JPH0334558B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、シールド掘削機におけるシールド本
体の隔壁前方における圧力室または切羽面に気泡
を注入するための装置に関する。

（従来技術） シールド掘削機によるトンネル掘削において、
切羽地盤のロータリカツタに対する掘削抵抗の軽
減またはずりの流動性および止水性を付与するた
めに、シールド本体の隔壁前方の圧力室または切
羽面に気泡を注入することが提案されている。気
泡の適正供給量はシールド掘削機による掘削量す
なわちシールド掘削機の掘進速度に応じて変化す
ることから、たとえば特開昭59−96395号公報に
開示されているように、気泡供給量をシールド掘
削速度に応じて可変とすべく、起泡剤溶液源から
発泡器へ供給される起泡剤溶液量と、加圧空気源
から前記発泡器へ供給される加圧空気量とをシー
ルド掘削速度に応じて制御することが試みられて
いる。

しかしながら、前記圧力室内の圧力変動が生じ
ると、該圧力室内への実質的な空気供給量が前記
圧力変動に応じて変化する。そのため、前記起泡
剤溶液源から前記発泡器へ供給される起泡剤溶液
量と、前記加圧空気源から前記発泡器へ供給され
る加圧空気量とをシールド掘削速度のみに基づい
て制御しても、気泡を適正量でかつ適正な発泡率
で供給することはできない。

特願昭58−126855号（特開昭60−19898号）明
細書において、気泡供給の適正制御のために、前
記圧力室内の圧力を検出し、この検出信号とシー
ルド掘進速度信号とにより、加圧空気源から発泡
器への空気量を制御すべく、前記加圧空気源から
前記発泡器へ伸長する空気供給管に設けられたバ
ルブ手段の作動を制御することが提案されてい
る。これによれば、圧力室内における圧力変動お
よびシールド掘進速度に応じて前記バルブ手段の
作動が制御される。

従つて、前記空気供給管に目詰まり、あるいは
破損等の異常が生じず、前記空気供給管が正常に
維持されている限りは、前記圧力室内の圧力変動
によつて前記バルブ手段が作動されたとき、この
バルブ手段の作動によつて前記発泡器に適正量の
空気が供給されることから、適正な発泡率で適正
量の泡が前記発泡器から前記圧力室または切羽面
に供給される。

しかしながら、前記発泡器への実際の空気流量
を前記バルブ手段の制御のためのフアクターとし
ていないことから、前記空気供給管に異常が生じ
あるいは前記発泡器に目詰まりが生じると、該発
泡器に適正量の空気を供給すべく前記バルブ手段
が作動されても、前記発泡器への現実の空気量は
適正量よりも少なくなり、そのために前記発泡器
から適正な発泡率で適正量の気泡の供給が困難と
なる。

（目的） 従つて、本発明の目的は、適正な発泡率で適正
量の気泡を確実に供給することができる気泡注入
装置を提供することにある。

（構成） 本発明は、シールド本体の隔壁前方の圧力室ま
たは切羽面に気泡を注入する装置において、気泡
を形成するための発泡器に供給される起泡剤溶液
量をシールド掘削機の掘進速度に基づいて制御
し、また前記発泡気に供給される加圧空気量を前
記シールド掘削機の掘進速度、前記圧力室の圧力
に加えて、前記発泡器への現実の空気流量に基づ
いて制御することを特徴とする。

（作用効果） 本発明によれば、前記発泡器に供給される加圧
空気量の制御に前記発泡器への実際の空気流量が
制御フアクタの一つとして考慮されていることか
ら、このフイードバツク制御によつて、たとえ加
圧空気源から前記発泡器への空気供給路に異常が
生じても、前記前記発泡器への現実の空気供給量
を適正に維持することができ、これにより前記発
泡器から前記圧力室または切羽面に適正な発泡率
で適正量の気泡を供給することが可能となる。

（実施例） 本発明が特徴とするところは、図示の実施例に
ついての以下の説明により、さらに明らかになろ
う。

第１図は、本発明に係る気泡注入装置が設けら
れるシールド式トンネル掘進装置１０の一例を示
す。掘進装置１０は、そのシールド本体１２の後
部にセグメント１４に反力を担わせてシールド本
体１２を推進させるジヤツキ１６を備え、また前
部には回転カツタヘツド１８を支承すると共にシ
ールド本体１２内を前方の加圧領域である加圧室
２０と後方の大気領域２２とに区画する隔壁２４
を備える。

カツタヘツド１８には、その回転軸１８ａを経
てカツタフエイスから切羽に向けられた複数の開
口を有する気泡供給路２６が設けられている。ま
た隔壁２４には、開口２８が設けられている。気
泡供給路２６および開口２８には、気泡供給管３
０が接続され、該気泡供給管を経て供給される気
泡は、開口２８を経て加圧室２０内に送られ、ま
た気泡供給路２６を経て切羽面に注入される。カ
ツタヘツド１８は、その回転軸１８ａに設けられ
たギヤ３２および該ギヤに噛合するピニオン３４
を介して回転軸１８ａに接続された駆動装置３６
の作動により回転されるが、このカツタヘツド１
８の回転によつてずりと気泡との混合を促進する
ための撹拌翼３８がカツタヘツド１８の背面およ
び回転軸１８ａに設けられている。

加圧室２０および切羽面に注入された気泡は、
ずりと混合されることにより、カツタヘツド１８
の掘削抵抗を低減し、またずりに流動性および止
水性を与え、加圧室２０の圧力を適正に維持する
ことにより、切羽の崩壊を防止する。加圧室２０
内で気泡と混合されたずりは、掘削機１０の掘進
に応じて作動される駆動装置４０を有しかつ隔壁
２４から後方へ伸長するスクリユーコンベア４２
により大気領域２２に順次移送され、コンベア４
２の放出口４４から例えばベルトコンベアのよう
な移送手段（図示せず）によつて地上へ送られ
る。

ところで、気泡注入による前記した所定の効果
を得べく、適正な発泡率で適正量の発泡を前記加
圧室２０および切羽面に供給するための発泡注入
装置４６（第２図参照）が前記掘削機１０に関連
して設けられている。

発泡注入装置４６は、第２図に示されているよ
うに、気泡供給管３０に接続される従来よく知ら
れた発泡器４８と、タンク５０と、たとえばコン
プレサから成る加圧空気源５２とを含み、タンク
５０内には、従来よく知られた所定濃度に稀釈さ
れた起泡剤溶液が収容されている。この起泡剤溶
液に気泡強化作用を有するたとえばカルボキシメ
チルセルロース（CMC）を混合することができ
る。

タンク５０は起泡剤溶液供給管５４を介して発
泡器４８に接続されており、加圧空気源５２は空
気供給管５６を介して発泡器４８に接続されてい
る。タンク５０内の起泡剤溶液は、たとえばモー
タ５８を駆動源とする容量可変ポンプ６０の作動
により、供給管５４を経て発泡器４８に供給され
る。供給管４に流量計６２を設けることにより、
発泡器４８に供給される１分間当りの現実の起泡
剤溶液量を知ることができる。前記加圧空気源の
加圧空気は、空気供給管５６を経て発泡器４８に
供給される。空気供給管５６には、発泡器４８へ
流れる空気流量を増減するための流量調整弁６４
が設けられており、また、１分間当りの現実の空
気量を検出するための空気流量検出手段として、
空気流量計６６が流量調整弁６４と発泡器４８と
の間に設けられている。加圧空気源５２に該加圧
空気源の空気圧を知るための圧力計６８を設ける
ことができ、また空気供給管５６における流量調
整弁６４より発泡器４８の側に圧力計７０を設け
ることができる。

ジヤツキ１６には、掘進速度を検出する掘進速
度検出手段７２が設けられている。隔壁２４に
は、加圧室２０内の圧力を検出するための圧力検
出手段７４が支持されている。

検出手段６６，７２および７４からの信号に基
づいて発泡器４８への空気供給量および起泡剤溶
液供給量を制御すべく演算装置７６が設けられて
いる。すなわち、シールド掘削機１０による掘削
断面積をＡ（m²）、掘削土量１m³当りの適正な起泡
剤溶液供給量をＣ（）、シールド掘進量１cm当り
の適正な起泡剤溶液供給量をα（）とすると、 α＝0.01AC の関係が得られ、シールド掘進速度をＶ（cm／
min）とし、１分間当りの最適な起泡剤溶液供給
量をQ₁（／min）とすると、 Q₁＝αV の関係が得られる。

演算装置７６には予め適正なα値が入力されて
おり、演算装置７６は、検出手段７２からの情報
信号に基づいて、式Q₁＝αVを満足するように、
インバータ７８を介してモータ５８を作動させ
る。従つて、適正量の起泡剤溶液が供給管５４を
経て前記発泡器４８に供給される。

また、掘削地盤の土質に応じた最適な発泡倍率
（空気量／起泡剤溶液量）をβとし、検出手段７
４により検出される加圧室２０内の圧力をP_Dと
し、大気圧換算での１分間当りの最適な空気供給
量をQ₂（／min）とすると、 Q₂＝αβ（P_D＋１）Ｖ の関係が得られる。

演算装置７６には予め土質に応じた適正なβ値
が入力されており、基本的には、検出手段７２お
よび７４からの情報信号に基づいて、式Q₂＝αβ
（P_D＋１）Ｖを満足させるべく、流量制御弁６４
の作動を制御する。ところが、空気供給管５６に
目詰まり、あるいは破損等の異常が生じると、現
実の空気供給量が値Q₂より小さな値となること
があり、これを防止すべく前記演算装置７６には
現実の空気供給量である流量計６４からの情報信
号が流量制御弁６４の作動を補正するための補正
信号として入力されている。

従つて、空気供給管５６に目詰まり、あるいは
軽微な破損等の異常が生じても、式Q₂＝αβ（P_D＋
１）Ｖを確実に満足するように制御弁６４の作動
が確実に制御されることから、適正量の加圧空気
が前記供給管５６を経て発泡器４８に供給され
る。

空気供給管５６および起泡剤供給管５４を経て
それぞれ加圧空気および起泡剤溶液の供給を受け
る発泡器４８は、従来よく知られているように、
両者の混合により気泡を生じさせ、この気泡はそ
の空気圧力により、前記したように、気泡供給管
３０を経て前記加圧室および切羽面に注入され
る。

前記気泡注入装置では、前記したように、掘進
速度検出手段７２および圧力検出手段７４からの
情報信号に基づいて作動を制御される流量調整弁
６４は、発泡器４８への現実の空気供給量を検出
する流量計６６からの情報信号に基づいて作動を
補正される。従つて、発泡器４８へ所定量の空気
を確実に供給することができ、また、たとえ加圧
空気源から前記発泡器への空気供給路に異常が生
じても、前記前記発泡器への現実の空気供給量を
適正に維持することができ、これにより前記発泡
器から前記圧力室または切羽面に適正な発泡率で
適正量の気泡の供給が可能となる。

加圧空気源５２の大きな圧力変化に対する制御
弁６４の作動補正のために、空気供給管５６内の
圧力P₁を示す圧力計７０の圧力検出信号を利用
することができる。すなわち、空気流量計６６の
設定圧力は、通常ほぼ一定値を示す加圧空気源５
２の圧力Ｐに等しく設定されているが、加圧空気
源５２に大きな圧力変化が生じると、空気流量計
６６からの情報信号に大きな誤差が生じる。しか
しながら、次式 Q₂＝αβ（P_D＋１）√（＋１）（₁＋１）Ｖ 満足するように、前記演算装置で演算処理するこ
とにより、空気流量計６６の検出信号の誤差を補
正することができ、これにより一層正確な空気供
給量の制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシールド掘進機を概略的
に示す縦断面図であり、第２図は本発明に係る気
泡注入装置の概略図である。 １０：シールド掘削機、１２：シールド本体、
１８：ロータリカツタ、２０：圧力室、２４：隔
壁、４８：発泡器、５０：起泡剤溶液源、５２：
加圧空気源、６６：空気流量検出手段、７２：掘
進速度検出手段、７４：圧力検出手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シールド本体の隔壁前方の圧力室または切羽
   面に気泡を注入する装置であつて、起泡剤溶液源
   から供給される起泡剤溶液と加圧空気源から供給
   される加圧空気とから気泡を形成するための発泡
   器と、シールド掘削機の掘進速度を検出する手段
   と、前記圧力室の圧力を検出する手段と、前記加
   圧空気源から前記発泡器への空気流量を検出する
   手段と、掘進速度検出手段からの信号に基づいて
   前記発泡器への溶液供給量を制御し、前記掘進速
   度検出手段、前記圧力検出手段および前記空気流
   量検出手段からの信号に基づいて前記発泡器への
   空気供給量を制御する制御機構とを含む、気泡注
   入装置。 ２ 前記空気流量検出手段は前記加圧空気源から
   前記発泡器へ伸長する空気供給管に設けられた流
   量計である、特許請求の範囲第１項に記載の気泡
   注入装置。 ３ 前記制御機構は、前記空気供給管に設けられ
   た流量調整弁を備える、特許請求の範囲第２項に
   記載の気泡注入装置。