JP2705710B2 - 掘削壁面覆工用ライニング材料供給方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は大深度地下空間などを
構築するに当たり、水没環境下で遠隔操作されて無人で
稼動する水中作業機を用いて掘削壁面を覆工するための
ライニング材料供給方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、地下空間を構築するに当たって
は、掘削による掘削壁面の応力開放によって掘削壁面に
クラックが入り壁面の崩落につながる危険性があるの
で、掘削壁面は掘削後に早急にコンクリートなどを用い
て覆工することが不可欠の技術とされ、掘削作業と同時
進行的に掘削壁面の覆工が行われる。

【０００３】掘削壁面の一般的な覆工方法としては、作
業者の手作業によって掘削壁面と所定の距離を隔てて型
枠を組みながらバッチ的にコンクリート、モルタルなど
のライニング材料（以下、ライニング材料という）を打
設して後、一定期間を放置・養生（硬化）を待ってから
型枠を取り外し、場所を移動して再組み立てを行ってラ
イニング材料を打設していく方式で施工される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、大深度地下
（一般に、地下５０ｍ以上をいう) に、例えば、半球状
をなすドーム状の大きな自由空間（以下、ドーム状空間
という）を構築するには、ドーム状空間構築現場まで立
坑を設け、一度に空間全体を掘削するのではなく、空間
の天盤とされる立坑下部から立坑を中心に予定する深さ
のドーム状空間を縦方向に段階状に分けた掘削、いわゆ
るベンチカット段を下方に向けて順次に掘削していき、
各掘削ベンチカット段ごとに掘削と壁面覆工を繰り返し
ながら構築する施工法が提案されている。

【０００５】上記するようなベンチカット段を下方に向
けて順次に掘削する場合、ベンチカット段の下方に向け
拡径されて傾斜した掘削壁面、つまり、オーバハング状
に傾斜した掘削壁面全面に対して型枠を組んでライニン
グ材料を打設して掘削壁面をいっぺんに覆工することは
技術的に困難な面がある。

【０００６】また、大深度地下にドーム状空間を構築す
る場合には、たとえ、ベンチカット段の掘削であっても
深度的に掘削壁面の崩落の危険性が大きくなるため、水
没環境下における掘削が有効とされ、掘削が水没環境下
において行われる場合には、その掘削壁面覆工も水没環
境下における作業となる。しかし、水没環境下、特に高
水圧とされる大深度のドーム状空間の掘削現場には作業
者が直接に出入りして作業に従事することができないた
め、遠隔操作により水中、泥水中において稼動する水中
作業機を用いる無人化施工が求められる。

【０００７】この発明は上述の点に鑑みなされたもので
あって、大深度地下に対して自由空間を構築するに当た
り、水没環境下において遠隔操作されて無人で稼動する
水中作業機を用いて掘削壁面覆工を適切に施工するため
のライニング材料供給方法とその装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めのこの発明の要旨とするところは、ブームを有する作
業機を水中掘削された水中空間に投入し、ブーム先端に
取着した型枠を掘削壁面に対峙させ、ブーム先端部に装
着したミキサーに地上から個別にライニング材料と液状
急結剤を圧送し、ミキサーにおいて水中ライニング材料
に急結剤を添加混合してこれを直ぐに型枠内に先端を臨
ませて設けたトレミー管を介して型枠に投入して硬化を
図りつつ型枠を移動させることを特徴とする掘削壁面覆
工用ライニング材料供給方法と、この方法を実施するた
めの、ブームを有し、水中掘削された水中空間に投入さ
れる作業機と、ブーム先端に装着され、掘削壁面に対峙
させられる型枠と、ブーム先端部に装着したミキサー
と、該ミキサーと地上支援設備とを連結するライニング
材料供給用配管および急結剤供給用配管と、これらライ
ニング材料供給用配管および急結剤供給用配管に付設し
た洗浄水供給用配管と、ミキサーに連結され、急結剤の
添加されたライニング材料を型枠内に投入するトレミー
管を備え、前記ライニング材料供給用配管のミキサー連
結部に、開閉弁、洗浄水供給用配管を連結した切換弁、
ピグ放出口を外部に開口させた切換弁を直列的に挿設
し、前記急結剤供給用配管のミキサー連結部に、開閉弁
および逆流防止機構を挿設するとともに分岐状に洗浄水
供給用配管を連結したことを特徴とする掘削壁面覆工用
ライニング材料供給装置にある。

【０００９】

【作用】作業機の水中掘削現場投入時には、地上支援設
備からトレミー管に至る全ラインには水または急結剤が
充満され、配管類が水圧によって偏平化（押し潰し）さ
れることがない。作業機を水中掘削された水中空間の定
位置に設置し、ブーム先端の型枠を掘削壁面に対峙させ
た状態で、ライン内の水はライニング材料と置換し、正
常運転時には、ミキサーに供給されるライニング材料に
急結剤を添加混合してこれを直ぐに型枠内に先端を臨ま
せて設けたトレミー管を介して型枠に投入するので、型
枠投入後のライニング材料の硬化時間が早まり、型枠は
投入されたライニング材料の硬化を図りつつ横移動させ
られてリング状単位覆工体が現場打ちで形成される。こ
のリング状単位覆工体の複数個を積み重ね状に形成して
ベンチカット段覆工壁を構成する。

【００１０】作業の中断などでライニング材料の供給停
止時間が長引く場合は、高圧洗浄水をもってミキサーか
らトレミー管に至るライン内に残留する急結剤の混合さ
れたライニング材料を排出してライン内におけるライニ
ング材料の凝固を防ぐ。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。

【００１２】実施例は、地下空間として半球状のドーム
状空間を構築する場合を示すものである。

【００１３】図１はこの発明の装置の使用態様を示す概
略図、図２はこの発明の装置の要部の斜視図である。

【００１４】ドーム状空間は、予め空間構築現場まで立
坑Ａを設け、空間の天盤とされる立坑下部から立坑を中
心にドーム状空間を縦方向に段階状に分けたベンチカッ
ト段Ｂを下方に向けて順次に掘削していき、各掘削ベン
チカット段Ｂごとに掘削と掘削壁面Ｃの覆工を繰り返し
て構築される。

【００１５】この発明が適用される作業機１は、水没環
境下で稼動するように設計され、全ての動作は地上支援
設備（図示せず）からの遠隔操作で行われるようになっ
ており、立坑Ａからベンチカット段Ｂに投入されて立坑
Ａ直下の地底に旋回中心制御可能にセットされて削壁面
Ｃの覆工に供され、全周を旋回動自在とする。

【００１６】２は作業機１に装備した伸縮・起伏自在な
ブーム、３はブーム先端に取着した型枠で、この型枠３
は、掘削壁面Ｃに平行状に対峙してライニング材料が投
入されるもので、図３に示すように、掘削壁面Ｃに対面
させる主型枠４と、この主型枠４の前端部に直角状に配
装され、一端縁が掘削壁面Ｃに当接させる妻型枠５と、
主型枠４の中間上部にあって上下方向に回動自在に配装
したフロート型枠６からなる。

【００１７】７はブーム先端部に装着したミキサー、８
はミキサー７と地上支援設備（図示せず）とを連結する
ライニング材料供給用配管、９は同じくミキサー７と地
上支援設備とを連結する急結剤供給用配管、１０，１１
はこれらライニング材料供給用配管８および急結剤供給
用配管９に付設した洗浄水供給用配管で、前記ライニン
グ材料供給用配管８のミキサー連結部に、開閉弁１２、
洗浄水供給用配管１０を接続した切換弁１３、ピグ放出
口１４ａを外部に開口させた切換弁１４を直列的に挿設
し、前記急結剤供給用配管９のミキサー連結部には、開
閉弁１５および逆流防止機構１６を挿設するとともに、
配管９に対し分岐状に洗浄水供給用配管１１を接続して
いる。

【００１８】１７はミキサー７と連結したトレミー管
で、型枠３内に先端を臨ませて設けられ、ミキサー７か
ら急結剤の混合されたライニング材料を型枠３内に投入
するものである。

【００１９】なお、図中１８は型枠３の取付け台３ａと
ブーム先端間に介装した関節部材で、型枠３の無方向的
な回動を可能にした自由関節を有し、実施例の自由関節
としては、互いに方向を異にして直行する三つの支軸１
８ａ，１８ｂ，１８ｃを有し、ブーム側からそれぞれの
支軸１８ａ，１８ｂ，１８ｃがローリング軸、ヨーイン
グ軸そしてピッチング軸として機能するよにしている。

【００２０】また、上記する各弁には必要に応じて弁洗
浄機構を付設し、洗浄水供給用配管１０，１１から分岐
して共通の洗浄水を用いるようにしている。

【００２１】次に、この発明におけるライニング材料供
給方法について図面を参照しながら説明する。

【００２２】作業機１を水を充満した立坑Ａより掘削さ
れたベンチカット段Ｂに投入する。この際、ミキサー７
と地上支援設備とミキサー７を連結するライニング材料
供給用配管８からミキサー７を経てトレミー管１７に至
るライン内には水を充満させ、急結剤供給用配管９には
閉止された開閉弁１５部位まで液状急結剤を充満させて
外部の水圧とバランスするようにしている。

【００２３】作業機１を立坑Ａ直下の地底に旋回中心制
御可能にセットし、ブーム２の伸縮・起伏動および作業
機１の旋回動によって型枠３を所定の打設開始位置へ移
動させて掘削壁面Ｃに対峙させる。

【００２４】ここで先ず、ライニング材料供給用配管８
内にピグを挿入してライニング材料を供給し、配管８内
の水をライニング材料と置換する。ピグが解放された切
換弁１４のピグ放出口１４ａから外部に放出されたとこ
ろで、当該切換弁１４を正規位置に切り換えてライニン
グ材料をミキサー７に供給し、ミキサー７からトレミー
管１７に至るライン内の水をライニング材料と置換す
る。

【００２５】なお、ライニング材料供給用配管８内の水
とライニング材料との置換については、ピグなしで直接
に水をライニング材料に置換することは可能である。た
だし、この場合ライニング材料と水が接する部分におい
てライニング材料が水に薄められて（セメント分が水に
洗われて）、所定の配合の材料でなくなるため、供給始
めの材料が元の材料の配合になるまでトレミー管１７先
端より捨てる必要がある。この捨てる量は直接置換を行
うライニング材料用供給管８が長い程多くなる。この捨
てる量は、例えばモルタル供給ポンプからトレミー管先
端まで５０ｍ程度であれば５分程度（１.５インチ管で２リッ
トル／min の場合) 、三方ボールバルブ１４からトレミー
管１７までの長さ３ｍ程度であれば１分程度の材料を垂
れ流しする必要がある。従って、この捨てるライニング
材料を少なくするためにはモルタル供給ポンプから三方
ボールバルブ１４までをピグを先導させてライニング材
料を給送し、三方ボールバルブ１４でピグを放出させて
三方ボールバルブ１４をミキサー７側に切り換えること
によって水とライニング材料を直接置換するホース長さ
を短くしている。また、三方ボールバルブ１４とトレミ
ー管１７の間にはミキサー７があり、該ミキサー７内に
はエレメントがあるため、ピグを通過させることができ
ないので、ミキサー７からトレミー管１７に至るライン
内の水はライニング材料と直接に置換する。

【００２６】この後、開閉弁１５を開いて急結剤をミキ
サー７に供給し、ミキサー７において水中ライニング材
料に添加混合して一定の時間余裕を持たせた事前運転を
行った後、正常運転に入り、トレミー管１７を型枠３に
対する正規位置にアプローチさせてライニング材料を型
枠３に投入する。こうして型枠３に投入され、硬化時間
が短縮されたライニング材料の硬化を図りつつ型枠３を
横移動させ、掘削壁面Ｃを一周して打設開始位置まで戻
ったところでリング状単位覆工体ｄが完成する。

【００２７】なお、正常運転時には、急結剤供給用配管
９内の圧力を水中ライニング材料供給用配管８内の圧力
より高圧に保ち、また、急結剤供給用配管９に挿設され
たチェック弁などからなる逆流防止機構１６によって急
結剤供給用配管９に対して水中ライニング材料が逆流し
てくるのを防止している。

【００２８】一つのリング状単位覆工体ｄが完成し、次
のリング状単位覆工体に型枠３の位置を変えるときは、
トレミー管１７を型枠３より外れた位置に旋回移動さ
せ、急結剤供給用配管９の開閉弁１５を閉じ、ライニン
グ材料供給用配管８からトレミー管１７に至るラインは
活かしたままで数分間をライニング材料の供給を続け、
ミキサー７からトレミー管１７に至るライン内の急結剤
の混合されたライニング材料が完全に出きった時間を見
計らい、ライニング材料供給用配管８の開閉弁１２を閉
じ、同時に切換弁１３を介して洗浄水供給用配管１０か
らの高圧洗浄水をミキサー７に供給してトレミー管１７
に至るラインを洗浄する。

【００２９】そして、型枠３を次のリング状単位覆工体
の打設開始位置へ移動させて前段と同様の操作を繰り返
す。こうして複数のリング状単位覆工体ｄを積み重ね式
に順次に形成していってベンチカット段Ｂのベンチカッ
ト段覆工壁Ｄを構成する。

【００３０】次に、ベンチカット段Ｂを切り替える時は
作業機１を地上に揚収するが、この時はライニング材料
供給用配管８内にピグを挿入して配管８内に残留するラ
イニング材料をピグを介して水と置換する。

【００３１】作業機１を地上に揚収するに当たり、場合
によっては揚収時の外部水圧と配管内の水圧とを調整し
て同期させることも可能である。この処置は外部水圧に
よる配管類の偏平化を防止するために必要な処置であ
る。

【００３２】然して、上記する方法を実施するに当たっ
て、具体的事項としては次のようなものがある。

【００３３】(ａ) 使用されるライニング材料は、水中
において硬化可能な水中ライニング材料が用いられ、こ
れは汎用のコンクリートやモルタルに遅延剤、減水剤、
増粘剤などを事前調合したものである。ライニング材料
としては、その流動性が重要とされ、フロー値で２００
以上で実施されることが望ましい。また、ライニング材
料に添加混合される急結剤としては、流動性があって長
距離配管輸送が可能で、水没環境下でライニング材料へ
の添加混合に適した液状のものが用いられる。

【００３４】なお、急結剤が混合されたライニング材料
の水中における硬化時間としては、２５分程度で硬化す
るような配合例がとられる。また、リング状単位覆工体
の打設位置を切り替える時は、ライニング材料供給用配
管内には正規のライニング材料が充填されたままであ
り、切り替え時間内では配管内のライニング材料が凝固
しないような調合とする。

【００３５】(ｂ) ライニング材料供給用配管におい
て、水とライニング材料との置換に使用するピグは、あ
る程度の弾力を持っていてある程度の通過断面の変化に
対応できることが物性として要求される。種々のテスト
の結果、ピグ形状としては弾丸状で軟弾性体のポリウレ
タンなどの高分子材料からなり、比較的固く、ほどほど
に変形するものが適している。

【００３６】(ｃ) 運転に際し、ライニング材料およ
び急結剤の長距離配管輸送に関しては無脈動で圧送する
ことが好ましく、また、ミキサーにおけるライニング材
料に対する急結剤の添加混合も無振動・無脈動的に行う
ことが好ましく、このためミキサーにはスタティックミ
キサーや強制練り方式ミキサーが適している。

【００３７】なお、ミキサーとしてスタティックミキサ
ーを用いる場合、Ｌ／Ｄ＞１５で急結剤の混合を可能と
する。

【００３８】(ｄ) ライニング材料供給用配管内の水
とライニング材料との置換に際し、ピグの外部への放出
は、配管内を流動する水中ライニング材料の圧損などに
よって検出し、切換弁を切り換え制御する。

【００３９】また、トレミー管からの正規のライニング
材料の吐出に関しては、一定の時間余裕を持たせた事前
運転が行なわれるが、この事前運転の時間は計算と実験
結果によって確認される。

【００４０】(ｅ) 開閉弁および切換弁としてボール
バルブを用いる場合、弁本体とボール間のキャビティ
（隙間）部は弁をスムーズに作動させるために必要な部
分であり、この部位にライニング材料や急結剤などが侵
入することは容易に推察できる。したがって、弁に付設
する弁洗浄機構としては、必要個所に高圧水によるパー
ジ部を設け、弁の作動前には必ず高圧洗浄水をパージ
し、キャビティ部に侵入したライニング材料や急結剤な
どを排除するようにする。場合によってはキャビティ部
に軟質のシリコン類を充填しておきライニング材料や急
結剤などの侵入を防止するようにすることも可能であ
る。

【００４１】

【発明の効果】上記構成からなるこの発明によれば、次
のような効果を奏する。

【００４２】(１) 型枠近傍に位置してミキサーを装
着し、該ミキサーに対してライニング材料と急結剤とを
個別に供給して型枠投入直前にライニング材料に急結剤
を添加混合してこれを直ぐにトレミー管を介して型枠に
投入するようにしたから、ライニング材料の流動性（フ
ロー値）を適切に選定することによって配管途中におけ
る凝固の問題もなく長距離配管輸送を可能にし、遠隔操
作されて無人で稼動する作業機を用いて掘削壁面の覆工
が適切に施工できる。

【００４３】(２) 大深度地下開発のごとく水没環境
下で掘削された地下空間の掘削壁面覆工を行う場合、掘
削壁面へのライニング材料の吹き付けは成立しないが、
この発明では移動する型枠を用いてライニング材料の硬
化を図りつつリング状単位覆工体を打設し、これを積み
重ね状にして覆工壁体を構成するから、作業者がアプロ
ーチできないような場所での掘削壁面覆工を省力化して
能率よく施工することができる。

【００４４】(３) 従来の山岳トンネルの掘削壁面覆
工やシールドトンネルにおけるセグメント裏込みに関し
ても連続的に打設することがあり、これらの場合でもコ
ンクリートなどの長距離配管輸送を伴い、急結剤のノズ
ル元混合が要求される場合も多いが、この発明はこのよ
うな場合にも適用可能で、作業環境の改善と作業効率の
改善に寄与して効率的な作業が可能になる。また、この
発明は水没環境下に限らず、地上に展開することも可能
で、現在まで存在しなかった遠隔無人稼動を可能ならし
める大型建設ロボットとしての位置付けを可能ならしめ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の装置の使用態様を示す概略図であ
る。

【図２】 この発明の装置の要部の斜視図である。

【図３】 型枠の斜視図である。

【符号の説明】

１…作業機 ２…ブーム ３…型枠 ７…ミキサー ８…ライニング材料供給用配管 ９…急結剤供給用配管 １０…洗浄水供給用配管（ライニング材料供給用配管に
付設） １１…洗浄水供給用配管（急結剤供給用配管に付設） １７…トレミー管 Ａ…立坑 Ｂ…ベンチカット段 Ｃ…掘削壁面 Ｄ…ベンチカット段覆工壁 ｄ…リング状単位覆工体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芝田 勇二 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 清水 一都 東京都港区芝浦１丁目２番３号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 百田 博宣 東京都港区芝浦１丁目２番３号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 岸田 秀樹 千葉県佐倉市大作２丁目４番２号 小野 田セメント株式会社中央研究所内 (72)発明者 大西 達人 千葉県佐倉市大作２丁目４番２号 小野 田セメント株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 平２−47500（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−219299（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブームを有する作業機を水中掘削された水
   中空間に投入し、ブーム先端に取着した型枠を掘削壁面
   に対峙させ、ブーム先端部に装着したミキサーに地上か
   ら個別にライニング材料と液状急結剤を圧送し、ミキサ
   ーにおいて水中ライニング材料に急結剤を添加混合して
   これを直ぐに型枠内に先端を臨ませて設けたトレミー管
   を介して型枠に投入して硬化を図りつつ型枠を移動させ
   ることを特徴とする掘削壁面覆工用ライニング材料供給
   方法。
2. 【請求項２】ブームを有し、水中掘削された水中空間に
   投入される作業機と、ブーム先端に装着され、掘削壁面
   に対峙させられる型枠と、ブーム先端部に装着したミキ
   サーと、該ミキサーと地上支援設備とを連結するライニ
   ング材料供給用配管および急結剤供給用配管と、これら
   ライニング材料供給用配管および急結剤供給用配管に付
   設した洗浄水供給用配管と、ミキサーに連結され、急結
   剤の添加されたライニング材料を型枠内に投入するトレ
   ミー管を備え、前記ライニング材料供給用配管のミキサ
   ー連結部に、開閉弁、洗浄水供給用配管を連結した切換
   弁、ピグ放出口を外部に開口させた切換弁を直列的に挿
   設し、前記急結剤供給用配管のミキサー連結部に、開閉
   弁および逆流防止機構を挿設するとともに分岐状に洗浄
   水供給用配管を連結したことを特徴とする掘削壁面覆工
   用ライニング材料供給装置。