JP6632955B2 - 気泡シールド工法 - Google Patents
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Description
このような気泡シールド工法を実施する際に使用する起泡剤について、下記の先行技術が提案されている。
本発明は、安定性に優れた泡を用いた気泡シールド工法を提供する。
気泡シールド工法で使用される気泡は、シールド機の切羽又はチャンバ内に注入されるまで安定であることが要求される。また、土砂(掘削土)混合された場合に安定であることも要求される。本発明の気泡シールド工法は、このような要求に応える安定な気泡を形成することができる。
(A)成分は、炭素数12以上14以下のアルキル基を有し、エチレンオキサイドの平均付加モル数が1以上3以下であるアルキルエーテルサルフェート塩である。
(A)成分のエチレンオキシド平均付加モル数は2以上3以下が好ましい。
(A)成分の塩は、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、有機アンモニウム塩などが挙げられる。
(A)成分は、起泡性の観点から、ドデシルエーテルサルフェート塩、及びテトラデシルエーテルサルフェート塩から選ばれる1種以上のアルキルエーテルサルフェート塩が好ましい。
(B)成分としては、例えばドデカノール、テトラデカノールが挙げられる。より長寿命の安定な気泡を形成させる観点から、(B)成分は、テトラデカノールが好ましい。
(B)成分は、より長寿命の安定な気泡を形成させる観点から、水不溶性又は水難溶性であることが好ましい。ここで、水不溶性又は水難溶性であるとは、25℃の水100gに対する溶解度が0.1g以下であることをいう。前記溶解度は、効率良く界面活性能を向上させる観点から、好ましくは0.05g以下、より好ましくは0.01g以下である。
(C)成分は、より起泡性を高める観点から、水不溶性又は水難溶性であることが好ましい。ここで、(C)成分について、水不溶性又は水難溶性であるとは、25℃の水100gに対する溶解度が0.1g以下であることをいう。前記溶解度は、効率良く界面活性能を向上させる観点から、好ましくは0.05g以下、より好ましくは0.01g以下である。
まず、(A)成分、(B)成分、及び(C)成分を前記の好ましい範囲で含有する起泡剤組成物を調製し、この起泡剤組成物又は該組成物の希釈水溶液を泡立て発泡させる。
次に、発泡させた気泡を掘削面(掘削土壁)、シールドマシンチャンバー内又はスクリュウコンベア内に吹付け、掘削土砂と混練させて掘削する。
気泡を発生させる方法としては、(A)成分、(B)成分及び(C)成分(成分が粉末の場合は、予め任意の濃度に水で溶解しておく。)と水を、各々の専用ポンプにて起泡剤組成物混合タンクに移送し、起泡剤組成物タンクにて任意の濃度に希釈された起泡剤組成物を調製する。
次に、配管の中に抵抗となるもの(一般的によく使用されるものは、ビーズ状、ドーナツ状、円柱状又は金たわし状の物)を入れ、その抵抗となる物の入った配管(一般的に発泡筒という)に圧縮空気と前記にて作製された起泡剤組成物を同時に流し乱流を作り、発泡させる。
吹き付ける方法としては、例えば、ポンプにより圧力をかけた状態で、シールドマシン注入口から掘削面、チャンバ内又はスクリュウコンベア等に噴射する方法を適用することができる。
この場合、(B)成分および(C)成分の水への溶解性の観点から、(A)成分を予め水に溶解した後に、(B)成分および(C)成分と混合する事が好ましい。
なお、作業現場では、水で、好ましくは10〜500倍、より好ましくは20〜400倍、更に好ましくは50〜250倍、更により好ましくは100〜200倍に希釈して使用することもできる。この場合、希釈倍率を考慮して、希釈後の水溶液中の(A)成分、(B)成分及び(C)成分の合計含有量が所定の範囲となるように、起泡剤組成物中の各成分の濃度を高濃度としておくのが、輸送などの観点から有利である。
以下の各試験における結果は、起泡剤組成物を発泡させて得た泡をシールド機の切羽又はチャンバ内に注入しながら掘進する気泡シールド工法における結果と相関がある。
消泡性試験は、1Lのメスシリンダーに気泡を投入し、経過時間ごとに底部に溜まる水溶液の抽出量を測定し、消泡率を計算する。例えば、発泡倍率10倍の気泡では、気泡1Lあたりの最大析出量は100mlである。経過時間後の析出量が40mlの場合は、消泡率40mL/100ml×100=40%となる。
一般に気泡の安定性を評価する消泡性の経過時間は10分程度である。30〜60分経過したらほとんど消泡するため判断できないからである。本発明では、より安定的な起泡剤を提案するため、10分に加えて、30分および60分まで測定した。一部の例では、500mlのメスシリンダーを使用した。なお、消泡率の測定は測定容器によって異なる。よって、消泡率の値は相対的なものと定義する。
加圧可能な透明のアクリル製加圧容器に、気泡を投入したメスシリンダーを入れる。例えば発泡倍率10倍の場合、大気圧下では希釈水溶液と空気の容積比率は1:9だが、加圧P=0.1MPa下では、希釈水溶液と大気圧下の空気の容積比率は1:18となる。つまり、同じ体積とする場合は、試験時には、発泡倍率19倍の気泡が必要となる。
従来気泡シールド工法では、地下水による希釈や消泡を防止するために、希釈水溶液に増粘剤(例えばCMCなど)を加える。しかし、CMCは粉体品のため取扱いが難しく、粘土ベントナイト溶液を、別系統で注入して気泡膜を強化する場合が多くなっている。一方、粘土ベントナイト溶液を添加すると、添加材の量が増加してシールド発生土の減容化に反する。
泥土圧シールド工法の増粘剤として多くの実績を有するアクリル系高分子剤は、α−オレフィンスルホン酸塩(AOS)主体の従来の起泡剤に対して消泡作用があったため、併用できなかった。
本発明で用いる起泡剤組成物は、(A)成分である所定のアルキルエーテルサルフェート塩を主体にしているため、アクリル系高分子を増粘剤代替品として使用可能である。
本試験では、気泡の安定性向上のため、施工の取り扱いが簡易な液体高分子剤(TACスルー:株式会社タック製)を起泡剤と併用した場合の消泡率を確認した。
模擬土を使用して好適な塑性流動性が得られる注入率を確認した。模擬土は、砂質土と粘性土の2種とした。模擬土の物理試験結果を表2に示す。
一般に、ベーンせん断強さは粘性土のせん断強さを計測する際に用いられるが、添加材を混合撹拌して、十分な塑性流動性を有する土砂であれば、粘性土はもとより、砂質土・礫質土についても計測が可能である。また、計測者によるバラつきも小さい。
現場計測実績から、塑性流動性が良好なせん断強さは1〜3kPaとしている。1kPa未満だと掘削土が柔らかすぎて土砂噴発の危険性が高い。また、3kPa超だと塑性流動不足で均等な切羽圧力を作用できない。本試験では、ベーンせん断強さが1kPa程度になる注入率を測定し、従来品との比較を行う。
気泡を、希釈水溶液濃度1%(起泡剤組成物0.01容積部、水0.99容積部、の割合を示す。以下、同様)および発泡倍率10倍に設定し、経時の消泡率を確認した。起泡剤組成物中の(A)成分、(B)成分及び(C)成分の合計の含有量は、20質量%であった(以下の他の試験でも同様であった)。比較例1から4の4種類は気泡シールド工法で用いられる多くの実績を有する市販の起泡剤である。
結果を表3に示した。表3中、「評価」は、60分後の消泡率をα%として、以下の基準で行った。同じ評価の場合、消泡率の値が小さい方が好ましい。
α≦70 :◎
70<α≦80 :○
80<α≦90 :△
90<α≦100:×
一方、実施例では30分後で全て74%以下、最良のものは50%以下、60分後で80%台又はそれ以下の消泡率となっている。以上より、従来品の3〜6倍もの安定性があるといえる。
消泡率の測定容器によって異なることを確認するため、500mlのディスポビーカーを使用して、比較例3と実施例3を代表として消泡率を測定した。500mlのディスポビーカーで試験した場合、実施例3は60分後も消泡率50%であり、従来品に比べて高い安定性を示している。
表3の一部の実施例及び比較例の起泡剤組成物を用いて評価した。
気泡を、希釈水溶液濃度1%および発泡倍率20倍に設定し、経時の消泡率を確認した。消泡率の算出には1Lのメスシリンダーを用いた。
結果を表4に示した。表4中、「評価」は、表3と同じ基準で行った。
以上より、発泡倍率を変化させても、実施例の起泡剤組成物は、同じように従来品の3〜6倍もの安定性があるといえる。
表3の実施例1の起泡剤組成物について、希釈水溶液の濃度の違いによる消泡率を確認した。発泡倍率は10倍と20倍で行った。消泡率の算出には1Lのメスシリンダーを用いた。
結果を表5に示した。表5中、「評価」は、表3と同じ基準で行った。
表3の一部の実施例及び一部の比較例の起泡剤組成物を用いて評価した。
大気圧下と0.1MPaの加圧下で消泡性を評価した。消泡率の算出には1Lのメスシリンダーを用いた。
結果を表6に示した。表6中、「評価」は、表3と同じ基準で行った。
表3の実施例1と比較例3の起泡剤組成物を用いて、アクリル系高分子(製品名TACスルー)を増粘剤として添加した場合の、気泡安定性について確認した。希釈水溶液濃度は1%、増粘剤希釈水濃度は、0.1%とした。発泡倍率は10倍と20倍で行った。消泡率の算出には1Lのメスシリンダーを用いた。
結果を表7に示した。表7中、「評価」は、表3と同じ基準で行った。
表3の一部の実施例及び一部の比較例の起泡剤組成物を用いて評価した。
希釈水溶液濃度1%および発泡倍率10倍に設定した。
模擬土に、表8の注入率で気泡を投入し、塑性流動性を確認した。ベーンせん断強度が1.0kPa程度となる時の注入率を比較した。模擬土は、表2の砂質土を用いた。
結果を表8に示した。表8中、「評価」は、以下の基準で行った。同じ評価の場合、同じ注入率で対比したベーンせん断強さの値が小さい方が好ましい。
注入率15%でベーンせん断強さが1kPa以下:◎
注入率20%でベーンせん断強さが1kPa以下:○
注入率25%でベーンせん断強さが1kPa以下:△
注入率30%でベーンせん断強さが1kPa以下:×
表3の実施例及び一部の比較例の起泡剤組成物を用いて評価した。
希釈水溶液濃度1%および発泡倍率10倍又は7倍に設定した。
模擬土に所定量の気泡を投入し、塑性流動性を確認した。ベーンせん断強度が1.0kPaの時の注入率を比較する。模擬土は、表2の粘性土を用いた。
結果を表9に示した。表9中、「評価」は、以下の基準で行った。同じ評価の場合、同じ注入率で対比したベーンせん断強さの値が小さい方が好ましい。
注入率30%でベーンせん断強さが1kPa以下:◎
注入率35%でベーンせん断強さが1kPa以下:○
注入率40%でベーンせん断強さが1kPa以下:△
注入率45%でベーンせん断強さが1kPa以下:×
表3の実施例1の起泡剤組成物について、希釈水溶液の濃度と注入率の違いによる塑性流動性を確認した。発泡倍率は10倍で行った。模擬土は、表2の砂質土を用いた。
結果を表10に示した。表10中、「評価」は、表8と同じ基準で行った。
表3の実施例1の起泡剤組成物について、希釈水溶液の濃度と注入率の違いによる塑性流動性を確認した。発泡倍率は10倍で行った。模擬土は、表2の粘性土を用いた。
結果を表11に示した。表11中、「評価」は、表9と同じ基準で行った。
Claims (7)
- 炭素数12以上14以下のアルキル基を有し、エチレンオキサイドの平均付加モル数が1以上3以下であるアルキルエーテルサルフェート塩(A)、炭素数12以上14以下の一価アルコール(B)、炭素数8以上12以下のアルキル基を有するモノアルキルグリセリルエーテル(C)、及び水を含有する起泡剤組成物を発泡させて得た泡を、シールド機の切羽又はチャンバ内に注入しながら掘進する、気泡シールド工法。
- 起泡剤組成物中の(A)の含有量が、(A)、(B)及び(C)の合計を100質量%として、76質量%以上87質量%以下である、請求項1記載の気泡シールド工法。
- 起泡剤組成物中の(B)の含有量が、(A)、(B)及び(C)の合計を100質量%として、5質量%以上13質量%以下である、請求項1又は2記載の気泡シールド工法。
- 起泡剤組成物中の(C)の含有量が、(A)、(B)及び(C)の合計を100質量%として、8質量%以上11質量%以下である、請求項1〜3いずれか一項に記載の気泡シールド工法。
- (A)が、ドデシルエーテルサルフェート塩、及びテトラデシルエーテルサルフェート塩から選ばれる1種以上のアルキルエーテルサルフェート塩である、請求項1〜4いずれか一項に記載の気泡シールド工法。
- (B)が、テトラデカノールである、請求項1〜5いずれか一項に記載の気泡シールド工法。
- (C)が、2−エチルヘキシルグリセリルエーテルである、請求項1〜6いずれか一項に記載の気泡シールド工法。
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