(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a) １％の水溶液の粘度が8000〜9500 cpsのカルボキシメチルセルロースナトリウム又は１％の水溶液の粘度が3500〜5000 cpsのヒドロキシエチルセルロース、(b) 高吸水性樹脂及び(c) 水からなり、(a) 成分と(b) 成分の重量比が、(a) ／(b) ＝60／40〜90／10である土圧式シールド工法用添加剤。
【請求項２】
(a) 成分と(b) 成分の合計量が、(a) 成分と(b) 成分と(c)成分の合計量に対して0.5 〜1.0 重量％である請求項１記載の土圧式シールド工法用添加剤。
【請求項３】
請求項１又は２記載の土圧式シールド工法用添加剤を、切刃及び／又は圧力チャンバー内にて掘削土に添加することを特徴とする土圧式シールド工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、特定粘度を有するセルロース誘導体と高吸水性樹脂を含有する土圧式シールド工法用添加剤及びこれを用いた土圧式シールド工法に関する。更に詳しくは、掘削土に止水性と潤滑性を与えて良好な掘進を行なうことを可能とすると共に、ベルトコンベヤー等によって排出された掘削残土に、ポンプ圧送できるような保水性と流動性を付与できる土圧式シールド工法用添加剤及び土圧式シールド工法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
土圧式シールド工法は水に溶解した粘稠な水溶液を配管を通してポンプによって切羽やチャンバー内に送入して掘削土砂と混合し、チャンバー内に取り込んだ掘削土砂に止水性と潤滑性を与えて切羽の安定を図りながら掘削を行なうとともに、掘削土砂の排出をスムースに行なう工法である。
【０００３】
土圧式シールド工法においては、使用する添加剤の性状が非常に重要であり、止水性や潤滑性に乏しい添加剤を使用すると地下水の噴発が生じたり、掘削土の排出が困難となって掘削不能になることがしばしば起こる。
【０００４】
従来、砂礫土の掘削に最も好ましい土圧式シールド工法用添加剤の一つとして高吸水性樹脂がある。高吸水性樹脂とは、水と接触すると瞬時に吸水・膨潤して水全体をゲル化させる性質をもった合成高分子で、紙オムツ等に使用されている安全性の高い物質である。高吸水性樹脂は少量水に添加すると水は直ちに不定形ゲルとなる。この不定形ゲルは砂礫層等の掘削土に対して優れた止水性と潤滑性を与えるために、海水や金属塩を含まない通常の砂礫層の掘削には適した添加剤である。しかし、高吸水性樹脂のみを含有している掘削土は流動性に乏しくブリージングが大きいためにコンベア等により排出された掘削残土をポンプによって坑外に圧送することはできない。
【０００５】
更に高吸水性樹脂が一般的に持つ共通した最も大きな問題点は、耐塩性に乏しいことである。即ち、水を吸水してシャーベット状になった高吸水性樹脂のゲルは海水やＣａ塩等の金属塩に遭遇すると直ちに解ゲルして水を放出し、粘度を失って水に近い粘性となる。そのために海底地盤や薬注等による改良地盤の掘削には使用できないという欠点があった。また切羽やチャンバー内に高吸水性樹脂の水溶液をポンプによって送入しようとする場合、高吸水性樹脂の水溶液はシャーベット状の不定形ゲルであるために流動性に乏しく従って配管内の流動抵抗が大きく吐出圧力が異常に高いため、通常の方法ではポンプによって長距離を送ることができないという欠点がある。
【０００６】
そこで、切羽やチャンバー内へのポンプによる供給が容易で、掘削残土のポンプ圧送も可能であり、更に海底地盤や薬注等の改良地盤の掘削にも適した新しい添加剤の開発が切望されている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、高吸水性樹脂の持つ優れた止水性と潤滑性を与えるという特徴を生かし、欠点である流動性の不足や金属塩に弱いという欠点を補う添加剤として、特定粘度範囲のカルボキシメチルセルロースナトリウム又は特定粘度範囲のヒドロキシエチルセルロースを主体として、これに上記の高吸水性樹脂を併用することにより、高吸水性樹脂の欠点を補うことができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち本発明は、(a) １％の水溶液の粘度が8000〜9500 cpsのカルボキシメチルセルロースナトリウム又は１％の水溶液の粘度が3500〜5000 cpsのヒドロキシエチルセルロース、(b) 高吸水性樹脂及び(c) 水からなり、(a) 成分と(b) 成分の重量比が、(a) ／(b) ＝60／40〜90／10である土圧式シールド工法用添加剤を提供するものである。
【０００９】
本発明では特定範囲の粘度を有する二種のセルロース誘導体（ａ）  が使用される。その一つであるカルボキシメチルセルロースナトリウム（以下、ＣＭＣと表記する）は、セルロースをカルボキシメチル化して得られるアニオン性の水溶性高分子で水に溶解して粘稠液となり、増粘性、乳化分散性、懸濁性、保護コロイド性、接着性等を与える機能がある。ＣＭＣは食品、医薬化粧品、建材、ボーリング用泥水、その他各方面に使用されている安全性の高い物質である。ＣＭＣ水溶液はＣＭＣ分子と水との親和力が非常に強く、また、掘削土表面に吸着して保護皮膜を形成する機能があると共に、高吸水性樹脂のように海水やＣａ塩によって直ちに水を放出するようなことはない。
【００１０】
本発明においては、ＣＭＣの中でも１％水溶液が８０００〜９５００ｃｐｓ（２５℃、Ｂ型粘度計Ｎｏ．４ローター、６０ｒｐｍ）の粘度を示す非常に高粘度のものが使用される。かかる粘度が８０００ｃｐｓ  未満のＣＭＣを高吸水性樹脂と併用した添加剤は、水溶液の粘性が低く、掘削土砂の懸濁保持性が小さく好ましくない。また前記の粘度が９５００ｃｐｓ  よりも大きいＣＭＣは工業的に製造が困難であり、置換度を上げることも困難である。本発明に用いられるこのような高粘度ＣＭＣの置換度は限定しないが、高い方が耐塩性があり好ましい。置換度（Ｄ．Ｓ）  としては、  ０．８〜１．２  の範囲が好ましい。
【００１１】
また、もう一方のセルロース誘導体であるヒドロキシエチルセルロース（以下、ＨＥＣと表記する）は、セルロースをヒドロキシエチル化して得られるノニオン性の水溶性高分子で、水に溶解して粘稠液となり、ＣＭＣと同様、増粘性等を与える機能がある。ＨＥＣも数多くの種類のものが知られているが、本発明において使用されるＨＥＣは１％の水溶液の粘度が３５００〜５０００ｃｐｓ（２５℃、Ｂ型粘度計Ｎｏ．４ローター、３０ｒｐｍ）の粘度を示す高粘度のものが使用される。粘度が５０００ｃｐｓ  を超えるＨＥＣもまた工業的に製造が困難である。本発明では高粘度のＨＥＣを用いることによりより耐塩性に優れた添加剤を提供することができ、Ｍｇ塩、Ｃａ塩を含む地山の掘削に最適である。ＨＥＣの置換度も限定されないが、Ｄ．Ｓ  が  １．０〜１．３  、Ｍ．Ｓ（モル置換度）  が１．８  〜２．５  の範囲が好ましい。
【００１２】
本発明に使用される高吸水性樹脂（ｂ）  は、水と接触すると瞬時に吸水膨潤して水全体をゲル化させる性質をもった合成高分子で、紙オムツ等に使用されている安全性の高い物質である。市販されている高吸水性樹脂の種類には数多くのものがあり、いずれも使用することができる。例えば、架橋ポリアクリル酸塩、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体ケン化物、酢酸ビニル−マレイン酸共重合体、イソブチレン−無水マレイン酸メチル共重合体、ポリアクリルニトリル加水分解物、澱粉−アクリロニトリル・グラフト重合体ケン化物、澱粉−アクリル酸グラフト重合体、多糖類−アクリル酸グラフト重合物、ポバール架橋物、ポリエステルオキサイド架橋物等である。中でも、架橋ポリアクリル酸塩系のもので、吸水量４５〜６０ｇ／ｇ、吸水速度３０〜８０秒のものが好適である。
【００１３】
本発明の土圧式シールド工法用添加剤は、上記のような(a) 成分と(b) 成分に残部の水(c) を含むものである。(a) 成分と(b) 成分の重量比は、(a) ／(b) ＝60／40〜90／〜10であり、特に80／20〜90／〜10が好ましい。また、水の量は得られた水溶液が所望の粘度となるように考慮して適宜決定すればよいが、水溶液の粘度としては、1800〜2200cps(25℃、Ｂ型粘度計ローターNo.4、60rpm)程度が好ましい。或いは、(a) 成分と(b) 成分の 0.5〜1.0 ％水溶液となるように水を添加することもできる。
【００１４】
本発明の土圧式シールド工法用添加剤は、好ましくは（ａ）成分と（ｂ）成分の  ０．５〜１．０  重量％水溶液となっているものを、切刃及び／又は圧力チャンバー内にて掘削土に添加して土圧式シールド工法に使用される。
【００１５】
【実施例】
以下実施例にて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１６】
＜掘削土砂の評価方法＞
掘削土砂のの流動性の評価としてスランプ試験を、また掘削土を坑外に排出するためのポンプ圧送の可能性をベーンせん断試験で行なった。
スランプ試験は、モルタル試験用スランプコーン（上面内径５ｃｍ、底面内径１０ｃｍ、高さ１５ｃｍの金属製の切頭円錐形）を使用してスランプ値を測定した。すなわち、スランプコーン中に測定しようとする試料を詰め、コーンを静かに引き上げたときに低下する試料の高さ（スランプ値）を測定した。スランプ値が大きいほど流動性が大きい。
【００１７】
また、ベーンせん断試験は、一定の容器内に試料土を入れ、モーターにより２ｃｍ径、４ｃｍ高さの羽根を１０度／分の速度で回転するもので、発生する最大回転モーメントを羽根形状の諸数量で除してせん断強さが求められ、この値が流動性の尺度となり、経日的変化から添加剤の劣化、ブリージングを評価し、ポンプ圧送性の評価が可能となる。
【００１８】
実施例１
１％水溶液の粘度が９５００ｃｐｓ（２５℃、Ｂ型粘度計Ｎｏ．４ローター、６０ｒｐｍ）のＣＭＣ〔ＣＭＣダイセル＜２２８０＞，ダイセル化学工業  （株）  製〕を使用し、また、高吸水性樹脂は架橋ポリアクリル酸塩系の「アラソーブ  １００−Ａ」（荒川化学  （株）  製・吸水量約５０ｇ／ｇ、吸水速度約５０秒）を使用し、両者の混合割合をＣＭＣ／樹脂＝８０／２０（重量比）とし、その０．６  重量％濃度の水溶液（粘度１９００ｃｐｓ  、２５℃、Ｂ型粘度計ローターＮｏ．４、６０ｒｐｍ）を調製した。この水溶液を、鬼怒川産川砂（含水率  ６．９％）  １ｍ３に対して、０．４ｍ３  添加混合して、掘削土砂を調製した。この掘削土砂は非常に粘稠で流動性に富み、スランプ値は１２ｃｍであった。また、ベーンせん断試験によるせん断強度は１〜２ｇｆ／ｃｍ２  で、良好な流動性を示し、２４時間放置後のせん断強度も変化なく、ブリージングも認められなかった。
【００１９】
実施例２
１％水溶液の粘度が４０００ｃｐｓ（２５℃、Ｂ型粘度計Ｎｏ．４ローター、３０ｒｐｍ）のＨＥＣ〔ＨＥＣダイセルＳＰ−９００  ，ダイセル化学工業  （株）  製〕を使用し、また、高吸水性樹脂は架橋ポリアクリル酸塩系の「アラソーブ  １００−Ａ」（荒川化学  （株）  製・吸水量約５０ｇ／ｇ、吸水速度約５０秒）を使用し、両者の混合割合をＨＥＣ／樹脂＝８５／１５（重量比）とし、その０．８  重量％濃度の水溶液（粘度１８５０ｃｐｓ  、２５℃、Ｂ型粘度計ローターＮｏ．４、６０ｒｐｍ）を調製した。この水溶液を、鬼怒川産川砂（含水率  ６．９％）  １ｍ３に対して、０．３５ｍ３添加混合して、掘削土砂を調製した。この掘削土砂は非常に粘稠で流動性に富み、スランプ値は１１ｃｍであった。また、ベーンせん断試験によるせん断強度は１〜２ｇｆ／ｃｍ２  で、良好な流動性を示し、２４時間放置後のせん断強度も変化なく、ブリージングも認められなかった。
【００２０】
比較例１
１％水溶液の粘度が３１００ｃｐｓ（２５℃、Ｂ型粘度計Ｎｏ．４ローター、６０ｒｐｍ）のＣＭＣ〔ＣＭＣダイセル＜２１００＞，ダイセル化学工業  （株）  製〕を使用し、また、高吸水性樹脂は架橋ポリアクリル酸塩系の「アラソーブ  １００−Ａ」（荒川化学  （株）  製・吸水量約５０ｇ／ｇ、吸水速度約５０秒）を使用し、両者の混合割合をＣＭＣ／樹脂＝８０／２０（重量比）とし、その０．６  重量％濃度の水溶液（粘度  ９８０ｃｐｓ  、２５℃、Ｂ型粘度計ローターＮｏ．４、６０ｒｐｍ）を調製した。この水溶液を、鬼怒川産川砂（含水率  ６．９％）  １ｍ３に対して、０．４ｍ３  添加混合して、掘削土砂を調製した。しかし、このような低粘度のＣＭＣを用いた場合は川砂の懸垂能力が小さく、攪拌を停めると直ぐにブリージングが起こって川砂が分離沈降するために排出が困難となり、またベーン剪断試験も不可能であった。
【００２１】
比較例２
１％水溶液の粘度が１８００ｃｐｓ（２５℃、Ｂ型粘度計Ｎｏ．４ローター、３０ｒｐｍ）のＨＥＣ〔ＨＥＣダイセルＳＰ−８００  ，ダイセル化学工業  （株）  製〕を使用し、また、高吸水性樹脂は架橋ポリアクリル酸塩系の「アラソーブ  １００−Ａ」（荒川化学  （株）  製・吸水量約５０ｇ／ｇ、吸水速度約５０秒）を使用し、両者の混合割合をＨＥＣ／樹脂＝８５／１５（重量比）とし、その０．８  重量％濃度の水溶液（粘度  ８００ｃｐｓ  、２５℃、Ｂ型粘度計ローターＮｏ．４、６０ｒｐｍ）を調製した。この水溶液を、鬼怒川産川砂（含水率  ６．９％）  １ｍ３に対して、０．３５ｍ３添加混合して、掘削土砂を調製した。しかし、このような低粘度のＨＥＣを用いた場合も、攪拌を停めると直ぐにブリージングが起こって川砂が分離沈降するために排出が困難となり、またベーン剪断試験も不可能であった。