JP2004131932A

JP2004131932A - 建設発生土又は建設汚泥を原料土としたガス導管用トンネル中詰材及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004131932A
Application number: JP2002294478A
Authority: JP
Inventors: Akira Nakajima; 中島　　陽; Yukio Shioya; 塩冶　幸男; Hideo Watabiki; 綿引　秀夫; Junichi Yahagi; 矢萩　順一; Shigeki Yamamuro; 山室　重樹; Emi Chinokan; 茅ノ間　恵美
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Kandenko Co Ltd
Current assignee: Kandenko Co Ltd; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】建設発生土又は建設汚泥等の建設副産物を主材料として製造したエアモルタルを、ガス導管用トンネル中詰材として用いることにより、建設副産物のリサイクルとコストの低減を図る。
【解決手段】トンネル覆工４の中にガス導管１を通し、このトンネル覆工２の内周とガス導管１の外周の間の空隙部に充填する中詰材３としてのエアモルタルの製造において、建設発生土又は建設汚泥を原料土とし、この原料土と混練水及び固化材の配合比率を、生比重と目標空気量を指標として配合設定する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、火力発電所や建設現場等で発生する建設発生土や建設汚泥の有効活用と建設コストの低減に寄与するガス導管用トンネル中詰材及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガス導管用トンネル中詰材はガス導管を適切に拘束することやトンネルの空隙を塞ぐだけでなく、硬化後ガス漏洩検知を可能とするために透気性をも確保する必要がある。これらの品質を満たし、長距離圧送を可能にするために、ミクロサンドと呼ばれる岩粉等の流動性及び分離抵抗性の高い材料を使用したエアモルタルが多く採用されている。このガス導管用トンネル中詰材には、強度、充填性、圧送性に加えて、透気性が要求される。これはガス導管のガス漏れをトンネルの中詰材を通して感知し、ガス爆発等を未然に防ぐ必要があるからである。
図１は上記ガス導管用トンネルの断面図を示すもので、トンネル覆工４の中にガス導管１を通し、このトンネル覆工２の内周とガス導管１の外周の間の空隙部に中詰材３を充填し、さらに上記ガス導管１のガス漏れを検知する集気管４をトンネル覆工２の内周に通しているものである。
一方、地中送電管路用トンネル中詰材や開削工事の埋め戻し材には、リサイクルの観点から、建設発生土又は建設汚泥に水や固化材を混ぜた流動化処理土が使用されてきているが、ガス導管用トンネル中詰材への流動化処理土の適用実績はない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の現在使用されているミクロサンド等の岩粉はコストが高く、また、工場などから現場への運搬費も嵩み、建設コストを高くしている。
一方、建設副産物としての建設発生土又は建設汚泥の廃棄は、種々の法規制があり、手続きも複雑で費用がかかる。しかしながら、上記地中送電管路用トンネル中詰材や開削工事の埋め戻し材に用いた流動化処理土をそのまま使用することはできない。なぜならガス導管用トンネル中詰材に特に要求されている透気性等の要求性能を具備していない。
【０００４】
この発明は、これらの点に鑑みて為されたものであり、建設発生土又は建設汚泥等の建設副産物を材料として用いたエアモルタルを、ガス導管用トンネル中詰材として用いることにより、建設副産物のリサイクルとコストの低減を図るガス導管用トンネル中詰材及びその製造方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１項の発明は、建設発生土又は建設汚泥を原料土として、これに混練水、セメント等の固化材、起泡材及び希釈水を配合して製造するエアモルタルにおいて、これら配合材の配合比率を、生比重と目標空気量を指標として配合設定する、ガス導管用トンネル中詰材の製造方法とした。請求項２の発明は、上記請求項１の発明において、上記原料土の粒径が小さい場合は、目標空気量を少なく、また、粒径が大きい場合は、目標空気量を大きくするように配合調整するガス導管用トンネル中詰材とした。
請求項３項の発明は、上記請求項１乃至２の発明において、上記建設発生土は砂質土や粘性土が不均一に混在した建設発生土であり、上記建設汚泥はフィルタープレスにより加圧脱水され、かつ凝集剤を含有したシールドトンネル現場などで発生する二次処理土、排水汚泥等であるガス導管用トンネル中詰材とした。また、請求項４の発明は、上記請求項１の発明において、上記目標空気量を約３０％〜５３．５％に調整することで中詰材の要求品質を確保する、ガス導管用トンネル中詰材の製造方法とした。
【０００６】
【実施の形態例】
ガス導管用トンネル中詰材の材料特性
まず、従来からガス導管用トンネル中詰材に要求されている性能を表１に示す。
【０００７】
【表１】

【０００８】
ガス導管用トンネル中詰材の配合及び配合品質の例として、岩粉エアモルタルの施工実績（圧送距離４１０ｍ）を表２、表３にそれぞれ示す。また、同エアモルタルの圧送実績から推定した圧送可能距離を表４に示す。
圧送実績より、通常使用するエアモルタル圧送ポンプ（最大圧送圧力２．５ＭＰａ程度）における岩粉エアモルタルの圧送可能距離をＤａｒｃｙ−Ｗｅｉｓｂａｃｈ型の式（１）を用いて試算したところ、２，０００ｍ程度の長距離圧送の可能性があることが分かった。
Ｐ＝γ・λ・Ｌ／ｄ・Ｖ^２／２ｇ　　　　　………（１）
ここで、γ：生比重　　λ：管摩擦係数　　　Ｌ：圧送距離
ｄ：配管内径　Ｖ：管内流速　　　　ｇ：重力加速度
【０００９】
【表２】

【００１０】
【表３】

【００１１】
【表４】

【００１２】
これをもとに、今回開発したガス導管用トンネル中詰材の配合品質を表３に設定した。
【００１３】
次に、この発明の原料土と他の配合材の配合比率別試験結果を示す。
（１）原料土
まず、この発明に使用する原料土を建設副産物リサイクルの観点から、建設汚泥・建設発生土相当品とした。
ａ．建設汚泥
トンネル工事における建設汚泥の直接利用を考慮して、通常の泥水式シールド工事における二次処理機（フィルタープレス）の脱水ケーキを採用した（以下、「二次処理土」と記す）。
また、排水汚泥相当品として火力発電所排水処理設備における汚泥脱水機（ベルトプレス）の脱水ケーキを採用した。
ｂ．建設発生土
泥水式シールド工事の一次処理土（砂質土）の使用及び一般的な流動化処理土の原料土の使用を考慮して、流動化処理プラントで使用している砂質土及び粘性土を採用した。
【００１４】
（２）原料土の物性
岩粉と各原料土の主な物性を表５に、粒度分布を図２にそれぞれ示す。
【００１５】
【表５】

【００１６】
各原料土の特徴は以下の通りであった。
ａ．岩粉
既存品の原料土である岩粉は、骨材の製造過程で得られる。ＳｉＯ_２を主成分とする高い流動性と分離抵抗性を有した微分体であり、粒度分布は２ｍｍ以下でシルト〜粘性土に相当する。
ｂ．二次処理土
二次処理土は、フィルタープレスにより加圧脱水されていることや凝集剤（ＰＡＣ等）を含有するため、通常の残土とは異なりプレスされたままの細かいブロック形状を保持し、粒度分布は２ｍｍ以下のみのシルト主体で、粘性が高く結合力の強い性質を有する。
今回採取した二次処理土Ａは東京都北区における土被り３０〜３５ｍの土丹層、二次処理土Ｂは東京都新宿区における土被り１５〜１８ｍの砂層のシールド掘削土であるが、物性、粒度分布ともにほぼ同じであり、フィルタープレスの二次処理土の性状は土質条件によらずほぼ一定であることを確認した。
なお、二次処理土は岩粉と比較して、土粒子密度及び粒度分布は似ているが、コンシステンシーが異なる材料特性を示す。
ｃ．排水汚泥
今回採取した火力発電所の排水汚泥は、工業用水排水、ボイラー冷却排水、生活排水等を集め、凝集剤（ＰＡＣ）により沈殿した汚泥を加圧脱水したものである。粒径４２５μｍ以下でＳｉＯ_２ _、Ｆｅ_２Ｏ_３を主成分とする高含水の微粒子であり、土壌環境基準における有害物質は含まれていない。
ｄ．砂質土・粘性土
今回採取した砂質土はシルトれき混じり砂に、粘性土はシルト（高液性限界）にそれぞれ分類される。
【００１７】
（３）品質管理項目と配合選定
建設副産物エアモルタルの品質管理項目を表６に、配合選定結果を表７に示す。配合選定に当たっては、エアモルタルの施工実績から目標空気量を３０％、４０％、５３．５％に設定し、各原料土について品質管理値を満足する配合を抽出した。
目標空気量とは、表７の試験配合の空気量とするために、製造当初から混入する空気量の割合を設定しておく量のことで、原料土の粒径の大きさに応じて、予め、この目標空気量を設定してから中詰材を製造するので、中詰材製造の最終段階で、あわてて空気量の配合割合を調整する必要がない。
この目標空気量を定めておくことにより、原料土の粒径に応じた配合割合の均一な製品を、簡単に、また、短時間で製造することができる。このため現場における作業効率が格段に向上する。
【００１８】
【表６】

【００１９】
【表７】

【００２０】
（４）品質試験結果
ａ．ブリーディング率
混錬後３時間後と２４時間後のブリーディング試験結果は、各原料土ともに０％であり、選定した配合は、岩粉エアモルタルと同様に高い分離抵抗性を有する。
ｂ．発熱温度
混錬後３日間の温度変化測定結果を図３に示す。
温度変化は、エアモルタル作成後、約１日で最大値６〜１４°Ｃとなり、岩粉エアモルタルと同じ傾向であることが分かった。なお、エアモルタル内部温度の最大値は２４〜３１°Ｃである。
ｃ．圧縮強度
材齢２８日の一軸圧縮強度測定結果を図４に示す。
同じセメント量で比較すると、排水汚泥以外については、岩粉エアモルタルよりも少ないセメント量で所要の圧縮強度を確保する配合設定が可能である。
ｄ．透水係数
材齢２８日の透水係数測定結果を図５に示す。なお、透気性はこの透水係数に置き換えて計っている。
一般に空気量と透水係数は比例関係にあるが、建設副産物エアモルタルについても同様の傾向を示した。また、同じ空気量で比較すると、岩粉エアモルタルの透水係数よりも大きくなる傾向にある。
ｅ．体積収縮率
材齢２８日の体積収縮率測定結果を図６に示す。
同じ原料土量で比較すると、二次処理土の体積収縮率が岩粉エアモルタルよりも大きくなる傾向にある。
ｆ．粘度
エアモルタル作成時の粘度測定結果を図７に示す。
一般に、粘度が大きくなると圧送時の流動性が低下する傾向があるが、流動性の品質指標であるフロー値を一定とした場合において、同じ原料土量で比較すると建設汚泥の粘度が大きくなる傾向となった。この原因としては、建設汚泥の脱水過程で添加した凝集剤の影響が考えられる。
ｇ．水平地盤反力係数
材齢２８日の変化係数Ｅ_５０は５５〜２８２ＭＮ／ｍ^２となっており、一軸圧縮強度の２３０倍程度の値となった。道路橋示方書に基づきトンネル内にガス導管（７００Ａ）を収容した場合を例に水平地盤反力係数を試算した結果、水平地盤反力係数は３７〜２２４ＭＮ／ｍ^２となることが分かった。
【００２１】
次に、建設副産物エアモルタルの圧送試験結果を示す。
（１）試験概要
建設副産物エアモルタルの圧送可能距離を推定するために約５００ｍの圧送試験を実施し、圧送圧力と圧送後のエアモルタルの品質を確認した。圧送試験フローを図８に示す。圧送試験の使用機械の諸元を表８に、圧送管の配置及び圧力測定位置を表９、図９にそれぞれ示す。
圧力測定位置（Ｐ−１〜Ｐ−１０、約５０ｍ間隔）には圧力計を計１０個設置した。既存のエアモルタル圧送実績に基づき、圧送管径はφ５０（実績最小径）とし、圧送流量は吐出口で１２〜１５ｍ^３／ｈに設定した。
【００２２】
【表８】

【００２３】
【表９】

【００２４】
（２）試験配合
圧送試験に用いる配合は、リサイクル及びコスト低減に留意して、建設汚泥相当品のうち品質管理基準値（圧縮強度０．２〜１．０　Ｎ／ｍｍ^２）を確保するためのセメント使用量が少なく、原料土の使用量が多い（粘度が大きい）配合として、表７の二次処理土の目標空気量３０％、４０％、５３．５％の配合より、配合Ｎｏ．１−１、１−２、１−４をそれぞれ選択した。
（３）圧送試験結果
各配合の圧送圧力測定結果を図１０に示す。
圧送元口での圧力値及び圧送圧力損失は、空気量が小さい（原料土使用量が大きい）ほど高くなった。また、各配合ともに圧力値はほぼ直線的に変化していることから、ベント管での圧力損失はほとんど無いことが確認された。
単位長さ当たりの圧力損失及び通常のモルタル圧送ポンプ（最大圧送圧力　　２．５ＭＰａ程度）における圧送可能距離の試算結果を表１０に示す。
【００２５】
【表１０】

【００２６】
以上により、二次処理土を用いたエアモルタルの圧送可能距離は以下の通りと推定され、配合によっては岩粉エアモルタルと同程度の長距離圧送が可能である。
▲１▼空気量４０％程度　　　１，０００ｍ〜１，２００ｍ程度以上
▲２▼空気量５０％程度　　　１，９００ｍ程度以上
その他の原料土の配合についても、圧送試験を行った配合と比較して原料土量及び粘性が概ね小さくなっていることから、二次処理土と同等以上の圧送性能を有すると考えられる。
【００２７】
（３）品質試験結果
室内配合試験時、圧送前現場配合時、約５００ｍ圧送後の品質試験結果を表　１１に示す。
【００２８】
【表１１】

【００２９】
室内配合試験と圧送前現場配合試験の品質を比較すると、エアモルタル作成量及び使用混合機械による混合状態の差異の影響による若干の品質変化がみられた。
圧送前後の品質を比較すると、圧送圧力及び圧送管との摩擦による混合状態の変化の影響がみられるが、いずれも品質管理基準内に収まっており、エアモルタルの流動性と分離抵抗性が保持されていることが分かった。しかし、一軸圧縮強度については、各配合ともに圧送後の強度がやや低下する傾向がみられ、室内配合試験から比較すると０．１〜０．３　Ｎ／ｍｍ^２程度の強度低下となった。
【００３０】
上記試験結果により、建設汚泥、建設発生土等の建設副産物を用いたエアモルタルについて、以下の特性が確認できた。
▲１▼　　ガス導管用中詰材としての要求品質を確保できる。
▲２▼　　通常のエアモルタル圧送ポンプにより１，０００〜２，０００ｍ程度の圧送が可能である。
▲３▼　　岩粉エアモルタルの配合と比較して、固化材としてのセメント量の削減、原料土の増量が可能であり、リサイクル及びコスト低減効果が大きい。
▲４▼　　泥水式シールド工法における二次処理土を原料土とする場合には、原料土の性状のばらつきが小さく、安定した配合品質が確保できる。但し、凝集剤を添加している場合には粘度増加の影響を考慮する必要がある。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１又は４の発明によれば、建設発生土又は建設汚泥を原料土として、これに混練水、及び、セメント等の固化材を配合したエアモルタルの製造において、これらの配合比率を、生比重と目標空気量を指標として配合設定するため、ガス導管用トンネル中詰材として要求されている品質、性能のエアモルタルを容易かつ確実に製造することが出来る。このように生比重と目標空気量を指標として配合比率を設定した場合、原料土の変化に柔軟に対応できる。原料土の粒径が小さい場合は目標空気量を約３０％とし、大きい場合は約５３．５％に設定して上記配合材の配合比を決めれば上記エアモルタルは容易に得られる。しかも建設発生土又は建設汚泥を主材料としているため材料費が安くなるとともに、これらの廃棄処理が不要となり、環境破壊をも防ぐ。それ故、従来のミクロサンドからなるエアモルタルと比べ、低コストで製造でき、掘削現場で製造した場合は、運搬費等がかからず、さらにコストが低減する。
また、請求項２及び３に記載のガス導管用トンネル中詰材は、ガス導管を適切に拘束するための一軸圧縮強度やトンネルの空隙を１００％充填できる流動性及びガス漏洩検知のための通気性を備え、かつ長距離圧送性能が大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のガス導管用トンネル中詰材の配置構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態例の各原料土及び従来の岩粉の粒度分布を示すグラフ図である。
【図３】この発明の実施の形態例の各原料土及び従来の岩粉それぞれの混練後３日間の温度変化履歴を示すグラフ図である。
【図４】この発明の実施の形態例の各原料土及び従来の岩粉それぞれの材齢２８日の一軸圧縮強度測定結果を示すグラフ図である。
【図５】この発明の実施の形態例の各原料土及び従来の岩粉それぞれの材齢２８日の透水係数測定結果を示すグラフ図である。
【図６】この発明の実施の形態例の各原料土及び従来の岩粉それぞれの材齢２８日の体積収縮率測定結果を示すグラフ図である。
【図７】この発明の実施の形態例のエアモルタル作成時の粘度測定結果示すグラフ図である。
【図８】この発明の実施の形態例のエアモルタルの圧送試験のフローチャート図である。
【図９】この発明の実施の形態例のエアモルタルの圧送試験の圧送管の配置を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態例の二次処理土の配合例の圧送圧力測定結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１　　ガス導管　　　　　　　　　　　２　　トンネル覆工
３　　中詰材　　　　　　　　　　　　４　　集気管（漏洩ガス検知用）

Claims

建設発生土又は建設汚泥を原料土としたエアモルタルの製造において、原料土と混練水及び固化材の配合比率を、生比重と目標空気量を指標として配合設定することを特徴とした、ガス導管用トンネル中詰材の製造方法。
上記原料土の粒径が小さい場合は、目標空気量を少なく、また、粒径が大きい場合は、目標空気量を大きくするように配合調整することを特徴とする、請求項１に記載のガス導管用トンネル中詰材。
上記建設発生土は砂質土や粘性土が不均一に混在した建設発生土であり、上記建設汚泥はフィルタープレスにより加圧脱水され、かつ凝集剤を含有したシールドトンネル現場などで発生する二次処理土、排水汚泥等であることを特徴とする請求項１乃至２に記載のガス導管用トンネル中詰材。
上記目標空気量を約３０％〜５３．５％に調整することで中詰材の要求品質を確保することを特徴とした請求項１記載のガス導管用トンネル中詰材の製造方法。