JP2014163090A - トンネル構造及びその構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】防水シートの展張や応力状態の均一性を確保できると共に、確実性と耐久性に優れる防水効果が得られる。
【解決手段】吹付コンクリート１１のアーチ部１１ａの内側に敷設される防水シート１２と、充填材で形成されるアーチ部１１ａの内面と防水シート１２の背面とに固着する固結層１３と、防水シート１２の内面に略沿うように打設される覆工コンクリート１５と、防水シート１２の内面の頂部に沿って基管１４１が延設され、且つ覆工コンクリート１５の一方の打継目に対応する位置で、防水シート１２の内面に沿って頂部から両肩部に向かって分岐管１４２・１４２が弧状に延設され、基管１４１と分岐管１４２が空気を強制吸引可能な通気性を有するＴ型ホース１４を備え、基管１４１と分岐管１４２が、防水シート１２の内面に固定され、覆工コンクリート１５に略密接して覆工コンクリート１５内に設けられるトンネル構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、防水処理が施されるトンネル構造に係り、特に防水シートの内側に覆工コンクリートが空気を強制吸引しながら打設されるトンネル構造及びその構築方法に関する。

山岳トンネルでは、図７に示すように、地山１に掘削した坑壁面１ａに所定ピッチで支保工２が設置され、一次覆工の吹付コンクリート３が吹き付けられると共にロックボルト４が打ち込まれ、更に、吹付コンクリート３の内側に防水シート５が敷設され、この防水シート５の内側に二次覆工の覆工コンクリート６が打設される構造が一般的である。

このトンネル構造で二次覆工の覆工コンクリート６を打設する際には、防水シート５の内側に型枠を設置し、型枠と防水シートとの間の空間に覆工コンクリート６を打設するが、コンクリートは型枠内の下側から充填されていくので、トンネルの天端部（アーチクラウン部）の付近には、覆工コンクリート６が充填されない空隙Ｓ１が残りやすい。このような空隙Ｓ１があると、防水シート５が破損した場合、地山１の湧水が破損箇所から空隙Ｓ１に浸入して、空隙Ｓ１から覆工コンクリート６の背面や打継目に拡散するため、漏水が生じてしまう。

そのため、覆工コンクリートの打継目の天端部付近や打継目間の天端部付近にも、覆工コンクリートを確実に充填して打設すべく、既打設の覆工コンクリートとの打継目に対応する位置で、防水シートの内面に多孔ホースをトンネル周方向に沿って弧状に配置して固定し、弧状の多孔ホースで空気を強制吸引しながら覆工コンクリートを打設することや、トンネルの天端部付近において、防水シートの内面に多孔ホースをトンネル軸方向に直線状に配置して固定し、直線状の多孔ホースで空気を強制吸引しながら覆工コンクリートを打設することが提案されている（特許文献１、２参照）。

特開２００５−１７９８９１号公報 特開２００５−９０１５１号公報

ところで、図７のトンネル構造の防水シート５は吹付コンクリート３に鋲等で部分的に固着して敷設され、不均一に展張されることから、応力状態が不均一になって防水シート５の耐久性が低下する。また、防水シート５の部分的な固着に加え、吹付コンクリート３の内面の凹凸により、防水シート５は吹付コンクリート３に全体に亘って密接せず、吹付コンクリート３と敷設される防水シート５との間には空隙Ｓ２が生ずるが、この空隙Ｓ２は地山１からの湧水を防水シート５の特定箇所に集める要因となるため、防水シート５が破損しやすくなる。

特に、防水シートの内面に多孔ホースを固定して空気を強制吸引しながら覆工コンクリートを打設する工法では、減圧によって防水シートが内側に引っ張られることから、防水シートの展張や応力状態の不均一性や、防水シート背面側の空隙Ｓ２の拡がりはより大きくなり、防水の確実性や耐久性が一層低下してしまう。

本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、防水シートの内面に通気性のホースを固定して空気を強制吸引しながら覆工コンクリートを打設しても、防水シートの展張や応力状態の均一性を確保することができると共に、防水シートの背面側の空隙と内面側の空隙の双方を無くすことが可能であり、確実性と耐久性に優れる防水効果が得られるトンネル構造及びその構築方法を提供することを目的とする。

本発明のトンネル構造は、地山のアーチ部の内側、若しくは一次覆工材のアーチ部の内側に敷設される防水シートと、前記アーチ部と前記防水シートとの間に充填される充填材で形成され、前記アーチ部と前記防水シートの背面とに固着する固結層と、前記防水シートの内面に略沿うように打設される覆工コンクリートと、アーチ状に敷設された前記防水シートの内面の頂部に沿って基管が延設され、且つ前記覆工コンクリートの一方の打継目に対応する位置で、前記防水シートの内面に沿って前記頂部から両肩部に向かって分岐管が弧状に延設され、前記基管と前記分岐管が空気を強制吸引可能な通気性を有するＴ型ホースとを備え、前記Ｔ型ホースの前記基管と前記分岐管が前記防水シートの内面に固定され、前記基管と前記分岐管が前記覆工コンクリートに略密接して前記覆工コンクリート内に設けられることを特徴とする。
この構成によれば、充填材で形成される固結層で防水シートを固着することから、防水シートの内面に通気性のホースを固定して空気を強制吸引しながら覆工コンクリートを打設しても、減圧で防水シートが内側に引っ張られることがなく、防水シートの展張や応力状態の均一性を確保することができる。また、固結層で防水シートの背面側の空隙を無くし、空気を強制吸引しながら打設される覆工コンクリートで天端部付近における防水シートの内面側の空隙を無くし、防水シートの背面側の空隙と内面側の空隙の双方を無くすことが可能となる。従って、確実性と耐久性に優れる防水効果を実現することができる。更に、空気の強制吸引をＴ型ホースの全長で行うことが可能であることから、トンネル内の作業空間で生ずるホース本数を減少させ、施工管理を容易化することができると共に、強制吸引に必要な吸引ポンプも一台等と少なくて済み、施工機器数や施工コストの低減を図ることができる。

本発明のトンネル構造は、前記Ｔ型ホースが、Ｔ型継手を介して前記基管と前記分岐管が接続され、前記基管と前記分岐管の各々が、通気性と通水性を有する筒状織物から構成されていることを特徴とする。
この構成によれば、同一構成の筒状織物を用いて基管と分岐管とすることが可能であり、Ｔ型ホースの製造コストを低減することができる。また、筒状織物の繊維をフィルターとして、土砂やセメント成分を引き込まずに、エアとコンクリート中の余剰水のみを吸引することができる。

本発明のトンネル構造の構築方法は、地山のアーチ部、若しくは一次覆工材のアーチ部に近接させて、防水シートを展張して配置する工程と、前記アーチ部と前記防水シートとの間に充填材を充填し、前記充填材が固結して形成される固結層を前記アーチ部と前記防水シートの背面とに固着する工程と、基管と分岐管が通気性を有するＴ型ホースを用い、前記基管をアーチ状に敷設された前記防水シートの内面の頂部に沿って延設し、且つ既打設の覆工コンクリートとの打継目に対応する位置で、前記分岐管を前記防水シートの内面に沿って前記頂部から両肩部に向かって弧状に延設し、前記基管と前記分岐管を前記防水シートの内面に固定する工程と、前記基管の後端開口を妻板から引き出すように型枠を配置して、前記型枠内に覆工コンクリートを打設すると共に、打設進行の任意時点から前記基管の後端開口から空気を強制吸引して、前記基管と前記分岐管を構成する通気性材料をフィルターとして打設空間の空気を強制吸引しながら前記覆工コンクリートを打設することにより、前記基管と前記分岐管が前記覆工コンクリートに略密接して内部に設けられ且つ前記防水シートの内面に略沿うように前記覆工コンクリートを形成する工程と、
を備えることを特徴とする。
この構成によれば、充填材で形成される固結層で防水シートを固着することから、防水シートの内面に通気性のホースを固定して空気を強制吸引しながら覆工コンクリートを打設しても、減圧で防水シートが内側に引っ張られることがなく、防水シートの展張や応力状態の均一性を確保することができる。また、固結層で防水シートの背面側の空隙を無くし、空気を強制吸引しながら打設される覆工コンクリートで天端部付近の防水シートの内面側の空隙を無くし、防水シートの背面側の空隙と内面側の空隙の双方を無くすことが可能となる。従って、確実性と耐久性に優れる防水効果のトンネル構造を得ることができる。更に、空気の強制吸引をＴ型ホースの全長で行うことが可能であることから、トンネル内の作業空間で生ずるホース本数を減少させ、施工管理を容易化することができると共に、強制吸引に必要な吸引ポンプも一台等と少なくて済み、施工機器数や施工コストの低減を図ることができる。

本発明によれば、防水シートの内面に通気性のホースを固定して空気を強制吸引しながら覆工コンクリートを打設しても、防水シートの展張や応力状態の均一性を確保することができると共に、防水シートの背面側の空隙と内面側の空隙の双方を無くすことが可能であり、確実性と耐久性に優れる防水効果を実現することができる。

本発明の実施形態のトンネル構造の天端部付近を示す横断面図。 実施形態のトンネル構造に設置されたＴ型ホースを示す斜視説明図。 （ａ）はＴ型ホースの平面図、（ｂ）はＴ型ホースのＴ型継手の斜視図、（ｃ）は基管（分岐管）の横断面の一部を示す横断面図、（ｄ）は基管（分岐管）の縦断面の一部を示す縦断面図。 （ａ）〜（ｃ）は実施形態のトンネル構造の構築方法において作業工程の前段を示す横断面図。 （ａ）〜（ｃ）は実施形態のトンネル構造の構築方法において作業工程の後段を示す横断面図。 実施形態のトンネル構造の構築方法における作業手順を示すフローチャート。 （ａ）は従来のトンネル構造例の天端部付近を示す横断面図、（ｂ）は従来のトンネル構造例の縦断面図。

〔実施形態のトンネル構造及びその構築方法〕
本発明における実施形態のトンネル構造では、図１に示すように、地山１０のアーチ部１０ａに一次覆工材として吹付コンクリート１１が設けられ、吹付コンクリート１１のアーチ部１１ａの内側には防水シート１２が敷設されている。吹付コンクリート１１の少なくともアーチ部１１ａの内面と防水シート１２との間には充填材を充填して固結層１３が形成されており、固結層１３はアーチ部１１ａの内面と防水シート１２の背面とに固着している。尚、図示例の構造では支保工やロックボルトの記載を省略している。

防水シート１２の内面には、図１〜図３に示すように、基管１４１と分岐管１４２をＴ型継手１４３で接続したＴ型ホース１４が固定して設けられ、基管１４１と分岐管１４２が防水シート１２の内面に固定されている。

基管１４１、分岐管１４２の各々は、通気性と通水性を有するシームレスの筒状織物であり、繊維を筒状に織り込んで形成されている。本例では、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、並列する横糸１４１ｂ、１４２ｂの上下に蛇行するように縦糸１４１ａ、１４２ａが織り込まれ、隣接する縦糸１４１ａ、１４２ａの上下位置は逆になるように織り込まれて、基管１４１、分岐管１４２がそれぞれ形成されている。

この筒状織物の基管１４１、分岐管１４２はメッシュ状になっているので、織物の繊維をフィルターとして全長からエアを強制吸引することができ、さらに、コンクリートに接した場合にはコンクリートのセメントを透過させることなく余剰水のみを通過させることが可能である。

基管１４１の一端はＴ型継手１４３に接続され、その他端は後述する覆工コンクリート１５の打設時には吸引ポンプ２０に接続される。２つの分岐管１４２の一端はそれぞれＴ型継手に接続され、その他端（先端）はそれぞれ閉塞されている。

基管１４１は、アーチ状に敷設された防水シート１２の内面の頂部に沿って延設され、図示例では基管１４１を下側から支持するように、基管１４１の長手方向に間隔を開けて設けられたシートラップ部１４４の両端部を防水シート１２に溶着或いは接着する等により、防水シート１２の内面に固定されている。

分岐管１４２・１４２は、先に打設された覆工コンクリート１５’と、この分岐管１４２を有するＴ型ホース１４に略密接して打設される覆工コンクリート１５との打継目に相当する、覆工コンクリート１５の一方の打継目に対応する位置で、防水シート１２の内面に沿って頂部から両肩部に向かってそれぞれ弧状に延設され、図示例では分岐管１４２を下側から支持するように、分岐管１４２の長手方向に間隔を開けて設けられたシートラップ部１４４の両端部を防水シート１２に溶着或いは接着する等により、防水シート１２の内面に固定されている。

防水シート１２の内側には、その内面に略沿うようにして覆工コンクリート１５が打設されており、Ｔ型ホース１４の基管１４１、分岐管１４２、Ｔ型継手１４３は覆工コンクリート１５に略密接して覆工コンクリート１５内に設けられる。尚、覆工コンクリート１５は、トンネル長手方向に所定単位長さずつ順次打ち継いで設けられ、この所定単位長さの覆工コンクリート１５に対応してＴ型ホース１４が防水シート１２の内面に設置されて覆工コンクリート１５内に設けられる。

本実施形態のトンネル構造を構築する際には、図６の作業手順に従って行い、先ず、防水シート１２を架台３１に載せて展張し（Ｓ１）、架台３１を持ち上げ、地山内面に設けられる吹付コンクリート１１のアーチ部１１ａの内面に近接させて、防水シート１２を展張して配置し、アーチ部１１ａと防水シート１２との間の空間を閉塞する型枠（図示省略）を設けることにより、防水シート１２の背面側の空間を閉塞する（Ｓ２）。図４（ａ）は、防水シート１２を架台３１に載せて展張した状態、図４（ｂ）は、展張した防水シート１２を吹付コンクリート１１のアーチ部１１ａの内面に近接させて配置した状態を示している。

更に、防水シート１２の背面側であるアーチ部１１ａと防水シート１２との間の閉塞空間に充填材を充填して打設し（Ｓ３）、図４（ｃ）に示すように、充填材が固結して形成される固結層１３をアーチ部１１ａと防水シート１２の背面とに固着する。充填材が固結して固結層１３が形成された後には、前述の型枠を撤去すると共に架台３１を下降する（Ｓ４）。

その後、防水シート１２の内面側にＴ型ホース１４を配置し、シートラップ部１４４を溶着して取り付ける（Ｓ５、Ｓ６）。Ｔ型ホース１４の配置、取り付けでは、固結層１３で固定されてアーチ状に敷設された防水シート１２の内面の頂部に沿って基管１４１を延設し、既打設の覆工コンクリート１５’とこのＴ型ホース１４が内部に設けられる後述する覆工コンクリート１５との打継目に対応する位置において、分岐管１４２・１４２を防水シート１２の内面に沿って頂部から両肩部に向かって弧状に延設する（図２、図５（ａ）参照）。そして、基管１４１、分岐管１４２に設けられるシートラップ部１４４を防水シート１２に溶着する等により、防水シート１２の内面に固定する。

その後、図５（ｂ）に示すように、防水シート１２の内面側の覆工コンクリート１５を打設する空間を閉塞するようにして架台３２で支持して型枠３３を配置すると共に、型枠３３の妻部を閉塞する妻板（図示省略）からＴ型ホース１４の基管１４１の後端開口を引き出すようにし（Ｓ７）、基管１４１の後端開口を吸引ポンプ２０に接続する（図２参照）。

そして、型枠３３内に覆工コンクリート１５を打設すると共に、打設開始時点や打設開始からある程度の充填が行われた所定時点など、打設進行の任意時点から基管１４１の後端開口から吸引ポンプ２０を駆動して空気を強制吸引し、基管１４１の全長に亘る微小な孔と分岐管１４２の全長に亘る微小な孔を介して、打設空間の空気を強制吸引しながら覆工コンクリート１５を打設する（Ｓ８）。

この際、防水シート１２の頂部に沿って設けられた基管１４１による空気の強制吸引により、トンネル長手方向の天端部付近に覆工コンクリート１５を引き寄せて確実に充填していくことができ、更に、防水シート１２の頂部から両肩部に沿って弧状に設けられた分岐管１４２による空気の強制吸引により、エア溜まりが生じ易い既打設の覆工コンクリート１５’との打継目の天端部付近において、覆工コンクリート１５を引き寄せて確実に充填していくことができる（図５（ｃ）参照）。

そして、Ｔ型ホース１４からの充填情報の確認により覆工コンクリート１５の打設を停止する（Ｓ９、Ｓ１０）。例えばＴ型ホース１４の位置まで覆工コンクリート１５が充填されるとコンクリート中の水等がＴ型ホース１４で吸引されることから、Ｔ型ホース１４の基管１４１の後端開口からコンクリート中の水等の成分が出てきた時に、或いは基管１４１の後端開口から水等の成分が出てきた時から所定時間（分岐管１４２の先端より上側の打設空間に覆工コンクリート１５が充填されるまでの時間）経過した時に、覆工コンクリート１５が打設空間に充填されたと判断して打設を停止する。この際、基管１４１、分岐管１４２は、微小な孔による通気性と通水性で余剰水を通過させて吸引させるものの、織り込まれた繊維をフィルターとしてコンクリートのセメントの吸引は防止される。

又は、充填情報の確認として、Ｔ型ホース１４の吸気圧を吸引ポンプ２０の計測部等で計測して、吸引ポンプ２０の表示部での吸気圧の表示等により吸気圧が打設空間内の空気が無くなったことを示す所定気圧に到達した時に、覆工コンクリート１５が打設空間に充填されたと判断して打設を停止する。

覆工コンクリート１５の打設を完了した際には、図５（ｃ）に示すように、トンネル長手方向の天端部付近や既打設の覆工コンクリート１５’との打継目の天端部付近にも、覆工コンクリート１５が確実に充填され、Ｔ型ホース１４の基管１４１と分岐管１４２が覆工コンクリート１５に略密接して内部に設けられ、且つ防水シート１２の内面に略沿うように覆工コンクリート１５が形成される。その後、架台３２を下降する等により型枠３３を撤去し、図１のトンネル構造が完成する。

上記実施形態のトンネル構造或いはトンネル構造の構築方法によれば、固結層１３で防水シート１２を固着することから、防水シート１２の内面にＴ型ホース１４を固定して空気を強制吸引しながら覆工コンクリート１５を打設する際に、減圧で防水シート１２が内側に引っ張られることがなく、防水シート１２の展張や応力状態の均一性を確保することができる。また、固結層１３と、空気を強制吸引しながら打設される覆工コンクリート１５により、防水シート１２の背面側の空隙と防水シート１２の天端部付近の内面側の空隙の双方を無くすことが可能となる。従って、確実性と耐久性に優れる防水効果を実現することができる。更に、空気の強制吸引をＴ型ホース１４の全長で行うことが可能であることから、トンネル内の作業空間で生ずるホース本数を減少させ、施工管理を容易化することができると共に、強制吸引に必要な吸引ポンプも一台等と少なくて済み、施工機器数や施工コストの低減を図ることができる。

また、同一構成の筒状織物を用いて基管１４１と分岐管１４２とすることが可能でありこの場合には、Ｔ型ホース１４の製造コストを低減することができる。また、筒状織物の繊維をフィルターとして、土砂やセメント成分を引き込まずに、エアとコンクリート中の余剰水のみを吸引することができる。

〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明は、各発明、実施形態の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含むものであり、下記変形例も包含する。

例えば上記実施形態では、一次覆工材の吹付コンクリート１１のアーチ部１１ａに展張した防水シート１２を近接させて配置し、アーチ部１１ａと防水シート１２の背面とに固結層１３を固着したが、地山１０のアーチ部１０ａに展張した防水シート１２を近接させて配置し、地山１０のアーチ部１０ａと防水シート１２の背面とに固結層１３を固着する構成とすることも可能である。また、一次覆工材には吹付コンクリート１１以外にも固結層１３と固着可能な適宜のものを用いることが可能である。

また、Ｔ型ホースの基管と分岐管は実施形態の基管１４１、分岐管１４２に限定されず、本発明の趣旨の範囲内で適宜であり、又、筒状織物で構成する場合の繊維の織り込み方も本発明の趣旨の範囲内で適宜である。

また、Ｔ型ホース１４の基管１４１と分岐管１４２を防水シート１２の内面に固定する構成は、シートラップ部１４４を基管１４１、１４２の複数箇所に下側から支持するように設け、シートラップ部１４４の両端部を防水シート１２に固着する構成に限定されず適宜であり、例えば基管１４１、１４２の長手方向に沿って頂部周辺を防水シート１２に接着等して固定する構成等とすることが可能である。

本発明は、例えば排水型トンネル、ウォータータイト型トンネル等で、防水シートの内側に空気を強制吸引しながら覆工コンクリートを打設して構築されるトンネルに利用することができる。

１…地山 １ａ…坑壁面 ２…支保工 ３…吹付コンクリート ４…ロックボルト ５…防水シート ６…覆工コンクリート Ｓ１、Ｓ２…空隙 １０…地山 １０ａ…アーチ部 １１…吹付コンクリート １１ａ…アーチ部 １２…防水シート １３…固結層 １４…Ｔ型ホース １４１…基管 １４２…分岐管 １４１ａ、１４２ａ…縦糸 １４１ｂ、１４２ｂ…横糸 １４３…Ｔ型継手 １４４…シートラップ部 １５、１５’…覆工コンクリート ２０…吸引ポンプ ３１、３２…架台 ３３…型枠

Claims (3)

1. 地山のアーチ部の内側、若しくは一次覆工材のアーチ部の内側に敷設される防水シートと、
   前記アーチ部と前記防水シートとの間に充填される充填材で形成され、前記アーチ部と前記防水シートの背面とに固着する固結層と、
   前記防水シートの内面に略沿うように打設される覆工コンクリートと、
   アーチ状に敷設された前記防水シートの内面の頂部に沿って基管が延設され、且つ前記覆工コンクリートの一方の打継目に対応する位置で、前記防水シートの内面に沿って前記頂部から両肩部に向かって分岐管が弧状に延設され、前記基管と前記分岐管が空気を強制吸引可能な通気性を有するＴ型ホースと、
   を備え、
   前記Ｔ型ホースの前記基管と前記分岐管が前記防水シートの内面に固定され、
   前記基管と前記分岐管が前記覆工コンクリートに略密接して前記覆工コンクリート内に設けられることを特徴とするトンネル構造。
2. 前記Ｔ型ホースは、
   Ｔ型継手を介して前記基管と前記分岐管が接続され、
   前記基管と前記分岐管の各々が、通気性と通水性を有する筒状織物から構成されていることを特徴とする請求項１記載のトンネル構造。
3. 地山のアーチ部、若しくは一次覆工材のアーチ部に近接させて、防水シートを展張して配置する工程と、
   前記アーチ部と前記防水シートとの間に充填材を充填し、前記充填材が固結して形成される固結層を前記アーチ部と前記防水シートの背面とに固着する工程と、
   基管と分岐管が通気性を有するＴ型ホースを用い、前記基管をアーチ状に敷設された前記防水シートの内面の頂部に沿って延設し、且つ既打設の覆工コンクリートとの打継目に対応する位置で、前記分岐管を前記防水シートの内面に沿って前記頂部から両肩部に向かって弧状に延設し、前記基管と前記分岐管を前記防水シートの内面に固定する工程と、
   前記基管の後端開口を妻板から引き出すように型枠を配置して、前記型枠内に覆工コンクリートを打設すると共に、打設進行の任意時点から前記基管の後端開口から空気を強制吸引して、前記基管と前記分岐管を構成する通気性材料をフィルターとして打設空間の空気を強制吸引しながら前記覆工コンクリートを打設することにより、前記基管と前記分岐管が前記覆工コンクリートに略密接して内部に設けられ且つ前記防水シートの内面に略沿うように前記覆工コンクリートを形成する工程と、
   を備えることを特徴とするトンネル構造の構築方法。
   

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