JPH04343997A - シールド掘進方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシールド式掘進機を用い
る土層掘進方法の改良に関する。本発明のシールド掘進
方法は、掘削部の崩壊を防止しかつ止水効果をもたせな
がら行なう、トンネルの掘削造成方法に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】泥土圧シールド工法は、一般にベントナ
イト、粘土の水性スラリーを注入材として切羽に圧入さ
せながら土層を掘削する方法として、トンネル等の掘削
に主に用いられている。

【０００３】また、その効果は従来の無注入の土圧式シ
ールド工法と比較し、地山に不足する細粒分を補えるこ
と、さらには切羽地下水を注入材と置換することによっ
て、掘削できる対象が粘性土地盤から砂地盤、さらには
砂礫地盤にまで拡大できることが大きな利点となってい
る。

【０００４】また別な注入材としては、スラリーの代わ
りにシェービングクリーム状の気泡を注入し、そのベア
リング効果によって掘削土砂の流動性を改善しながら掘
進する方法や、高分子系吸水剤を注入することにより、
掘削土砂の止水性を改善して掘進する方法が採用されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】地下水が豊富な砂、砂
礫、玉石層等の地盤を対象に泥土圧シールド工法を適用
し、注入材をベントナイト、粘土を主成分とするスラリ
ーとした場合、次のような問題点がある。すなわち、ス
ラリーを注入する泥土圧シールド工法において、地下水
圧が高くかつ豊富な砂地盤、または礫率が７０％以上の
砂礫地盤を掘進する場合、掘削土砂の土粒子構成に起因
して、切削トルクの異常な上昇によるカッター回転の中
断や掘削土砂の土圧室からスクリュウコンベアあるいは
リボンスクリュウ等の排土機構へ至るまでの間に必要な
流動性を欠き、地下水の噴発、対抗土圧の発生不良を生
じる場合が多い。

【０００６】この場合、掘進の中断を招くとともに、切
羽地下水の流れを移動せざるを得なく、周辺地盤への影
響や路面陥没等の不都合をもたらしていた。

【０００７】これらの対策としては、スラリーを大量に
切羽に注入する方法や別途薬液注入等の補助工法によっ
て地盤を安定させる措置を講じる必要があり、スラリー
の費用や地盤改良等の経済的負担もかなり大きなもので
あった。

【０００８】以上のように、泥土圧シールド工法におい
て注入材注入の原理は、掘削土砂を礫が均一に混合され
た状態の塑性化土に改良することであり、すなわち土性
値の改善を行ない土砂の流動性および止水性を保持しな
がら、安定した掘進を維持することが望まれている。

【０００９】また別な注入材を用いる場合でも、前述の
ような地下水圧が高くかつ豊富な砂地盤、または礫率が
７０％以上の砂礫地盤を対象に掘進を行なう場合は、掘
削土砂の流動性および止水性の改善が不十分な場合があ
る。さらに、コスト的面でも不経済となっている。

【００１０】したがって、本発明の目的は泥土圧シール
ド掘進機カッター部が切羽面から受ける負荷を軽減する
ことができ、かつ、掘削土砂の流動性および止水性を改
善し、坑外に搬出された最終掘削ズリの中にベントナイ
トや気泡、高分子吸水材を含まない注入材を用いて、こ
れらにより掘進作業の安定化と掘削ズリの後処理の容易
化を図ることができる、泥土圧シールド掘進方法を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のシールド掘進方
法は、回転する切羽カッター部と土圧室と土圧室内の土
を撹拌する撹拌機構と土圧室内の土を排出する機構と切
羽に注入材を注入させる注入材導管とを備えたシールド
式掘進機を作動させて、切羽面または土圧室内に注入材
を注入させながら、土層を掘進する方法において、前記
注入材として珪酸質水性ゼリーを用いることを特徴とす
るものである。

【００１２】本発明に注入材として用いられる珪酸質水
性ゼリーは、公知の方法によって容易に得られる。その
例としては、水ガラス等水溶性珪酸塩の水溶液に、各種
酸や塩類、例えば、硫酸、塩酸、酢酸、くえん酸、食塩
、硫酸マグネシウム等を加える方法、或いは水ガラス等
水溶性珪酸塩の水溶液を脱陽イオン処理することにより
得られる珪酸またはそのオリゴマーの水溶液をゲル化さ
せる方法、或いはさらに、シリカ水性ゾルを公知の方法
によりゲル化させる方法等が挙げられる。

【００１３】本発明に用いられる珪酸質水性ゼリーは、
通常ＳｉＯ２　分を１〜６０重量％、好ましくは、３〜
３０重量％含有する。また、その大きさ及び形状には特
に制限はなく、本発明の目的が達成される限り任意の成
分を含有することができる。

【００１４】本発明に用いられるシールド式掘進機は、
従来から用いられているものでよく、その特徴的構造と
して、回転しながら土層を掘削できる切羽カッター部と
掘削した土を充満させ得る土圧室とその土圧室内で充満
土を撹拌する撹拌機構と土圧室内から掘削した土を排出
する排出機構と切羽面あるいは土圧室内に材料を注入す
る導管が設けられている。

【００１５】また、切羽面または土圧室内への珪酸質水
性ゼリーの注入は、所要圧力下において前記導管から注
入され、その注入量は地盤の有効間隙率または間隙率を
目安に行ない、排出土砂が礫の均一に混合された状態の
塑性化土に改良されるよう調節される。

【００１６】

【作　　用】泥土圧シールド工法に注入材として、珪酸
質水性ゼリーを注入する場合、切羽面または土圧室内に
おいて、土粒子間および礫間に珪酸質水性ゼリーが充填
され、土圧室内での混練中にまたはスクリュウコンベア
またはリボンスクリュウの回転制御によって、切羽面か
ら土圧質さらには混練機構から排土機構に至るまでの一
連の止水壁ゾーンを形成することができる。

【００１７】また、珪酸質水性ゼリーを切羽カッター部
に注入すると珪酸質水性ゼリーが切羽に当り、カッター
部が切羽面から受ける負荷を低下させることになる。

【００１８】切羽から掘削された土砂は珪酸質水性ゼリ
ーといっしょに土圧室に充満され混合撹拌される。これ
により掘削土砂と珪酸質水性ゼリーが充分に混合され、
礫が均一に混合された状態の混合掘削ズリとなる。

【００１９】このようにしてできた礫が均一に混合され
た状態の混合掘削ズリは、土圧室に充満させることで対
抗土圧が発生し、切羽土圧および地下水圧を抑制し切羽
の安定を図る。

【００２０】その後、スクリュウの回転制御によって、
スクリュウ内にも混合掘削ズリを充満させ、土圧を制御
しながら排出ゲートを開いて混合掘削ズリを排土する。 これらを連続的に行なうことで、切羽を安定しつつ掘進
は継続される。

【００２１】すなわち、土圧室内の混合ズリは、その充
満状態を維持しつつスクリュウコンベア等の排出手段に
よって、泥土圧シールド掘進機の後方外部に排出される
。

【００２２】この時、混合掘削ズリの流動性および止水
性は低下していないため、土圧室において発生させた対
抗土圧を一定に保持したまま、混合掘削ズリを安定した
状態で排出することが可能となる。

【００２３】また、珪酸質水性ゼリーは加圧すれば流動
化するゲル化状態を保持するため、切羽面から土層中に
浸入し、切羽面における切羽地下水の地盤側への押し戻
しも可能となる。

【００２４】さらに、土粒子間および礫間に注入した珪
酸質水性ゼリーは、カッターが作用するときに、地盤の
内部摩擦を低減し掘削抵抗を減少させるとともに、切羽
面から土圧室内の混練機構および土圧室から坑外への排
出までの流動性が改善される。

【００２５】

【実施例】掘削すべき地盤により有効間隙率または間隙
率が異なるために、注入材の注入率を変化させる必要が
ある。本実施例では、地盤を統一するために人工地盤を
作成し、注入材の注入率と地盤の改善効果についての試
験を行なった。

【００２６】（イ）人工地盤の作成 図１に示した粒度分布をもつよう調製されたモデル地盤
を作成した。このモデル地盤は、以下に示す特性を有す
る。 　　　　礫分　　　　　　（粒径　　２ｍｍ以上）　　
　　　　：　　８５　　％　　　　砂分　　　　　　（
粒径　　２〜０．０７４　ｍｍ）　　：　　１５　　％
　　　　細粒分　　　　（粒径　　０．０７４　ｍｍ以
下）　　：　　　　０　　％　　　　最大粒径　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　：
　　５０．８ｍｍ　　　　均等係数　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　：　　１７．
９

【００２７】（ロ）珪酸質水性ゼリーの調製市販のナ
トリウム水ガラスの水溶液を脱陽イオンすることにより
得られた珪酸およびそのオリゴマーの水溶液をそのまま
室温で放置することにより珪酸質水性ゼリーを得た。な
おこのゼリーは、ＳｉＯ２　濃度　　３．６％、ｐＨ約
３の性質をもつ。

【００２８】上記（イ）で作成した地盤に対して、（ロ
）で調製したゼリーを任意の注入率で加えたときの改良
効果を図２および図３に示した。また、それぞれ比較例
として一般的に使用されているベントナイト系スラリー
１（比重　　１．２８）、スラリー２（比重　　１．４
６）を用いた例を図中に示した。

【００２９】上記モデル地盤に近い土層において、注入
材に使用している気泡の代替として（ロ）で調製したゼ
リーを用いて掘進機を作動させたところ約１０ｍ異常な
く掘進を進行することが出来た。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、泥土圧シールド工法に
珪酸質水性ゼリーを注入材として用いるので、切羽面か
ら受ける機械負荷を低減することができる。また、珪酸
質水性ゼリーはゲル化状態で掘削土の間隙に充填するた
め、地下水の豊富な砂、砂礫、玉石層においても掘削土
砂との分離を促進することなく流動性および止水性に関
する土性値の改善が可能である。これにより、シールド
掘進の停止、切羽の崩壊という問題を解決することがで
きる。

【００３１】さらに、このようにして排出された混合掘
削ズリは、ベルトコンベア等の搬送手段によって坑外に
搬出されるが、最終の混合掘削ズリはベントナイトを含
んだ掘削ズリのように泥土化せずに、ズリホッパーやス
トックヤードでの放置中に乾燥して含水比が半分以下に
減少し、普通土としての処分も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】モデル地盤の粒度構成を示す。縦軸は通過質量
百分率（％）を、横軸は粒径（ｍｍ）を示す。

【図２】スランプと注入材注入率の関係を示す。縦軸は
スランプ（ｃｍ）を、横軸は注入材注入率（％）を示す
。 ▽・・・スラリー１ ▲・・・スラリー２ ■・・・ゼリー

【図３】透水係数と注入材注入率の関係を示す。縦軸は
透水係数（ｃｍ／ｓ）を、横軸は注入材注入率（％）を
示す。 ▽・・・スラリー１ ▲・・・スラリー２ ■・・・ゼリー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転する切羽カッター部と土圧室と土
   圧室内の土を撹拌する撹拌機構と土圧室内の土を排出す
   る機構と切羽に注入材を注入させる注入材導管とを備え
   たシールド式掘進機を作動させて、切羽面または土圧室
   内に注入材を注入させながら、土層を掘進する方法にお
   いて、前記注入材として珪酸質水性ゼリーを用いること
   を特徴とするシールド掘進方法。