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    公开号:WO1990013733A1
    申请号:PCT/JP1990/000539
    申请日:1990-04-25
    公开日:1990-11-15
    发明作者:Hiroshi Tanaka；Ryoji Kobayashi
    申请人:Kabushiki Kaisha Konoike Gumi；Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho；
    IPC主号:E21D9-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 土圧系 シ ー ル ド エ法 技 術 分 野
    [0002] こ の 発 明 は掘削 し た 土砂 を 改良 し て ， そ の 改良土を 利 用 し て 地 山圧力 に 対抗 さ せ な が ら 掘進す る 土圧系 シ ー ル ド エ法 に 係 り ， 特 に高 い 水圧が作用 す る 地山 に お い て シ 一ル ド 工事を 行 う こ と がで き る よ う に し た 土圧系 シ ー ル ド エ法 に 関す る も の で あ る 。 背 景 技 術
    [0003] 従来 の 一般的な 土圧系 シ ー ル ド で は， 掘削土 に 流動性 及び粘性 を付与す る 掘 削添加材を添加 し て掘進 し て い る た め ， 以 下 の よ う な 問題点 が あ っ た 。
    [0004] 0) 地山 中 に 地下水が多 く ， 地下水圧が高い 場合 は排土 用 ス ク リ ュ ウ コ ン ペ ャ の排 出 口 か ら ， 掘 削土砂が圧力 水 と 共 に 噴発 し ， シ ー ル ド機切羽 周辺 の地 山 を 大 き く 乱 し 地表面沈下や ， 陥没事故を生 じ さ せ る 要因 と な つ て い た (b) 排出 さ れ た 土砂 は ， 流動性 が高 く ダ ン プ 力 一 等で 場 外に 搬出 す る の が困難で あ る の で、 シ 一 ル ド 現場 内 で 流 動性 を消 失 さ せ る よ う な 改良を 行 う 必要 があ る 。
    [0005] 上述 し た 排 出土 の 噴発 に 対 し て は ， 排土 口 に 口 一タ リ — バ ル ブ 等を 装備 し 切羽圧力変動を 最少 に お さ え て い る が、 2 〜 3 kgノ erf の 水圧が作用 す る 場合 は土圧系 シ一ル ド で は掘進が不可能な た め に 採用 さ れず , 泥水加圧式 シ 一ル ド工法の よ う な別 の シ ー ル ド工法を用 い な ければ な ら な い 。
    [0006] そ し て 流動性の 高い 排出 土を 改良す る 場合 に は， シ 一 ル ド 現場内 に お い て軟弱性泥土改良剤を排出 土に 添加， 混合 し て 流動性を消失 さ せ る よ う に して い る 。
    [0007] こ の穽 明 は上記 し た 問題点で あ る ， 「排出 土砂が地山 の圧力水 と 共 に噴発す る こ と 」 及び 「排出土を改良 し な け れば場外へ搬出 で き な い 」 と い う よ う な不具合を解決 し， 大がか り で煩雑な 泥水加圧式 シ ー ル ドエ法を 用 い ず に， 土圧系 シ ー ル ド工法に よ っ て も ， 髙水圧 の地 ώ の 掘 削を可能 に し た， 土圧系 シ ー ル ド工法を提供す る こ と を 目的 と す る も の で あ る 。 発明 の開示
    [0008] こ の発明 は上記 目 的を達成す る た め に ， 掘削土 の流動 性及び粘性の 向上材 と 泥土改良主剤を混合 し て成 る 掘削 添加材を シ ー ル ド 掘削時 に 切羽 及び ミ キ シ ン グ チ ャ ン ノヾ 内及び土砂排送ス ク リ ユ ウ コ ン べ ャ 內で掘削土に 添加 し て掘削土 と泥土改良主剤を十分 に混合 さ せ， つ い で 土 砂 排送ス ク リ ュ ゥ コ ン ベャ 內 に泥土改良助剤を添加 し ， 土 砂送出 ス ク リ ユ ウ コ ン べ ャ 内 で 良踅 な土砂に 改良 し て 搬 出す る よ う に し て ， 小 口 径 の シ一ル ド機を用 い て も ， 土 質の 混合 と 改良が十分 に 行われ る よ う に し た も の で あ る ま た上記良質な 土砂 に 改良 さ れた土砂を搬送用 ス ク リ ユ ウ コ ン べ ャ と 混合用 ス ク リ ユ ウ コ ン べ ャ と を併設 し た ス ク リ ュ ウ に よ っ て連続的 に搬送ス ク y ユ ウ コ ン べ ャ の 後方部 に 連続 し て 圧密充塡 さ せ ， 搬送 ス ク リ ュ ウ コ ン ペ ャ の 後端部 に 設 け た 土砂搬送装置 の な い 円 筒 に よ っ て 改 良土砂 の 止水 プ ラ グを 形成 さ せ る よ う に し ， 土圧系 シ ー ル ド エ法 を用 い て 高水圧 の 作用 す る 地山 で シ ー ル ドエ事 を行 う こ と がで き る よ う に し た も の で あ る 。 図面 の簡 単な 説明
    [0009] 第 1 図（a) は こ の 発明 の土圧系 シ ー ル ドエ法 を使用 す る シ ー ル ド 掘進機の一実施例を示す断面図， 第 1 図（b) は 第 1 図（a) に 関す る 説 明図， 第 2 図 は別 の 実施例 の 説 明図， 第 3 図 は計測制御 を行 う ブ σ ッ ク ダ イ ヤ グ ラ ム を示す 。 発明 を実施す る た め の 最良 の形態
    [0010] こ の穽 明 の一実施例 を図面を 参照 し て 詳述 す る 第 1 図（a)及び第 1 図 (b)を 参照 し て 1 は土圧 系 シ 一 ル ド 機 の 本体で， 前部 カ ツ タ へ ッ ド 2 よ り ベ ン ナ イ ト ♦ 粘 土 • 水等 よ り 成 る 掘 削添加材 と 称す る 流動性及 び粘 性向 上 材を 吐出 し な が ら ， 力 ッ タ へ ッ ド 2 の 面転 に よ つ て 地 山 を切取 り 掘削 し， ミ キ シ ン グ チ ャ ン 1 b に 取 り 込ん で ミ キ シ ン グ チ ヤ ン 1 b 内 で掘 削土砂 と 掘削添加材注入 管 よ り 注入 し た 上記掘削添加材を混合 し て 土砂を 塑性流 動化 さ せ る 。
    [0011] 上記掘 削添加材 は シ ー ル ド 坑外 の 作業基地 で 作 ら れ， ポ ン プ P , と 配管 4 に よ っ て シ ー ル ド 坑 内 を 搬送 し ， 配 管 4 と 連通す る 注入管 1 c を通 っ て シ ー ル ド 機 1 の カ ツ タ 2 に よ り 地 山 に 注入 さ れ上述 の よ う に ミ キ シ ン グ チ ヤ ン ノ、 ' 1 b 内で 混合 さ れ る 。
    [0012] 一方 こ の掘削添加材 の 緞送配管 4 に泥土改良主剤を ス ラ リ 一 に し て シ ー ル ド 機の 掘削速度， す な わ ち 掘削土量， 掘削土質 に応 じ て 混合 し て ， 切羽 に 注入 し ， ミ キ シ ン グ チ ャ ン バ l b で 混合 し て ， 泥土改良主剤 を掘削土砂に均 一 に 分散 さ せ る 。
    [0013] 泥土改良主剤 は坑外 の掘削添加剤作泥 ブ ラ ン ト に お い て掘削添加材中 に 混入 さ せ る か， 或 い は シ ー ル ド 機 1 の 後方で主剤 と 水 と を混合 し て ス ラ リ 一化 し た も の で P 2 はそ の注入ポ ン プを示す。
    [0014] そ し て 泥土改良主剤を切羽 に 注入す る 場合 は， 図示 の よ う に配管 4 に連通 し た掘削添加材注入配管 1 c を利 用 して 添加 す る か， 或 い は シ ー ル ド機 1 に 専用 の注入管を 設けて， 独立 し て 切羽 に添加さ せて も よ い。
    [0015] 上記注入ポ ン プ P 2 は シ ー ル ド 機 1 の 掘削速度を感知 して ポ ン プ の 吐出量を調整 し， 掘削土砂 に 適正な割合 で 注入が可能な 図示 し な い調整装置を有 し て い る 。
    [0016] な お泥土改良主剤 は泥土 に混入 し 混合す る こ と に よ り 土質 の 改良をす る 働 き をす る薬剤， （例 え ば エ ル フ レ ツ シ ュ （商品名 ） の よ う な植物性天然物を主成分 と す る 凝 集剤） よ り 成 り ， そ の 表面 に化学的 シ ー ルを か け ， 水に 溶 け な い よ う に シ ー ル し た も の で あ る 。
    [0017] こ の よ う に し て 掘削土砂 は ， ミ キ シ ン グ チ ャ ン ノヽ' 1 b で掘削添加材 と 混合 さ れ， 流動性 と 粘着性の 大 き い 泥土 と な る 。 こ の 泥土 を排出用 ス ク リ ュ ウ コ ン ペ ャ 3 で 後方 に 引 き 出 す。 そ し て 上記排土用 ス ク リ ュ ウ コ ン ペ ャ 3 は シ ャ ツ タ 1 4を介 し て一直線状 に 配置 さ れ た第 1 搬送用 ス ク リ ュ ウ 3 , と ， 第 2 搬送用 ス ク リ ュ ウ 3 2 及び上記 シ ャ ッ タ 1 4の 上方 に 位置 し， かつ 第 1 , 第 2 搬送用 ス ク リ ユ ウ 3 ί > 3 2 間 を連通す る 混 合 ス ク リ ュ ウ 3 3 と よ り な る 。
    [0018] 上記第 1 搬送 ス ク リ ユ ウ 3 1 は シ一ル ド チ ヤ ン ノヾ 1 b 内 に 先端部が開 口 す る 筒状 の ケ ー ス 3 a 内 に 収容 さ れて い て ， ケ ー ス 3 a の上部 に は隔壁 1 a の 後方 に 泥土改良 助剤注入管 5 に 連通す る 孔 が形成 さ れて い る 。 そ し て こ の泥土改良助剤 は泥土 改良主剤 の シ ー ル を化学的 に は ず す機能を 有 し て お り ， 注入孔 5 よ り こ の 泥土 改良助剤 を ス ク リ ュ ウ コ ン べ ャ の 搬送量 に 合せ て適正な 割合で添加 す る こ と に よ り ， ス ク リ ュ ウ コ ン べ ャ 3 内 で 泥土 と 混合 し泥土を 流動性 の な い 良質土 に 改良 す る がで き る 。
    [0019] な お上記混合 は第 1 搬送 ス ク リ ュ ウ 3 , だ け で も 良 く 第 2 搬送用 ス ク リ ュ ウ 3 2 を設置 し な い 場合 も あ る 。 ス ク ユ ウ 3 ン ベ ャ が リ ボ ン ス ク リ ュ ウ の 場合 に は ， 助剤 注入孔 は 第 2 図 の よ う に適宜位置を 変 PL ^ と に よ り 混 合度合を調整 し， ま た 軸付 ス ク リ ュ ウ の 場合 に は ， 混合 用 補助 ス ク リ ユ ウ を併設 し て混 合を 行 う よ う に し て も よ い o
    [0020] ま た シ ャ ッ タ 1 4は両側 に 設 け ら れ た 開閉 シ リ ン ダ 1 4 b に よ り 上下方 向 へ 開閉 さ れ る シ ャ ッ タ 板 1 4 a を有 し て い て ， こ の シ ャ ッ タ 板 1 4 a を 閉鎮 し て お く こ と に よ り ， 第 1 搬送用 ス ク リ ュ ウ 3 , に よ り 搬送 さ れ て き た 土砂 は シ ャ ッ タ 扳 1 4 a に 遮 ら れて混合用 ス ク リ ュ ウ 3 3 内 に下方 よ り 流入 さ れ る 。
    [0021] 上記混合用 ス ク リ ュ ウ 3 3 は掘削 さ れて軟弱性泥土化 さ れた土砂の 流動性が高 く ， 第 1 搬送用 ス ク リ ュ ウ 3 ！ で は十分 に固形化 で き な か っ た 土砂 と 土 K改良剤 を混合 し て 画形化を促進す る と 同時に ， 土砂を圧密 して プ ラ グ ゾ ー ン を形成す る も の で ， ケ ー ス 3 b の 後端 に設 け ら れ た駆動モ ー タ 8 に よ り 減速機 9 を介 して 混合用 ス ク リ ュ ゥ 3 3 が面転駆動 さ れて ， 後述す る 作用 で ケ ー ス 3 b 内 に プ ラ グ ゾ ー ン を形成す る よ う に な っ て い る 。
    [0022] 一方混合用 ス ク リ ュ ウ 3 3 に よ り 十分 に土質改良剤 と 混合 さ れて 固形化 さ れ た土砂 は， 第 2 搬送用 ス ク リ ユ ウ 3 2 の ケ ー ス 3 c 内へ送 り 込ま れる よ う に な っ て い る 。 第 2 搬送用 ス ク リ ュ ウ 3 2 は ケ ー ス 3 c の 後端側に設 け ら れた駆動モ ー タ 1 0に よ り 减速機 1 1を介 し て， 面転 さ れ る よ う に な っ て い て， 固形化 さ れ た土砂を ケ ー ス 3 c の後方へ搬岀 す る 。
    [0023] そ し て上述の よ う に併設 さ れ た ス ク リ ュ ウ 3 , , 3 3 3 2 で 搬送混合が連続 し て行わ れ， 改良 さ れた土砂 は第 2 搬送用 ス ク リ ュ ゥ 3 2 の 後方部 1 6に連続 し て圧密充填 さ れて， 切羽 か ら 作用 す る 水圧 に対抗す る 止水プ ラ グ を 形成す る 。 こ の プ ラ グ を形成す る た め に は， ス ク リ ュ ウ 3 z の後端部 に ス ク リ ュ ウ コ ン ペ ャ 等 の 土砂搬送機能が な い 円 筒 1 5を設け ， こ の 円 筒 1 5の端部よ り 掘削土砂を排 出 す る よ う に し て い る 。
    [0024] ま た ケ ー ス 3 c の後端 に は シ ャ ツ タ 1 2が設 け ら れ， 該 シ ャ ッ タ 1 2は開閉 シ リ ン ダ 12 b に よ り 上下方向へ開閉す る シ ャ ッ タ 板 12 a を有 し て い る 。
    [0025] ま た シ ャ ツ タ 12の 後側 に は ホ ツ バ 13が突設 さ れ て い て ， 第 2 搬送用 ス ク リ ユ ウ 3 2 に よ り 搬送 さ れて き た 土砂 は シ ャ ッ タ 12の 開放 と 共 に ， ホ ッ ノ、· 13を介 し て ト 口 ッ コ な ど の 運搬車ゃ排土用 ベ ル ト コ ン べ ャ な ど の 搬送手段上 に 落下 さ れ， こ れ ら 搬送手段 に よ り 後方へ と 搬送 さ れ る よ う に な つ て い る 。
    [0026] そ し て 上記 円筒 15は土砂 の 搬 出 に と つ て は 大 き な抵抗 と な り ， ス ク リ ュ ゥ 3 2 の 後方部 16に確実 に 改良土を 圧 密充塡 さ せ る 機能 を有 す る も の で あ る 。 こ の 円筒 15の 土 砂搬送抵抗力 の調整 は， R 筒 の 县 さ を調整す る か， 或 い は 円 筒 15を後方 に 向か っ て 断面積を 縮少 す る 方法 に よ つ て 行 う こ と がで き る 。
    [0027] こ の よ う に 止水 プ ラ グ が形成 さ れ る こ と に よ っ て ， 改 良剤 に よ り 改良 さ れ た 土砂 は掘 削添加剤 が混入 さ れ る 以 前 の 強度 に 面復す る の で ， 土砂 の も つ剪断抵抗力 と ス ク リ ユ ウ コ ン べ ャ の 羽根 と に よ っ て ， 切羽 か ら 作用 す る 水 圧 に 抵抗す る も の で あ る 。
    [0028] な お土 の 剪断抵抗力 が不足 の 場合 は土砂 に 繊維状 の 剪 断補 強材を添加す れば よ い 。
    [0029] 第 3 図 は上記計測制御を行 う ブ ロ ッ ク ダ イ ヤ グ ラ ム を 示 し ， シ ー ル ド ジ ャ ッ キ ス ト ロ ー ク セ ン サ 21, シ 一 ル ド ジ ャ ッ キ ス ピ ー ド セ ン サ 22, ス ク リ ユ ウ コ ン べ ャ 回転数 検 出器 23, ス ク リ ュ ウ コ ン ペ ャ ト ル ク 検 出器 24, 排土土 砂流速検 出器 25, 排土土砂密度検出 器 26, 掘 削添加材添 加量測定器 27, 改良主材添加量測定器 28, 改良助剤添加 量測定器 29か ら の 入力信号を コ ン ト ロ 一 ラ 3 0に入れ， メ モ リ 3 1と の藺でデ ー タ のや り と り を し て 適正 な主剤の添 加量 32と 助剤 の添加量 33を決定す る も の で あ る 。 そ し て 主剤 の添加 は シ ー ル ド ジ ャ ッ キ ス ビ ー ド に連動制御 さ せ 助剤 は ス ク リ ユ ウ の 面転数あ る い は計測 し た 排土量 と 連 動制御 さ せ る よ う にす る 。
    [0030] ま た ス ク リ ユ ウ コ ン べ ャ 內で上 Si し た 掘削泥土 の 改良 並び に止水ブ ラ グ ゾ 一 ン の 形成が行われて い る か否か の 計測判定を行 っ て 泥土改良主剤及び泥土改良助剤 の添加 量を調整す る と 共 に， ス ク リ ュ ウ コ ン ペ ャ か ら の 排土量 を計測 し ， 切羽切削が過剰掘削 を行 い 周 辺の 地山を乱 し て い る か否か も 判定す る よ う に な つ て い る
    [0031] 従 っ て こ の 発明 の実施例 に よ れば， カ ツ タ チ ヤ ン ノ の 中で十分 に泥土 と 泥土改良主剤 と を混合 して お い て ， ス ク リ ユ ウ コ ン べャ の 中 で泥土改良助 剤 に よ り 化学的 に 改 良主剤の シ ー ルを と つ てや る こ と に よ り ， 特別な 混合機 搆を 付加 す る こ と な し に ， 口径の小 さ い シ — ル ド 機械を 用 い て所期 の 混合， 改良を行 う こ と がで き る 。 産業上 の 利用 可能性
    [0032] 以上 の よ う に こ の 発明 は掘削土 の 流動性及び粘性の 向 上材 と 泥土の 改良主剂 を混合 し て 成 る掘削添加材 を シ一 ル ド 掘進時に 切羽 及び ミ キ シ ン グ チ ヤ ン バ内 及び排土用 ス ク リ ュ ウ コ ン べ ャ 内 で掘削土 に添加 し て掘削土 と 泥土 改良主剤を十分に 混合 さ せ， し かる 後土砂緞送ス ク リ ュ ゥ コ ン べ ャ 内 に添加 さ れた泥土改良助剤 に よ っ て 改良主 剤が覆 つ て い た シ ー ルを化学的 に 除去す る こ と に よ り ， 排土用 ス ク リ ユ ウ コ ン べ ャ 内 で 良質 な 土砂に 改良 す る こ と がで き る の で ， 特別 の 混合機構を 設 け な く て も ， 小 口 径 の シ ー ル ド 機械を用 い て 十分 に 混 合 と 土質 の 改良を行 う こ と がで き Ό o
    [0033] さ ら に ま た こ の 発明 に よ れ ば泥土 改良主剤 と 改良助剤 を連続 し て 混合改良す る と 同時 に ， 排土用 ス ク リ ュ ウ コ ン べ ャ 内 で シ ー ル ド前面部 よ り 作用 す る 水圧 に対抗す る 止水 ブ ラ グ ゾ ー ン を形成す る こ と に よ り 排土 の 噴発防止 が で き る の で , 切羽崩壊を 防 ぎ周辺 の 地 山 を 乱 さ な い と 共 に 排土 も 容易 に 行 う こ と がで き る 。
    [0034] そ し て 特 に 土砂搬送装置 の な い 円 简を ス ク リ ュ ウ コ ン べ ャ の 後端部 に 設 け た こ と に よ っ て ， 改良剤 に よ り 改良 さ れ た土砂を掘削添加材が混入 さ れ る 以 前 の 強度 に 回 復 す る こ と がで き ， 搬送用 ス ク リ ュ ウ コ ン ペャ の後半部 で 改良 さ れ た 土砂に よ っ て 切羽水圧に 対抗 す る 止水 プ ラ グ が形成 さ れ る こ と に よ り ， 土砂 の有 す る 翦断抵抗力 と ス ク リ ュ ウ コ ン べャ の 羽根 と に よ り 切羽 か ら 作用 す る 水圧 に十分 に 抵抗す る こ と がで き ， 排土 の 噴発を 防止 す る こ と が可能 と な る 。
    [0035] 従 っ て こ の 発明 に よ れば， 高 水圧 の地 山 を掘削 す る の に 従来 の よ う な泥水加圧式 シ ー ル ド エ法 を用 い る 必要が な く な り ， 土圧系 シ ー ル ド 工法 に よ つ て 髙水圧 の 地山 を 掘削 す る 場合 で も ， 切羽 の 崩壊 や周 辺 の 地山 を刮 す よ う な こ と が確実 に 防止で き る と 共 に ， 排土処理 も 容易 で あ る と い う 顕著 な 効果を奏す る も の で あ る 。
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    ( 1 ) 掘削土 の流動性及び粘性 の 向上材 と 泥土改良主剤 を混合 し て成 る 掘削添加材を シ ー ル ド掘進時 に切羽及び ミ キ シ ン グ チ ャ ン バ内及び土砂搬送 ス ク リ ュ ウ コ ン ペ ャ 内で 掘削土に 添加 し て掘削土 と 泥土改良主剤を十分に 混 合 さ せ， つ い で土砂搬送ス ク V ユ ウ コ ン べ ャ に泥土改良 助剤 を添加 し て該改良助剤 に よ り 上記改良主剤がおおわ れて い た シ ー ルを化学的に はずす こ と に よ り ， 土砂搬送 ス ク リ ユ ウ コ ン べ ャ 内 で良質な土砂 に 改良 し て搬出 し よ う と し た こ と を特徵 と す る 土圧系 シ ー ル ドエ法。
    ( 2 ) 上記泥土改良主剤 と 泥土改良助剤 を土砂搬送ス ク リ ュ ウ コ ン ペ ャ 内 で混合改良す る と 共に， シ ー ル ド前面 部よ り 作用 す る 水圧に対抗す る 止水 プ ラ グ ゾ ー ン を形成 す る よ う に し た， 請求 の範囲第 1 項記載の土圧系 シ ー ル ド エ法。
    ( 3 ) 上記改良 さ れた 土砂を連続的 に搬送ス ク リ ユ ウ コ ン べ ャ の 後端部 に設け た土砂搬送装置の な い 円筒 に よ つ て 上記改良土砂 の 止水 プ ラ グを形成す る よ う に し ， 高水 圧の 作用 す る 地 ώ で シ ー ル ドエ事を行 う こ と がで き る よ う に し た ， 請求の 範囲第 1 項記載の 土圧系 シ ー ル ド工法
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    1990-11-15| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB IT LU NL SE |
    1991-10-17| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1990906375 Country of ref document: EP |
    1992-02-12| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1990906375 Country of ref document: EP |
    1996-03-20| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1990906375 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP1/107402||1989-04-28||
    JP1/107401||1989-04-28||
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    KR91701469A| KR970007380B1|1989-04-28|1991-10-28|Earth pressure system shield process|
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