(57)【要約】【課題】  熱源が集中する掘進機、後続設備管とレーザ光が通過する空間とを熱的に完全に隔離することで、掘進機、後続設備管後方への温度伝達を遮断し、レーザ光の拡散を防止し、レーザ本来の性能を十分に確実に発揮させることで、長距離推進のレーザ測量を可能にする。【解決手段】  熱源を掘進機内又はその後続設備管内に集中配置し、熱源とレーザ通過空間の間に熱的に遮断する隔壁盤を設置し、熱源からレーザ通過空間への発生熱の伝達を抑制する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源を掘進機内又はその後続設備管内に集中配置し、熱源とレーザ通過空間の間に熱的に遮断する隔壁盤を設置し、熱源からレーザ通過空間への発生熱の伝達を抑えるようにしたことを特徴とする掘進機。
【請求項２】
請求項１において、隔壁盤を中空に構成すると共に、該中空部に地下水を充満させ、これによってもトンネル坑内の冷却効果を上げ、熱の伝達を抑えるようにしたことを特徴とする掘進機。
【請求項３】
請求項１又は２において、発進坑口からのホースを隔壁盤からさらに前方の掘進機まで延長し、発進立坑に設置した真空ポンプによって最も大きい熱源を集中配置した掘進機内又はその後続設備管内の暑くなった空気を吸出し、これにより、異常な温度上昇による機器の故障を防ぐようにしたことを特徴とする掘進機。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、隔壁盤に送気用逆止弁を取り付け、トンネル内の掘進機内又はその後続設備管内に外気を取り込めるようにし、これにより、トンネル内の掘進機内又はその後続設備管内に空気の流れを造ると共に、発進立坑下の地下水温度に近い空気を坑内に取り込むようにしたことを特徴とする掘進機。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、熱源となる送排泥管に防熱シートを被せ、送排泥管とレーザ通過空間との熱的遮断を図り、これにより、泥水の温度をレーザ通過空間に伝わらないようにしたことを特徴とする掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は掘進機に関するものであり、さらに詳しくは、熱的に隔離されたレーザ通過空間を備えた、新しい掘進機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発進立坑と到着立坑の間に推進管による管路を敷設する推進工法が知られている。この工法においては、たとえば図４に例示したように、管路を敷設する場合に、発進立坑に設置した元押し装置によって掘進機を推進し、その後、掘進機に推進管を後続させて推進するようにしている。
【０００３】
この図４に例示した従来の推進工法においてもレーザ測量手段が用いられており、掘進機１の後端側にレーザ用ターゲット６ａが設置され、発進立坑１５の底面に架設した発進架台１７にレーザ発信源１６が設置され、レーザ用ターゲット６ａに対しレーザ発信源１６よりレーザ光４が投射される。なお、符号５は一対の送排泥管である。また、掘進機１の内部の閉塞された空間には、掘進作業のための設備が設置され、駆動装置としてのポンプＰ、モータＭｏも含まれている。
【０００４】
そして、レーザ用ターゲット６ａに照射されたレーザスポット位置を地上のカメラ（図示省略）で監視している。この画像から掘進機１の水平面、鉛直面における設計路線からの乖離を把握し、掘進機１を所定の設計路線になるように制御している。すなわち、レーザ用ターゲット６ａ中心にレーザスポットが常に照射するように掘進機１を制御することで、目的のトンネル線形を形成することができる。
【０００５】
しかしながら、掘削が掘り進みレーザ発信源１６からレーザ用ターゲット６ａが離れれば離れるほどターゲット位置でのレーザスポットが揺らいだり、スポット自体が変形したり、大きくぼやけたり、激しいときにはレーザ用ターゲット６ａからレーザスポットが見えなくなったりする恐れが生じる。このような状態になった場合には、レーザ用ターゲット６ａでのスポット中心位置が適切に判断できなくなり、当然のことながら掘進機１を誘導する方向が適切に管理できなくなる。
【０００６】
このようなレーザ光４の拡散現象は、レーザ通過位置での空気の密度変化、すなわち坑内の温度変化に起因し、さらに、トンネルTが長くなればなるほどこの現象が激しくなり、測量自体が不可能になるものであった。
【０００７】
このため、小口径推進工事での限界掘進距離は、周辺環境にもよるが、精々１５０ｍ程度までが限界とされてきた。
【０００８】
このような問題を少しでも改善して掘進距離を延長するための手段として、トンネルＴ坑内に外気を送気し、トンネルＴ坑内の空気密度変化を還元する方法が提案されている。
【０００９】
しかしながら、この方法はトンネルＴ坑内の空気を掻き乱し、密度変化を分散させるだけで、多少の効果はあるが、根本的な解決策にはならず、トンネルＴがさらに長くなるとその効果も殆んど認められなくなるものであった。
【００１０】
また、泥水の流通にともなう温度変化の影響をレーザー光路にまで及ばないようにするために、各管とターゲットを互いに離隔させて配置することも提案されている（特許文献１）が、その効果はほとんど現実的でなく、面倒なものでもあった。
【００１１】
特に、小口径のトンネルの場合には、たとえ直線工事における測量であっても、トンネルＴ坑内に人が入り作業ができないため、発進立坑１５からトンネルＴ構内に向けてレーザ光４を発射させ、掘進機１側に到達したレーザ光４のスポット位置を頼りに、方向制御を行う外にないため、以上のようなレーザ光４の揺らぎ現象やスポット自体のぼやけ現象により長距離の測量が困難であるとのことは、小口径推進工法における技術効率、そして生産性、経済性を大きく制約する要因であった。
【００１２】
そして、このような問題は、トンネル口径が小さくなるほど顕著に現われることも大きな制約になっていた。
【特許文献１】特開２０００−３２８８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この出願の発明は、以上のような背景から、レーザ光の拡散を抑え、これによって、レーザ光の到達距離を小口径トンネル内でも充分発揮できるようにし、小口径直線推進工事を、従来の１５０ｍ程度の限界からさらに距離を延ばして、たとえば３００ｍまでの長距離化も実現することができる、レーザー測量手段を備えた新しい掘進機を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、熱源が集中する掘進機又は後続設備管とレーザ光が通過する空間とを熱的に完全に隔離することで、掘進機、後続設備管後方への温度伝達を遮断して、レーザ光の拡散を抑えるため、熱源を掘進機内又はその後続設備管内に集中配置し、熱源とレーザ通過空間の間に熱的に遮断する隔壁盤を設置し、熱源からレーザ通過空間への発生熱の伝達を防止するようにしたことを特徴とする掘進機を提供する。
【００１５】
また、この出願の発明は、第２には、上記の隔壁盤を中空に構成し、その中空部に地下水を充満させることによってトンネル坑内の冷却効果を上げ、熱の伝達を抑えるようにしたことを特徴とする掘進機を、第３には、発進坑口からのホースを隔壁盤からさらに前方の掘進機まで延長し、発進立坑に設置した真空ポンプによって最も大きい熱源を集中配置した掘進機内又はその後続設備管内の暑くなった空気を吸出すことにより、異常な温度上昇による機器の故障を防ぐようにしたことを特徴とする掘進機を、第４には、隔壁盤に送気用逆止弁を取り付けて、トンネル内の掘進機内又はその後続設備管内に外気を取り込むことにより、トンネル内の掘進機内又はその後続設備管内に空気の流れを造ると共に、発進立坑下の地下水温度に近い空気を坑内に取り込むようにした掘進機を提供する。
【００１６】
さらに、第５には、熱源となる送排泥管に防熱シートを被せ、送排泥管とレーザ通過空間との熱的遮断を図ることにより、泥水の温度をレーザ通過空間に伝わらないようにした掘進機をも提供する。
【００１７】
以上のようなこの出願の発明は、発明者による詳細な検討により得られた次のような知見を踏まえている。
【００１８】
すなわち、空気密度の変化が発生する原因は、空気の温度上昇に基づくものであり、これは、掘進機内あるいはその後続設備管内に搭載されている電動モータの発熱に主として起因して、この熱により周囲の空気が温度上昇し、さらにトンネルＴ坑内に熱が貯まったことによるもので、地上で言えば太陽熱に大気が暖められて陽炎が発生する現象と同じであった。
【００１９】
さらに詳細に説明すれば、トンネルＴ坑内に熱が貯まる原因は、推進工事の場合、発進立坑１５入口部分だけが外気に開放されているだけで、掘進機側のトンネルＴ坑内は密閉状態にあり、このため、空気の流れが非常に悪く、トンネルＴ坑内に貯まった熱は外に放熱されにくい環境にあること、一方、熱源として、最も大きく影響を与えているのが、掘進機１内に搭載されている電動モータであり、掘進機１内で密閉された状態で電動モータを運転するため、その温度上昇も通常より大きいことであった。また、電動モータが掘進機１の後続設備管、例えば、着脱可能な前部胴と後部胴によって構成された掘進機のその後部胴内に搭載されている場合においても同様であった。
【発明の効果】
【００２０】
以上のとおりのこの出願の発明によれば、レーザ光に悪影響を及ぼす熱源とレーザ通過空間を隔壁盤によって隔離することにより、レーザ本来の性能を十分に確実に発揮させることができ、長距離推進のレーザ測量が可能になる。
【００２１】
したがって、掘進機による施工可能な距離をこれまでの１５０ｍ程度が限界となっていたものから、３００ｍとする長距離まで延長することのできる掘進が実現可能となった。
【００２２】
また、呼び径（単位ｃｍ）が４００、５００、６００の小口径の掘削においても、レーザ長距離測量が可能になる。
【００２３】
さらに、掘進方式は泥水方式一工程であるので、広範囲な土質に対して適用可能な掘進工法を実現することができる。
【００２４】
このように、本発明は、レーザ光の揺らぎを抑える測量システムの開発によって、非常に安価な長距離直線推進を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。図１はこの出願の発明の熱源とレーザ通過空間の間に熱的に遮断する隔壁盤Ｄを設置し、熱源からレーザ通過空間への発生熱の伝達を防止する掘進機１を例示したものである。掘進機１後方の後続設備管２に温度上昇するポンプおよびモータが配置され、ここに熱源が集中している。隔壁盤Ｄの後方には推進管３と共にレーザ光が通過する空間が形成され、隔壁盤Ｄにより熱源とレーザ光通過空間とを熱的に完全に隔離することで、掘進機、後続設備管後方への温度伝達を遮断する。なお、照射されたレーザ光４を受けるレーザターゲット盤６、一対の送排泥管５、坑口側に取り付けた真空ポンプＶＰによって暖かい空気を吸い出すためのホース１１を備えている。
【００２６】
この図１において、掘進機１、後続管２、推進管３は、地中に埋まっており、その周辺は地下水で充満されている。つまり、トンネル内に熱源がない場合、坑内温度は全体的に地下水と同じ温度になる。したがって、レーザ通過空間をできるだけ地下水と同じ温度に保つことで、温度による密度変化を発生させないことになる。隔壁盤Ｄはこの考えを基礎に様々な工夫を施すことができる。
【００２７】
ここでは、隔壁盤Ｄは、熱源となる掘進機１、ポンプＰ等の後部に配置して取り付けてある。掘進機１の後部にも隔壁盤Ｄを配置したものを図示しているが、これは、冷却効果をさらに上げる場合に有効である。
【００２８】
図２は図１の隔壁盤ＤのＡ−Ａ位置における断面概要図である。
【００２９】
この図２において、隔壁盤Ｄは、補強材８を介在した２重管構造をなし、内管の中空部には逆止弁付き送気管用通路９Ａ、ケーブル・ホース用通路１２、一対の送排泥管用通路５Ａを備え、送気用通路９Ａには逆止弁９ａ付き送気管９が挿通され、ケーブル・ホース用通路１２にはケーブル１０及びホース１１が挿通され、また、一対の送排泥管用通路５Ａには各送排泥管がそれぞれが挿通されている。また、ケーブル・ホース用通路１２の開口部には断熱用パテ１３を充填し、これによって断熱しつつケーブル１０及びホース１１が取り付けられている。
【００３０】
隔壁盤Ｄは中空部７を具え、地下水ができるだけこの中空部７に入るようにしている。したがって、隔壁盤Ｄの中空部７は地下水で充満され、前部（掘進機側）の暖かい温度が後部（レーザ空間側）に伝わらないように工夫されている。同時に、冷却効果も期待できる。
【００３１】
隔壁盤Ｄには取り付けられている送気用の逆止弁９ａは、後部の空気が前部に流れ込むのは容認しており、その逆の流れは阻止し、前部の空気が後部に流れ込むのはできないようになっている。したがって、後部から前部への空気の流れは発生すると、発進立坑１５から冷たい外気が取り込まれるようになっている。
【００３２】
そして、送排泥管５、ケーブル等の電線類１０、ホース１１等の通過孔は、熱が伝わらないように、断熱パテ材１３等により密閉しておくこともできる。
【００３３】
さらに、図１に示すように、前部にホース１１を引き入れ、掘進機１側のホース１１先端から、坑口側に取り付けた真空ポンプＶＰにより、暖かい空気を吸い出している。これにより、前部内の異常な温度上昇を防止し、機器の故障を防ぎ、吸い出した同量の冷たい空気を後方から取り入れている。
【００３４】
この出願の発明によれば、以上のように、隔壁盤を設けることにより、これまで以上に、掘進機、後続設備管内での温度上昇が考えられるため、掘進機１側の暖かい空気を、真空ポンプＶＰにより発進坑口から延長したホース１１を使って外気に放出するようにすることも可能である。これにより、掘進機側の温度上昇による機器の故障を防止することができる。
【００３５】
また、隔壁盤に逆止弁９ａを備えた送気管９を取り付け、バキュームで吸い出した同量の空気を後方から補給することにすることもできる。この場合には、この後方からの空気の補給により、坑内に空気の流れが発生し、発進立坑の冷たい外気を掘進機、後続設備管内へ取り入れることができる。
【００３６】
さらに、これ以外の熱源として、夏季には、地下水より暖かい泥水が送排泥管内を流れる可能性が考えられる。この場合は、図３に示すように、送排泥管５から放出する熱がレーザ通過空間に悪影響を与えるため、防熱シートで送排泥管を覆い、レーザに与える温度影響を防止することにすることもできる。
【００３７】
図３は他の例を示したもので、推進管内のレーザ通過空間に配置された送排泥管５を断熱シート１４で被った状態を示している。この場合、断熱シート１４は、送排泥管５と共に、ホース１１、電線類１０を同時に覆っている。この実施例のように、送排泥管５から発生する熱を断熱材の断熱シート１４で遮断し、さらに効果を改善している。ただし、泥水の温度は、外気温より２〜３℃高いのが通常で、季節によっては泥水温度が地下水に近い温度になるケースがあるので、このような場合には断熱シート１４を取り付けないようにする。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この出願の発明のレーザ通過空間に熱を伝えないための隔壁盤を備えた掘削機を示した図である。
【図２】図１の掘削機における隔壁盤のＡ−Ａ位置での断面概要図である。左図は、右図のＣ−Ｃ位置での断面を、各挿通管を除外して示す。
【図３】掘削機における送排泥管からの発生熱を断熱する他の例を示した図である。
【図４】従来の工法におけるレーザ測量装置を示した図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    掘進機
２    後続管
３    推進管
４    レーザ光
５    送排泥管
５Ａ    送排泥管用通路
６    レーザ用ターゲット盤
６ａ    ターゲット
７    中空部
８    補強材
９    逆止弁付き送気管
９ａ    逆止弁
９Ａ    逆止弁付き送気管用通路
１０    電線類
１１    ホース
１２    ケーブル・ホース用通路
１３    断熱用パテ材
１４    送排泥管断熱シート
１５    電線類
１６    ホース
１７    発進立坑
１８    レーザ発信源
１９    発進架台
Ｄ      隔壁盤
Ｐ      ポンプ
ＶＰ    真空ポンプ
Ｍｏ    モータ
Ｔ      トンネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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