(57)【要約】【課題】切羽の安定が良好に行えるシールド機及び泥水管理方法を提供すること。【解決手段】シールド機１のチャンバ５内の泥水の粘度を計測し、その計測結果に基づいてチャンバ５内に直接増粘剤を注入する。これにより、必要に応じて、チャンバ内の泥水粘度を迅速に調整することができ、泥水粘度を所望の状態とすることができる。従って、泥水を良好な状態に維持することにより、切羽の安定化が図れる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタと隔壁の間に形成されるチャンバに泥水を供給可能とし前記カッタの回転によって掘削を行うシールド機において、
前記チャンバ内の泥水の粘度を計測する粘度計測手段と、
前記粘度計測手段の計測結果に基づいて前記チャンバ内に直接増粘剤を注入する増粘剤注入手段と、
を備えたことを特徴とするシールド機。
【請求項２】
前記増粘剤注入手段は、前記隔壁から前記チャンバ側へ突出する注入管を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシールド機。
【請求項３】
前記粘度計測手段は、前記隔壁から前記チャンバ側へ突出して設けられ粘度計測すべき泥水を吸入する吸入管を備えていることを特徴する請求項１又は２に記載のシールド機。
【請求項４】
前記チャンバ内に泥水を注排水して前記チャンバ内の水圧を調整する水圧調整手段を備え、
前記チャンバ内の水圧が低下して前記水圧調整手段による泥水の注排水によっても所望の水圧を得られないときに、前記増粘剤注入手段による前記増粘剤の注入により水圧調整を行うこと、
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシールド機。
【請求項５】
カッタと隔壁の間に形成されるチャンバに泥水を供給して前記泥水の管理を行うシールド機における泥水管理方法において、
前記チャンバ内の泥水の粘度を計測する粘度計測工程と、
前記粘度計測工程における粘度計測の結果に基づいて前記チャンバ内に直接増粘剤を注入する増粘剤注入工程と、
を備えたことを特徴とするシールド機の泥水管理方法。
【請求項６】
前記増粘剤注入工程は、前記隔壁から前記チャンバ側へ突出する注入管により前記増粘剤を注入すること、
を特徴とする請求項５に記載のシールド機の泥水管理方法。
【請求項７】
前記粘度計測工程は、前記隔壁から前記チャンバ側へ突出して設けられる吸入管を通じて粘度計測すべき泥水を吸入すること、
を特徴する請求項５又は６に記載のシールド機の泥水管理方法。
【請求項８】
前記チャンバ内の水圧に応じて前記チャンバ内に泥水を注排水し前記チャンバ内の水圧を調整し、
その泥水の注排水によっても所望の水圧を得られないときに、前記増粘剤を前記チャンバ内に注入すること、
を特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のシールド機の泥水管理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの掘削に用いられるシールド機及びそのシールド機における泥水管理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、泥水式シールド機では、地上に設置された泥水プラントで作泥し、粘度調整された泥水を地上からチャンバに供給し、その泥水の水圧によって切羽の安定を確保しながら掘削を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、掘削時にチャンバ内の泥水の粘度調整が必要となったとき、地上の泥水プラントで粘度調整を行い、地上から切羽近くまで泥水を輸送すると、相当の時間を要することとなる。このため、切羽における泥水を所望の状態に維持することが困難であり、切羽の安定が十分に図れない。
【０００４】
そこで、本発明は、このような問題点を解消するためになされたものであって、切羽の安定が良好に行えるシールド機及びシールド機における泥水管理方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明に係るシールド機は、カッタと隔壁の間に形成されるチャンバに泥水を供給可能としカッタの回転によって掘削を行うシールド機において、チャンバ内の泥水の粘度を計測する粘度計測手段と、　粘度計測手段の計測結果に基づいてチャンバ内に直接増粘剤を注入する増粘剤注入手段とを備えている。
【０００６】
また本発明に係るシールド機の泥水管理方法は、カッタと隔壁の間に形成されるチャンバに泥水を供給して泥水管理を行うシールド機の泥水管理方法において、チャンバ内の泥水の粘度を計測する粘度計測工程と、粘度計測工程における粘度計測の結果に基づいてチャンバ内に直接増粘剤を注入する増粘剤注入工程とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
これらの発明によれば、チャンバ内における泥水粘度に基づいて直接チャンバ内に増粘剤を注入可能としたことにより、チャンバ内の泥水粘度を迅速に調整することができ、泥水粘度を所望の状態とすることができる。従って、泥水を良好な状態に維持することにより、切羽の安定化が図れる。
【０００８】
また本発明に係るシールド機は、前述の増粘剤注入手段が隔壁からチャンバ側へ突出する注入管を備えていることを特徴とする。
【０００９】
また本発明に係るシールド機の泥水管理方法は、増粘剤注入工程にて隔壁からチャンバ側へ突出する注入管により増粘剤を注入することを特徴とする。
【００１０】
これらの発明によれば、隔壁から突出する注入管から増粘剤を注入することにより、チャンバ内の泥水に増粘剤を効率よく混合できる。このため、増粘剤を直接チャンバ内に注入する場合であっても、粘度調整を適切に行える。
【００１１】
また本発明に係るシールド機は、前述の粘度計測手段が隔壁からチャンバ側へ突出して設けられ粘度計測すべき泥水を吸入する吸入管を備えていることを特徴する。
【００１２】
また本発明に係るシールド機の泥水管理方法は、粘度計測工程にて隔壁からチャンバ側へ突出して設けられる吸入管を通じて粘度計測すべき泥水を吸入することを特徴する。
【００１３】
これらの発明によれば、隔壁から突出する吸入管から泥水を吸入することにより、切羽に近い位置で泥水の粘度計測が行える。このため、適切な粘度計測が可能となる。
【００１４】
また本発明に係るシールド機は、チャンバ内に泥水を注排水してチャンバ内の水圧を調整する水圧調整手段を備え、チャンバ内の水圧が低下して水圧調整手段による泥水の注排水によっても所望の水圧を得られないときに増粘剤注入手段による増粘剤の注入により水圧調整を行うことを特徴とする。
【００１５】
また本発明に係るシールド機の泥水管理方法は、チャンバ内の水圧に応じてチャンバ内に泥水を注排水しチャンバ内の水圧を調整し、その泥水の注排水によっても所望の水圧を得られないときに増粘剤をチャンバ内に注入することを特徴とする。
【００１６】
これらの発明によれば、泥水の注排水による水圧調整が困難な場合であっても、増粘剤をチャンバ内に注入することにより、所望の水圧を得ることが可能となる。このため、切羽の安定化が図れる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明における実施の形態について説明する。尚、各図において同一要素には同一符号を付して説明を省略する。また、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致していない。
（第一実施形態）
図１に本実施形態に係るシールド機の構成概要図を示す。
【００１８】
本図に示すように、シールド機１は、泥水式のシールドマシンであり、筒状のシールド２を有し、そのシールド２の前方にカッタ３を備えている。カッタ３は、回転して切羽の掘削する掘削手段であり、その表面側にはカッタビット３ａが設けられている。また、カッタ３の背面には、撹拌棒３ｂが設けられている。
【００１９】
シールド２におけるカッタ３の後方には、隔壁（バルクヘッド）４が設けられ、その隔壁４とカッタ３との間にはチャンバ５が形成されている。チャンバ５は、泥水の注水及び排水が可能となっている。例えば、隔壁４を貫通して注水管６及び排水管７が設けられ、注水管６によりチャンバ５内に泥水が注水され、排水管７によりチャンバ５内の泥水が排水される。
【００２０】
注水管６及び排水管７は、泥水の水圧調整手段として機能するものであり、これらの泥水の注排水により、チャンバ５内の水圧調整が行われる。また、チャンバ５がカッタ３の開口部（図示なし）を通じて切羽に連通しているため、チャンバ５内の水圧を調整することにより、切羽に加わる水圧を調整することができる。切羽に対する泥水圧を適切に調整することによって、切羽からの土圧及び水圧に対抗することができ、切羽の安定化が図られる。
【００２１】
シールド機１には、粘度計測器１０が設けられている。粘度計測器１０は、チャンバ５内の泥水の粘度を計測する粘度計測手段として機能する。粘度計測器１０は、泥水循環経路１１の途中に配設されている。泥水循環経路１１は、隔壁４に設けられる吸水管１２と排水管１３との間に形成され、チャンバ５内から吸水されチャンバ５へ排水される泥水を循環させるための経路として機能する。
【００２２】
吸水管１２は、隔壁４からチャンバ５側へ突出して設けられている。このため、切羽に近い位置で泥水を吸入することができ、適切な粘度計測が可能となる。吸水管１２の突出長は、吸水管１２の先端が少なくともチャンバ５の中央位置よりカッタ３側に位置するように設定するのが望ましい。また、より望ましくは、吸水管１２の先端がカッタ３の背面の近傍に位置するように設定される。
【００２３】
泥水循環経路１１の吸水管１２の下流位置には、弁１４が設置されている。弁１４は、泥水循環経路１１の吸水部分の開閉を行う弁であり、シールド機１の作動時には開状態とされ、シールド機１のメンテナンス時などに閉状態とされる。
【００２４】
排水管１３の上流位置には、弁１５が設置されている。弁１５は、泥水循環経路１１の排水部分の開閉を行う弁であり、シールド機１の作動時には開状態とされ、シールド機１のメンテナンス時などに閉状態とされる。
【００２５】
シールド機１には、チャンバ５内の水圧を計測する水圧計測器２０が設けられている。水圧計測器２０は、チャンバ５に連通する取水経路２１に取り付けられ、泥水の水圧を計測する。
【００２６】
隔壁４には、注入管３１が突設されている。注入管３１は、増粘剤をチャンバ５内に注入する管体であり、隔壁４からチャンバ５側へ突出して設けられている。注入管３１の突出長は、その注水管３１の先端が少なくともチャンバ５の中央位置よりカッタ３側に位置するように設定するのが望ましい。更に、より望ましくは、注入管３１の先端がカッタ３の背面の近傍に位置するように設定される。
【００２７】
シールド機１には、増粘剤を収容するタンク３２が設けられている。タンク３２は、配管などからなる増粘剤流通経路３３を介して注入管３１に増粘剤を供給する。増粘剤流通経路３３には、上流側からポンプ３４、アキュームレータ３５、弁３６、弁３７が順次設けられている。弁３６は、開閉制御可能なオートバルブである。この弁３６を開くことにより増粘剤がチャンバ５内に注入され、弁３６を閉じることによりその注入が停止される。弁３７は、弁１４などと同様に、メンテナンス時に閉弁され増粘剤流通経路３３を遮断するために用いられる。
【００２８】
シールド機１には、制御器４０が設けられている。制御器４０は、チャンバ５内の泥水の水圧制御及び粘性制御を行う制御手段である。制御器４０は、水圧計測器２０の出力信号を入力し、その計測結果に基づいて注水管６の注水量の調整を行い、水圧を制御する。また、制御器４０は、粘度計測器１０の出力信号を入力し、その計測結果に基づいてポンプ駆動手段であるインバータ３８を駆動させポンプ３４を作動させる。このポンプ３４の作動により、増粘剤の注入量の調整を行い、チャンバ５内における泥水の粘度を制御する。
【００２９】
タンク３２、ポンプ３４、制御器４０は、チャンバ５に近い位置に設置されることが望ましく、例えば、シールド２の後方に接続される後方台車（図示なし）に設置される。また、これらのタンク３２などは、シールド２内も設置してもよい。
【００３０】
なお、シールド機１は、掘進時に用いられるシールドジャッキなどを装備しているが、図１ではその図示を省略してある。
【００３１】
次に本実施形態に係るシールド機１の動作及び泥水管理方法について説明する。
【００３２】
図１において、シールド機１のカッタ３が回転駆動され、カッタ３の回転に伴い地山の切羽が掘削される。その際、チャンバ５内は注水管６から注水された泥水によって充填されており、その泥水圧により切羽の山留めが行われる。
【００３３】
この掘削時において、チャンバ５内の泥水における水圧及び粘度の計測が行われる。水圧計測は、水圧計測器２０により行われ、水圧計測器２０の検出信号が制御器４０に出力される。
【００３４】
一方、粘度計測は、粘度計測器１０により行われる。すなわち、吸水管１２からチャンバ５内の泥水が吸水され、泥水循環経路１１を通じて泥水が粘度計測器１０に供給される。粘度計測器１０は、泥水の粘度を計測して、その検出信号を制御器４０に出力する。そして、泥水は、泥水循環経路１１を通じて排水管１３に送水され、排水管１３からチャンバ５へ排出される。
【００３５】
このように、泥水循環経路１１を通じてチャンバ５内の泥水を循環させて粘度計測を行うことにより、泥水の粘度変化を迅速に検出することができる。また、吸水管１２を隔壁４に突設することにより、切羽に近い位置で泥水を吸入することができ、適切な粘度計測が行える。
【００３６】
制御器４０は、水圧計測器２０の出力信号を入力し、その計測結果に基づいて注水管６の注水量の調整を行い、チャンバ５内の泥水の水圧が所定の水圧になるように水圧を制御する。その際、水圧の変動などにより、注水管６からの注水のみでは水圧制御が困難な場合には、ポンプ３４を駆動し、注入管３１からチャンバ５内に増粘剤を注入する。これにより、切羽水圧の安定化が図れる。
【００３７】
一方、制御器４０は、粘度計測器１０の出力信号を入力し、その計測結果に基づいて注入管３１からの増粘剤の注入量の調整を行い、チャンバ５内の泥水粘度が所定の粘度になるように粘度を制御する。このとき、増粘剤をチャンバ５に直接注入してチャンバ５内の泥水の粘度調整を行うため、泥水粘度を調整した後に泥水を搬送し注入する場合と比べ、粘度調整が迅速に行える。従って、チャンバ５及び切羽における泥水の粘度変動を抑制でき、掘削地山の崩壊及び逸泥を防止して、切羽の安定化が図れる。
【００３８】
また、注入管３１を隔壁４に突設することにより、チャンバ５内の泥水に増粘剤を効率よく混合することができる。このため、増粘剤を直接チャンバ５内に注入する場合であっても、粘度調整を適切に行える。また、切羽に近い位置に増粘剤を注入することができるため、切羽における泥水の粘度調整を迅速に行える。これにより、切羽の安定化が図れる。
【００３９】
そして、排水管７によりチャンバ５から排出された泥水は、流体輸送によってシールド機１外部へ搬送される。
【００４０】
以上のように、本実施形態に係るシールド機及び泥水管理方法によれば、直接チャンバ５内に増粘剤を注入可能としたことにより、チャンバ５内の泥水粘度を迅速に調整することができ、泥水粘度を所望の状態とすることができる。従って、泥水を良好な状態に維持することにより、切羽の安定化を図ることができる。
【００４１】
また、隔壁４から突出する注入管３１から増粘剤を注入することにより、チャンバ５の内部の泥水に増粘剤を効率よく混合できる。このため、増粘剤を直接チャンバ５内に注入する場合であっても、粘度調整を適切に行える。
【００４２】
また、隔壁４から突出する吸入管１２から泥水を吸入することにより、切羽に近い位置で泥水の粘度計測が行える。このため、適切な粘度計測が可能となる。
【００４３】
更に、注入管６及び排水管７の泥水の注排水だけは水圧調整が困難な場合でも、増粘剤を注入することにより、所望の泥水圧を得ることが可能となる。このため、切羽の安定化が図れる。
（第二実施形態）
次に本発明の第二実施形態に係るシールド機及び泥水管理方法について説明する。
【００４４】
図２に本実施形態に係るシールド機の構成概要図を示す。本図に示すように、本実施形態に係るシールド機１ａは、水を収容するタンク５０を備え、タンク５０の水を注入管３１を介してチャンバ５内に注入可能としたものである。
【００４５】
増粘剤を収容するタンク３２と注入管３１の間に形成される増粘剤流通経路３３において、タンク３２の下流側には逆止弁６１が設けられており、タンク３２への逆流を防止している。また、増粘剤流通経路３３のポンプ３４とアキュームレータ３５の間には、オートバルブである弁６２が設けられている。
【００４６】
水を収容するタンク５０と増粘剤流通経路３３の弁６２の下流位置との間には、水流通経路５１が形成されている。この水流通経路５１には、タンク５０側からポンプ５２、弁５３が順次設けられている。ポンプ５２は、ポンプ駆動手段であるインバータ５４の作動によって駆動する。インバータ５４は、制御器４０の制御信号に基づいて作動する。
【００４７】
タンク５０、ポンプ５２は、チャンバ５に近い位置に設置されることが望ましく、例えば、シールド２の後方に接続される後方台車（図示なし）に設置される。また、タンク５０などをシールド２内も設置してもよい。
【００４８】
このようなシールド機１ａ及び泥水管理方法によれば、ポンプ３４を駆動して注入管３１から増粘剤をチャンバ５内に直接注入できるため、第一実施形態に係るシールド機１及び泥水管理方法と同様な作用効果が得られる。
【００４９】
また、切羽の泥水圧が低下し、泥水の粘度が適正であるときには、ポンプ３４及びポンプ５２の双方を駆動制御して、注入管３１から所望粘度の泥水をチャンバ５内に注入することができる。これにより、切羽における泥水の粘度を維持しつつ、泥水圧を上昇させて所望の水圧を得ることができる。
【００５０】
図３に本実施形態に係るシールド機及び泥水管理方法の変形例を示す。
【００５１】
本図に示すように、シールド機１ｂは、水流通経路５１を増粘剤流通経路３３のポンプ３４上流側に接続し、一つのポンプ３４で増粘剤と水の注入を可能としたものである。
【００５２】
このシールド機１ｂによれば、ポンプ３４を駆動して注入管３１から増粘剤をチャンバ５内に直接注入できるため、第一実施形態に係るシールド機１及び泥水管理方法と同様な作用効果が得られる。
【００５３】
また、切羽の泥水圧が低下し、泥水の粘度が適正であるときには、弁６２と弁５３の双方を開きポンプ３４を駆動して、注入管３１から所望粘度の泥水をチャンバ５内に注入することができる。これにより、切羽における泥水の粘度を維持しつつ、泥水圧を上昇させて所望の水圧を得ることができる。
【００５４】
以上のように、本実施形態に係るシールド機１ａ、１ｂ及び泥水管理方法によれば、第一実施形態に係るシールド機１及び泥水管理方法と同様な効果に加え、切羽の泥水の粘度が適正であって水圧が低下した場合に、切羽における泥水の粘度を維持しつつ、泥水圧を上昇させて所望の水圧を得ることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、切羽の泥水を所望の状態に調整ができ、切羽の安定化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係るシールド機の説明図である。
【図２】第二実施形態に係るシールド機の説明図である。
【図３】第二実施形態に係るシールド機の変形例の説明図である。
【符号の説明】
１…シールド機
２…シールド
３…カッタ
４…隔壁
５…チャンバ
６…注水管
７…排水管
１０…粘度計測器
１１…泥水循環経路
１２…吸水管
２０…水圧計測器
３１…注入管
３２…タンク
３３…増粘剤流通経路
３４…ポンプ
４０…制御器
【図１】
2004052414.tif 000003
【図２】
2004052414.tif 000004
【図３】
2004052414.tif 000005