JP2003239686A5 - - Google Patents
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Description
【発明の名称】推進シールド工法および推進シールド掘進機
【特許請求の範囲】
【請求項１】掘進機のカッターを回転させ、地山の土砂と作泥材を混合しながら押圧推進し、第１の掘削室に止水性と流動性をそなえた泥状土を充満加圧することによって、地山を安定させつつ推進を行う泥土圧式及び泥濃式推進シールド工法であって、
上記第１の掘削室と連通状とした第２の掘削室内への送・排泥水による水搬排土システムを形成する工程と、
上記送泥水と排泥水の流量及び圧力の調整により生じる、第２の掘削室内の泥水圧により第１の掘削室内の泥状土排土量を制御して取り込み、混合撹拝する工程と、
を備える推進シールド工法。
【請求項２】上記第１の掘削室と第２の掘削室との連通部に第２の掘削室内へ取り込む泥状土を切削する工程を備える請求項１記載の推進シールド工法。
【請求項３】上記第１の掘削室内でコーンクラッシャによって泥状土中の礫、玉石を破砕する工程を備える請求項１又は２記載の推進シールド工法。
【請求項４】掘進機のカッターを回転させ、地山の土砂と作泥材を混合しながら押圧推進し、第１の掘削室に止水性と流動性をそなえた泥状土を充満加圧することによって、地山を安定させつつ推進を行う泥土圧式及び泥濃式推進シールド掘進機であって、
上記第１の掘削室と連通状とした第２の掘削室内へ送泥水管および排泥水管を連通状に設けた水搬排土システム手段と、
上記送泥水と排泥水の流量及び圧力の調整により生じる、第２の掘削室内の泥水圧により第１の掘削室内の土砂排土量を制御して取り込み、混合撹拝する手段と、
を備える推進シールド掘進機。
【請求項５】上記第１の掘削室と第２の掘削室との連通部に第２の掘削室内へ取り込む土砂を切削する手段を備える請求項４記載の推進シールド掘進機
【請求項６】上記第１の掘削室内でコーンクラッシャによって泥状土中の礫、玉石を破砕する手段を備える請求項４又は５記載の推進シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、推進シールド工法および推進シールド掘進機に関する。詳しくは、泥土圧式及び泥濃式推進工法によって生成される高濃度の排泥土を送泥水と排泥水の還流域の中で混合撹絆しながら、加圧力と排泥量を容易に制御することができる推進シールド工法および推進シールド掘進機に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の地中埋設管の敷設工事では、カッター室に泥水を送って掘削土砂と混合撹拝し、目詰め効果のある液状体を形成する。そして、この液状体を切羽部における地下水圧より０．０２ＭＰａ以上に加圧することで泥膜を作り、その圧力を維持することで切羽部を安定させて埋設管を推進させていた。
【０００３】
しかし、地山が玉石層や砂礫層などの透水性の高い地盤であった場合、上記液状体が地山に逸散し、切羽部の周囲に泥膜を形成できないことがあった。
【０００４】
そのため、安定した泥水圧を維持することができず、掘削土の取り込みが過剰となることがあり、その結果、地盤の沈下、掘進機及び埋設管と地山との摩擦抵抗の増大、押圧力の増大等の問題を招くことがあった。
【０００５】
そこで、上述の問題点を解消する工法として、泥土圧式推進工法及び泥濃式推進工法で知られる泥土系推進工法がある。図７と図８に示すように、この泥土系推進工法では、掘進機１０１の切羽部１０２前面側に作泥材を注入し、この作泥材と掘削土砂とを撹伴・混合することで、切羽部１０２の前面に止水性と流動性を備えた泥状土を形成する。
【０００６】
そして、推進器の押圧推進に伴って連続的に形成される泥状土の排出量を、図７に示す排泥バルブ１０３の開閉、あるいは図８に示すスクリューコンベア１０４の回転によって制御することで、掘削室内に所要の圧力を発生させて掘進機前面の地山の崩壊を防いでいる。
【０００７】
排泥バルブ及びスクリューコンベアの排泥口は、いずれも大気圧となっており、排出された泥状土は圧送ポンプや、バキュームポンプ、トロッコ等で坑外へ搬出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す排泥バルブ１０３による土圧の管理は、掘削室に設置された土圧計の値に基づいて行い、通常下限が地下水圧＋０．０２ＭＰａ、上限が地下水圧＋０．０５〜０．０７ＭＰａ程度となるよう、オペレータが直接または遠隔にせよ手動で注意深く、また絶え間なく開閉操作している。そのため、オペレータの熟練度や判断によっては、掘削室内の圧力が急激に変動し、掘進機前面の地山が不安定になり易かった。
【０００９】
また、図８に示すスクリューコンベア１０４を用いた土圧の管理は、スクリューコンベアの回転速度によって行うため、掘削室内の圧力をコントロールしやすい。
【００１０】
しかしながら、スクリューコンベア１０４の排出口は大気圧であるので、地山の地下水圧が高い場合には、スクリューコンベア１０４内に水道ができて、泥状土が地下水と共に噴出するケースが少なくない。このような場合、掘削室内に所要の圧力を確保できず、掘進機前面の地山が崩落するという問題がある。
【００１１】
さらに、上述の泥土系推進工法では、排出される泥状土が高濃度であることから、ほとんどの場合、排出される全ての泥状土を産業廃棄物として処理しており、資源の有効利用がしづらいという問題がある。
【００１２】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、地下空間に管路を敷設する場合において、地盤の沈下、隆起、周辺構造物への影響を起こさず、また産業廃棄物として処理されていた泥状土の有効利用を可能とする推進シールド工法および推進シールド掘進機を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る推進シールド工法は、掘進機のカッターを回転させ、地山の土砂と作泥材を混合しながら押圧推進し、第１の掘削室に止水性と流動性をそなえた泥状土を充満加圧することによって、地山を安定させつつ推進を行う泥土圧式及び泥濃式推進シールド工法であって、上記第１の掘削室と連通状とした第２の掘削室内への送・排泥水による水搬排土システムを形成する工程と、上記送泥水と排泥水の流量及び圧力の調整により生じる、第２の掘削室内の泥水圧により第１の掘削室内の泥状土排土量を制御して取り込み、混合撹拝する工程とを備える。
【００１４】
ここで、上記第１の掘削室と連通状とした第２の掘削室内への送・排泥水による水搬排土システムを形成する工程は、発進立坑より配管される送泥水管および排泥水管が第２の掘削室内へ貫設されることにより形成される。この水搬排土システムは、送泥水および排泥水の流量と圧力を調整することで、第２の掘削室内に生じる泥水圧を自在に制御することができる。
【００１５】
さらに上記泥水圧は、止水性のある泥状土を介して掘進機前面の切羽に伝播されることから、地山への泥水の逸散がなく、所要の圧力を効率よく保持することができる。
【００１６】
そして、押圧推進によって順次形成され掘削室内に収まらなくなった止水性と流動性を備えた泥状土は、排出量の過不足が無いように制御されながら連通部を通じて第２の掘削室内に移動流入し、泥水と混合撹伴されて排泥水管によって坑外へ搬送される。
【００１７】
また、上記第１の掘側室と第２の掘削室との連通部には、この連通部に沿って周回する切削カッターを設け、この切削カッターによって第２の掘削室内に流入する泥状土を切削することで、連通部の目詰生りを防止し、かつ水流によって搬送し易くしている。
【００１８】
さらに、第１の掘削室内でコーンクラッシャによって泥状土中の礫、玉石を破砕する工程とは、玉石層や砂礫層のある地山では、カッター部のみの掘削では水搬できる大きさに充分に破砕することができないため、コーンクラッシャによって破砕しながら作泥材と混合して止水性と流動性を備えた泥状土を形成するものである。
【００１９】
上記の目的を達成するために、本発明に係る推進シールド掘進機は、掘進機のカッターを回転させ、地山の土砂と作泥材を混合しながら押圧推進し、第１の掘削室に止水性と流動性をそなえた泥状土を充満加圧することによって、地山を安定させつつ推進を行う泥土圧式及び泥濃式推進シールド掘進機であって、上記第１の掘削室と連通状とした第２の掘削室内への送・排泥水による水搬排土システムを形成する手段と、上記送泥水と排泥水の流量及び圧力の調整により生じる、第２の掘削室内の泥水圧により第１の掘削室内の泥状土排土量を制御して取り込み、混合撹拝する手段とを備える。
【００２０】
ここで、上記第１の掘削室と連通状とした第２の掘削室内への送・排泥水による水搬排土システムを形成する手段は、発進立坑より配管される送泥水管および排泥水管が第２の掘削室内へ貫設されることにより形成される。この水搬排土システムは、送泥水および排泥水の流量と圧力を調整することで第２の掘削室内に生じる泥水圧を自在に制御することができる。
【００２１】
さらに、上記泥水圧は、止水性のある泥状土を介して掘進機前面の切羽に伝播されるため、地山への泥水の逸散がなく、所要の圧力を効率よく保持することができる。
【００２２】
そして、押圧推進によって順次形成され第１の掘削室内に収まらなくなった止水性と流動性を備えた泥状土は、排出量の過不足のないように制御されながら連通部を通じて第２の掘削室内に移動流入し、泥水と混合撹拝されて排泥水管によって坑外へ搬送される。
【００２３】
また、上記第１の掘削室と第２の掘削室との連通部には、この連通部に沿って周回する切削カッターを設け、この切削カッターによって第２の掘削室に流入する泥状土を切削することで、連通部の目詰まりを防止し、かつ水流によって搬送し易くしている。
【００２４】
さらに、第１の掘削室内でコーンクラッシャにより泥状土中の礫、玉石を破砕する手段とは、玉石層や砂礫層のある地山では、カッター部のみでの掘削では水搬できる大きさに充分に破砕することができないため、コーンクラッシャによって破砕しながら作泥材と混合して止水性と流動性を備えた泥状土を形成するものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を用いて本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００２６】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る推進シールド掘進機の構成を示す縦断面図、図２は同実施の形態に係るシールド掘進機の構成を示す横断面図である。
【００２７】
図１と図２に示すように、このシールド掘進機１は外筒１７を有する。この外筒１７は円筒状に形成されており、その先端には切羽としてのカッター部２が設けられている。
【００２８】
このカッター部２は、上記外筒１７内に設けられた駆動装置３および減速機４に連結されており、これら駆動装置３および減速機４を駆動することで、地山を掘削できるようになっている。
【００２９】
上記カッター部２の中心部およびその周辺の少なくとも１カ所以上には、作泥材吐出口６が設けられている。この作泥材吐出口６には作泥材供給管１２が接続されており、この作泥材供給管１２から供給される作泥材をカッター部２前面に噴射できるようになっている。
【００３０】
カッター部２の先端部外周にはフード部１０が設けられている。このフード部１０はカッター部２側に突出しており、カッター部２と外筒１７の間に掘削土砂を収容するための第１の掘削室７を形成している。なお、このとき掘削土砂は、カッター部２によって作泥材と混合されることで、止水性と流動性を備えた泥状土となっている。
【００３１】
上記外筒１７の下部には、筒状の第２の掘削室９が設けられている。この第２の掘削室９と上記第１の掘削室７は、連通部１１を介して連通しており、その内部には切削カッター１３Ａが設けられている。
【００３２】
この切削カッター１３Ａは、電動機２４に直結された回転軸２２に固定されており、上記電動機２４を駆動することで、第２の掘削室９内に流入する泥状土を切削できるようになっている。
【００３３】
第２の掘削室９の外周部には、送泥水管１４と排泥水管１５が接続されている。これら送泥水管１４と排泥水管１５は、それぞれ送泥ポンプと排泥ポンプ（図示せず）を備えており、第２の掘削室９と共に水搬排土システム機構（水搬排土システム手段）を構成している。
【００３４】
この水搬排土システム機構は、送泥水管１４から吐出される送泥水と排泥水管１５から排出される排泥水の流量および圧力を個々に制御することで、第２の掘削室９内に所要の泥水圧を発生させる。
【００３５】
第２の掘削室９の内部には、複数の攪拌翼２３が設けられている。この攪拌翼２３は、回転軸２２に所定の間隔で取付けられており、切削カッター１３Ａの回転と連動して、第１の掘削室７から第２の掘削室９に流入した泥状土を送泥水と混合攪拌する。
【００３６】
また、フード部１０の外周部および内周部には、それぞれ土圧計１６が設けられており、第１の掘削室７内の土圧や地下水圧を検出できるようになっている。
【００３７】
なお、図１中２０はシールド掘進機の進行方向を修正する修正ジャッキを示し、図１中２１は地中に埋設される埋設管を示している。
【００３８】
次に、上記構成の推進シールド掘進機を使用する際の作用について説明する。
【００３９】
図３は同実施の形態に係る推進シールド工法を説明するための概略図である。
【００４０】
図３に示すように、地山Ａ中を掘進する推進シールド掘進機１は、切羽としてのカッター部２に設けられた作泥材吐出口６から作泥材Ｅを吐出し、カッター部２の前面に地下水を作泥材Ｅに置換した浸透ゾーンＢを形成する。カッター部２により掘削された土砂は、カッター部２の回転によって順次注入される作泥材Ｅと撹拝、混合され、止水性と流動性を備えた泥状土Ｃとなる。
【００４１】
この泥状土Ｃは、推進シールド掘進機１の前進に伴って順次造成され、カッター部２後方の第１の掘削室７を満たすとともに、シールド掘進機１背面を通じて掘削ボイド部Ｆに充満する。なお、掘進機の推進力は、発進立坑（図示せず）内に設けられた推進ジャッキによって埋設管２１を介して付与される。
【００４２】
そして、掘進機の押圧推進に伴って第１の掘削室７内に収まらなくなった泥状土Ｃは、切削カッター１３Ａによって切削された後、連通部１１を通じて筒状の第２の掘削室９内に流入する。すなわち、この切削カッター１３Ａは、カッター部２によって掘削され、第１の掘削室７に収容された泥状土Ｃを再び掘削する第２の切羽として機能している。
【００４３】
第２の掘削室９内に流入する泥状土Ｃの流入量は、第２の掘削室９内の泥水圧を調整することで、排出量の過不足が無いように制御される。なお、第２の掘削室９内の泥水圧の調整は、送泥水管１４から吐出される送泥水および排泥水管１５から排出される排泥水の流量と圧力を制御することで行っている。
【００４４】
具体的には、フード部１０の外周部および内周部に設置された土圧計１６を見ながら、これらの土圧計１６が地下水圧＋０．０２ＭＰａ以上維持するよう送泥ポンプおよび排泥ポンプを駆動して、第２の掘削室９内への送泥水および排泥水の流量と圧力を調整している。
【００４５】
第２の掘削室９内の泥水は、止水性のある泥状土Ｃにより密封されている。そのため、本発明の推進シールド工法では、泥状土Ｃを介して掘進機前面のカッター部２に所要の泥水圧を加えることができる。
【００４６】
第２の掘削室９内へ流入した泥状土Ｃは、攪拌翼２３によって第２の掘削室９内で送泥水と混合撹拝され、排泥水管１５内の泥水の流れにのって発進立坑（図示せず）上の泥水処理プラントに運ばれる。そして、泥水処理プラント内で所定の処理が行われ、作泥材料として再利用される泥水と、有効利用される土砂等に分離される。
【００４７】
次に、図４〜図６を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４８】
図４は本発明の第２の実施の形態に係る推進シールド掘進機の構成を示す縦断面図、図５は同実施の形態に係る推進シールド掘進機の構成を示す横断面図である。
【００４９】
図４と図５に示すように、この推進シールド掘進機１は外筒１７を有する。この外筒１７は円筒状に形成され、その先端には切羽としてのカッター部２が設けられている。
【００５０】
このカッター部２は、上記外筒１７内に設けられた駆動装置３および減速機４に連結されており、これら駆動装置３および減速機４を駆動することで、地山を掘削できるようになっている。
【００５１】
カッター部２の中心部およびその周辺の少なくとも１カ所以上には、作泥材吐出口６が設けられている。この作泥材吐出口６には作泥材供給管１２が接続されており、この作泥材供給管１２から供給される作泥材をカッター部２の前面に噴射できるようになっている。
【００５２】
カッター部２の先端部外周にはフード部１０が形成されている。このフード部１０は、内周面が後端側に行くにつれて縮径するように形成されており、カッター部２および外筒１７と共に第１の掘削室７を構成している。
【００５３】
第１の掘削室７の内部には、コーンクラッシャ８が設けられている。このコーンクラッシャ８は、上記駆動装置３および減速機４が連結される駆動軸１８に固定されており、カッター部２の回転と連動して泥状土中に混在する玉石や砂礫等の塊状の土砂を破砕、細粒化する。
【００５４】
コーンクラッシャ８の外周面は、後端側に行くにつれて拡径するように形成されており、上記フード部１０の内周面と共に第１の掘削室７内に狭窄部１９を形成している。
【００５５】
第１の掘削室７の後方には、掘削土砂を収容するための第２の掘削室９が設けられている。この第２の掘削室９と上記第１の掘削室７は、コーンクラッシャ８後端とフード部１０の間に形成された円環状の連通部１１を介して連通しており、この連通部１１には切削カッター１３が配置されている。なお、このとき掘削土砂は、カッター部２によって作泥材と混合されることで、止水性と流動性を備えた泥状土となっている。
【００５６】
上記切削カッター１３は駆動軸１８に固定されており、カッター部２の回転と連動して上記連通部１１内を周回することで、第２の掘削室９内に流入する泥状土を切削できるようになっている。
【００５７】
また、第２の掘削室９の後部上下位置には、それぞれ送泥水管１４と排泥水管１５が接続されている。これら送泥水管１４と排泥水管１５は、それぞれ送泥ポンプと排泥ポンプ（図示せず）を有しており、第２の掘削室９と共に水搬排土システム機構（水搬排土システム手段）を構成している。
【００５８】
この水搬排土システム機構は、送泥水管１４から吐出される送泥水と排泥水管１５から排出される排泥水の流量および圧力を個々に制御することで、第２の掘削室９内に所要の泥水圧を発生する。
【００５９】
また、フード部１０の外周部と内周部には、それぞれ土圧計１６が設けられており、第１の掘削室７内の土圧や地下水圧を検出できるようになっている。粉砕
なお、図４中２０は、シールド掘進機の進行方向を修正する修正ジャッキを示し、図４中２１は埋設管を示している。
【００６０】
次に、上記構成の推進シールド掘進機を使用する際の作用について説明する。
【００６１】
図６は同実施の形態に係る推進シールド工法を説明するための概略図である。
【００６２】
図６に示すように、地山Ａ中を掘進する推進シールド掘進機１は、切羽としてのカッター部２に設けられた作泥材吐出口６から作泥材Ｅを吐出し、カッター部２の前面に地下水を作泥材Ｅに置換した浸透ゾーンＢを形成する。カッター部２により掘削された土砂は、カッター部２の回転によって順次注入される作泥材Ｅと撹拝され、止水性と流動性を備えた泥状土Ｃとなる。
【００６３】
この泥状土Ｃは、掘進機の前進に伴って順次造成され、カッター部２後方の第１の掘削室７を満たすと共に、シールド掘進機１背面を通じて掘削ボイド部Ｆに充満する。なお、掘進機の推進力は、発進立坑（図示せず）内に設けられた推進ジャッキによって埋設管２１を介して付与される。
【００６４】
第１の掘削室７内に収容された泥状土Ｃ中に混在する玉石や砂礫等の塊状の土砂は、狭窄部１９内においてコーンクラッシャ８の回転により破砕され、連通部１１を通過できる粒径まで細粒化される。
【００６５】
そして、掘進機の押圧推進に伴って第１の掘削室７内に収まらなくなった泥状土Ｃは、切削カッター１３によって切削された後、上記連通部１１を通じて第２の掘削室９内に流入する。すなわち、この切削カッター１３は、カッター部２によって掘削されて第１の掘削室７に収容された泥状土Ｃを再び掘削する第２の切羽として機能している。
【００６６】
第２の掘削室９に流入する泥状土Ｃの流入量は、第２の掘削室９内の泥水圧を調整することで、排出量の過不足がないように制御される。なお、第２の掘削室９内の泥水圧の調整は、送泥水管１４から吐出される送泥水および排泥水管１５から排出される排泥水の流量と圧力を制御することで行っている。
【００６７】
すなわち、本発明の推進シールド工法では、送泥水管１４と排泥水管１５から構成される水搬還流システム機構によって送泥水および排泥水の流量と圧力を制御することで、第２の掘削室９内に所要の泥水圧を発生させている。
【００６８】
具体的には、フード部１０の外周部および内周部に設置された土圧計１６を見ながら、これらの土圧計１６が地下水圧＋０．０２ＭＰａ以上維持するよう送泥ポンプおよび排泥ポンプを駆動し、第２の掘削室９内への送泥水および排泥水の流量と圧力を調整している。
【００６９】
第２の掘削室９内の泥水は、止水性のある泥状土Ｃによって密封されている。そのため、本発明の推進シールド工法では、泥状土Ｃを介して掘進機前面の切羽に所要の泥水圧を加えることができる。
【００７０】
第２の掘削室９内へ流入した泥状土Ｃは、攪拌翼２３によって第２の掘削室９内で送泥水と混合撹拝され、排泥水管１５内の泥水の流れにのって発進立坑（図示せず）上の泥水処理プラントに運ばれる。そして、泥水処理プラント内で所定の処理が行われ、作泥材料として再利用される泥水と、有効利用される土砂等に分離される。
【００７１】
なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の掘削室内から排出される泥状土の排出量を、第１の掘削室と連通する第２の掘削室内の泥水圧の調整によって行うため、スムーズな制御を行うことができる。
【００７３】
また、第２の掘削室内の泥水圧は、送泥水および排泥水の流量及び圧力によって生じさせているため、圧力調整を容易に行うことができる。
【００７４】
さらに、掘進機前面の切羽に対して止水性のある泥状土Ｃを介して圧力を伝達しているため、透水性が高く崩壊しやすい地盤であっても適正な掘削土砂の排出を行えるから、地盤の沈下、隆起、周辺構造物への影響などを抑制することができる。
【００７５】
しかも、泥状の排泥土を泥水と混合撹拝して排出するため、現場の泥水処理プラントにおいて、作泥材料として再利用される泥水と、有効利用される土砂等に分離することで、産業廃棄物処理量の減量化と資源の有効利用を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る推進シールド掘進機の構成を示す縦断面図。
【図２】同実施の形態に係るシールド掘進機の構成を示す横断面図。
【図３】同実施の形態に係る推進シールド工法を説明するための概略図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る推進シールド掘進機の構成を示す縦断面図。
【図５】同実施の形態に係る推進シールド掘進機の構成を示す横断面図。
【図６】同実施の形態に係る推進シールド工法を説明するための概略図。
【図７】従来の泥土系推進工法の一例を示す説明図。
【図８】従来の泥土系推進工法の他の例を示す説明図。
【符号の説明】
１…推進シールド掘進機、６…作泥材吐出口、７…第１の掘削室、８…コーンクラッシャ、９…第２の掘削室、１１…連通部、１４…送泥水管、１５…排泥水管。
【特許請求の範囲】
【請求項１】掘進機のカッターを回転させ、地山の土砂と作泥材を混合しながら押圧推進し、第１の掘削室に止水性と流動性をそなえた泥状土を充満加圧することによって、地山を安定させつつ推進を行う泥土圧式及び泥濃式推進シールド工法であって、
上記第１の掘削室と連通状とした第２の掘削室内への送・排泥水による水搬排土システムを形成する工程と、
上記送泥水と排泥水の流量及び圧力の調整により生じる、第２の掘削室内の泥水圧により第１の掘削室内の泥状土排土量を制御して取り込み、混合撹拝する工程と、
を備える推進シールド工法。
【請求項２】上記第１の掘削室と第２の掘削室との連通部に第２の掘削室内へ取り込む泥状土を切削する工程を備える請求項１記載の推進シールド工法。
【請求項３】上記第１の掘削室内でコーンクラッシャによって泥状土中の礫、玉石を破砕する工程を備える請求項１又は２記載の推進シールド工法。
【請求項４】掘進機のカッターを回転させ、地山の土砂と作泥材を混合しながら押圧推進し、第１の掘削室に止水性と流動性をそなえた泥状土を充満加圧することによって、地山を安定させつつ推進を行う泥土圧式及び泥濃式推進シールド掘進機であって、
上記第１の掘削室と連通状とした第２の掘削室内へ送泥水管および排泥水管を連通状に設けた水搬排土システム手段と、
上記送泥水と排泥水の流量及び圧力の調整により生じる、第２の掘削室内の泥水圧により第１の掘削室内の土砂排土量を制御して取り込み、混合撹拝する手段と、
を備える推進シールド掘進機。
【請求項５】上記第１の掘削室と第２の掘削室との連通部に第２の掘削室内へ取り込む土砂を切削する手段を備える請求項４記載の推進シールド掘進機
【請求項６】上記第１の掘削室内でコーンクラッシャによって泥状土中の礫、玉石を破砕する手段を備える請求項４又は５記載の推進シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、推進シールド工法および推進シールド掘進機に関する。詳しくは、泥土圧式及び泥濃式推進工法によって生成される高濃度の排泥土を送泥水と排泥水の還流域の中で混合撹絆しながら、加圧力と排泥量を容易に制御することができる推進シールド工法および推進シールド掘進機に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の地中埋設管の敷設工事では、カッター室に泥水を送って掘削土砂と混合撹拝し、目詰め効果のある液状体を形成する。そして、この液状体を切羽部における地下水圧より０．０２ＭＰａ以上に加圧することで泥膜を作り、その圧力を維持することで切羽部を安定させて埋設管を推進させていた。
【０００３】
しかし、地山が玉石層や砂礫層などの透水性の高い地盤であった場合、上記液状体が地山に逸散し、切羽部の周囲に泥膜を形成できないことがあった。
【０００４】
そのため、安定した泥水圧を維持することができず、掘削土の取り込みが過剰となることがあり、その結果、地盤の沈下、掘進機及び埋設管と地山との摩擦抵抗の増大、押圧力の増大等の問題を招くことがあった。
【０００５】
そこで、上述の問題点を解消する工法として、泥土圧式推進工法及び泥濃式推進工法で知られる泥土系推進工法がある。図７と図８に示すように、この泥土系推進工法では、掘進機１０１の切羽部１０２前面側に作泥材を注入し、この作泥材と掘削土砂とを撹伴・混合することで、切羽部１０２の前面に止水性と流動性を備えた泥状土を形成する。
【０００６】
そして、推進器の押圧推進に伴って連続的に形成される泥状土の排出量を、図７に示す排泥バルブ１０３の開閉、あるいは図８に示すスクリューコンベア１０４の回転によって制御することで、掘削室内に所要の圧力を発生させて掘進機前面の地山の崩壊を防いでいる。
【０００７】
排泥バルブ及びスクリューコンベアの排泥口は、いずれも大気圧となっており、排出された泥状土は圧送ポンプや、バキュームポンプ、トロッコ等で坑外へ搬出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す排泥バルブ１０３による土圧の管理は、掘削室に設置された土圧計の値に基づいて行い、通常下限が地下水圧＋０．０２ＭＰａ、上限が地下水圧＋０．０５〜０．０７ＭＰａ程度となるよう、オペレータが直接または遠隔にせよ手動で注意深く、また絶え間なく開閉操作している。そのため、オペレータの熟練度や判断によっては、掘削室内の圧力が急激に変動し、掘進機前面の地山が不安定になり易かった。
【０００９】
また、図８に示すスクリューコンベア１０４を用いた土圧の管理は、スクリューコンベアの回転速度によって行うため、掘削室内の圧力をコントロールしやすい。
【００１０】
しかしながら、スクリューコンベア１０４の排出口は大気圧であるので、地山の地下水圧が高い場合には、スクリューコンベア１０４内に水道ができて、泥状土が地下水と共に噴出するケースが少なくない。このような場合、掘削室内に所要の圧力を確保できず、掘進機前面の地山が崩落するという問題がある。
【００１１】
さらに、上述の泥土系推進工法では、排出される泥状土が高濃度であることから、ほとんどの場合、排出される全ての泥状土を産業廃棄物として処理しており、資源の有効利用がしづらいという問題がある。
【００１２】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、地下空間に管路を敷設する場合において、地盤の沈下、隆起、周辺構造物への影響を起こさず、また産業廃棄物として処理されていた泥状土の有効利用を可能とする推進シールド工法および推進シールド掘進機を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る推進シールド工法は、掘進機のカッターを回転させ、地山の土砂と作泥材を混合しながら押圧推進し、第１の掘削室に止水性と流動性をそなえた泥状土を充満加圧することによって、地山を安定させつつ推進を行う泥土圧式及び泥濃式推進シールド工法であって、上記第１の掘削室と連通状とした第２の掘削室内への送・排泥水による水搬排土システムを形成する工程と、上記送泥水と排泥水の流量及び圧力の調整により生じる、第２の掘削室内の泥水圧により第１の掘削室内の泥状土排土量を制御して取り込み、混合撹拝する工程とを備える。
【００１４】
ここで、上記第１の掘削室と連通状とした第２の掘削室内への送・排泥水による水搬排土システムを形成する工程は、発進立坑より配管される送泥水管および排泥水管が第２の掘削室内へ貫設されることにより形成される。この水搬排土システムは、送泥水および排泥水の流量と圧力を調整することで、第２の掘削室内に生じる泥水圧を自在に制御することができる。
【００１５】
さらに上記泥水圧は、止水性のある泥状土を介して掘進機前面の切羽に伝播されることから、地山への泥水の逸散がなく、所要の圧力を効率よく保持することができる。
【００１６】
そして、押圧推進によって順次形成され掘削室内に収まらなくなった止水性と流動性を備えた泥状土は、排出量の過不足が無いように制御されながら連通部を通じて第２の掘削室内に移動流入し、泥水と混合撹伴されて排泥水管によって坑外へ搬送される。
【００１７】
また、上記第１の掘側室と第２の掘削室との連通部には、この連通部に沿って周回する切削カッターを設け、この切削カッターによって第２の掘削室内に流入する泥状土を切削することで、連通部の目詰生りを防止し、かつ水流によって搬送し易くしている。
【００１８】
さらに、第１の掘削室内でコーンクラッシャによって泥状土中の礫、玉石を破砕する工程とは、玉石層や砂礫層のある地山では、カッター部のみの掘削では水搬できる大きさに充分に破砕することができないため、コーンクラッシャによって破砕しながら作泥材と混合して止水性と流動性を備えた泥状土を形成するものである。
【００１９】
上記の目的を達成するために、本発明に係る推進シールド掘進機は、掘進機のカッターを回転させ、地山の土砂と作泥材を混合しながら押圧推進し、第１の掘削室に止水性と流動性をそなえた泥状土を充満加圧することによって、地山を安定させつつ推進を行う泥土圧式及び泥濃式推進シールド掘進機であって、上記第１の掘削室と連通状とした第２の掘削室内への送・排泥水による水搬排土システムを形成する手段と、上記送泥水と排泥水の流量及び圧力の調整により生じる、第２の掘削室内の泥水圧により第１の掘削室内の泥状土排土量を制御して取り込み、混合撹拝する手段とを備える。
【００２０】
ここで、上記第１の掘削室と連通状とした第２の掘削室内への送・排泥水による水搬排土システムを形成する手段は、発進立坑より配管される送泥水管および排泥水管が第２の掘削室内へ貫設されることにより形成される。この水搬排土システムは、送泥水および排泥水の流量と圧力を調整することで第２の掘削室内に生じる泥水圧を自在に制御することができる。
【００２１】
さらに、上記泥水圧は、止水性のある泥状土を介して掘進機前面の切羽に伝播されるため、地山への泥水の逸散がなく、所要の圧力を効率よく保持することができる。
【００２２】
そして、押圧推進によって順次形成され第１の掘削室内に収まらなくなった止水性と流動性を備えた泥状土は、排出量の過不足のないように制御されながら連通部を通じて第２の掘削室内に移動流入し、泥水と混合撹拝されて排泥水管によって坑外へ搬送される。
【００２３】
また、上記第１の掘削室と第２の掘削室との連通部には、この連通部に沿って周回する切削カッターを設け、この切削カッターによって第２の掘削室に流入する泥状土を切削することで、連通部の目詰まりを防止し、かつ水流によって搬送し易くしている。
【００２４】
さらに、第１の掘削室内でコーンクラッシャにより泥状土中の礫、玉石を破砕する手段とは、玉石層や砂礫層のある地山では、カッター部のみでの掘削では水搬できる大きさに充分に破砕することができないため、コーンクラッシャによって破砕しながら作泥材と混合して止水性と流動性を備えた泥状土を形成するものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を用いて本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００２６】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る推進シールド掘進機の構成を示す縦断面図、図２は同実施の形態に係るシールド掘進機の構成を示す横断面図である。
【００２７】
図１と図２に示すように、このシールド掘進機１は外筒１７を有する。この外筒１７は円筒状に形成されており、その先端には切羽としてのカッター部２が設けられている。
【００２８】
このカッター部２は、上記外筒１７内に設けられた駆動装置３および減速機４に連結されており、これら駆動装置３および減速機４を駆動することで、地山を掘削できるようになっている。
【００２９】
上記カッター部２の中心部およびその周辺の少なくとも１カ所以上には、作泥材吐出口６が設けられている。この作泥材吐出口６には作泥材供給管１２が接続されており、この作泥材供給管１２から供給される作泥材をカッター部２前面に噴射できるようになっている。
【００３０】
カッター部２の先端部外周にはフード部１０が設けられている。このフード部１０はカッター部２側に突出しており、カッター部２と外筒１７の間に掘削土砂を収容するための第１の掘削室７を形成している。なお、このとき掘削土砂は、カッター部２によって作泥材と混合されることで、止水性と流動性を備えた泥状土となっている。
【００３１】
上記外筒１７の下部には、筒状の第２の掘削室９が設けられている。この第２の掘削室９と上記第１の掘削室７は、連通部１１を介して連通しており、その内部には切削カッター１３Ａが設けられている。
【００３２】
この切削カッター１３Ａは、電動機２４に直結された回転軸２２に固定されており、上記電動機２４を駆動することで、第２の掘削室９内に流入する泥状土を切削できるようになっている。
【００３３】
第２の掘削室９の外周部には、送泥水管１４と排泥水管１５が接続されている。これら送泥水管１４と排泥水管１５は、それぞれ送泥ポンプと排泥ポンプ（図示せず）を備えており、第２の掘削室９と共に水搬排土システム機構（水搬排土システム手段）を構成している。
【００３４】
この水搬排土システム機構は、送泥水管１４から吐出される送泥水と排泥水管１５から排出される排泥水の流量および圧力を個々に制御することで、第２の掘削室９内に所要の泥水圧を発生させる。
【００３５】
第２の掘削室９の内部には、複数の攪拌翼２３が設けられている。この攪拌翼２３は、回転軸２２に所定の間隔で取付けられており、切削カッター１３Ａの回転と連動して、第１の掘削室７から第２の掘削室９に流入した泥状土を送泥水と混合攪拌する。
【００３６】
また、フード部１０の外周部および内周部には、それぞれ土圧計１６が設けられており、第１の掘削室７内の土圧や地下水圧を検出できるようになっている。
【００３７】
なお、図１中２０はシールド掘進機の進行方向を修正する修正ジャッキを示し、図１中２１は地中に埋設される埋設管を示している。
【００３８】
次に、上記構成の推進シールド掘進機を使用する際の作用について説明する。
【００３９】
図３は同実施の形態に係る推進シールド工法を説明するための概略図である。
【００４０】
図３に示すように、地山Ａ中を掘進する推進シールド掘進機１は、切羽としてのカッター部２に設けられた作泥材吐出口６から作泥材Ｅを吐出し、カッター部２の前面に地下水を作泥材Ｅに置換した浸透ゾーンＢを形成する。カッター部２により掘削された土砂は、カッター部２の回転によって順次注入される作泥材Ｅと撹拝、混合され、止水性と流動性を備えた泥状土Ｃとなる。
【００４１】
この泥状土Ｃは、推進シールド掘進機１の前進に伴って順次造成され、カッター部２後方の第１の掘削室７を満たすとともに、シールド掘進機１背面を通じて掘削ボイド部Ｆに充満する。なお、掘進機の推進力は、発進立坑（図示せず）内に設けられた推進ジャッキによって埋設管２１を介して付与される。
【００４２】
そして、掘進機の押圧推進に伴って第１の掘削室７内に収まらなくなった泥状土Ｃは、切削カッター１３Ａによって切削された後、連通部１１を通じて筒状の第２の掘削室９内に流入する。すなわち、この切削カッター１３Ａは、カッター部２によって掘削され、第１の掘削室７に収容された泥状土Ｃを再び掘削する第２の切羽として機能している。
【００４３】
第２の掘削室９内に流入する泥状土Ｃの流入量は、第２の掘削室９内の泥水圧を調整することで、排出量の過不足が無いように制御される。なお、第２の掘削室９内の泥水圧の調整は、送泥水管１４から吐出される送泥水および排泥水管１５から排出される排泥水の流量と圧力を制御することで行っている。
【００４４】
具体的には、フード部１０の外周部および内周部に設置された土圧計１６を見ながら、これらの土圧計１６が地下水圧＋０．０２ＭＰａ以上維持するよう送泥ポンプおよび排泥ポンプを駆動して、第２の掘削室９内への送泥水および排泥水の流量と圧力を調整している。
【００４５】
第２の掘削室９内の泥水は、止水性のある泥状土Ｃにより密封されている。そのため、本発明の推進シールド工法では、泥状土Ｃを介して掘進機前面のカッター部２に所要の泥水圧を加えることができる。
【００４６】
第２の掘削室９内へ流入した泥状土Ｃは、攪拌翼２３によって第２の掘削室９内で送泥水と混合撹拝され、排泥水管１５内の泥水の流れにのって発進立坑（図示せず）上の泥水処理プラントに運ばれる。そして、泥水処理プラント内で所定の処理が行われ、作泥材料として再利用される泥水と、有効利用される土砂等に分離される。
【００４７】
次に、図４〜図６を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４８】
図４は本発明の第２の実施の形態に係る推進シールド掘進機の構成を示す縦断面図、図５は同実施の形態に係る推進シールド掘進機の構成を示す横断面図である。
【００４９】
図４と図５に示すように、この推進シールド掘進機１は外筒１７を有する。この外筒１７は円筒状に形成され、その先端には切羽としてのカッター部２が設けられている。
【００５０】
このカッター部２は、上記外筒１７内に設けられた駆動装置３および減速機４に連結されており、これら駆動装置３および減速機４を駆動することで、地山を掘削できるようになっている。
【００５１】
カッター部２の中心部およびその周辺の少なくとも１カ所以上には、作泥材吐出口６が設けられている。この作泥材吐出口６には作泥材供給管１２が接続されており、この作泥材供給管１２から供給される作泥材をカッター部２の前面に噴射できるようになっている。
【００５２】
カッター部２の先端部外周にはフード部１０が形成されている。このフード部１０は、内周面が後端側に行くにつれて縮径するように形成されており、カッター部２および外筒１７と共に第１の掘削室７を構成している。
【００５３】
第１の掘削室７の内部には、コーンクラッシャ８が設けられている。このコーンクラッシャ８は、上記駆動装置３および減速機４が連結される駆動軸１８に固定されており、カッター部２の回転と連動して泥状土中に混在する玉石や砂礫等の塊状の土砂を破砕、細粒化する。
【００５４】
コーンクラッシャ８の外周面は、後端側に行くにつれて拡径するように形成されており、上記フード部１０の内周面と共に第１の掘削室７内に狭窄部１９を形成している。
【００５５】
第１の掘削室７の後方には、掘削土砂を収容するための第２の掘削室９が設けられている。この第２の掘削室９と上記第１の掘削室７は、コーンクラッシャ８後端とフード部１０の間に形成された円環状の連通部１１を介して連通しており、この連通部１１には切削カッター１３が配置されている。なお、このとき掘削土砂は、カッター部２によって作泥材と混合されることで、止水性と流動性を備えた泥状土となっている。
【００５６】
上記切削カッター１３は駆動軸１８に固定されており、カッター部２の回転と連動して上記連通部１１内を周回することで、第２の掘削室９内に流入する泥状土を切削できるようになっている。
【００５７】
また、第２の掘削室９の後部上下位置には、それぞれ送泥水管１４と排泥水管１５が接続されている。これら送泥水管１４と排泥水管１５は、それぞれ送泥ポンプと排泥ポンプ（図示せず）を有しており、第２の掘削室９と共に水搬排土システム機構（水搬排土システム手段）を構成している。
【００５８】
この水搬排土システム機構は、送泥水管１４から吐出される送泥水と排泥水管１５から排出される排泥水の流量および圧力を個々に制御することで、第２の掘削室９内に所要の泥水圧を発生する。
【００５９】
また、フード部１０の外周部と内周部には、それぞれ土圧計１６が設けられており、第１の掘削室７内の土圧や地下水圧を検出できるようになっている。粉砕
なお、図４中２０は、シールド掘進機の進行方向を修正する修正ジャッキを示し、図４中２１は埋設管を示している。
【００６０】
次に、上記構成の推進シールド掘進機を使用する際の作用について説明する。
【００６１】
図６は同実施の形態に係る推進シールド工法を説明するための概略図である。
【００６２】
図６に示すように、地山Ａ中を掘進する推進シールド掘進機１は、切羽としてのカッター部２に設けられた作泥材吐出口６から作泥材Ｅを吐出し、カッター部２の前面に地下水を作泥材Ｅに置換した浸透ゾーンＢを形成する。カッター部２により掘削された土砂は、カッター部２の回転によって順次注入される作泥材Ｅと撹拝され、止水性と流動性を備えた泥状土Ｃとなる。
【００６３】
この泥状土Ｃは、掘進機の前進に伴って順次造成され、カッター部２後方の第１の掘削室７を満たすと共に、シールド掘進機１背面を通じて掘削ボイド部Ｆに充満する。なお、掘進機の推進力は、発進立坑（図示せず）内に設けられた推進ジャッキによって埋設管２１を介して付与される。
【００６４】
第１の掘削室７内に収容された泥状土Ｃ中に混在する玉石や砂礫等の塊状の土砂は、狭窄部１９内においてコーンクラッシャ８の回転により破砕され、連通部１１を通過できる粒径まで細粒化される。
【００６５】
そして、掘進機の押圧推進に伴って第１の掘削室７内に収まらなくなった泥状土Ｃは、切削カッター１３によって切削された後、上記連通部１１を通じて第２の掘削室９内に流入する。すなわち、この切削カッター１３は、カッター部２によって掘削されて第１の掘削室７に収容された泥状土Ｃを再び掘削する第２の切羽として機能している。
【００６６】
第２の掘削室９に流入する泥状土Ｃの流入量は、第２の掘削室９内の泥水圧を調整することで、排出量の過不足がないように制御される。なお、第２の掘削室９内の泥水圧の調整は、送泥水管１４から吐出される送泥水および排泥水管１５から排出される排泥水の流量と圧力を制御することで行っている。
【００６７】
すなわち、本発明の推進シールド工法では、送泥水管１４と排泥水管１５から構成される水搬還流システム機構によって送泥水および排泥水の流量と圧力を制御することで、第２の掘削室９内に所要の泥水圧を発生させている。
【００６８】
具体的には、フード部１０の外周部および内周部に設置された土圧計１６を見ながら、これらの土圧計１６が地下水圧＋０．０２ＭＰａ以上維持するよう送泥ポンプおよび排泥ポンプを駆動し、第２の掘削室９内への送泥水および排泥水の流量と圧力を調整している。
【００６９】
第２の掘削室９内の泥水は、止水性のある泥状土Ｃによって密封されている。そのため、本発明の推進シールド工法では、泥状土Ｃを介して掘進機前面の切羽に所要の泥水圧を加えることができる。
【００７０】
第２の掘削室９内へ流入した泥状土Ｃは、攪拌翼２３によって第２の掘削室９内で送泥水と混合撹拝され、排泥水管１５内の泥水の流れにのって発進立坑（図示せず）上の泥水処理プラントに運ばれる。そして、泥水処理プラント内で所定の処理が行われ、作泥材料として再利用される泥水と、有効利用される土砂等に分離される。
【００７１】
なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の掘削室内から排出される泥状土の排出量を、第１の掘削室と連通する第２の掘削室内の泥水圧の調整によって行うため、スムーズな制御を行うことができる。
【００７３】
また、第２の掘削室内の泥水圧は、送泥水および排泥水の流量及び圧力によって生じさせているため、圧力調整を容易に行うことができる。
【００７４】
さらに、掘進機前面の切羽に対して止水性のある泥状土Ｃを介して圧力を伝達しているため、透水性が高く崩壊しやすい地盤であっても適正な掘削土砂の排出を行えるから、地盤の沈下、隆起、周辺構造物への影響などを抑制することができる。
【００７５】
しかも、泥状の排泥土を泥水と混合撹拝して排出するため、現場の泥水処理プラントにおいて、作泥材料として再利用される泥水と、有効利用される土砂等に分離することで、産業廃棄物処理量の減量化と資源の有効利用を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る推進シールド掘進機の構成を示す縦断面図。
【図２】同実施の形態に係るシールド掘進機の構成を示す横断面図。
【図３】同実施の形態に係る推進シールド工法を説明するための概略図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る推進シールド掘進機の構成を示す縦断面図。
【図５】同実施の形態に係る推進シールド掘進機の構成を示す横断面図。
【図６】同実施の形態に係る推進シールド工法を説明するための概略図。
【図７】従来の泥土系推進工法の一例を示す説明図。
【図８】従来の泥土系推進工法の他の例を示す説明図。
【符号の説明】
１…推進シールド掘進機、６…作泥材吐出口、７…第１の掘削室、８…コーンクラッシャ、９…第２の掘削室、１１…連通部、１４…送泥水管、１５…排泥水管。
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2002
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