(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
解膠された掘削土砂と清水とが混練されてなる泥水を貯留する泥水貯留槽と、該泥水貯留槽内に満たされた泥水に添加される掘削泥水用泥膜形成剤が貯留された貯留タンクとを備え、該掘削泥水用泥膜形成剤を液状に構成するとともに掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有するように構成し、前記掘削泥水用泥膜形成剤を、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と、不飽和カルボン酸（ｂ１）及び下記一般式（１）
Ｒ（ＯＡ）nＯＨ      （１）
Ｒ； 水素又は炭素数１〜１２の炭化水素基
Ａ； 炭素数２〜４のアルキレン基
ｎ； １〜１００の整数
で表されるヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）のモノエステル（ｂ）とを構成単位とする共重合体（ｘ）で構成し、前記共重合体（ｘ）を構成する前記モノエステル（ｂ）の質量％を１〜４０％とするとともに前記共重合体（ｘ）の数平均分子量を５０００〜１０００００とすることで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成したことを特徴とする掘削用泥水の作泥システム。
【請求項２】
解膠された掘削土砂と清水とが混練されてなる泥水を貯留する泥水貯留槽と、該泥水貯留槽内に満たされた泥水に添加される掘削泥水用泥膜形成剤が貯留された貯留タンクとを備え、該掘削泥水用泥膜形成剤を液状に構成するとともに掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有するように構成し、前記掘削泥水用泥膜形成剤を、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）のみを構成単位とする重量平均分子量Ｍｗが２０万〜３００万の（共）重合体（ｘ′）のみで構成することで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成したことを特徴とする掘削用泥水の作泥システム。
【請求項３】
前記貯留タンクに液状の掘削泥水用分散剤を貯留するとともに、該掘削泥水用分散剤を、重量平均分子量Ｍｗが１００００乃至１４０００のポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩若しくはそれらの共重合体又は炭酸ナトリウムの少なくともいずれかで構成した請求項１又は請求項２記載の掘削用泥水の作泥システム。
【請求項４】
前記解膠された掘削土砂を作製する解膠機を備えた請求項１乃至請求項３のいずれか一記載の掘削用泥水の作泥システム。
【請求項５】
解膠された掘削土砂と清水とが混練されてなる泥水に掘削泥水用泥膜形成剤を添加して掘削用泥水を作製する掘削用泥水の作泥方法であって、前記掘削泥水用泥膜形成剤を液状とするとともに掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有するように構成し、前記掘削泥水用泥膜形成剤を、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と、不飽和カルボン酸（ｂ１）及び下記一般式（１）
Ｒ（ＯＡ）nＯＨ      （１）
Ｒ； 水素又は炭素数１〜１２の炭化水素基
Ａ； 炭素数２〜４のアルキレン基
ｎ； １〜１００の整数
で表されるヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）のモノエステル（ｂ）とを構成単位とする共重合体（ｘ）で構成し、前記共重合体（ｘ）を構成する前記モノエステル（ｂ）の質量％を１〜４０％とするとともに前記共重合体（ｘ）の数平均分子量を５０００〜１０００００とすることで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成したことを特徴とする掘削用泥水の作泥方法。
【請求項６】
解膠された掘削土砂と清水とが混練されてなる泥水に掘削泥水用泥膜形成剤を添加して掘削用泥水を作製する掘削用泥水の作泥方法であって、前記掘削泥水用泥膜形成剤を液状とするとともに掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有するように構成し、前記掘削泥水用泥膜形成剤を、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）のみを構成単位とする重量平均分子量Ｍｗが２０万〜３００万の（共）重合体（ｘ′）のみで構成することで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成したことを特徴とする掘削用泥水の作泥方法。
【請求項７】
前記貯留タンクに液状の掘削泥水用分散剤を貯留するとともに、該掘削泥水用分散剤を、重量平均分子量Ｍｗが１００００乃至１４０００のポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩若しくはそれらの共重合体又は炭酸ナトリウムの少なくともいずれかで構成した請求項５又は請求項６記載の掘削用泥水の作泥方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、泥水シールド工法、地中連続壁工法といった泥水工法で使用される掘削用泥水の作泥システム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
泥水シールド工法、地中連続壁工法といった泥水工法では、いわゆる掘削用泥水が使用されるが、かかる掘削用泥水には、切羽や溝壁を安定させるべく、良好な造壁性を有していることが基本的に要求されるとともに、スラリー輸送等の関係上、逸液が防止される範囲内で低粘性が保持されることが望ましい。また、地中連続壁工法では、耐セメント性を有していることも要求される。
【０００３】
かかる機能を満たすべく、従来、ベントナイト、ＣＭＣ、分散剤、ポリマー剤等を作泥材料とした掘削用泥水が広く使用されてきた。このような掘削用泥水は、ベントナイト等が泥水中で良好に分散するため、低粘性が維持されるとともに、分散されたベントナイト等が切羽や溝壁に良好なマッドケーキを形成し、かかるマッドケーキによって止水性ひいては切羽や溝壁の安定を確保することが可能となる。
【０００４】
【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、ＣＭＣ、ポリマー剤といった作泥材料はいずれも粉体であるため、これらを貯蔵しておくためのストックヤードや、これらを溶解させるための混練ミキサー等からなる作泥プラントが必要不可欠になるとともに、プラント敷地に十分なスペースを確保できなかった場合には、プラント構成が複雑となり、敷地内の車両通行に支障をきたすという問題を生じていた。
【０００５】
また、このような問題に加えて、上述した作泥材料が本来的に水に溶解しにくいため、混練ミキサーを用いたとしても溶解作業に手間と時間を要し、その結果、掘削用泥水の作製にもおのずと時間がかかるという問題も生じていた。
【０００６】
このような問題に鑑み、本出願人は、作泥プラントが不要な掘削用泥水の作泥システムを別途開発したが、かかるシステムをもってしても、工事開始初期においては、掘削用泥水を他の現場から移送したり新規に購入したりするのを余儀なくされるという問題を生じていた。
【０００７】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、工事開始初期においても掘削用泥水を各現場で確保することが可能な掘削用泥水の作泥システム及び方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る掘削用泥水の作泥システムは請求項１に記載したように、解膠された掘削土砂と清水とが混練されてなる泥水を貯留する泥水貯留槽と、該泥水貯留槽内に満たされた泥水に添加される掘削泥水用泥膜形成剤が貯留された貯留タンクとを備え、該掘削泥水用泥膜形成剤を液状に構成するとともに掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有するように構成し、前記掘削泥水用泥膜形成剤を、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と、不飽和カルボン酸（ｂ１）及び下記一般式（１）
Ｒ（ＯＡ）nＯＨ      （１）
Ｒ； 水素又は炭素数１〜１２の炭化水素基
Ａ； 炭素数２〜４のアルキレン基
ｎ； １〜１００の整数
で表されるヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）のモノエステル（ｂ）とを構成単位とする共重合体（ｘ）で構成し、前記共重合体（ｘ）を構成する前記モノエステル（ｂ）の質量％を１〜４０％とするとともに前記共重合体（ｘ）の数平均分子量を５０００〜１０００００とすることで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成したものである。
【０００９】
また、本発明に係る掘削用泥水の作泥システムは、解膠された掘削土砂と清水とが混練されてなる泥水を貯留する泥水貯留槽と、該泥水貯留槽内に満たされた泥水に添加される掘削泥水用泥膜形成剤が貯留された貯留タンクとを備え、該掘削泥水用泥膜形成剤を液状に構成するとともに掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有するように構成し、前記掘削泥水用泥膜形成剤を、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）のみを構成単位とする重量平均分子量Ｍｗが２０万〜３００万の（共）重合体（ｘ′）のみで構成することで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成したものである。
【００１０】
また、本発明に係る掘削用泥水の作泥システムは、前記貯留タンクに液状の掘削泥水用分散剤を貯留するとともに、該掘削泥水用分散剤を、重量平均分子量Ｍｗが１００００乃至１４０００のポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩若しくはそれらの共重合体又は炭酸ナトリウムの少なくともいずれかで構成したものである。
【００１１】
また、本発明に係る掘削用泥水の作泥システムは、前記解膠された掘削土砂を作製する解膠機を備えたものである。
【００１２】
また、本発明に係る掘削用泥水の作泥方法は請求項５に記載したように、解膠された掘削土砂と清水とが混練されてなる泥水に掘削泥水用泥膜形成剤を添加して掘削用泥水を作製する掘削用泥水の作泥方法であって、前記掘削泥水用泥膜形成剤を液状とするとともに掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有するように構成し、前記掘削泥水用泥膜形成剤を、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と、不飽和カルボン酸（ｂ１）及び下記一般式（１）
Ｒ（ＯＡ）nＯＨ      （１）
Ｒ； 水素又は炭素数１〜１２の炭化水素基
Ａ； 炭素数２〜４のアルキレン基
ｎ； １〜１００の整数
で表されるヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）のモノエステル（ｂ）とを構成単位とする共重合体（ｘ）で構成し、前記共重合体（ｘ）を構成する前記モノエステル（ｂ）の質量％を１〜４０％とするとともに前記共重合体（ｘ）の数平均分子量を５０００〜１０００００とすることで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成したものである。
【００１３】
また、本発明に係る掘削用泥水の作泥方法は、解膠された掘削土砂と清水とが混練されてなる泥水に掘削泥水用泥膜形成剤を添加して掘削用泥水を作製する掘削用泥水の作泥方法であって、前記掘削泥水用泥膜形成剤を液状とするとともに掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有するように構成し、前記掘削泥水用泥膜形成剤を、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）のみを構成単位とする重量平均分子量Ｍｗが２０万〜３００万の（共）重合体（ｘ′）のみで構成することで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成したものである。
【００１４】
また、本発明に係る掘削用泥水の作泥方法は、前記貯留タンクに液状の掘削泥水用分散剤を貯留するとともに、該掘削泥水用分散剤を、重量平均分子量Ｍｗが１００００乃至１４０００のポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩若しくはそれらの共重合体又は炭酸ナトリウムの少なくともいずれかで構成したものである。
【００１５】
地中連続壁工法や泥水シールド工法といった泥水掘削工法においては、溝壁や切羽の安定を図るべく、溝壁等に濾水量の少ない良質な泥膜（マッドケーキ）を形成し、泥水圧を溝壁等に有効に作用させる必要があり、そのためには、ベントナイト、ＣＭＣ、ポリマー剤といった造壁性を有する作泥材料が従来、必要不可欠であった。
【００１６】
しかしながら、これらの作泥材料は、作泥プラントの設置が前提となるため、本出願人は、作泥プラントを設置せずに掘削土と水だけで掘削用泥水を作製することができないかという点に着眼し、さまざまな実験を重ねた結果、掘削土と水だけで溝壁や切羽での造壁性を確保し、その安定性を確保することができる掘削泥水用分散剤や新規な掘削泥水用泥膜形成剤を開発することに成功した。
【００１７】
さらに、本出願人は、工事開始初期においても、外部から調達することなく、各現場で掘削用泥水を個別に確保する技術を開発したものである。
【００１８】
すなわち、請求項１乃至請求項７に係る掘削用泥水の作泥システム及び方法においては、まず、地盤掘削で生じた掘削土砂を解膠し、次いで、解膠された掘削土砂を清水と混練することで泥水を作製し、しかる後、該泥水を泥水貯留槽に貯留する。
【００１９】
次に、貯留タンク内に貯留された掘削泥水用泥膜形成剤を泥水貯留槽に貯留された泥水に貯留された泥水に添加し、掘削用泥水を作製する。
【００２０】
このように、解膠された掘削土砂を清水と混練することで泥水を作製し、しかる後、該泥水に本発明で用いる掘削泥水用泥膜形成剤を添加すれば、従来のような作泥プラントを設置する必要がないことはもちろん、工事開始時においても、新規に掘削用泥水を購入したり他の現場から調達することなく、各現場にて掘削用泥水を迅速かつ容易に作製することが可能となる。
【００２１】
なお、本発明で使用する掘削泥水用泥膜形成剤は、掘削土と水だけで溝壁や切羽での造壁性を確保し、その安定性を確保することができる機能を有しているため、工事開始当初はもちろん、いったん掘削工事が開始された後も、従来不可欠であったベントナイト、ＣＭＣ、ポリマー剤といった作泥材料を何ら必要とすることなく、上述した掘削泥水用泥膜形成剤を必要に応じて補充添加するだけで、掘削用泥水を迅速かつ容易に作製することができることは言うまでもない。
【００２２】
また、掘削工事がいったん開始した後は、本来掘削すべき箇所から多量の掘削土砂が発生するので、かかる掘削土砂を利用すれば、上述したと同様に掘削用泥水を作製することができる。
【００２３】
解膠すべき掘削土砂、言い換えれば解膠前の掘削土砂は、他の現場から搬入されてきたものや当該現場の用地内でバックホウやバケット式のケリー掘削機などにより掘削されたものを用いることができる。
【００２４】
また、解膠方法は、掘削土砂が解膠される限り、どのような方法で解膠してもかまわないが、前記解膠された掘削土砂を作製する解膠機を備えたならば、他の現場から搬入されてきた掘削土砂や当該現場の用地内で掘削された土砂を投入するだけで容易に解膠済みの掘削土砂を得ることができる。
【００２５】
解膠機は、例えば圧密式ミキサー、圧搾式ミキサー、パドルミキサーなどの各種ミキサーから適宜選択することができる。
【００２６】
また、解膠された掘削土砂と清水とが混練されてなる泥水は、清水を満たしつつ水平多軸式掘削機で地盤を掘削し、該掘削溝内から揚泥されたものを用いることも可能である。
【００２７】
なお、どのような方法で解膠された土砂を用いて掘削用泥水を作製するにしろ、該掘削用泥水には、細粒分のみならず粗粒分も当然含まれることとなるが、本発明で作製された掘削用泥水を用いて地盤掘削を行うにあたっては、地中連続壁工法にしろ、泥水シールド工法にしろ、土砂分離装置で粗粒分が除去されるため、上述した掘削用泥水に粗粒分が含まれていても、何ら問題とはならない。
【００２８】
本発明に用いる掘削泥水用泥膜形成剤は、液状であってかつ掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有するように構成するとともに、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と、不飽和カルボン酸（ｂ１）及び下記一般式（１）
Ｒ（ＯＡ）nＯＨ      （１）
Ｒ； 水素又は炭素数１〜１２の炭化水素基
Ａ； 炭素数２〜４のアルキレン基
ｎ； １〜１００の整数
で表されるヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）のモノエステル（ｂ）とを構成単位とする共重合体（ｘ）で構成し、前記共重合体（ｘ）を構成する前記モノエステル（ｂ）の質量％を１〜４０％とするとともに前記共重合体（ｘ）の数平均分子量を５０００〜１０００００とすることで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成するか、又は、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）のみを構成単位とする重量平均分子量Ｍｗが２０万〜３００万の（共）重合体（ｘ′）のみで構成することで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成する。
【００２９】
かかる掘削泥水用泥膜形成剤については、一定の分散性と造壁性を兼ね備えるので、単独使用するようにしてもかまわないが、重量平均分子量Ｍｗが１００００乃至１４０００のポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩若しくはそれらの共重合体又は炭酸ナトリウムの少なくともいずれかで構成してなる液状の掘削泥水用分散剤を前記薬剤タンクに貯留し、該掘削泥水用分散剤を掘削泥水用泥膜形成剤と併用した場合においては、掘削泥水用泥膜形成剤の優れた造壁性に掘削泥水用分散剤の優れた耐セメント性とが相まって、地中連続壁工法や現場打ちコンクリート杭工法で使用する場合に特に顕著な作用効果を奏する。
【００３０】
すなわち、地中連続壁工法においては、掘削用泥水の循環使用に伴ってコンクリートからカルシウムイオンが溶出し、泥水中のカルシウムイオン濃度が上昇するが、上述した掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を併用するようにすれば、カルシウムイオンによる分散性低下が掘削泥水用分散剤によって抑制されるため、工事開始時に作製した掘削用泥水であれば、これを地中連続壁工法で循環使用しても、造壁性や低粘性は良好に維持される。
【００３１】
なお、掘削泥水用泥膜形成剤を単独使用する場合にしろ、掘削泥水用分散剤を併用する場合にしろ、炭酸ナトリウムでカルシウムイオンによる分散性の低下を抑制することも考えられるが、炭酸ナトリウムの添加量が多くなると、逆に塩類凝集を引き起こして分散性が低下するため、炭酸ナトリウムはあくまで補助的に使用するのが望ましい。
【００３２】
上述した掘削泥水用泥膜形成剤を製造するにあたっては、公知の製法、例えば、溶液重合法で行えばよい。すなわち、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と、モノエステル（ｂ）とを二種類の単量体として所定の溶剤に添加し、次いで、これを５０〜１５０゜Ｃで常圧又は加圧下で重合するようにすればよい。
【００３３】
溶剤としては、例えば水、イソプロピルアルコール、トルエン、エチレンジクロライド、メチルエチルケトン又はこれらの混合物を用いることができる。
【００３４】
重合させるにあたっては、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）及びモノエステル（ｂ）の合計質量に対し、０．１〜１５質量％のラジカル重合開始剤を使用するとともに、連鎖移動剤を必要に応じて使用するのがよい。
【００３５】
ここで、ラジカル重合開始剤としては、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイドなどの過酸化物を用いることが可能であり、連鎖移動剤としては、ラウリルメルカプタン、チオグリコール酸、メルカプトエタノールなどの含硫黄化合物を用いることが可能である。
【００３６】
なお、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）の一部又は全部が不飽和カルボン酸塩である場合には、その前駆体である不飽和カルボン酸又はその無水物や炭素数１〜４の低級アルキルエステルを重合前に予め中和してもよいし、重合後に共重合体を中和してもよい。中和剤としては、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物をはじめ、水酸化アンモニウム、アンモニア等を用いることができる。
【００３７】
また、共重合体（ｘ）は、必ずしも、不飽和カルボン酸（ｂ１）とヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）とのモノエステル（ｂ）を単量体として不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）との共重合に用いることに限定されるのではなく、モノエステル（ｂ）の前駆体、すなわち、不飽和カルボン酸（ｂ１）又はその無水物や炭素数１〜４の低級アルキルエステルを単量体として不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と共重合させ、しかる後、ヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）と反応させて共重合体（ｘ）を生成するようにしてもよい。
【００３８】
不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）をどのような物質で構成するかは任意であるが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸及びフマル酸並びにこれらのアルカリ金属塩及びアンモニウム塩からなる群から適宜選択することができる。また、不飽和カルボン酸（ｂ１）についても任意であるが、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸及びフマル酸からなる群から適宜選択することが可能である。
【００３９】
モノエステル（ｂ）は、一般式（１）においてＲは水素もしくはアルキレン基であるが良好な造壁性を確保するためには通常、水素もしくは炭素数１〜１２、さらには炭素数１〜６のアルキレン基であることが好ましい。上記Ｒは、アルキル基（メチル基、オクチル基など）、シクロアルキル基（シクロヘキシル基など）、アリール基（フェニル基など）、アルキルアリール基（エチルフェニル基など）、アラルキル基（ベンジル基など）のいずれであってもよい。
【００４０】
また、一般式（１）においてｎについても、良好な造壁性を確保するために通常平均が１〜１００、さらには平均が２〜９０となる整数が好ましい。
【００４１】
（ｂ２）としては、炭素数２〜４の脂肪族２価アルコール、またはＲＯＨで表される炭素数１〜１２の脂肪族アルコール、フェノール類または芳香脂肪族アルコールに、炭素数２〜４のアルキレンオキシドを付加して得られるものが好ましい。
【００４２】
炭素数２〜４の脂肪族２価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール等が挙げられる。
【００４３】
炭素数１〜１２脂肪族アルコールとしては、天然アルコールでも合成アルコール（チーグラーアルコール、オキソアルコールなど）でもよい。具体例としては、メチルアルコール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコール、ラウリルアルコール、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、２−エチルヘキシルアルコールなどの直鎖もしくは分岐の飽和脂肪族アルコール、シクロヘキシルアルコール、エチルシクロヘキシルアルコールなどの環状脂肪族アルコールが挙げられる。
【００４４】
フェノール類としては、フェノール、エチルフェノールなどが挙げられる。芳香脂肪族アルコールとしては、ベンジルアルコールなどが挙げられる。
【００４５】
上記の炭素数２〜４のアルキレンオキシドとしてはエチレンオキサイド（以下、ＥＯと略記）単独；ＥＯと他のアルキレンオキサイド［プロピレンオキサイド（以下、ＰＯと略記）、１，２−ブチレンキサイド、テトラヒドロフラン、アルキレンオキサイド置換体（エピクロロヒドリン）等］の併用；およびこれらの２種以上の混合物が挙げられる。例示したもののうち特に好ましいものは、ＥＯおよびＥＯ／ＰＯの併用である。ＥＯとともに他のアルキレンオキサイドを用いる場合の付加様式は、ランダム付加でもブロック付加でもよく、特に限定はされるものではない。
【００４６】
共重合体（ｘ）を構成するモノエステル（ｂ）の質量割合や共重合体（ｘ）の数平均分子量については任意であるが、かかる共重合体（ｘ）を構成する前記モノエステル（ｂ）の質量％が１〜４０％であり、かつ前記共重合体（ｘ）の数平均分子量が５０００〜１０００００である場合には、高い造壁性と低粘性を得ることが可能となる。
【００４７】
なお、共重合体（ｘ）は、（ａ）、（ｂ）以外にも他の単量体（ｃ）を構成単位とすることができる。（ｃ）としては、共重合できるものであれば特に限定されないが、例えば次の（ｃ１）〜（ｃ５）が挙げられる。
【００４８】
（ｃ１）  アミド基含有エチレン性不飽和単量体：（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミドなど
【００４９】
（ｃ２）  （メタ）アクリル酸アルキルエステル類（アルキル基の炭素数が１〜１２）：メチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレートなど
【００５０】
（ｃ３）  ヒドロキシル基を有するエチレン性不飽和単量体：ヒドロキシアルキル（炭素数１〜４）（メタ）アクリレート〔例えばヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレートなど〕
【００５１】
（ｃ４）  （ｂ）以外のポリアルキレングリコール鎖を有するエチレン性不飽和単量体：ポリエチレングリコール（数平均分子量１２０〜６００）モノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコール（数平均分子量１５０〜４５０）モノ（メタ）アクリレート、メチルアルコールエチレンオキサイド１〜４モル付加物（メタ）アクリレートなど
【００５２】
（ｃ５）  ４級アンモニウム基含有エチレン性不飽和単量体：（メタ）アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、（メタ）アクリロイルオキシエチルジメチルベンジルアンモニウムクロライドなど
【００５３】
これらの（ｃ１）〜（ｃ５）のうち好ましいものは、（ｃ２）〜（ｃ４）である。
【００５４】
また、共重合体（Ｘ）を構成する他の単量体（ｃ）単位の質量％は通常３０％以下、好ましくは２０％以下である。
【００５９】
上述した掘削泥水用泥膜形成剤の（共）重合体（ｘ′）を製造するにあたっても重合体（ｘ）と同様、公知の製法、例えば、溶液重合法で行えばよい。すなわち、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）を単量体として所定の溶剤に添加し、次いで、これを５０〜１５０゜Ｃで常圧又は加圧下で重合する。
【００６０】
溶剤の種類、単一重合の方法、ラジカル重合開始剤及び中和プロセスに関しては、上述した掘削泥水用泥膜形成剤と同様であるのでここではその説明を省略する。
【００６１】
不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）をどのような物質で構成するかは任意であるが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸及びフマル酸並びにこれらのアルカリ金属塩及びアンモニウム塩からなる群から適宜選択することができる。ここで、アルカリ金属塩としては、ナトリウム塩やカリウム塩等が含まれる。
【００６５】
なお、請求項２に係る掘削泥水用泥膜形成剤は、請求項１に係る掘削泥水用泥膜形成剤と任意の割合（例えば質量比が９９：１〜１：９９）で併用することが可能である。同様に、請求項６に係る掘削泥水用泥膜形成剤は、請求項５に係る掘削泥水用泥膜形成剤と任意の割合（例えば質量比が９９：１〜１：９９）で併用することが可能である。
【００６６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る掘削用泥水の作泥システム及び方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
（第１実施形態）
【００６８】
図１は、本実施形態に係る掘削用泥水の作泥システムを示した全体図である。同図でわかるように、本実施形態に係る掘削用泥水の作泥システム１は、解膠された掘削土砂を作製する、言い換えれば、未だ解膠されていない例えば塊状の掘削土砂を解膠する解膠機としての圧密式ミキサー２と、該圧密式ミキサーによって解膠された掘削土砂と清水とが混練された泥水を貯留する泥水槽３と、該泥水槽内の泥水が移送貯留される泥水貯留槽４と、該泥水貯留槽４内に貯留された泥水に添加される掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤が貯留された貯留タンク６と、炭酸ナトリウム水溶液が貯留された貯留タンク７と、清水槽８と、混合槽９とから概ね構成してある。
【００６９】
圧密式ミキサー２は、圧搾用シリンダー４１とその下方に配置された解膠ミキサー４２とからなり、圧搾用シリンダー４１の上方から投入された未解膠の掘削土砂を該圧搾用シリンダーの内部に収容されたピストン体（図示せず）で押し下げることにより、圧搾用シリンダー４１の底部に設けられたメッシュ状ストレーナから糸切りされた状態の掘削土砂を押し出して解膠ミキサー４２内に落下させるようになっている。
【００７０】
一方、解膠ミキサー４２の底部には攪拌羽根付き水中サンドポンプ４３を設けてあり、圧搾用シリンダー４１の底部から押し出された糸切り状の掘削土砂を泥水槽３から循環されてきた泥水とともに攪拌混合することで掘削土砂を解膠し、解膠された掘削土砂を含む泥水として泥水槽３に送るようになっている。
【００７１】
なお、未解膠の掘削土砂中に砕石や砂利が多く含まれている場合には、圧搾用シリンダー４１の上方に振動ふるいを設置するのが望ましい。かかる振動ふるいとしては、例えばグリズリバー使用の振動ふるいを用いることができる。
【００７２】
貯留タンク６内には、本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を貯留してあり、該タンクに接続されたポンプ１５を駆動することによって、掘削泥水用分散剤及び掘削泥水用泥膜形成剤を配管１６を介して混合槽９に圧送できるようになっている。
【００７３】
また、貯留タンク７内には、上述したように炭酸ナトリウム（炭酸ソーダ）水溶液を貯留してあり、該タンクに接続されたポンプ１７を駆動することによって、炭酸ナトリウム水溶液を配管１８を介して混合槽９に圧送できるようになっている。
【００７４】
清水槽８には清水を貯留してあり、該タンクに接続されたポンプ１９を駆動することによって、清水を配管２０を介して混合槽９に圧送できるようになっている。
【００７５】
混合槽９は、上述した掘削泥水用泥膜形成剤、掘削泥水用分散剤及び清水を混合して泥水に添加される混合液を作製するとともに、該混合槽に接続されたポンプ２１を駆動することによって、かかる混合液を配管２２を介して泥水貯留槽４内に圧送できるようになっている。混合槽９には、必要に応じて図示しない攪拌機構を設けておけばよい。
【００７６】
本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤は、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と、不飽和カルボン酸（ｂ１）及び下記一般式（１）
Ｒ（ＯＡ）nＯＨ      （１）
Ｒ；  水素又は炭素数１〜１２の炭化水素基
Ａ；  炭素数２〜４のアルキレン基
ｎ；  １〜１００の整数
で表されるヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）のモノエステル（ｂ）とから共重合体（ｘ）で構成してある。
【００７７】
共重合体（ｘ）に対するモノエステル（ｂ）の質量割合は、１％〜４０％とするのがよい。これは、共重合体（ｘ）に対するモノエステル（ｂ）の質量％が１％を下回ると、掘削泥水用泥膜形成剤の添加量に関係なく造壁性が低下し、４０％を超えると、掘削泥水用泥膜形成剤の添加量が低い場合に凝集が発生して造壁性が低下する可能性があるからである。
【００７８】
また、共重合体（ｘ）の数平均分子量は、５０００〜１０００００とするのがよい。これは、数平均分子量が５０００を下回ると、掘削泥水用泥膜形成剤の添加量に関係なく造壁性が低下し、１０００００を超えると、掘削泥水用泥膜形成剤の添加量が低い場合に凝集が発生して造壁性が低下する可能性があるからである。
【００７９】
なお、数平均分子量については、ゲルパーミエーションクロマトグラフにより測定するものとする。
【００８０】
図２は、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）をメタクリル酸ナトリウム塩３２で、モノエステル（ｂ）をメトキシポリエチレングリコールメタクリレート３３で構成してなる掘削泥水用泥膜形成剤３１を一例として示した化学構造式（化学式）である。
【００８１】
一方、本実施形態で用いる掘削泥水用分散剤は、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩若しくはそれらの共重合体であってその重量平均分子量Ｍｗを１００００乃至１４０００としたものであれば、その組成等は任意であり、例えば、重量平均分子量Ｍｗが１００００乃至１４０００であるポリアクリル酸のナトリウム塩から構成することが可能である。具体的には、ＳＵＰＥＲ  ＳＬＲＲＹ  Ｂ（三洋化成工業株式会社製）の商品名で市販されているポリカルボン酸系安定液用分散剤（以下、単にＳＳ―Ｂと呼ぶ）を使用することができる。
【００８２】
本実施形態に係る掘削用泥水の作泥システム１を用いて掘削用泥水を作製するには、まず、解膠前の掘削土砂を、他の現場からの搬入や当該現場の用地内でのバックホウやバケット式のケリー掘削機などによる掘削によって調達する。
【００８３】
なお、地中連続壁工法や泥水シールド工法では、土砂分離装置やフィルタープレスあるいはデカンタで代表される遠心分離機で土砂分離を行い、該土砂分離作業で生じた排土を投入するべく、排土ピットを設けることが多いが、現場の用地内で解膠前の掘削土砂を確保する場合には、かかる排土ピットを形成する位置で行うようにすれば、排土ピットを別途設ける手間を省くことができる。
【００８４】
次に、このようにして調達された解膠前の掘削土砂を、圧密式ミキサー２の圧搾用シリンダー４１に投入し、次いで、泥水槽３からの循環泥水とともに圧密式ミキサー２の解膠ミキサー４２内で攪拌混合して掘削土砂を解膠し、これを泥水として泥水槽３にいったん貯留し、これを随時、泥水貯留槽４に移して該泥水貯留槽内に貯留する。なお、泥水槽３には随時清水を補充し、該清水が循環泥水の一部として解膠ミキサー４２内に投入されるようにする。
【００８５】
一方、清水槽８に貯留された清水を混合槽９に入れるとともに、貯留タンク６に貯留された掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を所定量混合槽９に添加して適宜希釈混合し、混合液を作製する。また、必要に応じて貯留タンク７内に貯留された炭酸ナトリウム水溶液を添加して混合液を作製する。なお、炭酸ナトリウム水溶液については、添加量が多くなると、逆に塩類凝集を引き起こして分散性が低下するため、あくまで補助的に添加するのが望ましい。
【００８６】
次に、このように作製された混合液を泥水貯留槽４内に添加する。
【００８７】
このようにして作製された掘削用泥水を地中連続壁工法の安定液として使用すると、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤は、従来のベントナイト等に代わって、例えば粘土を主成分とする１０μｍ以下の細粒分とともに泥水中に分散して低粘性を維持するとともに、掘削泥水用泥膜形成剤による優れた造壁作用により、ろ水量（透水係数）の小さな良質のマッドケーキを切羽や溝壁に形成し、溝壁等を安定させる。
【００８８】
以上説明したように、本実施形態に係る掘削用泥水の作泥システム及び方法によれば、解膠機である圧密式ミキサー２で掘削土砂を解膠し、次いで、解膠された掘削土砂を清水と混練することで泥水を作製し、しかる後、該泥水に本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤や掘削泥水用分散剤を添加するだけで掘削用泥水を作製することが可能となる。
【００８９】
すなわち、掘削土砂を解膠しこれを清水とともに混練するようにすれば、細粒分を含んだ泥水を確保することが可能となるとともに、本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤、掘削泥水用分散剤及び清水がいずれも液状であるため、従来のように混練ミキサーやストックヤードを設置するとともに該混練ミキサーを使った手間のかかる溶解作業を行わずとも、これらを混合槽９で単に混合して泥水貯留槽４に添加するだけで掘削用泥水を容易に作製することができる。
【００９０】
したがって、従来のような作泥プラントを設置する必要がないことはもちろん、工事開始時においても、新規に掘削用泥水を購入したり他の現場から調達することなく、各現場にて掘削用泥水を迅速かつ容易に作製することが可能となる。
【００９１】
なお、泥水貯留槽４内の泥水中には、細粒分のみならず粗粒分も当然含まれることとなるが、本実施形態で作製された掘削用泥水を用いて地盤掘削を行うにあたっては、地中連続壁工法にしろ、泥水シールド工法にしろ、土砂分離装置で粗粒分が除去されるため、上述した掘削用泥水に粗粒分が含まれていても、何ら問題とはならない。
【００９２】
また、本実施形態に係る掘削用泥水の作泥システム及び方法によれば、上述した掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を併用するようにしたので、掘削泥水用泥膜形成剤の優れた造壁性に掘削泥水用分散剤の優れた耐セメント性とが相まって、地中連続壁工法で使用する場合に特に顕著な作用効果を奏する。
【００９３】
すなわち、地中連続壁工法においては、掘削用泥水の循環使用に伴ってコンクリートからカルシウムイオンが溶出し、泥水中のカルシウムイオン濃度が上昇して分散性及び造壁性が低下するが、工事初期の段階で添加された掘削泥水用分散剤が工事進行に伴って増大するカルシウムイオンによる分散性低下を抑制する。したがって、本発明で得られた掘削用泥水であれば、これを地中連続壁工法で循環使用しても、造壁性や低粘性は良好に維持される。
【００９４】
本実施形態では、解膠機として圧密式ミキサー２を用いるようにしたが、これに代えて、鉢形の胴体の中心に配置された円錐形の主軸に偏心的な旋回運動を与え、そのときの圧力によって掘削土砂を粉砕解膠することができるジャイレトリクラッシャーや、その一種であるコーンクラッシャなどを用いることができる。
【００９５】
また、本実施形態では、解膠機によって掘削土砂を解膠するようにしたが、必ずしも解膠機による必要はなく、例えば図３に示すように、清水を満たしつつ水平多軸式掘削機５１で地盤を掘削し、その掘削によって解膠された土砂を用いるようにしてもよい。
【００９６】
なお、水平多軸式掘削機を用いる場合には、掘削されたピット状の凹部５２に解膠された掘削土砂と清水とが該水平多軸式掘削機の回転ドラムの回転動作によって混練されることとなるため、かかる解膠された掘削土砂と清水とが混練されてなる泥水を揚泥し、これをそのまま泥水槽３に貯留することができる。
【００９７】
また、本実施形態では、泥水槽３のほかに該泥水槽内の泥水を移送貯留する泥水貯留槽４を設けるようにしたが、いずれかを省略してもかまわない。なお、泥水貯留槽４を省略した場合には、泥水槽３が本発明でいうところの泥水貯留槽となる。
【００９８】
また、本実施形態では、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を泥水貯留槽４に添加するようにしたが、これに代えて泥水槽３に添加するようにしてもよく、かかる場合であっても、その下流側に配置された泥水貯留槽４内の泥水に上述した薬剤が添加されることに何ら変わりはない。
【００９９】
また、本実施形態では、泥水槽３からの循環泥水とともに圧密式ミキサー２の解膠ミキサー４２内で攪拌混合することで掘削土砂を解膠し、これを泥水として泥水槽３に貯留するようにしたが、これに代えて、泥水槽３内の泥水は解膠ミキサー４２に循環させず、清水を解膠ミキサー４２内に投入して泥水を作製し、これを泥水槽３に貯留するようにしてもよい。
【０１００】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、掘削工事がいったん開始した後は、本来掘削すべき箇所から多量の掘削土砂が発生するので、かかる掘削土砂に含まれる細粒分を利用すれば、上述したと同様に掘削用泥水を作製することができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、貯留タンク７を設けて該タンク内に炭酸ナトリウム水溶液を貯留するようにしたが、本実施形態で用いる掘削泥水用分散剤によってセメント混入時の分散性の低下を十分抑制することができるのであれば、かかる貯留タンク７を省略してもよい。
【０１０２】
また、本実施形態では、本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を貯留タンク６内に貯留するようにしたが、工事開始初期であるために、耐セメント性を重視する必要がないのであれば、掘削泥水用分散剤を省略してもかまわない。
【０１０３】
また、本実施形態では、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を併用することを前提とし、これらを貯留タンク６内に貯留するようにしたが、これらの薬剤はいずれも一定の分散性と造壁性を有しているため、場合によっては、いずれかを単独で使用するようにしてもかまわない。一方、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を併用する場合、これらを混合した状態で貯留タンク６内に貯留してもかまわないが、それぞれ専用のタンク内に貯留するようにしてもかまわない。この場合、貯留タンク６は、計２つ備えることとなる。
【０１０４】
また、本実施形態では、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を希釈することを前提として、清水槽８や混合槽９を備えるようにしたが、これらを泥水に直接添加しても添加量に関する品質の確保を行うことができるのであれば、清水槽８や混合槽９を省略してもよい。
【０１０５】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、混合槽９の下流側に中間貯留槽を設置して該中間貯留槽に混合液をいったん貯留し、しかる後に中間貯留槽内の混合液を泥水貯留槽４に圧送するようにしてもよい。
【０１０６】
また、本実施形態では、地中連続壁工法に適用することを前提としたが、本発明に係る掘削用泥水の作泥システム及び方法は、かかる工法への適用に限定されるものではなく、泥水シールド工法をはじめ、さまざまな泥水工法に適用することが可能である。
【０１０７】
また、本実施形態では、顕著な作用効果を実験によって確認できたため、共重合体（ｘ）を構成するモノエステル（ｂ）の質量％を１〜４０％、共重合体（ｘ）の数平均分子量を５０００〜１０００００としたが、本発明で用いる掘削泥水用泥膜形成剤は、かかる範囲に限定されるものではなく、実施形態で述べた範囲外についても、一定の作用効果を得ることは可能である。
【０１０８】
また、本実施形態では、掘削泥水用分散剤としてＳＳ−Ｂを例に挙げたが、これに代えて炭酸ナトリウムを使用してもよい。
【０１０９】
【実施例】
次に、本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤を具体的に説明する。なお、特記なき限り、部及び％はそれぞれ質量部及び質量％を示すものとする。
【０１１０】
まず、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）としては、メタクリル酸ナトリウム（以下、a-1）とアクリル酸ナトリウム（以下、a-2）の二種類を実験に用いた。また、不飽和カルボン酸エステル（ｂ）としては、１０種類の不飽和カルボン酸エステルを使用し、これら１０種類の不飽和カルボン酸エステル（以下、b-1〜b-10）を構成する不飽和カルボン酸（ｂ１）とヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）との組成を表１に示す。表中、ＥＯ、ＰＯはそれぞれエチレンオキサイド、プロピレンオキサイドであることを示す。
【０１１１】
【表１】
0004228339.tif 000002
【０１１２】
次に、上述したメタクリル酸ナトリウム(a-1)及びアクリル酸ナトリウム（a-2）と、１０種類の不飽和カルボン酸エステル（b-1〜b-10）とを組み合わせて共重合体（ｘ）（以下、実施例１〜１６）を作製したときの組成比率、モノエステルの含有割合（％）及び数平均分子量を表２に示す。なお、数平均分子量の測定条件を以下に示す。
【０１１３】
0004228339.tif 000003
【０１１４】
【表２】
0004228339.tif 000004
【０１１５】
上述した実施例１〜１６の掘削泥水用泥膜形成剤を製造するにあたっては、まず、反応容器に、水３６３部、イソプロピルアルコール１９６部を仕込み、窒素置換した後、８０゜Ｃまで昇温し、攪拌下、メタクリル酸１５１部（１．７５７モル）、メトキシポリエチレングリコール（エチレンオキサイド付加モル数２８）メタクリレート４８部（０．０３６モル）を混合したものと、過硫酸ナトリウム５％水溶液３９．８部（過硫酸ナトリウム０．００８モル）を同時に３時間かけて滴下し反応させた。さらに、同温度で２時間熟成した後、イソプロピルアルコールを蒸留により除き、水酸化ナトリウム４８％水溶液１４６部（水酸化ナトリウム１．７５７モル）で中和した後、固形分３０％になる量の水を加えて数平均分子量４２８００の共重合体（実施例１）を得た。さらに、表２に示した構成単位となるように単量体組成を代え、実施例１と同様にして実施例２〜１６を得た。
【０１１６】
このようにして製造した実施例１〜１６の掘削泥水用泥膜形成剤を泥水に添加し、その造壁性及び泥水粘度を調べた（表３）。
【０１１７】
ここで、掘削泥水用泥膜形成剤を添加する前の泥水については、細粒分７５μｍ以下、比重が１．０５となるように濃度調整して作製した。ちなみに、そのときの粘度は１１．１ mPa・sであった。泥水粘度はＢ型粘度計にて測定した。
【０１１８】
また、同表における造壁性は、ＡＰＩ規格でいうところの指標とは若干異なり、濾水プロセスを促進させて実験時間を短縮させるべく、濾紙の下側を減圧状態とした場合の濾水量として計測したものであり、５ｍｌ以下が良好な造壁性の目安とされる。なお、従来技術と比較すべく、ＣＭＣを用いた場合を比較例１として併せて示した。
【０１１９】
【表３】
0004228339.tif 000005
【０１２０】
同表でわかるように、実施例１〜６、１１〜１６は、添加量にかかわらず、造壁性が５ｍｌ以下といずれも良好であるとともに、泥水粘度についても低粘性を維持している、言い換えれば良好な分散性が維持されているのに対し、実施例７〜１０では、添加量が少ないときに造壁性が低下していることがわかる。
【０１２１】
ちなみに、ＣＭＣを使った比較例１では、造壁性は確保できるものの、粘度が高くなってしまうという問題点を裏付ける結果となった。
【０１２２】
次に、上述した実施例１１に係る掘削泥水用泥膜形成剤を掘削泥水用分散剤とともに泥水に加えて本実施形態に係る掘削用泥水を作製し、その耐セメント性について実験した。なお、掘削泥水用分散剤としては、上述したＳＳ―Ｂ及び炭酸ナトリウムの二種類を使用し、それぞれを単独に掘削泥水用泥膜形成剤と併用した場合と、両方を掘削泥水用泥膜形成剤と併用した場合について調べた。
【０１２３】
実験結果を図４及び図５に示す。
【０１２４】
まず、上述した掘削用泥水にセメントを添加しない場合の実験結果を図４に示す。同図に示すように、掘削泥水用泥膜形成剤の添加量が０．２５％程度以上になると、掘削泥水用泥膜形成剤を単独で使用した場合（黒丸で示したケース）と掘削泥水用泥膜形成剤に掘削泥水用分散剤を併用した場合（黒丸以外の３ケース）との間で造壁性にほとんど差がないことがわかる。
【０１２５】
次に、上述した掘削用泥水にセメントを１％添加した場合と５％添加した場合の実験結果を図５(a)、(b)に示す。これらの図に示すように、掘削泥水用泥膜形成剤に掘削泥水用分散剤を併用した場合（黒丸以外の３ケース）では、掘削泥水用泥膜形成剤を０．１〜０．２％添加すれば所要の造壁性が得られるのに対し、掘削泥水用泥膜形成剤を単独で使用した場合（黒丸で示したケース）では、掘削泥水用泥膜形成剤をセメント１％の場合には０．３％弱、セメント５％の場合には０．５％添加しなければ所要の造壁性が得られないことがわかる。
【０１２６】
（第２実施形態）
【０１２７】
次に、第２実施形態に係る掘削用泥水の作泥システム及び方法について説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１２８】
すなわち、第２実施形態に係る掘削用泥水の作泥システムも第１実施形態で説明した掘削用泥水の作泥システム１と同様、解膠された掘削土砂を作製する解膠機としての圧密式ミキサー２と、該圧密式ミキサーによって解膠された掘削土砂と清水とが混練された泥水を貯留する泥水槽３と、該泥水槽内の泥水が移送貯留される泥水貯留槽４と、該泥水貯留槽４内に貯留された泥水に添加される掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤が貯留された貯留タンク６と、炭酸ナトリウム水溶液が貯留された貯留タンク７と、清水槽８と、混合槽９とから概ね構成してあり、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤の化学組成が異なる点以外は、第１実施形態に係る掘削用泥水の作泥システムと構成が全く同一であり、したがって、これ以上の詳細な説明は、ここでは省略する。
【０１２９】
本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤は、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）を主構成単位とする（共）重合体（ｘ′）としての単一重合体からなり、該単一重合体の重量平均分子量Ｍｗを２０万〜３００万としてある。
【０１３０】
ここで、単一重合体の重量平均分子量Ｍｗを２０万〜３００万としたのは、重量平均分子量Ｍｗが２０万を下回ると、造壁性の指標である濾水量が５ｍｌをやや上回り、３００万を超えると、濾水量が５ｍｌを大幅に上回るからである。
【０１３１】
なお、濾水量は、ＡＰＩ規格でいうところの指標とは若干異なり、濾水プロセスを促進させて実験時間を短縮させるべく、濾紙の下側を減圧状態にして計測したものであり、５ｍｌ以下が良好な造壁性の目安とされる。
【０１３２】
図６は、本実施形態に係る掘削泥水用泥膜形成剤の一例を示した化学構造式（化学式）であり、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）をアクリル酸ナトリウム６２で構成してなる掘削泥水用泥膜形成剤６１を示してある。
【０１３３】
重量平均分子量Ｍｗの下限値及び上限値は、後述する実験で得られた結果をプロットし、次いでこれらの結果を近似する曲線を作成し、該曲線と濾水量が５ｍｌであるラインとの交点としてそれぞれ２０万、３００万と定めたが、実験誤差等を勘案した経験的な安全率を見込んだ上での重量平均分子量Ｍｗの範囲は、５０万乃至２５０万とするのが望ましい。
【０１３４】
一方、掘削泥水用泥膜形成剤６１は、濃度が２０乃至３０質量％のものを泥水に添加して使用するのが好ましいが、かかる濃度範囲では、重量平均分子量Ｍｗが１００万を超えると、水飴程度の高粘度（１００万mPa・s）となり、泥水に添加するにあたって必ずしも作業性に優れるとは言い難い。
【０１３５】
したがって、かかる添加作業性の観点で掘削泥水用泥膜形成剤６１の重量平均分子量Ｍｗを５０万乃至１００万とするのが望ましい。さらには、濾水量上限を余裕をもってクリアするとともに泥水への添加作業を確実に高めるべく、掘削泥水用泥膜形成剤６１の重量平均分子量Ｍｗを６０万乃至８０万とするのが最適である。
【０１３６】
次に、本実施形態で用いる掘削泥水用分散剤は、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩若しくはそれらの共重合体であってその重量平均分子量Ｍｗを１００００乃至１４０００としたものであれば、その組成等は任意であり、例えば、重量平均分子量Ｍｗが１００００乃至１４０００であるポリアクリル酸のナトリウム塩から構成することが可能である。具体的には、ＳＵＰＥＲ  ＳＬＲＲＹ  Ｂ（三洋化成工業株式会社製）の商品名で市販されているポリカルボン酸系安定液用分散剤（以下、単にＳＳ―Ｂと呼ぶ）を使用することができる。また、かかるＳＳ−Ｂに代えて、又はそれに加えて炭酸ナトリウムを用いることもできる。
【０１３７】
本実施形態に係る掘削用泥水の作泥システムを用いて掘削用泥水を作製するには、まず、解膠前の掘削土砂を、他の現場からの搬入や当該現場の用地内でのバックホウやバケット式のケリー掘削機などによる掘削によって調達する。
【０１３８】
なお、地中連続壁工法や泥水シールド工法では、土砂分離装置やフィルタープレスあるいはデカンタで代表される遠心分離機で土砂分離を行い、該土砂分離作業で生じた排土を投入するべく、排土ピットを設けることが多いが、現場の用地内で解膠前の掘削土砂を確保する場合には、かかる排土ピットを形成する位置で行うようにすれば、排土ピットを別途設ける手間を省くことができる。
【０１３９】
次に、このようにして調達された解膠前の掘削土砂を、圧密式ミキサー２の圧搾用シリンダー４１に投入し、次いで、泥水槽３からの循環泥水とともに圧密式ミキサー２の解膠ミキサー４２内で攪拌混合して掘削土砂を解膠し、これを泥水として泥水槽３にいったん貯留し、これを随時、泥水貯留槽４に移して該泥水貯留槽内に貯留する。なお、泥水槽３には随時清水を補充し、該清水が循環泥水の一部として解膠ミキサー４２内に投入されるようにする。
【０１４０】
一方、清水槽８に貯留された清水を混合槽９に入れるとともに、貯留タンク６に貯留された掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を所定量混合槽９に添加して適宜希釈混合し、混合液を作製する。また、必要に応じて貯留タンク７内に貯留された炭酸ナトリウム水溶液を添加して混合液を作製する。なお、炭酸ナトリウム水溶液については、添加量が多くなると、逆に塩類凝集を引き起こして分散性が低下するため、あくまで補助的に添加するのが望ましい。
【０１４１】
次に、このように作製された混合液を泥水貯留槽４内に添加する。
【０１４２】
このようにして作製された掘削用泥水を地中連続壁工法の安定液として使用すると、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤は、従来のベントナイト等に代わって、例えば粘土を主成分とする１０μｍ以下の細粒分とともに泥水中に分散して低粘性を維持するとともに、掘削泥水用泥膜形成剤による優れた造壁作用により、ろ水量（透水係数）の小さな良質のマッドケーキを切羽や溝壁に形成し、溝壁等を安定させる。
【０１４３】
以上説明したように、本実施形態に係る掘削用泥水の作泥システム及び方法によれば、解膠機である圧密式ミキサー２で掘削土砂を解膠し、次いで、解膠された掘削土砂を清水と混練することで泥水を作製し、しかる後、該泥水に本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤や掘削泥水用分散剤を添加するだけで掘削用泥水を作製することが可能となる。
【０１４４】
すなわち、掘削土砂を解膠しこれを清水とともに混練するようにすれば、細粒分を含んだ泥水を確保することが可能となるとともに、本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤、掘削泥水用分散剤及び清水がいずれも液状であるため、従来のように混練ミキサーやストックヤードを設置するとともに該混練ミキサーを使った手間のかかる溶解作業を行わずとも、これらを混合槽９で単に混合して泥水貯留槽４に添加するだけで掘削用泥水を容易に作製することができる。
【０１４５】
したがって、従来のような作泥プラントを設置する必要がないことはもちろん、工事開始時においても、新規に掘削用泥水を購入したり他の現場から調達することなく、各現場にて掘削用泥水を迅速かつ容易に作製することが可能となる。
【０１４６】
なお、泥水貯留槽４内の泥水中には、細粒分のみならず粗粒分も当然含まれることとなるが、本実施形態で作製された掘削用泥水を用いて地盤掘削を行うにあたっては、地中連続壁工法にしろ、泥水シールド工法にしろ、土砂分離装置で粗粒分が除去されるため、上述した掘削用泥水に粗粒分が含まれていても、何ら問題とはならない。
【０１４７】
また、本実施形態に係る掘削用泥水の作泥システム及び方法によれば、上述した掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を併用するようにしたので、掘削泥水用泥膜形成剤の優れた造壁性に掘削泥水用分散剤の優れた耐セメント性とが相まって、地中連続壁工法で使用する場合に特に顕著な作用効果を奏する。
【０１４８】
すなわち、地中連続壁工法においては、掘削用泥水の循環使用に伴ってコンクリートからカルシウムイオンが溶出し、泥水中のカルシウムイオン濃度が上昇して分散性及び造壁性が低下するが、工事初期の段階で添加された掘削泥水用分散剤が工事進行に伴って増大するカルシウムイオンによる分散性低下を抑制する。したがって、本発明で得られた掘削用泥水であれば、これを地中連続壁工法で循環使用しても、造壁性や低粘性は良好に維持される。
【０１４９】
本実施形態では、解膠機として圧密式ミキサー２を用いるようにしたが、これに代えて、鉢形の胴体の中心に配置された円錐形の主軸に偏心的な旋回運動を与え、そのときの圧力によって掘削土砂を粉砕解膠することができるジャイレトリクラッシャーや、その一種であるコーンクラッシャなどを用いることができる。
【０１５０】
また、本実施形態では、解膠機によって掘削土砂を解膠するようにしたが、必ずしも解膠機による必要はなく、図３を参照して第１実施形態で説明したと同様、清水を満たしつつ水平多軸式掘削機５１で地盤を掘削し、その掘削によって解膠された土砂を用いるようにしてもよい。
【０１５１】
なお、水平多軸式掘削機を用いる場合には、掘削されたピット状の凹部５２に解膠された掘削土砂と清水とが該水平多軸式掘削機の回転ドラムの回転動作によって混練されることとなるため、かかる解膠された掘削土砂と清水とが混練されてなる泥水を揚泥し、これをそのまま泥水槽３に貯留することができる。
【０１５２】
なお、泥水槽３にいったん貯留された泥水を随時泥水貯留槽４に移すとともに、混合液を混合槽９で作製しこれを泥水貯留槽４内に添加する手順については、上述の実施形態と同様であることは言うまでもない。この点、第１実施形態でも同様である。
【０１５３】
また、本実施形態では、泥水槽３のほかに該泥水槽内の泥水を移送貯留する泥水貯留槽４を設けるようにしたが、いずれかを省略してもかまわない。なお、泥水貯留槽４を省略した場合には、泥水槽３が本発明でいうところの泥水貯留槽となる。
【０１５４】
また、本実施形態では、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を泥水貯留槽４に添加するようにしたが、これに代えて泥水槽３に添加するようにしてもよく、かかる場合であっても、その下流側に配置された泥水貯留槽４内の泥水に上述した薬剤が添加されることに何ら変わりはない。
【０１５５】
また、本実施形態では、泥水槽３からの循環泥水とともに圧密式ミキサー２の解膠ミキサー４２内で攪拌混合することで掘削土砂を解膠し、これを泥水として泥水槽３に貯留するようにしたが、これに代えて、泥水槽３内の泥水は解膠ミキサー４２に循環させず、清水を解膠ミキサー４２内に投入して泥水を作製し、これを泥水槽３に貯留するようにしてもよい。
【０１５６】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、掘削工事がいったん開始した後は、本来掘削すべき箇所から多量の掘削土砂が発生するので、かかる掘削土砂に含まれる細粒分を利用すれば、上述したと同様に掘削用泥水を作製することができる。
【０１５７】
また、本実施形態では、貯留タンク７を設けて該タンク内に炭酸ナトリウム水溶液を貯留するようにしたが、本実施形態で用いる掘削泥水用分散剤によってセメント混入時の分散性の低下を十分抑制することができるのであれば、かかる貯留タンク７を省略してもよい。
【０１５８】
また、本実施形態では、本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を貯留タンク６内に貯留するようにしたが、工事開始初期であるために、耐セメント性を重視する必要がないのであれば、掘削泥水用分散剤を省略してもかまわない。
【０１５９】
また、本実施形態では、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を併用することを前提とし、これらを貯留タンク６内に貯留するようにしたが、これらの薬剤はいずれも一定の分散性と造壁性を有しているため、場合によっては、いずれかを単独で使用するようにしてもかまわない。一方、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を併用する場合、これらを混合した状態で貯留タンク６内に貯留してもかまわないが、それぞれ専用のタンク内に貯留するようにしてもかまわない。この場合、貯留タンク６は、計２種類備えることとなる。また、掘削泥水用分散剤としてＳＳ−Ｂ及び炭酸ナトリウムの二種類を使用する場合には、これらを混合した状態で使用してもよいが、それぞれ専用のタンク内に個別に貯留してもかまわない。かかる場合、貯留タンク６は、掘削泥水用分散剤専用、掘削泥水用分散剤（ＳＳ−Ｂ）専用及び掘削泥水用分散剤（炭酸ナトリウム専用）の計３種類となる。
【０１６０】
また、本実施形態では、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を希釈することを前提として、清水槽８や混合槽９を備えるようにしたが、これらを泥水に直接添加しても添加量に関する品質の確保を行うことができるのであれば、清水槽８や混合槽９を省略してもよい。
【０１６１】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、混合槽９の下流側に中間貯留槽を設置して該中間貯留槽に混合液をいったん貯留し、しかる後に中間貯留槽内の混合液を泥水貯留槽４に圧送するようにしてもよい。
【０１６２】
また、本実施形態では、地中連続壁工法に適用することを前提としたが、本発明に係る掘削用泥水の作泥システム及び方法は、かかる工法への適用に限定されるものではなく、泥水シールド工法をはじめ、さまざまな泥水工法に適用することが可能である。
【０１６３】
【実施例】
次に、本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤６１を具体的に説明する。なお、特記なき限り、部及び％はそれぞれ質量部及び質量％を示すものとする。
【０１６４】
まず、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）としては、上述した実施形態でも述べたようにアクリル酸ナトリウムとし、これを重合させて単一重合体６１を製造した。
【０１６５】
表４は、重量平均分子量Ｍｗを変化させたときの単一重合体６１の造壁性（ｍｌ）、粘度（濃度；２５質量％）及び泥水と混合したときの泥水粘度（mPa・s）を示したものである。
【０１６６】
ここで、重量平均分子量Ｍｗは、第１実施形態における数平均分子量と同様の測定条件でゲルパーミエーションクロマトグラフにより測定したものである。
【０１６７】
但し、カラムは下記のものを用いる。
カラム  ；TSKgel α-3000 + TSKgel α-6000
【０１６８】
なお、標準物質は、ポリオキシエチレングリコール（東ソー株式会社製；TSK STANDARD POLYETHYLENE OXIDE）とし、第１実施形態でも同じものを標準物質とした。
【０１６９】
また、単一重合体６１を添加する前の泥水については、細粒分７５μｍ以下、比重が１．０５となるように濃度調整して作製した。ちなみに、そのときの粘度は１．７ mPa・sであった。泥水粘度はＢ型粘度計にて測定した。また、泥水への添加量はすべて５ｋｇ／ｍ3とした。
【０１７０】
【表４】
0004228339.tif 000006
【０１７１】
同表中、ブランクと記したものは、泥水のみのケース、実施例１′乃至実施例９′と記したものは、単一重合体６１のうち、造壁性の指標である濾水量が５ｍｌ以下になったケース、比較例１′乃至比較例３′と記したものは、単一重合体６１のうち、濾水量が５ｍｌを上回ったケースである。なお、従来技術と比較すべく、ＣＭＣを用いた場合を比較例４′として併せて示した。
【０１７２】
また、図７は、これらの結果を横軸（対数軸）に重量平均分子量Ｍｗを、縦軸に造壁性（ｍｌ）をとってプロットしたグラフであり、黒丸で表示したものは、比較例１′，２′に相当し、白丸で表示したものは、実施例１′乃至９′に相当する。比較例３′は、造壁性が著しく悪いため、同グラフにはプロットしていない。
【０１７３】
これらの図表でわかるように、造壁性の指標である濾水量が５ｍｌ以下になった実施例１′乃至実施例９′の重量平均分子量Ｍｗは、２０万乃至３００万の範囲に入っており、比較例１′乃至比較例３′は、該濾水量を上回っていることがわかる。また、比較例４′は、濾水量はクリアしていても、泥水粘度が実施例１′乃至実施例９′よりもはるかに高く、掘削用泥水としては粘性が高すぎることがわかる。
【０１７４】
単一重合体６１の製造プロセスを上述した実施例１′の場合について具体的に説明すると、まず、反応容器に水４４０．７部を仕込み、窒素置換した後、８０℃迄昇温し、撹拌下、アクリル酸２３８．５部と、過硫酸ナトリウム２．０％水溶液１００部を同時に３時間かけて滴下し反応した。さらに同温度で２時間熟成した後、イソプロピルアルコールを蒸留により除き、水酸化ナトリウム４８％水溶液２２０．８部で中和した。
【０１７５】
次に、上述した実施例５′に係る単一重合体４１を掘削泥水用分散剤とともに泥水に加えて本実施形態に係る掘削用泥水を作製するとともに、該掘削用泥水にセメントを５％添加し、その耐アルカリ性について実験した。なお、掘削泥水用分散剤としては、上述したＳＳ―Ｂ及び炭酸ナトリウムの二種類をその合計添加量が１kg/m3となるように使用し、それぞれを単独に単一重合体６１と併用した場合と、両方を単一重合体６１と併用した場合について調べた。
【０１７６】
実験結果を表５及び図８に示す。
【０１７７】
【表５】
0004228339.tif 000007
【０１７８】
これらの図表でわかるように、単一重合体４１に掘削泥水用分散剤を併用した場合（黒丸以外の３ケース）では、掘削泥水用泥膜形成剤を３kg/m3添加すれば所要の造壁性が得られるのに対し、単一重合体４１を単独で使用した場合（黒丸で示したケース）では、掘削泥水用泥膜形成剤を５kg/m3以上添加しなければ所要の造壁性が得られないことがわかる。
【０１７９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る掘削用泥水の作泥システム及び方法によれば、解膠された掘削土砂を清水と混練することで泥水を作製し、しかる後、該泥水に本発明で用いる掘削泥水用泥膜形成剤や掘削泥水用分散剤を添加するだけで掘削用泥水を作製することが可能となる。
【０１８０】
したがって、従来のような作泥プラントを設置する必要がないことはもちろん、工事開始時においても、新規に掘削用泥水を購入したり他の現場から調達することなく、各現場にて掘削用泥水を迅速かつ容易に作製することが可能となる。
【０１８１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る掘削用泥水の作泥システムを示した全体図。
【図２】本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤を示した化学構造式。
【図３】変形例に係る掘削用泥水の作泥システムを示した全体図。
【図４】本実施形態に係る掘削用泥水の作泥システム及び方法に関する実験結果を示したグラフ。
【図５】同じく本実施形態に係る掘削用泥水の作泥システム及び方法に関する実験結果を示したグラフ。
【図６】第２実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤を示した化学構造式。
【図７】第２実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤における造壁性と重量平均分子量との関係を示したグラフ。
【図８】第２実施形態で用いる掘削泥水用分散剤の耐アルカリ性を示したグラフ。
【符号の説明】
１            掘削用泥水の作泥システム
２            圧密式ミキサー（解膠機）
３            泥水槽
４            泥水貯留槽
６            貯留タンク
３１          掘削泥水用泥膜形成剤
３２          メタクリル酸ナトリウム塩（不飽和カルボン酸塩（ａ））
３３          メトキシポリエチレングリコールメタクリレート（モノエステル（ｂ））
４１          単一重合体（（共）重合体（ｘ′））
４２          アクリル酸ナトリウム（不飽和カルボン酸塩（ａ））
【図１】
0004228339.tif 000008
【図２】
0004228339.tif 000009
【図３】
0004228339.tif 000010
【図４】
0004228339.tif 000011
【図５】
0004228339.tif 000012
【図６】
0004228339.tif 000013
【図７】
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【図８】
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