(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド工事の切り羽に長期間充填しておくために用いる充填材であって、少なくとも珪酸ソーダを含む第一の液と、少なくともベントナイトを含む第二の液と、を混合することにより構成され、これら第一、第二の各液の配合比率を、第一の液の容量を１とした場合に第二の液の容量を１乃至２０としたことを特徴とする、シールド工事用充填材。
【請求項２】
前記第一の液に含まれる珪酸ソーダは、珪酸ソーダＪＩＳ３号又は４号を用いることを特徴とする、請求項１に記載のシールド工事用充填材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係るシールド工事用充填材は、シールド工事を行うのに使用されるシールド掘削用切り羽を長期間停止させておく場合に、上記切り羽に充填するのに利用する。或いは、シールド掘削工事において急曲線部を掘削する場合に、上記曲線部途中のシールドマシン側に生じる空隙部に充填するのに利用する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
各種建設工事において、シールド工法（シールド掘削）が広く行われている。ところで、年末年始の長期休暇等の各種事情により、シールド掘削を長期間に亙って停止しておく場合がある。このようにシールド掘削を長期間に亙って停止する場合、シールドマシンの切り羽に充填材を充填しておく必要がある。この理由は、以下のとおりである。すなわち、長期間に亙る停止の後、シールド掘削を再開した際に、このシールド掘削が円滑に行われるようにするためには、停止期間中、切り羽を安定した状態に維持しておかなければならない。このため、上記切り羽には、その停止期間中、一定の圧力が加わった状態としておく。このように上記切り羽に一定の圧力が加わった状態としておくために、この切り羽に充填材を充填する。
【０００３】
ところが、上記充填材として専用のものは存在してはおらず、実際には高濃度の泥水や加泥材を利用していた。しかしながら、このような泥水や加泥材にあっては、地盤に浸透しやすかったり、地下水に希釈されやすいため、切り羽の変動する圧力を最小限に押さえることは難しいものであった。言い換えれば、上記高濃度の泥水や加泥材を切り羽に充填したとしても、切り羽に一定の圧力が加わった状態としておくことが困難であった。
【０００４】
上述のような事情に鑑み、上記高濃度の泥水や加泥材に代わる新たな材料が求められており、このために種々の充填材が考えられてもいる。例えば、地盤に対して浸透し難く、地下水に対しても希釈され難い材料として、高濃度の泥水に吸水性樹脂を混合したものを上記充填材として利用したり、流動性に乏しい液体を上記充填材として利用することが考えられている。しかしながら、このような高濃度の泥水に吸水性樹脂を混合したものや、流動性に乏しい液体を利用したものにおいても、その効果において上記加泥材とさしたる差はなく、満足できるものではない。このため、切り羽の変動する圧力を最小限に押さえることができる充填材の開発が熱望されていた。
【０００５】
更に、上記シールド掘削工事において、急曲線部を掘削する場合、掘削の進行に伴って、この急曲線部途中のシールドマシン側面には空隙部が生じることがある。このような空隙部に対しては、一般的には、地盤改良材によって地盤の強度を向上させ、急曲線部を通過した後に裏込材を充填している。しかしながら、このような空隙部を、上記急曲線部を通過する期間（例えば、数日間）に亙って放置しておくことは、落盤等の事故につながる虞があるため危険である。勿論、工事関係者の安全管理等により、上記空隙部の存在に起因する事故は未然に防止できるものであるが、より安全な作業を行うためには、考えられる危険性をできる限り排除するのが好ましい。
【０００６】
このために、上記空隙部が生じた場合に、直ちにこの空隙部を充填すれば良いが、上記空隙部を充填するような充填材は、従来存在してはいなかった。すなわち、上記空隙部は比較的大きなものであるため、これを塞ぐ充填材としては、その性状が或る程度の流動性を有する一方で高粘性でなければならない。勿論、上記空隙部は比較的大きいものであるため、上記充填材は、これを塞ぐに足る、安価で多量に準備できる材料でなければならない。このような充填材は、上述したように従来存在してはいないため、やはり関係者の間でその開発が望まれていた。
【０００７】
この発明に係るシールド工事用充填材は、上述したような事情に鑑みて創案されたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係るシールド工事用充填材は、請求項１に記載したように、シールド工事の切り羽に長期間充填しておくために用いる充填材であって、少なくとも珪酸ソーダを含む第一の液と、少なくともベントナイトを含む第二の液と、を混合することにより構成される。これら第一、第二の各液の配合比率は、第一の液の容量を１とした場合に第二の液の容量を１乃至２０としている。尚、上記第一の液に含まれる珪酸ソーダは、請求項２に記載したように、珪酸ソーダ３号又は４号を用いることができる。
【０００９】
上述のように構成されるシールド工事用充填材は、以下のような作用・効果を有する。すなわち、上記第一の液と第二の液とは、混合前においては比較的粘度が低く、混合後数秒乃至数分で大きく粘度が増大してグリス状の高粘性材料となる。従って、充填部近傍で第一、第二の各液を混合し、充填することにより、注入作業の容易化と確実化とを図れる。又、この発明に係る充填材は、塩分が含まれる地下水等に接触しても、その粘性は安定している。しかも、水分に対する希釈にも強い。この結果、停止した切り羽や急曲線部を十分に安定させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施の形態例について説明する。
本形態例に係るシールド工事用充填材は、第一の液と第二の液とを混合して成るものである。上記第一の液は、珪酸ソーダ４号を採用している。又、上記第二の液は、ワイオミング産のベントナイト１０重両部に水道水９０重両部を加えたものである。本形態例の場合、上記第一の液１０重量部に対して上記第二の液を１００重量部、混合している。
【００１１】
上述のように構成される、本形態例に係るシールド工事用充填材を用いて、例えば、長期間停止させる切り羽に充填する際の基本的な作用は、以下のとおりである。すなわち、上記第一の液と第二の液とを、地上の基地等から掘削に使用するシールドマシン設置位置まで、圧送ポンプ及び配管を介して圧送する。そして、上記シールドマシン手前でこれら第一、第二の液を混合し、切り羽に充填する。前記急曲線部における空隙部に充填する場合も同様である。
【００１２】
本形態例に係る充填材においては、上記第一、第二の各液は、それぞれ粘性が低いため、上記シールド装置に圧送する場合に、配管内を円滑に流動する。従って、充填部手前まで供給する時間が短縮されるとともに、圧送に要する機械設備の簡易化、省力化が図られる。更に、上記充填部手前で、上記第一、第二の各液が混合されるとグリス状の高粘性の充填材となる。従って、充填部近傍で第一、第二の各液を混合し、充填することにより、注入作業の容易化と確実化とを図れる。又、この発明に係る充填材は、塩分が含まれる地下水等に接触しても、その粘性は安定している。しかも、水分に対する希釈にも強い。この結果、停止した切り羽や急曲線部を十分に安定させることができる。尚、各液を混合してからグリス状になるまでの時間は、第一、第二の各液の構成、第一、第二の各液の配合比率等によって調整可能である。このため、使用目的等に応じて適宜のものとする。
【００１３】
次に、この発明に係るシールド工事用充填材の効果を確かめるために行った実験について説明する。
この実験は、溶解性試験と、希釈性試験と、土砂沈降量試験と、脱水試験と、を行うものである。上記溶解性試験は、水（水道水）１０００ｃｃに本形態例に係る充填材を静かに添加したもの（本発明品）と、同じく水（水道水）１０００ｃｃに従来から充填材として利用されていたものを静かに添加したもの（従来品）と、のそれぞれ１日経過後の溶解状態を観察することで行なった。上記希釈性試験は、水（水道水）２００ｃｃに本形態例に係る充填材１０００ｃｃを添加したもの（本発明品）と、同じく水（水道水）２００ｃｃに従来から充填材として利用されていたもの１０００ｃｃを添加したもの（従来品）と、の希釈攪拌時における粘度変化を測定するものである。上記土砂沈降量試験は、上記希釈製試験終了後の上記本発明品と上記従来品とに、それぞれ５００ｇの粗砂を添加し、その沈降状態を観察することで行なった。上記脱水試験は、本形態例に係る充填材と従来から充填材として利用されていたものとを、それぞれ３ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で３０分間加圧した際における濾過水量を測定することで行なった。この実験の結果を表１に示す。
【００１４】
尚、上記本形態例に係る充填材としては、上述した形態例に係るものを使用した。又、従来から充填材として利用されていたものとしては、１ｍ3あたりベントナイト（２５０メッシュ）１５９ｋｇ、粘土（栃木産）３５７ｋｇ、水（水道水）７９４リットルを混合して成るものを用いた。この実験に先立って第一、第二の各液の粘性を測定したところ、それぞれ２５ＣＰ、８７００ＣＰであった。又、これら第一、第二の各液を混合した直後の粘性は３５０００ＣＰ、６０分経過後の粘性は８００００ＣＰであった。これら各粘性の測定は、Ｂ型粘度計ロータを用いて行なった。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
この表１の記載から明らかなように、本形態例に係る充填材においては、溶解性、希釈性、土砂沈降性、脱水性、のいずれをとっても、充填材として高性能であることが分かる。先ず、上記溶解性試験においては、従来品が４００ｃｃ拡散したのに対し、本発明品は２２０ｃｃの拡散に留まり、充填材としての性能が高いことが分かる。次に、希釈性試験においては、従来品における希釈当初の粘度が１２０００ＣＰ、希釈後の粘度が１８００ＣＰとなったのに対し、本発明品においては希釈当初の粘度が８００００ＣＰ、希釈後の粘度が５００００ＣＰとなった。この結果から、本発明品の粘度（第一、第二の各液を混合した後の粘度）は高く、充填材としての性能が高いことが分かる。次に、土砂沈降性量試験においては、従来品がほとんど全て沈降したのに対し、本発明品では沈降は見られなかった。この試験結果からも、本発明に係る充填材の、充填材としての性能が高いことが分かる。最後に、上記脱水試験においては、従来品が１１．６ｃｃの水が濾過されたのに対し、本発明品では８．４ｃｃの水が濾過されたに留まり、この発明に係る充填材を用いた場合に、漏水が抑制されることが分かる。
【００１７】
上記実験の結果から、本形態例に係る充填材は、粘性特性が安定しており、且つ、掘削位置までの圧送が容易であり、注入作業の容易化と確実化とを図れることが分かる。又、この発明に係る充填材は、塩分が含まれる地下水等に接触しても、その粘性は安定している。しかも、水分に対する希釈にも強い。この結果、停止した切り羽や急曲線部を十分に安定させることができる。
【００１８】
【発明の効果】
この発明に係るシールド工事用充填材は、上述のように構成され作用するため、粘性特性が安定しており、且つ、掘削位置までの圧送が容易であり、注入作業の容易化と確実化とを図れる。又、この発明に係る充填材は、塩分が含まれる地下水等に接触しても、その粘性は安定している。しかも、水分に対する希釈にも強い。この結果、停止した切り羽や急曲線部を十分に安定させることが可能になり、実用上の効果が大きい。