JPS5834306Y2 - 泥水シ−ルド工法における排泥中継ポンプのキヤビテ−シヨン防止装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は泥水シールド工法に釦いてフースタポンプの役
目をなす排泥中継ポンプのキャビテーション発生を防止
する為の装置に関する。

軟弱地盤又は崩壊し易い土質に対してトンネル掘削を行
うには、鋼製枠内にカッターを備えた掘進機を推進させ
て地山を掘削すると共にセグメント壁を構築する、いわ
ゆるシールド工法が行われる。

泥水シールド工法においては掘進機の密閉室内の圧力を
送水ポンプと排泥ポンプとで平衡をとり地山の安定を保
ちなから掘進を行なう。

図は泥水シールド工法における一般的なポンフ配置と配
管系統を示している。

地表１０から若干の深さに立坑１１を開削したのち水平
方向に坑道１２を掘進する。

掘進機１３は前方にカッター１４を備えて地山１５を掘
削し、内部は密閉された切羽圧力室１６となっている。

掘進が終った坑道の周壁はセグメント１７を組立てて覆
工が完成する。

地表１０に設けた泥水濃度調整槽１８からシールド用に
調整された泥水をモータＭｌによって駆動される送水ポ
ンプＰ１によって送水管１９へ送り出す。

送水管１９は立坑１１と水平坑道１２を経て掘進機１３
に通じているので、この泥水をカツタ−１４後部の切羽
圧力室１６内へ送り込む。

カッター１４で掘削した土砂はこの泥水と共に、モータ
Ｍ２によって駆動される排泥ポンプＰ２と、モータＭ３
によって駆動される排泥中継ポンプＰ３とによって排泥
管２０へ送り出す。

排泥管２０は水平坑道１２と立坑１１とを経て地上へ通
じていて、泥水は坑外の処理プラントへ排送されたのち
、主な泥を分離した水は循環して再使用される。

排泥管２０はカッター１４にて掘削した土砂の排泥に使
用されるので土砂の沈殿を生じさせぬ為の流速をもたせ
る必要があって、送水管１９に比較して細管であり、抵
抗摩擦損失が大きくなる。

従って排泥側に督いては排泥中継ポンプＰ３のようなブ
ースタポンプが必要となって来る。

而して切羽圧力室１６内の圧力設定により送水ポンプＰ
１の駆動モータＭ１は自動的に可変速する。

又排泥ポンプＰ２’ｒ駆動するモータＭ２は掘進機１３
が掘進するに従って常に規定流量を得られるように変速
可能にしである。

従ってモータＭ１とＭ２は可変速モータ、Ｍ３は定速モ
ータとなっている。

一般に、図示のような泥水シールド工法におけるポンプ
系統において、掘削切羽の崩壊を防止するため、切羽圧
力室１６内を負圧に設定することがないのと、送水ポン
プＰ１と排泥ポンプＰ２とは最高回転数に釦いてもキャ
ビテーションが発生しないようにポンプを選定するので
、流量が略一定の規定流量下においては如何なる回転数
に変化してもキャビテーションは生じない。

しかし、泥水シールド工法では掘削切羽の進行に伴ない
排泥ポンプと排泥中継ポンプとを移設するために排泥管
の布設距離が常に変動するだけでなく、掘削泥水の濃度
が変化するほか、排泥ポンプＰ２の流量も絶えず増減す
るものであり、かかる掘削条件下において排泥ポンプＰ
２の設定流量または排泥中継ポンプＰ３の設置位置が適
切でないような場合には排泥中継ポンプＰ３にはキャビ
テーションの発生が頻繁であり、衝撃圧によりエロージ
ョン（壊食）が起きたり、振動により軸受が早期に寿命
が終了する原因となっていた。

従来、ポンプのキャビテーション防止対策としては、種
々の手段が提供され、たとえば、吸込圧力の低下を検出
して回転数を減速させる手段があるが、泥水シールド工
法にかいて排泥中継ポンプを減速させることは、流量の
減少を招いて排泥管内に土砂が沈降するため、掘削作業
が致命的な支障を豪ることにｉる。

そこで排泥ポンプの吐出圧力を高くして規定流量を得る
ようにする手段も附加的に必要となり、制御装置が極め
て複雑となるだけでなく誤動作を免れない等の問題点が
あった。

この考案は、かかる従来の問題点を解決する排泥中継ポ
ンプのキャビテーンヨン防止装置を提供するものであり
、この考案の要旨とするところは、排泥管内の泥水の流
量、密度むよび圧力會計測してそれらの電気信号を演算
器に入れ、排泥中継ポンプの有効吸込ヘッドと要求吸込
ヘッドおよびそれらの差ｗ演算することによりキャビテ
ーションの発生を警報し、この警報に基づいて排泥中継
ポンプの設置位置を適宜移転するか、あるいは排泥ポン
プの回転数を増速するかの何れかの手段を選択可能とし
たことにあり、本考案の装置によれば、排泥中継ポンプ
の規定流量を減少させることなく。

掘削条件の変化に即応する最も効果的な手段で而も簡易
な装置によってキャビテーション金防止することかでき
る。

本考案の実施例を図について説明すると、排泥ポンプＰ
２と排泥中継ポンプＰ２との間の排泥管２０に流量計１
と密度計２と圧力検出器３とを配設する。

流量計１は流量を、密度計２は密度を、圧力検出器３は
圧力を夫々検出してその値に応じた電気信号を発する。

圧力検出器３は負圧と正圧、即ち真空度と圧力の何れも
検出可能なものとする。

これらの電気信号を受けて演算を行なう為に演算器Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが設けである。

これにより排泥中継ポンプＰ３の有効ＮＰＳＨ（有効吸
込ヘッド）と要求ＮＰＳＨ（要求吸込ヘッド）とを演算
し、更にその差を演算することによってキャビテーショ
ン発生以前に中央監視室にあるブザー又はランプ等の警
報器２１奮働かせて警報を発し、作業者に処置を採らし
めるか、又は排泥ポンプＰ２’に図示しない制御装置に
より増速しでキャビテーションを防ぐ。

次に本考案になる装置の演算課程について説明する。

（ａ） 流量１からの流量信号Ｑｆｆｉ受は下記の式
に基づき演算器Ａで要求ＮＰＳＨ’に演算する。

４ 要求ＮＰＳＨ二αＸＱ３ＸＮ３ （ロ）α：ポン
プＰａに特有な定数 Ｎ：ポンプＰ３の回転数（ｒ、ｐ、ｍ）定数Ｑ：流量（
ｍ３／晶） （ｂ） 密度計２からの密度信号δを受は下記の式に
もとづいて、演算器Ｂで有効ヘッドＨＡを演算する。

ＨＡ＝（Ｐａ Ｐｖ）Ｘｉ／δ Ｐａ：大気圧（ｋｇ／が２） Ｐｖ：液温に対する蒸気圧（ｋｇ／ｍｚ）Ｐａ−Ｐｖ：
液温の変化は微小なので定数δ ：泥水の密度（ｋｇ／
ｍ３） （ｃ）圧力検出器３からの圧力信号Ｐと密度計２からの
密度信号δを受け、下記の式に基づき演算器Ｃで吸込ヘ
ッドＨ８を演算する。

但し圧力信号Ｐが負圧の場合は（→として、押込の場合
は（ト）として演算する。

Ｈｓ ＝ＰＸ１／δ（７７１） （Ｐ）：ポンプＰ３の吸込圧力（ｋＦ’７７１２）（ｄ
） 更に前記（ｂ）項と（ｃ）項で得た値を演算器り
に入れ、下記の式に基づき有効ＮＰＳＨ’に演算する。

有効ＮＰＳＨ＝ＨＡ＋Ｈｓ （ｅ）キャビテーション防止条件として 有効ＮＰＳＨ＞要求ＮＰＳＨ の関係が必要であることから （有効ＮＰＳＨ）−（要求ＮＰＳＨ） を演算器Ｅで演算し、零に近い一定値なったときは警報
器に伝える。

次に警報が発せられたとき作業者がとるべき処置につい
て述べる。

排泥中継ポンプＰ３が規定流量で運転している場合には
有効吸込ヘッドを太きくするように該ポンプＰ３の据付
位置を排泥ポン７’Ｐ２側に近付ければよい。

又排泥中継ポンプＰ３が規定流量以上にしてもよいとき
は一段目の排泥ポンプＰ２の回転数を増速することによ
ってキャビテーションが消失する。

演算器ＥとモータＭ２とを電気的に連係させることによ
って排泥ポンプＰ２の増速を自動的に行なうこともでき
る。

前述のとおり、本考案によれば、泥水シールド工法にお
ける掘削条件の変化に応する排泥ポンプの設定流量や排
泥中継ポンプの設置位置が適当でないことに基因して排
泥中継ポンプに生ずるキャビテーション會、その規定流
量を減少させることなく最も効果的な処置によって即座
に防止することができる。

またポンプを破損から守シ、ポンプ系統の運転を安全に
継続することが可能であるから、温水シールド工法の掘
削能率を飛躍的に向上させる効果がある。

なお、前記排泥中継ポンプＰ３は、輸送距離に従って能
力限界となるときは、２台以上乞用いることもある。

【図面の簡単な説明】

図は泥水シールド工法におけるポンプ配置と配管系統を
示す概略図である。 １は流量計、２は密度計、３は圧力検出器。 １３は掘進機、１６は切羽圧力室、１８は泥水濃度調整
槽、１９は送水管、２０は排泥管、２１は警報器、Ｐｌ
は送水ポンプ、Ｐ２は排泥ポンプ、Ｐａは排泥中継ポン
プ、Ｍｌ 、Ｍ２Ｍ３ はモータ、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ
は演算器である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 切羽圧力室内の掘さく泥水を排出する可変速排泥ポンプ
   と、該排泥ポンプに接続される排泥管と、該排泥管の途
   中に直列に接続される定速排泥中継ポンプと金有する泥
   水シールド工法用排泥ポンプ装置において、前記排泥管
   に、泥水の流量を検出して流量信号を出力する流量計と
   、泥水の密度を検出して密度信号を出力する。 密度計と、定速排泥中継ポンプの吸込圧を検出して圧力
   信号を出力する圧力検出器とを設け、さらに、流量計に
   接続されており流量計の出力する流量信号を受けて定速
   排泥中継ポンプの要求吸込ヘッド金演算し信号出力する
   演算器Ａと、密度計に接続されてむす密度計の出力する
   密度信号を受けて有効ヘッドを演算し信号出力する演算
   器Ｂと、密度計と圧力検出器に接続されており密度計の
   出力する密度信号と圧力検出器の出力する圧力信号とを
   受けて定速排泥中継ポンプの吸込ヘッドを演算し信号出
   力する演算器Ｃと、演算ｉＢと演算器Ｃとに接続されて
   おり演算器Ｂの出力する有効ヘッド信号と演算器Ｃの出
   力する吸込ヘッド信号とを受けて定速排泥中継ポンプの
   有効吸込ヘッドを演算し信号出力する演算器りと、演算
   器りと演算器Ａに接続されており演算器りの出力する有
   効吸込ヘッド信号と演算器Ａの出力する要求吸込ヘッド
   信号を受けて比較しその差を比較信号として出力する演
   算器Ｅとを設け、演算ｉＷＥの出力する比較信号が一定
   値に達したとき警報を発する警程器と演算器Ｅの出力す
   る比較信号により可変速排泥ポンプ駆動用モータの回転
   数を制御する制イ卸装置との双方もしくは何れか一方を
   演算器Ｂに接続する回路を構成したことを特徴とする泥
   水シールド工法における排泥中継ポンプのキャビテーシ
   ョン防止装置。