JPH041840B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、シールド式トンネル掘進において切
羽地盤のロータリカツタに対する掘削抵抗の軽減
またはずりに対する流動性および止水性の付与の
ために、シールド本体の隔壁前方で地盤またはず
りに起泡剤と増粘剤とを起泡処理して得た気泡を
注入または付与することにより、気泡が混入した
ずりの処理方法に関する。

（従来技術） 起泡剤と増粘剤とを起泡処理して得た気泡は、
前記増粘剤の働きにより粘性を高められ、高い安
定性を有する。安定性の高いすなわち強い気泡は
破れにくいため、切羽地盤のロータリカツタに対
する掘削抵抗のより一層の軽減とシールド本体の
隔壁前方の加圧域におけるずりの流動性および止
水性のより一層の向上に寄与する。

ところで、シールド本体の加圧域からその後方
の大気圧域に放出されるずり中の気泡は、ずりの
処理上、速やかにかつ完全に消去されることが望
ましい。

従来、消泡を促進するため、大気圧域に放出さ
れる前記ずりに消泡剤とともにエチルアルコール
のような粘性低下剤を添加していた。これによれ
ば、気泡は前記粘性低下剤の働きによりその粘性
したがつて安定性を低下され、安定性の低下した
気泡は前記消泡剤の働きによつて短時間のうちに
完全に消去される。

ところが、前記増粘剤として水溶性の高分子材
料を使用したときは、消泡に長時間を要し、ま
た、多量の粘性低下剤を必要とした。これは、前
記高分子材料には、気泡の粘性を増大させる働き
のほか、気泡に安定性を付与する高分子の鎖構造
を形成する働きがあつて、前記エチルアルコール
のような粘性低下剤では前記高分子の鎖構造の鎖
を切ることができず、前記高分子の鎖構造の弱体
化を待ち、また、前記鎖構造の弱体化のために気
泡の粘性を必要以上に低下させる必要があるため
であると考えられる。

（目的） したがつて、本発明は起泡剤と水溶性の高分子
材料から成る増粘剤とを起泡処理または気泡混入
処理によつてずりに混入した高分子の鎖構造を有
する気泡を短時間でかつ少量の粘性低下剤を用い
て消去することを目的とする。

（構成および作用効果） 本発明は、シールド本体の隔壁前方で地盤また
はずりに起泡剤と水溶性の高分子材料から成る増
粘剤とを起泡処理して得た高分子の鎖構造を有す
る気泡を注入または付与することにより気泡が混
入したずりに、隔壁後方において、前記高分子の
鎖構造の鎖を切断可能である粘性低下剤と消泡剤
とを用いて消泡処理を施すことを特徴とする。

本発明によれば、前記水溶性の高分子材料から
成る増粘剤によつて気泡に付与されかつ気泡の安
定性を高める粘性および高分子の鎖構造の鎖が、
それぞれ、前記粘性低下剤によつて低下されかつ
切断され、これにより気泡の安定性が損なわれ
る。したがつて、前記高分子の鎖構造の弱体化の
ための待ち時間を不要とし、また、前記鎖構造の
弱体化のために気泡の粘性を必要以上に低下させ
るための粘性低下剤の大量使用を不要とすること
ができる。

（実施例） 本発明が特徴とするところは、図示の実施例に
ついての以下の説明により、さらに明らかとなろ
う。

本発明において処理の対象となるずりに混入さ
れる気泡は、起泡剤および後記水溶性の高分子材
料から成る増粘剤の水溶液によつて形成される。
前記水溶性の高分子材料から成る増粘剤には気泡
の粘性を増大させ、また、気泡に高分子の鎖構造
を形成し、これにより、気泡の安定性をより向上
させ、気泡を壊れにくくまた割れにくくするとい
う性質がある。

第１図に示すシールド式トンネル掘進装置１０
は、そのシールド本体１２の後部に、セグメント
１４に反力を担わせてシールド本体１２を推進さ
せるジヤツキ１６を備え、また前部には回転カツ
タヘツド１８を支承すると共にシールド本体内を
前方の加圧域２０と後方の大気圧域２２とに分か
つ隔壁２４を備える。

カツタヘツド１８には、前記起泡剤および前記
増粘剤の混合水溶液と高圧空気とを混合する起泡
処理により得た気泡を供給するための管２８が配
管されている。管２８は、カツタヘツド１８の回
転軸を経てカツタフエイスに伸び、該カツタフエ
イスから切羽に向けられた複数の開口２６を有す
る。また、隔壁２４にも気泡を供給するための複
数の管３０が連結されており、管２８および管３
０の端部は、それぞれ、切羽地盤および隔壁前方
に受け入れたりずりに、安定性に富む気泡を与え
あるいは前記ずりに安定性に富む気泡を供給する
ための開口２６，３２に帰している。さらに、隔
壁２４には、ずりと気泡とのロータリカツタによ
る撹拌、混合をさらに促進するために、複数のア
ジテータ３４が設けられている。

前記起泡剤としては、例えば、ポゾリス物産(株)
のポゾリスNo.505（商品名）がある。

また、前記増粘剤としての水溶性の高分子材料
には、植物系に属するアラビヤゴム、トラガント
ゴム、アルギン酸塩、コーンスターチ等および動
物系に属するゼラチン、カゼイン等の天然物と、
加工および変性デンプン系に属する可溶性でんぷ
ん、カチオンでんぷん等およびセルロース系に属
するCMC（カルボキシメチルセルロース）、MC
（メチルセルロース）、HEC（ヒドロキシエチルセ
ルロース）等の半天然物と、ビニル系に属する
PVA（ポリビニルアルコール）、PVP（ポリビニル
ピロリドン）、およびPEO（ポリエチレンオキサ
イド）、ポリリン酸塩等の合成物とがある。

前記した掘進装置によれば、切羽地盤はカツタ
フエイスから供給された気泡がカツタフエイスと
切羽地盤との間に介在するすることによりカツタ
の掘削低抗が減じ、またこうして掘削された土砂
中に含まれる前記気泡または掘削土砂に隔壁側で
供給される気泡がずりを流動化させる。また、こ
のずりは、へどろ状を呈し、液密性および気密性
に富むことから、加圧域２０の圧力降下をきたす
ことなく大気圧域２２へずり出しする上で有利で
あるという性質を有する。

本発明の図示の実施例によれば、隔壁２４には
大気圧域２２に設置されたスクリユーコンベア３
６が内部を加圧域２０に連通させて取り付けられ
る。このスクリユーコンベア３６は、ずりを隔壁
前方の加圧域２０から後方の大気圧域２２へ排出
する中間的な排出域を構成し、スクリユーコンベ
ア３６にはそのケーシング３８およびシヤフト４
０を経て内部に消泡剤と、気泡に形成された前記
高分子の鎖構造の鎖を切断することができる粘性
低下剤とを供給する装置４２が連結されている。

前記消泡剤としては、例えば、気泡を非イオン
活性剤のポリオキシ化合物またはスルホン化合物
から成る空気連行剤の使用によつて生じさせた場
合、エチルアルコール、東邦化学工業(株)製のプロ
ナール２４００（商品名）のような界面活性剤等
を用いることができる。

また、前記粘性低下剤としては、増粘剤である
前記水溶性高分子材料が天然物または半天然物の
ときは、でんぷん加水分解酵素および蛋白質加水
分解酵素（アミラーゼ、プロテアーゼ等）、セル
ロース加水分解酵素（セルラーゼ等）、酸（塩酸、
硫酸等）、塩（塩化物、硫酸塩、炭酸塩等）、多価
金属イオン（鉄、クロム、ニツケル等）等が好ま
しい。なお、酵素は酸性の環境下で高活性を呈、
高温度下で反応速度の上昇がみられることから、
前記酵素の使用に際しては、ずりに酸を添加しあ
るいはずりを加熱することが望ましい。また、前
記水溶性高分子材料が合成物のときの粘性低下剤
としては、酸（塩酸、硫酸等）、塩（塩化物、硫
酸塩、炭酸塩等）、多価金属イオン（鉄、クロム、
ニツケル等）、酸化剤（塩素、過酸化水素、過マ
ンガン酸塩、過硫酸塩等）等が好ましい。

供給装置４２は、消泡剤と前記粘性低下剤との
混合物の供給源４２ａおよびこれに接続された管
４２ｂ，４２ｃを含む。管４２ｂ，４２ｃは、ス
クリユーコンベア３６の全長の、隔壁側から約三
分の一の位置で消泡剤および前記粘性低下剤をず
りに添加するように、ケーシング３８およびシヤ
フト４０にそれぞれ開口３８ａおよび４０ａが設
けられている。

スクリユーコンベア３６は、隔壁２４とは反対
側の端部に開閉部４４を備え、該開閉部の下方に
はずり出し用のベルトコンベア４６が設置されて
いる。

スクリユーコンベア３６内に切羽掘削、シール
ド本体１２の推進およびこれに伴う加圧域２０中
の圧力上昇に従つて入り込んだ気泡混入ずりは、
ケーシング３８内を送られてそのほぼ三分の一の
範囲を移動したところで、管４２ｂ，４２ｃを経
て供給される消泡剤および前記粘性低下剤の添加
を受け、スクリユーシヤフトの回転によつて生じ
る送りと撹拌の作用を受けて、ずりと消泡剤と前
記粘性低下剤とが混合する。ずり中の気泡は、前
記粘性低下剤の働きにより粘性が低下されまた前
記高分子の鎖構造の鎖が切断され、これにより、
気泡の安定性が低下され、安定性が低下した気泡
は消泡剤の働きにより破れる。その結果、ずりは
切羽地盤にあつたと同一の自然の土砂の状態に戻
る。

気泡混入ずりは、その流動性のために、スクリ
ユーコンベア３６から急激に排出されるおそれが
あるが、前記のように消泡されることにより、圧
密を生じて急激な排出が防止される。

消泡剤と前記粘性低下剤とはこれらを予め混合
したものを供給源４２ａから添加し、またはそれ
ぞれを別々に同時にあるいは順次に添加する。

排出域であるスクリユーコンベア３６内で消泡
剤および前記粘性低下剤と混合されて消泡したず
りは、開閉部４４へ向け移動する間に次第に圧密
し、スクリユーコンベア３６内全域に気泡混入ず
りが充満すると同様の止水性を維持することがで
きる。したがつて、開閉部４４を開放して無気泡
状態に復したずりを大気圧域２２中のベルトコン
ベア４６上に放出しても加圧域２０内に圧力降下
を招くことはなく、切羽の安定に必要な所定の圧
力を維持することができる。

第２図に示す例は、加圧域２０と連通する排出
域を回転ドラム型のずり出し装置３７によつて構
成した例を示す。このずり出し装置は、特公昭53
−36257号公報に開示されたと同様の構造を有し、
隔壁２４に結合されケーシング３８内にあつて駆
動回転されるドラム３９とを備え、該ドラムには
内部を偏心的に横切る仕切板４１とドラム３９内
にずりを受け入れかつ排出するための開口４３と
が設けられており、また前記ケーシング３８には
開閉部４４が設けられている。

ドラム３９の時計方向への角度的回転によつて
加圧域２０から開口４３を経てドラム３９の内部
に受け入れられたずりには、ドラム３９の引き続
く回転により開口４３に供給装置４２の管４５か
ら供給される消泡剤および前記粘性低下剤が添加
される。ドラム３９のさらに引き続く角度的回転
により第２図に示す位置すなわち開口４３が開閉
部４４と整合する位置に至る間にずりと消泡剤と
前記粘性低下剤とが撹拌混合され、ずり中の気泡
は消去される。その後、ドラム３９が図示の位置
に停止する間に開閉部４４が開放されると、無気
泡化したずりはドラム３９からケーシング３８の
開閉部４４を経てベルトコンベア４６上に放出さ
れ、引き続き大気圧域２２を後方へ搬出される。

第３〜６図は、気泡混入ずりを加圧域２０か
ら、その圧力低下を防止しつつ、大気圧域２２に
気泡混入のまま排出したのち、シールド本体１２
内もしくは坑道内で消泡剤および前記粘性低下剤
による消泡処理を施し、あるいはへどろ状を呈す
る気泡混入ずりの流動性を活用して加圧域２０か
ら直接地上に設けた設備へ圧送し、ここで大気圧
域２２に放出して消泡処理を行う実施例を示す。

まず、第３図の装置は、隔壁２４に取り付けら
れ、加圧域２０に連通する排出管５０を有し、そ
の端部には加圧域２０に所定の圧力を維持しつつ
ずりを排出することができる排出機構５２および
排出口５４を備える。排出口５４下にはずりトロ
５６配置され、シールド本体１２の推進に従つて
排出管５０内に受け入れられた気泡混入ずりは、
排出機構５２の作動により有気泡状態で管外に排
出され、ずりトロ５６によりシールド本体１２外
に搬出される。その後、坑道内もしくは地上に設
置したずり溜め中で消泡剤および前記粘性低下剤
と撹拌混合される。勿論、第４図に示すように、
排出管５０の排出口５４下にずりを受けてこれに
消泡剤および前記粘性低下剤を添加し、撹拌混合
するために、供給装置４２が接続されたずり溜め
５５を設けてもよい。

次に、第５，６図は、第３図に示した気泡混入
ずりの排出管５０を延長し、坑道５７ａ，５７ｂ
を経て地上の処理設備５８に接続した例を示す。
管５０にはずり圧送用のポンプ６０が設置され、
管５０の端部近傍にはロータリバルブ６２が設け
られており、気泡混入ずりは管内圧力、ひいては
加圧域２０内の圧力降下なしにずり溜め５５中に
放出される。ずり溜め５５では、供給装置４２か
ら送られる消泡剤および前記粘性低下剤がずりに
添加され、これらの撹拌混合により、ずりは無気
泡状態に帰し、その後、ホツパ６４に移され、ダ
ンプトラツクのような通常の土砂運搬手段により
土捨場へ搬送される。

また、第６図に示す設備は、第１図および第２
図に示す例に適用することができ、これにより、
大気圧域での消泡処理を施すことができる。すな
わち、ずりの搬送手段であるベルトコンベア４６
に代えて、排出管５０をスクリユーコンベア３６
の開閉部４４（第１図）またはずり出し装置３７
の開閉部４４（第２図）に接続することができ
る。この場合、第１図および第２図に示された消
泡剤および前記粘性低下剤の供給装置４２は必要
でない。

本発明によれば、消泡剤と共に添加される前記
粘性低下剤の作用により、ずり中の気泡を高安定
性を保障する、前記水溶性の高分子材料による気
泡の粘性が著しく低下しかつ前記高分子の鎖構造
の鎖が切断され、これにより気泡は不安定な状態
におかれ、消泡剤の作用により気泡は迅速にしか
も完全に消去される。

その結果、消泡処理を施されたずりは、通常の
掘削土砂としての性状を備え、その取り扱いおよ
び土捨場に格別な規制を受けることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に供されるシールド式ト
ンネル掘進装置の一例を示す概略的な縦断面図、
第２図、第３図、第４図および第５図は第１図に
示した装置の変形例を示す縦断面図、第６図は消
泡設備を地上に設けた例を示す概略図である。 １０：シールド式トンネル掘進装置、１２：シ
ールド本体、１８：カツタヘツド、２０：加圧
域、２２：大気圧域、２４：隔壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シールド本体の隔壁前方で地盤またはずりに
   起泡剤と水溶性の高分子材料から成る増粘剤とを
   起泡処理して得た高分子の鎖構造を有する気泡を
   注入または付与することにより気泡が混入したず
   りに、隔壁後方において、前記高分子の鎖構造の
   鎖を切断可能である粘性低下剤と消泡剤とを用い
   て消泡処理を施すことを特徴とする、シールド式
   トンネル掘進における気泡混入ずりの処理方法。 ２ 隔壁後方にあつて隔壁前方の加圧域に連通す
   る排出域内において前記消泡処理を施すことを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項の方法。 ３ 隔壁後方の大気圧域において前記消泡処理を
   施すことを特徴とする、特許請求の範囲第１項の
   方法。