JPH07301093A

JPH07301093A - 泥水式シールド工事システムにおける泥水還流装置

Info

Publication number: JPH07301093A
Application number: JP12669194A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Doi; 倶之土井
Original assignee: Maeda Corp
Current assignee: Maeda Corp
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1995-11-14
Anticipated expiration: 2018-11-05
Also published as: JP3464040B2

Abstract

(57)【要約】【目的】トンネル内径に収まる大きさの可変速型ポン
プを用い、しかも、従来通り坑内のポンプ配列を単列に
抑えることによって、設置するポンプ台数を倍増させる
ことなく、所要のポンプ能力を満足させると共に、制御
システムの複雑化を避けた泥水式シールド工事システム
の還流装置を提供する。【構成】切羽３付近の可変速型Ｐ_２ポンプユニット９
は、所要内径のトンネル１２内の空領域に収容可能なも
のを必要排泥揚容量に応じて複数台並列に排泥ライン８
に接続し、かつ単列に配置する。あるいは、複数の中継
用定速ポンプユニット１０中に、所要内径のトンネル１
２内の空領域に収容可能な複数台の可変速型ポンプユニ
ットを並列に接続し、坑内に単列に配置する。あるい
は、中継用定速ポンプユニット１０中に、この中継用定
速ポンプユニットを避けるバイパス回路２１を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、泥水式シールド工事を
行う場合の泥水還流装置に関すものである。

【０００２】

【従来の技術】泥水式シールド工法は、地上より泥水を
シールド掘進機に送り、地山を掘削し、その掘削土を含
む高濃度泥水を、坑内に設置した複数のポンプにより地
上へ圧送し、固液分離後、排出して、トンネルを掘進す
る工法である。

【０００３】これまでの技術では、図７に例示するよう
に、地上部の泥水処理プラント１から切羽３に向けて、
主として比重、粘度、粒径が所定の基準に従い、一定の
性状に管理された泥水を送泥ライン７から流送するため
の複数のＰ_１ポンプと称するポンプユニット６を設け
る。

【０００４】一方、地山をシールド掘進機２のカッター
４により掘削して生ずる残土を、地上部の泥水処理プラ
ント１へ流送するための排泥ライン８側に一連のポンプ
群Ｐ_２〜Ｐ_Ｅを設ける。即ち、切羽３側から立坑５に向
けて、Ｐ_２ポンプと称する可変速モーター駆動によるポ
ンプユニット９と、それに後続する定速型モーター駆動
による定速回転ポンプユニット１０（Ｐ_３〜Ｐｉ）数台
と、さらに後続して立坑５内に設置するＰ_Ｅポンプと称
する可変速モーター駆動によるポンプ等で構成するポン
プユニットが設けられる（以下、「ポンプ」なる名称
は、上記のようにポンプ及びこれを駆動するモーターを
一体に組み込んだ「ポンプユニット」を示すものとす
る）。かかる一連のポンプ・システムにより、トンネル
１２の掘進管理を実施するのが従来の技術であった。

【０００５】さらに、その際にトンネルの内径、掘進距
離、掘進速度の大小等のトンネルの上記条件によって
は、一連のポンプ・システムが、１系列で構成される場
合の他、２系列で構成されることもある。

【０００６】泥水式シールド工事において、上述のよう
に地上部に設置される泥水プラント１において、主とし
て比重、粘度、粒径等が、事前に所定の管理基準（現場
条件毎に異なる）に従い調整されている。

【０００７】そして、泥水を、地上部の泥水処理プラン
ト１から一連のスラリー・ポンプ６によりトンネル１２
の切羽３に圧送し、下記の４項目の目的を果たす。（ａ）性状管理された泥水のもつ比重（通常δ＝１．２
０）により切羽３の安定を図る。

【０００８】（ｂ）性状管理された泥水のもつ細粒分
（通常７４ミクロン以下）の切羽への浸透圧による切羽
の安定効果を図る。（ｃ）性状管理された泥水を、地上部の泥水処理プラン
ト１からスラリー・ポンプによりトンネル１２の切羽３
に圧送することにより、その圧送圧により切羽土圧に対
抗させ、切羽の安定を図る。

【０００９】（ｄ）掘削土をシールド掘進機２のカッタ
ーチャンバー１３内で泥水化し、上記の通りスラリー・
ポンプ９、１０、１１によりトンネル１２の切羽３から
地上部へ圧送する。

【００１０】さらに、シールド掘進工事は、泥水還流管
理が主体となる。そのポイントは下記の通りである。（ａ）掘進を開始すると、地上から性状管理された泥水
Ｐ_１ポンプ６等の数台のスラリー・ポンプにより切羽３
へ圧送し、その加圧力と、地下水との比重差（Δ０．
２）により、切羽の安定を図ることに努める。加圧力の
大きさは、地上部のスラリー・ポンプの可変速モーター
の回転数の制御により決定される。

【００１１】（ｂ）一方、切羽３での掘削土は、ズリと
して、シールド・カーターチャンバー内で地上から送ら
れた泥水に混合されて、高濃度泥水（比重１．３０〜
１．４０）となり、Ｐ_２ポンプ９以下のスラリー・ポン
プ（Ｐ_３〜Ｐｉ、Ｐ_Ｅポンプ）により地上の泥水プラン
ト１は圧送される。なお、前記Ｐ_３〜Ｐｉポンプは排泥
ライン８の総抵抗損失に見合う台数分設置してある。

【００１２】（ｃ）切羽水圧の大きさの制御は、上記し
た地上部のＰ_１ポンプ６と坑内の切羽３付近に設置され
たＰ_２ポンプ９（移動式）との可変速モーターの回転数
制御による揚程、揚量の管理により実施する。

【００１３】この作業を容易にするため、排泥ライン８
側ポンプのうち、切羽３に最も近いＰ_２ポンプ９と、立
坑５の底部付近に設置するＰ_Ｅポンプ１１は、通常、可
変速型ポンプ制御とする。その中間に設置されるＰ_３〜
Ｐｉポンプ１０は、通常、定速型ポンプにより駆動され
る。

【００１４】（ｄ）前記した送排泥水の還流管理は、通
常、地上に設置された中央管理室において、コンピュー
ター制御により実施される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シール
ド工法は、都市地下開発の中心技術として大断面、大深
度、長距離、急速施工などの要求が強く出されれおり、トンネル内径は比較的小さく、掘進距離が長く、掘進
速度が大きい場合、排泥水量が大きくなり、その結果、
坑内切羽最寄りに設置する可変速型Ｐ_２ポンプの必要出
力が大きくなり、所定のトンネル１２の内径に、スペー
ス上、収まらないという大きい問題が発生した。

【００１６】すなわち、トンネル１２の坑内切羽３の付
近に設置されるＰ_２ポンプ（移動式）９の泥水還流管理
に占める役割は、極めて大きい。このため、Ｐ_２ポンプ
９の必要出力が算定されると、その仕様を満足するポン
プが選定される。しかし、その選定されたポンプは、当
該トンネル１２内の内径の所定空間内に収まらなけれは
ならない。

【００１７】従来の施工実績に相当する掘進距離が大略
２ｋｍ前後の場合は、Ｐ_２ポンプ９の必要出力が当該ト
ンネル内径の所定空間に収まる範囲であった。しかる
に、最近、掘進距離が次第に従来の掘進距離を大幅に越
える長距離（３ｋｍ前後、またはそれ以上）となり、し
かも、比較的小口径のシールド・トンネル（Ф＝３〜４
ｍ）の出件が増加する傾向にある。こうした長距離で、
しかも比較的小口径の場合には、Ｐ_２ポンプ９の必要出
力が、これまでの同一口径トンネルの場合に比較して、
より大きくなり、その結果、図８に斜線で示す部分Ａが
生じ、そのトンネル内径Ｄに収まらないことになる。

【００１８】なお、図８において可変速型Ｐ_２ポンプ９
は、トンネル中央に位置するセグメント台車１６と、こ
のセグメント台車１６に隣接して油圧機器などを組み込
んだシールド後続設備１７と共に枕木１５上に載置され
ている。

【００１９】ここで、これらの問題を解決するため、ま
ず所定の可変速型Ｐ_２ポンプが収まるよう、トンネル内
空断面を大きくすることである。当然のことながら、こ
の場合、膨大なコスト増を伴う新たな問題を生ずること
になる。

【００２０】さらに、所定のトンネル内空断面にポンプ
設備が収まるように、１台当たりの出力を小さくした可
変速型Ｐ_２ポンプ９を選択し、止むを得ずトンネル１２
の坑内に２系列のポンプ配置と配管をすることである。
しかし、１台当たりのポンプ出力は、若干小さくなるも
のの、設置するポンプ台数は倍増となり、配管も２系列
となるため、制御システムが複雑になり、加えて、初期
投資額と施工中の保守管理費等の増大を招く新たな問題
を生ずることになった。

【００２１】さらに、高濃度排水を流送するセグメン
ト１リング分の本掘削時から、その掘削完了に伴いバイ
パスライン１８へ流送回路を切り換えると、排泥ライン
８内の液比重の偏差が大きい場合、還流制御用のＰ_２ポ
ンプ９による可変速制御能力のみでは制御が不可能にな
る問題が生じた。このことは、掘進距離が長い場合に顕
著であるが、比較的に掘進距離が短い場合でも、同様の
問題が生じた。

【００２２】すなわち、可変速型Ｐ_２ポンプ９は、還流
制御のため、その回転数を、最小回転数からその１０倍
程度の範囲で可変とするが、前記の通り高濃度排水を流
送する本掘削時から、その掘削完了に伴いバイパス回路
１８へ流送回路を切り換える際に、排泥ライン８内の液
比重が掘削中のカッターチャンバー１３から排出される
高濃度排水に比して偏差が大きい場合、そのＰ_２ポンプ
９の回転数制御の範囲内では、流量を抑えきれず、定速
型ポンプの流送能力が勝ちすぎて、キャビテイションの
発生を防ぎきれない事態を生ずる。その結果、最悪の場
合にはポンプが破裂したり、クラックの発生によりポン
プが破損し、ついには掘進停止という最悪の事態を招来
することにもなった。

【００２３】本発明は、これらの問題点に着目し、そこ
に工夫を施し、上記のようにトンネル内径が比較的小さ
く掘進距離が長く、掘進速度が大きい場合でも、当該ト
ンネル内径に収まる大きさの可変速型ポンプを用い、し
かも、従来通りの坑内のポンプ配列を単列に抑えること
によって、設置するポンプ台数を倍増させることなく、
所要のポンプ能力を満足させると共に、制御システムの
複維化の避け、初期の投資額と施工中の保守管理費等の
増大を防止した泥水還流装置を提供する。

【００２４】さらに、セグメント１リング分の本掘削終
了後、バイパスラインへ流送回路に切り換えても、排泥
ライン８内にキャビテイションが発生せず、低いコスト
で泥水式シールド工事を行うことを可能とする泥水還流
装置を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。＜本発明の要旨＞本発明は、地上に設けられた泥水処理
プラント１からトンネル１２の切羽３に通ずる送泥ライ
ン７と、前記トンネル１２の切羽３から前記泥水処理プ
ラント１に通ずる排泥ライン８と、シールド掘進機２の
後方で前記送泥ライン７と排泥ライン８とを連結するバ
イパスライン１８とを有し、前記泥水処理プラント１に
よって調整された泥水を前記送泥ライン７に圧送する可
変速型Ｐ_１ポンプユニット６と、掘削土を前記調整され
た泥水と混合して高濃度泥水とするカッターチャンバー
１３を有するシールド掘進機２と、切羽３の付近に位置
し前記の高濃度泥水を前記の排泥ライン８に圧送する可
変速型Ｐ_２ポンプユニットと、立坑５の底部付近に位置
し前記の高濃度泥水を前記泥水処理プラント１に圧送す
る可変速型Ｐ_Ｅポンプユニット９と、両可変速型ポンプ
ユニット９・１１間に接続される複数の中継用Ｐ_３・・
Ｐｉ定速ポンプユニット１０とから構成される泥水式シ
ールド工事システムであって、切羽３付近に位置する可
変速型Ｐ_２ポンプユニット９は、所要内径のトンネル１
２内の空領域に収容可能な可変速型ポンプユニットが必
要排泥揚量に応じて、複数台並列に排泥ライン８に接続
され、さらにその排泥ライン８のポンプ坑内配列が単列
になされている泥水式シールド工事システムにおける泥
水還流装置である。

【００２６】〔可変速度ポンプ〕本発明で、前記Ｐ_２可
変速型ポンプ９は、切羽３の付近に位置するスラリーポ
ンプであり、可変速モータにより駆動される。そして、
ポンプは前記可変速モータと一緒に共通の基台９ｃに載
置されており、一つのポンプユニットを構成している。
また、還流制御のために、その回転数を、最小回転数か
らその１０倍程度の範囲内で可変とすることが好まし
い。

【００２７】上述のように高濃度排泥水を流送してセグ
メント１リング分の本掘削を完了したら、バイパスライ
ン１８を経て泥水処理プラント１からの泥水を流す際に
液比重の差が大きいときに生ずるキャビテーションを防
止する。

【００２８】本発明においてはトンネル１２の坑内の空
領域に位置するセグメント台車１２及びシールド後続設
備１７と共に枕木１５上に設けられた場合に、前記の空
領域に収容できる大きさのもので、しかも高濃度の排泥
水を排出することのできる最大排泥揚量を確保できる能
力のあるものを選択することが好ましい。

【００２９】さらに、必要排泥揚量に見合う可変速型ポ
ンプを必要により２台以上のポンプユニットを選択する
ことが可能である。また各ポンプは並列接続されるが、
坑内では、単列状態に配置される。また、各ポンプは掘
削の進行に伴って、移動できるように軌道上に位置して
いる。

【００３０】＜第２の発明＞本発明は、前記必須の構成
要素からなるが、以下の構成を付加した上でも成立す
る。すなわち、〔中継用ポンプ中の可変速型ポンプ〕前記排泥ライン８
に配置・接続された複数台の中継用定速ポンプユニット
１０中に、所要内径のトンネル１２内の空領域に収容可
能な複数台の可変速型ポンプユニットが、少なくとも一
組の中継用ポンプセットとして並列に接続され、さらに
ポンプセットの配置が単列になされているものである。

【００３１】ここで前記中継用ポンプ１０はスラリーポ
ンプであって、切羽３付近に位置する可変速型Ｐ_２ポン
プ９と、立坑５の底部付近に位置する可変速型Ｐ_Ｅポン
プ１１の間に配置されている。そして、通常は定速ポン
プにより駆動される定速型ポンプである。本発明におい
ては、上記Ｐ_１ポンプ９では、１セグメントリング分の
掘削完了時点において、バイパスライン１８を経て泥水
処理プラント１からの泥水を流す際に、ライン内の液比
重の偏差が大きい場合に、Ｐ_２ポンプ９の制御能力不足
を補うために、この定速型ポンプを接続した排泥ライン
８中の必要個所に少なくとも１組の可変速型Ｐ_ｎポンプ
１０１、１０２を組み込んだものである。

【００３２】なお、その「排泥ライン中の必要個所」と
は、バイパス運転時に正規のＰ_２ポンプの回転制御によ
る揚程低減作用のみでは対応出来ないような場合に、排
泥ライン中のポンプ総揚程が、そのバイパス運転時の排
泥側総揚程以下になるように、中間に配置すべき可変型
ポンプの台数を求め、その台数に見合うスパン割りを等
分割して得られる地点が求めるものである。

【００３３】＜第３の発明＞本発明は、前記必須の構成
要素からなるが、以下の構成を付加した上でも、成立す
る。すなわち、〔中継用ポンプ中のバイパス回路〕本発明で、パイパス
回路とは、排泥ライン８に配置・接続された複数台の中
継用定速型ポンプ１０中の少なくとも１台の中継用定速
型ポンプの前後に、前記中継用定速型ポンプ１０を避け
て切り換え弁２２、３３を介して組み込まれる。

【００３４】すなわち、前記の排泥ライン８に配置され
たポンプのうち、Ｐ_２ポンプ９とＰ_Ｅポンプ１１の２箇
所を除き、他の必要個所については、敢えて、前述のよ
うな可変速型ポンプを設置せず、その代わり、その個所
に、予定通りの定速ポンプ１０を設置し、且つその定速
型Ｐ_ｎポンプ１０について、その前後にバイパス回路２
１を設けたものである。そして切り換え弁２２ａ，２２
ｂ，３３ａ，３３ｂを作動させることによって、バイパ
ス運転時にその定速ポンプ１０のもつ過剰流送能力を抑
制するのである。

【００３５】＜第４の発明＞さらに、本発明は、泥水式
シールド工事システムにおいて、排泥ライン８中に配置
・接続される中継用ポンプに変更を加えることによって
成立する。

【００３６】すなわち、地上に設けられた泥水処理プラ
ント１からトンネル１２の切羽３に通ずる送泥ライン７
と、前記トンネル１２の切羽３から前記泥水処理プラン
ト１に通ずる排泥ライン８と、シールド掘進機２の後方
で前記送泥ライン７と排泥ライン８とを連結するバイパ
スライン１８とを有し、前記泥水処理プラント１によっ
て調整された泥水を前記送泥ライン７に圧送する可変速
型Ｐ_１ポンプユニット６と、掘削土を前記調整された泥
水と混合して高濃度泥水とするカッターチャンバー１３
を有するシールド掘進機２と、切羽３の付近に位置し前
記の高濃度泥水を前記の排泥ライン８に圧送する可変速
型Ｐ_２ポンプユニット９と、立坑５の底部付近に位置し
前記の高濃度泥水を前記泥水処理プラント１に圧送する
可変速型Ｐ_Ｅポンプユニット１１と、両可変速型ポンプ
ユニット９・１１間に接続される複数の中継用Ｐ_３・・
Ｐｉ定速ポンプユニット１０とから構成される泥水式シ
ールド工事システムであって、排泥ライン８に配置・接
続された複数台の中継用定速ポンプユニット１０中に、
前記排泥ライン８に配置・接続された複数台の中継用定
速ポンプユニット１０中に、所要内径のトンネル１２内
の空領域に収容可能な複数台の可変速型ポンプユニット
が、少なくとも一組の中継用ポンプセットとして並列に
接続され、さらにこのポンプセットの配置が単列になさ
れたものである。

【００３７】〔中継用ポンプ中の可変速型ポンプ〕排泥
ライン８に配置・接続された複数台の中継用定速ポンプ
ユニット１０中に、所要内径のトンネル１２内の空領域
に収容可能な複数台の可変速型ポンプユニットが、少な
くとも一組の中継用ポンプセットとして並列に接続され
る。そしてこれらのポンプセットは単列に配置される。

【００３８】ここで、前記中継用ポンプ１０はスラリー
ポンプであって、切羽３の付近に位置する可変速型Ｐ_２
ポンプ９と、立坑５の底部付近に位置する可変速型Ｐ_Ｅ
ポンプ１１の間に配置されている。そして通常は定速ポ
ンプにより駆動される。

【００３９】本発明においては、上記Ｐ_２ポンプ９で
は、１セグメントリング分の掘削完了時点に、バイパス
ライン１８を経て泥水処理プラント１から泥水を流す際
に、ライン内の液比重の偏差が大きいとＰ_２ポンプ９の
制御能力が不足するのを補うために、定速型ポンプを接
続した排泥ライン８中の必要個所に少なくとも１組の可
変速型Ｐ_ｎポンプ１０１、１０２が上記のように並列に
接続され、そして、これらのポンプが単列に配置され
る。

【００４０】なお、その「排泥ライン中の必要個所」と
は、バイパス運転時に正規のＰ_２ポンプの回転数制御に
よる揚程低減作用のみでは対応出来ない場合に、排泥ラ
イン中のポンプ総揚程が、そのバイパス運転時の排泥側
総揚程以下になるように、中間に配置すべき可変型ポン
プの台数を求め、その台数に見合うスパン割りを等分割
して得られる地点が求めるものである。

【００４１】＜第５の発明＞さらに、本発明は、泥水式
シールド工事システムにおいて、排泥ライン８中に配置
・接続される中継用ポンプに変更を加えることによって
成立する。すなわち、地上に設けられた泥水処理プラン
ト１からトンネル１２の切羽３に通ずる送泥ライン７
と、前記トンネル１２の切羽３から前記泥水処理プラン
ト１に通ずる排泥ライン８と、シールド掘進機２の後方
で前記送泥ライン７と排泥ライン８とを連結するバイパ
スライン１８とを有し、前記泥水処理プラント１によっ
て調整された泥水を前記送泥ライン７に圧送する可変速
型Ｐ_１ポンプユニット６と、掘削土を前記調整された泥
水と混合して高濃度泥水とするカッターチャンバー１３
を有するシールド掘進機２と、切羽３の付近に位置し前
記の高濃度泥水を前記の排泥ライン８に圧送する可変速
型Ｐ_２ポンプユニット９と、立坑５の底部付近に位置し
前記の高濃度泥水を前記泥水処理プラント１に圧送する
可変速型Ｐ_Ｅポンプユニット１１と、両可変速型ポンプ
ユニット９・１１間に接続される複数の中継用Ｐ_３・・
Ｐｉ定速ポンプユニット１０とから構成される泥水式シ
ールド工事システムにおいて、排泥ラインに配置・接続
された複数台の中継用定速ポンプユニット１０中の少な
くとも１台の中継用定速ポンプユニットの前後には、前
記中継用定速ポンプユニット１０を避けるバイパス回路
２１が切り換え弁２２を介して組み込まれたものであ
る。

【００４２】〔中継用ポンプ中のバイパス回路〕本発明
で、パイパス回路とは、排泥ライン８に配置・接続され
た複数台の中継用定速型ポンプ１０中の少なくとも１台
の中継用定速型ポンプの前後に、前記中継用定速型ポン
プ１０を避けて切り換え弁２２を介して組み込まれる。

【００４３】すなわち、前記の可変速型ポンプの必要個
所のうち、Ｐ_２ポンプ９とＰ_Ｅポンプ１１の２箇所を除
き、他の必要個所については、敢えて、前述したような
可変速型ポンプを設置せず、その代わり、その個所に、
予定通りの定速ポンプ１０を設置し、且つその定速型Ｐ
_ｎポンプ１０について、その前後にバイパス回路２１を
設けたものである。そして切り換え弁２２ａ，２２ｂ、
３２ａ，３２ｂを作動させることによって、バイパス運
転時にその定速ポンプ１０のもつ過剰流送能力を抑制す
るのである。

【００４４】

【作用】

＜本発明の必須構成要素による作用＞本発明は、上記の
ように切羽３付近の可変速型Ｐ_２ポンプ９を、所要のト
ンネル１２の空領域に収容可能な可変速型ポンプユニッ
トを必要排泥揚量に応じて複数台並列に排泥ライン８に
接続し、かつこれらのポンプの坑内配置を単列にしたの
であるから、トンネル１２の内径が比較的小さく、掘進
距離が長く、掘進速度が大きい場合でも、比較的狭いス
ペース内でポンプユニットの配置がなされる。そして所
要のポンプ能力が得られて、支障のない掘削作業が続行
される。

【００４５】＜第２の発明＞第２の発明は、中継用定速
ポンプユニット１０中に、並列接続された必要数の可変
速型ポンプユニット１０１、１０２が単列に配置される
ので、第１の発明と同一の作用に加えて、セグメント１
リング分の掘削が完了した際に、バイパスライン１８に
切り換えても、中継用定速ポンプ中に組み込まれた可変
速型ポンプユニット１０１、１０２は、回転数を落とす
よう制御される。そのため定速型ポンプ１０の流送能力
の勝ちすぎによる排泥ライン８のキャビテーションの発
生が全くなく、円滑な排泥作業が行われる。

【００４６】＜第３の発明＞第３の発明は、必要個所の
定速型ポンプの前後にバイパス回路２１を設けたので、
第１の発明と同一の作用に加えて、セグメント１リング
分の掘削が完了してバイパスライン１８に切り換える
と、必要数の箇所の中継用定速ポンプユニット１０で
は、切り換え弁を作動させる。すなわち切り換え弁３３
ａ，３３ｂを閉じて、切り換え弁２２ａ，２２ｂを開く
ことによって本掘削時の高濃度排泥水に比して低い濃度
の泥水は、バイパス回路を設けた場所では定速型ポンプ
を通らずにバイパス回路２１を通過する。そのためにキ
ャビテーションが生ずることなく排出され、円滑な排泥
作業が行われる。

【００４７】＜第４の発明＞中継用定速ポンプユニット
１０中に、並列接続された必要数の可変速型ポンプユニ
ット１０１、１０２が単列に配置されるので、セグメン
ト１リング分の掘削が完了した際に、バイパスライン１
８に切り換えても、可変速型ポンプユニット１０１、１
０２においては、回転数を落とすよう制御される。従っ
て、定速型ポンプ１０の流送能力の勝ちすぎによる排泥
ライン８にキャビテーションの発生が全くなく、円滑な
排泥作業が行われる。

【００４８】＜第５の発明＞必要個所の定速型ポンプの
前後にバイパス回路２１を設けたので、セグメント１リ
ング分の掘削が完了した際に、バイパスライン１８に切
り換える。そして、必要箇所の中継用Ｐ_ｎ定速ポンプユ
ニット１０では、切り換え弁３３ａ，３３ｂを閉じて、
切り換え弁２２ａ，２２ｂを開く。すると、前記切り換
え弁の作用によって本掘削時の高濃度排泥水に比して低
い濃度の泥水は、バイパス回路を設けた場所では定速型
ポンプを通らずにバイパス回路２１を通過する。そのた
めにキャビテーションが生ずることなく排出され、円滑
な排泥作業が行われる。

【００４９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。（実施例１）第１の実施例を図１から図２を参照して説
明する。

【００５０】〔実施例１の概要〕この実施例にかかる泥
水式シールド工事システムにおいて、切羽３の付近に位
置し、排泥ライン８に泥水を圧送する所要内径のトンネ
ル１２の空領域に収容可能な可変速型Ｐ_２ポンプ９を必
要排泥揚量に応じて複数台並列に接続し、かつ坑内にお
いて単列に配置した。そして、中継用の定速型ポンプＰ
_３〜Ｐ_Ｅポンプのうち、必要個所に坑内に収容可能な可
変速型ポンプ１０１、１０２を並列に接続し、坑内にお
いて単列に配置したものである。

【００５１】〔泥水処理プラントの説明〕本発明では地
上部に泥水処理プラント１が設置されており、この泥水
処理プラント１において土質、トンネル径、トンネル距
離等の所定の管理基準に従って比重、粘度、粒径等を調
整された泥水がつくられる。前記の泥水は可変速型Ｐ_１
ポンプ６を経て送泥ライン（管）７を経て切羽３に流送
される。なお、図１において排泥ライン（管）８は図示
しない処理槽をへて泥水処理プラント１に通じている。

【００５２】〔シールド掘進機の説明〕切羽３の位置に
あるシールド掘進機２にはカッタ３と、このカッタ３を
駆動する油圧モータ２３を組み込んだ隔壁２４の間にカ
ッターチャンバー１３が形成される。シールド掘進機２
の円周上に複数本のジャッキ３０が配置される。そして
前記カッターチャンバー１３に前記の送泥ライン７が開
口する。前記カッターチャンバー１３内で、前記の泥水
と掘削土が混合して、高濃度の泥水となる。前記カッタ
ーチャンバー１３は、排泥ライン８に接続される。ま
た、カッターチャンバー１３の排泥ラインの近傍にアジ
テータ３１が設けられる。

【００５３】〔送排泥ラインの説明〕送泥ライン７と排
泥ライン８とはバイパスライン１８によって接続してい
る。バイパスライン１８にはバイパス切り換え弁Ｖ_３２
５が設けられている。また、送泥ライン７には同じくバ
イパス切り換え弁Ｖ_１２６が、排泥ライン８にはバイパ
ス切り換え弁Ｖ_２２７が設けられている。なお、２８は
切羽水圧保持調整弁である。

【００５４】〔可変速型Ｐ_２ポンプの説明〕さらに、排
泥ライン８において、図１に示すように可変速型ポンプ
は、切羽３の近傍においてポンプ９ａとこのポンプを駆
動する可変速モータ９ｂとが移動式の基台９ｃに載置さ
れていて、ポンプユニットを構成する。そして、図２に
示すように必要出力を維持しながら２台のポンプ９と９
１が並列に接続され、さらに各ポンプ９と９１は同一の
レール１９上に単列状態に配列されている。そして、図
５に示すように、トンネル１２内に収容される。

【００５５】〔中継用ポンプの説明〕排泥ライン８には
ラインの総抵抗損失に見合う台数の定速型Ｐ_３〜Ｐ_ｉポ
ンプ１０が設置されている。これらのポンプは図面から
明らかなように定置型である。さらに、立坑５の底部付
近には可変速型Ｐ_Ｅポンプ１１が接続されていて、掘削
中に生じる高濃度の泥水の排出を行う。

【００５６】本実施例では、上記の定速型Ｐ_３〜Ｐ_ｉポ
ンプ１０のうち、必要個所にトンネル１２の坑内に収容
可能な２台の可変速型Ｐ_ｎポンプ１０１、１０２を図２
に示すように並列に接続し、坑内において単列に配置し
てある。さらに、その他の中継用ポンプは坑内において
単列に配置されている。

【００５７】〔可変速型Ｐ_Ｅポンプの説明〕さらに排泥
ライン８は、立坑５の底部付近に位置する可変速型Ｐ_Ｅ
ポンプ１１を経て地上部に設けられた泥水処理プラント
１の一部である処理槽１に至っている。なお、１４は中
央管理室であって、ライン中に組み込まれた密度計や電
磁流量計、切り換えバルブなどをコンピュータ制御して
送排泥水の還流管理を行う。

【００５８】なお、２９はトンネル１２の内径を覆工す
るセグメントリングを示す。因みに、ａ）シールド外径
（Ｄ）＝５２００ｍｍｂ）掘削最大距離（Ｌ）＝９０００ｍｃ）掘進速度（ジャッキスピード）（Ｌ）＝１０ｃｍ／
ｍｉｎｄ）切羽水圧制御範囲（Ｐ）＝８〜１０ｋｇ／ｃｍ^２の条件で掘削を行ったところ、従来の泥水式シールド工
事と比較してみると、次のようになった。

【００５９】本発明２５０ｋｗ可変速型×２台×４セット（可変速型８台）（Ｐ_２ポンプ、Ｐ_Ｅポンプの他２セット可変型を並列接
続）合計１９台従来の還流装置（排泥ポンプ単列配置型）４００ｋｗ可変速型×２台（Ｐ_２ポンプ、Ｐ_Ｅポンプ）２５０ｋｗ定速型×１４台合計１６台従来の還流装置（排泥ポンプ２系列型）２５０ｋｗ可変速型×３台×２列（Ｐ_２ポンプ、Ｐ_Ｅポ
ンプ外）１６０ｋｗ定速型×１３台×２列合計３２台上記のように、に示す従来の還流装置の場合、Ｐ_２ポ
ンプの必要出力が４００ｋｗ可変速型となり、所定のト
ンネル内径に全く入らない。この場合は、トンネル口径
をより大きくしなければならない。さらにに示す従来
の還流装置の場合、排泥ポンプ総台数が３２台となり、
全く不利になる。

【００６０】これに対し、本発明によれば、トンネル内
径（Φ４３００ｍｍ）に収まるＰ_２ポンプとして、上記
の２５０ｋｗ可変速型×２台並列型を選択できる。排泥
ラインは、基本的にあくまで単列ライン（２５０Ａ，１
０Ｂ）でよく、可変速型ポンプの設置位置のみ並列ライ
ン（２００Ａ，８Ｂ）となる。

【００６１】本発明では、排泥ラインの還流制御を容易
にするため、Ｐ_２ポンプとＰ_Ｅポンプの可変速型ポンプ
以外に、別途２セット分２５０ｋｗ可変速型×２台並
列型を配置する。

【００６２】しかし、本発明と従来のものとを比較する
と、排泥ポンプの総台数は、（１９台・本発明）対（１
６台・排泥ポンプ単列配置型）、あるいは（１９台・本
発明）対（３２台・排泥ポンプ２系列型）の２種類とな
る。

【００６３】なお、排泥ポンプ単列配置の従来のものに
比して、本発明の実施例では３台多いが、このことがコ
スト上、問題となる場合は、（制御用可変速型×２台並
列型×２セット）のライン挿入を止め、前述した通り、
その挿入予定個所にバイパス回路を設置すればよい。ま
た、従来の排泥ポンプ２系列を採用した場合、排泥ポン
プ総台数が３２台となり、本発明の１９台に対して１３
台増（１６８パーセント増）となり、全く不利になる。

【００６４】〔実施例１の作用・効果〕掘進に先立ち、
地上部の泥水プラント１において、切羽３に流送するた
めの泥水を調整する（液比重、粘度、粒度など）。次い
でシールド掘進機２の後方に設置されたバイパス切り換
え弁Ｖ_１２６及びバイパス切り換え弁Ｖ_２２７を自動閉
鎖し、続いてバイパス切り換え弁Ｖ_３２５を開放し、泥
水がバイパス回路を還流できるように準備する。

【００６５】地上の泥水プラント１から先に液比重、粘
度、粒度などを調整された泥水を流送する。泥水は、こ
の時点ではバイパスライン１８を還流する。漸次、バイ
パスライン１８の還流により、配管内には掘削土砂の管
内沈澱はなくなる。

【００６６】バイパス切り換え弁Ｖ_１２６及び同Ｖ_２２
７を開放し、バイパス切り換え弁２５を閉鎖する。する
と、上記のように性状管理された泥水は、切羽３へ向け
て本回路の流送を開始する。すなわち、地上から送られ
た泥水は、バイパス切り換え弁Ｖ_１を通過し、シールド
掘進機２内のカッターチャンバー１３へ入る。さらにカ
ッターチャンバー１３内を通過した泥水は、前記カッタ
ーチャンバー１３内の底部付近に設けられたアジテータ
３１による攪拌を受けた後、カッターチャンバー１３の
底部付近から排泥ライン８へ流送される。

【００６７】前記排泥ライン８へ入った泥水は、バイパ
ス切り換え弁Ｖ_２を通過し、Ｐ_２ポンプ９に向かう。こ
の際、泥水は、地上部の可変速型Ｐ_１ポンプ６の加圧力
による押し込み圧により並列接続された複数の小型可変
速型Ｐ_２ポンプ９、９１に送り込まれ、その可変速制御
により力を得て、次の定速型Ｐ_３ポンプに送り込まれ
る。

【００６８】その後、泥水は上記と同様に、所定の台数
の定速型Ｐ_ｉポンプ１０を通過し、立坑底部に設置され
た可変速型Ｐ_Ｅポンプ１１に到達する。その後は、地上
の泥水処理プラント１に流送され、固液分離処理され、
還流を完結する。上記の工程はセグメント１リング分の
掘進が終了するまで続行される。

【００６９】セグメント１リング分の掘進が終了する
と、シールド掘進機２は停止して、カッター４の回転も
止める。その間、暫くは、泥水の本回路の還流作業は続
行される。数分継続後、掘進前の工程同様、バイパス運
転に切り換えてバイパス切り換え弁Ｖ_３を開放し、続い
て、バイパス切り換え弁Ｖ_１２６及び同Ｖ_２２７を締め
て、切羽３への回路を閉鎖する。このバイパス運転は、
掘削したリングの掘削土全体が排泥ライン８を走り抜
け、地上の泥水プラント１へ流送し終わるまで続行され
る。この管内の泥水状況の変化は、ライン中に組み込ま
れた密度計や電磁流量計等により管理される。

【００７０】従って、比較的トンネルの内径が小さく、
掘進速度が長く、掘進速度が大きく、排泥水量が大きな
場合でも、並列接続された小型の可変速型ポンプでも、
十分に対処することが可能である。

【００７１】しかも、セグメント２９の１リング分の掘
進が終了したときには、可変速型Ｐ_２ポンプ９及びＰ_Ｅ
ポンプ１１の回転数制御に加えて、中継用ポンプ１０中
に並列に接続された可変速型Ｐ_ｎポンプ１０１、１０２
を制御することにより、排泥ライン８上のポンプの流送
能力が勝ちすぎることに起因するキャビテイション発生
の問題は解消した。

【００７２】

【実施例２】第２の実施例を図４を参照して説明する。〔実施例２の概要〕図４に示すものは、前記第１の実施
例において、並列接続された中継用の可変速型ポンプ１
０１、１０２を設ける代わりに、従来通り定速型ポンプ
１０のままとし、例えば中継用ポンプ１０群の等分点の
位置にある定速型ポンプ１０ｎの前後に前記中継用ポン
プユニットを避けてバイパス回路を設けた。セグメント
１リング分の掘進が終了したとき、中央管理室１４に設
けられた圧力検知手段からの指令信号により切り換え作
動弁２２ａ，２２ｂ，３３ａ，３３ｂを作動するように
なっている。

【００７３】〔実施例２の作用・効果〕中継用ポンプに
高価な可変型ポンプを使用せず、単にバイパス回路２１
を設けただけなので、切り換え弁３３ａ，３３ｂを閉じ
てから、切り換え弁２２ａ，２２ｂを開くことによって
過剰流送の危険を防止する。しかも、単にバイパス回路
を設けるだけでよいので、構造がきわめて簡単で安価な
泥水量還流制御が可能である。

【００７４】

【実施例３】第２の実施例を図６を参照して説明する。〔実施例３の概要〕第３の実施例を図６について説明す
る。本実施例における泥水式シールド工事システムで
は、掘進距離が実施例１に比して比較的短い（例えば２
０００ｍｍ〜３０００ｍｍ）場合に適用される。その構
成は、図１と図２に示したものと大略同一であるので、
相違点のみ述べることにする。

【００７５】図６においては、切羽３の近くに位置する
可変型Ｐ_２ポンプ６は、従来のシステムと同様の１個の
ものが採用されている。そして、中継用ポンプ１０のう
ちのｎ番目が、所要内径のトンネル１２の空領域に収容
可能な複数台の可変速型Ｐ_２ポンプ１０１、１０２が並
列に接続され、そして、それらが単列に配置されてい
１。

【００７６】〔実施例３の作用・効果〕本実施例におい
ても、中継用ポンプ１０中のｎ番目に並列に接続された
可変速型Ｐ_ｎポンプ１０１、１０２の回転が制御される
のであり、排泥ライン８上のポンプの流送能力が勝ちす
ぎることに起因するキャビテイション発生の問題は解消
した。

【００７７】

【発明の効果】本発明は、切羽３付近の可変速型Ｐ_２ポ
ンプ９は、所要内径のトンネル１２内の空領域に収容可
能な可変速型ポンプが必要排泥揚量に応じて複数台並列
に排泥ライン８に接続され、さらに坑内配列が単列にな
されている。

【００７８】そのために、比較的中小断面シールド・ト
ンネル工事において、特に、その掘進距離が長大化する
と、排泥ライン８の還流制御のためのＰ_２ポンプの必要
出力の大型化が求められ、その結果、該当するポンプ
が、当該トンネル内空間断面内の所定収納領域に収まら
ないという課題は、上記のような簡単な構造を採用する
ことによって解消した。

【００７９】本発明の必須要件に、さらに排泥ライン８
に配置・接続された複数台の中継用定速ポンプ１０中
に、所定内径のトンネル１２内の空領域に収容可能な複
数台の可変型ポンプを、少なくとも一組の中継用ポンプ
セットとして並列に接続し、これらのポンプセットを単
列に配置した場合、あろいは本発明の必須の要件に排泥
ライン８に配置・接続された中継用定速ポンプ１０の少
なくとも１台の前後に、当該定速用ポンプを避けるバイ
パス回路２１を切り換え弁を介して組み込んだ場合に
は、いずれの場合でもバイパス運転時にキャビテイショ
ンを起こすことなく、容易に泥水還流制御が可能となっ
た。

【００８０】さらに、切羽３の近傍に位置する可変速型
Ｐ_２ポンプは、従来通り単列接続とし、排泥ライン８に
配置・接続された複数台の中継用定速ポンプ１０中に、
所要内径のトンネル１２内の空領域に収容可能な複数台
の可変速型ポンプを少なくとも一組の中継用ポンプセッ
トとして並列に接続し、かつ前記ポンプセットを単列に
配置した場合には、比較的掘進距離が短い泥水式シール
ド工事においても、バイパス運転時におけるキャビテイ
ションの発生が防止される。

【００８１】さらに、切羽３の近傍に位置する可変速型
Ｐ_２ポンプは、従来通り単列接続とし、排泥ライン８に
接続された複数台の中継用ポンプの中の少なくとも１台
の中継用定速ポンプの前後に、この中継用ポンプを避け
るバイパス回路２１を切り換え弁を介して組み込んだ場
合も、比較的掘進距離が短い泥水式シールド工事におい
ても、バイパス運転時におけるキャビテイションの発生
が防止される。しかも、単にバイパス回路を設けるだけ
でよいので、きわめて経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】泥水式シールド工事システムと本発明の実施例
を示す概略説明図である。

【図２】第１の実施例の略図である。

【図３】第１の実施例の変形例を示す部分の略図であ
る。

【図４】第２の実施例例の要部の略図である。

【図５】本発明における可変速型Ｐ_２ポンプの坑内の配
置を示すトンネルの断面図である。

【図６】第３の実施例の略図である。

【図７】従来の泥水式シールド工事システムの略図であ
る。

【図８】従来の泥水式シールド工事システムにおける可
変速型Ｐ_２ポンプの坑内の配置状態を示すトンネルの断
面図である。

【符号の説明】

１泥水処理プラント２シールド掘進機３切羽５立坑６可変速型Ｐ_１ポンプユニット７送泥ライン８排除ライン９可変速型Ｐ_２ポンプユニット１０定速型ポンプユニット１１可変速型Ｐ_Ｅポンプユニット１２トンネル１３カッターチャンバー１８バイパスライン２１バイパス回路２２切り換え弁２９セグメントリング３１アジテーター３３切り換え弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地上に設けられた泥水処理プラント１か
らトンネル１２の切羽３に通ずる送泥ライン７と、前記
トンネル１２の切羽３から前記泥水処理プラント１に通
ずる排泥ライン８と、シールド掘進機２の後方で前記送
泥ライン７と排泥ライン８とを連結するバイパスライン
１８とを有し、前記泥水処理プラント１によって調整さ
れた泥水を前記送泥ライン７に圧送する可変速型Ｐ_１ポ
ンプユニット６と、掘削土を前記調整された泥水と混合
して高濃度泥水とするカッターチャンバー１３を有する
シールド掘進機２と、切羽３の付近に位置し前記の高濃
度泥水を前記の排泥ライン８に圧送する可変速型Ｐ_２ポ
ンプユニットと、立坑５の底部付近に位置し前記の高濃
度泥水を前記泥水処理プラント１に圧送する可変速型Ｐ
_Ｅポンプユニット９と、両可変速型ポンプユニット９・
１１間に接続される複数の中継用Ｐ_３・・Ｐｉ定速ポン
プユニット１０とから構成される泥水式シールド工事シ
ステムにおいて、前記の切羽３付近に位置する可変速型Ｐ_２ポンプユニッ
ト９は、所要内径のトンネル１２内の空領域に収容可能
な可変速型ポンプユニットが必要排泥揚量に応じて、複
数台並列に排泥ライン８に接続され、さらにその排泥ラ
イン８のポンプ坑内配列が単列になされていることを特
徴とする泥水式シールド工事システムにおける泥水還流
装置。
【請求項２】前記排泥ライン８に配置・接続された複数
台の中継用定速ポンプユニット１０中に、所要内径のト
ンネル１２内の空領域に収容可能な複数台の可変速型ポ
ンプユニットが、少なくとも一組の中継用ポンプセット
として並列に接続され、さらに前記ポンプセットの配置
が単列になされている請求項１記載の泥水式シールド工
事システムにおける泥水還流装置。
【請求項３】前記排泥ラインに配置・接続された複数台
の中継用定速ポンプユニット１０中の少なくとも１台の
中継用定速ポンプユニットの前後には、前記中継用定速
ポンプユニット１０を避けるバイパス回路２１が切り換
え弁２２を介して組み込まれてなる請求項１記載の泥水
式シールド工事システムにおける泥水還流装置。
【請求項４】地上に設けられた泥水処理プラント１か
らトンネル１２の切羽３に通ずる送泥ライン７と、前記
トンネル１２の切羽３から前記泥水処理プラント１に通
ずる排泥ライン８と、シールド掘進機２の後方で前記送
泥ライン７と排泥ライン８とを連結するバイパスライン
１８とを有し、前記泥水処理プラント１によって調整さ
れた泥水を前記送泥ライン７に圧送する可変速型Ｐ_１ポ
ンプユニット６と、掘削土を前記調整された泥水と混合
して高濃度泥水とするカッターチャンバー１３を有する
シールド掘進機２と、切羽３の付近に位置し前記の高濃
度泥水を前記の排泥ライン８に圧送する可変速型Ｐ_２ポ
ンプユニットと、立坑５の底部付近に位置し前記の高濃
度泥水を前記泥水処理プラント１に圧送する可変速型Ｐ
_Ｅポンプユニット９と、両可変速型ポンプユニット９・
１１間に接続される複数の中継用Ｐ_３・・Ｐｉ定速ポン
プユニット１０とから構成される泥水式シールド工事シ
ステムにおいて、前記排泥ライン８に配置・接続された複数台の中継用定
速ポンプユニット１０中に、所要内径のトンネル１２内
の空領域に収容可能な複数台の可変速型ポンプユニット
が、少なくとも一組の中継用ポンプセットとして並列に
接続され、さらに前記ポンプセットの配置が単列になさ
れている請求項１記載の泥水式シールド工事システムに
おける泥水還流装置。
【請求項５】地上に設けられた泥水処理プラント１か
らトンネル１２の切羽３に通ずる送泥ライン７と、前記
トンネル１２の切羽３から前記泥水処理プラント１に通
ずる排泥ライン８と、シールド掘進機２の後方で前記送
泥ライン７と排泥ライン８とを連結するバイパスライン
１８とを有し、前記泥水処理プラント１によって調整さ
れた泥水を前記送泥ライン７に圧送する可変速型Ｐ_１ポ
ンプユニット６と、掘削土を前記調整された泥水と混合
して高濃度泥水とするカッターチャンバー１３を有する
シールド掘進機２と、切羽３の付近に位置し前記の高濃
度泥水を前記の排泥ライン８に圧送する可変速型Ｐ_２ポ
ンプユニットと、立坑５の底部付近に位置し前記の高濃
度泥水を前記泥水処理プラント１に圧送する可変速型Ｐ
_Ｅポンプユニット９と、両可変速型ポンプユニット９・
１１間に接続される複数の中継用Ｐ_３・・Ｐｉ定速ポン
プユニット１０とから構成される泥水式シールド工事シ
ステムにおいて、前記排泥ラインに配置・接続された複数台の中継用定速
ポンプユニット１０中の少なくとも１台の中継用定速ポ
ンプユニットの前後には、前記中継用定速ポンプユニッ
ト１０を避けるバイパス回路２１が切り換え弁２２を介
して組み込まれてなる泥水式シールド工事システムにお
ける泥水還流装置。