JPH0694782B2 - 高吸水性樹脂を用いた土圧シールド工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、高吸水性樹脂を用いた土圧シールド工法に
関するものである。

《発明の背景》 高吸水性樹脂を用いた土圧シールド工法では、高吸水性
樹脂の粉体を圧縮空気で輸送して、土圧室内で掘削土砂
と混合することによって、前記土砂中の水を吸収ゲル化
させている。

このように高吸水性樹脂を粉体のまま投入するのは特に
滞水礫層のように含水量の大きな地盤の掘削に好適であ
る。

また、圧縮空気を使用して高吸水性樹脂を輸送すると、
搬送をパイプライン化できる点と、土圧室に対する部分
圧気効果を得られる点、およびゲル材料の土圧室内での
膨脹による材料の削減、掘削土砂の圧縮率向上による土
圧室の圧力制御の容易化などがあげられる。

ところで、この工法における以上の利点を得られる上で
の技術的課題は、以下の点が掲げられる。

《発明が解決しようとする課題》 まず、粉粒体の輸送用の圧縮空気の流れが確実に確保さ
れ、粉粒体がその空気流に乗ってある程度土圧室内に定
常的に入らなければならない点である。

また、空気を用いて粉粒体を土圧室内に供給する場合の
空気量は、過剰になることがあり、空気量が過剰になる
と土圧室内での圧力が必要以上に上昇し、およびこれに
伴う空気輸送効率の低下などが考えられる。

この発明は、以上の課題を解決するものであって、高吸
水性樹脂を空気輸送により粉体輸送するに際し、パイプ
ライン内での定常的な粉粒体の流れが確保でき、しかも
土圧室内における過剰空気を適確に検知して適正な流れ
を作ることができるようにした高吸水性樹脂を用いた土
圧シールド工法を提供することを目的とする。

《課題を解決するための手段》 前記目的を達成するため、この発明は、切羽に対向する
カッターを有するシールド掘進機と、該カッターの後部
に形成された土圧室と、該土圧室および前記カッターに
吐出口を開口した高吸水性樹脂の注入管と、該土圧室の
後部側にあって前記高吸水性樹脂の補給ラインと空気圧
縮器の圧縮空気吐出端とを合流し、両者を混合した状態
で粉体輸送管を通じて前記各注入管側に吐出する混合器
と、前記土圧室内の掘削土砂を排出するスクリューコン
ベアと、該コンベアの出口端に一端を結合し、他端をず
り搬送用トロッコの上部に対向位置させた土砂排出用の
輸送管と、土圧室の上部側に一端を連通し、他端を前記
スクリューコンベアないし土砂輸送管に連通した過剰空
気の戻り管と、前記土圧室内の圧力を検出する手段とを
備え： 該圧力検出手段で検出された圧力値に基づく制御手段の
出力に応じて前記輸送管，注入管および戻り管に設けた
バルブを開閉し、土圧室内の圧力を制御するようにした
ものである。

《作用》 以上の構成によれば、土圧室内の圧力変化に応じて戻り
管のバルブを開閉し、土圧室内部の空気量を調整した
り、スクリューコンベアのモータ回転数を制御すること
によって、排出土砂の流れを調整することで、常時土圧
室内の注入管付近を土圧目標値に近い状態に保持しつ
つ、粉体輸送管を開閉し、掘進速度に見合った適正な量
の高吸水性樹脂を粉体輸送できる。

《実施例》 図はこの発明にかかる土圧シールド掘進機の全体のシス
テム構成を示している。

図において、１は先端に切羽と対向するカッタードラム
２を設けたシールド掘進機、３はシールド掘進機１の後
部に形成されたセグメントであり、このシールド掘進機
１はその後部内面に配置された複数（ここでは一つのみ
を示す）のシールドジャッキ間の反力を取りつつ前進す
るようになっている。

シールドジャッキ４の１つには、ジャッキストローク計
29が設置され、掘進機１の掘進長をコントローラ26に入
力し、コントローラ26では、この入力に基いて掘進速度
が算出される。

前記カッタードラム２の後部側には隔壁５を介して土圧
室６が形成されている。

土圧室６内および前記カッター２の前面には複数の注入
管７の吐出口が開口しており、ここから後述する粉体輸
送機構を通じて粉体輸送された高吸水性樹脂を吐出し、
切羽の土砂およびカッタードラム２によって土圧室６の
内部に取り込まれた水分を含む土砂と混合してゲル化す
るようになっている。

また、前記隔壁５を貫通して土圧室６の内部にはスクリ
ューコンベア８の取り入れ口が配置されている。

このスクリューコンベア８は前記隔壁５の後部で斜めに
立ち上がり、後端に駆動用モータ28が設けられるととも
に、その吐出口を土砂排出用の輸送管９に接続してい
る。

輸送管９の後端側上部にはゲル分解剤散布装置10が位置
し、ここで解ゲル剤の散布により解ゲル化された土砂お
よび高吸水性樹脂および水分はずり排出用トロッコ11に
よって後部側に搬送される。

前記高吸水性樹脂の粉体輸送機構は、以下の構成となっ
ている。

すなわちこの輸送機構は、セグメント３の内部にあっ
て、後部を坑口側に設けた粉体貯蔵部（いずれも図示省
略）に接続した高吸水性樹脂補給ライン12と、補給ライ
ン12内に設けた移送用ポンプ13と、補給ライン12の先端
側に並列配置された空気圧縮器14と、補給ライン12およ
び空気圧縮器14の吐出口に注入制御装置15を介して接続
された混合器16と、一端を前記混合器16の吐出端に接続
され、他端を各注入管７に分岐して接続した粉体輸送管
18と、土圧室６の上部に一端を連通し、他端を前記輸送
管９に連通させた過剰空気の戻り管19とから概略構成さ
れている。

そして、前記粉体輸送管18の先端部にはそれぞれソレノ
イドバルブ20,21が設けられ、また、戻り管19にもソレ
ノイド付きのピンチバルブ22が設けられている。

これらソレノイドバルブ20,21,ピンチバルブ22、前記移
送用ポンプ13、注入制御装置15およびゲル分解剤散布装
置10は、前記カッタードラム２に設けた土圧計23,土圧
室６の内部に設けた間隙水圧計24等のセンサー出力によ
って開閉およびその注入量を制御される。

すなわち、前記ソレノイドバルブ20,21,ピンチバルブ2
2、前記注入制御装置15およびゲル分解剤散布装置10、
土圧計23、間隙水圧計24はI/Oボード25を介してCPU等の
システムコントローラ26の入出力端に接続されている。

システムコントローラ26は、土圧計23、間隙水圧計24か
らの入力状態に応じて、前記各ソレノイドバルブ20,21,
ピンチバルブ22の開閉制御と、移送用ポンプ13、注入制
御装置15に対する移送量および注入量の指令およびゲル
分解剤散布装置10に対する散布量の指令を以下のモード
に応じて実行する。

（定常モード） 土圧室６内に粉体を定常供給している状態では、ソレノ
イドバルブ20,21は開き、ピンチバルブ22は閉じ、移送
用ポンプ13および注入制御装置15は、ジャッキストロー
ク計29の出力信号を掘進速度に換算して、これに基づき
適性量の高吸水性樹脂および圧縮空気量を混合器16内に
供給し、ここで空気と高吸水性樹脂の粉体とが適宜の割
合で混合した状態で粉体輸送管18を通じて注入管７から
粉体を吐出する。

吐出した粉体は、切羽の土砂と混合し、水分を吸収して
ゲル状となり、土圧室６内に取り込まれる。また、土圧
室６の内部においても粉体の吐出によって掘削土砂中の
水分を吸収してゲル化し、土砂と混合した状態でスクリ
ューコンベア８によって排出され、輸送管９を通じて後
部に移送される。

そして、輸送管９の出口端側でゲル分解剤散布装置10に
よって、ゲル分解剤が混合土砂中に散布され、土砂、水
分および高吸水性樹脂の３成分に解離し、その混合状態
でずり搬送用トロッコ11上に排出される。

以上の定常モードは切羽側の土圧または土圧室６内の間
隙水圧が予めシステムコントローラ26に設定されている
設定値以下である場合に続行される。

この値は、各現場毎に設定され、土圧目標値に基づいて
算出されるものである。

（停止モード） 粉体注入作業停止時には前記移送用ポンプ13、空気圧縮
機14から混合器16に伸びる各ラインのバルブ（図示省
略）の閉止による高吸水性樹脂粉体および圧縮空気の供
給停止と同時に、ソレノイドバルブ20,21を閉鎖し、水
分の輸送管に対する逆流を阻止する。

また、スクリューコンベア８を停止し、ゲル分解剤散布
装置10からの分解剤の散布を停止すれば、完全停止状態
となる。

（過剰空気発生モード） この状態は、前記土圧計23、間隙水圧計24の示す値は、
システムコントローラ26に設定されている値を越えた状
態であって、コントローラ26はこの検知信号を受けて、
前記停止モードと同様に前記移送用13、空気圧縮機14の
停止、ソレノイドバルブ20,21の閉鎖し、またピンチバ
ルブ22により戻り管19の開放を指令し、これを受けた各
部の動作によって高吸水性樹脂粉体および圧縮空気の供
給停止と同時に、土圧室に溜った過剰の空気圧を輸送管
９内に戻り管19をバイパスとして放出する。

この結果、平常圧力に復帰すれば、再び平常モードと同
様の状態に各部が作動する。

なお、土圧計23が設定値より高い値を示し、間隙水圧計
が正常値を示している場合には、切羽の土圧のみが高い
値を示すものであり、この場合にはシステムコントロー
ラ26からは、ソレノイドバルブ21の閉鎖、前記注入制御
装置15に対する注入量減少指令を出力することで、切羽
側への粉体輸送を停止するとともに、土圧室６内の注入
管７のみ高吸水性樹脂を粉体輸送が続行する。

また、逆に間隙水圧計24が設定値より高い値を示した場
合には、土圧室６内が異状高圧となっていることを示
し、この場合にはシステムコントローラからはソレノイ
ドバルブ20,21の閉鎖、ピンチバルブ22の開放および注
入制御装置15に対する注入を停止する信号を出力し、こ
れによって、土圧室に対する高吸水性樹脂の粉体輸送の
停止と過剰空気を輸送管９内部に放出することが行わ
れ、これによって土圧室６の内部圧力を減少できる。

なお、実施例では圧力検出手段として土圧計および間隙
水圧計の双方を用いたがいずれか一方でもよいことは勿
論である。

また、滞水礫地盤であっても含水量が少ない箇所もあ
り、この場合には、粉体のみを土圧室内部に供給しゲル
化したのでは、掘削土砂の含水量が減少す、排出時にお
ける流動性が低下するので、必要に応じて注入管７の先
端部で水を合流し、水とともに吐出するようにしてもよ
い。

《発明の効果》 以上実施例によって詳細に説明したように、この発明に
よる高吸水性樹脂を用いた土圧シールド工法にあって
は、土圧室内の圧力上昇に応じて戻り管のバルブを開放
し、土圧室内部の空気を排出したり、粉体輸送管を閉塞
ないしは絞って粉体の輸送量を制御することによって、
常時土圧室内部を目標土圧値に近い状態に保持しつつ、
掘進速度に見合った適正な量の高吸水性樹脂を粉体輸送
できる。

したがって、この発明によれば、高吸水性樹脂を空気輸
送により粉体輸送するに際し、パイプライン内での定常
的な粉粒体の流れが確保でき、しかも土圧室内における
過剰空気圧を適確に検知して適正な流れを作ることがで
き、滞水礫地盤などのように含水量の大きな地盤のシー
ルド工法として好適な工法となる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明にかかる土圧シールド掘進機のシステム構
成図である。 １…シールド掘進機、２…カッタードラム ３…セグメント、５…隔壁 ６…土圧室、７…注入管 ８…スクリューコンベア ９…土砂排出用輸送管 11…ずり搬送用トロッコ 12…高吸水性樹脂搬送ライン 13…移送用ポンプ、14…空気圧縮機 16…混合器、18…粉体輸送管 19…過剰空気の戻り管 20,21,22…ソレノイドバルブ 23…土圧計（圧力検出手段） 24…間隙水圧計（圧力検出手段） 26…システムコントローラ（制御手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】切羽に対向するカッターを有するシールド
   掘進機と、該カッターの後部に形成された土圧室と、該
   土圧室および前記カッターに吐出口を開口した高吸水性
   樹脂の注入管と、該土圧室の後部側にあって前記高吸水
   性樹脂の補給ラインと空気圧縮器の圧縮空気吐出端とを
   合流し、両者を混合した状態で粉体輸送管を通じて前記
   各注入管側に吐出する混合器と、前記土圧室内の掘削土
   砂を排出するスクリューコンベアと、該コンベアの出口
   端に一端を結合し、他端をずり搬送用トロッコの上部に
   対向位置させた土砂排出用の輸送管と、土圧室の上部側
   に一端を連通し、他端を前記スクリューコンベアないし
   土砂輸送管に連通した過剰空気の戻り管と、前記土圧室
   内の圧力を検出する手段とを備え： 該圧力検出手段で検出された圧力値に基づく制御手段の
   出力に応じて前記輸送管，注入管および戻り管に設けた
   バルブを開閉し、土圧室内の圧力を制御するようにした
   ことを特徴とする高吸水性樹脂を用いた土圧シールド工
   法。