JP2007255164A - グラウトの注入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダクト内に残留空気が発生するのを簡単にかつ安価に防止することができるグラウトの注入方法を提供する。
【解決手段】このグラウトの注入方法においては、セグメント組立体の円形のダクト２内にＰＣ鋼材を挿通し、このＰＣ鋼材にジャッキ等により緊張力を導入した状態で定着具３に定着した後、ダクト２の一端からダクト２内に一定量のゲル状物質を注入し、その後このゲル状物質をダクト２の他端から押し出すようにダクト２内にグラウトを注入する。これにより、ダクト２の頂部で先流れが起こらず、残留空気が生じないので、グラウト硬化後にダクト２内にグラウトの未充填部（空隙）が生じない。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＣ鋼材が定着されたコンクリート部材のダクト内に、グラウトを注入する方法に関する。

コンクリートにプレストレスを与えるために、コンクリート部材のダクト内にＰＣ鋼材を通し、このＰＣ鋼材を緊張した後、定着し、その後ダクト内に、グラウトを注入することが従来から行われている。

また、従来、例えば、シールドトンネル覆工体は、セグメントを筒状に組み立てた複数個のリング状のセグメント組立体を、軸線方向に連結して構成されている。組み立てられたセグメントはそれぞれ、トンネルに作用する土圧・水圧に耐え得るように強固に一体化される必要があるため、セグメントの周方向にプレストレスを導入している。
このプレストレスの導入は、以下のようにして行われる。まず、セグメントを周方向に組み立てた後、セグメントに周方向に埋め込まれたダクト（シース）にＰＣ鋼材（プレストレスコンクリート用鋼材）を挿通する。次に、ダクトから引き出したＰＣ鋼材の両端部をジャッキ等により緊張する。そして、ＰＣ鋼材の両端部を定着具により定着する。その後、ダクト内にグラウトを注入する。

グラウトは、ＰＣ鋼材を腐食から保護したり、ＰＣ鋼材と部材コンクリートの間との一体性を確保するために、ダクト内に注入するのであるから、ダクト内に空隙が生じないように充填する必要がある。

しかしながら、グラウトをダクト内に注入すると、例えば、図７に示すように、ダクトの曲げ下がり部に、残留空気が生じ易い。同図において、（ａ）から（ｃ）に向かって注入経過を示しており、（ａ）でダクトＤの曲げ下がり部でグラウトＧが先流れを起こし、（ｃ）のように残留空気（エア溜まり）Ｋを生じ、この部分がグラウトの未充填部（空隙）となる。ダクトが太い（空隙率が大きい）ほど、またダクトの曲がり角度が大きいほど、先流れを起こし易い。例えば、シールドトンネル覆工体のセグメント組立体にプレストレスを導入する場合には、ダクトが円形になるので、ダクトの頂部で先流れを起こし、残留空気が生じ易い。さらに、グラウトの粘性が小さいほど先流れを起こし易く、残留空気の発生が多くなる。

この残留空気の発生を防止するために、従来、次のような方法が用いられている。
（１）粘性の大きいグラウトを用いる。
（２）残留空気の溜まる箇所に、排気口を設ける。
（３）ダクト内の空気を真空ポンプにより吸引した後に、グラウトを注入する。
なお、このような方法は当業者にとって周知であるので、先行技術文献は特に記載しない。

しかしながら、前記（１）の方法では、グラウトの注入圧が高くなり、作業性が良くない。また、前記（２）の方法では、排気口を設ける必要があるので、コンクリート部材の製作が煩雑になり、またグラウト注入後に排気口を塞ぐ必要がある。また、前記（３）の方法では、真空ポンプ等の設備が必要になる。

この発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、ダクト内に残留空気が発生するのを簡単にかつ安価に防止することができるグラウトの注入方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載のグラウトの注入方法は、ＰＣ鋼材が設けられたコンクリート部材のダクト内に、グラウトを注入する方法であって、前記ダクトの一端から前記ダクト内に一定量のゲル状物質を注入した後、このゲル状物質を前記ダクトの他端から押し出すように前記ダクト内にグラウトを注入することを特徴とする。

ここで、１つのコンクリート部材のダクトにＰＣ鋼材を挿通して緊張し、１つのコンクリート部材に圧縮応力を与える場合もあるし、あるいは複数のコンクリート部材のダクトに渡ってＰＣ鋼材を挿通して緊張し、複数のコンクリート部材に圧縮応力を与える場合もある。

請求項２に記載のグラウトの注入方法は、請求項１に記載の発明において、前記ゲル状物質は、吸水性ポリマーに水を吸水させてなるゲル状物質であることを特徴とする。

本発明のグラウトの注入方法によれば、粘性の小さいグラウトを使用しても、ダクト内に注入されたグラウトに押されてグラウトの前を進んでいくゲル状物質の粘性が大きいので、ダクトの曲げ下がり部で先流れが起こらず、残留空気が生じない。このように、本発明のグラウトの注入方法によれば、特別の設備も必要なく、またコンクリート部材に手を加える必要もなく、さらに作業性も良好であり、したがってダクト内に残留空気が生じるのを簡単にかつ安価に防止することができる。
本発明において、ゲル状物質として、ゲル状保冷剤等の吸水性ポリマーに水を吸水させてなるゲル状物質を用いるようにすれば、広く普及しているものであるので、安価に入手することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の実施の形態に係るグラウトの注入方法が適用されるシールドトンネル覆工体を説明する。
図１は、シールドトンネル覆工体を示す横断面図である。また、図２は、このシールドトンネル覆工体の縦断面図である。このシールドトンネル覆工体は、円形の断面を有しており、周方向に５分割されたセグメント１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅをリング状に組み立てるとともに、リングとなったセグメント組立体を軸線方向に多数配列することによって構成されている。

前記セグメントのうち、四つのセグメント１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは円周方向の中心角が約８４°となっており、１つのセグメント１ｅは中心角が２４°であり、これらによって円形に閉合される。前記中心角が約２４°のセグメント１ｅは最終組み立てセグメントとなっており、図３に示すように、トンネルの軸線方向に寸法が縮小され両端で周方向の寸法が異なっている。この最終組み立てセグメント１ｅは、他のセグメント（中心角が約８４°のセグメント）１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを建て込んだ後、切羽側から軸線方向に移動させてくさびを打ち込むように両側で隣接するセグメント１ａ、１ｄと当接され、５つのセグメントを円形に閉合するものである。

これらのセグメントには、周方向に埋め込まれたポリエチレン等の合成樹脂製可撓管あるいは鋼材等の金属などからなるダクト（シース）２が設けられている。このダクト２は端面で開口しており、リング状に組み立てられたときに、周方向に連続するように配置されている。また、最下部にあるセグメント１ｂには定着具３が埋設されており、ダクト２は両側からこの定着具に接続されている。この定着具３は鋳鉄などからなり、図４に示すように、ＰＣ鋼材が挿通される２つの円筒部が斜めに交叉するように一体化された形状を有するものであり、両側から円筒部の貫通孔３ａ、３ｂに前記ダクト２を接続できるようになっている。また、この定着具３が埋設されたセグメント１ｂには、定着具３の円筒部の端面３ｃが露出するように２つの切り欠き部５が設けられている。そして、この切り欠き部５の一方からＰＣ鋼材６を定着具３の貫通孔を通じて前記ダクト２内に挿入し、リング状となったセグメント内を一周して定着具３のもう一方の貫通孔を通って他方の切り欠き部内に至るように配置することができる。

このＰＣ鋼材６は、両端にジャッキを装着して緊張することにより、または一方を定着具にくさび４で固定し、他方にジャッキを装着して緊張することにより、リング状となったセグメントに周方向のプレストレスが導入される。なお、緊張力が導入されたＰＣ鋼材は、くさび４によって定着具に定着される。

一方、中心角が８４°のセグメント１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄには、シールドトンネルの軸線方向にもＰＣ鋼材を挿通するためのダクト８が設けられており、軸線方向に隣接するセグメントに設けられたダクトと連通するようになっている。ダクト８は前記ダクト２と同様に、ポリエチレン等の合成樹脂製可撓管あるいは鋼材等の金属などからなるもので、セグメント１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ内に埋設されている。前記４つのセグメント１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄのうち対向する２つのセグメント１ｂ、１ｄには、図５に示すように、前記周方向に配置されたものと同じ定着具９が埋め込まれ、ダクト８はこの定着具９に接合され、定着具の反対側の端面はセグメントの内側に設けられた切り欠き部１０内に露出している。

これら軸線方向のダクト８に定着具９が設けられた２つのセグメント１ｂ、１ｄと軸線方向に隣接する後方のセグメント１１ｂ、１１ｄには、定着具は設けられておらず、他の２つのセグメント１ａ、１ｃと軸線方向に隣接する後方のセグメント１１ｃには定着具が埋設されている。したがって、シールドトンネルの軸線方向に配置されたセグメントには、一つおきに定着具が埋設されていることになり、このような定着具９およびダクト８に、軸線方向にＰＣ鋼材を挿通し、周方向のＰＣ鋼材と同様に緊張力を導入して、定着具９にくさびで定着すると、図６に示すように、軸線方向に配置された４つのＰＣ鋼材のうち２つずつが交互にリング状のセグメント組立体で定着されることになる。そして、定着具９により定着されるＰＣ鋼材は、シールドトンネル覆工体の軸線方向に直列的に配置されて、張力を伝達できるようになっている。

次に、前述のようなシールドトンネル覆工体用セグメントを接合して覆工体を組み立てる工程について説明する。
切羽における掘削が進行し、シールド掘進機が前進してセグメント組立体の切羽側端面とシールド掘進機の後端部２０との間にセグメント１つ以上の間隔ができたときに、前記５つのセグメントを建て込み、リング状に組み立てる。そして、周方向に連通されたダクト２にＰＣ鋼材を挿入し、緊張力を導入した状態で定着具３に定着して周方向のプレストレスを導入する。

新たに建て込まれたセグメント組立体には、軸線方向の定着具９が埋め込まれて内側に切り欠き部１０が設けられたセグメントが２つ含まれており、これらの切り欠き部１０から定着具９および後方に続くダクト８内にＰＣ鋼材を挿入する。そして、隣接する１組のセグメントを隔てた後方のセグメントに埋設された定着具１９から覆工体の内側に引き出す。

このＰＣ鋼材は、後方のセグメントに埋設された定着具１９にくさびで一端を定着し、他端には、図２に示すように、ジャッキチェア１３を介してジャッキ１４を装着する。このジャッキ１４によりＰＣ鋼材に所定の緊張力を導入し、この状態でくさびにより定着具１９に固定する。このように２つのＰＣ鋼材の緊張力によって新たなセグメント組立体は後方のセグメント組立体と緊結される。

さらに切羽での切削が進み、次のセグメント組立体が建て込まれて周方向のプレストレスが導入された後、このセグメント組立体に設けられた軸線方向の定着具からＰＣ鋼材が後方に挿入される。この定着具と連続するダクトは、先のセグメント組立体を軸線方向に貫通するように設けられたダクトと連続し、さらに後方で隣接するセグメント内の定着具から覆工体の内側に引き出される。そして、このＰＣ鋼材に緊張力を導入することにより、この最新のセグメント組立体は先のセグメントと緊結され、この先のセグメントは後方に隣接するセグメント組立体とさらに強く結合される。このような作業を順次くり返し、シールドトンネル覆工体の軸線方向にほぼ均一にプレストレスが導入される。

そして、このようなトンネル覆工体の組立工程において、セグメントにプレストレスを導入する際に、ダクト２，８にＰＣ鋼材を挿通し、ＰＣ鋼材を緊張して定着具に定着した後、ダクト２、８内には、グラウトが充填されるが、セグメント組立体の周方向に形成されたダクト２内にグラウトを注入する場合に、円形のダクト２の頂部で先流れを起こし、残留空気が生じ易いので、本発明の実施の形態に係るグラウトの注入方法を適用する。

すなわち、セグメント組立体のダクト２内にＰＣ鋼材６を挿通し、このＰＣ鋼材６にジャッキ等により緊張力を導入した状態で定着具３に定着した後、ダクト２の一端からダクト２内にゲル状物質を例えば２０〜６０ｃｍ程度の長さで注入する。ゲル状物質のこの注入量は、ダクトの形状その他の事情に応じて適宜設定すればよい。その後、ダクト２の同じ端からダクト２内にグラウトポンプ等によりグラウト（ＰＣグラウト）を注入（圧入）する。このようにすると、グラウトはゲル状物質を押しながらダクト2内を進んで行く。そして、グラウトに押されてグラウトの前を進んでいくゲル状物質の粘性が大きいので、円形のダクト２の頂部を過ぎても、先流れが起こらず、残留空気がダクト２の頂部に生じない。ダクト２内へのグラウトの注入は、グラウトによりゲル状物質がダクト２の他端からダクト２外に押し出され、グラウトがダクト２の他端から排出されるまで行う。

ゲル状物質としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム系等の吸水性ポリマーに水を吸水させてなるゲル状物質などが挙げられる。より具体的には、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム系等の吸水性ポリマーに水を吸水させてなるゲル状保冷剤などである。

このようなグラウトの注入方法にあっては、ダクト２内に粘性の小さいグラウトを注入しても、ダクト２内に注入されたグラウトに押されてグラウトの前を移動していくゲル状物質の粘性が大きいので、ダクト２の頂部で先流れが起こらず、残留空気が生じない。このため、グラウト硬化後にダクト２内にグラウトの未充填部（空隙）が生じない。したがって、このグラウトの注入方法にあっては、特別の設備も必要なく、またコンクリート部材に手を加える必要もなく、さらに作業性も良好である。よって、このグラウトの注入方法によれば、ダクト内に残留空気が発生するのを簡単にかつ安価に防止することができる。
この場合、ゲル状物質として、ゲル状保冷剤のようなポリアクリル酸ナトリウム系等の吸水性ポリマーに水を吸水させてなるゲル状物質を用いれば、このようなゲル状物質は広く普及しているものであるので、安価に入手することができる。

なお、前述の実施の形態では、複数のセグメント（コンクリート部材）のダクト２に渡ってＰＣ鋼材を挿通して緊張し、複数のセグメントに圧縮応力を与えるようにしたが、１つのコンクリート部材のダクトにＰＣ鋼材を挿通して緊張し、１つのコンクリート部材に圧縮応力を与えるような場合にももちろん本発明を適用することができる。

また、前述の実施の形態では、シールドトンネル覆工体のセグメント組立体に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、橋梁の主桁、床版および建築の梁などの他のコンクリート部材にも広く適用することができる。

本発明の実施形態に係るグラウトの注入方法を適用するシールドトンネル覆工体の横断面図である。 図１に示すシールドトンネル覆工体の縦断面図である。 図１に示すシールドトンネル覆工体の最終組み立てセグメントの形状および建て込み方法を示す図である。 図１に示すシールドトンネル覆工体で用いられるＰＣ鋼材の定着具を示す図であって、（ａ）正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１に示すシールドトンネル覆工体を構成するセグメントであって周方向および軸線方向の定着具が埋設されたセグメントの平面図である。 図１に示すシールドトンネル覆工体の軸線方向に配置されるＰＣ鋼材およびその定着具の位置を断面上および覆工体の展開図上で示す図である。 グラウトの注入時に、ダクトの曲げ下がり部に残留空気を生じることを説明するための図である。

符号の説明

１ セグメント（コンクリート部材）
２ ダクト
６ ＰＣ鋼材

Claims (2)

1. ＰＣ鋼材が設けられたコンクリート部材のダクト内に、グラウトを注入する方法であって、
   前記ダクトの一端から前記ダクト内に一定量のゲル状物質を注入した後、このゲル状物質を前記ダクトの他端から押し出すように前記ダクト内にグラウトを注入することを特徴とするグラウトの注入方法。
2. 前記ゲル状物質は、吸水性ポリマーに水を吸水させてなるゲル状物質であることを特徴とする請求項１に記載のグラウトの注入方法。

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