(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル推進機先端の切羽に高濃度泥水を圧送充填しながら地盤を掘削すると共に、掘削土と高濃度泥水からなる排土液を排土管を通して地上へ空気輸送し、前記地盤に推進管を圧入することによってトンネルを形成してゆく泥濃式推進工法において、
前記排土管の中途に、切羽側の中央部に吸引開口を有すると共に吐出側に排出管を有するインペラケーシングと、該インペラケーシング内に回転自在に配設されたインペラと、該インペラを出力軸に連結する駆動モータとを具備するポンプ本体と、前記インペラケーシングの切羽側に同軸的に連通連結されると共に先端に吸引開口部を有する水平筒状部と、該水平筒状部内に同心円的に配設されると共に基端が前記駆動モータの出力軸に連結された回転軸と、該回転軸に取り付けられた螺旋羽根とを具備するスクリューとから構成されるスクリュー付ポンプを取り付け、該スクリュー付ポンプの吐出側でかつ直近の前記排土管の部位に大気に連通した空気流入口を設けると共に、前記排土管の下流端を真空タンクに連通連結し、前記スクリュー付ポンプの駆動による前記排土液の自動一定供給と吸引式空気輸送によって、前記排土液を地上に搬送するようにしたことを特徴とする泥濃式推進工法。
【請求項２】
トンネル推進機先端の切羽に高濃度泥水を圧送充填しながら地盤を掘削すると共に、掘削土と高濃度泥水からなる排土液を排土管を通して地上へ空気輸送し、前記地盤に推進管を圧入することによってトンネルを形成してゆく泥濃式推進工法において、
前記排土管の中途に、切羽側の中央部に吸引開口を有すると共に吐出側に排出管を有するインペラケーシングと、該インペラケーシング内に回転自在に配設されたインペラと、該インペラを出力軸に連結する駆動モータとを具備するポンプ本体と、前記インペラケーシングの切羽側に同軸的に連通連結されると共に先端に吸引開口部を有する水平筒状部と、該水平筒状部内に同心円的に配設されると共に基端が前記駆動モータの出力軸に連結された回転軸と、該回転軸に取り付けられた螺旋羽根とを具備するスクリューとから構成されるスクリュー付ポンプを取り付け、該スクリュー付ポンプの吐出側でかつ直近の前記排土管に圧搾空気流入口を設けて、エアコンプレッサーによって圧搾空気を前記排土管に供給すると共に、前記排土管の下流端を貯留タンクに連通連結し、前記スクリュー付ポンプの駆動による前記排土液の自動一定供給と圧送式空気輸送によって、前記排土液を地上に搬送するようにしたことを特徴とする泥濃式推進工法。
【請求項３】
前記スクリュー付ポンプの駆動モータの回転数をインバータ等を用いて変更して前記排土液の流量を調整するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の泥濃式推進工法。
【請求項４】
切羽に高濃度泥水を圧送充填しながら地盤を掘削すると共に、掘削土と高濃度泥水からなる排土液を排土管を通して地上へ空気輸送し、前記地盤に推進管を圧入することによってトンネルを形成してゆく泥濃式推進装置において、
前記排土管の中途に、切羽側の中央部に吸引開口を有すると共に吐出側に排出管を有するインペラケーシングと、該インペラケーシング内に回転自在に配設されたインペラと、該インペラを出力軸に連結する駆動モータとを具備するポンプ本体と、前記インペラケーシングの切羽側に同軸的に連通連結されると共に先端に吸引開口部を有する水平筒状部と、該水平筒状部内に同心円的に配設されると共に基端が前記駆動モータの出力軸に連結された回転軸と、該回転軸に取り付けられた螺旋羽根とを具備するスクリューとから構成されるスクリュー付ポンプを取り付け、該スクリュー付ポンプの吐出側でかつ直近の前記排土管の大気に連通した部位に空気流入口を設けると共に、前記排土管の下流端を真空タンクに連通連結したことを特徴とする泥濃式推進装置。
【請求項５】
切羽に高濃度泥水を圧送充填しながら地盤を掘削すると共に、掘削土と高濃度泥水からなる排土液を排土管を通して地上へ空気輸送し、前記地盤に推進管を圧入することによってトンネルを形成してゆく泥濃式推進装置において、
前記排土管の中途に、切羽側の中央部に吸引開口を有すると共に吐出側に排出管を有するインペラケーシングと、該インペラケーシング内に回転自在に配設されたインペラと、該インペラを出力軸に連結する駆動モータとを具備するポンプ本体と、前記インペラケーシングの切羽側に同軸的に連通連結されると共に先端に吸引開口部を有する水平筒状部と、該水平筒状部内に同心円的に配設されると共に基端が前記駆動モータの出力軸に連結された回転軸と、該回転軸に取り付けられた螺旋羽根とを具備するスクリューとから構成されるスクリュー付ポンプを取り付け、該スクリュー付ポンプの吐出側でかつ直近の前記排土管に圧搾空気流入口を設けて、エアコンプレッサーによって圧搾空気を前記排土管に供給すると共に、前記排土管の下流端を貯留タンクに連通連結したことを特徴とする泥濃式推進装置。
【請求項６】
前記スクリュー付ポンプは、回転数をインバータ等を用いて変更可能な駆動モータを具備することを特徴とする請求項４又は５記載の泥濃式推進装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル推進機先端のカッター掘削部（以下、「切羽」という。）に高濃度泥水を充填しながら地盤を掘削し、推進管を圧入してトンネルを形成してゆく泥濃式推進工法及び泥濃式推進装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記した泥濃式推進装置の一形態として、図４に示す泥濃式推進装置が知られている。
その装置構成を簡単に説明すると、１００は地盤掘削かつ圧入埋設中の掘進機及び推進管であり、掘進機及び推進管１００の後端は地上に開口した立て穴１０１に連絡されている。掘進機及び推進管１００の先端には切羽面を具備するカッターヘッド１０２が配置されており、カッターヘッド１０２の後部には切羽面を高濃度泥水で満たすための泥土空間１０３が形成されている。泥土空間１０３は図示しない高濃度泥水供給装置と送泥管１０４を介して連通連結されている。
【０００３】
一方、泥土空間１０３には短尺の第１排土管１０５の一端が連通連結されており、第１排土管１０５の他端は後方に向けて伸延し、伸延端は上部が大気に開放された箱状の中間タンク１０６と連絡している。また、中間タンク１０６の側壁には長尺の第２排土管１０７の一端が連通連結されており、第２排土管１０７の他端は掘進機及び推進管１００及び立て穴１０１を通して地上に導出された後、地上に設置されている真空タンク１０８に連通連結されている。図中、１０９は真空タンク１０８の内部を負圧にする真空ポンプであり、１１０は泥土空間１０３内の排土液の圧力を保持するため第１排土管１０５に取り付けられた排土バルブである。
【０００４】
次に、図４を参照しながら、上記した泥濃式推進装置を用いた泥濃式推進工法について説明すると、まず、高濃度泥水を泥土空間１０３に供給し、カッターヘッド１０２の切羽面を高濃度泥水で満たしながらカッターヘッド１０２によって地盤を掘削する。掘削作業と同時に、掘削された土砂と高濃度泥水の混合物からなる排土液は、排土バルブ１１０を開閉することにより、泥水圧によって第１排土管１０５を通して間欠的に中間タンク１０６内へ排出される。その後、排土液は、真空ポンプ１０９を駆動して真空タンク１０８内を真空状態とすることによって、負圧となった真空タンク１０８に連通連結された第２排土管１０７内に空気と共に吸引され、空気輸送によって真空タンク１０８まで搬送され、貯留される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の泥濃式推進工法は、未だ、以下の解決すべき課題を有していた。
即ち、従来の泥濃式推進工法においては、排土液が高濃度かつ高粘性であるために流動性が低く、中間タンク１０６内の吸引部において、排土液のみが吸引されて第２排土管１０７内が閉塞したり、反対に、空気のみが吸引されて排土液が流れてこない等、一定の排出がなされないため、高い排土能力を得ることができなかった。また、一定の排出を行なうためには、吸引部において人手の介在が必要であった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、高濃度かつ高粘性の排土液であっても、自動的に一定の排出量で効率よく地上に搬送することができる泥濃式推進工法及び泥濃式推進装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る泥濃式推進工法及び装置は、トンネル推進機先端の切羽に高濃度泥水を圧送充填しながら地盤を掘削すると共に、掘削土と高濃度泥水からなる排土液を排土管を通して地上へ空気輸送し、地盤に推進管を圧入することによってトンネルを形成してゆく泥濃式推進工法及び装置において、排土管の中途に、切羽側の中央部に吸引開口を有すると共に吐出側に排出管を有するインペラケーシングと、該インペラケーシング内に回転自在に配設されたインペラと、該インペラを出力軸に連結する駆動モータとを具備するポンプ本体と、前記インペラケーシングの切羽側に同軸的に連通連結されると共に先端に吸引開口部を有する水平筒状部と、該水平筒状部内に同心円的に配設されると共に基端が前記駆動モータの出力軸に連結された回転軸と、該回転軸に取り付けられた螺旋羽根とを具備するスクリューとから構成されるスクリュー付ポンプを取り付け、スクリュー付ポンプの吐出側でかつ直近の排土管の部位に大気に連通した空気流入口を設けると共に、排土管の下流端を真空タンクに連通連結し、スクリュー付ポンプの駆動による排土液の自動一定供給と吸引式空気輸送によって、排土液を地上に搬送するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
このように、本発明では、排土液をスクリュー付ポンプによって、一定の流量で、かつ速度をもたせて、空気流入口の下流側をなす排土管へ自動供給するため、空気流入口より吸引された空気流に円滑にのせることができ、一定かつ最適な混合比で、効率よくかつ人手を介することなく地上に輸送することができる。また、スクリュー付ポンプの駆動モータの回転数をインバータ等によって変更することにより、排土液の流量を任意に調整することもできる。
【０００８】
また、上記泥濃式推進工法及び装置においては、スクリュー付ポンプの吐出側でかつ直近の排土管の部位に空気流入口の代わりに圧搾空気供給口を設けて、エアコンプレッサーによって圧搾空気を供給すると共に、排土管の下流端を貯留タンクに連通連結し、スクリュー付ポンプの駆動による排土液の自動一定供給と圧送式空気輸送によって排土液を地上に搬送するようにすることもできる。
【０００９】
この場合、排土液をスクリュー付ポンプによって、一定の流量で、かつ速度をもたせて圧搾空気供給口の下流側をなす排土管へ自動供給するため、圧搾空気供給口より供給された空気流に円滑にのせることができ、一定かつ最適な混合比で効率よく、人手で介することなく地上に空気輸送することができる。また、高圧の圧搾空気を供給することによって、排土液をより高濃度で、しかもより長距離にわたって空気輸送することができるので、輸送効率を向上することができる。さらに、上記泥濃式推進工法及び装置においては、スクリュー付ポンプの駆動モータの回転数をインバータ等によって変更することにより、排土液の流量を任意に調整することもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図に示す実施の形態を参照して、本発明に係る泥濃式推進工法及び泥濃式推進装置について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
まず、本実施の形態に係る泥濃式推進装置について、図１及び図２を参照して説明する。
１０は泥濃式推進装置によって地盤１１に略水平に掘削された掘進機及び推進管であり、掘進機及び推進管１０の後端は地上に開口した立て穴１２に連絡されている。掘進機及び推進管１０の先端には切羽面１３を具備するカッターヘッド１４が配置されており、カッターヘッド１４の後部には切羽面１３を高濃度泥水で満たすための泥土空間１５が形成されている。泥土空間１５は図示しない高濃度泥水供給装置と送泥管１６を介して連通連結されている。
【００１１】
一方、掘進機及び推進管１０内には、掘削された土砂と高濃度泥水との混合物からなる排土液を地上まで空気輸送するための排土管１７が配設されており、排土管１７の中途にはスクリュ−付ポンプ１８が取り付けられている。
【００１２】
上記した排土管１７及びスクリュ−付ポンプ１８の構成を詳細に説明すると、図１に示すように、排土管１７は短尺の第１排土管１９と長尺の第２排土管２０とを、スクリュ−付ポンプ１８を介して直列に連結することによって構成されている。
【００１３】
第１排土管１９は、その一端を泥土空間１５に連通連結すると共に、その他端を後方に向けて伸延して、スクリュ−付ポンプ１８の吸引開口部２１に水密状態に連通連結している。また、第１排土管１９は、その中途に泥土空間１５内の排土液の圧力を保持するための排土バルブ２２を取り付けている。一方、第２排土管２０は、その一端を水密状態にスクリュ−付ポンプ１８の吐出開口部２３に連通連結すると共に、吐出開口部２３の近傍であってその下流側をなす部位に、大気に連通した空気流入口２０ａを設けている。また、第２排土管２０は、その他端を掘進機及び推進管１０及び立て穴１２を通して地上に導出した後、地上に設置されている真空タンク２４に連通連結している。真空タンク２４は排土液貯留タンクとしても用いられるものであり、その内部空間は真空ポンプ２５と連通連結されている。
【００１４】
上記した構成において、スクリュ−付ポンプ１８の形態としては各種形態が考えられるが、本実施の形態では、図２に示す形態を用いている。但し、本発明は何ら図示の形態に限定されるものではない。
図示するように、スクリュ−付ポンプ１８は横置状態に設置されており、ポンプ本体は次のように構成されている、即ち、架台２６上に設置されたモータケーシング２７には、切羽側の中央部に吸引開口２８を有すると共に他端に排出管２９を有するインペラケーシング３０が同軸的に連設されている。インペラケーシング３０内にはインペラ３１が回転自在に配設されており、インペラ３１はモータケーシング２７に内蔵されている駆動モータ３２の出力軸３３に嵌合連結されている。
【００１５】
一方、スクリューは次のように構成されている。即ち、インペラケーシング３０の切羽側には水平筒状部３４の基端が同軸的に連通連結されており、水平筒状部３４の先端には、第１排土管１９の他端に連通連結される吸引開口部２１が形成されている。水平筒状部３４内には、基端が駆動モータ３２の出力軸３３に連結された回転軸３５が同心円的に配設されており、回転軸３５には螺旋羽根３６が、回転軸３５の略全長にわたって取り付けられている。
【００１６】
上記した構成を有するスクリュ−付ポンプ１８において、駆動モータ３２を駆動すると、インペラ３１と螺旋羽根３６が同時に回転する。そして、螺旋羽根３６の回転によって、第１排土管１９からスクリューに送られてきた排土液をほぐしながら確実にインペラケーシング３０内に移送することができる。一方、インペラ３１の回転によって、インペラケーシング３０内に移送されてくる排土液を第２排土管２０内へ供給することができる。
【００１７】
なお、図１に示す本実施の形態に係る泥濃式推進装置におけるその他の構成要素について説明すると、３７は元押し油圧装置であり、３８は元押し油圧装置３７によって発生した加圧力をカッターヘッド１４に伝達する圧力伝達機構である。
【００１８】
次に、上記した構成を有する泥濃式推進装置を用いた泥濃式推進工法について、図１及び図２を参照しながら説明する。
切羽面１３を送泥管１６を介して高濃度泥水で満たしながら地盤１１を掘削すると共に、掘削した土砂と高濃度泥水の混合物からなる排土液を、第１排土管１９、スクリュ−付ポンプ１８及び第２排土管２０を通して地上に設置されている真空タンク２４まで流体搬送し、地盤１１に掘進機及び推進管１０を形成する。
【００１９】
この際、真空ポンプ２５を駆動して真空タンク２４内を真空状態にすることによって、負圧となった真空タンク２４に連通連結された第２排土管２０内も負圧にし、空気流入口２０ａより空気を吸引して第２排土管２０に空気流を形成することができる（吸引式空気輸送）。一方、スクリュ−付ポンプ１８の駆動モータ３２を同時に駆動することによって、インペラ３１を回転するとともに螺旋羽根３６を回転することになる。そして、螺旋羽根３６の回転によって、第１排土管１９及びスクリューを通して排土液を確実にインペラケーシング３０を介して第２排土管２０内へ送り込むことができる。即ち、スクリュー付ポンプ１８によって、一定の流量でかつ所望の速度をもたせて第２排土管２０内に排土液を自動供給することができる。その後、自動供給されてきた排土液を、真空ポンプ２５と空気流入口２０ａとの協働によって第２排土管２０内に形成される空気流に排土液を円滑に乗せることができ、一定かつ最適の混合比で地上に搬送することができる。
【００２０】
このように、本実施の形態では、排土液をスクリュー付ポンプ１８によって、一定の流量で、かつ速度をもたせて、空気流入口２０ａの下流側をなす第２排土管２０へ自動供給するため、空気流入口２０ａより吸引された空気流に円滑にのせることができ、一定かつ最適な混合比で、効率よくかつ人手を介することなく地上に輸送することができる。
また、スクリュー付ポンプ１８の駆動モータ３２の回転数をインバータ等によって変更することにより、排土液の流量を任意に調整することもできる。
【００２１】
（第２の実施の形態）
図３に示すように、本実施の形態に係る泥濃式推進装置は、上記した第１の実施の形態に係る泥濃式推進装置と、以下の構成を除いて実質的に同一の構成を有する。従って、同一の構成要素は同一の符号で示すと共に、その機能及び作用の説明は省略する。
即ち、本実施の形態に係る泥濃式推進装置は、スクリュ−付ポンプ１８の下流側をなす第２排土管２０の部分に圧搾空気供給口４０を設け、この圧搾空気供給口４０を地上に設置したエアコンプレッサー４１に、圧搾エア供給管４２を介して連通連結すると共に、第２排土管４３の下流端を貯留タンク４４に連通連結したことを特徴としている。
【００２２】
上記した泥濃式推進装置を用いた泥濃式推進工法について説明すると、エアコンプレッサー４１を駆動して圧搾空気を圧搾空気供給口４０を通して第２排土管４３に供給して第２排土管４３内に空気流を形成する（圧送式空気輸送）と共に、スクリュ−付ポンプ１８を駆動してインペラ３１と螺旋羽根３６を回転する。この際、スクリュー付ポンプ１８の駆動によって、排土液を、一定の流量で、かつ速度をもたせて圧搾空気供給口４０の下流側をなす第２排土管４３へ自動供給して圧搾空気供給口４０より供給された空気流に円滑にのせることができ、その後、エアコンプレッサー４１の駆動によって、排土液と空気とを一定かつ最適な混合比で混合して、排土液を効率よくかつ人手を介することなく地上に空気輸送することができる。また、高圧の圧搾空気を第２排土管４３内へ供給することによって、排土液がより高濃度であっても、かつ、輸送距離が長距離であっても、空気輸送を円滑に行なうことができるので、輸送効率を向上することができる。
【００２３】
また、上記泥濃式推進工法においても、スクリュー付ポンプ１８の駆動モータの回転数をインバータ等によって変更することにより、排土液の流量を任意に調整することもできる。
さらに、排土液を塊状物に分けた形態で（いわゆる、プラグ流）空気輸送できるので、高濃度の排土液であっても極めて円滑に地上に空気輸送することができる
【００２４】
【発明の効果】
請求項１及び３記載の発明においては、排土管の中途に、切羽側の中央部に吸引開口を有すると共に吐出側に排出管を有するインペラケーシングと、該インペラケーシング内に回転自在に配設されたインペラと、該インペラを出力軸に連結する駆動モータとを具備するポンプ本体と、前記インペラケーシングの切羽側に同軸的に連通連結されると共に先端に吸引開口部を有する水平筒状部と、該水平筒状部内に同心円的に配設されると共に基端が前記駆動モータの出力軸に連結された回転軸と、該回転軸に取り付けられた螺旋羽根とを具備するスクリューとから構成されるスクリュー付ポンプを取り付け、スクリュー付ポンプの吐出側でかつ直近の排土管の部位に大気に連通した空気流入口を設けると共に、排土管の下流端を真空タンクに連通連結し、スクリュー付ポンプの駆動による排土液の自動一定供給と吸引式空気輸送によって、排土液を地上に搬送するようにしている。このように、排土液をスクリュー付ポンプによって、一定の流量で、かつ速度をもたせて、空気流入口の下流側をなす排土管へ自動供給するため、空気流入口より吸引された空気流に円滑にのせることができ、一定かつ最適な混合比で、効率よくかつ人手を介することなく地上に輸送することができる。
【００２５】
請求項２及び５記載の発明においては、スクリュー付ポンプの吐出側でかつ直近の排土管の部位に空気流入口の代わりに圧搾空気供給口を設けて、エアコンプレッサーによって圧搾空気を供給すると共に、排土管の下流端を貯留タンクに連通連結し、スクリュー付ポンプの駆動による排土液の自動一定供給と圧送式空気輸送によって排土液を地上に搬送するようにしている。このように、排土液をスクリュー付ポンプによって、一定の流量で、かつ速度をもたせて圧搾空気供給口の下流側をなす排土管へ自動供給するため、圧搾空気供給口より供給された空気流に円滑にのせることができ、一定かつ最適な混合比で効率よく、人手を介することなく地上に空気輸送することができる。また、高圧の圧搾空気を供給することによって、排土液をより高濃度で、しかもより長距離にわたって空気輸送することができるので、輸送効率を上昇させることができる。
【００２６】
請求項３及び６記載の発明においては、スクリュー付ポンプの駆動モータの回転数をインバータ等によって変更することにより、排土液の流量を任意に調整することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態に係る泥濃式推進装置の構成説明図である。
【図２】  同要部説明図である。
【図３】  本発明の第２の実施の形態に係る泥濃式推進装置の構成説明図である。
【図４】  従来の泥濃式推進装置の構成説明図である。
【符号の説明】
１０  掘進機及び推進管
１１  地盤
１２  立て穴
１３  切羽面
１４  切羽
１５  泥土空間
１６  送泥管
１７  排土管
１８  スクリュ−付ポンプ
１９  第１排土管
２０  第２排土管
２０ａ  空気流入口
２１  吸引開口部
２２  排土バルブ
２３  吐出開口部
２４  真空タンク
２５  真空ポンプ
２６  架台
２７  モータケーシング
２８  吸引開口
２９  排出管
３０  インペラケーシング
３１  インペラ
３２  駆動モータ
３３  出力軸
３４  水平筒状部
３５  回転軸
３６  螺旋羽根
４０  圧搾空気供給口
４１  エアコンプレッサー
４２  圧搾空気供給管
４３  第２排土管
４４  貯留タンク
【図１】
0003636436.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003636436.tif 000004
【図４】
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