JP2006266031A - 泥水式シールド工法の泥水処理設備及び泥水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】泥水式シールド工法において、地上に設置する泥水処理プラントの占有スペースを小さくする。
【解決手段】トンネルの切羽に対し泥水を充満させた状態でシールド機１により掘削する泥水式シールド工法において、シールド機１の後方のトンネル坑内に配置される台車６・７・８と、この台車に搭載され、シールド機１に泥水を供給し、かつシールド機１から掘削土とともに排出される排泥水を砂礫と泥水に分離処理する坑内泥水処理プラント１０を備える。そして、トンネル坑口近辺の地上には、坑内泥水処理プラント１０から排出された砂礫分離処理後の泥水を濾過水と粘土塊とに分離処理する地上泥水処理プラント（４０）を設置する。また、坑内泥水処理プラント１０と地上泥水処理プラント４０の間に接続される排泥水管３７及び送泥水管６３を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、泥水式シールド工法における泥水処理設備と、そのような設備を用いて行う泥水処理方法に関する。

トンネルの切羽全面に対し泥水を充満させた状態でシールド機により掘削する泥水式シールド工法において、当該工事のために工事用地（地上）に設置された泥水処理設備から立坑を通しトンネル坑内のシールド機まで送泥水管及び排泥水管を配設して、ポンプにより加圧した泥水を切羽面に向けて循環させるようにしている（例えば特許文献１参照）。
なお、地上の泥水処理設備では、シールド機から掘削土とともに排出される排泥水を砂礫と泥水に分離処理する１次処理から、その砂礫分離処理後の泥水を濾過水と粘土塊とに分離処理する２次処理を経て、その濾過水をｐＨ調整、濁度管理等の３次処理まで行われる。
特開平１０−１１５１８０号公報

前述したように従来は、排泥水を砂礫と泥水に分離処理する１次処理、その砂礫分離処理後の泥水を濾過水と粘土塊とに分離処理する２次処理、その濾過水をｐＨ調整、濁度管理等を行う３次処理までの全ての泥水処理設備を地上に設置しており、地上の設備設置に処理容量にもよるが大きなスペースを必要としていた。

本発明の課題は、泥水式シールド工法において、地上に設置する泥水処理プラントのための占有スペースを小さくすることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１から図４に示すように、トンネルの切羽に対し泥水を充満させた状態でシールド機１により掘削する泥水式シールド工法において、前記シールド機１の後方のトンネル坑内に配置される台車６・７・８と、この台車に搭載され、前記シールド機１に泥水を供給し、かつ前記シールド機１から掘削土とともに排出される排泥水を砂礫と泥水に分離処理する坑内泥水処理プラント１０と、トンネル坑口近辺の地上に配置され、前記坑内泥水処理プラント１０から排出された砂礫分離処理後の泥水を濾過水と粘土塊とに分離処理する地上泥水処理プラント４０とを備える泥水処理設備を特徴とする。

このように、トンネル坑内のシールド機後方に配置される台車に、シールド機に泥水を供給し、かつシールド機から掘削土とともに排出される排泥水を砂礫と泥水に分離処理する坑内泥水処理プラントを搭載することにより、地上のトンネル坑口近辺には、坑内泥水処理プラントから排出された砂礫分離処理後の泥水を濾過水と粘土塊とに分離処理する地上泥水処理プラントを設置するだけで良くなる。従って、地上の泥水処理プラントの設置スペースが小さくなる。
しかも、トンネル坑内のシールド機後方において、直ぐに排泥水を砂礫と泥水に分離処理できるので、シールド機への泥水輸送効率が向上するとともに、シールド機に対する泥水輸送設備も簡略化できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の泥水式シールド工法の泥水処理設備であって、例えば図３及び図４に示すように、前記坑内泥水処理プラント１０と地上泥水処理プラント４０の間に接続される排泥水管３７及び送泥水管６３を備えることを特徴とする。

このように、坑内泥水処理プラントと地上泥水処理プラントを排泥水管で接続することで、坑内泥水処理プラントから排出された砂礫分離処理後の泥水を排泥水管により地上泥水処理プラントに直ぐに送れる。
そして、坑内泥水処理プラントと地上泥水処理プラントを送泥水管で接続することで、坑内泥水処理プラントからシールド機への泥水供給ラインに対し、地上泥水処理プラントから送泥水管により送泥水を補給することもできる。

請求項３に記載の発明は、例えば図１から図４に示すように、トンネルの切羽に対し泥水を充満させた状態で掘削するシールド機１の後方のトンネル坑内において、前記シールド機１から掘削土とともに排出される排泥水を砂礫と泥水に分離処理し、その砂礫分離処理後の泥水をトンネル坑口の近辺の地上に排出し、地上において、トンネル坑内から排出された泥水を濾過水と粘土塊とに分離処理する泥水処理方法を特徴とする。

このように、トンネル坑内のシールド機後方で排泥水を砂礫と泥水に分離処理することにより、地上のトンネル坑口近辺では、坑内泥水処理プラントから排出された砂礫分離処理後の泥水を濾過水と粘土塊とに分離処理するだけで良くなる。従って、地上の泥水処理プラントの占有スペースが小さくなる。
しかも、トンネル坑内のシールド機後方において、直ぐに排泥水を砂礫と泥水に分離処理するので、シールド機への泥水輸送効率が向上するとともに、シールド機に対する泥水輸送設備も簡略化できる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の泥水式シールド工法の泥水処理方法であって、例えば図１から図３に示すように、前記トンネル坑内で砂礫と分離処理後の泥水を前記シールド機１に供給することを特徴とする。

このように、トンネル坑内で砂礫と分離処理後の泥水をシールド機に供給することで、泥水輸送効率を向上できて、泥水輸送設備を簡略化できる。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の泥水式シールド工法の泥水処理方法であって、例えば図３に示すように、前記トンネル坑内で泥水と分離処理後の砂礫を分級処理し、その分級処理後の処理土を、トンネル坑内に構築される構造物の隙間に充填することを特徴とする。
このように、例えばトンネル坑内に構築される構造物の例えば隙間に充填するなど、従来建設発生土として処分されていたものを再利用できることにより処分の減量化が図れる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の泥水式シールド工法の泥水処理方法であって、例えば図３に示すように、前記処理土をインバートの隙間に充填することを特徴とする。

このように、トンネル坑内で泥水と分離処理後の砂礫を分級処理し、その分級処理された処理土を、トンネル坑内の構造物の隙間、例えばインバートの隙間に充填することで、掘削土を有効利用できるとともに、地上への砂礫排出量を削減できる。

本発明によれば、坑内のシールド機後方で排泥水を砂礫と泥水に分離処理して、地上の坑口近辺では、坑内から排出された砂礫分離処理後の泥水を濾過水と粘土塊とに分離処理するだけで良いため、地上の泥水処理プラント設置のための占有スペースを小さくできる。
しかも、坑内のシールド機後方で直ぐに排泥水を砂礫と泥水に分離処理することから、シールド機に対する泥水輸送効率の向上並びに泥水輸送設備の簡略化も達成できる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本発明を適用した一実施形態の構成を示す図１及び図２において、１はシールド機、２はセグメント供給受台車（後方台車）、３はコントロールルーム、４はセグメント台車、５は牽引車両、６は流体輸送台車、７・８は１次処理台車、９はホイスト、１０は坑内泥水処理プラント、１１は牽引トラス（桟橋、ホイストビーム）である。

図示のように、大断面のトンネルを掘削するシールド機１の直後に配置されてシールド機１により牽引されるセグメント供給受台車２の上部にコントロールルーム３が設けられている。セグメント供給受台車２には、図示例では、３両連結のセグメント台車４に搭載されたセグメントが後述するようにして供給される。なお、セグメント台車４の前後に牽引車両５が連結されている。
そして、シールド機１の後方近傍、すなわち、セグメント供給受台車２の後方近傍には、図示例では、３両連結の台車６・７・８が配置されており、その３両連結の台車６・７・８に坑内泥水処理プラント１０が搭載されている。

坑内泥水処理プラント１０を搭載する台車６・７・８は、一両目の台車６が、図示のような牽引トラス１１を介してセグメント供給受台車２に連結されており、シールドトンネル底部に施工された床版上を移動する。なお、台車６・７・８は、牽引車両５の牽引により同じく床版上を移動するセグメント台車４が通過できるようほぼ門形のものである。
また、牽引トラス１１は、桟橋を兼ねるとともに、ホイストビームを装備している。
なお、牽引トラス１１の上部にはセグメント輸送のコンベア設備を設けることができ、その両端にセグメント専用のエレベータを設けることにより、ホイストを使用しない方式でセグメント供給を提供できる。

ホイスト９は、床版上を移動してほぼ門形の台車６・７・８を通過してその前方に停止したセグメント台車４上からセグメントを吊り上げて、ホイストビーム（牽引トラス；桟橋）１１に沿って移動することによりセグメント供給受台車２に載せるものである。セグメント供給受台車２に載せたセグメントは、図示しないセグメント供給装置によりシールド機１内のエレクターにより組立てられて、これにより覆工が行われる。
また、ホイスト９は、セグメント台車４（または図略のカルバート台車）上からプレキャストボックスカルバートを吊り上げて図示のようにシールドトンネル底部にセットすることもできる。

坑内泥水処理プラント１０は、図２に示すように、１両目の流体輸送台車６に搭載した送泥水ポンプ（送泥水サンドポンプ）１２及び調整槽１４と、２両目及び３両目の１次処理ライン台車７・８に搭載した１次処理ライン等により構成される。
１次処理ラインは、図３に詳細に示すように、ローヘッドスクリーン１５、サンドセパレータ１７、泥水受槽１８、サイクロン１９、余剰泥水槽２１、排泥水ポンプ（排泥水サンドポンプ）２２、溶解槽２３、ＣＭＣ（増粘剤、カルボキシルメチルセルロース）２４、濃縮槽２５、デキャンタ２６、セメントタンク２７、計量ホッパ２８及びミキサー２９等により構成されている。
以上の機器は、例えば図によるとほぼ門形をなす１両目から３両目までの台車６・７・８の左右に分けてそれぞれ搭載されている。

さらに、送泥水ポンプ１２とシールド機１とをつなぐ送泥水管１３が設けられるとともに、ローヘッドスクリーン１５とシールド機１とをつなぐ排泥水管１６が設けられている。
また、３両目の１次処理ライン台車８にはベルトコンベア３１・３２が搭載されていて、その後方には坑内ベルトコンベア３３が連続して設けられている。
こうして泥水式シールド掘進を行うシールド機１直後のセグメント供給受台車２の後方近傍において、シールドトンネル内に移動式の坑内泥水処理プラント１０を配置構成する。

そして、図示しないトンネル坑口近辺の地上には、図４に示すような地上泥水処理プラント４０が設置されている。この地上泥水処理プラント４０は２次処理ライン及び３次処理ライン等により構成される。
２次処理ラインは、図示のように、余剰泥水槽４１、スラリー槽４２、ＰＡＣ（凝集剤（沈殿促進剤）、ポリ塩化アルミニウム）タンク４３、高分子（凝集剤）タンク４４、打込みポンプ４５、フィルタープレス４６により構成されている。
３次処理ラインは、図示のように、希釈水槽５１、原水槽５２、シックナー５３、中和ユニット５４、中和原水槽５５、清水槽５６等により構成されている。

また、地上泥水処理プラント４０の余剰泥水槽４１と坑内泥水処理プラント１０の排泥水ポンプ２２とをつなぐ排泥水管３６が設けられている。この排泥水管３６には、その管長の延長に応じて排泥水ポンプ３７が増設される。
さらに、地上には、図４に示すように、調整槽６１及び補助送泥水ポンプ６２が設けられている。そして、補助送泥水ポンプ６２と坑内泥水処理プラント１０の調整槽１４及びシールド機１とをつなぐ補助送泥水管６３が設けられている。

以上の泥水処理設備による排泥水処理について以下に説明する。
まず、坑内泥水処理プラント１０において、シールド機１から排出された掘削土を含む排泥水は、図３に示したように、排泥水管１６を通りローヘッドスクリーン１５を経て泥水受槽１８に溜められ、通常の水中サンドポンプによるサイクロンポンプによりサイクロン１９を経てサンドセパレータ１７に送られ、１次処理として排泥水から砂が除去される。
ここで、ローヘッドスクリーン１５は、排泥水に含まれる礫・固結シルトを泥水から分離して、礫・固結シルトをベルトコンベア３１に落下する。このローヘッドスクリーン１５により礫・固結シルトが分離された泥水が泥水受槽１８に溜められる。

サイクロン１９は、サンドセパレータ１７の上部に設置され、泥水にサイクロン（渦流）を発生させて、比重差を利用し砂と粘土水に分離する。このサイクロンで分離された砂がサンドセパレータ１７に落下し、粘土水（余泥水）が調整槽１４に送られる。
サンドセパレータ１７は、砂粒子に付着している水分を脱水することを目的とする振動式の篩い装置である。このサンドセパレータ１７により脱水された砂が取り出されてベルトコンベア３２に落下し、水分は泥水受槽１８に落下する。

ここで、処理土は、一部がトンネル坑内に構築される構造物の隙間、実施形態ではインバートの隙間に充填されて、残りがトンネル坑外へ排出される。
すなわち、図３に点線ラインで示したように、１次処理ラインで分級処理された礫（及び固結シルト）と砂は、一部が図示例ではプレキャストボックスカルバートの両側方に充填されて、残りが坑内ベルトコンベア３３により坑外へ排出される。従って、掘削土を有効利用できるとともに、トンネル坑外への砂礫排出量を削減できる。

そして、調整槽１４の泥水は送泥水ポンプ１２により送泥水管１３を通ってシールド機１（切羽）に供給される。
ここで、調整槽１４の泥水はポンプにより余剰泥水槽２１に送られる。この余剰泥水槽２１の泥水は排泥水ポンプ２２により排泥水管３６を介して地上泥水処理プラント４０の余剰泥水槽４１に送られる。排泥水管３６には三方バルブ３８が設けられており、この三方バルブ３８の切換動作により調整槽１４または濃縮槽２５のデキャンタ２６に泥水が必要量送られる。
また、調整槽１４には溶解槽２３のベントナイト溶液などの溶液がポンプにより送られる。溶解槽２３にはＣＭＣ２４からベントナイトなどの溶剤（増粘剤）がポンプにより送られる。すなわち、調整槽１４において、ベントナイト溶液などの溶液を添加して比重及び粘性を調整し、再び送泥水として使用される。

さらに、濃縮槽２５の濃縮泥水はポンプにより計量ホッパ２８に送られるとともに、セメントタンク２７のセメントもポンプにより計量ホッパ２８に送られる。この計量ホッパ２８で計量された濃縮泥水及びセメントはミキサー２９に落下する。
このミキサー２９において、濃縮泥水及びセメントとともに前述した１次処理ラインで分級処理された礫（及び固結シルト）と砂が混合攪拌されて流動化処理土となる。その流動化処理土が例えばベルトコンベア３４を介してプレキャストボックスカルバートの両側方に充填される。なお、処理土は流動性を持っているのでポンプによる圧送も可能である。

以上のように、シールド機１直後のセグメント供給受台車２の後方近傍に坑内泥水処理プラント１０が位置しているため、台車６・７・８に搭載した坑内泥水処理プラント１０による泥水処理のための配管（送泥水管１３）はシールド機１直後からセグメント供給受台車２の後方近傍の坑内泥水処理プラント１０に延ばすだけの最小限の長さで足りるものとなる。しかも、シールド機１に牽引されることにより、配管（送泥水管１３）長さも変わらず、延長や中継ポンプの設置も必要としない。
そして、このようなシールド機１直後のセグメント供給受台車２の後方近傍において、移動式の坑内泥水処理プラント１０により直ぐに泥水を処理でき、泥水輸送効率を向上できる。しかも、処理後の泥水をシールド機１に最短で戻すことができる。従って、泥水輸送設備も簡略化できる。また、刻々と変化する切羽条件による泥水供給の制御に対してもその応答速度が向上し各ポンプの運転制御にも有利である。

また、地上泥水処理プラント４０においては、図４に示したように、２次処理及び３次処理が行われる。
すなわち、図示のように、坑内泥水処理プラント１０から排泥水管３６を介して送られた余剰泥水槽４１の泥水はポンプによりスラリー槽４２に送られ、スラリー槽４２の泥水はポンプにより打込みポンプ４５に送られてから、この打込みポンプ４５によりフィルタープレス４６に送られる。
なお、スラリー槽４２には、必要に応じてＰＡＣタンク４３から凝集剤がポンプにより送り込まれるとともに、高分子タンク４４から別の凝集剤がポンプにより送り込まれる。こうしてスラリー槽４２で混合された泥水が打込みポンプ４５によりフィルタープレス４６に送られる。
そして、フィルタープレス４６において粘土塊が脱水処理されたケーキになる。これが２次処理である。

さらに、フィルタープレス４６において、その濾過水が希釈水槽５１に落下して計量される。希釈水槽５１の水はポンプにより原水槽５２に送られる。この原水槽５２には、前述したＰＡＣタンク４３から凝集剤がポンプにより送り込まれるとともに、高分子タンク４４から別の凝集剤がポンプにより送り込まれる。こうして原水槽５２で混合された水がポンプによりシックナー５３に送られ、シックナー５３からポンプにより中和ユニット５４を介して中和原水槽５５に送られる。中和原水槽５５の水はポンプにより清水槽５６に送られる。これが３次処理である。
この清水槽５６の水は、送水管５７を通して前述した坑内泥水処理プラント１０の調整槽１４に供給されるとともに、現場外へ下水として放流するに耐えうる水質であるが、再度坑内へ供給し泥水の希釈や、サイクロン１９の冷却、坑内洗浄水などとして再利用のため供給される。

また、実施形態では、図４に示されるように、地上泥水処理プラント４０に調整槽６１及び補助送泥水ポンプ６２が設けられている。この補助送泥水ポンプ６２に接続した補助送泥水管６３は、図３に示されるように、シールド機１まで延びるとともに、三方バルブ６４を介して坑内泥水処理プラント１０の調整槽１４にも延びている。
このように、坑内泥水処理プラント１０と地上泥水処理プラント４０を補助送泥水管６３で接続すると、坑内泥水処理プラント１０からシールド機１への泥水供給ラインに対し、必要に応じて坑内泥水処理プラント１０の調整槽１４に送泥水を補給することができる。すなわち、地上泥水処理プラント４０の調整槽６１から補助送泥水ポンプ６２により補助送泥水管６３を介して（三方バルブ６４の切換動作により）坑内泥水処理プラント１０の調整槽１４に送泥水を補給できる。
また、万一、坑内泥水処理プラント１０からシールド機１への泥水供給ラインによる送泥圧が不足した場合、地上泥水処理プラント４０の調整槽６１から補助送泥水ポンプ６２により補助送泥水管６３を介して（三方バルブ６４の切換動作により）シールド機１に送泥水を供給して送泥圧を加勢することもできる。

以上のように、２次処理及び３次処理の地上泥水処理プラント４０を設置するだけで良いため、地上の泥水処理プラントの設置スペースを小さくできるものとなる。

なお、以上の実施形態においては、三両の台車に分けて搭載した坑内泥水処理プラントとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、具体的な台車の編成や坑内泥水処理プラントの構成は他の構成であっても良い。
また、実施形態では坑内泥水処理プラントによる処理土をインバートの隙間に充填したが、インバートに限らずトンネル坑内に構築される他の構造物の隙間に充填しても良い。
さらに、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明を適用した一実施形態の構成を示すもので、シールド機及び坑内泥水処理プラントを示した概略斜視図である。 同じく概略側面図である。 坑内泥水処理プラントの構成及び処理フローを示した図である。 地上泥水処理プラントの構成及び処理フローを示した図である。

符号の説明

１ シールド機
２ セグメント供給受台車（後方台車）
３ コントロールルーム
４ セグメント台車
５ 牽引車両
６ 流体輸送台車
７・８ １次処理ライン台車
９ ホイスト
１０ 坑内泥水処理プラント
１１ 牽引トラス（桟橋、ホイストビーム）
１２ 送泥水ポンプ
１３ 送泥水管
１４ 調整槽
１５ ローヘッドスクリーン
１６ 排泥水管
１７ サンドセパレータ
１８ 泥水受槽
１９ サイクロン
２１ 余剰泥水槽
２２ 排泥水ポンプ
２３ 溶解槽
２４ ＣＭＣ
２５ 濃縮槽
２６ デキャンタ
２７ セメントタンク
２８ 計量ホッパ
２９ ミキサー
３１・３２ 搭載ベルトコンベア
３３ 坑内ベルトコンベア
３４ ベルトコンベア
３６ 排泥水管
３７ 排泥水ポンプ
４０ 地上泥水処理プラント
４１ 余剰泥水槽
４２ スラリー槽
４３ ＰＡＣタンク
４４ 高分子タンク
４５ 打込みポンプ
４６ フィルタープレス
５１ 希釈水槽
５２ 原水槽
５３ シックナー
５４ 中和ユニット
５５ 中和原水槽
５６ 清水槽
５７ 送水管
６１ 調整槽
６２ 補助送泥水ポンプ
６３ 補助送泥水管

Claims (6)

1. トンネルの切羽に対し泥水を充満させた状態でシールド機により掘削する泥水式シールド工法において、
   前記シールド機の後方のトンネル坑内に配置される台車と、
   この台車に搭載され、前記シールド機に泥水を供給し、かつ前記シールド機から掘削土とともに排出される排泥水を砂礫と泥水に分離処理する坑内泥水処理プラントと、
   トンネル坑口近辺の地上に配置され、前記坑内泥水処理プラントから排出された砂礫分離処理後の泥水を濾過水と粘土塊とに分離処理する地上泥水処理プラントとを備えることを特徴とする泥水式シールド工法の泥水処理設備。
2. 前記坑内泥水処理プラントと地上泥水処理プラントの間に接続される排泥水管及び送泥水管を備えることを特徴とする請求項１に記載の泥水式シールド工法の泥水処理設備。
3. トンネルの切羽に対し泥水を充満させた状態で掘削するシールド機の後方のトンネル坑内において、前記シールド機から掘削土とともに排出される排泥水を砂礫と泥水に分離処理し、
   その砂礫分離処理後の泥水をトンネル坑口の近辺の地上に排出し、
   地上において、トンネル坑内から排出された泥水を濾過水と粘土塊とに分離処理することを特徴とする泥水式シールド工法の泥水処理方法。
4. 前記トンネル坑内で砂礫と分離処理後の泥水を前記シールド機に供給することを特徴とする請求項３に記載の泥水式シールド工法の泥水処理方法。
5. 前記トンネル坑内で泥水と分離処理後の砂礫を分級処理し、その分級処理後の処理土を、トンネル坑内に構築される構造物の隙間に充填することを特徴とする請求項３または４に記載の泥水式シールド工法の泥水処理方法。
6. 前記処理土をインバートの隙間に充填することを特徴とする請求項５に記載の泥水式シールド工法の泥水処理方法。

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