(57)【要約】【課題】注入管の閉塞の危険のない裏込め材注入装置及びシールド掘進機を得ること。【解決手段】裏込め材の流路となる内管１１と、内管１１が挿通された外管９とを備えてなる二重管ユニット１３を複数直列に連結して形成される注入管１５を有し、各二重管ユニット１３は、内管１１と外管９の間に供給される流体により内管１１の外面の加圧が可能になるように両管が気密に接続されると共に流体による内管外面の加圧により裏込め材の流路の断面積が変更可能になるように構成されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏込め材の流路となる内管と、該内管が挿通された外管とを備えてなる二重管ユニットを複数直列に連結して形成される注入管を有し、各二重管ユニットは、前記内管と前記外管の間に供給される流体により前記内管外面の加圧が可能になるように両管が気密に接続されると共に前記流体による前記内管外面の加圧により前記裏込め材の流路の断面積が変更可能になるように構成されていることを特徴とする裏込め材注入装置。
【請求項２】
裏込め材の流路となる内管と、該内管が挿通された外管とを備えてなる注入管を有し、前記内管と前記外管の間に供給される流体により前記内管外面の加圧が可能になるように両管が気密に接続されると共に前記流体による前記内管外面の加圧により前記裏込め材の流路の断面積が変更可能になるように構成され、かつ、前記両管の接続が管軸方向で３箇所以上の箇所で成されていることを特徴とする裏込め材注入装置。
【請求項３】
外管と内管との間に流体を供給する流体供給装置を有し、該流体供給装置は、前記外管と前記内管の間へ供給する流体の供給タイミングを制御する制御部を備えてなることを特徴とする請求項１または２に記載の裏込め材注入装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の裏込め材注入装置を備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばシールド掘進機の後端部においてセグメントと掘削坑壁との空隙部に裏込め材を注入する裏込め材注入装置及び該裏込め材注入装置を有するシールド掘進機に関する。
なお、本明細書において、方向を示す用語としての「前」又は「前方」とはシールド掘進機の進行方向をいい、「後」又は「後方」とはその逆方向をいう。
また、裏込め材注入装置の注入管の部位を特定するため用いる用語としての「先端」とは、裏込め材の注入時において裏込め材が吐出される側の端をいい、逆側の端を「基端」という。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法においては、シールド掘進機でトンネルを掘削し、シールド掘進機の後方で覆工されるセグメントと掘削坑壁との間にできる空隙部に裏込め材を注入してトンネル壁面の早期安定化を図っている。
このような裏込め材は、空隙部に注入後に早期に固化することが要請される。このような要請を満たすため、裏込め材はモルタル（以下、Ａ液という）と、モルタルを早期に凝固させるための凝結剤（以下、Ｂ液という）を混合して注入することが行なわれている。
【０００３】
２液を混合して注入する裏込め材注入装置においては、２液の混合を効果的に行なうこと、及び混合した液が配管内で固化することによって配管が閉塞することを防止することが要請される。
このような２つの要請を満たすために、裏込め材注入装置に関して種々の提案がなされている。
【０００４】
シールド掘進機のテール部外周側に配置されて裏込め材を注入するための注入先端管において、注入先端管が、裏込め材の流通と閉止とをさせる断面縮小可能な軟質の内管と、該内管を挿通して当該内管外面を加圧流体により加圧可能に気密的に囲繞する外管と、から成る二重管構造とされて、該二重管の断面が種々の断面にすることができることを特徴とする裏込め材注入先端管（特許文献１参照）というものがある。
【特許文献１】特開平１１−２１７９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のものは、注入先端管を軟質の内管としているが、特許文献１において注入先端管とは、シールド掘進機のテール部の円周殻体の外側に形成した注入管格納部に配置された部分のほぼ全長に亘る部分である。
シールド掘進機の後端部ではセグメントの組立が行なわれるため、最も後端部では組み立てられたセグメントが配置され、その手前には組み立てられたセグメントに反力をとるシールドジャッキが配置される。そのため、シールド掘進機の後端部には他の機器の配置ができない。そこで、特許文献１の注入先端管においても、注入先端管を円筒殻体から外へ出す部分はシールド掘進機の後端よりもある程度前方によった位置とならざるを得ず、そのため注入先端管はある程度の長さを有するものとのなっている。
そして、注入先端管がある程度の長さを有するにも関わらず内管と外管の間に注入する加圧流体の流入口を注入先端管の前部一箇所のみに設けている。
【０００６】
しかし、ある程度の長さの注入先端管に対して、一箇所の流入口から加圧流体を入れても、必ずしも加圧流体が前側から後ろ側に向けて内部にある裏込め材を後方にむけて搾り出すようにして内管を閉じるとは限らず、例えば注入先端管の中間部に裏込め材を残した状態でその前後を閉じてしまうことも考えられ、このような場合には、それ以上加圧流体を流入させることはできず、結局裏込め材を管内に残した状態になり、管の閉塞の危険がある。また、加圧流体によって内管がその全長に亘って閉じられているかどうかを確認する手段もない。
このように、特許文献１のものでは、注入先端管を加圧流体で理想的な状態で閉じることが出来ない可能性があり、この場合には結局、管の閉塞が起こるという問題がある。
【０００７】
本発明は係る問題点を解決するためになされたものであり、注入管の閉塞の危険のない裏込め材注入装置及び該裏込め材注入装置を有するシールド掘進機を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の第１の形態に係る裏込め材注入装置は、裏込め材の流路となる内管と、該内管が挿通された外管とを備えてなる二重管ユニットを複数直列に連結して形成される注入管を有し、各二重管ユニットは、前記内管と前記外管の間に供給される流体により前記内管外面の加圧が可能になるように両管が気密に接続されると共に前記流体による前記内管外面の加圧により前記裏込め材の流路の断面積が変更可能になるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
（２）本発明の第２の形態に係る裏込め材注入装置は、裏込め材の流路となる内管と、該内管が挿通された外管とを備えてなる注入管を有し、前記内管と前記外管の間に供給される流体により前記内管外面の加圧が可能になるように両管が気密に接続されると共に前記流体による前記内管外面の加圧により前記裏込め材の流路の断面積が変更可能になるように構成され、かつ、前記両管の接続が管軸方向で３箇所以上の箇所で成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
（３）また、本発明の第３の形態に係る裏込め材注入装置は、第１または第２の形態に係るものにおいて、外管と内管との間に流体を供給する流体供給装置を有し、該流体供給装置は、前記外管と前記内管の間へ供給する流体の供給タイミングを制御する制御部を備えてなることを特徴とするものである。
流体供給タイミングとしては、裏込め材注入を停止する際の動作として、基端側に外管と内管の間から順に所定の時間差で流体を供給して、基端側の内管から順に閉止動作を行なうようにする。
このようにすれば、注入管に残留する裏込め材が基端側から順に先端側に押し出され、注入管に残留することなく裏込め材をスムーズに押し出すことができる。
【００１１】
（４）また、本発明の第４の形態に係るシールド掘進機は、第１〜第３の形態のいずれかに記載の裏込め材注入装置を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
（１）第１の形態に係る裏込め材注入装置においては、複数の二重管ユニットを直列に連結して注入管を構成するようにしたので、各二重管ユニットについて流路断面積の変更を確実かつ円滑に行なうことができるようにその長さ等を設定さえすれば、注入管の全長が長い場合であっても、注入管全体として閉塞の危険のないものとなる。
また、二重管ユニットを複数連結して注入管を構成しているので、連結する二重管ユニットの数を変更することにより、注入管を所望の長さに簡易に変更できる。
【００１３】
（２）第２の形態に係る裏込め材注入装置においては、内管と外管の気密接続を管軸方向で３箇所以上の箇所で成すようにしているので、内管と外管の気密接続される管軸方向長さを所望の長さに設定でき、流路断面積の変更を確実かつ円滑に行なうことができる。そのため、注入管内に裏込め材が残留する危険がなく、注入管全体として閉塞の危険のないものとなる。
【００１４】
（３）第３の形態に係る裏込め材注入装置においては、外管と内管の間へ供給する流体の供給タイミングを制御する制御部を備えたことにより、注入管の管軸方向に複数ある内管の閉止動作を自在に制御できる。
【００１５】
（４）第４の形態に係るシールド掘進機においては、第１〜第３の形態のいずれかに記載の裏込め材注入装置を備えたことにより、前述のように、裏込め材注入装置における注入管に裏込め材が残留して閉塞する危険がないので、シールド掘進の作業を円滑に行なうことができ、作業効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態に係る裏込め材注入装置１を搭載したシールド掘進機５の後端部におけるシールド掘進機５の軸線に沿う鉛直断面を示している。また、図２は図１と同じシールド掘進機５の後端部における裏込め材注入装置１を含む部位の水平断面を示している。さらに、図３は図１における矢視Ａ−Ａ断面図である。またさらに、図４は図２における丸で囲んだＡ部の拡大図である。
図５は図４に示した部分の動作説明図、図６は後述する作動油供給部１９の説明図、図７、図８は本実施の形態の動作説明図である。
以下、図１〜図８を参照して本実施の形態を説明する。
【００１７】
本実施の形態に係る裏込め材注入装置１は、図１に示すように、シールドジャッキ３が配置されたシールド掘進機５の後端部に設置されて、セグメント７と掘削坑壁（図示なし）との空隙部に裏込め材を注入するものである。
裏込め材注入装置１は、外管９と、該外管９の内側に挿通されて裏込め材の流路となる内管１１とを備えてなる二重管ユニット１３ａ〜１３ｅを複数直列に連結して形成される注入管１５を有し、外管９と内管１１の両管は、外管９と内管１１との間に供給される流体により内管１１の外面の加圧が可能になるように気密に接続されている（図４参照）。そして、各二重管ユニット１３ａ〜１３ｅには、外管９と内管１１の間に作動油を供給する作動油供給管１７ａ〜１７ｅが接続されている。
また、裏込め材注入装置１は、注入管１５に裏込め材を供給する裏込め材供給部と、各二重管ユニット１３ａ〜１３ｅの作動油供給管１７ａ〜１７ｅに作動油を供給する作動油供給部１９（図６参照）とを備えている。
【００１８】
また、最も基端側に配置された二重管ユニット１３ａには、図１、図４に示すように、図示しない裏込め材供給部から二重管ユニット１３ａに裏込め材を供給する単管２１が接続され、この単管２１には単管内を洗浄するための洗浄液を供給する洗浄液供給管２３が接続されている。
なお、単管２１の部分はシールド掘進機５の機内側に配置されており、この部分は機内において分解して清掃することができ、メンテナンスが容易にできるようになっている。
図１〜図４においては本実施の形態の特徴部分である注入管１５、作動油供給管１７を図示し、裏込め材供給部及び作動油供給部１９は図示を省略している。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００１９】
＜注入管＞
本実施の形態に係る注入管１５は、シールド掘進機内から機外に延出して、シールド掘進機５の外殻２５の外面に形成された注入管収納部２７の内部に設置されている。そして、注入管１５は、外管９と内管１１から構成される二重管ユニット１３を直列に連結して形成されている。この例では、二重管ユニット１３を５個連結したものが示されている。
図面においては、二重管ユニット１３は、基端側のものから順に添字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを付して表記している。そして、本明細書においては、一般的に二重管ユニットを指す場合には添字をつけずに「二重管ユニット１３」と示し、二重管ユニットを個別に指す場合には添字を付して、例えば「二重管ユニット１３ａ」と示すことにする。
【００２０】
二重管ユニット１３は、外管９と内管１１からなり（図４、図５参照）、外管９が鋼管で、内管１１がゴムチューブで形成されている。外管９は両端部にフランジを有し、このフランジによって隣接する二重管ユニット１３同士を連結している。
このように、本実施の形態においては、内管１１と外管９を一つのユニットとして構成し、二重管ユニット１３をフランジで簡単に連結できるようにしたので、二重管ユニット１３の連結数を適宜決めることで注入管１５の長さを適切な長さに適宜決定することができる。
【００２１】
内管１１の両端部は、外管９の両端に水密状態で接続され、外管内面と内管外面の間には作動油などの流体が封入できる間隙部２９が形成されている（図５参照）。この間隙部２９に作動油等の流体を封入していない状態では内管内に流路が形成されこの流路を裏込め材が通過できるが、流体を加圧除隊で封入した場合には、内管１１が扁平状態になり、その流路が狭くなり、さらに多量の流体を封入すると流路が閉止して裏込め材が通過できない状態となる（図５参照）。つまり、間隙部２９へ流体を封入したり、封入した流体を排出したりすることで、流路を閉じたり、開放したりできる。
【００２２】
二重管ユニット１３における基端寄りの部位には間隙部２９に作動油を供給する作動油供給管１７を接続する作動油供給管接続部３１が設けられている。作動油供給管１７は、基端側の二重管ユニット１３ａに接続されるものから順に添字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅが付されており、これらの表記方法は二重管ユニット１３の場合と同様である。
【００２３】
なお、内管１１の材質は、外面から流体によって加圧したときに扁平状態等になり、流体による加圧を解除したときに内管内部に流路が形成できるような材質のものであればよく、例えば前述したゴムチューブの他軟質の合成樹脂や織布などが挙げられる。
一個の二重管ユニット１３の長さは流体を間隙部２９に供給することでスムーズな閉止動作ができる長さに設定することが好ましい。
【００２４】
＜作動油供給部＞
図６は作動油供給部１９の説明図である。
作動油供給部１９は、図６に示すように、作動油タンク３３に貯留されている作動油を各作動油供給管１７に供給する作動油供給ポンプ３５と、各作動油供給管１７に設けられて各作動油供給管１７の流路を開閉する電磁弁３７と、作動油供給ポンプ３５及び各電磁弁３７の開閉制御を通じて作動油の供給制御を行なう制御部３９とを備えている。
【００２５】
電磁弁３７は各作動油供給管１７にそれぞれ設けられ、最も基端側の二重管ユニット１３ａに作動油を供給する作動油供給管１７ａに設けられた電磁弁が電磁弁３７ａであり、二重管ユニット１３ａに隣接する二重管ユニット１３ｂに作動油を供給する作動油供給管１７ｂに設けられた電磁弁が電磁弁３７ｂであり、順に先端側に向かって電磁弁３７ｃ、３７ｄ、３７ｅとなっており、電磁弁の表記方法についても二重管ユニットの場合と同様である。
制御部３９は、作動油供給ポンプ３５の起動、停止の制御及び各作動油供給管１７へ供給する作動油の供給圧力制御、各電磁弁３７の開閉タイミングを制御する。
【００２６】
作動油の供給制御としては種々のパターンが考えられるが、例えば以下のようなものが挙げられる。
（１）裏込め材供給状態から注入停止動作をする場合
裏込め材を供給している状態からこれを停止する場合の作動油供給制御の例として、５個の二重管ユニット１３のうちの基端側の二重管ユニット１３ａから順に閉止するように作動油供給ポンプ３５、電磁弁３７を制御するものが挙げられる。具体的には、以下のようにする。
この制御を行なう前提として、制御直前の状態では裏込め材供給状態にあり、この状態においては、各電磁弁３７は閉止しており、かつ作動油供給ポンプ３５は停止状態にある。
この状態から、裏込め材供給停止を行う場合、まず裏込め材供給部から注入管１５への裏込め材の供給を停止する。その後、制御部３９は注入管１５への裏込め材の供給が停止したことを確認して、作動油供給ポンプ３５を稼動する。そして、まず最初に、最も基端側の二重管ユニット１３ａに供給する作動油供給管１７ａに設置された電磁弁３７ａを開放する。電磁弁３７ａが開放されると、作動油が二重管ユニット１３ａの間隙部２９に供給され、図５に示すように、二重管ユニット１３ａの内管１１が閉止される。内管１１が閉止されるときには、内管内の裏込め材が隣接している先端側の二重管ユニット１３ｂに押し出される。同様にして、所定の時間差で順次電磁弁３７ｂ〜３７ｅを開放し、最先端の二重管ユニット１３ｅの内管１１を閉止する。
このような制御を行なうことによって、二重管ユニット１３内の裏込め材は、二重管ユニット１３が閉止する際に順次先端側に押し出され、最終的には注入管内の裏込め材が管内に残留することなく注入口４１から吐出される。
【００２７】
（２）裏込め材注入停止状態から注入再開する場合
裏込め材注入停止状態から注入再開する場合、この状態ではまず全ての電磁弁３７が閉止状態になっている。そして、二重管ユニット１３には所定の圧力の作動油が供給されており、二重管ユニット１３は閉止状態になっている。この状態で、裏込め材を所定の圧力で注入管１５に供給する。これによって、裏込め材が二重管ユニット１３の内管１１を内側から押し広げながら注入管内を先端に向って移動し、注入が再開される。このようにすることで、裏込め材が地山側から逆流することなく、注入を再開できる。
注入が再開されると、全ての電磁弁３７を開放する。これによって、作動油の一部は作動油供給管内を逆流して作動油タンク３３に戻される。
【００２８】
＜動作説明＞
次に、以上のように構成された本実施の形態の動作を説明する。
裏込め材の注入を開始する際には、Ａ液とＢ液の混合液からなる裏込め材を、二重管ユニット１３を連結してなる注入管１５に供給し、最先端の二重管ユニット１３ｅの注入口４１から吐出して、セグメント７と掘削坑壁との間にできる空隙部に注入する。図１、図２、図４はこの注入時の状態を示しており、これらの図に示されるように、この状態においては、二重管ユニット１３の内管１１が開通して流路が形成されており、管内を裏込め材が通過できるようになっている。
この状態では、二重管ユニット１３における間隙部２９には作動油が供給されていない。
【００２９】
裏込め材の注入を停止するときには、図７に示すように、基端側の二重管ユニット１３ａから順に閉止していく。二重管ユニット１３を閉止するときの動作は、前述したように、作動油を二重管ユニット１３の間隙部２９に供給し、基端側の二重管ユニット１３の内管１１が閉止したら、順次先端側の二重管ユニット１３の内管１１を閉止していくようにする。このように基端側から順次閉止することで、管内に残留している裏込め材が順次先端側に押し出される。そして、二重管ユニット１３の長さが短く設定されているので、この閉止動作においては、二重管ユニット１３内に裏込め材が残留することがない。
【００３０】
図７の例では、基端側から３個までの二重管ユニット１３ａ〜１３ｃが閉止した状態を示している。
同様の動作を繰り返し、最先端の二重管ユニット１３ｅまで閉止する。閉止状態が所定の時間以上の場合には、洗浄液供給管２３から洗浄液を単管２１に供給して単管内に残留する裏込め材を洗浄するようにする。このとき、図７に示されるように、単管２１に隣接する二重管ユニット１３ａは閉止しているので、洗浄液が二重管ユニット１３ａ側へ流入することはない。
洗浄管が接続されている部位はシールド掘進機５の機内であり、点検を行なうことは容易なので、仮に裏込め材の残留による不具合が発生してもこの部分は分解して点検することができる。
【００３１】
裏込め材の注入を再開する場合には、前述したように、各電磁弁３７を閉止した状態で、かつ二重管ユニット１３を閉止した状態で、裏込め材の注入を再開する。裏込め材の注入を再開することで、裏込め材が二重管ユニット１３の内管１１を内側から押し広げながら注入管内を先端に向けて移動し、注入口４１から吐出して、注入が再開される。ことき、最先端の二重管ユニット１３ｅは裏込め材によって開放されるまでは閉止状態にあるので、地山側の裏込め材が逆流することがない。
【００３２】
以上のように、本実施の形態によれば、複数の二重管ユニット１３を連結してなる注入管１５を用いて基端側の二重管ユニット１３から順次閉止していくようにしたので、注入管内に残留する裏込め材が順次先端側に押し出され、注入管内に残留することがない。そして、二重管ユニット１３はその長さが比較的短く設定されているので、二重管ユニット１３において閉止動作がスムーズに行なわれる。
【００３３】
また、上記の実施の形態においては、外管９と内管１１からなる二重管ユニット１３を複数連結して注入管１５を形成したので、二重管ユニット１３の連結数を適宜設置することで注入管１５の長さを自由に設定できる。
もっとも、基端側から順次閉止していくという本発明の主目的を実現するためには、複数の内管が個別に閉止、開放できればよく、そのためには例えば、単一の外管の内部に複数の内管が管軸方向に設置されている構造であってもよいし、あるいは単一の外管の内部に単一の内管が配置され、内管が軸方向に複数箇所で外管内面に固着されることによって管軸方向に複数の間隙部が形成されているような構造であってもよい。
【００３４】
上記の実施の形態においては、内管１１を閉止するための流体として作動油を用いる例を示したが、この流体は作動油に限定されることはなく、各二重管ユニット１３の間隙部２９に供給されて、内管１１を外面から加圧して閉止できるものであればよく、たとえば水、空気などであってもよい。
また、上記の実施の形態１、２は裏込め材供給装置をシールド掘進機５に搭載した場合について説明したが、本発明の裏込め材供給装置はシールド掘進機以外の機器にも搭載でき、また他の機器に搭載せずに単独で使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る裏込め材注入装置の説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る裏込め材注入装置の説明図である。
【図３】図１の矢視Ａ−Ａ図である。
【図４】図２の丸で囲んだＡ部の拡大図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る裏込め材注入装置の動作説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る裏込め材注入装置における作動油供給部の説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る裏込め材注入装置の動作説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る裏込め材注入装置の動作説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  裏込め材注入装置
３  シールドジャッキ
５  シールド掘進機
７  セグメント
９  外管
１１  内管
１１ａ  後方ブロック体
１１ｂ  前方ブロック体
１３  二重管ユニット
１５  注入管
１７  作動油供給管
１９  作動油供給部
２１  単管
２３  洗浄液供給管
２５  外殻
２７  注入管収納部
２９  間隙部
３１  作動油供給管接続部
３３  作動油タンク
３５  作動油供給ポンプ
３７  電磁弁
３９  制御部
４１  注入口
【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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