JPH0224481A - 泥水加圧式シールド掘削に用いる泥水の回収方法およびその装置 - 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〕 本発明は泥水加圧式シールド掘削に用いる泥水の回収方
法および装置に係わり、特に、一次処理における土砂分
離能を飛躍的に高め、以て二次処理設備の簡略化を実現
する泥水加圧式シールド掘削に用いる泥水の回収方法お
よび装置に関するものである。

〔従来の技術〕

泥水加圧式シールド掘削工法は、周知のとおりシールド
機の切削部を隔壁で閉塞し、隔壁の萌面を泥水で満たし
、この泥水圧により切羽の安定を図りながらシールド機
を掘進させるものである。

そして、切羽に送られた泥水は掘削土砂と共に土砂混合
泥水としてパイプにより掘削穴（例えばトンネル）外に
搬出され、搬出された前記土砂混合泥水は、土砂分離装
置（泥水回収装置）により処理されることにより土砂と
泥水とに分離され、泥水は再びシールド機掘削部に送ら
れる。

この土砂分離を行うにあたり従来は、振動ふるいと、サ
イクロンとの組み合わせからなる土砂分離装置を用いて
なされていた。

第３図に従来の泥水加圧式シールド掘削に用いる泥水の
回収装置（以下、“泥水回収装置”と称す）の−例を概
略で示す。

図中全体として符号ｌで示すものが泥水回収装置で、泥
水回収装置ｌは、主として砂分以上の粒径を有する固形
物の除去を目的とされる一次処理設備２と、主として砂
分以外の微細土粒子の除去を目的とされる二次処理設備
３とを有して構成されている。この場合、一次処理設備
２は、ふるい４、サイクロン６、および余剰泥水槽７等
より構成され、二次処理設備３は、スラリー槽８、ＰＡ
Ｃｌｉ９、およびフィルタープレスｌＯより構成されて
いる。符号５は、ふるい４を通過した土砂混合泥水を一
時貯留するための貯留槽である。

これら各構成要素の作用を、上記装置１による処理工程
に従って以下に説明する。

シールド機Ｓより搬出された土砂混合泥水は、まず一次
処理設備２を構成するふるい４に掛けられ、礫等、粒径
の大きい（通常１ｍｍないし２０ｎＩ１１以上）固形物
を除去された後、サイクロン６に掛けられる。サイクロ
ン６では、その遠心分離作用により細砂（粒径７４μｍ
）分までの比較的粒度の小さい固形物のうち約半分程度
が除去される。これら、ふるい４およびサイクロン６に
て除去された固形物は、所定場所に運搬されて廃棄され
る。

サイクロン６を通過した泥水は余剰泥水槽７に一旦貯留
され、泥水比重が大きくなった泥水はここで廃棄される
。

一方、余剰泥水槽７から二次処理設備３のスラリー槽８
に移送された土砂混合泥水は、ここで前記ＰＡＣ１９か
らの凝集剤を添加される。凝集剤は周知のとおり、シル
トや粘土等、主に電気的結合によって流体中に混入する
微細土粒子を凝集させ、粒子の大きいフロックとするこ
とにより沈降を促進させるものである。この凝集剤とし
ては一般に、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸ア
ルミニウム、水酸化力ルソウム、鉄塩等の無機系凝集剤
と、ポリアクリルアミド等の高分子系凝集剤とがある。

凝集剤の添加を受けた土砂混合泥水はその後、このスラ
リー槽８から前記フィルタープレスＩＯに掛けられる。

フィルタープレスＩＯは加圧脱水装置の一種で、濾布と
加圧手段を有しており、スラリー槽８からの泥水は該フ
ィルタープレスＩＯにより萌記フロック分が除去される
。このフィルタープレスＩＯにて除去された固形物は、
上記一次処理設備２における除去固形物同様、所定場所
に運搬されて廃棄される。

その後、前記フィルタープレスＩＯを通過した泥水は、
原水槽１１に移送され、この原水槽ｌ！にて清水（工業
用水）と混合された後、該混合水は作泥槽１２あるいは
調整槽１３に移送される。

作泥槽１２では泥水材料が添加され、この泥水材料が添
加されたものを前記調整槽１３に適量供給することによ
り最終的に調整槽！３にて供給泥水を作成する。調整槽
１３にて作成された泥水はトンネル内のシールド機Ｓの
掘削部に供給され、再び掘削泥水として機能する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の泥水回収装置ｌにあっては下
記の如き問題が生じている。

すなわち、一次処理設備２における初期工程、つまり粒
径７４μｍ（細砂）以上の土砂等固形物を除去する工程
においても、従来では上述したようにふるい４、あるい
はふるい４とサイクロン６との組み合わせからなる装置
を以て行っていたわけであるが、例えサイクロン６を用
いた場合であっても、一般に、サイクロンは分級点が７
４μｍ（分級点とは、分離された排出固形物側くアンダ
ーフロー側〉と排出流体側〈オーバーフロー側〉とに含
まれるある粒度径の固形物が共に５０％ずつとなるとき
の粒度径のことを言う。）と言われており、この粒径７
４μｍの細砂の除去が完全になされるものではない。し
たがって、この粒径７４μｍ以下の微細土粒子等は、当
然のことながらそのほとんどがサイクロン６を通過して
前記余剰泥水槽７に送られることとなる。このため、余
剰泥水槽７における土砂混合泥水の比重が大きくなり易
く、廃棄処分される泥水の量が多かった。このことは特
に、掘削地盤がシルトや粘土質等のものであった場合に
、それら微細土粒子分のほとんど全てがサイクロン６を
通過して余剰泥水槽７に移送されるかたちとなるため顕
著である。

さらに、二次処理工程では、フロック化された微細土粒
子を最終的に面記フィルタープレスｌＯにより除去する
わけであるが、このフィルタープレス１０は１基当たり
の処理能力が小さいために、前工程まで（スラリー槽８
までの工程）の処理量に対処し得るよう複数台を使用し
ている。そのため、その設置スペースの確保が困難であ
るばかりでなく、フィルタープレスｌＯは操作に人手を
要するものであるため、台数が多い場合にはそれだけ多
くの人員を確保する必要がありコスト上昇の要因にもな
っていた。また、上記設置スペースの件は、特に市街地
での工事にあっては極めて深刻な問題となっている。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、泥水加圧
式シールドに用いる泥水の回収を、効果的にかつ高レベ
ルで行え、しかも設備スペースの狭小化を実現する、泥
水加圧式シールド掘削に用いる泥水の回収方法およびそ
の装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の請求項１に係る泥水加圧式シールド掘削に用い
る泥水の回収方法は、泥水加圧式シールド掘削における
シールド機の掘削部より掘削土砂と共に搬出された土砂
混合泥水から泥水のみを回収するための、主として粒度
の荒い固形物の除去を目的とする一次処理工程と、該一
次処理工程を通過した主として微細土粒子の除去を目的
とする二次処理工程とを有し、前記一次処理工程は、掘
削土砂と共に搬出された前記土砂混合泥水をふるい掛け
する工程と、該ふるい掛け工程を通過した土砂混合泥水
の全量を３０ないし４００Ｇの低遠心力で運転される低
速遠心分離機に掛ける工程とを有することを特徴として
いる。

また、請求項２に係る泥水加圧式シールド掘削に用いる
泥水の回収装置は、上記請求項１の方法を実現するもの
で、泥水加圧式シールド掘削におけるシールド機の掘削
部より掘削土砂と共に搬出された土砂混合泥水から泥水
のみを回収するための、主として粒度の荒い固形物の除
去を目的とされる一次処理設備と、該一次処理設備を通
過した主として微細土粒子の除去を目的とされる二次処
理設備とを有して構成され、前記一次処理設備は、前記
土砂混合泥水から砂礫等の粒径の大きい固形物を除去す
るためのふるいと、該ふるいを通過した土砂混合泥水に
３０ないし４００Ｇの低遠心力を付加する低速遠心分離
機とを備えて構成されていることを特徴とするものであ
る。

〔作用　〕

土砂等が混入された土砂混合泥水に、３０ないし４００
Ｇの低遠心力を付加すると、分級点は６〜１０μｍとな
り、かっ粒径７４μｍ以上の固形物を１００％除去する
ことができるものとなる。

すなわち、砂分等、微細土粒子を流体中から完全に除去
することができるようになる。さらに、粒径が７４μｍ
以下となる微細土粒子のほとんどもこの遠心分離機によ
り除去されるものとなり、これにより二次処理の負担を
軽減すること、すなわち二次処理設置の縮小化が実現さ
れる。

しかも、遠心力を３０〜４００Ｇとすれば、上記の如く
微細土粒子の除去が実現される一方、さらに微細なるベ
ントナイト等、掘削泥水を構成するに必要な有効成分は
除去されず流体中に留どめておくことが可能となる。

〔実施例　〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図において全体として符号２０で示すものは、本発
明における請求項２の発明に係る泥水加圧式シールド掘
削に用いる泥水の回収装置の一例を示すものである。な
お、本図において、上記第３図のものと同じ構成要素に
は同符号を付してその説明を簡略化する。

この泥水回収装置２０は、シールド機Ｓの掘削部から掘
削土砂と共に搬出された土砂混合泥水より泥水のみを回
収するために、主として粒度の荒い固形物の除去を目的
とされる一次処理設備２′と、該一次処理設備２′を通
過した主として微細土粒子の除去を目的とされる二次処
理設備３′　とを有して構成されているものである。

一次処理設備２′は、前記土砂混合泥水から砂礫等の粒
径の大きい固形物を除去するためのふるい４と、該ふる
い４を通過した土砂混合泥水に３０ないし４００Ｇの低
遠心力を付加するデカンタ２！（低速遠心分離機）とを
主要構成要素としてなり、さらに該デカンタ２１からの
排出流体を一時貯留する余剰泥水槽７を有した構成とな
っている。

前記ふるい４は、上記従来の泥水回収装置ｌにおいて備
えられていたものと同様、振動ふるいとしてらよいし、
あるいは振動ふるいよりも網目ピッチを荒くした固定ふ
るいとしてもよい。

デカンタ２１は、一般に用いられているデカンタに比し
て遠心力が３０ないし４００Ｇと低く、かつ、処理量の
大きいもの（処理能力的３６０ｍ３／ｈ）、となってい
る。

ここで、−船釣なデカンタの構造を第２図に示す。デカ
ンタはこの図に示すように、一端側が若干窄められた円
筒状の回転ケーシング２２内に、中空軸２３、および前
記回転ケーシング２２と同方向にかつ該回転ケーシング
２２よりもやや低速で回転するスクリューコンベア２４
を設け、中空軸２３内に固形物混合流体を送り、それを
フィードチューブ２５から回転ケーシング２２内に封入
することにより固形物に遠心力を与え、ケーシング２２
に衝突して沈降した固形物をスクリューコンベア２４で
排出するものである。なお、図中符号２６は電動機、２
７はギヤボックスである。

本発明の実施例に係る前記デカンタ２Ｉは、第２図に示
したものとほぼ同様な構造をなすものであるが、回転ケ
ーシング２２とスクリューコンベア２４との差速、スク
リューコンベア２４と回転ケーシング２２との間隙、お
よびスクリューコンベア２４の形状などを適値に設定す
ることで、低Ｇ下での処理量の増大、および粒度の大き
い（実施例ののでは最大径２０ｍｍ）固形物への対応を
実現したものである。かくして、該デカンタ２Ｉの分級
点は６〜ＩＯμｍ１７４μｍ以上の固形物については除
去率１００％、かつ処理能力６ｍ’／ｍｉｎ、（−３６
０ｍ’／ｈ）といった値を得ることができるものとなっ
ている。

二次処理設備３′、およびさらにその後段に設けられる
前記作泥槽１１等の処理設備の構成に関しては従来装置
１のらのと変わらないが、二次処理設備３′のフィルタ
ープレスＩＯは従来装置ｌよりも設置台数の少ないもの
となっている。

次に、上記構成となる泥水回収装置２０の作用効果と共
に、請求項１の発明に係る泥水加圧式シールド掘削に用
いる泥水の回収方法について説明する。なお、本図にお
いて、太実線にて示されるラインが処理工程で主として
使用されるメインラインである。

シールド機Ｓの掘削部より掘削土砂と共に搬送された土
砂混合泥水は、まずふるい４に掛けられる。ここで、ふ
るい４が固定ふるいであった場合には、約２（ｌａ＋ｅ
以上の礫等の固形物がこのふるい４により除去され、振
動ふるいとした場合には、約１１１１１１１以上の細砂
等の固形物までが除去される。

該ふるい４として固定ふるいを使用するか、あるいは振
動ふるいを使用するかは掘削地盤の質によって決定され
、粒径の大きい使分等が多重に含まれている場合には固
定ふるいとし、一方、細礫や粗砂分の割合が大きい場合
には振動ふるいを使用すると効率的な処理を望める。

前記ふるい４を通過した土砂混合泥水は、−旦、貯留槽
５に受けられるが、そこからその全量が前記デカンタ２
Ｉに供給される。ふるい４を通過してデカンタ２１に送
られた土砂混合泥水は、このデカンタ２１によって遠心
作用を受け、該土砂混合泥水中に含まれる固形物の分離
がなされる。デカンタ２１は３０〜４００Ｇの低遠心力
で運転されるものであるめ、分級点は６〜ｌＯμｌであ
り、前記土砂混合泥水中に含まれる固形物のうち細砂等
の微細土粒子までが除かれるが、それよりもさらに細か
いコロイドとして含有される固形物、すなわちベントナ
イト等の有効泥水材料は分離されずに排出液中に残留す
る。よって余剰泥水槽７には、はぼこれら有効泥水材料
のみが含有された泥水が回収されるわけである。

ところで、この発明では、デカンタ２１によって処理泥
水に付加する遠心力を３０ないし４００Ｇとしているが
、これは、デカンタによる遠心力が３０Ｇ以下であると
、粒径の小さい細砂あるいは微細土粒子等の分離が十分
に行なわれず、一方、４００Ｇ以上であると、泥水とし
て成立するに必要なベントナイト等の有効泥水材料まで
が分離されてしまう可能性が生じるためである。従って
、これら分離能と処理効率との双方に鑑みれば、デカン
タ２１の遠心力は２００〜３００Ｇ前後に設定すること
、がより望ましい。一方、主に地中連続壁工法における
泥水掘削の泥水（安定液）回収装置にあっては、従来、
１０００〜２０００Ｇ以上と極めて高い遠心力を発生す
るデカンタ（高速遠心分離機）が用いられることもあっ
た。そのような従来のデカンタも微細土粒子までの分離
が可能であるが、ベントナイト等、泥水中の有効成分ま
で除去することとなり、泥水材料の補給の点で極めて不
経済なものとなっていた。しかも、その従来のデカンタ
は、処理能力がほとんどの場合そのデカンタの置かれる
前工程までの処理能力に対して１０分の１以下と極端に
低く、循環使用効率の点で大きな弊害があったわけであ
る。

前記デカンタ２１での処理がなされ、余剰泥水槽７に移
送された土砂混合泥水は、ここで−時貯留された後、二
次処理設備のスラリー槽８に移送されるが、従来装置ｌ
と異なり、この余剰泥水槽７にデカンタ２１より送られ
た土砂混合泥水中には、７４μｍ以下の微細土粒子もほ
とんど含まれないため、比重の上昇が従来装置Ｉに比べ
極めて低く、従って、余剰泥水すなわち廃棄泥水竜ら極
端に少ないものとなる。

余剰泥水槽７からは二次処理設備であるスラリー槽８に
土砂混合泥水が移送され、該スラリー槽８では、微細土
粒子をフロック化させるために、ＰＡＣ槽９から前記Ｐ
ＡＣ等の凝集剤が添加される。ただし、ここでも、上記
同様の理由から微細土粒子が極めて少量のものとなって
いるから、凝集剤の添加量は従来装置ｌに比べ少量でよ
い。

さらに、前記スラリー槽８内の土砂混合泥水はフィルタ
ープレス１０に送られ、ここで前記スラリー槽８にてフ
ロック化された微細土粒子が濾過作用により除去される
。そして、ここにおいても、処理対象であるフロックが
極めて少量であるから、該フィルタープレス１０の対処
能力を下げることができ、よって該フィルタープレスＩ
Ｏの台数を減少させることができる。

以降は、従来同様、前記フィルタープレス１０を通過し
た泥水を原水槽１１に移送して清水と混合した後、その
混合水を作泥槽１２あるいは調整槽１３に移送する。そ
して作泥槽１２では泥水材料を添加し、この泥水材料が
添加されたものを調整槽１３に適量供給することにより
最終的に調整槽１３にて供給泥水を作成し、これをトン
ネル内のシールド機Ｓの掘削部に掘削泥水として供給す
ればよい。

しかして、上記の泥水加圧式シールド掘削に用いる泥水
の回収方法および装置によれば、土砂混合泥水からの泥
水の回収を効率的かつ効果的に行い、かつ装置の簡略化
を図れるものとなる。

すなわち、一次処理設備として前記デカンタ２Ｉを設け
ることにより、該一次処理工程にて７４μｍ以上の砂礫
・細砂分は勿論、微細土粒子のほとんどまでも除去する
ことが可能となり、その結果、二次処理工程における微
細土粒子分の除去が確実かつ効率的に行なわれるものと
なるとともに、二次処理工程において処理すべき微細土
粒子の絶対量そのものが減少するため、フィルタープレ
ス１０等の微細固形物を除去するための装置の設置台数
が大幅に削減され、もって狭小な設置スペースにも対応
し得るものとなる。

また、デカンタ２１において微細土粒子までの除去が大
部分実行されるものであるから、余剰泥水槽７からの廃
棄泥水量を減少せしめ、循環泥水の使用量を最小限に抑
えることができるるとともに、スラリー槽８におけるＰ
ＡＣ槽９からの凝集剤の添加量も減少させることができ
る。

なお、上記実施例では、例えば二次処理設備における脱
水処理装置をフィルタープレス１０としているが、本発
明における泥水処理装置２０において、前記ふるい４お
よびデカンタ２１以外の設備構成および個々の構成要素
は上記実施例のものに限定されるものではなく他の構成
のものであってもよい。いずれの場合であっても、二次
処理工程に至る微細土粒子が減少されるものであるから
、二次処理設備の簡略化、縮小化が実現される。

また実施例では、低速遠心分離機を前記デカンタとして
説明したが、本発明における低速遠心分離機とは、上記
範囲の遠心力で固形物の分離処理を連続的に行うものを
言い、前記デカンタに限定されるものではない。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり本発明によれば、一次処理設備とし
て低速遠心分離機を設けることにより、該一次処理工程
にて７４μｍ以上の砂礫・細砂分は勿論、微細土粒子の
ほとんどまでも除去することが可能となり、それにより
二次処理工程における微細土粒子分の除去が確実かつ効
率的に行なわれるものとなるとともに、二次処理工程に
おいて処理すべき微細土粒子の絶対量が減じられること
で、フィルタープレス等、二次処理設備の縮小化を実現
し、設備縮小および人員削減の両面からコスト低減を実
現する上に、狭小な設置スペースにも対応し得るものと
なる。また、低速遠心分離機において微細土粒子までの
除去が大部分実行されるものであるから、廃棄泥水量を
減少せしめ、循環泥水の使用量を最小限に抑えることが
できるるとともに、凝集剤の添加量も減少させることが
できる、等の優れた効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る泥水加圧式シールド掘削に用いる
泥水の回収装置を示す全体概略図、第２図はデカンタの
構造の一例を一部断面で示す縦断面、第３図は従来の泥
水加圧式シールド掘削に用いる泥水の回収装置を示す全
体概略図である。 第１図 Ｓ・・・・・・シールド機、　　　　２′・・・・・・
一次処理設備。 ３′・・・・・・二次処理設備、　４・・・・・・ふる
い、２０・・・・・・泥水回収装置、 ２１・・・・・・デカンタ（低速遠心分離機）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）泥水加圧式シールド掘削におけるシールド機の掘削
   部より掘削土砂と共に搬出された土砂混合泥水から泥水
   のみを回収するための、主として粒度の荒い固形物の除
   去を目的とする一次処理工程と、該一次処理工程を通過
   した主として微細土粒子の除去を目的とする二次処理工
   程とを有し、前記一次処理工程は、掘削土砂と共に搬出
   された前記土砂混合泥水をふるい掛けする工程と、該ふ
   るい掛け工程を通過した土砂混合泥水の全量を３０ない
   し４００Ｇの低遠心力で運転される低速遠心分離機に掛
   ける工程と、を有することを特徴とする泥水加圧式シー
   ルド掘削に用いる泥水の回収方法。 ２）泥水加圧式シールド掘削におけるシールド機の掘削
   部より掘削土砂と共に搬出された土砂混合泥水から泥水
   のみを回収するために、主として粒度の荒い固形物の除
   去を目的とされる一次処理設備と、該一次処理設備を通
   過した主として微細土粒子の除去を目的とされる二次処
   理設備とを有して構成され、前記一次処理設備は、前記
   土砂混合泥水から砂礫等の粒径の大きい固形物を除去す
   るためのふるいと、該ふるいを通過した土砂混合泥水に
   ３０ないし４００Ｇの低遠心力を付加する低速遠心分離
   機と、を備えて構成されていることを特徴とする泥水加
   圧式シールド掘削に用いる泥水の回収装置。