JP6622709B2

JP6622709B2 - シールド掘進機のテールシール用凝結遅延剤

Info

Publication number: JP6622709B2
Application number: JP2016555247A
Authority: JP
Inventors: 荒井　孝; 孝荒井; 泰葉徳毛
Original assignee: JXTG Nippon Oil and Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2035-10-21
Also published as: WO2016063899A1; JPWO2016063899A1

Description

本発明は、シールド掘進機のテールシール用凝結遅延剤およびこれを添加したシールド掘進機用テールシール組成物に関する。

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シールド掘進機用テールシール組成物のための凝結遅延剤およびこの凝結遅延剤を添加した同テールシール組成物を提供するものである。

本発明者ら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、繊維質などを含有するテールシール組成物に特定構造の有機化合物を添加することにより、凝結遅延剤が非水系の組成物中に存在しているにもかかわらず、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）潤滑油基油、増ちょう剤および繊維質を含有するシールド掘進機のテールシール組成物用添加剤であって、水酸基を２個以上、または水酸基およびカルボキシル基を有する有機化合物から選択された１種以上からなるか、もしくは前記有機化合物から選択された１種以上を含むシールド掘進機のテールシール用凝結遅延剤。
（２）シールド掘進機のテールシール組成物に対して、前記組成物全量基準で、水酸基を２個以上、または水酸基およびカルボキシル基を有する有機化合物から選択された１種以上を合計量として、０.１〜１０質量％添加される上記（１）に記載の凝結遅延剤。
（３）[A] 潤滑油基油１５〜６０質量％、[B] 増ちょう剤３５〜７５質量％、[C] 繊維質０.５〜１５質量％、および、[D] 水酸基を２個以上、または水酸基およびカルボキシル基を有する有機化合物から選択された１種以上の化合物０.１〜１０質量％を含有するシールド掘進機用テールシール組成物。

本発明の凝結遅延剤は、潤滑油基油、増ちょう剤、繊維質を配合したテールシール組成物に添加することにより、裏込剤が混入した場合でも、裏込剤の硬化、凝結を遅らすことができ、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。
また、本発明のシールド掘進機用テールシール組成物は、裏込剤が混入した場合でも、裏込剤の硬化、凝結を遅らし、ブラシシールとセグメントとの固着を抑制でき、シールド掘進機による掘削を効率良く行うことができるという格別の効果を奏する。

本発明の凝結遅延剤は、テールシール組成物中に混入した裏込剤の凝結時間を遅延させるものであり、水酸基を２個以上、または水酸基およびカルボキシル基を有する有機化合物を有効成分とする。この種の化合物は、水酸基やカルボキシル基がセメントと結びついてセメントの水和を遅らせることが考えられるが、この種の化合物は、非水系のテールシール組成物中に配合されていても凝結遅延効果を発揮することが分かった。
本発明の水酸基を２個以上有する有機化合物としては、糖類、多価アルコール等があるが、糖類としては、ブドウ糖などの単糖類、シュクロース（白糖、グラニュー糖）などの二糖類やこれらを含む糖蜜、あるいはグルコースやマルトースなどを含むでんぷん分解生成物等が好ましい。一方、多価アルコールとしては、脂肪族多価アルコールが好ましく、その炭素数としては２〜１８、特には３〜６がより好ましい。２価〜４価のアルコール、特には３価のアルコールが好ましい。
また、水酸基およびカルボキシル基を有する有機化合物としては、オキシカルボン酸などが挙げられ、グルコン酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸などが好ましい。
これらの有機化合物は、単独で用いても、二種類以上を混合して用いても良い。

本発明の凝結遅延剤は、上記有機化合物、そのままを凝結遅延剤としても良く、また、この有機化合物を有機溶媒等に溶解又は分散させたものであっても良い。この場合、有機溶媒としては、テールシール組成物中の潤滑油基油と相溶性を有する各種の炭化水素溶媒であれば特に支障はなく、テールシールに用いられる潤滑油基油を溶媒として用いることがより好ましい。この凝結遅延剤中の上記有機化合物の含有量は、添加の効率上、５０質量％以上が好ましく、有機化合物をそのまま凝結遅延剤とすることがより好ましい。
なお、この凝結遅延剤には、上記有機化合物以外に、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。

本発明の凝結遅延剤は、潤滑油基油、増ちょう剤、繊維質を含有するシールド掘進機用テールシール組成物に添加される。この添加量は、テールシール組成物全量基準で、上記有機化合物の合計量として、０.１〜１０質量％になるように添加することが好ましく、糖類、オキシカルボン酸については、０.５〜５質量％とすることがより好ましく、多価アルコールについては、２〜１０質量％がより好ましい。

本発明のシールド掘進機用テールシール組成物は、潤滑油基油１５〜６０質量％、増ちょう剤３５〜７５質量％、繊維質２〜１５質量％、および水酸基を２個以上、または水酸基およびカルボキシル基を有する有機化合物から選択された１種以上の化合物０.５〜１０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１.１〜１.８ｇ／ｃｍ^３のものが好ましく、１.１〜１.５ｇ／ｃｍ^３がより好ましく、１.１〜１.４ｇ／ｃｍ^３がさらに好ましい。また、同様の理由により、不混和ちょう度が１５０〜３５０のものが好ましく、２２０〜２８０がより好ましい。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。
さらに、本発明のシールド掘進機用テールシール組成物は実質的に水分を含まないものが好ましい。実質的に水分を含まないとは、不可避的に混入する水分を排除するものではないことを意味するが、水分含有量としては、テールシール組成物全量基準で、好ましくは、５質量％以下、より好ましくは、１質量％以下である。

[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潤滑油基油であれば、鉱油系、合成油系、動植物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１００〜３０００ｍｍ^２／ｓ、特には５５０〜１５００ｍｍ^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１５〜６０質量％であるが、好ましくは、２５〜５５質量％、より好ましくは、３５〜５５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、この蒸留残渣油を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、シリコーン油、脂肪酸エステル、フッ素化油、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。

動植物油系の潤滑油基油としては、牛乳脂、牛脂、ラード(豚脂)、羊脂、鯨油、鮭油、かつお油、にしん油、鱈油、さらには大豆油、菜種油、ひまわり油、サフラワー油、落花生油、とうもろこし油、綿実油、米ぬか油、ゴマ油、オリーブ油、アマニ油、ヒマシ油、カカオ脂、パーム油、ヤシ油、麻実油、米油、茶種油などを好適に用いることができる。

[B] 増ちょう剤
本発明の増ちょう剤としては、テールシール組成物の止水性を向上させるために、無機粉体を用いることが好ましい。この場合の無機粉体は、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、硫酸塩等の粉体を挙げることができ、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、炭酸カルシウム、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、シリカ、ベントナイト、珪藻土などの粉体が好適である。これらの無機粉体は、一種類でも複数の種類を混合して用いてもよい。
上記無機粉体は、平均粒径が０.５〜５００μｍのものが好ましく、５〜５０μｍのものがより好ましい。

さらに、テールシール組成物を圧送するのに適したちょう度に調整するために、通常の潤滑剤、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が好ましい。このグリース等で用いられている増ちょう剤としては金属石けん系、ウレア系、有機ポリマー系等が好適である。
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。

増ちょう剤の含有量は、テールシール組成物全量基準で、合計量として、３５〜７５質量％であるが、無機粉体では、３５〜７５質量％が好ましく、３５〜６０質量％がより好ましい。なお、併用する金属石けん系、ウレア系、有機ポリマー系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、３５質量％以下が好ましく、０.５〜２０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、増ちょう剤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１０ｍｍ以下のものが好ましく、０.１〜８ｍｍがより好ましく、０.５〜６ｍｍがさらに好ましい。また、その太さは、平均で１０〜１００μｍが好ましく、１５〜９０μｍがより好ましい。
この繊維質の含有量は、テールシール組成物全量基準で、２〜１５質量％であるが、３〜１０質量％が好ましい。

[D] 有機化合物
本発明の水酸基を２個以上、または水酸基およびカルボキシル基を有する有機化合物は、凝結遅延剤の有効成分として上述したものと同じである。
この有機化合物の含有量は、テールシール組成物全量基準で、合計量として、０.１〜１０質量％であるが、糖類、オキシカルボン酸では、０.５〜５質量％が好ましく、多価アルコールの場合は、２〜１０質量％が好ましい。

[E] 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。特には、さび止め剤として、脂肪酸ポリオールエステルなどを、テールシール組成物全量基準で、０.２〜２質量％添加することが好ましい。

次に示す潤滑油基油、増ちょう剤、繊維質、および有機化合物を用いて、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（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、上記鉱油Ａ１に、ポリブテンＡ２を混合したときの４０℃の動粘度（ｍｍ^２／ｓ）を表１に示した。
Ｂ．増ちょう剤
増ちょう剤Ｂ１：タルク、平均粒径；２０μｍ
増ちょう剤Ｂ２：炭酸カルシウム、平均粒径；１０μｍ
増ちょう剤Ｂ３：Ｌｉステアリン酸石けん（関東化学社製試薬）

Ｃ．繊維質
繊維質Ｃ１：綿繊維、平均長さ；１.８ｍｍ、平均直径；１８μｍ
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；２０μｍ
Ｄ．有機化合物
有機化合物Ｄ１：グラニュー糖（大日本明治製糖(株)社製）
有機化合物Ｄ２：糖蜜（大日本明治製糖(株)社製）
有機化合物Ｄ３：グリセリン（関東化学社製試薬）
有機化合物Ｄ４：ブドウ糖（日本食品化工(株)社製）
有機化合物Ｄ５：オレイルアルコール（関東化学製試薬）
有機化合物Ｄ６：オレイン酸（関東化学製試薬）

〔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３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、裏込材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。
この結果、凝結遅延剤を含有する実施例１〜１０の組成物は、凝結遅延剤を含有しない比較例１、２に比べて、凝固抑制効果を有することが分かる。また、水酸基あるいはカルボキシル基を１個しか有しない化合物は、比較例４、５に示すように凝固抑制効果を示さない。

本発明のテールシール用凝結遅延剤は、テールシール組成物に添加することにより、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への添加剤として有用である。
また、本発明のテールシール組成物は、裏込剤が混入した場合でも、裏込剤の硬化、凝結を遅らし、ブラシシールとセグメントとの固着を抑制でき、シールド掘進機による掘削を効率良く行うことができるため、シールド掘進機に有用である。

Claims

潤滑油基油、増ちょう剤および繊維質を含有するシールド掘進機のテールシール組成物用添加剤であって、水酸基を２個以上、または水酸基およびカルボキシル基を有する有機化合物から選択された１種以上からなるか、もしくは前記有機化合物から選択された１種以上を含むシールド掘進機のテールシール用凝結遅延剤、ここで、前記の水酸基を２個以上、または水酸基およびカルボキシル基を有する有機化合物から選択された１種以上が、シールド掘進機のテールシール組成物に対して、前記テールシール組成物全量基準で、合計量として、１〜１０質量％添加されることを特徴とする、前記凝結遅延剤。
[A] 潤滑油基油１５〜６０質量％、
[B] 増ちょう剤３５〜７５質量％、
[C] 繊維質０.５〜１５質量％、および、
[D] 水酸基を２個以上、または水酸基およびカルボキシル基を有する有機化合物から選択された１種以上の化合物０.１〜１０質量％
を含有するシールド掘進機用テールシール組成物。