JP2010242468A

JP2010242468A - 空洞埋立にバック充填工法

Info

Publication number: JP2010242468A
Application number: JP2009104505A
Authority: JP
Inventors: Teruo Takei; 煕夫武居
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2010-10-28

Abstract

【目的】可燃ごみ焼却灰を特殊セメント系無害安定固化剤で処理したモルタルを空洞内に人力で搬入したバックに充填し、養生固化して空洞を埋め立てることで処分場埋立費を再生利用費に転換することで工事費の負担を軽減し、処分場の環境負荷削減及び延命を目的とした。
【構成】無害化処理プラントで、焼却灰を無害安定固化剤処理したモルタルを空洞内に搬入した合成樹脂製バックに充填するに、天盤に貫通穴を穿ちホースを導入してポンプで充填固化構造物にして空洞を埋め立てる構成。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

技術の分野

請求項１記載のモルタルを、人が通れる程の空洞に合成樹脂製バックを折り畳んで人力で所定位置に搬入し充填固化して空洞を埋め立てる方法で、危険箇所を優先的に埋め立てることが容易になった。特に亜炭採掘跡等のように狭い空洞が広範囲に広がっている地域にとっては効果的である。モルタルの精製及び輸送は、処理プラントで可燃ごみ焼却灰に特殊セメント系無害安定固化剤ＨＳＨ（以下、ＨＳＨ剤と称す）を適量配合し、水を付加して混練し流動性の高いモルタルにしてホースでバックに充填固化し空洞を埋めたてる工法である。本発明のバック充填工法は、一般の充填法のように埋立て範囲を仕切り直接合材を送り込む方法とは異なり埋立て範囲を仕切る壁や型枠を必要としない。バック充填工法はバックによって完全に外部と遮断した容器内で養生固化させる工法である。また、充填モルタルは密閉されたバック内で水和反応により均一な組成と強度を発現する。

請求項２記載のバック充填工法は、広大な採石跡空洞の天盤に亀裂が生じたり石柱の劣化により崩壊の危険がある空洞を対象に行う陥没防止対策で、既存の石柱を補強する新しい人工支柱を構築工法で、空洞空間を方形に仕切ったパイプ足場の内面にコンパネ等で覆い、更に、合成樹脂シート又は炭素繊維シート等で内面を被覆し外部と完全に遮断した型枠内に、請求項１記載のモルタルを充填固化堆積して支柱を構築する方法とするが、支柱天面と天盤との接続部に隙間が残る、その隙間をバック充填工法で埋立て支柱と天面を一体化させる使用法である。この独立支柱の構築に就いては、既に、筆者が平成平成１６年８月５日の特許出願「廃棄物再生による空洞陥没防止支柱の構築工法」により、焼却灰モルタルを充填堆積固化して支柱を構築する工法として出願してあるが、支柱天面と天盤との接合に就いては、本発明の新しい方法であるバック充填工法に準ずれば、簡単な作業で確実性の高い工法によって天盤と支柱を一体化することができる。

請求項３記載の採石穴の埋め戻しは、例えば、石灰石などの露天堀跡空間を埋め平坦地にして活用する場合などに、バック充填工法を応用すれば雨中でもモルタル養生のための覆いは必用なく養生固化を完結でき極めて経済的である。前記、一連の施工は廃棄物焼却灰を再生利用するもので現行の処分費を空洞埋め立ての工事費に転換することで工事費の大半は賄える工法である。

全国１００箇所近く存在している亜炭採掘跡空洞は安全対策が施されない状態で放置され、年間数十箇所で陥没事故を起こしているとの報告がある。既に、採掘が終了し半世紀に及んでいることから地震多発地区にとっては安全対策が必須の課題になっている。しかしながら陥没による災害対策は行われてはいるが防止対策については、自治体の財政難から予算が組み込まれていないのが現状のようだ。従来、空洞の陥没復旧には土砂等で埋め戻し方法がとられ、陥没防止対策では合材ミルクの充填工法が行われているようだ。しかしながら亜炭採掘跡空洞のように非常に狭い空洞では機材の搬入も困難で広い範囲に蔓延している空洞の安全対策は、従来方法での対策は至難の業である。本発明は施工的に経済的に課題を解決するための新しい方法のバック充填工法を提供するものである。

大谷石採石跡空洞に就いても、天盤の亀裂や支柱の劣化は経年ごとに進んでいるようだ、過去の統計によれば、９０年、９１年に空洞の大陥没を起こし、９７年、９８年にも陥没があって、この１０年間で９回の陥没事故が発生しているとの報告がある、僅か、１０年足らずで１０件近い事故が起こっているわけだから、今後、半世紀、１世紀の間に相当数の事故が起こっても不思議では無い。本発明は、こうした課題を解決するために、前記廃棄物焼却灰の再生利用によって支柱構築の陥没防止対策を採れば既石柱の補強となり空洞の安全は維持され雇用や観光など地域の活性化に貢献できる。

本発明の空洞埋め立て工法は、概略、３つの形態によって成り立っている、第一に狭い空洞を合理的な作業形態で極めて安全で経済的に行うことができる。第二に壁面を残して両サイドを掘り進んだような空洞に対しては、天盤を支える新しい強固な支柱の構築に対しての補助工法である。第三に支柱を残して周囲を採掘した広大な空間では、第二と殆んど同様で支柱の構築に対しての補助工法である。第二、第三は比較的規模の大きい採掘跡であるため直接埋め戻すことは、埋め戻し材の確保及び埋め戻し後の天面の圧密作業等に於いて不可能であり依然として天盤層の亀裂・崩壊を防ぐことはできない。本工法はそうした至難な埋め戻しに対して合理的で科学的に解決しようとするものである。

本発明のバック充填工法にとって重要な役割を果たすのが薬剤である、薬剤は筆者が開発し平成８年度環境庁が公募した廃棄物焼却灰の無害化処理剤等新技術審査において「廃棄物最終処分新技術評価調査」で認定されている、また骨材原料としての可燃ごみ焼却灰は、前記、物性がＨＳＨ剤と馴染み固化発現は他の、無機質廃棄物では得られないものである。また、全国市町村の何処からも排出され入手できることにある、即ち、未来永劫に排出は続けられる原料である。

本発明を実現可能とする要因は、繰り返すが可燃ごみ焼却灰の無害安定固化法にある、焼却灰は微量であるが重金属を含有している廃棄物で完全無害化することで再生利用することができる、また、本発明は合成樹脂製又は合成ゴム系のバックに充填しバック内で養生固化させ無害安定固化する特質の薬剤であり、そのために必要な成分配合で精製された薬剤である。原理はセメントに高炉スラグ及び石膏を配合し水和反応によりエトリンジャイトと呼ばれる鉱物を生成させる、また、セメントでは固化し難い酸化鉛や酸化亜鉛等も容易に固化する能力を備えている、鉄イオンを含有することで酢酸を形成して溶出し易くなるカドミウムや亜鉛イオンを共沈させ不溶化させる作用を有するなど無害化の上に、更に密閉したパック内で十分な強度を発現させ二重の安全対策を施して、しかも土中に存在させる工法である。

エトリンジャイトは無収縮無膨張のコンクリートに利用されているが、本発明の焼却灰モルタルバック充填工法に於いても固化物の無機安定性に寄与している、他に、リグニンフルホン酸塩と共に保水役を務めるため養生日数を経るに従って熟成度が増し圧縮強度が高まる等固化構造物にとって重要な役目を有することになる、即ち、密閉パック内でも充分に養生時間を経て固化する特性がる。また、無害化処理されずに処分場埋め立て処分されている焼却灰は処分場の環境負荷を増大し地域の環境保全を脅かす要因となっている。本発明は、焼却灰を無害化処理して外部と完全に遮断するバック内で固化して空洞の陥没を防止する廃棄物再生利用法で社会にとっても有益な安全対策となる。

また、実際にＨＳＨで処理した焼却灰を密閉容器内で養生固化したテストピースの材令強度の測定結果は、Ａｔ＝７日、２８日、９０日及び３００日に於いて下記表の如くなった。

Ｒ＝Ａｔ（ｔ＋１０）・・・・Ｓｏｕｌの式、Ｒ；熟成度、Ａｔ；養生期間、ｔ；平均養生温度
強度；ｑｕは、熟成度；Ｒに関係し、熟成度は養生日数に関係するから、ｑｕを縦軸に、Ａｔ或いはＲを対数目盛りを横軸にとって、片対数グラフの上に描くと、それらのプロットは、それぞれの概略直線上に並び，然も、平行線となる。強度の増進は被固化物体の長期安定性が優れていることを証明するものである。

前述した通り、骨材原料として使用される一般廃棄物焼却灰は微量の重金属を含有しているため再生利用の対象物としては難しいとされてきた、その結果、排出される焼却灰の殆んどが最終処分場に埋め立て処分されていることから、地域住民にとっては環境保全を危惧し処分場建設に異を唱える要因となっている。本発明はＨＳＨ剤の開発によって焼却灰の無害安定固化に成功し固化構造物として再生実用化を可能とした。前記、処理モルタルを養生固化するために外部と完全に遮断したバック内で養生固化したテストピースで実験した結果では、固化体の初期強度は３０Ｋｇ／ｃｍ_２程度となり、見掛比重は１，２〜１，４ｔ／ｍ_３の軽量である、こうした値はあらゆる空洞の埋立て構造物として極めて適応性が高いことを証明している。

本発明は、可燃ごみ焼却灰を骨材原料として固化試験を実施した結果、物性的には焼き締まり硬度と適当な粒度で構成され軽量であって粗面度であることからＨＳＨ剤とよく馴染み、固化強度の発現が優れ、鉱山や石材の採掘跡空洞の陥没防止支柱の構築には最適な原料となる。例えば、大谷石採掘空洞の場合は空間が広く天盤までの高さがあるため、従来の工法である粒状体での埋め戻しは殆んど不可能に近いのである、そのため空間の一部をパイプ足場と型枠材で仕切り天盤まで延長し焼却灰モルタルを充填固化堆積しながら構築する以外になく、バック充填工法はそうした構成で構築された支柱天面と天盤の空隙を支柱と同一強度で構成させるための接続体として応用される。

本発明の重要性は、工事を実現させるために最も重要な要因である経済的な問題を解決することが課題をあった、その結果、財政の課題も解決することになり地域の安全も保障できることになる。それには廃棄物焼却灰の再生以外に空洞の安全対策を実施することは現状では困難である。長年腐心研究してきた焼却灰の再生利用は、費用対効果・需要と供給・地域の活性化など全ての条件を満たすもので、焼却灰があって、人命と財産及びインフラ設備など国の大事を守ることもできるバック充填工法を開発できた。また、ビジネスとして有望で採算的にも配当のある施工法である。地域の活性化には、雇用・流通・安全等で将来継続する事業の発展が実現する。

本発明は、ＨＳＨ剤と充填バックを併用することにより廃棄物焼却灰を再生利用して空洞の陥没防止対策を経済的に実現することを可能とした。ＨＳＨ剤はエトリンジャイト硬化剤を含み従来より高含水軟弱地盤等の安定固化に使用されている技術でもある。即ち、エトリンジャイトは１分子中４５％の結晶水を有しているのが特徴でありバック中の養生を長期に持続させる。また、モルタル精製からバックに充満するまでの凝結時間及びモルタルの流動性を高めることが作業の効率性を高めることであり、そのためにはセメントに添加する各成分割合を適切に調整する必要がある。本発明のバック充填工法は密閉状態で水和反応を持続させ硬化特性を持たせたるための添加成分配合割合を適切に行った薬剤である。

また、充填バックの材質は現場の形態及び状況により合成樹脂系或いは合成ゴム系かの使用判断を適切に行って決めるが、基本的に、弾力性があり耐蝕性に優れた材質と、ポンプの充填圧力に耐えられる張力が必要である。

図１−Ａに於いて、折り畳んだモルタル充填用バック１を空洞１０の所定位置に人力で搬入し、焼却灰無害化処理プラント２でモルタルにしてミキサー車３で現場に搬送しモルタル受槽４に移してグラウトポンプ５により、天盤６を貫通したボーリング穴７を垂下したホース８をパック１の継ぎ手９と連結して圧送充填し養生固化する。図１−Ｂは，充満したバック１が空洞１０を埋立てたイメージ図である。図２−Ａは人家１１や道路１２直下にある空洞の埋立て方法で、障害物を避けてボーリング穴７を穿ち所定地に搬入したバック１にモルタルを充填するイメージ図。

図３−Ａは、空洞１０の深度が大きい空洞における既存の支柱１４は劣化し天盤層６は亀裂が生じているなどの危険な空洞１０には補強を兼ねた人工支柱１６を構築し天盤を支える、この作業には最終的に天盤６と支柱１０天面とに間隙ができ、その間隙にバック１を挿入しモルタル充填して天盤６と支柱１６を一体化した構成の側面イメージ図。Ｂは平面図。図４−Ａは、壁柱１８の両サイドを採掘した空洞１０の陥没防止対策で、型枠構築の空間１５を残して方形に仕切った型枠を天盤層６近くまで構築し、焼却灰モルタルを充填し支柱１６天面と天盤６の空隙に充填バック１を挿入しモルタルを充填して一体化させる構成の側面イメージ図。Ｂは、Ａの平面図。
図５は、採石の露天掘り穴に焼却灰モルタルをバック１に充填して埋め戻した側面イメージ図である。

日本全国各地区に存在する採掘・採石場跡・防空壕などの人工空洞が分布しており、これらの地下空洞は陥没や沈下などで地上の生活基盤に大きな被害を与えている。しかしながら陥没や沈下対策は自治体の財源不足及び民間の資金不足で放置されているのが大半である。本発明は、陥没や沈下の被害を無くす経済的な工法として焼却灰再生モルタル充填バック工法を開発し強固で安定した空洞埋立を実現しようとするものである。

また、全国１００箇所の亜炭採掘跡空洞に対しても殆んど対策は取られていないが緊急を要する事案であることは間違いない。空洞上には幹線道路や学校及び人家の存在も指摘されている、従来、様々な埋立て工法により実施されているところもあるようだが、膨大な埋立て費用が掛かる工事では危険と承知であっても実施できないで放置されているところもあるようだ。本発明は、狭い空洞でも高さのある広大な空洞でも一貫して工事費の大半は殆んど必要がない工法として提供するものである。

また、焼却灰は微量の重金属含有廃棄物であることから再生利用が難しい廃棄物とされてきた、そのため殆んどが無害化処理されずに最終処分場に埋め立てられ処分場の環境負荷増加を高め、環境保全に対して不安と不信を地域住民は、招き続ける結果となっている。こうした焼却灰を空洞埋立てに再生利用することで陥没防止対策を実現し、陥没復元費用もなくなることで自治体の負担は軽減される。同時に廃棄物再生利用によって最終処分場の環境負荷削減にも寄与し、残余が逼迫している処分場の延命にも貢献することになる。

Ａ）焼却灰モルタルを空洞内に搬入したパックに充填して陥没を防止する工程図。Ｂ）モルタルでバックを充満し空洞を埋め立てたイメージ図。Ａ）人家や道路下の空洞埋め立てに障害の無い平坦地にボーリング穴を穿ってホースを導入しバックにモルタルを充填埋立てるイメージ図。Ｂ）埋立が埋立が完了したイメージ図。Ａ天盤を支える人工支柱の側面イメージ図。Ｂ、Ａの平面図。Ａ天盤を支える人工支柱の側面イメージ図。Ｂ、Ａの平面図。露天掘り採石跡穴をバックにモルタルを充填埋め立てたイメージ図。

１モルタル充填バック
２無害化処理プラント
３ミキサー車
４モルタル受入槽
５グラウトポンプ
６天盤層
７ボーリング穴
８供給ホース
９継ぎ手
１０亜炭等空洞
１１建築物
１２道路
１３採石等空洞
１４既存石柱
１５足場用空間
１６人工支柱
１７モルタル充填用バック
１８壁柱
１９排水管及び排水マット

Claims

空洞陥没防止に空洞に近似した合成樹脂製等のバックを搬入し、可燃ごみ焼却灰を特殊セメント系無害安定固化剤（商品名ＨＳＨ）処理したモルタルを、バックに充填固化して空洞陥没を防止するバック充填工法。
採石跡空洞等大規模空間の天盤崩壊防止に新しい支柱を構築するに当たり、空間の一部を方形に型枠で仕切って、請求項１に記載のモルタルを充填固化し天盤を支える方法に於いて、構築支柱天面と天盤の間隙を埋めるのにバックを挿入しモルタルを充填固化して天盤と支柱を一体化するバック充填工法。
露天採石穴等を埋立て平坦地に復元するに、請求項１記載のモルタルを採石穴底面にバッグを複数配列しモルタルを充填固化し、同様の作業を繰り返し積み重ねて穴を平坦地に復元する構成のバック充填工法。