JP2005320851A - Spray nozzle mounting structure for multifunctional injection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シールド機、TBMなどのトンネル掘削機、大型構造物の基礎杭施工用掘削機、地下空間用の地下掘削機などの掘削機において、ビット類の寿命向上を図るとともに、掘削中に生じる種々の問題、具体的には前方に巨礫、障害物が出現したためこれを破砕したい場合、砂礫層に進入したため地山の土質性状を変化させたい場合、ビット交換などのために切羽地山の止水、改良などを必要とする場合などの各ケースに総合的に対応できるようにした掘削機に好適に適用される多機能型噴射装置の噴射ノズルの取付構造に関する。 In the excavator such as a shield excavator, a tunnel excavator such as a TBM, an excavator for foundation pile construction of a large structure, an underground excavator for an underground space, etc. Various problems that occur, specifically boulders and obstacles appearing forward, if you want to crush them, if you want to change the soil properties of the natural ground because you entered the gravel layer, The present invention relates to an injection nozzle mounting structure for a multi-function injection device that is suitably applied to an excavator that can comprehensively handle each case such as when water stoppage or improvement is required.
従来、密閉式シールド機などによるトンネル施工の場合、掘削中にカッタヘッドの前面に巨礫や流木、あるいはコンクリートやシートパイルなどの障害物が出現することがある。この場合、そのまま掘進した場合にはカッタヘッドに損傷が生じたり、土砂排出装置等に異常が発生したりするため、地上から薬液注入などによる地盤改良を行い止水および切羽の自立を図った後、シールド機のカッタチャンバ内に作業員が入り障害物を除去している。近年、特開昭63−11794号公報、特開平3−55396号公報などに示されるように、巨礫や流木、コンクリート類などの障害物を効率的に除去するために、カッタヘッド面に超高圧水噴射ノズルを備えた掘削機が提案されている。 Conventionally, in the case of tunnel construction using a sealed shield machine or the like, obstacles such as boulders, driftwood, concrete or sheet piles may appear on the front surface of the cutter head during excavation. In this case, if the digging is continued, the cutter head may be damaged, or an abnormality may occur in the earth and sand discharge device, etc. An operator enters the cutter chamber of the shield machine and removes the obstacle. In recent years, as shown in JP-A-63-1794, JP-A-3-55396, etc., an ultra-high pressure is applied to the cutter head surface in order to efficiently remove obstacles such as boulders, driftwood and concrete. Excavators with water jet nozzles have been proposed.
一方、シールド工事においては、掘進距離の長距離化や掘進深度の増大など施工条件は益々厳しいものになってきている。掘進距離が増すことに伴い、カッタビットの耐久性が求められ、各種の長寿命ビットの開発も行われているが、全掘削長をビット交換無しに掘削することは到底不可能であり、必ず掘削中に何回かのビット交換作業を必要とする。かかるビット交換作業は、予めビットの摩耗量予測の下、交換予定距離毎に地上側から掘削進路周辺の地盤改良を行って止水および地盤固化を図り、シールド機がこの地盤改良部位に到達した時に一時的に掘削作業を中止し、カッタチャンバ内に作業員が入り手作業によりビット交換を行っている。 On the other hand, in shield construction, the construction conditions are becoming increasingly severe, such as increasing the excavation distance and increasing the excavation depth. As the digging distance increases, the durability of the cutter bit is required, and various long-life bits are being developed. However, it is impossible to drill the entire excavation length without exchanging the bit. Bit exchanging work is required several times during excavation. In such bit replacement work, the ground is improved around the excavation route from the ground side for each planned replacement distance based on the amount of wear of the bit in advance, to stop water and solidify the ground, and the shield machine reaches this ground improvement site. Sometimes, the excavation work is temporarily stopped, and an operator enters the cutter chamber to replace the bit manually.
他方、掘削深度が増大することに伴い、掘削地盤の土質は砂礫層や岩盤層へと変化するため、このような地盤種の掘削も可能なようにカッタビットの他、ディスクカッタなどのローラビットを装着した複合型のシールド機が採用されるケースが増えている。このような場合には、ビット類の寿命は軟弱地盤を掘削する場合に比べると著しく短命となり、頻繁にビット交換を行わなければならない状況にある。また、シールド機が砂礫層に突入した場合には、砂礫掘削土砂に不透水性を与えるとともに、塑性流動化を促進するため、カッタヘッドの中心部から作泥土材を注入したりしている。 On the other hand, as the excavation depth increases, the soil quality of the excavated ground changes to the gravel layer and the rock layer, so that it is possible to excavate such ground types in addition to cutter bits, roller bits such as disc cutters. More and more cases are adopting composite shield machines equipped with the. In such a case, the life of the bits is significantly shorter than that when excavating soft ground, and the bit must be frequently replaced. In addition, when the shield machine enters the gravel layer, mud soil material is injected from the center of the cutter head in order to impart imperviousness to the gravel excavated soil and to promote plastic fluidization.
以上のように、掘削機によるトンネル掘削においては、掘削中に種々の問題が生じ、その時々にこれらの問題に具体的に対処している。たとえば、掘削進路の前方に各種障害物が出現した場合には、これを効率的に取り除く必要があり、またビット交換に際しては切羽周辺地盤の止水や自立安定のために地盤改良を行っている。さらに砂礫層に突入した場合には、掘削砂礫に対して作泥土材を注入して掘削土砂に不透水性を付与するとともに、土砂の塑性流動化を図るなどの処置が必要となる。しかし、これら掘削途中に発生する各種の付随作業のために掘削効率が低下し、掘削工程の長期化を招くなど全体工程に多大な影響を及ぼすなどの問題が生じている。 As described above, in tunnel excavation using an excavator, various problems occur during excavation, and these problems are specifically addressed from time to time. For example, when various obstacles appear in front of the excavation path, it is necessary to remove them efficiently, and when replacing the bit, the ground is improved to stop the water around the face and to stabilize itself. . Further, when entering the gravel layer, it is necessary to take measures such as injecting a mud material into the excavated gravel to impart imperviousness to the excavated soil and to plasticize the sediment. However, various incidental operations that occur during the excavation cause problems such as a great influence on the entire process, such as a decrease in excavation efficiency and an increase in the length of the excavation process.
また、前記薬液注入などによる地盤改良は、地上側から注入管を挿入して行っているが、地上が河川域であったり、既に建築物が建設されていたりすると、地盤改良工事自体が困難であるなどの問題が発生している。 In addition, the ground improvement by the chemical injection etc. is performed by inserting an injection pipe from the ground side. However, if the ground is a river area or a building has already been constructed, the ground improvement work itself is difficult. There are some problems.
一方、前記特開昭63−11794号公報、特開平3−55396号公報などに示されるように、超高圧水噴射によって障害物を切断するようにする方法は非常に有効ではあるものの、同公報に示される噴射方法は、単に所定位置に設けたあるいは規制された範囲しか移動できない噴射ノズルより超高圧水を噴射させるものであり、障害物を細かく粉砕することは困難である。したがって、そのまま切断した障害物を土砂排出装置によって排出することはできないため、やはりカッタチャンバの中に作業員が入り、切断した障害物を人力により除去する必要がある。 On the other hand, as disclosed in JP-A-63-11794, JP-A-3-55396, and the like, although a method of cutting an obstacle by super-high pressure water jet is very effective, In the injection method shown in FIG. 1, ultrahigh pressure water is simply injected from an injection nozzle that is provided at a predetermined position or can move only within a restricted range, and it is difficult to finely pulverize an obstacle. Therefore, since the obstacle that has been cut as it is cannot be discharged by the earth and sand discharging device, it is necessary for an operator to enter the cutter chamber and to remove the cut obstacle by human power.
また、泥水シールド機や土圧シールド機などにおいて、掘削砂礫土砂に作泥土材の注入を行う場合であっても、実際は掘削ヘッドの前面側において作泥土材の注入により掘削土と作泥土材とが均一に混合されることは少なく、カッタチャンバの内部に取り込まれた後にアジテータなどの攪拌翼を用いて均一混合を図っているのが現状である。従って、摩擦係数の大きな砂礫等がカッタヘッドに直接的に接触することにより、カッタや面板の摩耗が極端に早いなどの問題が発生している。 In addition, even if mud shield machine or earth pressure shield machine is used to inject mud material into excavated gravel soil, in fact, the mud material is injected on the front side of the excavation head. Are rarely mixed uniformly, and after being taken into the cutter chamber, uniform mixing is achieved using a stirring blade such as an agitator. Therefore, problems such as extremely fast wear of the cutter and face plate occur due to the gravel having a large friction coefficient directly contacting the cutter head.
他方、掘削機によるトンネル掘削技術においては、全削孔費に占めるカッタ費の比率が大きいため、カッタの交換回数が増えればその分だけ必然的に削孔費が増大する。したがって、掘削効率を低下させることなくカッタ寿命の延命化を図ること、あるいは掘削効率の向上などが恒久的な課題として存在する。 On the other hand, in the tunnel excavation technique using the excavator, since the ratio of the cutter cost to the total drilling cost is large, the drilling cost increases inevitably as the number of cutter replacement increases. Therefore, there is a permanent problem such as extending the cutter life without lowering the excavation efficiency or improving the excavation efficiency.
本発明は、カッタの寿命向上を図るとともに、掘削途中に発生する各種の付随作業、具体的には障害物の除去、止水や切羽自立のための地盤改良、砂礫掘削土砂の泥土化などに対して迅速に対応できるようにし掘削効率の向上を実現し得る多機能型噴射装置を提供すること、並びに掘削進路の前方に出現した障害物を細かく破砕し土砂排出装置等により通常の掘削土砂と同様に排出することを可能とし、また作泥土材と切羽地山との均一混合を可能とした多機能型噴射装置の噴射ノズル取付構造を提供することにある。 The present invention aims to improve the life of the cutter, and various incidental operations that occur during excavation, specifically, removal of obstacles, ground improvement for water stoppage and self-supporting of the face, and gravel excavation soil mud To provide a multi-function type injection device that can respond quickly and improve the drilling efficiency, and finely crush the obstacles that appear in front of the excavation course and It is another object of the present invention to provide an injection nozzle mounting structure for a multi-function type injection device that can be discharged in the same manner and that allows uniform mixing of the mud material and the face mound.
本発明は、掘削ヘッド面に設けた噴射ノズルより超高圧水、作泥土材または地盤固化材を選択的に噴射できるようにし、掘削中に直面する種々の問題に対して総合的にかつ迅速に対応することができる。具体的に、掘削予定進路の前方に巨礫、障害物等が出現した場合には、前記超高圧水の噴射によりこれを破壊することができ、また砂礫層に突入した場合には作泥土材の噴射により掘削土砂を泥土化することができる。また、カッタ交換などにより止水や切羽地山の自立が必要である場合には、直接掘削面の前方および上方に地盤固化材を噴射し地盤の固結を図ることができる。 The present invention makes it possible to selectively inject ultra-high pressure water, mud clay material or ground solidification material from an injection nozzle provided on the surface of the excavation head, and comprehensively and quickly solve various problems encountered during excavation. Can respond. Specifically, when boulders, obstacles, etc. appear in front of the planned excavation path, they can be destroyed by the injection of ultra-high pressure water. The excavated sediment can be mud by injection. Further, when it is necessary to stop water or to stand up the face of the face by exchanging cutters or the like, the ground solidification material can be sprayed directly in front of and above the excavation surface to consolidate the ground.
さらに、前記超高圧水を噴射させて切羽地山に溝や割れ目を形成しながら掘進することにより、または超高圧水噴射により出現した障害物の破砕を行うことにより、さらに掘削ヘッド前面の砂礫掘削土砂の泥土化により、カッタの負荷が低減するためビット類の寿命を向上させることができる。他の付随効果としては、噴射水の冷却効果によって摩耗を低減できる。以上より、カッタ交換の頻度が少なくなるとともに、効率的にカッタ交換ができるようになり、もって工費の低減化および工期の短縮化を図ることができるようになる。また、地盤改良は直接掘削機からの固化材噴射により行うため、地上占有状況の制約を一切受けることがないなどの利点がもたらされる。 Furthermore, by excavating the ultra-high pressure water and digging while forming grooves and cracks in the face of Mt. Due to the mud of the earth and sand, the load on the cutter is reduced, so that the life of the bits can be improved. As another incidental effect, wear can be reduced by the cooling effect of the jet water. As described above, the frequency of cutter replacement is reduced and cutter replacement can be performed efficiently, thereby reducing the construction cost and the construction period. In addition, since ground improvement is performed directly by injection of solidified material from the excavator, there are advantages such as being free from any restrictions on the ground occupation situation.
本発明は、掘削機の掘削ヘッド面に取付けられる多機能型噴射装置の噴射ノズルの取付構造であって、
前記掘削ヘッド面内に略埋設された回転可能な回転ヘッドに対し、この回転ヘッドの回転軸心から偏位した位置に前記噴射ノズルを設け、前記掘削ヘッドの回転による移動とは別に、前記噴射ノズルを前記回転ヘッドの回転により所定の円軌跡に沿って連続的に回転運動させるようにしたことを特徴とするものである。
The present invention is a mounting structure for an injection nozzle of a multifunctional injection device attached to the excavation head surface of an excavator,
For the rotatable rotary head substantially embedded in the excavation head surface, the injection nozzle is provided at a position displaced from the rotational axis of the rotary head, and the injection is performed separately from the movement of the excavation head by rotation. The nozzle is continuously rotated along a predetermined circular locus by the rotation of the rotary head.
あるいは、前記掘削ヘッド面内に略埋設された回転可能な回転ヘッドに対し、この回転ヘッドの回転軸心方向に対して噴射軸を傾斜させた状態で前記噴射ノズルを設け、前記回転ヘッドの回転により前記噴射ノズルの噴射方向を連続的に変化させることでもよい。 Alternatively, with respect to the rotatable rotary head substantially embedded in the excavation head surface, the jet nozzle is provided in a state where the jet axis is inclined with respect to the rotational axis direction of the rotary head, and the rotary head is rotated. The injection direction of the injection nozzle may be changed continuously.
さらに好ましくは、前記掘削ヘッド面内に略埋設された回転可能な回転ヘッドに対し、この回転ヘッドの回転軸心から偏位しかつ回転ヘッドの回転軸心方向に対して噴射軸を傾斜させた状態で前記噴射ノズルを設け、前記掘削ヘッドの回転による移動とは別に、前記噴射ノズルを前記回転ヘッドの回転により所定の円軌跡に沿って連続的に回転運動させるとともに、噴射ノズルの噴射方向を連続的に変化させることもできる。 More preferably, with respect to the rotatable rotary head substantially embedded in the surface of the excavation head, the ejection axis is deviated from the rotational axis of the rotary head and the injection axis is inclined with respect to the rotational axis direction of the rotary head. In addition to moving the excavation head by rotation, the injection nozzle is continuously rotated along a predetermined circular locus by rotation of the rotary head, and the injection direction of the injection nozzle is changed. It can also be changed continuously.
この場合に、前記噴射ノズルを埋設された球体状ノズルとし、噴射停止時に前記球体状ノズルを回転させ噴射口を閉鎖することにより、噴射ノズルの目詰まりを防止するのが望ましい。さらに、前記球体状ノズルに直線状の噴射液流路の他に、この噴射液流路より分岐する逆洗用流路を形成し、前記噴射停止時に別途形成した洗浄水流路から前記逆洗用流路に洗浄水を逆流させることもできる。 In this case, it is desirable to prevent the injection nozzle from being clogged by making the injection nozzle an embedded spherical nozzle and rotating the spherical nozzle to close the injection port when the injection is stopped. Furthermore, in addition to the linear injection liquid flow path, a backwash flow path branched from the injection liquid flow path is formed in the spherical nozzle, and the backwash flow is separately formed from the wash water flow path separately formed when the injection is stopped. It is also possible to reverse the wash water in the flow path.
したがって、本発明によれば、噴射ノズルが掘削ヘッドの回転とは別に、噴射ノズルの位置が連続的に変化し、または/および噴射方向が連続的に変化するため、前方の巨礫や障害物を細かく破砕することが可能となる。したがって、作業員がカッタチャンバ内に入り切断した障害物等を除去する必要はなく、通常の掘削土砂と同様に流体輸送、ベルトコンベアなどで搬送することができるようになり掘削効率が飛躍的に向上する。また、作泥土材の噴射に際しても、噴射ノズルを回転運動させながら、または/および噴射方向を連続的に変化させながら、前方の掘削された砂礫土砂中に作泥土材を噴射することにより、砂礫土砂と作泥土材とを均一に混合することができるようになり、安定した掘削および排土が実現されるとともに、カッタの摩耗も低減される。 Therefore, according to the present invention, since the position of the injection nozzle is continuously changed and / or the injection direction is continuously changed separately from the rotation of the excavation head, the boulders and obstacles ahead can be removed. It becomes possible to crush finely. Therefore, it is not necessary for the worker to enter the cutter chamber and remove the obstructions that have been cut, and it can be transported by fluid transportation, belt conveyor, etc., as in the case of ordinary excavation earth and sand, and the excavation efficiency is dramatically increased improves. In addition, when injecting the mud material, the mud material is injected into the excavated gravel soil while rotating the injection nozzle and / or continuously changing the injection direction. Sediment and mud material can be mixed uniformly, stable excavation and soil removal are realized, and cutter wear is also reduced.
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて詳述する。
図1は通常の泥水式シールド機の概略断面図であり、図2は前記泥水式シールドへ本発明を適用した場合の概念図であり、図3はその正面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a normal muddy water shield machine, FIG. 2 is a conceptual diagram when the present invention is applied to the muddy water shield, and FIG. 3 is a front view thereof.
泥水式シールド機1は、自立性の小さい軟弱な土質や地下水位の高い砂質、砂礫質地盤に対して適用されるシールド機であり、切羽の安定はカッタチャンバ5内に送泥管7を通じて泥水を供給し、その泥水圧および泥水の安定液作用並びにカッタ面板の山留め作用によって図られるようになっている。マシン本体の前面にはカッタヘッド2(掘削ヘッド)を備え、このカッタヘッド2面に取付けられた多数のカッタビット3、3…により地山を連続的に破砕して掘進する。破砕された掘削土砂はカッタチャンバ5内に取り込まれ、アジテータ4により細かく破砕されるとともに、排泥管8を通じて図示しない排土処理施設まで輸送される。なお、6は前記カッタヘッド2を回転させるためのカッタモータであり、10はシールド1をセグメント11を反力部材として前進させるためのシールドジャッキである。また、シールド1の後方側では逐次エレクター9によりセグメント11が設置される。
The muddy water
本発明では、前記カッタヘッド1の前面側に多機能型噴射装置を構成する複数の噴射ノズル装置13、13…を備える。前記噴射ノズル装置13の形成態様としては、図3に示されるように、Y字状のカッッタスポーク23の軸線に沿ってその幅方向中央に所定間隔で設けることでもよいし、また図示しないがカッタヘッド2の面板に対して設けることもできる。なお、カッタヘッド2の周縁部に斜め方向に向けて配設された噴射ノズル装置13aおよびトンネル半径方向に向けて配設された噴射ノズル装置13bは切羽地山の自立のために、特に地盤固化材噴射時にのみ使用される。
In the present invention, a plurality of
他方で、前記シールド機1の内部または外部(地上も含む。)に、前記噴射ノズル装置13、13…を噴射口とする超高圧水供給ユニット14、作泥土材供給ユニット15および地盤固化材供給ユニット16を備えるとともに、前記噴射ノズル装置13、13…から噴射される噴射液のオンオフ制御および他の流路への逆流防止のために、これら各種ユニット14〜16から噴射ノズル装置13、13…に至る各送給路の途中に制御バルブ20〜22を設けている。
On the other hand, the ultra-high pressure
以下、前記噴射ノズル装置13と各種ユニット14〜16の構造についてさらに詳述すると、
前記噴射ノズル装置13の具体的構造としては幾つかの構造が考えられる。
Hereinafter, the structure of the
As the specific structure of the
先ず、図4に示される第1例は、カッタヘッド2の回転による移動とは別に、噴射ノズルを所定の小円軌跡に沿って連続的に回転運動させるようにしたものである。
First, in the first example shown in FIG. 4, apart from the movement by the rotation of the
図4において、噴射ノズル39を保持する回転ヘッド24がカッタスポーク23内にほぼ埋設状態で軸受25、25によって支持されることにより自転可能に取付けられ、かつ前記回転ヘッド24の底部側周囲には噛合歯29が形成され、別途配設された油圧モータ30の原動ギア31と噛合し、前記油圧モータ30の始動により回転させられるようになっている。前記噴射ノズル39は回転ヘッド24の回転軸心Oから偏位した位置に配置されることにより、回転ヘッド24の回転により所定の円軌跡に沿って連続的に回転運動するようになっている。
In FIG. 4, the
噴射液の供給は、カッタヘッド2の固定側板2Aに環状流路37を形成し、作泥土材・固化材送給管35または超高圧水送給管34から送られた各噴射液を前記環状流路37に回し、回転ヘッド24に形成された噴射液流路24aが回転中のどの位置にあっても噴射液が送給される構造としてある。なお、前記環状流路37を跨ぐ両側には夫々凹溝が形成され、この凹溝に対して回転ヘッド24の裏面と接触するパッキン38が嵌設されることにより水密性が確保されている。
The injection liquid is supplied by forming an
次いで、図5に示される第2例は、噴射ノズルの位置を固定としながら噴射方向を連続的に変化させるようにしたものである。上記第1例と同一符号のものについては説明を省略する。 Next, in the second example shown in FIG. 5, the injection direction is continuously changed while the position of the injection nozzle is fixed. The description of the same reference numerals as those in the first example is omitted.
図5において、回転ヘッド24の回転軸心O位置にはバルブ兼用の球体ノズル26が設けられ、この球体ノズル26に連続して背面側に延長される、多少いびつに屈曲した屈曲外管27およびこの屈曲外管27内に同心的に配設された超高圧水用屈曲内管28とが設けられている。前記球体ノズル26の噴射方向は回転ヘッド24の回転軸心Oに対して角度βだけ傾斜させてあり、前記屈曲外管27および屈曲内管28の先端部の方向は前記噴射方向に一致させてある。前記屈曲外管27と屈曲内管28とはスイベルジョイント32によって回転可能な状態で封水されている。したがって、各種噴射液を前記球体ノズル26から噴射しながら前記回転ヘッド24を回転させると、噴射口26aの向きが連続的に変化するため、噴射液の噴射面を円錐状とすることができる。
In FIG. 5, a
また、各噴射液の噴射について、前記屈曲内管28の先端には超高圧水用噴射ノズル28aが設けられ、超高圧水供給管34および屈曲内管28を通じて送られた超高圧水は前記超高圧水用噴射ノズル28aより噴射され、前記球体ノズル26を通過して前方に噴射されるようになっている。また作泥材・固化材供給管35を通じて送給された作泥材または固化材は、前記屈曲外管27と屈曲内管28との環状間隙空間を流路として流れ、前記球体ノズル26から所定圧をもって噴射される。
In addition, for the injection of each of the injection liquids, an ultra-high pressure water injection nozzle 28a is provided at the tip of the bent
さらに、図6に示される第3例は、前記第1例と第2例の複合型で、カッタヘッド2による移動とは別に、噴射ノズルを所定の小円軌跡に沿って連続的に回転運動させるとともに、噴射方向を連続的に変化させるようにしたものである。
Further, the third example shown in FIG. 6 is a combined type of the first example and the second example. In addition to the movement by the
図6において、回転ヘッド24の回転軸心Oから距離hだけ偏位した位置にバルブ兼用の球体ノズル26が設けられ、この球体ノズル26に連続して背面側に延長される、略ヘ字状に屈曲した屈曲外管41およびこの屈曲外管41内に同心的に配設された超高圧水用屈曲内管40とが設けられている。前記屈曲外管41と屈曲内管40とは第2例と同様にスイベルジョイント32によって回転可能な状態で封水されている。したがって、各種噴射液を噴射しながら前記回転ヘッド24を回転させると、図7に示されるように、球体ノズル26が所定の円軌跡線(L)に沿って連続的に回転運動するとともに、噴射口26aの向きが連続的に変化する。
In FIG. 6, a
上記第2例および第3例において、前記球体ノズル26は、流体による回転位置制御機構(図示しない)により回転自在とされ、図8に示されるように、噴射液の停止時には球体ノズル26を回転させて噴射口を閉鎖しノズル口の目詰まりを防止するようにしている。
In the second and third examples, the
また、前記球体ノズル26には直線状の噴射液流路26aの他に、この噴射液流路26aより分岐する逆洗用流路26bが形成され、一方前記回転ヘッド24の内部には洗浄水流路24bが形成されており、前記噴射停止時に洗浄水流路24bからの洗浄水を供給し、これを噴射液流路に逆流させるようにしている。前記逆洗水の供給は、カッタヘッド2の固定側板2Aに環状給水溝42を形成し、洗浄水管36から送給された洗浄水を前記洗浄水流路24bに供給するようにしている。なお、前記環状給水溝42を跨ぐ両側には夫々凹溝が形成され、この凹溝に対して回転ヘッド24の裏面と接触するパッキン38が嵌設されることにより漏水が防止されている。
Further, the
一方、超高圧水を製造するとともに、前記噴射ノズル装置13まで送給するための超高圧ポンプ17は、具体的には図9に示されるように、油圧ユニット44と、給水ユニット45とブースター(増圧機)46とアキュムレータ43とから構成され、油圧ユニット44から吐出された作動油によりブースター46内のピストンが左右に動作され、ウォーターチャンバー内にある水が圧縮され超高圧水となる。また、アキュムレータ43を送給路途中に介在させることにより超高圧水の圧力が一定に保たれるようになっている。
On the other hand, as shown in FIG. 9, the ultra
他方、作泥土材は、掘削土砂が砂や砂礫の場合で、微粒子量が十分でないときに、良好な泥土化を行うために添加混合するもので、機能的には掘削土砂の微粒子分を補い、掘削土砂に不透水性と塑性流動性とを与える。前記作泥土材としては、通常水に対してベントナイトや粘土、CMC等粘性を付与するものを添加混合したものが使用される。また、地盤固化材としては、水ガラス系固化材、セメント系固化材などが使用される。 On the other hand, when the excavated soil is sand or gravel and the amount of fine particles is not sufficient, the mud material is added and mixed to make a good mud, and functionally supplements the fine particles of the excavated soil. Imperviousness and plastic fluidity are given to excavated soil. As the mud material, a material obtained by adding and mixing a material that imparts viscosity, such as bentonite, clay, or CMC, to water is usually used. Further, as the ground solidifying material, a water glass based solidified material, a cement based solidified material or the like is used.
前記作泥土材を送給するための注入ポンプ18および地盤固化材を送給するための注入ポンプ19としては、たとえばプランジャーポンプなどの高圧用ポンプが好適に用いられる。
As the
前記多機能型噴射装置の噴射ノズル取付構造を備えたシールド機を用いてトンネル掘削を行うに当たっては、掘削中に掘削進路の前方に巨礫や障害物が出現した場合には、図10に示されるように、超高圧ポンプ17を始動させるとともに、制御バルブ20を開としてカッタヘッド2前面の噴射ノズル装置13、13…から超高圧水を噴射して前記巨礫や障害物を細かく粉砕する。なお、超高圧水の噴射は通常の掘進時においても掘削補助のために使用することができる。
When tunnel excavation is performed using a shield machine equipped with an injection nozzle mounting structure of the multifunctional injection device, when boulders or obstacles appear in front of the excavation course during excavation, it is shown in FIG. As described above, the super
また、砂礫層などに突入して作泥土材の注入が必要となったならば、図11に示されるように、注入ポンプ18を始動させるとともに、制御バルブ21を開としてカッタヘッド2前面の噴射ノズル装置13、13…から作泥土材を噴射して掘削ヘッド2前面の土砂と作泥土材との混合を図る。塑性流動化の範囲Sは作泥土材の注入圧の調整により制御する。
Further, if it is necessary to inject mud material after entering the gravel layer, as shown in FIG. 11, the
また、湧水量が多いため止水を図る必要が生じたり、あるいはカッタヘッド2のカッタが摩耗して交換が必要となったならば、図12に示されるように、注入ポンプ19を始動させるとともに、制御バルブ22を開としてカッタヘッド2前面の噴射ノズル装置13、13…から地盤固化材を噴射して掘削ヘッド2前面および周囲の地山固化を図る。なお、地盤固化は横坑発進部、到達部および曲線部などにおいて行ってもよい。なお、地盤固化材噴射の後には、送給路内に滞留している固化材が固化し流路を閉塞しないように、前記噴射ノズル流路の洗浄を行うようにするのがよい。
If the amount of spring water is large, it is necessary to stop the water, or if the cutter of the
ところで、前記例では超高圧水供給ユニット14、作泥土材供給ユニット15および地盤固化材供給ユニット16の3ユニットの組合せとしたが、これらユニットの内の2つを任意の組合せで設置することでもよい。
By the way, in the above example, a combination of three units of the ultra-high pressure
以上泥水式シールド機への適用について詳述したが、土圧式シールド機、TBM(Tunnel Boring Machine)、基礎杭施工用掘削機、地下空間用の地下掘削機などに対しても同様に適用することができる。 The application to the muddy water shield machine has been described in detail, but the same applies to earth pressure shield machines, TBM (Tunnel Boring Machine), foundation pile construction excavators, underground excavators for underground space, etc. Can do.
前記TBMへの適用に関しては、超高圧水の噴射は主に掘削補助として使用される。TBMは山岳トンネル用の掘削機であり、カッタヘッド2にディスクカッタなどの岩盤用切削具を備えている。掘削対象の地山が岩盤であることから巨礫や障害物の出現自体の可能性が低く、またこれらの障害物であっても破砕は可能であるが、カッタ負荷が大きく摩耗が大きい。
For application to the TBM, the injection of ultra high pressure water is mainly used as a drilling aid. The TBM is an excavator for a mountain tunnel, and the
したがって、図13〜図15に示されるように、掘削予定線上に予め超高圧水により岩盤に割れ目・切削溝48を人為的に形成しておき、ディスクカッタ47の刃先47aが前記割れ目・切削溝48上を転動しながら破砕を行うようにすることにより、カッタ負荷を低減できカッタ寿命を向上させることができる。
Accordingly, as shown in FIGS. 13 to 15, a crack /
また、TBMの掘削対象地山は岩盤であるため、地山の地盤改良や作泥土材の注入を必要とするケースは少ないが、岩盤層の途中に軟弱層や砂礫層が入り込んでいたりする場合もあるため、本発明に従って超高圧水供給ユニットの他、地盤固化材供給ユニットや作泥土材供給ユニットを設備し、任意選択的に噴射可能としておくことのメリットは大きい。
[発明の効果]
In addition, since the ground for excavation of TBM is rock, there are few cases that require ground improvement of the ground and injection of mud material, but there is a soft layer or gravel layer in the middle of the bedrock layer. Therefore, in addition to the ultra-high pressure water supply unit according to the present invention, the ground solidification material supply unit and the mud clay material supply unit are installed, and the merit of enabling the optional injection is great.
[The invention's effect]
以上詳説のとおり、本発明によれば、掘削ヘッドの回転による移動とは別に、噴射ノズル自体を所定の円軌跡に沿って連続的に回転運動させ、あるいは噴射方向を連続的に変化させるようにしたため、掘削進路の前方に出現した障害物を細かく破砕し土砂排出装置等により通常の掘削土砂と同様に排出することが可能となる。また、掘削ヘッドの前方で噴射された作泥土材と掘削土砂とを均一に混合できるようになる。 As described above in detail, according to the present invention, in addition to the movement by the rotation of the excavation head, the injection nozzle itself is continuously rotated along a predetermined circular locus, or the injection direction is continuously changed. Therefore, the obstacles appearing in front of the excavation path can be finely crushed and discharged in the same manner as ordinary excavated sediment with a sediment discharge device or the like. Moreover, it becomes possible to uniformly mix the mud material injected in front of the excavation head and the excavation soil.
1…泥水式シールド機、2…カッタヘッド、3…カッタビット、13…噴射ノズル装置、14…超高圧水供給ユニット、15…作泥土材供給ユニット、16…地盤固化材供給ユニット、17…超高圧ポンプ、18・19…注入ポンプ、20〜22…制御バルブ、24…回転ヘッド、25…軸受、26…球体ノズル、26a…噴射口、26b…逆洗用流路、27・41…屈曲外管、28・40…屈曲内管、28a…超高圧水用噴射ノズル、32…スイベルジョイント、37…環状流路、39…噴射ノズル
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記掘削ヘッド面内に略埋設された回転可能な回転ヘッドに対し、この回転ヘッドの回転軸心から偏位した位置に前記噴射ノズルを設け、前記掘削ヘッドの回転による移動とは別に、前記噴射ノズルを前記回転ヘッドの回転により所定の円軌跡に沿って連続的に回転運動させるようにしたことを特徴とする多機能型噴射装置の噴射ノズルの取付構造。 A mounting structure of an injection nozzle of a multi-function injection device attached to a drilling head surface of an excavator,
For the rotatable rotary head substantially embedded in the excavation head surface, the injection nozzle is provided at a position displaced from the rotational axis of the rotary head, and the injection is performed separately from the movement of the excavation head by rotation. An injection nozzle mounting structure for a multi-function injection apparatus, wherein the nozzle is continuously rotated along a predetermined circular locus by the rotation of the rotary head.
前記掘削ヘッド面内に略埋設された回転可能な回転ヘッドに対し、この回転ヘッドの回転軸心方向に対して噴射軸を傾斜させた状態で前記噴射ノズルを設け、前記回転ヘッドの回転により前記噴射ノズルの噴射方向を連続的に変化させるようにしたことを特徴とする多機能型噴射装置の噴射ノズルの取付構造。 A mounting structure of an injection nozzle of a multi-function injection device attached to a drilling head surface of an excavator,
The jet nozzle is provided in a state where the jet shaft is inclined with respect to the rotational axis direction of the rotary head with respect to the rotatable rotary head substantially embedded in the excavation head surface, and the rotary head rotates to rotate the rotary head. An injection nozzle mounting structure for a multi-function injection device, wherein the injection direction of the injection nozzle is continuously changed.
前記掘削ヘッド面内に略埋設された回転可能な回転ヘッドに対し、この回転ヘッドの回転軸心から偏位しかつ回転ヘッドの回転軸心方向に対して噴射軸を傾斜させた状態で前記噴射ノズルを設け、前記掘削ヘッドの回転による移動とは別に、前記噴射ノズルを前記回転ヘッドの回転により所定の円軌跡に沿って連続的に回転運動させるとともに、噴射ノズルの噴射方向を連続的に変化させるようにしたことを特徴とする多機能型噴射装置の噴射ノズルの取付構造。 A mounting structure of an injection nozzle of a multi-function injection device attached to a drilling head surface of an excavator,
With respect to the rotatable rotary head substantially embedded in the surface of the excavation head, the jetting is performed in a state where the jetting shaft is deviated from the rotary axis of the rotary head and the jet axis is inclined with respect to the rotary axis of the rotary head. In addition to the movement by rotation of the excavation head, a nozzle is provided, and the injection nozzle is continuously rotated along a predetermined circular locus by the rotation of the rotation head, and the injection direction of the injection nozzle is continuously changed. An attachment structure for an injection nozzle of a multi-function injection device, wherein
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