JP2000220377A

JP2000220377A - 泥土圧式シールド工法排出土の再利用化方法

Info

Publication number: JP2000220377A
Application number: JP11025246A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Hamada; 和人濱田; Kosaku Yamada; 耕作山田; Hiroshi Fujita; 博史藤田; Shinsuke Miyoshi; 信輔三好; Masaya Matsushita; 眞矢松下; Yasuyuki Shimizu; 康行清水; Masahiro Miura; 正広三浦
Original assignee: HANWA SANGYO KK; SOKEN KIZAI KK; Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd; Telnite Co Ltd; Penta Ocean Construction Co Ltd; Matsushita Kosan KK
Current assignee: HANWA SANGYO KK; SOKEN KIZAI KK; Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd; Telnite Co Ltd; Penta Ocean Construction Co Ltd; Matsushita Kosan KK
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2000-08-08

Abstract

(57)【要約】【課題】掘進時及びポンプ圧送時の何れの場合にも良好
な効果が得られ、固化処理が良好に為し得られ、従来、
産業廃棄物として処分されている泥土圧式シールド工法
排出土を再利用可能な一軸圧縮強度を有する固化処理土
として再利用化できる泥土圧式シールド工法排出土の再
利用化方法の提供。【解決手段】切り羽面に掘進用添加剤の圧力を作用させ
つつ掘進する泥土圧式シールド工法において、吸水性樹
脂及び水溶性樹脂からなる掘進用添加剤を水に溶解膨潤
させてカッターチャンバー内に加圧注入して掘削し、掘
削工程で排出された排出土を他の薬剤を添加することな
くポンプ圧送により坑外に搬出し、その排出土を、有機
系固化剤および石膏系化合物からなる無機系固化剤で処
理して、再利用可能な土に再生する。吸水性樹脂として
アクリル酸(塩)・ビニルアルコール共重合体の架橋物お
よび／またはポリアクリル酸(塩)の架橋物を水溶性樹脂
として半合成水溶性樹脂および／または合成水溶性樹脂
を有機系固化剤として吸水性樹脂粉末、天然水溶性樹脂
粉末および有機物粉末を含むものをそれぞれ使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は切り羽面に掘進用添
加剤を含む水の圧力を作用させつつ掘進する泥土圧式シ
ールド工法における排出土の再利用化方法に関する。さ
らに詳しくは、泥土圧式シールド工法において、流動性
および止水性を確保して掘削を安定的に行うことがで
き、前記掘削工程で排出された排出土を他の薬剤を添加
することなくポンプ圧送することが可能で、かつポンプ
圧送された搬出土を有効利用できる固化状態とする排出
土の再利用化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、シールド工法によるトンネルの掘
削方法が進歩し、従来困難とされてきた粘性土層、砂
層、巨礫層等も施工適用範囲とされるに至っている。

【０００３】泥土圧式シールドでは切り羽の安定に必要
な土圧を掘進用添加剤を含む水の圧力によって保持しな
がらシールドの掘進量に合わせて掘削土の排出を行うた
めに、カッターチャンバー内に充満させる掘削土が適度
な流動性を有するとともに切り羽から地下水の分離・噴
発が生じないことが必要となる。この目的のために掘進
用添加剤を注入することが行われている。

【０００４】従来、掘進用添加剤として最も一般的に用
いられている粘土、ベントナイト等を主体とする材料で
は削泥プラントや貯泥タンク等の付帯設備が大規模とな
る欠点がある。そのため最近では掘進用添加材として高
分子系の化合物が多用されてきている。

【０００５】一方、生成した掘削土は通常ベルトコンベ
アーやトロッコを用いて坑外へ搬出されているが、トン
ネル内の作業環境や搬出の効率の悪さからポンプで圧送
する方法が徐々に増えてきている。しかしながら粘土や
ベントナイト等を主体とする材料では掘削土のポンプ圧
送に対して機能が不足し、掘削土層が砂質土層や礫層の
場合には掘削土と掘進用添加材として添加した微細粒子
との分離が生じ配管が閉塞して圧送不可能となるなどの
問題があった。このため掘削土のポンプ圧送についても
高分子系のポンプ圧送助剤が使用されつつある。

【０００６】また、坑外のピットに搬出されたシールド
工法で発生した掘削土は含水率が高く、そのままではト
ラックやダンプカーによる搬出作業が困難であるため固
化剤を添加し処理している。これらの掘削土を固化する
固化剤としてはセメント系・石灰系などの無機系固化剤
や高分子系固化剤が知られている。

【０００７】

【本発明が解決しようとする課題】上述の如き従来の方
法においては、掘削の際に注入する掘進用添加剤が掘削
時には効果があっても、ポンプ圧送の際には逆効果にな
る場合が多く、掘進用添加剤とポンプ圧送助剤との相性
を考慮する必要がある。

【０００８】また、従来掘削土の固化に使用しているセ
メント系の固化剤では反応時間に数時間以上要するため
工事サイクルにはまらないことが多く、しかも処理土は
強アルカリ性で埋め立て時に問題となり、産業廃棄物と
して処理される場合が多い。

【０００９】一方有機系固化剤は中性で、固化処理も短
時間で済みすぐに搬出可能であるが、固化した土の一軸
圧縮強度が小さいため有効利用されることなく産業廃棄
物として処分されている。

【００１０】更に、従来使用されている固化剤において
は、掘削時あるいはポンプ圧送時に添加される薬剤によ
っては固化処理が行えない場合があり、固化処理にも悪
影響を及ぼさない掘進用添加剤と相性の良い固化剤との
組合わせを考慮する必要がある。

【００１１】本発明は、上述の如き従来の問題に鑑み、
掘進時及びポンプ圧送時の何れの場合にも良好な効果が
得られ、固化処理が良好に為し得られ、従来、産業廃棄
物として処分されている泥土圧式シールド工法排出土を
再利用可能な一軸圧縮強度を有する固化処理土として再
利用化できる泥土圧式シールド工法排出土の再利用化方
法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題達成のための手段】本発明者らは上記の問題を解
決するために鋭意検討の結果、泥土圧式シールド工法に
おいて、吸水性樹脂および水溶性樹脂からなる掘進用添
加剤を水に溶解膨潤させ加圧注入することにより生成す
る掘削土は、他の薬剤の添加なしにポンプ圧送により坑
外に搬出することが可能であり、前記排出土を有機系固
化剤および無機系固化剤で処理して、再利用可能な土に
再生できることを見出し本発明を完成した。

【００１３】すなわち、切り羽面に掘進用添加剤の圧力
を作用させつつ掘進する泥土圧式シールド工法におい
て、吸水性樹脂及び水溶性樹脂からなる掘進用添加剤を
水に溶解膨潤させてカッターチャンバー内に加圧注入し
て掘削する工程と、前記掘削工程で排出された排出土を
他の薬剤を添加することなくポンプ圧送により坑外に搬
出する工程と、前記排出土を、有機系固化剤および無機
系固化剤で処理して、再利用可能な土に再生する工程、
からなる泥土圧式シールド工法排出土の再利用化方法に
関する。

【００１４】本発明においては、第１の工程として掘進
用添加剤を水に溶解膨潤させ加圧注入して掘削する工程
を含む。第１の工程で用いられる掘進用添加剤としては
掘削効果が円滑のみならず、掘削土がポンプ圧送性を有
し、また掘削土の固化処理を妨げないことが必要で、次
のような条件が望まれる。

【００１５】すなわち、１．カッターチャンバー内で流
動性・止水性が良い。２．掘削土と良く混合する。３．
溶解注入設備が小規模。４．無公害である。５．長距離
圧送可能にするための十分な粘性が必要。６．混合土が
材料分離、ブリージング、離水などを起こさない。７．
混合土のスランプ値でおおよそ１３ｃｍ以上が好まし
い。

【００１６】上記の条件を満足する掘進用添加剤とし
て、吸水性樹脂および水溶性樹脂からなるものが挙げら
れる。

【００１７】前記吸水性樹脂としては、例えばアクリル
酸(塩)・ビニルアルコール共重合体の架橋物、ポリアク
リル酸(塩)の架橋物、でんぷん・アクリル(塩)グラフト
共重合体の架橋物、イソブチレン・無水マレイン酸(塩)
共重合体の架橋物、スチレン・無水マレイン酸(塩)共重
合体架橋物、ビニルエステル・エチレン性不飽和カルボ
ン酸またはその誘導体の共重合体ケン化物の架橋物、ポ
リエチレンオキサイドの架橋物等が挙げられる。これら
の中でもアクリル酸(塩)・ビニルアルコール共重合体の
架橋物、ポリアクリル酸(塩)の架橋物が好ましく用いら
れる。

【００１８】これらの吸水性樹脂は単独で用いても、任
意に混合して用いても良い。吸水性樹脂の形状には特に
制限はないが、一般的に球状のものが掘削時のベアリン
グ効果が良いため好ましく使用される。

【００１９】前記水溶性樹脂としては、半合成水溶性樹
脂および／または合成水溶性樹脂が好ましく用いられ
る。

【００２０】前記半合成水溶性樹脂としては、例えばカ
ルボキシメチルセルロース(塩)、ヒドロキシエチルセル
ロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロ
ース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシ
プロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルエチルセ
ルロース等が挙げられる。これらの中でも特にカルボキ
シメチルセルロース(塩)、ヒドロキシエチルセルロー
ス、メチルセルロースが好ましく用いられる。これらは
単独で用いても混合して用いても良い。

【００２１】前記合成水溶性樹脂としては、例えばポリ
アクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポリビニル
アルコール、ポリアクリル酸(塩)、アクリルアミド・ア
クリル酸塩共重合体等が挙げられるが、これらの中でも
ポリアクリルアミドが好ましく用いられる。

【００２２】吸水性樹脂と水溶性樹脂の混合割合は掘削
土の状態によって適宜設定すればよい。通常重量比で３
０：７０〜８０：２０の範囲が好ましく、４０：６０〜
６０：４０がさらに好適である。

【００２３】また前記掘進用添加剤は、その１重量％ス
ラリーの粘度が２０℃において２０００〜２００００ｃ
ｐｓが好ましく、とりわけ４０００〜８０００ｃｐｓが
好ましい。ここで掘進用添加剤のスラリーとは吸水性樹
脂の膨潤体と半合成水溶性樹脂または合成水溶性樹脂の
水溶液の混合物を言う。掘進用添加剤の１重量％スラリ
ー液の粘度が２０００ｃｐｓより低い場合には掘削土が
柔らかくポンプ圧送時に分離が起こり、逆に粘度が２０
０００ｃｐｓより高い場合には掘削土が堅くポンプ圧送
に高圧力が必要となり不利である。

【００２４】掘進用添加剤は通常水に膨潤、溶解させて
注入される。掘進用添加剤の濃度は特に制限されないが
通常０．１〜２重量％に調製される。掘削時に注入する
前記掘進用添加剤の０．１〜２重量％スラリー液の量は
掘削土１ｍ³に対し、５〜４０容量％好ましくは１０〜
１５容量％である。注入量が５容量％より少ない場合は
掘削しにくくなり、逆に注入量が４０容量％より多いと
ポンプ圧送時に分離したり、固化処理時に固化剤を多く
必要とし不経済である。

【００２５】本発明では、第２の工程として前記掘削工
程で排出された掘削土を他の薬剤を添加することなくポ
ンプ圧送により坑外に搬出する工程を含む。本発明にお
いては、第１の工程において吸水性樹脂および水溶性樹
脂からなる掘進用添加剤を使用するためポンプ圧送助剤
のような薬剤を添加することなくスムーズにポンプ圧送
できる特色を有している。

【００２６】本発明は更に第３の工程として前記掘削土
を、有機系固化剤および石膏系化合物からなる無機系固
化剤（以下石膏系固化剤と記す）で処理して、再利用可
能な土に再生する工程を含む。

【００２７】前記有機系固化剤としては吸水性樹脂、天
然水溶性樹脂および有機物粉末を含む固化剤が好ましく
用いられる。

【００２８】前記吸水性樹脂としてはアクリル酸(塩)・
ビニルアルコール共重合体の架橋物、ポリアクリル酸
(塩)の架橋物、でんぷん・アクリル(塩)グラフト共重合
体の架橋物、イソブチレン・無水マレイン酸(塩)共重合
体の架橋物、スチレン・無水マレイン酸(塩)共重合体架
橋物、ビニルエステル・エチレン性不飽和カルボン酸ま
たはその誘導体の共重合体ケン化物の架橋物、ポリエチ
レンオキサイドの架橋物等が挙げられる。中でもアクリ
ル酸(塩)・ビニルアルコール共重合体の架橋物および／
またはポリアクリル酸(塩)の架橋物が好ましく用いられ
る。これらの吸水性樹脂は単独で用いても、任意に混合
して用いても良い。

【００２９】天然水溶性樹脂としてはグアガム、ローカ
ストビンガム、クインスシードガム、アラビアガム、ア
ルギン酸ソーダ、でんぷん、ゼラチン、キトサン等が挙
げられ、中でもグアガムが好ましい。

【００３０】有機物粉末としては木粉、籾殻粉末、胡桃
粉末、椰子殻粉末等があり、中でも籾殻粉末が好まし
い。

【００３１】吸水性樹脂と天然水溶性樹脂と有機物粉末
との重量混合比は掘削土の状況によって適宜設定すれば
よいが、通常、吸水性樹脂：天然水溶性樹脂：有機物粉
末＝１：０．１〜２：０．１〜０．５の割合で混合され
たものが好ましく用いられる。

【００３２】有機系固化剤の粒度分布については特に限
定されない。

【００３３】有機系固化剤の添加量は掘削土１ｍ³当た
り１〜１０ｋｇが好ましい。

【００３４】石膏系固化剤の添加量は掘削土１ｍ³当た
り１０〜２００ｋｇが好ましい。

【００３５】石膏系固化剤としては、半水石膏、無水石
膏が使用できる。

【００３６】

【実施例】実施例１．泥土圧式シールドの掘削土を排土
管にて坑外へポンプ圧送する際に必要な圧送性を確認す
るため次の試験を行った。

【００３７】掘削土は細砂〜シルト混じり等からなる砂
質土であり、含水比１２％の現場採取土を試料として使
用した。

【００３８】吸水性樹脂としてアクリル酸(Ｎａ塩)・ビ
ニルアルコール共重合体の架橋物およびポリアクリル酸
(Ｎａ塩)架橋物を重量比で３：７にブレンドしたものを
使用し、水溶性樹脂として、半合成水溶性樹脂である市
販のソジュウムカルボキシメチルセルロース（１％粘
度、２０００〜３０００ｃｐｓ）を使用して、これらを
２：１，１：１，１：２の割合にそれぞれ混合して掘進
用添加剤を調製した。得られた掘進用添加剤の水溶液粘
度（Ｂ型粘度計、Ｎｏ．３、３０ｒｐｍ）を第１表に示
す。

【００３９】第１表

【００４０】上記のようにして調製した掘進用添加剤を
１．５重量％濃度となるように水にて調製し、約１時間
静置し粘度を安定させる。容器に前記の現場採取土を取
り、掘進用添加剤水溶液を現場採取土に対して８〜１５
容量％の割合で添加し混合する。

【００４１】直ちにスランプを測定する。次いで一定時
間放置し、ブリージングを観察し圧送性の指標とした。
試験結果を第２表に示す。

【００４２】第２表

【００４３】これらの掘進用添加剤を加えた掘削土を透
明なプラスチック管内を一定圧力をかけ通過させる。こ
の時、掘削土が一定距離を通過する流動状態を観察し
た。いずれも土砂圧送性は掘進用添加剤を添加しないも
のに比べ土砂圧送性の改良が認められ、土砂圧送性の確
保からスランプ値はおおよそ１３ｃｍ以上が好ましい結
果を得た。また材料分離を表すブリージングはＮｏ．
１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．５が好ましいことが判った。

【００４４】その結果、Ｎｏ．２の条件で実機にて掘削
を実施したところ掘削、排土、ポンプ圧送がスムーズに
稼働できた。実施例２．掘進用添加剤を含んだ掘削土の固化処理の実
験を行った。

【００４５】高分子系固化剤としてスミロック＃２００
(住友精化製)を、石膏系固化剤として市販の半水石膏
(サンエス石膏製)を併用して使用した。

【００４６】掘進用添加剤を含んだ掘削土（上表Ｎｏ．
２、スランプ値２１ｃｍ）をピットより採取し試験に使
用した。

【００４７】採取土に固化剤を添加、よく混合し初期の
固化状態、離水量、を観察した一例を第３表に示す。

【００４８】第３表

【００４９】実施例３．市販の真砂土に水を添加し、更
に掘進用添加剤のスラリーを注入率２０％の条件にてモ
デル排出土（含水率３８％）を作成した。これに有機系
固化剤を４ｋｇ／ｍ³添加した後、石膏系固化剤を種々
変化させて添加し、一日後の一軸圧縮強度、ＰＨを観察
した。一軸圧縮強度はＪＩＳＡ−１２１６に準じて測
定した。

【００５０】直径５ｃｍ、深さ１０ｃｍのマイターボッ
クッスに処理土を均質に詰め込み、はみ出した土は切り
取り水平に仕上げた。翌日成型した試料を容器から抜き
出し強度試験機にかけ一軸圧縮強度を測定した。ＰＨは
ＪＩＳＫ０１０２、ガラス電極法により測定した結
果を第４表に示す。

【００５１】第４表

【００５２】施工例１．地上のピットに排出された掘削
土にスミロック＃２００〔住友精化(株)製〕を４ｋｇ／
ｍ³、石膏系固化剤として市販の半水石膏を４０ｋｇ／
ｍ³の割合で添加してよく混合した。

【００５３】初期硬化状態も良くスランプ値も改良され
ていた。ダンプの搬出前においては処理土からの離水は
認められなかった。またダンプへの積み込み状態も非常
に安定していた。施工例２．排出された掘削土にスミロック＃２００〔住
友精化（株）製〕を４ｋｇ／ｍ³、石膏系固化剤として
市販の半水石膏を４０ｋｇ／ｍ³の割合で添加してよく
混合した。ピット内の固化処理された処理土の表面を平
滑に削り、貫入試験機を用い静かに円錐部を処理土に垂
直に圧入し、目盛りの値を読み強度に換算した。これを
２回実施した結果を第５表に示す。

【００５４】第５表

【００５５】上表の結果から固化処理された処理土は
「建設廃棄物ガイドライン」で再利用化するために必要
とされる一軸圧縮強度が０．５ｋｇｆ／ｃｍ²を上回っ
ており、現場で再利用可能な土を得られることが確認で
きた。

【００５６】更に、本処理土について土壌の汚染に係わ
る環境基準（２５項目）に従い外部試験機関にて分析を
実施した。分析の結果を第６表に示す。

【００５７】第６表

【００５８】２５項目について全て環境基準以下の数値
となっており安全が確認された。また固化処理後のＰＨ
は７.４でありほぼ中性であることが確認された。

【００５９】

【発明の効果】本発明の泥土圧式シールド工法にて排出
される掘削土の再利用化方法においては、掘削、ポンプ
圧送、固化処理、搬出といった一連の工事の中で、掘削
時の切り羽の安定性確保、良好なポンプ圧送性の確保、
掘削土の短時間での良好な固化処理が行え、掘進用添加
剤と固化剤の各々の特性が調和しているため、特に、掘
進用添加剤がポンプ圧送性の効果も有し、掘削と同時に
ポンプ圧送もできスムースに坑外に排出できる。また、
現場での固化処理土も産業廃棄物としてではなく再利用
可能な土として再生でき、現場より短時間のうちに効率
よく搬出できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０９Ｋ 17/50 Ｃ０９Ｋ 17/50 ＰＥ２１Ｄ 9/12 Ｅ２１Ｄ 9/12 Ｆ // Ｃ０９Ｋ 103:00 (71)出願人 591008708 松下▲鑛▼産株式会社愛知県名古屋市昭和区車田町１丁目38番地 (71)出願人 599014677 繁和産業株式会社大阪府大阪市中央区平野町２丁目５番８号 (71)出願人 390026446 株式会社テルナイト東京都渋谷区幡ケ谷１丁目７番５号 (72)発明者濱田和人東京都品川区南大井６丁目26番３号五洋建設株式会社東京支店内 (72)発明者山田耕作兵庫県姫路市飾磨区入船町１番地住友精化株式会社内 (72)発明者藤田博史兵庫県姫路市飾磨区入船町１番地住友精化株式会社内 (72)発明者三好信輔神奈川県横浜市西区中央２丁目41番13号創建機材株式会社内 (72)発明者松下眞矢愛知県名古屋市昭和区車田町１丁目38 松下鑛産株式会社内 (72)発明者清水康行大阪府大阪市中央区平野町２丁目５番８号繁和産業株式会社内 (72)発明者三浦正広東京都渋谷区幡ケ谷１丁目７番５号株式会社テルナイト内Ｆターム(参考） 2D054 AC04 CA03 DA15 DA31 4H026 CA04 CB08 CC01 CC06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】切り羽面に掘進用添加剤の圧力を作用させ
つつ掘進する泥土圧式シールド工法において、吸水性樹脂及び水溶性樹脂からなる掘進用添加剤を水に
溶解膨潤させてカッターチャンバー内に加圧注入して掘
削する工程と、前記掘削工程で排出された排出土を他の薬剤を添加する
ことなくポンプ圧送により坑外に搬出する工程と、前記排出土を、有機系固化剤および石膏系化合物からな
る無機系固化剤で処理して、再利用可能な土に再生する
工程、からなる泥土圧式シールド工法排出土の再利用化
方法。
【請求項２】吸水性樹脂がアクリル酸(塩)・ビニルアル
コール共重合体の架橋物および／またはポリアクリル酸
(塩)の架橋物である請求項１に記載の泥土圧式シールド
工法排出土の再利用化方法。
【請求項３】水溶性樹脂が半合成水溶性樹脂および／ま
たは合成水溶性樹脂である請求項１もしくは２に記載の
泥土圧式シールド工法排出土の再利用化方法。
【請求項４】半合成水溶性樹脂がカルボキシルメチルセ
ルロース(塩)、ヒドロキシエチルセルロースおよびメチ
ルセルロースからなる群より選ばれた少くとも一種であ
る請求項３に記載の泥土圧式シールド工法排出土の再利
用化方法。
【請求項５】合成水溶性樹脂がポリアクリルアミドであ
る請求項３に記載の泥土圧式シールド工法排出土の再利
用化方法。
【請求項６】掘進用添加剤の吸水性樹脂と水溶性樹脂と
の重量比率が３０：７０〜８０：２０である請求項１〜
４もしくは５に記載の泥土圧式シールド工法排出土の再
利用化方法。
【請求項７】掘進用添加剤の０．１〜２重量％スラリー
を掘削土に対して５〜４０容量％の割合で対象切り羽部
に注入し掘削する請求項１〜５もしくは６に記載の泥土
圧式シールド工法排出土の再利用化方法。
【請求項８】有機系固化剤が吸水性樹脂粉末、天然水溶
性樹脂粉末および有機物粉末を含むものである請求項１
〜６もしくは７に記載の泥土圧式シールド工法排出土の
再利用化方法。
【請求項９】有機系固化剤を、排出土１ｍ³当たり１〜
１０ｋｇ、無機系固化剤を排出土１ｍ³当たり１０〜２
００ｋｇ添加する請求項１〜７もしくは８に記載の泥土
圧式シールド工法排出土の再利用化方法。