JPH034246B2

JPH034246B2 -

Info

Publication number: JPH034246B2
Application number: JP59212471A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Kitahara; Kenichi Tsura; Nobuyuki Kadokura; Hirotatsu Yasukawa; Yoshuki Kawamura
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 1984-10-12
Filing date: 1984-10-12
Publication date: 1991-01-22
Also published as: JPS6190727A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、起泡装置に関し、特に、シールド式
トンネル掘進方法の実施に際して、切羽地盤のロ
ータリカツタに対する掘削抵抗の軽減またはずり
に対する流動性および止水性の付与のために、シ
ールド本体の隔壁前方で地盤またはずりに付与す
る気泡を発生させるに適した起泡装置に関する。

（従来技術）トンネル掘削土砂に混入する気泡は、水圧や土
圧に対する抵抗が大きくしかも上記流動性や止水
性を高めるために小径であることが好ましい。前
者の抵抗性を高めること、すなわち、より強い気
泡をつくることの課題は、発明者らの研究により
高圧空気に粘性の高い起泡剤溶液を混合すること
によつて有利に解決し得ることが判明した。しか
し、後者の課題については、これまでのところ、
高圧の空気を起泡剤溶液に混入することによつて
のみ対処してきたが、これには圧力が10Kg／cm²を
越える高圧空気供給源をしばしば必要とすると共
に、起泡装置の筒状の起泡部を1.5m程度の長さ
にしかつこれをシールド機内に垂直に設置して起
泡過程での気液の分離を防止することが必要であ
つた。しかしながら、工事現場の安全性に関する
諸規制により、10Kg／cm²を越える高圧空気の供給
装置を使用することには労務および設備の管理上
種々の問題があり、また、上記1.5mもの長い筒
状起泡部は小口径のシールド機内に垂直に設置す
ることはできず、その解決が求められてきた。

（発明の目的）したがつて、本発明の基本的な目的は、上記の
諸問題に解決を与えるために、比較的低圧の加圧
空気を起泡剤溶液と混合して小径の気泡を発生さ
せることができる起泡方法および装置を提供する
ことにある。

また、本発明の他の目的は、起泡装置の小型化
を図ることにある。

（発明の構成、作用効果）また、本発明に係る起泡装置は、加圧空気と起
泡剤水溶液とを混合させる混合部と、該混合部を
経た気液を通過させる一次起泡部であつて比較的
大径の気泡をつくる、繊維マツトが配置された一
次起泡部と、該一次起泡部で生じた気泡を通過さ
せる二次起泡部であつて前記比較的大径の気泡を
小径の気泡にする、多数の非圧縮性の粒状物が充
填された二次起泡部とを含む。

本発明の装置によれば、一次起泡部で生じさせ
た気泡を二次起泡部で細分化させて小径の気泡に
することができ、また、二次起泡部の多数の粒状
物はその非圧縮性のために気泡が通過する空隙の
大きさをほぼ一定にすることにより、気泡の径を
ほぼ等しくすることができる。二次起泡部を通過
する気泡の流動抵抗は小さく、供給する加圧空気
を低圧にすることがき、また、この小径でほぼ等
径の気泡は、従来のような長い起泡部を経ること
なしにかつ気液の分離を生じさせることなしに得
られる。その結果、起泡装置を小型化して小口径
のシールド機内に設置することができる。

さらに、本発明に係る起泡装置によれば、加圧
空気と起泡剤水溶液とを混合させる混合部に両者
の混合度を高める気液接触手段が配置され、この
気液接触手段により一次起泡部における発泡倍率
をより一層高めることができる。

（実施例）本発明が特徴とするところは、図示の実施例に
ついての以下の説明により、さらに明らかとなろ
う。

本発明に係る起泡装置は、まず、比較的大径の
気泡をつくり、次いで該大径の気泡を細分化して
小径の気泡をつくる。

前記大径の気泡および小径の気泡は、第１図に
示す起泡装置１０を用いてつくることができる。

気泡装置１０は、加圧空気と起泡剤水溶液とを
混合させる混合部１２と、該混合部を経た気液を
通過させる一次起泡部１４と、該一次起泡部で生
じた気泡を通過させる二次起泡部１６とを含む。

混合部１２および一次起泡部１４は、横方向に
伸びる筒体１８内に直列に形成することができ、
また二次起泡部１６は、筒体１８と連通して縦方
向に伸びる筒状体１９内に形成することができ
る。

中空の混合部１２を規定する筒体１８の一端部
には、前記加圧空気の供給管２０と前記起泡剤水
溶液の供給管２２とが接続されている。両供給管
は、軸線が互いに直交するように配置することが
望ましい。図示の例では、加圧空気の供給管２０
が筒体１８と直角に、また、起泡剤水溶液の供給
管２２が筒体１８と平行に、それぞれ接続されて
いる。供給管２２を経て混合部１２に供給される
起泡剤水溶液としては、例えば、ポゾリスNo.505
（商品名：ポゾリス物産(株)製）の水溶液、前記ポ
ゾリスNo.505と水溶性の高分子材料のような増粘
剤との混合水溶液等があり、前記増粘剤は生成さ
れる気泡の成分として該気泡を割れ難くする作用
をなす。供給管２２の開口はノズル（図示せず）
に形成されており、前記起泡剤水溶液が前記ノズ
ルから混合部１２内に噴出される。両供給管２
０，２２から混合部１２に供給された加圧空気と
起泡剤水溶液とはここで効率的に混合される。

他方、一次起泡部１４が設けられる筒体１８の
他端部にはスチールウールや金属切削屑の積層体
で構成された繊維マツト２４が配置され、筒体１
８の他端部は、筒状体１９の一端部（上端部）の
空間２６に開口している。筒体１８の軸線方向に
おける繊維マツト２４の移動を防止するために、
筒体の１８の開口位置および混合部１２との境界
位置にそれぞれ金網２８を設けることが望まし
い。

混合部１２で混合された加圧空気と起泡剤水溶
液との混合物である気液はそのほとんどの量が、
混合部１２を経て一次起泡部１４の繊維マツト２
４を通過することにより直径が２〜20mmの比較的
大径の気泡となる。

筒状体１９の空間２６の下方には、二次起泡部
１６を構成する多数の非圧縮性の粒状物３０が充
填されている。二次起泡部１６の空隙は一次起泡
部１４の空隙より小さく設定される。

二次起泡部１６は、筒状体１９内にその軸線方
向に間隔をおいて配置された三つの金網３２で仕
切られた上下二つの起泡域すなわち上方に位置す
る第１の起泡域３４と下方に位置する第２の起泡
域３６とを有し、第１の起泡域３４の粒状物３０
と第２の粒状物３０とは直径が異なる。図示の例
では、第１および第２の起泡域３４，３６の粒状
物３０がそれぞれ等径のガラスビーズから成り、
第２の起泡域３６のガラスビーズは第１の起泡域
３４のガラスビーズより直径が小さく、したがつ
て、第２の起泡域のガラスビーズ間の空隙は第１
の起泡域のそれより小さい。ガラズビーズは、例
えば２〜３mmの直径のものを選択することができ
る。なお、第１の起泡域３４のガラズビーズは、
等径でなくとも、異なる直径を有するものの、分
散がほぼ均一な混合であつてもよい。また、第２
の起泡域３６のガラスビーズは、該ガラスビーズ
間の空隙の大きさを一定にする限り、第１の起泡
域３４のガラスビーズより小径のものを含むうに
し、あるいは、第１の起泡域３４のガラスビーズ
より小径のものとこれより大径のものとをほぼ均
一に分散させるように混合してもよい。これによ
り、図示の例と同様に、第１の起泡域の空隙より
第２の起泡域の空隙を小さくして前者で細分化さ
れた気泡をさらに小さく細分化し、小径でほぼ等
径の気泡とすることができる。さらに、二次起泡
部１６を二つの起泡域で構成する前記例に代え
て、二つの起泡域に分けることなしに等径の粒状
物を充填することによつて全体を一つとすること
ができる。さらに、二次起泡部１６は縦方向に形
成する図示の例に代えて横向きとすることがで
き、このの場合、前記気液はそのほとんどの量が
一次起泡部１４で起泡されるため、横向きにして
も気液分離による悪影響を実質的に無視すること
ができ、また、これにより起泡装置を小口径のシ
ールド機に適用することを可能にする。

比較的大径の前記気泡は二次起泡部１６の粒状
物３０間を通過すると、二次起泡部１６で細分化
されて小径の気泡にされ、また、一次起泡部１４
で起泡されなかつた残余のわずかの量の気液は二
次起泡部１６を通過するときに起泡される。小径
の気泡の直径は、50〜200μであることが好まし
い。

粒状物３０は、非圧縮性のために気泡が通過す
る際に変形することがなく、したがつて、粒状物
３０相互間に規定される空隙の大きさが変化する
ことなしに維持される。その結果、前記小径の気
泡の直径をほぼ均一に、すなわち、ほぼ等径にす
ることができる。また、気泡は、気液と異なり、
二次起泡部１６を通過するときの流動抵抗が小さ
く、このために、加圧空気の圧力を低く設定する
ことができる。

筒状体１９の他端部（下端部）には、シールド
本体（図示せず）の隔壁前方で開口する気泡供給
管３８が接続されており、小径の前記気泡は、気
泡供給管３８を経て切羽とロータリカツタ（図示
せず）との間またはずり室（図示せず）に供給さ
れる。

実験によれば、圧力３〜６Kg／cm²の加圧空気の
供給量を10〜220／分および起泡剤水溶液の供
給量を５〜20／分としたときの気泡供給管３８
からの気泡の吐出量は15〜240／分であり、ま
た、発泡倍率は３〜12倍であつた。

ところで、一次起泡部１４での起泡効率を高め
るために、第２図に示すように、前記加圧空気と
前記起泡剤水溶液との混合度を高める気液接触手
段を配置する。

気液接触手段は、周囲に格子目を有し、頭部が
閉じられかつ底部が開放された円筒体４０あるい
は截頭円錐体４２を含む。図示の例では、円筒体
４０は、高圧空気の供給管２０の内径にほぼ等し
い外径を有し、その軸線を供給管２０の軸線に一
致させかつ閉塞頭部を混合部１２に一部突出させ
て配置されている。また、截頭円錐体４２の開放
底部は、混合部１２を規定する筒体１８の内径に
ほぼ等しい外径を有し、截頭円錐体４２はその軸
線を混合部１２を規定する筒体１８の軸線に一致
させかつその閉塞頭部を一次起泡部１４に向けて
混合部１２に配置されている。前記格子目は鋼線
の織物、鋼線の編物等で形成することができる。

これらの気液接触手段によれば、まず、前記加
圧空気が円筒体４０の開放底部を通つてその格子
目を通過しかつ前記気泡剤水溶液が円筒体４０を
横切つてその格子目を通過する際に両者が互いに
接触して混合し気液状態となる。この気液は、次
いで、截頭円錐体４２の開放底部を通つてその格
子目を通過する際に、もう一度接触してその混合
度がさらに高められる。

なお、円筒体４０および截頭円錐体４２の双方
を配置することに代えて、円筒体４０または截頭
円錐体４２のいずれか一方のみとしてもよく、ま
た、円筒体４０および截頭円錐体４２の配置位置
を変えることもできる。さらに、、円筒体４０ま
たは截頭円錐体４２を複数個配置してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る起泡装置の概略断面図、
第２図は他の例を示す第１図と同様の概略縦断面
図である。１０：起泡装置、１２：混合部、１４：一次起
泡部、１６：二次起泡部、２４：繊維マツト、２
６：空間、３０：非圧縮性の粒状物、３４，３
６：第１および第２の起泡域、４０，４２：円筒
体および截頭円錐体（気液接触手段）。

Claims

【特許請求の範囲】１掘削土砂に混入させる気泡を発生させる起泡
装置であつて、加圧空気と起泡剤水溶液とを混合
させる混合部と、該混合部を経た気液を通過させ
る一次起泡部であつて比較的大径の起泡をつく
る、繊維マツトが配置された一次起泡部と、該一
次起泡部で生じた起泡を通過させる二次起泡部で
あつて前記比較的大径の気泡を小径の起泡にす
る、多数の非圧縮性の粒状物が充填された二次起
泡部とを含む起泡装置。２前記二次起泡部は、多数の非圧縮性の粒状物
が充填された第１の起泡域および該第１の起泡域
における粒状物と直径が異なる非圧縮性の粒状物
が充填された第２の起泡域を備える、特許請求の
範囲第１項に記載の起泡装置。３前記二次起泡部の第２の起泡域中の粒状物間
の空隙は第１の起泡域中の粒状物間の空隙より小
さい、特許請求の範囲第２項に記載の装置。４掘削土砂に混入させる気泡を発生させる起泡
装置であつて、加圧空気と起泡剤水溶液とを混合
させる混合であつて両者の混合度を高める気液接
触手段が配置された混合部と、該混合部を経た気
液を通過させる一次起泡部であつて比較的大径の
気泡をつくる、繊維マツトが配置された一次起泡
部と、該一次起泡部で生じた気泡を通過させる二
次起泡部であつて前記比較的大径の気泡を小径の
気泡にする、多数の非圧縮性の粒状物が充填され
た二次起泡部とを含む起泡装置。５前記気液接触手段は、周囲に格子目を有し、
頭部が閉じられ、底部が開放された円筒体を含
む、特許請求の範囲第４項に記載の装置。６前記円筒体は、その軸線を前記混合部に高圧
空気をを供給する管の軸線に一致させて配置され
ている、特許請求の範囲第４項に記載の装置。７前記気液接触手段は、周囲に格子目を有し、
頭部が閉じられ、底部が開放された截頭円錐体を
含む、特許請求の範囲第４項に記載の装置。８前記截頭円錐体は、その軸線を前記混合部の
軸線に一致させて該混合部に配置されている、特
許請求の範囲第７項に記載の装置。