(57)【要約】【課題】堅い岩石による、金属部品の摩耗現象が大幅に減少し、排出が容易になる手段を提供する。【解決手段】本発明はトンネル掘削機および類似の機器の利用の分野に関するものである。トンネル掘削機のヘッド内に、主として水と、少なくとも１つの粘土と、少なくとも１つの界面活性剤と、空気などの少なくとも１つの気体を、安定した、上質の泡が得られる比率として粘土の充填量を高くした発泡粘土の組成物による水性泡を、トンネル掘削機のヘッド内に注入し、処理する土壌に混合して、次いで切削生成物とともに排出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
「トンネル掘削機」と呼ばれる機械によって、トンネルを掘削する方法において、流体をトンネル掘削機のヘッド内に送り切削工具の、場合によってはトンネル掘削機内部室の部位で掘削する地層と混合し、次いで切削物とともに排出する過程から成り、
トンネル掘削機のヘッド内に、主として水と、少なくとも１つの粘土と、少なくとも１つの界面活性剤と、空気などの少なくとも１つの気体を、安定した、上質の泡が得られる比率で含む粘土の水性泡を注入することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
トンネル掘削機の後方からあらかじめ形成した泡を注入することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
水または水性流体と、少なくとも１つの粘土と少なくとも１つの界面活性剤とから成る、発泡のための水性主成分をトンネル掘削機のヘッド内に送出し、圧搾空気または窒素などの気体の助けによる発泡によって「現場で」泡を形成することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法において、
粘土の泡が回転継手によって注入されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に「トンネル掘削機」と呼ばれている、トンネル掘削に使用される機械の技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のごとく、これらの機械はその直径が実現される工作物の最終直径に直接、またはほぼ対応するトンネルを地下の地層内に掘削するのに適している。これは当然極めて強力かつ複雑な機械であり、その運転要求事項と制約は性能に比例する。
【０００３】
これらの制約の中で、特に切削工具による地下の地層の掘削に関わる問題を考察する。当然これらの工具には大幅な摩耗が発生し、それは当然岩の硬さと関係がある。もう１つの関連する問題は切削物と掘削物の排出である。
【０００４】
さらに、掘削物の排出に使用する要素にも大幅な摩耗が発生し、さらにウォーム（endless screw )や螺旋水揚げ機の場合は、スクリュー部分に、あるいはその金属製外被に、またしばしばトンネル掘削機のスカートに大幅な摩耗が発生する。
【０００５】
ところで、トンネル掘削機には主として２つのタイプが存在する：岩その他の保持力の強い地面を掘削するための「岩石用」トンネル掘削機と、保持力が弱いか（沖積土、砂、粘土）または水を含んだ土壌内で運転するための「封じ込め」掘削機がある。
【０００６】
横断する地面の性質によって、封じ込めのトンネル掘削機がぶつかる摩耗の問題は減少する。反対に、可動の、あるいは液状の（水を含んだ）媒質内で運転が可能であり、トンネル掘削機のヘッドの背後のトンネルの気密を確保するシステムを具備している。
【０００７】
摩耗の問題の深刻さも指摘しておかなければならない。トンネル掘削機は、スクリュー、切削工具およびローレット、トンネル掘削機の前面、あるいはその側面スカートなどの摩耗部品への接近が本質的に極めて困難な機械である。さらに、摩耗現象のために運転管理者が部品の交換を迫られたとき、機械を停止して、ときにはそれを移動し、部分的に分解しなければならないことがある。このような使用不能は重大な財務的損失であり、部品の寿命を延ばすことがいかに重要であるかが直ちに痛感される。
【０００８】
先行技術は水、または水性流体をトンネル掘削機ヘッド内に注入するものである。既知の適切な装置によって、この流体は切削工具に供給され、そこで掘削する地層と接触する。
【０００９】
従ってこの流体は極めて古典的な二重の役割を果たし、それは一方では切削工具と岩の間の接触区域を潤滑することであり、他方では、残骸を含んだ泥の形の、切削生成物の排出を容易にし、埃の発生を押さえることである。
【特許文献１】特公昭４７−１０９５３号公報
【特許文献２】特開昭６１−１３７９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、これは間に合わせにすぎず、当該業界はもうずいぶん前から、機械の性能と使用者の要求事項にかかわる、ますます深刻化する問題に直面している。
【００１１】
封じ込め式トンネル掘削機の場合には、水と界面活性剤（と空気などの気体）とだけからなる泡も使用されていた。この水の泡の目的は掘削物を流動化し、地面の浸透性を向上させ（これはまさにこの種のトンネル掘削機が出会う地面の性質上可能である）、機械に加わるトルクを減少させることである。
【００１２】
この技術は岩石用トンネル掘削機に試験されたが無効であった、すなわち実質的進歩が得られなかった。
【００１３】
潤滑システムの使用も試験されたが、同じく大した結果は得られなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、上述の問題は極めて顕著に改善される。
【００１５】
本発明によれば、トンネル掘削機ヘッド内に水性流体、または水の泡、または潤滑剤を注入する代わりに、粘土の充填量が高い泡の水性組成物を注入する。
【００１６】
この組成物は、トンネル掘削機ヘッドの上流で、あるいは「現場」で泡の形で注入される。
【発明の効果】
【００１７】
その結果、摩耗が意外なほど減少し、切削生成物の排出がはるかに容易になる。
【００１８】
粘土の発泡組成物はこのようにして水の所要量を大幅に減らし、これは莫大な量に関係するので、環境保護に大きな影響があり、環境保護のための掘削物の処理がいっそう容易になり、一部の掘削物は処理の必要さえなくなる。
【００１９】
特定の理論に限定するわけではないが、摩耗の減少は、本発明による組成物の層によって岩の断片が包まれる現象によるところが大きいと思われる。
【００２０】
このように、摩耗が減少するのは周囲の媒質の潤滑化または流動化のためだけでなく、岩石自体の研磨性を減じる新しい作用によるところが大きく、そのため摩耗の問題に根本的解決がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のその他の特徴と利点は付属の図面を参照して以下の説明を読むことによってより深く理解されるであろう。
【００２２】
図１は、運転中のトンネル掘削機の横断面を模式的に示している。
図２は、図１によるトンネル掘削機の一部の詳細を示している。
図３は、トンネル掘削機を前進させると同時に機械の後方のトンネル壁を固めるのに使用されるコンクリートの「パイプ」とジャッキによるシステムを模式的に示している。
図４は、先行技術に対する本発明の有効性を評価するために開発された試験セルを示している。
【００２３】
この図において、同じ参照番号は、つぎに示すごとく、同じ意味を持つ。
【００２４】
１．地下の地層
２．トンネル掘削機の回転ヘッド
３．トンネル掘削機室
４、５．掘削物排出システム：５ ウォーム；４  スクリューのトンネル（または「ケーシング」）
６．掘削物
７．トンネル掘削機ヘッドの前面
８．トンネル掘削機スカート
９．トンネル掘削機本体（固定）
10．掘削物の一般的な循環
11．切削空間
12．オーバーラフ空間
13．スカート/壁の間隙
14．掘削物断片
15．ヘッドの後面
20．切削ローレットとその支え
21．オーバーラフローレットとその支え
22．前面注入点
23．後面注入点
24．オーバーラフローレット
25．切削ローレット
30．（コンクリート）「パイプ」
31．地層壁/「パイプ」の接触
32．スラストジャッキ
40．容器
41．摩耗板
42．試験製品
43．シャフト
【００２５】
以下に簡略に述べるごとく、地層（1）内にトンネルを掘削するためのトンネル掘削機は主として、適切な機械を備えた円筒状の本体（9）と、本体の前方に旋回自在に取り付けられたヘッド（2）とから成る。このヘッドは切削ローレット（25）と支え（20）、また必要に応じて「オーバーラフ」ローレット（24）と支え（21）とから成る切削工具を担持している。
【００２６】
切断工具（また場合によってはオーバーラフ工具）はヘッド（2）の回転に組み合わされた固有の回転によって地層（1）を掘削する。従来の方法で、一般的に水性の流体を切削空間（11）と内部の室（3）また場合によってはオーバーラフ空間（12）内に注入して部品の摩耗を制限し、トンネル掘削機後方への掘削物の排出を容易にする。
【００２７】
この排出は従来はトンネル掘削機の本体に内蔵されたシステム、一般的にはリボンまたはウォームによって実施される。非制限的な例として、図１にウォーム（5）とそのトンネルまたは外被（4）を示した。
【００２８】
やはり従来の方法では、水性流体に混合された掘削物は図示されていない導管を通ってヘッド（2）を横断し、内部の室（3）内に集まって、後方（4,5）に向かって排出される（6）。
【００２９】
当然ながら、この掘削物の一部はヘッドの周囲（空間12）で程度の差はあっても容易に循環するがトンネル掘削機の固定スカート（8）の周囲、間隙（13）内では流れにくくなる。
【００３０】
当業者には周知の、摩耗および詰まりまたは停止の問題は次の通りである：
・前面（7）に位置する切削工具摩耗
・オーバーラフ工具（24）摩耗
・スカート（8）の摩耗、さらに場合によっては十分に崩壊できなかった固まり（14）による停止現象
・前面と側面の摩耗
・排出システムの、システムがスクリューとその外被（4,5）で構成される場合の、摩耗および場合によっては詰まりまたは停止。
【００３１】
現状技術において、水、粘土および／またはポリマーから成る重い泥が使用されている。この物質から適切な結果が得られるが、保守のための介入の時間間隔を広くするために、それらを改良することが強く望まれる、そうすればかなりの利点になるだろう。
【００３２】
他方では、先行技術の重い泥を使用するためには極めて大きなサイズ（それは例えば、都市化環境では欠陥になる）かつ高価な調製場を必要とする。その泥は、生態秩序の問題を生む甚大な量の水を必要とし、排水の面で環境保護に関わる重大な問題を引き起こす液体である。最後に、掘削物が充填されたこれらの泥は、コンベアベルトなどの排出システムからの取り出しが困難であり、あらゆる傾斜によって困難が増幅される。
【００３３】
本発明は部品の摩耗を大幅に減少させ、従って、保守間隔を大幅に広げ、重い泥の使用によるあらゆる制約を克服することを可能にする技術を提案することを目的とする。
【００３４】
本発明によれば、本書に記載の条件において、残骸と摩耗のおそれのある部品の被覆を形成し、有害な<<洗浄>>現象なしにそれに付着することのできるいっさいの粘土が使用される。
【００３５】
非常に数多くの粘土が存在し、当業者は後述のごとく簡単な試験を実施してもっとも有益なものを使用することが可能であり、そのすべてに困難はない。好適には、輸送コストという明白な理由から、その入手源が工事現場にできるだけ近い粘土が選択される。
【００３６】
泡は既知の発泡剤またはその混合物によって形成される。
【００３７】
好適には、混合作業が便利なように、界面活性剤または液体発泡剤（または液体混合物）が選択される。
【００３８】
本発明の代表的な組成物は66リットルの粘土に対して34リットルの泡の前駆体である水性流体から構成される。
【００３９】
汲み出された同じ100リットルに対して、従来の先行技術は10リットルのベントナイトに90リットルの水を使用する。
【００４０】
［使用例］
【００４１】
試験手順
【００４２】
試験ユニットは図４に示したとおりである。この簡易なユニットは当業者が、実験室内の日常的な試験によって、使用される粘土と界面活性剤（および従来の添加剤）ならびに圧搾空気などの気体の比率を迅速に選択して、本明細書を特定の場合に個別に適用することを可能にする。もちろんここでは、1つの例を、掘削する地層と、トンネル掘削機、切削工具と切削工具の配置の種類の無数の組み合わせについて紹介することは不可能である。他方、本発明の教示内容は一般的に、この実例によって、当業者の裁量によって適合させるだけで、十分安定して、掘削物の輸送に適した泡の実現に適用することができる。
【００４３】
ユニットは容器40で構成され、その中で試験する物質（42）内に浸漬した鋼鉄の摩耗板（41）を回転させる。
【００４４】
この試験手順は、例えば、10リットルの容器内で毎分100回転で実施され、一番深刻な問題である掘削スクリューの摩耗をよく示すものである。
【００４５】
トンネル掘削機のヘッド内に：
・66リットルの粘土と
・34リットルの発泡水性混合物（水と添加剤）から成る粘土の泡を形成する。
【００４６】
添加剤の中で、発泡剤は、優れた懸濁特性を示す安定して、上質の泡を出す、市販品が入手可能な、適切な界面活性剤の混合物である。
【００４７】
実施した試験（図4を参照して以下に詳述する）は片麻岩によって発生した金属表面上の摩耗を比較するものである。
【００４８】
結果は次の通りである：
【００４９】
・添加剤のない片麻岩：摩耗レベル：100
・片麻岩＋水：摩耗レベル：20
・片麻岩＋水＋ベントナイト＋粘土：摩耗レベル：29
・片麻岩＋上記の粘土泡混合物：摩耗レベル：１から２
【００５０】
この試験はトンネル掘削機の切削ヘッドを通って通過した後の粘土の泡の標本によって確認された。
【００５１】
泡は、周知の回転継手によって、従来の仕方でトンネル掘削機内に注入された、そのため機械の変更は無用である。
【００５２】
本発明による泡は前面からだけ注入できるが、好適には排出を容易にするために前面と後面から二重注入することがことができる。
【００５３】
試験によって程度に差はあるが摩耗のレベルが極端に低いことがわかった。
【００５４】
特定の理論に限定するわけではないが、出願人は研磨性の粒子、切断工具と機械の表面、および地層が、接着性のよい（壊れない、または再形成される）界面構成を備えた、問題の摩擦係数を驚くほど低下させる泡に包まれるという仮説を支持する。
【００５５】
本発明はさらに「パイプ推進」の実施にも大きな利益がある。図３に示したこれらのシステムは、トンネル掘削機（9）の後部に接着され、ジャッキ（32）によって前方に押されるコンクリートまたは類似材料（30）製のパイプまたはリングである。それらの役割は二重で、推力と移動をトンネル掘削機に伝達することと、トンネルを強化し、あるいは支えることである。従って、その周縁表面はトンネル壁（31）にほぼ接触している。
【００５６】
先に述べた理由から、摺動は本発明による粘土の泡の注入によって大いに助長されたことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】運転中のトンネル掘削機の横断面を模式的に示している。
【図２】図１によるトンネル掘削機の一部の詳細を示している。
【図３】トンネル掘削機を前進させると同時に機械の後方のトンネル壁を固めるのに使用されるコンクリートの「パイプ」とジャッキによるシステムを模式的に示している。
【図４】先行技術に対する本発明の有効性を評価するために開発された試験セルを示している。
【符号の説明】
【００５８】
１  地下の地層
２  トンネル掘削機の回転ヘッド
３  トンネル掘削機室
４  スクリューのトンネル
５  ウォーム
６  掘削物
７  トンネル掘削機ヘッドの前面
８  トンネル掘削機スカート
９  トンネル掘削機本体（固定）
10  掘削物の一般的な循環
11  切削空間
12  オーバーラフ空間
13  スカート/壁の間隙
14  掘削物断片
15  ヘッドの後面
20  切削ローレットとその支え
21  オーバーラフローレットとその支え
22  前面注入点
23  後面注入点
24  オーバーラフローレット
25  切削ローレット
30  （コンクリート）「パイプ」
31  地層壁/「パイプ」の接触
32  スラストジャッキ
40  容器
41  摩耗板
42  試験製品
43  シャフト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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