JPS6059947B2 - 裏込充填用薬液およびその施工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は坑道覆工の裏込充填用薬液およびそのフ施工法
、特にシールドエ法によつて掘進される坑道とその１１
ライニングの間のボイドに注入、裏込充填される薬液お
よびその裏込充填方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５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５２−３３４帛号）。

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
エタノールアミンなどのアミン類が使用されており、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つた。本発
明者らはか）る問題のない裏込充填用薬液およびその施
工法を見出すべく鋭意研究した結果、特定のポリオール
成分、ポリイソシアネート成分を用いた硬質ウレタンフ
ォーム原液の使用により上記目的を達成しうることを見
出し本発明に至つた。すなわち本発明は（ａ）ジフエニ
ルメタンジイソシアネート又はこれを主体とするポリイ
ソシアネート成分、（ｂ）水酸基価２００〜１１００の
、トリアリカノールアミン，脂肪族ポリアミン，芳香族
ポリアミン、脂環式ポリアミン、複素環式ポリアミンよ
りなる群から選ばれるアミノ化合物のオキシアルキレン
誘導体である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ォーム原液からなる
ことを特徴とする、坑道覆工の裏込充填用薬液（第１発
明）；およびシールド工法によつて堀進される坑道とそ
の覆工ライニングの間のボイドに硬質ウレタンフォーム
原液を注入する坑道覆工の裏込充填方法において、硬質
ウレタンフォーム原液として、上記（ａ），（ｂ），（
ｃ）を必須成分とする硬質ウレタンフォーム原液を用い
る坑道覆工の裏込充填方法（第２発明）である。本発明
において硬質ウレタンフォーム原液のポリイソシアネー
ト成分としてはジフエニルメタンジイソシアネート（Ｍ
ＤＩ）またはこれを主体とするものが使用される。ＭＤ
Ｉを主体とするポリイソシアネートとしてはＲＯｌ５鍾
量％以上と他のポリイソシアネート〔トリフェニルメタ
ントリイソシアネート，フエニルトリルメタンジイソシ
アネート；ポリオール（低分子ポリオール，ポリエーテ
ル等）とポリイソシアネート（ＭＤＩ，トリレンジイソ
シアネート等）とのＮＣＯ末端プレポリマー〕との混合
物が挙げ．られる。

このようなＭＤＩ系ポリイソシアネートとしては粗製Ｍ
ＤＩ〔粗製ジアミノジフェニルメタン（ホルムアルデヒ
ドと芳香族アミンまたはその混合物との縮合生成物：ジ
アミノジフエニルメタンと少量（たとえば５〜２鍾量％
）の３官能以上のポリアミンとの混合物）のホスゲン化
合物：ポリアリルメタンポリイソシアネート〕および変
性、液状化ＭＤＩ（カーボジイミド変性、トリヒドロカ
ルビルホスフエード変性など）が使用できる。これらの
うちで好ましいのは粗製ＭＤ■である。ポリイソシアネ
ートはプレポリマー法、セミプレポリマー法で発泡させ
ることもできるが、ワンショット法で発泡させるのが好
ましい。本発明において硬質ウレタンフォーム原液のポ
リオール成分として用いられる窒素原子含有ポリオール
としては少なくとも２個の活性水素原子を有するアミノ
化合物のオキシアルキル化誘導体が使用できる。

アミノ化合物としてはモノアミン類、アルカノールアミ
ン類、ポリアミン類（脂肪族、芳香族、脂環式または複
素環式）が含まれ、これらのアミノ化合物の例としては
特願昭５３−３０１６７号，特願昭関−゜８７１４号明
細書にアミン系ポリエーテルポリオール製造に用いるア
ミノ化合物として記載のものが挙げられる。具体例とし
てはトリアリカノール（Ｃ２〜４）アミン（例えばトリ
エタノールアミン）；アルキレン（Ｃ２〜６）ジアミン
（例えばエチレンジアミン，プロピレンジアミン），ポ
リアルキレンポリアミン（例えばジエチレントリアミン
，トリエチレンテトラミン）などの脂肪族ポリアミン；
フェニレンジアミン，トリレンジアミン，キシリレンジ
アミンなどの芳香族ポリアミン；シクロヘキシレンジア
ミンなどの脂環式ポリアミン，ピペラジン，アミノアル
キル置換ピペラジン（例えばアミノエチルピペラジン）
などの複素環式ポリアミンが挙げられる。これらのアミ
ノ化合物は２個以上の活性水素原子を有することが必要
であり、通常２〜７好ましくは２〜５個さらに好ましく
は３〜４個の活性水素原子を有するものが適当である。
これらのアミノ化合物は２種以上併用してもよい。アミ
ノ化合物のオキシアルキル化誘導体は種々の方法で製造
できるが、一般にアミノ化合物にアルキレンオキサイド
を付加することにより製造される。

アルキレンオキサイドとしてはエチレンオキサイド，プ
ロピレンオキサイド（以下それぞれＥＯ，ＰＯと略記）
，１，２−、１，３−または２，３−ブチレンオキサイ
ド、テトラヒドロフラン，スチレンオキサイド，エピク
ロルヒドリン等が挙げられる。アルキレンオキサイドは
単独でも２種以上併用してもよく、後者の場合はブロッ
ク付加でもランダム付加でも両者の混合系でもよい。ア
ルキレンオキサイドのうちでも好ましいのはＰＯまたは
／およびＥＯであり、特にＰＯ単独またはＰＯとＥＯと
の併用系（重量比で通常３０：７０〜９９：１とくに７
０：３０〜９０：１０）である。末端にＥＯをチップし
て１級化することによりさらに反応性を高めることもで
きる。アルキレンオキサイドの付加は通常の方法で行う
ことができ、無触媒でまたは触媒（アルカリ触媒、アミ
ン系触媒、酸性触媒）の存在下（とくにアルキレンオキ
サイド付加の後半の段階で）に常圧または加圧下に行わ
れる。

アミノ化合物はそのままでまたは適当な媒体〔不活性液
体（キシレン、ＤＭＦなど），活性水素原子含有液体（
水，エチレングリコール，グリセリンなどの多価アルコ
ール等）または予め製造したアミノ化合物のポリオキシ
アル化物〕の存在下に、アルキレンオキサイドを付加す
ることができる。アルキレンオキサイドの付加モル数は
アミノ化合物の活性水素原子１個当り通常１モル以上好
ましくは２〜２０モルである。

窒素原子含有ポリオールの水酸基価はこのポリオール単
独または他のポリオールと併用して硬質ウレタンフォー
ムを形成しうる範囲において自由に変えることができる
が、通常２００〜１１００である。

本発明において硬質ウレタンフォーム原液のポリオール
成分として、窒素原子含有ポリオールに加えて他のポリ
オールを併用することもできる。

併用しうる他のポリオールとしては低分子ポリオール（
エチレングリコール，プロピレングリコールなどの低分
子ジオール；グリセリン，トリメチロールプロパンなど
のトリオール），ポリエーテ．ルポリオール〔上記低分
子ポリオール（グリコール，トリオール），ペンタエリ
スリトール，ソルビトール，シヨ糖およびこれらの混合
物などのポリオールのアルキレンオキサイド（例えばＰ
Ｏおよび／またはＥＯ）付加物が〕挙げられる。上記−
ポリオール（シヨ糖等）と前記アミノ化合物（トリエタ
ノールアミンなど）との混合物にアルキレンオキサイド
を付加して得た窒素原子含有ポリオールと他のポリエー
テルポリオールとの混合物を用いることもできる。併用
する他のポリオールの水酸基価は窒素原子含有ポリオー
ルと併用して硬質ウレタンフォームを与える範囲で種々
変えることができるが一般に２５〜１８５α仔ましくは
５０〜１３００である。窒素原子含有ポリオールと他の
ポリオールとは、同程度の水酸基価のもの（例えば２０
０〜８００）を用いてもよく、また何れか一方として高
水酸基価のもの（例えば８００〜１８５０）を用い、他
方として低水酸基価のもの（例えば２５〜２００）を・
用いてもよい。ポリオール成分全体の平均水酸基価が２
００〜８００とくに３５０〜５５０となるように配合す
るのが好ましい。他のポリオールと併用する場合、これ
と窒素原子含有ポリオールとの割合は本発明の目的の範
囲内で種々に変えることができるが、全ポリオール成分
中の窒素原子含有ポリオールが通常１一当量％以上、好
ましくは３〜８０当量％、さらに好ましくは５〜４０当
量％である。

窒素原子含有ポリオールが１当量％より少なくなると無
触媒では満足に発泡硬化させることができなくなり、本
発明の目的と達成できなくなる。本発明において硬質ウ
レタンフォーム原液における発泡剤としては水が好まし
い。

水の使用量はポリオール成分およびイソシアネート成分
の合計量に基づき、通常０．１〜１鍾量％好ましくは０
．５〜５重量％である。水とともに（または水に代えて
）フルオロカーボン（たとえばトリクロロモノフルオロ
メタン，ジクロロジフルオロメタン），メチレンクロラ
イドなどを使用することもできるが、多量に使用すると
発泡の際にフロン蒸気を発生し、衛生を害するおそれが
あるので好ましくはない。フルオロカーボンの使用量は
ポリオール成分およびイソシアネート成分の合計量に基
づき１０重量％以下が好ましい。硬質ウレタンフォーム
原液中にはポリイソシアネート成分，ポリオール成分お
よび発泡剤に加えて必要により整泡剤たとえばシリコー
ル系界面活性剤、その他の界面活性剤，充填剤（フィラ
ー）（例えばパーライト，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）
，難燃化剤（例えはリン化合物），安定化剤（例えは老
化防止剤，酸化防止剤，抗菌剤），その他ウレタンフォ
ームにおいて一般に用いられている各種助剤，添加剤を
含有させることができる。

本発明において、窒素原子含有ポリオールを用いている
ため無触媒で発泡させることができるが、場合により本
発明の目的を著しく阻害しない範囲て触媒を使用するこ
ともできる。触媒としてはスズ系触媒（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
（トリエチレンジアミン，ＤＢＵ（サンアボツト（株）
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、有機酸塩等）が好ましい。硬質
ウレタンフォーム原液においてイソシアネート指数は通
常７０〜１印好ましくは９０〜１２０．さらに好ましく
は１００〜１１０であるがイソシアネートを大過剰（指
数１５０以上）に用いてイソシアヌレートフォームを形
成することもできる。

この場合にはイソシアネート三量化触媒を用いなければ
ならない。フォーム原液は一般にポリイソシアネート成
分と活性水素原子含有成分（ポリオール＋水）との２成
分系で用いられる。

整発剤その他の添加剤は何れかの成分に添加して用いら
れる。硬質ウレタンフォーム原液を適用する混合機（注
入ガン）として、強制的（機械的）混合するものと、空
気混合方式のものとがあるが場合によりそれらの１つあ
るいは２つの組合せを用いても良い。

空気混合方式のものとしては外部混合方式のもの（例え
ば２液を外部て衝突させ空気とともに混合する方式）と
内部混合式のもの（例えばスタティックミキサー，コツ
ホスルーザー，ＬＰＤミキサーなど）が挙げられる。と
くに外部混合方式のものが好ましい。フォーム原液注入
後の注入ガスの洗浄は空気洗浄と溶剤洗浄があるが前者
が好ましい。フォーム原液の施工部分への適用は種々の
方法．で行うことができるができる限り密閉系にし注入
ガンを注入口にフイツトさせるのが好ましい。

本発明（第２発明）において坑道とその覆工ライニング
との間のボイドへの硬質ウレタンフォーム原液の注入は
通常の方法で行うことができる。例えば特公昭５２−３
３４１鏝記載の方法により行うことができる。ボイドの
全部を硬質ウレタンフォームで充填してもよく、また一
部のみをフォームで充填して、残りの部分を一般のグラ
ウトを注入してもよい。本発明の実施に際して硬質ウレ
タンフォーム原液中に空気を導入して混合注入すること
ができる。

フォーム原液と空気の混合割合は種々変えることができ
るが、フォーム原液：空気の容量比で通常１：２０以上
好ましくは１：５０〜１：１０００である。空気圧は通
常１ｋｇ／ｃ！ｉ以上好ましくは３ｋ９／ｄ以上である
。フォーム原液への空気の導入は第１図に示され”たよ
うな装置を用いて行うことができる。

フォーム原液の吐出口１，２より注入口９までの間でフ
ォーム原液が充分混合できるように複数（２個以上好ま
しくは４個以上）の穴３より同時に導入筒５中に導入し
、且空気が渦を巻くようにするのが好ましい。かくして
導入された空気によりフォーム原液は充分に混合される
ことができ、該充填部分の細部にまで行きわたることが
できる。さらに注入終了後、フォーム原液の供給を停止
した後、吐出口より注入口までのフォーム原液の残りを
吹”きとばすことにより、注入ガンの洗浄をも行うこと
ができるため、溶剤洗浄が不要で、作業場の衛生をそこ
なうこともなく、安全性を保つと同時に注入作業能率向
上をはかることもてきる。本発明において硬質ウレタン
フォーム原液を発泡硬化させて形成される硬質ウレタン
フォームの密度は、施工部分（地山）の状態、要求され
る物性（圧縮強度等）などに応じて種々変えることがで
きるが一般に２０ｋ９／ｄ〜４００ｋ９／ｄ１好ましく
は３０〜１００ｋ９／ｄである。

フォームの圧縮強度は通常０．５ｋ９／ｄ以上、好まし
くは１〜７ｋ９／ｃｌである。本発明の裏込充填用薬液
は、触媒を使用しなくても短時間（例えば０．５〜１０
分、とくに１〜３分）で発泡硬化させることができる。

本発明の裏込充填用薬液は触媒（アミン類など）を使用
しなくてもよい（使用する場合も従来法に比し著しく少
量でよい）ためおよび発泡剤にフルオロカーボンを使用
しなくてもよい（使用する場合も従来法に比し著しく少
量でよい）ため、換気不充分な坑道内の作業においても
アミン臭、人体への悪影響を生ぜず安全に使用すること
ができる。

またフォーム原液の注入発泡の際の粘度上昇が穏やかに
あるため流れ性不良による充填不足、空洞形成などを生
じない。さらに触媒を使用しない（または少量ですむ）
ため、触媒による原料の劣化および生成するフォームの
物性低下，耐老化性低下を起さない。本発明の裏込充填
用薬液はとくにシールドエ法における坑道覆工の裏込充
填に有用であるが、これ以外の工法たとえぱ土中への防
振材注人工法、トンネル内や密閉されたあるいは換気の
悪い倉庫等の建造物への現場発泡工事等においても使用
することができる。

以下実施例により本発明を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１〜３およ
び比較例１〜２ 表１に示される処方の硬質ウレタンフォーム原液からな
る本発明の裏込充填用薬液および従来の裏込用薬液を作
成した。

これらの薬液の発泡硬化時間は表１の通りであつた。

実施例４ 実施例１の薬液を空気混合式注入ガンによりシールドエ
法によつて堀進される坑道とその覆工ライニングとの間
のボイドに、ボイド容積の１１２５量だけ注入し発泡硬
化せしめた（発泡硬化時間約３分）。

硬化樹脂の密度は約５０ｋ９／ｄ１一軸圧縮強度は約３
ｋ９／ｃ＃ｆであつた。上記薬液注入の作業中および作
業後も坑道内にアミン臭は感じられず作業環境は良好で
あつた。比較例３ 比較例１の薬液を用いて実施例４と同様にして注入作業
を行つたところ、作業開始直後よりアミン臭が感じられ
全員が不快感を感じた。

注人中、および注入後、坑道内はアミン臭が感じられ、
頭痛、吐き気をもよおす作業者が続出した。比較例４ 実施例１においてポリオールＩのかわりにトリエタノー
ルアミンにＰＯ／ＥＯ（１：１重量比混合物）付加ポリ
オール（０Ｈ価５８、ポリオール）を用いて発泡硬化さ
せたフォームの物性は実施例１のフォーム密度３２．５
ｋ９／７Ｔ１）一軸圧縮強度１．３ｋ９／ＣＴｉである
に対しフォーム密度２８．５ｋ９／７７１’、一軸圧縮
強度０．３ｋ９／Ｃｌｔと地盤沈下を防止しうる程度の
強度を示さなかつた。

比較例５ 実施例３の場合のポリオールＩの代わりにエチレンジア
ミンのＰＯ付加ポリオール（０Ｈ価６１、ポリオールＶ
）を用いて発泡硬化させると実施例３では発泡硬化時間
１８０秒（フォーム密度３６．０ｋ９／ｄ）一軸圧縮強
度１．６ｋ９／Ｃｊｉ）に対し本比較例では発泡硬化時
間６分を要し、反応熱の奪われる現地盤への注入ではｌ
紛以上を要することはさけられす、裏込充填で地山の沈
下を防止しようとする本発明の目的を十分達しえない。

比較例６比較例４の薬液を用いて実施例４と同様に注入
作業を行つた。

硬化樹脂の密度は５０ｋ９／イで一軸圧縮強度は０．３
５ｋ９／Ａｉと軟らかく、地山の沈下を防ぐことができ
なかつた。

【図面の簡単な説明】 第１図は断面図、第２図は斜視図である。 １はポリオール成分吐出口、２はポリイソシアネート成
分吐出口、３は空気吐出口、４はガン本体、５は導入筒
、６はポリオール成分供給ホース、７はポリイソシアネ
ート成分供給ホース、８は空気供給ホース、９は注入口
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（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）水酸基価
   ２００〜１１００の、トルアルカノールアミン、脂肪族
   ポリアミン、芳香族ポリアミン、脂環式ポリアミン、複
   素環式ポリアミンからなる群から選ばれるアミノ化合物
   のオキシアルキレン誘導体である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
   ォーム原液からなることを特徴とする坑道覆工の裏込充
   填用薬液。 ２ 窒素原子含有ポリオールが、トリアルカノールアミ
   ン、脂肪族ポリアミン、芳香族ポリアミンのオキシアル
   キレン誘導体である、特許請求の範囲１の裏込充填用薬
   液。 ３ 窒素原子含有ポリオールがトリエタノールアミン、
   エチレンジアミン、トリレンジアミン、Ｎ−アミノエチ
   ルピペラジンもしくはジエチレントリアミンのオキシア
   ルキレン誘導体である特許請求の範囲１、または２の裏
   込充填用薬液。 ４ ポリイソシアネート成分が粗製ジフェニルメタンジ
   イソシアネートである、特許請求の範囲１〜３の何れか
   の裏込充填用薬液。 ５ 発泡剤が水である特許請求の範囲１〜４の何れかの
   裏込充填用薬液。 ６ 該硬質ウレタンフォーム原液が実質的に触媒を含有
   しない特許請求の範囲１〜５の何れかの裏込充填用薬液
   。 ７ シールド工法によつ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硬質ウレタンフォーム原液を注
   入する坑道覆工の裏込充填方法において、硬質ウレタン
   フォーム原液として（ａ）ジフェニルメタンジイソシア
   ネート又はこれを主体とするポリイソシアネート成分、
   （ｂ）水酸基価が２００〜１１００の、トリアルカノー
   ルアミン、脂肪族ポリアミン、芳香剤ポリアミン、脂環
   式ポリアミン、複素環式ポリアミンよりなる群から選ば
   れるアミノ化合物のオキシアルキレン誘導体である窒素
   原子含有ポリオールおよび（ｃ）発泡剤を必須成分とす
   る硬質ウレタンフォーム原液を用いることを特徴とする
   坑道覆工の裏込充填方法。 ８ 硬質ウレタンフォーム原液に空気を導入して混合注
   入する特許請求の範囲７の裏込充填方法。