特許 7323420 水流スラリ移送システムおよびこれを用いた水流スラリ移送方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-31

(45)【発行日】2023-08-08

(54)【発明の名称】水流スラリ移送システムおよびこれを用いた水流スラリ移送方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/13 20060101AFI20230801BHJP

【ＦＩ】

E21D9/13 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019191480

(22)【出願日】2019-10-18

(65)【公開番号】P2021067034

(43)【公開日】2021-04-30

【審査請求日】2022-09-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000165974

【氏名又は名称】古河機械金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】林元 和智

【審査官】五十幡 直子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－００９５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－１０３８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－００９５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭４８－０３２１９４（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】実開平０５－０３２４９４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００２－２１３３４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １／００－９／１４

Ｆ０４Ｂ １５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

掘削物を水流中に注入しスラリにして移送する水流スラリ移送システムであって、
往路水流管および復路水流管を有するとともに前記往路水流管から前記復路水流管に向かう水流を形成するように構成される循環管路と、
前記往路水流管に高圧水を注入可能に設置される高圧ポンプと、
前記掘削物を前記循環管路に注入可能に設置されるピストンポンプと、
前記掘削物を前記復路水流管から回収可能に設置される回収ホッパと、
を備え、
前記ピストンポンプは、当該ピストンポンプ内の前記掘削物を前記復路水流管に注入可能に前記復路水流管に接続される吐出配管と、該吐出配管の側からの前記掘削物の逆流を防止する逆流防止機構と、を有することを特徴とする水流スラリ移送システム。

【請求項2】

前記掘削物は、トンネル掘削機を用いたシールド掘削工法で掘削された掘削土砂であり、
前記高圧ポンプは、前記往路水流管に高圧水を注入可能に地上に設置され、
前記ピストンポンプは、前記掘削土砂を前記循環管路に注入可能に前記トンネル掘削機の近傍に設置され、
前記循環管路は、前記往路水流管が、地上から前記トンネル掘削機の近傍まで延設されるとともに、前記復路水流管が、前記トンネル掘削機の近傍から地上の前記回収ホッパに前記掘削物を回収可能に延設され、前記地上から前記トンネル掘削機側に向かう水流を再び前記地上まで戻す水流を形成するように構成されている請求項１に記載の水流スラリ移送システム。

【請求項3】

請求項１または２に記載の水流スラリ移送システムを用いてシールド掘削工法で掘削した掘削土砂を移送する方法であって、
前記ピストンポンプにより前記循環管路に掘削土砂を注入し、その掘削土砂を前記循環管路の水流に乗せて地上まで移送することを特徴とする水流スラリ移送方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば泥土圧シールド掘削工法若しくは泥水シールド掘削工法で掘削した土砂等の掘削物を移送する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

掘削物を移送する技術として、例えば泥土圧シールド掘削工法で掘削した掘削土砂を地上まで移送するために、特許文献１に記載されるように、ベルトコンベアを用いて移送する方法や、特許文献２に記載されるように、複数の台車を用いて移送する方法（図１１参照）のほか、複数のポンプを用いて掘削土砂を配管で圧送する方法が用いられている（図１２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１６３１２９号公報

【文献】特開２０１５－１２１０３４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、ベルトコンベアを用いて掘削土砂を移送する方法では、隣り合うベルトコンベア間で乗り継ぎを要するという問題があり、特に、泥土圧シールド掘削工法で掘削した掘削土砂を地上まで移送する上で、立坑の位置にて地上まで掘削土砂を移送することが困難である。
また、図１１に示すような、ベルトコンベア４１０や複数の台車４２０を用いて泥土圧シールド掘削機２００Ａからの掘削土砂をトンネルT内で移送する方法では、各台車４２０に掘削土砂を積み込む作業や、各台車４２０から掘削土砂を荷下ろしする作業、各台車４２０を往復移動させる作業などに多くの人手を要するという問題がある。

【0005】

一方、図１２に示すように、例えば複数のピストンポンプ４３０を用いて掘削土砂を配管４４０で移送する圧送方法では、泥水シールド工法で用いられる遠心式スラリポンプと比較して、ピストンポンプの吐出圧力は高いものの、泥水シールド工法におけるスラリ液圧送時の管路抵抗と比較して、泥土圧シールド掘削工法では、掘削土砂の圧送時の管路抵抗が大きい。そのため、移送距離が長くなるほど、直結連動運転するピストンポンプ４３０の台数を増やす必要があり、ポンプの運転管理が難しくなるとともに、機器のメンテナンス費用も増加するという問題がある。

【0006】

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、掘削物の移送効率を向上させるとともにメンテナンス性に優れた水流スラリ移送システムおよびこれを用いた水流スラリ移送方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る水流スラリ移送システムは、掘削物を水流中に注入しスラリにして移送する水流スラリ移送システムであって、往路水流管および復路水流管を有するとともに前記往路水流管から前記復路水流管に向かう水流を形成するように構成される循環管路と、前記往路水流管に高圧水を注入可能に設置される高圧ポンプと、前記掘削物を前記循環管路に注入可能に設置されるピストンポンプと、前記掘削物を前記復路水流管から回収可能に設置される回収ホッパと、を備えることを特徴とする。

【0008】

本発明の一態様に係る水流スラリ移送システムによれば、高圧ポンプから圧送される高圧水により、往路水流管から復路水流管に向かう水流をつくり、その水流中にピストンポンプで掘削物を注入して掘削物を移送するという、水流を利用した移送システムを構築したので、極めてシンプルな構成によって掘削物の長距離移送が可能になる。よって、掘削物の移送効率を向上させるとともにメンテナンス性に優れている。

【0009】

ここで、本発明の一態様に係る水流スラリ移送システムにおいて、前記掘削物は、トンネル掘削機を用いたシールド掘削工法で掘削された掘削土砂であり、前記高圧ポンプは、前記往路水流管に高圧水を注入可能に地上に設置され、前記ピストンポンプは、前記掘削土砂を前記循環管路に注入可能に前記トンネル掘削機の近傍に設置され、前記循環管路は、前記往路水流管が、地上から前記トンネル掘削機の近傍まで延設されるとともに、前記復路水流管が、前記トンネル掘削機の近傍から地上の前記回収ホッパに前記掘削物を回収可能に延設され、前記地上から前記トンネル掘削機側に向かう水流を再び前記地上まで戻す水流を形成するように構成されていることは好ましい。

【0010】

このような構成であれば、地上に設置した高圧ポンプから圧送される高圧水により地上とトンネル掘削機近傍との間に往路水流管から復路水流管に向かう水流をつくり、トンネル掘削機近傍に配置したピストンポンプで掘削土砂を水流中に注入して掘削土砂を移送する、水流を利用した移送システムを構築できる。
そのため、極めてシンプルな構成によって、トンネル掘削機近傍から地上までの掘削土砂の長距離移送が可能になる。そして、地上とトンネル掘削機近傍との間の水流をつくるための高圧ポンプは地上に設置されるため、そのメンテナンスが容易であり、さらに、この高圧ポンプは清水運転なので、例えば泥水シールド工法で用いられるスラリポンプのように、スラリ液による接液部品の摩耗の問題がないため、メンテナンス費用も大幅に削減できる。

【0011】

さらに、循環管路の水流中に掘削土砂を注入するために、トンネル掘削機近傍に配置したピストンポンプは、摺動部品の定期的な交換は必要なものの、メンテナンスを必要とするポンプとしては、掘削土砂を水流中に注入するピストンポンプ一台で済む。
そのため、運転管理の簡便化が図れるうえ、シンプルな構成によって掘削土砂を水流中に注入可能である。よって、多段遠心ポンプで掘削土砂のスラリを圧送する場合と比較して、部品の交換作業をするメンテナンス頻度が少なく稼働効率を向上させることができる。

【0012】

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る水流スラリ移送方法は、本発明の一態様に係る水流スラリ移送システムを用いてシールド工法で掘削した土砂を移送する方法であって、前記ピストンポンプにより前記循環管路に掘削土砂を注入し、その掘削土砂を前記循環管路の水流に乗せて地上まで移送することを特徴とする。
本発明の一態様に係る水流スラリ移送方法によれば、本発明の一態様に係る水流スラリ移送システムを用いて、シールド工法で掘削した掘削土砂を循環管路の水流に乗せて地上まで移送するので、掘削土砂の移送効率を向上させることができるとともにメンテナンス性に優れている。

【発明の効果】

【0013】

上述のように、本発明によれば、掘削物の移送効率を向上させるとともにメンテナンス性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一態様に係る水流スラリ移送システムを用いた泥土圧シールド掘削工法の第一実施形態を示す模式的全体構成図である。

【図2】図１での泥土圧シールド掘削機および水流スラリ移送システムを説明する要部拡大図であり、同図の例では、循環管路への掘削土砂の注入に、逆止機構付のピストンポンプを用いている。

【図3】図２での逆止機構付のピストンポンプを説明する模式図であり、同図では、軸線に沿った断面を示している。

【図4】図３でのＹ－Ｙ断面図である。

【図5】図３に示す逆止機構付のピストンポンプでの逆止機構の動作を説明する図（（ａ）～（ｃ））である。

【図6】本発明の一態様に係る水流スラリ移送システムを用いた泥土圧シールド掘削工法の第二実施形態を示す要部拡大図であり、同図の例では、循環管路への掘削土砂の注入に、逆止機構を有しないピストンポンプと、逆止弁機構とを用いている。

【図7】図６に示す第二実施形態の例における逆止弁機構の動作を説明する図（（ａ）、（ｂ））であり、同図（ａ）は、ピストンポンプのスイングバルブ切り替え時に、逆止弁機構のポペット弁を閉じた状態を示し、同図（ｂ）は、逆止弁機構のポペット弁を開いた状態にて、ピストンポンプで循環管路に掘削土砂を注入時の状態を示す説明図である。

【図8】第二実施形態の例における、逆止機構を有しないピストンポンプでのスイングバルブ切り替え動作を説明する図（（ａ）～（ｃ））である。

【図9】本発明の一態様に係る水流スラリ移送システムを用いた泥水シールド掘削工法による第三実施形態を示す模式的全体構成図である。

【図10】泥水シールド掘削工法で掘削した土砂を、複数のポンプを用いて地上まで移送する従来例を説明する模式図である。

【図11】泥土圧シールド掘削工法で掘削した土砂を、複数の台車を用いて地上まで移送する従来例を説明する模式図である。

【図12】泥土圧シールド掘削工法で掘削した土砂を、複数のピストンポンプを用いて地上まで移送する従来例を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

【0016】

まず、第一実施形態の水流スラリ移送システムについて説明する。
本実施形態は、図１に示すように、泥土圧シールド掘削機（トンネル掘削機）２００Ａを用いてトンネルＴを掘削する泥土圧シールド掘削工法に、本発明に係る水流スラリ移送システム３００Ａを適用した例である。
同図に示すように、本実施形態の水流スラリ移送システム３００Ａは、一台のピストンポンプ１と、往路水流管３１１および復路水流管３１２を有する循環管路３１０と、地上Ｇに設置された高圧ポンプ３２０と、地上Ｇに設置された回収ホッパ３３０と、を備える。

【0017】

高圧ポンプ３２０は、清水タンク３４０に貯留された清水を、往路水流管３１１に高圧水として注入可能に設置されている。回収ホッパ３３０は、掘削物（この例では、泥土圧シールド掘削機２００Ａを用いた泥土圧シールド掘削工法で掘削された掘削土砂）を復路水流管３１２から回収可能に設置される。
循環管路３１０は、往路水流管３１１から復路水流管３１２に向かう循環水流を形成するように、地上Ｇから立坑Ｖを通して地下のトンネルＴの延在方向に沿って配管される。ピストンポンプ１は、循環管路３１０に掘削物を注入可能に泥土圧シールド掘削機２００Ａの近傍に設置される。

【0018】

なお、往路水流管３１１および復路水流管３１２の範囲は適宜設定できるが、本実施形態では、泥土圧シールド掘削機２００Ａ近傍の、Ｕ字状折り返し部分よりも上流側が往路水流管３１１であり、Ｕ字状折り返し部分よりも下流側が復路水流管３１２である。そして、この例では、ピストンポンプ１は、復路水流管３１２に掘削物を注入可能に泥土圧シールド掘削機２００Ａの近傍に設置されている。
また、地上Ｇには、泥土圧シールド掘削機２００Ａに作泥材を供給するために、作泥土材タンク２４０および作泥土材圧送ポンプ２５０が設けられ、作泥土材圧送管２６０が、地上Ｇから立坑Ｖを通して地下の泥土圧シールド掘削機２００Ａまで配管されている。

【0019】

図２に示すように、泥土圧シールド掘削機２００Ａは、筒状をなす掘削機本体２１０のバルクヘッド２１２に、多数のカッタビットが前面に取着されたカッタヘッド２１３がカッタドラム２１５を介して回転自在に装着される。カッタヘッド２１３の中心部にはフィッシュテールカッタ２１９が取着される。
カッタドラム２１５のギア部２１６には駆動モータが内蔵され、駆動モータを稼働してカッタヘッド２１３が回転駆動される。また、バルクヘッド２１２の中央部にはロータリジョイント２２４が組み付けられ、ロータリジョイント２２４を介して作泥材の注入が、上記作泥土材圧送管２６０から行われるようになっている。

【0020】

掘削機本体２１０の内周部には、覆工部材としてトンネルの内周面に構築された（組み立てられた）既設のセグメントＳに対して伸縮する推進ジャッキ２２９が円周方向へ所定間隔離間して複数配設される。
掘削機本体２１０のスキンプレート２３０は既設のセグメントＳの外周に嵌合している。また、掘削機本体２１０の後部には、セグメントＳを組み立てるための不図示のエレクタと台とが組み付けられ、台上に、組み立てたセグメントＳの真円保持を行うアジャスタが装備される。

【0021】

掘削機本体２１０の内部には、スクリューコンベヤ２２５が後上がりに傾斜して配置され、スクリューコンベヤ２２５により、カッタヘッド２１３で掘削された土砂をトンネルの後方に向けて排出可能になっている。スクリューコンベヤ２２５は、円筒管２２５ａの内部に、後部の駆動モータ２２５ｂによって回転可能に、螺旋状のスクリュー翼２２５ｃが同軸に装着されている。

【0022】

スクリューコンベヤ２２５の前端部（取出口）が、バルクヘッド２１２の下部を貫通して、カッタヘッド２１３とバルクヘッド２１２とで画成されたチャンバ室２２６に連通している。スクリューコンベヤ２２５の後下部に設けた排出口２２５ｄが、トンネルＴ内の長手方向に配設された、水流スラリ移送システム３００Ａを構成するピストンポンプ１のホッパ９上部に対向配置されている。

【0023】

第一実施形態のピストンポンプ１は、図３に拡大図示するように、上部に開口するホッパ９を備え、ホッパ９内部には、略Ｓ字状に屈曲形成された揺動管２が、揺動可能に収容されている。ホッパ９内の揺動管２は、その基端部２ｂがホッパ９の前壁１ｆの下部の位置に回動可能に支持されている。
揺動管２の基端部２ｂには、図２に示す復路水流管３１２への吐出配管６に接続される、カップリング５が設けられている。カップリング５には、図２に示す吐出配管６が接続され、揺動管２の基端部２ｂが吐出配管６に連通するように配置される。

【0024】

揺動管２の中間部２ｍの上部には、軸線が水平な揺動管軸１０の一端が固定されている。揺動管軸１０の一端は、ホッパ９の背壁１ｂに回動可能に支持されている。揺動管軸１０の他端は、ホッパ９の背壁１ｂの外側に延出され、切換レバー１１が固着されている。揺動管軸１０の回転中心ＣＬ１と、揺動管２の基端部２ｂの回転中心ＣＬ２とは、水平な一の揺動軸線ＣＬ上にある。
ホッパ９の背壁１ｂの下部には、一対の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒを左右に有するメガネ板８が設けられている。メガネ板８は、揺動管２の先端部２ｔが摺接する部分に配置されている。メガネ板８は、ホッパ９の背面側から交換可能に装着される。

【0025】

揺動管２の先端部２ｔは、メガネ板８に圧接された状態で摺動する。そのため、揺動管２の先端部２ｔには、交換可能なウェアプレート（wear plate）１２が取付けられている。本実施形態では、メガネ板８およびウェアプレート１２には、耐摩耗材が使用されている。
ホッパ９の背部には、メガネ板８の一対の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒに対向する位置に、それぞれ一端が開口した一対のポンプシリンダ４Ｌ、４Ｒが、互いの軸線を揺動軸線ＣＬと平行にして取付けられている。

【0026】

一対のポンプシリンダ４Ｌ、４Ｒは、各ポンプシリンダ４Ｌ、４Ｒ内に搬送ピストン７をそれぞれ有する。各搬送ピストン７は、図２に示す一対の駆動シリンダ１５Ｌ、１５Ｒによって、油圧駆動で交互に往復動されるようになっている。各ポンプシリンダ４Ｌ、４Ｒは、対応する吸込吐出口１Ｌ、１Ｒが揺動管２との非連通時にはホッパ９内の掘削物を吸引し、揺動管２との連通時にはその吸引した掘削物を復路水流管３１２に向けて吐出するように駆動される。

【0027】

図４に示すように、上記切換レバー１１とホッパ９との間には、一対の切換シリンダ３Ｌ、３Ｒがアクチュエータとして取付けられている。一対の切換シリンダ３Ｌ、３Ｒは、切換シリンダ３Ｌ、３Ｒの一方が伸長するとき、他方が縮小するようになっている。
一対の切換シリンダ３Ｌ、３Ｒの伸縮に対応して、揺動管軸１０が揺動軸線ＣＬまわりに所定タイミングで回動し、揺動管２が所定の回動範囲にて左右に揺動される。これにより、図３に示す、揺動管２の先端部２ｔが、左右の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒのいずれかに臨む位置に交互に移動するようになっている。

【0028】

ここで、本実施形態のピストンポンプ１は逆流防止機構を備える。
本実施形態のピストンポンプ１では、図３に示すように、揺動管２の先端部２ｔに、ウェアプレート１２の中央の開口部１３と同軸となる位置に、円筒状のウェアリング（wear ring）２０が装着されている。
そして、本実施形態の逆流防止機構は、図５（ｂ）に示すように、メガネ板８の左右の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒの間隔が、ウェアプレート１２と一体で回動するウェアリング２０の開口部２０ｍの幅以上とされている。

【0029】

ウェアプレート１２は、ウェアプレート１２の開口部１３（図３参照）の左右両端にシール部１４Ｌ、１４Ｒを有する。左右のシール部１４Ｌ、１４Ｒは、メガネ板８との対向面と自身とが摺接しつつ回動されるように設けられている。
本実施形態のシール部１４Ｌ、１４Ｒは、揺動管２の回動方向において、メガネ板８に形成された一対の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒの開口幅以上の広さにそれぞれ設けられる。なお、本実施形態において、一対の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒの開口形状は円形であり、相互の開口径は同一である。
本実施形態のウェアリング２０は、図３に示すように、揺動管２の先端部２ｔの内周面に、内周面の端面に対してＯリング３０を介装してインロー篏合されている。これにより、揺動管２のウェアリング２０は、先端部２ｔの内周面とは揺動軸線ＣＬの方向にスライド可能になっている。

【0030】

また、ウェアリング２０の後端面が、メガネ板８の対向面と摺接するように装着される。ウェアリング２０の内径の開口形状は円形であり、その開口径は、一対の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒの開口径と同一である。本実施形態のウェアリング２０は、カップリング５側からの水流による内圧を利用したメカニカルシール機能を奏する。
つまり、このウェアリング２０は、非連通位置でカップリング５側からの水流により揺動管２の内圧が上昇すると、Ｏリング３０の介装端面が受圧面となって、ウェアリング２０が軸方向背面側に向けて押圧される。これにより、ウェアリング２０の後端面がメガネ板８の対向面に向けて押圧されるシール構造になっており、揺動管２の内圧が上がるほどシール力が強くなるように構成されている。

【0031】

そして、本実施形態のウェアプレート１２は、揺動管２の先端部２ｔの外周面に、当該先端部２ｔの外周面およびウェアリング２０の外周面に対して、揺動軸線ＣＬの方向にスライド可能にインロー篏合され、さらに、メガネ板８の対向面とは摺接するように装着される。
このように、本実施形態のピストンポンプ１では、ウェアリング２０およびウェアプレート１２の揺動管２の先端部２ｔとの嵌合部が、それぞれインロー関係になっており、組み立てる際は、揺動行程の中間位置（図５（ｂ）の位置）で、搬送ピストン７側から各部品を図１に示されている順に軸方向に嵌め込むことで組み立てられる。

【0032】

なお、本実施形態のピストンポンプ１では、ウェアプレート１２は、図３および図４に示すように、揺動管２の揺動範囲の全体に亘って、ウェアプレート１２の外周側が、軌道盤６０ｓとセットプレート４０とに装着された複数の転動体６１、６２で揺動軸線ＣＬの前後から支承されるように構成されるとともに、ウェアプレート１２の内周側が、軌道盤６０ｕとセットプレート４０とに装着された複数の転動体６３、６４で揺動軸線ＣＬの前後から支承されるように構成されている。
これにより、ウェアプレート１２が揺動管２と共に揺動したときに、メガネ板８の左右の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒに合致する位置においても、ウェアプレート１２両側のシール部１４Ｌ、１４Ｒが、上下に配置された、複数の転動体６１，６２および複数の転動体６３，６４を介して支承されるようになっている。

【0033】

次に、第一実施形態の水流スラリ移送システム３００Ａの動作および作用効果について説明する。
泥土圧シールド掘削機２００ＡによるトンネルＴの掘削にあたっては、先ず、全ての推進ジャッキ２２９が縮んだ初期位置で、駆動モータを稼働させてカッタヘッド２１３を回転させる。次に、初期位置から推進ジャッキ２２９を伸ばし、既設のセグメントＳで推進反力受けて掘削機本体２１０のスキンプレート２３０を推進させる。

【0034】

この推進により、カッタヘッド２１３に装着された多数のカッタビットが前方の地盤を掘削する。掘削された土砂はチャンバ室２２６からスクリューコンベヤ２２５を介して水流スラリ移送システム３００Ａの回収ホッパ３３０に移送されて外部に排出される。
次に、カッタヘッド２１３の旋回を止めた状態で、推進ジャッキ２２９を部分的に順次縮めて、不図示のエレクタ及びセグメントアジャスタによりセグメントＳを組み立てると共にその真円保持を行う。以降、前述した工程を繰り返して、所定長さのトンネルＴを掘削・形成していく。

【0035】

ここで、第一実施形態の水流スラリ移送システム３００Ａは、高圧ポンプ３２０から循環管路３１０に圧送される高圧水により循環水流をつくり、ピストンポンプ１で掘削土砂を復路水流管３１２から循環水流中に注入し掘削土砂をスラリとして地上まで移送する、循環水流を利用した移送システムを構築したので、極めてシンプルな構成によって掘削土砂の長距離移送が可能になる。よって、掘削土砂の移送効率を向上させるとともにメンテナンス性に優れている。

【0036】

特に、第一実施形態のピストンポンプ１では、ホッパ９内の掘削土砂を圧送する際は、揺動用の切換シリンダ３Ｌ、３Ｒの駆動により、揺動管２を左右方向に揺動させるとともに、２本のポンプシリンダ４Ｌ、４Ｒ内の搬送ピストン７を駆動して交互に前進後退させる。
これにより、ホッパ９内の掘削土砂が、一方の吸込吐出口１Ｌまたは１Ｒから対応するポンプシリンダ４Ｌまたは４Ｒ内に吸入される。このとき、他方の吸込吐出口１Ｒまたは１Ｌは、対応するポンプシリンダ４Ｒまたは４Ｌが揺動管２と連通し、内部に吸入されていた掘削土砂が、対応するポンプシリンダ４Ｒまたは４Ｌの搬送ピストン７の前進により圧送されて揺動管２から吐出配管６へと吐出される。

【0037】

吐出配管６との連通位置では、搬送ピストン７側から掘削土砂を押し出すときには、揺動管２内で逆向きに作用するカップリング５側からの水流圧（例えば８ＭＰａ）よりも大きな力で押し出すことができる。
よって、本実施形態のピストンポンプ１によれば、２本のポンプシリンダ４Ｌ、４Ｒ内の搬送ピストン７の前後進の動作に合わせて、切換シリンダ３Ｌ、３Ｒを所定のタイミグで駆動することにより揺動管２を左右に揺動させ、ホッパ９内の掘削土砂を、揺動管２から吐出配管６を通して復路水流管３１２中に連続的に吐出できる。

【0038】

ここで、例えば多段遠心ポンプで掘削土砂のスラリを圧送する場合、圧送可能なスラリ濃度は、１５ｖｏｌ％以下であり、より安全をみると１０ｖｏｌ％以下に制限されるところ、本実施形態の水流スラリ移送システム３００Ａであれば、ピストンポンプ１を用いて圧送可能なスラリ濃度は、１５ｖｏｌ％以上の高濃度スラリであっても移送可能であり、稼働効率を向上させる上で優れている。

【0039】

さらに、本実施形態によれば、循環管路３１０の循環水流中に掘削土砂を注入するために、泥土圧シールド掘削機２００Ａの近傍に配置したピストンポンプ１は、摺動部品の定期的な交換は必要なものの、メンテナンスを必要とするポンプが掘削土砂を循環水流中に注入するピストンポンプ１の一台で済む。
そのため、運転管理の簡便化が図れるうえ、シンプルな構成によって掘削土砂を循環水流中に注入可能である。そのため、多段遠心ポンプで掘削土砂のスラリを圧送する場合と比較して、部品の交換作業をするメンテナンス頻度が少なく稼働効率を向上させることができる。

【0040】

そして、第一実施形態のピストンポンプ１によれば、ウェアプレート１２を用いた逆流防止機構を備えるので、揺動管２を揺動させてその先端部２ｔを一方の吸込吐出口１Ｌから他方の吸込吐出口１Ｒへ（ウェアプレート１２を図５（ａ）の位置から図５（ｃ）の位置へ）、または、他方の吸込吐出口１Ｒから一方の吸込吐出口１Ｌへ（ウェアプレート１２を図５（ｃ）の位置から図５（ａ）の位置へ）、切換える過程で、図５（ｂ）に示す途中の位置に達しても、左右の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒ相互が連通する状態が生じることがなく循環管路３１０からの逆流を確実に防止できる。

【0041】

さらに、第一実施形態のピストンポンプ１によれば、ウェアプレート１２とウェアリング２０とを分離構造としたので、ウェアプレート１２の回動動作を円滑にするとともに、圧送圧力が高くなるほど、メカニカルシール機能を有するウェアリング２０が、メガネ板８により強く密着して、シール力を一層高めることができる。

【0042】

つまり、第一実施形態のピストンポンプ１によれば、揺動管２の先端部２ｔの内周面に設けられたウェアリング２０が、メカニカルシールとして機能し、圧送圧力が高くなるほど、メガネ板８との対向面にウェアリング２０が強く密着してシール力を高めることができるとともに、別箇に設けられたウェアプレート１２によって逆流防止機能を奏しつつ、メガネ板の左右の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒとの連通位置に揺動管２を確実に切替えることができる。
そのため、例えばウェアプレート１２とウェアリング２０とを一体構造とした場合に比べて、高圧圧送時であっても、シール力を高めるとともに逆流防止機能を奏し且つ揺動管２を揺動させる力をより小さくして、揺動管２を左右のメガネ板の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒとの連通位置に確実に切替る構成として極めて優れているといえる。

【0043】

以上説明したように、本実施形態の水流スラリ移送システム３００Ａおよびこれを用いた水流スラリ移送方法によれば、泥土圧シールド掘削機２００Ａによる掘削土砂の移送効率を向上させるとともに移送システムのメンテナンス性に優れている。
なお、本発明に係る水流スラリ移送システムおよびこれを用いた水流スラリ移送方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
例えば、上記第一実施形態では、逆流防止機能を有するピストンポンプ１を用いた例を示したが、これに限定されず、例えば、以下の第二実施形態のように、逆流防止機能を有しないピストンポンプによって水流スラリ移送システムを構築してもよい。

【0044】

以下、第二実施形態の水流スラリ移送システムについて説明する。
図６に示すように、第二実施形態の水流スラリ移送システム３００Ｂでは、ピストンポンプ１００が逆流防止機能を有しておらず、逆流防止機能を担保するために、これに替えて、逆止弁機構１４０を備える点が、上記第一実施形態の水流スラリ移送システムと相違する。
なお、ピストンポンプ１００と逆止弁機構１４０以外の構成は上記第一実施形態と共通なので、以下、相違点について説明し、上記第一実施形態と同様または対応する構成には同一符号を付すとともにその説明は適宜省略する。

【0045】

第二実施形態のピストンポンプ１００は、図７に示すように、左右一対の吸込吐出口１０１Ｌ、１０１Ｒを有するメガネ板１０８を、輸送対象物が収容されるホッパ９０１の背壁１０１ｂに設けている。各吸込吐出口１０１Ｌ、１０１Ｒの背部には、左右の一対のポンプシリンダ１０４Ｌ、１０４Ｒが併設されている。
ホッパ９０１内には、先端部を左右の吸込吐出口１０１Ｌ、１０１Ｒに臨む連通位置に交互に切換え移動可能な揺動管１０２が設けられている。揺動管１０２は、切換レバー１１１の揺動駆動により、揺動管軸１１０の揺動軸線ＣＬまわりに揺動可能になっている。

【0046】

第二実施形態のピストンポンプ１００は、ポンプ自体には逆流防止機能を有しておらず、吐出と吸込みの切り替えに揺動管１０２を用いる構造上、図８に模式図を示すように、吐出と吸込みの切り替え時に、同図左側の吐出吸入口１０１Ｌから右側の吐出吸入口１０１Ｒに揺動管１０２の連通口１０２ｔの位置を切り替える途中で、図８（ｂ）に示すように、吐出側と吸込み側とが連通する瞬間が発生する。

【0047】

これに対し、第二実施形態の水流スラリ移送システム３００Ｂでは、図７に示すように、復路水流管３１２に掘削土砂を注入する吐出配管１０６の開口部に対向するように、逆止弁機構１４０が配設されている。逆止弁機構１４０は、油圧シリンダ１４１と、油圧シリンダ１４１の駆動により進退するポペット弁１４２とを有する。ポペット弁１４２の先端には、円盤状のバルブディスク１４２ｄが設けられ、吐出配管１０６の開口部の周囲には、バルブディスク１４２ｄの周囲に対向する位置に、円環状のバルブリング１４３が嵌め込まれている。

【0048】

ポペット弁１４２は、同図（ａ）に示す前進位置では、吐出配管１０６の開口部を閉止し、同図（ｂ）に示す後退位置では、吐出配管１０６の開口部を全開にするとともに、復路水流管３１２の流路を妨げない位置まで後退可能に構成されている。これにより、第二実施形態の水流スラリ移送システム３００Ｂのピストンポンプ１００においても、逆流を防止し、上記第一実施形態同様の作用効果を奏することができる。

【0049】

なお、第二実施形態のピストンポンプ１００は、逆止弁機構１４０が復路水流管３１２の側に設けられているので、第一実施形態でのピストンポンプ１のような、ウェアプレート１２両側のシール部１４Ｌ、１４Ｒが、上下に配置された、複数の転動体６１，６２および複数の転動体６３，６４を介して支承される構成を不要とすることができる。
また、復路水流管３１２の側に設けた逆止弁機構１４０についても、ポペット弁１４２は、循環管路３１０の循環水流中に常にさらされているので、掘削土砂の礫がポペット弁１４２およびその駆動部分に詰まるような不具合が生じることがない。
また、上記第一ないし第二実施形態では、泥土圧シールド掘削機２００Ａによる掘削土砂の移送効率を向上させる例を示したが、これに限定されず、例えば、泥水シールド工法での掘削土砂の移送効率を向上させるべく本発明を適用できる。

【0050】

以下、本発明を泥水シールド工法での掘削土砂の移送システムとして採用した例である第三実施形態について説明する。なお、上記第一ないし第二実施形態と同様または対応する構成には同一符号を付すとともにその説明は適宜省略する。また、泥水シールド工法自体も公知の工法によるため、その説明を省略する。

【0051】

図９に示すように、第三実施形態の水流スラリ移送システム３００Ｃでは、泥水シールド工法を行うために、地上Ｇには、上記第一ないし第二実施形態での作泥土材関連機器２４０、２５０、２６０に替えて、泥水処理プラント２９０、泥水調整槽２９１および泥水供給ポンプ２９２が設けられ、泥水供給ポンプ２９２の吐出側に接続された送泥管２７０が、泥水シールド掘削機（トンネル掘削機）２００Ｂに必要な泥水を供給可能に配管されている。

【0052】

泥水処理プラント２９０の処理槽には、復路水流管３１２の吐出口から掘削土砂のスラリが投入されるように構成されている。泥水処理プラント２９０で分級処理された掘削土砂は、回収コンベア装置２９３を介して回収ホッパ３３０に回収される。
また、泥水処理プラント２９０で分級処理された泥水は、泥水調整槽２９１を介して泥水供給ポンプ２９２に送られ、泥水供給ポンプ２９２の駆動により、送泥管２７０から泥水シールド掘削機２００Ｂに向けて供給されるようになっている。

【0053】

泥水シールド掘削機２００Ｂは、上記第一ないし第二実施形態でのスクリューコンベヤ２２５に替えて、排泥管２８０が接続されている。循環管路３１０の循環水流中に掘削土砂のスラリを注入するために、泥水シールド掘削機２００Ｂ近傍にピストンポンプ１が配置されている。そして、排泥管２８０は、泥水シールド掘削機２００Ｂで掘削された掘削土砂と泥水とが混合されたスラリを、ピストンポンプ１のホッパ９に供給するように配管されている。

【0054】

第三実施形態の水流スラリ移送システム３００Ｃによれば、泥水シールド工法で掘削した掘削土砂を地上まで移送するので、掘削土砂の移送効率を向上させることができるとともにメンテナンス性に優れている。
そして、上記第一ないし第二実施形態同様に、第三実施形態の水流スラリ移送システム３００Ｃにおいても、泥水シールド掘削機２００Ｂ近傍に配置したピストンポンプ１は、摺動部品の定期的な交換は必要なものの、メンテナンスを必要とするポンプとしては、掘削土砂を循環水流中に注入するピストンポンプ一台で済む。

【0055】

そのため、運転管理の簡便化が図れるうえ、シンプルな構成によって泥水シールド掘削機２００Ｂで掘削された掘削土砂のスラリを循環管路３１０の循環水流中に注入可能である。よって、図１０に示すような、複数の多段遠心ポンプ４５０で掘削土砂のスラリを、管路４６０を介して順に圧送する場合と比較して、部品の交換作業をするメンテナンス頻度が少なく稼働効率を向上させることができる。

【符号の説明】

【0056】

１ ピストンポンプ
１Ｌ 吸込吐出口
１Ｒ 吸込吐出口
１ｂ 背壁
１ｆ 前壁
２ 揺動管
２ｂ 基端部
２ｍ 中間部
２ｔ 先端部
３Ｌ、３Ｒ 切換シリンダ
４Ｌ ポンプシリンダ
４Ｒ ポンプシリンダ
５ カップリング
６ 吐出配管
７ 搬送ピストン
８ メガネ板
９ ホッパ
１０ 揺動管軸
１１ 切換レバー
１２ ウェアプレート
１３ 開口部
１４Ｌ、１４Ｒ シール部
２０ ウェアリング
２０ｍ 開口部
３０ Ｏリング
４０ セットプレート
６０ 軌道盤
１００ ピストンポンプ
１０１Ｌ 吐出吸入口
１０１Ｒ 吐出吸入口
１０１ｂ 背壁
１０２ 揺動管
１０２ｔ 連通口
１０４Ｌ、１０４Ｒ ポンプシリンダ
１０６ 吐出配管
１０８ メガネ板
１０９ ホッパ
１１０ 揺動管軸
１１１ 切換レバー
１４０ 逆止弁機構
１４１ 油圧シリンダ
１４２ ポペット弁
２００Ａ 泥土圧シールド掘削機（トンネル掘削機）
２００Ｂ 泥水シールド掘削機（トンネル掘削機）
２１０ 掘削機本体
２１２ バルクヘッド
２１３ カッタヘッド
２１５ カッタドラム
２１６ ギア部
２１９ フィッシュテールカッタ
２２４ ロータリジョイント
２２５ スクリューコンベヤ
２２５ａ 円筒管
２２５ｂ 駆動モータ
２２５ｃ スクリュー翼
２２６ チャンバ室
２２９ 推進ジャッキ
２３０ スキンプレート
２４０ 作泥土材タンク
２５０ 作泥土材圧送ポンプ
２６０ 作泥土材圧送管
２７０ 送泥管
２８０ 排泥管
２９０ 泥水処理プラント
２９１ 泥水調整槽
２９２ 泥水供給ポンプ
３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ 水流スラリ移送システム
３１０ 循環管路
３１１ 往路水流管
３１２ 復路水流管
３２０ 高圧ポンプ
３３０ 回収ホッパ
３４０ 清水タンク
ＣＬ 揺動軸線
ＣＬ１ 回転中心
ＣＬ２ 回転中心
Ｓ セグメント
Ｇ 地上
Ｔ トンネル
Ｖ 立坑

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】