説明

気泡注入システム

【課題】高水圧条件下においても注入が可能で、かつ、注入流量および注入圧力の調整を簡易に行うことが可能な気泡注入システムを提供する。
【解決手段】掘削機のチャンバー内に発泡体を注入する気泡注入システム1であって、起泡材供給ポンプ2と、コンプレッサー3と、スクイズポンプ4と、発泡筒5とを備え、スクイズポンプ4は、起泡材供給ポンプ2を介して圧送された起泡材とコンプレッサー3を介して圧送された圧縮空気とを混合した混合体を加圧するとともに、加圧した混合体を発泡筒5に送出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、気泡注入システムに関する。
【背景技術】
【0002】
気泡シールド工法においては、発泡体を切羽やシールドマシンのチャンバー内に注入して発泡体と掘削土砂と混合することで、切羽土圧に対抗して切羽の安定を確保するとともに、掘削土砂の流動性を向上させて当該掘削土砂の搬出能力を向上させている。
【0003】
このような、気泡シールド工法では、シールド掘削機のバルクヘッド後方に設けられた発泡装置と、発泡装置にそれぞれ独立したラインを介して接続する起泡材注入ポンプおよびコンプレッサーとを備える気泡注入システムにより発泡体を注入するのが一般的である(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2006−214189号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の気泡注入システムは、それぞれ独立したラインを介して圧送された起泡材と圧縮空気とを、発泡装置により混合させてシェービングクリーム状の発泡体としてチャンバー内に注入するものであって、発泡体の注入圧力は一般的にコンプレッサーの能力により決定していた。
そのため、コンプレッサーの吐出圧力を上回る高水圧条件下においては、圧力不足により注入することができなくなる場合があった。
【0006】
また、注入流量の調整は、起泡材供給ポンプの回転数による起泡材流量の調節と、コンプレッサーのエアバルブの開度による圧縮空気流量の調節とをそれぞれ行う必要があるため、手間を要していた。
【0007】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、高水圧条件下においても注入が可能で、かつ、注入流量および注入圧力の調整を簡易に行うことが可能な気泡注入システム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】
【0008】
前記課題を解決するために、本発明は、切羽またはチャンバー内に発泡体を注入する気泡注入システムであって、起泡材供給ポンプと、コンプレッサーと、スクイズポンプと、発泡筒と、を備え、前記スクイズポンプは、前記起泡材供給ポンプを介して圧送された起泡材と前記コンプレッサーを介して圧送された圧縮空気とを混合した混合体を加圧するとともに、加圧した前記混合体を前記発泡筒に送出することを特徴としている。
【0009】
かかる気泡注入システムによれば、スクイズポンプの加圧により、高水圧下においても、気泡注入を行うことが可能となる。
また、スクイズポンプの制御により、注入圧力を簡易に調整することができる。
さらにスクイズポンプによる注入速度を一定に保つことで、定量での注入が可能なため、注入流量の制御も簡易に行うことができる。
【0010】
また、本発明の気泡注入システムは、前記発泡筒の吐出口近傍に圧力センサーを備えており、前記チャンバー内の土圧と前記圧力センサーにより測定された圧力値とに応じて前記スクイズポンプを制御するものであってもよい。
【0011】
かかる気泡注入システムによれば、被圧力の変動に応じた注入圧力および注入流量の調整を簡易の行うことができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明の気泡注入システムによれば、高水圧条件下においても注入が可能で、かつ、注入流量および注入圧力の調整を簡易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施の形態に係る気泡注入システムを示す配管系統図である。
【図2】図1の気泡注入システムの一部分を示す配管系統図である。
【図3】気泡注入システムの制御手段を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本実施形態の気泡注入システム1は、気泡シールド工法において使用されるものであって、切羽または掘削機のチャンバー内に対して発泡体を注入するものである。
気泡システム1は、起泡材と圧縮空気等を混合して発泡体を生成し、この発泡体を加圧した状態で注入する。
【0015】
本実施形態の気泡システム1は、図1に示すように、起泡材供給ポンプ2と、コンプレッサー3と、スクイズポンプ4と、発泡筒5とを備えている。
【0016】
気泡システム1は、複数(本実施形態では8つ)の注入系統を備えており、各注入系統に起泡材供給ポンプ2、スクイズポンプ4および発泡筒5が配置されている。
すなわち、気泡注入システム1は、複数(本実施形態では8台)のスクイズポンプ4,4,…を介して、切羽またはチャンバーに対して複数個所から発泡体を注入する。なお、注入箇所数は限定されるものではなく、掘削断面形状等に応じて適宜設定すればよい。
【0017】
起泡材供給ポンプ2は、図2に示すように、起泡材管21を介してスクイズポンプ4に接続されており、起泡材をスクイズポンプ4に供給する。
本実施形態では、1台のスクイズポンプ4に対して1台の起泡材供給ポンプ2(計8台)を配設している。
【0018】
起泡材管21には、流量計22が設置されており、起泡材供給ポンプ2から供給された起泡材の流量の測定が可能に構成されている。
起泡材管21は、スクイズポンプ4の吸入口に配設された合流管43に接続されている。起泡材管21を介して供給された起泡材は、合流管43内において、圧縮空気と混合された状態でスクイズポンプ4に吸入される。
【0019】
起泡材は、起泡材供給ポンプ2に供給されたA液とB液とが、起泡材供給ポンプ2内において混合されて、かつ、加圧された状態でスクイズポンプ4のポンピングチューブに供給される。
【0020】
A液は、図1に示すように、A液供給管61を介してA液槽6から起泡材供給ポンプ2に供給される。
A液槽6は、掘削機内またはトンネル坑内に配設されていて、トンネル坑内を走行する輸送車63を介して搬送されたA液を貯溜している。なお、符号63aは、輸送車63からA液槽6にA液を移送する移送ポンプである。
A液槽6の配置は掘削機内やトンネル坑内に限定されるものではなく、地上部や立坑内等のトンネル坑外に配置してもよい。
【0021】
本実施形態では、起泡材供給ポンプ2に接続するA液供給管61を起泡材供給ポンプ2毎に配管している。つまり、A液槽6には、起泡材供給ポンプ2の台数と同じ本数のA液供給管61が接続されている。
なお、A液供給管61として分岐管を採用して、各起泡材供給ポンプ2にA液を供給する構成としてもよい。
【0022】
各A液供給管61には、A液添加ポンプ62が配設されており、A液槽6から起泡材供給ポンプ2にA液の圧送が可能に構成されている。なお、本実施形態では、A液添加ポンプ62を起泡材供給ポンプ2の近傍に配置するが、A液添加ポンプ62の配置は起泡材供給ポンプ2とA液槽6との間であれば限定されるものではなく、適宜配置すればよい。
【0023】
図2に示すように、A液添加ポンプ62と起泡材供給ポンプ2との間には、圧力計64と流量計65と背圧弁66とが配設されている。A液添加ポンプ62は、圧力計64および流量計65により測定されたA液の圧力および流量に応じて制御される。また、A液添加ポンプ62により圧送されたA液は、背圧弁66により、圧力のばらつきが制御され、一定の圧力により起泡材供給ポンプ2に送られる。
なお、符号67は、A液内の不純物を取り除くフィルターである。
【0024】
A液供給管61は、図2に示すように、起泡材供給ポンプ2の手前において、B液供給管71に接続されている。A液供給管61とB液供給管71とが合流することで、A液は、B液と混合された状態(起泡材)で起泡材供給ポンプ2に供給される。
【0025】
B液は、図1に示すように、B液槽7からB液供給管71を介して起泡材供給ポンプ2に供給される。
【0026】
B液供給管71は、B液槽7に接続する1本の本管71aと、本管71aから分岐されて各起泡材供給ポンプ2に接続する分岐管71b,71b,…と、により構成されている。
【0027】
本管71aには、B液添加ポンプ72が配設されており、B液槽7のB液を各起泡材供給ポンプ2方向に圧送するように構成されている。
B液添加ポンプ72により圧送されたB液は、各分岐管71bを介して各起泡材供給ポンプ2に均等に供給される。
【0028】
B液は、清水とBタイプ材(B液の原液)とを混合することにより構成されている。
清水とBタイプ材との混合は、B液ミキサー73により行う。
なお、B液は、清水のみの場合もある。
【0029】
B液ミキサー73は、貯水槽74から供給された清水と、Bタイプ材槽75から供給されたBタイプ材と、を撹拌混合する。
本実施形態では、清水として水道水を使用するが、清水は限定されるものではない。なお、符号74aは、貯水槽74の清水をB液ミキサー73に供給する水中ポンプである。水中ポンプ74aは、流量計74bの測定値に応じて制御される。
【0030】
Bタイプ材は、輸送車76により坑口部からBタイプ材槽75の近傍まで搬送された後、移送ポンプ76aを介してBタイプ材槽75に移送され、貯溜されている。
【0031】
Bタイプ材槽75に貯溜されたBタイプ材は、ポンプ75aを介してB液ミキサー73に供給される。このとき、ポンプ75aは、流量計75bの測定値に応じて制御される。
【0032】
なお、本実施形態では、B液槽7、貯水槽74およびBタイプ材槽75を掘削機内やトンネル坑内に配置するが、B液槽7、貯水槽74およびBタイプ材槽75の配置は限定されるものではなく、地上部や立坑内等のトンネル坑外に配置してもよい。
【0033】
コンプレッサー3は、スクイズポンプ4に圧縮空気を供給する。
本実施形態では、コンプレッサー3を掘削機内またはトンネル坑内に配設するが、コンプレッサーの配置は限定されるものではない。
【0034】
コンプレッサー3は、図1に示すように、送気管31を介してスクイズポンプ4,4,…に接続されている。
送気管31は、コンプレッサー3に接続する本管31aと、本管31aから分岐されて、各スクイズポンプ4に接続する分岐管31b,31b,…と、により構成されている。
【0035】
なお、分岐管31bには、それぞれ圧縮空気の流量を調節する電磁弁32と、圧縮空気の圧力を調節するレギュレーター33と、圧縮空気から不純物を除去するエアーフィルター34とが配設されている。
【0036】
送気管31(分岐管31b)は、図2に示すように、スクイズポンプ4の吸入口に配設された合流管43に接続されている。
合流管43内では、起泡材供給ポンプ2を介して圧送された起泡材とコンプレッサー3を介して圧送された圧縮空気とが混合される。これにより得られた混合体は、スクイズポンプ4に供給される。
【0037】
スクイズポンプ4は、起泡材と圧縮空気の混合体を加圧するとともに、加圧した混合体を発泡筒5に送出する。
【0038】
図2に示すように、スクイズポンプ4の吐出口には、発泡筒5に接続する混合体輸送管41が配管されている。
スクイズポンプ4の吐出口と混合体輸送管41との接続部には、圧力計42が設置されている。圧力計42は、スクイズポンプ4から吐出される混合体の圧力を測定する。
【0039】
発泡筒5は、スクイズポンプ4を介して圧送された混合体を通過させることで、発泡体を生成する。
図2に示すように、発泡筒5には、流量計51が設置されている。流量計51は、発泡筒5内を通過する混合体の流量を測定する。
【0040】
発泡筒5から排出された発泡体は、注入管52を介して切羽またはチャンバーに注入される。
発泡筒5の吐出口と注入管52との接続部には、流量計53および圧力センサー54が設置されている。流量計53は、切羽またはチャンバーに注入される発泡体の流量を測定し、圧力センサー54は、発泡体の圧力を測定する。
【0041】
図1に示すように、本実施形態では、チャンバー内の土圧の測定が可能となるようにカッターヘッドに圧力センサー8が配設されている。なお、圧力センサー8の設置箇所はチャンバー内の土圧の測定が可能であれば限定されるものではなく、例えばバルクヘッドに設置されていてもよい。
【0042】
発泡体の注入量および注入圧の制御は、圧力センサー8により測定されたチャンバー内の土圧と、流量計53および圧力センサー54により測定された発泡体の注入量および注入圧の測定値とに応じて、スクイズポンプ4等を制御することにより行う。
【0043】
本実施形態では、スクイズポンプ4等の制御を、制御手段9により実行する。
制御手段9は、図3に示すように、操作盤91と、センサー管理盤92と、CPUボックス93と、複数のポンプ管理盤94,94,…と、作液管理盤95と、を備えている。
【0044】
操作盤91は、気泡注入システム1の起動スイッチ、注入系統の選択スイッチ等を備えている。
操作盤91から出力された信号は、CPUボックス93に送信される。
【0045】
センサー管理盤92は、圧力センサー8,54や流量計53等の各計測器により測定された各データを、信号化してCPUボックス93に送信する。
【0046】
CPUボックス93は、操作盤91から送信された信号およびセンサー管理盤92を介して入力された各圧力センサー8,54や流量計53等の各計測器のデータに応じて、ポンプ管理盤94や作液管理盤95に信号を出力し、注入圧や注入流量の制御を行う。
つまり、気泡注入システム1は、各計測器により測定されたデータ、掘進速度、掘削断面積等に応じて、CPUボックス93が信号を出力し、スクイズポンプ4の回転数等の制御を行い、発泡体の注入圧や注入流量の制御を行う。
【0047】
ポンプ管理盤94は、CPUボックス93から送信された制御信号に応じてスクイズポンプ4等を制御する。本実施形態では、1台のスクイズポンプ4の台数と同数のポンプ管理盤94を配設している。
【0048】
ポンプ管理盤94は、スクイズポンプ4内のロータの回転速度を制御して発泡筒5に供給する混合体の流量を制御する。
また、ポンプ管理盤94は、起泡材供給ポンプ2による起泡材の流量も制御することで、コンプレッサー3により供給される圧縮空気に対する起泡材の供給量を制御する。
【0049】
作液管理盤94は、A液とB液の配合等の管理を、CPUボックス93から送信された信号に応じて、A液とB液の配合管理を行う。作液管理盤94は、A液添加ポンプ62,B液添加ポンプ72,B液ミキサー73,水中ポンプ74a,ポンプ75a等の制御を行い、混合体の配合の管理を行う。
なお、コンプレッサー3は、定圧供給であるため、直接量制御は行わない。
【0050】
発泡体の注入流量は、掘削土量に対する掘削土量に対する割合により設定する。
掘削機の掘削外径と掘進速度とにより、1分間当たりの掘削土量を算出し、それに注入率を乗算することにより、1分間当たりの発泡体の注入量を算出する。
【0051】
以下、計算例を示す。以下に計算例での条件を示す。なお、計算例において、0.1MPaを加算しているが、これは、大気圧の0.1MPaを意味している。地表では、大気圧0.1MPaが作用しているため、圧力計において0が表示されていても、0.1MPaが作用している。
掘削外径:12.53m
掘削土量に対する注入率:40%
チャンバー土圧:0.4MPa
掘進速度:50mm/min=0.050m/min
発泡倍率:8倍
気泡希釈比:100倍
注入系統:8
【0052】
・発泡体注入量Qの演算
Q=12.53×12.53×π/4×0.05×0.4×1000
=2464.9L/min
・1注入系統当たりの注入量Qa
Qa=2464.9÷8=308.1L/min
【0053】
・起泡材供給ポンプ2の流量QLiq
Liq=308.1÷8=38.5L/min
・A液添加ポンプ62の流量QLiqA
LiqA=38.5÷100=0.385L/min
【0054】
・1方向あたりのエアーの注入量Qair
air=(308.1−38.5)×(0.4+0.1)×10=1348L/min
【0055】
・エアーの注入量を、0.6MPaにてポンプサクションに供給したときに、スクイズポンプの負担するエアー分の流量Qairs
airs=1348÷[(0.6+0.1)×10]=192.6L/min
【0056】
・スクイズポンプの吐出量Qs
Qs=QLiq+Qairs=38.5+192.6=231.1L/min
【0057】
発泡筒5の圧力(圧力センサー54の表示)が0.7MPaであれば、エアー量表示に変化が生じるため、発泡体の流量(流量計53の表示)は以下のようになる。
1348÷[(0.7+0.1)×10]+38.5=207L/min
【0058】
なお、コンプレッサー3のエアー分の流量と圧力は、1348×8=10784L/min、0.6MPaにより一定供給する。
【0059】
チャンバー内の土圧を計測し、この圧力に対応する発泡体の流量を算出することで、起泡材供給ポンプ2の速度制御や発泡倍率等を考慮した上で、土圧に応じたスクイズポンプ4の流量の制御を行うことができる。
【0060】
本実施形態の気泡システム1によれば、スクイズポンプ4を介して発泡体を注入するため、コンプレッサー3の能力に関わらず2MPa程度の注入圧力を確保することができる。そのため、高水圧条件下の地山の掘削に対しても、発泡体の注入をすることが可能である。
【0061】
スクイズポンプ4による注入により、注入速度を一定に保つことが可能となる。そのため、定量で注入することができ、低土被りでの施工においても安定して注入することができる。
【0062】
ポンプ(スクイズポンプ4)から発泡筒5までの配管が1系統でまかなえるため、注入量や注入圧力の管理が容易である。
【0063】
土圧に応じて自動的に気泡注入システム1を制御して発泡体の注入流量および注入圧が制御されるため、作業性に優れている。
【0064】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【0065】
例えば、起泡注入システムで使用するスクイズポンプの台数は限定されるものではなく、掘削断面形状に応じて適宜設定すればよい。
また、スクイズポンプの台数と注入口の数との関係は適宜設定すればよく、例えば、1台のスクイズポンプを利用して2箇所の注入口から注入してもよい。
【0066】
また、A液およびBタイプ材の輸送方法は、前記実施形態で示した方法に限定されるものではなく、例えば輸送管により圧送するなど、適宜行えばよい。
【0067】
また、前記実施形態では、B液を現地にてBタイプ材と清水とを混合することにより生成したが、予め混合されたB液を搬入してもよい。
【0068】
コンプレッサーや各ポンプ等の吐出能力は限定されるものではない。
発泡筒を介して発泡体を生成したが、発泡体の生成方法は限定されるものではない。
【符号の説明】
【0069】
1 気泡注入システム
2 起泡材供給ポンプ
3 コンプレッサー
4 スクイズポンプ
5 発泡筒
54 圧力センサー

【特許請求の範囲】
【請求項1】
切羽あるいはチャンバー内に発泡体を注入する気泡注入システムであって、
起泡材供給ポンプと、コンプレッサーと、スクイズポンプと、発泡筒と、を備え、
前記スクイズポンプは、前記起泡材供給ポンプを介して圧送された起泡材と前記コンプレッサーを介して圧送された圧縮空気とを混合した混合体を加圧するとともに、加圧した前記混合体を前記発泡筒に送出することを特徴とする、気泡注入システム。
【請求項2】
前記発泡筒の吐出口近傍に圧力センサーを備えており、
前記チャンバー内の土圧と前記圧力センサーにより測定された圧力値とに応じて前記スクイズポンプを制御することを特徴とする、請求項1に記載の気泡注入システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2012−87557(P2012−87557A)
【公開日】平成24年5月10日(2012.5.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−236090(P2010−236090)
【出願日】平成22年10月21日(2010.10.21)
【出願人】(000206211)大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】(591172537)太平洋ソイル株式会社 (14)
【出願人】(591016817)相模サーボ株式会社 (3)
【Fターム(参考)】