JP3492501B2 - 空洞充填材 - Google Patents
空洞充填材Info
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Description
や間隙などの充填、またトンネルやシールドセグメント
の裏込材等として好適な空洞充填材に関するものであ
る。
るに際しては、地山を構成する岩盤に孔を掘削してい
く。このとき、掘削した孔の内周面の、特に天端部に小
規模な崩落による空洞が発生しやすい。この空洞は、地
山の安定性にとって好ましくないため、空洞充填材を充
填して埋める必要がある。このような場合に用いる空洞
充填材としては、充填後に空洞の内部で膨張し、空洞を
満たす性質が要求され、従来はそのような充填材とし
て、例えば発泡ポリウレタンやエアモルタル等が用いら
れていた。
ド掘削機等を用いて地中にトンネルを掘削する場合、地
山に孔を掘削しつつ、その後方にセグメント等を組み立
てて覆工することがある。この場合、組み立てたセグメ
ントの外周面と孔の内周面との間隙にいわゆる裏込材を
充填している。このような裏込材としては、モルタルや
セメントミルク等のセメント系材料が多用されているの
は周知の通りである。
たような従来の充填材や裏込材として用いていた材料に
は以下のような問題があった。まず、空洞を埋めるため
の充填材として、発泡ポリウレタンは高価である。一
方、エアモルタルは流動性が大きいため、特定の注入箇
所に定着させる、いわゆる限定充填が困難である。
ルタル等のセメント系材料では、特に掘削にトンネルボ
ーリングマシンを用いた場合、裏込材をセグメントの頂
部側に充填しようとしても、トンネルボーリングマシン
にはセグメントと周囲地山との隙間を塞ぐテールシール
が通常備えられていないので、充填した裏込材がセグメ
ント端部と周囲地山との隙間から流出してしまい、作業
が実質的に非常に困難なものとなる。
れたもので、充填材や裏込材としてトンネル等の天端側
にも確実に充填することができる限定充填が可能な空洞
充填材を提供することを課題とする。
少なくとも吸水性樹脂、ベントナイト、セメント及び水
を含む組成物からなり、この組成物の水への流出率が4
0%以下であり、かつこの組成物のフロー値が140〜
210の範囲内であり、セメントの水に対する重量比が
1/10〜6/10の範囲内であり、かつこの組成物
の、下記式1 吸液指数=(吸水性樹脂配合量(g)×吸水性樹脂の吸
液倍率+ベントナイト配合量(g)×ベントナイトの吸
液倍率)/水の配合量(g) …式1 で規定される吸液指数が1〜3の範囲内であることを特
徴としている。請求項2に係る発明は、請求項1の空洞
充填材において、ベントナイトの水に対する重量比が2
/10〜8/10の範囲内であることを特徴としてい
る。請求項3に係る発明は、請求項2の空洞充填材にお
いて、水を100とするときの重量比で、吸水性樹脂が
0.1〜5の範囲内であることを特徴としている。
実施の形態について詳しく説明する。本発明は請求項1
において、少なくとも吸水性樹脂、ベントナイト、セメ
ント及び水を含む組成物からなり、この組成物の水への
流出率が40%以下であり、かつこの組成物のフロー値
が140〜210である空洞充填材を提供する。この空
洞充填材は流動性を有し、ポンプ圧送等が可能である。
吸水性樹脂は、予め空洞外で十分に吸水膨張させておい
てもよいし、予め空洞外である程度吸水膨張させてお
き、この状態で組成物を空洞に充填し、空洞内で残余の
膨張が完了した後にセメントが硬化するように施用して
もよい。不完全膨張の状態で空洞に注入すると、空洞内
で残余の膨張が起こるので、ポンプ圧送が可能な程度に
流動性でありながら、空洞内でも膨張して緻密な充填が
できるようになる。これらの施工法を空洞の規模や状況
に応じて適宜採用することによって、地山の様々な状態
の空洞を充填したり、建物基礎やトンネルの裏込め等を
行う際に有利に使用することができる。この空洞充填材
は、充填材として発泡ポリウレタンを用いる場合より遥
かに安価であり、エアモルタルに比べて流動性が大幅に
調節可能であるので、注入箇所に定着させ易く、例えば
トンネルの裏込めに際しても定着性がよいので、天端部
に空隙を残すことなく緻密に限定充填することができ
る。また本発明の空洞充填材から形成された固化物は比
較的軽量かつ緩衝性を有しているので、空洞周辺の地殻
の変化にもある程度対応できると共に、トンネルなどの
裏込め等に使用したとき側壁への局部的な衝撃を拡散緩
和する効果もある。また吸水性樹脂が空洞内で膨張する
ような空洞充填材を選択採用すれば、本空洞充填材は空
洞に発生している細かい間隙などにも膨張して進入し、
空隙を残さない緻密な充填を実現することができる。
より測定することができる。120mlのPP容器中に混
練終了から5分経過した組成物を充填する。次に、この
充填容器を、開口を上に向けて1000mlの水中に浸漬
し、130rpm で上層の水を攪拌する。5分間攪拌後に
容器を取り出し、残存する組成物の重量から、下記の式
2により該組成物の水への流出率を求める。 流出率(%)=(水浸漬前の重量−水浸漬後の重量)/水浸漬前の重量×100 …式2
の流出率が40%以下とされる。流出率を40%以下に
調整することによって、地下水の存在下で空隙充填を行
う際にも水中への流失が防止でき、その結果、湧水の存
在するトンネル等の人工構造物と岩盤等との間に発生し
た空隙の天端部にも、注入時の流失が著しく少なく、地
下水や工事現場周辺への環境汚染を起こさず、確実かつ
効率的に限定注入することが可能になる。この観点か
ら、流出率は好ましくは30%以下、更に好ましくは1
0%以下に調整される。
メント/水を重量比で1/10〜6/10の範囲とし、
かつベントナイトを加えて前記の式1で規定される吸液
指数を1〜3の範囲内、更に好ましくは1〜2の範囲内
となるように調整すればよい。
に、組成物のフロー値が140〜210の範囲内に調整
される。このフロー値は、混練開始から5分経過後の組
成物について、JIS R5201に基づき測定した値
である。フロー値を140〜210の範囲内に調整する
ことによって、可塑性がありポンプ圧送による注入が可
能でありながら、しかも注入後のスラリーが打設場所に
停留するという、限定注入に適したのもとなる。つま
り、重力に抗して盛り上げる充填が容易になり、その結
果、トンネル等での人工構造物と岩盤や地盤との間に発
生した空隙の天端部にも届くようになり、確実かつ効率
的に充填することが可能になる。この観点からフロー値
は好ましくは140〜180の範囲内に調整される。
るためには、セメント/水を重量比で1/10〜4/1
0の範囲内とし、ベントナイトを加えて前記の式1で規
定される吸液指数を1〜3の範囲内、更に好ましくは1
〜2の範囲内となるように調整すればよい。
の流動性が高すぎるために、特に重力に抗した盛り上げ
充填を行うに際して充填物が盛り上がらず、下方に流れ
易いために空隙の上部空間に充填物が到達することが困
難になる。また、フロー値が140未満の場合には極め
て粘凋な組成物となり、高性能ポンプを使用しても充填
に長時間を要したり、ポンプで圧送できなかったりして
実用的でない。
においては、上記のように少なくとも吸水性樹脂、ベン
トナイト、セメント及び水を含む組成物からなり、セメ
ントの水に対する重量比が1/10〜6/10の範囲内
であり、かつこの組成物の、前記式1で規定される吸液
指数が1〜3の範囲内とされる。
液倍率は、下記の方法で測定することができる。先ず、
脱イオン水80重量部に普通ポルトランドセメント(ト
クヤマ社製)20重量部を添加し2時間攪拌する。次い
で、東洋濾紙社製No.2濾紙で濾過して20%セメン
ト水ろ液を調製する。ティーバッグに吸水性樹脂粉末ま
たはベントナイト約0.1gをとり、前記の20%セメ
ント水ろ液100gに1時間浸漬した後、ティーバッグ
を引き上げ重量を測定し、次式3に従って算出する。 吸液倍率=(B−C)/A …式3 A:採取した吸水性樹脂粉末またはベントナイトの重量
(g) B:吸水後のティーバッグを含めた全重量(g) C:空試験におけるティーバッグを含めた重量(g)
として用いられるものであるが、骨材としては比較的比
重が小さいので、組成物中に均一に混合することが容易
であり、また骨材が分離し難いので安定した空洞充填材
が得られる。更にベントナイトは、無機塩を含有する水
を吸収して膨潤する性質を有するため、水を含む組成物
に配合した状態では比重が更に小さく、水の比重に近づ
くので、組成物中に一層均一に分布し、分離し難くな
る。またこれによって、前記のように、空洞充填に好適
な140〜210の範囲内のフロー値を有する空洞充填
材が容易に得られるようになる。従ってベントナイトを
含む空洞充填材を充填後に硬化させると、得られた固化
物は緻密で均質となり、また前記のようにセメント/水
が重量比で1/10〜6/10と小さくても、比較的高
強度の固化物が得られる。
求項1で用いたベントナイトの水に対する重量比が2/
10〜8/10の範囲内である空洞充填材を提供する。
ベントナイトの添加量をこの範囲内とすることによっ
て、組成物に適度の粘性と流動性とを付与し、ポンプ注
入が可能でありながら重力に抗した盛り上げ充填等を可
能にし、また空洞充填材の比重を小さくするのでトンネ
ル天端部空洞等への注入時の覆工等への荷重も小さく施
工の安全性をより高くすることができる。
2における吸水性樹脂が、水を100とするときの重量
比で0.1〜5の範囲内とされた空洞充填材を提供す
る。この割合で各成分を配合するとき、得られた空洞充
填材は、各種の空洞の充填に好適なバランスのとれた流
動性と、限定充填性と、比重と、硬化後強度とを有する
ものとなる。
ンネル等の人工構造物と岩盤等との間に発生した空隙の
充填に用いると、目的の箇所に限定的に容易に注入する
ことが可能となる。また、地下水等の湧水下でも、重力
に抗した盛り上げ充填等を時間的にも材料的にも高効率
に、しかも環境汚染の問題を回避しながら行うことがで
きる。更に、本組成物の比重は、1.1〜1.4と比較
的小さいので、特にトンネル天端部の空洞等への注入時
の覆工等への荷重も小さく、安全に注入を行えるように
なる。
にも、この分野で一般に用いられている添加材、例えば
骨材として使用される砂、磔、土、粘土、フライアッシ
ュ、パーライト、バーミュキュライト等や炭酸カルシウ
ム、微粉末シリカ、アルミナなどの無機粉末、或いは木
粉、パルプ、吸水性繊維、ガラス繊維などの無機あるい
は有機の繊維質物質やカルボキシメチルセルロース、ヒ
ドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポ
リアクリルアミド等の天然あるいは合成増粘剤、および
/または水溶性有機溶剤を含有していてもよい。
明する。本発明に用いられる吸水性樹脂は、親水性ポリ
マーの架橋構造体であり、自重の10〜1000倍の水
を吸収し膨潤する性質を持つものである。通常は、架橋
剤の存在下に水溶性のエチレン性不飽和モノマーを重合
させて得られるものと、水溶性のエチレン性不飽和モノ
マーを重合し水溶性ポリマーとしたものを架橋処理して
得られるものとがある。
リ(メタ)アクリル酸またはポリ(メタ)アクリル酸塩
架橋体、スルホン酸基を有するポリ(メタ)アクリル酸
エステル架橋体、ポリアルキレン鎖を有するポリ(メ
タ)アクリル酸エステル架橋体、ポリ(メタ)アクリル
アミド架橋体、ポリジオキソラン架橋体、架橋ポリエチ
レンオキシド、架橋ポリビニルピロリドン、スルホン化
ポリスチレン架橋体、架橋ポリビニルピリジン、デンプ
ン−ポリ(メタ)アクリロニトリルグラフト共重合体の
ケン化物、デンプン−ポリ(メタ)アクリル酸(および
その塩)グラフト架橋共重合体、ポリビニルアルコール
と無水マレイン酸(塩)の反応物、架橋ポリイソブチレ
ン−マレイン酸塩共重合体、ポリビニルアルコールスル
ホン酸塩、ポリビニルアルコール−アクリル酸グラフト
共重合物等の吸水性ポリマー等を挙げることができる。
モノマーの具体例としては、例えば、アクリル酸、メタ
クリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸、クロ
トン酸、シトラコン酸、ビニルスルホン酸、(メタ)ア
リルスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メ
チルプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルエ
タンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルプロパンス
ルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、及びそれらのア
ルカリ金属塩やアンモニウム塩;N,N’−ジメチルア
ミノエチル(メタ)アクリレートおよびその4級化物、
(メタ)アクリルアミド、N,N’ジメチル(メタ)ア
クリルアミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリル
アミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、
2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロ
キシアルキル(メタ)アクリレ−ト、ポリエチレングリ
コールモノ(メタ)アクリレート、ポリアルキレングリ
コ−ル(メタ)アクリレ−ト等が挙げられ、これらの1
種または2種以上を混合して用いることができる。
潤性を付与するためには、前記のモノマー、特に好まし
くはアクリル酸、メタクリル酸、又はそれらのアルカリ
金属塩やアンモニウム塩に、重合により耐塩性の吸液性
ポリマーを与えるモノマー(耐塩性モノマー)を共重合
させることが好ましい。
めに用いられるモノマー(耐塩性モノマー)の好ましい
例としては、例えば2−(メタ)アクリロイルエタンス
ルホン酸、2−(メタ)アクリロイルプロパンスルホン
酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパン
スルホン酸、それらのアルカリ金属塩及びアンモニウム
塩等の、スルホン酸基を有する水溶性エチレン性不飽和
モノマー;(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロ
イルモルホリン、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、
N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N’−
ジメチル(メタ)アクリルアミド等の、(メタ)アクリ
ルアミド及びその誘導体;ポリエチレングリコール(メ
タ)アクリレートやメトキシポリエチレングリコール
(メタ)アクリレート等の、ポリアルキレングリコール
(メタ)アクリレート;ヒドロキシエチル(メタ)アク
リレートやヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等
の、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;N−ビ
ニルピロリドンやN−ビニルサクシンイミド等の、N−
ビニルモノマー;N−ビニルホルムアミド、N−ビニル
−N−メチルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、
N−ビニル−N−メチルアセトアミド等の、N−ビニル
アミドモノマー;及びビニルメチルエーテル等が挙げら
れる。
は、アクリルアミド、メタアクリルアミド、N−ビニル
アセトアミド、メトキシポリエチレングリコール(メ
タ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリ
レート、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロ
パンスルホン酸、及びそれらのアルカリ金属塩から選ば
れる1種または2種以上を挙げることができる。
水性モノマー等と同時に重合架橋する方法と、親水性ポ
リマーを重合により得た後に反応性を有する架橋剤で架
橋する方法とがある。このような架橋剤としては、共重
合可能な多官能性の水溶性飽和モノマーやモノマーの官
能基と反応することのできるものを用いることができ
る。架橋剤は、上記モノマー中に予め加えておいてもよ
く、重合後に添加してもよい。
としては、例えばエチレングリコールジ(メタ)アクリ
レート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレー
ト、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、
プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエ
チレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロ
ールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリス
リトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリト
ールジ(メタ)アクリレート、N,N−メチレンビスア
クリルアミド、イソシアヌル酸トリアリル、トリメチロ
ールプロパンジアリルエーテル、テトラアリルオキシエ
タン等の、1分子中にエチレン系不飽和基を2個以上有
する化合物;ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、
グリシジル(メタ)アクリレート等の、1分子中にエチ
レン系不飽和基を1個と他の反応性官能基とを有する化
合物;エチレングリコール、ジエチレングリコール、ト
リエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリ
セリン、ポリグリセリン、プロピレングリコール、ジエ
タノールアミン、トリエタノールアミン、ポリプロピレ
ングリコール、ポリビニルアルコール、ペンタエリスリ
トール、ソルビット、グルコース、マンニット、マンニ
タン、ショ糖、ブドウ糖等の、多価アルコール;エチレ
ングリコールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリ
シジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジル
エーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテ
ル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、
ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6
−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、トリメチロ
ールプロパンジグリシジルエーテル、トリメチロールプ
ロパントリグリシジルエーテル、グリセリントリグリシ
ジルエーテル等の、ポリエポキシ化合物;及びアルキレ
ンカーボネート等を挙げることができ、これらの1種ま
たは2種以上を用いることができる。
は、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アク
リレート、N,N−メチレンビスアクリルアミド、ポリ
エチレングリコールジ(メタ)アクリレート等を挙げる
ことができる。
類や重合条件により適宜選択することができる。一般的
には、全単量体1モルに対して0.0005〜0.02
モルの範囲内で用いることが好ましい。使用量が0.0
005モル量未満の少ない架橋剤量では、重合中あるい
は重合完結後の含水ゲルの安定性が悪くなる傾向があ
る。また乾燥後の製品中の可溶分量が増加する傾向があ
る。0.02モル量より多い架橋剤量では吸水倍率が低
下する傾向がある。
るに際しては重合開始剤を用いることが好ましい。この
重合開始剤としては特に制限はなく、広い範囲の開始剤
が用いられる。例えば、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリ
ウム等の過硫酸塩;過酸化水素、2−2’−アゾビス
(2−アミジノプロパン)塩酸塩、4,4’−アゾビス
−4−シアノバレリン酸等の水溶性アゾ化合物;過酸化
ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過酢酸等の有機過酸化
物系;アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビ
ス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)
等の油溶性アゾ化合物等を挙げることができる。また、
これらの重合開始剤の分解を促進する目的で還元剤を併
用することもできる。このような還元剤の例としては、
(重)亜硫酸(塩)、L−アスコルビン酸(塩)、還元
性金属(塩)、アミン類等を挙げることができる。
る際の重合溶媒には特に制限がなく、通常水性媒体およ
び有機溶媒が使用される。水性媒体とは、水あるいは水
と水に溶解可能な無機または有機溶媒との混合溶媒を意
味する。水に溶解可能な有機溶媒の例として炭素数1〜
4のアルコール、低級ケトン系溶媒などを挙げることが
できる。また有機溶媒としては、ベンゼン、トルエン、
キシレン等の芳香族炭化水素類、シクロヘキサン等の脂
環炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン等のケト
ン類等を挙げることができる。
り異なるが、比較的低温の方が架橋重合体の分子量が大
きくなり好ましい。しかし、重合が完結するためには2
0℃〜100℃の範囲であることが好ましい。
が、重合反応の制御のし易さと収率・経済性を考慮すれ
ば、20〜80重量%、特に30〜60重量%の範囲内
とすることが好ましい。重合形態としては種々の形態が
採用できるが、逆相懸濁重合、水溶液注型重合、双腕型
ニーダーの剪断力によりゲル状含水重合体を細分化しな
がら重合する方法(特開昭57−34101号)等があ
る。
吸水性樹脂の好ましい市販品としては、例えば、商品名
「アクアリックCA」、「アクアリックCS」(いずれ
も(株)日本触媒製)等を挙げることができる。アクア
リックCSは、耐塩性が優れているので、特に好ましい
吸水性樹脂である。
はポルトランドセメントであるが、その他のセメント、
例えば白色セメント、アルミナセメント、高炉セメント
等も単独で、又は他のセメントと混合して用いることが
できる。通常、セメントと共に用いられる混和剤につい
ても、公知の混和剤を適宜用いることができる。
カとアルミナとを主成分とするモンモリロナイトを主と
した粘土であり、その平均粒子径が10〜100μm、
好ましくは30〜50μmの微粉末であり、吸水性およ
び膨潤性に富んでいる。ベントナイトは産地や粒径等に
より物性や膨潤力が異なるため、これらを考慮して選択
されるべきである。好ましいベントナイトの例として
は、例えば米国ワイオミング州産(吸液倍率は7.5g
/g)、栃木産(4.6g/g)等を挙げることができ
る。
充填の施工例を示す。なお、以下の説明において、水や
ベントナイトを含まない空洞充填材F1,F2,B 1 に
よる施工例は参考例である。 (施工例1) 図1及び図2に示す施工例は、山岳等にトンネルを掘削
するため各種工法で地山に孔1を掘削するに際して、岩
盤(地山)Gの崩落によって孔1の天端部に空洞Aが発
生した場合に、本発明の空洞充填材を用いてこの空洞A
を充填する例である。
2を、孔1の進行方向に所定間隔を隔てて複数設置す
る。各支保工2は、孔1の内径よりも所定寸法だけ小径
とされており、例えば、所定の曲率に湾曲形成されたH
型鋼材を複数本接続することによってリング状に形成さ
れている。次いで、矢板3を、前記設置した支保工2,
2,…上と、孔1の天端部との間に挿入して設置し、空
洞Aの下方全体を覆うようにする。この矢板3には、例
えば鋼製のキーストンプレートが用いられる。
用いる空洞充填材F1は、例えばセメントと混和剤と耐
塩性の吸水性樹脂とを粉末状態で混合した粉体組成物で
あってもよい。この場合はこの粉体組成物を矢板3の上
に載置する。矢板3の外側から空洞A内にホースを挿入
して水をこの空洞A内に注入するか、又は空洞A内に滲
み出す自然湧水が載置された空洞充填材F1を浸潤する
と、空洞充填材F1は、これに配合されている吸水性樹
脂が水を吸収することによって体積が急速に膨張し、空
洞Aに広がる。この状態で、時間の経過と共に空洞充填
材F1中に配合されたセメントが硬化することにより強
度が発現し、空洞Aが固化物で充填される。
メントと混和剤とを所定の配合比で混合し、これに耐塩
性の吸水性樹脂を水溶性有機溶剤(プロピレングリコー
ル等)と混合した液状物を加え、流動性にした組成物で
あってもよい。空洞充填材F1が流動性とされている場
合は、図2に示すように、三叉パイプ6を用い、第一の
枝管は空洞充填材F1を圧送するホース5Aに接続し、
第二の枝管は水を送給するホース5Bに接続し、開放さ
れた第三の枝管の先端部6bを注入ノズルとして、矢板
3の外側の凹凸によって形成された隙間から前記の空洞
Aに挿入する。この状態で、ホース5Aから空洞充填材
F1を圧送し、ホース5Bからは水を送給する。する
と、三叉パイプ6の合流部6aにおいて空洞充填材F1
と水とが混合され、形成された混合物が先端部6bから
空洞A内に注入される。
これに配合されている吸水性樹脂が水を吸収することに
よって体積が急速に膨張し、空洞Aを満たす。この状態
で、時間の経過と共に空洞充填材F1中に配合されたセ
メントが硬化することにより強度が発現し、空洞Aの固
化物による充填が完了する。
す。ここでは先ず、前記の施工例1と同様に支保工2と
矢板3とを設置する。次いで、矢板3の外側から空洞A
内に挿入した第一のホース7で、流動性の空洞充填材F
1を空洞A内に注入する。続いて、矢板3の外側から空
洞A内に挿入した第二のホース8で水を空洞A内に注入
する。このホース8は、その周面に多数の孔8aが形成
されており、これによって、水はこれらの孔8aから空
洞A内に既に注入されている空洞充填材F1に散布され
ることになる。
材F1は、散布された水を吸水性樹脂が吸収することに
より急速に膨張して空洞Aを満たし、セメントの硬化に
より強度が発現し、空洞Aの固化物による充填が完了す
る。
に示す。これは空洞A’の規模が小さく、かつ岩盤Gか
ら地下水が滲み出てくる場合に適用可能な施工例であ
る。この施工例では、まず孔1内に複数の支保工2を設
置する。次に、設置した支保工2上に矢板3を設置する
が、この矢板3の表面には、空洞A’と対応した位置に
空洞充填材F2を塗布しておく。
と混和剤とを所定の配合比で混合し、これに耐塩性の吸
水性樹脂を少量(例えば吸水性樹脂1gに対して5ml)
の水溶性有機溶剤(プロピレングリコール等)と混合し
た高粘度の流動物を混練したものである。
矢板3の表面に塗布され付着した状態を維持している。
この矢板3を、支保工2上と孔1の天端部との間に挿入
設置した後、放置すると、空洞A’の岩盤Gの表面から
滲み出した地下水が、矢板3に塗布された空洞充填材F
2上に滴下し、これを浸潤する。このとき空洞充填材F
2は、これに配合されている吸水性樹脂が先ず吸水し、
膨張して空洞A’を満たし、この後、時間の経過と共に
配合されているセメントが吸水し硬化することによって
空洞充填材F2自体が硬化し、空洞A’の固化物による
充填が完了する。
でなく、トンネルの覆工材としてセグメントを用いる場
合のセグメントの裏込め等にも適用することができる。
特に、テールシールを備えないトンネルボーリングマシ
ン等を用いる場合、空洞充填材の水溶性有機溶剤として
少量のプロピレングリコール等を用いることによって、
空洞充填材の粘度を高めることができ、天端側において
もセグメント端部から空洞充填材が流れ出すこともな
く、円滑に充填作業を行うことが可能となる。
空洞に充填した後に、必ずしも水により体積を膨張させ
る操作を必要としない場合の施工例である。この施工例
においては、基本的に吸水性樹脂とセメントと水とが予
め混合され、流動性とされた空洞充填材(以下「空洞充
填材B」と記す)を用いる。
B1 )は、吸水性樹脂、セメント及び水を必須成分とし
て含む組成物であって、この組成物の水への流出率が4
0%以下、好ましくは30%以下、最も好ましくは10
%以下に調整され、かつフロー値が140〜210範囲
内に調整されたものである。
ているので、1本のホースから空洞に注入するだけでセ
メントが硬化し、充填が完了する。この空洞充填材B1
は、流出率が40%以下に調整されているので、地下水
存在下での空隙充填においても、硬化完了までの期間に
水中への流失が防止でき、その結果、湧水の存在するト
ンネル等の人工構造物と岩盤等との間に空洞が発生した
天端部にも、注入時の流失が著しく少なく、地下水や工
事現場周辺への環境汚染を起こさず、確実かつ効率的に
限定注入することが可能になる。また、フロー値が14
0〜210に調整されているので可塑性がありポンプに
よる注入が可能であり、しかも注入後には打設場所に留
まるので限定注入に適している。すなわち、重力に抗し
た盛り上げ充填が容易になり、その結果、トンネル等で
の人工構造物と岩盤や地盤との間に発生した空隙の天端
部にも届くようになり、確実かつ効率的に充填を完了す
ることが可能になる。
B2 )は、吸水性樹脂、ベントナイト、セメント及び水
を必須成分として含む組成物であって、水を100とす
るときの重量比で、吸水性樹脂:ベントナイト:セメン
トが0.1〜5:20〜80:10〜60とされている
ものである。
B1 と同様に、予め水が配合されているので、1本のホ
ースから空洞に注入するだけでセメントが硬化し、充填
が完了する。この空洞充填材B2 は、トンネル等の人工
構造物と岩盤等との間に発生した空洞の充填に使用する
ことができ、目的の箇所に限定的に容易に注入すること
が可能となる。また、地下水等の湧水下でも、重力に抗
した盛り上げ充填等を、時間的にも材料的にも高効率
に、しかも環境汚染を回避しながら行うことができる。
更に、本組成物の比重は、1.1〜1.4と比較的小さ
いので、特にトンネル天端部空洞等への注入時の覆工等
への荷重も小さく、安全に注入が行えるようになる。
れであっても、注入以前に吸水性樹脂が飽和状態まで吸
水して膨潤が完了していてもよいが、加える水量を調節
するか、又は調製から注入までの時間を調節することに
よって、吸水性樹脂の膨張が未完了の状態で空洞内に注
入することもできる。膨張が未完了の状態で注入した場
合には、空洞内で更に膨張が進行するので、空洞内の狭
い間隙等へも進入が可能となり、更に緻密な充填施工が
行えるようになる。いずれにしても空洞充填材Bは、充
填後に必ずしも水を供給する必要がないので、充填する
ためのポンプは一つで充分であり、全体の設備をコンパ
クトにすることができる。このため短時間での施工や小
規模の空洞の充填にも容易に適用することができる。
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。以下の実施例に用いた吸水性樹脂は、下記の
方法により調製した。
ブルフラスコにアクリル酸ナトリウム0.33モル、ア
クリルアミド0.78モル、N,N−メチレンビスアク
リルアミド0.0011モルおよび水164.9gを仕
込み、均一に溶解させた。フラスコ内を窒素置換したの
ち、湯浴上で25℃に加熱し、20%過硫酸ナトリウム
水溶液1.94gおよび1%L−アスコルビン酸水溶液
1.94gを添加し、攪拌を停止して重合させた。重合
開始後発熱し、40分後に90℃まで昇温した。液温の
上昇が停止した時点で浴温を90℃に維持し、40分間
熟成を行った。得られた重合物を細分化したのち160
℃で3時間乾燥し、粉砕した後ふるい分けし、粉末状の
吸水性樹脂Aを得た。この吸水性樹脂Aの、20重量%
セメント水に対する吸液倍率(前記式3による)は35
g/gであった。
5リットルの卓上型ジャケット付きニーダー(内面は3
弗化エチレンでライニング処理)に、メタクリル酸ナト
リウム2.64モルを含有する37%メタクリル酸ナト
リウム水溶液、メトキシポリエチレングリコール(EO
付加モル数9モル)メタクリレート0.15モル、イオ
ン交換水50.0g及び架橋剤としてポリエチレングリ
コールジアクリレート0.0001モルを仕込んだ。こ
れを窒素ガス気流下、攪拌しながらジャケットに40℃
の温水を流して内容物を40℃に昇温した後、重合開始
剤として10%2,2’−アゾビス(2−アミジノプロ
パン)塩酸塩水溶液11.8g(V−50,0.15モ
ル%)を添加して10秒間攪拌した後、攪拌を停止し
た。直ちに重合が開始して59分でピーク温度69℃に
到達した。次いで、ジャケット温度を80℃に上げて1
時間熟成した。熟成終了後、ブレード回転数36rpm
で10分間の解砕を行った。得られた微細な含水ゲルを
熱風循環式乾燥機で120℃、4時間乾燥した。乾燥
後、卓上簡易型粉砕機(協立理工株式会社製)を用いて
粉砕し、吸水性樹脂Bの粉末を得た。得られた吸水性樹
脂Bの吸液倍率は36g/gであった。
ブルフラスコにアクリル酸ナトリウム1.25モル、ア
クリル酸8.42モルとからなるアクリル酸塩単量体の
37%水溶液400g及びN,N−メチレンビスアクリ
ルアミド0.0004モルを仕込み、均一に溶解させ
た。フラスコ内を窒素置換したのち、湯浴上で25℃に
加熱し、20%過硫酸ナトリウム水溶液1.67g及び
1%L−アスコルビン酸水溶液1.67gを添加し、攪
拌を停止して重合し、ゲル状含水重合物を得た。得られ
た重合物を細分化したのち、160℃で3時間乾燥し、
粉砕した後ふるい分けし、粉末状の吸水性樹脂Cを得
た。吸水性樹脂Cの吸液倍率は18g/gであった。
「ジオライト30」及び「ジオライト10」であり、ベ
ントナイトは米国ワイオミング州産及び栃木産であっ
た。前者の吸液倍率は7.5g/gであり、後者は4.
6g/gであった。
水性樹脂、セメント、ベントナイト、及び水を表1に示
す重量比で配合し、機械練り用混練機(JIS R−5
201)を使用して実施例の空洞充填材を調製した。調
製に際しては、最初に水を注入し、混練機を始動させ、
次いでセメント、ベントナイト、及び吸水性樹脂を投入
し、3分間混練し、実施例の空洞充填材を得た。 (比較例の調製)前記実施例と同様にして、ただし吸水
性樹脂を添加せずに比較例の空洞充填材を調製した。
測定した。水流出率試験は、120mlのPP容器中に、
混練終了から5分経過した混和物を充填し、次にこの充
填容器を1000ml中の水に浸漬し、130rpm で上層
の水を攪拌し、5分間攪拌後に容器を取り出し、残存す
る混和物の重量から前記の式2により、水への流出率を
求めた。施工試験は、アクリル板で作製した容器(幅4
00mm、長さ1000mm、高さ350mm)中に水を張
り、底部より、表1の各実施例及び比較例で得られた空
洞充填材を口径50mmのノズルからポンプで容器中に圧
送し、ポンプ圧送性(可能を○、不可を−で示す)及び
充填状態を下記のランク付けにより評価した。 ◎:容器中の水がほとんど濁らずに凸状に充填できた。 ○:容器中の水が少し濁ったが凸状に充填できた。 △:容器中にこてですくって上から投入することにより
凸状に充填できた。 ×:容器中の水が濁り凸状に充填できなかった。 結果を表1に示す。
脂、ベントナイト、セメント及び水を含み、流出率が4
0%以下であり、フロー値が140〜210の範囲内で
ある実施例1〜実施例7の吸水性樹脂は、ポンプ圧送が
可能であり、しかも殆ど水に流失することなく水中にお
ける限定充填が行えたことがわかる。実施例8,9は、
流出率がゼロであり限定充填は可能であるが、フロー値
が140未満であったために、ポンプ圧送はできなかっ
た。比較例の空洞充填材は、吸水性樹脂を含まないため
に流出率が100%で水中での充填はできず、またフロ
ー値も過度に高いため、限定充填も不可能であった。
洞充填材は、少なくとも吸水性樹脂、ベントナイト、セ
メント及び水を含み、流出率が40%以下、フロー値が
140〜210、セメントの水に対する重量比が1/1
0〜6/10、かつ吸液指数が1〜3の範囲内としたの
で、別途水を供給しなくても、例えばトンネル掘削時に
その天端部に生じた空洞や間隙を確実に埋めることがで
き、しかも流動性が適度に制限され周囲の水中に流失す
ることもないので水中での限定充填が可能となる。従っ
て、簡易な装置と単純な操作により、空洞や間隙に確実
に定着することができ、周囲の地山の安定化を図ること
ができる。そして、用いる原料はいずれも安価に入手す
ることができるので、従来用いられてきた発泡ウレタン
等に比べて、充填効果を低コストで達成することがで
き、充填材料を大量に使用することの多い建設分野にお
いて大きな経済効果を得ることが出来る。請求項2に係
る発明はベントナイトの水に対する重量比を2/10〜
8/10の範囲内とし、さらに請求項3に係る発明は水
を100とするときの重量比で吸水性樹脂を0.1〜5
の範囲内としたので、各種の空洞の充填に好適なバラン
スのとれた流動性と、限定充填性と、比重と、硬化後強
度とを有するものとなり、特にトンネル天端部空隙等に
対し有用な盛り上げ限定注入が可能である。なお、これ
らの成分は、注入前に混合しておくことにより流動性と
なりポンプ圧送等により簡易に注入でき、目的とする充
填を湧水の有無に拘らず確実に効率的に行うことが出来
る。また、環境汚染の心配もなく、注入時の覆工等への
荷重による危険も少なく安全に注入が行える。
生したトンネルの一例を示す立断面図である。
一例を示す立断面図である。
る。
である。
Claims (3)
- 【請求項1】 地山の空洞や間隙等の充填材として用い
る空洞充填材であって、少なくとも吸水性樹脂、ベント
ナイト、セメント及び水を含む組成物からなり、この組
成物の水への流出率が40%以下であり、かつこの組成
物のフロー値が140〜210の範囲内であり、 この組成物中のセメントの水に対する重量比が1/10
〜6/10の範囲内であり、かつこの組成物の、下記式 吸液指数=(吸水性樹脂配合量(g)×吸水性樹脂の吸
液倍率+ベントナイト配合量(g)×ベントナイトの吸
液倍率)/水の配合量(g)で規定される吸液指数が1
〜3の範囲内であることを特徴とする空洞充填材。 - 【請求項2】 請求項1に記載の空洞充填材において、
ベントナイトの水に対する重量比が2/10〜8/10
の範囲内であることを特徴とする空洞充填材。 - 【請求項3】 請求項2に記載の空洞充填材において、
水を100とするときの重量比で、吸水性樹脂が0.1
〜5の範囲内であることを特徴とする空洞充填材。
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CN115784705A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-03-14 | 天津大学 | 一种用于渗漏空洞封堵的抢险注浆材料和工艺 |
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1997
- 1997-09-11 JP JP24728597A patent/JP3492501B2/ja not_active Expired - Lifetime
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