JPH10231685A - 泥水式掘削システムおよび泥水処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 増粘剤が添加された泥水に対して、掘削坑内
において、凝集剤を添加することにより、排泥の初期段
階で泥水の粘性物質をフロックとして排泥効率を高める
とともに地上でのシルト粘土等の分級時間を短縮し、か
つ、泥水処理設備の占有面積を大幅に削減することがで
きる泥水式掘削システムおよび泥水処理方法を提供する
こと。 【解決手段】 送泥管４４を介し泥水処理設備３０から
切羽４６へ送泥水を供給するとともに、排泥管４８を介
して切羽４６から泥水処理設備３０へ排泥水を供給する
泥水式掘削システムにおいて、泥水の粘性を高めるため
に増粘剤を泥水に添加する増粘剤添加装置５０と、凝集
作用により泥水の粘性を低下させるために前記増粘剤添
加後の泥水に凝集剤を添加する凝集剤添加装置５３と、
前記増粘剤添加装置５０および前記凝集剤添加装置５３
を制御する制御装置６２とを含んで構成し、前記増粘剤
を送泥水に添加し、前記凝集剤を前記排泥管中の排泥水
に添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、泥水式掘削技術に
おいて、泥水処理の省力化および高速化並びに泥水処理
設備の省面積化を図った泥水式掘削システムおよび泥水
処理方法に関する。

【０００２】

【背景技術】従来より泥水式掘削システムおよび泥水処
理方法は、各種の分野において広く用いられている。特
に、泥水工法の分野では、例えば泥水式シールド工法
や、安定液を用いたリバース工法および地中連続壁工法
等において、工事に使用した排泥水を処理するために用
いられている。

【０００３】このような泥水式掘削システムにおける泥
水処理設備は通常、地上に設けられることが多いため、
現場用地の制約から設置スペースが小さく、かつ、柔軟
性のあるレイアウトが要求され、しかも工事現場からの
排泥水を効率よく処理できる能力も要求される。

【０００４】例えば、泥水式シールド工法を例に取る
と、掘削機内で切羽の安定に用いられた泥水は、掘削土
砂と攪拌混合され、排泥ポンプおよび中継ポンプによっ
て加圧されることにより、排泥管を介して地上の泥水処
理設備へ送り返される。泥水処理設備では、送り返され
た泥水から土砂成分を分離除去し、必要な成分調整した
後、再度掘削機に向け送り出す。

【０００５】図５に示すように、前記泥水処理設備は通
常、１次処理設備と、２次処理設備と、３次処理設備と
を含んで構成される。

【０００６】掘削機から地上に送られてくる排泥水は、
１次処理設備で処理された後、調整槽３に貯えられる。
１次処理設備では、振動篩４および液体サイクロンを用
いて粒径７４μｍ以上の砂礫等が除去されることによ
り、７４μｍ未満のシルト粘土等を含んだ泥水となって
調整槽３に貯えられる。１次処理設備で分級された砂礫
等は、ベルトコンベヤー５を介してホッパー１３に貯え
られ、ダンプトラック１１等で排土として搬出される。

【０００７】調整槽３に貯えられた泥水は、作泥設備１
６により増粘剤等が加えられて粘性等が調整され、さら
に清水槽２から水が供給されて密度等が調整されること
により、その成分調整が行われ、送泥管を介して再度掘
削機に向け送り出される。

【０００８】このような調整槽３内における成分調整を
行う場合に、清水槽２から送られる水により、調整槽３
内の泥水がオーバーフローする。オーバーフローした泥
水は余剰泥水として余剰泥水槽１２に貯えられる。余剰
泥水は２次処理設備で処理され、水とそれ以外のシルト
粘土等とに分離される。分離されたシルト粘土等は固化
されてホッパー１４に貯留される。そして、ホッパーに
貯留された土砂は、ダンプトラック１１等により産業廃
棄物の中間処理場等へ運び出される。

【０００９】従来、２次処理設備においては、余剰泥水
層から供給された泥水は、凝集剤貯槽から供給された凝
集剤が添加され、フィルタープレスで極めて高い圧力で
圧縮され、圧縮されたいわゆるケーキと水とに分離され
ていた。分離されたケーキは固まった状態で搬出され、
ベルトコンベヤーにより、ホッパーに搬入され、水は３
次処理設備で濁度調整等の処理がされて放流されてい
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の泥
水式掘削システムにおいては、以下の問題点があった。
まず、切羽から泥水処理設備へ泥水が送り返される際、
泥水には増粘剤等が添加されているので、流動性が悪い
状態となっているため、高い加圧能力のある排泥ポンプ
および中継ポンプを適用しなければならなかった。その
上、掘進距離に合わせて２００ｍ〜４００ｍ毎に中継ポ
ンプの台数も増やしていかなければならなかった。

【００１１】また、フィルタープレスにおいては、泥水
が極めて高い圧力で圧縮されるため、フィルタープレス
自体に高度の機械的強度が必要とされ、さらに掘削機掘
進に伴う大量の泥水を処理しなければならないため、必
然的にフィルタープレスが大型化し、かつ高価なものと
なってしまっていた。この結果として、２次処理設備全
体が大型化するという問題点があった。特に、トンネル
工事が行われる都市部においては、工事に必要な土地を
確保することは、近年ますます難しい状況となってお
り、トンネル工事を行う上での大きな制約となってい
た。

【００１２】さらに、フィルタープレスから排出された
ケーキは、日にちが経つと崩れてしまうような状態のた
め、ケーキを貯留する土砂ピットが地上に設けられ、そ
こにケーキと共に大量の固化剤や安定剤が添加され、何
時間もかけて固化され、固化された状態のケーキがバッ
クホー等によりダンプトラックに積込まれ、処理場に運
ばれていた。このため、固化処理に多大な地上面積が必
要であり、固化時間もかかるという問題点があった。時
には、泥水処理設備で泥水を処理しきれないという理由
で掘削機が掘進できないという場合もあった。

【００１３】本発明の目的は、増粘剤が添加された泥水
に対して、掘削坑内において、凝集剤を添加することに
より、排泥の初期段階で泥水の粘性物質をフロック（団
粒）として排泥効率を高めるとともに地上でのシルト粘
土等の分級時間を短縮し、かつ、泥水処理設備の占有面
積を大幅に削減することができる泥水式掘削システムお
よび泥水処理方法を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
送泥管を介し地上の泥水処理設備から切羽へ泥水を供給
するとともに、排泥管を介し切羽から地上の泥水処理設
備へ泥水を供給する泥水式掘削システムにおいて、泥水
の粘性を高めるための増粘剤を泥水に添加する増粘剤添
加装置と、凝集作用により泥水の粘性を低下させるため
の凝集剤を泥水に添加する凝集剤添加装置とを有し、前
記増粘剤添加装置から増粘剤を送泥管および排泥管の少
なくとも一方の泥水に添加し、増粘剤の添加後に前記凝
集剤添加装置から凝集剤を送泥管および排泥管の少なく
とも一方の泥水に添加することを特徴とする。

【００１５】本発明によれば、増粘剤が添加された泥水
に凝集剤を添加することにより、泥水中の粘性物質が凝
集して泥水の粘性が低下するので、泥水の流動性が高ま
るため、排泥ポンプや中継ポンプが低圧力でも排泥でき
る。その上、必要な中継ポンプ台数も少なくて済む。ま
た、凝集作用により、泥水中の粘性物質が粒径の大きな
フロックとなるため、泥水処理設備での分級処理が容易
となる。

【００１６】また、排泥中に固化効果が生じるため、地
上の固化設備等の削減により、泥水処理設備の大幅な省
面積化を実現できる。さらに、泥水中の粘性物質を排泥
中にフロック化することができるため、第１段階の分級
処理だけで分級することができ、分級処理時間を大幅に
短縮することができる。

【００１７】請求項２記載の発明は、請求項１におい
て、前記増粘剤添加装置から増粘剤を送泥管の泥水に添
加し、増粘剤の添加後に前記凝集剤添加装置から凝集剤
を送泥管の泥水に添加することを特徴とする。

【００１８】本発明によれば、切羽の地山自体が粘性の
高い粘土層等の場合でも、フロックの生成によって粘性
が低下した適切な泥水を切羽に供給することができ、さ
らに、排泥の際も粘性が低下して流動性の高い状態で排
泥できる。

【００１９】請求項３記載の発明は、請求項１におい
て、前記増粘剤添加装置から増粘剤を送泥管の泥水に添
加し、増粘剤の添加後に前記凝集剤添加装置から凝集剤
を排泥管の泥水に添加することを特徴とする。

【００２０】本発明によれば、増粘剤が添加された送泥
水を切羽の掘削土砂と混合した後、凝集剤を排泥管側の
排泥水に添加する。これにより、切羽の地山自体が粘性
の低い砂礫層等の場合でも、泥水の粘性が高い状態で切
羽に到達させることができ、さらに、排泥時にはフロッ
クの生成によって粘性の低い、つまり流動性のよい状態
で効率的に排泥できるため、最適な泥水式掘削システム
を実現できる。

【００２１】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれかにおいて、前記増粘剤は、アニオン性基を有する
高分子化合物であることを特徴とする。また、請求項１
４記載の発明は、請求項１３において、前記増粘剤は、
アニオン性基を有する高分子化合物であることを特徴と
する。アニオン性基を有する高分子化合物としては、具
体的には、ポリアクリル酸ナトリウム、アルギン酸ナト
リウム、アクリルアミド−アクリル酸ナトリウム共重合
物、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、
カルボキシメチルセルロース、ポリアクリルアミドの部
分加水分解物、ポリメタクリルアミドの部分加水分解物
等があり、特に、ポリアクリル酸ナトリウムが好まし
い。また、請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいず
れかにおいて、前記凝集剤は、多価金属イオンを生成す
る物質であることを特徴とする。また、請求項１５記載
の発明は、請求項１３または１４のいずれかにおいて、
前記凝集剤は、多価金属イオンを生成する物質であるこ
とを特徴とする。凝集剤は、アルミニウム、バリウム、
カルシウム、ストロンチウム、マグネシウム、鉄、鉛、
銅、亜鉛等の多価金属イオンを生成する物質であり、具
体的には、ポリ塩化アルミニウム、塩化カルシウム、硫
酸アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄等があり、特に、ポリ
塩化アルミニウムが好ましい。

【００２２】これらの発明によれば、増粘剤を構成する
アニオン性基を有する高分子化合物と、凝集剤を構成す
る多価金属イオンとを用いることにより、これらが縮合
重合して架橋高分子が生成され、この架橋高分子に粘性
物質が取り込まれ、フロックが形成される。フロックが
形成されることにより、泥水の粘性が下がり、送排泥が
容易となり、泥水処理設備での分級処理を容易にするこ
とができる。

【００２３】請求項７記載の発明は、請求項１〜６のい
ずれかにおいて、前記泥水式掘削システムを、チャンバ
ー内に泥水を供給して掘削機により切羽を掘削する泥水
式シールド工法に適用することを特徴とする。

【００２４】本発明によれば、シルト粘土等も１次処理
設備で分級できるため、２次処理以降の処理に必要な設
備が不要となり、泥水処理設備面積を省面積化できる。
また、凝集作用によって排泥管中の泥水の流動性がよく
なることにより、掘削機の掘進に伴う中継ポンプ台数の
追加も少なくて済む。

【００２５】請求項８記載の発明は、請求項１〜３およ
び５〜７のいずれかにおいて、前記送泥管に設けられて
泥水を撹拌する撹拌装置を有し、前記増粘剤を泥水に添
加した後に撹拌装置により泥水を撹拌し、撹拌した後の
泥水に前記凝集剤を添加することを特徴とする。

【００２６】本発明によれば、撹拌装置による撹拌後の
泥水は均質な状態となるため、凝集時にいわゆる継粉を
防止することができる。このような均質状態の泥水に凝
集剤を添加することにより、泥水に対して増粘剤および
凝集剤による架橋吸着作用がまんべんなく生じるため、
より効果的な凝集が行える。

【００２７】請求項９記載の発明は、請求項１〜３およ
び５〜８のいずれかにおいて、前記増粘剤添加装置、前
記凝集剤添加装置および前記撹拌装置は、切羽を掘削す
る掘削機後方に移動可能に設置されていることを特徴と
する。

【００２８】本発明によれば、増粘剤添加装置、凝集剤
添加装置および撹拌装置等を移動可能とすることによ
り、掘削機の掘進に伴い、最適なタイミングで添加剤を
添加することができる上、添加剤添加装置等を１箇所に
まとめることにより、増粘剤添加装置等の制御を容易に
することができる。

【００２９】請求項１０記載の発明は、請求項１〜９の
いずれかにおいて、送泥管に設けられて送泥管内を流れ
る泥水の粘性を測定する振動式粘度計を有することを特
徴とする。

【００３０】本発明によれば、粘度計による泥水の測定
前に凝集剤を添加するので、切羽到達時の泥水の粘性を
正確に測定できるため、添加剤の添加量および掘削機の
掘進制御を最適化できる。

【００３１】請求項４記載の発明は、掘削土砂と、泥水
の粘性を高めるための増粘剤と、を含む泥水を、排泥管
を介し泥水処理設備に供給する泥水式掘削システムにお
いて、凝集作用により泥水の粘性を低下させるための凝
集剤を泥水に添加する凝集剤添加装置を有し、前記凝集
剤添加装置から凝集剤を排泥管の泥水に添加することを
特徴とする。また、請求項１３記載の発明は、掘削土砂
と、泥水の粘性を高めるための増粘剤と、を含む泥水
を、排泥管を介し泥水処理設備に供給する泥水処理方法
において、凝集作用により泥水の粘性を低下させるため
の凝集剤を前記排泥管の泥水に添加することを特徴とす
る。また、請求項１１記載の発明は、請求項４〜６のい
ずれかにおいて、前記泥水式掘削システムを、溝孔に泥
水を満たしてリバースサーキュレーションドリル機によ
り切羽を掘削するリバース工法に適用することを特徴と
する。

【００３２】これらの発明によれば、ドリルロッドの下
方の排泥管に凝集剤を投入することにより、増粘剤の添
加された排泥水と混合されてフロックが生成され、排泥
水の粘性が下がるため、排泥ポンプの加圧力を下げた状
態で排泥できる。また、泥水中の粘性物質の凝集が活発
となってフロックが生成されるので、沈殿槽での沈殿が
速くなるため、効率的に泥水処理できる。

【００３３】請求項１２記載の発明は、請求項４〜６の
いずれかにおいて、前記泥水式掘削システムを、溝孔に
泥水を満たして回転式掘削機により切羽を掘削する地中
連続壁工法に適用することを特徴とする。

【００３４】本発明によれば、排泥管に凝集剤を投入す
ることにより、増粘剤の添加された排泥水と混合されて
フロックが生成され、排泥水（安定液）中の粘性物質の
粘性が下がるため、排泥ポンプの加圧力を下げた状態で
排泥できる。また、フロックが生成されることにより、
泥水処理設備において、土砂等を効率的に分級できる。

【００３５】なお、上記の発明は、泥水式シールド工
法、リバース工法、地中連続壁工法に限らず、泥水式推
進工法、浚渫工法等にも適用できる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を泥水式掘削システ
ムに適用した好適な実施の形態について、図面を参照し
つつ詳細に説明する。

【００３７】（第１の実施の形態）図１は、本発明を適
用した泥水式シールド掘進システムを示す。この泥水式
シールド掘進システムは、掘削機３４と、切羽安定制御
システム４９と、送泥システム４３と、排泥システム４
７と、泥水処理設備３０とを有する。泥水式シールド掘
進システムにおいては、地上に設けられた泥水処理設備
３０から発進立坑３２が所定深さまで掘削され、この発
進立坑３２の底部位置から掘削機３４が地中を横方向に
掘進してセグメントを組みながらトンネル３６が構築さ
れている。

【００３８】泥水処理設備３０から送泥システム４３を
介して掘削機３４内部のチャンバー４２に送られ、切羽
４６の安定に用いられた泥水は、チャンバー４２内で掘
削土砂と攪拌混合されたスラリーとされ、排泥システム
４７を介して泥水処理設備３０へ送り返される。泥水処
理設備３０では、送り返されたスラリーから土砂等が分
級され、必要な成分調整が行われた後、再度掘削機３４
に向け、送り出される。

【００３９】掘削機３４は、切羽４６を切り崩すカッタ
ーディスク４０と、泥水や掘削土砂の浸入を防ぐ隔壁４
１と、カッターディスク４０と隔壁４１の間にあり、内
部に泥水を満たして切羽を安定させるチャンバー４２と
を含んで構成される。

【００４０】切羽安定制御システム４９は、図２に示す
ように、掘削機３４の後方に位置し、切羽４６の状態に
応じて送泥水に増粘剤、目詰め剤、凝集剤等を添加し、
切羽４６の安定を図るためのシステムであり、添加剤供
給装置と、測定装置と、制御装置６２とを含んで構成さ
れる。

【００４１】この添加剤供給装置は、増粘剤タンク５０
と、目詰め剤タンク５２と、凝集剤タンク５３と、増粘
剤、目詰め剤、凝集剤のそれぞれを添加するためのスネ
ークポンプ５６、５８、５９と、スネークポンプ５６、
５８、５９を制御するポンプ制御装置７２、７４、７６
と、スタティックミキサー５４とを含んで構成される。
具体的には、増粘剤タンク５０、目詰め剤タンク５２、
凝集剤タンク５３は、トンネル３６内における掘削機３
４後方に連結された後方台車（図示せず）上に設置され
ている。この後方台車のある位置における送泥管４４に
は、スタティックミキサー５４が介在している。このス
タティックミキサー５４には、スネークポンプ５６、５
８を介し、増粘剤タンク５０、目詰め剤タンク５２が接
続されている。

【００４２】増粘剤は、泥水に添加され、泥水の粘性を
高めるために使用される。増粘剤としては、アニオン性
基を有する高分子化合物、例えば、アルギン酸ナトリウ
ム、ポリアクリル酸ナトリウム等があるが、特にポリア
クリル酸ナトリウムが好ましい。目詰め剤は、泥水に添
加され、切羽において、地山の間隙を埋めるために使用
される。凝集剤は、泥水中の粘性物質を凝集させるため
に使用される。凝集剤としては、アルミニウム、バリウ
ム、カルシウム、ストロンチウム、マグネシウム等の多
価金属イオンを生成する物質、例えば、これらの金属の
塩化物、炭酸塩、硫酸塩等を例示することができ、具体
的には塩化カルシウム、ポリ塩化アルミニウム等がある
が、特にポリ塩化アルミニウムが好ましい。

【００４３】凝集剤は、増粘剤添加後の泥水と混合され
て使用される。図７に示すように、増粘剤を構成するア
ニオン性基を有する高分子化合物９６と、凝集剤を構成
する多価金属イオン９７とが縮合重合して架橋高分子が
生成され、この架橋高分子に粘性物質９５が取り込ま
れ、フロック（団粒）９８が形成される。フロック９８
が形成されることにより、泥水の粘性が下がり、送排泥
が容易となり、泥水処理設備３０での分級処理が行いや
すくなる。

【００４４】測定装置は、図２に示すように、流量計６
４、６６と、密度計６８、７０と、粘度計６０とを含ん
で構成される。流量計６４、密度計６８および粘度計６
０は、送泥水の流量、密度および粘性を測定するため、
スタティックミキサー５４と掘削機３４との間の送泥管
４４に設置されている。流量計６６は排泥水の流量を、
また密度計７０は排泥水の密度を測定するため、掘削機
３４後方の排泥管４８に設置され、これらの流量計６
４、６６、密度計６８、７０および粘度計６０が制御装
置６２に接続されている。

【００４５】粘度計６０は、図２に示すように、増粘
剤、目詰め剤および凝集剤と混合されて撹拌された直後
の泥水の粘性を測定し、その粘性データを制御装置６２
に送るもので、例えば、図６に示すようなものが採用で
きる。図６に示す粘度計６０は、振動式粘度計であっ
て、センサーユニット７７内に電磁コイル７９、８０
と、振動棒９４とを含んで構成される。この振動棒９４
は、後端に磁石７８が設けられ、磁石７８が電磁コイル
７９、８０間に配置され、先端が測定する泥水に差し込
まれることにより泥水粘性が測定される。振動棒９４
は、電磁コイル７９に電流が流されることにより、電磁
コイル７９、８０間で振動する。泥水中の粘性により、
この振動の振幅は減衰される。他方の電磁コイル８０に
より、電流の変化が検知されて振幅減衰量が測定され
る。この測定結果が制御装置６２に送られ、制御装置６
２により測定結果と基準の振幅減衰量とが照合されて泥
水の粘性が決定される。この粘度計６０は、振動棒９４
の振幅が大きいので泥水の流速や他の機械の振動等によ
る影響を受けにくいため、リアルタイムかつ正確に泥水
の粘性を測定できる。

【００４６】図２に示す制御装置６２は、切羽４６の状
況を検出した切羽データに基づいて演算を行い、ポンプ
制御装置７２、７４および７６を制御する。切羽データ
は、水圧計による切羽水圧と、トルク検出計によるカッ
タートルクと、カッタースリット開度と、地中レーダ等
による土層判別データとを含んで構成される。制御装置
６２は、切羽データ、粘度計６０からの粘性データ、流
量計６４、６６による流量データおよび密度計６８、７
０による密度データを演算し、掘削乾砂量、掘削偏差流
量、増粘剤添加量、目詰め剤添加量および凝集剤添加量
を算出し、ポンプ制御装置７２、７４、７６を制御して
増粘剤タンク５０、目詰め剤タンク５２および凝集剤タ
ンク５３からの増粘剤、目詰め剤および凝集剤を添加す
る。

【００４７】図１に示すように、送泥システム４３は、
泥水処理設備３０から掘削機３４までの泥水の輸送路で
ある送泥管４４と、泥水を加圧して送る送泥ポンプ２１
とを含んで構成される。この送泥システム４３において
は、後述する調整槽３から取出した送泥水が送泥ポンプ
２１で加圧され、送泥管４４を介して、チャンバー４２
まで送られる。

【００４８】図１に示すように、排泥システム４７は、
掘削機３４から泥水処理設備３０までの泥水の輸送路で
ある排泥管４８と、泥水を加圧して送る排泥ポンプ２２
と、中継ポンプ２３とを含んで構成される。この排泥シ
ステム４７においては、切羽４６掘削により生じた土砂
と送泥システム４３により供給された送泥水がチャンバ
ー４２内で撹拌され、撹拌後の排泥水が排泥ポンプ２２
により加圧され、排泥管４８を介して中継ポンプ２３で
加圧されながら泥水処理設備３０に送り返される。

【００４９】図１に示すように、泥水処理設備３０は、
振動篩４と、ホッパー１３と、サイクロン１７と、清水
槽２と、調整槽３と、濁水処理設備２４とを含んで構成
される。この泥水処理設備３０においては、排泥システ
ム４７から泥水処理設備３０まで送り返された排泥水が
サイクロン１７、振動篩４により分級される。泥水中の
土粒子のうち粒径の大きいものは、ホッパー１３で貯留
後、ダンプトラック１１により処理場まで運ばれる。ま
た、水に近い性状の泥水は、サイクロン１７により取り
出され、調整槽３まで送られる。また、振動篩４で取り
出される粒径より細かいが、サイクロン１７により取り
出されない程度の粒径の泥水は、振動篩４を介して再び
サイクロン１７に投入され、循環的に分級される。一
方、調整槽３に送られた泥水は、清水層２から供給され
た清水と混合され、所定の性状に調整された後、送泥シ
ステム４３により再び切羽４６まで送られる。また、送
泥に使用されない余剰泥水は、濁水処理設備２４により
安全な性状になるよう処理され、放流される。

【００５０】本実施の形態によれば、以下の作用効果を
奏する。

【００５１】図２に示すように、送泥管４４上で増粘剤
および目詰め剤が添加された泥水がスタティックミキサ
ー５４で撹拌された後、凝集剤が泥水に添加されること
により、地山自体の粘性が高い粘土層等に対して送泥水
の粘性を低下させる必要がある場合、切羽到達前に送泥
水にフロックを生じさせ、泥水の粘性を低下させること
ができる。増粘剤添加後の送泥水は、特別な撹拌装置を
有さない場合でも、ポンプ内やチャンバー４２内等で撹
拌されるが、特に、スタティックミキサー５４を用いれ
ば、撹拌後の泥水は均質な状態となり、いわゆる継粉を
防止することができる。このような均質状態の泥水に凝
集剤を添加することにより、泥水に対して増粘剤および
凝集剤による架橋吸着作用がまんべんなく生じるため、
より効果的な凝集が行える。

【００５２】また、凝集剤添加による泥水中の粘性物質
の凝集により、泥水の粘性が低下するため、チャンバー
４２や破砕装置での粘性物質の貼りつきを防止できる
上、泥水の流動性が高まるため、排泥ポンプ２２や中継
ポンプ２３が低圧力でも排泥できる。その上、必要な中
継ポンプ２３台数も少なくて済む。

【００５３】さらに、凝集作用により、泥水中の粘性物
質が粒径の大きなフロックとなるため、泥水処理設備３
０での分級処理が容易となる。また、粘度計６０による
泥水の測定前に凝集剤を添加するので、切羽４６到達時
の泥水の粘性を正確に測定できるため、添加剤の添加量
および掘削機３４の掘進制御を最適化できる。

【００５４】さらに、増粘剤添加装置、目詰め剤添加装
置、凝集剤添加装置および撹拌装置を掘削機３４後方に
移動可能に設置している。移動可能とすることにより、
掘削機３４の掘進に伴い、最適なタイミングで添加剤を
添加することができる上、添加剤添加装置等を１箇所に
まとめることにより、添加剤装置等の制御を容易にする
ことができる。

【００５５】これらの効果により、切羽４６の地山自体
が粘性の高い粘土層等の場合でも、フロックの生成によ
って粘性を下げた適切な泥水を切羽４６に供給すること
ができ、さらに、排泥の際も粘性を下げて流動性の高い
状態で排泥できるため、最適な泥水式シールド掘進シス
テムを実現できる。また、従来の泥水処理設備は、図５
に示すように、増粘剤貯留槽１０等の各種添加剤添加設
備や、フィルタープレス７等の固化設備等が必要なた
め、大きな面積を必要としたが、本発明によれば、各種
添加剤添加設備をトンネル内に移すことおよび前記凝集
効果により増粘剤貯留槽１０等の各種添加剤添加設備や
フィルタープレス７等の固化設備等の削減により、図４
に示すように従来の半分以下の面積で泥水処理設備を実
現できる。さらに、泥水中の粘性物質を排泥中にフロッ
ク化することができるため、第１段階の分級処理だけで
シルト粘土等も分級することができ、分級処理時間を大
幅に短縮することができる。

【００５６】（第２の実施の形態）本実施の形態は、泥
水式シールド掘進システムの他の例に関するものであ
る。

【００５７】図３に示すように、本実施の形態において
は、排泥システム４７側において凝集剤を添加している
点で第１の実施の形態と異なる。すなわち、凝集剤タン
ク５３、ポンプ制御装置７６、スネークポンプ５９は、
排泥水が流量計６６を通過した直後に排泥管４８に凝集
剤が添加されるよう構成されている。なお、この他の構
成は第１の実施の形態で示したものと同様であるため、
説明は省略する。本実施の形態においては、増粘剤、目
詰め剤が添加された泥水がスタティックミキサー５４で
撹拌され、粘度計６０、流量計６４、密度計６８で送泥
水の性状が測定され、泥水が切羽４６の掘削土砂と混合
された後、密度計７０、流量計６６により排泥水の性状
が測定された後、凝集剤が排泥管４８側の排泥水に添加
される。

【００５８】これにより、切羽４６の地山自体が粘性の
低い砂礫層等の場合でも、泥水の粘性を上げた状態で切
羽４６に到達させることができ、さらに、排泥時にはフ
ロックの生成によって粘性を下げた、つまり流動性のよ
い状態で効率的に排泥できる。なお、凝集剤を添加する
タイミングは早い程よい。早めに泥水の粘性が下がるこ
とにより、排泥効率が向上するからである。また、密度
計７０、流量計６６による泥水の測定後に凝集剤を添加
するので、切羽４６掘削前後の泥水の測定値の変化から
切羽４６の状態を正確に判別できるため、添加剤の添加
量および掘削機３４の掘進制御を最適化できる。これら
の効果により、切羽４６の地山自体が粘性の低い砂礫層
等の場合でも、切羽４６では増粘剤により粘性を適正に
上げ、排泥の際には粘性を低下させることができるた
め、最適な泥水式シールド掘進システムを実現できる。

【００５９】なお、本発明による泥水中の粘性物質を凝
集させる方法には、上記のように、送泥管の泥水に増粘
剤を添加した後に送泥管または排泥管の泥水に凝集剤を
添加する方法以外にも種々の方法が適用できる。例え
ば、送泥管の泥水に、増粘剤を添加して凝集剤を添加し
た後、さらに、排泥管の泥水に凝集剤を添加する方法
や、送泥管の泥水に増粘剤を添加した後、さらに、排泥
管の泥水に増粘剤を添加して凝集剤を添加する方法や、
送泥管の泥水に、増粘剤を添加して凝集剤を添加した
後、さらに、排泥管の泥水にも、増粘剤を添加して凝集
剤を添加する方法や、排泥管の泥水にのみ、増粘剤を添
加して凝集剤を添加する方法等が適用できる。

【００６０】（第３の実施の形態）本実施の形態は、図
８に示すように、リバース工法に本発明を適用した例を
示す。リバース工法で用いられるリバース式掘削システ
ムは、リバースサーキュレーションドリル機１００と、
送泥システムと、排泥システムと、泥水処理設備とを有
する。

【００６１】リバースサーキュレーションドリル機１０
０は、掘削ビット１２０と、リバースサーキュレーショ
ンドリル機１００を安定させるスタビライザー１０８
と、掘削ビット１２０を掘進させるスライドロッド１２
１と内部で泥水を輸送するドリルロッド１２２と、リバ
ースサーキュレーションドリル機１００を口元に固定す
るためのベース１０４と、リバースサーキュレーション
ドリル機１００を回転させるロータリーテーブル１０５
とを含んで構成される。送泥システムは、泥水処理設備
から溝孔１０２までの泥水の輸送路である送泥管１２４
と、泥水を加圧して送る送泥ポンプ１２６とを含んで構
成される。排泥システムは、リバースサーキュレーショ
ンドリル機１００から泥水処理設備までの泥水１０３の
輸送路である排泥管１２３と、泥水を加圧して送る排泥
ポンプ１２５とを含んで構成される。泥水処理設備は、
リバースサーキュレーションドリル機１００から供給さ
れた泥水１０３を貯留する沈殿槽１２７と、沈殿槽１２
７の表面水を貯留する調整槽１２８と、凝集剤タンク１
０９と、凝集剤投入管１０７とを含んで構成される。

【００６２】リバース工法は通常、以下の手順で行われ
る。まず、地面に口元ケーシング１０６が圧入され、地
面が掘削されて口元１０１が形成される。口元１０１に
設置されたリバースサーキュレーションドリル機１００
が用いられ、口元１０１から掘削されて溝孔１０２が形
成される。このリバースサーキュレーションドリル機１
００は、口元１０１上に設置されたベース１０４にロー
タリーテーブル１０５が取り付けられ、ロータリーテー
ブル１０５に内部中空のドリルロッド１２２が垂下支持
され、ドリルロッド１２２の先端に掘削ビット１２０が
取り付けられている。ロータリーテーブル１０５および
ドリルロッド１２２により掘削ビット１２０が回転さ
れ、掘削ビット１２０の回転により掘削されて溝孔１０
２が形成される。掘削時の回転による揺れを低減させる
ため、ドリルロッド１２２にはスタビライザー１０８が
取り付けられている。排泥ポンプ１２５により、ドリル
ロッド１２２および排泥管１２３を介して、掘削された
土砂等が増粘剤等の添加された泥水１０３と共に吸い上
げられ、沈殿槽１２７に導かれ、土砂等が沈殿される。
沈殿槽１２７の表面水が調整槽１２８に供給される。調
整槽１２８に供給された泥水に増粘剤等が添加されて溝
孔１０２の安定に適した性状に調泥される。調泥された
泥水は、調整槽１２８中に設置した送泥ポンプ１２６に
より、送泥管１２４を介して溝孔１０２に還流される。

【００６３】以上がリバース工法における掘削時の手順
であるが、本発明に基づき、凝集剤タンク１０９から凝
集剤投入管１０７を介し、ドリルロッド１２２の下方の
排泥管１２３における投入点１２９まで凝集剤を送る。
投入点１２９に凝集剤を投入することにより、増粘剤の
添加された排泥水と凝集剤とが混合されてフロックが生
成され、排泥水の粘性が下がるため、排泥ポンプ１２５
の加圧力を下げた状態で排泥できる。また、泥水中の粘
性物質の凝集が活発となってフロックが生成されるの
で、沈殿槽１２７での沈殿が速くなるため、効率的に泥
水処理できる。

【００６４】（第４の実施の形態）本実施の形態は、
図９に示すように、地中連続壁工法に本発明を適用した
例を示す。地中連続壁工法で用いられる地中連続壁掘削
システムは、掘削機と、送泥システムと、排泥システム
と、泥水処理設備とを有する。

【００６５】掘削機は、先端に付いたビットを回転させ
ながら連続的に掘削する回転式掘削機１４４を含んで構
成される。送泥システムは、泥水処理設備から溝孔１４
６までの泥水の輸送路である送泥管１３６と、泥水を加
圧して送る送泥ポンプ１３３とを含んで構成される。排
泥システムは、掘削機から泥水処理設備までの泥水１４
２の輸送路である排泥管１３８と、泥水を加圧して送る
排泥ポンプ１３４とを含んで構成される。泥水処理設備
は、泥水処理設備１３２と、凝集剤タンク１３１と、凝
集剤投入管１３５、凝集剤投入ポンプ１３５とを含んで
構成される。

【００６６】地中連続壁工法は、通常、以下の手順で行
われる。まず、所定深さまで溝孔１４６が形成され、そ
こにクレーン等で吊り下げられた回転式掘削機１４４が
設置される。溝孔１４６の安定を図るため、泥水処理設
備１３２で増粘剤等が添加されて調泥された泥水は、送
泥ポンプ１３３で加圧されることにより、送泥管１３６
を介して溝孔１４６に送られる。回転式掘削機１４４に
より、切羽１４８が掘削される。掘削後の土砂は、溝孔
１４６中の増粘剤等の添加された泥水１４２と混合さ
れ、排泥ポンプ１３４により加圧され、排泥管１３８を
介して泥水処理設備１３２に送られる。泥水処理設備１
３２においては、排泥管１３８を介して供給された排泥
水は、増粘剤等が添加され、掘削時の溝孔１４６の安定
に適した性状に調泥され、送泥管１３６を介して送泥水
が溝孔１４６に還流される。

【００６７】以上が地中連続壁工法における掘削時の手
順であるが、本発明に基づき、凝集剤タンク１３１から
凝集剤投入管１３７を介して投入点１５０まで凝集剤を
送り、回転式掘削機１３４に近い位置の排泥管１３８に
おける投入点１５０に凝集剤を投入することにより、増
粘剤の添加された排泥水と凝集剤とが混合されてフロッ
クが生成され、排泥水（安定液）中の粘性物質の粘性が
下がるため、排泥ポンプ１３４の加圧力を下げた状態で
排泥できる。また、フロックが生成されることにより、
泥水処理設備１３２において、土砂等を効率的に分級で
きる。さらに、回転式掘削機１３４による地中連続壁工
法では、掘削した土砂等を分級する必要があるため、バ
ケット式掘削機による地中連続壁工法と比べ、泥水処理
設備１３２等の泥水処理設備の設置面積が大きくなると
いう欠点があるが、上記の方法により泥水処理設備を省
面積化できる。

【００６８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例に係る泥水式シール
ド掘進システムの全体図である。

【図２】図１における切羽安定制御システムの全体図で
ある。

【図３】図２における切羽安定制御システムの変形例を
示す図である。

【図４】図１における泥水式シールド掘進システムの泥
水処理設備を示す平面図である。

【図５】泥水式シールド掘進システムの泥水処理設備の
従来例を示す平面図である。

【図６】本発明に係る振動式粘度計の断面図である。

【図７】泥水中の粘性物質がフロックとされる過程を模
式的に示す図である。

【図８】本発明の実施の形態の一例に係るリバース式掘
削システムの全体図である。

【図９】本発明の実施の形態の一例に係る地中連続壁掘
削システムの全体図である。

【符号の説明】

１ セグメントストックヤード ２ 清水槽 ３、１２８ 調整槽 ４ 振動篩 ５、６ ベルトコンベヤー ７ フィルタープレス ８ 浄水槽 ９ ｐＨ調整設備 １０ 増粘剤貯留槽 １１ ダンプトラック １２ 余剰泥水槽 １３、１４ ホッパー １５ 作泥貯槽 １６ 作泥槽 １７ 粘土貯蔵ヤード １８ 凝集剤溶解槽 １９ 凝集剤貯蔵ヤード ２０ 液体サイクロン ２４ 濁水処理設備 ３０、１３２ 泥水処理設備 ３２ 立坑 ３４ 掘削機 ３６ トンネル ４０ カッターディスク ４２ チャンバー ４３ 送泥システム ４４、１２４、１３６ 送泥管 ４６ 切羽 ４７ 排泥システム ４８、１２３、１３８ 排泥管 ４９ 切羽安定制御システム ５０ 増粘剤タンク ５２ 目詰め剤タンク ５３、１３１ 凝集剤タンク ５４ ラインミキサー ５６、５８、５９ スネークポンプ ６０ 粘度計 ６２ 制御装置 ６４、６６ 流量計 ６８、７０ 密度計 ７２、７４、７６ ポンプ制御装置 ７７ センサーユニット ７８ 磁石 ７９、８０ コイル ９４ 振動棒 ９５ 粘性物質 ９６ 高分子化合物 ９７ 多価金属イオン ９８ フロック １００ リバースサーキュレーションドリル機 １０１ 口元 １０２、１４６ 溝孔 １０３、１４２ 泥水 １０４ ベース １０５ ロータリーテーブル １０６ 口元ケーシング １０８ スタビライザー １２０ 掘削ビット １２１ スライドロッド １２２ ドリルロッド １２５、１３４ 排泥ポンプ １２６、１３３ 送泥ポンプ １２７ 沈殿槽 １２９、１５０ 投入点 １３５ 凝集剤投入ポンプ １３７ 凝集剤投入管 １４４ 回転式掘削機

【手続補正書】

【提出日】平成９年６月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】本発明において、前記増粘剤添加装置、前
記凝集剤添加装置および前記撹拌装置は、切羽を掘削す
る掘削機後方に移動可能に設置することが好ましい。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】請求項９記載の発明は、請求項１〜３およ
び５〜８のいずれかにおいて、送泥管に設けられて送泥
管内を流れる泥水の粘性を測定する振動式粘度計を有す
ることを特徴とする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅井 康彦 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 佐藤 郁 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 岩井 義雄 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 空西 正夫 東京都中央区京橋１丁目１番１号 ラサ工 業株式会社内 (72)発明者 浦矢 昭夫 東京都練馬区羽沢３丁目39番１号 サンエ ー工業株式会社内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送泥管を介し地上の泥水処理設備から切
   羽へ泥水を供給するとともに、排泥管を介し切羽から地
   上の泥水処理設備へ泥水を供給する泥水式掘削システム
   において、 泥水の粘性を高めるための増粘剤を泥水に添加する増粘
   剤添加装置と、 凝集作用により泥水の粘性を低下させるための凝集剤を
   泥水に添加する凝集剤添加装置と、 を有し、 前記増粘剤添加装置から増粘剤を送泥管および排泥管の
   少なくとも一方の泥水に添加し、 増粘剤の添加後に前記凝集剤添加装置から凝集剤を送泥
   管および排泥管の少なくとも一方の泥水に添加すること
   を特徴とする泥水式掘削システム。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記増粘剤添加装置から増粘剤を送泥管の泥水に添加
   し、 増粘剤の添加後に前記凝集剤添加装置から凝集剤を送泥
   管の泥水に添加することを特徴とする泥水式掘削システ
   ム。
3. 【請求項３】 請求項１において、 前記増粘剤添加装置から増粘剤を送泥管の泥水に添加
   し、 増粘剤の添加後に前記凝集剤添加装置から凝集剤を排泥
   管の泥水に添加することを特徴とする泥水式掘削システ
   ム。
4. 【請求項４】 掘削土砂と、泥水の粘性を高めるための
   増粘剤と、を含む泥水を、排泥管を介し泥水処理設備に
   供給する泥水式掘削システムにおいて、 凝集作用により泥水の粘性を低下させるための凝集剤を
   泥水に添加する凝集剤添加装置を有し、 前記凝集剤添加装置から凝集剤を排泥管の泥水に添加す
   ることを特徴とする泥水式掘削システム。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、 前記増粘剤は、アニオン性基を有する高分子化合物であ
   ることを特徴とする泥水式掘削システム。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかにおいて、 前記凝集剤は、多価金属イオンを生成する物質であるこ
   とを特徴とする泥水式掘削システム。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかにおいて、 前記泥水式掘削システムを、チャンバー内に泥水を供給
   して掘削機により切羽を掘削する泥水式シールド工法に
   適用することを特徴とする泥水式掘削システム。
8. 【請求項８】 請求項１〜３および５〜７のいずれかに
   おいて、 前記送泥管に設けられて泥水を撹拌する撹拌装置を有
   し、 前記増粘剤を泥水に添加した後に撹拌装置により泥水を
   撹拌し、撹拌した後の泥水に前記凝集剤を添加すること
   を特徴とする泥水式掘削システム。
9. 【請求項９】 請求項１〜３および５〜８のいずれかに
   おいて、 送泥管に設けられて送泥管内を流れる泥水の粘性を測定
   する振動式粘度計を有することを特徴とする泥水式掘削
   システム。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかにおいて、 前記凝集剤添加装置は、切羽を掘削する掘削機後方に移
    動可能に設置されていることを特徴とする泥水式掘削シ
    ステム。
11. 【請求項１１】 請求項４〜６のいずれかにおいて、 前記泥水式掘削システムを、溝孔に泥水を満たしてリバ
    ースサーキュレーションドリル機により切羽を掘削する
    リバース工法に適用することを特徴とする泥水式掘削シ
    ステム。
12. 【請求項１２】 請求項４〜６のいずれかにおいて、 前記泥水式掘削システムを、溝孔に泥水を満たして回転
    式掘削機により切羽を掘削する地中連続壁工法に適用す
    ることを特徴とする泥水式掘削システム。
13. 【請求項１３】 掘削土砂と、泥水の粘性を高めるため
    の増粘剤と、を含む泥水を、排泥管を介し泥水処理設備
    に供給する泥水処理方法において、 凝集作用により泥水の粘性を低下させるための凝集剤を
    前記排泥管の泥水に添加することを特徴とする泥水処理
    方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、 前記増粘剤は、アニオン性基を有する高分子化合物であ
    ることを特徴とする泥水処理方法。
15. 【請求項１５】 請求項１３または１４のいずれかにお
    いて、 前記凝集剤は、多価金属イオンを生成する物質であるこ
    とを特徴とする泥水処理方法。