JPH07133698A - シールド掘削工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】掘削する切羽面の漏気防止対策を的確に行い、
漏気を生じることのなく、掘削した土砂の後処理が容易
である圧気型シールド掘削工法を提供する。 【構成】掘削する切羽面に対して繊維質材料、吸水粘着
性の高分子材料のすくなくとも一種を用いた漏気防止層
を連続的に形成しながら、圧気部を圧気した状態で、掘
削する工法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は地下に構築するトンネ
ル、下水道、多目的隧道などの掘削に使用するシールド
掘削工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法におけるシールド掘削工法
は、大別して圧気掘削工法と、泥水掘削工法の２種類が
実施されている。

【０００３】

【本発明が解決しようとする課題】

＜イ＞圧気掘削工法の問題点 圧気掘削工法で掘削した土砂には、地下水からの水分し
か含有しないため排出しやすく、泥水工法のように過剰
な水分を含まないため土砂の余剰の水分を分離するため
の処理を必要としない。しかし圧気掘削工法を採用する
場合、掘削する土砂に例えば砂れき層のように密実でな
い箇所があると、そこから圧気している空気が漏れるの
で、漏気箇所は通過する空気によって水分が乾燥され
る。その結果、乾燥された土砂は粘結性を失って、すで
に掘削されている空洞に向かって崩落する恐れがある。

【０００４】こうした事故を防止するため、圧気掘削工
法を採用する場合、事前に掘削する地盤に土壌安定剤
（一般的には薬液という）を注入充填し、掘削する土壌
を固化させる方法がとれられている。しかし、地上から
土壌が軟弱な箇所を適切に見つけ出し、薬液をその箇所
に的確に注入することは非常に確度が低い。このために
薬液注入しても確実に軟弱地盤に薬液が充填出来ないこ
とから、落盤事故が発生する可能性がある。

【０００５】＜ロ＞泥水掘削工法の問題点 一方、泥水掘削工法は、ベントナイトを水に分散させた
ものに代表される泥水をシールド切羽面に充填させなが
ら土砂を掘削する方法である。この工法を採用した場
合、掘削された土砂はベントナイト泥水と混合され、ス
ラリー状態で排出される。この泥水中の土砂は、ベント
ナイト泥水から分離し、余剰の水分を脱水処理してから
廃棄する必要がある。

【０００６】このため泥水中の土砂を分離する設備が必
要となる。したがってこの用地を確保できない場合には
本工法は採用できない。またこの処理設備の投資が大き
く、大規模な掘削工事でない限り採用できないと言う欠
点もある。さらに、地中にはメタンなどのガスが存在し
たりする場合が多いが、泥水掘削工法ではこれらのガス
の逆流による爆発事故などの危険性が高いなどの欠点も
上げられる。

【０００７】

【本発明の目的】すなわち本発明は、従来の圧気型シー
ルド掘削工法における欠点である漏気防止対策を掘削す
る切羽面に対して的確に行うことのできる圧気型シール
ド掘削工法を提供することを目的とする。また本発明
は、切羽面を圧気しても漏気を生じることなく土砂の崩
壊などの事故を起こさない圧気型シールド掘削工法を提
供することを目的とする。また本発明は掘削した土砂に
余剰の水分を含ませずその後処理が容易である圧気型シ
ールド掘削工法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために本発明のシールド掘進工法は、掘削する切羽
面に対して繊維質材料、吸水粘着性の高分子材料のすく
なくとも一種を用いた漏気防止層を連続的に形成しなが
ら、シールド掘削機の先端に設けられた圧気部を圧気し
た状態で、掘削する工法である。すなわち本発明は、掘
削する地盤面に対して繊維質材料、吸水粘着性の高分子
材料のすくなくとも一種を用いて漏気防止層を連続的に
形成しながら、シールド掘削機先端に設けられた圧気部
を空気で圧気して、地盤を掘削することを特徴とするシ
ールド掘削工法である。

【０００９】

【本発明の構成】本発明の工法は次に説明するようなシ
ールド掘進機を使用し、このシールド掘進機において後
に説明するような材料を切羽に充填して行う工法であ
る。

【００１０】１）シールド掘進機 ＜イ＞全体の構成 本発明で用いるシールド掘削機１は、切羽に加圧空気を
供給しながら掘削する圧気式のシールド掘進機である。
図１に示す掘進機以外でも、従来から用いられている公
知の機械式の掘削機を広く使用することが出来る。すな
わちシールド掘進機１の前面には隔壁２を設けて圧気室
９を形成する。一方、シールド掘進機１の後方には漏気
防止剤タンク４を設置し、このタンク４と隔壁２内の圧
気室９とを漏気防止剤送入パイプ５によって連結する。
このパイプ５に圧縮空気３を供給して後述する漏気防止
剤を圧気室９内に供給する。さらに隔壁２に水ノズル８
を開口し、圧気室９内に水７を供給し得るように構成す
る。前面の切羽面１０から掘削した土砂は、スクリュー
コンベアを収納した排土装置１２によって排出する。

【００１１】＜ロ＞圧気方法 後述するように、切羽面１０には繊維質材料、吸水粘着
性の高分子材料のすくなくとも一種を吹き付けて漏気防
止層１１を形成する。そのために圧気する場合には、こ
の隔壁２と切羽面１０に吹き付けられた繊維質材料、吸
水粘着性の高分子材料のすくなくとも一種よりなる漏気
防止層１１、および周囲のシールド掘削機１の殻体で包
囲された圧気室９に圧縮空気を吹き込んで行う。

【００１２】＜ハ＞噴水ノズル 切羽面の地盤の含水量によっては、シールド掘削機に取
り付けてある水のノズル８から水を噴霧する場合があ
る。噴霧によって繊維質材料、吸水粘着性の高分子材料
の少なくとも一種からなる漏気防止層１１を濡らすこと
により、これらの材料が吸水膨潤して粘着性を増し、よ
り強固な漏気防止層１１を形成する。水を噴霧するとき
の圧力は空気による圧気の圧力より高めにすればよい。

【００１３】＜ニ＞掘削、排土 切羽を掘削する装置は、従来から用いられている公知の
機械式の掘削機を広く使用することが出来る。掘削した
土砂は、土砂排出口から圧気室９の外部へ排出する。こ
の排出装置１２としては、公知の搬出装置、例えばスク
リューコンベヤーを使用することが出来る。

【００１４】２）漏気防止層を形成する材料 掘削する地盤面に対して繊維質材料、吸水粘着性の高分
子材料のすくなくとも一種を用いて漏気防止層１１を連
続的に形成するものである。

【００１５】＜イ＞繊維材料 本発明で用いる繊維質材料としては、次のようなものが
利用できる。繊維状の材料としてパルプ、綿、麻、解繊
故紙などの天然繊維、ポリビニルアルコール、ポリプロ
ピレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリロニト
リルおよびその部分加水分解物などの合成繊維、それら
の面状成形品である紙、布、不織布などの少なくとも一
種である。

【００１６】そしてそれらの繊維材料を、空気で吹き付
けし易い形状である正方形、三角形など形状に切断した
ものを使用する。繊維質材料のうち、ポリアクリロニト
リル繊維、その布や不織布を加水分解した吸水粘着性の
ポリアクリロニトリル繊維、吸水粘着性の布、不織布な
どに加工したものも含まれる。

【００１７】＜ロ＞吸水粘着性高分子材料 本発明で用いる吸水粘着性の高分子材料としては次のよ
うなものが利用できる。 酸化澱粉、ポリアクリロニ
トリルグラフト澱粉、セルローズの部分アルキルエーテ
ル、カルボキシメチルセルローズ、ザンタンガム、アル
ギン酸、寒天などの天然物、もしくはその加工品からな
る天然高分子ベースの水溶性高分子材料もしくは高吸水
性高分子材料。

【００１８】 ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニ
ルの部分鹸化物、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリ
ロニトリルの加水分解物、アクリル酸もしくはその塩、
メタクリル酸もしくはその塩を含有する高分子材料、ア
クリルアミドおよびその誘導体などからなる合成高分子
ベースの水溶性高分子材料。

【００１９】 これらの天然高分子、合成高分子ベー
スの高分子材料を、単独もしくは組み合せて部分架橋し
た高吸水性高分子材料。以上の内の少なくとも一種を使
用することができる。

【００２０】＜ハ＞繊維材料に高分子材料を含浸させた
もの。 また、繊維質材料に対して吸水粘着性高分子材料を含
浸、混合した高分子材料含有繊維質材料を正方形、三角
形などの空気で吹き付けし易い形状に切断したものも使
用できる。

【００２１】＜ニ＞高分子材料グラフト繊維。 さらに、吸水粘着性の高分子材料を予め繊維にグラフト
して一体化させた吸水粘着性高分子材料グラフト繊維、
この粘着性高分子材料グラフト繊維を紙、布、不織布な
どの面状成形品にしたものも使用できる。

【００２２】＜ホ＞実験装置 上記した繊維質材料、吸水粘着性の高分子材料の性能を
検討した。実験方法は、図２に示す装置を用いる。まず
空気圧縮機ｃによって圧縮された空気ａは、パイプｐ
１、バッファータンクｂ、パイプｐ２を通して、圧力計
ｇで圧縮空気の圧力を測定し、オートクレーブｋに導か
れる。オートクレーブｋには砂層ｓの上に、本発明の繊
維質材料、吸水粘着性の高分子材料の少なくとも一種か
らなる試験層ｔが形成されている。

【００２３】＜ヘ＞実験方法 試験層ｔおよび砂層ｓの形成方法を説明する。まずオー
トクレーブｋの蓋を開け、オークレーブｋの下方につい
ている目皿の上に、砂を適度の水を加えて投入し、砂層
ｓを作る。次いで本発明の繊維質材料、吸水粘着性の高
分子材料の少なくとも一種をのせて試験層ｔを形成す
る。砂に水を加えるのは、実際の掘削する地層が地下水
を含んでいることを想定したためである。通常は、砂に
含ませた水によって繊維質材料、または吸水粘着性の高
分子材料が濡らされて膨潤し、漏気防止層を形成する。
オートクレーブｋには水タンクｗが取り付けられてお
り、試験層ｔに水を供給出来る。これは砂層ｓの水分が
不足している場合、吸水粘着性の高分子材料が充分に吸
水出来ないためにその効果が発揮できない場合に使用す
る。試験層ｔが漏気防止層１１としての機能を有するか
どうかは、圧力計ｇで予め設定された圧力の空気を試験
層ｔに導入して調べる。もし、試験層ｔを空気が通過す
れば砂層ｓ、パイプｐ３を通って、水の入っているメス
シリンダーｍに導かれ、泡の発生によって漏気している
ことが検知出来る。

【００２４】＜ト＞実験結果 このような方法によって実験して得られた、本発明の繊
維質材料、吸水粘着性の高分子材料の漏気試験の結果を
表１、表２および表３に示す。

【表１】

【表２】

【表３】 表１、表２および表３から明らかなように、本発明の繊
維質材料、吸水粘着性の高分子材料の少なくとも一種を
用いることにより、図２のオートクレーブｋの試験層ｔ
の前後の圧力差を０．１ｋｇ／ｃｍ² 以上にしないと、
圧縮空気は漏洩しないことが分かった。また、組み合せ
によっては、２ｋｇ／ｃｍ² 以上の差圧でも漏気が認め
られず、漏気防止層の機能を充分に保有することが分か
った。これに対し、比較例の標準砂のみを用いた実験で
はほとんど圧力を保持することは出来なかった。

【００２５】３）施工方法 次の上記のシールド掘進機１を用いて上記の材料を噴射
して漏気防止層１１を形成する掘削工法について説明す
る。

【００２６】＜イ＞ノズルからの材料の噴射 本発明の工法においては、上記の繊維質材料、吸水粘着
性の高分子材料の少なくとも一種を、掘削機に取り付け
られた空気ノズルから噴射される空気に混入して圧送す
る。その結果、上記の粘着性の高分子材料、繊維質材料
の少なくとも一種を切羽面に密着させ、漏気防止層１１
を連続的に生成するものである。すなわち繊維質材料、
吸水粘着性の高分子材料は、漏気防止剤タンク４に貯蔵
され、空気によって漏気防止剤送入パイプ５をへて搬送
され、漏気防止剤噴出口６から、また必要に応じ他の複
数の複数の噴射口６から、切羽面１０に吹き付けられ
る。圧気方法は、シールド掘削機１の先端に隔壁２を形
成し、この隔壁２と切羽面１０に吹き付けられた繊維質
材料、吸水粘着性の高分子材料のすくなくとも一種より
なる漏気防止層１１、および周囲のシールド掘削機１の
殻体で包囲された圧気室９に圧縮空気を吹き込んで行
う。本実施例では圧縮空気の吹き込み方法は、本発明の
繊維質材料、吸水粘着性の高分子材料を送入する空気に
よって行った。

【００２７】＜ロ＞ノズルからの水の噴射 また、必要に応じ別のノズルより切羽面の空気圧より高
い圧力の水を霧状に噴霧させる。すなわち切羽面１０の
地盤の含水量少ない場合には、シールド掘進機に取り付
けてある水ノズル８（必要に応じ他のノズル８）から水
を噴霧し、繊維質材料、吸水粘着性の高分子材料の少な
くとも一種からなる漏気防止層１１を濡らす。その結果
これらの材料が吸水膨潤して粘着性を増し、より強固な
漏気防止層１１を形成することができた。水を噴霧する
ときの圧力は、圧縮空気の圧力より、若干高めにした。

【００２８】＜ハ＞排土 掘削した土砂は、土砂排出口から圧気室９の外部へ排出
する。排出装置１２としては、本実施例ではスクリュー
コンベヤーを使用した。

【００２９】

【本発明の効果】

＜イ＞粒子の細かい地層例えば粘土層では、天然および
合成の短繊維、パルプ、解繊故紙、ポリアクリロニトリ
ル繊維の加水分解物、吸水粘着性の高分子材料として
は、ポリアクリル酸ソーダ、ポリメタクリル酸ソーダな
ど、およびこれらの繊維質材料と吸水粘着性の高分子材
料の組み合せた物を使用して、充分に切羽面１０に漏気
防止層１１を形成することができた。

【００３０】＜ロ＞地層が砂層の場合には、本発明の繊
維質材料として、パルプ、綿、麻、解繊故紙などの植物
繊維、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、ポリア
ミド、ポリアクリロニトリル、ポリエステルなどの合成
繊維、また、本発明の吸水粘着性の高分子材料として
は、 酸化澱粉、ポリアクリロニトリルグラフト澱
粉、セルローズの部分アルキルエーテル、カルボキシメ
チルセルローズ、ザンタンガム、アルギン酸、寒天など
の天然物、もしくはその加工品からなる天然高分子ベー
スの水溶性高分子材料もしくは高吸水性高分子材料、
ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルの部分鹸化
物、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリルの
加水分解物、アクリル酸もしくはその塩、メタクリル酸
もしくはその塩を含有する高分子材料、アクリルアミド
およびその誘導体などからなる高分子ベースの水溶性高
分子材料、、 これらの天然高分子、合成高分子ベー
スの高分子材料を、単独もしくは組み合せて部分架橋し
た高吸水性高分子材料が、有効に切羽面１０に対して漏
気防止層１１を形成できることが分かった。

【００３１】＜ハ＞地層が砂れき層の場合、本発明の繊
維質材料としては、繊維質材料としては、部分鹸化ポリ
酢酸ビニル、ポリビニルアルコールのすくなくとも一種
と、ポリアクリル酸もしくはその塩、メタクリル酸もし
くはその塩の少なくとも一種を介在させて架橋して得ら
れる高吸水性高分子材料を、繊維質材料の重量に対して
１５ｗｔ％となる量を溶解、含浸、乾燥させて含有させ
た後、この高分子材料含有繊維質材料を正方形、三角形
などの空気で吹き付けし易い形状に切断したものを使用
すると、切羽面に対し効果的に漏気防止層を形成するこ
とが出来た。

【００３２】さらに、繊維状の材料としてパルプ、綿、
麻、解繊故紙などの天然繊維、ポリビニルアルコール、
ポリプロピレン、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、
ポリエステルなどの合成繊維、および 酸化殿粉、ポ
リアクリロニトリルグラフト澱粉、セルローズの部分ア
ルキルエーテル、カルボキシメチルセルローズ、ザンタ
ンガム、アルギン酸、寒天などの天然物、もしくはその
加工品からなる天然高分子ベースの水溶性高分子材料も
しくは高吸水性高分子材料、さらに ポリビニルアル
コール、ポリ酢酸ビニルの部分鹸化物、ポリエチレンオ
キサイド、ポリアクリロニトリルの加水分解物、アクリ
ル酸もしくはその塩、メタクリル酸もしくはその塩を含
有する高分子材料、アクリルアミドおよびその誘導体な
どからなる合成高分子ベースの水溶性高分子材料、
これらの天然高分子、合成高分子ベースの高分子材料
を、単独もしくは組み合せて部分架橋した高吸水性高分
子材料などを併用すると、漏気防止性はさらに向上し
た。

【００３３】＜ニ＞切羽面は崩れると、漏気防止剤噴出
口６から吹き付けられた本発明の繊維質材料、吸水粘着
性の高分子材料が漏洩空気の流れに伴って、集中的に漏
気場所に集積される。そのため繊維質材料、吸水粘着性
の高分子材料が再び厚い漏気防止層を形成して、それ以
上の漏気を止めることが出来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工法に使用するシールド掘進機の説明
図

【図２】実施例１に用いた実験装置の説明図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機の先端部の空間に加圧した
   気体を充填して行う圧気型シールド掘削工法において、 掘削する切羽面に対して繊維質材料、吸水粘着性の高分
   子材料のすくなくとも一種を用いた漏気防止層を連続的
   に形成しながら、 地盤を掘削することを特徴とする、シールド掘削工法
2. 【請求項２】シールド掘進機の先端部の空間に加圧した
   気体を充填して行う圧気型シールド掘削工法において、 掘削する切羽面に対して、パルプ、綿、麻、解繊故紙な
   どの天然繊維、ポリビニルアルコール、ポリプロピレ
   ン、ポリアミド、ポリアクリロニトリルおよびその部分
   加水分解物などの合成繊維の繊維状の材料、それらの面
   状成形品である紙、布、不織布などを、 空気で吹き付けし易い形状である正方形、三角形など形
   状に切断したものの少なくとも一種を供給して漏気防止
   層を連続的に形成しながら地盤を掘削することを特徴と
   する、シールド掘削工法
3. 【請求項３】シールド掘進機の先端部の空間に加圧した
   気体を充填して行う圧気型シールド掘削工法において、 掘削する切羽面に対して（イ）酸化澱粉、ポリアクリロ
   ニトリルグラフト澱粉、セルローズの部分アルキルエー
   テル、カルボキシメチルセルローズ、ザンタンガム、ア
   ルギン酸などの天然物、もしくはその加工品からなる天
   然高分子ベースの水溶性高分子材料もしくは高吸水性高
   分子材料、（ロ）ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニ
   ルの部分鹸化物、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリ
   ロニトリルの加水分解物、アクリル酸もしくはその塩、
   メタクリル酸もしくはその塩を含有する高分子材料、ア
   クリルアミド、その誘導体などからなる合成高分子ベー
   スの水溶性高分子材料、（ハ）これらの天然高分子もし
   くは合成高分子ベースの高分子材料、 以上の（イ）〜（ハ）を単独もしくは組み合せて部分架
   橋した高吸水性高分子材料の少なくとも一種を供給して
   漏気防止層を連続的に形成しながら、地盤を掘削するこ
   とを特徴とする、シールド掘削工法
4. 【請求項４】請求項１に記載のシールド工法において、 請求項２に記載の繊維質材料、請求項３に記載の吸水粘
   着性の高分子材料の少なくとも一種を、 掘削機に取り付けられた空気ノズルから噴射される空気
   に混入させ圧送し、 必要に応じ別のノズルより切羽面の空気圧より高い圧力
   の水を霧状に噴霧させ、 上記の粘着性の繊維質材料、
   高分子材料の少なくとも一種が切羽面に密着した漏気防
   止層を連続的に形成しながら地盤層を掘削することを特
   徴とする、シールド掘削工法
5. 【請求項５】請求項１，２，３および４に記載のシール
   ド掘削工法において、 吸水粘着性の高分子材料を繊維質材料に混合、含浸など
   の処理を行って得た高分子材料含有繊維質材料、 もしくはその面状成形品である紙、布、不織布などを正
   方形、三角形などの空気で吹き付けし易い形状に切断し
   たものを、 掘削機に取り付けられた圧気部先端の空気ノズルから噴
   射される空気に混入させ切羽面に圧送し、 必要に応じ別のノズルより圧気部の空気圧より高い圧力
   の水を霧状に噴霧させ、 上記高吸水性高分子材料を含
   有する繊維質材料を切羽面の漏気防止層に使用すること
   を特徴とする、シールド掘削工法
6. 【請求項６】請求項１，２，３および４に記載のシール
   ド掘削工法において、 請求項３に記載の吸水粘着性の高分子材料を予め繊維に
   グラフトして一体化させた粘着性高分子材料グラフト繊
   維、 この粘着性高分子材料グラフト繊維を紙、布、不織布な
   どの面状成形品にした後に正方形、三角形などの空気で
   吹き付けし易い形状に切断したもの、 粘着性高分子グラフト繊維質面状成形品材料、 以上のすくなくとも一種を漏気防止層として使用するこ
   とを特徴とする、シールド掘削工法