(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘進機本体の先端部に設けられて切羽面を掘削するカッターヘッドと、該カッターヘッドの後方に配置されたカッター側隔壁によって仕切られて、該カッター側隔壁と前記カッターヘッドとの間に形成されたカッターチャンバーと、該カッターチャンバーの後方に配置された本体側隔壁によって仕切られて、該本体側隔壁と前記カッター側隔壁との間に形成されたエアチャンバーとを含んで構成され、前記カッターチャンバーに充填された泥水の圧力によって切羽面を安定させながらトンネルの掘進を行う泥水式シールド掘進機において、
前記エアチャンバーと前記カッターチャンバーとは、前記カッター側隔壁の下部に設けられた連通口を介して連通していることで、前記エアチャンバーの下部に泥水層が、上部に空気層が形成されており、切羽面における地山側の圧力変動を、前記エアチャンバー内の前記空気層の空気の圧縮膨張性によって緩和しながらトンネルの掘進を行えるようになっており、
前記本体側隔壁の上部には、当該本体側隔壁から前記カッター側隔壁側に張り出して、液面計設置室が、底面部に形成された計測開口を前記泥水層の液面の直上部分に配置して設けられており、
前記液面計設置室には、前記計測開口との間の中空計測路を密閉可能に開閉するバルブ機構を介在させて、前記泥水層の液面からの反射波を検出して前記泥水層の水位を計測する液面計が、着脱可能に設置されている泥水式シールド掘進機。
【請求項２】
前記バルブ機構は、前記計測開口の開口周縁部に一体として接合された、中央部分に貫通開口を備える下部フランジ部材と、該下部フランジ部材の上方に一体として接合されたバルブ部材と、該バルブ部材の上方に着脱可能に一体として接合された、中央部分に貫通開口を備える上部フランジ部材とを含んで構成されており、前記上部フランジ部材に前記液面計が一体として取り付けられている請求項１記載の泥水式シールド掘進機。
【請求項３】
前記バルブ部材が、ボールバルブである請求項２記載の泥水式シールド掘進機。
【請求項４】
前記液面計が、超音波式液面計である請求項１〜３のいずれか１項記載の泥水式シールド掘進機。
【請求項５】
前記液面計が設置されている前記液面計設置室が、前記エアチャンバーの中央部分を挟んだ両側に各々設けられている請求項１〜４のいずれか１項記載の泥水式シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、泥水式シールド掘進機に関し、特にカッターチャンバーに充填された泥水の圧力によって切羽面を安定させながらトンネルの掘進を行う泥水式シールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
泥水式シールド掘進機は、掘進機本体の先端部に設けられて切羽面を掘削するカッターヘッドの後方に、隔壁によって仕切られたカッターチャンバーを形成すると共に、このカッターチャンバーに泥水を充填して、充填した泥水の圧力（泥水圧）によって切羽面を安定させながらトンネルの掘進を行うシールド掘進機であり、カッターチャンバーに充填した泥水を、泥水槽や泥水タンクとの間で循環させて、掘削土砂を泥水と共に泥水槽や泥水タンクに搬送することで、カッターヘッドによって掘削した掘削土砂をカッターチャンバーから排出しつつトンネルの掘進を行えるようになっている。
【０００３】
また、泥水式シールド掘進機を改良したものとして、カッターチャンバーの後方にエアチャンバーを形成すると共に、カッターチャンバーとエアチャンバーとをこれらの下部において連通させることで、エアチャンバー内の泥水層の上方に空気層を形成した状態でトンネルの掘進を行うようにした、エアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このようなエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機では、例えばエアチャンバー内における泥水層と空気層との境界部分である泥水の液面の高さを、空気層の空気圧の制御と、カッターチャンバー及びエアチャンバーへの泥水の送泥や排泥の制御とによって、所定の高さとなるように設定した状態で、切羽面における地山側からの水圧の変化等による圧力変動を、エアチャンバー内の空気層を形成する空気の圧縮膨張性によって緩和しながら、トンネルの掘進を行えるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２０１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、泥水式シールド掘進機によって掘削される地山の土質は、トンネルの掘進に伴って変化するものであり、また特に、例えば大断面のトンネルの場合、地山の土質が断面方向に均質でない場合が多く、例えば均等係数の少ない砂層や、砂礫層や、岩盤層に遭遇したり、切羽面にこれらの層が含まれていると、泥水の噴発や放出等を原因として、逸水等によるトラブルが発生する場合がある。逸水等が生じた場合には、カッターチャンバー内の加圧された泥水が切羽面から地山側に抜けることで、カッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力も急激に低下することになる。また、例えばカッターチャンバーから泥水を排泥する排泥管が閉塞したり、キャビテーションが発生すると、カッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力が急激に上昇することになる。
【０００７】
ここで、切羽面における逸水や、排泥管の閉塞等が生じた場合に、これらを検知してカッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力を早急に回復できれば、切羽面を安定させて引き続き掘進を行えるようになるものと考えられる。カッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力が急激に低下したり上昇したりすると、これに追随して、エアチャンバー内における泥水層の液面の水位も上下に変動することになるため、泥水層の液面の水位を精度良く検出して管理することは、カッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力を早急に回復させて、切羽面を安定させる上で重要である。
【０００８】
このため、例えば特許文献１のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機では、エアチャンバーを仕切る本体側隔壁からトンネルの坑内側に張り出させて、エアチャンバー内の空気層と泥水層とを連通する管状のセンサー取付体を設けておき、このセンサー取付体の内部において、例えばセンサー取付体内の水面に配置した反射板と、該反射板に向って発した光線や音波によって該センサー取付体内の水位を検出するレーザーや超音波式センサーとを用いて、泥水層の液面の水位を計測できるようになっている。また、このセンサー取付体は、トンネルの坑内側に張り出させて設けたことで、エアチャンバー内に作業員が立ち入ることなく、トンネルの坑内側からの作業によって、交換したり保守点検したりすることができるようになっている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の泥水式シールド掘進機では、管状のセンサー取付体の内部での泥水層の水位を正確に計測することができる一方で、泥水層を形成する泥水は、比重を高くするためにベントナイト成分等が含まれていて、粘性が高くなっていることから、エアチャンバー内の圧力の低下や上昇に伴う、当該エアチャンバー内における泥水層の液面の水位の低下や上昇が、管状のセンサー取付体の内部における泥水層の水位の低下や上昇に反映されるまでには、相当の時間を要することになる。また、特に、カッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力が急激に低下したり上昇した場合に、これをセンサー取付体の内部で検知するまでには相当の時間遅れを生じて、カッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力を早急に回復させることが難しくなると考えられる。したがって、例えばカッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力が急激に低下したり上昇した際に、これらの圧力の低下や上昇に伴うエアチャンバー内の泥水層の液面の水位の低下や上昇を、時間遅れを生じることなく即座に検知することを可能にすると共に、エアチャンバー内に作業員が立ち入ることなく、液面計を交換したり保守点検したりすることを可能にする、新たな技術の開発が望まれている。
【００１０】
本発明は、例えばカッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力が急激に低下したり上昇した際に、これらの圧力の低下や上昇に伴うエアチャンバー内の泥水層の液面の水位の低下や上昇を、時間遅れを生じることなく液面計を用いて即座に検知することができると共に、エアチャンバー内に作業員が立ち入ることなく、液面計を交換したり保守点検したりすることのできるエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、掘進機本体の先端部に設けられて切羽面を掘削するカッターヘッドと、該カッターヘッドの後方に配置されたカッター側隔壁によって仕切られて、該カッター側隔壁と前記カッターヘッドとの間に形成されたカッターチャンバーと、該カッターチャンバーの後方に配置された本体側隔壁によって仕切られて、該本体側隔壁と前記カッター側隔壁との間に形成されたエアチャンバーとを含んで構成され、前記カッターチャンバーに充填された泥水の圧力によって切羽面を安定させながらトンネルの掘進を行う泥水式シールド掘進機において、前記エアチャンバーと前記カッターチャンバーとは、前記カッター側隔壁の下部に設けられた連通口を介して連通していることで、前記エアチャンバーの下部に泥水層が、上部に空気層が形成されており、切羽面における地山側の圧力変動を、前記エアチャンバー内の前記空気層の空気の圧縮膨張性によって緩和しながらトンネルの掘進を行えるようになっており、前記本体側隔壁の上部には、当該本体側隔壁から前記カッター側隔壁側に張り出して、液面計設置室が、底面部に形成された計測開口を前記泥水層の液面の直上部分に配置して設けられており、前記液面計設置室には、前記計測開口との間の中空計測路を密閉可能に開閉するバルブ機構を介在させて、前記泥水層の液面からの反射波を検出して前記泥水層の水位を計測する液面計が、着脱可能に設置されている泥水式シールド掘進機を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【００１２】
そして、本発明の泥水式シールド掘進機は、前記バルブ機構が、前記計測開口の開口周縁部に一体として接合された、中央部分に貫通開口を備える下部フランジ部材と、該下部フランジ部材の上方に一体として接合されたバルブ部材と、該バルブ部材の上方に着脱可能に一体として接合された、中央部分に貫通開口を備える上部フランジ部材とを含んで構成されており、前記上部フランジ部材に前記液面計が一体として取り付けられていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の泥水式シールド掘進機は、前記バルブ部材が、ボールバルブであることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明の泥水式シールド掘進機は、前記液面計が、超音波式液面計であることが好ましい。
【００１５】
さらにまた、本発明の泥水式シールド掘進機は、前記液面計が設置されている前記液面計設置室が、前記エアチャンバーの中央部分を挟んだ両側に各々設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機によれば、例えばカッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力が急激に低下したり上昇した際に、これらの圧力の低下や上昇に伴うエアチャンバー内の泥水層の液面の水位の低下や上昇を、時間遅れを生じることなく液面計を用いて即座に検知することができると共に、エアチャンバー内に作業員が立ち入ることなく、液面計を交換したり保守点検したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好ましい一実施形態に係る泥水式シールド掘進機の構成を説明する略示縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａに沿った断面図である。
【図３】液面計が設置されている液面計設置室の、（ａ）は液面計設置室を透視して示す斜視図、（ｂ）は液面計設置室を透視して示す側面図である。
【図４】下部フランジ部材の構成を説明する斜視図である。
【図５】上部フランジ部材の構成を説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１及び図２に示す本発明の好ましい一実施形態に係る泥水式シールド掘進機１０は、例えば地下水が存在する地盤に、例えばトンネルの断面の直径が６〜２０ｍ程度の大きさの、道路や地下鉄用のトンネルを構築する工事において、周囲の地盤に影響を与えることなく、泥水の圧力（泥水圧）によって切羽面２０を安定させながらトンネルを掘進してゆくためのシールド掘進機として採用されたものである。また、本実施形態の泥水式シールド掘進機１０は、切羽面２０を掘削するカッターヘッド１２の後方に形成されたカッターチャンバー１３の後方に、さらにエアチャンバー１４を備えることで、切羽面２０における地山側の圧力変動を、エアチャンバー１４に形成された空気層１５の空気の圧縮膨張性によって緩和しながら、トンネルの掘進を行えるようにする機能を備えている。さらに、例えばトンネルの掘進中に切羽面２０における逸水や、排泥管の閉塞等が生じてカッターチャンバー１３やエアチャンバー１４内の圧力が急激に低下したり上昇した際に、これらの圧力の低下や上昇に伴うエアチャンバー１４内の泥水層１９の液面１９ａの水位の低下や上昇を、時間遅れを生じることなく液面計４４を用いて即座に検知することを可能にする機能を備えている。
【００１９】
すなわち、本実施形態の泥水式シールド掘進機１０は、掘進機本体１１の先端部に設けられて切羽面２０を掘削するカッターヘッド１２と、カッターヘッド１２の後方に配置されたカッター側隔壁１６によって仕切られて、カッター側隔壁１６とカッターヘッド１２との間に形成されたカッターチャンバー１３と、カッターチャンバー１３の後方に配置された本体側隔壁１７によって仕切られて、本体側隔壁１７とカッター側隔壁１６との間に形成されたエアチャンバー１４とを含んで構成され、カッターチャンバー１２に充填された泥水２１の圧力によって切羽面２０を安定させながらトンネルの掘進を行うシールド掘進機において、エアチャンバー１４とカッターチャンバー１３とは、カッター側隔壁１６の下部に設けられらた連通口１８を介して連通していることで、エアチャンバー１４の下部に泥水層１９が、上部に空気層１５が形成されており、切羽面２０における地山側の圧力変動を、エアチャンバー１４内の空気層１５の空気の圧縮膨張性によって緩和しながらトンネルの掘進を行えるようになっている。
【００２０】
そして、本体側隔壁１７の上部には、当該本体側隔壁１７からカッター側隔壁側１６に張り出して、液面計設置室４０が、その底面部４０ａに形成された計測開口４１を泥水層１９の液面の直上部分に配置して設けられており、液面計設置室４０には、図３（ａ）、（ｂ）にも示すように、計測開口４１との間の中空計測路４２を密閉可能に開閉するバルブ機構４３を介在させて、泥水層１９の液面１９ａからの反射波を検出して泥水層１９の水位を計測する液面計４４が、着脱可能に取り付けられている。
【００２１】
また、本実施形態では、バルブ機構４３は、計測開口４１の開口周縁部に一体として接合された、中央部分に貫通開口４５ａ（図４参照）を備える下部フランジ部材４５と、この下部フランジ部材４５の上方に一体として接合された、好ましくはボールバルブからなるバルブ部材４６と、このバルブ部材４６の上方に着脱可能に一体として接合された、中央部分に貫通開口４７ａ（図５参照）を備える上部フランジ部材４７とを含んで構成されており、この上部フランジ部材４７に液面計４４が一体として取り付けられている。
【００２２】
本実施形態では、泥水式シールド掘進機１０の掘進機本体１１は、図１及び図２に示すように、従来のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機の掘進機本体と略同様の構成を備えている。すなわち、掘進機本体１１は、筒状（円筒状）に形成された外殻体３０と、掘進機本体１１の先端部に配設されると共に、公知のカッター回転駆動機構（図示せず）によって回転制御されて切羽面２０を掘削するカッターヘッド１２と、カッターヘッド１２から掘進方向と反対方向に離間して外殻体３０の内部に形成されたカッター側隔壁１６と、カッター側隔壁１６から掘進方向と反対方向に離間して外殻体３０の内部に形成された本体側隔壁１７とを有している。
【００２３】
カッター側隔壁１６は、外殻体３０の内部を掘進方向の前後に仕切るように形成された円板状の仕切板からなる。カッター側隔壁１６の後方に配置される本体側隔壁１７は、中央部分が円形に切り抜かれると共に、下端部分が弓形形状に切り欠かれた、略円環ドーナ板形状の仕切板からなる（図２参照）。本体側隔壁１７の円形に切り抜かれた中央部分には、円筒形状の内筒体３１が内側に嵌め込まれている。内筒体３１は、カッター側隔壁１６の背面まで延設してこれに密着した状態で、本体側隔壁１７に一体として接合されている（図１参照）。本体側隔壁１７の弓形形状に切り欠かれた下端部分には、カッターチャンバー１３側に傾斜する平坦な底部をエアチャンバー１４に形成する、底板３２が設けられている。底板３２は、カッター側隔壁１６の背面まで延設してこれに密着した状態で、本体側隔壁１７に一体として接合されている。
【００２４】
これらによって、カッター側隔壁１６と本体側隔壁１７の間には、従来のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機と同様に、下端部分が切り欠かれた略円環ドーナ形状のエアチャンバー１４が形成される。また、エアチャンバー１４は、底部を覆う底板３２の直上部分において、カッター側隔壁１６の下部に開口形成された連通口１８を介して、カッターチャンバー１３と連通している。これによって、カッターチャンバー１３からエアチャンバー１４に泥水が送り込まれて、空気層１５の下方の略下半部分に、泥水層１９が形成されるようになっている。さらに、エアチャンバー１４を径方向に区画してこれの中央部分に設けられた内筒体３１の内側には、従来のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機と同様に、ギヤやモータ等を備える公知のカッター回転駆動機構（図示せず）が設けられている。
【００２５】
また、本実施形態では、泥水式シールド掘進機１０の掘進機本体１１に、カッターチャンバー１３に泥水を送泥する送泥管３３と、カッターチャンバー１３から泥水を掘削土砂と共に排出する排泥管３４とを備える。
【００２６】
送泥管３３は、本体側隔壁１７及びカッター側隔壁１６の上部において、本体側隔壁１７の後方からこれらを貫通して、カッターチャンバー１３の上部に先端開口が開口するように取り付けられている。送泥管３３は、送泥ポンプ（図示せず）を駆動することで、例えば立坑やトンネルの内部に設置した泥水槽や泥水タンク（図示せず）から、カッターチャンバー１３に向けて泥水を送泥できるようになっている。
【００２７】
排泥管３４は、底板３２によって仕切られたエアチャンバー１４の底部の下方において、カッター側隔壁１６を貫通して、カッターチャンバー１３の下部に後端開口が開口するように取り付けられている。排泥管３４は、排泥ポンプ（図示せず）を駆動することで、例えば立坑やトンネルの内部に設置した泥水槽や泥水タンク（図示せず）に向けて、掘削土砂が混ざった泥水を、カッターチャンバー１３から排出できるようになっている。
【００２８】
そして、送泥管３３を介してカッターチャンバー１３に泥水を送泥し、排泥管３４を介してカッターチャンバー１３から泥水を掘削土砂と共に排泥して、泥水槽や泥水タンク（図示すせ）との間で泥水をを循環させさながら、切羽面２０をカッターヘッド１２によって掘削しつつトンネルの掘進が行われるようになっている。送泥ポンプや排泥ポンプは、従来のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機と同様に、これらによる送泥量や排泥量を制御する公知の制御装置（図示せず）と接続されており、例えばカッターチャンバー１３に設けられた泥水圧検出器５０による検出結果に基づいて、カッターチャンバー１３内の泥水圧が所定の値となるように、送泥量や排泥量を制御できるようになっている。
【００２９】
さらに、本実施形態では、泥水式シールド掘進機１０の掘進機本体１１には、エアチャンバー１４内の空気層１５に空気を圧送する給気配管２４と、空気層１５から空気を排出する排気配管３５とが、本体側隔壁１７の上部において当該本体側隔壁１７を貫通して設けられている。
【００３０】
給気配管２４には、圧縮空気を貯留する空気タンク２２と、圧縮空気を生成する空気圧縮機２３とが接続していると共に、給気減圧調整バルブ２５や給気側エアーコントロールバルブ２６が設けられている。給気配管２４は、通常のトンネルの掘進時には、エアチャンバー１４内の空気層１５の空気圧が予め設定された所定の圧力に保持されるように、好ましくは給気減圧調整バルブ２５や給気側エアーコントロールバルブ２６を公知の制御装置（図示せず）により制御して、空気タンク２２から空気層１５に圧縮空気を圧送し続けることができるようになっている。また、カッターチャンバー１３内の泥水圧やエアチャンバー１４内の空気層１５の空気圧の急激な低下や上昇が、泥水圧検出器５０やチャンバー内空気圧検出器２７によって検知された際や、後述する液面計４４によって泥水層１９の液面１９ａの低下や上昇を検出することで検知された際には、好ましくは給気減圧調整バルブ２５や給気側エアーコントロールバルブ２６を制御装置（図示せず）により制御して、空気層１５に圧縮空気を圧送する量を増加させたり減少させたりすることによって、空気層１５の空気圧が所定の圧力となるように、早急に回復させることができるようになっている。
【００３１】
排気配管３５には、排気側エアーコントロールバルブ３８が設けられている。排気配管３５は、通常のトンネルの掘進時には、エアチャンバー１４内の空気層１５の空気圧が予め設定された所定の圧力に保持されるように、好ましくは給気配管２４の給気側エアーコントロールバルブ２６と連動させて、排気側エアーコントロールバルブ３８を公知の制御装置（図示せず）により制御することによって、空気層１５から所望の量の空気を排出し続けることができるようになっている。また、カッターチャンバー１３内の泥水圧やエアチャンバー１４内の空気層１５の空気圧の急激な低下や上昇が、泥水圧検出器５０やチャンバー内空気圧検出器２７によって検知された際や、後述する液面計４４によって泥水層１９の液面の低下や上昇を検出することで検知された際には、好ましくは給気配管２４の給気側エアーコントロールバルブ２６と連動させて、排気側エアーコントロールバルブ３８を公知の制御装置（図示せず）により制御することによって、空気層１５から排出される空気の量を減少させてたり増加させて、空気層１５の空気圧が所定の圧力となるように、早急に回復させることができるようになっている。
【００３２】
そして、本実施形態では、本体側隔壁１７の上部には、当該本体側隔壁１７からカッター側隔壁側１６に張り出して、液面計設置室４０が、その底面部４０ａに形成された計測開口４１を泥水層１９の液面１９ａの直上部分に配置して設けられている。この液面計設置室４０には、液面計４４が、エアチャンバー１４内の泥水層１９の液面１９ａからの反射波を直接検出することが可能な状態で設置されている。
【００３３】
すなわち、液面計４４は、空気層１５を形成する加圧された空気が計測開口４１から漏れ出ないように当該計測開口４１から液面計４４に到る中空計測路４２を密閉可能に開閉する機能を備えるバルブ機構４３を介して、液面計設置室４０に着脱可能に取り付けられている。バルブ機構４３は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、液面計設置室４０の底面部４０ａに形成された計測開口４１の開口周縁部に一体として接合された、中央部分に貫通開口４５ａ（図４参照）を備える下部フランジ部材４５と、この下部フランジ部材４５の上方に一体として接合された、ボールバルブからなるバルブ部材４６と、このバルブ部材４６の上方に着脱可能に一体として接合された、中央部分に貫通開口４７ａ（図５参照）を備える上部フランジ部材４７とを含んで構成されており、この上部フランジ部材４６に液面計４４が一体として取り付けられている。
【００３４】
ここで、液面計設置室４０は、例えば横幅ｂが４００〜５００ｍｍ程度、奥行きｄが３００〜４５０ｍｍ程度、高さｈが５００〜７００ｍｍ程度の大きさの、中空の六面体形状を備える鋼製の函体として形成されており、本体側隔壁１７に沿って配置される一側面が、開口面４０ｂとなっている。液面計設置室４０は、開口面４０ｂの周縁部を、本体側隔壁１７に形成された液面計取付け用の開口窓１７ａ（図１参照）の周縁部に、溶接等によって強固に密着接合することによって、内筒体３１の直上部分を避けた位置において、本体側隔壁１７からカッター側隔壁側１６に張り出した状態で、本体側隔壁１７の上部に気密に一体として固定される。これによって、液面計設置室４０の底面部４０ａに形成された計測開口４１は、エアチャンバー１４の内部の泥水層１９による液面１９ａの直上部分に配置されることになる。
【００３５】
また、本実施形態では、液面計４４が設置されている液面計設置室４０は、図２に示すように、エアチャンバー１４の中央部分に設けられた内筒体３１を挟んだ両側に、各々２箇所ずつ、合計４箇所に設けられている。液面計設置室４０がエアチャンバー１４の中央部分を挟んだ両側に各々設けられていることにより、泥水層１９の液面１９ａの水位を、中央部分を挟んだ両側の液面計４４による検出値の平均値として計測することが可能になると共に、中央部分を挟んだ両側の液面計４４による水位の差を計測することで、泥水２１の状態（泥水２１の粘度やばらつき等）を管理することが可能になる。液面計設置室４０がエアチャンバー１４の中央部分を挟んだ両側に各々２箇所ずつ設けられていることにより、これらの液面計設置室４０に設置された液面計４４を予備として互いに補完させて、例えば一方の液面計４４が故障した汚れたり保守点検が必要になった場合に、他方の液面計４４によって引き続き泥水層１９の液面１９ａの水位を計測することが可能になる。
【００３６】
本実施形態では、バルブ機構４３を構成する下部フランジ部材４５は、図３（ａ）、（ｂ）及び図４に示すように、例えば鋼製の円環ドーナツ形状の厚板状部材であって、その中央部分に貫通開口４５ａが形成されている。また、下部フランジ部材４５には、貫通開口４５ａの開口縁部から下方に突出して、鋼製の接合スリーブ４５ｂが一体として取り付けられている（図３（ｂ）参照）。この接合スリーブ４５ｂの下端部を、液面計設置室４０の計測開口４１の開口周縁部に接合することで、下部フランジ部材４５は、液面計設置室４０の底面部４０ａから浮かせた状態で、接合スリーブ４５ｂを介して計測開口４１の開口周縁部に気密に一体として接合される。また、下部フランジ部材４５の上面には、バルブ部材４６の下部フランジ部４６ａが、溶接接合や接着接合等によって気密に一体として接合される。
【００３７】
バルブ部材４６は、本実施形態では、ボールバルブからなる。ボールバルブは、中央部分を直径方向に貫通して相当の大きさの開口断面積を有する貫通穴が形成された、球状の弁体を備える公知のバルブ部材である。ポールバルブは、ハンドル部４６ｃを操作して、弁体の貫通穴の軸心を当該弁体を挟んだ両側の中空流路の軸心に沿わせることで、両側の中空流路を連通させると共に、弁体の貫通穴の軸心を両側の中空流路の軸心と垂直な方向に配置することで、両側の中空流路を密閉状態で遮断する機能を備えている。
【００３８】
バルブ部材４６には、これの下端部にボルト締着孔４８が形成された下部フランジ部４６ａが、これの上端部にボルト締着孔４８が形成された上部フランジ部４６ｂが、各々一体として取り付けられている。上述のように、下部フランジ部４６ａを介して、バルブ部材４６が下部フランジ部材４５の上方に一体として接合されると共に、上部フランジ部４６ｂを介して、液面計４４が取り付けられた上部フランジ部材４７が、バルブ部材４６の上方に着脱可能に一体として接合されることになる。
【００３９】
上部フランジ部材４７は、図３（ａ）、（ｂ）及び図５に示すように、例えば鋼製の円環ドーナツ形状の厚板状部材であって、その中央部分に貫通開口４７ａが形成されている。また、上部フランジ部材４７には、周方向に所定の間隔をおいて、バルブ部材４６の上部フランジ部４６ｂに形成されたボルト締着孔４８と対応する位置に、ボルト締着孔４９が複数形成されている。上部フランジ部材４７は、ボルト締着孔４９をバルブ部材４６の上部フランジ部４６ｂに形成されたボルト締着孔４８に合致させて、締着ボルト５０を締め付けることにより、上部フランジ部４６ｂの上面に、液面計４４と共に着脱可能に気密に一体として接合される。上部フランジ部材４７の上面には、液面計４４が、貫通開口４７ａを閉塞するようにして一体として取り付けられている。
【００４０】
液面計４４は、液面からの反射波を検出して液面の水位を計測する計測器として公知のものであり、例えば発射部から泥水層１９の液面１９ａに向けて超音波を発射すると共に、泥水層１９の液面１９ａから反射する超音波を受波部で検出して泥水層１９の水位を計測することが可能な、公知の各種の超音波式液面計を好ましく用いることができる。
【００４１】
液面計４４は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、例えばこれの下端部に設けられた接合フランジ部４４ａを、貫通開口４７ａ（図５参照）を覆うようにして溶接接合や接着接合等によって上部フランジ部材４７の上面に気密に接合することで、上部フランジ部材４７の上面から立設した状態で、上部フランジ部材４７に一体して取り付けられる。またこれによって、液面計４４の発射部や受波部は、当該液面計４４と、液面計設置室４０の底面部４０ａの計測開口４１との間に上下方向に連通して形成された、下部フランジ部材４５の貫通開口４５ａと、バルブ部材４６の弁体の貫通穴及び弁体の両側の中空流路と、上部フランジ部材４７の貫通開口４７ａとによる、相当の大きさの開口断面積を有する中空計測路４２に向けた状態で、配置されることになる。
【００４２】
そして、本実施形態では、泥水式シールド掘進機１０によるトンネルの掘進中においては、ボールバルブによるバルブ部材４６の弁体に形成された貫通穴の軸心を、弁体の両側の中空流路の軸心に沿わせることで、相当の大きさの開口断面積を有する中空計測路４２を、その全長にわたって開放させた状態とする。これによって、開放された中空計測路４２を介して、エアチャンバー１４の内部の泥水層１９の液面１９ａに向けて、液面計４４から好ましくは超音波を発射すると共に、泥水層１９の液面１９ａから反射する超音波を受波部で検出することによって、泥水層１９の水位を、常時、エアチャンバー１４内の空気層１５から加圧された空気をトンネルの坑内側に漏れ出させることなく、直接計測することが可能になる。また、泥水層１９の水位を、液面計４４によって、常時、直接計測できるようになっているので、例えばトンネルの掘進中に切羽面２０における逸水や、排泥管の閉塞等が生じて、カッターチャンバー１３やエアチャンバー１４内の圧力が急激に低下したり上昇するのに伴って、エアチャンバー１４内の泥水層１９の液面１９ａに水位の低下や上昇が生じた際には、これらの水位の低下や上昇を、時間遅れを生じることなく即座に検知することが可能になって、カッターチャンバー１３やエアチャンバー１４内の圧力を、例えば空気タンク２２から空気層１５に圧縮空気を送り込む量を増加させることによって、早急に回復させることが可能になる。
【００４３】
一方、例えば泥水式シールド掘進機１０によるトンネルの掘進が長期間にわたって施工されることで、液面計４４が故障したり汚れたり保守点検が必要なった場合には、ハンドル部４６ｃを操作して、ボールバルブによるバルブ部材４６の弁体に形成された貫通穴の軸心を、弁体の両側の中空流路の軸心と垂直な方向に配置すれば、液面計設置室４０の底面部４０ａの計測開口４１から液面計４４に至る中空計測路４２を、エアチャンバー１４内の空気層１５から加圧された空気をトンネルの坑内側に漏れ出させない状態で、気密に遮断して閉塞することが可能になる。これによって、エアチャンバー１４の内部に作業員が立ち入ることなく、好ましくは大気圧下にあるトンネルの坑内側からの作業によって、液面計４４を上部フランジ部材４７と共にバルブ部材４６の上部フランジ部４６ｂから取り外し、さらに液面計設置室４０から取り出して、液面計４４の交換や清掃や保守点検を容易に行うことが可能になる。
【００４４】
したがって、本実施形態のエアチャンバー１４を備える泥水式シールド掘進機１０によれば、例えばカッターチャンバー１３やエアチャンバー１４内の圧力が急激に低下したり上昇した際に、これらの圧力の低下や上昇に伴うエアチャンバー１４内の泥水層１９の液面１９ａの水位の低下や上昇を、時間遅れを生じることなく液面計４４を用いて即座に検知することが可能になると共に、エアチャンバー１４内に作業員が立ち入ることなく、液面計４４を交換したり保守点検したりすることが可能になる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、バルブ機構は、上記実施形態のものとは異なる構成のものを採用することができ、バルブ機構のバルブ部材は、ボールバルブである必要は必ずしもない。相当の大きさの開口断面積を有する中空計測路を、気密に且つ開閉可能に閉塞することが可能な、その他の種々の公知のバルブ部材を用いることができる。また、液面計が設置されている液面計設置室は、カッターチャンバーの中央部分を挟んだ両側に各々２箇所ずつ設ける必要は必ずしもなく、両側に各々１箇所ずつ設けても良い。カッターチャンバーの内部に液面計設置室を１箇所のみ設けて泥水層の液面の水位を計測することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  泥水式シールド掘進機
１１  掘進機本体
１２  カッターヘッド
１３  カッターチャンバー
１４  エアチャンバー
１５  空気層
１６  カッター側隔壁
１７  本体側隔壁
１８  連通口
１９  泥水層
１９ａ  液面
２０  切羽面
２７  チャンバー内空気圧検出器
４０  液面計設置室
４０ａ  底面部
４０ｂ  開口面
４１  計測開口
４２  中空計測路
４３  バルブ機構
４４  液面計
４５  下部フランジ部材
４５ａ  貫通開口
４６  バルブ部材（ボールバルブ）
４６ａ  下部フランジ部
４６ｂ  上部フランジ部
４６ｃ  ハンドル部
４７  下部フランジ部材
４７ａ  貫通開口
５０  泥水圧検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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