(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
複数段の土砂シールを備え、前後に隣り合う前記土砂シール間に形成されたシール室に潤滑油を供給して充填することで、切羽側からの泥水や掘削土砂の侵入を防止するシールド掘進機の土砂シール装置であって、
前記シール室から前記潤滑油を抜き取って排出する抜き取り配管と、
該抜き取り配管によって抜き取られた前記潤滑油に混入された不純物を検出する混入検出手段とを具備し、
前記混入検出手段は、前記抜き取り配管によって抜き取られた前記潤滑油を撮像する撮像手段と、
該撮像手段によって撮像された撮像データを解析して前記潤滑油に混入された土粒子を検出する画像解析手段とを具備し、
前記抜き取り配管によって抜き取られた前記潤滑油は、前記抜き取り配管内の圧力によって制御される圧力制御バルブを介して排出されることを特徴とする土砂シール装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来技術では、シール室への泥水や掘削土砂の侵入を、シール室に潤滑油を供給する配管内の油圧によって間接的に検出していることになる。従って、シール室に潤滑油を供給する配管内の油圧によって異常が検出された時には、すでにシール室内に掘削土砂が詰まった状態となって、対策を行うにも手遅れになってしまうという問題点があった。
【0005】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、潤滑油への不純物の混入を直接監視することで、シール室への泥水や掘削土砂の侵入を早期に検出することができる土砂シール装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の土砂シール装置は、複数段の土砂シールを備え、前後に隣り合う前記土砂シール間に形成されたシール室に潤滑油を供給して充填することで、切羽側からの泥水や掘削土砂の侵入を防止するシールド掘進機の土砂シール装置であって、前記シール室から前記潤滑油を抜き取って排出する抜き取り配管と、該抜き取り配管によって抜き取られた前記潤滑油に混入された不純物を検出する混入検出手段とを具備し、前記混入検出手段は、前記抜き取り配管によって抜き取られた前記潤滑油を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像された撮像データを解析して前記潤滑油に混入された土粒子を検出する画像解析手段とを具備
し、前記抜き取り配管によって抜き取られた前記潤滑油は、前記抜き取り配管内の圧力によって制御される圧力制御バルブを介して排出されることを特徴とする
。
さらに、本発明の土砂シール装置において、前記抜き取り配管によって抜き取られた前記潤滑油を一対の透過板間に拡げるステージ装置を具備し、前記撮像手段は、一方の前記透過板を介して一対の透過板間に拡げられた前記潤滑油を撮像するようにしても良い。
さらに、本発明の土砂シール装置において、他方の前記透過板に光を入射させるバックライトを備えていても良い。
さらに、本発明の土砂シール装置において、前記混入検出手段は、前記撮像手段を経由した前記抜き取り配管に介装されたフィルタ装置と、該フィルタ装置を通過する前の前記潤滑油の油圧を検出する通過前圧力計と、前記フィルタ装置を通過した後の前記潤滑油の油圧を検出する通過後圧力計と、前記通過前圧力計と前記通過後圧力計とでそれぞれ検出された油圧を比較することで前記潤滑油への不純物の混入を検出する油圧比較手段とを備えていても良い。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、シール室への不純物の混入を直接監視することで、シール室への泥水や掘削土砂の侵入を早期に検出することができるため、早期に対策を講じて堀進停止に陥るような損傷を防ぐことができ、今後、長距離、高速施工において大きな役割を果たすことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【0009】
次に、本発明を実施するための形態(以下、単に「実施形態」という)を、図面を参照して具体的に説明する。
本実施形態のシールド掘進機10は、
図1を参照すると、ほぼ同径の円筒形状をなす前胴部11と後胴部12とが図示しない連結軸によって左右に屈曲自在に連結されている。前胴部11の前部には、回転リング13がベアリング等の軸受け部11aを介して前胴部11に固定された固定部11bに回転自在に支持されている。そして、回転リング13は、連結ビーム14を介してカッタヘッド15が連結されている。
【0010】
カッタヘッド15は、中心部から複数本のカッタスポーク16が放射状をなして配設され、中心部にはフィッシュテールカッタ17が装着されている。そして、カッタスポーク16の両側部には複数のカッタビット18がその長手方向に沿って装着されている。
【0011】
前胴部11には、複数のカッタ旋回モータ19が装着されており、各カッタ旋回モータ19の駆動ギア20が、回転リング13の後部に固定されたリングギア21にそれぞれ噛み合っている。これにより、カッタ旋回モータ19を駆動して駆動ギア20を回転駆動すると、リングギア21、回転リング13、連結ビーム14を介してカッタヘッド15を回転させることができる。
【0012】
前胴部11には、カッタヘッド15の後方に位置するバルクヘッド22が設けられ、カッタヘッド15とバルクヘッド22との間に掘削土砂を充満させるチャンバ23が形成されている。チャンバ23内に充満された掘削土砂は、スクリューコンベヤ24により前胴部11及び後胴部12を通って後方側に搬出される。
【0013】
図2を参照すると、回転リング13と固定部11bとの間には、泥水や掘削土砂の侵入を防護する土砂シール装置40が設けられている。土砂シール装置40は、回転リング13の内周と外周とにそれぞれ設けられている。土砂シール装置40は、
図3を参照すると、第1土砂シール41と、第2土砂シール42と、第3土砂シール43と、第4土砂シール44との4段階で泥水や掘削土砂の侵入を防護するように構成されている。第1土砂シール41と、第2土砂シール42と、第3土砂シール43と、第4土砂シール44とは、回転リング13側に配設されており、各土砂シールのシールリップが固定部11bにそれぞれ当接している。第1土砂シール41が最もチャンバ23側の最前段に配置され、泥水や掘削土砂の侵入を第1土砂シール41、第2土砂シール42、第3土砂シール43、第4土砂シール44の順番で防護するように構成されている。なお、第4土砂シール44の後方側には、回転リング13が支持する軸受け部11aや、カッタ旋回モータ19の駆動ギア20及びリングギア21が配置されている。
【0014】
第1土砂シール41と第2土砂シール42との間、すなわち第1土砂シール41と第2土砂シール42と回転リング13と固定部11bとで囲まれた空間は、グリス等の潤滑油が充填される第1シール室51として機能する。同様に、第2土砂シール42と第3土砂シール43との間、すなわち第2土砂シール42と第3土砂シール43と回転リング13と固定部11bとで囲まれた空間は、グリス等の潤滑油が充填される第2シール室52として機能し、第3土砂シール43と第4土砂シール44との間、すなわち第3土砂シール43と第4土砂シール44と回転リング13と固定部11bとで囲まれた空間は、グリス等の潤滑油が充填される第3シール室53として機能する。第1シール室51、第2シール室52及び第3シール室53には、
図2を参照すると、油供給配管45がそれぞれ接続されている。潤滑油は、油圧ポンプ46の駆動によって分配弁47及び油供給配管45を介して第1シール室51、第2シール室52及び第3シール室53に送られ、第1シール室51、第2シール室52及び第3シール室53にそれぞれ充填される。潤滑油の油圧は、圧力計48によって制御され、切羽(地山)側(チャンバ23)より常に高く保たれている。そして、第1シール室51、第2シール室52及び第3シール室53に充填された潤滑油は、各土砂シールのシールリップの先端に潤滑され、各土砂シールと固定部11bとの潤滑を行うと共に、泥水や掘削土砂の侵入を防いでいる。
【0015】
本実施形態の土砂シール装置40は、第1シール室51への不純物(土砂等)の混入物を監視する土砂シール監視システム60を備えている。土砂シール監視システム60は、
図4を参照すると、油抜き取り配管61と、第1検出部62と、第2検出部63と、情報処理装置64とを備えている
【0016】
油抜き取り配管61は、
図3に示すように、第1シール室51に接続されている。そして、油抜き取り配管61には、第1検出部62と、第2検出部63とが介装されている。油抜き取り配管61によって抜き取られた潤滑油は、第1検出部62と、第2検出部63とを順次経由し、圧力計66によって制御される電磁圧力制御バルブ65を介して排出される。なお、電磁圧力制御バルブ65は、第1シール室51の内圧と同じか若干低い第1の油圧が圧力計66によって検出された場合に開かれ、第1の油圧よりも低い第2の油圧で閉じるように制御される。これにより、第1シール室51から潤滑油を抜き取ることができ、第1の油圧と第2の油圧とを適宜設定することが、第1シール室51から抜き取る潤滑油の量を制御することができる。
【0017】
第1検出部62は、油抜き取り配管61を流れる潤滑油を撮像する撮像装置であり、
図4に示すように、油抜き取り配管61を流れる潤滑油を薄く拡げるステージ装置621と、ステージ装置621によって薄く拡げられた潤滑油を撮像するカメラ622と、LEDライト等のバックライト623とを備えている。ステージ装置621は、
図5を参照すると、所定の間隔で対向して配置された一対の透過板621a間を潤滑油が流れる構成になっている。
図5(a)は、正面図であり、(b)は、(a)に示すA−A断面図である。一対の透過板621aの間隔は、油抜き取り配管61の半径よりも小さい値に設定されており、一対の透過板621a間を潤滑油は、薄く拡げられることになる。透過板621aは、光を透過する透明アクリル板等の部材である。カメラ622は、一方の透過板621aと対向して配置されており、一対の透過板621a間を流れる潤滑油が、一方の透過板621aを介して撮像される。ステージ装置621によって薄く拡げられた潤滑油をカメラ622によって撮像することで、潤滑油に混入された不純物(土粒子)に対して容易にピントを合わせることができる。他方の透過板621aと対向してバックライト623が配置されており、バックライト623から照射された光は、他方の透過板621aから光を入射される。これにより、潤滑油に混入された不純物(土粒子)は、カメラ622によって影として撮像されることになり、混入された不純物(土粒子)の検出率を向上させることができる。また、ステージ装置621の前後に介装された仕切バルブ624、625は、ステージ装置621内の清掃や交換のために設けられており、通常時は開状態にされている。さらに、ステージ装置621おいて、一対の透過板621aの間隔は、スペーサ621bによって調整可能に構成されている。
【0018】
第2検出部63は、
図4に示すように、フィルタ装置631と、フィルタ装置631手前の油抜き取り配管61を流れる潤滑油の油圧を検出する通過前圧力計632と、フィルタ装置631を通過後の油抜き取り配管61を流れる潤滑油の油圧を検出する通過後圧力計633とを備えている。フィルタ装置631は、
図6を参照すると、油抜き取り配管61よりも直径の大きい円筒部631aと、円筒部631aの中空部を遮るように配置されたフィルタ631bとを備えている。フィルタ631bのメッシュは、潤滑油は通り抜け、潤滑油に混入した土粒子は通り抜けない値に設定されている。従って、潤滑油に土粒子が混入している場合には、フィルタ631bに土粒子が堆積していくため、通過前圧力計632によって検出される油圧が高くなると共に、通過後圧力計633によって検出される油圧が低くなる。なお、フィルタ装置631の前に介装された仕切バルブ634と、フィルタ装置631をバイパスする迂回配管635と、迂回配管635に介装された仕切バルブ636とは、フィルタ装置631(フィルタ631b)の清掃や交換のために設けられており、通常時は、仕切バルブ634が開状態に、仕切バルブ636が閉状態にされている。
【0019】
情報処理装置64は、プログラム制御によって動作するマイクロコンピュータであり、画像解析部641と、油圧比較部642と、報知部643とを備えている。画像解析部641は、カメラ622によって撮像された撮像データを解析することで、潤滑油への不純物(土粒子)の混入を検出する。ステージ装置621を流れる潤滑油をカメラ622によって直接撮像したものであり、画像解析部641では、不純物(土粒子)の混入を粒子単位で検出することができる。
【0020】
油圧比較部642は、通過前圧力計632と通過後圧力計633とでそれぞれ検出された油圧を比較し、通過前圧力計632で検出された油圧と、通過後圧力計633で検出された油圧との差が予め設定された閾値以上になると、潤滑油への不純物(土粒子)の混入を検出する。フィルタ631bに不純物(土粒子)がある程度堆積されないと通過前圧力計632と通過後圧力計633との油圧に明確な差異が生じないため、油圧比較部642では、不純物(土粒子)の混入が検出されるまでの時間が画像解析部641に比べて長くなる。しかし、画像解析部641によって検出可能な不純物(土粒子)の粒径よりも細かいメッシュのフィルタ631bを用いると、画像解析部641によって検出されない不純物(土粒子)の混入を検出することができ、第1検出部62及び画像解析部641と、第2検出部63及び油圧比較部642とは、補完的な関係にある。
【0021】
報知部643は、液晶ディスプレイ等の表示手段や、ブザー等の音声出力手段で構成され、画像解析部641もしくは油圧比較部642によって潤滑油への不純物(土粒子)の混入が検出されると、表示や音声出力によって潤滑油への土粒子の混入を作業者に報知する。表示手段によってカメラ622によって撮像された撮像データを表示させても良い。この場合には、画像解析部641による検出結果を作業者が容易に検証することができる。
【0022】
また、本実施形態のシールド掘進機10には、
図2及び
図3に示すように、予備油圧ポンプ70が設けられ、第1シール室51には、逆止弁72及び仕切バルブ73を介して予備油圧ポンプ70に連結された予備油供給配管71が接続されている。通常時は、仕切バルブ73は閉じられた状態である。そして、画像解析部641もしくは油圧比較部642によって不純物(土粒子)の混入が検出されると、仕切バルブ73を開き、予備油圧ポンプ70を駆動させて、潤滑油を第1シール室51に供給する。これにより、第1シール室51には、大量の潤滑油が供給され、第1シール室51に混入した不純物(土粒子)を切羽側(チャンバ23)に押出し洗浄を行い、早期復旧を図ることができる。
【0023】
なお、本実施形態では、第1シール室51に油抜き取り配管61を接続して、土砂シール監視システム60によって第1シール室51内への不純物(土粒子)の混入を検出するように構成したが、
図7に示すように、第2シール室52にも油抜き取り配管61を接続して、土砂シール監視システム60によって第2シール室52内への不純物(土粒子)の混入も検出できるように構成しても良い。予備油圧ポンプ70を駆動させて、潤滑油を第1シール室51に供給しても、第1シール室51に混入した不純物(土粒子)を切羽側(チャンバ23)に押出し洗浄できない場合がある。この場合、第1シール室51への不純物(土粒子)の混入を防いでいる第1土砂シール41やその当接面が損傷している可能性が高い。従って、この時点で第1土砂シール41やその当接面を修繕や交換することが考えられるが、第2土砂シール42以降が正常に動作している場合には、シールド掘進機10の掘進作業に支障がでることはない。そこで、第1シール室51に通じる油抜き取り配管61に介装された仕切バルブ49を閉じると共に、第2シール室52に通じる油抜き取り配管61に介装された仕切バルブ50を開き、土砂シール監視システム60によって第2シール室52内への不純物(土粒子)の混入を検出させる。これにより、土砂シール装置40の状況を把握しながら、シールド掘進機10の掘進作業を継続させることができる。また、同様に、第3シール室53にも油抜き取り配管61を接続させ、土砂シール監視システム60によって第3シール室53内への不純物(土粒子)の混入も検出できるように構成しても良い。
【0024】
さらに、本実施形態では、第1シール室51に予備油圧ポンプ70に連結された予備油供給配管71を接続するように構成したが、
図7に示すように、第2シール室52にも逆止弁74及び仕切バルブ75を介して予備油圧ポンプ70に連結された予備油供給配管71を接続するようにしても良い。この場合には、第2シール室52に大量の潤滑油を供給することで、第2シール室52に混入した不純物(土粒子)を第1シール室51経由で切羽側(チャンバ23)に押出し洗浄することができる。同様に、第3シール室53にも予備油圧ポンプ70に連結された予備油供給配管71を接続するようにしても良い。
【0025】
以上説明したように、本実施形態は、複数段の土砂シール(第1土砂シール41、第2土砂シール42、第3土砂シール43、第4土砂シール44)を備え、前後に隣り合う土砂シール間に形成されたシール室(第1シール室51、第2シール室52、第3シール室53)に潤滑油を供給して充填することで、切羽側からの泥水や掘削土砂の侵入を防止するシールド掘進機10の土砂シール装置40であって、第1シール室51から潤滑油を抜き取る抜き取り配管61と、抜き取り配管61によって抜き取られた潤滑油に混入された不純物(土粒子)を検出する混入検出手段とを備えている。
この構成により、潤滑油への不純物(土粒子)の混入を直接監視することで、第1シール室51への泥水や掘削土砂の侵入を早期に検出することができるため、早期に対策を講じて堀進停止に陥るような損傷を防ぐことができ、今後、長距離、高速施工において大きな役割を果たすことができる。
【0026】
さらに、本実施形態において、混入検出手段は、抜き取り配管61によって抜き取られた潤滑油を撮像する撮像手段として機能するカメラ622と、カメラ622によって撮像された撮像データを解析して潤滑油に混入された土粒子を検出する画像解析部641手段とを備えている。
この構成により、潤滑油への不純物(土粒子)の混入を画像として直接監視することができ、第1シール室51への泥水や掘削土砂の侵入を粒子単位で検出することができる。
【0027】
さらに、本実施形態において、抜き取り配管61によって抜き取られた潤滑油を一対の透過板621a間に拡げるステージ装置621を備え、カメラ622によって一方の透過板621aを介して一対の透過板621a間に拡げられた潤滑油を撮像するように構成されている。
この構成により、潤滑油に混入された不純物(土粒子)に対して容易にピントを合わせることができ、潤滑油への不純物(土粒子)の混入を確実に検出することができる。
【0028】
さらに、本実施形態において、他方の透過板621aに光を入射させるバックライト623を備えている。
この構成により、潤滑油に混入された不純物(土粒子)は、カメラ622によって影として撮像されることになり、混入された不純物(土粒子)の検出率を向上させることができる。
【0029】
さらに、本実施形態において、混入検出手段は、抜き取り配管61に介装されたフィルタ装置631と、フィルタ装置631を通過する前の潤滑油の油圧を検出する通過前圧力計632と、フィルタ装置631を通過した後の潤滑油の油圧を検出する通過後圧力計633と、通過前圧力計632と通過後圧力計633とでそれぞれ検出された油圧を比較することで潤滑油への不純物の混入を検出する油圧比較部642とを備えている。
この構成により、撮像データを解析によって検出可能な不純物(土粒子)の粒径よりも細かいメッシュのフィルタ631bを用いると、撮像データを解析によって検出されない不純物(土粒子)の混入を検出することができる。
【0030】
以上、実施形態をもとに本発明を説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。