【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は泥水式シールド工法廃棄物の処理方法に関するものであり、泥水式シールド工法において発生する掘削土砂を振動篩等の粗大物分離装置で分離し発生する砂礫等と余剰泥水をフィルタープレスによって脱水したケーキの混合物を、産業廃棄物ではなく一般土として処分することが可能と成る処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】泥水式シールド工法から発生する余剰泥水をフィルタープレスによって脱水したケーキは固く通気性の無いことから植物の生育用土としては不適である。 また水を含むと粘着性の有る柔らかい粘土となり地耐力は弱く地盤として用いることはできない。 このため産業廃棄物として処理する以外の方法は無かった。 また上記ケーキに振動篩等の粗大物分離装置から発生する砂礫等の含水粗大物を混合すると粗大物中の水分がケーキに移行し粘着性の有る柔らかい状態となり、やはり産業廃棄物として処理する以外の方法は無かった。 また上記混合物に高分子凝集剤や石灰等の薬剤を混合し改質することは多量の薬剤を必要とし、経済的に困難であった。
泥水中にはベントナイト、ＣＭＣ、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸・ホルムアルデヒド縮合物などが添加されており、ケーキ中に残留するため通常の含水土に比し多量の薬剤を必要とするものと考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の泥水式シールド機の一例を図２に示す。 図２は泥水式シールド工法を適用する泥水式シールド機１の要部の拡大図である。 駆動用モータ２により駆動される回転式カッタ３の後方に隔壁４を設けてチャンバ５を構成した密閉型の機械式シールド機１には、チャンバ５に掘削用液としての泥水を送泥する送泥管６と排泥するための排泥管７が連結されており、チャンバ５に地下水圧に見合う泥水を送泥加圧することにより、切り羽の安定化を図るものである。

【０００４】カッタ３にて掘削された土砂（砂礫とシルト粘土の混合物）は、チャンバ５内に取り込まれ、駆動用モータ８により駆動される攪拌翼９により送泥管６から送泥される泥水と混合され、排泥用ポンプ１０により排泥管７を通って流体輸送されて抗外に送られた後、振動フルイなどの処理設備１１により砂礫１２と泥水１３
に分離される。 分離された泥水１３は調整槽１４に循環されて水注入配管１５から必要量の水などを注入し、所要の添加剤Ａを添加して必要な泥水粘度、濃度、比重に調整され、送泥用ポンプ１６により送泥管６を通って再循環して利用される。 １７はチャンバ５内に入るためのマンホール、１８はシールドジャッキである。

【０００５】上記の泥水式シールド工法を用いて地盤をシールド掘削する際、掘削土砂の流動性が悪くチャンバ内やスクリューコンベヤ内で掘削土砂が詰まったりする問題を避けるために従来、一般的には、ベントナイトのような微細土粒子分散液から成る泥水や泥漿等にＣＭ
Ｃ、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸・ホルムアルデヒド縮合物などの、多価アニオン性水溶性高分子からなる分散剤を添加した泥水や泥漿等を添加する工法が行われている。

【０００６】分離された泥水１３の余剰分は図示しないフィルタプレスなどの脱水装置により脱水してケーキ（シルト粘土）として分離されるが、このケーキも分離された砂礫１２もいずれも産業廃棄物であり、有効利用が問題であった。

【０００７】本発明の課題は従来技術においては産業廃棄物として処理する以外の方法が無かった泥水式シールド工法廃棄物を有効利用できる処理方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題に鑑み鋭意研究した結果、砂礫などに有機高分子凝集剤を添加すると凝集して粒状の性状を示す土になるので、この粒状の砂礫などはケーキ（シルト粘土）にユンボなどを使用して簡単・容易に混合でき、そして、両者を混合することにより、粒状の砂礫などが凝集剤とシルト粘土からなるバインダーによりうまくつなぎ合わされた骨格構造が形成され、この骨格構造中の間隙に水が入って保持されるため、ベトベトしない、パサパサしたよい処理土となることを見いだし、また、このような処理土は締め固めれば地耐力もあるので埋め戻し土にも利用できる他に、植物生育用土、埋立て用土、宅地造成用土などとしても有効利用可能であることを見いだし、本発明をなすに到った。

【０００９】すなわち、本発明の請求項１の発明は、泥水式シールド工法において発生する掘削土砂に対し、
（ａ）粗大物分離装置により泥水と分離された砂礫等から成る含水粗大物に有機高分子凝集剤を添加混合する工程、（ｂ）粗大物分離装置により含水粗大物と分離された泥水の少なくとも一部を脱水装置により脱水してケーキを得る工程、（ｃ）前記有機高分子凝集剤が添加混合された含水粗大物と前記泥水の脱水ケーキとを混合する工程を含んで成ることを特徴とする泥水式シールド工法廃棄物の処理方法である。

【００１０】本発明の請求項２の発明は、請求項１記載の泥水式シールド工法廃棄物の処理方法において、有機高分子凝集剤が分散液状アクリル系有機高分子凝集剤であることを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項３の発明は、請求項１あるいは請求項２に記載の泥水式シールド工法廃棄物の処理方法において、粗大物分離装置が篩、振動篩、サイクロン、又はデカンターの一種またはそれらの組み合わせであることを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の泥水式シールド工法廃棄物の処理方法において、余剰泥水を脱水する装置がフィルタープレスであることを特徴とする。

【００１３】本発明の請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の泥水式シールド工法廃棄物の処理方法において、有機高分子凝集剤が添加混合された含水粗大物と余剰泥水の脱水ケーキの両者を混合して得た処理土を埋め戻し用土として用いることを特徴とする。

【００１４】本発明の請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の泥水式シールド工法廃棄物の処理方法において、有機高分子凝集剤が添加混合された含水粗大物と余剰泥水の脱水ケーキの両者を混合して得た処理土を植物生育用土として用いることを特徴とする。

【００１５】本発明の請求項７の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の泥水式シールド工法廃棄物の処理方法において、有機高分子凝集剤が添加混合された含水粗大物と余剰泥水の脱水ケーキの両者を混合して得た処理土を埋立て用土として用いることを特徴とする。

【００１６】本発明の請求項８の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の泥水式シールド工法廃棄物の処理方法において、有機高分子凝集剤が添加混合された含水粗大物と余剰泥水の脱水ケーキの両者を混合して得た処理土を宅地造成用土として用いることを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。 なお、図１において前記図２における符号と同一符号で示した部分は、図２で説明した同一符号の部分と同じ機能を持つ部分である。

【００１８】図１において、図２で説明したと同様にして掘削された土砂（砂礫とシルト粘土の混合物）は排泥管７を通って流体輸送されて抗外に送られた後、篩１９
でふるい分け処理されて、礫と砂を含んだ泥水に分離され礫はコンベヤ２０を経て砂礫ピット２１に送られ、砂を含んだ泥水はサイクロン２２に送られて分離処理され、次いで、振動篩２３で砂と泥水に分離され、砂はコンベヤ２４を経て前記砂礫ピット２１に送られる。 サイクロン２２と振動篩２３で分離された泥水は管路２５で合流して、その一部は管路２６に余剰泥水として分離されてフィルタプレス２７へ送られる。 他の泥水は循環泥水として管路２８から調整槽１４に送られて、ベントナイト、ＣＭＣ、必要により清水を添加して調整されて図２で説明したと同様にして送泥用ポンプ１６により送泥管６を経て泥水式シールド機１に送られるようになっている。 前記砂礫ピット２１に送られた砂礫などはコンベヤ２９を経て第１混合機３０へ移送されて有機高分子凝集剤３１と混合される。 有機高分子凝集剤３１と混合された砂礫などは次いで第２混合機３２へ送られる。 一方、フィルタプレス２７へ送られた余剰泥水は脱水ケーキと水に分離され、水は外部へ廃棄することができ、分離された脱水ケーキは、第２混合機３２へ送られて前記有機高分子凝集剤３１と混合された砂礫などと混合されて、利用可能な処理土（一般土）とされる。

【００１９】有機高分子凝集剤が添加混合され砂礫など（以下含水粗大物という）と余剰泥水の脱水ケーキの両者の混合比率（重量比）は１：１０〜１０：１であり、
好ましくは１：３〜３：１である。

【００２０】本発明において、含水粗大物に添加して使用される凝集剤は有機高分子系凝集剤であればよく特に限定されない。 有機高分子系凝集剤の中でも分散液状アクリル系高分子凝集剤は好ましく使用できる。 この分散液状アクリル系高分子凝集剤は、粘度１万ｃｐ以下であり、濃度１０％以上であることが望ましい。

【００２１】本発明に好ましく用いられるアクリル系高分子としては３〜１００モル％のイオン性モノマーと０
〜９７％モル％のアクリルアミドとの共重合物の中から選ばれる分子量１００万以上、好ましくは２００万以上のアクリル系高分子凝集剤が適用され、粒径１００μｍ
以下の微粒子として油または塩水溶液中に分散された状態で用いられる。

【００２２】かかる分散液の製造法は公知であり、油中水型エマルジョンは特公昭３４−１０６４４号公報、特公昭５２−３９４１７号公報および特公昭５５−４５７
８３号公報に記載され、塩水溶液中分散液の製造法は特公昭４６−１４９０７号公報および特開昭６２−２０５
１１号公報に記載されている。

【００２３】アクリルアミドと共重合させるイオン性モノマーとしてはジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの塩および／またはその四級化物、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アルリルアミドの塩および／またはその四級化物などのアクリル系カチオンモノマー並びにアクリル酸またはその塩あるいは２−アクリルアミドアルキルスルホン酸塩などのアクリル系アニオンモノマーが使用される。 これらイオン性モノマーは２種以上を併用してアクリルアミドと共重合することもできる。
２０重量％以下の凝集に悪影響をおよぼさない範囲の量であれば、アクリロニトルやジアセトンアクリルアミドのような非イオン性モノマーを上記イオン性モノマーやアクリルアミドと共重合させることもできる。

【００２４】アクリル系高分子の微粒子が油または塩水溶液中に低粘性で分散した分散液である分散液状アクリル系高分子凝集剤は、含水粗大物に容易に添加混合することができる。 添加量は特に限定されないが、通常ポリマー純分量として含水粗大物１ｍ ³当たり０．１〜５Ｋ
ｇの分散液状アクリル系高分子凝集剤を含水粗大物に添加混合するのが好ましい。 これら分散液状アクリル系高分子凝集剤を含水粗大物に添加混合したり、この混合物をさらに脱水ケーキと混合するには連続ミキサー、強制攪拌ミキサーなどの混合機を使用する他パワーシャベル、スクリューコンベアなどの土木機械を用いることも可能である。

【００２５】

【実施例】以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【００２６】（合成例−１）市販高分子凝集剤（アクリル酸ソーダとアクリルアミドの共重合体；アニオン化率３０モル％；分子量６００万）をボールミルで粉砕し、
２００メッシュのふるいを通った微粉（粉末−１）を９
倍量のポリエチレングリコールに分散させた液を試料−
１とする。

【００２７】（合成例−２）攪拌機、窒素曝気管および温度制御装置を備えた反応槽に２０重量％塩化ナトリウム水溶液７９部を採り、アクリル酸３５モル％アクリルアミド６５モル％の組成のモノマー２０部および分散剤としてポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド１部（シーピーエス社製、商品名：エージフロック−ＷＴ４
０ＨＶ）を溶解した後、２，２'−アゾビス（２−アミジノプロパン）塩酸塩を重合開始剤として添加し、攪拌下、５３℃で１０時間重合し、塩水溶液に分散した粒径１０〜２０μｍの微粒子の重合体分散液（ｐＨ３）が得られた。 この液を試料−２と呼ぶ。 この高分子分散液の粘度は５００ｍＰａ・ｓ以下であり、上記分散液は脱イオン水で２０倍に希釈しても顕微鏡にて微粒子が観察され本質的に非水溶性であることが確認された。 上記分散液を炭酸ソーダを加えた水に混合しｐＨ７にすると溶解し、この水溶液をもとに固有粘度より求めた分子量は４
５０万である。

【００２８】（合成例−３）攪拌機、窒素曝気管および温度制御装置を備えた反応槽に沸点１９０℃ないし２３
０℃のイソパラフィン１２０．０ｋｇおよびソルビタンモノオレート７．５ｋｇを仕込んだ。 脱塩水１６５ｋｇ
およびアクリル酸ナトリウム３５モル％アクリルアミド７０モル％の組成のモノマー２００ｋｇの混合物を添加し、ホモジナイザーにて攪拌乳化した。 得られたエマルジョンにイソプロピルアルコール２００ｇを加え窒素置換の後、ジメチルアゾビスイソブチレート４０ｇを加え、温度５０℃に制御しながら重合反応を完結させ、その後、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル７．
５ｋｇを添加混合して試験に供する試料（試料−３）とした。 固有粘度より求めた分子量は６００万である。

【００２９】（合成例−４）攪拌機、窒素曝気管および温度制御装置を備えた反応槽に２０重量％硫酸アンモニウム水溶液７９部を採り、アクリロイルオキシエチルジメチルベンジルアンモニウムクロリド１０モル％アクリルアミド９０モル％の組成のモノマー２０部および分散剤としてポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド１
部（シーピーエス社製、商品名：エージフロック−ＷＴ
４０ＨＶ）を溶解した後、２，２'−アゾビス（２−アミジノプロパン）塩酸塩を重合開始剤として添加し、攪拌下、５３℃で１０時間重合し、塩水溶液に分散した粒径１０〜２０μｍの微粒子の重合体分散液が得られた。
この液を試料−４と呼ぶ。 固有粘度より求めた分子量は５００万である。

【００３０】（実施例１〜４）泥水式シールド工事より発生した、含水比４８％の含水粗大物を、２軸パドルを備えたミキサーの一端より投入し、上記の各試料（試料−１〜試料−４）を添加混練し他端より排出して改質を行った。 有機高分子凝集剤添加量は含水粗大物１ｍ ³あたりのポリマー純分のｋｇ数で表１に示す。 重量比１：
１の比率で、含水粗大物と泥水式シールド工事より発生した含水比４８％の余剰泥水脱水フィルタープレスケーキを上記ミキサーにより混練し改質土を得た。 試験サンプルとして改質土の一部を採り、目視により改質土の形状確認をした。 植物生育に適したｐＨ中性の通気性保水性の良い用土が得られた。 これらの改質土をＪＩＳ Ａ
１２１０（突固めによる土の締固め試験方法）に従い、
内径１５ｃｍのモールドに改質土を３層に分けて、夫々４．５ｋｇのランマで９２回突き固めて、突固め試験を行った。 ＣＢＲ試験機により荷重一貫入量曲線を求め、
貫入量２．５ｍｍにおける荷重すなわち貫入強度を測定した。 試験の結果を表１に示す。

【００３１】（比較例１）含水粗大物を有機高分子凝集剤無添加の状態で余剰泥水脱水フィルタープレスケーキと混練する以外は実施例１〜４と同様に操作を行った。
混練物は粘着性の有る塊と成り植物生育用土としては不適であった。 試験の結果を表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１から、実施例１〜４の改質土は埋め戻し、埋立て、宅地造成等に問題の無いことがわかる。 また比較例１の改質土は貫入強度の点で埋め戻し、埋立て、宅地造成等に問題の有ることが判る。

【００３４】

【発明の効果】本発明の処理方法により、泥水式シールド工法において発生した産業廃棄物を処理すれば、この処理物を埋め戻し土、植物生育用土、埋立て用土、宅地造成用土などとして有効利用することができる。 分散液状アクリル系高分子凝集剤を用いると含水粗大物に容易に添加混合することができ、少量の添加量で含水粗大物を粒状の土の性状を示すものにできる。 そしてこの粒状の含水粗大物をユンボなどの混合装置を用いて容易にケーキに添加混合でき、両者を混合すると、粒状の砂礫が凝集剤とシルト粘土からなるバインダーによりうまくつなぎ合わされた骨格構造が形成され、この骨格構造中の間隙に水が入って保持されるため、ベトベトしない、パサパサしたよい処理土となる。 このような処理土は締め固めれば地耐力もあるので埋め戻し土にも利用できる他に、植物生育用土、埋立て用土、宅地造成用土などとしても有効利用可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の泥水式シールド工法廃棄物の処理方法を説明する説明図である。

【図２】 従来の泥水式シールド機の要部の拡大図である。

【符号の説明】

Ａ 泥水式シールド工法用添加剤 １ 泥水式シールド機 ２ 駆動用モータ ３ 回転式カッタ ４ 隔壁 ５ チャンバ ６ 送泥管 ７ 排泥管 ８ 駆動用モータ ９ 攪拌翼 １０ 排泥用ポンプ １１ 処理設備 １２ 土砂 １３ 泥水 １４ 調整槽 １５ 注入配管 １６ 送泥用ポンプ １７ マンホール １８ シールドジャッキ １９ 篩 ２０、２４、２９ コンベヤ ２５、２６、２８ 管路 ２１ 砂礫ピット ２２ サイクロン ２３ 振動篩 ２７ フィルタプレス ３０ 第１混合機 ３１ 有機高分子凝集剤 ３２ 第２混合機