JP2932535B2 - シールド掘進機の排土処理方法及び排土処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シールド掘進機によって地山より掘削され
た泥状の排土の処理方法及び処理装置に係り、特に、上
記泥状の排土をその搬送中に流動性のないポロポロの土
砂に改質するシールド掘進機の排土処理方法及び排土処
理装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、シールド掘進機として、第４図に示すものが
知られている。

図示するように、筒状のシールドフレームａの前面に
切羽地山ｂを掘削するカッタ面板ｃが回転自在に設けら
れ、このカッタ面板ｃによって掘削された掘削土砂を取
入れるカッタ室ｄが上記シールドフレームａ内に形成さ
れている。このカッタ室ｄにはカッタ室ｄ内の土砂を排
出するスクリューコンベヤｅが接続されており、このス
クリューコンベヤｅの搬出端には上記掘削土砂を搬送す
るベルトコンベヤｆが設けられている。また、このベル
トコンベヤｆの搬出端には上記掘削土砂を坑外へ搬送す
るズリトロｇが設けられている。

よって、上記カッタ面板ｃによって切羽地山ｂにより
掘削された掘削土砂は、先ずカッタ室ｄ内に取入れら
れ、次に、スクリューコンベヤｅ及びベルトコンベヤｆ
によってズリトロｇまで搬送され、その後、ズリトロｇ
によって排土として坑外へ搬送やれることになる。

ところで、このようなシールド掘進機にあっては、第
４図に示すように、通常、上記カッタ面板ｃから切羽地
山ｂに向けて水やベントナイト等の土質流動化剤ｈを噴
射し、切羽地山ｂを掘削しやすい流動性のある土質に改
質しながら掘進することが一般的である。

従って、上記土質流動剤ｈによって改質された流動性
土質の掘削土砂が、即ち、泥状の掘削土砂が、排土とし
てズリトロｇによって坑外へ搬送されることになる。

このように、坑外へ搬出された泥状の排土は、第５図
に示すように、地上において、セメントや消石灰等の固
化剤ｉが添加され、ドラム状の撹拌機ｊによって撹拌固
化され、取扱いがよい固化状態として最終的にトラック
ｋによって埋め立て地や、宅地造成地等の最終処分場へ
搬送されていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第５図に示すような撹拌機ｊを用い
て、セメントや消石灰等の固化剤ｉを添加・撹拌するこ
とによって固化された排土は、上記固化剤ｉによってそ
のpHがアルカリ性に変化してしまう。このアルカリ性排
土を埋め立て地や宅地造成地等の盛土として使用するこ
とは、土壌汚染を惹き起こすことになり、深刻な問題と
なっている。

また、このような泥状の排土を固化するための専用の
撹拌機ｉを地上に設けることは地上設備費の増大を招く
ことになる。

さらに、第４図に示すように、土質流動化剤ｈによっ
て掘削しやすいように改質された泥状の掘削土砂は、ベ
ルトコンベヤｆ及びズリトロｇによって排土として坑外
へ搬送されることになるが、その土質が泥状のため、そ
の搬送中に泥状排土が坑内に飛び散り、坑内を汚染する
ことになる。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、シ
ールド掘進機によって地山より掘削された泥状の排土を
坑内においてpHを変化させることなくポロポロの土砂に
改質し、土壌汚染・設備費の増大・坑内汚染を解決でき
るシールド掘進機の排土処理方法及び排土処理装置を提
供するものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本願の第１の発明であるシー
ルド掘進機の排土処理方法は、シールド掘進機によって
切羽から掘削された泥状の排土を第１スクリューコンベ
ヤによって切羽の土圧を保ちつつ掘進機内に搬入し、搬
入された泥状排土を第１スクリューコンベヤから排出し
て切羽の土圧から解放し、解放された泥状排土を第１ス
クリューコンベヤに接続されたリボン式の第２スクリュ
ーコンベヤによってトンネル入口側へ搬送すると共に、
第２スクリューコンベヤのコンベヤ管の周方向の複数箇
所からパイプ内に泥土粒子架橋剤を注入し、注入された
泥土粒子架橋剤と上記泥状排土とを第２スクリューコン
ベヤによって撹拌しながらトンネル入口側へ搬送する際
に、第１スクリューコンベヤの排土ゲートを適宜開閉調
節することにより第２のスクリューコンベヤ内の土砂充
填率を略50％程度に制御するようにしたものである。

また、本願の第２の発明であるシールド掘進機の排土
処理装置は、シールド掘進機によって切羽から掘削され
た泥状の排土を掘進機内に搬入して切羽の土圧から解放
する第１スクリューコンベヤと、該第１スクリューコン
ベヤに接続して設けられ土圧から解放された泥状の排土
を撹拌しつつトンネル入口側へ搬送するリボン式の第２
スクリューコンベヤと、該第２スクリューコンベヤのコ
ンベヤ管の周方向の複数箇所からパイプ内に泥土粒子架
橋剤を注入する泥土粒子架橋剤添加手段と、上記第１ス
クリューコンベヤの排土口に設けられその排土口を適宜
開閉調節することにより第２スクリューコンベヤ内の土
砂充填率を略50％程度に制御する排土ゲートとを備えて
構成されている。

［作用］ 第１および第２の発明においては、切羽から掘削され
た泥状の排土を第１スクリューコンベヤによって掘進機
内に搬入して切羽の土圧から解放し、その土圧から解放
された排土に泥土粒子架橋剤を加えて第２スクリューコ
ンベヤによってそれらを撹拌しつつ搬送するようにして
いるので、泥土粒子架橋剤と泥状排土とが十分混練さ
れ、泥状の排土が確実に改質される。すなわち、第２ス
クリューコンベヤ内にて、泥土粒子架橋剤と泥状排出と
が切羽の圧力から解放された状態で混練・搬送されるこ
とにより、それらの混練性が高まる。

ここで、第１および第２の発明においては、第１スク
リューコンベヤの排土ゲートを適宜開閉調節することに
より第２スクリューコンベヤ内の土砂充填率を略50％程
度に制御しているので、第２スクリューコンベヤ内にて
泥状排土と泥土粒子架橋剤との撹拌・混練性が高まる。
さらに、泥土粒子架橋剤を第２スクリューコンベヤのコ
ンベヤ管の周方向の複数箇所からパイプ内に注入してい
るので、前述の土砂充填率を略50％程度にしたこととも
相俟って、泥土粒子架橋剤と泥状排土との混練性がより
高まる。

その結果、泥状の排土は、その搬送途中で泥状排土中
の泥土粒子が泥土粒子架橋剤によって確実に架橋され、
pHが変化することなく確実にポロポロとした通常の土質
に改質される。

［実施例］ 本発明に係るシールド掘進機の排土処理装置の一実施
例を添付図面に従って説明する。

第１図に示すように、筒状のシールドフレーム１の前
面に切羽地山２を掘削するカッタ面板３が回転自在に設
けられ、このカッタ面板３によって掘削された掘削土砂
を取り入れるためのカッタ室４がカッタ面板３の背面部
に位置されて上記シールドフレーム１内に設けられてい
る。

また、上記カッタ面板３の背面部には、切羽地山２を
掘削しやすい流動性のある土質に改質すべく、カッタ面
板３から切羽地山２に向けて水やベントナイト等の土質
流動化剤を噴射するための図示されない土質流動化剤噴
射装置が設けられている。

よって、上記土質流動化剤によって改質された流動性
質土質の掘削土砂が、即ち、泥状の掘削土砂が、排土と
して上記カッタ室４内に取り入れられることになる。

このカッタ室４には、切羽地山２の土圧に対抗すべく
カッタ室４内を気密に保持しつつカッタ室４内の泥状排
土をカッタ室４外へ排出するためのスクリューコンベヤ
５（特許請求の範囲中の第１スクリューコンベヤに相当
する）が設けられている。すなわち、このスクリューコ
ンベヤ５内には上記泥状排土が一杯に充填されることに
なる。

また、このスクリューコンベヤ５の搬出端に接続され
て、スクリューコンベヤ５から排出される泥状排土を撹
拌しつつシールド掘進機外側へ搬送するための排土撹拌
搬送コンベヤ６（特許請求の範囲中の第２スクリューコ
ンベヤに相当する）が設けられている。

本実施例にあっては、この排土撹拌移送コンベヤ６
は、第１図に示すように、リボン式スクリューコンベヤ
が用いられている。すなわち、この排土撹拌移送コンベ
ヤ６は、第２図に示すように、コンベヤ６の外郭を形成
する円筒状のコンベヤ管７と、このコンベヤ管７の内周
面に沿って螺旋状に形成されるフライト８とからなるリ
ボン式スクリューコンベヤから構成されており、上記フ
ライト８をモータ９によって回転させることにより、泥
状排土10を撹拌しつつシールド掘進機外側へ搬送するよ
うになっている。

また、第２図に示すように、排土撹拌移送コンベヤ６
であるリボン式スクリューコンベヤは、泥状排土の撹拌
性を向上させるべく、泥状排土の充填率が落とされてい
る。すなわち、コンベヤ管７一杯に泥状排土が充填され
るのではなく、略半分程度にまでその充填率が落とさ
れ、撹拌性の向上を図っている。この充填率の調節は、
第１図に示すスクリューコンベヤ５の排出口11から排土
撹拌移送コンベヤ６に向けて排出される泥状排土の排出
量を、上記排出口11を開閉するゲート12を開閉調節する
ことにより達成される。

また、この排土撹拌移送コンベヤ６には第１図に示す
ように、搬送される泥状排土10に泥土粒子架橋剤13を加
えるための泥土粒子架橋剤添加手段14が設けられてい
る。本実施例にあっては、上記泥土粒子架橋剤13として
こんにゃく等の天然蛋白から抽出した天然水溶性高分子
系の素材が用いられている。なお、この泥土粒子架橋剤
13としては、上記素材に限らず天然系、合成系を問わず
団粒機能をもつ素材であれば適用でき、単独又は複種を
組み合わせてその目的を果たすようにしてもよい。ま
た、この泥土粒子架橋剤は粉体であっても液体であって
もよいことは勿論である。

一方、上記泥土粒子架橋剤添加手段14は、第１図に示
すように、CPU15とオンラインで結ばれており、シール
ド掘進機の掘進スピードに応じて泥土粒子架橋剤13の添
加量を調節するようになっている。すなち、掘進スピー
ドに掘削面積を掛けた掘削土量に応じて上記泥土粒子架
橋剤13の添加量が調節されることになる。

また、上記泥土粒子架橋剤13は、第３図に示すよう
に、排土撹拌移送コンベヤ６のコンベヤ外郭を形成する
円筒状のコンベヤ管７のラジアル方向の四箇所からコン
ベヤ管６内の泥状排土10へ向けて添加される。

このように、排土撹拌移送コンベヤ６内の搬送中の泥
状排土10には排土量に応じて粉体もしくは液体の泥土粒
子架橋剤13が添加され、これらが撹拌されることにな
る。

上記排土撹拌移送コンベヤ６によってシールド掘進機
外側へ搬送された排土は、第１図に示すように排土撹拌
移送コンベヤ６の搬出端に接続されたベルトコンベヤ16
によってズリトロ17まで搬送され、ズリトロ17によって
坑外へ搬送されることになる。

以上の構成からなる具体装置例に基づいて本発明の方
法について述べる。

第１図に示すように、カッタ面板３によって切羽地山
２より掘削され、カッタ室４内に取り込まれた泥状の排
土10は、スクリューコンベヤ５によってカッタ室４内を
気密に保持しつつカッタ室４外へ搬送される。

このカッタ室４外へ搬送された泥状の排土10は、排土
撹拌移送コンベヤ６によって撹拌されつつベルトコンベ
ヤ16まで搬送される。この際、上記泥状排土10には、泥
土粒子架橋剤添加手段14によって粉体もしくは液体の泥
土粒子架橋剤13が添加される。

この泥土粒子架橋剤13は、第３図に示すように、排土
撹拌移送コンベヤ６を構成するコンベヤ管７のラジアル
方向の四箇所からコンベヤ管７内の泥状排土10へ向けて
添加されるので、泥土粒子架橋剤13と泥状排土10との混
練性が高まる。

また、上記排土撹拌移送コンベヤ６は、第２図に示す
ように、撹拌性の高いリボン式スクリューコンベアが用
いられ、且つ移送されるコンベヤ管７内の泥状排土10の
充填率も略50％程度にまで落とされているので、泥状排
土10と泥土粒子架橋剤13との撹拌・混練性は一層高まる
ことになる。

従って、このような撹拌・混練性の高い排土撹拌移送
コンベヤ６によって、泥状排土10と泥土粒子架橋剤13と
は十分混練され、粉体もしくは液体の泥土粒子架橋剤13
によって泥状排土10中の泥土粒子が相互に架橋され、こ
れらが団粒化し、泥状排土10がpHを変化させることなく
ポロポロとした通常の土質に改質されることになる。

この際、第１図に示すように、泥状排土10に添加され
る泥土粒子架橋剤13は、CPU15によって、シールド掘進
機の掘進スピードに応じて、即ち、掘削土量に応じて、
その添加量が調節されるいので、泥状排土10と泥土粒子
架橋剤13との混合比が常に最適に保たれ、効率的に土質
改質が達成される。上記泥土粒子架橋剤13の添加量は、
泥状排土10の土質及び含水比等や架橋剤13が粉体か液体
かによって異なる。例えばシルト質土で含水比30〜50％
の泥状排土10に粉体状の泥土粒子架橋剤13を添加する場
合、その添加量は２〜4kg/m³が適当である。

このようにポロポロとした通常の土質に改質された排
土10は、第１図に示すように、ベルトコンベヤ16によっ
てズリトロ17まで搬送され、ズリトロ17によって坑外へ
搬送される。

従って、シールド掘進機によって切羽地山２により掘
削された泥状の排土10は、坑内において、その搬送中に
ポロポロとした通常の土質に改質されることになる。

よって、従来、泥状排土10を固化するために専用に地
上に設置されていた第５図に示すような撹拌機ｊは必要
なくなり、地上設備の低減を図ることができる。

また、上記泥土粒子架橋剤13は、泥状排土の泥土粒子
を架橋し、団結粒化することによって、泥状排土をポロ
ポロとした通常の土質に改質しているので、排土のpHは
全く変化しないことになる。よって、この改質後の排土
を埋め立て地、宅地造成地等の盛土、埋め戻し材に用い
てもpHの変化による土壌汚染問題は生じない。

また、第１図に示す坑内のベルトコンベヤ16及びズリ
トロ17には、排土撹拌移送コンベヤ６から排出されたポ
ロポロの排土10が搬送されることになり、坑内に泥状の
排土が飛び散ることがなくなり、坑内を清潔に保つこと
ができる。

なお、本実施例にあっては、第１図に示すように泥土
粒子架橋材13を二次スクリューコンベヤとしての排土撹
拌移送コンベヤ６に添加するように構成したが、これに
限らず切羽地山２より掘削された泥状の排土をシールド
掘進機外側へ搬送する搬送路の如何なる場所に泥土粒子
架橋剤13を添加してもよい。例えば、一次スクリューコ
ンベヤ５に添加してもよく、また二次スクリューコンベ
ヤに接続された三次スクリューコンベヤに添加してもよ
く、またカッタ室４内に添加してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば次のごとき優れた
効果を発揮することができる。

（１）第１スクリューコンベヤから排出されて切羽の土
圧から解放された泥状の排土は、第２スクリューコンベ
ヤのコンベヤ管の周方向の複数箇所からパイプ内に注入
された泥土粒子架橋剤と撹拌・混練されるが、その際、
第１スクリューコンベヤの排土ゲートを適宜開閉調節す
ることにより、第２スクリューコンベヤ内の土砂充填率
が略50％程度に制御されるため、泥土粒子架橋剤との撹
拌・混練が高まる。よって、泥状排土をpHを変化させる
ことなくポロポロとした通常の土質に確実に改質するこ
とができる。

（２）従って、従来、泥状排土を固化するために専用に
設けられていた撹拌機は必要なくなり、設備費の削減及
びシステム全体の小形化を図ることができる。

（３） またpHを変化させることなく、泥状排土がポロ
ポロとした通常の土質に改質されるので、pHの変化によ
る土壌汚染問題に抵触することなく、この改質後の排土
を埋め立て地や宅地造成地等の盛土・埋め戻し材として
利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシールド掘進機の排土
処理装置の概略図、第２図は第１図に示す排土撹拌移送
コンベヤの拡大側断面図、第３図は第２図のIII−III線
矢視図、第４図及び第５図は従来例を示すシールド掘進
機の排土処理装置の概略図である。 図中、１はシールドフレーム、２は切羽地山、４はカッ
タ室、５は第１スクリューコンベヤとしてのスクリュー
コンベヤ、６は第２スクリューコンベヤとしての排土撹
拌移送コンベヤ、10は排土、12は排土ゲート、13は泥土
粒子架橋剤、14は泥土粒子架橋剤添加手段である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機によって切羽から掘削され
   た泥状の排土を第１スクリューコンベヤによって切羽の
   土圧を保ちつつ掘進機内に搬入し、搬入された泥状排土
   を第１スクリューコンベヤから排出して切羽の土圧から
   解放し、解放された泥状排土を第１スクリューコンベヤ
   に接続されたリボン式の第２スクリューコンベヤによっ
   てトンネル入口側へ搬送すると共に、第２スクリューコ
   ンベヤのコンベヤ管の周方向の複数箇所からパイプ内に
   泥土粒子架橋剤を注入し、注入された泥土粒子架橋剤と
   上記泥状排土とを第２スクリューコンベヤによって撹拌
   しながらトンネル入口側へ搬送する際に、第１スクリュ
   ーコンベヤの排土ゲートを適宜開閉調節することにより
   第２スクリューコンベヤ内の土砂充填率を略50％程度に
   制御するようにしたことを特徴とするシールド掘進機の
   排土処理方法。
2. 【請求項２】シールド掘進機によって切羽から掘削され
   た泥状の排土を掘進機に搬入して切羽の土圧から解放す
   る第１スクリューコンベヤと、該第１スクリューコンベ
   ヤに接続して設けられ土圧から解放された泥状の排土を
   撹拌しつつトンネル入口側へ搬送するリボン式の第２ス
   クリューコンベヤと、該第２スクリューコンベヤのコン
   ベヤ管の周方向の複数箇所からパイプ内に泥土粒子架橋
   剤を注入する泥土粒子架橋剤添加手段と、上記第１スク
   リューコンベヤの排土口に設けられその排土口を適宜開
   閉調節することにより第２スクリューコンベヤ内の土砂
   充填率を略50％程度に制御する排土ゲートとを備えたこ
   とを特徴とするシールド掘進機の排土処理装置。