(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
泥水プラントにて高濃度泥水を作成し、当該高濃度泥水を、送泥管を介して、地中の作業領域に圧送し、前記作業領域に噴射する高濃度泥水加圧工法であって、
鉱物繊維と、高吸水樹脂とを含む加泥材と、水と、土質に応じて選択的に加えられる粉末粘土とを混合して、高濃度泥水を作成する工程と、
前記作成された高濃度泥水を、前記送泥管を介して圧送して、前記作業領域に噴射する工程と、を備え、
前記高濃度泥水を作成する工程が、
前記作業領域の土粒子の空隙の大きさを得る工程と、
前記鉱物繊維および高吸水樹脂の重量比を、４：１を基本とし、かつ、前記作業領域の土粒子の空隙が大きくなるのにしたがって、前記高吸水樹脂の割合を増大させ、その一方、前記土粒子の空隙が小さくなるのにしたがって、前記鉱物繊維の割合を増大させるように、前記鉱物繊維および高吸水樹脂の重量比を決定する工程と、を有することを特徴とする高濃度泥水加圧工法。
【請求項２】
前記鉱物繊維が、水酸化マグネシウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の高濃度泥水加圧工法。
【請求項３】
前記鉱物繊維が、珪酸マグネシウムを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の高濃度泥水加圧工法。
【請求項４】
前記高吸水樹脂が、ポリアクリル酸ソーダを含むことを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の高濃度泥水加圧工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高濃度泥水加圧工法、および、これに利用する加泥材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高濃度泥水加圧工法は、切削土砂を流動化させ、粘性土の付着や閉塞を軽減するために注入を行うものである。この工法においては、図７に示すように、作業現場付近に、注入する材料を混合して、地下の掘削地点に圧送する泥水プラント１００や、排泥を処理する排泥／貯泥プラント１１０が配置されている。
【０００３】
泥水プラント１００は、必要な材料を混合する１以上のミキサ１０１、１０２、混合された泥水を切削地点まで圧送する１以上のポンプ１０３、１０４を有している。また、泥水プラント１００には、粉末材料に混入するための水を蓄えた貯水タンク１０５が設けられている。必要な材料の混合物は、ポンプ１０３、１０４により、給泥管１１１を通って、地下に配設された掘進機の先端に位置するカッターまで圧送され、カッターの先端および所定の部分から、泥水が噴出するようになっている。排出される泥（排泥）は、排泥プラント１１０に設けられた真空ポンプ（図示せず）などにより、排泥管１１２を通って排泥プラント１１０に戻される。排泥プラント１１０には、貯泥タンクが設けられ、排泥を一時的に蓄積することができる。
【０００４】
泥水プラント１００において混合され、ポンプにて圧送される泥水（高濃度泥水）は、土質に応じて、材料の配合が決定されている。従来の高濃度泥水加圧工法においては、図１（ｂ）に示すように、増粘剤、目詰材および必要に応じて粉末粘土を、それぞれ計量し（ステップ１１１〜１１３）、これを所定量の水とともに、ミキサにて攪拌する（ステップ１１４）。目詰材として、一般には、新聞紙の粉砕品が利用され、場合によっては、パルプ製品の粉砕品を利用する場合もある。
【０００５】
図２は、従来の高濃度泥水加圧工法における土質ごとの、各材料の配合を示す表である。たとえば、図２に示すように、Ａ土質（砂質土、シルト、粘性土などからなり、０＜Ｎ値≦１０であるようなもの）では、増粘剤、粉末粘土、目詰材が、それぞれ、１．５ｋｇ、１２０．０ｋｇ、８．０ｋｇだけ用いられ、これに、９４２．６ｋｇの水が加えられ、合計で１．０７２ｋｇの泥水が作られる。
【０００６】
Ｂ土質（砂質土、シルト、粘性土などからなり、０＜Ｎ値≦１０であるようなもの）、Ｃ−１土質（Ｃ土質、つまり、礫混り土、砂、硬質粘性土などからなり、Ｎ値≦５０であるような土であって、礫率が３０％以上４０％未満であるもの）、Ｃ−２土質（Ｃ土質であって、礫率が４０％以上６０％未満であるもの）、Ｃ−３土質（Ｃ土質であって、礫率が６０％以上８０％未満であるもの）、Ｄ土質（硬質土で、１軸圧縮強度ｑｕ≦１００ｋｇｆであるもの）についても、それぞれ、図２に示すように規定されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の泥水においては、上述したように、目詰材として、一般に新聞紙の粉砕品を使うことが多かった。たとえば、Ａ土質ないしＣ土質のものでは、約１トンの泥水を作るために、８ｋｇ〜１４ｋｇの目詰材を必要としている。目詰材使用する新聞紙は嵩張るため、その保管場所、輸送コスト、作業性などに問題があった。
【０００８】
本発明は、嵩張らず、かつ、予め増粘剤との混合をした上で、保管、輸送等が可能な加泥材を提供することを目的とする。また、本発明は、コスト的にも有利な加泥材を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上記加泥材を用いた高濃度泥水加圧工法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、高濃度泥水加圧方法において、作業領域に噴射する高濃度泥水に添加する加泥材であって、鉱物繊維と、高吸水樹脂とを含むことを特徴とする加泥材により達成される。本実施の形態によれば、作業領域の土粒子間の空隙部のうち、比較的小さな空隙部に、鉱物繊維が絡みつき、かつ、比較的大きな空隙部に、水を吸収して膨張した高吸水樹脂が、当該空隙部を埋めるように入り込み、良好な目詰効果を奏する。また、鉱物繊維と高吸水樹脂とを含む加泥材の必要量は、従来の増粘剤および目詰材の必要量と比較して小さいため、保管場所や輸送コストを抑えることが可能となる。また、高吸水樹脂は、土粒子同士を滑らす効果、および、土粒子の間に入り込むことにより、土粒子の沈殿を防止する効果があり増粘材の補助材としての作用を有する。なお、上記高濃度泥水には、土質に応じて、粉末粘土が加えられる場合もある。
【００１０】
好ましい実施態様においては、前記鉱物繊維および高吸水樹脂の重量比は、ほぼ４：１である。土粒子の空隙が大きくなるのにしたがって、高吸水樹脂の割合を高め、その一方、土粒子の空隙が小さくなるのにしたがって、天然鉱物繊維の割合を高めるのが望ましい。しかしながら、全般的な土粒子の空隙の状態を考慮すると、上記重量比にて、望ましい結果が得られることがわかっている。
【００１１】
より好ましくは、鉱物繊維が、水酸化マグネシウムを含む。或いは、鉱物繊維が、珪酸マグネシウムを含んでいても良い。また、高吸水樹脂が、ポリアクリル酸ソーダを含むのが好ましい。
また、本発明の目的は、泥水プラントにて高濃度泥水を作成し、当該高濃度泥水を、送泥管を介して、地中の作業領域に圧送し、前記作業領域に噴射する高濃度泥水加圧工法であって、上記加泥材と、水と、土質に応じて選択的に加えられる粉末粘土とを混合して作成した高濃度泥水を使用することを特徴とする高濃度泥水加圧工法によっても達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態につき説明を加える。図１（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる高濃度泥水加圧工法にける高濃度泥水の作成手順を示すフローチャートである。図１（ａ）に示すように、本実施の形態においては、本実施の形態にかかる目詰材混入済の増粘剤（加泥材）を計量し（ステップ１０１）、土質に応じて必要な場合には、粉末粘土を計量し（ステップ１０２）、次いで、これをミキサに投入して、所定量の水とともに攪拌すればよい（ステップ１０３）。なお、土質によって粉末粘土を加えなくても良い場合があり、その場合には、ステップ１０２は省略される。
【００１３】
本実施の形態においては、加泥材として、天然鉱物繊維および高吸水樹脂の混合物を用いている。たとえば、天然鉱物繊維として、水酸化マグネシウム（Ｍｇ(ＯＨ)２）を主成分とする石綿代替繊維を使用することができる。たとえば、この石綿代替繊維として、林化成株式会社から入手可能な「タフマグ（ＴＡＦＭＡＧ：登録商標）」を利用することができる。また、高吸水樹脂として、ポリアクリル酸ソーダを主成分とするものを利用することができる。この高吸水樹脂として、住友精化株式会社から入手可能な、「アクアキープ（登録商標）」を利用することができる。この高吸水樹脂は、自重の数倍〜１０００倍もの量の水を吸収し、これを保持する性質を有している。
【００１４】
本実施の形態においては、天然鉱物繊維と高吸水性樹脂とを、重量比でほぼ４：１で混合した加泥材を利用した。全般的な土粒子の空隙の状態を考慮すると、上記重量比によれば、ほぼ良好な結果を得ることができる。なお、土粒子の空隙が大きくなるのにしたがって、高吸水樹脂の割合を増大させ、その一方、土粒子の空隙が小さくなるのにしたがって、天然鉱物繊維の割合を増大させるのが望ましい。
【００１５】
本実施の形態にかかる加泥材を、掘進機のカッター付近の地中作業領域に噴射すると、加泥材中の天然鉱物繊維が、その繊維状の性質により土粒子に絡みつき、かつ、前述したように多量の水を吸水しこれを保持する性質を有する高吸水樹脂が、土粒子の空隙に入り込むことにより、高濃度泥水が散逸することを防止できる。地中作業領域において、土粒子の間には、大まかな空隙から細かな空隙まで種々のサイズの空隙がある。本実施の形態においては、細かい空隙部を、天然鉱物繊維が繊維状に拡がり、土粒子に絡みつくことにより、目詰材に相当する機能を果たし、かつ、大まかな空隙部を、高吸水分子が当該空隙部に入り込み水を吸収して膨張することにより、目詰材としての機能を果たしている。このように、目詰材の機能を、空隙部の大きさにしたがって、天然鉱物繊維および高吸水樹脂が分担することで、優れた効果を奏している。
【００１６】
このように、本実施の形態によれば、目詰材の効果と、増粘剤の効果との双方を奏する加泥材を提供することが可能となる。さらに、本実施の形態によれば、天然鉱物繊維および高吸水樹脂を含む加泥材は、従来の目詰材および増粘剤、特に、目詰材と比較して、著しく嵩張りを小さくすることができる。したがって、保管場所の省スペース化や輸送コストの低減、作業性の向上を奏する。
以下、本発明の実施例につき説明を加える。図３は、本発明にかかる実施例において、土質Ａないし土質Ｃ−３のそれぞれについて、加泥材Ｘと、土質に応じて選択的に加えられる粉末粘土との配合を示す表である。ここでは、加泥材Ｘとして、天然鉱物繊維と高吸水性樹脂とを、重量比でほぼ４：１で混合したものを使用した。
【００１７】
図３に示すように、本実施例において、単位（１ｍ３）当たり、土質Ａ、土質Ｂ〜土質Ｃ−３に関して、それぞれ、７．５ｋｇ、１５ｋｇの加泥材Ｘを使用して、泥水プラントにて、必要に応じて粉末粘土と混合し、水を加えて高濃度泥水を作成した。高濃度泥水加圧工法を用いて、作業領域に、作成した高濃度泥水を噴射したところ、良好な結果が得られた。
図４ないし図６は、従来の増粘剤、目詰材を利用した場合の、高濃度泥水を作成するための配合を示す表である。これら表において、材料は、単位（１ｍ３）当たりの配合量（ｋｇ）を表している。
【００１８】
図４（ａ）および（ｂ）においては、それぞれ、株式会社立花マテリアルから入手可能な増粘剤（泥水調整剤）である、ＴＭスラリー、および、ＴＭクリーンを利用している。図４（ａ）では、高濃度泥水加圧工法に適した高濃度泥水を得るために、１０ｋｇないし２０ｋｇの増粘剤を必要とし、これに加えて、別途、６ｋｇないし１２ｋｇの目詰材を必要としている。図４（ｂ）では、高濃度泥水を得るために、４０ｋｇないし７５ｋｇの増粘剤を必要とし、かつ、８ｋｇないし１４ｋｇの目詰材を必要としている。
【００１９】
図５（ａ）および（ｂ）においては、それぞれ、松村石油株式会社から入手可能な増粘剤（ポリマー系加泥材）である、ホリダス−Ｖ／ホリダス−ＶＥＸ、および、ホリダス−Ｖ１０を利用している。ここでも、図５（ａ）では、１５ｋｇの増粘剤に、８ｋｇないし１２ｋｇの目詰材を必要とし、図５（ｂ）では、７．５ｋｇないし１５ｋｇの増粘剤に、８ｋｇないし１２ｋｇの目詰材を必要としている。
さらに、図６においては、株式会社はりばから入手可能な作泥剤であるエフロングを利用している。ここでは、それぞれの土質Ａ〜Ｃ−３に関して、３６ｋｇないし７２ｋｇの作泥剤が必要となっている。
【００２０】
図３に示す本実施例と、図４および図５に示す従来例とを比較すると、本実施例における加泥材と、従来例（比較例）における増粘剤および目詰材とでは、前者の必要量が、後者の必要量より著しく少ないことが理解できるであろう。たとえば、土質Ｃ−３に関して、本実施例では、１５ｋｇの加泥材で足りるところ、ＴＭスラリーを用いた場合には、総計３２ｋｇの増粘剤および目詰材を要する。また、図３に示す実施例と、図６に示す従来例（比較例）とを比較すると、土質Ａ、ＢおよびＣ−１に関しては、高濃度泥水を作成するため、水以外の材料の総量で、前者が後者より少なくて済み、また、土質Ｃ−２に関しても、略同量であることが理解できる。さらに、土質Ｃ−３に関して、水以外の材料の総量を考慮すると、従来例が有利である。しかしながら、材料コストの観点からみると、本実施例の材料費は、従来例の材料費のほぼ半分となる。
【００２１】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、嵩張らず、かつ、予め増粘剤との混合をした上で、保管、輸送等が可能な加泥材を提供することが可能となる。また、本発明によれば、コスト的にも有利な加泥材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明にかかる高濃度泥水の作成工程、および、従来の高濃度泥水の作成工程を示すフローチャートである。
【図２】  図２は、従来の高濃度泥水加圧工法において高濃度泥水を構成する材料の配合を示す図である。
【図３】  図３は、本発明の実施例にかかる加泥材および他の材料の配合を示す図である。
【図４】  図４は、比較例における増粘剤などの材料の配合を示す図である。
【図５】  図５は、比較例における増粘剤などの材料の配合を示す図である。
【図６】  図６は、比較例における増粘剤などの材料の配合を示す図である。
【図７】  図７は、高濃度泥水加圧工法における泥水プラントおよびその周辺装置を概略的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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