JPS6183797A - 気泡注入装置 - 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】 （技術分野） 本発明は、シールド掘進工法のための気泡注入装置に関
する。

（従来技術） シールド工法によるトンネル掘削において、切羽地盤の
ロータリカッ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。この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
掘進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進速度
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進速度
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。

そこで、本願出願人は、特願昭５８−１２６８５５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を
提案した。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。

従って、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って前記バルブ手
段が作動されたとき、このバルブ手段の作動によって前
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ァ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） 従って、本発明の目的は、適正な発泡率で適正量の気泡
を確実に供給し得る、シールド掘進工法のための気泡注
入装置を提供することにある。

（構　　成） 本発明は、切羽地盤のロータリカッ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、また前記発泡器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
制御したことを特徴とする。

（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ァクタの
一つとして考慮されていることから、このフィードバッ
ク制御によって、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
で適正量の気泡の供給が回走となる。

（実施例） 本発明が特徴とするところは１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、ｆｍ記掘進
装２１１０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、また前部には回転力フタヘッド１
８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。

カッタヘッド１８には、その回転＠　１８　ａを経てカ
ッタフェ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。前記気泡供給路２６および
開口２８には、気泡供給管３０が接続され、該気泡供給
管を経て供給される気泡は、前記開口２８を経て加圧室
２０内に送られ、また前記気泡供給路２６を経て切羽面
に注入される。カッタヘッド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ビニオン
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、このカッタヘッド１８の回転
によってすりと気泡との混合を促進するための攪拌翼３
８がカッタヘッド１８の背面および回転軸１８ａに設け
られている。

前記加圧室２０および切羽面に注入された気泡は、すり
と混合されることにより、カッタヘッド１８の掘削抵抗
を低減し、またす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すりは、
掘削機ｌＯの掘進に応じて作動される駆動装Ｊｉ４０を
有しかつ隔壁２４から後方へ伸長するスクリューコンベ
ア４２により大気領域２２に順次移送され、前記コンベ
ア４２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）によって地上へ送られる。゛ 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（ｆｆｉ２図
参照）が前記掘削機１０に関連して設けられている。

前記発泡注入装置４６は、第２図に示されているように
、前記気泡供給管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、たとえばコンブレサから
成る加圧空気源５２とを含み、前記タンク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。

前記タンク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、前記供給管５４を経
て前記発泡器４８に供給される。前記供給管５４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、前記空気供給管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６
６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７
０を設けることができる。

前記ジヤツキ１６には、掘進軍度を検出すゐ掘進速度検
出手段７２が設けられている。前記隔壁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。

前記検出手段６６．７２および７４からの信号に基づい
て前記発泡器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
（４１）　、シールド掘進量１ｃｍ当りの適正な起泡剤
溶液供給量をα（文）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／ｌｌ
１ｎ　）とし、１分間当りの最適な起泡剤溶液供給量を
Ｑｌ　　ｌ／謬ｉｎ　）とすると、ＱＩ＝αＶ の関係が得られる。

前記演算装置７６には予め適正なα値が入力されており
、前記演算装置７６は、前記検出手段７２からの情報信
号に基づいて、式Ｑｌ＝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。従って、適
正量の起泡剤溶液が前記供給管５４を経て前記発泡器４
８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Ｎ
／起泡剤溶液量）をβとし、前記検出手段７４により検
出される加圧室２０内の圧力をＰ、とじ、大気圧換算で
の１分間当りの最適な空気供給量を９２　　（１’／　
ｓｉｎ　）とすると、Ｑ　２　　＝　（Ｘ　β（Ｐｐ　
　”　ｌ　）　Ｖの関係が得られる。

前記演算装置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、前記検出手段７２および７
４からの情報信号に基づいて、式Ｑ２＝αβ（Ｐ、＋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、前記空気供給管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
らの情報信号が前記流量制御弁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。

従って、前記空気供給管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、＋１）
Ｖを確実に満足するように前記制御弁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を経て前記発泡器４８に供給される。

前記空気供給管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４
８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。従って、前記発泡器４
８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。

前記加圧空気源５２の大きな圧力変化に対する前記制御
弁６４の作動補正のために、前記空気供給管５６内の圧
力Ｐ、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、前記空気流量計６６の設定圧力は
、通常はぼ一定値を示す加圧空気源５２の圧力Ｐに等し
く設定されているが、前記加圧空気源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 ９式％） を満足するように、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。 ｌＯ：シールド掘削機、１２：シールド本体。 １８：ロータリカッタ、２０：圧力室、ｚ４：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 (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）切羽地盤のロータリカッ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
   入する装置であって、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、シールド掘進工法のための気泡注入装
   置。
2. （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. （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。