IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社大林組の特許一覧

<>
  • 特開-裏込注入システム 図1
  • 特開-裏込注入システム 図2
  • 特開-裏込注入システム 図3
  • 特開-裏込注入システム 図4
  • 特開-裏込注入システム 図5
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022134425
(43)【公開日】2022-09-15
(54)【発明の名称】裏込注入システム
(51)【国際特許分類】
   E21D 11/00 20060101AFI20220908BHJP
【FI】
E21D11/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021033541
(22)【出願日】2021-03-03
(71)【出願人】
【識別番号】000000549
【氏名又は名称】株式会社大林組
(74)【代理人】
【識別番号】100097113
【弁理士】
【氏名又は名称】堀 城之
(74)【代理人】
【識別番号】100162363
【弁理士】
【氏名又は名称】前島 幸彦
(72)【発明者】
【氏名】松原 健太
(72)【発明者】
【氏名】上田 潤
(72)【発明者】
【氏名】大前 慶恵
【テーマコード(参考)】
2D155
【Fターム(参考)】
2D155BA01
2D155JA01
2D155JA05
2D155LA13
2D155LA14
(57)【要約】
【課題】過不足を生じることなくテールボイドへの裏込注入を実行することができる裏込注入システムを提供する。
【解決手段】スキンプレート2のテールに設けられた複数の裏込注入孔13からテールボイドに裏込材を注入する裏込注入システムであって、スキンプレート2の外周面に取り付けられ、スキンプレート2の外周面に作用する土水圧を計測する側面圧力計31と、側面圧力計31によって計測された土水圧に基づいて充填圧を設定する充填圧設定部411と、テールに取り付けられ、テールに作用する土水圧を計測するテール圧力計32と、テール圧力計32によって計測される土水圧が充填圧設定部411によって設定された充填圧になるように、裏込材のテールボイドへの注入圧を制御する注入制御部413とを備える。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スキンプレートのテールに設けられた複数の裏込注入孔からテールボイドに裏込材を注入する裏込注入システムであって、
前記スキンプレートの外周面に取り付けられ、前記スキンプレートの外周面に作用する土水圧を計測する側面圧力計と、
前記側面圧力計によって計測された土水圧に基づいて充填圧を設定する充填圧設定部と、
前記テールに取り付けられ、前記テールに作用する土水圧を計測するテール圧力計と、
前記テール圧力計によって計測される土水圧が前記充填圧設定部によって設定された前記充填圧になるように、前記裏込材の前記テールボイドへの注入圧を制御する注入制御部と、を具備することを特徴とする裏込注入システム。
【請求項2】
複数の前記側面圧力計及び前記テール圧力計が取り付けられており、
前記注入制御部は、複数の前記裏込注入孔から注入する前記裏込材のそれぞれの注入圧を、それぞれ対応する前記側面圧力計及び前記テール圧力計の計測値に基づいて制御することを特徴とする請求項1に記載の裏込注入システム。
【請求項3】
前記側面圧力計及び前記テール圧力計は、複数の前記裏込注入孔の深度に対応してそれぞれ取り付けられていることを特徴とする請求項2に記載の裏込注入システム。
【請求項4】
前記テールに設けられた隣接する前記裏込注入孔の間にそれぞれ設けられ、前記テールに作用する土水圧を計測する複数のテール中間圧力計を具備し、
前記注入制御部は、隣り合う前記テール中間圧力計で測定される土水圧のいずれもが前記充填圧に到達すると、間に位置する前記裏込注入孔からの前記裏込材の注入を停止させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の裏込注入システム。
【請求項5】
前記裏込注入孔から注入された前記裏込材の注入量が、前記裏込注入孔毎に設定された充填量に到達しても、両側に位置するいずれか若しくは両方の前記テール中間圧力計の計測値が前記充填圧に到達しない場合に異常通知を行う注入状況通知部を具備することを特徴とする請求項4に記載の裏込注入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、テールボイドへ裏込材を注入・充填する裏込注入システムに関する。
【背景技術】
【0002】
シールド掘削機は、筒体状のスキンプレートと、スキンプレートの進行方向先端に回転自在に取り付けられたカッタヘッドとを備え、カッタヘッドを回転駆動しながらジャッキを既設セグメントに押し付けて前進する。カッタヘッドの外径は、スキンプレートの外径よりも多少大きめに設定され、カッタヘッドによって切削された地盤とスキンプレートとの間には、所定の余掘クリアランスが形成される。
【0003】
また、セグメントは、スキンプレートの内側で組み立てられるため、セグメントの外周面と地盤との間には、余掘クリアランスよりも大きなテールボイドと称される空間が形成される。このため、シールド掘進機の掘進と同時にスキンプレート(内部や外周部)に設けた裏込注入管により、テールボイドへ裏込材を注入・充填している(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003-56286号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来技術では、管理注入圧を切羽圧+α(100~200kPa)に設定し、複数の裏込注入孔から同一の注入圧で注入している。従って、大断面シールドでは、天端と下端の高低差が大きく、高低差によって裏込注入の過不足が生じてしまうという問題点があった。また、低土被りの場合、切羽圧+(100~200kPa)では、土の抵抗よりも大きくなり、裏込め材による地盤の隆起や逸走による地上への噴出が発生する虞があった。
【0006】
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、過不足を生じることなくテールボイドへの裏込注入を実行できる裏込注入システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の裏込注入システムは、スキンプレートのテールに設けられた複数の裏込注入孔からテールボイドに裏込材を注入する裏込注入システムであって、
前記スキンプレートの外周面に取り付けられ、前記スキンプレートの外周面に作用する土水圧を計測する側面圧力計と、
前記側面圧力計によって計測された土水圧に基づいて充填圧を設定する充填圧設定部と、
前記テールに取り付けられ、前記テールに作用する土水圧を計測するテール圧力計と、
前記テール圧力計によって計測される土水圧が前記充填圧設定部によって設定された前記充填圧になるように、前記裏込材の前記テールボイドへの注入圧を制御する注入制御部と、を具備することを特徴とする裏込注入システム。
さらに、本発明の裏込注入システムにおいて、複数の前記側面圧力計及び前記テール圧力計が取り付けられており、前記注入制御部は、複数の前記裏込注入孔から注入する前記裏込材のそれぞれの注入圧を、それぞれ対応する前記側面圧力計及び前記テール圧力計の計測値に基づいて制御しても良い。
さらに、本発明の裏込注入システムにおいて、前記側面圧力計及び前記テール圧力計は、複数の前記裏込注入孔の深度に対応してそれぞれ取り付けられていても良い。
さらに、本発明の裏込注入システムにおいて、前記テールに設けられた隣接する前記裏込注入孔の間にそれぞれ設けられ、前記テールに作用する土水圧を計測する複数のテール中間圧力計を具備し、前記注入制御部は、隣り合う前記テール中間圧力計で測定される土水圧のいずれもが前記充填圧に到達すると、間に位置する前記裏込注入孔からの前記裏込材の注入を停止させても良い。
さらに、本発明の裏込注入システムにおいて、前記裏込注入孔から注入された前記裏込材の注入量が、前記裏込注入孔毎に設定された充填量に到達しても、両側に位置するいずれか若しくは両方の前記テール中間圧力計の計測値が前記充填圧に到達しない場合に異常通知を行う注入状況通知部を備えても良い。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、実際に作用している土水圧をもとに裏込材の注入圧を設定・管理できるため、テールボイドへの裏込注入を過不足を生じることなく実行できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】シールド掘進機の概略構成図である。
図2】本発明に係る裏込注入システムの実施形態の構成を示すブロック図である。
図3図2に示す側面圧力計の配置を示す測断面図である。
図4図2に示す側面圧力計、テール圧力計及びテール中間圧力計の配置を示す斜視図である。
図5図2に示す注入状況通知部によって生成される注入状況通知画面の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。なお、以下の実施の形態において、同様の機能を示す構成には、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
図1に示すシールド掘進機1は、泥土圧シールド掘進機であり、筒体状のスキンプレート2と、スキンプレート2の進行方向先端に回転自在に取り付けられたカッタヘッド3とを備えている。スキンプレート2の前部には、回転リング4がベアリング等の軸受け部を介して回転自在に支持されている。そして、回転リング4は、連結ビーム5を介してカッタヘッド3が連結されている。スキンプレート2には、回転リング4を回転させる複数のカッタ旋回モータ6が装着されている。これにより、カッタ旋回モータ6を回転駆動すると、連結ビーム5を介してカッタヘッド3が回転する。
【0011】
スキンプレート2には、カッタヘッド3の後方に位置する隔壁7が設けられ、カッタヘッド3と隔壁7との間に掘削土砂を充満させるチャンバー8が形成されている。カッタヘッド3によって掘削された土砂は、泥土としてチャンバー8内に充満され、スクリューコンベヤ9により後方側に搬出される。
【0012】
シールド掘進機1は、カッタヘッド3を回転駆動しながらジャッキ10を既設されたセグメント11に押し付けて前進する。カッタヘッド3の外径は、スキンプレート2の外径よりも多少大きめに設定され、カッタヘッド3によって切削された地盤とスキンプレート2との間には、所定の余掘クリアランスが形成される。セグメント11は、スキンプレート2内部に設けられたエレクタ12によって組み立てられるため、セグメント11の外周面と地盤との間には、余掘クリアランスよりも大きなテールボイドと称される空間が形成される。
【0013】
本実施形態の裏込注入システム20は、セグメント11の外周面と地盤との間に形成されるテールボイドに裏込材を注入・充填するシステムである。
【0014】
図2を参照すると、スキンプレート2のテールには、テールボイドに裏込材を注入する複数の裏込注入孔13が設けられ、シールド掘進機1の掘進よるテールボイドの発生と同時に、スキンプレート2のテールに設けた複数の裏込注入孔13からテールボイドに裏込材を注入する。なお、図2では、45°の等間隔で6個の裏込注入孔13が形成されているが、裏込注入孔13の個数や形成間隔には特に制限はない。また、図2では、裏込注入管をスキンプレート2の内部に配管し、裏込注入孔13がスキンプレート2の坑口側端面に形成されているが、スキンプレート2の内周面や外周面に裏込注入管を配管し、裏込注入孔13がスキンプレート2の坑口側端面から内周側もしくは外周側に突出するように形成しても良い。
【0015】
裏込注入システム20は、図2を参照すると、複数の裏込注入孔13にそれぞれ対応して設けられた複数の裏込注入装置30と、隣接する裏込注入孔13の間にそれぞれ設けられた複数のテール中間圧力計34と、複数の裏込注入装置30を個別に制御する注入制御装置40とを備えている。なお、裏込材は、様々な材料、性状のものを使用でき、例えば、A材(主材)とB材(硬化材)とを注入直前に混合させて可塑状あるいは固結にする2液型裏込材であっても良く、スラグ石灰系モルタルやコンクリート等の1液型裏込材であっても良い。
【0016】
裏込注入装置30は、側面圧力計31と、テール圧力計32と、裏込注入ポンプ33とを備え、側面圧力計31で計測された土水圧に基づいて設定された充填圧と、テール圧力計32によって計測される土水圧とが等しくなるように、注入制御装置40によって裏込注入ポンプ33が駆動制御される。
【0017】
側面圧力計31は、図3及び図4に示すように、スキンプレート2の外周面に取り付けられ、裏込注入孔13が設けられている深度でスキンプレート2の外周面に作用する土水圧を計測する。すなわち、側面圧力計31は、裏込注入孔13と同一の深度に取り付けられている。従って、図2に示すように、複数の裏込注入孔13がそれぞれ異なる深度に形成されている場合、複数の裏込注入装置30における側面圧力計31によってそれぞれ異なる深度でスキンプレート2の外周面に作用する土水圧が計測されることになる。
【0018】
テール圧力計32は、図4に示すように、スキンプレート2のテールに設けられた裏込注入孔13の近傍に取り付けられ、裏込注入孔13が設けられている深度でスキンプレート2のテールに作用する土水圧を計測する。テール圧力計32は、裏込注入孔13の近傍に取り付けられているため、スキンプレート2のテールに作用する土水圧の計測により、裏込注入孔13からテールボイドに注入される裏込材の注入圧を直接計測することができる。すなわち、テール圧力計32は、裏込注入孔13からテールボイドに注入される裏込材の注入圧を直接計測できる位置に取り付けられている。これにより、配管抵抗圧力が付加されていない注入圧を正確に測定することができる。
【0019】
裏込注入ポンプ33は、モータの回転数制御を受け付け、裏込材の注入量を調整する機能を有している。
【0020】
テール中間圧力計34は、図4に示すように、スキンプレート2のテールに設けられた隣接する裏込注入孔13の間に設けられ、スキンプレート2のテールに作用する土水圧を計測する。スキンプレート2のテールにおいて、隣接する裏込注入孔13の間は、テールボイドに注入され、充填された裏込材が最後に到達する位置である。従って、テール中間圧力計34によって計測される土水圧が充填圧まで上昇することで、テールボイドへの裏込材の充填完了を検出することができる。なお、テール中間圧力計34の配置は、隣接する裏込注入孔13の中間地点であることが望ましいが、多少ずれていても良い。
【0021】
注入制御装置40は、いわゆるコンピュータで実現され、プログラム制御で動作するCPU等の演算部41と、キーボード等の操作部42と、液晶ディスプレイ等の表示部43と、送受信部44を備え、これらがバス45によって接続されている。送受信部44は、
複数の裏込注入装置30との間で各種情報をそれぞれ送受信する機能と、複数のテール中間圧力計34における測定結果をそれぞれ受信する機能と、光波測距儀(トータルステーション)、レーザー、ジャイロ等の測量機器を用いた図示しない位置計測装置からシールド掘進機1の位置情報を受信する機能とを有する。
【0022】
また、演算部41は、充填圧設定部411と、注入量算出部412と、注入制御部413と、注入状況通知部414として機能する。
【0023】
充填圧設定部411は、複数の裏込注入装置30における側面圧力計31でそれぞれ計測された土水圧に基づいて、複数の裏込注入装置30におけるそれぞれの充填圧を設定する。充填圧は、計測された土水圧よりも大きい値に設定される。例えば、計測された土水圧に予め設定された所定の圧力を加算した値を充填圧として設定する。また、計測された土水圧に予め設定された1以上の係数を乗算した値を充填圧として設定しても良い。
【0024】
なお、充填圧は、裏込材の注入開始前に計測された土水圧を用いた固定値としても良く、裏込材の注入中に計測される土水圧を用いた変動値としても良い。なお、充填圧を固定値とした場合、充填圧設定部411は、裏込材の注入開始直前に計測された土水圧を用いて充填圧を設定することができる。また、充填圧設定部411は、計測された土水圧と、図示しない位置計測装置からの位置情報とを関連付けて記憶しておき、裏込材の注入開始前に、側面圧力計31が裏込注入孔13の位置にあった時に計測された土水圧を用いて充填圧を設定すると、現況に即した適正な充填圧を設定することができ、より好適である。
【0025】
注入量算出部412は、図示しない位置計測装置からの位置情報に基づいて、裏込材を注入・充填するテールボイドの容積を全体充填量として算出する。また、注入量算出部412は、全体注入量を裏込注入装置30の台数で除算した値を個別充填量として算出する。なお、全体充填量及び個別充填量は、操作部42から受け付けるようにしても良い。
【0026】
注入制御部413は、充填圧設定部411によって設定された複数の裏込注入装置30におけるそれぞれの充填圧と、複数の裏込注入装置30におけるテール圧力計32によってそれぞれ計測される土水圧とがそれぞれ等しくなるように、複数の裏込注入装置30におけるそれぞれの裏込注入ポンプ33を駆動制御する。注入制御部413は、テール圧力計32によって計測される土水圧が充填圧を下回っている場合、裏込注入ポンプ33による裏込材の吐出量を増加させ、テール圧力計32によって計測される土水圧が充填圧を上回っている場合、裏込注入ポンプ33による裏込材の吐出量を減少させる。また、注入制御部413は、裏込注入ポンプ33による裏込材の吐出量を積算することで、個別注入量を計測し、注入状況通知部414に出力する。
【0027】
また、注入制御部413は、複数のテール中間圧力計34による土水圧の測定値をそれぞれ監視し、裏込注入孔13(裏込注入装置30)を挟んで隣り合うテール中間圧力計34で測定される土水圧のいずれもが充填圧に到達すると、充填圧に到達したテール中間圧力計34の間に位置する裏込注入装置30の裏込注入ポンプ33を停止させ、裏込材の注入を終了させる。
【0028】
注入状況通知部414は、図5に示すような注入状況通知画面50を生成し、表示部43に表示させる。注入状況通知画面50は、動作表示欄51と、個別表示欄52と、全体表示欄53と、裏込材の注入状況を示すコンター表示欄54とを備えている。
【0029】
動作表示欄51は、複数の裏込注入装置30が動作中であるか停止中であるかが、文字、色、マーク等によって区別して示される。
【0030】
個別表示欄52は、充填圧設定部411によって設定された複数の裏込注入装置30におけるそれぞれの充填圧と、複数の裏込注入装置30におけるテール圧力計32によって計測されるそれぞれの注入圧(土水圧)と、注入量算出部412によって算出された裏込注入装置30によるそれぞれの個別充填量と、複数の裏込注入装置30によるそれぞれの個別注入量とが表示される。
【0031】
全体表示欄53は、注入量算出部412によって算出された全体充填量と、複数の裏込注入装置30による全体注入量とが表示される。
【0032】
コンター表示欄54は、裏込材の注入状況をコンター表示する。コンター表示欄54において、ドーナツ状の領域が全体充填量を示す全体充填量領域であり、全体充填量領域内の内周分から外周に向けて拡がる領域が全体注入量を示す個別注入量領域である。そして、個別注入量領域は、注入制御装置40毎の個別注入量に応じた形状となっており、濃度で注入制御装置40毎の注入圧を示している。また、注入状況通知画面50において、複数のテール中間圧力計34によって計測されるそれぞれの土水圧を表示しても良い。コンター表示欄54により、裏込注入孔13ごとの注入状況(注入圧・注入量)を可視化することで、注入圧・注入量の過不足が一目瞭然となる。
【0033】
また、注入状況通知部414は、個別注入量が個別充填量に達しても、両側のテール中間圧力計34の計測値が充填圧に達することなく、裏込材の注入が停止されない注入制御装置40について、管理者に異常通知を行う。異常通知は、例えば、注入状況通知画面50において、対象の注入制御装置40の動作表示欄51や個別表示欄52を色や点滅させる。また、管理者の端末に通知しても良い。異常通知により、管理者は、裏込材が他のエリアに流れていることを認識できる。この時、より深度の深いエリアで、個別注入量が個別充填量に達する前に裏込材の注入が停止されている場合、当該エリアにおける個別注入量と個別充填量との差分を継続して注入しても良いことが分かる。
【0034】
なお、本実施形態では、1個の裏込注入孔13に対して1台の裏込注入装置30を設けたが、複数個の裏込注入孔13を深度毎にグループ化し、1グループに対して1台の裏込注入装置30を設けても一応の効果を得ることができる。
【0035】
また、本実施形態では、注入制御部413が裏込注入ポンプ33を駆動制御して、裏込注入装置30による充填圧を自動制御するように構成したが、裏込注入ポンプ33の駆動制御は、管理者が手動で実施することもできる。この場合、注入制御部413は、テール圧力計32によって計測される土水圧が充填圧設定部411によって設定された充填圧になるような裏込注入ポンプ33への設定値(モータの回転数等)、回転数の増減量や増減方向等のモータ制御情報を表示部43に表示させ、管理者は、モータ制御情報に基づいて裏込注入ポンプ33の駆動制御を手動で実施すると良い。
【0036】
さらに、本実施形態では、シールド掘進機1を泥土圧シールド掘進機として説明したが、本発明は、チャンバー内の泥水に所定の圧力を加えることにより切羽を安定させ、泥水を循環させることで掘削土を流体輸送する泥水式シールド掘削機にも適用できる。
【0037】
以上説明したように、本実施形態は、スキンプレート2のテールに設けられた複数の裏込注入孔13からテールボイドに裏込材を注入する裏込注入システム20であって、スキンプレート2の外周面に取り付けられ、スキンプレート2の外周面に作用する土水圧を計測する側面圧力計31と、側面圧力計31によって計測された土水圧に基づいて充填圧を設定する充填圧設定部411と、テールに取り付けられ、テールに作用する土水圧を計測するテール圧力計32と、テール圧力計32によって計測される土水圧が充填圧設定部411によって設定された充填圧になるように、裏込材のテールボイドへの注入圧を制御する注入制御部413とを備える。
この構成により、実際に作用している土水圧をもとに裏込材の注入圧を設定・管理できるため、テールボイドへの裏込注入を過不足を生じることなく実行することができる。
【0038】
さらに、本実施形態において、複数の側面圧力計31及びテール圧力計32が取り付けられており、注入制御部413は、複数の裏込注入孔13から注入する裏込材のそれぞれの注入圧を、それぞれ対応する側面圧力計31及びテール圧力計32の計測値に基づいて制御する。
この構成により、複数の裏込注入孔13からの裏込材の注入圧をそれぞれ設定・管理できるため、テールボイドへの裏込注入を過不足を生じることなくより正確に実行することができる。
【0039】
さらに、本実施形態において、側面圧力計31及びテール圧力計32は、複数の裏込注入孔13の深度に対応してそれぞれ取り付けられている。
この構成により、複数の裏込注入孔13の深度に応じて裏込材の注入圧をそれぞれ設定・管理できるため、テールボイドへの裏込注入を過不足を生じることなくさらに正確に実行することができる。
【0040】
さらに、本実施形態において、テールに設けられた隣接する裏込注入孔13の間にそれぞれ設けられ、テールに作用する土水圧を計測する複数のテール中間圧力計34を具備し、注入制御部413は、隣り合うテール中間圧力計34で測定される土水圧のいずれもが充填圧に到達すると、間に位置する裏込注入孔13からの裏込材の注入を停止させる。
この構成により、テールボイドへの充填完了を正確に判断することができる。
【0041】
さらに、本実施形態において、裏込注入孔13から注入された裏込材の注入量が、裏込注入孔13毎に設定された充填量に到達しても、両側に位置するいずれか若しくは両方のテール中間圧力計34の計測値が充填圧に到達しない場合に異常通知を行う注入状況通知部414を備える。
この構成により、テールボイドへの充填異常を適切なタイミングで通知することができる。
【0042】
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。
【符号の説明】
【0043】
1 シールド掘進機
2 スキンプレート
3 カッタヘッド
4 回転リング
5 連結ビーム
6 カッタ旋回モータ
7 隔壁
8 チャンバー
9 スクリューコンベヤ
10 ジャッキ
11 セグメント
12 エレクタ
13 裏込注入孔
20 裏込注入システム
30 裏込注入装置
31 側面圧力計
32 テール圧力計
33 裏込注入ポンプ
34 テール中間圧力計
40 注入制御装置
41 演算部
42 操作部
43 表示部
44 送受信部
45 バス
50 注入状況通知画面
51 動作表示欄
52 個別表示欄
53 全体表示欄
54 コンター表示欄
411 充填圧設定部
412 注入量算出部
413 注入制御部
414 注入状況通知部
図1
図2
図3
図4
図5