JP2620120B2

JP2620120B2 - 泥水加圧式シールド掘削に用いる泥水の回収方法およびその装置

Info

Publication number: JP2620120B2
Application number: JP17293088A
Authority: JP
Inventors: 芳雄飯塚; 義之大塚; 利光阿曽; 重紀吉原; 徹後藤; 照栄池田; 高志若松; 貞美芹沢
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1988-07-12
Filing date: 1988-07-12
Publication date: 1997-06-11
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: JPH0224481A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は泥水加圧式シールド掘削に用いる泥水の回収
方法および装置に係わり、特に、一次処理における土砂
分離能を飛躍的に高め、以て二次処理設備の簡略化を実
現する泥水加圧式シールド掘削に用いる泥水の回収方法
および装置に関するものである。

〔従来の技術〕

泥水加圧式シールド掘削工法は、周知のとおりシール
ド機の切削部を隔壁で閉塞し、隔壁の前面を泥水で満た
し、この泥水圧により切羽の安定を図りながらシールド
機を掘進させるものである。そして、切羽に送られた泥
水は掘削土砂と共に土砂混合泥水としてパイプにより掘
削穴（例えばトンネル）外に搬出され、搬出された前記
土砂混合泥水は、土砂分離装置（泥水回収装置）により
処理されることにより土砂と泥水とに分離され、泥水は
再びシールド機掘削部に送られる。

この土砂分離を行うにあたり従来は、振動ふるいと、
サイクロンとの組み合わせからなる土砂分離装置を用い
てなされていた。

第３図に従来の泥水加圧式シールド掘削に用いる泥水
の回収装置（以下、“泥水回収装置”と称す）の一例を
概略で示す。

図中全体として符号１で示すものが泥水回収装置で、
泥水回収装置１は、主として砂分以上の粒径を有する固
形物の除去を目的とされる一次処理設備２と、主として
砂分以外の微細土粒子の除去を目的とされる二次処理設
備３とを有して構成されている。この場合、一次処理設
備２は、ふるい４、サイクロン６、および余剰泥水槽７
等より構成され、二次処理設備３は、スラリー槽８、PA
C槽９、およびフィルタープレス10より構成されてい
る。符号５は、ふるい４を通過した土砂混合泥水を一時
貯留するための貯留槽である。

これら各構成要素の作用を、上記装置１による処理工
程に従って以下に説明する。

シールド機Ｓより搬出された土砂混合泥水は、まず一
次処理設備２を構成するふるい４に掛けられ、礫等、粒
径の大きい（通常1mmないし20mm以上）固形物を除去さ
れた後、サイクロン６に掛けられる。サイクロン６で
は、その遠心分離作用により細砂（粒径74μｍ）分まで
の比較的粒度の小さい固形物のうち約半分程度が除去さ
れる。これら、ふるい４およびサイクロン６にて除去さ
れた固形物は、所定場所に運搬されて廃棄される。サイ
クロン６を通過した泥水は余剰泥水槽７に一旦貯留さ
れ、泥水比重が大きくなった泥水はここで廃棄される。

一方、余剰泥水槽７から二次処理設備３のスラリー槽
８に移送された土砂混合泥水は、ここで前記PAC槽９か
らの凝集剤を添加される。凝集剤は周知のとおり、シル
トや粘土等、主に電気的結合によって流体中に混入する
微細土粒子を凝集させ、粒子の大きいフロックとするこ
とにより沈降を促進させるものである。この凝集剤とし
ては一般に、PAC（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸アル
ミニウム、水酸化カルシウム、鉄塩等の無機系凝集剤
と、ポリアクリルアミド等の高分子系凝集剤とがある。

凝集剤の添加を受けた土砂混合泥水はその後、このス
ラリー槽８から前記フィルタープレス10に掛けられる。
フィルタープレス10は加圧脱水装置の一種で、濾布と加
圧手段を有しており、スラリー槽８からの泥水は該フィ
ルタープレス10により前記フロック分が除去される。こ
のフィルタープレス10にて除去された固形物は、上記一
次処理設備２における除去固形物同様、所定場所に運搬
されて廃棄される。

その後、前記フィルタープレス10を通過した泥水は、
原水槽11に移送され、この原水槽11にて清水（工業用
水）と混合された後、該混合水は作泥槽12あるいは調整
槽13に移送される。作泥槽12では泥水材料が添加され、
この泥水材料が添加されたものを前記調整槽13に適量供
給することにより最終的に調整槽13にて供給泥水を作成
する。調整槽13にて作成された泥水はトンネル内のシー
ルド機Ｓの掘削部に供給され、再び掘削泥水として機能
する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の泥水回収装置１にあっては
下記の如き問題が生じている。

すなわち、一次処理設備２における初期工程、つまり
粒径74μｍ（細砂）以上の土砂等固形物を除去する工程
においても、従来では上述したようにふるい４、あるい
はふるい４とサイクロン６との組み合わせからなる装置
を以て行っていたわけであるが、例えサイクロン６を用
いた場合であっても、一般に、サイクロンは分級点が74
μｍ（分級点とは、分離された排出固形物側〈アンダー
フロー側〉と排出流体側〈オーバーフロー側〉とに含ま
れるある粒度径の固形物が共に50％ずつとなるときの粒
度径のことを言う。）と言われており、この粒径74μｍ
の細砂の除去が完全になされるものではない。したがっ
て、この粒径74μｍ以下の微細土粒子等は、当然のこと
ながらそのほとんどがサイクロン６を通過して前記余剰
泥水槽７に送られることとなる。このため、余剰泥水槽
７における土砂混合泥水の比重が大きくなり易く、廃棄
処分される泥水の量が多かった。このことは特に、掘削
地盤がシルトや粘土質等のものであった場合に、それら
微細土粒子分のほとんど全てがサイクロン６を通過して
余剰泥水槽７に移送されるかたちとなるため顕著であ
る。

さらに、二次処理工程では、フロック化された微細土
粒子を最終的に前記フィルタープレス10により除去する
わけであるが、このフィルタープレス10は１基当たりの
処理能力が小さいために、前工程まで（スラリー槽８ま
での工程）の処理量に対処し得るよう複数台を使用して
いる。そのため、その設置スペースの確保が困難である
ばかりでなく、フィルタープレス10は操作に人手を要す
るものであるため、台数が多い場合にはそれだけ多くの
人員を確保する必要がありコスト上昇の要因にもなって
いた。また、上記設置スペースの件は、特に市街地での
工事にあっては極めて深刻な問題となっている。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、泥水加
圧式シールドに用いる泥水の回収を、効果的にかつ高レ
ベルで行え、しかも設備スペースの狭小化を実現する、
泥水加圧式シールド掘削に用いる泥水の回収方法および
その装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の請求項１に係る泥水加圧式シールド掘削に用
いる泥水の回収方法は、泥水加圧式シールド掘削におけ
るシールド機の掘削部より掘削土砂と共に搬出された土
砂混合泥水から泥水のみを回収するための、主として粒
度の荒い固形物の除去を目的とする一次処理工程と、該
一次処理工程を通過した主として微細土粒子の除去を目
的とする二次処理工程とを有し、前記一次処理工程は、
掘削土砂と共に搬出された前記土砂混合泥水をふるい掛
けする工程と、該ふるい掛け工程を通過した土砂混合泥
水の全量を30ないし400Gの低遠心力で運転される低速遠
心分離機に掛ける工程とを有することを特徴としてい
る。

また、請求項２に係る泥水加圧式シールド掘削に用い
る泥水の回収装置は、上記請求項１の方法を実現するも
ので、泥水加圧式シールド掘削におけるシールド機の掘
削部より掘削土砂と共に搬出された土砂混合泥水から泥
水のみを回収するための、主として粒度の荒い固形物の
除去を目的とされる一次処理設備と、該一次処理設備を
通過した主として微細土粒子の除去を目的とされる二次
処理設備とを有して構成され、前記一次処理設備は、前
記土砂混合泥水から砂礫等の粒径の大きい固形物を除去
するためのふるいと、該ふるいを通過した土砂混合泥水
に30ないし400Gの低遠心力を付加する低速遠心分離機と
を備えて構成されていることを特徴とするものである。

〔作用〕

土砂等が混入された土砂混合泥水に、30ないし400Gの
低遠心力を付加すると、分級点は６〜10μｍとなり、か
つ粒径74μｍ以上の固形物を100％除去することができ
るものとなる。すなわち、砂分等、微細土粒子を流体中
から完全に除去することができるようになる。さらに、
粒径が74μｍ以下となる微細土粒子のほとんどもこの遠
心分離機により除去されるものとなり、これにより二次
処理の負担を軽減すること、すなわち二次処理設置の縮
小化が実現される。

しかも、遠心力を30〜400Gとすれば、上記の如く微細
土粒子の除去が実現される一方、さらに微細なるベント
ナイト等、掘削泥水を構成するに必要な有効成分は除去
されず流体中に留どめておくことが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。

第１図において全体として符号20で示すものは、本発
明における請求項２の発明に係る泥水加工式シールド掘
削に用いる泥水の回収装置の一例を示すものである。な
お、本図において、上記第３図のものと同じ構成要素に
は同符号を付してその説明を簡略化する。

この泥水回収装置20は、シールド機Ｓの掘削部から掘
削土砂と共に搬出された土砂混合泥水より泥水のみを回
収するために、主として粒度の荒い固形物の除去を目的
とされる一次処理設備２′と、該一次処理設備２′を通
過した主として微細土粒子の除去を目的とされる二次処
理設備３′とを有して構成されているものである。

一次処理設備２′は、前記土砂混合泥水から砂礫等の
粒径の大きい固形物を除去するためのふるい４と、該ふ
るい４を通過した土砂混合泥水に30ないし400Gの低遠心
力を付加するデカンタ21（低速遠心分離機）とを主要構
成要素としてなり、さらに該デカンタ21からの排出流体
を一時貯留する余剰泥水槽７を有した構成となってい
る。

前記ふるい４は、上記従来の泥水回収装置１において
備えられていたものと同様、振動ふるいとしてもよい
し、あるいは振動ふるいよりも網目ピッチを荒くした固
定ふるいとしてもよい。

デカンタ21は、一般に用いられているデカンタに比し
て遠心力が30ないし400Gと低く、かつ、処理量の大きい
もの（処理能力約360m³/h）、となっている。

ここで、一般的なデカンタの構造を第２図に示す。デ
カンタはこの図に示すように、一端側が若干窄められた
円筒状の回転ケーシング22内に、中空軸23、および前記
回転ケーシング22と同方向にかつ該回転ケーシング22よ
りもやや低速で回転するスクリューコンベア24を設け、
中空軸23内に固形物混合流体を送り、それをフィードチ
ューブ25から回転ケーシング22内に封入することにより
固形物に遠心力を与え、ケーシング22に衝突して沈降し
た固形物をスクリューコンベア24で排出するものであ
る。なお、図中符号26は電動機、27はギヤボックスであ
る。

本発明の実施例に係る前記デカンタ21は、第２図に示
したものとほぼ同様な構造をなすものであるが、回転ケ
ーシング22とスクリューコンベア24との差速、スクリュ
ーコンベア24と回転ケーシング22との間隙、およびスク
リューコンベア24の形状などを適値に設定することで、
低Ｇ下での処理量の増大、および粒度の大きい（実施例
ののでは最大径20mm）固形物への対応を実現したもので
ある。かくして、該デカンタ21の分級点は６〜10μｍ、
74μｍ以上の固形物については除去率100％、かつ処理
能力6m³/min（＝360m³/h）といった値を得ることができ
るものとなっている。

二次処理設備３′、およびさらにその後段に設けられ
る前記作泥槽11等の処理設備の構成に関しては従来装置
１のものと変わらないが、二次処理設備３′のフィルタ
ープレス10は従来装置１よりも設置台数の少ないものと
なっている。

次に、上記構成となる泥水回収装置20の作用効果と共
に、請求項１の発明に係る泥水加圧式シールド掘削に用
いる泥水の回収方法について説明する。なお、本図にお
いて、太実線にて示されるラインが処理工程で主として
使用されるメインラインである。

シールド機Ｓの掘削部より掘削土砂と共に搬送された
土砂混合泥水は、まずふるい４に掛けられる。ここで、
ふるい４が固定ふるいであった場合には、約20mm以上の
礫等の固形物がこのふるい４により除去され、振動ふる
いとした場合には、約1mm以上の細砂等の固形物までが
除去される。該ふるい４として固定ふるいを使用する
か、あるいは振動ふるいを使用するかは掘削地盤の質に
よって決定され、粒径の大きい礫分等が多量に含まれて
いる場合には固定ふるいとし、一方、細礫や粗砂分の割
合が大きい場合には振動ふるいを使用すると効率的な処
理を望める。

前記ふるい４を通過した土砂混合泥水は、一旦、貯留
槽５に受けられるが、そこからその全量が前記デカンタ
21に供給される。ふるい４を通過してデカンタ21に送ら
れた土砂混合泥水は、このデカンタ21によって遠心作用
を受け、該土砂混合泥水中に含まれる固形物の分離がな
される。デカンタ21は30〜400Gの低遠心力で運転される
ものであるめ、分級点は６〜10μｍであり、前記土砂混
合泥水中に含まれる固形物のうち細砂等の微細土粒子ま
でが除かれるが、それよりもさらに細かいコロイドとし
て含有される固形物、すなわちベントナイト等の有効泥
水材料は分離されずに排出液中に残留する。よって余剰
泥水槽７には、ほぼこれら有効泥水材料のみが含有され
た泥水が回収されるわけである。

ところで、この発明では、デカンタ21によって処理泥
水に付加する遠心力を30ないし400Gとしているが、これ
は、デカンタによる遠心力が30G以下であると、粒径の
小さい細砂あるいは微細土粒子等の分離が十分に行なわ
れず、一方、400G以上であると、泥水として成立するに
必要なベントナイト等の有効泥水材料までが分離されて
しまう可能性が生じるためである。従って、これら分離
能と処理効率との双方に鑑みれば、デカンタ21の遠心力
は200〜300G前後に設定することがより望ましい。一
方、主に地中連続壁工法における泥水掘削の泥水（安定
液）回収装置にあっては、従来、1000〜2000G以上と極
めて高い遠心力を発生するデカンタ（高速遠心分離機）
が用いられることもあった。そのような従来のデカンタ
も微細土粒子までの分離が可能であるが、ベントナイト
等、泥水中の有効成分まで除去することとなり、泥水材
料の補給の点で極めて不経済のものとなっていた。しか
も、その従来のデカンタは、処理能力がほとんどの場合
そのデカンタの置かれる前工程までの処理能力に対して
10分の１以下と極端に低く、循環使用効率の点で大きな
弊害があったわけである。

前記デカンタ21での処理がなされ、余剰泥水槽７に移
送された土砂混合泥水は、ここで一時貯留された後、二
次処理設備のスラリー槽８に移送されるが、従来装置１
と異なり、この余剰泥水槽７にデカンタ21より送られた
土砂混合泥水中には、74μｍ以下の微細土粒子もほとん
ど含まれないため、比重の上昇が従来装置１に比べ極め
て低く、従って、余剰泥水すなわち廃棄泥水量も極端に
少ないものとなる。

余剰泥水槽７からは二次処理設備であるスラリー槽８
に土砂混合泥水が移送され、該スラリー槽８では、微細
土粒子をフロック化させるために、PAC槽９から前記PAC
等の凝集剤が添加される。ただし、ここでも、上記同様
の理由から微細土粒子が極めて少量のものとなっている
から、凝集剤の添加量は従来装置１に比べ少量でよい。

さらに、前記スラリー槽８内の土砂混合泥水はフィル
タープレス10に送られ、ここで前記スラリー槽８にてフ
ロック化された微細土粒子が濾過作用により除去され
る。そして、ここにおいても、処理対象であるフロック
が極めて少量であるから、該フィルタープレス10の対処
能力を下げることができ、よって該フィルタープレス10
の台数を減少させることができる。

以降は、従来同様、前記フィルタープレス10を通過し
た泥水を原水槽11に移送して清水と混合した後、その混
合水を作泥槽12あるいは調整槽13に移送する。そして作
泥槽12では泥水材料を添加し、この泥水材料が添加され
たものを調整槽13に適量供給することにより最終的に調
整槽13にて供給泥水を作成し、これをトンネル内のシー
ルド機Ｓの掘削部に掘削泥水として供給すればよい。

しかして、上記の泥水加工式シールド掘削に用いる泥
水の回収方法および装置によれば、土砂混合泥水からの
泥水の回収を効率的かつ効果的に行い、かつ装置の簡略
化を図れるものとなる。

すなわち、一次処理設備として前記デカンタ21を設け
ることにより、該一次処理工程にて74μｍ以上の砂礫・
細砂分は勿論、微細土粒子のほとんどまでも除去するこ
とが可能となり、その結果、二次処理工程における微細
土粒子分の除去が確実かつ効率的に行なわれるものとな
るとともに、二次処理工程において処理すべき微細土粒
子の絶対量そのものが減少するため、フィルタープレス
10等の微細固形物を除去するための装置の設置台数が大
幅に削減され、もって狭小な設置スペースにも対応し得
るものとなる。

また、デカンタ21において微細土粒子までの除去が大
部分実行されるものであるから、余剰泥水槽７からの廃
棄泥水量を減少せしめ、循環泥水の使用量を最小限に抑
えることができるるとともに、スラリー槽８におけるPA
C槽９からの凝集剤の添加量も減少させることができ
る。

なお、上記実施例では、例えば二次処理設備における
脱水処理装置をフィルタープレス10としているが、本発
明における泥水処理装置20において、前記ふるい４およ
びデカンタ21以外の設備構成および個々の構成要素は上
記実施例のものに限定されるものではなく他の構成のも
のであってもよい。いずれの場合であっても、二次処理
工程に至る微細土粒子が減少されるものであるから、二
次処理設備の簡略化、縮小化が実現される。

また実施例では、低速遠心分離機を前記デカンタとし
て説明したが、本発明における低速遠心分離機とは、上
記範囲の遠心力で固形物の分離処理を連続的に行うもの
を言い、前記デカンタに限定されるものではない。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり本発明によれば、一次処理設備と
して低速遠心分離機を設けることにより、該一次処理工
程にて74μｍ以上の砂礫・細砂分は勿論、微細土粒子の
ほとんどまでも除去することが可能となり、それにより
二次処理工程における微細土粒子分の除去が確実かつ効
率的に行なわれるものとなるとともに、二次処理工程に
おいて処理すべき微細土粒子の絶対量が減じられること
で、フィルタープレス等、二次処理設備の縮小化を実現
し、設備縮小および人員削減の両面からコスト低減を実
現する上に、狭小な設置スペースにも対応し得るものと
なる。また、低速遠心分離機において微細土粒子までの
除去が大部分実行されるものであるから、廃棄泥水量を
減少せしめ、循環泥水の使用量を最小限に抑えることが
できるるとともに、凝集剤の添加量も減少させることが
できる、等の優れた効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る泥水加圧式シールド掘削に用いる
泥水の回収装置を示す全体概略図、第２図はデカンタの
構造の一例を一部断面で示す縦断面、第３図は従来の泥
水加圧式シールド掘削に用いる泥水の回収装置を示す全
体概略図である。Ｓ……シールド機、２′……一次処理設備、３′……二次処理設備、４……ふるい、 20……泥水回収装置、 21……デカンタ（低速遠心分離機）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉原重紀東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (72)発明者後藤徹東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (72)発明者池田照栄東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (72)発明者若松高志東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (72)発明者芹沢貞美東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (56)参考文献特開昭60−183081（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】泥水加圧式シールド掘削におけるシールド
機の掘削部より掘削土砂と共に搬出された土砂混合泥水
から泥水のみを回収するための、主として粒度の荒い固
形物の除去を目的とする一次処理工程と、該一次処理工
程を通過した主として微細土粒子の除去を目的とする二
次処理工程とを有し、前記一次処理工程は、掘削土砂と
共に搬出された前記土砂混合泥水をふるい掛けする工程
と、該ふるい掛け工程を通過した土砂混合泥水の全量を
30ないし400Gの低遠心力で運転される低速遠心分離機に
掛ける工程と、を有することを特徴とする泥水加圧式シ
ールド掘削に用いる泥水の回収方法。
【請求項２】泥水加圧式シールド掘削におけるシールド
機の掘削部より掘削土砂と共に搬出された土砂混合泥水
から泥水のみを回収するために、主として粒度の荒い固
形物の除去を目的とされる一次処理設備と、該一次処理
設備を通過した主として微細土粒子の除去を目的とされ
る二次処理設備とを有して構成され、前記一次処理設備
は、前記土砂混合泥水から砂礫等の粒径の大きい固形物
を除去するためのふるいと、該ふるいを通過した土砂混
合泥水に30ないし400Gの低遠心力を付加する低速遠心分
離機と、を備えて構成されていることを特徴とする泥水
加圧式シールド掘削に用いる泥水の回収装置。