特開 2023-138063 シールド掘進機の流体圧送システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023138063

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】シールド掘進機の流体圧送システム

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20230922BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 301M

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022044555

(22)【出願日】2022-03-18

(71)【出願人】

【識別番号】000140292

【氏名又は名称】株式会社奥村組

(74)【代理人】

【識別番号】100101971

【弁理士】

【氏名又は名称】大畑 敏朗

(72)【発明者】

【氏名】薮ノ 和洋

(72)【発明者】

【氏名】池島 智昭

(72)【発明者】

【氏名】嵯峨 義朗

(72)【発明者】

【氏名】崎山 直人

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AC04

2D054AC05

2D054AD02

2D054AD22

2D054BA03

2D054CA03

2D054FA03

(57)【要約】

【課題】設備や注入管理が複雑化することなく、ケイ酸を混合した加泥材や裏込め材を作製する。
【解決手段】ベントナイトを含む第１の加泥液貯蔵部２１、セメントを含む裏込め液貯蔵部２２、第１のケイ酸貯蔵部２３が地上ＧＲに設置され、高分子凝集剤貯蔵部２４、第１のケイ酸貯蔵部２３からのケイ酸を２経路へ圧送可能に貯蔵する第２のケイ酸貯蔵部２５、高分子凝集剤貯蔵部２４からの高分子凝集剤と第２のケイ酸貯蔵部２５から第１の経路２５ｂ－１ａで圧送されたケイ酸とを混合した第２の加泥液を圧送可能に貯蔵する第２の加泥液貯蔵部２６が掘削坑ＵＭ内に設置される。また、第１の加泥液と第２の加泥液とを混合した加泥材をチャンバ６内に注入する加泥材注入手段２７と、裏込め液と第２のケイ酸貯蔵部２５から第２の経路２５ｂ－２ａで圧送されたケイ酸とを混合した裏込め材をセグメントＳＧと掘削壁面との隙間に注入する裏込め材注入手段２８とを有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シールド掘進機のチャンバ内に加泥材を注入して当該チャンバ内に導入された掘削土砂を泥土化して所定の圧力を与えることにより切羽の安定化を図りつつ、前記シールド掘進機の後方に組み立てられたセグメントと掘削壁面との隙間に裏込め材を注入しながら地盤を掘削してトンネルを構築するシールド掘進機の流体圧送システムであって、
地上に設置され、ベントナイトを含む第１の加泥液が貯蔵された第１の加泥液貯蔵部と、
地上に設置され、セメントを含む裏込め液が貯蔵された裏込め液貯蔵部と、
地上に設置され、ケイ酸が貯蔵された第１のケイ酸貯蔵部と、
掘削坑内に設置され、高分子凝集剤を圧送可能に貯蔵する高分子凝集剤貯蔵部と、
掘削坑内に設置され、配管を通して前記第１のケイ酸貯蔵部から圧送された前記ケイ酸を２つの経路へと圧送可能に貯蔵する第２のケイ酸貯蔵部と、
掘削坑内に設置され、前記高分子凝集剤貯蔵部から圧送された前記高分子凝集剤と前記第２のケイ酸貯蔵部から第１の経路を通して圧送された前記ケイ酸とを混合した第２の加泥液を圧送可能に貯蔵する第２の加泥液貯蔵部と、
前記第１の加泥液貯蔵部から圧送された前記第１の加泥液と前記第２の加泥液貯蔵部から圧送された前記第２の加泥液とを混合して加泥材を作製し、当該加泥材を前記チャンバ内に注入する加泥材注入手段と、
前記裏込め液貯蔵部から圧送された前記裏込め液と前記第２のケイ酸貯蔵部から第２の経路を通して圧送された前記ケイ酸とを混合して裏込め材を作製し、当該裏込め材を前記セグメントと前記掘削壁面との隙間に注入する裏込め材注入手段と、
を有することを特徴とするシールド掘進機の流体圧送システム。

【請求項2】

前記加泥材注入手段は、
前記第１の加泥液貯蔵部から延び、前記第１の加泥液を前記チャンバ内に圧送する第１の配管と、
前記第２の加泥液貯蔵部から延びて前記第１の配管に接続され、前記第２の加泥液を圧送する第２の配管と、
前記第１の配管と前記第２の配管との接続位置に設置され、前記第１の加泥液と前記第２の加泥液とを混合して加泥材を作製する第１の混合手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機の流体圧送システム。

【請求項3】

前記第１の混合手段は前記シールド掘進機の隔壁の直後に位置している、
ことを特徴とする請求項２記載のシールド掘進機の流体圧送システム。

【請求項4】

裏込め材注入手段は、
前記裏込め液貯蔵部から延び、前記裏込め液を前記セグメントと前記掘削壁面との隙間に圧送する第３の配管と、
前記第２のケイ酸貯蔵部から延びて前記第３の配管に接続され、前記ケイ酸を圧送する前記第２の経路と、
前記第３の配管と前記第２の経路との接続位置に設置され、前記裏込め液と前記ケイ酸とを混合して裏込め材を作製する第２の混合手段と、
を備えることを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載のシールド掘進機の流体圧送システム。

【請求項5】

前記第２の混合手段は前記第３の配管の先端側に位置している、
ことを特徴とする請求項４記載のシールド掘進機の流体圧送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シールド掘進機の流体圧送システムに関する技術である。

【背景技術】

【0002】

シールド掘進機は、機器本体の前面に設けられたカッタ盤を地山の切羽に押し当て回転させながら前進することで地山に掘削坑を形成する機器である。

【0003】

シールド掘進機には、泥土圧シールド掘進機と泥水式シールド掘進機とがある。前者のシールド掘進機は、水を加えて流動性を高めたベントナイトや高分子凝集剤などを含んだ加泥材をチャンバ内に注入して掘削土を泥土化（流動化）して所定の圧力を与えることにより切羽を安定させる構造となっており、より詳しくは、掘削土砂を切羽と隔壁間に充満させ、これに加泥材を注入・混練することにより、土砂を流動性と止水性の高い泥土（礫と加泥材の混合物）とし、その土圧により切羽の安定を図りながら掘進するシールド機である。なお、チャンバ内で加泥材と混合された土砂は、スクリュコンベアに取り込まれて機器本体の後方から排出される。なお、後者のシールド掘進機は、チャンバ内の泥水に所定の圧力を加えることにより切羽を安定させ、泥水を循環させることで掘削土を輸送する構造となっている。

【0004】

また、シールド掘削機の機内では、シールド掘削機の掘進に合わせて筒状のセグメントが後胴プレートの後方に押し出される。押し出されたセグメントと掘削壁面との間には隙間ができるので、セメントや高分子凝集剤などを含んだ裏込め材をこの隙間に注入して地盤沈下を防止するとともにセグメントと地山とを一体の構造とすることにより、セグメント継手からの漏水を防止し、セグメントを安定させている。

【0005】

ここで、泥土圧シールド掘進機で掘削する現場が海に近い場合には掘削土砂に海水が含まれることから、加泥材として使用される高分子凝集剤が海水の塩分によって十分に凝集しないことがある。そこで、塩分対策として、加泥材に急結材であるケイ酸（水ガラス）を添加することが知られている。したがって、この場合には、加泥材として、ベントナイトや高分子凝集剤などに加えてケイ酸が使用されることになるが、これらの流体を個別にチャンバ内に注入するようにすると、設備や注入管理が複雑になる。

【0006】

また、掘削土砂に海水が含まれている場合には、同様の塩分対策として、裏込め材にもケイ酸が添加されることになる。

【0007】

したがって、裏込め材とケイ酸とを個別にセグメントと掘削壁面との隙間に注入するようにすると、さらに設備や注入管理が複雑になってしまう。

【0008】

なお、塩分濃度の高い地盤におけるシールド掘進機での掘削については、例えば特許文献１に記載された技術が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００６－１０４８１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

前述した個別注入による設備や注入管理の複雑化を回避するには、予めケイ酸を混合した加泥材や裏込め材を作製しておき、これを配管で圧送するようにすればよい。

【0011】

しかしながら、ケイ酸を混合した加泥材や裏込め材では、粘度が高くなって長距離圧送が困難になるという新たな課題が生じる。

【0012】

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、設備や注入管理が複雑化することなく、ケイ酸を混合した加泥材や裏込め材を注入することができるシールド掘進機の流体圧送システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のシールド掘進機の流体圧送システムは、シールド掘進機のチャンバ内に加泥材を注入して当該チャンバ内に導入された掘削土砂を泥土化して所定の圧力を与えることにより切羽の安定化を図りつつ、前記シールド掘進機の後方に組み立てられたセグメントと掘削壁面との隙間に裏込め材を注入しながら地盤を掘削してトンネルを構築するシールド掘進機の流体圧送システムであって、地上に設置され、ベントナイトを含む第１の加泥液が貯蔵された第１の加泥液貯蔵部と、地上に設置され、セメントを含む裏込め液が貯蔵された裏込め液貯蔵部と、地上に設置され、ケイ酸が貯蔵された第１のケイ酸貯蔵部と、掘削坑内に設置され、高分子凝集剤を圧送可能に貯蔵する高分子凝集剤貯蔵部と、掘削坑内に設置され、配管を通して前記第１のケイ酸貯蔵部から圧送された前記ケイ酸を２つの経路へと圧送可能に貯蔵する第２のケイ酸貯蔵部と、掘削坑内に設置され、前記高分子凝集剤貯蔵部から圧送された前記高分子凝集剤と前記第２のケイ酸貯蔵部から第１の経路を通して圧送された前記ケイ酸とを混合した第２の加泥液を圧送可能に貯蔵する第２の加泥液貯蔵部と、前記第１の加泥液貯蔵部から圧送された前記第１の加泥液と前記第２の加泥液貯蔵部から圧送された前記第２の加泥液とを混合して加泥材を作製し、当該加泥材を前記チャンバ内に注入する加泥材注入手段と、前記裏込め液貯蔵部から圧送された前記裏込め液と前記第２のケイ酸貯蔵部から第２の経路を通して圧送された前記ケイ酸とを混合して裏込め材を作製し、当該裏込め材を前記セグメントと前記掘削壁面との隙間に注入する裏込め材注入手段と、を有することを特徴とする。

【0014】

請求項２に記載の本発明のシールド掘進機の流体圧送システムは、上記請求項１記載の発明において、前記加泥材注入手段は、前記第１の加泥液貯蔵部から延び、前記第１の加泥液を前記チャンバ内に圧送する第１の配管と、前記第２の加泥液貯蔵部から延びて前記第１の配管に接続され、前記第２の加泥液を圧送する第２の配管と、前記第１の配管と前記第２の配管との接続位置に設置され、前記第１の加泥液と前記第２の加泥液とを混合して加泥材を作製する第１の混合手段と、を備えることを特徴とする。

【0015】

請求項３に記載の本発明のシールド掘進機の流体圧送システムは、上記請求項２記載の発明において、前記第１の混合手段は前記シールド掘進機の隔壁の直後に位置している、ことを特徴とする。

【0016】

請求項４に記載の本発明のシールド掘進機の流体圧送システムは、上記請求項１～３の何れか一項に記載の発明において、裏込め材注入手段は、前記裏込め液貯蔵部から延び、前記裏込め液を前記セグメントと前記掘削壁面との隙間に圧送する第３の配管と、前記第２のケイ酸貯蔵部から延びて前記第３の配管に接続され、前記ケイ酸を圧送する前記第２の経路と、前記第３の配管と前記第２の経路との接続位置に設置され、前記裏込め液と前記ケイ酸とを混合して裏込め材を作製する第２の混合手段と、を備えることを特徴とする。

【0017】

請求項５に記載の本発明のシールド掘進機の流体圧送システムは、上記請求項４記載の発明において、前記第２の混合手段は前記第３の配管の先端側に位置している、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、地上に設置した第１のケイ酸貯蔵部に貯蔵しておいたケイ酸を、掘削坑内に設置して２つの経路へと圧送可能な第２のケイ酸貯蔵部へと圧送し、高分子凝集剤貯蔵部から圧送された高分子凝集剤と第１の経路から圧送された第２のケイ酸貯蔵部内のケイ酸とを混合した第２の加泥液を第１の加泥液と混合して加泥材を作製し、裏込め液貯蔵部から圧送された裏込め液と第２の経路から圧送された第２のケイ酸貯蔵部内のケイ酸とを混合して裏込め材を作製しているので、ケイ酸を圧送するための設備や注入管理が複雑化することなく、ケイ酸を混合した加泥材や裏込め材を注入することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施の形態に係る泥土圧シールド掘進機の内部を側面から透かして見せた構成図である。

【図2】図１の泥土圧シールド掘進機のカッタヘッドの正面図である。

【図3】図１の泥土圧シールド掘進機における流体（加泥材および裏込め材）の圧送システムを示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0021】

図１は本実施の形態の泥土圧シールド掘進機の内部を側面から透かして見せた構成図、図２は図１の泥土圧シールド掘進機のカッタヘッドの正面図である。

【0022】

本実施の形態の泥土圧シールド掘進機（シールド掘進機）１は、カッタヘッド２により掘削された土砂に加泥材を注入して練り混ぜることで生成された不透水性と塑性流動性（自由に変形および移動できる性質）とを持つ泥土をカッタヘッド２と機器本体３との間の室内に充満した状態で掘進することで泥土圧を発生させ、その泥土圧を切羽の土圧に対抗させた状態で掘削坑ＵＭ（図３）を構築する機器である。

【0023】

なお、泥土圧シールド掘進機１の運転は、その後方に配置された後続台車（図示せず）内の運転室内でオペレータにより制御される。

【0024】

カッタヘッド２は、地山の切羽を掘削する部材であり、機器本体３の前面に機器本体３の周方向に沿って回転自在の状態で設置されている。このカッタヘッド２には、例えば、円盤状のスポークタイプが採用されている。すなわち、図２に示すように、カッタヘッド２は、回転中心に位置するハブ部２ａと、ハブ部２ａから外周に向かって放射状に延びる６本のスポーク部２ｂと、各スポーク部２ｂの延在方向の中途部同士を結ぶ中間リング部２ｃと、各スポーク部２ｂの先端部同士を結ぶ外周リング部２ｄと、各スポーク部２ｂの間に形成されて掘削土砂をチャンバ６内に取り込むための貫通孔２ｅとを備えている。

【0025】

カッタヘッド２のハブ部２ａには、センタービット（ビット）４ａが装着されている。なお、ハブ部２ａには、コーンヘッド型のローラビット等のような他の掘削部材が装着される場合もある。

【0026】

なお、図示するように、本実施の形態のカッタヘッド２の各スポーク部２ｂは、その幅方向（カッタヘッド２の回転方向）の寸法が、スポーク部２ｂの延在方向の中央部（ここでは、中間リング部２ｃの取付位置よりもややハブ部２ａ寄り）から内側（以下、「内周側」という。）ではハブ部２ａから離れるについて広くなるように形成され、スポーク部２ｂの延在方向の中央部から外側（以下、「外周側」という。）では幅方向の寸法が同一になるように形成されている。但し、スポーク部２ｂの形状はこれに限定されるものではなく、スポーク部２ｂの全長に亘って同一幅で形成したり、スポーク部２ｂの全長に亘ってハブ部２ａから離れるについて広くなるように形成されていてもよい。

【0027】

各スポーク部２ｂには、玉石等の破砕や地山の掘削を先行して行う先行ビット４ｂ、地山を掘削するとともに掘削した土砂をチャンバ６（図１）内に取り込むスクレーパツース４ｓ、およびスポーク部２ｂの内周側の幅方向の両外縁部および表面を保護する耐摩耗鋼板４ｔが装着されている。なお、スポーク部２ｂの前面には、先行ビット４ｂの他に、ローラビット等のような他の掘削部材が装着される場合もある。

【0028】

なお、ハブ部２ａおよびスポーク部２ｂには、加泥材注入口５が設けられている。この加泥材注入口５は、加泥材をカッタヘッド２の前面の切羽に向けて注入する構成部である。

【0029】

外周リング部２ｄにおいて切羽側の前面には、複数の外周ビット（ビット）４ｃが並んで装着されている。また、外周リング部２ｄの外周面には、例えば２個のコピービット４ｄが対極する位置に設けられている。このコピービット４ｄは、急曲線施工時の余掘りや泥土圧シールド掘進機１の姿勢制御等を行う役割を備えている。

【0030】

さて、図１に示すように、機器本体３は、ガーダ部の前胴プレート３ａと、その後方のテール部の後胴プレート３ｂとを備えている。前胴プレート３ａおよび後胴プレート３ｂは、例えば円筒状の鋼製板により形成されており、機器本体３の外形を形成するとともに、機器本体３の内部に中空空間を形成する部材である。前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとは、前胴プレート３ａの後端側において後胴プレート３ｂの先端の球面軸受部が前胴プレート３ａの内周面に接した状態で入り込むことで係合されている。

【0031】

前胴プレート３ａの前面側において、その前面から機器本体３の内方に後退した位置には、機器本体３内の中空空間を切羽側と機内側とに分ける隔壁７が設けられている。この隔壁７の切羽側（すなわちカッタヘッド２と隔壁７との間）にはチャンバ６が設けられ、隔壁７の機内側には、第１の配管２７ａ（詳細は後述する）と、カッタ駆動体８と、中折れジャッキ９ａと、シールドジャッキ９ｂと、スクリュコンベア１０と、土圧検出部（図示せず）とが設けられている。

【0032】

第１の配管２７ａは、チャンバ６内に向けて加泥材を注入する機器であり、先端がチャンバ６内に位置している。また、第１の配管２７ａは、配管の途中から分岐してカッタヘッド２の加泥材注入口５に接続されており、当該加泥材注入口５を介して切羽にも注入されるようになっている。なお、本実施の形態において、チャンバ６内や切羽に注入される加泥材としては、水を加えて流動性を高めたベントナイト、高分子凝集剤およびケイ酸（水ガラス・ケイ酸ナトリウム）を混合したものが用いられている。なお、加泥材の詳細(加泥材の圧送経路および加泥材を構成する各流体の添加量）については後述する。

【0033】

チャンバ６は、カッタヘッド２により掘削された土砂等が取り込まれる空間である。このチャンバ６内において、隔壁７の前面にはチャンバ６内に突出する円柱状等の練混ぜ翼１５が設けられている一方、カッタヘッド２の背面にはチャンバ６内に突出する円柱状等の練混ぜ翼１６が設けられている。これらの練混ぜ翼１５，１６は、カッタヘッド２の径方向の位置が互いにずれており、カッタヘッド２が回転するとチャンバ６内に入り込んだ土砂とチャンバ６内に注入された加泥材とを撹拌混合する役割を備えている。

【0034】

カッタ駆動体８は、カッタヘッド２を回転させる駆動源である。ここでは、カッタ駆動方式として中間支持駆動方式が例示されており、カッタ駆動体８は、図１に示すように、カッタヘッド２の正面内の中央と外周とのほぼ中央の位置に、カッタヘッド２の周方向に沿って複数個並んで配置されている。

【0035】

中折れジャッキ９ａは、前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを連結するとともに、泥土圧シールド掘進機１の推進方向を修正する機器であり、図１に示すように、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨ぐ位置に、泥土圧シールド掘進機１の周方向に沿って複数個並んで配置されている。この中折れジャッキ９ａに圧油を供給し前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを予め決められた方向および角度に屈折させた状態で泥土圧シールド掘進機１を推進することにより、泥土圧シールド掘進機１の推進方向を制御することが可能になっている。

【0036】

シールドジャッキ９ｂは、機器本体３の後方に設置されたセグメントＳＧに反力をとって泥土圧シールド掘進機１を前進させるための推進力を発生させる機器であり、図１に示すように、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨ぐ位置に、泥土圧シールド掘進機１の周方向に沿って複数個並んで配置されている。

【0037】

スクリュコンベア１０は、チャンバ６内に取り込まれた土砂を機外に排出するための機器であり、図１に示すように、機器本体３の底部において隔壁７を貫通しチャンバ６内に配置された土砂取込端部１０ａから機器本体３の後方において機器本体３の高さ方向中央より若干高い位置に配置された排出端部１０ｂに向かって斜め上向きに連続的に延在した状態で設けられている。

【0038】

このスクリュコンベア１０には、例えば、回転軸を持たない螺旋状のブレード１０ｃを管内に備えるリボン式のスクリュコンベアが使用されている。回転軸を持つスクリュコンベアの場合は玉石により閉塞し易いのに対して、リボン式のスクリュコンベア１０の場合は搬送可能な玉石の最大径を搬送路の半径以上とすることができ、回転軸を持つスクリュコンベアでは搬送し得ないような大きさの玉石をも搬送することができる。これにより、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１においては、スクリュコンベア１０で排出可能な大きさの玉石等を破砕せずにチャンバ６内に取り込むことが可能な構成となっている。

【0039】

スクリュコンベア１０の排出端部１０ｂには排土管（図示せず）が連結されており、スクリュコンベア１０の排出端部１０ｂに搬送された土砂は、排土管を通じて台車等に搬送されるようになっている。

【0040】

土圧検出部は、チャンバ６内の泥土による圧力を歪ゲージを介して電気信号に変換するセンサ部分であり、その土圧検出面をチャンバ６内に向けた状態で設けられている。泥土圧シールド掘進機１は、土圧検出部で検出されたチャンバ６内の泥土圧が予め決められた値の範囲になるように管理することで切羽の安定性を維持しながら掘削処理を進めるようになっている。

【0041】

さて、泥土圧シールド掘進機１では、掘進に伴ってセグメントＳＧと掘削壁面との間にできる隙間に裏込め材が注入される。裏込め材の注入は、地盤沈下を防止するとともにセグメントＳＧと地山とを一体の構造とすることにより、セグメント継手からの漏水を防止してセグメントＳＧを安定させるためである。

【0042】

そして、本実施の形態では、セグメントＳＧに形成された裏込め材注入口（図示せず）を利用して裏込め注入をする即時注入方式が採用されている。なお、裏込め注入には、後胴プレート３ｂの外壁に、セグメントＳＧと掘削壁面と隙間に裏込め材を注入するための裏込め材注入路を設けておき、この裏込め材注入路から掘進に合わせて裏込め材を注入する同時注入方式を採用してもよい。ここで、同時注入方式では、とりわけ後述するように裏込め材にケイ酸を混合した場合、裏込め材の粘度が高くなって裏込め材注入路の内部に裏込め材が付着して閉塞が進行してしまうおそれがある。そこで、前述のように、本実施の形態では、セグメントＳＧの注入孔を利用して裏込め材を注入する即時注入方式が採用されている。但し、裏込め材注入路の内径が大きい、裏込め材注入路が短い、裏込め材自体が低粘度であるなどの理由から管路閉塞のおそれが低いあるいはおそれがない場合には、同時注入方式を採用してもよい。

【0043】

なお、裏込め材の詳細(裏込め材の圧送経路および裏込め材を構成する各流体の添加量）についても後述する。

【0044】

次に、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１における流体（加泥材および裏込め材）の圧送システムについて図３を用いて説明する。

【0045】

さて、図３に示すように、地上ＧＲには、第１の加泥液が貯蔵された第１の加泥液貯蔵タンク２１ａおよび第１の加泥液貯蔵タンク２１ａ内の第１の加泥液を圧送するポンプ２１ｂで構成される第１の加泥液貯蔵部２１と、裏込め液が貯蔵された裏込め液貯蔵タンク２２ａおよび裏込め液貯蔵タンク２２ａ内の裏込め液を圧送するポンプ２２ｂで構成される裏込め液貯蔵部２２と、ケイ酸が貯蔵された第１のケイ酸貯蔵タンク２３ａおよび第１のケイ酸貯蔵タンク２３ａ内のケイ酸を圧送するポンプ２３ｂで構成される第１のケイ酸貯蔵部２３とが設置されている。

【0046】

一方、掘削坑ＵＭ内には、高分子凝集剤が貯蔵された高分子タンク２４ａおよび高分子タンク２４ａ内の高分子凝集剤を圧送するポンプ２４ｂで構成される高分子凝集剤貯蔵部２４と、第１のケイ酸貯蔵部２３のポンプ２３ｂにより配管３０内を圧送されたケイ酸が貯蔵された第２のケイ酸貯蔵タンク２５ａおよび第２のケイ酸貯蔵タンク２５ａ内のケイ酸を２つの経路（第１の経路２５ｂ－１ａ，第２の経路２５ｂ－２ａ）にそれぞれ圧送する２台のポンプ２５ｂ－１，２５ｂ－２で構成される第２のケイ酸貯蔵部２５と、高分子凝集剤貯蔵部２４のポンプ２４ｂにより配管３１内を圧送された高分子凝集剤と第２のケイ酸貯蔵部２５のポンプ２５ｂ－１により第１の経路２５ｂ－１ａを圧送されたケイ酸とを混合した第２の加泥液が貯蔵された第２の加泥液貯蔵タンク２６ａおよび第２の加泥液貯蔵タンク２６ａ内の第２の加泥液を圧送するポンプ２６ｂで構成される第２の加泥液貯蔵部２６とが設置されている。

【0047】

なお、掘削坑ＵＭ内の高分子凝集剤貯蔵部２４、第２のケイ酸貯蔵部２５および第２の加泥液貯蔵部２６は泥土圧シールド掘進機１に後続する後続台車上に搭載されている。また、前述のように、ケイ酸は配管３０を通して第１のケイ酸貯蔵部２３から第２のケイ酸貯蔵タンク２５ａへと圧送されるようになっているが、高分子凝集剤は荷姿がペール缶であるために、ペール缶に入ったまま台車で掘削坑ＵＭ内へ運搬されて高分子タンク２４ａに直接投入されるようになっている。

【0048】

さらに、泥土圧シールド掘進機１における流体圧送システムでは、加泥材注入手段２７および裏込め材注入手段２８を有している。

【0049】

加泥材注入手段２７は、第１の加泥液貯蔵部２１から圧送された第１の加泥液と第２の加泥液貯蔵部２６から圧送された第２の加泥液とを混合して加泥材を作製し、作製した加泥材をチャンバ６内に注入する機構部である。また、裏込め材注入手段２８は、裏込め液貯蔵部２２から圧送された裏込め液と第２のケイ酸貯蔵部２５の第２の経路２５ｂ－２ａから圧送されたケイ酸とを混合して裏込め材を作製し、作製した裏込め材をセグメントＳＧと掘削壁面との隙間に注入する機構部である。

【0050】

ここで、本実施の形態における加泥材および裏込め材の配合について説明する。表１は加泥材の配合表、表２は裏込め材の配合表である。

【表1】

【表2】

【0051】

なお、第１の加泥液については、ベントナイトと水とが表１に示す添加量で第１の加泥液貯蔵タンク２１ａに貯蔵されている。第２の加泥液については、高分子凝集剤とケイ酸とが表１に示す添加量となるように高分子凝集剤貯蔵部２４のポンプ２４ｂおよび第２のケイ酸貯蔵部２５のポンプ２５ｂ－１から第２の加泥液貯蔵タンク２６ａに圧送される。また、裏込め液については、セメントとベントナイトと高分子凝集剤と水とが表２に示す添加量で裏込め液貯蔵タンク２２ａに貯蔵されている。

【0052】

ここで、加泥材および裏込め材の配合材についてはこれらの表に示すものに限定されるものではない。すなわち、加泥材としては、第１の加泥液には水を加えて流動性を高めた主材としてのベントナイトが含まれていれば足り、第２の加泥液には安定剤としての高分子凝集剤およびケイ酸が含まれていれば足り、これら以外の配合材が含まれていてもよい。また、裏込め材としては、裏込め液には水を加えて流動性を高めた固化材としてのセメントおよび安定剤としての高分子凝集剤が含まれていれば足り、助材であるベントナイトは含まれていなくてもよく、これら以外の配合材が含まれていてもよい。同様に、加泥材および裏込め材の各配合材の添加量や注入率についてもこれらの表に示す数値に限定されるものではない。

【0053】

加泥材注入手段２７は、具体的には、第１の加泥液貯蔵部２１から延び、第１の加泥液をチャンバ６内に圧送する第１の配管２７ａと、第２の加泥液貯蔵部２６から延びて第１の配管２７ａに接続され、第２の加泥液を圧送する第２の配管２７ｂと、第１の配管２７ａと第２の配管２７ｂとの接続位置に設置され、第１の加泥液と第２の加泥液とを混合して加泥材を作製する２液混合ノズル（第１の混合手段）２７ｃとで構成されている。そして、２液混合ノズル２７ｃにより、第１の加泥液と第２の加泥液とが表１に示す注入率となるように混合されて加泥材が作製された後に第１の配管２７ａからチャンバ６内に注入される。なお、チャンバ６内に注入される加泥材の注入率が第１の加泥液と第２の加泥液とを合計して１００％になっていないのは、チャンバ６内には掘削土砂が取り込まれるからである。すなわち、注入率は加泥材と掘削土砂との合計で１００％になる。

【0054】

図３に示すように、２液混合ノズル２７ｃは、泥土圧シールド掘進機１に設けられた隔壁６の直後に位置している。これは、第１の加泥液と第２の加泥液とを混合すると、第２の加泥液に含まれるケイ酸により第１の加泥液であるベントナイトの粘性が急激に高くなり長距離圧送すると管路が閉塞するおそれが発生することから、混合後の圧送距離をできるだけ短くするためである。

【0055】

また、裏込め材注入手段２８は、裏込め液貯蔵部２２から延び、裏込め液をセグメントと掘削壁面との隙間に圧送する第３の配管２８ａと、第２のケイ酸貯蔵部２５から延びて第３の配管２８ａに接続され、第２のケイ酸貯蔵部２５のポンプ２５ｂ－２によりケイ酸を圧送する前述した第２の経路２５ｂ－２ａと、第３の配管２８ａと第２の経路２５ｂ－２ａとの接続位置に設置され、裏込め液とケイ酸とを混合して裏込め材を作製する２液混合ノズル（第２の混合手段）２８ｃとで構成されている。そして、２液混合ノズル２８ｃにより、裏込め液とケイ酸とが表２に示す注入率となるように混合されて裏込め材が作製された後に第３の配管２８ａから裏込め注入される。

【0056】

図３に示すように、２液混合ノズル２８ｃは、第３の配管２８ａの先端側に位置している。これは、加泥材注入手段２７の２液混合ノズル２７ｃの場合と同様に、裏込め液とケイ酸とを混合すると、ケイ酸により裏込め液の粘性が急激に高くなり長距離圧送すると管路が閉塞するおそれが発生することから、混合後の圧送距離をできるだけ短くするためである。

【0057】

なお、第３の配管２８ａの「先端側」とは、先端部のみならず、先端部を含む所定の長さの範囲を意味している。

【0058】

ここで、前述のように、掘削坑ＵＭ内に設置された第２のケイ酸貯蔵部２５では、ケイ酸を２つの経路（第１の経路２５ｂ－１ａ，第２の経路２５ｂ－２ａ）に圧送する２台のポンプ２５ｂ－１，２５ｂ－２とで構成されている。そして、第２のケイ酸貯蔵タンク２５ａから第１の経路２５ｂ－１ａを通して圧送されたケイ酸は第２の加泥液貯蔵部２６で高分子凝集剤と混合されて第２の加泥液とされた後に第１の加泥液と混合されて加泥材が作製されるようになっている。また、第２のケイ酸貯蔵タンク２５ａから第２の経路２５ｂ－２ａを通して圧送されたケイ酸は裏込め液と混合されて裏込め材が作製されるようになっている。

【0059】

このように、本実施の形態のシールド掘進機の流体圧送システムによれば、地上ＧＲに設置した第１のケイ酸貯蔵部２３に貯蔵しておいたケイ酸を、掘削坑ＵＭ内に設置して２つの経路へと圧送可能な第２のケイ酸貯蔵部２５へと圧送し、この第２のケイ酸貯蔵部２５内のケイ酸を各経路に圧送して加泥材および裏込め材を作製している。したがって、ケイ酸の圧送経路（設備）や注入管理が複雑化することなく、ケイ酸を混合した加泥材や裏込め材を注入することが可能になる。

【0060】

本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１による泥土圧シールド工法について説明する。なお、ここでは、掘削現場が海に近く掘削土砂に海水が含まれるために、加泥材や裏込め材に含まれた高分子凝集剤が海水の塩分によって十分に凝集せず、その対策としてケイ酸を添加する場合を想定する。

【0061】

さて、地山の掘削に際し、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１においては、カッタヘッド２を切羽に押し付け回転させながら機器本体３を推進することで地中に掘削抗を構築する。また、機器本体３の推進に伴って後胴プレート３ｂの後部から環状に組み立てられたセグメントＳＧを掘削坑ＵＭに配置する。また、掘削坑ＵＭ内の後続台車には、高分子凝集剤貯蔵部２４、第２のケイ酸貯蔵部２５および第２の加泥液貯蔵部２６が搭載されており、前述のように第２のケイ酸貯蔵部２５内のケイ酸が２つの経路へ圧送されて加泥材および裏込め材が作製、注入されるようになっている。

【0062】

掘削作業に際しては、切羽やチャンバ６内に取り込まれた掘削土砂に加泥材を添加するとともに、その土砂と加泥材とをカッタヘッド２の回転やその回転に追従する練混ぜ翼１６等の動作により撹拌混合して掘削土砂を塑性流動性と不透水性を持つ泥土に変換する。そして、その泥土をチャンバ６内およびスクリュコンベア１０内に充満させ、その充満した泥土をシールドジャッキ９ｂの推進力により加圧して泥土圧を発生させ、この泥土圧を切羽の土圧に対抗させることで切羽の安定性を維持する。

【0063】

また、セグメントＳＧに形成された裏込め材注入口から裏込め材を注入してセグメントＳＧと掘削壁面との間にできる隙間を埋めることにより、地盤沈下を防止するとともにセグメントＳＧと地山とを一体の構造としてセグメント継手からの漏水を防止し、セグメントＳＧを安定させる。

【0064】

そして、加泥材および裏込め材にはケイ酸が混合されていることから、掘削土砂に海水（塩分）が含まれていても加泥材の凝集が促進されて掘削土砂が泥土に変換され、裏込め材が速やかに固化してセグメントＳＧと地山とが一体の構造となる。

【0065】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

【0066】

例えば前記実施の形態においては、リボンスクリュ型のスクリュコンベアを用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばリボン型と軸付き型とを組み合わせたスクリュコンベアを用いてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0067】

以上の説明では、本発明を中間支持駆動方式の泥土圧シールド掘進機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばセンターシャフト駆動方式や外周支持駆動方式の泥土圧シールド掘進機等、他のシールド掘進機にも適用される。

【符号の説明】

【0068】

１ 泥土圧シールド掘進機（シールド掘進機）
２ カッタヘッド
６ チャンバ
７ 隔壁
２１ 第１の加泥液貯蔵部
２１ａ 第１の加泥液貯蔵タンク
２１ｂ ポンプ
２２ 裏込め液貯蔵部
２２ａ 裏込め液貯蔵タンク
２２ｂ ポンプ
２３ 第１のケイ酸貯蔵部
２３ａ 第１のケイ酸貯蔵タンク
２３ｂ ポンプ
２４ 高分子凝集剤貯蔵部
２４ａ 高分子タンク
２４ｂ ポンプ
２５ 第２のケイ酸貯蔵部
２５ａ 第２のケイ酸貯蔵タンク
２５ｂ ポンプ
２５ｂ－１ａ 第１の経路
２５ｂ－２ａ 第２の経路
２６ 第２の加泥液貯蔵部
２６ａ 第２の加泥液貯蔵タンク
２６ｂ ポンプ
２７ 加泥材注入手段
２７ａ 第１の配管
２７ｂ 第２の配管
２７ｃ ２液混合ノズル（第１の混合手段）
２８ 裏込め材注入手段
２８ａ 第２の配管
２８ｃ ２液混合ノズル（第１の混合手段）
３０，３１ 配管
ＧＲ 地上
ＳＧ セグメント
ＵＭ 掘削坑

【図1】

【図2】

【図3】