(57)【要約】【課題】土木・建築の分野において使用されるゲル状物質の長距離圧送を可能とする。【解決手段】地山保持材１等のゲル状物質を圧送媒体としての水２とともに圧送管路５内を圧送する。圧送管路内へ圧送媒体としての水を噴出させることで水流を生じさせ、その水流によってゲル状物質を圧送する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲル状物質を圧送媒体としての水とともに圧送管路内を圧送することを特徴とするゲル状物質の圧送方法。
【請求項２】
圧送管路内へ圧送媒体としての水を噴出させることで水流を生じさせ、その水流によってゲル状物質を圧送することを特徴とする請求項１記載のゲル状物質の圧送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木・建築の分野において使用される各種のゲル状物質を効率的に長距離圧送するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のゲル状物質の代表的なものとして、シールド工法において地山の空洞部に充填される地山保持材がある。これは、ベントナイトと水と凝集材とを所定の配合比で配合して調製してなるもので、地山の空洞部に充填し得る程度の流動性と、地山に浸透していかない程度の非浸透性を有するゲル状のものであり、たとえばシールドトンネルの急旋回部や断面変更部に形成される余掘り部に対する一時的な地山保持を目的として、余掘り部の形成と同時にシールド機の内部からそこに充填され、シールド機が余掘り部を通過してそこに裏込め材に充填する際にはシールド機内に回収されるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなゲル状の地山保持材を地山空洞部に充填する際にはシールド機の内部からポンプにより圧送するのであるが、この種のゲル状の地山保持材は適度の流動性を有するとはいえ管路を圧送するうえでは粘性抵抗がかなり大きく、したがって長距離圧送は困難であるし、無理に長距離圧送を行った場合には圧送管路から受ける摩擦力によって地山保持材の性状が変化してしまう懸念もある。そのため、従来においては５０ｍｍφの管路でのポンプ１台当たりの圧送可能距離はせいぜい２５ｍが限度であって、それ以上の長距離圧送を行うためには大口径の管路と大容量のポンプを必要とし、あるいは多数台のポンプを用いて中継していく必要があり、いずれにしても設備費と運転費が嵩むばかりでなく効率的な作業を行い得ないものである。
【０００４】
以上のことはシールド工法においてゲル状の地山保持材を圧送する場合に限らず、土木・建築の分野において各種のゲル状物質を圧送する場合全般に共通する問題であるので、この種のゲル状物質を効率的に長距離圧送するための有効適切な圧送方法の開発が望まれていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、請求項１の発明のゲル状物質の圧送方法は、ゲル状物質を圧送媒体としての水とともに圧送管路内を圧送することを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明のゲル状物質の圧送方法において、圧送管路内へ圧送媒体としての水を噴出させることで水流を生じさせ、その水流によってゲル状物質を圧送することを特徴とする。
【０００７】
本発明は、上述した地山保持材のようなゲル状物質を圧送するに際し、従来のようにそのゲル状物質それ自体を単独で圧送するのではなく、水を圧送媒体として利用してゲル状物質を水とともに圧送することを主眼とする。これにより、ゲル状物質を単独で圧送する場合に較べて圧送管路内の摩擦抵抗が格段に減少し、したがって圧送管路の径や圧送ポンプの容量が従来と同等であっても遠距離圧送が可能となる。
【０００８】
但し、圧送しようとするゲル状物質が圧送媒体としての水に溶けてしまって再び分離することが不可能であったり、あるいはそれらの反応によりゲル状物質が変状を来したり特性が大きく変化してしまう場合には本発明を適用することは好ましくないから、本発明を適用するゲル状物質は非水溶性ないし難水溶性のものに限るべきであり、加えて水との分離性に優れ、水との比重差があまり大きくないものであることが好ましい。勿論、ベントナイトと水と凝集材とからなる上述の地山保持材はそれを調製した後には充分な非水溶性を有するものであり、その比重は１．１程度であるから、上記の条件を充分に満たすものであり、本発明を支障なく適用可能である。なお、圧送媒体としての水の水量はゲル状物質の粘性等の特性、その圧送量や圧送流速、圧送管路の径寸法等、を考慮して適宜設定すれば良い。また、圧送後には必要に応じてゲル状物質と水とを適宜分離すれば良い。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の第１実施形態を示す。これは、上述したようなシールド工法において使用されるゲル状の地山保持材１を圧送するに際し、地山保持材１と圧送媒体としての水２をホッパー３に供給し、それらの混合物をホッパー３から圧送ポンプ４によって圧送管路５内を圧送するようにしたものである。図示例ではホッパー３に対して地山保持材１と水２とをそれぞれ供給管６，７から連続的に注入するものとしているが、より簡易には、所要量の水２を予めホッパー３内に貯めておき、そこに地山保持材１をたとえばスコップ等により適宜投入し、必要に応じて水２を追加注入するようにしても良い。
【００１０】
上記のように、地山保持材１と水２との混合物を圧送ポンプ４により圧送することにより、圧送管路５内に生じる水流により地山保持材１が搬送されることになり、したがって粘性抵抗の大きい地山保持材１のみを単独で圧送する場合に較べて圧送抵抗が格段に低下し、その結果、充分な長距離圧送が可能となるし、管路内面との摩擦も大幅に低減するので地山保持材１の変状や特性変化も有効に防止できる。
【００１１】
地山保持材１のみを単独で圧送する場合に用いる従来の設備（圧送管路の径は５０ｍｍφ）を用いて行った実験によれば、従来では圧送距離が２５ｍ程度が限界であるのに対し、上記のように地山保持材１を水２とともに圧送する場合には１５０ｍ以上もの長距離圧送が可能であることが実証された。
【００１２】
このように、上記方法によれば、単一ないし少数の圧送ポンプ４と小径の圧送管路５のみで地山保持材１を長距離圧送でき、したがってそのための設備を従来に較べて大幅に簡略化でき、設備費および運転費の軽減を図ることができ、空洞部に対する地山保持材の充填作業を効率的に実施することができる。
【００１３】
なお、上記の地山保持材１を地山の空洞部に充填する場合には、上記方法により圧送した地山保持材１を水２とともにそのまま（地山保持材１と水２とを分離することなく）空洞部に充填してしまって差し支えない。そのようにしても、水２は自身の水圧により自ずと地山に浸透していき、地山に対する非浸透性を有する地山保持材１のみが空洞部に残されてそこに充填されることになる。但し、水２の自然浸透が望めないような場合等において予め水２を分離することが好ましい場合には、上記方法により長距離圧送した後に水２を地山保持材１から適宜方法により分離してから、地山保持材１のみを充填位置までさらに短距離だけ圧送するようにしても勿論良い。その場合の分離方法は適宜であるが、たとえば比重差を利用しての遠心分離や沈降分離もしくは適当なメッシュのフィルタによる分離が考えられる。
【００１４】
図２は本発明の第２実施形態を示すものである。上記第１実施形態ではホッパー３において地山保持材１と水２とを混合してその混合物を圧送ポンプ４により圧送したが、本第２実施形態では圧送媒体としての水２をホッパー３に供給するのではなく圧送管路５内に直接的に噴出させることで圧送管路５内に水流を生じさせ、その水流によって地山保持材１を圧送するようにしている。すなわち、圧送管路５には所定間隔で注水リング８を装着してその注水リング８に給水管９から水２を加圧供給し、圧送管路５の周面に多数形成した噴出孔１０を通して注水リング８から圧送管路５内に水２を噴出させることで、圧送管路５内に前方への水流を生じさせ、その水流によって地山保持材１を前方に押し出すようにして圧送するようにしている。これによれば、水流によって地山保持材１が順次前方に押し出されていくことになり、また水流により圧送管路５の内面に水膜が形成されて地山保持材１と管路内面との間の摩擦抵抗が確実に低減し、したがって圧送ポンプ４のみで圧送する場合に較べて充分に長距離圧送が可能である。
【００１５】
なお、本第２実施形態においては、注水リング８の設置位置やその設置間隔は圧送距離や圧送流速を考慮して適宜設定すれば良いが、場合によっては注水リング８を圧送管路５の上流部に１箇所のみ設けることでも良い。また、注水リング８から圧送管路５への噴出水量や噴出流速も適宜設定すれば良いし、注水リング８からの水流を前方に向けて噴出させるようにすれば自ずと圧送方向の水流が生じるのでより効果的である。
【００１６】
さらに、本第２実施形態における圧送ポンプ４を省略して注水リング８からの噴出水流のみで地山保持材１を圧送することも可能であるし、あるいは第１実施形態のようにホッパー３内にも水２を供給してホッパー３内において地山保持材１と水２とを予め混合するようにしても勿論良い。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、ゲル状物質を圧送媒体としての水とともに圧送管路内を圧送するので、ゲル状物質それ自体を単独で圧送する場合に較べて長距離圧送が可能であり、そのための設備を大幅に簡略化でき、設備費および運転費の軽減を図ることができるものであり、たとえばシールド工法において用いる非水溶性ないし難水溶性のゲル状の地山保持材を圧送する際に適用して好適である。
【００１８】
請求項２の発明は、圧送管路内へ圧送媒体としての水を噴出させることで水流を生じさせ、その水流によってゲル状物質を圧送するので、より効率的に長距離圧送が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である圧送方法の概要を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態である圧送方法の概要を示す図である。
【符号の説明】
１　地山保持材（ゲル状物質）
２　水（圧送媒体）
３　ホッパー
４　圧送ポンプ
５　圧送管路
８　注水リング
１０　噴出孔
【図１】
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【図２】
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