JPH0425399B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シールド掘進機の掘削方法に係り、
特に、カツタ室内の間隙水の噴発を防止すると共
に、真の土圧を算出することにより排土量の制御
を確実に行なうことができるシールド掘進機の掘
削方法に関する。

［従来の技術］ 一般に、シールド掘進機によりトンネル掘削作
業を行なう場合には、切羽地山の崩壊を防止する
ためにカツタ室内を掘削土により充填して所定の
圧力に維持しつつ適宜掘削土を後方に排出する必
要がある。

すなわち、カツタ室内は、通常掘削土と間隙水
とが混在しており、それぞれが土圧及び水圧とし
てカツタ室内に加わることになる。そして、地盤
沈下等の原因となる切羽地山の崩壊を防止するた
めには、ゆるみ高さすなわちこの掘進機から地面
までの高さにより決定される圧力とカツタ室内の
上記土圧とを常時同一に維持する必要がある。

しかるに、従来にあつては、カツタ室を区画す
るバルクヘツドに土圧と水圧との合計値を測定す
る土圧水圧計を設け（これは土圧のみを独立して
直接測定できないことによる）、この測定値を所
定の管理値に近づけるようにスクリユーコンベヤ
の回転数を変えて排土量を制御することが行なわ
れていた。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、従来の掘削方法にあつては、カツタ
室内に水分が少なくほとんど掘削土のみで充満し
ている場合には、土圧水圧計の測定値はほぼ土圧
のみを表示することから問題はないが、掘削土の
みならず間隙水も存在して掘進機の推進にともな
い水圧が高くなつた場合にも、土圧水圧計の測定
値が高くなり問題が生ずる。すなわちこの場合に
もスクリユーコンベヤを回転して排土操作を行な
い、土圧水圧計の測定値を所定の管理値に近づけ
るようにするが、停止中にスクリユーコンベヤ内
に形成された土栓がこの回転により崩れ、且つカ
ツタ室内水圧が昇圧しているときなのでスクリユ
ーコンベヤを通じて噴発が発生するという不都合
があつた。特に、切羽地山の土質改造のためにこ
れに粘土やベントナイトの添加材を加圧注入する
工法を採用するシールド工法にあつては、上記不
都合が大きな問題点となつている。

［発明の目的］ 本発明は、以上のような問題点に着目し、これ
を有効に解決すべく創案されたものである。

本発明の目的は、カツタ室内の水圧を切羽地下
水圧より若干高くしておくと共に、土圧と水圧と
の合計圧と水圧との差圧を求めて真の土圧を知
り、この値が予め設定された土圧管理値を維持す
るようにカツタ室内の排土量を制御し、もつて間
隙水の噴発及び切羽の崩壊を確実に防止すること
ができるシールド掘進機の掘削方法を提供するに
ある。

［発明の概要］ 上記目的を達成する本発明の構成は、カツタ室
内の水圧を測定して水圧測定値を求め、この測定
値と切羽地下水圧とを比較して上記水圧測定値が
若干高くなるようにカツタ室内の圧抜きを行なう
と共に、カツタ室内の土圧と水圧との合計圧を測
定して合計圧測定値を求め、この測定値と上記水
圧測定値との差圧を求め、この差圧が予め設定さ
れた土圧管理値を維持するようにカツタ室内の排
土量を制御するようにしたことを要旨とする。

［実施例］ 以下に、本発明方法の好適一実施例を添付図面
に基づいて詳述する。

第１図は本発明方法を実施するためのシールド
掘進機の一例を示す縦断面図である。

図示する如く、１は円筒体状のシールドフレー
ムであり、この先端には全体を覆うようにカツタ
フレーム２が取付けられている。このカツタフレ
ーム２の後方には掘削土を一時貯留するためのカ
ツタ室３が形成されると共に、このカツタ室３を
区画する円筒状バルクヘツド５はシールドフレー
ム１側に固定されている。カツタフレーム２の後
方に接続され、カツタ室３の側部を区画する隔壁
４は、スラスト軸受３０及びラジアル軸受３１を
介してシールドフレーム１側に回転自在に支持さ
れており、カツタフレーム２を回転するようにな
つている。また、この隔壁４と上記バルクヘツド
５の外周部との間には、バルクヘツドシール６が
取付けられている。カツタフレーム２の駆動源と
しては、シールドフレーム１側にモータ７が固設
されており、これと上記隔壁４とが歯車機構８を
介して接続されている。上記バルクヘツド５には
その搬入端９ａをカツタ室３内に位置させて掘削
土を後方へ排出するためのスクリユーコンベヤ９
が取付けられている。

そして、上記バルクヘツド５にはカツタ室３内
へ臨ませて水圧計１０と、土圧水圧計１１とが設
けられている。この水圧計１０はカツタ室３内に
開口されるパイプ１０ｂの内部にこれを閉塞する
ようにように設けられ、そのカツタ室３に開口さ
れるパイプ１０ｂの開口端にはフイルタ１０ａが
横断するように固定されており、水圧計１０が間
隙水の水圧のみを測定すべく、フイルタ１０ａは
パイプ１０ｂの開口端で間隙水のみの通過を許容
して掘削土粒を含む土圧を遮断するようになつて
いる。また土圧水圧計１１としては周知の装置が
用いられ、これにより土圧と水圧との合計圧を測
定し得るようになつている。これは、本来なら土
圧のみを測定することが要求されるが、土圧のみ
を直接測定することが困難乃至不可能なため、土
圧と水圧との合計圧を測定し、これと水圧との着
圧を真の土圧として間接的に求めるためである。
また、シールドフレーム１には切羽の水圧を測定
するために前記水圧計１０と同種構造の切羽地下
水圧計１２が設けられている。すなわち、切羽地
下に開口されるパイプ１２ｂ内に水圧計１２が設
けられると共に、切羽地下に臨むパイプ１２ｂの
開口端には掘削土粒を含む土圧を遮断して地下水
のみの通過を許容するフイルタ１２ａが固定され
ている。そして上記水圧計１０、土圧水圧計１１
及び切羽地下水圧計１２で得られる各測定値は、
通信線を介して制御部１３へ伝達される。

一方、シールド掘進機の掘進方向後方には添加
材として粘土やベントナイトを水に混入させて製
造した地質改良剤を貯留するタンク１４が設けら
れ、このタンク１４からは途中に注入ポンプ１５
を介して注入通路１６がカツタフレーム２まで延
出されており、噴射した地質改良剤により切羽の
地質を改良し得るようになつている。

そして、このタンク１４とカツタ室３内とを連
絡して圧抜き通路１７が設けられており、この通
路途中には圧抜き弁１８を介設してカツタ室３内
の間隙水を排出することによりこの圧抜きを行な
うようになつている。

一方、前記制御部１３は、これに入力される各
種測定値を比較演算処理する演算部の他に、予め
設定された土圧管理値等を記憶するための記憶部
を有しており、この制御部１３での演算値に基づ
いて圧抜き弁１３の弁開度及びスクリユー用モー
タ１９の回転数を制御することになる。

すなわち、制御部１３においては、水圧測定値
と切羽地下水圧とが比較されて水圧測定値が若干
高くなるように圧抜き弁１８へ弁開度制御信号を
発してこれを制御し、カツタ室３内の圧抜きを行
なうと共に、土圧と水圧との合計圧測定値と水圧
測定値との差圧を求め、これが予め設定された土
圧管理値を維持するようにスクリユー用モータ１
９に向けて回転数制御信号を発して排土量を制御
するようになつている。

次に、以上のように構成された装置に基づいて
本発明の方法を具体的に説明する。

まず、バルクヘツド５に設けた水圧計１０にお
いてはカツタ室３内の間隙水の水圧が測定され、
土圧水圧計１１においては土圧と水圧との合計圧
が測定される。そして、得られた水圧測定値及び
合計圧測定値はそれぞれ制御部１３へ伝達され
る。

一方、シールドフレーム１に設けた切羽地山水
圧計１２においては、切羽地山の地下水圧が測定
され、この測定値も同様に制御部１３へ伝達され
る。ここで、タンク１４からは切羽前方に向けて
地質改良剤が加圧注入されており、且つ掘進機が
掘進することからカツタ室３内の水圧（水圧測定
値）は切羽地下水圧よりも常時高くなる傾向にあ
る。カツタ室３内の水圧が過剰に高くなると、ス
クリユーコンベヤ９を始動する際、或いはスクリ
ユー回転時においても土栓が崩れて噴発する恐れ
が生ずるので、これを防止する必要が生ずる。そ
こで、本発明方法においては、制御部１３におい
て、これに入力された水圧測定値と切羽地下水圧
とが比較演算処理され、上記水圧測定値が切羽地
下水圧より若干高くなるように圧抜き弁１８に向
けて弁開度制御信号２０を発する。すなわち、水
圧測定値が余りに高いときには弁を開状態とし或
いは弁開度を大きくし、カツタ室３内の泥水抜出
し量を多くしてこの室内の水圧を減じ、逆に、水
圧測定値が低すぎ、これと切羽地下水圧とほとん
ど差がないときには、弁開度を絞つて或いは全閉
状態として泥水抜出し量を減少或いは零にしてこ
の室内の圧力を高める。水圧測定値と切羽地下水
圧との理想的な差圧は予め制御部１３に設定記憶
されており、この差圧としては噴発が起こらず、
且つ掘削に最適な差圧を通常設定する。尚、カツ
タ室３内から抜き取られた泥水は、圧抜き通路１
７を介してタンク１４へ導入するか或いは図示し
ないズリトロでもつてトンネル外へ排出する。

一方、制御部１３においては、この掘進機と地
面Ｅとの間の距離、すなわちゆるみ高さｈにより
決定される主動土圧或いは静止土圧が土圧管理値
として予め設定記憶されている。そして、制御部
１３の演算部においてこれに入力される合計圧測
定値と上記水圧測定値との差圧が求められる。こ
の差圧は真の土圧を現わし、この差圧が予め設定
された土圧管理値を維持するように排土量を制御
する。この排土量の制御はスクリユー用モータ１
９に回転数制御信号２１を発してこの回転数を制
御することにより行なう。すなわち、差圧（真の
土圧）が土圧管理値よりも大きい場合には、スク
リユーコンベヤ９を起動させて排土操作を開始し
たり或いはすでに起動している場合には、その回
転数を上げて排土量を多くし、逆に、差圧が土圧
管理値よりも小さい場合には、スクリユーコンベ
ヤ９を停止させて排土操作を中止したり、或いは
すでにある程度の速度でもつて回転している場合
にはその回転数を下げて排土量を少なくし、いず
れの場合にも差圧が土圧管理値に常時一致するよ
うに排土量を制御する。

このように、カツタ室３内の真の土圧を、ゆる
み高さにより決定される土圧管理値に常時一致さ
せることができるので、カツタ室３内に空隙が生
ずることがなく切羽地山の崩壊を確実に防止する
ことができる。

また、圧抜きによりカツタ室３内の水圧は切羽
地下水圧より若干高められているだけなので、排
土操作を行なうべくスクリユーを回転することに
より停止中にこの中に形成された土栓が崩れた場
合にあつても噴発が発生することがない。

［発明の効果］ 以上要するに、本発明によれば次のような優れ
た効果を発揮することができる。

(1) カツタ室内で圧抜きを行なうことによりこの
水圧の過上昇を防止して、これを切羽地下水圧
より常時若干高い程度に維持するようにしたの
で、特に、スクリユーコンベヤ起動時に土栓が
崩れても噴発が発生することはない。

(2) カツタ室内の真の土圧を求めて、この土圧
が、予め算出して設定された土圧管理値を維持
するように排土量を制御するようにしたので、
カツタ室内に空隙が生ずることがなく切羽地山
の崩壊を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を実施するためのシール
ド掘進機の一例を示す縦断面図である。 尚、図中、３はカツタ室、９はスクリユーコン
ベヤ、１０は水圧計、１１は土圧水圧計、１２は
切羽地下水圧計、１３は制御部、１８は圧抜き
弁、２０は弁開度制御信号、２１は回転数制御信
号である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 掘削土をカツタ室内に充填させつつこれを掘
   進方向後方に排出するようになしたシールド掘進
   機の掘削方法において、上記カツタ室内の水圧を
   測定して水圧測定値を求め、該水圧測定値と切羽
   地下水圧とを比較して上記水圧測定値が若干高く
   なるようにカツタ室内の圧抜きを行なうと共に、
   カツタ室内の土圧と水圧との合計圧を測定して合
   計圧測定値を求め、該合計圧測定値と上記水圧測
   定値との差圧を求め、該差圧が予め設定された土
   圧管理値を維持するようにカツタ室内の排土量を
   制御するようにしたことを特徴とするシールド掘
   進機の掘削方法。