JP2001049987A - シールド工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールド機のチャンバー内に加泥材を注入し
ながら掘進する際に，チャンバー内の材料には適正な流
動性を付与するが排土には流動性を消失させる。 【解決手段】 シールド機のチャンバー内に加泥材を注
入し，この加泥材と掘削土砂が混合した泥土を該チャン
バー内から排出しながら掘進するシールド工法におい
て，該チャンバー内に前記の加泥材と共にまたは加泥材
とは別途にアルギン酸ナトリウムを供給し，該チャンバ
ーから排出する泥土に，マグネシウム塩を除く多価金属
塩を配合することを特徴とするシールド工法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，シールド機のチャ
ンバー内に加泥材を注入しながら掘進する際に，チャン
バー内の材料には適正な流動性を付与し，排土には流動
性を消失させるシールド工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド機のチャンバー内に加泥材を注
入し，この加泥材と掘削土砂が混合したチャンバー内の
泥土をチャンバーから排出しながら掘進する泥土加圧シ
ールド工法の該加泥材としては，粘土，ベントナイト，
水溶性高分子系増粘剤例えばカルボキシメチルセルロー
ス（ＣＭＣ）を水と混合してなる比重１.１〜１.４，粘
度１０００〜５０００ｃＰ程度としたものが使用されて
おり，このような加泥材の注入により，チャンバー内の
材料に流動性を付与している。そして流動化したチャン
バー内の泥土はスクリューコンベアでチャンバーから排
出している。

【０００３】しかし，砂礫地盤などの透水性の高い地盤
の掘進には，加泥材の注入によって泥土の流動性が高く
なると，地下水圧が噴発したりベルトコンベアーに乗ら
ずに泥土がだれ落ちたりして，掘削作業上好ましくな
い。また流動性の高い泥土を地上に搬出してダンプトラ
ックで運搬する際にも困難が伴うため，石灰やセメント
系固化剤で処理した後に搬出しなければならず，手間と
運搬量増大につながり好ましくない。

【０００４】このため，止水性が困難な砂礫地盤などの
掘進には，泥土の流動性を低下させる措置，例えば，チ
ャンバー内から泥土を排出するスクリューコンベアを延
長したりロータリーフィーダーなどを付加すると言った
機械的な止水措置や，加泥材の粘度と比重を高くする，
或いは加泥材に高分子凝集剤を添加するといった措置等
を講じて，泥土の流動性を低下させることが行われてい
る。

【０００５】また，グアーガム等の天然水溶性高分子を
酸分解性の膜で表面処理したものを加泥材に添加し，ス
クリュウコンベアで泥土を排出するときに酸を添加して
該膜を破壊し，これによって天然水溶性高分子の増粘作
用で排土中の泥土の余剰水を高粘度化する（流動性を抑
制する）という特殊な方法も提案されている。

【０００６】

【発明が解決しょうとする課題】砂礫地盤などの透水性
の高い地盤用に機械的な止水措置を講ずる方法は，機械
設備の改変を必要とし，他の地盤には適用できない場合
もあるので，設備費用が過大となるほか，機械的な方法
だけで泥土の流動性を低下させることには設備が大がか
りとなる割りには限度がある。

【０００７】また，加泥材に高分子凝集剤を配合する場
合には，チャンバー内で凝集反応が起こり，チャンバー
内部の泥土の流動性が低下するので，攪拌のためのトル
クが過剰に必要となる点で好ましいものではない。注入
する加泥材の粘度と比重を高くする場合も同様の問題が
ある。

【０００８】さらに，前記の表面処理した天然水溶性高
分子を配合する方法では，排土中に添加された天然水溶
性高分子が水中に溶解するので，その間隙水を排水する
さいには天然水溶性高分子の生物分解を促進させる必要
があり，排出残土をストックする容積を持たない現場に
関しては，前記同様に石灰やセメント系固化材で処理し
て排出することになり，手間と排出量の増大につながる
という問題がある。

【０００９】本発明はこのような泥土圧式シールド工法
における問題の解決を課題としたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば，シール
ド機のチャンバー内に加泥材を注入し，この加泥材と掘
削土砂が混合した泥土を該チャンバー内から排出しなが
ら掘進するシールド工法において，該チャンバー内に加
泥材と共にまたは加泥材とは別途にアルギン酸ナトリウ
ムを供給し，該チャンバーから排出する泥土に，マグネ
シウム塩を除く多価金属塩を配合することを特徴とする
シールド工法を提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は，シールド機のチャンバ
ー内に加泥材を注入しながら掘進する際に，チャンバー
内の材料には適正な流動性を付与するが，チャンバーか
ら排出する排土には流動性を消失させるようにしたもの
であり，特に流動性の消失をアルギン酸ナトリウムのゲ
ル化反応を利用して行う点に特徴がある。

【００１２】アルギン酸ナトリウム自体は，海藻成分で
あるアルギン酸カルシウムをアルカリ抽出して得られる
天然高分子であり，水に溶けて粘稠な糊状になるので，
糊料として接着剤や増粘剤として利用されている。ま
た，食品添加物として認められているように安全性の高
い化合物である。アルギン酸ナトリウムは水に溶かした
状態ではゲル化しないが，その液にマグネシウム以外の
多価金属イオンを添加するとイオン交換して不溶性の強
固なゲルを形成するという特異な性質がある。本発明は
このアルギン酸ナトリウムの特異な性質をシールド工法
におけるチャンバーから排出された泥土の流動性の消失
に利用するものである。

【００１３】すなわち，シールド工法のチャンバーに注
入する加泥材にアルギン酸ナトリウムを適量配合してお
くか，加泥剤とは別途にアルギン酸ナトリウムを粉状ま
たは水に溶かした状態でチャンバー内に供給することに
より，チャンバー内ではゲル化しない状態で泥土中に存
在させておき，チャンバー内から排出された段階で，該
泥土にマグネシウム以外の多価金属塩を添加してゲル化
させる。ゲル化させるための多価金属塩としては，カル
シウム塩例えば塩化カルシウムが最も取扱いに便宜であ
る。

【００１４】本発明工法で使用する加泥材自体は，従来
と同様のものを使用することができる。すなわち，粘
土，ベントナイト，水を混合したもの，或いはこれに水
溶性高分子系増粘剤例えばカルボキシメチルセルロース
（ＣＭＣ）を配合して水と混合したものが使用できる。

【００１５】アルギン酸ナトリウムを添加すると，添加
しない場合に比べてチャンバー内材料の粘性を高めるこ
とになるが，加泥材に配合する通常の他の増粘剤（例え
ばＣＭＣ）とアルギン酸ナトリウムとの総和で全体の粘
性を調節すればよい。つまりチャンバー内の掘削土砂と
加泥材の混合材料に適正な流動性を付与する場合に，流
動性を高くしても材料分離抵抗を付与するために，ＣＭ
Ｃ等の増粘剤を加泥材中に添加することが通常行われて
いるが，アルギン酸ナトリウム添加による増粘作用が高
まる分だけＣＭＣ等の増粘剤の配合量を低下すればよ
く，これにより，過剰な粘性となることは避けられる。

【００１６】したがって，アルギン酸ナトリウムをチャ
ンバー内材料に供給しても，高分子凝集剤を添加して材
料を凝集させる場合のような泥土の攪拌トルクの増大と
いった問題は起きず，良好な流動性を維持することがで
きる。このようにして，加泥材に配合する増粘剤の一部
または全部としてアルギン酸ナトリウムを加泥材に配合
するか，加泥材とは別途にアルギン酸ナトリウムをチャ
ンバーに供給することにより，透水性の地盤の掘削にお
いても，チャンバー内の材料に適度な粘性と流動性を付
与できるから，泥土圧式シールドの目的は十分に達成で
きる。

【００１７】そして，いったんチャンバーから出た段階
では，マグネシウム以外の多価金属塩添加した時点で泥
土の流動性を消失させることができる。とくに，チャン
バーから泥土を排出するためのスクリューコンベア内に
多価金属塩を添加するとスクリューコンベア内の搬送過
程でゲル化を進行させることができる。また，ゲル化が
あまり速く起きることが好ましくないときには，ゲル化
反応を遅延させる反応遅延剤を添加すればよい。この反
応遅延剤としては，例えばトリポリリン酸ナトリウム，
ヘキサメタリン酸ナトリウム，炭酸ナトリウム，エチレ
ンジアミン四酢酸二ナトリウム，炭酸水素ナトリウム等
のキレート剤を用いればよい。この反応遅延剤の添加は
多価金属塩を添加するときであってもその前であっても
良く，例えばアルギン酸ナトリウムを添加するときに行
ってもよい。

【００１８】多価金属塩を泥土に添加する場合には，ス
クリューフイーダーに設けられた注入口から多価金属塩
の水溶液例えば塩化カルシウム水溶液を添加するのが実
操業上便利である。この塩化カルシウム水溶液の添加に
よって，スクリューコンベア内を掻き混ぜられながら搬
送されている泥中のアルギン酸ナトリウムは徐々に不溶
性ゲルとなり，またこの不溶性ゲルの中に泥水中の微細
物質を包み込むので，泥土は流動性を消失しながら排出
口に集積する。この流動性を失った排土がスクリューコ
ンベアの終端近くに集積することにより，これがプラグ
作用を果たし，加圧チャンバー内から流動性の高い液が
排出口近くから噴発するのを防止する。また，このプラ
グ作用により，背圧が十分に維持されるので切羽の崩壊
を防止することも可能となる。

【００１９】このようにして，チャンバー内の流動性の
高い泥土をスクリューコンベアで排出する過程でその流
動性を消失させるように改質することにより，止水性が
困難な地盤であっても安定した掘削が行えるようにな
る。そして，スクリューコンベアから排出された後は，
一次貯留槽に溜め置く段階で，自重により短時間で水が
上方に浮きだして土砂分と固液分離するので，この水を
排出することにより，含水比の低下した排土が簡単に得
られる。この排土は，元の地山の状態に近いものとな
り，石灰やセメント系固化材で二次処理しなくても，そ
のままで十分に搬出可能な強度を有する。したがって，
ｐＨの上昇もなく盛り土材料や，植生用土として十分に
利用できる。他方，排水中のアルギン酸ゲルも何ら有害
なものでないから，排水に際しても特別な二次処理は必
要としない。

【００２０】なお，多価金属塩例えば塩化カルシウム水
溶液の添加は，場合によってはスクリューコンベアと貯
留槽に分割して行うこともできる。すなわち，掘削地盤
の状況により，スクリューコンベアでは止水性に十分な
程度の流動性消失を行わせるだけに止め，貯留槽で完全
にゲル化を行わせて間隙水を十分に放出させることもで
きる。

【００２１】

【実施例】〔実施例１〕粘土および混和剤を次の配合で
混合した加泥材を作製した。 加泥材１ｍ³あたり， 粘土 ：１００Ｋｇ マトマールＤ２： １Ｋｇ ＦＹゲル １０Ｋｇ 水 １０００Ｌ

【００２２】ここで，「マトマールＤ２」は大興物産株
式会社製増粘剤の商品名であり，この増粘剤の主成分は
ポリアクリルアミド・アクリル酸ナトリウム重合物であ
る。また「ＦＹゲル」は大興物産株式会社製凝集剤の商
品名であり，その主成分はアルギン酸ナトリウムであ
る。

【００２３】上記配合の加泥材を，砂礫層地盤から採取
した土砂（水分１１％）に飽和状態になるまで（１５〜
２０容積％）添加して掻き混ぜたときの流動性を，スラ
ンプ値で評価したところ，そのスランプ値は１８〜２０
ｃｍであった。

【００２４】この流動化した泥土に，塩化カルシウム
（２水塩）の粉体を水に対して４０重量／重量％添加し
た水溶液を，０.５容量％添加して攪拌したところ，ス
ランプ値は０〜５ｃｍとなり，自立性の高い状態となっ
た。これを３０分放置したところ，間隙水を自然に放出
し，圧密されたものが得られた。このものは，供試した
土砂と同じような状態であった。

【００２５】〔実施例２〕ＦＹゲル３０Ｋｇと水１００
０Ｌを混合し，これを砂礫系土砂１ｍ³に対して１５〜
２０容量部配合して掻き混ぜた。得られた混合物のスラ
ンプ値は１８〜２０ｃｍであった。これに実施例１と同
じようにして塩化カルシウム水溶液を添加して攪拌した
ときのスランプ値は０〜５ｃｍであった。これを３０分
放置したところ，間隙水を自然に放出し，圧密されたも
のが得られた。このものは，供試した土砂と同じような
状態であった。

【００２６】〔実施例３〕ＦＹゲル：１０Ｋｇ，マトマ
ールＤ２：７Ｋｇおよび水：１０００Ｌを，砂礫系土砂
１ｍ³に対して配合して掻き混ぜた。得られた混合物の
スランプ値は１５〜２０ｃｍであった。これに実施例１
と同じようにして塩化カルシウム水溶液を添加して攪拌
したときのスランプ値は０〜５ｃｍであった。これを３
０分放置したところ，間隙水を自然に放出し，圧密され
たものが得られた。このものは，供試した土砂と同じよ
うな状態であった。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によると，
アルギン酸ナトリウムの増粘作用とそのゲル化反応を時
期を分けてシールド工法に利用することにより，止水性
の困難な透水性地盤の掘削においても，チャンバー内で
は良好な流動性を維持でき，チャンバーを出たときには
流動性を消失させることができるので，止水プラグを機
械的に構成するような特別な装置によらずとも，通常の
シールド機械によって安定して掘削できるようになっ
た。

【００２８】また，アルギン酸ゲルは無害物質であるか
ら環境を汚染することは回避されるし，本発明工法を実
施して得られる排出物は，地山に近い強度の残土と放流
可能な排水であるから搬出と廃棄が簡易に行える。しか
も，該残土は石灰やセメント等で固化したものではない
から盛り土や植生土に再利用できる点で有利である。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年８月３０日（２０００．８．３
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば，掘削土
砂に加泥材とアルギン酸ナトリウムが混合された泥土を
チャンバー内からスクリューコンベアで排出するさい
に，該スクリューコンベア内の泥土に，マグネシウム塩
を除く多価金属塩を配合してゲル化させ，該スクリュー
コンベアから排出されたゲル化した泥土を貯留槽に溜め
置く段階で該泥土中の間隙水を自然に放出させ，得られ
た含水比の低下した排土を搬出することを特徴とするシ
ールド工法を提供する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】本発明工法で使用する加泥材自体は，従来
と同様のものを使用することができる。すなわち，粘
土，ベントナイト，水を混合したものが使用できる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】このようにして，チャンバー内の流動性の
高い泥土をスクリューコンベアで排出する過程でその流
動性を消失させるように改質することにより，止水性が
困難な地盤であっても安定した掘削が行えるようにな
る。そして，スクリューコンベアから排出された後は，
一次貯留槽に溜め置く段階で，自重により短時間で水が
上方に浮きだして土砂分と固液分離するので，この水を
排出することにより，含水比の低下した排土が簡単に得
られる。すなわち，後記の実施例に示したように，多価
金属塩（塩化カルシウム）を添加したあとのゲル化した
排土は自立性の高い状態となり，これを放置しておけば
間隙水を自然に放出して圧密されたものとなるので，こ
の排土は，元の地山の状態に近いものとなり，石灰やセ
メント系固化材で二次処理しなくても，そのままで十分
に搬出可能な強度を有する。したがって，ｐＨの上昇も
なく盛り土材料や，植生用土として十分に利用できる。
他方，排水中のアルギン酸ゲルも何ら有害なものでない
から，排水に際しても特別な二次処理は必要としない。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】

【実施例】〔参考例１〕粘土および混和剤を次の配合で
混合した加泥材を作製した。 加泥材１ｍ³あたり， 粘土 ：１００Ｋｇ マトマールＤ２： １Ｋｇ ＦＹゲル １０Ｋｇ 水 １０００Ｌ

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】〔実施例１〕ＦＹゲル３０Ｋｇと水１００
０Ｌを混合し，これを砂礫系土砂１ｍ³に対して１５〜
２０容量部配合して掻き混ぜた。得られた混合物のスラ
ンプ値は１８〜２０ｃｍであった。これに参考例１と同
じようにして塩化カルシウム水溶液を添加して攪拌した
ときのスランプ値は０〜５ｃｍであった。これを３０分
放置したところ，間隙水を自然に放出し，圧密されたも
のが得られた。このものは，供試した土砂と同じような
状態であった。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】〔参考例２〕ＦＹゲル：１０Ｋｇ，マトマ
ールＤ２：７Ｋｇおよび水：１０００Ｌを，砂礫系土砂
１ｍ³に対して配合して掻き混ぜた。得られた混合物の
スランプ値は１５〜２０ｃｍであった。これに参考例１
と同じようにして塩化カルシウム水溶液を添加して攪拌
したときのスランプ値は０〜５ｃｍであった。これを３
０分放置したところ，間隙水を自然に放出し，圧密され
たものが得られた。このものは，供試した土砂と同じよ
うな状態であった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉井 達郎 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 池添 勝次 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 塙 信之 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 五十嵐 寛昌 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド機のチャンバー内に加泥材を注
   入し，この加泥材と掘削土砂が混合した泥土を該チャン
   バー内から排出しながら掘進するシールド工法におい
   て，該チャンバー内に前記の加泥材と共にまたは加泥材
   とは別途にアルギン酸ナトリウムを供給し，該チャンバ
   ーから排出する泥土に，マグネシウム塩を除く多価金属
   塩を配合することを特徴とするシールド工法。
2. 【請求項２】 多価金属塩はカルシウム塩である請求項
   １に記載のシールド工法。
3. 【請求項３】 多価金属塩は，チャンバー内から泥土を
   排出するスクリューコンベア内に注入する請求項１また
   は２に記載のシールド工法。
4. 【請求項４】 多価金属塩を添加する際またはその前
   に，ゲル化反応遅延剤を配合する請求項１，２または３
   に記載のシールド工法。