JPS59165798A - 裏込注入圧力及び注入量管理装置 - 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】 この発明は裏込注入圧力及び注入量管理装置に関し、よ
り詳細にはシールド工法によってトンネルを掘削する際
に生じるセグメントと地山との間の間隙に裏込材を注入
する際の注入圧力及び注入量を管理するための装置に関
するものである。

一般に、シールド工法によってトンネルを掘削する場合
、シールド掘削機の掘進にともなって、掘削機本体の後
部内側にセグメントを順次接続しているため、セグメン
トと地山との間に間隙（テールボイド）が形成される。

このテールボイドはそのまま放置しておくと地盤沈下の
原因となるので、テールディトが形成されると同時にそ
の速度に応じて裏込材を注入し、テールボイドを完全に
充填している。

従来、裏込材の注入方式としては特公昭５７−５３５１
９号公報あるいは特公昭５７−５３５２０号公報に開示
されているように、掘削機の推進速度と押開機外径寸法
などの所定デークとからテールボイドの容積を算出し、
この容積と注入率とから最適注入量を算出し、この算出
された最適注入量になるように裏込材の流量を制御する
ようにしたものがある。しかし、通常の掘削機の場合、
地盤によっては掘削機本体外径以上の掘削丁なわち余掘
りをすることがあり、そのため前記のようにして算出し
たテールボイドの容積は実沸の容積よりも小さくなり、
したがつて実際の注入率はそれ以下となって裏込材の充
填が不十分になる恐れが生じてくる。

また上記従来方式においては、注入率は裏込材を給送す
る配管に圧力計を設け、この圧力計の測定値に基すいて
設定されているが、配管に閉塞等が生じた場合、テール
ボイド内の裏込材の圧力が低くても圧力計の指示圧力が
上昇して注入率が下がり、裏込材の注入量が最適注入量
よりも小さくなって、裏込材の充填が不十分になる結果
を紹く。

この発明は上記のような従来方式のもつ欠点を排除し、
算出するテールボイドの容積を実際の容積に近似させ、
裏込材の注入を７ＩＱ不足なく行うことができる装置を
提供することを目印とする。

またこの発明はテールボイド内の裏込材の圧力を測定し
、この圧力に基すいて注入率を設定し、機込材の注入を
過不足なく行うことができる装置を提供することを他の
目的とする。

この発明の第１は、シールド掘削機本体と地山との間の
間隙寸法を測定する部材と、その測定値を記憶する部材
と、掘削機の推進速度を測定する部材と、前記間隙寸法
が測定された位置において裏込材を注入する際に、記憶
部材に記憶された間隙寸法と測定された推進速度と掘削
機本体の外径寸法などの所定データとからセグメントと
地山との間の間隙の容積を算出する演算部材と、注入さ
れる裏込材の圧力をその給送系路において測定する部材
と、この測定部材の測定値に基すいて裏込材の注入率を
設定する部材と、算出された前記間隙の容積と設定され
た前記注入率とから裏込材の最適注入量を算出する演算
部材と、裏込材の流量を測定する部材と、裏込材の最適
注入量と裏込材の流量とを比較し、その差に基ずき裏込
材の流量を制御する部材とを具えてなる裏込注入圧力及
び注入量管理装置であって、掘削機本体と地山との間の
間隙寸法すなわち余掘深さを測定し、この間隙寸法を加
味してセグメントと地山との間の間隙の容積を算出する
から、実際の容積との誤差が小さくなリ、過不足ない裏
込材の注入を行うことができる。

この発明の第２は、上記第１発明の「注入される裏込材
の圧力を給送系路において測定する部材」に替わり、裏
込材の圧力を掘削機本体外周の後部において測定する部
材を具えた裏込注入圧力及び注入量管理装置であって、
注入率はこの測定部材の測定値に基ずいて設定さ扛るか
ら、裏込材の給送系路に閉塞等が生じてもそれによって
注入率が下がることがなく、過不足ない裏込材の注入を
行うことができる。

以下図面に示す実施例を参照してこの発明を説明する。

第１図に示すように１はシールド掘削機であって、その
掘進に伴って本体２の後部にセグメント３を順次接続し
て一次覆工を形成してゆく。

セグメント３は本体２の内側に接続されるため、セグメ
ント３と地山４との間に間隙（テールボイド）５が生じ
、この間＠５にセグメント３に穿設された注入口６から
裏込材７を充填し、地山４の緩みを抑えるようにしてい
る。この実施例では裏込材７は１宵類が使用され、セグ
メント３の注入口６は配管８を介して裏込材タンク９に
接続されている。配管８には弁１０、圧力計１１、流量
計１２、および可変速モータ１３に連結された注入ポン
プ１４がそれぞれ設置されている。

シールド掘削機１には、ロッド１４が本体２に出没可能
に嵌合されたジヤツキ１５が取付けられ、ロッド１４は
その先端がカッタ１６近傍の地山４に到達可能となって
いる。ロッド１４の先端には図示しない圧力計が取付け
られており、この圧力計によって地山に到達したことを
検知し、そのときのストロークをストローク検出部材１
７によって検出し、本体２と地山４との間の間隙寸法（
余掘深さｄ）を測定するようになっている。シールド掘
削機１はセグメント３によって反力を受けるジヤツキ１
８によって推進され、このジヤツキ１８には推進速度検
出部材１９が設げられている。本体２の後部外周には、
天端および両側部位置に土圧計２０がそれぞれ設けられ
ていて、後部外周に作用する圧力な済ｊ定するようにな
っている。

第２図くはこの実施例を構成する上記各部材分よび制御
部材がブロック図で示されており、これを動作とともに
説明する。

掘削停止中にジヤツキ１５を作動させてストローク検出
部材１７により余深深さｄを測定する。その測定信号は
記憶器２１に入力され、この記憶器２１は余掘深さｄの
測定位置において裏込材７を注入するときまで余抛深さ
ｄを記憶する。シールド掘削機１が進行して余掘深さｄ
の測定位置において裏込材７を注入する際に、記憶器２
１の信号は演算器２２に入力され、演ｐ−器２２は余掘
深さｄ、あらかじめ設定さｎている本体外径ＤＩ、ｆ−
ｒよびセグメント外径り、とから間隙５の面積を算出す
る。演算器２２にはさらに推進速度検出部材１９の信号
が入力され、１１■記面積と推進速度とから単位時間当
りに形成さルる間隙５の容積を算出する。

土圧指示警報計２３には変換器２０’を介して土圧計２
０の測定信号が入力され、土圧指示警報計２３は土圧計
２０の測定値（例えば天端および両側部の土圧計２０の
計測値の最高値）に基ずく信号を注入率設定器２５に送
り、この注入率設定器２５においてあらかじめ人為的に
設定されている裏込材７の注入率（間隙５の容積に対す
る裏込材７の注入量の割合）の新たな設定がなされる。

すなわち土圧指示警報計２３には上限圧力が設定されて
いて、土圧指示警報計２３ば間隙５内における裏込材７
の圧力が上昇して土圧計２０の測定値が上限圧力よりも
高くなったときに答報信号を注入率設定器２５に送って
注入率を下げさせ、土圧計２０の測定値が上限圧力以下
であれば一定の信号を注入率設定器２５に送り人為的に
設定された注入率を維持させる。な卦土圧指示警報計２
３に設定される上限圧力は、例えば泥水式シールド掘削
機の場合、切羽泥水圧力よりも幾分か高く設定する。

注入率設定器２５の信号は演算器２２に入力され、演算
器２２は前記間隙５の容積に注入率を乗算してシールド
掘削機１の推進速度に応じた裏込材７の最適注入量を算
出し、この算出された信号はＲｔ　’ｆＡ節計２６に入
力される。流量計１２で測定された信号は流量調節計２
６に入力され、流量調節計２６は最適注入量と測定流量
との間に差があればその偏差に応じた修正信号を１Ｕ１
」御装置２７を経て注入ポンプ１４の可変速モータ１３
に送り、その回転数を変化させ、裏込材７の流量が最適
注入量となるように調節する。

上記のようにして流量が調節される裏込材７は配管８を
経て間隙５に圧送され、本体２の外周に設けた土圧計２
０の測定値が裏込材７の注入圧力によって上限圧力より
も上昇すると、前記したように注入率があらかじめ設定
された値よりも下がり、したがって最適注入量が下がる
。

流量調節計２６は裏込材７の流量が降下した最適注入量
となるように注入ポンプ１４０回転数を減少させ、これ
により土圧計２０の測定値が上限圧力以下になれば、注
入率があらかじめ設定された値に戻り、最適注入量もそ
れに応じたものとなる。

第３．４図は別の実施例を示し、上記実施例と同様な部
材については同一符号を付してあり、主として異なって
いる部分の説明をする。

この実施例は間隙５に２種類からなる混合裏込材３０を
注入する例であって、注入口６は配管８および分岐配管
８ａ、８ｂを介して、それぞね異なった種類の裏込材Ａ
液、Ｂ液が収容さ肚た２つの裏込材タンク９ａ、９ｂに
接続されている。分岐配管８ａ、８ｂには流量計１２ａ
、１２ｂ１可変速モーク１３ａ、１３ｂに連結された注
入ポンプ１４ａ、１４ｂがそれぞれ設（Ｋされている。

配管８にはミキサ２８が設置されていて、裏込材Ａ液、
Ｂ液はこのミキサ２８によって混合され、混合裏込材３
０として間隙５に注入される。

第４図はこの実施例を構成する上記各部材および制御部
材を示すブロック図であって、これを動作とともＶＣ説
明する。

掘削停止中にジヤツキ１５によって宗押深さｄを測定し
、その測定値を記憶器２１に記憶させ、余掘深さｄの測
定位置において混合裏込材３０を注入する際に、演算器
２２は余掘深さｄ、あらかじめ設定されている本体外径
り、、セグメント外径Ｄ２およびジヤツキ１８の推進速
度から単位時間当りに形成される間隙５の容積を算出す
る。

土圧指示警報計２３には土圧計２０の測定信号が入力さ
れ、土圧指示警報計２３は土圧計２０の測定値に基ず（
信号を注入率設定器２５に送り、この注入率設定器２５
においてあらかじめ人為的に設定されている混合裏込材
３０の注入率の新たな設定がなされる。すなわち土圧指
示ρ綴針２３には上限圧力が設定さルていて、土圧指示
警報計２３は間隙５内における混合裏込材３０の圧力が
上昇して土圧計２０の測定値が上限圧力よりも高くなっ
たときに警報信号を注入率設定器２５に送って注入率を
下げさせ、土圧計２０の測定値が上限圧力以下であれば
一定の信号を注入率設定器２５に送り人為的に設定され
た注入率を維持させる。

注入率設定器２５の信号は演算器２２に入力され、演算
器２２は間隙５の容積に注入率を乗算して混合裏込材３
０の最適注入量乞算出する。

比率設定器２９には裏込材Ａ液とＢ液との混合比率があ
らかじめ人為的に設定されて２す、この比率設定器２９
の信号は演算器２２　Ｋ入力され、演算器２２は前記最
適注入量と混合比率とからＡｔ最適注入量およびＢ液最
適注入量を算出し、算出されたＡ液最適注入量およびＢ
液最適注入量の各信号はそれぞれＡ液流量調節計２６ａ
２よびＢ液流量調節計２６ｂに入力される。

Ａ液流置針１２ａの測定信号は演算器２２を経てＡ液流
量調節計２６ａに入力され、Ａ液流量調節計２６ａはＡ
液最適注入量と測定流量との間に差があればその偏差に
応じた修正信号をＡ液制御装置２７ａを経てＡ液注入ポ
ンプ１４ａの可変速モータ１３ａ［送り、その回転数を
変化させ、Ａ液の流量がＡ液り適注入針となるように調
節する。同様にＢ液流対針１２ｂの測定信号は演算器２
２を経てＢ液流量調節計２６ｂに入力され、Ｂ液流ｉｒ
　Ｔｈ４節計２６ｂはＢ液最適注入也と測定流量との間
に差があればその偏差に応じた修正信号をＢ液制御装置
２７ｂを経てＢ液注入ポンプ１４ｂの可変速モータ１３
ｂに送り、その回転数を変化させ、Ｂ液の流量がＢ液最
適注入量となるように調節する。

上記のようにして＃Ｃ量が調節されるＡＢ両液はミキサ
２８によって混合され、配管−８を経て間隙５に混合裏
込材３０として圧送される。本体２の外周に設けた土圧
計２０の測定値が混合後込材の注入圧力によって上昇す
ると、前記したように注入率があらかじめ設定された値
よりも下がり、したがって混合裏込材３０の最適注入量
が下がる。演算器２２は降下した最適注入量と混合比率
とからＡ液最適注入ｇ２よびＢ液最適注入量を算出する
。Ａ液流量調節計２６ａおよびＢ液流量調節計２６ｂは
Ａ、Ｂ液の流量が降下したＡ液最適注入量およびＢ液最
適注入量となるように、注入ポンプ１４ａ、１４ｂの回
転数を減少させ、これにより土圧計２０の測定値が上限
圧力以下になれば、注入率があらかじめ設定された値に
戻り、混合裏込材の最適注入量もそれに応じたものとな
る。

上記各笑施例とも、注入率の設定は従来のように配管８
に設けた圧力計１１に基すいて行うようにしてもよい。

すなわち圧力計１１の測定信号が変換器１１’ｙ介して
圧力指示警報計２４に入力されるようにし、圧力指示警
報計２４に上限圧力および下限圧力を設定する。そして
圧力計１１の測定値が上限圧力よりも高くなったときに
、圧力指示警報計２４が警報信号を注入率設定器２５に
送って注入率を下げさせ、圧力計１１の測定値が下限圧
力よりも低くなったときに注入率を上げさせ、圧力計１
１の測定値が上下限圧力内であれば一定の信号を注入率
設定器２５に送り人為的に設定された注入率を維持させ
るようにする。

この発明は上記のようであって、掘削機本体と地山との
間の間隙寸法を測定して、その測定値と掘削機の推進速
度と掘削機本体の外径寸法などの所定データとＤ・ら裏
込材が注入されるセグメントと１図山との間の間隙の容
積を算出するので、すなわち余掘景を加味して間隙の容
積を算出するので、実際の間隙の容積との誤差が小さく
なり、裏込材の過不足による地表面への影０をなくすこ
とができる。

また注入される裏込材の圧力を伽削機本体外周の後部に
おいて測定し、その測定値に基すいて裏込材の注入率を
設定することにより、裏込材の給送系路に閉塞等が生じ
てもそれによって注入率が下がることがなく、過不足な
い裏込材の注入を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図はこの発明の第１実施例を示し、第１図は各
機器の配置を示す縦断面図、第２図は第１図に示した各
機器〉よび制御部材のブロック図、第３．４図は第２実
施例を示し、第３図は各機器の配置を示す縦断面図、第
４図は第３図に示した各機器および制御部材のブロック
図。 １・・・シールド掘削機　　　　２・・・本　体３川セ
グメント　　　　　　　４・・・地山５・・・間隙（テ
ールゼイド）７．３０・・・裏込材１１・・・圧力計　
　　　　　　　１２，１２ａ、１２ｂ・・・圧力計１４
．１４ｇ、１４ｂ・・・流厳計　　１５・・・ジヤツキ
１７・・・ストローク検出部材　　１８・・・ジヤツキ
１９・・・推進速度検出部材　　　２ｏ・・・土圧計２
１・・・記憶Ｂ？Ｆ　　　　　　　　　２２・・・演算
器２３・・・土圧指示警報計　　　　２４・・・圧カ指
示椿綴針２５・・・注入率設定器　　　　　２６　、２
６ａ　、　２６ｂ・・・Ｏｆｅ　５ｉ虐節計２９・・・
比率設定器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　シールド掘削機本体の後部に接続されるセグメン
   トと地山との間に生じる間隙に注入する裏込材の注入圧
   力及び注入量を管理する装置であって、前記掘削機本体
   と地山との間の間隙寸法を測定する部材と、その測定値
   を記憶する部材と、掘削機の推進速度を測定する部材と
   、前記間隙寸法が測定された位置において裏込材を注入
   する際Ｋ、前記記憶部材に記憶された間隙寸法と測定さ
   れた推進速度と掘削機本体の外径寸法などの所定データ
   とからセグメントと地山との間の間隙の容積を算出する
   演算部材と、注入される裏込材の圧力をその給送系路に
   おいて測定する部材と、この測定部材の測定値に基すい
   て裏込材の注入率を設定する部材と、算出された前記間
   隙の容積と設定された前記注入率とから裏込材の最適注
   入量を算出する演算部材と、前記裏込材の流量を測定す
   る部材と、裏込材の最適注入量と裏込材の流量とを比較
   し、その差に基ずき桑込材の流量を制御する部材とを具
   えてなる裏込注入圧力及び注入量管理装置。 ２、　前記裏込材は所定の混合比率で混合される２種の
   裏込材からなる特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３、　シールド掘削機本体の後部に接続されるセグメン
   トと地山との間に生じる間隙に注入する裏込材の注入圧
   力及び注入量を管理する装置であって、前記掘削機本体
   と地山との間の間隙寸法を測定する部材と、その測定値
   を記憶する部材と、掘削機の推進速度を測定する部材と
   、前記間隙寸法が測定された位置において裏込材を注入
   する際に、前記記憶部材に記憶された間隙寸法と測定さ
   れた推進速度と掘削機本体の外径寸法などの所定データ
   とからセグメントと地山との間の間隙の容積を算出する
   演算部材と、注入される裏込材の圧力を掘削機本体外周
   の後部にお℃・て測定する部材と、この測定部材の測定
   値に基ず〜・て裏込材の注入率を設定する部材と、算出
   された前記間隙の容積と設定された前記注入率とカ・ら
   裏込材の最適注入量を算出する演算部材と、前記裏込材
   の流量を測定する部材と、裏込材の最適注入量と裏込材
   の流量とを比較し、その差に基ずき裏込材の流量を制御
   する部材とを具えてなる裏込材注入圧力及び注入量管理
   装置。 ４、前記裏込材は所定の混合比率で混合される２種の裏
   込材からなる特許請求の範囲第３項記載の装置。