JPH0258697A

JPH0258697A - 水圧バランス式圧送排土シールド工法及びシールド掘進機

Info

Publication number: JPH0258697A
Application number: JP20724688A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Yamazaki; 敏弘山崎; Yoshito Minami; 好人南
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1988-08-23
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1990-02-27
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPH07116909B2

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】（産業上の利用分野）この発明は水圧により切羽を安定させながら掘進し、掘
削した土砂は高濃度スラリー化して後方へ圧送排土する
ようにした水圧バランス式圧送排土シールド工法及び該
工法に使用するシールド掘進機に関する。

（従来の技術）従来シールド掘進機によりトンネルを掘削するシールド
工法には、泥水バランス式シールド工法や土圧シールド
工法などが公知である。

前者の泥水バランス式シールド工法は、掘進中のカッタ
ヘッドと切羽の間に加圧した泥水を注入して切羽を安定
させながら掘削すると共に掘削した土砂はスラリー化し
て後方へ圧送排土するようになっている。

また後者の土圧シールド工法は、カッタヘッドが掘削し
た削土をカッタヘッド内へ充満させて、必要以上の土砂
がカッタヘッド内へ流入するのを阻止することにより切
羽を安定させて掘削を行うと共に、掘削した土砂はスク
リュウコンベヤなどの土砂搬送装置により後方へ搬出す
るようにしたものである。

（発明が解決しようとする課題）しかし泥水バランス式シールド工法は、施工性、シール
ド掘進機等の耐久性が優れている反面、泥水を送水する
送泥管や、泥水とともに土砂を搬出する排泥管及び送排
泥のためのポンプ設備、排出された泥水を地上で固形処
理する泥水処理設備などを必要とするため、システム全
体が高価であると共に９発進立坑付近の地」二に泥水処
理設備を設置するためのスペースを必要とするため、ス
ペースが確保できない場所での施工は困難であるでどの
不具合があった。

また土圧シールド工法は、泥水バランス式シールド工法
に比べて装置全体の価格は安価であるが、切羽の安定化
が難しいなど施工性が劣ると共に３カツタヘツド内に土
砂を充満した状態でカッタヘッドを回転させて掘進する
ため、カッタの寿命が短く、長距離施工には不向きであ
るなどの不具合があった。

この発明は上記不具合を改善する目的でなされたもので
、泥水バランス式シールド工法と同等の安定した施工性
を備え、かつ長距離施工が可能な水圧バランス式圧送排
土シールド工法及びその工法に使用するシールド掘進機
を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段及び作用）この発明は上記
目的を達成するために、前部に回転しながら切羽を掘削
スルカッタヘッドとその後方に水圧室を有するシールド
本体を推進させ、かつ上記水圧室に地下水位よりやや高
い水圧を供給して切羽を安定させながら掘進すると共に
、掘削された土砂を高密度スラリー化してシールド本体
内を後方へ圧送するようにしたことにより、泥水バラン
ス式シールド工法並の安定した掘削を可能にした。

またシールドジヤツキにより推進されるシールド本体の
前部に回転しながら切羽を掘削するカッタヘッドと、そ
の後方に隔壁により区割された水圧室を設け、該水圧室
には送水手段により地下水位よりやや高い水圧を供給す
ると共に。

カッタヘッドにより掘削されて水圧室内へ取込まれた土
砂を高濃度スラリー化する手段と、これを圧密してシー
ルド本体内を後方へ圧送する圧送排土手段を設けたこと
により、泥水バランス式シールド工法のような大損りな
泥水供給装置や制御手段、泥水処理装置などの設備を必
要としないで、同等以上の信頼性が得られるようにした
水圧バランス式圧送排土シールド工法及び同工法に使用
するシールド掘進機を提供するものである。

（実施例）この発明の一実施例を図面を参照して詳述する。

第１図は水圧バランス式圧送排土工法に使用するシール
ド掘進機を示すもので、前部シールド１１１と後部シー
ルド１ｂに２分割されたシールド本体１は、アーティキ
ュレートジヤツキ２により前部シールド１３と後部シー
ルド１ｄの間が屈曲自在となっている。

また上記シールド本体１はシールドジヤツキ３により推
進されると共に、前部シールド１ａの前部にはカッタヘ
ッドモータ４により回転されるカッタヘッド５が設けら
れている。

」二部力ソクヘソド５は前面に多数のカッタ６が突設さ
れていて、これらカッタ６により切羽７を掘削すると共
に、掘削された土砂は土砂取入口（図示せず）よりカッ
タヘッド５と、前部シールド１ｄの前部に設けられた隔
壁１ｃ間の水圧室１６内へ取込まれた後、一端側が隔壁
１ｃを貫通するよう斜めに設けられたスクリュウコンベ
ア８により、シールド本体１内に設置された密閉排土装
置９へ排出されるようになっている。

−男前部シールド１つの前部には、隔壁１ｃにより区割
された密閉構造の上記水圧室１ｄが形成されていて、こ
の水圧室１４が形成されていて、この水圧室１ｄに送水
管１０の先端部が接続されている。

上記送水管１０は途中に水圧室１ｄへの流入量を制御す
る２個の制御弁Ｖ、、　ＣＶが並列接続されていると共
に、これら制御弁り、　ＣＶより後方は送水管１０１と
戻り管１０□の２路に分岐さている。

そして送水管１０．は第２図に示すように発進立坑１１
近傍の地上に設置された送水タンク１２に送水ポンプ１
３を介して接続され、戻り管１０□は送水タンク１２へ
接続されていると共に、戻り管１０□の途中にも制御弁
ｖ２が設けられていて、これら制御弁ｖ、、　Ｖ２が以
下のように制御されるようになっている。

次に水圧バランス式圧送排土シールド工法について説明
すると、第３図は発進立坑１１より発進したシールド本
体１が掘進している状態を示したもので、掘進中地山の
地下水位Ｐｇ及び地下水量が変動する。そこでこの工法
では地下水位Ｐｇより高い地上に設けられた送水タンク
１２より送水管１０．．１０を介して水圧室１ｄに地下
水位Ｐｇより高い水圧Ｐｆを送って切羽７の安定化を図
るもので、送水する水圧Ｐｆは地下水位Ｐｇ　＋　（０
，２〜０．８）ｋｇ／ｃｎ！とし、地下水位Ｐｇが変動
しても上記値を維持するように水圧室１ｄ内の水圧を次
のように制御している。

前部シールド１ｄの隔壁１ｃに設けられた水圧検出器１
５は水圧室１ｄ内の水圧を検出して、コンバタ１６を介
して水圧設定器１７へ送る。水圧設定器１７は第４図に
示すように、水圧検出器１５より送られてきた信号によ
り実水圧を表示する実水圧指示針１７３と、水圧の上限
及び下限設定部１７゜及び下限設定部１７．がそれぞれ
設けられていて予め水圧室１６内の水圧の上限及び下限
を上下限設定部１７ｂ、　１７ｅで設定しておくことに
より、水圧設定器１７に接続された制御弁Ｖ、、　Ｖ２
が次のように開閉制御される。すなわち水圧室１６内の
水圧Ｐｆが上限値になると制御弁Ｖ２．　ＣＶが開の状
態から予めタイマで設定した時間経過後制御弁Ｖ。

が閉となり、さらにタイマで設定した時間後送水ポンプ
１３がオフとなる。

なおタイマは図示しないが、水圧設定器１７及び送水ポ
ンプにそれぞれ接続された制御盤２０に設けられていて
、水圧が急激に変化するのを防止するためと５送水管１
０内をクリーニングするため、状況に応じて任意に時間
が設定できる構造のものが採用されている。

また水圧室１ｄ内の水圧Ｐｆが上限値から下限値の間は
上記の状態に各制御弁ｖ２．　ＣＶ、Ｖ＋及び送水ポン
プ１３が維持されるが、下限値になるとまず送水ポンプ
１３がオンされて送水が開始され次にタイマで設定され
た時間経過後制御弁ｖ１が開となって水圧室１ｄへの注
入が開始され、さらにタイマで設定された時間経過後制
御弁Ｖ２．　ＣＶが閉（制御弁Ｃｖは開でもよい）とな
って水圧室１、の水圧が設定値まで上昇する。

なお図中１４は送水タンク１２へ給水する給水管で、送
水タンク１２内に設けられた水位計１８からの信号によ
り給水管１４に設けられた電磁弁１９をオン１　オフす
ることにより常に一定の水位が維持されるようになって
いる。

一方力フタヘソド５により掘削されて土砂取入れ口より
水圧室１□内へ取込まれた土砂は、水圧室１６内の水と
混合してスラリー化されるがこのとき容積比で５０〜９
０％の高濃度スラリーとなるように土砂を水圧室１ｄ内
へ滞溜させるために１次のようにシールド本体１を推進
させるシールドジヤツキ３及び密閉排土装置９が制御さ
れる。

すなわち前部シールド１８の隔壁１ｃには、水圧室１ｄ
内のスラリーの濃度を検出する濃度検出器２１が設けら
れていて、この濃度検出器２１により検出された濃度信
号は、コンバータ２２を介して油圧ポンプ２３．２４へ
送られる。油圧ポンプ２３はシールドジヤツキ３へ、そ
して油圧ポンプ２４は密閉排土装置９へ油圧を供給して
これらを駆動するもので、水圧室１４内のスラリー濃度
が予め設定された上限値に達すると、油圧ポンプ２４よ
り密閉排土装置９へ供給される油量が増大されて、密閉
排土装置９の排土量が増すと共に、油圧ポンプ２３より
シールドジヤツキ３へ供給される油圧が減少されて、シ
ールド本体１の推進速度が低下する。

なお上記制御を同時に行う必要はなく、まず密閉排土袋
Ｗ９の速度を上げて排土量を増大しこれでもスラリー濃
度が低下しない場合は、タイマ制御によりシールドジヤ
ツキ３の推進速度を低下させるようにしてもよい。これ
によって水圧室１４内の土砂量が減少するため、スラリ
濃度は上限を越えることなく低下する。

一方スラリー濃度が下限値まで低下すると密閉排土装置
９へ油圧を供給する油圧ポンプ２４が減速または停止さ
れる。同時にシールドジヤツキ３へ油圧を供給する油圧
ポンプ２３が増速されて推進速度が増大されるため、水
圧室Ｉ４内に土砂が多く取込まれ、スラリー濃度が増大
する。

なおこの場合もまず密閉排土装置の排土量を減少させ、
これでもスラリー濃度が上昇しない場合は、タイマ制御
によりシールドジヤツキ３の推進速度を増大させるよう
に制御してもよい。

以上のようにして水圧室１４内のスラリー濃度を制御す
ることにより、水圧室１４内に取込まれた土砂は、容積
比で５０〜９０％の高濃度スラリとなってスクリュウコ
ンベヤ８により水圧室１４より搬出されると共に、スク
リュウコンベヤにより搬送されている間にさらに圧密さ
れて、スラリー濃度を増大しなからスクリュウコンベヤ
８後端に設けられた排土口８．より密閉排土装置へ排出
される。

密閉排土装置９はシリンダ９３と、このシリンダ９．内
に投入された土砂を圧送するピストン（図示せず）を有
していて、この密閉排土装置９より圧送された高濃度ス
ラリーは排土管２５を経て、地上に設置されたホッパ２
６へ搬送された後、運搬車両２７により運搬処理される
。なおトンネル内に第６図に示すようにトロッコなどの
運搬車両２８を設けて、排出管２５より搬出される土砂
を運搬してもよい。

また水圧室１ｄへ注入した水が切羽７より浸透して逸水
するのを防止するため、カッタヘッド５の中心部に設け
られた注入管２９より切羽７と力、夕ヘソド５の間にベ
ントナイト液や気泡剤。

モミガラ、オガクズ、繊維などの充填剤を注入して切羽
７の透水性を低減したり、送水管１０より注入される水
にヘントナイトを混和してもよい。

（発明の効果）この発明は以上詳述したように地中を掘進するシールド
本体の前部に、切羽の地下水圧より高い圧力に設定した
水を供給して切羽を安定させながら切羽を掘削するよう
にしたもので、従来の泥水を注入して切羽を安定させる
泥水バランス式シールド工法に比べて設備全体が小型か
つ安価になると共に５供給水圧のみを制御するだけでよ
いため、制御も容易である。

また掘削した土砂を高濃度スラリー状態に維持してスク
リュウコンベヤ及び密閉排土装置などの排土手段により
シールド本体内を後方へと搬出するようにしたことから
、上記泥水バランス式シールド工法のような汚水処理装
置などの設備を必要とせず２　これによって発進立坑付
近に汚水処理装置を設置するスペースが確保できない場
所での施工も可能であると共に、長距離に及ぶ施工も可
能である。

しかも土圧シールドのようにカッタヘッド内に土砂を充
満してカッタヘッドを回転させることがないため、カッ
タ寿命を大幅に向上させることができると共に、高濃度
スラリーの一部はシールド本体と地山の間を通って、シ
ールド本体の後方に形成されるテールボイドにも達する
ため、テールボイドによる地盤沈下が最小限にでき、も
しくは地盤沈下を防止するために注入する裏込め材の注
入量を大幅に低減できるため経済的である。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図はシールド掘
進機の断面図、第２図は送水系の配管図、第３図は作用
説明図、第４図は水圧設定器の説明図、第５図及び第６
図は作用説明図である。１・・・シールド本体。１、・・・水圧室。５・・・カッタヘッド。９・・・密閉排土装置９１３・・・送水ポンプ。ｖ、、　Ｖ２．　ＣＶ　−制御弁。Ｐｇ・・・地下水位。特　　許　　出　　願　　人代　　理　　人１ｃ・・・隔壁。３・・・シールドジヤツキ８・・・スクリュウコンベヤ１０・・・送水管２１・・・濃度検出器。株式会社　小松製作所（弁理士）松　澤　　統

Claims

【特許請求の範囲】

（１）前部に回転しながら切羽を掘削するカッタヘッド
５とその後方に水圧室１＿ｄを有するシールド本体１を
推進させ、かつ上記水圧室１＿ｄに地下水位Ｐｇよりや
や高い水圧を供給して切羽７を安定させながら掘進する
と共に、掘削された土砂を高密度スラリー化してシール
ド本体１内を後方へ圧送排土することを特徴とする水圧
バランス式圧送排土工法。
（２）水圧室１＿ｄへ供給する水圧Ｐｆを地下水位Ｐｇ
より０．２〜０．８ｋｇ／ｃｍ＾２高くしてなる請求項
１記載の水圧バランス式圧送排土シールド工法。
（３）シールドジャッキ３により推進されるシールド本
体１の前部に回転しながら切羽７を掘削するカッタヘッ
ド５と、その後方に隔壁１＿ｃにより区割された水圧室
１＿ｄを設け、該水圧室１＿ｄには送水手段により地下
水位Ｐｇよりやや高い水圧を供給すると共に、カッタヘ
ッド５により掘削されて水圧室１＿ｄ内へ取込まれた土
砂を高濃度スラリー化する手段と、これを圧密してシー
ルド本体１内を後方へ圧送する圧送排土手段を設けてな
る水圧バランス式圧送排土シールド掘進機。
（４）上記送水手段を、送水タンク１２内の水を送水管
１０を経て水圧室１＿ｄへ供給する送水ポンプ１３と、
上記送水管１０の途中に設けられ、かつ水圧室１＿ｄ内
の水が地下水位Ｐｇより常に０．２〜０．８ｋｇ／ｃｍ
＾２高くなるように制御される制御弁Ｖ＿１、Ｖ＿２、
ＣＶとより構成してなる請求項３記載のシーるド掘進機
。
（５）上記高濃度スラリー形成手段を、水圧室１＿ｄの
スラリー濃度を検出する濃度検出器２１と、該濃度検出
器２１が検出した濃度信号に応じてシールドジャッキ３
の推進量及び密閉排土装置９の土砂搬送量を制御する制
御手段とより構成してなる請求項１記載のシールド掘進
機。
（６）上記圧送排土手段を、水圧室１＿ｄより取込んだ
高濃度スラリーをさらに高濃度化するスクリュウコンベ
ヤ８と、スクリュウコンベヤ８より排出された土砂を圧
密して圧送する密閉排土装置９とより構成してなる請求
項３記載のシールド掘進機。