JP5837995B1 - 掘進機および掘進機が掘進不能となることを抑制する方法 - Google Patents

Abstract

掘進機の外周において掘進機と地盤との間に形成された隙間に地盤改良材が入り込んで固化し、掘進機の円滑な前進が阻害されることを抑制する。掘進機は、掘進方向の先端に回転可能に設けられたカッターヘッド部であって、地盤改良材を噴射するための地盤改良材噴射ノズルを有するカッターヘッド部と、径方向外側に向けて掘進機の外部にパック材を供給するためのパック材供給部とを備える。

Description

本発明は、掘進機に関する。

地盤を掘削して管路またはトンネルを構築する場合において、地中で地盤改良材を噴射可能な掘進機が開発されている。例えば、下記の特許文献１は、超高圧流体と地盤改良材とを噴射可能な掘進機を開示している。この掘進機は、障害物に遭遇した場合、まず、地盤改良材を噴射して、障害物の周囲を地盤改良し、その後、障害物に対して超高圧流体を噴射して、当該障害物を切断する。

特開２００４−２０４６６６号公報

しかしながら、上述のタイプの掘進機では、掘進機の外周において掘進機と地盤との間に形成された隙間に地盤改良材が入り込むと、地盤改良材が固化して、掘進機の円滑な前進が阻害されるおそれがある。かかる問題は、上述の掘進機に限らず、地盤改良材を噴射可能に構成された種々の掘進機に共通する問題である。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の第１の形態によれば、掘進機が提供される。この掘進機は、掘進方向の先端に回転可能に設けられたカッターヘッド部であって、地盤改良材を噴射するための地盤改良材噴射ノズルを有するカッターヘッド部と、径方向外側に向けて掘進機の外部にパック材を供給するためのパック材供給部とを備える。

かかる掘進機によれば、地盤改良材噴射ノズルから地盤改良材を噴射する前にパック材供給部から掘進機の外部にパック材を供給することによって、掘進機の外周において掘進機と地盤との間に形成された隙間にパック材を充填することができる。したがって、当該隙間に地盤改良材が入り込むことを抑制できる。その結果、地盤改良材が当該隙間に入り込んで固化し掘進機の円滑な前進を阻害することを抑制できる。

本発明の第２の形態によれば、第１の形態において、パック材供給部は、複数である。複数のパック供給部は、周方向に分散配置されている。かかる形態によれば、パック材が掘進機の周方向にわたって均一に供給されやすくなる。したがって、掘進機と地盤との間の隙間に地盤改良材が入り込むことをいっそう抑制できる。

本発明の第３の形態によれば、第１または第２の形態において、カッターヘッド部は、超高圧ジェット水を噴射するための超高圧噴射ノズルを有する。掘進機は、超高圧噴射ノズルから噴射される超高圧ジェット水によって障害物を切断可能に構成される。かかる形態の掘進機は、障害物を切断するための超高圧ジェット水を噴射する前に地盤改良材を噴射して地盤改良を行うことによって、当該超高圧ジェット水が周囲の地盤に影響を与えることを好適に防止できる。つまり、第１の形態または第２の形態は、第３の形態の掘進機に特に適している。

本発明の第４の形態によれば、地盤改良材を使用する地盤改良によって掘進機が掘進不能となることを抑制する方法が提供される。この方法は、掘進機の外周において掘進機と地盤との間に形成された隙間にパック材を供給する工程と、パック材を供給した後に、掘進機の掘進方向の先端側から地盤に地盤改良材を噴射する工程と、を備える。かかる形態によれば、第１の形態と同様の効果を奏する。

掘進機の概略構成を示す部分縦断面図である。 図１に示す掘進機のＡ−Ａ矢視図である。

Ａ．実施例：
図１は、本発明の一実施例としての掘進機１０の概略構成を示す部分縦断面図である。図２は、図１に示す掘進機１０のＡ−Ａ矢視図である。掘進機１０は、管路またはトンネルを構築するために地盤を掘削する機械であり、例えば、シールド工法や推進工法に適用可能である。本実施例では、掘進機１０は、地中に埋設または残置された障害物（例えば、Ｈ鋼、鋼矢板、鉄筋コンクリート壁等）に遭遇した場合に、当該障害物を地中で切断し、その切断片を掘進機１０の内部に取り込んだ後、排出することができる。具体的には、掘進機１０は、超高圧の流体を障害物に向けて噴射することによって、障害物の切断を行う。

図１に示すように、掘進機１０は、本体部２０とカッターヘッド部３０とを備えている。図１，２に示すように、本体部２０は、回転軸２１と、カッターモータ２２と、排泥管２３と、複数のパック材供給部４０ａ〜４０ｇと、を備えている。図１に示すように、カッターヘッド部３０は、本体部２０の掘進方向先端部に回転可能に設けられている。本願においては、掘進機１０のうちの、回転不能な部位を本体部２０と呼び、回転可能な部位をカッターヘッド部３０と呼んでいる。このカッターヘッド部３０は、カッタービット３１と、超高圧噴射ノズル３２と、地盤改良材噴射ノズル３３と、を備えている。本実施例では、カッターヘッド部３０には、超高圧噴射ノズルおよび地盤改良材噴射ノズルが、それぞれ２つずつ設けられているが、図１では、超高圧噴射ノズル３２および地盤改良材噴射ノズル３３のみが示されている。他方の超高圧噴射ノズルおよび地盤改良材噴射ノズルは、図１とは異なる断面に設けられている。なお、カッタービット３１および各種ノズルの数は、適宜設定される。

図２に示すように、パック材供給部４０ａ〜４０ｇは、本体部２０の略中央の外周面において、周方向に分散配置されている。パック材供給部４０ａ〜４０ｇは、本実施例では本体部２０の各構成要素を避けた位置に配置されているが、極力、周方向において均等に分散配置されることが望ましい。パック材供給部４０ａ〜４０ｇは、本実施例では、パック材貯留槽（図示省略）からポンプ（図示省略）を介してパック材を掘進機１０の外部に供給するためのパック材注入管として構成されている。本実施例では、パック材注入管の開口部は、径方向外側に向けて開口している。

掘進機１０は、カッターモータ２２を駆動源として使用して、回転軸２１を中心にカッターヘッド部３０を回転させる。それによって回転するカッタービット３１によって、地盤９１が掘削される。そして、掘進機１０が障害物９３に遭遇した場合には、掘進機１０は、障害物を切断・除去する。

具体的には、掘進機１０は、まず、パック材供給部４０ａ〜４０ｇから掘進機１０の外部にパック材を供給する。パック材供給部４０ａ〜４０ｇから供給されたパック材は、掘進機１０の外周において掘進機１０と地盤９１との間に形成された隙間９４（図１では誇張して図示している）に供給され、周方向および軸方向（回転軸２１が延びる方向）に広がって隙間９４に充填される。パック材には、ゲル状流体、または、時間経過によって液体からゲルに変化する流体を使用することができる。ただし、隙間９４内においてパック材を周方向に均一に分布させるためには、時間経過によって液体からゲルに変化する流体（例えば、珪酸ナトリウムと硬化剤とを含む水溶液）を使用することが望ましい。本実施例では、パック材供給部４０ａ〜４０ｇが周方向に分散配置されているので、パック材が掘進機１０の周方向にわたっていっそう均一に分布される。また、パック材供給部を複数設けることによって、パック材を隙間９４に充填する速度を速めることができる。このため、時間経過によって液体からゲルに変化する流体をパック材に使用する場合に、ゲル化速度が速い流体を採用することができる。すなわち、パック材がゲル化するまでの待機時間を低減でき、作業効率が向上する。ただし、パック材供給部の数は、任意に設定することができ、例えば１つであってもよい。あるいは、複数のパック材供給部の一部または全ては、軸方向に分散配置されていてもよい。図１では、このようにして隙間９４に供給されたパック材がゲル化してパック層９５が形成された状態を示している。

パック材を供給し、当該パック材がゲル化すると、掘進機１０は、次に、カッターヘッド部３０を回転させながら、地盤改良材噴射ノズル３３から、超高圧ジェット水と地盤改良材とが混合された地盤改良ジェット水を噴射して、障害物９３の周囲に地盤改良層９２を形成する。この際、隙間９４には、パック層９５が形成されているので、噴射された地盤改良ジェット水が隙間９４に進入することが好適に抑制される。

地盤改良ジェット水を噴射し、地盤改良材が固化すると、掘進機１０は、次に、カッターヘッド部３０を回転させながら、超高圧噴射ノズル３２から、超高圧流体（例えば、超高圧ジェット水と研磨材とが混合されたアブレッシブジェット水）を噴射することにより、障害物９３を切断する。超高圧噴射ノズル３２は、径方向に移動可能に構成されていてもよい。かかる構成によれば、障害物９３をより細かく切断することができる。こうして切断された切断片は、カッターヘッド部３０の開口部（図示省略）から掘進機１０の内部に取り込まれ、排泥管２３を介して掘進機１０の外部に排出される。

上述した掘進機１０によれば、パック材供給部４０ａ〜４０ｇから隙間９４にパック材を供給することによって、隙間９４にゲル状のパック層９５を形成することができる。したがって、地盤改良ジェット水が隙間９４に入り込むことを抑制できる。その結果、地盤改良材が隙間９４に入り込んで固化し、掘進機１０の円滑な前進が阻害されることを抑制できる。ゲル状のパック層９５は、地盤改良層９２と比べて柔らかいので、パック層９５によって掘進機１０の前進が阻害されることはない。

また、パック材供給部４０ａ〜４０ｇは、回転可能に構成されたカッターヘッド部３０ではなく、固定的に構成された本体部２０に設けられているので、パック材供給のための配管の取り合いが容易である。

Ｂ．変形例：
Ｂ−１．変形例１：
掘進機１０は、超高圧ジェット水を噴射する以外の方法で障害物９３を切断可能に構成されていてもよい。例えば、掘進機１０は、カッタービットの回転のみによって障害物９３を切断可能な掘進機であってもよい。このような掘進機を使用する場合であっても、障害物９３の切断後の地盤９１の緩みを防止するために、地盤改良層９２を形成することが望ましく、その場合には、隙間９４にパック材を供給することが有効である。

また、掘進機１０は、障害物を切断する機能を有していなくてもよい。例えば、掘進機１０の掘進経路の上方に既設構造物が存在する場合において、周囲の地盤が軟弱であるときには、掘進機１０の掘進によって既設構造物の下方の地盤が緩んで沈下するおそれがある。このようなときには、掘進機１０は、掘進方向前方かつ上方を地盤改良しながら前進することが望ましい。あるいは、地盤の強度が小さい場合において、掘進機１０が曲線的な経路で掘進する必要があるときには、掘進機１０が曲線外側へ振り出されるおそれがある。このようなときには、掘進機１０は、曲線経路の外側を地盤改良しながら前進することが望ましい。これらの場合にも、掘進機１０は、パック層９５を形成した後に地盤改良材を噴射することによって、掘進機１０の円滑な前進が阻害されることを抑制できる。つまり、上述した掘進機１０は、地盤改良材を噴射可能に構成された任意の掘進機として構成されることができる。

Ｂ−２．変形例２：
パック材供給部は、本体部２０に代えて、カッターヘッド部３０に設けられていてもよい。また、パック材供給部が複数である場合、当該パック材供給部は、回転軸２１が延びる方向において複数の位置に設けられていてもよい。かかる複数の位置は、本体部２０の互いに異なる位置であってもよいし、一部が本体部２０に配置され、残りがカッターヘッド部３０に配置されてもよい。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

１０…掘進機
２０…本体部
２１…回転軸
２２…カッターモータ
２３…排泥管
３０…カッターヘッド部
３１…カッタービット
３２…超高圧噴射ノズル
３３…地盤改良材噴射ノズル
４０ａ〜４０ｇ…パック材供給部
９１…地盤
９２…地盤改良層
９３…障害物
９４…隙間
９５…パック層

Claims (4)

1. 掘進機であって、
   掘進方向の先端に回転可能に設けられたカッターヘッド部であって、地盤改良材を前記掘進機の前方へ向けて噴射するための地盤改良材噴射ノズルを有するカッターヘッド部と、
   径方向外側に向けて前記掘進機の外部にパック材を供給するためのパック材供給部と
   を備え、
   前記パック材供給部から前記パック材を供給した後に、前記地盤改良材噴射ノズルから前記地盤改良材を噴射するように動作する
   掘進機。
2. 請求項１に記載の掘進機であって、
   前記パック材供給部は、複数であり、
   前記複数のパック材供給部は、周方向に分散配置されている
   掘進機。
3. 請求項１または請求項２に記載の掘進機であって、
   前記カッターヘッド部は、超高圧ジェット水を噴射するための超高圧噴射ノズルを有し、
   前記掘進機は、前記超高圧噴射ノズルから噴射される前記超高圧ジェット水によって障害物を切断可能に構成された
   掘進機。
4. 地盤改良材を使用する地盤改良によって掘進機が掘進不能となることを抑制する方法であって、
   前記掘進機の外周において該掘進機と地盤との間に形成された隙間にパック材を供給する工程と、
   前記パック材を供給した後に、前記掘進機の掘進方向の先端側から前記掘進機の前方へ向けて前記地盤に前記地盤改良材を噴射する工程と
   を備える方法。
   

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