JP2012001899A - トンネル道床部の構築方法、およびトンネル道床部 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル掘削時の発生物を効率良く利用してトンネル道床部を構築する。
【解決手段】トンネル掘削に伴う発生物を処理した、粒径が２０ｍｍから４０ｍｍの粒子を含む流動化処理土を、トンネル底部に打設して道床部を構築する。
【選択図】図２

Description

本発明は、トンネル道床部の構築方法およびトンネル道床部に関するものであり、具体的には、トンネル掘削時の発生物を効率良く利用してトンネル道床部を構築する技術に関する。

トンネル掘削の進行に伴って、資材搬入や排土搬出等の経路としてトンネル道床部を施工する技術が提案されてきた。トンネル道床部の施工技術としては、例えば、砕石や枕木等の部材やＰＣ床版などをトンネル底部に敷設する技術や、掘削時に生じた土砂等の処理土を構造物間などに適宜充填するなどといった技術がある。こうした従来技術としては例えば、泥水シールド機の掘削の際に生ずる地下水および発生土を処理・改質することにより、所望土質によるトンネル内路床を形成するインバート材として利用することのできるトンネル築造システム（特許文献１）などが提案されている。

また、シールド機の掘進により生じる掘削土砂を処理するための処理設備であって、前記掘削土砂を解泥して所定の比重の泥水を作製する解泥設備と、前記泥水とセメント等の固化材とを混合して裏込材を作製する裏込設備とを前記シールド機の掘進により構築されるトンネル内に備えることを特徴とする処理設備（特許文献２）なども提案されている。

実開平０５−０４９８９６号公報 特開２００９−００１９８９号公報

従来においては、例えば、路盤材や打設用コンクリートをトンネル坑外からトンネル坑内の掘削現場近くまで搬入する必要がある。また、こうした部材搬入後も、転圧作業や、手間のかかる型枠工など各種作業は必要である。つまり、トンネル道床部施工にあたって生じる、路盤材等の調達、搬入、設置の各作業に関する手間、コストは無視できないものとなっている。また、トンネル掘削土を裏込め材などとして利用する従来技術の場合、トンネル掘削土のうち一部粒径分を利用するに留まっており、その利用効率の点では改善の余地が残されていた。

そこで本発明では、トンネル掘削時の発生物を効率良く利用してトンネル道床部を構築する技術の提供を目的とする。

上記課題を解決する本発明のトンネル道床部の構築方法は、トンネル掘削に伴う発生物を処理した、粒径が２０ｍｍから４０ｍｍの粒子を含む流動化処理土を、トンネル底部に打設して道床部を構築することを特徴とする。

また、本発明のトンネル道床部は、トンネル掘削に伴う発生物を処理した、粒径が２０ｍｍから４０ｍｍの粒子を含む流動化処理土を、トンネル底部に打設してなることを特徴とする。

こうした本発明によれば、トンネル道床部を流動化処理土で構築できることとなるので、重機での路盤材転圧作業や、手間のかかる型枠工なども不要となり、トンネル道床部構築に当たって従来必要であった、路盤材等の調達、搬入、設置といった手間、コスト、工期を削減可能となる。

また、トンネル道床部の構築に従来提案されていた流動化処理土は、充填性や作業性等の観点からその粒径分布が２０ｍｍ以下のものとなっていたが、本発明によれば、粒径２０ｍｍから４０ｍｍの粒子を含む流動化処理土も利用対象となり、掘削時の発生物（泥土、泥水、岩屑等）をより効率的に利用することができる。これは、掘削残土等をトンネル坑外に搬出する手間やコストを低減し、ひいてはトンネル工事全体の工期・工費の削減にもつながる。また、粒径が４０ｍｍ程度の粒子を含む流動化処理土を道床部に用いれば、２０ｍｍ以下の流動化処理土を用いた場合よりも、構築後の道床部に高い強度を期待できる。

本発明によれば、トンネル掘削時の発生物を効率良く利用してトンネル道床部を構築することができる。

本実施形態におけるトンネル道床部構築方法と従来施工方法の比較図である。 本実施形態におけるトンネル道床部構築方法の適用例を示す図である。 本実施形態におけるトンネル道床部の形成推移を示す図である。 本実施形態におけるトンネル道床部構築方法の手順例を示すフロー図である。 本実施形態において用いる流動化処理土の生成システム例を示す図である。

−−−適用例−−−
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態におけるトンネル道床部構築方法と従来施工方法の比較図である。まず参考のため、従来における道床部の構築方法と本実施形態のトンネル道床部の構築方法とを比較しておく。従来の道床部構築方法では、例えば、図１にて一例を示すように、トンネル１０の底部３に側壁コンクリート１１を打設し、その上面にＰＣ床版１２を形成することで道床部５を構築することとなっていた。このような施工を行うためには、トンネル坑外からの型枠材の搬入、組み立て、コンクリート圧送手配、側壁コンクリートの打設・養生、ＰＣ床版の形成といった施工手順を踏む必要がある。

一方、本実施形態のトンネル道床部構築方法を採用する場合、従来手法のような煩雑な型枠工の手間や路盤材の手配・転圧作業等は必要無くなる。シールドマシンなどの掘削機から排出される土砂等を処理して得られる流動化処理土３０を、そのままトンネル１０の底部３に、或いは、ボックスカルバート等の構造物２０とトンネル内壁１５との間に打設し適宜養生することで、トンネル１０の道床部５を構築できるのである。なお、図示した例では、ボックスカルバート等の構造物２０をトンネル底部３に配置した例を示しているが、このボックスカルバート等の構造物２０を配置せず、全て流動化処理土３０でトンネル底部３を充填して道床部５を形成するとしてもよい。

本実施形態において道床部５の構築に際して利用する流動化処理土３０は、トンネル掘削に伴う発生物＝シールドマシンや泥水掘削機などの各種掘削機から排出される土砂、泥水、岩屑等を処理した、粒径が２０ｍｍから４０ｍｍの粒子を含むものとなる。当然ながら、こうして構築されたトンネル道床部５は、トンネル底部３に打設された、粒径が２０ｍｍから４０ｍｍの粒子を含む前記流動化処理土３０を構成に含むことになる。

続いて、こうした本実施形態のトンネル道床部の構築方法について、具体的な状況に即して説明する。図２は、本実施形態におけるトンネル道床部構築方法の適用例を示す図であり、図３は本実施形態におけるトンネル道床部の形成推移を示す図である。また、図４は本実施形態におけるトンネル道床部構築方法の手順例を示すフロー図である。

この場合、例えばシールドマシン３５が掘削機としてトンネル切羽面に位置しており、掘削時の発生物である掘削土砂を後方に排出しているとする。この掘削土砂は、ベルトコンベヤや圧送管などの搬送手段６０を介して、後述する流動化処理土の生成システム５０に投入される（ｓ１００）。

シールドマシン３５の後方における壁面はセグメント３６で覆われてトンネル駆体が形成されている。また、シールドマシン３５の後方空間には、トンネル掘進の進行に応じて、坑口から順次配置されたボックスカルバート２０が列を成している。配置済みのボックスカルバート上にはレール２１が敷設され、このレール上を運搬車輌３７が走行する。運搬車輌３７は坑口から前記ボックスカルバート２０などを搬入する。シールドマシン３５の後方に搬入されたボックスカルバート２０は、トンネル天井面に設置されたテルハ２２など適宜なクレーンにより、先頭のボックスカルバート２０の先に吊下・設置されることとなる。このボックスカルバート２０の追加配置に伴って、前記レール２１も適宜延伸される。

一方、前記運搬車輌３７の後方には、流動化処理土３０の生成システム５０が配置されている。この生成システム５０は、前記シールドマシン３５から提供される掘削土砂等の粒度調整を行うことで２０ｍｍ〜４０ｍｍ径の土砂や岩屑等を得て（ｓ１０１）、これと、必要に応じた量の水分やセメント等の適宜な改良材とを混合・混練して、流動化処理土３０を生成する（ｓ１０２）。この生成システム５０で生成した流動化処理土３０は、圧送ポンプ５１により圧送管５２を介して打設現場５３まで搬送され（ｓ１０３）、打設される（ｓ１０４）。図示した例では、ボックスカルバート２０の側面２４とトンネル内壁１５、および堰板４５とで囲まれた領域が打設現場５３となり、例えば、ボックスカルバート天端面２３を適宜覆う高さまで流動化処理土３０が打設される。なお、ボックスカルバート２０を坑内に設置しない例の場合、トンネル底部３の全体が打設現場５３となり、トンネル底部３における所定高さ＝道床部５として必要な高さまで流動化処理土３０が打設されることになる。また、シールドマシン３５による掘削が進み、それに応じて運搬車輌３７も前進するにつれ、この生成システム５０もトンネル前方に向けて移設されるものとする（ｓ１０５）。以後、工事完了まで、シールドマシン３５のトンネル掘進に伴って、前記ステップｓ１００からｓ１０５を繰り返すこととなる（ｓ１０６：ｎｏ→ｓ１００）。

流動化処理土３０の打設は、トンネル底部３からボックスカルバート天端面２３を適宜覆う高さまで一度に行うとしてもよいが、養生管理の容易さや流動化処理土固化後の品質を考慮し、図３に示すようにトンネル底部３から段階的に行うとしてもよい。

−−−流動化処理土の生成について−−−
続いて、生成システム５０の具体的な構成と、流動化処理土３０の生成処理について説明する。図５は、本実施形態において用いる流動化処理土の生成システム例を示す図である。ここに例示する生成システム５０は、シールドマシン３５から掘削土砂等が供給される間は、連続的に流動化処理土３０を生成するシステムとなる。こうした生成システム５０は、シールドマシン３５から排出される掘削土砂を当該システムに継続的に搬入する搬送手段たる原料土搬送コンベヤー６０と、この原料土搬送コンベヤー６０により搬送されてきた掘削土砂を混練しながら必要量（＝打設現場５３への流動化処理土供給量に応じた量）だけ次工程に送り、その他は不要分として原料土排出コンベヤー６３に供給する、スクリューフィーダー６１とを備えている。

また、生成システム５０は、スクリューフィーダー６１から送られてくる掘削土砂を、適宜な供給源から得た清水ないし泥水（例：後述する連続流動化処理装置７０等での洗浄泥水）と混ぜ合わせて破砕するロール塊砕機６２を備えている。このロール塊砕機６２は、２０ｍｍから４０ｍｍ径の孔を回転面に多数配置して内部空洞のロールを、互いの回転面が当接し合うよう並べて配置したものである。互いに噛み合う回転面の上方から供給された前記掘削土砂は、前記回転面に強く押圧され、角を落としたり、崩れたりしながら前記孔を強制的に通過し、２０ｍｍから４０ｍｍ径の粒となってロール内に落下する。ロール内に落下した２０ｍｍから４０ｍｍ径の掘削土砂等は、次に述べる一次泥水貯留タンク６４に供給される。

生成システム５０は、一次泥水貯留タンク６４、および二次泥水タンク６６という容量の異なる２つのタンクを備えている。一次泥水貯留タンク６４は、ロール塊砕機６２から供給される２０ｍｍから４０ｍｍ径の掘削土砂、清水貯留タンク６５から供給される清水、二次泥水タンク６６のオーバーフロー分、および、後述する連続流動化処理装置７０等での洗浄泥水を受け入れるタンクとなる。なお、清水貯留タンク６５は、液面計８８で貯留量を検知し、貯留量の増減に応じて適宜なバルブ８０で清水供給源からの供給量を制御している。同様に、一次泥水貯留タンク６４も、液面計８８で貯留量を検知し、貯留量の増減に応じて適宜なバルブ８０で清水貯留タンク６５からの清水供給量を制御している。

この一次泥水貯留タンク６４には、撹拌ポンプ８６が備わっている。撹拌ポンプ８６は、上述した２０ｍｍから４０ｍｍ径の掘削土砂、清水、二次泥水タンク６６のオーバーフロー分、および、連続流動化処理装置７０等での洗浄泥水らを吸入し、適宜な圧力で吐出することで、タンク内に強い水流を生み出し、土粒子等が沈降して不均一な泥水とならぬよう図っている。また、一次泥水貯留タンク６４には、他にも送泥水ポンプ８７が備わっている。この送泥水ポンプ８７は、一次泥水貯留タンク６４に貯留されている泥水を二次泥水タンク６６に圧送するポンプとなる。

他方、一次泥水貯留タンク６４の上方に設置されるのが二次泥水タンク６６となる。一次泥水貯留タンク６４が、掘削土砂や泥水等をひとまとめに受け入れて、大容量で貯留しておくバッファの役割を果たすタンクであるのに対し、この二次泥水タンク６６は、連続流動化処理装置７０に一定量の泥水を安定的に供給するためのタンクとなる。この二次泥水タンク６６は、一次泥水貯留タンク６４の送泥水ポンプ８７から送られてくる泥水を、底部口８３で受け入れて、タンク底に泥水を流入させる構造となっている。こうした構造となっていることで、タンク内では自然と底部から上部へ向かう泥水の対流が生じることになる。またこれに加えて、二次泥水タンク６６はタンク上部に越流口８４を備えており、一定の貯留量以上の泥水については、送泥水ポンプ８７からの泥水の連続供給に伴って、越流口８４からオーバーフローする構造となっている。従って、越流口８４からのオーバーフローが連続的に生じることで、タンク内に生じる底部から上部への対流も維持され、タンク内での撹拌作用が連続することになる。

但し、こうした泥水流とオーバーフローの働きだけでは撹拌作用が不足する場合、二次泥水タンク６６に他の撹拌機構９０を設置するとしてもよい。設置する撹拌機構９０としては、撹拌ポンプや、ドラムミキサー、スクリューミキサーなど、状況に応じて種々採用すればよく、特に限定はしない。

二次泥水タンク６６では、上述のように、越流口８４までの水位が常に保たれることになるから、タンク下部での水圧も一定となる。従って、タンク下部に備わるバルブ８５の開度を調整するだけで、連続流動化処理装置７０に供給する泥水量も安定的に一定となる。バルブ８５としては、例えば、スクリューバルブやボールバルブを適用でき、泥水が含む粒子径が大きい場合（例：４０ｍｍ程度）には特にスクリューバルブが好適である。

また、生成システム５０は、このほかにもセメント等の改良材を貯える改良材サイロ６７を備えている。改良材サイロ６７は、計量器８２で計量しつつ一定量の改良材を連続流動化処理装置７０に供給し続けることになる。

生成システム５０における連続流動化処理装置７０は、二次泥水タンク６６から安定的に連続供給される一定量の泥水と、改良材サイロ６７から安定的に連続供給される一定量の改良材と適宜混合するなどして流動化処理土３０を生成する。ここで生成される流動化処理土３０は、圧送ポンプ５１に供給され、打設現場５３にて打設される。また、連続流動化処理装置７０で生じた洗浄泥水は、ピット７２、７３で受けて送泥水ポンプ８７でもって一次泥水貯留タンク６４に還流する。

以上、本実施形態によれば、トンネル道床部を流動化処理土で構築できることとなるので、トンネル道床部構築に当たって従来必要であった、路盤材等の調達、搬入、設置といった手間、コスト、工期が不要となる。また、流動化処理土打設に先立って路盤材を事前に敷設しておく必要も無くなるから、重機での路盤材転圧作業なども不要となり、工程やコストの圧縮につながる。

また、トンネル道床部の構築に従来提案されていた流動化処理土は、充填性や作業性等の観点からその粒径分布が２０ｍｍ以下のものとなっていたが、本発明によれば、粒径２０ｍｍから４０ｍｍの粒子を含む流動化処理土も利用対象となり、掘削時の発生物（泥土、泥水、岩屑等）をより効率的に利用することができる。これは、掘削残土等をトンネル坑外に搬出する手間やコストを低減し、ひいてはトンネル工事全体の工期・工費の削減にもつながる。また、粒径が４０ｍｍ程度の粒子を含む流動化処理土を道床部に用いれば、２０ｍｍ以下の流動化処理土を用いた場合よりも、構築後の道床部に高い強度を期待できる。

したがって、トンネル掘削時の発生物を効率良く利用してトンネル道床部を構築することができる。

以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

３ トンネル底部
５ トンネル道床部
１０ トンネル
１５ トンネル内壁
２０ ボックスカルバート
２１ レール
２２ テルハ
２３ ボックスカルバート天端面
３０ 流動化処理土
３５ シールドマシン（掘削機）
３６ セグメント
３７ 運搬車輌
５０ 流動化処理土生成システム
５１ 圧送ポンプ
５３ 打設現場
６０ 搬送手段（原料土搬送コンベヤー）
６３ 原料土排出コンベヤー
６１ スクリューフィーダー
６２ ロール塊砕機
６４ 一次泥水貯留タンク
６５ 清水貯留タンク
６６ 二次泥水タンク
６７ 改良材サイロ
７０ 連続流動化処理装置
７２、７３ ピット
８０ バルブ
８２ 計量器
８３ 底部口
８４ 越流口
８５ バルブ
８６ 撹拌ポンプ
８７ 送泥水ポンプ
８８ 液面計
９０ 他の撹拌機構

Claims (2)

1. トンネル掘削に伴う発生物を処理した、粒径が２０ｍｍから４０ｍｍの粒子を含む流動化処理土を、トンネル底部に打設して道床部を構築することを特徴とするトンネル道床部の構築方法。
2. トンネル掘削に伴う発生物を処理した、粒径が２０ｍｍから４０ｍｍの粒子を含む流動化処理土を、トンネル底部に打設してなることを特徴とするトンネル道床部。

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