JP6126912B2 - 気泡シールド工法用起泡材、及び、それを用いた気泡シールド工法 - Google Patents
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Description
本発明は、気泡を切羽或いはチャンバー内に注入しながら地盤を掘進する気泡シールド工法、及び、この気泡シールド工法に用いられる起泡材に関する。
気泡シールド工法は、起泡材の発泡で得られたシェービングクリーム状の気泡を、切羽或いはチャンバー内に注入しながら掘進する工法である。この気泡シールド工法では、発泡性や気泡の強度等を考慮して起泡材が選定されている。例えば、特許文献１に記載された起泡材は、アニオン系界面活性剤の一種であるアルファオレフィンスルホン酸を含有し、混和剤として増粘剤が混合されている。
前述の特許文献１では、増粘剤に関して起泡材の起泡効果を阻害させない範囲で混合する旨が言及されているが、従来の起泡材では増粘剤の混合により発泡性が損なわれてしまう。また、不溶化剤の併用等によって高濃度の塩が含まれると、従来の起泡材では発泡性が損なわれてしまう。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、増粘剤が混合されたり、高濃度の塩が存在したりして発泡性が損なわれてしまう条件下であっても、起泡材の発泡性を確保し、気泡の耐久性を高めることを目的とする。
前述の目的を達成するため、本発明は、気泡剤と添加剤とを、気泡剤／添加剤の質量比が７０／３０〜３０／７０の割合で含有する気泡シールド工法用起泡材であって、前記気泡剤はアニオン系界面活性剤であり、前記添加剤は、一般式Ｒ３−Ｏ−（ＡＯ）ｐ−Ｒ４、及び、ＨＯ−（ＡＯ）ｑ−Ｈ（上記式中、Ｒ３、Ｒ４は炭素数２の炭化水素基、ＡＯは炭素数２のオキシアルキレン基、ｐ＝２、ｑはＡＯの平均付加モル数であって３〜４０の数である）で表される化合物のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする。
また、本発明は、前述の気泡シールド工法用起泡材を発泡させて気泡を生成し、前記気泡を切羽或いはチャンバー内に注入しながら掘進することを特徴とする気泡シールド工法である。
本発明によれば、気泡シールド工法で用いられる起泡材に関し、起泡材の発泡性を確保し、気泡の耐久性を高めることができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。まず、気泡シールド工法に用いられるシールドマシンの概略、及び起泡材の概略について説明する。
図１に示すように、本工法に用いられるシールドマシン１は、スキンプレート２と、隔壁３と、カッター４と、カッターモーター５と、気泡注入管６と、スクリューコンベア７と、土圧センサ８を備えている。
スキンプレート２は、シールドマシン１の外殻部となる鋼製の筒状部材である。隔壁３は、スキンプレート２に設けられており、スキンプレート２の前側部分にチャンバー９を区画する。カッター４は、回転によって地中を掘削する部分であり、スキンプレート２よりも前方に配設されている。カッターモーター５は、カッター４を回転させるための駆動源であり、隔壁３の後側に設けられている。カッターモーター５の駆動力は支持アーム１０を介してカッター４に伝達される。
気泡注入管６は、起泡材溶液が発泡装置（図示せず）で発泡されることで得られたシェービングクリーム状の微細気泡を案内する部材である。気泡注入管６の先端はカッター４の前方に位置しているため、案内された微細気泡は切羽に向けて注入される。カッター４で掘削された掘削土は、このカッター４の回転によって気泡と混合されることで流動性が高められ、チャンバー９に流入する。そして、チャンバー９では、気泡の存在によって壁面への掘削土の付着が抑制される。また、土粒子同士の間に気泡が入り込むので、止水性も高められる。なお、気泡注入管６によって、気泡をチャンバー９内の土砂に注入してもよい。
スクリューコンベア７は、チャンバー９に流入した掘削土を後側に排出する装置である。土圧センサ８は、チャンバー９に流入した掘削土の圧力を測定する器具である。この土圧センサ８で測定された掘削土の圧力に応じて、シールドマシン１の推進力やスクリューコンベア７による掘削土の排出量が調整される。
微細気泡の基となる起泡材は、例えば図２に示すように、気泡剤を主成分として含有しており、添加剤が添加されている。気泡剤は、気泡の基となる成分であり、アニオン系界面活性剤が用いられる。本実施形態では、アルキル硫酸エステル塩（ＡＳ）、アルキルエーテル硫酸エステル塩（ＡＥＳ）、及びアルファオレフィンスルホン酸（ＡＯＳ）の一種または２種以上のアニオン系界面活性剤を用いることが好ましい。
前記アルキル硫酸エステル塩は、一般式（１）のｍ＝０で表され、アルキルエーテル硫酸エステル塩は、一般式（１）のｍ＝１以上で表される。また、アルファオレフィンスルホン酸は、一般式（２）で表されるものを含有する。
［Ｒ１−Ｏ−（ＡＯ）ｍ−ＳＯ３］ｔ Ｘ ・・・ （１）
［Ｒ２−ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ２）ｎ−ＳＯ３］ｔ Ｘ ・・・ （２）
［Ｒ２−ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ２）ｎ−ＳＯ３］ｔ Ｘ ・・・ （２）
これらの一般式（１）、（２）において、Ｒ１は炭素数８〜２０の炭化水素基が好ましく炭素数１０〜１６がさらに好ましい。Ｒ２は炭素数８〜３０の炭化水素基が好ましく炭素数１０〜１８がさらに好ましい。ＡＯは、炭素数２〜４のオキシアルキレン基の１種または２種以上の混合物が好ましく、炭素数２のオキシアルキレン基（オキシエチレン基）がさらに好ましい。Ｘは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム塩、アルカノールアミン塩が好ましく、アルカリ金属がさらに好ましい。ｔはＸの酸化数、ｍはＡＯの平均付加モル数であって０〜５０が好ましく、０〜１０がさらに好ましい。ｎは０〜５の数である。
前述のアルキル硫酸エステル塩（ＡＳ）としては、例えば、一般式（１）のＲ１が炭素数１０〜１４のアルキル基、ｍが０、Ｘがナトリウムに相当する、ライオン株式会社製の商品名「サンノールＬＭ−１１３０」が好適に用いられる。また、アルキルエーテル硫酸エステル塩（ＡＥＳ）としては、例えば、一般式（１）のＲ１が炭素数１２〜１６のアルキル基、ｍが３、Ｘがナトリウムに相当する、ライオン株式会社製の商品名「サンノールＬＭＴ−１４３０」が好適に用いられる。さらに、アルファオレフィンスルホン酸（ＡＯＳ）としては、例えばライオン株式会社製の商品名「リポランＬＢ−４４０」が好適に用いられる。そして、本実施形態では、これらの製品を使用した。
添加剤は、次の一般式（３）、（４）で表される化合物である。
Ｒ３−Ｏ−（ＡＯ）ｐ−Ｒ４ ・・・ （３）
ＨＯ−（ＡＯ）ｑ−Ｈ ・・・ （４）
Ｒ３−Ｏ−（ＡＯ）ｐ−Ｒ４ ・・・ （３）
ＨＯ−（ＡＯ）ｑ−Ｈ ・・・ （４）
一般式（３）において、Ｒ３は、炭素数１〜４の炭化水素基であり、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ブチル基が好ましく、ブチル基がさらに好ましい。Ｒ４は、水素原子または炭素数１〜４の炭化水素基であり、水素原子が好ましい。ＡＯは、炭素数２〜４のオキシアルキレン基の１種または２種以上の混合物であり、オキシエチレン基が好ましい。ｐはＡＯの平均付加モル数であって１〜５であり、１〜３が好ましく、２がさらに好ましい。
一般式（３）の化合物の具体的な例としては、メチルジグリコール、エチルジグリコール、イソプロピルジグリコール、ブチルグリコール、ブチルジグリコール、ブチルトリグリコール、メチルプロピレングリコール、ブチルプロピレングリコール、ブチルジプロピレングリコール、ジメチルグリコール、ジメチルプロピレングリコール、ジエチルグリコール、ジエチルジグリコール、ジエチルプロピルグリコールなどが挙げられ、これらの中でもメチルジグリコール、エチルジグリコール、ブチルジグリコール、ジエチルジグリコールが好ましい。
一般式（４）において、ＡＯは、炭素数２〜４のオキシアルキレン基の１種または２種以上の混合物であり、オキシエチレン基が好ましい。ｑはＡＯの平均付加モル数であって２〜４０であり、５〜３０が好ましく、１０〜２０がさらに好ましい。
一般式（４）の化合物の具体的な例としては、ＡＯがオキシエチレン基、ｑが２のジエチレングリコール（ＤＥＧ）、ＡＯがオキシプロピレン基、ｑが２ジプロピレングリコール（ＤＰＧ）、ＡＯがオキシエチレン基、ｑが３〜４０のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ＡＯがオキシプロピレン基、ｑが３〜４０のポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）などが挙げられ、これらの中でもジエチレングリコール、ＡＯがオキシエチレン基、ｑが２〜４０のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）が好ましい。
そして、起泡材には、気泡剤が０．０１〜５０質量％の割合で含まれ、添加剤が０．０１〜５０質量％の割合で含まれることが好ましく、気泡剤が５〜３０質量％の割合で含まれ、添加剤が５〜３０質量％の割合で含まれることがより好ましい。なお、各質量％は、気泡剤もしくは添加剤の純分換算濃度である。そして、気泡剤と添加剤の合計が１００質量％に満たない場合、残余は水等の他成分になる。この起泡材は、適宜希釈して使用するとよい。また、起泡材を、不溶化剤、分散剤、流動化剤などと併用してもよい。さらに、起泡材は、気泡剤／添加剤の質量比が８５／１５〜１５／８５が好ましく、７０／３０〜３０／７０がより好ましい。気泡剤と添加剤の質量比を前記範囲とすることで起泡材の発泡性、起泡の持続性がより向上する。
気泡混合土の流動性を確認するため、前述の薬剤と試料土を用いて図３に示すサンプルＮｏ１〜２９を作製し、ミニスランプ試験を行った。以下、ミニスランプ試験について説明する。
まず試料土について説明する。このミニスランプ試験では土丹（泥岩）を次の手順で調整し、試料土として用いた。はじめに土丹を粉砕し、ふるいを用いて２ｍｍ以上９．５ｍｍ以下の粒径のものを選別した。選別した土丹を適当量分取して、JIS A1203「土の含水比試験方法」に従って含水比を測定した後、適当量の水を加えて含水比４０％に調整した。水の添加に際しては、土丹全体に対して一様に水分が行き渡るように、ホバートミキサーで土丹を攪拌しながら水を添加した。水が添加された土丹を厚手のビニール袋に入れて一晩静置し、試料土として用いた。
次に、ミニスランプ試験について説明する。このミニスランプ試験では、最初に必要量の試料土を電子天秤によって量り取った。そして、量り取った試料土に対し、体積比で５０％分の気泡を添加した。気泡の添加量は重さで管理した。具体的には、試料土１ｋｇに対して気泡が３３．８ｇとなるように添加した。また、一部のサンプル（Ｎｏ２６〜２９）では気泡が８．８ｇとなるように添加した。なお、気泡は、サンプル毎に調整された起泡材溶液（後述）を発泡させることで作製した。起泡材溶液の発泡にはハンドポンプ（ボディソープ用泡ポンプ）を用いた。
気泡を添加したならば、ヘラを用いて気泡と試料土を全体が均等になるように混ぜ合わせ、気泡混合土を作製した。JIS A1171に規定されるミニスランプコーン（上端内径５０±０．５ｍｍ，下端内径１００±０．５ｍｍ，高さ１５０±０．５ｍｍ）をスランプ板の上に載置し、作成後１５分間静置した気泡混合土をミニスランプコーンに投入した。そして、投入した気泡混合土を突き棒で適度に突いた。気泡混合土は３回に分けて投入し、全量を投入した後に開口面の気泡混合土を均した。その後、気泡混合土を詰めたミニスランプコーンを鉛直上方に引き抜いた。そして、スランプ値を１ｍｍ単位で読み取った。
次に、各サンプルについて説明する。図３に示すように、このミニスランプ試験では、Ｎｏ１〜２９からなる２９種類のサンプルを作製した。まず、各サンプルについて説明する。
図３の気泡剤に関し、記号ＡＳは、一般式（１）においてＲ１＝炭素数１０〜１４のアルキル基、ｍ＝０のアルキル硫酸エステル塩（ライオン株式会社製の商品名「サンノールＬＭ−１１３０」）である。また、記号ＡＥＳは、一般式（１）においてＲ１＝炭素数１２〜１６のアルキル基、ｍ＝３のアルキルエーテル硫酸エステル塩（ライオン株式会社製の商品名「サンノールＬＭＴ−１４３０」）であり、記号ＡＯＳは、一般式（２）で表されるアルファオレフィンスルホン酸（ライオン株式会社製の商品名「リポランＬＢ−４４０」）である。
添加剤に関し、記号Ｃ１Ｅ２、記号Ｃ２Ｅ２Ｃ２、及び記号Ｃ４Ｅ２は、何れも一般式（３）に属する化合物である。また、記号Ｃ６Ｅ２、及び記号Ｃ８Ｅ２は比較例の化合物である。まず、最も使用頻度の高い記号Ｃ４Ｅ２について説明すると、この記号Ｃ４Ｅ２は、Ｒ３が炭素数４のブチル基、ＡＯが炭素数２のオキシエチレン基（ＥＯ）、ＡＯの平均付加モル数ｐが２、Ｒ４が水素原子（Ｈ）である化合物（ブチルジグリコール）を表している。
記号Ｃ１Ｅ２は、Ｒ３が炭素数１のメチル基、ＡＯが炭素数２のオキシエチレン基、ＡＯの平均付加モル数ｐが２、Ｒ４が水素原子（Ｈ）である化合物（メチルジグリコール）である。要するに、Ｃ４Ｅ２におけるＲ３をメチル基に変えた化合物を表している。同様に、記号Ｃ６Ｅ２は、Ｒ３を炭素数６のヘキシル基に変えた化合物（ヘキシルジグリコール）であり、記号Ｃ８Ｅ２は、Ｒ３を炭素数８のオクチル基に変えた化合物（オクチルジグリコール）を表している。さらに、記号Ｃ２Ｅ２Ｃ２は、Ｒ３が炭素数２のエチル基、ＡＯが炭素数２のオキシエチレン基、Ｒ４が炭素数２のエチル基である化合物（ジエチルジグリコール）を表している。
同じく添加剤に関し、記号ＰＥＧ、記号ＤＥＧ、及び記号ＥＧは、何れもエチレングリコール系の化合物である。すなわち、記号ＰＥＧはポリエチレングリコールであり、数字部分が分子量を示している。例えば、ＰＥＧ６００とは分子量６００のポリエチレングリコールを表し、ＰＥＧ６０００とは分子量６０００のポリエチレングリコールを表している。そして、ＰＥＧ６００は、ＡＯが炭素数２のオキシエチレン基、ＡＯの平均付加モル数ｑが約１３となる。同様に、ＰＥＧ２０００は、ＡＯがオキシエチレン基、ＡＯの平均付加モル数ｑが約４５となる。また、記号ＤＥＧはジエチレングリコール（ＡＯ：オキシエチレン基，ｑ：２）であり、記号ＥＧはエチレングリコール（ＡＯ：オキシエチレン基，ｑ：１）である。エチレングリコール系化合物の中で、ＤＥＧやＰＥＧ６００、及びＰＥＧ１５４０は、一般式（４）に属する化合物である。また、ＥＧ、ＰＥＧ２０００、ＰＥＧ４０００Ｋ、及びＰＥＧ６０００は比較例の化合物である。
サンプルＮｏ１〜１５は、気泡剤と添加剤を含有する起泡材で作製されたサンプルである。一方、サンプルＮｏ１６〜２９は、有害物質（ヒ素，鉛等）の不溶化を目的として水溶性の塩を含む不溶化剤を添加したものである。具体的には、ＦｅＳＯ４水溶液を、全鉄量がサンプルの６．３５質量％となるように添加している。なお、以下の説明において、気泡剤や添加剤の濃度（質量％）は純分換算の濃度を示している。
サンプルＮｏ１，２は、一般式（２）の気泡剤を水に添加し、添加剤を不添加とした起泡材で作製されたサンプルである。すなわち、サンプルＮｏ１は、気泡剤である濃度０．３０％のＡＯＳ水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。同様に、サンプルＮｏ２は、濃度０．１５質量％のＡＯＳ水溶液を起泡材として発泡及び混合したものである。
サンプルＮｏ３〜６は、一般式（２）の気泡剤と一般式（３）或いは比較例の添加剤を水に添加した起泡材で作製されたサンプルである。すなわち、サンプルＮｏ３は、気泡剤としてＡＯＳを、添加剤としてＣ４Ｅ２を用い、それぞれの濃度を０．３０質量％，０．１５質量％とした混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。サンプルＮｏ４は、サンプルＮｏ３のＡＯＳ濃度を０．１５質量％に変更した混合水溶液を起泡材として発泡及び混合したものである。サンプルＮｏ５は、サンプルＮｏ４のＣ４Ｅ２濃度を０．０１５質量％に変更した混合水溶液を起泡材として発泡及び混合したものである。サンプルＮｏ６は、気泡剤としてＡＯＳを、添加剤としてＣ８Ｅ２を用い、それぞれの濃度を０．３０質量％，０．１５質量％とした混合水溶液を起泡材として発泡及び混合したものである。
サンプルＮｏ７は、気泡剤を不添加とし、一般式（３）の添加剤を起泡材として作製されたサンプルである。すなわち、サンプルＮｏ７は、添加剤である濃度０．４５質量％のＣ４Ｅ２水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。
サンプルＮｏ８〜１０は、一般式（２）の気泡剤と一般式（４）或いは比較例の添加剤を水に添加した起泡材で作製されたサンプルである。すなわち、サンプルＮｏ８は、気泡剤としてＡＯＳを、添加剤としてＰＥＧ６００を用い、それぞれの濃度を０．３０質量％，０．１５質量％とした混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。サンプルＮｏ９は、気泡剤としてＡＯＳを、添加剤としてＰＥＧ６０００を用い、それぞれの濃度を０．１５質量％，０．１５質量％とした混合水溶液を起泡材として発泡及び混合したものである。サンプルＮｏ１０は、気泡剤としてＡＯＳを、添加剤としてＰＥＧ２００００を用い、それぞれの濃度を０．１５質量％，０．１５質量％とした混合水溶液を起泡材として発泡及び混合したものである。
サンプルＮｏ１１，１２は、一般式（２）の気泡剤及び一般式（３），（４）の添加剤を水に添加した起泡材で作製されたサンプルである。すなわち、サンプルＮｏ１１は、気泡剤としてＡＯＳを、添加剤としてＣ４Ｅ２及びＰＥＧ６００を用い、それぞれの濃度を０．３０質量％，０．１５質量％，０．１５質量％とした混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。サンプルＮｏ１２は、サンプルＮｏ１１のＡＯＳ濃度を０．１５質量％に変更した混合水溶液を起泡材として発泡及び混合したものである。
サンプルＮｏ１３は、一般式（１）の気泡剤を水に添加し、添加剤を不添加とした起泡材で作製されたサンプルである。すなわち、サンプルＮｏ１３は、気泡剤としてＡＳ及びＡＥＳを用い、それぞれの濃度を０．２１質量％，０．０９質量％とした混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。
サンプルＮｏ１４，１５は、一般式（１）の気泡剤及び一般式（３），（４）の添加剤を水に添加した起泡材で作製されたサンプルである。すなわち、サンプルＮｏ１４は、気泡剤としてＡＳ及びＡＥＳを、添加剤としてＣ４Ｅ２及びＰＥＧ６００を用い、それぞれの濃度を０．２１質量％，０．０９質量％，０．３０質量％，０．３０質量％とした混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。サンプル１５は、サンプル１４のＣ４Ｅ２濃度及びＰＥＧ６００濃度を、それぞれ０．１５質量％に変更した混合水溶液を起泡材として発泡及び混合したものである。
サンプルＮｏ１６は、一般式（２）の気泡剤、及び有害物質の不溶化剤を水に添加し、添加剤を不添加とした起泡材で作製されたサンプルである。すなわち、サンプルＮｏ１６は、気泡剤としてＡＯＳを、不溶化剤としてＦｅＳＯ４を用い、ＡＯＳの濃度を１．８０質量％、ＦｅＳＯ４を規定濃度（全鉄量がサンプルの６．３５質量％となる濃度）とした混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。
サンプルＮｏ１７〜２０は、一般式（２）の気泡剤、一般式（３）或いは比較例の添加剤、及び有害物質の不溶化剤を水に添加した起泡材で作製されたサンプルである。すなわち、サンプルＮｏ１７は、気泡剤としてＡＯＳを、添加剤としてＣ１Ｅ２を、不溶化剤としてＦｅＳＯ４を用い、ＡＯＳの濃度を１．８０質量％、Ｃ１Ｅ２の濃度を１．８０質量％、ＦｅＳＯ４を規定濃度とした混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。サンプルＮｏ１８は、サンプルＮｏ１７の添加剤をＣ２Ｅ２Ｃ２（濃度１．８０質量％）に変更した混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。同様に、サンプルＮｏ１９ではサンプルＮｏ１７の添加剤をＣ６Ｅ２（濃度を１．８０質量％）に変更し、サンプルＮｏ２０ではサンプルＮｏ１７の添加剤をＣ８Ｅ２（濃度１．８０質量％）に変更した混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。
サンプルＮｏ２１〜２５は、一般式（２）の気泡剤、一般式（４）或いは比較例の添加剤、及び有害物質の不溶化剤を水に添加した起泡材で作製されたサンプルである。すなわち、サンプルＮｏ２１は、気泡剤としてＡＯＳを、添加剤としてＤＥＧを、不溶化剤としてＦｅＳＯ４を用い、ＡＯＳの濃度を１．８０質量％、ＤＥＧの濃度を１．８０質量％、ＦｅＳＯ４を規定濃度とした混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。サンプルＮｏ２２は、サンプルＮｏ２１の添加剤をＰＥＧ１５４０（濃度１．８０質量％）に変更し、サンプルＮｏ２３は、サンプルＮｏ２１の添加剤をＥＧ（濃度１．８０質量％）に変更した混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。同様に、サンプルＮｏ２４は、サンプルＮｏ２１の添加剤をＰＥＧ２０００（濃度１．８０質量％）に変更し、サンプルＮｏ２５は、サンプルＮｏ２１の添加剤をＰＥＧ４０００Ｋ（濃度１．８０質量％）に変更した混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土に混合したものである。
サンプルＮｏ２６〜２９は、一般式（２）の気泡剤、一般式（３）または（４）の添加剤を水に添加した起泡材で作製され、有害物質の不溶化剤を、気泡と試料土の混合時に或いは気泡と試料土の混合後に添加したサンプルである。すなわち、サンプルＮｏ２６は、気泡剤としてＡＯＳを、添加剤としてＣ４Ｅ２を用い、ＡＯＳの濃度を１．８０質量％、Ｃ４Ｅ２の濃度を１．８０質量％とした混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土１ｋｇに対して気泡が８．８ｇとなるように添加した。その際、不溶化剤としてのＦｅＳＯ４水溶液を、全鉄量がサンプルの６．３５質量％となるように添加した。その後、気泡及び不溶化剤を試料土に対して均一に混合した。サンプルＮｏ２７は、不溶化剤の添加方法がサンプルＮｏ２６と相違している。すなわち、サンプルＮｏ２７では、気泡を試料土に混合した気泡混合土に対し、不溶化剤を添加した。
サンプルＮｏ２８は、気泡剤としてＡＯＳを、添加剤としてＰＥＧ６００を用い、ＡＯＳの濃度を１．８０質量％、ＰＥＧ６００の濃度を１．８０質量％とした混合水溶液を起泡材として発泡させ、試料土１ｋｇに対して気泡が８．８ｇとなるように添加した。その際、不溶化剤としてのＦｅＳＯ４水溶液を、全鉄量がサンプルの６．３５質量％となるように添加した。その後、気泡及び不溶化剤を試料土に対して均一に混合した。サンプルＮｏ２９は、不溶化剤の添加方法がサンプルＮｏ２８と相違している。すなわち、サンプルＮｏ２８では、気泡を試料土に混合した気泡混合土に対し、不溶化剤を添加した。
以下、試験結果について説明する。ミニスランプ試験では、スランプ値を小数点以下１桁まで読み取り、スランプ値で３．０ｃｍ以上のサンプルを合格とした。これは、混合から１５分経過時点でのスランプ値が３．０ｃｍ以上であれば、掘削土砂についてチャンバー９の通過期間に亘って十分な流動性が確保できるとの知見による。
まず、気泡剤や添加剤を単体で用いた場合の結果について検討する。サンプルＮｏ１，２，７，１３，１６の結果を参照すると、サンプルＮｏ１のスランプ値は０．０ｃｍ、サンプルＮｏ２のスランプ値は２．０ｃｍ、サンプルＮｏ７のスランプ値は不発泡により評価不能、サンプルＮｏ１３のスランプ値は２．５ｃｍ、サンプルＮｏ１６のスランプ値は２．１ｃｍであった。
スランプ値が３．０ｃｍ以上のサンプルがなかったことから、気泡剤としてＡＯＳを用いても、ＡＳとＡＥＳの混合物を用いても１５分後のスランプ値が小さく、気泡シールド工法に必要な流動性を得ることは難しいことが確認された。また、サンプルＮｏ１６の結果より、不溶化剤（鉄塩）を含む場合には、気泡剤を高濃度にしても気泡シールド工法に必要な流動性を得ることは難しいことが確認された。さらに、サンプルＮｏ７の起泡材が不発泡であったことから、添加剤そのものを起泡材として用いることは困難であることが確認された。
次に、添加剤として一般式（３）、すなわちＲ３−Ｏ−（ＡＯ）ｐ−Ｒ４で表される化合物を用いた結果について検討する。ここでは、サンプルＮｏ３〜６，Ｎｏ１７〜２０，Ｎｏ２６〜２７の結果を参照する。サンプルＮｏ３のスランプ値は８．９ｃｍ、サンプルＮｏ４のスランプ値は３．５ｃｍ、サンプルＮｏ５のスランプ値は３．０ｃｍ、サンプルＮｏ６のスランプ値は０．０ｃｍであった。そして、サンプルＮｏ１７のスランプ値は５．８ｃｍ、サンプルＮｏ１８のスランプ値は５．３ｃｍ、サンプルＮｏ１９及びＮｏ２０のスランプ値は不発泡により評価不能であった。また、サンプルＮｏ２６のスランプ値は３．０ｃｍ、サンプルＮｏ２７のスランプ値は３．４ｃｍであった。
添加剤としてＣ４Ｅ２、Ｃ１Ｅ２、及びＣ２Ｅ２Ｃ２を用いたサンプルＮｏ３〜５，Ｎｏ１７〜１８，Ｎｏ２６〜２７については、スランプ値が３．０ｃｍ以上であった。これらの結果から、一般式：Ｒ３−Ｏ−（ＡＯ）ｐ−Ｒ４において、Ｒ３については炭素数１（Ｃ１Ｅ２）〜４（Ｃ４Ｅ２）までの化合物が使用できると考えられた。ＡＯについては、少なくとも炭素数２（ＥＯ）の化合物が使用できると考えられた。ｐについては、少なくとも２の化合物が使用できると考えられた。Ｒ４については、水素原子（Ｃ４Ｅ２，Ｃ１Ｅ２）〜炭素数２（Ｃ２Ｅ２Ｃ２）までの化合物が使用できると考えられた。
サンプルＮｏ１７〜１８，Ｎｏ２６〜２７の結果より、気泡剤や添加剤の濃度を高めることで、不溶化剤（鉄塩）の存在下でも十分な流動性を確保できると考えられた。また、サンプルＮｏ３〜５の結果より、気泡剤や添加剤の濃度を変えることで気泡混合土の流動性を調整できることも確認された。
一方、比較例の添加剤であるＣ６Ｅ２及びＣ８Ｅ２を用いたサンプルＮｏ６，Ｎｏ１９〜２０において、スランプの値が０．０ｃｍであったり、起泡材が不発泡であったりしたことから、Ｒ３の炭素数を６以上にしてしまうと、気泡シールド工法に必要な流動性を得難いことが確認された。
次に、添加剤として一般式（４）、すなわちＨＯ−（ＡＯ）ｑ−Ｈで表される化合物を用いた結果について検討する。ここでは、サンプルＮｏ８〜１０，Ｎｏ２１〜２５，Ｎｏ２８〜２９の結果を参照する。サンプルＮｏ８のスランプ値は８．５ｃｍ、サンプルＮｏ９及びＮｏ１０のスランプ値はともに０．０ｃｍであった。サンプルＮｏ２１のスランプ値は３．０ｃｍ、サンプルＮｏ２２のスランプ値は４．２ｃｍであった。サンプルＮｏ２３〜２５のスランプ値は、不発泡や高分子凝集による影響で評価不能であった。サンプルＮｏ２８のスランプ値は３．２ｃｍ、サンプルＮｏ２９のスランプ値は３．０ｃｍであった。
添加剤としてＤＥＧ、ＰＥＧ６００、及びＰＥＧ１５４０を用いたサンプルＮｏ８，Ｎｏ２１〜２２，Ｎｏ２８〜２９については、スランプ値が３．０ｃｍ以上であった。これらの結果から、一般式：ＨＯ−（ＡＯ）ｑ−Ｈにおいて、ＡＯについては、少なくとも炭素数２の化合物が使用できると考えられた。ｑについては、２（ＤＥＧ）〜３５（ＰＥＧ１５４０）の化合物が使用できると考えられた。そして、サンプルＮｏ２１〜２２，Ｎｏ２８〜２９の結果より、気泡剤や添加剤の濃度を高めることで、不溶化剤（鉄塩）の存在下でも十分な流動性を確保できると考えられた。
一方、比較例の添加剤であるＥＧ、ＰＥＧ２０００〜ＰＥＧ２００００を用いたサンプルＮｏ９〜１０，Ｎｏ２３〜２５については、何れもスランプの値が０．０ｃｍであったり、評価不能であったりしたことから、ｑについては、１（ＥＧ）または４５（ＰＥＧ２０００）以上になると、気泡シールド工法に必要な流動性を得難いことが確認された。
次に、複数種類の気泡剤や複数種類の添加剤を混合して用いた結果について説明する。ここでは、サンプルＮｏ１１〜１２，Ｎｏ１４〜１５の結果を参照する。サンプルＮｏ１１のスランプ値は４．６ｃｍ、サンプルＮｏ１２のスランプ値は３．５ｃｍ、サンプルＮｏ１４のスランプ値は４．８ｃｍ、サンプルＮｏ１５のスランプ値は４．２ｃｍであり、何れも３．０ｃｍ以上であった。
これらの結果から、気泡剤としてＡＳやＡＥＳを混合して使用してもよく、添加剤として一般式（３）と（４）で表される化合物同士を混合して使用してもよいことが確認された。さらに、不溶化剤（鉄塩）が存在する場合、気泡剤や添加剤の濃度を高めることで必要な流動性が得られることも確認された。
なお、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。
１…シールドマシン，２…スキンプレート，３…隔壁，４…カッター，５…カッターモーター，６…気泡注入管，７…スクリューコンベア，８…土圧センサ，９…チャンバー，１０…支持アーム
Claims (2)
- 気泡剤と添加剤とを、気泡剤／添加剤の質量比が７０／３０〜３０／７０の割合で含有する気泡シールド工法用起泡材であって、
前記気泡剤はアニオン系界面活性剤であり、
前記添加剤は、一般式
Ｒ３−Ｏ−（ＡＯ）ｐ−Ｒ４、及び、ＨＯ−（ＡＯ）ｑ−Ｈ
（上記式中、Ｒ３、Ｒ４は炭素数２の炭化水素基、ＡＯは炭素数２のオキシアルキレン基、ｐ＝２、ｑはＡＯの平均付加モル数であって３〜４０の数である）
で表される化合物のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする気泡シールド工法用起泡材。 - 請求項１に記載の気泡シールド工法用起泡材を発泡させて気泡を生成し、前記気泡を切羽或いはチャンバー内に注入しながら掘進することを特徴とする気泡シールド工法。
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