JPH047495A - 泥水加圧推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カッタ部の前面と切羽との間及びシールド筒
と外周地山との間に泥膜を形成して地中を掘進する泥水
加圧推進装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、地中横穴掘削の工法として泥水加圧推進工法が知
られている。

この施工法は、−船釣に掘進機及び埋設管を搬入するた
めの立坑を掘削し、掘進機の後方に複数の埋設管を順次
連結しつつ横方向に掘進機及び埋設管を押し出しながら
横穴を掘削し、所定の箇所に設けた到達立坑から掘進機
を引出し、埋設管を設置する。

ここで、横穴を掘削する方法は、掘進機から切羽の地山
側に向けて泥水を注入し、加圧することによって地山側
にマッドフィルム（泥膜）を形成する。そして、通常地
下水圧＋０．２　ｋｇ／ｃｕｔ程度に加圧した泥膜によ
り切羽を安定支持しつつ、カッタを回転させ地山の土砂
を掘削し、推進を行う。カッタとしては、通常、スポー
ク式のカッタもしくはカッタフェイスを持った面板型式
のカッタが使用されている。

第７図は従来の掘進機の例を示す部分断面図である。

図に示す掘進機４１の頭部側にふいて、カッタ部８の径
はシールド筒２の径よりも大きく形成されており、地山
をシールド筒２よりもやや大きくオーバーカットし、シ
ールド筒２及び図示しない後方に連結した埋設管と地山
との間にテールボイドＣ部を形成する。

一方、送泥管４２からカッタ部８の前面に泥水ａを送る
ことによって切羽Ａとカッタ部８０間に泥膜が形成され
、切羽Ａが安定に支持される。カッタ部８により掘削さ
れた土砂は掘削室５において送泥水と撹拌混合されて高
濃度の液状体となる。

この高濃度の液状体を加圧した状態でテールボイドＣ部
に充満させることにより、地山を受圧状態にし、地山の
崩落、埋設管への締め付けを抑え、掘進機及び埋設管と
地山とを直接触れさせないようにし、埋設管と地山との
摩擦力を低減している。

なお、図中１０は排泥口、１１は排泥管、４３はバルブ
である。

このように、カッタ８部をシールド筒２よりも径大にし
た掘進機を用いた推進装置により、それまでのオーバー
カットのない推進装置に比し、低推力での長距離推進が
可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記のように、泥水加圧推進工法は、掘進機から切羽の
地山側に向けて泥水を加圧注入することによってカッタ
部と切羽の間及びシールド筒と外周地山との間に泥膜を
形成し、泥膜を介した加圧力により切羽及び外周地山を
安定に支持しつつ、カッタを回転させ切羽の土砂を掘削
し、推進を行う。

この泥水加圧推進工法において、前記泥膜を介した加圧
力を一定範囲に保つことが、切羽及び外周地山を安定に
支持するうえで極めて重要なことである。ここで問題と
なるのは、排泥作業に伴う切羽の圧力低下である。当然
のことながら、掘削土砂を排出しなければ掘進は行われ
ないわけであるから、掘進と排泥作業は繰り返し行われ
る。従来の作業において、排泥管に設けたバルブの開閉
は、切羽の圧力が下限値（地下水圧＋０．２ｋｇ／Ｃｎ
ｔ）より高いときにバルブを開け、下限値で閉じること
によって切羽の圧力を管理していたが、往々にして切羽
の圧力は設定の下限値を下回り、切羽とテールボイドの
安定がはかりにくかった。一方、バルブを開けるときの
切羽圧力を高く設定した場合、せっかく形成した泥膜が
高い切羽圧力のために破られて逸泥し、切羽圧力が一挙
に低下し、切羽が不安定になる場合も発生した。

さらに、排泥管に設けるバルブとして、第８図に示すよ
うなケーシング４３ａ　にゴムスリーブ４３ｂを取り付
け、ケーシング４３ａ内に所定圧力の空気を供給するこ
とによってゴムスリーブ４３ｂが開閉するエヤーピンチ
バルブ４３を用いる場合、このバルブ４３を閉じた際に
、正常な状態では同図（ａ）（正面断面図）及び同一（
ｂ）（側面断面図）の状態にあるが、排泥中の土砂の塊
４４が同図（Ｃ）（側面断面図）に示すようにゴムスリ
ーブ４３ｂ　に挟まれたとき、土砂４４の回りに大きな
隙間４５ができてバルブ４３が完全に閉鎖されずに泥水
が漏れることがある。このためバルブ４３の操作が適切
に行われず、掘削室内の圧力変動を引き起こすという問
題があった。

また、ゴムスリーブ４３ｂが破損した場合、泥水が流出
して切羽圧力が低下し、切羽の崩落が生じるという問題
があった。

そこで本発明は、泥水加圧推進工法において、掘削室内
の圧力変動を抑制し、また、排泥バルブの作動を適切に
して、掘進機と地山との間に常に安定な泥膜を形成して
、長距離掘進を円滑に行うことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の泥水加圧推進装置は、その目的を達成するため
に、シールド筒より径大のカッタ部の前面と切羽との間
及びシールド筒と外周地山との間に泥膜を形成して地中
を掘進する泥水加圧推進装置において、下記（１）乃至
（４）の手段のいずれか一つ以上の手段を備えたことを
特徴とする。

（１）掘進機の掘削室を形成するためにカッタ部の後部
に設けた隔壁に、掘削室内の圧力変化に応じて弾性的に
変形する圧力調整体を設けること。

（２）掘進機の掘削室内に接続した排泥管の途中に設け
たバルブを、ケーシング内にゴムスリーブを取り付けた
エヤーピンチバルブとし、前記ゴムスリーブを閉じたと
きにゴムスリーブ断面形状が放射状となるようにケーシ
ングの周方向３箇所以上に空気供給口を設けること。

（３）　　前記エヤーピンチバルブを直列に複数個連設
すること。

（４）　　前記エヤーピンチバルブのケーシングを硬質
ゴム製のケーシングとし、同ケーシングを外部から押圧
可能な構造とすること。

〔作用〕

本発明の泥水加圧推進装置において、掘削室を形成する
隔壁に設けた圧力調整体は、掘削土砂の大きな塊が掘削
室に入り込んだときの掘削室内の圧力上昇に対しては圧
力調整体が縮み、排泥開始時の圧力低下に対しては圧力
調整体が膨らんで、掘削室内の圧力変動を吸収し、掘削
室内を常に所定の圧力に保持する。

排泥管に設けたエヤーピンチバルブは、ゴムスリーブが
土砂の塊を挟み込んだときでもゴムスリーブが土砂にな
じんで変形して隙間を生じることかない。また、同エヤ
ーピンチバルブを複数個連設したときは、各バルブの供
給空気圧を適切に設定することにより、掘削室内の圧力
を所定の圧力に確実に保持することができる。また、同
エヤーピンチバルブのケーシングを硬質ゴム製のケーシ
ングとして同ケーシングを外部から押圧可能な構造とし
たと′きは、ケーシング内のゴムスリーブが破損したと
きには同ケーシングを押圧してバルブを閉じることがで
きる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、実施例により本発明の特徴
を具体的に説明する。

第１図は本発明の実施例における掘進機の要部を示す断
面図である。

第１図において、掘進機１は全体として筒状をなし、掘
進機１の後方には複数の埋設管（図示せず）が順次連結
される。

掘進機１のシールド筒２内には隔壁３が設けられている
。隔壁３の後部側には、送泥管４が接続されている。こ
の送泥管４は、泥水ａを圧送するポンプを介して泥水貯
蔵タンク（図示せず）に連結されている。隔壁３の前部
側には、モータ等の駆動機６により回転力を与えられる
回転軸７と、同回転軸７に連結され、掘進機１のシール
ド筒２の外径より大きな外径をもつカッタ部８が配設さ
れている。このカッタ部８の前面部には、放射状に切削
刃８１が配設され、最外部の切削刃８１はシールド筒２
の外方に位置し、シールド筒２と外周地山Ｂとの間隙に
テールボイド部Ｃが形成される。

掘進機１の隔壁３とカッタ部８とシールド筒２で囲まれ
た空間は、泥水と掘削土砂とが攪拌混合される掘削室５
となっている。

この掘削室５内において、カッタ部８の背面部から回転
軸７の軸心に平行にスクレーパ９を突設している。この
スクレーパ９によってシールド筒２の内面側に残留しが
ちな土砂が掻き取られ、且つ、掘削土砂と泥水ａの撹拌
混合が図られる。

そして、カッタ部８の前面の切削部及び掘削室５におい
て、泥水ａと掘削土砂とが均一に攪拌混合されてできた
液状混合体は、カッタ部８前面の切羽Δ側に泥膜を形成
するとともに、シールド筒２と外周地山Ｂとの間にテー
ルボイド部Ｃを形成する。このテールボイド部Ｃにも泥
膜が形成される。

掘削室５の下部においては、隔壁３の一部が開口され、
排泥口１０が形成されている。この排泥口１０には排泥
管１１およびバルブ１２が設けられ、さらに、バルブ１
２の排泥側端部には図示しない貯泥槽が設置されている
。

このような掘進機１において、本実施例では、隔壁３に
、掘削室５内の圧力変化に応じて弾性的に変形する圧力
調整体１３を設けている。この圧力調整体１３は、掘削
室５側をゴム等の弾性体１３ａ　とし、後部側３ａを隔
壁３と一体的に剛体で形成して、内部に掘削室５内の泥
水ａの圧力と同程度の圧力の空気等の気体を封入してい
る。

次いで、第１図に示した掘進機１の動作について説明す
る。

まず、図示しないポンプによって泥水ａが送泥管４を通
じて圧送される。圧送された泥水ａは、掘削室５を満た
し、切羽Ａ面に加圧状態で送られる。次いで駆動機６に
より回転軸７を回転させ、かつ泥水ａの注入を続けなか
らカッタ部８により掘削を行う。掘削された土砂は泥水
ａに混合し、この液状混合体により切羽Ａ面は押圧され
、カッタ部８と切羽Ａの間には泥膜が形成され、切羽Ａ
の安定が図られる。

また、カッタ部８の外径はシールド筒２の外径より大き
く設定されているので、掘削後はシールド筒２及び埋設
管の外周と外周地山Ｂとの間にテールボイド部Ｃが形成
される。このテールボイド部Ｃにも、外周地山Ｂとの間
に泥膜が形成される。

この泥膜にかかる圧力は、掘削室５内の液状混合体の圧
力、例えば地下水圧＋０．２　ｋｇ／ｃｕｔと同圧とな
り、その押圧力によって切羽Ａ及び外周地山Ｂの崩落を
抑え、緩み土圧の発生を防止し、外周地山Ｂの埋設管等
への締付けを無くして掘進機の所要推進力を低減させる
。したがって、小さな推進力で掘進機の推進を行うこと
ができ、長距離推進工法に適したものとなる。

掘削室５内の土砂と泥水ａの液状混合体は、排泥口１０
から排泥管１１を通り、バルブ１２を通って、図示しな
い貯泥槽に排泥される。このバルブ１２の開閉作動圧力
を適切に調整することによって良好な掘削を行うための
掘進室５内の液状混合体の圧力を保持することが可能と
なる。

上記のような掘進作業において、掘削室５内に掘削土砂
の比較的大きな塊が入り込んだ場合、掘削室５内の圧力
がこの塊の容積に対応した分だけ一時的に上昇し、掘削
室５内の圧力変動が生じて泥膜が不安定となる。しかし
、本実施例では、隔壁３に弾性変形する圧力調整体１３
を取り付けているので、前記圧力上昇に相当する分だけ
圧力調整体１３内の空気等の気体の体積が縮小して、掘
削室５内の圧力が上昇することはない。そして、前記塊
が排泥口１０から排泥された後は元の状態に復帰するた
め、安定した泥膜が維持される。また、排泥に伴う切羽
の圧力低下や、異常時の圧力低下に際しては、この圧力
調整体１３が膨らみ、体積変化に追随し、切羽の圧力低
下を防止し、圧力が正規になれば元の状態に復帰する。

第２図は弾性変形する圧力調整体の異なる構成例を示す
図である。この例では、圧力調整体１４を、隔壁３の凸
部３ｂに配置したゴム等の弾性材からなる袋状部１４ａ
　と同袋状部１４ａ　に接続した配管１４ｂと圧力調整
ゲージ１４ｃ　とバルブ１４ｄ　とで構成している。

この構成においては、圧力調整ゲージ１４ｃ　により袋
状部１４ａ　内の空気等の気体の圧力が一定になるよう
にバルブ１４［ｊが操作される。そして、常時は同図（
ａ）に示す状態にあり、掘削室５内に掘削土砂の比較的
大きな塊が入り込んだ場合は、袋状部１４ａが同図（ｂ
）に示すように弾性変形して掘削室５内の圧力上昇を吸
収する。このとき、袋状部１４ａ内の気体の一部がバル
ブ１４ｄを経て放出される。

掘削室５から土砂の塊が排出されるとバルブ１４ｄを経
て気体が袋状部１４ａ　に供給されて同図（ａ）の状態
に復帰する。

第３図は圧力調整体のさらに異なる構成例を示す図であ
る。この例では、圧力調整体１５を、隔壁３を筒状に形
成した凸部３ｃの内面をピストン状に摺動する円板１５
ａ　と同円板１５ａ　に連結されたロッド１５ｂ　と同
ロッド１５ｂ　に連結され流体圧シリンダ１５ｄ　内を
往復動するピストンヘッド１５ｃ　とで構成している。

流体圧シリンダ１５ｄ　の図面左側は外気に連通してお
り、図面右側は液体タンク１５ｅに連通している。液体
タンク１５ｅ　内には所定の圧力の空気が封入されてお
り、常時は同図（ａ）に示す状態にある。掘削室５内に
掘削土砂の比較的大きな塊が入り込んだ場合は、円板１
５ａ、ロッド１５ｈ、ピストンヘッド１５Ｃが同図（ｂ
）に示すように図中右方向に移動して掘削室５内の圧力
上昇を吸収する。掘削室５から土砂の塊が排出されると
円板１５ａ、ロッド１５ｂ、ピストンヘッド１５ｃ　は
同図（ａ）の状態に復帰する。

第４図は第１図の実施例において排泥管１１に設けたバ
ルブ１２の構造を示す図である。本実施例においては、
バルブ１２は第４図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）（７）
例ニ示すように、ケーシング１２ａ　内への空気の供給
口１２ｃを３箇所以上とし、バルブ１２を閉じた状態の
とき、ゴムスリーブ１２ｂの断面形状が放射状になるよ
うにした。このため、ゴムスリーブ１２ｂが土砂の塊２
０を挟み込んだ場合でも、ゴムスリーブ１２ｂが塊２０
になじんで変形して隙間が生じることがなく、泥水が漏
れることがない。このとき、ゴムスリーブ１２ｂ　の閉
じる形状にあうように、あらかじめケーシング１２＆　
とゴムスリーブ１２ｂを３箇所以上の点で固定してふけ
ば、固定した箇所はゴムスリーブ１２ｂ　がケーシング
１２ａから離れることがなく、ゴムスリーブ１２ｂが確
実に放射状の断面形状となって閉じることができる。

第５図は排泥管に設けるバルブを二連バルブとした実施
例を示す図である。この例においては、第１のバルブ１
６と第２のバルブ１７を連設し、第１のバルブ１６には
圧力Ｐ、の空気を供給口１６ｃから供給し、第２のバル
ブ１７には圧力Ｐ２　の空気を供給口１７ｃから供給す
る。図中１６ａ、　１７ａはケーシング、１６ｂ、　１
７ｂはゴムスリーブ、１６ｄ、　１７ｄは圧力計である
。この二連バルブにおいては、バルブ１６の空気圧は第
１図の場合と同様に、掘削室５内の圧力と同程度とし、
バルブ１７の空気圧はバルブ１６の空気圧よりやや高く
する。

第５図において、同図（ａ）は両バルブを閉じた状態を
示し、同図（ｂ）〜（Ｃ）は排泥時のバルブ操作の手順
を示す。掘削が進んで掘削室５内の圧力が所定圧より高
くなると第１のバルブ１６が自動的に開となる（同図（
ｂ）の状態）。このときの圧力計１６６　の表示圧の上
昇を見て操作者は第２のバルブ１７への供給空気圧を下
げて第２のバルブ１７を開にする（同図（Ｃ）の状態）
。この状態で掘削室５内の液状混合体が排泥される。排
泥が進むにつれて掘削室５内の圧力が下がり、同圧力が
所定の圧力より下がると第１のバルブ１６が自動的に閉
じ、排泥が止まる（同図（ｄ）の状態）。この後操作者
が第２バルブ１７を閉じて同図（ａ）の状態に復帰する
。このように排泥バルブを二連バルブとして、第１のバ
ルブ１６の圧力計の表示圧を監視して第２のバルブ１７
の開閉を操作することにより、かりに第２のバルブ１７
を閉めるタイミングが遅れることがあっても、掘削室５
内の圧力が所定の圧力より低くなることがなくなり、こ
れにより切羽を安定に支持し、切羽の崩落等を未然に防
止することができる。

第６図は排泥管に設けるバルブとして、硬質ゴムにより
ケーシングを形成し、同ケーシングを外側から押圧可能
な構造とした実施例を示す図であり、同図（ａ）は正面
断面図、同図（ｂ）は側面断面図、同図（Ｃ）はケーシ
ングを押圧した状態を示す側面断面図である。この例に
おいては、バルブ２１の本体は硬質ゴム製のケーシング
２２とゴムスリーブ２３からなり、この本体に対してケ
ーシング２２を外側から押圧する流体圧シリンダー２４
を設けている。通常の操業状態に右いては、ケーシング
２２とゴムスリーブ２３０間に所定圧力の空気を供給す
ることによって、ゴムスリーブ２３を開閉する。操業中
になんらかの理由によりゴムスリーブ２３が損傷したと
きには、流体圧シリンダー２４を作動させてシリンダー
ロッド先端の押さえ具２５によりケーシング２２を押圧
してパルプ２１全体を密着させて、泥水の流出を阻止す
る。

なお、以上に説明した実施例は、泥水加圧推進工法にお
いて、掘進機と地山との間に常に安定な泥膜を形成して
、長距離掘進を円滑に行うための前記（１）乃至（４）
の手段の組合せの例を示したものであるが、本発明の加
圧推進装置としては、実施例の組合せ以外の組合せを適
宜選択することができる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明の泥水加圧推進装置によ
れば、掘削室およびシールド筒と外周地山との間の泥水
と掘削土砂の混合体の圧力が所定の範囲に保持され、カ
ッタ部の前面及びシールド筒の外周に形成される泥膜に
かかる圧力の変動が微小なものとなり、切羽や外周地山
が安定に支持される。これにより、安定した長距離掘進
作業を行うことができる。また、本発明装置に採用でき
る各手段は、それぞれ次のような個別の効果を有する。

■　掘削室を形成する隔壁に掘削室内の圧力変化に応じ
て弾性変形する圧力調整体を設けたときには、掘削土砂
の大きな塊が掘削室に入り込んだときの圧力上昇に対し
ては、圧力調整体が縮んで掘削室内の圧力上昇を吸収し
、掘削室内を常に所定の圧力に保持し、切羽の支持を安
定化する。逆に排泥開始時の圧力低下に対しては、圧力
調整体が膨らんで掘削室内の圧力低下を防止し、切羽と
テールボイドの崩落を防止する。

■　排泥管に設けるバルブを、ゴムスリーブを閉じたと
きに同ゴムスリーブの断面形状が放射状となるエヤーピ
ンチバルブとしたときには、ゴムスリーブが土砂の塊を
挟み込んだときでもゴムスリーブが土砂になじんで変形
して隙間を生じることがなく、泥水の漏洩がない。

■　排泥管に設けるバルブとして、エヤーピンチバルブ
を２個連設したときには、各バルブの供給空気圧を適切
に設定することにより、掘削室内の圧力を所定の圧力に
確実に保持することができ、切羽の崩落を防止すること
ができる。

■　排泥管に設けるバルブとして、ケーシングを硬質ゴ
ム製のケーシングとして同ケーシングを流体圧により押
圧可能な構造としたときには、ケーシング内のゴムスリ
ーブが破損したときでも泥水の流出を阻止でき、切羽の
崩落を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における掘進機の要部を示す断
面図、第２図及び第３図は弾性変形する圧力調整体の異
なる構成例を示す図、第４図は排泥管に設けるバルブの
構造を示す図、第５図は同２連バルブを示す図、第６図
は同バルブの他の構造例を示す図である。他方、第７図
は従来の掘進機の例を示す断面図であり、第８図は従来
の排泥管バルブの問題点を説明するための図である。 １．４１：掘進機　　　　　２：シールド筒３：隔壁　
　　　　　　３ａ：隔壁の後部側３ｂ、　３ｃ：隔壁の
凸部　　４，４２：送泥管５：掘削室　　　　　　６：
駆動機 ７−回転軸　　　　　　８；　カッタ部８１：切削刃　
　　　　　９：スクレーパ１０：排泥口　　　　　　１
１：排泥管１２、１６．１７．４３：バルブ １２ａ、　１６ａ、　１７ａ、　４３ａ：ケーシング１
２ｂ、　１６ｂ、　１７ｂ、　４３ｂ：ゴムスリーブ１
２ｃ、　１６ｃ、　１７ｃ：空気供給口１３、１４．１
５　：圧力調整体１３ａ：弾性体１４ａ：袋状部　　　
　　１４ｂ：配管１４Ｃ：圧力調整ゲージ　１４ｄ：バ
ルブ１５ａ：円板　　　　　　１５ｂ：　０７ド１５Ｃ
：ピストンヘッド　１５ｄ：流体圧シリンダー１５０：
液体タンク　　　１６［］、　１７ｄ：　圧力計２０、
４４：土砂の塊　　　２１：バルブ２２：ケーシング　
　　　２３：ゴムスリーブ２４：流体圧シリンダー　２
５：押さえ具４５：隙間 Ａ：切羽　　　　　　　Ｂ：外周地山 Ｃ：テールボイド部　　ａ：泥水

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シールド筒より径大のカッタ部の前面と切羽との間
   及びシールド筒と外周地山との間に泥膜を形成して地中
   を掘進する泥水加圧推進装置において、掘進機の掘削室
   を形成するためにカッタ部の後部に設けた隔壁に、掘削
   室内の圧力変化に応じて弾性的に変形する圧力調整体を
   設けたことを特徴とする泥水加圧推進装置。 ２、シールド筒より径大のカッタ部の前面と切羽との間
   及びシールド筒と外周地山との間に泥膜を形成して地中
   を掘進する泥水加圧推進装置において、掘進機の掘削室
   内に接続した排泥管の途中に設けたバルブを、ケーシン
   グ内にゴムスリーブを取り付けたエヤーピンチバルブと
   し、前記ゴムスリーブを閉じたときにゴムスリーブ断面
   形状が放射状となるようにケーシングの周方向３箇所以
   上に空気供給口を設けたことを特徴とする泥水加圧推進
   装置。 ３、請求項２記載のエヤーピンチバルブを直列に複数個
   連設したことを特徴とする泥水加圧推進装置。 ４、請求項２または３記載のエヤーピンチバルブのケー
   シングを硬質ゴム製のケーシングとし、同ケーシングを
   外部から押圧可能な構造としたことを特徴とする泥水加
   圧推進装置。 ５、シールド筒より径大のカッタ部の前面と切羽との間
   及びシールド筒と外周地山との間に泥膜を形成して地中
   を掘進する泥水加圧推進装置において、請求項１記載の
   圧力調整体と請求項２乃至４のいずれかに記載のエヤー
   ピンチバルブとを組み合わせて掘進機に設けたことを特
   徴とする泥水加圧推進装置。