(57)【要約】【課題】気泡の持つ体積可変性を長く保持することができるとともに水希釈に強く、しかも実質的な減摩材（流動化材）となる可塑状粘土の使用量を削減することができる気泡入り減摩材、気泡入り流動化材およびそれらの製造方法並びにシールド工法を提供する。【解決手段】気泡入り減摩材（気泡入り流動化材）は、クレーサンド、水、気泡および塑強調整剤を含有してなり、Ａ液タンク１４からのＡ液と発泡ガン６からの気泡とをラインミキサ部１０で混合した後にＢ液タンク１６からのＢ液を添加して製造するものとし、減摩材吐出口部２４（流動化材吐出口部２６）から減摩材ライン２５（流動化材ライン２７）を通して減摩材注入ノズル２３（流動化材注入ノズル）から吐出して、シールド掘進機１で掘削した地山と胴体２の外周面との間、あるいは切羽とカッタヘッド３との間、あるいはカッタヘッド３と地山との間に充填する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機と掘削対象の地山との間に充填されて両者間の摩擦を軽減する気泡入り減摩材において、
（ａ）粘土鉱物の土状集合体であるクレーサンド、
（ｂ）水、
（ｃ）起泡剤を含有する起泡溶液に気体を吹き込んで生成される気泡および
（ｄ）塑性強度を高める塑強調整剤
を含有してなることを特徴とする気泡入り減摩材。
【請求項２】
シールド掘進機の前方またはチャンバにおいて掘削土に添加される流動化材において
（ａ）粘土鉱物の土状集合体であるクレーサンド、
（ｂ）水、
（ｃ）起泡剤を含有する起泡溶液に気体を吹き込んで生成される気泡および
（ｄ）塑性強度を高める塑強調整剤
を含有してなることを特徴とする気泡入り流動化材。
【請求項３】
シールド掘進機と掘削対象の地山との間に充填されて両者間の摩擦を軽減する気泡入り減摩材の製造方法であって、
粘土鉱物の土状集合体であるクレーサンドを含有するクレーサンド水溶液と、起泡剤を含有する起泡溶液に気体を吹き込んで生成される気泡とを混合した後に、塑性強度を高める塑強調整剤を添加することを特徴とする気泡入り減摩材の製造方法。
【請求項４】
シールド掘進機の前方またはチャンバにおいて掘削土に添加される気泡入り流動化材の製造方法であって、
粘土鉱物の土状集合体であるクレーサンドを含有するクレーサンド水溶液と、起泡剤を含有する起泡溶液に気体を吹き込んで生成される気泡とを混合した後に、塑性強度を高める塑強調整剤を添加することを特徴とする気泡入り流動化材の製造方法。
【請求項５】
シールド掘進機を用いたシールド工法において、
粘土鉱物の土状集合体であるクレーサンドを含有するクレーサンド水溶液と、起泡剤を含有する起泡溶液に気体を吹き込んで生成される気泡とを混合した後に、塑性強度を高める塑強調整剤を添加して得られる気泡入り減摩材を、シールド掘進機と掘削対象の地山との間に充填することを特徴とするシールド工法。
【請求項６】
大気圧下で前記起泡溶液に吹き込む気体の吹込み量を基準に、シールド掘進機の周面に作用する圧力に応じて、前記起泡溶液に吹き込む気体の吹込み量を調整する請求項５に記載のシールド工法。
【請求項７】
シールド掘進機を用いたシールド工法において、
粘土鉱物の土状集合体であるクレーサンドを含有するクレーサンド水溶液と、起泡剤を含有する起泡溶液に気体を吹き込んで生成される気泡とを混合した後に、塑性強度を高める塑強調整剤を添加して得られる気泡入り流動化材を、シールド掘進機の前方またはチャンバにおいて掘削土に添加することを特徴とするシールド工法。
【請求項８】
大気圧下で前記起泡溶液に吹き込む気体の吹込み量を基準に、シールド掘進機の前面に作用する圧力に応じて、前記起泡溶液に吹き込む気体の吹込み量を調整する請求項７に記載のシールド工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機と掘削対象の地山との間に充填されて両者間の摩擦を軽減する気泡入り減摩材、シールド掘進機の掘進時に掘削した土砂に添加することで流動性を付与する気泡入り流動化材およびそれらの製造方法並びにシールド工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールド掘進機を用いたシールド工法においては、シールド掘進機と周辺地山との間に生じる摩擦抵抗力を低減するために、切削断面である切羽に臨ませるカッタヘッドの外周に外周ビットを装着して、シールド掘進機の胴体外周面と周辺地山との間に若干の空隙を形成するようにしている。しかし、この空隙中に、切削土砂の残存土砂や周辺地山の崩壊より生じた土砂等が入り込むと、その減摩効果が低下することがあり、この空隙に減摩材を注入・充填することが試みられている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
また、シールド掘進機を用いたシールド工法において、掘削土をシールド掘進機のチャンバに充満させ、この土圧によって切羽土圧および地下水圧等に対抗させて切羽の崩落を防止しながら掘進を行う際に、掘削土に適度な流動性を付与するために、掘進機の前方またはチャンバに流動化材を添加することが行われている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２０２６９３号公報
【特許文献２】特公平７−７４５８９号公報
【特許文献３】特許第５５３３２６７号公報
【特許文献４】特開２００６−１８２９６２号公報
【０００５】
上記の減摩材として、例えば、高分子、ベントナイト、気泡、可塑状粘土などが用いられていた。
【０００６】
また、上記の流動化材として、例えば、高分子、ベントナイト、気泡、可塑状粘土などが用いられていた。
【０００７】
高分子、ベントナイトなどの１液材料は地下水等に希釈されやすく減摩効果は限定的であった。
【０００８】
気泡は圧力による圧縮・膨張の体積可変性の特長を持ち、摩擦低減効果や流動性向上効果は高いものの、気泡の保持力は低く経時的に消滅しやすく、減摩効果や流動化効果は限定的であった。
【０００９】
一方、可塑状粘土は、その主材に粘土やベントナイト等の鉱物系材料を多く含む懸濁液から構成され、副材には高分子材料や水ガラスを用い、注入直前に２液を比例混合することで可塑状粘土性状に変化させることによって、水希釈への抵抗性を上げていた。
【００１０】
可塑状粘土は減摩効果や流動化効果を有するが、より安定性が高く、減摩効果や流動化効果を長時間維持できる材料が求められている。また、可塑状粘土は、他の材料に比べて非常に高価であるため、コスト削減も大きな課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前述のような問題点等に鑑みてなされたもので、気泡の持つ体積可変性を長く保持することができるとともに水希釈に強く、実質的な減摩材となる可塑状粘土の使用量を削減することができる気泡入り減摩材およびその製造方法並びにシールド工法を提供することを第１の目的とするものである。また、気泡の持つ体積可変性を長く保持することができるとともに水希釈に強く、実質的な流動化材となる可塑状粘土の使用量を削減することができる気泡入り流動化材およびその製造方法並びにシールド工法を提供することを第２の目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記第１の目的を達成するために、第１発明による気泡入り減摩材は、
シールド掘進機と掘削対象の地山との間に充填されて両者間の摩擦を軽減する気泡入り減摩材において、
（ａ）粘土鉱物の土状集合体であるクレーサンド、
（ｂ）水、
（ｃ）起泡剤を含有する起泡溶液に気体を吹き込んで生成される気泡および
（ｄ）塑性強度を高める塑強調整剤
を含有してなることを特徴とするものである。
【００１３】
前記第２の目的を達成するために、第２発明による気泡入り流動化材は、
シールド掘進機の前方またはチャンバにおいて掘削土に添加される流動化材において
（ａ）粘土鉱物の土状集合体であるクレーサンド、
（ｂ）水、
（ｃ）起泡剤を含有する起泡溶液に気体を吹き込んで生成される気泡および
（ｄ）塑性強度を高める塑強調整剤
を含有してなることを特徴とするものである。
【００１４】
次に、第３発明による気泡入り減摩材の製造方法は、
シールド掘進機と掘削対象の地山との間に充填されて両者間の摩擦を軽減する気泡入り減摩材の製造方法であって、
粘土鉱物の土状集合体であるクレーサンドを含有するクレーサンド水溶液と、起泡剤を含有する起泡溶液に気体を吹き込んで生成される気泡とを混合した後に、塑性強度を高める塑強調整剤を添加することを特徴とするものである。
【００１５】
また、第４発明による気泡入り流動化材の製造方法は、
シールド掘進機の前方またはチャンバにおいて掘削土に添加される気泡入り流動化材の製造方法であって、
粘土鉱物の土状集合体であるクレーサンドを含有するクレーサンド水溶液と、起泡剤を含有する起泡溶液に気体を吹き込んで生成される気泡とを混合した後に、塑性強度を高める塑強調整剤を添加することを特徴とするものである。
【００１６】
次に、第５発明によるシールド工法は、  シールド掘進機を用いたシールド工法において、
粘土鉱物の土状集合体であるクレーサンドを含有するクレーサンド水溶液と、起泡剤を含有する起泡溶液に気体を吹き込んで生成される気泡とを混合した後に、塑性強度を高める塑強調整剤を添加して得られる気泡入り減摩材を、シールド掘進機と掘削対象の地山との間に充填することを特徴とするものである。
【００１７】
第５発明のシールド工法において、大気圧下で前記起泡溶液に吹き込む気体の吹込み量を基準に、シールド掘進機の周面に作用する圧力に応じて、前記起泡溶液に吹き込む気体の吹込み量を調整するのが好ましい（第６発明）。
【００１８】
さらに、第７発明によるシールド工法は、
シールド掘進機を用いたシールド工法において、
粘土鉱物の土状集合体であるクレーサンドを含有するクレーサンド水溶液と、起泡剤を含有する起泡溶液に気体を吹き込んで生成される気泡とを混合した後に、塑性強度を高める塑強調整剤を添加して得られる気泡入り流動化材を、シールド掘進機の前方またはチャンバにおいて掘削土に添加することを特徴とするものである。
【００１９】
第７発明のシールド工法において、大気圧下で前記起泡溶液に吹き込む気体の吹込み量を基準に、シールド掘進機の前面に作用する圧力に応じて、前記起泡溶液に吹き込む気体の吹込み量を調整するのが好ましい（第８発明）。
【発明の効果】
【００２０】
第１発明の気泡入り減摩材および第２発明の気泡入り流動化材によれば、体積が可変である気泡が水希釈に強い可塑状粘土状物に包含され、かつ塑強調整剤によって塑性強度が高められるので、気泡の持つ体積可変性を長く保持することができるとともに水希釈に強くなり、しかも気泡が含まれることによって当該減摩材および当該流動化材の嵩に対する質量が気泡を含まない場合と比べて相対的に減じられるので、実質的な減摩材および流動化材となる可塑状粘土の使用量を削減することができる。
【００２１】
第３発明の気泡入り減摩材の製造方法および第４発明の気泡入り流動化材の製造方法によれば、クレーサンド水溶液と気泡とが先に混合されてクレーサンド水溶液中に気泡が分散された後に、この気泡入りクレーサンド水溶液の塑性強度が塑強調整剤の添加によって高められるので、気泡がムラなく均一に配合された気泡入り減摩材および気泡入り流動化材を得ることができる。
【００２２】
第５発明のシールド工法によれば、気泡の持つ体積可変性が長く保持される水希釈に強い気泡入り減摩材が、シールド掘進機と掘削対象の地山との間に充填されるので、内圧を保持した気泡によって地山の緩みをシールド掘進機が通過するまで抑えることができるとともに、気泡のクッション性によって地山掘削時の振動等を低減して地表面への影響を緩和することができ、シールド掘進機による地山の掘削を安定的に行うことができる。
また、第７発明のシールド工法によれば、気泡の持つ体積可変性が長く保持される水希釈に強い気泡入り流動化材が、シールド掘進機の前方またはチャンバにおいて掘削土に添加されるので、内圧を保持した気泡によって切羽土圧および地下水圧等に対抗させて切羽の崩落を防止しながらシールド掘進機の掘進を行うことができ、また掘削土に適度な流動性を付与することができる。
【００２３】
第６発明および第８発明の構成を採用することにより、地山の緩みを抑えるのに必要な気泡の内圧を確実に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の気泡入り減摩材および気泡入り流動化材を用いたシールド工法の実施に供するシールド掘進機の縦断面である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明による気泡入り減摩材、気泡入り流動化材およびそれらの製造方法並びにシールド工法の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
図１には、本発明の気泡入り減摩材および気泡入り流動化材を用いたシールド工法の実施に供するシールド掘進機の縦断面が示されている。
【００２７】
＜シールド掘進機の説明＞
図１に示されるシールド掘進機１は、円筒状の胴体２と、この胴体２の前部に回転可能に支承されるカッタヘッド３とを備え、胴体２に内蔵される図示されない回転駆動装置によってカッタヘッド３が回転駆動され、カッタヘッド３によって切羽掘削を行うことができるようになっている。このシールド掘進機１には、気泡入り減摩材・流動化材注入装置４が装備されている。この気泡入り減摩材・流動化材注入装置４は、気泡入り減摩材を生成し生成した気泡入り減摩材を胴体２の外周面と周辺地山との間の空隙に注入するとともに、気泡入り流動化材を生成し生成した気泡入り流動化材をカッタヘッド３の前方またはチャンバ７において掘削土に添加する。
【００２８】
＜気泡入り減摩材・流動化材注入装置の説明＞
気泡入り減摩材・流動化材注入装置４は、胴体２の内部に配設される混合装置５と、この混合装置５の後方に配設される発泡ガン（発泡器）６とを備えている。
【００２９】
混合装置５は、静止型混合器であるラインミキサ部１０と、ラインミキサ部１０の上流側に設けられる第１合流部１１と、ラインミキサ部１０の下流側に設けられる第２合流部１２とを有してなり、第１合流部１１にはＡ液ライン１３を介してＡ液タンク１４が接続され、第２合流部１２にはＢ液ライン１５を介してＢ液タンク１６が接続されている。なお、Ａ液ライン１３およびＢ液ライン１５のそれぞれのライン途中には、図示されない送液ポンプや圧力スイッチ、圧力センサ、流量計等が適宜に設けられている。
【００３０】
発泡ガン６の上流側端部には、起泡溶液ライン１７を介して起泡溶液タンク１８が接続されるとともに、エアライン１９を介してエアコンプレッサ２０が接続されている。また、発泡ガン６の下流側端部と混合装置５における第１合流部１１とは、気泡ライン２１によって接続されている。なお、起泡溶液ライン１７の途中には、図示されない送液ポンプや圧力スイッチ、圧力センサ、流量計等が適宜に設けられ、エアライン１９の途中には、図示されないフィルタレギュレータや圧力センサ、エア流量計、エアコントロールバルブ等が適宜に設けられている。
【００３１】
胴体２の外周壁には、掘削した地山に臨ませるように開口した注入口２２が形成され、注入口２２には減摩材注入ノズル２３が装着されている。混合装置５における第２合流部１２の下流側には、減摩材吐出口部２４が設けられている。減摩材注入ノズル２３と減摩材吐出口部２４とは減摩材ライン２５によって接続されている。
【００３２】
カッタヘッド３またはチャンバ７には、シールド掘進機１で掘削した掘削土に流動化材を添加できるように、流動化材注入ノズル（図示省略）が装備されている。混合装置５における第２合流部１２の下流側には、流動化材吐出口部２６が設けられている。カッタヘッド３またはチャンバ７に装備される図示されない流動化材注入ノズルと、流動化材吐出口部２６とは流動化材ライン２７によって接続されている。
【００３３】
＜気泡入り減摩材、気泡入り流動化材の製造方法の説明＞
次に、本発明の気泡入り減摩材、気泡入り流動化材の製造方法について説明するが、両製造方法は基本的に同じであるので、代表として、本発明の気泡入り減摩材の製造方法を主体に以下に説明することとする。
【００３４】
本発明の気泡入り減摩材は、粘土鉱物の土状集合体である鉱物系のクレーサンドを含有するクレーサンド水溶液（以下、「Ａ液」と称する。例えば粘性１〜１０ｄＰａ・ｓ）に適度な量の独立気泡を混入させ、その後、塑性強度を高める塑強調整剤としての特殊水ガラス（以下、「Ｂ液」と称する。例えば粘性１〜２ｄＰａ・ｓ）を比例混合させることによって製造される。Ｂ液添加によって気泡入り減摩材は即座に高粘性（例えば３００〜１２００ｄＰａ・ｓ）な粘土状物になる。ここで、クレーサンドとしては、例えば株式会社タック製ＴＡＣ−βが好適であり、セリサイト（絹雲母系粘土）とモンモリナイトを主成分とする無機系無公害の材料で鉱物結晶が微細で粘稠性に富んでいるため、粘土・ベントナイトのプレミックス品として鉱物系添加材注入材料、泥水材料はもとより各種注入用材料として幅広い用途に利用される。また、特殊水ガラスとしては、例えば株式会社タック製ＴＡＣ−３Ｇが好適である。
【００３５】
上記製造方法では、Ａ液と気泡とが先に混合されてＡ液中に気泡が分散された後に、この気泡入りＡ液の塑性強度がＢ液の添加によって高められるので、気泡がムラなく均一に配合された気泡入り減摩材（気泡入り流動化材）を得ることができる。
【００３６】
このようにして得られた気泡入り高粘性可塑状減摩材（気泡入り高粘性可塑状流動化材）によれば、体積が可変である気泡が水希釈に強い可塑状粘土状物に包含され、かつ塑強調整剤によって塑性強度が高められているので、気泡の持つ体積可変性を長く保持することができるとともに水希釈に強くなり、しかも気泡が含まれることによって当該減摩材（流動化材）の嵩に対する質量が気泡を含まない場合と比べて相対的に減じられるので、実質的な減摩材（流動化材）使用量を削減することができる。
【００３７】
気泡は、起泡溶液タンク１８から供給される起泡溶液（起泡剤原液＋希釈水）とエアコンプレッサ２０から供給される空気とを発泡ガン６で攪拌することによって作製する。起泡溶液濃度と発泡倍率によって、気泡の性状が異なる。
【００３８】
起泡剤としては、シールド坑内で使用することを前提にしているので、特有の臭いを発するタンパク系の起泡剤よりも、界面活性剤が良い。界面活性剤としては、例えば、α−オレフィンスルホン酸塩（ＡＯＳ）やアルキルエーテル硫酸エステル塩（ＡＥＳ）などが挙げられる。より長寿命の安定な気泡を形成させる観点から、ドデカノールやテトラデカノールを含有することが望ましい。さらに、より起泡性を高める観点から、２−エチルヘキシルグリセリルエーテルを含有することが望ましい。
【００３９】
起泡溶液の濃度は、起泡剤原液と起泡溶液の比率だが、一般に１〜３％が好ましい。１％濃度とは、水溶液１容積中に原液が０．０１容積、希釈水が０．９９容積であることを意味する。
【００４０】
発泡倍率とは、空気体積と起泡溶液体積との比率だが、１０〜２０倍が好ましい。なお、気泡シールド工法の掘削添加材として使用する場合は、地盤によって変化させる。砂質土系地盤では、硬めの気泡（空気が多く、発泡倍率が２０倍（起泡溶液：空気＝１：１９）程度）を使用することが多く、粘性土系地盤では、柔らかめの気泡（起泡溶液が多く、発泡倍率が１０倍（起泡溶液：空気＝１：９）程度）を使用することが多い。
【００４１】
＜シールド工法の説明＞
次に、本発明のシールド掘進機１を用いたシールド工法について、図１を用いて以下に説明する。
【００４２】
図１において、起泡溶液タンク１８に貯留されている起泡溶液（起泡剤原液＋希釈水）が起泡溶液ライン１７を介して発泡ガン６へと送給されるとともに、エアコンプレッサ２０からの高圧の空気がエアライン１９を介して発泡ガン６へと送給され、起泡溶液と空気とが発泡ガン６によって混合・攪拌されてシェービングクリーム状の気泡が生成される。
【００４３】
混合装置５における第１合流部１１には、Ａ液タンク１４に貯留されているＡ液（クレーサンド水溶液）がＡ液ライン１３を介して送り込まれるとともに、発泡ガン６において生成された気泡が気泡ライン２１を介して送り込まれ、第１合流部１１においてＡ液と気泡とが合流される。合流されたＡ液と気泡は、ラインミキサ部１０へと送り込まれ、このラインミキサ部１０でＡ液と気泡とが攪拌・混合される。
【００４４】
混合装置５における第２合流部１２には、ラインミキサ部１０で混合された後のＡ液と気泡との混合溶液が送り込まれるとともに、Ｂ液タンク１６に貯留されているＢ液（特殊水ガラス）がＢ液ライン１５を介して送給され、この第２合流部１２において、Ａ液と気泡との混合溶液にＢ液が添加される。これにより、気泡入り減摩材が生成され、生成された気泡入り減摩材は、減摩材吐出口部２４から減摩材ライン２５を介して減摩材注入ノズル２３へと送給される。減摩材注入ノズル２３に送給された気泡入り減摩材は、シールド掘進機１の胴体２外周面と周辺地山との間の空隙に向けて減摩材注入ノズル２３から吐出され、該空隙に気泡入り減摩材が注入・充填される。
【００４５】
シールド掘進機１を用いたシールド工法においては、シールド掘進機１で掘削した地山と胴体２の外周面との間にシールド掘進機１の掘進に合わせて気泡入り減摩材が充填される。これにより、シールド掘進機１とその周辺の地山との摩擦に伴う乱れを減じることができるとともに、掘進時に必要とされる推力（以下、「掘進時推力」と称する。）の低減を実現することができる。掘進時推力の低減はシールド負荷の余裕となり、高速施工を実現して生産性を向上させることができる。
【００４６】
減摩材ライン２５中の気泡は、エアコンプレッサ２０と注入ポンプによって、シールド外周の土水圧以上に加圧されて体積収縮している。減摩材が注入口２２を通過すると直ちに減圧されて気泡が膨張し、減摩材自体の体積収縮を防ぐ。同時に、圧力保持効果によってシールド掘進機１の外周の応力解放を低減させて、掘削に伴う地山の緩みをシールド掘進機１が通過するまで抑えることができる。
【００４７】
シールド掘進機１による掘進に伴う振動等の地表面への影響も、気泡入り減摩材が含有する独立気泡のクッション性によって緩衝して低減することができる。なお、含有させる独立気泡の体積百分率は、気泡入り減摩材の２０〜５０％が適当である。
【００４８】
気泡を保持する必要がある時間は、気泡入り減摩材の注入からシールド掘進機１の胴体２が通過するまでである。シールド掘進機１の胴体２の長さは通常５ｍ（小断面）程度から最大１５ｍ（大断面）程度である。シールド掘進機１は通常昼夜間で掘削するので、一般に１日、長くて２日で通過する。気泡入り減摩材に内包された独立気泡は、可塑状の粘性被膜によって保護されているため、その消泡時間は飛躍的に長くなっており、シールド掘進機１が通過する間、気泡を保持することができ、推力低減材として有効に機能させることができる。
【００４９】
同様に、混合装置５における第２合流部１２には、ラインミキサ部１０で混合された後のＡ液と気泡との混合溶液が送り込まれるとともに、Ｂ液タンク１６に貯留されているＢ液（特殊水ガラス）がＢ液ライン１５を介して送給され、この第２合流部１２において、Ａ液と気泡との混合溶液にＢ液が添加される。これにより、気泡入り流動化材が生成され、生成された気泡入り流動化材は、流動化材吐出口部２６から流動化材ライン２７を介して図示されない流動化材注入ノズルへと送給される。当該注入ノズルに送給された気泡入り流動化材は、カッタヘッド３の前方またはチャンバ７において流動化材注入ノズルから吐出され、シールド掘進機１の掘削土に添加される。
【００５０】
流動化材を用いたシールド工法においては、シールド掘進機１のカッタヘッド３の前方またはチャンバ７において、シールド掘進機１の掘削土に気泡入り流動化材が添加される。これにより、掘削土に適度な流動性を付与することができるとともに、カッタヘッド３の回転時のトルクを低減することができる。
【００５１】
以上、本発明の気泡入り減摩材、気泡入り流動化材およびそれらの製造方法並びにシールド工法について、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００５２】
例えば、推進工法においても、推進管設置後に掘削された地山と推進管との間に注入される気泡入り減摩材、推進機の前方およびチャンバにおいて注入される気泡入り流動化材として適用する態様例もある。また、トンネルだけでなく、他の工事における減摩材や流動化材に適用しても良い。
【実施例】
【００５３】
次に、本発明の気泡入り減摩材、気泡入り流動化材およびそれらの製造方法並びにシールド工法の具体的な実施例について説明する。
【００５４】
気泡単独の持続性を確認するために、気泡シールド工法用の起泡剤４種を入手し、気泡を作製した（起泡溶液濃度１％、発泡倍率１０〜２０倍）。起泡剤Ｎｏ．１およびＮｏ．２は、市販ＡＯＳ系であり、起泡剤Ｎｏ．３およびＮｏ．４は、市販ＡＥＳ系である。また、起泡剤Ｎｏ．４には、アルキルテトラデカノールと、２−エチルヘキシルグリセリルエーテルを特定の重量比で含有している。
【００５５】
１Ｌのメスシリンダーに気泡を投入し、経過時間毎に底部に貯まる水溶液の析出量を測定し、消泡率を計算する。発泡倍率１０倍の場合、最大析出量は１００ｍｇ（＝１００ｍＬ）である。経過時間後の析出量が４０ｍｌなら、消泡率は４０ｍＬ／１００ｍＬ×１００＝４０％となる。持続率は１００−４０＝６０％となる。試験結果を以下の表１および表２に示す。
【００５６】
【表１】
2018193689.tif 000003
【００５７】
【表２】
2018193689.tif 000004
【００５８】
気泡単独では、注入後１時間でほぼ消泡するか、若干持続している程度である。発泡倍率による持続性の差は、２０倍発泡の持続率が高い結果となった。起泡剤の種類に対しては、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３に比べて、Ｎｏ．４の持続率が最も優れていた。
【００５９】
次に、気泡と混合する減摩材の気泡保持力を確認した。選定した減摩材は以下の３種類とした。一つは、鉱物系粘土ベントナイト溶液（例えば株式会社タック製ＴＡＣ−α溶液）と高分子凝集剤（例えば株式会社タック製ＴＡＣスルー溶液）を２液混合した高粘性添加材（以下、「スルーショック」と称する。）である。二つ目は、長距離推進工事の減摩材として実績が多い可塑性高分子充填材（以下、単に「高分子充填材」と称する。）である。三つ目は、本発明の気泡入り減摩材（以下、「クレーショック」と称する。）である。混合する気泡は、前述の最も持続率が高かったＮｏ．４を使用した。
【００６０】
上記の３種類の減摩材に気泡を５０％混合（減摩材：気泡＝１：１）した。経時の密度を測定することで空気体積を換算し、持続率を評価した。その結果を以下の表３に示す。
【００６１】
【表３】
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【００６２】
（１）スルーショックは、混合直後は気泡と一体化したものの、３時間後には消泡分離した。（２）高分子充填材は、気泡を抱き込むことができなかった。（３）クレーショックは、気泡と一体化して、経時による分離は見られず良好であった。
【００６３】
気泡混合時の各ケースの粘性を測定した。粘性の測定には、リオン株式会社製ＶＴ−０４Ｆの１番ローターを使用した。測定結果を以下の表４に示す。なお、粘性の目安は、清水が０．０１ｄＰａ・ｓ、気泡が５ｄＰａ・ｓ、ジャムが６０ｄＰａ・ｓ、チューブグリスが３００ｄＰａ・ｓ程度である。気泡自体の粘性も併記した。以下の表４に示されるように、クレーショックのみ２日経過しても気泡を抱き込んでいるのがよく分かる。
【００６４】
【表４】
2018193689.tif 000006
【００６５】
次に、減摩材をクレーショックに絞り、気泡の発泡倍率を変化させて持続率を評価した。評価結果を以下の表５に示す。なお、クレーショックと気泡の体積比率は１：１である。
【００６６】
【表５】
2018193689.tif 000007
【００６７】
気泡単独の結果と異なり、発泡倍率１０倍の持続率が高く、安定性に優れていた。発泡倍率が小さい（柔らかい）方が減摩材と一体化し易いと考えられる。
【００６８】
併せて粘性も測定した。測定結果を以下の表６に示す。表６に示されるように、１０倍発泡の方が粘性の上昇が少なく、気泡とより一体化していることが分かる。
【００６９】
【表６】
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【００７０】
気泡混合率の違いによる持続率の違いを以下の表７に示す。ここで、減摩材への気泡混合率は、５０％（体積比率１：１）に加え、３３％（体積比率２：１）、２５％（体積比率３：１）とした。起泡剤種類の差も併せて確認するために、前記Ｎｏ．４に加え、前記Ｎｏ．３を使用した。
【００７１】
【表７】
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【００７２】
上記の表７から明らかなように、気泡混合率が少ないほど持続率は高い。また、消泡しにくい起泡剤Ｎｏ．４の方が起泡剤Ｎｏ．３に比べて持続率が高い。
【００７３】
次に、実際のシールド工事（シールド掘進機外径φ１２．４７ｍ）で、試験施工を実施した。使用起泡剤は、気泡単独で最も持続性が高いＮｏ．４を選定し、起泡溶液濃度１％、発泡倍率１０倍とした。
【００７４】
気泡混合率は、０％（クレーショックのみ）、５０％、３３％、２５％のケースをシールド掘進機１機長（１５ｍ）継続した。注入量はシールド掘進機外周余堀り量の１００％を目安とした。試験施工時に掘削土を採取しておき、持ち帰って後日粒度試験を実施した。粒度構成は、礫分２１％、砂分５１％、粘土シルト分２８％で、砂質土優勢の地盤であった。
【００７５】
実際の工事では、シールド掘進機外周部に土水圧がかかっているので、圧力に見合うだけのエア量を供給して所定の配合を確保する。エア量は、ボイルの法則（ＰＶ＝Ｐ´Ｖ´）に則り、例えば、外周の土水圧が０．１ＭＰａの場合は大気圧下の２倍、０．３ＭＰａの場合は大気圧下の４倍、０．４ＭＰａの場合は大気圧下の５倍のエア量を供給する。注入箇所の土水圧は、シールド掘進機１側部に設置した土圧計の計測値を用いるが、チャンバ内圧力計、減摩材の注入圧力の計測値を用いてもよい。
【００７６】
気泡混合率とシールド掘進機１の掘進時推力の測定値平均を以下の表８に示す。全てのケースでシールド掘進機１の掘削速度は、３５〜４０ｍｍ／ｍｉｎに固定した。なお、試験施工時の地盤では、シールド掘進機１の胴体２外周側に減摩材を注入しなければ、掘進時推力が装備推力の９０％以上に達することが分かっている。
【００７７】
【表８】
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【００７８】
表８に示される結果から明らかなように、気泡混合率０％に対し、気泡混合率５０％および３３％では、掘進時推力を低い水準で維持することができた。気泡を混合することによってコストダウンが可能であることが確認できた。また、気泡混合率２５％にすると、掘進時推力が著しく下がった。そのまま注入を継続すると、シールド掘進機１の胴体自体が、掘削時のカッタヘッド３の正回転方向と逆方向にローリングし始めた。このため、掘削を一時停止してカッタヘッド３を逆回転させてローリング修正した。このような結果により、注入量自体も大幅に減じることができた。
【００７９】
以上により、気泡入り減摩材をシールド掘進機１の胴体２と掘削地山との間に注入すると、摩擦低減効果により掘進時推力が低減し、高速施工を実現して生産性を向上できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の気泡入り減摩材および気泡入り流動化材は、気泡の持つ体積可変性を長く保持することができるとともに水希釈に強く、しかも実質的な減摩材（流動化材）となる可塑状粘土の使用量を削減することができるという特性を有していることから、シールド掘進機の掘進時の摩擦低減や、掘削抵抗低減の用途に好適に用いることができ、産業上の利用可能性が大である。
【符号の説明】
【００８１】
１    シールド掘進機
２    胴体
３    カッタヘッド
４    気泡入り減摩材・流動化材注入装置
５    混合装置
６    発泡ガン
１０  ラインミキサ部
１１  第１合流部
１２  第２合流部
１３  Ａ液ライン
１４  Ａ液タンク
１５  Ｂ液ライン
１６  Ｂ液タンク
１７  起泡溶液ライン
１８  起泡溶液タンク
１９  エアライン
２０  エアコンプレッサ
２１  気泡ライン
２２  注入口
２３  減摩材注入ノズル
２４  減摩材吐出口部
２５  減摩材ライン
【図１】
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