JP2009024481A - セメント系充填材の長距離圧送注入方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セメント、水に第1増粘剤と第2増粘剤を加えて調整したA液と、無機系充填材、水に前記第1増粘剤と前記第2増粘剤を加えて調整したB液とを混合して増粘させた後に施工するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記A液と前記B液を各々別々のパイプ154,174で長距離圧送し、前記A液と前記B液を施工部直前で攪拌装置を介して混合して注入施工する。
【選択図】図1
Description
プラント設備91は、A液用のプラント設備91aとB液用のプラント設備91bとが準備される。A液用のプラント設備91aは、水タンク911と発電機919と、A液用増粘剤混合プラント915と、A液用攪拌機952とを備えている。
B液用のプラント設備91bは、水タンク911と発電機919と、B液用増粘剤混合プラント917と、B液用攪拌機972とを備えている。
同様に、無機系充填材製造プラントで無機系充填材と水とを積載したB液用のミキサー車960bに、増粘剤混合プラント917により混合された第1増粘剤と第2増粘剤を投入して、無機系充填材と水と第1増粘剤と第2増粘剤とが混合されたB液を攪拌機972に投入しておく。
なお、プラント設備91aとプラント設備91bとは、鉄道線路脇の同一平面上に設置されるが、図11では便宜上、上下に記載してある。
なお、図12、図13で高所作業車921を搭載した車両を2両連結しているのは、注入作業を効率よく行うためである。
また、上記技術に用いる充填材として、特許文献3〜5に記載されたものがある。
また、特許文献1に記載されたようなベントナイトや水ガラスを用いる注入施工方法、あるいは特許文献2に記載されたような石灰や分散剤を用いる注入工法では、材料の種類が多く、そのための設備や管理費用がかかり、経済的なものとはいえないという問題がある。
(1)セメント、水に第1増粘剤と第2増粘剤を加えて調整したA液と、無機系充填材、水に前記第1増粘剤と前記第2増粘剤を加えて調整したB液とを混合して増粘させた後に施工するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記A液と前記B液を各々別々のパイプで長距離圧送し、前記A液と前記B液を施工部直前で攪拌装置を介して混合して注入施工することを特徴とする。
特に、配合比率 a1/(a1+a2)が、40〜60であれば、A液中のセメント粒子の沈降及びポンプを大型化しないで済むことを実験により、確認している。ここで、配合比率 a1/(a1+a2)が、40未満の場合は、A液中のセメントの沈降が著しく、パイプの閉塞を招く可能性があり、60を越える場合は、圧送圧の増加により圧送困難となるため、40〜60が好ましいのである。
すなわち、最終的には、充填材を所定の粘度にする必要がある。その理由は、トンネル内上面の空洞に充填材を注入施工する際に、粘度が高くないと、コンクリート打ち継ぎ目からの漏出や配水管への流出が生じるからである。注入施工時の充填材は、粘度が高すぎても良くなく、適度の流動性を有することが必要である。
A液の粘度は、パイプ輸送を行う直前の段階で、100mPa・s以上200mPa・s以下であると、最適である。
A液の粘度が、100mPa・s未満であると、A液中のセメントの沈降を引き起こす可能性が高くなり、200mPa・sを越えると、圧送圧が増加して長距離圧送が困難となる。
その条件を達成するためには、A液とB液の組成は、次に記載する範囲内の重量%を有するとよい。
(ア)前記A液の組成が質量で、セメント46%、水47%、第1増粘剤0.77%、第2増粘剤1.41%、硬化促進材4%ならびに消泡剤0.0014%、であり、
(イ)前記B液の組成が質量で、無機系充填材55%、水41%、第1増粘剤0.7%、第2増粘剤0%ならびに硬化調整剤4%である、前記A液及びB液を用いることを特徴とする。
そして、ここで言う無機系充填材とは、フライアッシュ、ボトムアッシュ、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、硅石微粉末、ベントナイト、炭酸カルシウム、クレイのいずれか単体、若しくは、それらの混合物のいずれでも良い。
これによれば、注入工事当日の施工可能時間や予想注入量により前記A液と前記B液の製造数量が決定され、それによりパイプの中を前記A液と前記B液で満たせない場合があり、このようなときに圧力伝達媒体としての送り水を用いると、この送り水を介して前記A液と前記B液に圧送圧を負荷させて圧送することが可能となる。
また、前記仕切材により前記A液又は前記B液と前記送り水とを区分することができ、A液又は前記B液を送り水により希釈することなく圧送することが可能となる。
この仕切材の材質及び形状は、送り水とA液、並びに送り水とB液を区分できる性能を有するものであれば、材質及び形状を問わないが、A液及びB液を圧送するパイプ径よりも大きく、弾力性のあるものが好ましく、例えば、直径50mmのパイプを使用する場合、発泡ポリウレタン製で直径65mm程度のボールを使用することが望ましい。このような仕切材を使用することにより、A液及びB液が送り水に希釈されて品質を低下させることなく、長距離圧送が可能となる。
これによれば、前記仕切材を施工部直前で回収することができ、従来のようなパイプを分解して仕切材を回収するものと比較して、回収効率を向上させ、作業の効率化を図ることができる。
ここで、図1は、本実施の形態の充填材長距離圧送注入方法に用いる充填材製造プラント及び注入装置を示した平面図であり、図2は、トンネルの坑口の外に設けられた充填材製造プラントを示した拡大平面図である。図3は、充填材長距離圧送注入方法に用いる充填材製造プラント及び注入装置を示した側面図であり、図4は、トンネルの坑口の外に設けられた充填材製造プラントを示した拡大側面図である。
A液用のプラント設備15は、図2に示すように、セメントを貯留しておくセメントサイロ151と、セメントと水とこれらに添加する特殊な増粘剤とを混合するA液用混合プラント152と、混合プラント152により調整されたA液を注入施工箇所に圧送する長距離圧送ポンプ153とを備えている。
そして、A液、B液用の2本の注入パイプ154、174の先端は、図6に示すように、先端に攪拌装置221を備えたY字状の注入管22に連結され、この注入管22内でA液とB液が初めて混合されるようになっている。
充填材Jは、A液とB液とを別々に製造し、注入管22で初めて混合されるものであり、本実施の形態のA液とB液の組成は、表1に示すものとした。
粘度が100mPa・s以下の場合には、A液(セメント液)が増粘剤等から分離沈降してセメントの沈降・固化、注入パイプ154の閉塞を誘発し、200mPa・s以上の場合は、粘度が高いため圧送圧が上がり、長距離圧送ポンプ153の圧送能力を超え、長距離の圧送が困難となる等の問題が発生する恐れがある。
配合比率a1/(a1+a2)が40以下の場合は、A液の減粘によりセメントの沈降防止効果が低下して、セメントの沈降・固化、注入パイプ154の閉塞を誘発する恐れがあり、配合比率a1/(a1+a2)が60以上の場合は、A液の増粘により圧送圧が上昇して長距離圧送ポンプ153の圧送能力を超え、長距離圧送が困難となる可能性が高くなる。
まず、トンネル3の坑口31の外側に設置された充填材製造プラント1で、図9の注入フローに示すように、A液用プラント設備15のA液用混合プラント152に、水と第1増粘剤(ボンドVPグラウト100A)A1と第2増粘剤(ボンドVPグラウト100B)A2を、第1増粘剤A1の重量a1と第2増粘剤A2の重量a2との配合比率a1/(a1+a2)が1〜99、より好ましくは30〜70、最も好ましくは40〜60となるように投入し、さらに硬化促進材と消泡剤とを投入して練混水となし、これにセメント(普通ポルトランドセメント)を投入し混合してA液(セメント混合液)を作成する。
同様に、B液を長距離圧送ポンプ173により、途中流量計175を通してトンネル3坑内に配設された注入パイプ174を介して、高所作業車21に乗った注入作業者Mの手元の注入管22まで圧送する。
注入口34には、詰めパイプ35が周囲のコーキング材351に保持されて固定されている。この詰めパイプ35に注入管22の先端を差し込んで接続される。
注入管22から出た充填材Jは、次々と充填材Jを押しながら空洞33の奥に広がり、やがて空洞33内に充填され空洞33を埋める。
例えば、前記実施の形態では、鉄道トンネルに適用した例で説明したが、これに限られず、道路トンネルや水路トンネルにも適用可能である。
11 水タンク
15 A液用プラント設備
151 セメントサイロ
152 A液用混合プラント
153 A液用長距離圧送ポンプ
154 注入パイプ
17 B液用プラント設備
171 無機系充填材サイロ
172 B液用混合プラント
173 B液用長距離圧送ポンプ
174 注入パイプ
2 注入装置
21 高所作業車
22 注入管
221 攪拌装置
225 仕切材回収装置
3 トンネル
31 坑口
32 覆工コンクリート
33 空洞
35 詰めパイプ
J 充填材
M 注入作業者
Claims (6)
- セメント、水に第1増粘剤と第2増粘剤を加えて調整したA液と、無機系、水に前記第1増粘剤と前記第2増粘剤を加えて調整したB液とを混合して増粘させた後に施工するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記A液と前記B液を各々別々のパイプで長距離圧送し、前記A液と前記B液を施工部直前で攪拌装置を介して混合して注入施工するセメント系充填材の長距離圧送注入方法。 - 請求項1に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記A液中の前記第1増粘剤の質量をa1、前記第2増粘剤の質量をa2としたとき、その配合比率 a1/(a1+a2)が、1〜99であるセメント系充填材を用いて注入することを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。 - 請求項1に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記A液の粘度が、50〜300mPa・sであることを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。 - 請求項1に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
(ア)前記A液の組成が質量で、セメント46%、水47%、第1増粘剤0.77%、第2増粘剤1.41%、硬化促進材4%ならびに消泡剤0.0014%、であり、
(イ)前記B液の組成が質量で、無機系充填材55%、水41%、第1増粘剤0.7%、第2増粘剤0%ならびに硬化調整剤4%である、前記A液及びB液を用いることを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。 - 請求項1に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記A液と前記B液を各々別々のパイプで長距離圧送する際に、前記A液と前記B液を圧力伝達媒体としての送り水と、該送り水と前記A液又はB液とを前記各パイプ内で区分する仕切材と、を介して圧送することを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。 - 請求項5に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記仕切材を施工部直前で回収するために、前記撹拌装置の手前の前記A液と前記B液の各々のパイプに設けられた仕切材回収装置を介して圧送することを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。
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