JPH02123187A - 横坑掘進工事添加材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、砂質あるいは砂礫のような地盤で、かつ、
特に湧水が多く、切羽により土砂などを掘削する横坑掘
進工事に用いられる添加材に関する。

（従来の技術） 一般に、泥土系シールド工法は、カッターチャンバーと
スクリューコンベアを設け、この系内の圧力を他山の土
圧および水圧にバランスさせ切羽の安定を図っている。

この泥土圧系シールド工法における掘進方法としては、
次の工程からなっている。

（Ａ）、カッターが回転して他山を切削しながらシール
ド掘進によってカッターチャンバー内部に土砂を取り込
み充填する工程。

（Ｂ）、添加材をカッターチャンバー内外に注入撹拌し
て掘削土を難透水性の塑性上化する工程。

（Ｃ）、カッターチャンバー内の塑性化された土砂は、
スクリューコンベアによって充填された状態で強制的に
排土する工程。

この方法で掘進を行なうとき、切羽からカッターフレー
ム内に取り込まれる土砂の量とスクリューコンベヤのゲ
ートから排出される土砂の量をバランスさせることによ
って、カッターチャンバーおよびスクリューコンベア内
に常に土砂を充填し、切羽地山の土圧および水圧に等し
い圧力を保つことができるのである。

この掘進を行なう際、従来使用されている添加祠として
は、ベントナイト、粘土および水の混合体を主体とした
ものや、高分子吸水樹脂などが知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述した従来技術の掘進方法においては、次
のごとき種々の問題点があった。

（１）、排土された掘削土がベントナイトを含有した汚
泥となるため産業廃棄物としての汚泥の扱いを受ける。

そのため、廃棄処理に困っていた。

（２）、ベントナイトは表面にマイナス電位を持ってい
るため、陽イオン交換能力が大きい。したがって、コン
クリート中のＣａ＋＋イオン、海水中のＮａ４イオンな
どの陽イオンがベントナイト粒子に吸着し凝集状態にな
り、沈澱物と上澄水に分離して粘性がなくなることから
、加泥材としての性質を失うことがある。

また、高吸水性樹脂も高分子電解質であり、水中で電離
し、カルボキシルイオン同士が反応し膨潤ｒることによ
り吸水力を発現するが、海水（Ｎａ“）、セメントアル
カリ液（Ｃａ−）中では陽イオンが樹脂表面に吸着して
、反発力が弱まる。その結果、高分子鎖の広がりが小さ
くなり、吸水力は著しく小さくなって、粘性がなくなる
ことから加泥材としての性質を失うことがある。

（３）、ベントナイト懸濁液は圧力がかかれば薄膜マッ
ドフィルムを構築するため、掘削上を改質することがで
きず、プラグゾーンがつくれない。このことから、地下
水圧、土質の変化への対応に限界があり、切羽崩壊やス
クリューコンベアにおけるゲートから地下水噴発が起こ
り掘進不能となったり、あるいは人身事故などが起こり
かねない。

（４）、掘削土が掘進機内部の隔壁に付着し成長する粘
着力の強い土質ではチャンバー内を閉塞してしまう。

この発明の目的は、上記問題点を改善するため、横坑掘
進工事において、添加材に吸水性能を持たせて地下水の
噴発に対処でき、地下水の電解質およびセメントなどの
裏込め材による劣化がなく、しかも掘削土が産業廃棄物
としての汚泥にならず取扱い易く、さらに掘削上との分
離をしに＜＜シた横坑掘進工事用添加材を提供すること
にある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は、横坑掘進工事
に用いられる添加材であって、この添加材を化学式Ｍｇ
５　Ｓｉｎ　０２０　　（ＯＨ）２　　（ＯＨ２）４　
・４Ｈ２０で示されるマグネシウムケイ酸塩を主成分と
した鎖状構造粘土と、水とを混合撹拌して高粘性液状物
になしたものである。

（作用） この発明の横坑掘進工事用添加材を採用することにより
、横坑掘進工事において、マグネシウムケイ酸塩を主成
分とＬ７た鎖状構造粘土と、水とを混合撹拌して得られ
た高粘性液状物を添加材として使用し、カッターチャン
バー内外に注入する。

そのことにより、添加材と掘削土の混合土がカッターチ
ャンバー内で体積変化し吸水される。

混合上に加圧を与えると、混合上は緻密になり、止水性
と、土庄および水圧の対抗力を増す。また添加材は高粘
性であるから、土砂と添加材とが分離しにくくなる。さ
らに、掘進機のバルクヘッドとスクリューコンベアとの
境界面に水膜ができ、ベアリング効果により消費動力も
少なく、混合上の排出が容易となる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を詳細に説明する。

まず、この発明の添加材としては化学式がＭｇｓ　５ｉ
８０２　ｏ　　（ＯＨ）２　　（ＯＨ２）４　　・４Ｈ
２０からなる粉状のマグネシウムケイ酸塩を主成分とし
た鎖状構造粘土と、例えば水道水などの水とを例えば高
速せん断ミキサーに入れる。このミキサーを例えば１０
００ｒ、ｐ、ｔａ以上の回転数で１０分程度回転させる
ことによって、鎖状構造粘土と水とが混合撹拌されて高
粘性液状物としての添加材が得られる。

この本添加材の濃度、撹拌回転数による粘度の特性を測
定した結果が第１図に示されている。第１図において、
曲線Ａ、Ｂがこの本添加材で、曲線Ａは撹拌回転数４２
０Ｏｒ、ｐ、慣１曲線Ｂは撹拌回転数３０００ｒ、ｐ、
ｍによる濃度と粘度の関係を示したグラフである。曲線
Ｃは比較例としての従来のベントナイトによる添加材を
撹拌回転数４２００ｒ、ｐ、Ｉｌｌで濃度と粘度の関係
を示したグラフである。

なお、測定に使用された粘度計はすでによく知られてい
るＢ型粘度計であるから、このＢ型粘度計の構造並びに
測定方法については省略する。

第１図から判るように、例えば５〜２０％の各濃度範囲
において、従来のベントナイトによる添加材の粘度に対
して、この本添加材の粘度は数倍高粘度であることがわ
かる。しかも、この本添加材は濃度、せん断力の強さに
比例するが、強力なせん断力を与えることにより少量の
添加量で高い粘性が得られる。

また、こうして得られた本添加材の特性を調べてみると
、本添加材は従来のベントナイトのように水和、膨潤し
ないが、針状粒子が積み重なって、丁度枝、葉の茂った
樹木のようなランダムの構造となっているため、地下水
によって希釈されず、水を抱え込む機能が優れていると
同時に大きな表面積を有しているから安定した懸濁液と
なる。

本添加材を添加して排出される混合土と、従来のベント
ナイトによる添加材を添加して排出される混合土をそれ
ぞれプレスマシンなどにて加圧脱水して固めたものを、
第２図の（Ａ）、（Ｂ）に示すごとく容器に入れる。そ
して、例えば４８時間後の状態を観察してみると、第３
図の（Ａ）。

（Ｂ）に示したごとき状態となった。

すなわち、本添加材を注入した混合土は、第２図の（Ａ
）から第３図の（Ａ）の状態となり、４８時間経過して
も外部からの高速せん断力を与えない限り再泥化しない
。これに対して、従来のベントナイトによる添加材を注
入した混合上は、第２図の（Ｂ）から第３図の（Ｂ）の
状態となり、４８時間経過後には水分を吸収し汚泥の状
態となってしまう。したがって、従来のベントナイトに
よる添加材は吸水して再泥化するが、本添加材は自然に
投棄された状態では再泥化しないから、産業廃棄物中の
汚泥の扱いを受けないことになる。

面し一〇１本添加材を含有した汚泥は廃棄処理としての
取扱いが容易であるという効果を保有することになる。

第４図には例えば家庭用ミキサー内に清水と鎖状構造粘
土、海水と鎖状構造粘土を入れて例えば４０００ｒ、ｐ
、ｍで１０分程度混合撹拌して高粘性液状物とした場合
における濃度と粘性（ＦＶ）との関係におけるグラフが
示されている。第４図において、曲線りが清水１曲線Ｅ
が海水の場合であって、清水、海水のいずれの場合にお
いて、それほどの変化がないことを示している。すなわ
ち、海水は清水と同じような効果を保有していることが
判り、本添加材は耐塩水性に優れていることが判る。

第５図には本添加材と従来のベントナイトによる添加材
における清水と海水の粘性比較図が示されている。第５
図において、−夜後のデータをみてみると、従来のベン
トナイトによる添加材は泥漿６００　ｃｃ中２００ｃｃ
の水が分離してしまうのに対し、本添加材は調整直後の
ものとそれほど変化しないことがわかる。したがって、
従来のベントナイトによる添加材は海水中の電解質の影
響を受けやすいのに比べて、本添加材は影響を受けない
という性質を保有することになる。

また、第６図には、例えば家庭用ミキサー内に清水と鎖
状構造粘土、セメントアルカリ液と鎖状構造粘土を入れ
て例えば４０００ｒ、ｐ、　Ｉｌｌで１０分程度混合撹
拌して高粘性液状物とした場合における濃度と粘性（Ｆ
Ｖ）との関係におけるグラフが示されている。第６図に
おいて、曲線りが清水１曲線Ｆがセメントアルカリ液の
場合であって、清水、セメントアルカリ液のいずれの場
合においても、それほどの変化がないことを示している
。

すなわち、セメントアルカリ液は清水と同じような効果
を保有していることが判り、本添加材は耐アルカリ性に
優れていることが判る。

而して、第４図〜第６図から理解されるように、地下水
の電解質および裏込め材により劣化することなく化学的
に安定である。

また、流入する地下水は、本添加材と掘削上の混合土の
カッターチャンバー内での体積変化にょり吸水できる。

すなわち、加圧すれば（推力をかければ）混合土は緻密
になり、止水性と土庄および水圧の対抗力を増し、急激
な地盤条件の変化にも対応でき、地盤条件の適応範囲が
広くなる。

次に、本添加材を使用して実際に横坑掘削工事を行なう
例について説明する。

第７図を参照するに、土庄系掘進機１におけるシールド
本体３の前側には複数のカッタービット５を備えた円板
状のカッターディスク７が回転自在に設けられている。

このカッターディスク７の軸心部にはシャフト９が前後
方向（第７図において左右方向）に延伸して設けられて
おり、このシャフト９の後部側にはギヤ１１．ピニオン
ギヤ１゜３を介して駆動モータ１５が取付けられている
。

前記カッターディスク７の後方内にはカッターチャンバ
ー１７が設けられていると共に、カッターチャンバー１
７の下部後方には回転自在なスクリュ１つを備えたスク
リューコンベア２】が設けられている。

スクリューコンベア２１の後部はプラグゾーン２３とな
っており、さらにスクリューコンベア２１の後端部には
開閉自在なスライドゲート２５が設けられている。しか
も、スクリューコンベア２１の後部側には前記スクリュ
１９を回転せしめる駆動モータ２７が取付けられている
。

前記カッターチャンバー１７の後壁、シャフト９の軸心
部およびスクリューコンベア２１の外壁には、それぞれ
本添加材を注入する注入パイプ２９．３１．３３が設け
られている。また、カッターチャンバー１７およびシャ
フト９の先端にはそれぞれ本添加材が吐出される吐出口
３５．３７が設けられている。

上記構成により、カッターチャンバー１７．地山および
スクリューコンベア２１内へ注入パイプ２９．３１．３
３より添加材を注入しつつ、駆動モータ１５を駆動して
、ピニオン１３．ギヤ］１を介してカッターディスク７
を回転させることにより、カッタービット５で順次掘削
する。

この掘削に際して、添加材としてマグネシウムケイ酸塩
を主成分とした鎖状構造粘土と、水とを混合撹拌した高
粘性液状物を使用する。この鎖状構造粘土を例えば１ｒ
Ｒ３に対して１１１ｋｇ程度（９０：１０）混入して高
速せん断ミキサーで数分例えば１０分程度撹拌すると、
第１図から判るように５’０００　Ｃ１）の高粘性液状
物となり、この高粘性液状物を図示省略の注入ポンプに
て注入パイプ２９，３１．３３から注入する。

このよう°にして、本添加材をカッターチャンバ１７、
地山、スクリューコンベア２１内に注入した状態でカッ
ターディスク７を回転させつつ、カッタービット５で掘
削を行なうと、掘削土砂と本添加材とが混合撹拌される
と共に、加圧されることにより、土の隙間水を吸収する
。

而して、切羽の水を吸収することによって、切羽からの
出水を止め、また、掘削された土と鎖状構造粘土とが混
合されて、駆動モータ２７により回転されているスクリ
ュ１９によりスクリューコンベア２１を通り、プラグゾ
ーン２３で充填されながら、スライドゲート２５より排
出されることになる。この場合、鎖状構造粘土のベアリ
ング効果によって排出され易くなった状態で排出される
。

なお、この発明は前述した実施例に限定されることなく
、適宜の変更を行なうことにより、その他の態様で実施
し得るものである。

［発明の効果］ 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、この
発明によれば、本添加材は吸水性能を有することから地
下水の噴発や切羽崩壊を起こすことがなくなる。また、
地下水の電解質および裏込め材にる劣化がなくなり、さ
らに混練された掘削土が産業廃棄物中の汚泥とならない
から、廃棄処理としての取扱いが容易である。

本添加材は高粘性であるから、掘削土と添加材の分離が
しにくいため、掘削性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本添加材と従来の添加材とを比較した濃度と粘
度の関係を示したグラフ、第２図（Ａ）。 （Ｂ）および第３図（Ａ）、（Ｂ）は本添加材。 従来の添加材と、排出される混合土とを固めて再び水に
浸漬して再泥化の有無を観察した図、第４図は本添加材
における清水と鎖状構造粘土、海水と鎖状構造粘土を混
合撹拌した場合における濃度と粘性（ＦＶ）との関係を
示したグラフ、第５図は本添加材と従来の添加材におけ
る清水と海水の粘性を比較した図、第６図は本添加材に
おける清水と鎖状構造粘土、セメントアルカリ液と鎖状
構造粘土を混合撹拌した場合における濃度と粘性（ＦＶ
）との関係を示したグラフ、第７図は本添加材を使用し
て横坑掘進工事を行なう土庄系シールド掘進機の概略を
示す縦断面図である。 ５・・・カッタービット　７・・・カッターディスク２
１・・・スクリューコンベア ２５・・・スライドゲート ２９．３１．．３３・・・注入パイプ ３５．３７・・・吐出口 代理人　弁理士　　三　好　保　男 第２図（Ａ） 第 ３図（Ａ） 第２図（Ｂ） 第３図（Ｂ） ５・・・カッタービット　７・・・カッタープ１２１・
・・スクリューコンヘア ２５・・・スライドゲート ２９．３１．３３・・・注入ノくイブ ３５．３７・・・吐出口 ｆスフ 濃度による粘度の変化 粘度 （ＣＰ） 第 図 真水による粘性（トｖ）の変化 ＦＶ 濃度 （１，ｌＴ！１ 第４図 第５図 ａｒ！１ （−丁Ｘ） 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　横坑掘進工事に用いられる添加材であって、この添加
   材を化学式Ｍｇ＿５Ｓｉ＿８Ｏ＿２＿０（ＯＨ）＿２（
   ＯＨ＿２）＿４・４Ｈ＿２Ｏで示されるマグネシウムケ
   イ酸塩を主成分とした鎖状構造粘土と、水とを混合撹拌
   して高粘性液状物になしたことを特徴とする横坑掘進工
   事用添加材。