JP2007169888A - 掘進方法及び掘進装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 掘進時に伴う大量のジェット水の全部又は一部を地盤中で掘削地盤の土砂に混入させて硬化剤と共に固形化し、この固形化した新たな地盤に置換することにより、地盤の隆起、地盤の軟弱化、あるいは地盤の陥没等を防止することができる掘進方法及び掘進装置を得る。
【解決手段】 ジェット水を用いた掘進方法であって、掘進時に障害物の切断に伴う大量のジェット水の全部又は一部を地盤中で掘削地盤の土砂に混入させて硬化剤と共に固形化して新たな地盤とし、掘削切断域の地盤をこの固形化した新たな地盤に置換する。
【選択図】 図１
【解決手段】 ジェット水を用いた掘進方法であって、掘進時に障害物の切断に伴う大量のジェット水の全部又は一部を地盤中で掘削地盤の土砂に混入させて硬化剤と共に固形化して新たな地盤とし、掘削切断域の地盤をこの固形化した新たな地盤に置換する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、岩盤などの地層やコンクリートなどの切断等に用いることができる掘進方法及び掘進装置に関するものである。
従来において、ＴＢＭ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｂｏｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎ）やシールド機などの掘進装置、大型構造物の基礎杭施工用掘進装置、地下空間用の地下掘進装置などの種々の掘進装置が知られており、これらの掘進装置には、コンクリート類などの障害物の切断をジェット水によって行っているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−６０１４６号公報
上記特許文献１などのように、ジェット水を用いることにより、コンクリート類などの障害物を効率的に切断することができる。しかしながら、このジェット水は、掘進時において大量に使用されているため、その結果、この大量の水が、切削域で地盤を隆起させ、あるいは地盤を軟弱化させ、地盤を陥没させてしまうという問題がある。
本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、掘進時に障害物の切断に伴う大量のジェット水を地盤中で掘削地盤の土砂に混入させて硬化剤と共に固形化して新たな地盤とし、掘削切断域の地盤をこの固形化した新たな地盤に置換することにより、地盤の隆起、地盤の軟弱化、あるいは地盤の陥没等を防止することができる掘進方法及び掘進装置を提供することを目的とする。
本発明は、ジェット水を用いた掘進方法であって、掘進時に障害物の切断に伴う大量のジェット水の全部又は一部を地盤中で掘削地盤の土砂に混入させて硬化剤と共に固形化して新たな地盤とし、掘削切断域の地盤をこの固形化した新たな地盤に置換することを特徴とする掘進方法を提供する。また、前記ジェット水は、珪酸ソーダと水とが混合された第１の液と、硬化剤と水とが混合された第２の液とが混合されてなり、さらに前記ジェット水に研磨材とポリマーとを含有する高圧スラリーが混合されることが可能である。また、前記第１の液及び前記第２の液の送出圧力を、例えば、２５００ｋｇｆ／ｃｍ２にすることができる。また、前記ジェット水は、珪酸ソーダと水とが混合された第１の液と、硬化剤と水とが混合された第２の液とが混合されてなり、さらに前記ジェット水にセメントミルクが混合されることが可能である。
また、本発明は、掘進装置であって、ジェットラインとアブレシブラインとが連結された少なくとも一つの混合噴射ノズルを有し、前記ジェットラインは、珪酸ソーダと水とが混合された第１の液と、硬化剤と水とが混合された第２の液とを混合したジェット水を前記混合噴射ノズル側へ送出し、前記アブレシブラインは、研磨材とポリマーとを含有する高圧スラリーを前記混合噴射ノズル側へ送出し、前記混合噴射ノズルは、前記ジェットラインから送出された前記ジェット水と、前記アブレシブラインから送出された前記高圧スラリーとを混合した混合液を噴射し、噴射された該混合液を地盤中で瞬時に固形化させて新たな地盤に置換することを特徴とする掘進装置を提供する。
また、前記混合噴射ノズルには、セメントミルクを含有するセメントミルクを該混合噴射ノズル側へ送出するセメントミルクラインを更に連結することができる。また、前記アブレシブラインと前記セメントミルクラインは共用されることができる。また、前記アブレシブラインと前記セメントミルクラインのどちらか一方のみを前記混合噴射ノズルに連結する切換手段を備え、前記切換手段によって前記セメントミルクラインが前記混合噴射ノズルに連結された場合には、前記混合噴射ノズルは、前記ジェットラインから送出された前記ジェット水と、前記セメントミルクラインから送出されたセメントミルクとを混合した混合液を噴射し、噴射された該混合液を地盤中で瞬時に固形化させて地盤を改良することができる。また、前記混合噴射ノズルを、複数設けることができ、例えば、３つ設けることができる。さらに、前記第１の液及び前記第２の液の送出圧力を、例えば、２５００ｋｇｆ／ｃｍ２にすることができる。
本発明によれば、掘進時に障害物の切断に伴う大量のジェット水の全部又は一部を地盤中で掘削地盤の土砂に混入させて硬化剤と共に固形化して新たな地盤とし、掘削切断域の地盤をこの固形化した新たな地盤に置換することにより、地盤の隆起、地盤の軟弱化、あるいは地盤の陥没等を防止することができる。
以下、本発明にかかる掘進方法及び掘進装置を実施するための最良の形態について図面を参照しながら述べる。図１には、本発明にかかる掘進装置の概略を示している。この掘進装置１は、例えば、既設構造物と離れた位置から掘進し、既設構造物が障害物となればこれを切断、破砕し、あるいは既設構造物の切断予定箇所を切断するのに適用可能なものである。
図１に示す掘進装置１は、本体円筒部２の前面部（カッターフェース）に本発明の特徴部分である３つの混合噴射ノズル３、４、９を有し、混合噴射ノズル３、４は、該前面部において半径方向にスライド可能となっている。混合噴射ノズル３のスライド移動は、油圧ライン４１，４２で制御されるようになっている。すなわち、油圧ライン４１の油圧で混合噴射ノズル３の半径方向外方への移動を制御し、一方、油圧ライン４２の油圧で混合噴射ノズル３の半径方向内方への移動を制御している。同様に、混合噴射ノズル４のスライド移動は、油圧ライン４３、４４で制御されるようになっている。すなわち、油圧ライン４３の油圧で混合噴射ノズル４の半径方向外方への移動を制御し、一方、油圧ライン４４の油圧で混合噴射ノズル４の半径方向内方への移動を制御している。混合噴射ノズル（コピーカッター用ノズル）３は、装置１の外周部の余掘、切断に主に使用される。また、混合噴射ノズル（センタースライド式ノズル）４は、装置１の内周部に入る地盤の掘削、切断に主に使用される。また、混合噴射ノズル（拡張ノズル）９は、本体円筒部２の前面部において噴射ノズル３と上下対称の位置に設けられている。この混合噴射ノズル９は、装置１の本体を超える外径の地山の掘削、切断に主に使用される。なお、この前面部には、複数の保護ビット５、カッタスリット６、ゲージビット７及びカッタビット８などが設けられている。
図１に示すように、掘進装置１の混合噴射ノズル３、４、９には、ジェットライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃとアブレシブライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃとがそれぞれ連結されている。すなわち、混合噴射ノズル３には、ジェットライン１０ａとアブレシブライン１１ａが連結され、混合噴射ノズル４には、ジェットライン１０ｂとアブレシブライン１１ｂが連結され、混合噴射ノズル９には、ジェットライン１０ｃとアブレシブライン１１ｃが連結されている。
図１及び図２に示すように、符号１４は、３連ロータリージョイントを示している。この３連ロータリージョイント１４には、ホースで高圧のジェットポンプに連通する３つのジェットライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃが設けられている。ジェットライン１０ａは、３連ロータリージョイント１４の上流側においてライン１２ａ，１３ａで構成されている。同様に、ジェットライン１０ｂは、３連ロータリージョイント１４の上流側においてライン１２ｂ，１３ｂで構成され、ジェットライン１０ｃは、３連ロータリージョイント１４の上流側においてライン１２ｃ，１３ｃで構成されている。このライン１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、図示しないジェットポンプによって珪酸ソーダと水とが混合された第１の液を本体円筒部２内の３連ロータリージョイント１４に送出する。一方、ライン１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、図示しないジェットポンプによって硬化剤と水とが混合された第２の液を３連ロータリージョイント１４に送出する。ライン１３ａ、１３ｂ、１３ｃの硬化剤は、第１の液に対しその硬化の化学反応時間を調整するために添加されているものである。また、図示しないジェットポンプによる第１の液及び第２の液の送出圧力は、例えば、２５００ｋｇｆ／ｃｍ２にすることができる。そして、３連ロータリージョイント１４では、各ジェットライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおいて、この二つの第１の液と第２の液とが混合され、この混合されたジェット水は、本体円筒部２内のロータリージョイント１４の下流側に配置されたスイベルジョイント１５内の管路に送出される。スイベルジョイント１５には、カッタと共に回転するメインシャフト１７が連結されている。従って、ロータリージョイント１４で二つの第１の液と第２の液とが混合された各ジェットライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃのジェット水は、メインシャフト１７内の管路を介して混合噴射ノズル３、４、９側へそれぞれ送出される。このように、ジェットライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、珪酸ソーダと水とが混合された第１の液と、硬化剤と水とが混合された第２の液とを混合したジェット水を混合噴射ノズル３、４、９側へそれぞれ送出する。
一方、アブレシブライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、図示しないジェットポンプに連通していて研磨材（例えば人造ガーネット粒子など）とポリマーとを含有する高圧スラリーを混合噴射ノズル３、４、９側のスイベルジョイント１５の注入ポートを介して混合噴射ノズル３、４、９にそれぞれ送出する。混合噴射ノズル３では、ジェットライン１０ａから送出された第１の液と第２の液とが混合されたジェット水と、アブレシブライン１１ａから送出された高圧スラリーとが混合され、この混合された混合液が該混合噴射ノズル３から噴射される。同様に、混合噴射ノズル４では、ジェットライン１０ｂから送出された第１の液と第２の液とが混合されたジェット水と、アブレシブライン１１ｂから送出された高圧スラリーとが混合され、この混合された混合液が該混合噴射ノズル４から噴射される。同様に、混合噴射ノズル９では、ジェットライン１０ｃから送出された第１の液と第２の液とが混合されたジェット水と、アブレシブライン１１ｃから送出された高圧スラリーとが混合され、この混合された混合液が該混合噴射ノズル９から噴射される。なお、ライン１１ｄは、予備用として設けられている。
また、混合噴射ノズル３、４、９には、セメントミルクライン１６ａ、１６ｂ、１６ｃをそれぞれ連結することができる。このセメントミルクライン１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、図示しないジェットポンプに連通してセメントミルクを混合噴射ノズル３、４、９側のスイベルジョイント１５の注入ポートに送出する。図１に示すセメントミルクライン１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、アブレシブライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃと共用されている。
掘進装置１には、切換手段（図示せず）が設けられており、この切換手段によって、アブレシブライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃとセメントミルクライン１６ａ、１６ｂ、１６ｃのどちらか一方のみを各混合噴射ノズル３、４、９にそれぞれ連結することが可能となっている。すなわち、切換手段によって、アブレシブライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃが混合噴射ノズル３、４、９にそれぞれ連結されている場合には、上述のように、各ジェットライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃから送出された第１の液と第２の液とが混合されたジェット水と、アブレシブライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃから送出された高圧のアブレシブスラリーとが各混合噴射ノズル３、４、９で混合され、この混合された混合液が各混合噴射ノズル３、４、９からそれぞれ噴射される。
一方、切換手段によって、セメントミルクライン１６ａ、１６ｂ、１６ｃが各混合噴射ノズル３、４、９にそれぞれ連結されている場合には、各ジェットライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃから送出された第１の液と第２の液とが混合されたジェット水と、セメントミルクライン１６ａ、１６ｂ、１６ｃから送出されたセメントミルクとが各混合噴射ノズル３、４、９で混合され、この混合された混合液が各混合噴射ノズル３、４、９からそれぞれ噴射される。この場合は、掘削地山の強度増強機能を発揮する。
また、本体円筒部２内には、前面部側にチャンバー３０が設けられている。このチャンバー３０には、前面部と反対側（図１において右側）に隔壁１８が配置されている。そしてこの隔壁１８には、土圧計１９とバイパス弁２０が設けられている。土圧計１９は、チャンバー３０内に進入した排土や余剰水によるチャンバー３０内の圧力を計ると共に、掘削域を前述のセメントミルクと硬化剤と掘削地盤の土砂とで強度を増強した新たな地盤に置き換えるとき、及びアブレシブスラリーと硬化剤と掘削地盤の土砂とからなる新たな地盤に置き換える過程で、この土圧計１９の圧力が設定値より上がった場合には、図示しない制御手段によってバイパス弁２０が開き、排土や余剰水が隔壁１８から排泥口２１に排出され、チャンバー３０内の圧力が下げられる。
上述のように、掘削切断域で土圧の制御下に、ジェットライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃから送出された第１の液と第２の液とが混合されたジェット水と、アブレシブライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃから送出された高圧スラリーとが混合された混合液、あるいは、ジェットライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃから送出された第１の液と第２の液とが混合されたジェット水と、セメントミルクライン１６ａ、１６ｂ、１６ｃから送出されたセメントミルクとが混合された混合液が各混合噴射ノズル３、４、９からそれぞれ噴射されるが、この混合液は、地盤中で掘削地盤の土砂に混入され地盤中で瞬時に固形化されて新たな地盤にされ、掘削切断域の地盤をこの固形化した新たな地盤に置換することができ、もって、地盤の隆起、地盤の軟弱化、あるいは地盤の陥没等を防止することができる。
図３には、ジェットライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃから送出された第１の液と第２の液とが混合されたジェット水と、アブレシブライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃから送出された高圧スラリーとが混合された混合液の配合例を表す。図３に示すように、第１の液は、１ｍ３当たり珪酸ソーダを２００ｌ、水を８００ｌにすることができる。また、第２の液は、１ｍ３当たり硬化剤を１５０ｌと水を８５０ｌにすることができる。一方、アブレシブライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃの高圧スラリーは、２０ｌ当たり研磨材（ガーネット）を２５ｋｇ、ポリマー溶液を５ｋｇ、水を５ｋｇにすることができる。なお、ポリマー濃度は５０％でスラリー濃度は５０％である。
図４には、混合噴射ノズル３、４、９の１分間当たりの噴射量を例示する。図４に示すように、ジェットライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃのジェット水は５５ｌ／minにすることができる。この場合、ライン１２ａ、１２ｂ、１２ｃの第１の液は珪酸ソーダを５，５ｌ、水を２２ｌとし、ライン１３ａ、１３ｂ、１３ｃの第２の液は硬化剤を４．１ｌ、水を２３．４ｌとすることができる。一方、アブレシブライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃの高圧スラリーは、研磨材（人造ガーネット粒子など）を４．２９ｋｇ、ポリマーを０．８６ｋｇ、水を０．８５７ｌにすることができる。
１ 掘進装置
２ 本体円筒部
３ 混合噴射ノズル
４ 混合噴射ノズル
５ 保護ビット
６ カッタスリット
７ ゲージビット
８ カッタビット
９ 混合噴射ノズル
１０ａ ジェットライン
１０ｂ ジェットライン
１０ｃ ジェットライン
１１ａ アブレシブライン
１１ｂ アブレシブライン
１１ｃ アブレシブライン
１２ａ ライン
１２ｂ ライン
１２ｃ ライン
１３ａ ライン
１３ｂ ライン
１３ｃ ライン
１４ ３連ロータリージョイント
１５ スイベルジョイント
１６ セメントミルクライン
１７ メインシャフト
１８ 隔壁
１９ 土圧計
２０ バイパス弁
２１ 排泥口
３０ チャンバー
４１ 油圧ライン
４２ 油圧ライン
４３ 油圧ライン
４４ 油圧ライン
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２０ バイパス弁
２１ 排泥口
３０ チャンバー
４１ 油圧ライン
４２ 油圧ライン
４３ 油圧ライン
４４ 油圧ライン
Claims (11)
- ジェット水を用いた掘進方法であって、
掘進時に障害物の切断に伴う大量のジェット水の全部又は一部を地盤中で掘削地盤の土砂に混入させて硬化剤と共に固形化して新たな地盤とし、掘削切断域の地盤をこの固形化した新たな地盤に置換することを特徴とする掘進方法。 - 前記ジェット水は、珪酸ソーダと水とが混合された第１の液と、硬化剤と水とが混合された第２の液とが混合されてなり、さらに前記ジェット水に研磨材とポリマーとを含有する高圧スラリーが混合されることを特徴とする請求項１に記載の掘進方法。
- 前記第１の液及び前記第２の液の送出圧力は、２５００ｋｇｆ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項２に記載の掘進方法。
- 前記ジェット水は、珪酸ソーダと水とが混合された第１の液と、硬化剤と水とが混合された第２の液とが混合されてなり、さらに前記ジェット水にセメントミルクが混合されてなることを特徴とする請求項１に記載の掘進方法。
- 掘進装置であって、
ジェットラインとアブレシブラインとが連結された少なくとも一つの混合噴射ノズルを有し、
前記ジェットラインは、
珪酸ソーダと水とが混合された第１の液と、硬化剤と水とが混合された第２の液とを混合したジェット水を前記混合噴射ノズル側へ送出し、
前記アブレシブラインは、
研磨材とポリマーとを含有する高圧スラリーを前記混合噴射ノズル側へ送出し、
前記混合噴射ノズルは、
前記ジェットラインから送出された前記ジェット水と、前記アブレシブラインから送出された前記高圧スラリーとを混合した混合液を噴射し、噴射された該混合液を地盤中で瞬時に固形化させて新たな地盤に置換することを特徴とする掘進装置。 - 前記混合噴射ノズルには、セメントミルクを含有するセメントミルクを該混合噴射ノズル側へ送出するセメントミルクラインが更に連結されていることを特徴とする請求項５に記載の掘進装置。
- 前記アブレシブラインと前記セメントミルクラインは共用されていることを特徴とする請求項６に記載の掘進装置。
- 前記アブレシブラインと前記セメントミルクラインのどちらか一方のみを前記混合噴射ノズルに連結する切換手段を備え、
前記切換手段によって前記セメントミルクラインが前記混合噴射ノズルに連結された場合には、
前記混合噴射ノズルは、前記ジェットラインから送出された前記ジェット水と、前記セメントミルクラインから送出されたセメントミルクとを混合した混合液を噴射し、噴射された該混合液を地盤中で瞬時に固形化させて地盤を改良することを特徴とする請求項６又は７に記載の掘進装置。 - 前記混合噴射ノズルは、複数設けられていることを特徴とする請求項５乃至８のうちのいずれか一つに記載の掘進装置。
- 前記混合噴射ノズルは、３つ設けられていることを特徴とする請求項９に記載の掘進装置。
- 前記第１の液及び前記第２の液の送出圧力は、２５００ｋｇｆ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項５に記載の掘進装置。
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2007169888A true JP2007169888A (ja) | 2007-07-05 |
| JP4150822B2 JP4150822B2 (ja) | 2008-09-17 |
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