JP6359422B2

JP6359422B2 - シールド掘進機用テールシール組成物およびシールド工法

Info

Publication number: JP6359422B2
Application number: JP2014216958A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　透; 透伊藤; 三浦　俊彦; 俊彦三浦; 寛哲山元; 秀一加藤; 荒井　孝; 孝荒井; 泰葉徳毛
Original assignee: Obayashi Corp; JXTG Nippon Oil and Energy Corp
Current assignee: Obayashi Corp; Eneos Corp
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2018-07-18
Anticipated expiration: 2034-10-24
Also published as: JP2016084394A

Description

本発明は、シールド掘進機用のテールシール組成物およびこれを用いるシールド工法に関する。

シールド掘進機により、地中にトンネルを掘削する場合、進行方向の地山を掘削しながら、シールド掘進機は前進し、シールド掘進機の後方には、順次、トンネルの内壁となるセグメントが組み上げられている。この場合、掘削されるトンネルの外径（掘削開孔径）は、シールド掘進機の外径となるが、セグメントはシールド掘進機内部で組み上げられるため、セグメントの外径はシールド掘進機の内径以下となる。このため、シールド掘進機の後方ではトンネル外径とセグメント外径との間に隙間が生じ、この隙間には、シールド掘進機の前進にともない、裏込剤が充填される。
一方、シールド掘進機の後端で、未だ裏込剤が充填されていないトンネル内の空隙へは、地下水等が浸みだしており、この地下水のシールド掘進機内への浸入を防ぐため、シールド掘進機の末端にはシールド掘進機内のセグメントの外周とシールド掘進機の内周の間を止水するブラシシールが複数列、シールド掘進機の内周に設けられている。そして、その止水性を維持するために、これらのブラシシールの間にテールシール組成物が充填されている（例えば、特許文献１参照）。

このテールシール組成物としては、鉱油系、合成系の潤滑油基油に、増ちょう剤としての鱗片状、その他無機充填剤、有機粉末、繊維質等を混合したものが用いられている（特許文献１〜４参照）。
ところで、裏込剤は充填当初は流動性が高く、その後固化するため、流動性の高い裏込剤がシールドマシン後端のブラシシール部に浸入し、ブラシシールとセグメントが固着して、シールドマシンの前進が困難となったり、セグメントの強度によっては、セグメントが破壊されるという問題があった。このため、裏込剤がブラシシール部に浸入してきても、ブラシシールとセグメントが固着しない方法が求められていた。

特公平７‐６３５０号公報特開平５‐１８７１９４号公報特開平７‐１０９８９３号公報特開平９‐２０８９４３号公報

本発明は、上記問題点を解決するもので、裏込剤がブラシシール部に浸入してきても、ブラシシールとセグメントが固着しないテールシール組成物およびこれを用いるシールド工法を提供するものである。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究を進めた結果、驚くべきことに、テールシール組成物に繊維質、単糖類及び特定のエステルを含有させることにより、止水性を低下させることなく、裏込剤の浸入によるブラシシールとセグメントの固着を抑制できることを見出した。

本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、次の通りである。
（１）[A] 炭化水素からなる潤滑油基油４０〜６０質量％、[B] 無機粉体３０〜５０質量％、[C] 繊維質２〜１０質量％、[D] 単糖類０.２〜５質量％および、[E] 鎖状カルボン
酸と鎖状アルコールとのエステル０.２〜５質量％を含有するシールド掘進機用テールシ
ール組成物。
（２）単糖類がブドウ糖であり、鎖状カルボン酸と鎖状アルコールとのエステルが炭素数８〜４０の脂肪酸とペンタエリスリトールとのエステルである上記（１）に記載のシールド掘進機用テールシール組成物。
（３）潤滑油基油が、テールシール組成物基準で鉱油系潤滑油基油３０〜５０質量％、ポリブテン５〜１５質量％からなる上記（１）に記載のシールド掘進機用テールシール組成物。
（４）上記（１）に記載のシールド掘進機用テールシール組成物により止水したシールド掘進機により開孔を掘進し、その後、開孔とシールド掘進機の間に裏込剤を充填するシールド工法。

本発明は、裏込剤の硬化を、テールシール組成物に配合した繊維質、単糖類および特定のエステルにより遅らすことができるため、ブラシシールとセグメントとの固着を抑制できるという格別の効果を奏する。

本発明のシールド掘進機用テールシール組成物は、[A] 炭化水素からなる潤滑油基油４０〜６０質量％、[B] 無機粉体３０〜５０質量％、[C] 繊維質２〜１０質量％、[D] 単糖類０.２〜５質量％および、[E] 鎖状カルボン酸と鎖状アルコールとのエステル０.２〜５質量％を含有するものであるが、この組成物は、圧送の容易性、止水性、水分混入時の安定性、高温時での油保持力のため、１５℃における密度が１.１〜１.３ｇ／ｃｍ^３のものが好ましい。また、同様の理由により、不混和ちょう度が２２０〜２５０のものが好ましい。なお、本発明にいう不混和ちょう度の測定は、ＪＩＳＫ２２２０に準拠する方法による。

[A] 潤滑油基油
本発明の潤滑油基油は、通常の潤滑油に用いられる炭化水素からなる潤滑油基油であれば、鉱油系、合成油系あるいはこれらの混合物のいずれも用いることができる。
この潤滑油基油の物性としては、４０℃における動粘度が５００〜２０００ｍｍ^２／ｓのものが好ましい。さらに、流動点は０℃以下が好ましく、安全性の観点から、引火点は１５０℃以上が好ましい。
この潤滑油基油の含有量は組成物全量基準で４０〜６０質量％であるが、好ましくは、４５〜５５質量％である。

鉱油系潤滑油基油は、一般に、原油を常圧蒸留し、あるいはさらに減圧蒸留して得られる留出油を各種の精製プロセスで精製した潤滑油留分を基油とし、これをそのまま、或いはこれに各種の添加剤等を調合して調製される。前記精製プロセスは、水素化精製、溶剤抽出、溶剤脱ろう、水素化脱ろう、硫酸洗浄、白土処理などであり、これらを適宜の順序で組み合わせて処理して、本発明に好適な鉱油系の潤滑油基油を得ることができる。異なる原油あるいは留出油を、異なるプロセスの組合せ、順序により得られた、性状の異なる複数の精製油の混合物も好適な基油として用いることができる。
この鉱油系潤滑油基油は、取り扱いの安全上の観点から芳香族分が２０％以下のものが好ましい。

合成油系潤滑油基油は、例えば、ポリ‐α‐オレフィン（ＰＡＯ）、低分子量エチレン
・α‐オレフィン共重合体、ポリブテンやポリイソブテンなどの高分子ポリマー、アルキルナフタレンなどを単独であるいは組み合わせて基油として用いることができる。

この潤滑油基油は、テールシール組成物基準で、鉱油系潤滑油基油を３０〜５０質量％、特には３５〜４５質量％、ポリブテンを５〜１５質量％、特には８〜１２質量％含むようにすることが好ましい。

[B] 無機粉体
本発明においては、テールシール組成物の止水性を向上させ、圧送性を良好に保持するために、無機粉体を用いる。
無機粉体としては、珪素、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム等の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩等の粉体を用いることができ、さらにこれらの混合物、及び、天然に産するこれらの化合物を主成分とする鉱石の粉体等も用いることができる。具体的には、タルクの粉体が好適である。
これらの無機粉体は、平均粒径が５〜５０μｍのものが好ましい。
この無機粉体の含有量は、テールシール組成物全量基準で、３０〜５０質量％であるが、３５〜４５質量％が好ましい。

なお、圧送に適したちょう度に調整するために、無機粉体とともに、通常の潤滑剤やグリース等で用いられている増ちょう剤を併用することもできる。
この増ちょう剤としては、金属石けん系、ウレア系、有機ポリマー系の増ちょう剤を挙げることができる。
金属石けん系増ちょう剤は、カルボン酸がステアリン酸、アゼライン酸などの脂肪族カルボン酸でも、テレフタル酸などの芳香族カルボン酸でもよく、特には１価または２価の脂肪族カルボン酸で、炭素数６〜２０の脂肪族カルボン酸のものが好ましい。また、金属は、リチウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、カルシウムなどのアルカリ土類金属、アルミニウムのような両性金属でもよいが、アルカリ金属、特にはリチウムが好ましい。このようなカルボン酸金属塩は、一種類でも複数の種類を混合して用いてもよい。

ウレア系増ちょう剤としては、ジイソシアネートとモノアミンとの反応で得られるジウレア化合物やジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られるポリウレア化合物等が好適であり、また、有機ポリマー系増ちょう剤としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などが好適である
なお、上記金属石けん系、ウレア系、有機ポリマー系等の増ちょう剤は、単独でも、２種類以上を併用しても良い。
これらの増ちょう剤の含有量は、テールシール組成物全量基準で、０.５〜５質量％が
好ましく、０.５〜２質量％がより好ましい。

[C] 繊維質
繊維質は、シールド掘進機のテールシール部にある金属網や金属線を束ねたブラシに絡みつき、潤滑油基油、無機粉体とともに止水性のある濾布層を形成するために用いられる。
この繊維質としては、天然由来または有機合成された有機繊維質のいずれをも用いることができ、例えば、天然由来の天然繊維としては、セルロース、綿繊維が、合成繊維としては、ポリプロピレン、ポリエステル等が好適である。
この繊維質は、長さが、平均で１〜１０ｍｍのものが好ましく、その直径は、平均で１０〜１００μｍが好ましい。また、この繊維質の含有量は、テールシール組成物全量基準で、２〜１０質量％であるが、３〜８質量％が好ましい。

[D] 単糖類
単糖類は、テールシール組成物に浸入した裏込剤の凝結時間を遅延させるために用いる。単糖類としては、アルドースおよびケトースのいずれも用いることができ、グルコース（ブドウ糖）、ガラクトース、マンノース、フルクトースなどが挙げられ、特にはグルコース（ブドウ糖）が好ましい。これらの単糖類は、単独で用いても、二種類以上を混合して用いても良い。
この単糖類の含有量は、テールシール組成物全量基準で、０.２〜５質量％であるが、
０.５〜３質量％が好ましい。

[E] エステル
本発明のエステルは、鎖状カルボン酸と鎖状アルコールとのエステルからなるもので、テールシール組成物に裏込剤が浸入した場合に、浸入部分を軟化させて硬化を遅らせることができる。
エステルを構成する鎖状カルボン酸は、炭素数８〜４０の一価カルボン酸（脂肪酸）が好ましい。この鎖状カルボン酸は飽和でも不飽和でもよく、直鎖でも分岐でもよい。その炭素数は１０〜３５がより好ましい。また、単一の化合物でも複数の化合物の混合物でもよい。鎖状カルボン酸は、ヒドロキシカルボン酸を含んでいてもよい。
エステルを構成する鎖状アルコール（脂肪族アルコール）は、炭素数４〜１０のものが好ましく、二価以上がより好ましく、四価のものがさらに好ましい。また、この鎖状アルコールは飽和でも不飽でもよく、直鎖でも分岐でもよいし、単一の化合物でも複数の化合物の混合物でもよい。なお、ペンタエリスリトールがより好ましい。
エステルは、全ての水酸基がエステル結合を形成するフルエステルでも、一部の水酸基がエステル結合を形成していない部分エステルでもよいが、フルエステルが好ましい。
このエステルの含有量は、テールシール組成物全量基準で、０.２〜５質量％であるが
、０.５〜２質量％が好ましい。

[F] 他の添加剤
本発明のテールシール組成物には、上記成分以外に、必要に応じて、一般に潤滑油やグリースなどに用いられている、清浄剤、分散剤、摩耗防止剤、酸化防止剤、さび止め剤、腐食防止剤などを適宜添加することができる。

本発明の上記シールテール組成物は、シールド掘進機の末端内周に複数列に設けられたブラシシールの間に、ポンプにより圧送されて充填されることにより、止水する。本発明のシールド工法は、このようにして止水したシールド掘進機により開孔を掘進し、その後、開孔とシールド掘進機の間に裏込剤を充填する方法により行うことができる。
これにより、裏込剤がブラシシール部に浸入してきても、ブラシシールとセグメントが固着することはなく、スムーズに掘進作業を進めることができる。

次に示す潤滑油基油、無機粉体、繊維質、単糖類およびエステルを用いて、表１に示す割合（質量％）で混合してテールシール組成物を調製し、不混和ちょう度を測定した。この結果を表１に示す。
〔テールシール組成物の成分〕
Ａ．潤滑油基油
基油Ａ１：鉱油系潤滑油基油（ＪＸ日鉱日石エネルギー社製、溶剤精製重質油、１５℃の密度；０.９０ｇ／ｃｍ^３）
基油Ａ２：ポリブテン、平均分子量；１５,０００
なお、上記基油Ａ１とＡ２との混合物の４０℃における動粘度（ｍｍ^２／ｓ）を表１に示した。
Ｂ．無機粉体
無機粉体Ｂ１：タルク、平均粒径；２０μｍ

Ｃ．繊維質
繊維質Ｃ１：セルロース繊維、平均長さ；５ｍｍ、平均直径；２０μｍ
繊維質Ｃ２：ポリエチレンテレフタレート繊維、平均長さ；５ｍｍ、平均直径；８０μｍ
Ｄ．単糖類
単糖類Ｄ１：ブドウ糖（日本食品化工株式会社製）
Ｅ．エステル
エステルＥ１：ラノリン由来の脂肪酸とペンタエリスリトールから得られるエステル
エステルＥ２：ソルビタンモノオレイルエステル

〔テールシール組成物の評価１：止水性〕
次に示す条件で耐水圧試験を行い、流出水の有無を測定した。
底部中央部に、中心間隔５ｍｍで縦横に４列、合計１６個の開口（直径３ｍｍ）開口を有する内径５２ｍｍのステンレス製の圧力容器を用いた。開口上にステンレス製のメッシュ（５０番、厚み０.８５ｍｍ）を載せ、上記で調製したテールシール組成物５０ｇを導
入した。テールシール組成物上に水（１０ｇ）を置き、空気で３５ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で５分間加圧し、その際の底部開口からの水の流出有無により止水性の評価を行った。この結果を表１に示した。
この結果、繊維質を含まない比較例５は、止水性がないことが分かる。

〔テールシール組成物の評価２：凝固抑制性〕
上記で調製したテールシール組成物１００ｇと、裏込剤の主成分である速乾セメント〔トーヨーマテラン製、商品名インスタントセメント（３０分速乾性）〕、水１５ｇを手で混合し、混合直後のちょう度と、３０分後のちょう度の差を測定することで、凝固抑制性を評価した。この結果を表１に示した。凝固が進むとちょう度は低下することから、この数値が低いことは、凝固が抑制されていることを示す。
この結果、単糖類と鎖状カルボン酸と鎖状アルコールとのエステルを含有する実施例１〜２の組成物は、これらの一方しか含有しない比較例１〜３に比べて、優れた凝固抑制効果を有することが分かる。また、鎖状カルボン酸と鎖状アルコールとのエステルでないＥ２のソルビタンモノオレイルエステルを用いた比較例４は、凝固抑制効果が少なかった。

〔テールシール組成物の評価３：混合初期軟化性〕
上記で調製したテールシール組成物１００ｇと、裏込剤の主成分である速乾セメント〔トーヨーマテラン製、商品名インスタントセメント（３０分速乾性）〕、水１５ｇを手で混合し、混合前のテールシール組成物のちょう度と、混合直後のちょう度の差を測定することで、混合初期軟化性を評価した。この結果を表１に示した。テールシール組成物と速乾セメントおよび水との混合により、混合前のテールシール組成物よりも軟化し、ちょう度が増加するが、この差が大きいと硬化までに時間がかかり、凝固しにくいことを示す。
この結果、単糖類と特定のエステルとを含有する実施例１〜２の組成物は、比較例１〜４に比べて、凝固しにくいことが分かる。

本発明のテールシール組成物は、シールド掘進機テールのブラシシール部に浸入する裏込剤の硬化を遅らすことができるため、シールド掘進機用のテールシール組成物として有用である。
また、本発明のシールド工法は、ブラシシールとセグメントとの固着を防止し、掘削を効率よく進めることができるため、シールド掘進機による掘削に有用である。

Claims

[A] 炭化水素からなる潤滑油基油４０〜６０質量％、
[B] 無機粉体３０〜５０質量％、
[C] 繊維質２〜１０質量％、
[D] 単糖類０.２〜５質量％、および、
[E] 鎖状カルボン酸と鎖状アルコールとのエステル０.２〜５質量％
を含有するシールド掘進機用テールシール組成物。
無機粉体がタルクであり、単糖類がブドウ糖であり、かつ、鎖状カルボン酸と鎖状アルコールとのエステルが炭素数８〜４０の脂肪酸とペンタエリスリトールとのエステルである請求項１に記載のシールド掘進機用テールシール組成物。
潤滑油基油が、テールシール組成物基準で鉱油系潤滑油基油３０〜５０質量％、ポリブテン５〜１５質量％からなる請求項１に記載のシールド掘進機用テールシール組成物。
請求項１に記載のシールド掘進機用テールシール組成物により止水したシールド掘進機により開孔を掘進し、その後、開孔とシールド掘進機の間に裏込剤を充填するシールド工法。