(57)【要約】      （修正有）【課題】超大断面シールド、長距離シールド等の施工に際して、工期短縮、コスト削減、環境保全、発進基地の省面積化を実現するシールド工法における掘削土砂処理システムを提供する。【解決手段】カッタヘッド２２により地山を固形状態で切り出し掘削し、切り出し掘削した固形回収物を排泥ポンプＰ２により泥水とともに坑内の一次フィルター４２まで搬送して一次フィルター４２にて固形回収物を排泥管５２より取り出して固形回収物をベルトコンベア４４にて地上に搬出する掘削土の固形回収システム部４０と、一次フィルター４２で分離した固形回収物以外の余剰泥水を泥水濃縮システム部６０で濃縮し、泥水濃縮システム部６０で濃縮した濃縮泥水に硬化材を添加してインバート部を施工するインバート施工処理システム部１２０とを有する。【選択図】図１
2010013905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送泥管によりシールドチャンバー内に泥水を供給し、カッタヘッドにより掘進経路にある地山を掘削して掘削土及び泥水を排泥管により取り出すシールド工法における掘削土砂処理システムであって、
前記カッタヘッドにより前記地山を固形状態で切り出し掘削し、前記切り出し掘削した固形回収物を排泥ポンプにより泥水とともに坑内の一次フィルターまで搬送して前記一次フィルターにて前記固形回収物を前記排泥管より取り出して前記固形回収物をベルトコンベアにて地上に搬出する掘削土の固形回収システム部と、
前記一次フィルターで分離した前記固形回収物以外の余剰泥水を泥水濃縮システム部で濃縮し、前記泥水濃縮システム部で濃縮した濃縮泥水に硬化材を添加してインバート部を施工するインバート施工処理システム部とを有することを特徴とするシールド工法における掘削土砂処理システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記一次フィルターで分離した前記固形回収物以外の余剰泥水は一旦坑内に配設された調整槽に送られ、前記調整槽内のアンダー泥水が前記泥水濃縮システム部に供給され、オーバー泥水は、そこから前記送泥管を経て前記シールドチャンバー内に供給されて送泥水として用いられることを特徴とするシールド工法における掘削土砂処理システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記泥水濃縮システム部で濃縮された後に生じる余剰泥水は坑内に配設した前記調整槽に送られ、そこから前記送泥管を経て前記シールドチャンバー内に供給されて送泥水として用いられることを特徴とするシールド工法における掘削土砂処理システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記インバート施工処理システム部では、泥水濃縮システム部で濃縮泥水の比重が所定値に管理された濃縮スラリーに硬化材を添加して、ポンプ圧送によりインバート施工を行うことを特徴とするシールド工法における掘削土砂処理システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記送泥管により前記シールドチャンバー内に供給される泥水は、坑内に配設され、槽泥水の粘性を粘土センサーにより連続的に計測し、増粘材添加装置により適宜増粘材を添加するリアルタイム切羽安定管理システム部により適正な性状に制御されることを特徴とするシールド工法における掘削土砂処理システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記泥水濃縮システム部は、濃縮デカンタ及び濃縮プレスを有し、地山の性状の変化によって濃縮後の泥水の性状がインバート施工に適さないようになった場合、前記濃縮プレスによって固形化した後、前記ベルトコンベアにて地上に搬出することを特徴とするシールド工法における掘削土砂処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法における掘削土砂処理システムに関し、特に、発進基地の省面積化を考慮したシールド工法における掘削土砂処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、都市機能の過密化で、インフラとしての道路整備はシールド工法が主流となっている。
【０００３】
このようなシールド工法においては、地上の発進基地に泥水処理設備を設置し、広いヤードが必要とされ、都市部のような広いヤードが確保できにくい地域での施工が困難となっており、しかも、シールド掘進により生じた掘削土は産業廃棄物として処理されており、処理費用がかさむものであった。
【０００４】
このような事情に鑑みて、特許文献１に示されるように、坑内にシールドチャンバー内に送られる送泥水の性状をリアルタイムに調整して送泥する性状調整設備を設置して地上発進基地の省面積化を図るとともに、シールド掘進により生じる掘削土を固形回収物として回収することにより、掘進に伴って発生する建設副産物（掘削土砂）のリサイクルの推進を図って産業廃棄物としての処理費用の低減を図った技術が提案されている。
【特許文献１】特許第３２４５５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、最近では、施工技術の向上等により、超大断面シールド、長距離シールドの要請があり、このような要請に対しては、前記特許文献１に示される技術を用いた場合でも、広大な発進基地ヤードの確保、固形回収物以外の余剰泥水の処理量、処理コスト、処理時間等、いまだ解決すべき問題が残されている。
【０００６】
また、インバート打設方法においても、打設材料を地上から立抗下に下ろし、ミキサー車で坑内を運搬するという工期とコストのかかる方法で計画されているのが現状である。
【０００７】
本発明の目的は、超大断面シールド、長距離シールド等の施工に際しても、工期短縮、コスト削減、環境保全、発進基地の省面積化を実現するシールド工法における掘削土砂処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）前記目的を達成するため、本発明のシールド工法における掘削土砂処理システムは、送泥管によりシールドチャンバー内に泥水を供給し、カッタヘッドにより掘進経路にある地山を掘削して掘削土及び泥水を排泥管により取り出すシールド工法における掘削土砂処理システムであって、前記カッタヘッドにより前記地山を固形状態で切り出し掘削し、前記切り出し掘削した固形回収物を排泥ポンプにより泥水とともに坑内の一次フィルターまで搬送して前記一次フィルターにて前記固形回収物を前記排泥管より取り出して前記固形回収物をベルトコンベアにて地上に搬出する掘削土の固形回収システム部と、前記一次フィルターで分離した前記固形回収物以外の余剰泥水を泥水濃縮システム部で濃縮し、前記泥水濃縮システム部で濃縮した濃縮泥水に硬化材を添加してインバート部を施工するインバート施工処理システム部とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、固形回収システム部により掘進に伴って切り出し掘削した固形回収物を固形土として坑内の一次フィルターにて取り出し、ベルトコンベアにて地上に搬送し、残りの泥土は泥水濃縮システム部で濃縮してインバート施工処理システム部にて硬化材を添加してインバート施工に用いることができる。
【００１０】
したがって、固形回収物は改質を必要としないため、地上の設備が残土ストックのためのピットとバックホー等の積み込み設備だけとなり、一次処理設備、二次処理設備が不要となる。
【００１１】
また、残りの泥水はインバート施工に用いることで、泥水の処理設備が不要となる。
したがって、泥水処理に要する場所、時間が不要で、産業廃棄物の発生を極力抑えることができる。
【００１２】
その結果、超大断面シールド、長距離シールド等の施工に際しても、工期短縮、コスト削減、環境保全、発進基地の省面積化を実現することが可能となる。
【００１３】
（２）本発明においては、（１）において、前記一次フィルターで分離した前記固形回収物以外の余剰泥水は一旦坑内に配設された調整槽に送られ、前記調整槽内のアンダー泥水が泥水濃縮システム部に供給され、オーバー泥水は、そこから前記送泥管を経て前記シールドチャンバー内に供給されて送泥水として用いられるようにすることができる。
【００１４】
このような構成とすることにより、調整槽内のアンダー泥水をインバート施工用とし、オーバー泥水を送泥用に用いるため、不要となる余剰水の発生を極力抑えて有効利用を図ることができる。
【００１５】
（３）本発明においては、（２）において、前記泥水濃縮システム部で濃縮された後に生じる余剰泥水は坑内に配設した前記調整槽に送られ、そこから前記送泥管を経て前記シールドチャンバー内に供給されて送泥水として用いられるようにすることができる。
【００１６】
このような構成とすることにより、泥水濃縮システム部で濃縮された後に生じる余剰泥水は坑内に配設した前記調整槽に送られて送泥水として利用されるため、より一層不要となる余剰水の発生を極力抑えて有効利用を図ることができる。
【００１７】
（４）本発明においては、（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記インバート施工処理システム部では、泥水濃縮システム部で濃縮泥水の比重が所定値に管理された濃縮スラリーに硬化材を添加して、ポンプ圧送によりインバート施工を行うようにすることができる。
【００１８】
このような構成とすることにより、濃縮泥水の比重を所定値に管理して、ポンプ圧送によりインバート施工を行うことで、良好な品質状態でインバート施工を行うことができ、しかも、ミキサー車が不要となり、インバート施工の工期短縮とコスト削減が可能となる。
【００１９】
（５）本発明においては、（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記送泥管により前記シールドチャンバー内に供給される泥水は、坑内に配設され、送泥水の粘性を粘土センサーにより連続的に計測し、増粘材添加装置により適宜増粘材を添加するリアルタイム切羽安定管理システム部により適正な性状に制御されるようにすることができる。
【００２０】
このような構成とすることにより、リアルタイム切羽安定管理システム部により、大掛かりな泥水の調整設備を用いることなく、コンパクトに構成することができる。
【００２１】
（６）本発明においては、（１）〜（５）のいずれかにおいて、前記泥水濃縮システム部は、濃縮デカンタ及び濃縮プレスを有し、地山の性状の変化によって濃縮後の泥水の性状がインバート施工に適さないようになった場合、前記濃縮プレスによって固形化した後、前記ベルトコンベアにて地上に搬出するようにすることができる。
【００２２】
このような構成とすることにより、排泥管や排泥ポンプ等を用いることなく、固形回収物搬出用のベルトコンベアによって不適な性状の泥水を固形化して搬出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１〜図５は、本発明の一実施の形態にかかるシールド工法における掘削土砂処理システムを泥水式シールド工法に用いた状態を示す図である。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る泥水式シールド工法における掘削土砂処理システムの全体概略図である。
【００２５】
この泥水式シールド工法は、送泥管５０により泥水をシールド掘進機２内部のシールドチャンバー２１０に供給して切羽２００の安定を図りながら、シールド掘進機２のカッタヘッド２２を回転させることにより、地山を掘削してトンネルを構築するようになっている。
【００２６】
シールド掘進機２は、掘進に伴ってセグメント２６を順次継ぎ足し、セグメント２６にシールドジャッキで反力を取りながら、シールドチャンバー２１０に供給された泥水圧によって切羽圧に対抗しつつ、カッタヘッド２２を回転させて地山を掘削する。
【００２７】
シールド掘進機２内部のシールドチャンバー２１０に供給される泥水は、送泥管５０を介して送泥ポンプＰ０により送られるものであり、切羽２００の安定に用いられた泥水は、シールドチャンバー２１０内で掘削土砂と撹拌混合され、排泥管５２を介して排泥ポンプＰ２により取り出されるようになっている。
【００２８】
送泥管５０は、シールド掘進機２の後方に接続された図示せぬ後続台車上に配設された調整槽１０に接続され、この調整槽１０内のオーバー泥水がシールドチャンバー２１０へと送られるようになっている。
【００２９】
また、地上設備には清水槽１２が設置され、この清水槽１２から送水管１４を介して坑内の後続台車に配設した水槽１６へと適宜清水が供給されるようになっており、この水槽１６から適宜調整槽１０へと清水が供給されるようになっている。
【００３０】
これによって、調整槽１０内の送泥水が不足するのを防止している。
【００３１】
さらに、この送泥系統には、リアルタイム切羽安定管理システム部３０が設けられ、排泥系統には、固形回収システム部４０と、泥水濃縮システム部６０と、インバート施工処理システム部１２０とがそれぞれ後続台車上に配設されている。
【００３２】
リアルタイム切羽安定管理システム部３０は、調整槽１０からシールドチャンバー２１０にいたる送泥管５０の途中に配設されて、送泥水に必要な性状調整を行うようになっている。
【００３３】
具体的には、図示せぬが、増粘材を貯留する増粘材タンクと、送泥管５０に設けられ、増粘材タンクから供給された増粘材と泥水とを混合撹拌するスタティックミキサーと、この混合撹拌後の泥水性状を測定する粘性計とを含んで構成されている。
【００３４】
そして、排泥水の粘性、性状をセンサーで検出しながら必要に応じて増粘材タンクから所定の増粘材が添加され、スタティックミキサーにより撹拌混合された送泥水は、粘性計により粘性が測定され、シールドチャンバー２１０に供給される。
【００３５】
粘性計による測定結果は、制御装置に送られ、制御装置は、この測定結果に基づき増粘材の添加を調整する。
【００３６】
一方、排泥系統における固形回収システム部４０は、カッタヘッド２２により地山を固形状態で切り出し掘削し、切り出し掘削した固形回収物を排泥ポンプＰ２により泥水とともに坑内の後続台車に配設した一次フィルター４２まで搬送して一次フィルター４２にて固形回収物を排泥管５２より取り出して固形回収物を搬送システム部である延長型のベルトコンベア４４にて地上に搬出するようにしている。
【００３７】
この場合、図２に示すように、シールド掘進機２のカッタヘッド２２には、切羽２００に所定間隔で筋状の先行掘削溝を形成する先行ビット７０〜８０と、この先行掘削溝の間に掘り残された部分の地山を、固形状態で切り出し掘削する後行ビット９０、９１が配置されている。
【００３８】
なお、先行ビット７０〜８０としては、掘進方向に進退可能な先行ビット７０〜７５と、カッタヘッド２２に固定された先行ビット８０とを、適切にカッタヘッド２２に配置することが好ましい。
【００３９】
ここで、固形状態とは、掘削に際して土粒子の骨格構造を地山状態と同様に保持したままの状態を意味し、切り出し掘削とは、先行掘削溝間の掘り残された地山凸部を、固形状態でほぼ一定の大きさ以下に切削することを意味する。
【００４０】
先行ビット７０〜８０および後行ビット９０、９１は、地山をほぼ一定の大きさで切り出し掘削するよう、カッタヘッド２２の回転に伴って生じる位相差を考慮した上で、カッタヘッド２２に配置されている。
【００４１】
例えば、図２に示す２点鎖線は、各先行ビット７０〜８０の軌跡であり、各先行ビット７０〜８０の各軌跡がほぼ等間隔になるよう、先行ビット７０〜８０がカッタヘッド２２に配置され、各軌跡の間、すなわち、先行ビット７０〜８０で掘削されなかった地山を掘削するよう後行ビット９０、９１がカッタヘッド２２に配置されている。
【００４２】
具体的には、先行ビット７４、７５で掘削されなかった地山を、後行ビット９０−１、２で掘削する。
【００４３】
同様に、先行ビット７０、７１に対しては、後行ビット９０−３、４が対応し、先行ビット７２、７３に対しては、後行ビット９０−５、６が対応する。
その他の先行ビット７０〜８０と、後行ビット９０、９１との対応についても同様である。
【００４４】
図３は、先行ビット７４、７５と後行ビット９０−１の相互作用による地山の掘削状態を立体的に示す概略図であり、図３（Ａ）〜（Ｃ）は先行ビット７４、７５と後行ビット９０−１による地山の掘削状態を示す。
【００４５】
図３（Ａ）に示すように、先行ビット７４、７５で地山３００に筋状の溝を２つ形成する。次に、図３（Ｂ）に示すように、後行ビット９０―１で帯状に残された先行掘削溝間の地山３００の一部を切り出し掘削する。
【００４６】
そうすると、図３（Ｃ）に示すように、ほぼ立方体の形状の掘削物１１０が地山３００から切り出される。
排泥ポンプＰ２は、図４に示すように、内部に回転する複数の羽根体１００−１、２を含む。
【００４７】
この場合、先行掘削溝相互の間隔を、例えば図４に示す羽根体１００相互の純間隔Ｌと同程度にすることにより、カッタヘッド２２の回転により当該部分を掘削した場合、固形状態の掘削土砂の大きさをほぼＬの大きさに揃えることができる。
【００４８】
これにより、掘削物１１０の大きさを排泥ポンプ１０２等の輸送設備につまらない最大の大きさとすることができ、クラッシャー等の土石破砕設備を不要とし、できるだけ大きな大きさで排泥することができる。
【００４９】
一次フィルター４２は、配泥管５２により送られてきた固形回収物としての掘削物１１０及び泥水をフィルターにかけ、掘削物１１０のみを取り出してベルトコンベア４４上に供給し、他の掘削土砂を含む余剰泥水をポンプＰにて調整槽１０へと送るようになっている。
【００５０】
この場合、掘削土砂の８０〜８５％が固形回収物とされ、残りのもの２０〜１５％がインバート施工処理システム部１２０でインバート施工に用いられるようになっている。
【００５１】
ベルトコンベア４４上に供給された固形回収物は、ベルトコンベア４４によって水平方向及び垂直方向に搬送されて地上設備の土砂ピット４６へと搬出され、バックホー等で外部に搬出されて一般建設残土としてリサイクルされることとなる。
【００５２】
調整槽１０に送られた余剰泥水は、調整槽１０内で沈殿処理が行われ、そのアンダー泥水がポンプＰにて泥水濃縮システム部６０へと送られるようになっている。
【００５３】
泥水濃縮システム部６０は、濃縮デカンタ６２と、濃縮プレス（フィルタープレス）６４とを有し、それぞれが調整槽１０と接続され、濃縮デカンタ６２及び濃縮プレス（フィルタープレス）６４で濃縮された前述の２０〜１５％の掘削土がインバート施工処理システム部１２０へと供給されるようになっている。
【００５４】
また、濃縮デカンタ６２及び濃縮プレス（フィルタープレス）６４で生じた余剰水は、それぞれ調整槽１０へと供給され、さらに沈殿処理がなされて送泥水としてシールドチャンバー２２に供給されるようになっている。
【００５５】
この泥水濃縮システム部６０では、図示せぬが、供給側泥水の流量及び密度を計測する第１の流量計及び密度計と、排出側に設けられた満水調整官側でオーバー泥水の流量及び密度を計測する第２の流量計及び密度系との計測値に基づきアンダー泥水の流量を演算し、かつ、アンダー泥水の密度を演算する演算部とによって、インバート施工処理システム部１２０で用いる濃縮スラリーの比重を例えば１．５に維持するように管理している。
【００５６】
インバート施工処理システム部１２０は、図５に示すように、濃縮デカンタ６２及び濃縮プレス（フィルタープレス）６４から供給された例えば比重１．５に維持管理され濃縮スラリー化された掘削土砂を濃縮スラリー貯留槽１２２に貯留し、そこで攪拌して、ポンプＰ５にてスラリープラント１２４へと供給して、そこで流動化材サイロ１２６より流動化材（硬化材）を添加して攪拌し、スクイズポンプ１２８によりインバート施工部へと供給するようにしている。
【００５７】
したがって、ミキサー車を用いることなくインバート施工が可能で、工費短縮、コスト削減が可能となる。
【００５８】
このように、固形回収システム部４０により掘進に伴って切り出し掘削した固形回収物を固形土として坑内の一次フィルター４２にて取り出し、ベルトコンベア４４にて地上に搬送し、残りの泥土は泥水濃縮システム部６０で濃縮してインバート施工処理システム部１２０にて硬化材を添加してインバート施工に用いることができる。
【００５９】
したがって、固形回収物は改質を必要としないため、地上の設備が残土ストックのための土砂ピット４６とバックホー等の積み込み設備だけとなり、一次処理設備、二次処理設備が不要となる。
【００６０】
また、残りの泥水はインバート施工に用いることで、泥水の処理設備が不要となる。
したがって、泥水処理に要する場所、時間が不要で、産業廃棄物の発生を極力抑えことができる。
【００６１】
その結果、超大断面シールド、長距離シールド等の施工に際しても、工期短縮、コスト削減、環境保全、発進基地の省面積化を実現することが可能となる。
【００６２】
なお、泥水濃縮システム部６０は、大断面シールドの施工等によって、互層による地山の性状の変化によって濃縮後の泥水の性状がインバート施工に適さないようになった場合、前記濃縮プレス６４によって固形化した後、前記ベルトコンベアにて地上に搬出するようにするようにすることで、排泥官や排泥ポンプ等を用いることなく、固形回収物搬出用のベルトコンベアによって不適な性状の泥水を固形化して搬出することができる。
【００６３】
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。
【００６４】
例えば、前記実施の形態では、泥水式シールド工法について説明したが、この例に限定されるものではなく、泥土圧シールド工法にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態の一例に係る泥水式シールド工法における掘削土さの処理システムの全体概略図である。
【図２】図１に示すシールド掘進機のカッタヘッドの正面図である。
【図３】先行ビットと後行ビットの進退による地山の掘削状態を立体的に示す概略図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は先行ビットと後行ビットによる地山の掘削状態を示す図である。
【図４】図１に示す排泥ポンプの断面図である。
【図５】図１のインバート施工処理システム部の模式図である。
【符号の説明】
【００６６】
２      シールド掘進機
１０    調整槽
２２    カッタヘッド
３０    リアルタイム切羽安定管理システム部
４０    固形回収システム部
４２    一次フィルター
４４    ベルトコンベア
４６    土砂ピット
５０    送泥管
５２    排泥管
６０    泥水濃縮システム部
６２    濃縮デカンタ
６４    濃縮プレス
１２０  インバート施工処理システム部
２１０  シールドチャンバー
【図１】
2010013905.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010013905.tif 000005
【図４】
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【図５】
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