JP7085505B2 - Shield excavator and shield method - Google Patents
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Description
本発明は、シールド掘削機およびこれを利用したシールド工法に関する。 The present invention relates to a shield excavator and a shield method using the shield excavator.
シールド工法によるトンネル施工では、一般的に泥水式シールド工法または泥土圧式シールド工法が採用されている。
泥水式シールド工法は、地下水位以下の地盤や、透水性の低い地盤等において採用される工法であって、送泥管を介してチャンバー内に供給された泥水の圧力により周辺地盤の土水圧に対抗することで、切羽の安定を確保した状態で掘削を行う。泥水式シールド工法では、送泥管を介して供給される泥水の圧力と、排泥管を介して排出される泥水圧(排泥量)との関係によりチャンバー内の圧力を管理する。
また、泥土圧式シールド工法は、地下水圧が低い地盤等において採用される工法であって、チャンバー内に取り込まれた掘削土砂の圧力により周辺地盤の土水圧に対抗することで、切羽の安定を確保した状態で掘削を行う。泥土圧式シールド工法では、一般的にスクリューコンベアによりチャンバー内の掘削土砂を排出するものとし、掘削土量とスクリューコンベアの排土量との関係によりチャンバー内の圧力を管理する。
In tunnel construction by the shield method, the muddy water type shield method or the muddy soil pressure type shield method is generally adopted.
The muddy water type shield method is a method adopted in the ground below the groundwater level and the ground with low permeability, and the pressure of the muddy water supplied into the chamber via the mud transmission pipe is used to reduce the soil water pressure in the surrounding ground. By countering, excavation is performed while ensuring the stability of the face. In the muddy water type shield method, the pressure in the chamber is controlled by the relationship between the pressure of the muddy water supplied through the mud feed pipe and the muddy water pressure (mud drainage amount) discharged through the mud drain pipe.
In addition, the mud pressure type shield method is a method adopted in the ground where the groundwater pressure is low, and the stability of the face is ensured by countering the soil pressure of the surrounding ground by the pressure of the excavated earth and sand taken into the chamber. Excavate in the same state. In the mud pressure type shield method, the excavated earth and sand in the chamber are generally discharged by a screw conveyor, and the pressure in the chamber is controlled by the relationship between the excavated soil amount and the excavated soil amount of the screw conveyor.
掘削対象地盤が変化に富んでいる地山を掘進する場合には、泥水式シールド工法または泥土圧式シールド工法のいずれか一方のみでは、地山の変化に対応することができず、施工が困難になる場合がある。そのため、多様な土層に対応可能な工法として、例えば特許文献1に示すように、泥水式シールド工法および泥土圧式シールド工法の両方の工法の機構を有したシールド掘削機が使用されている。このようなシールド掘削機を利用したシールド工法において、泥土圧式から泥水式に切り替える際には、チャンバー内の土砂を除去するとともに、チャンバー内に泥水を供給し、チャンバー内が泥水で充満された状態で掘進を行う。一方、泥水式から泥土圧式に切り替える際には、チャンバーへの泥水の供給を停止させた状態で、チャンバー内に添加剤を注入しつつ掘進することで、チャンバー内を掘削土で充満させる。
ところが、泥土圧式シールド工法の対象となる地山では、泥水が地山に浸透(逸泥)してしまう恐れがある。そのため、泥水式から泥土圧式に切り替える際には、泥水が逸泥することにより、切羽に対して均等な圧力を確保することができなくなる恐れがある。また、チャンバー内に泥水が満たされた状態で掘進すると、掘削土が泥水と混合されて塑性流動化され難くなるため、切羽圧力の管理が困難となる。
When excavating a ground with abundant changes in the ground to be excavated, either the muddy water shield method or the muddy pressure shield method cannot respond to the changes in the ground, making construction difficult. May be. Therefore, as a construction method that can be applied to various soil layers, for example, as shown in
However, in the ground that is the target of the mud pressure shield method, there is a risk that muddy water will infiltrate the ground (mud). Therefore, when switching from the muddy water type to the muddy soil pressure type, there is a risk that it will not be possible to secure an even pressure on the face due to the mud spillage. Further, when excavation is carried out with the chamber filled with muddy water, the excavated soil is mixed with the muddy water and is difficult to be plastically fluidized, which makes it difficult to control the face pressure.
本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、泥水式シールド工法および泥土圧式シールド工法の両工法を切り替えながらシールドトンネルを施工する場合において、切羽圧力を適切に管理することで安定した施工を可能としたシールド掘削機と、このシールド掘削機を利用したシールド工法を提案することを課題とする。 The present invention aims to solve the above-mentioned problems, and appropriately manages the face pressure when constructing a shield tunnel while switching between the muddy water type shield method and the muddy soil pressure type shield method. The challenge is to propose a shield excavator that enables stable construction and a shield method using this shield excavator.
前記課題を解決するための本発明のシールド掘削機は、筒状の外殻と、前記外殻の前部に設けられたカッターヘッドと、前記外殻の内部に形成された隔壁と、前記カッターヘッドと前記隔壁との間に形成されたチャンバーに接続されたスクリューコンベアと、前記スクリューコンベアに接続された混合槽と、前記混合槽に接続された排泥管と、前記チャンバーに接続された送泥管と、前記送泥管から分岐して前記混合槽に至る合流管とを備えるものである。このシールド掘削機の前記隔壁の上部および前記スクリューコンベアの坑口側端部にはそれぞれ泥水排出口が設けられている。 The shield excavator of the present invention for solving the above-mentioned problems has a tubular outer shell, a cutter head provided at the front portion of the outer shell, a partition wall formed inside the outer shell, and the cutter. A screw conveyor connected to a chamber formed between the head and the partition wall, a mixing tank connected to the screw conveyor, a mud drain pipe connected to the mixing tank, and a feeder connected to the chamber. It is provided with a mud pipe and a merging pipe that branches from the mud feeding pipe to the mixing tank. A muddy water discharge port is provided at the upper part of the partition wall of the shield excavator and at the wellhead side end of the screw conveyor.
また、本発明のシールド工法は、前記シールド掘削機を利用して、地山状況に応じて掘削方式を泥水式または泥土圧式にして掘進するものであって、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える際には、前記シールド掘削機の掘進を停止させた状態で、前記チャンバーに可塑性材を供給するとともに前記泥水排出口から泥水を排出して、前記チャンバー内および前記スクリューコンベア内の泥水を前記可塑性材に置換した後、泥土圧式による掘進を行う。また、掘削方式を泥土圧式から泥水式に切り替える際には、前記シールド掘削機の掘進を停止させた状態で、前記スクリューコンベアを利用して前記チャンバー内の掘削土砂を排出しつつ前記チャンバー内に泥水を供給して、前記チャンバー内の塑性流動化した土砂を泥水に置換した後、泥水式による掘進を行う。 Further, in the shield method of the present invention, the shield excavator is used to excavate by changing the excavation method to muddy water type or muddy soil pressure type according to the ground conditions, and the excavation method is changed from muddy water type to muddy soil pressure type. At the time of switching, with the excavation of the shield excavator stopped, the plastic material is supplied to the chamber and the muddy water is discharged from the muddy water discharge port to discharge the muddy water in the chamber and the screw conveyor. After replacing with a plastic material, excavation is carried out by a mud pressure method. Further, when the excavation method is switched from the muddy soil pressure type to the muddy water type, the excavated earth and sand in the chamber are discharged into the chamber by using the screw conveyor with the excavation of the shield excavator stopped. After supplying muddy water and replacing the plastically fluidized earth and sand in the chamber with muddy water, excavation by the muddy water method is performed.
かかるシールド工法によれば、掘削方式を泥水式から泥土圧式に変更する場合に、チャンバー内の泥水を可塑性材に置換してから掘進を行うため、切羽圧力を適切に管理することができる。そのため、安定した施工が可能となり、予期せぬトラブルが生じ難い。 According to this shield method, when the excavation method is changed from the muddy water type to the muddy soil pressure type, the muddy water in the chamber is replaced with a plastic material before excavation, so that the face pressure can be appropriately controlled. Therefore, stable construction is possible and unexpected troubles are unlikely to occur.
なお、泥土圧式での掘削時では、前記混合槽内の圧力が前記チャンバー内の圧力よりも小さくになるように前記混合槽からの排泥量を調節するのが望ましい。混合槽内の圧力が大きいと、スクリューコンベアを介してチャンバーから排出された掘削土砂が、スクリューコンベア内で詰まる恐れがある。一方、混合槽内の圧力をチャンバー内の圧力よりも小さくすると、掘削土砂を効率的に排出することができる。
また、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替えるタイミングは、泥水式による掘進時の地山への偏差流量(逸泥量)に応じて決定すればよい。
さらに、掘削方式を泥土圧式から泥水式に切り替えるタイミングは、泥土圧式で掘進する前記シールド掘削機の全長が透水性の低い地層に進入した段階とすればよい。
At the time of excavation by the mud pressure type, it is desirable to adjust the amount of mud discharged from the mixing tank so that the pressure in the mixing tank becomes smaller than the pressure in the chamber. If the pressure in the mixing tank is high, the excavated earth and sand discharged from the chamber via the screw conveyor may be clogged in the screw conveyor. On the other hand, if the pressure in the mixing tank is made smaller than the pressure in the chamber, the excavated earth and sand can be efficiently discharged.
Further, the timing of switching the excavation method from the muddy water type to the muddy soil pressure type may be determined according to the deviation flow rate (the amount of mud loss) to the ground at the time of excavation by the muddy water type.
Further, the timing of switching the excavation method from the muddy soil pressure type to the muddy water type may be the stage when the entire length of the shield excavator excavating by the muddy soil pressure type has entered the stratum having low permeability.
本発明のシールド掘削機およびシールド工法によれば、掘削工法を泥水式から泥土圧式に変更する際、チャンバー内の泥水を可塑性材に置き替えてから掘削を開始できるため、切羽圧力を適切に管理した状態で掘進することができる。そのため、泥水式シールド工法と泥土圧式シールド工法との両工法を切り替えながらシールドトンネルを施工する場合において、安定した施工を行うことが可能となる。 According to the shield excavator and the shield method of the present invention, when the excavation method is changed from the muddy water type to the muddy soil pressure type, the muddy water in the chamber can be replaced with a plastic material before the excavation can be started, so that the face pressure is appropriately managed. You can dig in the state that you have done. Therefore, when the shield tunnel is constructed while switching between the muddy water type shield method and the muddy soil pressure type shield method, stable construction can be performed.
本実施形態では、掘削対象地盤が変化に富んでいる地山を掘進する場合において、地山状況に応じて、掘削工法を泥水式または泥土圧式に切り替えながら掘進するシールド工法について説明する。このようなシールド工法に使用するシールド掘削機1には、泥水式と泥土圧式とを切り替えることが可能な機能を有したものを使用する。シールド掘削機1は、図1および図2に示すように、筒状の外殻2と、外殻2の前部に設けられたカッターヘッド3と、外殻2の内部に形成された隔壁4と、カッターヘッド3と隔壁4との間に形成されたチャンバー21に接続されたスクリューコンベア5と、スクリューコンベア5に接続された混合槽6と、混合槽6に接続された排泥管7と、チャンバー21に接続された送泥管8と、送泥管8から分岐して混合槽6に至る合流管9とを備えている。
In this embodiment, when excavating a ground where the ground to be excavated is rich in change, a shield method for excavating while switching the excavation method to a muddy water type or a muddy soil pressure type according to the ground condition will be described. As the
カッターヘッド3は、外殻2の前方において回転することで地山を切削する。図3に示すように、カッターヘッド3の前面には、複数のカッタービット31やディスクカッタ32が配設されている。なお、カッタービット31やディスクカッタ32の数や配置は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。カッターヘッド3には、地山を切削することにより発生した掘削土砂をチャンバー21内に取り込むための開口部33が形成されている。なお、開口部33の大きさや形状は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。また、カッターヘッド3には、切羽に加泥材を供給するための加泥材吐出口34が形成されている。加泥材吐出口34の数および配置は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。カッターヘッド3は、図2に示すように、外殻2の内部に配設されたカッターヘッド用モータ35の動力により回転する。本実施形態では、カッターヘッド3の後ろ面から延設されて隔壁4を貫通するカッター軸36に対して、カッターヘッド用モータ35の動力が付与される。なお、カッターヘッド3の構成は限定されるものではない。
The
外殻2は、カッターヘッド3の後方に配置された筒体であって、シールド掘削機1の内部の各種設備(例えば、カッターヘッド用モータ35、スクリューコンベア5や送泥管8等)を防護する。本実施形態に係る外殻2は、鋼板により断面円形に形成されている。なお、外殻2の断面形状は限定されるものではなく、例えば矩形状であってもよい。外殻2の内部にはシールドジャッキ22が配置されており、外殻2の坑口側に配設されたセグメント10を反力受けとしたシールドジャッキ22の推力により、シールド掘削機1が前進するように構成されている。
The
図1および図2に示すように、外殻2の前部には、チャンバー21が形成されている。チャンバー21は、カッターヘッド3により掘削された掘削土砂が一時的に堆積される空間であって、外殻2の前部に形成された隔壁4により外殻2の内部と分離されている。
隔壁4は、外殻2の前部を遮蔽している。図4に示すように、隔壁4の上部には、泥水排出口41が設けられている。泥水排出口41は、掘削工法を泥水式から泥土圧式に切り替える際にチャンバー21からの泥水の排出口として機能する。なお、泥水排出口41は、チャンバー21内を泥水により充填する際にチャンバー21内の空気(エア)を排出する排気口として使用してもよい。図1および図2に示すように、泥水排出口41には、ホース42が接続されている。本実施形態のホース42は、シールド掘削機1の後方のトンネルインバート部分にまで延設されている。チャンバー21から排出された泥水は、インバート部分に一旦排泥される。排泥された泥水は、吸引してトンネル坑外の泥水プラントに輸送する。なお、ホース42による泥水の排出先は限定されるものではなく、例えば、トンネル坑外の泥水プラントまで延設されていてもよいし、台車等に搭載された水槽に排出してもよい。
隔壁4には、図4に示すように、チャンバー21内の圧力(切羽圧力)を測定するための土圧計43および水圧計44が設けられている。また、隔壁4には、スクリューコンベア5および送泥管8をチャンバー21に接続するための開口が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
The
As shown in FIG. 4, the
スクリューコンベア5は、筒体の内部に回転可能に軸支されたらせん状の羽根が設けられており、羽根を回転させることによりチャンバー21内の掘削土砂等をチャンバー21外に輸送する。スクリューコンベア5によって回収された掘削土砂等は、混合槽6を介して排泥管7に輸送される。図2に示すように、スクリューコンベア5は、隔壁4の下部に形成された開口を貫通して、先端がチャンバー21内に入り込んでいる。スクリューコンベア5は、チャンバー21側が低く、坑口側が高くなるように傾斜した状態で配設されている。また、スクリューコンベア5の坑口側(上部)には、泥水排出口51が設けられている。泥水排出口51は、掘削工法を泥水式から泥土圧式に切り替える際にスクリューコンベア5から泥水を排出させるための排出口として機能する。なお、泥水排出口51は、チャンバー21内を泥水により充填する際にスクリューコンベア5内の空気(エア)を排出する排気口として使用してもよい。泥水排出口51には、ホース52が接続されている。本実施形態のホース52は、シールド掘削機1の後方のトンネルインバート部分にまで延設されている。チャンバー21から排出された泥水は、インバート部分に排泥される。排泥された泥水は、吸引してトンネル坑外の泥水プラントに輸送する。なお、ホース52の配管先は限定されるものではなく、例えば、トンネル坑外の泥水プラントまで延設されていてもよいし、台車等に搭載された水槽に排出してもよい。スクリューコンベア5の後端(坑口側の端部)には、排泥バルブ53を介して混合槽6が接続されている。
The
混合槽6は、図5に示すように、スクリューコンベア5と排泥管7との間に介設されている。また、混合槽6には送泥管8から延設された合流管9が接続されている。混合槽6は、スクリューコンベア5から排出された掘削土砂と、送泥管8から合流管9を介して送泥された泥水とを混合して排泥管7へ排出する。本実施形態の混合槽6は、合流管9の接続が可能な管材(いわゆる分岐管)により構成されている。なお、混合槽6を構成する材料は限定されるものではない。また、混合槽6の内部に、掘削土砂と泥水との混合を促進するための部材(攪拌羽根等)を配置してもよい。また、混合槽6には、混合槽6内の圧力を測定するための混合槽圧力計61が設置されている。
泥水式により掘削している際には、合流管9から混合槽6に泥水が供給されることはなく、スクリューコンベア5を介してチャンバー21から排出された泥水はそのまま混合槽6を通過して排泥管7に供給される。
As shown in FIG. 5, the
When excavating by the muddy water type, the muddy water is not supplied from the
排泥管7は、図1または図2に示すように、混合槽6に接続された管路である。スクリューコンベア5を介してチャンバー21から排出された掘削土砂は、排泥管7を通じてトンネル坑外へ輸送される。排泥管7は、トンネル坑外の泥水プラントに接続されている。排泥管7には、所定の位置に排泥ポンプ(図示せず)が設けられていて、混合槽6から排出された泥水は所定の圧力で輸送される。また、本実施形態では、排泥管7の混合槽6側の端部に、クラッシャー71が配設されている。クラッシャー71は、掘削土砂中に含まれる大型の礫や岩塊等(以下、単に「礫等」という)破砕する装置である。クラッシャー71により破砕された礫等は、排泥管7を介して泥水とともに泥水プラントに輸送される。なお、礫等は排泥ラインから排出して、別途トンネル坑内を輸送してもよい。
As shown in FIG. 1 or 2, the
送泥管8は、泥水式により掘削している際にチャンバー21に泥水を供給するための管路である。送泥管8は、トンネル坑外に設けられた泥水層(図示せず)からチャンバー21に至る。送泥管8には、所定の位置に送泥ポンプ(図示せず)が配設されていて、所定の圧力により泥水が送泥される。送泥管8の隔壁4との接続部には、送泥バルブ81が設けられている。また、送泥管8からは合流管9が分岐している。
The
合流管9は、図1および図2に示すように、送泥管8と混合槽6とを連結している。合流管9の基端部(送泥管8との接続部)には、合流管9を開閉する合流ラインバルブ91が設けられている。合流管9は、送泥管8から分岐して送泥管8と一定区間平行に延設された後、U字状に曲がってから混合槽6に接続されている。すなわち、合流管9は、スクリューコンベア5、混合槽6および排泥管7からなる排泥ラインの流れに沿った方向で泥水を混合槽6に供給するように混合槽6に接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the combined
シールド掘削機1は、地山状況に応じて掘削方式を泥水式または泥土圧式にして掘進する。すなわち、地山状況に応じて、掘削方式を泥水式から泥土圧式、または、泥土圧式から泥水式に切り替えながら、地山を掘進する。なお、逸泥量が多い地質(例えば、透水性が高い地山等)以外の地層においては泥水式により掘削するとよい。泥水式シールド工法は、切羽に泥水を供給しながら切削を行うため、カッターヘッド3と地山との摩擦力を低減することができ、シールド掘削機1への負担(周面摩擦力など)を軽減することができる。そのため、カッタービット31やディスクカッタ32等の長寿命化が可能となり、交換頻度を少なくすることができ、その結果、施工時の手間を低減することができる。
The
泥水式による掘進時において、亀裂の多い岩盤や泥水の浸透性が高い地質の地層に到達し、逸泥量の増加により泥水式による掘進が非効率であると判断された場合には、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える。泥水式から泥土圧式に切り替えるタイミング(判断基準)は限定されるものではないが、本実施形態では地山への逸泥量(偏差流量)が50L/minを超えたときに、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える。なお、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える指標は限定されるものではなく、必ずしも逸泥量により決定する必要はない。 When excavating by the muddy water method, if it reaches a rock with many cracks or a geological layer with high permeability of muddy water, and it is judged that the excavation by the muddy water method is inefficient due to the increase in the amount of mud, the excavation method is used. Switch from muddy water type to muddy soil pressure type. The timing (judgment standard) for switching from the muddy water type to the muddy soil pressure type is not limited, but in this embodiment, when the amount of mud loss (deviation flow rate) to the ground exceeds 50 L / min, the excavation method is muddy water. Switch from the formula to the mud pressure type. The index for switching the excavation method from the muddy water type to the muddy soil pressure type is not limited, and it is not always necessary to determine the excavation method based on the amount of mud loss.
掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える際には、まず、シールド掘削機1の掘進を停止させる。次に、チャンバー21にベントナイト可塑性材を供給する。ベントナイト可塑性材の供給に際しては、まず、プラントにおいて、ベントナイト溶液(A液)を作液する。次に、隔壁4の下部に形成された注入バルブからベントナイト溶液(A液)と水ガラス(B液)からなるベントナイト可塑性材をチャンバー21内に注入する。ベントナイト溶液(A液)と水ガラス(B液)は、注入バルブの手前で混合する(注入直前に混合する)。なお、可塑性材は、ベントナイト可塑性材に限定されるものではない。
When switching the excavation method from the muddy water type to the muddy soil pressure type, first, the excavation of the
ベントナイト可塑性材は、泥水よりも比重が重いため、チャンバー21内では、ベントナイト可塑性材が下側から徐々に上昇するように供給される。そのため、ベントナイト可塑材の供給にともなって泥水が上昇するため、隔壁4に形成された泥水排出口41およびスクリューコンベア5の上部に形成された泥水排出口51から泥水を排出する。泥水の排出は、切羽圧力を維持することができる排出量により行う。そして、泥水排出口41,51からベントナイト可塑性材の排出が確認されたら、泥水排出口41,51を閉じて、所定の切羽圧力になるまで、ベントナイト可塑性材を供給する。このようにして、チャンバー21内およびスクリューコンベア5内がベントナイト可塑性材に置換したら、泥土圧式により掘進を再開する。
Since the bentonite plastic material has a heavier specific gravity than muddy water, the bentonite plastic material is supplied so as to gradually rise from the lower side in the
泥土圧式による掘進は、送泥バルブ81を閉じるとともに、合流ラインバルブ91を開けた状態で、加泥プラントにて作泥した加泥材をカッターヘッド3の中央部および外周部に形成された加泥材吐出口34から掘削土砂に添加しながら行う。本実施形態では、加泥材の添加量を掘削土量に15%とするが、加泥材の添加量は限定されるものではない。チャンバー21内において加泥材と混合された掘削土砂は塑性流動化した状態でスクリューコンベア5を介してチャンバー21から排出される。スクリューコンベア5を介して排出された掘削土砂は、混合槽6に供給される。混合槽6では、送泥管8から合流管9を介して供給された泥水と掘削土砂とが混合される。泥水と掘削土砂との混合体は、排泥管7を介してトンネル坑外の泥水プラントに輸送される。
In the excavation by the mud pressure type, the mud material produced in the mud plant is added to the central part and the outer peripheral part of the
泥土圧式による掘削時の切羽圧力の管理は、スクリューコンベア5の回転数を調整することにより行う。すなわち、チャンバー21内からの掘削土砂の排出量によってチャンバー21内の圧力を調節することで切羽の安定性を確保する。このとき、塑性流動化した掘削土砂により、スクリューコンベア5内にプラグゾーンを形成する。プラグゾーンとは、掘削土砂の粘性とスクリューコンベア5の周面摩擦力とにより切羽圧力を抑えられる掘削土砂の性状領域をいう。加泥材は、あらかじめ試験を行うことによりプラグゾーンを形成するために最適な配合を決定する。スクリューコンベア5内にプラグゾーンを形成し、スクリューコンベア5の回転数を調整することで、掘進速度に応じた切羽圧力の管理を行うことが可能になる。また、プラグゾーンを形成することで、スクリューコンベア5内の圧力を適切に管理することが可能となり、塑性流動化した掘削土砂が噴発することを防止できる。
The face pressure during excavation by the mud pressure type is managed by adjusting the rotation speed of the
また、本実施形態では、混合槽6からの排泥量を調節することにより、混合槽6内の圧力を大気圧(0kPa)になるようにする。このようにすると、混合槽6内の圧力がチャンバー21内の圧力よりも小さくになるので、掘削土砂がスクリューコンベア5内で詰まることを防止できる。すなわち、混合槽6内の圧力がチャンバー21内の圧力以上だと、スクリューコンベア5内で掘削土砂が圧密された状態となり閉塞してしまう。そのため、排泥ポンプを調節して混合槽6内の圧力をチャンバー21内の圧力よりも小さくすることで、スクリューコンベア5内の掘削土砂に圧力が作用することを防止する。ここで、泥土圧式による掘削時の掘削土砂量は、排泥流量から加泥材の添加量および混合槽6への泥水の送泥量を減じた値に掘削時間を乗じた値とする。
Further, in the present embodiment, the pressure in the
泥土圧式で掘削中に透水性が低い(例えば、透水係数k≦10-5m/s)地層に到達した場合や、湧水量の増加が確認された場合には、掘削方式を泥土圧式から泥水式に切り替える。そして、切羽に水圧(泥水圧)を作用させた後、水圧が抜ける(逸泥する)ことなく作用することを確認する。掘削方式を切り替えるタイミングは、泥土圧式で掘進するシールド掘削機1の全長を、切り替え対象の地層(透水性が低い地層等)に進入させた後とする。なお、掘削方式を泥土圧式から泥水式に切り替える地層や切り替えるタイミングは限定されるものではない。
When a stratum with low permeability (for example, permeability coefficient k≤10-5 m / s) is reached during excavation by the mud pressure type, or when an increase in the amount of spring water is confirmed, the excavation method is changed from the mud pressure type to muddy water. Switch to an expression. Then, after applying water pressure (mud water pressure) to the face, it is confirmed that the water pressure acts without being released (mud). The timing for switching the excavation method is after the entire length of the
シールド掘削機1が全長にわたって切り替え対象の地層に進入したら、まず、シールド掘削機1の掘進を停止させる。次に、送泥バルブ81および排泥バルブ53を解放した状態で、スクリューコンベア5を利用してチャンバー21内の塑性流動化した掘削土砂を排出しつつ、送泥管8からチャンバー21内に泥水を供給する。このとき、チャンバー21内堆積分の土砂が流体で運搬されたことを確認するため、掘削工法切り替え時の偏差流量を測定し、排出された土砂量が所定の量に達するまで切り替え運転を行う。また、隔壁4に形成された泥水排出口41およびスクリューコンベア5に形成された泥水排出口51を開き、内部の空気を排気する。泥水排出口41、51から泥水が排水されたら、泥水排出口41,51を閉じた状態で、所定の切羽圧力が確保されるまで泥水を供給する。なお、泥水には、泥水プラントにおいて作成したものを使用する。また、切羽圧力の管理は、隔壁4に設置された水圧計44の測定値により行う。
上記の方法により、チャンバー21内の塑性流動化した土砂を泥水に置換したら、泥水式により掘進を再開する。
When the
After replacing the plastically fluidized earth and sand in the
泥水式による掘削時には、チャンバー21内において泥水と混合された掘削土砂を、スクリューコンベア5を介して排泥管7に輸送する。このとき、スクリューコンベア5は最大回転数で回転させて、スクリューコンベア5内に砂分等が沈降、堆積することを防止する。なお、泥水式掘削時のスクリューコンベア5の回転数は限定されるものではなく、例えば、スクリューコンベア5は停止させていてもよい。掘削土砂は、排泥管7を介して泥水プラントに供給された後、泥水と土砂とに分離される。泥水プラントにより分離された泥水は、送泥管8を介してチャンバー21へ供給する。なお、泥水式による掘削時の掘削土砂量は、排泥流量から泥水の送泥量を減じた値に掘削時間を乗じた値とする。
At the time of excavation by the muddy water type, the excavated earth and sand mixed with the muddy water in the
以上、本実施形態のシールド掘削機1およびシールド工法によれば、掘削方式を泥水式または泥土圧式に切り替えながら連続して施工を行うことができるため、掘削対象地盤が変化に富んでいる地山を効率的に掘進することができる。
また、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える際には、チャンバー21内の泥水をベントナイト可塑性材に置換するため、切羽圧力を所定の圧力に維持した状態で、掘削方式を変更することができる。なお、チャンバー21内が泥水で満たされた状態で、チャンバー21に加泥材を添加しながら掘進すると、掘削土砂に泥水が混ざることで、掘削土砂の塑性流動化がなされず、切羽圧力の管理が困難となる。一方、泥土圧式による掘進を開始する前にチャンバー21内の泥水を可塑性グラウトに置換しておけば、掘進時にチャンバー21内に取り込まれた掘削土砂の塑性流動化が泥水により阻害されることがないため、切羽圧力の管理がしやすい。
As described above, according to the
Further, when the excavation method is switched from the muddy water type to the muddy soil pressure type, the muddy water in the
泥土圧式による掘削時には、混合槽6の圧力を大気圧(0kPa)にすることで、混合槽6内の圧力が切羽圧力よりも小さくなるように管理しているため、スクリューコンベア5から混合槽6に掘削土砂を輸送しやすくしている。その結果、スクリューコンベア5内における掘削土砂の圧密が防止され、ひいては、スクリューコンベア5の閉塞を防止できる。
泥土圧式による掘削時に発生した掘削土砂は、混合槽6において泥水と攪拌されるため、流体として、排泥管7により外気に触れることなく輸送する。そのため、掘削土砂内に可燃性ガスなどが含まれている場合であっても、可燃性ガスがトンネル坑内に漏出することがなく、施工中の安全性を確保することができる。
At the time of excavation by the mud pressure type, the pressure in the
Since the excavated earth and sand generated during excavation by the mud pressure type is agitated with the muddy water in the
泥水式による掘削時においてもチャンバー21内からの掘削土砂の排出にスクリューコンベア5を使用しているため、掘削土砂に礫や岩塊等(以下、単に「礫等」という)が含まれている場合であってもチャンバー21内から排出することができる。そのため、チャンバー21内に礫が堆積して、掘削の妨げや切羽圧力の管理の妨げになることがない。さらに、チャンバー21から排出した礫等は、クラッシャー71により破砕するため、礫等によって排泥管7が閉塞されることもない。
また、掘削工法を変更した場合であっても、チャンバー21からの排泥ラインは同じ排泥ライン(スクリューコンベア5、混合槽6および排泥管7)を利用しているため、シールド掘削機1内に配設される設備を最小限に抑えることができる。その結果、シールド掘削機1内での作業スペースなどを確保し、その結果、作業の効率化を図ることができる。
Since the
Further, even if the excavation method is changed, the mud draining line from the
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、トンネル掘削時におけるチャンバー21内の圧力と混合槽6内の圧力との差は限定されるものではない。
また、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替えるタイミングや、泥土圧式から泥水式に切り替えるタイミングは適宜決定すればよく、前記実施形態で示したタイミングに限定されるものではない。
前記実施形態では、礫等を破砕するためのクラッシャー71が設けられているが、クラッシャー71は、必要に応じて設置すればよい。
Although the embodiments according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and each of the above-mentioned components can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
For example, the difference between the pressure in the
Further, the timing of switching the excavation method from the muddy water type to the muddy soil pressure type and the timing of switching from the muddy soil pressure type to the muddy water type may be appropriately determined, and is not limited to the timing shown in the above embodiment.
In the above embodiment, the
1 シールド掘削機
2 外殻
21 チャンバー
3 カッターヘッド
4 隔壁
41 泥水排出口
5 スクリューコンベア
51 泥水排出口
6 混合槽
7 排泥管
8 送泥管
9 合流管
1
Claims (5)
前記外殻の前部に設けられたカッターヘッドと、
前記外殻の内部に形成された隔壁と、
前記カッターヘッドと前記隔壁との間に形成されたチャンバーに接続されたスクリューコンベアと、
前記スクリューコンベアに接続された混合槽と、
前記混合槽に接続された排泥管と、
前記チャンバーに接続された送泥管と、
前記送泥管から分岐して前記混合槽に至る合流管と、を備えるシールド掘削機であって、
前記隔壁の上部および前記スクリューコンベアの坑口側端部に、それぞれ泥水排出口が設けられていることを特徴とする、シールド掘削機。 With a cylindrical outer shell,
With the cutter head provided at the front of the outer shell,
The partition wall formed inside the outer shell and
A screw conveyor connected to a chamber formed between the cutter head and the partition wall,
The mixing tank connected to the screw conveyor and
The mud drain pipe connected to the mixing tank and
The mud pipe connected to the chamber and
A shield excavator comprising a confluence pipe that branches from the mud feed pipe to the mixing tank.
A shield excavator characterized in that muddy water discharge ports are provided at the upper part of the partition wall and at the wellhead side end of the screw conveyor, respectively.
掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える際には、前記シールド掘削機の掘進を停止させた状態で、前記チャンバーに可塑性材を供給するとともに前記泥水排出口から泥水を排出して、前記チャンバー内および前記スクリューコンベア内の泥水を前記可塑性材に置換した後、泥土圧式による掘進を行い、
掘削方式を泥土圧式から泥水式に切り替える際には、前記シールド掘削機の掘進を停止させた状態で、前記スクリューコンベアを利用して前記チャンバー内の掘削土砂を排出しつつ前記チャンバー内に泥水を供給して、前記チャンバー内の塑性流動化した土砂を泥水に置換した後、泥水式による掘進を行うことを特徴とする、シールド工法。 It is a shield method for excavating by using the shield excavator according to claim 1 and changing the excavation method to a muddy water type or a muddy soil pressure type depending on the ground conditions.
When switching the excavation method from the muddy water type to the muddy soil pressure type, the plastic material is supplied to the chamber and the muddy water is discharged from the muddy water discharge port in the state where the excavation of the shield excavator is stopped. After replacing the muddy water in the screw conveyor with the plastic material, excavation by a mud pressure method is performed.
When switching the excavation method from the muddy soil pressure type to the muddy water type, the muddy water is discharged into the chamber while the excavated earth and sand in the chamber are discharged by using the screw conveyor with the excavation of the shield excavator stopped. A shield method characterized by supplying and replacing the plastically fluidized earth and sand in the chamber with muddy water, and then excavating by a muddy water method.
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Citations (2)
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