JP4136607B2

JP4136607B2 - 泥水シールド工法における裏込め注入方法

Info

Publication number: JP4136607B2
Application number: JP2002321983A
Authority: JP
Inventors: 直人新井田; 由隆新家
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Tokyo Electric Power Services Co Ltd
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Tokyo Electric Power Services Co Ltd
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-11-06
Also published as: JP2004156276A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、泥水シールド工法における裏込め注入方法に関し、特に、裏込め注入方法にリサイクル技術を適用しつつ、建設費の低減化を図る裏込め注入方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法により地下トンネルを構築する際には、掘進機により掘削された壁面にセグメントを環状に組立てて、トンネル形状の安定化が図られる。この場合、セグメントと掘削地山との間には、凝固性の裏込め材を注入して、地山の陥没などの不都合が解消される。
【０００３】
ところで、シールド工法の一種として、泥水シールド工法が知られていて、この工法においても、セグメントと掘削地山との間に裏込め材の注入が行われる。泥水シールド工法では、切羽の安定を確保するために、ベントナイトを懸濁した泥水が使用され、シールド掘進機のチャンバ内に供給した泥水と掘削土砂とを混合した混合流体の圧力により切羽に対向させながら、シールド掘進機の掘進に伴って、混合流体の一部をチャンバ内から順次坑外に排出する。
【０００４】
坑外に排出された混合流体は、残土処理プラントに導入されて、泥水と掘削残土とに分離され、泥水は、回収されて再度掘削に利用される。一方、混合流体から分離された掘削残土は、その後廃棄されることになるが、掘削残土の一部は、産業廃棄物の対象になるので、施工現場においては、その減量が強く要請されている。
【０００５】
そこで、泥水シールド工法において、混合流体の一部を裏込め注入材として利用することで、産業廃棄物の減量化を図る方法が提案されている。（特許文献１参照）
【０００６】
この特許文献１に提案されている裏込め注入方法は、掘削切羽部からの排出泥水を残土処理プラントから、裏込めに最適である位置から取出して裏込めする方法であり、具体的には、泥水の取出し位置は、シールド掘進機から残土処理プラントの土砂脱水篩とサイクロンまでの間，サイクロンから余剰泥水槽に至る経路、余剰泥水槽より脱水機までの間が例示されている。
【０００７】
しかしながら、このような裏込め注入方法には、以下に説明する如き解決すべき技術的な課題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特公平７−９１５０号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上記特許文献１に提案されている裏込め注入方法では、泥水の取出し位置を坑外とすることが基本になっているので、坑内に裏込め注入装置を設置したとしても、坑外から坑内に至る泥水などの裏込め材の搬送設備が必要になり、設備規模が大きくなり、経済的な面でも不利益が大きくなる。
【００１０】
また、坑外から搬送設備を介して、泥水を坑内の裏込め注入装置に供給する裏込め注入方法では、シールド掘進機の進捗に応じたきめ細かい対応が難しく、特に、シールド掘進にトラブルが発生して、掘進が停止した際に、即応的に対応することができなかった。
【００１１】
さらに、使用する泥水性状のバラツキを考慮して、きめ細かい品質管理が必要になる。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、裏込め材の搬送設備の低減化を図りつつ、掘進の進捗に応じて、きめ細かい対応が即応的に行える泥水シールド工法における裏込め注入方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、シールド掘進機のチャンバ内に泥水を供給し、前記シールド掘進機の掘進により前記チャンバ内に掘削土砂を取り込んで、前記泥水と前記掘削土砂とを混合した混合流体の圧力により切羽に対向させながら、前記混合流体の一部を前記チャンバ内から排出する泥水シールド工法にあって、前記シールド掘進機の後部側に組立てられるセグメントと地山との間に裏込め材を注入する裏込め注入方法において、前記裏込め材は、前記泥水を前記チャンバに供給する送泥ラインの、送泥ポンプの吐出側と前記チャンバとの間の任意位置，前記排泥ラインから抽出した前記混合流体の一部をトンネル内で前記チャンバ内に戻す再循環ラインの、土塊分を除去する分流装置の吐出側に設けられた再循環ポンプと前記チャンバとの間の任意位置、のいずれか一方または双方から、前記泥水ないしは混合流体の一部を抽出し、これらに固結ないしはゲル化させる所定の混合材料を添加して作製され、作製された前記裏込め材を、トンネル内に設置する裏込め注入装置を介して注入するようにした。
【００１４】
このように構成した泥水シールド工法における裏込め注入方法によれば、裏込め材として用いる泥水ないしは混合流体の抽出位置が、トンネル内にあり、かつ、裏込め注入装置をトンネル内に設置するので、裏込め材として使用する泥水ないしは混合流体の搬送設備は、坑外から延設する必要がなくなり、設備が簡略化される。
【００１５】
また、泥水ないしは混合流体の抽出位置をトンネル内に設定し、裏込め注入装置をトンネル内に設置すると、両者が近接するので、シールド掘進の進捗に応じてきめ細かい対応が可能になり、特に、シールド掘進トラブルによる掘進停止の際に即応的に対処することができる。
【００１６】
この構成によれば、送泥ラインから供給される泥水は、立坑近傍の地上部あるいは立坑内に設置される作泥プラントにて品質を確認して、所定の品質に調整されているので、泥水をチャンバに供給する送泥ラインのトンネル内の位置かから抽出すると、一定品質の泥水が得られ、裏込め材の品質管理が容易に行える。また、排泥ラインから抽出した混合流体の一部をトンネル内でから抽出する場合には、チャンバ内に戻される混合流体は、分流装置により土塊分が除去されているので、排泥ライン内の混合流体よりも、土塊の混入が非常に少なく、裏込め注入材として利用する際に、分級等の前処理が不要になり、必要な品質が簡単に確保できる。
【００１８】
また、この構成では、泥水は、送泥ラインに介装される送泥ポンプの吐出側から抽出するので、泥水を裏込め注入装置側に送出する際に、送泥ポンプの吐出圧力を利用することができる。
【００２１】
また、この構成では、混合流体を再循環ラインに介装された再循環ポンプの吐出側から抽出するので、混合流体を裏込め注入装置側に送出する際に、再循環ポンプの吐出圧力を利用することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかる泥水シールド工法における裏込め注入方法の一実施例を示している。
【００２５】
同図に示した注入方法は、泥水シールド工法に適用されるものであって、泥水シールド工法では、掘削ビット１０の背面側にチャンバ１２が隔成されたシールド掘進機１４が用いられる。
【００２６】
シールド掘進機１４の後部側には、掘進に伴って、セグメント１６が環状に組立てられ、これによりトンネル１８の安定性が確保される。泥水シールド工法では、シールド掘進機１４のチャンバ１２内に、送泥ライン２０を介して泥水Ａを供給し、シールド掘進機１４の掘進によりチャンバ１２内に掘削土砂を取り込んで、泥水Ａと掘削土砂とを混合した混合流体Ｂの圧力により切羽に対向させながら、混合流体Ｂの一部をチャンバ１２内から、排泥ライン２２を介して、外部に排出することを基本構成としている。
【００２７】
シールド掘進機１４のチャンバ１２には、泥水Ａを供給する送泥ライン２０の一端側と、混合流体Ｂを排出する排泥ライン２２の一端側とが、それぞれ連通接続されている。
【００２８】
送泥ライン２０の他端側は、トンネル１８の軸方向に沿って後方に延設され、立坑ないしは地上側に設置され、ベントナイトを懸濁した泥水Ａを作製する作泥プラント２４に接続されている。
【００２９】
また、送泥ライン２０には、シールド掘進機１４に近接した側に送泥ポンプ２６が設置されている。排泥ライン２２の他端側は、トンネル１８の軸方向に沿って後方に延設され、立坑ないしは地上側に設置され、混合流体Ｂから掘削残土と泥水Ａとに分離する残土処理プラント２８に接続されている。
【００３０】
なお、残土処理プラント２８は、従来のこの種の設備と同様に、土砂分級用の篩やサイクロン、回収槽、フィルタープレスなどを備えていて、回収された泥水の一部は、作泥プラント２４に供給される。
【００３１】
一方、送泥ライン２０と排泥ライン２２との間には、これらをシールド掘進機１４の近傍で連通させるバイパスライン３０が設けられている。このバイパスライン３０には、制御弁３２が介装されていて、送泥ライン２０を介してチャンバ１２内に供給される泥水Ａの一部を、排泥ライン２２側にバイパスさせて、チャンバ１２内の圧力を所定値に保つ際に用いられる。
【００３２】
なお、本実施例の場合には、バイパスライン３０は、送泥ライン２０に介装されている送泥ポンプ２６の吐出側と、排泥ライン２２に設けられている排泥ポンプ３４の吸引側との間を連通する位置に配置されている。
【００３３】
また、排泥ライン２２には、シールド掘進機１４に隣接した個所に分流装置３６が設けられている。この分流装置３６は、排泥ポンプ３４の前流側にあって、チャンバ１４内に充満されている泥水Ａと掘削土砂との混合流体Ｂから、比較的径が大きい土塊を除去して、これが含まれている混合流体Ｂを排泥ポンプ３４側に送り出す。
【００３４】
一方、分流装置３６により土塊が除去された混合流体Ｂ１は、分流装置３６から分岐して、チャンバ１２に連通する再循環ライン３８を介して、チャンバ１２内に再循環される。
【００３５】
この再循環ライン３８には、再循環ポンプ４０が設置されていて、混合流体Ｂ１を再循環させることにより、チャンバ１２内の圧力変動を低減させるようにしている。
【００３６】
シールド掘進機１４の掘進に伴って、その後方に順次環状に組立てられるセグメント１６は、その外周面と地山掘削面との間に、凝固性の裏込め材Ｃを注入して、その安定化が図られる。
【００３７】
このため、本実施例では、トンネル１８内に裏込め注入装置４２が設置されている。この裏込め注入装置４２には、泥水Ａないしは混合流体Ｂ１と、これらを固結ないしはゲル化させる混合材料Ｄとが供給され、これらが混合，混練された裏込め材Ｃが、セグメント１６の背面側に注入される。
【００３８】
本実施例の場合、裏込め注入装置４２に供給される泥水Ａは、以下の（１），（３）のいずれか一方ないしは双方から抽出される。すなわち（１）泥水Ａをチャンバ１２に供給する送泥ライン２０のトンネル１８内の位置、より具体的には、送泥ポンプ２６の吐出側とチャンバ１２との間の任意の位置で、例えば、図１の（１）に示すように、バイパスライン３０が分岐する部分の両側の位置である。
【００３９】
また、裏込め注入装置４２に供給される混合流体Ｂ１は、（３）排泥ライン２２から抽出した混合流体Ｂの一部をトンネル１８内でチャンバ１２内に戻す再循環ライン３８の任意の位置、より具体的には、図１の（３）に示すように、再循環ポンプ４０が介装された再循環ライン３８の、再循環ポンプ４０とチャンバ１２との間に任意の位置である。
【００４０】
なお、このような泥水Ａないしは混合流体Ｂ１の抽出位置は、少なくとも（１），（３）のいずれか１個所から行えばよいし、任意に選択する複数を組合わせても良い。
【００４１】
さて、以上のように構成した泥水シールド工法における裏込め注入方法によれば、裏込め材Ｃとして用いる泥水Ａないしは混合流体Ｂ１の抽出位置が、トンネル１８内にあり、かつ、裏込め注入装置４２をトンネル１８内に設置するので、裏込め材Ｃとして使用する泥水Ａないしは混合流体Ｂ１の搬送設備は、坑外から延設する必要がなくなり、設備が簡略化される。
【００４２】
また、泥水Ａないしは混合流体Ｂ１の抽出位置をトンネル１８内に設定し、裏込め注入装置４２をトンネル内１８に設置すると、両者が近接するので、シールド掘進の進捗に応じてきめ細かい対応が可能になり、特に、シールド掘進トラブルにより、掘進停止の時に即応的に対処することができる。
【００４３】
さらに、本実施例で抽出する泥水Ａは、送泥ライン２０に介装される送泥ポンプ２６の吐出側（１）から抽出するので、以下の作用効果が得られる。
【００４４】
すなわち、（１）送泥ライン２０から供給される泥水は、立坑近傍の地上部あるいは立坑内に設置される作泥プラント２４にて品質を確認して、所定の品質に調整されているので、一定品質の泥水Ａが得られ、裏込め材Ｃの品質管理が容易に行える。
【００４５】
この場合、泥水Ａは、送泥ライン２０に介装される送泥ポンプ２６の吐出側から抽出するので、泥水Ａを裏込め注入装置４２側に送出する際に、送泥ポンプ２６の吐出圧力を利用することができ、裏込め注入装置４２の簡略化が図れる。
【００４６】
さらに、本実施例の場合には、再循環ライン３８から混合流体Ｂ１の一部を抽出して、裏込め注入装置４２に供給するが、再循環ライン３８は、排泥ライン２２に介装され、混合流体Ｂ中の土塊を分離する分流装置３６から分岐されて、チャンバ１２に連通されている。
【００４７】
このため、再循環ライン３８を介して、チャンバ１２内に戻される混合流体Ｂ１は、分流装置３６により土塊分が除去されているので、排泥ライン２２内の混合流体Ｂよりも、土塊の混入が非常に少なく、裏込め注入材Ｃとして利用する際に、分級等の前処理が不要になり、必要な品質が簡単に確保できる。
【００４８】
この場合、本実施例では、混合流体Ｂ１を再循環ライン３８に介装された再循環ポンプ４０の吐出側から抽出するので、混合流体Ｂ１を裏込め注入装置４２側に送出する際に、再循環ポンプ４０の吐出圧力を利用することができる。
【００４９】
図２は、本発明にかかる裏込め注入方法の他の実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一符号を付してその説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。
【００５０】
同図に示した実施例では、図１に示した実施例の分流装置３６の前流側に、掘削土砂中の礫を破砕する礫破砕装置５０を設置し、この礫破砕装置５０から取出した細粒化礫（４）を裏込め注入装置４２に供給するようにしている。
【００５１】
この場合、（４）からは、細粒化礫以外に泥水も含まれているが、これに、上記実施例で示した（１），（３）のいずれか１箇所から抽出された泥水Ａ、ないしは、混合流体Ｂ１を加えて、注入装置４２に供給する。
【００５２】
泥水シールド工法においては、礫層や砂礫層などの礫質地盤を掘削する場合、掘削により取り込んだ礫分による排泥ポンプ３４や排泥ライン２２などの排泥システムの閉塞、あるいは、損傷といったトラブルを防止するために、このような地質地盤の掘削を行う際には、礫分をシールド掘進機１４の後続設備に装備した礫破砕装置により破砕して細粒化処理を行うことが多い。
【００５３】
このような場合に、本実施例で示したように、細粒化した礫分を含む泥水を、トンネル坑内の（４）の位置で取出して、裏込め注入材の一部として利用すると、上記実施例の作用効果に加えて、以下の作用効果が得られる。
【００５４】
すなわち、細粒化した礫を含む泥水は、破砕装置５０により最大粒径の設定が可能であり、取出す礫の粒径を調整することにより、裏込め注入装置４２の負荷の増大を抑制することが容易に行える。
【００５５】
また、細粒化した礫を含む泥水を裏込め注入に利用すると、資源の有効利用が図れるとともに、排泥システムや泥水処理システムの礫分に対応する負荷を軽減することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる泥水シールド工法における裏込め注入方法によれば、裏込め材の搬送設備の低減化を図りつつ、掘進の進捗に応じて、きめ細かい対応が即応的に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる泥水シールド工法における裏込め注入方法の施工状態の側面説明図である。
【図２】本発明にかかる泥水シールド工法における裏込め注入方法の他の実施例を示す施工状態の側面説明図である。
【符号の説明】
１０掘削ビット
１２チャンバ
１４シールド掘進機
１６セグメント
１８トンネル
２０送泥ライン
２２排泥ライン
２４作泥プラント
２６送泥ポンプ
２８残土処理プラント
３０バイパスライン
３２制御弁
３４排泥ポンプ
３６分流装置
３８再循環ライン
４０再循環ポンプ
４２裏込め注入装置
Ａ泥水
Ｂ混合流体
Ｂ１混合流体（土塊分を除去したもの）
Ｃ裏込め注入材

Claims

シールド掘進機のチャンバ内に泥水を供給し、前記シールド掘進機の掘進により前記チャンバ内に掘削土砂を取り込んで、前記泥水と前記掘削土砂とを混合した混合流体の圧力により切羽に対向させながら、前記混合流体の一部を前記チャンバ内から排出する泥水シールド工法にあって、
前記シールド掘進機の後部側に組立てられるセグメントと地山との間に裏込め材を注入する裏込め注入方法において、
前記裏込め材は、前記泥水を前記チャンバに供給する送泥ラインの、送泥ポンプの吐出側と前記チャンバとの間の任意位置，前記排泥ラインから抽出した前記混合流体の一部をトンネル内で前記チャンバ内に戻す再循環ラインの、土塊分を除去する分流装置の吐出側に設けられた再循環ポンプと前記チャンバとの間の任意位置、
のいずれか一方または双方から、前記泥水ないしは混合流体の一部を抽出し、これらに固結ないしはゲル化させる所定の混合材料を添加して作製され、
作製された前記裏込め材を、トンネル内に設置する裏込め注入装置を介して注入することを特徴とする泥水シールド工法における裏込め注入方法。