JPH05202693A - 起泡剤を使用した機械式シールド掘進方法 - Google Patents

起泡剤を使用した機械式シールド掘進方法

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JPH05202693A
JPH05202693A JP4010396A JP1039692A JPH05202693A JP H05202693 A JPH05202693 A JP H05202693A JP 4010396 A JP4010396 A JP 4010396A JP 1039692 A JP1039692 A JP 1039692A JP H05202693 A JPH05202693 A JP H05202693A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、機械式シールド掘進機の掘進方
法の改良に関する。 【構成】 あらかじめ水で希釈されて貯液タンク１１に
収納されている、起泡剤を含む液体は、コンプレッサ１
４から供給されるエアとともに発泡器１３で撹拌される
ことによって気泡を生じる。この気泡は供給管１５，１
６を介して機械式シールド掘進機１に設けられているカ
ッターヘッド２の切羽面および土圧室７の少なくともい
ずれか一方に供給される。カッターヘッド２と切羽との
間の摩擦抵抗は、気泡の潤滑作用によって低減される。
土圧室７内に取り込まれた掘削ずりと気泡とは撹拌混合
され、流動性と止水性とを有する、気泡を含んだ掘削ず
りとなる。この気泡を含んだ掘削ずりによって、切羽の
土圧および地下水圧に対抗しながらカッターヘッド２に
よって切羽を掘削する一方で、スクリューコンベア８に
よって土圧室７から掘削ずりが排出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機械式シールド掘進方
法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】機械式シールド掘進方法としては、従来
から一般に、回転駆動されるスクリューコンベアの開口
した先端がカッターヘッドと隔壁との間に画成される土
圧室内に挿入されたタイプの土圧シールド掘進機を使用
して、カッターヘッドにより掘削されたずりを土圧室内
に取り込んで土圧室内をずりで充満させ、次いで、スク
リューコンベアによってそのずりを外部へ排出すること
が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
方法では、滞水した砂質地盤あるいは砂礫地盤を掘進す
る場合、切羽面での掘削からずりの排出に至るまでの一
連の工程において、スクリューコンベア内での止水効果
があまり期待できず、土中水の流出が切羽の崩壊を誘起
することがあった。また、それを防止するためスクリュ
ーコンベアの排土口にバルブを取り付けて流出水を絞ろ
うとすると、土圧室内でアーチング現象が生じて排土不
能となったり、さらにカッターヘッドのトルク不足が生
じるなどの問題点があった。
【０００４】また、粘性土地盤を掘進する場合には、カ
ッターヘッドや土圧室内壁に粘性土が付着してシールド
と周囲地盤との摩擦抵抗が大きくなり、掘進が困難にな
るという問題点があった。
【０００５】このような問題点を解消して施工性を向上
させるため、従来より砂質地盤あるいは砂礫地盤につい
ては、ベントナイトその他の作泥土材を土圧室内に注入
することによって、砂質あるいは砂礫などの掘削ずりの
流動性を増大させると同時に止水性を高めるような工法
が採用されてきた。しかし、掘削ずりに流動性と止水性
とを付与するには、多量の作泥土材を注入しなければな
らず、そのため排出された掘削ずりの１次・２次処理が
必要になるなど、作業効率の点で問題を有していた。ま
た、粘性土地盤の掘進については、有効な対策が見出だ
されていなかった。
【０００６】本発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、カッターヘッドと切羽との間の摩
擦を低減することが可能であるとともに、掘削ずりに流
動性と止水性とを付与して土圧室内でのアーチング現象
を防止し、しかも排出された掘削ずりの後処理が不要で
施工性が良好な機械式シールド掘進方法を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、この発明は、機械式シールドの掘進方法において、
起泡剤を含む液体を発泡させることによって生じた気泡
を切羽面および土圧室の少なくともいずれか一方に供給
する工程と、土圧室内に取り込まれた掘削ずりと気泡と
を撹拌混合することにより、気泡を含んだ流動性と止水
性とを有する掘削ずりを作成する工程と、気泡を含んだ
掘削ずりによって切羽の土圧および地下水圧に対抗しな
がら切羽を掘削する工程と、土圧室から掘削ずりを排出
する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】前記の構成を有する本発明によれば、土圧シー
ルド掘進機のカッターヘッド前方の切羽面および土圧室
内の少なくともいずれか一方に、起泡剤を発泡させて生
じた気泡を供給することとしたので、カッターヘッドと
切羽面との間の摩擦抵抗を低減してカッタートルクの減
少を図ることができる。また、土圧室内で気泡を含んだ
流動性および止水性に富む掘削ずりを作成して、その土
圧で切羽の土圧および地下水圧に対抗し、土圧室内にお
ける掘削ずりのアーチング現象を防止することが可能と
なる。また、気泡を含んだ掘削ずりが土圧室内に充満
し、次いでスクリューコンベア内にスムーズに取り込ま
れて、スクリューコンベア内の止水性を高めることがで
きるので、施工能率が極めて良好となる。加えて、スク
リューコンベアから排出された掘削ずり中の気泡は、時
間の経過とともに徐々に消滅し、元の気泡を含まない掘
削ずりに戻る性質を備えているので、従来の多量のベン
トナイトその他の作泥土材を含んだ掘削ずりと異なり、
搬出後の掘削ずりに対する１次・２次処理が不要であ
る。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例につき添付図面に基づ
いて説明する。図１に本発明の方法において用いられる
中空円筒形の土圧シールド掘進機の断面図を、図２にそ
の正面図を示す。この土圧シールド掘進機１は、その前
端部に掘削用のカッターヘッド２を備えている。カッタ
ーヘッド２はその背面で支持桁３によって支持され、伝
達機構４を介して駆動モータ５によって回転駆動され
る。カッターヘッド２の後方には隔壁６が設けられ、こ
の隔壁６とカッターヘッド２との間に土圧室７が画成さ
れている。符号８は図示しない駆動モータによって回転
駆動されるスクリューコンベアであり、その先端部は隔
壁６を貫通して土圧室７内にて開口している。なお、支
持桁３は、後述するように、撹拌羽根の機能をも有す
る。図２に示されているように、カッターヘッド２の前
面は３本のスポーク９から構成され、各スポークには複
数のカッタービッド１９が固着されている。また各スポ
ーク９同士の間には掘削ずりを取り込むためのスリット
開口部１０が形成されている。
【００１０】隔壁６の後方には起泡剤を含む液体が収納
された貯液タンク１１が設けられ、その前方に配された
注入ポンプ１２によって発泡器１３へタンク１１内の液
体が任意の量供給される。発泡器１３には、圧送された
起泡剤を含む液体を、コンプレッサ１４からのエアによ
って発泡させて気泡を生成するための複数の抵抗体（図
示せず）が内蔵されている。生成された気泡は、供給管
１５，１６を経てそれぞれ切羽面および土圧室７へ送ら
れる。カッターヘッド２の前面に開口する供給管１６か
らは、図示のように、供給管１６に比して小径の供給分
岐管１６ａが途中で分岐してカッターヘッド２の周側部
２ａに開口している。
【００１１】図中、符号１７はシールド推進ジャッキ
を、１８はセグメントを、２０はユニバーサルジョイン
トを、２１はバルブをそれぞれ示す。
【００１２】次に、本発明方法の実施要領について説明
する。まず、土圧シールド掘進機１は、その内部後方に
組み立てられたセグメント１８に反力を取り、該掘進機
１に一端を固定されたシールド推進ジャッキ１７により
切羽側に推進される。これと並行して、あらかじめ水で
任意の濃度に希釈されて貯液タンク１１に収納されてい
る起泡剤が、注入ポンプ１２によって発泡器１３に圧送
される。起泡剤を含む液体は、発泡器１３でその内蔵さ
れた複数の抵抗体により、コンプレッサ１４からのエア
とともに撹拌され、シェービングフォーム状の緻密な気
泡に変えられて供給管１５，１６にそれぞれ圧送され
る。圧送された気泡は、供給管１５の開口端部から土圧
室７内に向けて供給されるとともに、供給管１６，１６
ａの開口端部からそれぞれ切羽面とカッターヘッド２の
周側部２ａとに向けて供給される。これにより、カッタ
ーヘッド２の前面と切羽面との間、およびシールド掘進
機１のスキンプレートと周囲地盤との間の摩擦抵抗が低
減される。周囲地盤が粘性土からなる場合には、カッタ
ーヘッド２あるいはスキンプレートに対する粘性土の付
着が防止されるので、摩擦抵抗の低減はより顕著であ
る。
【００１３】他方、回転するカッターヘッド２が切羽面
を掘削することによって生じたずりは、気泡とともにス
リット開口部１０から土圧室７内へ流入する。土圧室７
内では、カッターヘッド２とともに回転する支持桁３に
よって掘削ずりと気泡とが混合撹拌され、流動性と止水
性とに富む、気泡を帯びた掘削ずりが作成される。土圧
室７内に充満した気泡を帯びた掘削ずりは、その土圧に
よって切羽の土圧および地下水圧に対抗しつつ土圧室７
内を移動し、スクリューコンベア８の開口部に取り込ま
れて土圧室７の外へ搬出される。スクリューコンベア８
から排出された気泡を帯びた掘削ずりは、ベルトコンベ
ア，トロッコ，圧送ポンプ，パイプラインなどの図示し
ない運搬手段により坑外へ搬出される。坑外に搬出され
た掘削ずり中の気泡は、時間の経過とともに徐々に消滅
し、掘削ずりは気泡が添加される前の状態に戻る。
【００１４】本発明方法で使用される起泡剤としては、
タンパク系の起泡剤，界面活性剤などが好適である。タ
ンパク系起泡剤の例としては、毒性のない動物性加水分
解タンパク質がある。これは起泡作用に優れ、得られる
気泡に安定性がある。界面活性剤としては、例えばアニ
オン系界面活性剤である高級アルキルエーテル硫酸エス
テル塩などがある。特にラウリルエーテル硫酸エステル
ナトリウムなどは起泡作用に優れている。また、この他
に、水溶性セルロースエーテル等の水溶性高分子物質の
水溶液を起泡剤として用いてもよい。例えば水溶性高分
子物質としてメチルセルロースと高吸水性樹脂との混合
溶液が起泡剤として好適である。
【００１５】なお、特に気泡が消泡されやすい滞水礫地
盤の掘削に当たっては、起泡剤に高吸水性樹脂の水分散
液を添加することによって、強靭な膜を有する気泡が得
られる。
【００１６】さらに、粘性土地盤の掘削に当たっては、
塩化ベンザルコニウム水溶液あるいはドデシルトリメチ
ルアンモニウムクロリド水溶液を用いるとよい。また、
これらの水溶液にメチルセルロース等の水溶性高分子物
質を添加した混合溶液を用いてもよい。
【００１７】以上説明した実施例にあっては、注入ポン
プ１２および発泡器１３は作業者がシールドの掘進状況
に基づいて手動で制御するように構成されている。しか
しながら、シールド掘進機１に内蔵させたコンピュータ
により、気泡の注入量と注入圧力とを自動制御するよう
に構成することも可能である。
【００１８】すなわち、シールドの掘進状況を把握する
ための入力として、シールド掘進機にカッタートルク検
出手段と土圧室７内の土圧検出手段とを設ける。これら
の検出手段からリアルタイムに送出されるカッタートル
クおよび土圧の実測値は、ＣＰＵ，メモリ，入出力イン
ターフェイス等からなる制御手段に入力される。制御手
段では、あらかじめ前記メモリに格納されているプログ
ラムにしたがって、土圧室７内の掘削ずりを搬出するス
クリューコンベア８の回転速度の演算と、切羽面および
土圧室７内への気泡の注入量，注入圧力を制御するため
の注入ポンプ１２と発泡器１３の運転速度の演算とが行
われる。これらの演算結果に基づいて、スクリューコン
ベア８，注入ポンプ１２および発泡器１３は、出力イン
ターフェイスを介してカッタートルクと土圧とが適正値
を維持しつつ掘削が行われるように制御される。
【００１９】
【発明の効果】以上実施例によって詳細に説明したよう
に、前記の構成を有する本発明によれば、土圧シールド
掘進機のカッターヘッド前方の切羽面および土圧室内の
少なくともいずれか一方に、起泡剤を発泡させて生じた
気泡を供給することとしたので、カッターヘッドと切羽
面との間の摩擦抵抗を低減してカッタートルクの減少を
図ることができる。
【００２０】また、土圧室内で気泡を含んだ流動性およ
び止水性に富む掘削ずりを作成して、その土圧で切羽の
土圧および地下水圧に対抗し、土圧室内における掘削ず
りのアーチング現象を防止することが可能となる。
【００２１】さらに、気泡を含んだ掘削ずりが土圧室内
に充満し、次いでスクリューコンベア内にスムーズに取
り込まれて、スクリューコンベア内の止水性を高めるこ
とができるので、施工能率が極めて良好となる。
【００２２】加えて、スクリューコンベアから排出され
た掘削ずり中の気泡は、時間の経過とともに徐々に消滅
し、元の気泡を含まない掘削ずりに戻る性質を備えてい
るので、従来の多量のベントナイトその他の作泥土材を
含んだ掘削ずりと異なり、搬出後の掘削ずりに対する１
次・２次処理が不要である等、種々の優れた効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施に用いられる土圧シールド掘
進機の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す掘進機の正面図である。
【符号の説明】
１ 土圧シールド掘進機 ２ カッターヘッド ７ 土圧室 ８ スクリューコンベア １１ 貯液タンク １３ 発泡器 １４ コンプレッサ １５，１６ 供給管 １６ａ 供給分岐管

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機械式シールドの掘進方法において、 起泡剤を含む液体を発泡させることによって生じた気泡
    を切羽面および土圧室の少なくともいずれか一方に供給
    する工程と、 土圧室内に取り込まれた掘削ずりと気泡とを撹拌混合す
    ることにより、気泡を含んだ流動性と止水性とを有する
    掘削ずりを作成する工程と、 気泡を含んだ掘削ずりによって切羽の土圧および地下水
    圧に対抗しながら切羽を掘削する工程と、 土圧室から掘削ずりを排出する工程と、 を備えた、起泡剤を使用した機械式シールド掘進方法。
  2. 【請求項２】 土圧シールド掘進機の掘進方法におい
    て、 あらかじめ貯液タンクに収納されている起泡剤を含む液
    体を、コンプレッサから供給されるエアとともに発泡器
    で撹拌することによって生じた気泡を供給管を介してカ
    ッターヘッドの切羽面および土圧室の少なくともいずれ
    か一方に供給する工程と、 カッターヘッドに形成されているスリット開口部から土
    圧室内に取り込まれた掘削ずりと気泡とを撹拌混合する
    ことにより、気泡を含んだ流動性と止水性とを有する掘
    削ずりを作成する工程と、 気泡を含んだ掘削ずりによって切羽の土圧および地下水
    圧に対抗しながらカッターヘッドによって切羽を掘削す
    る工程と、 スクリューコンベアによって土圧室から掘削ずりを排出
    する工程と、 を備えた、起泡剤を使用した機械式シールド掘進方法。
  3. 【請求項３】 前記起泡剤はタンパク系起泡剤を含む、
    請求項１または２に記載の起泡剤を使用した機械式シー
    ルド掘進方法。
  4. 【請求項４】 前記起泡剤は界面活性剤を含む、請求項
    １または２に記載の起泡剤を使用した機械式シールド掘
    進方法。
  5. 【請求項５】 前記起泡剤は水溶性高分子物質を含む、
    請求項１または２に記載の起泡剤を使用した機械式シー
    ルド掘進方法。
  6. 【請求項６】 前記水溶性高分子物質は水溶性セルロー
    スエーテルである、請求項５に記載の起泡剤を使用した
    機械式シールド掘進方法。
  7. 【請求項７】 前記水溶性セルロースエーテルはメチル
    セルロースである、請求項６に記載の起泡剤を使用した
    機械式シールド掘進方法。
  8. 【請求項８】 前記水溶性セルロースエーテルはエチル
    セルロースである、請求項６に記載の起泡剤を使用した
    機械式シールド掘進方法。
  9. 【請求項９】 前記起泡剤は高吸水性樹脂を含む、請求
    項１または２に記載の起泡剤を使用した機械式シールド
    掘進方法。
  10. 【請求項１０】 前記起泡剤は塩化ベンザルコニウムを
    含む、請求項１または２に記載の起泡剤を使用した機械
    式シールド掘進方法。
  11. 【請求項１１】 前記起泡剤はドデシルトリメチルアン
    モニウムクロリドを含む、請求項１または２に記載の起
    泡剤を使用した機械式シールド掘進方法。
  12. 【請求項１２】 前記気泡を前記シールドの外周側部と
    周囲地盤との間に介在させるべく供給する工程を備え
    た、請求項１または２に記載の起泡剤を使用した機械式
    シールド掘進方法。
  13. 【請求項１３】 前記気泡の供給量および供給圧力が、
    前記シールドに付設された制御手段によって自動制御さ
    れる、請求項１または２に記載の起泡剤を使用した機械
    式シールド掘進方法。
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