配
管１２２と、機内に設置された充填材注入ポンプ１３２
、注入ポンプ駆動用モータ１４２、充填材タンク１５２
からなる。１６はテールスキンプレート１ａの外周に敷
設された注入用配管１２１，　１２２の保護カバーであ
る。

一方、テールスキンプレート１ａの外周部に第１室１０
１、第２室１０２の各充填材圧力を計測する第１および
第２の圧力センサ１７１，　１７２を、またテールスキ
ンプレー）１ａの後端部に地山圧力を計測する第３の圧
力センサ１７３をそれぞれ設置し、これら圧力センサ１
７１，　１７２，　１７３の出力信号を配線１８にて圧
力伝送器１９に導き、ここで増幅した信号を機内に設置
した注入ポンプ制御装置２１に配線２０により伝送する
。２２は圧力センサ１７１．　１７２，　１７３と配線
１８の保護カバーである。

注入ポンプ制御装置２１は圧力伝送器１９からの信号と
電源２３を入力し、配線２４にて接続された注入ポンプ
駆動用モータ１４１．　１４２の起動，停止を行う。

本実施例において、第１室１０１の充填材層厚（１段目
テールシール の取付ピッチ寸法）は、シールド推進速度および充填材
注入ポンプ１３１の容量を考慮して決定される。つまり
、第２図に示すグラウトホール９ａや目開き溝９０等の
セグメント外面の凹部が１段目テールシール８１を越え
てから２段目テールシール８２を越えるまでの間に、こ
れら凹部により第１室１０１に生じた空間に充填材をほ
ぼ充満させることができるように第１室１０１の充填材
層厚を決めである。

また、第２室１０２の充填材層厚（２段目テールシール
８２と３段目テールシール８３の取付ピッチ寸法）は、
第２室１０２の充填材圧力を地山圧力に対抗できる圧力
に保持することにより、第２室１０２のみで止水できる
ような寸法となっている。つまり、グラウトホール、目
開き溝などのような充填材圧力を変動させる要因さえな
ければ、第１室１０１がなくても止水可能なように構成
されている。

本実施例では、第１室１０１および第２室１０２の充填
材圧力を、圧力センサ１７３で計測した地山圧力を参考
にして充填材注入ポンプ１３１，　１３２をオンオフさ
せることで管理する。

充填材の消費量を最小限に抑えなから止水効果を維持す
るための充填材圧−力の上下限は次式で与えられる。

ｐ、Ｉ＝＝Ｐｗ　＋ｐ、　　　　　　　・・・・・・　
（１）Ｐ、ｔ＝Ｐ、＋ｐ、　　　　　　　　・・・・・
・　（２）Ｐ９．：充填材圧力の上限値 Ｐ、ｔ：充填材圧力の下限値 Ｐ８　：地山圧力 ｐｌ　：地山側テールシールとセグメントとの間の充填
材通過抵抗 ｐ、：止水可能な限界差圧 ここで、Ｐ＋、Ｐｚは実験等で決められた値である。

仮に、運転者が手動により充填材の供給、停止を制御す
る場合を考えると、運転者は圧力センサ１７１、１７２
．１７３で計測した地山圧力と第１室１０１、第２室１
０２の充填材圧力を監視しながら、充填材圧力が低下し
て下限値Ｐ□に達したとき充填材注入ポンプ１３１．１
３２をオンにして充填材の注入を開始し、充填材圧力が
上昇して上限値ＰｇＩに達したとき充填材注入ポンプ１
３１．１３２をオフにして充填材の注入を停止すること
になる。

第１室１０１および第２室１０２の容積変化がない通常
時でも、注入された充填材はセグメントに付着して地山
Ｇ側へ流出するため、第１室１０１および第２室１０２
の充填材圧力は急激ではないが、除々に低下してくる。

セグメントへの充填材付着量はセグメント表面積１ボ当
り２００ｃｃぐらいであることが実験によりわかってい
る。

外径１４ｍのセグメントについて充填材の持ち出し量を
計算してみると下記のようになる。

Ｑ−πＤ　（Ｖ／１００）　　ρ ＝３．１４ｘ１４ｘ（３／１００）　ｘ２００＝２６３ Ｑ＝充充填持持出し量　　　　（ｃｃ／ｍ１ｎ）Ｄ＝上
セグメント径　　　　　　１４（ｍ）■＝シールド推進
速度　　　３　［ｃｍ／ｍ１ｎ）ρ＝充填材付着！　　
　　　２００　（ｃｃ／ボ〕こては市販の充填材注入ポ
ンプの能力で十分対応できる範囲の量である。

一方、グラウトホール９ａがテールシール部を通過する
際には、第６図のように第１室１０１、第２室１０２の
充填材圧力が変化する。１段目テールシール８１を乗り
越えて第１室１０１にグラウトホール９ａが進入してく
ると、そのために生じた空間により第１室１０１の充填
材圧力が急激に低下する。

そこで、運転者は第１室１０１に充填材を注入し圧力を
上げようとするが、グラウトホール９ａによる空間に充
填材を充満させるためには時間がかかる。しかし、この
場合でも２段目テールシール８２を乗り越えて第２室１
０２にグラウトホール９ａが進入してくるまでに充填材
がグラウトホール９ａの空間にほぼ充満してしまい、残
留空気も充填材と同じ圧力まで圧縮されているので、第
２室１０２の充填材圧力には影響を及ぼさない。

外径１４ｍのセグメントについてグラウトホールにより
生じる空間容積と第２室１０２の充填材圧力に影響を及
ぼさないようにするための充填材の必要注入量を計算し
てみると下記のようになる。

Ｖｊ＝（πｄ”／４）Ｌｎ ＝　（３，１４Ｘ　６　”　／４　）Ｘ５０Ｘ１１■ｊ
　ニゲラウドホールにより生じる空間容積（ｃｃ） ｄ　ニゲラウドホール内径　　　　６（ｃｍ）Ｌ　ニゲ
ラウドホール長さ　　　　５０（ＣＴＩＩ）ｎ　ニゲラ
ウドホール個数（１リング分）１１〔個〕 Ｑｊ　＝Ｖｊ　／Ｔ。

＝　１５５４３／１３．３ ＝　１１６８ Ｑｊ　＝充填材の必要注入量　　　（ｃｃ／ｍ１ｎ）Ｔ
、：充填時間　　　　　　　　（ｍｉｎ　）（グラウト
ホールが第１室を通過する時間）Ｔ、＝Ｌ、／Ｖ ＝４０／３ ＝１３．３ Ｌ、：１段目テールシール ルの取付ピッチ寸法　　　　４０（ｃｍ）■　：シール
ド推進速度　　　３　（ｃｍ／ｍｉｎ）上記計算結果か
られかるように、１１６８ｃｃ／ｍｉｎ以上の容量の充
填材注入ポン−プを第１室用の充填材注入ポンプ１３１
として装備すれば、第２室１０２の充填材圧力は下限値
Ｐ、□より低下することがない。

この場合、第１室１０１の圧力が回復するまでに１３．
３分かかることになるが、その間は第２室１０２の充填
材圧力のみで地山圧力に対抗し、漏水を防。

止することができる。

ここまでは運転者が手動により充填材の供給。

停止を制御する場合について述べたが、次に第１図の注
入ポンプ制御装置２１を用いて充填材の供給。

停止を自動制御する場合について説明する。第４図に注
入ポンプ制御装置２１の構成例を示す。

注入ポンプ制御装置２１内の圧力設定部２５では、第３
の圧力センサ１７３が計測した地山圧力Ｐ８とあらかじ
め入力された値ｐ＋、Ｐｔとから削代（１）。

（２）により充填材圧力の上限値Ｐ　９＋＋下限値Ｐ９
□を演算し設定する。

第１の圧力センサ１７１が計測した第１室１０１の充填
材圧力は、比較器２６で上限値Ｐ　１１１と、比較器２
７で下限値Ｐｇｔとそれぞれ比較され、それらの判定出
力により、第１室１０１の充填材圧力が低下して下限値
Ｐ、２に達すると、モータ制御部３０がモータ１４１を
起動させ、第１室１０１の充填材圧力が上昇して上限値
Ｐ＋＋１に達すると、モータ制御部３０がモータ１４１
を停止させる。同様に第２の圧力センサ１７２が計測し
た第２室１０２の充填材圧力は、比較器２８で上限値Ｐ
ｇｌと、比較器２９で下限値Ｐ□とそれぞれ比較され、
それらの判定出力により、第２室１０２の充填材圧力が
低下して下限値Ｐ９．に達すると、モータ制御部３１が
モータ１４２を起動させ、第２室１０２の充填材圧力が
上昇して上限値Ｐ９．に達すると、モータ制御部３１が
モータ１４２を停止させる。モータ制御部３０．３１は
自己保持機能を有しており、充填材圧力が下限から上限
へ変化する間、注入ポンプ１３１．１３２を運転状態（
オン）に保持し、充填材圧力が上限から下限へ変化する
間、注入ポンプ１３１．１３２を停止状態（オフ）に保
持する。

第６図は、上記のように地山圧力の計測値に基づいて充
填材圧力の上下限を設定し、充填材の注入制御を行った
場合の制御経過を示す図である。

すなわち、第２室１０２の充填材圧力は地山圧力Ｐ８が
変化しても常に上限値Ｐ　９１と下限値Ｐ０の間の適正
範囲に保たれ、また、圧力変動要因となるグラウトホー
ル等がテールシール部に進入してきた場合も、第１室１
０１の圧力回復の時間が伸びるだけで第２室１０２の充
填材圧力には影響が及ばず、止水効果を維持できる。

図示は省略するが、注入ポンプ制御装置内の圧力設定部
で、地山圧力の計測値に基づいて充填材圧力のある目標
値（例えば、地山圧力より少し高めの圧力値）を設定し
、充填材圧力の計測値を上記目標値と比較して、それら
が一致するように注入ポンプの充填材注入量を制御する
構成としても上記と同様の目的を達成できる。

また、本発明の他の実施例として、第１室、第２室の両
方の充填材圧力を制御するのではなく、第２室の充填材
圧力のみを地山圧力に対抗できる圧力となるように制御
し、第１室には充填材を別の注入ポンプによりある設定
した流量で供給する方法もある。この場合、運転者は計
算により第１室の充填材注入用ポンプの流量を決め、掘
進中は同ポンプを作動させたままにして第１室のグラウ
トホール等により生じた空間を埋めるようにする。

その間、第１室の充填材圧力を監視して充填材圧力が下
がりすぎるか、もしくは上がりすぎるようなら充填材注
入ポンプの流量の設定を変えればよい。本実施例におい
て、第２室の充填材圧力を自動制御するための注入ポン
プ制御装置の構成例を第５図に示す。その構成は第４図
に示したものと基本的に変わらないので、説明を省略す
る。

上記各実施例では、充填材注入ポンプを第１室用と第２
室用の２台装備するものとしたが、市販の充填材注入ポ
ンプで流量が足りない場合は複数台並列に接続すればよ
い。また、大流量のポンプを採用し、分配弁等で第１室
と第２室に充填材を分配して供給してもよい。

ポンプ容量は、どの実施例でも第１室用の充填材注入ポ
ンプの容量を第２室用の充填材注入ポンプの容量より大
きくしである。既述のように、セグメントに付着して地
山に流出する充填材量よりグラウトホール等を埋めるた
めの充填材量の方が大きいためである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、セグメント外周側に開いたグラウトホ
ール、目開き溝等の凹部がテールシール部に進入してき
た際、テールシール段間の第１室でこれら凹部により生
じた空間に充填材をほぼ充満させ、第２室の充填材圧力
に影響を及ぼさないようにしたため、充填材の圧力変動
によるテールシール部からの漏水を防止し、高水圧下で
のテールシール部の止水性を維持することができる。

また、グラウトホール、目開き溝等の凹部が第１室を通
過する間にこれら凹部による空間を埋めればよいので、
充填材注入ポンプの容量が膨大になることもなく、容易
に実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシールド掘進機の縦断
面図、第２図は第１図のア部詳細図、第３図は第１図の
イ部詳細図、第４図は第１図中の注入ポンプ制御装置の
概念図、第５図は注入ポンプ制御装置の他の例を示す概
念図、第６図は第１室、第２室の充填材圧力の制御経過
を示すグラフ、第７図、第８図は従来技術によるテール
シール部の掘進中の状態図である。 １・・・シールド本体、１ａ・・・テールスキンプレー
ト、８Ｌ　８２．８３・・・テールシール、９・・・セ
グメント、９ａ・・・グラウトホール、９Ｃ・・・目開
き溝、１０１・・・第１室、１０２・・・第２室、１２
１．１２２・・・充填材注入用配管、１３１．１３２・
・・充填材注入ポンプ、１７１．１７２゜１７３・・・
圧力センサ、２１・・・注入ポンプ制御装置。 特許出願人　　日立建機株式会社 〃　　　　　日本グリース株式会社 〃　　　　昭和工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、シールド本体のテールスキンプレートに少なくとも
   ３段のテールシールを装備し、切羽側より１段目と２段
   目のテールシールとセグメントにより区切られた室（第
   １室と呼ぶ）および２段目と３段目のテールシールとセ
   グメントにより区切られた室（第２室と呼ぶ）にそれぞ
   れ流動性のある充填材を充填するための第１および第２
   の充填材供給手段を設け、第１の充填材供給手段により
   、シールド本体の推進に伴い、セグメント外周側に開い
   たグラウトホール、目開き溝等の凹部が第１室を通過す
   る間にこれら凹部に充填材をほぼ充満させるように第１
   室に充填材を供給し、第２の充填材供給手段により、セ
   グメントに付着して地山に流出した分の充填材を第２室
   に補給して、第２室の充填材圧力を周辺地山の土圧、水
   圧に対抗できる圧力に保持することを特徴とするシール
   ド掘進機のテールシール部止水方法。