JPS6361478B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は裏込注入圧力及び注入量管理装置に
関し、より詳細にはシールド工法によつてトンネ
ルを掘削する際に生じるセグメントと地山との間
の間隙に裏込材を注入する際の注入圧力及び注入
量を管理するための装置に関するものである。

一般に、シールド工法によつてトンネルを掘削
する場合、シールド掘削機の掘進にともなつて、
掘削機本体の後部内側にセグメントを順次接続し
ているため、セグメントと地山との間に間隙（テ
ールボイド）が形成される。このテールボイドは
そのまま放置しておくと地盤沈下の原因となるの
で、テールボイドが形成されると同時にその速度
に応じて裏込材を注入し、テールボイドを完全に
充填している。

従来、裏込材の注入方式としては特公昭57−
53519号公報あるいは特公昭57−53520号公報に開
示されているように、掘削機の推進速度と掘削機
外径寸法などの所定データとからテールボイドの
容積を算出し、この容積と注入率とから最適注入
量を算出し、この算出された最適注入量になるよ
うに裏込材の流量を制御するようにしたものがあ
る。しかし、通常の掘削機の場合、地盤によつて
は掘削機本体外径以上の掘削すなわち余掘りをす
ることがあり、そのため前記のようにして算出し
たテールボイドの容積は実際の容積よりも小さく
なり、したがつて実際の注入率はそれ以下となつ
て裏込材の充填が不十分になる恐れが生じてく
る。

また上記従来方式においては、注入率は裏込材
を給送する配管に圧力計を設け、この圧力計の測
定値に基ずいて設定されているが、配管に閉塞等
が生じた場合、テールボイド内の裏込材の圧力が
低くても圧力計の指示圧力が上昇して注入率が下
がり、裏込材の注入量が最適注入量よりも小さく
なつて、裏込材の充填が不十分になる結果を紹
く。

この発明は上記のような従来方式のもつ欠点を
排除し、算出するテールボイドの容積を実際の容
積に近似させ、裏込材の注入を過不足なく行うこ
とができる装置を提供することを目的とする。

またこの発明はテールボイド内に裏込材の圧力
を測定し、この圧力に基ずいて注入率を設定し、
裏込材の注入を過不足なく行うことができる装置
を提供することを他の目的とする。

この発明の第１は、シールド掘削機本体と地山
との間の間隙寸法を測定する部材と、その測定値
を記憶する部材と、掘削機の推進速度を測定する
部材と、前記間隙寸法が測定された位置において
裏込材を注入する際に、記憶部材に記憶された間
隙寸法と測定された推進速度と掘削機本体の外径
寸法などの所定データとからセグメントと地山と
の間の間隙の容積を算出する演算部材と、注入さ
れる裏込材の圧力をその給送系路において測定す
る部材と、この測定部材の測定値に基ずいて裏込
材の注入率を設定する部材と、算出された前記間
隙の容積と設定された前記注入率とから裏込材の
最適注入量を算出する演算部材と、裏込材の流量
を測定する部材と、裏込材の最適注入量と裏込材
の流量とを比較し、その差に基ずき裏込材の流量
を制御する部材とを具えてなる裏込注入圧力及び
注入量管理装置であつて、掘削機本体と地山との
間の間隙寸法すなわち余掘深さを測定し、この間
隙寸法を加味してセグメントと地山との間の間隙
の容積を算出するから、実際の容積との誤差が小
さくなり、過不足ない裏込材の注入を行うことが
できる。

この発明の第２は、上記第１発明の「注入され
る裏込材の圧力を給送系路において測定する部
材」に替わり、裏込材の圧力を掘削機本体外周の
後部において測定する部材を具えた裏込注入圧力
及び注入量管理装置であつて、注入率はこの測定
部材の測定値に基ずいて設定されるから、裏込材
の給送系路に閉塞等が生じてもそれによつて注入
率が下がることがなく、過不足ない裏込材の注入
を行うことができる。

以下図面に示す実施例を参照してこの発明を説
明する。

第１図に示すように１はシールド掘削機であつ
て、その掘進に伴つて本体２の後部にセグメント
３を順次接続して一次覆工を形成してゆく。セグ
メント３は本体２の内側に接続されるため、セグ
メント３と地山４との間に間隙（テールボイド）
５が生じ、この間隙５にセグメント３に穿設され
た注入口６から裏込材７を充填し、地山４の緩み
を抑えるようにしている。この実施例では裏込材
７は１種類が使用され、セグメント３の注入口６
は配管８を介して裏込材タンク９に接続されてい
る。配管８には弁１０、圧力計１１、流量計１
２、および可変速モータ１３に連結された注入ポ
ンプ１４がそれぞれ設置されている。

シールド掘削機１には、ロツド１４が本体２に
出没可能に嵌合されたジヤツキ１５が取付けら
れ、ロツド１４はその先端がカツタ１６近傍の地
山４に到達可能となつている。ロツド１４の先端
には図示しない圧力計が取付けられており、この
圧力計によつて地山に到達したことを検知し、そ
のときのストロークをストローク検出部材１７に
よつて検出し、本体２と地山４との間の間隙寸法
（余掘深さｄ）を測定するようになつている。シ
ールド掘削機１はセグメント３によつて反力を受
けるジヤツキ１８によつて推進され、このジヤツ
キ１８には推進速度検出部材１９が設けられてい
る。本体２の後部外周には、天端および両側部位
置に土圧計２０がそれぞれ設けられていて、後部
外周に作用する圧力を測定するようになつてい
る。

第２図にはこの実施例を構成する上記各部材お
よび制御部材がブロツク図で示されており、これ
を動作とともに説明する。

掘削停止中にジヤツキ１５を作動させてストロ
ーク検出部材１７により余深深さｄを測定する。
その測定信号は記憶器２１に入力され、この記憶
器２１は余掘深さｄの測定位置において裏込材７
を注入するときまで余掘深さｄを記憶する。シー
ルド掘削機１が進行して余掘深さｄの測定位置に
おいて裏込材７を注入する際に、記憶器２１の信
号に演算器２２に入力され、演算器２２は余掘深
さｄ、あらかじめ設定されている本体外径D₁、
およびセグメント外径D₂とから間隙５の面積を
算出する。演算器２２にはさらに推進速度検出部
材１９の信号が入力され、前記面積と推進速度と
から単位時間当りに形成される間隙５の容積を算
出する。

土圧指示警報計２３には変換器２０′を介して
土圧計２０の測定信号が入力され、土圧指示警報
計２３は土圧計２０の測定値（例えば天端および
両側部の土圧計２０の計測値の最高値）に基ずく
信号を注入率設定器２５に送り、この注入率設定
器２５においてあらかじめ人為的に設定されてい
る裏込材７の注入率（間隙５の容積に対する裏込
材７の注入量の割合）の新たな設定がなされる。
すなわち土圧指示警報計２３には上限圧力が設定
されていて、土圧指示警報計２３は間隙５内にお
ける裏込材７の圧力が上昇して土圧計２０の測定
値が上限圧力よりも高くなつたときに警報信号を
注入率設定器２５に送つて注入率を下げさせ、土
圧計２０の測定値が上限圧力以下であれば一定の
信号を注入率設定器２５に送り人為的に設定され
た注入率を維持させる。なお土圧指示警報計２３
に設定される上限圧力は、例えば泥水式シールド
掘削機の場合、切羽泥水圧力よりも幾分か高く設
定する。

注入率設定器２５の信号は演算器２２に入力さ
れ、演算器２２は前記間隙５の容積に注入率を乗
算してシールド掘削機１の推進速度に応じた裏込
材７の最適注入量を算出し、この算出された信号
は流量調節計２６に入力される。流量計１２で測
定された信号は流量調節計２６に入力され、流量
調節計２６は最適注入量と測定流量との間に差が
あればその偏差に応じた修正信号を制御装置２７
を経て注入ポンプ１４の可変速モータ１３に送
り、その回転数を変化させ、裏込材７の流量が最
適注入量となるように調節する。

上記のようにして流量が調節される裏込材７は
配管８を経て間隙５に圧送され、本体２の外周に
設けた土圧計２０の測定値が裏込材７の注入圧力
によつて上限圧力よりも上昇すると、前記したよ
うに注入率があらかじめ設定された値よりも下が
り、したがつて最適注入量が下がる。流量調節計
２６は裏込材７の流量が降下した最適注入量とな
るように注入ポンプ１４の回転数を減少させ、こ
れにより土圧計２０の測定値が上限圧力以下にな
れば、注入率があらかじめ設定された値に戻り、
最適注入量もそれに応じたものとなる。

第３，４図は別の実施例を示し、上記実施例と
同様な部材については同一符号を付してあり、主
として異なつている部分の説明をする。

この実施例は間隙５に２種類からなる混合裏込
材３０を注入する例であつて、注入口６は配管８
および分岐配管８ａ，８ｂを介して、それぞれ異
なつた種類の裏込材Ａ液、Ｂ液が収容された２つ
の裏込材タンク９ａ，９ｂに接続されている。分
岐配管８ａ，８ｂには流量計１２ａ，１２ｂ、可
変速モータ１３ａ，１３ｂに連結された注入ポン
プ１４ａ，１４ｂがそれぞれ設置されている。配
管８にはミキサ２８が設置されていて、裏込材Ａ
液、Ｂ液はこのミキサ２８によつて混合され、混
合裏込材３０として間隙５に注入される。

第４図はこの実施例を構成する上記各部材およ
び制御部材を示すブロツク図であつて、これを動
作とともに説明する。

掘削停止中にジヤツキ１５によつて余掘深さｄ
を測定し、その測定値を記憶器２１に記憶させ、
余掘深さｄの測定位置において混合裏込材３０を
注入する際に、演算器２２は余掘深さｄ、あらか
じめ設定されている本体外径D₁、セグメント外
径D₂およびジヤツキ１８の推進速度から単位時
間当りに形成される間隙５の容積を算出する。

土圧指示警報計２３には土圧計２０の測定信号
が入力され、土圧指示警報計２３は土圧計２０の
測定値に基ずく信号を注入率設定器２５に送り、
この注入率設定器２５においてあらかじめ人為的
に設定されている混合裏込材３０の注入率の新た
な設定がなされる。すなわち土圧指示警報計２３
には上限圧力が設定されていて、土圧指示警報計
２３は間隙５内における混合裏込材３０の圧力が
上昇して土圧計２０の測定値が上限圧力よりも高
くなつたときに警報信号を注入率設定器２５に送
つて注入率を下げさせ、土圧計２０の測定値が上
限圧力以下であれば一定の信号を注入率設定器２
５に送り人為的に設定された注入率を維持させ
る。

注入率設定器２５の信号は演算器２２に入力さ
れ、演算器２２は間隙５の容積に注入率を乗算し
て混合裏込材３０の最適注入量を算出する。比率
設定器２９には裏込材Ａ液とＢ液との混合比率が
あらかじめ人為的に設定されており、この比率設
定器２９の信号は演算器２２に入力され、演算器
２２は前記最適注入量と混合比率とからＡ液最適
注入量およびＢ液最適注入量を算出し、算出され
たＡ液最適注入量およびＢ液最適注入量の各信号
はそれぞれＡ液流量調節計２６ａおよびＢ液流量
調節計２６ｂに入力される。

Ａ液流量計１２ａの測定信号は演算器２２を経
てＡ液流量調節計２６ａに入力され、Ａ液流量調
節計２６ａはＡ液最適注入量と測定流量との間に
差があればその偏差に応じた修正信号をＡ液制御
装置２７ａを経てＡ液注入ポンプ１４ａの可変速
モータ１３ａに送り、その回転数を変化させ、Ａ
液の流量がＡ液最適注入量となるように調節す
る。同様にＢ液流量計１２ｂの測定信号は演算器
２２を経てＢ液流量調節計２６ｂに入力され、Ｂ
液流量調節計２６ｂはＢ液最適注入量と測定流量
との間に差があればその偏差に応じた修正信号を
Ｂ液制御装置２７ｂを経てＢ液注入ポンプ１４ｂ
の可変速モータ１３ｂに送り、その回転数を変化
させ、Ｂ液の流量がＢ液最適注入量となるように
調節する。

上記のようにして流量が調節されるAB両液は
ミキサ２８によつて混合され、配管８を経て間隙
５に混合裏込材３０として圧送される。本体２の
外周に設けた土圧計２０の測定値が混合裏込材の
注入圧力によつて上昇すると、前記したように注
入率があらかじめ設定された値よりも下がり、し
たがつて混合裏込材３０の最適注入量が下がる。
演算器２２は降下した最適注入量と混合比率とか
らＡ液最適注入量およびＢ液最適注入量を算出す
る。Ａ液流量調節計２６ａおよびＢ液流量調節計
２６ｂはＡ、Ｂ液の流量が降下したＡ液最適注入
量およびＢ液最適注入量となるように、注入ポン
プ１４ａ，１４ｂの回転数を減少させ、これによ
り土圧計２０の測定値が上限圧力以下になれば、
注入率があらかじめ設定された値に戻り、混合裏
込材の最適注入量もそれに応じたものとなる。

上記各実施例とも、注入率の設定は従来のよう
に配管８に設けた圧力計１１に基ずいて行うよう
にしてもよい。すなわち圧力計１１の測定信号が
変換器１１′を介して圧力指示警報計２４に入力
されるようにし、圧力指示警報計２４に上限圧力
および下限圧力を設定する。そして圧力計１１の
測定値が上限圧力よりも高くなつたときに、圧力
指示警報計２４が警報信号を注入率設定器２５に
送つて注入率を下げさせ、圧力計１１の測定値が
下限圧力よりも低くなつたときに注入率を上げさ
せ、圧力計１１の測定値が上下限圧力内であれば
一定の信号を注入率設定器２５に送り人為的に設
定された注入率を維持させるようにする。

この発明は上記のようであつて、掘削機本体と
地山との間の間隙寸法を測定して、その測定値と
掘削機の推進速度と掘削機本体の外径寸法などの
所定データとから裏込材が注入されるセグメント
と地山との間の間隙の容積を算出するので、すな
わち余掘量を加味して間隙の容積を算出するの
で、実際の間隙の容積との誤差が小さくなり、裏
込材の過不足による地表面への影響をなくすこと
ができる。

また注入される裏込材の圧力を掘削機本体外周
の後部において測定し、その測定値に基ずいて裏
込材の注入率を設定することにより、裏込材の給
送系路に閉塞等が生じてもそれによつて注入率が
下がることがなく、過不足ない裏込材の注入を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１，２図はこの発明の第１実施例を示し、第
１図は各機器の配置を示す縦断面図、第２図は第
１図に示した各機器および制御部材のブロツク
図、第３，４図は第２実施例を示し、第３図は各
機器の配置を示す縦断面図、第４図は第３図に示
した各機器および制御部材のブロツク図。 １……シールド掘削機、２……本体、３……セ
グメント、４……地山、５……間隙（テールボイ
ド）、７，３０……裏込材、１１……圧力計、１
２，１２ａ，１２ｂ……圧力計、１４，１４ａ，
１４ｂ……流量計、１５……ジヤツキ、１７……
ストローク検出部材、１８……ジヤツキ、１９…
…推進速度検出部材、２０……土圧計、２１……
記憶器、２２……演算器、２３……土圧指示警報
計、２４……圧力指示警報計、２５……注入率設
定器、２６，２６ａ，２６ｂ……流量調節計、２
９……比率設定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シールド掘削機本体の後部に接続されるセグ
   メントと地山との間に生じる間隙に注入する裏込
   材の注入圧力及び注入量を管理する装置であつ
   て、前記掘削機本体と地山との間の間隙寸法を測
   定する部材と、その測定値を記憶する部材と、掘
   削機の推進速度を測定する部材と、前記間隙寸法
   が測定された位置において裏込材を注入する際
   に、前記記憶部材に記憶された間隙寸法と測定さ
   れた推進速度と掘削機本体の外径寸法などの所定
   データとからセグメントと地山との間の間隙の容
   積を算出する演算部材と、注入される裏込材の圧
   力をその給送系路において測定する部材と、この
   測定部材の測定値に基ずいて裏込材の注入率を設
   定する部材と、算出された前記間隙の容積と設定
   された前記注入率とから裏込材の最適注入量を算
   出する演算部材と、前記裏込材の流量を測定する
   部材と、裏込材の最適注入量と裏込材の流量とを
   比較し、その差に基ずき裏込材の流量を制御する
   部材とを具えてなる裏込注入圧力及び注入量管理
   装置。 ２ 前記裏込材は所定の混合比率で混合される２
   種の裏込材からなる特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 ３ シールド掘削機本体の後部に接続されるセグ
   メントと地山との間に生じる間隙に注入する裏込
   材の注入圧力及び注入量を管理する装置であつ
   て、前記掘削機本体と地山との間の間隙寸法を測
   定する部材と、その測定値を記憶する部材と、掘
   削機の推進速度を測定する部材と、前記間隙寸法
   が測定された位置において裏込材を注入する際
   に、前記記憶部材に記憶された間隙寸法と測定さ
   れた推進速度と掘削機本体の外径寸法などの所定
   データとからセグメントと地山との間の間隙の容
   積を算出する演算部材と、注入される裏込材の圧
   力を掘削機本体外周の後部において測定する部材
   と、この測定部材の測定値に基ずいて裏込材の注
   入率を設定する部材と、算出された前記間隙の容
   積と設定された前記注入率とから裏込材の最適注
   入量を算出する演算部材と、前記裏込材の流量を
   測定する部材と、裏込材の最適注入量と裏込材の
   流量とを比較し、その差に基ずき裏込材の流量を
   制御する部材とを具えてなる裏込材注入圧力及び
   注入量管理装置。 ４ 前記裏込材は所定の混合比率で混合される２
   種の裏込材からなる特許請求の範囲第３項記載の
   装置。