JP4238989B2 - Shield tunnel construction method and shield excavator - Google Patents
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Description
本発明はシールドトンネルの築造方法およびそれに用いるシールド掘削機に関する。 The present invention relates to a shield tunnel construction method and a shield excavator used therefor.
大断面かつ長距離のトンネルを築造する際には多量の掘削土が発生するので、その掘削土を長距離搬送し処分するために大がかりな設備と多大な手間・費用を要する。特にシールド工法による場合には掘削断面が円形とされることが通常であることからインバート部を必要以上に掘削せざるを得ず、しかも最終的にはインバート部に良質土を埋め戻すかコンクリートを打設する必要があるので不合理でもあった。 When constructing a tunnel with a large cross section and a long distance, a large amount of excavated soil is generated. Therefore, a large amount of equipment and a large amount of labor and cost are required to transport and dispose the excavated soil over a long distance. In particular, when the shield method is used, the excavation section is usually circular, so the inverted part must be excavated more than necessary, and finally the inverted part is backfilled with high-quality soil or concrete. It was unreasonable because it was necessary to cast.
そのため、シールド工法において発生する掘削土を再利用することも提案されており、たとえば特許文献1には泥水式シールド工法において排泥水として発生する掘削土砂を処理プラントにより再生処理してインバートモルタルや裏込注入材等として再利用するシステムの提案があり、また特許文献2は泥水式トンネル掘削機から発生する掘削泥水土砂を処理してトンネル内の盛土や裏込め材として再利用することが提案されている。
しかし、特許文献1〜2に示されるように泥水式シールド工法において泥水として発生する掘削土を有効利用するためには、その泥水を処理するための大がかりな処理設備を必要とするし、その処理のために少なからぬ手間と費用を要するものであるから、必ずしも簡易に実施できるものではなく、広く普及するに至っていない。 However, as shown in Patent Documents 1 and 2, in order to effectively use the excavated soil generated as muddy water in the muddy water type shield construction method, a large-scale treatment facility for treating the muddy water is required, and the treatment For this reason, since it requires a lot of labor and cost, it is not always easy to implement and has not been widely spread.
上記事情に鑑み、本発明はシールド工法によるトンネル築造に際して掘削土を簡易に利用し得るシールドトンネルの築造方法と、それに用いて好適なシールド掘削機を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a shield tunnel construction method in which excavated soil can be easily used for tunnel construction by a shield method, and a shield excavator suitable for use in the method.
本発明のシールドトンネルの築造方法は、切羽中心部を泥土圧により安定させつつ、かつ切羽外周部を泥水圧により安定させつつ地山を掘削し、切羽中心部より掘削土として排出される泥土と固化材との混合攪拌物をインバート部に対する埋め戻し材として用いるものである。
本発明のシールドトンネルの築造方法においては、切羽中心部から排出される掘削土量がインバート部への埋め戻し土量に相当するように、切羽中心部に対する掘削面積を設定することが好ましい。
The shield tunnel construction method according to the present invention excavates a natural ground while stabilizing the face center portion by mud pressure and stabilizing the face outer periphery portion by mud water pressure, and mud soil discharged as excavated soil from the face center portion. The mixed stirring material with the solidifying material is used as a backfilling material for the invert part.
In the shield tunnel construction method of the present invention, it is preferable to set the excavation area with respect to the center of the face so that the amount of excavated soil discharged from the center of the face corresponds to the amount of backfill to the invert part.
本発明のシールド掘削機は上記方法に適用されるものであって、切羽外周部を泥水圧により安定させつつ掘削する泥水式掘削機構と、該泥水式掘削機構による切羽外周部の掘削に先行して切羽中心部を泥土圧により安定させつつ掘削する泥土圧式掘削機構とを併設し、前記泥土圧式掘削機構には、掘削土として排出される泥土をインバート部に埋め戻すための泥土搬送手段を付設したものである The shield excavator of the present invention is applied to the above-described method, and includes a muddy water excavation mechanism that excavates while stabilizing the outer periphery of the face by mud pressure, and prior to excavation of the outer periphery of the face by the muddy water excavation mechanism. And a mud pressure excavation mechanism that excavates while stabilizing the center of the face by mud pressure, and the mud pressure excavation mechanism is provided with mud transport means for backfilling the mud discharged as excavated soil into the invert part. Is
本発明のシールド掘削機における泥土搬送手段には、泥土に固化材を混合して攪拌するための混合攪拌槽を備えることが好ましい。また、本発明のシールド掘削機における泥土圧式掘削機構による切羽中心部に対する掘削面積は、その泥土圧式掘削機構から排出される掘削土量がインバート部への埋め戻し土量に相当するように設定することが好ましい。 It is preferable that the mud transport means in the shield excavator of the present invention includes a mixing and stirring tank for mixing and stirring the solidified material in the mud. Further, the excavation area with respect to the center of the face by the mud pressure excavating mechanism in the shield excavator of the present invention is set so that the amount of excavated soil discharged from the mud pressure excavating mechanism corresponds to the amount of backfilled soil to the invert part. It is preferable.
本発明の築造方法は、従来のように泥水式シールド工法を基本とするものではなく、泥水式シールド工法と泥土圧式シールド工法とを併用するものである。
すなわち、本発明の築造方法においては、切羽外周部に対する掘削を泥水式シールド工法により行うとともに、切羽中心部に対する掘削は泥土圧により切羽を安定させつつ掘削を行うことで掘削土を泥水ではなく泥土として排出する泥土圧式シールド工法により行うものである。したがって本発明によれば、切羽中心部から掘削土として排出される泥土に固化材を混合攪拌することのみで、あるいは泥土を埋め戻して固化材を混合攪拌することのみで、泥土を埋め戻し材として有効に活用することができ、従来のように泥水を処理して利用する場合に比較すればそのための設備は簡略なもので済み、処理のための手間、費用も大幅に削減でき、遙かに簡易に掘削土の有効利用を図ることができる。
特に、泥土圧式シールド工法による切羽中心部に対する掘削面積を、そこから発生する掘削土量がインバート部への埋め戻し土量に相当するように設定することにより、そこから泥土として排出されてくる掘削土の全量を埋め戻し材として有効利用できて外部に排出する必要はなく、かつ泥水式シールド工法により切羽外周部から泥水として発生する掘削土はその全てを流体輸送してそのまま外部に排出すれば良く、それにより最も効率的にして合理的な施工が可能である。
The construction method of the present invention is not based on the muddy water shield method as in the prior art, but uses both the muddy water type shield method and the muddy earth pressure type shield method.
That is, in the construction method of the present invention, excavation to the outer periphery of the face is performed by a muddy water type shield method, and excavation to the center part of the face is performed by excavating the face while stabilizing the face by mud pressure. It is performed by the mud pressure shield method of discharging . Therefore, according to the present invention, the mud soil is backfilled only by mixing and stirring the solidified material into the mud discharged as excavated soil from the center of the face , or only by backfilling the mud and mixing and stirring the solidified material. Compared to the case where the muddy water is treated and used as in the conventional case, the equipment for that can be simplified, and the labor and cost for the treatment can be greatly reduced. It is possible to easily use the excavated soil easily.
In particular, by setting the excavation area for the center of the face by the mud pressure shield method so that the amount of excavated soil generated from it corresponds to the amount of backfilled soil to the invert part, excavation discharged as mud from there If the entire amount of soil can be effectively used as backfill material and does not need to be discharged to the outside, and all the excavated soil generated as mud from the outer periphery of the face by the muddy water type shield method is transported and discharged to the outside as it is Good, which allows the most efficient and reasonable construction.
本発明のシールド掘削機は、切羽中央部の掘削を泥土圧式掘削機構による上記のような泥土圧式シールド工法によって行うことにより、そこから発生する掘削土としての泥土を泥土搬送手段により後方に搬送することでそれを埋め戻し材として有効に利用することができる。また、切羽外周部に対する掘削は泥水式掘削機による泥水式シールド工法により効率的に掘削することができ、そこから発生する泥水は流体輸送により効率的に搬送して外部に排出することができるから、本発明によれば全体として施工効率を確保しつつ掘削土の有効利用を充分に図ることができる。しかも、泥土圧式掘削機構による切羽中心部に対する掘削を、泥水式掘削機構による切羽外周部に対する掘削よりも先行させる構成とすることにより、双方の掘削機構の干渉が回避されるし、双方の掘削機構による掘削断面が中心部と外周部とに明確に区分されるので切羽全体の安定性を支障なく確保することができる。 The shield excavator of the present invention carries out excavation of the center part of the face by the mud pressure type shield method as described above by the mud pressure type excavation mechanism, so that the mud as excavated soil generated therefrom is conveyed backward by the mud conveyance means. It can be effectively used as a backfill material. In addition, excavation to the outer periphery of the face can be efficiently excavated by the muddy water shield method using a muddy water excavator, and the muddy water generated therefrom can be efficiently transported and discharged to the outside by fluid transportation. According to the present invention, effective use of excavated soil can be sufficiently achieved while ensuring construction efficiency as a whole. In addition, the excavation of the center of the face by the mud pressure excavation mechanism is preceded by the excavation of the outer periphery of the face by the mud excavation mechanism, so that interference between both excavation mechanisms can be avoided and both excavation mechanisms Since the excavation cross section by is clearly divided into the central part and the outer peripheral part, the stability of the entire face can be ensured without hindrance.
特に、泥土圧式掘削機構に付設した泥土搬送手段に固化材を混合攪拌するための混合攪拌槽を備えることにより、泥土に対する固化材の混合攪拌を容易にかつ確実に行うことができ、埋め戻し作業を効率的に実施することができる。 In particular, by providing a mixing and stirring tank for mixing and stirring the solidified material in the mud conveying means attached to the mud pressure excavation mechanism, the mixed material can be mixed and stirred with respect to the mud easily and reliably, and backfilling work is performed. Can be implemented efficiently.
さらに、泥土圧式掘削機構による切羽中心部に対する掘削面積を、そこから発生する掘削土量がインバート部への埋め戻し土量に相当するように設定することにより、そこから泥土として排出されてくる掘削土の全量を埋め戻し材として有効利用できて外部に排出する必要はなく、かつ泥水式掘削機構から泥水として発生する掘削土はその全てを流体輸送してそのまま外部に排出すれば良く、それにより最も効率的にして合理的な施工が可能である。 Furthermore, by setting the excavation area with respect to the center of the face by the mud pressure excavation mechanism so that the amount of excavated soil generated from it corresponds to the amount of backfilled soil to the invert part, excavation discharged as mud from there The entire amount of soil can be effectively used as backfill material and does not need to be discharged to the outside, and the excavated soil generated as mud from the mud type drilling mechanism can be transported entirely and discharged directly to the outside. The most efficient and reasonable construction is possible.
図1〜図2は本発明の一実施形態を示すもので、図1は本実施形態のシールド掘削機1の外観を示す概略構成図、図2はそのシールド掘削機1によりシールドトンネルを築造している状態を示す概要図である。 1 and 2 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the appearance of a shield excavator 1 according to this embodiment. FIG. 2 shows a shield tunnel constructed by the shield excavator 1. FIG.
本実施形態のシールド掘削機1は、従来一般の各種のシールド掘削機と同様に、円筒形のスキンプレート2の前部に地山を掘削するための掘削機構を備え、スキンプレート2の後部で図示しないエレクタによりセグメントを組み立てることで一次覆工3を施工しつつ掘進することを基本とするものであるが、本実施形態のシールド掘削機1では、掘削機構として、切羽外周部を掘削する泥水式掘削機構4と、切羽中心部を掘削する泥土圧式掘削機構5とが同軸状に組み合わされて併設されたものとなっている。 The shield excavator 1 according to the present embodiment includes an excavation mechanism for excavating natural ground at the front part of the cylindrical skin plate 2, similar to various conventional shield excavators. Although it is based on digging while constructing the primary lining 3 by assembling the segments with an unillustrated erector, in the shield excavator 1 of this embodiment, muddy water for excavating the outer periphery of the face as the excavation mechanism An excavation mechanism 4 and a mud pressure excavation mechanism 5 that excavates the center of the face face are combined in a coaxial manner.
外周側の泥水式掘削機構4は、環状の面盤タイプのカッター6の背後に泥水チャンバ7を設けた構成とされ、泥水チャンバ7に送泥管8から泥水9を加圧供給することで泥水圧により切羽を安定させつつ掘削を行い、掘削土を泥水9として排泥管10から排出するようにされたものである。
The muddy water excavation mechanism 4 on the outer peripheral side has a structure in which a
中心側の泥土圧式掘削機構5は、スポークタイプのカッター11の背後に土圧チャンバ12を設けた構成とされ、カッター11の添加材吐出口(図示せず)より添加材を供給しつつ掘削攪拌して泥土とし、その泥土13をスクリューコンベア14により土圧チャンバ12から排出するとともにその排出量を調節することで土圧チャンバ12内の泥土圧を切羽に作用させることにより、泥土圧によって切羽を安定させつつ掘削を行うようにされたものである。
The mud pressure type excavation mechanism 5 on the center side has a structure in which an
この泥土圧式掘削機構5は、上記の泥水式掘削機構4による切羽外周部の掘削よりも先行して切羽中心部の掘削を行うようになっている。すなわち、泥土圧式掘削機構5におけるスポークタイプのカッター11は上記の泥水式掘削機構4における面盤タイプのカッター6よりも前方に位置しており、したがって切羽はまずカッター11により中心部が先行掘削され、次いでカッター6によりその周囲が環状に掘削されるようになっている。このような構成により、泥水式掘削機構4と泥土圧式掘削機構5の双方が干渉することなくスキンプレート2の前部に搭載され、かつそれらによる掘削断面が中心部と外周部とに明確に区分されて切羽全体の安定性を支障なく確保することができるものとなっている。
The mud pressure excavation mechanism 5 excavates the center of the face prior to excavation of the outer periphery of the face by the mud water excavation mechanism 4 described above. That is, the
そして、泥土圧式掘削機構5には、スクリューコンベア14から泥土13として排出される掘削土を後方に搬送するための泥土搬送手段としての搬送管15が付設され、その搬送管15により搬送された泥土13は混合攪拌槽16に導かれて、そこでセメント等の固化材17と攪拌混合され、その混合攪拌物が埋め戻し材18として利用されてインバート部にそのまま埋め戻されて路床19が施工されるようになっている。なお、必要であれば、泥土13に対して固化材17のみならず適宜の添加材や水等を泥土に加えることは差し支えない。
The mud pressure excavation mechanism 5 is provided with a
本実施形態のシールド掘削機1によれば、泥土圧式掘削機構5から掘削土として排出される泥土13に対して混合攪拌槽16において固化材17を混合攪拌することのみで、それを埋め戻し材18として有効に活用することができる。したがって、従来のように泥水として発生する掘削土を処理して利用する場合に比較すればその処理のための設備を格段に簡略化できるし、処理のための手間、費用も大幅に削減でき、従来に較べて遙かに簡易に掘削土の有効利用を図ることができる。その結果、掘削土の処分や長距離搬送を行うための費用の削減、埋め戻し材料の調達費用の削減を図ることができ、大断面かつ長距離トンネルの施工の合理化を充分に図ることができる。
According to the shield excavator 1 of the present embodiment, the backfilling material is obtained only by mixing and stirring the solidified material 17 in the mixing and stirring
特に、本実施形態のシールド掘削機1は、泥水式掘削機構4と泥土圧式掘削機構5とを併用したことにより、全体としての掘削効率を低下させることなく掘削土の有効利用を十分に図ることができるものである。すなわち、上記のように切羽中心部に対する掘削を泥土圧式掘削機構5により行うことによって掘削土の有効利用が可能となったばかりでなく、切羽外周部に対する掘削を泥水式掘削機4により行うことでそこでの掘削を泥土圧式掘削機構5よりも効率的に行うことができるし、そこから発生する泥水9は流体輸送により効率的に排出することができ、また泥水式掘削機構4はカッタービットの摩耗の点でも泥土圧式掘削機構5に比較して有利であるので、全体を泥土圧式掘削機構5により掘削するようにした場合に比較して効率的な掘削が可能である。換言すれば、全体を泥土圧式掘削機構5により掘削する場合には、掘削土の有効利用は図れるものの、全体を泥水式掘削機構4により掘削する場合に比較して掘削効率が低下するし、カッタービットも摩耗し易く、また余分な泥土13を外部に搬送するための長距離搬送も必要となり、その泥土13の搬送は泥水9のように流体輸送できないので不利であり、大断面かつ長距離トンネルの築造に際しては好ましくない。
In particular, the shield excavator 1 according to the present embodiment uses the muddy water excavation mechanism 4 and the mud pressure excavation mechanism 5 in combination, so that the excavated soil can be effectively used without reducing the overall excavation efficiency. It is something that can be done. In other words, the excavation of the center of the face using the mud pressure type excavation mechanism 5 has enabled not only effective use of the excavated soil but also the excavation of the outer periphery of the face using the mud excavator 4 as described above. Can be performed more efficiently than the mud pressure excavation mechanism 5, and the mud water 9 generated therefrom can be efficiently discharged by fluid transportation, and the mud water excavation mechanism 4 can reduce the wear of the cutter bit. This is also advantageous compared to the mud pressure excavation mechanism 5, so that the excavation can be performed more efficiently than when the entire mud pressure excavation mechanism 5 excavates. In other words, when the whole is excavated by the mud pressure excavation mechanism 5, the excavation soil can be effectively used, but the excavation efficiency is lower than that when the entire excavation mechanism 4 is excavated, and the cutter Bits are also easy to wear, and long-distance transport for transporting
なお、切羽外周部に対する泥水式掘削機構4による掘削面積と、切羽中心部に対する泥土圧式掘削機構5による掘削面積は諸条件を考慮して適宜設定すれば良いが、泥土圧式掘削機構5による切羽中心部への掘削面積を、その泥土圧式掘削機構5による掘削土量がインバート部への埋め戻し土量に相当するように設定することが最も好ましい。そのようにすれば、泥土圧式掘削機構5から泥土13として排出されてくる掘削土の全量を過不足なく埋め戻し材18として利用できるし、また泥水式掘削機構4から泥水として発生する掘削土はその全てをそのまま流体輸送して外部に排出すれば良いから、最も効率的にして合理的な施工が可能である。
The excavation area by the mud excavation mechanism 4 for the outer periphery of the face and the excavation area by the mud pressure excavation mechanism 5 for the center of the face may be appropriately set in consideration of various conditions. It is most preferable to set the excavation area to the portion so that the amount of excavated soil by the mud pressure excavation mechanism 5 corresponds to the amount of backfill soil to the invert portion. By doing so, the entire amount of excavated soil discharged as
また、上記実施形態では、泥土圧式掘削機構5からの泥土13を搬送管15により混合攪拌槽16に導いてそこで固化材17と混合攪拌してから埋め戻すようにしたが、それに代えて、混合攪拌槽16を省略して搬送管15により搬送した泥土13をそのまま埋め戻してしまい、そこに固化材17を撒き出してバックホウや適宜の攪拌手段により混合攪拌することも考えられる。いずれにしても、図2(b)に示すように、泥土13と固化材17からなる埋め戻し材18により形成された路床19上には通常どおり路盤20や舗装を支障なく施工することができることはいうまでもない。
In the above embodiment, the
1 シールド掘削機
2 スキンプレート
3 一次覆工
4 泥水式掘削機構
5 泥土圧式掘削機構
6 カッター
7 泥水チャンバ
8 送泥管
9 泥水
10 排泥管
11 カッター
12 土圧チャンバ
13 泥土
14 スクリューコンベア
15 搬送管(泥土搬送手段)
16 混合攪拌槽
17 固化材
18 埋め戻し材
19 路床
20 路盤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shield excavator 2 Skin plate 3 Primary lining 4 Mud type excavation mechanism 5 Mud pressure type excavation mechanism 6
16 Mixing Stirrer 17 Solidifying
Claims (5)
切羽中心部から排出される掘削土量がインバート部への埋め戻し土量に相当するように、切羽中心部に対する掘削面積を設定することを特徴とするシールドトンネルの築造方法。 A method for constructing a shield tunnel, characterized by setting an excavation area with respect to the center of the face so that the amount of excavated soil discharged from the center of the face corresponds to the amount of backfill to the invert part.
切羽外周部を泥水圧により安定させつつ掘削する泥水式掘削機構と、該泥水式掘削機構による切羽外周部の掘削に先行して切羽中心部を泥土圧により安定させつつ掘削する泥土圧式掘削機構とが併設され、
前記泥土圧式掘削機構には、掘削土として排出される泥土をインバート部に埋め戻すたの泥土搬送手段を付設してなることを特徴とするシールド掘削機。 A shield excavator applied to the shield tunnel construction method according to claim 1,
A mud type excavation mechanism that excavates while stabilizing the outer periphery of the face by mud pressure, and a mud pressure type excavation mechanism that excavates while stabilizing the center of the face by mud pressure prior to excavation of the outer periphery of the face by the mud type excavation mechanism; Is attached,
A shield excavator characterized in that the mud pressure excavating mechanism is provided with mud transport means for backfilling mud discharged as excavated soil into the invert part.
泥土搬送手段には、泥土に固化材を混合して攪拌するための混合攪拌槽が備えられていることを特徴とするシールド掘削機。 The shield excavator according to claim 3 ,
The shield excavator characterized in that the mud transport means is provided with a mixing and stirring tank for mixing and stirring the solidified material in the mud.
泥土圧式掘削機構から排出される掘削土量がインバート部への埋め戻し土量に相当するように、該泥土圧式掘削機構による切羽中心部に対する掘削面積が設定されていることを特徴とするシールド掘削機。 The shield excavator according to claim 3 or 4 ,
Shield excavation characterized in that the excavation area with respect to the face center of the mud pressure excavation mechanism is set so that the amount of excavated soil discharged from the mud pressure excavation mechanism corresponds to the amount of backfilled soil to the invert part Machine.
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