(57)【要約】【課題】高低差がある区間で流体を連続的に輸送する場合に、その区間の距離が次第に長くなっていってもその高低差のある区間で支障なく流体を連続的に輸送する。【解決手段】バルブ２２を介して相互に接続された複数の配管２６を有する液体輸送管１７と、この液体輸送管１７内に液体を導き入れるポンプ２３と、前記バルブ２２間で延びる配管２６の途中に配置されて、前記配管２６内に送り込まれた液体の圧力を検出する管内圧力検出手段２４と、前記液体の圧力の変化に応じて前記バルブ２２の開閉タイミング及び開度を制御する制御手段１９ａとで構成する。【選択図】      図１
2004176507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブを介して相互に連結された複数の配管が水平位置の高い上流側から水平位置の低い下流側に向かって延びるように配置された液体輸送管を使用し、最も上流の配管内に送り込んだ液体を、各配管内を通過させて下流側に向けて連続的に輸送する液体輸送方法であって、
前記各配管内の液体の圧力を検出する圧力検出工程と、
前記配管のうち、前記圧力検出工程で検出された液体の圧力が予め設定された基準圧力を上回った配管の上流側に配置されたバルブを絞ることによりこの配管に流れ込む液体の流量を低減させるとともに、前記基準圧力を下回った配管の上流側に配置されたバルブを開くことによりこの配管に流れ込む液体の流量を増加させる流量制御工程とを備えることを特徴とする液体輸送方法。
【請求項２】
請求項１に記載の液体輸送方法において、前記流量制御工程での前記配管に流れ込む前記液体の流量は、前記圧力検出工程で検出された前記液体の圧力が前記基準圧力に一致するように、前記圧力検出工程で検出された前記液体の圧力と前記基準圧力との偏差に基づいてＰＩＤ制御されていることを特徴とする液体輸送方法。
【請求項３】
可変速ポンプを介して相互に連結された複数の配管が、水平位置が低い上流側から水平位置が高い下流側に向かって延びるように配置されるとともに、前記可変速ポンプ間で延びる前記配管の途中に配置されたバルブを有する液体輸送管を使用し、閉鎖された前記バルブ間で前記各配管内に満たされた液体を、前記各バルブを開けることにより上流側から下流側に向けて連続的に輸送する液体輸送方法であって、
前記各バルブを閉じたまま上流側から下流側に向けて前記各可変速ポンプに液体を吐出させて前記バルブの上流側での前記配管内の圧力を上げるとともに、前記バルブの下流側での前記配管内の圧力を下げる配管内圧力調整工程と、
前記バルブで隔てられた上下の前記配管内の液体の圧力が等しくなったときに、前記バルブを開くとともに、前記可変速ポンプの液体吐出量を高めて前記配管内の前記液体を下流側に輸送する輸送工程とを備えることを特徴とする液体輸送方法。
【請求項４】
輸送する液体を貯留するとともに、水平位置が高い上流側に配置される上流側液槽と、
輸送された前記液体を貯留するとともに、水平位置が低い下流側に配置される下流側液槽と、
バルブを介して相互に接続された複数の配管を有するとともに、前記上流側液槽及び前記下流側液槽とを結ぶ液体輸送管と、
前記上流側液槽に接続される前記配管に配置されて、前記上流側液槽内の液体を前記液体輸送管内に導き入れるポンプと、
前記バルブ間で延びる前記配管の途中に配置されて、その配管内に送り込まれた液体の圧力を検出して管内圧力検出信号を出力する管内圧力検出手段と、
前記管内圧力検出手段からの前記管内圧力検出信号を受けて前記バルブの開閉タイミング及び開度を制御する制御手段とを備えることを特徴とする液体輸送装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液体輸送装置において、前記下流側液槽に配置されて、この下流側液槽に貯留される液体の液面位置を検出して槽内液面検出信号を出力する液面検出手段と、この液面検出手段からの前記槽内液面検出信号を受けて前記バルブの開度を制御する制御手段とを備えることを特徴とする液体輸送装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の液体輸送装置において、前記バルブ間で延びる前記配管の途中には、充填される液体の液面基準位置が予め設定されるとともに、前記制御手段は、前記管内圧力検出信号に基づいて特定した配管内の液面位置が前記液面基準位置に一致するように、前記配管内の前記液面位置と前記液面基準位置との偏差を演算して前記バルブの開度をＰＩＤ制御することを特徴とする液体輸送装置。
【請求項７】
輸送する液体を貯留するとともに、水平位置が低い上流側に配置される上流側液槽と、
可変速ポンプを介して相互に連結された複数の配管を有するとともに、その一端が前記上流側槽に接続されて前記液体を水平位置が高い下流側に輸送する液体輸送管と、
前記可変速ポンプ間で延びる前記配管の途中に配置されるバルブと、
前記バルブを挟み込むように前記配管にそれぞれ配置されるとともに、前記配管内の圧力を検出して圧力検出信号を出力する吐出圧力検出手段及び吸込圧力検出手段と、
前記吐出圧力検出手段及び前記吸込圧力検出手段からの圧力検出信号を受けて前記可変速ポンプの回転数及び前記バルブの開閉タイミングを制御する制御手段とを備えることを特徴とする液体輸送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高低差のある区間で液体を連続的に輸送する液体輸送方法及び液体輸送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、泥水式シールドを使用した工法では、例えば特許文献１に記載されているように、切羽の安定を図るとともに掘削土砂を坑外に搬出するために、カッターチャンバ内には泥水が送り込まれる。この泥水の輸送には、地上に設置された泥水の調整槽とカッターチャンバとの間を結ぶ送泥配管及び送泥配管の途中に配置された送泥ポンプが使用される。そして、カッターチャンバ内で掘削土砂と混合攪拌された泥水は、カッターチャンバと地上とを結ぶ排泥配管及び排泥配管の途中に配置された排泥ポンプで地上まで輸送される。地上まで輸送された泥水は、所定の泥水処理施設で掘削土砂が除去された後、調整槽に戻される。
【０００３】
このような泥水式シールドを使用した工法では、掘削方向に向かってシールドが進行すると、送泥配管及び排泥配管の途中に伸縮管といった配管延長補助装置が継ぎ入れられる。シールドが進行していくにしたがって、これら送泥配管、排泥配管及び伸縮管等で構成される送排泥ラインは延伸されていく。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１１５１８０号公報（第４頁、図１及び図２参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、泥水式シールドを立坑の掘削に使用する場合には、送排泥ラインを制限なく延伸することはできず、立坑の掘削深度に限界が生じる。すなわち立坑の深さが深まるにつれて、前記した配管やポンプにかかる泥水の圧力は高まっていくが、立坑の最深部での泥水の圧力が、配管の耐久圧やポンプが適正に動作する圧力限界を超えると、泥水を輸送することができなくなるため、それ以上に掘削深度を高めることはできない。一般に、泥水式シールドを立坑の掘削に使用する場合の掘削深度の限界（泥水の輸送深さの限界）は、７０〜８０ｍであると考えられている。したがって、これまで限界とされている掘削深度をさらに高めようとすれば、泥水をさらに深い位置まで送り込み、かつ送り込んだ泥水を、その深い位置から汲み出すことができる液体輸送システムが必要となる。
【０００６】
そこで、本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、高低差がある区間で液体を連続的に輸送する場合に、その区間の距離が次第に長くなっていってもその高低差のある区間で支障なく液体を連続的に輸送することができる液体輸送方法及び液体輸送装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の液体輸送方法は、バルブを介して相互に連結された複数の配管が水平位置の高い上流側から水平位置の低い下流側に向かって延びるように配置された液体輸送管を使用し、最も上流の配管内に送り込んだ液体を、各配管内を通過させて下流側に向けて連続的に輸送する液体輸送方法であって、前記各配管内の液体の圧力を検出する圧力検出工程と、前記配管のうち、前記圧力検出工程で検出された液体の圧力が予め設定された基準圧力を上回った配管の上流側に配置されたバルブを絞ることによりこの配管に流れ込む液体の流量を低減させるとともに、前記基準圧力を下回った配管の上流側に配置されたバルブを開くことによりこの配管に流れ込む液体の流量を増加させる流量制御工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この液体輸送方法では、バルブを介して相互に連結された複数の配管を備える液体輸送管が使用されており、しかも各配管内での液体の圧力が所定の圧力を超えないように、各バルブの開度が調整されている。したがって、液体輸送管を通して、水平位置の高い上流側から水平位置の低い下流側に向かって液体を連続的に輸送するにあたって、輸送される液体の圧力のすべてが液体輸送管の最低部にかかることがない。つまり、これら配管及びバルブが継ぎ足されて液体輸送管の長さが延伸することによって、液体輸送区間の高低差が大きくなったとしても、液体輸送管の最低部にかかる液体の圧力が増加することがないので、その高低差のある区間でも支障なく液体を輸送することができる。
【０００９】
請求項２に記載の液体輸送方法は、請求項１に記載の液体輸送方法において、前記流量制御工程での前記配管に流れ込む前記液体の流量は、前記圧力検出工程で検出された前記液体の圧力が前記基準圧力に一致するように、前記圧力検出工程で検出された前記液体の圧力と前記基準圧力との偏差に基づいてＰＩＤ制御されていることを特徴とする。
【００１０】
この液体輸送方法では、圧力検出工程で検出された液体の圧力で配管内の液体の液面位置が特定される。そして、圧力検出工程で検出された液体の圧力が基準圧力に一致するように、配管に流れ込む前記液体の流量がＰＩＤ制御される。したがって、この液体輸送方法によれば、配管内の液体の液面位置が、予め設定した基準圧力を示す配管内の所定の位置まで迅速に到達するように配管に流れ込む液体の流量を調節することができる。
【００１１】
請求項３に記載の液体輸送方法は、可変速ポンプを介して相互に連結された複数の配管が、水平位置が低い上流側から水平位置が高い下流側に向かって延びるように配置されるとともに、前記可変速ポンプ間で延びる前記配管の途中に配置されたバルブを有する液体輸送管を使用し、閉鎖された前記バルブ間で前記各配管内に満たされた液体を、前記各バルブを開けることにより上流側から下流側に向けて連続的に輸送する液体輸送方法であって、前記各バルブを閉じたまま上流側から下流側に向けて前記各可変速ポンプに液体を吐出させて前記バルブの上流側での前記配管内の圧力を上げるとともに、前記バルブの下流側での前記配管内の圧力を下げる配管内圧力調整工程と、前記バルブで隔てられた上下の前記配管内の液体の圧力が等しくなったときに、前記バルブを開くとともに、前記可変速ポンプの液体吐出量を高めて前記配管内の前記液体を下流側に輸送する輸送工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
この液体輸送方法では、可変速ポンプで液体を輸送しているときは、各可変速ポンプが液体輸送管内の液体の圧力を分散して受けているので、液体輸送管内の全ての液体圧力が最低部にかかることはない。また、液体の輸送を中断しているときは、液体が配管ごとにバルブで隔てられることにより液体輸送管内に分散して滞留しているので、液体輸送管に滞留する全ての液体の圧力が最低部にかかることはない。したがって、配管及びバルブが継ぎ足されて液体輸送管の長さが延伸することによって、液体輸送区間の高低差が大きくなったとしても、液体輸送管の最低部にかかる液体の圧力は増加することがないので、その高低差のある区間でも支障なく液体を輸送することができる。
【００１３】
請求項４に記載の液体輸送装置は、輸送する液体を貯留するとともに、水平位置が高い上流側に配置される上流側液槽と、輸送された前記液体を貯留するとともに、水平位置が低い下流側に配置される下流側液槽と、バルブを介して相互に接続された複数の配管を有するとともに、前記上流側液槽及び前記下流側液槽とを結ぶ液体輸送管と、前記上流側液槽に接続される前記配管に配置されて、前記上流側液槽内の液体を前記液体輸送管内に導き入れるポンプと、前記バルブ間で延びる前記配管の途中に配置されて、その配管内に送り込まれた液体の圧力を検出して管内圧力検出信号を出力する管内圧力検出手段と、前記管内圧力検出手段からの前記管内圧力検出信号を受けて前記バルブの開閉タイミング及び開度を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
この液体輸送装置によれば、上流側液槽に貯留される液体は、バルブを介して相互に接続された複数の配管を有している液体輸送管を通して下流側液槽に輸送される。そして、この液体輸送装置で液体が輸送されるにあたって、各バルブの開度は、管内圧力検出手段で検出された配管内の圧力に応じて制御手段により制御されている。すなわち、配管内の圧力に応じて、その配管内に上流側から流れ込む液体の流量は、バルブの開度により調節される。したがって、管内圧力検出手段及び制御手段によって、各配管における圧力が予め設定した所定の圧力を超えないようにバルブの開度を調節することができる。
【００１５】
このように各配管内の圧力が所定の圧力を超えないように設定されることによって、輸送される液体の圧力のすべてが液体輸送管の最低部にかかることがない。つまり、これら配管及びバルブが継ぎ足されて液体輸送管の長さが延伸することによって、液体輸送区間の高低差が大きくなったとしても、液体輸送管の最低部にかかる液体の圧力は増加することがないので、その高低差のある区間でも支障なく液体を輸送することができる。
【００１６】
また、管内圧力検出手段によって検出される各配管内の圧力に基づけば、配管内の液量を間接的に知ることができる。したがって、管内圧力検出手段から出力される管内圧力検出信号に基づいてバルブの開閉タイミングを制御手段が制御することによって、液体を効率よく上流側から下流側に向けて輸送することができる。
【００１７】
請求項５に記載の液体輸送装置は、請求項４に記載の液体輸送装置において、前記下流側液槽に配置されて、この下流側液槽に貯留される液体の液面位置を検出して槽内液面検出信号を出力する液面検出手段と、この液面検出手段からの前記槽内液面検出信号を受けて前記バルブの開度を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１８】
この液体輸送装置では、下流側液槽の液面位置に応じて、制御装置はバルブの開度を調節する。この液面位置に応じてバルブの開度を調節することによって、液体輸送管の液体の流量を調節すれば、下流側液槽の液面位置を所定の液面位置に維持しつつ、前記した上流側液槽から下流側液槽に向けて輸送することができる。そして、この液体輸送装置を例えば泥水式シールドの泥水輸送装置に使用すれば、カッターチャンバ、すなわち下流側液槽の液体圧力（カッターチャンバでの泥水圧力）を一定に維持するように液体（泥水）を輸送することができる。
【００１９】
請求項６に記載の液体輸送装置は、請求項４または請求項５に記載の液体輸送装置において、前記バルブ間で延びる前記配管の途中には、充填される液体の液面基準位置が予め設定されるとともに、前記制御手段は、前記管内圧力検出信号に基づいて特定した配管内の液面位置が前記液面基準位置に一致するように、前記配管内の前記液面位置と前記液面基準位置との偏差を演算して前記バルブの開度をＰＩＤ制御することを特徴とする。
【００２０】
この液体輸送装置によれば、制御手段が、配管内の液面位置と液面基準位置との偏差を演算して前記バルブの開度をＰＩＤ制御するので、配管内の液体の液面位置が、予め設定した液面基準位置まで迅速に到達するように配管に流れ込む液体の流量を調節することができる。
【００２１】
これら請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の液体輸送装置において、バルブ間で延びる配管の途中に配管の密閉性を回避する大気開放バルブを備えていてもよい。
【００２２】
これら液体輸送装置では、配管内の液体をこれに続く配管に受け渡すときに、液体を受け渡す配管には、この大気開放バルブを介して空気が入り込むので、この配管から下流側に連結された配管へと液体は円滑に排出される。その一方で、液体を受け渡される下流側の配管からは、この配管の大気開放バルブを通じて配管内の空気が抜けていくので、液体は円滑に配管に受け入れられる。
【００２３】
請求項７に記載の液体輸送装置は、輸送する液体を貯留するとともに、水平位置が低い上流側に配置される上流側液槽と、可変速ポンプを介して相互に連結された複数の配管を有するとともに、その一端が前記上流側槽に接続されて前記液体を水平位置が高い下流側に輸送する液体輸送管と、前記可変速ポンプ間で延びる前記配管の途中に配置されるバルブと、前記バルブを挟み込むように前記配管にそれぞれ配置されるとともに、前記配管内の圧力を検出して圧力検出信号を出力する吐出圧力検出手段及び吸込圧力検出手段と、前記吐出圧力検出手段及び前記吸込圧力検出手段からの圧力検出信号を受けて前記可変速ポンプの回転数及び前記バルブの開閉タイミングを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
この液体輸送装置では、各バルブを閉めることにより、液体輸送管内は配管単位に区切られる。したがって、各配管内に液体を満たした状態でこの液体輸送管をたとえ垂直に立てたとしても、液体は各配管内に分散しているので、液体輸送管に滞留する全ての液体の圧力が液体輸送管の最低部にかかることはない。
【００２５】
また、このように各バルブで液体輸送管内が区切られるとともに、各バルブ間に液体を滞留させた液体輸送管では、バルブを挟む上下の配管内の圧力差は、バルブ間に滞留する液体の水頭圧に等しい。そして、この液体輸送管の各バルブを閉じたままで、各可変速ポンプを駆動して液体を液体輸送管の上方向に向けて吐出させると、ポンプの下側（上流側）では配管内の圧力が下がっていくとともに、ポンプの上側（下流側）では配管内の圧力が上がっていくので、前記した圧力差はなくなっていく。その一方で、制御手段は、バルブを挟む上下の配管内の圧力が等しくなったことを吐出圧力検出器及び吸込圧力検出器が出力した圧力検出信号に基づいて判断する。そして、制御手段は、その判断に基づいてバルブを開け、かつ可変速ポンプの回転数を上げるように可変速ポンプ及びバルブを制御する。その結果、液体は上方向に向けて円滑に輸送されていく。こうして液体が輸送される際に、液体の圧力は、各可変速ポンプに分散してかかる。したがって、液体輸送管の最低部に配置された可変速ポンプに集中して全ての液体の圧力がかかることはない。
【００２６】
請求項７に記載の液体輸送装置において、可変速ポンプ間で延びる配管の途中に配管内の残圧を開放する残圧開放バルブを備えていてもよい。
【００２７】
この液体輸送装置では、この装置による液体輸送を停止するときに、各バルブを閉じるとともに各可変速ポンプの回転を停止すると、各配管内には、残圧が発生する。残圧開放バルブは、配管内に残圧が発生したときに残圧開放バルブを介して配管内の液体を配管外に排出することによってその残圧を開放する。
【００２８】
また、前記した請求項４乃至請求項７に記載の液体輸送装置において、エアコンプレッサと、エアレシーバタンクと、前記配管に配置される空気圧で開閉可能なバルブと、前記エアコンプレッサ及びエアレシーバタンクを結ぶ空気流通管並びに前記エアレシーバタンク及び空気圧で開閉可能なバルブを結ぶ空気流通管とを有する非電気式のバルブ開閉装置を備えていてもよい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
以下、図面を参照して、本発明に係る液体輸送装置及び液体輸送方法ついて説明する。なお、本実施の形態では、まず本発明の液体輸送装置が組み込まれた泥水シールドを例にとって、液体輸送装置、すなわち泥水輸送装置を構成する送泥装置及び排泥装置について説明する。
【００３０】
参照する図面において、図１は、第１の実施の形態に係る泥水輸送装置が組み込まれた泥水式シールドの構成図、図２は、図１の泥水輸送装置の一部を構成する送泥装置の構造を示す概略図、図３は、図１の泥水輸送装置の一部を構成する排泥装置の構造を示す概略図である。
【００３１】
泥水式シールドは、図１に示すように、立坑Ａの切羽に向き合うカッターヘッド１２及びこのカッターヘッド１２の前面に取り付けられたカッタービット１３を有する掘削機構１４、泥水が送り込まれるカッターチャンバ１５、地上Ｂに設置されて、比重や粘性等の性状が調整された泥水を貯留する調整槽（上流側液槽、以下に同じ）１６、この調整槽１６の泥水をカッターチャンバ（下流側液槽、以下に同じ）１５内に送り込む送泥側輸送管（液体輸送管、以下に同じ）１７、調整槽１６の泥水を送泥側輸送管１７内に導き入れる送泥ポンプ２３、カッターチャンバ１５内で掘削土砂と攪拌混合された泥水を地上Ｂ側に向けて送り出す排泥側輸送管（液体輸送管、以下に同じ）１８並びに送泥側輸送管１７の泥水の輸送条件を制御する送泥制御装置（制御手段、以下に同じ）１９ａ及び排泥側輸送管１８の泥水の輸送条件を制御する排泥制御装置（制御手段、以下に同じ）１９ｂを備えている。このような泥水式シールドに組み込まれた泥水輸送装置（液体輸送装置）を構成する送泥装置及び排泥装置をこの順番で以下に説明する。
【００３２】
＜送泥装置＞
送泥装置は、図１に示すように、調整槽１６、カッターチャンバ１５、送泥側輸送管１７、送泥ポンプ２３、水位計２１及び送泥制御装置１９ａを備えている。調整槽１６及びカッターチャンバ１５は送泥側輸送管１７で結ばれており、この送泥側輸送管１７は地上Ｂから立坑Ａの深部に向う泥水の輸送経路を形成している。
【００３３】
ここで図２を併せて参照すると明らかなように、この送泥側輸送管１７は、複数の送泥配管２６と、これら送泥配管２６を相互に連結するコントロールバルブ（特許請求の範囲に記載の「バルブ」、以下に同じ）２２と、コントロールバルブ２２間で延びる送泥配管２６の途中に配置される圧力検出器（管内圧力検出手段、以下に同じ）２４と、コントロールバルブ２２の下側（下流側）で送泥配管２６に配置される大気開放バルブ２５と、送泥側輸送管１７の最も下流側に配置された送泥配管２６に取り付けられて、カッターチャンバ１５内に流れ込む泥水の流量を検出するとともに、流量検出信号を出力する送泥流量計２０とを備えている。この送泥側輸送管１７におけるコントロールバルブ２２間の距離（送泥配管２６の長さ）は５０ｍ程度に設定すればよい。
【００３４】
コントロールバルブ２２は、送泥制御装置１９ａから出力されるバルブ開度増加信号及びバルブ開度低減信号に応じて開度を調節するように構成されている。送泥配管２６には、この送泥配管２６の上流側に配置されたコントロールバルブ２２寄りの位置で高位置基準線ＨＬが、そして下流側に配置されたコントロールバルブ２２寄りの位置で低位置基準線ＬＬが予め設定されている。後記するように、送泥配管２６内では、これら高位置基準線ＨＬ及び低位置基準線ＬＬ間で泥水の水位が上下するようになっている。
【００３５】
圧力検出器２４は、送泥配管２６の下流側に配置されたコントロールバルブ２２寄りの位置でその送泥配管２６に取り付けられている。この圧力検出器２４は、送泥配管２６内の泥水の圧力を検出することにより、送泥配管２６内の泥水量（泥水の水位）を検出するとともに、泥水の水位を数値的に表わす圧力検出信号を送泥制御装置１９ａに向けて出力するように構成されている。
【００３６】
大気開放バルブ２５は、前記した上流側のコントロールバルブ２２と高位置基準線ＨＬとの間で各送泥配管２６から分岐した分岐管２９に取り付けられている。また、大気開放バルブ２５は、送泥側輸送管１７の最も下流側に配置された送泥配管２６から分岐した分岐管２９にも配置されている。この大気開放バルブ２５は、各送泥配管２６の密閉性を解除するものである。
送泥ポンプ２３（図１参照）は、送泥側輸送管１７の最も上流側に配置された送泥配管２６に取り付けられている。この送泥ポンプ２３は、調整槽１６内に貯留された泥水を送泥側輸送管１７に導き入れるためのものである。
【００３７】
カッターチャンバ１５では、カッターチャンバ１５内の泥水の圧力を予め決められた圧力（切羽圧）に維持するために、所定の泥水の水位が維持されなければならない。このカッターチャンバ１５に取り付けられた水位計（液面検出手段、以下に同じ）２１（図１及び図２参照）は、カッターチャンバ１５内の泥水の水位を検出するとともに、水位を数値的に表わす水位データ信号を出力するように構成されている。この水位計２１は、送泥制御装置１９ａ及び前記コントロールバルブ２２と協働して、カッターチャンバ１５内の泥水の水位を一定に維持するものである。なお、カッターチャンバ１５には、前記したと同様の大気開放バルブ２５が配設されている。
【００３８】
送泥制御装置１９ａは、図１及び図２に示すように、圧力検出器２４、水位計２１、コントロールバルブ２２及び送泥ポンプ２３と電気的に接続されている。送泥制御装置１９ａは、圧力検出器２４から出力される圧力検出信号及び水位計２１から出力される水位データ信号に応答して、後記する送泥方法に示す手順に従ってコントロールバルブ２２の開度を制御するために、コントロールバルブ２２に向けてバルブ開度増加信号及びバルブ開度低減信号を出力するように構成されている。
【００３９】
＜排泥装置＞
排泥装置は、図１に示すように、カッターチャンバ１５、排泥側輸送管１８及び排泥制御装置１９ｂで構成されている。排泥側輸送管１８は、カッターチャンバ１５と地上Ｂに配置される泥水処理施設（図示せず）とを結んでおり、排泥側輸送管１８は立坑Ａの深部から地上Ｂに向う泥水の輸送経路を形成している。
【００４０】
ここで図３を併せて参照すると明らかなように、この排泥側輸送管１８は、インバータ３２が取り付けられた排泥ポンプ（可変速ポンプ、以下に同じ）３３を介して相互に連結された複数の排泥配管３８と、排泥ポンプ３３間で延びる排泥配管３８の途中に配置される排泥開閉弁３４（特許請求の範囲に記載の「バルブ」、以下に同じ）、吐出圧力検出器（吐出圧力検出手段、以下に同じ）３５、吸込圧力検出器（吸込圧力検出手段、以下に同じ）３６及び残圧開放バルブ３７とを備えている。なお、この排泥側輸送管１８における排泥ポンプ３３間の距離（排泥配管３８の長さ）は、使用する排泥ポンプ３３の性能に応じて適宜に設定すればよいが、通常は５０〜６０ｍ程度でよい。
【００４１】
排泥ポンプ３３は、排泥制御装置１９ｂが出力する回転数上昇命令信号に応答して駆動し、カッターチャンバ１５側から地上Ｂ側に向けて排泥配管３８内の泥水を吐出するように排泥配管３８に取り付けられている（図１参照）。排泥ポンプ３３は、回転数上昇命令信号が排泥制御装置１９ｂからインバータ３２に向けて出力されることにより、その回転数が高められるようになっている。
【００４２】
排泥開閉弁３４は、排泥制御装置１９ｂから出力される弁開放命令及び弁閉鎖命令信号に応じて、開閉するように構成されている。
【００４３】
吐出圧力検出器３５は、排泥開閉弁３４の下側（上流側）の排泥配管３８にその排泥開閉弁３４に近接するように配置されている。この吐出圧力検出器３５は、排泥開閉弁３４の直ぐ上流側の排泥配管３８内における泥水の圧力を検出して、圧力検出信号を排泥制御装置１９ｂに向けて出力するものである。
【００４４】
吸込圧力検出器３６は、排泥開閉弁３４の上側（下流側）の排泥配管３８にその排泥開閉弁３４に近接するように配置されている。この吸込圧力検出器３６は、排泥開閉弁３４の直ぐ下流側の排泥配管３８内における泥水の圧力を検出して、圧力検出信号を排泥制御装置１９ｂに向けて出力するものである。
【００４５】
残圧開放バルブ３７は、排泥開閉弁３４と吐出圧力検出器３５との間で各排泥配管３８から分岐した分岐管３９に配置されている。この残圧開放バルブ３７は、排泥ポンプ３３が停止したときに排泥配管３８内の残圧を開放するものである。
【００４６】
排泥制御装置１９ｂは、吐出圧力検出器３５、吸込圧力検出器３６、排泥開閉弁３４及びインバータ３２と電気的に接続されている。この排泥制御装置１９ｂは、吐出圧力検出器３５及び吸込圧力検出器３６から出力された圧力検出信号に応じて、後記する排泥方法に示す手順に従って排泥開閉弁３４の開閉動作を制御するために、排泥開閉弁３４に向けて弁開放命令信号及び弁閉鎖命令信号を出力するように構成されている。また排泥制御装置１９ｂは、インバータ３２と協働して排泥ポンプ３３における泥水の吐出量を制御するように構成されている。
【００４７】
次に、本発明の液体輸送方法の一実施形態として示す泥水輸送方法について説明する。なお、ここではさらに具体的な送泥装置及び排泥装置を示しながら、これら送泥装置及び排泥装置を使用した送泥方法及び排泥方法を例にとって泥水輸送方法を説明する。
【００４８】
図４、図５、図６、図７及び図８は、送泥装置の構成と、この送泥装置の各送泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図、図９、図１０、図１１及び図１２は、排泥装置の構成と、この排泥装置の各排泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【００４９】
＜送泥方法＞
この送泥方法で使用される送泥装置は、図４〜図８に示すように、水平位置の高い上流側から水平位置の低い下流側に向かって、第１送泥配管２６ａ、第２送泥配管２６ｂ、第３送泥配管２６ｃ及び第４送泥配管２６ｄがこの順に配置されている。各送泥配管２６ａ〜２６ｄ（以下、送泥配管を特定しない場合には、単に「送泥配管２６」という）の間には、上流側から順に第１コントロールバルブ２２ａ、第２コントロールバルブ２２ｂ及び第３コントロールバルブ２２ｃが配置されている（以下、コントロールバルブを特定しない場合には、単に「コントロールバルブ２２」という）。
【００５０】
第１送泥配管２６ａには、泥水を下流側に移送する送泥ポンプ２３が配置されており、第１送泥配管２６ａの上流側には、泥水を貯留する調整槽１６（図１参照）が配置されている。なお、送泥ポンプ２３の駆動及び停止の動作は、後記する送泥制御装置１９ａ（図２参照）によって制御されている。
【００５１】
第４送泥配管２６ｄには、送泥流量計２０が配置されるとともに、この第４送泥配管２６ｄの下流側には、カッターチャンバ１５が配置されている。
第１送泥配管２６ａには圧力検出器２４ａが、そして第２送泥配管２６には圧力検出器２６ｂが、第３送泥配管２６ｃには圧力検出器２４ｃがそれぞれ配置されている。これら圧力検出器２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、第１〜第３送泥配管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ内における泥水の圧力を検出して、その圧力を特定する圧力検出信号を排泥制御装置１９ｂに向けて出力するようになっている。
第２、第３及び第４送泥配管２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ及びカッターチャンバ１５には、大気開放バルブ２５が配置されている。
【００５２】
この送泥装置を運転するにあたって、各送泥配管２６には、図４に示すように、泥水が充填されている。この泥水は、従前の運転の終了時に各送泥配管２６内に残存したものである。この各送泥配管２６内の泥水の量に特に制限はないが、ここでは高位置基準線ＨＬまで各送泥配管２６内に泥水が満たされている場合を想定して、以下に、送泥方法を説明する。
【００５３】
この実施の形態に係る送泥方法が実施されるに先だって、各コントロールバルブ２２は閉鎖されている。まず、この送泥装置が始動すると、前記した掘削機構１４（図１参照）による掘削が開始されるとともに、後記する排泥装置によってカッターチャンバ１５内の排泥が開始される。このとき水位計２１、送泥制御装置１９ａ及びコントロールバルブ２２は、次のように動作する。
【００５４】
水位計２１は、カッターチャンバ１５内の水位を検出するとともに、この水位を数値的に表す水位データ信号を送泥制御装置１９ａに向けて出力する。水位データ信号を受けた送泥制御装置１９ａでは、所定の水位Ｘ0 （所定の切羽圧を維持するための水位）と水位データ信号の示す水位Ｘ1 とを照らし合わせて、Ｘ0 ≦Ｘ1 ならば、第３コントロールバルブ２２ｃに向けてバルブ閉鎖命令信号が出力される。その結果、第３コントロールバルブ２２ｃでは閉鎖状態が維持される。その一方で、Ｘ0 ＞Ｘ1 ならば第３コントロールバルブ２２ｃに向けてバルブ開放命令信号が出力される。その結果、第３コントロールバルブ２２ｃが開かれて、第３送泥配管２６ｃ内の泥水はカッターチャンバ１５内に流れ込んでいく。このとき第３及び第４送泥配管２６ｃ，２６ｄ並びにカッターチャンバ１５に配置された大気開放バルブ２５は開かれており、第３及び第４送泥配管２６ｃ，２６ｄ内には大気開放バルブ２５から空気が入り込むとともに、カッターチャンバ１５からは空気が排出されるので、泥水は円滑にカッターチャンバ１５内に流れ込んでいく。
【００５５】
第４送泥配管２６ｄを流れる泥水の流量は、送泥流量計２０で検出されるとともに、送泥流量計２０は、検出した流量を数値的に表わす流量検出信号を後記する土量演算装置４０（図１３参照）に向けて出力する。この流量検出信号を受けた土量演算装置４０は、後記する掘削土量の計測に、この流量検出信号を利用する。
【００５６】
そして、泥水がカッターチャンバ１５内に送り込まれて、カッターチャンバ１５内の泥水の水位が、前記所定の水位Ｘ0 に達すれば、水位計２１が出力する水位データ信号が示す水位Ｘ1 （Ｘ0 ≦Ｘ1 の場合）に基づいて第３コントロールバルブ２２ｃは閉じられて送泥は中止するが、ここでは、Ｘ0 ＞Ｘ1 となる場合、すなわちカッターチャンバ１５への送泥が継続する場合を想定してこの送泥方法の説明をさらに続ける。
【００５７】
図５に示すように、カッターチャンバ１５内に泥水が流れ込むことによって、第３送泥配管２６ｃで泥水の水位が低位置基準線ＬＬまで下がると、送泥制御装置１９ａは、第３送泥配管２６ｃの圧力検出器２４ｃから受けた圧力検出信号に基づいて水位が低位置基準線ＬＬまで下がったと判断して第２コントロールバルブ２２ｂに向けてバルブ開度増加信号を出力する。第２コントロールバルブ２２ｂは、バルブ開度増加信号を受けることによって開かれる。その結果、図６に示すように、第２送泥配管２６ｂ内の泥水が第３送泥配管２６ｃ内に注ぎ込まれて、第２送泥配管２６ｂ内の泥水の水位が低下するとともに、第３送泥配管２６ｃ内の泥水の水位は上昇する。このとき第２送泥配管２６ｂの大気開放バルブ２５から空気が第２送泥配管２６ｂ内に入り込むとともに、第３送泥配管２６ｃの大気開放バルブ２５から第３送泥配管２６ｃ内の空気が排出されるので、第３送泥配管２６ｃ内には、円滑に第２送泥配管２６ｂの泥水が送り込まれる。
【００５８】
そして、第２送泥配管２６ｂ内の泥水の水位が低位置基準線ＬＬまで下がると、送泥制御装置１９ａは、第２送泥配管２６ｂの圧力検出器２４ｂからの圧力検出信号に基づいて、第１コントロールバルブ２２ａに向けてバルブ開度増加信号を出力する。第１コントロールバルブ２２ａは、バルブ開度増加信号を受けることによって開かれる。その結果、図７に示すように、第１送泥配管２６ａ内の泥水が第２送泥配管２６ｂ内に注ぎ込まれて、第１送泥配管２６ａ内の泥水の水位が低下するとともに、第２送泥配管２６ｂ内の泥水の水位は上昇する。このとき、前記したと同様に、第２送泥配管２６ｂの大気開放バルブ２５の働きで、第２送泥配管２６ｂ内には、円滑に第１送泥配管２６ａの泥水が送り込まれる。
【００５９】
泥水が第２送泥配管２６ｂに送り込まれて、第１送泥配管２６ａ内の泥水の水位が、第１送泥配管２６ａに予め設定したポンプ駆動水位基準線ＰＬを下回ると、第１送泥配管２６ａの圧力検出器２４ａは、送泥制御装置１９ａに向けてポンプ駆動水位基準線ＰＬを下回った旨を特定する圧力検出信号を出力する。この圧力検出信号を受けた送泥制御装置１９ａは、ポンプ駆動命令信号を送泥ポンプ２３に向けて出力する。ポンプ駆動命令信号を受けた送泥ポンプ２３は、調整槽１６（図１参照）の泥水を第１送泥配管２６ａ内に導き入れる。その間、第１コントロールバルブ２２ａが開いているので、調整槽１６からの泥水は、第１送泥配管２６ａを経由して、第２送泥配管２６ｂ内に流れ込んでいく。
【００６０】
その一方で、第２コントロールバルブ２２ｂ及び第３コントロールバルブ２２ｃが開いているので、第２送泥配管２６ｂ内の泥水は、第３送泥配管２６ｃに流れ込んでいくとともに、第３送泥配管２６ｃ内の泥水は、第４送泥配管２６ｄを介してカッターチャンバ１５内に流れ込んでいく。したがって、図７に示すように、第３送泥配管２６ｃでは、カッターチャンバ１５側に泥水を送りつつも、第２送泥配管２６ｂから供給される泥水で、泥水の水位が上昇していく。これと同様に、第２送泥配管２６ｂでも、泥水の水位は上昇していく。このとき第２送泥配管２６ｂ及び第３送泥配管２６ｃの大気開放バルブ２５を通して第２送泥配管２６ｂ及び第３送泥配管２６ｃ内の空気は排出されるので、両送泥配管２６ｂ，２６ｃには円滑に泥水が流れ込んでいく。
【００６１】
次に、図８に示すように、第３送泥配管２６ｃ内の泥水の水位が高位置基準線ＨＬに達すると、送泥制御装置１９ａは、第３送泥配管２６ｃの圧力検出器２４ｃからの圧力検出信号に基づいて水位が低位置基準線ＨＬに達したと判断して、第２コントロールバルブ２２ｂに向けてバルブ開度低減信号を出力する。このバルブ開度低減信号を受けた送泥制御装置１９ａは、第３コントロールバルブ２２ｃの開度よりも第２コントロールバルブ２２ｂの開度を低減させる。また、第２送泥配管２６ｂ内の泥水の水位が高位置基準線ＨＬに達すると、送泥制御装置１９ａは、第２送泥配管２６ｂの圧力検出器２４ｂからの圧力検出信号に基づいて、第１コントロールバルブ２２ａに向けてバルブ開度低減信号を出力して第２コントロールバルブ２２ｂの開度よりも第１コントロールバルブ２２ａの開度を低減させる。第１コントロールバルブ２２ａの開度が低減するにともなって、第１送泥配管２６ａ内の水位は上昇する。そして、泥水の水位が前記したポンプ駆動水位基準線ＰＬを上回ったときに、第１送泥配管２６ａの圧力検出器２４ａは、送泥制御装置１９ａに向けてポンプ駆動水位基準線ＰＬを上回った旨を特定する圧力検出信号を出力する。この圧力検出信号を受けた送泥制御装置１９ａは、送泥ポンプ２３に向けてポンプ停止命令信号を出力することにより、送泥ポンプ２３を停止させる。調整槽１６から第１送泥配管２６ａへの送泥は中断する。
【００６２】
このようにして第１コントロールバルブ２２ａ及び第２コントロールバルブ２２ｂの開度を低減させると、第２送泥配管２６ｂ及び第３送泥配管２６ｃ内では、再び泥水の水位が低下していく。第２送泥配管２６ｂ及び第３送泥配管２６ｃで再び泥水の水位が低位置基準線ＬＬまで下がると、送泥制御装置１９ａは、前記したと同様にして第１コントロールバルブ２２ａ及び第２コントロールバルブ２２ｂに向けてバルブ開度増加信号を出力する。
【００６３】
第２送泥配管２６ｂ及び第３送泥配管２６ｃでは、泥水の水位が再び上昇する。そして、第２送泥配管２６ｂ及び第３送泥配管２６ｃ内では、カッターチャンバ１５内での泥水の水位Ｘ1 が前記した所定の水位Ｘ0 を下回るかぎり、高位置基準線ＨＬと低位置基準線ＬＬとの間で泥水の水位が上下しながら、調整槽１６から送泥側輸送管１７内に導き入れられた泥水は、カッターチャンバ１５内に連続的に送り続けられる。なお、カッターチャンバ１５内での泥水の水位Ｘ1 が前記した所定の水位Ｘ0 に達したとき（所定の切羽圧に達したとき）や、この送泥装置の運転を停止するときには、送泥制御装置１９ａが、各コントロールバルブ２２に向けてバルブ開度低減信号を出力し続けてこれらバルブを閉鎖するように設定すればよい。
【００６４】
このような送泥装置及び送泥方法では、調整槽１６からカッターチャンバ１５に向う送泥側輸送管１７として、コントロールバルブ２２を介して相互に連結された複数の送泥配管２６が使用されており、しかも各送泥配管２６内での泥水の圧力が所定の圧力を超えないように、換言すれば、各送泥配管２６内での泥水の水位が所定の水位を超えないように、各コントロールバルブ２２の開度が調整されている。したがって、送泥側輸送管１７を通して地上Ｂから立坑Ａの最深部まで輸送される泥水の圧力のすべてが送泥側輸送管１７の最低部にかかることがない。つまり、これら送泥配管２６及びコントロールバルブ２２が継ぎ足されて送泥側輸送管１７の長さがたとえ延伸したとしても、送泥側輸送管１７の最下流側にかかる泥水圧が増加することはない。したがって、これら泥水装置及び送泥方法が泥水式シールド工法に用いられれば深部への泥水輸送が可能になり、立坑Ａの掘削深度をより一層高めることができる。
【００６５】
＜排泥方法＞
この排泥方法に使用される排泥装置は、図９〜図１２に示すように、水平位置が低い上流側から水平位置が高い下流側に向かって、複数の排泥配管３８が配置されている。各排泥配管３８は、排泥ポンプ３３を介して相互に連結されており、下流側のカッターチャンバ１５から上流側の地上Ｂに向けて泥水を輸送する排泥側輸送管１８を形成している（図１参照）。各排泥配管３８には、前記したと同様に、排泥開閉弁３４、吸込圧力検出器３６、吐出圧力検出器３５及び残圧開放バルブ３７が取り付けられている。
【００６６】
この排泥装置を運転する先だって、各排泥配管３８には、図９に示すように、泥水が満たされている。この泥水は、従前の運転の終了時に各排泥配管３８内に残存したものである。各排泥配管３８では、各排泥配管３８に取り付けられた残圧開放バルブ３７が排泥配管３８内の残圧を開放しているので、各排泥配管３８内の圧力は、上側（下流側）の排泥開放弁３４付近でほぼ大気圧と等しく、そして下側（上流側）の排泥開放弁３４付近で最大圧となるように分布している。
【００６７】
この排泥方法では、前記した掘削機構１４（図１参照）による掘削が開始されるとともに、この排泥装置が始動する。はじめに、各排泥ポンプ３３は、各排泥開放弁３４が閉じられたたままで駆動する。このとき排泥制御装置１９ｂ（図１及び図３参照）から各インバータ３２に向けて出力される回転数上昇命令信号に応答して、各排泥ポンプ３３は、低速で回転して泥水を上側（下流側）に吐出する。このように各排泥ポンプ３３が駆動すると、図１０に示すように、吸込圧力検出器３６付近の排泥配管３８内では、排泥ポンプ３３によって泥水が吸込まれるので圧力が減少していく。これに対して吐出圧力検出器３５付近の排泥配管３８内では、排泥ポンプ３３が泥水を吐出するので圧力が増加していく。したがって、各排泥開閉弁３４の下側（上流側）と上側（下流側）との圧力差は次第に減少していく。なお、各排泥開閉弁３４の上流側及び下流側の圧力の変化は、それぞれ吸込圧力検出器３６及び吐出圧力検出器３５で検出されて圧力検出信号として出力される。そして、排泥制御装置１９ｂ（図１及び図３参照）からインバータ３２に向けて出力される回転数上昇命令信号によって排泥ポンプ３３の回転数が高められると、図１１に示すように、各排泥開閉弁３４の上流側と下流側との排泥配管３８内の圧力は等しくなる。
【００６８】
その一方で、排泥制御装置１９ｂ（図１及び図３参照）は、吸込圧力検出器３６及び吐出圧力検出器３５から出力された圧力検出信号を受けて、各排泥開閉弁３４の上流側と下流側との排泥配管３８内の圧力が等しくなったことを判断する。この判断によって排泥制御装置１９ｂは各排泥開閉弁３４に向けて弁開放命令信号を出力して排泥開閉弁３４を開くとともに、各インバータ３２に向けて回転数上昇命令信号を出力して各排泥ポンプ３３の回転数をさらに高める。このように各排泥ポンプ３３の回転数が高められると、各排泥ポンプ３３の泥水の吐出量が増大して排泥側輸送管１８内に泥水の流れが生じる。その結果、泥水は、図１２に示すように、各排泥配管３８での配管抵抗に抗しながら、上流のカッターチャンバ１５側から下流の地上Ｂ側へと連続的に輸送されていく。
【００６９】
なお、この排泥方法において、排泥を中断するときには、前記した排泥装置の運転を開始した手順と逆の順番を辿ればよい。すなわち、まず各排泥ポンプ３３の下流側での泥水の水圧が大気圧とほぼ等しくなるように（図１１参照）、各排泥ポンプ３３の回転数を低下させて上流側への泥水の吐出量を減少させていく。そして、さらに各排泥ポンプ３３の回転数を低下させることによって、各排泥開閉弁３４の下流側での泥水の水圧が大気圧とほぼ等しくなったときに（図９参照）、各排泥開閉弁３４を閉鎖すればよい。その結果、泥水は排泥配管３８ごとに排泥開閉弁３４で隔てられて排泥側輸送管１８内に滞留する。なお、この際、各排泥配管３８内の残圧は、残圧開放バルブ３７で開放される。
【００７０】
この排泥方法によれば、排泥ポンプ３３で泥水を輸送しているときは、各排泥ポンプ３３で排泥側輸送管１８内の泥水の圧力を分散して受けているので、地上Ｂから立坑Ａの最深部までの泥水圧の全てが最深部にかかることはない。また、泥水の輸送を中断しているときは、排泥側輸送管１８内の泥水が排泥開閉弁３４で隔てられているので、地上Ｂから立坑Ａの最深部までの泥水圧の全てが排泥側輸送管１８の最低部にかかることはない。また、各排泥配管３８に取り付けられた残圧開放バルブ３７によって、各排泥配管３８内で生じた残圧やその他の異常圧力は、排泥配管３８内に満たされ泥水を排泥配管３８外に放出すれば開放することができ、過剰な圧力が排泥配管３８にかかることは避けられる。したがって、排泥配管３８と排泥ポンプ３３とが継ぎ足されて排泥側輸送管１８の長さがたとえ延伸したとしても、排泥側輸送管１８の最上流側（立坑Ａの最深部）にかかる泥水圧が増加することはない。このような排泥方法が泥水式シールド工法に用いられれば深部からの泥水の輸送が可能になり、立坑Ａの掘削深度をより一層高めることができる。
【００７１】
以上、詳述した泥水輸送装置は、さらに掘削土量計測装置及び非電気式のバルブ開閉装置を備えていてもよい。
掘削土量計測装置は、図１３に示すように、送泥側輸送管１７の最も下流側（下側）に配置された送泥配管２６に取り付けられた泥水の密度計４２及び送泥流量計２０と、排泥側輸送管１８の最も上流側（下側）に配置された排泥配管３８に取り付けられた泥水の密度計４２及び排泥流量計４４と、土量演算装置４０とを備えている。これら密度計４２，４２、送泥流量計２０及び排泥流量計４４は、土量演算装置４０と電気的に接続されている。
密度計４２は、送泥配管２６内及び排泥配管３８内の泥水の密度を計測するとともに、計測した密度を密度データ信号として出力するように構成されている。
【００７２】
排泥流量計４４は、カッターチャンバ１５から排出されて、排泥配管３８内を流れる泥水の流量を検出するとともに、流量検出信号を出力するように構成されている。
土量演算装置４０は、送泥配管２６側の密度計４２及び送泥流量計２０から出力された密度データ信号及び流量検出信号並びに排泥配管３８側の密度計４２及び排泥流量計４４から出力された密度データ信号及び流量検出信号に基づいて、送泥配管２６内を流れる泥水と排泥配管３８内を流れる泥水との単位時間あたりの重量差を算出するように構成されている。
【００７３】
この掘削土量計測装置は、土量演算装置４０が算出した重量差、すなわち送泥配管２６内の泥水重量に対する排泥配管３８内の泥水重量の増加分により、この泥水輸送装置を備えた泥水式シールドの単位時間あたりの掘削土量を計測するものである。
【００７４】
非電気式のバルブ開閉装置は、図１３に示すように、エアコンプレッサ４５と、エアレシーバタンク４６と、空気圧で開閉可能なバルブ４７とを備えている。そして、エアコンプレッサ４５とエアレシーバタンク４６とは、空気流通管４８ａで結ばれており、エアレシーバタンク４６には、エアコンプレッサ４５で圧搾空気が充填されるようになっている。また、空気圧で開閉可能なバルブ４７は、エアレシーバタンク４６及び空気流通管４８ａのいずれかと空気流通管４８ｂで結ばれている。この非電気式のバルブ開閉装置では、エアレシーバタンク４６に充填された圧搾空気が空気流通管４８ｂを介してバルブ４７に送り込まれることによって、圧搾空気がバルブ４７のシリンダに作用してこのバルブ４７を閉鎖するようになっている。
【００７５】
空気圧で開閉可能なバルブ４７としては、電気的に開閉されるバルブに、圧搾空気を受けて開閉するような機構を取り付けることにより、電気的に開閉し、かつ空気圧で開閉するようなバルブであってもよい。この実施の態様で使用される排泥開閉弁３４には、この圧搾空気を受けて開閉する機構が取り付けられている。
【００７６】
このバルブ開閉装置によれば、例えば停電時に、バルブ系統の制御が不能になった場合でも、圧搾空気で各バルブ３４，４７を閉鎖することができる。したがって、全てのバルブ３４，４７が開放状態になって、送泥側輸送管１７及び排泥側輸送管１８に滞留する泥水の水頭圧が送泥側輸送管１７及び排泥側輸送管１８の最低部にかかることは避けられる。
【００７７】
〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態では、送泥配管２６に高位置基準線ＨＬ及び低位置基準線ＬＬを設定したが、本実施の形態では、高低２つの位置基準線ＨＬ，ＬＬに代えて送泥配管２６に一の基準線を設定するとともに、この基準線に泥水の水位が一致するように、送泥制御装置が各コントロールバルブの開度を制御するようにした泥水輸送装置及び泥水輸送方法を以下に説明する。なお、本実施の形態に示す泥水輸送装置は、第１の実施の形態で使用した送泥装置に代えて後記する送泥装置を使用したほかは、第１の実施の形態の液体輸送装置と同様に構成されているので、ここでは主に送泥装置及び送泥方法について説明する。また、第１の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７８】
＜送泥装置＞
送泥装置は、図１４に示すように、第１の実施の形態で示した送泥制御装置１９ａ（図１及び図２参照）に代えて、送泥制御装置１９ｃ（制御手段、以下に同じ）を使用したほかは第１の実施の形態の送泥装置と同様に構成されている。
【００７９】
送泥制御装置１９ｃは、圧力検出器２４から出力される圧力検出信号に応答して、送泥配管２６に予め設定された泥水基準線（液面基準位置、以下に同じ）ＳＬに送泥配管２６内の泥水の水位が一致するように、圧力検出器２４の上側（上流側）に配置されたコントロールバルブ２２の開度を後記する手順でＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ・Ｉｎｔｅｇｒａｌ・Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御するように構成されている。また、送泥制御装置１９ｃは、カッターチャンバ１５における泥水の所定の水位を維持するために、第１の実施の形態と同様にして、水位計２１（図１及び図２参照）から出力される水位データ信号に応答して、第３コントロールバルブ２２ｃに向けてバルブ開度増加信号またはバルブ開度低減信号を出力するようになっている。
【００８０】
＜送泥方法＞
次に、さらに具体的な送泥装置を示しながら、この送泥装置を使用した送泥方法について説明する。
図１５、図１６、図１７及び図１８は、送泥装置の構成と、この送泥装置の各送泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【００８１】
この送泥方法で使用される送泥装置は、図１５〜図１８に示すように、第１の実施の形態の送泥装置（図４参照）と同様の、第１〜第４送泥配管（２６ａ〜２６ｄ）、第１〜第３コントロールバルブ（２２ａ〜２２ｃ）、圧力検出器２４ａ，２４ｂ，２４ｃ、送泥ポンプ２３、調整槽１６（図１参照）、送泥流量計２０、カッターチャンバ１５、カッターチャンバ１５及び大気開放バルブ２５を備えている。なお、送泥ポンプ２３の駆動及び停止の動作は、後記するように送泥制御装置１９ｃ（図１４参照）によって制御されている。
【００８２】
このような送泥装置が運転されるにあたって、図１５に示すように、第１〜第３コントロールバルブ（２２ａ〜２２ｃ）は閉鎖されており、第１〜第３送泥配管（２６ａ〜２６ｃ）には泥水がそれぞれ充填されている。この泥水は、従前の運転の終了時に第１〜第３送泥配管（２６ａ〜２６ｃ）内に残存したものである。
【００８３】
まず、この送泥装置が始動すると、送泥制御装置１９ｃは、圧力検出器２４ｂ，２４ｃから出力された圧力検出信号に基づいて、第２及び第３送泥配管２６ｂ，２６ｃ内の泥水が所定の圧力（基準圧力）になるように第１及び第２コントロールバルブ２２ａ，２２ｂをＰＩＤ制御する。さらに詳しくいうと、第２及び第３送泥配管２６ｂ，２６ｃにおける泥水の水位と、第２及び第３送泥配管２６ｂ，２６ｃのそれぞれに設定された泥水基準線ＳＬとの距離（偏差）に応じて、第１及び第２コントロールバルブ２２ａ，２２ｂの開度をそれぞれＰＩＤ制御する。このＰＩＤ制御方法としては、公知の方法でよく、圧力検出器２４ｂ，２４ｃからの圧力検出信号を基に前記した偏差を演算するとともに、この偏差からＰＩＤ定数に基づいたＰＩＤ制御演算を行い、バルブ開度増加信号またはバルブ開度低減信号を出力することができるものであればよい。なお、本実施の形態における初期状態、すなわち図１５に示すように、第２及び第３送泥配管２６ｂ，２６ｃにおける泥水の水位が、泥水基準線ＳＬの上側（上流側）に位置する場合には、送泥制御装置１９ｃがバルブ開度低減信号を既に閉じている第１及び第２コントロールバルブ２２ａ，２２ｂに向けて出力するので、第２及び第３送泥配管２６ｂ，２６ｃにおける泥水の水位は変動しない。
【００８４】
その一方で、この送泥装置が始動すると、第１の実施の形態と同様にして、掘削機構１４（図１参照）による掘削が開始されるとともに、排泥装置によってカッターチャンバ１５内の排泥が開始される。そして、水位計２１（図１及び図２参照）から出力される水位データ信号に応答して第３コントロールバルブ２２ｃが開かれることによって、第３送泥配管２６ｃ内の泥水はカッターチャンバ１５内に流れ込んでいく。
【００８５】
図１６に示すように、カッターチャンバ１５内に泥水が流れ込むことによって、第３送泥配管２６ｃで泥水の水位が泥水基準線ＳＬより下方に下がると、送泥制御装置１９ｃは、圧力検出器２４ｃからの圧力検出信号を受けることによって、泥水の水位と泥水基準線ＳＬとの偏差Δｈ１に基づいてＰＩＤ制御演算を行う。そして、送泥制御装置１９ｃは、第２コントロールバルブ２２ｂに向けてバルブ開度増加信号を出力する。
【００８６】
第２コントロールバルブ２２ｂは、バルブ開度増加信号を受けることによって開かれる。その結果、図１７に示すように、第２送泥配管２６ｂ内の泥水が第３送泥配管２６ｃ内に注ぎ込まれて、第２送泥配管２６ｂ内の泥水の水位が低下するとともに、第３送泥配管２６ｃ内の泥水の水位は、泥水基準線ＳＬに一致するように上昇していく。
【００８７】
そして、第２送泥配管２６ｂで泥水の水位が泥水基準線ＳＬより下方に下がると、送泥制御装置１９ｃは、圧力検出器２４ｂからの圧力検出信号を受けることによって、泥水の水位と泥水基準線ＳＬとの偏差Δｈ２に基づいてＰＩＤ制御演算を行う。そして、送泥制御装置１９ｃは、第１コントロールバルブ２２ａに向けてバルブ開度増加信号を出力する。
【００８８】
第１コントロールバルブ２２ａは、バルブ開度増加信号を受けることによって開かれる。その結果、図１８に示すように、第１送泥配管２６ａ内の泥水が第２送泥配管２６ｂ内に注ぎ込まれることによって、第１送泥配管２６ａ内の泥水の圧力が低下するとともに、第２送泥配管２６ｂ内の泥水の水位は、泥水基準線ＳＬに一致するように上昇していく。
【００８９】
泥水が第２送泥配管２６ｂに送り込まれて、第１送泥配管２６ａ内の泥水の圧力が、予め設定された所定の基準圧力を下回ると、送泥制御装置１９ｃは、圧力検出器２４ａからの圧力検出信号に基づいてポンプ駆動命令信号を送泥ポンプ２３に向けて出力する。ポンプ駆動命令信号を受けた送泥ポンプ２３は、調整槽１６（図１参照）の泥水を第１送泥配管２６ａ内に送り込むことによって、第１送泥配管２６ａ内の泥水の圧力を高める。そして、第１送泥配管２６ａ内の泥水の圧力が、予め設定された所定の基準圧力を上回ると、送泥制御装置１９ｃは、圧力検出器２４ａからの圧力検出信号に基づいてポンプ停止命令信号を送泥ポンプ２３に向けて出力する。ポンプ停止命令信号を受けた送泥ポンプ２３は、第１送泥配管２６ａ内への送泥を中断する。このように第１送泥配管２６ａ内の泥水の圧力を調節するにあたって、送泥ポンプ２３の送泥量の制御は、圧力検出器２４ｂからの圧力検出信号に基づいて前記した所定の基準圧力と第１送泥配管２６ａ内の泥水の圧力との偏差を送泥制御装置１９ｃに演算させるＰＩＤ制御であってもよい。
【００９０】
そして、第２送泥配管２６ｂ及び第３送泥配管２６ｃ内では、第１の実施の形態と同様に、カッターチャンバ１５内での泥水の水位Ｘ1 が前記した所定の水位Ｘ0 を下回るかぎり、泥水の水位が泥水基準線ＳＬに一致し、あるいは泥水の水位が泥水基準線ＳＬを境に上下しながら、調整槽１６の泥水がカッターチャンバ１５内に向けて連続的に送り続けられる。なお、カッターチャンバ１５内での泥水の水位Ｘ1 が前記した所定の水位Ｘ0 に達したとき（所定の切羽圧に達したとき）や、この送泥装置の運転を停止するときには、送泥制御装置１９ｃが、各コントロールバルブ２２に向けてバルブ開度低減信号を出力し続けてこれらバルブを閉鎖するように設定すればよい。
【００９１】
本実施の形態の送泥装置及び送泥方法によれば、第１の実施の形態と同様に、各送泥配管２６内での泥水の圧力が所定の圧力を超えないように、各コントロールバルブ２２の開度が調整されているので、送泥側輸送管１７を通して地上Ｂから立坑Ａの最深部まで輸送される泥水の圧力のすべてが送泥側輸送管１７の最低部にかかることがない。したがって、これら泥水装置及び送泥方法を泥水式シールド工法に用いれば深部への泥水輸送が可能になり、立坑Ａの掘削深度をより一層高めることができる。
【００９２】
また、本実施の形態の送泥装置及び送泥方法では、各送泥配管内の泥水の水位が泥水基準線ＳＬに一致するように各コントロールバルブ２２の開度を送泥制御装置１９ｃに制御させるにあたって、ＰＩＤ制御方法が採用されている。したがって、本実施の形態の送泥装置及び送泥方法によれば、Ｐ要素（比例要素）、Ｉ要素（積分要素）及びＤ要素（微分要素）のそれぞれに所定の重みが配分された総合判断によって、送泥制御装置１９ｃが各コントロールバルブ２２の開度を制御するので、送泥配管内の泥水の水位を泥水基準線ＳＬに迅速に近づけることができる。
【００９３】
以上、詳述した送泥輸送方法は、これら実施の形態に制限されるものではない。第１の実施の形態に係る送泥方法では、送泥配管２６に高位置基準線ＨＬ及び低位置基準線ＬＬを設定したが、両基準線の間隔（距離）に特に制限はない。
また、第１及び第２の実施の形態では、本発明を立坑Ａの掘削に使用される泥水式シールドに組み込まれた泥水輸送装置を例にとって説明したが、本発明の液体輸送装置及び液体輸送方法はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明の液体輸送装置及び液体輸送方法は、高低差が著しい区間で液体を輸送する場合に使用することができ、例えば、立坑掘削後に形成された地下空間で、さらに横方向に掘削する場合の掘削土の搬出装置及び搬出方法、地下空間に設置される施設及び地上間での給排水装置及び給排水方法並びに例えば５００ｍを超える超高層建築物に使用される給排水装置及び給排水方法等として使用されてもよい。
【００９４】
【発明の効果】
本発明の液体輸送装置及び液体輸送方法によれば、高低差がある区間で液体を連続的に輸送する場合に、その区間の距離が次第に長くなっていってもその高低差のある区間で支障なく液体を輸送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る泥水輸送装置が組み込まれた泥水式シールドの構成図である。
【図２】図１の泥水輸送装置の一部を構成する送泥装置の構造を示す概略図である。
【図３】図１の泥水輸送装置の一部を構成する排泥装置の構造を示す概略図である。
【図４】送泥方法に使用される装置の構成と、この装置を使用した送泥方法において各送泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【図５】送泥方法に使用される装置の構成と、この装置を使用した送泥方法において各送泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【図６】送泥方法に使用される装置の構成と、この装置を使用した送泥方法において各送泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【図７】送泥方法に使用される装置の構成と、この装置を使用した送泥方法において各送泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【図８】送泥方法に使用される装置の構成と、この装置を使用した送泥方法において各送泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【図９】排泥方法に使用される装置の構成と、この装置を使用した排泥方法において各排泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【図１０】排泥方法に使用される装置の構成と、この装置を使用した排泥方法において各排泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【図１１】排泥方法に使用される装置の構成と、この装置を使用した排泥方法において各排泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【図１２】排泥方法に使用される装置の構成と、この装置を使用した排泥方法において各排泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【図１３】本発明の液体輸送装置の一実施形態として示す泥水輸送装置が組み込まれた泥水シールドの構成を示す概略図である。
【図１４】第２の実施の形態として例示する泥水輸送装置の一部を構成する送泥装置の構造を示す概略図である。
【図１５】送泥方法に使用される装置の構成と、この装置を使用した送泥方法において各送泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【図１６】送泥方法に使用される装置の構成と、この装置を使用した送泥方法において各送泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【図１７】送泥方法に使用される装置の構成と、この装置を使用した送泥方法において各送泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【図１８】送泥方法に使用される装置の構成と、この装置を使用した送泥方法において各送泥配管内に導入された泥水の圧力分布とを示す概念図である。
【符号の説明】
１７    送泥側輸送管
１８    排泥側輸送管
１９ａ    送泥制御装置
１９ｂ    排泥制御装置
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ    コントロールバルブ
２３    送泥ポンプ
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ    圧力検出器
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ    送泥配管
３３    排泥ポンプ
３４    排泥開閉弁
３５    吐出圧力検出器
３６    吸込圧力検出器
３８    排泥配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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