JPS6034597B2 - 掘削用泥水の調泥法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は掘削用泥水の調泥方法に関するものである。

さらに詳細には、掘削工法に用いる掘削用泥水の物性、
粘度、比重および腐敗性等を望ましい状態に保持する方
法に関するものである。

掘削用泥水とは、掘削工法を実施する時に用いる粘度、
ベントナインを３〜４０％（対水）配合した泥水であり
、調泥とは掘削用泥水の一定の物性規格に合致するよう
に泥水を調製することをいつｏ地盤掘削工法は、地下連
続塗工法、泥水加工シールド工法、場所打ち坑工法等の
「士木蓮築用掘削工法」と、温泉、石油、ガス等の採掘
に用いる「ボーリング工法一等に分類され実施されてい
る。

いずれの工法においても、地盤を掘削する時に、掘削用
泥水を予め調製しておいて、これをボーリングマシン等
に供給して掘削を行なう。該泥水は掘削機と土砂との摩
擦熱の吸収、放熱、掘削個所の潤滑等の作用を行なうと
共に、切削した±砂は泥水中に浮遊せしめて、外部に運
搬する役目をする。すなわち、掘削孔とボーリング管と
の間隙にそって泥水を上昇させ、外部に運び、一定の猿
過方法等によって、土砂を除去して再び泥水を循環して
使用するものである。また掘削工法において、地盤の崩
壊を防ぐ作用を行なわしめる。

すなわち、掘削孔の壁面を不透水性にすることによって
、掘削孔の内部の泥水中の水分が、地層中へ拡散するこ
とを防ぎ、逆に、地層中の水分が掘削孔中に侵入するこ
とによる地盤の崩壊を防止するものである。このために
、掘削用泥水は通常、ベントナィン、粘土等を３〜４０
％配合して調製し、固型物がよく分散するように、カル
ボキシメチルセルローズ（ＣＭＣと略称す）、でんぷん
誘導体もしくはグアーガムもしくは、ポリアクリル酸を
０．５塁度添加し、比重を１．０２〜１．３０、ファン
ネル粘度２２〜４０秒（５００の‘／５００の【：２５
℃）、櫨水量２０ｃｃ／３０分以下（３ｋｇ／の圧力）
等の物性を保持することが必要とされている。

上記の物性値の中でも、脱水性を示す櫨水量の値は、泥
水としての良否を判定する最も重要な因子の一つであっ
て、掘削井の内部から地層への泥水散逸、または地層中
の水が泥水の中へ侵入して地層が崩壊したりするのを防
止する能力に関係し、脱水量が少なければ少ない程良い
泥水と判断される。

しかしながら、従来調泥の泥水は、半合成または天然の
水落性高分子化合物を使用していたため、これを循環使
用すると３〜５日で粘度が下り、また腐敗し易すかつた
。

このため防腐剤を併用することが行なわれていたが、こ
れは環境汚染の点で新たな問題を提起することになった
。これは掘削土中には種々の微生物が生存しているため
、天然物および半合成品は微生物により変化するためで
ある。また、従来の高分子化合物はいずれも水溶性であ
るので、使用調泥時にはいわゆるままこができ易く、溶
解時間が長すぎる欠点があった。さらに、砂レキ層を掘
削する場合、従来までは泥水中にパルプ、クルミの殻の
粉末等の脱水ストップ剤を別に添加する必要があった。
これは泥水が高粘度の溶液であっても、砂レキ層の空隙
を粘土だけで封鎖できないためである。本発明は上記の
諸点を検討して、従来方法の欠点を解決することに成功
したものである。本発明の要点は、従来の水落‘性高分
子化合物に代えて、水を吸収してゲル化する高分子化合
物（以下単に吸水剤と称する。

）を用いるものである。従釆の水港性高分子化合物とゲ
ル化吸収剤を用いる大きな溶液論的な相異点は「従来の
ものが、粘土粒子を高分子溶液中に懸濁した状態である
のに対して、本発明のものは、水中に微細な水不溶性の
ゲル球と、粘土粒子を懸濁した分散状態として保持して
いるものでり、外見的には前記の泥水の規正条件を満た
すことになっているので、外見的には類似しているが、
内容的には泥水の構造それ自体が本質的に異なるもので
ある。すなわち、前者は高粘度液と粘土の二成分系であ
るのに対して、後者は水、ゲル体の小球、粘土三成分系
より成る点が大きな相異点である。このために掘削用泥
水として用いると、次の利点をうけるものである。

１ より少ない薬剤の添加量で、泥水としての粘性を上
げることができる。

２ より長期間安定であるので防腐剤等の劣化防止剤を
使用しなくともよい。

３ ままことならないので、泥水調製時間が大中に短縮
できる。

したがって、溶解時間が３分程度ですみ、作業が容易に
なる。４ 櫨水量を少なくできる。

５ 泥水のチクソトロピー性が大きくなる。

すなわち、降伏値が高くなるので、深い掘削井の場合、
掘削士の排出が容易となる。６ 砂レキ層のごとき多孔
質の地層に対して、脱水量が少なく、従来のようなクル
ミの殻の粉末およびセル。

ーズ等をストック剤に用いる必要がない。本発明に用い
る水を吸収してゲル化する高分子化合物とは、化合物と
しては既に公知の化合物であって、例えばデンプン一ポ
リアクリロニトリル共重合アルカリ加水分解物、努藷溝
ポパール、架橋ポリァクリルァミド、架橋ポリエチレン
オキシド、架橋ポリスチレンスルホン酸ソーダ、架橋ポ
リァクリル酸ソーダ、架橋ポリビニルピロリドン等であ
り、物質自体の合成法としては、例えばＵ．Ｓ．Ｐ．３
，６６１，８１５号にデンプンとアクリロニトリルまた
はメタクロルニトリロのモル比１：３〜１：３０のアク
リル塩の合成法が示されている。

本発明化合物の架薪喬反応を起させるための架橋剤とし
ては公知のものでよく、例えばエチレングリコール、ト
リメチロールプロパン、グリセリン、ポリオキシヱチレ
ングリコール、ポリオキシプロピレングリコールなどの
ポリオール類のジまたはトリまたはメタアクリル酸ェス
テル類、Ｎ，Ｎ、メチレンビスアクリルアミド等のビス
アクリルアミド類、グリオキザール、ホルマリン等のア
ルデヒド類、ホウ素、アルミニウム等の無水重金属類等
である。架橋反応は、必ずもこれら架橋剤を必要としな
い。電子線を含む放射線重合法によっても可能であり、
加熱によっても架橋反応が可能である場合もあり、本発
明はそれらの方法によって得られる吸水性高分子化合物
をも包含するものである。これら架橋重合体の重合度は
、例えばポリビニルアルコールについては実用上重合度
が５００〜３０００が望ましい。これら架橋重合体は一
般には重合度が１０００以上であることを要する。すな
わち、重合度が低い時はたとえ架橋させても吸水率が小
さいため、増粘性、脱水減少性が小さいので、効果が少
ないｏまた、架橋化反応せしめたものは、凝集剤として
用いられている高重合度のポリアクリルアミド、ポリア
クリル酸ソ−ダ、ポリエチレンオキシド等の化合物の凝
集効果は全く失われ、含水ゲル体として地層中の透水層
の目づまり剤として有効に作用するものである。

また、本発明ゲルの小球体を水に浮遊せしめることを特
徴とするが、ゲルの小球体を作るためには、上記のごと
く架橋された高分子化合物であって、吸水量が１０〜１
００Ｍ音の性能をもつ化合物を用いると共に、そのもの
が粉末状で、４０メッシュ通過の粒度であることを必要
とする、４０〜８０メッシュの範囲が望ましい、これ以
下の粒子となれば、ゲル球体が小さく、真の高粘度溶液
に近づくため、本願の発明の特徴が現われなくなるため
である。

１０〜１００の音の含水率によりかなり強轍なゲル小球
体ができるために、全体の溶液は一定の粘度を示すに至
る。

このため、本薬剤を泥水の水に対して０．０１〜３．０
％の使用し、更に、望ましくは０．１〜１．０％の範囲
である。添加量は粘度、透水率を勘案して随時決定する
ものである。上記のごとく、本薬剤を用いたもののみで
すぐれた泥水として工業的に有用であるが、使用中には
粘度を調整する必要がある。

すなわち、掘削工事が粘土層またはシルト層に行き至れ
ば、掘削粘土層の粘土シルト分が泥水に混在増量し、粘
度が上昇するようになる。この時粘度低下の目的で、へ
キサメタリン酸ソーダ等の分散剤を用いることがある。
また、ゲル小球体が使用により土層の孔の封鎖に用いら
れて、濃度が低下したり、小球体が使用により変質・磨
耗した時は粘度が低下するが、この時は増粘のためにＣ
ＭＣ等を調整剤に少量追加することがある。

これらは泥水の物性を作業中常に管理し、要に臨み、適
宜粘度、透水性を管理しながら調整剤を添加するもので
ある。

次に実施例を示す。

実施例 １ 反応装置内にＮ２ガスを吹き込みながら、アクリロニト
リル７５礎都とメチレンビスアクリルアミド５部をエタ
ノール５００碇部‘こ溶解し、アゾビスィソブチロニト
リル５部を加えて、５０ｏｏにて３時間反応を行なった
。

その後、これに水酸化ナトリウム１０％（重量）を含む
水４００碇部を加えて、８０ｑｏにて３時間加水分解し
た。加水分解終了後、酢酸５夕／その水溶液を添加して
、糸内をｐＨ７〜８の中和し、ついで、櫨過、水洗、脱
液したものを真空乾燥して粒状のアクリロニトリルーメ
チレンビスアクリルアミド共重合体のナトリウムカルボ
キシレートから成る水膨潤性化合物を得た。実施例 ２ ポリエチレンオキシド（平均分子量３００方、粘度１％
溶液１００比ｐｓ）１０碇部をキシレン５０礎郡の中へ
分散させ、この中へジクミルパーオキサィド０．５部加
え、１２０こ０３時間反応させる。

反応終了後、溶媒を除去し、粉末状の水膨潤性化合物を
得た。実施例 ３ ＩＬのビーカーに、水１０００ｃｃを秤取し、常温にお
いて、下記の薬剤をそれぞれ所定量（ＣＭＣのみは１９
および３夕の双方のテストをなすが、他はそれぞれ１の
を秤取して、棚拝機を用いて溶解し、時々磯拝を止めて
、状態を点検し、Ｂ型粘度計（東京計器ＫＫ製）を用い
て粘度を測定し、完全溶解または完全膨潤をそとめた点
をもって終末点となし、その結果を第１表に示す。

使用薬剤は次のとおりである。

Ａ ＣＭＣ（エーテル化度０．０１％粘度３５比ｐｓ）
Ｂ グアーガム（蛋白質５％以下、１％粘度３，１０比
ｐｓ）Ｃ ＣＭＳ（エーテル化度０．う１％粘度１２比
ｐｓ）Ｄ デンプン−ポリアクリロニトリル共重合加水
分解物（ＧｒａｆｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＣｏｒｐｏｒ
ａｔｉｏｎ社製品ポリマー３８Ａ−１０）Ｅ ポリアク
リル酸ソーダ架橋物（実施例１記載、吸水率３０の苦）
Ｆ ポリスチレンスルホン酸塩架橋物（吸水率２５〇倍
）Ｇ ポリスチレンオキシド架橋物（実施例２記載、吸
水率２０針音）第 １表 上記の表のごとくＭＣ、グアーガム、ＣＭＳ等において
は溶解が２０〜２粉ごを要するに対して、ゲル剤はいず
れも３分で完全抱水状となり、全体としては一定の粘度
を示すが、仔細に観察すれば、水中にゲルの小球体が多
数分散しており、個々の球体は独立して水に浮遊してい
ることを確認した。

また、粘度も０．３％ＣＭＣと０．１％架橋物と匹敵す
るのをみれば、約１′３量の使用で事足りる事をみとめ
る。実施例 ４ ・内容１５００ｃｃのジュースミキサーに、水５００ｃ
ｃおよびペントナイン（山形県産２５０メッシュパスの
もの）４０９を添加し、３分間縄梓後、これに実施例３
に示した各種薬剤（ＣＭＣは１．５夕、デンプン−ポリ
アクリロニトリル共重合加水分解物を０．５夕、ポリア
クリル産ソーダ架橋物０．５夕）をそれぞれ別に添加し
、更に３分間燈梓（Ａについては２５分間）分散せしめ
たものについて、泥水としての各種の恒数を測定した結
果を第２表に示す。

第２表の上段は泥水作成直後の値を、下段は３０日後の
値を示す。第 ２ 表 （狂）Ｆ．Ｖ（ファンネル粘度）（単位 秒）ファンネ
ル粘度計 ２５℃Ａ．Ｖ（見掛け粘度） （単位 ｃｐ
ｓ） Ｆａｎｎ ＶＧメーター ２５℃Ｐ．Ｖ（塑性砧
±） （単位 ｃｐｓ）Ｙ．Ｖ（降伏値） （単位
ｌｂ／ｌｏｏｆｔ２）Ｇ．Ｓ（グル強度）（単位 ｌ
ｂ／ｌｏＵｆ上２）億 水 量 （単位 ｍＺ
） ＡＰＩ規格による猿過機３Ｋ９／の，３０分泥壁厚
さ （単位 側）漣紙上のケーキをノギスで
測定第２表のごとくＣＭＣを用いたものは製造直後のも
のと３０日後のものとの間にかなりの変化を生じていた
のに対して、デンプン−ポリアクリロニトリル共重合加
水分解物およびポリアクリル酸ソーダ架橋物は殆んど変
化のないことが判明し、泥水の性状を著しく向上させる
ことがわかった。

実施例 ５内容５００ｃｃのジュースミキサーに、水５
００ｃｃおよ．び木節粘土（岐阜県産８０メッシュ）１
５０部を加え、ジュースミキサーで３分間燈梓する。

この中へＣＭＣ（エーテル化度０．６０、１％粘度３０
比ｐｓ）１．５夕、ポリスチレンスルホン酸塩の架橋化
物０．７５夕、ポリエチレンオキシド架橋物０．５夕を
それぞれ別に添加し、３分間蝿拝する。（ただし、ＣＭ
Ｃは２０分蝿拝する）これについて実施例４の測定方法
に準じて測定した結果を次の如く示す。第 ３表第３表
のごとくＣＭＣを用いたものは、製造直後のものと３０
日後のものとの間にかなりの変化を生じているのに対し
て、ポリスチレンスルホン酸塩の架橋化物；ポリエチレ
ンオキシド架橋物は殆んど変化のないことが判明し、実
施例４と合せ考えれば、粘土の種類に関せず、ＣＭＣと
架橋高分子化合物では同じ関係であることを確認した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地盤掘削工法に用いる掘削用泥水に、吸水量が１０
   〜１０００倍のゲル体を形成する程度に架橋反応を起さ
   しめ、かつ、４０メツシユ通過の粒度に整粒した粉末状
   の架橋高分子化合物を、該泥水の水に対して０．０１〜
   ３％添加するか、またはこれに粘度調整剤を併用使用す
   ることを特徴とする掘削用泥水の調泥法。