(57)【要約】【課題】鉱化変成作用を受けた火成岩あるいは泥岩を含有する掘削残土について、簡便な評価方法で脱硫等の管理処分を必要とするものと必要でないものとを分別するようにする。【解決手段】掘削残土が鉱脈または鉱石でない場合において、採取した試料の帯磁率、１時間経過後の溶出水ｐＨ、硫黄含有率、硫黄／カルシウムのモル比そして含有重金属量の測定をし、これらの測定値と、予め設定されているこれらの設定値との大小関係から管理処分を必要とするものと必要でないものとを区分する。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱脈または鉱石でない火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土について脱硫処理等の管理処分をする必要があるか否かの評価方法であって、
該掘削残土の試料が火成岩を含む場合、予め設定される第一基準ｐＨ以下の酸性水溶出の可能性があると予測される試料について帯磁率と水溶液に溶出させた溶出水ｐＨとの測定結果から、前記第一基準ｐＨ以下の酸性水を溶出しないと予測される試料の帯磁率を設定して、
評価しようとする試料が前記設定帯磁率以上の帯磁率を示す場合には、管理処分する必要がない掘削残土のものであると評価するようにしたことを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法。
【請求項２】
鉱脈または鉱石でない火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土について脱硫処理等の管理処分をする必要があるか否かの評価方法であって、
該掘削残土の試料が火成岩を含む場合、予め設定される第一基準ｐＨ以下の酸性水溶出の可能性があると予測される試料について帯磁率と水溶液に溶出させた溶出水ｐＨとの測定結果から、前記第一基準ｐＨ以下の酸性水を溶出しないと予測される試料の帯磁率を設定すると共に、
前記溶出液の予め設定される短い第一時間経過後と長い第二時間経過後との各溶出水ｐＨの測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが予め設定される第二基準ｐＨ以下になると予測される第一時間経過後の溶出液ｐＨを設定して、
評価しようとする試料が、前記設定帯磁率以上の帯磁率を示す場合には管理処分する必要がない掘削残土のもの、
前記設定帯磁率未満の帯磁率を示しかつ設定溶出液ｐＨ以下の溶出液ｐＨを示す場合には、管理処分する必要がある掘削残土のものであると評価することを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法。
【請求項３】
鉱脈または鉱石でない火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土について脱硫処理等の管理処分をする必要があるか否かの評価方法であって、
該掘削残土の試料が火成岩を含む場合、予め設定される第一基準ｐＨ以下の酸性水溶出の可能性があると予測される試料について帯磁率と水溶液に溶出させた溶出水ｐＨの測定結果から、前記第一基準ｐＨ以下の酸性水を溶出しないと予測される試料の帯磁率を設定し、
かつ前記溶出液の予め設定される短い第一時間経過後と長い第二時間経過後の各溶出水ｐＨの測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが予め設定される第二基準ｐＨ以下になると予測される第一時間経過後の溶出液ｐＨを設定し、
さらに試料中の硫黄含有率と前記第二時間経過後の溶出液ｐＨ値との測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが前記第二基準ｐＨ値以下になると予測される硫黄含有率を設定して、
評価しようとする試料が、前記設定帯磁率以上の帯磁率を示す場合には管理処分する必要がない掘削残土のもの、
設定帯磁率未満の帯磁率を示しかつ設定溶出液ｐＨ以下の溶出液ｐＨを示す場合には管理処分する必要がある掘削残土のもの、
設定帯磁率未満の帯磁率を示し、設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示しかつ前記設定硫黄含有率以上の硫黄含有率を示す場合には管理処分する必要がある掘削残土のものであると評価するようにしたことを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法。
【請求項４】
鉱脈または鉱石でない火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土について脱硫処理等の管理処分をする必要があるか否かの評価方法であって、
該掘削残土の試料が泥岩を含む場合、予め設定される第一基準ｐＨ以下の酸性水溶出の可能性があると予測される試料について溶出液の予め設定される短い第一時間経過後と長い第二時間経過後との各溶出水ｐＨの測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが予め設定される第二基準ｐＨ以下になると予測される第一時間経過後の溶出液ｐＨを設定し、
硫黄とカルシウムの含有率モル比（Ｓ／Ｃａ）と前記第二時間経過後の溶出液ｐＨ値との測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが第二基準ｐＨ以下になると予測される含有率モル比を設定して、
評価しようとする試料が設定溶出液ｐＨ以下の溶出液ｐＨを示す場合には管理処分する必要がある掘削残土のもの、
設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示しかつ硫黄とカルシウムの前記設定含有率モル比以上の含有率モル比を示すものである場合には管理処分する必要がある掘削残土のものであると評価するようにしたことを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法。
【請求項５】
鉱脈または鉱石でない火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土について脱硫処理等の管理処分をする必要があるか否かの評価方法であって、
該掘削残土の試料が火成岩を含む場合、予め設定される第一基準ｐＨ以下の酸性水溶出の可能性があると予測される試料について帯磁率と水溶液に溶出させた溶出水ｐＨとの測定結果から、前記第一基準ｐＨ以下の酸性水を溶出しないと予測される試料の帯磁率を設定し、
かつ前記溶出液の予め設定される短い第一時間経過後と長い第二時間経過後との各溶出水ｐＨの測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが予め設定される第二基準ｐＨ以下になると予測される第一時間経過後の溶出液ｐＨを設定して、
評価しようとする試料が、前記設定帯磁率以上の帯磁率を示す場合には管理処分する必要がない掘削残土のもの、
設定帯磁率未満の帯磁率を示しかつ設定溶出液ｐＨ以下の溶出液ｐＨを示す場合には管理処分する必要がある掘削残土のもの、
設定帯磁率未満の帯磁率を示し、設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示しかつ試料中の重金属含有率が予め設定される設定含有率以上である場合には管理処分をする必要がある掘削残土のものであると評価することを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法。
【請求項６】
火成岩あるいは泥岩を含有する掘削残土について脱硫処理等の管理処分をする必要があるか否かの評価方法であって、
鉱脈または鉱石でないと判断される掘削残土の試料が予め設定される第一基準ｐＨ以下の酸性水溶出の可能性があると予測される試料について帯磁率と水溶液に溶出させた溶出水ｐＨとの測定結果から、前記第一基準ｐＨ以下の酸性水を溶出しないと予測される試料の帯磁率を設定し、
かつ前記溶出液の予め設定される短い第一時間経過後と長い第二時間経過後との各溶出水ｐＨの測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが予め設定される第二基準ｐＨ以下になると予測される第一時間経過後の溶出液ｐＨを設定し、
さらに試料中の硫黄含有率と前記第二時間経過後の溶出液ｐＨ値との測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが前記第二基準ｐＨ値以下になると予測される硫黄含有率を設定し、
さらにまた試料が泥岩である場合の硫黄とカルシウムの含有率モル比（Ｓ／Ｃａ）と前記第二時間経過後の溶出液ｐＨ値との測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが第二基準ｐＨ以下になると予測される含有率モル比を設定して、
測定しようとする試料が泥岩でない場合、該試料が、前記設定帯磁率以上の帯磁率を示す場合には管理処分する必要がない掘削残土のもの、
設定帯磁率未満の帯磁率を示しかつ設定溶出液ｐＨ以下の溶出液ｐＨを示す場合には管理処分する必要がある掘削残土のもの、
さらに設定帯磁率未満の帯磁率を示しかつ設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示したものについて、設定硫黄含有率以上の硫黄含有率を示すか、試料中の重金属含有率が予め設定される設定含有率以上を示すかの少なくとも一つである場合には管理処分をする必要がある掘削残土のもの、
設定帯磁率未満の帯磁率を示しかつ設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示したものについて、設定硫黄含有率未満の硫黄含有率を示しかつ試料中の重金属の含有率が予め設定される設定含有率未満である場合のものは管理処分を必要としない残土のものであると評価し、
また、測定しようとする試料が泥岩である場合、該試料が、設定溶出液ｐＨ以下の溶出液ｐＨを示す場合には管理処分する必要がある掘削残土のもの、
さらに設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示したものについて、設定硫黄含有率以上の硫黄含有率を示すか、硫黄とカルシウムの含有率モル比が前記設定含有率モル比以上を示すか、試料中の重金属含有率が予め設定される設定含有率以上を示すかの少なくとも一つの場合のものは管理処分をする必要がある掘削残土のもの、
設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示したものについて、設定硫黄含有率未満の硫黄含有率を示し、硫黄とカルシウムの含有率モル比が設定含有率モル比未満を示しかつ試料中の重金属含有率が予め設定される設定含有率未満を示すものは管理処分を必要としない残土のものであると評価するようにしたことを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法。
【請求項７】
請求項１、２、３、５または６において、設定帯磁率値は５０×１０−６ｅｍｕ／ｃｍ３であることを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法。
【請求項８】
請求項２、３、４、５または６において、１０ｍｍ以下に粉砕した試料１００重量部と蒸留水５００重量部とを容器に入れ、３分間浸盪後静置したものにおいて、第一時間は１時間であり、溶出水の設定ｐＨは６．０であることを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法。
【請求項９】
請求項３または６において、設定硫黄含有率は２．０ｗｔ％であることを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法。
【請求項１０】
請求項４または６において、硫黄とカルシウムの設定含有率モル比は１．０であることを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉱山やトンネルを掘削する際に排出される黄鉄鉱等の硫化鉱物を含有する火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、トンネルや鉱山を掘削する際に、黄鉄鉱等の硫化鉱物を含有する鉱化変質作用を受けた火成岩（火山岩）や初生時に黄鉄鉱を含有する泥岩を含む残土が排出されることがある。そしてこのような残土が水（雨水や地下水等の水）と接触すると、酸性水や重金属類が溶出して環境汚染を引起すことになって問題となる。鉱化変質作用を受けた残土中に含まれる硫化鉱物のうち、一般に最も多量に含まれるものは黄鉄鉱（ＦｅＳ２）であるが、この黄鉄鉱が水と反応して酸化される過程は次の反応式で示される。
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つまり、残土中の黄鉄鉱が酸素を溶存する雨水や地下水により二価の鉄と硫酸イオンに分解（式（１））され、生成した二価の鉄が三価の鉄にさらに酸化される（式（２））。次に、三価の鉄が水酸化物として沈殿する（式（４））とともに、強力な酸化剤として働いて黄鉄鉱の酸化を促進し、さらに硫酸イオンと水素イオンとを発生させる（式（４））。また、硫黄元素の酸素酸化による硫酸イオンの生成反応（式（５））がある。これらの反応は鉄酸化細菌およびそれと同じ環境下で共生する硫黄酸化細菌の作用により加速することが知られている。
このような残土のうち、鉱脈や鉱石（専門家であれば目視により識別できる）については多量の硫化鉱物等を含んでいると認められるから、初めから管理処分が必要なものとして分別され、問題はあまりないが、これらを一部含むものについてはその区別が難しく、このような硫化鉱物等を一部含有する残土を採掘した場合、これをそのまま野ざらしにすると前記反応が進行して酸性水が発生して環境汚染の原因となる。このため、このような硫化鉱物等を含有する残土は、管理設備で脱硫等の然るべき処理をして無害化してから廃土とする管理処分をする必要があるが、掘削した全ての残土に有害な硫化鉱物等が含まれているとは限らないことから、残土について、管理処分する必要があるか否かの評価をし、残土が環境汚染を引起す惧れがあるとされる基準値以上に硫化鉱物等を含有すると評価された残土については必要な管理処分をし、含有しないと評価された残土は管理処分をすることなくそのまま廃土とするという分別が要求される。
そこでこのような区別をする方法として、下記非特許文献１、２に記載されるように土懸濁液のｐＨ試験をする等して評価する方法が知られている。
【０００３】
【非特許文献１】
土質試験の方法と解説（第一回改訂版）（１５９頁〜１６４頁）平成１２年６月２６日訂正第３刷  社団法人地盤工学会発行
【非特許文献２】
産業廃棄物に含まれる金属等の検定方法  昭和４８年２月１７日環境庁告示第１３号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記従来の試験方法では、例えば浸盪時間だけでも６時間と長く、次から次に掘削される残土について、これら試験結果を待ってから管理処分が必要なものと必要でないものとに分別するのでは作業効率が悪いだけでなく、分別待ちの残土の置き場も必要になるなどの問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、鉱脈または鉱石でない火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土について脱硫処理等の管理処分をする必要があるか否かの評価方法であって、該掘削残土の試料が火成岩を含む場合、予め設定される第一基準ｐＨ以下の酸性水溶出の可能性があると予測される試料について帯磁率と水溶液に溶出させた溶出水ｐＨとの測定結果から、前記第一基準ｐＨ以下の酸性水を溶出しないと予測される試料の帯磁率を設定して、評価しようとする試料が前記設定帯磁率以上の帯磁率を示す場合には、管理処分する必要がない掘削残土のものであると評価するようにしたことを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法である。
請求項２の発明は、鉱脈または鉱石でない火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土について脱硫処理等の管理処分をする必要があるか否かの評価方法であって、該掘削残土の試料が火成岩を含む場合、予め設定される第一基準ｐＨ以下の酸性水溶出の可能性があると予測される試料について帯磁率と水溶液に溶出させた溶出水ｐＨとの測定結果から、前記第一基準ｐＨ以下の酸性水を溶出しないと予測される試料の帯磁率を設定すると共に、前記溶出液の予め設定される短い第一時間経過後と長い第二時間経過後との各溶出水ｐＨの測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが予め設定される第二基準ｐＨ以下になると予測される第一時間経過後の溶出液ｐＨを設定して、評価しようとする試料が、前記設定帯磁率以上の帯磁率を示す場合には管理処分する必要がない掘削残土のもの、前記設定帯磁率未満の帯磁率を示しかつ設定溶出液ｐＨ以下の溶出液ｐＨを示す場合には、管理処分する必要がある掘削残土のものであると評価することを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法である。
請求項３の発明は、鉱脈または鉱石でない火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土について脱硫処理等の管理処分をする必要があるか否かの評価方法であって、該掘削残土の試料が火成岩を含む場合、予め設定される第一基準ｐＨ以下の酸性水溶出の可能性があると予測される試料について帯磁率と水溶液に溶出させた溶出水ｐＨの測定結果から、前記第一基準ｐＨ以下の酸性水を溶出しないと予測される試料の帯磁率を設定し、かつ前記溶出液の予め設定される短い第一時間経過後と長い第二時間経過後の各溶出水ｐＨの測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが予め設定される第二基準ｐＨ以下になると予測される第一時間経過後の溶出液ｐＨを設定し、さらに試料中の硫黄含有率と前記第二時間経過後の溶出液ｐＨ値との測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが前記第二基準ｐＨ値以下になると予測される硫黄含有率を設定して、評価しようとする試料が、前記設定帯磁率以上の帯磁率を示す場合には管理処分する必要がない掘削残土のもの、設定帯磁率未満の帯磁率を示しかつ設定溶出液ｐＨ以下の溶出液ｐＨを示す場合には管理処分する必要がある掘削残土のもの、設定帯磁率未満の帯磁率を示し、設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示しかつ前記設定硫黄含有率以上の硫黄含有率を示す場合には管理処分する必要がある掘削残土のものであると評価するようにしたことを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法である。
請求項４の発明は、鉱脈または鉱石でない火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土について脱硫処理等の管理処分をする必要があるか否かの評価方法であって、該掘削残土の試料が泥岩を含む場合、予め設定される第一基準ｐＨ以下の酸性水溶出の可能性があると予測される試料について溶出液の予め設定される短い第一時間経過後と長い第二時間経過後との各溶出水ｐＨの測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが予め設定される第二基準ｐＨ以下になると予測される第一時間経過後の溶出液ｐＨを設定し、硫黄とカルシウムの含有率モル比（Ｓ／Ｃａ）と前記第二時間経過後の溶出液ｐＨ値との測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが第二基準ｐＨ以下になると予測される含有率モル比を設定して、評価しようとする試料が設定溶出液ｐＨ以下の溶出液ｐＨを示す場合には管理処分する必要がある掘削残土のもの、設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示しかつ硫黄とカルシウムの前記設定含有率モル比以上の含有率モル比を示すものである場合には管理処分する必要がある掘削残土のものであると評価するようにしたことを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法である。
請求項５の発明は、鉱脈または鉱石でない火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土について脱硫処理等の管理処分をする必要があるか否かの評価方法であって、該掘削残土の試料が火成岩を含む場合、予め設定される第一基準ｐＨ以下の酸性水溶出の可能性があると予測される試料について帯磁率と水溶液に溶出させた溶出水ｐＨとの測定結果から、前記第一基準ｐＨ以下の酸性水を溶出しないと予測される試料の帯磁率を設定し、かつ前記溶出液の予め設定される短い第一時間経過後と長い第二時間経過後との各溶出水ｐＨの測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが予め設定される第二基準ｐＨ以下になると予測される第一時間経過後の溶出液ｐＨを設定して、評価しようとする試料が、前記設定帯磁率以上の帯磁率を示す場合には管理処分する必要がない掘削残土のもの、設定帯磁率未満の帯磁率を示しかつ設定溶出液ｐＨ以下の溶出液ｐＨを示す場合には管理処分する必要がある掘削残土のもの、設定帯磁率未満の帯磁率を示し、設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示しかつ試料中の重金属含有率が予め設定される設定含有率以上である場合には管理処分をする必要がある掘削残土のものであると評価することを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法である。
請求項６の発明は、火成岩あるいは泥岩を含有する掘削残土について脱硫処理等の管理処分をする必要があるか否かの評価方法であって、鉱脈または鉱石でないと判断される掘削残土の試料が予め設定される第一基準ｐＨ以下の酸性水溶出の可能性があると予測される試料について帯磁率と水溶液に溶出させた溶出水ｐＨとの測定結果から、前記第一基準ｐＨ以下の酸性水を溶出しないと予測される試料の帯磁率を設定し、かつ前記溶出液の予め設定される短い第一時間経過後と長い第二時間経過後との各溶出水ｐＨの測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが予め設定される第二基準ｐＨ以下になると予測される第一時間経過後の溶出液ｐＨを設定し、さらに試料中の硫黄含有率と前記第二時間経過後の溶出液ｐＨ値との測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが前記第二基準ｐＨ値以下になると予測される硫黄含有率を設定し、さらにまた試料が泥岩である場合の硫黄とカルシウムの含有率モル比（Ｓ／Ｃａ）と前記第二時間経過後の溶出液ｐＨ値との測定結果から、第二時間経過後の溶出液ｐＨが第二基準ｐＨ以下になると予測される含有率モル比を設定して、測定しようとする試料が泥岩でない場合、該試料が、前記設定帯磁率以上の帯磁率を示す場合には管理処分する必要がない掘削残土のもの、設定帯磁率未満の帯磁率を示しかつ設定溶出液ｐＨ以下の溶出液ｐＨを示す場合には管理処分する必要がある掘削残土のもの、さらに設定帯磁率未満の帯磁率を示しかつ設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示したものについて、設定硫黄含有率以上の硫黄含有率を示すか、試料中の重金属含有率が予め設定される設定含有率以上を示すかの少なくとも一つである場合には管理処分をする必要がある掘削残土のもの、設定帯磁率未満の帯磁率を示しかつ設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示したものについて、設定硫黄含有率未満の硫黄含有率を示しかつ試料中の重金属含有率が予め設定される設定含有率未満である場合のものは管理処分を必要としない残土のものであると評価し、また、測定しようとする試料が泥岩である場合、該試料が、設定溶出液ｐＨ以下の溶出液ｐＨを示す場合には管理処分する必要がある掘削残土のもの、さらに設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示したものについて、設定硫黄含有率以上の硫黄含有率を示すか、硫黄とカルシウムの含有率モル比が前記設定含有率モル比以上を示すか、試料中の重金属含有率が予め設定される設定含有率以上を示すかの少なくとも一つの場合ものは管理処分をする必要がある掘削残土のもの、設定溶出液ｐＨを超える溶出液ｐＨを示したものについて、設定硫黄含有率未満の硫黄含有率を示し、硫黄とカルシウムの含有率モル比が設定含有率モル比未満を示しかつ試料中の重金属含有率が予め設定される設定含有率未満を示すものは管理処分を必要としない残土のものであると評価するようにしたことを特徴とする火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土の評価方法である。
そしてこれらのようにすることで、火成岩あるいは泥岩を含む掘削残土について、管理処分が必要であるか否かの評価が短時間に簡単にできることになる。
また請求項７の発明は、請求項１、２、３、５または６において、設定帯磁率値は５０×１０−６ｅｍｕ／ｃｍ３であることを特徴とすることができる。
請求項８の発明は、請求項２、３、４、５または６において、１０ｍｍ以下に粉砕した試料１００重量部と蒸留水５００重量部とを容器に入れ、３分間浸盪後静置したものにおいて、第一時間は１時間であり、溶出水の設定ｐＨは６．０であることを特徴とすることができる。
請求項９の発明は、請求項３または６において、設定硫黄含有率は２．０ｗｔ％であることを特徴とすることができる。
請求項１０の発明は、請求項４または６において、硫黄とカルシウムの設定含有率モル比は１．０であることを特徴とすることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
【０００７】
前記発明において、第一、第二基準ｐＨは同じであっても異なっていても良く、具体的数値としては、例えば排水の排出基準である５．８とすることができるが、この数値に限定されるものではなく、求められる排出環境によって調整されるものであることはいうまでもなく、また各測定結果から設定される設定帯磁率、設定溶出ｐＨ、設定硫黄含有率、硫黄、カルシウムの設定モル比、そして設定重金属含有率は、掘削現場の成分組成によって種々異なるものであり、これについても、求められる排出環境によって調整されるものであることはいうまでもない。
【０００８】
本発明は、東北新幹線八甲田トンネルを掘削した際に発生した残土について縷々検討した結果、完成したものである。八甲田トンネルは、七戸・新青森間に位置する全長２６ｋｍを越える長大トンネルであって、トンネル周辺には大小の旧金属鉱山が存在し、しかもトンネルのほぼ全域に渡り鉱化変質作用を受けた岩石が存在することが知られている。鉱化変質作用を受けた岩石についての物理的、化学的特徴を把握し、これらから簡易的な評価方法がないか検討するため、簡易溶出試験、硫黄含有量、帯磁率等の測定を試みた。
【０００９】
［簡易溶出試験］
事前調査として、トンネル周辺で地表から２０〜３５ｍの短尺ボーリングを行い、代表的な岩種を採取して簡易溶出試験（短尺ボーリング試料）を行った。またさらに本トンネルの斜路および本坑掘削時に採取した切羽試料および先進ボーリング試料（トンネル試料）をそれぞれ採取して簡易溶出試験を行った。簡易溶出試験は、採取試料を乾燥させ、１０ｍｍ以下に粉砕した試料１００ｇと蒸留水５００ｇを容器に入れ、３分間浸盪させた後、静置する。静置後１０分、１時間、７、１４、３０（２８）、４２、５６日経過後に、それぞれの溶出水（溶出液）ｐＨを測定することにより行った。
【００１０】
短尺ボーリングをして得た試料の簡易溶出試験における溶出水のｐＨの経時変化を図１に示す。図１によると、３０日後に酸性を示す試料は、何れも１０分後のｐＨが６以下を示し、１０分後のｐＨが６以上のものは酸性化していないことが確認される。この結果から、１０分後のｐＨの値は、酸性水発生の有無を判断するうえで重要な指標になると判断される。
一方、図２に短尺ボーリングして得た試料とトンネル切羽から得た試料の経時変化を示す。図２では、５６日後の溶出水のｐＨに対して各試料の１０分後から２８日後の溶出水ｐＨの変化を矢印で示した。これによると、トンネル試料に比べて短尺ボーリング試料はｐＨ変化が小さいことが確認される。このことからも、短尺ボーリング試料は１０分経過後にほぼ最終的なｐＨに近い状態に達するが、トンネル試料の溶出水ｐＨの変化は遅く、最終的なｐＨに達するまでに時間を要することも確認された。このような短尺ボーリング試料とトンネル試料の溶出水の酸性化傾向の違いは、短尺ボーリング試料は地表に近いため、すでに化学風化作用により黄鉄鉱の酸化と方解石等の緩衝鉱物の溶脱が進んだ試料であった可能性があるのに対し、斜路トンネル内の試料はほぼ新鮮な岩石であって化学風化作用が殆ど進んでいないことによるものと推定される。そして現に、トンネル試料においても、地表からの深度の浅い場所の試料の１０分後のｐＨは比較的低く、深部に掘り進むに従い高くなる傾向が確認された。
図３にトンネル試料について１０分後、１時間後の溶出水ｐＨと５６日後の溶出水ｐＨとの関係を示すが、これによると、１０分後の溶出水のｐＨを見ると、６．０以下のものは認められず、また１時間後のｐＨでは、６．０以下のものが少数観測され、７．０以下の試料の大部分が５６日後に酸性を示していることが確認された。このことから、１時間後の溶出水ｐＨを設定溶出水ｐＨと設定し、測定される試料の１時間後の試料の溶出水ｐＨがこの設定ｐＨ値より大きいか小さいかにより酸性化の有無の評価ができるといえることが確認された。そしてこの八甲田トンネルでは溶出水酸性化に関する過大評価を避けるためから、１時間後溶出水ｐＨが６．０以下を適宜処理が必要な管理型と判定することにしている。
【００１１】
［硫黄含有量の検討］
工事着工前のトンネル計画段階において、（Ｉ）近傍のトンネルの掘削残土（硫黄（Ｓ）含有量２．０ｗｔ％）、（ＩＩ）八甲田トンネルルート近傍に掘削した調査坑の掘削残土（Ｓ含有量２．３ｗｔ％）および（ＩＩＩ）近傍の鉱山の掘削残土（Ｓ含有量１５ｗｔ％）の残土に石灰岩砕石を混入したものの３種類を１０年間自然状態に置き、排出水のｐＨを測定したところ、（ＩＩＩ）の残土はｐＨが１．３〜２．８のあいだと強い酸性度を示し、（Ｉ）および（ＩＩ）のものでもｐＨは最低で６．３であった。この結果から、Ｓ含有量が２．０ｗｔ％を基準値とし、これ以上の硫黄含有量があるものを脱硫処理等の管理が必要な管理処分型とし、それ未満を処理が必要でない非管理処分型として設定し、これの信憑性についてさらに検討した。
【００１２】
次に、八甲田トンネルの切羽試料のうち、泥岩（泥岩については後述する）以外の試料に関する硫黄含有量と簡易溶出試験５６日後の溶出水ｐＨとの関係を図４に示す。これによると、５６日後の溶出水ｐＨが水の排出基準の５．８以下を示す試料はＳ含有量が２．０ｗｔ％以上のものが殆どで、２．０ｗｔ％未満でｐＨ５．８以下となるものは１８２１試料中、７試料（０．４％）であることが確認され、このことから、八甲田山トンネルにおいて、管理処分型とするか否かの設定Ｓ含有率値を２．０ｗｔ％とすることは妥当であると判断できる。
【００１３】
［帯磁率の検討］
黒鉱地域の火成岩は、熱水変質作用を受けると一般に帯磁率が低下し、硫黄含有量が増加することが知られている。その原因の一つとして、磁鉄鉱が黄鉄鉱等の硫黄に富み磁性の弱い鉱物に変質することが考えられている。このことから、帯磁率は鉱化変質の程度を判断する有効な指標となることが考えられる。このようなことから、トンネル切羽から採取した試料について、帯磁率と、簡易溶出試験５６日後溶出水のｐＨ並びにＳ含有量との測定結果をプロットしたものをそれぞれ図５、６に示す。これらのグラフ図から、八甲田トンネルにおける試料では、酸性水溶出の可能性があると考えられるＳ含有量２．０ｗｔ％以上の試料は、何れも帯磁率が５０×１０−６ｅｍｕ／ｃｍ３以下であった。また、溶出水がｐＨ５．８以下となる試料の帯磁率は３×１０−６ｅｍｕ／ｃｍ３以下であった。このことから、八甲田トンネル周辺に分布する火成岩については、５０×１０−６ｅｍｕ／ｃｍ３より大きい帯磁率のものは鉱化変質作用を受けていないことが確認され、そこでこの値を設定帯磁率とした。なお、帯磁率の測定は次の通りに行った。
ｉ．試料調整：岩石試料を２〜４ｍｍに調整し、１０ｍｌ容器につめる。
ｉｉ．帯磁率測定：バーティントン社製ＭＳ２型帯磁率計を用いて調整試料の帯磁率を測定する。
ｉｉｉ．調整試料の体積測定：一定量の水を入れたメスシリンダーにｉｉ．の試料を入れ、体積測定をする。
ｉｖ．ｉｉ．で測定した帯磁率をｉｉｉ．で測定した体積で除して単位体積あたりの帯磁率を算出する。
【００１４】
［泥岩に対する検討］
火成岩は、主として熱水変質作用を受けることにより黄鉄鉱が生成されるのに対し、泥岩は、その堆積時に初生的な黄鉄鉱が生成すると考えられており、Ｓ含有量の値が低い場合でも酸性水が発生する場合があると考えられる一方で、泥岩には方解石や斜長石のようなＣａ（カルシウム）含有鉱物が含まれている。そしてこれらの鉱物は、次式（６）（７）のような反応で硫酸を消費することにより、岩石と接する水のｐＨの低下を抑制するものと推定される。
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つまり、泥岩の場合、酸性水が生じるか否かは、黄鉄鉱の酸性化により生成される硫酸量と、方解石や斜長石などＣａ含有鉱物（緩衝鉱物）の分解により消費される硫酸量の関係によるものであると考えられ、火成岩とは異なった基準を設けることが必要となる判断した。つまり泥岩は、緩衝鉱物がカルシウムを含む鉱物であることから、緩衝鉱物の含有量は全岩のＣａ含有量で置き換えられると仮定し、これと岩石の黄鉄鉱含有量の指標となるＳ含有量との比率が、溶出水のｐＨに関与するのではないかと類推し、そこで図７に、トンネル試料についてＳ／Ｃａモル比と簡易溶出試験５６日の溶出水ｐＨとの関係を示す。これによると、Ｓ／Ｃａモル比が１．０以上の泥岩はｐＨが排水基準の５．８以下になっていることが確認され、そこでこの値を設定Ｓ／Ｃａモル比とした。
さらにまた、方解石は溶解速度が速いことから、全岩Ｓ含有量が高い場合はＣａ含有量が大きくても方解石などの緩衝鉱物が黄鉄鉱よりも早期に溶解し、将来的に溶出水が酸性化する可能性が考えられる。そこで、泥岩以外の岩石と同様に硫黄含有量が２．０ｗｔ％以上を管理処分型に区分することとした。
ちなみに、Ｓ含有量とＣａ含有量は、例えば蛍光Ｘ線分析装置等の分析装置によって同時に、かつ迅速に分析できる。
【００１５】
［全岩化学組成分析の検討］
岩石中に含まれる硫黄鉱物の分解により酸性水が溶出すると同時に重金属イオンも溶出することが想定され、そこで試料について蛍光Ｘ線分析装置（理学電機工業社製：ＺＳＸ１００ｅ）を用いて銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、砒素（Ａｓ）、カドニウム（Ｃｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、セレン（Ｓｅ）、バリウム（Ｂａ）の各種重金属元素の濃度を検量線法で行った。分析は、乾燥させた試料を７５μｍ以下の粉末状に粉砕したものを加圧成形して分析試料とした。
これら重金属は環境省の指針により土壌に関する基準値が既に規定されており、このためこの該基準値を超えるものについては脱重金属処理をする必要がある管理処分型のものであると評価する。
【００１６】
次に、図８に前記検討結果に基づき、火成岩あるいは泥岩を含有する掘削残土について、脱硫等の適宜の管理処分をする必要があるものと必要がないものとの区分けをするフローチャート図を示す。これによると、掘削した残土について、これがまず鉱脈あるいは鉱石であるかを肉眼で確認し、鉱脈または鉱石である場合には管理処分をする必要があるものとして区分けする。ついで、鉱脈または鉱石でない残土について、これが火成岩であってかつ測定した帯磁率が設定帯磁率である５０×１０−６ｅｍｕ／ｃｍ３以上のものは鉱化変質作用を受けていないものとして一般処理型に区分けすることができる。一方、前記設定帯磁率未満の試料については、１時経過後の溶出水ｐＨが設定溶出水ｐＨである６．０以下であれば、これを管理処分する必要があるものとして区分けする。さらに設定溶出水ｐＨである６．０を超えるものについては、泥岩であるか否かの判断をし、泥岩でない場合には、試料の硫黄含有率が２．０ｗｔ％以上か、含有重金属量が既に設定されている基準値以上のものは管理処分が必要であるとして区分し、そうでないものはそのまま廃棄できる非管理処分型として区分する。
一方、泥岩であると判断されたものについては、試料の硫黄含有率が２．０ｗｔ％以上か、含有重金属量が既に設定されている基準値以上のものの他に、さらに硫黄／カルシウムのモル比が設定モル比である１．０以上のものについては管理処分が必要であると区分し、未満のものについてはそのまま廃棄できる非管理処分型のものとして区分することができる。
【００１７】
因みに本発明を実施するにあたり、前述した第１〜第６の発明についてそれぞれ実施することができ、各発明において評価された残土が多量で、残りの残土が少ない場合には、第６の発明のように最後まで評価する必要がないもので、この場合、第１〜第５の発明において各残った残土中には管理処分する必要があるものが残留する可能性があるので、管理処分されるものとして評価される。
【００１８】
【効果】
このように本発明は、火成岩あるいは泥岩を含有する掘削残土について、脱硫等の管理処分をするものとする必要がないものとの区分けが、従来のように長時間を要する試験をしないでよく、短時間のうちに効率よくできることになって、トンネルやダム工事のように連続して掘削残土を排出する現場での区分け作業が効率化することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】短尺ボーリングして得た試料を簡易溶出試験した溶出水ｐＨの経時変化を表すグラフ図である。
【図２】短尺ボーリングして得た試料とトンネル切羽から得た試料の溶出水ｐＨの経時変化を示すグラフ図である。
【図３】トンネル試料について１０分後、１時間後の溶出水ｐＨと５６日後の溶出水ｐＨとの関係を示すグラフ図である。
【図４】泥岩以外の試料に関する硫黄含有量と簡易溶出試験５６日後の溶出水ｐＨとの関係を示すグラフ図である。
【図５】トンネルから得た火成岩の試料の帯磁率と簡易溶出試験５６日後の溶出水ｐＨとの関係を示すグラフ図である。
【図６】トンネルから得た火成岩の試料の帯磁率と硫黄含有量との関係を示すグラフ図である。
【図７】トンネルから得られた泥岩試料についてＳ／Ｃａモル比と簡易溶出試験５６日の溶出水ｐＨとの関係を示すグラフ図である。
【図８】火成岩あるいは泥岩を含有する掘削残土の評価手順を示すフローチャート図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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