(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル切羽又は天盤部に有孔のロックボルト又は注入ロッドを通し、この中にＡ液とＢ液を注入し、均一に混合されたＡ液とＢ液が地盤に浸透、硬化することにより、地盤を固結安定化する地山固結用薬液組成物であって、
前記Ａ液が、（イ）エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール及びヘキサンジオールから選択された２価アルコールにプロピレンオキシドを付加重合した、分子量が２００〜１２００でオキシアルキレン鎖中のオキシプロピレン鎖が１００重量％であるポリオキシアルキレンジオールを主としたポリオール、（ロ）アルカリ性脂肪酸塩及び第４級アンモニウム塩から選択された少なくとも一種の３量化触媒と、３級アミン触媒とからなる触媒、及び（ハ）発泡剤を含有し、
前記Ｂ液がポリイソシアネートを含有し、かつ、
前記Ａ液及びＢ液の粘度がそれぞれ１００ｍＰａ・ｓ／２５℃以下で、両者の配合比が重量比でＡ液／Ｂ液＝１／１〜１／３である
ことを特徴とする地山固結用薬液組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、破砕帯を有する岩盤や不安定軟弱地盤の固結安定化、特に、トンネル工事などで、薬液が浸透しにくい砂質土などの地盤に用いられる地山固結用注入薬液組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、不安定岩盤や地盤の安定強化には無機ないし有機系グラウトの注入が行われている。しかしながら、一般に多用されている無機系のセメントミルクでは固結速度が遅く、強度の発現が遅いため、短時間に固結して強度が発現することが要求されるトンネルの掘削時における不安定地山を早期に安定強化させる目的は達し得ない。
【０００３】
一方、ポリオールとポリイソシアネートを主成分とする速硬性硬質発泡ポリウレタンは、ポリオール成分の粘性が高く、さらに、ポリオール成分とイソシアネート成分の２液が混合されてから短時間で発泡反応が始まるため、地山に浸透しにくいという欠点がある。また、２液が混合されてからの反応を遅くなるようにすると、地山に注入した薬液が注入ボルトの周囲や地山からリークした場合に、止まりにくいという問題が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、薬液粘度が低く、２液を混合してから発泡が開始されるまでの時間が長く、従って地山への浸透性に優れるとともに、一旦発泡を開始すると速やかに硬化してリークが止まりやすく、地盤の安定化効果に優れる地山固結用薬液組成物を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、ポリオールとポリイソシアネートを主成分とする速硬性硬質発泡ポリウレタンにおいて、ポリオールとして特定のジオールを用いることで、薬液の粘度を下げ、浸透しにくい地盤への浸透性を向上させるとともに、触媒として３級アミン触媒と３量化触媒を併用することで、２液が混合されてから発泡が開始されるまでの時間を長くできるとともに、一旦発泡が開始されると速やかに硬化するためリークが止まりやすいということを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明の地山固結用薬液組成物は、トンネル切羽又は天盤部に有孔のロックボルト又は注入ロッドを通し、この中にＡ液とＢ液を注入し、均一に混合されたＡ液とＢ液が地盤に浸透、硬化することにより、地盤を固結安定化する地山固結用薬液組成物であって、
前記Ａ液が、（イ）エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール及びヘキサンジオールから選択された２価アルコールにプロピレンオキシドを付加重合した、分子量が２００〜１２００でオキシアルキレン鎖中のオキシプロピレン鎖が１００重量％であるポリオキシアルキレンジオールを主としたポリオール、（ロ）アルカリ性脂肪酸塩及び第４級アンモニウム塩から選択された少なくとも一種の３量化触媒と、３級アミン触媒とからなる触媒、及び（ハ）発泡剤を含有し、
前記Ｂ液がポリイソシアネートを含有し、かつ、
前記Ａ液及びＢ液の粘度がそれぞれ１００ｍＰａ・ｓ／２５℃以下で、両者の配合比が重量比でＡ液／Ｂ液＝１／１〜１／３であることを特徴とする。
【０００７】
かかる本発明の地山固結用薬液組成物を用いた場合には、３級アミン触媒に基づくウレタン結合、尿素結合と、３量化触媒に基づくイソシアヌレート結合を主体とした硬質発泡ポリウレタンの固結体が得られるので、十分な固結強度を持ち、地盤の安定化効果が優れている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の地山固結用薬液組成物において上記Ａ液のポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール及びヘキサンジオールから選択された２価アルコールに、プロピレンオキシドを付加重合したポリオキシアルキレンジオールが主として用いられる。
【０００９】
かかるポリオキシアルキレンジオールの中でも、分子量が２００〜１２００で、オキシアルキレン鎖中のオキシプロピレン鎖が１００重量％であるものが、粘度が低く、地盤中の湧水に対して溶出しにくいことから、本発明において用いられる。
【００１０】
上記ポリオールには、Ａ液の粘度を１００ｍＰａ・ｓ／２５℃より大きくしない範囲内で、ポリオキシアルキレンジオール以外のポリオールを配合してもよい。そのようなポリオールとしては、グリセリン、トリメチロールプロパン、ジグリセリンなどの２価アルコール以外の多価アルコールにアルキレンオキシドを付加重合したポリオキシアルキレンポリオールが好適である。なお、上記ポリオキシアルキレンジオールはポリオール全体の８０重量％以上使用されることが好ましい。
【００１１】
上記Ａ液に配合される触媒としては３級アミン触媒と３量化触媒が併用される。
【００１２】
３級アミン触媒としては、例えば、トリエチレンジアミン、２−メチルトリエチレンジアミン、N,N,N',N'−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、N,N,N',N'−テトラメチルプロピレンジアミン、N,N,N',N'−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N',N',N''−ペンタメチルジエチレントリアミン、トリメチルアミノエチルピペラジン、ビス−（ジメチルアミノエチル）エーテル、ヘキサヒドロ−Ｓ−トリアジン、N,N−ジメチルアミノエチルモルホリン、ジメチルアミノプロピルイミダゾール、ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、ヘキサメチルトリプロピレンテトラミン、N,N,N−トリス（３−ジメチルアミノプロピル）アミンなどの第３級アミンであり、これらは単独、もしくは２種以上併せて用いることができる。特に好ましい３級アミン触媒はトリエチレンジアミンである。トリエチレンジアミンは固体であるためジプロピレングリコールなどのポリオールに溶解して用いることが好ましい。３級アミン触媒の配合量は、通常、Ａ液１００重量部に対して０．１〜５重量部の範囲である。
【００１３】
３量化触媒としては、アルカリ性脂肪酸塩及び第４級アンモニウム塩から選択された少なくとも一種が用いられ、これらはイソシアネートを３量化させる。特に好ましい３量化触媒は、酢酸又はオクチル酸のアルカリ金属塩であり、より具体的には酢酸カリウム、オクチル酸カリウムが挙げられる。酢酸カリウム、オクチル酸カリウムは固体であるため、酢酸カリウムは水などに溶解して、オクチル酸カリウムはトリエチレングリコールなどのポリオールに溶解して用いることが好ましい。３量化触媒の配合量は、通常、Ａ液１００重量部に対して０．１〜５重量部の範囲である。
【００１４】
上記Ａ液に配合される発泡剤としては水が好適である。水はＢ液のポリイソシアネートと反応して炭酸ガスを発生することから発泡剤として作用する。水の配合量は、通常、Ａ液１００重量部に対して０．５〜５重量部の範囲である。
【００１５】
上記Ａ液には、均一なセル構造を持つポリウレタンフォームとするため、整泡剤を配合することが好ましい。整泡剤としては、シリコーン整泡剤が好適であり、硬質発泡ポリウレタン樹脂に通常用いられるポリオキシアルキレンジメチルポリシロキサンコポリマーが好ましい例として挙げられる。整泡剤の配合量は、通常、Ａ液１００重量部に対して０．１〜２重量部の範囲である。
【００１６】
上記Ａ液には、更に、粘度低下剤としてエーテル系やエステル系の可塑剤を添加することができる。
【００１７】
本発明の地山固結用薬液組成物において上記Ｂ液に用いられるポリイソシアネートとしては、ポリメリックＭＤＩが好適である。特に、２核体や異性体を含む低粘度のポリメリックＭＤＩが好ましい。Ｂ液には、必要に応じ、低粘度化や難燃性を付与するために、ポリメリックＭＤＩにハロゲン化リン酸エステルなどの難燃剤や可塑剤を配合することができる。
【００１８】
Ａ液とＢ液は、地盤への浸透性を良くするため、粘度がそれぞれ１００ｍＰａ・ｓ／２５℃以下であり、Ａ液／Ｂ液の配合比は、重量比で１／１〜１／３の範囲である。配合比が１／１よりも大きい（即ち、Ｂ液がＡ液より少なくなる）と、圧縮強度が低くなるため好ましくない。また、配合比が１／３よりも小さい（即ち、Ｂ液がＡ液の３倍よりも多くなる）と、発熱温度が高くなり、火災の危険性が生ずるので好ましくない。
【００１９】
なお、本発明の地山固結用薬液組成物においては、上記した各成分の他に、必要に応じて、顔料、無機充填材、スコーチ防止剤等の安定剤などを添加することができる。
【００２０】
以上よりなる本発明の薬液組成物は、例えば、Ａ液とＢ液の注入量、圧力、配合比などをコントロールできるポンプを用い、Ａ液とＢ液を別々のタンクに入れ、浸透しにくい砂質土のトンネル切羽や天盤部に、予め固定されたスタティックミキサーや逆止弁などを内装した有孔のロックボルトや注入ロッドを通し、この中に前記タンク内のＡ液とＢ液を注入圧０．０５〜５ＭＰａで注入し、均一に混合されたＡ液とＢ液が地盤に浸透、硬化することにより、地盤を固結安定化することができる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
【００２２】
表１に示す配合にて実施例１，２及び比較例１，２のＡ液とＢ液をそれぞれ別々に調製した。表中における各成分は以下の通りである。
【００２３】
ポリオールＡ：プロピレングリコールにプロピレンオキシドを付加した分子量４００のポリオール。
【００２４】
ポリオールＢ：グリセリンにプロピレンオキシドを付加した分子量３００のポリオール。
【００２５】
３級アミン触媒Ａ：トリエチレンジアミンをジプロピレングリコールに溶解した、トリエチレンジアミンが３３重量％の溶液。
【００２６】
３級アミン触媒Ｂ：N,N,N',N',N''−ペンタメチルジエチレントリアミン。
【００２７】
３量化触媒（５０％水溶液）：酢酸カリウムを水に溶解した、酢酸カリウムが５０重量％の水溶液。
【００２８】
整泡剤：シリコーン整泡剤（商品名：ＳＺ１６２７、日本ユニカー社製）。
【００２９】
ポリイソシアネート：ポリメリックＭＤＩ（ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート）（商品名：コスモネートＭ５０、三井化学社製)。
【００３０】
難燃剤：トリスモノクロロイソプロピルホスフェート。
【００３１】
調製した実施例１，２及び比較例１，２のＡ液とＢ液について粘度を測定すると共に、クリームタイム、ライズタイム、発泡倍率、硬化性、圧縮強度、浸透性及びリーク硬化性を測定・評価した。測定方法及び評価基準は以下の通りである。
【００３２】
粘度：ＪＩＳ Ｋ ６８３３ に準じて測定した。
【００３３】
クリームタイム、ライズタイム、発泡倍率、硬化性：液温を２０℃に調整したＡ液４０ｇとＢ液８０ｇを１Ｌポリカップに採り、スパチュラで１０秒間攪拌した。攪拌開始から発泡が開始されるまでの時間をクリームタイム、攪拌開始から発泡が完了するまでの時間をライズタイム、発泡後の体積を発泡前の体積で除したものを発泡倍率とした。硬化性は、発泡完了時に発泡体を指で触れ粘着性がないものを「○」、硬化が遅く粘着性があるものを「×」とした。
【００３４】
圧縮強度：直径が５ｃｍ、高さが１０ｃｍのサミット缶を用い、４倍発泡体になるように拘束して供試体を作成し、ＪＩＳ Ｋ ７２２０ に準じて測定した。
【００３５】
浸透性、リーク硬化性：砂質土の地山のトンネル切羽に、スタティックミキサーを内蔵した、長さ３ｍの注入ボルトを挿入し、口元部分の地山と注入ボルトの隙間を、２液硬質発泡ポリウレタンを含浸させたメリヤス製ウエスを鉄棒で押し込みシールした。実施例および比較例の薬液（Ａ液、Ｂ液）を注入ポンプで、注入圧が０．１〜２ＭＰａの範囲にて、３０ｋｇ（Ａ液、Ｂ液の合計量）を注入した。但し、比較例２では地山への浸透性が悪く、注入圧が２ＭＰａを越え、注入が困難となり、注入量は１７ｋｇ（Ａ液、Ｂ液の合計量）となった。リーク硬化性については、注入中に、ボルトの口元から薬液がリークしても、インターバル注入によりリーク物が速やかに反応硬化し、リークが止まった場合を「○」、インターバル注入してもリーク物の硬化が遅いために、いつまでもリークし続けた場合を「×」と評価した。また、注入終了１時間後、地山への薬液の浸透性を評価するため、注入ボルト周辺を掘削し、固結状況を調査した。砂質土に薬液が浸透し、注入ボルト周辺の砂が注入ボルトを中心にフランクフルトのように固結している場合を「○」、薬液が砂質土に浸透せず、注入ボルト周辺の砂が固結していない場合を「×」と評価した。
【００３６】
【表１】
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表１に示すように、実施例１，２では、リークしてもインターバル注入によりリークが止まり、薬液の粘度が低く、クリームタイムも長いので、砂質土への浸透性が良い結果となった。これに対して、比較例１では、薬液（Ａ液）の粘度が高く、浸透性が劣る上に、リークしたものがインターバル注入しても硬化が遅いのでリークし続けたことから、注入ボルト周辺の砂は未固結であった。比較例２では、リークはインターバル注入で止まったが、薬液（Ａ液）の粘度が高く、浸透性に劣ることから、注入圧が高くなり、所定の注入量を注入することができず、注入ボルト周辺の砂は未固結であった。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の地山固結用薬液組成物であると、薬液粘度が低く、しかもクリームタイムが長いため、地山への浸透性に優れる。しかも、一旦発泡を開始すると速やかに硬化するため、地山に注入した薬液が注入ボルトの周囲や地山からリークしても該リークが止まりやすく、地盤の安定化効果に優れる。