JPS6019898A

JPS6019898A - シ−ルド工法

Info

Publication number: JPS6019898A
Application number: JP12685583A
Authority: JP
Inventors: 津村　謙一; 陽一北原; 廖　鴻達; 河村　良之
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 1983-07-14
Filing date: 1983-07-14
Publication date: 1985-02-01
Also published as: JPH0252758B2

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】本発明は気泡注入式シールド工法に関し、特にすりが充
填された圧力室内に気泡を注入してトンネルを掘進する
土庄系のシールド工法に関する。

土庄系シールド工法は、シールド′掘進機による地山の
掘削量とすり排出量とを制御してシールド本体における
隔壁と地山の切羽とのなす空間、すなわち圧力室内にす
りを充填させ、このすりにより切羽の土水圧に対向させ
て地山の土圧及び水圧を保持し、切羽の安定を図りなが
らトンネルを掘進するものである。

ところで、地山が砂質土や砂礫である場合、土砂の内部
摩擦が大きいために、圧力室内のずりの充填環を高める
と、圧力室内におけるすりの流動性が悪くなり、カッタ
トルクの増大にょるカッタの回転不能となることがある
ことから、圧力室内のすりの充填度を低く押えるように
している。しかし、圧力室内のすりの充填度を低くする
と、地山の土砂が圧力室内へ流動して切羽が崩壊するお
それがある。

そこで、前記切羽の崩壊を防止するための種種の工法が
開発されており、その１つに、圧力室内に気泡を注入す
る工法がある。この工法は発泡器により製造した気泡を
圧力室内へ注入し１回転するカッタによりこの気泡をす
りと混合してずりの流動性を高め、圧力室内の充填度を
高めようとするものである。

しかし、従来のシールド工法は圧力室内の圧力及び掘進
機の掘進速度に関係なく一定の圧力で一定の量の気泡を
カ注入している。その結果、気泡を製造する際の発泡倍
率及び、気泡とすりとの混合率が不定となり、当初の目
的を十分には達成していない。

従って、本発明の目的はシールド工法において前記の発
泡倍率と混合率とを好ましい範囲に保持することにある
。

本発明は、隔壁の前方に圧力室が設けられたシールド掘
進機の前記圧力室へ気泡を注入しながらトンネルを掘進
するシールド工法であって、前記圧力室の圧力及び前記
シールド掘進機の掘進速度をそれぞれ測定し、測定され
た掘進速度に基づいて前記気泡の注入量を、また測定さ
れた圧力と掘進速度とに基づいて前記気泡の注入圧力を
調整することを含むシールド工法を提供する。

本発明の実施の際し、気泡は発泡器により製造され、圧
力室へ注入される。気泡を製造する方法には、前記発泡
器による方法の外、起泡剤をコンクリート、モルタル等
と混合して気泡を得る、いわゆるミックスフオーム法が
ある。このミックスフオーム法では混合装置や混合時間
の違いにより発泡倍率が変化するが発泡器による製造で
は、発泡倍率は混合装置や混合時間に関係なく所望に得
られる。そこで本発明は、発泡器によるこの利点に着目
し、前記目的を達成するものである。

発泡器の発泡倍率η、圧力差Ｐ、起泡剤溶液流量Ｑの関
係回帰式は η＝に、＋に、ＰｔｋＱ’ で与えられる。ここで、αは発泡筒の径、長さ、発泡筒
内に収容されるガラスピーズの径等の装置の構造によっ
て定まる係数、βは起泡剤の種類及び濃度、必要に応じ
て加えられ、起泡剤と混合される気泡強化剤の種類及び
濃度によって定まる係−数、ｋｏ、に１は回帰分析によ
って定まる係数である。

シールド掘進機の掘削断面積をＡ、掘進速度をＳ、起泡
剤の適切な注入率をＣとすると、Ｑ＝ＡＳＣとなる。そこで、注入率Ｃを定め、シールド掘進機の掘
進速度Ｓから、起泡剤溶液流量Ｑを得ることができ１発
泡器へ供給する供給量を適切に定めることができる。

次に、前記Ｑを用い、適切な発泡倍率ηと各係数を定め
ると、前記式から圧力差Ｐをめることができる。従って
、圧力室内の圧力をＰ１１発泡発泡器えられる圧力をＰ
２とすると、Ｐ２＝Ｐ、＋Ｐとなることから、圧力室内の圧力Ｐ１を測定することに
より、気泡を適切な注入圧力Ｐ２で注入できる。

起泡剤溶液流量Ｑを一定に保ち、圧力差Ｐを変えたとき
、発泡倍率ηは第１図のように変化する。次に、圧力差
Ｐを一定に保ち、起泡剤溶液流量Ｑを変えたとき、発泡
倍率ηは第２図のように変化する。このような実験を前
もって行ない、ηとＰ、Ｑとの関係回帰式をめることに
より、係数ｋｏ、に、、Ｑ、βを定めることができる。

次に適切な発泡倍率は起泡剤の性質あるいは地山の性状
を勘案して適正な値を設定する。これは経験的に定め得
る。

そして、起泡剤の適切な注入率Ｃは地山の土砂の粒度等
を考慮して決定する。この注入率は地山の地質に影響を
与えることから、地山の地質が変るか否かを調べ、地質
が変る場合には、注入率Ｃを別の値に設定し直すことが
好ましい。

前記操作は例えば計算機による自動制御で行なうことが
できる。すなわち、前記式の各係数、断面積Ａ及び注入
率Ｃを前もって入力しておき、掘進速度Ｓの測定値を計
算機に入力し、この値から起泡剤溶液流量Ｑを算定し、
その結果に基づいて起泡剤供給用のポンプの回転数を変
え、起泡剤の供給量を調整する。他方、起泡剤溶液流量
Ｑの値から圧力差Ｐを算定し、計算機に入力した圧力室
内の圧力Ｐ１から発泡器への注入圧力Ｐ２を得、発泡器
へ圧縮空気を供給する配管中の自動調圧弁を作動して適
正な圧力とする。発泡器から圧力室内へ注入された気泡
はすりと混合され、すりに流動性を与える。しかし、地
山の地質が変るようなときには、手動操作で注入率Ｃを
変更し、前記操作を繰り返すこ、とにより、最適な工法
を確保できる。

本発明のシールド工法は第３図に示す装置を用いて実施
できる。

シールド掘進機ｌＯはシールド本体１２を含む。このシ
ールド本体１２は隔壁１４と、隔壁１４の前方に回転可
能に配置されるカッタ１６とを備える。隔壁１４の前方
はシールド本体１２と隔壁１４とにより形成された圧力
室１８となっている。シールド本体１２にはカッタ１６
を駆動する駆動装置２０とシールド本体１２を前進させ
る複数のジヤツキ２２とが設けられており、駆動装置２
０によりカッタ１６を回転させながら、ジヤツキ２２に
より後方のセグメント２４を押し、この反力でシールド
本体１２を前進させると、カッタ１６の前方の地山２６
は掘削される。

掘削されたすりは圧力室１８に充填され、圧力室１８の
容量を越えたすりは隔壁１４から後方へ伸びるスクリュ
ー・コンベヤ２８を経て排出される。

この場合のすりの充填率は掘削量と排出量との差す定ま
り、この差を大きくすると充填率は高くなる。地山２６
の性状によっては圧力室１８内のすりの充填率を高める
ことができず、前記した地山２６の崩壊が生ずる。

発泡器３０はガラスピーズ３２を充填した円筒部材によ
って形成され、その入口側は２つの配管３４．３６に、
またその出目側は配’ｌ’３８にそれぞれ接続されてい
る。この発泡器３０は圧縮空気と起泡剤溶液とを混合し
、起泡させる。カラスビーズ３２の形状、寸法、発泡器
への詰込み長さを変えることにより、気泡の径を変える
ことができる。例えば、ガラスピーズ３２の径を大きく
すると、この発泡器３０により発生される気泡の径が大
きくなり、ガラスピーズ３２の径を小さくすると、気泡
の径は小さくなる。また、ガラスピーズ３２の形状、寸
法、発泡器への詰込み長さを変えることにより、増粘剤
を使用した縫粘性の高い起泡剤を使用しても、発泡が可
能となる。発泡器３０の口径、長さ及びガラスピーズ３
２の径は前記した式の係数αの値に影響を及ぼす。

発泡器３０の出口側の配管３８は隔壁１４を貫通して圧
力室１８へ開口しており、発泡器３０で発生した気泡を
圧力室１８へ導く。

発泡器３０の入口側の配管３４は空気圧縮機４０に連な
っている。この空気圧縮機４０からの圧縮空気の圧力と
気泡剤溶液の供給量とを変えることにより、発泡器３０
の出口側に圧力が付加された状態でも、任意の発泡倍率
の気泡を製造できる。配管３４には自動調圧弁４２と圧
力計４４とが組込まれている。

他方、配管３６は配管３４から分岐し、起泡剤溶液を収
容するタンク４６に連なっている。タンク４６には必要
に応じて気泡強化剤が一定の濃度に稀釈して収容され、
起泡剤溶液と混合される。

この起泡剤溶液及び気泡強化剤の種類や濃度が前記式の
βに影響を及ぼす、配管３６には容量可変のポンプ４８
と流量計５０とが組込まれている。

圧力室１８内“″に圧力測定装置５２が設置され、圧力
室１８内のずり圧力又はずり圧力と水圧を測定する。こ
の圧力。測定装置５２は配管３８の開口の近くに配置さ
れる。他方、ジヤツキ２２に掘進速度を測定する速度測
定装置５４が取付けられ、ジヤツキのピストンロッドの
伸長の速さからシールド掘進機１０の掘進速度を測定す
る。

圧力測定装置５２と速度測定装置５４とは制御装置５６
に接続され、測定値はこの制御装置５６へ入力する。制
御装置５６は測定値を演算し、その結果に基づいて自動
調圧弁４２とポンプ４８とを制御する。すなわち、速度
測定装置５４からの測定値に基づいてポンプ４゛８の回
転を変え、適切な量の起泡剤を発泡器３０へ供給する。

このとき、流量計５０によって起泡剤の流量を確認でき
る。また、圧力測定装置５２からの、測定値と起泡剤の
流量とに基づいて自動調圧弁４２を作動し、発泡器３０
に供給される空気の圧力を調整する。

このとき、圧力計４４によって発泡器３０の入口圧力を
確認できる。

本発明によれば、起泡剤の供給量と発泡倍率とを任意に
調整できるので、地山Ｉ秋に応じて最適なすりと気泡と
の混合率を得ることができる。

その結果、内部摩擦の高い地山の掘進においても、圧力
室内の充填度を高くすることが可能となり、地山の崩壊
を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力差と発泡倍率との関係を示す特性図、第２
図は起泡剤溶液流量と発泡倍率との関係を示す特性図、
第３図は本発明方法を実施する装置の概略を示す説明図
である。１０；シールド掘進機、１２、シールド本体、　１４．隔壁、１６；カッタ、　１８．圧力室、２６；地山、　３０．発泡器、３２；ガラスピーズ、　４０：空気圧縮機、４６；タン
ク、　４２；自動調圧弁、４８；ポンプ、　５２；圧力測定装置、５４：速度測定
装置。代理人　弁理士　松　永　宜　打圧力差（Ｐ）第２図起泡剤溶液流量（Ｑｌ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　隔壁の前方に圧力室が設けられたシールド掘進
機の前記圧力室へ気泡を注入しながらトンネルを掘進す
るシールド工法であって、前記圧力室の圧力及び前記シ
ールド掘進機の掘進速度をそれぞれ測定し、測定された
掘進速度に基づいて前記気泡の注入量を、また測定され
た圧力と掘進速度とに基づいて前記気泡の注入圧力を調
整することを含む、シールド工法。
（２）　気泡を発生する起泡剤の注入率を変更して最適
化を行なう、特許請求の範囲第（１）項に記載のシール
ド工法。