JP6559846B2 - 気泡シールド工法および起泡材水溶液 - Google Patents

Description

本発明は気泡シールド工法および起泡材水溶液に関するものである。

切羽もしくはチャンバ内に特殊気泡材によって作成された気泡を注入しながら掘削する気泡シールド工法は、砂礫土層から粘性土層までの広範な地層に適用できる土圧式シールド工法として知られている。

非特許文献１によれば、気泡シールド工法の特徴として以下の記載がある。
（１）微細なシェービングクリーム状の気泡が、掘削土の流動性と止水性を向上させ、かつ、チャンバ内での掘削土の付着を防止できるため、切羽の安定を保持しつつ、スムーズな掘進が可能になる工法であり、そのうちの止水性に関する工法的原理は、土粒子間隙に存在する地下水が微細な気泡と置換されることにより掘削土の止水性が向上し、地下水位の高い砂質地盤の掘削が容易となり、スクリューコンベアからの噴発を防止できる。
（２）注入された気泡が間隙内の自由水を排除し、間隙を気泡が満たすので、気泡土の透水性は非常に低くなり、スクリューコンベア排土口での止水性は非常に良好となる。

しかしながら、気泡の安定性が低い場合や気泡が地下水に溶解する場合には、チャンバ内の不飽和性を失い、流動性と止水性が不良となってスクリューコンベアから頻繁に噴発を発生することが知られている。そのため、従来は止水性が低下した際に気泡を追加注入したり、スクリューコンベア内に噴発防止剤を使用して止水性を補うなどの補助的作業が必要となっていた。

起泡材を改善する従来技術としては、水溶性高分子等によって気泡膜を強化する方法がある。たとえば、非特許文献１によれば水溶性高分子類を添加するBタイプ配合（セルロース系水溶性高分子、「OK-2」を添加）やCタイプ配合（天然植物性有機ポリマー、「OK-3」を添加）が砂礫質など粗粒分が多い土質に対する標準配合である。しかしながら、この配合計算式は泥土圧式の加泥材量算定と類似しており、土粒子構成の補正計算に基づいていることから、加泥に代わって気泡膜を安定化させて掘削土と練り混ぜ、流動性を失わずに排土性を向上させることが主たる目的である。また、これらの配合タイプは泡沫の粘りが強いので狭隘な間隙に浸透せず、また、気泡は発泡倍率が低い（6倍以下）ので、多量に注入が必要な大断面の気泡シールド工事には経済的に不向きである。

また、従来技術の止水メカニズムは、間隙中の自由水を気泡で排除すること（すなわち気水交換すること）による簡単な原理に基づくものであることより、止水性の向上には発泡倍率が重要な因子となる。それにも拘わらず、止水性向上を目的とした従来技術においては、たとえば特許文献１に水溶性高分子と高吸水性樹脂の混合物を気泡状にする技術が開示され、特許文献２に水溶性高分子とゲル化剤の技術が開示されているものの、これらは上記のBタイプなどよりさらに低倍率の発泡である。ここで、「低倍率」とは、気泡の密度が大きく、気泡中の水分量が多いことを意味する。なお、水溶性高分子等の増粘剤を適用することも可能であるが、不飽和度を高くしたい気泡シールドの止水性の要求に対しては不向きである。

そこで、気泡安定技術のうち、上記した水溶性高分子による強い液膜に比べると、気泡の安定化効果は格段に小さいものの、非特許文献２には、高級アルコールなどの低分子化合物で安定化する技術が開示されている。これは高級アルコール等を気泡の液膜表面に配位させ、気泡液膜上の陰イオン界面活性剤のイオン反発を和らげることにより、整然とした吸着層を形成して安定化させる技術である。

また、気泡シールド工法への適用としては、特許文献３に高級アルコールで泡沫を安定にして流動性を低下させない技術が開示されている。しかしながら、その実施例から泡密度は0.16（発泡倍率に換算すると6.25倍）であり、低倍率発泡であることから、実際には、既述するように不飽和度を高くしたい気泡シールドの止水性の要求に対して効果的であるとは言い難い。また、特許文献３においては、止水性目的への技術的利用やその効果の記載は一切ない。

このように、気泡を安定化させ、流動性の低下を抑えることが特許文献１をはじめとする従来技術の目的であるが、気泡シールド工法の最重要課題である止水性に対する有効な方策は依然として見出されていない。

また、たとえば地下40m以深のいわゆる「大深度」の地盤において、大断面の気泡シールド工法が広く適用可能となるためには、気泡による不飽和化によって止水性を向上させる技術が極めて重要となる。なお、このように大深度で大断面の大型工事に多用されつつある気泡シールド工法には、高水圧の帯水層や砂礫層などの地山への対応の要請があり、さらには、掘削残土の環境影響性に配慮して、起泡剤をより低濃度で使用したいという要請もある。

ここで、図２を参照して従来の気泡シールド工法の有する課題をあらためて説明する。 図２において、シールド掘進機１０は、前面のカッタ２、カッタ２の背面にあるチャンバ７、チャンバ７内に臨む攪拌翼３、チャンバ７の背面にある気泡注入口４とカッタ２の前面にある気泡吐出口１、チャンバ７の背面にあるスクリューコンベア５とベルトコンベア６、これらのコンベア５，６間に介在する排土ゲート９、シールドジャッキ８などを備えている。

同図で示すように、地下水位レベルがＷＬ１からＷＬ２に低下し（Ｙ方向）、乾燥によって切羽崩壊に至ったり、流水によってカッタ２前面領域Ａ１の切羽が崩壊に至るのは、気泡による止水性の低下が主たる要因である。このような不良状態になると、チャンバ７内の気泡混合土中の気泡が消泡し、その結果、チャンバ７の上部には空気が集まって溜り、下部には流動性を失った掘削土が地下水で飽和された状態で堆積する。さらに、場合によってはスクリューコンベア５から噴発が発生することになる。この不良状態の主たる要因は気泡の耐水性不足であるが、チャンバ７内の止水性を気泡注入による単純な気水交換の作用に全て委ねている機能設計上の限界があるとも言える。

以上より、本発明者等は、気泡混合土における気泡と水との境界関係を勘案して従来よりも透水性を大幅に低下させることのできる気泡混合土形成技術、および、気泡液膜の性質と気泡混合土への水の浸入性を勘案して不透水状態を保持することのできる気泡混合土形成技術を発案し、この技術を気泡シールド工法に適用することとした。

特許第３１２４３６８号明細書 特開平２−１６２８９号公報 特開２００３−３１４１９１号公報

気泡シールド工法−技術資料−平成23年8月 シールド工法技術協会 藤本武彦「高分子薬剤入門」三洋化成工業株式会社、1992年 p.581

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、透水係数の低い気泡混合土を形成することができ、かつ、この気泡混合土の不飽和状態を可及的に長時間保持することができ、もって止水性を向上させて高水圧に対応可能な気泡シールド工法および起泡材水溶液を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による気泡シールド工法は、疎水膜剤が水溶性溶剤で完全に可溶化され、さらに陰イオン界面活性剤が混合されてなる起泡材水溶液を発泡倍率10倍〜50倍の倍率で発泡させて気泡を生成し、切羽の土砂とシールド掘進機のチャンバ内の土砂に前記気泡を注入して気泡混合土を形成するものである。
また、本発明による他の気泡シールド工法は、疎水膜剤が水溶性溶剤で可溶化され、さらに陰イオン界面活性剤が混合されてなる起泡材水溶液を発泡倍率10倍〜50倍の倍率で発泡させて、液膜に前記疎水膜剤が均質に吸着配位した気泡を生成し、切羽の土砂とシールド掘進機のチャンバ内の土砂に前記気泡を注入して気泡混合土を形成するものである。

本発明の気泡シールド工法は、疎水膜剤が水溶性溶剤で可溶化され、さらに陰イオン界面活性剤が混合されてなる起泡材水溶液を発泡倍率10倍〜50倍の高倍率で発泡させてできた気泡を使用するものであり、疎水膜剤を水溶性溶剤で可溶化している点に一つの特徴があり、10倍〜50倍の高倍率で発泡させている点に他の特徴がある。

本発明者等は、発泡倍率10倍〜50倍の高発泡の気泡を使用することにより、透水性の低い不飽和状態の気泡混合土を形成できる（高発泡技術）という知見を得ている。ここで、「高発泡」とは、発泡倍率が10倍〜50倍の範囲で発泡されていることを意味している。

上記高発泡技術に加えて、本発明者等はさらに、不飽和状態を持続する技術（不透水技術）により、掘削土の流動性を損なうことなく、従来技術では得られなかった高い止水性を達成できるという知見も得ている。

この不透水技術は、疎水膜剤を吸着させた気泡を注入することにより、間隙中を疎水膜剤で疎水的な性質にすることである。気泡混合土中に流入する水量を少なくし、不飽和状態を持続させるための技術（すなわち水の流路の拡大を遅らせる技術）として利用するものである。

本発明において、高発泡技術と不透水技術の両技術において疎水膜剤は必須で有用な成分である。従来技術では吸着膜のメカニズムによる液膜の安定化作用に利用されているが、本発明では特に不透水技術における液膜の疎水的性質を付与するための機能材として利用する。

この疎水膜剤が吸着した気泡の疎水的性質がどのような原理で間隙を流れる透水抵抗として作用するかは明らかでないが、不飽和状態における特異的な現象と考えられる。これは、飽和状態と不飽和状態では水の流路が異なり、不飽和状態では水は間隙の狭い部分を流れる性質があることが知られるが、不飽和状態にある際に疎水的な気泡が間隙を満たしているとすると、水の流路はさらに狭まり、不飽和状態の間隙に働く毛管力が弱まるためと推察できる。

本発明は、上記する高発泡技術と不透水技術の複数の要素技術の組み合わせに基づいており、気泡混合土を不飽和状態にする要素と、不飽和状態を保持する要素をバランスさせることにより、単なる気泡と自由水との気水交換関係による止水メカニズムを有する従来技術よりも大幅に止水性を向上させることができるものである。

起泡材水溶液を高倍率で発泡させ、密度が0.1g/ml以下の小さな気泡を掘削土に添加することにより、気水交換が容易になり、不飽和度の高い気泡混合土を形成することができる。この不飽和状態を長時間にわたって持続することにより、短期間の掘進停止等の場合でもスクリューコンベアからの噴発発生の頻度を少なくすることができる。

ここで、気泡密度を0.1g/ml以下とするには、発泡倍率を10倍以上に調整して注入すればよい。すなわち、気泡密度を0.1g/ml以下と発泡倍率10倍以上は相関している。

発泡倍率が小さいと気泡液膜が厚くなり、液膜に余分な水分が多くなるので排液現象によって破泡しやすくなることから、発泡倍率の下限を10倍に規定している。

たとえば、発泡倍率を10倍以上の範囲である20倍にして液膜を薄くし、気泡径も小さく生成することでさらに安定性が増し、気泡密度は0.05g/ml（発泡倍率20倍に相当）であるので気水交換による不飽和度も高くなり、止水性が向上する。

たとえば、砂礫層等で間隙の大きい地山の場合には、起泡材水溶液の濃度が2〜10質量%と濃い希釈液を作液して発泡倍率を20倍〜50倍で調整して流動性と止水性をバランスさせるのがよい。一方、粘性土層等で付着防止が必要な地山の場合には、起泡材水溶液の濃度を0.5〜5質量%に薄めた希釈液を作液し、発泡倍率を10倍〜20倍に調整して流動性と止水性をバランスさせるのがよい。

本発明の気泡シールド工法では、切羽前面に作用する切羽土圧と水圧を合計した地山の土・水圧に対抗させて、適正な気泡土圧を差圧として作用させるための気泡作製装置を要する。この気泡作製装置に関し、大断面工事では大量の圧縮空気を作製するための大型コンプレッサーとなるが、実際上は発泡倍率として50倍が設備装置的な限界である。このことより、発泡倍率の上限を50倍と規定している。

起泡材水溶液を高発泡技術で発泡させる際に、気泡液膜に疎水膜剤が均質に吸着配位して、高度に安定化した吸着層を形成させることが好ましい。その場合、疎水膜剤は水に不溶または難溶のため、水溶性溶剤に溶解して混合液とするのが好ましい。陰イオン界面活性剤成分だけによる気泡液膜は、水と界面活性剤分子が配位した親水性の液膜であるが、疎水膜剤を使用した吸着液膜は親水性と疎水性の両者の性質を有していると推察できる。このように、疎水膜剤が気泡液膜中に均質に吸着した気泡を生成するには、疎水膜剤を水溶性溶剤に完全に溶解してから起泡材水溶液に可溶化させることが好ましく、このことより、本発明では、「疎水膜剤が水溶性溶剤で可溶化され」なる構成を必須の構成としている。なお、付言するに、たとえば特許文献３においては、かかる構成の記載も示唆も一切存在しない。

また、本発明による気泡シールド工法の実施の形態において、前記疎水膜剤は、常温で固体状の物質であって水に対して不溶または難溶であり、かつ水溶性溶剤に溶解または易溶である。

疎水膜剤が常温で固体状の物質で、水に対して不溶または難溶であり、かつ水溶性溶剤に溶解または易溶であることにより、間隙自由水と気水交換後の疎水膜剤は、液膜の水分や水溶性溶剤が自然に排水あるいは揮散して液膜が薄化するのにともなって、再び結晶化して薄膜状に析出する。疎水膜剤の液膜への可溶量と不溶化の際の結晶形態については明らかでないが、析出した薄膜は水に溶解しないので、疎水膜剤は気泡混合土中に不溶化して残置されることが明らかであり、その特性を利用して気泡混合土の間隙を疎水性の雰囲気にするものである。なお、ここで、常温とは日本薬局方の通則による15〜25℃とする。

前記目的を達成すべく、本発明に係る起泡材水溶液は、気泡シールド工法に使用される気泡を生成するための起泡材水溶液であって、陰イオン界面活性剤を30〜40質量％、疎水膜剤を1〜15質量％、水溶性溶剤を20〜40質量％含有し、前記疎水膜剤が前記水溶性溶剤で完全に可溶化されている起泡材水溶液である。

前記水溶性溶剤は、例えば、セロソルブ系溶剤、カルビトール類、エチレンオキシドの付加モル数が３〜１０のポリオキシエチレン低級アルキルエーテルおよびジオール類のうちの少なくとも一種を含む。
前記疎水膜剤は、例えば、直鎖の炭素数１２〜２０の脂肪族アルコールを含む。

以上の説明から理解できるように、本発明の気泡シールド工法および起泡材水溶液によれば、疎水膜剤が水溶性溶剤で可溶化され、さらに陰イオン界面活性剤が混合されてなる起泡材水溶液を発泡倍率10倍〜50倍の倍率で発泡させて気泡を生成し、この気泡を切羽の土砂とシールド掘進機のチャンバ内の土砂に注入して気泡混合土を形成することにより、透水係数の低い気泡混合土を形成することができ、かつ、この気泡混合土の不飽和状態を可及的に長時間保持することができ、もって止水性を向上させて高水圧条件に対応することが可能となる。

本発明の気泡シールド工法を説明した模式図である。 従来の気泡シールド工法を説明した模式図である。

以下、図面を参照して本発明の気泡シールド工法の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の気泡シールド工法を説明した模式図である。図示するシールド掘進機１０は、図２で示す従来の気泡シールド工法で適用されるシールド掘進機と実質的に同じ構成であるが、ここで適用される気泡が相違する。

使用する気泡は、疎水膜剤が水溶性溶剤で可溶化され、さらに陰イオン界面活性剤が混合されてなる起泡材水溶液を発泡倍率10倍〜50倍の倍率で発泡させて生成する。このようにして生成された気泡を、切羽の土砂とシールド掘進機１０のチャンバ７内の土砂に注入して気泡混合土を形成する。

まず、切羽の土砂に気泡が注入されて形成された気泡混合土では、切羽前面領域（図中のＡ２）の遮水性や止水性が良好になる。

一方、チャンバ７内（図中のＡ３）の土砂に上記気泡が注入されることにより、透水性の低い気泡混合土が形成され、従来の方法のように、チャンバ７内の気泡混合土中の気泡が消泡し、チャンバ７の上部に空気が集まって溜り、下部には流動性を失った掘削土が地下水で飽和された状態で堆積するとともに、スクリューコンベア５から噴発が発生するといった問題は生じ得ない。
次に、起泡材水溶液の各構成成分について詳細に説明する。

（起泡材の濃度について）
起泡力のある界面活性剤は各種あるが、気泡シールド掘削時の地下水汚染や掘削後の早期分解性や水性毒性などの環境影響を考慮すると、本発明の工法で適用される起泡材水溶液の成分として使用する起泡材の種類としては、陰イオン界面活性剤がよい。陰イオン界面活性剤は合成洗剤やシャンプー等の基剤として広く使用される起泡力が優れた物質が選択できるが、たとえばアルファオレフィンスルホン酸塩（略号AOS）、アルキル硫酸エステル塩（同AS）、アルキルエーテル硫酸エステル塩（同AES）等の各種塩の陰イオン界面活性剤が挙げられ、これらの一種もしくは二種以上の混合物を使用することもできる。

これらのうち、本発明の工法において高倍率発泡の気泡の生成に好ましいのはアルキルエーテル硫酸エステル塩であり、必要に応じて、エチレンオキサイド付加モル数が5モル以上のアルキルエーテル硫酸エステル塩を発泡強化剤として陰イオン界面活性剤に対し5〜20質量％使用してもよい。

起泡材水溶液の成分である陰イオン界面活性剤の起泡材水溶液における配合量は、20〜50質量％であり、好ましくは30〜40質量％である。

（疎水膜剤の配合量について）
起泡材水溶液の成分である疎水膜剤は、陰イオン界面活性剤の起泡性を抑制しない限り、炭化水素系やフッ素系などの水に難溶あるいは不溶である各種疎水性物質が使用できる。疎水膜剤は水溶性溶剤に溶解することから、疎水膜剤の選択は使用する水溶性溶剤に溶解する物質を選択する。また、気泡液膜の吸着層として配向させることから、陰イオン界面活性剤の疎水基の構造や官能基の種類に応じて適正に選定する。たとえば陰イオン界面活性剤として炭素数20のアルキルエーテル硫酸エステル塩を使用する場合、炭素数が同程度（たとえば18〜22の範囲）の高級アルコールが相溶バランス的に良い。

疎水膜剤が常温で固体の場合は易分解性が知られる直鎖の炭素数12〜20の脂肪族アルコールから選ばれ、たとえばドデシルアルコール、テトラデシルアルコール、ヘキサデシルアルコール、オクタデシルアルコール、エイコシルアルコールおよびこれらの二種以上の混合物が挙げられる。疎水膜剤の起泡材水溶液における配合量は0.2〜30質量％であり、好ましくは1〜15質量％であると不飽和状態を長く持続できる。

（水溶性溶剤の配合量について）
高発泡技術の観点から、水溶性溶剤は、疎水膜剤を起泡材水溶液に可溶化させるための成分である。また、陰イオン界面活性剤の溶解性を補助すること、発泡時の液膜の粘性を下げて膨張率を高めること、および凝固点を下げるなどの作用として有用である。

したがって、起泡材水溶液の成分である水溶性溶剤としては、起泡材の起泡性を抑制しないもので、かつ、使用する疎水膜剤を可溶化できる溶剤種類から選択する。水溶性溶剤としては、例えばセロソルブ系溶剤（メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、n−プロピルセロソルブ、n−ブチルセロソルブ、イソブチルセロソルブ、フェニルセロソルブなど）、カルビトール類（エチルカルビトール、ブチルカルビトールなど）、エチレンオキシドの付加モル数が3〜10のポリオキシエチレン低級アルキルエーテル（ポリオキシエチレン(3)メチルエーテルなど）、ジオール類（エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールなど）およびこれらの二種以上の混合物が挙げられる。また、水溶性溶剤の起泡材水溶液における配合量は5〜50質量％であり、好ましくは20〜40質量％である。

（希釈液の作液濃度について）
本発明の工法で適用する起泡材水溶液は、陰イオン界面活性剤と疎水膜剤および水溶性溶剤の他に、必要に応じて、発泡強化剤や有機酸及び／又は水を均一混合することによっても容易に得ることができる。なお、この起泡材水溶液を発泡する際には、予め水で希釈して作液する希釈液の濃度が起泡材水溶液の0.2〜10質量％であり、好ましくは0.5〜5質量％である。なお、希釈濃度は発泡方法や土質条件を考慮して選択するとよい。たとえば、気泡シールド工事で用いられる発泡筒方式を使用して気泡径や均質性を良好に調整できれば、希釈液の下限濃度を1質量％以下の低濃度から使用できる。一方、土質条件が悪い地山の場合に高い止水効果を求めるには、希釈液の下限濃度は2質量％以上で使用すると良い。

（発泡倍率について）
気泡密度が小さいほど液膜水分が少ないので、掘削土中の自由水との気水交換で不飽和状態にし易い。気泡はできるだけ高倍率に発泡し、気泡径を小さく生成した方が掘削土の透水性を低下させることができることから好ましい。より具体的には、気泡密度0.1g/ml以下が好ましいことより、発泡倍率は10倍以上がよい。また、高発泡技術は技術的には最大500倍発泡まで可能であるものの、気泡シールド工事で使用できる発泡装置の機械的制限などから、実用的には最大50倍発泡が適している。

（効果確認実験とその結果）
本発明者等は、本発明の気泡シールド工法で適用される気泡によって形成された気泡混
合土の透水係数の改善効果、気泡混合土の不飽和状態の持続時間に関する改善効果を確認
する実験をおこなった。

＜気泡の安定性および気泡の消泡性を検証した実験とその結果＞
各起泡材水溶液を以下の表１で示す希釈濃度で発泡し、高発泡気泡1〜6（それぞれ、実施例1-1〜1-6）と比較気泡（比較例1-1〜1-3）を生成し、それぞれの発泡時の評価をおこない、発泡可能倍率や気泡径を測定するとともに、気泡の安定性および気泡の消泡性について比較した。

[希釈液]
起泡材水溶液を表１に例示した希釈濃度で水に溶解して希釈液を調整した。
[発泡方法]
発泡筒はステンレス製管（管径25A、長さ25cm）内に綿状のステンレス細繊維やガラスビーズ等の充填剤を詰めたもので、これに任意の圧力（0〜400kPa）で圧縮空気を流した。圧力ごとの圧縮空気量と希釈液の吐出量を予め条件ごとに計量しておき、発泡倍率（体積比）は気泡体積と希釈液体積との比率から計算した。圧縮空気を流した発泡筒内に希釈液の一定量を定量ポンプで吐出して強制的に発泡させた。
[実験結果]
以下、表１に測定結果と評価結果を示す。

表１より、六種の実施例はいずれも、気泡の安定性に関して良好な結果が得られている。また、消泡剤を用いた気泡の強制的な消泡性に関しても良好な結果が得られている。

＜飽和度を変化させた際の透水係数と不飽和状態の持続性に関する実験とその結果＞
次に、本発明者等は、飽和度を種々変化させ、それぞれの飽和度における実施例と比較例の不飽和状態の持続性に関する実験をおこなった。

表１の高発泡2（実施例1-2）の希釈液（濃度5質量％）と、Aタイプ（比較例1-1）の希釈液（濃度3質量％）を以下の表２の発泡倍率で気泡を生成し（それぞれ、実施例2-1〜2-4、比較例2-1〜2-4）、実験砂の含水比を調整して気泡混合土の飽和度を変化させ、気泡混合土の不透水性と不飽和状態の保持性を比較した。

ここで、気泡混合率（Ｑ＝気泡体積／掘削土体積）は30％で、飽和度を変えた実験砂に練り混ぜて気泡混合土を作製した。この条件で以下の透水試験方法にて透水係数を測定した。また透水容器の気泡混合土に一定の水圧をかけて排水量の時間変化を観察し、それを不飽和状態の持続性として評価した。

[実験砂の条件]
実験砂は、珪砂5号[市販品を水洗してゴミおよび粘土分等を取り除いてから乾燥したもの、最大粒径1.18(mm)、乾燥密度1.36(g/cm³)、透水係数1.87×10^-1(cm/sec、本実施例による透水試験結果）、間隙率19%]の含水比を調整したものである。

[透水試験の方法]
実験砂に気泡を所定の気泡混合率で添加し、練り混ぜる際に巻き込み気泡が入らないように注意しながら手早く練り混ぜて、気泡混合土を作製し、直ちに透水円筒に充填した。透水円筒はアクリル製の内径30mm（高さ80cm）の容器と、内径50mm（高さ80cm）の耐圧容器を使用し、透水円筒の下部からの排水量を測定して透水係数を計算した。また、透水円筒上部に一定の水圧（0.03MPa〜0.05MPa）をかけて不飽和状態が持続する時間を測定した。
[実験結果]
以下、表２に測定結果を示す。

表２より、飽和度の異なる各実施例はいずれも、比較例に比して透水係数の低下が図られ、不飽和状態の持続時間が長くなっていることが分かる。

＜流動性効果を検証した実験とその結果＞
次に、本発明者等は、気泡混合率を種々変化させ、それぞれの気泡混合率における実施例と比較例の流動性を確認する実験をおこなった。

表１の高発泡2（実施例1-2）およびAタイプ（比較例1-1）とBタイプ（比較例1-2）について以下の表３の希釈濃度で希釈液を作製し（それぞれ、実施例3-1,3-2、比較例3-1,3-2）、発泡倍率を表３の範囲で変化させて複数種の気泡を生成した。それぞれの気泡について、気泡混合率Ｑ（気泡体積／掘削土体積）を表３の範囲で変化させ、現場から採取した以下の砂礫質の試料土に練り混ぜ、スランプ値と外観を目視判断して流動性効果を判定した。

[試料土]
土質：砂礫質土、粒度（礫分75.6%、砂分21.9%、シルト粘土2.5%）、含水比8.5%である。
[流動性試験法]
試料土（20リットル）をコンクリート用のポット式ミキサーに投入し、気泡発泡は同様の方式による大型発泡筒で生成して所定量をミキサーに加えて練り混ぜた。
[実験結果]
以下、表３に測定結果と評価結果を示す。

表３より、比較例は低発泡倍率の気泡であり、スランプ値は得られたが、いずれも材料分離ぎみで崩れた変形であり均質な塑性流動性が確認されなかった。一方、実施例の高発泡倍率の気泡はいずれも材料のまとまりが良く均質な塑性流動性があり、流動性が良好であることが確認された。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…気泡吐出口、２…カッタ、３…撹拌翼、４…気泡注入口、５…スクリューコンベア、６…ベルトコンベア、７…チャンバ、８…シールドジャッキ、９…排土ゲート、１０…シールド掘進機

Claims (5)

1. 疎水膜剤が水溶性溶剤で完全に可溶化され、さらに陰イオン界面活性剤が混合されてなる起泡材水溶液の希釈液を発泡倍率10倍〜50倍の倍率で発泡させて気泡を生成し、
   切羽の土砂とシールド掘進機のチャンバ内の土砂に前記気泡を注入して気泡混合土を形成する気泡シールド工法であって、
   前記起泡材水溶液中に、前記陰イオン界面活性剤を30〜40質量％、前記疎水膜剤を1〜15質量％、前記水溶性溶剤を20〜40質量％含有する、気泡シールド工法。
2. 疎水膜剤が水溶性溶剤で可溶化され、さらに陰イオン界面活性剤が混合されてなる起泡材水溶液の希釈液を発泡倍率10倍〜50倍の倍率で発泡させて、液膜に前記疎水膜剤が均質に吸着配位した気泡を生成し、
   切羽の土砂とシールド掘進機のチャンバ内の土砂に前記気泡を注入して気泡混合土を形成する気泡シールド工法であって、
   前記起泡材水溶液中に、前記陰イオン界面活性剤を30〜40質量％、前記疎水膜剤を1〜15質量％、前記水溶性溶剤を20〜40質量％含有する、気泡シールド工法。
3. 気泡シールド工法に使用される気泡を生成するための起泡材水溶液であって、
   陰イオン界面活性剤を30〜40質量％、疎水膜剤を1〜15質量％、水溶性溶剤を20〜40質量％含有し、
   前記疎水膜剤が前記水溶性溶剤で完全に可溶化されている起泡材水溶液。
4. 前記水溶性溶剤は、セロソルブ系溶剤、カルビトール類、エチレンオキシドの付加モル数が３〜１０のポリオキシエチレン低級アルキルエーテルおよびジオール類のうちの少なくとも一種を含む、請求項３に記載の起泡材水溶液。
5. 前記疎水膜剤は、直鎖の炭素数１２〜２０の脂肪族アルコールを含む請求項３に記載の起泡材水溶液。

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