JPH0721137B2

JPH0721137B2 - シ−ルド工法に用いる加泥材

Info

Publication number: JPH0721137B2
Application number: JP61101848A
Authority: JP
Inventors: 毅田代; 眞矢松下
Original assignee: Omi Mining Co Ltd
Current assignee: Omi Mining Co Ltd
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1986-05-02
Publication date: 1995-03-08
Anticipated expiration: 2010-03-08
Also published as: JPS62257983A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は土木分野のシールド工法用加泥材に関し、炭酸
カルシウム粉、ドロマイト粉（以下タンカルと云う）を
基材とし、これにベントナイト又はベントナイトと山粘
土あるいはいわゆる陶土を混合したものに水を加えて混
練して用いる加泥材である。

（従来技術）近来、下水道の普及が著しい進展をみせていると共に鉄
道（地下鉄）のレールはもちろん電力、通信のケーブ
ル、石油、ガス等のパイプラインもトンネルの中に敷設
される。

即ち地下の有効利用がますます盛んになっていく傾向に
ある。このトンネルを掘削するのに主としてシールド工
法が採用される。

シールド工法を一般に説明するとトンネルの直径よりわ
ずかに大きい直径をもったシールドマシーンを地中で推
進させ、その先端のカッターが回転しながら掘削を行
い、後部で型枠（セグメント）を築造しながら進む土木
技術である。

加泥材を使用する加泥式シールド工法は、密閉した切羽
側に加泥材を加圧して送りこみ切羽の安定をはかるとと
もに回転カッターによって切削した土砂を生コン状の流
動性をもった状態で輸送することを特徴とするシールド
工法である。

この工法は、特に砂礫層のような間隙が大きく崩壊しや
すい地層に応用される。

一方この工法に使用する加泥材に求められる機能は、（１）掘削土と混合することで掘削土の性質を改善し、
掘削土単独では有しない流動性と止水性を賦与する。

（２）止水性を賦与された掘削土により地下水の移動を
防止し切羽前面の地盤のゆるみを最小限にする。

（３）掘削土の流動性によりスクリューコンベアからの
排出土が円滑に連続的に実施され、同時にこの止水性を
有する掘削土を切羽側からの圧力（土圧＋水圧）に対す
る圧力媒体とする。

次に加泥材が機能するために必要な性質は、（１）止水性保水性に優れた材料が必要である。

（２）減摩効果粗砂・砂礫などの摩擦の大きい（したがって流動性の悪
い）粗粒分と混合され流動性を改善する減摩効果が必要
である。

（３）粘度注入された加泥材が間隙の大きな地盤中に過度に浸透し
ないための高い流動抵抗、即ち高い粘度が必要である。

（４）希釈抵抗性滞水砂礫層に注入され掘削土と混合された場合、間隙水
を排除しておきかわることの可能な希釈抵抗性が必要で
ある。

（５）外的要因に対する抵抗性掘削中、外的要因（例えば電解質等）で変質して加泥材
の機能を失わないこと。

（６）その他公害の原因となるおそれのない安全な材料であること。

（解決しようとする問題点）従来、この種の工法に使用される基材としては主として
山粘土又はいわゆる陶土の粉末が用いられる。

この基材は前述の加泥材として機能する諸性質をある程
度満足するものであるが、純度の低い粘土であるための
諸欠陥も同時に持っているため、解決しなければならな
い問題点をいくつかかかえている。

（１）薬液注入層を掘削する場合、未反応の珪酸ソーダ
と反応して異常な粘度低下がある。

砂礫層をシールド工事をする場合、発進立抗の発進方向
と到達立抗の到達方向はあらかじめ珪酸ソーダと、セメ
ント又は炭酸ソーダ等からなる薬液（硬化剤）を注入し
て固化してからシールドマシーンを発進又は到達させ
る。したがって、発進直後と到達直前は薬液注入層の掘
削を行うことになり加泥材が珪酸ソーダとの反応により
異常な粘度低下をきたしトラブルの発生となる。

又、掘削途中、鉄道、高層ビル、下水道、電力、石油、
ガス、通信等のいわゆる共同溝及び河川等の下を通過す
る際予期せぬ崩落事故により大トラブルが発生すること
を防止するため、あらかじめ薬液を注入後掘削する。こ
のように山粘土及びいわゆる陶土の粉末を加泥材の基材
として使用した場合、一般に硬化剤として広く使用され
ている珪酸ソーダと接触すると物理的分散作用によって
粘度低下をきたし、その機能を失い砂礫層の間隙を通っ
て浸透流失してしまうおそれがある。

そうすると切羽は止水性を失うので地下水の移動により
崩落をはじめスクリューコンベアのゲートから地下水を
ともなった土砂の噴発等でシールドは推進不能の状態に
おちいる。

（２）山粘土又はいわゆる陶土の粉末の製造に関しては
そのほとんどが採掘土を天日乾燥後粗粉砕し、これを振
動篩でふるったものであるため、石英アルミナ質の硬い
砂分が10〜30％含み、これが圧送ポンプのローター及び
ステーターを摩耗し部品交換のライフをきわめて短いも
のにしている。

しかも高価なものであるため工事コストに影響すること
大である。

（３）山粘土又はいわゆる陶土の粉末は、通常10％以上
の附着水をもっている。これがジェットパック車等でバ
ラ輸送する場合あるいはこれをサイロ等に貯蔵する場
合、高い附着水分のため流動性が悪く、ホースやパイプ
につまったりサイロからの引き出しがきわめて困難であ
り、搬送上のトラブルが絶えない、以上が従来品のもっ
ている解決すべき問題点である。

（問題点を解決するための手段）本発明者等はこの点を改善すべく加泥材の基材となり得
べき特性を有し、しかも大量に安価に供給される材料を
検討した。

（１）加泥材には前述の如く止水性と、粘度と希釈抵抗
性と、減摩効果および外的要因に対する抵抗性等が必要
である。したがってこの特性をもつものであれば加泥材
材料は粘土に限定されないが、従来はコストの安いもの
という観点から粘土が使用されている。

しかし、粘土は必ず電解質によって大なり小なり影響を
受け、粘度低下あるいは増粘の方向に変質する。

そこで、本発明者等は配合比の大きい基材を粘土以外の
もの、つまり電解質に対して安定でしかも安価な岩石の
微粉末に求め、添加剤として良質なベントナイトを少量
配合することにより加泥材としての機能を付与すること
が可能かどうか、数種類の岩石粉末と各種のベントナイ
ト等との配合、そしてそれに電解質を添加して変質の度
合の観察、測定を繰り返した結果、28メッシュの篩を95
％以上通過するタンカルが少なくとも重量比で45％以上
ベントナイトが少なくとも３％以上からなるもの、好ま
しくは、100メッシュの篩を全通するタンカルが少なく
とも60％以上ベントナイトが少なくとも７％以上からな
るもの、更に好ましくは、300メッシュの篩を全通する
タンカルが少なくとも80％以上ベントナイトが少なくと
も10％以上からなるもの、又はこれに増量材として、山
粘土又はいわゆる陶土を混合しても良く28メッシュの篩
を95％以上通過するタンカルが重量比で45〜96％、ベン
トナイトが３〜30％、山粘土又はいわゆる陶土が１〜50
％からなるもの、好ましくは100メッシュの篩を全通す
るタンカルが重量比で60〜75％、ベントナイト10〜20
％、山粘土又はいわゆる陶土が15〜30％からなるもの、
更に好ましくは300メッシュの篩を全通するタンカルが
重量比で70〜85％、ベントナイト３〜15％、山粘土又は
いわゆる陶土が１〜15％からなるものが、珪酸ソーダの
影響を最小限にとどめ、かつ加泥材として充分に機能
し、しかも安価で安定供給可能な加泥材たり得ることを
知見した。

前述の配合設計について説明を加えると、タンカルは粒
度、ベントナイトは膨潤力によってその特性に差異が出
てくる。即ち、タンカルの粒度とベントナイトの膨潤力
による配合比率は基本的には粗粒タンカルであればある
ほどタンカルの比率を小さくし重量比45％の限界に近づ
ける。

微粉タンカルであればあるほどタンカルの配合比率を大
きくし97％に近づける。

ベントナイトは高膨潤力のものは配合比率を小さくし、
３％の限界に近づけられるが低膨潤力のものは配合比率
を大きくする。

増量材の山粘土又はいわゆる陶土は、珪酸ソーダの影響
度、ポンプの摩耗度、水分による圧送、貯蔵時のトラブ
ルを考慮に入れて配合設計する。

タンカルの下限45％とベントナイトの下限３％あるいは
タンカルとベントナイトと山粘土又はいわゆる陶土の３
種混合の重量比、即ちタンカル45〜96％、ベントナイト
３〜30％、山粘土又はいわゆる陶土１〜50％は発明者等
が多岐多様にわたる組合わせの中から加泥材として従来
品の欠陥を克服し、しかも必要な機能を付与する限界を
実験上及び現場テスト上知見した数値である。

（２）タンカルはきわめて軟質な岩石である石灰岩また
はドロマイトの粉末であり、製造工程は火力乾燥後、粉
砕して空気分級を行うので粒度は自由に調製出来る。

従来品のように石英、アルミナ質の硬砂は含まれていな
いのと粒度を調製することによって、ポンプのロータ
ー、ステーターを著しく摩耗させるようなことはない。

ベントナイト、又はベントナイト山粘土又はいわゆる陶
土を混合しても従来品よりはるかに量が少ないからポン
プの摩耗は激減する。

（３）タンカルは粉砕前に、火力乾燥を行うので粉砕品
の水分はゼロに近い。したがってこれに水分を10％程度
もっているベントナイト又はベントナイトと山粘土又は
いわゆる陶土を混合しても、従来品よりははるかに水分
による粉体圧送上のトラブル又は貯蔵サイロから引出し
の際のトラブルは激減する。

（実施例）（１）各配合サンプルの粘度、比重、PH、脱水量及び珪
酸ソーダによる影響の測定。

第１表のタンカルの炭酸カルシウム粉と、ドロマイト粉
の比は、配合４、９は５対５、配合６は７対３、配合８
は４対６、配合５は炭酸カルシウム粉のみ、配合７はド
ロマイト粉のみである。

配合１、２、４〜８は加泥材100部に対して、地下水115
部、配合３、９は加泥材100部に対して、地下水100部の
比率で混練した。

粘性は珪酸ソーダ添加前の各配合サンプルの中で配合３
と配合９を除いていずれも設計仕様を満足している。

比重はいずれも設計仕様を満足している。

PHは各配合サンプルともこの程度であれば公害の心配は
ない。脱水量は配合３と配合９以外は使用に耐えるもの
である。珪酸ソーダが加泥材に及ぼす影響は配合９のタ
ンカル100％はまったく影響がなく、配合３の陶土100％
は極度に粘度低下をきたし、配合１と配合２は設計仕様
以下の粘度となった。

又、タンカルにベントナイトを配合したものは増粘の傾
向にあり山粘土といわゆる陶土は粘度低下をきたす。

いずれにしてもタンカルをベースに配合したものは加泥
材の粘性変動があきらかに少ない。

（２）加泥材圧送ポンプの摩耗具合それぞれ別のシールド工事現場で約２ヶ月間使用した加
泥材輸送ポンプを機械リース全社が引揚げて解体検査し
たところ、下表の通りであった。

（３）山粘土を主体配合した加泥材でスタートしたシー
ルド工事現場が加泥材の含水比が高いため、ジェットパ
ック車からサイロへの移送が１時間30分以上かかってい
たものが、タンカルを主体配合したものを使用したら20
分で終了した。

山粘土を主体配合したものを使用時サイロからの定量切
出しが加泥材の含水比が高いため、サイロ中でアーチ状
になりうまくいかずシールド推進速度に著しい影響があ
ったがタンカルを本発明の組成で配合したものに替えた
ところその後のトラブルはまったくなかった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】28メッシュの篩を95％以上通過する炭酸カ
ルシウム粉、ドロマイト粉の１種ないし２種が少なくと
も重量比で45％以上、ベントナイトが少なくとも３％以
上からなるシールド工法に用いる加泥材。
【請求項２】28メッシュの篩を95％以上通過する炭酸カ
ルシウム粉、ドロマイト粉の１種ないし２種が45〜96
％、ベントナイト３〜30％、山粘土又はいわゆる陶土が
１〜50％からなるシールド工法に用いる加泥材。