JP7318902B2 - 掘削添加材及び泥土圧シールド工法 - Google Patents

Description

本発明は、泥土圧シールド工法での掘削工事に用いられる掘削添加材、及びこれを用いた泥土圧シールド工法に関する。

鉄道や道路、トンネル、又は電気・ガス・水道等の共同溝等のインフラを地下に構築する際、多くの場合、シールド工法で行われている。シールド工法とは、シールドマシンで地中を掘進して空間を建造する工法であり、掘削された土砂は地上に搬送される。地下数十メートルの深さでの掘削土砂は、水や掘削添加材等を添加して流動化させた後、ポンプで圧送され、あるいはまた、添加材を添加することなく、トロッコで搬出される。

掘削土砂の搬送のために、水を添加する方法を泥水式シールド工法と言い、また、掘削添加材を添加する方法を泥土圧シールド工法と言う。シールド工法には、それ以外にも種々の工法があるが、近年、泥土圧シールド工法が比較的多く用いられている。

泥土圧シールド工法では、シールドマシンのチャンバ内で、掘削土砂に、掘進用添加材である掘削添加材を注入する。これにより、掘削土砂を、塑性流動性を有する泥土に変換させてチャンバ内に充満させ、シールドジャッキにて該泥土に泥土圧を生じさせる。この泥土圧を土水圧に対抗させることにより、切羽の安定を図る。前記掘削添加材としては、ポリマー系のものが従来から用いられている。

例えば、特許文献１には、カルボキシル基を含有するモノマーを含むモノマー組成物の水中油型（Ｏ／Ｗ型）乳化重合で得られるアルカリ可溶性重合体の水分散体を加泥剤（掘削添加材）として用いることが記載されている。
特許文献２には、アニオン化率５～５０モル％のアクリルアミド系高分子凝集剤の油中水型エマルション（Ｗ／Ｏエマルション）が作泥土材（掘削添加材）として使用されることが記載されている。
また、特許文献３には、高吸水性高分子及びアニオン性水溶性高分子の油中水型エマルション（Ｗ／Ｏエマルション）が配合された増粘剤を粘土懸濁液に添加して掘削添加材として用いることが記載されている。
また、特許文献４には、セルロースエーテル及びポリアクリルアミドを必須成分とする水溶性高分子化合物、アルカリ土類金属並びにゼオライトからなる土圧式シールド工法用添加剤（掘削添加材）が記載されている。

特開２００３－１５５４７５号公報 特開平６－１９３３８２号公報 特開平８－１９９１５９号公報 特開２００６－１８２９６２号公報

上記のように、種々の態様のポリマーを掘削添加材として用いることが提案されている。
しかしながら、上記特許文献１～３に記載されているようなエマルション（分散液）タイプの掘削添加材は、保存安定性に乏しく、製造直後から乳化粒子の沈降やクリーミング等の沈殿分離、凝集及び析出等の状態変化を生じやすい。このため、施工現場において、温度変化が小さい場所での保管や、使用直前での撹拌作業等が必要となり、施工性に劣り、現場でのトラブルも頻発している。

特に、上記特許文献２及び３に記載されているようなＷ／Ｏエマルションタイプは、分散媒である有機溶剤が、その引火性に応じて消防法で定められている危険物の対象となるものもあるため、保管及び取り扱いに配慮を要する。また、製品中に数十質量パーセント程度も含まれる有機溶剤は、ＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand：化学的酸素要求量）成分として、掘削土砂への添加時に周辺に流出することとなる。

また、エマルションタイプは、含まれるポリマーの固有粘度が大きく、ポリマー粒子間の凝集力が大きいため、水に対して溶解可能な濃度は、ポリマー濃度（純分濃度）で、高々１質量％程度である。このため、掘削添加材として適切に作用させるための添加量の調整が難しい。

一方、上記特許文献４に記載されているような無機物を含む粉末品は、エマルションタイプのようにポリマーが凝集したり、析出したりすることはないものの、施工現場での使用時には、水で希釈する必要があり、溶解可能なポリマー濃度（純分濃度）は１質量％未満に止まる。ポリマーのみからなる粉末品であっても、現場で調整可能な水溶液濃度の上限は０．３質量％程度であり、その際の溶解時間も１時間以上要するため、施工性に劣る。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、保存安定性に優れ、かつ、幅広い濃度範囲で含有液を容易に調整することができ、施工現場での取り扱い性及び施工性に優れ、掘削土砂に良好な塑性流動性を付与し得る掘削添加材、及びこれを用いた泥土圧シールド工法を提供することを目的とする。

本発明は、特定の組成からなり、かつ、特定の固有粘度を有するポリマーを含む水溶液タイプの掘削添加材が、水希釈の際の取り扱い性に優れ、掘削土砂に良好な塑性流動性を付与し得ることを見出したことに基づくものである。

すなわち、本発明は、以下の［１］～［６］を提供する。
［１］泥土圧シールド工法に適用される掘削添加材であって、（メタ）アクリルアミドと、（メタ）アクリル酸及びその塩から選ばれる１種以上の化合物とをモノマー成分として含むポリマーを含む水溶液であり、前記ポリマーの１Ｎ硝酸ナトリウム水溶液における３０℃での固有粘度が１．１～５．０ｄＬ／ｇである、掘削添加材。
［２］前記ポリマーを含む水溶液中の前記ポリマーの濃度が１～５０質量％である、上記［１］に記載の掘削添加材。

［３］上記［１］又は［２］に記載の掘削添加材を掘削土砂に添加して、前記掘削土砂を泥土とする、泥土圧シールド工法。
［４］前記掘削添加材と、スメクタイト及びベントナイトから選ばれる１種以上の粘土鉱物とを併用して添加する、上記［３］に記載の泥土圧シールド工法。
［５］前記掘削添加材と、界面活性剤とを併用して添加する、上記［３］又は［４］に記載の泥土圧シールド工法。
［６］前記掘削添加材と、界面活性剤と、気泡安定化剤とを併用して添加する、上記［３］又は［４］に記載の泥土圧シールド工法。

本発明の掘削添加材は、保存安定性に優れ、かつ、幅広い濃度範囲で含有液を容易に調整することができ、掘削土砂に良好な塑性流動性を付与することができる。
したがって、前記掘削添加材を用いることにより、泥土圧シールド工法の施工現場における掘削添加材の取り扱い性及び施工性を向上させることができる。

以下、本発明の掘削添加材、及びこれを用いた泥土圧シールド工法を詳細に説明する。
なお、本明細書において、「（メタ）アクリル」とは、アクリル及び／又はメタクリルを意味し、「（メタ）アリル」とは、アリル及び／又はメタリルを意味する。

［掘削添加材］
本発明の掘削添加材は、泥土圧シールド工法に適用される掘削添加材であって、（メタ）アクリルアミドと、（メタ）アクリル酸及びその塩から選ばれる１種以上の化合物とをモノマー成分として含むポリマーを含む水溶液である。そして、前記ポリマーの１Ｎ硝酸ナトリウム水溶液における３０℃での固有粘度が１．１～５．０ｄＬ／ｇである。
このようなポリマーの水溶液タイプの掘削添加材は、保存安定性に優れ、希釈せずにそのままで使用することができる。また、水で希釈して使用してもよく、その場合、短時間で任意の溶液濃度に調整することができ、取り扱い性にも優れている。
また、水溶液タイプであるため、Ｗ／Ｏエマルションタイプに比べて、有機溶媒による引火性のおそれや、掘削土砂への添加により生じた泥土や掘削残土のＣＯＤも抑制される。

（ポリマー）
前記ポリマーの構成単位であるモノマー成分には、（ａ）（メタ）アクリルアミド、及び（ｂ）（メタ）アクリル酸及びその塩から選ばれる１種以上の化合物を含む。すなわち、前記ポリマーは、モノマー成分として、少なくとも、前記（ａ）及び前記（ｂ）の２種を含む共重合体である。前記ポリマーは、前記（ａ）及び前記（ｂ）以外の他のモノマー成分を含んでいてもよい。なお、前記他のモノマー成分を含む場合、モノマー成分中の前記（ａ）及び前記（ｂ）の合計含有量の割合は、９０モル％以上であることが好ましく、より好ましくは９５モル％以上、さらに好ましくは９８モル％以上であり、特に１００モル％であることが好ましい。

前記モノマー成分の（ａ）は、アクリルアミド及びメタクリルアミドから選ばれる１種以上である。すなわち、これらの１種単独でも、２種併用であってもよい。

前記モノマー成分の（ｂ）は、（メタ）アクリル酸及びその塩から選ばれる１種以上の化合物である。（メタ）アクリル酸の塩としては、例えば、ナトリウム、カリウム、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム等の金属塩が挙げられる。前記モノマー成分の（ｂ）としては、該ポリマーの水溶性や掘削添加材添加による泥土や掘削残土のＣＯＤの抑制等の観点から、アクリル酸及びその塩が好ましい。より好ましくはアクリル酸塩であり、特にアクリル酸ナトリウム、アクリル酸カリウムが好適に用いられる。

前記ポリマーの構成単位に含まれ得る他のモノマー成分としては、例えば、マレイン酸、無水マレイン酸等のカルボキシ基含有モノマー、また、ビニルスルホン酸、（メタ）アリルスルホン酸等の不飽和スルホ基含有モノマー等のアニオン性モノマーが挙げられる。また、これらのモノマーのナトリウム、カリウム、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム等の金属塩も挙げられる。

前記ポリマーのアニオン度（アニオン性モノマーの割合）は、掘削土砂に良好な塑性流動性を付与し得る掘削添加材を得る観点から、５～９０モル％であることが好ましく、より好ましくは２０～８５モル％、さらに好ましくは３０～８０モル％である。例えば、モノマー成分がアクリルアミド及びアクリル酸ナトリウムの２成分系のポリマーの場合、アニオン度（モノマー成分中のアクリル酸ナトリウムの割合）が５～９０モル％であることが好ましく、より好ましくは２０～８５モル％、さらに好ましくは３０～８０モル％である。
なお、前記アニオン度は、前記ポリマーの構成単位のモノマー組成から求められ、また、前記ポリマーの構成単位のモノマー成分が分かれば、アニオンコロイド当量値から算出することができる。

前記ポリマーは、該ポリマーの固形物を水に溶解して水溶液とすることもできるが、ポリマー合成時から、ポリマー水溶液として得られることが効率的であり、水溶液重合で合成されることが好ましい。前記水溶液重合は、公知の方法により行うことができるが、本発明の掘削添加材は水溶液タイプであることから、直鎖状等の非架橋型のポリマーを合成することが好ましい。例えば、前記モノマー成分の水溶液に、窒素気流中で撹拌しながら、レドックス系重合開始剤を添加することにより水溶液重合を行うことができる。前記レドックス系重合開始剤としては、例えば、過硫酸塩と酸性亜硫酸塩（もしくはチオ流酸塩）との組み合わせ、臭素酸塩と亜硫酸塩との組み合わせ、又は過硫酸塩（もしくは過酸化水素）と水溶性第三級アミンとの組み合わせ等が挙げられる。

前記水溶液中の前記ポリマーの濃度（純分濃度）は、１～５０質量％であることが好ましく、より好ましくは５～４０質量％、さらに好ましくは１０～３０質量％である。
前記ポリマーの濃度（純分濃度）は、前記水溶液の蒸発残分（不揮発分）である。前記蒸発残分は、具体的には、前記水溶液約５ｇを蒸発皿に入れて秤量した後、１０５℃で蒸発乾固させたときの残分の質量を測定することにより求められる。
前記水溶液は、前記ポリマーを溶解した状態での保存安定性に優れており、掘削添加材の液中に幅広い濃度範囲でポリマーを均質な状態で含有することができる。前記水溶液（掘削添加材）を施工現場で水希釈して用いる際も、水と混合して撹拌することにより、数分以内の短時間で、均一な溶液を得ることができ、取り扱い性及び施工性に優れている。また、前記ポリマーが所定の固有粘度を有しており、前記水溶液は適度な粘性を有していることから、希釈せずに、そのままで、掘削添加材として掘削土砂に添加して用いることもできる。

前記水溶液中には、前記ポリマー及び水以外に、ポリマー合成の際に添加される添加剤等（例えば、重合開始剤、連鎖移動剤、中和剤、架橋剤等）の他の物質が含まれていてもよい。ただし、前記水溶液の水以外の成分のうち、前記ポリマーが占める割合は、９５質量％以上であることが好ましく、より好ましくは９８質量％以上、さらに好ましくは１００質量％以上である。

（固有粘度）
前記ポリマーは、１Ｎ硝酸ナトリウム水溶液における３０℃での固有粘度が１．１～５．０ｄＬ／ｇであり、好ましくは１．２～４．８ｄＬ／ｇであり、より好ましくは１．３～４．５ｄＬ／ｇである。

固有粘度は［η］で表され、下記のHugginsの式を用いて算出された値とする。
Hugginsの式： η_SP／Ｃ＝［η］＋ｋ’［η］²Ｃ
上記式において、η_SP：比粘度（＝η_rel－１）、ｋ’：Huggins定数、Ｃ：ポリマー溶液濃度、η_rel：相対粘度を表す。
異なる濃度のポリマー溶液を調製し、各濃度の溶液に対して比粘度η_SPを求めて、η_SP／Ｃ対Ｃの関係をプロットし、Ｃを０に外挿した切片の値が固有粘度（［η］）である。

固有粘度は、分子量の指標ともなり、ポリマーの分子量が小さいほど、固有粘度が低い傾向にある。ただし、固有粘度は、ポリマーの重合条件やアニオン度等による影響も受けるため、必ずしも分子量の大小に対応するとは限らない。
なお、前記固有粘度の調整は、前記ポリマーを合成する際の反応温度、反応系のモノマー濃度、重合開始剤の種類や濃度、連鎖移動剤の濃度等を調整することにより行うことができる。一般的に、反応温度を高く、また、反応系のモノマー濃度を小さく、また、重合開始剤の濃度を大きく、また、連鎖移動剤の濃度を大きくすると、前記固有粘度が低くなる傾向にある。

本発明の掘削添加材は、上述したモノマー成分を構成単位とするポリマーであり、特定の固有粘度を有するものを用いる。
なお、本発明における固有粘度は、１Ｎ硝酸ナトリウム水溶液における３０℃での値であり、キャノンフェンスケ粘度計を用いて測定した値である。具体的には、下記実施例に示す方法により求められる。

前記ポリマーは、固有粘度が上記範囲内であることにより、掘削土砂に良好な塑性流動性を付与することができる。また、固有粘度が比較的低いことから、後述する粘土鉱物との混合性にも優れ、粘土鉱物と併用して掘削土砂に添加する場合も、前記掘削添加材の添加量の多少の変動によって掘削土砂に付与する塑性流動性に大きな変化を及ぼすことなく、安定的に良好な塑性流動性を付与することができる。

［泥土圧シールド工法］
本発明の泥土圧シールド工法は、前記掘削添加材を掘削土砂に添加して、前記掘削土砂を泥土とするものである。掘削添加材として、本発明の掘削添加材を用いること以外は、公知の泥土圧シールド工法と同様の作業にて行うことができる。
本発明の掘削添加材を用いて、掘削土砂処理を行うことにより、該掘削土砂に良好な塑性流動性を付与することができ、泥土を得る際の施工性が向上する。
なお、本発明で言う泥土とは、掘削土砂が掘削添加材で流動化処理されたものであり、塑性流動性を有しているものを指す。

本発明の適用対象の掘削土砂は、通常の泥土圧シールド工法を適用することができる土質であれば、特に限定されるものではない。例えば、砂質シルト・粘土、砂質ローム・粘土、砂質土、砂礫土等が挙げられる。前記掘削添加材は、このような土質の掘削土砂に対して、良好な塑性流動性を付与して、泥土圧シールド工法の施工性を向上させることができる。

前記掘削添加材は、該掘削添加材のみを掘削土砂に添加して使用することもでき、また、スメクタイト及びベントナイトから選ばれる１種以上の粘土鉱物と併用して添加することもできる。これらの粘土鉱物は、その膨潤性及び粘性等の特性により、掘削土砂に不透水性を付与し、前記掘削添加材と併用することにより、泥土のブリーディングの抑制等、泥土圧シールド工法の施工性をより向上させることができる。

前記掘削添加材を前記粘土鉱物と併用する場合、例えば、前記粘土鉱物１～２０質量％を含む粘土鉱物含有水１００質量部に、前記掘削添加材が純分濃度で０．００１～１質量部、好ましくは０．００５～０．５質量部、より好ましくは０．０１～０．１質量部配合されたもの（調製掘削添加材）を、掘削土砂に添加するようにしてもよい。

前記粘土鉱物としては、スメクタイト及びベントナイトが挙げられ、これらのうちの１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。スメクタイトとしては、例えば、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、スチーブンサイト等が挙げられる。また、ベントナイトは、前記スメクタイトに含まれるモンモリロナイトを主成分とする粘土の総称であり、石英、クリストバライト、長石、カルサイト等の副成分を含むものである。

本発明の泥土圧シールド工法においては、掘削土砂に、前記掘削添加材を添加するとともに、他の添加材が添加されてもよい。前記掘削添加材と前記添加材は、現場施工の効率化の観点から、掘削土砂に添加される前に、予め混合しておいてもよい。

前記他の添加材としては、例えば、界面活性剤、増粘剤、吸水性樹脂、分散剤等が挙げられる。これらの添加材は、必要に応じて、前記掘削添加材の作用効果を妨げない範囲内において添加することができる。これらのうち、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。なお、下記に示す各種添加材の具体例においては、各化合物が有する種々の特性から、種類の異なる添加材の間で重複して挙げられているものもある。
前記添加材のそれぞれの添加量は、添加する掘削土砂の種類にもよるが、前記掘削添加材１００質量部に対して５～２０００質量部であることが好ましく、より好ましくは１０～１０００質量部、さらに好ましくは２０～５００質量部である。

前記泥土圧シールド工法においては、例えば、前記掘削添加材と、起泡剤として界面活性剤とを併用して添加してもよい。前記掘削添加材は、界面活性剤による起泡性を妨げることなく、界面活性剤と併用することができる。すなわち、前記掘削添加材は、泥土圧シールド工法のうちの気泡シールド工法にも好適に適用することができる。なお、前記掘削添加材を界面活性剤と併用する場合、さらに、起泡安定化剤として増粘剤も添加しても、起泡性を妨げることはない。

前記界面活性剤は、泥土圧シールド工法においては、起泡剤として添加され、アニオン性である前記掘削添加材の凝集防止の観点から、アニオン系界面活性剤を用いることが好ましい。前記界面活性剤としては、例えば、ポリオキエチレンオクチルフェノール、ポリオキシプロピレンステアレート、ソルビタンモノラウレート、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α－オレフィンスルホン酸塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルエーテルカルボン酸塩、α－スルホ脂肪酸メチルエステル塩、アシル－Ｎ－メチルタウリン塩等が挙げられる。

前記増粘剤は、前記界面活性剤（起泡剤）と併用される場合は、気泡シールド工法における気泡安定化剤として添加される。前記増粘剤としては、例えば、ポリアクリル酸（塩）、ポリアクリルアミド、アクリル酸（塩）－アクリルアミド共重合体架橋物；メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、グアーガム、キサンタンガム、デンプングリコール酸、デンプンリン酸エステル、アルギン酸、アルギン酸プロピレングリコールエステル、及びこれらの塩等が挙げられる。

前記吸水性樹脂としては、例えば、架橋ポリアクリル酸（塩）、架橋ポリアクリルアミド、アクリル酸（塩）－アクリルアミド共重合体架橋物、スチレン－無水マレイン酸（塩）共重合体架橋物、イソブチレン－無水マレイン酸（塩）共重合体架橋物、ポリスルホン酸（塩）、デンプン－アクリル酸グラフト重合体、ビニルアルコール－アクリル酸（塩）共重合体、ポリエチレングリコール－アクリル酸（塩）共重合体、ポリエチレンオキシド、架橋ポリアスパラギン酸（塩）、ポリグルタミン酸（塩）、ポリアルギン酸（塩）等が挙げられる。

前記分散剤としては、ポリアクリル酸（塩）、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、スチレン－無水マレイン酸（塩）共重合体、オレフィン－無水マレイン酸（塩）共重合体、ポリアクリル酸（塩）－ポリアクリルアミド共重合体、ポリスチレンスルホン酸（塩）共重合体、アルギン酸（塩）等が挙げられる。

以下、実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。
［掘削添加材試料の準備］
下記表１に示す実施例及び比較例の各掘削添加材試料を準備した。前記掘削添加材試料は、いずれも、アクリルアミド－アクリル酸ナトリウム共重合体である。なお、Ｗ／Ｏエマルション（比較例３）の油相は、炭素水素系溶剤（鉱物油）である。
また、表１における固有粘度の測定方法は下記のとおりである。

（固有粘度の測定）
以下の手順にて、各掘削添加材試料の固有粘度を求めた。
〔１〕キャノンフェンスケ粘度計（株式会社草野化学製Ｎｏ．７５）５本をガラス器具用中性洗剤に１日以上浸漬後、脱イオン水で十分洗浄し、乾燥させた。
〔２〕各掘削添加材試料をポリマー純分換算で約０．３ｇ（例えば、純分濃度２０質量％の水溶液タイプ（実施例１）の場合は約１．５ｇ）となるように採取して精秤し、脱イオン水に、マグネティックスターラーにて５００ｒｐｍでの撹拌下で加え、２時間撹拌した後、１５～２４時間静置した。再び５００ｒｐｍで３０分間撹拌した後、ガラスフィルター３Ｇ２で全量ろ過し、０．２質量％ポリマー水溶液を調製した。
なお、Ｗ／Ｏエマルションタイプ（比較例３）は、大過剰のアセトンに添加して析出精製を行い、この析出物を真空乾燥して粉体として、固有粘度測定に供した。
〔３〕前記０．２質量％ポリマー水溶液５０ｍＬに２Ｎ硝酸ナトリウム水溶液５０ｍＬを加え、マグネティックスターラーにて５００ｒｐｍで２０分間撹拌した後、ポリマー濃度０．１質量％の１Ｎ硝酸ナトリウム水溶液を得た。これを１Ｎ硝酸ナトリウム水溶液で希釈して０．０２、０．０４、０．０６、０．０８、０．１質量％の５段階の濃度のポリマー試料溶液を調製した。なお、１Ｎ硝酸ナトリウム水溶液（１Ｎ－ＮａＮＯ₃）をブランク液とした。
〔４〕温度３０℃（±０．０２℃内）に調整した恒温水槽内に、前記粘度計５本を垂直に取り付けた。各粘度計にホールピペットにてブランク液１０ｍＬを入れた後、温度を一定にするために約３０分間静置した。その後、スポイト栓を用いて液を吸い上げ、自然落下させて、標線を通過する時間をストップウォッチで１／１００秒単位まで測定した。この測定を、各粘度計について５回繰り返し、平均値をブランク値ｔ₀とした。
〔５〕上記で調製した５段階の濃度のポリマー試料溶液各１０ｍＬを、ブランク液の測定を行った粘度計５本に入れ、温度を一定にするために約３０分間静置した。その後、ブランク液の測定と同様の操作を３回繰り返し、濃度ごとの通過時間の平均値を測定値ｔとした。
〔６〕上記のブランク値ｔ₀、測定値ｔ、及びポリマー試料溶液の濃度Ｃ［質量／体積％］（＝Ｃ［ｇ／ｄＬ］）から、相対粘度η_rel、比粘度η_SP、及び還元粘度η_SP／Ｃ［ｄＬ／ｇ］を下記の関係式にて求めた。
η_rel＝ｔ／ｔ₀
η_SP＝（ｔ－ｔ₀）／ｔ₀＝η_rel－１
これらの値から、上述したHugginsの式に基づく固有粘度の求め方に従って、各ポリマーの固有粘度（［η］）を算出した。

［掘削添加材試料の評価］
上記の各掘削添加材試料を用いて、以下に示す各種評価を行った。なお、各評価の結果は、掘削添加材試料のうちの代表例について示す。
（１）分離抵抗性
１００ｍＬガラス製サンプル瓶（胴内径４０ｍｍ）に、掘削添加材試料９０ｍＬを投入して密閉し、室温（２０～２５℃）にて静置した。３日、７日及び１４日経過後に固液分離の状態を観察し、分離が生じている場合は、液面と分離界面との距離を直線定規で測定した。
前記距離が長いほど、分離が進行していることを示している。

（２）ＣＯＤ
掘削添加材試料を水で任意に希釈した後、ＪＩＳ Ｋ ０１０２：２０１３の「１７．１００℃における過マンガン酸カリウムによる酸素消費量（ＣＯＤ_Ｍｎ）」に準拠して測定を行い、ＣＯＤを求めた。

下記表２に、分離抵抗性及びＣＯＤの評価結果を示す。

表２の評価結果に示したように、Ｗ／Ｏエマルションタイプ（比較例３）は、３日経過時点で分離界面が観察され、１４日経過後に底部に沈殿が生じていたが、撹拌により再分散させることは可能であった。これに対して、水溶液タイプ（実施例２）は、１４日経過後においても、分離界面や沈殿は観察されず、水溶液状態を保持していた。このことから、水溶液タイプは、保存安定性に優れていると言える。
また、Ｗ／Ｏエマルションタイプは有機溶剤を含むのに対して、水溶液タイプは溶媒が水であり、有機溶剤を含まないため、ＣＯＤがより低い値であった。このため、水溶液タイプの掘削添加材は、Ｗ／Ｏエマルションタイプに比べて、泥土や掘削残土のＣＯＤを抑制することができる。

（３）溶解速度
３００ｍＬビーカーにて、合計２００ｇとなるように、所定の添加濃度で掘削添加材試料を純水に添加した。この掘削添加材試料含有水を、直径１ｃｍ、長さ４ｃｍの円柱型のスターラーチップを用いて、マグネティックスターラーにて、１０００ｒｐｍで撹拌した。掘削添加材試料含有水の粘度がほぼ一定となった時間を溶解時間とした。
粘度は、Ｂ型回転粘度計（ブルックフィールドデジタル粘度計「ＬＶ ＤＶＥ」）で、スピンドルＳ６４、回転速度６ｒｐｍ、２５℃、１分間の条件で測定した（以下の粘度測定も同様。）。

下記表３に、各添加濃度における溶解時間を示す。溶解時間が短いほど、溶解速度が速いことを示している。
なお、表３において、粉末タイプ（比較例２）及びＷ／Ｏエマルションタイプ（比較例３）については、掘削添加材試料含有水が透明液体（水溶液）とならない場合であっても、粘度がほぼ一定となった時間を溶解時間として記載した。

表２の評価結果に示したように、粉末タイプ（比較例２）は、添加濃度０．２質量％でも、６０分の溶解時間を要し、添加濃度１質量％の場合は、ままこ（だま）が残留した。また、Ｗ／Ｏエマルションタイプ（比較例３）は、添加濃度１質量％以下では溶解時間は５分以内であったが、添加濃度２質量％では、均一な状態とすることは困難であり、餅状となった。
これに対して、水溶液タイプ（実施例２）は、添加濃度５０質量％でも、溶解時間は３０秒であり、溶解速度が速いことが確認された。このことから、水溶液タイプの掘削添加材は、水希釈の際の取り扱い性に優れていると言える。

（４）ベントナイト液との混合性
ベントナイト（「Ｔ－３」、株式会社立花マテリアル製）を、濃度８質量％となるように水道水に添加し、直径７５ｍｍのファンタービン型の撹拌羽根を用いて、８００ｒｐｍで３０分撹拌した後、一昼夜静置して、ベントナイト液を得た。
このベントナイト液５００ｍＬに、添加濃度０．１質量％で掘削添加材試料を添加し、前記撹拌羽根を用いて３００ｒｐｍで撹拌し、１０秒間撹拌する毎に、ベントナイト液の粘度を測定した。粘度がほぼ上限に達して、それ以上増加しなくなった時間（上限到達時間）をベントナイト液との混合所要時間とした。

下記表４に、各掘削添加材試料のベントナイト液との混合所要時間、上限粘度及び混合後の性状を示す。

表４の評価結果に示したように、水溶液タイプ（実施例１～３及び比較例１）は、ベントナイト液との混合所要時間が２０秒以内であった。また、所定範囲内の固有粘度であることにより（実施例１～３）、適度な粘性及び流動性を有し、取り扱い性に優れたゲル状の混合物が得られた。
一方、Ｗ／Ｏエマルションタイプ（比較例３）は、６０秒間以上撹拌しても、粘度が上昇し続け、ベントナイト液との混合物は、流動性のない餅状となった。

（５）砂質土の流動性
上記（４）の評価において、ベントナイトの濃度を１０質量％とし、それ以外は上記（４）と同様にしてベントナイト液を調製した。
このベントナイト液に、添加濃度０．４質量％で掘削添加材試料を添加し、ヘラを用いて３０秒間手撹拌して、混合液を調製した。
下記に示す砂質土５００ｍＬに、前記混合液１００ｍＬ（砂質土に対して２０体積％）添加し、ホバートミキサーを用いて、６０ｒｐｍで３０秒間撹拌後、天地返しを行い、再度、６０ｒｐｍで３０秒間撹拌し、処理土試料を得た。

使用した砂質土は、粒度組成が粒径２ｍｍ以上７５ｍｍ未満の礫分４質量部、粒径０．０７５ｍｍ以上２ｍｍ未満の砂分３２質量部、粒径０．００５ｍｍ以上０．０７５ｍｍ未満のシルト分３４質量部、及び粒径０．００５ｍｍ未満の粘土分３０質量部であった。また、含水比は４９％、かさ比重は１．９ｇ／ｃｍ³であった。
なお、土の各物性値は、粒度組成はＪＩＳ Ａ １２０４：２００９、含水比はＪＩＳ Ａ １２０３：２００９に準拠して測定した値である。かさ比重は１Ｌメスシリンダーに土を充填して、該土の質量を測定した後、前記メスシリンダーを３±０．５ｃｍの高さから１～２回／分で５回タッピングした後の体積を測定し、この体積及び質量から求めた値である（以下、同様。）。

得られた処理土試料について、以下の項目についての評価を行った。これらの評価結果を下記表５に示す。
（５－１）フロー値
モルタルフロー試験器を用いて、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５に準拠したフロー試験により、フロー値を測定した。フロー値が大きいほど、粘性が低いことを示している。本評価においては、フロー値が１４５～１９０ｍｍの範囲内であれば、適度な広がりであり、良好な粘性を有しているものと言える。
（５－２）塑性流動性
前記フロー試験時に、目視観察により、塑性流動性の有無を評価した。評価基準は、以下のとおりである。
○：水と土（泥）が分離することなく、一様に広がった。
×：水と土（泥）が分離し、水だけが広がった。
（５－３）ブリーディング水
１０ｃｍ×２０ｃｍのビニール袋に処理土試料５００ｇを入れ、室温（２５℃）で静置し、３時間後のブリーディング水の有無を確認した。ブリーディング水が確認された場合には、発生したブリーディング水をシリンジで吸い取り、ブリーディング水量を測定した。ブリーディング水量は０、すなわち、ブリーディング水は生じないことが好ましい。

（６）砂礫土の流動性
上記（５）と同様に濃度１０質量％のベントナイト液を調製した。
このベントナイト液に、添加濃度０．２質量％又は０．４質量％で掘削添加材試料を添加し、ヘラを用いて３０秒間手撹拌して、混合液を調製した。
下記に示す砂礫土５００ｍＬに、前記混合液１５０ｍＬ（砂礫土に対して３０体積％）添加し、ホバートミキサーを用いて、６０ｒｐｍで３０秒間撹拌後、天地返しを行い、再度、６０ｒｐｍで３０秒間撹拌し、処理土試料を得た。

使用した砂礫土は、かさ比重２．５ｇ／ｃｍ³、粒径２ｍｍ以上１０ｍｍ未満の礫５０質量部と、かさ比重１．８ｇ／ｃｍ³、粒度０．７４ｍｍ以上２ｍｍ未満の川砂５０重量部とを混合したものであり、含水比８％、かさ比重１．９ｇ／ｃｍ³であった。

得られた処理土試料について、上記（５）と同様にして、フロー値、塑性流動性及びブリーディング水量を評価した。これらの評価結果を下記表５に示す。

表５の評価結果に示したように、水溶液タイプ（実施例３）は、砂質土及び砂礫土のいずれにおいても、適度なフロー値が得られ、良好な粘性を付与し、また、塑性流動性を付与することも確認された。また、砂質土について、ブリーディング水の発生は認められなかった。水溶液タイプは、種々の土質に対して、幅広い添加濃度範囲で、良好な塑性流動性を付与する掘削土砂処理を行うことができると言える。
一方、Ｗ／Ｏエマルションタイプ（比較例３）は、砂質土の処理土試料については、適度なフロー値が得られるものの、処理土試料は固く、塑性流動性は付与されなかった。また、砂質土について、ブリーディング水の発生が確認された。砂礫土の処理土試料については、掘削添加材試料の添加濃度が０．４質量％では、フロー値が小さく、処理土試料は固く、塑性流動性は付与されなかった。比較例３の掘削添加材試料は、固有粘度が大きく、凝集作用が強く働いた結果、過剰添加となったものと考えられる。このため、Ｗ／Ｏエマルションタイプは、土質に応じて適切な添加量を求めて調整使用しなければならないと言える。

（７）界面活性剤との併用
水道水に、掘削添加材試料（実施例３）を添加濃度１．２質量％で添加し、増粘剤（気泡安定化剤）として「ＯＫ－２」（第一化成産業株式会社製、カルボキシメチルセルロース、粉体）を添加し、直径７５ｍｍのファンタービン型の撹拌羽根を用いて、５００ｒｐｍで十分に撹拌した。
次いで、界面活性剤（起泡剤）として「ＯＫ－１」（第一化成産業株式会社製、α－オレフィンスルホン酸ナトリウム、液体）を、添加濃度１質量％で添加し、この試料液を、前記撹拌羽根を用いて、１５００ｒｐｍで２分間撹拌して起泡試験を行った。
２Ｌポリ容器を用いて、前記試料液の撹拌後の体積（起泡体積）を測定し、起泡倍率を下記式により算出した。
起泡倍率［倍］ ＝起泡体積／起泡前の試料液の体積
比較参照のため、前記掘削添加材試料を添加しない場合についても、上記と同様の起泡試験を行った。

その結果、前記掘削添加材試料（実施例３）を添加した場合も、添加しない場合も、気泡倍率は４．５倍以上となり、前記掘削添加材試料は、界面活性剤とも問題なく併用できることが確認された。

（８）起泡液による砂質土の流動性
上記（７）の評価において調製した各試料液を起泡倍率４．５倍まで起泡させて、起泡液を作製した。
上記（５）で使用したのと同じ砂質土５００ｍＬに、前記起泡液７５ｍＬ（砂質土に対して１５体積％）添加し、ホバートミキサーを用いて、６０ｒｐｍで３０秒間撹拌後、天地返しを行い、再度、６０ｒｐｍで３０秒間撹拌し、処理土試料を得た。

得られた処理土試料について、上記（５）の評価と同様にして、フロー値、塑性流動性及びブリーディング水量を評価した。これらの評価結果を下記表７に示す。

（９）起泡液による砂礫土の流動性
上記（８）の評価で作製したのと同様の起泡液をそれぞれ作製した。
上記（６）で使用したのと同じ砂礫土を用いて、上記（８）の評価と同様にして、処理土試料を得た。

得られた処理土試料について、上記（５）の評価と同様にして、フロー値、塑性流動性及びブリーディング水量を評価した。これらの評価結果を下記表６に示す。

表６の評価結果に示したように、前記掘削添加材試料（実施例３）を用いた起泡液は、気泡安定化剤の添加の有無を問わず、砂質土及び砂礫土のいずれにおいても、良好な粘性及び塑性流動性を付与することが認められた。また、ブリーディング水の発生は認められなかった。

Claims (6)

1. 泥土圧シールド工法に適用される掘削添加材であって、（ａ）（メタ）アクリルアミドと、（ｂ）（メタ）アクリル酸及びその塩から選ばれる１種以上の化合物とをモノマー成分として含み、前記モノマー成分中の前記（ａ）及び前記（ｂ）の合計含有量が９８モル％以上であるポリマーを含む水溶液であり、前記ポリマー中のアニオン性モノマーの割合が２０～８５モル％であり、前記ポリマーの１Ｎ硝酸ナトリウム水溶液における３０℃での固有粘度が１．１～５．０ｄＬ／ｇである、掘削添加材。
2. 前記ポリマーを含む水溶液中の前記ポリマーの濃度が１～５０質量％である、請求項１に記載の掘削添加材。
3. 請求項１又は２に記載の掘削添加材を掘削土砂に添加して、前記掘削土砂を泥土とする、泥土圧シールド工法。
4. 前記掘削添加材と、スメクタイト及びベントナイトから選ばれる１種以上の粘土鉱物とを併用して添加する、請求項３に記載の泥土圧シールド工法。
5. 前記掘削添加材と、界面活性剤とを併用して添加する、請求項３又は４に記載の泥土圧シールド工法。
6. 前記掘削添加材と、界面活性剤と、気泡安定化剤とを併用して添加する、請求項３又は４に記載の泥土圧シールド工法。