JPH0435598B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、地下水の切羽からの湧出を防止しつ
つ該切羽をカツタヘツドにより掘削するシールド
式トンネル掘削装置に関する。

（従来技術） シールド式掘削工法の一つとして、シールド本
体内に設けられた隔壁の前方域を圧縮気体により
高圧に維持し、該圧縮気体により切羽からの地下
水の湧出および切羽の崩壊を防止する限定圧気式
シールド工法がある。しかし、この工法では、隔
壁前方域の圧縮気体が切羽から地下水路を経て地
上に噴出することがある。また、この工法では、
前記ずりをバルブフイーダから隔壁の後方域へ放
出するときに前記圧縮気体がずり放出口から噴出
し、その結果ずりが飛散するためずりの処理が面
倒になり、またバルブフイーダから空気が噴出す
るたびに前記前方域の圧力が大きく変動し、切羽
が崩壊することがある。

他のシールド式掘削工法の一つとして、シール
ド本体内の隔壁の前方域に泥水を充満させ、その
泥水圧により切羽からの地下水の湧出および切羽
の崩壊を防止する泥水加圧式シールド工法があ
る。この工法では、限定圧気式シールド工法の欠
点は解決し得る反面、排出したずりと泥水との混
合物すなわち泥土水をずりと水とに分離する処理
をしなければならないため、泥土水の輸送設備、
処理設備等、泥土水のための複雑な設備を必要と
する。

他のシールド式掘削工法の一つとして、シール
ド本体内の隔壁の前方域に泥漿のような泥土を圧
入し、切羽からの地下水の湧出および切羽の崩壊
を前記泥土により防止する加泥式シールド工法が
ある。この工法では、上記の限定圧気式および泥
水加圧式シールド工法の欠点を補うことはできる
が、泥土を隔壁前方域に圧入しなければならない
ため、圧入する泥土の量と地下水圧とを分離して
制御することができず、切羽からの地下水の湧出
および切羽の崩壊を防止するための制御が面倒で
ある。

前記した限定圧気式シールド工法の欠点を解決
すべく、耐圧容器を隔壁後方域に配置し、ずりを
隔壁後方域へ排出するコンベアを耐圧容器に分離
可能に連結し、ずりをコンベアにより耐圧容器に
排出する工法が提案されている（特公昭61−
10637号公報）。この工法では、耐圧容器が必要で
あるから、ずり処理のための大型の設備が必要で
ある。また、耐圧容器がずりで満杯になるたび
に、止水剤の噴出およびずりの排出を中止しなけ
ればならないから、切羽の掘削およびずりの排出
を間欠的に行なわなければならない。

（発明の目的） 本発明の目的は、圧縮気体が地下水路を経て地
上におよびずり排出手段から隔壁後方域に噴出す
ることがなく、切羽の掘削およびずりの排出を連
続的に行うことができ、ずり処理のための大型の
設備が不要であり、切羽からの地下水の湧出およ
び切羽の崩壊を防止するための制御が容易なシー
ルド式トンネル掘削装置を提供することにある。

（発明の構成） 本発明のシールド式トンネル掘削装置は、シー
ルド本体と、該シールド本体内に配置された隔壁
と、該隔壁の前方域に配置されカツタヘツドと、
切羽を掘削させるべく前記カツタヘツドを前記シ
ールド本体の軸線の周りに回転させる駆動手段
と、掘削された土砂を前記隔壁の後方域へ排出す
るずり排出手段と、気体または粉体の止水剤を含
む圧縮気体を前記切羽に吹き付けるべく前記圧縮
気体を前記前方域へ供給する圧縮気体供給手段
と、前記前方域の気体を前記後方域へ放出させる
気体放出手段とを含むことを特徴とする。

（発明の作用および効果） 切羽に吹き付けられた圧縮気体は、切羽近傍の
地盤粒子間に侵入し、切羽近傍の地下水位を切羽
から後退させる。また、前記圧縮気体中の止水剤
は、圧縮気体とともに切羽近傍の地山の地山粒子
相互間の間隙内へ浸透し、該間隙を閉鎖する。こ
れにより、切羽からの地下水の湧出は、前記間隙
内に浸透した止水剤と気体の圧力とにより阻止さ
れる。

隔壁の前方域内の気体は、切羽近傍の地山粒子
相互間の間隙が止水剤により閉鎖されることによ
り、地下水路中に入り込むことを防止されるが、
その代わりに隔壁の後方域へ排出される。これに
より、止水剤を含む圧縮気体が切羽に常時吹き付
けられて前記間隙からの地下水の湧出が確実に防
止されるのみならず、前方域の気体が地下水路を
経て地上に噴出することおよび前方域の気体がず
り排出手段のずり出口から噴出することが防止さ
れ、ずり処理のための大型の設備が不要である。

止水剤を含む圧縮気体が切羽に吹き付けられて
いる間に、切羽はカツタヘツドにより掘削され
る。これにより、シールド本体の側に露出した新
たな切羽には圧縮気体が吹き付けられ、該切羽近
傍の地山の地山粒子相互間の間隙には止水剤が浸
透し、その結果前記間隙に止水剤が詰め込まれ、
該間隙からの地下水の湧出は該止水剤と気体の圧
力とにより阻止される。

本発明によれば、隔壁の前方域内の気体を隔壁
の後方域へ放出する手段を備えるから、以下の効
果を生じる。

切羽近傍の地山粒子相互間の間隙が止水剤によ
り確実に閉鎖されるとともに、圧縮気体が地下水
路を経て地上におよびずり排出手段から隔壁後方
域に噴出することが防止され、その結果、切羽の
掘削およびずりの排出を連続的に行うことがで
き、隔壁の後方域へ排出されたずりを受ける耐圧
容器が不要であり、ずり処理のための大型の設備
が不要である。

切羽からの地下水の湧出は止水剤と気体の圧力
とにより阻止されるのに対し、切羽の崩壊はたと
えば前方域にずりを充満させ、該ずりにより防止
され、その結果、切羽からの地下水の湧出と切羽
の崩壊とを別々に制御することができ、これらの
制御が容易になる。

切羽に吹き付ける気体の圧力と止水剤の量とを
別個に調節することができ、その結果、止水のた
めの制御がより容易になる。

（実施例） 以下、図面に示す本発明の実施例について説明
する。

第１図に示すシールド式トンネル掘削装置１０
は、筒状のシールド本体１２を含む。シールド本
体１２内には、該シールド本体内を前方域と後方
域とに区画する隔壁１４と、シールド本体１２の
後方に組み立てられたセグメントリング１６を反
力体とする複数の推進ジヤツキ１８とが設けられ
ている。

シールド本体１２の前端部には、掘進時に切羽
２０を掘削するカツタヘツド２２が配置されてい
る。カツタヘツド２２は、隔壁１４をシールド本
体１２の軸線方向へ貫通する支持機構２４にシー
ルド本体１２の軸線の周りに回動可能に支承され
ており、また隔壁１４に取り付けられた回転機構
２６により支持機構２４を経て回転される。

カツタヘツド２２には、また、該カツタヘツド
による掘削時に粉体ガスを切羽に吹き付ける複数
のノズル２８が設けられている。各ノズル２８に
は、粉体ガスが圧縮気体供給機構３０から支持機
構２４およびパイプ３２を経て供給される。前記
粉体ガスは粉体の止水剤と、圧縮気体とから成
る。前記止水剤としては、粉体であればセメン
ト、粘土、ベントナイトまたはこれらの混合物あ
るいは増粘剤を用いることができる。しかし、止
水剤は気体であつてもよい。圧縮気体供給機構３
０は、図示の例では地上に設置されているが、シ
ールド本体１２内またはセグメントリング１６内
に設置してもよい。

カツタヘツド２２の後部すなわち隔壁１４の側
には、カツタヘツド２２により掘削された土砂す
なわちずりを撹拌する複数の撹拌羽根３４が配置
されている。撹拌羽根３４は、カツタヘツド２２
の回転にともなつて、隔壁前方域内のずりと、前
記止水剤と、既知の気泡注入機構３６から注入パ
イプ３８を経て隔壁前方域へ供給される気泡とを
混練する。気泡注入機構３６は、図示の例では地
上に設置されているが、シールド本体１２内また
はセグメントリング１６内に設置してもよい。

隔壁１４の下部には、隔壁前方域のずりを隔壁
後方域へ排出するずり排出機構４０が配置されて
いる。ずり排出機構４０は、一端が隔壁に固定さ
れたスクリユーコンベア４２と、該スクリユーコ
ンベアの他端に取り付けられ、ずりを間欠的に放
出するロータリフイーダ４４とを備える。スクリ
ユーコンベア４２は、一端が隔壁１４に固定され
た筒状のガイドと、該ガイド内に該ガイドの軸線
の周りにも回動可能に配置されたスクリユーと、
前記スクリユーを回転させるべく前記ガイドの他
端に取り付けられた回転源とを備える。ロータリ
フイーダ４４は、前記ガイドの前記回転源の側の
端部下側に取り付けられている。ロータリフイー
ダ４４の下方には、該ロータリフイーダから放出
されるずりを受け、これをさらに後方へ搬送する
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４２の搬送終端部上側に
は、フイルタ４８が取り付けられている。フイル
タ４８は、気体の通過は許すが、ずりの通過は阻
止するように、多数の礫を有し、またスクリユー
コンベア４２に連通されている。フイルタ４８に
はスクリユーコンベアに接続された側と反対の側
にパイプ５０が接続されており、また該パイプに
は該パイプ内の圧力を表示する圧力計５２と、パ
イプ５０を通過する空気の流量を表示する流量計
５４と、パイプ５０を通過する空気の流量を調整
する流量調整弁５６とが設けられている。

シールド本体１２には、隔壁前方域内の土圧を
表示する表示計５８と、切羽２０から湧出しよう
とする間隙水の圧力を表示する水圧計６０とが設
けられている。

掘進時、トンネル掘削機１０は、カツタヘツド
２２を回転機構２６により回転させつつ、シール
ド本体１２を推進ジヤツキ１８により前進させ
る。これにより、切羽２０は掘削され、掘削され
たずりは隔壁前方域へ受け入れられ、隔壁前方域
に充満される。

隔壁の前方域内には、気泡注入機構３６から気
泡が注入されており、前方域内のずりは、カツタ
ヘツド２２の回転にともなつて撹拌羽根３４によ
り前記気泡と混練されて流動性を付与され、また
ずり排出機構４０内で圧密されつつ搬送されてカ
ツタヘツド２２による掘削量と同量ずつずり排出
機構４０により隔壁の後方域へ排出される。前方
域が掘削の間ずりで充満されていることから、切
羽２０の土圧は前方域のずりを経て隔壁１４に加
わり、これにより切羽の崩壊は防止される。

カツタヘツド２２による掘削の間、切羽２０に
は、圧縮気体供給機構３０からの粉体ガスがノズ
ル２８から吹き付けられる。切羽２０に吹き付け
られた粉体ガス中の圧縮空気は切羽近傍の地山の
地山粒子相互間の間隙内侵入し、第１図において
２点鎖線SPで示すように地下水位を切羽２０か
ら後退させる。また、切羽２０に吹き付けられた
粉体ガス中の止水剤は、圧縮空気により前記間隙
に押し込まれて該間隙の奥部にまで侵入し、該間
隙を閉鎖する。これにより、切羽からの地下水の
湧出は、前記間隙に押し込まれた止水剤と圧縮空
気の圧力とにより阻止される。

粉体または気体の止水剤を用いると、液体の止
水剤を用いる場合とに比較して、止水剤がより小
さな間隙内をより奥部にまで侵入するため、切羽
に止水性を確実に付与することができる。切羽に
吹き付けられた止水剤は、カツタヘツド２２の回
転にともなつて地山とともに掘削されるが、切羽
近傍の地山粒子相互間の間隙に注入されているた
め、地山とともに掘削されるだけでずりと充分に
混合する。

前方域内の空気は、切羽近傍の地山粒子相互間
の間隙が止水剤によつて閉鎖されることにより、
地下水路中に入り込むことを防止されるが、ずり
排出機構４０、フイルタ４８およびパイプ５０を
経て後方域へ放出される。このため、切羽２０に
は止水剤を含む粉体ガスが常時吹き付けられ、前
記間隙からの地下水の湧出が確実に阻止されるの
みならず、前方域の空気が地下水路を経て地上に
噴出することがないし、ロータリフイーダ４４の
ずり出口から噴出することがない。

圧縮気体供給機構３０から切羽２０に吹き付け
る粉体ガスの量Q₁およびフイルタ４８を経て大
気に放出される空気の量Q₃は、切羽より放出さ
れる空気の量Q₂としたとき、次式を満足するよ
うに、設定すればよい。

Q₁＝Q₂＋Q₃ また、掘削土砂の含水量は、切羽２０に吹き付
ける粉体ガスの圧力P₁を地下水圧P₂に応じて制
御することにより、制御することができる。

フイルタ４８、パイプ５０、圧力計５２、流量
計５４および流量調整弁５６を図示の例のように
スクリユーコンベアを用いたずり排出機構４０の
搬送終端部に配置すれば、ずり排出機構４０の搬
送終端部の圧力が後方域の圧力に近い圧力になる
ため、ロータリフイーダ４４から放出されるずり
が飛散することがない。

次に、第２図に示す圧縮気体供給機構３０の実
施例について説明する。

第２図に符号３０で総括的に示す圧縮気体供給
機構は、コンプレツサのような圧縮空気源６２
と、該圧縮空気源６２の圧縮空気をパイプ３２へ
案内するガイドパイプ６４と、粉体の止水剤をガ
イドパイプ６４を経てパイプ３２に定量ずつ連続
的に供給する止水剤供給機６６とを含む。

ガイドパイプ６４は、圧縮空気源６２と止水剤
供給機６６との間の一次側部位６４ａと、止水剤
供給機６６とパイプ３２との間の二次側部位６４
ｂとに分割されている。両部位６４ａ，６４ｂ
は、止水剤供給機６６に取り付けられたノズル６
８により相互に連結されている。

ガイドパイプ６４の一次側部位６４ａには、手
動操作の弁７０と、圧縮空気中の塵を除去するフ
イルタ７２と、パイプ３２に供給する圧縮空気の
流量を測定する流量計７４と、減圧弁７６と、手
動操作の弁７８とが配置されている。また、一次
側部位６４ａの減圧弁７６の上流側には圧力計８
０が配置され、下流側には一次側部位６４ａ内の
圧縮空気の圧力すなわち供給圧力を測定し、該供
給圧力に比例した電気信号を出力する変換器８２
が配置されている。これに対し、二次側部位６４
ｂには、手動操作の弁８４が配置されており、ま
た二次側部位６４ｂの弁８４の上流側には二次側
圧力すなわち注入圧力を測定し該注入圧力に比例
した電気信号を出力する変換器８６が配置されて
いる。

一次側部位６４ａは、減圧弁７６と変換器８２
との間の部位から分岐された分岐パイプ８８によ
り止水剤供給機６６に連結されている。分岐パイ
プ８８には、減圧弁９０と、分岐パイプ８８内の
圧力を測定し表示する圧力計９２と、分岐パイプ
８８内の圧縮空気の流量を調整する流量調整弁９
４と、手動操作の弁９６とが配置されている。

分岐パイプ８８は、また、圧力計９２と流量調
整弁９４との間の部位から分岐された分岐パイプ
９８により止水剤供給機６６に連結されており、
該分岐パイプには手動操作の弁１００が配置され
ている。

流量計７４により測定された空気の流量は空気
流量指示計１０２に表示され、変換器８２により
測定された供給圧力は供給圧力指示計１０４に表
示され、変換器８６により測定された注入圧力は
注入圧力指示計１０６に表示される。

止水剤供給機６６は、図示の例では粉体排出機
であり、また粉体のグラウト材を収納すべく下部
が漏斗状のホツパ１０８と、該ホツパ内のグラウ
ト材を撹拌する撹拌機１１０と、グラウト材をホ
ツパ１０８から連続的に排出する排出機１１２
と、ホツパ１０８内の圧力を測定する圧力計１１
４とを含み、グラウト材の排出量を測定するため
の複数の荷重検出機１１６を介して複数の支持柱
に支持されている。

ホツパ１０８の上部には、グラウト材の投入口
を規定する筒体が溶接されており、該筒体のグラ
ウト材投入口は、複数のボルトにより該筒体に取
り外し可能に取り付けられた蓋により閉塞されて
いる。ホツパ１０８の下端には、ガイドパイプ６
４の一次側部位６４ａ、二次側部位６４ｂおよび
ホツパ１０８を相互に連結するノズル６８が取り
付けられている。

分岐パイプ８８はホツパ１０８の下部に連通さ
れ、分岐パイプ９８はホツパ１０８の上部に連通
されている。

荷重検出機１１６は、止水剤供給機６６全体の
重量をロードセルにより測定する機構であり、測
定された荷重は荷重指示計１１８に表示される。

圧縮気体供給機構３０の動作時、圧縮空気源６
２の圧縮空気は、減圧弁７６により所定の圧力に
調整された後、パイプ３２に連続的に供給され
る。これにより、切羽近傍の地山粒子相互間の間
隙が圧縮空気により徐々に拡大され、また前記間
隙中に存在する間隙水が圧縮空気により徐々に排
除されることにより、地下水位が後退される。

圧縮空気がパイプ３２に供給されている間、変
換器８２により測定された供給圧力は供給圧力指
示計１０４に表示され、変換器８６により測定さ
れた注入圧力は注入圧力指示計１０６に表示さ
れ、流量計７４により測定された圧縮空気の供給
量は空気流量指示計１０２に表示される。

止水剤供給機６６は、圧縮空気がパイプ３２に
供給されている間作動されてホツパ１０８内の止
水剤をノズル６８を経てガイドパイプ６４の二次
側部位６４ｂに定量ずつ連続的に排出する。これ
により、止水剤は、圧縮空気とともに粉体ガスと
なつて切羽２０に吹き付けられ、圧縮空気により
地山粒子相互間の間隙内に押し込まれ、該間隙を
閉鎖する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシールド式トンネル掘削装置
の一実施例を示す断面図、第２図は圧縮気体供給
機構の一実施例を示すブロツク線図である。 １０……シールドトンネル掘削装置、１２……
シールド本体、１４……隔壁、２０……切羽、２
２……カツタヘツド、２４……カツタヘツドの支
持機構、２６……カツタヘツドの回転機構、２８
……粉体ガス用のノズル、３０……圧縮気体供給
機構、３２……粉体ガス用のパイプ、４０……ず
り排出機構、４２……スクリユーコンベア、４８
……フイルタ、５０……パイプ、５６……流量調
整弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シールド本体と、該シールド本体内に配置さ
   れた隔壁と、該隔壁の前方域に配置されカツタヘ
   ツドと、切羽を掘削させるべく前記カツタヘツド
   を前記シールド本体の軸線の周りに回転させる駆
   動手段と、掘削された土砂を前記隔壁の後方域へ
   排出するずり排出手段と、気体または粉体の止水
   剤を含む圧縮気体を前記切羽に吹き付けるべく前
   記圧縮気体を前記前方域へ供給する圧縮気体供給
   手段と、前記前方域の気体を前記後方域へ放出さ
   せる気体放出手段とを含む、シールド式トンネル
   掘削装置。 ２ 前記気体放出手段は、気体の通過を許し、ず
   りの通過を阻止するフイルタと、該フイルタを通
   過した気体を前記後方域へ放出するパイプと、該
   パイプに配置され、気体の放出量を調整する弁と
   を備える。特許請求の範囲第１項に記載のシール
   ド式トンネル掘削装置。 ３ 前記ずり排出手段は、前記隔壁に取り付けら
   れたスクリユーコンベアであり、前記気体放出手
   段は前記スクリユーコンベアの搬送終端部に配置
   されている、特許請求の範囲第２項に記載のシー
   ルド式トンネル掘削装置。