(57)【要約】【課題】塩分濃度が高い地盤であっても、掘削土砂には適度な塑性流動化を生じさせて止水性を高め、切羽の安定が図れるとともに、円滑な排土が保障されて順調な掘削推進が行えるようにする。【解決手段】泥土圧シールド掘削工法において、塩分の含有する地層では、ポリアクリルアマイドとノニオン系セルロースと珪酸ソーダとを主要組成物とする掘削添加剤を溶媒に溶解して、切羽部に供給して掘削する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
泥土圧シールド掘削工法において、塩分の含有する地層では、ポリアクリルアマイドとノニオン系セルロースと珪酸ソーダとを主要組成物とする掘削添加剤を溶媒に溶解して、切羽部に供給して掘削することを特徴とするシールド掘削方法。
【請求項２】
主要組成物が、ポリアクリルアマイド０．６〜１．３とノニオン系セルロース０．６〜１．３と珪酸ソーダ１．０〜２．０との割合（重量比）で配合されてなることを特徴とするシールド掘削方法に用いられる掘削添加剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、泥土圧シールド式の掘削工法において、砂礫層などで塩分を含む湧水が多い地盤での掘削に適したシールド掘削方法およびその掘削添加剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールド式の掘削工法で、特に泥土圧シールド工法では、切羽あるいはスリット開口部に粘土鉱物を主体とする掘進用の添加剤を供給して、切羽における土圧に対抗して崩落を防止しながら掘削し、その掘削土砂の搬出が容易な程度に流動性を与えて掘削推進する方法が採られている。この泥土圧シールド工法で用いられる一般的な掘進用の添加剤としては、水、粘土、ベントナイト、カルボキシメチルセルローズ（ＣＭＣ）などを混合した泥漿で、掘削土砂に添加混合し、切羽の崩落を防止し、併せて掘削されて排出する掘削土に粘性と流動性を付与して搬出を容易にするのである。
【０００３】
このような添加剤を切羽部にシールド掘削機内から送り込んで掘削する工法では、排出される土砂が軟弱性泥土となり、掘削現場からそのまま外部に搬出するのが困難であり、そのまま排土として処理できないので、搬出した泥土を固化する改良手段が必要になる。また、掘削箇所では地下水圧が高い場合、掘削機の排土口から掘削土砂が圧力水とともに噴出し、シールド切羽周辺の地山を大きく乱し、地表面沈下や陥没事故を誘発する要因となるなどの問題点がある。そこで、このような問題を解決する手段として、先にアニオン性水溶性高分子物質を掘削土砂に添加混合し、その後においてカチオン性水溶性高分子物質および／または凝固剤を添加混合することにより、流動性の掘削土砂を非流動化する方式が提案されている（特許文献1参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１２０２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記先行技術にあっては、適正な掘削添加剤を加えることにより、掘削土砂は適度に塑性流動化して止水性が増し、切羽の安定が図れるとともに、円滑な排土が保障され，順調な掘削推進が行われる。しかしながら、例えば沿岸部など掘削する地山で海水の浸透により塩分濃度が高い地盤においては、高分子系材料は塩分およびイオン反応によってその性能が低下してしまうため、切羽でのカッタによる地山の掘削機能が低下してシールド掘削が停滞する。また、近時、作業性向上のために掘削排土は輸送管を通じてポンプ圧送により掘削機の後方に排出する方式を採用している。そのために、流動性が維持されないと、その管路を圧送される土砂が途中でブリージングを起こして滞留し、しばしば輸送管内で閉塞を引き起こして配管を閉塞するという事態が発生する。
【０００６】
特に、塩分濃度が高く、均等係数の低い砂礫層では、濃度の高い粘土系添加剤以外は粒子間の結合が弱いので遊離沈降して適度な塑性流動化が保てず、ポンプ圧送による掘削土の排出に適応できなかった。一方、濃度の高い粘土系添加剤は、大量の粘土・ベントナイトが必要となるばかりでなく、添加剤を移送するポンプや配管が高圧対応となり、排出される土砂も増加する。したがって、作業コストが高騰する。しかも、排出される土砂が戻し土とならず産業廃棄物になるために、その処理が容易でないなど多くの問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、塩分濃度が高い状態であっても、掘削土砂には適度な塑性流動化を生じさせて止水性を高め、切羽の安定が図れるとともに、円滑な排土が保障されて順調な掘削推進が行えるシールド掘削方法およびその添加剤を提供することを目的とする。
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明によるシールド掘削方法は、
泥土圧シールド掘削工法において、塩分の含有する地層では、ポリアクリルアマイドとノニオン系セルロースと珪酸ソーダとを主要組成物とする掘削添加剤を溶媒に溶解して、切羽部に供給して掘削することを特徴とするものである（第１発明）。
【０００９】
また、本発明によるシールド掘削方法において採用するのに好適な掘削添加剤としては、
主要組成物が、ポリアクリルアマイド０．６〜１．３とノニオン系セルロース０．６〜１．３と珪酸ソーダ１．０〜２．０との割合（重量比）で配合されてなることを特徴とするものである（第２発明）。
【発明の効果】
【００１０】
前記第１発明によれば、泥土圧シールド掘削工法で掘削される切羽部に供給する掘削添加剤として、ポリアクリルアマイドとノニオン系セルロースと珪酸ソーダとを主要組成物とする溶液を使用することにより、それら各成分が相乗的に作用して、海水状態の地下水を含む地盤であっても、その掘削土に作用して塑性流動化と不分離性を確保することができることを見出した。したがって、切羽でのカッタによる掘削を円滑に行わせると同時に、掘削排土をポンプ圧送する途中での管路閉塞を起こすことなく排出ができ、作業性が向上するという効果を奏する。また、塩分濃度の低いあるいは塩分のない地盤においてもこの掘削添加剤の添加量を少なくして同様の効果を得ることができる。
【００１１】
また、第２発明においては、掘削添加剤として前記各成分材料を、粉体の状態で前記割合にて配合して提供することができ、取扱いが容易である。しかも、使用現場においてそのまま溶媒による添加濃度の調整も簡単に行える。もちろん、使用によって前記第１発明における作用効果を得ることができる。なお、この発明による掘削添加剤は、必要に応じて、珪酸ソーダについては水溶液を使用することができ、同様の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明のシールド掘削方法について、第２発明にかかるその掘削方法に使用して好適な掘削添加剤とともに、具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１には本発明に係るシールド掘削方法の一実施形態を説明する概要図が示されている。
【００１４】
本実施形態では、泥土圧シールド工法によって掘進するシールド掘削機１に対して、発進立坑２の外部地上に設置した添加剤調整装置３において掘削用添加剤を掘削状況に対応するように調整し、この掘削用添加剤を攪拌ミキサーを備えた調整タンク４からポンプ５によって配管６でもって掘削構築されるトンネル７内を通じてシールド掘削機１に供給する。トンネル７内を通じて配管６により供給される掘削用添加剤は、シールド掘削機１においてそのロータリカッタ１０の中央部からスリット開口部を通じて前面の切羽８に向かって送り出されるようにする。
【００１５】
一方、ロータリカッタ１０によって掘削された掘削土は、掘削添加剤とともにロータリカッタ１０の背面のミキシングチャンバー１１内に取り込まれる。このミキシングチャンバー１１は隔壁１２によって後方の作業室１３と隔離されており、ミキシングチャンバー１１内に取り込まれた掘削土は加圧された状態で掘削添加剤と混合されて、流動性を与えられる。この掘削土は、スクリューコンベア１４の入口からスクリューコンベア１４内に取り込まれ、このスクリューコンベア１４の出口に連結された圧送ポンプ１５によって土砂排出配管１６を通じてシールド掘削機１の後方に順次送り出される。したがって、この掘削土は流動性のある土砂であることが必要な性質として要求される。また、このような流動性を掘削土砂に付与するために掘削添加剤が必要であり、特に砂礫層の地盤では、掘削するのに掘削添加剤が重要な役目を果たすことになる。
【００１６】
また、スクリューコンベア１４によって取り出される掘削土砂は、圧送ポンプ１５（中継圧送ポンプ１５′）によってシールド掘削機１の後方から土砂排出配管１６にて発進立坑２へと圧送されるので、その流動性を長時間にわたり維持する必要がある。
【００１７】
ところで、泥土圧シールド工法により掘削される地山が、例えば沿岸部のように塩分を含んだ均等係数の低い砂礫層の地盤では、濃度の高い粘土系添加剤以外は粒子間の結合が弱いので遊離沈降して適度な塑性流動化が保てず、掘削土砂の排出配管を閉塞してポンプ圧送による掘削土砂の搬出ができなくなる。このようなことから、本発明者らは種々研究の結果、塩分濃度が高い地下水が含まれる地盤の掘削に際しても、通常の地盤、つまり、真水の地下水を含む地盤での泥水圧シールド工法と同様の機能性を備える掘削用添加剤を見出し、これを適用して塩分濃度の高い地下水含有の地盤の掘削を容易にしたのである。
【００１８】
そこで、本実施形態のシールド掘削方法に適用される掘削用添加剤について検証した配合内容を表１に示す。
【００１９】
【表１】
2006104810.tif 000003
【００２０】
このような組成の掘削用添加剤がどのように塩分を含む土砂に対応するかを検証するために行った試験結果を以下に記述する。
（実施例１）
１．試験方法
１−１．対象土
・購入砂（山砂）を乾燥させたものを使用した。
・加水は塩分濃度を変化させ、試料に対して同量ずつ加えた。
１−２．試験器
・ベーン試験器
試験土の塑性流動性について、ベーン試験器を用いて計測した。
このベーン試験器によって得られるデ−タによれば、０．５〜１．５ＫＰ
ａの範囲が土砂圧送も可能な塑性流動化土と呼べる。０．５ＫＰａ以下で
は少し軟らかすぎる傾向がある。特に容器下部での締まり具合が問題であ
る。
・ブリージング
ビーカーに試験土を所要量入れて行った。
浮き水は土砂圧送の場合、大きなトラブルの要因となる。２％以上のブリ
ージングは土砂圧送に適さない。
【００２１】
２．試験結果
前記添加剤の配合割合で濃度と添加率を変えて試験を行った結果について、以下表２〜１４により示す。
【表２】
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【００２２】
【表３】
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【００２３】
【表４】
2006104810.tif 000006
【００２４】
【表５】
2006104810.tif 000007
【００２５】
【表６】
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【００２６】
【表７】
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【００２７】
【表８】
2006104810.tif 000010
【００２８】
【表９】
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【００２９】
【表１０】
2006104810.tif 000012
【００３０】
【表１１】
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【００３１】
【表１２】
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【００３２】
【表１３】
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【００３３】
【表１４】
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【００３４】
以上の試験結果から判断して、添加剤配合割合がｃで示された構成のもの（前記Ａ，Ｂ，Ｃの配合による組成物）が、最も良好であることを確認することができた。
【００３５】
そこで、排出される掘削土砂を後処理することについて、それを検証するために、さらにその添加剤を添加後の土に固化材（セメント系固化材，高分子系固化材）を添加して、固化状態を確認するための固化試験を行った。その試験結果は次の通りであった。
【００３６】
１）セメント系固化材
ポルトランドセメントなどが用いられる。
前記掘削添加剤入り試験土に対する固化材の添加割合。以下同様。
ｉ）５０Ｋｇ／ｍ３ 
・添加直後〜６時間位まで固化状態になっていない。
・流動性もあり、表面に水が浮いている。
・１日経過後も固化状態は、やや固化している。
ｉｉ）１００Ｋｇ／ｍ３
・添加直後は少し固化しているが、まだ軟らかい状態である。
・６時間後、強度は発生していないが、徐々に固化されている。
・１日経過後、固化状態は良好である。
・強度も発生している。
２）高分子系固化材
高分子吸収剤（例えばアクリル酸重合体部分ナトリウム塩など）が用いられる。
ｉ）３Ｋｇ／ｍ３
・添加直後、やや固化してきている。
・まだ軟らかく、湿っぽい。
・手で握ると水が少々出る。
・６時間後、１日後も同様で変化なし。
ｉｉ）５Ｋｇ／ｍ３
・添加直後、固化状態に入り、パサパサ感がでている。
・手で握り締めても水は出ない。
・充分固化されている。
【００３７】
上記試験結果から、前記掘削用添加剤を添加して掘削し、塑性流動性を付与して搬出した掘削土では、そのまま処理しようとすると、未だ流動性を所有して戻し土として処理できないものを、セメント系固化材並びに高分子系固化材を適量することにより固化させることができるので、これを埋め戻し土として取扱うことが可能になる。また、高分子系固化材（吸水性高分子剤）を加えて非流動性土砂とした場合、必要に応じて水洗することで土砂を自然状態に戻すことも可能である。なお、具体的データを記載していないが、前記掘削添加剤の添加量の適量に較べて過小・過多に対する固化材の添加は、概ね比例して添加することにより前記同様に処理することが可能である。
【００３８】
上述のように、本発明によれば、従来困難とされていた塩分濃度の高い地盤での泥土圧シールド工法を、無理なく実施可能にして、しかも作業性の向上を図ることができる有用なものであるといえる。また、塩分を含まない地盤での掘削に際しても、前記掘削添加剤を前記より少ない添加量で添加して掘削することにより効果的に掘削土砂を処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るシールド掘削方法の一実施形態を説明する概要図
【符号の説明】
【００４０】
１    シールド掘削機
２    発進立坑
３    添加剤調整装置
６    掘削添加剤の供給配管
７    トンネル
８    切羽
１０    ロータリカッタ
１４    スクリューコンベア
１５    圧送ポンプ
１６    土砂排出配管
【図１】
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