(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削ヘッド、掘削により除去された土のための掘削チャンバおよび前記土を掘削チャンバから除去するための運搬手段を有する土圧バランスシールドトンネル掘削機を用いてトンネルを掘削する方法であって、前記切削ヘッドによって掘削されている土層に発泡水溶液が注入され、
（ａ）前記水溶液が、２つの必須成分である（ｉ）硫酸塩またはスルホン酸塩含有陰イオン性界面活性剤、および（ｉｉ）β−ナフタレン硫酸塩−ホルムアルデヒド復水を含有すること、および
（ｂ）掘削チャンバおよびコンベアーの少なくとも１つにおいて、本質的に高分子量のポリエチレンオキシドを、および任意に硫酸塩またはスルホン酸塩含有陰イオン性界面活性剤を含有する第２水溶液が、掘削により除去された土に適用されることを特徴とする、前記方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において使用し得る発泡性液体濃縮物であって、硫酸塩またはスルホン酸塩含有陰イオン性界面活性剤およびβ−ナフタレンスルホン酸塩−ホルムアルデヒド復水を溶解せしめた水から本質的になり、該濃縮物における界面活性剤の復水に対する固体重量パーセント比が、９９：１〜１：９９であり、前記濃縮物が５〜４０重量％の界面活性剤および復水を含むことを特徴とする、前記発泡性液体濃縮物。
【請求項３】
請求項２に記載の濃縮物の１〜２０重量％の水溶液である液体の発泡物である水性発泡体であって、泡の体積が前記水溶液の２〜１５倍である、前記発泡体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、トンネルの掘削およびそれにおいて用いられる組成物に関する。
【０００２】
種々の地層に対する掘削能のような多くの長所を有するため、土圧バランスシールドトンネル掘削機（ＥＰＢＳ）は、非岩性地層（non-rock strata）におけるトンネルの掘削においてより頻繁に使用されている。ＥＰＢＳは、同一直径を有する円筒状シールド上に、その回転軸がシールドの縦軸とが一致している、円形の回転可能な切削ヘッド（cutting head）を含む。シールド内には、切削ヘッドに物質の送達手段および土の運搬手段が内蔵されている。したがって、土は、切削ヘッド内の開口部を通って切削ヘッド直後に位置する掘削チャンバ（excavation chamber）に至り、それは続いて、一般的にはスクリュー型コンベヤーであるコンベヤーによって除去される。
【０００３】
ＥＰＢＳは、例えば、塑性を有する凝集性土において特に好適に機能するが、他のもの、例えば高粘度の粘着性土においては、ＥＰＢＳの効率は低下する。この問題に対する一つの解決法は、掘削ヘッドに発泡水溶液（foamed aqueous solution）を添加することであり、これによって土の除去は遙かに容易になる。当該方法の例は、ＰＣＴ出願公開WO 99/18330に見出すことができる。
【０００４】
理想的には、切削ヘッドの土は、切削ヘッドを経由して掘削チャンバへ通過していくように、前記発泡物質の注入によって十分に塑性（ｐｌａｓｔｉｃ）となるべきである。この点において、それはコンベアーによる処理には適切であるが、これは常に好適であるとはいえない。例えば、粘土と水の割合が高い層からの土において生じる問題は、土の高流動性が維持されることであり、このことは、掘削チャンバからの効率的な除去を困難にするばかりでなく、シールドの後部に掘削チャンバから土が流出する結果を生じせしめる。
【０００５】
発泡化剤を用いる別法によって、そのような土を効率的に除去することが可能であることがここに見出された。すなわち、本発明は、切削ヘッド、掘削により除去された土のための掘削チャンバおよび前記土を掘削チャンバから除去するための運搬手段を有する土圧バランスシールドトンネル掘削機を用いてトンネルを掘削する方法であって、前記切削ヘッドによって掘削されている土層に発泡水溶液が注入され、
（ａ）前記水溶液が、２つの必須成分である（ｉ）硫酸塩またはスルホン酸塩含有陰イオン性界面活性剤、および（ｉｉ）β−ナフタレン硫酸塩−ホルムアルデヒド復水を含有すること、および
（ｂ）掘削チャンバおよびコンベアーの少なくとも１つにおいて、本質的に高分子量のポリエチレンオキシドを、および任意に硫酸塩またはスルホン酸塩含有陰イオン性界面活性剤を含有する第２水溶液が、掘削により除去された土に適用されることを特徴とする、前記方法を提供する。
上記の（ａ）に記述された水溶液は、以下においては「第１水溶液」と呼称する。
【０００６】
本発明は、トンネルを掘削する状態において、β−ナフタレンスルホン酸塩−ホルムアルデヒド復水（以下においてはその公知の略称である「ＢＮＳ」と呼称する）と、ポリエチレングリコールとが、その正確な性質は未知であるが、相互作用を生じ、その結果、それらの両方が生じた土は固化するという発見に基づくものである。その結果、それらの両方を含有している土の流動性が低下し、コンベアーによる除去のためにより好適になる。
【０００７】
第１水溶液の主成分であり、かつ第２水溶液の任意成分である陰イオン性界面活性剤は、当該技術分野において公知である、硫酸塩またはスルホン酸塩を含有する、あらゆる界面活性剤から選択されてよい。特に好ましい１つのタイプは、ポリアルキレンアルキルエーテル硫酸塩であり、それはポリアルキレン酸化物鎖が、平均鎖長２〜３のアルキレン酸化物ユニットを有するものである。典型的な市販品は、東邦化学工業（株）のアルスコープ（Ａｌｓｃｏｐｅ；（商標））シリーズを含む。
【０００８】
他の特に好ましいタイプは、モノイソプロパノールアンモニウムラウリルアルコール硫酸塩（例えばスルフェタール（Ｓｕｌｆｅｔａｌ（商標））Ｃｊｏｔ  １６０として商業的に入手可能）、例えばロードカル（Ｒｈｏｄｏｃａｌ（商標））Ａ−２４６−Ｌとして商業的に入手可能なα−オレフィン硫酸塩（ＣＡＳ登録番号６８４３９−５７−６）、ならびに脂肪族アルコールが好ましくはラウリルアルコールであり、エーテルが１〜３のアルキレン酸化物ユニットからなるアルキレン酸化物（好ましくはエチレンオキシド）鎖によって形成されたエーテルであり、および塩形成性陽イオンが、好ましくはアルカリ金属、マグネシウムおよびアルカノールアミンからから選択される、Ｃ８〜２２脂肪族アルコールスルホン酸塩およびＣ８〜２２脂肪族アルコールエーテルスルホン酸塩を含む。
【０００９】
本発明において有用なＢＮＳは、そのような商業的に入手可能な物質の広い範囲の中の如何なるものから選択されてもよい。ＢＮＳは、コンクリート用に、いわゆるスーパープラスティサイザー（superplasticiser）として、建築業界において大量に使用されている。商業的に入手可能な用材の例は、レオビルド（ＲＨＥＯＢＵＩＬＤ（商標））１１００およびレオビルド  ５５００を含む。
ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）は、商業的に周知の材料であり、適切な用材は利用可能な広い範囲から選ばれ得る。典型的な例は、ユニオンカーバイド社ののポリオックス（Ｐｏｌｙｏｘ（商標））用材である。「高い分子量」によって意味されるのは、100,000〜8,000,000の重量平均分子量を有する用材である。好ましい分子量の範囲は2,000,000〜5,000,000である。
【００１０】
これらの２つの主成分に加えて、第１水溶液に例えば生物致死剤および錯化剤のような、特定の特異的な作用を奏するのに有用であることが本技術分野において知られている他の物質を加えることができる。ある状況においては、典型的には長鎖脂肪酸を有するアミンである、発泡安定剤（foam stabilisers）も有用な場合がある。これらの補助物質は、技術上認められる（art-recognised）量において使用されてよい。ポリアルキレンアルキルエーテル硫酸塩界面活性剤が使用される場合、有用な付加物質は尿素であり、発泡溶液重量の０．０３〜０．８％、好ましくは０．０６〜０．２５％の範囲まで加えられる。
【００１１】
第１水溶液（切削ヘッドにおける発泡および添加用）の調製においては、ＢＮＳに対する界面活性剤のパーセント比（固体重量）は、１：９９〜９９：１の範囲で変更可能であり、より好ましくは９０：１０〜１０：９０であり、最も好ましくは７０：３０〜３０：７０である。（前記２つの主成分を異なる水溶液にそれぞれ別個に加えることはもちろん可能であるが、このことは単に取り扱い上の問題を増加させるにすぎず、作用の向上には結びつかない）。最も便利な取り扱いにおいては、前記２成分を水に溶解し、さらなる希釈、発泡化、および注入に適した濃縮物を形成せしめる。典型的には、該濃縮物は、固体重量の５〜４０％、好ましくは８〜２０％復水と界面活性剤を含む。
【００１２】
切削ヘッドにおける注入のためには、この濃縮物は水で希釈され、それが最終的な第１水溶液の１〜２０重量％、好ましくは２〜６重量％を構成するようにし、続いてそれは通常の発泡化手段によって発泡化され、発泡化前の第１水溶液の体積の２〜１５倍、好ましくは８〜１２倍に発泡化される。注入される泡の体積は、土１立方メートル当たり１０〜１０００リットル、好ましくは２００〜６００ポンドである。
【００１３】
本発明はさらに、上記において定義された、発泡性液体濃縮物（fomable liquid concentrate）を提供する。
本発明はさらに、上記において定義された発泡体（foam）を提供する。
第２水溶液の調製においては、０．５〜２．０重量％、好ましくは０．８〜１．２％の範囲でポリエチレンオキシドが水に溶解される。硫酸塩またはスルホン酸塩含有陰イオン性界面活性剤が第２水溶液において用いられる場合、それは第２水溶液の５〜４０重量％、好ましくは８〜２０重量％の範囲まで存在する。硫酸塩またはスルホン酸塩含有陰イオン性界面活性剤の存在は、掘削チャンバからの土の除去に寄与し得る。界面活性剤が第２水溶液中に存在する場合、該溶液は掘削チャンバおよび／またはコンベアーへの添加の前に、通常の手段によって発泡化される。
【００１４】
主要なポリエチレンオキシドおよび任意の陰イオン性界面活性剤に加えて、第２水溶液は、特定の作用を奏するために、技術上認められる物質も既知の量含有し得る。例には生物致死剤および錯化剤を含む。
【００１５】
使用においては、第１水溶液が従来の手段によって発泡化され、次に、切削ヘッド中のポート（ｐｏｒｔ）から、切削されている地層に注入される。土は掘削チャンバへ、切削ヘッドの中のポートを通って除去される。掘削チャンバの内容物に第２水溶液が加えられ、それが陰イオン性硫酸塩またはスルホン酸塩含有界面活性剤を含有している場合には発泡化される。その後、それは処分されるために、掘削チャンバからコンベアーによって取り出される。前記したように、掘削チャンバの内容物への第２の水溶液の添加に加えて、またはその添加の代わりに、第２水溶液はコンベアーにおいて加えられてもよい。
【００１６】
本発明の方法は、粘土および水の含有割合が高い土を取り扱う場合に極めて有用であることが明らかになっている。例としては、地下鉄用トンネルの切削が公知の技術では困難であることが明らかになっているシンガポールの土が挙げられる。本発明の方法は、そのような土にも良好に機能し、効率的かつ経済的な切削および処分方法を可能にする。
さらに、本発明は、土圧バランスシールドトンネル掘削機を使用したトンネルの切削における、上記において定義された発泡体の、上記において定義された第２水溶液との組み合わせによる使用を提供する。
本発明は、非制限的な以下の例によってさらに説明される。
【００１７】
例１
本発明の効果を説明する例である。
シンガポール・メトロ（Singapore Metro）の建築現場から採取された土（重く、水分の多い粘土）のサンプルを、英国標準BS 1377 Part ２の円錐進入試験（cone penetration test）に付した。これは、供試物質の可塑性またはの指標を与える試験である−円錐の進入が深いほど、サンプルはより可塑性または流動性に富む。３つのサンプル（サンプル１、２および３）は以下のように処理されたものである：
【００１８】
サンプル１：無処理
サンプル２：陰イオン性界面活性剤であるスルフェタール（Ｓｕｌｆｅｔａｌ（商標）Ｃｊｏｔ  １６０）が土の０．０８重量％、およびＢＮＳ（レオビルド（Ｒｈｅｏｂｕｉｌｄ（商標）５５００）が０．０４重量％混合される。
サンプル３：ポリエチレンオキシドであるポリオックス（Ｐｏｌｙｏｘ（商標）ＷＳＲ−３０１）０．０１％をさらに添加した以外はサンプル２と同様。
【００１９】
円錐進入試験の結果は以下の通りであった：
サンプル１：１３．７ｍｍ、サンプル２：２０．７ｍｍ、サンプル３：１７．５ｍｍ
実用上の表現によれば、サンプル１は極めて強固である。サンプル２への２つの添加物の添加によって、該サンプルは極めて流動性に富み、そして容易に流れるようになった。サンプル３中のポリエチレンオキシドの添加によって、サンプルは再び固化するが、元のものほど固くなってはいない。
【００２０】
例２
発泡化した組成物の使用の例である。
同様に、３つのサンプルが試験に付されるが、ここではドイツ国標準DIN 18 555の拡散性試験を行う。この試験には、テーブルにサンプルを置いた後、それが落とされ、そして衝突せしめられることを含む。衝突後のサンプルの拡散は、サンプルの流動性の指標となる−拡散が大きいほど、サンプルの流動性は高い。３つのサンプルは、落下の前に、以下のように処理に付された：
【００２１】
サンプル１：無処理
サンプル２：α−オレフィンスルホン酸塩界面活性剤（ロードカル"Rhodocal"（商標）A-246-L）およびＢＮＳ（レオビルド（"Rheobuild"；商標）5500）の発泡化水性混合物による処理に付され、界面活性剤が０．０８重量％およびＢＮＳが０．０４重量％混合されるように土に添加される。
サンプル３：ポリエチレンオキシド（ポリオックス（Ｐｏｌｙｏｘ）WSR-301を）０．０１重量％さらに添加した以外はサンプル２と同様。
【００２２】
結果は以下のとおりである：
サンプル１：１０．２ｃｍ．、サンプル２：１５ｃｍ．、サンプル３：１２．２ｃｍ。
例１と同様に、界面活性剤およびＢＮＳの添加が、サンプルをより流動性にする。また、ポリエチレンオキシドの添加によって、サンプルは再び固化するが、元のものほど固くなってはいない。
【００２３】
これは、現場においてトンネル掘削機の切削ヘッドにある物質を流動的にし得て、その結果、それが切削ヘッドを通って掘削チャンバへより容易に通過し、チャンバからの除去を効率化する（ｅｎｈａｎｃｅ）ために、次にそれが固化され得ることを意味する。