(57)【要約】【課題】透水性の高い砂礫地盤においても他の添加材や、補助工法を用いることなく、気泡シールド工法を実施する。【解決手段】主剤としての起泡材に増粘剤として、ＣＭＣ，グアガム、アルギン酸の中から選ばれた一種ないしはそれらの混合物を添加し、粘度３００〜５００ｍＰａ・ｓに調整された起泡材溶液を発泡装置１８を通して所定の発泡倍率で発泡させ、その直後に得られた気泡に金属イオンの水溶液を添加混合するものである。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主剤としての起泡材に、増粘剤として、ＣＭＣ，グアガム、アルギン酸の中から選ばれた一種ないしはそれらの混合物を添加し、粘度３００〜５００ｍＰａ・ｓに調整された起泡材溶液を発泡装置を通して所定の発泡倍率で発泡させ、その直後に得られた気泡に金属イオンの水溶液を添加混合することを特徴とする気泡シールド工法における気泡の生成方法。
【請求項２】
請求項１において、前記金属イオンが、三価金属イオンまたはカルシウムイオンであることを特徴とする気泡シールド工法における気泡の生成方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記金属イオンに液性調整用助剤を添加したことを特徴とする気泡シールド工法における気泡の生成方法。
【請求項４】
主剤としての起泡材に、増粘剤として、ＣＭＣ，グアガム、アルギン酸の中から選ばれた一種ないしはそれらの混合物を添加し、粘度３００〜５００ｍＰａ・ｓに調整された起泡材溶液を発泡装置を通して所定の発泡倍率で発泡させ、その直後に得られることを特徴とする気泡シールド工法に用いられる気泡材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気泡シールド工法において、特に透水性の高い砂礫地盤に用いて好適な気泡の生成方法及び気泡材に関する。
【背景技術】
【０００２】
泥土圧系シールドで使用されている加泥材は、(a)ベントナイト系、(b)セルロース系、(c)ポリアクリルアミド系、(d)吸水性樹脂系、(e)界面活性剤係に分類される。
【０００３】
これらのうち、気泡シールド工法で使用される気泡剤は、一般に(e)界面活性剤系に属し、特殊気泡剤（ＯＫ−２……パルプを原料としたセルロース系高分子を起泡材の主剤とするもの）の水溶液にエアを混入して生成されるものである。この気泡材を切羽に注入することにより、掘削土の流動性と止水性とを向上させるとともに、チャンバー内土砂の付着を防止し、切羽の安定性を確保しながらスムーズな掘削を行うことができる。
【０００４】
また、気泡シールド工法では、掘進地盤の性状、すなわち粒径加積曲線から気泡材のタイプが決定され（非特許文献１を参照）、例えば図１に示すように、Ａタイプ（溶液粘度２．７ｍＰａ・ｓ）の適用範囲は、粘土、シルト、細砂などからなるＩゾーンあるいはIIゾーンの範囲であるのに対し、Ｂタイプ（溶液粘度３００ｍＰａ・ｓ）の適用範囲は、細砂、粗砂などからなるII〜IIIゾーンに適合する。
【０００５】
このＢタイプでは、ＯＫ−１に増粘剤ＯＫ−２を添加して気泡に粘性を与え、気泡強度を増加したものであるため、II〜IIIゾーンに適合できることになる。
【非特許文献１】気泡シールド工法技術資料「土質と特殊気泡材の選定基準」                    平成１５年３月  シールド工法技術協会発行                    http://www.shield-method.gr.jp/what/kiho.PDF
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特に透水性の高い砂礫地盤、とりわけIVゾーンに属する透水係数の大きい土質では、Ｂタイプを用いたとしても豊富な地下水の湧出により気泡が消泡しやすく、切羽の安定保持が困難になったり、スクリューコンベアからの噴発などの不具合が生じ、掘進に支障を来すことがあった。
【０００７】
それ故に、他の添加材の併用や、補助工法を必要としている。これは、従来のＢタイプの粘度以上に粘性をあげると、粘性による発泡装置内の圧力増加や、詰まりなどが生ずるため発泡倍率が低下し、気泡シールドのＢタイプの標準である６倍発泡ができなくなるからである。
【０００８】
本発明は、以上の課題を解決するものであり、Ｂタイプの起泡材を用いて所期の発泡倍率を確保した上でさらに増粘させることで、透水性の高い砂礫地盤においても他の添加材や、補助工法を用いることなく、気泡シールド工法を実施できるようにした気泡シールド工法における気泡の生成方法及び気泡シールド工法に用いられる気泡材を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る気泡の生成方法は、主剤としての起泡材に、増粘剤として、ＣＭＣ，グアガム、アルギン酸の中から選ばれた一種ないしはそれらの混合物を添加し、粘度３００〜５００ｍＰａ・ｓに調整された起泡材溶液を発泡装置を通して所定の発泡倍率で発泡させ、その直後に得られた気泡に金属イオンの水溶液を添加混合することを特徴とする。また、本発明方法は、請求項１において、前記金属イオンが、三価金属イオンまたはカルシウムイオンであることを特徴とする。さらに本発明方法は、請求項１または２において、前記金属イオンに液性調整用助剤を添加したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る気泡シールド工法に用いられる気泡材は、主剤としての起泡材に、増粘剤として、ＣＭＣ，グアガム、アルギン酸の中から選ばれた一種ないしはそれらの混合物を添加し、粘度３００〜５００ｍＰａ・ｓに調整された起泡材溶液を発泡装置を通して所定の発泡倍率で発泡させ、その直後に得られることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
金属イオン溶液の添加により、発泡装置を通じて吐出された気泡の主成分はゲル化し、所期の発泡倍率に保持されつつ、さらに増粘した状態で掘削機先端より吐出される。使用される金属イオンとしては、三価の金属イオンまたはカルシウムイオンが望ましい。液性調整用助剤の添加により、増粘しやすい液性に保たれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図２は本発明方法を適用した気泡シールド工法を示す。図において、１はシールド掘削機、２は掘削機１に後続して構築されたトンネルセグメントである。
【００１３】
シールド掘削機１は、筒形のスキンプレート３の前面にカッターディスク４を備え、図示しないジャッキによりセグメント２の前端部に反力を取って前進しつつカッターディスク４を回転することで切羽を掘削し、カッターディスク４の背面にあって隔壁５で仕切られたチャンバー６内に取り込んだ掘削ズリをスクリューコンベア７により搬送し、その後部に配置されたズリ搬送台車に受け渡し、排土するよう構成されている。
【００１４】
掘削機１の後部において、セグメント２により囲われたトンネル坑内には、搬送用軌条８が架設され、本実施の形態では、この軌条８上に気泡生成プラントを構成する各種台車が一列に連結されている。各台車は、後部側から順に起泡材貯留台車９、駆動台車１０、制御台車１１、発泡台車１２とからなっており、これに加え、発泡用台車１２上には金属イオン貯留槽１３が配置されている。
【００１５】
貯留台車９は坑内に引き込まれた起泡材配管１４から起泡材の供給を受けてここに一時貯留する。駆動台車１０は起泡材注入ポンプ１５、エアコンプレッサ１６を備え、制御台車１１はポンプ１５及びコンプレッサー１６の制御装置１７を搭載し、発泡台車１２には発泡装置１８が備えられ、それぞれが起泡材供給ライン、エアラインを介して接続されている。
【００１６】
プラント駆動により、貯留台車９に貯留された起泡材はポンプ１５により発泡装置１８に送られ、発泡装置１８の内部でエアコンプレッサ１６により生じた圧力空気を所定の圧力比で混入することで、所定の発泡倍率で発泡し、気泡注入管１９を通じてカッターディスク４の前面に吐出される。
【００１７】
これに加え、気泡注入管１９内には発泡装置１８の吐出端近傍において、金属イオン貯留槽１３に供給用配管２０及びポンプＰを通じて接続され、発泡装置１８内で発泡した気泡に金属イオン溶液が混入される。この混入比率は、前記制御装置１７によりポンプＰを駆動制御することで、所定の割合となる。
【００１８】
以上において、使用される起泡材は前述するII〜IIIゾーンに適合するＢタイプ起泡材であって、主たる成分は起泡材の主成分である前述のＯＫ−１に加え、増粘剤としてＣＭＣ，グアガム、アルギン酸の中から選ばれた一種ないしはそれらの混合物を添加し、粘度３００〜５００ｍＰａ・ｓに調整された起泡材溶液である。
【００１９】
添加されるＣＭＣ，グアガム、アルギン酸またはこれらの混合物は、三価の金属イオン、あるいはカルシウムイオンの存在下でゲル化し、例えば２倍〜４０倍に増粘する。
【００２０】
したがって本発明では、発泡倍率を所期の状態に保ったまま、気泡中に金属イオン溶液が混入されることで増粘し、この状態でカッターディスク４の前面に供給されるため、透水性の高い砂礫地盤、すなわちIVゾーンに属する透水係数の大きい土質であっても、他の添加剤や補助工法を併用することなく良好な掘削ができ、しかもチャンバー内土砂の塑性流動性と止水性が向上するため、スクリュコンベアーからの噴発も防止できる。
【００２１】
混入される金属イオンとしては、ミョウバン、硫酸バンドなどのアルミニウム化合物、硫酸鉄、塩化鉄、アルミン酸ソーダ、ホウ砂、ホウ酸などの三価金属イオンの溶液や、塩化カルシウム溶液などが掲げられる。
【００２２】
以上に加え、水酸化ナトリウム水溶液、硫酸水溶液などの液性調整用の助剤も予め金属イオン溶液内に混合される。これは液性によって増粘度合いが異なり、例えば、グアガムの場合は液性がアルカリ側で増粘度合いが増し、ＣＭＣの場合は酸性側で増粘度合いが増すからである。
【００２３】
これらの金属イオン溶液は０．５〜１０％水溶液形態で起泡材溶液の原液に対して体積比で５〜１０％程度の混合比率で混合することが望ましい。この理由は、混合量が５％を回った場合には目的とするゲル化による粘性増加が顕著でなく、また１０％を上回った場合には凝集作用による離水などの体積収縮がおこるため、健全な気泡ができないと言う不具合が生ずるからである。
【００２４】
なお、掘削する地盤がIIIゾーンないしはIIゾーンに変化した場合には、ポンプＰを停止すれば、ゲル化作業が停止されるため、そのままの粘度及び発泡倍率で切羽に供給することができる。これによって増粘に伴うポンプ負荷などを軽減でき、切り替えるだけでよいので、作業の中断を伴うことがなく、地盤性状にあわせて簡単に変更できる。
【実施例】
【００２５】
＜＜実施例１＞＞
洗い砂を用い、Ａタイプ、Ｂタイプ、ゲル化Ｂタイプの３種の粘度の異なる気泡を注入し、以下の表１〜３に示すごとく、スランプ値と注入率を比較した。なお、スランプ値はいずれもＣ型粘度計で測定した。
【表１】
2005076285.tif 000003
【表２】
2005076285.tif 000004
【表３】
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【００２６】
各表からは、気泡の粘度の高さとスランプ値の大きさとが比例していることが理解される。これは、粘度増加により気泡強度が増加すると、破泡または消泡されにくくなることを示唆するものである。
【００２７】
＜＜実施例２＞＞
増粘剤成分であるグアガムの０．６％液を塩化鉄イオンを用いてゲル化し、液性調整剤としてカセイソーダ溶液を用い、液性による粘度の変化を見たところ、以下の表４に示す結果が得られた。なお、溶液状態の粘度はビスコーステスターにより測定した。
【表４】
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この表からは、塩化鉄イオンの介在により増粘し、また同一添加容量であっても、液性がアルカリ側になるほど増粘度合いが高いことが確認された。
【００２８】
＜＜実施例３＞＞
増粘剤成分であるグアガムの０．６％液をアルミン酸ソーダを用いてゲル化し、液性調整剤として希硫酸溶液を用い、液性による粘度の変化を見たところ、以下の表５に示す結果が得られた。なお、溶液状態の粘度はビスコーステスターにより測定した。
【表５】
2005076285.tif 000007
この表からは、液性が酸性側であると増粘効果がなく、また過度にアルカリ側に偏ってもかえって粘度が低下し、ちょうどよい液性の範囲（ｐＨ９．５）で最大の増粘効果を得ることが判明した。なお、アルミン酸ソーダはそれ自体がアルカリ性物質であるため、希硫酸の添加量に応じてその液性が変化する。
【００２９】
＜＜実施例４＞＞
増粘剤成分であるグアガムの０．６％液をホウ砂を用いてゲル化し、液性による粘度の変化を見たところ、以下の表６に示す結果が得られた。なお、溶液状態の粘度はビスコーステスターにより測定した。
【表６】
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この表からは、金属イオンの増加に応じて粘性が増すこと及びちょうどよい液性の範囲（ｐＨ９．０）で最大の増粘効果を得ることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
気泡シールド工法において、透水性の高い砂礫地盤の掘削に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】土質と起泡材の選定基準を示すグラフである。
【図２】本発明方法を適用した気泡シールド工法を示す説明用断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  シールド掘削機
２  セグメント
９，１０，１１，１２  気泡製造プラント
（９  起泡材貯留台車、１０  駆動台車、１１  制御台車、１２  発泡台車）
１３  金属イオン貯留槽
１８  発泡装置
【図１】
2005076285.tif 000009
【図２】
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