JP2686514B2

JP2686514B2 - 加泥材注入型の非開削推進工法

Info

Publication number: JP2686514B2
Application number: JP14488892A
Authority: JP
Inventors: 貞男河野; 周作桂
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1997-12-08
Anticipated expiration: 2012-12-08
Also published as: JPH05311989A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加泥材を注入しなが
ら、非開削で地下にトンネルを構築する推進工法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の加泥材注入型の推進工法を
示すもので、図において、１は地山、２は先端掘進装
置、３はカッター、４は加泥材注入口、５は排土機構、
６は排土管、７は推進管、８は発進立坑、９は推進ジャ
ッキを示す。図に示すように加泥材注入型の非開削推進
工法は各種の土質地盤で安定な掘進を行うため、カッタ
ー３で地山１を掘削した土砂に加泥材を注入・撹拌し、
切羽の安定を維持しながら、掘削土砂の流動性を排土可
能な大きさまで高め、排土機構５によって掘進量に見合
った掘削土砂量を連続的に排土することにより掘進して
いる。このために加泥材注入型の推進工法では、掘進に
伴う掘削土砂にベントナイトと粉末粘土を主な材料とし
て水で溶いた粘稠性のある加泥材を注入・撹拌し、掘削
土砂の粒度分布を改善し、流動性を高め、切羽の安定を
維持しながら掘進している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、土の内部摩擦
角が小さく、流動性が悪く、透水係数の高い砂質土若し
くは砂礫土においてはベントナイト・粉末粘土を水に３
０〜４０％と多量に溶いた加泥材を注入して掘削土砂の
粒度分布を改善し、流動性を高め、切羽の安定を維持す
る必要があった。一方、粘土分を含む掘削土砂に上記の
ベントナイト・粉末粘土を３０〜４０％と多量に溶いた
加泥材を注入・撹拌した場合、掘削土砂の粘度・付着力
が大きくなりすぎ、逆に流動性が悪くなりカッターへの
掘削土砂のへばりつき等のトラブルが発生するために粘
土分を含む掘削土砂に対しては、適宜ベントナイト・粉
末粘土量を減じた加泥材を注入する必要があった。この
加泥材作成作業は大変な稼働がかかり、施工コスト低
減、作業環境改善のため従来から自動化が求められてい
るが、加泥材作成にあたり大量のベントナイト・粉末粘
土の添加を必要とすること、ベントナイト・粉末粘土を
使用した加泥材は同一配合でも、時間経過・水温・銘柄
により発現粘度が一定せず、加泥材の品質管理が困難で
あること及び先端で掘削した土砂の排土状況から土質を
推定して加泥材の調整を行うが、加泥材の配合決定に高
度の技術力を必要とすることから、加泥材作成装置の経
済的な小型自動化による加泥作業の無人化が困難であ
り、やむなく人力作業を行っている。さらに、先端で掘
削した土砂の排土状況を見て加泥材の調整を行うため、
加泥材の調整が後手後手にまわり、加泥材の調整不良に
よる加泥材の地山への逸散、カッターへの掘削土砂のへ
ばりつき等のトラブルがしばしば発生し掘削不能とな
り、加泥材注入型の推進工法の高速化へのネックとなっ
ていた。この他、多量のベントナイトを掘削土砂に注入
することから、排出土砂の廃棄処理も困難であった。本
発明は上記の欠点を改善するために提案されたもので、
その目的は、ベントナイト・粉末粘土による加泥材を、
少量の添加で作成でき、時間経過・水温・銘柄により発
現粘度が一定の品質管理が容易で、土質によって加泥材
の調整が不要な材料による加泥材に変更することで、加
泥材作成装置の経済的な小型自動化、排土管理の自動化
を達成し、施工コスト低減、作業環境改善を提供するこ
とにある。また、土質に対する適用範囲の広い、砂質土
または砂礫土から粘性土まで同一配合の加泥材を適用で
きる工法とすることで、加泥材の調整不良による掘進不
能をなくし、加泥材注入型の推進工法の高速化を提供す
ることにある。この他、ベントナイトを使用しない加泥
材を注入する工法とすることで、ベントナイトを含まな
い排出土砂とし、排出土砂の廃棄を容易にすることにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、加泥材注入型の非開削推進工法において、加泥材が
少量で高粘度を発揮するポリマーを水で溶いた、ベント
ナイト，粉末粘土等を含有しない低濃度で、かつ高粘度
の加泥材であることを特徴とする加泥材注入型の非開削
推進工法を発明の要旨とするものである。本発明は、加
泥材注入型の推進工法で掘削される土砂に、例えばエー
テル化度の高い特殊なカルボキシメチルセルロース等の
少量で高粘度を発揮するポリマーを、水に少量溶かして
作成したベントナイト・粉末粘土等を含まない低濃度・
高粘度のポリマー溶液を加泥材として注入することによ
り、砂質土または砂礫土は加泥材の高粘度により土砂中
の礫分を保持し流動化させ切羽の安定を維持しながら掘
進を可能とすること（従来、掘削土砂の粒度分布改善、
加泥材比重により掘削土砂の流動化、切羽の安定を維持
していた）及び粘性土は掘削土砂を高粘度のポリマー溶
液がコーティングすることで掘削土砂中の粘土の粘着力
を奪いカッターへの掘削土砂のへばりつきを防止し加泥
材のもつ粘性で掘削土砂を適度に流動化させること（従
来は加泥材中の水分で粘性土の含水比を大きくし、液状
にして流動化させていた）により、砂質土または砂礫土
から粘性土まで同一配合の加泥材を適用できるという考
え方に基づき、少量のポリマーを一定濃度で水に混合・
撹拌する安価な小型自動加泥材作成装置が使用できるよ
うにした加泥材注入型の推進工法である。従来のベント
ナイト・粉末粘土等による自動加泥材作成装置との比較
を表１に示す。また、上記の考え方に基づき、砂質土または砂礫土から
粘性土まで同一配合の加泥材を適用できることから、加
泥材の調整不良による掘進不能をなくし、加泥材注入型
の推進工法の高速化を可能とした。この他、ポリマー溶
液を加泥材として使用することにより、ベントナイトを
使用しない加泥材を注入する工法とし、ベントナイトを
含まない排出土砂とすることで排出土砂の廃棄を容易に
できる工法とした。

【０００５】

【作用】本発明は加泥材注入型の推進工法で掘削される
土砂に、少量で高粘土を発揮するポリマーを水に溶かし
て作成したベントナイト・粉末粘土等を含まない低濃度
・高粘土のポリマー溶液を加泥材として注入・撹拌する
ことで掘削土砂の流動性を高め、切羽の安定を維持しな
がらの掘進を行うことで、安価な小型自動加泥材作成装
置が使用できるようにした。

【０００６】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。な
お、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうること
は言うまでもない。本発明の工法で使用する、水にエー
テル化度の高い特殊なカルボキシメチルセルロース等の
少量で高粘度を発揮するポリマーを少量溶かして作成し
た低濃度かつ高粘度の加泥材と、従来型の工法で使用す
る、ベントナイト・粉末粘土による加泥材を作成して、
これを各種の掘削土砂に注入・撹拌し、掘削土砂の流動
性を高める効果等について測定した。

【０００７】図１にポリマー溶液を加泥材として注入・
撹拌した掘削土砂の流動性とベントナイト・粉末粘土に
よる加泥材を注入・撹拌した掘削土砂の流動性を示す。
図では横軸に粘度をとり、縦軸に加泥材中での礫の浮遊
限度と混合土砂の流動性をとってある。図に示すとおり
ポリマー溶液の加泥材は、粘度１８０００ｍＰａ・Ｓで
礫地盤に対しては４０ｍｍの礫を浮遊させるとともに粘
性土に対しては４．５ｃｍの流動性を与えることがで
き、砂質土または砂礫土から粘性土まで同一配合の加泥
材を適用できることがわかる。一方、ベントナイト・粉
末粘土による加泥材は、４０ｍｍの礫を浮遊させるには
粘度８５００ｍＰａ・Ｓの加泥材が必要であり、４．５
ｃｍの流動性を与えるためには粘度２２００ｍＰａ・Ｓ
の加泥材が必要である。つまり、礫地盤には８５００ｍ
Ｐａ・Ｓの加泥材が必要であり、粘性土地盤には２２０
０ｍＰａ・Ｓの加泥材が必要で、加泥材を土質により変
える必要があり、加泥材の適用範囲が狭いことがわか
る。

【０００８】図２（ａ）にポリマー溶液、（ｂ）にベン
トナイト・粉末粘土による加泥材の水に対する材料重量
濃度を示す。横軸に加泥材濃度、縦軸に粘度をとってあ
る。図に示すとおりポリマー溶液では、水重量に対し１
〜２％と少量の材料で加泥材の作成が可能にできること
が認められる。一方、ベントナイト・粉末粘土による加
泥材では、水重量に対し３０〜４０％と多量の材料が加
泥材の作成に必要なことがわかる。

【０００９】図３にポリマー溶液とベントナイト・粉末
粘土による加泥材の経過時間による粘度の増加量を示
す。横軸に経過時間、縦軸に粘度をとってある。図に示
すとおりポリマー溶液では、経過時間による加泥材の粘
度増加量をベントナイト・粉末粘土よりも小さくでき
る。

【００１０】図４にポリマー溶液とベントナイト・粉末
粘土による加泥材の温度による発現粘度の変化量を示
す。横軸に加泥材作成温度、縦軸に粘度をとってある。
図に示すとおりポリマー溶液では、温度による加泥材発
現粘度への影響をなくすことができる。一方、ベントナ
イト・粉末粘土による加泥材では、温度による加泥材発
現粘度への影響が大きいことがわかる。

【００１１】図５にポリマー溶液とベントナイト・粉末
粘土による加泥材の注入抵抗を示す。横軸に注入距離、
縦軸に注入圧をとってある。図に示すとおりポリマー溶
液では、注入抵抗を小さくできる。

【００１２】次に、ポリマー溶液による加泥材を用い、
工法を行う具体的方法を記載する。まず、ポリマー溶液
による加泥材の特長を生かすことで、小さいストックタ
ンク、粉体定量供給装置、小型ミキサーの組合せにより
安価に製作した小型自動加泥材作成装置により、粘度１
８０００ｍＰａ・Ｓのポリマー加泥材を連続的に作成す
る。次に、ポリマー加泥材の注入抵抗が小さいことから
小型化の注入ポンプでポリマー加泥材を地山に注入し、
カッターで撹拌する。ポリマー加泥材は、砂質土または
砂礫土ではポリマー溶液の高粘度により土砂中の礫分を
保持し流動化させ切羽の安定を維持し、粘性土では掘削
土砂を高粘度のポリマー溶液がコーティングすることで
土砂中の粘土の粘着力を奪いカッターへの掘削土砂のへ
ばりつきを防止し、ポリマー溶液のもつ粘性で掘削土砂
を適度に流動化させることで、ポリマー加泥材の粘度調
整をすることなく、砂質土または砂礫土から粘性土まで
あらゆる土質に適合し、土砂を適度に流動化させ掘進量
に見合った掘削土砂を排土機構により地上まで排出する
ことで安定な掘進を行う。また、掘削土砂に与える流動
性が大きいことから排土機構も小型化している。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ベント
ナイト・粉末粘土による加泥材から、少量で高粘度を発
揮するポリマーを水で溶いた、ベントナイト・粉末粘土
等を含まない低濃度・高粘度のポリマー溶液加泥材に変
更することで、安価な小型自動加泥材作成装置が使用で
きるようにしたこと、小型の注入装置としたこと、小型
の排土機構としたことにより、作業環境の改善、施工コ
ストの低減、立坑用地の小型化を達成する特に優れた効
果を有するものである。さらにポリマー溶液を用いれ
ば、少量の材料で加泥材の作成を可能とするものであ
る。また、ポリマー加泥材の粘度調整をすることなく、
砂質土または砂礫土から粘性土まであらゆる土質に適合
させることで、加泥材の調整不良によるトラブル・調整
の稼働を無くし、施工の経済化を達成できる。その他、
本発明の工法は、加泥材を土砂に注入・撹拌し、流動化
させた場合に、土砂に与える流動性が従来の工法よりも
大きいこと、すなわち時間経過による粘度の変化が少な
いこと及びベントナイト等を含まないことから、土砂を
パイプ輸送する方法としても、圧力損失を軽減できると
ともに土砂の廃棄処理を容易にできる効果を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】加泥材中に礫を投入した場合に浮遊できる礫径
と加泥材粘度との関係、および加泥材と粘性土を混ぜ合
わせた土砂の流動量と加泥材粘度との関係を示す。

【図２】水に対する加泥材料の重量濃度と加泥材粘度と
の関係を示し、（ａ）はポリマー加泥材、（ｂ）はベン
トナイト・粉末粘土加泥材の場合である。

【図３】加泥材作成後の経過時間と加泥材粘度との関係
を示す。

【図４】加泥材作成温度と加泥材粘度との関係を示す。

【図５】加泥材の注入抵抗を示す。

【図６】加泥材注入型の推進工法の一例を示したもので
ある。

【符号の説明】

１地山２先端掘進装置３カッター４加泥材注入口５排土機構６排土管７推進管８発進立坑９推進ジャッキ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加泥材注入型の非開削推進工法におい
て、加泥材が少量で高粘度を発揮するポリマーを水で溶
いた、ベントナイト，粉末粘土等を含有しない低濃度
で、かつ高粘度の加泥材であり、先端掘進装置の先端部から前記加泥材を連続的に地山に
注入しながら掘進させることを特徴とする加泥材注入型
の非開削推進工法。
【請求項２】前記加泥材の粘度がおよそ１８０００ｍ
Ｐａ・Ｓであることを特徴とする請求項１記載の加泥材
注入型の非開削推進工法。