JP2001181634A

JP2001181634A - 岩盤、地盤、人工構造物等の安定化用注入薬液組成物及びそれを用いた安定強化止水工法

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Publication number: JP2001181634A
Application number: JP37052699A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Yoshida; 光宏吉田; Kazuyuki Tanaka; 一幸田中
Original assignee: Nippon Polyurethane Industry Co Ltd
Current assignee: Nippon Polyurethane Industry Co Ltd
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2001-07-03
Anticipated expiration: 2019-12-27
Also published as: JP4092838B2

Abstract

(57)【要約】【課題】特定成分よりなる注入薬液組成物を注入し、
従来形成することが困難であった発泡状の無機−有機複
合固結体を形成することにより、固結強度が大きく、安
定強化効果、耐久性、注入作業性及び経済性に優れた岩
盤ないし地盤及び人工構造物の安定強化ないしは止水を
可能ならしめる薬液及び工法を提供する。【解決手段】（Ａ）アルカリ珪酸塩水溶液、（Ｂ）２
５℃での粘度が８０ｍＰａ・Ｓ以下の有機ポリイソシア
ネート組成物、（Ｃ）三級アミン触媒、必要に応じて
（Ｄ）ポリオール、からなる地盤や人工構造物等の安定
化用注入薬液組成物、並びにこの薬液を用いた岩盤ない
し地盤及び人工構造物の安定強化ないしは止水工法によ
り解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、地盤や人工構造物
等の安定化用注入薬液組成物及びそれ用いた安定強化止
水工法に関する。更に詳しくは、破砕帯を有する岩盤や
不安定軟弱地盤の固結安定化ないし封止、漏水、湧水の
ある岩盤ないし地盤の止水や空隙充填、更にコンクリー
ト等の人工構造物のクラック、空隙、既設トンネル等の
安定強化、封止及び止水工法並びにそれに用いる安全性
の高い、低粘度タイプの安定化用注入薬液組成物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、不安定岩盤や地盤の安定強化、人
工構造物のクラックや空隙の充填法の１つとして無機な
いし有機系グラウトの注入が行なわれ、ある程度の効果
をあげている。

【０００３】しかしながら、これらの方法を詳細にチェ
ックすると、必ずしも満足しうる結果が得られていな
い。例えば、一般に多用されているセメントミルクは懸
濁液であるため、岩盤や人工構造物等のクラックや砂礫
等の地盤層への浸透性が悪く、しかも固結速度や強度発
現が遅いため、短時間に固結して強度が発現することが
要求されるトンネルや地下地盤掘削時の不安定地盤を早
期に安定強化させる目的が達成しえない。更に、湧水や
漏水のみられる場合には、なおさら注入セメントミルク
が希釈、流失してしまう。また代表的な無機系グラウト
である水ガラス系２液システムグラウトについても固結
体強度が０．２９〜０．９８ＭＰａ程度と低く、更に固
結体が水と接触すると経時変化が起こり、Ｎａ₂ＯやＳ
ｉＯ₂等の主成分が溶脱し、アルカリ汚染や大幅な強度
低下にいたるという問題がある。

【０００４】一方、尿素系等の有機系グラウトについて
も固結強度不足や、硫酸、ホルマリン等の硬化成分や助
剤成分の溶出が発生するという問題がある。また、特公
昭６３−６３６８７号公報、特公昭６３−６３６８８号
公報、特開昭６３−７４１３号公報、特開昭６３−７４
９０号公報、特開昭６３−７４９１号公報、特開昭６３
−８４７７号公報、特開昭６３−３５９１３号公報等に
は、ポリオールとポリイソシアネートを主成分とする速
硬性硬質発泡ウレタンシステム注入による岩盤の固結工
法が記載されている。

【０００５】また、特開昭６１−９４８２号公報及び特
開昭５５−１６００７９号公報には、ポリイソシアネー
トと水ガラス（珪酸ソーダ水溶液）とを用い、水ガラス
側にポリイソシアネートの三量化触媒として特定の芳香
族三級アミンであるマンニッヒ塩基を配合してなる注入
薬液組成物が記載されている。

【０００６】なお、特開平７−１７９８５５号公報で
は、ポリイソシアネートと水ガラス（珪酸ソーダ水溶
液）とを用い、水ガラス側に、分子量１２０以上で水酸
基を１個又は２個有する三級アミン系触媒を用いた注入
薬液組成物が記載されている。また、特開平７−２０７
６５４号公報では、ポリイソシアネートと水ガラスとを
用い、水ガラス側に、分子量が１２０以上で窒素原子数
が２以上である水溶性脂肪族三級アミンを用いた注入薬
液組成物が記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術に着目してなされたもので、特定成分よりなる注入薬
液組成物を注入し、従来形成することが困難であった発
泡状の無機−有機複合固結体を形成することにより、固
結強度が大きく、安定強化効果、耐久性、注入作業性及
び経済性に優れた岩盤ないし地盤及び人工構造物の安定
強化ないしは止水を可能ならしめることを目的とするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、以
下の（１）〜（７）に示されるものである。（１）（Ａ）アルカリ珪酸塩水溶液、（Ｂ）２５℃での
粘度が８０ｍＰａ・ｓ以下の有機ポリイソシアネート組
成物、及び（Ｃ）三級アミン触媒、からなる地盤や人工
構造物等の安定化用注入薬液組成物。

【０００９】（２）（Ｄ）ポリオールを含有してなる請
求項１記載の安定化用注入薬液組成物。

【００１０】（３）（Ｂ）有機ポリイソシアネート組成
物が、ジフェニルメタンジイソシアネート（Ｂ１）及び
ジフェニルメタンジイソシアネート系多核縮合体（Ｂ
２）からなるポリイソシアネートまたはそれらと（Ｅ）
分子量が５００以下の「活性水素基を含有する脂肪酸と
ポリオキシアルキレンアルキルエーテルとのモノエステ
ル」化合物を含有するものであることを特徴とする、前
記（１）または（２）記載の安定化用注入薬液組成物。

【００１１】（４）（Ｂ）有機ポリイソシアネート組成
物が、ジフェニルメタンジイソシアネート（Ｂ１）及び
ジフェニルメタンジイソシアネート系多核縮合体（Ｂ
２）からなるポリイソシアネートとモノまたはポリオー
ルと、（Ｅ）分子量が５００以下の「活性水素基を含有
する脂肪酸とポリオキシアルキレンアルキルエーテルと
のエステル」化合物を反応させて得られるイソシアネー
ト基末端プレポリマーであることを特徴とする、前記
（１）または（２）記載の安定化用注入薬液組成物。

【００１２】（５）（Ｅ）分子量が５００以下の「活性
水素基を含有する脂肪酸とポリオキシアルキレンアルキ
ルエーテルとのモノエステル」化合物が、カプリル酸と
２−エチルヘキサノールまたはオクタノールのポリエチ
レンオキサイド付加体とのエステルであることを特徴と
する、前記（１）から（５）のいずれか１項に記載の安
定化用注入薬液組成物。

【００１３】（６）岩盤ないし地盤に所定間隔で複数個
の孔を穿設し、前記孔内に中空の注入ボルトを挿入し、
ボルトの開口部より前記（１）から（５）のいずれか１
項に記載の安定化用注入薬液組成物を、岩盤ないし地盤
に注入し、固結ないし封止させることを特徴とする、岩
盤ないし地盤の安定強化止水工法。

【００１４】（７）人工構造物に注入パイプを挿入し、
該注入パイプを介して前記（１）から（６）のいずれか
１項に記載の安定化用注入薬液組成物を、人工構造物及
び／又はその背面に注入し、固結ないし封止させること
を特徴とする、人工構造物の安定強化止水工法。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の地盤や人工構造物等の安
定化用注入薬液組成物（以下、注入薬液組成物という）
は、前記したように、（Ａ）アルカリ珪酸塩水溶液（以
下、（Ａ）成分という）、（Ｂ）２５℃での粘度が８０
ｍＰａ・ｓ以下の有機ポリイソシアネート組成物であっ
て、（Ｅ）分子量が５００以下の「活性水素基を含有す
る脂肪酸とポリオキシアルキレンアルキルエーテルとの
エステル」化合物（以下、（Ｅ）成分という）との反応
によって得られるイソシアネート基末端プレポリマー
（以下Ｂ成分という）、及び（Ｃ）三級アミン触媒（以
下、（Ｃ）成分という）、及び（Ｄ）ポリオール（以
下、（Ｄ）成分という）からなるものである。

【００１６】本発明の注入薬液組成物の固結反応は、極
めて複雑であるため明確ではないが、おそらく（Ａ）成
分と（Ｂ）成分とを混合したときに、（Ａ）成分中に形
成されるシラノール基と（Ｂ）成分中のイソシアネート
基とが反応して無水珪酸−ウレタン複合体が形成され、
同時に（Ｂ）成分が水と反応して炭酸ガスを発生しなが
ら尿素結合による多量体や無水珪酸−尿素架橋複合体を
形成し、副生した炭酸ガスの一部は（Ａ）成分中に溶解
し、（Ａ）成分中のアルカリ珪酸塩をゲル化して無水珪
酸ゲルを形成することに基づくものと推定される。更
に、（Ｄ）成分が存在する場合には、（Ｄ）成分中の水
酸基と（Ｂ）成分とが反応してウレタン樹脂が形成され
ることにも基づくものと推定される。

【００１７】また、（Ｂ）成分と水との反応によって発
生する炭酸ガス並びに（Ａ）成分と（Ｂ）成分との反応
時又は（Ａ）成分及び（Ｂ）成分、（Ｄ）成分との反応
時に発生する反応熱によって蒸発する水蒸気により、前
記無水珪酸−ウレタン複合体は発泡状の固結体を形成
し、その体積を増大させる。このとき、発泡が生じる
が、かかる発泡時の発泡圧により、前記無水珪酸−ウレ
タン複合体が土砂、岩石、レンガ、石炭、人工構造物等
の間隙に入り込みやすくなる。

【００１８】以下、本発明の注入薬液組成物の構成成分
について述べる。

【００１９】本発明に用いられる（Ａ）成分であるアル
カリ珪酸塩水溶液は、前記したように、主としてそのシ
ラノール基と後述する（Ｂ）成分のイソシアネート基と
の反応によって無水珪酸−ウレタン複合体を形成させる
成分である。

【００２０】前記（Ａ）成分としては、例えば珪酸カリ
ウムや式：Ｎａ₂Ｏ・ｘＳｉＯ₂で表わされる珪酸ソーダ
等の水溶液を主成分とするものが挙げられ、このような
珪酸ソーダは、例えばＮａ₂ＯとＳｉＯ₂とのモル比が
２：１〜１：４のものが挙げられる。

【００２１】また、前記（Ａ）成分の固形分濃度は、通
常１０〜７０質量％であることが好ましく、特に２０〜
５０質量％となるように調整することが好ましい。具体
的には、１号珪酸ソーダＳ２、２号珪酸ソーダＮ５、２
号珪酸ソーダＱ３、２号珪酸ソーダＴ８（いずれも東曹
産業株式会社製）等が挙げられる。

【００２２】前記（Ｂ）成分に用いられるものとして
は、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート（以
下、ＭＤＩという）、ＭＤＩとＭＤＩ系多核縮合体との
混合物（以下、ポリメリックＭＤＩという）、液状ＭＤ
Ｉ（カルボジイミド変性ＭＤＩ）、トリレンジイソシア
ネート、キシリレンジイソシアネート、トリメチレンキ
シリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネー
ト、ヘキサメチレンジイソシアネート、ナフタレンジイ
ソシアネート、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネ
ート、水素添加キシリレンジイソシアネート等のポリイ
ソシアネートの単独又は２種以上の混合物や、前記ポリ
イソシアネートに触媒を加え、二量体又は三量体とした
もの等が挙げられるが、岩盤、地盤、人工構築物等への
注入性、浸透性の良い低粘度タイプの有機ポリイソシア
ネート組成物であることが好ましく、具体的には２５℃
での粘度が８０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。
本発明のジフェニルメタンジイソシアネート系多核体縮
合物とは、ベンゼン環が３個以上のものを指す用語であ
り、ポリメリックＭＤＩは、ベンゼン核が２個のＭＤＩ
と３個以上のジフェニルメタンジイソシアネート系多核
体縮合物からなり、ＭＤＩが増えるに従って粘度は低下
する。

【００２３】市販品のポリメリックＭＤＩとしては、Ｍ
ＤＩ含量が３０〜４５質量％で粘度が１５０〜２５０ｍ
Ｐａ・Ｓ（２５℃での）である日本ポリウレタン工業製
のミリオネート（登録商標）ＭＲ−２００が挙げられ
る。本発明で用いられるポリイソシアネートとしては、
後述するように市販品のポリメリックＭＤＩにさらにＭ
ＤＩを混合して低粘度にしたものが好ましい。

【００２４】また前記のほかにも、例えばメタノール、
エタノール、プロパノール、ブタノール、オクタノー
ル、ラウリルアルコール等のモノオールやエチレングリ
コール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコー
ル、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、
ブチレングリコール、１，３−ブタンジオール、１，４
−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール等のジオ
ールやグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエ
リスリトール等のポリオールやそのほかモノエタノール
アミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、
ジグリセリン、ソルビトール、蔗糖等の単独又は混合物
にエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレ
ンオキサイド、スチレンオキサイド等のアルキレンオキ
サイドを単独又は併用し、公知の方法で付加重合して得
られるモノオール又はポリオールと、前記ポリイソシア
ネートとを、例えばＮＣＯ基とＯＨ基との当量比（ＮＣ
Ｏ基／ＯＨ基）が１．５〜５００、好ましくは２．０〜
４００の範囲となるように公知の方法で反応させて得ら
れるイソシアネート基含有ウレタンプレポリマーも、前
記（Ｂ）成分として好適に用いることができるが、前記
のように岩盤、地盤、人工構築物等への注入性、浸透性
の良い低粘度タイプの有機ポリイソシアネート組成物で
あることが好ましい。

【００２５】本発明に用いられる（Ｂ）有機ポリイソシ
アネート組成物の粘度は、岩盤、地盤、人工構築物等へ
の注入性、浸透性を向上させるため、２５℃で８０ｍＰ
ａ・ｓ以下が好ましく、更に好ましくは３０〜８０ｍＰ
ａ・ｓである。粘度が大きすぎると、作業性が低下しや
すいだけではなく、薬液注入の際にポンプ圧を高くしな
ければならず、ラインの破損を招きやすい。

【００２６】このように、２５℃で８０ｍＰａ・ｓ以下
の低粘度タイプの有機ポリイソシアネート組成物を得る
ためには、それを構成するＭＤＩ（Ｂ１）及びポリメリ
ックＭＤＩの配合比を調整する必要がある。すなわち、
質量比でＭＤＩ／ポリメリックＭＤＩ＝２０／８０〜８
０／２０が好ましく、ＭＤＩが少なすぎる場合は、薬液
の粘度が高くなりやすい。また、ＭＤＩが多すぎる場合
は、薬液の低温貯蔵時において、ＭＤＩの結晶化により
析出物が出やすい。

【００２７】更に、ＭＤＩ（Ｂ１）およびポリメリック
ＭＤＩ中のＭＤＩとしては、２，２′−ＭＤＩ、２，
４′−ＭＤＩ、４，４′−ＭＤＩの三種類の異性体があ
るが、本発明においては、いずれのＭＤＩの異性体も使
用することができる。低温安定性を達成するためには
２，２′−ＭＤＩ、２，４′−ＭＤＩおよびそれらから
構成されるポリメリックＭＤＩを使用するのが好まし
く、このように低温安定性が良いために、２，２′−Ｍ
ＤＩ、２，４′−ＭＤＩの含有量を増やすことでより低
粘度化を達成することが出来る。

【００２８】一方、２５℃で８０ｍＰａ・ｓ以下の低粘
度タイプの有機ポリイソシアネートを得るための方法と
しては、トルエンやキシレン、１，１，１−トリクロロ
エタン、塩化メチレン、トリクロロフルオロメタン等の
有機溶剤が希釈剤として用いてもよいが、これらの有機
溶剤は揮発性であり、固結後放出されて環境を損うこと
があるため、できるだけ使用しないほうが好ましい。

【００２９】したがって、（Ｂ）成分の低粘度化のため
に、（Ｂ）成分の貯蔵安定性や減粘性に優れる希釈剤を
用いることが必要で、例えば特開平４−２８３２９０号
公報、特開平９−２５４８３号公報、特開平６−２０７
１７４号公報、特開平７−２０７６５４号公報に記載の
ように、低分子量二塩基酸のジエステル類、モノまたは
多価アルコール類の酢酸エステル類、アルキレンカーボ
ネート類、エーテル類、環状エステル類、酸無水物、各
種のアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等の反
応性希釈剤を用いる方法が挙げられている。

【００３０】それに対し本発明では、前記、希釈剤に要
求される要件以外に、（Ｂ）有機ポリイソシアネート組
成物に対するだけでなく（Ａ）アルカリ珪酸塩水溶液に
対する相溶性、本発明の薬液組成物により得られる発泡
体表面への希釈剤の移行性の点から、（Ｅ）分子量が５
００以下の「活性水素基を含有する脂肪酸とポリオキシ
アルキレンアルキルエーテルとのモノエステル」化合物
が希釈剤として好ましいことを見出した。この化合物
は、（Ｂ）成分中のポリイソシアネートと反応させてイ
ソシアネート基末端プレポリマー化する方法にて用いる
が、この（Ｅ）成分自体が低粘度であるため、その反応
生成物であるイソシアネート基末端プレポリマーの低粘
度化も達成できる。また、前記のように、（Ａ）アルカ
リ珪酸塩水溶液成分と（Ｂ）有機ポリイソシアネート組
成物とを混合したときに、（Ａ）成分中に形成されるシ
ラノール基と（Ｂ）成分中のイソシアネート基とが反応
して無水珪酸−ウレタン複合体が形成される過程で、
（Ｅ）成分の構造には脂肪酸成分が含まれていることか
ら（Ａ）成分と親和性を持つと考えられ、（Ｂ）成分が
水と反応して炭酸ガスを発生しながら尿素結合による多
量体や無水珪酸−尿素架橋複合体を形成する過程で、発
泡体中に封じ込められてしまうためと考えられる。

【００３１】前記、（Ｅ）成分の脂肪酸のモノエステル
類を構成する酸成分としては、例えば酢酸、プロピオン
酸、酪酸、バレリアン酸、カプロン酸、カプリル酸、ラ
ウリン酸、安息香酸等及びそのiso-体などの異性体が挙
げられる。

【００３２】一方前記、（Ｅ）成分の脂肪酸のモノエス
テル類を構成するアルコール成分としては、一価アルコ
ール類が好ましく、例えばメタノール、エタノール、プ
ロパノール、ブタノール、オクタノール、ラウリルアル
コール等のモノオール及びその異性体やモノエタノール
アミン、ジメチルエタノールアミン等のアルカノールア
ミン等及びその異性体、そしてエチレングリコール、ジ
エチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピ
レングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレング
リコール、ブタンジオール、ブタンジオール、１，６−
ヘキサンジオール、ジエタノールアミン、トリエタノー
ルアミン等のジオール及びその異性体やグリセリン、ト
リメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等のポリ
オール及びその異性体、ジグリセリン、ソルビトール、
蔗糖等及びその異性体の単独又は混合物に前記のモノオ
ール、アルカノールアミンを併用して、エチレンオキサ
イド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、ス
チレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを単独又は
併用して、公知の方法で付加重合して得られるモノオー
ルが挙げられる。本発明においては、特にカプリル酸と
２−エチルヘキサノールまたはオクタノールのポリオキ
シアルキレンモノオールとのモノエステルが特に好まし
い。

【００３３】本発明のモノエステルは、酸とアルコール
のエステル化や低級アルコールエステルと高級アルコー
ルのエステル交換による方法などにより得られる。この
際に、酸や原料エステルに対してモル比でアルコールを
少し過剰に用いるので、得られるモノエステルは８ｍｇ
ＫＯＨ／ｇ以下の水酸基を含有する。

【００３４】（Ｂ）成分としては、固結強度、安全衛生
面及び経済性の点からＭＤＩとポリメリックＭＤＩの混
合物またはその混合物の若干の変性タイプのイソシアネ
ート基含有ウレタンプレポリマー等と前記、モノエステ
ルとの組み合わせが好ましい。

【００３５】前記（Ｂ）成分の配合量は、（Ａ）成分中
の例えばＮａ₂ＯとＳｉＯ₂とのモル比等によって異なる
ので一概には決定することができないが、通常（Ａ）成
分と（Ｂ）成分との配合割合（（Ａ）成分／（Ｂ）成
分）が質量比で１０／１００〜１００／１０が好まし
く、特に２０／１００〜１００／２０となるように調整
することが好ましい。かかる配合割合が前記下限値より
も小さい場合には、注入薬液組成物コストが高価なもの
となり不経済となるうえ、比例式注入ポンプでの配合比
のコントロールが極めて困難となる傾向があり、また前
記上限値よりも大きい場合には、注入薬液組成物の固化
が不充分で未硬化状となり、たとえ硬化しても硬度が低
く、脆くて実用に供しえなくなる傾向がある。

【００３６】前記希釈剤を使用する場合、この配合量は
質量比で、（Ｂ）成分／希釈剤＝１００／５〜１００／
１００の範囲で使用することが一般的である。

【００３７】本発明に用いられる（Ｃ）成分である三級
アミン触媒は、前記（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｄ）
成分の反応硬化を促進するための触媒としても作用する
ものであり、該（Ｃ）成分は、（Ａ）成分との相溶性が
良好で、皮膚や衣服に付着しても水洗によって容易に除
去され、触媒活性も高いものである。

【００３８】その三級アミン系触媒の具体例として、ト
リエチルアミン、トリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモ
ルホリン、Ｎ−メチルイミダゾール、１−メチルイミダ
ゾール、１−エチルイミダゾール、１−プロピルイミダ
ゾール、１−シアノイミダゾール、１−シアノメチルイ
ミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、１，４−
ジメチルイミダゾール、１−メチル−２−エチルイミダ
ゾール、１−メチル−４−エチルイミダゾール、１−エ
チル−２−メチルイミダゾール、１−エチル−４−メチ
ルイミダゾール、ピリジン、α−ピコリンなどの触媒が
挙げられる。

【００３９】また、ポリイソシアネート組成物と反応す
る活性水素を有するアミン系触媒として、モノエタノー
ルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミ
ン、Ｎ，Ｎ，Ｎ´−トリメチルアミノエチルエタノール
アミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルヒドロキシ
プロピレンジアミンなども前記（Ａ）成分に配合するこ
とができる。

【００４０】本発明においては、かかる（Ｃ）成分は、
１，２−ジメチルイミダゾールが好ましい。

【００４１】同じく反応性を調整する目的で使用される
触媒のうち,ジブチルチンジラウレート,ジオクチルチン
ジラウレート,ナフテン酸カルシウム,オクチル酸スズ,
オクチル酸亜鉛などの金属系触媒は土壌汚染のおそれが
あるため好ましくない。

【００４２】更に（Ａ）成分と（Ｃ）成分の配合量は質
量比で、前記（Ａ）成分／（Ｃ）成分）＝１００／０．
１〜１００／２０が好ましく、特に１００／０．５〜１
００／１５であることが好ましい。かかる（Ｃ）成分の
配合量が前記下限値未満である場合には、硬化しにくく
固結反応が不充分で、目的とした性能の固結体が得られ
にくくなる傾向があり、また前記上限値を越える場合に
は、硬化反応が速すぎて前記（Ａ）成分、（Ｂ）成分及
び後述する必要に応じて用いられる（Ｄ）成分が均一に
混合されにくくなる傾向がある。

【００４３】また、本発明の注入薬液組成物には、前記
（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分の他に、（Ｄ）成
分を配合することができる。

【００４４】本発明に用いられる（Ｄ）成分であるポリ
オール成分としては、例えば前記（Ｂ）成分であるイソ
シアネート基含有ウレタンプレポリマーに用いられるモ
ノまたはポリオール等が挙げられ、これらは単独で又は
２種以上を混合して用いることができる。また、これら
のポリオールの数平均分子量は６２〜２０，０００であ
ることが好ましく、特に７６〜１０，０００が好まし
い。実質平均官能基数は１以上が好ましく、特に１〜４
が特に好ましい。

【００４５】前記（Ｄ）成分の配合量は、用いる（Ｂ）
成分の種類等によって異なるので一概には決定すること
ができないが、通常（Ｂ）成分と（Ｄ）成分との配合割
合が、（Ｂ）成分中のＮＣＯ基と（Ｄ）成分中のＯＨ基
とのモル比（ＮＣＯ基／ＯＨ基）が０．５〜５００が好
ましく、特に１〜４５０となるように調整することが好
ましい。かかるＮＣＯ基とＯＨ基のモル比が前記下限値
未満である場合には、注入薬液組成物から得られる固結
体が柔かすぎて実用に供しにくくなる傾向があり、また
前記上限値を越える場合には、固結体が脆くなる傾向が
ある。

【００４６】また、上記と同様に（Ａ）アルカリ珪酸塩
水溶液と（Ｂ）有機ポリイソシアネート組成物の二相関
の分散や反応性を調整する目的では、界面活性剤を用い
ることが好ましい。界面活性剤としては、エチレンオキ
シド、プロピレンオキシド等のアルキレンオキシドを含
有するポリグリコールエーテルと、少なくとも１個の活
性水素を含有する有機化合物とを縮合することによって
得られる。この少なくとも１個の活性水素を含有する有
機化合物としては、アルコール、フェノール、チオー
ル、１級又は２級アミンや、１個以上のアルキル置換基
を有するフェノール系化合物のポリアルキレンオキシド
誘導体を挙げることができる。界面活性剤は、あらかじ
め（Ａ）アルカリ珪酸塩水溶液及び／又は（Ｂ）ポリイ
ソシアネート組成物に添加することができるが、（Ａ）
アルカリ珪酸塩水溶液にあらかじめ混合した場合、攪拌
した際に泡立ち、正確に計量できなくなるので、（Ｂ）
ポリイソシアネート化合物のみに混合してから使用する
のが好ましい。

【００４７】また、シリコーン系界面活性剤を挙げるこ
とができ、これには活性水素基を含有するものと含有し
ないものとがある。好ましいのは、活性水素基を含有し
ないタイプである。例えば、各種のシロキサンポリアル
キレンオキシドブロック共重合体が挙げられる。具体的
には、ユニオンカーバイド製のＬ−５３４０、テー・ゴ
ールドシュミット製のＢ−８４５１、Ｂ−８４０７等を
挙げることができる。なお、界面活性剤の添加量は、
（Ａ）ポリイソシアネート化合物に対して０．０５〜５
質量％が好ましい。

【００４８】更に本発明の注入薬液組成物には、必要に
応じて、セメント、高炉スラグ、石こう、炭酸カルシウ
ム、粘土、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン、生
石灰、消石灰、ベントナイト等の無機充填剤や、希釈
剤、レベリング剤、難燃剤、シリコーン系整泡剤、老化
防止剤、耐熱性付与剤、抗酸化剤、触媒等を適宜配合量
を調整して配合することができる。本発明においては、
前記の触媒、前記の界面活性剤、各種添加剤などの各種
添加剤を添加することもできるが,あくまでも土壌汚染
をおこさないものに限定すべきである。

【００４９】本発明の注入薬液組成物を調整する際の前
記（Ａ）成分、（Ｂ）成分、及び（Ｃ）成分、並びに
（Ｄ）成分の混合順序には特に限定がないが、通常、
（Ａ）成分、（Ｃ）成分、及び（Ｄ）成分の混合物（Ａ
液）と、（Ｂ）成分と（Ｅ）成分の混合物（Ｂ液）との
二成分系として用いることができる。

【００５０】本発明における特殊な注入薬液である
（Ａ）成分、（Ｂ）成分、及び（Ｃ）成分、並びに
（Ｄ）成分、（Ｅ）成分からなる注入薬液組成物は、空
隙やクラックの多い軟質ないし不安定な地盤、岩盤、破
砕帯層、更にはクラックや空隙を有する人工構造物等に
注入され、固結ないし封止されるが、このように注入し
て固結ないし封止する方法については特に限定がなく、
公知の方法を採用しうる。その一例をあげれば、例えば
（Ａ）成分、（Ｂ）成分、及び（Ｃ）成分、並びに
（Ｄ）成分、（Ｅ）成分の注入量、圧力、配合比等をコ
ントロールしうる比例配合式ポンプを用い、（Ａ）成
分、（Ｃ）成分、及び（Ｄ）成分の混合物（Ａ液）と、
（Ｂ）成分と（Ｅ）成分の混合物（Ｂ液）とを別々のタ
ンクに入れ、岩盤等の所定箇所（例えば０．５〜３ｍ程
度の間隔で穿設された複数個数の孔）に、あらかじめ固
定されたスタチックミキサーや逆止弁等を内装した有孔
のロックボルトや注入ロッドを通し、この中に前記タン
ク内の各成分を注入圧０．０５〜５ＭＰａ（ゲージ圧）
で注入し、スタチックミキサーを通して所定量の前記Ａ
液とＢ液とを均一に混合させ、所定の不安定岩盤ないし
地盤箇所に注入浸透、硬化させて固結ないし封止し、安
定化する方法等がある。

【００５１】なお、本発明において、封止とは、空洞や
空隙に注入薬液組成物を充填し、間隙を埋めることをい
う。

【００５２】また、例えばトンネル切羽先端の天盤部に
注入する場合には、注入に先立ち、例えば約１ｍの所定
の間隔で例えば直径４２ｍｍのビットでジャンボ機を用
いて削孔し、深さ２ｍ、削孔角度１０〜２５°の注入孔
を設け、この注入孔にスタチックミキサーを内挿した長
さ３ｍの中空炭素鋼管製注入ボルトを挿入し、注入薬液
組成物を前記した方法で注入することが好ましい。注入
作業は、注入圧が急激な上昇した時点で終了する。一般
に、注入孔１個あたり薬液量は３０〜２００ｋｇである
ことが好ましい。

【００５３】また、人工構造物のクラック等の安定強化
止水は、例えば該クラック面に対して２０〜５０ｃｍ間
隔で直径１０ｍｍ、深さ５〜１０ｃｍにドリルで削孔
し、孔内の削りくずや粉塵を圧縮空気で吹きとばし、削
孔上に脱脂綿を約５ｍｍ厚にのせ、その上から直径約１
０ｍｍ、長さ２０〜３０ｍｍの注入パイプを打ち込み、
注入薬液組成物のリークのない状態にセットする。ま
た、クラックや漏水等の発生箇所に対して約３０ｃｍピ
ッチでＵ字又はＶ字カットし、注入パイプを急結セメン
トで固定する。次にスタチックミキサー等を内装したＹ
字管又はＴ字管を通し、（Ａ）成分、（Ｃ）成分、及び
（Ｄ）成分の混合物（Ａ液）と、（Ｂ）成分と（Ｅ）成
分からなる（Ｂ液）とを比例配合式ポンプ又は手押し式
ポンプ等を用いて所定の配合比で注入圧０．０５〜２Ｍ
Ｐａ（ゲージ圧）、好ましくは０．０５〜０．２ＭＰａ
（ゲージ圧）で所定量注入する。

【００５４】本発明の安定強化止水工法では、粘性が低
い注入薬液組成物が用いられるため、不安定地盤、クラ
ック及び破砕帯等への浸透性がよく、広範囲にわたって
不安定岩盤や地盤、更には人工構造物等の安定化や止水
を図ることができる。また、形成された硬化固結物は、
高強度で耐久性を有し、岩盤等への付着、密着性に優
れ、かつ難燃性を呈し、しかも経済的なものであるの
で、実用上極めて有利である。

【００５５】

【実施例】次に本発明の地盤や人工構造物等の安定化用
注入薬液組成物及びそれを用いた安定強化止水工法を製
造例及び実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発
明はかかる製造例及び実施例のみに限定されるものでは
ない。

【００５６】［Ａ液の調製］攪拌機のついた、容量：１
５０ｋｇの混合機を用い、表１に示す量を仕込んで、均
一にしてＡ１〜Ａ４を調製した。各原料の仕込み量を表
１に示す。

【００５７】［Ａ液合成用原料］１号珪酸ソーダＳ２：珪酸塩水溶液（東曹産業株式会社製）ＤＭＩＺ：１，２−ジメチルイミダゾール（分子量＝９６）ＴＭＨＰＤＡ：Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルヒドロキシプロピレンジアミン（分子量＝１４６）ＰＰＧ２００：ポリ（オキシプロピレン）ポリオール数平均分子量＝２００平均官能基数＝２オキシプロピレン基含有量＝１００％ＤＰＧ：ジプロピレングリコール

【００５８】

【表１】

【００５９】［Ｂ液の合成］攪拌機、温度計、冷却器及
び窒素ガス導入管のついた、容量：１５０ｋｇの反応器
を用いて、ポリイソシアネートＢ１〜Ｂ７を合成した。
原料イソシアネートと原料ポリオールを表２に示す量を
仕込んだ後、８０℃まで昇温して３時間反応させて、ポ
リイソシアネートを得た。原料の種類、使用量、分析値
を表２に示す。

【００６０】［Ｂ液合成用原料］ＭＤＩ−１：ＭＤＩＮＣＯ含量＝３３．６％２，２′−ＭＤＩ＋２，４′−ＭＤＩ＝０．１％ＭＤＩ−２：ＭＤＩＮＣＯ含量＝３３．６％２，２′−ＭＤＩ＋２，４′−ＭＤＩ＝２８％ＰＭＤＩ−１：ポリメリックＭＤＩＮＣＯ含量＝３１．１％ポリメリックＭＤＩ中のＭＤＩ含有量＝４２％ＭＤＩ中の２，２′−ＭＤＩ＋２，４′−ＭＤＩ＝０．１％ＰＭＤＩ−２：ポリメリックＭＤＩＮＣＯ含量＝３１．３％ポリメリックＭＤＩ中のＭＤＩ含有量＝３６％ＭＤＩ中の２，２′−ＭＤＩ＋２，４′−ＭＤＩ＝１７％ＰＰＧ２００：ポリ（オキシプロピレン）ポリオール数平均分子量＝２００平均官能基数＝２オキシプロピレン基含有量＝１００％希釈剤Ａ：カプリル酸と２−エチルヘキサノールのエチレンオキサイド付加体とのモノエステル、水酸基価５ｍｇＫＯＨ／ｇＢ−８４０７：テー・ゴールドシュミット製シリコーン系界面活性剤

【００６１】

【表２】

【００６２】［実施例１〜8、比較例１〜２］表３、４
に示す組み合わせで、容量３００ｍｌのポリカップにＡ
液とＢ液を各１００ｇづつ秤量し、毎分６００回／１０
秒間（２０℃）の条件で混合攪拌した。そして、以下の
方法にて発泡体の発泡の外観及び発泡体の発泡倍率、物
性試験並びに耐水性を測定した。その結果を表３、４に
示す。

【００６３】

【表３】

【００６４】

【表４】

【００６５】表３、４の各種データを比較すれば、比較
例のタイプによっては実施例と比較して遜色のないデー
タもあるが、総じて比較例は配合液の反応性のバランス
が悪いため、物性や作業性が悪くなっている。

【００６６】［発泡体の試験方法］（１）発泡体の外観前述のようにポリイソシアネート組成物と珪酸塩水溶液
とを配合して得られた発泡体をナイフで切断し、その内
部の状況を観察した。断面が不均一状態であるものを
「不良」と判定し、均一状態であるものを「良好」と判
定した。（２）発泡倍率発泡倍率＝発泡後の発泡体の容積（ｍｌ）／発泡前の配
合液の容積（ｍｌ）（３）一軸圧縮強度ＪＳＦＴ５１１（土壌工学会基準の土の一軸圧縮試験
方法）に準じて、２０℃について行った。（４）耐水性Ａ液とＢ液とをそれぞれ５０ｇずつ配合し、その直後の
流動状態の液体をあらかじめ３００ｍｌの水を入れたポ
リカップに素早く入れて、水中での発泡状態を観察す
る。その際に、ポリカップの水が白濁したものを「不
良」と判定し、透明であるものを「良好」と判定した。

【００６７】実施例１０破砕帯を有するトンネル切羽先端の天盤部にトンネルア
ーチの中心から左右に６０°、合計１２０°の扇状範囲
内で、ジャンボ機で直径４２ｍｍビットにより１ｍ間隔
で削孔角度１５°（トンネル掘削方向に対しての角度）
で１０個削孔し、得られた孔内に炭素鋼製（ＪＩＳＧ
３４４５、ＳＴＫＭ１７Ｃ）の注入ボルト（外形２
７．２ｍｍ、内系１５ｍｍ、長さ３ｍ、静止ミキサー及
び逆止弁内装）を挿入し、口元部分約３０ｃｍを２液硬
質発泡ウレタン樹脂を含浸させたメリヤス製ウエスを鉄
棒で押し込みシールした。

【００６８】Ａ液として表１におけるＡ３を２０ｋｇ薬
液タンクＡへ、Ｂ液として表２におけるＢ１を２０ｋｇ
薬液タンクＢへそれぞれ入れ、Ａ液、Ｂ液各々につき約
１〜２分間ポンプ循環を行なった。

【００６９】次にＡ液及びＢ液の各吐出ホース先端をＴ
字型ユニットに接続後、前記地山に固定した、各注入孔
のボルトにジョイントし、注入圧０．１〜４ＭＰａ（ゲ
ージ圧）、注入スピード５〜１２ｋｇ／分で１孔あたり
約５０〜１８０ｋｇをスムーズに注入することができ
た。

【００７０】薬液を注入してから約１２０分間後に、掘
進により地山の改良状態を調査したところ、固結範囲は
半径５０ｃｍの半球状であり、固結安定化していた。

【００７１】注入固結部分をサンプラーで直径５ｃｍ×
１０ｃｍの円柱形状にサンプリングし、一軸圧縮強度を
測定すると２４ＭＰａであった。なお、未改良部は破砕
帯のためサンプリングが不可能であった。この結果、本
発明の注入薬液組成物は、その有効性が充分に証明さ
れ、固結安定化層が形成されることが判明した。

【００７２】実施例１１不安定なトンネル切羽先端の天盤部（大きな空隙を有す
る花崗岩破砕帯）の空隙充填及び安定化を図るために、
表１における製造例１の薬液注入による安定化を行なっ
た。施工方法は以下のようにして行なった。

【００７３】すなわち、トンネル切羽先端の天盤部にト
ンネルアーチの中心から左右に６０°、合計１２０°の
扇状範囲内で、ジャンボ機で直径４２ｍｍビットにより
８０ｃｍ間隔で深さ３ｍの注入孔を１０個削孔した。削
孔角度は２０°であった。得られた孔内に実施例１と同
様の炭素鋼製（ＪＩＳＧ３４５５、ＳＴＫＭ１７
Ｃ）の注入ボルトを挿入し、口元部を実施例１と同様に
してシールした。なお、各注入孔のボルトは、掘削方向
に対して左６０°の位置のものから右６０°の位置のも
のへ向かってＮｏ．１〜５とした。

【００７４】Ａ液として表１におけるＡ２を４０ｋｇ薬
液タンクＡへ、Ｂ液として表２におけるＢ４を４０ｋｇ
薬液タンクＢへそれぞれ入れ、Ａ液、Ｂ液各々につき約
１〜２分間ポンプ循環を行なった。

【００７５】次にＡ液及びＢ液の各吐出ホース先端をＴ
字型ユニットに接続後、前記地山に固定した、各注入孔
のボルト（Ｎｏ．１〜５）にジョイントし、Ｎｏ．１、
３、５、２、４の順で注入圧０．１〜１ＭＰａ（ゲージ
圧）、注入スピード５〜１２ｋｇ／分で１孔あたり約１
２０ｋｇ、Ｎｏ．１〜５で合計６００ｋｇ注入した。

【００７６】注入薬液組成物を注入してから約９０分間
経過後に地山の安定化状況を確認するために注入孔周辺
を掘進し調査したところ、Ｎｏ．１〜５の左側天盤部
は、固結範囲が半径約４０ｃｍで半球状に固結してお
り、かつ大きな空隙部も高密度でよくシールされてい
た。また、掘削時にも天盤部からの崩落はなく、よく安
定化されていた。

【００７７】本発明の注入薬液組成物は注入ボルトより
大きな空隙を有する花崗岩破砕帯部に注入することによ
り空隙を完全にシールしかつ破砕帯部にもよく浸透固結
し、岩盤の安定化を図ることができ、トンネル掘削工事
において非常に有益であることが立証された。

【００７８】実施例１２鉄筋コンクリート３階建ビルの屋上スラブの立上がりコ
ーナー部にクラックが発生し、降雨時に階下に漏水して
いた。この漏水部に表１におけるＡ２と表２におけるＢ
１からなる注入薬液組成物を注入し、止水工事を行なっ
た。

【００７９】まずクラックに沿って直径１０ｍｍのドリ
ルを用いて約３０ｃｍピッチで深さ約５ｃｍの孔を３５
個削孔し、孔内の削りくずや粉塵を圧縮空気で吹き飛ば
したのちに削孔上に脱脂綿を約５ｍｍ厚にのせ、その上
から外径約１０ｍｍの注入パイプを木製ハンマーで打ち
込んだ。

【００８０】次にＡ２を１０ｋｇ手押ポンプ付薬液タン
クＡへ、Ｂ１を１５ｋｇ手押ポンプ付薬液タンクＢへ入
れた。

【００８１】タンクＡ及びタンクＢの吐出ホースの先端
を静止ミキサーを内装したＹ字管に継ぎ、各注入パイプ
にワンタッチジョイント形式でセットし、成分Ａと成分
Ｂとの配合割合（質量比）約１／１．５で手押ポンプを
上下に作動させて１孔あたり約１ｋｇ注入した。約１．
５時間で３５個全部の注入作業が完了した。

【００８２】注入後、注入パイプを取り除き、コルク栓
を打ち込み、モルタルを塗布して仕上げた。約２週間後
に激しい降雨があったが、以前のような漏水はまったく
発生せず、クラックシール及び止水に大変有効なことが
立証された。

【００８３】

【発明の効果】本発明の地盤や人工構造物等の安定化用
注入薬液組成物及びそれを用いた安定強化止水工法は、
以下に述べる効果を奏する。

【００８４】（Ａ）成分であるアルカリ珪酸塩水溶液及
び（Ｂ）成分である有機ポリイソシアネート組成物、更
に（Ｄ）成分であるポリオール成分によって確実な尿素
−無水珪酸複合体、ウレタン−無水珪酸複合体及び網状
の無水珪酸ゲル体を主体とする発泡状の複合固結体が形
成される。したがって、固結硬化性能が高く確実に岩盤
ないし地盤の安定強化を達成することができ、かつ漏洩
部では確実な止水効果が奏される。

【００８５】（Ａ）成分、（Ｂ）成分、及び（Ｃ）成
分、並びに（Ｄ）成分ともに粘性が低く、更に（Ｅ）成
分を混合することにより、より低粘度化を達成できるた
め、浸透性に優れ、空隙が大きい又はクラックが多い、
強度が要求される不安定岩盤、地盤、構造物等の充填、
安定強化に有効である。

【００８６】そして、この（Ｅ）成分が（Ｂ）成分だけ
でなく、（Ａ）成分に対しても相溶性が良好のため、
（Ｅ）成分の表面移行性のないが故の外観の優れた発泡
体を得ることができる。

【００８７】（Ｃ）成分が水に溶解しやすいことから、
注入薬液組成物が取扱い者の皮膚や衣服に付着した場合
でも、簡単に水洗して除去することができ、安全性が極
めて高い。

【００８８】このように本発明の工法は優れた特徴を有
しており、一般山岳トンネルはもちろんのこと、大断面
トンネル掘削工事や大深度地下土木工事等において要求
される、より確実かつ高強度で、経済的であり、安全性
に優れた不安定岩盤ないし地盤及び人工構築物等の安定
強化、封止及び止水を達成するのに極めて有効な工法で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０９Ｋ 107:00 Ｃ０９Ｋ 107:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）アルカリ珪酸塩水溶液、（Ｂ）２
５℃での粘度が８００ｍＰａ・ｓ以下の有機ポリイソシ
アネート組成物、及び（Ｃ）三級アミン触媒、からなる
岩盤、地盤、人工構造物等の安定化用注入薬液組成物。
【請求項２】（Ｄ）ポリオールを含有してなる請求項
１記載の安定化用注入薬液組成物。
【請求項３】（Ｂ）有機ポリイソシアネート組成物
が、ジフェニルメタンジイソシアネート（Ｂ１）及びジ
フェニルメタンジイソシアネート系多核縮合体（Ｂ２）
からなるポリイソシアネートと（Ｅ）分子量が５００以
下の「活性水素基を含有する脂肪酸とポリオキシアルキ
レンアルキルエーテルとのモノエステル」化合物を反応
させて得られるイソシアネート基末端プレポリマーであ
ることを特徴とする、請求項１又は２記載の安定化用注
入薬液組成物。
【請求項４】（Ｂ）有機ポリイソシアネート組成物
が、ジフェニルメタンジイソシアネート（Ｂ１）及びジ
フェニルメタンジイソシアネート系多核縮合体（Ｂ２）
からなるポリイソシアネートとモノまたはポリオール
と、（Ｅ）分子量が５００以下の「活性水素基を含有す
る脂肪酸とポリオキシアルキレンアルキルエーテルとの
モノエステル」化合物を反応させて得られるイソシアネ
ート基末端プレポリマーであることを特徴とする、請求
項１又は２記載の安定化用注入薬液組成物。
【請求項５】（Ｅ）分子量が５００以下の「活性水素
基を含有する脂肪酸とポリオキシアルキレンアルキルエ
ーテルとのモノエステル」化合物が、カプリル酸と２−
エチルヘキサノールまたはオクタノールのポリエチレン
オキサイド付加体とのエステルであることを特徴とす
る、請求項１から４のいずれか１項に記載の安定化用注
入薬液組成物。
【請求項６】岩盤ないし地盤に所定間隔で複数個の孔
を穿設し、前記孔内に中空の注入ボルトを挿入し、ボル
トの開口部より請求項１から５のいずれか１項に記載の
安定化用注入薬液組成物を、岩盤ないし地盤に注入し、
固結ないし封止させることを特徴とする、岩盤ないし地
盤の安定強化止水工法。
【請求項７】人工構造物に注入パイプを挿入し、該注
入パイプを介して請求項１から５のいずれか１項に記載
の安定化用注入薬液組成物を、人工構造物及び／又はそ
の背面に注入し、固結ないし封止させることを特徴とす
る、人工構造物の安定強化止水工法。