(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
比重が２．６０〜２．８０の粘土と、比表面積が２００〜３５０ｍ２／ｇの添加粘土と、増粘剤を水に分散してなり、かつ上記比重が２．６０〜２．８０の粘土に、無機汚泥を脱水して湿潤状態を維持した無機汚泥脱水ケーキを、湿潤状態のまま破砕、または湿潤状態のまま破砕処理後、乾燥・粉砕、またはケーキ状のものを直接乾燥・粉砕のいずれかの処理をすることにより得られた粘土を用いたことを特徴とする地中、地下掘削に用いる泥漿材。
【請求項２】
１ｍ３当たりの配合比率が、比重が２．６０〜２．８０の粘土：４００〜７００ｋｇ、比表面積が２００〜３５０ｍ２／ｇの添加粘土：１〜３０ｋｇ、増粘剤：１〜２５ｋｇ、水：６００〜８５０ｋｇで配合処方されてなり、かつ、上記比重が２．６０〜２．８０の粘土に、無機汚泥を脱水して湿潤状態を維持した無機汚泥脱水ケーキを、湿潤状態のまま破砕、または湿潤状態のまま破砕処理後、乾燥・粉砕、またはケーキ状のものを直接乾燥・粉砕のいずれかの処理をすることにより得られた粘土を用いたことを特徴とする地中、地下掘削に用いる泥漿材。
【請求項３】
１ｍ３当たりの配合比率が、比重が２．６０〜２．８０の粘土：４００〜７００ｋｇ、増粘剤：１〜２５ｋｇ、水：６００〜８５０ｋｇで処方されてなり、かつ、上記比重が２．６０〜２．８０の粘土に、無機汚泥を脱水して湿潤状態を維持した無機汚泥脱水ケーキを、湿潤状態のまま破砕、または湿潤状態のまま破砕処理後、乾燥・粉砕、またはケーキ状のものを直接乾燥・粉砕のいずれかの処理をすることにより得られた粘土を用いたことを特徴とする地中、地下掘削に用いる泥漿材。
【請求項４】
１ｍ３当たりの配合比率が、比重が２．６０〜２．８０の粘土：４２０〜５６０ｋｇ、増粘剤：０．５〜３．０ｋｇ、水：６５０〜９５０ｋｇで配合処方されてなり、かつ、上記比重が２．６０〜２．８０の粘土に、無機汚泥を脱水して湿潤状態を維持した無機汚泥脱水ケーキを、湿潤状態のまま破砕、または湿潤状態のまま破砕処理後、乾燥・粉砕、またはケーキ状のものを直接乾燥・粉砕のいずれかの処理をすることにより得られた粘土を用いたことを特徴とする地中、地下掘削に用いる泥水材。
【請求項５】
無機汚泥脱水ケーキが，砕石場で発生する砕石粉汚泥を脱水してなるものであることを特徴とする請求項１，２，３または４記載の地中、地下掘削に用いる泥漿材または泥水材。
【請求項６】
増粘剤が、ポリアクリル酸ソーダ及びポリアクリルアミド、カルボキシメチルセルローズナトリウム、カルボキシメチルセルローズカルシウム、メチルセルローズ、デンプングリコール酸ナトリウム、デンプンリン酸エステルナトリウム、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコールエステルからなる群より選ばれた少なくとも１つの成分であることを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載の地中、地下掘削に用いる泥漿材または泥水材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海水が湧出する現場や、地下水が湧出する現場で施工される推進工法やシールド掘進工法等の地中、地下掘削に用いる泥漿材または泥水材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地中、地下掘削のうち、推進工法では、比較的粘性が高い泥漿材を切羽から噴出し、使い捨て状態で用いて掘進し、シールド掘進工法では、比較的粘性が低い泥水材を掘削部に加圧循環して用いて掘進するようにしている。そして従来の海水、地下水が湧出する現場で用いるこの泥漿材及び泥水材には、粘土にベントナイトを用い、これを水に分散、及び水に膨潤させると共に、増粘剤を配合したものが用いられている。また、高水性樹脂を用いる場合は、水に分散、膨張させて用いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ベントナイトを用いた泥漿材及び泥水材を海水が湧出する現場で用いた場合、これに海水が混入すると、これにＮａイオンを吸着して凝集反応を起こして劣化してしまうという問題があった。これは置換イオンであるＮ+ が多量に混入すると電気的に中和されて凝集し、懸濁分散状態を維持できなくなりベントナイト粒子が沈降してしまうからである。このようにベントナイトを主材料とするものでは海水が湧出する現場での使用には限界があった。
【０００４】
また、ベントナイトは産業廃棄物に指定されている物質であり、シールド掘進工法でベントナイトを含む粘土を使用した場合には掘削排土の処分等について特別な処理が必要となる問題がある。
【０００５】
一方粘土として高吸収性樹脂を用いた泥漿材、泥水剤の場合も、これに海水が混入すると劣化が著しく品質が不安定になり、所期の性能を発揮できなかった。
【０００６】
また、上記従来の泥漿材及び泥水材にあっては、ベントナイト及び高吸水性樹脂の双方とも比重が小さいので、増粘剤にて粘性を高くしたとしても、地下水圧が高い現場では、逸泥されてしまうため使用できなかった。
【０００７】
本発明は上記のことにかんがみなされたもので、海水が湧出する現場や地下水が湧出する現場においても良好な性能を保持して使用できる泥漿材または泥水材を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために本発明に係る泥漿材は、比重が２．６０〜２．８０の添加粘土と、比表面積が２００〜３５０ｍ２／ｇの添加粘土と、増粘剤を水に分散してなり、かつ上記比重が２．６０〜２．８０の粘土に、無機汚泥を脱水して湿潤状態を維持した無機汚泥脱水ケーキを、湿潤状態のまま破砕、または湿潤状態のまま破砕処理後、乾燥・粉砕、またはケーキ状のものを直接乾燥・粉砕のいずれかの処理をすることにより得られた粘土を用いた構成となっており、これは比表面積の大きい粘土が含まれていて、イオン交換による泥漿材の劣化がおこりにくいため、海水が湧出する現場で用いられる。また、比重が大きい粘土を含んでいるため、地下水圧が高くて逸泥のおそれのある現場でも用いることができる。
【０００９】
また、本発明に係る泥漿材は、１ｍ３当たりの配合比率が、比重が２．６０〜２．８０の粘土：４００〜７００ｋｇ、比表面積が２００〜３５０ｍ２／ｇの添加粘土：１〜３０ｋｇ、増粘剤：１〜２５ｋｇ、水：６００〜８５０ｋｇで配合処方されてなり、かつ、上記比重が２．６０〜２．８０の粘土に、無機汚泥を脱水して湿潤状態を維持した無機汚泥脱水ケーキを、湿潤状態のまま破砕、または湿潤状態のまま破砕処理後、乾燥・粉砕、またはケーキ状のものを直接乾燥・粉砕のいずれかの処理をすることにより得られた粘土を用いた構成となっており、これは比表面積の大きい粘土が含まれていて、イオン交換による泥漿材の劣化がおこりにくいため、海水が湧出する現場で用いられる。また、比重が大きい粘土を含んでいるため、地下水圧が高くて逸泥のおそれのある現場でも用いることができる。
【００１０】
また、本発明に係る泥漿材は、１ｍ３当たりの配合比率が、比重が２．６０〜２．８０の粘土：４００〜７００ｋｇ、増粘剤：１〜２５ｋｇ、水：６００〜８５０ｋｇで処方されてなり、かつ、上記比重が２．６０〜２．８０の粘土に、無機汚泥を脱水して湿潤状態を維持した無機汚泥脱水ケーキを、湿潤状態のまま破砕、または湿潤状態のまま破砕処理後、乾燥・粉砕、またはケーキ状のものを直接乾燥・粉砕のいずれかの処理をすることにより得られた粘土を用いた構成となっており、これは地下水が湧出する現場で用いられる。
【００１１】
また、本発明に係る泥水材は、１ｍ３当たりの配合比率が、比重が２．６０〜２．８０の粘土：４２０〜５６０ｋｇ、増粘剤：０．５〜３．０ｋｇ、水：６５０〜９５０ｋｇで配合処方されてなり、かつ、上記比重が２．６０〜２．８０の粘土に、無機汚泥を脱水して湿潤状態を維持した無機汚泥脱水ケーキを、湿潤状態のまま破砕、または湿潤状態のまま破砕処理後、乾燥・粉砕、またはケーキ状のものを直接乾燥・粉砕のいずれかの処理をすることにより得られた粘土を用いた構成となっており、これは地下水が湧出する現場で用いられることはもちろんであるが、粘性が低いことから海水による劣化が大きな影響を及ぼさないため、海水が湧出する現場でも使うことができる。
【００１２】
そして上記各構成において上記比重が２．６０〜２．８０の粘土に、無機汚泥を脱水して湿潤状態を維持した無機汚泥脱水ケーキを、湿潤状態のまま破砕、または湿潤状態のまま破砕処理後、乾燥・粉砕、またはケーキ状のものを直接乾燥・粉砕のいずれかの処理をすることにより得られた粘土を用いたことにより、この粘土は海水に反応しないことにより、上記本発明による泥漿材または泥水材を海水が湧出する現場で用いて効果を発揮することができる。また、上記無機汚泥はベントナイトに比べてイオン交換容量が小さいので、海水のＮａ＋イオンの影響を受けにくく、かつ比重が大きいことにより、河口などのように海水が混入し、さらに地下水等の水圧が大きい現場で使用できる。
【００１３】
また、本発明に係る泥漿材または泥水材に用いる無機汚泥脱水ケーキが，砕石場で発生する砕石粉汚泥を脱水してなるものである。
【００１４】
そして上記増粘剤が、ポリアクリル酸ソーダ及びポリアクリルアミド、カルボキシメチルセルローズナトリウム、カルボキシメチルセルローズカルシウム、メチルセルローズ、デンプングリコール酸ナトリウム、デンプンリン酸エステルナトリウム、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコールエステルからなる群より選ばれた少なくとも１つの成分を用いた。
【００１５】
上記した本発明に係る泥漿材は、比重が２．６０〜２．８０の粘土に、比表面積が２００〜３５０ｍ２／ｇと大きい粘土を加えることにより、この比表面積が大きい粘土が電解質である海水中においてもこれの単繊維形状相互による絡まり合い原因と考えられるウエットボルュームと増粘効果が得られることができ、これにより、海水が湧出する現場でも止水性を高めることができ、また、排土の流動性と揺変性を向上できる。さらに、ベントナイトを用いたもののように特別な処理を行う必要がなくなり、取り扱いも容易になる。
【００１６】
また、比重が２．６０〜２．８０の粘土と増粘剤と水とからなる泥漿材または泥水材は、比重が高いため、泥水材の細粒分の逸泥防止効果が得られ、これにより、地下水が湧出する現場でも止水性を高め、また排土の流動性と揺変性を向上できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る泥漿材及び泥水材に用いる粘土には、一例として無機汚泥脱水ケーキが用いられる。この無機汚泥脱水ケーキとしては、主として砕石場で発生する砕石粉汚泥を、含水率８５％以下になるまでフィルタプレス等の脱水装置にて脱水して湿潤状態を維持したケーキ状のものが用いられる。そしてこれの使用に際しては、この無機汚泥脱水ケーキを、（１）湿潤状態のままカッタ等にて大きさが１０〜２０ｍｍ程度の小塊状になるように破砕処理し、また、（２）湿潤状態のまま１０〜２０ｍｍ程度の小塊に破砕後、乾燥し、粉砕し、さらに（３）湿潤状態から直接乾燥し、次いで（２）と同程度に粉砕した粘土とし、この種類の粘土のうちいずれか１つの粘土を用いる。
【００１８】
なお、上記（１）の処理、すなわち湿潤状態のままカッタ等にて破砕処理したものを用いる場合、乾燥するためのエネルギを節約できると共に、乾燥粉砕する際に発生する塵埃の心配がない。また湿潤したまま用いることにより、この湿潤状態の粘性を利用することができると共に、加水量を少なくできる。このとき、添加する水の量は粘土内の水の量に応じて調節する必要がある。さらに、ケーキ状のまま搬送できるので、袋づめ等の梱包が不要となる。そして、上記（２），（３）の工程のものでは、乾燥工程がある分コスト的マイナスだが、泥漿材及び泥水材を生成する段階で混合する増粘剤等の他剤を事前に混合する、いわゆるプレミックスすることができ、現場では加水するだけの状態にしておけるので便利であり、実際の工事作業者のニーズに対応できる。なお（２）の工程は、乾燥機が小さめの少量生産の現場で行われている工程であり、（３）の工程は、大量生産するところの間口の大きな乾燥機を使用している現場で行われる工程である。
【００１９】
（Ａ）上記無機汚泥脱水ケーキを用いた推進工法用の泥漿材の実施例を下記に示す。なお、一般的な砂質土掘削を前提とした場合の泥漿材は、これの物性が比重１．３５〜１．４０、粘性４０００〜５０００ｃｐｓであれば、粘土圧式シールド掘進工法に用いる泥漿材としての目標品質となるといわれている。
【００２０】
（１）耐海水性処方
泥漿材１ｍ３当たりの配合比率
海水    ：７５０ｋｇ
粘土    ：５５０ｋｇ
増粘剤  ：１２ｋｇ
添加粘土：１２ｋｇ
ただし、上記粘土は上記無機汚泥脱水ケーキを（２）の工程で作った乾燥粉末状で、かつ比重が２．７８の粘土を用い、また添加粘土は、主成分が含水ケイ酸マグネシウムで、比表面積が２６０ｍ２／ｇの粘土（市販品）を用いた。これは単繊維の断面は、タルクを互い違いに積み重ねた結晶構造をしており、繊維中に約５．６×１１．０オングストロームの口径の長いトンネルがいくつもあいていて、このトンネルが特異な吸着効果に寄与している。
【００２１】
その結果の性能は、混合作成してから１時間後で粘性が４７００ｃｐｓ、比重が１．３４となり、一日後で粘性が５０００ｃｐｓ、比重が１．３４となり、泥漿材としての目標品質を達成することができた。
【００２２】
この場合の泥漿材は、主粘土が無機汚泥であり、このように比重の大きな粘土を用いるのは逸泥を防ぐためであるが、無機汚泥はさらにベントナイトに比べてイオン交換容量が小さいので、海水のＮａ＋イオンの影響を受けにくい。また、添加粘土が比表面積が２６０ｍ２／ｇと極めて大きい粘土が混入されていることにより電解質である海水中においても安定したウエットボリュームと増粘効果を保持することができ、海水が湧水する現場での泥土圧式シールド掘進工法の泥漿材として用いて良好な性能を得ることができた。このように、粘土比重が大きく、プラスイオンに影響されにくいという両方の性質をもちあわせることにより、河口などのように海水が混入し、さらに、地下水等の水圧が大きい現場で使用できる。また、長距離間掘削する場合、地盤内の水等の変化によって、その度に泥漿材及び泥水材の混合比を変える手間がいらない。
【００２３】
なお、上記のように、１時間後と、一日後の品質特性が変わらないので、短時間に泥漿材として安定することがわかる。このことは後述する泥水材の場合も同様である。
【００２４】
（２）抱き込み防止性処方（逸泥防止性処方）
清水  ：７８５ｋｇ
粘土  ：５５０ｋｇ
増粘剤：１３ｋｇ
なお、上記粘土には（１）と同様に、乾燥粉末状の粘土を用いた。
【００２５】
その結果の性能は、混合作成してから１時間後で粘性が４７００ｃｐｓ、比重が１．３４となり、一日後で粘性が５０００ｃｐｓ、比重が１．３４となり、泥水材としての目標品質を達成することができた。この抱き込み防止性処方の場合は、比表面積が大きな添加粘土が混合してないので、海水が湧水する現場では不適であるが、比重が１．３４と高いことにより、地下水が湧出する現場において良好な性能を得ることができた。
【００２６】
また、この泥漿材として主粘土に無機汚泥に置き代えてトチクレー（商品名、以下同じ）を用いても下記配合にすることにより、上記した性能と略同等の性能を得ることができた。
（１′）耐海水性処方
泥漿材１ｍ３当たりの配合比率
海水    ：７５０ｋｇ
粘土    ：５５０ｋｇ
増粘剤  ：１３ｋｇ
添加粘土：１２ｋｇ
ただし、上記粘土はトチクレー（比重２．００〜２．７０）であり、添加粘土は、主成分が含水ケイ酸マグネシウムで、比表面積が２６０ｍ２／ｇの粘土（市販品）を用いた。
【００２７】
その結果の性能は、混合作成してから１時間後で粘性が４９５０ｃｐｓ、比重が１．３８となり、一日後で粘性が４９５０ｃｐｓ、比重が１．３８と変化がなかった。
【００２８】
（２′）抱き込み防止性処方（逸泥防止性処方）
清水    ：７８５ｋｇ
粘土    ：５５０ｋｇ
増粘剤  ：１２ｋｇ
添加粘土：１２ｋｇ
ただし、粘土、添加粘土は上記（１′）のものと同じ。
【００２９】
その結果の性能は、混合作成してから１時間後で粘性が４２５０ｃｐｓ、比重が１．３４５となり、一日後で粘性、比重とも変化がなかった。このトチクレーを用いた抱き込み防止性処方の場合、トチクレーは無機汚泥に比較してウエットボリュームが若干劣るので、上記（２）の性能と同等にするために、添加粘土を配合した。
【００３０】
（Ｂ）次に上記無機汚泥脱水ケーキを用いた泥水加圧式シールド掘進工法用の泥水材の実施例を下記に示す。なお、地下水（清水）の湧出が多い砂礫地盤を泥水加圧式シールド掘進工法にて掘削する場合に用いる泥水材の基準性能は、ファレネル粘性Ｓが３２〜３７、比重が１．２５〜１．３５、濾水量が２０ｍｌ以下である。
【００３１】
泥水剤１ｍ３当たりの配合比率
水    ：８２０ｋｇ
粘  土：４２０ｋｇ
増粘剤：１．５ｋｇ
ただし粘土は上記無機汚泥脱水ケーキを（２）の工程で作った乾燥粉末状で、かつ比重が２．７８の粘土を用いた。その結果の性能は、ファンネル粘性が３２Ｓ、比重が１．２８濾水量が１２ｍｌであった。そしてマッド厚さは２ｍｍであった。
【００３２】
この場合の泥水材は、主粘土が無機汚泥であることにより海水には反応しないことにより、海水が湧水する現場で用いることができる。また、比重が１．２８と所定の重さがあるので地下水が湧出する現場においても良好な性能を発揮できる。
【００３３】
なお、上記粘土にトチクレーを用いた場合、上記と同等の性能を得るには、水と粘土が同量で、増粘剤が２．５ｋｇ必要であった。
【００３４】
次に、無機汚泥脱水ケーキを上記（１）の処理、すなわち、湿潤状態のまま、カッタ等にて大きさが１０〜２０ｍｍ程度の小塊に破砕処理したもので、泥水加圧式シールド工法用と、場所打ち杭用の泥水を作る場合を、上記（Ｂ）で示した乾燥した粘度を用いた場合に準じて説明する。このときの無機汚泥脱水ケーキの含水率は２４．８％であり、混練時間は約１０分である。
【００３５】
（Ｃ）泥水シールド工法用の泥水
含水率が２４．８％であるから、乾燥粘土が４２０ｋｇ含有する泥水材の重量は５２４ｋｇで、これの含水量は１０４ｋｇである。従って水は乾燥粘土の場合の８２０リットルより１０４リットル少ない７１６リットルですむ。またこのときの増粘剤の量は乾燥粘土を用いた場合の約１／２の１．５ｋｇでよかった。
【００３６】
この泥水材を用いて作泥した泥水シールド工法用の泥水材の泥水特性は、表１に示すようになり、乾燥粘土を用いた場合と略同等の泥水特性が得られた。
【００３７】
（Ｄ）場所打ち杭用
含水率が２４．８％であるから、乾燥粘土が６０ｋｇ含有する泥水材の重量は７４．９ｋｇで、これの含水量は１４．９ｋｇである。従って水は乾燥粘土の場合の１０００リットルより１４．９リットル少ない９８５．１リットルですむ。またこのときの増粘剤の量は１ｋｇである。
【００３８】
この泥水材を用いて作泥した場所打ち杭用の泥水材の泥水特性は、表１に示すようになり、乾燥粘土を用いた場合と略同等の泥水特性が得られた。
【００３９】
本発明方法に用いられる湿潤汚泥の含水率は８５％を越えるとケーキ状態を維持することができない。またこの含水率の下限は、汚泥が湿潤状態を維持できる範囲、例えば１０％とする。
【００４０】
【表１】
0004014057.tif 000002
【００４１】
表２に湿潤状態を維持したケーキ状の泥水材と、強制乾燥した泥水材のそれぞれの配合比と泥水特性を示す。表中Ｎｏ．１〜３は表１の泥水加圧式シールド工法用の砕石粉汚泥と同じ材料用い、Ｎｏ．１の非乾燥のものの含水率は２４．０％であった。また表中Ｎｏ．４〜６は別の場所から排出された砕石粉汚泥を用い、Ｎｏ．４の非乾燥のものの含水率は２５．７％であった。
【００４２】
Ｎｏ．１と４は上記「（Ｃ）泥水シールド工法用の泥水」の作泥方法に従って作泥した泥水材であり、Ｎｏ．２，３，５，６のものは、脱水後、各温度にて強制乾燥した後、粉砕して得た粉末粘土に、水や増粘剤を添加して作泥した泥水材である。
【００４３】
表中Ｎｏ．１，４の非乾燥のものは、強制乾燥したものに比較して、増粘剤の量が少なくても強制乾燥したものと同等の特性を得ることができた。このことで、逆に、強制乾燥したものは非乾燥のものに比較して増粘剤を多く必要とすることがわかった。これは、強制乾燥による、特に５００℃という高温にさらされることにより粒子間隙中の凝集剤の等の有機分が飛んでしまうことが原因と考えられる。
【００４４】
【表２】
0004014057.tif 000003
【００４５】
上記各実施例における増粘材としては、ポリアクリル酸ソーダ及びポリアクリルアミド、カルボキシメチルセルローズナトリウム、カルボキシメチルセルローズカルシウム、メチルセルローズ、デンプングリコール酸ナトリウム、デンプンリン酸エステルナトリウム、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコールエステルからなる群より選ばれた少なくとも１つの成分のものが用いられる。