(57)【要約】【課題】２液性のグラウト材において、長期間に亘って良好な流動性を維持でき、従って長期保存、長距離運搬可能な可塑状グラウト材を提供すると共に、該グラウト材を使用する施工現場の省面積化が図れるグラウト材注入工法及び注入システムを提供する。【解決手段】セメントスラリーおよび水ガラスを使用する２液性のグラウト材において、前記セメントスラリーとしてセメント、増粘剤、安定剤及び水を主成分とする密度１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３に調整したスラリーと、適量の水と、水ガラスを主成分とする急結材を混合する。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントスラリーおよび水ガラスを使用する２液性のグラウト材において、前記セメントスラリーとしてセメント、増粘剤、安定剤及び水を主成分とする密度１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３に調整したスラリーと、適量の水と、水ガラスを主成分とする急結材を混合することを特徴とする可塑状グラウト材。
【請求項２】
前記安定剤がフルクトースを主成分とし、セメント１００重量部に対して０．５〜５重量％混合することを特徴とする請求項１記載の可塑状グラウト材。
【請求項３】
前記セメントスラリーを調整する工程と、前記セメントスラリーに水及び水ガラスを主成分とする急結材を混合し、施工箇所に注入する工程を有する可塑状グラウト材の注入工法。
【請求項４】
セメント、増粘剤、安定剤及び水を主成分とする密度１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３のセメントスラリーに調整する手段と；
前記セメントスラリーを保存する手段と；
前記セメントスラリーを運搬する手段と；
前記セメントスラリーと水ガラスを主成分とする急結材を混合する手段を有することを特徴とする可塑状グラウト材注入システム。
【請求項５】
セメント、増粘剤、安定剤、建設汚泥を主成分とする密度１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３以上のセメントスラリーを調整する手段と；
前記セメントスラリーを保存する手段と；
前記セメントスラリーを運搬する手段と；
前記セメントスラリーと水ガラスを主成分とする急結材を混合する手段を有することを特徴とする可塑状グラウト材注入システム。
【請求項６】
前記セメントスラリーを運搬する手段が車両であって、セメントスラリー搬出後、又はセメントスラリー搬入前に同一車両で建設汚泥を運搬することを特徴とする請求項５記載の可塑状グラウト材注入システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
トンネル工事などで、空隙充填剤として利用される裏込め注入材および裏込め注入工法、裏込め注入システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
可塑状グラウト材とは、可塑状固結状態を長時間保持し、空洞部へ限定注入を行なう物をいう。このグラウトの初期では可塑状態であるため、圧力を加えなければ流動性を生じないが、圧力を加えると容易に流動性を生じる。そのため空洞部外の隙間や砂地盤等の透水のある地盤への逸脱が無く、部分限定注入が可能となる。注入後、次第に固結し、所定の強度となる。
【０００３】
これら可塑状グラウト材は、たとえばシールド工法の裏込材として使用される。シールド工法ではシールドマシンで掘削し、その内側でセグメントを組み立てて掘進する。そのため、セグメントと地山との間に隙間が生じる。この隙間を充填するために、上記可塑状グラウト材が注入される。この現在主流となっているこの可塑状グラウト材は、セメントスラリーおよび水ガラスを使用した２液性の注入材が用いられる。これらを別々に注入箇所まで圧送し、直前で混合、注入する１．５ショットという方法がとられている。（例えば、特許文献１、２参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５８−３７０８０号公報
【特許文献２】
特開昭５９−４９２８１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
２液性のグラウト注入材は、例えばシールドトンネルの、スラリーミキサーによりセメント、増粘剤、安定剤および水を混合しセメントスラリー（以下「Ａ液」という場合もある）を作製する。このセメントスラリーと水ガラス（以下「Ｂ液」という場合もある）をそれぞれ圧送ポンプで注入箇所まで圧送し、注入箇所直前で混合、可塑状グラウト注入を行なう。
【０００６】
前記材料を用いるグラウト注入工法では、現場地上施設で前記セメントスラリーの作製および圧送を行なう。この場合、現場地上施設として、固化材サイロ、ベントナイトサイロ、安定剤サイロ、水ガラスサイロおよびミキサー、ポンプ等の設備が必要となる。現在の過密化した都市部の工事では、用地の確保が難しく、より省面積化した工法が必要となってきた。
【０００７】
そこで本発明は、長期間に亘って良好な流動性と品質を維持でき、従って長期保存可能、長距離運搬可能なグラウト材を提供すると共に、該グラウト材を使用する施工現場の省面積化が図れるグラウト注入工法及びグラウト注入システムの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の前記目的を達成するため、本発明者らは種々研究の結果、長期間保存可能なセメントスラリーを開発し、該セメントスラリーを施工現場まで運搬し、これに適量の水を加え流動性を付与し、水ガラスとともに充填を行なうことで固化材サイロ、ベントナイトサイロ、安定剤サイロがいらず、また施工現場で発生した建設汚泥の再利用が可能となり、かつ施工性が容易となることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち本発明の可塑状グラウト材は、セメントスラリーおよび水ガラスを使用する２液性のグラウト材において、前記セメントスラリーとしてセメント、増粘剤、安定剤及び水を主成分とする密度１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３に調整したスラリーと、適量の水と、水ガラスを主成分とする急結材を混合する。（請求項１）
【００１０】
また、前記安定剤がフルクトースを主成分とし、セメントに対して０．５〜５重量％混合する。（請求項２）
【００１１】
また、本発明の可塑状グラウト注入工法は、セメントスラリー及び水ガラスを使用する２液性のグラウト注入工法において、セメント、増粘剤、安定剤及び水を主成分とする密度１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３のセメントスラリーを調整する工程と、前記セメントスラリーに水及び水ガラスを主成分とする急結材を混合し、施工箇所に注入する工程を有するグラウト注入工法である。（請求項３）
【００１２】
また、本発明の可塑状グラウト注入システムは、セメント、増粘剤、安定剤及び水を主成分とする密度１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３のセメントスラリーに調整する手段と；
前記セメントスラリーを保存する手段と；
前記セメントスラリーを運搬する手段と；
前記セメントスラリーと水ガラスを主成分とする急結材を混合する手段を有する。（請求項４）
【００１３】
また、本発明の可塑状グラウト注入システムは、セメント、増粘剤、安定剤及び建設汚泥を主成分とする密度１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３のセメントスラリーを調整する手段と；
前記セメントスラリーを保存する手段と；
前記セメントスラリーを運搬する手段と；
前記セメントスラリーと水ガラスを主成分とする急結材を混合する手段を有することを特徴とする可塑状グラウト注入システムである。（請求項５）
【００１４】
さらに、前記セメントスラリーを運搬する手段が車両であって、セメントスラリー搬出後、又はセメントスラリー搬入前に同一車両で建設汚泥を運搬する可塑状グラウト材注入システム。（請求項６）
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明をさらに詳細に説明する。
【００１６】
本発明の可塑状グラウト材はセメント、増粘剤、安定剤及び水からなるセメントスラリー（Ａ液）と適量の水と水ガラスを主成分とする急結材（Ｂ液）を混合してなる。前記セメントスラリーは、主としてセメント、増粘材、安定剤および水から構成される。ここで使用するセメントは、普通、早強、超早強または中庸熱ポルトランドセメントや、高炉、フライアッシュなどの混合セメントや、フライアッシュ、スラグ、珪石粉などの微粉末混和材とセメントを混合したものが用いられる。特にフライアッシュを混合すると、長期強度の増進をもたらし、スラグを混合すると耐海水性が向上する。
【００１７】
増粘材は、無機系および有機系があるが、主として無機系のベントナイトが使用される。増粘材は、材料分離を防止するために添加する。材料がスラリータンクおよび圧送管の下部へ沈降し、固結するのを防止する。ベントナイトはナトリウム型とカルシウム型があるが、膨潤性の高いナトリウム型を使用すると、使用量が少なくなる。
【００１８】
安定剤は保存、運搬および圧送中の固化防止のために使用する。オキシカルボン酸系、有機リン酸系、糖類等の有機系遅延剤を挙げることができる。本発明では保存、運搬を目的としているため、グルコース、ショ糖等の遅延剤を使用することで、長期の保存が可能となる。特にフルクトースを使用した場合１週間以上流動性を維持し、使用可能時間を延長させる作用を有し、長期間保存しても流動性の経時変化が小さく本発明のグラウト材には最も望ましい。
【００１９】
本発明の可塑状グラウト材はセメントスラリー及び水ガラスを使用する２液性のグラウト材である。セメントスラリーはセメント、増粘剤、安定剤及び水を主成分とし、施工現場から離れた場所にある製造プラント等で混合調整される。従来トンネル工事などにおいて構造物と地山との隙間にグラウトを注入する裏込め注入工法では、注入現場にセメントサイロ、増粘剤サイロ、安定剤サイロ、水ガラスタンク、計量・混合ミキサー等を設置し、現場でセメント、増粘剤、安定剤、水等を混合して製造されたセメントスラリー（Ａ液）を注入現場にポンプ圧送し、同時に水ガラスからなる急結材（Ｂ液）も別の配管でポンプ圧送し、注入管先端部で両者を混合し、充填していた。ポンプによりグラウト材を圧送する場合、各種段取り変え、掘進トラブル等により圧送管内において注入材が停滞することがあり、場合によっては掘進停止期間が長期になることもあった。このような場合は配管内のセメントスラリー（Ａ液）を一度すべて排出しないと、配管内でセメントが硬化し、配管詰まりを起こしていた。すなわち、従来のセメントスラリー（Ａ液）及び水ガラスからなる急結材（Ｂ液）を使用する２液性のグラウト材において、Ａ液は一般に流動性保持時間が短く、約１日で硬化していた。しかし、圧送距離が長距離化しつつある昨今では、圧送中のＡ液は非常に多量であり、停止の度に排出、洗浄することは合理的でなく、不経済である。したがってＡ液には長時間流動性を保持することが求められるようになってきた。長時間流動性を保持するために、グルコン酸等を添加してセメントの硬化を遅延させる方法があるがせいぜい２日程度の遅延効果しかなく、長期の少なくとも１週間以上流動性を保持させることはできなかった。本発明のセメントスラリー（Ａ液）は長期間（１週間以上）流動性を保持することが可能であり、従ってトンネル工事現場から長距離離れた場所で製造し、長距離運搬しても流動性が保持でき、また、掘進トラブル等で配管内に長時間停滞しても硬化しないので、停止の度に排出、洗浄する必要がない。
【００２０】
本発明の可塑状グラウト材において、セメントスラリーには安定剤が添加されるが、本発明ではこの安定剤として、フルクトースが使用される。フルクトースはセメント１００重量部に対して０．５〜５重量％の添加が好ましい。フルクトースの添加量が０．５重量％未満である場合は、必要な可使時間が得られず、短時間で硬化してしまう。また、フルクトースの添加量が５重量％を超えると２８日強度が低下し、必要とされる２８日強度１Ｎ／ｍｍ２に達しない。フルクトースが添加されたセメントスラリーは従来材料に比較して著しい硬化遅延作用があり、１週間以上放置しても流動性が保持される。従って掘進トラブル等で配管内にセメントスラリーが長時間停滞しても硬化せず、配管の壁にセメントが付着したり、下部にセメント材料が沈降して配管が詰まることがない。また、本発明を構成するセメントスラリーは、このように１週間以上流動性保持時間があるので、トンネル工事現場から離れた場所にあるプラントで製造調整可能であり、長距離運搬も可能である。
【００２１】
本発明を構成するセメントスラリーは製造プラントにおいて、密度１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３に調整される。密度１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３が好ましいのは、密度が１．２ｇ／ｃｍ３より小さい場合には、水の量が多くなり、車両等でセメントスラリーを運搬する場合、製造プラントから裏込め材充填施工現場までの運搬費が増加し、効率性、経済性が損なわれる。また、セメントスラリーの密度が１．５ｇ／ｃｍ３より大きい場合は粘性が大きくポンプ圧送が不可能となるからである。
【００２２】
密度１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３に調整されたセメントスラリーは、トンネル工事等の施工現場に運搬され、施工現場で適量の水と混練され、密度１．１〜１．３５ｇ／ｃｍ３に調整され、ポンプにより充填場所に圧送される。また別の配管により圧送される水ガラスを主体とする急結材と注入管の先端において混合され、空隙等に充填される。
【００２３】
次に本発明の可塑状グラウト材注入工法について説明する。本発明の可塑状グラウト材注入工法が、従来の注入工法と最も違う点は、本工法において前記セメントスラリーは裏込め材充填施工現場において、製造されるのではなく、裏込め充填施工現場から離れた場所に設けられた製造プラントにおいて、セメント、増粘剤、安定剤及び水等を混合し、セメントスラリーの密度が１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３に調整される点である。セメントスラリーの密度が１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３に調整されるのは、密度が１．２ｇ／ｃｍ３以下である場合には、水の量が多くなり、車両等でセメントスラリーを運搬する場合、製造プラントから裏込め材充填施工現場までの運搬費が増加し、効率性、経済性が損なわれるからである。また、セメントスラリーの密度が１．５ｇ／ｃｍ３より大きい場合は粘性が大きくポンプ圧送が不可能となる。
【００２４】
本発明で使用される前記セメントスラリーは長期間に亘り流動性が保持される材料が使用される。従って裏込め施工現場から離れた場所で混合調整でき、予め製造して保存又は貯蔵しておくことができ、必要な時に必要な量だけ車両等で施工現場に搬入することができる。また、施工現場までの距離が長距離である場合にも対応可能である。さらに、セメントスラリーを現場に搬入した後、現場から発生した建設汚泥、泥水を空の同一車両に積載し、前記セメントスラリー製造プラントに搬入し、前記セメントスラリーの材料として利用できる。
【００２５】
裏込め施工現場から搬入された建設汚泥、泥水を前記セメントスラリー製造プラントにおいてセメントスラリーの材料として利用すると、効率的、経済的であるだけでなく、従来産業廃棄物として中間処理場で減量化して処分されていた産業廃棄物を裏込め材料として再利用でき、発生場所に戻すことができるので、建設汚泥の減量化、廃棄物処理費用を節減できる。
【００２６】
次に本発明の裏込め注入システムについて説明する。本発明の裏込め注入システムにおいて、セメントスラリーに調整する手段とは、裏込め施工現場から離れた場所に設けられた製造プラントであり、セメント、増粘剤、安定剤の各サイロと前記各種材料を計量・混合するミキサーを備える製造プラントである。前記製造プラントにおいて前記セメントスラリーは密度１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３に混合調整され、隣接して設けられた保存手段に保存される。
【００２７】
セメントスラリー保存手段としてはタンク等が考えられる。
【００２８】
セメントスラリー運搬手段としては車両等が考えられる。車両に前記セメントスラリーを積載する場合には、その効率性、経済性からセメントスラリーの密度は１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３が望ましい。
【００２９】
本発明の裏込め注入システムは前記充填施工現場から離れた場所に設けられたセメントスラリー調整手段である製造プラントで各種材料を混合調整し、密度１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３のセメントスラリーを製造する。通常セメントスラリーは製造後１２〜４８時間程度で凝固してしまうため、充填施工現場から離れた場所で製造して搬入することは困難であった。しかし、本発明のセメントスラリーは特殊な安定剤により２週間程度品質が維持できるため長距離の運搬・長期間の貯蔵が可能となっている。セメントスラリーに含有する水の量が多いと運搬費の増加を招くので密度の高い（１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３）セメントスラリーを製造し、現場にて加水し適度の流動性を付与する。
【００３０】
上記スラリーは製造プラントにて製造する。これを充填施工現場に設置した混合注入プラントまで運搬する。この注入プラントでは、このスラリーと流動性が得られる所定量の水を加え、グラウトポンプで注入個所まで水ガラスとともに圧送し、注入直前で混合して空洞部へ充填する。
【００３１】
このシステムでは、注入プラントでセメント、増粘剤及び安定剤のサイロが必要なくなり、かわりにスラリーのタンクが必要となる。また、製造方法がスラリーに水を加えて混合するのみであるため、使用するミキサーも簡易なものとなる。よって、従来のプラントに比べてプラントが大幅に簡素になるため、注入現場のプラントを省面積とすることが可能となる。
【００３２】
シールドの工事現場では、シールドの掘削に伴い、泥水が発生する。本発明ではこの泥水も使用することができる。従来までこのシールド泥水の処理には、フィルタープレス等の脱水処理が必要であったが、本発明ではこの泥水をそのままもしくは簡易な脱水処理により、この泥水を原料として本発明の可塑状グラウト材を作製することができる。この方法では、建設発生土の発生を大幅に減らすことができる。
【００３３】
またこの場合、発生した泥水を車両にてセメントスラリー製造プラントまで運搬し、同車両にてセメントスラリーを現場注入プラントまでで運搬することにより、車両利用の効率化を計ることができる。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示す。なお、これらは例示であり本発明を限定するものではない。本実施例で使用した材料を表１に示す。
【００３５】
【表１】
2004263069.tif 000002
【００３６】
（試験１）
セメントスラリーの作製方法は、所定量の水もしくは泥水に安定剤をハンドミキサーで混合溶解し、これにベントナイトを混合する。最後に硬化材を入れて攪拌して作製した。
このセメントスラリーについて、スラリー作製直後のフロー値および可使時間を測定した。可使時間については、スラリー作製直後から所定時間放置した後、ハンドミキサーで１分間混合し、フロー値が１６０ｍｍ以下となるまでの経過時間を測定した。なお、フロー値の基準を１６０ｍｍに設定したのは、セメントスラリーの保存、輸送およびミキサーの混合性能から、フロー値１６０ｍｍ以上の流動性が必要であると考えられるからである。配合および結果を表２に示す。
【００３７】
【表２】
2004263069.tif 000003
【００３８】
表２の試験の結果から、安定剤を混合しない場合では１日で硬化したため保存ができない。安定剤にグルコン酸系の安定剤を混合すると２日間は使用可能である。安定剤としてフルクトースを混合すると１週間経過後もフロー値で１６０ｍｍ以上の流動性が得られ、１週間以上の保存が可能であることがわかった。また、泥水を使用した材料については、流動性が若干低下したものの、ほぼ同等の特性が得られた。
【００３９】
（試験２）
試験１で作製したセメントスラリー（試験例Ｎｏ．２および試験例Ｎｏ．３配合）に、水を加えてＡ液を作製し、これに、所定量の水ガラスを混合し、充填材としての特性を測定した。測定は、フロー値の測定（ＪＨＳ  Ａ  ３１３に準じる）、２４時間後のブリーディング率（ＪＳＣＥ−Ｆ  ５２２−１９９９）、材齢２８日後の一軸圧縮強さ（ＪＩＳ  Ａ  １２１６）を測定した。配合および結果を表３に示す。
【００４０】
【表３】
2004263069.tif 000004
【００４１】
なお、材料の特性値は各現場によって異なるが、概ねその値はブリーディング率は２０％以下、フロー値は４００ｍｍ以上、一軸圧縮強さは材齢２８日で１Ｎ／ｍｍ２以上である。試験の結果、フロー値、ブリーディング率、一軸圧縮強さ（ｑｕ）は特性値を十分満足する結果となった。また、水のかわりに泥水を使用した場合についても、フロー値が若干低下するものの、裏込め材としての特性は満足できるものであった。
【００４２】
（試験３）
スラリー製造プラントから５ｋｍ離れたシールド工法の現場において、試験２の表３試験例１０の配合で、スラリー製造プラントで製造し、１日保管した後、これをシールド工法の現場に運搬し、そこに設置してある注入プラントにて可塑状グラウトのＡ液の作製を行った。その結果、シールド工法のプラントで容易にＡ液の作製が行うことができた。またセメント等のサイロが不要となり、プラントの縮小が可能であることを確認した。さらに、Ｂ液を混合したグラウトも、所定の特性を有していた。
【００４３】
【発明の効果】
以上、実施例で示したとおり、本発明の裏込め注入材は２週間もの長期にわたり流動性、品質を維持することができ、裏込め施工現場から離れた場所で製造、保存でき、裏込め施工現場から長距離運搬可能である。従って施工現場にサイロ等を設ける必要がなく、離れたではなく、グラウト材としての特性を保ちつつ、施工が容易性となる製造方法が得られた。