JPH0978980A - 急勾配トンネルの施工方法および装置 - Google Patents
急勾配トンネルの施工方法および装置Info
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- JPH0978980A JPH0978980A JP23311195A JP23311195A JPH0978980A JP H0978980 A JPH0978980 A JP H0978980A JP 23311195 A JP23311195 A JP 23311195A JP 23311195 A JP23311195 A JP 23311195A JP H0978980 A JPH0978980 A JP H0978980A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 掘進方向に急な上り勾配を持つトンネルを施
工するに際してズリを有効に搬送し得る施工方法および
装置を提供する。 【解決手段】本発明方法は、ズリに水を混合してズリを
含む泥水を調整し、そのズリを含む泥水を流下路２０に
より土砂流として坑口へ向けて自然流下させることでズ
リの搬出を行なう。ズリの最大粒径や流下路の水深およ
び土砂体積濃度は、流下路の勾配との関連により土砂流
が生じるように決定する。本発明装置は、トンネルボー
リングマシン１と、ズリの破砕機６と、ズリを含む泥水
を調整するための泥水タンク３と、ズリを含む泥水を土
砂流として自然流下させるための流下路２０と、ズリを
含む泥水を流下路まで圧送するポンプ２２および圧送管
２１とを有する。流下路としては圧送管より大径の管を
用い、圧送管と流下路とを異径管継手２３を介して接続
する。
工するに際してズリを有効に搬送し得る施工方法および
装置を提供する。 【解決手段】本発明方法は、ズリに水を混合してズリを
含む泥水を調整し、そのズリを含む泥水を流下路２０に
より土砂流として坑口へ向けて自然流下させることでズ
リの搬出を行なう。ズリの最大粒径や流下路の水深およ
び土砂体積濃度は、流下路の勾配との関連により土砂流
が生じるように決定する。本発明装置は、トンネルボー
リングマシン１と、ズリの破砕機６と、ズリを含む泥水
を調整するための泥水タンク３と、ズリを含む泥水を土
砂流として自然流下させるための流下路２０と、ズリを
含む泥水を流下路まで圧送するポンプ２２および圧送管
２１とを有する。流下路としては圧送管より大径の管を
用い、圧送管と流下路とを異径管継手２３を介して接続
する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、急勾配トンネルを
施工するに際してズリの搬送を有効に行ない得る方法お
よびそのための装置に関する。
施工するに際してズリの搬送を有効に行ない得る方法お
よびそのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、トンネルボーリングマシ
ン（ＴＢＭ）によってトンネルを施工するに当たって
は、切羽からのズリの搬送をダンプトラックやトロッコ
により行なうことが従来一般的であったが、小断面トン
ネルの場合等においてダンプトラックやトロッコを自由
に走行させることができないようなときには、ズリを坑
外まで流体輸送することも行なわれている。すなわち、
ズリを細かく砕いて搬送媒体としての泥水に混合し、ズ
リを含んだ泥水をポンプにより圧送することでズリの搬
送を行なうのである。
ン（ＴＢＭ）によってトンネルを施工するに当たって
は、切羽からのズリの搬送をダンプトラックやトロッコ
により行なうことが従来一般的であったが、小断面トン
ネルの場合等においてダンプトラックやトロッコを自由
に走行させることができないようなときには、ズリを坑
外まで流体輸送することも行なわれている。すなわち、
ズリを細かく砕いて搬送媒体としての泥水に混合し、ズ
リを含んだ泥水をポンプにより圧送することでズリの搬
送を行なうのである。
【０００３】図９はトンネルボーリングマシンによるト
ンネル施工に適用されるズリの流体輸送システムの一例
を示す系統図であって、図中符号１はトンネルボーリン
グマシン、２はジェットポンプ、３は泥水タンク、４は
加圧ポンプ、５は圧送管、６は破砕機、７は泥水圧送ポ
ンプ、８は泥水圧送管、９は返送ポンプ、１０は返送管
である。泥水圧送ポンプ７および返送ポンプ９はそれぞ
れ所定距離ごとに多段に設けられている。また、１１は
掘進に伴って泥水圧送管８および返送管１０を延伸させ
るためにその途中に設けられるループ部である。
ンネル施工に適用されるズリの流体輸送システムの一例
を示す系統図であって、図中符号１はトンネルボーリン
グマシン、２はジェットポンプ、３は泥水タンク、４は
加圧ポンプ、５は圧送管、６は破砕機、７は泥水圧送ポ
ンプ、８は泥水圧送管、９は返送ポンプ、１０は返送管
である。泥水圧送ポンプ７および返送ポンプ９はそれぞ
れ所定距離ごとに多段に設けられている。また、１１は
掘進に伴って泥水圧送管８および返送管１０を延伸させ
るためにその途中に設けられるループ部である。
【０００４】この図９に示す流体輸送システムでは、泥
水タンク３の上澄水を加圧ポンプ４により圧送管５を通
してジェットポンプ２に加圧供給し、そのジェット水に
よりズリを取込んで破砕機６に導き、そこでズリを所定
の粒度たとえば最大粒径を４ｃｍ程度にまで破砕した
後、泥水タンク３に投入するようにしている。そして、
泥水タンク３の底部からズリを含む泥水を泥水圧送ポン
プ７により泥水圧送管８を通して坑外まで圧送し、坑外
に配した処理設備（図示せず）においてズリと水とを分
離し、分離したズリは適宜処分するとともに、泥水は返
送ポンプ９により返送管１０を通して泥水タンク３に戻
して循環使用するようにしている。
水タンク３の上澄水を加圧ポンプ４により圧送管５を通
してジェットポンプ２に加圧供給し、そのジェット水に
よりズリを取込んで破砕機６に導き、そこでズリを所定
の粒度たとえば最大粒径を４ｃｍ程度にまで破砕した
後、泥水タンク３に投入するようにしている。そして、
泥水タンク３の底部からズリを含む泥水を泥水圧送ポン
プ７により泥水圧送管８を通して坑外まで圧送し、坑外
に配した処理設備（図示せず）においてズリと水とを分
離し、分離したズリは適宜処分するとともに、泥水は返
送ポンプ９により返送管１０を通して泥水タンク３に戻
して循環使用するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なズリの流体輸送システムは、ほぼ水平なトンネルや緩
傾斜のトンネルを施工する際には支障なく適用し得る
が、近年になって実現しあるいは計画されつつある急勾
配トンネルを施工するに際しては、上記のような流体輸
送システムは以下のような問題を有することから適用で
きないものである。
なズリの流体輸送システムは、ほぼ水平なトンネルや緩
傾斜のトンネルを施工する際には支障なく適用し得る
が、近年になって実現しあるいは計画されつつある急勾
配トンネルを施工するに際しては、上記のような流体輸
送システムは以下のような問題を有することから適用で
きないものである。
【０００６】すなわち、掘進方向に対して急な上り勾
配、たとえば５％（５／１００、tanθ＝０．０５）以
上の上り勾配を持つようなトンネルを施工する際に上記
のシステムを適用すると、上記の泥水圧送管８が坑口へ
向って５％の下り勾配を持つことになるが、そのような
急な下り勾配の泥水圧送管８にズリを含む泥水を泥水圧
送ポンプ７により圧送すると泥水の流下速度が過大とな
って泥水圧送管８内に負圧が生じてしまい、その結果、
泥水圧送ポンプ７が作動不良を起こしたり損傷を受けて
しまう懸念がある。
配、たとえば５％（５／１００、tanθ＝０．０５）以
上の上り勾配を持つようなトンネルを施工する際に上記
のシステムを適用すると、上記の泥水圧送管８が坑口へ
向って５％の下り勾配を持つことになるが、そのような
急な下り勾配の泥水圧送管８にズリを含む泥水を泥水圧
送ポンプ７により圧送すると泥水の流下速度が過大とな
って泥水圧送管８内に負圧が生じてしまい、その結果、
泥水圧送ポンプ７が作動不良を起こしたり損傷を受けて
しまう懸念がある。
【０００７】このため、従来においては上記のようなズ
リの流体輸送システムはせいぜい２％程度の緩勾配トン
ネルの施工に限定され、それ以上の急勾配のトンネルを
施工する際には適用できないものであった。そして、そ
のような急勾配トンネルの施工に際してはダンプトラッ
クやトロッコによる輸送も容易ではなく、したがって今
後急増することが予想される１０％以上もの急勾配トン
ネルの施工の際に適用し得る有効なズリ輸送手段の開発
が急務とされていた。
リの流体輸送システムはせいぜい２％程度の緩勾配トン
ネルの施工に限定され、それ以上の急勾配のトンネルを
施工する際には適用できないものであった。そして、そ
のような急勾配トンネルの施工に際してはダンプトラッ
クやトロッコによる輸送も容易ではなく、したがって今
後急増することが予想される１０％以上もの急勾配トン
ネルの施工の際に適用し得る有効なズリ輸送手段の開発
が急務とされていた。
【０００８】なお、上り勾配が数十度から４５度にもな
る斜坑を施工する場合には、格別の輸送手段を用いずと
もズリを単に自由落下させることで排出し得るが、急勾
配といったところで５％や１０％程度の勾配のトンネル
の場合にはズリが坑口まで自由落下する余地はないか
ら、斜坑施工の際の手法は全く適用できない。
る斜坑を施工する場合には、格別の輸送手段を用いずと
もズリを単に自由落下させることで排出し得るが、急勾
配といったところで５％や１０％程度の勾配のトンネル
の場合にはズリが坑口まで自由落下する余地はないか
ら、斜坑施工の際の手法は全く適用できない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記事情に鑑み、本発明
の施工方法は、掘進方向に対して上り勾配を持つ急勾配
トンネルを施工するに際し、切羽で発生したズリに水を
混合してズリを含む泥水を調整し、そのズリを含む泥水
を、坑口へ向って下り勾配を持ちかつ自由水面を確保し
得るように敷設した流下路により土砂流として坑口へ向
けて自然流下させることでズリの搬出を行なうようにし
たものである。
の施工方法は、掘進方向に対して上り勾配を持つ急勾配
トンネルを施工するに際し、切羽で発生したズリに水を
混合してズリを含む泥水を調整し、そのズリを含む泥水
を、坑口へ向って下り勾配を持ちかつ自由水面を確保し
得るように敷設した流下路により土砂流として坑口へ向
けて自然流下させることでズリの搬出を行なうようにし
たものである。
【００１０】この場合、前記ズリの最大粒径および前記
流下路における水深を、前記流下路の勾配との関連によ
り次式に基づき決定することが良い。
流下路における水深を、前記流下路の勾配との関連によ
り次式に基づき決定することが良い。
【数２】 ｈ＝Ｈ−ｄ 但し、ｄ：ズリの最大粒径、Ｈ：水深、tanθ：流下路
の勾配、ｃ＝ｎ／100 （ｎ：空隙率）、σ：ズリの密度、ρ：水の密度、tan
φ：流下路の摩擦係数である。
の勾配、ｃ＝ｎ／100 （ｎ：空隙率）、σ：ズリの密度、ρ：水の密度、tan
φ：流下路の摩擦係数である。
【００１１】さらに、前記ズリを含む泥水の土砂体積濃
度を前記流下路の勾配との関連により次式に基づき決定
することが良い。 Ｃ＜０．０５６＋０．６０３tanθ Ｃ＝Ｍ／（Ｍ＋ｍ） 但し、Ｃ：土砂体積濃度、Ｍ：ズリの体積（単位時間当
たりの輸送量）、ｍ：水の容積（単位時間当たりの流
量）、tanθ：流下路の勾配である。
度を前記流下路の勾配との関連により次式に基づき決定
することが良い。 Ｃ＜０．０５６＋０．６０３tanθ Ｃ＝Ｍ／（Ｍ＋ｍ） 但し、Ｃ：土砂体積濃度、Ｍ：ズリの体積（単位時間当
たりの輸送量）、ｍ：水の容積（単位時間当たりの流
量）、tanθ：流下路の勾配である。
【００１２】一方、本発明の施工装置は、掘進方向に対
して上り勾配を持つ急勾配トンネルを施工するための装
置であって、トンネルを掘削するトンネルボーリングマ
シンと、該トンネルボーリングマシンにより発生するズ
リを破砕する破砕機と、破砕したズリと水とを混合して
ズリを含む泥水を調整するための泥水タンクと、前記ズ
リを含む泥水を土砂流として自然流下させるべく坑口へ
向けて下がり勾配を持つように敷設される流下路と、前
記泥水タンク内の泥水をズリとともに吸引して前記流下
路の始端まで圧送するためのポンプおよび圧送管とを有
してなるものである。
して上り勾配を持つ急勾配トンネルを施工するための装
置であって、トンネルを掘削するトンネルボーリングマ
シンと、該トンネルボーリングマシンにより発生するズ
リを破砕する破砕機と、破砕したズリと水とを混合して
ズリを含む泥水を調整するための泥水タンクと、前記ズ
リを含む泥水を土砂流として自然流下させるべく坑口へ
向けて下がり勾配を持つように敷設される流下路と、前
記泥水タンク内の泥水をズリとともに吸引して前記流下
路の始端まで圧送するためのポンプおよび圧送管とを有
してなるものである。
【００１３】この場合、前記流下路として前記圧送管よ
り大径の管を用い、かつ、前記圧送管の終端と前記流下
路の始端とを異径管継手を介して接続することが良い。
り大径の管を用い、かつ、前記圧送管の終端と前記流下
路の始端とを異径管継手を介して接続することが良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら説明する。図１は上り勾配が１２％の急勾配
トンネルを施工する際に適用した装置の系統図である
が、図９に示した従来のシステムと共通の構成要素につ
いては同一符号を付してある。
照しながら説明する。図１は上り勾配が１２％の急勾配
トンネルを施工する際に適用した装置の系統図である
が、図９に示した従来のシステムと共通の構成要素につ
いては同一符号を付してある。
【００１５】図９に示した従来のシステムにおいては、
ズリを含む泥水を泥水圧送ポンプ７により圧送管８を通
して圧送していたのに対し、本実施例の装置はズリを含
む泥水を流下路２０によりいわゆる「土砂流」として自
然流下させるようにしたものである。
ズリを含む泥水を泥水圧送ポンプ７により圧送管８を通
して圧送していたのに対し、本実施例の装置はズリを含
む泥水を流下路２０によりいわゆる「土砂流」として自
然流下させるようにしたものである。
【００１６】すなわち、本実施例の装置では、従来のも
のと同様の泥水タンク３にその泥水タンク３内の泥水を
圧送管２１によりズリとともに吸引して流下路２０に圧
送する１台のポンプ２２が設けられ、その圧送管２１の
終端には図２に示すように偏心異径管継手２３を介して
流下路２０の始端が接続されている。流下路２０はトン
ネルの勾配に倣って１２％の下り勾配を持つようにトン
ネルの底部に敷設されており、その先端は坑口の外部に
設けられた泥水槽２４に臨んでいる。泥水槽２４には泥
水とともにズリを処理設備（図示せず）まで圧送するた
めの水中ポンプ２５が配置されている。
のと同様の泥水タンク３にその泥水タンク３内の泥水を
圧送管２１によりズリとともに吸引して流下路２０に圧
送する１台のポンプ２２が設けられ、その圧送管２１の
終端には図２に示すように偏心異径管継手２３を介して
流下路２０の始端が接続されている。流下路２０はトン
ネルの勾配に倣って１２％の下り勾配を持つようにトン
ネルの底部に敷設されており、その先端は坑口の外部に
設けられた泥水槽２４に臨んでいる。泥水槽２４には泥
水とともにズリを処理設備（図示せず）まで圧送するた
めの水中ポンプ２５が配置されている。
【００１７】上記の流下路２０は上記圧送管２１よりも
大径の鋼管により形成されたもので、たとえば圧送管２
１の径は通常４インチ程度であるので、本実施例におい
ては流下路２０としてたとえば８インチ程度の径の鋼管
が用いられている。この流下路２０は、ズリを含む泥水
を従来のように加圧送水するものではなく「土砂流」と
して自然流下させるためのものである。つまり、この流
下路２０は管の形態ではあるものの、従来の泥水圧送管
８のように泥水を満水状態で加圧送水するものではな
く、図３に示すように自由水面を常に確保しつつ重力の
作用のみにより自然流下させるためのものであり、この
点でたとえば樋や開渠等の開水路と同様の機能を有する
ものである。
大径の鋼管により形成されたもので、たとえば圧送管２
１の径は通常４インチ程度であるので、本実施例におい
ては流下路２０としてたとえば８インチ程度の径の鋼管
が用いられている。この流下路２０は、ズリを含む泥水
を従来のように加圧送水するものではなく「土砂流」と
して自然流下させるためのものである。つまり、この流
下路２０は管の形態ではあるものの、従来の泥水圧送管
８のように泥水を満水状態で加圧送水するものではな
く、図３に示すように自由水面を常に確保しつつ重力の
作用のみにより自然流下させるためのものであり、この
点でたとえば樋や開渠等の開水路と同様の機能を有する
ものである。
【００１８】ところで、上記のような土砂流を利用する
ズリ搬送を実現するためには、流下路２０において土砂
流が生じるための水理条件を満足させねばならず、具体
的には流下路２０の勾配、管径、泥水中のズリの粒度や
濃度、等の水理条件を最適に決定する必要がある。そこ
で、本実施例においては、流下路２０の勾配（つまり施
工すべきトンネルの勾配）に対応させて、ズリの最大粒
径、流下路２０における水深、泥水中のズリの濃度（こ
れを土砂体積濃度という）を以下のようにして決定する
こととしている。
ズリ搬送を実現するためには、流下路２０において土砂
流が生じるための水理条件を満足させねばならず、具体
的には流下路２０の勾配、管径、泥水中のズリの粒度や
濃度、等の水理条件を最適に決定する必要がある。そこ
で、本実施例においては、流下路２０の勾配（つまり施
工すべきトンネルの勾配）に対応させて、ズリの最大粒
径、流下路２０における水深、泥水中のズリの濃度（こ
れを土砂体積濃度という）を以下のようにして決定する
こととしている。
【００１９】まず、ズリの最大粒径ｄと、流下路２０の
管径を決定するために必要な水深Ｈとを、流下路２０の
勾配tanθとの関連により次式により決定する。
管径を決定するために必要な水深Ｈとを、流下路２０の
勾配tanθとの関連により次式により決定する。
【数３】 ｈ＝Ｈ−ｄ ここで、ｄ：ズリの最大粒径、Ｈ：水深（図３参照）、
tanθ：流下路の勾配、ｃ＝ｎ／100 （ｎ：空隙率）、
σ：ズリの密度、ρ：水の密度、tanφ：流下路の摩擦
係数である。
tanθ：流下路の勾配、ｃ＝ｎ／100 （ｎ：空隙率）、
σ：ズリの密度、ρ：水の密度、tanφ：流下路の摩擦
係数である。
【００２０】上式は、流下路２０内において「土砂流」
が形成されるための条件である。また、図４は流下路２
０として鋼管を用いることとしてtanφ＝０．４１の値
を採用し、また、ｃ＝０．６７の一般値を採用した場合
における上式をグラフ化したものであり、このグラフに
おける曲線の上方の範囲が上式を満たす範囲（土砂流が
形成される範囲）である。いま、流下路２０の勾配（ト
ンネルの勾配）が１２％であり、したがってtanθ＝
０．１２、かつ、σおよびρがそれぞれ一般的な値であ
る場合には、図４のグラフにおける横軸の値は０．０７
となるから、その場合の条件を満たす縦軸の値ｈ／ｄは
１．７以上となる。したがってこの場合、ズリの最大流
径ｄがたとえば３〜４ｃｍである場合にはｈは５〜７ｃ
ｍ程度以上、つまり水深Ｈは８〜１１ｃｍ程度以上あれ
ば良く、したがって図３に示すように流下路２０内を半
満水状態で流下させる場合には流下路２０の内径（＝２
Ｈ）は１６〜２２ｃｍ程度（概ね呼径８〜１０インチ相
当）以上あれば良いことになる。
が形成されるための条件である。また、図４は流下路２
０として鋼管を用いることとしてtanφ＝０．４１の値
を採用し、また、ｃ＝０．６７の一般値を採用した場合
における上式をグラフ化したものであり、このグラフに
おける曲線の上方の範囲が上式を満たす範囲（土砂流が
形成される範囲）である。いま、流下路２０の勾配（ト
ンネルの勾配）が１２％であり、したがってtanθ＝
０．１２、かつ、σおよびρがそれぞれ一般的な値であ
る場合には、図４のグラフにおける横軸の値は０．０７
となるから、その場合の条件を満たす縦軸の値ｈ／ｄは
１．７以上となる。したがってこの場合、ズリの最大流
径ｄがたとえば３〜４ｃｍである場合にはｈは５〜７ｃ
ｍ程度以上、つまり水深Ｈは８〜１１ｃｍ程度以上あれ
ば良く、したがって図３に示すように流下路２０内を半
満水状態で流下させる場合には流下路２０の内径（＝２
Ｈ）は１６〜２２ｃｍ程度（概ね呼径８〜１０インチ相
当）以上あれば良いことになる。
【００２１】次に、土砂体積濃度Ｃは次式により決定す
る。 Ｃ＜０．０５６＋０．６０３tanθ Ｃ＝Ｍ／（Ｍ＋ｍ） ここで、Ｃ：土砂体積濃度、Ｍ：ズリの体積（単位時間
当たりの輸送量）、ｍ：水の容積（単位時間当たりの流
量）、tanθ：流下路の勾配である。
る。 Ｃ＜０．０５６＋０．６０３tanθ Ｃ＝Ｍ／（Ｍ＋ｍ） ここで、Ｃ：土砂体積濃度、Ｍ：ズリの体積（単位時間
当たりの輸送量）、ｍ：水の容積（単位時間当たりの流
量）、tanθ：流下路の勾配である。
【００２２】上式は、図５に示すような「土砂流」が生
じるための流下路勾配と土砂体積濃度との関係を示す実
験結果から得られた回帰式であって、これからたとえば
１２％勾配（tanθ＝０．１２）の場合にはＣ＝０．１
２以下とすれば良いことがわかる。したがってこの場
合、ズリ輸送量Ｍをトンネルボーリングマシン１の最大
掘進速度６．５ｃｍ／ｍｉｎに対応する発生量である
０．２７ｍ3／ｍｉｎとする場合には、泥水流量ｍ＝
１．９ｍ3／ｍｉｎ程度以上とすれば良いことになり、
これは後述する実験結果ともよく一致する。
じるための流下路勾配と土砂体積濃度との関係を示す実
験結果から得られた回帰式であって、これからたとえば
１２％勾配（tanθ＝０．１２）の場合にはＣ＝０．１
２以下とすれば良いことがわかる。したがってこの場
合、ズリ輸送量Ｍをトンネルボーリングマシン１の最大
掘進速度６．５ｃｍ／ｍｉｎに対応する発生量である
０．２７ｍ3／ｍｉｎとする場合には、泥水流量ｍ＝
１．９ｍ3／ｍｉｎ程度以上とすれば良いことになり、
これは後述する実験結果ともよく一致する。
【００２３】以下に、上記装置によるズリ搬送の有効性
を実証するために行なった実験について述べる。図６は
１２％勾配のトンネルを施工する際に適用することを念
頭においた実験施設の概要を示すもので、流下路（開水
路）となる３５ｍ長の鋼管をトンネル勾配に合わせて１
２％勾配を持たせて設置した。泥水は鋼管の終端（Ｄ
点）に設けたタンク内のポンプにより鋼管の始端（Ａ
点）に供給され、ズリは鋼管の始端にホッパから投入す
るようにした。ズリを含む泥水は鋼管内を自然流下して
タンクに流入し、ここでズリを沈殿、分離して泥水のみ
が鋼管始端まで戻される。泥水流量ｍは実機の容量を考
慮して１．５〜２．２ｍ3／ｍｉｎとした。ズリとして
は実際の施工の際に想定される最大粒径４ｃｍの砂礫を
使用し、その投入量は実機の最大掘進速度６．５ｃｍ／
ｍｉｎに対応する０．２７ｍ3／ｍｉｎとした。また、
使用した鋼管の径（呼径）は１０、８、６インチの３種
類である。
を実証するために行なった実験について述べる。図６は
１２％勾配のトンネルを施工する際に適用することを念
頭においた実験施設の概要を示すもので、流下路（開水
路）となる３５ｍ長の鋼管をトンネル勾配に合わせて１
２％勾配を持たせて設置した。泥水は鋼管の終端（Ｄ
点）に設けたタンク内のポンプにより鋼管の始端（Ａ
点）に供給され、ズリは鋼管の始端にホッパから投入す
るようにした。ズリを含む泥水は鋼管内を自然流下して
タンクに流入し、ここでズリを沈殿、分離して泥水のみ
が鋼管始端まで戻される。泥水流量ｍは実機の容量を考
慮して１．５〜２．２ｍ3／ｍｉｎとした。ズリとして
は実際の施工の際に想定される最大粒径４ｃｍの砂礫を
使用し、その投入量は実機の最大掘進速度６．５ｃｍ／
ｍｉｎに対応する０．２７ｍ3／ｍｉｎとした。また、
使用した鋼管の径（呼径）は１０、８、６インチの３種
類である。
【００２４】上記の実験施設により以下の３項目につい
ての検討と判定を行なった。 水面の安定 ズリを含んだ泥流が安定して流下する水理条件を検討す
る。泥水流量が投入したズリ量を輸送するに充分な能力
があれば、鋼管内を流下するズリを含んだ泥流は一定水
深を保持し、泥流の水面は安定すると考えられる。な
お、水深の経時変化は鋼管の途中のＢ点およびＣ点に設
置した超音波変位計を用いて計測した。 泥水供給停止時のズリの完全流下 ズリの投入終了と同時に泥水の供給を停止した場合に、
鋼管内にズリが残留しない水利条件を検討する。これ
は、実機に適用した場合に想定される泥水供給が不意に
停止した状況を再現するものである。万一、鋼管内にズ
リが残留すれば、閉塞された鋼管を復旧するのに要する
時間的損失は無視できないものとなり、円滑に工事を進
捗させるためにはこの条件を満足する必要がある。 開水路状態の保持 ズリを含んだ泥流が常に開水路状態で流下する条件を検
討する。この条件については鋼管終端の吐出口をビデオ
で監視し、開水路状態が保持されているかをチェックし
た。
ての検討と判定を行なった。 水面の安定 ズリを含んだ泥流が安定して流下する水理条件を検討す
る。泥水流量が投入したズリ量を輸送するに充分な能力
があれば、鋼管内を流下するズリを含んだ泥流は一定水
深を保持し、泥流の水面は安定すると考えられる。な
お、水深の経時変化は鋼管の途中のＢ点およびＣ点に設
置した超音波変位計を用いて計測した。 泥水供給停止時のズリの完全流下 ズリの投入終了と同時に泥水の供給を停止した場合に、
鋼管内にズリが残留しない水利条件を検討する。これ
は、実機に適用した場合に想定される泥水供給が不意に
停止した状況を再現するものである。万一、鋼管内にズ
リが残留すれば、閉塞された鋼管を復旧するのに要する
時間的損失は無視できないものとなり、円滑に工事を進
捗させるためにはこの条件を満足する必要がある。 開水路状態の保持 ズリを含んだ泥流が常に開水路状態で流下する条件を検
討する。この条件については鋼管終端の吐出口をビデオ
で監視し、開水路状態が保持されているかをチェックし
た。
【００２５】実験条件と結果を図７に示す。これによる
と、全ての項目を満足するには、泥水流量が１．９ｍ3
／ｍｉｎ以上、鋼管の呼径が８インチ以上、土砂体積濃
度が０．１２以下であることが必要である。また、参考
のために、上記項目に対する実験結果を図８に示す。
図８は鋼管内における水位の経時変化を示すもので、
（ａ）は表１中のCASE１に対応しており、項目を満足
している。これによると、水面の微小な変動は激しい
が、平均水面は一定で安定していることがわかる。一
方、（ｂ）はCASE３に対応しており、項目を満足して
いない。これによると、時間経過とともに平均水面が上
昇していき、不安定であることがわかる。このように、
投入土砂量に比して泥水流量が充分大きい場合には、平
均水面が安定していることがわかる。
と、全ての項目を満足するには、泥水流量が１．９ｍ3
／ｍｉｎ以上、鋼管の呼径が８インチ以上、土砂体積濃
度が０．１２以下であることが必要である。また、参考
のために、上記項目に対する実験結果を図８に示す。
図８は鋼管内における水位の経時変化を示すもので、
（ａ）は表１中のCASE１に対応しており、項目を満足
している。これによると、水面の微小な変動は激しい
が、平均水面は一定で安定していることがわかる。一
方、（ｂ）はCASE３に対応しており、項目を満足して
いない。これによると、時間経過とともに平均水面が上
昇していき、不安定であることがわかる。このように、
投入土砂量に比して泥水流量が充分大きい場合には、平
均水面が安定していることがわかる。
【００２６】さらに、CASE５に対応する土砂体積濃度は
図５に白丸印としてプロットしてある。図５に示される
土砂流の実験結果は中央粒径が１．４ｍｍの砂粒を用い
たものであるが、ズリの最大粒径を４ｃｍとした本実験
の結果とよく一致していることがわかる。
図５に白丸印としてプロットしてある。図５に示される
土砂流の実験結果は中央粒径が１．４ｍｍの砂粒を用い
たものであるが、ズリの最大粒径を４ｃｍとした本実験
の結果とよく一致していることがわかる。
【００２７】以上で説明したように、本実施例の装置に
よれば、開水路とした流下路２０によってズリを含む泥
水を土砂流として自然流下させることでズリ搬送を行な
うようにしたことにより、ポンプ圧送によらずとも充分
なズリ輸送量を確保できることは言うに及ばず、泥水タ
ンク３から泥水とともにズリを吸引するためのポンプ２
２を１台設けるのみで従来においては多段に設ける必要
のあった泥水圧送ポンプ７は不要となり、また、従来の
場合のように泥水圧送管８内が負圧になるといった事態
が生じる余地がなく、したがって泥水圧送ポンプ７の作
動不良や損傷の懸念を完全に回避できるのみならず、設
備費や運転費を削減することもできるものであり、きわ
めて有効である。
よれば、開水路とした流下路２０によってズリを含む泥
水を土砂流として自然流下させることでズリ搬送を行な
うようにしたことにより、ポンプ圧送によらずとも充分
なズリ輸送量を確保できることは言うに及ばず、泥水タ
ンク３から泥水とともにズリを吸引するためのポンプ２
２を１台設けるのみで従来においては多段に設ける必要
のあった泥水圧送ポンプ７は不要となり、また、従来の
場合のように泥水圧送管８内が負圧になるといった事態
が生じる余地がなく、したがって泥水圧送ポンプ７の作
動不良や損傷の懸念を完全に回避できるのみならず、設
備費や運転費を削減することもできるものであり、きわ
めて有効である。
【００２８】以上で本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されず、適宜の設計的変
更が可能である。たとえば、上記実施例では流下路２０
として管を用いたが、開水路として機能して土砂流を生
ぜしめることができるものである限りにおいては、たと
えば樋のごとき形状のものも採用可能である。但し、そ
の場合、流下路２０から泥水が溢れ出したり跳ね出す懸
念があるから、そのような事態が生じても支障がない場
合に限るか、もしくはその対策を施す必要はある。ま
た、上記実施例では圧送管２１の終端と流下路２０の始
端とを偏心異径管継手２３を介して接続したことによ
り、双方の底面が段差なく連続するので特に好適である
が、流下路２０の形態等によっては他の形態の継手を用
いたり、継手を省略することも可能である。
が、本発明は上記実施例に限定されず、適宜の設計的変
更が可能である。たとえば、上記実施例では流下路２０
として管を用いたが、開水路として機能して土砂流を生
ぜしめることができるものである限りにおいては、たと
えば樋のごとき形状のものも採用可能である。但し、そ
の場合、流下路２０から泥水が溢れ出したり跳ね出す懸
念があるから、そのような事態が生じても支障がない場
合に限るか、もしくはその対策を施す必要はある。ま
た、上記実施例では圧送管２１の終端と流下路２０の始
端とを偏心異径管継手２３を介して接続したことによ
り、双方の底面が段差なく連続するので特に好適である
が、流下路２０の形態等によっては他の形態の継手を用
いたり、継手を省略することも可能である。
【００２９】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明は、開水
路とした流下路によってズリを含む泥水を土砂流として
自然流下させることでズリ搬送を行なう構成であるか
ら、従来のようにポンプ圧送によらずとも充分なズリ輸
送量を確保できるとともに、従来においては多段に設け
ていた泥水圧送ポンプは不要となり、また、圧送管内が
負圧になるといった事態が生じる余地がなく、したがっ
て圧送ポンプの作動不良や損傷の懸念を完全に回避でき
るのみならず設備費や運転費を削減することもできると
いう優れた効果を奏し、急勾配トンネルを施工する際に
適用して好適である。
路とした流下路によってズリを含む泥水を土砂流として
自然流下させることでズリ搬送を行なう構成であるか
ら、従来のようにポンプ圧送によらずとも充分なズリ輸
送量を確保できるとともに、従来においては多段に設け
ていた泥水圧送ポンプは不要となり、また、圧送管内が
負圧になるといった事態が生じる余地がなく、したがっ
て圧送ポンプの作動不良や損傷の懸念を完全に回避でき
るのみならず設備費や運転費を削減することもできると
いう優れた効果を奏し、急勾配トンネルを施工する際に
適用して好適である。
【図１】本発明の実施例である急勾配トンネルの施工装
置を示す全体概略構成図である。
置を示す全体概略構成図である。
【図２】同装置の要部拡大図である。
【図３】流下路を流下する土砂流の模式図である。
【図４】流下路の勾配とズリの流径および水深の関係を
示す図である。
示す図である。
【図５】流下路の勾配と土砂体積濃度との関係を示す図
である。
である。
【図６】本発明の有用性を実証するための実験に用いた
施設概要を示す図である。
施設概要を示す図である。
【図７】同実験の条件および結果を示す図である。
【図８】同実験の結果を示す図である。
【図９】従来一般のズリ流体輸送システムを示す系統図
である。
である。
１ トンネルボーリングマシン ３ 泥水タンク ６ 破砕機 ２０ 流下路 ２１ 圧送管 ２２ ポンプ ２３ 偏心異径管継手（異径管継手）
フロントページの続き (72)発明者 土田 充 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 孟 岩 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 木内 勉 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 岩根 保男 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 深尾 延弘 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 木村 厚之 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 掘進方向に対して上り勾配を持つ急勾配
トンネルを施工するに際し、切羽で発生したズリに水を
混合してズリを含む泥水を調整し、そのズリを含む泥水
を、坑口へ向って下り勾配を持ちかつ自由水面を確保し
得るように敷設した流下路により土砂流として自然流下
させることでズリの搬出を行なうことを特徴とする急勾
配トンネルの施工方法。 - 【請求項２】 前記ズリの最大粒径および前記流下路に
おける水深を、前記流下路の勾配との関連により次式に
基づき決定することを特徴とする請求項１記載の急勾配
トンネルの施工方法。 【数１】 ｈ＝Ｈ−ｄ 但し、ｄ：ズリの最大粒径 Ｈ：水深 tanθ：流下路の勾配 ｃ＝ｎ／100 （ｎ：空隙率） σ：ズリの密度 ρ：水の密度 tanφ：流下路とズリの静止摩擦係数 - 【請求項３】 前記ズリを含む泥水の土砂体積濃度を前
記流下路の勾配との関連により次式に基づき決定するこ
とを特徴とする請求項１または２記載の急勾配トンネル
の施工方法。 Ｃ＜０．０５６＋０．６０３tanθ Ｃ＝Ｍ／（Ｍ＋ｍ） 但し、Ｃ：土砂体積濃度 Ｍ：ズリの体積（単位時間当たりの輸送量） ｍ：水の容積（単位時間当たりの流量） tanθ：流下路の勾配 - 【請求項４】 掘進方向に対して上り勾配を持つ急勾配
トンネルを施工するための装置であって、トンネルを掘
削するトンネルボーリングマシンと、該トンネルボーリ
ングマシンにより発生するズリを破砕する破砕機と、破
砕したズリと水とを混合してズリを含む泥水を調整する
ための泥水タンクと、前記ズリを含む泥水を土砂流とし
て自然流下させるべく坑口へ向けて下がり勾配を持つよ
うに敷設される流下路と、前記泥水タンク内の泥水をズ
リとともに吸引して前記流下路の始端まで圧送するため
のポンプおよび圧送管とを有してなることを特徴とする
急勾配トンネルの施工装置。 - 【請求項５】 前記流下路として前記圧送管より大径の
管を用い、かつ、前記圧送管の終端と前記流下路の始端
とを異径管継手を介して接続してなることを特徴とする
請求項４記載の急勾配トンネルの施工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23311195A JP3496193B2 (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 急勾配トンネルの施工方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23311195A JP3496193B2 (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 急勾配トンネルの施工方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0978980A true JPH0978980A (ja) | 1997-03-25 |
| JP3496193B2 JP3496193B2 (ja) | 2004-02-09 |
Family
ID=16949949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23311195A Expired - Fee Related JP3496193B2 (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 急勾配トンネルの施工方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3496193B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102913249A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-02-06 | 中铁十九局集团有限公司 | 斜井横向贯通正洞单喇叭挑高施工方法 |
| CN105781559A (zh) * | 2016-04-11 | 2016-07-20 | 中铁六局集团有限公司 | 陡坡斜井风道进主洞挑顶施工方法 |
| CN113605903A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-05 | 四川公路桥梁建设集团有限公司 | 一种快速、简单、易操作、新异锚碇隧道或拱座硐室开挖与衬砌方法 |
-
1995
- 1995-09-11 JP JP23311195A patent/JP3496193B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102913249A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-02-06 | 中铁十九局集团有限公司 | 斜井横向贯通正洞单喇叭挑高施工方法 |
| CN102913249B (zh) * | 2012-10-30 | 2014-08-27 | 中铁十九局集团有限公司 | 斜井横向贯通正洞单喇叭挑高施工方法 |
| CN105781559A (zh) * | 2016-04-11 | 2016-07-20 | 中铁六局集团有限公司 | 陡坡斜井风道进主洞挑顶施工方法 |
| CN113605903A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-05 | 四川公路桥梁建设集团有限公司 | 一种快速、简单、易操作、新异锚碇隧道或拱座硐室开挖与衬砌方法 |
| CN113605903B (zh) * | 2021-08-31 | 2024-04-09 | 四川公路桥梁建设集团有限公司 | 一种快速、简单、易操作、新异锚碇隧道或拱座硐室开挖与衬砌方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3496193B2 (ja) | 2004-02-09 |
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