JPH11200769A - 泥水管用三方切替え弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 泥水加圧式シールド工法で敷設される坑
口側泥水管を切羽側の可撓性ホースおよびピグ挿入用チ
ャンバーの一方から他方へ切替え接続する三方切替え弁
の構造および切替え作業を容易にし、土砂混じりの泥水
による弁内摩耗を低減し、更にピグの円滑通過を可能に
する。 【解決手段】 円筒形の外筒１２の表面に坑口側泥水管
接続用の第１枝管１６、可撓性ホース接続用の第２枝管
１８およびピグ挿入用チャンバー接続用の第３枝管１９
を放射状に、かつ第１枝管１６の軸線に対して第２枝管
１８および第３枝管１９の軸線が互いに反対向きの等し
い鈍角を形成するように突設し、外筒１２の内側に回転
自在に嵌入した内筒３０に、第１枝管１６の内端と対向
する第１開口および第２枝管１８の内端と対向する第２
開口をそれぞれ設け、内筒３０の内側に第１開口および
第２開口を接続する湾曲管３１を固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、泥水加圧式シールド
工法で使用される泥水管用三方切替え弁に関し、坑口か
ら切羽に向かって敷設されている送排泥用泥水管の前端
と切羽側の台車上に設置されている可撓性ホースとの間
に介在させて使用される。

【０００２】

【従来の技術】トンネルを掘削する方法として、泥水加
圧式シールド工法が知られている。この工法では、坑口
から切羽に向かって送泥用泥水管および排泥用泥水管が
敷設され、その各前端に、ホース台車に搭載された可撓
性の送泥用ホースおよび排泥用ホースが接続され、切羽
には送泥用泥水管および送泥用ホースを介して泥水が送
られ、この泥水が掘削で生じた土砂と共に排泥用ホース
および排泥用泥水管を介して坑口側に戻される。そし
て、掘削の進行に伴って送泥用ホースと送泥用泥水管と
の間および排泥用ホースと排泥用泥水管との間にそれぞ
れ新しい送泥用泥水管および排泥用泥水管が増設される
が、この増設に際して泥水の送排を一時的に休止させる
ため、上記のホースと泥水管との間に切替え弁を介在さ
せることが行われている。

【０００３】排泥系の切替え弁を含む弁装置の一例が図
１、２に示される。図１において、１は切羽側の可撓性
ホース、２は坑口側泥水管、３はトンネル内に敷設した
レール、４はバルブ台車であり、可撓性ホース１の後端
に切羽側中継ぎ管５の一端が着脱自在に接続され、その
他端がロータリバルブ６を介して坑口側中継ぎ管７に接
続され、その下端が既設の坑口側泥水管２の前端に着脱
自在に接続され、ロータリーバルブ６の上端にはプレー
トバルブ８を介してピグ挿入用チャンバー９が接続さ
れ、切羽側中継ぎ管５の水平部にはゲートバルブ５ａが
介設される。そして、これらの切羽側中継ぎ管５、ロー
タリバルブ６、坑口側中継ぎ管７、プレートバルブ８お
よびピグ挿入用チャンバー９が一体化されて上記のバル
ブ台車４上に搭載されている。なお、ピグ挿入用チャン
バー９には、前記増設作業の際に坑口側泥水管２の前端
に装填するためのピグ（ポリウレタンからなる円柱状の
栓）が待機状態に保管される。

【０００４】上記のロータリーバルブ６は、図２に示す
ように、水平線に対して斜めに設置された円筒形の外筒
６ａ、その下面に接続された水平な枝管６ｂ、外筒６ａ
内に回転自在に挿入された内筒６ｃおよび内筒６ｃを回
転するための駆動装置６ｄ（図１参照）で構成され、内
筒６ｃには外筒６ａの枝管６ｂとの交差部に形成される
枝管接続口６ｅと対向する開口６ｆが設けられ、この開
口６ｆを囲むように内筒６ｃの外面にリング状パッキン
グ６ｇが固定され、内筒６ｃを図示の位置から駆動装置
６ｄで１８０度回転することにより、外筒６ａの枝管接
続口６ｅが閉じられるようになっている。そして、上記
の枝管６ｂは切羽側中継ぎ管５（図１参照）に接続され
る。なお、上記の弁装置は、排泥系のものであるが、バ
ルブ台車４上には、同じ構造の送泥系弁装置が並行に設
置される。

【０００５】掘削に際し、上記切羽側中継ぎ管５のゲー
トバルブ５ａが開かれ、ロータリーバルブ６上方のプレ
ートバルブ８が閉じられ、可撓性ホース１がホース台車
（図示されていない）に湾曲した形で搭載される。そし
て、土砂を含んだ泥水は、可撓性ホース１から、バルブ
台車４上の切羽側中継ぎ管５、ロータリーバルブ６およ
び坑口側中継ぎ管７を経て坑口側泥水管２に送られる。
掘削の進行に伴って可撓性ホースが直線状に伸ばされる
と、送泥および排泥がいったん停止され、切羽側中継ぎ
管５のゲートバルブ５ａが閉じられ、ロータリーバルブ
６上方のプレートバルブ８が開かれ、更にロータリーバ
ルブ６が駆動されて枝管接続口６ｅが閉じられた後、ピ
グ挿入用チャンバー９に上から圧力水が供給され、この
圧力水でチャンバー９からピグが押出され、ロータリー
バルブ６の内筒６ｃおよび坑口側中継ぎ管７を経由して
坑口側泥水管２の前端に装填され、この泥水管２から泥
水が逆流するのが防止され、しかるのち中継ぎ管７が泥
水管２から切離される。

【０００６】次いで、ホース台車およびバルブ台車４が
前進し、ホース台車上の可撓性ホース１が元の湾曲状態
に戻され、坑口側の中継ぎ管７と泥水管２の間に泥水管
２の１本分の長さの空間が形成され、この空間に新しい
坑口側泥水管２が置かれ、中継ぎ管７と既設の泥水管２
との間に接続され、しかるのち泥水管２内の泥水を逆流
させることにより、泥水管２内のピグがピグ挿入用チャ
ンバー９内に押し戻されると、再びゲートバルブ５ａが
開かれ、プレートバルブ８が閉じられ、かつロータリー
バルブ６の枝管接続口６ｅが開かれて掘削が再開され、
土砂の混じった泥水が切羽から坑口側へ送られる。

【０００７】しかしながら、従来のロータリーバルブ
は、円筒状の外筒６ａ、枝管６ｂおよび回転自在の内筒
６ｃからなり、外筒６ａに枝管６ｂを斜めに接続したも
のであって、内筒６ｃはその回転により外筒６ａの枝管
接続口６ｅの開閉のみを行うので、ゲートバルブ５ａや
プレートバルブ８が必要になって部品点数が多くなり、
操作が複雑になると共に故障が増大し、また大量の土砂
と共に切羽側から戻る泥水がロータリーバルブ６に入る
際、円筒状の内筒６ｃの内面にぶつかって内面の摩耗が
激しくなり、また外筒６ａの枝管接続口６ｅおよび内筒
６ｃの開口６ｆが共に縦長の楕円形となり、かつ両者間
の段差が大きくなるため、内筒６ｃをピグが通過する際
に開口６ｆの縁部にピグが引っ掛かって止まったり、損
傷したりする等の問題があり、これを防ぐためには枝管
接続口６ｅに外筒６ａの軸方向と平行な桟を支架する必
要があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、従来のゲ
ートバルブやプレートバルブが不要で、故障が少なく、
泥水通過時およびピグ挿入時の流路切替えが容易な三方
切替え弁であって、土砂混じりの泥水による弁内摩耗が
低減され、かつピグの円滑通過が可能な三方切替え弁を
提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る泥水管用
三方切替え弁は、泥水加圧式シールド工法で敷設された
坑口側泥水管と切羽側で進退するホース台車との間に介
在するバルブ台車上に設置され、坑口側泥水管をホース
台車上の可撓性ホースおよびバルブ台車上のピグ挿入用
チャンバーに交互に切替え接続するための泥水管用三方
切替え弁であり、バルブ台車上に円筒形の外筒とその両
端面を塞ぐ端板とからなる弁ケースを軸線が幅方向を向
くように設置し、上記外筒表面に坑口側泥水管接続用の
第１枝管、可撓性ホース接続用の第２枝管およびピグ挿
入用チャンバー接続用の第３枝管を放射状に、かつ第１
枝管の軸線に対して第２枝管および第３枝管の軸線が互
いに反対向きの等しい鈍角を形成するようにそれぞれ突
設し、外筒の内側に回転自在に嵌入した内筒に、第１枝
管の内端と対向する第１開口および第２枝管の内端と対
向する第２開口をそれぞれ設け、内筒内側に第１開口お
よび第２開口を接続する湾曲管を固定したことを特徴と
する。

【００１０】この発明では、内筒を回転して内筒の第１
開口および第２開口をそれぞれ外筒に固定した第１枝管
の内端および第２枝管の内端に対向させると、第１枝管
および第２枝管が内筒内の湾曲管で滑らかに接続され、
切羽側の可撓性ホースと既設の坑口側泥水管とを連絡す
る泥水通路が形成され、同時にピグ挿入用チャンバーに
通ずる第３枝管の内端が内筒で閉じられる。そして、内
筒を第１枝管および第２枝管の交差角度だけ回転する
と、内筒の第１開口および第２開口がそれぞれ第３枝管
の内端および第１枝管の内端と対向し、第３枝管および
第１枝管が湾曲管で滑らかに接続されてピグ挿入用チャ
ンバーと既設の坑口側泥水管とを連絡するピグ通路が形
成され、同時に切羽側の可撓性ホースに通ずる第２枝管
の内端が内筒で閉じられる。

【００１１】したがって、可撓性ホース側およびピグ挿
入用チャンバー側で従来必要とされたバルブ類が不要と
なり、構造および操作が簡易になる。また、外筒および
内筒が円筒形であるため、製作に際し市販の鋼管を使用
でき、弁ケースを球面で形成する場合に比べて製作が容
易で、コストが低下する。また、外筒を円筒形とし、第
１〜第３枝管を放射状に、すなわち外筒の半径方向に設
けたので、枝管の内端および内筒の第１、第２開口が円
形となり、両者間の段差を従来装置に比べて小さくで
き、また第１枝管に対する第２枝管または第３枝管の接
続が内筒内の湾曲管で滑らかに行われるため、ピグが枝
管の内端や第１、第２開口の縁に引っ掛かることがな
く、ピグが止まったり、損傷したりする事故が解消す
る。また、第１枝管の軸線に対して第２枝管および第３
枝管の各軸線を鈍角で交差させるので、湾曲管における
泥水やピグの通過が円滑に行われ、摩耗が軽減される。
なお、枝管の内端と内筒の開口との接続部をシールする
リング状のパッキングは、枝管を囲むリング状に形成し
て外筒の内面に固定し、かつ枝管の内端を内筒の表面付
近まで延ばすことが好ましく、これによって内筒の回転
に支障を生じさせずに枝管の内端と内筒の開口との間の
段差または隙間を一層小さくすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図３において、３はトンネル内に
敷設した台車用レール、４はバルブ台車であり、車輪４
ａを介して台車用レール３上に乗っている。このバルブ
台車４の後端側（坑口側）に泥水用三方切替えバルブ１
０が搭載され、その弁ケース１１から後方下向きに突出
する第１枝管１６が坑口側中継ぎ管７を介して既設の前
記坑口側泥水管２に接続され、弁ケース１１から前方下
向きに突出する第２枝管１８が切羽側中継ぎ管５を介し
て前記ホース台車上の可撓性ホース１に接続され、弁ケ
ース１１から前方上向きに突出する第３枝管１９がエル
ボー２０を介してピグ挿入用チャンバー９に接続されて
いる。なお、図示の泥水用三方切替えバルブ１０は、排
泥系のものを示し、紙背側に同じ構造を備えた送泥系の
泥水用三方切替えバルブが並設される。

【００１３】上記三方切替えバルブ１０の弁ケース１１
は、図４および図５に示すように、円筒形の外筒１２と
その端面を塞ぐ端板１３、１４とによって形成される。
図４において、外筒１２の右下（坑口側下部）に円形の
第１枝管接続口１２ａが穿孔され、この第１枝管接続口
１２ａから時計方向に好ましくは１３０〜１４０度の位
置（切羽側下向き位置）に円形の第２枝管接続口１２ｂ
が穿孔され、反対側の対称位置（切羽側上向き位置）に
円形の第３枝管接続口１２ｃが穿孔される。

【００１４】上記第１枝管接続口１２ａを囲むように外
筒１２の表面に円筒状の第１支持筒１５が外筒１２の半
径方向外向きに突設され、この第１支持筒１５に第１枝
管１６が挿入され、その挿入端が外筒１２の内側に達す
るように、第１支持筒１５の端部フランジ１５ａと第１
枝管１６の中間フランジ１６ａとがボルト締めで着脱自
在に接合される。なお、第１枝管１６が第１支持筒１５
から外へ突出する部分は下向きに曲げられ、その突出端
には前記坑口側中継ぎ管７を接続するための端部フラン
ジ１６ｂが設けられるが、第１支持筒１５内に挿入され
ている部分は、外筒１２の半径方向の直線状に形成され
る。

【００１５】また、第２枝管接続口１２ｂを囲むように
外筒１２の表面に円筒状の第２支持筒１７が外筒１２の
半径方向外向きに突設され、この第２支持筒１７に第２
枝管１８が挿入され、その挿入端が外筒１２の内側に達
するように、第２支持筒１７の端部フランジ１７ａと第
２枝管１８の中間フランジ１８ａとがボルト締めで着脱
自在に接合される。なお、第２枝管１８が第２支持筒１
７から外へ突出する部分は湾曲して水平に切羽側を向
き、その突出端には切羽側中継ぎ管５を接続するための
端部フランジ１８ｂが設けられるが、第２支持筒１７内
に挿入されている部分は、外筒１２の半径方向を向く直
線状に形成される。

【００１６】一方、第３枝管接続口１２ｃには第３枝管
１９が直接、外筒１２の半径方向外向きに突設され、そ
の端部フランジ１９ａに前記のエルボー２０を介してピ
グ挿入用チャンバー９が接続される。なお、第１枝管１
６および第２枝管１８の内端面（外筒１２内に挿入され
た側の端面）は、後記する内筒３０の表面付近に達し、
内筒３０の外径とほぼ等しい直径の円柱面に形成され
る。

【００１７】外筒１２の内面には、第１枝管接続口１２
ａを囲むリング状の第１パッキング２１ａ、第２枝管接
続口１２ｂを囲むリング状の第２パッキング２１ｂおよ
び第３枝管接続口１２ｃを囲むリング状の第３パッキン
グ２１ｃがそれぞれ固定される。これらのパッキング２
１ａ、２１ｂ、２１ｃは、外筒１２の内面と後記する内
筒３０の外面との間をシールするものであり、ゴム等の
弾性体で成形され、同心円状に並ぶ内外２重の山形突条
を有し、この２重の山形突条間の谷部を適当間隔で並ぶ
多数本のビス（図示されていない）で外筒１２に固定
し、内外の縁部を押さえ金具２２（図６参照）で外筒１
２に圧着することにより固定される。また、外筒１２の
端部側内面には周方向のＯリング２３が固定される（図
５、図６参照）。そして、外筒１２の適当箇所に注水口
１２ｄ（図６参照）が設けられ、この注水口１２ｄに栓
２４（図４参照）が着脱自在に装着される。したがっ
て、必要に応じて栓２４を外し、注水口１２ｄに噴水ノ
ズル２５を接続して外筒１２内に圧力水を噴射し、外筒
１２内を掃除することができる。

【００１８】内筒３０は（図４参照）、その外面が上記
のパッキング２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよびＯリング２
３に接して回転するものであり、図示の位相では、外筒
１２に固定された第１枝管１６の内端および第２枝管１
８の内端にそれぞれ対向する第１開口および第２開口を
備えている。そして、第１開口に第１端部リング３１ａ
を介して上向きに凸の円弧状湾曲管３１の一端が、また
第２開口に第２端部リング３１ｂを介して湾曲管３１の
他端がそれぞれ接続される。すなわち、第１枝管１６お
よび第２枝管１８が湾曲管３１で結ばれ、滑らかな連続
線状の泥水通路が形成される。なお、端部リング３１
ａ、３１ｂの外表面（外筒１２の内面に対向する面）
は、内筒３０の外面と等しい円柱面に形成され、前記の
第１枝管１６および第２枝管１８の各内端面との間の段
差ないしは隙間を微小にしている。

【００１９】そして、内筒３０が図示の位置から反時計
方向に第１枝管１６と第２枝管１８または第３枝管１９
との間の角度だけ回転すると、鎖線で示すように、第１
開口の第１端部リング３１ａが第３枝管１９の内端に、
また第２開口の第２端部リング３１ｂが第１枝管１６の
内端にそれぞれ移動し、第１枝管１６および第３枝管１
９が湾曲管３１で結ばれ、滑らかな連続線状のピグ通路
が形成される。なお、湾曲管３１の凸側外周面に当板３
２が固定される。

【００２０】図５に示すように、内筒３０の幅方向左側
（図の下側）には円形の左側板３３およびその中心のボ
ス３４を介して支軸３５が固定され、その外向き突出部
が外筒１２の左端板１４に固定した軸受け３６で回転自
在に支持される。一方、内筒３０の幅方向右側（図の上
側）には２枚の円形の右側板３７およびその中心のボス
３８を介して駆動軸３９が固定され、その外向き突出部
が外筒１２の右端板１３に固定した軸受け４０および右
端板１３の外側ギヤケース４１に固定された軸受け４２
によって回転自在に支持される。そして、ギヤカバー４
１内で駆動軸３９に固定されたピニオン４３にラック
（図示されていない）が噛合わされ、このラックを油圧
シリンダで一定ストロークを往復させることにより、内
筒３０が所定角度の往復回転を行う。なお、ギヤケース
４１は、軸受け４２を支持する端板４１ａおよび端板４
１ａと外筒１２の右端板１３との間の支持金具４１ｂで
構成される。

【００２１】上記の構造において、切羽側で掘削中は、
三方切替え弁１０の内筒３０に固定された湾曲管３１が
図４に実線で示す位置にセットされ、掘削で生じた土砂
混じりの泥水が第２枝管１８から湾曲管３１を経て第１
枝管１６に流される。そして、掘削が進み、前記のホー
ス台車が所定距離、例えば６ｍ前進すると、掘削および
泥水の送排がいったん停止され、しかるのち内筒３０に
連結されているピニオン４３（図５参照）が駆動され、
内筒３０が回転して湾曲管３１が図４の鎖線位置にセッ
トされ、湾曲管３１で第３枝管１９が第１枝管１６と連
絡される。次いで、ピグ挿入用チャンバー９内のピグが
圧力水で第３枝管１９に押出され、湾曲管３１、第３枝
管１９および坑口側中継ぎ管７（図３参照）を介して既
設の坑口側泥水管に送られ、その端部に充填される。

【００２２】既設の坑口側泥水管の端部にピグが装填さ
れると、この坑口側泥水管から坑口側中継ぎ管７が切離
され、この坑口側中継ぎ管７、三方切替え弁１０、切羽
側中継ぎ管５、ピグ挿入用チャンバー９等を搭載したバ
ルブ台車４がその前方のホース台車と共に切羽側へ所定
距離、例えば約６ｍ進められ、坑口側中継ぎ管７と既設
の坑口側泥水管との間に新しい坑口側泥水管が増設され
る。次いで、既設の坑口側泥水管内の泥水が加圧され、
この泥水で坑口側泥水管内のピグがピグ挿入用チャンバ
ー９に押し戻され、しかるのち上記泥水の加圧が解除さ
れ、上記三方切替え弁１０の内筒３０が前記ピニオン４
３の駆動により回転して湾曲管３１が図４の実線位置に
セットされ、掘削および泥水の送排が再開される。

【００２３】この実施形態では、湾曲管３１の膨れ側外
面に当板３２が固定されるため、湾曲管３１の内面の摩
耗に対する耐久性が向上する。また、第１枝管１６およ
び第２枝管１８が外筒１２に対して着脱自在であるた
め、工事中に損傷した場合、新品との交換が容易であ
る。しかも、外筒１２の内面にパッキング２１ａ、２１
ｂ、２１ｃが固定され、第１枝管１６および第２枝管１
８の内端が内筒３０の外径とほぼ等しい円柱面に形成さ
れて内筒３０の外面付近に達し、内筒３０に固定した端
部リング３１ａ、３１ｂの外表面が内筒３０の外面と等
しい円柱面に形成されるため、両者間の隙間が小さくな
り、泥水の流れおよびピグの通過が円滑になり、また内
筒３０の回転に支障を生じさせずに外筒１２と内筒３０
との間をシールすることができる。また、外筒１２に複
数個の注水口１２ｄを設けたので、必要に応じて外筒１
２内を水で洗うことができる。

【００２４】

【発明の効果】上記のとおり、この発明によれば、可撓
性ホース側およびピグ挿入用チャンバー側で従来必要と
されたバルブ類が不要となり、構造および操作が簡易に
なり、また弁ケースを球面で形成する場合に比べて製作
が容易で、コストが低下する。また、枝管の内端と内筒
間の隙間を極めて小さくすることができ、ピグが枝管の
内端や内筒の開口の縁に引っ掛かることがなく、ピグが
止まったり、損傷したりする事故が解消する。更に、湾
曲管における泥水やピグの通過が円滑に行われ、摩耗が
軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来装置の側面図である。

【図２】図１の要部の断面図である。

【図３】この発明の実施の形態を示す側面図である。

【図４】図３の要部の縦断面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】外筒の一部の展開図である。

【符号の説明】

１：可撓性ホース ２：坑口側泥水
管 ３：レール ４：バルブ台車 ５：切羽側中継ぎ管 ７：坑口側中継
ぎ管 ９：ピグ挿入用チャンバー １０：三方切替
えバルブ １１：弁ケース １２：外筒 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ：枝管接続口 １２ｄ：注水口 １３、１４：端板 １５、１７：支
持筒 １６、１８、１９：枝管 ２０：エルボー ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ：パッキング ２４：栓 ２５：噴水ノズル ３０：内筒 ３１：湾曲管 ３１ａ、３１
ｂ：端部リング ３２：当板 ３５：支軸 ３９：駆動軸 ４３：ピニオン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 良司 兵庫県姫路市東延末４丁目73番地 株式会 社日本技術センター内 (72)発明者 漣 昭詞 兵庫県姫路市東延末４丁目73番地 株式会 社日本技術センター内 (72)発明者 高谷 光男 兵庫県姫路市東延末４丁目73番地 株式会 社日本技術センター内 (72)発明者 ▲富▼岡 照也 兵庫県姫路市東延末４丁目73番地 株式会 社日本技術センター内 (72)発明者 田中 武也 兵庫県姫路市東延末４丁目73番地 株式会 社日本技術センター内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 泥水加圧式シールド工法で敷設された坑
   口側泥水管と切羽側で進退するホース台車との間に介在
   するバルブ台車上に設置され、坑口側泥水管をホース台
   車上の可撓性ホースおよびバルブ台車上のピグ挿入用チ
   ャンバーに交互に切替え接続するための泥水管用三方切
   替え弁であり、バルブ台車上に円筒形の外筒とその両端
   面を塞ぐ端板とからなる弁ケースを軸線が幅方向を向く
   ように設置し、上記外筒表面に坑口側泥水管接続用の第
   １枝管、可撓性ホース接続用の第２枝管およびピグ挿入
   用チャンバー接続用の第３枝管を放射状に、かつ第１枝
   管の軸線に対して第２枝管および第３枝管の軸線が互い
   に反対向きの等しい鈍角を形成するようにそれぞれ突設
   し、外筒の内側に回転自在に嵌入した内筒に、第１枝管
   の内端と対向する第１開口および第２枝管の内端と対向
   する第２開口をそれぞれ設け、内筒内側に第１開口およ
   び第２開口を接続する湾曲管を固定したことを特徴とす
   る泥水管用三方切替え弁。