(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定距離以上の長距離掘進を行うシールド掘進システムにおいて、
発進地点から掘削地点までの掘進経路の拡幅部、当該掘進経路の分岐経路の拡幅部または中間立坑の内部に、所定の送出物を送出する送出用設備を設け、当該送出用設備から所定の送出路を介して前記掘削地点へ向け前記送出物を送ることを特徴とするシールド掘進システム。
【請求項２】
所定距離以上の長距離掘進を行うシールド掘進システムにおいて、
発進地点から掘削地点までの掘進経路の拡幅部、当該掘進経路の分岐経路の拡幅部または中間立坑の内部に、所定の排出物を処理する排出用設備を設け、前記掘削地点から所定の排出路を介して送られる前記排出物を前記排出用設備で処理することを特徴とするシールド掘進システム。
【請求項３】
所定距離以上の長距離掘進を行うシールド掘進システムにおいて、
発進地点から掘削地点までの掘進経路の拡幅部、当該掘進経路の分岐経路の拡幅部または中間立坑の内部に、所定の送出物を送出する送出用設備と所定の排出物を処理する排出用設備とを設け、前記送出用設備から所定の送出路を介して前記掘削地点へ向け前記送出物を送り、前記掘削地点から所定の排出路を介して送られる前記排出物を前記排出用設備で処理することを特徴とするシールド掘進システム。
【請求項４】
請求項３において、
前記送出物は、送泥水であり、
前記送出路は、送泥管であって、
前記送出用設備は、前記送泥水の性状調整設備を含み、
前記排出物は、排泥水であり、
前記排出路は、排泥管であって、
切羽に先行掘削溝を所定間隔で形成するための複数の先行ビットと、前記先行掘削溝の間の掘り残された地山凸部を切削するための後行ビットとを有し、前記先行ビットおよび前記後行ビットを備えたカッタヘッドの回転により、掘進経路にある地山を、固形状態で切り出し掘削するシールド掘進機を含み、
前記排泥管を介して、前記固形状態で切り出し掘削された掘削土砂を含む排泥水をポンプ圧送することを特徴とするシールド掘進システム。
【請求項５】
所定距離以上の長距離掘進を行うシールド掘進システムにおいて、
切羽に先行掘削溝を所定間隔で形成するための複数の先行ビットと、前記先行掘削溝の間の掘り残された地山凸部を切削するための後行ビットとを有し、前記先行ビットおよび前記後行ビットを備えたカッタヘッドの回転により、掘進経路にある地山を、固形状態で切り出し掘削するシールド掘進機と、
中間立坑の地上設備に設けられ、排泥水を処理する排出用設備と、
排泥管を介して、前記固形状態で切り出し掘削された掘削土砂を含む前記排泥水を前記排出用設備へ向けポンプ圧送する手段と、
を含むことを特徴とするシールド掘進システム。
【請求項６】
所定距離以上の長距離掘進を行うシールド掘進方法において、
シールド掘進機を用いて切羽を掘削する掘削工程と、
切羽で掘削された掘削土砂を含む排泥水をポンプ圧送するポンプ圧送工程と、
発進地点側の始端から切羽側の終端までの掘進経路の拡幅部、当該掘進経路の分岐経路の拡幅部または中間立坑の内部で前記排泥水の一次処理を行う一次処理工程と、
を含むことを特徴とするシールド掘進方法。
【請求項７】
所定距離以上の長距離掘進を行うシールド掘進方法において、
シールド掘進機を用いて切羽を掘削する掘削工程と、
切羽で掘削された掘削土砂を含む排泥水をポンプ圧送するポンプ圧送工程と、
発進立坑から到達立坑までの間に設けられる中間立坑の地上の所定地点で前記排泥水の一次処理を行う一次処理工程と、
を含み、
前記掘削工程は、
前記切羽に先行掘削溝を所定間隔で形成する先行掘削工程と、
前記先行掘削溝の間の掘り残された地山凸部を固形状態で切り出し切削する後行掘削工程と、
を含むことを特徴とするシールド掘進方法。
【請求項８】
請求項６において、
前記掘削工程は、
前記切羽に先行掘削溝を所定間隔で形成する先行掘削工程と、
前記先行掘削溝の間の掘り残された地山凸部を固形状態で切り出し切削する後行掘削工程と、
を含むことを特徴とするシールド掘進方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかにおいて、
掘進距離が所定距離になった場合、
前記送泥工程で用いられていた前記泥水を送る送泥管の上流側の送泥管を発進地点付近に設けられる発進側送泥設備から前記所定地点に設けられる送泥設備へ向け前記調整泥水を送る送泥用輸送管として用いることを特徴とするシールド掘進方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進システムおよびシールド掘進方法に関する。
【０００２】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】
近年、シールド工法は、掘進距離が２ｋｍを超える施工例もあり、５ｋｍを超える長距離掘進も計画されるようになってきている。
【０００３】
一般に、泥水式シールド工法においては、切羽からの掘削土砂を流体輸送するためにポンプが用いられている。ポンプ圧送を行う場合、掘進距離が長くなるほど排泥水の圧力損失が大きくなり、排泥水中の土粒子の沈降を防止するためにポンプの必要台数は多くなる。また、掘進距離が長くなった場合にポンプ台数を増やさないでポンプ圧送を行う場合、切羽付近のポンプにはより強力な圧送能力が必要とされる。
【０００４】
このため、掘進距離が長くなるほど掘削土砂の輸送にかかるコストは増大してしまう。
【０００５】
一方、本出願人らにより、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（以下、固形状態という。）で、排泥管や排泥ポンプが閉塞しない程度の大きさ以下に地山を切削し（以下、切り出し掘削という。）、切り出し掘削した固形状態の土砂（以下、固形分という。）を流体輸送して坑外に搬出する固形回収技術が実現されている。
【０００６】
切り出し掘削した固形状態の土砂を流体輸送する場合、掘進距離が長くなるほど流体への固形分の溶解が多くなってしまい、地上設備で固形分を回収できる割合、すなわち、固形回収率が低くなってしまう。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、長距離掘進に対しても良好に適用可能なシールド掘進システムおよびシールド掘進方法を提供することにあり、特に、長距離掘進でもコストを低減するとともに所望の固形回収率を確保できるシールド掘進システムおよびシールド掘進方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るシールド掘進システムは、所定距離以上の長距離掘進を行うシールド掘進システムにおいて、
発進地点から掘削地点までの経路の所定地点または当該経路の分岐経路の所定地点に、所定の送出物を送出する送出用設備を設け、当該送出用設備から所定の送出路を介して前記掘削地点へ向け前記送出物を送ることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、通常、発進地点から掘削地点に送っている送出物を、その経路の途中の地点から掘削地点に送ることにより、省力化が図れ、送出コストを低減できる。
【００１０】
すなわち、例えば、泥水式シールド工法で５ｋｍ以上の長距離掘進を行う場合、５ｋｍ以上の送泥管を設けて送泥を行うためには、複数台の中継ポンプが必要となる。
【００１１】
この場合、例えば、中間の２．５ｋｍ地点に送出用設備の一部である調整槽を設け、当該調整槽から性状を調整した送泥水を送ることにより、送泥管の距離が半減され、必要となる送泥用の中継ポンプの台数も減らすことができる。これにより、省力化が図れ、送出コストを低減できる。
【００１２】
なお、前記送出物としては、例えば、送泥水のほか、セグメント、管、レール等の掘進に伴って補充が必要なものも該当する。
【００１３】
また、前記送出用設備としては、例えば、作泥設備、調整槽、送泥ポンプ、発進立坑の地上設備等が該当する。なお、前記送出路としては、例えば、送泥管、レール等が該当する。
【００１４】
また、本発明に係る他のシールド掘進システムは、所定距離以上の長距離掘進を行うシールド掘進システムにおいて、
発進地点から掘削地点までの経路の所定地点または当該経路の分岐経路の所定地点に、所定の排出物を処理する排出用設備を設け、前記掘削地点から所定の排出路を介して送られる前記排出物を前記排出用設備で処理することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、通常、掘削地点から発進地点に送っている排出物を、その経路の途中の地点で処理することにより、省力化が図れ、排出コストを低減できる。
【００１６】
すなわち、例えば、泥水式シールド工法で５ｋｍ以上の長距離掘進を行う場合、５ｋｍ以上の排泥管を設けて排泥を行うためには、短中距離の掘進を行う場合と比べて多くの中継ポンプが必要となる。
【００１７】
この場合、例えば、中間の２．５ｋｍ地点に排出用設備の一部である一次処理設備を設け、当該一次処理設備で泥水を処理することにより、排泥管の距離が半減され、必要となる排泥用の中継ポンプの台数も減らすことができる。これにより、省力化が図れ、排出コストを低減できる。
【００１８】
なお、前記排出物としては、例えば、排泥水、土砂等の掘進に伴って発生する排出物が該当する。
【００１９】
また、前記排出用設備としては、例えば、一次処理設備、二次処理設備等が該当する。なお、前記排出路としては、例えば、排泥管、レール等が該当する。
【００２０】
また、本発明に係る他のシールド掘進システムは、所定距離以上の長距離掘進を行うシールド掘進システムにおいて、
発進地点から掘削地点までの経路の所定地点または当該経路の分岐経路の所定地点に、所定の送出物を送出する送出用設備と所定の排出物を処理する排出用設備とを設け、前記送出用設備から所定の送出路を介して前記掘削地点へ向け前記送出物を送り、前記掘削地点から所定の排出路を介して送られる前記排出物を前記排出用設備で処理することを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、通常、発進地点から掘削地点に送っている送出物を、その経路の途中の地点から掘削地点に送ることにより、省力化が図れ、排出コストを低減できる。
【００２２】
すなわち、例えば、泥水式シールド工法で５ｋｍ以上の長距離掘進を行う場合、５ｋｍ以上の送泥管を設けて送泥を行うためには、複数台の中継ポンプが必要となる。
【００２３】
この場合、例えば、中間の２．５ｋｍ地点に送出用設備の一部である調整槽を設け、当該調整槽から性状を調整した送泥水を送ることにより、送泥管の距離が半減され、必要となる送泥用の中継ポンプの台数も減らすことができる。これにより、省力化が図れ、送出コストを低減できる。
【００２４】
なお、前記送出物としては、例えば、送泥水のほか、セグメント、管、レール等の掘進に伴って補充が必要なものも該当する。
【００２５】
また、前記送出用設備としては、例えば、作泥設備、調整槽、送泥ポンプ、発進立坑の地上設備等が該当する。なお、前記送出路としては、例えば、送泥管、レール等が該当する。
【００２６】
排出の場合も同様であり、通常、掘削地点から発進地点に送っている排出物を、その経路の途中の地点で処理することにより、省力化が図れ、排出コストを低減できる。
【００２７】
すなわち、例えば、泥水式シールド工法で５ｋｍ以上の長距離掘進を行う場合、５ｋｍ以上の排泥管を設けて排泥を行うためには、短中距離の掘進を行う場合と比べて多くの中継ポンプが必要となる。
【００２８】
この場合、例えば、中間の２．５ｋｍ地点に排出用設備の一部である一次処理設備を設け、当該一次処理設備で排泥水を処理することにより、排泥管の距離が半減され、必要となる排泥用の中継ポンプの台数も減らすことができる。これにより、省力化が図れ、排出コストを低減できる。
【００２９】
なお、前記排出物としては、例えば、排泥水、土砂等の掘進に伴って発生する排出物が該当する。
【００３０】
また、前記排出用設備としては、例えば、一次処理設備、二次処理設備等が該当する。なお、前記排出路としては、例えば、排泥管、レール等が該当する。
【００３１】
また、前記所定地点は、発進立坑から到達立坑までの間に設けられる中間立坑の所定地点または前記中間立坑の地上設備の所定地点であることが好ましい。
【００３２】
これによれば、点検や換気等のために設けられる中間立坑を利用することにより、送出用設備や排出用設備のために特別な場所を設ける必要はなく、当該中間立坑を用いて送出や排出が行えるため、省力化とコストの抑制が図られる。
【００３３】
この場合、前記送出物は、送泥水であり、
前記送出路は、送泥管であって、
前記送出用設備は、前記送泥水の性状調整設備を含むことが好ましい。
【００３４】
また、前記排出物は、排泥水であり、
前記性状調整設備は、
一次処理設備と、
当該一次処理設備を介して前記排泥水の供給される第１の調整槽と、
希釈水が供給され、送泥水を切羽へ向け送る手段を有する第２の調整槽と、
を含み、
前記第１の調整槽は、前記供給される排泥水を、前記送泥水の一部となる泥水として前記第２の調整槽へ向け供給するとともに、循環的に分離するために前記一次処理設備へ向け供給し、その余剰泥水を二次処理設備へ向け送るための手段を含むことが好ましい。
【００３５】
これによれば、切羽で掘削された土砂等と混合された高比重の排泥水を、第１の調整槽と一次処理設備とで循環的に粗粒分を分離することにより、粗粒分をほとんど含まない泥水を第２の調整槽に供給することができる。なお、ここで、一次処理設備とは、一般に、排泥水から７５μｍ以上の粗粒分を分離するために用いられる処理設備のことである。
【００３６】
一般に、送泥用の泥水の比重は、排泥用の泥水の比重よりも低いため、１つの調整槽のみを用いる場合、調整槽に多量の希釈水を投入する必要がある。
【００３７】
このように、２つの調整槽を設けることにより、第２の調整槽にはより低比重の泥水が供給される。これにより、第２の調整槽から送泥水を切羽へ向け送る場合、希釈水量が少なくて済む上、低比重の送泥水を送ることにより、送泥用ポンプの負荷を低減することができる。
【００３８】
さらに、第１の調整槽の余剰泥水を二次処理設備へ向け送ることにより、余剰泥水が発生した場合でも適切に処理できる。この場合、前記二次処理設備は、前記発進地点付近に設けられることが好ましい。
【００３９】
また、前記排出物は、排泥水であり、
前記排出路は、排泥用ポンプの設けられる排泥管であって、
前記排出用設備は、一次処理設備を含むことが好ましい。
【００４０】
これによれば、掘進経路の途中で泥水処理を行うことにより、排泥管に設けられる中継ポンプの台数を減らし、省力化と低コスト化が図れる。
【００４１】
また、切羽に先行掘削溝を所定間隔で形成するための複数の先行ビットと、前記先行掘削溝の間の掘り残された地山凸部を切削するための後行ビットとを有し、前記先行ビットおよび前記後行ビットを備えたカッタヘッドの回転により、掘進経路にある地山を、固形状態で切り出し掘削するシールド掘進機を含み、
前記排泥管を介して、前記固形状態で切り出し掘削された掘削土砂を含む排泥水をポンプ圧送することが好ましい。
【００４２】
これによれば、固形状態で切り出し掘削する場合において、発進地点と掘削地点との中間の所定地点で排泥水の一次処理が行われるため、切り出した固形状態の掘削物の排泥水への溶解を低減することができ、効率的に固形状態の掘削物を回収できる。
【００４３】
すなわち、掘進距離が長くなるほど、泥水への掘削物の溶解率が高くなり、回収時には掘削物を固形で回収できず、一次処理で掘削物を分離できないため、二次処理量が多くなるといった問題も発生しうる。
【００４４】
このように、掘進経路の途中で一次処理を行うことにより、泥水にあまり溶解しないうちに掘削物を回収することができ、効率的な泥水処理が行える。
【００４５】
また、前記所定地点は、掘進経路の拡幅部であることが好ましい。
【００４６】
これによれば、拡幅部に送出用設備や、排出用設備を設けることにより、セグメントの輸送等を妨げずにトンネル掘進を効率的に行うことができる。
【００４７】
なお、前記拡幅部としては、例えば、ビット交換や点検・保守のために設けられる拡幅部、掘進経路の途中でトンネルを分岐させるために設けられる拡幅部、地下鉄の駅の設置のために設けられる拡幅部等が該当する。
【００４８】
また、本発明に係るシールド掘進方法は、所定距離以上の長距離掘進を行うシールド掘進方法において、
シールド掘進機を用いて切羽を掘削する掘削工程と、
切羽で掘削された掘削土砂を含む排泥水をポンプ圧送するポンプ圧送工程と、
発進地点側の始端から切羽側の終端までの掘進経路の所定地点または当該経路の分岐経路の所定地点で前記排泥水の一次処理を行う一次処理工程と、
を含むことを特徴とする。
【００４９】
本発明によれば、泥水式シールド工法や泥土圧式シールド工法等において、ポンプ圧送される掘削土砂を含む排泥水を、発進地点側の始端から切羽側の終端までの掘進経路の所定地点または当該経路の分岐経路の所定地点で一次処理することにより、中継ポンプの台数を減らし、圧送力も少なくて済むため、省力化が図れ、排出コストを低減できる。
【００５０】
また、本発明に係る他のシールド掘進方法は、所定距離以上の長距離掘進を行うシールド掘進方法において、
シールド掘進機を用いて切羽を掘削する掘削工程と、
切羽で掘削された掘削土砂を含む排泥水をポンプ圧送するポンプ圧送工程と、
発進立坑から到達立坑までの間に設けられる中間立坑の所定地点または中間立坑の地上の所定地点で前記排泥水の一次処理を行う一次処理工程と、
を含むことを特徴とする。
【００５１】
本発明によれば、ポンプ圧送される掘削土砂を含む排泥水を、例えば、発進地点側の始端から切羽側の終端までの掘進経路の中間に設けられた中間立坑の地上で一次処理を行うことにより、中継ポンプの台数を減らすことができ、省力化が図れ、排出コストを低減できる。
【００５２】
特に、点検や換気等のために用いられる中間立坑を利用することにより、新たな立坑を設ける等の作業は不要になるため、省力化とコストの抑制が図られる。
【００５３】
また、前記シールド掘進機から前記所定地点までの距離が所定距離を超えた場合に、前記所定地点を切羽方向に移動した地点を新たな所定地点として設定し、新たな所定地点に一次処理設備を含む処理設備を移設することが好ましい。
【００５４】
これによれば、掘進距離が伸びた場合でも、それに合わせて処理設備を切羽方向に移動して設定したり、新たな処理設備を設けることにより、常に効率的に泥水処理等を行うことができる。
【００５５】
なお、前記所定距離としては、２〜４ｋｍであることが好ましい。２ｋｍ未満では処理設備の移動の手間がかかりすぎる。一方、４ｋｍ以上では中継用のポンプ台数が増えてしまい、新たな中継ポンプの設置の手間がかかるとともに中継ポンプの運転制御が困難となり、効率的な泥水処理等が行えなくなるからである。
【００５６】
また、掘進距離が所定距離になった場合、
前記ポンプ圧送工程で用いられていた前記ポンプの設けられる排泥管の下流側の排泥管を前記処理設備から発進地点付近に設けられる二次処理設備へ向け送る余剰泥水の排泥用輸送管として用いることが好ましい。
【００５７】
これによれば、排泥管をそのまま排泥用輸送管として用いることができ、迅速かつ効率的に処理設備の設置や移動が行える。
【００５８】
また、例えば、発進地点と掘削地点との中間の所定地点に設けられた処理設備で一次処理を行い、発進地点に設けられた処理設備で二次処理を行うことができるため、前記所定地点における処理設備用地を必要最低限の面積とすることができる。また、前記下流側の排泥管には、一次処理後の排泥水のみが流れることになるので、掘削土砂を含む排泥水を圧送する場合に比べて、中継用のポンプ台数を低減することができる。
【００５９】
なお、ここで、余剰泥水とは、一次処理等によって土砂等と分離された泥水のことである。
【００６０】
また、前記掘削工程に先立って、前記切羽へ向け泥水を送る送泥工程を含み、
当該送泥工程は、
掘進経路内で前記切羽へ向け送る切羽安定用の泥水の性状を測定する工程と、
測定結果に基づき、掘進経路内で前記切羽へ向け送る泥水の性状を調整するための薬剤を当該泥水に添加する工程と、
を含むことが好ましい。
【００６１】
これによれば、切羽付近の送泥路で泥水の適切な性状調整を行うことにより、リアルタイムに切羽の安定を図ることができる。
【００６２】
特に、長距離掘進を行う場合に発進立坑の地上設備で作泥を行った場合、切羽に到達するまでに時間がかかってしまうため、地山の性状の急激な変化に対応したリアルタイムの泥水の性状調整が行えない。切羽付近の送泥路で泥水の性状調整を行うことにより、長距離掘進を行う場合でも、リアルタイムに切羽の安定を図ることができる。
【００６３】
また、前記掘削工程に先立って、前記切羽へ向け泥水を送る送泥工程を含み、
当該送泥工程は、
前記発進地点付近で作泥された調整泥水を、前記所定地点付近で貯留する工程と、
前記一次処理で分離された余剰泥水と、貯留された調整泥水とを混合する工程と、
余剰泥水と混合された調整泥水を前記切羽へ向け送る工程と、
を含むことが好ましい。
【００６４】
これによれば、発進地点に比べて切羽に近い所定地点付近で調整泥水を貯留することにより、長距離掘進を行う場合でも、迅速に所望の性状の送泥水を切羽に供給することができる。
【００６５】
なお、調整泥水とは、切羽の安定を図るための泥水の性状（粘性、比重等）を調整した泥水のことであり、具体的には、例えば、ＣＭＣ（Calboxy Methyl Cellurose）や粘土等を用いて作泥された泥水、希釈水等が該当する。
【００６６】
また、前記掘削工程に先立って、前記切羽へ向け泥水を送る送泥工程を含み、
当該送泥工程は、
前記一次処理で分離された余剰泥水を所定の送泥路を介して切羽へ向け送る工程と、
前記発進地点付近で作泥された調整泥水を、前記所定の送泥路とは異なる送泥路を介して切羽へ向け送る工程と、
を含むことが好ましい。
【００６７】
これによれば、調整泥水を貯留せずに余剰泥水の流路とは異なる流路を用いて直接切羽に送ることにより、常に新鮮な調整泥水を切羽に供給することができる。
【００６８】
また、前記掘削工程に先立って、前記切羽へ向け泥水を送る送泥工程を含み、
当該送泥工程は、
前記一次処理で分離された余剰泥水を、所定の送泥路を介して切羽へ向け送る工程と、
前記余剰泥水の性状を測定する工程と、
前記余剰泥水の性状測定結果に基づき、前記発進地点付近で作泥された調整泥水を前記所定の送泥路に供給する工程と、
前記調整泥水と前記余剰泥水とが混合された泥水を前記切羽へ向け送る工程と、
を含むことが好ましい。
【００６９】
これによれば、送泥路内で調整泥水と余剰泥水とを混合することにより、地上で調整泥水と余剰泥水とを混合する場合と比べ、地上に調整泥水を圧送する必要がないため、より少ない労力で性状の調整された送泥水を切羽に送ることができる。
【００７０】
また、余剰泥水の性状を測定し、当該測定結果に基づき前記余剰泥水が所望の性状である場合に前記余剰泥水を前記切羽へ向け送泥し、前記所望の性状でない場合に調整泥水と前記余剰泥水とを混合した泥水を前記切羽へ向け送泥することにより、必要になった場合だけ調整泥水と余剰泥水とを混合した泥水を切羽に送ることにより、常時調整槽等に貯留される余剰泥水の比重を管理する手間が省け、省力化が図れる。
【００７１】
特に、砂質土の地山を掘削する場合、排泥水中に粘土のような細かな粒子が含まれないので、二次処理の必要がない。したがって、上記の調整泥水を切羽へ向け送る各手法を砂質土の地山を掘削する場合に適用することが好ましい。
【００７２】
また、掘進距離が所定距離になった場合、
前記送泥工程で用いられていた前記泥水を送る送泥管の下流側の送泥管を発進地点付近に設けられる発進側送泥設備から前記所定地点に設けられる送泥設備へ向け前記調整泥水を送る送泥用輸送管として用いることが好ましい。
【００７３】
これによれば、送泥管をそのまま送泥用輸送管として用いることができ、迅速かつ効率的に送泥設備の設置や移動が行える。
【００７４】
また、これによれば、必要に応じて新鮮な調整泥水（作泥したままの状態）を前記所定地点の送出設備へ輸送することができるので、前記所定地点での希釈水量を低減することが可能となる。したがって、前記所定地点の設備用地面積を小さくすることができる。
【００７５】
また、前記掘削工程は、
前記切羽に先行掘削溝を所定間隔で形成する先行掘削工程と、
前記先行掘削溝の間の掘り残された地山凸部を固形状態で切り出し切削する後行掘削工程と、
を含むことが好ましい。
【００７６】
これによれば、固形状態で切り出し掘削する場合において、切り出した固形状態の掘削物の排泥水への溶解を低減することができ、効率的に固形状態の掘削物を回収できる。
【００７７】
すなわち、掘進距離が長くなるほど、泥水への掘削物の溶解率が高くなり、回収時には掘削物を固形で回収できず、一次処理で掘削物を分離できないため、二次処理量が多くなるといった問題も発生しうる。
【００７８】
このように、掘進経路の途中で一次処理を行うことにより、泥水にあまり溶解しないうちに掘削物を回収することができ、効率的な泥水処理が行える。
【００７９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を泥水式シールド工法で用いられるシールド掘進機に適用した場合を例に採り図面を参照しつつ説明する。本実施の形態では、主に粘性土質の地山を掘削する場合と、砂質土質の地山を掘削する場合とを例に採り説明する。
【００８０】
（粘性土質の地山を掘削する場合の例）
図１は、従来の泥水式シールド工法の概略図である。
【００８１】
一般に、泥水式シールド工法では、発進立坑１００の地上設備にある性状の調整された泥水が送出用設備の一部である調整槽４から送泥用ポンプ１５により送泥管５０を介して切羽へ向け送られ、切羽の安定が図られながらシールド掘進機１３３が掘進する。
【００８２】
そして、切羽で掘削された土砂と混合された泥水が、排泥用ポンプ３５により排泥管５２を介して発進立坑１００の地上設備にある排出用設備の一部である泥水処理設備で土砂と水との分離が行われ、排出される。
【００８３】
このような送出物や排出物である泥水の輸送を行う場合、掘進距離が長くなるほど輸送距離も長くなり、必要となるポンプの台数も多くなる。
【００８４】
例えば、５ｋｍの掘進を行う場合、図１に示すように、送泥用ポンプ１５−１〜１５−３（３台）、排泥用ポンプ３５−１〜３５−１４（１４台）が必要となる。
【００８５】
５ｋｍを超えるような長距離掘進の場合、このようにポンプ台数が増えてしまう。また、ポンプの台数を増やさないで長距離掘進を行う場合でも、切羽付近の排泥用ポンプには、より強力なポンプ圧送能力が必要となり、多大なコストがかかってしまう。
【００８６】
ところで、このような長距離掘進が行われる場合、トンネル工事中の安全確保等の理由から発進立坑１００から到達立坑２００へ至るまでの経路に中間立坑３００が設けられ、中間立坑３００がトンネル完成後の点検や換気用設備として利用されることもある。
【００８７】
本実施例では、中間立坑３００の地上設備に調整槽４と一次処理設備４０とを配置している。
【００８８】
図２は、本実施の形態の一例に係る泥水式シールド工法の概略図である。また、図３は、本実施の形態の一例に係る中間立坑の地上設備の概略図である。
【００８９】
図１と図２を比較すれば分かるように、本実施例では、中間立坑３００の地上に調整槽４と一次処理設備４０を配置し、発進立坑１００の地上に希釈水槽８と二次処理設備４２とを配置している。
【００９０】
ここでは、掘進距離が所定距離を超えて中間立坑３００を設置した後に発進立坑１００の地上の所定地点からから中間立坑３００の地上の所定地点に調整槽４、一次処理設備４０等の設備を移動させる方式を採用している。
【００９１】
本方式では、元々送泥管５０として用いていた送泥管５０の上流側、すなわち、発進立坑１００側の一部の送泥管５０を、希釈水槽８から調整槽４へ向け送る泥水の送泥用輸送管５１として用いる。
【００９２】
また、同様に、元々排泥管５２として用いていた排泥管５２の下流側、すなわち、発進立坑１００側の一部の排泥管５２を、調整槽４および一次処理設備４０を含む処理設備から二次処理設備４２へ向け送る泥水の排泥用輸送管５３として用いる。
【００９３】
これによれば、もともと配管されていた送泥管５０や排泥管５２の一部を、それぞれ、送泥用輸送管５１、排泥用輸送管５３として流用することができ、迅速かつ効率的に処理設備の設置や移動が行える。
【００９４】
送泥用輸送管５１、排泥用輸送管５３を流れる泥水は送泥管５０や排泥管５２を流れる泥水と異なり、希釈水と余剰泥水を輸送するだけであるため、リアルタイムに輸送される必要はない。
【００９５】
また、排泥時には、一次処理で粒径７５μｍ以上の粗粒分、粘性土塊を分離した後の排泥水を輸送するため、管内の圧力損失も小さく、沈降流速値も小さい。
【００９６】
これらの理由により、処理設備等の移動前に使用されていた送泥管５０や排泥管５２に設けられていた、送泥用ポンプ１５−３や排泥用ポンプ３５―８〜３５−１４を省略することができる。
【００９７】
同様の理由で、輸送用ポンプ７０や輸送用ポンプ７２は、送泥用ポンプ１５や排泥用ポンプ３５と異なり、リアルタイムに泥水を輸送する必要はなく、必要に応じて輸送すればよいため、少ないポンプ台数で発進立坑１００の地上設備と中間立坑３００の地上設備との間で泥水の輸送が行える。
【００９８】
これにより、処理設備等の移動後は、送泥用ポンプ１５は２台、排泥用ポンプ３５は７台あればよく、新たに設けられる輸送用ポンプ７０、７２も低い圧送能力でよいため、省力化とコストの削減が図れる。
【００９９】
次に、本実施例での泥水の流れについて説明する。
【０１００】
まず、調整槽４内の泥水は、調整槽４から切羽へ向け、送泥用ポンプ１５−１により送泥管５０を介して送泥される。
【０１０１】
切羽で掘削された土砂等と混合された排泥水は、切羽から中間立坑３００の地上にある一次処理設備４０へ向け、排泥用ポンプ３５−１により排泥管５２を介して排泥される。
【０１０２】
一次処理設備４０では、一般に、粒径７５μｍ以上の粗粒分および固形状態で回収された粘性土塊が分離され、分離された粗粒分および粘性土塊、土砂ピットで一時的に貯留されてダンプトラックに積み込まれ、建設発生土として処分場に運搬されたり、埋め戻し材、裏込め材、路床材、路盤材等として再利用されたりする。
【０１０３】
一方、粗粒分および粘性土塊が除去された泥水は、ポンプ７１により管５５を介して調整槽４へ送られ、所定の性状に調整され、再び送泥管５０を介してシールド掘進機１３４へ向け送られる。
【０１０４】
調整槽４で生じた余剰泥水は、輸送用ポンプ７２により排泥用輸送管５３を介して発進立坑１００の地上にある二次処理設備４２へ向け送られる。
【０１０５】
二次処理設備４２では、フィルタープレス等を用いて脱水処理を行う。脱水処理された泥水は、産業廃棄物として処分されるか、固化等の処理が行われて再生利用されたりする。
【０１０６】
そして、脱水により生じたろ水は、送泥水用の希釈水として、希釈水槽８に供給され、輸送用ポンプ７０により希釈水槽８から調整槽４へ向け送られる。
【０１０７】
次に、このような処理設備の移動が行われる前の発進立坑１００の地上設備と、処理設備の移動が行われた後の発進立坑１００の地上設備および中間立坑３００の地上設備について詳細に説明する。
【０１０８】
図４は、移動前の発進立坑１００の地上設備の平面図である。
【０１０９】
発進立坑１００の地上付近には、セグメント置き場１９やセグメント等を運搬する天井走行クレーン２０、セグメント等を運搬する資材搬送用トラック２１が配置される。また、裏込め注入設備１６から裏込め材が切羽へ向け供給される。
【０１１０】
一方、切羽から排泥用ポンプ３５により排泥管５２を介して発進立坑１００の地上設備まで送られる排泥水は以下のようにして処理される。
【０１１１】
排泥管５２から排出される泥水は、一次前処理機１に投入されて粒径の大きな土砂等が分離され、一次処理機２に投入されることにより７５μｍ以上の粗粒分が除去される。
【０１１２】
分離除去された土砂等は、ベルトコンベア１３を介して土砂ホッパー１１で一時貯留された後、ダンプトラック２２で場外に搬出される。
【０１１３】
一方、土砂等の分離された泥水は、調整槽４に投入される。調整槽４で発生する余剰泥水は、余剰泥水槽５に投入される。
【０１１４】
そして、ＰＡＣ槽９から余剰泥水槽５内の泥水にＰＡＣ（薬剤の一種）が注入され、混合反応槽６で所定の反応を得た後、混合反応槽６の泥水は、２台のフィルタープレス３−１、３−２に輸送され、圧縮脱水される。このときに発生するろ水は、ろ水槽７に投入される。
【０１１５】
一方、脱水後の脱水ケーキは、ベルトコンベア１４を介してホッパー１２で一時貯留された後、廃棄物運搬車２３で中間処分場まで運搬される。
【０１１６】
また、発進立坑１００の地上設備には、受電設備１７や、中央管理室１８も配置される。
【０１１７】
次に、処理設備の一部を移動した後の発進立坑１００の地上設備と、中間立坑３００の地上設備について説明する。
【０１１８】
図５は、移動後の発進立坑１００の地上設備の平面図である。また、図６は、移動後の中間立坑３００の地上設備の平面図である。
【０１１９】
図６に示すように、一次前処理機１、一次処理機２、調整槽４、送泥用ポンプ１５、中央管理室１８を、発進立坑１００の地上設備から移動して中間立坑３００の地上に配置する。路面下の中間立坑３００から地表面下の配管輸送路３１０を介して一次前処理機１に排泥水が投入される。
【０１２０】
また、新たに、一次前処理機１および一次処理機２で排泥水から分離された土砂等を一時貯留する土砂ピット８０と、土砂ピット８０で一時貯留された固形物（土砂等）をダンプトラック２２に積み込むバックホー８２を設ける。
【０１２１】
さらに、調整槽４の余剰泥水を、排泥用輸送管５３を介して余剰泥水槽５まで圧送するための輸送用ポンプ７２を設ける。これにより、上述した移動前の泥水処理の流れと同様の泥水処理が行われることになる。
【０１２２】
図５に示すように、発進立坑１００の地上には、余剰泥水槽５、混合反応槽６、フィルタープレス３、ろ水槽７、ＰＡＣ槽９、ベルトコンベア１４、ホッパー１２、廃棄物運搬車２３を含む一次処理後の泥水を処理するための泥水処理設備が移動されないで残されている。
【０１２３】
同様に、希釈水槽８、受電設備１７、セグメント置き場１９、天井走行クレーン２０、資材搬送用トラック２１もそのままの状態で残されている。
【０１２４】
また、発進立坑１００の地上設備に、新たに輸送用ポンプ７０を設けている。輸送用ポンプ７０により、作泥後の泥水や希釈水を、中間立坑３００の地上の調整槽４へ向け送泥用輸送管５１を介して輸送する。
【０１２５】
掘進距離に合わせて全ての地上設備を切羽方向に移動することも可能であるが、これらの設備は、大掛かりな設備であるため、設置や移動に時間がかかる上、移動先の地上での占有面積も大きくなってしまう。このため、全ての設備を切羽方向に移動させる方式を採用すると、地上設備設置のための土地確保、設備の移動、掘進停止時間の増大等で多大なコストが発生してしまう。
【０１２６】
本実施の形態のように、点検や換気用に用いられる小径の中間立坑３００をそのまま使用し、発進立坑１００の地上設備と中間立坑３００の地上設備とで分散処理を行うことにより、低コストで効率的な掘進および泥水処理が行える。
【０１２７】
また、一般に、シールド掘進機１３４から中間立坑３００までの距離が所定距離を超えた場合には、新たな中間立坑が設けられる。この場合、元の中間立坑３００にあった一次処理設備４０等を、新たな中間立坑の地上設備に移動させることが好ましい。
【０１２８】
これにより、掘進距離が伸びた場合でも、それに合わせて処理設備を切羽方向に移動して設定したり、新たな処理設備を設けることにより、常に効率的に泥水処理等を行うことができる。
【０１２９】
また、本実施の形態では、中間立坑３００の平面的な大きさとしては、少なくとも送泥管５０、送泥用輸送管５１、排泥管５２、排泥用輸送管５３が配管できればよい。したがって、あらかじめ点検や換気用に設けられる中間立坑が計画されていない場合であっても、チェックボーリング孔を利用したり、新たにボーリング孔を構築して中間立坑３００として利用することも可能である。
【０１３０】
なお、前記所定距離としては、２〜４ｋｍであることが好ましい。２ｋｍ未満では処理設備の移動の手間がかかりすぎる。一方、４ｋｍ以上では中継用のポンプ台数が増えてしまい、新たな中継用のポンプの設置や当該ポンプの制御の手間がかかり、効率的な泥水処理等が行えなくなるからである。
【０１３１】
（リアルタイム切羽安定管理システムの説明）
また、一般には、発進立坑１００の地上設備で作泥した調整泥水をシールド掘進機１３４のチャンバーに供給し、切羽の安定を図っているが、長距離掘進の場合には、特に、よりリアルタイムに切羽の安定を図る必要がある。
【０１３２】
このため、図２に示すように、切羽付近の送泥管５０に切羽安定管理システム４９を設けてもよい。
【０１３３】
図７は、本実施の形態の一例に係る切羽安定管理システム４９の概略図である。
【０１３４】
シールド掘進機１３４は、掘進用のビットの設けられるカッターヘッド１２２と、隔壁１４１と、カッターヘッド１２２および隔壁１４１の間に形成される空間であって泥水の供給されるチャンバー１４２とを含み、カッターヘッド１２２を回転させて切羽４６を掘削する。
【０１３５】
切羽安定管理システム４９は、チャンバー１４２に泥水を供給するための送泥管５０にスタティックミキサー５４と、粘性計６０とを設けている。また、切羽安定管理システム４９は、増粘剤タンク５６と分散剤タンク５８と制御装置６２とを含む。
【０１３６】
粘性計６０で測定された泥水粘性の測定結果は、制御装置６２に伝達される。制御装置６２は、泥水の粘性に応じて増粘剤タンク５６または分散剤タンク５８から増粘剤（粘性を高めるための薬剤）または分散剤（粘性を低下させるための薬剤）をスタティックミキサー５４に投入する。
【０１３７】
スタティックミキサー５４では増粘剤や分散剤が泥水に均等に混合され、混合後の泥水が、粘性計６０を介してチャンバー１４２に送られる。そして、チャンバー１４２において切羽４６に作用する土水圧の大きさに応じた泥水圧を加えることにより、切羽４６の安定が図られる。
【０１３８】
スタティックミキサー５４通過後の泥水の粘性を粘性計６０で測定し、制御装置６２を用いて薬剤の添加をフィードバック制御することにより、泥水の粘性、比重、泥膜形成性を適切に調整し、リアルタイムに切羽４６の安定を図ることができる。
【０１３９】
特に、長距離掘進を行う場合、発進立坑１００の地上で作泥した泥水をそのまま切羽４６へ送っていたのでは、送泥管５０を介して行われる輸送にかかる時間が長くなるため、切羽４６の性状の急変に対応して送泥水を適切な性状に調整することは困難である。
【０１４０】
このように、切羽４６付近の送泥管５０で切羽４６の性状に応じてほぼリアルタイムに送泥水の性状を調整し、リアルタイムに切羽４６の安定を図ることにより、長距離掘進を行う場合でも、切羽４６で所望の安定化作用等を発現させ、適切に掘進を行うことができる。
【０１４１】
以上のように、本実施の形態によれば、必要とされるポンプ台数を減らし、省力化とコスト削減を図ることができる。
【０１４２】
（固形回収の説明）
ところで、長距離掘進を行う場合、掘削土砂を、もともと地山の有していた強度を保持したままで回収することも考慮する必要がある。
【０１４３】
すなわち、一次処理で分離される土砂等の一次処理土は、普通土として取り扱うことができるが、二次処理で分離される汚泥等の二次処理土は、産業廃棄物として取り扱う必要がある。産業廃棄物として取り扱われると、管理型処分場における管理等の必要が生じ、環境への影響も大きく、処分コストも高くなる。
【０１４４】
したがって、掘削した地山をできるだけ一次処理土として回収することが好ましい。本出願人らは、掘削した地山をできるだけ一次処理土として回収するために、先行ビットで掘削された先行掘削溝の間の土砂を後行ビットを用いて固形の状態で切り出し掘削し、固形状態の掘削土砂として一次処理設備まで輸送する固形回収型シールド掘進機を提供している。
【０１４５】
しかし、長距離掘進を行う場合、長距離の流体輸送により固形分が泥水に溶解してしまい、一次処理を行う段階で、固形状の掘削土砂として回収できず、泥状となって汚泥と判定され、産業廃棄物として取り扱われる事態も生じうる。
【０１４６】
そこで、本出願人は、長距離掘進を行う場合でも排泥中の固形分の泥水への溶解を抑制し、できるだけ一次処理で回収できるように、掘進経路またはその分岐路の途中（本実施例では中間立坑３００の地上設備）に一次処理設備４０を設け、溶解が進行しないうちに固形状態で掘削土砂等を回収できるようにした。
【０１４７】
以下に、固形状態で掘削土砂等を回収する方式について説明する。
【０１４８】
図８は、本実施の形態の一例に係るカッターヘッド１２２の正面図である。
【０１４９】
シールド掘進機１３４のカッターヘッド１２２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１８０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１９０が配置されている。なお、本実施例では、後行ビット１９０は、カッターヘッド１２２の一部であるスポーク１２３上に設けられている。
【０１５０】
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。
【０１５１】
先行ビット１８０および後行ビット１９０は、地山をほぼ一定の大きさで切り出し掘削するよう、カッターヘッド１２２の回転に伴って生じる位相差を考慮した上で、カッターヘッド１２２に配置されている。
【０１５２】
例えば、図８に示す２点鎖線は、各先行ビット１８０の軌跡であり、各先行ビット１８０の各軌跡がほぼ等間隔になるよう、先行ビット１８０がカッターヘッド１２２に配置され、各軌跡の間、すなわち、先行ビット１８０で掘削されなかった地山を掘削するよう後行ビット１９０がカッターヘッド１２２に配置されている。
【０１５３】
本実施の形態によれば、先行掘削溝相互の間隔を、例えば、排泥用ポンプ３５内部の羽根体相互の純間隔Ｌと同程度にすることにより、カッターヘッド１２２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。
【０１５４】
これにより、掘削物１１０の大きさを排泥用ポンプ３５等の輸送設備に詰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、適切な大きさの固形分として流体輸送することができる。
【０１５５】
なお、後行ビット１９０として機能させるものとしては、通常のシールド掘進機におけるメインビット等を利用できる。
【０１５６】
また、地山の特性やシールド掘進機１３４の大きさに応じて先行ビット１８０および後行ビット１９０の配置を調整することにより、各地山に最適な掘削を行うことができる。なお、ここで、ビットの配置とは、カッターヘッド１２２上における単なる平面的な位置だけでなく、先行ビット１８０および後行ビット１９０の切削高さや切削角度の調整も含む。
【０１５７】
また、本実施の形態によれば、先行ビット１８０により地山を筋状に掘削し、先行ビット１８０で掘削されなかった部分を後行ビット１９０により切り出し掘削することができる。これにより、先行ビット１８０と後行ビット１９０を異なる役割とし、効率的に掘削することができる。
【０１５８】
また、各先行ビット１８０によって形成される先行掘削溝の切削幅および切削深さについても、純間隔Ｌを超えない大きさとすることにより、排泥用ポンプ３５等の輸送設備が閉塞しない大きさで切羽２００の切削が行われる。
【０１５９】
すなわち、先行ビット１８０により所定間隔で切羽２００に筋状の先行掘削溝を形成する。これにより、切羽２００に凹凸が形成されて掘削自由面が多くなり、後行ビット１９０による掘削効率を高めることができる。
【０１６０】
そして、先行掘削溝の間に残された地山の凸部を後行ビット１９０で掘り起こし、土砂の骨格構造を地山状態と同様に保持しながら排泥用ポンプ３５等の輸送設備が閉塞しないできるだけ大きな土塊として切り出し掘削する。
【０１６１】
この場合、カッターヘッド１２２の回転によって先行掘削溝の形成と固形状態での切り出し掘削が行われるため、シールド掘進機２の掘進速度やカッターヘッド１２２の回転速度を考慮して先行ビット１８０および後行ビット１９０をカッターヘッド１２２に配置することが重要となる。なぜなら、それぞれのビット１８０、１９０の配置位置により、カッターヘッド１２２の回転に伴う位相角が異なるため、配置位置の相違が掘削地山への切削深さの相違となって表れるからである。
【０１６２】
したがって、最も単純な先行ビット１８０と後行ビット１９０の組み合わせとしては、一対の先行ビットＭによって形成された先行掘削溝の間の地山を切り出し掘削する後行ビットＮは、前記一対の先行ビットＭに対して、できるだけ位相角が遅れないように配置することが好ましい。
【０１６３】
このように、先行ビット１８０による先行掘削溝の形成と後行ビット１９０による切り出し掘削との時間差を小さくすることにより、地山と同等の骨格構造を保持した状態での切り出し掘削が可能となる。
【０１６４】
このため、先行ビット１８０と、この先行ビット１８０に対応する後行ビット１９０は、位相角のずれが９０度以内となるようカッターヘッド１２２に配置することが好ましい。
【０１６５】
さらに、本願発明では、大口径のシールドトンネルにおいても、固形状態での切り出し掘削を効率的に行えるように、先行ビット１８０および後行ビット１９０の少なくとも一部が、カッターヘッド１２２の回転に伴って同一の軌跡を描くように配置されている。
【０１６６】
なお、カッターヘッド１２２が回転する方向は、反時計回りだけでなく時計回り（図８に示す矢印と反対方向）にも回転駆動される。すなわち、カッターヘッド１２２は正逆両方向に回転駆動され、これに合わせて正転用の先行ビット、後行ビットと逆転用の先行ビット、後行ビットがカッターヘッド１２２には配置されている。
【０１６７】
このようなビット配置とすることにより、それぞれの先行ビット１８０がカッターヘッド１２２の回転に伴って異なる位相角で回転するので、異なる切削深さで先行掘削溝を形成することになる。すなわち、第１の先行ビットが形成した第１の先行掘削溝を、第２の先行ビットがシールド掘進機の掘進した分だけ（同一のビット長であっても）より深く切削した第２の先行掘削溝を形成する。
【０１６８】
したがって、掘削地山が硬質の固結土層で所望の先行掘削溝の切削深さが１回の先行掘削で得られない場合には、カッターヘッド１２２が１回転する間に複数回に分けて先行掘削を行うことになり、所望の先行掘削溝の切削深さを確実に得ることができる。
【０１６９】
さらに、カッターヘッド１２２が１回転する間に、先行掘削溝の形成と、切り出し掘削とを交互に行うことにより、一次処理設備での固形回収量の向上が図られ、二次処理土量が減少する。したがって、通常より発生土の処分も効率的に行えるので、掘削効率が著しく向上し、トンネル構築の工期の一層の短縮に寄与できる。
【０１７０】
さらに、本実施の形態においては、図８に示すように、カッターヘッド１２２の周縁部の後行ビット１９０に関してビット自体を大きく形成し、切削幅を前記先行掘削溝の間隔より大きくするように構成してもよい。このように構成することにより、先行掘削溝間に掘り残された複数の地山凸部を同時に切り出し掘削することができる。
【０１７１】
特に、大口径の円形シールドトンネルになると、カッターヘッド１２２の回転に伴う切削距離は、中心部に比べて周縁部では著しく長く、かつ、高速度となるため、ビットの耐久性が問題となる。
【０１７２】
したがって、前述のように、カッターヘッド１２２の周縁部において、回転中心から同一の半径位置に先行ビット１８０や後行ビット１９０を複数配置することにより、複数の先行ビット１８０および後行ビット１９０がカッターヘッド１２２の回転に伴って同一の軌跡を描くように地山を切削する。これにより、ビットの摩耗を防止することができる。また、後行ビット１９０自体を大きくして地山の切削抵抗に対抗できる設置強度が得られるように構成してもよい。
【０１７３】
次に、切り出し掘削の概念をより明確にするため、先行ビット１８０と後行ビット１９０による地山の掘削状態について説明する。
【０１７４】
図９は、先行ビット１８０と後行ビット１９０による地山の掘削状態を平面的に示す概略図であり、同図（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。
【０１７５】
上述したように、複数の先行ビット１８０により形成された先行掘削溝の間の地山を、後行ビット１９０で切り出し掘削するよう、複数の先行ビット１８０および後行ビット１９０はカッターヘッド１２２に配置されている。
【０１７６】
まず、初期状態では、図９（Ａ）に示すように切羽４６の掘削予定部分の地山４００の掘削面４１０は平坦な状態である。
【０１７７】
シールド掘進機１３４は矢印の方向に掘進する。シールド掘進機１３４が掘進すると、図９（Ａ）の状態から図９（Ｂ）に示す状態になる。この状態では、先行ビット１８０が後行ビット１９０に先行して掘削予定部分の地山４００を筋状に掘削することにより、地山４００の掘削面４１０に先行掘削溝４３０−１、４３０−２が形成される。
【０１７８】
先行掘削溝４３０−１、４３０−２は、その深さ、すなわち、切削深さＬ２がほぼＬ、先行掘削溝４３０−１、４３０−２間の間隔Ｌ１もほぼＬになっている。ここで、Ｌは、上述した排泥用ポンプ３５を閉塞させない最大の大きさである。なお、Ｌ３は、先行掘削溝４３０−１、４３０−２自体の幅を示す。
【０１７９】
また、先行掘削溝４３０−１、４３０−２の溝幅、すなわち、切削幅Ｌ３もＬ以下になっている。これにより、先行掘削により生じる掘削物１１０もＬ以下の大きさとなり、当該掘削物１１０も輸送設備を閉塞させずに坑外へ搬出できる。
【０１８０】
図９（Ｂ）に示す状態では、掘削予定部分の地山４００のうち先行掘削溝４３０−１、４３０−２の間に突出長および突出幅がＬ以下の帯状凸部が地山として掘り残された状態となっている。
【０１８１】
この状態で、掘り残された帯状凸部の一部を切り出し掘削することにより、掘削物１１０が地山４００から切り出され、図９（Ｃ）に示す状態となり、新たな掘削面４２０が形成される。
【０１８２】
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）の掘削手順を繰り返すことにより、継続して切り出し掘削が行われる。
【０１８３】
以上のように、切り出し掘削が行われる場合において、切り出された固形状態の掘削物１１０の排泥水への溶解を低減することができ、効率的に固形状態の掘削物１１０を回収できる。
【０１８４】
すなわち、掘進距離が長くなるほど、泥水への掘削物１１０の溶解率が高くなり、回収時には掘削物１１０を固形で回収できず、一次処理で掘削物１１０を分離できないため、二次処理量が多くなるといった問題も発生しうる。
【０１８５】
このように、掘進経路の途中で一次処理を行うことにより、泥水にあまり溶解しないうちに掘削物を回収することができ、効率的な泥水処理が行える。
【０１８６】
以上の構成を採用することにより、一次処理で回収される一次処理土と、二次処理で回収される二次処理土との比率は次図に示すようになると予想される。
【０１８７】
図１０は、一次処理土と二次処理土との比率を示すグラフである。
【０１８８】
このグラフに示すように、長距離掘進を行う場合（ここでは５ｋｍの掘進を想定）、従来方式では、普通残土として回収できるのは全体の回収土の１割未満である。
【０１８９】
上述した固形回収を行うが中間立坑での一次処理を行わない省面積立坑方式の場合、普通残土として回収できるのは全体の回収土の３割強まで増加する。
【０１９０】
さらに、固形回収を行い、中間立坑での一次処理も行う中間立坑方式の場合、普通残土として回収できるのは全体の回収土の４割強まで増加すると予想される。
【０１９１】
このように、固形回収と中間立坑での一次処理を行うことにより、長距離掘進を行う場合でも、一次処理土の二次処理土に対する比率を高め、環境への影響の低減、省力化および低コスト化を図れる。
【０１９２】
なお、中間立坑３００の地上設備の配置は上述した例に限定されず、種々の変形が可能である。
【０１９３】
（中間立坑の地上設備の変形例）
図１１は、本実施の形態の他の一例に係る中間立坑３００の地上設備の概略図である。
【０１９４】
本実施例では、中間立坑３００の地上設備は、排泥管５２を介して排泥水が供給され、７５μｍ以上の粗粒分を分離する一次処理設備４０と、一次処理設備４０からポンプ７１により管５５を介して排泥水の供給される第１の調整槽４ａと、第１の調整槽４ａから送泥水の一部となる泥水が供給される第２の調整槽４ｂとを含む。
【０１９５】
なお、一次処理設備４０は、より具体的には、排泥水の供給される振動篩と、複数台のサイクロンとを含んで構成されている。一次処理設備４０では、振動篩で分離された泥水がサイクロンによって分級され、分級後のアンダー泥水が再び振動篩に供給され、分級後のオーバー泥水が第１の調整槽４ａに供給される。
【０１９６】
第１の調整槽４ａは、供給された排泥水を図示しないポンプを用いて一次処理設備４０に供給して粗粒分を循環的に分離するとともに、供給された排泥水を図示しないポンプを用いて第２の調整槽４ｂにも泥水を供給する。
【０１９７】
なお、より具体的には、第１の調整槽４ａから第２の調整槽４ｂに泥水を供給する際にも、一次処理設備４０のサイクロンで分級を行い、そのオーバー泥水を第２の調整槽４ｂに供給する。
【０１９８】
また、第１の調整槽４ａは、余剰泥水が発生した場合、その余剰泥水を、輸送用ポンプ７２を用いて排泥用輸送管５３を介して余剰泥水槽５へ向け送る。余剰泥水槽５から二次処理設備４２に送られ、上述した泥水処理が行われる。
【０１９９】
また、第２の調整槽４ｂでは、第１の調整槽４ａからシルト粘土を含む泥水が供給されるとともに、希釈水槽８から送泥用輸送管５１を介して送られる希釈水が供給される。
【０２００】
希釈することにより、第２の調整槽４ｂ内の泥水の比重は、第１の調整槽４ａ内の泥水の比重に比べて低くなる。この低比重の泥水を切羽４６へ向け送ることにより、送泥用ポンプ１５等の負荷が減り、省力化できる。
【０２０１】
また、一般に、送泥用の泥水の比重は、排泥用の泥水の比重よりも低いため、１つの調整槽のみを用いる場合、調整槽に多量の希釈水を投入する必要がある。
【０２０２】
このように、２つの調整槽４ａ、４ｂを用いることにより、第２の調整槽４ｂに供給される泥水は低比重となるため、希釈水槽８からの希釈水の投入量をなくしたり低減することができるため、省力化が図れる。
【０２０３】
次に、このような２つの調整槽４ａ、４ｂを用いて砂質土質の地山を掘削する場合について説明する。
【０２０４】
（砂質土質の地山を掘削する場合の例）
図１３は、本実施の形態の一例に係る砂質土掘削を行う場合の泥水式シールド工法の概略図である。
【０２０５】
砂質土の場合、粘土のような細かい粒子が排泥水中に含まれないため、一次処理設備４０で土砂を分離できる。これにより、発進立坑１００の二次処理設備４２は不要となる。
【０２０６】
また、砂質土の地山を掘削する場合、発進立坑１００の地上に作泥設備３０を設ける。作泥設備３０は、具体的には、ＣＭＣ溶解槽と、作泥槽とを含んで構成される。
【０２０７】
図１３に示す形態では、作泥設備３０で、粘土とＣＭＣとを用いて作泥が行われ、調整泥水が生成され、作泥設備３０に設けられたポンプを用いて中間立坑３００の地上設備にある調整槽４ｂに調整泥水が送られる。
【０２０８】
排泥管５２からの排泥水は、一次処理設備４０で処理され、サイクロンのオーバー泥水が調整槽４ａに投入される。
【０２０９】
調整槽４ａの泥水は一次処理設備４０に設けられるサイクロンでさらに分級され、そのオーバー泥水が調整槽４ｂに投入される。
【０２１０】
調整槽４ｂでは、調整槽４ａからの泥水と、作泥設備３０からの調整泥水とが混合され、所望の性状に調整された調整泥水が送泥管５０を介して切羽へ向け送泥される。これにより、切羽掘削時の切羽の安定が図られる。
【０２１１】
また、余剰泥水と作泥設備３０からの調整泥水とを調整槽４ｂで混合するのではなく、掘進経路内において混合してもよい。
【０２１２】
図１４は、本実施の形態の他の一例に係る砂質土掘削を行う場合の泥水式シールド工法の概略図である。
【０２１３】
図１４に示す形態では、送泥用輸送管５１と、送泥管５０とを所定の接続地点で接続し、当該接続地点に調整槽４ｂからの管５７を接続する。
【０２１４】
そして、送泥用輸送管５１に作泥設備３０からの調整泥水の粘性、流量を測定する性状測定装置を設け、管５７に調整槽４ｂからの余剰泥水の粘性、流量を測定する性状測定装置を設ける。
【０２１５】
また、送泥用輸送管５１にバルブ５９を設け、所定の制御装置で、上記接続地点で適切な性状の送泥水となるように、性状測定装置の測定結果に基づき、バルブ５９の開閉を制御する。
【０２１６】
さらに、上記接続地点の上流側の送泥管５０にスタティックミキサー５４を設け、調整泥水と余剰泥水とがスタティックミキサー５４を経過することにより、良好に混合するようにする。
【０２１７】
このように、送泥路（送泥管５０）で調整泥水と余剰泥水とを混合する手法によれば、図１３を用いて説明した調整槽４ｂで調整泥水と余剰泥水とを混合する手法に比べて必要になった時点で調整泥水を送ればよいため、送泥における省力化が図れる。具体的には、例えば、余剰泥水の比重が下がりすぎた場合に作泥設備３０から調整泥水を送ればよい。
【０２１８】
さらに、余剰泥水と作泥設備３０からの調整泥水とを直接シールド掘進機１３４内のチャンバーに供給してもよい。
【０２１９】
図１５は、本実施の形態の他の一例に係る砂質土掘削を行う場合の泥水式シールド工法の概略図である。
【０２２０】
図１５に示す形態では、送泥用輸送管５１によって作泥設備３０とシールド掘進機１３４内のチャンバー（実際にはチャンバーの隔壁）とを接続し、送泥管５０によって調整槽４ｂと上記チャンバーとを接続する。
【０２２１】
これにより、チャンバーに直接調整泥水と余剰泥水とが供給され、チャンバー内で調整泥水と余剰泥水とが混合される。
【０２２２】
このように、チャンバーに調整泥水と余剰泥水とを直接供給する手法によれば、図１３を用いて説明した調整槽４ｂで調整泥水と余剰泥水とを混合する手法に比べて必要になった時点で調整泥水を送ればよいため、送泥における省力化が図れる。具体的には、例えば、逸泥が発生した場合に作泥設備３０から調整泥水を送ればよい。また、チャンバーに直接調整泥水を送ることにより、常に新鮮な調整泥水を切羽に供給できるため、常に安定した切羽の管理を行うことが可能となる。
【０２２３】
（変形例）
以上、中間立坑３００の地上に一次処理設備４０等を設けた例について説明してきたが、中間立坑３００の内部に一次処理設備４０等を設けることも可能である。さらに、一次処理設備４０等をトンネル３６内部の拡幅部に設けてもよい。
【０２２４】
図１２は、本実施の形態の一例に係る拡幅部の平面図であり、同図（Ａ）は直進路における拡幅部３２０の平面図であり、同図（Ｂ）は分岐路における拡幅部３２２の平面図である。
【０２２５】
例えば、トンネル３６の構築目的が地下鉄開設であって駅が設けられる場合、図１２（Ａ）に示すように、トンネル３６の駅が設けられる部分は平面的に見て横に広がった拡幅部３２０が設けられることになる。
【０２２６】
このような場合、拡幅部３２０に、調整槽４や一次処理設備４０を設け、上述した処理を行うことができる。
【０２２７】
同様に、トンネル３６に分岐路３７が設けられる場合、図１２（Ｂ）に示すように、トンネル３６の分岐地点は平面的に見て横に広がった拡幅部３２２が設けられることになる。
【０２２８】
このような場合も、拡幅部３２２に、調整槽４や一次処理設備４０を設け、上述した処理を行うことができる。
【０２２９】
これによれば、拡幅部３２０、３２２に送出用設備である調整槽４等や、排出用設備である一次処理設備４０等を設けることにより、通常の経路内を搬送されるセグメントの搬送等を妨げずに一次処理等を行うことができる。
【０２３０】
また、このトンネル３６内部に処理設備等を設ける方式は、中間立坑３００の地上に処理設備を設置するための土地が確保できない場合にも適用できる。
【０２３１】
なお、上述した実施例では、本発明を泥水式シールド工法に適用した例について説明したが、泥水式シールド工法以外の土圧式シールド工法等にも適用できる。
【０２３２】
また、泥水のほか、セグメント、管、レール等の掘進に伴って補充が必要なものを送出するための送出用設備を中間立坑３００等に設けてもよい。この場合は、例えば、レール等によって送出されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の泥水式シールド工法の概略図である。
【図２】本実施の形態の一例に係る泥水式シールド工法の概略図である。
【図３】本実施の形態の一例に係る中間立坑の地上設備の概略図である。
【図４】移動前の発進立坑の地上設備の平面図である。
【図５】移動後の発進立坑の地上設備の平面図である。
【図６】移動後の中間立坑の地上設備の平面図である。
【図７】本実施の形態の一例に係る切羽安定管理システムの概略図である。
【図８】本実施の形態の一例に係るカッターヘッドの正面図である。
【図９】先行ビットと後行ビットによる地山の掘削状態を平面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１０】一次処理土と二次処理土との比率を示すグラフである。
【図１１】本実施の形態の他の一例に係る中間立坑の地上設備の概略図である。
【図１２】本実施の形態の一例に係る拡幅部の平面図であり、（Ａ）は直進路における拡幅部の平面図であり、（Ｂ）は分岐路における拡幅部の平面図である。
【図１３】本実施の形態の一例に係る砂質土掘削を行う場合の泥水式シールド工法の概略図である。
【図１４】本実施の形態の他の一例に係る砂質土掘削を行う場合の泥水式シールド工法の概略図である。
【図１５】本実施の形態の他の一例に係る砂質土掘削を行う場合の泥水式シールド工法の概略図である。
【符号の説明】
１  一次前処理機
２  一次処理機
３  フィルタープレス
４  調整槽
５  余剰泥水槽
６  混合反応槽
７  ろ水槽
８  希釈水槽
９  ＰＡＣ槽
１１、１２  土砂ホッパー
１３、１４  ベルトコンベア
１５  送泥用ポンプ
１６  裏込め注入設備
１７  受電設備
１８  中央管理室
１９  セグメント置き場
２０  天井走行クレーン
２１  資材搬送用トラック
２２  ダンプトラック
２３  廃棄物運搬車
３０  作泥設備
３５  排泥用ポンプ
３６  トンネル
３７  分岐路
４０  一次処理設備
４２  二次処理設備
４９  切羽安定管理システム
５０  送泥管
５２  排泥管
５４  スタティックミキサー
５６  増粘剤タンク
５８  分散剤タンク
６０  粘性計
６２  制御装置
７０、７２  輸送用ポンプ
８０  土砂ピット
８２  バックホー
１００  発進立坑
１２２  カッターヘッド
１２３  スポーク
１３４  シールド掘進機
１４１  隔壁
１４２  チャンバー
１８０  先行ビット
１９０  後行ビット
２００  到達立坑
３００  中間立坑
３２０、３２２  拡幅部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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