JP2019065202A - シールド掘進機用テールシール組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】止水性及び圧送性に優れ、環境への影響の少ないテールシール組成物を提供する。【解決手段】前期課題は、基油としてのポリオールエステル、粉末状でんぷん、無機粉体および天然物由来の繊維質を含むシールド掘進機用テールシール組成物により解決することができる。【選択図】なし

Description

本発明は、自然環境への負担が少ないシールド掘進機用のテールシール組成物に関するものである。

シールド掘進機により、地中にトンネルを掘削する場合、進行方向の地山を掘削しながら、シールド掘進機は前進し、シールド掘進機の後方には、順次、トンネルの内壁となるセグメントが組み上げられている。この場合、掘削されるトンネルの外径（掘削開孔径）は、シールド掘進機の外径プラスシールド掘進機が前進するための余裕代（数センチ）となるが、セグメントはシールド掘進機内部で組み上げられるため、セグメントの外径はシールド掘進機の内径以下となる。このため、シールド掘進機の後方ではトンネル外径とセグメント外径との間に隙間が生じ、この隙間には、シールド掘進機の前進にともない、裏込材が充填される。

一方、シールド掘進機の後端で、未だ裏込材が充填されていないトンネル内の空隙へは、地下水等が浸みだしており、この地下水のシールド掘進機内への浸入を防ぐため、シールド掘進機の末端にはシールド掘進機内のセグメントの外周とシールド掘進機の内周の間を止水するブラシシールが複数列、シールド掘進機の内周に設けられている。そして、その止水性を維持するために、これらのブラシシールの間にテールシール組成物が充填されている。シールド掘進機の進行に伴い、ブラシシールのテールシール組成物はセグメント外周面に貼り付いて地山へ放散するため、ブラシシール部へのテールシール組成物の補充が必要となり、配管を通してテールシール組成物がポンプを用いて圧送される。

本発明者らは、止水性が高く、圧送性にも優れるテールシール組成物として、鉱油系又は合成系の基油に、無機粉体及び繊維質を含むものを提案している（特許文献１）。一方、このテールシール組成物は、掘削後にも地中に残存するものであり、土壌や地下水などの環境への負荷が懸念される。そのため、生分解性の基油を用いることが提案されている（特許文献２、３）。

国際特許公開２０１６／０２１６９０号公報 特開平９−２０８９４３号公報 特開２０１６−０１４１０８号公報

シールド掘進機用のテールシール組成物に求められる止水性・圧送性に優れると同時に、さらに、環境への影響を低減したテールシール組成物を提供するものである。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究を進めた結果、驚くべきことに、テールシール組成物に所定のエステル基油、有機固体粒子、無機粉体および繊維質を用いることにより、所定の性能を確保した上で、さらに、環境への負荷を低減できることを見出した。

本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、次の通りのものである。
（１）基油としてのポリオールエステル、粉末状でんぷん、無機粉体および天然物由来の繊維質を含むシールド掘進機用テールシール組成物。
（２）粉末状でんぷんが、小麦粉を含む上記（１）のシールド掘進機用テールシール組成物。
（３）無機粉体が、炭酸カルシウムおよびベントナイトの少なくとも一方である上記（１）又は（２）のシールド掘進機用テールシール組成物。
（４）（１）〜（３）のいずれかのシールド掘進機用テールシール組成物をシールド掘進機に用いるシールド掘進工法。

本発明のシールド掘進機用テールシール組成物は、シールド掘進機による掘削を効率的にかつ安全に行うことが可能な止水性と圧送性を備えるとともに、組成物全体が生分解性に優れるため、環境への影響を著しく低減することが可能となる。なお、６０％以上の生分解度達成によりエコマークが取得可能となる。

本発明のシールド掘進機用テールシール組成物は、基油としてのポリオールエステル、粉末状でんぷん、無機粉体および天然物由来の繊維質を含むものであるが、この組成物は、圧送の容易性、止水性、水分混入時の安定性、及び高温時での油保持力を確保するため、ちょう度が１５０〜３５０のものが好ましく、１８０〜２８０がより好ましい。なお、本発明にいうちょう度の測定は、ＪＩＳＫ２２２０の不混和ちょう度試験による。

［Ａ］基油
本発明の組成物に含まれる基油は、ポリオールエステルを含むものである。ポリオールエステルとしては、２価〜６価の多価アルコールと１価カルボン酸または多価カルボン酸とのエステルを用いることができる。多価アルコールとしては、脂肪族アルコールが好ましく、その炭素数は２〜１２、特には３〜１０が好ましい。具体的には、グリセリン、ネオペンチルグリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、ジ−（トリメチロールプロパン）、トリ−（トリメチロールプロパン）、ペンタエリスリトール、ジ−（ペンタエリスリトール）が挙げられる。１価カルボン酸としては、飽和または不飽和の脂肪酸が好ましく、炭素数は３〜２０、特には８〜１８が好ましい。また、基油として、２種以上のポリオールエステルを組み合わせて使用することもできる。

このような基油は、合成された基油を用いることもでき、又は動植物油を用いることもできる。動植物油であるポリオールエステルとしては、例えば、牛乳脂、牛脂、ラード(豚脂)、羊脂、鯨油、鮭油、かつお油、にしん油、鱈油、大豆油、菜種油、ひまわり油、サフラワー油、落花生油、とうもろこし油、綿実油、米ぬか油、ゴマ油、オリーブ油、アマニ油、ヒマシ油、カカオ脂、パーム油、ヤシ油、麻実油、米油、又は茶種油を用いることもできる。

この基油の物性としては、４０℃における動粘度が１０〜３,０００ｍｍ^２／ｓのものが好ましく、５０〜１，２００ｍｍ^２／ｓがさらに好ましい。さらに、流動点は−１０℃以下が好ましく、安全性の観点から、引火点は１５０℃以上が好ましい。

この基油の含有量は、テールシール組成物全量基準で、１５〜６０質量％であるが、好ましくは２５〜５８質量％、より好ましくは３５〜５７質量％である。ポリオールエステル以外の基油を含んでもよいが、その含有量は、テールシール組成物全量基準で、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは３質量％以下である。

［Ｂ］粉末状でんぷん
本明細書において、粉末状でんぷんとは、葉緑素を有する植物の炭酸固定により生産され、栄養貯蔵物質として、種子、根茎、塊茎、又は球根などに貯蔵される炭水化物を粉末状に加工したものを意味する。本発明のテールシール組成物に含まれるでんぷんは、ジャガイモ、小麦、大麦、トウモロコシ、サツマイモ、米、クズ、カタクリ、緑豆、さごやし、又はキャッサバなどの根、茎、種子又は果実などから得られたものを使用することができ、コーンスターチ又は小麦粉などが好ましい。粉末状でんぷんは１種のみを使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。粉末状でんぷんは、市販のものを使用することもできる。粉末状でんぷんは、自然界において分解され得る生分解性のものを使用することが好ましい。

粉末状でんぷんには、粉末状加工でんぷんが含まれる。ここで、加工でんぷんとは、でんぷんに物理的、酵素的または化学的処理を行なったものをいう。加工でんぷんの例としては、アルファー化デンプン、酸化デンプン、酵素処理デンプン、デンプン誘導体、又はデキストリン等が挙げられる。

デンプン誘導体の例としては、エーテル化デンプン、エステル化デンプン、又は架橋デンプン等が挙げられる。エーテル化デンプンの例としては、デンプングリコール酸ナトリウム、ヒドロキシプロピルデンプン、又はカチオンデンプン等が挙げられる。エステル化デンプンの例としては、酢酸デンプン、リン酸デンプン、又はオクテニルコハク酸デンプン等が挙げられる。架橋デンプンの例としては、リン酸架橋デンプン、アセチル化アジピン酸架橋デンプン、アセチル化リン酸架橋デンプン、ヒドロキシプロピル化リン酸架橋デンプン、又はリン酸モノエステル化リン酸架橋デンプン等が挙げられる。

これらの粉末状でんぷんの平均粒径は、好ましくは１〜３００μｍ、より好ましくは１〜２００μｍ、さらに好ましくは１〜１００μｍ、さらに好ましくは１０〜１００μｍ、さらに好ましくは１５〜８０μｍ、最も好ましくは１５〜６０μｍ である。なお、平均粒径とは、レーザー回折・散乱法により測定される粒径のメジアン径（５０％粒径）を意味する。

本発明の組成物における粉末状でんぷんの含有量は、テールシール組成物全量基準で、５〜７０質量％が好ましく、２５〜６０質量％がより好ましい。

［Ｃ］無機粉体
無機粉体としては、珪素、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム等の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩等の粉体を用いることができる。さらにこれらの混合物、及び、天然に産するこれらの化合物を主成分とする鉱石の粉体等も用いることができる。具体的には、炭酸カルシウム、ベントナイト、タルクの粉体があり、生分解性を高める観点から、炭酸カルシウムまたはベントナイトがより好ましい。これらの無機粉体は、平均粒径が１〜１００μｍのものが好ましい。

この無機粉体の含有量は、テールシール組成物全量基準で、５〜５０質量％、特には５〜２０質量％が好ましい。

［Ｄ］繊維質
繊維質は、シールド掘進機のテールシール部にある金属網や金属線を束ねたブラシに絡みつき、止水性のある濾布層を形成するために用いられる。繊維質の含有量は、テールシール組成物全量基準で、好ましくは２〜１０質量％、より好ましくは３〜８質量％である。

この繊維質は、止水性と圧送性をバランスよく向上させるために、短繊維と長繊維とを含むことが好ましい。短繊維の平均長さが０.８〜２.４ｍｍであり、好ましくは１.０〜２．２ｍｍである。長繊維の平均長さは、使用する短繊維の平均長さの１.１〜５倍であり、好ましくは１.１〜３倍のものである。含有する長繊維と短繊維の質量比は１：４〜４：１であり、好ましくは１：２〜２：１である。短繊維の平均太さ（直径）は５〜１００μｍのものが好ましく、１０〜７５μｍがより好ましい。長繊維の平均太さ（直径）は５〜５００μｍが好ましく、５〜２００μｍがより好ましい。

これらの繊維質としては、天然物由来を用いる。天然物由来の繊維質とは、自然界に存在する物質、例えば、植物組織又は動物組織に由来する繊維質であり、自然界において分解され得る生分解性の繊維質を意味する。このような繊維質としては、セルロース繊維、綿繊維、羊毛繊維、麻繊維、やし繊維、いぐさ、麦わら、絹繊維、又は羽毛などが挙げられる。

天然由来以外の合成繊維又は無機繊維を含んでいてもよいが、天然由来以外の合成繊維又は無機繊維の総含有量は、天然由来の繊維質の総含有量より少ないことが好ましい。その含有量は、テールシール組成物全量基準で、２．０質量％以下が好ましく、１．５質量％以下がより好ましい。

他の添加剤
本発明のテールシール組成物には、上記成分以外に、必要に応じて、一般に潤滑油やグリースなどに用いられている、清浄剤、分散剤、摩耗防止剤、酸化防止剤、さび止め剤、及び腐食防止剤などを適宜添加することができる。これらの添加剤の含有量は、テールシール組成物全量基準で、５質量％以下が好ましく、１質量％以下がより好ましい。

次に示す基油、粉体、および繊維質を用いて、表１に示す割合（質量％）で混合してテールシール組成物を調製し、１５℃における密度（ｇ／ｃｍ^３）およびちょう度を測定した。この結果を表１に示す。

〔テールシール組成物の成分〕
Ａ．基油
基油Ａ１：エステル（トリメチロールプロパンと脂肪酸とのフルエステル、１５℃の密度１．０２ｇ／ｃｍ^３、４０℃の動粘度が５００ｍｍ^２／ｓ）
基油Ａ２：エステル（トリメチロールプロパンと脂肪酸とのフルエステル、１５℃の密度０．９２ｇ／ｃｍ^３、４０℃の動粘度が４６．０ｍｍ^２／ｓ）
基油Ａ３：鉱油（ＪＸＴＧエネルギー社製、溶剤精製潤滑油基油、１５℃の密度０.９０ｇ／ｃｍ^３、４０℃の動粘度が５００ｍｍ^２／ｓ）
なお、上記各基油の４０℃における動粘度（ｍｍ^２／ｓ）を表１に示した。

Ｂ．粉末状でんぷん
粉末状でんぷん１：小麦粉（平均粒径；５０μｍ、強力粉、昭和産業株式会社製）

Ｃ．無機粉体
無機粉体Ｃ１：炭酸カルシウム（平均粒径；１μｍ）
無機粉体Ｃ２：ベントナイト
無機粉体Ｃ３：タルク（平均粒径；２０μｍ）
Ｄ．繊維質
繊維質Ｄ１：合成ポリエステル繊維（平均長さ；５ｍｍ、平均直径；２０μｍ）
繊維質Ｄ２：レーヨンドライ（平均長さ；５ｍｍ、平均直径；１５μｍ）
繊維質Ｄ３：木材パルプ繊維（平均長さ；２ｍｍ、平均直径；２３μｍ）
繊維質Ｄ４：綿花（平均長さ；１．８ｍｍ、平均直径；４０μｍ）

Ｅ．ポリマー
ポリマーＥ１：ポリブテン（平均分子量；１５,０００）

〔テールシール組成物の評価１：止水性〕
次に示す条件で耐水圧試験を行い、流出水の有無を測定した。
底部中央部に、中心間隔５ｍｍで縦横に４列、合計１６個の開口（直径３ｍｍ）を有する内径５０ｍｍのステンレス製の圧力容器を用いた。開口上にステンレス製のメッシュ（２０メッシュ、厚み０.８５ｍｍ）を載せ、上記で調製したテールシール組成物１００ｇを導入した。テールシール組成物上に水（１０ｇ）を置き、空気で３．５ＭＰａの圧力で５分間加圧し、その際の底部開口からの流出水有無により止水性の評価（流出水、無し；○、有り；×）を行った。この結果を表１に示した。
この結果、実施例１〜２は、比較例１〜２と同等の止水性を有することが分かる。

〔テールシール組成物の評価２：圧送性（圧力損失）〕
ペール用ポンプ（＃２０２４，１インチ，６．５ｍ）を用いて、テールシール組成物を１．０ｋｇ／ｍｉｎ流したときのホースの両端の圧力差／ホース長さを圧力損失とした。数値が低いほど、圧力損失が少なく、圧送性に優れる。この結果を表１に示した。
この結果、実施例１〜２は、比較例１〜２と同等の圧送性を有することが分かる。

〔テールシール組成物の評価３：生分解性〕
各テールシール組成物について、ＯＥＣＤ Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ３０１Ｆ Ｍａｎｏｍｅｔｒｉｃ Ｒｅｓｐｉｒｏｍｅｔｒｙ Ｔｅｓｔ（１９９２）を参考にして、生分解度試験を第三者機関である日本食品分析センターにおいて２８日間実施した。
試験は、微生物源として標準活性汚泥及び二次処理水を用い、検体の生物化学的酸素消費量（ＢＯＤ）を閉鎖系酸素消費量自動測定装置で連続測定し、生分解度を算出した。数値が高いほど、生分解性に優れる。この結果を表１に示した。この結果、実施例１〜２は、比較例１〜２よりも優れた生分解性を有することが分かる。

本発明は、シールド掘進機による掘削を効率的にかつ安全に行うことが可能な止水性と圧送性を備えるとともに、テールシール組成物全体が生分解性に優れるため、環境への影響を著しく低減することが可能となりシールド掘進機用テールシール組成物として有用である。

Claims (4)

1. 基油としてのポリオールエステル、粉末状でんぷん、無機粉体および天然物由来の繊維質を含むシールド掘進機用テールシール組成物。
2. 粉末状でんぷんが、小麦粉を含む請求項１に記載のシールド掘進機用テールシール組成物。
3. 無機粉体が、炭酸カルシウムおよびベントナイトの少なくとも一方である請求項１又は２に記載のシールド掘進機用テールシール組成物。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のシールド掘進機用テールシール組成物をシールド掘進機に用いるシールド掘進工法。