JPS60188595A

JPS60188595A - シ−ルド式トンネル掘削方法およびその装置

Info

Publication number: JPS60188595A
Application number: JP59043997A
Authority: JP
Inventors: 津浦　謙一
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 1984-03-09
Filing date: 1984-03-09
Publication date: 1985-09-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）未発ｕＪｊはシールド式トンネルｌ＋ｉ削方法およびそ
の装置に関する。

（従来技術）従来、シールドＩ　／Ｉ、によるトンネル掘削の際、圧
気を作用させて切羽に気泡を付着させることにより他山
の崩壊を防Ｗしく　４．＋ｆ公昭４７−１０９５３号）
、あ“、るいは、切羽に気泡を吹き付けることによりシ
ールド掘進機のカンタヘッドと切羽との掘削抵抗を低減
し、また、すり室内において気泡と（１４合したずりに
Ｊン動性および１［水性を付与していたく］＃、￥公昭
５８−４７５６０号）つところで、地盤から削り取られ
たすりは地下水を含んでおり、この地下水を含むすりの
含水比と地盤のそれとはほぼ回し値をとるが、地下水位
が高く、含水比の大きい地盤の場合には、すり室内に多
ｆｆ１１の地下水か取り込まれることとなり、この多ｊ
Ｉ４の地−ト水のためにすりの止水性が不十分となる。

また、すりと混合される気泡の一部が地下水によって消
泡されるため、これを補うべく多端の気泡を供給すると
、さらにすりの流動性か促進されることとなる。さらに
、υ１土された含水比の高いすりは、運搬のためにその
含水比を低下させなければならない。

（（１的）本発明は、気泡を用いるシールド式トンネル掘削におい
て、地盤の含水比よりもすりの含水比を低くすることを
目的とする。

（構成および作用効果）本発明に係る掘削方法は、切羽前方の地盤中に％泡を注
入し、次いで気泡が注入された地盤を掘削することを特
徴とする。

本発明によれば、切羽前方の地盤に気泡を注入すること
により地盤中の地下水が前方に押しやられるため、気泡
が注入された地盤を掘削して得られるすりの含水比は、
気泡の注入前における地盤の含水比より低いものとなる
。したがって、すりに４ｉコ入した気泡かもたらすずり
の流動性および１１−水性を十分に発揮させることかで
きる。

また、本発明に係るシールド掘進機は、導管を介して発
泡装置に接続された気泡注入管を備え、該気泡注入管を
カッタヘット面より１ｊＯ方へ突出させたことを特徴と
する。

本発明によれは、シールド掘進機が推進されるとき、気
泡注入管が切羽に突き刺され、カッタヘッドに先行する
領域に気泡を注入することができ、これにより、地下水
がυ１除された、すなわち気泡が注入された地盤のみの
掘削を可能とする。

（実施例）本発明に係るシールド式トンネル掘削方法は。

切羽前方の地盤中に気泡を注入し、気泡が注入された地
盤を掘削することを含む。

地盤への気泡の注入および該気泡が注入された地盤の掘
削ために、第１図および第２図に示すシールド掘進機１
０が用いられる。

このシールド掘進機は、シールド本体１２の最；１０方
に回転Ｉｊ丁能に配置されたカッタヘット１４と、該カ
ンタヘッドの後方に配置された発泡装置１６と、カッタ
ヘラｉ・１４面より前方に突出し、導管１８を介して発
泡装置に接続された気泡注入’ｉ’ｔ’　２０　（２０
ａ　、　２０　ｂ　）とを備える。

カンタヘッド１４は、第２図に示すように、十字状のフ
ォーク１４ａと該フォークの各縁部に沿って配Ｖノされ
た複数の力・ンタ１４ｂとから成り、カンタヘア　１：
ｌ　４の後方に配置された隔壁２２に軸受２４を介して
支承されたセンターシャフト２６に゛支持されている。

センターシャフト２６は、互いに噛合するギヤおよびピ
ニオンを介して、シールド本体１２に取り伺けられたモ
ータ２８の動力をカッタヘラｌ”　ｌ　４に伝達する。

これによりカッタへ・ンド１４は正逆両方向へ回転駆動
される。

発泡装置１６は、アニオン系の界面活性剤のような起泡
剤とナトリウムカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）
のような増粘剤とを含む溶液の貯溜槽３０と、／ｆｆ３
１を介して槽３０に接続された、前記溶液を気泡に変換
するための発泡筒３２および雀３３を介して発泡ＩＦｉ
１３２に接続された、発泡筒３２に高圧′空気を供給す
るだめのニアコンプレッサ３４とを備える。発泡装置１
６は、通常、シールＩＳ本体１２内の後部に位置するこ
ととなる。

槽３０内の前記液体は、’Ｉ’３１に接続された旋与可
変ポンプ３６により流敏計３８を経て発泡筒３２に送ら
れ、他方、前記高圧空気は管３３に取り伺けられた圧力
調整弁４０を経て発泡筒３２に送られる。発泡筒３２内
には粒度がほぼ一定のカラスヒース（図ンＪ＼せず）が
詰め込まれており、起泡剤および増粘剤を含む前記液体
は前記高圧空気により多数の刀うスヒーズ間を移動され
、この間に微細な気泡（図示せず）に生成される。生成
された気泡は導管１８を経て気泡注入管２０に導かれ、
外部に噴出される。気泡の噴出圧の適切な設定のために
、発泡筒３２の入１」側および出Ｌ１側においてそれぞ
れ管３３および導管１８に圧力、１１４２．４４が取り
伺けられている。

気泡注入？ｉ′ｉ２０と発泡筒３２とを接続する導管１
８は、カッタヘット１４およびセンターシャフト２６を
貫通して伸長する管部１８ａ、該盾部にロータリージヨ
イント４６を介して接続された？６部１８ｂおよび該管
部に気泡の分配弁４８を介して接続された？に部１８ｃ
の三つの部分から成る。

気泡注入管２０は、カンタヘンド１４の中央部、および
シールド本体本体１２とカッタヘント１４との間に配置
されている。カッタヘッド１４の中央部に位置する気泡
注入管２０ａは導？値を構成する管部１８ａと連通し、
また、シールド本体１２とカッタヘット１４との間にあ
って周方向に間隔をおいて配置在された複数の気泡注入
ｆｌ’ｉ’　２０　ｂは分配弁４８に接続されている。

カッタヘット１４の中央部の気泡注入’ｒｔ’　２０　
ａは、特に、これか及ぼす推進抵抗を老成して、前方へ
先細の截頭円錐状に形成されており、その前※；１１１
および側部のそれぞれにノズル５０が１没けられている
。また、気泡注入？６・２０ｂの前端にもノズル５１が
設けられている。

気泡注入管２０は、カンタヘンド１４より＋ｉｉｊ力に
突出しているためにシールＩ・本体１２をイ１進させる
と地盤に突き刺さり、この状態で各気泡性入省・２０ａ
、２０ｂかも気泡を噴出しかつこれを継わ°ｔすると、
気泡は１１！！盤中の地下水を切羽の前方に押しやり、
第３図に示すように、時間の経過とともに切羽の前方お
よびシールド本体１２の径方向へ向けて拡散する。第３
図において矢印は気泡の噴出方向を示し、また、曲！Ｊ
ａａ　、　ｂおよびＣに囲まれた部分は、それぞれ、気
泡の噴出後５分経過１１１Ｊ、ｌＯ分経過時および１５
分経過時における地５、Ｂ　Ａ中の気泡の拡散域を示す
。なお、曲線すおよびＣに囲まれた領域は、地下水位Ｗ
Ｌがシールド掘進機１０より１一方に位置するため、地
下水が及はす浮力によって僅かに１−力へ伸びているが
、これらの領域は掘削予定域を十分に包含している。

このようにして切羽の前方に気泡が注入された曲線すま
たはＣに囲まれた領域を掘削すると、低含水率のすりが
気泡とともに、カッタヘントのフォーク１４ａ間を経て
カッタヘッド１４と隔壁２２とに間に形成されたすり室
５２（第１図および第３１Δ）内に取り込まれる。ずり
室５２内は切羽の土庄に対抗できるように、すりおよび
気泡で満たされている。すりおよび気泡は、掘削時およ
びすり室５２への取り込み時に混合されるが、そのＢコ
合度合をより高めるために、すり室５２内にカッタヘン
ｌ”　ｌ　４の背面に固定された攪拌翼５４か配置され
ている。−両名の混合によりすりの土粒子間に気泡が混
入し、すりの流動性および止水性が高められる。また、
すりが低含水であるために消泡しに＜＜シかも気泡の構
成物質である前記増粘剤は気泡を強化する。また、地盤
の掘削時においては、気泡の存在によって地盤の内部）
′ｉ′！擦が減少されることとなるため、カッタヘンｌ
’　ｌ　４のジノ削抵抗を軽減し、カンクビ・ント１２
ｂの摩耗が低減される。

ずり室５２内のずりおよび気泡の混合物は、すり室５２
に連通ずるスクリューコンベヤ５６によりずり室の土圧
を維持しながら後方に排出される。

ところで、気泡が曲線すまたはＣに囲まれた前記領域に
できるだけ早く拡散するように、また、カッタヘット１
４が一回転したときにおけるジノ羽が気泡の注入域と非
注入域との境界に位置することとなってて地１水がすり
に混入することがないように、ノズル５０．５１を力、
タヒ７１−１２　ｂより＋ｉｉｊ方に位置するように配
置することが望ましい。

また、気泡注入管２０ｂは、シールド掘進機が中、小口
径の場合または湧水地層、滞水砂層、滞水砂礫層等の透
水係数の大きい地盤の場合には必ずしも必要としない。

これは、シールド掘進機ｌＯのＣＩ径が比較的小さいと
きには、一つの気泡注入管２０ａのみでも切羽の前方お
よびシールド本体１２の開１１径より大きい径の範囲に
気泡を拡１ｉｋすることが可能であり、また、地盤の透
水係数が大きいときには気泡が拡散し易いことによる。

ｒｌｔ−の気泡注入管２０ａのみとした場合の気泡の拡
散情況を第４図に示す。第３図におけると同様、矢印は
気泡の噴出方向を示し、曲線ｄ、ｅおよびｆに囲まれた
領域は、それぞれ、気泡の噴出後５分経過時、ｌＯ外分
経過時よび１５分経過時における地盤Ａ中の気泡の拡散
域を示す。

１ｉｉｊ記したとは逆に、シールド掘進機が大１コ径の
場合または透水係数が小さい地盤の場合には、第１図な
いし３図に示すように、複数の気泡注入管２０ａ、２０
ｂを配置し、または、＠５図に示すように、気泡注入管
２０ｂに代えてカンタピット１、４　ｂ間に気泡注入管
２０ｃを配置することもできる。あるいは、さらに、気
泡注入管２０ａ。

２０ｂおよび２０ｃの全てを配置してもよい。気泡注入
管２０ｃは、フォーク１４ａ内を径方向へ伸びかつ導管
の管部１８ａと交差する管部１８ｄと連通している。

前記発泡装置、気泡注入管等は、前記したいわゆるセン
ターシャフト駆動方式をとるシールド掘進機ｌＯだけで
なく、第７図および第８図に示すようないわゆるド５ト
シャフト駆動方式のシール）ζ掘進機６０にも適用する
ことができる。

このシールド掘進機６０は、駆動方式の相違から、カッ
タヘッド６２がシールＩ・本体１２に回転可能に支承さ
れたドラム６４にそのＷｔ　＋ｉ：ｉ方において支持さ
れている点を除き、センターシャフト駆動方式の＋ｉｉ
ｊ記シールド掘進機１０とほぼ同様である。説明の重複
を避けるため、第７図および第８図に第１図および第２
図に付した参照番号と回し番号を付することにより、そ
の説明を省略する。

なお、第７図においても、ｆ、−ｒ　を図におけると同
様、発泡装置が導管１８に接続されることはいうまでも
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセンターシャフト駆動力式のシー
ルド掘進機の縦断面図、第２図はシールド掘進機の正面
図、第３図および第４図は追福中における気泡の拡散状
態を示す概略図、第５図および第６図は気泡注入管の他
の例を示すシールド掘進機の部分縦断面図および正面Ｉ
Δ、第７図および第８図はドラムシャフト駆動方式のシ
ールド掘進機の縦断面図および正面図である。１０．６０・シールド掘進機、１２：シールド本体、１４．６２二カツタヘツド、１６二発泡装置、　１８：導　管、２０：気泡注入管。代理人　弁理士　松　永　宣　行第１図第３図３ＪＷＬ第４図立ＷＬ −＝７第５図第６図第７図第８■

Claims

【特許請求の範囲】

（１）！；ＪＪ羽前方の地盤に気泡を注入し、次いで前
記気泡が注入された地盤を掘削することを特徴とする、
シールド式トンネル掘削方法。
（２）　１ｉｉｊ記気泡は、起泡剤および増粘剤を含む
溶液を発泡して生成する、特許請求の範囲第（１）’ｉ
’ｉに記載のシールド式トンネル掘削力法。
（３）　シールド本体に回転可能に支持されたカッタヘ
ットと、該カッタヘッドの後方に配置された発泡装置と
、前記カッタヘッドの前方へ突出し、導管を介して前記
発泡装置に接続された気泡注入１６・とを含む、シール
ド掘進機。
（４）　前記気泡性入省はノズルを有し、該ノズルか前
記カッタヘッドに設けられたカッタピットより前方に位
置する、特許請求の範囲第（３）項に記載のシールド掘
進機。
（５）　ｒｉｉｊ記気泡注入管は前記カッタヘットの中
央部に配置されている、特許請求の範囲第（３）項また
は第（４）項に記載のシールド掘進機。
（６）　＋ｉｉｊ記気泡注入管は、１１ｂ記カツタヘツ
ドの中央部および前記シールド本体と前記カッタヘット
゛との間に配置されている、特許請求の範囲第（３）項
または第（４）項に記４夕のシールド掘進機。
（７）　前記気泡注入管は、前記力・ンタへンドの中央
部、前記シールド本体と１１１」記カッタヘッドとの間
、および前記カッタヘッドに設けられた複数のカッタピ
ット間に配置されている、特許請求の範囲第（３）項ま
たは第（４）ダ１に記載のシールド掘進機。