JPH0781496B2 - 削土密封形シ−ルド機械における制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、滞水した砂層、砂礫層地盤を掘削するのに用
いる削土密閉形シールド機械における制御方法及び制御
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

上記掘削層の切羽の崩壊を防止するために、カッタヘッ
ドの前側及びカッタヘッドチャンバ内へ止水材を吐出し
ながら掘削するようにしたものが、特開昭59−134296号
公報にて知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この従来のものにあっては、吸水材の注
入量を削土の状態、すなわち、切羽の湧水量に応じて制
御することができなく、例えば一定時間の注入、不注入
を繰り返す等の方法しかなかった。そのため、切羽から
の湧水量の状態によっては止水材に過不足が生じてしま
い、止水材が無駄になったり、あるいは、折角止水材を
注入しながらその効果を得らずに、湧水がカッタヘッド
チャンバ内への急激な流入を防止できず、排土がスクリ
ュウコンベア等の土砂排出口から噴発したり、削土密封
の作用がくずれ、切羽の崩壊が発生する等の問題があっ
た。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

本発明は上記のことにかんがみなされたもので、止水材
の無駄を省くと共に、湧水量に応じた適切な止水効果を
得ることができるようにした削土密封形シールド機械に
おける制御方法及び制御装置を提供しようとするもの
で、カッタヘッドの前側及びカッタヘッドチャンバ内の
少なくとも一方に、止水材を注入する注入口を設けた削
土密封形シールド機械において、カッタヘッドによる削
土時におけるカッタヘッドチャンバ内の水圧に基づい
て、上記注入口から注入する止水材の注入量を制御する
ようにしている。

そして上記湧水量は、カッタヘッドチャンバ内の湧水圧
または排出されるズリの状態、さらにシールド機械の前
進を行なうためのジャッキのストローク量から検出す
る。

上記止水材の注入量の制御は、カッタヘッドチャンバ内
の水圧と止水材注入用のポンプの吐出量との関係の設定
値を設定入力器にあらかじめ入力しておき、カッタヘッ
ドチャンバ10内に設けた水圧検出器20にてカッタヘッド
チャンバ10内の水圧を検出し、水圧検出器20からの検出
信号を調節器21に入力して上記設定入力器22の設定値と
を比較し、その結果の信号に基づいて止水材注入用のポ
ンプ18の吐出量を制御することによって行なう。

また上記制御を行なうための制御装置は、カッタヘッド
７の前側及びカッタヘッドチャンバ10内の少なくとも一
方に、止水材を注入する注入口を設けた削土密封形シー
ルド機械において、カッタヘッドチャンバ内に設けてこ
のカッタヘッドチャンバ内の水圧を検出する水圧検出器
と、カッタヘッドチャンバ内の水圧と止水材注入用のポ
ンプの吐出量の関係の設定値をあらかじめ入力しておく
設定入力器と、水圧検出器20の検出値と、設定入力器22
の設定値とを比較し、その結果の信号に基づいて止水材
注入用ポンプ18を制御する調節器21とからなっている。

上記構成により、土砂の掘削に従ってカッタヘッド前側
の切羽あるいはカッタヘッドチャンバ内に、このときの
湧水量に応じた量の止水材が注入されていく。

実施例 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図中１は後部シールド、２はこの後部シールド１の前端
に若干首振動可能に連結された略同径の前部シールド、
３は両シールド1,2を連結するために円周方向に複数本
設けたアーテイキユレートジヤツキ、４は一端を前部シ
ールド２に連結し、他端にセグメント５に当接するスプ
レッダ６を設けて周周方向に複数本設けたシールドジヤ
ツキであり、上記アーテイキユレートジヤツキ３を選択
的に伸縮動することにより後部シールド１に対して前部
シールド２が屈曲動して方向変換がなされ、またシール
ドジヤツキ４を伸長することにより、シールド機械全体
がセグメント５に対して前進されるようになつている。

上記前部シールド２の前側にはカツタヘツド７が軸受８
を介して回転自在に支持されており、このカツタヘツド
７の内側と前部シールド２の前端に設けた隔壁９との間
にカツタヘツドチヤンバ10が構成されており、カツタヘ
ツド７の回転により掘削された土砂はこのカツタヘツド
チヤンバ10に取込まれるようになつている。11は上記カ
ッタヘッド７を回転駆動する駆動モータである。12は先
端をカツタヘツドチヤンバ10に臨ませて隔壁９に支持し
たスクリユウコンベヤである。

上記カツタヘツド７の軸受８による回転支持部に大口径
のロータリジヨイント13が設けてあり、このロータリジ
ヨイント13より複数の配管14がカツタヘツド７の支持
材、例えば中間ビーム15が添わせて設けてある。カツタ
ヘツド７の前面に複数個の液状止水材注入用の注入口16
が設けてあり、この各注入口16に上記注出管14が接続さ
れている。上記ロータリジヨイント13の前シールド２側
には固定側の配管17が接続されている。

上記止水材は水の吸収能、保水性を有し、各種製品の保
水剤、脱水剤として用いられる特殊アクリル酸系の粉粒
状吸収性樹脂であり、市販品としてアクアロツク（商品
名）がある。本発明装置では上記粉粒状吸収性樹脂をグ
リセリンと混合して液状にして用いる。

なお上記粉粒状吸収性樹脂の一般性状としては、 外観 白色〜淡黄色粉粒状（100〜250μ） みかけ比重（常温）0.6〜1.2g/cc pH（0.25％,aq,sol）6.0〜8.0 乾燥減量 7.0wt％ 吸水能 約400倍（純水） 特徴 （１）水に接触すると短時間に自重の約400倍の水を吸
収して膨潤し、粒状を呈する。一旦吸収した水は多少の
圧力をかけてもほとんど放水しない。

（２）熱に対して安定している。

（３）水の凍結温度を低下させることができる。

上記固定側の配管17は第２図に示すようにポンプ18を介
して止水材タンク19に接続されていて、止水材を切羽か
らの湧水圧力よりもわずかに高い圧力で注出するように
している。またカッタヘッドチャンバ10内には水圧検出
器20が設けてあり、この水圧検出器20にて、切羽より湧
水した水、あるいは地山に含まれている間隙水がカッタ
ヘッドチャンバ10内に流入したときのカッタヘッドチャ
ンバ内の水圧が検出されるようになっている。そしてこ
の水圧検出器20の信号を切羽での湧水量換算の信号とし
て調節器21に入力し、この調節器21にて設定入力器22か
らの入力と比較してその結果の信号を注入モータ調節計
23を介してポンプ駆動部24に入力してポンプ18の吐出量
を制御し、切羽への止水材の注入量を自動的に制御す
る。25は手動設定器である。

第３図、第４図は上記カッタヘッドの前面に設ける注入
口の他の実施例を示すものである。

図中30はカツタヘツド31隔壁32に設けたロータリジヨイ
ント、33はカツタヘツド31の中心部に開口した注入口、
34はこの注入口33の外側に対向した開閉弁であり、上記
注入口33はパイプ35にて上記ロータリジヨイント30に接
続されている。また開閉弁34にはパイプ35、ロータリジ
ヨイント30を貫通するロツド36が連結してあり、開閉弁
34はこのロツド36を介してばね37にて閉じ方向に付勢さ
れている。38はロータリジヨイント30の固定側に接続し
た配管、39はバルブである。

この構成において、バルブ39を介して所定の圧力の止水
材を配管38より送給すると、この止水材はパイプ35に入
る。パイプ35内の圧力が所定圧力になるとばね37に抗し
て開閉弁34が開いてパイプ35内の止水材が切羽内に注入
される。

注入が完了すると止水材の圧力が下がるのでばね37に開
閉弁34が戻り、注入口33が閉じられる。

万一開閉弁34に詰まりが生じて開口不足あるいは閉じな
くなつた場合にはロツド36の先端が後側から目視できる
のでロツド36の戻り位置からこれを知ることができる。

第５図から第８図は液状の止水材をカツタヘツド内に注
入するようにした実施例を示す。

図中40はカツタヘツド41の内側軸心部に設けたロータリ
ジヨイントで、その固定側はブラケツト42を介して前シ
ールド２に固定してある。そして固定側には止水材用の
配管43が接続されている。カツタヘツド41内には複数個
の注入口44が設けてあり、この各注入口44は配管を介し
て上記ロータリジヨイント40の回転側に接続されてい
る。上記注入口44はカツタヘツド41の中間ビーム45に固
着してある。またこの注入口44は第６図に示すように、
カツタヘツド41の内側に中間ビーム45に固着して設けた
混合バー46に設けてもよい。また上記各注入口44には第
７図に示す逆止弁47を設けてもよい。この逆止弁47はタ
ペツト48が止水材の圧力によつてばね49に抗して開き、
この状態で止水材が注入される構成となつている。

上記注入口44よりの止水材の注入量は、スクリユウコン
ベヤより排出されるズリの状態を見ながらコントロール
する。

第８図は止水材注入用の回路を示すもので、止水材タン
ク50内の止水材はポンプ51、流量調整器52、分配弁53、
ロータリジヨイント40を経て、注入口44より注入され
る。そしてこのときの注入量は制御装置54よりポンプ駆
動モータ55へのポンプON,OFF信号、流量調整器52への流
量調整信号、分配弁53への注入口選択信号にて制御され
るようになつている。

第９図から第12図にカツタヘツドチヤンバ10の内に向け
て設けたインジエクシヨンバルブより液状の止水材を注
入するようにした例を示す。

インジエクシヨンバルブ55はカツタヘツドチヤンバ10の
内に向けて複数個前シールド２に固着して設けてある。
このインジエクシヨンバルブ55は第10図に示すようにシ
リンダ56にて針弁57を開閉するようになつている。各イ
ンジエクシヨンバルブ55はロータリバルブ58を介してス
クリユウポンプ59に接続してある。ロータリバルブ58は
第11図，第12図に示すようになつていて、前シールド２
の隔壁９に支承された回転軸60に前シールド２側に固定
されたケーシング61が嵌合されている。回転軸60には歯
車62が固着されている。そしてこの歯車62は隔壁９に支
承された中間歯車装置63を介してカツタヘツド駆動用の
モータ64に固着した駆動歯車65に連結されていてカツタ
ヘツド７と同期して回転するようになつている。回転軸
60には軸心通路66と、これに連通する複数個の放射通路
67があり、この各複数個の放射通路67は軸方に位置がず
れていて、それぞれがケーシング61に設けた出口68と連
通するようになつている。回転軸60の軸心通路66はスイ
ベルジヨイント69を介してポンプ管路69aに接続されて
いる。

この構成において、掘進が開始すると同時にインジエク
シヨンバルブ55が開くと共にスクリユウポンプ59にて止
水材が圧送される。一方カツタヘツド７の回転に従つて
ロータリバルブ58は一定の回転比で回転し、スクリユウ
ポンプ59より圧送された止水材はこのロータリバルブ58
にて一定の配分比でインジエクシヨンバルブ55へ分配さ
れ、このインジエクシヨンバルブ55よりカツタヘツドチ
ヤンバ10内へ注入される。

一方止水材の全体的な量の制御は、シールドジヤツキ４
のストローク計70により計測される掘削量を比率計算器
71に入れて掘削土量に対する比率を決定し、これの出力
信号をスクリユウポンプ59を駆動する可変電動機72のコ
ントローラに入力することにより行なわれる。

なお上記各実施例では止水材の注入口をカツタヘツド７
の前面あるいはカツタヘツドチヤンバ10の内側に設けた
例をそれぞれ別々に示したが、上記注入口はカツタヘツ
ド７の前面とカツタヘツドチヤンバ10内の双方に設けて
もよい。

この結果、湧水量や掘削量の変化に左右されることな
く、自然状態の地山に含まれている間隙水を吸い込み、
膨潤する止水材によって掘削土砂の粒子間の空隙が短時
間で充填されることにより、カッタヘッドチャンバ10内
及びその後方にあるスクリュウコンベヤ内は掘削された
土砂と膨潤した止水材との混合物によって充満、密封状
態となる。この密封状態下でシールド機械の進行量に見
合った土砂量のみをスクリュウコンベヤの排出口から排
出することが可能となり、常に地下水の過度を湧水を阻
止し、切羽の崩壊を完全に防止することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、カッタヘッド７の前側及びカッタヘッ
ドチャンバ10内の少なくとも一方に注入される止水材の
注入量は、掘削時における湧水量に応じて制御されて、
この止水材は湧水量に応じて過不足なく注入することが
できる。そのため、止水材の無駄を省くと共に、湧水量
に応じて適切な止水効果を得ることができる。従って、
掘削量や土砂、湧水量に左右されることなく、常に地下
水の湧水を適度に阻止し、切羽の崩壊を完全に防止して
密封状態で掘進していくことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はその第１
の実施例を示す断面図、第２図は回路図、第３図は第２
の実施例を示す断面図、第４図は要部の拡大説明図、第
５図，第６図は第３の実施例を示す断面図、第７図は注
入口の構成を示す断面図、第８図は回路図、第９図は第
４の実施例を示す断面図、第10図はインジエクシヨンバ
ルブの構成説明図、第11図はロータリバルブの断面図、
第12図は第11図のXII−XII線に沿う断面図である。 ７はカツタヘツド、10はカツタヘツドチヤンバ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−134296（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−54199（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−165795（ＪＰ，Ａ) 実公 昭60−2310（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カッタヘッド７の前側及びカッタヘッドチ
   ャンバ10内の少なくとも一方に、止水材を注入する注入
   口を設けた削土密封形シールド機械において、カッタヘ
   ッドによる削土時におけるカッタヘッドチャンバ内の水
   圧に基づいて、上記注入口から注入する止水材の注入量
   を制御することを特徴とする削土密封形シールド機械に
   おける制御方法。
2. 【請求項２】カッタヘッドチャンバ内の水圧と止水材注
   入用のポンプ18の吐出量との関係の設定値を設定入力器
   22にあらかじめ入力しておき、 カッタヘッドチャンバ10内に設けた水圧検出器20にてカ
   ッタヘッドチャンバ10内の水圧を検出し、 水圧検出器20からの検出信号を調節器21に入力して上記
   設定入力器22の設定値とを比較し、その結果の信号に基
   づいて止水材注入用のポンプ18の吐出量を制御すること
   を特徴とする請求項１記載の削土密封形シールド機械に
   おける制御方法。
3. 【請求項３】カッタヘッド７の前側及びカッタヘッドチ
   ャンバ10内の少なくとも一方に、止水材を注入する注入
   口を設けた削土密封形シールド機械において、 カッタヘッドチャンバ10内に設けてこのカッタヘッドチ
   ャンバ10内の水圧を検出する水圧検出器20と、 水圧と止水材注入用のポンプ18の吐出量との関係の設定
   値をあらかじめ入力しておく設定入力器22と、 水圧検出器20の検出値と、設定入力器22の設定値とを比
   較し、その結果の信号に基づいて止水材注入用のポンプ
   18を制御する調節器21とからなることを特徴とする削土
   密封形シールド機械における制御装置。