JPH01315593A - シールド工法の排土処理装置 - 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〕 本発明はシールド工法で排出する泥漿材入り残土を改質
処理する方法および装置に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

カッターヘッドの背後にチャンバーをもつ密閉型シール
ド機を用いたシールド工法が都市開発に伴って普及して
いるが、これはチャンバー内に掘削された土砂を充填し
ながらまたは圧力泥水を送圧しながら堀り進む工法であ
り、土質や立地条件に応じて様々な改良工夫がなされて
いる。この密閉シールド工法では、ベントナイト、有機
物質例えばカルボキシメチルセルロース：ＣＭＣ，タレ
イサンド、粉末粘土、高吸水性樹脂などの増粘性や流動
性を付与する材料（本明細書ではこれらを総称して泥漿
材と呼ぶ）を掘削土の性状に合わせてチャンバー内また
は切羽内に送入している。

かような泥漿材を使用するシールド工法ではその残土処
理が問題となる。すなわち、これらの泥漿材が混入した
排土は一般に高含水比を有し液状化している。したがっ
て、ダンプ搬送すると振動等によって水分と土砂が分離
して水分が荷台よりこぼれ落ちて道路環境を悪化させる
原因となり。

また、これを埋め立て用に使用することは不等沈下の原
因となるので使用できないといった問題が付随する。こ
のため、従来の都市土木におけるかような残土は産業廃
棄物として処理されてきたのが実状である。

〔発明の目的〕

本発明は、シールド工法において排出する泥漿材入りの
高含水比の排土を、工事現場での搬出過程において、取
り扱い易く且つ埋め立て等にも利用できるような形態に
連続的に改質する方法および装置の提供を目的としたも
のである。

〔発明の要旨〕

前記の目的を達成せんとする本発明の要旨とするところ
は、カッターヘッドの背後にチャンバーをもつ密閉型シ
ールド機を用いて該チャンバー内の掘削土または切羽内
に泥漿材を注入しながら掘進するさいに、該シールド機
から排出される泥漿材入り排土を、地表への搬送過程の
途中で、その泥漿材の種類と土質に応じて選択した適切
な改質材と連続的に混練しながら低自由水の形態に改質
してから５地表に搬出することを特徴とする。

本発明者らは、このシールド工法の残土の改質処理装置
として、ＩＩ送ベルトの上面にホッパーの底部開口を臨
ませてなる泥状材料の定量切出装置と、軸心部にスパイ
ラルオーガを備え且つ一端に材料投入口を他端に材料排
出口をもつ筒状の混練搬送装置と、改質材の添加装置と
からなり、該材料定量切出装置から泥漿材入り排土を混
練搬送装置の材料投入口に連続供給すると共に改質処理
装置から改質材を該材料投入口に連続供給するようにこ
れら装置を接続してなるシールド工法の排土連続処理装
置を開発した０本発明によると、泥漿材入り残土をその
発生源において自由水の少ない自然土砂に近い形態に改
質を図ることができるので都市でのシールド土木工事の
合理化に大きく貢献することができる。

〔発明の詳述〕

シールド工事で使用される泥漿材としては。

（ａ）、ベントナイト。

（ｂ）、粘土。

（Ｃ）、ベントナイト十粘土。

（ｄ）、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）。

（ｅ）、ＣＭＣ＋ＭＣ上ナイト。

（ｆ）、高吸水性樹脂。

などが良く知られており、これらは対象地盤の種類や立
地条件並びに工事規模等によって選定される。このよう
な泥漿材が混入した排出の改質を図る場合に、その排土
の性状や泥漿材の種類によって改質材の種類と添加量を
適切に定めることが必要である０本発明で意図する排土
の改質は、要するところ排土中の自由水を何らかの手段
によって遊離水ではない状態に改変することである。こ
のためには。

■、自由水を固める方式、この機能を果たす改質材とし
ては、セメント、セメント系硬化剤１石灰２石灰系硬化
剤等が使用できる。

■、自由水を吸水して拘束する方式、この機能を果たす
改質材としては、塩化カルシウム、塩化ナトリウム等が
使用できる。

■、自由水を試材中に取り込んで保水する方式。

この機能を果たす改質材としては、水溶性高分子剤等の
粘稠剤等がある。

■、特殊な例として、ＣＭＣを泥漿材とした場合にＣＭ
Ｃを分解する酵素例えばセルラーゼ剤を使用してその排
土の改質を図ることもできる。

対象地盤が砂質または礫質の場合においては。

使用した泥漿材が前記の（ａ）〜（Ｃ）であれば■の改
質材または■の改質材が適し、泥漿材が（ｄ）〜（ｅ）
であれば■の改質材が適し、泥漿材が（ｆ）であれば■
の改質材が適する。

対象地盤が粘性土の場合には、泥漿材は比較的低い濃度
のものを使用することができるので、排土中の泥漿材の
含有量は一般に少なくなる。また粘性土は砂質土に比べ
ると含水比が大きく透水性も悪い。したがって、排土の
改質は前記■の固化方式が適する。

本発明はこのようにして対象地盤の形態と使用した泥漿
材の種類に応じて適切な改質材を選定しながら２選定さ
れた改質材をシールド機から排出する排土に、その地表
への連続搬送過程において連続的に添加混練し、改質さ
れた状態で排土を地表に搬出することを特徴とするもの
である。

以下に図面に示した本発明の実施例について説明する。

〔実施例〕

第１図は本発明工法の実施の状態を図解的に示したもの
である。シールド機のカッターヘッドの背後にチャンバ
ー２をもつシールド機械で地中を掘削するさいに、チャ
ンバー２内には地表の泥漿材タンク３からポンプ４によ
って泥漿材が連続的に圧入される。チャンバー２内から
は泥漿材入り排土が排土装置５によって連続的に排出さ
れる。

この排土は掘削した坑道６および立坑７を通じて地表に
搬出されるのであるが、第１図の例では立坑７の底部近
くに、泥状材料の定量切出装置８゜筒状の混練搬送装置
９．および改質材の添加装置１０とからなる排土連続処
理装置を設置し、ここで排土を改質してから、リフト１
１によって地表に搬出する。シールド機械の排土装置５
から立坑近くに設置した排土連続処理装置までの排土搬
送は。

排土の性状に応じて、第１図に示すようにホッパー１３
に受けた泥漿材入り排土をスラリーポンプ１４によって
管路搬送してもよいし、或いは第２図に示すようにグラ
ンビートロ１５に積載して搬送してもよい。

第３〜４図は１本発明に従う排土連続処理装置の全体を
示したものである。この図に示すように泥状材料の定量
切出装置８は、ホッパー１８と、このホッパー１８の底
部間口１９の直下に張り渡した無端ベルト２０からなっ
ている。すなわち、横方向に長く延びたスリット状の開
口１９を底部にもつ横長のホッパー１８をフレーム枠１
６（第３図において点線で示す）で支持すると共に、ス
リット状の開口１９の全開口面積を囲うに十分な面をも
つ無端ベルト２０をスリットの長手方向に沿ってその下
に張り渡し、そのさい無端ベルト２０の一部２０’をホ
ッパー１８の側方の材料切出口２１よりも外部に突出さ
せる。ホッパー頂部の材料投入口には大径の塊状物がホ
ッパー１８内に投入されるのを防止するための格子フレ
ーム１７が張り渡しである。

ホンパー１８の底部開口１９と無端ベルト２０との取付
は関係を第５図に示した。第５図は無端ベルト２０の幅
方向の断面で示したものであるが、ホッパー１８の底部
開口１９を形成しているホッパーの開口縁２２ａ、２２
ｂ（スリット状の開口の長手方向に沿う縁部）の下縁２
３ａ、２３ｂよりも距Ｍｈだけ下方に無端ベルト２０の
上面が位置するように、開口１９のスリント幅よりも拡
幅の無端ベルト２０を設置する。そして、該下縁２３ａ
、２３ｂと無端ベルト２０との間の間隙を囲うスカート
部材２４ａ、２４ｂを取付ける。このスカート部材２４
ａ、２４ｂは樹脂板からなり、ホッパーの開口縁２２ａ
、２２ｂにボルトナツト２５ａ、２５ｂによって上下位
置調整可能に取付けられ、このスカート部材２４ａ、２
４ｂの下端が無端ベルト２０の上面に常に摺接するよう
にその位置が調整される０本発明者らの実施経験による
と、ゴム質の無端ベルト２０を使用した場合、そのベル
ト表面と適切な樹脂で作ったスカート部材２４ａ、２４
ｂとを摺接させればベルト表面は摩耗することなく樹脂
側が摩耗してシール効果が持続できることがわかった。

したがって必要に応じて摩耗した分だけスカート部材２
４ａ。

２４ｂを下降させればよい、また、無端ベルト２０の表
面には、ベルトの幅に沿った方向をもち且つ相対するス
カート部材２４ａ、２４ｂ間の距離より長さの短い邪魔
板２６を所定間隔を開けて設置しである。

この状態を第６図示した。この邪魔板２６は、泥状材料
がスリット状の開口１９からベル）２０上に落下して第
３図の材料切出口２１から切り出されるさいのベルト上
での滑りを防止する。

また、このベルト２０による泥状材料の切出し量の調整
は、ベルト２０の回転速度の調整と、材料切出口２１に
設けた切出ＮｔＩｉ整具２８によって行なう。

第７図はこの切出量調整具２８の詳細を示したものであ
る。第７図において、２９はホッパーの材料切出側の側
板であり、その側板２９の下縁３０とベルト２０の上面
との間には所定の間隙が維持され、その開口３１を通じ
て外部に突出するベルト２０°面上に材料が層状に押し
出されてくるのであるが、該開口３１の開口量を調整す
る堰板３２が側Ｆｉ２９にスライド可能に設置され、且
つこの堰Ｆｉ３２の下縁には水平方向に延びる押さえ板
３３が突出ベルト２０°面の上に張り出して設置されて
いる。したがって実際にはこの押さえ板３３と突出ベル
ト２０°の面の間の間隙量が切り出される泥状材料の層
厚を決定することになる。押さえ仮３３はホッパー内の
泥状材料が切出口２１から切り出されるさいのフラッシ
ング現象を阻止する機能を果たし、これによって連続的
な定量切出を可能にしている。

無端ベルト２０は第３〜４図に示すように、ホッパー１
８からの突出部２０”をもって水平方向に張り渡され、
その端部３５で方向を変換するが、この方向変換部３５
が、この定量切出装置８の材料送出部となり、ここから
ベルト上の層状材料が下方に自然に落下する。変換部３
５を通過したベルト面に泥状材料が付着して循環するの
を防止するために。

モータ３６で駆動するブラシ３７が変換部３５を通過し
たベルト面に摺動してベルト進行方向とは逆方向に回転
するように設置しである。

次に本発明に従う混練搬送装Ｗ９について説明する。こ
れは、第３〜４図の略図に示すように。

軸心部にスパイラルオーガ４０を備え且つ一端に材料投
入口４１を他端に材料排出口４２をもつ筒状の混練搬送
装置であり、この装置の材料投入口４１に前記の定量切
出装置８の材料送出部（無端ベルトの方向変換部３５）
からの材料が自然に落下するように設置する。そして、
材料投入口４１から材料排出口４２に向けてその軸芯が
若干の上向きの勾配を持つように設置するのが好ましい
。この混練搬送装置９の詳細を第８〜１０図に示した。

第８〜１０図に示すように、混練搬送装置９は筒状の胴
部内にモータ４３によって回転する回転軸４４を軸芯に
備えており、この回転軸４４にスパイラルオーガ４０ａ
、４０ｂ、４０ｃを間隔を開けて配置し、これらオーガ
の間隙の回転軸４４にはその半径の方向に杆状の掻き混
ぜ翼４５が所定の間隔を開けて多数取付けである。この
混練搬送装置９の特徴の−っはスパイラルオーガ４０と
掻き混ぜ翼４５との組合せによって搬送と練混ぜを行わ
せるようにしたことにある。すなわち、材料投入口４１
からは材料定量切出装置８からの泥状材料４６ａと改質
材温加装２１０からの改質材４６ｂが投入されるのであ
るが１通常のスパイラルミキサーのように一端がら他端
まで連続したスパイラル翼をもつものを使用したのでは
搬送効率は良好でも混練効果が十分ではなく。

連続処理を行った場合に混練の程度が経時的に変動し易
い０本発明装置では長さの短いスパイラルオーガを間隔
をあけて複数設置し、これらの間隙で先行材と後行材と
が混ざり合うスペースを確保すると同時にこれらの間隙
で杆状の掻き混ぜｌ！４５によって掻き混ぜるようにし
たものである。さらにもう一つの特徴は、混練搬送装置
９の筒状ケーシングを構成している胴部材料の少なくと
も一部を可撓性材料で構成した点である０図示の例では
第９図や第１０図の断面図に見られるように、可撓性の
シート材料４７によって断面半円形（より具体的には半
楕円形）の樋状の筒を構成し、これに蓋体４８を取外し
可能に被着することによって、全体として筒状のケーシ
ングを構成している。したがって、軸を横方向にして混
練搬送装置９を設置した場合に、少なくともその下半身
は可撓性材料で構成されており、スパイラルオーガ４０
と掻き混ぜ翼４５によって材料が搬送混練されるさいに
、塊状物が混入したり泥状材料に部分的な圧力が加わっ
て応力集中が生じた場合には、この可１発性材料が伸縮
することによってその応力を緩和すると同時にその復元
力によって材料の押し出しと混練を助成する。このよう
な効果を発渾する可撓性材料としてはゴム材料が最も好
適である。特に改質材の種類によっては改質材が添加さ
れてから材料排出口４２に出るまでの混練搬送装置内で
の処理中の短時間に改質効果が表れるものがあり５本発
明ではこのような短時間処理を一つの目的とするもので
もあるから、自由水の多い材料投入口４１の近傍と自由
水の少なくなった材料排出口４２との近傍では材料の流
動性や粘性が大きく異なっており、このために、同じ応
力で搬送混練したのでは応力の集中や偏りが生じる０本
発明装置ではこの問題をスパイラルオーガ４０と掻き混
ぜ翼４５との組合せ構造並びに可撓性材料からなるケー
シングの使用によって解決した点に大きな特徴がある。

なお、第８図の４９はドレン抜き用の蓋を表しており１
点線５０で囲われる下半身部分が可撓性材料からなって
いることを示す、また材料投入口４１を除くケーシング
部分に取付ける蓋４８は取外し自由に被着されており、
この蓋４８を外すことによって内部の補修が簡単で行な
えるようになっている。

改質材添加装置１０は、第３〜４図に示すように改質材
を装填するビン５２とこのビン５２内の改質材を定量供
給するための定量送出装置５３を備えたものであり、定
量送出装置５３の調整によってビン５２内の改質材が混
練搬送装置９の材料投入口４１に自重で落下するように
セットされている。この改質材添加装置１０は複数の改
質材を同時に添加できるように複数基設置することもで
き、また液状の改質材の場合にはこれを混練搬送装置９
の材料投入口４１に向けてスプレーするような散液装置
を備えることもできる。

以上説明したような材料定置切出装置８．混練搬送装置
９および改質材添加装置１ｏからなる一連の排土連続処
理装置を、第１図に示したように。

シールド機械の後方（立坑７の底部近くの位置）に設置
し、ここで、シールド機械の排土装置５がら連続的に排
出される泥漿材入り排土を連続的に改質処理すると、改
質された状態で地表に搬出することが可能となる。した
がって、地表ではもはや二次処理を行なうことなくダン
プ５５にそのまま積載して埋め立て土等として利用箇所
に搬送することができ、既述の本発明の目的が効果的に
達成される。

以下に１本発明による排土の改質効果を本発明者らの行
った代表的な実験結果に基づいて説明する。

試験例１ 比重０ｓ−２，７５の土砂を供試材とし、その含水比と
泥漿材としてのベントナイト　（粘度４５０（ｌａｐｓ
）の添加量を変えてスランプ値の異なる泥状材料とし、
各々に改質材として水溶性高分子剤（半水石膏＋ポリア
クリルアミド系化合物＋１１！誘導体）を０．２ｗｔ、
χ添加し混練したあと、そのスランプ値を測定した。そ
の結果を第１１図に示した。第１１図の結果に見られる
ように、含水比２０％の土砂にベントナイトを１２．５
χ添加した泥状材料はスランプ値は２５ｃｍであったが
改質付添加後はスランプ値が０になった。同様に、含水
比１４の土砂にベントナイト１８％添加した泥状材料は
スランプ値１９ｃｍであったが、改質後のそれは０にな
り、含水比７％の土砂にベントナイト２７％添加した泥
状材料はスランプ値１４Ｃ＋ｌであったが改質後はスラ
ンプ値０となった。

試験例２ 試験例１と同じ土砂に泥漿材として高吸水性樹脂（製鉄
化学社製商品名アクアキープ）を使用して流動化させた
。該樹脂はその容積の２００倍の水を吸水させた杖、聾
で使用された。この状態で土砂のスランプ値は８ｃｍで
あった。これに改質材として塩化カルシウムを吸水後の
樹脂重量の４０％添加し、　３０分後にスランプを測定
したところ３ｃｍとなった。

試験例３ 含水比ω＝３８％、土の湿潤密度ｒ　ｔ　−１，９５ｇ
／ｃｍ３の現場発生土に、注入率で約３０％程度のカル
ボキシメチルセルロースを泥漿材として混入させ排土の
スランプ値は１７．５ｃｍであった。なお、該注入率は
現場発生土の体積に対するものである。この泥漿材入り
排土に繊維素分解酵素剤（ヤクルト社製のセルラーゼ剤
０．２％溶液）を泥漿付注入量の１０％の量で添加し、
３０分後のスランプ値を測定したところ２．０ｃ−とな
った。

試験例４ 試験例１と同じ土砂を使用しその含水比を２０％とした
。これに、試験例１，２．３の泥漿材すなわちベントナ
イト、高吸水性樹脂、ＣＭＣ（但し粘度＝　４０００ｃ
ｐｓ）をそれぞれ１２．５％添加した。この泥漿材入り
土砂に改質材として石灰系硬化剤またはセメント系硬化
剤を４０ｋｇ／ｍ’の量で添加混練した。

この改質直後、１時間後、３時間後のスランプ値を測定
し、改質前後のスランプの経時変化を調べた。

その結果を第１２図に示した。第１２図の結果に見られ
るようにＣＭＣおよびベントナイト系泥漿材に対して大
幅な改質効果が表れた。

同様に改質後の一軸圧縮試験を材令１日、７日および２
８日について行ない第１表の結果を得た。

以上説明したように９本発明によると、シールド工事に
おいて問題となっていた泥漿材入り排出　　□の処理が
シールド工事の施工に支障を与えること　　二なく簡単
且つ確実に行なうことができ、特に都市土木の合理化に
大きく貢献することができる。　　　１４、図面の簡単
な説明　　　　　　　　　　　　　　２第１図は本発明
に従うシールド工事の排土処理　　１の実施の状態を示
す施工図、第２図は第１図の施　　４工図における排土
搬送の別の態様を示す部分施工　　４図、第３図は本発
明に従う排土連続改質処理装置　　４の全体を示す側面
図、第４図は第３図の装置の平面図、第５図は定量切出
装置の無端ベルト部分の断面図、第６図は無体ベルトの
斜視図、第７図は定置切出装置の切出口部分を示す断面
図、第８図混線搬送装置の断面図、第９図は第８図のＡ
−Ａ線矢視断面図、第１０図は第８図のＢ−Ｂ線矢視断
面図。

第１１図は本文に説明した試験例１の結果を示す改質前
後のスランプの変化を示す図、第１２図は本文に説明し
た試験例４の改質前後のスランプの変化を示す図である
。

１・・カッターヘッド、　　２・・チャンバー。

３・・泥漿材容器、　　５・・排土装置、　　７・・ケ
坑、　　８・・泥状材料の定量切出装置、　　９・・混
練搬送装置、　　１０・・改質材添加装置。

１・・リフト、２４・・樹脂製スカート部材。

：６・・ベルト表面に取付けた邪魔板、２８・・切七量
調整具、３２・・堰板、３３・・押さえ板１１０・・ス
パイラルオーガ、　　４１・・材料投入口。

１２・・材料排出口、４５・・杆状の掻き混ぜ翼。

１７・・可撓性材料からなるケーシング。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）カッターヘッドの背後にチャンバーをもつ密閉型
   シールド機を用いたシールド工法において、該チャンバ
   ー内の掘削土または切羽内に泥漿材を注入しながら掘進
   し、該シールド機から排出される泥漿材入り排土を、そ
   の連続搬送過程で改質材と混練したうえ地表に搬出する
   ことを特徴とするシールド工法の排土処理法。
2. （２）搬送ベルトの上面にホッパーの底部開口を臨ませ
   てなる泥状材料の定量切出装置と、軸心部にスパイラル
   オーガを備え且つ一端に材料投入口を他端に材料排出口
   をもつ筒状の混練搬送装置と、改質材の添加装置とから
   なり、該定量切出装置から泥漿材入り排土を混練搬送装
   置の材料投入口に連続供給すると共に改質材添加装置か
   ら改質材を該材料投入口に連続供給するようにこれら装
   置を接続してなるシールド工法の排土連続処理装置。
3. （３）筒状の混練搬送装置は、その胴体の少なくとも一
   部が可撓性材料で構成されている特許請求の範囲第２項
   記載の排土連続処理装置。