JPS5933760B2 - 裏込充填工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は坑道覆工の裏込充填工法、特にシールド工法に
よって掘進される坑道とその覆工ライニングの間のボイ
ドに注入、裏込充填する裏込充填工法に関するものであ
る。

従来、坑道覆工の裏込充填に各種グラウト剤が使用され
ており、このような裏込充填に急速に発泡硬化する樹脂
原料液、たとえば硬質ウレタンフオーム原液を用いるこ
とが提案されている（特公昭５２−３３４１２号）。

しかしながら特公昭５２−３３４１２号記載の方法では
、硬化促進剤として、トリエチレンジアミン、ジメチル
エタノールアミン類が使用され、また発泡剤としてフレ
オンが使用されており、換気不充分な坑道内での現場作
業においてこのような硬化促進剤の使用はその臭気と人
体に対する悪影響、衛生上の問題より安全に実用化する
ことができなかった。

さらにダイトの下部に水がある場合はウレタン樹脂の発
泡により発泡開始原液または低比重のフオームは水に流
されたり、水上に浮き上るなどにより充填が完全に行な
えなかったり、発泡硬化反応不良によりフオームが満足
にできないなどの欠点があった。

また従来、裏込め充填に各種グラウト剤が使用されてい
るが、シールドテール付近での注入が行なえなかったり
、早期強度が出ないなどの理由により、地山が不安定な
状態が長く続き、ついＫは地山の崩壊、地表面の沈下と
なって問題となっている。

本発明者らはかかる問題のない裏込充填工法を見出すべ
く鋭意研究した結果、特定の２種の薬液の併用により上
記目的を達成しうろことを見出し本発明に至った。

すなわち本発明はシールド工法によって掘進される坑道
とその覆工ライニングとの間のボイドの裏込充填工法に
おいてボイドの下方部の少なくとも一部に急速硬化する
非発泡性樹脂原液または／および無機系グラウト剤を充
填し、ついで発泡性樹脂原液を充填することを特徴とす
る坑道覆工の裏込充填工法に関するものである。

１本発明においてボイドの下部の全部または一部に充填
される非発泡性樹脂原液としては急速に硬化されるもの
ならば特に限定されない。

たとえばウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、尿素系樹脂
、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリビニル系樹
脂が挙げられる。

ウレタン樹脂原液としては有機ポリイソシアネートと活
性水素含有化合物を必須成分とし、必要により助剤、充
填剤その他の添加剤を適宜配合したものが使用できる。

有機ポリイソシアネートとしてはトリレンジイソシアネ
ート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネートＣ
ＭＤＩ）、変性ＭＤＩ、ポリメチルポリフェニルイソシ
アネ−）（ＰＡＰＩ）、粗ＭＤＩ、粗ＴＤＩなどの芳香
族ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネー
トなどの脂肪族ポリイソシアネート；ジシクロヘキシル
メタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート
などの脂環式ポリイソシアネート；キシリレンジイソシ
アネートなどの芳香族ポリイソシアネートが挙げられる
。

好ましいのはＭＤＩ系ポリイソシアネート（粗ＭＤＩ）
である。

活性水素含有化合物としては、分子中に２個以上の活性
水素原子含有基（ヒドロキシル基、アミノ基、カルゲキ
シル基など）を有する化合物が使用できる。

このような化合物としては、ポリオール類、ポリアミン
類、ポリカルボン酸類、アミノアルコール類などが挙げ
られる。

ポリオール類としては、ポリエーテルポリオール、ポリ
エステルポリオール、ポリエーテルエステルポリオール
、重合体ポリオール（ポリオール中でアクリロニトリル
等のビニルモノマーを重合させたもの）、低分子量ポリ
オール等およびこれらの２種以上の併用が挙げられる。

ポリエーテルポリオールとしては少くとも２個の活性水
素原子を有する化合物〔たとえば水、低分子ポリオール
（エチレングリコール、プロピレングリコール、クリセ
リン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール
、ソルビトール、ショ糖など）、アンモニア、アミン類
（アルオノールアミン類、エチレンジアミン、ジエチレ
ントリアミンなどのポリアルキレンポリアミン、トリレ
ンジアミンなどの芳香族ポリアミンなど）、多価フェノ
ール（ビスフェノール、ハイドロキノンなど）、ポリカ
ルボン酸類、オキシカルボン酸類、アミノ酸類等〕の１
種または２種以上にエチレンオキサイド（ＥＯ）、プロ
ピレンオキシド（ＰＯ）、１．２＋。

１．３−４たは２：３−ブチレンオキシド、テトラヒド
ロフラン、スチレンオキシド、エピクロルヒドリン等の
アルキレンオキシドを単独性力口または２種以上を付加
（ブロックまたはランダム付加）したものが挙げられる
。

好ましいのはＰＯおよびＰＯとＥＯとの併用である。

末端にＥＯをチップして１級化したもの（１級化率たと
えば２０〜８０％）、は高い反応性を有する。

ポリエステルポリオールとしてはポリカルボン酸類（ア
ジピン酸、フタル酸等またはこれらの酸無水物）とグリ
コール（エチレングリコール、フロピレンゲリコール、
１．４−ブタンジオール、１．６−ヘキサンジオール、
ジエチレンクリコール、ポリアルキレングリコール等）
および／または３価以上のポリオール（、ｆＩＪセリン
、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等）
との縮合生成物、ラクトン（カプロラクトン等）の開環
重合生成物、特公昭４８−１００７８号記載のポリエー
テルとポリエステル等が挙げられる。

重合体ポリオールとしては特公昭４１−３４７３号、特
公昭３９−２４７３７号、特願昭５１−１５６０１３号
、特願昭５３−３０１６７号、特願昭５３−８７１４号
明細書記載のものが挙げられる。

低分子ポリオールとしてはエチレングリコール、プロピ
レングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、
トリメチロールプロパン、トリエタノールアミン、テト
ラ（ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン等が挙げら
れる。

使用するポリオールの分子量、水酸基価は種々変えるこ
とができ、水酸基価が異なる２種以上のものを併用して
もよい。

ポリオールの水酸基価としては通常２８〜１８３ｏ、Ｓ
ｔしくは１５０〜５ＯＯ１さらに好ましくは３００〜６
００である。

また官能基数としては２〜８、好ましくは３〜７が適し
ている。

ポリアミン類、ポリカルボン酸類、アミノアルコール類
としてはポリエーテルポリオールまたはポリエステルポ
リオールの原料としてのべたと同様のものが使用できる
。

必要により使用される助剤としては触媒、たとえばスズ
系鮮媒（スタナスオクトエート、ジブチルチンジラウレ
ート等）、アミン系触媒（）リエチレンジアミン、ＤＢ
Ｕ（サンアボット−品）、ＤＢＵの有機酸塩等）、有機
酸塩（酢酸カリ、酢酸ソーダ等）が挙げられる。

蒸気圧が低く、揮発性の少ないもの（スズ系触媒、有機
酸等）が好ましい。

充填材（フィラー）としては、たとえば、セメント、せ
つこう、パーライト、シラスバルーン、炭酸カルシウム
、タルク、ベントナイト、砂、スチレンビーズ等が挙げ
られる。

その他の添加剤として、難燃化剤（たとえばリン化合物
）、安定化剤（たとえば老化防止剤、酸化防止剤、抗菌
剤）その他ウレタン樹脂において、一般に用いられてい
る各種助剤、添加剤を必要により含有させることもでき
る。

本発明においてボイドの下部にウレタン樹脂原液を充填
するにあたり、有機ポリイソシアネートと活性水素含有
化合物は同時に混合して注入する方法（ワンショット法
）を用いてもよく、あらかじめ製造しておいたプレポリ
マーと活性水素含有化合物とを混合注入する方法（プレ
ポリマー法）を用いてもよい。

エポキシ系樹脂原液、尿素系樹脂原液、アクリルアミド
系樹脂原液、フェノール系樹脂原液、ポリビニル系樹脂
原液、ポリエステル系樹脂原液としては、たとえば「グ
ラスチックハンドブック」（村橋ら著、朝食書店発行）
に記載のものや、一般に合成樹脂系グラウト剤として従
来から使用されているものが使用できる。

無機系グラウト剤としては水ガラス系、セメント系、ベ
ントナイト系などでたとえば［薬液注入工法」（白本材
料学会土質安定材料委員会編、鹿島研究所出版会発行）
に記載のものが使用できる。

ダイトの下部に水が存在する場合は非発泡樹脂厚液、無
機系グラウト剤として水硬性のもの、たとえば水硬性ウ
レタン、セメント系グラウトなどおよびこれらの併用系
（水硬性ウレタンとセメントとの併用）を用いてダイト
内の水で硬化させることもできる。

本発明においてボイドの下部の充填に用いる非発泡性樹
脂原液、無機系グラウト剤の硬化時間は通常３０分以下
好ましくは５分以下である。

本発明においてゲイトの下部に充填する非発泡性樹脂原
液または／および無機系グラウト剤の充填量は片持ばり
状の覆工ライニングが片持ばり状態にならず覆工ライニ
ングの前端の沈下が防止できる範囲で種々変えることが
でき、たとえばゲイト縦断側面（図１参照）の５〜５０
％、好ましくは１０〜３０係を充填する量である。

またボイドの下部の全体にわたって充填してもよくまた
ボイドの下部の一部、たとえばボイド縦断正面（図２゜
３参照）の５〜５０％、好ましくは１０〜３０チ）特に
前端部のみに充填してもよい。

また充填の際にボイドの下部に骨材（たとえば砂利、砂
など）をあらかじめ充填しておいて、その間隙に樹脂原
液またはグラウト剤を注入充填して硬化させることもで
きる。

本発明において上記樹脂原液または／およびグラウト剤
を充填し硬化させた後に、残りのボイドに充填される発
泡樹脂原液としては硬質ウレタンフオーム原液が適して
いる。

硬質ウレタンフオーム原液としては、ポリイソシアネー
ト、ポリオールおよび発泡剤を必須成分とするものであ
り、必要により触媒、界面活性剤（整泡剤）、その他の
助剤、添加剤を含有していてもよい。

ポリイソシアネート、ポリオール、触媒としては非発泡
ウレタン樹脂原液の項で述べたものと同様のものが使用
できる。

ポリオールの水酸基価は通常２００〜１２００．好まし
くは２５０〜８００、さらに好ましくは３５０〜６００
である。

また官能基は通常２．５〜叡゛・好ましくは３〜６であ
る。

発泡剤としては水および／″！、たはハロゲン化炭化水
素（フレオン類たとえばトリクロロモノフルオロメタン
）が挙げられる。

発泡剤の使用量は地山の状態、要求される強度に応じて
種々変えることができるが、一般に生成するフオーム密
度が２５〜２０ ｏｋｙ／ｍ、好ましくは３０〜６０に
９／ｒＡになるように調整される。

界面活性剤としてはシリコーン系整泡剤が挙げられる。

硬質ウレタンフオーム原液として特に好ましいものは特
願昭５３−１１３０９５号明細書に記載のものである。

本発明において、硬質ウレタンフオーム原液なボイドに
充填するにあたってイソシアネート指数を９５〜１２０
として通常のウレタンフオームを形成してもよく、また
、１２０以上（たとえば１２０〜５００）としてイソシ
アヌレート含有ウレタンフオームを形成してもよい。

発泡性樹脂原液として特に好ましいのはウレタンフオー
ム原液であるが、その他のものとしては、たとえば「リ
ジツドブラスチツクスフォームズ」（フエリーノ）著、
ラインホールド パブリッシングコーポレーション発行
）に記載メエボキシフォームフェノールフオーム、尿素
フオーム密度ケられる。

本発明において用いられる発泡性樹脂原液の硬化時間は
地山の状態に応じて適宜採択できるが、通常３０分以内
、好ましくは５分以内、さらに好ましくは３分以内であ
る。

本発明の工法を実施するにあたり、使用される機械は従
来から公知のものを使用することができ、たとえば特公
昭５２−３３４１２号に記載の工法により非発泡性樹脂
原液または／および無機系グラウト剤と発泡性樹脂原液
とを順次注入充填することができる。

非発泡性樹脂原液または／および無機系グラフト剤Ａは
ライニングの下部セグメント１上の閉鎖可能な穴２から
注入し、発泡性樹脂原液・Ｂはそれ以外のセグメント３
上の穴４から注入することができる。

シールドの複数回推進により形成されたボイドに充填す
る場合は最前端の下部セグメント１ａ上の穴２ａから非
発泡性樹脂原液または／および無機系グラウト剤を注入
し、残りの下部セグメント１ｂ上の穴２ｂから発泡性樹
脂原液を注入することもできる。

非発泡性樹脂原液または／および無機系グラウト剤の注
入と発泡性樹脂原液の注入はシールドマシーンの推進と
同時に注入してもよく、推進直後に注入してもよく、ま
た地山が崩壊しない場合は複数回推進後に注入してもよ
い。

本発明の工法に従ってボイドの下部に非発泡性樹脂原液
または／および無機系グラウト剤を充填硬化させた後、
発泡性樹脂原液を充填硬化させた結果、水のあるボイド
においても地山の安定化が図れ、地盤沈下は従来のグラ
ウト剤注入と比較し大幅に減少した。

以下実施例により本発明をさらに詳しく説明するが本発
明はこれに限定されるものではない。

（実施例中、部は重量部を表わす。

）実施例 １ テールボイドの下部の一部（縦断正面の約１５１縦断側
面の約１５％）にプロピレングリコールにＰＯ／ＥＯ重
量比７０／３０の混合物を付加゛して得た平均分子量３
０００のポリエーテルグリコールと粗製ＭＤＩを反応さ
せて得たＮＣＯ含量１０．０％の疎水性ウレタンプレポ
リマー混合物２７部にポルトランドセメント４０部、砂
２４０部、水１１０部を加え混合したものを充填した。

この樹脂は約３分で硬化し比重は約１．９であった。

一軸圧縮強度は１時間後で約３ｋｇ／ｃｍ、 １日後
で１７ゆ／♂にもなった。

この樹脂の充填後約５分後にトリエタノールアミンのＰ
Ｏ付加物（ＯＩ（価８００）１０部、ショ糖のＰＯ付力
ロ物（ＯＨ価４５０）９０部、レリコーン整泡剤１．０
部、水４部、粗製４””’ ４’ジフ工ニルメタンジイ
ソンアネート１８０部を加え混合した硬質ウレタンフオ
ームｉｔをワンショットで充填した。

この樹脂は約７０秒で発泡固化し、フオーム密度は４０
ｋｐ／ｍであった。

生成した硬質ウレタンフオームの一軸圧縮強度は２．５
ｋｇ７ｃｍであった。

この充填を５０ｍ繰り返した区間の地表面の沈下は１０
１！を以下であった。

【図面の簡単な説明】

図１は縦断側面図、図２、図３は縦断正面図である。 図中１は下部セグメント、２は下部セグメント上の閉鎖
可能な穴、３は上部セグメント、４は上部セグメント上
の閉鎖可能な穴、５はシールド、Ａは非発泡性樹脂原液
、無機系グラウト剤の充填箇所、Ｂは発泡樹脂原液の充
填箇所を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シールド工法によって掘進される坑道とその覆工ラ
   イニングとの間のボイドの裏込充填工法においてボイド
   の下方部の少なくとも一部に急速硬化する非発泡性樹脂
   原液または／および無機系グラウト剤を充填し、ついで
   発泡性樹脂原液を充填することを特徴とする坑道覆工の
   裏込充填工法。 ２ 発泡性樹脂原液が硬質ウレタンフオーム原液である
   特許請求の範囲１の裏込充填工法。 ３ 硬質ウレタンフオーム原液が（ａ）ジフェニルメタ
   ンジイソシアネートまたはこれを主体とするポリイソシ
   アネート成分、（ｂ）窒素原子含有ポリオールおよび（
   ｃ）発泡剤を必須成分とする硬質ウレタンフオーム原液
   である特許請求の範囲２の裏込充填工法。 ４ 非発泡性樹脂原液がウレタン系樹脂原液、エポキシ
   系樹脂原液、尿素系樹脂原液、アクリルアミド系樹脂原
   液、フェノール系樹脂原液ポリビニル系樹脂原液または
   ／およびポリエステル系樹脂原液である特許請求の範囲
   １〜３のいずれかの裏込充填工法。 ５ ウレタン系樹脂原液が有機ポリイソシアネート、活
   性水素含有化合物および必要により助剤、その他の添加
   剤から成る特許請求の範囲４の裏込充填工法。 ６ 無機系グラウト剤が水ガラス系、セメント系または
   ／およびベントナイト系である特許請求の範囲１〜５の
   いずれかの裏込充填工法。 ７ ボイドの下方部の少なくとも一部に骨材を充填して
   、その後非発泡性樹脂原液または／および無機系グラウ
   ト剤を骨材部分の間隙に注入充填し硬化せしめる特許請
   求の範囲１〜６のいずれかの裏込充填工法。 ８ ボイドの下方部の前端部のみに非発泡性樹脂または
   ／および無機系グラウト剤を充填する特許請求の範囲１
   〜７のいずれかの裏込充填工法。