特許 7455440 密閉型シールド推進工法における推進停止時の切羽の崩壊防止方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-15

(45)【発行日】2024-03-26

(54)【発明の名称】密閉型シールド推進工法における推進停止時の切羽の崩壊防止方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/093 20060101AFI20240318BHJP

【ＦＩ】

E21D9/093 F

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023093564

(22)【出願日】2023-06-06

(65)【公開番号】P2024002931

(43)【公開日】2024-01-11

【審査請求日】2023-06-06

(31)【優先権主張番号】P 2022101102

(32)【優先日】2022-06-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】598075929

【氏名又は名称】丸十工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100188385

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 道俊

(72)【発明者】

【氏名】持 留 元 男

(72)【発明者】

【氏名】古田 廣貴

【審査官】亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５８－０２６１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２２５２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２４８２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１２０１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２２０５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０６８２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１３３５９１０（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００９－２４３１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１６０１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５３－１１８８３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １／００－９／１４

Ｃ０９Ｋ １７／００－１７／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

密閉型シールド推進工法において、堀進停止予定地点の略５ｃｍ手前で送排泥を停止した加圧状態の掘進機のカッタチャンバ内に高吸水性樹脂と油類を混合してなる吸水剤を注入した後、送排泥を停止した状態で、前記掘進機のカッタヘッドを回転させて前記カッタチャンバ内を撹拌すると共に、前記堀進停止予定地点まで前記掘進機を堀進させ、前記堀進停止予定地点で前記掘進機の堀進を停止することを特徴とする密閉型シールド推進工法における推進停止時の切羽の崩壊防止方法。

【請求項2】

前記吸水剤を前記カッタチャンバ内に注入する量が、チャンバーの容量に対し、約１７リットル／ｍ ^３ であることを特徴とする請求項１記載の密閉型シールド推進工法における推進停止時の切羽の崩壊防止方法。

【請求項3】

前記掘進機のカッタヘッドの面板の開口率が８％以上１０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉型シールド推進工法における推進停止時の切羽の崩壊防止方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シールド推進工法、詳しくは泥水加圧式シールド推進工法における掘進機の掘削待機時の地山の切羽の崩壊防止方法とその掘進機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

泥水加圧式シールド推進工法は、非特許文献１に記載されているように、切羽と掘進機（シールド機）の隔壁間のカッタチャンバ内を泥水で満たし、切羽に作用する土圧及び水圧に見合う圧力に、泥水の圧力を保持することにより切羽の安定（崩壊防止）を図り、カッタヘッドで掘削しながら、掘進機後方に設けたシールドジャッキにより掘進機を圧入し、ジャッキ間にセグメントを組み立てて管渠を構築、推進工法においては立坑に設けた元押ジャッキの推進力により推進管を地中に圧入して管渠を構築する工法である。

【0003】

カッタチャンバ内の掘削土は、送泥管から送られてきた泥水と混合して排泥水として排泥管を通して坑外へ流体輸送され、排泥水は坑外に設けた泥水処理設備により土砂と泥水に分離される。そして、泥水は送泥水として再びカッタチャンバ内に送られる。

【0004】

泥水加圧式シールド推進工法は、切羽の土圧及び水圧に対し、掘進機のカッタチャンバ内に満たされた泥水の圧力を対抗させて、（１）切羽面からある程度の範囲の地山に浸透し、切羽付近の地山に粘着性を与え、（２）切羽面に難透水性の泥膜を作り、泥水圧を有効にさせ、切羽面に作用する土圧及び地下水圧に対抗することによって切羽の安定を図るものである。泥水の圧力は、送排泥ポンプの回転数を制御することにより調整する。この場合、切羽に作用する土圧の算定方法にはいくつかの手法があるが、一般にカッタチャンバ内の泥水の圧力は、上限値として静止土圧＋地下水圧＋変動圧を使用し、下限値としては主動土圧＋地下水圧＋変動圧（１０．０～２０．０ＫＮ／ｍ^３）に設定する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】「推進工法設計積算要領 泥水式推進工法編 ２０２１年改訂版」公益社団法人 日本推進技術協会、２０２１年４月１日発行、３頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

掘進停止時は、送排泥管のバルブを閉めカッタチャンバ内と送排泥還流ラインを遮断し、次回掘進作業のためカッタにトルクが掛からないよう加圧状態を避け停止する。その後、時間が経過するとカッタチャンバ内の圧力が静止土圧＋地下水圧に自然と戻る。そのため、カッタチャンバ内の圧力が低下するので崩壊性の高い砂質土（均等係数５未満）の地盤ではカッタヘッドの面板の開口部よりカッタチャンバ内に土砂が流入し、切羽の崩壊が起こる。

【0007】

この切羽の崩壊の対策として、一般的には水ガラス系やセメント系の改良材を掘進通過部分に注入し、崩壊防止のための地盤改良を行うが、多大の施工費用と工期を要する。さらに、これらの薬液を掘進中の切羽に注入した場合、薬液がスキンプレートに付着したり、カッタチャンバ内に流入するため掘進の障害にもなる。

【0008】

そこで、本発明は、泥水加圧式シールド推進工法において、短期間に切羽の崩壊箇所の泥水を改良することにより、推進停止時の切羽の崩壊を防止し、施工費用の低減、施工期間の短縮を計り得る切羽の崩壊防止方法とその掘進機を提供することを課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１記載の発明は、密閉型シールド推進工法において、堀進停止予定地点の略５ｃｍ手前で送排泥を停止した加圧状態の掘進機のカッタチャンバ内に高吸水性樹脂と油類を混合してなる吸水剤を注入した後、送排泥を停止した状態で、前記掘進機のカッタヘッドを回転させて前記カッタチャンバ内を撹拌すると共に、前記堀進停止予定地点まで前記掘進機を堀進させ、前記堀進停止予定地点で前記掘進機の堀進を停止することを特徴とする密閉型シールド推進工法における推進停止時の切羽の崩壊防止方法 である。

【0010】

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記吸水剤を前記カッタチャンバ内に注入する量が、チャンバーの容量に対し、約１７リットル／ｍ ^３ であることを特徴とする密閉型シールド推進工法における推進停止時の切羽の崩壊防止方法 である。

【0011】

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記掘進機のカッタヘッドの面板の開口率が８％以上１０％以下であることを特徴とする密閉型シールド推進工法における推進停止時の切羽の崩壊防止方法である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施例を示す概略説明図。

【図2】図１に示す掘進機の本体１のカッタヘッド２の正面図。

【発明を実施するための形態】

【実施例】

【0013】

図１は、本発明の泥水加圧式シールド推進工法における切羽の崩壊防止方法の一実施例を示す概略説明図で、１は、掘進機の本体、２は、本体１の先端に設けられているカッタヘッド、３は、カッタヘッド２と隔壁４間に設けられているチャンバー、５は、カッタチャンバ内の泥水や掘削土を送排泥するための送排泥管、６は、隔壁４に設けられ、混合容器７で高吸水性樹脂と油類を混合した吸水剤８をチャンバー３内に注入ポンプ９で注入するための手動式又は電磁式の止水バルブ１０を備えた注入管、１１は、地山、１２は、カッタヘッド２と地山１１が接する切羽である。送排泥管５は送泥管５ａ，５ａと排泥管（図示せず）をバイバス弁５ｂを介して分岐されてチャンバー３に接続しており、坑外から送られてきた泥水又は水を送泥管５ａでチャンバー３内に注入し、カッタチャンバ内の堀削土と混合した泥水を排泥管を通して坑外へ流体輸送する。なお、カッタチャンバとは隔壁４から切羽１２までの空間を称するものである。

【0014】

図２は、図１に示すカッタヘッド２の正面図で、２１は、面板、２２、２２，２２は、それぞれ面板２１に設けられた代表的な開口部で、これらの開口部が面板２１に複数設けられている。開口部２２は、面板２１の表面からチャンバー３側まで貫通して設けられており、掘削土や泥水等がカッタチャンバ内で流動するように構成されている。また、２３は、面板２１に設けられた代表的な切羽１２を堀削するカッタビットで、その他の数種類のカッタビットが面板２１の表面に１又は複数設けてある。なお、図１においては、図２中の一部のカッタビットについては図示を省略している。

【0015】

本発明の工法について以下に説明する。先ず、堀進停止予定地点の略５ｃｍ前でカッタチャンバ内の加圧状態を保ったまま送排泥管５のバルブを閉め、送排泥を止める。次に混合容器７で高吸水性樹脂と油類を混合した吸水剤８を注入ポンプ９で注入管６に送り、チャンバー３の容量に対し、例えば約１７リットル／ｍ^３（実験値）の量の吸水剤８をチャンバー３内に注入する。そして、その後にカッタヘッド２を回転させ、堀進停止予定地点まで堀進し、堀進停止予定地点で堀進を停止する。

【0016】

ここで、本発明の実施例で使用される上記の吸水剤の材料としては、高吸水性樹脂は、アクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物、ポリアクリル酸塩－ポリアクリルアミド共重合体、酢酸ビニル－アクリル酸エステル重合体ケン化物、ポリビニルアルコール－無水マレイン酸反応物、ポリビニルアルコール－ポリアクリル酸塩共重合体、ポリアクリロニトリル系ケン化物、デンプン－メタクリレートグラフト共重合体、デンプン－アクリル酸グラフト共重合体、デンプン－アクリロニトリル共重合体、カルボキシメチルセルロース架橋物、イソブチレン－マレイン酸共重合体架橋物、ノニオン型変性ポリアルキレンオキサイド、アクリル繊維加水分解物、非電解質高分子類（ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、セルロースエーテル、デンプン等）等が用いられる。また、油脂は、ポリエチレングリコールやグリセノール（グリセリン）等が用いられる。

【0017】

本発明の工法によれば、堀進停止予定地点までの堀進で、カッタヘッド２の回転によりカッタチャンバ内の泥水等と吸水剤８が攪拌される。そうすると、この攪拌により吸水剤８とカッタチャンバ内の水が速やかに反応して吸水剤８が吸水・膨潤して水のゲル化が促進され、カッタチャンバ内が粘性が増加し膨張したゲルと堀削土と泥で占められることになる。そのため、カッタチャンバ内の流動性が低下すると共に、時間が経過してもカッタチャンバ内の圧力が下がることが殆どなく、切羽面からの圧力に物質的な抑えにより対抗することができる。したがって、切羽１２から土砂がカッタチャンバ内に流入することを防ぐことができ、速やかな堀進停止時の切羽１２の崩壊防止を図ることができる。また、吸水剤８の粒子による滑材効果により、カッタートルクを低減させるため、吸水剤８により次回の掘進の妨げになることはない。そして、吸水剤８は泥水内の水と反応して２００倍程度に膨張するため、水ガラスやセメント系の材料より注入量も少量で済み、また、ほとんど強度を持たないのでチャンバー３内に吸水剤８が流入しても掘進に対する支障がでることはない。更に、カッタチャンバ内の水を速やかにゲル化させることができるため、崩壊性の高い均等係数が５以下の砂質土に対しても高い効果を奏することができる。

【0018】

なお、吸水剤を注入してからカッタヘッドを回転させて堀進する場合に、吸水剤８を注入する地点から堀進停止予定地点までの距離が６ｃｍより長い場合は、加圧状態のまま堀進すると途中でカッタヘッド２がロックしてしまい堀進停止予定地点まで到達することができないという問題がある。また、吸水剤を注入する地点から堀進停止予定地点までの距離が４ｃｍより短い場合は、攪拌距離が短くカッタチャンバ内の攪拌が十分に行えないという問題がある。したがって、本発明の工法では、吸水剤を注入する地点から堀進停止予定地点までの距離が４～６ｃｍの範囲内の堀進停止予定地点から略５ｃｍ前で掘進機のカッタチャンバ内に吸水剤８を注入し、堀進停止予定地点まで掘進機を堀進させることで、上記の問題は生じることはなく、カッタチャンバ内の攪拌を行うことができ、堀進待機時の切羽面の崩壊を防止することができる。

【0019】

次に、カッタヘッドの面板による機械的な抑えが切羽の崩壊防止に効果がある。そこで、本発明の工法で使用される図２に示す掘進機の本体１のカッタヘッド２においては、面板２１の面積に対し複数の開口部２２の全面積が占める割合である開口率が１０％以下に構成されている。このようにカッタヘッドの開口率を１０％以下の構成することで泥水加圧式シールド推進工法においては、カッタチャンバ内の圧力を切羽面に作用する土圧及び水圧に対抗すると共に、堀進待機時の切羽面の崩壊防止の効果を奏することができる。

【0020】

上記実施例では、カッタヘッド２を回転させてカッタチャンバ内の泥水と吸水剤８を攪拌し、吸水剤８のゲル化を促進したが、例えば、チャンバー３内にアジテータ等の攪拌装置を設けて、アジテータによりカッタチャンバ内を攪拌して吸水剤８のゲル化を促進させてもよいことは勿論である。また、上記実施例では注入管６を隔壁４に設置し、カッタチャンバ内に吸水剤８を注入するようにしていたが、注入管６の注入口を面板２１と切羽１２間に配置して、カッタチャンバ内に注入するようにしてもよく、注入管６の配置箇所は限定されないことは勿論である。

【0021】

また、上記の実施例では泥水加圧式シールド推進工法において行われているが、本発明の工法は、他の密閉型泥水式シールド推進工法や密閉型泥土シールド推進工法（気泡シールド工法）等にも有効であり、吸収剤の注入量等の施工方法をそのまま採用することができる。特に、気泡シールド工法においては、堀削する地山の性状にかかわらず、一般的な堀進停止から堀進再開までの堀進停止期間で気泡が消泡したとき、切羽に対するカッタチャンバ内の圧力保持が困難なため、本発明の工法を補助的に適用することで、切羽面の崩壊を防止することができる。

【符号の説明】

【0022】

１ 本体
２ カッタヘッド
２１ 面板
２２ 開口部
２３ カッタビット
３ チャンバー
４ 隔壁
５ 送排泥管
５ａ 送泥管
５ｂ バイパス弁
６ 注入管
７ 混合容器
８ 吸水剤
９ 注入ポンプ
１０ 止水バルブ
１１ 地山
１２ 切羽

【図1】

【図2】