JPS6370794A - シールド式トンネル掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
をカッタヘッドにより掘削するシールド式トンネル掘削
方法および装置に関する。

（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空気により高圧に維持し、
該圧縮空気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、隔壁前方域の圧縮空気が切羽から地下
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、前記ずつをバルブフィーダから隔壁の後方域へ放
出するときに前記圧縮空気がすり放出］コから噴出し、
その結果ずつが飛散するためずつの処理が面倒になり、
またバルブフィーダが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部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
シールド後方の欠点は解決し得る反面、排出したずっと
泥水との混合物すなわち泥土水をずっと水とに分離する
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。

（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
びすり排出手段から隔壁後方域に噴出することがなく、
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
めの制御が容易であり、すり処理のための大型の設備が
不要である、シールド式トンネル掘削方法および装置を
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方法は、気体または粉
体の止水剤を含む圧縮気体を切羽に吹き付けつつシール
ド本体に設けられた隔壁の前方域の気体を前記隔壁の後
方域へ放出して前記止水剤および前記圧縮気体により前
記切羽からの地下水の湧出を阻止し、この間前記シール
ド本体に設けられたカッタヘッドを回転させて前記切羽
を掘削し、前記前方域のずりを前記シールド本体に設け
られたずり排出手段により前記前方域から前記後方域へ
排出することを特徴とする。

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
方域に配置されカッタヘッドと、切羽を掘削させるべく
前記カッタヘッ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。

（発明の作用効果） 切羽に吹き付けられた圧縮気体気体は、切羽近傍に地盤
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。このため、本発明によれば、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リ、地下水路中
に入り込むことを防止されるが、その代りに隔壁の後方
域へ排出される。このため、本発明によれば、切羽には
止水剤を含む圧縮気体が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阻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がないし
、すり排出手段のすり出口から噴出することがない。

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
、切羽はカッタヘッドにより掘削される。これにより、
本発明によれば、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、それにより前
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。

本発明では、切羽からの地下水の湧出は止水剤と気体の
圧力とにより阻止するのに対し、切羽の崩壊はたとえば
前方域にすりを充満させ、該すりにより防止することが
できる。このため、本発明によれば、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。さらに、本発明によれば、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
することかできるため、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１
４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
削するカッタヘッド２２が配置されている。カッタヘッ
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
回転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
。

カッタヘッド２２には、また、該カッタヘッドによる掘
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、圧縮空
気とから成る。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
であってもよい。圧縮気体供給機構３０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。

カッタヘッド２２の後部すなわち隔壁１４の側には、カ
ッタヘッド２２により掘削された土砂すなわちすりを攪
拌する複数の攪拌羽根３４が配置されている。攪拌羽根
３４は、カッタヘッド２２の回転にともなって、隔壁前
方域内のずつと、前記止水剤と、既知の気泡注入機構３
６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。すり排出
機構４０は、一端が隔壁に固定されたスクリューコンベ
ア４２と、該スクリューコンベアの他端に取り付けられ
、すりを間欠的の放出するロータリフィーダ４４とを備
える。スクリューコンベア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
の周りに回転可能に配置されたスクリューと、前記スク
リュ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。ロータリフィーダ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。ロータリフイータ４４の下方には、該ロータリフィ
ーダから放出されるすりを受け、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。

スクリューコンベア４２の搬送終端部上側には、フィル
タ４８が取り付けられている。フィルタ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、またスクリューコンベア４２に連通されている
。フィルタ４８にはスクリュ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ｌＯは、カッタヘッド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２
０は掘削され、掘削されたずりは隔壁前方域へ受は入れ
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、前方域内のすりは、カッタヘッド２２の回
転にともなって攪拌羽根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ッタヘッド２２による掘削量と同量
づつずり排出機構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ることから、切羽２
０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。

カッタヘッド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、カッ
タヘッド２２の回転にともなって地山とともに掘削され
るが、切羽近傍の他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つと充分に混
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
止水剤によっ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、すり排出機構４０、フィル
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、ロータリフィーダ４４のすり出
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およびフィルタ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をＱ２と
したとき、次式を満足するように、設定すればよい。

Ｑｌ　＝Ｑ２　＋Ｑａ 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。

フィルタ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ューコン
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、すり排出機構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、ロータリフィーダ４４から放
出されるす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、
コンプレッ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ロ
４と、粉体の止水剤をガイドパイプロ４を経てパイプ３
２に定量ずつ連続的に供給する止水剤供給機６６とを含
む。

ガイドパイプロ４は、圧縮空気源６２と止水剤供給機６
６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６４ｂ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。

ガイドパイプロ４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ィルタ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、−次側部位６４ａの減圧弁７６の」二液
側には圧力計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８
２が配置されている。これに対し、二次側部位６４ｂ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
圧力を測定し該供給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９
０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９４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ッ
パ１０８と、該ホッパ内のグラウト材を攪拌する攪拌機
！！０と、グラウト材をホッパ１０８から連続的に排出
する排出機１１２と、ホッパ１０８内の圧力を測定する
圧力計１１４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。

ホッパ１０８の上部には、グラウト材の投入【」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。ホッパ１０８の下端
には、ガイドパイプロ４の一次側部位６４ａ、二次側部
位６４ｂおよびホッパ１０８を相互に連結するノズル６
８が取り付けられている。

分岐パイプ８８はホッパ１０８の下部に連通され、分岐
パイプ９８はホッパ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６２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針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
ている開作動されてホッパ１０８内の止水剤をノズル６
８を経てガイドパイプロ４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って切羽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
を示すブロック線図である。 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、　　　　　２２：カッタヘッド、２４：カ
ッタヘッドの支持機構、 ２６：カッタヘッドの回転機構、 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ニスクリユーコンベア、４８：フィルタ、５０：パ
イプ、　　　　５６：流量調整弁。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）気体または粉体の止水剤を含む圧縮気体を切羽に
   吹き付けつつシールド本体に設けられた隔壁の前方域の
   気体を前記隔壁の後方域へ放出して前記止水剤および前
   記圧縮気体により前記切羽からの地下水の湧出を阻止し
   、この間前記シールド本体に設けられたカッタヘッドを
   回転させて前記切羽を掘削し、前記前方域のずりを前記
   シールド本体に設けられたずり排出手段により前記前方
   域から前記後方域へ排出することを特徴とする、シール
   ド式トンネル掘削方法。
2. （２）前記前方域に前記ずりを充満させて前記切羽の崩
   壊を阻止する、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方法。
3. （３）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ッタヘッドと、切
   羽を掘削させるべく前記カッタヘッ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
   。
4. （４）前記気体放出手段は、気体の通過を許し、ずりの
   通過を阻止するフィルタと、該フィ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（３）項に記載のシールド式トンネル掘削装置。
5. （５）前記ずり排出手段は、前記隔壁に取り付けられた
   スクリューコンベアであり、前記気体放出手段は前記ス
   クリュ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（４）項に記載のシールド式トンネル掘削
   装置。