JP2015074957A - トンネル掘進方法、及び、堆積物除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大礫や粒径の大きな玉石を堆積物として含む地盤を掘進速度の低下を招くことなく掘進することが可能なトンネル掘進方法、及び、堆積物除去方法を提供する。
【解決手段】礫及び玉石の少なくとも一方が堆積物として堆積している礫層（土層）Ｇ１を含む地盤を、シールド掘進機１により掘進するトンネル掘進方法であって、シールド掘進機１の掘進予定領域Ａ０と礫層Ｇ１とが重なる重複領域Ａ１と、重複領域Ａ１の下方に位置し重複領域Ａ１に連続する下方領域Ａ２とに、比重が堆積物の比重より低い液体を噴射して、重複領域Ａ１及び下方領域Ａ２の地盤を流動化させることにより、重複領域Ａ１の堆積物を下方領域Ａ２に沈降させ、シールド掘進機１により掘進する、構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、礫や玉石を堆積物として含む地盤をシールド掘進機により掘進するトンネル掘進方法、及び、堆積物除去方法に関する。

トンネル工事における地盤の掘削は、一般的に、シールド掘進機により行われている。このシールド掘進機によるトンネル掘進方法としては、いわゆる土圧式（泥土圧式）や泥水式のシールド掘進機を用いたトンネル掘進方法が知られている。

土圧式シールド掘進機では、例えば、スポークタイプのカッタヘッドの後部に土圧チャンバを設け、スポークの隙間を介して土圧チャンバ内に取り込んだ掘削土砂に加泥材を混練して掘削土砂を泥土に変換し、この泥土をスクリューコンベアにより土圧チャンバから排出している。そして、この排出量等を調節して土圧チャンバ内の泥土圧を切羽に作用させることで、切羽を安定させつつ掘進している。
また、泥水圧シールド掘進機では、例えば、面板タイプのカッタヘッドの後部に泥水チャンバを設け、カッタヘッドの面板に設けられたスリットを介して泥水チャンバ内に掘削土砂を取り込むと共に、泥水チャンバ内に泥水を加圧供給し、掘削土砂と泥水を排泥管により泥水チャンバから排出している。そして、この排出量等を調節して泥水チャンバ内の泥水圧を切羽に作用させることで、切羽を安定させつつ掘進している。

ここで、事前のボーリング調査等により地盤の掘進予定領域に、粒径の大きな、礫（大礫）や玉石等が存在することが分かっている場合、掘進や掘削土砂の排出の障害になるため、様々な工夫が上記泥水圧式や土圧式のシールド掘進機に施されている。

例えば、泥水式シールド掘進機においては、一般的に、面板タイプのカッタヘッドにローラカッタを複数設けて、このローラカッタにより大礫や粒径の大きな玉石をスリット及び排泥管を通過可能な粒径に粉砕して排出している。
また、特許文献１には、土圧式シールド掘進機において、土圧チャンバ内に破砕装置を設け、スポークの隙間を介して土圧チャンバ内に取り込んだ掘削土砂に含まれる大礫などをスクリューコンベアで排出可能な粒径に破砕して排出することが開示されている。

特開２００４−６８３８４号公報

しかしながら、泥水式シールド掘進機を用いたトンネル掘進方法において、カッタヘッドにローラカッタを設けて、礫等をスリットを通過可能な粒径まで破砕しつつ地盤を掘進すると、掘進速度の低下を招き、効率的な掘進を行うことができない。
一方、土圧式シールド掘進機を用いたトンネル掘進方法において、土圧チャンバ内に破砕装置を設けたとしても、スポーク間を通過できないほど大きな粒径の礫等が掘進機前方の地山に堆積している場合は、安定した掘進を行うことが困難である。この場合、カッタヘッドにローラカッタを設けて対応することも考えられるが、前述したように掘進速度の低下を招くことになるし、そもそも、掘進を停止して、その現場でカッタヘッドを改造することは困難である。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、大礫や粒径の大きな玉石を含む地盤を掘進する場合であっても、掘進速度の低下を招くことなく地盤を掘進することが可能なトンネル掘進方法、及び、堆積物除去方法を提供することを目的とする。

上記課題に対して、本発明に係るトンネル掘進方法は、その一態様として、礫及び玉石の少なくとも一方が堆積物として堆積している土層を含む地盤を、シールド掘進機により掘進するトンネル掘進方法であって、前記シールド掘進機の掘進予定領域と前記土層とが重なる重複領域と、該重複領域の下方に位置して前記重複領域に連続する下方領域とに、比重が前記堆積物の比重より低い液体を噴射して、前記重複領域及び前記下方領域の地盤を流動化させることにより、前記重複領域の前記堆積物を前記下方領域に沈降させ、
前記シールド掘進機により掘進する、構成とした。

また、本発明に係る堆積物除去方法は、その一態様として、礫及び玉石の少なくとも一方が堆積物として堆積している土層がシールド掘進機による掘進予定領域の地盤に含まれる場合に、シールド掘進機の掘進に先立って前記堆積物を前記掘進予定領域から除去する堆積物除去方法であって、前記掘進予定領域と前記土層とが重なる重複領域と、該重複領域の下方に位置して前記重複領域に連続する下方領域とに、比重が前記堆積物の比重より低い液体を噴射して、前記重複領域及び前記下方領域の地盤を流動化させることにより、前記重複領域の前記堆積物を前記下方領域に沈降させて該堆積物を前記掘進予定領域から除去する、構成とした。

本発明に係るトンネル掘進方法、及び、堆積物除去方法の上記一態様によると、シールド掘進機の掘進に先立って、掘進予定領域と礫や玉石を含む土層とが重なる重複領域と、この重複領域の下方に位置して重複領域に連続する下方領域とに、堆積物より低比重の液体を噴射する。そして、この液体噴射により重複領域及び下方領域の地盤を流動化させることによって重複領域内の堆積物をその自重により下方領域に沈降させて掘進予定領域から堆積物を除去した後、シールド掘進機により掘進する。
このように、重複領域の土層に元々堆積していた礫や玉石を、その下方領域に沈降させた後に、その重複領域等をシールド掘進機により掘進することができるため、掘進速度を低下させずに掘進することができる。

このようにして、大礫や粒径の大きな玉石が堆積している土層を含む地盤を掘進する場合であっても、掘進速度の低下を招くことなく地盤を掘進することが可能なトンネル掘進方法、及び、堆積物除去方法を提供することができる。

本発明に係る第１実施形態のトンネル掘進方法を適用するトンネル工事エリアの地盤の断面図である。 上記実施形態のトンネル掘進方法に用いる地盤流動化装置の概略構成を示す断面図である。 上記実施形態のトンネル掘進方法に用いるシールド掘進機の概略構成を示す断面図である。 上記実施形態におけるトンネル掘進方法におけるガイドホール掘削工程を説明するための地盤断面図である。 図４に続く、トンネル掘進方法における液体噴射ロッド建て込み工程を説明するための地盤断面図である。 図５に続く、トンネル掘進方法における高圧噴射撹拌工程を説明するための地盤断面図である。 図６の状態から、液体噴射ロッドをさらに上方に引き上げたときの、地盤断面図である。 図７の状態における地盤の流動化状態を説明するための地盤のイメージ断面図である。 図７に続く、トンネル掘進方法における液体噴射ロッド引抜き工程を説明するための地盤断面図である。 本発明に係る第２本実施形態のトンネル掘進方法を説明するための地盤断面図である。 図１０の状態における地盤の流動化状態を説明するための地盤のイメージ断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るトンネル掘進方法の実施形態について説明する。

図１は、本発明に係る第１実施形態のトンネル掘進方法を適用するトンネル工事エリアの地盤の断面図であり、シールド掘進機１の円筒状の掘進予定領域Ａ０と地盤の各層との位置関係を示した図である。図２は、本実施形態のトンネル掘進方法に用いる地盤流動化装置１００の概略構成図である。なお、図２及び後述する図４〜図７において、礫層Ｇ１及び泥岩層Ｇ２は、図の簡略化のため、図１で礫や粘土質等をイメージした模様を省略して示した。また、シールド掘進機１については、後に詳述する。

本実施形態におけるトンネル工事エリアの地盤は、図１に示すように、礫層Ｇ１と、この礫層Ｇ１の下方に隣接する泥岩層Ｇ２とを含んで構成されているものとする。なお、図１、図２、後述の図４〜図１１において、礫層Ｇ１の上方の地層については、図の簡略化のため省略した。

礫層Ｇ１は、例えば、礫及び玉石が堆積物として堆積してなるいわゆる玉石混じりの礫層であるものとする。礫及び玉石としては、様々な粒径のものが含まれている。
本実施形態においては、礫層Ｇ１には、シールド掘進機１の後述するスポーク間の隙間、及び、スクリューコンベア３５内（後述する図３参照）を通過することができない粒径の大礫や玉石が堆積しているものとする。
なお、この礫層Ｇ１が、本発明に係るトンネル掘進方法における「礫及び玉石の少なくとも一方が堆積物として堆積している土層」に相当する。

泥岩層Ｇ２は、粘性土質であり、シールド掘進機１により比較的容易に掘進可能な地層である。本実施形態のトンネル工事エリアにおける泥岩層Ｇ２には、地殻変動等によって生じた段差面Ｓ１がある。この泥岩層Ｇ２は、礫層Ｇ１と垂直方向（図１では上下方向）で隣接すると共に、段差面Ｓ１で礫層Ｇ１と水平方向（図１では左右方向）にも隣接している。図１は、シールド掘進機１が、図中矢印で示すように、泥岩層Ｇ２内を段差面Ｓ１に向かって水平方向に掘進し、段差面Ｓ１の手前に位置している状態を示している。図１中、一点鎖線は、シールド掘進機１のその後の掘進中の外形軌跡を示している。シールド掘進機１の掘進予定領域Ａ０は、この外形軌跡（一点鎖線）とシールド掘進機１の前部とで囲まれた円筒状の領域を言う。本実施形態において、この掘進予定領域Ａ０の一部は、礫層Ｇ１と重複している。このシールド掘進機１の掘進予定領域Ａ０と礫層Ｇ１とが重なる重複領域Ａ１は、図１では、一点鎖線と段差面Ｓ１とで囲まれた円筒状の領域である。
ここで、シールド掘進機１の掘進予定領域Ａ０に大礫や粒径の大きな玉石が含まれている場合、このままでは、後述する一般的なシールド掘進機１では安定した掘進を行うことが困難であるため、本実施形態においては、シールド掘進機１による重複領域Ａ１への掘進に先立って、この重複領域Ａ１を含む地盤を流動化させる地盤流動化装置１００の本体１０１を地上に設置している。
以下に、地盤流動化装置１００について、詳述する。

地盤流動化装置１００は、図２に示すように、本体１０１と、液体噴射ロッド１０２とを含んで構成され、重複領域Ａ１の上方に対応した地上に本体１０１が設置され、重複領域Ａ１と、この重複領域Ａ１の下方に位置して重複領域に連続する下方領域Ａ２とに、比重が礫及び玉石（堆積物）の比重より低い液体を噴射して、重複領域Ａ１及びその下方領域Ａ２の地盤を流動化させるものである。下方領域Ａ２は、詳しくは、重複領域Ａ１の下方に隣接しその隣接面Ｓから下方の領域である。
なお、図２において、重複領域Ａ１の隣接面Ｓとは、前述の段差面Ｓ１と、半円弧状断面の下方面Ｓ２とからなる。つまり、図２において、下方領域Ａ２とは、段差面Ｓ１及び下方面Ｓ２から下方の所定深さＤ１（地表面からの深さ）までの領域を言う。下方領域Ａ２の容積は、重複領域Ａ１に含まれる礫及び玉石が後述するようにこの下方領域Ａ２内に十分に沈降できるように重複領域Ａ１の容積に対応して設定されている。

地盤流動化装置１００による流動化処理に伴って、本実施形態では後述するように円筒状の造成体Ｚ（図２で破線で示す）が形成される。この造成体Ｚの直径Ｄ２、つまり、一回の処理で流動化可能な水平方向の範囲は、後述のジェット流Ｊの圧力及び液体噴射ロッド１０２の引き上げ速度や土質等によって定まり、限界がある。一回の流動化処理で造成可能な造成体Ｚ内に、重複領域Ａ１及び下方領域Ａ２を全て包含することができれば、流動化処理は一回で完了する。しかし、図２に示すように、重複領域Ａ１及び下方領域Ａ２が造成体Ｚより広い空間を占めている場合は、図中二点鎖線で示すように、別の地盤流動化装置１００で、残りの重複領域Ａ１及び下方領域Ａに対して流動化処理を行ってもよいし、一台の地盤流動化装置１００を移設して、順次流動化処理を行うようにしてもよい。

本実施形態において、礫及び玉石より比重の低い液体とは、例えばセメント系の固化材を含んだ固化材スラリー（いわゆるセメントミルク）である。通常、礫及び玉石の比重は、２．６〜２．７kg/cm³であり、セメント系の固化材スラリー（セメントミルク）の比重は、１．３〜１．４kg/cm³である。したがって、本実施形態における地盤流動化装置１００は、地盤を、後に詳述するようにして流動化させると共に、適宜配合された固化材の種類や配合比等によって定まる所定時間経過後に固化させて円筒状の造成体Ｚ（図１で破線で示す）を造成させる機能も有する。

本体１０１は、図示省略するが、固化材スラリーを貯蔵するタンクと、固化材スラリーを超高圧大流量（例えば、圧力：３０ＭＰａ程度、吐出流量：０．２〜０．４ｍ³／分程度）で圧送可能な超高圧ポンプと、エアーコンプレッサーとを備えている。そして、本体１０１の側面には、液体噴射ロッド１０２を、その軸心を中心として回転させると共に、軸心に沿って引上げ及び引下げ可能に把持する把持部１０１ａが取付けられている。

液体噴射ロッド１０２は、例えば、外管と内管とを備えた二重管タイプである。液体噴射ロッド１０２は、その上端側が地盤の地表から突設されて把持部１０１ａによって把持され、下端側（詳しくは、後述するモニタ１０２ｂ）が下方領域Ａ２の下端に位置するように、地盤の地表面から下方に向かって延設されている。例えば、液体噴射ロッド１０２は、事前にロータリーボーリングマシン等によって地盤の地表から下方領域Ａ２の下端より若干深く削孔されたガイドホールＧＨ内に上下方向に挿通されている。地表側にはスライム釜場ＳＬが構築され、このスライム釜場ＳＬにガイドホールＧＨが連通している。地盤の流動化処理中に、液体噴射ロッド１０２とガイドホールＧＨとの間の隙間を通って後述するスライム状の混練土（スライム）が上昇し、スライム釜場ＳＬに滞留する。このスライムは、スライム釜場ＳＬに設置されるサンドポンプ２０１を介して、スライム貯留タンク２００内に排泥される。

液体噴射ロッド１０２の上端部には、固化材スラリー入口と圧縮空気入口を有するスイベル１０２ａが接続され、液体噴射ロッド１０２の下端側には、カップリング（図示省略）を介してモニタ部１０２ｂが接続されている。内管は固化材スラリー入口と連通し固化材スラリーの流路となり、内管と外管との間の隙間は圧縮空気入口と連通し圧縮空気の流路となる。

タンク内の固化材スラリーは、超高圧ポンプ、スイベル１０２ａの固化材スラリー入口を介して液体噴射ロッド１０２の内管内に圧送される。また、エアーコンプレッサーからの圧縮空気は、スイベル１０２ａの圧縮空気入口を介して外管と内管との間の流路に圧送される。

モニタ部１０２ｂは、図示省略するが、液体噴射ロッド１０２の内管と連通する固化材スラリー噴射ノズル部と、前述の圧縮空気流路と連通する圧縮空気噴射ノズル部とを備えている。固化材スラリー噴射ノズル部のノズル先端は、モニタ部１０２ｂの外周面の一部で径方向外向き（図中水平方向）に開口している。また、圧縮空気噴射ノズル部のノズル先端は、固化材スラリー噴射ノズル部の周囲で、径方向外向きに開口している。圧縮空気を固化材スラリー噴射ノズル部の周囲から噴射させることにより、固化材スラリーを効率的に噴射させることができる。
このように、本実施形態においては、液体（固化材スラリー）の噴射は、地盤の地表面から下方に向かって延設される液体噴射ロッド１０２を、地上側（本体部１０１の把持部１０１ａ）から操作して行われるように構成されている。
なお、このように構成された地盤流動化装置１００による流動化処理及び造成体Ｚの造成については、後に詳述する。

次に、本実施形態のトンネル掘進方法に用いるシールド掘進機１について、図３を参照して詳述する。なお、本実施形態では、いわゆる土圧式（泥土圧式）シールド掘進機を例にとってシールド掘進機の構成を説明するが、シールド掘進機の種類はこれに限らない。

シールド掘進機１は、図３に示すように、その本体を成す円筒状のスキンプレート２と、スキンプレート２の前端部２ａに設けられる掘削用のカッタヘッド３と、カッタヘッド３の後方に離間してスキンプレート２に配置されるシールド隔壁４とを含んで構成される。

カッタヘッド３は、シールド隔壁４に回転自在に支持されている。カッタヘッド３は、シールド隔壁４の後面に設置された駆動用モータ５を駆動源として、回転しながら地山を掘削する。カッタヘッド３は、図示省略するが、例えば、その中心から径外方向に放射状に延設されたスポークを有し、このスポークの前部にカッタビットが適宜装着されたいわゆるスポークタイプの一般的な構造のものである。本実施形態では、スポークタイプのカッタヘッドを例にとって説明するが、カッタヘッドのタイプはこれに限らない。

カッタヘッド３とシールド隔壁４との間には、これらとスキンプレート２とにより土圧チャンバ６が区画形成されている。カッタヘッド３による掘削で生じた掘削土砂は、カッタヘッド３のスポーク（図示省略）の隙間を介して、土圧チャンバ６内に取り込まれる。土圧チャンバ６内では、取り込んだ掘削土砂に加泥材を注入して、掘削土砂と加泥材とを混練し、掘削土砂が泥土に変換される。この泥土は、後述するスクリューコンベア３５によって土圧チャンバ６から排出される。

シールド掘進機１は、カッタヘッド３及びシールド隔壁４の後方のスキンプレート２内にエレクタ装置１０を備える。
エレクタ装置１０はセグメント把持部１１を備える。このエレクタ装置１０は、円弧状断面を有するセグメントＳをセグメント把持部１１で把持しつつ、セグメントＳをトンネル軸方向、径方向、周方向に適宜移動させることができる。そして、エレクタ装置１０は、スキンプレート２内にて、その周方向に沿って複数のセグメントＳを連結することによりセグメントリングＳＲを構築する。このセグメントリングＳＲがトンネル軸方向に順次構築されることにより、図３に示すように、円筒状の覆工体２０が構築される。

シールド掘進機１のスキンプレート２より内側には、複数の推進ジャッキ３０が、スキンプレート２の内面に沿って周方向に互いに間隔を空けて配置されている。

推進ジャッキ３０は、シリンダ３１とロッド３２とにより構成される油圧ジャッキである。シリンダ３１は、その一端がスキンプレート２に固定されており、他端側にて、ロッド３２が進出・退入可能となっている。推進ジャッキ３０のロッド３２の先端部を既設のセグメントＳに当接させた状態で推進ジャッキ３０を伸長作動させることにより、シールド掘進機１は推進力を得ることができる。このようにして、推進ジャッキ３０は、既設のセグメントＳから反力を取ってシールド掘進機１を推進させる。

シールド掘進機１は、土圧チャンバ６内の泥土をシールド隔壁４の後方に搬出するスクリューコンベア３５を備えている。シールド掘進機１は、スクリューコンベア３５による泥土の排出量等を調節することにより、土圧チャンバ６内を加圧状態にしてその泥土圧を切羽に作用させることで、切羽を安定させつつ掘進している。

スキンプレート２の後端部２ｂには、その外縁に沿って、例えば、前後２列のテールシール４１、４２が設けられている。テールシール４１、４２は適宜材質（例えば、金属製又は樹脂製）のブラシである。

次に、本発明に係るトンネル掘進方法の第１実施形態を、図２、図３及び後述の図４〜図８を参照して、地盤流動化装置１００及びシールド掘進機１を用いた場合で説明する。
なお、事前の地盤調査により、掘進予定領域Ａ０周辺における地盤の概略の断面構造が図１のように構成されていることが予め分かっており、掘進予定領域Ａ０の一部に礫層Ｇ２が重なることが、事前に想定できているものとする。そして、シールド掘進機１は礫層Ｇ１の手前で停止しており、その後の掘進予定領域Ａ０を掘進する場合について、以下に説明する。

本実施形態におけるトンネル掘進方法は、大きく分けると地盤の流動化処理と地盤の掘進とに区分される。以下に、まず、地盤流動化装置１００による地盤の流動化処理について説明する。また、この流動化処理の説明は、本発明に係る堆積物除去方法の一実施形態の説明でもある。
流動化処理は、ガイドホール削孔工程と、液体噴射ロッド建て込み工程と、高圧噴射撹拌（流動化）工程と、液体噴射ロッド引き抜き工程と、を含む。図４は、ガイドホール掘削工程を、図５は、液体噴射ロッド建て込み工程を、図６〜図８は、高圧噴射撹拌工程を、図９は、液体噴射ロッド引き抜き工程をそれぞれ説明するための図である。

まず、ガイドホール削孔工程では、シールド掘進機１の掘進に先立って、図示省略したロータリーボーリングマシン等により、地表面から下方領域Ａ２の下端（深さＤ２）より若干深い深度まで、図４に示すように、液体噴射ロッド１０２を建て込むためのガイドホールＧＨを削孔する。液体噴射ロッド１０２の実際に液体を噴射するモニタ１０２ｂは、液体噴射ロッド１０２の下端より若干上方に位置しているため、液体噴射ロッド１０２の下端がガイドホールＧＨの底面に当接した状態で、このモニタ部１０２ｂが、下方領域Ａ２の下端に位置するように、ガイドホールＧＨが削孔される。また、地表側には後述するスライム状の混練土（スライム）が排出されて滞留するスライム釜場ＳＬが構築され、このスライム釜場ＳＬにガイドホールＧＨが連通している。

次に、液体噴射ロッド建て込み工程では、図示省略したクレーン等により液体噴射ロッド１０２を吊り上げ、図５に示すように、液体噴射ロッド１０２を地盤の地表面から下方に向かって、ガイドホールＧＨ内に建て込む。このとき、液体噴射ロッド１０２の下端がガイドホールＧＨの底面に当接し、モニタ１０２ｂは下方領域Ａ２の下端に位置する。

そして、高圧噴射撹拌（流動化）工程では、図２に戻って、地盤流動化装置１００の本体１０１を図示するように地上に設置し、ガイドホールＧＨ内に建て込まれている液体噴射ロッド１０２の上端部を把持部１０１ａにより把持させる。さらに、液体噴射ロッド１０２のスイベル１０２ａの固化材スラリー入口に固化材スラリー圧送用の超高圧ポンプからの耐圧ホースを接続すると共に、スイベル１０２ａの圧縮空気入口にエアーコンプレッサーからの耐圧ホースを接続する。
次に、超高圧ポンプ及びエアーコンプレッサーを駆動させ、液体噴射ロッド１０２内に、スイベル１０２ａの固化材スラリー入口を介して超高固化材スラリーを圧送すると共に、圧縮空気入口を介して圧縮空気を圧送することで、モニタ部１０２ｂの固化材スラリー噴射ノズル部から超高圧固化材スラリーを管半径方向へ連続的に噴射させると共に、固化材スラリー噴射ノズルの周囲の圧縮空気噴射ノズルから圧縮空気を噴射させる。これにより、固化材スラリーと圧縮空気とが混合したジェット流Ｊを形成する。この状態で、液体噴射ロッド１０２を把持部１０１ａにより回転させる。これによりジェット流Ｊの圧力により、モニタ部１０２ｂの周囲の地盤を切削すると共に、掘削土と固化材スラリーとを撹拌混練することにより、モニタ部１０２ｂ周りの地盤を固化材の種類や配合比等によって定まる所定時間の間だけ流動化させる。この地盤の流動化可能な水平方向の範囲（Ｄ２）は、固化材スラリー及び圧縮空気の圧力・吐出流量、並びに、後述する液体噴射ロッド１０２の引き上げ速度等によって定まる。

そして、図６に示すように、固化材スラリーを連続的に噴射させると共に、液体噴射ロッド１０２を把持部１０１ａにより回転駆動させながら所定の引き上げ速度で引き上げる。これにより、下方領域Ａ２の下端から所定高さで、かつ、直径Ｄ２からなる円柱状領域Ｚａ内の地盤をジェット流Ｊにより流動化させる。さらに、図７に示すように、液体噴射ロッド１０２を所定の速度で引き続き引き上げることにより、円柱状領域Ｚａの高さが増し、円柱状領域（つまり流動化処理された領域）Ｚａの上端面（言い換えると、モニタ部１０２ｂ）が重複領域Ａ１（掘削予定領域Ａ０）の上端に達する。その後、固化材スラリー及び圧縮空気の供給を停止させると共に、把持部１０１ａの回転及び引上げ駆動を停止させる。本実施形態においては、このように流動化処理は、下方領域Ａ２から重複領域Ａ１に向かって順次行われる。また、この円柱状領域Ｚａが、一回の流動化処理によって地盤を流動化できる範囲を示している。
また、円柱状領域Ｚａの上端面が重複領域Ａ１（掘削予定領域Ａ０）の上端に達したとき、固化材スラリーと掘削土とを撹拌混練してなる混練土は、未だ固化しておらずスライム状になっており、円柱状領域Ｚａ内の全体にわたって地盤が流動化されている。つまり、固化材スラリーは、その固化時間が下方領域Ａ２の下端での噴射開始から重複領域Ａ１の上端での噴射完了までに要する時間よりも長くなるように、適宜調合されている。

また、この流動化処理中において、ガイドホールＧＨと液体噴射ロッド１０２との間の隙間を介して、掘削土砂と固化材スラリーとのスライム状の混練土（スライム）の一部が図６〜図８に点線矢印で示すように上昇してスライム釜場ＳＬ内に滞留する。このスライム釜場ＳＬに滞留したスライムは、サンドポンプ２０１を介してスライム貯留タンク２００内に排泥される。

ここで、図７における円柱状領域Ｚａ内では、地盤の流動化のイメージ図である図８に示すように、ジェット流Ｊにより円柱状領域Ｚａ内の地盤が流動化され、その結果、円柱状領域Ｚａのうち重複領域Ａ１の部分と重なる部分の大礫及び玉石等の堆積物の大半はその自重により下方領域Ａ２に沈降する。このように重複領域Ａ１の堆積物を下方領域Ａ２に沈降させて堆積物を掘進予定領域Ａ０から除去する。

そして、液体噴射ロッド引き抜き工程では、把持部１０１ａによる液体噴射管１０２の把持を解除後、クレーン等により、液体噴射管１０２を、図９に示すように、ガイドホールＧＨ内から引き抜く。

そして、円柱状領域Ｚａは、固化材スラリーが噴射されてから前述した固化材の種類や配合比等によって定まる所定時間経過後に、下端側から上端側に向かって徐々に固化し始めて、上端側での噴射後の上記所定時間経過後に全体が固化して、図９に示すように、直径Ｄ２の円柱状の造成体Ｚとなる。このように、固化材スラリーを噴射して地盤を流動化させ、その流動化させた円柱状領域Ｚａを固化させて、造成体Ｚを造成する。

引き抜いた液体噴射管１０２は、その内部を清水で洗浄し、例えば、次の造成地点に移動させる。また、図示省略するが、造成体Ｚの造成完了後、ガイドホールＧＨ及びスライム釜場ＳＬをスライム等で穴埋めする。

なお、一回の流動化処理で造成可能な造成体Ｚ内に、重複領域Ａ１及び下方領域Ａ２を全て包含することができれば、流動化処理は一回で完了する。本実施形態では、図９に示すように、重複領域Ａ１及び下方領域Ａ２が造成体Ｚより広い空間を占めているため、図中二点鎖線で示すように、別の地盤流動化装置１００で、残りの重複領域Ａ１及び下方領域Ａに対して流動化処理を行ってもよいし、一台の地盤流動化装置１００を移設して、順次流動化処理を行うようにしてもよい。

次に、シールド掘進機１による地盤の掘進について説明する。
上記のように、掘削予定領域Ａ０を含む領域の地盤を流動化させて、その下方に大礫や粒径の大きな玉石等を沈降させ、造成体Ｚを造成した後、シールド掘進機１により、礫層Ｇ１を含む掘進予定領域Ａ０を掘進する。このとき、掘進予定領域Ａ０における礫層Ｇ１（重複領域Ａ０）には、図９に示すように、大礫や玉石は含まれていないため、ローラカッタを設ける等の特別な対策をしていない本実施形態におけるシールド掘進機１であっても、無理なく掘進をすることができる。

本実施形態によるトンネル掘進方法、及び、堆積物除去方法によれば、シールド掘進機１の掘進に先立って、掘進予定領域Ａ０と礫及び玉石を含む礫層（土層）Ｇ１とが重なる重複領域Ａ１と、この重複領域Ａ１の下方に位置し重複領域Ａ１と連続する下方領域Ａ２とに、堆積物（礫及び玉石）より低比重の液体を噴射する。そして、この液体噴射により重複領域Ａ１及び下方領域Ａ２の地盤を流動化させることによって重複領域Ａ１内の堆積物をその自重により下方領域Ａ２に沈降させ、掘進予定領域Ａ０から堆積物を除去した後、重複領域Ａ１を含む掘進予定領域Ａ０を掘進する。
このように、重複領域Ａ１の礫層（土層）Ｇ１に元々堆積していた礫や玉石を、その下方領域Ａ２に沈降させた後に、その重複領域Ａ１をシールド掘進機１により掘進することができるため、掘進速度を低下させずに掘進することができる。

このようにして、大礫や粒径の大きな玉石が堆積している土層を含む地盤を掘進する場合であっても、掘進速度の低下を招くことなく地盤を掘進することが可能なトンネル掘進方法、及び、堆積物除去方法を提供することができる。

また、本実施形態においては、重複領域Ａ１及び下方領域Ａ２への液体の噴射を、地盤の地表面から下方に向かって延設される液体噴射ロッド１０２を、地上側（地盤流動化装置１００の本体１０１）から操作して行われるように構成したため、シールド掘進機に対して、礫や玉石を含む礫層Ｇ１を掘進するための特別な改造を施す必要がない。

そして、本実施形態においては、液体噴射ロッド１０２をそのモニタ部１０２ｂが下方領域Ａ２の下端に位置するように配置させた後、液体噴射ロッド１０２を回転及び上方に引き上げながら液体を噴射させることにより、流動化の処理を下方領域Ａ２から重複領域Ａ２に向かって順次行う場合で説明したが、これに限らず、流動化処理を重複領域Ａ１から下方領域Ａ２に向かって順次行うようにしてもよい。具体的には、液体噴射ロッド１０２をそのモニタ部１０２ｂが重複領域Ａ１の上端に位置するように配置させた後、例えば、液体噴射ロッド１０２を回転及び下方に押し下げながら液体を噴射させ、これをモニタ部１０２ｂが下方領域Ａ２の下端に位置するまで行い、その後、固化材スラリー及び圧縮空気の供給を停止させ、円柱状領域Ｚａが固化して造成体Ｚが造成される前までに、モニタ部１０２ｂが重複領域Ａ１の上端より上方の位置まで引き上げるようにしてもよい。

また、本実施形態においては、液体噴射ロッド１０２から噴射する液体は、固化材を含むものとした。これにより、地盤を流動化させると共に、流動化された地盤を所定時間経過後に固化させて造成体Ｚを構築することができるため、トンネル工事エリアの地盤の強度を高めることもできる。なお、本実施形態において、円柱状領域Ｚａの上端面は、重複領域Ａ１（掘削予定領域Ａ０）の上端に合わせた場合で説明したが、これに限らず、重複領域Ａ１の上端より若干上方に位置するように構成してもよい。具体的には、第１実施形態においては、液体噴射を重複領域Ａ１の上端より上方まで行うようにする。

また、本実施形態においては、液体（固化材スラリー）の噴射は、地盤の地表面から下方に向かって延設される液体噴射ロッド１０２を、地上側から操作して行われる場合で説明したが、これに限らない。
図１０は、本発明に係る第２実施形態のトンネル掘進方法、及び、堆積物除去方法を説明するための地盤断面図である。本実施形態においては、液体の噴射を、シールド掘進機１の前部から機外に向かって延設される液体噴射ロッド１０２’をシールド掘進機１の機内から操作して行うように構成する。以下に、第１実施形態と異なる構成について説明する。

具体的には、液体噴射ロッド１０２’が、シールド掘進機１のカッタヘッド３の中心部を貫通して掘進機内から機外に向かって突出、及び、機内に退避可能で、かつ、カッタヘッド３の中心部を支持部として地盤の上下方向に傾動可能に支持される構成とし、液体の噴射をこのシールド掘進機１の前部に設けた液体噴射ロッド１０２’を介して行う。この場合、第１実施形態で説明した、本体１０１及び把持部１０１ａは、図示省略するが、シールド掘進機１の機内に配置され、これらを含めて地盤流動化装置が構成される。そして、液体噴射ロッド１０２’は、掘進停止中は、重複領域Ａ１又は下方領域Ａ２に向かう所定傾斜角度で傾斜支持され、掘進中は掘進機内に退避可能に構成される。

第２実施形態の場合、図示省略するが、例えば、液体噴射ロッド１０２’用のガイドホールの削孔は、液体噴射ロッド１０２’の先端にモニタ部１０２ｂの替りに削孔ビットを取り付けて、シールド掘進機１の前部から重複領域Ａ１又は下方領域Ａ２に向かって地盤をボーリングすることにより行う。ガイドホール形成後、削孔ビットを取り付けた液体噴射ロッド１０２をシールド掘進機１内に退避させ、削孔ビットを取り外し、モニタ部１０２ｂを取り付けた液体噴射ロッド１０２’を、その先端部がガイドホールの孔底に当接するようにガイドホール内に延設（建て込む）する。そして、液体噴射ロッド１０２’のモニタ部１０２ｂからジェット流Ｊを噴射させると共に、液体噴射ロッド１０２’を回転させながら機内側に引き込むことで地盤の流動化処理を行い、その後、液体噴射ロッド１０２’を機内に完全に退避させる。ガイドホール削孔は、例えば、シールド掘進機１の前部から斜め下方の所定傾斜角θ１、この傾斜角より鋭角の傾斜角θ２、水平方向（傾斜角度θ＝０°）の３箇所に形成される。そして、これらのガイドホール削孔、液体噴射ロッドの建て込み（延設）、地盤の流動化及び液体噴射ロッドの引き抜き（退避）からなる一連の工程は、例えば、上記θ１、θ２及び水平方向の順番で行う、つまり、流動化処理を下方領域Ａ２から重複領域Ａ１に向かって順次行う。そして、各流動化処理によって、円柱状領域Ｚａ１，Ｚａ２，Ｚａ３の地盤がそれぞれ流動化処理される。
これにより、ジェット流Ｊにより円柱状領域Ｚａ１，Ｚａ２，Ｚａ３内の地盤が流動化され、その結果、地盤の流動化のイメージ図である図１１に示すように、円柱状領域Ｚａ１，Ｚａ２，Ｚａ３のうち重複領域Ａ１の部分と重なる部分の大礫及び玉石等の堆積物の大半はその自重により下方領域Ａ２に沈降する。この円柱状領域Ｚａ１，Ｚａ２，Ｚａ３に対する流動化処理を１ユニットとし、この１ユニットの流動化処理を最初に噴射させた固化材スラリーが固化するまでの間に完了させる。そして、この１ユニットの流動化処理を残りの重複領域Ａ１及び下方領域Ａ２に対して行う。

なお、第２実施形態において、シールド掘進機１による掘進は、１ユニットの流動化処理が完了するたびに行ってもよいし、掘進予定領域Ａ０の流動化処理が全て完了してから行ってもよい。また、流動化処理は、下方領域Ａ２から重複領域Ａ１に向かって順次行う場合に限らず、重複領域Ａ１から下方領域Ａ２に向かって順次行う、つまり、水平方向、θ２、θ１の順で行うようにしてもよい。さらに、１ユニットの流動化処理を、３分割（傾斜角θ１，θ２及び水平方向）して行うものとして説明したが、分割数はこれに限らず、２分割（所定傾斜角θ及び水平方向）でもよく、また、４分割以上（傾斜角θ１，θ２，・・・θｎ、及び水平方向）であってもよい。

上記第１及び第２実施形態においては、土圧式（泥土圧式）シールド掘進機１を用いて説明したが、シールド掘進機１の種類は、これに限らず、例えば、泥水式のシールド掘進機であってもよい。

また、礫層Ｇ１は玉石まじりの礫層であるものとしたが、これに限らず、玉石が混じっていない礫層であってもよい。また、地盤は、礫層Ｇ１を含むものとしたが、これに限らず、礫層Ｇ１に替って、玉石だけの玉石層を含む場合であってもよい。つまり、地盤は、礫及び玉石の少なくとも一方が堆積物として堆積している土層を含んでいればよい。

また、シールド掘進機１の掘進予定領域Ａ０の一部が、図１に示すように、礫層Ｇ１と水平方向から重複するトンネル工事エリアの場合で説明したが、これに限らない。例えば、礫層Ｇ１の斜め上方や斜め下方から礫層Ｇ１に向かって掘進し、礫層Ｇ１に対して掘進予定領域Ａ０が斜めに交差するようなトンネル工事エリアであっても適用できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。

１・・・・・・・・・・シールド掘進機
１０２，１０２’・・・液体噴射ロッド
Ｇ１・・・・・・・・・礫層（土層）
Ａ０・・・・・・・・・掘進予定領域
Ａ１・・・・・・・・・重複領域
Ａ２・・・・・・・・・下方領域

Claims (6)

1. 礫及び玉石の少なくとも一方が堆積物として堆積している土層を含む地盤を、シールド掘進機により掘進するトンネル掘進方法であって、
   前記シールド掘進機の掘進予定領域と前記土層とが重なる重複領域と、該重複領域の下方に位置して前記重複領域に連続する下方領域とに、比重が前記堆積物の比重より低い液体を噴射して、前記重複領域及び前記下方領域の地盤を流動化させることにより、前記重複領域の前記堆積物を前記下方領域に沈降させ、
   前記シールド掘進機により掘進する、トンネル掘進方法。
2. 前記液体は、固化材を含む、請求項１に記載のトンネル掘進方法。
3. 前記液体の噴射は、前記地盤の地表面から下方に向かって延設される液体噴射ロッドを、地上側から操作して行われる、請求項１又は２に記載のトンネル掘進方法。
4. 前記液体の噴射は、前記シールド掘進機の前部から機外に向かって延設される液体噴射ロッドを、前記シールド掘進機の機内から操作して行われる、請求項１又は２に記載のトンネル掘進方法。
5. 前記流動化の処理は、前記下方領域から前記重複領域に向かって順次行われる、請求項１〜４のいずれか１つに記載のトンネル掘進方法。
6. 礫及び玉石の少なくとも一方が堆積物として堆積している土層がシールド掘進機による掘進予定領域の地盤に含まれる場合に、シールド掘進機の掘進に先立って前記堆積物を前記掘進予定領域から除去する堆積物除去方法であって、
   前記掘進予定領域と前記土層とが重なる重複領域と、該重複領域の下方に位置して前記重複領域に連続する下方領域とに、比重が前記堆積物の比重より低い液体を噴射して、前記重複領域及び前記下方領域の地盤を流動化させることにより、前記重複領域の前記堆積物を前記下方領域に沈降させて該堆積物を前記掘進予定領域から除去する、堆積物除去方法。