JPH07305060A - 土圧式シールド工法用添加剤 - Google Patents

土圧式シールド工法用添加剤

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JPH07305060A
JPH07305060A JP6098488A JP9848894A JPH07305060A JP H07305060 A JPH07305060 A JP H07305060A JP 6098488 A JP6098488 A JP 6098488A JP 9848894 A JP9848894 A JP 9848894A JP H07305060 A JPH07305060 A JP H07305060A
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Takeshi Horikawa
武 堀河
Yoshihisa Sakane
義久 坂根
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  • Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 (a) 1%の水溶液の粘度が8000〜9500 cpsの
カルボキシメチルセルロースナトリウム又は1%の水溶
液の粘度が3500〜5000 cpsのヒドロキシエチルセルロー
スと、(b) ポリアクリル酸等の高吸水性樹脂と、水から
なる土圧式シールド工法用添加剤。 【効果】 少量の添加で掘削土砂に保水性と流動性を付
与できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特定粘度を有するセル
ロース誘導体と高吸水性樹脂を含有する土圧式シールド
工法用添加剤及びこれを用いた土圧式シールド工法に関
する。更に詳しくは、掘削土に止水性と潤滑性を与えて
良好な掘進を行なうことを可能とすると共に、ベルトコ
ンベヤー等によって排出された掘削残土に、ポンプ圧送
できるような保水性と流動性を付与できる土圧式シール
ド工法用添加剤及び土圧式シールド工法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】土圧式
シールド工法は水に溶解した粘稠な水溶液を配管を通し
てポンプによって切羽やチャンバー内に送入して掘削土
砂と混合し、チャンバー内に取り込んだ掘削土砂に止水
性と潤滑性を与えて切羽の安定を図りながら掘削を行な
うとともに、掘削土砂の排出をスムースに行なう工法で
ある。
【0003】土圧式シールド工法においては、使用する
添加剤の性状が非常に重要であり、止水性や潤滑性に乏
しい添加剤を使用すると地下水の噴発が生じたり、掘削
土の排出が困難となって掘削不能になることがしばしば
起こる。
【0004】従来、砂礫土の掘削に最も好ましい土圧式
シールド工法用添加剤の一つとして高吸水性樹脂があ
る。高吸水性樹脂とは、水と接触すると瞬時に吸水・膨
潤して水全体をゲル化させる性質をもった合成高分子
で、紙オムツ等に使用されている安全性の高い物質であ
る。高吸水性樹脂は少量水に添加すると水は直ちに不定
形ゲルとなる。この不定形ゲルは砂礫層等の掘削土に対
して優れた止水性と潤滑性を与えるために、海水や金属
塩を含まない通常の砂礫層の掘削には適した添加剤であ
る。しかし、高吸水性樹脂のみを含有している掘削土は
流動性に乏しくブリージングが大きいためにコンベア等
により排出された掘削残土をポンプによって坑外に圧送
することはできない。
【0005】更に高吸水性樹脂が一般的に持つ共通した
最も大きな問題点は、耐塩性に乏しいことである。即
ち、水を吸水してシャーベット状になった高吸水性樹脂
のゲルは海水やCa塩等の金属塩に遭遇すると直ちに解ゲ
ルして水を放出し、粘度を失って水に近い粘性となる。
そのために海底地盤や薬注等による改良地盤の掘削には
使用できないという欠点があった。また切羽やチャンバ
ー内に高吸水性樹脂の水溶液をポンプによって送入しよ
うとする場合、高吸水性樹脂の水溶液はシャーベット状
の不定形ゲルであるために流動性に乏しく従って配管内
の流動抵抗が大きく吐出圧力が異常に高いため、通常の
方法ではポンプによって長距離を送ることができないと
いう欠点がある。
【0006】そこで、切羽やチャンバー内へのポンプに
よる供給が容易で、掘削残土のポンプ圧送も可能であ
り、更に海底地盤や薬注等の改良地盤の掘削にも適した
新しい添加剤の開発が切望されている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、高吸水性樹脂の持つ優れ
た止水性と潤滑性を与えるという特徴を生かし、欠点で
ある流動性の不足や金属塩に弱いという欠点を補う添加
剤として、特定粘度範囲のカルボキシメチルセルロース
ナトリウム又は特定粘度範囲のヒドロキシエチルセルロ
ースを主体として、これに上記の高吸水性樹脂を併用す
ることにより、高吸水性樹脂の欠点を補うことができる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】すなわち本発明は、(a) 1%の水溶液の粘
度が8000〜9500 cpsのカルボキシメチルセルロースナト
リウム又は1%の水溶液の粘度が3500〜5000 cpsのヒド
ロキシエチルセルロース、(b) 高吸水性樹脂及び(c) 水
からなる土圧式シールド工法用添加剤を提供するもので
ある。
【0009】本発明では特定範囲の粘度を有する二種の
セルロース誘導体(a) が使用される。その一つであるカ
ルボキシメチルセルロースナトリウム(以下、CMCと
表記する)は、セルロースをカルボキシメチル化して得
られるアニオン性の水溶性高分子で水に溶解して粘稠液
となり、増粘性、乳化分散性、懸濁性、保護コロイド
性、接着性等を与える機能がある。CMCは食品、医薬
化粧品、建材、ボーリング用泥水、その他各方面に使用
されている安全性の高い物質である。CMC水溶液はC
MC分子と水との親和力が非常に強く、また、掘削土表
面に吸着して保護皮膜を形成する機能があると共に、高
吸水性樹脂のように海水やCa塩によって直ちに水を放出
するようなことはない。
【0010】本発明においては、CMCの中でも1%水
溶液が8000〜9500cps(25℃、B型粘度計No.4ローター、
60rpm)の粘度を示す非常に高粘度のものが使用される。
かかる粘度が8000cps 未満のCMCを高吸水性樹脂と併
用した添加剤は、水溶液の粘性が低く、掘削土砂の懸濁
保持性が小さく好ましくない。また前記の粘度が9500cp
s よりも大きいCMCは工業的に製造が困難であり、置
換度を上げることも困難である。本発明に用いられるこ
のような高粘度CMCの置換度は限定しないが、高い方
が耐塩性があり好ましい。置換度(D.S) としては、 0.8
〜1.2 の範囲が好ましい。
【0011】また、もう一方のセルロース誘導体である
ヒドロキシエチルセルロース(以下、HECと表記す
る)は、セルロースをヒドロキシエチル化して得られる
ノニオン性の水溶性高分子で、水に溶解して粘稠液とな
り、CMCと同様、増粘性等を与える機能がある。HE
Cも数多くの種類のものが知られているが、本発明にお
いて使用されるHECは1%の水溶液の粘度が3500〜50
00cps(25℃、B型粘度計No.4ローター、30rpm)の粘度を
示す高粘度のものが使用される。粘度が5000cpsを超え
るHECもまた工業的に製造が困難である。本発明では
高粘度のHECを用いることによりより耐塩性に優れた
添加剤を提供することができ、Mg塩、Ca塩を含む地山の
掘削に最適である。HECの置換度も限定されないが、
D.S が 1.0〜1.3 、M.S(モル置換度) が1.8 〜2.5 の範
囲が好ましい。
【0012】本発明に使用される高吸水性樹脂(b) は、
水と接触すると瞬時に吸水膨潤して水全体をゲル化させ
る性質をもった合成高分子で、紙オムツ等に使用されて
いる安全性の高い物質である。市販されている高吸水性
樹脂の種類には数多くのものがあり、いずれも使用する
ことができる。例えば、架橋ポリアクリル酸塩、酢酸ビ
ニル−アクリル酸エステル共重合体ケン化物、酢酸ビニ
ル−マレイン酸共重合体、イソブチレン−無水マレイン
酸メチル共重合体、ポリアクリルニトリル加水分解物、
澱粉−アクリロニトリル・グラフト重合体ケン化物、澱
粉−アクリル酸グラフト重合体、多糖類−アクリル酸グ
ラフト重合物、ポバール架橋物、ポリエステルオキサイ
ド架橋物等である。中でも、架橋ポリアクリル酸塩系の
もので、吸水量45〜60g/g、吸水速度30〜80秒のもの
が好適である。
【0013】本発明の土圧式シールド工法用添加剤は、
上記のような(a) 成分と(b) 成分に残部の水(c) を含む
ものである。(a) 成分と(b) 成分の重量比は、(a) /
(b) =60/40〜90/〜10が好ましく、特に80/20〜90/
〜10が好ましい。また、水の量は得られた水溶液が所望
の粘度となるように考慮して適宜決定すればよいが、水
溶液の粘度としては、1800〜2200cps(25℃、B型粘度計
ローターNo.4、60rpm)程度が好ましい。或いは、(a) 成
分と(b) 成分の 0.5〜1.0 %水溶液となるように水を添
加することもできる。
【0014】本発明の土圧式シールド工法用添加剤は、
好ましくは(a)成分と(b)成分の 0.5〜1.0 重量%水溶液
となっているものを、切刃及び/又は圧力チャンバー内
にて掘削土に添加して土圧式シールド工法に使用され
る。
【0015】
【実施例】以下実施例にて本発明を説明するが、本発明
はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0016】<掘削土砂の評価方法>掘削土砂のの流動
性の評価としてスランプ試験を、また掘削土を坑外に排
出するためのポンプ圧送の可能性をベーンせん断試験で
行なった。スランプ試験は、モルタル試験用スランプコ
ーン(上面内径5cm、底面内径10cm、高さ15cmの金属製
の切頭円錐形)を使用してスランプ値を測定した。すな
わち、スランプコーン中に測定しようとする試料を詰
め、コーンを静かに引き上げたときに低下する試料の高
さ(スランプ値)を測定した。スランプ値が大きいほど
流動性が大きい。
【0017】また、ベーンせん断試験は、一定の容器内
に試料土を入れ、モーターにより2cm径、4cm高さの羽
根を10度/分の速度で回転するもので、発生する最大回
転モーメントを羽根形状の諸数量で除してせん断強さが
求められ、この値が流動性の尺度となり、経日的変化か
ら添加剤の劣化、ブリージングを評価し、ポンプ圧送性
の評価が可能となる。
【0018】実施例1 1%水溶液の粘度が9500cps(25℃、B型粘度計No.4ロー
ター、60rpm)のCMC〔CMCダイセル<2280>,ダイ
セル化学工業 (株) 製〕を使用し、また、高吸水性樹脂
は架橋ポリアクリル酸塩系の「アラソーブ 100−A」
(荒川化学 (株)製・吸水量約50g/g、吸水速度約50
秒)を使用し、両者の混合割合をCMC/樹脂=80/20
(重量比)とし、その0.6 重量%濃度の水溶液(粘度19
00cps 、25℃、B型粘度計ローターNo.4、60rpm)を調製
した。この水溶液を、鬼怒川産川砂(含水率 6.9%) 1
m3に対して、0.4m3 添加混合して、掘削土砂を調製し
た。この掘削土砂は非常に粘稠で流動性に富み、スラン
プ値は12cmであった。また、ベーンせん断試験によるせ
ん断強度は1〜2gf/cm2 で、良好な流動性を示し、24
時間放置後のせん断強度も変化なく、ブリージングも認
められなかった。
【0019】実施例2 1%水溶液の粘度が4000cps(25℃、B型粘度計No.4ロー
ター、30rpm)のHEC〔HECダイセルSP−900 ,ダ
イセル化学工業 (株) 製〕を使用し、また、高吸水性樹
脂は架橋ポリアクリル酸塩系の「アラソーブ 100−A」
(荒川化学 (株) 製・吸水量約50g/g、吸水速度約50
秒)を使用し、両者の混合割合をHEC/樹脂=85/15
(重量比)とし、その0.8 重量%濃度の水溶液(粘度18
50cps 、25℃、B型粘度計ローターNo.4、60rpm)を調製
した。この水溶液を、鬼怒川産川砂(含水率 6.9%) 1
m3に対して、0.35m3添加混合して、掘削土砂を調製し
た。この掘削土砂は非常に粘稠で流動性に富み、スラン
プ値は11cmであった。また、ベーンせん断試験によるせ
ん断強度は1〜2gf/cm2 で、良好な流動性を示し、24
時間放置後のせん断強度も変化なく、ブリージングも認
められなかった。
【0020】比較例1 1%水溶液の粘度が3100cps(25℃、B型粘度計No.4ロー
ター、60rpm)のCMC〔CMCダイセル<2100>,ダイ
セル化学工業 (株) 製〕を使用し、また、高吸水性樹脂
は架橋ポリアクリル酸塩系の「アラソーブ 100−A」
(荒川化学 (株)製・吸水量約50g/g、吸水速度約50
秒)を使用し、両者の混合割合をCMC/樹脂=80/20
(重量比)とし、その0.6 重量%濃度の水溶液(粘度 9
80cps 、25℃、B型粘度計ローターNo.4、60rpm)
を調製した。この水溶液を、鬼怒川産川砂(含水率 6.9
%) 1m3に対して、0.4m3 添加混合して、掘削土砂を調
製した。しかし、このような低粘度のCMCを用いた場
合は川砂の懸垂能力が小さく、攪拌を停めると直ぐにブ
リージングが起こって川砂が分離沈降するために排出が
困難となり、またベーン剪断試験も不可能であった。
【0021】比較例2 1%水溶液の粘度が1800cps(25℃、B型粘度計No.4ロー
ター、30rpm)のHEC〔HECダイセルSP−800 ,ダ
イセル化学工業 (株) 製〕を使用し、また、高吸水性樹
脂は架橋ポリアクリル酸塩系の「アラソーブ 100−A」
(荒川化学 (株) 製・吸水量約50g/g、吸水速度約50
秒)を使用し、両者の混合割合をHEC/樹脂=85/15
(重量比)とし、その0.8 重量%濃度の水溶液(粘度 8
00cps 、25℃、B型粘度計ローターNo.4、60rpm)を調製
した。この水溶液を、鬼怒川産川砂(含水率 6.9%) 1
m3に対して、0.35m3添加混合して、掘削土砂を調製し
た。しかし、このような低粘度のHECを用いた場合
も、攪拌を停めると直ぐにブリージングが起こって川砂
が分離沈降するために排出が困難となり、またベーン剪
断試験も不可能であった。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a) 1%の水溶液の粘度が8000〜9500 c
    psのカルボキシメチルセルロースナトリウム又は1%の
    水溶液の粘度が3500〜5000 cpsのヒドロキシエチルセル
    ロース、(b) 高吸水性樹脂及び(c) 水からなる土圧式シ
    ールド工法用添加剤。
  2. 【請求項2】 (a) 成分と(b) 成分の重量比が、(a) /
    (b) =60/40〜90/〜10である請求項1記載の土圧式シ
    ールド工法用添加剤。
  3. 【請求項3】 (a) 成分と(b) 成分の合計量が、(a) 成
    分と(b) 成分と(c)成分の合計量に対して0.5 〜1.0 重
    量%である請求項1又は2記載の土圧式シールド工法用
    添加剤。
  4. 【請求項4】 請求項1〜4の何れか1項記載の土圧式
    シールド工法用添加剤を、切刃及び/又は圧力チャンバ
    ー内にて掘削土に添加することを特徴とする土圧式シー
    ルド工法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000220377A (ja) * 1999-02-02 2000-08-08 Penta Ocean Constr Co Ltd 泥土圧式シールド工法排出土の再利用化方法
JP2002136587A (ja) * 2000-11-02 2002-05-14 Lion Corp 分散補助剤及び皮膚外用粘着剤組成物
JP2021116529A (ja) * 2020-01-22 2021-08-10 鹿島建設株式会社 土砂流動性判定方法

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JP2021116529A (ja) * 2020-01-22 2021-08-10 鹿島建設株式会社 土砂流動性判定方法

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