JPH084482A

JPH084482A - 地中掘削方法および装置

Info

Publication number: JPH084482A
Application number: JP15657394A
Authority: JP
Inventors: Giichi Sato; 儀一佐藤; Yoshiyasu Yoshikawa; 義康吉川; Hideaki Suzuki; 秀明鈴木; Takashi Oi; 隆資大井; Kiyoshi Kataoka; 希誉司片岡; Giichi Yamauchi; 義一山内
Original assignee: Fujita Corp; Kyowa Exeo Corp
Current assignee: Fujita Corp; Kyowa Exeo Corp
Priority date: 1994-06-15
Filing date: 1994-06-15
Publication date: 1996-01-09
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: JP3547093B2

Abstract

(57)【要約】【目的】周辺地山への噴射水の浸透を少なくし、周辺
地山の乱れを小さくする。【構成】内部に掘削機本体１４が配置してある推進体
１２の先端部を地山４０中に押し込む。地山４０と隔壁
１８との間に形成された密閉空間４１に、圧縮空気供給
配管７４を介して圧縮空気を供給して切羽面４２を安定
させ、掻き寄せ羽根８８を回転させながら、噴射ノズル
３２から空気を混合した高圧水３８を推進体１２内の地
山４０に噴射して掘削する。その後、排土管６４の排土
バルブ７１を開放して排土管６４に接続した真空ポンプ
を作動さ、掘削土砂１３０を吸引するとともに遮断バル
ブ６９を閉じ、排土管６４内の土砂１３０を排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地中地盤を掘削する地
中掘削方法に係り、特に地山に高圧流体を噴射して地中
を掘削する地中掘削方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、都市等において管路等を埋設する
場合、一般に開削が困難であるところから、地中掘削機
を使用している。従来の地中掘削機は、前面にカッタビ
ットを有するカッタヘッドを筒状の推進体に回転可能に
装着し、推進体をジャッキ等によって到達立坑に向けて
押圧推進するとともにカッタヘッドを回転させ、カッタ
ヘッドによって前方の地山を掘削し、掘削土砂をトンネ
ル後方へ移送して排出するようになっている。

【０００３】一方、特開平５−１５６８９２号公報に
は、上記のようなカッタヘッドを備えた掘削機の掘削機
構の複雑さや、掘削トルクを得るために機械強度を大き
くしなければならないなどの不都合を解消するために、
高圧水を噴射して地山を掘削する掘削装置が提案されて
いる。この水噴射掘削装置は、筒状外殻体の内周面に前
方の地山との間で密閉空間を形成する隔壁を固着し、隔
壁の中心部に回転可能に設けた噴射ノズルから高圧水を
前方の地山に噴射して掘削するとともに、隔壁に設けた
開口に接続された排土管を介して、掘削土砂を噴射され
た水とともに吸引してトンネル後方に排出するようにし
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の水噴
射掘削装置は、高圧水を外殻体前方の地山に噴射して掘
削を行うため、前方および掘削機置周辺の広い範囲の地
山に多量の水が浸透し、地山の状態が乱れて不安定とな
り、地山の崩落や地盤の陥没が発生するおそれがある。
そして、水噴射掘削装置においては、高圧水によって地
山を掘削し、掘削土砂を噴射した水と一緒に排出するた
め、排出土砂の含水率が非常に高い超含水状態となり、
排出土砂の処理を行う場合に泥水を分離する脱水処理ま
たは産業廃棄処理の必要があり、処理コストが高くな
る。しかも、水噴射掘削装置は、前方の地山と隔壁とに
よって形成した密閉空間に圧縮空気を供給し、密閉空間
の気圧を高めて切羽面の安定を図っているが、掘削土砂
を排出する際に土砂を吸引するようにしているため、排
土時における密閉空間内の気圧を一定に保持することが
困難であり、地山が地下水を含んでいる場合などは、地
山の崩落を招くおそれがある。また、上記の水噴射掘削
装置は、掘削土砂が排土管の直径より大きな塊となって
いる場合、これを排出することができない。しかも、上
記の装置は、切羽の状態を確認することができないばか
りでなく、掘削機の回収をすることができないため、小
口径推進工法の場合、玉石や障害物などの排土不可能な
物が出現したときの対応が困難である。

【０００５】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、周辺地山への乱れを小さくする
ことができるトンネル掘削方法を提供することを目的と
している。また、本発明は、排土中の含水率を小さく
し、排出土砂の処理コストを低減することを目的として
いる。さらに、本発明は、排土時においても地山と隔壁
との間に形成した密閉空間の気圧を一定に保持できるよ
うにすることを目的としている。また、本発明は、大き
な塊の掘削土砂を小さく砕くことができるとともに、掘
削土砂の排出を円滑に行えるようにすることを目的とし
ている。そして、本発明は、切羽面を観察できるととも
に、排土不可能なものが存在した場合に、容易に対応で
きるようにすること等を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る地中掘削方法は、推進される筒状推
進体の内部より高圧流体を噴射して地山切羽面を掘削す
る地中掘削方法において、前記推進体の先端部を地山中
に押し込み、推進体内の地山に高圧気体を噴射して切羽
面を掘削する構成となっている。なお、噴射する高圧流
体としては、気液混合流体を使用してもよい。この場
合、気液混合流体は、水と空気との混合物であってよ
く、空気の混入率を地山の状態により変化させ、噴射さ
れた水とともに排出される土砂の含水率が８５％以下と
なるように調整する。そして、掘削土砂の排出は、噴射
された水とともに真空ポンプ等によって吸引して行うこ
とができる。

【０００７】また、上記の掘削方法を実施する地中掘削
装置は、筒状推進体を推進して先端部を前方の地山に押
し込む推進手段と、前記推進体内に配設されて推進体内
地山との間に密閉空間を形成する隔壁と、前記推進体内
地山に高圧気液混合流体を噴射して切羽面を掘削する混
合流体噴射手段と、前記隔壁に設けた排土口を介して密
閉空間内の掘削土砂を前記混合流体噴射手段から噴射さ
れた液体とともに排出する排土手段とを有する構成にし
てある。

【０００８】隔壁は、推進体の軸方向に移動可能に設け
るとよい。この移動可能な隔壁を移動させる場合、給排
気手段によって密閉空間内の圧力を変化させ、いわゆる
ピストンを駆動するように隔壁を推進体の軸方向に進退
させることができる。給排気手段は、コンプレッサなど
の圧縮空気源と、真空ポンプなどの吸引装置とによって
構成することができる。なお、この圧縮空気源は、後述
する切羽面を安定させるために密閉空間に圧縮空気を供
給する圧縮空気供給源と共用が可能であり、吸引装置
は、掘削土砂を排出する排泥ポンプを用いることができ
る。

【０００９】混合流体噴射手段には、水と空気との混合
割合を調整できる気液混合部を設け、水と空気との混合
物を噴射するようにできる。気液混合部は、供給側（入
側）が二股となっていて、一方を水ポンプに、他方をコ
ンプレッサ等の圧縮空気源に接続することにより、気液
混合水を容易に得ることができる。そして、隔壁には、
隔壁の中心軸を中心に回転し、密閉空間内の掘削土砂を
排土口に掻き寄せる掻き寄せ羽根を設けるとよい。ま
た、排土手段は、隔壁に設けた排土口接続した排土管を
介して掘削土砂を吸引する排泥ポンプと、排土管の先端
部に設けられて排泥ポンプによる排土時に閉じるととも
に、排泥ポンプの非排土時に開放される遮断バルブと、
この遮断バルブの後流側に配設され、排泥ポンプによる
排土時に開放させるとともに、排泥ポンプの非排土時に
閉じる排土バルブとを有する構成にできる。なお、隔壁
には、撮像手段を設けて地山の切羽面を観察できるよう
にすることが望ましい。撮像手段としては、ＣＣＤカメ
ラを初めとする各種固体撮像素子、イメージオルシコン
などの各種撮像管を用いることができる。そして、この
撮像手段は、切羽面を安定させるために密閉空間に圧縮
空気を供給するための空気配管内に管軸方向に移動可能
に配置するとよい。

【００１０】

【作用】上記のごとく構成した本発明の掘削方法におい
ては、推進体の先端を地山に押し込み、この推進体内の
地山に高圧空気を噴射して掘削するため、地山に水が浸
透することがなく、周辺地山を乱すことがない。また、
高圧流体として気液混合水を使用すると、高圧空気によ
る掘削に比較して大きな掘削効果を得ることができる。
そして、気液混合水による掘削の場合であっても、推進
体内の地山を掘削するようにしているため、噴射された
水が推進体周囲の地山に広く浸透し、地山が乱れて不安
定になるのを避けることができ、地山が崩落したり、地
盤が陥没したりするのを防止することができる。また、
気液混合水の空気の混合率を地山の状態によって調整
し、噴射された水と一緒に排出される土砂の含水率が８
５％以下となるようにすると、泥水の分離などを行う必
要がなく、排出土砂を一般建設残土として処理すること
ができ、排出土砂の処理コストを低減できて、トンネル
の構築費を安価にすることが可能となるとともに、掘削
効率を向上することができる。

【００１１】掘削装置の隔壁を推進体の軸方向に進退可
能とすれば、推進体内の地山に対する混合流体噴射手段
の噴射位置を適正な位置に調節することができるばかり
でなく、例えば大きな石などのように、排土不可能な物
が出現した場合には、混合流体噴射手段などとともに隔
壁を発進立坑まで後退させることにより、排土不可能な
物を容易に取り出して排出することができ、トンネル工
事の作業効率が向上する。そして、隔壁を駆動する隔壁
駆動手段として、密閉空間を給排気する給排気手段を用
いれば、切羽面を安定させるために密閉空間に圧縮空気
を供給するコンプレッサ等の圧縮空気供給源と、掘削土
砂を吸引排出する排泥ポンプとを隔壁駆動手段として共
用することができ、構造を簡素にできるばかりでなく、
隔壁を駆動する遠隔操作を極めて容易に行うことができ
る。

【００１２】また、隔壁に掻き寄せ羽根を取り付けて回
転させ、掘削土砂を隔壁に設けた排土口の方に掻き寄せ
るようにすると、排土を効率よく行える。しかも、掻き
寄せ羽根は、掘削土砂の大きな塊を高い位置まですくい
あげる等して破砕するため、土砂の排出をスムーズに行
うことができる。さらに、隔壁にＣＣＤカメラのような
撮像手段を設けて切羽面や密閉空間内を観察できるよう
にすると、埋設配管等の障害物の出現や排土不可能な物
の存在を容易確実に知ることができ、その対応を迅速に
行うことができる。そして、切羽面を安定させるために
密閉空間に圧縮空気を供給する空気配管内に移動可能に
撮像手段を配置すると、装置の構造を簡素化できるばか
りでなく、切羽面を観察するために撮像手段を前進させ
る場合、密閉空間に圧縮空気を流入させることにより、
圧縮空気流によって撮像手段を前進させることができ、
特別な駆動手段を必要としない。そして、撮像手段の後
退は、接続ケーブルを引くことによって容易に行うこと
ができる。

【００１３】

【実施例】本発明に係る地中掘削方法および装置の好ま
しい実施例を、添付図面に基づいて詳細に説明する。図
２は、本発明の実施例に係る地中掘削装置の説明図であ
る。

【００１４】図２において、掘削装置１０は、鋼製の円
筒状推進体１２を有し、この推進体１２内に掘削機本体
１４が矢印１６のように、推進体１２の軸方向に移動で
きるように配置してある。そして、推進体１２は、立坑
４４に配設した推進ジャッキ（推進手段）４５によって
図示しないトンネル計画線に沿って推進され、先端部が
地山４０に押し込まれるようになっている（図３（１）
参照）。また、推進体１２は、掘削機本体１４によって
内部の地山４０が掘削されると、後端部に管４７が継ぎ
足され、この管４７を介してジャッキ４５によって推進
され、再び先端部が地山４０に押し込まれ、これを繰り
返すことによってトンネルが構築できるようになってい
る。

【００１５】一方、掘削機本体１４は、前後に隔壁１
８、２０を備えており、この隔壁１８、２０間に、掘削
機本体１４を所定の位置に固定するためのグリッパ２
４、２６が左右に設けてある。これらのグリッパ２４、
２６は、外面が推進体１２の内周面の曲率に一致した円
筒面に形成され、グリッパジャッキ２８によって推進体
１２の内周面に圧接させられ、掘削機本体１４を推進体
１２内の所定位置に固定する。また、隔壁１８、２０間
には、ガイドローラ３０が配設してあって、掘削機本体
１４を推進体１２の軸方向に円滑に移動できるようにし
てある。

【００１６】前側隔壁１８は、図３（１）に示したよう
に、推進体１２内の地山４０との間に密閉空間４１を形
成するようになっている。そして、前側隔壁１８の前方
には、混合流体噴射手段を構成している噴射ノズル３２
が配設してある。この噴射ノズル３２は、隔壁１８、２
０の中心部を貫通した配管３４の先端に取り付けてあ
り、先端ヘッド部３６に円錐面が形成され、この円錐面
と先端面とに図示しない噴射孔が形成してあって、配管
３４を介して供給された空気混合水からなる高圧水（混
合流体）３８を地山４０の切羽面４２に向けて放射状に
噴射し、高圧水３８によって切羽面４２を掘削するよう
になっている。また、噴射ノズル３２は、後述するよう
に軸方向に移動可能となっているとともに、先端ヘッド
部３６が回転自在となっている。そして、円錐面の噴射
孔から噴射される高圧水３８は、噴射方向が円錐面の接
線方向に傾いていて、高圧水３８を噴射することによ
り、ヘッド部３６が自動的に回転するようにしてある。

【００１７】配管３４は、後方の立坑４４を介して地上
に導かれ、気液混合器（気液混合部）４６の吐出側に接
続してある。この気液混合器４６は、供給側（入側）に
接続してある給水配管４８と給気配管５０とから高圧水
と圧縮空気とを受けてこれらを混合し、配管３４を介し
て空気混合高圧水を噴射ノズル３２に供給するようにな
っている。すなわち、給水配管４８には、流量調整が可
能な制御弁５２を介して給水ポンプ５４が接続してあ
り、この給水ポンプ５４が水タンク５６中の水を吸引し
て昇圧し、高圧水にして気液混合器４６に供給する。ま
た、給気配管５０には、流量調整可能な制御弁５８を介
してコンプレッサ６０が接続してあって、コンプレッサ
６０によって生成された圧縮空気を気液混合器４６に供
給できるようにしてある。

【００１８】前側隔壁１８の下部には、密閉空間４１内
の掘削土砂を取り込む排土口６２が開口している。この
排土口６２には、後側隔壁２０を貫通した排土管６４が
接続してある（図３参照）。そして、排土管６４の後端
には、掘削土砂を地上に移送するためのフレキシブル排
土管６６が接続してあって、フレキシブル排土管６６の
地上部に接続した排泥ポンプである真空ポンプ６８を作
動させることにより、高圧水３８によって掘削した密閉
空間４１内の掘削土砂を、噴射ノズル３２から噴射され
た水とともに吸引して地上に排出できるようにしてい
る。また、排土管６４の先端部と後端部とには、遮断バ
ルブ６９と排土バルブ７１とが設けてある（図３（１）
参照）。

【００１９】遮断バルブ６９は、真空ポンプ６８による
排土が行われていないときには開いていて、真空ポンプ
６８による排土時に閉じて排土管６４と密閉空間４１と
を遮断し、密閉空間４１内の気圧の一定に保持できるよ
うにしている。また、排土バルブ７１は、真空ポンプ６
８による排土が行われていないときには閉じていて、真
空ポンプ６８による排土時に開放され、遮断バルブ６９
と排土バルブ７１との間に存在する土砂を通過させるよ
うにしている。なお、排土管６４には、遮断バルブ６９
の近くの排土バルブ７１側に吸気バルブ（図示せず）が
設けてあり、真空ポンプ６８による排土時に開放されて
排土管６４内に空気を供給し、排土管６４内の土砂を真
空ポンプ６８によって容易に吸引できるようにしてあ
る。

【００２０】さらに、隔壁１８の上部には、密閉空間４
１に圧縮空気を供給するための給気口７０が設けてあ
り、この給気口７０と地上のコンプレッサ７２との間に
圧縮空気供給配管７４が配設してある。そして、この供
給配管７４には、制御弁７６が設けてあり、密閉空間４
１に導入される圧縮空気量を制御して密閉空間４１を所
定の気圧に保持し、切羽面４１を安定させることができ
るようになっている。また、圧縮空気供給配管７４の先
端付近には、図３（２）に示してあるように、バルブ７
８が設けてあって、密閉空間４１への圧縮空気の供給、
停止を任意に行うことができるようにしてある。さら
に、圧縮空気供給配管７４の内部には、切羽面４２や密
閉空間４１を監視するための撮像手段であるＣＣＤカメ
ラ８０が配置してある。このＣＣＤカメラ８０は、配管
７４の軸方向に移動可能となっていて、圧縮空気が密閉
空間４１に供給される際に、圧縮空気によって推進体１
２の先端側に前進させられる。そして、カメラ８０の出
力した画像信号を電送するケーブル８２は、立坑４４ま
たは地上の制御室等まで引かれており、このケーブル８
２を手繰ることにより、ＣＣＤカメラ８０を後退させる
ことができるようになっている。

【００２１】なお、後側隔壁２０の背面には、一端を立
坑４４に設置したウインチ８４に巻回してあるワイヤ８
６が接続してあり、ウインチ８４によってワイヤ８６を
巻き取ることにより、掘削機本体１４を立坑４４内に回
収できるようにしてある。また、前側隔壁１８の前面中
心部には、密閉空間４１内の掘削土砂を排土口６２に掻
き寄せるための掻き寄せ羽根８８が回転自在に設けてあ
る。

【００２２】すなわち、掻き寄せ羽根８８は、図４に示
してあるように、ボス部９０に設けたフランジ９１が、
噴射ノズル３２を進退させるシリンダ９２の周囲に配設
した円筒状回転軸９４の端面フランジ９６にねじによっ
て固定してある。回転軸９４は、隔壁１８に固着した支
持板９８と取り付けブラケット１００とに設けた軸受１
０２、１０４に回転自在に支持されており、長手方向中
央部にギヤ部１０６が設けられている。このギヤ部１０
６は、取り付けブラケット１００に固定した油圧モータ
１０８に設けたギヤ１１０と噛み合っている。従って、
モータ１０８を駆動することにより、回転軸９４を介し
て掻き寄せ羽根８８を回転することができるようになっ
ている。

【００２３】前記した噴射ノズル３２を進退させるシリ
ンダ９２は、図５に示したように、配管３４の外周部に
固定した円筒状ピストンロッド１１２がシリンダチュー
ブ１１４を貫通している。また、ピストンロッド１１２
のシリンダチューブ１１４に挿入された部分にはピスト
ン１１６が固定してあって、このピストン１１６がチュ
ーブ１１４に供給された作動油の圧力を受けることによ
り、ピストンロッド１１２を軸方向に移動させ、噴射ノ
ズル３２を矢印１１８のように進退させる。すなわち、
シリンダチューブ１１４の両端部には、作動油の出入口
１２０、１２１が設けてあり、出入口１２０から作動油
を供給し、出入口１２１から作動油を排出することによ
り、噴射ノズル３２が図５の右方向に後退し、逆に出入
口１２１から作動油を供給して出入口１２０から作動油
を排出することにより、噴射ノズル３２を前進させるこ
とができるようになっている。

【００２４】上記のごとく構成した実施例の作用は、次
のとおりである。まず、立坑４４に配置した推進ジャッ
キ４５を作動して推進体１２をトンネル計画線に沿って
推進し、図１（１）に示してあるように、推進体１２の
先端部を地山４０中に押し込む。その後、噴射ノズル３
２が切羽面４１を掘削するのに適した位置となるように
掘削機本体１４の位置を微調整する。これは、圧縮空気
供給配管７４のバルブ７８と、排土管６４に設けた遮断
バルブ６９、排土バルブ７１とを開閉することにより行
う。

【００２５】すなわち、圧縮空気供給配管７４のバルブ
７８を開放して密閉空間４１に圧縮空気を供給するとと
もに、排土管６４の遮断バルブ６９（および排土バルブ
７１）を閉じて空間４１を高圧にすると、掘削機本体１
４が地山４０から後退する。また、図１（１）のように
バルブ７８を閉じてバルブ６９、７１を開放し、真空ポ
ンプ６８によって密閉空間４１内を吸引して密閉空間４
１内を負圧にすると、掘削機本体１４が地山４０に向か
って前進する。従って、これらの操作を繰り返すことに
より、掘削機本体１４を任意の位置に配置することがで
きる。そして、掘削機本体１４を掘削位置に配置したな
らば、グリッパジャッキ２８を作動してグリッパ２４、
２６を推進体１２の内周面に圧接し、掘削機本体１４を
その位置に固定する。

【００２６】次に、バルブ７８と遮断バルブ６９とを開
放するとともに排土バルブ７１を閉じ、圧縮空気供給配
管７４を介して密閉空間４１内に圧縮空気を導入し、密
閉空間４１内の気圧を所定の値にして切羽面４２を安定
させる。その後、供給配管７４のバルブ７８を閉じ、図
１（２）に示したように噴射ノズル３２から空気を混合
した高圧水３８を切羽面４２に向けて噴射し、切羽面４
２を掘削するとともに掻き寄せ羽根８８を回転させる。
回転する掻き寄せ羽根８８は、密閉空間４１内の掘削土
砂１３０を、噴射ノズル３２から噴射された水と一緒に
隔壁１８に形成した排土口６２に掻き寄せ、排土管６４
内に流入させる。また、掻き寄せ羽根８８は、回転する
ことにより、大きな塊の土砂１３０を小さく粉砕し、容
易に排出できるようにする。そして、噴射ノズル３２
は、地山４０の掘削が進行するに従って、シリンダ９２
によって掘削に適した位置に切羽面４２に向けて前進さ
せられる。

【００２７】推進体１２内の地山４０の掘削が終了する
と、排土バルブ７１を開放して真空ポンプ６８によって
土砂１３０を吸引するとともに、図１（３）に示してあ
るように遮断バルブ６９を閉じ、遮断バルブ６９より後
方側の掘削土砂を矢印１３２のように排出する。また、
密閉空間４１内にさらに土砂１３０が残っているときに
は、上記と同様にして排出する。そして、このように遮
断バルブ６９を閉じて間欠的に掘削土砂１３０を排出す
ることにより、密閉空間４１内の気圧が排土時に低下す
ることを防止でき、気圧の低下により発生する切羽面４
２の崩落などの事故を防止できる。

【００２８】なお、噴射ノズル３２が噴射する高圧水３
８の空気の混合率は、排出する土砂１３０の含水率を調
べ、この含水率が８５％以下となるように調整する。こ
れにより、排出土砂を一般建設残土として処理すること
が可能となり、泥水を分離するなどの処理を必要としな
いため、排出土砂の処理コスト、トンネルの建設コスト
を低減することができ、掘削効率を向上させることがで
きる。また、切羽面４２の状態や、掘削土砂１３０の排
出がスムーズに行われないために密閉空間４１内の状況
等を調べたい場合には、供給配管７４のバルブ７８を開
放して密閉空間４１に圧縮空気を送り込み、この圧縮空
気によってＣＣＤカメラ８０を図３（２）のように隔壁
１８に形成した給気口７０まで前進させ、切羽面４２等
を撮像する。そして、カメラ８０による観察の結果、切
羽面４２や密閉空間４１内に障害物等が存在する場合、
ウインチ８４によってワイヤ８６を巻取り、掘削機本体
１４を立坑４４内に回収して障害物の除去作業等を行
う。

【００２９】このように、実施例においては、推進体１
２内の地山４０を掘削するようにしているため、噴射ノ
ズル３２から噴射した水が掘削機周辺の広い範囲に浸透
するのを避けることができ、周囲地山が不安定となって
切羽面の崩落や地盤の陥没するなどの事故の発生をなく
すことができる。そして、実施例においては、掘削機本
体１４を構成している隔壁１８、２０が移動可能となっ
ているため、掘削機本体１４を容易に立坑４４に回収す
ることができ、切羽面４２に異常が生じた場合や、排出
不可能な障害物が出現した場合に、迅速に対応すること
が可能であり、トンネル工事の効率を向上することがで
きる。また、掘削機本体１４を立坑４４に回収すること
ができるため、到達立坑が不要となるばかりでなく、発
進立坑４４も小さくすることができる。しかも、ＣＣＤ
カメラ８０によって切羽面４２や密閉空間４１内を観察
することができるため、異常の発生等を逸早く知ること
ができ、迅速な対応が可能となる。また、実施例におい
ては、切羽面を安定するための圧縮空気を密閉空間４１
に供給して掘削機本体１４を後退させるとともに、排土
用の真空ポンプ６８によって密閉空間４１内を排気して
掘削機本体１４を前進させるようにしているため、掘削
機本体１４を進退させるための特別の動力を必要とせ
ず、装置の簡略化が図れるとともに、掘削機本体１４を
移動させる操作を容易に行うことができる。そして、実
施例においては、ＣＣＤカメラ８０を移動可能に設けた
ことにより、切羽面４２などの観察をする場合にカメラ
８０を密閉空間４１に臨ませればよく、カメラ８０の汚
れを防止できるばかりでなく、例え汚れたとしても、カ
メラ８０を回収して汚れを除去することができる。

【００３０】前記実施例においては、高圧流体が水と空
気との混合物である場合について説明したが、高圧空気
を噴射して掘削するようにしてもよいし、例えば泥水と
空気との混合物などの他の混合流体を用いてもよい。そ
して、前記実施例においては、地上の気液混合器４６に
よって水と空気とを混合する場合について説明したが、
噴射ノズル３２に水と空気とを別々に導き、噴射ノズル
３２において混合するようにしてもよい。また、前記実
施例においては、圧縮空気によってＣＣＤカメラ８０を
前進させる場合について説明したが、カメラ８０に例え
ば棒状の操作具を取り付けてカメラ８０を進退させるよ
うにしてもよい。さらに、前記実施例においては、トン
ネルを構築する場合について説明したが、地下空間の建
設等にも適用することができる。また、前記実施例にお
いては、高圧水３８による掘削の終了後に土砂１３０を
排出する場合について説明したが、掘削と並行して行っ
てもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、推進体の先端を地山に押し込み、この推進体内の地
山に高圧空気を噴射して掘削するため、周囲の地山に水
が浸透して地山が乱れて不安定になるのを避けることが
でき、地山が崩落したり地盤が陥没したりするのを防止
することができる。また、気液混合流体によって掘削す
る場合であっても、推進体内の地山を掘削するため、噴
射された液体が推進体周囲の地山に広く浸透し、地山が
乱れて不安定になるのを避けることができ、地山が崩落
したり、地盤が陥没したりするのを防止することができ
る。そして、気液混合流体を水と空気との混合物である
場合、空気の混入率を噴射された水と一緒に排出される
土砂の含水率を８５％以下となるように調整することに
より、排出土砂を一般建設残土として処理することがで
き、泥水の分離などを必要としないため、排出土砂の処
理コストを低減できて、トンネルの構築費を安価にする
ことが可能となり、掘削効率を向上することができる。

【００３２】そして、本発明においては、掘削装置の隔
壁を推進体の軸方向に移動可能としたことにより、推進
体内の地山に対する混合流体噴射手段の噴射位置を適正
な位置に調節することができるばかりでなく、例えば大
きな石などのように、排土不可能な物が出現した場合
に、混合流体噴射手段などとともに隔壁を発進立坑まで
後退させることにより、排土不可能な物を容易に除去す
ることができる。さらに、本発明においては、排土管に
遮断バルブを設けて掘削土砂の排出時に、密閉空間と排
土管とを遮断するようにしているため、排土の際に密閉
空間の気圧が低下することにより生ずる地山の崩落など
を防ぐことができる。また、隔壁を駆動する隔壁駆動手
段として、切羽面を安定させるために密閉空間に圧縮空
気を供給するコンプレッサ等の圧縮空気供給源と、掘削
土砂を吸引排出する排泥ポンプとを隔壁駆動手段に共用
したことにより、構造を簡素にできるばかりでなく、隔
壁を駆動する遠隔操作を極めて容易に行うことができ
る。

【００３３】また、隔壁に土砂掻き寄せ羽根を取り付け
たことにより、密閉空間内の掘削土砂を排土口となる隔
壁開口に寄せることができて排土を効率よく行えるばか
りでなく、大きな塊の掘削土砂を破砕することができ、
土砂の排出をスムーズに行うことができる。さらに、隔
壁にＣＣＤカメラのような撮像手段を設けたことによ
り、切羽面の状態を観察することが可能となり、埋設配
管等の障害物の出現や排土不可能な物の存在を容易確実
に知ることができ、その対応を迅速に行うことができ
る。また、撮像手段を、切羽面を安定させるために密閉
空間に圧縮空気を供給する空気配管内に進退可能に配置
したことにより、装置の構造を簡素化できるばかりでな
く、撮像手段を前進させるときには、圧縮空気流によっ
て前進させることができ、特別な駆動手段を必要としな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る地中掘削方法の説明図で
ある。

【図２】本発明の実施例に係る地中掘削装置の説明図で
ある。

【図３】実施例に係る掘削機本体の詳細図である。

【図４】実施例に係る掻き寄せ羽根の詳細を示す断面図
である。

【図５】実施例に係る噴射ノズルを進退させるシリンダ
の断面図である。

【符号の説明】

１０掘削装置１２推進体１４掘削機本体１８、２０隔壁３２混合流体噴射手段（噴射ノズル）３８高圧水４０地山４１密閉空間４２切羽面４５推進手段（推進ジャッキ）４６気液混合器６２排土口６４、６６、６８排土手段（排土管、フレキジブル排
土管、真空ポンプ）６８、７２隔壁駆動手段（真空ポンプ、コンプ
レッサ）６９遮断バルブ７１排土バルブ７４圧縮空気供給配管８０撮像手段（ＣＣＤカメラ）８８掻き寄せ羽根

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木秀明東京都港区赤坂４丁目13番13号株式会社協和エクシオ内 (72)発明者大井隆資東京都渋谷区千駄ヶ谷四丁目６番15号株式会社フジタ内 (72)発明者片岡希誉司東京都渋谷区千駄ヶ谷四丁目６番15号株式会社フジタ内 (72)発明者山内義一東京都渋谷区千駄ヶ谷四丁目６番15号株式会社フジタ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】推進される筒状推進体の内部より高圧流
体を噴射して地山切羽面を掘削する地中掘削方法におい
て、前記推進体の先端部を地山中に押し込み、推進体内
の地山に高圧気体を噴射して切羽面を掘削することを特
徴とする地中掘削方法。
【請求項２】推進される筒状推進体の内部より高圧流
体を噴射して地山切羽面を掘削する地中掘削方法におい
て、前記推進体の先端部を地山中に押し込み、推進体内
の地山に高圧気液混合流体を噴射して切羽面を掘削する
ことを特徴とする地中掘削方法。
【請求項３】前記高圧気液混合流体は水と空気との混
合物であって、気体の混入率を調整して噴射された水と
ともに排出される土砂の含水率を８５％以下にすること
を特徴とする請求項２に記載の地中掘削方法。
【請求項４】筒状推進体を推進して先端部を前方の地
山に押し込む推進手段と、前記推進体内に配設されて推
進体内地山との間に密閉空間を形成する隔壁と、前記推
進体内地山に高圧気液混合流体を噴射して切羽面を掘削
する混合流体噴射手段と、前記隔壁に設けた排土口を介
して密閉空間内の掘削土砂を前記混合流体噴射手段から
噴射された液体とともに排出する排土手段とを有するこ
とを特徴とする地中掘削装置。
【請求項５】前記隔壁は、前記推進体の軸方向に移動
可能に設けてあることを特徴とする請求項４に記載の地
中掘削装置。
【請求項６】前記隔壁の前面には、隔壁の中心部を回
転中心として回転し、前記密閉空間内の掘削土砂を前記
排土口に掻き寄せる掻き寄せ羽根が設けてあることを特
徴とする請求項４または５に記載の地中掘削装置。
【請求項７】前記排土手段は、前記排土口に接続した
排土管を介して前記掘削土砂を吸引する排泥ポンプと、
前記排土管の先端部に設けられ、前記排泥ポンプによる
排土時に閉じるとともに、排泥ポンプの非排土時に開放
される遮断バルブと、この遮断バルブの後流側に配設さ
れ、前記排泥ポンプによる排土時に開放されるととも
に、排泥ポンプの非排土時に閉じる排土バルブとを有し
ていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１
に記載の地中掘削装置。
【請求項８】前記隔壁には、前記切羽面を撮像する撮
像手段が設けてあることを特徴とする請求項４ないし７
のいずれか１に記載の地中掘削装置。
【請求項９】前記撮像手段は、前記密閉空間内に切羽
面安定用圧縮空気を供給する空気配管内に、空気配管の
軸方向移動可能に配置してあることを特徴とする請求項
８に記載の地中掘削装置。
【請求項１０】筒状推進体を推進して先端部を前方の
地山に押し込む推進手段と、前記推進体内に推進体の軸
方向移動可能に配設され、推進体内地山との間に密閉空
間を形成する隔壁と、この隔壁の前面側に設けられ、前
記地山に高圧気液混合水を噴射して切羽面を掘削する混
合水噴射手段と、前記隔壁に設けた給気孔を介して密閉
空間内に圧縮空気を供給して前記切羽面を安定させ、ま
た前記隔壁を前記切羽面から後退させる空気配管と、前
記隔壁に形成した排土口に接続した排土管を介して、掘
削土砂を前記混合水噴射手段から噴射された水とともに
吸引排出し、また前記密閉空間内を排気して前記隔壁を
前記切羽面に向けて前進させる排泥ポンプと、前記排土
管の先端部に設けられ、前記排泥ポンプによる排土時に
閉じるとともに、排泥ポンプの非排土時に開放される遮
断バルブと、この遮断バルブの後流側に配設され、前記
排泥ポンプによる排土時に開放されるとともに、排泥ポ
ンプの非排土時に閉じる排土バルブと、前記隔壁の前面
側に取り付けられて隔壁の中心部を回転中心として回転
し、前記密閉空間内の掘削土砂を前記排土口に掻き寄せ
る掻き寄せ羽根と、前記空気配管内に管軸方向移動可能
に配置され、前記切羽面を撮像する撮像手段とを有する
ことを特徴とする地中掘削装置。