JP4469842B2 - トンネル掘削機における注入のための方法および組成物 - Google Patents

Description

本発明は、土圧バランス型シールドトンネル掘削機およびこれにおいて用いるための組成物に関する。

大きい直径の切断ヘッドを有するトンネル掘削機（ＴＢＭ）は、十分知られており、広く用いられている。柔軟な地盤において掘削するために、通常用いられているタイプは、シールドＴＢＭである。この機械において、ＴＢＭおよびこの付属機器は、円筒形の本体（「シールド」として知られている）中に収納されている。シールド内で、切断ヘッドの後方に、掘削された土壌を受ける作業チャンバーおよびこれを搬出するためのコンベヤーがある。シールドＴＢＭの他の変形は、土圧バランス型ＴＢＭ（ＥＰＢＭ）である。このような機械において、掘削された表面を、掘削された表面を維持することおよび土壌を搬出することの両方を補助する水性泡の注入により維持する。表面における圧力を、表面を維持するが、表面における土壌が隆起して、この結果表面上の建物への損傷を生じないレベルに維持し、従って名称が「土圧バランス型」である。圧力を、ＴＢＭの速度、泡注入速度および圧力により、並びにコンベヤーによる土壌採取速度により制御する。さらに、泡は、柔軟な土壌における恒常的な問題である切断ディスクの目詰まりを防止するのを補助する。

ここで、顕著に改善された性能が、ＥＰＢＭの使用において追加の物質を注入することにより得られることが、見出された。従って、本発明は、土圧バランス型ＴＢＭによりトンネルを掘削する方法であって、発泡水性溶液および水溶性アクリル酸ベースポリマーの水性溶液の切断ヘッドにおける注入を含む、前記方法を提供する。

泡を、一般的に、少なくとも１種の界面活性剤の水性溶液を発泡させることにより、発生させることができる。発泡させることができるすべての界面活性剤は、本発明において用いるのに適しているが、好ましい界面活性剤は、硫酸エステル類、硫酸エーテル類およびスルホネート類を含む。

好適な界面活性剤の好ましい例には、ポリアルキレンアルキルエーテルスルフェートが含まれ、ここで、ポリアルキレンオキシド鎖は、１〜３個のアルキレンオキシド単位の平均の鎖の長さを有する。界面活性剤が、ラウリルエーテルスルフェートである場合には、エーテル部分が、２つを超えないオキシエチル単位で構成されているのが好ましい。

典型的な商業的な材料には、東邦化学工業社の「アルスコープ(Alscope)」（登録商標）シリーズが含まれる。
他の特に好ましいタイプには、モノイソプロパノールアンモニウムラウリルアルコールスルフェート（例えば「スルフェタール(Sulfetal)」（登録商標）Ｃｊｏｔ ６０として商業的に入手できる）、例えば「ロードカル(Rhodocal)」（登録商標）Ａ−２４６−Ｌとして商業的に入手できる、α−オレフィンスルホネート（ＣＡＳ登録番号６８４３９−５７−６）、並びにＣ_８〜２２脂肪族アルコール硫酸塩およびＣ_８〜２２脂肪族アルコールエーテル硫酸塩が含まれ、脂肪族アルコールは、好ましくは、ラウリルアルコールであり、エーテルは、１〜３個のアルキレンオキシド単位のアルキレンオキシド（好ましくはエチレンオキシド）鎖で形成したエーテルであり、塩形成陽イオンは、好ましくは、アルカリ金属、マグネシウムおよびアルカノールアミンから選択されている。

水溶性アクリル酸ベースポリマー類は、十分知られている商業的な材料である。本発明において用いるための材料は、２，０００〜２０，０００、好ましくは２，０００〜１０，０００およびさらに好ましくは４，０００〜６，０００の比較的低い分子量を有する。小さい比率のアクリル酸以外のモノマーが、許容され得る（１０重量％を超えない）が、ポリマーが、１００％アクリル酸であるのが好ましい。本発明における用語「アクリル酸」の使用は、酸自体のみならず、この塩をも含む。好ましいアクリル酸は、１価の陽イオン、例えばナトリウム、カリウム、アンモニウムまたは第三もしくは第四アミンの塩である。

アクリル酸ベースポリマー溶液および発泡性の界面活性剤溶液を、別個の溶液として用いることができるか、またはこれらを、組み合わせることができる。従って、本発明はまた、土圧バランス型トンネル掘削機と共に用いるための発泡溶液であって、アクリル酸ベースポリマーの水性溶液および硫酸エステル類、硫酸エーテル類およびスルホネート類から選択された陰イオン性界面活性剤の水性溶液を含む、前記発泡溶液を提供する。

界面活性剤溶液を、発泡させ、切断ヘッドを介して注入することができる。界面活性剤を、好ましくは、掘削された土壌１Ｍ^３あたり０．２〜４Ｋｇ、一層好ましくは０．５〜２Ｋｇ、最も好ましくは０．５〜１．５Ｋｇの乾燥材料の比率で注入し、アクリル酸ベースポリマーを、掘削された土壌１Ｍ^３あたり０．０５〜２．０Ｋｇ、好ましくは０．１〜１．０Ｋｇ、一層好ましくは０．２〜０．５Ｋｇの乾燥ポリマーの比率で注入する。

本発明の方法は、ＥＰＢＭと共に泡を用いる従来の方法にまさる多数の利点を有する。アクリル酸ベースポリマーは、この状況において、土壌のための可塑剤として作用することが見出された。これは、３つの重要な結果を有する。先ず、これにより、容易な採取に最良に適合した土壌コンシステンシーが、一層容易に達成されるのが可能になる。第２に、最適な土壌コンシステンシーをこのように達成することにより、切断ヘッドにおける低下したトルクがもたらされるか、または所定のトルクにおいて、一層高い掘削速度がもたらされる。第３に、これにより、土壌を可塑化するために必要な水を減少させることが可能になる。次に、このことは、土壌を、一層容易に廃棄することができることを意味する。土壌を埋め立て地に廃棄するのが好ましいが、これは、しばしばこのようなことがあるが、水分が過度に高い場合には、可能ではなく、共に一層高価であり、比較的好都合ではない、補助的な脱水手順を用いるか、または代替の廃棄方法を用いることを余儀なくされる。

本発明を、以下の非限定的な例を参照して、さらに記載する。
例
１２０ｍｍの広がり（ＤＩＮ １８５５５−２による）を有する標準的な土壌の試料を、１０のＦＥＲ（泡膨張比率）を有する３０％ＦＩＲ（泡注入比率）の泡と混合する。用いる発泡した液体の量は、土壌１ｄｍ^３あたり３０ｇである。

用いた泡は、以下の通りである：
ａ）３％（重量）の商業的に入手できる発泡剤の溶液から製造された泡（メイコ(MEYCO)（登録商標）ＦＩＸ ＳＬＦ ２０）；
ｂ）３％のメイコ（登録商標）ＦＩＸ ＳＬＦ ２０および
５０００の重量平均ＭＷを有するポリアクリル酸のナトリウム塩の４５％溶液２％
を含む溶液から製造された泡。

これは、本発明において用いる組成物の可塑化効果を明らかに示す。発泡組成物を用いずに、本発明の組成物により達成された２６０ｍｍの広がりを達成するためには、土壌１ｄｍ^３あたり１７０ｇの割増の水が、必要であった。トンネル形成用途において、この水の存在は、土壌を埋め立て地において用いることができる前の脱水手順の必要性または廃棄の代替の手段のいずれかを意味する。

Claims (4)

1. 土圧バランス型トンネル掘削機によりトンネルを掘削する方法であって、発泡水性溶液および分子量が２，０００〜２０，０００である水溶性アクリル酸ベースポリマーの水性溶液の切断ヘッドにおける注入を含む、前記方法。
2. 発泡のための水性溶液および水溶性アクリル酸ベースポリマーの水性溶液を、単一の材料として加える、請求項１に記載の方法。
3. 土圧バランス型トンネル掘削機と共に用いるための発泡溶液であって、分子量が２，０００〜２０，０００であるアクリル酸ベースポリマーの水性溶液、ならびに硫酸エステル類、硫酸エーテル類およびスルホネート類から選択された陰イオン性界面活性剤を含む、前記発泡溶液。
4. 界面活性剤が、エーテル部分が最大で２つのオキシエチル単位からなるラウリルエーテルスルフェートである、請求項３に記載の発泡溶液。