(57)【要約】【課題】粘性土の多い対象土質に使用し、シールド機の面盤への粘性土の付着やチャンバー内での付着、及び圧送配管内の粘性土の付着を減少させて、排土の圧送距離を延長させ、しかも、排土を液状化させることなく、硬めの状態で圧送することで排土のボリュームを減少させ、かつ、エアーハンマー現象の発生を抑制して圧送時の騒音の発生を防止することができる泥土加圧シールド工法を提供する。【解決手段】カッターで掘削された土砂に作泥土材を注入して練り混ぜて泥土にし、これをカッター後部の作泥土室内に充填し、作泥土室内に発生する泥土圧により掘進する泥土加圧シールド工法であって、上記作泥土材中に、特定のカチオン界面活性剤を含有させることを特徴とする泥土加圧シールド工法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッターで掘削された土砂に作泥土材を注入して練り混ぜて泥土にし、これをカッター後部の作泥土室内に充填し、作泥土室内に発生する泥土圧により掘進する泥土加圧シールド工法であって、上記作泥土材中に、下記一般式（化１）からなるカチオン界面活性剤を含有させることを特徴とする泥土加圧シールド工法。
【化１】
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上記一般式（化１）中、Ｒ１は炭素数１〜１８飽和又は不飽和のアルキル基を表し、Ｒ２はベンジル基又は炭素数１０〜１８飽和又は不飽和のアルキル基を表す。
【請求項２】
前記一般式（化１）が、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライドの一種以上を含むカチオン界面活性剤である請求項１に記載の泥土加圧シールド工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、泥土加圧シールド工法のシールド工法の掘削対象土が、シルト、粘土分が多い土質である場合に好適な泥土加圧シールド工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
泥土加圧シールド工法は、例えば非特許文献１に示すように、カッターウィングの後部に隔壁を設けて作泥土室とし、カッターで掘削された土砂に作泥土材を注入して練混ぜ翼で強力に練り混ぜて、掘削土砂を不透水性と塑性流動性を持つ泥土に変換し、これを作泥土室内とスクリューコンベア内に充満させ、この状態を維持してシールドジャッキの推進により作泥土室内の泥土に泥土圧を発生させ、切羽の土圧と地下水圧に対向し、シールド機の推進量と排土量のバランスを図りながら掘進する工法である。即ち、この工法では、シールド機が掘進するとき、作泥土室の隔壁に取り付けた特殊など土圧計により泥土圧を常時測定し、泥土圧＝静止土圧＋地下水圧の式を満足させるようにシールドジャッキ速度、スクリューコンベア回転数を調整することにより切羽を安定させ、地山の変化を最小限に抑え、また、地山の地下水を泥土の不透水性とスクリューコンベアの山留め作用により確実な湧水防止を図ることができる。
【０００３】
【非特許文献１】泥土加圧シールド工法協会編集  「泥土加圧シールド工法：積算資料」  平成５年４月号
【０００４】
ところで、この泥土加圧シールド工法で地山粘土を掘削する場合であって、掘削対象断面に対し、粘土・シルト分（０．０７４ｍｍ以下の土質粒度）が多い場合、特に３０％以上（泥土加圧シールド協会による「濃度及び注入率の算定式」に基づく。）含まれる場合には、掘削効率が著しく低下し、また、掘削土砂を土砂圧送ポンプで排土する場合にも、圧送ポンプが故障したり、配管が閉塞し、さらには土砂圧送を再開したときに、ポンプ圧が急激に上昇して故障し易い、といったトラブルが発生する、という問題を有していた。
【０００５】
このような問題を解決するために、多量の加水を行うことが考えられるが、この場合には、粘性土は忽ち液状化（泥水）状態となり、切り羽土圧が安定せず、地盤が脆弱化し易く、また、液状化した掘削土を圧送した場合、配管内上部にエアーが溜まってエアーハンマー現象による騒音が発生する、という課題を有しているため、この加水方式も好ましいとはいえない。
【０００６】
さらに、当該工法では、掘削土塑性流動化の助成や面盤への粘性土の付着防止及び掘削土の搬出を容易にすることを目的として、水や高分子系の添加剤をシールド機の面板や隔壁内及びスクリューコンベアに形成された注入口から注入したり、掘削土砂の坑外搬出設備として土砂圧送ポンプ方式を採用している現場においては、圧送距離延長及び閉塞防止を目的として圧送管壁の摩擦抵抗低減のために注水リングを介して水を注入しているが、掘削土砂の搬出、圧送が容易にできるという理由から過大な添加剤を注入することは残土処分量の増加に繋がるため好ましくない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、かかる知見に基づき創案されたものであって、その目的とするところは、泥土加圧シールド工法の掘削対象土が、シルト、粘土分が多い場合、特に、全土量の３０％を超える土質で、粘着性が著しい土質である場合であっても、掘削効率を向上させることができると共に、チャンバー内での付着を減少させて泥土の均等化を図ることができ、また、排土の圧送距離を延長させることができるとともに、排土を液状化させることなく、排土のボリュームを減少させ、かつ、エアーハンマー現象の発生を抑制して圧送時の騒音の発生を防止することができる泥土加圧シールド工法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等が、従来技術の課題を詳細に検討したところ、粘土・シルト分（０．０７４ｍｍ以下の土質粒度）が多い場合、特に３０％以上（泥土加圧シールド協会による「濃度及び注入率の算定式」に基づく。）含まれる場合には、粘性土が持つコロイド粒子の電気化学的作用により、コロイド粒子が連鎖的に絡み合って非常に強く結びつくことから、付着力（粘着力）が急激に増加し、シールド機の面盤（カッターピット）やチャンバー内、或はスクリューコンベア等に付着し易くなり、掘削効率が著しく低下し、また、掘削土砂を土砂圧送ポンプで排土する場合にも、粘性土が圧送配管内で付着して配管抵抗が急激に上昇するため、圧送ポンプが故障したり、配管が閉塞するといったトラブルに結びつくことがわかった。また、上記圧送ポンプよる連続加圧によって生じる配管内圧密脱水による配管閉塞や、土砂圧送停止時間中における配管内のコロイド粒子の水分吸収によって掘削土の流動性が低下し、土砂圧送を再開したときに、ポンプ圧が急激に上昇して故障し易くなることもわかった。
【０００９】
そこで、本発明者等は、粘性土掘削では、過剰の水分添加をすることなく上記のコロイド連鎖を解消し、粘性泥土中のコロイド粒子の付着力を低減する観点から、粘性泥土に適した添加剤を検討した結果、上記目的を達成する新規な泥土加圧シールド工法を見出した。
【００１０】
即ち、本発明は、カッターで掘削された土砂に作泥土材を注入して練り混ぜて泥土にし、これをカッター後部の作泥土室内に充填し、作泥土室内に発生する泥土圧により掘進する泥土加圧シールド工法であって、上記作泥土材中に、下記一般式（化１）からなるカチオン界面活性剤を含有させることを特徴とする泥土加圧シールド工法に係る。
【化１】
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尚、上記一般式（化１）中、Ｒ１は炭素数１〜１８飽和若しくは不飽和のアルキル基を、Ｒ２はベンジル基又は炭素数１０〜１８飽和又は不飽和のアルキル基を表し、好ましくは、炭素数１０〜１８飽和若しくは不飽和のアルキル基である。
【００１１】
さらに、本発明は、前記泥土加圧シールド工法であって、前記一般式（化１）が、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライドの一種以上を含むカチオン界面活性剤とするのが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にあっては、添加剤として、電気化学的作用を有するカチオン界面活性剤を用いるので、付着力が高い粘性土のコロイド粒子にカチオンが吸着して、コロイド粒子同士を反発させるように作用して、粘性土の粘性を低減させることができる。また、粘性土にカチオン界面活性剤を吸着させ、掘削土の表面が疎水化されることによって粘性土の膨潤が抑制されるとともに、シールド機への付着を大幅に低減させることができる。
【００１３】
さらに、本発明にあっては、このカチオン界面活性剤は、切削された土塊状の粘性土の水分浸透性が低いにも拘わらず、シールド機面盤への付着が低減されることから切削効率が大幅に向上させることができる。
【００１４】
また、本発明に係るカチオン界面活性剤を用いることで、加水注入していた従来の工法と比較して、少ない注水量で、排粘性土を液状化させることなく、その付着力を大幅に低減することができ、泥土加圧シールド工法の施工時における掘削・推進効率を大幅に向上させることができると共に、排粘性土の配管圧送効率も向上させることができ、しかも、排粘性土を液状化させることなく硬めの状態で圧送することができるので、排土のボリュームを減少させ、かつ、エアーハンマー減少の発生を抑制して圧送時の騒音の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る特定カチオン界面活性剤は、粘制土への吸着性の観点から、一般式（化１）が、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド等の一種以上を混合することが好ましい。
【００１６】
さらに具体的には、本発明に係るカチオン活性剤は、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライドとして花王株式会社製のコータミン２４Ｐを、セチルトリメチルアンモニウムクロライドを用いる場合には花王株式会社製のコータミン６０Ｗを、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライドを用いる場合には花王株式会社製のコータミン８６Ｐを、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライドを用いる場合には花王株式会社製のコータミンＤ８６Ｐを、セチルトリメチルアンモニウムクロライドとステアリルトリメチルアンモニウムクロライドの混合物を用いる場合には花王株式会社製のコータミン８６Ｗを用いることができる。
【００１７】
本発明に係るカチオン界面活性剤をシールド掘削工法に用いる場合には、水１００重量部に対して本実施例１品を１〜５重量部程度混合した水溶液を作液したものを使用することが好ましい。
【００１８】
本発明に係る工法の好ましい態様を説明する。本発明に使用されるシールド機は、カッター、作泥土室、シールドジャッキ及び泥土排出用コンベアから構成されることが好ましい。
【００１９】
地山、地盤等からカッターで土砂を掘削し、掘削された土砂に作泥土材を注入して練り混ぜ泥土に変換し、これを作泥土室に充填し、シールドジャッキの推力により作泥土室に泥土圧を発生させ、掘進するのが代表的な機構である。
【００２０】
ここに、泥土とは掘削土砂と作泥土材の混練物で、不透水性と塑性流動性を有するものである。
【００２１】
カッターは、面盤方式、スポーク方式等があり、粘性土の付着の観点から、付着面積の小さいスポーク方式が好ましい。
【００２２】
作泥土室は、カッターで掘削された土砂の泥土流動性の観点から、作泥土室内での滞留部分の少ない形状が好ましい。
【００２３】
カッターで掘削しながらカッター背後の作泥土室で作泥土材と土砂を十分混練することが好ましく、かかる場合、カッター後部に練り混ぜ翼が設置されていることが好ましい。
【００２４】
作泥土材は、カッターの中央のフィッシュテール部位、スポーク部位、作泥土室部位等から掘削土砂に注入することが好ましく、均一分散、付着低減の観点から、より多くの箇所より注入することが特に好ましい。
【００２５】
・実験例１
（１）粘性土
神奈川県川崎市の現場粘性土を基準に、加水及び添加剤３種類を用いて濃度、添加率を表１のように設定し、株式会社機動技研製の回転式摩擦抵抗測定機を用いて、摩擦抵抗の比較試験を行った。
現場試料土の採取場所  神奈川県川崎市大師付近  ＧＬ−１５ｍ
土質                  シルト混じり粘土
含水比                ３９．４％
粘着力  Ｃｕｕ        ０．０６７Ｎ／ｍｍ２
この実験例で用いられる回転式摩擦係数測定機は、図２と図３に示すように、試験体を円盤状とし、これを回転運動させることにより牽引時の摩擦抵抗を測定する。詳細な構成は次の通りである。
・駆動部        回転スヒ゜ート゛      ０〜０．７ｐ．ｍ
・計測器部      本体            ロードセルデジタル秤
最大測定力      ２０ｋｇｆ
・形状寸法      下部試験体枠    外径  φ１７０ｍｍ
上部試験体枠    外径  φ１４６ｍｍ、内径  φ４６ｍｍ
・重量          試験体枠        ３．５ｋｇ  （上部、下部一組）
（２）作泥土材
所定の固形分濃度の水溶液を作泥土材とした。作泥土材１は、水だけである。
【００２６】
【表１】
2005076284.tif 000004
セチルトリメチルアンモニウムクロライド／ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド＝２０・８０重量比混合物
【００２７】
図１と図２は、この実験に用いた摩擦抵抗試験器の概略的な構成を示しており、図１は平面図を、図２は断面図である。
【００２８】
表３は、上記構成からなる摩擦抵抗試験器により評価した結果を示している。尚、評価基準は、摩擦抵抗の低い測定値を高く評価した。
作泥土材なしで添加率０％の摩擦抵抗値を１００とした場合、各作泥土材と添加率毎に摩擦抵抗の減少程度を表２のように評価した。
【００２９】
【表２】
2005076284.tif 000005
【００３０】
【表３】
2005076284.tif 000006
添加率：現場資料土の容量に対する作泥土材の添加容量の比率
【００３１】
上記実験からも明らかなように、単に水を加えてコロイド連鎖を解消するよりも、本発明に係る作泥土材４を用いた方が、摩擦抵抗が明らかに低減されるのがわかる。
【００３２】
・実験例２
次に、図３に示すモデルを用いて、土砂圧送ポンプによる泥土加圧シールド工法で掘削された掘削土砂を、加水及び添加剤を用いて比較実験を行い、各圧送ポンプの吐出圧力を測定した。その結果を表４に示す。
場所                  神奈川県川崎市大師付近  ＧＬ−１５ｍ
土質                  シルト混じり粘土
含水比                ３９．４％
粘着力  Ｃｕｕ        ０．０６７Ｎ／ｍｍ２
図３中、ポンプＰ０とポンプＰ１間及びポンプＰ１とポンプＰ２間の距離は４００ｍであり、ポンプＰ２とポンプＰＥ間は４２５ｍに設定されており、配管は８Ｂサイズのものを使用した。また、比較例１、２、４、６の吐出圧力は、測定しなかった。
【００３３】
【表４】
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添加率：掘削対象土の容量に対する作泥土材の容量添加率の比率
【００３４】
上記実験結果からも明らかなように、本実施例１品を加えて圧送した場合、水を加えて圧送した場合や、従来のポリカルボン酸或はポリアクリル酸高分子を加えて圧送した場合と比べて、各圧送ポンプの吐出圧力は小さく、圧送ポンプへの負荷を低く抑えることができる。また、この負荷低減は、本実施例１品を１０％よりも２０％といった具合に、多く添加する方が効果が上がることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、粘着性が著しい場合も含む土質を掘削対象とする泥土加圧シールド工法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明に係る泥土加圧シールド工法により掘削された掘削土砂の付着力比較試験に用いられる摩擦抵抗試験器の概略的な構成を示す平面図である。
【図２】同摩擦抵抗試験器の断面図である。
【図３】この発明に係る泥土加圧シールド工法により掘削された掘削土砂を圧送ポンプで圧送し排土する装置のモデル図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月1日(2003.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
【表１】
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