JPS606440B2 - 掘削土砂排土方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 従来シールド工法によるトンネ掘削は、第６図で示され
るように、発進立坑ｎに向って順次掘削が行われるが、
その闘士質が始めから終りまで一定であれば問題は少な
いが、同図に示されるように、例えば、シルト層ａから
始まって、砂（細砂）層ｂ、上層が砂磯層（小磯）ｃ、
下層がシルト層ａ、砂機層（大磯）ｄなどという変化が
ある時その施工は極めて困難となる。

このような路線を施工する工法としては、一般には、シ
ルト層ａに対しては土庄バランス工法、砂（細砂）層ｂ
に対しては泥水シールド工法、砂磯層ｃ，ｄに対しても
泥水シ−ルド工法と区分され、切羽の安定に対する検討
として、地質調査地下水調査等により、地山への対策を
充分考慮したシールド形式の選定が必要である。

またシールド形式のみで対応できない場合は補助工法が
併用される。従来の装置では一工法にのみ適するように
作られているので、このような土質の変化があった場合
はその施工が極めて困難になる。

本発明はこのような点に鑑みて開発発したものであって
、その土質の変化があればこれに即応して装置に付属装
置を附加あるいは取去ることによって、現場においてこ
れに適応する工法に直ちに切換えることができるように
し、また土砂の搬送流路を密閉式の循環回路に形成しそ
の圧力管理を容易になし得られるようにしてスクリュコ
ンベャ内の土砂の圧密効果を挙げて切羽の崩壊を防ぎ、
また切削した±砂を一定の土砂塊となすことによって搬
送回路におけるその流れを円滑に行うことができるよう
にして従来困難視されている滞水砂礁層でも容易にその
施工を行うことができるものである。

これを図示の雛士装置を基にして説明する。

１はシールド機でその前面にカツタドラム３を回転自在
に装着する。

２はカッタバィト、４はカッタドラム３の回転駆動で油
圧モータである。

６はシールド機に固着した隔壁であって、この隔壁６に
よってカッタドラム３内側に、気密なチャンバ５を形成
する。

７は隔壁６に固着したシュートでこれでスクリュコンベ
ャ８の先端を支承する。

韓′は土砂流入口である。９はスクリユコンベャ８の回
転駆動源である油圧モータでその回は「掘進速度と土の
膨張率などによって適宜設される。

１川まスクリュコンベヤ８の後方下側に設けられた排士
口１０′を開閉するスライドゲートであって油圧シリン
グ１１の作動で摺敷する。

そしてその関口度は排土量と榎Ｅ士抵抗を勘案してスク
リュ内圧密を確保するよう調節される。なお図示してい
ないが隔壁６１とは土庄検出器（土圧計、圧力変換器な
ど）切羽水圧検出器（水圧計「圧力変換器など）などが
取付けられる。

Ｐはプレーサであってスクリユコンベヤ８より排出され
る切削士の一定量を一応ここで貯め、その切削士より日
頃次士砂塊を形成し「 この土砂魂と圧送空気圧とを交
互に形成せしめて搬送管２９内をスムーズに流れしめる
ことを目的とし、しかも各種の土質に最適な状態になる
よう制御する「間欠供給の役目をするものである。宵４
はプレーサ本体でその搬送路の底部にはウイングプレー
ト１５を鮫亀６をもって揺動可能に設ける。

１７は軸１６に固着したアーム、亀ｇはアーム１７にピ
ン１８をもって枢着したロッドでロッド首９の他端は油
圧モータ２０の回転盤２Ｑ′に偏心的にピン１８′をも
って枢着する。

油圧モータ２０はウイングプレート量５を擬中させる駆
動源で振中数を任意に調節する駆動源であればよく、揺
動モータ、油圧シリンダ「電動機などプレーサ本体１４
に敬付けるものである。

２川まプレーサ本体１４のウイングプレート竃５の背面
側に設けられた送気口でｈ土砂搬送のための空気圧は「
圧縮空気源２８より「鋼管あるいはホースよりなる供給
管２７を経てこれに供給される。

２４はその送気用の弁である。

２３は前記油圧モータ２０のパワーユニットを示す。

２２はプレーサ本体竃４の後方に取付けられた圧縮空気
の噴射口で〜圧縮空気は、供給管２７より分岐せる導管
２６より弁２５を介して断続的に供給される。

なおこの断続的の圧縮空気の噴射はその状況に応じてこ
れを使用しない場合もあるものである。３１，３１，３
１はブレーサ本体１４の後部に蓮設した土砂搬送管２９
に設けられた噴射ノズルで、その圧縮空気は、供給管２
７より分岐せる導管３３，３３９３３より弁３２９３盤
，３２を介して土砂の管路搬送ブーストとして送られる
。

このブースト噴射もその状況に応じ不便用のときもある
。７０‘まずりトロでその上部には移動台車６６が設け
られ、移動台車６６上の土砂分離筒６５と前記土砂搬送
管２９とは土砂搬送ホース３Ｑで連結される。

土砂分離筒６５は空気圧送された±砂を分離し空気圧は
同筒により大気に放出される。なおずりトロ７０を使用
しないで搬送管２９で立坑まで送るようにしても差支え
ない。第２図は紬砂、砂層に適用される鱗土機構による
シールド機の掘進方式である。

この場合はもスクリュコンベャ８の雛士口１０′に、プ
レーサＰとの間にロータリフイーダ６Ｑを取付けＬ切羽
地下水圧を極力保持するようにしてプレーサＰにその排
士を行うものである。

６１は油圧モータであってロータリフィーダ６０のロー
タ回転数を適宜調節しながらこれを駆動する。

その他は第１図のものと同様であるがこの場合は土砂切
断のための空気の断続噴射は原則的には使用せずプース
ト噴射はその状況に応じて使用しないものである。

第３図および第４図と第５図は砂磯層に適用される循環
榎Ｅ士機構によるシールド機の掘進方式である。

この場合は、第１図の機構に、泥水管理機構５７を付設
し「かつ、切羽水圧を極力保持するため、泥水圧を泥水
循環回路として維持しながら、掘進にしたがって、その
排土である切削士と泥水の置換をするべッセル機構４４
を、前記ずりトロ７０１こ代えてこれに設けるものであ
る。

４５はべッセル、４５′はずり放出蓋で立坑に設けられ
たずりビンにずりを放出するに当ってその脱着が容易に
形成される。

４６は、その際べッセル４５の傾倒をなさしめる油圧シ
リンダでピン４７，４７をもってべッセル４５とその台
車４２間に枢着される。

４８はべッセル４５と台車４２との間の枢着軸４３はず
りのシュート「 ４１はずり搬送車で泥水より分離した
切削士および泥水より分離したスラッジをこれに収容し
て運搬する。

３６はべッセル４５の上部に設けた土砂投入管で、これ
とプレーサ本体１４の±砂搬送管２９とを土砂搬送ホー
ス３０で連結する。

投入管３６には非常用弁３４と泥水圧検出器（圧力計、
圧力変換器など）３５を設ける。同泥水圧検出器は泥水
の循環圧力管理、供孫旨管理をするものである。３７は
べッセル４６内の泥水および圧縮空気の放出管でこれに
はホース４０′を介して放出導管４９を接続し、同導管
は、次に説明する泥水管理機構５７の泥水槽４９に閉口
せしめる。

３８はその調整弁で泥水圧、送気圧を一定に保持するた
めのもの、３９は圧縮空気の放出口である。

５７は泥水管理機構で切削する土質に適合する切羽水圧
を維持するための泥水比重、粘度を調合管理を行う。

５１は可変速電動機（定速電動機でもよい）、５２はカ
ップリング「５０はスラリーポンプ、５３はその合板、
５５は吸入管、５６は導出管である。

導出管５６は弁５４を介してプレーサ本体Ｐのスライド
ゲート１０の下方において同本体に取付けｔ泥水はウイ
ングプレート亀５の上方において放出される。

第４図に附属の第５図において、８０Ｇま作泥機構であ
って、前記せる循環泥水が希釈された時、これを設定さ
れた比重、粘性にするために、これに注入材を供給する
もので、８１は注入材である粘土、ベントナィトその他
の材料を示し、８２は潜水槽、８４は水中ポンプ、８３
は縄梓槽、８５は貯溜槽であって貯溜槽８５の注入材は
スラリ−ポンプ８６で泥水槽４９に送られる。

９０は濃度調整機構で循環泥水の比重粘性が設定値より
濃くなった場合、あるいは泥水中に掘削士が混入した場
合にこれを分離して泥水管理を行うものである。

９１はずり搬送車亀１上に設けられた打込みポンプで泥
水槽４９の泥水を分級機９２すなわち遠０分離機、振動
ぶるし、などに送り〜分級機９２で分級された廃棄物と
なるスラツジ９２ａはずり搬送車４１へ、スラッジを分
離した泥水９２ｂは調整槽９３を経てスラリーポンプ９
４で泥水槽４９に再送される。

なおこの場合その状況に応じウイングプレート１５かあ
るいは切断噴射空圧を使用しブースト噴射は不便用の場
合もある。その作用効果を説明する。

第１図のシルト槽に適用される機構について先ず説明す
る。

シルトは粘土と紬砂との中間位にあるち密な層であって
この場合は空気輸送システムが形成される。

これを説明すると、この地層にシールド機１のカッタバ
ィト２を押圧せしめつつ回転させると、切削士はチャン
バ５内で蝿浮流動化しスクリュコンベヤ８内での圧密が
よく形成されて同コンベヤよりその排土口１０′よりブ
レーサＰに押し出される。プレーサ本体１４では切削士
を次に述べる士砂塊とするための一定の貯溜量を貯える
ことができる大きさのものである。

同プレーサＰにおいては、圧縮空気源２８より供Ｖ給管
２７を経てウイングプレート１５の背面に圧気が供給さ
れるのでこれがスクリュコンベヤ８内にもこれが作用し
、その圧密±砂粒子間に脱水作用が生じてより圧密効果
が向上する。

そして同プレーサＰにおいて、スクリユコンベャ８の緋
±口１０′より連続して出てくる庄密状態の土砂を、弁
２５を介して導管２６よ供給される圧縮空気が、その噴
射口２２より断続的に噴射され、この噴射空気によって
、前記連続的に由てくる土砂を塊状に分断する。

またこれと同時にウイングプレート１５を油圧モータ２
０の作動で上下に振動させ、その上に落下する連続土砂
を、前記噴射口２２より断続噴射される噴射空気と相換
って、断続的に土砂塊とする。

なおこの断続的噴射空気は状況に応じこれを使用しない
場合もある。これは第２図ないし第４図のものも同じで
ある。すなわちウイングプレート１５を上方に揺動し、
土砂の流れを搾った時点でその先端関口付近において噴
射口２２より圧縮空気を噴射し、その流れをここで切断
し土砂を塊状に分断して土砂塊を順次形成して行く。こ
のように一連の土砂塊に形成された土砂は、土砂搬送管
２９に到り、ここで導管３３より噴射ノズル３１で噴射
される圧縮空気によって管内搬送ブーストがなされ、同
士砂塊の移行速度の低下を防ぎ、かつこれが管内閉塞を
防ぎ円滑に下流側に搬送される。

なおこれも第２図ないし第４図のものにも共通していえ
ることであるが、噴射ノズルの位置あるいは個数はその
状況に応じ適宜決定されるものであり、また場合によっ
ては使用しなし・場合もあるし、また噴射ノズル３１よ
りのブースト噴射も状況に応じ使用するものである。そ
してこの土砂はずりトロ７０内に落下収容される。第２
図の細砂、砂層に適用される機緩について、細砂、左層
は切削士として微粒子分がなく粘着力に乏しい土質であ
り、この場合も空気輸送システムが形成される。

これを説明すると「カッタバィト２で切削された土砂は
チャンバ５内で流動性が無く、スクリュコンベヤ８内で
の圧密が期待できず、そのプラグ効果を形成させること
が難しいものである。そしてそのプラグ効果を形成でき
ない場合は〜スクリュコンベャ８の餅土口翼Ｑ′におい
て贋発が生じ、切羽地下水位が低下しこれと同時に流砂
現象により崩落し〜 これが地表面の陥没となる。

そこでこの場合は「スクリュコンベャ８とプレーサＰと
の間にロータリフィーダ６０を設け、切羽地下水圧をこ
れによって確実に保持しながらその排士を行う。そして
、スクリュ回転数＝掘削土量×割増係数 に設定し榎Ｅ士口１０′における圧密を促進し「かっこ
のロータリフィーダ６Ｑ内への充填を強制的に行う。

また「ロータリフィーダ回転数＝掘削士量ｘ膨張比 に設定し、ロータの回転数の累積管理、圧力管理で、掘
進管理「緋±量管理を行う。

プレーサＰ以下の作用は前記第１図のものと同様である
が、この場合は噴射口よりの空気の断続噴射は使用しな
いですむ場合が多い。

ブースト射はその状況に応じ使用する。第３図および第
４図と繁馬図の砂機層に適用される機構について、シー
ルド工法においては、地下水圧の高い瀞水、砂際層が一
般的に最も難しいものであるとされている。

すなわち、カッタバィトの回転により切削された士砂の
チャンバ内への充填率が低下し切羽より作用する地下水
圧を保持するチャンバ内の土砂量とスクＩＪュコンベャ
の回転による圧密効果が期待できず、排士口より地下水
の噴出する事態がいよいよ生じて切羽の崩壊が発生する
。本工法では泥水輸送システムあるいは泥水ェアリフト
システムが形成される。カッタバイト２の回転により切
削された切削士は、隔壁６とによって形成されるチャン
バ５内で櫨梓流動化されるとともに、切羽水圧を保持し
切削士の貯えがなされる。

そしてスクリュコンベャ８の回転によって圧密状態で９
Ｅ士口１０′まで送られるが、同口においては、油圧シ
リンダ１１の作動でスライドゲート竃８を作動させその
関口を調節し、排士量と緋±抵抗を考え、スクリュコン
ベャ８内の圧密を促進する。

また、事態に応じては「 これを閉じて止水し切羽水圧
の保持をする。

プレーサ本体１４は、スクリュコンベヤ８よりの±砂を
搬送する搬送管２ｇ賂に通した±砂塊とするための貯溜
量を貯える。

そしてプレーサ本体畳４には、一定の比重、粘度に管理
された泥水を、〜泥水槽４９より可変遠電動機５１の駆
動でスラリーポンブ５０で導出管５６を介して、スクリ
ュコンベャ８の排士ロー０′の下方に送り込む。これは
、その土質によって、スクリュコンベャ８内にプラグ効
果が形成されない場合「その泥水圧がスクリュコンベャ
８内にもおよびコンベヤ内の圧密効果を挙げ、また土砂
搬送管２９路内の泥水循環回路を形成せしめ、そしてそ
の循環泥水圧管理をなすことにより切羽水圧を保持させ
る。

泥水圧は次のようにして定められる。Ｐ＝切羽ないいま
チャンバ内の水圧、Ｐｘ＝スクリュコンベャ登内の水圧
、Ｐ，＝泥水圧としてＰＳＰｘ十Ｐ，である。このよう
に設定することにより切羽圧に対して任意調節抵抗を作
ることになる。

プレーサ本体１４のウイングプレート１５はし土質の性
状に応じ、同本体の出口近くにおいて、流入土砂を土砂
塊とするためにその振中振動数が任意に調整されその揺
動と導管２７よりの断続的圧送空気を交互に供給するこ
とにより、土砂塊の形成とそのスムーズな搬送をなす。

なおこの場合は状況に応じウイングプレート亀５は使用
せず噴射口２２よりの断続噴射にのみよることができる
。土砂塊を切断するため、噴射口２２よりの断続噴射の
サイクルは土質によって設定するが、士の粘着力、含水
比「 スクリュの圧密、スライドゲ−トｉｏの関口比な
どによりさらに勘案される。

送気口２１よりの圧縮空気は土砂塊の流出搬送を助ける
が状況に応じこれを使用しない場合もある。噴射ノズル
３８の圧縮空気噴射は、土砂の管路内の速度低下を防ぎ
円滑にこれを送出するものである。

噴射ノズル３１の噴射位置の選定、あるいは個数はその
時の状態に合わせ適宜決定されることは前記したとおり
である。このようにして土砂搬送管２９内では「導出管
５６より圧入される圧縮空気を伴なう泥水の流れの中に
切断された土砂塊が断続的に存在するというような状態
で流れ、これが投入管３６よりべッセル４５に投入され
る。泥水中の圧縮空気はェァリフトの作用をなしその流
動を助ける。同べッセル４５では土砂塊はその下底に沈
み、この切削士砂と泥水の導き換えが切羽水圧を保持し
ながら行われ、泥水および圧縮空気は放出導管４０を経
て、圧縮空気は放出口３９より大気に放出され、泥水は
泥水管理機構５７の泥水槽４．９に投入され、泥水はこ
こでその比重「粘度など再調整される。

べッセル４５内にその土砂が一杯になれ；よ、非常用弁
３４を閉じて切羽水圧を保持しながらべッセル４６を分
離し〜その士砂を「ずり放出蓋４５′を開いてシュー卑
３よりｔ立坑に設けたずりビンに放出する。

その際には油圧シリンダ４６を作動してべツセル４５を
額動させて行う。なお調整弁３８は導出管５６プレーサ
Ｐ土砂搬送管２９べッセル４５管路４８とからなる泥水
循環回路に、掘削士の排土により生じる泥水圧変動に対
処するものであり、この弁におよりこれを常に一定に保
持するものである。第４図に附属する第５図に示す作泥
機構８０は、坑道内の比較的高所に設置されるものであ
って、循環泥水が希釈された時、粘土、ベントナイトそ
の他の注入材８１が蝿梓槽８３に投入され清水槽８２よ
りの清水とともに麓拝され、これが貯溜槽８５を経て泥
水糟４９に没入される。

一方濃度調整機構９０も坑道内に設置され、泥水槽４９
の泥水を分級機９２で分級し、廃棄物となるスラッジ９
２ａはずり搬送車４１へ、所望泥水は調整槽９３を経て
泥水槽４９に戻される。

本発明は切削土砂を搬送するに当って一定の土砂塊とな
し、これを泥水輸送システム、空気輸送システム、ヱア
リフトを伴う泥水輸送システムという排士システムをも
ってなし、そして掘削土砂の性質に最適のものにこれを
選択して施工を行うことができ、しかも施工路線の地層
の複雑な変化に則応して現場において、一連の８Ｅ士装
置をもってこれに簡単に設備変更を行うことができるの
で、切羽の崩壊を事前に防止し施工を容易に行うことが
できてその施工速度が向上し、工期を確実に守ることが
でき、また設備費も低廉となる。そしてスクリユコンベ
ヤよりずりトロあるし、はべッセルという排士運搬車ま
密閉循環回路を形成しているので圧気あるいは泥水圧の
管理が極めて容易になし得られ、これによってスクリュ
コンベャ内の庄密が充分に保証され、そのプラグ効果を
よく挙げることができるので、切羽水圧の保持が充分に
なされ、また切羽水圧の変動が緩緩緩緩慢となりその崩
壊がが生じるようなことがなくなる。また空気輸送の場
合は圧力流体により、土砂に脱水作用を生じよくその圧
密効果を挙げることができ「そして、これによって土砂
の含水比が低下することによってその排土の取扱いが極
めて楽になり、運搬中の土砂こばれなどなくなる。

また従来困難視された滞水砂磯層の施工の場合も、本発
明によれば、泥水流量泥水圧力の合理的な管理によりそ
の安定したスムーズな泥水循環回路を形成することがで
き、これを容易になし得られる。

そしてシールド機から排士運搬まで乗り継ぎがないので
坑内の磯土処理が少なくてすみ、しかもその装置はシン
プルであってコンパクトに纏めることができるので、設
備スペースが少くてすむし、またそれだけ、狭い坑道内
において広い作業スペースを取ることができて、セグメ
ントの搬入組立など楽になるし、また運転に当ってその
動力が少なくてすみ機械的の無理がないのでその故障、
修理、保守が少くなり稼動率が向上し設備費施工費のコ
ストを低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシルト層に適用する緋士装置の縦断側面図、第
２図は細砂、砂層に適用する擬±装置の縦断側面図「第
３図および第亀図はそれぞれ砂礁層に適用する擬士装置
の縦断側面図、第屋図は第４図のものに附属する泥水の
作泥調整装置の縦断側面図ト第昼図は一般の掘削路線の
縦断側面図である。 量……シールド機、３…岬カッタドラム「 ５……チヤ
ンバも籍……スクリユコンベヤ、鰭′州岬流入口、亀囚
′……漠Ｅ士口、亀５…岬ウイングプレートも多９……
土砂搬送管「 登５……土砂分離筒「Ｐ……プレーサ。 ゲラ図オ６図 国 下 図 下 国 ド 図 寸 ＊

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シールド機のカツタドラム内側のチヤンバにスクリ
   ユコンベヤの土砂流入口を臨ませ、同コンベヤの後端の
   排土口に、掘削土砂の一定量を貯溜し得るプレーサを取
   付け、プレーサの後方の出口付近において、プレーサ内
   の掘削土砂をウイングプレートの揺動によつて切断して
   順次一定の土砂塊となし、この土砂塊を、プレーサの前
   方より噴射される圧力流体によりプレーサの後端に連結
   した土砂搬送管内に流し、この圧力流体によつて搬送さ
   れる土砂塊を土砂分離筒を介して搬出する掘削土砂排土
   方法。