JPH01230893A - 土圧式シールド工法用粘性付与材及び土圧式シールド工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、トンネルなどを掘るためのシールド工法に係
り、特に砂層や礫層の土質などを掘進するのに好適な土
圧式シールド工法用粘性付与材及び土圧式シールド工法
に関する。

〔従来の技術〕

土圧式シールド工法は、カッタチャンバ内の掘削土砂に
、切羽の土圧と地下水の水圧、水量とに対抗できる圧力
を発生させて切羽を安定させ、地下水の湧出、カンタチ
ャンバ内の閉塞を防止しつつ掘進していくものである。

そして、土質が砂層や礫層の場合には、土砂の摩擦抵抗
が大きくまた透水性も大きいため、掘削土砂の流動性が
不充分になるとともに、地下水の流出を防止することが
困難となるところから、カンタチャンバ内の掘削土砂に
、例えばベントナイトと陶土とからなる粘性を付与する
添加材を注入して強制混練し、掘削土砂が塑性流動性を
有するように土性を改良し、掘削土砂の透水性を滅じて
掘進するようにしている。

（発明が解決しようとする課題〕 しかし、従来の添加材は、例えばヘントナイトと陶土と
を重量比で１：１に混合して水で練り、所定の粘度に調
整したものであり、水圧が２ｋｇ／Ｃａを超える高水圧
地盤で湧水が多く、しかも砂礫層地盤の均質細砂層のよ
うなところでは、カンタチャンバ内の掘削土砂に添加材
を注入しても、豊富な地下水のために掘削土砂と添加材
とが分離しやすく、添加材が希釈され、掘削土砂全体の
粘性を上げることができなかった。このため、切羽が安
定する土圧伝達媒体としての掘削土砂の泥土化が充分に
行えず、掘削土砂に浸透水圧、浸透水量に抵抗する力を
与えることができない。このため、切羽が不安定となっ
て地下水の噴発が生じて切羽が安定が図れないばかりで
なく、カッタビットの摩耗が問題となる砂層において摩
耗遅延効果が発揮されず、摩耗が促進する。また、掘削
土砂の粘性を高めて抑水効果を高めようとして添加材の
注入量を多くすると、スクリュウコンベヤによる排土時
に噴発が多発する。そして、添加材の地下水による希釈
等を防ぐために、ベントナイトの陶土に対する割合を大
きくして添加材の粘性を高めると、コストが著しく高く
なる。しかも、添加材を作る装置は大型であるために地
上に設置され、添加材はポンプにより注入管を介して地
下の掘削現場まで圧送するようになっているため、添加
材が注入管内で粘性抵抗のために詰まり、カンタチャン
バ内に注入することが困難となる。さらに、掘削土砂に
含まれる地下水を吸収して噴発発生を防止するため、添
加材に高分子吸水剤等の減水剤を加えて注入すると、注
入管内において脱水現象が発生し、添加材を定常的に圧
送することができなくなる。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされ
たもので、カッタチャンバ内の掘削土砂の粘性を高める
ことができる土圧式シールド工法用粘性付与材及び、粘
性付与材をカッタチャンバ内に確実に注入することがで
きる土圧式シールド工法を提供することを目的とする。

Ｃｆｌ！Ｍを解決するための手段及び作用〕上記目的を
達成するために、本発明に係る土圧式シールド工法用粘
性付与材は、カッタチャンバ内の掘削土砂に注入する土
圧式シールド工法用粘性付与材において、ベントナイト
を含む泥漿にカルシウム化合物を添加したことを特徴と
している。

ベントナイトを含む泥漿は、例えばベントナイトと陶土
とを重量比で１：１に混合したものを水で練ることによ
って得ることができる。そして、ベントナイトとしては
、重量比で例えば、Ｓｉｎｇ　　　　　　　　６４〜６
８％Ａ２□０３　　　　　　　　１３％ ＦｅｚＯｔ　　　　　　　　　　　３％ＮａｚＯ１，５
％ その他　　　　　１４．５〜１８．５％の組成を有する
群馬県感度のものを使用することができる。また、陶土
としては、重量比で例えば、Ｓｉｎｇ　　　　　　　　
　　６８．８％ＡｌｚＯ，Ｊ　　　　　　　　１６．６
％ＦｅｚＯ：＋　　　　　　　　　　１．７％Ｃａ　Ｏ
Ｏ，７％ Ｍ　ｇ　Ｏ０，８％ その他　　　　　　　　　１１．４％ の組成を有するものを使用することができる。なお、ベ
ントナイトと陶土との混合比は、重量比でベントナイト
１に対して陶土２あるいは陶土３にするなど、土質ア状
態により任意に変えることが可能である。

ベントナイトと陶土との混合物（以下、単に混合物と称
することもある）と水との割合は、重量比で水Ｉに対し
て混合物０．５〜１．２程度であり、望ましくは泥漿の
粘度が２０００〜４０００ｃＰとなるように、水１に対
して混合物０．６〜０．９とし、既存のポンプで容易に
圧送出来るようにする。混合物の量が０．５以下では、
後述するカルシウム化合物による粘性の向上効果が少な
（、湧水による希釈を生じて掘削土砂に充分な挿木効果
と塑性流動性とを与えられない。また、混合物の量が１
．２を超えると、カルシウム化合物を添加した効果があ
まり得られないばかりでなく、ポンプによる圧送が困難
となる。この泥漿は、ミキサに所定量の水を投入後、撹
拌機でかきまわしながらベントナイトと陶土とを順次投
入しながら混練してゆく。

カルシウム化合物は、水酸化カルシウム（消石灰）や酸
化カルシウム（生石灰）Ｉ、塩化カルシウムなどを用い
ることができるが、水酸化カルシウムが適している。水
酸化カルシウムは、水に懸濁してベントナイトと陶土と
水とからなる泥漿に添加される。泥漿に添加した水酸化
カルシウムは、ヘントナイト、陶土中のＳｉＯ□及びヘ
ントナイト中のＮａｚ　Ｏと次の如く反応し、ペンナイ
トが凝集して泥漿の粘度を高めるものと思われる。

Ｓ　ｉ　Ｏ，＋Ｎａ２Ｏ＋Ｃａ　（ＯＨ）、　→Ｃａ５
ｉＯ＋　＋２ＮａＯＨ 泥漿に添加する水酸化カルシウムの量は、ベントナイト
と陶土との混合物の水に対する比率、ベントナイトと陶
土との比率により異なり、重量比で泥漿の０．１５〜０
．３％である。水酸化カルシウムの添加量が０．１５％
未満では、泥漿の粘性を向上させることが困難であり、
粘性付与材を掘削土砂に注入したときに、地下水により
希釈されるおそれがある。また、水酸化カルシウムの添
加量が０．３％を超えると、泥漿と水酸化カルシウムと
の反応が進行し、粘性付与材の粘度が大きくなりすぎて
掘削土砂への注入が困難になるおそれがある。そして、
混合物の水に対する４度が低い場合には、添加する水酸
化カルシウムの比率を高め、混合物の水に対する濃度が
高い場合には、添加する水酸化カルシウムの比率を低く
する。望ましくは、泥漿が６０％濃度（重量比で水１に
対して混合物０．６）から１２０％濃度（量水１に対し
て混合物１．２）の範囲にある場合、水酸化カルシウム
の添加量を重量比で泥漿の０．２５〜０．２％にする。

このときの水酸化カルシウムのベントナイトに対する比
率は、重量比で約１．３〜０．７５％である。これは、
ベントナイトと陶土との混合物自体が掘削土砂の塑性流
動性を高める効果を有することに基づく。

水酸化カルシウムを水に懸濁させる量は、重量比で水の
１〜５％の範囲がよく、特に粘度がＣ型粘度計で２００
０〜４０００ｃＰの混合物に添加する水酸化カルシウム
の懸濁液の濃度は、約３％にするのが望ましい。なお、
水酸化カルシウム順粘性付与材を掘削土砂に注入する直
前に泥漿に添加するとよい。あまり早く水酸化カルシウ
ムを泥漿に添加すると、泥漿の粘度が圧送の途中で高ま
り、掘削土砂に注入することが困難になる。

粘性付与材を掘削土砂に注入するのを容易にするため、
本発明に係る土圧式シールド工法は、カンタチャンバ内
の掘削土砂に粘性付与材を注入しつつ掘進する土圧式シ
ールド工法において、地下掘削現場で前記掘削土砂への
注入直前にベントナイトを含む泥漿にベントナイトを凝
集させる凝集剤を添加して高粘度の粘性付与材を製造し
、この高粘度の粘性付与材を前記掘削土砂に注入しつつ
掘進することを特徴としている。

ヘントナイトを含む泥漿は、例えば前記したベントナイ
トと陶土とを１：ｌの重量比で混合し、この混合物を水
で混練したものを用いることができる。この泥漿は、多
量に使用するところから、地上において調合し、ベント
ナイトを凝集させる水酸化カルシウムなどの凝集剤の添
加工程にポンプで圧送するのがよい。そして、泥漿に凝
集剤を注入して粘性付与材にする工程は、粘性付与材を
シールド掘削機に供給する直前がよい。地上において泥
漿に凝集剤を添加してシールド掘削機に供給すると、輸
送路が長いために泥漿と凝集剤とが反応し、粘性付与材
の粘度が高まるため、ポンプの容量を大きくしなければ
ならないばかりでなく、輸送管内を閉塞し、カッタチャ
ンバ内の掘削土砂に注入混合することができない場合が
多い。

泥漿への水酸化カルシウムなどの凝集剤の添加は、凝集
剤を水に溶かして行い、両者を充分に攪拌して均一に混
合した後、ポンプでカッタチャンバ内の掘削土砂に注入
する。

なお、凝集剤としては水酸化カルシウムの他、硫酸バン
ド、ポリ塩化アルミニウム、塩化カルシウム、硫酸第二
鉄などの無機系凝集剤、さらにはポリアクリルアミド部
分加水分解物、ポリアクリル酸ソーダなどのアニオン系
存機高分子凝集剤、ポリエチレンイミン、ポリアクリル
アミドカチオン系変形物などのカチオン系高分子凝集剤
、ボリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイドなどの
非イオン系高分子凝集剤を使用することができる。

〔実施例〕

本発明に係る土圧式シールド工法用粘性付与材及び土圧
式シールド工法の好ましい実施例を、以下に詳説する。

前記した組成のベントナイトと陶土とを重量比で１：１
に混合した混合物を作り、この混合物に水５００ｇを加
えて良く攪拌して各種の濃度の泥漿を得た後、水に重量
比で約３％懸濁させた水酸化カルシウムを各泥漿に添加
し、約５分間攪拌して高粘度粘性付与材を得、この高粘
度粘性付与材の粘度を水酸化カルシウムを添加する前の
泥漿の粘度と比較した。その結果を、第１表に示す。な
お、粘度の測定は、Ｃ型粘度計を使用した。

（以下余白） 第１表から明らかなように、実施例の粘性付与材は、水
酸化カルシウムを添加する前の泥漿に比較して粘度が著
しく向上した。すなわち、高価なベントナイトと陶土と
の使用量が従来と同しであっても、安価な水酸化カルシ
ウムを少量添加するだけで、掘削土砂に注入する添加材
の粘度を大幅に向上でき、掘削土砂の塑性流動性を高め
、地下水による粘性付与材の希釈を抑えることにより、
切羽の安定化が図れて、噴発の発生を減少させることが
できる。

第１図は、本発明に係る土圧式シールド工法を実施する
装置の一例を示す説明図である。

第１図において、地上に設けられたｐｔ＋土サイロ１０
、ベントナイトサイロ１２内の陶土とベントナイトとは
、それぞれ計ｆｆ１ｆｓｚｓ、１Ｇを備えた配管１８．
２０を介して混合機２２．２４に投入される。混合機２
２．２４の下方には、撹拌機付貯泥タンク２６が配設し
である。また、混合ＪＲ２２，２４には給水管２８が接
続されており、この給水管２８にｉｎ計３２と弁３４と
が設けられていて、混合機２２．２４に供給する水の量
を調節できるようになっている。一方、撹拌機付貯泥タ
ンク２６には配管３０が接続してあり、この配管３０の
先端が圧送ポンプ３６の吸入側に接続されている。

圧送ポンプ３６の吐出側には、輸送管３８が接続しであ
る。輸送管３８の先端側は、縦坑４０を介して横坑４２
内に延在し、電磁弁４３が設けられているとともに、地
下の掘削現場に設けた撹拌・注入装置４４に接続しであ
る。また、攪拌・注入装置４４には、他端が攪拌・貯留
タンク４６に接続しである配管４８の先端部が配置しで
あるとともに、注入管５０が接続しである。攪拌・貯留
タンク４６には、流量計５２と弁５４とが設けである給
水管５６が接続してあり、水酸化カルシウム（消石灰）
５８の懸濁液を得るための水が供給されるようになって
いる。

一方、注入管５０の先端は、シールド掘削機６０に接続
してあり、カンタチャンバ内に攪拌・注入装置４４で製
造した高粘度粘性付与材を注入できるようになっている
。シールド掘削機６０は、土圧式シールド工法に使用さ
れる通常の掘削機であって、掘削土砂を搬出するための
スクリュウコンヘヤ６２を備えている。そして、スクリ
ュウコンヘヤ６２には、弁を有する注入管５０の枝管６
４が接続され、枝管６４からも粘性付与材を注入できる
ようになっている。

攪拌・注入装置４４は、第２図のように攪拌槽６６を存
し、攪拌槽６６の上部に多数の供給孔を有する配管４日
の先端部が延在しているとともに、上方には超音波レヘ
ルスイッチ６７が設けられている。そして、攪拌槽６６
の下部には、攪拌スクリュウ６８が配設しである。攪拌
スクリュウ６８は、モータ７０によりチェーン駆動され
るようになっていて、撹拌槽６６に供給された泥漿と水
酸化カルシウムの懸濁液とを混合する。また、モータ７
０は、撹拌槽６６の下方に設けた注入ポンプ７２を駆動
する。注入ポンプ７２は、電磁流量計７４を有する注入
管５０に接続しである。さらに、注入管５０には、弁７
６と戻し配管７８とが設けである。

このように構成された攪拌・注入装置４４は、移動台車
８０に搭載しである。移動台車８ｏは車輪８２が取り付
けられ、駆動モータ８４と制ｊＩＩｌ盤８６を含む制御
装置を備えている。

攪拌・貯留タンク４６は、第３図に示した如（、台車９
０に搭載してあり、内部に撹拌機９２が設けられ、下部
に送りポンプ９４が配設されている。

なお、台車９０は、連結器９６が取り付けられていて、
移動台車８０に連結されて移動台車８０により牽引され
るようになっている。

上記の如く構成した装置による土圧式シールド工法の一
例は、次のとおりである。

給水管２８を介して水７６９ｋｇを混合８！２２．２４
に注水した後、ベントナイトサイロ１２中のベントナイ
ト２６９ｋｇを計量器１６により計量し、混合８！２２
．２４に投入して撹拌するとともに、陶土サイロ１０中
の陶土２６９ｋｇを計量器１４により計量し、混合機２
２．２４に投入して撹拌する。そして、混合機２２．２
４により陶土とベントナイトとを充分に混合してベント
ナイト、陶土及び水からなる７０％濃度の泥漿を作り、
攪拌機２６付貯泥タンク２６に貯泥しておく。撹拌機付
貯泥タンク２６内の泥漿は、配管３０を介して圧送ポン
プ３６により吸引し、輸送管３８を介して地下掘削現場
に設けた攪拌・注入装置４４の撹拌槽６６に圧送する。

この泥漿の粘度は、およそ２０００〜４０００ｃＰであ
る。

一方、攪拌・貯留タンク４６中に、水１００ｃｃに対し
て水酸化カルシウム３ｇを投入し、撹拌機９２で攪拌し
て３％濃度の水酸化力ルンウムの懸濁液を作る。このＱ
ｉ液は、送りポンプ９４により配管４８を介して攪拌・
注入装置４４の攪拌槽６６に供給する。撹拌・注入装置
４４に供給された泥漿と水酸化カルシウム５８の懸濁液
とは、撹拌スクリュウ６８により充分に攪拌され、均一
な粘性付与材にされる。水酸化カルシウムの懸濁液の供
給量は、粘性付与材の粘度が約１５０００ｃＰとなる量
である。

攪拌・注入装置４４で得た粘性付与材は、掘進している
シールド掘削機６０のカッタチャンバ内の掘削土砂に、
注入ポンプ７２により注入管５゜を介して注入される。

粘性付与材の注入条件は、注入圧力４〜１５　ｋｇ／ｃ
＋１１、流量５〜５０　ｆｆｉ／ｍｉｎ、泥漿に対する
水酸化カルシウムの使用量は２゜５〜３．０ｋｇ／ボに
した。

このように、実施例の土圧式シールド工法によれば、地
下の掘削現場においてカッタチャンバ内に注入する直前
に、泥漿と水酸化カルシウムとを混合して粘性付与材を
製造して注入するようにしたため、粘度の裔い粘性付与
材をカッタチャンバ内の掘削土砂中に容易に注入するこ
とができる。

この結果、従来のベントナイトと陶土とからなる添加材
の注入に比較して、地下水により希釈されることがなく
、掘削土砂の塑性流動性を高めることができ、切羽の安
定と排土時における噴発防止の改善効果を著しく向上す
ることができた。

なお、注入する粘性付与材の粘度の範囲は、従来の土圧
式シールド工法に使用する装置の場合、ポンプの能力と
の関係から７０００〜２００００ｃＰに調整するとよい
。

〔発明の効果〕

以上に説明した如く、本発明に係る粘性付与材によれば
、地下水により希釈されることがなく、掘削土砂の塑性
流動性が高まり、噴発の発生を減少させることができる
。また、本発明に係る土圧式シールド工法によれば、粘
度の高い粘性付与材をカッタチャンバ内の掘削土砂に容
易に注入することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る土圧式シールド工法を実施する装
置の説明図、第２図は第１図に示した装置の攪拌・注入
装置の説明図、第３図は第１図に示した装置の攪拌・貯
留タンクの説明図である。 １０−・−・・陶土サイロ、１２　・−・−ベントナイ
トサイロ、２２．２４　・・−混合機、２６　−一−−
−攪拌機付貯泥タンク、３６−・−圧送ポンプ、４４　
−曲攪拌・注入装置、４６−・・−撹拌・貯留タンク、
５８−・・・水酸化カルシウム、６ｏ　・−曲シールド
掘削機、６２−・−スクリュウコンベヤ、６８　−−−
−−攪を牢スクリュウ、７２−−−一−−注入ポンプ、
９２−−−−一撹拌機、９４−・−送りポンプ・ 代理人　弁理士　村　上　友　− 第２図 スｑ 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）カッタチャンバ内の掘削土砂に注入する土圧式シ
   ールド工法用粘性付与材において、ベントナイトを含む
   泥漿にカルシウム化合物を添加したことを特徴とする土
   圧式シールド工法用粘性付与材。
2. （２）カッタチャンバ内の掘削土砂に粘性付与材を注入
   しつつ掘進する土圧式シールド工法において、地下掘削
   現場で前記掘削土砂への注入直前にベントナイトを含む
   泥漿にベントナイトを凝集させる凝集剤を添加して高粘
   性付与材を製造し、この高粘性付与材を前記掘削土砂に
   注入しつつ掘進することを特徴とする土圧式シールド工
   法。