土砂搬出方法及び土砂搬出システム
【課題】トンネルを掘削する掘削手段と、掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段とを用いてトンネルを施工するにあたり、特に、単位時間当たりの、掘削手段による土砂の掘削量より、搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合において、土砂を掘削現場から効率的に搬出する土砂搬出方法及びそれを用いた土砂搬出システムを提供する。
【解決手段】シールドマシン１０により掘削された土砂を掘削現場から搬出する方法は、土砂ストック装置１４の前段に、シールドマシン１０により掘削された土砂を一時的に貯蔵し、当該貯蔵した土砂を土砂スラリー化装置１６に導入する土砂ストック装置１４を設け、トンネル２の施工工程に、シールドマシン１０によりトンネル２を掘削する掘削期間と、シールドマシン１０によりトンネル２を掘削しない掘削休止期間とを設定し、掘削期間と掘削休止期間との両期間において、土砂ストック装置１４において土砂に泥水を混合することにより作製されたスラリーを、排泥ポンプ１８により搬出させる。
【解決手段】シールドマシン１０により掘削された土砂を掘削現場から搬出する方法は、土砂ストック装置１４の前段に、シールドマシン１０により掘削された土砂を一時的に貯蔵し、当該貯蔵した土砂を土砂スラリー化装置１６に導入する土砂ストック装置１４を設け、トンネル２の施工工程に、シールドマシン１０によりトンネル２を掘削する掘削期間と、シールドマシン１０によりトンネル２を掘削しない掘削休止期間とを設定し、掘削期間と掘削休止期間との両期間において、土砂ストック装置１４において土砂に泥水を混合することにより作製されたスラリーを、排泥ポンプ１８により搬出させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルを掘削する掘削手段（例えば、シールドマシン）と、掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段（例えば、ベルトコンベアや排泥ポンプ）とを用いてトンネルを施工するにあたり、特に、単位時間当たりの、掘削手段による土砂の掘削量より、搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合において、掘削現場から土砂を効率的に搬出する土砂搬出方法及びそれを用いた土砂搬出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドマシンを使用して地盤を掘削しトンネルを構築するシールド工法の一つに、シールドマシン内の土圧室に掘削した土砂を充満させて、この土圧によって切羽土圧及び地下水圧等に対抗させて切羽を安定させる泥土圧式シールド工法がある。
【０００３】
かかる泥土圧式シールド工法では、掘削された土砂を掘削現場から搬出する際に、掘削現場で掘削した土砂に泥水を混合してスラリーを作製し、当該スラリーを排泥ポンプによりパイプを介してトンネル２の外部まで圧送して搬出する方式を採ることがある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、シールド工法によるトンネル施工において、掘削された土砂に泥水を加えてスラリー化させ、トンネルから搬出するとともに、トンネルから搬出したスラリー化した土砂から泥水を分離し、分離された泥水を掘削現場に再度供給して掘削された土砂に加える泥水の循環システムが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−４１８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように掘削した土砂を排泥ポンプにより搬出すべくスラリー化するためには、通常、土砂の量に対して数倍の泥水を加える必要がある。すなわち、排泥ポンプは、シールドマシンにより掘削される土砂の量の何倍もの容量のスラリーを搬送する必要がある。
【０００６】
さらに、トンネル施工途中にシールドマシンの掘進速度を当初の施工計画よりも速めたい場合、それによって掘削される土砂の量が増加し、その土砂の増加分に対してさらに数倍の泥水が加えられるので、スラリーの容量が増大してしまい、当初の施工計画によりスラリーの排出量を見積もって採用された排泥ポンプでは、スラリーを搬出できないことがある。
【０００７】
かかる対策として、例えば、排出能力を向上させた排泥ポンプに変更することが考えられるが、大型の排泥ポンプは、小断面のトンネルでは寸法制限により設置できないおそれがある。
また、トンネル内に大型の排泥ポンプを設置できたとしても、排泥ポンプの大型化によって施工コストが増大するとともに、坑内の作業スペースが狭小になり安全性を確保する点で不利になるおそれもある。
【０００８】
一方、特許文献１に記載の泥水の循環システムの技術には、特に、このような問題に対する対策が講じられていない。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、トンネルを掘削する掘削手段（例えば、シールドマシン）と、掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段（例えば、ベルトコンベアや排泥ポンプ）とを用いてトンネルを施工するにあたり、特に、単位時間当たりの、掘削手段による土砂の掘削量より、搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合において、掘削現場から土砂を効率的に搬出する土砂搬出方法及びそれを用いた土砂搬出システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明は、トンネルを掘削する掘削手段と、前記掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段とを用いてトンネルを施工するにあたり、単位時間当たりの、前記掘削手段によって掘削される土砂の掘削量より、前記搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合における、土砂搬出方法であって、
前記搬出手段の前段に、前記掘削手段により掘削された土砂を一時的に貯蔵し、当該貯蔵した土砂を前記搬出手段に導入する土砂貯蔵手段を設け、
前記搬出手段により前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を搬出させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の土砂搬出方法によれば、単位時間当たりの、掘削手段によって掘削される土砂の掘削量より、搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合であっても、掘削期間内に搬出手段によって搬出できない土砂を土砂貯蔵手段に一時的に貯蔵することができ、掘削休止期間に、掘削期間に搬出手段によって搬出できなかった土砂を、搬出手段によって搬出することができるので、搬出手段の搬出量を増大させることなく、土砂を効率的に掘削現場から搬出することができる。
【００１２】
また、本発明において、前記搬出手段は、前記トンネルの施工工程において、前記掘削手段によりトンネルを掘削する掘削期間のうち少なくとも一部の期間と、前記掘削手段によりトンネルを掘削しない掘削休止期間のうち少なくとも一部の期間とに、前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を搬出することとしてもよい。
【００１３】
また、本発明において、前記掘削休止期間内に前記搬出手段が前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂のすべてを搬出できるように、前記掘削休止期間を設定することとしてもよい。この構成によれば、土砂が土砂貯蔵手段から溢れないようにするための掘削休止期間を効率的に設定できる。
【００１４】
また、本発明において、前記掘削期間終了時に前記掘削手段により掘削された土砂を貯蔵できるように、前記土砂貯蔵手段の容量を設定することとしてもよい。この構成によれば、土砂が土砂貯蔵手段から溢れないようにするための土砂貯蔵手段の容量を効率的に設定することができる。
【００１５】
また、本発明において、前記掘削手段として、シールドマシンを用い、前記掘削期間として、前記シールドマシンによるセグメントの１リング分の幅を掘削する期間を設定し、前記掘削休止期間として、前記シールドマシンによって掘削されたトンネルの内壁に前記セグメントを１リング組み立てる期間を設定することとしてもよい。この構成によれば、シールドマシンにより掘削され、土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を、セグメント組み立て期間を有効に利用して搬出手段により搬出することができる。
【００１６】
また、本発明において、前記搬出手段として、前記土砂貯蔵手段から土砂を導入するとともに、前記導入した土砂に泥水を混合してスラリーを作製する土砂スラリー化装置と、前記土砂スラリー化装置で作製されたスラリーを掘削現場から搬出する排泥ポンプとを用いることとしてもよい。この構成によれば、シールド工法で掘削された土砂を搬出するためによく用いられるズリトロ（土砂を運搬して運び出すトロッコ）を使用した方法と比べて、軌道設備を簡素化することができるので、狭小な坑内において安全性を確保することができる。
【００１７】
また、本発明は、トンネルを掘削する掘削手段と、前記掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段とを備え、トンネルを施工するにあたり、単位時間当たりの、前記掘削手段によって掘削される土砂の掘削量より、前記搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合において使用される、土砂搬出システムであって、前記搬出手段の前段に、前記掘削手段により掘削された土砂を一時的に貯蔵し、当該貯蔵した土砂を前記搬出手段に導入する土砂貯蔵手段を備え、前記搬出手段が、前記トンネルの施工工程において、前記掘削手段によりトンネルを掘削する掘削期間と、前記掘削手段によりトンネルを掘削しない掘削休止期間との両期間において、前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を搬出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、トンネルを掘削する掘削手段（例えば、シールドマシン）と、掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段（例えば、ベルトコンベアや排泥ポンプ）とを用いてトンネルを施工するにあたり、特に、単位時間当たりの、掘削手段による土砂の掘削量より、搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合において、掘削現場から土砂を効率的に搬出する土砂搬出方法及びそれを用いた土砂搬出システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る、シールド工法における土砂搬出方法に使用する設備を示す図である。
【００２０】
図１では、シールド工法のうち、泥土圧式シールド工法を用いた場合の掘削された土砂の搬出方法を示している。泥土圧式シールド工法とは、シールドマシン内の土圧室に掘削土砂を充満させ、この土圧によって切羽土圧及び地下水圧等に対抗させて切羽を安定させる工法である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態に係る土砂搬出方法では、シールドマシン１０により掘削された土砂を切羽後方に搬送するためのベルトコンベア１２と、ベルトコンベア１２により移送された土砂を一時的に貯蔵する土砂ストック装置１４と、土砂ストック装置１４に貯蔵された土砂を導入し、土砂に加泥材を混合してスラリーを作製する土砂スラリー化装置１６と、土砂スラリー化装置１６で作製されたスラリーをトンネル２の内部から搬出する排泥ポンプ１８とを用いる。
【００２２】
なお、これらの設備のうち、土砂ストック装置１４と、土砂スラリー化装置１６と、排泥ポンプ１８とは、例えば、トンネル施工中に掘削されたトンネル２の内部に敷設される軌道レール２０に載置され、軌道レール２０に沿って走行可能な台車２２が下部に設けられている。
【００２３】
ベルトコンベア１２は、シールドマシン１０により掘削された土砂を、切羽後方の軌道レール２０上に配備された土砂ストック装置１４まで搬送するためのものである。
なお、ここで用いる土砂を搬送する設備には、ベルトコンベア１２に限らず、スクリューコンベアを用いてもよく、また、土砂が流動性を有している場合には圧送方式のポンプを用いてもよい。すなわち、シールドマシン１０から掘削される土砂を土砂ストック装置１４まで搬送できるものであればよい。
【００２４】
土砂ストック装置１４としては、シールドマシン１０により掘削された土砂を一時的に貯蔵するできる容器であればどのようなものでもよいが、例えば、同図に示すようなアジテータホッパーを用いることができる。
ここで、土砂ストック装置１４は、シールドマシン１０による掘削期間終了時に掘削された土砂を少なくとも収納できるような容量を備えている。この土砂ストック装置１４の容量は、掘削期間と、掘削期間中に掘削される土砂の量と、土砂ストック装置１４から搬出される土砂の搬出量速度とによって設定される。
【００２５】
土砂ストック装置１４と土砂スラリー化装置１６との間には、フィーダーコンベア１５が設けられ、土砂ストック装置１４に貯蔵された土砂が土砂スラリー化装置１６に導入されるようになっている。
【００２６】
また、トンネル２の内部には、トンネル２の外部から土砂スラリー化装置１６に加泥材を移送するための送泥管２４が配管されている。
かかる加泥材には、例えば、泥水又は清水が用いられる。そして、フィーダーコンベア１５から土砂スラリー化装置１６に導入される土砂の量に対して所定倍率（例えば、約５〜６倍）の量の加泥材が、送泥管２４を介して土砂スラリー化装置１６に混入されるようになっている。
【００２７】
また、土砂スラリー化装置１６内には攪拌機１７が備えられており、土砂スラリー化装置１６に導入された土砂と加泥材は、混合攪拌されてスラリーになる。
【００２８】
排泥ポンプ１８としては、例えば、コンクリートやモルタルを圧送するためのポンプを用いることができる。排泥ポンプ１８には、トンネル２の外部から配管される排泥管２６が接続され、排泥ポンプ１８により圧送されたスラリーは排泥管２６を介してトンネル２の外部に搬出される。
【００２９】
トンネル２の外部に搬出されたスラリーは、例えば、トンネル２の外部に設置される泥水処理プラント２８に移送され、泥水と土砂とに分離される。そして、分離された土砂は一般残土として処分される。一方、分離された泥水は、送泥ポンプ３０により送泥管２４を介して再びトンネル２の内部の土砂スラリー装置まで移送され、土砂に混入されて利用される。
【００３０】
本実施形態に係る土砂搬出方法は、特に、シールドマシン１０によって掘削される土砂が、上記設備のうち、土砂スラリー化装置１６と排泥ポンプ１８とを用いるだけでは搬出できない場合に有効である。
すなわち、シールドマシン１０の掘削期間中に掘削される土砂の量が大きいため、シールドマシン１０が掘削した土砂を、直接土砂スラリー化装置１６に投入すると、その土砂に加泥材が追加されることにより増量したスラリーの量が、同掘削期間中に排泥ポンプ１８により搬出可能な量を超えるような場合である。この場合、土砂スラリー化装置１６で作製されるスラリーが、土砂スラリー化装置１６からオーバーフローしてしまう。
【００３１】
そこで、本実施形態では、土砂を搬出するのに、土砂スラリー化装置１６及び排泥ポンプ１８とともに、土砂ストック装置１４を用いている。
【００３２】
図２は、本実施形態に係る土砂搬出方法を説明するための図であり、同図（ａ）は掘削期間中、同図（ｂ）は掘削休止期間中を示す。
なお、ここでいう掘削期間とは、例えば、トンネル覆工体としてシールドマシン１０により掘削されたトンネル２の内壁に設置されるセグメント４の１リング分の幅を掘削する期間をいい、掘削休止期間とは、セグメント４を１リング分の幅を掘削した後に、セグメント４を組み立てる期間をいう。
【００３３】
図２（ａ）に示すように、本実施形態に係る土砂搬出方法では、掘削期間中にシールドマシン１０によって掘削された土砂を、一旦、ベルトコンベア１２により土砂ストック装置１４にすべて移送し、その後、フィーダーコンベア１５により土砂ストック装置１４から土砂スラリー化装置１６へ土砂を搬送する。このとき、フィーダーコンベア１５による土砂の搬送量を、土砂スラリー化装置１６で作製されるスラリーが土砂スラリー化装置１６からオーバーフローすることなく排泥ポンプ１８により搬出されるように調節する。
【００３４】
ここで、掘削期間中は、土砂ストック装置１４から土砂スラリー化装置１６への土砂の搬送量よりも、シールドマシン１０による掘削される土砂量の方が多いので、土砂ストック装置１４には、掘削土砂の量が増加していく。
【００３５】
また、図２（ｂ）に示すように、掘削休止期間中には、掘削期間中と同様にフィーダーコンベア１５により土砂ストック装置１４から土砂スラリー化装置１６へ土砂を搬送するとともに、土砂スラリー化装置１６で作製されるスラリーを排泥ポンプ１８により搬出する。
これにより、掘削期間中に土砂ストック装置１４に貯蔵された土砂量が減少していく。
【００３６】
ここで、掘削休止期間を、その期間内に土砂ストック装置１４に貯蔵された土砂がすべて搬送されるように設定する。このようにすることで、土砂ストック装置１４に貯蔵された土砂が残存した状態で掘削を再開した場合、土砂ストック装置１４内の土砂の量が、掘削期間と掘削休止期間とを繰り返すうちに増加することはなく、土砂が土砂ストック装置１４からオーバーフローするのを防止できる。
【００３７】
また、土砂ストック装置１４として、少なくとも掘削期間終了時における掘削された土砂を収納できるような容積を確保することに留意する。すなわち、シールドマシン１０により掘削期間中に掘削された土砂の量から、同掘削期間中に土砂ストック装置１４から土砂スラリー化装置１６へ搬送された量を差引いた量を収納できる容積を、土砂ストック装置１４が有していればよい。
【００３８】
以上のようにシールドマシン１０により掘削された土砂を搬送することにより、掘削土砂をトンネル２の外部に効率よく円滑に搬出することができる。
【００３９】
次に、シールドマシン１０によって掘削される土砂を、土砂ストック装置１４を用いずに搬出する場合（ケース１）と、本実施形態のように土砂ストック装置１４を用いて搬出する場合（ケース２）とについて、具体的な数値を設定して、掘進速度、掘削期間、及び掘削休止期間を求め、比較検討する数値実験を行ったので、以下にその詳細について説明する。
なお、その他の比較例として、土砂ストック装置１４を用いずに土砂を搬出する場合において、排出能力を向上させた排泥ポンプ１８を用いたとき（ケース３）の数値実験も行った。
【００４０】
図３は、数値実験に使用した条件を説明するための図である。
【００４１】
図３に示すように、シールドマシン１０により直径４ｍのトンネル２を、セグメント４の１リングの幅である１ｍ掘削し、当該掘削した土砂に土砂スラリー化装置１６で約５倍（土砂：泥水＝１６．５：８３．５）の容積の泥水を混合してスラリーを作製し、当該スラリーを排泥ポンプ１８で搬出する場合において、上記ケース１〜３について数値実験を行った。
【００４２】
ケース１では、掘削した土砂を、土砂ストック装置１４を用いず、土砂スラリー化装置１６に直接移送し、土砂スラリー化装置１６でスラリー化させて、２ｍ３／分の搬出量を備える排泥ポンプ１８を用いて土砂スラリー化装置１６内のスラリーを搬出することとした。
【００４３】
ケース２では、掘削した土砂を、先ず、土砂ストック装置１４に移送し、その後、フィーダーコンベア１５により土砂ストック装置１４から土砂スラリー化装置１６に徐々に移送し、土砂スラリー化装置１６でスラリー化させて、２ｍ３／分の搬出量を備える排泥ポンプ１８を用いて土砂スラリー化装置１６内のスラリーを搬出することとした。
【００４４】
ケース３では、掘削した土砂を、土砂ストック装置１４を用いず、土砂スラリー化装置１６に直接移送し、土砂スラリー化装置１６でスラリー化させて、４ｍ３／分の搬出量を備える排泥ポンプ１８を用いて土砂スラリー化装置１６内のスラリーを搬出することとした。
【００４５】
なお、各ケースとも、シールドマシン１０による掘削後のセグメント４の組み立てに３５分かかることとし、この時間を掘削休止期間とした。
【００４６】
このような条件の下、まず、シールドマシン１０により掘削される土砂の量は、直径４ｍ（＝半径２ｍ）のトンネル２をセグメント４の１リング分である１ｍ掘進した量に相当するので、数式１のように約１３ｍ３発生する。
π×（２（ｍ））２×１ｍ≒１３（ｍ３） ・・・ （数式１）
【００４７】
また、スラリーは土砂に対し約５倍（土砂：泥水＝１６．５：８３．５）の容積の泥水を混合するので、数式２のように約８０ｍ３発生する。
１３（ｍ３）／１６．５×１００≒８０（ｍ３） ・・・ （数式２）
【００４８】
図４は、各ケースについての、掘進速度、掘削期間、掘削休止期間、掘削とセグメント組み立てとに要する時間等をまとめて表にしたものである。
【００４９】
図４に示すように、ケース１の場合では、上記約８０ｍ３発生したスラリーを、２ｍ３／分の搬出量を備える排泥ポンプ１８で搬出するのに、数式３のように４０分かかる。
８０（ｍ３）／２（ｍ３／分）＝４０（分） ・・・ （数式３）
したがって、ケース１では、掘削した土砂を、土砂ストック装置１４を用いず、土砂スラリー化装置１６に直接移送するので、土砂スラリー化装置１６からスラリーをオーバーフローさせないようにするために、シールドマシン１０の掘進速度を、数式４のように２．５ｃｍ／分に制限する必要がある。
１（ｍ）／４０（分）＝２．５（ｃｍ／分） ・・・ （数式４）
【００５０】
また掘削後、セグメント組み立て時間に３５分要するので、掘削とセグメント組み立てとの１サイクルに要する時間は７５分（掘削時間４０分＋セグメント組み立て時間３５分）となる。
【００５１】
一方、ケース２の場合（本実施形態に係る土砂搬出方法）では、上記約８０ｍ３発生したスラリーに対し、ケース１と同様に、２ｍ３／分の搬出量を備える排泥ポンプ１８で搬出するので、スラリーをすべてトンネル２の内部から搬出するのにケース１と同じく４０分かかる。
しかしながら、ケース２では、掘削期間に搬出できない土砂を土砂ストック装置１４に貯蔵することができる。これにより、シールドマシン１０の掘進速度をケース１と比べて速めることができる。
例えば、シールドマシン１０の掘進速度を５．０ｃｍ／分とした場合、掘削期間はケース１の半分に短縮され２０分となるが、その後のセグメント組み立て時間が３５分あるので、次の掘削再開まで合計５５分間、排泥ポンプ１８が土砂スラリー化装置１６からスラリーを搬出する期間にあてることができる。これに対し、ケース２では、スラリーをすべてトンネル２の内部から搬出するのにケース１と同じく４０分しか要しないので、搬出に必要な期間が足りる。
【００５２】
なお、掘進速度を５．０ｃｍ／分に設定した場合、掘削期間終了時点では掘削が始まってから２０分経過しているので、排泥ポンプ１８から、８０ｍ３の半分の量である４０ｍ３のスラリーが既に排出されている。すわなち、土砂量に換算すると１３ｍ３の半分の量である６．５ｍ３が搬出され、残りの６．５ｍ３が土砂ストック装置１４に貯蔵されていることになる。
したがって、土砂ストック装置１４の土砂を収納する容積を、少なくとも６．５ｍ３確保すればよい。
【００５３】
また、ケース３の場合では、数式２で求めた約８０ｍ３のスラリーを４ｍ３／分の搬出量を備える排泥ポンプ１８で搬出するので、排出に要する時間は、数式５のように２０分かかる。
８０（ｍ３）／４（ｍ３／分）＝２０（分） ・・・ （数式５）
したがって、この時のシールドマシン１０の掘進速度を、数式６のように５．０ｃｍ／分に速めることができる。
１（ｍ）／４０（分）＝５．０（ｃｍ／分） ・・・ （数式６）
【００５４】
ケース３でも、掘削後のセグメント組み立て時間に３５分要するので、掘削とセグメント組み立てとの１サイクルに要する時間は、ケース２と同じ５５分（掘削時間２０分＋セグメント組み立て時間３５分）となる。
【００５５】
しかしながら、ケース３の場合、排泥ポンプ１８の排出能力を向上させると大型化するので、小断面のトンネル２では坑内に設置可能な設備の寸法が制限されることにより設置できないおそれがある。
また、トンネル２の内部に大型の排泥ポンプ１８を設置できたとしても、大型の排泥ポンプ１８の使用よる施工コストが増大するとともに、坑内の作業スペースが狭小になり安全性を確保する点で不利になるおそれもある。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態に係る土砂搬出方法では、土砂ストック装置１４の前段に、シールドマシン１０により掘削された土砂を一時的に貯蔵し、当該貯蔵した土砂を土砂スラリー化装置１６に導入する土砂ストック装置１４を設け、土砂ストック装置１４において土砂に泥水を混合することにより作製されたスラリーを、排泥ポンプ１８により搬出させる。
ここで、排泥ポンプ１８は、トンネル２の施工工程において、シールドマシン１０によりトンネル２を掘削する掘削期間のうち少なくとも一部の期間と、シールドマシン１０によりトンネル２を掘削しない掘削休止期間のうち少なくとも一部の期間とに、スラリーを搬出する。
【００５７】
これにより、シールドマシン１０によって掘削される土砂の掘削量より、土砂スラリー化装置１６及び排泥ポンプ１８による土砂の搬出量が少ない場合であっても、掘削期間内に排泥ポンプ１８によって搬出できないスラリーの量に相当する土砂を土砂ストック装置１４に貯蔵することができ、また、掘削休止期間内に、掘削期間に排泥ポンプ１８によって搬出できなかったスラリーの量に相当する土砂を、土砂スラリー化装置１６や排泥ポンプ１８によって搬出することができるので、排泥ポンプ１８の搬出量を増大させることなく、土砂を効率的にトンネル２の内部から外部に搬出することができる。
【００５８】
また、本実施形態に係る土砂搬出方法によれば、掘削休止期間内に、排泥ポンプ１８が、土砂ストック装置１４に貯蔵された土砂のすべてをスラリー化したときに該スラリーを搬出できるように、掘削休止期間を設定することにより、土砂ストック装置１４から土砂が溢れないようにするための掘削休止期間を効率的に設定することができる。
【００５９】
また、本実施形態に係る土砂搬出方法によれば、掘削期間終了時にシールドマシン１０により掘削された土砂を貯蔵できるように、土砂ストック装置１４の容量を設定することにより、土砂ストック装置１４から土砂が溢れないようにするための容量を効率的に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施形態に係る、シールド工法における土砂搬出方法に使用する設備を示す図である。
【図２】本実施形態に係る土砂搬出方法を説明するための図であり、同図（ａ）は掘削期間中、同図（ｂ）は掘削休止期間中を示す。
【図３】数値実験に使用した条件を示す図である。
【図４】各ケースについての、掘進速度、掘削期間、掘削休止期間、掘削とセグメント組み立てとに要する時間等をまとめて表にしたものである。
【符号の説明】
【００６１】
２ トンネル
４ セグメント
１０ シールドマシン
１２ ベルトコンベア
１４ 土砂ストック装置
１５ フィーダーコンベア
１６ 土砂スラリー化装置
１７ 攪拌機
１８ 排泥ポンプ
２０ 軌道レール
２２ 台車
２４ 送泥管
２６ 排泥管
２８ 泥水処理プラント
３０ 送泥ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルを掘削する掘削手段（例えば、シールドマシン）と、掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段（例えば、ベルトコンベアや排泥ポンプ）とを用いてトンネルを施工するにあたり、特に、単位時間当たりの、掘削手段による土砂の掘削量より、搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合において、掘削現場から土砂を効率的に搬出する土砂搬出方法及びそれを用いた土砂搬出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドマシンを使用して地盤を掘削しトンネルを構築するシールド工法の一つに、シールドマシン内の土圧室に掘削した土砂を充満させて、この土圧によって切羽土圧及び地下水圧等に対抗させて切羽を安定させる泥土圧式シールド工法がある。
【０００３】
かかる泥土圧式シールド工法では、掘削された土砂を掘削現場から搬出する際に、掘削現場で掘削した土砂に泥水を混合してスラリーを作製し、当該スラリーを排泥ポンプによりパイプを介してトンネル２の外部まで圧送して搬出する方式を採ることがある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、シールド工法によるトンネル施工において、掘削された土砂に泥水を加えてスラリー化させ、トンネルから搬出するとともに、トンネルから搬出したスラリー化した土砂から泥水を分離し、分離された泥水を掘削現場に再度供給して掘削された土砂に加える泥水の循環システムが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−４１８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように掘削した土砂を排泥ポンプにより搬出すべくスラリー化するためには、通常、土砂の量に対して数倍の泥水を加える必要がある。すなわち、排泥ポンプは、シールドマシンにより掘削される土砂の量の何倍もの容量のスラリーを搬送する必要がある。
【０００６】
さらに、トンネル施工途中にシールドマシンの掘進速度を当初の施工計画よりも速めたい場合、それによって掘削される土砂の量が増加し、その土砂の増加分に対してさらに数倍の泥水が加えられるので、スラリーの容量が増大してしまい、当初の施工計画によりスラリーの排出量を見積もって採用された排泥ポンプでは、スラリーを搬出できないことがある。
【０００７】
かかる対策として、例えば、排出能力を向上させた排泥ポンプに変更することが考えられるが、大型の排泥ポンプは、小断面のトンネルでは寸法制限により設置できないおそれがある。
また、トンネル内に大型の排泥ポンプを設置できたとしても、排泥ポンプの大型化によって施工コストが増大するとともに、坑内の作業スペースが狭小になり安全性を確保する点で不利になるおそれもある。
【０００８】
一方、特許文献１に記載の泥水の循環システムの技術には、特に、このような問題に対する対策が講じられていない。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、トンネルを掘削する掘削手段（例えば、シールドマシン）と、掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段（例えば、ベルトコンベアや排泥ポンプ）とを用いてトンネルを施工するにあたり、特に、単位時間当たりの、掘削手段による土砂の掘削量より、搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合において、掘削現場から土砂を効率的に搬出する土砂搬出方法及びそれを用いた土砂搬出システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明は、トンネルを掘削する掘削手段と、前記掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段とを用いてトンネルを施工するにあたり、単位時間当たりの、前記掘削手段によって掘削される土砂の掘削量より、前記搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合における、土砂搬出方法であって、
前記搬出手段の前段に、前記掘削手段により掘削された土砂を一時的に貯蔵し、当該貯蔵した土砂を前記搬出手段に導入する土砂貯蔵手段を設け、
前記搬出手段により前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を搬出させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の土砂搬出方法によれば、単位時間当たりの、掘削手段によって掘削される土砂の掘削量より、搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合であっても、掘削期間内に搬出手段によって搬出できない土砂を土砂貯蔵手段に一時的に貯蔵することができ、掘削休止期間に、掘削期間に搬出手段によって搬出できなかった土砂を、搬出手段によって搬出することができるので、搬出手段の搬出量を増大させることなく、土砂を効率的に掘削現場から搬出することができる。
【００１２】
また、本発明において、前記搬出手段は、前記トンネルの施工工程において、前記掘削手段によりトンネルを掘削する掘削期間のうち少なくとも一部の期間と、前記掘削手段によりトンネルを掘削しない掘削休止期間のうち少なくとも一部の期間とに、前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を搬出することとしてもよい。
【００１３】
また、本発明において、前記掘削休止期間内に前記搬出手段が前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂のすべてを搬出できるように、前記掘削休止期間を設定することとしてもよい。この構成によれば、土砂が土砂貯蔵手段から溢れないようにするための掘削休止期間を効率的に設定できる。
【００１４】
また、本発明において、前記掘削期間終了時に前記掘削手段により掘削された土砂を貯蔵できるように、前記土砂貯蔵手段の容量を設定することとしてもよい。この構成によれば、土砂が土砂貯蔵手段から溢れないようにするための土砂貯蔵手段の容量を効率的に設定することができる。
【００１５】
また、本発明において、前記掘削手段として、シールドマシンを用い、前記掘削期間として、前記シールドマシンによるセグメントの１リング分の幅を掘削する期間を設定し、前記掘削休止期間として、前記シールドマシンによって掘削されたトンネルの内壁に前記セグメントを１リング組み立てる期間を設定することとしてもよい。この構成によれば、シールドマシンにより掘削され、土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を、セグメント組み立て期間を有効に利用して搬出手段により搬出することができる。
【００１６】
また、本発明において、前記搬出手段として、前記土砂貯蔵手段から土砂を導入するとともに、前記導入した土砂に泥水を混合してスラリーを作製する土砂スラリー化装置と、前記土砂スラリー化装置で作製されたスラリーを掘削現場から搬出する排泥ポンプとを用いることとしてもよい。この構成によれば、シールド工法で掘削された土砂を搬出するためによく用いられるズリトロ（土砂を運搬して運び出すトロッコ）を使用した方法と比べて、軌道設備を簡素化することができるので、狭小な坑内において安全性を確保することができる。
【００１７】
また、本発明は、トンネルを掘削する掘削手段と、前記掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段とを備え、トンネルを施工するにあたり、単位時間当たりの、前記掘削手段によって掘削される土砂の掘削量より、前記搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合において使用される、土砂搬出システムであって、前記搬出手段の前段に、前記掘削手段により掘削された土砂を一時的に貯蔵し、当該貯蔵した土砂を前記搬出手段に導入する土砂貯蔵手段を備え、前記搬出手段が、前記トンネルの施工工程において、前記掘削手段によりトンネルを掘削する掘削期間と、前記掘削手段によりトンネルを掘削しない掘削休止期間との両期間において、前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を搬出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、トンネルを掘削する掘削手段（例えば、シールドマシン）と、掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段（例えば、ベルトコンベアや排泥ポンプ）とを用いてトンネルを施工するにあたり、特に、単位時間当たりの、掘削手段による土砂の掘削量より、搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合において、掘削現場から土砂を効率的に搬出する土砂搬出方法及びそれを用いた土砂搬出システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る、シールド工法における土砂搬出方法に使用する設備を示す図である。
【００２０】
図１では、シールド工法のうち、泥土圧式シールド工法を用いた場合の掘削された土砂の搬出方法を示している。泥土圧式シールド工法とは、シールドマシン内の土圧室に掘削土砂を充満させ、この土圧によって切羽土圧及び地下水圧等に対抗させて切羽を安定させる工法である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態に係る土砂搬出方法では、シールドマシン１０により掘削された土砂を切羽後方に搬送するためのベルトコンベア１２と、ベルトコンベア１２により移送された土砂を一時的に貯蔵する土砂ストック装置１４と、土砂ストック装置１４に貯蔵された土砂を導入し、土砂に加泥材を混合してスラリーを作製する土砂スラリー化装置１６と、土砂スラリー化装置１６で作製されたスラリーをトンネル２の内部から搬出する排泥ポンプ１８とを用いる。
【００２２】
なお、これらの設備のうち、土砂ストック装置１４と、土砂スラリー化装置１６と、排泥ポンプ１８とは、例えば、トンネル施工中に掘削されたトンネル２の内部に敷設される軌道レール２０に載置され、軌道レール２０に沿って走行可能な台車２２が下部に設けられている。
【００２３】
ベルトコンベア１２は、シールドマシン１０により掘削された土砂を、切羽後方の軌道レール２０上に配備された土砂ストック装置１４まで搬送するためのものである。
なお、ここで用いる土砂を搬送する設備には、ベルトコンベア１２に限らず、スクリューコンベアを用いてもよく、また、土砂が流動性を有している場合には圧送方式のポンプを用いてもよい。すなわち、シールドマシン１０から掘削される土砂を土砂ストック装置１４まで搬送できるものであればよい。
【００２４】
土砂ストック装置１４としては、シールドマシン１０により掘削された土砂を一時的に貯蔵するできる容器であればどのようなものでもよいが、例えば、同図に示すようなアジテータホッパーを用いることができる。
ここで、土砂ストック装置１４は、シールドマシン１０による掘削期間終了時に掘削された土砂を少なくとも収納できるような容量を備えている。この土砂ストック装置１４の容量は、掘削期間と、掘削期間中に掘削される土砂の量と、土砂ストック装置１４から搬出される土砂の搬出量速度とによって設定される。
【００２５】
土砂ストック装置１４と土砂スラリー化装置１６との間には、フィーダーコンベア１５が設けられ、土砂ストック装置１４に貯蔵された土砂が土砂スラリー化装置１６に導入されるようになっている。
【００２６】
また、トンネル２の内部には、トンネル２の外部から土砂スラリー化装置１６に加泥材を移送するための送泥管２４が配管されている。
かかる加泥材には、例えば、泥水又は清水が用いられる。そして、フィーダーコンベア１５から土砂スラリー化装置１６に導入される土砂の量に対して所定倍率（例えば、約５〜６倍）の量の加泥材が、送泥管２４を介して土砂スラリー化装置１６に混入されるようになっている。
【００２７】
また、土砂スラリー化装置１６内には攪拌機１７が備えられており、土砂スラリー化装置１６に導入された土砂と加泥材は、混合攪拌されてスラリーになる。
【００２８】
排泥ポンプ１８としては、例えば、コンクリートやモルタルを圧送するためのポンプを用いることができる。排泥ポンプ１８には、トンネル２の外部から配管される排泥管２６が接続され、排泥ポンプ１８により圧送されたスラリーは排泥管２６を介してトンネル２の外部に搬出される。
【００２９】
トンネル２の外部に搬出されたスラリーは、例えば、トンネル２の外部に設置される泥水処理プラント２８に移送され、泥水と土砂とに分離される。そして、分離された土砂は一般残土として処分される。一方、分離された泥水は、送泥ポンプ３０により送泥管２４を介して再びトンネル２の内部の土砂スラリー装置まで移送され、土砂に混入されて利用される。
【００３０】
本実施形態に係る土砂搬出方法は、特に、シールドマシン１０によって掘削される土砂が、上記設備のうち、土砂スラリー化装置１６と排泥ポンプ１８とを用いるだけでは搬出できない場合に有効である。
すなわち、シールドマシン１０の掘削期間中に掘削される土砂の量が大きいため、シールドマシン１０が掘削した土砂を、直接土砂スラリー化装置１６に投入すると、その土砂に加泥材が追加されることにより増量したスラリーの量が、同掘削期間中に排泥ポンプ１８により搬出可能な量を超えるような場合である。この場合、土砂スラリー化装置１６で作製されるスラリーが、土砂スラリー化装置１６からオーバーフローしてしまう。
【００３１】
そこで、本実施形態では、土砂を搬出するのに、土砂スラリー化装置１６及び排泥ポンプ１８とともに、土砂ストック装置１４を用いている。
【００３２】
図２は、本実施形態に係る土砂搬出方法を説明するための図であり、同図（ａ）は掘削期間中、同図（ｂ）は掘削休止期間中を示す。
なお、ここでいう掘削期間とは、例えば、トンネル覆工体としてシールドマシン１０により掘削されたトンネル２の内壁に設置されるセグメント４の１リング分の幅を掘削する期間をいい、掘削休止期間とは、セグメント４を１リング分の幅を掘削した後に、セグメント４を組み立てる期間をいう。
【００３３】
図２（ａ）に示すように、本実施形態に係る土砂搬出方法では、掘削期間中にシールドマシン１０によって掘削された土砂を、一旦、ベルトコンベア１２により土砂ストック装置１４にすべて移送し、その後、フィーダーコンベア１５により土砂ストック装置１４から土砂スラリー化装置１６へ土砂を搬送する。このとき、フィーダーコンベア１５による土砂の搬送量を、土砂スラリー化装置１６で作製されるスラリーが土砂スラリー化装置１６からオーバーフローすることなく排泥ポンプ１８により搬出されるように調節する。
【００３４】
ここで、掘削期間中は、土砂ストック装置１４から土砂スラリー化装置１６への土砂の搬送量よりも、シールドマシン１０による掘削される土砂量の方が多いので、土砂ストック装置１４には、掘削土砂の量が増加していく。
【００３５】
また、図２（ｂ）に示すように、掘削休止期間中には、掘削期間中と同様にフィーダーコンベア１５により土砂ストック装置１４から土砂スラリー化装置１６へ土砂を搬送するとともに、土砂スラリー化装置１６で作製されるスラリーを排泥ポンプ１８により搬出する。
これにより、掘削期間中に土砂ストック装置１４に貯蔵された土砂量が減少していく。
【００３６】
ここで、掘削休止期間を、その期間内に土砂ストック装置１４に貯蔵された土砂がすべて搬送されるように設定する。このようにすることで、土砂ストック装置１４に貯蔵された土砂が残存した状態で掘削を再開した場合、土砂ストック装置１４内の土砂の量が、掘削期間と掘削休止期間とを繰り返すうちに増加することはなく、土砂が土砂ストック装置１４からオーバーフローするのを防止できる。
【００３７】
また、土砂ストック装置１４として、少なくとも掘削期間終了時における掘削された土砂を収納できるような容積を確保することに留意する。すなわち、シールドマシン１０により掘削期間中に掘削された土砂の量から、同掘削期間中に土砂ストック装置１４から土砂スラリー化装置１６へ搬送された量を差引いた量を収納できる容積を、土砂ストック装置１４が有していればよい。
【００３８】
以上のようにシールドマシン１０により掘削された土砂を搬送することにより、掘削土砂をトンネル２の外部に効率よく円滑に搬出することができる。
【００３９】
次に、シールドマシン１０によって掘削される土砂を、土砂ストック装置１４を用いずに搬出する場合（ケース１）と、本実施形態のように土砂ストック装置１４を用いて搬出する場合（ケース２）とについて、具体的な数値を設定して、掘進速度、掘削期間、及び掘削休止期間を求め、比較検討する数値実験を行ったので、以下にその詳細について説明する。
なお、その他の比較例として、土砂ストック装置１４を用いずに土砂を搬出する場合において、排出能力を向上させた排泥ポンプ１８を用いたとき（ケース３）の数値実験も行った。
【００４０】
図３は、数値実験に使用した条件を説明するための図である。
【００４１】
図３に示すように、シールドマシン１０により直径４ｍのトンネル２を、セグメント４の１リングの幅である１ｍ掘削し、当該掘削した土砂に土砂スラリー化装置１６で約５倍（土砂：泥水＝１６．５：８３．５）の容積の泥水を混合してスラリーを作製し、当該スラリーを排泥ポンプ１８で搬出する場合において、上記ケース１〜３について数値実験を行った。
【００４２】
ケース１では、掘削した土砂を、土砂ストック装置１４を用いず、土砂スラリー化装置１６に直接移送し、土砂スラリー化装置１６でスラリー化させて、２ｍ３／分の搬出量を備える排泥ポンプ１８を用いて土砂スラリー化装置１６内のスラリーを搬出することとした。
【００４３】
ケース２では、掘削した土砂を、先ず、土砂ストック装置１４に移送し、その後、フィーダーコンベア１５により土砂ストック装置１４から土砂スラリー化装置１６に徐々に移送し、土砂スラリー化装置１６でスラリー化させて、２ｍ３／分の搬出量を備える排泥ポンプ１８を用いて土砂スラリー化装置１６内のスラリーを搬出することとした。
【００４４】
ケース３では、掘削した土砂を、土砂ストック装置１４を用いず、土砂スラリー化装置１６に直接移送し、土砂スラリー化装置１６でスラリー化させて、４ｍ３／分の搬出量を備える排泥ポンプ１８を用いて土砂スラリー化装置１６内のスラリーを搬出することとした。
【００４５】
なお、各ケースとも、シールドマシン１０による掘削後のセグメント４の組み立てに３５分かかることとし、この時間を掘削休止期間とした。
【００４６】
このような条件の下、まず、シールドマシン１０により掘削される土砂の量は、直径４ｍ（＝半径２ｍ）のトンネル２をセグメント４の１リング分である１ｍ掘進した量に相当するので、数式１のように約１３ｍ３発生する。
π×（２（ｍ））２×１ｍ≒１３（ｍ３） ・・・ （数式１）
【００４７】
また、スラリーは土砂に対し約５倍（土砂：泥水＝１６．５：８３．５）の容積の泥水を混合するので、数式２のように約８０ｍ３発生する。
１３（ｍ３）／１６．５×１００≒８０（ｍ３） ・・・ （数式２）
【００４８】
図４は、各ケースについての、掘進速度、掘削期間、掘削休止期間、掘削とセグメント組み立てとに要する時間等をまとめて表にしたものである。
【００４９】
図４に示すように、ケース１の場合では、上記約８０ｍ３発生したスラリーを、２ｍ３／分の搬出量を備える排泥ポンプ１８で搬出するのに、数式３のように４０分かかる。
８０（ｍ３）／２（ｍ３／分）＝４０（分） ・・・ （数式３）
したがって、ケース１では、掘削した土砂を、土砂ストック装置１４を用いず、土砂スラリー化装置１６に直接移送するので、土砂スラリー化装置１６からスラリーをオーバーフローさせないようにするために、シールドマシン１０の掘進速度を、数式４のように２．５ｃｍ／分に制限する必要がある。
１（ｍ）／４０（分）＝２．５（ｃｍ／分） ・・・ （数式４）
【００５０】
また掘削後、セグメント組み立て時間に３５分要するので、掘削とセグメント組み立てとの１サイクルに要する時間は７５分（掘削時間４０分＋セグメント組み立て時間３５分）となる。
【００５１】
一方、ケース２の場合（本実施形態に係る土砂搬出方法）では、上記約８０ｍ３発生したスラリーに対し、ケース１と同様に、２ｍ３／分の搬出量を備える排泥ポンプ１８で搬出するので、スラリーをすべてトンネル２の内部から搬出するのにケース１と同じく４０分かかる。
しかしながら、ケース２では、掘削期間に搬出できない土砂を土砂ストック装置１４に貯蔵することができる。これにより、シールドマシン１０の掘進速度をケース１と比べて速めることができる。
例えば、シールドマシン１０の掘進速度を５．０ｃｍ／分とした場合、掘削期間はケース１の半分に短縮され２０分となるが、その後のセグメント組み立て時間が３５分あるので、次の掘削再開まで合計５５分間、排泥ポンプ１８が土砂スラリー化装置１６からスラリーを搬出する期間にあてることができる。これに対し、ケース２では、スラリーをすべてトンネル２の内部から搬出するのにケース１と同じく４０分しか要しないので、搬出に必要な期間が足りる。
【００５２】
なお、掘進速度を５．０ｃｍ／分に設定した場合、掘削期間終了時点では掘削が始まってから２０分経過しているので、排泥ポンプ１８から、８０ｍ３の半分の量である４０ｍ３のスラリーが既に排出されている。すわなち、土砂量に換算すると１３ｍ３の半分の量である６．５ｍ３が搬出され、残りの６．５ｍ３が土砂ストック装置１４に貯蔵されていることになる。
したがって、土砂ストック装置１４の土砂を収納する容積を、少なくとも６．５ｍ３確保すればよい。
【００５３】
また、ケース３の場合では、数式２で求めた約８０ｍ３のスラリーを４ｍ３／分の搬出量を備える排泥ポンプ１８で搬出するので、排出に要する時間は、数式５のように２０分かかる。
８０（ｍ３）／４（ｍ３／分）＝２０（分） ・・・ （数式５）
したがって、この時のシールドマシン１０の掘進速度を、数式６のように５．０ｃｍ／分に速めることができる。
１（ｍ）／４０（分）＝５．０（ｃｍ／分） ・・・ （数式６）
【００５４】
ケース３でも、掘削後のセグメント組み立て時間に３５分要するので、掘削とセグメント組み立てとの１サイクルに要する時間は、ケース２と同じ５５分（掘削時間２０分＋セグメント組み立て時間３５分）となる。
【００５５】
しかしながら、ケース３の場合、排泥ポンプ１８の排出能力を向上させると大型化するので、小断面のトンネル２では坑内に設置可能な設備の寸法が制限されることにより設置できないおそれがある。
また、トンネル２の内部に大型の排泥ポンプ１８を設置できたとしても、大型の排泥ポンプ１８の使用よる施工コストが増大するとともに、坑内の作業スペースが狭小になり安全性を確保する点で不利になるおそれもある。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態に係る土砂搬出方法では、土砂ストック装置１４の前段に、シールドマシン１０により掘削された土砂を一時的に貯蔵し、当該貯蔵した土砂を土砂スラリー化装置１６に導入する土砂ストック装置１４を設け、土砂ストック装置１４において土砂に泥水を混合することにより作製されたスラリーを、排泥ポンプ１８により搬出させる。
ここで、排泥ポンプ１８は、トンネル２の施工工程において、シールドマシン１０によりトンネル２を掘削する掘削期間のうち少なくとも一部の期間と、シールドマシン１０によりトンネル２を掘削しない掘削休止期間のうち少なくとも一部の期間とに、スラリーを搬出する。
【００５７】
これにより、シールドマシン１０によって掘削される土砂の掘削量より、土砂スラリー化装置１６及び排泥ポンプ１８による土砂の搬出量が少ない場合であっても、掘削期間内に排泥ポンプ１８によって搬出できないスラリーの量に相当する土砂を土砂ストック装置１４に貯蔵することができ、また、掘削休止期間内に、掘削期間に排泥ポンプ１８によって搬出できなかったスラリーの量に相当する土砂を、土砂スラリー化装置１６や排泥ポンプ１８によって搬出することができるので、排泥ポンプ１８の搬出量を増大させることなく、土砂を効率的にトンネル２の内部から外部に搬出することができる。
【００５８】
また、本実施形態に係る土砂搬出方法によれば、掘削休止期間内に、排泥ポンプ１８が、土砂ストック装置１４に貯蔵された土砂のすべてをスラリー化したときに該スラリーを搬出できるように、掘削休止期間を設定することにより、土砂ストック装置１４から土砂が溢れないようにするための掘削休止期間を効率的に設定することができる。
【００５９】
また、本実施形態に係る土砂搬出方法によれば、掘削期間終了時にシールドマシン１０により掘削された土砂を貯蔵できるように、土砂ストック装置１４の容量を設定することにより、土砂ストック装置１４から土砂が溢れないようにするための容量を効率的に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施形態に係る、シールド工法における土砂搬出方法に使用する設備を示す図である。
【図２】本実施形態に係る土砂搬出方法を説明するための図であり、同図（ａ）は掘削期間中、同図（ｂ）は掘削休止期間中を示す。
【図３】数値実験に使用した条件を示す図である。
【図４】各ケースについての、掘進速度、掘削期間、掘削休止期間、掘削とセグメント組み立てとに要する時間等をまとめて表にしたものである。
【符号の説明】
【００６１】
２ トンネル
４ セグメント
１０ シールドマシン
１２ ベルトコンベア
１４ 土砂ストック装置
１５ フィーダーコンベア
１６ 土砂スラリー化装置
１７ 攪拌機
１８ 排泥ポンプ
２０ 軌道レール
２２ 台車
２４ 送泥管
２６ 排泥管
２８ 泥水処理プラント
３０ 送泥ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルを掘削する掘削手段と、前記掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段とを用いてトンネルを施工するにあたり、単位時間当たりの、前記掘削手段によって掘削される土砂の掘削量より、前記搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合における、土砂搬出方法であって、
前記搬出手段の前段に、前記掘削手段により掘削された土砂を一時的に貯蔵し、当該貯蔵した土砂を前記搬出手段に導入する土砂貯蔵手段を設け、
前記搬出手段により前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を搬出させることを特徴とする土砂搬出方法。
【請求項２】
前記搬出手段は、前記トンネルの施工工程において、前記掘削手段によりトンネルを掘削する掘削期間のうち少なくとも一部の期間と、前記掘削手段によりトンネルを掘削しない掘削休止期間のうち少なくとも一部の期間とに、前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を搬出することを特徴とする請求項１に記載の土砂搬出方法。
【請求項３】
前記掘削休止期間内に前記搬出手段が前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂のすべてを搬出できるように、前記掘削休止期間を設定することを特徴とする請求項２に記載の土砂搬出方法。
【請求項４】
前記掘削期間終了時に前記掘削手段により掘削された土砂を貯蔵できるように、前記土砂貯蔵手段の容量を設定することを特徴とする請求項２又は３に記載の土砂搬出方法。
【請求項５】
前記掘削手段として、シールドマシンを用い、
前記掘削期間として、前記シールドマシンによるセグメントの１リング分の幅を掘削する期間を設定し、
前記掘削休止期間として、前記シールドマシンによって掘削されたトンネルの内壁に前記セグメントを１リング組み立てる期間を設定することを特徴とする２〜４の何れか１項に記載の土砂搬出方法。
【請求項６】
前記搬出手段として、前記土砂貯蔵手段から土砂を導入するとともに、前記導入した土砂に泥水を混合してスラリーを作製する土砂スラリー化装置と、前記土砂スラリー化装置で作製されたスラリーを掘削現場から搬出する排泥ポンプとを用いることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の土砂搬出方法。
【請求項７】
トンネルを掘削する掘削手段と、前記掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段とを備え、トンネルを施工するにあたり、単位時間当たりの、前記掘削手段によって掘削される土砂の掘削量より、前記搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合において使用される、土砂搬出システムであって、
前記搬出手段の前段に、前記掘削手段により掘削された土砂を一時的に貯蔵し、当該貯蔵した土砂を前記搬出手段に導入する土砂貯蔵手段を備え、
前記搬出手段が、前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を搬出することを特徴とする土砂搬出システム。
【請求項１】
トンネルを掘削する掘削手段と、前記掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段とを用いてトンネルを施工するにあたり、単位時間当たりの、前記掘削手段によって掘削される土砂の掘削量より、前記搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合における、土砂搬出方法であって、
前記搬出手段の前段に、前記掘削手段により掘削された土砂を一時的に貯蔵し、当該貯蔵した土砂を前記搬出手段に導入する土砂貯蔵手段を設け、
前記搬出手段により前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を搬出させることを特徴とする土砂搬出方法。
【請求項２】
前記搬出手段は、前記トンネルの施工工程において、前記掘削手段によりトンネルを掘削する掘削期間のうち少なくとも一部の期間と、前記掘削手段によりトンネルを掘削しない掘削休止期間のうち少なくとも一部の期間とに、前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を搬出することを特徴とする請求項１に記載の土砂搬出方法。
【請求項３】
前記掘削休止期間内に前記搬出手段が前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂のすべてを搬出できるように、前記掘削休止期間を設定することを特徴とする請求項２に記載の土砂搬出方法。
【請求項４】
前記掘削期間終了時に前記掘削手段により掘削された土砂を貯蔵できるように、前記土砂貯蔵手段の容量を設定することを特徴とする請求項２又は３に記載の土砂搬出方法。
【請求項５】
前記掘削手段として、シールドマシンを用い、
前記掘削期間として、前記シールドマシンによるセグメントの１リング分の幅を掘削する期間を設定し、
前記掘削休止期間として、前記シールドマシンによって掘削されたトンネルの内壁に前記セグメントを１リング組み立てる期間を設定することを特徴とする２〜４の何れか１項に記載の土砂搬出方法。
【請求項６】
前記搬出手段として、前記土砂貯蔵手段から土砂を導入するとともに、前記導入した土砂に泥水を混合してスラリーを作製する土砂スラリー化装置と、前記土砂スラリー化装置で作製されたスラリーを掘削現場から搬出する排泥ポンプとを用いることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の土砂搬出方法。
【請求項７】
トンネルを掘削する掘削手段と、前記掘削手段により掘削された土砂を掘削現場から搬出する搬出手段とを備え、トンネルを施工するにあたり、単位時間当たりの、前記掘削手段によって掘削される土砂の掘削量より、前記搬出手段による土砂の搬出量が少ない場合において使用される、土砂搬出システムであって、
前記搬出手段の前段に、前記掘削手段により掘削された土砂を一時的に貯蔵し、当該貯蔵した土砂を前記搬出手段に導入する土砂貯蔵手段を備え、
前記搬出手段が、前記土砂貯蔵手段に貯蔵された土砂を搬出することを特徴とする土砂搬出システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１２６９４７（Ｐ２０１０−１２６９４７Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０１２８８（Ｐ２００８−３０１２８８）
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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