JP2014009544A

JP2014009544A - 止水材の注入方法および止水材の注入装置

Info

Publication number: JP2014009544A
Application number: JP2012148399A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Sugiyama; 博一杉山
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2014-01-20

Abstract

【課題】特殊シリカ系グラウトを主材とする止水材を地盤に対して目詰まりを生じることなく確実に浸透させ得る止水材の注入方法を提供する。
【解決手段】本発明の注入方法は、ナノサイズのコロイダルシリカを主成分とする特殊シリカ系グラウトに硬化促進材を配合して調製した止水材を地盤２に注入するに先立ち、調製した止水材をフィルター機構８に通してフィルターによるろ過処理を行い、しかる後に注入を行うことにより、止水材を調製した時点で早期に生じたゲルを分離除去してから地盤に注入する。本発明の注入装置は、止水材を調製するミキサー４と、調製時に生じた特殊シリカ系グラウトのゲルを分離除去するフィルター機構８と、ゲルを分離除去した止水材を地盤に注入する注入ポンプ６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は地盤ないし岩盤（以下では岩盤も含めて単に地盤と総称する）に対して止水材を注入するための方法および装置、特に微小な亀裂を有する地盤の止水性を向上させる目的で特殊シリカ系グラウトを主材とする止水材を地盤に対して注入するための止水材の注入方法および止水材の注入装置に関する。

周知のように、たとえば特許文献１，２に示されているような特殊シリカ系グラウトは、ナノサイズのコロイダルシリカ（ＣＳ）を主成分とするグラウト材料であって、地盤に対する浸透性に優れるばかりでなく耐久性に優れるものであることから、微小な岩盤亀裂や土丹（洪積粘性土層）中の介在砂層のような細粒分の多い砂地盤に対する止水材料として広く用いられている。

この種の止水材は、地盤注入時には十分な流動性を有していて亀裂に対して十分に浸透していき、所定のゲルタイムが経過した時点で亀裂内においてゲル化して所定の粘性を発現し、それ以降は止水性能を長期にわたって維持するものである。

したがって、この種の止水材を地盤に注入するに際しては、現場にて主材としての特殊シリカ系グラウトに対して各種の硬化促進材（たとえば塩化カリウム等の無機塩をイオン交換水に溶解させたもの）を適量配合することによって、注入対象の亀裂に対して十分に浸透したうえでそこで確実にゲル化して十分に止水性を発揮し得るものとなるように、ゲルタイムその他の特性を適切に設定したものをその都度調製することが一般的である。

特開平１１−１７２２４８号公報特開２００４−３５５８４号公報

ところで、上記のような特殊シリカ系グラウトは、粒径10nm（0.01μm）程度のナノサイズのコロイダルシリカを主成分とするものであって、大部分が１μm以下であるような粒度分布を呈するものであるが、そのような微細な粒径であるにも拘わらずそれよりも十分に大きな亀裂に対して必ずしも有効に浸透していかない場合があり、たとえば亀裂幅が20μm以上であってもときには目詰まりが生じてしまって注入不良を生じる場合がある。

そのため、従来において特殊シリカ系グラウトを主材とする止水材を地盤に注入する際には目詰まりを防止するための何らかの対策が必要とされているが、現時点では目詰まりが生じる原因は明らかではなく、また、そのような目詰まりを防止するための有効適切な手法も確立していないのが実状である。

上記事情に鑑み、本発明者は微細な粒度分布を呈する特殊シリカ系グラウトが粒径よりも十分に大きな亀裂に対して必ずしも有効に浸透していかない原因を突き止めるべく鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。

すなわち、通常のように主材としての特殊シリカ系グラウトに対して各種の硬化促進材を配合して止水材を調製した際には、本来的には徐々に（緩慢に）生じるべきゲル化が調製直後の早期において急激に生じる場合があること、そして、そのような早期のゲル化によってたとえば10μm程度の大きな粒径のゲルがわずかではあるが生じてしまい、それがそのまま地盤に注入されてしまうことが目詰まりの原因であることを確認した。

そこで、上記の知見に基づき、この種の止水材を亀裂に対して目詰まりを生じることなく確実に浸透させるためには以下の手段によることが有効であることを見出した。
すなわち、請求項１記載の発明は、ナノサイズのコロイダルシリカを主成分とする特殊シリカ系グラウトに硬化促進材を配合してなる止水材を地盤に注入することにより、前記止水材を前記地盤に浸透させゲル化させることにより止水性を向上させるための止水材の注入方法であって、前記止水材を前記地盤に対して注入するに際して、前記特殊シリカ系グラウトに対して前記硬化促進材を配合して前記止水材を調製するとともに、調製した止水材をフィルターに通してろ過処理を行うことによって、前記止水材の調製時に生じた前記特殊シリカ系グラウトのゲルを分離除去し、しかる後に該止水材を前記地盤に注入することを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、ナノサイズのコロイダルシリカを主成分とする特殊シリカ系グラウトに硬化促進材を配合してなる止水材を地盤に注入することにより、前記止水材を前記地盤に浸透させゲル化させることにより止水性を向上させるための止水材の注入装置であって、前記特殊シリカ系グラウトに対して前記硬化促進材を配合して前記止水材を調製するミキサーと、前記ミキサーにより調製した止水材をフィルターに通してろ過処理を行うことによって前記止水材の調製時に生じた前記特殊シリカ系グラウトのゲルを分離除去するフィルター機構と、前記フィルター機構によってゲルを分離除去した止水材を前記地盤に注入するための注入ポンプを備えてなることを特徴とする。

本発明によれば、特殊シリカ系グラウトを主材とする止水材を従来一般的な通常配合として調製したうえで、その止水材を地盤に注入するに先立ってろ過処理を行って調製時点でわずかに生じたゲルを分離除去し、しかる後に注入を行うことにより、地盤に対する浸透性能を著しく改善することができ、したがって止水材を亀裂に対して目詰まりを生じることなく確実に注入することが可能である。

本発明の止水材の注入方法および注入装置の実施形態を示す図である。本発明の有効性を実証するための浸透試験についての説明図であり、（ａ）は地盤条件および止水材の配合を示す図、（ｂ）は特殊シリカ系グラウトの通常配合の例を示す図、（ｃ）は浸透試験結果を示す図である。

図１に本発明の止水材の注入方法および注入装置の実施形態を示す。
これは、トンネル工事に際してトンネル壁面１の背後の地盤２（ないし岩盤）に対して止水材を注入することにより、その地盤２に生じている亀裂３を止水材により塞いで止水性を向上させるための止水工法への適用例であって、止水材として主材としての特殊シリカ系グラウトに対して硬化促進材を配合したものを用いるとともに、その止水材を地盤に注入するに先立って予めフィルター機構によりろ過処理を行うことを主眼とするものである。

本実施形態においては、基本的にはこの種の止水材を用いる場合の従来一般的な手法と同様に、注入に先立って現場にて主材としての特殊シリカ系グラウトに対して各種の硬化促進材を配合してミキサー４により攪拌混合することによって所望の特性の止水材を調製し、それをタンク５に一時的に貯留し、そのタンク５から注入ポンプ６によって注入孔７に加圧注入することによって、止水材を注入孔７から亀裂３に浸透させてそれを塞ぐようにしたものである。
但し、従来一般にはミキサー４にて調製した止水材をそのままタンク５に貯留してそのまま注入ポンプ６により加圧注入しているために、上述したようにミキサー４での調製に際して生じた比較的大きな粒径のゲルもそのまま地盤２に注入されてしまい、それにより亀裂３において目詰まりを生じてしまうことがある。

そこで本実施形態では、そのような目詰まりを防止するべく、ミキサー４の後段にフィルター機構８を設置し、ミキサー４にて調製した止水材をそのフィルター機構８に通してろ過処理を行ってからタンク５に貯留し、ろ過処理後の止水材を注入ポンプ６によって注入孔７に加圧注入するものとしている。
フィルター機構８によるろ過処理は、上述したように主材（特殊シリカ系グラウト）と硬化促進材とをミキサー４において攪拌混合して止水材を調製した際にそこで早期に生じるゲル化によって生じた比較的大きなゲルを分離除去する目的で実施するものであるから、そのフィルター機構８に備えるフィルターの目開きはここで生じることが想定されるゲルの粒径や、止水材を注入するべき亀裂３の大きさも考慮して、ミキサー４において生じたゲルを有効に分離除去し得る大きさのメッシュとすれば良い。
一例を挙げれば、たとえば目開き32μm程度のフィルターを用いることが考えられ、そのようなフィルターによりろ過処理を行うことで十分な目詰まり防止効果が得られることが以下の実証試験により確認されている。

以下、本発明の有効性を実証するために実施した浸透試験について図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
本浸透試験は、図２（ａ）に示すように地盤条件と止水材の配合を４パターンに変更して実施したものであり、試験番号（１）〜（３）は比較例、試験番号（４）が本発明に相当するものである。

「地盤条件」
各試験における地盤条件は図２（ａ）に示すとおりであるが、試験番号（１）および試験番号（２）は地盤が低透水性地盤である場合（透水係数ｋの値が1.2〜1.3×10^-6m/s）を想定し、試験番号（３）および試験番号（４）は地盤が超低透水性地盤である場合（同、6.1〜7.9×10^-7m/s）を想定したものである。止水材の注入圧はいずれの場合も300kPaとした。
なお、試験番号（２）と試験番号（４）で間隙率が同じであるのに透水係数が違っているが、これは試料作成後の通水過程で試料に乱れが生じて透水係数が変化したためであり，浸透実験直前に実施した透水試験の結果（透水係数）がその試料の透水性を表わしていると考えられる。

「止水材の配合」
止水材の配合としては、試験番号（１）ではナノサイズのコロイダルシリカを主成分とする特殊シリカ系グラウトのみ（ＣＳのみ）、つまり、図２（ｂ）に示すＡ液のみを用いてＢ液（硬化促進材およびイオン交換水）は配合しないものとした。
試験番号（２）および（３）では従来一般的な配合例である通常配合とした。ここでの通常配合とは、図２（ｂ）に示すように、上記の特殊シリカ系グラウトを主材としてＡ液とし、それに硬化促進材およびイオン交換水をＢ液として、それぞれ図中に示す配合としたものである。ゲルタイムは120分で粘度2.0から20mPa・sに達するものとした。
試験番号（４）では、上記の通常配合として調製した止水材を目開きが32μmのフィルターに通してろ過処理することにより、止水材の調製時に生じたゲルを分離除去したものである。

「試験結果」
各試験に対する浸透試験結果を図２（ｃ）に示す。
試験番号（１）の場合は、止水材が主材のみであり、地盤が低透水性地盤であることから、自ずと優れた浸透性能を示し、注入後約60分で浸透長が40cmに達した。

試験番号（２）の場合は、注入直後から30分経過後までは優れた浸透性能を示すが、それ以降は緩慢になり、最終的な浸透長はほぼ30cmとなった。この結果は通常配合の止水材を低透水性地盤に対して注入する場合の一般的な結果と同等であり、この結果から一般的には低透水性地盤に対しては目詰まりが顕著に生じることなく十分に浸透させ得て所望の浸透性能を確保し得ることが裏付けられた。

しかし、地盤が超低透水性地盤である試験番号（３）の場合には、試験番号（２）の場合と同様の通常配合の止水材を用いたにも拘わらず浸透性能は著しく悪化し、浸透長は最終的に5cm程度に留まった。これは、地盤が超低透水性であることから、止水材の調製時に生じたゲルが目詰まりを生じたためと考えられる。

それに対し、試験番号（４）の場合は、試験番号（２）、（３）で用いた通常配合の止水材をさらにろ過処理して調製時点で生じたゲルを分離除去したうえで超低透水性地盤に対して注入したことにより、試験番号（３）の場合に比べて浸透性能が格段に改善され、試験番号（２）の場合と同等の優れた浸透性能が得られた。。
すなわち、本発明に相当する試験番号（４）の場合は、止水材の調製時に生じたゲルがろ過処理により有効に除去されることにより、地盤が超低透水性であってもそのゲルに起因して目詰まりが生じるような余地がなく、特に注入直後から３０分後までの浸透性が劇的に改善され、最終的にも浸透長が30cmにも達するものとなり、低透水性地盤に対して注入する場合（試験番号（２）の場合）と同等の優れた浸透性能が得られることが確認できた。
このことから、注入に先立って止水材をろ過処理することにより、止水材の調製時において早期に生じたわずかなゲルに起因する目詰まりを有効に防止し得るという本発明の有効性が実証された。

なお、本発明のようにろ過処理を行っても、止水材のゲルタイムや粘度の発現状況（図２（ｃ）参照）、最終的な浸透長や強度、耐久性といった他の特性には変化がなく、止水材の配合が同等であればろ過処理の有無に拘わらず同等の性能が得られることも確認できた。

また、硬化促進材に不純物が混入している場合にはそれが浸透性能に悪影響を及ぼすことも考えられるが、硬化促進材を予め0.46μmのフィルタに通して不純物をほぼ完全に除去して用いた場合においても、止水材の調製後にろ過処理を行わなければ同様に目詰まりが生じることが確認され、このことから、注入時における目詰まり発生は硬化促進材の不純物に起因するのではなく、あくまで上記のように止水材の調製時点でゲル化が早期に生じることに起因することが裏付けられた。
したがって、本発明においては止水材を調製した後にそれに対してろ過処理を行うだけで良く、硬化促進材に対する事前のろ過処理等の工程は必要としないが、止水材に無用な不純物が混入していることは当然に好ましくないから、必要であれば硬化促進材をろ過処理して不純物を除去してから止水材に配合することがより好ましいとはいえる。

以上のように、本発明によれば、特殊シリカ系グラウトを主材とする止水材を従来一般的な通常配合としたうえで、その止水材を調製した時点で（地盤に注入するに先立って）ろ過処理を行って調製時点でわずかに生じたゲルを有効に分離除去することにより、地盤に対する浸透性を著しく改善することができて止水材を亀裂に対して確実に注入することが可能となる。

勿論、本発明の注入方法は従来一般的な注入方法を実施するに際して単にろ過処理を追加するだけで良く、止水材の配合自体は従来どうりで良いことはもとより、ろ過処理のためのフィルター機構も従来一般的な汎用機材をそのまま採用可能であるから、本発明を実施するための注入装置も一般的なミキサーとフィルター装置と注入ポンプにより構成することができ、したがって本発明を実施するうえで格別のコスト増は必要とならず、この点においても極めて合理的であり有効である。

以上で本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、本発明の注入方法を実施するうえでの具体的な工程や、本発明の注入装置の具体的な構成については、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、すなわち、主材としての特殊シリカ系グラウトに対して硬化促進材を配合して調製した止水材に対してろ過処理を行って止水材の調製時点で生じたわずかなゲルを除去してから注入を行うようにする限りにおいて、適宜の設計的変更や応用が可能であることは当然である。
たとえば、図１に示した実施形態の注入装置では、フィルター機構８の後段にタンク５を設けてろ過処理後の止水材をタンク５に一時的に貯留してから注入ポンプ６によって注入するようにしたが、タンク５を省略して止水材をフィルター機構８から直接注入することも可能であるし、あるいはタンク５をミキサー４の後段（フィルター機構８の前段）に設置してミキサー４にて調整した止水材をタンク５に一時的に貯留したうえで、そこからフィルター機構８に通してろ過処理を行うようにすることも考えられる。

１トンネル壁面
２地盤
３亀裂
４ミキサー
５タンク
６注入ポンプ
７注入孔
８フィルター機構

Claims

ナノサイズのコロイダルシリカを主成分とする特殊シリカ系グラウトに硬化促進材を配合してなる止水材を地盤に注入することにより、前記止水材を前記地盤に浸透させゲル化させることにより止水性を向上させるための止水材の注入方法であって、
前記止水材を前記地盤に対して注入するに際して、前記特殊シリカ系グラウトに対して前記硬化促進材を配合して前記止水材を調製するとともに、調製した止水材をフィルターに通してろ過処理を行うことによって、前記止水材の調製時に生じた前記特殊シリカ系グラウトのゲルを分離除去し、しかる後に該止水材を前記地盤に注入することを特徴とする止水材の注入方法。
ナノサイズのコロイダルシリカを主成分とする特殊シリカ系グラウトに硬化促進材を配合してなる止水材を地盤に注入することにより、前記止水材を前記地盤に浸透させゲル化させることにより止水性を向上させるための止水材の注入装置であって、
前記特殊シリカ系グラウトに対して前記硬化促進材を配合して前記止水材を調製するミキサーと、
前記ミキサーにより調製した止水材をフィルターに通してろ過処理を行うことによって前記止水材の調製時に生じた前記特殊シリカ系グラウトのゲルを分離除去するフィルター機構と、
前記フィルター機構によってゲルを分離除去した止水材を前記地盤に注入するための注入ポンプを備えてなることを特徴とする止水材の注入装置。