(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進機の切羽部に掘削用泥水を送りながら掘削を行い、掘削した土砂を排泥水として排出するとともに、該排泥水を掘削用泥水として循環使用する泥水式推進工法において、循環使用する掘削用泥水に分散剤を添加することにより、掘削用泥水を低粘性化させ、掘削用泥水の比重を１．２〜１．４の高比重領域に管理し、かつ、掘削用泥水の余剰分を利用し、該余剰泥水に増粘剤を添加したものを、ボイド充填材として使用することを特徴とする泥水式推進工法。
【請求項２】
循環使用する掘削用泥水に予め分散剤を添加するとともに、排泥用ポンプのポンプ効率が予め設定した稼動下限値に達した段階で、掘削用泥水に分散剤を補充添加することを特徴とする請求項１記載の泥水式推進工法。
【請求項３】
分散剤として、分子量５万以下のカルボン酸系重合体又はその中和塩を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の泥水式推進工法。
【請求項４】
増粘剤として、分子量１０万〜１００万のカルボン酸系重合体又はその中和塩を用いることを特徴とする請求項１、２又は３記載の泥水式推進工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、泥水式推進工法に関し、特に、掘削用泥水の比重を高い状態に維持することを可能とすることにより切羽の安定を図るとともに、併せて、比重の高くなった掘削用泥水をボイド充填材として利用することにより、ボイドの安定を図り、さらに、廃棄泥水の発生量を削減して、泥水処理費用等の施工費用並びに産業廃棄物処分量及びその処分費を大幅に低減することができるようにした泥水式推進工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
泥水式推進工法は、推進機前方の切羽と呼ばれる掘削面に掘削用泥水を地上から加圧して送り、切羽の地山面に泥水中の微細土粒子の目詰作用によって泥膜を形成するとともに、この泥膜を介して推進機の切羽部隔壁内の泥水圧で切羽の安定を保ちながら掘削を行い、掘削した土砂を排泥水として排出するものであり、排泥水は、掘削した土砂を分離した後、掘削用泥水として循環使用される。
【０００３】
また、この泥水式推進工法では、推進管の外周面と地山との間にボイドと呼ばれる微少な隙間が形成されるが、この隙間に推進管の外周面と地山との間の抵抗を低減するための滑材を充填するようにしている。
【０００４】
ところで、泥水式推進工法において用いられる掘削用泥水の管理は、土質に適合した泥水性状を維持する必要があるため、比重、粘性、濾水量、砂分濃度、ｐＨ等の物性を計測して行うようにしている。
ここで、一般的に微細土粒子の含有率の多い、すなわち、比重の高い泥水ほど逸泥しにくい性質を有しており、この点では、掘削用泥水として好ましいものということができるが、従来は、送排泥用ポンプの送泥条件等との関係で、１．１〜１．２未満（粘性土の場合は１．１未満、砂質土の場合は１．２未満）に管理するようにしていた。
これは、泥水の比重が１．２を超えると、泥水の粘度が急激に上昇し、送排泥用ポンプの圧送能力や一次処理設備（振動ふるい、サイクロン）の土砂分離効率が著しく低下するためである。
【０００５】
このため、従来は、掘削用泥水の比重が１．１〜１．２を越えると、水を加えて希釈するようにしているが、希釈に当たっては、掘削用泥水の総量を一定に保つ必要があることから、その一部を抜き取り廃棄泥水としてバキューム車等で産業廃棄物として処分するようにしていた。
【０００６】
この場合、泥水式推進工法は、例えば、シールド工法等に比べて、施工規模が比較的小規模となるため、工事スペース等も小さく、排泥水の処理装置も、振動ふるい、サイクロン等の簡易な一次処理設備に限られ、施工コスト、工事スペース等の理由から、廃棄泥水の減量を目的とする二次処理設備（フィルタープレスによる凝集脱水処理等）を設置することが困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記従来の泥水式推進工法では、掘削用泥水の比重及び粘度の調整を、水を加えて希釈することにより行うことや廃棄泥水の減量を目的とする二次処理設が設置されることがないため、廃棄泥水が大量に発生するという問題があった。そして、この問題点は、掘削地盤の土質が粘性土の場合に特に顕著となり、廃棄泥水を産業廃棄物として廃棄する際の処分費が嵩む上に、環境保全面でも好ましくなく、また、廃棄処分場の不足に伴い、廃棄泥水を廃棄すること自体が困難になってきている現状があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の泥水式推進工法が有する廃棄泥水に関する問題点に鑑み、廃棄泥水の発生量を削減し、泥水処理費用、産業廃棄物処分量及び処分費を大幅に低減することができる泥水式推進工法を提供することを第１の目的とする。
【０００９】
一方、この泥水式推進工法では、推進管の外周面と地山との間に形成されるボイドが崩壊すると、推進管の外周面に地山から弛み土圧が作用して推進管を締め付け、推力負荷が増大することとなり、特に長距離施工の場合は元押し装置のほかに中押し装置が必要となるなど、施工効率が悪化し、施工コスト増の要因となっていた。
【００１０】
この問題点への対応措置として、推力負荷の増大を抑制し、元押し装置のみによって長距離推進を可能とするため、（１）ボイドに混合型又は一体型混合の滑材を注入することによりボイドを安定化させる方法や、（２）ボイドに固結型（２液固結型）の滑材を一次注入し、さらにその内側に混合型又は一体型混合の滑材を二次注入する方法などが実施されているが、（１）の方法の場合、ボイドに注入した滑材が地山に逸散しやすく、滑材の効果が十分に発揮されず、また、滑材の使用量の増大に伴う施工コスト増の問題があり、一方、（２）の方法の場合、固結型（２液固結型）の滑材は長期安定性が乏しく、長期間に亘って継続的に滑材の効果を発揮させるようにすることが困難で、また、２種類の滑材の使用及び２段階施工に伴う施工コスト増の問題があった。
【００１１】
本発明は、上記従来の泥水式推進工法が有するボイド（ボイドに充填する滑材）に関する問題点に鑑み、廃棄泥水をボイド充填材として経済的に再生利用することにより、高品質のボイド充填材を容易に、かつ低コストで得られるようにするとともに、併せて、廃棄泥水の発生量を削減し、泥水処理費用、産業廃棄物処分量及び処分費を大幅に低減することができる泥水式推進工法を提供することを第２の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記第１及び第２の目的を達成するため、本発明の泥水式推進工法は、推進機の切羽部に掘削用泥水を送りながら掘削を行い、掘削した土砂を排泥水として排出するとともに、該排泥水を掘削用泥水として循環使用する泥水式推進工法において、循環使用する掘削用泥水に分散剤を添加することにより、掘削用泥水を低粘性化させ、掘削用泥水の比重を１．２〜１．４の高比重領域に管理し、かつ、掘削用泥水の余剰分を利用し、該余剰泥水に増粘剤を添加したものを、ボイド充填材として使用することを特徴とする。
【００１３】
この泥水式推進工法は、循環使用する掘削用泥水に分散剤を添加することにより、掘削用泥水を低粘性化させ、掘削用泥水の比重を１．２〜１．４の高比重領域に管理するようにしているので、掘削用泥水の比重を従来より高く設定することができ、これにより、地山への逸泥を抑制して切羽を安定させるとともに、廃棄泥水の発生量を削減することができる。
また、掘削用泥水の余剰分を利用し、余剰泥水に増粘剤を添加したものを、ボイド充填材として使用するようにしているので、高性能のボイド充填材を容易に、かつ低コストで得ることができ、ボイドにこのようにして得られた充填材を注入することによりボイドを安定させ、推力負荷の増大を抑制し、長距離推進を可能とするとともに、併せて、廃棄泥水の発生量を削減することができる。
【００１４】
この場合において、循環使用する掘削用泥水に予め分散剤を添加するとともに、排泥用ポンプのポンプ効率が予め設定した稼動下限値に達した段階で、掘削用泥水に分散剤を補充添加するようにすることができる。
【００１５】
これにより、掘削用泥水の粘度の上昇を、排泥用ポンプのポンプ効率を用いて、簡易に、かつ分散剤の使用量を極力少なくしながら、抑制することができる。
【００１６】
また、分散剤として、分子量５万以下のカルボン酸系重合体又はその中和塩を用いることができる。
【００１７】
これにより、掘削用泥水の粘度の上昇を経済的かつ的確に防止することができ、掘削用泥水の比重を高く設定しても送泥が可能となり、掘削効率を向上することができるとともに、掘削用泥水の余剰分を以下に記載するボイド充填材として、利用に供することができる。
【００１８】
また、増粘剤として、分子量１０万〜１００万のカルボン酸系重合体又はその中和塩を用いることができる。
【００１９】
これにより、泥水の粘度を高めると同時にチキソトロピー性を与え、推力負荷の増大を一層抑制することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の泥水式推進工法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１に、本発明の泥水式推進工法の一実施例を示す。
この泥水式推進工法は、推進機１の前方の切羽部に掘削用泥水２を送りながら掘削を行い、掘削した土砂を排泥水３として排出するとともに、排泥水を掘削用泥水２として循環使用するようにしている。
また、この泥水式推進工法では、推進管４の外周面と地山との間にボイド５を積極的に形成し、このボイド５に後述のボイド充填材６を注入するようにしている。
【００２２】
掘削した土砂は、掘削用泥水２に混入されて排泥水３として排出されるが、この排泥水３は、振動ふるい、サイクロン等の泥水の一次処理設備８により、一般残土処分が可能な一次処理土９として分離される。
そして、一次処理土９が分離された泥水３０は、調整槽１０から掘削用泥水２として再循環される。
【００２３】
ところで、このように掘削用泥水を循環使用していると、振動ふるい、サイクロン等の泥水の一次処理設備８で除去できない掘削土中の微粒子が溶け込み、泥水の比重及び粘度が上昇し、送排泥用ポンプの圧送能力や一次処理設備８の土砂分離効率が著しく低下することとなって、使用に適さなくなる。
この場合は、従来は、掘削用泥水の比重が１．１〜１．２を越えると、水を加えて希釈するようにするが、希釈に当たっては、掘削用泥水の総量を一定に保つ必要があることから、その一部を抜き取り廃棄泥水としていた。
【００２４】
これに対して、本実施例においては、一次処理土９が分離された泥水３０を調整槽１０に導入し、調整槽１０において、分散剤添加装置１２から分散剤７を添加することにより、掘削する地山の性状等に応じて、掘削用泥水の比重を従来より高比重の１．２〜１．４、より好ましくは、１．２５〜１．４に調整して掘削用泥水２として再使用するようにしている。
【００２５】
なお、本実施例においても、掘削用泥水の比重が（１．２〜）１．４を越えると、水を加えて希釈する場合があるが、希釈に当たっては、掘削用泥水の総量を一定に保つ必要があることから、その一部を抜き取り余剰泥水３１として貯泥槽１３に貯留し、後述のように、ボイド充填材６として使用するとともに、その残部を廃棄泥水１１として産業廃棄物として処理するようにしている。
【００２６】
この場合において、掘削用泥水２に添加する分散剤７には、分子量５万以下のカルボン酸系重合体又はその中和塩（分散主剤）（より具体的には、特に限定されるものではないが、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸とスルホン酸の共重合体のナトリウム塩を代表的に挙げることができる。）と、必要に応じて、炭酸ナトリウム又はトリポリリン酸ナトリウム等（分散助剤）とからなるものを好適に用いることができる。
これにより、掘削用泥水２の粘度の上昇を経済的かつ的確に防止することができ、掘削用泥水２の比重を高く設定しても掘削用泥水２及び排泥水３の送泥が可能となり、掘削効率を向上することができるとともに、掘削用泥水の余剰分３１をボイド充填材６として、利用に供することができるものとなる。
【００２７】
そして、掘削用泥水２への分散剤７の添加方法としては、掘削する地山の性状等に応じて、循環使用する掘削用泥水２に予め所定量の分散剤７を添加しておくようにするとともに、排泥用ポンプのポンプ効率が予め設定した稼動下限値に達した段階で、掘削用泥水２、より具体的には、一次処理土９が分離された泥水３０に分散剤７を補充添加するようにする。
この場合、排泥用ポンプのポンプ効率は、排泥水３の比重及び流量と、排泥用ポンプの吐出圧力と吸込圧力との差圧と、消費電力とに基づいて、容易に算出することができる。
【００２８】
この排泥用ポンプのポンプ効率の稼動下限値は、排泥用ポンプが排泥水３の比重及び粘度の高まりによって停止するときのポンプ効率よりも少なくとも大きい、例えば、４０〜４５％程度（なお、この種の排泥用ポンプの清水におけるポンプ効率は、４５〜５７％程度である。）に設定することが望ましい。
このように、分散剤７を添加して掘削用泥水２の粘度を下げることにより、従来排泥用ポンプによる排泥ができなかった高比重のものでも、円滑に排泥することができるため、掘削用泥水２は、掘削する地山の性状等に応じて、１．２〜１．４、より好ましくは、１．２５〜１．４の高比重領域で管理するようにする。
【００２９】
そして、高比重で、かつ分散剤７を添加した掘削用泥水２は、掘削壁面に薄くて不透水性に優れた泥膜を形成し、この泥膜を介して泥水圧が有効に作用するため、切羽及びボイドが安定する。また、粘土層から透水性の高い砂礫層まで、広範囲の土質に対応することができるものとなる。
【００３０】
この泥水式推進工法は、このように循環使用する掘削用泥水に予め分散剤７を添加するとともに、排泥用ポンプのポンプ効率が予め設定した稼動下限値に達した段階で、掘削用泥水２に分散剤７を補充添加するようにしているので、掘削用泥水２の粘度の上昇を、排泥用ポンプのポンプ効率を用いて、簡易に、かつ分散剤７の使用量を極力少なくしながら、抑制することができるとともに、掘削用泥水２の比重を従来より高く設定することができ、これにより、地山への逸泥を抑制して切羽を安定させるとともに、廃棄泥水１１の発生量を削減することができるものとなる。
【００３１】
一方、掘削用泥水２の希釈に当たって、掘削用泥水２の一部を抜き取り、貯泥槽１３に貯留されている余剰泥水３１の一部３２を、ボイド充填材６として使用するために、ボイド注入プラント１４に導入し、ボイド注入プラント１４の分級サイクロン１５を通すことにより、細砂分の除去等の調整を行うことにより懸濁安定性に優れた泥水とし、これに増粘剤１６を添加することにより、ボイド充填材６を得るようにする。
【００３２】
この場合において、余剰泥水３２に添加する増粘剤１６には、分子量１０万〜１００万のカルボン酸系重合体又はその中和塩（より具体的には、特に限定されるものではないが、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム又はアクリル酸とアクリル酸エステルの共重合体又はそのナトリウム塩を代表的に挙げることができる。）、あるいは分子量１０万〜１００万のカルボン酸系重合体又はその中和塩（同）と炭酸カリウムとからなるものを使用することができ、これにより、練上り直後の見かけ粘度を１，０００ｍＰａ・ｓ以上にしたものを好適に用いることができる。なお、炭酸カリウムの代わりに、同じ炭酸アルカリ金属塩である炭酸ナトリウム等の使用も考えられるが、この場合は、本発明が目的とする増粘剤としての効果が得られない。
このようにして作成したボイド充填材６は、チキソトロピー性を有し、静置するとゲル化して高粘度となり、せん断力を受けるとゾル化して低粘度となり、また、材料分離を起こさず、長期安定性に優れたものとなる。
【００３３】
そして、ボイド充填材６は、推進機１の後方の推進管４よりボイド５に注入するようにするとともに、必要に応じて、例えば、長距離施工の場合等には、地山への逸散等によるボイド充填材６の減少分を補充するため、適宜間隔をあけてさらに後方の推進管４からも注入するようにする。
この場合、推進機１の直後から注入したボイド充填材６が切羽側に逆流しても、ボイド充填材６に用いられている増粘剤１６は、分散剤（分散主剤）７と基本的に分子量のみが異なる同じ成分からなる同系物質であることから、掘削用泥水２に悪影響を及ぼすことはない。
また、ボイド充填材６は、余剰泥水３２を利用するため、十分な量のボイド充填材６を安定的に確保することができる。
また、このようにして得たボイド充填材６は、材料分離を起こしにくく、濾水量をさらに減少させる特性を有し、ボイド５の保持や地山の剥落を防止し、さらに、長期安定性に優れるため、長期間に亘ってボイド５の安定に寄与することができる。
【００３４】
この泥水式推進工法は、このように掘削用泥水２の余剰分３１の一部３２を利用し、この余剰泥水３２に増粘剤１６を添加したものを、ボイド充填材６として使用するようにしているので、高性能のボイド充填材を容易に、かつ低コストで得ることができ、ボイド５にこのようにして得られた充填材６を注入することによりボイド５を安定させ、推力負荷の増大を抑制し、長距離推進を可能とするとともに、併せて、廃棄泥水１１の発生量を削減することができるものとなる。
【００３５】
そして、この泥水式推進工法によれば、より具体的には、掘削用泥水２を、掘削する地山の性状等に応じて、１．２〜１．４、より好ましくは、１．２５〜１．４の高比重領域で管理するようにすることと併せて実施することにより、廃棄泥水１１の発生量を、従来の泥水式推進工法との比較において、１／２以上削減することができるものとなる。
【００３６】
以上、本発明の泥水式推進工法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の泥水式推進工法によれば、循環使用する掘削用泥水に分散剤を添加することにより、掘削用泥水を低粘性化させ、掘削用泥水の比重を１．２〜１．４の高比重領域に管理するようにしているので、掘削用泥水の比重を従来より高く設定することができ、これにより、地山への逸泥を抑制して切羽を安定させるとともに、廃棄泥水の発生量を削減することができ、これにより、地山への逸泥を抑制して切羽を安定させるとともに、廃棄泥水の発生量を削減することができ、泥水処理費用、産業廃棄物処分量及び処分費を大幅に低減することができる。
そして、掘削用泥水の余剰分を利用し、余剰泥水に増粘剤を添加したものを、ボイド充填材として使用するようにしているので、高性能のボイド充填材を容易に、かつ低コストで得ることができ、ボイドにこのようにして得られた充填材を注入することによりボイドを安定させ、推力負荷の増大を抑制し、長距離推進を可能とするとともに、併せて、廃棄泥水の発生量を削減することができ、泥水処理費用、産業廃棄物処分量及び処分費を大幅に低減することができる。
【００３８】
また、循環使用する掘削用泥水に予め分散剤を添加するとともに、排泥用ポンプのポンプ効率が予め設定した稼動下限値に達した段階で、掘削用泥水に分散剤を補充添加するようにすることにより、掘削用泥水の粘度の上昇を、排泥用ポンプのポンプ効率を用いて、簡易に、かつ分散剤の使用量を極力少なくしながら、抑制することができる。
【００３９】
また、分散剤として、分子量５万以下のカルボン酸系重合体又はその中和塩を用いることにより、掘削用泥水の粘度の上昇を経済的かつ的確に防止することができ、掘削用泥水の比重を高く設定しても送泥が可能となり、掘削効率を向上することができるとともに、掘削用泥水の余剰分を以下に記載するボイド充填材として、利用に供することができる。
【００４０】
また、増粘剤として、分子量１０万〜１００万のカルボン酸系重合体又はその中和塩を用いることにより、泥水の粘度を高めると同時にチキソトロピー性を与え、推力負荷の増大を一層抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の泥水式推進工法の一実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
１    推進機
２    掘削用泥水
３    排泥水
３０  一次処理泥水
３１  余剰泥水
３２  余剰泥水（一部）
４    推進管
５    ボイド
６    ボイド充填材
７    分散剤（分散主剤及び分散助剤）
８    一次処理設備
９    一次処理土
１０  調整槽
１１  廃棄泥水
１２  分散剤添加装置
１３  貯泥槽
１４  ボイド注入プラント
１５  分級サイクロン
１６  増粘剤
【図１】
0004601853.tif 000002