JP2003278144A

JP2003278144A - 注入工法

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Publication number: JP2003278144A
Application number: JP2002081092A
Authority: JP
Inventors: Keizo Kawamoto; 本啓蔵川; Yukiharu Miyahara; 原行治宮; Eiko Mizoguchi; 口英光溝
Original assignee: SANKOO CHEMICAL KK; Sanko Chemical Co Ltd
Current assignee: SANKOO CHEMICAL KK; Sanko Co Ltd
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2003-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】裏込め注入剤の圧送時における配管の閉塞を
防止し、作業効率の向上および材料ロスの低減を図るこ
とを目的としている。【解決手段】本発明に係る注入工法は、水１００重量
部に対し石灰３０〜４０重量部の第１の懸濁液と、水１
００重量部に対しスラグ２５〜３５重量部および粘土鉱
物３〜１５重量部の第２の懸濁液とを、それぞれ別々の
配管を介して、施工部直前まで圧送し、第１の懸濁液と
第２の懸濁液とを混合した後、混合液を施工部に注入す
ることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木構造物におけ
る空隙部へのグラウトの注入工法の改善に関し、さらに
詳しくはグラウトを長距離圧送する場合であっても、注
入設備のメンテナンスを簡素化できる注入工法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】通常、トンネルなどの地中構造物は常に
地盤土に接して造られるので、元々相互に作用を及ぼし
合いながら、一体として機能するように設計されてい
る。しかし、シールドトンネルを設置する場合、必ずテ
ールボイド（空洞）が生じるため、構造物（セグメン
ト）の周縁は、支保されないことになる。

【０００３】このテールボイドを放置すれば、地山の自
立性が期待できない場合や、滞水地盤では土砂のテール
ボイドへの押し出しによる地盤変化（地表沈下）が起こ
る。このような地盤変化を防止し、止水効果を高め、さ
らにトンネルを安定させる等の目的でテールボイドにグ
ラウト（裏込め材）を充填する裏込め注入工法が採用さ
れている。

【０００４】この裏込め注入工法では、一液型注入材を
用いる工法と、二液型注入材を用いる工法とが知られて
いる。二液型注入材を用いる工法では、Ａ液と呼ばれる
スラグ系注入材と、Ｂ液と呼ばれる水ガラス系注入材と
をそれぞれ、別々の配管を介して、注入箇所近傍まで圧
送し、注入直前にこれらを混練した後、注入箇所に注
入、硬化させる。

【０００５】Ａ液の組成は、施工態様により様々である
が、一般的には、スラグなどのセメント系硬化材を主剤
とし、石灰、粘土鉱物などの助剤、必要に応じ安定剤を
含む水系懸濁液である。このＡ液をＢ液と混練すると短
時間の内にゲル化し、硬化するため、上記のように、Ａ
液、Ｂ液をそれぞれ、別々の配管を介して、注入箇所近
傍まで圧送している。

【０００６】しかし、Ａ液単独であっても、多かれ少な
かれ、時間経過とともに硬化してしまう性質（自硬性）
がある。そのため、Ａ液貯液槽（通常地表に設置）から
注入箇所（通常トンネル内）まで配管を介してポンプ圧
送で注入する場合は、注入作業が終了毎に圧送配管内の
Ａ液を廃棄し、配管を清掃する必要があった。このた
め、材料ロス、作業時間のロスが避けられなかった。

【０００７】配管内でのＡ液の硬化を遅らせるため、Ａ
液に硬化遅延剤を添加することも行われている。遅延剤
を加えることで、廃棄・清掃作業の頻度を減少させ、材
料ロス、作業時間のロスを低下させることが期待でき
る。しかし、Ａ液の液温により硬化時間に変動があり、
一定条件下ではない施工現場では、遅延剤の添加量の決
定が困難である。また、一般に遅延剤の添加量はＡ液の
容量に対し、約０．１〜０．６％と少量であるため、施
工現場での微調整が困難であるという課題もある。

【０００８】このため、遅延剤を用いた場合であって
も、Ａ液の硬化による配管内閉塞が頻発し、注入作業に
支障を生じ満足すべきものではなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来技術に鑑みてなされたものであって、裏込め注入
剤の圧送時における配管の閉塞を防止し、作業効率の向
上および材料ロスの低減を図ることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る注入工法
は、水１００重量部に対し石灰３０〜４０重量部の第１
の懸濁液と、水１００重量部に対しスラグ２５〜３５重
量部および粘土鉱物３〜１５重量部の第２の懸濁液と
を、それぞれ別々の配管を介して、施工部直前まで圧送
し、第１の懸濁液と第２の懸濁液とを混合した後、混合
液を施工部に注入することを特徴としている。

【００１１】また、本発明においては、前記第２の懸濁
液がさらに０．１５〜０．５重量部の分散剤を含有する
ことが好ましい。また、前記第１の懸濁液と第２の懸濁
液とを混合した後、さらに水ガラスを混合した後、混合
液を施工部に注入することが好ましい。このような本発
明によれば、Ａ液であるスラグ系注入材を、石灰懸濁液
およびスラグ懸濁液の２種として別々の配管系を介して
圧送し、施工現場においてこれらを混合するので、配管
の閉塞を招くことがなく、作業効率の向上および材料ロ
スの低減が図られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明についてさらに具体
的に説明する。図１に本発明に係る注入工法の概略工程
図を示す。本発明においては、水１００重量部に対し石
灰３０〜４０重量部の第１の懸濁液と、水１００重量部
に対しスラグ２５〜３５重量部および粘土鉱物３〜１５
重量部の第２の懸濁液とを、それぞれ別々の配管を介し
て、施工部直前まで圧送する。

【００１３】第１の懸濁液は、水１００重量部に対し、
３０〜４０重量部、好ましくは３２〜４０重量部、さら
に好ましくは３５〜４０重量部の石灰を主成分として含
有してなる。石灰としては、生石灰、消石灰のいずれも
用いることができるが、消石灰のほうが好ましい。

【００１４】第１の懸濁液の石灰重量が３０重量部より
も少なくなるとブリージング量の好ましくない増大を招
くことがあり、また４０重量部を超えると粘性が高くな
り、流動性が低下するおそれがある。上記第１の懸濁液
には、必要に応じ、粘土鉱物であるベントナイト等の膨
潤性のあるもの、セルロース系、増粘剤を添加しておい
てもよい。

【００１５】第２の懸濁液は、水１００重量部に対し
て、スラグ２５〜３５重量部、好ましくは２８〜３５重
量部、さらに好ましくは３０〜３５重量部および粘土鉱
物３〜１５重量部、好ましくは５〜１２重量部、さらに
好ましくは８〜１２重量部を含有してなる。スラグとし
ては、高炉スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ、非鉄金
属スラグなどが特に制限されることなく用いられる。ス
ラグの粒度は懸濁液として圧送可能な程度であれば十分
であるが、好ましくは普通ポルトランドセメント（ブレ
ーン値）約３，２００cm²／g以上、さらに好ましくは
５，０００cm²／g以上である。

【００１６】また粘土鉱物としては、モンモリロナイト
粘土鉱物を主成分としたベントナイト等の微粉末、カオ
リンを主成分とした陶土や、粘土鉱物と一次鉱物を含ん
だクレーサンド等、泥水や、泥土加圧シールド工法で得
られるシルト、粘土を含んだ掘削泥土液、または泥土液
そのものを用いることができる。これらの中でも本発明
においては、粘土鉱物としてベントナイトを用いること
が好ましい。なお、粘土鉱物を含有する液状体（泥土液
等）を用いる場合、上記配合割合は、固形分重量に基づ
く。

【００１７】ここで、一次鉱物とは、岩石が長年にわた
って物理的作用のみを受けて土粒子化したもので、砂な
どをいう。これに対して、岩石が化学的作用を受けて、
分子構造が壊れるほど微粒になり、再び結晶化して形成
されたものを二次鉱物または粘土鉱物という。上記第２
の懸濁液には、必要に応じ、分散剤、セルロース系増粘
剤等を添加しておいてもよい。

【００１８】必要に応じて用いられる分散剤は、スラ
グ、粘土鉱物を均一に分散させるために用いられるもの
であり、一般には界面活性剤である。第２の懸濁液に分
散剤を用いる場合、その配合割合は、水１００重量部に
対し、好ましくは０．１５〜０．５重量部である。さら
に好ましくは０.３〜０.５重量部である。本発明では、
上記第１の懸濁液と、第２の懸濁液とを、それぞれ別々
の配管を介して、施工部直前まで圧送し、第１の懸濁液
と第２の懸濁液とを混合した後、混合液を施工部に注入
する。

【００１９】第１の懸濁液と第２の懸濁液は、それぞれ
別々の貯液槽に貯められ、必要に応じ攪拌しつつ保持さ
れる。貯液槽の容量は施工規模に応じ様々である。これ
ら貯液槽に貯められた懸濁液を別々のポンプにより、別
々の配管を通じて施工部直前まで圧送する。ポンプおよ
び圧送配管としては、汎用のものが制限されることなく
用いられる。

【００２０】第１の懸濁液と第２の懸濁液との混合は、
施工現場の状況に応じて適宜に決められ、たとえば直接
注入ラインの混合管で混合し、施工部に注入してもよ
く、また一旦タンクで混合して、再度ポンプで注入する
方法を採用してもよい。この場合、タンク形式は、その
容量に見合った攪拌機が取り付けてあれば、攪拌機の機
種はプロペラ式、オウガ式等形式は問わない。

【００２１】混合場所から、実際の注入場所への距離
は、施工現場の状況により様々だが、混合から注入に至
るまでに要する時間が、６０分以内、さらには好ましく
は３０分以内となるように各設備を配置し、また圧送条
件を選定することが望ましい。このような本発明によれ
ば、Ａ液であるスラグ系注入材を、石灰懸濁液およびス
ラグ懸濁液の２種として別々の配管系を介して圧送し、
施工現場においてこれら混合するので、配管の閉塞を招
くことがなく、作業効率の向上および材料ロスの低減が
図られる。

【００２２】また、本発明では、上記第１の懸濁液およ
び第２の懸濁液を混合してなる混合液に、さらに水ガラ
スを加えた後、施工部に注入してもよい。水ガラスは、
通常の注入工法においてＢ液として用いられており、特
に限定するものではないが、ケイ素とアルカリのモル比
(SiO₂/(A₂O+B)[A;アルカリ金属、B;NH₃])３以上の水ガ
ラスが好ましく用いられる。

【００２３】水ガラスを添加することで、グラウトのゲ
ル化が促進され、流動状固結（ゲル化しているがグラウ
ト自体が自立する強さはなく、物理的に流動状の性質を
持っている状態）並びに可塑状固結領域（グラウト自体
は流動性はないが、若干加圧すれば容易に流動する）を
経て、固結領域（多少の加圧では流動しない）に入り、
強固なゲルを生成させる。水ガラスの混合後、可塑状固
結領域に至る時間は、１０〜３０分程度である。したが
って、水ガラスを混合後、１０分以内に施工部に注入で
きるように、各設備を配置し、また圧送条件を選定する
ことが望ましい。

【００２４】

【発明の効果】このような本発明に係る注入工法によれ
ば、Ａ液であるスラグ系注入剤を、石灰懸濁液およびス
ラグ懸濁液の２種として別々の配管系を介して圧送し、
施工現場においてこれらを混合するので、配管の閉塞を
招くことがなく、作業効率の向上および材料ロスの低減
が図られる。

【００２５】

【実施例】以下本発明を実施例により説明するが、本発
明はこれら実施例に限定されるものではない。実験の材
料は石灰（消石灰ＪＩＳＲＱ００１）、ベントナイト
（群馬産２００メッシュ、商品名豊洋２００メッシ
ュ）、スラグ（水砕スラグ、商品名セラメント）を用い
た。

【００２６】また比較例用としては石灰、スラグ混合硬
化材（商品名カルメント）、ベントナイト（群馬産２０
０メッシュ、商品名豊洋２００メッシュ）、遅延剤（遅
延型安定剤、商品名ＴＧ−Ｒ）を用いた。また、第１の
懸濁液（石灰系）と第２の懸濁液（スラグ系）に自硬性
がなく、ポンプ圧送可能なことの実証は、懸濁液の流動
性測定とブリージング量の確認でおこなった。

【００２７】

【実施例１】表１に示す配合で第１の懸濁液（石灰懸濁
液）を製造した。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【比較例１】また比較例として表２に示す配合で裏込め
注入材を作製した。

【００３０】

【表２】

【００３１】実施例１および比較例１の各配合の流動性
確認は、通常裏込め注入材のモルタル流動性の確認に使
用するプレパクトフローコーン（Ｐロート、１，７２５
ccの落下速度を測定、水が８．５秒±０．５）を用いて
測定した。結果を図２に示す。速度の目安は、落下速度
測定の後その容器内に懸濁液の付着がほとんど見られな
い１８秒以下である。

【００３２】図２から、本発明の第１の懸濁液は、遅延
剤を含有する裏込め注入材と同程度の流動性を示すこと
が分かる。また、実施例１および比較例１の各配合のブ
リージング率の測定を行った。結果を表３に示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】第１の懸濁液（石灰懸濁液）の性状は、流
動性については各配合ともに問題はないが、ブリージン
グ率は３５％以下の濃度では２４時間以降で１０％を越
え問題がある。このブリージング率を減少する方法と
て、懸濁液にブリージング抑制剤としベントナイトを１
％程度加えることにより、実施例1-4（石灰３８％濃
度）と同様な性状を得ることができた。

【００３５】比較例１の配合では、ブリージング率が１
０％を越え使用には問題がある。ブリージング率を減少
する方法として、遅延剤の添加量を減少させれば良い
が、裏込め注入材の硬化開始時間が２４時間以内と短く
なり当初の目的を満足することができない。

【００３６】

【実施例２】表４に示す配合で第２の懸濁液（スラグ、
ベントナイト懸濁液）を製造した。

【００３７】

【表４】

【００３８】実施例２の各配合の流動性確認は、水に溶
かすと膨潤するベントナイトを添加しているので、Ｂ型
粘度計を用いて（純水が１ｍＰａ・ｓ）で絶対粘度を測
定した。結果を表５に示す。

【００３９】

【表５】

【００４０】流動性の目安の粘度はその性状が良く似て
いるシールド掘削用補助材「加泥材」と同様に無理なく
ポンプ圧送できる３，０００ｍＰａ・ｓ以下が好適であ
り、上記第２の懸濁液は何れもこの範囲にあった。ま
た、実施例２の各配合のブリージング率の測定を行っ
た。結果を表６に示す。

【００４１】

【表６】

【００４２】第２の懸濁液（スラグとベントナイト懸濁
液）は流動性、ブリージング率ともに各配合問題はな
い。また施工上、圧送ポンプ等の問題でスラグとベント
ナイト懸濁液の粘性を減少させたい場合は、オキシ酸等
の分散剤を０．１％程度加えると、粘性が約２０〜５０
％減少できる。さらに、スラグ重量を４０％まで増加す
る場合にも、同様の効果がある。

【００４３】

【実施例３】前記第１の懸濁液（石灰懸濁液）と、第２
の懸濁液（スラグとベントナイト懸濁液）を混合し（以
下この混合液を「Ａ液」という）、通常の二液性水ガラ
ス系可塑状グラウトの硬化材懸濁液と同様に使用した。
「Ａ液」の混合比率は、「Ａ液」中の石灰重量とスラグ
重量で決定する。表７に記載の配合割合で、Ａ液を調整
した。

【００４４】

【表７】

【００４５】「Ａ液」中の石灰重量とスラグ重量の混合
比率別で、水ガラスを混合した後の、グラウト材のゲル
タイム、強度を表８に示す。

【００４６】

【表８】

【００４７】さらに混合後の性状の確認として、配合３
の作製直後の混合液を「Ａ液」として用いた場合と、混
合後７日間放置したものを「Ａ液」として用いた場合と
で比較をした。「Ａ液」１ｍ³に対して、水ガラスの添
加量は、表８と同量の８０Ｌである。結果を表９に示
す。

【００４８】

【表９】

【００４９】上記より、混合液の経時劣化はほぼ無視で
きるものであることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る注入工法の概略工程図を示す。

【図２】実施例１および比較例１の各配合の流動性確
認結果を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者溝口英光千葉県八千代市ゆりのき台４丁目５番６号４棟304号Ｆターム(参考） 2D040 AA06 AB01 BB03 CA02 CA04 CA10 CB03 CD01 4H026 CA02 CA03 CB07 CC03 CC06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水１００重量部に対し石灰３０〜４０重
量部の第１の懸濁液と、水１００重量部に対しスラグ２５〜３５重量部および粘
土鉱物３〜１５重量部の第２の懸濁液とを、それぞれ別
々の配管を介して、施工部直前まで圧送し、第１の懸濁液と第２の懸濁液とを混合した後、混合液を施工部に注入することを特徴とする注入工法。
【請求項２】第２の懸濁液がさらに０．１５〜０．５
重量部の分散剤を含有することを特徴とする請求項１に
記載の注入工法。
【請求項３】第１の懸濁液と第２の懸濁液とを混合し
た後、さらに水ガラスを混合した後、混合液を施工部に
注入することを特徴とする請求項１または２に記載の注
入工法。