JP2010024432A - 添加剤と、これを使用する泥土圧式シールド工法および泥土圧式推進工法 - Google Patents
添加剤と、これを使用する泥土圧式シールド工法および泥土圧式推進工法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】従来の添加剤に比して少量にて、砂質地盤、礫質地盤、粘性地盤のすべての地盤（掘削土）に対して十分な塑性流動性を付与することができる添加剤と、これを使用する泥土圧式シールド工法および泥土圧式推進工法を提供する。
【解決手段】泥土圧式のシールド工法もしくは推進工法において発生する掘削土に添加される添加剤であり、セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなるものである。
【選択図】図１
【解決手段】泥土圧式のシールド工法もしくは推進工法において発生する掘削土に添加される添加剤であり、セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなるものである。
【選択図】図１
Description
本発明は、泥土圧式シールド工法や泥土圧式推進工法において生じる掘削土に添加する添加剤と、この添加剤を掘削土に添加することを含む泥土圧式シールド工法および泥土圧式推進工法に関するものである。
シールド掘削機のチャンバー内で掘削土に加泥剤と呼ばれる掘進用添加剤を注入して塑性流動性や止水性を備えた泥土とし、この泥土をチャンバー内に充満させ、シールドジャッキにて泥土に泥土圧を発生させることで土水圧に対抗させて切羽の安定を図る、泥土圧式シールド工法はよく知られるところである。なお、同様に泥土圧式の掘削機を使用して先行掘進させ、その後方から推進管を地盤内に推進させる泥土圧式推進工法も一般に使用されている。
泥土圧式シールド工法の開発当初は、作泥土材といわれるベントナイトや粘土からなる微細土粒子をチャンバー内の掘削土に添加する方法が用いられていたが、掘削残土が泥状となってしまい、産業廃棄物として処理せざるを得ない状況となり、その運搬処理の問題や、加泥のための設備も大規模になるといった問題が生じていた。さらには、掘削土に作泥土材を添加することにより、坑外に搬出される残土量が増加するという問題があった。
上記のような課題を持つ作泥土材に対し、近年は高分子系の薬剤を主原料とする添加剤が開発され使用されるようになってきたが、この高分子系薬剤は、ベントナイトや粘土等に比して材料単価が高価となり、添加剤の使用量が増加する場合にはこれが施工コスト増に直結するという大きな課題が生じている。
上記のような課題を持つ作泥土材に対し、近年は高分子系の薬剤を主原料とする添加剤が開発され使用されるようになってきたが、この高分子系薬剤は、ベントナイトや粘土等に比して材料単価が高価となり、添加剤の使用量が増加する場合にはこれが施工コスト増に直結するという大きな課題が生じている。
また、高分子系薬剤を使用する場合でも、添加剤の水溶液として掘削土に添加されるため、泥土の状態となった時点で元の地山（掘削土）よりも容積が増加し、坑外へ搬出される残土量が増加することは作泥土材の場合と同様である。
したがって、泥土圧式シールド工法や推進工法に際し、掘削土に添加される高分子系薬剤からなる添加剤の使用量を可及的に抑制できることが当該分野での大きな課題の一つとなっている。
ところで、従来の高分子系薬剤に関する技術の開発とその開示は多数存在しており、たとえば、以下で示す特許文献１〜８を挙げることができる。
特許文献１に開示の添加剤は、分子量が１００万以上でアニオン化率が５〜５０モル％である、アクリル系有機高分子凝集材の分散液を使用して、スランプ値が２〜２５ｃｍの泥土を生成するものである。
特許文献２，３に開示の添加剤は、カルボキシメチルセルロース、もしくはその塩とベントナイトからなる添加剤である。
特許文献４に開示の添加剤は、１％溶液の粘度が８０００〜９５００ｃｐｓのカルボキシメチルセルロースもしくは１％溶液の粘度が３５００〜５０００ｃｐｓのヒドロキシエチルセルロースと、高吸水性樹脂と、水からなり、カルボキシメチルセルロース等と高吸水性樹脂の重量比が６０/４０〜９０/１０に調整された添加剤である。
特許文献５に開示の添加剤は、セルロースエーテルおよびポリアクリルアミド（水溶性高分子）と、アルカリ土類金属塩と、ゼオライトからなる添加剤である。
特許文献６に開示の添加剤は、１％水溶液粘度が４０００〜１２０００ｃｐｓのカルボキシメチルセルロースナトリウムと、苛性ソーダ存在下の加水分解により、一部ポリアクリル酸ソーダに変性したポリアクリルアミドの混合物からなる添加剤である。
特許文献７に開示の添加剤は、ポリアクリルアマイドと、ノニオン系セルロースと、珪酸ソーダとを主要組成物とする添加剤である。
特許文献８に開示の添加剤は、ベントナイト、ノニオン性界面活性剤、多価アニオン性水溶性高分子（ポリカルボン酸）からなる添加剤である。
シールド工法技術協会の泥土加圧シールド工法技術資料によると、掘削土砂を掘削機の攪拌翼で練り混ぜるだけで良好な泥土に変換するのは、地山中に微細粒子を３０％ 程度含有し、かつ、「粒度の良い」土であるとされている。
例えば、粘土・シルト分（０．０７４ｍｍ以下の土質粒度）が３０％以上含まれる性状の地山（地盤）を泥土圧シールド工法で掘削する場合、泥土加圧シールド工法技術資料の濃度及び注入率の算定式を用いて算定すれば、濃度０％、すなわち加泥材を用いず、加水注入率１５％程度で、掘削土を良質な泥土（塑性流動性を有した泥土）に改質することが可能となる。
これに対し、粘土・シルト分の少ない礫質土や砂質土の地山（地盤）では、掘削土に流動性を与えるために必要な粘土・シルト分を補う必要があり、粒径加積曲線と泥土境界線とを対比し、０．０７５ｍｍ、０．２５ｍｍ、２．０ｍｍ に対応する粒径の不足分を、ベントナイトや粘土から成る作泥土材の微細粒子分で補うとされている。
近年は、この作泥土材に代わって、高い粘度の高分子添加剤水溶液を注入し、この水溶液の持つ粘度、粘性を利用して掘削土に塑性流動性を与える技術が用いられている。
泥土圧式シールド工法等で使用されるこれら高分子系添加剤は、対象地山（地盤）の性状（砂質土、礫質土、湧水が多い地山、粘性や粘着性が高い地山など）に応じて使い分けがなされている。たとえばセルロース系の添加剤は砂質地盤に、ポリアクリルアミド系の添加剤は礫質地盤に、吸水性樹脂系の添加剤は湧水の多い地盤に、界面活性剤系もしくは分散剤系の添加剤は粘性、粘着性の高い地盤などに多く使用されている。
しかし、実際には、掘削機の掘進に応じて地山の構成が急変することが往々にしてあることから、地盤性状に応じて薬剤を使い分ける方法では、地山構成急変後の薬剤効果の低減は必至であり、これに起因して、所望の薬剤効果を得るために大量の添加剤を使用せざるを得なくなってしまう。
また、高分子添加剤を地山の変化に応じて交換する場合、添加剤同士の相性によっては、添加剤の貯槽、添加剤水溶液圧送用ポンプ、注入管などの洗浄，交換作業が必要となることから、それに係る作業日数のロスや施工手間によるコスト増といった問題が生じ得る。
なお、上記する特許文献１〜８に開示の添加剤はいずれも、砂質地盤、礫質地盤、粘性地盤のすべての地盤に対応するものとして開発されておらず、それを担保するための実験結果の開示は当然に存在していない。また、ベントナイトをその構成成分とするものは、上記する課題、すなわち、掘削残土が泥状となり、産業廃棄物としての処理を要することとなる。
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、泥土圧式のシールド工法もしくは推進工法において発生する掘削土に添加される添加剤に関し、粘土・シルト分の含有量が砂、礫の含有量に比べて少ない砂質地盤および礫質地盤（掘削土）に対して十分な塑性流動性を付与することができ、しかも従来の添加剤に比して掘削土に対する添加量を大幅に低減することのできる添加剤と、これを使用することによって施工コストが大幅に低減される泥土圧式シールド工法および泥土圧式推進工法を提供することを目的とする。
前記目的を達成すべく、本発明による添加剤は、泥土圧式のシールド工法もしくは推進工法において発生する掘削土に添加される添加剤であって、セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなるものである。
セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなる添加剤を使用して水溶液作液時の該添加剤使用量を調整することにより、少なくとも砂質土用、礫質土用として現在市販されている添加剤と同程度の塑性流動性を砂質土、礫質土の双方に付与できるとの知見が得られている。
さらに、添加剤の使用量に関し、上記する砂質土用、礫質土用として現在市販されている添加剤の使用量に対してそれぞれ３０％、５５％程度の使用量低減効果が奏されるとの知見も得られている。
ここで、本明細書におけるポリアクリルアミド系薬剤は、ポリマー中に酸アミド基を含むものであり、その主成分がポリアクリルアミドもしくはポリアクリルアミド系のものを包含するものであり、そのイオン性が、ノニオン性、弱、中、強アニオン性のものを包含するものである。
また、本明細書におけるセルロース系薬剤は、セルロースやセルロースを骨格とするセルロース系高分子（セルロースアセテート、セルロースアセテートフタレート（ＣＡＰ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート（ＨＰＭＣＰ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロースアセテートサクシネート（ＨＰＭＣＡＳ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、エチルセルロース（ＥＣ）、カルボキシエチルセルロース（ＣＥＣ）、カルボキシメチルエチルセルロース（ＣＭＥＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ））やその塩などを包含するものである。
さらに、本明細書における界面活性剤もしくは分散剤は、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤のいずれであってもよい。
セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなる添加剤をたとえば水等の溶媒中に溶かし、これを泥土圧式シールド工法等で生じる掘削土に添加することにより、この掘削土が、砂質土、礫質土、粘性土のいずれであっても、掘削土に良好な塑性流動性、止水性もしくは難透水性を付与することが可能となる。さらには、これらの性質を掘削土に付与するに際し、添加剤の添加量は従来の添加剤に比して格段に少量でよいことから、施工コストを節減でき、これに起因して、坑外へ搬出される残土量の低減を図ることもできる。この残土が産業廃棄物としての処理を不要とすることは勿論のことである。
また、本発明による添加剤の好ましい実施の形態は、泥土圧式のシールド工法もしくは推進工法において発生する掘削土に添加される添加剤であって、セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなる中間添加剤と、吸水性樹脂と、からなり、前記吸水性樹脂が２０重量％以上、前記中間添加剤が１００重量％から吸水性樹脂の重量％を減じた重量％、の配合からなるものである。
礫質土や砂質土などの透水係数の高い地盤では、地下水の影響によって添加剤の希釈が生じ、その効果が低減する可能性がある。本発明者等によれば、セルロース系薬剤、界面活性剤もしくは分散剤、ポリアクリルアミド系薬剤、からなる中間添加剤と、吸水性樹脂を混合してなる添加剤を生成することにより、このように透水係数の高い地盤においても、該添加剤の使用量と泥土の発生量を可及的に低減できる、との知見が得られている。
ここで、上記する吸水性樹脂としては、でんぷん−アクリル酸グラフト系、ポリアクリル酸塩系、ポリビニルアルコール系、酢酸ビニル−アクリル酸塩系、イソブチレン−マレイン酸系、ポリＮビニルアセトアミド系などの高吸水性樹脂を挙げることができる。
ここで、上記する吸水性樹脂としては、でんぷん−アクリル酸グラフト系、ポリアクリル酸塩系、ポリビニルアルコール系、酢酸ビニル−アクリル酸塩系、イソブチレン−マレイン酸系、ポリＮビニルアセトアミド系などの高吸水性樹脂を挙げることができる。
また、本発明による泥土圧式シールド工法もしくは泥土圧式推進工法は、セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなる添加剤を掘削機前方の切羽もしくは掘削機のチャンバー内で掘削土に添加するものである。
さらに、本発明による泥土圧式シールド工法もしくは泥土圧式推進工法は、セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなる中間添加剤と、吸水性樹脂と、からなり、前記吸水性樹脂が２０重量％以上、前記中間添加剤が１００重量％から吸水性樹脂の重量％を減じた重量％、の配合からなる、添加剤を、掘削機前方の切羽もしくは掘削機のチャンバー内で掘削土に添加するものである。
掘削機のカッターヘッドにて掘削された掘削土をその後方のチャンバー内に取り込み、チャンバー内の掘削土に上記する添加剤を添加して機械的に混練りして改良土を仕上げ、これを切羽と掘削機の隔壁間に充満させ、掘削機の推進力やスクリューコンベアの排土量の調整によって加圧し、加圧された改良土を切羽の全面に作用させてその安定を図りながら施工をおこなうものである。シールド工法の場合には、シールド掘削機内のエレクタにてセグメントが周方向に組みつけられて地盤内に順次敷設され、これが繰り返されて所定の線形および延長のトンネルが施工されるし、推進工法の場合には、先行する掘削機の後方で、たとえば立坑内の押出しジャッキによって推進管が地盤内に順次押出されながらトンネルが施工される。
上記する本発明の添加剤を使用することにより、施工の途中で地山構成が急変した場合、たとえば、砂質土から礫質土への急変、礫質土から砂質土への急変などの場合でも、添加剤の仕様を変更することなく、同種の上記添加剤にて掘削土に良好な塑性流動性とこれに起因する止水性（もしくは難透水性）を付与することができ、円滑な排土処理を実現することができる。
しかも、従来の添加剤に比して格段に少量にて上記する添加剤の効果を奏することができるため、工費の大幅な削減を見込むことができる。
以上の説明から理解できるように、本発明による添加剤によれば、可及的に少量の添加剤で、粘土（シルト分を含む）の含有量が、砂、礫の含有量に比べて少ない砂質土、礫質土地盤の掘削土に対して良好な塑性流動性と止水性（もしくは難透水性）を付与することができ、排出残土量の低減を図ることができ、泥土圧式のシールド工法もしくは推進工法における工費の大幅な低減を図ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示例は、泥土圧式シールド工法を説明しているが、掘削機の後方に推進管を順次推進させてなる泥土圧式推進工法であってもよいことは勿論のことである。
図１は、泥土圧式シールド掘削機の縦断面図を用いて本発明の泥土圧式シールド工法を説明した図である。
この泥土圧式シールド掘削機１０は、掘進方向（Ｘ１方向）前方に位置して電動機８にて回転駆動する断面円形もしくは断面矩形のカッターヘッド１と、該カッターヘッド１と連通してその内部に切削土を取り込むチャンバー２、このチャンバー２から排出される排土を掘削機後方に送り出すスクリューコンベア３、このスクリューコンベア３から受け取った排土を坑外へ送り出すベルトコンベア、圧送ポンプなどの排土機構４、不図示のエレクタ装置にてセグメントＳ，…を周方向に組み付けて地盤内に設置し、これに反力を取って前進するための推進ジャッキ５から大略構成されている。
カッターヘッド１の後方（チャンバーに面する側）には不図示の攪拌翼が設けてあり、チャンバー２に連通する注入管６を介して該チャンバー２内に添加剤が加圧注入され、チャンバー２内で取り込まれた切削土と添加剤が攪拌翼にて混練りされて塑性流動性、止水性（もしくは難透水性）を有する改良土（泥土）が形成される。この改良土（泥土）をカッターヘッド１と掘削機内に形成された隔壁７との間に充満させ、スクリューコンベア３による排土量の調整や掘削機１０の推進力などによって改良土（泥土）を加圧し、加圧された圧力を切羽１に作用させながら掘進施工が継続される。
チャンバー２内に注入される添加剤は、立坑内もしくは地上に設置された不図示の貯槽から、圧送ポンプ等の動力源によって注入管６を介してチャンバー２内に送り込まれるようになっており、注入管６の途中に介在する調節バルブにてその注入量が調節されるようになっている。
掘削土の取り込み量に応じて改良土（泥土）の排土がスクリューコンベア３、ベルトコンベア４を介して実行されるが、この改良土（泥土）は、掘削土に本発明の添加剤が混練りされたものであることより、排土にとって良好な塑性流動性を有している。
チャンバー２内に注入される添加剤は、ポリアクリルアミド系薬剤を８０重量％、セルロース系薬剤を１０重量％、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％配合したものであり、後述する室内実験でも担保されるように、掘削土が砂質土であれ、礫質土であれ、掘削土に対して良好な塑性流動性と止水性（もしくは難透水性）を付与するものである。
ここで、ポリアクリルアミド系薬剤は、ポリマー中に酸アミド基を含むものであり、その主成分がポリアクリルアミドもしくはポリアクリルアミド系の薬剤を使用できる。また、セルロース系薬剤は、セルロースやセルロースを骨格とするセルロース系高分子（セルロースアセテート、セルロースアセテートフタレート（ＣＡＰ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート（ＨＰＭＣＰ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロースアセテートサクシネート（ＨＰＭＣＡＳ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、エチルセルロース（ＥＣ）、カルボキシエチルセルロース（ＣＥＣ）、カルボキシメチルエチルセルロース（ＣＭＥＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ））やその塩などを使用することができる。
さらに、界面活性剤もしくは分散剤は、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤のいずれであってもよい。
また、上記する添加剤を中間添加剤とし、これに、でんぷん−アクリル酸グラフト系、ポリアクリル酸塩系、ポリビニルアルコール系、酢酸ビニル−アクリル酸塩系、イソブチレン−マレイン酸系、ポリＮビニルアセトアミド系などの高吸水性樹脂などの吸水性樹脂を、中間添加剤を８０重量％、吸水性樹脂を２０重量％の割合で混合した添加剤を使用してもよい。この添加剤を使用する場合には、透水係数の高い地盤においても、該添加剤の使用量と泥土の発生量を可及的に低減できる。
上記成分組成の添加剤の水溶液を掘削土に添加し、混練りして使用することにより、上記のごとく良好な塑性流動性が得られることに加えて、この塑性流動性を付与するに要する添加剤の添加量を従来の添加剤に比して格段に低減できることも分かっている。
[砂質土、礫質土に対し、本発明の添加剤（実施例で、吸水性樹脂の混合なし）と従来の添加剤（比較例）を添加した際の塑性流動性に関する実験とその結果]
本発明者等は、砂質土、礫質土のそれぞれに対して、ポリアクリルアミド系薬剤を５０〜８０重量％、セルロース系薬剤を１０〜４０重量％、界面活性剤もしくは分散剤を１０〜４０重量％の配合範囲で改良土の塑性流動性を精査した結果、セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、１００重量％から両者の重量％の和を差し引いた重量％のポリアクリルアミド系薬剤とした配合の場合に、砂質、礫質双方の土質において良好な塑性流動性が得られるという知見に至った。そこで、セルロース系薬剤（エーテル化度１．３１ 粘度２９００ｍｐａ・Ｓ ｐｈ６．９）を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤（分子量１９００万 ０．１％溶液粘度（２５℃）３５０ｍｐａ・Ｓ ｐｈ７．０）を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％の配合からなる本発明の添加剤（実施例）と、従来の市販されているポリアクリルアミド系およびセルロース系薬剤からなる添加剤（比較例）の水溶液を礫質土、砂質土の双方に添加して混練りし、形成された改良土に対してスランプ試験、スランプフロー試験をおこない、それぞれの添加量と計測値を求め、それらを図２〜５に示している。
本発明者等は、砂質土、礫質土のそれぞれに対して、ポリアクリルアミド系薬剤を５０〜８０重量％、セルロース系薬剤を１０〜４０重量％、界面活性剤もしくは分散剤を１０〜４０重量％の配合範囲で改良土の塑性流動性を精査した結果、セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、１００重量％から両者の重量％の和を差し引いた重量％のポリアクリルアミド系薬剤とした配合の場合に、砂質、礫質双方の土質において良好な塑性流動性が得られるという知見に至った。そこで、セルロース系薬剤（エーテル化度１．３１ 粘度２９００ｍｐａ・Ｓ ｐｈ６．９）を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤（分子量１９００万 ０．１％溶液粘度（２５℃）３５０ｍｐａ・Ｓ ｐｈ７．０）を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％の配合からなる本発明の添加剤（実施例）と、従来の市販されているポリアクリルアミド系およびセルロース系薬剤からなる添加剤（比較例）の水溶液を礫質土、砂質土の双方に添加して混練りし、形成された改良土に対してスランプ試験、スランプフロー試験をおこない、それぞれの添加量と計測値を求め、それらを図２〜５に示している。
図２は礫質土に対する実施例に関する室内実験結果を示しており、図２ａは添加剤水溶液を、図２ｂはスランプ計測結果を、図２ｃはテーブルフロー計測結果をそれぞれ示している。また、図３は礫質土に対する比較例に関する室内実験結果を示しており、図３ａは添加剤水溶液を、図３ｂはスランプ計測結果を、図３ｃはテーブルフロー計測結果をそれぞれ示している。図４は砂質土に対する実施例の室内実験結果を、図５は砂質土に対する比較例の室内実験結果をそれぞれ示している。
なお、礫質土の地山含水比は１０．２％、砂質土の地山含水比は１２．５％であり、礫質土に対する水溶液中の添加剤混合量は１０ｋｇ／ｍ３、砂質土に対する水溶液中の添加剤混合量は８ｋｇ／ｍ３である。さらに、礫質土に添加される実施例の粘度（Ｂ型粘度計）は１７３３ｍＰａ・ｓ、砂質土に添加される実施例の粘度（Ｂ型粘度計）は１１６７ｍＰａ・ｓ、礫質土に添加される比較例の粘度（Ｂ型粘度計）は３７００ｍＰａ・ｓ、砂質土に添加される実施例の粘度（Ｂ型粘度計）は２８３３ｍＰａ・ｓである。
まず、図２ａ，図３ａの比較によって明らかなように、比較例の水溶液では添加剤がゲル状となっているのに対して、実施例の水溶液は半透明できれいに溶解していることが分かる。
図２ｂ、ｃより、実施例は８％の注入量でスランプが２１ｃｍ、テーブルフロー値が１４６．５ｍｍとなり、図３ｂ、ｃより、比較例は１８％の注入量でスランプが１８．５ｃｍ、テーブルフロー値が１３１．５ｍｍとなっており、実施例よりも流動性の低い結果となっている。
上記結果より、礫質土に対して同等以上の塑性流動性を付与するに際し、実施例は比較例よりも５５％程度もその添加量を低減できることが実証された。
また、図４ｂ、ｃより、実施例は６．５％の注入量でスランプが１９ｃｍ、テーブルフロー値が１４６．５ｍｍとなり、図５ｂ、ｃより、比較例は８．５％の注入量でスランプが１９ｃｍ、テーブルフロー値が１４９ｍｍとなっており、砂質土に関しては、実施例は比較例よりも３０％程度も少ない添加量で同等の塑性流動性が得られることが実証された。
以上の実験結果より、本発明による添加剤を泥土圧式のシールド工法等に使用することにより、対象土質が砂質土、礫質土のいずれであっても、従来の添加剤を使用する場合に比して格段に少ない使用量で同等以上の塑性流動性を掘削土に付与することが可能となる。
以上より、地山構成が急変した場合でも添加剤の使用量を増加させる必要はなく、しかも従来の添加剤よりも格段に少ない添加量で良好な塑性流動性を持つ改良土を形成できるため、施工コストの削減、排土量の削減を図ることが可能となる。
[礫質土に対し、本発明の添加剤（実施例で、吸水性樹脂の混合あり）と従来の添加剤（比較例）を添加した際の塑性流動性に関する実験とその結果]
本発明者等は、礫質土に対して、セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％から両者の重量％の和を差し引いた重量％の配合範囲として中間添加剤とし、ポリアクリル酸塩系の吸水性樹脂をこれに混合し、吸水性樹脂が２０重量％以上、前記中間添加剤が１００重量％から吸水性樹脂の重量％を減じた重量％、の混合割合で改良土の塑性流動性を精査した結果、透水係数の高い礫質土において良好な塑性流動性が得られるという知見に至った。そこで、上記実験と同様に、セルロース系薬剤（エーテル化度１．３１ 粘度２９００ｍｐａ・Ｓ ｐｈ６．９）を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤（分子量１９００万 ０．１％溶液粘度（２５℃）３５０ｍｐａ・Ｓ ｐｈ７．０）を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％の配合から中間添加剤を生成し、これにポリアクリル酸塩系の吸水性樹脂を混合し、吸水性樹脂が２０重量％以上、中間添加剤が１００重量％から吸水性樹脂の重量％を減じた重量％、の混合割合からなる本発明の添加剤（実施例）と、従来の市販されているポリアクリルアミド系薬剤に同様の吸水性樹脂を混合してなる添加剤（比較例）の水溶液を礫質土に添加して混練りし、形成された改良土に対してスランプ試験、スランプフロー試験をおこない、それぞれの添加量と計測値を求め、それらを図６〜８に示している。
本発明者等は、礫質土に対して、セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％から両者の重量％の和を差し引いた重量％の配合範囲として中間添加剤とし、ポリアクリル酸塩系の吸水性樹脂をこれに混合し、吸水性樹脂が２０重量％以上、前記中間添加剤が１００重量％から吸水性樹脂の重量％を減じた重量％、の混合割合で改良土の塑性流動性を精査した結果、透水係数の高い礫質土において良好な塑性流動性が得られるという知見に至った。そこで、上記実験と同様に、セルロース系薬剤（エーテル化度１．３１ 粘度２９００ｍｐａ・Ｓ ｐｈ６．９）を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤（分子量１９００万 ０．１％溶液粘度（２５℃）３５０ｍｐａ・Ｓ ｐｈ７．０）を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％の配合から中間添加剤を生成し、これにポリアクリル酸塩系の吸水性樹脂を混合し、吸水性樹脂が２０重量％以上、中間添加剤が１００重量％から吸水性樹脂の重量％を減じた重量％、の混合割合からなる本発明の添加剤（実施例）と、従来の市販されているポリアクリルアミド系薬剤に同様の吸水性樹脂を混合してなる添加剤（比較例）の水溶液を礫質土に添加して混練りし、形成された改良土に対してスランプ試験、スランプフロー試験をおこない、それぞれの添加量と計測値を求め、それらを図６〜８に示している。
図６は礫質土に対する実施例に関する室内実験結果を示しており、図６ａは添加剤水溶液を、図６ｂはスランプ計測結果を、図６ｃはテーブルフロー計測結果をそれぞれ示している。また、図７は礫質土に対する比較例に関する室内実験結果を示しており、図７ａは添加剤水溶液を、図７ｂはスランプ計測結果を、図７ｃはテーブルフロー計測結果をそれぞれ示している。図８は、掘削土に同様の塑性流動性を与えるために必要な添加剤の注入量を比較するべく、実施例および比較例における、注入率とスランプ値に関する実験結果を示している。
なお、礫質土の地山含水比は１０．２％であり、礫質土に対する水溶液中の実施例にかかる添加剤混合量は６ｋｇ／ｍ３、比較例にかかる添加剤混合量は１０ｋｇ／ｍ３である。さらに、礫質土に添加される実施例の粘度（Ｂ型粘度計）は１０００ｍＰａ・ｓ、礫質土に添加される比較例の粘度（Ｂ型粘度計）は３７００ｍＰａ・ｓである。
まず、図６ａ，図７ａの比較によって明らかなように、比較例の水溶液では添加剤がゲル状となっているのに対して、実施例の水溶液は半透明できれいに溶解していることが分かる。
図６ｂ、ｃより、実施例は１１％の注入量でスランプが２０ｃｍ、テーブルフロー値が１４０．５ｍｍとなり、図７ｂ、ｃより、比較例は１８％の注入量でスランプが１８．５ｃｍ、テーブルフロー値が１３１．５ｍｍとなっており、実施例よりも流動性の低い結果となっている。
また、図８において、実施例１は、吸水性樹脂が２０重量％で中間添加剤が８０重量％の添加剤の場合を、実施例２は、吸水性樹脂が４０重量％で中間添加剤が６０重量％の添加剤の場合を、比較例１は、吸水性樹脂が０重量％の場合を、比較例２は、市販されているポリアクリルアミド系薬剤に吸水性樹脂を混合してなる添加剤の場合を、それぞれ示しており、実験結果を示す各点に基づいてそれぞれのスランプ−注水率特性の近似グラフをともに示している。なお、同実験においては、条件を同一とするべく、添加剤使用量と土質試料の含水比を同一としている。
図８より、同程度のスランプ値を得るための注水率を比較した場合に、実施例１，２は、吸水性樹脂が０重量％の比較例１に極めて近似した結果となり、比較例２に比してその半分程度の注水率となることが実証されており、実施例１，２は比較例２よりも６０％程度も少ない添加量で同等の塑性流動性が得られることが実証された。
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
１…カッターヘッド、１１…カッタ、２…チャンバー、３…スクリューコンベア、４…ベルトコンベア（排土機構）、５…推進ジャッキ、６…注入管、１０…泥土圧式シールド掘削機、Ｓ…セグメント
Claims (6)
- 泥土圧式のシールド工法もしくは推進工法において発生する掘削土に添加される添加剤であって、
セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなる、添加剤。 - 泥土圧式のシールド工法もしくは推進工法において発生する掘削土に添加される添加剤であって、
セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなる中間添加剤と、
吸水性樹脂と、からなり、
前記吸水性樹脂が２０重量％以上、前記中間添加剤が１００重量％から吸水性樹脂の重量％を減じた重量％、の配合からなる、添加剤。 - セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなる添加剤を、掘削機前方の切羽もしくは掘削機のチャンバー内で掘削土に添加する、泥土圧式シールド工法。
- セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなる中間添加剤と、吸水性樹脂と、からなり、前記吸水性樹脂が２０重量％以上、前記中間添加剤が１００重量％から吸水性樹脂の重量％を減じた重量％、の配合からなる、添加剤を、掘削機前方の切羽もしくは掘削機のチャンバー内で掘削土に添加する、泥土圧式シールド工法。
- セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなる添加剤を、掘削機前方の切羽もしくは掘削機のチャンバー内で掘削土に添加する、泥土圧式推進工法。
- セルロース系薬剤を１０重量％以上、界面活性剤もしくは分散剤を１０重量％以上、ポリアクリルアミド系薬剤を１００重量％からセルロース系薬剤の重量％と界面活性剤もしくは分散剤の重量％の和を減じた重量％、の配合からなる中間添加剤と、吸水性樹脂と、からなり、前記吸水性樹脂が２０重量％以上、前記中間添加剤が１００重量％から吸水性樹脂の重量％を減じた重量％、の配合からなる、添加剤を、掘削機前方の切羽もしくは掘削機のチャンバー内で掘削土に添加する、泥土圧式推進工法。
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