JP2001090480A

JP2001090480A - 裏込め注入工法

Info

Publication number: JP2001090480A
Application number: JP26737699A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kobayashi; 修小林; Masatake Yasumoto; 匡剛安本; Hikari Kobayashi; 光小林; Tadashi Higuchi; 忠樋口; Saburo Ishii; 三郎石井; Kazuyuki Ota; 一幸太田
Original assignee: Toda Corp; Tachibana Material Co Ltd
Current assignee: Toda Corp; Tachibana Material Co Ltd
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2001-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】掘削泥水を利用してリサイクル化を図り、し
かも、裏込め材としてのゲルタイム及び強度が安定して
おり、さらには、立坑用地の省面積化を図ることのでき
る裏込め注入工法を提供する。【解決手段】シールド機１０のシールドチャンバ内に
泥水を供給して泥水圧により切羽２４を安定させながら
掘進し、セグメント１６と掘削抗２８との間の間隙３０
に裏込め材２６を充填するに際し、シールド機１０によ
り掘削して得られた余剰泥水を濃縮サイクロンで分級す
る工程と、濃縮サイクロンで分級された泥水を裏込め材
２６に用いてセグメント１６と掘削抗２８との間の間隙
３０に充填する工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、裏込め注入工法に
関し、特に、泥水式シールド工法における掘削泥水を用
いる裏込め注入工法に関する。

【０００２】

【背景技術及び発明が解決しようとする課題】一般に、
トンネルや下水道等の掘削工事にシールド工法、殊に、
泥水式シールド工法が採用されている。

【０００３】この泥水式シールド工法では、泥水をシー
ルドチャンバー内に供給して切羽を安定させながら掘進
するようになっており、このシールドチャンバー内に供
給する泥水には掘削泥水を利用してリサイクル化を図る
ようにしている。

【０００４】しかし、この泥水式シールド工法において
は、スラリー状の掘削泥水が廃棄物として生じ、その廃
棄処理のための費用が増大し、廃棄場所の選定も困難で
あるという問題がある。

【０００５】また、スラリー状の掘削泥水を自然沈殿さ
せて沈殿した泥土のみを廃棄することで廃棄量を減少さ
せようとすると、時間がかかるため、一時的に掘削泥水
を発進立坑用地に貯留しなければならず、そのために立
坑用地面積が増大することとなる。

【０００６】そのため、近年では、特に都市部等の十分
な立坑用地を確保できない場所では、濃縮サイクロンを
設置し、掘削泥水を濃縮サイクロンで分級して、濃縮し
た泥土を搬出することで、廃棄量を減少させると共に、
立坑用地の省面積化を図っている。

【０００７】ところで、シールド工法においては、セグ
メントと掘削抗との間にテールボイドと称される間隙が
生じ、この間隙により生じる地盤沈下、出水等の問題の
発生を防止するために、この間隙に裏込め材を注入する
ようにしている。

【０００８】そして、この裏込め剤に掘削泥水を利用し
て掘削泥水のリサイクル化を図ろうとする提案が特公昭
５５−５４６号公報においてなされている。

【０００９】この提案では、掘削泥水を礫及び残土分に
分離し、この残土分を泥水状態として圧送し、裏込め前
に凝固剤と混合して裏込めする用になっている。

【００１０】しかし、この提案におけるように、掘削泥
水を礫及び残土分に分離した程度では、残土分の比重及
び粒土のばらつきが大きく、裏込め材としてゲルタイム
及び強度にばらつきが生じるために実用化に至っていな
い。

【００１１】そのため、現状においては、一般に、裏込
め材として、固化材としてのセメント、助材としてのベ
ントナト、及び水を混合したＡ液と、急硬剤液であるＢ
液とを坑内に供給混合して裏込めを行うようにしてい
る。

【００１２】しかし、この裏込め注入においては、固化
材を収容しておくサイロと、助材を収容しておくサイロ
の２つのサイロが必要であるため、設置場所を多く必要
とし、省面積化には適さないという問題がある。

【００１３】本発明の目的は、掘削泥水を利用してリサ
イクル化を図り、しかも、裏込め材としてのゲルタイム
及び強度が安定しており、さらには、立坑用地の省面積
化を図ることのできる裏込め注入工法を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の裏込め注入工法は、シールド機のシールドチャ
ンバ内に泥水を供給して泥水圧により切羽を安定させな
がら掘進し、セグメントと掘削抗との間の間隙に裏込め
材を充填する裏込め注入工法において、前記シールド機
により掘削して得られた余剰泥水を濃縮サイクロンで分
級する工程と、前記濃縮サイクロンで分級された泥水を
裏込め材に用いて前記セグメントと掘削抗との間の間隙
に充填する工程と、を含むことを特徴とする。

【００１５】本発明によれば、シールド掘進用の余剰泥
水を濃縮サイクロンで分級し、この分級された泥水を裏
込め材に用いることで、掘削泥水のリサイクル化を可能
として余剰泥水の減量化ができ、助材の材料費の削減及
び泥水処理費用の削減が可能で、しかも、分級された泥
水の比重及び粒度が安定しており、その結果、ゲルタイ
ム及び強度の安定した裏込め材を得ることができる。

【００１６】また、助材を収容するためのサイロが不要
となり、裏込め注入装置の設置面積を半減させて、立坑
用地の省面積化を達成することができる。

【００１７】さらに、余剰泥水を分級する濃縮サイクロ
ンは、既存のものを利用できるため、設備増加を行うこ
となく実施可能で、安価かつ立坑用地の省面積にも寄与
することができる。

【００１８】本発明においては、前記裏込め材に用いる
泥水は、比重１.２以上であることが好ましい。

【００１９】このような構成とすることにより、助材と
して適正な範囲における泥水を裏込め材に用い、裏込め
材として必要な性質を満足させることができる。

【００２０】また、本発明においては、前記泥水を含む
３系統以上の供給物を混合して裏込めを行うことが好ま
しい。

【００２１】このような構成とすることにより、裏込め
材に用いる複数の供給物を３系統以上に分けて供給し、
供給物の性状や供給量を個別に制御することができる。

【００２２】また、各供給物を混合する際に必要となる
他の混合物を不要にすることも可能となる。

【００２３】この場合、前記３系統以上の供給物を裏込
め直前に混合することが好ましい。

【００２４】このような構成とすることにより、中間に
タンクやポンプ等を設置することなく直前まで、各系統
毎に供給物を搬送して直前でそのまま混合して充填する
ことができる。

【００２５】この場合、例えば、固化材としてセメント
を粉体のまま搬送することも可能である。

【００２６】また、本発明においては、前記供給物の系
統は、前記泥水を供給する系統と、固化材を供給する系
統と、急硬剤を供給する系統とを含むことが好ましい。

【００２７】このような構成とすることにより、泥水と
固化材と急硬剤を別個に供給して、これらを個別に制御
することができる。

【００２８】この場合、前記泥水は、比重１.３以上の
ものを用いることが好ましい。

【００２９】このような構成とすることにより、より助
材として適正な範囲における泥水を用いることができ
る。

【００３０】また、この場合、前記泥水は、流動性を確
保するための調整剤を混合して供給されることが好まし
い。

【００３１】このような構成とすることにより、比重の
大きな泥水の送液性及び混練性を向上させることができ
る。

【００３２】さらに、本発明においては、前記固化材
は、固化材液として供給され、前記固化材液は、セメン
トと、前記泥水と、水と、硬化時間を遅延させるための
調整剤とを混合して形成されることが好ましい。

【００３３】このような構成とすることにより、送液性
及び混練性が向上すると共に、調整材によって固化する
ことなく充填位置まで搬送することができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照して詳細に説明する。

【００３５】図１〜図３は、本発明の一実施の形態に係
る裏込め注入方法を示す図である。

【００３６】図１は、泥水式シールド機における裏込め
注入装置を示している。

【００３７】この泥水式シールド機１０においては、地
上に設けられた立坑用地１２から発進立坑１４が所定深
さまで掘削され、この発進立坑１４の底部位置から地中
を横方向に掘進してセグメント１６を組みながらトンネ
ル１８を構築するようにしている。

【００３８】また、この泥水式シールド機１０は、シー
ルド機本体２０とカッターディスク２２との間のシール
ドチャンバ内に、送泥管を介して地上より泥水を供給
し、シールドチャンバ内を加圧した泥水で満たし、切羽
２４の安定を図りながら掘削するようにしている。

【００３９】掘削された土砂は、泥水中に取り込まれ、
排泥水として排泥管を介し地上まで流体輸送し、地上で
土砂分を除去して、所定の性状に調泥し、再び送泥水と
して循環使用されるようになっている。

【００４０】また、余剰泥水は、濃縮サイクロンによっ
て分級されて、濃縮された後、搬出されるようになって
いる。

【００４１】そして、本実施例では、この濃縮サイクロ
ンで分級された泥水を裏込め材２６に用いて、裏込め注
入装置２５により、セグメント１６と掘削抗２８との間
のテールボイドと称される間隙３０に充填するようにし
ている。

【００４２】ここで、余剰泥水を裏込め材として用いる
ことができるかどうかを確認するために、濃縮サイクロ
ンを使用して泥水を採取し、粒度試験を行った結果を図
２に示す。

【００４３】試験対象は、余剰泥水、濃縮サイクロンの
オーバー泥水及びアンダー泥水の３種類で行った。

【００４４】その結果、余剰泥水は、粒度のばらつきが
多かったため、このまま使用した場合、強度やゲルタイ
ムの制御が非常に困難であると考えられた。

【００４５】一方、濃縮サイクロンで処理したアンダー
泥水は、余剰泥水ほどのばらつきは見られなかったの
で、このアンダー泥水を用いて、室内試験を行った。

【００４６】なお、オーバー泥水は、送泥水として使用
できリサイクル化ができるため、今回は、通常廃棄され
るアンダー泥水を使用することで、廃棄量を減少させて
リサイクル化を図ることを考慮した。

【００４７】このように、アンダー泥水を裏込め材とし
て用いた場合、余剰泥水の減量化が大きいという利点は
あるが、アンダー泥水の比重は１.３〜１.５程度あるた
め、そのまま固化材と配合すると、混練及び送液が極め
て困難となる。

【００４８】この問題点を解決するために、注入方式を
３系統とした。

【００４９】ここでいう３系統とは、Ａ液：調整剤によって改質された泥水Ｂ液：泥水、水、調整剤、固化材によって構成された固
化材液Ｃ液：急硬剤液Ａ液における調整剤は、流動性を保持するためのもの
で、攪拌がなされないタンクや配管中で長時間保管した
場合に流動性を失ってゲル状となるのを防止し、また、
ポンプ圧送に適した流動性と流動性の保持を可能にして
いる。

【００５０】さらに、泥水中にセメント成分が混入する
際にカルシウムによるゲル化を防止する作用もある。

【００５１】この調整剤としては、例えば、泥水の分散
効果の大きいポリカルボン酸系高分子化合物、ナフタリ
ン系高縮合芳香族スルフォン酸塩やリグニン系剤等を使
用することができる。

【００５２】Ｂ液における調整剤は、硬化時間を遅延さ
せるもので、固化材を長距離の配管を断続的にポンプ圧
送する際の流動性の保持、すなわち、固化材の長時間遅
延作用を行うようにしている。

【００５３】この調整剤としては、固化材の硬化遅延効
果の大きいオキシカルボン酸系高分子化合物等を使用す
ることができる。

【００５４】また、Ｂ液における固化材は、セメントま
たはスラグ原料を主体とした強度発現材料で、可塑状時
間、初期強度、長期強度等の必要特性に合わせて各種材
料を選択することができる。

【００５５】セメントは、普通、ポルトランドセメント
や早強セメントまたは混合セメントであるフライアッシ
ュセメント、高炉セメント等を使用することもできる。

【００５６】また、スラグを主成分に石灰やセメント成
分を混合したものも用いることができる。

【００５７】Ｃ液の急硬剤は、Ａ液とＢ液を混合した流
動性の良好な液に添加することで、直後から２０秒程度
にて可塑状固結とするためのものである。

【００５８】この急硬剤としては、珪酸ソーダを主成分
としたモル比１.３〜１.４前後の流動性を調整した剤を
用いることができる。

【００５９】この３系統の配合試験では、図３に示すよ
うに、Ａ液の比重を変化させ、ブリージング量、ゲルタ
イム、一軸圧縮強度を測定した。

【００６０】ここで、Ｂ液は、送液性を考慮して比重を
１.２に調整している。

【００６１】この配合試験により裏込め材としての性
能、例えば、材料分離を起こさない、流動性を失わな
い、注入後の容積減少が少ない、早期に地山の強度にな
る、水密性に富んでいる等ををほぼ満足していることが
判明した。

【００６２】このように濃縮サイクロンによって分級さ
れた泥水は、比重及び粒度が安定しているため、裏込め
材に用いる場合にゲルタイム及び強度を容易にコントロ
ールすることができ、安定したゲルタイム及び強度を得
ることができる。

【００６３】この結果に基づき、図１に示すように、裏
込め材２６の供給系統を、泥水（Ａ液）を供給する泥水
供給系統３２と、固化材を固化材液（Ｂ液）として供給
する固化材液供給系統３４と、急硬剤液（Ｃ液）を供給
する急硬剤供給系統３６とに分けている。

【００６４】泥水供給系統３２は、濃縮サイクロンによ
って分級された泥水を攪拌しながら貯留する泥水用アジ
テータタンク３８と、この泥水用アジテータタンク３８
に接続されて泥水を圧送する泥水送液ポンプ４０と、こ
の泥水送液ポンプ４０に接続されて裏込め材注入位置の
混合管４４まで泥水を搬送する泥水送液管４２とを有し
ている。

【００６５】また、泥水送液ポンプ４０にはＡ液の調整
剤を貯留する調整剤タンク４６が接続され、ここで調整
剤が混合されるようになっている。

【００６６】泥水送液ポンプ４０には、ポンプ圧力計４
８、ポンプ流量計５０及びこれらの計測値を記録する記
録計５２が配設されている。

【００６７】固化材液供給系統３４は、泥水移送ポンプ
５４を介して泥水用アジテータタンク３８から泥水を取
り出して、この泥水と水と固化材と調整剤とを混合して
Ｂ液を作液する固化材液作液装置５６と、この固化材液
作液装置５６に接続されて固化材液を圧送する固化材液
送液ポンプ５８と、この固化材液送液ポンプ５８に接続
されて固化材液を混合管４４まで搬送する固化材液送液
管６０とを有している。

【００６８】泥水移送ポンプ５４には、ポンプ流量計６
２及び記録計６４が設けられている。

【００６９】固化材液送液管６０には、ポンプ圧力計６
６、ポンプ流量計６８及び記録計７０が設けられてい
る。

【００７０】急硬剤供給系統３６は、急硬剤液（Ｃ液）
を貯留する急硬剤液タンク７２と、この急硬剤液タンク
７２に接続されて急硬剤液を圧送する急硬剤液送液ポン
プ７４と、この急硬剤液送液ポンプ７４に接続されて急
硬剤液を混合管４４に接続された急硬剤合流混合用二重
管７６に搬送する急硬剤液送液管７８とを有している。

【００７１】急硬剤液送液管７８には、ポンプ圧力計８
０、ポンプ流量計８２及び記録計８４が設けられてい
る。

【００７２】また、急硬剤合流混合用二重管７６には圧
力センサ８６及び記録計８８が設けられている。

【００７３】なお、図中９０は、ストックされた固化材
である。

【００７４】次に、この裏込め注入装置２５を用いた裏
込め注入工法について説明する。

【００７５】まず、濃縮サイクロンにより分級されたア
ンダー泥水を泥水用アジテータタンク３８に貯留し、ア
ジテータにより攪拌して流動性を確保した状態としてお
く。

【００７６】次いで、この泥水を泥水移送ポンプ５４に
より固化材液作液装置５６に供給し、この泥水と、水
と、調整剤と、固化材を混合して固化材液の作液を行
う。

【００７７】次に、泥水送液ポンプ４０により泥水を、
泥水送液管４２を介して、裏込め位置の混合管４４に搬
送する。

【００７８】このとき、泥水送液ポンプ４０により調整
剤タンク４６内の調整剤が泥水と混合されてＡ液とされ
た状態で搬送される。

【００７９】したがって、比重の大きな泥水であっても
流動性が確保された状態で確実に混合管４４へと搬送さ
れることになる。

【００８０】これと同時に、固化材液作液装置で作液さ
れたＢ液である固化材液を、固化材液送液ポンプ５８に
より、固化材液送液管６０を介して混合管４４に搬送す
る。

【００８１】このとき、Ｂ液は、調整剤により固化材の
硬化時間が遅延された状態となっているので、流動性が
確保された状態で確実に混合管４４へと搬送される。

【００８２】しかも、Ｂ液は、送液性を考慮して、比重
１.２程度に調整されているので容易に搬送可能であ
る。

【００８３】そして、混合管４４内でＡ液とＢ液とを混
合し、流動性の良好な状態にする。

【００８４】また、同時に、急硬剤液タンク７２内のＣ
液である急硬剤液が、急硬剤液送液ポンプ７４により、
急硬剤液送液管７８を介して、急硬剤合流混合二重管７
６に搬送される。

【００８５】この状態で、セグメント１６と掘削抗２８
との間の間隙３０に裏込め注入を開始すると、Ａ液及び
Ｂ液の混合液と、Ｃ液とが混合されて、Ｃ液によりＡ液
およびＢ液の混合液が直後から２０秒程度で可塑状固結
となり、良好な裏込めが得られることとなる。

【００８６】本発明は、前記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の形
態に変形可能である。

【００８７】例えば、前記実施の形態では、濃縮サイク
ロンによって分級された泥水として比重１.３以上のア
ンダー泥水を用いたが、この例に限らず、送液性を考慮
して比重１.２以上の泥水を用いることができ、しか
も、アンダー泥水に限らず、オーバー泥水を用いること
も可能である。

【００８８】このように、比重１.２程度の泥水を用い
ると、送液性がよいので、例えばＡ液に流動性を保持す
る調整剤を用いることなく搬送可能となる。

【００８９】また、Ｂ液は、固化材を液状にして搬送し
ているが、固化材を粉体のまま搬送して直前にＡ液と混
練することも可能である。

【００９０】このようにすることで、固化材の硬化時間
を遅延させる調整剤を用いることなく搬送することがで
きる。

【００９１】さらに、前記実施の形態では、３系統の供
給を行っているが、この例に限らず、例えば、比重１.
２程度の濃縮サイクロンによって分級されたオーバー泥
水に固化材を混合した供給液と、急硬剤の２液の供給系
統とすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る泥水式シールド機
における裏込め注入装置を示す図である。

【図２】余剰泥水の粒度試験結果を示す特性図である。

【図３】３系統の液の配合試験結果を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１０泥水式シールド機１２立坑用地１６セグメント２０シールド機本体２４切羽２５裏込め注入装置２６裏込め材２８掘削抗３０間隙３２泥水供給系統３４固化材液供給系統３６急硬剤供給系統

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安本匡剛東京都中央区京橋１丁目７番１号戸田建設株式会社内 (72)発明者小林光東京都中央区京橋１丁目７番１号戸田建設株式会社内 (72)発明者樋口忠東京都中央区京橋１丁目７番１号戸田建設株式会社内 (72)発明者石井三郎東京都足立区保木間１丁目６番15号株式会社立花マテリアル内 (72)発明者太田一幸東京都足立区保木間１丁目６番15号株式会社立花マテリアル内Ｆターム(参考） 2D054 AD22 2D055 BA01 JA05 KA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シールド機のシールドチャンバ内に泥水
を供給して泥水圧により切羽を安定させながら掘進し、
セグメントと掘削抗との間の間隙に裏込め材を充填する
裏込め注入工法において、前記シールド機により掘削して得られた余剰泥水を濃縮
サイクロンで分級する工程と、前記濃縮サイクロンで分級された泥水を裏込め材に用い
て前記セグメントと掘削抗との間の間隙に充填する工程
と、を含むことを特徴とする裏込め注入工法。
【請求項２】請求項１において、前記裏込め材に用いる泥水は、比重１.２以上であるこ
とを特徴とする裏込め注入工法。
【請求項３】請求項１または２において、前記泥水を含む３系統以上の供給物を混合して裏込めを
行うことを特徴とする裏込め注入工法。
【請求項４】請求項３において、前記３系統以上の供給物を裏込め直前に混合することを
特徴とする裏込め注入工法。
【請求項５】請求項３または４において、前記供給物の系統は、前記泥水を供給する系統と、固化
材を供給する系統と、急硬剤を供給する系統とを含むこ
とを特徴とする裏込め注入工法。
【請求項６】請求項５において、前記泥水は、比重１.３以上のものを用いることを特徴
とする裏込め注入工法。
【請求項７】請求項６において、前記泥水は、流動性を確保するための調整剤を混合して
供給されることを特徴とする裏込め注入工法。
【請求項８】請求項５〜７のいずれかにおいて、前記固化材は、固化材液として供給され、前記固化材液は、セメントと、前記泥水と、水と、硬化
時間を遅延させるための調整剤とを混合して形成される
ことを特徴とする裏込め注入工法。