(57)【要約】【課題】シールド工法や推進工法において地中から地上に排出される高流動性の含水残土の処理コストを低減することを課題とする。【解決手段】シールド工法や推進工法等の地中工事で地中から地上に排出される含水残土の処理方法において、まず、掘削機や推進管等を地中で移動させるときに、アルギン酸ナトリウムを含水残土に添加して、該アルギン酸ナトリウムを加泥剤として使用する。次に、上記アルギン酸ナトリウムの添加により流動性が改善された上記含水残土を地中から地上に排出する。次に、上記排出した含水残土に塩化カルシウムを添加して、上記残土中のアルギン酸ナトリウムを上記添加した塩化カルシウムとゲル化反応させることにより、上記アルギン酸ナトリウムを上記含水残土の凝集剤として使用する。次に、上記アルギン酸ナトリウムの凝集剤としての使用により生成した凝集物を水から分離する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中工事において地上に排出される含水残土の処理方法であって、工事用機器や装置を地中で移動させるときに、アルギン酸ナトリウムを含水残土に添加して、該アルギン酸ナトリウムを加泥剤として使用するステップと、上記アルギン酸ナトリウムの添加により流動性が改善された上記含水残土を地中から地上に排出するステップと、上記排出した含水残土に塩化カルシウムを添加して、上記残土中のアルギン酸ナトリウムを上記添加した塩化カルシウムとゲル化反応させることにより、上記アルギン酸ナトリウムを上記含水残土の凝集剤として使用するステップと、上記アルギン酸ナトリウムの凝集剤としての使用により生成した凝集物を水から分離するステップとを有することを特徴とする含水残土の処理方法。
【請求項２】
地中工事はシールド工法であり、アルギン酸ナトリウムは地盤の掘削時に該地盤と切羽前面との間の土圧室に注入する加泥剤として使用することを特徴とする請求項１に記載の含水残土の処理方法。
【請求項３】
地中工事は推進工法であり、アルギン酸ナトリウムは推進管の推進時に地盤と推進管周面との間の空隙に注入する加泥剤として使用することを特徴とする請求項１に記載の含水残土の処理方法。
【請求項４】
アルギン酸ナトリウムを加泥剤として使用するときは、含水残土１ｍ３に対し、含水残土の地質に応じて、アルギン酸ナトリウムを０．１〜３０ｋｇ添加することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の含水残土の処理方法。
【請求項５】
アルギン酸ナトリウムを凝集剤として使用するときは、アルギン酸ナトリウムの含水残土１ｍ３に対する添加量が０．５ｋｇ未満の場合は、アルギン酸ナトリウム１０重量部に対して塩化カルシウムを１６０重量部添加し、アルギン酸ナトリウムの含水残土１ｍ３に対する添加量が０．５ｋｇ以上の場合は、アルギン酸ナトリウム１０重量部に対して塩化カルシウムを１６０〜６０重量部添加することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の含水残土の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシールド工法や推進工法において地中から地上に排出される含水残土の処理方法に関し、廃水、排水、汚泥処理の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばシールド工法における掘削機による地盤の掘削時には、該地盤と切羽前面との間の土圧室に加泥剤を注入して、土圧による掘削孔壁の崩壊防止、切羽の磨耗抑制、カッタートルクの低減、及び土砂・土壌を含む含水残土の流動性改善等が図られる。また推進工法における鋳鉄管やコンクリートヒューム管等の推進管の推進時にも、地盤と推進管周面との間の空隙に加泥剤を注入して、推進管と地盤との推進抵抗の軽減等が図られる。従来、このような地中工事に用いられる加泥剤として、特許文献１〜３に開示されるように、ベントナイトが広く知られている。
【０００３】
そして、加泥剤が添加された含水残土は、地下現場から地上に排出され、ダンプカー等で埋立地等へ運搬されて廃棄される。その際、含水残土は上記加泥剤の添加により流動性が改善されている（高流動性となっている）ので、地下から地上への排出時には、圧送ポンプの負荷が軽減される等、有利な効果が得られるが、埋立地等への運搬時には、振動による崩れや荷台からの流出といった不具合が起きる。
【０００４】
そこで、特許文献４には、地下現場においては、ポリアクリル酸ソーダ等のアニオン性ポリマーを加泥剤として含水残土に添加し、そして該残土を地上に排出した後は、カチオン性の吸水性高分子樹脂を該残土に添加することにより、含水残土の流動性を消失させることが開示されている。これによれば、含水残土を地上に排出するときは、その高流動性を利用して排出を有利に行いつつ、その後、該残土を埋立地等へ運搬するときには、その流動性を消失させて取扱いを容易にすることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３３６８９６号公報
【特許文献２】
特開平６−３３６８９７号公報
【特許文献３】
特開平７−１１８７７号公報
【特許文献４】
特開平９−３１６４５０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、そのような従来の含水残土の処理方法では、含水残土に加泥剤を添加したうえに、さらに廃棄時には流動性を消失させるために、高価な吸水性高分子樹脂をまた添加するので、処理コストが徒に増大する。
【０００７】
そこで、本発明者は、上記のような現状に鑑み、処理コストが少なくて済む含水残土の処理方法を開発せんと鋭意研究検討を重ねた結果、アルギン酸ナトリウムが加泥剤としてもまた凝集剤としても十分使用可能なことを見出し、本発明を完成したものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、地中工事において地上に排出される含水残土の処理方法であって、工事用機器や装置を地中で移動させるときに、アルギン酸ナトリウムを含水残土に添加して、該アルギン酸ナトリウムを加泥剤として使用するステップと、上記アルギン酸ナトリウムの添加により流動性が改善された上記含水残土を地中から地上に排出するステップと、上記排出した含水残土に塩化カルシウムを添加して、上記残土中のアルギン酸ナトリウムを上記添加した塩化カルシウムとゲル化反応させることにより、上記アルギン酸ナトリウムを上記含水残土の凝集剤として使用するステップと、上記アルギン酸ナトリウムの凝集剤としての使用により生成した凝集物を水から分離するステップとを有することを特徴とする。ここで、上記「工事用機器や装置」とは、例えばシールド工法における掘削機、推進工法における推進管等である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、地中工事はシールド工法であり、アルギン酸ナトリウムは地盤の掘削時に該地盤と切羽前面との間の土圧室に注入する加泥剤として使用することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、地中工事は推進工法であり、アルギン酸ナトリウムは推進管の推進時に地盤と推進管周面との間の空隙に注入する加泥剤として使用することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、上記請求項１から３のいずれかに記載の発明において、アルギン酸ナトリウムを加泥剤として使用するときは、含水残土１ｍ３に対し、含水残土の地質に応じて、アルギン酸ナトリウムを０．１〜３０ｋｇ添加することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、上記請求項１から４のいずれかに記載の発明において、アルギン酸ナトリウムを凝集剤として使用するときは、アルギン酸ナトリウムの含水残土１ｍ３に対する添加量が０．５ｋｇ未満の場合は、アルギン酸ナトリウム１０重量部に対して塩化カルシウムを１６０重量部添加し、アルギン酸ナトリウムの含水残土１ｍ３に対する添加量が０．５ｋｇ以上の場合は、アルギン酸ナトリウム１０重量部に対して塩化カルシウムを１６０〜６０重量部添加することを特徴とする。
【００１３】
このように、本発明では、まず、シールド工法の掘削機による地盤の掘削時や推進工法の推進管の推進時には、アルギン酸ナトリウムを含水残土に添加して加泥剤として使用する。これにより、アルギン酸ナトリウムを添加した含水残土は、シールド工法においては、土圧による掘削孔壁の崩壊防止、切羽の磨耗抑制、カッタートルクの低減等の効果、及び推進工法においては、推進管と地盤との推進抵抗の軽減等の効果を発揮する。
【００１４】
また、上記アルギン酸ナトリウムを添加した含水残土を地上に排出するときには、該残土はアルギン酸ナトリウムの添加により流動性が改善されているので、圧送ポンプの負荷が軽減される等、有利に地上に排出できる。
【００１５】
そして、上記高流動性となった含水残土を地上に排出した後は、該残土に塩化カルシウムを添加する。これにより、残土中のアルギン酸ナトリウムと上記添加した塩化カルシウムとが不溶性のゲル化反応を起こして上記含水残土が凝集する。つまり、アルギン酸ナトリウムを含水残土の凝集剤として使用するのである。その後、生成・沈降した凝集物を水から分離し、脱水ケーキ等とすることによって、該凝集物はダンプカー等での運搬時においても振動で形状が崩壊したり荷台から漏れたり流出することがなくなり、廃棄時の取扱いが容易となる。
【００１６】
このように、本発明では、アルギン酸ナトリウムを加泥剤と凝集剤との両方に使用し、地上に排出した高流動性残土には安価な塩化カルシウムを添加するだけなので、シールド工法や推進工法等で発生する含水残土の処理コストを大幅に低減することができる。
【００１７】
本発明では、アルギン酸ナトリウムは、図１に例示したようなシールド工法において加泥剤として使用できる。すなわち、シールド工法における掘削機による地盤の掘削時に、該地盤と切羽１１前面との間の土圧室１２にアルギン酸ナトリウムを水溶液にして注入する。アルギン酸ナトリウム水溶液は切羽１１の回転軸１４等を通って土圧室１２に供給される。余剰の含水残土は、作泥室１３を経由して切羽１１の後方に搬出され、さらに地上に排出される。
【００１８】
また、本発明では、アルギン酸ナトリウムは、図２に例示したような推進工法において加泥剤として使用できる。すなわち、推進工法におけるヒューム管等の推進管２３の推進時に、地盤と推進管２３周面との間の空隙にアルギン酸ナトリウムを水溶液にして注入する。アルギン酸ナトリウム水溶液は供給通路２４等を通って、推進機２１に連結された接続管２２の周面から上記空隙に供給される。
【００１９】
本発明では、アルギン酸ナトリウム及び塩化カルシウムは、上記のように、水溶液にして残土に添加するとよい。その際の好ましい濃度は、例えばアルギン酸ナトリウムは１〜２％（重量％：以下特に断らない限り同じ）、塩化カルシウムは３０〜４０％等である。もちろん、濃度を濃くするほど水溶液の添加量が少なくて済むが、アルギン酸ナトリウムの濃度が２％を超えると、水溶液の粘度が過度に高くなって取り扱いが困難となる可能性があるし、また塩化カルシウムの濃度が４０％を超えると、低温下で塩化カルシウムの結晶が析出してしまう可能性がある。
【００２０】
本発明では、アルギン酸ナトリウムを加泥剤として使用するときは、その含水残土への添加量は、該残土の地質に応じて変更してよい。本発明者の知見によれば、例えば残土がシルトや粘土であるときは、該残土１ｍ３に対し、アルギン酸ナトリウムを０．１〜１０ｋｇ添加し、残土が砂質土であるときは、５〜２０ｋｇ添加し、砂礫土であるときは、５〜３０ｋｇ添加したときに、それぞれ加泥剤として良好な結果が得られた。
【００２１】
なお、図３に、含水残土の比重とアルギン酸ナトリウムの好ましい添加量との関係を示した。それによれば、含水残土の比重が大きいほどアルギン酸ナトリウムの添加量を多くする。図例では、残土１ｍ３に対し、アルギン酸ナトリウムの２％水溶液を１６０リットル（アルギン酸ナトリウムとしておよそ３ｋｇ）添加するところまで示してある。
【００２２】
一方、アルギン酸ナトリウムを凝集剤として使用するときは、塩化カルシウムの含水残土への添加量は、該残土にすでに添加されているアルギン酸ナトリウムの量に応じて変更してよい。本発明者の知見によれば、含水残土１ｍ３にアルギン酸ナトリウムが０．５ｋｇ未満添加されているときは、アルギン酸ナトリウム１０重量部に対して塩化カルシウムを１６０重量部（すなわち重量比率で、アルギン酸ナトリウム：塩化カルシウム＝１：１６）添加し、アルギン酸ナトリウムが０．５ｋｇ以上添加されているときは、アルギン酸ナトリウム１０重量部に対して塩化カルシウムを１６０〜６０重量部（同、アルギン酸ナトリウム：塩化カルシウム＝１：１６〜６）添加したときに、それぞれ凝集剤として良好な結果が得られた。
【００２３】
なお、図３に、アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムとの好ましい添加量の比率を示した。それによれば、上記のように、含水残土１ｍ３にアルギン酸ナトリウムが０．５ｋｇ未満（アルギン酸ナトリウム２％水溶液として２５リットル未満）添加されているときは、塩化カルシウムを８ｋｇ未満（塩化カルシウム４０％水溶液として２０リットル未満）添加する。これは、アルギン酸ナトリウム：塩化カルシウムの重量比率が、上記のように、１：１６の場合である。また、含水残土１ｍ３にアルギン酸ナトリウムが０．５〜３ｋｇ（アルギン酸ナトリウム２％水溶液として２５〜１６０リットル）添加されているときは、塩化カルシウムを８〜１８ｋｇ（塩化カルシウム４０％水溶液として２０〜４５リットル）添加する。これは、アルギン酸ナトリウム：塩化カルシウムの重量比率が、上記のように、１：１６〜６の場合である。したがって、含水残土の比重が大きく、それに伴いアルギン酸ナトリウムの添加量が多いほど、塩化カルシウムの添加量も多くなるが、その塩化カルシウムの添加の比率は、アルギン酸ナトリウムの添加量が多いほど少なくて済む。
【００２４】
本発明の方法で最終的に得られる凝集物は、アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムとの反応生成物である不溶性の強固なゲルであるので、残土中の懸濁成分や浮遊成分がこのゲル内に包み込まれ、べとつかず、取扱いが容易な凝集物ないし脱水ケーキが得られる。
【００２５】
【実施例】
粘土粉末、川砂、礫を水に分散させて、比重が１．０５の含水残土を人工的に調製した。また、アルギン酸ナトリウムの２％水溶液及び塩化カルシウムの４０％水溶液をそれぞれ調製した。上記含水残土１ｍ３に上記アルギン酸ナトリウム２％水溶液を１３０リットル（アルギン酸ナトリウムとして２．６ｋｇ）添加し、攪拌したものについて、管内摩擦抵抗試験を行ったところ、管内移動距離０〜６０ｃｍ以上において、管内摩擦抵抗値は、アルギン酸ナトリウムを添加しない場合に比べて、およそ４分の１〜２分の１に低減していた。これにより、含水残土の流動性が改善され、地中から地上への排出時の圧送性に優れ、アルギン酸ナトリウムが加泥剤として十分使用可能であることが分かった。
【００２６】
次に、上記アルギン酸ナトリウムを添加した含水残土１ｍ３に上記塩化カルシウム４０％水溶液を４０リットル（アルギン酸ナトリウムとして１６ｋｇ）添加し、攪拌したところ（アルギン酸ナトリウム：塩化カルシウムの重量比率＝１：６．１）、直ちに凝集反応が開始し、数秒後には、不溶性のゲル固形物が凝集・沈降した。その凝集物は容易に固液分離することができ、べとつかず、取扱いが容易な脱水ケーキが得られた。
【００２７】
上記に準じて、含水残土の地質・比重や、含水残土へのアルギン酸ナトリウムの添加量、あるいは塩化カルシウムの添加量、及びアルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムとの添加比率等をいろいろに変えて種々実験を行ったが、いずれも結果は同様に好ましいものであった。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、アルギン酸ナトリウムを加泥剤と凝集剤との両方に使用し、あとは安価な塩化カルシウムを添加するだけなので、シールド工法や推進工法等の地中工事で発生する含水残土の処理コストを大幅に低減できる。本発明は、シールド工法や推進工法等で地上に排出される、廃水、濁水、汚泥等の含水残土の処理技術の分野において幅広い産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】地中工事がシールド工法である場合の加泥剤の供給構造を示す概略図である。
【図２】地中工事が推進工法である場合の加泥剤の供給構造を示す概略図である。
【図３】含水残土の比重が大きいほどアルギン酸ナトリウム及び塩化カルシウムの添加量を多くすることを示すグラフであり、かつ含水残土の比重が大きいときは塩化カルシウムの添加量が少なくて済むことを示すグラフである。
【符号の説明】
１１      シールド工法における切羽
２３      推進工法における推進管
【図１】
2004352907.tif 000002
【図２】
2004352907.tif 000003
【図３】
2004352907.tif 000004