(57)【要約】【課題】切羽圧力が高い状況下において又低い状況下においても容易に切羽の安定を図ることと、輸送エネルギーの有効利用を図ることができる、流体の輸送システムを提供すること。【解決手段】泥水シールド工法の流体輸送システムであって、流体の輸送する輸送管３１または供給管３０の途中に羽根車を内蔵した抵抗体５０を介装し、移送流体に強制的に負荷を作用させること。【選択図】　　　　図１
2004027633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の輸送システムであって、
流体の輸送する管の途中に羽根車を内蔵した抵抗体を介装したことを特徴とする、
流体の輸送システム。
【請求項２】
泥水シールド工法の流体輸送システムであって、
切羽へ流体を輸送する供給管の途中に羽根車を内蔵した抵抗体を介装したことを特徴とする、
流体の輸送システム。
【請求項３】
泥水シールド工法の流体輸送システムであって、
切羽から流体を輸送する輸送管の途中に羽根車を内蔵した抵抗体を介装したことを特徴とする、
流体の輸送システム。
【請求項４】
泥水シールド工法の流体輸送システムであって、
切羽へ流体を輸送する供給管の途中と、切羽から流体を輸送する輸送管の途中に、羽根車を内蔵した抵抗体を夫々介装したことを特徴とする、
流体の輸送システム。
【請求項５】
抵抗体から延びる軸に発電機、又はポンプを接続した事を特徴とする、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の流体の輸送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉式の泥水シールド工法に好適な流体の輸送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
泥水シールド工法の一例として、地上に設置した泥水を貯留する調整槽からシールドマシンの設置された切羽間を送泥管で接続すると共に、切羽と泥水処理プラントの間を排泥管で接続し、輸送駆動源として地上に供給ポンプを配置し、排泥管の途中に排出ポンプを配置し、そして供給ポンプを稼動して切羽へ泥水を連続して供給しつつ、排出ポンプを稼動して掘削土砂を取り込んだ泥水を地上へ輸送し、泥水と土砂分とを分離回収した後、泥水を再利用しながら掘進する工法が知られている。
この泥水シールド工法にあっては切羽や地山の崩落防止の必要性から切羽の安定を図ることが肝要であり、切羽の圧力を検知しながら供給ポンプによる泥水の供給量を調整することと、切羽部からの泥水の排出量を排出ポンプにて調整することにより切羽の圧力制御を行なっている。
供給ポンプと排出ポンプは互いに関与し、相乗作用にて切羽の安定を得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
山岳トンネルを泥水シールド工法にて施工する場合、地下湧水の環境保全から湧水を防止する必要がある。断層帯、破砕帯、岩盤の亀裂面等からの湧水は高圧水である為、切羽圧力を高圧に維持しながら施工しなければならない。切羽からの排出泥水圧も当然として高くなり、泥水処理プラントまでの距離が近い場合や、配管抵抗負荷が少ない場合には排出ポンプを必要とせず、従来からの技術である供給ポンプと排出ポンプによる相乗作用を利用した切羽の安定を得ることが出来ない。
また大深度地下等から、泥水シールド工法によるシールドマシンの初期発進をする際には、切羽圧力の設定値が一時的に低く、地上部に設置した泥水調整槽からの水頭圧力が不必要なものとなり、現状の施工に於いては泥水供給配管の途中に絞りバルブを設け、泥水供給時の抵抗負荷を与えることで水頭圧力の低減対策としている。しかしながら絞りバルブの設置箇所において急激な抵抗負荷をかけることから、供給ポンプと排出ポンプのバランスが崩れやすく、ポンプの回転数制御や調整が困難となって切羽の安定性を確保することが難しい。
又、切羽部から排出される泥水圧力が低いことから、地上部に設置される泥水処理プラントまで泥水を輸送する為に必要な揚程が大きくなり、排泥管の排出ポンプの設置台数が増える場合やポンプ設置場所を変更する場合が有り、設備の設置上からも困難性を伴なう。
【０００４】
本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは切羽圧力が高い状況下、又は低い状況下に於いても容易に切羽の安定、掘削土砂の排出を図ることが出来る、流体の輸送システムを提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、輸送エネルギーの回収と有効利用を図ることができる流体の輸送システムを提供することにある。
【０００５】
【問題を解決するための手段】
本発明は、流体の輸送システムであって、流体の輸送する管の途中に羽根車を内蔵した抵抗体を介装したことを特徴とする、流体の輸送システムである。
さらに本発明は、泥水シールド工法の流体輸送システムであって、切羽へ流体を輸送する供給管の途中に羽根車を内蔵した抵抗体を介装したことを特徴とする、流体の輸送システムである。
また本発明は、泥水シールド工法の流体輸送システムであって、切羽から流体を輸送する輸送管の途中に羽根車を内蔵した抵抗体を介装したことを特徴とする、流体の輸送システムである。
さらに本発明は、泥水シールド工法の流体輸送システムであって、切羽へ流体を輸送する供給管の途中と、切羽から流体を輸送する輸送管の途中に羽根車を内蔵した抵抗体を夫々介装したことを特徴とする、流体の輸送システムである。
さらに本発明は、抵抗体から延びる軸に発電機、又はポンプを接続した事を特徴とする、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の流体の輸送システムである。
【０００６】
【発明の実施の形態１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００７】
＜イ＞輸送システムの概要
図１に泥水シールド工法に適用した流体の輸送システムのモデル図を示す。
泥水を貯蓄する地上タンク１０とシールドマシン２０のチャンバ２１（切羽）間を供給管３０で接続し、地上側の供給管３０の途中に供給ポンプＰ１を介装しており、この供給ポンプＰ１の回転をコントロールして、切羽圧力を制御しながら供給管３０を通じてチャンバ２１へ泥水を供給し得るようになっている。
【０００８】
シールドマシン２０のチャンバ２１（切羽）と地上のプラント設備１１との間は輸送管３１で接続してある。
輸送管３１の途中には排出ポンプＰ２が設置してあり、掘削に伴い排出されるスラリー状の土砂をプラント設備１１へ輸送する方式であり、この排出ポンプＰ２の回転をコントロールして、排出流量を一定に保持制御しながら供給管３１を通じて泥水処理プラントまで泥水を輸送し得るようになっている。
また礫等が予想される場合には、チャンバ２１の出口、排出管に公知の破砕機を設けて対処する。
尚、図１中符号Ｖ１〜Ｖ３は各管に設けたバルブであり、ＰＴ１、ＰＴ２は圧力検出器である。
【０００９】
＜ロ＞流体輸送システムの切羽圧力制御
これまでの泥水シールド工法にて使用される流体の輸送システムにおいては、切羽へ流体を輸送する供給管の途中に供給ポンプＰ１を介装し、切羽圧力変化にポンプ回転数を可変させることで対応させて切羽圧力を制御しているが、初期発進時等においては切羽圧力設定値に比較して供給配管内の水頭圧力が必要以上に十分に高い場合が多く、供給ポンプＰ１による切羽圧力制御を行えない場合がある。
このため、切羽圧力供給管の途中に任意開度調節が可能なバルブ１８を設けて開度を調節、泥水供給配管経路の流路断面を制限し、管路抵抗負荷を増やすことで泥水供給時の水頭圧力を制御、供給ポンプＰ１での切羽圧力制御を行っているが、バルブに抵抗負荷を持たせることからバルブ本体の摩耗が激しく、又、バルブ通過に伴なう圧力ー流量特性が不安定であることから切羽圧力制御を困難なものとしている。
【００１０】
そこで本発明では、供給管３０の途中に抵抗体５０を設け、泥水供給量を抑制、抵抗体５０の管路抵抗負荷を一定に制御しながら供給ポンプＰ１と協働して切羽の圧力制御を行い、切羽の安定化制御に寄与させる。
図２に例示した抵抗体５０について説明すると、中空のハウジング５１と、ハウジングに内蔵された羽根車と、羽根車から延びる軸５２とを有し、ハウジング５１に形成した吸引口と排出口を夫々供給管３０に接続する。
軸受５３で支持した軸５２には抵抗装置５４を設け、軸５２に回転抵抗を付与し得るように成っている。抵抗装置５４としては、軸５２の外周面に摩擦材を直接に圧接したり、軸５２に一体に形成した円盤に摩擦材を圧接したりして回転運動に抵抗を与える摩擦抵抗式の制動装置を適用できる。勿論、軸５２に付与する抵抗は調整可能である。
抵抗装置５４は上記した形態に限定されず、パウダークラッチ、トルクコンバータ、機械的クラッチなどの回転運動を減衰可能な公知の手段を適用できる。
また抵抗体５０は羽根車の回転抵抗を可変調整可能な構造の他に、抵抗が一定のものであってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態２】
以上は抵抗体５０を泥水供給側の供給管３０に設けた場合について説明したが、図１の破線で示すように抵抗体５０を排出側の輸送管３１の途中に介装する場合もある。
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態について説明する。
【００１２】
＜イ＞流体輸送システムの排泥流量抑制
図１に泥水シールド工法に適用した流体の輸送システムのモデル図を示す。
シールドマシン２０での掘進に際し、供給ポンプＰ１、排出ポンプＰ２を稼動して地上タンク１０から切羽へ泥水を供給し、チャンバーにて掘削土砂を取り込んだ泥水を泥水処理プラント１１まで流体輸送する。
この際、掘削土砂が輸送管内に沈降することを防止することが必要で有ることから、輸送管内の泥水の流速を限界最低流速以上に保つことが要求され、流動変動に合わせて排出ポンプＰ２の回転数を制御、コントロールすることで対応している。
又、限界最低流速を一定に保持することで、供給ポンプＰ１が行っている切羽の安定化、圧力制御に寄与している。
【００１３】
例えば山岳トンネルなどにおいて、初期発進時から１．０ＭＰａ前後の切羽圧力が必要な場合には供給ポンプＰ１を大型化、ポンプ揚程能力を高めることで可能となるが、排出側の泥水圧力も当然のこととして高く成る。
そのため、通常の流体輸送のように輸送管３１を経由して泥水処理プラント設備１１にそのまま流体輸送をした場合には、排出ポンプＰ２のポンプ揚程（動力）は必要とせず、逆に排出側の圧力（流量）を制御しないと、供給側と排出側の泥水流量バランスがとれず、切羽の安定を図ることができない。
【００１４】
排出側の圧力（流量）抑制を行う方法としてバルブによる絞りが考えられるが、バルブ本体の摩耗が激しいだけではなくバルブ通過に伴なう圧力ー流量特性が悪く、又、排出側であることから掘削土砂の固形物による輸送管閉塞が想定され、バルブの採用は現実的ではない。
【００１５】
そこで本発明では輸送管３１の途中に抵抗体５０を介装し、抵抗体５０の通過時に掘削土砂を含む泥水に強制的に負荷をかけることにより、供給側と排出側の流量バランスをとることができる。
抵抗体５０の排出側の圧力は、抵抗体としての運動エネルギーの損失分だけ、流入側と比べると低くなる。又、抵抗体５０の負荷の大きさは、切羽圧力値の変動と排出流量から決定する事が出来、抵抗体の大きさを一定値に固定制御することで、供給ポンプＰ１、排出ポンプＰ２による通常の切羽の安定制御により切羽の高圧を保持したままの掘削が容易となる。
【００１６】
尚、抵抗体５０は輸送管３１に所定の間隔を隔てて複数配置したり、場合によっては、輸送管３１を分岐して複数の抵抗体５０を並列に設置したり、或は抵抗体５０を供給管３０と輸送管３１に夫々介装する場合もある。
【００１７】
【発明の実施の形態３】
図３は抵抗体５０で回収した運動エネルギーを発電源として利用した他の実施形態を示す。
本例は、抵抗体５０の軸に調速機５５を介在して発電機５６を接続し、抵抗体５０の軸５２の回転エネルギーを調速機５５で制御して発電するものである。
発電機５６で得られた電気は、蓄電したり、或いはトンネル内の照明等に利用する。
本例にあっては、前記した実施の形態の効果に加えて、抵抗体５０で回収した運動エネルギーを発電源として有効利用を図ることができると共に、省エネにも貢献する利点がある。
【００１８】
【発明の実施の形態４】
また抵抗体５０を供給管３０に、輸送管３１にスラリーポンプ５７を介装する場合もある。
図４は、供給管３０に抵抗体５０と輸送管３１にスラリ−ポンプ５７を並設した例を示し、抵抗体５０から延びる軸５２を調速機５５に接続し、調速機５５からスラリーポンプ５７側に延びる軸５８に接続することで供給側（供給管３０）の、輸送力を排出側（輸送管３１）に伝えて、エネルギーの有効利用を図るものである。
また本例にある組み合わせだけではなく、輸送管３１に抵抗体５０を設置し、供給管３０にスラリーポンプ５７を並設することも可能である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は少なくとも次の一つの効果を得ることができる。
＜イ＞流体の輸送する供給管または輸送管の途中に羽根車を内蔵した抵抗体を介装し、移送流体に定常的な負荷として作用させることで、泥水シールド工法で必要とされる切羽の安定、保持制御が低い圧力から高い圧力まで容易に図れることができる。
殊に、これまでに対処が困難とされてきた山岳トンネル工事や大深度地下からのシールドマシンの発進工事に好適である。
＜ロ＞輸送流体のエネルギーを抵抗体で回転力として回収することで発電に利用したり、他の回転源としても有効に活用することが可能であり、省エネにも役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】泥水シールド工法における流体の輸送システムのモデル図
【図２】抵抗体の説明図
【図３】発明の実施の形態３に係る説明図
【図４】発明の実施の形態４に係る説明図
【符号の説明】
１０　　　地上タンク
１１　　　プラント設備
１８　　　絞りバルブ
２０　　　シールドマシン
２１　　　チャンバ（切羽）
３０　　　供給管
３１　　　輸送管
４０　　　立坑
５０　　　抵抗体
５２　　　軸
５７　　　スラリーポンプ
Ｐ１　　　供給ポンプ
Ｐ２　　　排出ポンプ
【図１】
2004027633.tif 000003
【図２】
2004027633.tif 000004
【図３】
2004027633.tif 000005
【図４】
2004027633.tif 000006