(57)【要約】【課題】  透水係数の大きい砂礫地盤に対して難透水層を短時間で効率よく形成でき、回収した安定液の物性を調整して再使用することができ、安定液の処分量を減量化できる経済的にも安価なシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物及びこれを用いた施工法を提供する。【解決手段】  水と、吸水して膨潤した高吸水性ポリマー粒子を含むシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物であって、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物の比重が１．５０以下の範囲であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と、吸水して膨潤した高吸水性ポリマー粒子を含むシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物であって、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物の比重が１．５０以下の範囲であることを特徴とするシールド工法用の膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項２】
最大粒径が２．０ｍｍ以下の無機材の加重材を含むことを特徴とする請求項１に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項３】
前記加重材が、掘削時に掘削地盤から混入した地盤の細粒分であることを特徴とする請求項２に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項４】
前記加重材が、微砂、粘土鉱物、硫酸塩鉱物から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項２又は３に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項５】
コンクリートや塩分等の電解質や、酸性、アルカリ性物質が混入した際に、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物の性状及び品質の劣化の抑制や回復を可能とする安定剤を添加することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項６】
前記安定剤が、電解質濃度を低下させる安定剤であることを特徴とする請求項５に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項７】
前記安定剤が、ＰＨ（水素イオン指数濃度）を中性化させる中和剤であることを特徴とする請求項５又は６に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項８】
前記安定剤が、ポリアクリルアミド、希硫酸、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、炭酸水素塩、炭酸塩から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項９】
切羽の安定性を向上させる助材が含まれていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項１０】
助材がパルプ繊維、おが屑、ロックウール、繊維等の逸泥防止材又は、水溶性高分子から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項９に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項１１】
高吸水性ポリマー粒子がデンプン系、セルロース系及び合成ポリマー系から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項１２】
吸水して膨潤した高吸水性ポリマー粒子が、加圧により水を放出しない架橋構造の高吸水性ポリマー粒子であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項１３】
吸水して膨潤した高吸水性ポリマー粒子の膨潤後の粒径が３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項１４】
ファンネル粘性（５００ｍｌ／５００ｍｌ）が１９〜１２０秒の範囲であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項１５】
電気伝導率が１０ｍＳ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物を使用して掘削施工を行い、掘削後の地盤掘削用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物を回収し、回収した地盤掘削用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物に、水、高吸水性ポリマー粒子、加重材、安定剤、助材を添加し、性状、品質を調整し、次掘削の安定液に再利用することを特徴とする施工法。
【請求項１７】
回収した地盤掘削用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物に電解質を加えることにより、電解質を含んだ水と、水を放出した高吸水性ポリマー粒子に掘削土と加重材を付着させた排泥土に分離させ、排泥土量を減少させることを特徴とする請求項１６に記載の施工法。
【請求項１８】
回収した地盤掘削用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物に電解質を加えることにより、電解質を含んだ水と、水を放出した高吸水性ポリマー粒子に掘削土と加重材を付着させた排泥土に分離させ、その排泥土を二次処理装置によりさらに排泥土量を減量化することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の施工法。
【請求項１９】
二次処理装置が脱水装置であることを特徴とする請求項１８に記載の施工法。
【請求項２０】
電解質が塩化カルシウム、クエン酸、水酸化ナトリウム及び塩化ナトリウムから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか一項に記載の施工法。
【請求項２１】
施工法が、泥水シールド工法であることを特徴とする請求項１６から２２のいずれか一項に記載の施工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は泥水シールド工法で使用する膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物及びこれを用いた施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、泥水シールド工法の掘進作業において、安定液（泥水）は重要な役割を果たしている。具体的には、切羽に送り込まれた安定液は切羽面からの逸水を防止するために難透水層を形成し、安定液圧を切羽面に加え溝壁の崩壊を防ぐ役割を果たす。
【０００３】
また、安定液と掘削した土の混合体をポンプ圧送により地上部に輸送し、掘削土と安定液に分離し、分離した安定液はその物性を調節して、再度、安定液として切羽面に送り込む。そして、工事終了後はこの安定液の廃棄処理を行う。
【０００４】
従来使用している安定液の清水１ｍ３当たりの標準的な配合を表1に示す。この配合は標準配合であり、掘削土の物性によりその配合量を増減させて対応している。
【０００５】
【表１】
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【０００６】
表1に示すように、従来の安定液では、主要な構成材料としてベントナイトが用いられている。構成材料各々の主要な役割としては、ベントナイトは切羽面に難透水性膜を造成することにより安定液の逸泥を防ぎ、副次的には安定液の比重を増加させるために用いられる。
【０００７】
粉末粘土は安定液の比重調整に用いられ、カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）は安定液の粘性の調整及び、ろ水量を低下させるために用いられる。また、分散剤は安定液にアルカリ物質等の混入により安定液の機能の低下を防ぐ目的で用いられる。
【０００８】
一方、透水係数の大きい粗い砂礫層を掘削する場合には、溝壁面に難透水膜の形成が困難で逸水が止まらず、切羽面の崩壊につながる場合がある。
【０００９】
そのために、これまでに逸泥防止材としてパルプ繊維や高吸水繊維などを添加し、土粒子間の間隙を目詰し、難透水層膜を形成する等の提案がなされている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【００１０】
この泥水シールド用安定液の必須の材料として使用しているベントナイトは、難透水膜の造成のためには必須の材料であるが、透水係数の大きい砂礫層の掘削時には難透水層の形成が困難であること、難透水層の形成に時間がかかること、安定液と掘削土の混合体の分離処理においては掘削土から分離することが困難なために掘削土の再利用が困難であること、さらに、安定液の廃棄処分においては処分費用が高価である等の問題点があった。また、各種の材料を配合し、安定液としての一定の物性を維持するためには高度な技術が必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３１５８９４０号公報
【特許文献２】特開２００４−９９６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記のような背景から従来の問題点を解消し、透水係数の大きい砂礫地盤に対して難透水層を短時間で効率よく形成でき、回収した安定液の物性を調整して再使用することができ、安定液の処分量を減量化できる経済的にも安価なシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物及びこれを用いた施工法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【００１４】
第１に、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物であって、水と、吸水して膨潤した高吸水性ポリマー粒子を含むシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物であって、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物の比重が１．５０以下の範囲であることを特徴とする。
【００１５】
第２に、上記第１の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、最大粒径が２．０ｍｍ以下の無機材の加重材を含むことが好ましい。
【００１６】
第３に、上記第２の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、前記加重材が、掘削時に掘削地盤から混入した地盤の細粒分であることが好ましい。
【００１７】
第４に、上記第２又は第３の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、前記加重材が、微砂、粘土鉱物、硫酸塩鉱物から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００１８】
第５に、上記第２から第４の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、コンクリートや塩分等の電解質や、酸性、アルカリ性物質が混入した際に、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物の性状及び品質の劣化の抑制や回復を可能とする安定剤を添加することが好ましい。
【００１９】
第６に、上記第５の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、前記安定剤が、電解質濃度を低下させる安定剤であることが好ましい。
【００２０】
第７に、上記第５又は第６の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、前記安定剤が、ＰＨ（水素イオン指数濃度）を中性化させる中和剤であることが好ましい。
【００２１】
第８に、上記第５から第７の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、前記安定剤が、ポリアクリルアミド、希硫酸、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、炭酸水素塩、炭酸塩から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
【００２２】
第９に、上記第１から第８の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、切羽の安定性を向上させる助材が含まれていることが好ましい。
【００２３】
第１０に、上記第９の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、助材がパルプ繊維、おが屑、ロックウール、繊維等の逸泥防止材又は、水溶性高分子から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００２４】
第１１に、上記第１から第１０の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、高吸水性ポリマー粒子がデンプン系、セルロース系及び合成ポリマー系から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００２５】
第１２に、上記第１から第１１の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、吸水して膨潤した高吸水性ポリマー粒子が、加圧により水を放出しない架橋構造の高吸水性ポリマー粒子であることが好ましい。
【００２６】
第１３に、上記第１から第１２の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、吸水して膨潤した高吸水性ポリマー粒子の膨潤後の粒径が３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
第１４に、上記第１から第１３の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、ファンネル粘性（５００ｍｌ／５００ｍｌ）が１９〜１２０秒の範囲であることが好ましい。
【００２８】
第１５に、上記第１から第１４の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物において、電気伝導率が１０ｍＳ／ｃｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
第１６に、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物を用いた施工法であって、上記第１から第１５の発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物を使用して掘削施工を行い、掘削後の地盤掘削用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物を回収し、回収した地盤掘削用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物に、水、高吸水性ポリマー粒子、加重材、安定剤、助材を添加し、性状、品質を調整し、次掘削の安定液に再利用することを特徴とする。
【００３０】
第１７に、上記第１６の発明の施工法において、回収した地盤掘削用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物に電解質を加えることにより、電解質を含んだ水と、水を放出した高吸水性ポリマー粒子に掘削土と加重材を付着させた排泥土に分離させ、排泥土量を減少させることが好ましい。
【００３１】
第１８に、上記第１６又は第１７の発明の施工法において、回収した地盤掘削用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物に電解質を加えることにより、電解質を含んだ水と、水を放出した高吸水性ポリマー粒子に掘削土と加重材を付着させた排泥土に分離させ、その排泥土を二次処理装置によりさらに排泥土量を減量化することが好ましい。
【００３２】
第１９に、上記第１８の発明の施工法において、二次処理装置が脱水装置であることが好ましい。
【００３３】
第２０に、上記第１７から第１９の発明の施工法において、電解質が塩化カルシウム、クエン酸、水酸化ナトリウム及び塩化ナトリウムから選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００３４】
第２１に、上記第１６から第２２の発明の施工法において、施工法が、泥水シールド工法であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物及びこれを用いた施工法によれば、透水係数の大きい砂礫地盤においても難透水層を短時間で形成できるので切羽の安定性が良く、安定した施工ができる。
【００３６】
また、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物のファンネル粘性は高吸水性ポリマーの吸水量で容易に調節でき、かつ比重の増加もないので、掘削土の粒径に応じてポンプ圧送に適したファンネル粘性に容易に調整でき、排泥量を増加させることができるので、効率的な施工が可能となる。
【００３７】
また、回収した膨潤高吸水性ポリマーはその物性を調整し、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液として再使用するとともに、その処理システムを効率化できる。
【００３８】
さらに、工事終了後に残ったシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液を分離し、安定液の処分量を減量化できる。以上の工法的な優位性と共に、経済的にも安価な施工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】難透水層の形成を計測する装置の概略図である。
【図２】安定液による透水係数の差異を示したグラフである。
【図３】高吸水性ポリマーの吸水量とファンネル粘性の関係を示したグラフである。
【図４】従来工法であるベントナイト安定液を使用した場合の安定液処理システムの一例を示したフロー図である。
【図５】シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物を使用した場合の安定液処理システムの一例を示したフロー図である。
【図６】電解質の濃度による高吸水性ポリマーの吸水量の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物は、水と、吸水して膨潤した高吸水性ポリマー粒子からなるものである。
【００４１】
本発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物に用いられる高吸水性ポリマー粒子は、架橋構造を持つ親水性のポリマーであって、自重の１０倍以上の吸水性を有し、圧力をかけても離水しにくいものであり、吸水量はＪＩＳ  Ｋ  ７２２３で定義づけられるものである。
【００４２】
本発明で用いられる高吸水性ポリマー粒子の種類は、上記の条件を満足するものであれば特に制限なく用いることができ、例えば、デンプン系、セルロース系、合成ポリマー系の高吸収性ポリマーを挙げることができる。これらの中でもポリアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子は性能とコストの両面で特に好適に用いることができる。
【００４３】
ポリアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子は、アクリル酸ナトリウム（CH2=CH-COONa）に架橋剤を加えて軽度に架橋させた３次元網目構造を持ったアクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物のゲルである。架橋剤の種類は種々なものがある。
【００４４】
このポリアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子は、水を吸収するとカルボキシル基がゲル中にナトリウムイオンを解離し、純水ならば自重の１００〜１０００倍にも達する膨潤度を生み出すことが知られている。
【００４５】
また、ポリアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子の吸水量は、アクリル酸ナトリウムに対して架橋剤を多く配合するとゲルは硬くなり吸水量は少なくなる。また、架橋剤の配合を少なくするとゲルは柔らかくなり吸水量は多くなる。
【００４６】
さらに、特殊なポリアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子として、架橋剤により重合させた高吸水性ポリマー粒子の表面をさらに架橋させた、シェルとコアの二重構造のポリアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子がある。
【００４７】
この、シェルとコアの二重構造のポリアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子の場合には、シェルが厚いほど硬いゲルとなり吸水量は少なくなり、シェルを薄くすると柔らかいゲルとなり吸水量は多くなる。
【００４８】
また、上記のシェルとコアは、通常、エステル結合により架橋したものであるが、コアの結合が耐アルカリ性、耐電解質性に優れたエーテル結合であるポリアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子もあり、本発明においてはこのエーテル結合の方がより好ましい。
【００４９】
上記の特性のほか、ポリアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子におけるナトリウムイオンの解離は、ゲルがおかれるＰＨや塩濃度等の条件にも依存するため、使用条件に応じてその他の高吸水性ポリマー粒子を適宜選択して併用することができる。
【００５０】
通常、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物は大深度で使用することもあるので、加圧力に応じて水の保持力の低下が少なく変形しにくい架橋構造を持った高吸水性ポリマー粒子の選定が必要であり、かつ、逸泥の生じやすい土層の土粒子間の間隙を目詰するために、膨潤後の粒径は３ｍｍ以下で粒度分布が良いことが望ましい。
【００５１】
本発明でポリアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子を用いる場合は、上記の条件を満足するものであれば特に制限なく用いることができるが、特にシェルとコアの二重構造のポリアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子を上記の条件に調整したものを好適に用いることができる。
【００５２】
本発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物は、上記の膨潤高吸水性ポリマー粒子に水を加えた状態で、比重を１．５０以下、好ましくは1．００〜１.２０の範囲に調整したものである。
【００５３】
また、本発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物には、加重材として無機材を添加することができる。
【００５４】
本発明で用いられる加重材としての無機材としては、微砂、微粒な重晶石や陶磁器の破砕物を用いることができる。
【００５５】
また、加重材の添加は、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物に予め前記無機材を添加しておくほか、前記無機材と共に、又は前記無機材なしに、掘削時に掘削地盤から混入した地盤の細粒分を加重材として用いることもできる。
【００５６】
加重材の粒径としては、最大粒径２．０ｍｍ以下、好ましくは１.０ｍｍ以下のものを好適に用いることができる。
【００５７】
この粒径範囲とすることにより、安定した難透水層を形成することができ、さらに、後述する掘削後に回収したシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物の再利用、廃棄処理に好適なシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物とすることができる。
【００５８】
本発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物は、上記の膨潤高吸水性ポリマー粒子に水と加重材を加えた状態で、比重を１．５０以下、好ましくは１．００〜１.２０の範囲に調整したものである。また、予め加重材としての無機材を添加せず、掘削時に掘削地盤から混入した地盤の細粒分を加重材とする場合のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物においては、比重を１．００〜１．５０の範囲に調整したものを用いることができる。この比重の調整は、下記式（１）により行うことができる。
【００５９】
吸水前の高吸水性ポリマー粒子に水を加えて膨張させた高吸水性ポリマー粒子の質量をＷＰ４、体積をＶＰ４、比重をρＰ４とし、膨潤高吸水性ポリマー安定液の加重材の添加質量をＷＳ、体積をＶＳ、比重をρＳとすると、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物の比重ρＣは下記式（１）の通りとなる。
【００６０】
【数１】
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【００６１】
また、本発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物の粘性は、ファンネル粘性（５００ｍｌ／５００ｍｌ）が１９〜１２０秒の範囲に範囲内に調整したものである。
【００６２】
ここで、ファンネル粘性とは、５００ｍｌの漏斗形の容器に入れた試料液が５００ｍｌ吐出するに要した流出時間(秒)によって粘性を測定するマーシュファンネル粘度計を用いて測定された粘性である。
【００６３】
また、本発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物には、切羽の安定性の向上を目的として、助剤を添加することができる。
【００６４】
本発明で用いられる助剤としては、パルプ繊維、おが屑、ロックウール、繊維等の逸泥防止材又は、水溶性高分子から選ばれる少なくとも１種を用いることができる。  さらに、本発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物には、コンクリートや塩分等の電解質や、酸性、アルカリ性物質が混入した際に、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物の性状及び品質の劣化の抑制や回復を可能とするための安定剤を添加することができる。
【００６５】
本発明で用いられる安定剤としては、希硫酸、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、また、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素アンモニウム等の炭酸水素塩、また、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウム等の炭酸塩から選ばれる少なくとも一種を用いることができる。
【００６６】
施工過程において、コンクリートや塩分等の電解質がシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物に混入し、電解質濃度が高くなると、シールド工法用膨高吸水性ポリマー安定液組成物中の高吸水性ポリマー粒子の吸水倍率が低下し、吸水していた水分を放出することでシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物のファンネル粘性やろ水量等の性状、品質が劣化することになる。
【００６７】
このような状況に対し、安定剤を予め添加しておくことで、電解質濃度の上昇を抑制し、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物の性状、品質の劣化を防止することができる。
【００６８】
また、電解質の混入により劣化したシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物に安定剤を添加することにより、電解質濃度を低下させ、放出していた水分を再吸収し、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物の性状、品質を回復させることができる。
【００６９】
さらに、コンクリートが混入し、アルカリ性になると、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物の性状、品質が劣化するため、安定剤を中和剤として添加して、ＰＨ（水素イオン指数濃度）を中性化させることで、性状、品質を回復させることができる。
【００７０】
本発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物を用いた施工法では、工事終了後に、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物を簡便に廃棄することができる。以下に、本発明の廃棄の原理について詳述する。
【００７１】
本発明の膨潤高吸収性ポリマー安定液組成物を用いる施工法では、膨潤高吸収性ポリマー安定液組成物に、電解質を加えることにより容易に廃棄することが可能となる。
【００７２】
膨潤高吸収性ポリマー安定液に電解質を加えると、図６に示すように、電解質の種類及びそれぞれの電解質の電解質濃度に応じて、膨潤高吸収性ポリマーは取り込んでいる水を放出して体積を減少させる。
【００７３】
本発明の廃棄方法で用いられる電解質としては、膨潤高吸収性ポリマー安定液組成物に加えることにより水を放出させる電解質であれば特に制限なく用いることができ、例えば、酸性物質として塩酸、硫酸、硝酸、クエン酸等、塩基性物質として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等、塩類として塩化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等を挙げることができる。この中でも、廃棄した時の環境の負荷や経済性の面を考慮して、塩化カルシウムを好適に用いることができる。
【００７４】
廃棄の具体例としては、例えば、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物の構成材として、高吸水性ポリマー粒子０．２％、加重材４．８％、水９５．０％の場合、塩化カルシウムを加えることにより、安定液は９５％の塩化カルシウム水溶液と５％の加重材と高吸水性ポリマー粒子の固形物に分離することができる。
【００７５】
このように、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物を固形物と液体に分離して廃棄することができる本発明の施工法によれば、廃棄が容易になることは勿論、処理コストを非常に安価に抑えることができる。
【００７６】
また、このように掘削土が混入している、掘削施工に使用したシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物を回収し、次の施工の安定液として再利用することができるともに、掘削残土を効率的に処理することができる。
【００７７】
図４に、従来のベントナイト安定液（泥水）を使用した場合の安定液（泥水）処理システムの一例のフロー図を示す。
【００７８】
調整槽で作液されたベントナイト安定液は、送泥管により切羽に送られ、切羽で掘削土を混入し排泥管にて一次処理装置に送られる。一次処理装置では、掘削土のうち比較的粒径の大きい砂分を分離し、一次処理土として通常は一般残土として処理される。一次処理装置により分離できなかった粘土分は、調整槽もしくは泥水槽に送られる。
【００７９】
調整槽では、清水と作液水を加え、安定液を調整して再使用する。泥水槽に送られた余剰安定液は、二次処理装置により脱水処理され水と二次処理土（粘土分を多く含んだケーキ）により分離され、通常二次処理土は産廃として処分される。
【００８０】
この二次処理装置は、比較的設置スペースも大きく、かつ高価であり損料も高いので、この二次処理装置の規模を軽量化もしくは二次処理装置を不要とすることができれば、立坑スペースの省面積化や工事費の点から有効となる。
【００８１】
ポリマー安定液を使用する場合、この二次処理装置の規模を軽量化もしく二次処理装置を不要とすることができる。
【００８２】
図５に、本発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物処理システムの一例のフロー図を示す。
【００８３】
調整槽で作液されたシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物は、送泥管により切羽に送られ、切羽で掘削土を混入し排泥管にて一次処理装置に送られる。一次処理装置では、掘削土のうち比較的粒径の大きい砂分を分離し、一次処理土として通常は一般残土として処理される。一次処理装置により分離できなかった粘土分は、調整槽もしくは泥水槽に送られる。
【００８４】
調整槽では、清水と作液水を加え、安定液を調整して再使用する。泥水槽に送られた余剰安定液は、二次処理装置に送る前に、分離層において水を放出させる塩化カルシウム等の電解質を添加し、余剰安定液を上澄水と沈降土砂に分離させる。この沈降土砂のみを二次処理装置に送り脱水処理する。
【００８５】
二次処理装置に送る沈降土砂は、ベントナイト安定液の場合に比べ、電解質により分離した上澄水の分だけ減量化されているので、二次処理装置規模の軽量化、もしくは沈降土砂の量によっては、二次処理装置を不要とすることができる。シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物を使用することによって、処理システムの省面積化、工事費の縮減を図ることができる。
【００８６】
本発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物は、難透水層の形成性が良好であり、かつ難透水層の形成時間が少ないので切羽の安定性が大きい。さらに膨潤高吸水性ポリマーの吸水量を調整することにより、比重を増大させることなくファンネル粘性を容易に調整できるのでポンプ圧送に適した安定液といえる。
【００８７】
また、安定液の排泥処理が容易であるとともに、処理システムを効率化することができるという特徴から、泥水シールド工法用の安定液として好適に用いることができる。
【実施例】
【００８８】
本発明の安定液はシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物として好適に使用するための物性としては、
１）透水係数の大きい砂礫層にも難透水層が形成できる。
２）難透水層の形成時間が短い。
３）比重を増加させることなくファンネル粘性を容易に調整できる。
４）安定液と掘削土の混合体のポンプ圧送性が良い。
５）安定液を再利用するとともに、処理システムを効率化することができる。
６）掘削終了時の安定液の処理が容易である。
を挙げることができる。
【００８９】
以下に、実施例として上記１）〜６）の各条件の適合性ついて、本発明のシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【００９０】
高吸水性ポリマー粒子として、表２に示す物性値のポリアクリル酸ナトリウム高吸水性ポリマー粒子（三洋化成工業社製、商品名：Ｇｅｏｓａｐ、サンフレッシュＳＴ−５００Ｄ及びＳＴ−５００ＭＰＳＡ）を用いた。
【００９１】
【表２】
2014156546.tif 000005
【００９２】
この高吸水性ポリマー粒子を表３に示すように、Ｇｅｏｓａｐ、ＳＴ-５００ＭＰＳＡ及びＳＴ−５００ＭＰＳＡとＳＴ-５００Ｄを質量比で７５：２５で混合し、３５０〜１０００倍の水で膨潤させ、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物（組成Ｎｏ．１〜４）を作成した。なお、加重材、助剤、安定剤を添加したものについては、加重材として重晶石を、安定剤としてポリアクリルアミドを用いた。
【００９３】
【表３】
2014156546.tif 000006
【００９４】
＜１．難透水層の形成＞
難透水層の形成に関して、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物により掘削溝壁面に難透水層ができることを以下の実験で確認した。
【００９５】
図１に難透水層の形成を計測する装置の概略図を示す。図１において、模擬地盤４は厚さ２００ｍｍとし、砂層から砂礫地盤を想定し、試料土は硅砂７号、硅砂５号、硅砂３号及び硅砂１号を用いた。安定液３としてのシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物は表３の組成Ｎｏ．１とした。その性状を表４に示す。
【００９６】
【表４】
2014156546.tif 000007
【００９７】
比較として、図１の安定液３として、表５に示す配合のベントナイト系安定液組成物（組成Ｎｏ．５）を用いた。その性状を表６に示す。
【００９８】
【表５】
2014156546.tif 000008
【００９９】
【表６】
2014156546.tif 000009
【０１００】
この実験では、大深度における難透水層の形成性を確認するために、図１に示す装置のシリンダー１、シリンダー２にコンプレッサー６により３００ｋＮ／ｍ２の拘束圧を加え、さらにシリンダー１には圧力水頭として２０ｋＮ／ｍ２を加算し、合計３２０ｋＮ／ｍ２をコンプレッサー６により加えた。この圧力条件下で、経過時間と透水量を計測し、透水量が一定となった状態における透水係数を求めた。
【０１０１】
上記実験から得られた、安定液３としての水、表５のＮｏ.５（ベントナイト安定液）及び表３のＮｏ.１（シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物）の透水係数を図２に示す。
【０１０２】
３００ｋＮ／ｍ２の拘束圧下での実験によると、水による透水係数は珪砂の種類に関わらず３〜５×１０−３ｃｍ／ｓ程度であるが、ベントナイト系安定液組成物では硅砂７号では２．２×１０−６ｃｍ／ｓであり、難透水性膜の形成がみられるが、硅砂５号、硅砂３号と粒度が粗くなるにつれ透水係数は大きくなり、難透水膜の形成は困難になり、硅砂１号ではほぼ水の透水係数と同じになり、難透水性膜の形成は見られない。これに対し、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物では珪砂の種類に関わらず約１×１０−５ｃｍ／ｓの難透水層を形成している。
【０１０３】
以上のことより、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物はベントナイト安定液よりも難透水層の形成が良いことが確認できた。
＜２．安定液による難透水層の形成時間＞
難透水層の形成時間は難透水性層の形成試験により得られたデータを使用し求める。即ち、透水量（ｃｃ）と経過時間（ｓ）の関係によると難透水層ができると透水量は急激に減少し、透水量はほぼ一定値を示すことより、この変曲点を形成時間とした。この結果を表７に示す。
【０１０４】
【表７】
2014156546.tif 000010
【０１０５】
表７によると、ベントナイト安定液は、７号珪砂では５０秒であり、７号珪砂より粒径の大きい５、３、１号珪砂では形成時間は３００秒以上であった。シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液では、７、５、３、１号珪砂で各々１２、８、２０、３６秒であり、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液の方が難透水層の形成時間が短いことがわかる。
【０１０６】
掘削時には、切羽面はカッタービットにより切削されるので、切羽を安定させるためには、難透水層の形成の時間が短いほうが切羽面はより安定している。このことより、シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物はベントナイト安定液より優れていると考えられる。
＜３．ファンネル粘性の調整＞
シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液のファンネル粘性は、高吸水性ポリマーの吸水量（ｇ/ｇ）により容易に調整できる。ＧＥＯＳＡＰとＳＴ-５００ＭＰＳＡの吸水量を変化させ、その各々のファンネル粘性を計測した結果を図３に示す。
【０１０７】
図３によるとＧＥＯＳＡＰの場合、吸水量が１３５０ｇ/ｇではファンネル粘性は２１．５ｓであるが、吸水量が７００ではファンネル粘性は４５ｓと急激に大きくなる。ＳＴ-５００ＭＰＳＡでも吸水量によりファンネル粘性を変えられることがわかる。
泥水シールド工法においては安定液のファンネル粘性は２５〜４５秒程度で使用しており、その比重は含泥率を上げるためにできるだけ低いほうが望ましいが、高吸水性ポリマーは吸水量のみで容易に泥水シールド工法に必要なファンネル粘性を得ることができ、さらに比重も変わらないので、泥水シールド工法の安定液として好適に使用できることがわかる。
＜４．安定液と掘削土の混合体のポンプ圧送性＞
泥水シールド工法においては掘削土質に応じファンネル粘性を２５〜４５秒程度、比重を１.０５〜１．３０程度に調整した安定液を使用し、掘削・ポンプ圧送を行っている。ポンプ圧送をするためにはファンネル粘性は低いほうが望ましく、さらに比重は小さいほうが含泥率が多くなるので効率的である。
高吸水性ポリマーＧｅｏｓａｐやＳＴ-５００ＭＰＳＡは図３に示すように、各々、吸水量（ｇ/ｇ）を１０００〜７００、７００〜４００に調節することによりファンネル粘性を２５〜４５秒に調整でき、比重は１.０であるので、高吸水性ポリマーを組成物としたシールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液組成物はポンプの圧送に好適に使用できる。
＜５．ポリマー安定液の再利用と処理システムの効率化＞
図４は、従来のベントナイト安定液（泥水）を使用した場合の安定液（泥水）処理システムの一例である。調整槽で作液されたベントナイト安定液は、送泥管により切羽に送られ、切羽で掘削土を混入し排泥管にて一次処理装置に送られる。一次処理装置では、掘削土のうち比較的粒径の大きい砂分を分離し、一次処理土として通常は一般残土として処理される。一次処理装置により分離できなかった粘土分は、調整槽もしくは泥水槽に送られる。調整槽では、清水と作液水を加え、安定液を調整して再使用する。泥水槽に送られた余剰安定液は、二次処理装置により脱水処理され水と二次処理土（粘土分を多く含んだケーキ）により分離され、通常二次処理土は産廃として処分される。この二次処理装置は、比較的設置スペースも大きく、かつ高価であり損料も高いので、この二次処理装置の規模を軽量化もしく二次処理装置を不要とすることができれば、立坑スペースの省面積化や工事費の点から有効なこととなる。
【０１０８】
シールド工法用膨潤高吸収性ポリマー安定液を使用する場合、この二次処理装置の規模を軽量化もしく二次処理装置を不要とすることができる。図５は、シールド工法用膨潤高吸収性ポリマー安定液処理システムの一例である。調整槽で作液されたシールド工法用膨潤高吸収性ポリマー安定液は、送泥管により切羽に送られ、切羽で掘削土を混入し排泥管にて一次処理装置に送られる。一次処理装置では、掘削土のうち比較的粒径の大きい砂分を分離し、一次処理土として通常は一般残土として処理される。一次処理装置により分離できなかった粘土分は、調整槽もしくは泥水槽に送られる。調整槽では、清水と作液水を加え、安定液を調整して再使用する。泥水槽に送られた余剰安定液は、二次処理装置に送る前に、分離層において水を放出させる電解質（塩化カルシウムが好適）を添加し余剰安定液を、上澄水と沈降土砂に分離させる。この沈降土砂のみを二次処理装置に送り脱水処理する。二次処理装置に送る沈降土砂は、ベントナイト安定液の場合に比べ、電解質により分離した上澄水の分だけ減量化されているので、二次処理装置規模の軽量化、もしくは沈降土砂の量によっては、二次処理装置を不要とすることができる。シールド工法用膨潤高吸収性ポリマー安定液を使用することによって、処理システムの効率化が図れ、処理システムの省面積化、工事費の縮減を可能とする。
＜６．掘削終了時の安定液の処理＞
シールド工法用膨潤高吸水性ポリマー安定液の主成分は高吸水性ポリマーであり、この高吸水性ポリマーは電解質を添加することにより、工事終了後に調整槽など全ての槽の安定液を分離することができ、産廃処分量を減量化できる。
【符号の説明】
【０１０９】
１  シリンダーＡ
２  シリンダーＢ
３  安定液
４  模擬地盤
５  電子はかり
６  コンプレッサー
【図３】
2014156546.tif 000011
【図４】
2014156546.tif 000012
【図５】
2014156546.tif 000013
【図６】
2014156546.tif 000014
【図１】
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【図２】
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