JP2015214844A - 注入配管の洗浄装置および洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】注入配管を洗浄した洗浄水に含まれた裏込材の固化速度を抑制する。
【解決手段】シールド掘進機１においてシールドフレーム３の後方に向けて押し出されたセグメント組立体ＳＧの外面と掘削坑ＥＨとの隙間に硬化材を注入する裏込材注入装置１１に設けられた硬化材注入管１１ｃの洗浄装置２０であり、硬化材注入管１１ｃに注入される洗浄水が導入される導入口２２および当該洗浄水を硬化材注入管１１ｃに向けて吐出する吐出口２３を備え、洗浄水が流れる洗浄水流路部２１と、洗浄水流路部２１上に設置され、洗浄水に糖分を加える氷砂糖２４が収容された収容容器２５とを有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、注入配管の洗浄装置および洗浄方法に関し、特に、注入配管を洗浄した洗浄水に含まれた裏込材の固化速度の抑制に適用して有効な技術に関するものである。

トンネルや地下鉄などを建設において地盤を掘削して掘削坑を形成するために使用される装置として、シールド掘進機が知られている。

このシールド掘進機はシールドフレーム（フレーム部）の進行方向先端にカッタヘッド（掘削手段）が回転可能に設けられており、当該カッタヘッドを掘削面に押し付けて回転させながら進むことにより、地盤を円形に掘削していく。

このときシールド掘進機の機内ではセグメントが筒状のセグメント組立体に組み立てられ、シールド掘進機の掘進に合わせてシールドフレームの後方に押し出される。

ここで、セグメント組立体の外面と掘削坑の内面との隙間を埋めることにより、掘削後の地盤の変形を防止してセグメント組立体の安定化を図るために、裏込材注入装置を用い、注入配管を介して裏込材貯留槽から裏込材を注入している。裏込材は硬化材と硬化材を凝結させるための凝結材とで構成されており、先に隙間に硬化材を注入配管を介して充填しておいてから凝結材を別の注入配管を介して注入すると、凝結材が硬化材と混ざり合って硬化が開始される。

ここで、シールド掘進機における裏込材の注入に関する技術としては、例えば特開２００４−２４４４８３号公報に記載されたものがある。

特開２００４−２４４４８３号公報

さて、セグメント組立体の外面と掘削坑の内面との隙間に裏込材を注入した後は、注入配管をセグメント組立体および裏込材貯留槽から取り外し、一方端から洗浄水を注入して洗浄が行われる。そして、注入配管の他方端から排出された洗浄水は、排水装置で負圧吸引して回収して排水管から機外に排水される。

とりわけ、硬化材を注入した方の注入配管は、硬化材が固結して詰まってしまうことを防止するために、一日の作業が終了する毎に洗浄を行う必要がある。

このとき、排水装置の排水管に硬化材等の裏込材を含んだ洗浄水が残留していると、当該裏込材が固化して排水管が閉塞してしまう。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、注入配管を洗浄した洗浄水に含まれた裏込材の固化速度を抑制できる洗浄装置および洗浄方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明の注入配管の洗浄装置は、フレーム部に設置された掘削手段により地中に掘削坑を形成しながら前記フレーム部を推進させるシールド掘進機において前記フレーム部の後方に向けて押し出されたセグメント組立体の外面と前記掘削坑との隙間に、裏込材貯留槽から裏込材を注入する裏込材注入手段に設けられた注入配管の洗浄装置であって、前記注入配管に注入される洗浄水が導入される導入口および当該洗浄水を前記注入配管に向けて吐出する吐出口を備え、洗浄水が流れる洗浄水流路部と、洗浄水流路部上に設置され、洗浄水に糖分を加える加糖剤が収容された加糖剤収容部と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、前記加糖剤は氷砂糖である、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２に記載の発明において、前記洗浄水流路部は、洗浄水が前記加糖剤収容部を通る第１の流路部、および洗浄水が前記加糖剤収容部を通らない第２の流路部を備え、洗浄水の通過ルートを、前記第１の流路部と前記第２の流路部との何れかに切り替える切替手段を有する、ことを特徴とする。

上記課題を解決するため、請求項４に記載の本発明の注入配管の洗浄方法は、フレーム部に設置された掘削手段により地中に掘削坑を形成しながら前記フレーム部を推進させるシールド掘進機において前記フレーム部の後方に向けて押し出されたセグメント組立体の外面と前記掘削坑の内面との隙間に、裏込材貯留槽から裏込材を注入する裏込材注入手段に設けられた注入配管の洗浄方法であって、裏込材を注入して前記セグメント組立体および前記裏込材貯留槽との接続が解除された前記注入配管に対して、糖分の加えられた洗浄水を当該注入配管の一方端から注入し、前記注入配管の他方端から排出された糖分の加えられた洗浄水を回収して排水管から排水する、ことを特徴とする。

本発明によれば、洗浄水に含まれる砂糖により、注入配管を洗浄した洗浄水に含まれた裏込材の固化速度を抑制することが可能になる。これにより、注入配管から排出された洗浄水を排水装置で回収して排水管から排水するようにしても、排水管に裏込材を含んだ洗浄水が残留し、当該裏込材が固化して排水管が閉塞してしまうことがなくなる。

本実施の形態における洗浄装置で洗浄される注入配管を備えた裏込材注入装置と裏込材を注入するシールド掘進機の内部を側面から透かして見せた要部構成図である。 （ａ）は掘削工程中のシールド掘進機の要部を側面側から見た概略図であり、（ｂ）は図２（ａ）に続く掘削工程中のシールド掘進機の要部を側面側から見た概略図である。 本実施の形態における裏込材注入装置の注入配管を洗浄する洗浄装置を示す概念図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

まず、本実施の形態の洗浄装置で洗浄される注入配管を備えた裏込材注入装置と裏込材を注入するシールド掘進機の一例について図１を参照しながら説明する。ここで、図１は本実施の形態における洗浄装置で洗浄される注入配管を備えた裏込材注入装置と裏込材を注入するシールド掘進機の内部を側面から透かして見せた要部構成図である。

図１に示すシールド掘進機１は、例えば、カッタヘッド（掘削手段）２とシールドフレーム（フレーム部）３との間のチャンバ４内に泥土を充填した状態で掘進することにより泥土圧を発生させ、その泥土圧を切羽の土圧に対抗させた状態で掘進を行う泥土圧シールド掘進機である。このシールド掘進機１により構築されるトンネルは、特に限定されるものではないが、例えば、上水用トンネル、下水用トンネルまたはケーブル用トンネルのようなトンネルである。

シールド掘進機１のシールドフレーム３の前面には、例えば、スポーク型の円盤状のカッタヘッド２がシールドフレーム３の周方向に沿って正逆方向に回転可能な状態で設置されている。カッタヘッド２の前面（切羽に対向する面）には、地盤の切羽を掘削するための複数のビット（図示せず）が設置されている。

一方、シールド掘進機１を構成するシールドフレーム３は、前胴フレーム（前胴部）３ａと、その後方の後胴フレーム（後胴部）３ｂと、その後方のテールシール３ｃとを備えている。

前胴フレーム３ａおよび後胴フレーム３ｂは、例えば円筒状の鋼製板により形成されており、シールドフレーム３の外形を形成するとともに、シールドフレーム３の内部に中空空間を形成する構成部である。前胴フレーム３ａと後胴フレーム３ｂとは、前胴フレーム３ａの後端側において後胴フレーム３ｂの先端の球面軸受部が前胴フレーム３ａの内周面に接した状態で入り込むことで係合されている。

テールシール３ｃは、掘進作業中にシールドフレーム３の後部からシールドフレーム３内に地下水等が入り込むのを防止する封止部材であり、後胴フレーム３ｂの後端部に後胴フレーム３ｂの内周に沿って枠状に設置されている。

前胴フレーム３ａの前面側において、その前面からシールドフレーム３の内方に後退した位置には、シールドフレーム３内の中空空間を切羽側と機内側とに分ける隔壁７が設置されている。

シールド掘進機１において隔壁７よりも機内側には、カッタ駆動体８、中折れジャッキ９ａ、シールドジャッキ９ｂ、スクリューコンベア１０およびエレクタ１２等が設置されている。

カッタ駆動体８は、カッタヘッド２を正逆方向に回転させるモータである。中折れジャッキ９ａは、前胴フレーム３ａと後胴フレーム３ｂとを連結するとともに、シールド掘進機１の推進方向や姿勢を修正する機器である。シールドジャッキ９ｂは、シールドフレーム３の後方に設置されたセグメント組立体ＳＧに反力をとってシールド掘進機１を前進させるための推進力を発生させる機器である。スクリューコンベア１０は、チャンバ４内に取り込まれた土砂を機外に排出するための機器である。そして、エレクタ１２は、セグメントを組み立ててなる筒状のセグメント組立体ＳＧを把持して掘削坑の内周方向に旋回し、掘削坑の内周方向の組立位置に移送する組立装置である。

なお、筒状のセグメント組立体ＳＧには、当該セグメント組立体ＳＧと掘削坑ＥＨとの間に裏込材ＢＧ（図２）を注入するための注入孔Ｈが、周方向に沿って複数箇所に形成されている。

次に、図１に示すシールド掘進機１によるシールド工法の一例について図２を参照して説明する。なお、図２は掘削工程中のシールド掘進機の要部を側面側から見た概略図である。

図２（ａ）は地盤ＧＤに掘削坑ＥＨを掘削中のシールド掘進機１を示している。シールド掘進機１により地盤ＧＤに掘られた掘削坑ＥＨの後方には複数個のセグメント組立体ＳＧが組み付けられている。また、セグメント組立体ＳＧと掘削坑ＥＨとの間には裏込材ＢＧが注入され、掘削後の地盤の変形を防止してセグメント組立体ＳＧの安定化が図られている。

そして、図２（ｂ）に示すように、チャンバ４内に泥土ＭＤを注入して泥土圧を発生させ、その泥土圧を切羽の土圧に対抗させて切羽の安定を図りながらシールド掘進機１のカッタヘッド２を切羽に押し当て回転させることにより地盤ＧＤを掘削するとともに、シールド掘進機１のシールドジャッキ９ｂを伸ばすことによりシールド掘進機１を矢印Ａ２に示すように前に進める。なお、図面を見易くするため泥土ＭＤにハッチングを付した。

ここで、前述した裏込材ＢＧはシールド掘進機１が掘削しているときに注入される。すなわち、図１において、シールド掘進機１の掘削が進んでセグメント組立体ＳＧがセグメント組立体ＳＧが掘削坑ＥＨに解放されたとき、裏込材注入装置（裏込材注入手段）１１によってセグメント組立体ＳＧと掘削坑ＥＨとの間に裏込材ＢＧが注入される。

本実施の形態において、裏込材ＢＧは、主材となる細骨材を含むモルタル等の硬化材と、硬化材の硬化を促進するための凝結材の２液で構成されている。そして、裏込材ＢＧを注入するための裏込材注入装置１１は、硬化材が貯留された硬化材貯留タンク（裏込材貯留槽）１１ａと、凝結材が貯留された凝結材貯留タンク（裏込材貯留槽）１１ｂと、硬化材貯留タンク１１ａの硬化材をセグメント組立体ＳＧと掘削坑ＥＨとの間に注入するための硬化材注入管（注入配管）１１ｃと、凝結材貯留タンク１１ｂの凝結材をセグメント組立体ＳＧと掘削坑ＥＨとの間に注入するための凝結材注入管（注入配管）１１ｄとを備えている。また、硬化材注入管１１ｃ上および凝結材注入管１１ｄには、注入に際して硬化材および凝結材を圧送するための圧送ポンプ１１ｅ，１１ｆがそれぞれ設置されている。

このような裏込材注入装置１１では、先ず圧送ポンプ１１ｅにより硬化材貯留タンク１１ａ内の硬化材を硬化材注入管１１ｃを介して注入孔Ｈからセグメント組立体ＳＧと掘削坑ＥＨとの間に注入する。次に、圧送ポンプ１１ｆにより凝結材貯留タンク１１ｂ内の凝結材を凝結材注入管１１ｄを介して注入孔Ｈからセグメント組立体ＳＧと掘削坑ＥＨとの間に注入すると、凝結材が既に注入された硬化材と接触することになり、硬化材は硬化を開始して急速に凝結する。

本実施の形態の裏込材注入装置１１において、特に硬化材が流れる硬化材注入管１１ｃでは、所定のタイミングで洗浄を行わないと、裏込材が内壁面に付着凝着して内径が狭められ、注入動作を阻害する要因になる。そこで、例えば一日の作業が終了した後などのように注入の休止時間が長くなるときには、注入配管１１ｃ，１１ｄの洗浄作業を行う必要がある。

さて、洗浄作業では、硬化材貯留タンク１１ａと硬化材注入管１１ｃの接続ならびに凝結材貯留タンク１１ｂと凝結材注入管１１ｄとの接続を解除し、さらにセグメント組立体ＳＧ（の注入孔Ｈ）と硬化材注入管１１ｃの接続ならびにセグメント組立体ＳＧ（の注入孔Ｈ）と凝結材注入管１１ｄとの接続を解除する。そして、シールド掘進機１の機内に引き込まれている洗浄水供給配管３０（図３）を硬化材注入管１１ｃおよび凝結材注入管１１ｄの一方端と順次接続して洗浄水を送り込んで他方端から排出することにより、管内に残留している裏込材（硬化材・凝結材）を洗い流す。

硬化材注入管１１ｃおよび凝結材注入管１１ｄの他方端から排出された洗浄水は、排水装置（図示せず）で負圧吸引して回収され、排水管から機外に排水される。このとき、排水装置の排水管に裏込材を含んだ洗浄水、特に硬化材を含んだ洗浄水が残留していると、当該裏込材が固化して排水管が閉塞してしまう。

そこで、本実施の形態では、洗浄水供給配管３０から供給される洗浄水で直接硬化材注入管１１ｃを洗浄するのではなく、洗浄水供給配管３０と硬化材注入管１１ｃとの間に図３に示す洗浄装置（注入配管の洗浄装置）２０を配して洗浄を行うようにしている。

ここで、本実施の形態の洗浄装置２０について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態における裏込材注入装置の注入配管を洗浄する洗浄装置を示す概念図である。

図示するように、洗浄装置２０は、硬化材注入管１１ｃに注入される洗浄水供給配管３０からの洗浄水が流れる洗浄水流路部２１を備えており、洗浄水流路部２１の洗浄水供給配管３０側が洗浄水が導入される導入口２２、硬化材注入管１１ｃ側が当該洗浄水を硬化材注入管１１ｃに向けて吐出する吐出口２３となっている。

そして、洗浄水流路部２１上には、洗浄水に糖分を加える氷砂糖（加糖剤）２４が収容された収容容器（加糖剤収容部）２５が設置されている。なお、氷砂糖とは、純度の高いショ糖の結晶であり、半透明で、塊状・板状または柱状の形状を呈しているものである。

ここで、洗浄水流路部２１は、洗浄水が収容容器２５を通る第１の流路部２１ａ、および洗浄水が収容容器２５を通らない第２の流路部２１ｂの２つの洗浄水通過ルートを形成している。また、第１の流路部２１ａにおける収容容器２５の上流側および下流側、ならびに第２の流路部２１ｂには、当該部位の流路を開閉して洗浄水の通過ルートを第１の流路部２１ａと第２の流路部２１ｂとの何れかに切り替えるためのバルブ２６ａ，２６ｂ，２６ｃがそれぞれ設置されている。

したがって、バルブ２６ａ，２６ｂを開いてバルブ２６ｃを閉じれば第１の流路部２１ａが選択され、導入口２２から導入された洗浄水は収容容器２５内を通って吐出口２３へと至る。したがって、洗浄水には収容容器２５内で所定量の氷砂糖が溶け出し、糖分の混合された洗浄水（以下、「混合水」という。）が生成される。

また、バルブ２６ａ，２６ｂを閉じてバルブ２６ｃを開けば第２の流路部２１ｂが選択され、導入口２２から導入された洗浄水は収容容器２５を通ることなく直接吐出口２３へと至る。つまり、この経路では混合水は生成されない。

そこで、硬化材注入管１１ｃを洗浄する場合には、バルブ２６ａ，２６ｂ，２６ｃを操作して第１の流路部２１ａを選択して混合水を生成し、当該混合水を硬化材注入管１１ｃの一方端から注入して洗浄を行うようにする。そして、硬化材注入管１１ｃの他方端から排出された混合水を排水装置で回収して排水管から排水する。

ここで、本実施の形態のように加糖剤として氷砂糖を適用した場合には、例えば硬化材注入管１１ｃ内に残留した約２０Ｌの硬化材を洗浄するために洗浄水約１００Ｌを使用するとすると、洗浄水約１００Ｌを通水したときに約１ｋｇが洗浄水中に溶解するので、濃度１％の混合水が安定的に得られることになる。

そして、本発明者により、このような濃度１％の混合水と硬化材とを混合すると、１週間程度はホモゲル状態が保持される、つまり硬化材が固化しないことが確認された。

したがって、濃度１％の混合水で硬化材注入管１１ｃを洗浄すれば、混合水（洗浄水）に含まれた硬化材の固化速度が抑制される。これにより、硬化材注入管１１ｃから排出された混合水を排水装置で回収して排水管から排水するようにしても、排水管に硬化材を含んだ洗浄水が残留し、当該硬化材が固化して排水管が閉塞してしまうことがなくなる。

また、氷砂糖は食品であるので、洗浄水に含まれる硬化材の固化速度の抑制を、危険性がなく容易な取り扱いのもとで実現することができる。

さらに、氷砂糖は比較的安価であり、シールド施工期間中使用した際の氷砂糖にかかる費用も僅かであるため、洗浄水に含まれる硬化材の固化速度の抑制を、低コストで実現することができる。

ここで、加糖剤としては本実施の形態に示す氷砂糖に限定されるものではなく、洗浄水に溶け出して混合水を作り出すことのできる様々な種類の砂糖類を適用することができる。但し、洗浄水を通水したときに、濃度１％以上の混合水が安定的に得られるような速度で溶解する種類の砂糖を加糖剤として適用することが望ましい。

したがって、通水開始直後では濃度１％以上の混合水が得られるが、洗浄に必要な量の洗浄水を通水している途中で溶解して消滅してしまい、その後は洗浄水中から糖分がなくなるような加糖剤は適さない。

なお、凝結材注入管１１ｄを洗浄する場合には、バルブ２６ａ，２６ｂ，２６ｃを操作して第２の流路部２１ｂを選択し、氷砂糖の溶け出していないそのままの洗浄水で洗浄を行うようにする。あるいは、本実施の形態の洗浄装置２０を介すことなく、洗浄水供給配管３０と凝結材注入管１１ｄとを直接接続して洗浄を行うようにする。但し、第１の流路部２１ａを選択して、混合水で洗浄してもかまわない。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

たとえば、本実施の形態では、注入配管の一例である硬化材注入管１１ｃを洗浄装置２０で洗浄する場合について説明したが、洗浄される注入配管は硬化材が注入される配管に限定されるものではなく、様々な裏込材が注入される配管の洗浄に適用することができる。

以上の説明では、シールド掘進機として、センターシャフト駆動方式や外周支持駆動方式の泥土圧シールド掘進機を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、中間支持駆動方式の泥土圧シールド掘進機等、様々なシールド掘進機に適用することができる。

１ シールド掘進機
２ カッタヘッド
３ シールドフレーム
４ チャンバ
７ 隔壁
１０ スクリューコンベア
１１ 裏込材注入装置
１１ａ 硬化材貯留タンク
１１ｂ 凝結材貯留タンク
１１ｃ 硬化材注入管
１１ｄ 凝結材注入管
１１ｅ，１１ｆ 圧送ポンプ
２０ 洗浄装置
２１ 洗浄水流路部
２１ａ 第１の流路部
２１ｂ 第２の流路部
２２ 導入口
２３ 吐出口
２４ 氷砂糖
２５ 収容容器
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ バルブ
３０ 洗浄水供給配管
ＢＧ 裏込材
ＥＨ 掘削坑
ＧＤ 地盤
Ｈ 注入孔
ＳＧ セグメント組立体

Claims (4)

1. フレーム部に設置された掘削手段により地中に掘削坑を形成しながら前記フレーム部を推進させるシールド掘進機において前記フレーム部の後方に向けて押し出されたセグメント組立体の外面と前記掘削坑との隙間に、裏込材貯留槽から裏込材を注入する裏込材注入手段に設けられた注入配管の洗浄装置であって、
   前記注入配管に注入される洗浄水が導入される導入口および当該洗浄水を前記注入配管に向けて吐出する吐出口を備え、洗浄水が流れる洗浄水流路部と、
   洗浄水流路部上に設置され、洗浄水に糖分を加える加糖剤が収容された加糖剤収容部と、
   を有することを特徴とする注入配管の洗浄装置。
2. 前記加糖剤は氷砂糖である、
   ことを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
3. 前記洗浄水流路部は、洗浄水が前記加糖剤収容部を通る第１の流路部、および洗浄水が前記加糖剤収容部を通らない第２の流路部を備え、
   洗浄水の通過ルートを、前記第１の流路部と前記第２の流路部との何れかに切り替える切替手段を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の裏込材の洗浄装置。
4. フレーム部に設置された掘削手段により地中に掘削坑を形成しながら前記フレーム部を推進させるシールド掘進機において前記フレーム部の後方に向けて押し出されたセグメント組立体の外面と前記掘削坑の内面との隙間に、裏込材貯留槽から裏込材を注入する裏込材注入手段に設けられた注入配管の洗浄方法であって、
   裏込材を注入して前記セグメント組立体および前記裏込材貯留槽との接続が解除された前記注入配管に対して、糖分の加えられた洗浄水を当該注入配管の一方端から注入し、
   前記注入配管の他方端から排出された糖分の加えられた洗浄水を回収して排水管から排水する、
   ことを特徴とする注入配管の洗浄方法。

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