JP4228337B2

JP4228337B2 - 泥水管理システム

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Publication number: JP4228337B2
Application number: JP2001311769A
Authority: JP
Inventors: 光輝炭田; 祐司佐藤; 正明吉崎
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: JP2002201467A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中連続壁工法、現場打ちコンクリート杭工法といった泥水工法で使用される泥水管理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中連続壁工法、現場打ちコンクリート杭工法といった泥水工法では、いわゆる掘削用泥水が使用されるが、かかる掘削用泥水には、溝壁を安定させるべく、良好な造壁性を有していることが基本的に要求されるとともに、スラリー輸送等の関係上、逸液が防止される範囲内で低粘性が保持されることが望ましい。また、掘削が完了した後で水中コンクリート打設が行われる関係上、耐セメント性を有していることも要求される。
【０００３】
かかる機能を満たすべく、従来、ベントナイト、ＣＭＣ、分散剤、ポリマー剤等を作泥材料とした掘削用泥水が広く使用されてきた。このような掘削用泥水は、ベントナイト等が泥水中で良好に分散するため、低粘性が維持されるとともに、分散されたベントナイト等が溝壁に良好なマッドケーキを形成し、かかるマッドケーキによって止水性ひいては溝壁の安定を確保することが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ベントナイト、ＣＭＣ、ポリマー剤といった作泥材料はいずれも粉体であるため、これらを混練ミキサーを用いて混練する必要があるのみならず、上述した作泥材料が本来的に水に溶解しにくいため、混練ミキサーを用いた溶解作業には手間と時間を要する。
【０００５】
そのため、掘削進行に伴って深度が大きくなり、より大量の掘削用泥水を掘削溝内に連続的かつ迅速に供給しなければならないような状況下では、かかる掘削作業とは別工程で作泥作業を行わざるを得ない。すなわち、大深度掘削に対応できるような大規模な作泥プラントを設置した上で、その現場での掘削速度を予測しながら、しかも混練作業に時間を要することが原因でタイムラグが生じることも踏まえて、掘削作業の遅滞を招くことがないよう掘削用泥水を作製しなければならず、かかる作泥作業の管理には相当の熟練と経験が要求されるという問題を生じていた。
【０００６】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、熟練と経験を要せずとも作泥及び泥水管理を自動化することが可能な泥水管理システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る泥水管理システムは請求項１に記載したように、液状であって掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有する掘削泥水用泥膜形成剤を貯留した薬剤タンクと、清水を供給可能な清水供給手段と、前記掘削泥水用泥膜形成剤と前記清水とを混合して混合液を作製し該混合液を掘削孔に供給するようになっている混合槽と、前記薬剤タンクの吐出側に設けられその吐出を制御可能な薬剤用吐出制御手段と、前記清水供給手段の吐出側に設けられその吐出を制御可能な清水用吐出制御手段と、前記掘削孔内の泥水液位を計測する液面計と、前記掘削孔内の泥水の性状を計測する泥水計測装置と、前記液面計及び前記泥水計測装置に接続された制御装置とを備えるとともに、該制御装置を、前記液面計からの液位データを用いて前記清水用吐出制御手段を制御することにより、前記掘削孔内に補充されるべき量の清水を前記混合槽に供給して前記泥水液位が所定のレベル又は許容範囲内に維持されるように構成するとともに、前記泥水計測装置からの泥水性状データを用いて前記薬剤用吐出制御手段を制御することにより、前記掘削孔内に添加される量の薬剤が前記混合槽に供給されるように構成したものである。
【０００８】
また、本発明に係る泥水管理システムは請求項２に記載したように、液状であって掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有する掘削泥水用泥膜形成剤を貯留した薬剤タンクと、清水を供給可能な清水供給手段と、前記薬剤タンクの吐出側に設けられその吐出を制御可能な薬剤用吐出制御手段と、前記清水供給手段の吐出側に設けられその吐出を制御可能な清水用供吐出御手段と、前記掘削孔内の泥水液位を計測する液面計と、前記掘削孔内の泥水の性状を計測する泥水計測装置と、前記液面計及び前記泥水計測装置に接続された制御装置とを備えるとともに、該制御装置を、前記液面計からの液位データを用いて前記清水用吐出制御手段を制御することにより、前記掘削孔内に補充されるべき量の清水を前記掘削孔に供給して前記泥水液位が所定のレベル又は許容範囲内に維持されるように構成するとともに、前記泥水計測装置からの泥水性状データを用いて前記薬剤用吐出制御手段を制御することにより、前記掘削孔内に添加される量の薬剤が該掘削孔に供給されるように構成したものである。
【０００９】
また、本発明に係る泥水管理システムは、前記掘削泥水用泥膜形成剤を、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と、不飽和カルボン酸（ｂ１）及び下記一般式（１）
Ｒ（ＯＡ）_nＯＨ（１）
Ｒ；水素又は炭素数１〜１２の炭化水素基
Ａ；炭素数２〜４のアルキレン基
ｎ；１〜１００の整数
で表されるヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）のモノエステル（ｂ）とを構成単位とする共重合体（ｘ）で構成し、前記共重合体（ｘ）を構成する前記モノエステル（ｂ）の質量％を１〜４０％とするとともに前記共重合体（ｘ）の数平均分子量を５０００〜１０００００とすることで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成したものである。
【００１０】
また、本発明に係る泥水管理システムは、前記掘削泥水用泥膜形成剤を、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）のみを構成単位とする重量平均分子量Ｍｗが２０万〜３００万の（共）重合体（ｘ′）のみで構成することで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成したものである。
また、本発明に係る泥水管理システムは、前記薬剤タンクに液状の掘削泥水用分散剤を貯留するとともに、該掘削泥水用分散剤を、重量平均分子量Ｍｗが１００００乃至１４０００のポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩若しくはそれらの共重合体又は炭酸ナトリウムの少なくともいずれかで構成したものである。
【００１１】
地中連続壁工法や現場打ちコンクリート杭工法といった泥水掘削工法においては、孔壁の安定を図るべく、孔壁に濾水量の少ない良質な泥膜（マッドケーキ）を形成し、泥水圧を孔壁に有効に作用させる必要があり、そのためには、ベントナイト、ＣＭＣ、ポリマー剤といった造壁性を有する作泥材料が従来、必要不可欠であった。
【００１２】
しかしながら、これらの作泥材料を使用しなければならないことに上述したような問題点があることに鑑み、本出願人は、これらの作泥材料を使用することなく、掘削土と水だけで掘削用泥水を作製することができないか、特に地中連続壁や現場打ちコンクリート杭工法に適した掘削用泥水を作成することができないかという点に着眼し、さまざまな実験を重ねた結果、掘削土と水だけで孔壁での造壁性を確保し、その安定性を確保することができる掘削泥水用分散剤や新規な掘削泥水用泥膜形成剤を開発した。
【００１３】
さらに、本出願人は、かかる掘削泥水用分散剤のみならず、新規に開発した掘削泥水用泥膜形成剤も液状であることに着眼し、従来では不可能であった泥水管理システムの開発に成功したものである。
【００１４】
すなわち、請求項１に係る泥水管理システムにおいては、薬剤タンクに貯留された掘削泥水用泥膜形成剤と清水供給手段から供給される清水とを混合槽に入れて混合液を作製するが、薬剤である掘削泥水用泥膜形成剤や清水を混合槽に入れるにあたっては、液面計によって掘削孔内の泥水液位を計測するとともに、泥水計測装置によって掘削孔内の泥水の性状を計測し、かかる計測結果に応じて薬剤用吐出制御手段及び清水用吐出制御手段を制御装置で制御し、薬剤及び清水の混合槽への供給及び停止を制御する。
【００１５】
すなわち、掘削が進行するにつれて掘削深度が下がるので、掘削孔内の液位を液面計で計測するとともにその計測データに応じて清水用吐出制御手段を制御装置で制御して掘削孔内に補充されるべき量の清水を混合槽に供給することにより、泥水の液位を所定のレベルにあるいは許容範囲内に維持する。
【００１６】
また、事前に予想した土質性状とは異なる場合、設計上の薬剤添加量では所望の造壁性や粘性を維持できないことがあるが、請求項１に係る発明においては、掘削孔内の泥水の性状を泥水計測装置で計測するとともに、その計測データに応じて薬剤用吐出制御手段を制御装置で制御し、掘削孔内に添加される量の薬剤を混合槽に供給する。そして、単位容積当たりの泥水中の薬剤含有量を調整して泥水の造壁性及び粘性を所望の範囲に維持する。
【００１７】
なお、添加される薬剤の量を決定するにあたっては、補充される清水はもちろん、すでに掘削孔内に満たされている掘削用泥水や土砂分離のために循環している循環泥水もすべて対象となるが、掘削孔内の泥水量については、掘削機に内蔵している深度計と液面計とから算出することができるし、土砂分離のために循環させている泥水量については、設計段階で算出可能である。
【００１８】
また、混合槽内で作製された混合液については、自動的に掘削孔内に圧送されるよう、配管、圧送ポンプ等を用いて適宜構成しておけばよい。
【００１９】
また、請求項２に係る泥水管理システムにおいては、薬剤タンクに貯留された掘削泥水用泥膜形成剤と清水供給手段から供給される清水とを掘削孔に直接供給するが、薬剤である掘削泥水用泥膜形成剤や清水を掘削孔に供給するにあたっては、液面計によって掘削孔内の泥水液位を計測するとともに、泥水計測装置によって掘削孔内の泥水の性状を計測し、かかる計測結果に応じて薬剤用吐出制御手段及び清水用吐出制御手段を制御装置で制御し、薬剤及び清水の掘削孔内への供給及び停止を制御する。
【００２０】
すなわち、掘削が進行するにつれて掘削深度が下がるので、掘削孔内の液位を液面計で計測するとともにその計測データに応じて清水用吐出制御手段を制御装置で制御し、補充されるべき量の清水を掘削孔内に供給することにより、泥水の液位を所定のレベルにあるいは許容範囲内に維持する。
【００２１】
また、事前に予想した土質性状とは異なる場合、設計上の薬剤添加量では所望の造壁性や粘性を維持できないことがあるが、請求項２に係る発明においては、掘削孔内の泥水の性状を泥水計測装置で計測するとともに、その計測データに応じて薬剤用吐出制御手段を制御装置で制御し、添加されるべき量の薬剤を掘削孔に供給する。そして、単位容積当たりの泥水中の薬剤含有量を調整して泥水の造壁性及び粘性を所望の範囲に維持する。
【００２２】
なお、添加される薬剤の量を決定するにあたっては、補充される清水はもちろん、すでに掘削孔内に満たされている掘削用泥水や土砂分離のために循環している循環泥水もすべて対象となるが、掘削孔内の泥水量については、掘削機に内蔵している深度計と液面計とから算出することができるし、土砂分離のために循環させている泥水量については、設計段階で算出可能である。
【００２３】
泥水は、工事開始時においては、他の現場から入手した掘削用泥水や新規購入した掘削用泥水を使用することができることはもちろん、本発明で用いる掘削泥水用泥膜形成剤は、劣化泥水の分散性や造壁性を改善して新たな掘削用泥水に再生する機能を有しているため、他の現場で劣化した廃泥水を使用することも可能である。
【００２４】
一方、本発明で使用する掘削泥水用泥膜形成剤は、掘削土と水だけで孔壁での造壁性を確保し、その安定性を確保することができる機能を有しているため、いったん掘削工事が開始された後は、従来不可欠であったベントナイト、ＣＭＣ、ポリマー剤といった粉体の作泥材料を何ら必要としない。
【００２５】
そして、掘削泥水用泥膜形成剤や清水がすべて液状であるため、必要な量を必要なときに迅速かつ容易に掘削孔内に投入することが可能となる。そして、これらが掘削孔内に解膠している掘削土の細粒分とともにあらたな掘削用泥水となるため、結果として、掘削深度に合わせた迅速かつ容易な掘削用泥水の作製が可能となる。
【００２６】
本発明に用いる掘削泥水用泥膜形成剤は、液状であってかつ掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有するように構成されたものであればどのようなものでもよいが、例えば、前記掘削泥水用泥膜形成剤を、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と、不飽和カルボン酸（ｂ１）及び下記一般式（１）
Ｒ（ＯＡ）_nＯＨ（１）
Ｒ；水素又は炭素数１〜１２の炭化水素基
Ａ；炭素数２〜４のアルキレン基
ｎ；１〜１００の整数
で表されるヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）のモノエステル（ｂ）とを構成単位とする共重合体（ｘ）で構成し、前記共重合体（ｘ）を構成する前記モノエステル（ｂ）の質量％を１〜４０％とするとともに前記共重合体（ｘ）の数平均分子量を５０００〜１０００００とすることで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成するか、又は、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）のみを構成単位とする重量平均分子量Ｍｗが２０万〜３００万の（共）重合体（ｘ′）のみで構成することで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成することが考えられる。
【００２７】
かかる掘削泥水用泥膜形成剤については、一定の分散性と造壁性を兼ね備えるので、単独使用するようにしてもかまわないが、重量平均分子量Ｍｗが１００００乃至１４０００のポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩若しくはそれらの共重合体又は炭酸ナトリウムの少なくともいずれかで構成してなる液状の掘削泥水用分散剤を前記薬剤タンクに貯留し、該掘削泥水用分散剤を掘削泥水用泥膜形成剤と併用した場合においては、掘削泥水用泥膜形成剤の優れた造壁性に掘削泥水用分散剤の優れた耐セメント性とが相まって、地中連続壁工法や現場打ちコンクリート杭工法で使用する場合に特に顕著な作用効果を奏する。
【００２８】
すなわち、地中連続壁工法等においては、掘削用泥水の循環使用に伴ってコンクリートからカルシウムイオンが溶出し、泥水中のカルシウムイオン濃度が上昇するが、上述した掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を併用するようにすれば、カルシウムイオンによる分散性低下が掘削泥水用分散剤で抑制されるため、本発明で得られた掘削用泥水であれば、これを地中連続壁工法等で循環使用しても、造壁性や低粘性は良好に維持される。
【００２９】
なお、掘削泥水用泥膜形成剤を単独使用する場合にしろ、掘削泥水用分散剤を併用する場合にしろ、炭酸ナトリウムでカルシウムイオンによる分散性の低下を抑制することも考えられるが、炭酸ナトリウムの添加量が多くなると、逆に塩類凝集を引き起こして分散性が低下するため、炭酸ナトリウムはあくまで補助的に使用するのが望ましい。
【００３０】
薬剤用吐出制御手段や清水用吐出制御手段は、混合槽や掘削孔への供給及び停止が可能なものであればどのようなものでもよく、例えば圧送ポンプや開閉バルブで構成することが考えられる。
【００３１】
液面計は、掘削孔内の液位を計測可能なものであればどのようなものでもよいが、非接触タイプの例えば超音波センサで構成されてなる液面計を用いることが考えられる。
【００３２】
清水供給手段は、例えば清水を貯留可能な清水槽や上水道が考えられる。
【００３３】
上述した掘削泥水用泥膜形成剤を製造するにあたっては、公知の製法、例えば、溶液重合法で行えばよい。すなわち、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と、モノエステル（ｂ）とを二種類の単量体として所定の溶剤に添加し、次いで、これを５０〜１５０゜Ｃで常圧又は加圧下で重合するようにすればよい。
【００３４】
溶剤としては、例えば水、イソプロピルアルコール、トルエン、エチレンジクロライド、メチルエチルケトン又はこれらの混合物を用いることができる。
【００３５】
重合させるにあたっては、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）及びモノエステル（ｂ）の合計質量に対し、０．１〜１５質量％のラジカル重合開始剤を使用するとともに、連鎖移動剤を必要に応じて使用するのがよい。
【００３６】
ここで、ラジカル重合開始剤としては、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイドなどの過酸化物を用いることが可能であり、連鎖移動剤としては、ラウリルメルカプタン、チオグリコール酸、メルカプトエタノールなどの含硫黄化合物を用いることが可能である。
【００３７】
なお、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）の一部又は全部が不飽和カルボン酸塩である場合には、その前駆体である不飽和カルボン酸又はその無水物や炭素数１〜４の低級アルキルエステルを重合前に予め中和してもよいし、重合後に共重合体を中和してもよい。中和剤としては、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物をはじめ、水酸化アンモニウム、アンモニア等を用いることができる。
【００３８】
また、共重合体（ｘ）は、必ずしも、不飽和カルボン酸（ｂ１）とヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）とのモノエステル（ｂ）を単量体として不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）との共重合に用いることに限定されるのではなく、モノエステル（ｂ）の前駆体、すなわち、不飽和カルボン酸（ｂ１）又はその無水物や炭素数１〜４の低級アルキルエステルを単量体として不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と共重合させ、しかる後、ヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）と反応させて共重合体（ｘ）を生成するようにしてもよい。
【００３９】
不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）をどのような物質で構成するかは任意であるが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸及びフマル酸並びにこれらのアルカリ金属塩及びアンモニウム塩からなる群から適宜選択することができる。また、不飽和カルボン酸（ｂ１）についても任意であるが、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸及びフマル酸からなる群から適宜選択することが可能である。
【００４０】
モノエステル（ｂ）は、一般式（１）においてＲは水素もしくはアルキレン基であるが良好な造壁性を確保するためには通常、水素もしくは炭素数１〜１２、さらには炭素数１〜６のアルキレン基であることが好ましい。上記Ｒは、アルキル基（メチル基、オクチル基など）、シクロアルキル基（シクロヘキシル基など）、アリール基（フェニル基など）、アルキルアリール基（エチルフェニル基など）、アラルキル基（ベンジル基など）のいずれであってもよい。
【００４１】
また、一般式（１）においてｎについても、良好な造壁性を確保するために通常平均が１〜１００、さらには平均が２〜９０となる整数が好ましい。
【００４２】
（ｂ２）としては、炭素数２〜４の脂肪族２価アルコール、またはＲＯＨで表される炭素数１〜１２の脂肪族アルコール、フェノール類または芳香脂肪族アルコールに、炭素数２〜４のアルキレンオキシドを付加して得られるものが好ましい。
【００４３】
炭素数２〜４の脂肪族２価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール等が挙げられる。
【００４４】
炭素数１〜１２脂肪族アルコールとしては、天然アルコールでも合成アルコール（チーグラーアルコール、オキソアルコールなど）でもよい。具体例としては、メチルアルコール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコール、ラウリルアルコール、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、２−エチルヘキシルアルコールなどの直鎖もしくは分岐の飽和脂肪族アルコール、シクロヘキシルアルコール、エチルシクロヘキシルアルコールなどの環状脂肪族アルコールが挙げられる。
【００４５】
フェノール類としては、フェノール、エチルフェノールなどが挙げられる。芳香脂肪族アルコールとしては、ベンジルアルコールなどが挙げられる。
【００４６】
上記の炭素数２〜４のアルキレンオキシドとしてはエチレンオキサイド（以下、ＥＯと略記）単独；ＥＯと他のアルキレンオキサイド［プロピレンオキサイド（以下、ＰＯと略記）、１，２−ブチレンキサイド、テトラヒドロフラン、アルキレンオキサイド置換体（エピクロロヒドリン）等］の併用；およびこれらの２種以上の混合物が挙げられる。例示したもののうち特に好ましいものは、ＥＯおよびＥＯ／ＰＯの併用である。ＥＯとともに他のアルキレンオキサイドを用いる場合の付加様式は、ランダム付加でもブロック付加でもよく、特に限定はされるものではない。
【００４７】
共重合体（ｘ）を構成するモノエステル（ｂ）の質量割合や共重合体（ｘ）の数平均分子量については任意であるが、かかる共重合体（ｘ）を構成する前記モノエステル（ｂ）の質量％が１〜４０％であり、かつ前記共重合体（ｘ）の数平均分子量が５０００〜１０００００である場合には、高い造壁性と低粘性を得ることが可能となる。
【００４８】
なお、共重合体（ｘ）は、（ａ）、（ｂ）以外にも他の単量体（ｃ）を構成単位とすることができる。（ｃ）としては、共重合できるものであれば特に限定されないが、例えば次の（ｃ１）〜（ｃ５）が挙げられる。
【００４９】
（ｃ１）アミド基含有エチレン性不飽和単量体：（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミドなど
【００５０】
（ｃ２）（メタ）アクリル酸アルキルエステル類（アルキル基の炭素数が１〜１２）：メチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレートなど
【００５１】
（ｃ３）ヒドロキシル基を有するエチレン性不飽和単量体：ヒドロキシアルキル（炭素数１〜４）（メタ）アクリレート〔例えばヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレートなど〕
【００５２】
（ｃ４）（ｂ）以外のポリアルキレングリコール鎖を有するエチレン性不飽和単量体：ポリエチレングリコール（数平均分子量１２０〜６００）モノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコール（数平均分子量１５０〜４５０）モノ（メタ）アクリレート、メチルアルコールエチレンオキサイド１〜４モル付加物（メタ）アクリレートなど
【００５３】
（ｃ５）４級アンモニウム基含有エチレン性不飽和単量体：（メタ）アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、（メタ）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ライドなど
【００５４】
これらの（ｃ１）〜（ｃ５）のうち好ましいものは、（ｃ２）〜（ｃ４）である。
【００５５】
また、共重合体（Ｘ）を構成する他の単量体（ｃ）単位の質量％は通常３０％以下、好ましくは２０％以下である。
【００６３】
上述した掘削泥水用泥膜形成剤の（共）重合体（ｘ′）を製造するにあたっても重合体（ｘ）と同様、公知の製法、例えば、溶液重合法で行えばよい。すなわち、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）を単量体として所定の溶剤に添加し、次いで、これを５０〜１５０゜Ｃで常圧又は加圧下で重合する。
【００６４】
溶剤の種類、単一重合の方法、ラジカル重合開始剤及び中和プロセスに関しては、上述した掘削泥水用泥膜形成剤と同様であるのでここではその説明を省略する。
【００６５】
不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）をどのような物質で構成するかは任意であるが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸及びフマル酸並びにこれらのアルカリ金属塩及びアンモニウム塩からなる群から適宜選択することができる。ここで、アルカリ金属塩としては、ナトリウム塩やカリウム塩等が含まれる。
【００６９】
なお、請求項３に係る掘削泥水用泥膜形成剤は、請求項２に係る掘削泥水用泥膜形成剤と任意の割合（例えば質量比が９９：１〜１：９９）で併用することが可能である。
【００７０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る泥水管理システムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
（第１実施形態）
【００７２】
図１(a)は、本実施形態に係る泥水管理システムを示した全体図である。同図でわかるように、本実施形態に係る泥水管理システム１は、薬剤タンク２、炭酸ナトリウム水溶液タンク３、清水を供給可能な清水供給手段としての清水槽４及び混合槽５を備える。
【００７３】
薬剤タンク２内には、本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を貯留してあり、該タンクの吐出側に接続された薬剤用吐出制御手段としてのポンプ６を駆動することによって、掘削泥水用分散剤及び掘削泥水用泥膜形成剤を配管７を介して混合槽５に圧送できるようになっている。
【００７４】
同様に、炭酸ナトリウム水溶液タンク３の吐出側にもポンプ８を接続してあり、該ポンプを駆動することによって、炭酸ナトリウム水溶液を配管９を介して混合槽５に圧送できるようになっている。
【００７５】
一方、清水槽４には清水を貯留してあり、該タンクの吐出側に接続された清水用吐出制御手段としてのポンプ１０を駆動することによって、清水を配管１１を介して混合槽５に圧送できるようになっている。
【００７６】
混合槽５は、上述した掘削泥水用泥膜形成剤、掘削泥水用分散剤及び清水を混合して混合液を作製するようになっている。混合槽５には、必要に応じて図示しない攪拌機構を設けておけばよい。
【００７７】
ここで、混合槽５は、配管１２を介して中間貯留槽１３に接続してあるとともに、該中間貯留槽に接続された混合液吐出管１４を介して掘削孔である地中連続壁構築用の掘削溝１５内に連通接続してあり、混合槽５内で作製された混合液をいったん中間貯留槽１３に貯留した後、混合液吐出管１４を介して地中連続壁構築用の掘削溝１５内に投入することができるようになっており、投入された混合液は、掘削溝１５内に解膠している掘削土の細粒分とともに、あらたな掘削用泥水として掘削溝１５内の掘削用泥水を補充することとなる。
【００７８】
本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤は、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と、不飽和カルボン酸（ｂ１）及び下記一般式（１）
Ｒ（ＯＡ）_nＯＨ（１）
Ｒ；水素又は炭素数１〜１２の炭化水素基
Ａ；炭素数２〜４のアルキレン基
ｎ；１〜１００の整数
で表されるヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）のモノエステル（ｂ）とから共重合体（ｘ）で構成してある。
【００７９】
共重合体（ｘ）に対するモノエステル（ｂ）の質量割合は、１％〜４０％とするのがよい。これは、共重合体（ｘ）に対するモノエステル（ｂ）の質量％が１％を下回ると、掘削泥水用泥膜形成剤の添加量に関係なく造壁性が低下し、４０％を超えると、掘削泥水用泥膜形成剤の添加量が低い場合に凝集が発生して造壁性が低下する可能性があるからである。
【００８０】
また、共重合体（ｘ）の数平均分子量は、５０００〜１０００００とするのがよい。これは、数平均分子量が５０００を下回ると、掘削泥水用泥膜形成剤の添加量に関係なく造壁性が低下し、１０００００を超えると、掘削泥水用泥膜形成剤の添加量が低い場合に凝集が発生して造壁性が低下する可能性があるからである。
【００８１】
なお、数平均分子量については、ゲルパーミエーションクロマトグラフにより測定するものとする。
【００８２】
図２は、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）をメタクリル酸ナトリウム塩２２で、モノエステル（ｂ）をメトキシポリエチレングリコールメタクリレート２３で構成してなる掘削泥水用泥膜形成剤２１を一例として示した化学構造式（化学式）である。
【００８３】
また、本実施形態で用いる掘削泥水用分散剤は、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩若しくはそれらの共重合体であってその重量平均分子量Ｍｗを１００００乃至１４０００としたものであれば、その組成等は任意であり、例えば、重量平均分子量Ｍｗが１００００乃至１４０００であるポリアクリル酸のナトリウム塩から構成することが可能である。具体的には、ＳＵＰＥＲＳＬＲＲＹＢ（三洋化成工業株式会社製）の商品名で市販されているポリカルボン酸系安定液用分散剤（以下、単にＳＳ―Ｂと呼ぶ）を使用することができる。
【００８４】
一方、本実施形態に係る泥水管理システム１は、図１(a)に示すように、掘削溝１５内の泥水液位を計測する液面計１６と、掘削溝１５内の泥水の性状を計測する泥水計測装置１８と、液面計１６及び泥水計測装置１８に接続された制御装置１９とを備えており、該制御装置は、同図(b)でよくわかるように、液面計１６からの液位データ及び泥水計測装置１８からの泥水性状データを用いてポンプ６、ポンプ８及びポンプ１０を駆動制御できるようになっている。
【００８５】
制御装置１９は、例えば図１に示すようにパソコンを用いて構成することが可能である。
【００８６】
泥水計測装置１８は、掘削溝１５内から計測槽１７に揚泥された泥水に対して計測を行うようにし、計測槽１７内の泥水については、連続的に又は随時、掘削溝１５内に戻してやる構成が考えられる。
【００８７】
本実施形態に係る泥水管理システム１においては、薬剤タンク２に貯留された掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤、炭酸ナトリウム水溶液タンク３に貯留された炭酸ナトリウム水溶液、及び清水槽４に貯留された清水とを、それぞれ配管７、配管９、配管１１を介して混合槽５に入れ混合液を作製するが、掘削泥水用泥膜形成剤や掘削泥水用分散剤といった薬剤や炭酸ナトリウム水溶液あるいは清水を混合槽５に入れるにあたっては、液面計１６によって掘削溝１５内の泥水液位を計測するとともに、泥水計測装置１８によって掘削溝１５内の泥水の性状を計測し、かかる計測結果に応じてポンプ６、ポンプ８、ポンプ１０を制御装置１９で制御し、薬剤及び清水の混合槽５への供給及び停止を制御する。
【００８８】
すなわち、掘削が進行するにつれて掘削深度が下がるので、掘削溝内の液位を液面計１６で計測するとともにその計測データに応じてポンプ１０を制御装置１９で制御して掘削溝１５内に補充されるべき量の清水を混合槽５に供給することにより、泥水の液位を所定のレベルにあるいは許容範囲内に維持する。
【００８９】
また、事前に予想した土質性状とは異なる場合、設計上の薬剤添加量では所望の造壁性や粘性を維持できないことがあるが、本実施形態においては、掘削溝１５内の泥水の性状を泥水計測装置１８で計測する。
【００９０】
計測にあたっては、主として造壁性と粘性とを計測するようにすればよいが、必要に応じて泥水比重やｐＨを計測するようにしてもよい。
【００９１】
次に、その計測データに応じてポンプ６、ポンプ８を制御装置１９で制御し、掘削溝１５内に添加される量の薬剤を混合槽５に供給する。
【００９２】
ここで、添加される薬剤、すなわち掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤並びに炭酸ナトリウム水溶液の量を決定するにあたっては、補充される清水はもちろん、すでに掘削溝１５内に満たされている掘削用泥水や土砂分離のために循環している循環泥水もすべて対象となるが、掘削溝１５内の泥水量については、図示しない掘削機に内蔵している深度計と液面計１６とから算出することができるし、土砂分離のために循環させている泥水量については、設計段階で算出可能である。
【００９３】
次に、混合槽５内の混合液を中間貯留槽１３を介して掘削溝１５内に投入する。
【００９４】
このようにすると、単位容積当たりの泥水中の薬剤含有量が調整されるとともに、より適切な含有量に調整された掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤は、従来のベントナイト等に代わって、例えば粘土を主成分とする１０μｍ以下の細粒分とともに泥水中に分散して低粘性を維持するとともに、掘削泥水用泥膜形成剤による優れた造壁作用により、ろ水量（透水係数）の小さな良質のマッドケーキを孔壁に形成して該孔壁を安定させる。
【００９５】
また、掘削用泥水の循環使用に伴ってコンクリートからカルシウムイオンが溶出し、泥水中のカルシウムイオン濃度が上昇するが、本実施形態で用いる掘削泥水用分散剤がカルシウムイオンによる分散性低下を抑制する。
【００９６】
なお、炭酸ナトリウム水溶液については、添加量が多くなると、逆に塩類凝集を引き起こして分散性が低下するため、あくまで補助的に添加するのが望ましい。
【００９７】
また、混合槽５から中間貯留槽１３への圧送、中間貯留槽１３から掘削溝１５への圧送については、あらたに作製された混合液がそのまま自動的に掘削溝１５に投入されるよう、配管、圧送ポンプ等を用いて適宜構成しておけばよい。
【００９８】
泥水は、工事開始時においては、他の現場から入手した掘削用泥水や新規購入した掘削用泥水を使用できることはもちろん、本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤は、劣化泥水の分散性や造壁性を改善して新たな掘削用泥水に再生する機能を有しているため、他の現場で劣化した廃泥水を使用することも可能である。
【００９９】
以上説明したように、本実施形態に係る泥水管理システムによれば、掘削泥水用泥膜形成剤や掘削泥水用分散剤あるいは清水がすべて液状であるため、従来のベントナイト等の作泥材料とは異なり、混練のための手間や時間を要しないとともに、その結果として作泥作業と掘削溝１５への投入作業をタイムラグを生じることなく、ほぼ同時に行うことが可能となる。
【０１００】
すなわち、本実施形態に用いる掘削泥水用泥膜形成剤や掘削泥水用分散剤を必要なときに必要なだけ、混合槽５及び中間貯留槽１３を介して迅速かつ容易に掘削溝１５内に投入し、これらを掘削溝１５内に解膠している掘削土の細粒分、例えば粘土やシルトを主成分とする７５μｍ以下の細粒分や、粘土を主成分とする１０μｍ以下の細粒分とともにあらたな掘削用泥水とすることができるため、結果として、掘削深度に合わせた迅速かつ容易な掘削用泥水の作製が可能となる。
【０１０１】
そして、かかる状況を前提とした上で、液面計１６によって掘削溝１５内の泥水液位を計測するとともに、泥水計測装置１８によって掘削溝１５内の泥水の性状を計測し、かかる計測結果に応じてポンプ６、ポンプ８、ポンプ１０を制御装置１９で制御し、薬剤及び清水の混合槽５への供給及び停止を制御するようにしたので、必要な作泥作業を自動化することが可能となり、掘削工事自体の工期短縮及びコスト低減を図ることができるとともに、従来のように経験や熟練度とは関係なく、掘削溝１５内に満たされた掘削用泥水の造壁性と粘性とを常に最適な状態に維持することが可能となる。
【０１０２】
本実施形態では、炭酸ナトリウム水溶液タンク３を設けたが、本実施形態で用いる掘削泥水用分散剤によってセメント混入時の分散性の低下を十分抑制することができるのであれば、かかる炭酸ナトリウム水溶液タンク３並びにそれに付随するポンプ８及び配管１１を省略してもよい。かかる構成においては、制御装置１９の制御対象は、ポンプ６及びポンプ１０のみとなる。
【０１０３】
また、本実施形態では、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を併用することを前提とし、これらを薬剤タンク２内に貯留するようにしたが、これらの薬剤はいずれも一定の分散性と造壁性を有しているため、場合によっては、いずれかを単独で使用するようにしてもかまわない。一方、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を併用する場合、これらを混合した状態で薬剤タンク２内に貯留してもかまわないが、それぞれ専用のタンク内に貯留するようにしてもかまわない。この場合、薬剤タンク２は、計２つ備えることとなる。
【０１０４】
また、本実施形態では、混合槽５で作製された混合液をいったん中間貯留槽１３に貯留するようにしたが、かかる中間貯留槽１３を省略して直接、掘削溝１５内に投入するようにしてもよいことは言うまでもない。かかる場合には、混合液吐出管１４は、混合槽５に直接接続すればよい。
【０１０５】
また、本実施形態では、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を希釈してから掘削溝１５に投入することを前提として、混合槽５を備えるようにしたが、これらを掘削溝１５に直接添加しても上述した掘削用泥水の品質管理を行うことに支障がないのであれば、混合槽５を省略し、薬剤タンク２に接続された配管７及び清水槽４に接続された配管１１を掘削溝１５内に直接、連通させるようにしてもよい。なお、かかる場合においても、制御装置１９によるポンプ６及びポンプ１０への制御操作は上述した実施形態と同様であり、その作用効果についてはここではその説明を省略する。
【０１０６】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、中間貯留槽１３として、従来から使用されている回収槽、すなわちコンクリート置換された後の掘削用泥水を回収貯留するための槽で代用してもよいし、土砂分離のための循環経路に設置された任意の槽、例えば循環槽、泥水貯留槽等で代用してもよい。
【０１０７】
また、本実施形態では、掘削溝１５内の泥水を計測のために仮貯留する計測槽１７を設けたが、これを省略し、掘削溝１５内の泥水を直接引き抜くようにしてもよいし、土砂分離のための循環経路に設置された任意の槽、例えば循環槽、泥水貯留槽等から引き抜いてもよいことは言うまでもない。
【０１０８】
また、本実施形態では、顕著な作用効果を実験によって確認できたため、共重合体（ｘ）を構成するモノエステル（ｂ）の質量％を１〜４０％、共重合体（ｘ）の数平均分子量を５０００〜１０００００としたが、本発明で用いる掘削泥水用泥膜形成剤は、かかる範囲に限定されるものではなく、実施形態で述べた範囲外についても、一定の作用効果を得ることは可能である。
【０１０９】
また、本実施形態では、掘削泥水用分散剤としてＳＳ−Ｂを例に挙げたが、これに代えて炭酸ナトリウムを使用してもよい。
【０１１０】
【実施例】
次に、本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤を具体的に説明する。なお、特記なき限り、部及び％はそれぞれ質量部及び質量％を示すものとする。
【０１１１】
まず、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）としては、メタクリル酸ナトリウム（以下、a-1）とアクリル酸ナトリウム（以下、a-2）の二種類を実験に用いた。また、不飽和カルボン酸エステル（ｂ）としては、１０種類の不飽和カルボン酸エステルを使用し、これら１０種類の不飽和カルボン酸エステル（以下、b-1〜b-10）を構成する不飽和カルボン酸（ｂ１）とヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）との組成を表１に示す。表中、ＥＯ、ＰＯはそれぞれエチレンオキサイド、プロピレンオキサイドであることを示す。
【０１１２】
【表１】

【０１１３】
次に、上述したメタクリル酸ナトリウム(a-1)及びアクリル酸ナトリウム（a-2）と、１０種類の不飽和カルボン酸エステル（b-1〜b-10）とを組み合わせて共重合体（ｘ）（以下、実施例１〜１６）を作製したときの組成比率、モノエステルの含有割合（％）及び数平均分子量を表２に示す。なお、数平均分子量の測定条件を以下に示す。
【０１１４】

【０１１５】
【表２】

【０１１６】
上述した実施例１〜１６の掘削泥水用泥膜形成剤を製造するにあたっては、まず、反応容器に、水３６３部、イソプロピルアルコール１９６部を仕込み、窒素置換した後、８０゜Ｃまで昇温し、攪拌下、メタクリル酸１５１部（１．７５７モル）、メトキシポリエチレングリコール（エチレンオキサイド付加モル数２８）メタクリレート４８部（０．０３６モル）を混合したものと、過硫酸ナトリウム５％水溶液３９．８部（過硫酸ナトリウム０．００８モル）を同時に３時間かけて滴下し反応させた。さらに、同温度で２時間熟成した後、イソプロピルアルコールを蒸留により除き、水酸化ナトリウム４８％水溶液１４６部（水酸化ナトリウム１．７５７モル）で中和した後、固形分３０％になる量の水を加えて数平均分子量４２８００の共重合体（実施例１）を得た。さらに、表２に示した構成単位となるように単量体組成を代え、実施例１と同様にして実施例２〜１６を得た。
【０１１７】
このようにして製造した実施例１〜１６の掘削泥水用泥膜形成剤を泥水に添加し、その造壁性及び泥水粘度を調べた（表３）。
【０１１８】
ここで、掘削泥水用泥膜形成剤を添加する前の泥水については、細粒分７５μｍ以下、比重が１．０５となるように濃度調整して作製した。ちなみに、そのときの粘度は１１．１ mPa・sであった。泥水粘度はＢ型粘度計にて測定した。
【０１１９】
また、同表における造壁性は、ＡＰＩ規格でいうところの指標とは若干異なり、濾水プロセスを促進させて実験時間を短縮させるべく、濾紙の下側を減圧状態とした場合の濾水量として計測したものであり、５ｍｌ以下が良好な造壁性の目安とされる。なお、従来技術と比較すべく、ＣＭＣを用いた場合を比較例１として併せて示した。
【０１２０】
【表３】

【０１２１】
同表でわかるように、実施例１〜６、１１〜１６は、添加量にかかわらず、造壁性が５ｍｌ以下といずれも良好であるとともに、泥水粘度についても低粘性を維持している、言い換えれば良好な分散性が維持されているのに対し、実施例７〜１０では、添加量が少ないときに造壁性が低下していることがわかる。
【０１２２】
ちなみに、ＣＭＣを使った比較例１では、造壁性は確保できるものの、粘度が高くなってしまうという問題点を裏付ける結果となった。
【０１２３】
次に、上述した実施例１１に係る掘削泥水用泥膜形成剤を掘削泥水用分散剤とともに泥水に加えて本実施形態に係る掘削用泥水を作製し、その耐セメント性について実験した。なお、掘削泥水用分散剤としては、上述したＳＳ―Ｂ及び炭酸ナトリウムの二種類を使用し、それぞれを単独に掘削泥水用泥膜形成剤と併用した場合と、両方を掘削泥水用泥膜形成剤と併用した場合について調べた。
【０１２４】
実験結果を図３及び図４に示す。
【０１２５】
まず、上述した掘削用泥水にセメントを添加しない場合の実験結果を図３に示す。同図に示すように、掘削泥水用泥膜形成剤の添加量が０．２５％程度以上になると、掘削泥水用泥膜形成剤を単独で使用した場合（黒丸で示したケース）と掘削泥水用泥膜形成剤に掘削泥水用分散剤を併用した場合（黒丸以外の３ケース）との間で造壁性にほとんど差がないことがわかる。
【０１２６】
次に、上述した掘削用泥水にセメントを１％添加した場合と５％添加した場合の実験結果を図４(a)、(b)に示す。これらの図に示すように、掘削泥水用泥膜形成剤に掘削泥水用分散剤を併用した場合（黒丸以外の３ケース）では、掘削泥水用泥膜形成剤を０．１〜０．２％添加すれば所要の造壁性が得られるのに対し、掘削泥水用泥膜形成剤を単独で使用した場合（黒丸で示したケース）では、掘削泥水用泥膜形成剤をセメント１％の場合には０．３％弱、セメント５％の場合には０．５％添加しなければ所要の造壁性が得られないことがわかる。
【０１２７】
（第２実施形態）
【０１２８】
次に、第２実施形態に係る泥水管理システムを説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１２９】
すなわち、第２実施形態に係る泥水管理システムも第１実施形態で説明した泥水管理システム１と同様、薬剤タンク２、炭酸ナトリウム水溶液タンク３、清水を供給可能な清水供給手段としての清水槽４及び混合槽５を備えるとともに、掘削溝１５内の泥水液位を計測する液面計１６と、掘削溝１５内の泥水の性状を計測する泥水計測装置１８と、液面計１６及び泥水計測装置１８に接続された制御装置１９とを備え、該制御装置は、図１(b)を参照して説明したように、液面計１６からの液位データ及び泥水計測装置１８からの泥水性状データを用いてポンプ６、ポンプ８及びポンプ１０を駆動制御できるようになっており、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤の化学組成が異なる点以外は、第１実施形態に係る泥水管理システムと構成が全く同一であり、したがって、これ以上の詳細な説明は、ここでは省略する。
【０１３０】
本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤は、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）を主構成単位とする（共）重合体（ｘ′）としての単一重合体からなり、該単一重合体の重量平均分子量Ｍｗを２０万〜３００万としてある。
【０１３１】
ここで、単一重合体の重量平均分子量Ｍｗを２０万〜３００万としたのは、重量平均分子量Ｍｗが２０万を下回ると、造壁性の指標である濾水量が５ｍｌをやや上回り、３００万を超えると、濾水量が５ｍｌを大幅に上回るからである。
【０１３２】
なお、濾水量は、ＡＰＩ規格でいうところの指標とは若干異なり、濾水プロセスを促進させて実験時間を短縮させるべく、濾紙の下側を減圧状態にして計測したものであり、５ｍｌ以下が良好な造壁性の目安とされる。
【０１３３】
図５は、本実施形態に係る掘削泥水用泥膜形成剤の一例を示した化学構造式（化学式）であり、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）をアクリル酸ナトリウム４２で構成してなる掘削泥水用泥膜形成剤４１を示してある。
【０１３４】
重量平均分子量Ｍｗの下限値及び上限値は、後述する実験で得られた結果をプロットし、次いでこれらの結果を近似する曲線を作成し、該曲線と濾水量が５ｍｌであるラインとの交点としてそれぞれ２０万、３００万と定めたが、実験誤差等を勘案した経験的な安全率を見込んだ上での重量平均分子量Ｍｗの範囲は、５０万乃至２５０万とするのが望ましい。
【０１３５】
一方、掘削泥水用泥膜形成剤４１は、濃度が２０乃至３０質量％のものを泥水に添加して使用するのが好ましいが、かかる濃度範囲では、重量平均分子量Ｍｗが１００万を超えると、水飴程度の高粘度（１００万mPa・s）となり、泥水に添加するにあたって必ずしも作業性に優れるとは言い難い。
【０１３６】
したがって、かかる添加作業性の観点で掘削泥水用泥膜形成剤４１の重量平均分子量Ｍｗを５０万乃至１００万とするのが望ましい。さらには、濾水量上限を余裕をもってクリアするとともに泥水への添加作業を確実に高めるべく、掘削泥水用泥膜形成剤４１の重量平均分子量Ｍｗを６０万乃至８０万とするのが最適である。
【０１３７】
次に、本実施形態で用いる掘削泥水用分散剤は、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩若しくはそれらの共重合体であってその重量平均分子量Ｍｗを１００００乃至１４０００としたものであれば、その組成等は任意であり、例えば、重量平均分子量Ｍｗが１００００乃至１４０００であるポリアクリル酸のナトリウム塩から構成することが可能である。具体的には、ＳＵＰＥＲＳＬＲＲＹＢ（三洋化成工業株式会社製）の商品名で市販されているポリカルボン酸系安定液用分散剤（以下、単にＳＳ―Ｂと呼ぶ）を使用することができる。また、かかるＳＳ−Ｂに代えて、又はそれに加えて炭酸ナトリウムを用いることもできる。
【０１３８】
本実施形態に係る泥水管理システム１においては、薬剤タンク２に貯留された掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤、炭酸ナトリウム水溶液タンク３に貯留された炭酸ナトリウム水溶液、及び清水槽４に貯留された清水とを、それぞれ配管７、配管９、配管１１を介して混合槽５に入れ混合液を作製するが、掘削泥水用泥膜形成剤や掘削泥水用分散剤といった薬剤や炭酸ナトリウム水溶液あるいは清水を混合槽５に入れるにあたっては、液面計１６によって掘削溝１５内の泥水液位を計測するとともに、泥水計測装置１８によって掘削溝１５内の泥水の性状を計測し、かかる計測結果に応じてポンプ６、ポンプ８、ポンプ１０を制御装置１９で制御し、薬剤及び清水の混合槽５への供給及び停止を制御する。
【０１３９】
すなわち、掘削が進行するにつれて掘削深度が下がるので、掘削溝内の液位を液面計１６で計測するとともにその計測データに応じてポンプ１０を制御装置１９で制御して掘削溝１５内に補充されるべき量の清水を混合槽５に供給することにより、泥水の液位を所定のレベルにあるいは許容範囲内に維持する。
【０１４０】
また、事前に予想した土質性状とは異なる場合、設計上の薬剤添加量では所望の造壁性や粘性を維持できないことがあるが、本実施形態においては、掘削溝１５内の泥水の性状を泥水計測装置１８で計測する。
【０１４１】
計測にあたっては、主として造壁性と粘性とを計測するようにすればよいが、必要に応じて泥水比重やｐＨを計測するようにしてもよい。
【０１４２】
次に、その計測データに応じてポンプ６、ポンプ８を制御装置１９で制御し、掘削溝１５内に添加される量の薬剤を混合槽５に供給する。
【０１４３】
ここで、添加される薬剤、すなわち掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤並びに炭酸ナトリウム水溶液の量を決定するにあたっては、補充される清水はもちろん、すでに掘削溝１５内に満たされている掘削用泥水や土砂分離のために循環している循環泥水もすべて対象となるが、掘削溝１５内の泥水量については、図示しない掘削機に内蔵している深度計と液面計１６とから算出することができるし、土砂分離のために循環させている泥水量については、設計段階で算出可能である。
【０１４４】
次に、混合槽５内の混合液を中間貯留槽１３を介して掘削溝１５内に投入する。
【０１４５】
このようにすると、単位容積当たりの泥水中の薬剤含有量が調整されるとともに、より適切な含有量に調整された掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤は、従来のベントナイト等に代わって、例えば粘土を主成分とする１０μｍ以下の細粒分とともに泥水中に分散して低粘性を維持するとともに、掘削泥水用泥膜形成剤による優れた造壁作用により、ろ水量（透水係数）の小さな良質のマッドケーキを孔壁に形成して該孔壁を安定させる。
【０１４６】
また、掘削用泥水の循環使用に伴ってコンクリートからカルシウムイオンが溶出し、泥水中のカルシウムイオン濃度が上昇するが、本実施形態で用いる掘削泥水用分散剤がカルシウムイオンによる分散性低下を抑制する。
【０１４７】
なお、炭酸ナトリウム水溶液については、添加量が多くなると、逆に塩類凝集を引き起こして分散性が低下するため、あくまで補助的に添加するのが望ましい。
【０１４８】
また、混合槽５から中間貯留槽１３への圧送、中間貯留槽１３から掘削溝１５への圧送については、あらたに作製された混合液がそのまま自動的に掘削溝１５に投入されるよう、配管、圧送ポンプ等を用いて適宜構成しておけばよい。
【０１４９】
泥水は、工事開始時においては、他の現場から入手した掘削用泥水や新規購入した掘削用泥水を使用できることはもちろん、本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤は、劣化泥水の分散性や造壁性を改善して新たな掘削用泥水に再生する機能を有しているため、他の現場で劣化した廃泥水を使用することも可能である。
【０１５０】
以上説明したように、本実施形態に係る泥水管理システムによれば、掘削泥水用泥膜形成剤や掘削泥水用分散剤あるいは清水がすべて液状であるため、従来のベントナイト等の作泥材料とは異なり、混練のための手間や時間を要しないとともに、その結果として作泥作業と掘削溝１５への投入作業をタイムラグを生じることなく、ほぼ同時に行うことが可能となる。
【０１５１】
すなわち、本実施形態に用いる掘削泥水用泥膜形成剤や掘削泥水用分散剤を必要なときに必要なだけ、混合槽５及び中間貯留槽１３を介して迅速かつ容易に掘削溝１５内に投入し、これらを掘削溝１５内に解膠している掘削土の細粒分、例えば粘土やシルトを主成分とする７５μｍ以下の細粒分や、粘土を主成分とする１０μｍ以下の細粒分とともにあらたな掘削用泥水とすることができるため、結果として、掘削深度に合わせた迅速かつ容易な掘削用泥水の作製が可能となる。
【０１５２】
そして、かかる状況を前提とした上で、液面計１６によって掘削溝１５内の泥水液位を計測するとともに、泥水計測装置１８によって掘削溝１５内の泥水の性状を計測し、かかる計測結果に応じてポンプ６、ポンプ８、ポンプ１０を制御装置１９で制御し、薬剤及び清水の混合槽５への供給及び停止を制御するようにしたので、必要な作泥作業を自動化することが可能となり、掘削工事自体の工期短縮及びコスト低減を図ることができるとともに、従来のように経験や熟練度とは関係なく、掘削溝１５内に満たされた掘削用泥水の造壁性と粘性とを常に最適な状態に維持することが可能となる。
【０１５３】
本実施形態では、炭酸ナトリウム水溶液タンク３を設けたが、本実施形態で用いる掘削泥水用分散剤によってセメント混入時の分散性の低下を十分抑制することができるのであれば、かかる炭酸ナトリウム水溶液タンク３並びにそれに付随するポンプ８及び配管１１を省略してもよい。かかる構成においては、制御装置１９の制御対象は、ポンプ６及びポンプ１０のみとなる。
【０１５４】
また、本実施形態では、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を併用することを前提とし、これらを薬剤タンク２内に貯留するようにしたが、これらの薬剤はいずれも一定の分散性と造壁性を有しているため、場合によっては、いずれかを単独で使用するようにしてもかまわない。一方、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を併用する場合、これらを混合した状態で薬剤タンク２内に貯留してもかまわないが、それぞれ専用のタンク内に貯留するようにしてもかまわない。この場合、薬剤タンク２は、計２種類備えることとなる。また、掘削泥水用分散剤としてＳＳ−Ｂ及び炭酸ナトリウムの二種類を使用する場合には、これらを混合した状態で使用してもよいが、それぞれ専用のタンク内に個別に貯留してもかまわない。かかる場合、薬剤タンク２は、掘削泥水用分散剤専用、掘削泥水用分散剤（ＳＳ−Ｂ）専用及び掘削泥水用分散剤（炭酸ナトリウム専用）の計３種類となる。
【０１５５】
また、本実施形態では、混合槽５で作製された混合液をいったん中間貯留槽１３に貯留するようにしたが、かかる中間貯留槽１３を省略して直接、掘削溝１５内に投入するようにしてもよいことは言うまでもない。かかる場合には、混合液吐出管１４は、混合槽５に直接接続すればよい。
【０１５６】
また、本実施形態では、掘削泥水用泥膜形成剤及び掘削泥水用分散剤を希釈してから掘削溝１５に投入することを前提として、混合槽５を備えるようにしたが、これらを掘削溝１５に直接添加しても上述した掘削用泥水の品質管理を行うことに支障がないのであれば、混合槽５を省略し、薬剤タンク２に接続された配管７及び清水槽４に接続された配管１１を掘削溝１５内に直接、連通させるようにしてもよい。なお、かかる場合においても、制御装置１９によるポンプ６及びポンプ１０への制御操作は上述した実施形態と同様であり、その作用効果についてはここではその説明を省略する。
【０１５７】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、中間貯留槽１３として、従来から使用されている回収槽、すなわちコンクリート置換された後の掘削用泥水を回収貯留するための槽で代用してもよいし、土砂分離のための循環経路に設置された任意の槽、例えば循環槽、泥水貯留槽等で代用してもよい。
【０１５８】
また、本実施形態では、掘削溝１５内の泥水を計測のために仮貯留する計測槽１７を設けたが、これを省略し、掘削溝１５内の泥水を直接引き抜くようにしてもよいし、土砂分離のための循環経路に設置された任意の槽、例えば循環槽、泥水貯留槽等から引き抜いてもよいことは言うまでもない。
【０１５９】
【実施例】
次に、本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤４１を具体的に説明する。なお、特記なき限り、部及び％はそれぞれ質量部及び質量％を示すものとする。
【０１６０】
まず、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）としては、上述した実施形態でも述べたようにアクリル酸ナトリウムとし、これを重合させて単一重合体４１を製造した。
【０１６１】
表４は、重量平均分子量Ｍｗを変化させたときの単一重合体４１の造壁性（ｍｌ）、粘度（濃度；２５質量％）及び泥水と混合したときの泥水粘度（mPa・s）を示したものである。
【０１６２】
ここで、重量平均分子量Ｍｗは、第１実施形態における数平均分子量と同様の測定条件でゲルパーミエーションクロマトグラフにより測定したものである。
【０１６３】
但し、カラムは下記のものを用いる。
カラム；TSKgel α-3000 + TSKgel α-6000
【０１６４】
なお、標準物質は、ポリオキシエチレングリコール（東ソー株式会社製；TSK STANDARD POLYETHYLENE OXIDE）とし、第１実施形態でも同じものを標準物質とした。
【０１６５】
また、単一重合体４１を添加する前の泥水については、細粒分７５μｍ以下、比重が１．０５となるように濃度調整して作製した。ちなみに、そのときの粘度は１．７ mPa・sであった。泥水粘度はＢ型粘度計にて測定した。また、泥水への添加量はすべて５ｋｇ／ｍ³とした。
【０１６６】
【表４】

【０１６７】
同表中、ブランクと記したものは、泥水のみのケース、実施例１′乃至実施例９′と記したものは、単一重合体４１のうち、造壁性の指標である濾水量が５ｍｌ以下になったケース、比較例１′乃至比較例３′と記したものは、単一重合体４１のうち、濾水量が５ｍｌを上回ったケースである。なお、従来技術と比較すべく、ＣＭＣを用いた場合を比較例４′として併せて示した。
【０１６８】
また、図６は、これらの結果を横軸（対数軸）に重量平均分子量Ｍｗを、縦軸に造壁性（ｍｌ）をとってプロットしたグラフであり、黒丸で表示したものは、比較例１′，２′に相当し、白丸で表示したものは、実施例１′乃至９′に相当する。比較例３′は、造壁性が著しく悪いため、同グラフにはプロットしていない。
【０１６９】
これらの図表でわかるように、造壁性の指標である濾水量が５ｍｌ以下になった実施例１′乃至実施例９′の重量平均分子量Ｍｗは、２０万乃至３００万の範囲に入っており、比較例１′乃至比較例３′は、該濾水量を上回っていることがわかる。また、比較例４′は、濾水量はクリアしていても、泥水粘度が実施例１′乃至実施例９′よりもはるかに高く、掘削用泥水としては粘性が高すぎることがわかる。
【０１７０】
単一重合体４１の製造プロセスを上述した実施例１′の場合について具体的に説明すると、まず、反応容器に水４４０．７部を仕込み、窒素置換した後、８０℃迄昇温し、撹拌下、アクリル酸２３８．５部と、過硫酸ナトリウム２．０％水溶液１００部を同時に３時間かけて滴下し反応した。さらに同温度で２時間熟成した後、イソプロピルアルコールを蒸留により除き、水酸化ナトリウム４８％水溶液２２０．８部で中和した。
【０１７１】
次に、上述した実施例５′に係る単一重合体４１を掘削泥水用分散剤とともに泥水に加えて本実施形態に係る掘削用泥水を作製するとともに、該掘削用泥水にセメントを５％添加し、その耐アルカリ性について実験した。なお、掘削泥水用分散剤としては、上述したＳＳ―Ｂ及び炭酸ナトリウムの二種類をその合計添加量が１kg/m³となるように使用し、それぞれを単独に単一重合体４１と併用した場合と、両方を単一重合体４１と併用した場合について調べた。
【０１７２】
実験結果を表５及び図７に示す。
【０１７３】
【表５】

【０１７４】
これらの図表でわかるように、単一重合体４１に掘削泥水用分散剤を併用した場合（黒丸以外の３ケース）では、掘削泥水用泥膜形成剤を３kg/m³添加すれば所要の造壁性が得られるのに対し、単一重合体４１を単独で使用した場合（黒丸で示したケース）では、掘削泥水用泥膜形成剤を５kg/m³以上添加しなければ所要の造壁性が得られないことがわかる。
【０１７５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る泥水管理システムによれば、掘削泥水用泥膜形成剤や掘削泥水用分散剤あるいは清水がすべて液状であるため、従来のベントナイト等の作泥材料とは異なり、混練のための手間や時間を要しないとともに、その結果として作泥作業と掘削孔への投入作業をタイムラグを生じることなく、ほぼ同時に行うことが可能となる。
【０１７６】
すなわち、本発明に用いる掘削泥水用泥膜形成剤や掘削泥水用分散剤を必要なときに必要なだけ、迅速かつ容易に掘削孔内に投入し、これらを掘削孔内に解膠している掘削土の細粒分とともにあらたな掘削用泥水とすることができるため、結果として、掘削深度に合わせた迅速かつ容易な掘削用泥水の作製が可能となる。
【０１７７】
そして、かかる状況を前提とした上で、液面計によって掘削孔内の泥水液位を計測するとともに、泥水計測装置によって掘削孔内の泥水の性状を計測し、かかる計測結果に応じて薬剤用吐出制御手段及び清水用吐出制御手段を制御装置で制御し、薬剤及び清水の掘削孔への供給及び停止を制御するようにしたので、作泥作業を自動化することが可能となり、掘削工事自体の工期短縮及びコスト低減を図ることができるとともに、従来のように経験や熟練度とは関係なく、掘削孔内に満たされた掘削用泥水の造壁性と粘性とを常に最適な状態に維持することが可能となる。
【０１７８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る泥水管理システムを示した図。
【図２】本実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤を示した化学構造式。
【図３】本実施形態に係る泥水管理システムに関する実験結果を示したグラフ。
【図４】同じく本実施形態に係る泥水管理システムに関する実験結果を示したグラフ。
【図５】第２実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤を示した化学構造式。
【図６】第２実施形態で用いる掘削泥水用泥膜形成剤における造壁性と重量平均分子量との関係を示したグラフ。
【図７】第２実施形態で用いる掘削泥水用分散剤の耐アルカリ性を示したグラフ。
【符号の説明】
１泥水管理システム
２薬剤タンク
４清水槽（清水供給手段）
５混合槽
１５掘削溝（掘削孔）
１６液面計
１８泥水計測装置
１９制御装置
２１掘削泥水用泥膜形成剤
２２メタクリル酸ナトリウム塩（不飽和カルボン酸塩（ａ））
２３メトキシポリエチレングリコールメタクリレート（モノエステル（ｂ））
４１単一重合体（（共）重合体（ｘ′））
４２アクリル酸ナトリウム（不飽和カルボン酸塩（ａ））

Claims

液状であって掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有する掘削泥水用泥膜形成剤を貯留した薬剤タンクと、清水を供給可能な清水供給手段と、前記掘削泥水用泥膜形成剤と前記清水とを混合して混合液を作製し該混合液を掘削孔に供給するようになっている混合槽と、前記薬剤タンクの吐出側に設けられその吐出を制御可能な薬剤用吐出制御手段と、前記清水供給手段の吐出側に設けられその吐出を制御可能な清水用吐出制御手段と、前記掘削孔内の泥水液位を計測する液面計と、前記掘削孔内の泥水の性状を計測する泥水計測装置と、前記液面計及び前記泥水計測装置に接続された制御装置とを備えるとともに、該制御装置を、前記液面計からの液位データを用いて前記清水用吐出制御手段を制御することにより、前記掘削孔内に補充されるべき量の清水を前記混合槽に供給して前記泥水液位が所定のレベル又は許容範囲内に維持されるように構成するとともに、前記泥水計測装置からの泥水性状データを用いて前記薬剤用吐出制御手段を制御することにより、前記掘削孔内に添加される量の薬剤が前記混合槽に供給されるように構成したことを特徴とする泥水管理システム。
液状であって掘削土砂の細粒分と結びつくことによって所定の分散性及び造壁性を有する掘削泥水用泥膜形成剤を貯留した薬剤タンクと、清水を供給可能な清水供給手段と、前記薬剤タンクの吐出側に設けられその吐出を制御可能な薬剤用吐出制御手段と、前記清水供給手段の吐出側に設けられその吐出を制御可能な清水用供吐出御手段と、前記掘削孔内の泥水液位を計測する液面計と、前記掘削孔内の泥水の性状を計測する泥水計測装置と、前記液面計及び前記泥水計測装置に接続された制御装置とを備えるとともに、該制御装置を、前記液面計からの液位データを用いて前記清水用吐出制御手段を制御することにより、前記掘削孔内に補充されるべき量の清水を前記掘削孔に供給して前記泥水液位が所定のレベル又は許容範囲内に維持されるように構成するとともに、前記泥水計測装置からの泥水性状データを用いて前記薬剤用吐出制御手段を制御することにより、前記掘削孔内に添加される量の薬剤が該掘削孔に供給されるように構成したことを特徴とする泥水管理システム。
前記掘削泥水用泥膜形成剤を、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）と、不飽和カルボン酸（ｂ１）及び下記一般式（１）
Ｒ（ＯＡ）_nＯＨ（１）
Ｒ；水素又は炭素数１〜１２の炭化水素基
Ａ；炭素数２〜４のアルキレン基
ｎ；１〜１００の整数
で表されるヒドロキシル基含有化合物（ｂ２）のモノエステル（ｂ）とを構成単位とする共重合体（ｘ）で構成し、前記共重合体（ｘ）を構成する前記モノエステル（ｂ）の質量％を１〜４０％とするとともに前記共重合体（ｘ）の数平均分子量を５０００〜１０００００とすることで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成した請求項１又は請求項２記載の泥水管理システム。
前記掘削泥水用泥膜形成剤を、不飽和カルボン酸及び／又はその塩（ａ）のみを構成単位とする重量平均分子量Ｍｗが２０万〜３００万の（共）重合体（ｘ′）のみで構成することで、ベントナイト及びＣＭＣを作泥材料として不要に構成した請求項１又は請求項２記載の泥水管理システム。
前記薬剤タンクに液状の掘削泥水用分散剤を貯留するとともに、該掘削泥水用分散剤を、重量平均分子量Ｍｗが１００００乃至１４０００のポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩若しくはそれらの共重合体又は炭酸ナトリウムの少なくともいずれかで構成した請求項１乃至請求項４のいずれか一記載の泥水管理システム。