JPH07293199A - シールド工法の切羽における有害ガス検知装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シールド工法が施工される坑内において地山
から発生した有害ガスを速やかに検知できる手段を提供
する。 【構成】 シールド工法が行われる地山の切削土砂を泥
水の状態で脱気室６に導く供給管路１を形成すると共
に，該脱気室において泥水から脱気されたガスを有害ガ
スの検知器１０に搬送する排気管路７を形成し，更に，
該排気管路の検知器よりも下流側に有害ガスの処理装置
１１を設けてなるシールド工法の切羽における有害ガス
検知装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，シールド工法において
地山から発生する有害ガスを検知する手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日，都市の地下空間に地下鉄道，上下
水道，電力通信ケーブルなどのトンネルを施設するため
に，土圧系シールド工法や泥水加圧シールド工法などが
広く利用されている。シールド工法とは，立坑を築造し
て，その立坑からシールドと呼ばれる強固な鋼殻を地山
に挿入し，シールドによって保護された空間の前面で地
山を切削し，その後部でセグメントを組み立てて，セグ
メントに反力をとらせながらシールドを前進させて，ト
ンネルを増築する工法である。

【０００３】以上のようなシールド工法が施工される坑
内は，屋外の新鮮な空気が十分に供給されにくい条件の
もとにある。従って，特にメタンガス等の可燃性ガスと
いった有害ガスが地山から発生した場合には，それを速
やかに検知して，酸欠や爆発などの危険性のあることを
未然に知らせることのできるシステムが不可欠である。

【０００４】そこで，従来よりシールド工法によってト
ンネルを構築する予定となっているルートの上方におい
て，シールドが到達する前に地上からチェックボーリン
グを行う方法が採られている。また，シールドマシン内
にガス検知器を設置してガス濃度を計測する方法も採用
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし，チェクボーリ
ングを行う方法は，実際に施工を行っている切羽におけ
る有害ガスの発生状況をリアルタイムで把握できないと
いった問題がある。また，数カ所しかチェックしないの
で不完全な検査方法であり，更に，ボーリング費用がか
かるといった問題もある。

【０００６】また，シールドマシン内に設置したガス検
知器でガス濃度を計測する方法は，シールドマシンのバ
ルクヘッド後方にまで有害なガスが流入されるようにな
ってから始めて危険が検知されるため，切羽における有
害ガスの発生状況をリアルタイムで把握できず，坑内で
作業する人間にとって完全に安全な方法であるとはいい
難い。

【０００７】従って，本発明の目的は，以上のようなシ
ールド工法が施工される坑内において地山から発生した
有害ガスを速やかに検知できる手段を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば，シール
ド工法が行われる地山の切削土砂を泥水の状態で脱気室
に導く供給管路を形成すると共に，該脱気室において泥
水から脱気されたガスを有害ガスの検知器に搬送する排
気管路を形成し，更に，該排気管路の検知器よりも下流
側に有害ガスの処理装置を設けてなるシールド工法の切
羽における有害ガス検知装置が提供される。

【０００９】この検知装置は，更に以下の特徴を備え
る。 ・供給管路の脱気室よりも上流側に泥水中の粗粒子を捕
集するためのプレフィルタを設ける。 ・排気管路の途中に脱気室において泥水から脱気された
ガスを有害ガスの検知器に搬送するためのポンプを設け
る。

【００１０】また，本発明によれば，以上のような検知
装置を用いた有害ガス検知方法として，次の方法が提供
される。 ・土圧系シールド工法において，カッターチャンバに取
り込まれた土砂を泥水の状態にして循環させるサンプリ
ング管をバルクヘッドの背部に形成し，該サンプリング
管を循環する泥水を上記脱気室に導いて有害ガスの有無
を検知する構成とした有害ガス検知方法。 ・泥水加圧シールド工法において，排泥管によって排泥
される泥水の一部を上記脱気室に導いて有害ガスの有無
を検知する構成とした有害ガス検知方法。 ・シールド工法の切羽において，これから切削しようと
する方向に水平ボーリングを穿孔し，該水平ボーリング
の先端近傍の切削土砂を泥水の状態にして脱気室に導い
て有害ガスの有無を検知する構成とした検知方法。

【００１１】

【作用】切羽において切削された土砂は，泥水の状態に
されて供給管路から脱気室に導かれる。この脱気室にお
いて泥水から脱気されたガスは，排気管路を通って有害
ガスの検知器に搬送される。ここで，有害なガスが存在
する場合には，検知器によって危険であることが検知さ
れる。そして，その有害なガスは更に排気管路を通って
検知器よりも下流側に設けられた有害ガスの処理装置に
搬送され，適宜処理される。一方，ガスを脱気された泥
水は，再びカッターチャンバーや送泥管等に搬出され
る。このように，本発明によれば，切羽におけるメタン
ガスなどの有害ガスの発生をリアルタイムで検知して，
危険を未然に回避することが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下に，本発明の実施例を説明する。図１
に，本発明の実施例にかかる検知装置Ａのブロック図を
示す。１は供給管路であり，２はその吸入口，３はその
排出口である。吸入口２と排出口３は，後述するよう
に，切羽において切削された土砂が泥水の状態にされて
流通するサンプリング管２７，もしくは排泥管３５に開
口している。供給管路１にはプレフィルタ５と脱気室６
が設けられる。プレフィルタ５は，例えば直径が２００
μｍ以上の粗粒子を捕集するためのフィルタであり，泥
水中に含有される粗粒子を脱気室６へ泥水が搬入される
前に捕集し，脱気室６への粗粒子の侵入を妨げるもので
ある。プレフィルタ５として，例えばポリエチレン多孔
質中空糸膜（ＥＨＦ）を使用した超精密濾過フィルタで
ある三菱レイヨン株式会社製の「ステラポアーＨ」，
「ステラポアーＪ」，「ステラポアーＫ」，「ステラポ
アーＱ」（「ステラポアー」は登録商標）などを利用で
きる。脱気室６には排気管路７が接続してある。脱気室
６として，例えば，中間層の孔のない特殊機能超薄膜を
多孔質膜で挟み込んだ構造の三層複合中空糸膜（ＭＨ
Ｆ）を使用したモジュールである三菱レイヨン株式会社
製の「脱気膜モジュール」などを利用できる。排気管路
７にはポンプ８，有害ガスの検知器１０，有害ガスの処
理装置１１が設けられる。

【００１３】しかして，以上のものによれば，シールド
工法の切羽において切削された土砂は，泥水の状態にさ
れてサンプリング管２７，もしくは排泥管３５に開口す
る吸入口２を介して供給管路１に供給され，脱気室６に
搬入される。なお，プレフィルタ５が設けられているの
で，，泥水中に含有される例えば直径が２００μｍ以上
の粗粒子は，脱気室６へ侵入できない。

【００１４】脱気室６においては，泥水中に含有されて
いるガス成分の脱気が行われる。この脱気室６において
泥水から脱気されたガスは，ポンプ８の吸引稼働によっ
て排気管路７を通って有害ガスの検知器１０に搬入され
る。ここで，搬入されたガス中に例えばメタンガスなど
の有害なガスが存在する場合には，検知器１０によって
危険であることが検知される。そして，その有害なガス
は更に排気管路７を通って検知器１０よりも下流側に設
けられた有害ガスの処理装置１１に搬送され，適宜処理
される。

【００１５】一方，脱気室６においてガスを脱気された
泥水は，そのまま供給管路１を通り，排出口３から再び
サンプリング管２７，もしくは排泥管３５に搬出され
る。従って，以上に説明した検知装置Ａによれば，切羽
におけるメタンガスなどの有害ガスの発生をリアルタイ
ムで検知でき，危険を未然に回避することが可能とな
る。

【００１６】次に，以上のように構成される検知装置Ａ
を土圧系のシールド工法に適用した場合の有害ガスの検
知方法を説明する。

【００１７】図２に示すように，シールドマシン２０の
前方にカッター２１が装着され，カッター２１の背後に
はカッターチャンバ２２が設けられる。また，カッター
チャンバ２１のほぼ中央には，シールドマシン２０のテ
ール部に出口を有する排土コンベア２３が設けられる。
カッターチャンバ２２と坑内はバルクヘッド（隔壁）２
５で遮断されている。バルクヘッド２５は，切羽の圧気
側と坑内の大気側を遮断する設備である。

【００１８】カッター２１の前面にはカッタービットが
取り付けられ，カッター２１を回転させて地山を切削
し，その土砂をカッターチャンバ２２に取り込む。そし
て，この切削した土砂を切羽の圧力に対抗するために利
用しながら，カッターチャンバ２２内に設けた排土コン
ベア２３にてシールドマシン２０の推進量にバランスす
る量の土砂をベルトコンベア２６で連続排土することに
よって，切羽の安定をはかりつつシールドマシン２０を
推進することを基本原理としている。

【００１９】以上のような土圧系のシールド工法におい
て，カッターチャンバ２２に取り込まれた土砂を泥水の
状態にして循環させるサンプリング管２７をバルクヘッ
ド２５の背部に形成し，このサンプリング管２７の途中
に先に説明した検知装置Ａを設け，供給管路１の吸入口
２と排出口３をサンプリング管２７に開口させる。な
お，図示はしないが，サンプリング管２７の途中には，
切羽において切削した土砂を泥水の状態にさせるための
水供給ノズルを設ける。また，粘性の高い泥水を円滑に
流通させるために，サンプリング管２７の一部もしくは
全体をスネークポンプで構成すると良い。

【００２０】さて，以上のように土圧系のシールド工法
に検知装置を適用した場合にあっては，切羽において発
生したガスは，切羽で切削された土砂と共にカッターチ
ャンバ２２に取り込まれ，バルクヘッド２５の背部に形
成されたサンプリング管２７内に侵入する。サンプリン
グ管２７の途中には図示しない水供給ノズルが設けられ
ており，このノズルから供給された水と土砂が混ざり合
うことにより，サンプリング管２７の内部においてガス
を含んだ泥水が作られる。そして，この泥水はスネーク
ポンプなどの稼働によってサンプリング管２７中に循環
流通させられる。こうしてサンプリング管２７に流通さ
せられた泥土は，サンプリング管２７の途中に装置され
た検知装置Ａの供給管路１内に侵入し，検知装置Ａの脱
気室６に到達する。かくして，脱気室６において，泥水
中に含有されているガス成分の脱気が行われ，該ガスは
排気管路７を通って有害ガスの検知器１０に搬入され
る。そして，搬入されたガス中に例えばメタンガスなど
の有害なガスが存在する場合には，検知器１０によって
危険であることが検知され，その有害なガスは更に処理
装置１１に搬送されて，適宜処理される。

【００２１】次に，検知装置Ａを泥水加圧シールド工法
に適用した場合の有害ガスの検知方法を説明する。

【００２２】図３に示すように，シールドマシン３０の
前方にカッター３１が装着され，カッター３１の背後に
はカッターチャンバ３２が設けられる。カッターチャン
バ３２には地上に施設された泥水処理設備に接続された
送泥管３３と排泥管３５が設けられる。そして，地中を
切削する際には，泥水処理設備から送泥管３３を通って
送泥された泥水がカッターチャンバ３２に加圧充満さ
れ，切羽の安定が図られる。一方，カッター３１で切削
された土砂は，泥水と共にカッターチャンバ３２内から
排泥され，排泥管３５を通って泥水処理設備に搬出され
る。泥水処理設備においては，調整槽で泥水の比重・粘
性等が適宜調整され，こうして調整された泥水が再びカ
ッターチャンバ３２に送泥される。

【００２３】以上のような泥水加圧シールド工法におい
ては，排泥管３５の途中に検知装置Ａを設け，供給管路
１の吸入口２と排出口３を排泥管３５に開口させる。

【００２４】このように本発明の検知装置を泥水加圧シ
ールド工法に適用した場合は，切羽において発生したガ
スは，切削土砂と共にカッターチャンバ３２に取り込ま
れ，泥水となって排泥管３５から排泥される。こうして
排泥管３５から排泥される泥土は，ガスを伴って排泥管
３５の途中に装置された検知装置Ａの供給管路１内に侵
入し，検知装置Ａの脱気室６に到達する。かくして，脱
気室６において，泥水中に含有されているガス成分の脱
気が行われ，該ガスは排気管路７を通って有害ガスの検
知器１０に搬入される。そして，搬入されたガス中に例
えばメタンガスなどの有害なガスが存在する場合には，
検知器１０によって危険であることが検知され，その有
害なガスは更に処理装置１１に搬送されて，適宜処理さ
れる。

【００２５】次に，図４に示すように，シールド工法の
切羽においてこれから切削しようとする方向に予め水平
ボーリング４０を穿孔し，この水平ボーリング４０の先
端近傍に本発明の検知装置Ａを設置する方法を説明す
る。

【００２６】シールドマシン４１のバルクヘッド４２に
設けた透孔４３から図示しないボーリングパイプを挿入
してボーリングを行い，シールド工法の切羽においてこ
れから切削しようとする方向に予め水平ボーリング４０
を穿孔する。この水平ボーリング４０の先端近傍に本発
明の検知装置Ａを設置し，水平ボーリング４０の先端近
傍で採取した切削土砂を泥水の状態にして検知装置Ａの
脱気室６に導いて有害ガスの有無を検知する。検知装置
Ａには，水平ボーリング４０内を通したケーブル４５の
先端を接続し，ケーブル４５の基端にはコントローラ４
６，警報器４７，ボーリング距離計４８，及び表示器５
０をそれぞれ接続する。そして，コントローラ４６によ
って検知装置Ａを適宜制御して水平ボーリング４０の先
端近傍における有害ガスの発生の有無を検知し，有害ガ
スが発生している場合には，警報器４７から警報を発す
る。なお，ボーリング距離計４８は，例えばボーリング
パイプの先端部にミラーを装着した光学的な位置検知装
置，ワイヤー式の位置検知装置，ボーリングパイプの押
し出し量を累計する方式の位置検知装置などで構成され
る。ボーリング距離計４８によって水平ボーリング４０
の距離を計測し，該距離と，該距離において検知装置Ａ
によって検知された有害ガスの有無の状態を併せて表示
器５０にモニタ表示する。

【００２７】表示器５０のモニタ面５１は，例えば図５
に示すように構成する。ボーリング距離計４８によって
計測された水平ボーリング４０の距離が，例えば６ｍ，
１２ｍ，１８ｍ，２４ｍ，…と深くなっていくに従って
ランプ５２，…を一つづつ点灯させて水平ボーリング４
０の距離を段階的に表示させる。また，ガスの種類を例
示部５３に例示し，水平ボーリング４０が各深さとなっ
たときに先端近傍において検知されるガスの種類を，そ
の例示に対応させてガス種表示部５５に表示する。そし
て，水平ボーリング４０の各深さにおいて，各ガスの濃
度の検知結果を表示部５６にそれぞれ表示する。図示の
例では，水平ボーリング４０の深さが６ｍのときはガス
種１，２，３の何れもが高濃度であると検知され，水平
ボーリング４０の深さが１２ｍのときはガス種１，２が
高濃度であると検知され，水平ボーリング４０の深さが
１８ｍのときはガス種１が高濃度であると検知され，更
に，水平ボーリング４０の深さが２４ｍのときはガス種
３が高濃度であると検知されたことを示している。な
お，その他，モニタ面５１の上方に，所定の時間が経過
したことを知らせるアラーム表示部５７や，検知データ
の記録，再生表示，印刷等を操作させるための操作ボタ
ン５８を設けると便利である。

【００２８】この方法によれば，シールド工法の切羽に
おいて，これから切削しようとする方向に有害なガスが
存在するか否かを事前に検知でき，酸欠や爆発などの危
険性を未然に防止することが可能となる。

【００２９】

【発明の効果】何れにしても本発明によれば，シールド
工法が施工される坑内において地山から発生した有害ガ
スをリアルタイムで検知でき，安全かつ衛生的な作業環
境を提供できる。本発明によれば，従来，ポイントチェ
ックしかできない，ボーリング領域に制限がある，とい
った地上からのチェックボーリングによるデメリットを
解消できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる検知装置のブロック図

【図２】検知装置を土圧系のシールド工法に適用した場
合の検知方法を説明する図面

【図３】検知装置を泥水加圧シールド工法に適用した場
合の検知方法を説明する図面

【図４】切羽に水平ボーリングを穿孔して検知装置を設
置する方法を説明する図面

【図５】モニタ面の正面図

【符号の説明】

Ａ 検知装置 １ 供給管路 ６ 脱気室 ７ 排気管路 １０ 有害ガスの検知器 １１ 有害ガスの処理装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド工法が行われる地山の切削土砂
   を泥水の状態で脱気室に導く供給管路を形成すると共
   に，該脱気室において泥水から脱気されたガスを有害ガ
   スの検知器に搬送する排気管路を形成し，更に，該排気
   管路の検知器よりも下流側に有害ガスの処理装置を設け
   てなるシールド工法の切羽における有害ガス検知装置。
2. 【請求項２】 供給管路の脱気室よりも上流側に泥水中
   の粗粒子を捕集するためのプレフィルタを設けた請求項
   １に記載のシールド工法の切羽における有害ガス検知装
   置。
3. 【請求項３】 排気管路の途中に脱気室において泥水か
   ら脱気されたガスを有害ガスの検知器に搬送するための
   ポンプを設けた請求項１または請求項２に記載のシール
   ド工法の切羽における有害ガス検知装置。
4. 【請求項４】 土圧系シールド工法において，カッター
   チャンバに取り込まれた土砂を泥水の状態にして循環さ
   せるサンプリング管をバルクヘッドの背部に形成し，該
   サンプリング管を循環する泥水を上記脱気室に導いて有
   害ガスの有無を検知する構成とした請求項１〜３の何れ
   かに記載の検知装置を用いた有害ガス検知方法。
5. 【請求項５】 泥水加圧シールド工法において，排泥管
   によって排泥される泥水の一部を上記脱気室に導いて有
   害ガスの有無を検知する構成とした請求項１〜３の何れ
   かに記載の検知装置を用いた有害ガス検知方法。
6. 【請求項６】 シールド工法の切羽において，これから
   切削しようとする方向に水平ボーリングを穿孔し，該水
   平ボーリングの先端近傍の切削土砂を泥水の状態にして
   脱気室に導いて有害ガスの有無を検知する構成とした請
   求項１〜３の何れかに記載の検知装置を用いた有害ガス
   検知方法。