JPH0633716B2

JPH0633716B2 - シ−ルド掘削装置

Info

Publication number: JPH0633716B2
Application number: JP58085041A
Authority: JP
Inventors: 義正近藤; 有野沢; 俊男佐藤
Original assignee: Aoki Construction Co Ltd
Current assignee: Aoki Construction Co Ltd
Priority date: 1983-05-17
Filing date: 1983-05-17
Publication date: 1994-05-02
Anticipated expiration: 2009-05-02
Also published as: JPS59213897A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はシールドを使用する土圧系掘進機の前面の切羽
部及び切羽面と対向するチャンバー内に適量の気泡を圧
送する装置を有するシールド掘削装置に関するものであ
る。

（従来の技術とその課題）シールド掘進機により滞水した砂質土層（砂れき層を含
む）を掘進する場合、切羽の安定は掘進機のチャンバー
内に掘削土砂を充満させることによって保とうとしてい
る。ところが実際には、掘削土砂をチャンバー内に充満
させた状態とすることは非常に難しい上に、地下水のチ
ャンバー内への流入を抑えることも難しいため、切羽の
安定度が低く崩壊しやすい状態にある。また内部摩擦角
の大きい土砂をチャンバー内に充満させた場合には、掘
進機のカッターの回転抵抗が大きくなり、場合によって
はカッターの回転が不可能、あるいは極端に悪くなる結
果、掘進速度が著しく低下するという問題があった。

そこで、チャンバー内への地下水の流入防止やカッター
回転の抵抗力を減少させる方法として、泥しょう材（水
とベントナイト、粘土等の粘土鉱物との混合物）をチャ
ンバー内に注入して、掘削土と混合させることにより、
掘削土を泥ねい状にして地下水のチャンバー内への流入
を防止し、かつカッターの回転抵抗を軽減する方法が従
来より採用されてきている。しかしながら、この方法に
よっても切羽の水圧が高い場合や、大礫を含む滞水層に
対しては十分止水することができず、チャンバー内への
地下水の流入を防止できないことがある。しかもこの方
法による泥ねい状の混合土はＰＨが高く、また泥ねい状
のため、廃棄処理に困難を生じ、廃棄による建設二次公
害の発生を生じさせている。

また、加圧チャンバー内に水と発泡剤と空気とよりなる
混合流体を供給し、この混合流体と切削した土砂とを混
合してこれによって切羽面を加圧する方法が知られても
いる（特開昭50-103129号）。

しかし、この方法によっても、切羽面からの地下水の流
入を抑止することは充分でなく、切羽面の安定化には限
界があった。

（課題を解決するための手段）本発明は、以上の通りの問題点を解決するためになされ
たもので、シールド掘進機のカッター前面の切羽部に水
に合っても消えにくい気泡を送り込み、気泡の地中への
侵入により、通常の圧気工法よりも効果の高い圧気状態
を作り、地下水の切羽への混入を防ぎ、切羽の安定を図
ると共に、チャンバー内にも別系統で気泡を圧送して掘
削土と混合させ、混合土のせん断力を低下させることに
よりカッターの回転抵抗を軽減させ、かつこの混合土を
チャンバー及びスクリュー内に充満させることにより、
切羽のより一層の安定を図ると共に、掘削土に非透水
性、非透気性を付与するものである。

すなわち、たとえば、実験結果によれば、砂礫分８２％
の地盤で気泡材を使用した場合、通常の圧気工法で使用
する空気量の約１０００分の１の気泡量の使用で十分な
圧気効果がある。

また、マサ土（粗砂）と気泡とを体積比で、１：0.25の
割合で混合すると、混合前において、スランブ７cmのマ
サ土がスランブ測定不能になるほどの流動性を持つこと
が判る。このように、気泡の混合により土はせん断抵抗
力を著しく減ずる。

また気泡を混合した混合土は、土捨場に運搬して放置す
れば、気泡は自然に消滅して、通常の掘削土の状態にも
どるために、建設廃棄にともなって建築二次公害の発生
の心配がないという利点をもっている。

そこで本発明は、上述のように、シールド掘進機のカッ
ター前面の切羽部に、発泡装置で、発泡液と空気により
あらかじめ発泡させた、水に強い気泡を圧送し、通常の
圧気工法より効果の高い圧気状態を作って切羽の安定を
はかり、さらに別系統でチャンバー内にも、水に強い上
記の気泡を圧送し、これら気泡の送泡量をシールド掘進
機の掘進状態に応じて制御し、チャンバー内のカッター
の回転抵抗を軽減させ、気泡混合土をチャンバー及びス
クリュー内に充満させることにより、切羽のより一層の
安定を図ると共に、掘削土に非透水性及び非透気性を付
与し、かつ掘削土は廃棄しても建設二次公害の発生の心
配がないという公害対策上からも有利なシールド掘削装
置を提供するものである。

（実施例）以下図面に沿って本発明の実施例を説明する。第１図お
よび第２図中１は地盤、１ａは立坑、２（第１図）はシ
ールド掘進機、２′（第２図）は推進用シールド掘進
機、３は切羽面、４は切羽面と対向するチャンバー、５
はスクリュー排土機、６（第１図）はセグメント、７
（第２図）は推進管である。また、図中の８は推進ジャ
ッキで、第１図の場合にはシールド掘進機２とセグメン
ト６の前端面に介装されており、第２図の場合には推進
用シールド掘進機２′の後部と接続して配列した推進管
７の立坑１ａ内の後端部を推進するように配置されてい
る。そして図中の９はスクリュー式排土機５と接続して
設立した排土用コンベアーである。

１０は発泡装置で、第１図の場合は立坑１ａ内に設け、
第２図の場合は地盤１上に設置してある。この発泡装置
１０は、スペースに応じて、トンネル坑内１１に設置す
ることもできる。発泡装置１０からは送泡パイプ１２で
気泡が送られる。この送泡パイプ１２は、切羽注入パイ
プ１３とチャンバー内注入パイプ１４に分岐され、それ
ぞれに流量制御弁１５、１５′が介挿されている。送泡
パイプ１２には、気泡圧力検出器１６が取り付けられて
いる。また、シールド掘進機２、推進用シールド掘進機
２′にはカッター圧力検出器１７、スクリュー排土圧力
検出器１８が取り付けられている。なお、図中の１９は
前記の推進ジャッキ８の変位検出器である。

第３図は発泡装置１０の制御系統図を例示したものであ
る。マイクロコンピューター２０で気泡量とスクリュー
式排土機５のゲート５ａの開度及びスクリュー５ｂ（第
１図および第２図参照）の回転数を制御する。２１はマ
イクロコンピューター２０に入った各データーの統計処
理機能を有するブロックである。２２は気泡圧力検出器
１６による切羽気泡圧Ｐの信号増幅器であり、また２３
は気泡液のタンクである。

第４図は発泡装置１０の発泡機構の一例を示した回路ブ
ロック図で、２０は前記マイクロコンピューター、２４
は各信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ
／Ｄ変換器、２５はマイクロコンピューター２０から出
力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ
変換器、２６、２６′は、各々、気泡液用と空気用電子
式遮断変速制御盤、２７、２７′は、各々、気泡液用と
空気用の周期回転比例制御モータである。また、２８、
２８′は、各々同様に、気泡液と空気のクラッチブレー
キであり、切羽気泡圧Ｐの上限下限を制限するためのブ
レーキ装置である。２９は可変ポンプで、その送液管３
０には逆止弁３１を介挿してある。３２はコンプレッサ
ーで、このコンプレッサー３２からの空気は送気管３３
を介して発泡管３４に送られ、ここで気泡液と混合して
空気泡が作られ、この気泡が前記した通り、気泡パイプ
１２によって坑内へ送られる。

なお前記の気泡液タンク２３内に入れて使用する発泡液
としては、界面活性剤に高吸水性ポリマーを添加したも
の、またはタンパク質系の起泡剤が適当であり、例え
ば、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル硫
酸ナトリウムを主成分とするエスコートＬ（商品名）に
高吸水性ポリマー、例えばビニールアルコールアクリル
酸塩共重合体を主成分とするスミカゲル（商品名）、あ
るいは、ポリアクリル酸ソーダを主成分とするアクアキ
ープ（商品名）を添加したもの、または、部分加水分解
タンパク質を主成分とするエスコートＫ（商品名）等が
ある。

次に、以上のように構成した本発明装置による工法の実
施例を説明する。この工法は掘進時、可変ポンプ２９を
駆動して、気泡液タンク２３内の発泡液を発泡管３４に
送り込むと共に、コンプレッサー３２により送気管３３
を介して空気を発泡管３４に送り込んで発泡させ、発泡
した空気泡を送泡パイプ１２によりシールド掘進気２、
推進用シールド掘進機２′のカッター前面の切羽面３、
及びチャンバー４内に送り込む。このようにすると通常
の圧気工法より効果の高い圧気状態が作られ、切羽３の
安定が図れる。また、チャンバー４内のカッターの回転
抵抗を軽減させることができる上に、気泡混合土をチャ
ンバー４及びスクリュー排土機５内に充満させることに
より、切羽３のより一層の安定化を図ると共に、掘削土
を非透気性の状態とすることができる。また気泡混合土
砂は土捨場に放置すれば自然に気泡が消滅して通常の掘
削土砂と同様になるため、公害対策上問題となるおそれ
はない。

またこの工法においては、シールド掘進時の切羽気泡
圧、カッター圧、スクリュー排土圧及び掘進速度のそれ
ぞれのデータを瞬時にマイクロコンピューター２０に集
約し、それらを統計的に解析し、その解析結果に基いて
カッター前面の切羽３への気泡圧入量、及びチャンバー
４内への気泡圧入量を制御すると共に、スクリュー排土
機５のスクリュー５ｂの回転数及びゲート５ａの開度も
制御して、切羽気泡圧を一定に保つと共に、カッターの
回転抵抗も適度にして、最適な掘進状態を作り出すよう
制御することができる。

すなわち切羽気泡圧力検出器１６、カッター圧力検出器
１７、スクリュー排土圧力検出器１８で各圧力を検出
し、また推進ジャッキ８による変位を変位検出器１９で
検出し、これらの出力信号をＡ／Ｄ変換器２４でＡ／Ｄ
変換して、マイクロコンピューター２０に送り込み、こ
れらのデータを統計的に解析し、その解析結果に基いて
マイクロコンピューター２０を介して最適制御信号を電
子式無断変換制御器２６、２６′に送り、これにより周
期回転比例制御レーダ２７、２７′の回転数を変化させ
て可変ポンプ２９の吐出量を制御する。そして、これと
同時に、コンプレッサー３２からの空気量も制御するこ
とにより、発泡管３４より発生する気泡量及び気泡液量
と空気量の混合比も変化させて最適値に調節することが
できる。

また、発泡管３４より送泡パイプ１２で送られる気泡
は、切羽注入パイプ１３とチャンバー４内への注入パイ
プ１４に分流され、流量制御弁１５、１５′をマイクロ
コンピューター２０で制御することにより気泡量を調節
し、切羽気泡圧を一定に保ち、カッターの回転抵抗を制
御することができる。さらにこれらの調整を精密にする
ために、スクリュー排土機５のスクリュー５ｂの回転数
及びゲート５ａの開度も制御して最適な掘進状態を作り
出すことができる。

（発明の効果）本発明装置は、上述の通りであるから、この装置によれ
ば、通常の圧気工法より効果の高い圧気状態を作り、切
羽の安定をはかると共に、チャンバー内のカッターの回
転抵抗を軽減して掘進性能を向上させ、混合土をチャン
バー及びスクリュー内に充満させることにより、切羽の
より一層の安定を図ることができるという効果が得られ
る。また掘削土を非透気性とすることができる上に、こ
の掘削土を産業廃棄物扱いする必要がないから、本発明
は公害対策上からも非常に有利であるというすぐれた効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明工法による地盤の掘削状態
を示す立断面図である。第３図は発泡装置の制御系統を示す略図であり、第４図は発泡装置の構成を示す略図である。１……地盤１ａ……立坑２……シールド掘進機２′……推進用シールド掘進機３……切羽面４……チャンバー５……スクリュー排土機６……セグメント７……推進管８……推進ジャッキ９……排土用コンベヤー１０……発泡装置１１……トンネル坑内１２……送泡パイプ１３……切羽注入パイプ１４……チャンバー内注入パイプ１５……泥量制御弁（切羽側）１５′……流量制御弁（チャンバー内）１６……切羽気泡圧力検出器１７……カッター圧力検出器１８……スクリュー排土圧力検出器１９……変位検出器２０……マイクロコンピューター２１……データ処理機能を有するブロック２２……増幅器２３……気泡液タンク２４……Ａ／Ｄ変換器２５……Ｄ／Ａ変換器２６……電子式遮断変速制御器（気泡液用）２６′……電子式遮断変速制御器（空気用）２７……周期回転比例制御モータ（気泡液用）２７′……周期回転比例制御モータ（空気用）２８……クラッチブレーキ（気泡液側）２８′……クラッチブレーキ（空気側）２９……可変ポンプ３０……送液管３１……逆止弁３２……コンプレッサー３３……送気管３４……発泡管３５……送泡パイプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭50−103129（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−29792（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シールド掘進機に付随させて発泡装置を設
け、この発泡装置で発泡液と空気によりあらかじめ発泡
させた気泡をシールド掘進機の前面の切羽部に圧送する
と共に、チャンバー内にも別系統で気泡を圧送する気泡
圧送機構と、これら気泡の送泡量をシールド掘進機の掘
進状態に応じて制御する制御機構を備えてなることを特
徴とするシールド掘削装置。