JP2008088691A - トンネル覆工用の型枠およびトンネル覆工の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル覆工の施工において、打設状態が視認できない空間へのコンクリート打設量をできるだけ少なくし、かつ打設状態が視認できる領域での視認を容易にする。
【解決手段】トンネル覆工用の型枠１Ａのうちその天井部１０よりも下方に位置し天井部１０に隣接する部分であるアーチ部１３には、コンクリート９を高圧で供給する吹上口４０を設ける。吹上口４０の圧力は、吹上口４０から吐出されるコンクリート９を重力に抗して型枠上方へ向けるに十分なものとする。天井部１０には、コンクリート９の打設状態を観察する窓５ｃを設ける。このような型枠１Ａを用いて、窓５ｃから視認できる位置までコンクリートをできる限り水平に打設する。
【選択図】図１

Description

本発明はトンネル覆工の施工技術に関する。

地山を掘削して出来た素堀トンネルの掘削面（内壁面）をコンクリートで被覆するトンネル覆工工事では、まず素堀トンネルの掘削面にコンクリートを吹き付ける一次覆工を行う場合が多い。その後、一次覆工後のトンネル掘削面にさらにコンクリートで被覆する二次覆工を行う。

上記の二次覆工は、いわゆるセントルと称される型枠を用いてコンクリートを打設する。なお、この明細書で「打設」とは、養生硬化していないコンクリートを型枠とトンネルの内壁面との間へ充填することをいう。

二次覆工で用いられる型枠１は、図６，７から判るように、例えば、断面円弧形のいわゆる「かまぼこ形」であり、一次覆工終了後のトンネル（以下、単にトンネル）３の長手方向における所定位置に設置される。

型枠１には、その壁面全体に開閉可能な窓部５が多数設けられている。また、型枠１の内部には、二次覆工用のコンクリートを打設するコンクリート搬送管７や、打設されたコンクリート９を型枠１とトンネル内壁面３ａとの間に満遍なく行き渡らせるための締固めを行うバイブレータ８が装備されている。なお符号２０で示すものは型枠１内に設けられている架台である。

そして、窓部５から型枠内部にコンクリート搬送管７を投入し（図８参照）、コンクリート搬送管７からコンクリート９を流し込むことで打設し、所定の肉厚を有するトンネル３の覆工を行う。

コンクリート搬送管７から排出されたコンクリート９は重力により下方に流れ（図７の矢印参照）、トンネル３の下方部分から徐々に上方に向けて充填されて行く。充填量の増加に従い、下方の窓部５から型枠内に投入していたコンクリート搬送管７は、やがてその窓部５から投入できなくなる。その場合、それまで利用していた窓部５を閉じて、今度は、当該窓部５よりも別の（通常は上方に位置する）窓部５からコンクリート搬送管７を出し、同様にコンクリート９を排出して、さらに打設を行う。

また作業者は、窓部５から打設状態を観察し、コンクリート９が行き渡っていない箇所の有無を調べ、充填漏れがないことを確認しながら作業を進める。

さらに、バイブレータ８を窓部５から投入して締固めを実施し、既述のように型枠１とトンネル内壁面３ａとの間にコンクリート９が十分に行き渡るようにする。

一方、型枠１の最上部を天井部といい、符号１０で示す。天井部１０とトンネル３との間の空間部（以下、天端部）１５にも、その下方のアーチ部１３と同様にコンクリート９が充填される。

天井部１０のコンクリート打設は、図８に示すように、天井部１０のうちトンネル３の横断面における正中線Ｃと型枠１の内面の交点ｉに吹上口１１を設け、この吹上口１１からコンクリート９を型枠外部に排出することにより行う。なお、便宜上、この明細書にお
いて天井部１０とは、前記交点ｉに接線Ｔを引いたときに、接線Ｔが、型枠１の外周面と交叉することで画成される型枠１における円弧部分を横断面に有する部分をいうものとする。

また、天井部１０にも窓部５と同様の開閉自在な窓部が設けられており、これを天井窓と呼称し符号５ｃで示す。天井窓５ｃは天井部１０の最上位に位置する。なお正中線Ｃは、型枠１の横断面における中央に位置するものであるから型枠１の最上位を通る線である。

天井部１０より下方に位置するアーチ部１３までは、コンクリート９の打設状態を天井窓５ｃ及びそれ以外の窓部５から作業者が確認することが可能である。これに対して、天井部１０への打設を行う場合、その打設状態は窓部５を閉じた後は、視認することができない。

それでも、最終的には、型枠上部の吹上口１１からコンクリートを噴出させて天端部１５への充填をしなければならない。従来の方法では、このような状態での施工を必要とする天端部１５が大きく、天端部１５が大きいほどコンクリートの充填性を確実にすることが困難である。なお、図８に示す符合Ａで示される範囲は、アーチ部１３の窓部５から出したコンクリート搬送管７から排出されたコンクリートだけでは、充填が不可能な領域（空間）であり、吹上口１１からのコンクリート充填を必要とする範囲である。そして、当該範囲Ａの存在が天端部１５を大きくする要因でもあった。

また、型枠側部では上方に向かうに従い勾配が緩やかになるため、打設したコンクリートが流下する位置までしか打設できない。したがって、かかる原因によってもアーチ部上部における打設に時間を要するという問題がある。

さらに、窓部５のコンクリート搬送管７による充填作業では、コンクリートを型枠内に自然落下により流し込むので、水平に打設することが困難であり、打設状態を視認することが難しい。
特開２００３−２２７２９７号公報

本発明は上記事情に鑑みてされたものであり、その解決しようとする課題は、トンネル覆工の施工において、打設状態が視認できない空間（天端部等）へのコンクリート打設量をできるだけ少なくし、一方、打設状態が視認できる領域での視認を容易にする技術を提供することにある。

本発明のトンネル覆工用の型枠は、トンネル覆工用の型枠において、前記型枠のうちその天井部よりも下方に位置し、かつ当該天井部に隣接する部分であるアーチ部には、コンクリートを加圧して噴出する吹上口が設けられ、前記天井部には、前記コンクリートの打設状態を観察する窓部が設けられているとともに、当該窓部の近傍には型枠の最上位に位置する最上位吹上口が設けられていることを特徴とする。

前記アーチ部に設けられている吹上口から加圧によって吐出されるコンクリートは、重力に抗して型枠の上方に向けて打設することも可能であるので、当該吹上口から供給されるコンクリートを、短時間に前記天井部の最上位付近まで供給することできる。

したがって、その後に最上位吹上口によるコンクリート充填がなされる天端部の容積を
小さくすることができる。

最上位吹上口もアーチ部の吹上口も十分高圧な吐出圧により前記コンクリートを吐出するものであり、前記アーチ部に設けられている吹上口は、前記天井部を囲繞するように複数配置することが望ましい。

この場合、アーチ部の吹上口を切り替えて打設することで、天井部の最上位付近まで水平にコンクリートが打設することが可能であり、作業者は、アーチ部の吹上口によるコンクリートの打設状態を、天井部の窓部から容易に確認できる。

この結果、アーチ部の吹上口からの吐出によって打設された天井部周りのコンクリートには、天井部の窓部から作業者の目が十分に行き届くようにできるので、打設の際に型枠とトンネル内壁面との間にコンクリートが行き渡っていないことに起因する、たとえば隙間の発生を抑制することができる。

上記のような型枠を利用したトンネル覆工の施工は、前記アーチ部に設けられている吹上口からコンクリートを加圧して噴出させ、この吹上口の下方及び上方における型枠及びトンネルの間にコンクリートを充填し、打設面が水平になるように前記天井部の最上位付近までコンクリートを打設する工程を含むことを特徴とする。

前記複数の吹上口からコンクリートを吐出するにあたり、前記天井部周りにおいて、コンクリートがほぼ均一に供給されるように、当該複数の吹上口から吐出されるコンクリートの吐出量及び吐出時間を調整しながら吐出する工程を有するようにしてもよい。

前記コンクリートによる打設の位置が、前記天井部の最上位付近に到達した後、前記最上位吹上口からコンクリートを噴出させる工程を実施することを特徴とすることもできる。

前記コンクリートによる打設の位置が、前記天井部の最上位付近に達したら、当該打設部分にバイブレータで振動を与える工程を有することもできる。

本発明のトンネル覆工の施工方法によれば、アーチ部の吹上口よりも上方にコンクリートを打設できるので、天端部１５を小さくすることができる。よって、最上位吹上口によってなされるコンクリートの打設量及び打設時間をそれだけ減少させることができる。

また、コンクリートを水平に打設することが容易になるので、天井部の窓部から作業者が打設状態を視認できる範囲を広げることができる。その結果、型枠とトンネル内壁面との間にコンクリートが行き渡っていないことに起因する隙間の発生を効果的に抑制することができる。

さらに、短時間で打設が完了するため、コンクリートの品質が向上する。

以下、本発明のトンネル覆工用の型枠およびトンネル覆工の施工方法の実施の形態（以下、実施形態）を添付した図面を参照して説明する。

なお、従来技術と同一の部分には、同一の符号を付して説明を省略する。

図１〜５に示すように、トンネル覆工用の型枠１Ａが従来の型枠１と相違する点は、次
の通りである。
（イ）型枠１Ａのうちその天井部１０よりも下方に位置し、かつ天井部１０に隣接する部分であるアーチ部１３に、コンクリート９を高圧で吹き上げる複数の吹上口４０を設けたこと（図４，５参照）。
（ロ）吹上口４０の高圧は、吹上口４０から吐出されるコンクリート９を重力に抗して型枠１Ａの上方へ向けるに十分な圧を有することにある（図４において吹上口４０から上方に向かう矢印ａ参照）。

したがって、これら相違点及びそれらに関連する箇所につき、以下詳しく説明する。

吹上口４０は、図５に示すように、天井部１０の左右両側に２つずつ合計４つ配置され、その結果、型枠１Ａの天井部１０を囲繞するようになっている。

これら４つの吹上口４０からコンクリート９を吐出するにあたり、天井部１０周りにおいて、コンクリート９がほぼ均一に充填されるように、吐出されるコンクリート９の量を調整しながら吐出する。例えば、図５の左上に位置する吹上口４０に係るコンクリート９の充填効率が悪く、他の吹上口４０に係る打設領域に貯まるコンクリート９よりも少ない場合には、前記左上に位置する吹上口４０からのコンクリート９の吐出量を他の吹上口４０のそれよりも増やしたり、吐出時間を長くしたりする。すなわち、コンクリート９を圧入することで充填度を増大させ、どの吹上口４０に係る打設であってもできる限り打設面が水平になるようにコンクリート９を打設する。

また、勾配が緩くなる型枠１の上方では、コンクリート９の打設速度が遅くなり、従来の方法では充填密度が低下する問題があったが、本発明の方法では、吹上口４０がコンクリート９を加圧して噴出させるので、吹上口４０の下方にも上方にも打設可能で、いずれの側においても充填密度が高くなる。

この場合、短時間での打設が可能であるので、コンクリート９が固まるトラブルが抑制される。すなわち、コンクリート９の固化が進行しない状態で打設を完了することで、コンクリート９の充填度を飛躍的に増大させることができる。

なお、天井部１０の最上位に位置する吹上口１１は、アーチ部１３にある吹上口４０との対比で最上位吹上口１１ということにする。最上位吹上口１１は、吹上口４０による充填が終了した後、天井部１０とトンネル内壁面３ａとの間の空間部である天端部１５にコンクリート９を充填するために使用し、十分高圧な吐出圧によりコンクリート９を吐出する。また、最上位吹上口１１の予備として、天井部１０にはその長手方向に予備吹上口１１ａが設けられている（図５参照）。

また、型枠１Ａにあっては、バイブレータ８に加え、例えば特開２００３−２２７２９７号公報に開示の引き抜きバイブレータ８０を利用している（図３，４参照）。

次にこのような構成のトンネル覆工用の型枠１Ａを用いたトンネル覆工の施工方法について述べる。

本実施形態に係るトンネル覆工の施工方法は、次の（ｉ）〜（ｖ）のステップからなる。
（ｉ）アーチ部１３に設けられている吹上口４０から供給されるコンクリート９を、天井部１０の最上位とほぼ水平になる箇所（図４のコンクリート９の上位面参照）にまで打設するステップ。
（ii）アーチ部１３に設けられている吹上口４０から供給されたコンクリート９による打
設の位置が、天井部１０の最上位とほぼ水平になる箇所に至ることを天井部１０の天井窓５ｃから作業者が観測するステップ。
（iii）コンクリート９による打設の位置が、天井部１０の最上位とほぼ水平になると、
最上位吹上口１１からコンクリート９を吐出するステップ。
（ｉv）アーチ部１３に設けられている複数の吹上口４０からコンクリート９を吐出する
にあたり、天井部１０周りにおいて、コンクリート９がほぼ均一に供給されるように、吹上口４０から吐出されるコンクリート９の吐出量及び吐出時間を調整しながら吐出するステップ。
（ｖ）コンクリート９による打設の位置が、天井部１０の最上位とほぼ水平になると、当該打設部分にバイブレータ８，８０で振動を与えるステップ。

次に本実施形態の作用効果について述べる。

アーチ部１３に設けられている複数の吹上口４０から吐出されるコンクリート９は、重力に抗して型枠１Ａの上方である天井部１０に向けて打設することが可能であるから、吹上口４０から供給されるコンクリート９を、天井部１０の最上位とほぼ水平になる箇所にまで打設することができる。

上記のように、水平に打設することで天井窓５ｃから作業者が打設状態を視認できる範囲を広げられる。

また、従来は、コンクリート搬送管７をアーチ部１３に設けた窓部５から出し、コンクリート搬送管７からコンクリート９を排出してコンクリート充填を行っていたが、コンクリート搬送管７の代わりにコンクリート９を型枠１Ａの上方へ向けるに十分な圧を有する吹上口４０を用いたことにより、これまではかなわなかった空間Ａ（図８，図５参照）へのコンクリート９の充填が可能になるので、それだけ天端部１５の容積を小さくすることができる。よって、天端部１５でのコンクリート９の充填性を確実にすることができる。特に型枠１Ａとトンネル内壁面３ａとの間にコンクリート９が行き渡っていないことに起因する隙間の発生を効果的に抑制することができる。

また、天井部１０周りを天井窓５ｃから作業者が一望したときに、４つの吹上口４０から吐出されるコンクリート９が、天井部１０の最上位とほぼ水平になる箇所にまで充填（打設）されたことを確認できる状態になる（図４参照）。この場合は、わずかに残された天端部１５に対し、最上位吹上口１１を用いてコンクリート９を充填すればよい状況となる。

上記のように、吹上口４０はその下方のみならず上方にもコンクリート９を打設できるので、この方法による打設可能範囲が広がる結果、打設状態を作業者が視認できない空間である天端部１５へのコンクリート打設量を少なくすることができる。打設状態が視認できない天端部１５の打設作業は、打設量及び打設時間を最小限にすることが重要であるが、これを実現することで天端部１５へのコンクリート９の充填性を向上させることができる。

なお、本発明は上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種種変更を加え得ることは勿論である。例えば鋼管の形状は、角形鋼管でもよい。なおその場合リング板も矩形状となるのは勿論である。

本発明に係るトンネル覆工用の型枠を用いてトンネル覆工の施工を行っている状態を示す横断面図である。 本発明に係るトンネル覆工用の型枠を用いてトンネル覆工の施工を行っている状態を示す側面図である。 本発明に係るトンネル覆工用の型枠を用いてトンネル覆工の施工を行っている状態を示す斜視図である。 図１の要部拡大図である。 本発明に係るトンネル覆工用の型枠の平面図である。 従来技術を説明するための図であって図１に相当する横断面図である。 従来技術を説明するための図であって図２に相当する側面図である。 図６の要部拡大図である。

符号の説明

１ 型枠
１Ａ 型枠
３ トンネル
３ａ トンネル掘削面（内壁面）
５ 窓部
５ｃ 天井窓
７ コンクリート搬送管
８ バイブレータ
９ コンクリート
１０ 天井部
１１ 最上位吹上口
１１ａ 予備吹上口
１３ アーチ部
２０ 足場
４０ 吹上口
８０ 引き抜きバイブレータ
Ｃ 正中線
Ｔ 接線
ｉ 交点
ａ 吹上口から型枠の上方に向かうコンクリートを示す線

Claims (5)

1. トンネル覆工用の型枠において、
   前記型枠のうちその天井部よりも下方に位置し、かつ当該天井部に隣接する部分であるアーチ部には、コンクリートを加圧して噴出する吹上口が設けられ、
   前記天井部には、前記コンクリートの打設状態を観察する窓部が設けられているとともに、当該窓部の近傍には、型枠の最上位に位置する最上位吹上口が設けられていることを特徴とするトンネル覆工用の型枠。
2. 前記吹上口は、前記天井部を囲繞するように複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル覆工用の型枠。
3. 請求項２に記載の型枠を利用したトンネル覆工の施工方法であって、
   前記アーチ部に設けられている吹上口からコンクリートを加圧して噴出させ、この吹上口の下方及び上方における型枠及びトンネルの間にコンクリートを充填し、打設面が水平になるように前記天井部の最上位付近までコンクリートを打設する工程を含むトンネル覆工の施工方法。
4. 前記コンクリートによる打設の位置が、前記天井部の最上位付近に到達した後、前記最上位吹上口からコンクリートを噴出させる工程を実施することを特徴とする請求項３に記載のトンネル覆工の施工方法。
5. 前記コンクリートによる打設の位置が、前記天井部の最上位付近に到達すると、当該打設部分にバイブレータで振動を与えることを特徴とする請求項４に記載のトンネル覆工の施工方法。

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