JP4249084B2 - 泥水式シールド工法の掘削土搬出方法 - Google Patents

Description

本発明は、泥水式シールド工法における掘削土の搬出方法に関する。

トンネルの切羽全面に対し泥水を充満させた状態でシールド機により掘削する泥水式シールド工法において、当該工事のために工事用地（地上）に設置された泥水処理設備から立坑を通しトンネル内のシールド機まで送泥水管及び排泥水管を配設して、ポンプにより加圧した泥水を切羽面に向けて循環させるようにしている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−１１５１８０号公報

前述したように従来は、地上に設置した泥水処理設備から立坑を通しトンネル内のシールド機まで送泥水管及び排泥水管を配設しており、泥水処理のための長い配管を必要としていた。
さらに、シールド機による掘削の進行に伴い、送泥用ポンプと排泥用ポンプをトンネル坑内の配管途中に増設し、送排泥水の配管も連続して延伸し、その配管延長に伴う泥水の圧力損失の発生に伴い切羽に送られる泥水の安定性を確保する必要があり、よって、送排泥水の配管内圧力及び流量を制御する必要もあった。
そして、泥水処理設備で分級処理されて残った掘削土をダンプトラックにより残土処分場まで陸上輸送していたことから、交通渋滞や排ガスなど環境に影響を与える心配もあった。

本発明の課題は、泥水式シールド工法において、泥水処理のための配管を始めとする諸設備を最小限とし、シールド機の後方近傍で直ぐに泥水を処理して、泥水の輸送効率を向上するとともに、泥水輸送設備を簡略化し、併せてトンネル坑外への掘削土搬出量を削減することである。
さらに、本発明の課題は、地上環境に配慮した掘削土の搬送を実現することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図４に示すように、トンネルの切羽に対し泥水を充満させた状態でシールド機１により掘削する泥水式シールド工法において、トンネル１０３坑内の前記シールド機１の後方近傍に、前記シールド機１に泥水を供給し、かつ前記シールド機１から掘削土とともに排出される泥水を処理する泥水処理設備１０を配置しておく一方、前記シールド機１が発進する立坑１０１から別のサービストンネル１１１を河川近傍または海岸近傍まで掘削しておき、トンネル１０３坑内の前記泥水処理装置１０により分級処理されて残った掘削土を前記立坑１０１に搬出してから前記サービストンネル１１１を通して前記河川近傍または海岸近傍まで搬出することを特徴とする。

このように、シールド機の後方近傍に泥水処理設備を配置したので、泥水処理のための配管を始めとする諸設備はシールド機の後方近傍に延ばすだけの最小限で良い。また、シールド機の後方近傍において、直ぐに泥水を処理できるので、泥水輸送効率が向上するとともに、泥水輸送設備も簡略化できる。
そして、トンネル坑内の泥水処理装置により分級処理されて残った掘削土を立坑へ搬出してからサービストンネルを通して河川近傍または海岸近傍まで搬出するので、掘削土を泥水とともに搬出する場合に比べて、掘削土搬出量を削減できる上、掘削土の陸上輸送を廃したことから、地上環境に影響を及ぼす心配もない。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の泥水式シールド工法の掘削土搬出方法であって、例えば図４に示すように、前記河川近傍または海岸近傍に搬出された掘削土を船舶１１３により残土処分場まで水上輸送することを特徴とする。

このように、立坑からサービストンネルを通して河川近傍または海岸近傍に搬出された掘削土を船舶により残土処分場まで水上輸送することで、大量の掘削土を効率良く残土処分場まで輸送できる。

請求項１に記載の発明によれば、シールド機の後方近傍に泥水処理設備を配置したため、泥水処理のための配管を始めとする諸設備はシールド機の後方近傍に延ばすだけの最小限で足りるとともに、シールド機の後方近傍において、直ぐに泥水を処理できることから、泥水輸送効率の向上並びに泥水輸送設備の簡略化も達成できる。
そして、トンネル坑内の泥水処理装置により分級処理されて残った掘削土を立坑へ搬出してからサービストンネルを通して河川近傍または海岸近傍まで搬出することによって、掘削土を泥水とともに搬出する場合に比べて、掘削土搬出量を削減できる上、掘削土の陸上輸送を廃したことから、地上環境に影響を及ぼす心配もないといった利点が得られる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明により得られる効果に加えて、立坑からサービストンネルを通して河川近傍または海岸近傍に搬出された掘削土を船舶により残土処分場まで水上輸送することによって、大量の掘削土を効率良く残土処分場まで輸送できるといった利点が得られる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本発明を適用した一実施形態の構成を示す図１及び図２において、１はシールド機、２はセグメント供給受台車（後方台車）、３はコントロールルーム、４はセグメント台車、５は牽引車両、６は流体輸送台車、７は１次処理台車、８は２次処理台車、９はホイスト、１０は泥水処理プラント、１１は牽引トラス（桟橋、ホイストビーム）、２１は１次処理ライン、３１は２次処理ラインである。

図示のように、大断面のトンネルを掘削するシールド機１の直後に配置されてシールド機１により牽引されるセグメント供給受台車２の上部にコントロールルーム３が設けられている。セグメント供給受台車２には、図示例では、３両連結のセグメント台車４に搭載されたセグメントが後述するようにして供給される。なお、セグメント台車４の前後に牽引車両５が連結されている。
そして、シールド機１の後方近傍、すなわち、セグメント供給受台車２の後方近傍には、図示例では、３両連結の台車６・７・８が配置されており、その３両連結の台車６・７・８に泥水処理プラント１０が搭載されている。

泥水処理プラント１０を搭載する台車６・７・８は、一両目の台車６が、図示のような牽引トラス１１を介してセグメント供給受台車２に連結されており、シールドトンネル底部に施工された床版上を移動する。なお、台車６・７・８は、牽引車両５の牽引により同じく床版上を移動するセグメント台車４が通過できるようほぼ門形のものである。
また、牽引トラス１１は、桟橋を兼ねるとともに、ホイストビームを装備している。
なお、牽引トラス１１の上部にはセグメント輸送のコンベア設備を設けることができ、その両端にセグメント専用のエレベータを設けることにより、ホイストを使用しない方式でセグメント供給を提供できる。

ホイスト９は、床版上を移動してほぼ門形の台車６・７・８を通過してその前方に停止したセグメント台車４上からセグメントを吊り上げて、ホイストビーム（牽引トラス；桟橋）１１に沿って移動することによりセグメント供給受台車２に載せるものである。セグメント供給受台車２に載せたセグメントは、図示しないセグメント供給装置によりシールド機１内のエレクターにより組立てられて、これにより覆工が行われる。
また、ホイスト９は、セグメント台車４（または図略のカルバート台車）上からプレキャストボックスカルバートを吊り上げて図示のようにシールドトンネル底部にセットすることもできる。

泥水処理プラント１０は、図２に示すように、１両目の流体輸送台車６に搭載した送泥水ポンプ（送泥水サンドポンプ）１２及び調整槽１４と、２両目の１次処理ライン台車７に搭載した２次処理ライン２１と、３両目の２次処理ライン台車８に搭載した２次処理ライン３１等により構成される。
１次処理ライン２１は、ローヘッドスクリーン２２、サンドセパレータ２４、泥水受槽２５、スラリー槽２６等により構成される。２次処理ライン３１は、フィルタープレス３２、プレスポンプ３３、濁水処理装置３４等により構成される。以上の機器は、ほぼ門形をなす台車６・７・８の左右に分けてそれぞれ搭載されている。

そして、送泥水ポンプ１２とシールド機１とをつなぐ送泥水管１３が設けられるとともに、ローヘッドスクリーン２２とシールド機１とをつなぐ排泥水管２３が設けられている。
また、２次処理ライン台車８には排土ベルトコンベア３５が搭載されていて、その後方には坑内ベルトコンベア３６が連続して設けられている。

以上の泥水処理プラント１０において、シールド機１から排出された泥水は、排泥水管２３を通りローヘッドスクリーン２２を経て泥水受槽２５に溜められ、図３に示したように、通常の水中サンドポンプによるサイクロンポンプ２７によりサイクロン２８を経てサンドセパレータ２４に送られ、１次処理として排泥水から砂が除去される。
ここで、ローヘッドスクリーン２２は、排泥水に含まれる大きな礫・固結シルトを泥水から分離する。このローヘッドスクリーン２２により大きな礫・固結シルトが分離された泥水が泥水受槽２５に溜められる。
サイクロンポンプ２７は、泥水受槽２５中の泥水をサイクロン２８へ送水する。
サイクロン２８は、サンドセパレータ２４の上部に設置され、泥水にサイクロン（渦流）を発生させて、比重差を利用し砂・粘土水を分離する。このサイクロンで分離された砂がサンドセパレータ２４に落下し、粘土水（余泥水）がスラリー槽２６に送られる。
サンドセパレータ２４は、砂粒子に付着している水分を脱水することを目的とする振動式の篩い装置である。このサンドセパレータ２４により脱水された砂が取り出され、水分は泥水受槽２５に落下する。

そして、スラリー槽２６、調整槽１４を経て送泥水ポンプ１２により送泥水管１３を通ってシールド機１に泥水が供給される一方、２次・３次処理水槽等の濁水処理槽３４で処理される。また、濁水処理槽３４で処理後の泥水がフィルタープレス３３に送られる。
こうして泥水式シールド掘進を行うシールド機１直後のセグメント供給受台車２の後方近傍において、シールドトンネル内に移動式の泥水処理設備を配置構成する。

以上のように、シールド機１直後のセグメント供給受台車２の後方近傍に泥水処理プラント１０が位置しているため、台車６・７・８に搭載した泥水処理プラント１０による泥水処理のための配管（送泥水管１３及び排泥水管２３）はシールド機１直後からセグメント供給受台車２の後方近傍の泥水処理プラント１０に延ばすだけの最小限の長さで足りるものとなる。しかも、シールド機１に牽引されることにより、配管長さも変わらず、延長や中継ポンプの設置も必要としない。
そして、このようなシールド機１直後のセグメント供給受台車２の後方近傍において、移動式の泥水処理プラント１０により直ぐに泥水を処理でき、泥水輸送効率を向上できる。しかも、処理後の泥水をシールド機１に最短で戻すことができる。従って、泥水輸送設備も簡略化できる。

また、泥水処理プラント１０による処理土は、一部がトンネル坑内に構築される構造物の隙間、実施形態ではインバート１０４の隙間に充填されて、残りがトンネル坑外へ排出される。すなわち、１次処理ライン２１で１次分級処理された砂と、２次処理ライン３１で２次分級処理された粘土は、一部が図示例ではプレキャストボックスカルバートの両側方に充填されて、残りが排土ベルトコンベア３５から坑内ベルトコンベア３６により坑外へ排出される。従って、掘削土を有効利用できるとともに、トンネル坑外への土砂排出量を削減できる。

図４は本発明が適用される大深度シールドトンネル施工システムを示すもので、低土被りからの斜め発進Ａ、掘削土の坑内処理Ｂ、インバートの同時施工Ｃ、セグメントの現地製作Ｄ、タイヤ式運搬車両による資機材搬送Ｅ、サービストンネルの活用Ｆ、バージ積み出し・船舶輸送Ｇまでのシステム全体を示している。
この図３において、１０１は立坑、１０２は斜坑、１０３はシールドトンネル、１０４はインバート、１０５はセグメント工場、１０６は大気浄化装置、１０７は換気ファン、１０８は換気配管、１０９は建屋、１１０はセグメント搬送トラック、１１１はサービストンネル、１１２は資材運搬車、１１３は土運船である。

先ず、シールド発進は、図示のように、浅い立坑１０１において、低土被りからの斜め発進Ａによる斜坑１０２を含んでシールドトンネル１０３を施工する。このように浅い立坑１０１から低土被りによる斜め発進Ａとすることで、周辺環境への配慮とともにコスト縮減を図っている。
そして、前述したように、掘削土の坑内処理Ｂを行うことで、泥水輸送設備の簡略化とともに地上工事用地の最小化を図っている。さらに、インバート１０４の同時施工Ｃを行うことで、施工全体の高速化とともに掘削土の有効利用を図っている。

他方、地上においては、立坑１０１の周辺にセグメント工場１０５が設置されている。こうして、セグメントの現地製作Ｄを行って、コスト縮減とともに環境負荷低減を図っている。
また、立坑１０１の地上開口部に大気浄化装置１０６が設置されている。この大気浄化装置１０６は、トンネル坑内に配される換気ファン１０７を先端に有する換気配管１０８を備えており、立坑１０１の地上開口部を高所まで覆う囲い状の建屋１０９の煙突１０９ａから浄化処理空気が排気されるようになっている。こうして、坑内環境の改善とともに周辺環境への負荷低減を図っている。

ここで、立坑１０１周辺のセグメント工場１０５で製作されたセグメントは、立坑１０１からセグメント搬送トラック１１０によっても行われる。すなわち、前述した牽引車両５及びセグメント台車４とともにセグメント搬送トラック１１０によるいずれもタイヤ式運搬車両による資機材搬送Ｅが行われる。こうして、坑内設備の簡略化を図るとともに、大断面施工で特に有効な資機材搬送を図っている。
そして、斜坑１０２には、前述した坑内ベルトコンベア３６に連続して延伸ベルトコンベア３７・３８が設けられている。
このように、シールドトンネル１０３坑内の泥水処理プラント１０から立坑１０１までまで設ける延伸ベルトコンベア３６・３７・３８によって、トンネル掘削施工の効率化を図るとともに、長距離施工で有効な掘削土搬出方式となっている。

次に、立坑１０１から河川の河口や海岸口までサービストンネル１１１を掘削しておく。このサービストンネル１１１には、斜坑１０２の延伸ベルトコンベア３８に連続する延伸ベルトコンベア３９を設けておく。こうして、サービストンネル１１１を利用して、掘削土を排出する。さらに、サービストンネル１１１には資材運搬車１１２を通行させる。
このように、サービストンネル１１１を活用Ｆして、周辺環境への配慮とともに掘削土搬出の効率化を図っている。

そして、サービストンネル１１１の延伸ベルトコンベア３９から排出される掘削土は、土運船１１３に積んで埋立地（残土処分場）に水上（海上）輸送される。
このバージ積み出し・船舶輸送Ｇによって、周辺環境への配慮とともに残土処理の効率化を図っている。

以上のような大深度シールドトンネル施工システムにより、立坑基地は泥水処理設備と残土搬出のための敷地（ヤード）がなくなり、従来の大規模立坑に代えてシールド機発進のための小規模の浅い立坑で済み、このため、建築工事に必要な地上の作業用地が小さくて良く、例えば市街地の用地確保の問題が軽減される。

なお、以上の実施形態においては、三両の台車に分けて搭載した泥水処理プラントとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、具体的な台車の編成やプラントの構成は他の構成であっても良い。
また、実施形態では泥水処理プラントによる処理土をインバートの隙間に充填したが、インバートに限らずトンネル坑内に構築される他の構造物の隙間に充填しても良い。
さらに、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明を適用した一実施形態の構成を示すもので、シールド機及び泥水処理設備を示した概略斜視図である。 同じく概略側面図である。 １次処理のフローを示した図である。 本発明が適用される大深度シールドトンネル施工システムを示すもので、低土被りからの斜め発進Ａ、掘削土の坑内処理Ｂ、インバートの同時施工Ｃ、セグメントの現地製作Ｄ、タイヤ式運搬車両による資機材搬送Ｅ、サービストンネルの活用Ｆ、バージ積み出し・船舶輸送Ｇまでのシステム全体を示した概要図である。

符号の説明

１ シールド機
２ セグメント供給受台車（後方台車）
３ コントロールルーム
４ セグメント台車
５ 牽引車両
６ 流体輸送台車
７ １次処理ライン台車
８ ２次処理ライン台車
９ ホイスト
１０ 泥水処理プラント
１１ 牽引トラス（桟橋、ホイストビーム）
１２ 送泥水ポンプ
１３ 送泥水管
１４ 調整槽
２１ １次処理ライン
２２ ローヘッドスクリーン
２３ 排泥水管
２４ サンドセパレータ
２５ 泥水受槽
２６ スラリー槽
２７ サイクロンポンプ
２８ サイクロン
３１ ２次処理ライン
３２ フィルタープレス
３３ プレスポンプ
３４ 濁水処理装置
３５ 排土ベルトコンベア
３６ 坑内ベルトコンベア
３７・３８・３９ 延伸ベルトコンベア
１０１ 立坑
１０２ 斜坑
１０３ シールドトンネル
１０４ インバート
１０５ セグメント工場
１０６ 大気浄化装置
１０７ 換気ファン
１０８ 換気配管
１０９ 建屋
１１０ セグメント搬送トラック
１１１ サービストンネル
１１２ 資材運搬車
１１３ 土運船（船舶）

Claims (2)

1. トンネルの切羽に対し泥水を充満させた状態でシールド機により掘削する泥水式シールド工法において、
   トンネル坑内の前記シールド機の後方近傍に、前記シールド機に泥水を供給し、かつ前記シールド機から掘削土とともに排出される泥水を処理する泥水処理設備を配置しておく一方、
   前記シールド機が発進する立坑から別のサービストンネルを河川近傍または海岸近傍まで掘削しておき、
   トンネル坑内の前記泥水処理設備により分級処理されて残った掘削土を前記立坑に搬出してから前記サービストンネルを通して前記河川近傍または海岸近傍まで搬出することを特徴とする泥水式シールド工法の掘削土搬出方法。
2. 前記河川近傍または海岸近傍に搬出された掘削土を船舶により残土処分場まで水上輸送することを特徴とする請求項１に記載の泥水式シールド工法の掘削土搬出方法。

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