JPH0816436B2 - シールド掘進機用の安定泥水供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、泥水シールド工法で用
いられるシールド掘進機へ送る泥水を供給するシステム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】泥水シールド工法で用いられるシールド
掘進機では、切羽安定のために、所定の比重及び粘度に
調整された泥水（「安定泥水」と呼ばれる）を送る（送
泥水する）必要がある。掘進の際に発生する多量の排泥
水は泥水処理設備で産業廃棄物として処理されるが、一
部は泥水処理設備内の調整槽で安定泥水に調整された
後、再度掘進機へ送られて再利用される。

【０００３】泥水シールド工法における泥水処理設備で
は、従来、調整槽が１基又は２基設けられていた。調整
槽が１基設けられた泥水処理設備における要部の構成を
図２に示す。

【０００４】シールド掘進機３０で発生する排泥水は、
まず、排泥水管３４に設けられた排泥水ポンプＰ２によ
って脱水篩１２へ送られる。脱水篩１２へ送られた排泥
水は、そこで礫分や砂分を除去された後、下部水槽１４
を経て篩ポンプＰ５により湿式サイクロン１６へ送られ
る。サイクロン１６に送られた排泥水は、サイクロン１
６の壁に沿って回転させられる。これにより、排泥水の
うち比重の大きいものは落下し、比重の小さいもの（泥
の粒の細かいもの）はサイクロン１６（の上部センター
穴）をオーバして調整槽６０へ流入する。

【０００５】調整槽６０へ流入した排泥水のうち再利用
されるのは一部であるため、残りは産業廃棄物として処
理するために貯泥槽（図示せず）へ送られる。また、調
整槽６０には比重や粘度を調整するための希釈水や泥分
等が供給され、その内部に設けられた攪拌羽根により再
利用される排泥水と攪拌される。これによりサイクロン
１６から流入する排泥水の一部は安定泥水に調整され、
送泥水管３２に設けられた送泥水ポンプＰ１によって調
整槽６０からシールド掘進機３０へ送られる。

【０００６】上記説明からわかるように、図２の泥水処
理設備における調整槽６０は、サイクロン１６からオー
バする排泥水の受取、安定泥水への調整、シールド掘進
機への送泥水等の複数の役割を果たす。

【０００７】従来の泥水処理設備では、上記のように調
整槽が１基のみ設けられている場合が多いが、２基設け
られている場合もある。調整槽が２基の場合、１基を調
整済の安定泥水をシールド掘進機へ送泥水するために使
用し、その間に、他の１基でサイクロン１６から受け取
った排泥水を安定泥水に調整する。しかし、掘進距離が
長くなったり掘進断面が広くなったりすると、単位時間
当たりの送泥水量が多くなるため、１基のみの場合と同
様、一つの調整槽が複数の役割を果たさなければならな
くなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように一つの調
整槽が複数の役割を果たす場合、シールド掘進機３０へ
送られる泥水は、その比重及び粘度が常に変化してお
り、正確には安定泥水とはいえないものである。このた
め、切羽が不安定化するおそれがある。また、送排泥水
管内の沈砂、沈泥を防ぐ目的でシールド掘進機の停止中
にも長時間にわたって送排泥水を行なう必要がある。こ
れは、ポンプや送排泥水管の寿命を短くすることにな
る。

【０００９】一方、最近のトンネル工事の規模は益々増
大し、長距離かつ大断面の掘進を行なうようになってい
る。これに応じてシールド掘進機への送泥水量も増大し
ているため、大容量の調整槽が必要となり、比重及び粘
度の調整（安定泥水への調整）に長時間を要している。

【００１０】そこで本発明では、短時間で正確に安定泥
水への調整を行ない、かつシールド掘進機の停止中の送
排泥水を不要とするシールド掘進機用の安定泥水供給装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明では、シールド掘進機で発生する掘削
土を伴う排泥水を、排泥水管、脱水篩及び湿式サイクロ
ンを経て受け取り、所定の比重及び粘度に調整した後、
送泥水管を経てシールド掘進機へ送り返す調整槽を備え
るシールド掘進機用の安定泥水供給装置において、少な
くとも３基の調整槽と、各調整槽と排泥水管との間に設
けられた泥水受取バルブと、各調整槽と送泥水管との間
に設けられた泥水送出バルブと、各調整槽内の泥水量を
検出する検出手段と、泥水受取バルブを開いて排泥水を
受け取る第１の役割、受け取った排泥水を泥水受取バル
ブ及び泥水送出バルブを閉じた状態で所定の比重及び粘
度に調整する第２の役割、及び、所定の比重及び粘度に
調整された安定泥水を泥水送出バルブを開いて送泥水管
へ送り出す第３の役割の少なくとも三つの役割を、各調
整槽が当該順に逐次的かつ巡回的に果たすように、泥水
受取バルブ及び泥水送出バルブを検出手段に基づいて開
閉する制御手段と、を備えることを特徴とする。なお、
調整槽の攪拌機能を向上させるために、調整槽の底部か
ら吸引した泥水を該調整槽の上部へ吐出する攪拌ポンプ
を各調整槽に設けるのが好ましい。また、１リング掘進
毎のシールド掘進機の停止に伴い送排泥水を停止させる
ために、請求項１に記載のシールド掘進機用の安定泥水
供給装置において、シールド掘進機近傍に設けられ、送
泥水管と排泥水管とを接続するバイパス管と、送泥水管
においてバイパス管が接続される点とシールド掘進機と
の間に設けられた第１バルブと、排泥水管においてバイ
パス管が接続される点とシールド掘進機との間に設けら
れた第２バルブと、バイパス管に設けられた第３バルブ
と、送泥水管に設けられた送泥水ポンプと、排泥水管に
設けられた排泥水ポンプと、シールド掘進機の停止後
に、第１バルブ及び第２バルブを閉じるとともに第３バ
ルブを開くことにより、送泥水管内及び排泥水管内を所
定の比重及び粘度に調整された安定泥水で満たした後、
送泥水ポンプ及び排泥水ポンプを停止させる送排泥水制
御手段と、を備えるとよい。

【００１２】

【作用】制御手段が各調整槽の泥水受取バルブ及び泥水
送出バルブの開閉を制御することにより、各調整槽は、
第１、第２、第３の各役割を逐次的かつ巡回的に果た
す。すなわち、泥水受取バルブが開かれ泥水送出バルブ
が閉じられた調整槽は、シールド掘進機で発生する掘削
土を伴う排泥水を受け取り（第１の役割）、泥水受取バ
ルブ及び泥水送出バルブがともに閉じられた調整槽は泥
水の比重及び粘度の調整を行ない（第２の役割）、泥水
受取バルブが閉じられ泥水送出バルブが開かれた調整槽
は安定泥水（所定の比重及び粘度に調整された泥水）を
送泥水管（シールド掘進機）へ送出する（第３の役
割）。そして、一つの調整槽に注目すると、その役割
は、第１の役割（受取機能）→第２の役割（調整機能）
→第３の役割（送出機能）→第１の役割（受取機能）と
いうように、逐次的かつ巡回的に切り換わる。このよう
に調整槽の動作が制御されると、泥水の比重及び粘度を
調整している調整槽には泥水の流入及び流出がないた
め、泥水を正確に所定の比重及び粘度に調整することが
できる。また、第３の役割（送出機能）を果たしている
調整槽の安定泥水の量が所定の下限値まで減少したこと
が検出手段によって検出されると、第２の役割（調整機
能）を果たしている調整槽に第３の役割（送出機能）を
果たさせることにより（役割を切り換えることによ
り）、シールド掘進機への送泥水を継続することができ
る。ただし、この切り換え時点で、その調整槽において
比重及び粘度の調整が終了していなければならない。シ
ールド掘進機で必要とされる泥水量が多くなると、この
切り換え時点で調整が終了していない場合があるが、こ
の場合は、調整槽の数を増やし、第１、第２、及び第３
の各役割に１基ずつ調整槽を割り当てるとともに、残り
の調整槽に調整済みの泥水（安定泥水）を蓄えて待機さ
せておくように、制御手段が各泥水受取バルブ及び泥水
送出バルブの開閉を制御すればよい。

【００１３】なお、請求項２に記載したように、調整槽
の底部から吸引した泥水を該調整槽の上部へ吐出する攪
拌ポンプを設けるのが好ましい。従来、調整槽での攪拌
は内部に設けられた攪拌羽根のみによって行なわれてい
たが、攪拌ポンプが設けられると、これによっても攪拌
が行なわれ泥水が均質化されるため、泥水を所定の比重
及び粘度に調整するのに要する時間が短縮される。

【００１４】前述のように、本発明によると泥水が正確
に所定の比重及び粘度に調整されるため、シールド掘進
機の停止時における送泥水管内及び排泥水管内の沈砂・
沈泥防止のための送排泥水が不要となり、１リング掘進
毎の掘進機の停止に伴い送排泥水も停止させることが可
能となる。これを具体的に実現するためには、請求項３
に記載した構成とすればよい。この構成によると、送排
泥水制御手段は、シールド掘進機の停止後に、第１バル
ブ及び第２バルブを閉じるとともに第３バルブを開く。
これにより、調整槽で所定の比重及び粘度に調整された
泥水（安定泥水）が送泥水管に送出され、バイパス管を
経由して排泥水管へ流れるため、送泥水管内及び排泥水
管内は安定泥水で満たされる。その後、送排泥水制御手
段は、送泥水ポンプ及び排泥水ポンプを停止させる。こ
の停止はシールド掘進機の再発進まで続くことになる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例であるシールド掘進
機用の安定泥水供給装置を図１により説明する。図１
は、従来の泥水処理設備における要部（従来例）の構成
を示す図２に対応するものである。本実施例の装置は、
図２の従来例と同様に、脱水篩１２、下部水槽１４、湿
式サイクロン１６、送泥水管３２、排泥水管３４、送泥
水ポンプＰ１、排泥水ポンプＰ２、及び篩ポンプＰ５を
備えており、これらの動作も従来例と同様である。しか
し、従来例では調整槽が１基のみであるに対し、本実施
例の装置は複数（４基）の調整槽２１〜２４を備えてい
る。そして各調整槽には、調整槽の底部から吸引した泥
水を上部へ吐出する攪拌ポンプＰ４を設けるとともに
（図１では調整槽２１の攪拌ポンプＰ４のみを図示）、
サイクロン１６をオーバした泥水（以下「サイクロンオ
ーバ泥水」という）の流入を制御するために泥水受取バ
ルブＶI２１〜ＶI２４を、比重や粘度を調整するための
希釈水や泥分等の流入を制御するために調整バルブＶT
２１〜ＶT２４を（図１では一つの調整槽には一つの調
整バルブが示されているのみであるが、実際には希釈水
や泥分等のそれぞれに対応した調整バルブが別個に設け
られる）、泥水の貯泥槽への送出を制御するために貯泥
バルブＶS２１〜ＶS２４を、安定泥水の送泥水管３２へ
の送出を制御するために泥水送出バルブＶO２１〜ＶO２
４を、それぞれ設けている。また、各調整槽にはその中
の泥水量を検出するために液面計Ｓ２１〜Ｓ２４を設
け、これらの液面計の検出信号に基づいて前記バルブＶ
I２１〜ＶI２４、ＶT２１〜ＶT２４、ＶS２１〜ＶS２
４、及びＶO２１〜ＶO２４の開閉を制御する制御部４０
を備えている。さらに、送泥水管３２と排泥水管３４と
を接続するバイパス管３６をシールド掘進機３０の近傍
に設けるとともに、送泥水管３２においてバイパス管３
６が接続される点と掘進機３０との間に第１バルブＶ１
を、排泥水管３４においてバイパス管３６が接続される
点と掘進機３０との間に第２バルブＶ２を、バイパス管
３６に第３バルブＶ３を、それぞれ設けている。

【００１６】上記構成の本実施例の装置では、シールド
掘進機３０が動作しているとき、第１バルブＶ１及び第
２バルブＶ２は開いた状態、第３バルブＶ３は閉じた状
態となっており、従来例と同様に、掘進機３０で発生す
る排泥水は、送泥水管３２によって脱水篩１２へ送られ
る。脱水篩１２へ送られた排泥水は、そこで礫分や砂分
を除去された後、サイクロン１６へ送られる。サイクロ
ン１６をオーバした泥水は、調整槽２１〜２４のうちの
いずれかへ流入する。

【００１７】本実施例では、各調整槽が、サイクロンオ
ーバ泥水（排泥水）の受取、所定の比重及び粘度への排
泥水の調整（安定泥水への調整）、安定泥水調整後の待
機、掘進機３０への安定泥水の送出、の各役割を逐次的
かつ巡回的に果たすように、制御部４０が前記バルブＶ
I２１〜ＶI２４、ＶT２１〜ＶT２４、ＶS２１〜ＶS２
４、及びＶO２１〜ＶO２４の開閉を制御する。例えば、
調整槽２１がサイクロンオーバ泥水を受け取る役割を、
調整槽２２が安定泥水に調整する役割を、調整槽２３が
安定泥水を蓄えて待機する役割を、調整槽２４が調整済
みの安定泥水を掘進機３０へ送り出す役割を、それぞれ
果たす場合には、制御部４０は、泥水受取バルブＶI２
１を開いてＶI２２〜ＶI２４を閉じ、調整バルブＶT２
１、２４を閉じてＶT２２、ＶT２３を開き、貯泥バルブ
ＶS２１を開いてＶS２２〜ＶS２４を閉じ、泥水送出バ
ルブＶO２１〜ＶO２３を閉じてＶO２４を開く。ただ
し、調整バルブＶT２２、ＶT２３は、排泥水を所定の比
重及び粘度に調整する（安定泥水に調整する）ために必
要な量の希釈水や泥分等が調整槽２２、２３へ供給され
た後は閉じられ、貯泥バルブＶS２１は、再利用せずに
産業廃棄物として処理する排泥水を貯泥槽（図示せず）
へ送り出した後は閉じられる。

【００１８】このような制御部４０による各バルブの制
御の下、調整槽２４は安定泥水を掘進機３０へ供給す
る。そして制御部４０は、液面計Ｓ２４の信号によって
調整槽２４内の安定泥水の水位が所定の下限まで下がっ
たことを検出すると、泥水送出バルブＶO２４を閉じ、
貯泥バルブＶS２４を開き、泥水受取バルブＶI２４を開
く。これにより、調整槽２４の役割は、安定泥水の送出
からサイクロンオーバ泥水の受取へと切り換わる。

【００１９】調整槽２３は、既に調整を終了した安定泥
水をその中に蓄えて待機している。そして、調整槽２４
内の安定泥水の水位が下限まで下がった時点で、制御部
４０が調整槽２３の泥水送出バルブＶO２３を開いて安
定泥水を送出する。これにより、調整槽２３の役割は、
安定泥水調整後の待機から安定泥水の送出へと切り換わ
る。

【００２０】調整槽２２では、その中の排泥水（サイク
ロンオーバ泥水）に所定量の希釈水や泥分等が加えら
れ、調整槽内部に設けられた攪拌羽根及び前述の攪拌ポ
ンプＰ４により攪拌が行なわれる。これにより、排泥水
が所定の比重及び粘度を有する安定泥水に調整される。
ここで、掘進機３０への安定泥水の供給が途切れること
がないよう、調整槽２４及び２３の安定泥水がなくなる
前に調整槽２２において安定泥水への調整を終了してい
る必要がある。本実施例では、攪拌羽根のみならず攪拌
ポンプＰ４をも使用して泥水を均質化しているため、攪
拌時間が短縮され、安定泥水への調整に要する時間も短
縮される。したがって、本実施例の装置は、従来に比べ
最大所要泥水量が大きい掘進機に対しても対応できる。
また、攪拌ポンプＰ４による攪拌時間の短縮によっても
掘進機３０の最大所要泥水量に対応できない場合には、
調整槽を増設し、安定泥水を蓄えて待機する調整槽の数
を増やすことにより、対応することができる。なお、図
示されていないが、各調整槽にはサンプリングポンプが
設けられており、これによって各調整槽の泥水を採取し
てその比重及び粘度を測定している。制御部４０は、こ
の測定結果に基づき調整槽２２の泥水が所定の比重及び
粘度になったことを検出すると、安定泥水への調整を終
了したと判断する。これにより、調整槽２２の役割は、
安定泥水への調整から安定泥水調整後の待機へと切り換
わる。

【００２１】調整槽２１では、サイクロンオーバ泥水の
うち産業廃棄物として処理する排泥水を貯泥槽（図示せ
ず）へ送り出した後に貯泥バルブＶS２１を閉じ、再利
用するサイクロンオーバ泥水を蓄えている。そして制御
部４０は、調整槽２４の役割が前述のようにして安定泥
水の送出からサイクロンオーバ泥水の受取へと切り換わ
った時点で、泥水受取バルブＶI２１を閉じ、調整バル
ブＶT２１を開いて所定量の希釈水や泥分等を調整槽２
１に供給する。これにより、調整槽２１の役割は、サイ
クロンオーバ泥水の受取から安定泥水への調整へと切り
換わる。

【００２２】各調整槽２１〜２４は以上のように動作す
るが、一つの調整槽に注目すると調整槽の役割は、サイ
クロンオーバ泥水の受取 → 安定泥水への調整 →安定
泥水調整後の待機→ 安定泥水の送出 → サイクロンオ
ーバ泥水の受取 というように逐次的かつ巡回的に切り
換わる。調整槽の役割が逐次的に切り換わることによ
り、各時点において各調整槽は一つの役割のみを果たす
（調整槽が単機能化する）。したがって、安定泥水への
調整をしている調整槽には泥水の流入及び流出がないた
め、泥水を正確に所定の比重及び粘度に調整することが
できる。また、各調整槽の役割が固定されず巡回的に切
り換わることにより、掘進機３０で必要とされる泥水量
が一時的に増加した場合に容易に対応できる。すなわ
ち、前述の動作例において掘進機３０へ供給する泥水量
が一時的に増加すると、調整槽２４内の安定泥水の水位
が通常よりも短い時間で下限に達するが、待機中の調整
槽２３の役割をその時点で安定泥水の送出へ切り換えれ
ばよい。この切り換えは通常よりも早い時期に行なわれ
るため、調整済みの安定泥水を蓄えて待機している調整
槽が一時的に存在しなくなるが、掘進機３０へ供給する
泥水量が減少すれば、４基の調整槽のうちの１基を待機
させることができるようになる。

【００２３】ところで現在、シールド工法では、リング
と呼ばれる一定の掘削単位毎に掘進機３０を停止させ、
トンネルの外枠のセグメントを設置した後に再発進して
いる。掘進機３０の停止の際、本実施例の装置は以下の
ように動作する。

【００２４】掘進機３０の停止後、まず、掘進機リング
内を安定泥水で洗浄するために、調整槽からの送泥水を
所定時間継続する。次に、送泥水管３２に設けられた第
１バルブＶ１及び排泥水管３４に設けられた第２バルブ
Ｖ２を閉じるとともにバイパス管３６に設けられた第３
バルブＶ３を開く。これにより、送泥水管３２及び排泥
水管３４を安定泥水で満たした後、ポンプＰ１及びＰ２
を停止させる。その後、掘進機３０を再発進する際に
は、第１バルブＶ１及びＶ２を開いて第３バルブＶ３を
閉じ、ポンプＰ１及びＰ２を動作させる。

【００２５】このようにして１リング掘進毎にポンプＰ
１及びＰ２も停止させることにより、ポンプＰ１及びＰ
２と送泥水管３２及び排泥水管３４の寿命を従来よりも
延ばすことができる。また、掘進機３０の停止後に送泥
水管３２及び排泥水管３４を安定泥水で満たしているた
め、再発進の際には安定泥水を掘進機３０へ即時に供給
することができる。

【００２６】なお、上記のように現在は、１リング掘進
毎に掘進機３０を停止させているが、本実施例の装置
は、必要に応じて調整槽の数を増やすことにより、将来
導入されるであろう連続掘進にも対応することができ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
安定泥水への調整をしている調整槽には泥水の流入及び
流出がないため、泥水を正確に所定の比重及び粘度に調
整することができる。これにより、掘進部における切羽
の安定性が確保される。また、攪拌ポンプによって攪拌
時間が短縮されるため、安定泥水への調整に要する時間
も短縮され、従来に比べ最大所要泥水量が大きいシール
ド掘進機にも対応可能となる。そして、各調整槽の役割
を固定せず巡回的に切り換えることにより、必要な泥水
量の一時的な増加にも容易に対応できる。さらに、正確
に所定の比重及び粘度に調整された安定泥水をシールド
掘進機へ供給することができるため、送泥水管内及び排
泥水管内の沈砂・沈泥防止のための送排泥水が不要とな
り、１リング掘進毎のシールド掘進機の停止に伴い送排
泥水も停止させることができる。これにより、ポンプや
送泥水管及び排泥水管の寿命が延びる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例であるシールド掘進機用の
安定泥水供給装置の構成を示す図。

【図２】 従来のシールド掘進機用の安定泥水供給装置
（泥水処理装置における要部）の構成を示す図。

【符号の説明】

１２ …脱水篩 １６ …湿式サイクロン ２１〜２４…調整槽 ３０ …シールド掘進機 ３２ …送泥水管 ３４ …排泥水管 ３６ …バイパス管 ４０ …制御部（制御手段、送排泥水制御手段） Ｐ１ …送泥水ポンプ Ｐ２ …排泥水ポンプ Ｐ４ …攪拌ポンプ Ｓ２１〜Ｓ２４ …液面計（検出手段） ＶI２１〜ＶI２４…泥水受取バルブ ＶO２１〜ＶO２４…泥水送出バルブ Ｖ１ …第１バルブ Ｖ２ …第２バルブ Ｖ３ …第３バルブ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機で発生する掘削土を伴う
   排泥水を、排泥水管、脱水篩及び湿式サイクロンを経て
   受け取り、所定の比重及び粘度に調整した後、送泥水管
   を経てシールド掘進機へ送り返す調整槽を備えるシール
   ド掘進機用の安定泥水供給装置において、 少なくとも３基の調整槽と、 各調整槽と排泥水管との間に設けられた泥水受取バルブ
   と、 各調整槽と送泥水管との間に設けられた泥水送出バルブ
   と、 各調整槽内の泥水量を検出する検出手段と、 泥水受取バルブを開いて排泥水を受け取る第１の役割、
   受け取った排泥水を泥水受取バルブ及び泥水送出バルブ
   を閉じた状態で所定の比重及び粘度に調整する第２の役
   割、及び、所定の比重及び粘度に調整された安定泥水を
   泥水送出バルブを開いて送泥水管へ送り出す第３の役割
   の少なくとも三つの役割を、各調整槽が当該順に逐次的
   かつ巡回的に果たすように、泥水受取バルブ及び泥水送
   出バルブを検出手段に基づいて開閉する制御手段と、を
   備えることを特徴とするシールド掘進機用の安定泥水供
   給装置。
2. 【請求項２】 調整槽の底部から吸引した泥水を該調整
   槽の上部へ吐出する攪拌ポンプを各調整槽に設けたこと
   を特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機用の安定
   泥水供給装置
3. 【請求項３】 シールド掘進機近傍に設けられ、送泥水
   管と排泥水管とを接続するバイパス管と、 送泥水管においてバイパス管が接続される点とシールド
   掘進機との間に設けられた第１バルブと、 排泥水管においてバイパス管が接続される点とシールド
   掘進機との間に設けられた第２バルブと、 バイパス管に設けられた第３バルブと、 送泥水管に設けられた送泥水ポンプと、 排泥水管に設けられた排泥水ポンプと、 シールド掘進機の停止後に、第１バルブ及び第２バルブ
   を閉じるとともに第３バルブを開くことにより、送泥水
   管内及び排泥水管内を所定の比重及び粘度に調整された
   安定泥水で満たした後、送泥水ポンプ及び排泥水ポンプ
   を停止させる送排泥水制御手段と、を備えることを特徴
   とする請求項１に記載のシールド掘進機用の安定泥水供
   給装置。