(57)【要約】【課題】泥水式掘進機用の排泥管における損耗箇所の交換時間を短縮する。【解決手段】泥水式のシールド掘進機１の排泥管６を流れる排泥水中の礫等により排泥管６内に損耗が生じるのは曲配管６ａの下流直後が顕著なので、排泥管６において曲配管６ａの下流直後に、残余配管部６ｂｕ１，６ｂ２の軸方向長さＬ４，Ｌ５よりも短い所定の長さＬ３の交換用配管部６ｂｅを設けた。これにより、シールド掘進機１排泥管６の損耗部分の交換に際して、寸法の短い交換用配管部６ｂｅを交換すれば良いので、その交換作業を容易にすることができ、その交換時間を短縮することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
泥水式掘進機のチャンバ内の泥水と掘削土砂との混合泥水をトンネルの外部に運ぶ排泥管の途中において経路を曲げる位置に設けられた複数の曲配管と、
前記複数の曲配管の各々の間に設けられた直配管と、
を備え、
前記直配管は、
前記曲配管の下流直後に着脱可能な状態で設けられた交換用配管部と、
前記交換用配管部の下流に着脱可能な状態で設けられた残余配管部と、
を備え、
前記交換用配管部の長さは、前記残余配管部の長さよりも短いことを特徴とする泥水式掘進機用の排泥管。
【請求項２】
前記交換用配管部の長さが、複数の前記直配管において同じ所定の長さに設定されていることを特徴とする請求項１記載の泥水式掘進機用の排泥管。
【請求項３】
前記交換用配管部は、前記トンネル内の前記排泥管に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の泥水式掘進機用の排泥管。
【請求項４】
前記交換用配管部の長さは、前記複数の曲配管のうち、９０度曲折した状態の曲配管の下流の損耗の範囲に合わせて設定されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の泥水式掘進機用の排泥管。
【請求項５】
前記交換用配管部の長さが３０ｃｍ〜６０ｃｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の泥水式掘進機用の排泥管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、泥水式掘進機用の排泥管に関し、例えば、泥水式シールド掘進機の排泥管の損耗部分の交換技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
泥水式シールド掘進機は、カッタ盤後方の泥水室内に送泥管を通じて泥水を供給することで切羽に泥水圧を加えて切羽の安定化を図るとともに、泥水室内に溜められた泥水を排泥管によってトンネルの外部に排出しながら掘削工事を進める掘進機である。なお、泥水式シールド掘進機の排泥管に関する技術については、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０８６５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、砂礫層等を掘削対象とした泥水式シールド掘進機においては、排泥管中を流れる礫等により排泥管に穴が開く等のような損耗が生じる場合がある。排泥管の損耗頻度が高い場合は、損耗が生じた配管の寸法にあった交換用の配管を加工し、損耗が生じた配管と交換しなければならない。しかし、この場合の交換用の配管は損耗の無い部分を含む既製の長さのものなので、その加工作業は時間と労力を要する面倒な作業となっている。また、その交換作業も、長い交換用の配管をトンネル内の交換箇所まで運び、狭いトンネル内において複数の作業者が協力して交換しなければならないので時間と労力とを要する面倒な作業となっている。特に、この交換作業の問題は、トンネルが長くなるほど問題になる。そして、排泥管の交換作業中は掘削工事を中断せざるを得ないので掘削工事にも遅れが生じる。
【０００５】
本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、その目的は、泥水式掘進機用の排泥管における損耗部分の交換時間を短縮することが可能な技術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】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明の泥水式掘進機用の排泥管は、泥水式掘進機のチャンバ内の泥水と掘削土砂との混合泥水をトンネルの外部に運ぶ排泥管の途中において経路を曲げる位置に設けられた複数の曲配管と、前記複数の曲配管の各々の間に設けられた直配管と、を備え、前記直配管は、前記曲配管の下流直後に着脱可能な状態で設けられた交換用配管部と、前記交換用配管部の下流に着脱可能な状態で設けられた残余配管部と、を備え、前記交換用配管部の長さは、前記残余配管部の長さよりも短いことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の本発明の泥水式掘進機用の排泥管は、前記交換用配管部の長さが、複数の前記直配管において同じ所定の長さに設定されていることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の本発明は、上記請求項１または２記載の泥水式掘進機用の排泥管において、前記交換用配管部は、前記トンネル内の前記排泥管に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の本発明は、上記請求項１、２または３記載の泥水式掘進機用の排泥管において、前記交換用配管部の長さは、前記複数の曲配管のうち、９０度曲折した状態の曲配管の下流の損耗の範囲に合わせて設定されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に記載の本発明は、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の泥水式掘進機用の排泥管において、前記交換用配管部の長さが３０ｃｍ〜６０ｃｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、泥水式掘進機用の排泥管の損耗部分の交換に際して、相対的に短い交換用配管部を交換すれば良いので、その交換作業を容易にすることができ、その交換時間を短縮することが可能になる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、例えば、予め作成した複数個の交換用配管部を泥水式掘進機用の排泥管の複数箇所に用意しておくことにより、排泥管の損耗部分の交換作業に際して、交換用配管部の加工や運搬を省くことができるので、排泥管の損耗部分の交換時間を短縮することが可能になる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、交換用配管部は相対的に短いので、狭いトンネル内においても排泥管の損耗部分の交換作業を容易にすることができ、その交換時間を短縮することが可能になる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、９０度曲折した曲配管の下流の直配管内で損耗が生じ易いので、その損耗の範囲に合わせて交換用配管部の長さを設定することで排泥管のどの位置での損耗に対しても対応することが可能になる。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、交換用配管部の長さが、排泥管の損耗部分を含む長さであり、かつ、加工、運搬および交換作業等に際して取り扱い易い長さに設定されているので、交換用配管部の事前の加工や運搬作業を容易にすることができる上、交換用配管部の交換作業を容易にすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係るシールド掘進機の一例の要部構成図である。
【図２】図１のシールド掘進機後方のトンネル内における排泥ポンプ周辺の排泥管の一例の要部平面図である。
【図３】図２の排泥管の要部側面図である。
【図４】図３の排泥管の一部を抜き出して示した要部拡大側面図である。
【図５】本実施の形態の排泥管の構成を採用していない一般的な排泥管の要部拡大側面図である。
【図６】（ａ）は交換用配管部の交換作業時の排泥管の要部拡大側面、（ｂ）は図６（ａ）に続く交換用配管部の交換作業時の排泥管の要部拡大側面、（ｃ）は図６（ｂ）に続く交換用配管部の交換作業時の排泥管の要部拡大側面である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
まず、本実施の形態のシールド掘進機の構成例について図１を参照して説明する。図１は本実施の形態に係るシールド掘進機の一例の要部構成図である。
【００１９】
本実施の形態のシールド掘進機１は、カッタヘッド２を切羽に押し当て回転させることにより地山を掘削する際に、カッタヘッド２の後方の機器本体３内に設けられた泥水室４に送泥管５を通じて泥水を圧送し、泥水室４内の泥水圧力を切羽の土圧および地下水圧に見合う圧力にして切羽の安定を図るとともに、泥水室４内に溜められた泥水を排泥管６によってトンネルの外部に排出しながら地山にトンネルを形成する泥水式シールド掘進機である。
【００２０】
シールド掘進機１を構成するカッタヘッド２は、地山の切羽を掘削する正面円形状の掘削部材であり、機器本体３の前面に機器本体３の周方向に沿って正逆方向に回転自在の状態で設置されている。このカッタヘッド２は、例えば、スポークタイプが採用されており、その前面（切羽に対向する面）には、玉石等の破砕や地山の掘削を行う複数のビット２ａおよびスクレーパツース２ｂが装着されている他、カッタヘッド２の回転により掘削された土砂等を泥水室４内に取り込む貫通穴（図示せず）が形成されている。なお、カッタヘッド２の外周面には、急曲線施工時の余堀りやシールド掘進機１の姿勢制御等を行うコピービット２ｃが装着されている。
【００２１】
シールド掘進機１の機器本体３を構成する前胴プレート３ａおよび後胴プレート３ｂは、例えば円筒状の鋼製板により形成されている。この前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとは、後胴プレート３ｂの先端側の球面軸受部が前胴プレート３ａの後端側の内周面に接した状態で入り込むことで係合されている。この後胴プレート３ｂの後方には、掘進作業中に機器本体３の後部から機器本体３内に地下水等が入り込むのを防止するテールシール３ｃが後胴プレート３ｂの内周に沿って枠状に設けられている。
【００２２】
前胴プレート３ａの前面側において、その前面から機器本体３の内方に後退した位置には、機器本体３内を切羽側と機内側とに分ける隔壁７が設置されている。この機器本体３の切羽側、すなわち、上記カッタヘッド２と隔壁７との間に、上記泥水室４が設けられている。泥水室４は、カッタヘッド２の回転により掘削された土砂等を取り込み、送泥管５を通じて供給された泥水と混合する空間（チャンバ）である。
【００２３】
一方、機器本体３の機内には、カッタ駆動体１０と、複数本の中折れジャッキ１１ａと、複数本のシールドジャッキ１１ｂと、エレクタ１２と、送泥管５と、排泥管６とが設置されている。
【００２４】
カッタ駆動体１０は、カッタヘッド２を正逆方向に回転させる駆動源である。中折れジャッキ１１ａは、前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを連結するとともに、シールド掘進機１の推進方向を修正する機器である。シールドジャッキ１１ｂは、機器本体３の後方のトンネルの内周に敷設されたセグメントＳＧに反力をとってシールド掘進機１を前進させるための推進力を発生させる機器である。エレクタ１２は、掘削されたトンネルの内周にセグメントＳＧを組み付ける装置である。セグメントＳＧは、例えば、平板状のコンクリート製セグメントまたは合成セグメント（コンクリートと鋼材との合成構造）からなり、トンネルの周方向および軸方向に沿って複数個並べられた状態で設置されている。
【００２５】
送泥管５は、泥水室４内に泥水を供給する配管であり、例えば、鋼材により形成されている。送泥管５の先端部（放泥口）は、隔壁７の正面内上部を貫通して泥水室４に達している。これにより、送泥管５を通じて圧送された泥水は、シールド掘進機１の正面内上部から泥水室４内に供給される。一方、送泥管５の後端部は、トンネルの抗口に向かって延び、途中で所定の間隔毎に配置された複数の送泥ポンプ（図示せず）を介してトンネルの外部の泥水層（図示せず）に接続されている。なお、泥水槽は、トンネルの外部の泥水処理装置（図示せず）に接続されている。
【００２６】
排泥管６は、泥水室４内の排泥水（掘削土砂と泥水との混合泥水）をトンネルの外部に排出する配管であり、例えば、鋼材により形成されている。排泥管６の先端部（吸泥口）は、隔壁７の正面内下部を貫通して泥水室４に達している。これにより、泥水室４内の排泥水は、シールド掘進機１の正面内下部から排出される。一方、排泥管６の後端部は、トンネルの抗口に向かって延び、途中で所定の間隔毎に配置された複数の排泥ポンプ(図１には図示せず）を介してトンネルの外部の上記泥水処理装置に接続されている。すなわち、泥水室４内の排泥水は、排泥管６を通じてトンネルの外部の泥水処理装置に送られ、そこで土砂と泥水とに分離され比重や粘性等が調整された後、泥水槽に送られて再び送泥管５を通じて泥水室４（切羽）へ送られる。
【００２７】
次に、シールド掘進機１の排泥管６の構成例について図２〜図４を参照して説明する。図２は図１のシールド掘進機後方のトンネル内における排泥ポンプ周辺の排泥管の一例の要部平面図、図３は図２の排泥管の要部側面図、図４は図３の排泥管の一部を抜き出して示した要部拡大側面図である。なお、図２〜図４において左側はトンネルの切羽（シールド掘進機１）側、右側はトンネルの抗口（立坑）側となっている。  
【００２８】
図２および図３に示すように、排泥管６の途中には排泥ポンプＰｄが接続されている。排泥ポンプＰｄは、排泥管６内の排泥水をトンネルＴの外部に向かって圧送するための圧送ポンプである。この排泥ポンプＰｄの周辺の排泥管６は上下左右に曲折する部分が多くなっている。なお、図中の符号Ｗは注水装置、符号Ｓは起動盤、矢印Ａｄは排泥水の流れる方向をそれぞれ示している。
【００２９】
排泥管６は、複数の曲配管６ａ（６ａ１，６ａ２）と、直配管６ｂ（６ｂ１〜６ｂ５）と、継手６ｃとを有している。曲配管６ａは、排泥管６の経路を曲げる位置に着脱可能な状態で設けられている。曲配管６ａのうち曲配管６ａ１は経路を４５度程度曲げるように形成され、曲配管６ａ２は経路を９０度程度曲げるように形成されている。なお、曲配管６ａの曲折角度は上記したものに限定されるものではなく種々のものがある。
【００３０】
直配管６ｂ（６ｂ１〜６ｂ５）は、互いに隣り合う曲配管６ａ，６ａ同士を繋ぐ線に沿って延びた状態で曲配管６ａ，６ａの間に着脱可能な状態で設けられている。直配管６ｂの軸方向長さ（全長）は、統一されておらず排泥管６の場所によって決められている。例えば、図４に示すように、直配管６ｂ３の軸方向長さ（全長）Ｌ１と、直配管６ｂ４の軸方向長さ（全長）Ｌ２とは異なっている。この直配管６ｂのうち直配管６ｂ３〜６ｂ５は、交換用配管部６ｂｅと、残余配管部６ｂｕ（６ｂｕ１〜６ｂｕ３）とを備えている。
【００３１】
交換用配管部６ｂｅは、交換を予定して設置された配管部であり、曲配管６ａの下流直後に着脱可能な状態で設置されている。全ての直配管６ｂの各々の交換用配管部６ｂｅの軸方向長さＬ３（図４参照）は、各直配管６ｂ（６ｂ３〜６ｂ５）および残余配管部６ｂｕの各々の全長より短い所定の長さに統一されている。すなわち、全ての交換用配管部６ｂｅの長さは同じである。この交換用配管部６ｂｅの軸方向長さＬ３は、曲配管６ａ２の下流の直配管６ｂ内において生じる許容範囲を超える損耗の範囲を含む長さであって、加工、運搬および交換作業等の際に取り扱い易い長さに設定されている。損耗に関する長さの設定については、例えば、複数の曲配管６ａのうち、９０度曲折した曲配管６ａ２の下流の直配管６ｂ内で損耗が生じ易いので、その損耗の範囲に合わせて設定されている。これにより、排泥管６のどの位置での損耗に対しても対応することができる。以上のような観点から交換用配管部６ｂｅの軸方向長さ（すなわち、所定の長さＬ３）は、既製品よりも短い、例えば、３０ｃｍ〜６０ｃｍ、具体的には、例えば、５０ｃｍ程度に設定されている。
【００３２】
直配管６ｂの残余配管部６ｂｕ（６ｂｕ１〜６ｂｕ３）は、交換用配管部６ｂｅの下流直後に着脱可能な設置されている。残余配管部６ｂｕの軸方向長さ（全長）は、統一されておらず排泥管６の場所によって決められている。例えば、図４に示すように、残余配管部６ｂｕ１の軸方向長さＬ４と、残余配管部６ｂｕ２の軸方向長さＬ５とは異なっている。ただし、残余配管部６ｂｕの軸方向長さは、当該残余配管部６ｂｕが配置された各々の直配管６ｂの全長よりは短く、交換用配管部６ｂｅの軸方向長さより長い。なお、ここでは１つの残余配管部６ｂｕが１つの配管で形成されている場合を例示しているが、これに限定されるものではなく、１つの残余配管部６ｂｕが複数の配管を継手６ｃで繋ぎ合わせることで構成される場合もある。
【００３３】
継手６ｃは、曲配管６ａおよび直配管６ｂ（交換用配管部６ｂｅおよび残余配管部６ｂｕ）を着脱可能な状態で機械的に接続する部材であり、曲配管６ａおよび直配管６ｂ（交換用配管部６ｂｅおよび残余配管部６ｂｕ）の隣接間に装着されている。
【００３４】
ここで、図５は本実施の形態の排泥管６の構成を採用していない一般的な排泥管５０の要部拡大側面図を示している。この場合、損耗が生じた直配管５０ｂの寸法にあった交換用の配管を加工し、直配管５０ｂの全体を交換しなければない。しかし、この交換用の配管は損耗の無い部分を含む既製の長さのものなので、その加工作業は時間と労力を要する面倒な作業となっている。また、その交換作業も、長い交換用の配管をトンネル内の交換箇所まで運び、狭いトンネル内において複数の作業者が協力して交換しなければならないので時間と労力とを要する面倒な作業となっている。この交換作業の問題は、特に、トンネルが長くなるほど問題になる。そして、この交換作業中は掘削工事を中断せざるを得ないので掘削工事に遅れが生じてしまう。
【００３５】
一方、砂礫層等を掘削対象とした泥水式のシールド掘進機１においては、排泥管６内を流れる排泥水中の礫等が排泥管６の内壁に衝突し易いため排泥管６に穴が開く等のような損耗が生じる場合があるが、本発明者の検討によれば、排泥管６において許容できない損耗が生じるのは曲配管６ａの下流直後の直配管６ｂ内の数十ｃｍの範囲に集中しており、ほとんどの場合、曲配管６ａの下流直後の一部分を交換すれば足りるものであった。
【００３６】
そこで、本実施の形態においては、上記したように曲配管６ａの下流直後に交換用配管部６ｂｅを着脱可能な状態で設けた。これにより、排泥管６の損耗部分の交換作業に際しては、直配管６ｂの全部を交換しないでも、直配管６ｂの一部の交換用配管部６ｂｅを交換すれば足りる。この交換用配管部６ｂｅは、その軸方向長さが５０ｃｍ程度と短く取り扱い易いので、その加工や運搬を容易に実施することができる上、狭いトンネル内であっても交換作業を容易に実施することができる。また、交換箇所が短いので、資源を有効に活用することができるとともに、排泥管６にかかる費用を削減することもできる。
【００３７】
また、本実施の形態においては、排泥管６中の全ての交換用配管部６ｂｅの軸方向長さを所定の長さＬ３に統一した。これにより、交換用配管部６ｂｅを排泥管６のどの位置でも使用することができる。このため、例えば、予め作成した複数個の交換用配管部６ｂｅをトンネルＴ内において曲配管６ａが多い箇所等に配置しておくことにより、排泥管６の損耗部分の交換作業に際して、交換用配管部６ｂｅの加工や運搬を省くことができる。
【００３８】
これらにより、シールド掘進機１の排泥管６の損耗部分の交換時間を短縮することができる。したがって、シールド掘進機１によるトンネル掘削作業の中断時間を短縮することができるので、トンネル掘削工事の工期を短縮することもでき、トンネル掘削工事の工費を低減することができる。
【００３９】
次に、上記した交換用配管部６ｂｅの交換作業の一例について図６を参照して説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は交換用配管部の交換作業時の排泥管の要部拡大側面を示している。
【００４０】
まず、図６（ａ）に示すように、排泥管６の交換作業の前に、トンネル内において複数箇所（曲配管６ａの多い箇所等）に、予め作成した複数個の交換用配管部６ｂｅを配置しておく。なお、×印は排泥管６において損耗が生じた部分を示している。また、図面を見易くするため事前に用意した交換用配管部６ｂｅにハッチングを付した。
【００４１】
続いて、排泥管６の損耗部分の交換作業に際しては、損耗した交換用配管部６ｂｅと排泥管６とを機械的に接続する継手６ｃを取り外すことにより、図６（ｂ）に示すように、排泥管６から損耗した交換用配管部６ｂｅを取り外す。
【００４２】
その後、その損耗した交換用配管部６ｂｅに代えて、図６（ｃ）に示すように、事前に用意しておいた交換用配管部６ｂｅを排泥管６に位置合わせして嵌め込み継手６ｃで固定する。なお、事前に用意した交換用配管部６ｂｅのうち交換によって減った分は、例えば、掘削工事中でも補給することができる。
【００４３】
ここで、本実施の形態の排泥管構造を採用しない場合（図５の場合）、平均で、交換用の配管の加工にほぼ３０分、運搬にほぼ１０分、交換作業にほぼ２０分、合計でほぼ６０分かかったものが、本実施の形態の場合、平均で、交換用の配管（交換用配管部６ｂｅ）の加工にほぼ０分、運搬にほぼ０分、交換作業にほぼ１５分、合計でほぼ１５分に短縮することができた。その結果、シールド掘進機１によるトンネル掘削作業の中断時間を２５％に抑えることができた。
【００４４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。
【００４５】
前記実施の形態においては交換用配管部６ｂｅの軸方向長さを全て同じにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ある複数の箇所の交換用配管部６ｂｅの軸方向長さを第１の所定の長さに統一し、他のある複数の箇所の交換用配管部６ｂｅの軸方向長さを第１の所定の長さと異なる第２の所定の長さに統一する等しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は泥水式掘進機の排泥管の交換技術に適用して有効である。
【符号の説明】
【００４７】
１  シールド掘進機
２  カッタヘッド
２ａ  ビット
２ｂ  スクレーパツース
２ｃ  コピービット
３  機器本体
４  泥水室
５  送泥管
６  排泥管
６ａ，６ａ１，６ａ２  曲配管
６ｂ，６ｂ１〜６ｂ５  直配管
６ｂｅ  交換用配管部
６ｂｕ，６ｂｕ１〜６ｂｕ３  残余配管部
６ｃ  継手
７  隔壁
１０  カッタ駆動体
１１ａ  中折れジャッキ
１１ｂ  シールドジャッキ
１２  エレクタ
Ｔ  トンネル
ＳＧ  セグメント
Ｐｄ  排泥ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018100554.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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