特開 2023-82750 滑材注入システム

(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】P2023082750

(43)【公開日】2023-06-15

(54)【発明の名称】滑材注入システム

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20230608BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 301L

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021196648

(22)【出願日】2021-12-03

(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】山下 健司

(72)【発明者】

【氏名】東野 弘幸

(72)【発明者】

【氏名】中本 淳

(72)【発明者】

【氏名】江原 雅洋

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054FA12

2D054GA13

2D054GA25

2D054GA44

2D054GA63

2D054GA94

(57)【要約】

【課題】滑材の注入状況を把握できる滑材注入システムを提供する。
【解決手段】シールド掘進機のスキンプレート３を貫通する滑材注入孔として機能する滑材注入ノズル２１からシールド掘進機と地山との間に滑材を注入する滑材注入システム２０であって、滑材の注入前にスキンプレート３の外周面に作用する土水圧を計測するために、滑材注入ノズル２１よりも掘削方向の前方側のスキンプレート３の外周面に取り付けられた前方側圧力計２２と、滑材の注入後にスキンプレート３の外周面に作用する土水圧を計測するために、滑材注入ノズル２１よりも掘削方向の後方側のスキンプレート３の外周面に取り付けられた後方側圧力計２３と、前方側圧力計２２及び後方側圧力計２３の計測値を表示する注入制御装置４０（表示部４２、注入状況通知部５４）とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シールド掘進機のスキンプレートを貫通する滑材注入孔から前記シールド掘進機と地山との間に滑材を注入する滑材注入システムであって、
前記滑材注入孔よりも掘削方向の前方側の前記スキンプレートの外周面に取り付けられた前方側圧力計と、
前記滑材注入孔よりも前記掘削方向の後方側の前記スキンプレートの外周面に取り付けられた後方側圧力計と、
前記前方側圧力計及び前記後方側圧力計の計測値を表示する注入制御装置と、を具備することを特徴とする滑材注入システム。

【請求項2】

前記滑材注入孔は、前記掘削方向の後方側に前記滑材が噴射されるように、後方側に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の滑材注入システム。

【請求項3】

前記注入制御装置は、前記後方側圧力計の計測値が前記前方側圧力計の計測値より大きく、前記前方側圧力計の計測値に設定された余裕圧を加算した目標土水圧以下となるように、前記滑材の注入圧や注入流量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の滑材注入システム。

【請求項4】

前記滑材注入孔、前記前方側圧力計及び前記後方側圧力計は、前記スキンプレートの円周方向に複数組が設けられ、
前記注入制御装置は、各組の前記前方側圧力計及び前記後方側圧力計の計測値を１画面で表示す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滑材注入システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シールド掘進機と地山との間に滑材を注入する滑材注入システムに関する。

【背景技術】

【0002】

シールド掘進機と地山との摩擦により発生する振動を抑制するため、シールド掘進機の周辺に、摩擦低減のための滑材を注入している（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、滑材を注入する注入孔の前方側に圧力計を設け、計測した土被り圧以上の圧力で滑材を注入している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－９５６６号公報

【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、滑材の注入状況を把握できないという問題点があった。すなわち、特許文献１では、滑材を土被り圧以上の圧力で注入し、注入圧を管理しているが、注入した滑材がシールド掘進機と地山との間に確実に注入されているか否か確認することができない。

【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、滑材の注入状況を把握できる滑材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】

【0006】

本発明の滑材注入システムは、シールド掘進機のスキンプレートを貫通する滑材注入孔から前記シールド掘進機と地山との間に滑材を注入する滑材注入システムであって、前記滑材注入孔よりも掘削方向の前方側の前記スキンプレートの外周面に取り付けられた前方側圧力計と、前記滑材注入孔よりも前記掘削方向の後方側の前記スキンプレートの外周面に取り付けられた後方側圧力計と、前記前方側圧力計及び前記後方側圧力計の計測値を表示する注入制御装置と、を具備することを特徴とする。
さらに、本発明の滑材注入システムにおいて、前記滑材注入孔は、前記掘削方向の後方側に前記滑材が噴射されるように、後方側に傾斜していても良い。
さらに、本発明の滑材注入システムにおいて、前記注入制御装置は、前記後方側圧力計の計測値が前記前方側圧力計の計測値より大きく、前記前方側圧力計の計測値に設定された余裕圧を加算した目標土水圧以下となるように、前記滑材の注入圧や注入流量を制御しても良い。
さらに、本発明の滑材注入システムにおいて、前記滑材注入孔、前記前方側圧力計及び前記後方側圧力計は、前記スキンプレートの円周方向に複数組が設けられ、前記注入制御装置は、各組の前記前方側圧力計及び前記後方側圧力計の計測値を１画面で表示しても良い。

【発明の効果】

【0007】

本発明によると、滑材の注入状況を把握でき、注入した滑材がシールド掘進機と地山との間に確実に注入されているか否か確認することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係る滑材注入システムの実施形態を備えるシールド掘進機の構成を示す構成図である。

【図2】本発明に係る滑材注入システムの構成を示すブロック図である。

【図3】図２に示す表示部に表示される表示画面例を示す図である。

【図4】本発明に係る滑材注入システムの周方向の配置例を示す図である。

【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。

【0010】

本実施形態の滑材注入システム２０は、図１に示すシールド掘進機１と地山との間に滑材を注入するシステムである。シールド掘進機１は、筒体状のスキンプレート３と、スキンプレート３の進行方向先端に回転自在に取り付けられたカッターヘッド４とを備えている。なお、シールド掘進機１は、土圧式シールド掘進機として説明するが、泥水式シールド掘進機であっても良い。

【0011】

スキンプレート３の前部には、回転リング５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５は、連結ビーム６を介してカッターヘッド４が連結されている。スキンプレート３には、回転リング５を回転させる複数のカッター旋回モータ７が装着されている。これにより、カッター旋回モータ７を回転駆動すると、連結ビーム６を介してカッターヘッド４が回転する。

【0012】

スキンプレート３には、カッターヘッド４の後方に位置する鋼板製の隔壁８が設けられ、カッターヘッド４と隔壁８との間にチャンバー２が形成される。チャンバー２は、カッターヘッド４によって掘削された土砂が充満される空間であり、隔壁８は、掘削土砂が充満されるチャンバー２と、作業員が立ち入る機内９とを隔離している。

【0013】

また、シールド掘進機１は、隔壁８を貫通し、カッターヘッド４の前面やチャンバー２に添加材（粘土、ベントナイト、気泡、水溶性高分子など）を供給する掘削添加材注入管１０を備えている。添加材は、チャンバー２に充満された土砂に流動性と止水性を付与することを目的に、地山条件に応じたものが用いられる。

【0014】

カッターヘッド４によって掘削された土砂は、泥土としてチャンバー２内に充満され、カッターヘッド４の設けられた練混ぜ棒１１によって撹拌された後、スクリューコンベヤ１２により後方側に搬出される。

【0015】

滑材注入システム２０は、図１及び図２を参照すると、滑材注入ノズル２１と、前方側圧力計２２と、後方側圧力計２３と、流量計２４と、注入ポンプ２５と、注入制御装置４０とを備えている。

【0016】

滑材注入ノズル２１は、シールド掘進機１と地山との間に滑材を噴射する噴射装置である。滑材注入ノズル２１は、スキンプレート３を貫通し、先端がスキンプレート３の外周面に開口するように取り付けられ、スキンプレート３を貫通する滑材注入孔として機能する。また、滑材注入ノズル２１は、シールド掘進機１の掘削方向の後方側に滑材が噴射されるように、後方側に傾斜させて取り付けられている。

【0017】

前方側圧力計２２は、スキンプレート３の外周面に作用する土水圧を計測する圧力計であり、滑材注入ノズル２１の開口よりも掘削方向の前方側のスキンプレート３の外周面に取り付けられている。従って、前方側圧力計２２によって計測される土水圧は、滑材注入ノズル２１から噴射される滑材の影響を受けることない、滑材注入前の土水圧となる。換言すると、前方側圧力計２２は、滑材注入ノズル２１の開口の近傍であって、滑材注入ノズル２１から噴射される滑材の影響を受けることない、滑材注入前の土水圧を計測できる位置に配置されている。なお、前方側圧力計２２の計測に対して滑材注入ノズル２１から噴射される滑材が影響を与えない程度に、前方側圧力計２２と滑材注入ノズル２１の開口との離間距離が取れていれば、滑材注入ノズル２１は、必ずしも後方側に傾斜させなくても良い。

【0018】

後方側圧力計２３は、スキンプレート３の外周面に作用する土水圧を計測する圧力計であり、滑材注入ノズル２１の開口よりも掘削方向の後方側のスキンプレート３の外周面に取り付けられている。従って、後方側圧力計２３によって計測される土水圧は、滑材注入ノズル２１から噴射される滑材の影響を受け、滑材注入後の土水圧となる。換言すると、後方側圧力計２３は、滑材注入ノズル２１の開口の近傍であって、滑材注入ノズル２１から噴射される滑材の影響を受け、滑材注入後の土水圧を計測できる位置に配置されている。

【0019】

流量計２４は、注入ポンプ２５から滑材注入ノズル２１に供給される滑材の流量を、注入ポンプ２５によってシールド掘進機１と地山との間に注入する滑材の注入量として計測する。

【0020】

注入ポンプ２５は、注入制御装置４０によるモータの回転制御を受け付け、滑材注入ノズル２１を介してシールド掘進機１と地山との間に注入する滑材の注入圧や単位時間当たりの注入量（以下、注入流量と称す）を調整する機能を有している。

【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５０と、キーボード等の操作部４１と、液晶ディスプレイ等の表示部４２と、送受信部４３を備え、これらがバス４４によって接続されている。送受信部４３は、前方側圧力計２２、後方側圧力計２３及び流量計２４における測定結果をそれぞれ受信する機能と、注入ポンプ２５の回転を制御する各種制御信号を送受信する機能と、シールド掘進機１の掘進を制御する図示しない掘進制御装置からシールド掘進機１の掘進距離を受信する機能とを有する。

【0022】

また、演算部５０は、注入量設定部５１と、注入圧設定部５２と、注入制御部５３と、注入状況通知部５４として機能する。

【0023】

注入量設定部５１は、シールド掘進機１の掘進距離当たりの滑材の注入量を単位注入量として操作部４１から受け付けて設定する。

【0024】

注入圧設定部５２は、滑材の注入によって想定される土水圧の上昇分を余裕圧として操作部４１から受け付けて設定する。

【0025】

注入制御部５３は、送受信部４３経由で受信したシールド掘進機１の掘進距離に注入量設定部５１に設定された単位注入量を乗算することで、滑材の注入量を算出して設定する。従って、シールド掘進機１の掘進に伴って算出される滑材の注入量が増加する。なお、シールド掘進機１は、カッターヘッド４を回転駆動しながらジャッキ１３を既設されたセグメント１４に押し付けて前進する。従って、ジャッキ１３のストロークがシールド掘進機１の掘進距離となり、注入制御部５３は、ジャッキ１３の１ストローク毎に滑材の注入量を算出して設定する。

【0026】

注入制御部５３は、流量計２４の計測値が設定した滑材の注入量に到達するまで、注入ポンプ２５の回転を制御して滑材注入ノズル２１から滑材を噴射させ、シールド掘進機１と地山との間に滑材注入させる。また、注入制御部５３は、前方側圧力計２２の計測値に、注入圧設定部５２に設定された余裕圧を加算して値を目標土水圧とし、後方側圧力計２３の計測値が前方側圧力計２２の計測値より大きく、目標土水圧以下となるように、注入ポンプ２５による滑材の注入圧や注入流量を制御する。例えば、後方側圧力計２３の計測値が前方側圧力計２２の計測値以下となる場合、注入制御部５３は、注入ポンプ２５による滑材の注入圧の上昇や注入流量の増加によって対応する。また、後方側圧力計２３の計測値が目標土水圧を上回る場合、注入制御部５３は、注入ポンプ２５による滑材の注入圧の下降や、注入流量の減少によって対応する。

【0027】

このように、本実施形態の滑材注入システム２０では、注入量設定部５１に設定注入量を、注入圧設定部５２に余裕圧をそれぞれ設定することで、滑材の注入が前方側圧力計２２及び後方側圧力計２３の計測値に基づいて自動制御される。なお、設定注入量（Ｌ）とジャッキストローク（ｍｍ）から単位注入量（Ｌ／ｍｍ）が算出される。滑材注入システム２０は、注入した滑材をシールド掘進機１と地山との間に確実に注入させることができる。

【0028】

注入状況通知部５４は、図３（ａ）に示す注入状況通知画面６０を表示部４２に表示させ、滑材の注入状況を管理者（シールド掘進機１のオペレーター）に通知する。注入状況通知画面６０には、注入制御部５３によって設定された注入量が設定注入量として表示される設定注入量表示欄６１と、流量計２４の計測値が計測注入量として表示される計測注入量表示欄６２と、前方側圧力計２２の計測値が注入前土水圧として表示される注入前土水圧表示欄６３と、前方側圧力計２２の計測値に注入圧設定部５２に設定された余裕圧を加算した目標土水圧が表示される目標土水圧表示欄６４と、後方側圧力計２３の計測値が注入後土水圧として表示される注入後土水圧表示欄６５と、マニュアルボタン６６と、がレイアウトされている。

【0029】

マニュアルボタン６６は、滑材の注入制御をマニュアルに切り替えるためのボタンであり、マニュアルボタン６６が操作されると、注入状況通知部５４は、図３（ｂ）に示すマニュアル操作画面７０を表示部４２に表示させ、注入制御部５３は、マニュアル制御に切り替える。例えば、計測注入量が設定注入量に到達しても注入後土水圧が目標土水圧を大きく下回る場合や、注入後土水圧が目標土水圧を超えてしまった場合等に、管理者は、マニュアル制御に切り替え、滑材の注入を直接制御することができる。

【0030】

マニュアル操作画面７０には、計測注入量表示欄６２と、注入前土水圧表示欄６３と、目標土水圧表示欄６４と、注入後土水圧表示欄６５が注入状況通知画面６０と同様にレイアウトされていると共に、滑材の注入を操作する注入操作欄７１と、滑材の注入圧を設定するマニュアル余裕圧設定欄７２と、滑材の注入流量を設定するマニュアル注入流量設定欄７３と、自動制御ボタン７４とがレイアウトされている。

【0031】

注入操作欄７１には、滑材の注入の実行と停止とを指示する指示ボタンがレイアウトされている。また、マニュアル余裕圧設定欄７２には、滑材の注入圧の上昇と下降とを指示する指示ボタンが、マニュアル注入流量設定欄７３には、滑材の注入流量の増加と減少とを指示する指示ボタンがそれぞれレイアウトされている。

【0032】

そして、注入制御部５３は、注入操作欄７１で注入の実行が指示されると、マニュアル余裕圧設定欄７２に設定された注入圧及びマニュアル注入流量設定欄７３で設定された注入流量で、注入ポンプ２５の回転を制御して滑材注入ノズル２１から滑材を噴射させ、シールド掘進機１と地山との間に滑材注入させる。

【0033】

マニュアル操作でも、計測注入量、注入前土水圧、目標土水圧及び注入後土水圧によって注入状況を確認しながら滑材の注入を制御することができる。従って、管理者は、マニュアル操作によって、注入した滑材をシールド掘進機１と地山との間に確実に注入させることができる。

【0034】

自動制御ボタン７４は、滑材の注入制御を注入制御部５３による自動制御に切り替えるためのボタンであり、自動制御ボタン７４が操作されると、注入状況通知部５４は、注入状況通知画面６０を表示部４２に表示させ、注入制御部５３は、自動制御に切り替える。

【0035】

また、図４に示す滑材注入システム２０Ａのように、滑材注入ノズル２１、前方側圧力計２２及び後方側圧力計２３は、スキンプレート３の円周方向に複数組を設けることができる。なお、図４に示す例では、３組の滑材注入ノズル２１、前方側圧力計２２及び後方側圧力計２３を天端と左右に配置しているが、組数や配置は適宜設定すると良い。

【0036】

流量計２４及び注入ポンプ２５は、滑材注入ノズル２１、前方側圧力計２２及び後方側圧力計２３の１組ごとに設け、注入制御装置４０Ａの注入状況通知部５４は、各組の注入状況通知画面６０やマニュアル操作画面７０を表示部４２に１画面で表示させて一元管理すると良い。これにより、滑材の注入位置や注入量・注入流量を一元管理して調整でき、シールド掘進機１の周辺に均等に注入できる。

【0037】

以上説明したように、本実施形態は、シールド掘進機１のスキンプレート３を貫通する滑材注入孔として機能する滑材注入ノズル２１からシールド掘進機１と地山との間に滑材を注入する滑材注入システム２０であって、滑材の注入前にスキンプレート３の外周面に作用する土水圧を計測するために、滑材注入ノズル２１よりも掘削方向の前方側のスキンプレート３の外周面に取り付けられた前方側圧力計２２と、滑材の注入後にスキンプレート３の外周面に作用する土水圧を計測するために、滑材注入ノズル２１よりも掘削方向の後方側のスキンプレート３の外周面に取り付けられた後方側圧力計２３と、前方側圧力計２２及び後方側圧力計２３の計測値を表示する注入制御装置４０（表示部４２、注入状況通知部５４）とを備える。
この構成により、シールド掘進機１と地山との間への滑材の注入を、注入前後の土水圧を確認しながら行うことができるため、滑材の注入状況を把握でき、注入した滑材がシールド掘進機１と地山との間に確実に注入されているか否か確認することができる。

【0038】

さらに、本実施形態において、滑材注入ノズル２１は、掘削方向の後方側に滑材が噴射されるように、後方側に傾斜している。
この構成により、前方側圧力計２２のある前方側に滑材が注入されることなく、後方側圧力計２３のある後方側に滑材が注入されるため、滑材の注入前後の土水圧を確認できる。

【0039】

さらに、本実施形態において、注入制御装置４０（注入制御部５３）は、後方側圧力計２３の計測値が前方側圧力計２２の計測値より大きく、前方側圧力計２２の計測値に設定された余裕圧を加算した目標土水圧以下となるように、前記滑材の注入圧や注入流量を制御する。
この構成により、滑材の注入を自動制御することができる。

【0040】

さらに、本実施形態において、滑材注入ノズル２１、前方側圧力計２２及び滑材注入ノズル２１は、スキンプレート３の円周方向に複数組が設けられ、注入制御装置４０（注入状況通知部５４）は、各組の前方側圧力計２２及び後方側圧力計２３の計測値を表示部４２に１画面で表示する。
この構成により、滑材の注入位置や注入量・注入流量を一元管理して調整でき、シールド掘進機１の周辺に均等に注入できる。

【0041】

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】

【0042】

１ シールド掘進機
２ チャンバー
３ スキンプレート
４ カッターヘッド
５ 回転リング
６ 連結ビーム
７ カッター旋回モータ
８ 隔壁
９ 機内
１０ 掘削添加材注入管
１１ 練混ぜ棒
１２ スクリューコンベヤ
１３ ジャッキ
１４ セグメント
２０、２０Ａ 滑材注入システム
２１ 滑材注入ノズル
２２ 前方側圧力計
２３ 後方側圧力計
２４ 流量計
２５ 注入ポンプ
４０、４０Ａ 注入制御装置
４１ 操作部
４２ 表示部
４３ 送受信部
４４ バス
５０ 演算部
５１ 注入量設定部
５２ 注入圧設定部
５３ 注入制御部
５４ 注入状況通知部
６０ 注入状況通知画面
６１ 設定注入量表示欄
６２ 計測注入量表示欄
６３ 注入前土水圧表示欄
６４ 目標土水圧表示欄
６５ 注入後土水圧表示欄
６６ マニュアルボタン
７０ マニュアル操作画面
７１ 注入操作欄
７２ マニュアル余裕圧設定欄
７３ マニュアル注入流量設定欄
７４ 自動制御ボタン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】