(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水１００重量部にベントナイト０.５〜１５．０重量部を添加して得られるベントナイト懸濁液に、カルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、及びカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムから選ばれた少くとも１種を０．０３〜７．０重量部添加してなり、
カルボキシメチル化グアガムの置換度が０．０１〜１．０の範囲であり、ヒドロキシプロピル化グアガムの置換度が０．１〜０．５の範囲であり、カルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムの置換度が、カルボキシメチル化は０．０１〜１．０、ヒドロキシプロピル化は０．０１〜０．５の範囲であることを特徴とする１体型の推進掘削用又は泥土圧シールド掘削用安定液。
【請求項２】
カルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、及びカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムから選ばれた少くとも１種を０．０５〜３．０重量部添加してなることを特徴とする請求項１に記載の1体型の推進掘削用又は泥土圧シールド掘削用安定液。
【請求項３】
水１００重量部にベントナイト３〜１２重量部を添加して得られるベントナイト懸濁液からなる第一液と、水１００重量部にカルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、及びカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムから選ばれた少くとも１種を０．５〜５．０重量部添加して得られる水溶液からなる第二液を、シールド掘削機チャンバー内で混合してなり、
カルボキシメチル化グアガムの置換度が０．０１〜１．０の範囲であり、ヒドロキシプロピル化グアガムの置換度が０．１〜０．５の範囲であり、カルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムの置換度が、カルボキシメチル化は０．０１〜１．０、ヒドロキシプロピル化は０．０１〜０．５の範囲であることを特徴とする２ショット型の推進掘削用又は泥土圧シールド掘削用安定液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベントナイトと、カルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガム等の変性グアガムを使用して作液した推進掘削用又は泥土圧シールド掘削用安定液に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、合成、半合成、天然を問わず各種高分子化合物（以下、ポリマーという）が、杭工事、連続壁工事、シールド、推進工事の安定液の加泥剤として使用されている。これらポリマーのうち、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）は、杭工事、連続壁工事、シールド、推進工事の安定液の添加剤として用いられ、ポリアクリルアミド共重合物及びポリアクリル酸ナトリウム等は、泥土圧シールド掘削工事の安定液の添加剤として使用されている。
【０００３】
しかしながら、上記のポリマー類は、海水・セメント等の塩汚染に弱く、掘削作業中にこれら汚染に遭遇した場合、脱水量の増大、多量のブリージングが生じ、孔壁の崩壊等を誘発し、作業全体に多大な損害をもたらす。現状では、これら汚染の対策として、新液（新しい安定液）を補給しながら、炭酸ナトリウム及び分散剤（例えばアクリル系分散剤）を添加する方法がとられている。
【０００４】
また、ＣＲＭ工法、ＴＲＤ工法等に代表されるソイル連続壁工事で使用される安定液では、砂礫層での礫及び砂の沈降防止及び、逸液防止を目的として高イールド値及び高ゲル値を有する安定液が要求される場合がある。このような掘削条件下では、安定液に使用するポリマー類を増量して高粘性とする方法、及びベントナイトに少量のエクステンダーとしてポリマーを混合した土木用添加剤を用いて、安定液を作液する方法が取られている。
しかし、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアクリルアミド共重合物及びポリアクリル酸ナトリウム等のポリマーは、安定液のイールド値及びゲル値を上昇させる機能に欠けるため、必要以上にポリマーが添加されると、見かけ粘性が上昇し、ポンプ移送などに支障が生じる。また海水、セメントの塩汚染に弱く、凝集、遊離水の発生が生じ、掘削作業に支障をきたす。
【０００５】
さらに、泥土圧シールド掘削工事は、掘削地山に適量の安定液を注入し、地山をスラリー化すると同時に、土圧に対抗しつつ掘削し、スラリー化した地山を排土して掘削する工法であるが、このとき注入される安定液には、前述したポリマー類が使用されている。特に砂礫地盤を掘削するためには、排土を容易にするために高粘性のポリマー流体が使用される。
しかし、近年、シールド掘削距離が長距離化するに伴い、前述したポリマー類を使用した高粘性流体では、圧送時のポンプ圧が高くなりすぎて、加泥剤の長距離圧送が難しくなるという問題が生じている。
【０００６】
安定液の耐塩性向上及び流動特性改善を行う方法としては、キサンタンガム、グアガム、ウェランガムを使用する方法（例えば特開昭53-35564、特開昭56-18683、特開平05-17763）が提案されている。しかし、これらガム類を用いて高イールド値及び高ゲル値を得ようとすれば、多量の添加が必要となり、コストが高くなる。
また、推進掘削又は泥土圧シールド工事の長距離化に対処するために、ベントナイト懸濁液と水ガラスを別々に挿入し、これらをシールド掘削機チャンバー内で混合し増粘させる方法も一部行なわれているが、加泥剤のｐHが高くなり危険である等の問題がある。
【特許文献１】特開昭５３−３５５６４
【特許文献２】特開昭５６−１８６８３
【特許文献３】特開平０５−１７７６３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、耐塩性をもち、粘性をコントロールしやすい推進掘削用又は泥土圧シールド掘削用安定液の提供が課題になっている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、グアガムとして特定の変性グアガムを用い、これをベントナイト懸濁液に適量添加混合して、安定液を作液することにより、安定液を任意の粘性にコントロールし、かつ耐塩性の優れた推進掘削用又は泥土圧シールド掘削用安定液を得ることができることを見い出した。
変性グアガムとしては、特定の置換度をもつカルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムの少くとも１種を使用すると、非常にイールド値及びゲル値の高い流体を得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐塩性に優れ、粘性をコントロールしやすい推進掘削用又は泥土圧シールド掘削用安定液を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明で使用されるカルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムは、グアガムをカルボキシメチル化、及び／又は、ヒドロキシプロピル化して得られたものである。カルボキシメチル化グアガムの置換度は０．０１から１．０の範囲であり、ヒドロキシプロピル化グアガムの置換度は０．１から０．５の範囲であり、カルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムの置換度は、カルボキシメチル化が０．０１から１．０、ヒドロキシプロピル化が０．０１から０．５の範囲である。この範囲より低い場合は、安定液として必要な粘性が発現せず、また、この範囲より高い場合は、変性に必要なコストが大きくなりすぎ経済的に好ましくない。
なお、本発明の効果を損なわない場合は、カルボシメチル化、及び／又は、ヒドロキシプロピル化を行う前後に任意の別の加工、例えば、低粘度化、エステル化、エーテル化、グラフト化、架橋等を行ってもよい。
【００１１】
本発明で使用するカルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムは、ベントナイト懸濁液に直接添加してもよいし、予め、ベントナイトに適量混合したものを水に添加し安定液にしてもよい。また、必要に応じて、ＣＭＣ等の既存の高分子化合物と併用しても良い。
ベントナイト懸濁液に添加する場合は、溶液又は粉末の何れの形態を取ってもよい。
例えば水道水１００重量部にベントナイト０．５〜１５．０重量部を添加したベントナイト懸濁液に、カルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムを０．０３〜７．０重量部好ましくは、０．０５〜３．０重量部の範囲になるように添加する。
カルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムの添加量は、ベントナイトの添加量及び希望する安定液の粘性によって異なるが、上記ベントナイトの配合量の場合、０．０３重量部以下では、所定の粘性を得ることが難しく、また、７．０重量部以上では、粘性が高すぎて混合攪拌できなくなる。
【００１２】
また、粉末の形態で使用する場合は、ベントナイト１００重量部に、上記のカルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムを０．５〜１０．０重量部の範囲で混合して添加剤とする。０．５重量部以下では、所定の粘性を得るのに、ベントナイトとカルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムとの混合物を多量に添加しなければならない。また、安定液中のカルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムの含有量が少なくなり、耐塩性の向上が期待できない。一方、１０.０重量部以上では、粘性が高すぎて混合攪拌できなくなり、現場での取り扱いが難しくなる。
上記粉末状の添加剤は、水１００重量部に１．０〜１５．０重量部混合して安定液とする。
【００１３】
さらに、上記カルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムは、市販のカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアクリルアミド共重合物及びポリアクリル酸ナトリウム等と併用しても良い。これらポリマー（以下市販のポリマーという）と併用することにより、カルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムの有する高イールド値、高ゲル値、耐塩性を安定液に付与することができ、流体の特性が一層良好になる。市販のポリマーとしては、例えばテルセルロース、テルポリマー２００、テルポリマー９、テルポリマー１４００ＭＣ、テルコートＤＰ（いずれもテルナイト社製）がある。
上記の市販のポリマーの少なくとも１種類以上を混合して用いる場合、その混合比率は、任意の比率で良い。好ましくは、変性グアガム：市販のポリマー＝２：１〜１：２の範囲が最も好ましい、市販のポリマーが前述した１：２より多い範囲で用いた場合は、変性グアガムを使用した時の安定液の特徴である高イールド値及び高ゲル値が得られない。
【００１４】
上記変性グアガムに、ベントナイト、カオリナイト、山粘土及び炭酸カルシウム粉末のうち、いずれか１種以上を混合して添加剤にすることができる。また、これら添加剤を用いて安定液とする場合、安定剤として、ベントナイトのほかに、分散剤、脱水減少剤、潤滑剤、アルカリ度調整剤、増粘剤、防腐剤を用いることができる。
【００１５】
本発明で用いられるベントナイトは、クニゲルＶ１、赤城ベントナイト、浅間ベントナイト等の土木工事で使用されている市販ベントナイトを用いることができる。なかでも、ベントナイトとしてイルード値が高い、クニゲルＶＯ（クニミネ鉱業(株)製）、スーパークレイ（(株)ホージュン製）に代表されるワイオミング産ベントナイトが最も好ましい。
【００１６】
また、カルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムを用いた安定液に分散剤を用いることができ、分散剤としては、テルフロー、テルフローＥ（(株)テルナイト製）等、市販の分散剤ならば、何れを用いても良い。
【００１７】
上記の変性グアガムとベントナイトを、推進掘削又は泥土圧シールド掘削において、ツーショット型の添加剤として使用する場合、水１００重量部にベントナイト３〜１２重量部を添加して得られるベントナイト懸濁液、好ましくは５〜８重量部の範囲で添加して得られるベントナイト懸濁液からなる第一液と、カルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムを０．５〜５．０重量部、好ましくは１．０〜２．０重量部の範囲で添加して得られる変性グアガム水溶液からなる第二液を、シールド掘削機チャンバー内で、混合比率１０：１〜２：３の範囲で混合することが最も好ましい。前記混合比率の範囲外では、２液が混合されたときに強いゲルストレングス値を有し、シャーシニング性の高い流体が得られない。
使用するベントナイトは、ＶＧメータ回転粘度計測定による見かけ粘性値（ＡＶ値）１５ｃｐ以上を得るために必要な添加量が、１３．０（重量部／水１００重量部）以下であるか、あるいは、コロイド滴定によるコロイド荷電量が、４０．０（ｍｅｑ／１００ｇ）以上で有るかの何れかの条件を満たしていればよい。好ましくは、ワイオミング産ベントナイトのように１５ｃｐ以上となるために必要な添加量が７．０（重量部／水１００重量部）、コロイド荷電量が６９．０（ｍｅｑ／１００ｇ）の高膨潤性ベントナイトを使用することが最も適している。
【実施例】
【００１８】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。本発明は、これに限定されるものではない。
【００１９】
〔実施例１〜１０〕〔比較例１〜２〕
カルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムをワイオミングベントナイト懸濁液に添加して安定剤とし、従来品の安定剤（市販品ガム又はＣＭＣを添加）との耐塩性比較試験を実施した。結果を表−１に示す。
「使用した材料及び添加量」
水道水                      ；                            １００重量部
ワイオミングベントナイト；スーパークレイ（(株)ホージュン）    ３重量部
カルボキシメチル化グアガムＡ；置換度０．０１              ０．２重量部
カルボキシメチル化グアガムＢ；置換度０．１１    ０．０６〜０．２重量部
カルボキシメチル化グアガムＣ；置換度０．９０              ０．２重量部
ヒドロキシプロピル化グアガムＡ；置換度０．１              ０．２重量部
ヒドロキシプロピル化グアガムＢ；置換度０．３              ０．２重量部
カルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムＡ
；ＣＭ化置換度０．０２、ＨＰ化置換度０．１１        ０．２重量部
カルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムＢ
；ＣＭ化置換度０．１２、ＨＰ化置換度０．１５        ０．２重量部
カルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムＣ
；ＣＭ化置換度０．９０、ＨＰ化置換度０．４８        ０．２重量部
カルボキシメチル化グアガムＢ                          ０．１重量部及び
ヒドロキシプロピル化グアガムＢ                        ０．１重量部
カルボキシメチル化グアガムＢ                          ０．１重量部及び
ヒドロキシプロピル化グアガムＢ                        ０．１重量部及び
カルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムＢ      ０．１重量部
比較品−１；
ＣＭＣ  Ａ−２００（日本製紙ケミカル社製品）            ０．４重量部
比較品−２；
高粘性タイプグアガム  レスター（テルナイト社製品）  ０．０６重量部
「測定方法」
(1)  水道水１００重量部にベントナイト３重量部を添加し、ミキサーで１０分間攪拌混合する。
(2)  攪拌後、各材料を上記配合のいずれかにもとづいて添加し、さらに１０分攪拌し、ＶＧメータ及びＢ型粘度計（No３のロータ、６０ｒｐｍ）を用いて、粘性を測定した。
(3)  粘性測定後、ＡＰＩ脱水試験機を用いて、脱水量を測定した。
【００２０】
【表１】
0004567325.tif 000002
注：表中  AV：見かけ粘度，PV：プラスチック粘度，YV：イールド値，GEL：ゲルストレングス値（ＡＰＩ規格ＲＰ１３Ｂ−１の試験方法に準じて測定）
表に示す結果からも分かるように、本発明の安定液は、実施例２に示すように、市販のグアガムと比較して、同量の添加量であっても、高い安定液のYV値、GEL値が得られ、砂礫層などの粘性の必要な場合に非常に有効な安定液となる。また、実施例１、３〜１０に示すように、市販のＣＭＣと比較して、少ない添加量で、高いYV値、GEL値が得られる。
【００２１】
〔実施例１１〜１６〕〔比較例３〜７〕
カルボキシメチル化グアガム、ヒドロキシプロピル化グアガム、又はカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムをワイオミングベントナイトに混合した一体型の添加剤を作り、従来品との流動性及び耐塩性に関する比較試験を実施した。結果を表−２、３に示す。
「使用した材料及び添加量」
ワイオミングベントナイト；スーパークレイ（(株)ホージュン）    １００重量部
カルボキシメチル化グアガムＢ；置換度０．１１          １．０〜２．０重量部
ヒドロキシプロピル化グアガムＢ；置換度０．３                  ２．０重量部
カルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガムＢ
；ＣＭ化置換度０．１２、ＨＰ化置換度０．１５    １．０〜２．０重量部
市販のカルボキシメチル化ヒドロキシプロピル化グアガム（製品名：ジャガー8600）
；ＣＭ化置換度０．１０、ＨＰ化置換度０．３９          １．２５重量部
比較品−１；ＣＭＣ  Ａ−２００（日本製紙ケミカル社製品）    １．２５重量部
比較品−２；高粘性タイプグアガム レスター(テルナイト社製品）１．２５重量部
比較品−３；グアガム  グアコールＦ３０                      １．２５重量部
「測定方法」
(1)  水道水５００重量部に上記のいずれかの配合によるベントナイトと各種のグアガムからなる一体型添加剤４.０重量部を添加し、ミキサーで１０分間攪拌混合した。
(2)  攪拌後、ＶＧメータ及びB型粘度計（No３のロータ、６０ｒｐｍ）を使用し、粘性を測定した。（表−２参照）
(3)  粘性測定後、ＡＰＩ脱水試験機を用いて脱水量を測定した。その後、３％ＮａＣｌ溶液を３０容量部添加し、１０分攪拌後、同様に粘性及び脱水量を測定した。
(4)  測定後、１００ｍｌ共栓付メスシリンダーに入れ、時間と遊離水の量を測定した。（表−３参照）
【００２２】
【表２】
0004567325.tif 000003
【００２３】
【表３】
0004567325.tif 000004
表２に示す結果からも分かるように、本発明品は、ベントナイトに予め混合した状態で添加しても、非常に高い安定液のイールド値、GEL値が得られ、砂礫層などの粘性の必要な場合に非常に有効な安定液となる。また、表３に示すように海水汚染を模擬した３％ＮａＣｌ汚染においても、脱水量の増加及び、遊離水の発生が低く、耐塩性に優れている。
【００２４】
〔実施例１７〜２４〕
カルボキシメチル化グアガム（以下、ＣＭＧともいう）溶液とベントナイト懸濁液を混合する２ショット型安定液として、以下に示す配合組成の２液を所定の比率で混合し、B型粘度計（ロータNo.2〜No.4）により粘性測定を実施した。
「試験手順」
(1)  あらかじめ、５、７、９％濃度のベントナイト（以下、スーパークレイという）懸濁液と１％ＣＭＧ溶液を作液した。
(2)  表−４〜５に示す混合比率で両溶液を混合し、5分間攪拌した。
(3)  攪拌後VGメータ及びB型粘度計にて粘性を測定した。B型粘性測定には、ロータNo3及び4を使用し、回転数は、60rpm、3rpmを採用した。粘性が高い場合は、ロータを変えて回転数を同じ条件で測定した。
(4)  必要に応じｐＨ，脱水を測定した。
「使用した材料及び添加量」
水道水                    ；                              １００重量部
ワイオミングベントナイト；スーパークレイ((株)ホージュン）
５〜９重量部
カルボキシメチル化グアガムＢ；置換度０．１１の１％の溶液（１％ＣＭＧ)；
１.０重量部
【００２５】
【表４】
0004567325.tif 000005
【００２６】
【表５】
0004567325.tif 000006
【００２７】
Ｂ型粘度計による粘性測定の結果、高せん断領域におけるＢ型粘性は、スーパークレイ濃度７％以上で、１％ＣＭＧ溶液とベントナイト懸濁液の混合比率１：２以上で、高粘性流体（ゲル流体）が得られる。（表−４参照）低せん断領域においては、スーパークレイ濃度５％以上で１％ＣＭＧ溶液とベントナイト懸濁液の混合比率１：１以上で、５０００（mPa・S）と高い粘性が得られる。（表−５参照）
スーパークレイ濃度７％以上で１％ＣＭＧ溶液とベントナイト懸濁液の混合比率１：３以上で、スライム状の硬いスラリーが得られる。（表−４，表−５参照）
これらの結果より、両液を混合する２ショット型安定液は、その混合比率を調整することにより高いシャーシニング性を有する高粘性流体を得られるばかりでなく、スライム状の硬いスラリーを得ることができることより、砂礫層地盤にも有効な安定液となることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】表−５における「低せん断速度領域におけるＣＭＧ／スーパークレイ混合液のＢ型粘性」を示す図表である。
【図１】
0004567325.tif 000007