JP2000186280A

JP2000186280A - シールド掘削用加泥剤

Info

Publication number: JP2000186280A
Application number: JP10364663A
Authority: JP
Inventors: Saburo Ishii; 三郎石井; Yoshihiro Asai; 義浩浅井; Hiroaki Ishii; 宏明石井
Original assignee: Tachibana Material Co Ltd
Current assignee: Tachibana Material Co Ltd
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】粘性特性が安定しているとともに、掘削位置
までの圧送が容易で、しかも、土砂の排出を円滑に行う
ことが可能な加泥剤を提供する。【解決手段】加泥剤は、少なくとも珪酸ソーダを含む
第一の液と、少なくともベントナイトを含む第二の液
と、を混合することにより構成される。そして、上記第
一、第二の液のうちの少なくとも一方に増粘作用を有す
る重合体を配合している。又、これら第一、第二の各液
の配合比率を、第一の液の容量を１とした場合に第二の
液の容量を１乃至２０としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば土圧系加
泥式工法において使用される、掘削された土砂に添加し
て当該土砂の流動性を改善するための加泥剤の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法の一つとして土圧系工法が
従来から広く利用されている。この土圧系工法は、地山
を掘削して得られる土砂を、図示しないシールド装置に
設けたチャンバに一時的に充填し、この充填した土砂の
圧力で切羽部地山の圧力に対抗する。これとともに、上
記充填した土砂を掘進とともに順次後方に排出する。す
なわち、上記土圧系工法においては、上記チャンバに一
時的に充填する土砂が、受働土圧並びに止水性を発揮す
る。

【０００３】尚、上記土圧系工法においては、掘削の進
行に伴って新たな土砂がチャンバ内に送り込まれるた
め、先に充填されていた土砂は、順次、後方に排出す
る。このような排出作業においては、トロッコ状の移送
台車により、若しくは、圧送ポンプによって配管内を流
通させることにより、地上に送り出すようにしている。
上記移送台車を用いる場合はともかく、上記圧送ポンプ
を用いる場合、排出される土砂は或る程度の流動性を有
する必要があるため、切羽部地山の崩壊を防止すること
と併せて、当該切羽部地山に加泥材を噴射しながら掘進
するようにしている。

【０００４】ところで、掘削箇所の地質は、その箇所に
よって種々異なるため、予め地質調査を行ってその地質
に最も適合した加泥材（種類、噴射量、粘度等の性状）
を選択する。そして、掘削作業に際しては、坑内或いは
地上の基地等に設けた調整設備で加泥剤を調整し、上記
シールド装置に圧送している。従来使用されている加泥
材としては、結合材（細粒、微細粒の鉱物−シルト、粘
土、ベントナイトなどの混合物）の水スラリーに、増粘
剤や吸水材を適宜加えたものが一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の加泥剤においては、以下のような不都合
が存在する。すなわち、上記加泥剤は、多種の配合剤を
使用して粘度の高い液としている。このような従来の加
泥剤は、希釈に弱く、例えば、掘削の進行に基づいて地
下水が混入するとその粘度が大きく低下してしまい、効
率的な掘削作業が行えない場合がある。特に、土砂が砂
礫土質の場合、その傾向が大きく、良好な流動性を期待
することができないものであった。

【０００６】更に、近年では、ポリマ系材料により構成
した加泥剤が開発され、実際に使用されている。このよ
うなポリマ系材料を利用した加泥剤においては、地下水
或いは土中に含まれる金属塩によって粘度が変化してし
まう等、その粘性特性が安定したものとは言い難いもの
であった。

【０００７】上述したように、従来から知られた加泥剤
を加えても、掘削する土質等によっては良好な流動性を
得られない場合がある。このように良好な流動性を得ら
れないと、上記移送台車を用いる場合はともかく、圧送
ポンプを用いる場合には土砂を排出するための配管内が
詰まってしまい、土砂の排出作業が円滑に行なわれず、
掘削作業が滞ってしまう。尚、掘削した土砂を地上等の
外部に排出する場合、上記移送台車を用いるのは、軌道
の敷設等を含め、設置作業が面倒で、コストが嵩んでし
まう。このため、近時では、上記圧送ポンプを用いる傾
向にあるが、このような圧送ポンプを用いた場合には、
上述した不都合が生じる。

【０００８】このような不都合を解消すべく、濃度及び
粘度の高い配合によって加泥剤を作液することが考えら
れるが、粘度の高い材料を調整設備から掘削位置までの
長距離に亙って圧送することは困難であり、現実的でな
い。しかも、上記濃度を高くすることは、シールド坑内
の条件に問題がある。

【０００９】この発明に係るシールド掘削用加泥剤は、
上述したような事情に鑑みて創案されたもので、その目
的とするところは、粘性特性が安定しており、且つ、掘
削位置までの圧送が容易で、しかも、掘削土砂のポンプ
圧送を円滑に行なわせられる加泥剤を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係るシールド
掘削用加泥剤のうち、請求項１に記載した加泥剤は、掘
削された土砂に添加される加泥剤であって、少なくとも
珪酸ソーダを含む第一の液と、少なくともベントナイト
を含む第二の液と、を混合することにより構成される。
そして、上記第一、第二の液のうちの少なくとも一方に
増粘作用を有する重合体を配合している。又、これら第
一、第二の各液の配合比率を、第一の液の容量を１とし
た場合に第二の液の容量を１乃至２０としている。

【００１１】尚、上記第一の液を構成する珪酸ソーダと
しては、請求項２に記載したように、モル比が３前後
（２．５以上４以下程度）で、比重が１．２乃至１．５
のものを採用することができる。すなわち、いわゆる珪
酸ソーダ１号（比重２．５）、珪酸ソーダ２号（比重
３）、珪酸ソーダ３号（比重４）等を採用することがで
きる。又、上記増粘作用を有する重合体としては、請求
項３に記載したように、ソジウム・カルボキシメチル・
セルロース（ＣＭＣ）と、ポリアクリルアミドやポリア
クリル酸ソーダ等のアクリル系ポリマとのうちの少なく
とも一を採用することができる。

【００１２】上述のように構成される、この発明に係る
シールド掘削用加泥剤を用いて、土圧系工法を実施する
際の基本的な作用は、従来知られた加泥剤と同様であ
る。特に、この発明に係るシールド掘削用加泥剤は、第
一の液と第二の液とを、シールド装置の注入口手前で混
合し、この注入口から注入する。これら第一、第二の各
液は、それぞれ粘性が低いため、上記シールド装置に圧
送するまでの時間が短縮されるとともに、圧送に要する
機械設備の簡易化、省力化が図られる。更に、上記シー
ルド装置の注入口手前で、上記第一、第二の各液が混合
されるとゲル状になるが、このゲル状の状態においても
流動性は確保されるため、上記注入口からチャンバまで
の流通性も良好である。

【００１３】又、上記第一、第二の各液を混合すると、
数秒乃至数分でその粘性が増大する。このため、上記第
一、第二の各液を混合することにより得られる加泥剤
は、上記チャンバ内の土砂に充分に混合される。しか
も、この加泥剤は、海水や地盤改良剤等に含まれる各種
金属塩が土砂内に混入していた場合でも、粘性特性が変
化することがないため、迅速で効率的な掘削作業を行え
る。

【００１４】更に、チャンバ内の土砂を地上に圧送する
際、この発明に係る加泥剤は、固形分と水分とに分離す
ることが少ない。従って、排出される土砂の流動性は充
分に確保される。この点からも、迅速で効率的な掘削作
業が可能になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態例に
ついて説明する。本形態例に係るシールド掘削用加泥剤
は、第一の液と第二の液とを混合して成るものである。
上記第一の液は、珪酸ソーダ３号（Ｎａ₂Ｏ・３ＳｉＯ₂
・ａｑ）を採用している。又、上記第二の液は、ベント
ナイトと、ソジウム・カルボキシメチル・セルロース
（ＣＭＣ）及びポリアクリルアミド等のアクリル系ポリ
マと、に水を加えたものである。上記ＣＭＣ及びアクリ
ル系ポリマが、特許請求の範囲に記載した増粘作用を有
する重合体である。本形態例の場合、加泥材全体として
１リットルとなるよう、上記第一の液を０．１リット
ル、上記第二の液を０．９リットル、それぞれ混合し
た。上記第二の液の内訳は、ベントナイトが１８０ｇ、
ＣＭＣ及びアクリル系ポリマの混合体が４．５ｇ、水が
８２６ｃｃである。上記ベントナイトとしては、群馬産
の２５０メッシュ相当のものを使用した。

【００１６】上述のように構成される、本形態例に係る
シールド掘削用加泥剤を用いて、土圧系工法を実施する
際の基本的な作用は、従来知られた加泥剤と同様であ
る。特に、この発明に係るシールド掘削用加泥剤は、上
記第一の液と第二の液とを、地上の基地等から掘削に使
用するシールド装置設置位置まで、圧送ポンプ及び配管
を介して圧送する。そして、上記シールド装置の注入口
手前でこれら第一、第二の液を混合し、この注入口から
注入する。上記第一、第二の各液が混合されると、ゲル
状の加泥剤となる。加泥剤としての機能は、前述した従
来から知られた加泥剤と同様である。

【００１７】本形態例に係る加泥剤においては、上記第
一、第二の各液は、それぞれ粘性が低いため、上記シー
ルド装置に圧送する場合に、配管内を円滑に流動する。
従って、上記シールド装置の注入口手前まで供給する時
間が短縮されるとともに、圧送に要する機械設備の簡易
化、省力化が図られる。更に、上記シールド装置の注入
口手前で、上記第一、第二の各液が混合されるとゲル状
になるが、このゲル状の状態においても流動性は確保さ
れるため、上記注入口からチャンバまでの流通性も良好
である。尚、各液を混合してからゲル状になるまでの時
間は、第一、第二の各液の構成、第一、第二の各液の配
合比率等によって調整可能である。このため、地質や掘
削作業の進行状態等に応じて適宜のものとする。又、上
記加泥剤は、比較的間隙の大きな土砂に対して充分に浸
透し、土粒子の間隙に存在する水分を排除するため、切
羽をより安定化させることができる。

【００１８】又、上記第一、第二の各液を混合すると、
数秒乃至数分でその粘性が増大する。このため、上記第
一、第二の各液を混合することにより得られる加泥剤
は、上記チャンバ内の土砂に充分に混合される。しか
も、この加泥剤は、海水や地盤改良剤等に含まれる各種
金属塩が土砂内に混入していた場合でも、上記各液を混
合して得られる珪酸ゲルは粘性特性が変化することがな
いため、迅速で効率的な掘削作業に寄与する。尚、本形
態例に係る加泥材の場合、その粘度は２５０００ｃｐで
あった。

【００１９】更に、掘削作業を進めるに際し、チャンバ
内の土砂を地上に排出する必要がある。この場合、圧送
ポンプを用いて排出することが、労力やコストの削減を
図る上で好ましいが、このような圧送ポンプを用いて
も、上記加泥剤は、固形分と水分とに分離することが少
ない（脱水量が少ない）ため、排出される土砂の流動性
は充分に確保され、円滑な排出が可能になる。又、珪酸
ゲルが微粒の土質（シルト、粘土）の代わりとなって掘
削土の微粒子を補い、砂礫土のような微粒子成分の少な
い土質においても結合材（バインダ）として作用するこ
とも期待できる。

【００２０】次に、この発明に係るシールド掘削用加泥
剤の効果を確かめるために行った実験について説明す
る。この実験は、試験対象土に上記本形態例に係る加泥
剤を混入させた場合と、同じく試験対象土に従来から知
られている以下の第一、第二の各比較加泥剤と、をそれ
ぞれ混入させた場合と、における、スランプ値とその際
の状態とを比較することにより行った。これらスランプ
値及び状態は、上記各加泥剤の注入率を、それぞれ２０
％、２５％、３０％、３５％、４０％とした場合につい
て調べた。更に、各加泥剤の注入率を３０％とした際に
おける脱水試験を行い、その結果を比較した。又、各加
泥剤の注入率を３０％とした際において、塩分を１．０
％混入させた場合のそれぞれの状態について比較した。
これらの結果を、下記の表１に示す。

【００２１】尚、上記試験対象土は、２．０ｍｍ乃至２
０ｍｍの大きさの礫７０ｗｔ％と、０．４ｍｍ乃至２．
０ｍｍの大きさの粗砂２０ｗｔ％と、０．０７４ｍｍ乃
至０．４mmの大きさの細砂１０ｗｔ％と、を混合して成
るものである。更に、含水率をおよそ１０％としてい
る。本実験においては、土砂１０ｋｇ中、礫７ｋｇ、粗
砂２ｋｇ、細砂１ｋｇに、水１１００ｃｃを含有させた
ものを採用した。又、第一の比較加泥剤は、ベントナイ
トと粘土と水とを混合して成るもので、この第一の比較
加泥材１０００ｃｃ当たり、ベントナイトを１６０ｇ、
粘土を３２２ｇ、水８０６ｃｃ、配合している。一方、
上記第二の比較加泥剤は、本出願人会社製の加泥材（商
品名：クリーンＳＰ−Ａ III）８．０gに水９９６gを
加えたものを採用した。上記第一、第二の各比較加泥材
の粘度は、それぞれ１５０００ｃｐ、３８００ｃｐであ
った。又、上記スランプ値の測定は、高さが３０ｃｍ、
上端開口の内径が１０ｃｍ、下端開口の内径が２０ｃｍ
の円錐コーンを用いた。

【００２２】

【表１】

【００２３】この表１の記載から明らかなように、本形
態例に係る加泥剤を混入した場合、従来の第一、第二の
比較加泥剤を混入した場合に比較してスランプ値、状
態、脱水試験、塩分混入時の状態のいずれにおいても良
好である。すなわち、本形態例に係る加泥剤を用いた場
合、その添加量に伴うスランプ値の変化が小さく、いず
れの添加量の場合にも掘削やポンプ圧送に良好な流動性
を示している。これに対し、第一の比較加泥材において
は、その添加量が少ない場合には土砂と加泥材とが分離
傾向にある。従って、掘削現場の状態によっては使用可
能であるが、掘削に際し、例えば地下水の水位が高い場
合は、水圧により流動性の高い加泥材のチャンバから奮
発する虞がある。又、上記第二の比較加泥材において
は、いずれの添加量の場合もスランプ値が安定してお
り、加泥材としての性能は高い。しかしながら、塩分が
含まれた土砂を掘削する場合に課題があることが分か
る。

【００２４】上記の実験結果から、本形態例に係る加泥
材は、粘性特性が安定しており、且つ、掘削位置までの
圧送が容易であり、しかも、上記加泥剤を使用すること
により、ポンプ圧送による土砂の排出を円滑に行うこと
が可能になる。尚、表中、「◎」印は上記スランプ値等
の各結果がきわめて良好であった場合を、「○」印は、
各結果が良好であった場合を、「×」印は従来品と同程
度或いはそれ以下であった場合を、それぞれ表わしてい
る。

【００２５】

【発明の効果】この発明に係るシールド掘削用加泥剤
は、上述のように構成され作用するため、上記第一、第
二の各液をシールド装置に圧送する際に、配管内を円滑
に流動して上記シールド装置の注入口手前まで供給する
時間が短縮されるとともに、圧送に要する機械設備の簡
易化、省力化が図られる。更に、上記シールド装置の注
入口からチャンバまでの間においても、上記第一、第二
の各液の混合液はゲル状となって流動性は確保されるた
め、その流通性も良好なものとなる。又、上記第一、第
二の各液を混合して得られる加泥剤は、混合後、粘性が
増大する。このため、上記第一、第二の各液を混合する
ことにより得られる加泥剤は、上記チャンバ内の土砂に
充分に混合される。しかも、この加泥剤は、各種金属塩
が土砂内に混入していた場合でも粘性特性が変化するこ
とがないため、土砂の性状改善は良好である。更に、チ
ャンバ内の土砂を地上に排出する場合、上記加泥剤は、
固形分と水分とに分離することが少ない。従って、排出
される土砂の流動性は充分に確保され、迅速で効率的な
掘削作業が可能になる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井宏明東京都足立区保木間１丁目６番15号株式会社立花マテリアル東京支店内Ｆターム(参考） 2D054 AC04 AC05 DA12 FA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】掘削された土砂に添加される加泥剤であ
って、少なくとも珪酸ソーダを含む第一の液と、少なく
ともベントナイトを含む第二の液と、を混合することに
より構成され、上記第一、第二の液のうちの少なくとも
一方に増粘作用を有する重合体を配合しており、これら
第一、第二の各液の配合比率を、第一の液の容量を１と
した場合に第二の液の容量を１乃至２０としたことを特
徴とする、シールド掘削用加泥剤。
【請求項２】前記第一の液に含まれる珪酸ソーダは、
モル比が３前後で、比重が１．２乃至１．５であること
を特徴とする、請求項１に記載のシールド掘削用加泥
剤。
【請求項３】前記増粘作用を有する重合体が、ベント
ナイトと、ソジウム・カルボキシメチル・セルロース
と、ポリアクリルアミドやポリアクリル酸ソーダ等のア
クリル系ポリマとのうちの少なくとも一であることを特
徴とする、請求項１乃至請求項２のいずれかに記載のシ
ールド掘削用加泥剤。