(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘進機の先端カッターを回転させながら地中を掘進して管渠を構築するにあたり、前記掘進機の先端カッター部から排出された土砂を、粒径の大きな土砂と粒径の小さな土砂とに分級し、排泥管およびトロバケットで坑外に排出する方法であって、
前記トロバケットが前記管渠内を走行する走行手段を有し、下部貯留槽と、この下部貯留槽の上部開口を閉じるための開閉蓋とを備え、前記開閉蓋の前部に土砂流入口が設けられ、開閉蓋の後部に排泥管が接続される土砂排出口が設けられたことを特徴とする、管渠構築における土砂排出方法。
【請求項２】
前記先端カッター部から排出された土砂は、前記先端カッター部において、水または水に加泥材を添加した泥水と攪拌混合された、塑性流動性のある泥土である請求項１に記載の土砂排出方法。
【請求項３】
前記先端カッター部から排出された土砂は、前記トロバケット内に流入され、トロバケット内にて土砂の分級が行われる請求項１または２に記載の土砂排出方法。
【請求項４】
地中を掘削する掘進機の掘進によって形成された管渠内を走行する走行手段を有し、
下部貯留槽と、この下部貯留槽の上部開口を閉じるための開閉蓋とを備え、
前記開閉蓋の前部に土砂流入口が設けられ、開閉蓋の後部に土砂排出口が設けられていることを特徴とする土砂搬出用トロバケット。
【請求項５】
内部に、土砂を分級するための分級手段が土砂排出口を覆うように設けられている請求項４に記載の土砂搬出用トロバケット。
【請求項６】
前記開閉蓋を閉じた状態で内部が密閉状態となる請求項４または５に記載の土砂搬出用トロバケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法および推進工法による管渠構築において、地中掘削に伴い発生する土砂を効率よく搬出する土砂排出方法とこれに用いる土砂搬出用トロバケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法及び推進工法は、切羽が開放状態になっているか否かで、開放型と密閉型に分類されている。後者の密閉型は、掘削時の切羽安定と土砂搬出機構別に、（a）泥水式、(b)土圧（泥土圧）式、（c）泥濃式に細分化される。
【０００３】
（a）泥水式は、前部が隔壁で密閉された掘進機のカッタチャンバ内に満たされた泥水の圧力を、切羽の土圧及び地下水圧に見合う圧力に保持する事により、切羽の安定を図りながら掘進する方式である。掘削土砂は泥水中に取り込まれ、溶け込んだ形でポンプにより排泥管を通して坑外に流体輸送される。
【０００４】
泥水式では、送排泥はポンプによる圧送方式を採用しているため、特に掘削土砂の搬出時、排泥管閉塞のリスクが低く、送排泥ポンプを坑内に増設することで長距離施工も可能となる。しかし、泥水式は、泥水処理プラント等、大掛かりな設備を必要とし、また掘進距離が長くなるに従い送排泥ポンプを坑内に増設する必要があり、坑内外を含め狭い場所での施工が困難になるという問題がある。
【０００５】
（b）土圧（泥土圧）式は、前部が隔壁で密閉された掘進機のカッタチャンバ内に掘削土砂あるいは掘削土砂と水または水に加泥材を添加した泥水との攪拌混練り土砂（泥土）を充満し、充満させた土砂の圧力を切羽の土圧及び地下水圧に見合う圧力に保持する事により、切羽の安定を図りながら掘進する方式である。掘削土砂は、スクリューコンベアで量を調整しながら排土させる。排土した土砂はトロバケットで坑外に搬出され、土砂ピットを経て処分される。
【０００６】
泥土圧式では、掘削土砂の搬出にトロバケット方式を採用しているため、排泥管閉塞のリスクがなく、長距離施工も可能であるが、トロバケット往復に時間を要するため、施工性が劣るという問題がある。
【０００７】
（c）泥濃式は、前部が隔壁で密閉された掘進機のカッタチャンバ内に高濃度泥水を加圧充満し、切羽の安定を図りながら掘進する方式である。泥濃式では、掘削土砂の搬出方法として主に真空吸引輸送方式が採用されている。真空吸引輸送方式は、瞬時に掘削土砂を搬出でき、また掘進設備が他の方式に比べ小規模であるというメリットがある。その一方、掘削土砂に含まれる可能性のある大きな礫（一般的には70ｍｍ以上の石）は、真空吸引輸送できず、排泥管を閉塞させてしまうため、これを人力にて取り除く必要がある。しかし、内径が１０００ｍｍ前後の小さな管渠構築において礫率の高い土質を掘削する場合、非常に狭く腰も伸ばせない環境下で、重たい礫を取り除く作業は、切羽作業員にとって過酷と困難を極める。また、取り除けなかった礫が排泥管に流れ込むと、排泥管が閉塞するという事態が発生してしまう。
【０００８】
ところで、都市部での施工環境は年々厳しくなってきており、立坑築造用地や作業ヤードの用地確保も容易でない状況の中、本来立坑が必要な場所に立坑を設けることができないケースが多くなっていると共に、そもそも立坑築造や用地確保をできるだけ少なくする事により、コスト圧縮と工期短縮をしたいという要望が増している。
【０００９】
そのため、近時の管渠構築においては、掘進距離が長くなる長距離化が求められると共に、密閉式で内径が１０００ｍｍ程度の小口径の管渠構築が主流となりつつある。このような長距離化および小口径化を進める上で、最も課題とされることは、掘削土砂をいかに効率よく確実に搬出できるかである。
【００１０】
しかし、このような課題に対して、従来は有効な解決手段が見出されていなかったのが実情である。例えば、下記の特許文献１には、シールド工法と推進工法を併用する管路の構築工法が記載されているが、掘削土砂の搬出方法については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２３７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、掘削土砂を効率よく搬出して工期を短縮できると共に、切羽作業員の作業環境を改善できる土砂排出方法とこれに用いる土砂搬出用トロバケットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記の課題を解決し、掘削土砂を坑外に早く確実に排出する方法を提供すべく鋭意検討を重ねた結果、掘進機の先端カッター部から排出された土砂を、粒径の大きな土砂と粒径の小さな土砂とに分級し、土砂の粒径に応じて排泥管およびトロバケットを併用して坑外に搬出すれば、掘削土砂を効率よく搬出して工期を短縮できると共に、切羽作業員の作業環境を改善できるという知見を得、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明の土砂排出方法は、以下の構成からなる。
（1）掘進機の先端カッターを回転させながら地中を掘進して管渠を構築するにあたり、前記掘進機の先端カッター部から排出された土砂を坑外に排出する方法であって、前記先端カッター部から排出された土砂を、粒径の大きな土砂と粒径の小さな土砂とに分級し、排泥管およびトロバケットで坑外に搬出することを特徴とする、管渠構築における土砂排出方法。
（2）前記先端カッター部から排出された土砂は、前記先端カッター部において、水または水に加泥材を添加した泥水と攪拌混合された、塑性流動性のある泥土である上記（1）に記載の土砂排出方法。
（3）前記先端カッター部から排出された土砂は、前記トロバケット内に流入され、トロバケット内にて土砂の分級が行われる上記（1）または（2）に記載の土砂排出方法。
（4）前記トロバケットは、前記管渠内を走行する走行手段を有し、前部に土砂流入口が設けられ、後部に排泥管が接続される土砂排出口が設けられている上記（1）〜（3）のいずれかに記載の土砂排出方法。
【００１５】
また、上記土砂排出方法に用いられる本発明の土砂搬出用トロバケットは、以下の構成からなる。
（5）地中を掘削する掘進機の掘進によって形成された管渠内を走行する走行手段を有し、前部に土砂流入口が設けられ、後部に土砂排出口が設けられていることを特徴とする土砂搬出用トロバケット。
（6）内部に、土砂を分級するための分級手段が設けられている上記（5）に記載の土砂搬出用トロバケット。
（7）開閉蓋を有し、該開閉蓋を閉じた状態で内部が密閉状態となる上記（5）または（6）に記載の土砂搬出用トロバケット。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明に係る掘削土砂の搬出方法と、これに用いる土砂搬出用トロバケットによれば、土砂搬出が効率良く搬出され、掘削残土搬出距離を長くでき、しかも狭い坑内作業での過酷な坑内作業環境が改善され、且つ工期を短縮することができるという効果ある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明が適用される地中掘削方法の一例を示す説明図である。
【図２】(a)および（ｂ）はそれぞれ本発明の土砂搬出用トロバケットの一実施形態を示す正面図および側面図である。
【図３】図１に示す地中掘削方法における本発明の土砂排出方法の一実施形態を示す説明図である。
【図４】本発明の土砂搬出用トロバケットの他の実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明が適用される地中掘削による管渠構築方法を示している。この管渠構築方法は前記した泥濃式と呼ばれる掘削方法であり、シールド工法および推進工法のいずれにも採用される。
【００１９】
図１において、１は掘進機を示しており、この掘進機１の先端にはカッター２（切羽）が取り付けられ、このカッター２で地中を掘進するのである。掘進機１の前部には、高濃度泥水を加圧充満し、カッター２の安定を図りながら掘進するために、隔壁で密閉された先端カッター部３（カッタチャンバ）が設けられている。掘削土砂は、先端カッター部３内で高濃度泥水と攪拌混合する事により塑性流動化し、高濃度泥水により加圧された先端カッター部３内と掘進機１内の圧力差を利用し、排泥バルブ４を間欠的に開閉し、排土口５より排泥タンク６内に排土させ貯留される。
【００２０】
排泥タンク６には第１の排泥管７、トロバケット８および第２の排泥管９の順に接続され、図示しない吸泥排土装置により掘削土砂を排泥管７、９にて坑外に真空吸引輸送される。土砂の排出経路を図１に矢印で示す。
【００２１】
トロバケット８は、掘進機１で掘進された内径約８００〜２０００ｍｍの管渠１０内に敷設された軌条１１上を走行する車輪１２（走行手段）を備えており、坑内作業者が乗る牽引車１３によって移動される。牽引車１３は動力源を備え、軌条１１上を自走することができる。図２(a)および（ｂ）は、トロバケット８の詳細を示している。同図に示すように、トロバケット８は、下部貯留槽８１と、この下部貯留槽８１の上部開口を密閉するための上蓋８２とからなり、上蓋８２の前部（掘進機１側）に第１の排泥管７が接続される土砂流入口８３が設けられ、後部（図示しない立坑側）に第２の排泥管９が接続される土砂排出口８４が設けられている。さらに上蓋８２の内側には、土砂を分級するための分級手段１４が設けられている。この分級手段１４は、例えば金網あるいは金属線を格子状に組んだものであり、土砂排出口８４を覆うように、上蓋８２の天井部から上蓋８２の端部にかけて取り付けられており、例えば真空吸引輸送が不可能な大きな礫（一般的には粒径が７０ｍｍ以上）は通過しないが、それよりも小さな粒径の土砂の通過は許容するような大きさの網目もしくは開口を有する。
【００２２】
また、土砂の真空吸引輸送を行ううえで、上蓋８２で閉じたトロバケット８内は密閉されている必要がある。そのため上蓋８２と下部貯留槽８１とは周縁で互いに重なり合うと共に周縁に配置された複数の締付具１５で締付けられている。上蓋８２と下部貯留槽８１とは蝶番によって一側部で連結されているので、前記締付具１５を外して閉蓋状態で上蓋８２を開くことができる。これによって、下部貯留槽８１内に貯留された大きな礫を取り除くことができる。
【００２３】
締付具１５としては、トロバケット８内を密閉できるものであれば、特に制限されるものではないが、例えば、下部貯留槽８１の外壁に起倒自在に取り付けられたねじ棒を、上蓋８２から水平方向に突出したＵ形片のＵ形内に挿入係合させ、ハンドル付のナットを回して前記ねじ棒に沿って螺入下降させてＵ形片の上面に圧接させることにより、上蓋８２と下部貯留槽８１とを密接させトロバケット８内を密閉している。なお、図２（a）において、１８は下部貯留槽８１内の礫の貯留度合いを確認するための点検窓である。また、図２（ｂ）において、１９は枕木、20は排泥用の排泥管、21は換気の為の送気管である。
【００２４】
次に、本発明に係る土砂排出方法を説明する。前記したように、掘進機１から排出された掘削土砂は、先端カッター部３内で高濃度泥水と攪拌混合されて塑性流動化されている。このような塑性流動化によって切羽の安定を図ることができると共に、掘削土砂が排土及び真空吸引輸送中に排泥管７，９内で閉塞するのが抑制される。
【００２５】
高濃度泥水は、水に加泥材を添加した泥水である。加泥材としては、従来から高濃度泥水を調製するために種々の薬剤、例えばベントナイト、粉末粘土、増粘剤、目詰め材、付着防止剤などが使用されており、具体的には（株）立花マテリアル製の「ＴＭクリーン助材」、「ＴＭクリーン」、「アトムブロック」、「ＳＰ−Ｏ１」などが例示される。掘削土砂を塑性流動化するのに適した高濃度泥水を調製するうえで、刻々と変化する土質に応じて、加泥材の種類や配合量を調整したり、あるいは加泥材と水との配合量を調整したり、場合によっては加泥材のみ、もしくは水のみを配合して高濃度泥水を調製する。
【００２６】
塑性流動化した掘削土砂は、真空吸引輸送によって、図３に示すように、第１の排泥管７を通ってトロバケット８内に流入される。トロバケット８内では、分級手段１４を通過できない礫１６が下部貯留槽８１に貯留され、分級手段１４を通過した掘削土砂１７は、さらに第２の排泥管９を通って立坑へ真空吸引輸送され、ついで立坑から坑外に搬出される。一方、下部貯留槽８１に貯留された礫１６は、一定量に達した時点でトロバケット８を立坑へ戻し、上蓋８２を開いて下部貯留槽８１から除去される。
【００２７】
このように、分級手段１４によって粒径の大きな土砂と粒径の小さな土砂とを分級するので、曲線の多い長距離を真空吸引輸送する場合でも、第２の排泥管９の閉塞が防止でき、掘削土砂を効率よく速やかに搬出して工期を短縮できるようになる。また、小口径の管渠構築において、非常に狭く腰も伸ばせない環境下で、重たい礫を取り除く作業が不要となるため、坑内での羽作業員の労力軽減を図ることができる。
【００２８】
図４は本発明におけるトロバケットの他の実施形態を示している。図４に示すトロバケット８´は、下部貯留槽８１´に分級手段１４´を設け、分級手段１４´を通過しない粒径の大きな土砂１６を下部貯留槽８１´内に貯留し、分級手段１４´を通過した粒径の小さな土砂１７を下部貯留槽８１´の下部に設けた土砂流出口８４より第２の排泥管９を通って排出するようにしたものである。その他は前述の実施形態を同じであるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更や改善、改良が可能である。例えば、上記の実施形態では、トロバケット８，８´による搬出と第１および第２の排泥管７，９とを併用して掘削土砂を排出する方法について説明したが、排出する掘削土砂の土質によっては、トロバケット８，８´のみによって排出してもよく、あるいは排泥管のみによって排出してもよい。
【００３０】
また、以上の実施形態は、泥濃式掘削方法について説明したが、本発明は泥濃式に限定されるものではなく、前記した泥水式や、土圧（泥土圧）式にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１    掘進機
２    カッター
３    先端カッター部
４    排泥バルブ
７    第１の排泥管
８    トロバケット
９    第２の排泥管
１０    管渠
１２    車輪（走行手段）
１３    牽引車
１４    分級手段
【図１】
0005537850.tif 000002
【図２】
0005537850.tif 000003
【図３】
0005537850.tif 000004
【図４】
0005537850.tif 000005