(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スルホン基を有する単量体を３０〜１００モル％含有する水溶性ビニル単量体を逆相エマルジョン重合法により重合して得られる水溶性アニオン性（共）重合体の油中水型エマルジョンに親水性界面活性剤を添加した液を主成分とすることを特徴とする泥水式シールド工法掘削用液の添加剤。
【請求項２】
１規定食塩水中における水溶性アニオン性（共）重合体の固有粘度が３ｄｌ／ｇ以上であることを特徴とする請求項１に記載の泥水式シールド工法掘削用液の添加剤。
【請求項３】
スルホン基を有する単量体がアクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸あるいはその塩であることを特徴とする請求項１に記載の泥水式シールド工法掘削用液の添加剤。
【請求項４】
スルホン基を有する単量体と共重合させる単量体がアクリルアミドおよび／又はアクリル酸塩であることを特徴とする請求項１に記載の泥水式シールド工法掘削用液の添加剤。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の添加剤を泥水式シールド工法掘削用液に添加し溶解して使用することを特徴とする泥水式シールド工法。
【請求項６】
泥水式シールド工法掘削用液１ｍ3 当たり０．１〜５ｋｇの請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の添加剤を添加することを特徴とする請求項５に記載の泥水式シールド工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は泥水式シールド工法用添加剤およびそれを用いた泥水式シールド工法に関するものであり、さらに詳しくは回転式カッタを備えたメカニカルシールド機により土砂を掘削し、掘削した土砂を泥水として排出移送するために使用する添加剤およびその添加剤を用いた泥水式シールド工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、砂層、細砂層、砂礫層などの掘削に好ましいシールド工法の一種として泥水式シールド工法が開発されている。
【０００３】
従来の泥水式シールド機の一例を図１に示す。図１は泥水式シールド工法を適用する泥水式シールド機１の要部の拡大図である。駆動用モータ２により駆動される回転式カッタ３の後方に隔壁４を設けてチャンバ５を構成した密閉型の機械式シールド機１であり、チャンバ５に掘削用液としての泥水を送泥する送泥管６と排泥するための排泥管７が連結されており、チャンバ５に地下水圧に見合う泥水を送泥加圧することにより、切り羽の安定化を図るものである。
【０００４】
カッタ３にて掘削された土砂は、チャンバ５内に取り込まれ、駆動用モータ８により駆動される攪拌翼９により送泥管６から送泥される泥水と混合され、排泥用ポンプ１０により排泥管７を通って流体輸送されて抗外に送られた後、振動フルイなどの処理設備１１により土砂１２と泥水１３に分離される。分離された泥水１３は調整槽１４に循環されて水注入配管１５から必要量の水などを注入して必要な泥水粘度、濃度、比重に調整され、送泥用ポンプ１６により送泥管６を通って再循環して利用される。１７はチャンバ５内に入るためのマンホール、１８はシールドジャッキである。
【０００５】
上記の泥水式シールド工法を用いて地盤をシールド掘削する際、掘削土砂の流動性が悪くチャンバ内やスクリューコンベヤ内で掘削土砂が詰まったりする問題を避けるために従来、一般的には、ベントナイトのような微細土粒子分散液から成る泥水や泥漿等にＣＭＣ、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸・ホルムアルデヒド縮合物などの、多価アニオン性水溶性高分子からなる分散剤を添加した泥水や泥漿等を添加する工法が行われている。
【０００６】
しかしながら、ベントナイトのような微細土粒子分散液は凡そ６０〜７０重量％もの多量の微細土粒子を含むものが用いられており、しかも掘削する土砂とほぼ同量の微細土粒子を用いる必要があるので、大型の装置が必要となる、操作が煩雑になる、不経済となるなどの欠点があり、また、掘削する土砂によってはチャンバ内に掘削土砂が付着したり、掘削土砂の流動性が悪く、容易に排出移送できないなどの問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、上記の問題を解決することであり、多量の微細土粒子を用いることなく、掘削用液に少量添加して掘削した土砂に混合するだけで掘削した土砂を流動性のある泥水として排出移送できる泥水式シールド工法用添加剤を提供すること、およびこの添加剤を用いて低カッタートルクで、チャンバ内に掘削土砂が付着することがなく、掘削土砂の流動性を向上させて、回転式カッタを備えた従来のメカニカルシールド機により土砂を掘削して、掘削した土砂を流動性のある泥水として容易に排出移送できる泥水式シールド工法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題に鑑み鋭意研究した結果、スルホン基を含む単量体を主として含有する水溶性ビニル単量体を逆相エマルジョン重合して得られる水溶性アニオン性共重合体を添加剤として掘削用液に少量添加して掘削した土砂に混合するだけで掘削した土砂を流動性のある泥水として排出移送できることを見いだし本発明に到達した。
【０００９】
本発明の請求項１の発明は、スルホン基を有する単量体を３０〜１００モル％含有する水溶性ビニル単量体を逆相エマルジョン重合法により重合して得られる水溶性アニオン性（共）重合体の油中水型エマルジョンに親水性界面活性剤を添加した液を主成分とすることを特徴とする泥水式シールド工法掘削用液の添加剤である。
【００１０】
本発明の請求項２の発明は、請求項１に記載の泥水式シールド工法掘削用液の用添加剤において、１規定食塩水中における水溶性アニオン性（共）重合体の固有粘度が３ｄｌ／ｇ以上であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３の発明は、請求項１に記載の泥水式シールド工法掘削用液の用添加剤において、スルホン基を有する単量体がアクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸あるいはその塩であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４の発明は、請求項１に記載の泥水式シールド工法掘削用液の用添加剤において、スルホン基を有する単量体と共重合させる単量体がアクリルアミドおよび／又はアクリル酸塩であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の添加剤を泥水式シールド工法掘削用液に添加し溶解して使用することを特徴とする泥水式シールド工法である。
【００１４】
本発明の請求項６の発明は、請求項５に記載の泥水式シールド工法において、泥水式シールド工法掘削用液１ｍ3 当たり０．１〜５ｋｇの請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の添加剤を添加することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明においては、図１に示した従来の泥水式シールド機を用いたシールド工法における掘削用液に本発明の添加剤を添加できるように変更するなどでそのまま使用できる。掘削用液に本発明の添加剤を添加する位置は特に限定されず、例えば、調整槽１４、送水管６、送水管６からチャンバ５までの管路、チャンバ５など、あるいはこれらの複数の箇所などを挙げることができる。次に図１に示した従来の泥水式シールド機における調整槽１４で添加剤を添加する例について説明する。
駆動用モータ２により駆動される回転式カッタ３の後方に隔壁４を設けてチャンバ５を構成した密閉型の機械式シールド機１のチャンバ５に本発明の添加剤が添加された掘削用液を送る送水管６と排泥するための排泥管７が連結されており、チャンバ５に地下水圧に見合う泥水を送水加圧することにより、切り羽の安定化を図っている。調整槽１４に水注入配管１５から必要量の水を注入し、本発明の添加剤Ａを所定量添加して必要な粘度、濃度に調整された前記掘削用液は、送水用ポンプ１６により送水管６を通ってチャンバ５に供給される。
【００１６】
カッタ３にて掘削された土砂は、チャンバ５内に取り込まれ、駆動用モータ８により駆動される攪拌翼９により送水管６から送水される前記掘削液と混合されて、排泥用ポンプ１０により排泥管７を通って流体輸送されて抗外に排出されるようになっている。抗外に送られた後、振動フルイなどの処理設備１１により土砂１２と泥水１３に分離して、分離された泥水１３は調整槽１４に循環して利用してもよい。１７はチャンバ５内に入るためのマンホール、１８はシールドジャッキである。
【００１７】
本発明に用いられるスルホン基を含む単量体の具体例としては、アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸の塩、ビニルスルホン酸の塩、スチレンスルホン酸の塩およびこれらの混合物を挙げることができる。
【００１８】
本発明においては、スルホン基を含む水溶性ビニル単量体とともに水溶性非イオン性ビニル単量体を共重合してもよい。水溶性非イオン性ビニル単量体の具体例としては（メタ）アクリルアミド、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテルなどを挙げることができる。
【００１９】
本発明においては、他の共重合可能な水溶性ビニル単量体として、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸およびその塩などのアニオン性単量体を共重合してもよい。
【００２０】
本発明においては、生成する水溶性アニオン性共重合体の分子量を調整するために必要に応じて連鎖移動剤を用いることができる。連鎖移動剤の具体例としては、アルコール、メルカプタン、ホスファイト、サルファイトまたはこれらのいずれかの混合物を挙げることができる。
【００２１】
本発明に用いられるスルホン基を含む水溶性ビニル単量体の量は３０モル％以上１００モル％以下である。３０モル％未満ではスルホン基の分散作用が十分でなく、分散剤または保水剤としての働きが不十分となり、掘削用液に少量添加して掘削した土砂に混合するだけで掘削した土砂を流動性のある泥水として排出移送できなくなる。
【００２２】
本発明の水溶性アニオン性共重合体が泥水式シールド工法用添加剤として有用なためには分子量が高い必要があり、本発明の水溶性アニオン性共重合体の１規定食塩水中における固有粘度が３ｄｌ／ｇ以上、好ましくは４ｄｌ／ｇ以上、さらに好ましくは５ｄｌ／ｇ以上である。３ｄｌ／ｇ未満では分子量が低く過ぎて分散剤または保水剤としての働きが不十分となる。
【００２３】
本発明に用いられる水溶性アニオン性共重合体は、通常使用されている公知の重合法によって共重合することができる。例えば水溶液中で重合してもよく、疎水性溶剤中での懸濁重合、逆相エマルジョン重合も採用できる。
重合温度は開始剤の種類により異なるので特に限定されず、開始剤が機能する温度であれば差し支えない。また、使用する重合開始剤も一般的に使用されているレドックス系、アゾ系などどのようなものでも使用でき特に限定されない。
特に疎水性界面活性剤と有機溶剤中で水溶性ビニル単量体を必要に応じて連鎖移動剤の存在下に共重合する逆相エマルジョン重合方法が好ましい。
たとえば、スルホン基を含む単量体を少なくとも３０モル％含有する水溶性ビニル単量体と連鎖移動剤を含む水溶液と、ＨＬＢが３〜６である疎水性界面活性剤を含む有機分散媒とを混合し乳化させた後、ラジカル重合触媒の存在下、温度３０〜８０℃で重合させ油中水型アニオン性重合体エマルジョンを製造する方法がある（特開昭６１−２３６２５０号）。
この油中水型エマルジョンに親水性界面活性剤を添加して水に混合し、水中油型のエマルジョンに転相し使用する。
【００２４】
本発明の泥水式シールド工法用添加剤の形状は特に限定されず、乾燥した粉状でも、エマルジョン、サスペンション等の液状品であっても良いが、水分散性の良好なエマルジョンが好ましい。またその平均粒子径は１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以下のものである。
【００２５】
このような添加剤を泥水式シールド工法における掘削用液に好ましくは掘削用液１ｍ3 当たり０．１〜５ｋｇ程度添加して掘削した土砂に混合するだけで、多量の微細土粒子を用いることなく、掘削した土砂を流動性のある泥水として排出移送できる。
本発明においては、掘削用液に各種の公知の界面活性剤を添加することができる。
【００２６】
【作用】
本発明の泥水式シールド工法用添加剤はスルホン基の分散作用により分散剤または保水剤として働くので、多量の微細土粒子を用いることなく、掘削用液に少量添加して掘削した土砂に混合するだけで掘削した土砂を流動性のある泥水として排出移送できる。
本発明の泥水式シールド工法用添加剤は掘削土砂によく浸透して解膠し易くなり、且つ土砂の粘着性を低下させるので、低カッタートルクで、チャンバ内に掘削土砂が付着することがなく、掘削土砂の流動性を向上させて、回転式カッタを備えたメカニカルシールド機により土砂を掘削して、掘削した土砂を泥水として容易に排出移送できる。
【００２７】
【実施例】
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
攪拌機および温度制御装置を備えた反応槽に沸点１９０℃ないし２３０℃のイソパラフィン１２０．０Ｋｇおよびソルビタンモノオレート７．５Ｋｇを仕込んだ。
脱塩水２００Ｋｇおよびアクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ソーダ（ＡＭＰＳ）９５．０モル％、アクリル酸ソーダ（ＡＡｃ）５．０モル％の組成のモノマー１６５Ｋｇの混合物を添加し、ホモジナイザーにて攪拌乳化した。
得られたエマルジョンに窒素置換の後、ジメチルアゾビスイソブチレート４０ｇを加え、温度５０℃に制御しながら重合反応を完結させ、その後ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル７．５Ｋｇを添加混合して試験に供する試料（試料−１）（本発明の添加剤）とした。
得られたエマルジョンポリマーの固有粘度を表１に記載する。
【００２９】
（実施例２）
アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ソーダ（ＡＭＰＳ）５０．０モル％、アクリルアミド（ＡＡｍ）５０．０モル％の組成のモノマー１６５Ｋｇの混合物を用いた以外は実施例１と同様にして試験に供する試料（試料−２）（本発明の添加剤）を作った。
得られたエマルジョンポリマーの固有粘度を表１に記載する。
【００３０】
（実施例３）
アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ソーダ（ＡＭＰＳ）５０．０モル％、アクリル酸ソーダ（ＡＡｃ）１０．０モル％、アクリルアミド（ＡＡｍ）４０．０モル％の組成のモノマー１６５Ｋｇの混合物を用いた以外は実施例１と同様にして試験に供する試料（試料−３）（本発明の添加剤）を作った。
得られたエマルジョンポリマーの固有粘度を表１に記載する。
【００３１】
（実施例４）
アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ソーダ（ＡＭＰＳ）３０．０モル％、アクリル酸ソーダ（ＡＡｃ）３０．０モル％、アクリルアミド（ＡＡｍ）４０．０モル％の組成のモノマー１６５Ｋｇの混合物を用いた以外は実施例１と同様にして試験に供する試料（試料−４）（本発明の添加剤）を作った。
得られたエマルジョンポリマーの固有粘度を表１に記載する。
【００３２】
（実施例５）
アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ソーダ（ＡＭＰＳ）４９．７モル％、アクリル酸ソーダ（ＡＡｃ）０．３モル％、アクリルアミド（ＡＡｍ）５０．０モル％の組成のモノマー１６５Ｋｇの混合物を用いた以外は実施例１と同様にして試験に供する試料（試料−５）（本発明の添加剤）を作った。
得られたエマルジョンポリマーの固有粘度を表１に記載する。
【００３３】
（実施例６）
アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ソーダ（ＡＭＰＳ）４０．０モル％、アクリルアミド（ＡＡｍ）６０．０モル％の組成のモノマー１６５Ｋｇの混合物を用いた以外は実施例１と同様にして試験に供する試料（試料−６）（本発明の添加剤）を作った。
得られたエマルジョンポリマーの固有粘度を表１に記載する。
【００３４】
（比較例１）
アクリル酸ソーダ（ＡＡｃ）３０．０モル％、アクリルアミド（ＡＡｍ）７０．０モル％の組成のモノマー１６５Ｋｇの混合物を用いた以外は実施例１と同様にして試験に供する試料（試料−７）を作った。
得られたエマルジョンポリマーの固有粘度を表１に記載する。
【００３５】
（比較例２）
アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ソーダ（ＡＭＰＳ）２０．０モル％、アクリルアミド（ＡＡｍ）８０．０モル％の組成のモノマー１６５Ｋｇの混合物を用いた以外は実施例１と同様にして試験に供する試料（試料−８）を作った。
得られたエマルジョンポリマーの固有粘度を表１に記載する。
【００３６】
（比較例３）
アクリル酸ソーダ（ＡＡｃ）９５．０モル％、アクリルアミド（ＡＡｍ）５．０モル％の組成のモノマー１６５Ｋｇの混合物を用いた以外は実施例１と同様にして試験に供する試料（試料−９）を作った。
得られたエマルジョンポリマーの固有粘度を表１に記載する。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
（実施例７）
孔径２ｍの泥水式シールド工法によるトンネル工事現場において、前述したごとく、ベントナイト分散液中に試料を溶解し、チャンバー内に注入して掘削処理を行った結果、本発明の添加剤（試料−１〜６）を掘削用液に対して０．１〜５Ｋｇ／ｍ3 添加した泥水を用いた場合は全て問題無く掘削できた。
【００３９】
（比較例４）
実施例７と同様にして比較のための添加剤（試料−７〜９）を掘削用液に対して０．１〜５Ｋｇ／ｍ3 添加した泥水を用いた場合は土砂が凝集して流動性を無くし掘削トラブルが発生した。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の泥水式シールド工法用添加剤を掘削用液に少量添加して掘削した土砂に混合するだけで掘削した土砂を流動性のある泥水として排出移送できる。
泥水式シールド工法を用いて土砂を掘削する際、本発明の泥水式シールド工法用添加剤を掘削用液に少量添加すれば、回転式カッタを備えた従来のメカニカルシールド機を用いて低カッタートルクで、チャンバ内に掘削土砂が付着することがなく、掘削土砂の流動性を向上させて、掘削した土砂を流動性のある泥水として容易に排出移送できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明で用いる泥水式シールド機の要部の拡大図である。
【符号の説明】
Ａ    泥水式シールド工法用添加剤
１    泥水式シールド機
２    駆動用モータ
３    回転式カッタ
４    隔壁
５    チャンバ
６    送泥管
７    排泥管
８    駆動用モータ
９    攪拌翼
１０  排泥用ポンプ
１１  処理設備
１２  土砂
１３  泥水
１４  調整槽
１５  注入配管
１６  送泥用ポンプ
１７  マンホール
１８  シールドジャッキ
【図１】
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