JP4699218B2 - インバート路床施工法 - Google Patents

Description

本発明は泥土圧シールドマシーンによる切羽推進工法におけるインバート路床施工に関するものである。

従来、トンネルの泥水式シールド工法における掘削土砂の再利用方法が開発された（例えば特許文献１）。

この方法では排泥水から砂質分を分離処理する一次処理と、その余剰排泥水から粘土分及びシルト分を分離処理する二次処理と、二次処理により分離された余剰水を調整処理する三次処理プラントを有し、
二次処理プラントから給送される処理土と三次処理プラントから給送される処理水を適宜配合し、添加材を添加してインバートモルタル等の埋戻材とし、これを使用箇所に搬送するための搬送配管を用いたため埋戻材には該配管を流動させるための流動性を必要とし、インバート部を埋戻して転圧して路盤材を構成することは困難であった。

そこで、トンネルの切羽外周部を泥水圧により安定させながらカッターで掘削し、同時に切羽の中心部を泥土圧によって安定させながら先行してカッターで掘削する機構を併設し、
切羽の中心部から排出される掘削泥土に固化剤を混合してインバート部に埋戻す方法が開発されている（例えば特許文献２）。

ところが切羽外周部の泥水圧式掘削機構では掘削排泥を排泥管（パイプ）及びポンプにより地上に一気に排出し得る点で優れているが掘削地盤に礫を含む場合はパイプが礫で詰るおそれがあり、設備が複雑化して利用し難い。

又切羽中心部の泥土圧式シールド推進掘削では推進中に発生する掘削泥土（原泥）の量と添加セメント量との混合率を連続的に一定にすることは困難であり、インバート埋戻泥土は濃度にむらを生じ易く、インバート部に連続的に一定濃度（又は含水量）の土砂を埋戻し一定強度の路床を形成することは困難であった。

特開平８−１０５２９０号 特開２００５−１３９８４０号

本発明はトンネル掘削地盤に礫を含有する土砂地盤であっても長距離、大口径のトンネルのシールド推進掘削に適し、切羽掘削泥土を常法で地上に搬出し、搬出泥土の一部を二次改質インバート部にバッチ式に埋戻し、簡便に路床となすことを目的とする。

上記の目的を達成するため本発明は
第１にトンネルの切羽を泥土加圧シールドマシーンで推進するトンネル掘削工であって、排出掘削泥土に固化剤を添加して一次改質し、地上に搬出するものとインバート部に埋戻すものとを分別し、インバート部に埋戻すものを二次改質してインバート部に埋戻し、路床を形成することを特徴とするインバート路床施工法、
第２に上記排出掘削泥土の全量を固化材で改質し、その一部を二次改質して改良土とする上記第１発明記載のインバート路床施工法、
第３に排出掘削泥土の上記インバート部埋戻材以外は常法により地上に搬出する上記第１又は第２発明記載のインバート路床施工法、
によって構成される。

従ってトンネルの切羽を掘削する泥土加圧シールドマシーンをトンネルの内周に一次覆工したセグメントの先端面を受面とするシリンダーによって一定距離推進し、切羽全面を泥土で加圧支持しながら該切羽全面を推進した後、シリンダーを外し又は収縮させてシールド筒の内周に沿ってさらにセグメントを継足し、一次覆工を施す。

上記シールドマシーンの推進に伴い掘削土及び圧入泥土の混合泥土がスクリューコンベヤでトンネル内のベルトコンベヤ上に排出され、常法により地上に搬出され、トラックにより廃棄物として搬送される。

地上に搬出されるに際し、混合泥土はトンネル内でミキサーに収容され固化材をバッチ式に混合し、混合泥土は一次改質された後、常法により地上に搬出される。

一次改質された混合泥土の一部は地上に搬出されることなくコンベヤによってさらにミキサーに計量投入され、該ミキサーには更に固化材が計量投入されてバッチ式に撹拌混合され、二次改質される。

このようにバッチ式に改質改良された上記泥土は切羽直近のセグメント上のインバート部にベルトコンベヤで埋戻され、路床が形成される。

本発明は上述のように構成したので土砂地盤に長距離大口径トンネルをシールド推進掘削し得るばかりでなく、バッチ式にインバート部に掘削泥土の一部を改質して路床を簡便に形成し得る効果がある。

大口径トンネル１（１０〜１５ｍφ）の切羽２の全面を泥土加圧シールドマシーン３で推進する。推進は該マシーン３の掘削室１２の隔壁１３の外周を複数のシリンダー１４で切羽２に向って押圧して行われる。

上記シリンダー１４は掘削地山１５を被覆したセグメント１６の先端面１６’と上記隔壁１３との間に配置され、上記シールドマシーン３を単位セグメント１６の長さ推進し、シールド鋼１７の内周に沿って円弧形セグメント１６を装着して一次覆工を行い、地山１５とセグメント１６の外周との間には充填材１８が注入される。

上記隔壁１３の中心部には回動軸１９を設け、その先端に切羽カッター２０を設け、該カッター２０には後向きの撹拌翼２１が設けられ、泥土２２が回動軸１９を経て上記カッター２０の前面に開口し、切羽２と上記隔壁１３との間に作泥土室（掘削室１２）が形成され、
上記カッター２０による切羽掘削土砂と注入泥土２２とが撹拌翼２１で混合され掘削泥土４が形成され、隔壁１３の下部に開口したスクリューコンベヤ２４を経て掘削泥土４が隔壁１３の後部に配置したベルトコンベヤ２５上に上記シールドマシーン３の推進によって排出され、この動作を上記シリンダー１４の動作毎に繰返して切羽２は推進する（図１）。

上記コンベヤ２５による掘削泥土４は図２に示すミキサー２６にバッチ式に投入され、同時に後述の固化材槽６’から石膏系固化材６がバッチ式に投入され混合撹拌されて一次改質され、常法によってバケットエレベーター２７又はその他の手段により全量の約４分の３量を地上１０のホッパ２９に搬出し、トラック３０によって処理場に廃棄される。

上記ミキサー２６から全量の約４分の１量を逆送ベルトコンベヤ３１によって図２（イ）（ロ）図、図３及び図６に示すように計量ミキサー３２にバッチ式に移送する。

上記計量ミキサー３２は図６に示すように機枠３３にロードセル３４を介して支持され、該ミキサー３２内に上記逆送ベルトコンベヤ３１及びそのスクリューコンベヤ３１’、セメント系固化材用計量スクリューコンベヤ３６によってバッチ式に上記一次改質泥土２３、セメント又はセメント系固化材３５を送給し、
上記ロードセル３４の計量値と上記セメント系固化材３５の設定値との比較演算部からの信号により、該セメント系固化材を上記ミキサー３２に計量供給し、該ミキサー３２で撹拌混合し量的安定改質土（改良土）７とすることができる。

勿論逆送コンベヤ３１によって上記計量ミキサー３２に投入される上記一次改質泥土２３の粘性及び密度は予め測定され、単位重量及び粘性（粘度）はほぼ一定である。

上記泥土２３の投入量は機函３２’の容量の約半量であり、上記ロードセル３４による投入泥土量が検出される。

このようにして上記改質泥土（原泥）２３の重量検出値はロードセル３４からの信号によって制御部の設定器における設定値と比較され、かつ記憶され、フィードバックして上記逆送コンベヤ３１を停止するが水平回転軸３７，３７による撹拌動作は継続する（図６、図７）。

上記改質泥土投入量はロードセル３４で計測された検出値が上記改質泥土２３の重量設定値に達した時点においてセメント系固化材の重量比を比較演算器で比較演算し、その信号により上記セメント系固化材用計量コンベヤ３６（スクリューコンベヤ）を始動し、投入量が計量器２８で計量され、機函３２’内に投入されて自動停止する。

上記投入は同時又は時期をずらして投入することができ、投入中も上記撹拌動作は継続し、上記泥土２３はセメント系固化材と撹拌混合され、一方セメント系固化材は水分と反応して凝結硬化する。
さらに混合に伴う水の固定化及び硬化により凝集した土粒子が団粒化され、土粒子を含んで硬化された大きな粒子が形成される。

予め混合試験により設定された時間の経過に伴って上記シールドマシーン３のシリンダー１４が動作し図７に示す凸弧状底面３８の凸弧状開閉板３８’を回動して排出口を開き、機函３２’内のリサイクル土（二次改質泥土）７として下方に排出し、逆送コンベヤ３７によって切羽２側に逆送される。

ミキサー３２に投入される上記改質泥土２３の重量に対して設定比率のセメント系固化材を的確に投入撹拌し品質の量的安定と均一性に富む改良土７をバッチ式に逆送コンベヤ３７でインバート部８に送給する。

又ミキサー３２内の上記混合物に必要により給水し、又は乾燥風（ガス）を送給し得て品質の調整及び反応速度を上げることができる。

上記切羽２に向って逆送された上記改質泥土（改良土７）は上記シールドマシーン３直後のセグメント１６部上のインバート部８に埋戻されて盛土され、締固め機（図示していない）で締固められ路床９が形成される。上記締固め機は、振動ローラー、タイヤローラー、フィニッシャー等の機能を持ち、自動でも処理していける構造を有する。そのため図９（イ）図に示される長大なＨ形鋼３８（１０〜１５ｍ）や（ロ）図に示すコンクリート製路盤３９を必要とせず、路床９に直接枕木４０（図５）を敷きレールを往復敷設して機材、その他の資材を上記シールドマシーン３に供給することができる。

尚図６中４０で示すものはリサイクル土排出ホッパー、４１は泥土（原泥）投入ホッパー、４２はセメント系固化材投入ホッパー、図１中４３はインバート部８の堰板、４４はそのステイである。

本発明のインバート部施工状態の側面図である。 （イ）図は掘削一次改質泥土の地上搬出状態の側面図、（ロ）図は（イ）図のＡ−Ａ背面図である。 二次改質泥土形成ミキサーの側面図である。 （イ）（ロ）（ハ）（ニ）図は切羽間歇推進状態側面図である。 インバート部路床形成状態の正面図である。 二次改良泥土形成ミキサーの側面図である。 図６Ｂ−Ｂ線による縦断面図である。 従来の外周泥水、中心部泥掘削シールドマシーンによるインバート路床施工法を示す側面図である。 （イ）（ロ）図は従前のインバート部路盤形成状態の正面図である。

符号の説明

１ トンネル
２ 切羽
３ 泥土加圧シールドマシーン
４ 排出掘削泥土
５，６ 添加材（固化材）
７ 改良土
８ インバート部
９ 路床
１０ 地上

Claims (3)

1. トンネルの切羽を泥土加圧シールドマシーンで推進するトンネル掘削工であって、排出掘削泥土に固化剤を添加して一次改質し、地上に搬出するものとインバート部に埋戻すものとを分別し、インバート部に埋戻すものを二次改質してインバート部に埋戻し、路床を形成することを特徴とするインバート路床施工法。
2. 上記排出掘削泥土の全量を固化材で改質し、その一部を二次改質して改良土とする請求項１記載のインバート路床施工法。
3. 排出掘削泥土の上記インバート部埋戻材以外は常法により地上に搬出する請求項１又は２記載のインバート路床施工法。

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