(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部に、時間の経過とともに硬化する遅硬性を有する充填材を加圧注入する１次注入と、さらに１次注入された余堀り部に瞬結性裏込材を加圧注入する２次注入とを行うことを特徴とするシールド工法。
【請求項２】
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部に、時間の経過とともに硬化する遅硬性を有する充填材を加圧注入する１次注入と、さらに１次注入された余堀り部に瞬結性裏込材を１次注入の充填材が保持する圧力より大きな圧力で加圧注入する２次注入とを行うことを特徴とするシールド工法。
【請求項３】
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部に充填材を加圧注入する１次注入が、シールド余堀り部を測定した圧力と予め定められる所定圧力とを比較し、測定した圧力が所定圧力以下となると注入を行うことを特徴とするシールド工法。
【請求項４】
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部に、注入する圧力が予め定められる所定圧力以下の場合には充填材を加圧注入する１次注入を施し、注入圧力が該所定圧力より高い場合には１次注入を停止し、
１次注入で充填材を注入されたシールド余堀り部の圧力を測定し、シールド余堀り部の圧力が予め定められる所定圧以下となると再び１次注入を行うことを特徴とするシールド工法。
【請求項５】
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部に、注入する圧力が予め定められる所定圧力以下の場合には充填材を加圧注入する１次注入を施し、注入圧力が該所定圧力より高い場合には１次注入を停止し、
１次注入で充填材を注入されたシールド余堀り部の圧力を測定し、シールド余堀り部の圧力が予め定められる所定圧以下となると再び１次注入を行い、
１次注入されたシールド余堀り部に充填剤を硬化させる硬化剤を加圧注入する２次注入を行うことを特徴とするシールド工法。
【請求項６】
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部の圧力を測定し、測定した圧力が予め定められる所定圧力以下の場合にはシールド余堀り部に充填材を加圧注入し、測定した圧力が該所定圧力より高い場合には注入を停止するよう１次注入を制御することを特徴とするシールド工法。
【請求項７】
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部の圧力を測定し、測定した圧力が予め定められる所定圧力以下の場合にはシールド余堀り部に充填材を加圧注入し、測定した圧力が該所定圧力より高い場合には注入を停止するよう制御される１次注入を施し、
１次注入されたシールド余堀り部に充填剤を硬化させる硬化剤を加圧注入する２次注入を行うことを特徴とするシールド工法。
【請求項８】
１次注入されたシールド余堀り部に充填剤を硬化させる硬化剤を注入する２次注入は、１次注入の充填材が保持する圧力より大きな圧力で加圧注入する請求項５又は請求項７に記載のシールド工法。
【請求項９】
１次注入される充填材には時間の経過とともに硬化する遅硬性を有する充填材を用いる請求項３乃至請求項８に記載のシールド工法。
【請求項１０】
１次注入される充填材には時間の経過とともに硬化する遅硬性を有する充填材を用い、２次注入では硬化剤に換えて瞬結性裏込材を注入する請求項５又は請求項７に記載のシールド工法。
【請求項１１】
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部に、シールド装置の前部に位置するシールド機から時間の経過とともに硬化する遅硬性を有する充填材を１次注入し、次いでシールド機の後方に設置されるセグメントリングから瞬結性裏込材をシールド余掘り部に２次注入することを特徴とするシールド工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シールド工法およびシールド装置に係る。詳細には、シールド工法における余堀り部充填材、およびシールド装置における充填材加圧注入管理機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地中にトンネルあるいは坑道等の管路を作成する方法において、シールド工法が知られている。
シールド機で掘削する曲線部では特に内輪差と外輪差との間で機械を通過するために必要な空隙部である余掘部を設ける必要がある。この余掘部である空隙部は地山の崩壊を避けるため、充填材で充填することが必要とされる場合がある。そのため、例えば、「シールド余堀り部の先行充填置換工法」（特許第３０４６５９０号）が知られている。同「シールド余堀り部の先行充填置換工法」（請求項１）には、「掘削した穴の内周に、相互に支え合う複数のセグメントリングを形成した後、相互に離れた二つの前記セグメントリングの外周部に設けられた遮蔽袋を膨らまして、前記複数のセグメントリングを支えるとともに前記穴を区切り、粘度・比重を調製した粘動性注入材をシールド余堀り部に圧入し、さらに、前記遮蔽袋を膨らました後に、前記遮蔽袋の間のシールド余堀り部において前記粘動性注入材を瞬結性注入材に置換することによって前記複数のセグメントリングを前記穴内に安定させる。」が記載されている。
また、同「シールド余堀り部の先行充填置換工法」（請求項６）は、前記シールド機の位置および姿勢から、前記穴と前記複数のセグメントリングとの間に生じるシールド余堀り部の体積の変化量を算出するとともに、その変化量を基に、前記粘動性注入剤の注入量および注入速度を最適値に制御するものである。
「シールド工法による曲線部施工時の異種裏込み注入材の注入方法」（特公平６−６３４３４号）は、「シールド工法による曲線部の施工において、シールド機外周面と地山掘削面との間の空隙部に、固結することがなく、且つ流動性を有する発泡ビーズを主材とした裏込注入材を注入する１次注入と、シールド機の掘進後にシールド機テール部より後方に押し出されセグメントの外周面と地山掘削面との間の１次注入後の空隙部にセメントを主材とする裏込注入材を注入する２次注入とを行なうことを特徴とするシールド工法における曲線部施工時の異種裏込注入材の注入方法。」に係る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし従来例では、余堀部に粘動性注入材を注入した後に、同注入材を排出させながら、瞬結性注入材を注入および充填させる必要があり、排出させる工程において手間がかかった。
更に、シールド工法あるいはシールド装置においては、地山の崩壊を避けるために、裏込材の充填が必要とされる。しかしながら、例えば地山が砂でできている場合と粘土でできている場合とでは充填剤の吸収速度、吸収量が異なる。
そして、適量の充填材を空隙部に充填することは困難であり、実際の充填状況を把握することは困難である課題を有した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部に、時間の経過とともに硬化する遅硬性を有する充填材を加圧注入する１次注入と、さらに１次注入された余堀り部に瞬結性裏込材を加圧注入する２次注入とを行うことを特徴とするシールド工法、
を提供する。そのため、地山の状況によっては、遅硬性充填材が地山に浸透し、充填材硬化が生じたときに空隙部が生じないように予め加圧して地山に浸透させる。
【０００６】
更に、この発明では、
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部に、時間の経過とともに硬化する遅硬性を有する充填材を加圧注入する１次注入と、さらに１次注入された余堀り部に瞬結性裏込材を１次注入の充填材が保持する圧力より大きな圧力で加圧注入する２次注入とを行うことを特徴とするシールド工法、
を提供する。
【０００７】
更に、この発明では、
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部に充填材を加圧注入する１次注入が、シールド余堀り部を測定した圧力と予め定められる所定圧力とを比較し、測定した圧力が所定圧力以下となると注入を行うことを特徴とするシールド工法、
を提供する。
【０００８】
更に、この発明では、
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部に、注入する圧力が予め定められる所定圧力以下の場合には充填材を加圧注入する１次注入を施し、注入圧力が該所定圧力より高い場合には１次注入を停止し、
１次注入で充填材を注入されたシールド余堀り部の圧力を測定し、シールド余堀り部の圧力が予め定められる所定圧以下となると再び１次注入を行うことを特徴とするシールド工法、
を提供する。
【０００９】
更に、この発明では、
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部に、注入する圧力が予め定められる所定圧力以下の場合には充填材を加圧注入する１次注入を施し、注入圧力が該所定圧力より高い場合には１次注入を停止し、
１次注入で充填材を注入されたシールド余堀り部の圧力を測定し、シールド余堀り部の圧力が予め定められる所定圧以下となると再び１次注入を行い、
１次注入されたシールド余堀り部に充填剤を硬化させる硬化剤を加圧注入する２次注入を行うことを特徴とするシールド工法、
を提供する。
【００１０】
更に、この発明では、
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部の圧力を測定し、測定した圧力が予め定められる所定圧力以下の場合にはシールド余堀り部に充填材を加圧注入し、測定した圧力が該所定圧力より高い場合には注入を停止するよう１次注入を制御することを特徴とするシールド工法、
を提供する。
【００１１】
更に、この発明では、
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部の圧力を測定し、測定した圧力が予め定められる所定圧力以下の場合にはシールド余堀り部に充填材を加圧注入し、測定した圧力が該所定圧力より高い場合には注入を停止するよう制御される１次注入を施し、
１次注入されたシールド余堀り部に充填剤を硬化させる硬化剤を加圧注入する２次注入を行うことを特徴とするシールド工法、
を提供する。
【００１２】
更に、この発明では、
１次注入されたシールド余堀り部に充填剤を硬化させる硬化剤を注入する２次注入は、１次注入の充填材が保持する圧力より大きな圧力で加圧注入する請求項５又は請求項７に記載のシールド工法、
を提供する。
【００１３】
更に、この発明では、
１次注入される充填材には時間の経過とともに硬化する遅硬性を有する充填材を用いる請求項３乃至請求項８に記載のシールド工法、
並びに、
１次注入される充填材には時間の経過とともに硬化する遅硬性を有する充填材を用い、２次注入では硬化剤に換えて瞬結性裏込材を注入する請求項５又は請求項７に記載のシールド工法、
を提供する。
【００１４】
更に、この発明では、
シールド装置外周面と地山掘削面との間の空隙部であるシールド余堀り部に、シールド装置の前部に位置するシールド機から時間の経過とともに硬化する遅硬性を有する充填材を１次注入し、次いでシールド機の後方に設置されるセグメントリングから瞬結性裏込材をシールド余掘り部に２次注入することを特徴とするシールド工法、
を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態の作動状態の平面断面図をあらわす図１〜図４、同側面断面図をあらわす図５、同正面断面図をあらわす図６〜図１０にしたがって説明する。
【００１６】
１１は、シールド機である。シールド機は、地中にトンネルあるいは管路を掘削する。１２は、セグメントリングであり、シールド機の後方に設置される円筒状からなる。セグメントリング１２は複数個連続して接続される。シールド機と、セグメントリングとでシールド装置を構成する。
セグメントリング１２を構成するセグメントには、金属面の外周が剥き出しになる普通セグメント１３と、金属面の外周に袋状物１４が取付けられ必要に応じて膨らまされる袋付きセグメント１５、１６とからなる。袋付きセグメント１５、１６は、袋状物１４をセグメント１５、１６外周面に設置されたセグメントからなり、袋状物１４をセグメントリング１２と地山掘削面２１との間に設置される。
袋付きセグメントには、袋付きセグメントの外周方向の全周にわたって図９に図示されるように袋状物１４が設けられる袋付きセグメント１５と、袋状物１４が一部開放された袋付きセグメント１６とがある。
普通セグメント１２、一部開放された袋付きセグメント１６とはセグメントリングと地山との間が開放された開放部１７を有する。
袋付きセグメント１５の外周方向の全周にわたって図９に図示される袋付きセグメント１５からセグメントリング１２を構成した場合は、図８に図示されるように開放部１７は有さない。
【００１７】
３１は、充填材注入孔である。充填材注入孔３１は、シールド機１１の外周面に一定間隔で複数個設けられる。
３２も充填材注入孔であるが、セグメントリング１２の外周面に一定間隔で複数個設けられる。あるいは、充填材注入孔３２をセグメントリング１２の必要個所のみ設置し、シールド機１１に設けられた充填材注入管３５からパイプを延設させて連結させ充填物を搬送してもよい。
充填材注入孔３２からは、充填材もしくは充填材の代わりに硬化剤が注入される。
３３は充填材供給ホース、３４は電磁弁、３５は充填材注入管、３６は分配管である。充填材注入パイプ３３は上流側で注入ポンブに接続され充填材が搬送される。充填材注入管３５は、電磁弁３４を介して上流側で充填材供給ホース３３に接続される。分配管３６の下流は、分配管３６で分けられる。分配管３６の開口部には充填材注入孔３１又は充填材注入孔３２が設けられる。充填材注入孔３１又は、充填材注入孔３２の、シールド装置外周面と地山掘削面２１との間の空隙部であるシールド余堀り部２２との分配管３６の開口部には逆止弁３７が設置される。
３８は、圧力検知孔である。圧力検知孔３８は、逆止弁３７が設置されていない分配管である。
４１、４２は圧力センサーである。圧力センサー４１は、充填材注入管３５内の圧力を検知する。圧力センサー４２は、充填材注入管３５を介することなく直接シールド装置外周面と地山掘削面２１との間の空隙部であるシールド余堀り部２２内の圧力を検知する。
【００１８】
複数の圧力センサーを設ける。図６に図示されるように１台で注入材を注入している場合は注入圧力を測定し、注入を行なっていない場合はシールド機外の圧力を測定する圧力センサー４１を複数台有してもよい。または、図７に図示されるように圧力センサー４１の外シールド装置外の圧力のみを測定する圧力センサー４２および圧力検知孔３８を充填材注入管３５の位置に関係なく、自由に設置してもよい。
圧力センサー４１および圧力検知孔３８を注入装置との組み合わせだけにしておくと、例えば、地山の浸透性が大きい場合においては、検知孔が離れた場所での充填物の地山への浸透による圧力低下を管理できない可能性がある。そこで、自由な位置に設置することで、地山の性状にあわせて、注入孔を複数設置することにより、シールド装置全長にわたって圧力管理が可能となる。
圧力センサー４２および圧力検知孔３８を充填材注入管の位置に関係なく、自由に設置する。
すなわち、充填材注入管３５には、充填材を注入している場合には注入圧力を測定し、注入を停止している場合には余堀り部の圧力を測定する、それぞれ２つの役割を果たす圧力センサー４１を設置する。図７に図示されるように余堀り部の圧力のみを測定する圧力センサー４２を設置し、さらに前記圧力センサーおよび圧力検知孔を充填材注入管の位置に関係なく、自由に設置可能である。
圧力センサー４１、４２を複数設置することで、自由に設置できるため地山性状にあわせて圧力を検知することが可能となる。
【００１９】
５１は、コントロール装置である。コントロール装置５１は、ＰＣ等の制御手段からなり圧力センサー４１、圧力センサー４２、電磁弁３４に接続される。
コントロール装置では、あらかじめ記憶された所定圧力と圧力センサー４１、４２から受領する圧力情報と所定圧力を対比し電磁弁３４の作動を制御する。
【００２０】
この実施の形態で注入ポンプから充填材注入孔３１、３２へ供給される充填物としては、充填材と硬化剤等があり、注入ポンプから充填材注入孔３１へ供給される充填材としては、硬化発現材としてセメント系または、スラグ・石灰系材料を使用し、ゲル化促進剤として石灰、石膏、無機塩類等を促進する。
また、遅硬性を持たせる材料として、例えばリグニンスルフォン酸系、ヒドロキシカルボン酸系、オキシカルボン酸系等を主成分とする酸類を使用する。
この実施の形態で注入ポンプから充填材注入孔３２へ供給される硬化剤としては、水ガラスとアルミニウム塩溶液等を使用する。
瞬結性裏込め材としては、硬化発現材としてセメント系またはスラグ・石灰系材料を使用し、流動性を良くするために、例えばベントナイト等の粘土鉱物を使用したものを用いる。また、瞬結性を持たせるために、例えば水ガラス系の珪酸を混合させたものを用いる。
これら充填材、硬化剤等の混合比率の選択により、硬化時間を選択する。
【００２１】
シールド装置１１、１２外周面と地山掘削面２１との間の空隙部であるシールド余堀り部２２に、充填材を加圧注入する１次注入と、さらに１次注入された余堀り部２２に充填剤を硬化させる硬化剤を１次注入の充填材が保持する圧力より大きな圧力で加圧注入する２次注入とを行う場合は、余堀り部２２において、１次注入の充填材が保持する圧力より大きな圧力で２次注入の硬化剤を注入することで、地山への硬化剤の浸透が容易となる。
余掘り部に１次注入した充填材を除くことなく充填材を硬化することが可能である。
【００２２】
シールド装置１１、１２外周面と地山掘削面２１との間の空隙部であるシールド余堀り部２２に、シールド装置１１、１２の前部に位置するシールド機１１から時間の経過とともに硬化する遅硬性を有する充填材を１次注入し、次いでシールド機１１の後方に設置されるセグメントリング１２から瞬結性裏込材をシールド余掘り部２２に２次注入するシールド工法としたときは、地山の状況によっては、遅効性充填材が地山に浸透し、充填材硬化が生じたときに空隙が生じないように予め加圧して地山に浸透させる。
【００２３】
シールド装置外周面と地山掘削面２１との間の空隙部であるシールド余堀り部２２に、  時間の経過とともに硬化する遅硬性を有し、さらに硬化するまでの時間を材料の選定により設定可能である充填材を使用する場合は、余掘り部２２に注入される充填材が硬化するまでの時間を材料の選定により設定可能である。
【００２４】
シールド装置１１、１２外周面と地山掘削面２１との間の空隙部であるシールド余堀り部２２に、充填材を加圧注入する１次注入をおこない、さらに１次注入された余堀り部２２に充填剤を硬化させる硬化剤を加圧注入する２次注入とをそれぞれ所定圧力を維持しながら行う場合は、余掘り部２２に１次注入した充填材を除くことなく充填材を硬化することが可能となるとともに、余掘り部２２に所定圧力で充填材を注入することが可能となる。
【００２５】
圧力センサー４１から受領する圧力情報と所定圧力を対比しコントローラ５１で、電磁弁３４の作動を制御する場合は、所定の圧力より高い場合は、電磁弁３４を閉じ充填材の余掘り部２２への注入を停止する。所定の圧力以下となったときは、電磁弁３４を開き充填材を余掘り部２２へ注入する。そこで、充填材を効率よく余掘り部２２へ注入することが可能となる。
圧力センサー４１から受領する圧力情報と所定圧力を対比し電磁弁３４の作動を制御することで、シールド機外の圧力を一定範囲に保持することが可能となる。
【００２６】
従来の袋付きセグメントリングは、セグメントリングの外周全体において袋を膨らませるため、袋付きセグメントリングと袋付きセグメントリングの間における余堀り部２２のみに充填材の圧力管理が限定されていた。すなわち、袋状物をセグメントリングの外周全周にわたって設置し全周遮断してしまうと、近接するセグメントリングの外周に設置される袋状物１３との間の圧力管理が困難となる。
しかし、セグメントリングの外周全周を遮断することなく袋状物が設置されると、袋状物１３により圧力が遮断されることなく、充填材又は硬化剤の圧力管理が可能となる。
すなわち、袋状からなりセグメントリングと地山表面との間にセグメントリングの外周全周を遮蔽することなく設置される袋状物１３、即ち袋状セグメントリング１６を使用した場合は、コントローラ５１で圧力センサー４１、４２から受領する圧力情報と所定圧力を対比し電磁弁３４の作動を制御する。
所定の圧力より高い場合は、電磁弁３４を閉じ充填材又は硬化剤の余掘り部への注入を停止する。所定の圧力以下となったときは、電磁弁３４を開き充填材又は硬化剤の余掘り部２２へ注入する。
そこで、充填材又は硬化剤を効率よく余掘り部２２へ注入することが可能となる。
圧力センサーから受領する圧力情報と所定圧力を対比し電磁弁３４の作動を制御することでシールド機外の圧力を一定範囲に保持することが可能となる。
【００２７】
充填材又は硬化剤を注入している場合には注入圧力を測定し、注入を停止している場合には余堀り部２２の圧力を測定する圧力センサー４１と、余堀り部２２の圧力のみを測定する圧力センサー４２とを有し、コントローラ５１では、圧力センサー４１、４２から受領する圧力情報と所定圧力を対比し電磁弁３４の作動を制御する場合は、圧力センサー４１、４２から受領する圧力情報とあらかじめ定められた所定圧力を対比し電磁弁３４の作動を制御することで、所定の圧力より高い場合は、電磁弁３４を閉じ充填材又は硬化剤の余掘り部２２への注入を停止する。所定の圧力以下となったときは、電磁弁３４を開き充填材又は硬化剤を余掘り部２２へ注入する。そこで、充填材又は硬化剤を効率よく余掘り部へ注入することが可能となる。圧力センサー４１、４２では、充填材又は硬化剤を注入している場合には注入圧力を測定し、注入を停止している場合には余堀り部２２の圧力を測定する２つの役割を果たすことが可能となる。
更に、地山の性状にあわせて、圧力検知孔３８を複数設置することにより、シールド装置全長にわたって圧力管理が可能となる。
【発明の効果】
この発明では、手間をかけずに充填材を硬化させることが可能である。更に、適量の充填材を余掘り部に充填することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の作動状態の平面断面図
【図２】この発明の実施の形態の作動状態の平面断面図
【図３】この発明の実施の形態の作動状態の平面断面図
【図４】この発明の実施の形態の作動状態の平面断面図
【図５】この発明の実施の形態の作動状態の側面断面図
【図６】この発明の実施の形態の作動状態の正面断面図
【図７】この発明の実施の形態の作動状態の正面断面図
【図８】この発明の実施の形態の作動状態の正面断面図
【図９】この発明の実施の形態の作動状態の正面断面図
【図１０】この発明の実施の形態の作動状態の正面断面図
【符号の説明】
１１    シールド機械
１２    セグメントリング
１３    セグメント
１４    袋状物
１５    袋付きセグメント
１６    袋付きセグメント
２１    地山掘削面
３１    充填材注入孔
３２    充填材注入孔
４１    圧力センサー
４２    圧力センサー
５１    コントローラ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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