JPH04136398A

JPH04136398A - 泥土圧式シールド工法

Info

Publication number: JPH04136398A
Application number: JP25508490A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Aine; 相根　正和; Masaaki Nakayama; 正明中山
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1990-09-27
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1992-05-11

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、泥土圧式シールド工法に関し、特に泥土圧式
シールド工法の実施に当たり、優れた特性を発揮する作
泥剤を使用する泥土圧式シールド工法に関する。

【従来の技術】

シールド工法は、強固な筒形鋼殻のシールドと覆工によ
って周辺地盤を支持し、切羽の安定を図ることによって
、安全、確実に掘削することが可能で、また施工中にお
ける路面交通の阻害や騒音、振動１等環境に与える影響
も少ないため、最近の都市トンネルの施工技術として、
シールド工法が数多く採用されている。該シールド工法のうち特に多く採用されている密閉型シ
ールド工法においては、切羽全面に泥水圧や削土圧を加
圧する方式の泥水式及び土圧式シールド工法（以下泥土
圧シールドという）が多く採用されている。泥土圧式シールドにおいては、カッタヘッドの回転によ
って掘削された土砂はチャンバ内に溝光されるが、これ
にシールドの推進力が加わって削土圧が生じる。そして
この削土圧は切羽全体に作用し、切羽の安定が保たれる
。この場合、掘削さｈた土砂は、カッタヘッドの回転のみ
によっては塑性流動ｆヒし難いため、掘削土砂を塑性流
動化させる添加剤、すなわち作泥剤を注入添加しながら
カッタヘッドを回転し、機械的に撹拌して掘削土砂を塑
性流動化し、シールドマシンのチャンバ内に充満させる
。これによって、必要な泥土圧を生しせしめ、切羽土圧
、地下水圧に対抗バランスさせながら、切羽の安定を維
持しつつ掘削する。作泥剤はシールド工法におけるシールドマシンのチャン
バー内又は切羽部に注入され、掘削土砂の塑性流動化と
不透水性の向上が計られる。よって、作泥剤の機能は以下のとおりである。 ■土砂の間隙を埋めて不透水性にする。 ■土砂と作泥剤を混合することにより、流動化性を向上
させる。 ■土砂とヂャンバー内壁、スクリューコンベア等の摩擦
抵抗を軽減させ、連続的な排土を容易にする。また、作泥剤の条件は以下のとおりである。 ■混線後半期に粘性が上がり、ブリーリングや硬化の無
いこと。 ■地下水に希釈されに悔いこと。 ■取り扱い容易なこと。作泥剤は、ベントナイト、粘土泥水、あるいはこれらに
若干の増粘剤等を添加したものが使用されている。また
、近年、帯水砂礫層に対し、高分子系吸水剤　凝集剤も
使用されている。ところで泥土圧シールド工法においては、地山に作泥剤
を注入し、機械的に撹拌、練り混ぜて生成する泥土をス
クリューコンベア排土日から排出することが行われる。そこで泥土の流動性が不足するとカッタトルクが上昇し
、スムーズな排土が困難になる。このため、作泥剤を調
整添加して、カッタヘッドが常に正常に回転するように
し、かつスムーズに排土されるようにしなければならな
い。該工法における泥水の役割は、■切羽面の土庄・水圧に
対抗すること、■切羽面に不透水性の泥膜を形成し、泥
水圧が有効に作用するようにすること、■地山のある領
域まで泥水を浸透させ、地山に粘着性を与えること、等
であり、これら泥水の効果はその特性によって左右され
る。従来より採用されていたく１）ベントナイト・粘土泥水
は、粒度分布にょる圧密止水効果と、塑性流動化を目的
としたちのであるが、Ｕ下のごとき欠点がある。（ａ）ＦＢ削土砂に細粒分が少ない場合、ベントナイト
の使用量を増大しなければならず、そして排出残土は泥
水と砂礫との分離が困難であるため、産業廃棄物として
処理する必要がある。（ｂ）作泥設備が大きく作泥剤が高濃度の場合には、坑
内に中継あるいは貯泥、加泥装置が必要であり、これら
のメインテナンスにもがなりの労力が必要となる。（ｃ）環境上の問題がら作泥のプラントは地上に設置さ
れることが多く、しかも作泥に時間がかがることがら貯
泥槽を設ける場合もあり、また土質等の変化に対応して
急に作泥剤の濃度等を変更することは困難である。（ｄ）掘削対象物の土質によっては、高濃度がっ多量の
上記泥水が必要となり、割高となる。例えば、東京礫層を掘削した例では、７０〜８０％の高
濃度泥水を、掘削量ξ作泥量、というすさまじい量を加
泥しなければならなかった。この濃度の泥水は２０，０
００ｃｐ〜５０，０ＯＯｃｐあるいはそれ以上の粘度で
あり、これを混練、移送５、加泥する装置は特殊なもの
となった。また、Ｉｒｎ’掘削するなめに、ベントナイト１５２ｋ
ｇ＋粘土４５５ｋｇからなる作泥土材が必要となり、非
常にコスト高なものとなった。次に、従来より採用されていたく２）高分子吸水剤・凝
集剤にあっては、吸水剤は地下水の吸水・ゲル化、凝集
剤はシルト粘土分を凝集させこれに水分を包含させるこ
とによって、砂礫層に見られる地下水の噴出を防止させ
ようとするものである。特に、高分子凝集剤はその効果も高く、設備もコンパク
トであり、最近では独自の工法として普及してきている
８しかし、下記のような欠点がある。〈吸水剤）注入前にある程度吸水流動化したものにしなければなら
ず、吸水にも時間がかかり、ハンドリング面で非常に不
利である。また、効果面においても問題があり、最近で
はあまり使用されなくなっている。（凝集剤）（ａ）加泥撹拌することにより砂礫層、特に礫層が清水
に洗われたように分離してしまい、泥土圧シールドにお
いて、最も良い排土状態とされている生コンとは程遠い
排土状那となる。また、砂、硅分が分離するため、ポン
プ圧送に極めて不利となる。（ｂ）現状では、原液でしか使用できず、ハンドリング
面において不利（例えば水に希釈したとたんに反応ゲル
化する）である。また、砂礫層に数％多く注入すると、
硅分の分離もしくは細粒分の凝集により、塑性流動化が
妨げられ、排土されなくなることがある。

【課眩を解決するための手段】

本発明は上記従来技術の課題分解法するものて、新規な
作泥剤を使用するものてあり、粒度分布の改善による圧
密止水効果と塑性流動化を目的としたものである。すなわち本発明は、泥土圧式シールド工法であって、高
吸水性高分子の逆層乳化重合物（油中水型の水溶性ポリ
マーエマルジョン）を切羽部に供給しな、がら掘削する
ことを特徴とする泥土圧式シールド工法である。なお、上記において高吸水性高分子としては、周知のデ
ンプン系、セルローズ系、アクリル酸系及びポリビニル
アルコール系等のものが挙げられる。また、油中水型水
膨潤性重合体エマルジョンを従来のベントナイト系塑性
流動化剤に添加混合したものも、本発明の作況剤として
好ましいものである。これは、特に粘土分を含まない土
砂の掘削に用いると、好適である。本発明に係る作泥剤は泥土圧シールドにおいて現在使用
されている作泥材料の各種の欠点を補い、かつ塑性流動
化剤域は止水剤として、それり上の性能機能を持つと共
に取り扱いという面においても非常に有利な高分子系の
塑性流動化剤く増粘剤）である。しかもこれらは、掘削に対する効果のみならず最近広く
採用されているポンプ圧送に有効なものである（特に、
砂、砂礫層のポンプ圧送に有効）。葛根水性高分子の逆層乳化重合物（油中水型水膨潤性重
合体エマルジョン）の製造は、例えば、水溶性ビニル単
量体と架橋剤とを含む水溶液を、疎水性界面活性剤を含
む有機分散媒中に注入して乳化させた後、ラジカル重合
触媒により重合させ、得られたエマルジョンにさらに親
水性界面活性剤を添加することにより製造される。これら製造方法は特開昭６３−９０５３７号公報、特開
昭６３−９０５１０号公報等において紹介されていて既
知のものである。本発明では、泥土圧式シールド工法において、該高吸水
性高分子の逆層乳化重合物を作泥剤として、切羽部に供
給しながら掘削するものであり、その結果、従来法に比
較して、少量の作泥剤の添加により、掘削土砂の間隙を
埋めて不透水性にでき、また土砂の流動性を向上でき、
そして土砂とチャンバー内壁、スクリューコンベア等の
摩擦抵抗を軽減でき、連続的な排土を容易にできる。また、本発明に係る作況剤は、砂礫のポンプ圧送部に単
独で添加すると、スムーズな圧送が確保できるので好ま
しい。本１発明に係る作泥剤は、以下のような特長を有する。 ■、増粘性が高いため、その使用量が低減できる。（なお、該作泥剤は、ポリアクリル酸ナトリウム高吸水
性高分子系油中水型水膨潤性重合体エマルジョンであり
、第２図はこれを水に添加して希釈した場合の各濃度と
粘度との関係を示すものであり、第３図はベントナイト
泥水液（ベントナイト含有量３％）に同作泥剤（１０％
溶液）を各種比率で添加した場合の粘度を示すものであ
る。）■、シルト・粘土等細粒分のバインダー効果が高
い。少量のシルト・粘土分でも砂・礫に付着し、それらを包
み込んでしまって、生コン状とすることができる。シル
ト・粘土分が殆ど０％の砂礫においては、若干のベント
ナイトあるいは粘土泥水を添加することにより、排土状
態を良好にすることができる。 ■、流動性を向上させると共に減摩効果が高い。 ■、ハンドリングが容易である。水に簡単に溶解でき、しかもママコにならない。増粘性・流動性・減摩効果　バインダー効果止水性を付
与することができる。土質に応じて、あるいはその他目的に応じて、容易に必
要な濃度・配合で調製使用できる。 ■、水に対する溶解も、単に水に必要量を注入混合する
だけで自由に各種濃度にできるため、溶解設備やその希
釈液の供給設備を非常にコンパクト化できる。 ■、該作泥剤は無害である。以上のことから、該作泥剤は、特に帯水砂礫層のシール
ド工法に適用すると優れた塑性流動化剤として機能する
。また、砂礫のポンプ圧送に有利であり、ポンプ圧送部に
単独で添加してもスムーズな圧送を保証できる。さらに、増粘効果及びハンドリングの容易さから、泥水
シールドあるいは連続壁における泥水の増粘剤としても
有効である。

【実施例】

次に本発明を実施例により具体的にを説明する。第１図に本発明実施例の泥土圧シールド工法の略説図を
示す。該工法の装置構成の概略は、地盤中に大口径の筒形鋼殻
１が挿設され、その掘削進行方向の前部にはカッターヘ
ッド２を、その後部にチャンバー３と隔壁４が備えられ
、隔壁４の後方にそれを貫通して排土装置５が設けられ
ている。さらにカッタヘッド２と隔壁４を貫通して中央
管６が設けられている。作泥剤及び水、更にベントナイト泥水の供給は供給管７
により行われ、隔壁４に貫設された第１供給管７−１、
中央管に接続された第２供給管７−２、排土装置に接続
された第３供給管７−３を経て行われる。供給原料１０の作泥剤１０１、水１０２、ベントナイト
泥水１０３は途中に設けられたミキシングライナー８に
より適宜混きされて前記各供給管７から供給される。各原料１０１〜１０３とミキシングライナー８との間の
送給官には各々にポンプ及びバルブが設けられていて、
各々を作動、開閉調整することによって各供給量７−１
〜７−３に対する各原料の供給量を調整することができ
る。また、各供給管には供給量調整バルブが取付られて
おり、必要に応じて各部に対する供給量を調整できる。次に、以下の条件の対象物にシールド工法を適用した比
較例と実施例について説明する。比較例は本発明に係る
作泥剤を供給しない場合であり、実施例は本発明に係る
作況剤を供給した場合である。地下トンネル掘削外径：６，７５０ｍ／ｍ土質二上手５
０％砂Ｍ（礫径：５０〜１５０ｍ／　ｍ、ｍ　ａ　ｘ　
２５０　ｍ　／　ｍ　）下手５０％土丹地下水圧：掘削断面中央で、２．２〜２．３ｋｇ／ｃ＋
ｎ” 比較例：まず、上記条件において下手の土丹層を掘削したところ
、掘削土量に対して、１５〜２５％の注水を、必要とし
た。この時の排土状態は、土丹層と泥水と礫が分離した状態
であり、圧送ポンプへの吸い込みが非常に悪くなると共
に管内が閉塞し圧送が不可能となった。実施例：上記条件において下半の土丹層を掘削するために、２０
％濃度の作泥剤（ポリアクリル酸ナトリウム高吸水性高
分子系油中水型水膨潤性重合体エマルジョンの水希釈物
）を圧送ポンプ前のチャージングホッパーに１リング掘
削（ζ３２ｍ”／１リング）に対して、約２００１を散
布したところ、ポンプ圧送が可能となった。比較例：到達掘削においては、チャンバー内が泥水と礫で分離し
、泥水のみが噴出し、スクリューコンベアーチャージン
グホッパーへの配管移送が不可能となった。この時、ス
クリューコンベアからの排土も無理な状態となった。実施例：到達掘削において、該作泥剤原液をチャンバー内（チャ
ンバー内容量ζ５０ｍ’　）に２０ｋｇ注入したところ
、排土が可能となった。（排土状態は生コン状態となっ
た。）比較例：掘削完了後、排土管清掃時において、後圧しのプランジ
ャーバルブのセットが悪く、水が先行し、礫が分離し、
管内を閉塞した。実施例：掘削完了後、排土管清掃時に５０％濃度の本作泥剤を水
に先行させて８０１、その７１１０％溶液で圧送したと
ころ、排土が可能となった。以上の実施例によれば、作泥剤の供給量が少量で済むた
め、排土の水分が少なく、よって排土量も少量となり、
移送が容易となり、その後の排土処理も容易となる。

【発明の効果】

以上に説明したごとく本発明に係る作況剤は、■増粘性
が高いためその使用量を低減できる。 ■、シルト・粘土等細粒分のバインダー効果が高いため
、少量のシルト・粘土分でも砂・確に付着し、それらを
包み込んでしまって、生コン状とすることができる６シ
ルト・粘土分が殆ど０％の砂礫においては、若干のベン
トナイトあるいは粘土泥水を添加することにより、排土
状態を良好にすることができる。 ■、流動性を向上させると共に減摩効果が高い。 ■、水に簡単に溶解でき、しかもママコにならなく、ハ
ンドリングが容易である。土質に応じて、あるいはその他目的に応じて、容易に必
要な濃度・配合として調製使用できる。 ■、水に対する溶解も、単に水に必要量を注入混合する
だけで自由に各種濃度にできるため、溶解設備やその希
釈液の供給設備を非常にコンパクト化できる。以上のことがら、該作況剤は、特に帯水砂礫層のシール
ド工法に適用すると優れた塑性流動化剤として機能する
。また、砂礫のポンプ圧送にも有利であり、ポンプ圧送部
に単独で添加してもスムーズな圧送を保証できる。そして、作況剤の供給量が少量で済むため、排土の水分
が少なく、よって排土量も少量となり、排土の移送が容
易となり、その後の排土処理も容易となる。よって本発明方法のシールド工法によれば、掘削排土か
ら水を分離しなければならなかった従来法に比べ、コス
トの大幅な低減が図られる。濃度と粘度との関係を示すグラフ図、第３図はベントナ
イト液と実施例に係る作泥剤との混合物の濃度と粘度と
の関係を示すグラフ図を示す。１：Ｆｌｊｌ鱗形、２：カッターヘッド、３：チャンバ
ー、４：隔壁、５：排土装置、６：中央管、７−１〜７−３：供給管、８；ミキシングライナー１０１〜１０３：供給原料、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）泥土圧式シールド工法であって、高吸水性高分子
の逆層乳化重合物を主体とする作泥剤を切羽部に供給し
ながら掘削することを特徴とする泥土圧式シールド工法
。
（２）高吸水性高分子が、アクリル酸塩高吸水性高分子
であることを特徴とする請求項１記載の泥土圧式シール
ド工法。
（３）作泥剤が、ベントナイト又は粘土を含有するもの
であることを特徴とする請求項１又は２記載の泥土圧式
シールド工法。