JPH11303571A

JPH11303571A - 泥土圧シールド工法

Info

Publication number: JPH11303571A
Application number: JP11452898A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Takamizawa; 計夫高見沢; Katsuya Hasegawa; 勝哉長谷川; Shigeto Watanabe; 重人渡辺; Yoshie Tanaka; 悦江田中
Original assignee: JIOTEC KK; Taisei Corp
Current assignee: JIOTEC KK; Taisei Corp
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2018-04-24
Also published as: JP3968446B2

Abstract

(57)【要約】【課題】泥土圧シールド工法により発生した排出掘削
土砂を凝集反応を利用して砂礫と泥土に分別する、掘削
土砂分別処理方法を含んだ泥土圧シールド工法を提供す
ることである。【課題手段】シールド掘削機Ｓ前方の切羽Ｋに増粘剤
及び前記増粘剤と凝集反応を生じるゲル化剤を送出し
て、掘削土砂と混合攪拌しながら切羽Ｋ面を掘削し、次
いで、前記増粘剤及び前記ゲル化剤を含有した排出掘削
土砂を搬出する、泥土圧シールド工法において、前記排
出掘削土砂を搬出する途中において、前記排出掘削土砂
に前記ゲル化剤を更に混合することにより、前記排出掘
削土砂を砂礫と泥土に分別することを特徴とする泥土圧
シールド工法とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、泥土圧シールド工
法により発生した排出掘削土砂を、砂礫と泥土に分別す
る、泥土圧シールド工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】泥土圧シールド工法は、バインダー分が
少ない砂や礫等の硬質地盤に適用される工法であり、当
該工法により発生する掘削土砂は、カッターヘッドの回
転によっては塑性流動化しないため、高粘度の増粘剤及
び増粘剤と反応することでその作用効果を高める役割を
有するゲル化剤を切羽に注入することにより、排出掘削
土砂の塑性流動性を高めて切羽の安定性を図るととも
に、スクリューコンベアから搬出される掘削土砂の調整
を行っていた。

【０００３】しかし、これらの排出掘削土砂は、その大
部分が砂礫であるにも関わらず、増粘剤及びゲル化剤が
混入しているため、排出掘削土砂は生コンクリート状を
呈している。従って、産業廃棄物として処理せざるを得
ないものがほとんどであり、そのための処分費用は多大
な額となっている。また、これらの砂礫は、有効な資源
であるにも関わらず、廃棄物として無駄に廃棄されてし
まうことになっている。

【０００４】かかる排出掘削土砂を処分する方法として
は、消粘剤法及び水洗い法が提案されている。消粘剤法
は、排出掘削土砂に消粘剤を添加することにより、排出
掘削土砂を非塑性流動化する方法であるが、費用が膨大
となるため採用は非常に難しい。また、水洗い法は、排
出掘削土砂を水洗い又は天日乾燥する方法であるが、大
規模な設備や広大な敷地が必要となり、ほとんど行われ
ていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上記
の欠点を解決するためになされたものであり、泥土圧シ
ールド工法により発生した排出掘削土砂を、凝集反応の
利用により砂礫と泥土に分別する掘削土砂分別処理方法
を含んだ泥土圧シールド工法の提供を目的とするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】要するに、本発明は、シ
ールド掘削機前方の切羽に増粘剤及び前記増粘剤と凝集
反応を生じるゲル化剤を送出して、掘削土砂と混合攪拌
しながら切羽面を掘削し、次いで、前記増粘剤及び前記
ゲル化剤を含有した排出掘削土砂を搬出する、泥土圧シ
ールド工法において、前記排出掘削土砂を搬出する途中
において、前記排出掘削土砂に前記ゲル化剤を更に混合
することにより、前記排出掘削土砂を砂礫と泥土に分別
することを特徴とする泥土圧シールド工法を提供するも
のである。

【０００７】即ち、本発明によれば、排出掘削土砂を搬
出する中途段階において、前記排出掘削土砂に、切羽に
混合したものと同様のゲル化剤を更に混合することによ
り、前記排出掘削土砂を砂礫と泥土に分別することが可
能となるため、特別な設備や特別な凝集剤が不要となる
という効果を有するものである。

【０００８】また、本発明は、前記増粘剤と前記ゲル化
剤の組み合わせを、（１）前記増粘剤としてのカルボキ
シルメチルセルロースと、前記ゲル化剤としてのアルミ
ニウム化合物、（２）前記増粘剤としてのグアガムと、
前記ゲル化剤としてのけい砂（ボラックス）、（３）前
記増粘剤としてのアルギン酸と、前記ゲル化剤としての
カルシウム化合物、とすることを特徴とする請求項１記
載の泥土圧シールド工法を提供するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態につ
いて、図面を用いて詳細に説明する。まず、本発明に係
る泥土圧シールド工法に用いられる泥土圧シールド掘削
機Ｓ（以下、単に「シールド掘削機」という）について
説明する。

【００１０】図１において、シールド掘削機Ｓの前方部
には隔壁２により仕切られたチャンバ３が設けられてい
る。また、チャンバ３の中央部には、隔壁２を貫通して
ロータリカッタ４が設けられている。ロータリカッタ４
は、回転軸（図示せず）のまわりに回動自在に軸支され
ているカッタフレーム４ａと、その前面には、掘削を行
うためのカッタヘッド４ｂが取付けられている。更に、
チャンバ３の下部には、隔壁２を貫通し、排出掘削土砂
を搬出するためのスクリューコンベア５が設けられてい
る。スクリューコンベア５の排出掘削土砂の搬出口は、
その下部に設置されている排出掘削土砂搬出用のベルト
コンベア６と接続されており、また、ベルトコンベア６
はその端部で台車７と接続されている。

【００１１】次に、増粘剤及びゲル化剤の切羽Ｋへの搬
送のためのシステムについて説明する。増粘剤輸送管２
２は、所定位置に設置されている増粘剤混合槽２１の排
出口に接続されており、その中途部には圧送ポンプＰ１
が設けられている。同様に、ゲル化剤輸送管３２は、所
定位置に設置されているゲル化剤混合槽３１の排出口に
接続されており、その中途部には圧送ポンプＰ２が設け
られている。また、ゲル化剤輸送管３２は、ゲル化剤貯
留槽３３の流入口に接続されている。ゲル化剤貯留槽３
３は、２箇所の排出口を有しており、一方はゲル化剤輸
送管（切羽接続部）３２ａ、他方はゲル化剤輸送管（ス
クリューコンベア接続部）３２ｂに接続されている。更
に、両輸送管ともに圧送ポンプＰ３，Ｐ４が中途部に設
けられている。

【００１２】上記増粘剤輸送管２２とゲル化剤輸送管
（切羽接続部）３２ａはシールド抗Ｈ壁内に沿って付設
されているが、両者は切羽Ｋの近傍の二重管部２４で連
結され、１本の注入管２３として隔壁２内を貫通し、ロ
ータリカッタ４の開口部４ｃに連通する構造となってい
る。一方、ゲル化剤輸送管（スクリューコンベア接続
部）３２ｂは、シールド抗Ｈ壁内に沿って付設されてお
り、スクリューコンベア５の中間部に接続されている。

【００１３】続いて、本発明に係る泥土圧シールド工法
で用いる増粘剤とゲル化剤について説明する。増粘剤
は、切羽Ｋの安定性と、掘削土砂の流動性を図るために
加える物質であり、水溶性の半高分子化合物であるカル
ボキシルメチルセルロース（以下、単に「ＣＭＣ」とい
う）、水溶性の天然高分子化合物（植物性天然粘質物）
であるグアガム、合成高分子化合物であるアルギン酸等
が用いられる。また、ゲル化剤は、上記の増粘剤と凝集
反応を生じる性質を有し、掘削土砂と混合攪拌すること
により高粘度の流動性を発揮し、更に、後述するように
排出掘削土砂に混合することにより、強力に凝集反応を
生じる物質である必要がある。そのような効果を発揮す
るために最適な物質としては、増粘剤にＣＭＣを用いた
場合には、ゲル化剤としてアルミニウム化合物（加里ミ
ョウバン、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド等）、増
粘剤にグアガムを用いた場合には、ゲル化剤としてけい
砂（ボラックス）、増粘剤にアルギン酸を用いた場合に
は、ゲル化剤としてカルシウム化合物を用いるとよい。

【００１４】尚、上記の増粘剤として、最も一般的に使
用されるものはＣＭＣであるため、本実施例では、増粘
剤としてＣＭＣを用いることとし、それに対応するゲル
化剤としては、ＣＭＣと良好な反応性を示す、アルミニ
ウム化合物の一種である加里ミョウバンを用いる場合に
ついて説明する。

【００１５】次に、本発明に係る泥土式シールド工法の
作用について説明する。増粘剤混合槽２１内で調整され
た増粘剤は、圧送ポンプＰ１により、増粘剤輸送管２２
内に送られる。また、ゲル化剤混合槽３１内で調整され
たゲル化剤は、圧送ポンプＰ２により、ゲル化剤輸送管
３２を通して、一旦ゲル化剤貯留槽３３に送られる。切
羽Ｋへの増粘剤とゲル化剤の注入は、増粘剤とゲル化剤
を別系統で圧送し、切羽Ｋ近傍で混合する１．５ショッ
ト方式で行われている。即ち、ゲル化剤輸送管（切羽接
続部）３２ａは切羽Ｋ近傍の二重管部２４で、別系統の
増粘剤輸送管２２と連結され、両輸送管内を通して圧送
されてきた増粘剤とゲル化剤は注入管２３内で混合され
た状態で、開口部４ｃから切羽Ｋに注入される。切羽Ｋ
での増粘剤とゲル化剤の混合は、増粘剤とゲル化剤を切
羽Ｋに注入しつつ、ロータリカッタ４のカッタヘッド４
ｂを回転させ、掘削土砂と両物質を機械的に攪拌するこ
とにより行うことになる。

【００１６】増粘剤とゲル化剤を混合攪拌すると、両物
質は凝集反応を生じ、フロックを形成するが、そのフロ
ックが掘削土砂に加わることにより、掘削土砂は、高度
に粘性化し、塑性流動化することになる。そして、上記
掘削土砂は、チャンバ３内に充満した状態で、泥土圧を
生じ、切羽Ｋに作用する土圧と対抗することとなる。泥
土圧シールド工法において、良好に作業を行うために
は、上記泥土圧を適切に管理することが非常に重要とな
る。そのためには、掘削に伴い生じる掘削土砂の搬出量
を適切に制御しつつ、チャンバ３内から掘削土砂の搬出
を行う必要がある。

【００１７】上記の通り、チャンバ３内から搬出される
排出掘削土砂は、塑性流動化しており、生コンクリート
状を呈している。そこで、当該排出掘削土砂を砂礫とそ
れ以外の成分（以下、単に「泥土」という）に分離する
ために、排出掘削土砂にゲル化剤を追加混合し攪拌す
る。この作業により、排出掘削土砂に含まれている増粘
剤と、後から加えられたゲル化剤が、更に強力に凝集反
応を起こすことになり、切羽Ｋ及びチャンバ３内におけ
る当初の凝集反応の結果生じたフロックと比較して、更
に高い沈降性を有する粗大フロックを形成することにな
る。このようにして形成されたフロックは、高い沈降性
を有する粗大フロックであるため、容易に沈殿分離する
ことが可能である。また、当該粗大フロックは砂礫分を
含んでいないため、排出掘削土砂中から当該粗大フロッ
クを分離することにより、排出掘削土砂から容易に砂礫
分のみを分別することが可能となる。尚、泥土の成分
は、増粘剤とゲル化剤とから形成されるフロックである
ため、排出掘削土砂からフロックを分別することによ
り、砂礫分と泥土を分別する目的を達成することができ
る。

【００１８】本実施例において、上記のゲル化剤を混合
攪拌する作業は、スクリューコンベア５の中間部に、ゲ
ル化剤輸送管（スクリューコンベア接続部）３２ｂを接
続することにより、スクリューコンベア５内で行うこと
としている。しかし、排出掘削土砂とゲル化剤との混合
は、排出掘削土砂をチャンバ３内から立抗Ｖへ搬出する
各種工程のうち、いずれかの段階で行うことができれ
ば、目的とする効果を達成することができるため、施工
現場の状況に応じて、以下の各種の方法を採用すること
も可能である。（１）スクリューコンベア５とベルトコンベア６の間に
２軸の攪拌機を設置し、２軸攪拌機にゲル化剤輸送管
（スクリューコンベア接続部）３２ｂを接続することに
より、上記２軸攪拌機で混合を行う方法。（２）ベルトコンベア６上の排出掘削土砂の上に、ゲル
化剤輸送管（スクリューコンベア接続部）３２ｂを接続
した排出口を設け、直接ゲル化剤を散布する方法により
混合を行う方法。（３）ベルトコンベア６と立抗Ｖまでの間にパドルミキ
サーを設置し、上記パドルミキサーにゲル化剤輸送管
（スクリューコンベア接続部）３２ｂを接続することに
より、上記パドルミキサーで混合を行う方法。（４）所定の方法により立抗Ｖ上まで排出掘削土砂を搬
出し、土砂ピットでバックホウ等を用いて、ゲル化剤と
の混合を行う方法。

【００１９】上記のように、ゲル化剤が追加混合された
排出掘削土砂は、ベルトコンベア６及び台車７により、
シールド抗Ｈから搬出され、立抗Ｖ上又は立抗Ｖに隣接
して設けられた排出掘削土砂処理施設（図示せず）に送
られた後、排出掘削土砂の砂礫分と凝集反応により生じ
た泥土を分別し、更に泥土のみを脱水処理する工程を経
て、最終的に処分されることになる。尚、増粘剤及びゲ
ル化剤は無害であるため、分別した砂礫は特に処理する
必要がなく、建設材料として再利用が可能となる。

【００２０】

【実施例】次に、本実施例における上記増粘剤及びゲル
化剤の濃度及び混合量について説明する。表１〜表３
は、増粘剤としてＣＭＣ、ゲル化剤としてアルミニウム
化合物である加里ミョウバンを用いたときに、両者を攪
拌混合した場合における混合溶液の粘性の変化を示した
ものである。更に詳しくは、ＣＭＣ１体積％溶液に、加
里ミョウバン１重量％溶液又は２重量％溶液を混合した
場合の混合溶液の粘性の変化を数値等により示したもの
である。表１において、加里ミョウバン１重量％溶液の
混合量を徐々に増加させていくと、混合溶液の粘性はそ
れに伴い上昇していき、更に加里ミョウバンを混合し続
けると混合溶液はゲル状となり、凝集効果は最大となる
（本実験例では、混合量１２体積％の場合）。しかし、
それ以上に混合量を増加させると、次第に粘性が低下し
ていくことがわかる。これは、上記混合溶液は酸性域
（ＰＨ４から５）においてゲル化し、中性からアルカリ
域において解ゲル化する性質によるものであり、ＰＨ４
程度で粘性は最大となる。尚、本実施例において、ＣＭ
Ｃ１体積％溶液に、加里ミョウバン溶液（ア）を１０体
積％混合するということは、ＣＭＣ１体積％溶液１ｍ³
に対し、１０体積％（即ち１００リットル）の加里ミョ
ウバン溶液（ア）の量を混合することを意味する。表２
では加里ミョウバン２重量％溶液の混合量を徐々に増加
させた場合について示している。これによると、表１に
おける場合と比較して、加里ミョウバンの混合量が多い
ため、凝集効果が最大となる点は現れず、粘性を示す値
は、単調減少している。表３では、加里ミョウバン１重
量％溶液に、混合溶液のＰＨを調整するためのソーダ灰
（ＣａＯ，Ｎａ₂Ｏ₃）を添加して、表１と同様の実験
を行ったものである。この場合には、混合溶液の粘性を
示す値は小さく、混合溶液の性状は液状を呈している。
この実施例の場合には、ＰＨは７から８の値を示すこと
になる。上述したように、これは、混合溶液が中性から
アルカリ性に移行する領域での結果であり、ＰＨの変化
により混合溶液の性状が大きく変化することを表してい
る。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】上記の結果より、切羽Ｋへのゲル化剤の混
合量は、混合溶液の粘性が切羽の安定を保つことができ
る最低限の粘性を確保できるようにその量を決定し、ま
た、排出掘削土砂へのゲル化剤の混合量は、混合溶液の
粘性が最大となるようにその量を決定すればよいことに
なる。従って、実際の施工時には、ＣＭＣ１体積％溶液
に対し、加里ミョウバン１重量％溶液を、ＣＭＣの溶液
量当たり、５体積％〜１０体積％の量を混合した場合
の、両物質の混合比率を基準として、適量を切羽Ｋに混
合すればよい。また、その後、ＣＭＣ１体積％溶液に対
し、加里ミョウバン１重量％溶液を、ＣＭＣの溶液量当
たり、１２体積％程度となる量を混合した場合の、両物
質の混合比率を基準として、適量を排出掘削土砂に混合
することにより、所定の効果が得られることになる。但
し、上記溶液の混合量は一応の目安を示すものであり、
施工現場における土質特性等に応じて、最適となるよう
に変化させることが必要となることはいうまでもない。

【００２５】尚、本発明に係る泥土式シールド工法は、
シルト粘土分の含有率が１０％程度あるいはそれ以下
の、砂礫を多く含有した土砂に対し、最もその効果を発
揮する工法である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、上記のように、切羽に
混合するものと同様のゲル化剤を、更に、排出掘削土砂
に混合することにより、砂礫と泥土とを容易に分離する
ことが可能となるため、排出掘削土砂を処理するための
特別な設備や特別な凝集剤等を不要とすることができ、
費用の削減を図ることができるという効果を得ることが
できる。また、排出掘削土砂を砂礫と泥土に分別するこ
とが可能となることから、従来は産業廃棄物として処理
しなければならなかった泥土の量を削減することができ
るため、泥土の脱水処理の負担を軽減することができる
という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る泥土圧シールド工法によるシステ
ムの一実施形態を示す説明図である。

【符号の説明】

Ｋ切羽Ｓシールド掘削機Ｈシールド抗Ｖ立抗２隔壁３チャンバ４ロータリカッタ４ａカッタフレーム４ｂカッタヘッド４ｃ開口部５スクリューコンベア６ベルトコンベア７台車２１増粘剤混合槽２２増粘剤輸送管２３注入管２４二重管部３１ゲル化剤混合槽３２ゲル化剤輸送管３２ａゲル化剤輸送管（切羽接続部）３２ｂゲル化剤輸送管（スクリューコンベア接続部）３３ゲル化剤貯留槽Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４圧送ポンプ

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年５月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】また、本発明は、前記増粘剤と前記ゲル化
剤の組み合わせを、（１）前記増粘剤としてのカルボキ
シルメチルセルロースと、前記ゲル化剤としてのアルミ
ニウム化合物、（２）前記増粘剤としてのグアガムと、
前記ゲル化剤としてのホウ砂（ボラックス）、（３）前
記増粘剤としてのアルギン酸と、前記ゲル化剤としての
カルシウム化合物、とすることを特徴とする請求項１記
載の泥土圧シールド工法を提供するものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】続いて、本発明に係る泥土圧シールド工法
で用いる増粘剤とゲル化剤について説明する。増粘剤
は、切羽Ｋの安定性と、掘削土砂の流動性を図るために
加える物質であり、水溶性の半高分子化合物であるカル
ボキシルメチルセルロース（以下、単に「ＣＭＣ」とい
う）、水溶性の天然高分子化合物（植物性天然粘質物）
であるグアガム、合成高分子化合物であるアルギン酸等
が用いられる。また、ゲル化剤は、上記の増粘剤と凝集
反応を生じる性質を有し、掘削土砂と混合攪拌すること
により高粘度の流動性を発揮し、更に、後述するように
排出掘削土砂に混合することにより、強力に凝集反応を
生じる物質である必要がある。そのような効果を発揮す
るために最適な物質としては、増粘剤にＣＭＣを用いた
場合には、ゲル化剤としてアルミニウム化合物（加里ミ
ョウバン、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド等）、増
粘剤にグアガムを用いた場合には、ゲル化剤としてホウ
砂（ボラックス）、増粘剤にアルギン酸を用いた場合に
は、ゲル化剤としてカルシウム化合物を用いるとよい。

フロントページの続き (72)発明者長谷川勝哉東京都新宿区西新宿一丁目25番１号大成建設株式会社内 (72)発明者渡辺重人東京都新宿区西新宿一丁目25番１号大成建設株式会社内 (72)発明者田中悦江神奈川県横浜市西区花咲町六丁目142番地３有限会社ジオテック内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シールド掘削機前方の切羽に増粘剤及び
前記増粘剤と凝集反応を生じるゲル化剤を送出して、掘
削土砂と混合攪拌しながら切羽面を掘削し、次いで、前
記増粘剤及び前記ゲル化剤を含有した排出掘削土砂を搬
出する、泥土圧シールド工法において、前記排出掘削土
砂を搬出する途中において、前記排出掘削土砂に前記ゲ
ル化剤を更に混合することにより、前記排出掘削土砂を
砂礫と泥土に分別することを特徴とする泥土圧シールド
工法。
【請求項２】前記増粘剤と前記ゲル化剤の組み合わせ
が、下記の（１）から（３）のいずれか１つであること
を特徴とする請求項１記載の泥土圧シールド工法。（１）前記増粘剤としてのカルボキシルメチルセルロー
スと、前記ゲル化剤としてのアルミニウム化合物。（２）前記増粘剤としてのグアガムと、前記ゲル化剤と
してのけい砂（ボラックス）。（３）前記増粘剤としてのアルギン酸と、前記ゲル化剤
としてのカルシウム化合物。