(57)【要約】      （修正有）【課題】泥水式および泥土圧式の両工法による連続したシールドトンネルを施工するためのシールド掘削機およびシールド工法を提供する。【解決手段】地山状況に応じて掘削方式を泥水式または泥土圧式にして掘進するシールド工法である。掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える際には、シールド掘削機１の掘進を停止させた状態で、チャンバー２１にベントナイト可塑性材を供給するとともに泥水排出口４１，５１から泥水を排出して、チャンバー２１内およびスクリューコンベア５内の泥水をベントナイト可塑性材に置換した後、泥土圧式による掘進を行う。掘削方式を泥土圧式から泥水式に切り替える際には、シールド掘削機１の掘進を停止させた状態で、スクリューコンベア５を利用してチャンバー２１内の掘削土砂を排出しつつチャンバー２１内に泥水を供給して、チャンバー２１内の塑性流動化した土砂を泥水に置換した後、泥水式による掘進を行う。【選択図】図２
2020139320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の外殻と、
前記外殻の前部に設けられたカッターヘッドと、
前記外殻の内部に形成された隔壁と、
前記カッターヘッドと前記隔壁との間に形成されたチャンバーに接続されたスクリューコンベアと、
前記スクリューコンベアに接続された混合槽と、
前記混合槽に接続された排泥管と、
前記チャンバーに接続された送泥管と、
前記送泥管から分岐して前記混合槽に至る合流管と、を備えるシールド掘削機であって、
前記隔壁の上部および前記スクリューコンベアの坑口側端部に、それぞれ泥水排出口が設けられていることを特徴とする、シールド掘削機。
【請求項２】
請求項１に記載のシールド掘削機を利用して、地山状況に応じて掘削方式を泥水式または泥土圧式にして掘進するシールド工法であって、
掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える際には、前記シールド掘削機の掘進を停止させた状態で、前記チャンバーに可塑性材を供給するとともに前記泥水排出口から泥水を排出して、前記チャンバー内および前記スクリューコンベア内の泥水を前記可塑性材に置換した後、泥土圧式による掘進を行い、
掘削方式を泥土圧式から泥水式に切り替える際には、前記シールド掘削機の掘進を停止させた状態で、前記スクリューコンベアを利用して前記チャンバー内の掘削土砂を排出しつつ前記チャンバー内に泥水を供給して、前記チャンバー内の塑性流動化した土砂を泥水に置換した後、泥水式による掘進を行うことを特徴とする、シールド工法。
【請求項３】
泥土圧式での掘削時においては、前記混合槽内の圧力が前記チャンバー内の圧力よりも小さくになるように前記混合槽からの排泥量を調節することを特徴とする、請求項２に記載のシールド工法。
【請求項４】
泥水式による掘進時の地山への偏差流量に応じて掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替えることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のシールド工法。
【請求項５】
泥土圧式で掘進する前記シールド掘削機の全長を透水性が低い地層に進入させた後に掘削方式を泥土圧式から泥水式に切り替えることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のシールド工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘削機およびこれを利用したシールド工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法によるトンネル施工では、一般的に泥水式シールド工法または泥土圧式シールド工法が採用されている。
泥水式シールド工法は、地下水位以下の地盤や、透水性の低い地盤等において採用される工法であって、送泥管を介してチャンバー内に供給された泥水の圧力により周辺地盤の土水圧に対抗することで、切羽の安定を確保した状態で掘削を行う。泥水式シールド工法では、送泥管を介して供給される泥水の圧力と、排泥管を介して排出される泥水圧（排泥量）との関係によりチャンバー内の圧力を管理する。
また、泥土圧式シールド工法は、地下水圧が低い地盤等において採用される工法であって、チャンバー内に取り込まれた掘削土砂の圧力により周辺地盤の土水圧に対抗することで、切羽の安定を確保した状態で掘削を行う。泥土圧式シールド工法では、一般的にスクリューコンベアによりチャンバー内の掘削土砂を排出するものとし、掘削土量とスクリューコンベアの排土量との関係によりチャンバー内の圧力を管理する。
【０００３】
掘削対象地盤が変化に富んでいる地山を掘進する場合には、泥水式シールド工法または泥土圧式シールド工法のいずれか一方のみでは、地山の変化に対応することができず、施工が困難になる場合がある。そのため、多様な土層に対応可能な工法として、例えば特許文献１に示すように、泥水式シールド工法および泥土圧式シールド工法の両方の工法の機構を有したシールド掘削機が使用されている。このようなシールド掘削機を利用したシールド工法において、泥土圧式から泥水式に切り替える際には、チャンバー内の土砂を除去するとともに、チャンバー内に泥水を供給し、チャンバー内が泥水で充満された状態で掘進を行う。一方、泥水式から泥土圧式に切り替える際には、チャンバーへの泥水の供給を停止させた状態で、チャンバー内に添加剤を注入しつつ掘進することで、チャンバー内を掘削土で充満させる。
ところが、泥土圧式シールド工法の対象となる地山では、泥水が地山に浸透（逸泥）してしまう恐れがある。そのため、泥水式から泥土圧式に切り替える際には、泥水が逸泥することにより、切羽に対して均等な圧力を確保することができなくなる恐れがある。また、チャンバー内に泥水が満たされた状態で掘進すると、掘削土が泥水と混合されて塑性流動化され難くなるため、切羽圧力の管理が困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０９２３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、泥水式シールド工法および泥土圧式シールド工法の両工法を切り替えながらシールドトンネルを施工する場合において、切羽圧力を適切に管理することで安定した施工を可能としたシールド掘削機と、このシールド掘削機を利用したシールド工法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための本発明のシールド掘削機は、筒状の外殻と、前記外殻の前部に設けられたカッターヘッドと、前記外殻の内部に形成された隔壁と、前記カッターヘッドと前記隔壁との間に形成されたチャンバーに接続されたスクリューコンベアと、前記スクリューコンベアに接続された混合槽と、前記混合槽に接続された排泥管と、前記チャンバーに接続された送泥管と、前記送泥管から分岐して前記混合槽に至る合流管とを備えるものである。このシールド掘削機の前記隔壁の上部および前記スクリューコンベアの坑口側端部にはそれぞれ泥水排出口が設けられている。
【０００７】
また、本発明のシールド工法は、前記シールド掘削機を利用して、地山状況に応じて掘削方式を泥水式または泥土圧式にして掘進するものであって、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える際には、前記シールド掘削機の掘進を停止させた状態で、前記チャンバーに可塑性材を供給するとともに前記泥水排出口から泥水を排出して、前記チャンバー内および前記スクリューコンベア内の泥水を前記可塑性材に置換した後、泥土圧式による掘進を行う。また、掘削方式を泥土圧式から泥水式に切り替える際には、前記シールド掘削機の掘進を停止させた状態で、前記スクリューコンベアを利用して前記チャンバー内の掘削土砂を排出しつつ前記チャンバー内に泥水を供給して、前記チャンバー内の塑性流動化した土砂を泥水に置換した後、泥水式による掘進を行う。
【０００８】
かかるシールド工法によれば、掘削方式を泥水式から泥土圧式に変更する場合に、チャンバー内の泥水を可塑性材に置換してから掘進を行うため、切羽圧力を適切に管理することができる。そのため、安定した施工が可能となり、予期せぬトラブルが生じ難い。
【０００９】
なお、泥土圧式での掘削時では、前記混合槽内の圧力が前記チャンバー内の圧力よりも小さくになるように前記混合槽からの排泥量を調節するのが望ましい。混合槽内の圧力が大きいと、スクリューコンベアを介してチャンバーから排出された掘削土砂が、スクリューコンベア内で詰まる恐れがある。一方、混合槽内の圧力をチャンバー内の圧力よりも小さくすると、掘削土砂を効率的に排出することができる。
また、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替えるタイミングは、泥水式による掘進時の地山への偏差流量（逸泥量）に応じて決定すればよい。
さらに、掘削方式を泥土圧式から泥水式に切り替えるタイミングは、泥土圧式で掘進する前記シールド掘削機の全長が透水性の低い地層に進入した段階とすればよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のシールド掘削機およびシールド工法によれば、掘削工法を泥水式から泥土圧式に変更する際、チャンバー内の泥水を可塑性材に置き替えてから掘削を開始できるため、切羽圧力を適切に管理した状態で掘進することができる。そのため、泥水式シールド工法と泥土圧式シールド工法との両工法を切り替えながらシールドトンネルを施工する場合において、安定した施工を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るシールド掘削機の平断面図である。
【図２】シールド掘削機の縦断図である。
【図３】シールド掘削機の正面図である。
【図４】隔壁を坑口側から望む正面図である。
【図５】混合槽を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態では、掘削対象地盤が変化に富んでいる地山を掘進する場合において、地山状況に応じて、掘削工法を泥水式または泥土圧式に切り替えながら掘進するシールド工法について説明する。このようなシールド工法に使用するシールド掘削機１には、泥水式と泥土圧式とを切り替えることが可能な機能を有したものを使用する。シールド掘削機１は、図１および図２に示すように、筒状の外殻２と、外殻２の前部に設けられたカッターヘッド３と、外殻２の内部に形成された隔壁４と、カッターヘッド３と隔壁４との間に形成されたチャンバー２１に接続されたスクリューコンベア５と、スクリューコンベア５に接続された混合槽６と、混合槽６に接続された排泥管７と、チャンバー２１に接続された送泥管８と、送泥管８から分岐して混合槽６に至る合流管９とを備えている。
【００１３】
カッターヘッド３は、外殻２の前方において回転することで地山を切削する。図３に示すように、カッターヘッド３の前面には、複数のカッタービット３１やディスクカッタ３２が配設されている。なお、カッタービット３１やディスクカッタ３２の数や配置は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。カッターヘッド３には、地山を切削することにより発生した掘削土砂をチャンバー２１内に取り込むための開口部３３が形成されている。なお、開口部３３の大きさや形状は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。また、カッターヘッド３には、切羽に加泥材を供給するための加泥材吐出口３４が形成されている。加泥材吐出口３４の数および配置は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。カッターヘッド３は、図２に示すように、外殻２の内部に配設されたカッターヘッド用モータ３５の動力により回転する。本実施形態では、カッターヘッド３の後ろ面から延設されて隔壁４を貫通するカッター軸３６に対して、カッターヘッド用モータ３５の動力が付与される。なお、カッターヘッド３の構成は限定されるものではない。
【００１４】
外殻２は、カッターヘッド３の後方に配置された筒体であって、シールド掘削機１の内部の各種設備（例えば、カッターヘッド用モータ３５、スクリューコンベア５や送泥管８等）を防護する。本実施形態に係る外殻２は、鋼板により断面円形に形成されている。なお、外殻２の断面形状は限定されるものではなく、例えば矩形状であってもよい。外殻２の内部にはシールドジャッキ２２が配置されており、外殻２の坑口側に配設されたセグメント１０を反力受けとしたシールドジャッキ２２の推力により、シールド掘削機１が前進するように構成されている。
【００１５】
図１および図２に示すように、外殻２の前部には、チャンバー２１が形成されている。チャンバー２１は、カッターヘッド３により掘削された掘削土砂が一時的に堆積される空間であって、外殻２の前部に形成された隔壁４により外殻２の内部と分離されている。
隔壁４は、外殻２の前部を遮蔽している。図４に示すように、隔壁４の上部には、泥水排出口４１が設けられている。泥水排出口４１は、掘削工法を泥水式から泥土圧式に切り替える際にチャンバー２１からの泥水の排出口として機能する。なお、泥水排出口４１は、チャンバー２１内を泥水により充填する際にチャンバー２１内の空気（エア）を排出する排気口として使用してもよい。図１および図２に示すように、泥水排出口４１には、ホース４２が接続されている。本実施形態のホース４２は、シールド掘削機１の後方のトンネルインバート部分にまで延設されている。チャンバー２１から排出された泥水は、インバート部分に一旦排泥される。排泥された泥水は、吸引してトンネル坑外の泥水プラントに輸送する。なお、ホース４２による泥水の排出先は限定されるものではなく、例えば、トンネル坑外の泥水プラントまで延設されていてもよいし、台車等に搭載された水槽に排出してもよい。
隔壁４には、図４に示すように、チャンバー２１内の圧力（切羽圧力）を測定するための土圧計４３および水圧計４４が設けられている。また、隔壁４には、スクリューコンベア５および送泥管８をチャンバー２１に接続するための開口が形成されている。
【００１６】
スクリューコンベア５は、筒体の内部に回転可能に軸支されたらせん状の羽根が設けられており、羽根を回転させることによりチャンバー２１内の掘削土砂等をチャンバー２１外に輸送する。スクリューコンベア５によって回収された掘削土砂等は、混合槽６を介して排泥管７に輸送される。図２に示すように、スクリューコンベア５は、隔壁４の下部に形成された開口を貫通して、先端がチャンバー２１内に入り込んでいる。スクリューコンベア５は、チャンバー２１側が低く、坑口側が高くなるように傾斜した状態で配設されている。また、スクリューコンベア５の坑口側（上部）には、泥水排出口５１が設けられている。泥水排出口５１は、掘削工法を泥水式から泥土圧式に切り替える際にスクリューコンベア５から泥水を排出させるための排出口として機能する。なお、泥水排出口５１は、チャンバー２１内を泥水により充填する際にスクリューコンベア５内の空気（エア）を排出する排気口として使用してもよい。泥水排出口５１には、ホース５２が接続されている。本実施形態のホース５２は、シールド掘削機１の後方のトンネルインバート部分にまで延設されている。チャンバー２１から排出された泥水は、インバート部分に排泥される。排泥された泥水は、吸引してトンネル坑外の泥水プラントに輸送する。なお、ホース５２の配管先は限定されるものではなく、例えば、トンネル坑外の泥水プラントまで延設されていてもよいし、台車等に搭載された水槽に排出してもよい。スクリューコンベア５の後端（坑口側の端部）には、排泥バルブ５３を介して混合槽６が接続されている。
【００１７】
混合槽６は、図５に示すように、スクリューコンベア５と排泥管７との間に介設されている。また、混合槽６には送泥管８から延設された合流管９が接続されている。混合槽６は、スクリューコンベア５から排出された掘削土砂と、送泥管８から合流管９を介して送泥された泥水とを混合して排泥管７へ排出する。本実施形態の混合槽６は、合流管９の接続が可能な管材（いわゆる分岐管）により構成されている。なお、混合槽６を構成する材料は限定されるものではない。また、混合槽６の内部に、掘削土砂と泥水との混合を促進するための部材（攪拌羽根等）を配置してもよい。また、混合槽６には、混合槽６内の圧力を測定するための混合槽圧力計６１が設置されている。
泥水式により掘削している際には、合流管９から混合槽６に泥水が供給されることはなく、スクリューコンベア５を介してチャンバー２１から排出された泥水はそのまま混合槽６を通過して排泥管７に供給される。
【００１８】
排泥管７は、図１または図２に示すように、混合槽６に接続された管路である。スクリューコンベア５を介してチャンバー２１から排出された掘削土砂は、排泥管７を通じてトンネル坑外へ輸送される。排泥管７は、トンネル坑外の泥水プラントに接続されている。排泥管７には、所定の位置に排泥ポンプ（図示せず）が設けられていて、混合槽６から排出された泥水は所定の圧力で輸送される。また、本実施形態では、排泥管７の混合槽６側の端部に、クラッシャー７１が配設されている。クラッシャー７１は、掘削土砂中に含まれる大型の礫や岩塊等（以下、単に「礫等」という）破砕する装置である。クラッシャー７１により破砕された礫等は、排泥管７を介して泥水とともに泥水プラントに輸送される。なお、礫等は排泥ラインから排出して、別途トンネル坑内を輸送してもよい。
【００１９】
送泥管８は、泥水式により掘削している際にチャンバー２１に泥水を供給するための管路である。送泥管８は、トンネル坑外に設けられた泥水層（図示せず）からチャンバー２１に至る。送泥管８には、所定の位置に送泥ポンプ（図示せず）が配設されていて、所定の圧力により泥水が送泥される。送泥管８の隔壁４との接続部には、送泥バルブ８１が設けられている。また、送泥管８からは合流管９が分岐している。
【００２０】
合流管９は、図１および図２に示すように、送泥管８と混合槽６とを連結している。合流管９の基端部（送泥管８との接続部）には、合流管９を開閉する合流ラインバルブ９１が設けられている。合流管９は、送泥管８から分岐して送泥管８と一定区間平行に延設された後、Ｕ字状に曲がってから混合槽６に接続されている。すなわち、合流管９は、スクリューコンベア５、混合槽６および排泥管７からなる排泥ラインの流れに沿った方向で泥水を混合槽６に供給するように混合槽６に接続されている。
【００２１】
シールド掘削機１は、地山状況に応じて掘削方式を泥水式または泥土圧式にして掘進する。すなわち、地山状況に応じて、掘削方式を泥水式から泥土圧式、または、泥土圧式から泥水式に切り替えながら、地山を掘進する。なお、逸泥量が多い地質（例えば、透水性が高い地山等）以外の地層においては泥水式により掘削するとよい。泥水式シールド工法は、切羽に泥水を供給しながら切削を行うため、カッターヘッド３と地山との摩擦力を低減することができ、シールド掘削機１への負担（周面摩擦力など）を軽減することができる。そのため、カッタービット３１やディスクカッタ３２等の長寿命化が可能となり、交換頻度を少なくすることができ、その結果、施工時の手間を低減することができる。
【００２２】
泥水式による掘進時において、亀裂の多い岩盤や泥水の浸透性が高い地質の地層に到達し、逸泥量の増加により泥水式による掘進が非効率であると判断された場合には、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える。泥水式から泥土圧式に切り替えるタイミング（判断基準）は限定されるものではないが、本実施形態では地山への逸泥量（偏差流量）が５０Ｌ／ｍｉｎを超えたときに、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える。なお、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える指標は限定されるものではなく、必ずしも逸泥量により決定する必要はない。
【００２３】
掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える際には、まず、シールド掘削機１の掘進を停止させる。次に、チャンバー２１にベントナイト可塑性材を供給する。ベントナイト可塑性材の供給に際しては、まず、プラントにおいて、ベントナイト溶液（Ａ液）を作液する。次に、隔壁４の下部に形成された注入バルブからベントナイト溶液（Ａ液）と水ガラス（Ｂ液）からなるベントナイト可塑性材をチャンバー２１内に注入する。ベントナイト溶液（Ａ液）と水ガラス（Ｂ液）は、注入バルブの手前で混合する（注入直前に混合する）。なお、可塑性材は、ベントナイト可塑性材に限定されるものではない。
【００２４】
ベントナイト可塑性材は、泥水よりも比重が重いため、チャンバー２１内では、ベントナイト可塑性材が下側から徐々に上昇するように供給される。そのため、ベントナイト可塑材の供給にともなって泥水が上昇するため、隔壁４に形成された泥水排出口４１およびスクリューコンベア５の上部に形成された泥水排出口５１から泥水を排出する。泥水の排出は、切羽圧力を維持することができる排出量により行う。そして、泥水排出口４１，５１からベントナイト可塑性材の排出が確認されたら、泥水排出口４１，５１を閉じて、所定の切羽圧力になるまで、ベントナイト可塑性材を供給する。このようにして、チャンバー２１内およびスクリューコンベア５内がベントナイト可塑性材に置換したら、泥土圧式により掘進を再開する。
【００２５】
泥土圧式による掘進は、送泥バルブ８１を閉じるとともに、合流ラインバルブ９１を開けた状態で、加泥プラントにて作泥した加泥材をカッターヘッド３の中央部および外周部に形成された加泥材吐出口３４から掘削土砂に添加しながら行う。本実施形態では、加泥材の添加量を掘削土量に１５％とするが、加泥材の添加量は限定されるものではない。チャンバー２１内において加泥材と混合された掘削土砂は塑性流動化した状態でスクリューコンベア５を介してチャンバー２１から排出される。スクリューコンベア５を介して排出された掘削土砂は、混合槽６に供給される。混合槽６では、送泥管８から合流管９を介して供給された泥水と掘削土砂とが混合される。泥水と掘削土砂との混合体は、排泥管７を介してトンネル坑外の泥水プラントに輸送される。
【００２６】
泥土圧式による掘削時の切羽圧力の管理は、スクリューコンベア５の回転数を調整することにより行う。すなわち、チャンバー２１内からの掘削土砂の排出量によってチャンバー２１内の圧力を調節することで切羽の安定性を確保する。このとき、塑性流動化した掘削土砂により、スクリューコンベア５内にプラグゾーンを形成する。プラグゾーンとは、掘削土砂の粘性とスクリューコンベア５の周面摩擦力とにより切羽圧力を抑えられる掘削土砂の性状領域をいう。加泥材は、あらかじめ試験を行うことによりプラグゾーンを形成するために最適な配合を決定する。スクリューコンベア５内にプラグゾーンを形成し、スクリューコンベア５の回転数を調整することで、掘進速度に応じた切羽圧力の管理を行うことが可能になる。また、プラグゾーンを形成することで、スクリューコンベア５内の圧力を適切に管理することが可能となり、塑性流動化した掘削土砂が噴発することを防止できる。
【００２７】
また、本実施形態では、混合槽６からの排泥量を調節することにより、混合槽６内の圧力を大気圧（０ｋＰａ）になるようにする。このようにすると、混合槽６内の圧力がチャンバー２１内の圧力よりも小さくになるので、掘削土砂がスクリューコンベア５内で詰まることを防止できる。すなわち、混合槽６内の圧力がチャンバー２１内の圧力以上だと、スクリューコンベア５内で掘削土砂が圧密された状態となり閉塞してしまう。そのため、排泥ポンプを調節して混合槽６内の圧力をチャンバー２１内の圧力よりも小さくすることで、スクリューコンベア５内の掘削土砂に圧力が作用することを防止する。ここで、泥土圧式による掘削時の掘削土砂量は、排泥流量から加泥材の添加量および混合槽６への泥水の送泥量を減じた値に掘削時間を乗じた値とする。
【００２８】
泥土圧式で掘削中に透水性が低い（例えば、透水係数ｋ≦１０−５ｍ／ｓ）地層に到達した場合や、湧水量の増加が確認された場合には、掘削方式を泥土圧式から泥水式に切り替える。そして、切羽に水圧（泥水圧）を作用させた後、水圧が抜ける（逸泥する）ことなく作用することを確認する。掘削方式を切り替えるタイミングは、泥土圧式で掘進するシールド掘削機１の全長を、切り替え対象の地層（透水性が低い地層等）に進入させた後とする。なお、掘削方式を泥土圧式から泥水式に切り替える地層や切り替えるタイミングは限定されるものではない。
【００２９】
シールド掘削機１が全長にわたって切り替え対象の地層に進入したら、まず、シールド掘削機１の掘進を停止させる。次に、送泥バルブ８１および排泥バルブ５３を解放した状態で、スクリューコンベア５を利用してチャンバー２１内の塑性流動化した掘削土砂を排出しつつ、送泥管８からチャンバー２１内に泥水を供給する。このとき、チャンバー２１内堆積分の土砂が流体で運搬されたことを確認するため、掘削工法切り替え時の偏差流量を測定し、排出された土砂量が所定の量に達するまで切り替え運転を行う。また、隔壁４に形成された泥水排出口４１およびスクリューコンベア５に形成された泥水排出口５１を開き、内部の空気を排気する。泥水排出口４１、５１から泥水が排水されたら、泥水排出口４１，５１を閉じた状態で、所定の切羽圧力が確保されるまで泥水を供給する。なお、泥水には、泥水プラントにおいて作成したものを使用する。また、切羽圧力の管理は、隔壁４に設置された水圧計４４の測定値により行う。
上記の方法により、チャンバー２１内の塑性流動化した土砂を泥水に置換したら、泥水式により掘進を再開する。
【００３０】
泥水式による掘削時には、チャンバー２１内において泥水と混合された掘削土砂を、スクリューコンベア５を介して排泥管７に輸送する。このとき、スクリューコンベア５は最大回転数で回転させて、スクリューコンベア５内に砂分等が沈降、堆積することを防止する。なお、泥水式掘削時のスクリューコンベア５の回転数は限定されるものではなく、例えば、スクリューコンベア５は停止させていてもよい。掘削土砂は、排泥管７を介して泥水プラントに供給された後、泥水と土砂とに分離される。泥水プラントにより分離された泥水は、送泥管８を介してチャンバー２１へ供給する。なお、泥水式による掘削時の掘削土砂量は、排泥流量から泥水の送泥量を減じた値に掘削時間を乗じた値とする。
【００３１】
以上、本実施形態のシールド掘削機１およびシールド工法によれば、掘削方式を泥水式または泥土圧式に切り替えながら連続して施工を行うことができるため、掘削対象地盤が変化に富んでいる地山を効率的に掘進することができる。
また、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替える際には、チャンバー２１内の泥水をベントナイト可塑性材に置換するため、切羽圧力を所定の圧力に維持した状態で、掘削方式を変更することができる。なお、チャンバー２１内が泥水で満たされた状態で、チャンバー２１に加泥材を添加しながら掘進すると、掘削土砂に泥水が混ざることで、掘削土砂の塑性流動化がなされず、切羽圧力の管理が困難となる。一方、泥土圧式による掘進を開始する前にチャンバー２１内の泥水を可塑性グラウトに置換しておけば、掘進時にチャンバー２１内に取り込まれた掘削土砂の塑性流動化が泥水により阻害されることがないため、切羽圧力の管理がしやすい。
【００３２】
泥土圧式による掘削時には、混合槽６の圧力を大気圧（０ｋＰａ）にすることで、混合槽６内の圧力が切羽圧力よりも小さくなるように管理しているため、スクリューコンベア５から混合槽６に掘削土砂を輸送しやすくしている。その結果、スクリューコンベア５内における掘削土砂の圧密が防止され、ひいては、スクリューコンベア５の閉塞を防止できる。
泥土圧式による掘削時に発生した掘削土砂は、混合槽６において泥水と攪拌されるため、流体として、排泥管７により外気に触れることなく輸送する。そのため、掘削土砂内に可燃性ガスなどが含まれている場合であっても、可燃性ガスがトンネル坑内に漏出することがなく、施工中の安全性を確保することができる。
【００３３】
泥水式による掘削時においてもチャンバー２１内からの掘削土砂の排出にスクリューコンベア５を使用しているため、掘削土砂に礫や岩塊等（以下、単に「礫等」という）が含まれている場合であってもチャンバー２１内から排出することができる。そのため、チャンバー２１内に礫が堆積して、掘削の妨げや切羽圧力の管理の妨げになることがない。さらに、チャンバー２１から排出した礫等は、クラッシャー７１により破砕するため、礫等によって排泥管７が閉塞されることもない。
また、掘削工法を変更した場合であっても、チャンバー２１からの排泥ラインは同じ排泥ライン（スクリューコンベア５、混合槽６および排泥管７）を利用しているため、シールド掘削機１内に配設される設備を最小限に抑えることができる。その結果、シールド掘削機１内での作業スペースなどを確保し、その結果、作業の効率化を図ることができる。
【００３４】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、トンネル掘削時におけるチャンバー２１内の圧力と混合槽６内の圧力との差は限定されるものではない。
また、掘削方式を泥水式から泥土圧式に切り替えるタイミングや、泥土圧式から泥水式に切り替えるタイミングは適宜決定すればよく、前記実施形態で示したタイミングに限定されるものではない。
前記実施形態では、礫等を破砕するためのクラッシャー７１が設けられているが、クラッシャー７１は、必要に応じて設置すればよい。
【符号の説明】
【００３５】
１    シールド掘削機
２    外殻
２１  チャンバー
３    カッターヘッド
４    隔壁
４１  泥水排出口
５    スクリューコンベア
５１  泥水排出口
６    混合槽
７    排泥管
８    送泥管
９    合流管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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