JP2009084940A - 流動化処理土の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シールド工事の掘削残土を利用して流動化処理土を製造する方法であって、設計基準や環境基準に適合した流動化処理土を簡易且つ安価に得ることが可能な流動化処理土の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】シールド工事現場内の作業ヤードに設置した混練プラントで流動化処理土を製造する流動化処理土の製造方法であって、シールドマシンＭを発進立坑Ｓ１から到達立坑Ｓ２に向わせる際に切羽で発生した泥水状または泥土状の掘削残土を使用して、流動化処理土の配合を決定するための配合試験を行い、シールドマシンＭを到達立坑Ｓ２から発進立坑Ｓ１に向わせる際に切羽で発生した泥水状または泥土状の掘削残土に、前記配合試験に基づいて決定した配合に従って固化材を混練することで流動化処理土を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、流動化処理土の製造方法に関する。

シールド工事において発生した掘削残土を流動化処理土として再利用する場合には、ダンプトラックなどの運搬車両を使って掘削残土を流動化処理土の製造工場まで運搬するとともに、製造された流動化処理土を製造工場から埋戻し現場まで運搬する必要があるが、運搬車両の延べ台数が膨大な数になってしまうことから、騒音被害、大気汚染、交通渋滞等を招来する虞がある。

このような問題は、例えば、シールドトンネルの切羽で発生した泥土（掘削残土）をシールド現場内に設けた流動化処理土製造プラントに供給してシールド現場内で流動化処理土を製造し、この流動化処理土を隣接工区等に圧送して利用することで解決することができる（特許文献１参照）。
特開２００２−２８５５７２号公報

特許文献１の流動化処理土の製造方法では、泥土（掘削残土）の性状をリアルタイムで計測し、泥土の性状に応じて加水量を調整することで、流動化処理土の強度のばらつきを抑制しているが、このようなシステムを導入すると、設備費が増大する虞がある。

なお、流動化処理土の原料となる泥土の性状は、地山の性状のみならず、地山の性状に応じて添加される加泥材の種類や量によっても変化することから、泥土の性状を考慮せずに固化材を投入すると、流動化処理土の強度や性状にばらつきが発生し、設計基準や環境基準に適合した流動化処理土を得られない虞がある。

このような観点から、本発明は、シールド工事の掘削残土を利用して流動化処理土を製造する方法であって、設計基準や環境基準に適合した流動化処理土を簡易且つ安価に得ることが可能な流動化処理土の製造方法を提供することを課題とする。

前記した課題を解決する第一の発明は、シールド工事現場内の作業ヤードに設置した混練プラントで流動化処理土を製造する流動化処理土の製造方法であって、先行シールドトンネルを構築する際に切羽で発生した泥水状または泥土状の掘削残土を使用して、流動化処理土の配合を決定するための配合試験を行い、前記先行シールドトンネルに並行する領域で後行シールドトンネルを構築する際に切羽で発生した泥水状または泥土状の掘削残土に、前記配合試験に基づいて決定した配合に従って固化材を混練することで流動化処理土を製造することを特徴とする。

要するに、第一の発明は、複数のシールドトンネルを並設するという施工条件を活用した流動化処理土の製造方法であり、後行シールドトンネルの掘削残土と酷似すると予想される先行シールドトンネルの掘削残土に対して配合試験を行うところに特徴がある。このようにすると、流動化処理土の原料となる後行シールドトンネルの掘削残土に対して配合試験を行わずとも、設計基準や環境基準に適合した流動化処理土を得ることが可能となり、さらには、掘削残土の性状を調整するための設備を省略することが可能となるので、流動化処理土を簡易且つ安価に得ることが可能となる。

なお、作業ヤードとは、発進・到達立坑内外のストックヤード、発進・到達立坑に覆設された覆工板上のスペース、シールドトンネル坑内の余剰スペースなどの総称である。

また、前記した課題を解決する第二の発明は、シールド工事現場内の作業ヤードに設置した混練プラントで流動化処理土を製造する流動化処理土の製造方法であって、シールドマシンを発進立坑から到達立坑に向わせる際に切羽で発生した泥水状または泥土状の掘削残土を使用して、流動化処理土の配合を決定するための配合試験を行い、前記シールドマシンを前記到達立坑から前記発進立坑に向わせる際に切羽で発生した泥水状または泥土状の掘削残土に、前記配合試験に基づいて決定した配合に従って固化材を混練することで流動化処理土を製造することを特徴とする。

第二の発明は、一台のシールドマシンを立坑間で往復させることで複数のシールドトンネルを並設するという施工条件を活用した流動化処理土の製造方法であり、復路（到達立坑から発進立坑に向うルート）における掘削残土と酷似すると予想される往路（発進立坑から到達立坑に向うルート）における掘削残土に対して配合試験を行うところに特徴がある。このようにすると、流動化処理土の原料となる復路の掘削残土に対して配合試験を行わずとも、設計基準や環境基準に適合した流動化処理土を得ることが可能となり、さらには、掘削残土の性状を調整するための設備を省略することが可能となるので、流動化処理土を簡易且つ安価に得ることが可能となる。

本発明に係る流動化処理土の製造方法によれば、設計基準や環境基準に適合した流動化処理土を簡易且つ安価に得ることが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態を、添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態では、シールドマシンが泥土圧式で、切羽から排出される掘削残土の性状が泥土状である場合を例示するが、シールドマシンの形式や掘削残土の性状を限定する趣旨ではない。

本発明の実施形態に係る流動化処理土の製造方法は、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、泥土圧式のシールドマシンＭを発進立坑Ｓ１と到達立坑Ｓ２との間で往復させることで複数（本実施形態では２つ）のシールドトンネルＴ１，Ｔ２を並設するという施工条件を活用した流動化処理土の製造方法であって、シールドマシンＭを発進立坑Ｓ１から到達立坑Ｓ２に向わせる際に切羽で発生した泥土状の掘削残土を使用して、流動化処理土の配合を決定するための配合試験を行い、シールドマシンＭを到達立坑Ｔ２から発進立坑Ｔ１に向わせる際に切羽で発生した泥土状の掘削残土に、前記配合試験に基づいて決定した配合に従って固化材を混練することで流動化処理土を製造するものである。

すなわち、本実施形態に係る流動化処理土の製造方法は、先行シールドトンネルＴ１を構築する際に切羽で発生した掘削残土を使用して、流動化処理土の配合を決定するための配合試験を行い、当該配合試験に基づいて決定した配合に従って、先行シールドトンネルＴ１に並行する領域で後行シールドトンネルＴ２を構築する際に切羽で発生した掘削残土を原料にして流動化処理土を製造するものである。

なお、以下の説明においては、先行シールドトンネルＴ１を「先行トンネルＴ１」と称し、後行シールドトンネルＴ２を「後行トンネルＴ２」と称することとする。

本実施形態に係る流動化処理土の製造方法を実施するにあたっては、先行トンネルＴ１と後行トンネルＴ２とで土質に大きな差異が生じない程度の離隔距離を確保することが望ましい。本実施形態に係る流動化処理土の製造方法を適用可能な最大離隔距離は、土質の状況等によって異なるが、３０ｍ程度である。

配合試験は、先行トンネルＴ１の掘削残土に対して実施する。図２のフローチャートを参照して配合試験の内容・手順を詳細に説明する。

まず、残土ピットから採取した掘削残土の性状を観察し、掘削残土の性状に応じた暫定配合案を作成する（ステップ１）。なお、掘削残土を採取するタイミングに制限はなく、所定の時間（日数）ごとに採取してもよいし、所定の掘削距離ごとに採取してもよいが、掘削残土の性状（粒度分布、密度、含水比など）は、地山の性状やシールドマシンＭのチャンバに投入する加泥材の配合・添加量などに応じて変化するので、残土ピットに排出されてきた掘削残土の性状が変化したタイミングや加泥材の配合・添加量を変化させたタイミングを見計らって、掘削残土を採取することが望ましい。

次に、暫定配合案に従って、水や固化材（例えば、高炉セメントなどのセメント系材料）のほか、必要に応じて、粒度調整用の骨材や気泡などを掘削残土に混練して配合試験用の流動化処理土を作成し（ステップ２）、フレッシュな状態の流動化処理土に対して、単位体積重量試験、フロー試験、ブリージング試験などを実施する（ステップ３）。ステップ３の試験結果が目標値を満足している場合には、材齢７日と２８日とで一軸圧縮試験を行って（ステップ４）、設計基準強度を満たしているか否かを確認するとともに、必要に応じて、六価クロム、フッ素、ホウ素などの溶出試験を行って（ステップ５）、土壌環境基準を満たしているか否かを確認し、当該基準をクリアした暫定配合案を後行トンネルにおける流動化処理土の配合として決定する（ステップ６）。ステップ３〜５の試験結果が目標値・基準値を満足していない場合は、暫定配合案を修正したうえで（ステップ７）、ステップ２〜５の試験を繰り返す。

なお、配合試験や土壌環境試験を終えるまでに、１ヶ月ほどかかるが、到達立坑Ｓ２内においてシールドマシンＭの方向転換や段取り換えを行うのに同程度の日数を要するので、配合試験や土壌環境試験が工期に影響を及ぼすことはない。

次に、流動化処理土を製造するための流動化処理土製造システムの構成を説明する。
図３に示すように、流動化処理土製造システムは、後行トンネルＴ２の切羽で発生した泥土状の掘削残土を残土ピット２１まで搬送する残土搬送手段１０と、シールド工事現場内の作業ヤードＹに設置された混練プラント２０と、を備えて構成されている。

残土搬送手段１０は、シールドマシンＭのチャンバから掘削残土を抽出するスクリューコンベア１１と、このスクリューコンベア１１の排土口に接続された圧送ポンプ１２と、この圧送ポンプ１２から残土ピット２１に至る圧送管１３とを備えている。スクリューコンベア１１や圧送ポンプ１２の形式に制限はなく、現場の状況等に応じて適宜なものを選択すればよい。なお、圧送ポンプ１２だけで、掘削残土を残土ピット２１まで圧送できない場合には、圧送管１３の途中に圧送ポンプ１４を増設する。

混練プラント２０は、残土ピット２１、積込機械２２、残土供給手段２３、固化材供給手段２４、骨材供給手段２５、貯水タンク２６、気泡発生装置２７、混練手段２８、処理土搬送手段２９などを備えている。

残土ピット２１は、後行トンネルＴ２の切羽から搬送されてきた掘削残土Ｚを貯留するものであり、作業ヤードＹの適所に設置されている。残土ピット２１の設置場所、大きさ、形状等に制限はなく、作業現場の状況等に応じて適宜変更してもよい。

積込機械２２は、残土ピット２１に貯留された掘削残土Ｚを残土供給手段２３に投入するためのものであり、本実施形態では、残土ピット２１上を移動可能なバックホウからなる。積込機械２２の種類、能力等は、残土ピット２１の設置場所、大きさ、形状等に応じて決定すればよい。例えば、残土ピット２１が到達立坑Ｓ２の内部に設けられている場合には、積込機械２２としてクラムシェルバケットを選択すればよい。なお、ダンプトラックなどの運搬車両を利用して掘削残土Ｚをシールド現場外に搬出する場合には、積込機械２２を使って掘削残土Ｚを運搬車両に積み込む。

残土供給手段２３は、掘削残土Ｚの投入口となるホッパ２３ａと、このホッパ２３ａから混練手段２８に至る配管２３ｂと、ホッパ２３ａに投入された掘削残土を混練手段２８に送り出すスクイーズ式のポンプ２３ｃと、配管２３ｂの途中に設けられた流量計２３ｄを備えている。

固化材供給手段２４は、混練手段２８に投入される掘削残土の量（重量または容積）に見合った量（配合試験により決定した重量または容積）の固化材を自動的且つ連続的に混練手段２８に供給するものであり、固化材を貯蔵するサイロ２４ａや、このサイロ２４ａから混練手段２８に至る配管２４ｂのほか、固化材を混練手段２８に定量供給するための計量フィーダなどを備えている。

骨材供給手段２５は、混練手段２８に投入される掘削残土の量に見合った量の骨材を自動的且つ連続的に混練手段２８に供給するものであり、骨材を貯蔵するサイロ２５ａや、このサイロ２５ａから混練手段２８に至る配管２５ｂのほか、骨材を混練手段２８に定量供給するための計量フィーダなどを備えている。

貯水タンク２６は、掘削残土に添加する水を貯溜するものである。貯水タンク２６に貯溜された水は、水中ポンプ２６ａが取り付けられた配管２６ｂを介して混練手段２８に供給される。配管２６ｂには、混練手段２８に投入される掘削残土の量に見合った水量を自動的且つ連続的に混練手段２８に供給する水量調整装置２６ｃが装備されている。

気泡発生装置２７は、掘削残土に混練する気泡を発生させるとともに、混練手段２８に投入される掘削残土の量に見合った量の気泡を自動的且つ連続的に混練手段２８に供給するものである。

混練手段２８は、掘削残土、固化材、骨材、水、気泡などを混練するものである。本実施形態の混練手段２８は、掘削残土や固化材等を連続的に混練することができるスクリューミキサを備えており、掘削残土や固化材等がスクリューミキサを通過すると、所定配合の流動化処理土が製造される。なお、スクリューミキサの吐出部は、処理土搬送手段２９のホッパ２９ａに接続されており、吐出部から吐出された流動化処理土は、ホッパ２９ａに投入される。

処理土搬送手段２９は、混練手段２８から吐出された流動化処理土をシールド現場内または隣接工区の打設場所へと搬送するものであり、本実施形態では、流動化処理土の投入口となるホッパ２９ａと、このホッパ２９ａから図示せぬ打設場所に至る配管２９ｂと、ホッパ２９ａに投入された流動化処理土を打設場所に圧送するスクイーズ式のポンプ２９ｃを備えている。

次に、流動化処理土の製造方法を詳細に説明する。
なお、以下の説明では、図１の（ｃ）に示すように、発進立坑Ｓ１と到達立坑Ｓ２との間に、粘性土が支配的な区間Ａと、砂質土が支配的な区間Ｂとが存在している場合を想定する。

まず、図１の（ａ）に示すように、シールドマシンＭを発進立坑Ｓ１から到達立坑Ｓ２に向わせて先行トンネルＴ１を構築する。区間Ａを掘削する際には粘性土の掘削に適した加泥材ａを切羽に添加し、泥土状になった掘削残土を残土ピットに圧送する。そして、区間Ａの地山と加泥材ａが混じった状態の掘削残土を残土ピットから採取し、図２に例示する手順で配合試験を行い、区間Ａから排出される掘削残土を原料にして流動化処理土を製造する際に好適な配合αを決定する。同様に、区間Ｂを掘削している最中に、残土ピットから区間Ｂの地山と加泥材ｂが混じった状態の掘削残土を採取し、図２に例示する手順で配合試験を行い、区間Ｂから排出される掘削残土を原料にして流動化処理土を製造する際に好適な配合βを決定する。

次に、図１の（ｂ）に示すように、シールドマシンＭを到達立坑Ｓ２から発進立坑Ｓ１に向わせて後行トンネルＴ２を構築する。なお、区間Ａを掘進する際には、加泥材ａを添加しつつ地山を掘削し、区間Ｂを掘進する際には、加泥材ｂを添加しつつ地山を掘削する。切羽で発生した掘削残土は、残土搬送手段１０を使って残土ピット２１まで搬送する。

そして、図３に示すように、残土ピット２１に貯溜されている掘削残土Ｚを、積込機械２２を使用してホッパ２３ａに投入すると、混練手段２８において固化材等と混練され、所定配合の流動化処理土となって処理土搬送手段２９に吐出される。得られた流動化処理土は、処理土搬送手段２９によって、打設場所まで圧送され、打設場所において打設される。

なお、区間Ａを掘削した際に発生した掘削残土を原料にして流動化処理土を製造する場合には、配合αに従って混練されるように、固化材供給手段２４の計量フィーダ、骨材供給手段２５の軽量フィーダ、水量調整装置２６ｃなどを調整し、同様に、区間Ｂを掘削した際に発生した掘削残土を原料にして流動化処理土を製造する場合には、配合βに従って混練されるように、計量フィーダ等を調整する。

ちなみに、流動化処理土を製造しない場合には、残土ピット２１において掘削残土Ｚと固化材とを混練したうえで、ダンプトラックなどの運搬車両を利用してシールド現場外に搬出する。

以上説明したように、後行トンネルＴ２の掘削残土と酷似すると予想される先行トンネルＴ１の掘削残土を使用して、後行トンネルＴ２の掘削残土で流動化処理土を製造する際の配合を決定しておけば、後行トンネルＴ２の掘削残土に対して配合試験を行わずとも、設計基準や環境基準に適合した流動化処理土を得ることが可能となり、さらには、後行トンネルＴ２の掘削残土の性状を調整するための設備を省略することが可能となるので、流動化処理土を簡易且つ安価に得ることが可能となる。

なお、本実施形態では、掘削残土をポンプ圧送により残土ピット２１へと搬送する残土搬送手段１０を例示したが、残土搬送手段１０の構成を限定する趣旨ではない。図示は省略するが、ベルトコンベアやずり鋼車（ずり運搬車）などを残土搬送手段１０としてもよい。

本実施形態では、流動化処理土の製造に使用する掘削残土と、シールド現場外へ搬出する掘削残土とを一の残土ピット２１に貯溜する場合を例示したが、別々の残土ピットに貯溜してもよい。この場合には、図示は省略するが、残土ピットの数に合わせて圧送管１３を分岐させ、分岐部分に開閉弁を設ければよい。

本実施形態では、シールドマシンが泥土圧式である場合を例示したが、土圧式や泥水式であっても差し支えない。なお、泥水式のシールドマシンを用いる場合には、排泥管を混練手段２８に接続し、掘削残土である泥水を直接混練手段２８に供給する。この場合、残土ピット２１、積込機械２２および残土供給手段２３は、省略することができる。

本実施形態では、一台のシールドマシンＭを立坑Ｓ１，Ｓ２間で往復させる場合を例示したが、図４に示すように、二台のシールドマシンＭ１，Ｍ２を用いる場合であっても、本発明の流動化処理土の製造方法を実施することができる。この場合には、先行トンネルＴ１を構築するシールドマシンＭ１の切羽で発生した掘削残土を使用して、流動化処理土の配合を決定するための配合試験を行い、後行トンネルＴ２を構築するシールドマシンＭ２の切羽で発生した掘削残土に、配合試験に基づいて決定した配合に従って固化材を混練することで流動化処理土を製造すればよい。このようにすると、後行トンネルＴ２の掘削残土に対して配合試験を行わずとも、設計基準や環境基準に適合した流動化処理土を得ることが可能となり、さらには、掘削残土の性状を調整するための設備を省略することが可能となるので、流動化処理土を簡易且つ安価に得ることが可能となる。なお、シールドマシンＭ２は、シールドマシンＭ１を発進立坑Ｓ１から発進させた後、配合試験に要する日数以上の間隔をあけてから、発進立坑Ｓ１から発進させる。

実施形態に係る流動化処理土の製造方法を説明するための模式図であって、（ａ）および（ｂ）は、シールドトンネルの構築手順を説明するための平面図、（ｃ）は土層図である。 配合試験の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る流動化処理土の製造方法を実施するための流動化処理土製造システムを説明するための模式図である。 実施形態の変形例を説明するための模式図である。

符号の説明

作業ヤード Ｙ
先行シールドトンネル Ｔ１
後行シールドトンネル Ｔ２
発進立坑 Ｓ１
到達立坑 Ｓ２
残土搬送手段 １０
混練プラント ２０

Claims (2)

1. シールド工事現場内の作業ヤードに設置した混練プラントで流動化処理土を製造する流動化処理土の製造方法であって、
   先行シールドトンネルを構築する際に切羽で発生した泥水状または泥土状の掘削残土を使用して、流動化処理土の配合を決定するための配合試験を行い、
   前記先行シールドトンネルに並行する領域で後行シールドトンネルを構築する際に切羽で発生した泥水状または泥土状の掘削残土に、前記配合試験に基づいて決定した配合に従って固化材を混練することで流動化処理土を製造することを特徴とする流動化処理土の製造方法。
2. シールド工事現場内の作業ヤードに設置した混練プラントで流動化処理土を製造する流動化処理土の製造方法であって、
   シールドマシンを発進立坑から到達立坑に向わせる際に切羽で発生した泥水状または泥土状の掘削残土を使用して、流動化処理土の配合を決定するための配合試験を行い、
   前記シールドマシンを前記到達立坑から前記発進立坑に向わせる際に切羽で発生した泥水状または泥土状の掘削残土に、前記配合試験に基づいて決定した配合に従って固化材を混練することで流動化処理土を製造することを特徴とする流動化処理土の製造方法。

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