(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砕石微粉体を主成分としたグラウト材であって、水懸濁によりチキソトロピーを発現する多孔性微粉体を前記砕石微粉体に対して重量比１０〜１００％の割合で混合し、さらに当該混合物に対して水を重量比４０〜１００％の割合で加えてなることを特徴とするグラウト材。
【請求項２】
砕石微粉体は、石粉からなる請求項１記載のグラウト材。
【請求項３】
多孔性微粉体は、珪藻土の乾燥粉体からなる請求項１または２記載のグラウト材。
【請求項４】
間隙充填材として請求項１〜３のうち何れか一項記載のグラウト材を用いた既設埋設管の更新工法であって、既設埋設管と更新管との間隙または/および既設埋設管の割裂により生じた間隙を上記グラウト材によって充填することを特徴とした既設埋設管の更新工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス、電気、通信、上下水道などの地下埋設管設置工事において、更新管敷設工事の際に生じる空隙を充填するグラウト材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガス、電気、通信、上下水道などの地下埋設管設置工事において、余掘りを有する推進管や、旧管を現位置で割裂・破砕し、その位置で新管と入れ替える更新管敷設工事の際に生じる空隙を充填する材料としては、空隙が狭小なこともあって、セメントミルクを中心としたスラリー材、または推進する管の抵抗値を減じるために使用する滑材をそのまま併用している。また、割裂した鋳鉄片の中に引き込む更新管の保護については保護シートが使われているが十分でない現状がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、セメントミルクを中心としたスラリー材は、可塑化時間を早めるために珪酸ソーダ等の材料を添加する。そのため安価な材料とは言い難い。また、セメントを用いたスラリー材は長期間には自らがもつ固化能力が強度を発現し、管の再更新、撤去の際に掘削を阻害したり、産業廃棄物を発生させる。また、少量の充填作業にもかかわらずセメントを固化材とする充填材は後始末の水洗い等に多大な労力を要する。
【０００４】
一方、砕石粉を粉のままで空気圧送して空隙を充填しようとする工法も従来存在するが、地下水位の高い場所や、狭小な空間には適用できない。砕石粉は乾燥状態では流動性が高く、圧送しやすいが、水と混合した場合には比較的短時間で締め固まりやすく、可使時間が短い。また、狭小な空間に対して乾燥状態で搬送することは困難である。さらに、砕石粉に増粘材（例えば、ベントナイト）を加えてスラリー化する工法も考えられるが、飽和状態まですばやく吸水し、飽和状態以下になれば簡単に離水するという性質に欠けるため、可塑化に時間がかかり作業中の土砂の肌落ちが防げないという根本的な課題を有する。
【０００５】
本発明は上述した課題に鑑みなされたもので、その目的は可使時間が長く充填後速やかに可塑化するグラウト材を提供し、またこのグラウト材に好適な既設管の更新工法を開示することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、砕石微粉体に対して多孔性微粉体を重量比１０〜１００％の割合で混合し、さらに当該混合物に対して水を重量比４０〜１００％の割合で加えるという手段を用いた。砕石微粉体は土壌安定を主たる機能とするが、従来課題で説明したように、それのみではグラウト材としての利便性に欠ける。つまり、スラリー化するために水と混合させても、砕石微粉体は含水能力が低いためブリージングが起きやすく、比較的短時間で締め固まってしまう。これは砕石微粉体と水のみの混合物は可使時間が短いことを意味する。
【０００７】
そこで、本発明では砕石微粉体に多孔性微粉体を添加するという手段を用いた。多孔性微粉体は、その多孔性により含水能力が極めて高く、水懸濁によりチキソトロピーを発現する。ここでチキソトロピーとは、水に懸濁したものを攪拌あるいは振盪すると、粘稠度が低下し流動性を示すが、そのまま放置あるいは静置すると水と含水コロイドとにブリージングし、含水コロイドの粒間結合により固化する概念である。
【０００８】
上述した性状の多孔性微粉体は、加水量によって粘稠度を調整する機能によってグラウト材の流動性を調整することができる。また、水懸濁した多孔性微粉体の固化時間は、水懸濁の砕石微粉体よりも長いため、多孔性微粉体は固化調整剤としても機能し、グラウト材の可使時間を長くすることができる。さらに、固化した多孔性微粉体は再度攪拌等することにより元の流動性ある状態に復帰する可逆性を有するため、ミキサー内で充填前に固化したとしても再度攪拌等することにより充填可能な流動状態に復元できる利便性と、充填後に撤去する場合における廃棄処理の容易性をも兼ね備えるのである。
【０００９】
多孔性微粉末を水懸濁したものは、粘性流動により可塑性を有するため、間隙の形状に応じて密実な充填が可能となる。さらに、本発明のグラウト材は充填時にベアリング作用を行う。このため更新管を既設埋設管にスムーズに引き込むことができるという滑材としても機能する。また、砕石微粉体に対してこれと同等の粒度分布を有する多孔性微粉体を採用すれば、それぞれの比重差が大きくないので素早く均等に混合され、効果的なグラウト材を得ることになる。
【００１０】
なお、本発明において砕石微粉体と多孔性微粉体の混合比率は、重量比１：０．１を最低として、１：１の割合とすることができるが、この間の割合であれば任意の比率とすることができる。また、加水量も混合物に対して重量比１：０．４〜１：１の間で任意の比率とすることができるが、この加水比率は砕石微粉体と多孔性微粉体の混合比率と相関関係にあるため、実際は粉体の混合比率を変化させることで加水比率を変えることができる。即ち、粉体の混合比率が高ければ、加水量の許容範囲を高めることができる。これは混合比率を上昇させることによって多孔性微粉体の相対量が増すが、その増加分だけ多孔性微粉体による許容含水量が増えるためである。そして、含水量が増せば、それにほぼ比例して流動性の高いグラウト材とすることができる。言い換えると、含水量が小さいグラウト材はペースト状となり流動性も小さくなるが、その境界値は水の混合比が４０％前後であったことから、本発明では加水量の重量比を４０％以上とした。
【００１１】
ところで、近時あらゆる方面で地球環境の保全が謳われ、建築・土木工事においても共通の課題として技術開発が進められている。つまり、本発明の分野では主として産業廃棄物の排出を抑制することに着眼されている。こうした背景に鑑み、本発明の請求項２では砕石微粉体として石粉を用い、また請求項３では多孔性微粉体として珪藻土の乾燥粉体を用いることとした。即ち、石粉は硬質砂岩などの砕石粉末からなり、また珪藻土も自然鉱物であり、しかも中性域の性状を示すため、これを地中に充填しても土壌を汚染することはない。
【００１２】
一方、本発明では上記手段によるグラウト材を用いた既設埋設管の更新工法を開発した（請求項４）。例えば、ガス管や水道管などの既設埋設管に回転カッターを装備した管切開装置を内通させることにより、先ず既設埋設管を軸方向に割裂し、新管である更新管の埋設スペースを確保し、回転カッターにより既設埋設管には軸方向の切り目が入り、この状態で管切開装置を進行させることで既設埋設管は内側より切り開かれる。そして、更新管を上記管切開装置により牽引し、割裂した既設埋設管の内部に引き込んで敷設する。このようにして更新管を埋設した状態で、既設埋設管と更新管との間隙または／および既設埋設管の割裂により生じた間隙を上述したグラウト材で充填することにより本発明工法が実現されるのである。さらに、本発明のグラウト材を用いた工法によると、既設管は割裂した直後にグラウト材が周囲の空隙を充填するので、そのグラウト材の滑材効果とあいまって不必要に破片が拡散することがない。
【００１３】
また上述した更新工法において、管切開装置の後端にグラウト材の吐出機構を設けることにより、更新管の敷設およびグラウト材の充填を管切開装置のみで行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。
【００１５】
先ず、グラウト材の実施例を説明する。表１は１立方メートル当たりの配合量を示したもので、この実施例では５８０ｋｇの砕石粉（「ミクロパウダー」と称する）に対して、重量比５０％に相当する２９０ｋｇの珪藻土（乾燥粉体）を混合し、さらに当該混合粉体（８７０ｋｇ）に６５０ｋｇの水を加えてなるグラウト材を示したものである。
【００１６】
【表１】
0004669100.tif 000002
【００１７】
なお、表２、３はそれぞれ本実施例で用いた砕石粉および乾燥粉末珪藻土の性状を示したものである。このグラウト材を攪拌すれば流動状態となるが、このときの体積は、１，００２リットルであった。また、その粘度をＣ型粘度計４番を用いて計測したところ、約１２，５００ｃｃｐ±２，５５０（ｃｃｐ）であった。
【００１８】
【表２】
0004669100.tif 000003
【００１９】
【表３】
0004669100.tif 000004
【００２０】
そして、吐出能力６〜４５ｌ／ｍｉｎ程度の汎用スクイーズ式圧送ポンプ（品名：ＯＫＧ−０３５Ｅ）を用いて上記グラウト材の打ち込み試験を行ったところ、１０ｌ／ｍｉｎ以上の吐出量を得ることができた。
【００２１】
一方、打ち込み後の固化開始時間を計測したところ、約１５分程度で固化し始めた。このとき地山は含水に関し不飽和状態であった。さらに、放置後の可使時間を計測したところ、約６０分までは再度攪拌すればもとの粘性（流動性）を示すことが確認された。なお、攪拌時間は最低で約３０秒という極めて短い時間で打ち込みが可能な程度まで粘性が復元した。
【００２２】
以上の試験結果より、本発明グラウト材は汎用ポンプで圧送可能な程度に流動性を有し、また従来の充填材に比べて可使時間が長いことが確認できる。これは砕石粉を主成分としてチキソトロピーを発現する珪藻土を添加したことによるものである。
【００２３】
また、充填材という視点から観察しても、上記グラウト材は打ち込み後速やかに可塑化し、打ち込み用空隙が密実に充填されたことから、その後の肌落ち・地盤沈下等の不具合はなく、しかも更新管の保護効果も高く、極めて優れた充填材ということができる。
【００２４】
表４は、上記実施例で用いた砕石粉および珪藻土を用いて、その混合比と加水比率の変位を示したものである。Ｘ軸は砕石粉に対する珪藻土の混合比率を示し、Ｙ軸はこの混合粉体に対する許容加水量の重量比を示した。この表４から明らかなように、珪藻土の混合比率が高まればそれに比例して許容加水量も増す。これは珪藻土が含水コロイドケイ酸であって、元来含水能力の高い多孔性であることから、その性状に従ってグラウト材全体の含水量に直接影響したものと推測できる。そして、含水量が多くなればそれだけ流動性が増すことから、本発明グラウト材の流動性は砕石粉（砕石微粉体）および珪藻土（多孔性粉体）の混合比によって調整することができるのである。ここで、表４に示されるとおり、含水比率は８０％程度までほぼリニアに上昇したが、その後はほぼ横這いとなることを示した。また、含水比率は１００％を越えないことが確認された。
【００２５】
【表４】
0004669100.tif 000005
【００２６】
なお、本発明のグラウト材の用途は特に限定されるものではなく、従来公知の充填工法に適宜採用できることはもちろんであり、その具体例としては後述する実施形態の更新工法の他、鞘管推進工法における鞘管とこれに挿通される通管との間隙充填や、押抜き工法における配管の空隙充填などが該当する。
【００２７】
続いて、既設埋設管の本発明更新工法に係る実施形態を説明する。図１はこの工法に係る全体説明図を示したものである。図中、１は地中に埋設されたガス管等の既設埋設管、２は回転カッターを装備した管切開装置であって、管切開装置２は既設埋設管１を内通しながら図面左方向に進行する。３は管切開装置に牽引されるＰＥ管等の新設更新管であって、既設埋設管１に挿通した状態で敷設される。
【００２８】
また、管切開装置２はポリエチレンパイプ４を介してホッパー５、ミキサー６、圧送ポンプ７によって構成されるグラウト材製造装置８からグラウト材の供給を受けている。即ち、管切開装置２は、図２に詳細に示されるように、本体２ａの前後にわたってグラウト材を流通する銅パイプ２ｂが設けられており、その先端に上記ポリエチレンパイプ４を接続することによって、後端の吐出口２ｃよりグラウト材を圧出する。ここで本発明更新工法に用いるグラウト材は、従来公知のものより適宜選択することも可能であるが、取扱いや充填の容易性の面から上述した本発明グラウト材を用いることが好ましいことはいうまでもない。
【００２９】
さらに管切開装置２は、本体２ａの上面に車輪２ｄ…２ｄを、また下面に径の異なる回転カッター２ｅ…２ｅを列設しており、さらに本体２ａの後側には上記吐出口２ｃを貫設した楔２ｆが連結されている。また、図３に示されるように、本体２ａの左右にはガイドレール２ｇが突設されている。この管切開装置２によれば、これを既設埋設管１に内通させることによって、先ず既設埋設管１の径にあった一の回転カッター２ｅが既設埋設管１に軸方向の切り目を入れ、次に楔２ｆが既設埋設管１を内側から押し開くため、既設埋設管１を切り開くことができる。
【００３０】
そして管切開装置２の後端から圧出されるグラウト材によって、既設埋設管１と新設更新管３との空隙が充填される。また、本実施形態では既設埋設管１を楔２ｆによって拡開して割裂することとしたので、割裂した既設埋設管２と土壌とに空隙が生じるところもあるが、この空隙も上記グラウト材によって充填される。
【００３１】
ここで、楔２ｆの吐出口２ｃから吐出するグラウト材を確実に充填させるため図４に示す構成を採用した。即ち、まず新設更新管３にはテーパ状のキャップ９を装着し、このキャップ９と楔２ｆとをシャックル１０を介して連結する。カッター２ｅにおいて割裂された既設埋設管１は、この既設管１より僅かに大きい楔２ｆにより押し広げられ、楔２ｆは土中に十分押し付けられ、管切開装置２側前方を閉塞する。キャップ９は楔２ｆより僅かに大きく、キャップ９側後方を同様に閉塞し楔２ｆとキャップ９の間に密閉された環状チャンバー１１が形成される。ここでチャンバー１１に吐出口２ｃより８〜１５ｋｇ／ｃｍ２の吐出圧にてグラウト材を吐出充満させ、新設更新管３をこの中に引き込むことにより後方にのみ圧力を開放する。このため、グラウト材が前方に回り込むなどの不用意な充填がなく、グラウト材を後方へ、且つ新設更新管３の外側に送出することができ、上記空隙を確実に充填することができるのである。
【００３２】
なお、本実施形態では管切開装置２の本体２ａを前後２分割から構成した。これは既設埋設管１が必ずしも直線ではなく、曲線的に敷設されていることもあるためで、本体２ａを前後２分割することによって曲線的な部分をも含めて管切開装置２を内通させるためである。
【００３３】
さらに、本実施形態の工法では上述した実施形態のグラウト材を用いることを前提として説明したが、図示した工法を達成するためには、実施形態、あるいは本発明のグラウト材のみに限定するものではなく、スラリー状に懸濁した場合にブリージングが起こらない性質を持ったグラウト材であれば広く活用することを排除するものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るグラウト材によれば、含水量の調整が容易で、しかも流動性が高いため、既設埋設管と更新管との空隙など、極めて狭小な空間の充填を容易且つ密実に行うことができる。また、高流動性により管径の小さい圧送管を用いることが可能で、しかも長距離の圧送も可能である。さらに、吐出量を高維持できるので、施工時間を短縮することも可能である。
【００３５】
さらに、本発明グラウト材は、砕石微粉体を主成分としてチキソトロピーを助長する多孔性微粉体を添加したしたので、この多孔性微粉体によって可使時間を長くすることができた。また、本発明グラウト材は充填後速やかに可塑化するので、空隙の密実な充填が可能で、土砂の肌落ちや地盤沈下等の不具合がなく、更新管の敷設に用いた場合には当該更新管を確実に保護するという効果も得られる。
【００３６】
さらに本発明グラウト材では、その充填作業の際に特殊な機械は必要なく、汎用の圧送ポンプ、ミキサー等を使用できるという利便がある。
【００３７】
さらにまた、本発明グラウト材は、石粉や珪藻土という自然鉱物から製造することができ、しかも中性域の性状であるため、これを地中に充填しても土壌を汚染することがなく、環境保全への寄与も高い。さらに、石粉や珪藻土は安価に購入できるため、コスト面でも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明更新工法の実施形態を示した全体説明図
【図２】同工法で使用する管切開装置の側面図
【図３】同工法で使用する管切開装置の正面図
【図４】管切開装置と新設更新管の連結要部を示した側面図
【符号の説明】
１  既設埋設管
２  管切開装置
２ａ  本体
２ｂ  銅パイプ
２ｃ  吐出口
２ｄ  車輪
２ｅ  回転カッター
２ｆ  楔
２ｇ  ガイドレール
３  新設更新管
４  ビニールホース
５  ホッパー
６  ミキサー
７  圧送ポンプ
８  グラウト材製造装置
９  キャップ
１０  シャックル
１１  チャンバー
【図１】
0004669100.tif 000006
【図２】
0004669100.tif 000007
【図３】
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【図４】
0004669100.tif 000009