JP4705211B2

JP4705211B2 - Drilling stabilization liquid, manufacturing method and processing method thereof, and drilling method

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Publication number: JP4705211B2
Application number: JP22522199A
Authority: JP
Inventors: 克之河野; 照夫菊田
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2019-08-09
Also published as: JP2000212551A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削された穴の壁面等の崩れを防止する掘削安定液、その製造方法およびこの掘削安定液を用いた掘削工法と、廃棄の際の掘削安定液の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下鉄建設工事等のボーリング工事において、通常、掘削された穴の壁面の崩れを防止するために、ベントナイトを含む掘削安定液（掘削泥水ということもある。）を用いて壁面の安定化を図っている。近年、地下鉄建設工事等で、使用済の掘削安定液を廃棄する際の廃泥処理の簡便さからベントナイトの含有量を減らした掘削安定液が用いられている。掘削安定液中のベントナイトの含有量を減らすと、掘削安定液の粘度が低下し、壁面を安定化させる能力（濾水性）が低下したり、ベントナイトが沈降してしまい、掘削安定液として用いることができなくなる。このような問題を解決するために、通常、掘削安定液には、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤が配合されているが、ＣＭＣは腐敗しやすいという問題や、分散しにくく、安定した物性の掘削安定液が得られないという問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、特開昭６０−１３３０８４号公報には、アクリル酸ソーダを含む単量体を油中水型乳化重合して得られた油中水型重合体エマルションをベントナイトの分散液に配合した泥土化材組成物が開示されている。しかし、この組成物は、引火性を有するため取扱いにくく、消防法の危険物の対象となっており、廃泥に油が混入するという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、腐敗しにくく、粘度が高く、濾水性に優れた掘削安定液、その製造方法およびこの掘削安定液を用いた掘削工法と、廃棄の際の掘削安定液の処理方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために種々検討し、実験を重ねた結果、アルカリ性物質と反応することによって増粘する増粘性ポリマーを含有するエマルションを必須成分とする掘削安定液によって、上記課題が一挙に解決されることを見いだし、本発明に到達した。
【０００６】
すなわち、本発明にかかる掘削安定液は、アルカリ性物質により増粘するポリマーを含有し、前記ポリマーとなる単量体成分を水中で乳化重合して得られる水性エマルションを必須成分とし、前記単量体成分がカルボキシル基含有単量体、スルホン酸基含有単量体、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ヒドロキシエチルおよび酸性リン酸エステル基含有単量体の中からのみ選ばれている、ものである。
【０００７】
本発明にかかる掘削工法は、上記掘削安定液を用いて掘削穴内壁面の崩壊を防止しながら地中を掘削する工法である。
本発明にかかる掘削安定液の処理方法は、上記掘削安定液を廃棄する際に処理する方法であって、前記掘削安定液にカチオン系の凝集剤を添加することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
〔エマルション〕
本発明で用いられるエマルションは、アルカリ性物質により増粘するポリマー（以下、このポリマーを増粘性ポリマーという。）を含有しており、増粘することによって、掘削安定液の粘度が高まり濾水性が向上するようになる。このエマルションは、水媒体中に増粘性ポリマーが分散されているエマルション、すなわち、水性エマルションであり、油中水型重合体エマルションと比較して、引火しにくく、安全性が高い。
【０００９】
本発明で用いられるエマルションは、たとえば、単量体成分を水中で乳化重合して得ることができる。乳化重合で得られたエマルションに含まれる増粘性ポリマーは、分子量が大きく、増粘性が高いため濾水性が高いという特長がある。
単量体成分としては、アルカリ性物質により親水性が高まる基を含有する重合性単量体（Ａ）を必須とし、その他の重合性単量体を含有することがある成分を挙げることができる。アルカリ性物質により親水性が高まる基としては、カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基等の酸性基、容易に加水分解して酸基が生成するカルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、リン酸エステル基等をあげることができる。
【００１０】
重合性単量体（Ａ）としては、たとえば、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸等のカルボキシル基含有重合性単量体；ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、スルホエチル（メタ）アクリレート等のスルホン酸基含有重合性単量体；ｐＨ１０のアルカリ水溶液中でアクリル酸ブチルより加水分解性の高い重合性単量体、たとえば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ヒドロキシエチル等の比較的容易に加水分解して酸基が生成するカルボン酸エステル基含有重合性単量体；２−（メタ）アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、２−（メタ）アクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、２−（メタ）アクリロイルオキシ−３−クロロプロピルアシッドホスフェート、２−（メタ）アクリロイルオキシエチルフェニルホスフェート等の酸性リン酸エステル基含有重合性単量体等を挙げることができ、これらが１種または２種以上使用される。
【００１１】
その他の重合性単量体としては、たとえば、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、クロロメチルスチレン等のスチレン系重合性単量体；（メタ）アクリルアミド、Ｎ−モノメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−モノエチル（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）アクリルアミド系重合性単量体；メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル等のメタクリル酸と炭素数１〜１８のアルコール（環式アルコールを除く）とのエステルや、アクリル酸と炭素数４〜１８のアルコール（環式アルコールを除く）とのエステルである（メタ）アクリル酸エステル系重合性単量体；（メタ）アクリル酸シクロヘキシル等のシクロヘキシル基含有重合性単量体；メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシプロピル等の（メタ）アクリル酸とポリプロピレングリコールとのモノエステルであるヒドロキシル基含有（メタ）アクリル酸エステル系重合性単量体；ポリエチレングリコール（メタ）アクリルエステル等のポリエチレングリコール鎖含有重合性単量体（ただし、アクリル酸２−ヒドロキシエチルを除く）；酢酸ビニル；（メタ）アクリロニトリル；Ｎ−ビニルピロリドン、（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチル、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリルアミド、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の塩基性重合性単量体；Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ブトキシメチル（メタ）アクリルアミド等の架橋性（メタ）アクリルアミド系重合性単量体；ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−（メタ）アクリロイルプロピルトリメトキシシラン、ヒニルトリス（２−メトキシエトキシ）シラン、アリルトリエトキシシラン等のケイ素原子に直結する加水分解性ケイ素基含有重合性単量体；（メタ）アクリル酸グリシジル、アクリルグリシジルエーテル等のエポキシ基含有重合性単量体；２−イソプロペニル−２−オキサゾリン、２−ビニルオキサゾリン等のオキサゾリン基含有重合性単量体；（メタ）アクリル酸−２−アジリジニルエチル、（メタ）アクロイルアジリジン等のアジリジン基含有重合性単量体；フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン含有重合性単量体；（メタ）アクリル酸と、エチレングリコール、１，３−ブチレングリコール、ジエチレングリコール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の多価アルコールとのエステル化物等の分子内に重合性不飽和基を２個以上有する多官能（メタ）アクリル酸エステル系重合性単量体；メチレン（メタ）アクリルアミド等の分子内に重合性不飽和基を２個以上有する多官能（メタ）アクリル酸アミド系重合性単量体；ジアリルフタレート、ジアリルマレート、ジアリルフマレート等の分子内に重合性不飽和基を２個以上有する多官能アリル系重合性単量体；（メタ）アクリル酸アリル、ジビニルベンゼン等を挙げることができ、これらが１種または２種以上使用される。
【００１２】
単量体成分としては、（メタ）アクリル酸および（メタ）アクリル酸エステルを必須成分とする単量体成分が好ましく、掘削安定液の粘度が高くなり、濾水性に優れるようになる。単量体成分としては、メタクリル酸およびアクリル酸エステルを必須成分とする単量体成分が最も好ましく、掘削安定液の粘度が高くなり、濾水性に優れるようになる。
【００１３】
重合性単量体の乳化重合は、乳化剤や重合開始剤を用いて行うのが好ましい。
乳化剤としては、特に限定はなく、たとえば、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤、高分子界面活性剤や、これらの反応性界面活性剤等を挙げることができる。
アニオン系界面活性剤としては、たとえば、ナトリウムドデシルサルフェート、カリウムドデシルサルフェート、アンモニウムアルキルサルフェート等のアルキルサルフェート塩；ナトリウムドデシルポリグリコールエーテルサルフェート；ナトリウムスルホリシノエート、スルホン化パラフィン塩等のアルキルスルホネート；ナトリウムドデシルベンゼンスルホネート、アルカリフェノールヒドロキシエチレンのアルカリ金属サルフェート等のアルキルスルホネート；高アルキルナフタレンスルホン酸塩；ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物；ナトリウムラウレート、トリエタノールアミンオレエート、トリエタノールアミンアビエテート等の脂肪酸塩；ポリオキシアルキルエーテル硫酸エステル塩；ポリオキシエチレンカルボン酸エステル硫酸エステル塩；ポリオキシエチレンフェニルエーテル硫酸エステル塩；コハク酸ジアルキルエステルスルホン酸塩；ポリオキシエチレンアルキルアリールサルフェート塩等の２重結合を有した反応性アニオン乳化剤等を挙げることができ、これらが１種または２種以上使用される。
【００１４】
ノニオン系界面活性剤としては、たとえば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル；ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル；ソルビタン脂肪族エステル；ポリオキシエチレンソルビタン脂肪族エステル；グリセロールのモノラウレート等の脂肪族モノグリセライド；ポリオキシエチレンオキシプロピレン共重合体；エチレンオキサイドと脂肪族アミン、アミドまたは酸との縮合生成物等を挙げることができ、これらが１種または２種以上使用される。
【００１５】
高分子界面活性剤としては、たとえば、ポリビニルアルコールおよびその変性物；（メタ）アクリル酸系水溶性高分子；ヒドロキシエチル（メタ）アクリル酸系水溶性高分子；ヒドロキシプロピル（メタ）アクリル酸系水溶性高分子；ポリビニルピロリドン等を挙げることができ、これらが１種または２種以上使用される。
【００１６】
重合開始剤は、熱によって分解し、ラジカル分子を発生させる物質であり、たとえば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩類；２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩、４，４’−アゾビス（４−シアノペンタン酸）等の水溶性アゾ化合物；過酸化水素等の熱分解系開始剤；過酸化水素とアスコルビン酸、ｔ−ブチルヒドロパーオキサイドとロンガリット、過硫酸カリウムと金属塩、過硫酸アンモニウムと亜硫酸水素ナトリウム等のレドックス系重合開始剤等を挙げることができ、これらが１種または２種以上使用される。
【００１７】
重合性単量体を乳化重合する際の重合温度については、特に限定はなく、好ましくは０〜１００℃、さらに好ましくは４０〜９５℃である。
重合性単量体を乳化重合する際の重合時間については、特に限定はなく、好ましくは、３〜１５時間である。
乳化重合する際に、得られる増粘性ポリマーの物性に悪影響を及ぼさない範囲で、親水性溶媒や添加剤等を加えることができる。
【００１８】
重合性単量体を乳化重合反応系に添加する方法としては、特に限定はなく、一括添加法、重合性単量体滴下法、プレエマルション法、パワーフィード法、シード法、多段添加法等を用いることができる。
乳化重合反応後に得られるエマルション中の不揮発分（増粘性ポリマー）は、６０％以下であるのが好ましく、不揮発分が６０％を超えると、エマルションの粘度が高すぎたり、分散安定性が保てず、凝集するおそれがある。
【００１９】
本発明のエマルションが増粘する機構は、アルカリ性物質よりエマルション中の増粘性ポリマーの親水性が高まり、水中に一部または全部が溶解するか、エマルション粒子が膨潤するか、または、その両方が起こることによると推定される。エマルション中の増粘性ポリマーが全部溶解する場合、その重量平均分子量は１０万以上が好ましい。増粘性ポリマーの重量平均分子量が１０万未満であると、増粘性が低く、掘削安定液としたときの濾水性が低下するおそれがある。架橋性の重合性単量体を用いて得られたエマルションでは、架橋構造をとるために分子量の測定ができない場合があるが、エマルション粒子の膨潤によって増粘する。
【００２０】
増粘性ポリマーの平均粒径については特に限定はないが、好ましくは４０ｎｍ〜１μｍであり、さらに好ましくは５０〜５００ｎｍである。増粘性ポリマーの平均粒径が４０ｎｍ未満であると、増粘性ポリマー製造時の重合安定性が低下したり、増粘性ポリマーの粘度が高くなりすぎるおそれがある。他方、１μｍを超えると、アルカリ性物質を添加しても速やかに増粘しにくく、安定した物性の掘削安定液が得られなくなるおそれがある。
【００２１】
増粘性ポリマーは、アルカリ性物質と反応して増粘するポリマーであり、分子内にカルボキシル基を有するポリマーや、分子内に、カルボン酸エステル基、リン酸エステル基、硫酸エステル基等の容易に加水分解して、酸基が生成する基を有するポリマー等を挙げることができる。これらのうちでも、カルボキシル基を有する増粘性ポリマーは、入手し易く、アルカリ性物質の添加により速やかに中和反応が進行し、親水性の高いカルボキシルイオンとなるため、好ましい。
【００２２】
上記カルボキシル基を有する増粘性ポリマーとしては、カルボキシル基を有する単量体単位が全繰り返し単位の３〜８０モル％占めるポリマーが好ましく、１０〜６０モル％占めるポリマーがさらに好ましい。カルボキシル基を有する単量体単位が全繰り返し単位の３モル％未満であると、増粘性が低く、濾水性が低下するおそれがある。他方、カルボキシル基を有する単量体単位が全繰り返し単位の８０モル％超であると、重合安定性が低下して、凝集したり、凝集物が多くなるおそれがある。
【００２３】
本発明で用いられるエマルションは、上記乳化重合で得られたもの以外に、たとえば、マイクロサスペンション重合や溶液重合したものを再分散したもの等であってもよい。
エマルションとしては、これを希釈してその固形分が１重量％に調整された水溶液の粘度が１〜１０００ｍＰａ・ｓ、好ましくは１〜５００ｍＰａ・ｓ、さらに好ましくは１〜１００ｍＰａ・ｓであり、前記水溶液にアルカリ性物質を添加してｐＨを９に調整した時の粘度が、添加前の２〜１００００倍、好ましくは２〜８０００倍、さらに好ましくは２〜５０００倍となる増粘特性を有するエマルションを挙げることができる。
【００２４】
上記粘度特性を有するエマルションとしては、アルカリ性物質と中和反応や加水分解反応をして、親水性が高まり、エマルション粒子が水により膨潤したり、溶解して全体の粘度を上げる官能基を有するポリマー（増粘性ポリマー）を含むエマルションを挙げることができる。
本発明の掘削安定液は、上記で説明したエマルションを必須成分とする液であり、エマルション調製時や施工直前等の任意の時点で、アルカリ性物質や粘土鉱物および消泡剤等の添加剤をさらに配合してもよい。また、水等も同様に配合しても良い。
〔アルカリ性物質〕
本発明で用いられるアルカリ性物質は、増粘性ポリマーを増粘させるものである。アルカリ性物質としては、たとえば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア（水）、アミン類等を挙げることができ、１種または２種以上使用される。
〔粘土鉱物〕
本発明で用いられる粘土鉱物は、掘削安定液に基本的な粘度特性と濾水性とを付与するものである。粘土鉱物としては、たとえば、セピオライト、アタパルジャイト、エントリガイド、ベントナイト、カオリンクレー、モンモリロナイト、エクトライト、サポナイト、バイデライト、ゼオライト、パリゴルスカライト、雲母等を挙げることができ、１種または２種以上使用される。これらのうちでも、セピオライト、アタパルジャイト、エントリガイド、ベントナイトおよびカオリンクレーから選ばれた少なくとも１種は、濾水性が高いため、好ましい。
〔消泡剤等の添加剤〕
掘削安定液は、上記各成分以外に、たとえば、シリコーン系消泡剤や、プロルニック型消泡剤、鉱物系消泡剤等の消泡剤；ポリアクリル酸系分散剤等の分散剤；ＣＭＣ、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール等の水溶性高分子等の添加剤を配合したものでもよい。これらのうちでも、消泡剤を配合すると取扱いやすくなるため、好ましく、消泡剤がシリコーン系消泡剤およびプロルニック型消泡剤から選ばれた少なくとも１種であると、掘削安定液の製造時や使用時に発泡が抑制される。
【００２５】
掘削安定液を構成する上記各成分の相互割合については、特に限定はないが、掘削安定液１００重量部中、好ましくはエマルションの固形分０．０１〜２０重量部、粘土鉱物０．１〜２０重量部であり、さらに好ましくは、エマルションの固形分０．０５〜１０重量部、粘土鉱物０．５〜１０重量部である。エマルションの固形分が０．０１重量部未満であると、粘度が低く、濾水性が低下するおそれがある。他方、エマルションの固形分が２０重量部超であると、掘削安定液の粘度が高くなりすぎ、取扱いにくくなるおそれがある。粘土鉱物が０．１重量部未満であると、濾水性が低下するおそれがある。他方、粘土鉱物が２０重量部超であると、粘度が高くなりすぎるおそれがある。
【００２６】
掘削安定液を構成するアルカリ性物質の量については、掘削安定液のｐＨが６以上となるのに必要な量であれば、特に限定はないが、好ましくは、上限は、掘削安定液のｐＨが１３以下となる量である。掘削安定液のｐＨが６未満であると、掘削安定液の粘度が低くなるおそれがある。他方、掘削安定液のｐＨが１３を超えると、掘削安定液の濾水性が低下するおそれがある。
【００２７】
掘削安定液は濾水性を低下させない程度に、添加剤を含むことができる。掘削安定液は一般に乳化剤を含むものが多く、その場合、発泡の問題が生じるので、消泡剤を含ませるのが好ましい。消泡剤の配合量については、特に限定はないが、掘削安定液１００重量部中、好ましくは０．００１〜３重量部、さらに好ましくは０．０１〜１重量部である。消泡剤の配合量が０．００１重量部未満であると、消泡効果がほとんど得られないおそれがある。他方、消泡剤の配合量が３重量部を超えると、消泡剤が分離してしまうか、濾水性が低下するおそれがある。
【００２８】
掘削安定液に含まれる水の量については、特に限定はないが、掘削安定液１００重量部中、好ましくは８０〜９９．９重量部、さらに好ましくは９０〜９９重量部である。水の量が８０重量部未満であると、掘削安定液の粘度が高くなり過ぎるおそれがある。他方、９９．９重量部を超えると、掘削安定液の粘度が低くなり過ぎたり、濾水性が低下するおそれがある。
【００２９】
本発明の掘削安定液は、ボーリング工事等において、掘削された穴の壁面等の崩れを防止するために用いられる。掘削安定液を用いたスライム処理等を行うことによって、掘削された穴の壁面等は安定化され、壁面等の崩壊が防止される。
掘削安定液の製造方法については、特に限定はなく、たとえば、必須成分であるエマルションに、上記で挙げたアルカリ性物質や、粘土鉱物、水、消泡剤等の各成分を任意の順番で配合する方法等を挙げることができる。これらのうちでも、アルカリ性物質を配合する場合は、全体をｐＨを６以上に調整して、元のエマルションよりも増粘させて、掘削安定液を製造する方法が好ましく、腐敗しにくく、粘度が高く、濾水性に優れた掘削安定液を簡便に製造することができる。
〔掘削工法〕
本発明にかかる掘削工法は、本発明の掘削安定液を用いて、掘削穴内壁面の崩壊を防止しながら地中を掘削する工法である。ドリル、ＢＷ掘削機、バケット式ハイドロフレーズ、エレクトロミル等の掘削機を用いて地中にトンネル等の掘削穴を形成しなから、掘削安定液をこの掘削穴に満たすと、掘削壁面に掘削安定液が浸透する際に、掘削壁面の表面近傍にマッドケーキと呼ばれる水を通しにくい泥壁層が形成されるようになる。この泥壁層は止水性が高く、掘削壁面を補強し、掘削安定液の水圧が地下水圧よりも大きいために、土の自立高さを越える場合や地下水圧等による掘削穴内壁面の崩壊は、防止されるようになる。
【００３０】
この掘削工法は、たとえば、地中連続壁工法、シールド工法、地中杭工法等の地中を掘削する工法に適用できる。
〔廃棄の際の掘削安定液の処理〕
掘削安定液を用いて掘削を行った後の安定液は、一般に廃泥と呼ばれ、産業廃棄物となるために、脱水処理をして水分と固形分とを分離することが好ましい。また、掘削に使用せずに不要となった掘削安定液を廃棄する際にも、同様に脱水処理をして水分と固形分とを分離することが好ましい。この脱水処理は、一般にフィルタープレス等により水分を絞り出すことにより行われているが、掘削安定液の性質上、水分を絞り出し難いため、脱水工程が困難となっている。このため、通常は、凝集剤を添加することにより安定液中の粘土粒子を凝集させてフィルタープレスにかけることを行っているが、安定液用増粘剤としてＣＭＣを使用している場合には、凝集剤が効果的に働かず、必要以上の量の凝集剤を投入しなければならなかった。
【００３１】
これに対し、本発明の掘削安定液は、増粘剤として、アルカリ可溶性エマルションを使用しているため、特にカチオン系の凝集剤が効果的に働き、少量の凝集剤添加によって、フィルタープレスを用いた脱水処理が難なく行うことができる。
これは、アルカリで溶解した本発明の増粘剤はアニオン電荷を帯びているために、カチオン系の凝集剤を効率的に吸着し、増粘剤同士が凝集剤を介してイオン架橋し、増粘性が低下するため、および、イオン架橋した増粘剤が、ベントナイトなどの粘土粒子をフロック状に凝集させるためであると考えられる。すなわち、カチオン系の凝集剤の添加により、▲１▼増粘性の低下、▲２▼粘土粒子が存在する場合はその凝集、という２つの効果が発揮されるのである。
【００３２】
本発明で用いることができるカチオン系凝集剤としては、例えば、多価金属カチオンを発生させる無機系凝集剤、水溶性カチオンポリマー等の高分子系凝集剤等があり、中でも、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、塩化アルミニウム、硫酸第一鉄、塩化第二鉄、塩化カルシウム、水酸化カルシウム等の無機系凝集剤の効果が高い。また、これらの凝集剤を２種類以上併用してもよい。
【００３３】
【実施例】
以下に、本発明の実施例と比較例とを示すが、本発明は下記実施例に限定されない。以下では、「％」は「重量％」、「部」は「重量部」のことである。
実施例に用いられるエマルション（１）〜（３）を製造例１〜３にしたがって製造した。
【００３４】
−製造例１−
滴下ロート、攪拌機、窒素導入管、温度系および冷却器を備えたフラスコに、イオン交換水６６６部およびハイテノールＮ−０８（第一工業製薬（株）製）９部を仕込み、７２℃で攪拌しながらハイテノールＮ−０８を完全に溶解させた。ハイテノールＮ−０８を含む水溶液を７２℃に保ちながら、フラスコ内を窒素置換した後、滴下ロートより、メタアクリル酸１０５部およびアクリル酸エチル１９５部からなるモノマー混合物のうちの３０部を滴下し、５分間攪拌した。ついで、５％過硫酸カリウム水溶液２５部を投入し、７２℃に保ちながら１０分間攪拌を続け、初期重合を行った。上記モノマー混合物の残り２７０部をフラスコ内の反応混合物に２時間かけて滴下した。滴下終了後、７２℃に保ちながら１時間攪拌を続け、反応混合物を冷却して、重合を終了し、不揮発分濃度３１．０％の増粘性ポリマーを含有したエマルション（１）を得た。
【００３５】
−製造例２−
製造例１において、メタクリル酸６０部、アクリル酸メチル１８０部およびアクリル酸ヒドロキシエチル６０部からなるモノマー混合物を用いる以外は、製造例１と同様にして、不揮発分濃度３０．９％の増粘性ポリマーを含有したエマルション（２）を得た。
【００３６】
−製造例３−
滴下ロート２基、攪拌機、窒素導入管、温度系および冷却器を備えたフラスコに、イオン交換水３２７部およびハイテノールＮ−０８（第一工業製薬（株）製）４部を仕込み、７２℃で攪拌しながらハイテノールＮ−０８を完全に溶解させた。ハイテノールＮ−０８を含む水溶液を７２℃に保ちながら、フラスコ内を窒素置換した後、滴下ロートより、メタアクリル酸１０５部、アクリル酸メチル１９５部および１．６％ハイテノールＮ−０８水溶液３００部を強攪拌して得たプレエマルションのうちの３０部を滴下し、５分間攪拌した。ついで、５％亜硫酸水素ナトリウム水溶液１部および１％過硫酸アンモニウム水溶液４部を投入し、７２℃に保ちながら２０分間攪拌を続け、初期重合を行った。上記プレエマルションの残り５７０部と１％過硫酸アンモニウム水溶液６４部とをフラスコ内の反応混合物に２時間かけて滴下した。滴下終了後、反応温度を８０℃に上げ、１時間攪拌を続け、反応混合物を冷却して、重合を終了し、不揮発分濃度３０．８％の増粘性ポリマーを含有したエマルション（３）を得た。
【００３７】
−実施例１−
上記製造例１で得たエマルション（１）を、掘削安定液の最終総量６００ｍｌに対し固形分で、０．０５重量％となるように計量して、ステンレスカップに入れ、さらにこのステンレスカップに、水道水（塩素イオン濃度０．５ｐｐｍ、カルシウムイオン濃度４０ｐｐｍ、電気伝導度１８０μｓ／ｃｍ）を、後に中和に使用する０．１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液も含めて、最終総量で６００ｍｌとなるように加え、さらにシリコーン系消泡剤であるノプコ８０３４Ｌ（サンノプコ（株）製）を総量の０．１％加えた。
【００３８】
次に、ベントナイトであるクニゲルＶＩ（クニミネ工業（株）製）を、それぞれに総量の３％加え、速やかにハミルトンビーチミキサーを用いて回転速度１２００ｒｐｍで１５分間攪拌した。なお、攪拌開始直後に０．１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液を所定量（表１に示した。）加えた。攪拌後２４時間放置した後、再度ハミルトンビーチミキサーを用いて１５分間攪拌して、掘削安定液（１ａ）を得た。この掘削安定液（１ａ）について、ＡＭＥＲＩＣＡＮＰＥＴＲＯＬＥＵＭＩＮＳＴＩＴＵＴＥ（ＡＰＩ）の試験方法に準じて、ファンネル粘度および濾水量を以下の方法で測定した。結果を表１に示す。
【００３９】
上記でエマルション（１）を、掘削安定液の最終総量６００ｍｌに対し固形分で、それぞれ０．１、０．２、０．３および０．５重量％となるように計量する以外は、上記と同様の方法で掘削安定液（１ｂ）〜（１ｅ）を得て、ファンネル粘度および濾水量を測定した。結果を表１に示す。
上記でエマルション（１）および０．１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液を添加しない場合（ブランク）は、そのｐＨは１１．５、ファンネル粘度１９．５（ｓｅｃ）および濾水量２３．２（ｍｌ）であった。
ファンネル粘度
漏斗型のファンネル粘度計に上記の掘削安定液を５００ｍｌ採り、その全量が流出するまでの時間を測定する。
濾水量
濾水量測定装置のシリンダー（内径７６．２ｍｍ）内に安定液を２９０ｍｌ入れ、直径９ｃｍの東洋濾紙Ｎｏ．４を置き、ドレン付きの蓋をセットする。シリンダーを所定位置に固定し、メスシリンダーをセットした後に窒素ボンベをもちいてシリンダー内に圧力（３ｋｇ／ｃｍ²）をかけ、３０分間に流出する水の量（ｍｌ）をメスシリンダーで測定した。
【００４０】
−実施例２−
実施例１でエマルション（１）の代わりに、製造例２で得たエマルション（２）を用いる以外は、実施例１と同様の方法で掘削安定液（２ａ）〜（２ｅ）を得て、ファンネル粘度および濾水量を測定した。結果を表１に示す。
−実施例３−
実施例１でエマルション（１）の代わりに、製造例３で得たエマルション（３）を用いる以外は、実施例１と同様の方法で掘削安定液（３ａ）〜（３ｅ）を得て、ファンネル粘度および濾水量を測定した。結果を表１に示す。
【００４１】
−比較例１−
ベントナイトであるクニゲルＶＩ（クニミネ工業（株）製）１８ｇと、掘削安定液の最終総量６００ｍｌに対し固形分で、０．０５重量％となるように計量したテルセルローズＤＳ−Ｐ（（株）テルナイト製）とをステンレスカップに加えさらに最終総量が６００ｍｌとなるように水道水（塩素イオン濃度０．５ｐｐｍ、カルシウムイオン濃度４０ｐｐｍ、電気伝導度１８０μｓ／ｃｍ）を加え、速やかにハミルトンビーチミキサーを用いて回転速度１２００ｒｐｍで１５分間攪拌した。攪拌後２４時間放置した後、再度ハミルトンビーチミキサーを用いて１５分間攪拌して、比較掘削安定液（１ａ）を得た。この比較掘削安定液（１ａ）について、ファンネル粘度および濾水量を以下の方法で測定した。結果を表２に示す。
【００４２】
上記でテルセルローズＤＳ−Ｐを、掘削安定液の最終総量６００ｍｌに対し固形分で、それぞれ０．１、０．２、０．３および０．５重量％となるように計量する以外は、上記と同様の方法で比較掘削安定液（１ｂ）〜（１ｅ）を得て、ファンネル粘度および濾水量を測定した。結果を表２に示す。
−比較例２−
比較例１でテルセルローズＤＳ−Ｐの代わりに、テルポリマー３０（（株）テルナイト製）を用いる以外は、比較例１と同様の方法で比較掘削安定液（２ａ）〜（２ｅ）を得て、ファンネル粘度および濾水量を測定した。結果を表２に示す。
【００４３】
【表１】

【００４４】
【表２】

−実施例４−
上記製造例３で得たエマルション（３）を、最終総量６００ｍｌに対し固形分で０．２重量％となるようにステンレスカップに入れ、さらにこのステンレスカップに、イオン交換水を、後に中和に使用する０．１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液も含めて、最終総量で６００ｍｌとなるように加え、さらにシリコーン系消泡剤であるノプコ８０３４Ｌ（サンノプコ（株）製）を総量の０．１重量％加えた。
【００４５】
次に、ベントナイトであるクニゲルＶＩ（クニミネ工業（株）製）を、それぞれに総量の３％加え、速やかにハミルトンビーチミキサーを用いて回転速度１２００ｒｐｍで攪拌し、攪拌開始直後に０．１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液を７．５ｇ加え、２５分間攪拌した。次に、凝集剤を添加しないか、あるいは、硫酸バンドまたは塩化カルシウムを固形分でそれぞれ０．５重量％となるように加え、さらに５分間攪拌して、凝集処理した安定液を得た。そのファンネル粘度および濾水量を上述と同様の方法で測定した。結果を表３に示した。
【００４６】
−比較例３−
ベントナイトであるクニゲルＶＩ（クニミネ工業（株）製）１８ｇと、掘削安定液の最終総量６００ｍｌに対し固形分で０．３重量％となるように計量したテルポリマー３０（（株）テルナイト製）とをステンレスカップに加え、さらに最終総量が６００ｍｌとなるようにイオン交換水を加え、速やかにハミルトンビーチミキサーを用いて回転速度１２００ｒｐｍで攪拌し、次に、凝集剤を添加しないか、あるいは、硫酸バンドまたは塩化カルシウムを固形分でそれぞれ０．５重量％となるように加え、さらに５分間攪拌して、凝集処理した比較用安定液を得た。そのファンネル粘度および濾水量を上述と同様の方法で測定した。結果を表３に示した。
【００４７】
【表３】

【００４８】
【発明の効果】
本発明にかかる掘削安定液は、腐敗しにくく、粘度が高く、濾水性に優れたものである。
本発明にかかる掘削安定液の製造方法は、掘削安定液を簡便に製造することができる。
【００４９】
本発明にかかる掘削工法は、上記掘削安定液を用いているため、掘削穴内壁面の崩壊を確実に防止することができる。
本発明にかかる掘削安定液の処理方法は、上記掘削安定液を用いているため、脱水処理を容易に行うことができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drilling stabilization liquid that prevents collapse of a wall surface or the like of a drilled hole, a manufacturing method thereof, a drilling method using the drilling stabilization liquid, and a processing method of the drilling stability liquid at the time of disposal.
[0002]
[Prior art]
In drilling work such as subway construction work, in order to prevent the wall of the drilled hole from collapsing, the wall surface is stabilized by using a drilling stabilizer (sometimes called drilling mud) containing bentonite. Yes. In recent years, excavation stabilizers with reduced bentonite content have been used in subway construction work and the like because of the ease of waste mud treatment when discarding used excavation stabilizers. If the content of bentonite in the excavation stabilizer is reduced, the viscosity of the excavation stabilizer will decrease, the ability to stabilize the wall surface (drainage) will decrease, or bentonite will settle, and it should be used as an excavation stabilizer. Can not be. In order to solve such problems, the drilling stabilizer usually contains a thickener such as carboxymethylcellulose (CMC). However, CMC is susceptible to spoilage and is difficult to disperse and stable. There was a problem that a stable excavation liquid with physical properties could not be obtained.
[0003]
In order to solve such problems, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-133084 discloses a water-in-oil polymer emulsion obtained by water-in-oil emulsion polymerization of a monomer containing sodium acrylate, and bentonite. A mudizing material composition blended in the dispersion of is disclosed. However, since this composition has flammability, it is difficult to handle, and is a target of dangerous materials under the Fire Service Law, and there is a problem that oil is mixed into waste mud.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the problem to be solved by the present invention is a drilling stabilizer that is not easily spoiled, has a high viscosity, and is excellent in drainage, its manufacturing method, a drilling method using this drilling stabilizer, and the stability of drilling at the time of disposal. It is to provide a liquid processing method.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has made various studies to solve the above problems, and as a result of repeated experiments, the drilling stabilizing liquid containing an emulsion containing a thickening polymer that thickens by reacting with an alkaline substance as an essential component, The inventors have found that the problems can be solved at once, and have reached the present invention.
[0006]
That is, the excavation stabilizing liquid according to the present invention contains a polymer that thickens with an alkaline substance, and an aqueous emulsion obtained by emulsion polymerization of a monomer component that becomes the polymer in water is an essential component.The monomer component is selected only from a carboxyl group-containing monomer, a sulfonic acid group-containing monomer, methyl acrylate, ethyl acrylate, hydroxyethyl acrylate, and an acidic phosphate group-containing monomer. Is what is.
[0007]
The excavation method according to the present invention is a method of excavating the ground using the excavation stabilizing liquid while preventing the collapse of the inner wall surface of the excavation hole.
The processing method of the excavation stabilization liquid according to the present invention is a method of processing when the excavation stabilization liquid is discarded, and is characterized by adding a cationic flocculant to the excavation stabilization liquid.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Emulsion]
The emulsion used in the present invention contains a polymer that thickens with an alkaline substance (hereinafter, this polymer is referred to as a thickening polymer). By thickening, the viscosity of the excavation stabilizing liquid is increased and the drainage is improved. Will come to do. This emulsion is an emulsion in which a thickening polymer is dispersed in an aqueous medium, that is, an aqueous emulsion. Compared with a water-in-oil polymer emulsion, the emulsion is less flammable and highly safe.
[0009]
The emulsion used in the present invention can be obtained, for example, by emulsion polymerization of monomer components in water. The thickening polymer contained in the emulsion obtained by emulsion polymerization has the characteristics that the molecular weight is large and the thickening property is high, so that the drainage is high.
Examples of the monomer component include a component which essentially contains a polymerizable monomer (A) containing a group whose hydrophilicity is increased by an alkaline substance and may contain other polymerizable monomers. Examples of the group whose hydrophilicity is increased by an alkaline substance include an acidic group such as a carboxyl group, a phosphoric acid group, and a sulfonic acid group, and a carboxylic acid ester group, a sulfonic acid ester group, and a phosphoric acid ester that are easily hydrolyzed to generate an acid group. Group and the like.
[0010]
Examples of the polymerizable monomer (A) include (meth) acrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, maleic acid, maleic anhydride and other carboxyl group-containing polymerizable monomers; vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, Sulfonic acid group-containing polymerizable monomers such as sulfoethyl (meth) acrylate; polymerizable monomers that are more hydrolyzable than butyl acrylate in an alkaline aqueous solution at pH 10, such as methyl acrylate, ethyl acrylate, acrylic acid Carboxylic acid ester group-containing polymerizable monomer that generates an acid group by hydrolysis relatively easily, such as hydroxyethyl; 2- (meth) acryloyloxyethyl acid phosphate, 2- (meth) acryloyloxypropyl acid phosphate, 2- (Meth) acryloyloxy-3-chloropropyl acid phosphate 2- (meth) acrylate can be exemplified acryloyl acidic phosphate group-containing polymerizable monomers such as oxyethyl phenyl phosphate and the like, they are used alone or in combination.
[0011]
Examples of other polymerizable monomers include styrene-based polymerizable monomers such as styrene, vinyltoluene, α-methylstyrene, chloromethylstyrene; (meth) acrylamide, N-monomethyl (meth) acrylamide, N- (Meth) acrylamide polymerizable monomers such as monoethyl (meth) acrylamide and N, N-dimethyl (meth) acrylamide; methacrylic acid such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate and butyl methacrylate and those having 1 to 18 carbon atoms (Meth) acrylic acid ester-based polymerizable monomer which is an ester with alcohol (excluding cyclic alcohol) or an ester of acrylic acid with alcohol having 4 to 18 carbon atoms (excluding cyclic alcohol); ) A cyclohexyl group-containing polymerizable monomer such as cyclohexyl acrylate; Hydroxyl group-containing (meth) acrylate-based polymerizable monomer that is a monoester of (meth) acrylic acid and polypropylene glycol such as loxyethyl, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate; polyethylene glycol (meth) acrylic ester Polyethylene glycol chain-containing polymerizable monomers such as 2-hydroxyethyl acrylate; vinyl acetate; (meth) acrylonitrile; N-vinylpyrrolidone, dimethylaminoethyl (meth) acrylate, dimethylaminoethyl ( Basic polymerizable monomers such as meth) acrylamide, dimethylaminopropyl (meth) acrylamide, vinyl pyridine and vinyl imidazole; crosslinkability such as N-methylol (meth) acrylamide and N-butoxymethyl (meth) acrylamide (meta) ) Acrylamide polymerizable monomer; directly connected to silicon atom such as vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, γ- (meth) acryloylpropyltrimethoxysilane, hinyltris (2-methoxyethoxy) silane, allyltriethoxysilane Hydrolyzable silicon group-containing polymerizable monomers; epoxy group-containing polymerizable monomers such as glycidyl (meth) acrylate and acryl glycidyl ether; oxazoline groups such as 2-isopropenyl-2-oxazoline and 2-vinyloxazoline -Containing polymerizable monomers; aziridine group-containing polymerizable monomers such as (meth) acrylic acid-2-aziridinylethyl and (meth) acryloylaziridine; vinyl fluoride, vinylidene fluoride, vinyl chloride, vinylidene chloride Halogen-containing polymerizable monomers such as (meth) acrylic acid, Esters with polyhydric alcohols such as lenglycol, 1,3-butylene glycol, diethylene glycol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, trimethylolpropane, pentaerythritol, dipentaerythritol Polyfunctional (meth) acrylic acid ester-based polymerizable monomer having two or more polymerizable unsaturated groups in the molecule such as fluoride; two or more polymerizable unsaturated groups in the molecule such as methylene (meth) acrylamide Polyfunctional (meth) acrylic acid amide polymerizable monomer having polyfunctional allylic polymerizable monomer having two or more polymerizable unsaturated groups in the molecule such as diallyl phthalate, diallyl malate, diallyl fumarate ; Allyl (meth) acrylate, divinylbenzene These may be used alone or in combination of two or more.
[0012]
As the monomer component, a monomer component having (meth) acrylic acid and (meth) acrylic acid ester as essential components is preferable, and the viscosity of the excavation stabilizing liquid is increased and the drainage is excellent. As the monomer component, a monomer component having methacrylic acid and acrylic acid ester as essential components is most preferable, and the viscosity of the excavation stabilizing liquid is increased and the drainage is excellent.
[0013]
The emulsion polymerization of the polymerizable monomer is preferably performed using an emulsifier or a polymerization initiator.
The emulsifier is not particularly limited, and examples thereof include anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, polymer surfactants, and reactive surfactants thereof. Can be mentioned.
Examples of the anionic surfactant include alkyl sulfate salts such as sodium dodecyl sulfate, potassium dodecyl sulfate and ammonium alkyl sulfate; sodium dodecyl polyglycol ether sulfate; alkyl sulfonate such as sodium sulforicinoate and sulfonated paraffin salt; sodium Alkyl sulfonates such as alkali metal sulfates of dodecylbenzene sulfonate and alkali phenol hydroxyethylene; High alkyl naphthalene sulfonates; Naphthalene sulfonate formalin condensates; Fatty acid salts such as sodium laurate, triethanolamine oleate, triethanolamine abiate Polyoxyalkyl ether sulfate ester; polyoxyethylene carboxylic acid ester Tersulfate ester salt; polyoxyethylene phenyl ether sulfate ester salt; succinic acid dialkyl ester sulfonate salt; polyoxyethylene alkylaryl sulfate salt, etc. 1 type (s) or 2 or more types are used.
[0014]
Nonionic surfactants include, for example, polyoxyethylene alkyl ether; polyoxyethylene alkyl aryl ether; sorbitan aliphatic ester; polyoxyethylene sorbitan aliphatic ester; aliphatic monoglyceride such as monolaurate of glycerol; polyoxyethylene An oxypropylene copolymer; a condensation product of ethylene oxide and an aliphatic amine, amide, or acid can be used, and one or more of these are used.
[0015]
Examples of the polymer surfactant include polyvinyl alcohol and modified products thereof; (meth) acrylic acid-based water-soluble polymer; hydroxyethyl (meth) acrylic acid-based water-soluble polymer; hydroxypropyl (meth) acrylic acid-based water-soluble A high molecular weight polymer; polyvinylpyrrolidone and the like, and one or more of these may be used.
[0016]
The polymerization initiator is a substance that decomposes by heat and generates radical molecules. For example, persulfates such as potassium persulfate, ammonium persulfate, and sodium persulfate; 2,2′-azobis (2-amidinopropane) 2 Water-soluble azo compounds such as hydrochloride and 4,4′-azobis (4-cyanopentanoic acid); thermal decomposition initiators such as hydrogen peroxide; hydrogen peroxide and ascorbic acid, t-butyl hydroperoxide and longalite, Examples thereof include redox polymerization initiators such as potassium persulfate and metal salts, ammonium persulfate and sodium hydrogensulfite, and these are used singly or in combination.
[0017]
There is no limitation in particular about the polymerization temperature at the time of emulsion-polymerizing a polymerizable monomer, Preferably it is 0-100 degreeC, More preferably, it is 40-95 degreeC.
There is no limitation in particular about the polymerization time at the time of emulsion-polymerizing a polymerizable monomer, Preferably it is 3 to 15 hours.
When emulsion polymerization is performed, a hydrophilic solvent, an additive, or the like can be added as long as the physical properties of the resulting thickening polymer are not adversely affected.
[0018]
The method for adding the polymerizable monomer to the emulsion polymerization reaction system is not particularly limited, and includes a batch addition method, a polymerizable monomer dropping method, a pre-emulsion method, a power feed method, a seed method, a multistage addition method, and the like. Can be used.
The non-volatile content (thickening polymer) in the emulsion obtained after the emulsion polymerization reaction is preferably 60% or less, and when the non-volatile content exceeds 60%, the viscosity of the emulsion is too high or the dispersion stability can be maintained. There is a risk of aggregation.
[0019]
The mechanism of thickening the emulsion of the present invention is that the hydrophilic polymer of the thickening polymer in the emulsion is more hydrophilic than the alkaline substance, so that part or all of the thickening polymer dissolves in the water and / or the emulsion particles swell. It is estimated that. When all the thickening polymers in the emulsion are dissolved, the weight average molecular weight is preferably 100,000 or more. If the weight average molecular weight of the thickening polymer is less than 100,000, the thickening is low, and the drainage when the excavation stable liquid is used may be reduced. In the emulsion obtained using the crosslinkable polymerizable monomer, the molecular weight may not be measured due to the crosslinked structure, but the viscosity increases due to swelling of the emulsion particles.
[0020]
Although there is no limitation in particular about the average particle diameter of a thickening polymer, Preferably it is 40 nm-1 micrometer, More preferably, it is 50-500 nm. If the average particle diameter of the thickening polymer is less than 40 nm, the polymerization stability during the production of the thickening polymer may be reduced, or the viscosity of the thickening polymer may be too high. On the other hand, if it exceeds 1 μm, it is difficult to quickly increase the viscosity even if an alkaline substance is added, and there is a possibility that a stable excavation stable liquid with stable physical properties cannot be obtained.
[0021]
A thickening polymer is a polymer that thickens by reacting with an alkaline substance, and is easily hydrolyzed such as a polymer having a carboxyl group in the molecule, or a carboxylate group, a phosphate group, or a sulfate group in the molecule. Examples thereof include a polymer having a group that is decomposed to generate an acid group. Among these, a thickening polymer having a carboxyl group is preferable because it is easily available and the neutralization reaction proceeds promptly by the addition of an alkaline substance, resulting in a highly hydrophilic carboxyl ion.
[0022]
The thickening polymer having a carboxyl group is preferably a polymer in which the monomer units having a carboxyl group occupy 3 to 80 mol% of the total repeating units, and more preferably a polymer in which 10 to 60 mol% is occupied. If the monomer unit having a carboxyl group is less than 3 mol% of the total repeating units, the viscosity increase is low, and the freeness may decrease. On the other hand, when the monomer unit having a carboxyl group is more than 80 mol% of the total repeating units, the polymerization stability is lowered, and there is a possibility that the aggregate or aggregates increase.
[0023]
In addition to the emulsion obtained by the emulsion polymerization, the emulsion used in the present invention may be, for example, one obtained by redispersing a microsuspension polymerization or solution polymerization.
As an emulsion, the viscosity of an aqueous solution whose dilution is adjusted to 1% by weight is 1-1000 mPa · s, preferably 1-500 mPa · s, more preferably 1-100 mPa · s, An emulsion having a thickening property in which the viscosity when the pH is adjusted to 9 by adding an alkaline substance to an aqueous solution is 2 to 10000 times, preferably 2 to 8000 times, more preferably 2 to 5000 times before the addition. Can be mentioned.
[0024]
As an emulsion having the above-mentioned viscosity characteristics, a polymer having a functional group that undergoes neutralization reaction or hydrolysis reaction with an alkaline substance to increase hydrophilicity, and the emulsion particles are swollen or dissolved by water to increase the overall viscosity. An emulsion containing (thickening polymer) can be mentioned.
The excavation stabilizing liquid of the present invention is a liquid containing the emulsion described above as an essential component, and at any time such as when the emulsion is prepared or immediately before construction, additives such as alkaline substances, clay minerals and antifoaming agents are further added. You may mix | blend. Moreover, you may mix | blend water etc. similarly.
[Alkaline substances]
The alkaline substance used in the present invention is for thickening the thickening polymer. Examples of the alkaline substance include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, ammonia (water), amines and the like, and one or more kinds are used.
[Clay mineral]
The clay mineral used in the present invention imparts basic viscosity characteristics and drainage to the excavation stabilizing liquid. Examples of clay minerals include sepiolite, attapulgite, entry guide, bentonite, kaolin clay, montmorillonite, ectolite, saponite, beidellite, zeolite, palygorskalite, mica, etc. Is done. Among these, at least one selected from sepiolite, attapulgite, entry guide, bentonite, and kaolin clay is preferable because of high drainage.
[Additives such as antifoaming agents]
In addition to the above-described components, the drilling stabilizing liquid is, for example, a silicone-based antifoaming agent, a prolonic antifoaming agent, a mineral-based antifoaming agent, or the like; a dispersing agent such as a polyacrylic acid-based dispersing agent; CMC, It may be blended with additives such as water-soluble polymers such as polyacrylamide and polyvinyl alcohol. Among these, since it becomes easy to handle when an antifoaming agent is blended, it is preferable that the antifoaming agent is at least one selected from a silicone-based antifoaming agent and a prolunic antifoaming agent at the time of producing a drilling stabilizing liquid. And foaming is suppressed during use.
[0025]
There are no particular limitations on the mutual proportions of the above-mentioned components constituting the excavation stabilizing liquid, but in 100 parts by weight of the excavation stabilizing liquid, preferably the solid content of the emulsion is 0.01 to 20 parts by weight, and the clay mineral is 0.1 to 20 parts. More preferably, the solid content of the emulsion is 0.05 to 10 parts by weight and the clay mineral is 0.5 to 10 parts by weight. When the solid content of the emulsion is less than 0.01 parts by weight, the viscosity is low and the drainage may be lowered. On the other hand, if the solid content of the emulsion is more than 20 parts by weight, the viscosity of the excavation stabilizing liquid becomes too high and it may be difficult to handle. If the clay mineral is less than 0.1 parts by weight, the drainage may be lowered. On the other hand, if the clay mineral exceeds 20 parts by weight, the viscosity may be too high.
[0026]
The amount of the alkaline substance constituting the excavation stabilizing liquid is not particularly limited as long as it is an amount necessary for the excavation stabilizing liquid to have a pH of 6 or more. Preferably, the upper limit is the pH of the excavation stabilizing liquid. The amount is 13 or less. If the pH of the excavation stabilization liquid is less than 6, the viscosity of the excavation stabilization liquid may be lowered. On the other hand, if the pH of the excavation stabilization liquid exceeds 13, the drainage of the excavation stabilization liquid may decrease.
[0027]
The excavation stabilizing liquid can contain additives to the extent that the drainage is not lowered. In general, the excavation stabilizing liquid often contains an emulsifier, and in that case, foaming problems occur. Therefore, it is preferable to include an antifoaming agent. The blending amount of the antifoaming agent is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 3 parts by weight, more preferably 0.01 to 1 part by weight, in 100 parts by weight of the drilling stabilizing liquid. If the blending amount of the antifoaming agent is less than 0.001 part by weight, the antifoaming effect may be hardly obtained. On the other hand, when the compounding quantity of an antifoamer exceeds 3 weight part, there exists a possibility that an antifoamer may isolate | separate or drainage may fall.
[0028]
The amount of water contained in the excavation stabilizing liquid is not particularly limited, but is preferably 80 to 99.9 parts by weight, more preferably 90 to 99 parts by weight, in 100 parts by weight of the excavation stabilizing liquid. If the amount of water is less than 80 parts by weight, the viscosity of the excavation stabilizing liquid may be too high. On the other hand, if it exceeds 99.9 parts by weight, the viscosity of the excavation stabilizing liquid may become too low, or the drainage may decrease.
[0029]
The excavation stabilizing liquid of the present invention is used to prevent collapse of the wall surface of the excavated hole in boring work or the like. By performing slime treatment using the excavation stabilizing liquid, the wall surface of the excavated hole is stabilized, and the collapse of the wall surface or the like is prevented.
There is no particular limitation on the method for producing the excavation stabilizing liquid. For example, the above-mentioned alkaline substances, clay minerals, water, antifoaming agents, and the like are blended in any order in the emulsion that is an essential component. The method etc. can be mentioned. Among these, when blending an alkaline substance, the method of adjusting the pH to 6 or more and increasing the viscosity of the original emulsion to produce a drilling stable liquid is preferable, and it is difficult to rot and has a viscosity. It is possible to easily produce a drilling stabilization liquid that is high and excellent in drainage.
[Drilling method]
The excavation method according to the present invention is a method for excavating the ground using the excavation stabilizing liquid of the present invention while preventing the collapse of the inner wall surface of the excavation hole. Drilling holes such as tunnels are not formed in the ground using excavators such as drills, BW excavators, bucket-type hydrophrases, and electromills. When the liquid penetrates, a mud wall layer called mud cake is formed near the surface of the excavation wall surface, which makes it difficult for water to pass through. This mud wall layer has high water-stopping properties, reinforces the drilling wall, and the water pressure of the drilling stabilization liquid is greater than the groundwater pressure. Will be prevented.
[0030]
This excavation method can be applied to a method for excavating underground such as an underground continuous wall method, a shield method, and an underground pile method.
[Treatment of excavation stabilization liquid during disposal]
The stabilization liquid after excavation using the excavation stabilization liquid is generally called waste mud and is preferably industrial waste, so that it is preferable to perform dehydration to separate water and solids. Moreover, when discarding the excavation stabilizing liquid that is no longer used without being used for excavation, it is preferable to similarly perform dehydration to separate moisture and solids. This dehydration process is generally performed by squeezing out moisture with a filter press or the like. However, due to the nature of the excavation stabilizing liquid, it is difficult to squeeze out moisture, so that the dehydration process is difficult. For this reason, normally, the clay particles in the stabilizing liquid are aggregated by adding a flocculant and subjected to a filter press. However, when CMC is used as a thickener for the stabilizing liquid, The flocculant did not work effectively, and an excessive amount of flocculant had to be added.
[0031]
On the other hand, the excavation stabilizing liquid of the present invention uses an alkali-soluble emulsion as a thickener, so that a cationic flocculant works particularly effectively, and a filter press can be used by adding a small amount of flocculant. The dehydration process can be performed without difficulty.
This is because the thickener of the present invention dissolved in an alkali has an anionic charge, so that the cationic flocculant is efficiently adsorbed, and the thickeners are ion-crosslinked through the flocculant to increase the viscosity. It is considered that the viscosity is lowered and that the ion-crosslinked thickener aggregates clay particles such as bentonite in a floc form. That is, the addition of a cationic flocculant exhibits two effects: (1) a decrease in viscosity, and (2) agglomeration when clay particles are present.
[0032]
Examples of the cationic flocculants that can be used in the present invention include inorganic flocculants that generate polyvalent metal cations and polymer flocculants such as water-soluble cationic polymers, among which aluminum sulfate and aluminate The effect of inorganic flocculants such as sodium, aluminum chloride, ferrous sulfate, ferric chloride, calcium chloride, calcium hydroxide is high. Two or more kinds of these flocculants may be used in combination.
[0033]
【Example】
Examples of the present invention and comparative examples are shown below, but the present invention is not limited to the following examples. In the following, “%” means “% by weight” and “parts” means “parts by weight”.
Emulsions (1) to (3) used in the examples were produced according to Production Examples 1 to 3.
[0034]
-Production Example 1-
A flask equipped with a dropping funnel, a stirrer, a nitrogen introduction tube, a temperature system and a condenser was charged with 666 parts of ion-exchanged water and 9 parts of Hytenol N-08 (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) and stirred at 72 ° C. However, Haitenol N-08 was completely dissolved. While maintaining the aqueous solution containing Haitenol N-08 at 72 ° C., the inside of the flask was purged with nitrogen, and then 30 parts of a monomer mixture consisting of 105 parts of methacrylic acid and 195 parts of ethyl acrylate were dropped from the dropping funnel. Stir for 5 minutes. Next, 25 parts of 5% potassium persulfate aqueous solution was added, and stirring was continued for 10 minutes while maintaining the temperature at 72 ° C. to carry out initial polymerization. The remaining 270 parts of the monomer mixture was added dropwise to the reaction mixture in the flask over 2 hours. After completion of the dropwise addition, stirring was continued for 1 hour while maintaining at 72 ° C., the reaction mixture was cooled, the polymerization was terminated, and an emulsion (1) containing a thickening polymer having a nonvolatile content concentration of 31.0% was obtained.
[0035]
-Production Example 2-
A thickening polymer with a non-volatile content of 30.9% was prepared in the same manner as in Production Example 1 except that a monomer mixture consisting of 60 parts of methacrylic acid, 180 parts of methyl acrylate and 60 parts of hydroxyethyl acrylate was used. The emulsion (2) containing was obtained.
[0036]
-Production Example 3-
A flask equipped with two dropping funnels, a stirrer, a nitrogen introduction tube, a temperature system and a condenser was charged with 327 parts of ion exchange water and 4 parts of Hytenol N-08 (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), 72 ° C. The high-tenol N-08 was completely dissolved with stirring. The inside of the flask was purged with nitrogen while keeping the aqueous solution containing Haitenol N-08 at 72 ° C., and then from the dropping funnel, 105 parts of methacrylic acid, 195 parts of methyl acrylate and 1.6% Haitenol N-08 aqueous solution 300 30 parts of the pre-emulsion obtained by vigorously stirring the parts were added dropwise and stirred for 5 minutes. Next, 1 part of 5% sodium hydrogensulfite aqueous solution and 4 parts of 1% ammonium persulfate aqueous solution were added, and stirring was continued for 20 minutes while maintaining at 72 ° C. to carry out initial polymerization. The remaining 570 parts of the pre-emulsion and 64 parts of 1% ammonium persulfate aqueous solution were added dropwise to the reaction mixture in the flask over 2 hours. After completion of the dropping, the reaction temperature was raised to 80 ° C., stirring was continued for 1 hour, the reaction mixture was cooled, the polymerization was terminated, and an emulsion (3) containing a thickening polymer having a nonvolatile content concentration of 30.8% was obtained. It was.
[0037]
Example 1
The emulsion (1) obtained in Production Example 1 above was weighed so that the final content of the excavation stabilizing liquid was 600 ml in solid content, 0.05 wt%, and placed in a stainless steel cup. Tap water (chlorine ion concentration 0.5 ppm, calcium ion concentration 40 ppm, electrical conductivity 180 μs / cm) is added to a final total volume of 600 ml, including 0.1N sodium hydroxide aqueous solution used for neutralization later. Further, 0.1% of the total amount of Nopco 8034L (manufactured by San Nopco Co., Ltd.), which is a silicone-based antifoaming agent, was added.
[0038]
Next, 3% of the total amount of Kunigel VI (manufactured by Kunimine Kogyo Co., Ltd.), which is bentonite, was added to each, and rapidly stirred for 15 minutes at a rotational speed of 1200 rpm using a Hamilton Beach mixer. A predetermined amount of 0.1N aqueous sodium hydroxide solution (shown in Table 1) was added immediately after the start of stirring. After stirring for 24 hours, the mixture was again stirred for 15 minutes using a Hamilton beach mixer to obtain a drilling stable liquid (1a). With respect to this excavation stabilizing liquid (1a), the funnel viscosity and the amount of drainage were measured by the following methods in accordance with the test method of AMERICA PETROLEUMINSTITUTE (API). The results are shown in Table 1.
[0039]
As above, except that emulsion (1) is measured to be 0.1, 0.2, 0.3 and 0.5% by weight in solid content with respect to the final total amount of the drilling stabilizing liquid of 600 ml, respectively. Excavation stabilization liquids (1b) to (1e) were obtained by the same method, and the funnel viscosity and the amount of drainage were measured. The results are shown in Table 1.
When the emulsion (1) and the 0.1N aqueous sodium hydroxide solution were not added (blank), the pH was 11.5, the funnel viscosity was 19.5 (sec), and the drainage amount was 23.2 (ml). .
Funnel viscosity
500 ml of the above-mentioned excavation stabilizing liquid is taken in a funnel type funnel viscometer, and the time until the whole amount flows out is measured.
Drainage
290 ml of the stabilizing solution was put in a cylinder (inner diameter: 76.2 mm) of the drainage amount measuring apparatus, and Toyo filter paper No. 9 having a diameter of 9 cm was used. Set 4 and set the lid with drain. After fixing the cylinder in place and setting the graduated cylinder, use a nitrogen cylinder to apply pressure (3 kg / cm) into the cylinder.²) And the amount (ml) of water flowing out in 30 minutes was measured with a graduated cylinder.
[0040]
-Example 2-
Excavation stabilizers (2a) to (2e) were obtained in the same manner as in Example 1 except that the emulsion (2) obtained in Production Example 2 was used instead of the emulsion (1) in Example 1, and funnels were obtained. Viscosity and drainage were measured. The results are shown in Table 1.
Example 3
Except for using the emulsion (3) obtained in Production Example 3 instead of the emulsion (1) in Example 1, excavation stabilizing liquids (3a) to (3e) were obtained in the same manner as in Example 1, and funnels were obtained. Viscosity and drainage were measured. The results are shown in Table 1.
[0041]
-Comparative Example 1-
Tercelulose DS-P (Ternite Co., Ltd.) measured to be 0.05 wt% in solid content with respect to 18 g of Kunigel VI (Kunimine Industries Co., Ltd.) which is bentonite and the final total amount of the drilling stabilizing liquid of 600 ml And tap water (chlorine ion concentration 0.5 ppm, calcium ion concentration 40 ppm, electrical conductivity 180 μs / cm) so that the final total amount is 600 ml, and quickly use a Hamilton beach mixer. The mixture was stirred for 15 minutes at a rotation speed of 1200 rpm. After stirring for 24 hours, the mixture was again stirred for 15 minutes using a Hamilton beach mixer to obtain a comparative excavation stabilizing liquid (1a). About this comparative excavation stable liquid (1a), the funnel viscosity and the amount of drainage were measured with the following method. The results are shown in Table 2.
[0042]
The above except that Tercelulose DS-P is measured so that the final total amount of the drilling stabilizing liquid is 600 ml in solid content, 0.1, 0.2, 0.3 and 0.5% by weight, respectively. Comparative drilling stabilization liquids (1b) to (1e) were obtained in the same manner as above, and the funnel viscosity and the amount of drainage were measured. The results are shown in Table 2.
-Comparative Example 2-
In Comparative Example 1, comparative drilling stabilizing liquids (2a) to (2e) were obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that Terpolymer 30 (manufactured by Ternite) was used instead of Tercelrose DS-P. The funnel viscosity and the amount of drainage were measured. The results are shown in Table 2.
[0043]
[Table 1]

[0044]
[Table 2]

Example 4
The emulsion (3) obtained in Production Example 3 is put into a stainless steel cup so that the final total amount of 600 ml is 0.2% by weight in solid content, and ion exchange water is further neutralized later in this stainless steel cup. Including 0.1N sodium hydroxide aqueous solution to be used, the final total amount was 600 ml, and further, Nopco 8034L (manufactured by San Nopco Co., Ltd.), a silicone-based antifoaming agent, was added at 0.1% by weight of the total amount .
[0045]
Next, Kunigel VI (manufactured by Kunimine Kogyo Co., Ltd.), which is bentonite, was added to each 3% of the total amount, immediately stirred at a rotational speed of 1200 rpm using a Hamilton Beach mixer, and immediately after the start of stirring, 0.1N hydroxide was added. 7.5 g of an aqueous sodium solution was added and stirred for 25 minutes. Next, the flocculant was not added, or a sulfuric acid band or calcium chloride was added to a solid content of 0.5% by weight, and the mixture was further stirred for 5 minutes to obtain an agglomerated stable solution. The funnel viscosity and the amount of drainage were measured by the same method as described above. The results are shown in Table 3.
[0046]
-Comparative Example 3-
18 g of Kunigel VI (manufactured by Kunimine Industries Co., Ltd.) which is bentonite, and Terpolymer 30 (manufactured by Telnite Co., Ltd.) weighed to a solid content of 0.3% by weight with respect to a final total amount of 600 ml of the drilling stabilizer. Is added to a stainless steel cup, and ion-exchanged water is further added so that the final total amount is 600 ml. The mixture is immediately stirred at a rotational speed of 1200 rpm using a Hamilton Beach mixer, and then a flocculant is not added or a sulfuric acid band is added. Alternatively, calcium chloride was added to a solid content of 0.5% by weight, and the mixture was further stirred for 5 minutes to obtain an agglomeration-treated comparative stabilizer. The funnel viscosity and the amount of drainage were measured by the same method as described above. The results are shown in Table 3.
[0047]
[Table 3]

[0048]
【The invention's effect】
The excavation stabilizing liquid according to the present invention is resistant to spoilage, has a high viscosity, and is excellent in drainage.
The excavation stabilization liquid manufacturing method according to the present invention can easily manufacture the excavation stabilization liquid.
[0049]
Since the excavation method according to the present invention uses the excavation stabilizing liquid, it is possible to reliably prevent the collapse of the inner wall surface of the excavation hole.
Since the processing method of the excavation stabilizing liquid according to the present invention uses the excavation stabilizing liquid, the dewatering process can be easily performed.

Claims

An aqueous emulsion obtained by emulsion polymerization in water of a monomer component that becomes a polymer, which contains a polymer thickened by an alkaline substance, is an essential component, and the monomer component is a carboxyl group-containing monomer or sulfone A drilling stabilizer selected only from an acid group-containing monomer, methyl acrylate, ethyl acrylate, hydroxyethyl acrylate, and an acid phosphate group-containing monomer .

The excavation stabilizing liquid according to claim 1, wherein the polymer is a polymer containing a carboxyl group in which a monomer unit having a carboxyl group occupies 3 to 80 mol% of all repeating units .

The excavation stabilizing liquid according to any one of claims 1 to 2, further comprising a clay mineral.

The excavation stabilizing liquid according to any one of claims 1 to 3, further comprising an antifoaming agent.

The viscosity of the aqueous solution in which the emulsion is diluted to have a solid content adjusted to 1% by weight is 1 to 1000 mPa · s, and the viscosity when the pH is adjusted to 9 by adding an alkaline substance to the aqueous solution. The excavation stabilizing liquid according to any one of claims 1 to 4, which is an emulsion having a thickening property of 2 to 10,000 times before addition.

The excavation stabilization liquid obtained by further adding an alkaline substance to the excavation stabilization liquid according to any one of claims 1 to 5 to increase the viscosity.

The excavation method which excavates underground using the excavation stabilization liquid in any one of Claim 1-6, preventing collapse of the inner wall surface of an excavation hole.

A method for treating the excavation stabilizing liquid according to any one of claims 1 to 6, wherein a cationic flocculant is added to the excavation stabilizing liquid. Processing method.