JP4791947B2 - 地中埋設管路への薬液浸入防護方法 - Google Patents

Description

本発明は、土質改良を目的として地盤に注入された薬液が、地中埋設管路の内部に浸入するのを防護する地中埋設管路への薬液浸入防護方法に関する。

従来から、地盤の土質改良（例えば、軟弱地盤の強化・安定化等）を目的として、地盤にセメントグラウトなどの薬液を注入することが一般に行なわれている。このような土質改良を目的とする薬液には、溶液型や懸濁型等種々のタイプのものが存在するが、何れのタイプのものも地盤への注入後に硬化することにより地盤の土質改良が図られる。

ところで、地中には、送電線などのケーブル類を配線するための管路（以下、「地中埋設管路」という）が埋設されているが、地中埋設管路が配設された箇所の近傍にて上述した地盤の土質改良工事が行なわれた場合、地盤に注入された薬液が地中埋設管路の亀裂箇所から地中埋設管路の内部に浸入することがある。

地中埋設管路の内部に浸入した薬液は、地中埋設管路の内部にて硬化して管路を閉塞させたり、地中埋設管路内を這っているケーブル類を地中埋設管路の管壁に固着させる。そして、ケーブル類が管壁に固着した場合には、ケーブル類を除去する必要が生じたときにその除去作業が困難になるという問題がある。

そこで、従来は、複数本の地中埋設管路の管路端同士をマンホール内で逆流管を用いて連通し、当該連通された複数本の管路に水を強制的に循環させることにより上述した問題を解決していた（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３１１６３７号公報

しかし、従来技術では管路に水を循環させるための大掛かりな付帯設備を必要とするため実施が困難であり、しかも設備費用が嵩むという問題がある。

本願発明はかかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、安価でしかも簡単に実施することが可能な薬液浸入防護方法を提供することにある。

請求項１に記載した発明は、「土質改良工事の際に地盤に注入した土質改良用の薬液が地中埋設管路１０の亀裂部３２から管路１０内部に浸入するのを防護する薬液浸入防護方法であって、（ａ）地中埋設管路１０における薬液の浸入を防護しようとする領域の両側に止水栓２２を形成し、（ｂ）水と吸水性樹脂とを含む注入材２６を止水栓２２から地中埋設管路１０内に注入するとともに、吸水性樹脂に水を吸収させることによって地中埋設管路１０の内部に膨潤した吸水性樹脂からなる薬液浸入防護層Ｘを形成する」ことを特徴とする。

この発明において、水と吸水性樹脂との混合物である注入材２６を地中埋設管路１０の内部に注入すると、地中埋設管路１０の内部で吸水性樹脂が吸水して膨張し（つまり、吸水性樹脂が膨潤する）、これにより膨潤した吸水性樹脂からなる薬液浸入防護層Ｘが形成されることになる。ただし、注入剤２６は、吸水性樹脂が周囲の水を吸水して次第にその体積を膨張させることにより、その流動性が次第に悪くなる。したがって、注入剤２６の地中埋設管路１０内への注入作業は手早く行なう必要がある。

ここで、注入材２６は、水と吸水性樹脂との混合物であるからその流動性は非常に高く、地中埋設管路１０への注入作業は容易である。一方、地中埋設管路１０の内部に注入された注入剤２６は、上述したように、吸水性樹脂が吸水して膨潤するのであるが、この膨潤した吸水性樹脂は、内部に多量の水を含んだ状態にて形状保持され、地中埋設管路１０内に留まることができるので、従来のような水を循環させるための大掛かりな付帯設備を必要とはしない。

なお、吸水性樹脂が吸水する水は、主として注入材２６を構成している水であるが、これ以外に地中埋設管路１０の内部に存在する水分も含まれる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明を限定したものであり、「（ｂ）工程の後に、（ｃ）薬液浸入防護層Ｘを構成している膨潤した吸水性樹脂に電解溶液を接触させることにより、吸水性樹脂内に取り込まれている水を外部に滲み出させ、（ｄ）該滲み出た水によって流動性が高められた吸水性樹脂を除去する」ことを特徴とするものである。

膨潤状態の吸水性樹脂の周囲に電解溶液が存在する場合、吸水性樹脂の内部に取り込まれている水と外部の電解溶液との間には浸透圧が働く。すると、吸水性樹脂内部に取り込まれている水が外部に滲み出し、その体積が小さくなるのである。つまり、薬液浸入防護層Ｘを構成している膨潤状態の吸水性樹脂に電解溶液を接触させると、膨潤状態の吸水性樹脂内に水が滲みだして体積が小さくなるので、該吸水性樹脂の内部から滲み出た水の存在とも相俟ってその流動性が高められ、除去作業が非常に容易となる。

なお、膨潤した吸水性樹脂に電解溶液を接触させる具体的方法としては、請求項３に記載した発明のように、止水栓２２の一方から水を圧送することにより、地中埋設管路１０の内部に充填されている膨潤状態の吸水性樹脂を止水栓２２の他方からマンホール１２内へ押し出し、マンホール１２内に押し出された膨潤状態の吸水性樹脂に電解溶液を接触させる方法や、請求項４に記載した発明のように、止水栓２２の一方から地中埋設管路１０の内部に電解溶液を注入することにより、地中埋設管路１０の内部にて薬液浸入防護層Ｘを構成している膨潤状態の吸水性樹脂に電解溶液を接触させる方法が考えられる。

本願発明によれば、大掛かりな設備を必要とせず、しかもその実施が容易な薬液浸入防護方法を提供できる。

本願発明の「地中埋設管路への薬液浸入防護方法」は、地中埋設管路の敷設箇所近傍において土質改良工事を行なう際に適用されるものであり、土質改良工事の前に行なわれる「薬液浸入防護層の形成工程（図１〜図３）」と、土質改良工事の後に行なわれる「薬液浸入防護層の除去工程（図４）」とで大略構成されている。

なお、本願発明が適用される地中埋設管路１０は、図１からも分かるようにその両端部がマンホール１２に臨まされており、地中埋設管路１０の内部には、送電線などのケーブル類１４が配線されている。なお、地中埋設管路１０の内部には、ケーブル類１４が配線されていない場合もあり（図２参照）、本願発明は何れの場合についても適用が可能であるが、以下には、地中埋設管路１０の内部にケーブル類１４が配線されている場合を代表例として説明する。

「薬液浸入防護層の形成工程」では、まず、地中埋設管路１０の開口端に空気抜きパイプ１６と注入ホース１８とを配設し、隙間部分をコーキング剤２０にて閉塞する（図２参照）。これにより、地中埋設管路１０の両端部に止水栓２２が形成されることになる。

ここで、空気抜きパイプ１６は、その一方端部が屈曲形成されたパイプ状部材であり、空気抜きパイプ１６を地中埋設管路１０の開口端部に配設する際は、その屈曲端が上方を向くように位置決めがされる。

注入ホース１８は、水や後述する注入材２６などの流体を地中埋設管路１０の内部に注入（或いは地中埋設管路１０から排出）するために設けられるものであり、その端部には、注入ホース１８の開栓或いは閉栓を必要に応じて切り替えるためのボール弁２４が設けられている。

コーキング剤２０としては、シリコーン系コーキング剤、エポキシ系コーキング剤など市販されている種々のものを利用可能であるが、水反応型のコーキング剤（例えば、発泡性ウレタンコーキング剤）を用いた場合には、地中埋設管路１０の内壁やケーブル類１４の表面に付着している水分と反応して体積膨張するので、小さな間隙部分も完全に閉塞できるという利点がある。

なお、本実施例では、マンホール１２間に挟まれた地中埋設管路１０の全域が薬液の浸入を防護しようとする領域であるため、止水栓２２を地中埋設管路１０の両側開口端部に形成するようにしているが、前記領域が地中埋設管路１０の中央部分だけで良い場合には、止水栓２２を地中埋設管路１０の開口端部から離れた内側に形成するようにしてもよい。

止水栓２２の形成が完了すると、次に、注入材２６を調製し、これを注入ホース１８から地中埋設管路１０の内部に注入する。

注入材２６は、水と吸水性樹脂（非膨潤状態のもの）とを混合したものである。なお、この吸水性樹脂が地中埋設管路１０の内部で吸水し、体積膨張することにより薬液浸入防護層Ｘが形成されることになる。

吸水性樹脂は、自重（乾燥時）の数十倍〜数百倍の水を吸水してその体積を膨張させ（膨潤）、膨潤時には、内部に多量の水を含んだ状態にてその形状を保持できる高分子化合物であり、合成ポリマー系（ポリアクリル酸塩系、酢酸ビニル・アクリル酸共重合体系、イソブチレン・マレイン酸共重合体系、ポリビニルアルコール系など）、セルロース系（カルボキシルメチルセルロースにアクリル酸塩をグラフトしたもの）、デンプン系（デンプンにアクリル酸塩をグラフトしたもの）など種々のものが存在する。なお、本実施例では、合成ポリマー系の吸水性樹脂（クラレケミカル社製「アクアビーズ」(登録商標)）が用いられている。

なお、注入材２６を調製する際には、吸水性樹脂が完全に膨潤できるような割合で水と吸水性樹脂とが混合され、本実施例では、水２００Ｌに対して吸水性樹脂を１．７ｋｇの割合で混合させている。

以上のようにして調製された注入材２６を地中埋設管路１０の内部に注入する際には、注入材２６が貯留されているタンク２８と止水栓２２の注入ホース１８（１８ａ）とをホース３０で接続する。

そして、ホース３０が接続されているのとは反対側の止水栓２２の注入ホース１８（１８ｂ）のボール弁２４を閉栓するとともに、ホース３０が接続されている側の注入ホース１８ａのボール弁２４を開栓し、図示しない送圧ポンプを用いてタンク２８内の注入材２６を地中埋設管路１０の内部に充填する。なお、水と吸水性樹脂（非完全膨潤状態）との混合物である注入材２６は流動性が高いため、その充填作業は非常に容易である。ただし、注入剤２６は、吸水性樹脂が周囲の水を吸水して次第にその体積を膨張させるため、その流動性が次第に悪くなる。したがって、注入剤２６の注入作業は素早く行なう必要がある。

さて、地中埋設管路１０の内部に充填された注入材２６は、吸水性樹脂が周囲の水分（主として注入材２６を構成している水であるが、地中埋設管路１０の内部に存在する水分も含まれる）を吸水してその体積を膨張させ、やがて、吸水性樹脂が膨潤状態となる。これにより、地中埋設管路１０の内部には、膨潤した吸水性樹脂からなる薬液浸入防護層Ｘが形成されることになる（図３参照）。なお、地中埋設管路１０の内部に供給された注入材２６としての水は、その大部分が吸水性樹脂に吸収されるが、吸水されずに残った水については、膨潤状態にある吸水性樹脂の表面を濡らしたり、地中埋設管路１０の管底に溜ることとなる。

以上のようにして地中埋設管路１０の内部に薬液浸入防護層Ｘが形成されると、いよいよ土質改良工事が行なわれる。

ここで、土質改良工事の際に地盤に注入された薬液が地中埋設管路１０の亀裂箇所３２に到達したとする。しかしながら、地中埋設管路１０の内部には、膨潤した吸水性樹脂からなる薬液浸入防護層Ｘが充填されており、亀裂箇所３２が薬液浸入防護層Ｘにより塞がれているので、薬液の地中埋設管路１０の内部への浸入が阻まれる。

なお、亀裂箇所３２が薬液浸入防護層Ｘによって塞がれていない場合（すなわち、亀裂箇所３２と薬液浸入防護層Ｘとの間に隙間が存在する場合）には、薬液が亀裂箇所３２から地中埋設管路１０の内部に浸入することも考えられるが、この場合には、地中埋設管路１０の内部に浸入した薬液が膨潤した吸水性樹脂の表面を濡らしている水によって希釈されるので、地中埋設管路１０の内部で硬化することはない。

土質改良工事が完了すると、最後に薬液浸入防護層Ｘの除去が行なわれる。

「薬液浸入防護層の除去工程」では、まず、水が貯留されているタンク３４と一方の止水栓２２の注入ホース１８（ここでは、図４における右側の注入ホース１８ａを選択した）とをホース３６で接続する。なお、ホース３６が接続される側とは反対側のマンホール１２には、吸引ポンプ３８に接続されたホース４０の先端が配置されている。

次に、各注入ホース１８ａ，１８ｂのボール弁２４を開栓し、図示しない送圧ポンプを用いてタンク３４内の水を地中埋設管路１０内に圧送する。すると、地中埋設管路１０内の薬液浸入防護層Ｘが注水ホース１８ｂを通ってマンホール１２内に押し出される。

マンホール１２内に押し出された薬液浸入防護層Ｘ（膨潤状態の吸水性樹脂）は、ホース４０から吸引ポンプ３８によって吸引され、一連の作業が完了する。

なお、薬液浸入防護層Ｘを構成している膨潤状態の吸水性樹脂は体積膨張しており、しかも、その周囲には水がほとんど存在しないために流動性が悪い。したがって、ホース４０の管径や吸引ポンプ３８の吸引力によっては薬液浸入防護層Ｘを構成している膨潤状態の吸水性樹脂を吸い上げることができない場合もある。この場合には、マンホール１２内に押し出された膨潤状態の吸水性樹脂に電解溶液（たとえば、塩化ナトリウム水溶液や塩化マグネシウム水溶液など）を散布すると良い。

膨潤状態の吸水性樹脂の周囲に電解溶液が存在する場合、樹脂内部に取り込まれている水と外部の電解溶液との間に浸透圧が働き、吸水性樹脂内部の水が外部に滲み出す。これにより、吸水性樹脂の体積が減少するので、滲み出した水の存在とも相俟って流動性が高められ、薬液浸入防護層Ｘの除去作業が容易となるのである。

なお、上述実施例では、薬液浸入防護層Ｘを地中埋設管路１０からマンホール１２に押し出した後に電解溶液と接触させていたが、電解溶液を地中埋設管路１０の内部に注入することにより、地中埋設管路１０の内部にて薬液浸入防護層Ｘを構成している膨潤状態の吸水性樹脂に電解溶液を接触させるようにしてもよい。

発明者らは、本願発明方法の効果を以下の実験により確認した。
［実験］
管径２００ｍｍ、長さ１０００ｍｍのアクリル製パイプの内部に模擬ケーブルを配置した後、パイプの両端をコーキング剤２０で封止した。パイプの側面には、注入材充填用バルブと薬液注入用バルブが取り付けられており、吸水性樹脂充填用バルブから注入材２６を注入することにより試験体を得た。なお、試験体としては、注入材２６の充填度が異なるもの（１００％充填したものと、８０％充填したものの２種類）、注入材２６を構成する吸水性樹脂の粒度が異なるもの（粒径が大きいものと小さいものの２種類）をそれぞれ準備した。

そして、各試験体について、薬液注入用バルブから薬液（溶液型、懸濁型の２種類）を３ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で圧入し、薬液の浸入状況およびパイプ内部の状態を確認した。また、薬液浸入防護層Ｘの除去状態についても確認した。その結果を表１に示す。

表１からわかるように、模擬管路の内部に注入材２６を１００％充填した場合には、模擬管路の内部に形成された薬液浸入防護層Ｘが薬液注入用バルブの入口（地中埋設管路１０の亀裂部３２に相当）を完全に閉塞するため、薬液の模擬管路内部への浸入を完全に防護できた。

一方、模擬管路の内部に注入材２６を８０％充填した場合には、模擬管路の内部に形成された薬液浸入防護層Ｘが薬液注入用バルブの入口を完全に閉塞することができない。したがって、薬液の模擬管路内部への浸入は認められるものの、薬液の硬化は認められず（脆い固形物が形成される場合もある）、また、薬液の模擬ケーブルへの付着も認められなかった。なお、薬液の硬化が認められなかった（或いは、脆い固形物が形成された）のは、薬液浸入防護層Ｘを構成している膨潤状態の吸水性樹脂の表面を濡らしている水が薬液を希釈することにより、薬液の硬化条件を満足できなかったことが要因と考えられる（薬液は、硬化させるために必要な水の量が或る一定の範囲に定められており、水の添加量がこの範囲から外れていると硬化しない）。

本願発明における薬液防護層の形成工程を示す図である。 地中埋設管路の端部に形成した止水栓を示す図である。 薬液防護層を形成した状態を示す図である。 薬液防護層の除去工程を示す図である。

符号の説明

１０…地中埋設管路
１２…マンホール
１４…ケーブル類
１６…空気抜きパイプ
１８…注入ホース
２２…止水栓
２６…注入材
Ｘ…薬液浸入防護層

Claims (4)

1. 土質改良工事の際に地盤に注入した土質改良用の薬液が地中埋設管路の亀裂部から管路内部に浸入するのを防護する薬液浸入防護方法であって、
   （ａ）地中埋設管路における薬液の浸入を防護しようとする領域の両側に止水栓を形成し、
   （ｂ）水と吸水性樹脂とを含む注入材を前記止水栓から地中埋設管路内に注入するとともに、前記吸水性樹脂に水を吸収させることによって地中埋設管路の内部に膨潤した吸水性樹脂からなる薬液浸入防護層を形成することを特徴とする地中埋設管路への薬液浸入防護方法。
2. 前記（ｂ）工程の後に、
   （ｃ）前記薬液浸入防護層を構成している膨潤した吸水性樹脂に電解溶液を接触させることにより、吸水性樹脂内に取り込まれている水を外部に滲み出させ、
   （ｄ）該滲み出た水によって流動性が高められた吸水性樹脂を除去することを特徴とする請求項１に記載の地中埋設管路への薬液浸入防護方法。
3. 前記（ｃ）工程では、前記止水栓の一方から水を圧送することにより、前記地中埋設管路内に充填されている膨潤状態の吸水性樹脂を前記止水栓の他方からマンホール内へ押し出し、前記地中埋設管路の内部からマンホール内に押し出された膨潤状態の吸水性樹脂に電解溶液を接触させるようにした請求項２に記載の地中埋設管路への薬液侵入防護方法。
4. 前記（ｃ）工程では、前記止水栓の一方から地中埋設管路の内部に前記電解溶液を注入することにより、地中埋設管路の内部にて前記薬液浸入防護層を構成している前記膨潤状態の吸水性樹脂に電解溶液を接触させ、
   前記（ｄ）工程では、流動性が高められた吸水性樹脂を前記止水栓の他方からマンホール内へ押し出し、これを除去するようにした請求項２に記載の地中埋設管路への薬液浸入防護方法。

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