JPH1018763A - 泥水シールド工法システムにおける排泥水配管ラインの閉塞検知方法及び閉塞回避運転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 泥水シールド工法システムにおける排泥水配
管ラインの閉塞検知方法及び閉塞回避運転装置を提供す
ること。 【解決手段】 泥水シールド工法システムにおける排泥
水配管ラインの閉塞を回避する閉塞回避運転装置であっ
て、掘進運転中に排泥水配管６が完全閉塞に至る前の該
排泥水配管６の閉塞及び該閉塞の終了を検知する閉塞演
算検知装置１９と、排泥流量調節計１２による排泥ポン
プ３の通常の流量一定制御とは別の該排泥ポンプ３を駆
動する電動機をその保護装置が作動しない最高の回転数
で運転する限界出力調節計２０を設けると共に、閉塞演
算検知装置１９が排泥水配管６の完全閉塞に至る前の閉
塞を検知したら限界出力調節計２０で排泥ポンプ３を最
高の回転数で運転し、閉塞終了を検知したら、排泥流量
調節計１２による通常の流量一定制御に切り換える切換
スイッチ２１を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は海底トンネル工事
等のトンネル掘削に用いられる泥水シールド工法システ
ムにおける排泥水配管ラインの閉塞検知方法及び閉塞回
避運転装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のこの種の泥水シールド工法
システムの構成を示す図である。同図において、１は掘
削機（シールドマシン）であり、該掘削機１の工法には
掘削機１の移動に伴って移動するバルブシステム２及び
掘削機１からの泥水を排出する排泥ポンプ３、掘削機１
の１次側には泥水を送るための送泥ポンプ４が配置さ
れ、これらの機器は送泥水配管５及び送泥ポンプ４の下
流側に更に排泥水配管６で接続されている。

【０００３】上記送泥水配管５及び排泥水配管６は掘削
機１の掘削移動に伴い順次延長され、その長さが長くな
ると、必要に応じて掘削機１の後端に配置された排泥ポ
ンプ３の後に更に排泥ポンプ及び送泥ポンプを接続す
る。

【０００４】バルブシステム２は送泥水配管５に直列に
接続されたバルブＶ１と、排泥水配管６に直列に接続さ
れたバルブＶ２、送泥水配管５と排泥水配管６の間に接
続された掘削機１をバイパスするバルブＶ３と、切羽保
持運転モード及びバイパス運転モード時に切羽圧力を制
御するコントロールバルブＣＶ１を具備し、コントロー
ルバルブＣＶ１はコントロールスイッチ１３に接続さ
れ、後述するように切羽圧力調節計８により制御され
る。また、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３は図示しないバルブ
システム制御装置により制御される。

【０００５】排泥ポンプ３は回転数コントローラ１４を
介して排泥流量調節計１２により制御され、該排泥流量
調節計１２には排泥水配管６に設けられた排泥流量検出
センサ１１の出力が入力されるようになっている。掘削
機１の切羽圧力を検出する切羽圧力検出センサ７は切羽
圧力調節計８に接続され、切羽圧力調節計８の出力はコ
ントロールスイッチ１３に接続されている。送泥ポンプ
４は回転数コントローラ１５を介してコントロールスイ
ッチ１３に接続されている。また、送泥水配管５に設け
られた送泥圧力を検出する送泥圧力検出センサ９の出力
は送泥圧力調節計１０に入力されるようになっている。

【０００６】上記構成の泥水シールド工法システムにお
いて、通常は切羽保持運転モード、バイパス運転モー
ド、掘削運転モード、バイパス運転モード及び切羽保持
運転モードに切り換えて運転を行ないトンネル掘削作業
を行なう。掘削運転モードにおける掘進運転において、
掘削土砂が排泥水配管６に沈殿しないような管内流速を
確保する必要があるため、回転数コントローラ１４で電
動機（図示せず）の回転数を制御し排泥ポンプ３に常時
流量一定制御がかけられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記掘進運転において
排泥ポンプ３に常時流量一定制御がかけられているが、
現実は掘削する地層の土質条件、掘削土砂の性状（礫の
大きさ、形状等）や掘削機１の掘進スピードによって、
排泥流量一定制御の状態であっても排泥水配管６は閉塞
気味さらには完全閉塞状態に陥るケースがしばしばあ
る。これはこの排泥流量一定制御はあくまでも設定され
た目標値での流量制御であり、閉塞気味となっても排泥
流量が低下しても、即座に排泥ポンプ３の能力を最大限
に発揮させるものではなく、閉塞を防ぐために必要な制
御の応答性を有していないという理由から生じたもので
ある。

【０００８】排泥水配管６が完全閉塞してしまった場
合、設備全体を急停止させて閉塞位置を探し出し、機器
及び配管を分解し閉塞土砂の除去作業を行なう必要があ
り、多大な労力がかかるうえに掘削を長時間にわたって
停止しなければならない。また、閉塞場所によってはポ
ンプなど機器故障につながる可能性があった。また、閉
塞が生じると、送泥水配管５及び排泥水配管６の流量が
大幅に低下することにより、送泥ポンプ４の切羽圧力一
定制御の有効範囲を越えてしまい、泥水加圧シールド工
法にとって最も重要な管理対象である切羽圧力が上昇す
る危険性を伴う。

【０００９】本願発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記排泥水配管ラインの閉塞にかかわる問題点を除
去するために、泥水シールド工法システムにおける排泥
水配管ラインの閉塞検知方法及び閉塞回避運転装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、掘削機、該掘削機へ泥水を送
る送泥ポンプ、該掘削機からの泥水を排出する排泥ポン
プ、該掘削機へ泥水を送排出及びバイパスするバルブシ
ステム、これらを接続する送泥水配管ライン及び排泥水
配管ライン、送泥ポンプを駆動制御する送泥ポンプ制御
部、排泥ポンプを駆動制御する排泥ポンプ制御部を具備
する泥水シールド工法システムにおける排泥水配管ライ
ンの閉塞を検知する閉塞検知方法であって、掘削運転中
の排泥ポンプの回転数が、前記バルブシステム切り換え
による掘削運転移行後で掘削掘進直前又は掘削機本体の
バイパス運転中の回転数Ｎｂにより演算される計画回転
数Ｎｋ以上を一定時間継続したことにより、前記排泥水
配管ラインの閉塞を検知することを特徴とする。但し、
計画回転数Ｎｋは下式より演算される。 ここで、γｂは排泥密度、γｋは掘進運転での計画排泥
密度、ｎ≒２。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、掘削機、
該掘削機へ泥水を送る送泥ポンプ、該掘削機からの泥水
を排出する排泥ポンプ、該掘削機へ泥水を送排出及びバ
イパスするバルブシステム、これらを接続する送泥水配
管ライン及び排泥水配管ライン、送泥ポンプを駆動制御
する送泥ポンプ制御部、排泥ポンプを駆動制御する排泥
ポンプ制御部を具備する泥水シールド工法システムにお
ける排泥水配管ラインの閉塞を回避する閉塞回避運転装
置であって、掘進運転中に排泥水配管ラインが完全閉塞
に至る前の該排泥水配管ラインの閉塞を検知する閉塞検
知手段と、該排泥水配管ラインの閉塞の終了を検知する
閉塞終了検知手段を設け、排泥ポンプ制御部による排泥
ポンプの通常の流量一定制御とは別の該排泥ポンプを駆
動する電動機をその保護装置が作動しない最高の回転数
で運転する限界出力制御手段を設けると共に、排泥水配
管ライン閉塞検知手段が完全閉塞に至る前の該排泥水配
管ラインの閉塞を検知したら限界出力制御手段で排泥ポ
ンプ最高の回転数で運転し、終了検知手段が排泥水配管
ラインの閉塞の終了を検知したら、排泥ポンプ制御部に
よる通常の流量一定制御に切り換える切換手段を設けた
ことを特徴とする。

【００１２】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は２に記載の泥水シールド工法システムにおける排泥
水配管ラインの閉塞回避運転装置において、前記閉塞検
知手段は、掘削運転中の排泥ポンプの回転数が、前記バ
ルブシステム切り換えによる掘削運転移行後で掘削掘進
直前又は掘削機本体のバイパス運転中の回転数Ｎｂによ
り演算される計画回転数Ｎｋ以上を一定時間継続したこ
とにより、泥水配管ラインの閉塞を検知することを特徴
とする。但し、計画回転数Ｎｋは下式より演算される。 ここで、γｂは排泥密度、γｋは掘進運転での計画排泥
密度、ｎ≒２。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の排泥水配管ライン
の閉塞回避運転装置を用いた泥水シールド工法システム
の構成を示す図である。同図において、図３と同一符号
を付した部分は同一又は相当部分を示し、これらは略同
じ動作及び作用を奏するのでその説明は省略する。

【００１４】図１において、１６は排泥ポンプ３の回転
数を検出する回転数検出センサ、１７は排泥ポンプ３を
駆動する電動機（図示せず）の負荷を検出する負荷検出
用センサ、１８は排泥の密度を検出する排泥密度検出セ
ンサ、１９は排泥水配管６の閉塞及び閉塞終了を演算し
て検知する閉塞演算検知装置、２０は排泥ポンプ３を駆
動する電動機を限界出力で運転する限界出力調節計であ
る。

【００１５】閉塞演算検知装置１９は上記泥水シールド
工法システムの掘進運転移行後に排泥水配管６の閉塞の
検知演算を行なう。閉塞演算検知装置１９は掘削機１の
掘進直前即ちカッター回転後でストローク前進直前（又
は掘削機１のバイパス運転中）の排泥ポンプ３の回転数
Ｎｂ（回転数検出センサ１６で検出）、排泥密度γｂ
（排泥密度検出センサ１８で検出）、排泥流量設定値Ｆ
ｓを記憶しておき、掘進運転での計画排泥密度γｋより
排泥ポンプ３の掘進運転での計画回転数Ｎｋを下式より
求める。 そして、掘進運転中の排泥ポンプ３の回転数が上記計画
回転数Ｎｋを一定時間継続したことにより閉塞状態であ
ると判断する。

【００１６】排泥水配管６が閉塞状態と判断したら、限
界出力調節計２０は排泥ポンプ３を駆動する電動機の限
界出力制御を行なう。切換スイッチ２１をｂ側に切り換
え、排泥ポンプ３の流量一定制御を行なっている排泥流
量調節計１２のフィードバック制御を停止させ、限界出
力調節計２０による排泥ポンプ３を駆動する電動機の限
界出力一定制御に切り換える。この限界出力一定制御
は、排泥ポンプ３を駆動する電動機の電力又は電流値を
負荷検出用センサ１７で検出して行なう。こうすること
により、排泥ポンプ３は自動的に駆動電動機の保護装置
が作動しない範囲の最高回転数で運転を継続することが
可能となり、排泥水配管６の流速を短時間のうちにしか
も最大限に早めることになり、閉塞状態の回避に大きく
寄与する。

【００１７】上記限界出力調節計２０による電動機の限
界出力一定制御中に、排泥流量ＦＤが、 ＦＤ＝（１＋β）×ＦＳ×（Ｎ／Ｎｋ） （ここでＮはその時の排泥ポンプ３の回転数、但しＮ＞
Ｎｋ、βは係数）で、示される値を一定時間継続したら
閉塞終了と判断し、通常の排泥ポンプ３の制御を限界出
力調節計２０による電動機の限界出力一定制御から排泥
流量制御に切り換える。ここに示した制御を行なうため
の閉塞演算検知装置１９は、プログラマブルロジックコ
ントローラ等を採用できるが、特に機器を選ばない。

【００１８】図２は本発明の排泥水配管ラインの閉塞回
避運転装置を用いた泥水シールド工法システムの基本制
御フローを示す図である。先ず、閉塞演算検知装置１９
で閉塞検知演算を行なう（ステップＳＴ１）。続いて排
泥水配管６が閉塞状態にあるか否かを判断し（ステップ
ＳＴ２）、閉塞状態でなかったら排泥流量調節計１２に
よる排泥流量一定制御を継続する（ステップＳＴ３）。
閉塞状態であったら排泥流量調節計１２による排泥流量
一定制御を停止し（ステップＳＴ４）、限界出力調節計
２０による排泥ポンプ３を駆動する電動機の限界出力一
定制御に切り換える（ステップＳＴ５）。

【００１９】続いて、閉塞演算検知装置１９で閉塞終了
検知演算を行ない（ステップＳＴ６）、閉塞解除か否か
を判断し（ステップＳＴ７）、閉塞解除でなかったら排
泥ポンプ３を駆動する電動機の限界出力一定制御を継続
する（ステップＳＴ８）。閉塞解除であったら、限界出
力調節計２０による排泥ポンプ３を駆動する電動機の限
界出力一定制御を停止し（ステップＳＴ９）、排泥流量
調節計１２による排泥流量一定制御に切り換える（ステ
ップＳＴ１０）。

【００２０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば
下記のような優れた効果が得られる。 （１）請求項１に記載の発明によれば、掘削運転中の排
泥ポンプの回転数が、前記バルブシステム切り換えによ
る掘削運転移行後で掘削掘進直前又は掘削機本体のバイ
パス運転中の回転数Ｎｂにより演算される計画回転数Ｎ
ｋ以上を一定時間継続したことにより、排泥水配管ライ
ンの閉塞を検出する方法を採用するので、排泥水配管ラ
インの完全閉塞前の閉塞状態を容易に検出できる。

【００２１】（２）従来の泥水シールド工法システムの
掘進運転中の排泥流量一定制御だけでは、閉塞気味とな
っても即座に排泥ポンプの能力を最大限に発揮させるこ
とが不可能であり、土質条件、掘削土砂の性状（礫の大
きさ、形状など）や掘削スピードによって、排泥水配管
ラインは閉塞気味の状態を継続するか、更には完全閉塞
状態に陥るケースがしばしばあったが、請求項２又は３
に記載の発明によれば、閉塞終了検知手段が完全閉塞に
至る前の該排泥水配管ラインの閉塞を検知したら限界出
力制御手段は排泥ポンプを駆動する電動機をその保護装
置が作動しない最高の回転数で運転するので、排泥水配
管ラインの流速を短時間のうちにしかも最大限に早める
ことになり、閉塞回避に大きく寄与し、完全閉塞に陥る
ケースを未然に防止することが可能となる。

【００２２】（３）また、泥水配管ラインの完全閉塞に
陥るケースを未然に防止することが可能であるから、下
記の問題点を回避できる。 、排泥水配管ラインが完全に閉塞した場合、設備全体
を急停止させ、閉塞位置を探し出し、機器及び配管を分
解し閉塞土砂の除去作業を行なうという多大な労力がか
かるうえに掘削を長時間にわたって停止しなければなら
ない。 閉塞場所によってはポンプなど機器故障につながる可
能性があった。 閉塞が生じると、送泥水配管及び排泥水配管の流量が
大幅に低下することにより、送泥ポンプの切羽圧力一定
制御の有効範囲を越えてしまい、泥水加圧シールド工法
にとって最も重要な管理対象である切羽圧力が上昇する
危険性を伴う。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排泥水配管ラインの閉塞回避運転装置
を用いた泥水シールド工法システムの構成を示す図であ
る

【図２】本発明の排泥水配管ラインの閉塞回避運転装置
を用いた泥水シールド工法システムの基本制御フローを
示す図である。

【図３】従来の泥水シールド工法システムの構成を示す
図である。

【符号の説明】

１ 掘削機 ２ バルブシステム ３ 排泥ポンプ ４ 送泥ポンプ ５ 送泥水配管 ６ 排泥水配管 ７ 切羽圧力検出センサ ８ 切羽圧力調節計 ９ 送泥圧力検出センサ １０ 送泥圧力調節計 １１ 排泥流量検出センサ １２ 排泥流量調節計 １３ コントロールスイッチ １４ 回転数コントローラ １５ 回転数コントローラ １６ 回転数検出センサ １７ 負荷検出用センサ １８ 排泥密度検出センサ １９ 閉塞演算検知装置 ２０ 限界出力調節計

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 和久 東京都大田区羽田旭町11番１号 荏原プラ ント建設株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削機、該掘削機へ泥水を送る送泥ポン
   プ、該掘削機からの泥水を排出する排泥ポンプ、該掘削
   機へ泥水を送排出及びバイパスするバルブシステム、こ
   れらを接続する送泥水配管ライン及び排泥水配管ライ
   ン、前記送泥ポンプを駆動制御する送泥ポンプ制御部、
   前記排泥ポンプを駆動制御する排泥ポンプ制御部を具備
   する泥水シールド工法システムにおける前記排泥水配管
   ラインの閉塞を検知する閉塞検知方法であって、 掘削運転中の排泥ポンプの回転数が、前記バルブシステ
   ム切り換えによる掘削運転移行後で掘削掘進直前又は掘
   削機本体のバイパス運転中の回転数Ｎｂにより演算され
   る計画回転数Ｎｋ以上を一定時間継続したことにより、
   前記排泥水配管ラインの閉塞を検知することを特徴とす
   る泥水シールド工法システムにおける排泥水配管ライン
   の閉塞検知方法。但し、計画回転数Ｎｋは下式より演算
   される。 ここで、γｂは排泥密度、γｋは掘進運転での計画排泥
   密度、ｎ≒２。
2. 【請求項２】 掘削機、該掘削機へ泥水を送る送泥ポン
   プ、該掘削機からの泥水を排出する排泥ポンプ、該掘削
   機へ泥水を送排出及びバイパスするバルブシステム、こ
   れらを接続する排泥水配管ライン及び送泥水配管ライ
   ン、前記送泥ポンプを駆動制御する送泥ポンプ制御部、
   前記排泥ポンプを駆動制御する排泥ポンプ制御部を具備
   する泥水シールド工法システムにおける前記排泥水配管
   ラインの閉塞を回避する閉塞回避運転装置であって、 掘進運転中に前記排泥水配管ラインが完全閉塞に至る前
   の該排泥水配管ラインの閉塞を検知する閉塞検知手段
   と、該排泥水配管ラインの閉塞の終了を検知する閉塞終
   了検知手段を設け、前記排泥ポンプ制御部による前記排
   泥ポンプの通常の流量一定制御とは別の該排泥ポンプを
   駆動する電動機をその保護装置が作動しない最高の回転
   数で運転する限界出力制御手段を設けると共に、前記排
   泥水配管ライン閉塞検知手段が完全閉塞に至る前の該排
   泥水配管ラインの閉塞を検知したら前記限界出力制御手
   段で前記排泥ポンプ最高の回転数で運転し、前記閉塞終
   了検知手段が排泥水配管ラインの閉塞の終了を検知した
   ら、前記排泥ポンプ制御部による通常流量一定制御に切
   り換える切換手段を設けたことを特徴とする泥水シール
   ド工法システムにおける排泥水配管ラインの閉塞回避運
   転装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の泥水シールド工法シス
   テムにおける排泥水配管ラインの閉塞回避運転装置にお
   いて、 前記閉塞検知手段は、掘削運転中の排泥ポンプの回転数
   が、前記バルブシステム切り換えによる掘削運転移行後
   で掘削掘進直前又は掘削機本体のバイパス運転中の回転
   数Ｎｂにより演算される計画回転数Ｎｋ以上を一定時間
   継続したことにより、前記排泥水配管ラインの閉塞を検
   知することを特徴とする泥水シールド工法システムにお
   ける排泥水配管ラインの閉塞検知方法。但し、計画回転
   数Ｎｋは下式より演算される。 ここで、γｂは排泥密度、γｋは掘進運転での計画排泥
   密度、ｎ≒２。