JP2014070405A

JP2014070405A - 泥土圧シールド工法及び泥土圧シールド掘進機

Info

Publication number: JP2014070405A
Application number: JP2012216679A
Authority: JP
Inventors: Takatsugu Oi; 隆資大井; Koji Yoshino; 広司吉野
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-21
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: JP6113449B2

Abstract

【課題】地山の一部若しくは全部が無水地山である場合でも多量の作泥土材を必要とせず良好に掘進作業を遂行し得る泥土圧シールド工法及び泥土圧シールド掘進機を提供する。
【解決手段】本発明に係る泥土圧シールド工法は、前端に地山の切羽を掘削する回転カッター２を備えこの回転カッター２の背後にカッターチャンバー３を備えた密閉型シールド掘進機１を使用する。回転カッター２で掘削されてカッターチャンバー３内に取込まれる掘削土砂に作泥土材を添加して混練することで、掘削土砂を塑性流動性及び不透水性を有する泥土に変換し、カッターチャンバー３内に充満した泥土を加圧して泥土圧を発生させつつ掘進作業を遂行する。掘削土砂に添加する作泥土材として、ベントナイト、粘土、高分子材料、及び気泡のうちの少なくとも１つを含む第１の作泥土材と、表面張力低下剤を添加した清水から成る第２作泥土材とを同時にカッターチャンバー３内に注入する。
【選択図】図１

Description

本発明は泥土圧シールド工法及び泥土圧シールド掘進機に関するものであり、より詳しくは、掘削しようとする地山の一部若しくは全部が地下水の無い地山（無水地山）である場合でも、多量の作泥土材を必要とすることなく、地下水のある地山と同様に良好に掘進作業を遂行し得る泥土圧シールド工法及び泥土圧シールド掘進機に関する。

泥土圧シールド工法に用いられる泥土圧シールド掘進機は、前端に地山の切羽を掘削する回転カッターを備え、この回転カッターの背後にカッターチャンバーを備えた密閉型シールド掘進機である。回転カッターで掘削された切羽の土砂（掘削土砂）はカッターチャンバー内に取込まれる。この掘削土砂に作泥土材を添加して混練することで、その掘削土砂を塑性流動性及び不透水性を有する泥土に変換し、カッターチャンバー内に充満したその泥土を、シールド掘進機を推進することによって加圧して泥土圧を発生させる。カッターチャンバー内に充満した泥土はスクリューコンベアを介して後方へ排出し、その泥土の排出量とシールド掘進機の推進量とを適切にバランスさせることによって、カッターチャンバー内の泥土圧を切羽の土圧及び水圧に応じた適切な圧力に維持し、もって、掘進作業の遂行中に切羽を安定させると共に切羽からの地下水の流出を抑制する。

掘削土砂を適切な塑性流動性及び不透水性を有する泥土に変換するためにカッターチャンバー内に注入する作泥土材としては、ベントナイト、粘土、高分子材料、気泡などが用いられる。作泥土材として気泡を用いる場合には、カッターチャンバー内に高圧空気を注入して混練により気泡を形成するようにしてもよく、また、カッターチャンバーの外部で適宜の発泡材料を起泡した上でその発泡材料をカッターチャンバー内に注入するようにしてもよい。

作泥土材として気泡を使用し、カッターチャンバー内に高圧空気を注入するようにした泥土圧シールド工法及び泥土圧シールド掘進機の具体例としては、例えば特許文献１に開示されたものなどがある。

特開平１０−２８０８７２号公報

掘削しようとする地山の一部若しくは全部が地下水の無い地山（無水地山）である場合には、作泥土材を用いても、地下水のある地山の場合とは違い、泥土の塑性流動性にムラができ、その結果として回転カッターの負荷が増大するという問題が生じる。これを防ぎ、適切な塑性流動性を有する泥土を得るためには、より多量の作泥土材を添加する必要がある。しかるに、ベントナイトや粘土などの作泥土材を多量に添加すると、排土量が増大して、その廃棄処理費用がかさみ、また、作泥土材として高分子材料を使用する場合には、作泥土材が高価であるために、添加量が増大すると、その購入費用がかさむという問題が生じる。また、作泥土材として気泡を用いる場合には、添加量を増大させたときに発生する泥土の塑性流動性のムラが、特に甚だしいものとなる。

本発明はかかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、掘削しようとする地山の一部若しくは全部が地下水の無い地山（無水地山）である場合でも、多量の作泥土材を必要とすることなく、地下水のある地山と同様に良好に掘進作業を遂行し得る泥土圧シールド工法及び泥土圧シールド掘進機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る泥土圧シールド工法は、前端に地山の切羽を掘削する回転カッターを備え前記回転カッターの背後にカッターチャンバーを備えた密閉型シールド掘進機を使用し、前記回転カッターで掘削されて前記カッターチャンバー内に取込まれる掘削土砂に作泥土材を添加して混練することで、前記掘削土砂を塑性流動性及び不透水性を有する泥土に変換し、前記カッターチャンバー内に充満した前記泥土を加圧して泥土圧を発生させつつ掘進作業を遂行する泥土圧シールド工法において、前記掘削土砂に添加する前記作泥土材として、ベントナイト、粘土、高分子材料、及び気泡のうちの少なくとも１つを含む第１の作泥土材と、表面張力低下剤を添加した清水から成る第２作泥土材とを同時に前記カッターチャンバー内に注入することを特徴とする。
また、本発明に係る泥土圧シールド掘進機は、前端に地山の切羽を掘削する回転カッターを備え前記回転カッターの背後にカッターチャンバーを備えた密閉型シールド掘進機であって、前記カッターチャンバー内に作泥土材を注入する作泥土材注入手段を備え、該作泥土材注入手段は、ベントナイト、粘土、高分子材料、及び気泡のうちの少なくとも１つを含む第１の作泥土材と、表面張力低下剤を添加した清水から成る第２作泥土材とを同時に前記カッターチャンバー内に注入可能に構成されていることを特徴とする。

かかる泥土圧シールド工法ないし泥土圧シールド掘進機によれば、表面張力が低下した清水が速やかに掘削土砂に浸透して土砂の粒子表面を被覆するため、第１の作泥土材としてベントナイト、粘土、高分子材料、気泡のいずれを用いる場合であっても、その第１の作泥土材の添加量を少量に抑えつつ、掘削土砂を適切な塑性流動性を有する泥土に変換することができ、またそのために必要とされる第２の作泥土材も少量で済むため、掘削しようとする地山の一部若しくは全部が地下水の無い地山（無水地山）である場合でも、多量の作泥土材を必要とすることなく、地下水のある地山と同様に良好に掘進作業を遂行することが可能となる。

本発明の好適な実施の形態に係る泥土圧シールド掘進機の模式的な断面側面図である。

図１に模式的な断面側面図で示したのは本発明の好適な実施の形態に係る泥土圧シールド掘進機１である。この泥土圧シールド掘進機１は、いわゆる密閉型シールド掘進機であって、その前端に、回転駆動手段（不図示）で回転駆動されて地山の切羽を掘削する回転カッター２を備えており、また、この回転カッター２の背後に、掘削された土砂が取込まれるカッターチャンバー３を備えている。

泥土圧シールド掘進機１は更に作泥土材注入手段４を備えており、この作泥土材注入手段４は、カッターチャンバー３内に第１の作泥土材を注入するための第１の作泥土材注入機構５と、カッターチャンバー３内に第２の作泥土材を注入するための第２の作泥土材注入機構６とを含むものである。それら２つの作泥土材注入機構５、６は並列的に配列されており、互いに独立して作動させることができ、それらを同時に作動させることが可能である。そのため作泥土材注入手段４は、第１の作泥土材と第２の作泥土材とを同時にカッターチャンバー３内に注入可能に構成されている。また、２つの作泥土材注入機構５、６は、各々の作泥土材注入動作及び作泥土材注入量を独立して制御することのできる制御装置（不図示）を備えている。これによって作泥土材注入手段４は、第１及び第２の作泥土材注入機構５、６を個別に制御して、第１及の作泥土材の注入量と第２の作泥土材の注入量とを個別に調節可能な構成とされている。

第１の作泥土材としては、ベントナイト、粘土、高分子材料、及び気泡のうちの少なくとも１つを含むものを用いる。第１の作泥土材として気泡を用いる場合には、カッターチャンバー３内に高圧空気を注入して混練により気泡を形成するようにしてもよく、また、カッターチャンバー３の外部で適宜の発泡材料を起泡した上でその発泡材料をカッターチャンバー３内に注入するようにしてもよい。高圧空気を注入するための機構や、起泡した発泡材料を注入するための機構は、当業界において周知のものである。

第２の作泥土材としては、表面張力低下剤を添加した清水を用いる。添加する表面張力低下剤は、炭化水素系界面活性剤またはフッ化炭素系界面活性剤とすることが好ましく、なぜならば、これらは強力な表面張力低下能力を有するため、第２の作泥土材の添加量を抑える上で有利だからである。また特に、フッ化炭素系界面活性剤を用いるとその点でより大きな効果が得られる。

回転カッター２は、その背面に複数の攪拌羽根７が設けられている。回転カッター２で掘削されてカッターチャンバー３内に取込まれる掘削土砂に、作泥土材注入手段４によって作泥土材を添加したならば、両者が攪拌羽根７によって混練され、それによって掘削土砂は塑性流動性及び不透水性を有する泥土に変換される。尚、回転カッター２の攪拌羽根７の代わりに、或いは回転カッター２の攪拌羽根７に加えて、その他の攪拌装置を装備するようにするのもよい。

泥土圧シールド掘進機１は、カッターチャンバー３から泥土を後方へ排出するためのスクリューコンベア８を備えており、また更に、このスクリューコンベア８の回転速度を制御する制御装置、掘進に際して泥土圧シールド掘進機１の推進力を発生するための複数のシールドジャッキ、それらシールドジャッキの動作を制御する制御装置、それにカッターチャンバー３内に充満した泥土の圧力を測定するための泥土圧計を備えており、それらは当業界において周知のものであるため図には示していない。

次に、本発明の好適な実施の形態に係る泥土圧シールド工法について説明する。この泥土圧シールド工法では、以上に説明した泥土圧シールド掘進機１のような、前端に地山の切羽を掘削する回転カッターを備え、この回転カッターの背後にカッターチャンバーを備えた密閉型シールド掘進機を使用する。

図１に示した具体例の泥土圧シールド１を使用する場合に即して説明するならば、この好適な実施の形態にかかる泥土圧シールド工法では、回転カッター２で掘削されてカッターチャンバー３内に取込まれる掘削土砂に作泥土材を添加して混練することで、その掘削土砂を塑性流動性及び不透水性を有する泥土に変換する。また、カッターチャンバー３内に充満したその泥土を、泥土圧シールド掘進機１を推進することによって加圧して泥土圧を発生させる。そして、掘削土砂に添加する作泥土材として、ベントナイト、粘土、高分子材料、及び気泡のうちの少なくとも１つを含む第１の作泥土材と、表面張力低下剤を添加した清水から成る第２作泥土材とを同時にカッターチャンバー３内に注入する。カッターチャンバー３内に充満した泥土はスクリューコンベア８を介して後方へ排出し、その泥土の排出量と泥土圧シールド掘進機１の推進量とを適切にバランスさせることによって、カッターチャンバー３内の泥土圧を切羽の土圧及び水圧に応じた適切な圧力に維持し、もって、掘進作業の遂行中に切羽を安定させると共に切羽からの地下水の流出を抑制する。

かかる泥土圧シールド工法によれば、表面張力が低下した清水が速やかに掘削土砂に浸透して土砂の粒子表面を被覆するため、第１の作泥土材としてベントナイト、粘土、高分子材料、気泡のいずれを用いる場合であっても、その第１の作泥土材の添加量を少量に抑えつつ、掘削土砂を適切な塑性流動性を有する泥土に変換することができ、しかもこれを少量の第２の作泥土材を添加することで達成できるため、掘削しようとする地山の一部若しくは全部が地下水の無い地山（無水地山）である場合でも、多量の作泥土材を必要とすることなく、地下水のある地山と同様に良好に掘進作業を遂行することが可能となる。

ベントナイトや粘土などの作泥土材を多量に添加すると、排土量が増大して、その廃棄処理費用がかさみ、また、作泥土材として高分子材料を使用する場合には、作泥土材が高価であるために、添加量が増大すると、その購入費用かさむという問題が生じ、また、作泥土材として気泡を用いる場合には、添加量を増大させたときに発生する泥土の塑性流動性のムラが、特に甚だしいものとなるが、本発明によれば、それら作泥土材を多量に使用する必要がないことから、かかる不都合を完全に回避することができる。

既述のごとく、第２の作泥土材を調製するために清水に添加する表面張力低下剤は、炭化水素系界面活性剤またはフッ化炭素系界面活性剤とすることが好ましく、なぜならば、これらは強力な表面張力低下能力を有するため、第２の作泥土材の添加量を抑える上で有利だからである。また、これも既述のごとく、フッ化炭素系界面活性剤を用いるとその点でより大きな効果が得られる。

地山を掘り進めるにつれて土質性状が変化する場合には、また特に、地山の含水量や地下水の水位が変化する場合には、作泥土材注入手段４の第１及び第２の作泥土材注入機構５、６を適宜制御することにより、第１の作泥土材の注入量と第２の作泥土材の注入量とを個別に調節するとよく、特に第２の作泥土材の注入量を地山の土質性状に応じて適宜調節することで、泥土の塑性流動性を常に適切に維持することが可能である。

１泥土圧シールド掘進機
２回転カッター
３カッターチャンバー
４作泥土材注入手段
５第１の作泥土材注入機構
６第２の作泥土材注入機構
７攪拌羽根
８スクリューコンベア

Claims

前端に地山の切羽を掘削する回転カッターを備え前記回転カッターの背後にカッターチャンバーを備えた密閉型シールド掘進機を使用し、前記回転カッターで掘削されて前記カッターチャンバー内に取込まれる掘削土砂に作泥土材を添加して混練することで、前記掘削土砂を塑性流動性及び不透水性を有する泥土に変換し、前記カッターチャンバー内に充満した前記泥土を加圧して泥土圧を発生させつつ掘進作業を遂行する泥土圧シールド工法において、前記掘削土砂に添加する前記作泥土材として、ベントナイト、粘土、高分子材料、及び気泡のうちの少なくとも１つを含む第１の作泥土材と、表面張力低下剤を添加した清水から成る第２作泥土材とを同時に前記カッターチャンバー内に注入することを特徴とする泥土圧シールド工法。
前記表面張力低下剤は炭化水素系界面活性剤またはフッ化炭素系界面活性剤であることを特徴とする請求項１記載の泥土圧シールド工法。
前記第１の作泥土材の注入量と前記第２の作泥土材の注入量とを個別に調節することを特徴とする請求項１又は２記載の泥土圧シールド工法。
泥土圧シールド掘進機において、前端に地山の切羽を掘削する回転カッターを備え前記回転カッターの背後にカッターチャンバーを備えた密閉型シールド掘進機であって、前記カッターチャンバー内に作泥土材を注入する作泥土材注入手段を備え、該作泥土材注入手段は、ベントナイト、粘土、高分子材料、及び気泡のうちの少なくとも１つを含む第１の作泥土材と、表面張力低下剤を添加した清水から成る第２作泥土材とを同時に前記カッターチャンバー内に注入可能に構成されていることを特徴とする泥土圧シールド掘進機。
前記表面張力低下剤は炭化水素系界面活性剤またはフッ化炭素系界面活性剤であることを特徴とする請求項４記載の泥土圧シールド掘進機。
前記作泥土材注入手段は、前記第１の作泥土材の注入量と前記第２の作泥土材の注入量とを個別に調節可能に構成されていることを特徴とする請求項４又は５記載の泥土圧シールド掘進機。