裏込注入材および裏込注入方法
【課題】安価かつ良質な裏込注入材およびこの裏込注入材を利用した裏込注入方法を提案する。
【解決手段】最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の掘削泥岩を含み、液比重が１．４〜１．６の範囲内となるように調整されたＡ液に、セメントと水と安定剤とにより、セメント量が１４０〜２００ｋｇ／ｍ３の範囲内となるように配合されたセメントミルク（Ｃ液）を混合して得られた混合液と、珪酸を含有する溶液（Ｂ液）と、を１．５ショット方式で注入する裏込注入方法。
【解決手段】最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の掘削泥岩を含み、液比重が１．４〜１．６の範囲内となるように調整されたＡ液に、セメントと水と安定剤とにより、セメント量が１４０〜２００ｋｇ／ｍ３の範囲内となるように配合されたセメントミルク（Ｃ液）を混合して得られた混合液と、珪酸を含有する溶液（Ｂ液）と、を１．５ショット方式で注入する裏込注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法等において使用される裏込注入材およびこの裏込注入材を利用した裏込注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シールドトンネルは長距離大断面化の傾向にある。掘削断面の大断面化により、掘削土砂が大量に発生するため、大量の掘削土砂の改質処理費、残土処分費など、残土処理に要する費用も増大し、トンネル工事全体に占める割合が大きくなっている。また、大量に発生する残土を処分する用地を確保することも困難になっている。
【０００３】
特許文献１に示すように、従来、余剰泥水や掘削土砂を、溶解、液状化させた後、裏込注入材として使用する場合があった。このように、シールドトンネル工事により発生する残土や余剰泥水を、建設材料として使用すれば、産業廃棄物の量を減らすことが可能となるため、処理費用等を削減することで建設コストを削減するとともに、処分場への投棄量を削減することで環境保全の面でも優れている。
【０００４】
なお、シールドトンネル工事における裏込注入材は、シールドマシンの掘削断面とセグメント等の覆工の外形との間に生じる隙間（テールボイド）に充填されるものであって、以下のような性状が求められている。
（１）最終強度として地山と同程度の強度を発現すること。
（２）空隙充填性が高いこと。
（３）材料のブリージングが少ないこと。
（４）固化後の止水性が高いこと。
（５）長距離圧送性が高いこと。
（６）適切な初期強度が得られること。
【０００５】
特許文献１に示す、従来の余剰泥水や掘削土砂を利用した裏込注入では、余剰泥水や掘削土砂を篩等にかけて粒度分を砂分以下とし、液比重１．３４程度となるように溶解させ、セメントと安定剤を混練したＡ液と、３号または４号珪酸（Ｂ液）とを１．５ショット方式で注入していた。なお、１．５ショット方式とは、それぞれ別々に混練した２種類の液体を、配管の途中で混合し、塑性ゲル化させた状態で注入する方法である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４７３９１号公報（［００１３］−［００２３］、図１−図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の余剰泥水や掘削土砂を利用した裏込注入材は、地山と同程度の強度を発現するために、ベントナイト２３ｋｇ／ｍ３、セメント２３０ｋｇ／ｍ３、安定剤１ｋｇ／ｍ３、凝結材８０Ｌ／ｍ３（１０４ｋｇ／ｍ３）を基本配合とし、２８日強度が２．０〜２．６Ｎ／ｍｍ２となるように構成されていた。このため、セメントの配合量が多く、コストが高くなるという問題点を有していた。
また、余剰泥水や掘削土砂を利用した裏込注入材は、比重調整が難しいため、発現強度にばらつきが生じるという問題点も有していた
【０００８】
さらに、近年、シールドトンネル工事は、大深度化傾向にある。従来、裏込注入材の強度を高めるには、セメントの配合量を増加させるのが一般的であったため、このような、強度の高い大深度の地山と同程度の強度を裏込注入材に発現させるには、コストがさらに上昇する傾向にあった。
【０００９】
本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、安価かつ良質な裏込注入材およびこの裏込注入材を利用した裏込注入方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題を解決するために、本発明の裏込注入材は、掘削泥岩塊を含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように作液された液体と、セメントミルクと、珪酸と、を混合してなることを特徴としている。
【００１１】
かかる裏込注入材は、掘削泥岩塊が骨材として働き、強度の発現に寄与するため、泥水を利用する従来の裏込注入材に比べて少ないセメント量で所望の強度を発現する。また、破砕された掘削泥岩塊を利用するため泥水を利用する従来の裏込注入材に比べて比重の調整がしやすく、強度にばらつきが生じることがなく、良質な裏込注入材を提供することが可能となる。また、当該裏込注入材は、泥岩塊を使用していることにより、液比重に多少のばらつきがあっても、所望の強度を発現させることができる。さらに、掘削泥岩塊を有効に活用することで、掘削残土の搬出量を削減し、残土処分に要する費用が削減される。したがって、工事全体の費用の削減も可能となり、経済性に優れている。なお、掘削泥岩塊が、２０質量％以上、好ましくは２０〜６５質量％の範囲内であれば、液比重を１．３５〜１．６の範囲内に調整するのが容易となるため、好適である。
【００１２】
また、前記裏込注入材において、前記掘削泥岩塊として、最大粒径が０．０７５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、好ましくは０．０７５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内のものを使用すれば、比重調整が容易なため、良質な裏込注入材を提供することが可能となる。さらに、掘削泥岩塊の最小粒径が０．０７５ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上であれば、比重調整がより容易となるため、好適である。
【００１３】
また、前記裏込注入材において、セメント量が、１４０〜２００ｋｇ／ｍ３の範囲内であれば、セメント分が少なく、ゲルタイムの調整が容易となる。また、セメント分が従来の裏込注入材に比べて少ないため、強度発現が緩やかとなり、大断面シールドのテールボイドにおいても、十分に充填することが可能である。
【００１４】
また、本発明の裏込注入方法は、掘削泥岩塊を含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように調整されたＡ液にセメントミルクを混合して得られた混合液と、珪酸を含有する溶液と、を１．５ショット方式で注入することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の他の裏込め注入方法は、掘削泥岩塊を含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように調整されたＡ液に珪酸を添加して得られたＧ液と、セメントミルクと、を１．５ショット方式で注入することを特徴としている。
【００１６】
かかる裏込注入材は、掘削泥岩を利用するため、搬出される掘削残土を削減し、経済的に優れている。また、泥岩の一軸圧縮強度を利用して強度を発現するため、従来に比べて少ないセメント量で所望の強度を発現する。また、セメント分を削減することで、ゲルタイムの調整が容易となるとともに、強度発現が緩やかになるため、テールボイドへの充填性にも優れている。
【００１７】
なお、前記裏込注入方法における各作業工程を、トンネル内の切羽近傍において行えば、裏込注入材の圧送距離が短く、裏込注入材が高粘度であっても、注入が可能なため、好適である。また、掘削泥岩塊が、２０質量％以上、好ましくは２０〜６０質量％の範囲内であれば、液比重を１．３５〜１．６の範囲内に調整するのが容易となるため、好適である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、安価かつ良質な裏込注入材を提供することが可能となる。また、この裏込注入材を使用する裏込注入方法により、シールドトンネル工事全体の費用を削減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な第１の実施の形態について説明する。
ここで、図１は、第１の実施の形態に係る裏込注入方法を示す模式図である。
【００２０】
第１の実施形態では、泥土圧シールドにより大深度トンネルを施工する場合において、本発明の裏込注入材およびこの裏込注入材を利用した裏込注入方法について説明する。なお、当該トンネルは、一軸圧縮強度が１．５〜３．０Ｎ／ｍｍ２程度の土丹（泥岩）層を掘進するものとする。
【００２１】
第１の実施形態では、図１に示すように、シールドトンネルのテールボイド９に裏込注入材を注入することで、シールド掘削機Ｍによる掘削断面形状と、セグメント１０の外形との間に形成される隙間をなくし、トンネルの蛇行をなくすとともに地山の崩壊を抑止する。
【００２２】
裏込注入材は、シールドトンネルの掘進に伴い発生した掘削泥岩塊（土丹塊）を含む溶液（Ａ液）と、セメントと水と安定剤とからなるセメントミルク（Ｃ液）と、珪酸を含有する溶液（Ｂ液）と、を混合することにより構成されている。
【００２３】
Ａ液は、トンネルの掘進に伴い、切羽から搬出された掘削土砂（ペースト状のもの）と、掘削土砂に含まれる最大粒径が１０ｍｍ程度の土丹塊を利用し、土丹塊の混合量が２０質量％程度となるように加水調整することで得られる。Ａ液は、土丹塊を２０質量％程度含むことにより、液比重で１．３５〜１．６程度に構成されている。
なお、ペースト状の掘削土砂や土丹塊には、トンネル掘削に伴い混練された、気泡材あるいは分散剤または増粘材等の加泥材の効果が残っている。また、土丹塊として、最大粒径が１０ｍｍ程度のものを使用するものとしたが、土丹塊の粒径はこれに限定されるものではなく、最大粒径が０．０７５〜２０ｍｍの範囲内、好ましくは２〜１５ｍｍの範囲内、より好ましくは２〜１０ｍｍの範囲内で適宜設定すればよい。さらに、土丹塊の最小粒径を０．０７５ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上としてもよい。また、本実施形態では、土丹塊を２０質量％程度含むものとしたが、土丹塊の含有量は、液比重を１．３５〜１．６程度に生成することが可能であれば限定されるものではなく、好ましくは２０質量％以上、より好ましくは２０〜６０質量％の範囲内で適宜設定すればよい。
【００２４】
ここで、第１の実施形態に係るシールドトンネル施工において使用される加泥材は限定されないことはいうまでもない。例えば、ベントナイト、グアガム、ＣＭＣ、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、キサンタンガム、タラガム、ローストビンガム、アラビアガム、ヒドロキシプロピルメツルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、アタパルジャイト、セピオライト等が使用可能である。これらの加泥材は、セメントの影響を受けにくいものであって、セメントのＣａイオン、アルカリにより粘度低下がしにくく、ブリージング防止の効果を得ることが可能である。
【００２５】
Ｃ液（セメントミルク）は、セメントと水と安定剤とにより、セメント量が１４０〜２００ｋｇ／ｍ３の範囲内となるように配合されている。第１の実施形態では、安定剤として、主としてグルコン酸ソーダを使用し、１〜５ｋｇ／ｍ３の範囲内で添加するものとするが、安定剤の種類や配合量等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。また、第１の実施形態において使用されるセメントの種類は限定されるものではない。
【００２６】
第１の実施形態では、Ｂ液として、ＪＩＳ３号珪酸ソーダ（Ｎａ2Ｏ・３ＳｉＯ２ａｑ）、または、ＪＩＳ４号珪酸ソーダ（Ｎａ2Ｏ・ｎＳｉＯ２ｎＨ２Ｏ）を使用するものとする。Ｂ液は、裏込注入材全体に対して、７０〜１２０Ｌ／ｍ３（４９０．５３〜８４０．９２モル）の範囲内で添加するものとする。なお、Ｂ液として使用する珪酸は限定されるものではなく、適宜公知の材料から選定して使用すればよい。
ここで、３号珪酸ソーダ(８０％品)を使用した場合のＢ液７０Ｌ中のモル数は、
Ｎａ２Ｏ:１１８．６４ｍｏｌ＋ＳｉＯ２:３７１．８９ｍｏｌ＝４９０．５３ｍｏｌ
であり、Ｂ液１２０Ｌ中のモル数は、
Ｎａ２Ｏ:２０６．３９ｍｏｌ＋ＳｉＯ２:６３７．５３ｍｏｌ＝８４０．９２ｍｏｌ
である。
【００２７】
次に、第１の実施形態に係る裏込注入方法について、図１を参照して説明する。
【００２８】
第１の実施形態による裏込注入方法は、切羽から排出された掘削土砂と最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の掘削泥岩塊（土丹塊）を混合し、掘削泥岩を２０質量％以上含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように調整されたＡ液にセメントミルク（Ｃ液）を混合して得られた混合液と、珪酸を含有する溶液と、を１．５ショット方式で注入することにより行う。
【００２９】
土丹塊の抽出は、シールド掘削機Ｍ内あるいはトンネル坑内において、シールド掘削機ＭのチャンバＭ３からスクリューコンベヤＭ４を介して搬出された掘削泥岩を、篩１等の分級機を介して、最大粒径１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の土丹塊とそれ以外のものとに分類する。そして、最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の土丹塊は、同じくチャンバＭ３から排出されたペースト状の掘削土砂とともに第一混合槽１１に投入され、それ以外の土丹塊は、ベルトコンベヤ等の搬送手段２を介してトンネルの坑外へと搬出される。なお、掘削泥岩が、大きな塊として搬出される場合には、掘削泥岩の最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）となるように、砕いてもよい。なお、図１において、符号Ｍ１は、それぞれ地山を切削するカッターヘッドであって、符号Ｍ２は、シールド掘削機Ｍのシールド部材である。
【００３０】
最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の土丹塊を含む掘削土砂が投入された第一混合槽１１には、水タンク３から水が土丹塊の混合量が２０質量％程度となるように加水調整される。そして、第１混合槽１１において土丹塊およびペースト状の掘削土砂と水とが混合されて、液比重で１．３５〜１．６程度のＡ液が生成される。なお、Ａ液の加水調整は、必要に応じて行えばよく、ペースト状の掘削土砂および土丹塊のみで所望の液比重からなるＡ液の生成が可能であれば、必ずしも加水する必要はない。
【００３１】
Ｃ液は、第二混合槽１２にセメントと水と安定剤とを投入し、混合することにより作液される。Ｃ液の作液のタイミングは限定されるものではなく、Ａ液の生成と同時でも、Ａ液の生成と前後してもよい。また、第二混合槽１２の設置箇所は限定されるものではなく、トンネルの坑外でも坑内であってもよい。ここで、Ｃ液のセメントと水との配合は限定されるものではないが、第１の実施形態ではセメント：水が２：１となるように、１ｍ３のＣ液中に約１２５５ｋｇのセメントを配合する。なお、図１における符号４および５は、それぞれセメント槽と安定剤槽である。また、水タンク３、セメント槽４、安定剤槽５の設置箇所は限定されるものではなく、トンネルの坑内、坑外を問わない。
【００３２】
Ａ液とＣ液との混合方法は、限定されるものではないが、第１の実施形態では、ラインミキサー６により混合する。Ａ液とＣ液は、それぞれ第一混合槽１１および第二混合槽１２からポンプＰを介してラインミキサー６に圧送されて、ラインミキサー６を流下することにより混合されながらグラウトホール７まで圧送される。なお、ラインミキサー６は、配管内を流下する流体を効率的に混合する部材であって、その構成等は限定されるものではない。ここで、本実施形態では、Ａ液とＣ液との混合液に対して、Ｃ液が１１０〜１７０Ｌ／ｍ３となるように混合することで、混合液のセメント量が１４０〜２００ｋｇ／ｍ３の範囲内に調整されている。なお、Ａ液とＣ液との割合（セメント量）は、これに限定されるものではない。
【００３３】
裏込注入材の注入は、グラウトホール７に圧送された混合液を、Ｂ液と１．５ショット方式で混合しながら行う。つまり、ラインミキサー６を経由して圧送された混合液は、グラウトホール７に設置された混合ノズル８を介して、第三混合槽１３から圧送されたＢ液を、１．５ショット方式で混合しつつ、テールボイド９へと注入される。また、混合液とＢ液のテールボイド９への注入は、１．５ショット方式によるグラウトホール７からの同時注入方式や、即時注入方式により行ってもよい。また、同時注入装置を介して、１．５ショット方式にて注入してもよい。
【００３４】
裏込注入材は、Ｂ液が１．５ショット方式で混合されることにより、必要な可塑性とゲルタイムを確保した状態で、テールボイド９に注入される。したがって、大断面トンネルのテールボイド９に関しても、十分に充填することを可能としている。なお、１．５ショット方式とは、主材（Ａ液とＣ液の混合液）と硬化材等（Ｂ液）をそれぞれ別々の容器で練り混ぜ、注入頭部で両液を混合し先端より注入する方式である。
【００３５】
第１の実施形態に係る裏込注入材およびこれを利用した裏込注入方法によれば、一軸圧縮強度が１．５〜３．０Ｎ／ｍｍ２程度の掘削泥岩塊（土丹塊）が骨材として働くため、従来の泥水を利用した裏込注入材と比較して、初期強度から最終強度まで高い強度を発現する。また、掘削泥岩塊（土丹塊）として、最大粒径が０．０７５〜２０ｍｍ程度のものを使用するため、比重の調整が容易である。
【００３６】
また、セメントの添加量が、従来の裏込注入材の場合の添加量の８５％程度で周辺地山と同等の強度を得ることができる。セメント量を削減することで、経済的に優れたものとなる。また、セメント量が少ないため、ゲルタイムの調整が容易で、かつ、強度発現が緩やかになる。故に、大断面のシールドトンネルのテールボイドへの充填を十分に行うことができる。
【００３７】
また、第１の実施形態に係る裏込注入材は、従来の裏込注入材と比較して珪酸の添加量が８０％程度であっても、十分な強度を発現する。そして、珪酸の添加量を削減することにより、ゲルタイムの調整が容易となる。そのため、大断面のシールドトンネルのテールボイドへの充填に対しても、十分に行うことが可能となる。なお、珪酸の実質の添加量は、４９０．５３〜８４０．９２モルの範囲で添加することで削減されるが、ゲルタイムの調整を目的として、Ｂ液の珪酸の濃度を調整することで、Ｂ液の添加量が増加する場合もある。
【００３８】
また、掘削泥岩塊を裏込注入材として使用することで、掘削残土を削減し、残土処分に要する費用を大幅に削減することが可能となる。
【００３９】
また、第１の実施形態に係る裏込注入方法は、トンネル坑内（シールド掘削機内）において生成した裏込注入材を打設するため、高粘度であってもグラウトホールまで圧送することを可能としている。
【００４０】
次に、本発明の好適な第２の実施の形態について、図２を参照して、説明する。ここで、図２は、第２の実施の形態に係る裏込注入方法を示す模式図である。
【００４１】
第２の実施形態では、前記第１の実施形態と同様に、泥土圧シールドにより大深度トンネルを施工する場合において、本発明の裏込注入材およびこの裏込注入材を利用した裏込注入方法について説明する。
【００４２】
第２の実施形態では、シールドトンネルのテールボイド９に裏込注入材を注入することで、シールド掘削機Ｍによる掘削断面形状と、セグメント１０の外形との間に形成される隙間をなくし、トンネルの蛇行をなくすとともに、地山の崩壊を抑止する。
【００４３】
裏込注入材は、シールドトンネルの掘進に伴い発生した掘削泥岩塊（土丹塊）を含むＡ液と、セメントミルクを主体とするＣ液と、珪酸を含有する溶液（Ｂ液）と、を混合することにより構成されている。
【００４４】
第２の実施形態で使用するＡ液、Ｃ液およびＢ液は、前記第１の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
【００４５】
第２の実施形態における裏込注入方法は、切羽から排出された掘削泥岩中から最大粒径１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の掘削泥岩塊を抽出する篩分け工程と、掘削泥岩塊を２０質量％以上含み、液比重が１．４〜１．６の範囲内となるようにＡ液を生成するＡ液生成工程と、このＡ液とＢ液とを混合してＧ液を生成するＧ液生成工程と、セメントと安定剤とを混合してＣ液を生成するＣ液生成工程と、Ｇ液とＣ液とを１．５ショット方式で注入する注入工程を含んでいる。
【００４６】
篩分け工程は、図２に示すように、シールド掘削機Ｍ内において、チャンバＭ３から搬出された掘削泥岩から、最大粒径１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の土丹塊を抽出する工程である。
【００４７】
チャンバＭ３からスクリューコンベヤＭ４を介して排出された掘削泥岩は、篩１を介して最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）のものとそれ以外のものとに分別される。そして、最大粒径１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の掘削泥岩塊は、同じくチャンバＭ３から排出されたペースト状の掘削土砂とともに第一混合槽１１に投入され、それ以外の掘削泥岩は、ベルトコンベヤ等からなる搬送手段２を介して坑外へと搬出される。なお、掘削泥岩が、大きな塊として搬出される場合には、掘削泥岩の最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）となるように、砕いてもよい。
【００４８】
Ａ液生成工程は、篩分け工程において土丹塊（最大粒径１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の掘削泥岩塊）を含む掘削土砂が投入された第一混合槽１１に、水タンク３の水を投入することで、土丹塊の混合量が２０質量％程度となるように加水調整をし、混合する工程である。これにより、液比重で１．４〜１．６程度のＡ液を生成される。なお、Ａ液の加水調整は、必要に応じて行えばよく、ペースト状の掘削土砂および土丹塊のみで所望の液比重からなるＡ液の生成が可能であれば、必ずしも加水する必要はない。また、第２の実施形態では、Ａ液の生成を、シールド掘削機Ｍ内またはトンネル坑内に配置された第一混合槽１１を利用して行うものとするが、トンネル坑外で生成してもよいことは言うまでもない。
【００４９】
Ｇ液生成工程は、Ａ液にＢ液を７０〜１２０Ｌ／ｍ３（４９０．５３〜８４０．９２モル）の範囲で添加することによりＧ液を生成する工程である。これにより、Ｇ液中の粘性が増加されて、土丹塊の沈降が防止される。
【００５０】
本実施形態では、Ａ液とＢ液との混合を、ラインミキサー６を介して行う。Ａ液とＢ液は、それぞれ第一混合槽１１および第三混合槽１３からポンプＰを介してラインミキサー６に圧送されて、ラインミキサー６を流下することにより混合されながらグラウトホール７まで圧送される。
Ａ液とＢ液との混合方法は、前記の方法に限定されるものではなく、この他、第一混合槽１１において生成されたＡ液を、他の混合槽に投入して、同じく他の混合槽に投入された珪酸（Ｂ液）と混合したり、Ａ液生成工程において使用した第一混合槽１１に直接珪酸（Ｂ液）を投入したりすることにより行ってもよい。
【００５１】
Ｃ液作液工程では、第二混合槽１２にセメントと水と安定剤とを投入し、混合することにより作液される。Ｃ液の作液のタイミングは、限定されるものではなく、後記する混合工程における、Ｇ液との混合のタイミングに応じて、生成すればよい。また、第二混合槽１２の設置箇所は限定されるものではなく、トンネルの坑外でも坑内であってもよい。なお、図２における符号３、４、５は、それぞれ水タンクとセメント槽と安定剤槽である。なお、水タンク３、セメント槽４、安定剤槽５の設置箇所は限定されるものではなく、トンネルの坑内、坑外を問わない。
【００５２】
注入工程では、グラウトホール７に圧送されたＧ液を、Ｃ液と１．５ショット方式で混合し、テールボイド９に裏込注入する工程である。ラインミキサー６を経由して圧送されたＧ液は、グラウトホール７に設置された混合ノズル８を介して、第二混合槽１２から圧送されたＣ液を、１．５ショット方式で混合しつつ、テールボイド９へと注入される。Ｇ液には、予め珪酸（Ｂ液）が混合されているため、裏込注入材は、必要な可塑性とゲルタイムを確保した状態で、テールボイド９に注入される。したがって、裏込注入材は、大断面トンネルのテールボイド９に関しても、十分に充填することが可能である。
【００５３】
以上、第２の実施形態による裏込注入方法によれば、前記第１の実施形態において示した作用効果が得られるとともに、珪酸（Ｂ液）を予めＡ液に混合しているため、珪酸の効果によりＧ液のブリージングが低減される。
【００５４】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記各実施形態では、泥土圧式シールドにおいて、本発明に係る裏込注入材を使用するものとしたが、これに限定されるものではなく、適宜公知のシールド工法の裏込注入材として使用することが可能である。
【００５５】
また、本発明に係る裏込注入材に、一軸圧縮強度の大きい砂や礫をさらに加えることで、最適な強度発現を期待する構成としてもよい。
【００５６】
また、前記各実施形態では、シールド掘削機内において、裏込注入材を生成し、注入するものとしたが、裏込注入材の生成箇所は限定されるものではない。例えば、シールド掘削機後方のトンネル坑内や、トンネル坑外において生成し、テールボイドへ圧送してもよい。
【００５７】
また、前記各実施形態では、本発明に係る裏込注入方法を利用して、泥岩層を削孔する場合について説明したが、本発明に係る裏込注入方法の適用可能な地山層は、泥岩層に限られないことは言うまでもない。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明に係る裏込注入材の実証実験結果について記載する。
本実証実験では、従来の泥水を利用した裏込注入材（比較例）と本発明に係る裏込注入材（ケース１〜ケース３）との発現強度の比較を行った。
【００５９】
本実証実験では、表１に示すように、粒径が０．０７５ｍｍ以下のベントナイトを使用した従来の可塑状グラウトを比較例とし、土砂（土丹塊：２．０ｍｍ以下）を利用して液比重が１．４程度に作液されたＡ液と、セメント量１８０ｋｇ／ｍ３のＣ液と、Ｂ液を混合して得られた供試体（ケース１）と、最大粒径が１０．０ｍｍ程度の土丹塊を利用して液比重が１．４程度に作液されたＡ液と、セメント量１８２ｋｇ／ｍ３のＣ液と、Ｂ液を混合して得られた供試体（ケース２）と、最大粒径が１５．０ｍｍ程度の土丹塊を利用して液比重が１．６程度に作液されたＡ液と、セメント量１６０ｋｇ／ｍ３のＣ液と、Ｂ液を混合して得られた供試体（ケース３）と、最大粒径が１５．０ｍｍ程度の土丹塊を利用して液比重が１．６程度に作液されたＡ液と、セメント量１４０ｋｇ／ｍ３のＣ液と、Ｂ液を混合して得られた供試体（ケース４）と、について、材令１時間、７日、２８日の一軸圧縮強度を測定し、比較を行った。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表２に示すように、１時間強度で比較すると、従来の裏込注入材（比較例）は、０．０４Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、本願発明に係る裏込注入材（ケース１〜４）は、いずれも０．０２Ｎ／ｍｍ２であった。つまり、本発明の裏込注入材によれば、セメント量が２３０ｋｇ／ｍ３である従来の裏込注入材（比較例）と比較して、６０〜８５％程度のセメント量（１４０〜１９０ｋｇ／ｍ３）により、同等の初期強度（１時間強度）を発現することが実証された。
【００６２】
また、表２に示すように、従来の裏込注入材（比較例）が材令２８日強度で２．４０Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、本願発明に係る裏込注入材（ケース１，２，３，４）がそれぞれ５．３９（ケース１）、４．４２（ケース２），３．６７（ケース３），２．８０（ケース４）Ｎ／ｍｍ２となった。したがって、本発明の裏込注入材によれば、従来の裏込注入材に添加したセメント量（２３０ｋｇ／ｍ３）の６０〜８５％程度のセメント量（１４０〜１９０ｋｇ／ｍ３）により、従来の裏込注入材と同等以上の強度を発現することが実証された。
【００６３】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１の実施の形態に係る裏込注入方法を示す模式図である。
【図２】第２の実施の形態に係る裏込注入方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 篩
６ ラインミキサー
７ グラウトホール
９ テールボイド
１０ セグメント
１１ 第一混合槽
１２ 第二混合槽
１３ 第三混合槽
１４ 第四混合槽
Ｍ シールド掘削機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法等において使用される裏込注入材およびこの裏込注入材を利用した裏込注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シールドトンネルは長距離大断面化の傾向にある。掘削断面の大断面化により、掘削土砂が大量に発生するため、大量の掘削土砂の改質処理費、残土処分費など、残土処理に要する費用も増大し、トンネル工事全体に占める割合が大きくなっている。また、大量に発生する残土を処分する用地を確保することも困難になっている。
【０００３】
特許文献１に示すように、従来、余剰泥水や掘削土砂を、溶解、液状化させた後、裏込注入材として使用する場合があった。このように、シールドトンネル工事により発生する残土や余剰泥水を、建設材料として使用すれば、産業廃棄物の量を減らすことが可能となるため、処理費用等を削減することで建設コストを削減するとともに、処分場への投棄量を削減することで環境保全の面でも優れている。
【０００４】
なお、シールドトンネル工事における裏込注入材は、シールドマシンの掘削断面とセグメント等の覆工の外形との間に生じる隙間（テールボイド）に充填されるものであって、以下のような性状が求められている。
（１）最終強度として地山と同程度の強度を発現すること。
（２）空隙充填性が高いこと。
（３）材料のブリージングが少ないこと。
（４）固化後の止水性が高いこと。
（５）長距離圧送性が高いこと。
（６）適切な初期強度が得られること。
【０００５】
特許文献１に示す、従来の余剰泥水や掘削土砂を利用した裏込注入では、余剰泥水や掘削土砂を篩等にかけて粒度分を砂分以下とし、液比重１．３４程度となるように溶解させ、セメントと安定剤を混練したＡ液と、３号または４号珪酸（Ｂ液）とを１．５ショット方式で注入していた。なお、１．５ショット方式とは、それぞれ別々に混練した２種類の液体を、配管の途中で混合し、塑性ゲル化させた状態で注入する方法である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４７３９１号公報（［００１３］−［００２３］、図１−図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の余剰泥水や掘削土砂を利用した裏込注入材は、地山と同程度の強度を発現するために、ベントナイト２３ｋｇ／ｍ３、セメント２３０ｋｇ／ｍ３、安定剤１ｋｇ／ｍ３、凝結材８０Ｌ／ｍ３（１０４ｋｇ／ｍ３）を基本配合とし、２８日強度が２．０〜２．６Ｎ／ｍｍ２となるように構成されていた。このため、セメントの配合量が多く、コストが高くなるという問題点を有していた。
また、余剰泥水や掘削土砂を利用した裏込注入材は、比重調整が難しいため、発現強度にばらつきが生じるという問題点も有していた
【０００８】
さらに、近年、シールドトンネル工事は、大深度化傾向にある。従来、裏込注入材の強度を高めるには、セメントの配合量を増加させるのが一般的であったため、このような、強度の高い大深度の地山と同程度の強度を裏込注入材に発現させるには、コストがさらに上昇する傾向にあった。
【０００９】
本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、安価かつ良質な裏込注入材およびこの裏込注入材を利用した裏込注入方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題を解決するために、本発明の裏込注入材は、掘削泥岩塊を含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように作液された液体と、セメントミルクと、珪酸と、を混合してなることを特徴としている。
【００１１】
かかる裏込注入材は、掘削泥岩塊が骨材として働き、強度の発現に寄与するため、泥水を利用する従来の裏込注入材に比べて少ないセメント量で所望の強度を発現する。また、破砕された掘削泥岩塊を利用するため泥水を利用する従来の裏込注入材に比べて比重の調整がしやすく、強度にばらつきが生じることがなく、良質な裏込注入材を提供することが可能となる。また、当該裏込注入材は、泥岩塊を使用していることにより、液比重に多少のばらつきがあっても、所望の強度を発現させることができる。さらに、掘削泥岩塊を有効に活用することで、掘削残土の搬出量を削減し、残土処分に要する費用が削減される。したがって、工事全体の費用の削減も可能となり、経済性に優れている。なお、掘削泥岩塊が、２０質量％以上、好ましくは２０〜６５質量％の範囲内であれば、液比重を１．３５〜１．６の範囲内に調整するのが容易となるため、好適である。
【００１２】
また、前記裏込注入材において、前記掘削泥岩塊として、最大粒径が０．０７５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、好ましくは０．０７５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内のものを使用すれば、比重調整が容易なため、良質な裏込注入材を提供することが可能となる。さらに、掘削泥岩塊の最小粒径が０．０７５ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上であれば、比重調整がより容易となるため、好適である。
【００１３】
また、前記裏込注入材において、セメント量が、１４０〜２００ｋｇ／ｍ３の範囲内であれば、セメント分が少なく、ゲルタイムの調整が容易となる。また、セメント分が従来の裏込注入材に比べて少ないため、強度発現が緩やかとなり、大断面シールドのテールボイドにおいても、十分に充填することが可能である。
【００１４】
また、本発明の裏込注入方法は、掘削泥岩塊を含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように調整されたＡ液にセメントミルクを混合して得られた混合液と、珪酸を含有する溶液と、を１．５ショット方式で注入することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の他の裏込め注入方法は、掘削泥岩塊を含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように調整されたＡ液に珪酸を添加して得られたＧ液と、セメントミルクと、を１．５ショット方式で注入することを特徴としている。
【００１６】
かかる裏込注入材は、掘削泥岩を利用するため、搬出される掘削残土を削減し、経済的に優れている。また、泥岩の一軸圧縮強度を利用して強度を発現するため、従来に比べて少ないセメント量で所望の強度を発現する。また、セメント分を削減することで、ゲルタイムの調整が容易となるとともに、強度発現が緩やかになるため、テールボイドへの充填性にも優れている。
【００１７】
なお、前記裏込注入方法における各作業工程を、トンネル内の切羽近傍において行えば、裏込注入材の圧送距離が短く、裏込注入材が高粘度であっても、注入が可能なため、好適である。また、掘削泥岩塊が、２０質量％以上、好ましくは２０〜６０質量％の範囲内であれば、液比重を１．３５〜１．６の範囲内に調整するのが容易となるため、好適である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、安価かつ良質な裏込注入材を提供することが可能となる。また、この裏込注入材を使用する裏込注入方法により、シールドトンネル工事全体の費用を削減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な第１の実施の形態について説明する。
ここで、図１は、第１の実施の形態に係る裏込注入方法を示す模式図である。
【００２０】
第１の実施形態では、泥土圧シールドにより大深度トンネルを施工する場合において、本発明の裏込注入材およびこの裏込注入材を利用した裏込注入方法について説明する。なお、当該トンネルは、一軸圧縮強度が１．５〜３．０Ｎ／ｍｍ２程度の土丹（泥岩）層を掘進するものとする。
【００２１】
第１の実施形態では、図１に示すように、シールドトンネルのテールボイド９に裏込注入材を注入することで、シールド掘削機Ｍによる掘削断面形状と、セグメント１０の外形との間に形成される隙間をなくし、トンネルの蛇行をなくすとともに地山の崩壊を抑止する。
【００２２】
裏込注入材は、シールドトンネルの掘進に伴い発生した掘削泥岩塊（土丹塊）を含む溶液（Ａ液）と、セメントと水と安定剤とからなるセメントミルク（Ｃ液）と、珪酸を含有する溶液（Ｂ液）と、を混合することにより構成されている。
【００２３】
Ａ液は、トンネルの掘進に伴い、切羽から搬出された掘削土砂（ペースト状のもの）と、掘削土砂に含まれる最大粒径が１０ｍｍ程度の土丹塊を利用し、土丹塊の混合量が２０質量％程度となるように加水調整することで得られる。Ａ液は、土丹塊を２０質量％程度含むことにより、液比重で１．３５〜１．６程度に構成されている。
なお、ペースト状の掘削土砂や土丹塊には、トンネル掘削に伴い混練された、気泡材あるいは分散剤または増粘材等の加泥材の効果が残っている。また、土丹塊として、最大粒径が１０ｍｍ程度のものを使用するものとしたが、土丹塊の粒径はこれに限定されるものではなく、最大粒径が０．０７５〜２０ｍｍの範囲内、好ましくは２〜１５ｍｍの範囲内、より好ましくは２〜１０ｍｍの範囲内で適宜設定すればよい。さらに、土丹塊の最小粒径を０．０７５ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上としてもよい。また、本実施形態では、土丹塊を２０質量％程度含むものとしたが、土丹塊の含有量は、液比重を１．３５〜１．６程度に生成することが可能であれば限定されるものではなく、好ましくは２０質量％以上、より好ましくは２０〜６０質量％の範囲内で適宜設定すればよい。
【００２４】
ここで、第１の実施形態に係るシールドトンネル施工において使用される加泥材は限定されないことはいうまでもない。例えば、ベントナイト、グアガム、ＣＭＣ、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、キサンタンガム、タラガム、ローストビンガム、アラビアガム、ヒドロキシプロピルメツルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、アタパルジャイト、セピオライト等が使用可能である。これらの加泥材は、セメントの影響を受けにくいものであって、セメントのＣａイオン、アルカリにより粘度低下がしにくく、ブリージング防止の効果を得ることが可能である。
【００２５】
Ｃ液（セメントミルク）は、セメントと水と安定剤とにより、セメント量が１４０〜２００ｋｇ／ｍ３の範囲内となるように配合されている。第１の実施形態では、安定剤として、主としてグルコン酸ソーダを使用し、１〜５ｋｇ／ｍ３の範囲内で添加するものとするが、安定剤の種類や配合量等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。また、第１の実施形態において使用されるセメントの種類は限定されるものではない。
【００２６】
第１の実施形態では、Ｂ液として、ＪＩＳ３号珪酸ソーダ（Ｎａ2Ｏ・３ＳｉＯ２ａｑ）、または、ＪＩＳ４号珪酸ソーダ（Ｎａ2Ｏ・ｎＳｉＯ２ｎＨ２Ｏ）を使用するものとする。Ｂ液は、裏込注入材全体に対して、７０〜１２０Ｌ／ｍ３（４９０．５３〜８４０．９２モル）の範囲内で添加するものとする。なお、Ｂ液として使用する珪酸は限定されるものではなく、適宜公知の材料から選定して使用すればよい。
ここで、３号珪酸ソーダ(８０％品)を使用した場合のＢ液７０Ｌ中のモル数は、
Ｎａ２Ｏ:１１８．６４ｍｏｌ＋ＳｉＯ２:３７１．８９ｍｏｌ＝４９０．５３ｍｏｌ
であり、Ｂ液１２０Ｌ中のモル数は、
Ｎａ２Ｏ:２０６．３９ｍｏｌ＋ＳｉＯ２:６３７．５３ｍｏｌ＝８４０．９２ｍｏｌ
である。
【００２７】
次に、第１の実施形態に係る裏込注入方法について、図１を参照して説明する。
【００２８】
第１の実施形態による裏込注入方法は、切羽から排出された掘削土砂と最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の掘削泥岩塊（土丹塊）を混合し、掘削泥岩を２０質量％以上含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように調整されたＡ液にセメントミルク（Ｃ液）を混合して得られた混合液と、珪酸を含有する溶液と、を１．５ショット方式で注入することにより行う。
【００２９】
土丹塊の抽出は、シールド掘削機Ｍ内あるいはトンネル坑内において、シールド掘削機ＭのチャンバＭ３からスクリューコンベヤＭ４を介して搬出された掘削泥岩を、篩１等の分級機を介して、最大粒径１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の土丹塊とそれ以外のものとに分類する。そして、最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の土丹塊は、同じくチャンバＭ３から排出されたペースト状の掘削土砂とともに第一混合槽１１に投入され、それ以外の土丹塊は、ベルトコンベヤ等の搬送手段２を介してトンネルの坑外へと搬出される。なお、掘削泥岩が、大きな塊として搬出される場合には、掘削泥岩の最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）となるように、砕いてもよい。なお、図１において、符号Ｍ１は、それぞれ地山を切削するカッターヘッドであって、符号Ｍ２は、シールド掘削機Ｍのシールド部材である。
【００３０】
最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の土丹塊を含む掘削土砂が投入された第一混合槽１１には、水タンク３から水が土丹塊の混合量が２０質量％程度となるように加水調整される。そして、第１混合槽１１において土丹塊およびペースト状の掘削土砂と水とが混合されて、液比重で１．３５〜１．６程度のＡ液が生成される。なお、Ａ液の加水調整は、必要に応じて行えばよく、ペースト状の掘削土砂および土丹塊のみで所望の液比重からなるＡ液の生成が可能であれば、必ずしも加水する必要はない。
【００３１】
Ｃ液は、第二混合槽１２にセメントと水と安定剤とを投入し、混合することにより作液される。Ｃ液の作液のタイミングは限定されるものではなく、Ａ液の生成と同時でも、Ａ液の生成と前後してもよい。また、第二混合槽１２の設置箇所は限定されるものではなく、トンネルの坑外でも坑内であってもよい。ここで、Ｃ液のセメントと水との配合は限定されるものではないが、第１の実施形態ではセメント：水が２：１となるように、１ｍ３のＣ液中に約１２５５ｋｇのセメントを配合する。なお、図１における符号４および５は、それぞれセメント槽と安定剤槽である。また、水タンク３、セメント槽４、安定剤槽５の設置箇所は限定されるものではなく、トンネルの坑内、坑外を問わない。
【００３２】
Ａ液とＣ液との混合方法は、限定されるものではないが、第１の実施形態では、ラインミキサー６により混合する。Ａ液とＣ液は、それぞれ第一混合槽１１および第二混合槽１２からポンプＰを介してラインミキサー６に圧送されて、ラインミキサー６を流下することにより混合されながらグラウトホール７まで圧送される。なお、ラインミキサー６は、配管内を流下する流体を効率的に混合する部材であって、その構成等は限定されるものではない。ここで、本実施形態では、Ａ液とＣ液との混合液に対して、Ｃ液が１１０〜１７０Ｌ／ｍ３となるように混合することで、混合液のセメント量が１４０〜２００ｋｇ／ｍ３の範囲内に調整されている。なお、Ａ液とＣ液との割合（セメント量）は、これに限定されるものではない。
【００３３】
裏込注入材の注入は、グラウトホール７に圧送された混合液を、Ｂ液と１．５ショット方式で混合しながら行う。つまり、ラインミキサー６を経由して圧送された混合液は、グラウトホール７に設置された混合ノズル８を介して、第三混合槽１３から圧送されたＢ液を、１．５ショット方式で混合しつつ、テールボイド９へと注入される。また、混合液とＢ液のテールボイド９への注入は、１．５ショット方式によるグラウトホール７からの同時注入方式や、即時注入方式により行ってもよい。また、同時注入装置を介して、１．５ショット方式にて注入してもよい。
【００３４】
裏込注入材は、Ｂ液が１．５ショット方式で混合されることにより、必要な可塑性とゲルタイムを確保した状態で、テールボイド９に注入される。したがって、大断面トンネルのテールボイド９に関しても、十分に充填することを可能としている。なお、１．５ショット方式とは、主材（Ａ液とＣ液の混合液）と硬化材等（Ｂ液）をそれぞれ別々の容器で練り混ぜ、注入頭部で両液を混合し先端より注入する方式である。
【００３５】
第１の実施形態に係る裏込注入材およびこれを利用した裏込注入方法によれば、一軸圧縮強度が１．５〜３．０Ｎ／ｍｍ２程度の掘削泥岩塊（土丹塊）が骨材として働くため、従来の泥水を利用した裏込注入材と比較して、初期強度から最終強度まで高い強度を発現する。また、掘削泥岩塊（土丹塊）として、最大粒径が０．０７５〜２０ｍｍ程度のものを使用するため、比重の調整が容易である。
【００３６】
また、セメントの添加量が、従来の裏込注入材の場合の添加量の８５％程度で周辺地山と同等の強度を得ることができる。セメント量を削減することで、経済的に優れたものとなる。また、セメント量が少ないため、ゲルタイムの調整が容易で、かつ、強度発現が緩やかになる。故に、大断面のシールドトンネルのテールボイドへの充填を十分に行うことができる。
【００３７】
また、第１の実施形態に係る裏込注入材は、従来の裏込注入材と比較して珪酸の添加量が８０％程度であっても、十分な強度を発現する。そして、珪酸の添加量を削減することにより、ゲルタイムの調整が容易となる。そのため、大断面のシールドトンネルのテールボイドへの充填に対しても、十分に行うことが可能となる。なお、珪酸の実質の添加量は、４９０．５３〜８４０．９２モルの範囲で添加することで削減されるが、ゲルタイムの調整を目的として、Ｂ液の珪酸の濃度を調整することで、Ｂ液の添加量が増加する場合もある。
【００３８】
また、掘削泥岩塊を裏込注入材として使用することで、掘削残土を削減し、残土処分に要する費用を大幅に削減することが可能となる。
【００３９】
また、第１の実施形態に係る裏込注入方法は、トンネル坑内（シールド掘削機内）において生成した裏込注入材を打設するため、高粘度であってもグラウトホールまで圧送することを可能としている。
【００４０】
次に、本発明の好適な第２の実施の形態について、図２を参照して、説明する。ここで、図２は、第２の実施の形態に係る裏込注入方法を示す模式図である。
【００４１】
第２の実施形態では、前記第１の実施形態と同様に、泥土圧シールドにより大深度トンネルを施工する場合において、本発明の裏込注入材およびこの裏込注入材を利用した裏込注入方法について説明する。
【００４２】
第２の実施形態では、シールドトンネルのテールボイド９に裏込注入材を注入することで、シールド掘削機Ｍによる掘削断面形状と、セグメント１０の外形との間に形成される隙間をなくし、トンネルの蛇行をなくすとともに、地山の崩壊を抑止する。
【００４３】
裏込注入材は、シールドトンネルの掘進に伴い発生した掘削泥岩塊（土丹塊）を含むＡ液と、セメントミルクを主体とするＣ液と、珪酸を含有する溶液（Ｂ液）と、を混合することにより構成されている。
【００４４】
第２の実施形態で使用するＡ液、Ｃ液およびＢ液は、前記第１の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
【００４５】
第２の実施形態における裏込注入方法は、切羽から排出された掘削泥岩中から最大粒径１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の掘削泥岩塊を抽出する篩分け工程と、掘削泥岩塊を２０質量％以上含み、液比重が１．４〜１．６の範囲内となるようにＡ液を生成するＡ液生成工程と、このＡ液とＢ液とを混合してＧ液を生成するＧ液生成工程と、セメントと安定剤とを混合してＣ液を生成するＣ液生成工程と、Ｇ液とＣ液とを１．５ショット方式で注入する注入工程を含んでいる。
【００４６】
篩分け工程は、図２に示すように、シールド掘削機Ｍ内において、チャンバＭ３から搬出された掘削泥岩から、最大粒径１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の土丹塊を抽出する工程である。
【００４７】
チャンバＭ３からスクリューコンベヤＭ４を介して排出された掘削泥岩は、篩１を介して最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）のものとそれ以外のものとに分別される。そして、最大粒径１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の掘削泥岩塊は、同じくチャンバＭ３から排出されたペースト状の掘削土砂とともに第一混合槽１１に投入され、それ以外の掘削泥岩は、ベルトコンベヤ等からなる搬送手段２を介して坑外へと搬出される。なお、掘削泥岩が、大きな塊として搬出される場合には、掘削泥岩の最大粒径が１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）となるように、砕いてもよい。
【００４８】
Ａ液生成工程は、篩分け工程において土丹塊（最大粒径１０ｍｍ程度（０．０７５〜２０ｍｍの範囲内）の掘削泥岩塊）を含む掘削土砂が投入された第一混合槽１１に、水タンク３の水を投入することで、土丹塊の混合量が２０質量％程度となるように加水調整をし、混合する工程である。これにより、液比重で１．４〜１．６程度のＡ液を生成される。なお、Ａ液の加水調整は、必要に応じて行えばよく、ペースト状の掘削土砂および土丹塊のみで所望の液比重からなるＡ液の生成が可能であれば、必ずしも加水する必要はない。また、第２の実施形態では、Ａ液の生成を、シールド掘削機Ｍ内またはトンネル坑内に配置された第一混合槽１１を利用して行うものとするが、トンネル坑外で生成してもよいことは言うまでもない。
【００４９】
Ｇ液生成工程は、Ａ液にＢ液を７０〜１２０Ｌ／ｍ３（４９０．５３〜８４０．９２モル）の範囲で添加することによりＧ液を生成する工程である。これにより、Ｇ液中の粘性が増加されて、土丹塊の沈降が防止される。
【００５０】
本実施形態では、Ａ液とＢ液との混合を、ラインミキサー６を介して行う。Ａ液とＢ液は、それぞれ第一混合槽１１および第三混合槽１３からポンプＰを介してラインミキサー６に圧送されて、ラインミキサー６を流下することにより混合されながらグラウトホール７まで圧送される。
Ａ液とＢ液との混合方法は、前記の方法に限定されるものではなく、この他、第一混合槽１１において生成されたＡ液を、他の混合槽に投入して、同じく他の混合槽に投入された珪酸（Ｂ液）と混合したり、Ａ液生成工程において使用した第一混合槽１１に直接珪酸（Ｂ液）を投入したりすることにより行ってもよい。
【００５１】
Ｃ液作液工程では、第二混合槽１２にセメントと水と安定剤とを投入し、混合することにより作液される。Ｃ液の作液のタイミングは、限定されるものではなく、後記する混合工程における、Ｇ液との混合のタイミングに応じて、生成すればよい。また、第二混合槽１２の設置箇所は限定されるものではなく、トンネルの坑外でも坑内であってもよい。なお、図２における符号３、４、５は、それぞれ水タンクとセメント槽と安定剤槽である。なお、水タンク３、セメント槽４、安定剤槽５の設置箇所は限定されるものではなく、トンネルの坑内、坑外を問わない。
【００５２】
注入工程では、グラウトホール７に圧送されたＧ液を、Ｃ液と１．５ショット方式で混合し、テールボイド９に裏込注入する工程である。ラインミキサー６を経由して圧送されたＧ液は、グラウトホール７に設置された混合ノズル８を介して、第二混合槽１２から圧送されたＣ液を、１．５ショット方式で混合しつつ、テールボイド９へと注入される。Ｇ液には、予め珪酸（Ｂ液）が混合されているため、裏込注入材は、必要な可塑性とゲルタイムを確保した状態で、テールボイド９に注入される。したがって、裏込注入材は、大断面トンネルのテールボイド９に関しても、十分に充填することが可能である。
【００５３】
以上、第２の実施形態による裏込注入方法によれば、前記第１の実施形態において示した作用効果が得られるとともに、珪酸（Ｂ液）を予めＡ液に混合しているため、珪酸の効果によりＧ液のブリージングが低減される。
【００５４】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記各実施形態では、泥土圧式シールドにおいて、本発明に係る裏込注入材を使用するものとしたが、これに限定されるものではなく、適宜公知のシールド工法の裏込注入材として使用することが可能である。
【００５５】
また、本発明に係る裏込注入材に、一軸圧縮強度の大きい砂や礫をさらに加えることで、最適な強度発現を期待する構成としてもよい。
【００５６】
また、前記各実施形態では、シールド掘削機内において、裏込注入材を生成し、注入するものとしたが、裏込注入材の生成箇所は限定されるものではない。例えば、シールド掘削機後方のトンネル坑内や、トンネル坑外において生成し、テールボイドへ圧送してもよい。
【００５７】
また、前記各実施形態では、本発明に係る裏込注入方法を利用して、泥岩層を削孔する場合について説明したが、本発明に係る裏込注入方法の適用可能な地山層は、泥岩層に限られないことは言うまでもない。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明に係る裏込注入材の実証実験結果について記載する。
本実証実験では、従来の泥水を利用した裏込注入材（比較例）と本発明に係る裏込注入材（ケース１〜ケース３）との発現強度の比較を行った。
【００５９】
本実証実験では、表１に示すように、粒径が０．０７５ｍｍ以下のベントナイトを使用した従来の可塑状グラウトを比較例とし、土砂（土丹塊：２．０ｍｍ以下）を利用して液比重が１．４程度に作液されたＡ液と、セメント量１８０ｋｇ／ｍ３のＣ液と、Ｂ液を混合して得られた供試体（ケース１）と、最大粒径が１０．０ｍｍ程度の土丹塊を利用して液比重が１．４程度に作液されたＡ液と、セメント量１８２ｋｇ／ｍ３のＣ液と、Ｂ液を混合して得られた供試体（ケース２）と、最大粒径が１５．０ｍｍ程度の土丹塊を利用して液比重が１．６程度に作液されたＡ液と、セメント量１６０ｋｇ／ｍ３のＣ液と、Ｂ液を混合して得られた供試体（ケース３）と、最大粒径が１５．０ｍｍ程度の土丹塊を利用して液比重が１．６程度に作液されたＡ液と、セメント量１４０ｋｇ／ｍ３のＣ液と、Ｂ液を混合して得られた供試体（ケース４）と、について、材令１時間、７日、２８日の一軸圧縮強度を測定し、比較を行った。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表２に示すように、１時間強度で比較すると、従来の裏込注入材（比較例）は、０．０４Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、本願発明に係る裏込注入材（ケース１〜４）は、いずれも０．０２Ｎ／ｍｍ２であった。つまり、本発明の裏込注入材によれば、セメント量が２３０ｋｇ／ｍ３である従来の裏込注入材（比較例）と比較して、６０〜８５％程度のセメント量（１４０〜１９０ｋｇ／ｍ３）により、同等の初期強度（１時間強度）を発現することが実証された。
【００６２】
また、表２に示すように、従来の裏込注入材（比較例）が材令２８日強度で２．４０Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、本願発明に係る裏込注入材（ケース１，２，３，４）がそれぞれ５．３９（ケース１）、４．４２（ケース２），３．６７（ケース３），２．８０（ケース４）Ｎ／ｍｍ２となった。したがって、本発明の裏込注入材によれば、従来の裏込注入材に添加したセメント量（２３０ｋｇ／ｍ３）の６０〜８５％程度のセメント量（１４０〜１９０ｋｇ／ｍ３）により、従来の裏込注入材と同等以上の強度を発現することが実証された。
【００６３】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１の実施の形態に係る裏込注入方法を示す模式図である。
【図２】第２の実施の形態に係る裏込注入方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 篩
６ ラインミキサー
７ グラウトホール
９ テールボイド
１０ セグメント
１１ 第一混合槽
１２ 第二混合槽
１３ 第三混合槽
１４ 第四混合槽
Ｍ シールド掘削機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削泥岩塊を含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように作液された液体と、セメントミルクと、珪酸と、を混合してなることを特徴とする裏込注入材。
【請求項２】
前記掘削泥岩塊の最大粒径が０．０７５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の裏込注入材。
【請求項３】
セメント量が、１４０〜２００ｋｇ／ｍ３の範囲内であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の裏込注入材。
【請求項４】
掘削泥岩塊を含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように調整されたＡ液にセメントミルクを混合して得られた混合液と、珪酸を含有する溶液と、を１．５ショット方式で注入することを特徴とする、裏込注入方法。
【請求項５】
掘削泥岩塊を含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように調整されたＡ液に珪酸を添加して得られたＧ液と、セメントミルクと、を１．５ショット方式で注入することを特徴とする、裏込注入方法。
【請求項１】
掘削泥岩塊を含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように作液された液体と、セメントミルクと、珪酸と、を混合してなることを特徴とする裏込注入材。
【請求項２】
前記掘削泥岩塊の最大粒径が０．０７５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の裏込注入材。
【請求項３】
セメント量が、１４０〜２００ｋｇ／ｍ３の範囲内であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の裏込注入材。
【請求項４】
掘削泥岩塊を含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように調整されたＡ液にセメントミルクを混合して得られた混合液と、珪酸を含有する溶液と、を１．５ショット方式で注入することを特徴とする、裏込注入方法。
【請求項５】
掘削泥岩塊を含み、液比重が１．３５〜１．６の範囲内となるように調整されたＡ液に珪酸を添加して得られたＧ液と、セメントミルクと、を１．５ショット方式で注入することを特徴とする、裏込注入方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−１５０８１０（Ｐ２００８−１５０８１０Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３７８３２（Ｐ２００６−３３７８３２）
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（５０４１６２８００）京浜ソイル株式会社 (7)
【出願人】（３９１０３０７５６）株式会社三光 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（５０４１６２８００）京浜ソイル株式会社 (7)
【出願人】（３９１０３０７５６）株式会社三光 (1)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]