(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、
前記空気層に空気を圧送する給気配管と前記空気層から空気を排出する排気配管に、給気側エアーコントロールバルブと排気側エアーコントロールバルブが各々設けられていると共に、前記給気配管と接続して、圧縮空気を貯留する空気タンクが設けられており、
前記給気側エアーコントロールバルブ及び前記排気側エアーコントロールバルブは、制御装置と接続していて、前記カッターチャンバー内の泥水圧及び／又は前記エアチャンバー内の前記空気層の空気圧の検出結果を受けて、これらのバルブの開き度が制御されるようになっており、
前記給気側エアーコントロールバルブ及び前記排気側エアーコントロールバルブは、トンネルの掘進時においては開いた状態となっていて、前記空気タンクから空気を圧送し続けると共に、前記空気層から空気を排出し続けながら、前記空気層の空気圧が所定の圧力に保持されるように前記制御装置によって各バルブの開き度が制御されるようになっており、且つ前記カッターチャンバー内の泥水圧及び／又は前記エアチャンバー内の前記空気層の空気圧の急激な低下や上昇が検出された際に、前記空気層の空気圧が前記所定の圧力に復帰するように前記制御装置によって各バルブの開き度が制御されるようになっている泥水式シールド掘進機。
【請求項２】
前記空気タンクと貯留配管を介して接続して、圧縮空気を生成する空気圧縮機が設けられており、前記貯留配管に、貯留減圧調整バルブが設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】
前記チャンバー内で保持される前記空気層の前記所定の圧力が、施工現場における地下水位に基づいて設定される管理圧力である請求項１又は２記載の泥水式シールド掘進機。
【請求項４】
前記空気タンクに貯留される圧縮空気の空気圧が、前記空気層の前記所定の圧力の２〜１０倍の圧力である請求項３記載の泥水式シールド掘進機。
【請求項５】
前記給気配管の前記給気側エアーコントロールバルブよりも下流側に、給気減圧調整バルブが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、特許文献２参照）。
【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２００３−１２０１７５号公報
【特許文献２】特開２００９−１３７０２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。すなわち、例えば逸水による圧力の急激な低下が検知された際には、回復したカッターチャンバーやエアチャンバー内の圧力を介して、比重及び粘性が高くなるように調整された泥水に含まれる、例えばベントナイト成分によって、逸水が生じた部分の切羽面の地山にマッドケーキ（不透水層）を再度生成させることで、所望の大きさの泥水圧が再び得られるようにして、切羽面を安定させながら引き続き掘進を行えるようになるものと考えられる。
【０００８】
一方、従来のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機では、エアチャンバー内の空気層の空気圧を調整できるようにするために、エアチャンバーに空気を送る配管に接続して、アキュームレ−タやコンプレッサーが設けられており、また空気を送る配管には減圧弁や給気バルブが設けられているが、これらのコンプレッサーやアキュームレ−タでは、小規模な地山の崩壊等による地山側の圧力変動に対しては、エアチャンバー内の空気層に加圧空気を供給することによって、これらの圧力変動を吸収することが可能である一方で、空気層に供給可能な加圧空気の容量が限られているため、カッターチャンバーやエアチャンバーに逸水等による急激な圧力の低下が生じた場合には、特に例えば大断面のトンネルの場合、加圧空気の容量が不足して、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させることが難しい。また、従来のエアチャンバーを備える泥水式シールド掘進機では、排泥管の閉塞等による圧力の急激な上昇が検知された場合には、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ることは困難である。
【０００９】
本発明は、トンネルの掘進中に切羽面における逸水や、排泥管の閉塞等によるカッターチャンバーやエアチャンバー内の急激な圧力の低下や上昇が生じた際に、これを検知して圧力を早急に回復させることで、泥水圧によって切羽面を安定させた状態に復帰させて、トンネルの掘進を引き続いて行えるように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】
【００１０】
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ら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、前記空気層に空気を圧送する給気配管と前記空気層から空気を排出する排気配管に、給気側エアーコントロールバルブと排気側エアーコントロールバルブが各々設けられていると共に、前記給気配管と接続して、圧縮空気を貯留する空気タンクが設けられており、前記給気側エアーコントロールバルブ及び前記排気側エアーコントロールバルブは、制御装置と接続していて、前記カッターチャンバー内の泥水圧及び／又は前記エアチャンバー内の前記空気層の空気圧の検出結果を受けて、これらのバルブの開き度が制御されるようになっており、前記給気側エアーコントロールバルブ及び前記排気側エアーコントロールバルブは、トンネルの掘進時においては開いた状態となっていて、前記空気タンクから空気を圧送し続けると共に、前記空気層から空気を排出し続けながら、前記空気層の空気圧が所定の圧力に保持されるように前記制御装置によって各バルブの開き度が制御されるようになっており、且つ前記カッターチャンバー内の泥水圧及び／又は前記エアチャンバー内の前記空気層の空気圧の急激な低下や上昇が検出された際に、前記空気層の空気圧が前記所定の圧力に復帰するように前記制御装置によって各バルブの開き度が制御されるようになっ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。
【００１１】
そして、本発明の泥水式シールド掘進機は、前記空気タンクと貯留配管を介して接続して、圧縮空気を生成する空気圧縮機が設けられており、前記貯留配管に、貯留減圧調整バルブが設けられていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の泥水式シールド掘進機は、前記チャンバー内で保持される前記空気層の前記所定の圧力が、施工現場における地下水位に基づいて設定される管理圧力であることが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明の泥水式シールド掘進機は、前記空気タンクに貯留される圧縮空気の空気圧が、前記空気層の前記所定の圧力の２〜１０倍の圧力であることが好ましい。
【００１４】
さらにまた、本発明の泥水式シールド掘進機は、前記給気配管の前記給気側エアーコントロールバルブよりも下流側に、給気減圧調整バルブが設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
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、トンネルの掘進中に切羽面における逸水や、排泥管の閉塞等によるカッターチャンバーやエアチャンバー内の急激な圧力の低下や上昇が生じた際に、これを検知して圧力を早急に回復させることで、泥水圧によって切羽面を安定させた状態に復帰させて、トンネルの掘進を引き続いて行えるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１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ると共に、トンネルの掘進中に切羽面における逸水や、排泥管３４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、低下したり上昇したカッターチャンバー１３やエアチャンバー１４内の圧力を早急に元の圧力に回復させることで、泥水圧によって切羽面２０を安定させた状態に容易に復帰できるようにする機能を備えている。
【００１８】
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。
【００１９】
そして、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に、給気側エアーコントロールバルブ２６，２６ａと排気側エアーコントロールバルブ３８ａ，３８ｂが各々設けられていると共に、給気配管２４と接続して、圧縮空気を貯留する空気タンク２２が設けられており、給気側エアーコントロールバルブ２６，２６ａ及び排気側エアーコントロールバルブ３８ａ，３８ｂは、制御装置（図示せず）と接続していて、カッターチャンバー１３内の泥水圧を検出する泥水圧検出器５０やエアチャンバー１４内の空気層１５の空気圧を検出するチャンバー内空気圧検出器２７による、カッターチャンバー１３内の泥水圧及び／又はエアチャンバー１４内の空気層１５の空気圧の検出結果を受けて、これらのバルブ２６，２６ａ，３８ａ，３８ｂの開き度が制御されるようになっている。給気側エアーコントロールバルブ２６，２６ａ及び排気側エアーコントロールバルブ３８ａ，３８ｂは、トンネルの掘進時においては開いた状態となっていて、空気タンク２２から空気を圧送し続けると共に、空気層１５から空気を排出し続けながら、空気層１５の空気圧が所定の圧力に保持されるように制御装置によって各バルブ２６，２６ａ，３８ａ，３８ｂの開き度が制御されるようになっており、且つカッターチャンバー１３内の泥水圧及び／又はエアチャンバー１４内の空気層１５の空気圧の急激な低下や上昇が検出された際に、空気の排出量よりも空気の圧送量を増やしたり、空気の排出量よりも空気の圧送量を少なくして、空気層１５の空気圧が所定の圧力に復帰するように制御装置によって各バルブ２６，２６ａ，３８ａ，３８ｂの開き度が制御されるようになっている。
【００２０】
また、本実施形態では、空気タンク２２と貯留配管２８を介して接続して、圧縮空気を生成する空気圧縮機２３が設けられており、貯留配管２８に、貯留減圧調整バルブ２９が設けられている。
【００２１】
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、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。
【００２２】
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、図２にも示すように、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。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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、本実施形態では、エアチャンバー１４を形成する本体側隔壁１７の上部に、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、計測開口４１との間の中空計測路を密閉可能に開閉するボールバルブ等からなるバルブ機構４３を介在させて、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。液面計４４は、送泥管３３を介した送泥量や排泥管３４を介した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、液面計４４によって計測された泥水層１９の液面１９ａの水位の計測結果に基づいて、エアチャンバー１４内の泥水層１９の水位が所定の水位となるように、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。給気配管２４には、空気タンク２２と、空気圧縮機２３と、給気減圧調整バルブ２５と、給気側エアーコントロールバルブ２６とが接続している。
【００３０】
空気タンク２２としては、例えば０．１〜１ＭＰａ程度の圧縮空気を貯留することが可能な、圧気工法等の各種の工事に用いる、例えば１０００〜６０００Ｌ程度の容量を備える公知の空気タンクを用いることができる。空気タンク２２には、エアー送圧検出器２２ａが設けられている。
【００３１】
ここで、空気タンク２２に貯留される圧縮空気の圧力は、好ましくは施工現場における地下水位に基づいて設定される管理圧力を、トンネルの掘進時にエアチャンバー１４内で保持されるべき空気層１５の所定の圧力として、当該所定の圧力の２〜１０倍の圧力であることが好ましく、５〜１０倍の圧力であることがさらに好ましい。空気タンク２２に貯留される圧縮空気の圧力が高すぎると、例えばカッターチャンバー１３やエアチャンバー１４内の圧力の急激な低下が検知された場合において、給気側エアーコントロールバルブ２６，２６ａの開き度を大きくすることで空気タンク２２から空気層１５に圧縮空気を必要量増加して圧送した後に、給気側エアーコントロールバルブ２６，２６ａの開き度を絞って圧縮空気の圧送量を元の状態に戻す際に、給気側エアーコントロールバルブ２６，２６ａの開き度が絞られてゆく間に過度の圧縮空気が空気層１５に圧送されてしまうことで、カッターチャンバー１３やエアチャンバー１４内の圧力が必要以上に高くなる現象であるリバウンドが、過度に大きくなるといった不利益が生じることになる。空気タンク２２に貯留される圧縮空気の圧力が低すぎると、低下したカッターチャンバー１３やエアチャンバー１４内の圧力を早急に回復させるのに必要な、十分な量の圧縮空気を、空気層１５に圧送するのが難くなるといった不利益が生じることになる。
【００３２】
圧縮空気を生成する空気圧縮機２３としては、例えば０．１〜１ＭＰａ程度の圧縮空気を生成することが可能な、公知の各種の圧縮空気生成機を用いることができる。
【００３３】
本実施形態では、圧送配管２４は、これの上流側において枝分かれした、２本の分岐給気配管２４ａ，２４ｂを介して空気タンク２２と接続しており、第１分岐給気配管２４ａには、手動ゲートバルブ３６、給気減圧調整バルブ２５、給気側エアーコントロールバルブ２６、及び逆止弁３７が、空気タンク２２側からこれらの順番で設けられている。すなわち、本実施形態では、給気配管２４の上流側部分を構成する第１分岐給気配管２４ａにおける、給気側エアーコントロールバルブ２６よりも下流側に、給気減圧調整バルブ２５が設けられている。
【００３４】
ここで、手動ゲートバルブ３６は、例えば泥水式シールド掘進機１０を構成する機器が故障したり、給気側エアーコントロールバルブ２６が故障した際に、第１分岐給気配管２４ａを介した空気の圧送を遮断するために設けられている。給気減圧調整バルブ２５は、不必要に高圧な圧縮空気が、第１分岐給気配管２４ａを介してエアチャンバー１４内の空気層１５に圧送されないようにするために設けられている。給気側エアーコントロールバルブ２６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の空気圧が所定の圧力に保持されるように、空気タンク２２から第１分岐給気配管２４ａを介して所望の量の圧縮空気が空気層１５に圧送されるように調整すると共に、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検知された際には、空気層１５の空気圧が所定の圧力に早急に回復されるように、空気タンク２２から第１分岐給気配管２４ａを介して空気層１５に圧送される圧縮空気の圧送量を調整するために設けられている。
【００３５】
第２分岐給気配管２４ｂには、第２手動ゲートバルブ３６ａ、第２給気側エアーコントロールバルブ２６ａ、及び第２逆止弁３７ａが、空気タンク２２側からこれらの順番で設けられている。ここで、第２手動ゲートバルブ３６ａは、例えば泥水式シールド掘進機１０を構成する機器が故障したり、第２給気側エアーコントロールバルブ２６ａが故障した際に、第２分岐給気配管２４ｂを介した空気の圧送を遮断するために設けられている。第２給気側エアーコントロールバルブ２６ａ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の空気圧が所定の圧力に保持されるように、空気タンク２２から第２分岐給気配管２４ｂを介して所望の量の圧縮空気が空気層１５に圧送されるように調整すると共に、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検知された際には、空気層１５の空気圧が所定の圧力に早急に回復されるように、空気タンク２２から第２分岐給気配管２４ｂを介して空気層１５に圧送される圧縮空気の圧送量を調整するために設けられている。
【００３６】
また、本実施形態では、空気圧縮機２３と空気タンク２４とを連通する貯留配管２８には、第３手動ゲートバルブ３６ｂ、及び貯留減圧調整バルブ２９が、空気圧縮機２３側からこれらの順番で設けられている。ここで、第３手動ゲートバルブ３６ｂは、例えば泥水式シールド掘進機１０を構成する機器が故障したり、貯留減圧調整バルブ２９が故障した際に、貯留配管２８を介した圧縮空気の圧送を遮断するために設けられている。貯留減圧調整バルブ２９は、空気圧縮機２３によって生成された不必要に高圧な圧縮空気が、貯留配管２８を介して空気タンク２４に貯留されないようにするために設けられている。
【００３７】
さらに、本実施形態では、本体側隔壁１７の上部に設けられた排気配管３５は、これの下流側において枝分かれした、２本の分岐排気配管３５ａ，３５ｂを備えており、各分岐排気配管３５ａ，３５ｂには、排気側エアーコントロールバルブ３８ａ，３８ｂ、及び逆止弁３９ａ，３９ｂが各々設けられている。
【００３８】
ここで、排気側エアーコントロールバルブ３８ａ，３８ｂ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の空気圧が所定の圧力に保持されるように、給気側エアーコントロールバルブ２６や第２給気側エアーコントロールバルブ２６ａと連動して、空気層１５から分岐排気配管３５ａ，３５ｂを介して所望の量の空気が各々排出されるように調整すると共に、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検知された際には、給気側エアーコントロールバルブ２６や第２給気側エアーコントロールバルブ２６ａと連動して、空気層１５の空気圧が所定の圧力に早急に回復されるように、空気層１５から分岐排気配管３５ａ，３５ｂを介して所望の量の空気が各々排出されるように調整するために設けられている。
【００３９】
さらにまた、本実施形態では、本体側隔壁１７の上部には、エアチャンバー１４の空気層１５に臨んでチャンバー内空気圧検出器２７が設けられており、このチャンバー内空気圧検出器２７によって検出された空気層１５の圧力の検出結果は、給気側エアーコントロールバルブ２６，２６ａや排気側エアーコントロールバルブ３８ａ，３８ｂと接続していて、これらのバルブ２６，２６ａ，３８ａ，３８ｂの開き度を調整することによりエアチャンバー１４内の圧力を制御する、公知の制御装置（図示せず）に送ることができるようになっている。
【００４０】
なお、本実施形態では、上述の空気タンク２２に設けられたエアー送圧検出器２２ａや、第１分岐給気配管２４ａに設けられた給気減圧調整バルブ２５、給気側エアーコントロールバルブ２６及び逆止弁３７や、第２分岐給気配管２４ｂに設けられた第２給気側エアーコントロールバルブ２６ａ及び第２逆止弁３７ａや、貯留配管２８に設けられた貯留減圧調整バルブ２９や、排気配管３５の分岐排気配管３５ａ，３５ｂに設けられた排気側エアーコントロールバルブ３８ａ，３８ｂ及び逆止弁３９ａ，３９ｂ等は、上述のカッターチャンバー１３に設けられた泥水圧検出器５０や、送泥管３３に設けられた送泥ポンプ、排泥管３４に設けられた排泥ポンプ等と共に、カッターチャンバー１３内やエアチャンバー１４内の圧力を制御する上述の制御装置と接続している。これらの機器は、泥水圧検出器５０やチャンバー内空気圧検出器２７によって検出された、カッターチャンバー１３内の泥水圧や空気層１５の空気圧の検出結果を受けて、圧縮空気が空気タンク２２から空気層１５に所定の圧力及び流量で圧送されるように、またエアチャンバー１４の空気層１５の空気圧が所定の圧力となるように、制御装置を介して自動又は手動によって制御できるようになっている。
【００４１】
そして、上述の構成を備える本実施形態の泥水式シールド掘進機１０によれば、例えば切羽面２０に逸水等が生じていない、小規模な地山の崩壊等による地山側の小さな圧力変動を伴う通常のトンネルの掘進時においては、給気側エアーコントロールバルブ２６，２６ａ及び排気側エアーコントロールバルブ３８ａ，３８ｂを、これらのバルブ２６，２６ａ，３８ａ，３８ｂの開き度を調整して開いた状態としたまま、空気タンク２２から空気を圧送し続けると共に、空気層１５から空気を排出し続けながら、空気層１５の空気圧を所定の圧力に保持して、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つつトンネルの掘進を行う。
【００４２】
一方、切羽面２０の逸水や、排泥管３４の閉塞が生じたりして、泥水圧検出器５０やチャンバー内圧力検出器２７によってカッターチャンバー１３内やエアチャンバー１４内における泥水圧や空気圧の急激な低下や上昇が検知されたら、例えば給気側エアーコントロールバルブ２６，２６ａの開き度を制御して、空気タンク２２から空気層１５に圧送される空気の量を増加したり減少したりすると共に、排気側エアーコントロールバルブ３８ａ，３８ｂの開き度を制御して、空気層１５から排出される空気の量を減少させたり増加させることによって、急激に低下したり上昇した空気層１５の空気圧を、所定の圧力となるように早急に復帰させることが可能になる。
【００４３】
ここで、本実施形態では、給気側エアーコントロールバルブ２６，２６ａ及び排気側エアーコントロールバルブ３８ａ，３８ｂは、トンネルの掘進時においては開いた状態となっていて、常時、空気層１５に空気を圧送すると共に空気層１５から空気を排気して、空気層１５の空気圧が所定の圧力に保持されるよう制御されているので、カッターチャンバー１３内やエアチャンバー１４内における泥水圧や空気圧の急激な低下や上昇が検知された際には、これらのバルブ２６，２６ａ，３８ａ，３８ｂの開き度を調整する制御によって、空気層１５に滞留する空気の量を増やしたり減少させたりすることで、空気層１５の空気圧を即座に回復することが可能になる。これによって、エアチャンバー１４内における空気圧の急激な低下が検知されてからバルブを開いたり閉じたりするものと比較して、バルブの開閉時の時間遅れを減少させて、よりスムーズに且つ早急に、空気層１５の空気圧が所定の圧力となるように回復させることが可能になる。
【００４４】
また、本実施形態では、エアチャンバー１４内の空気層１５と給気配管２４を介して接続して、圧縮空気を貯留する空気タンク２２が設けられており、この空気タンク２２には、好ましくは圧縮空気を生成する空気圧縮機２３から送られる相当の量の圧縮空気を常時貯留しておくことができるので、エアチャンバー１４内の空気層１５の空気圧が所定の圧力に保持されるように空気層１５に圧縮空気を圧送し続けたり、空気層１５の空気圧の急激な低下が検出された際には圧縮空気の圧送量を増やすのに十分な量の圧縮空気を確保して、空気層１５の空気圧が所定の圧力となるように、容易に保持させたり回復させたりすることが可能になる。
【００４５】
これらによって、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、トンネルの掘進中に切羽面における逸水や、排泥管の閉塞等によるカッターチャンバー１３やエアチャンバー１４内の急激な圧力の低下や上昇が生じた際に、これを検知して圧力を早急に回復させることで、泥水圧によって切羽面を安定させた状態に復帰させて、トンネルの掘進を引き続いて行えるようにすることが可能になる。
【００４６】
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、圧送配管は、これの上流側において枝分かれした２本の分岐給気配管を備えている必要は必ずしも無く、一本の圧送配管によって空気層と空気タンクとが接続していても良い。排気配管は、これの下流側において枝分かれした２本の分岐排気配管を備えて備えている必要は必ずしも無く、一本の排気配管によって空気層から空気を排出するようにしても良い。また、給気配管の給気側エアーコントロールバルブよりも下流側に、給気減圧調整バルブを設ける必要は必ずしも無い。さらに、エアチャンバー内の水位の変動も考慮して制御することができる。
【符号の説明】
【００４７】
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
２０  切羽面
２１  泥水
２２  空気タンク
２３  空気圧縮機
２４  給気配管
２４ａ  第１分岐給気配管
２４ｂ  第２分岐給気配管
２５  給気減圧調整バルブ
２６，２６ａ  給気側エアーコントロールバルブ
２７  チャンバー空気圧検出器
２８  貯留配管
２９  貯留減圧調整バルブ
３３  送泥管
３４  排泥管
３５  排気配管
３５ａ，３５ｂ  分岐排気配管
３８ａ，３８ｂ  排気側エアーコントロールバルブ
４０  液面計設置室
４３  バルブ機構
４４  液面計
５０  泥水圧検出器
【図１】
0005425855.tif 000002
【図２】
0005425855.tif 000003