JP2019044417A

JP2019044417A - 裏込め材

Info

Publication number: JP2019044417A
Application number: JP2017167008A
Authority: JP
Inventors: 武彦中谷; Takehiko Nakatani; 康治益岡; Koji Masuoka
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; TAC Corp; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; TAC Corp; Shimizu Corp
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-03-22

Abstract

【課題】強度特性、断熱性等に優れた裏込め材を提供する。【解決手段】硬化材の主材と反応剤を充填箇所で反応固化させる二液混合タイプの裏込め材を用いるとともに、エアモルタルを主材とし、水ガラスを反応剤とする。また、エアモルタルをセメントと水と起泡剤を用いて製造し、アニオン系高分子を主成分とした起泡剤を用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばトンネルのセグメントと地山の間の空洞などに注入充填される裏込め材に関する。

従来、トンネルＴを構築する方法としてトンネルボーリングマシン（Ｔ．Ｂ．Ｍ）やシールド工法が多用されており、シールド工法では、筒状のスキンプレートの前部側（フード部）に、地山を掘削するためのカッタヘッド、スキンプレートの後部側（テール部）の内部に、推進ジャッキやエレクタ装置などを備えたトンネル掘進機が用いられている。そして、シールド工法においては、カッタヘッドを切羽面に当接させて地山を掘削し、セグメントの端部で反力を確保して推進ジャッキを伸長させることでトンネル掘進機を掘進させる。また、このように地山を掘削するとともに、エレクタ装置でセグメントを順次組み立てて地山の掘削面に沿ってセグメントリング（覆工体）を構築してゆく。

一方、トンネル掘進機で地山を掘削するとともにスキンプレートと地山の掘削面の間の空洞（余掘り空間）に裏込め材を充填し、この防護工としての裏込め注入工によって地山の肌落ちや沈下を防止するようにしている。さらに、シールドトンネルの地中拡幅などを行う際に、防護工として凍結工法を適用する場合がある（例えば、特許文献１参照）。

また、裏込め材には、主材（硬化材）と水ガラス等の反応剤を充填箇所で反応固化させる二液混合タイプのモルタルが多用されている。

特開２００５−２６４７１７号公報

一方、軽量で且つ充填性に優れるため、裏込め材としてエアモルタルを用いることが検討されている。

しかしながら、裏込め材（裏込め材の主材）として従来のエアモルタルを用いると、気泡の保持強度が十分でなく３０％程度の混入が限度で、それ以上の混入量では水ガラスと反応する時点で消泡するという問題があった。すなわち、エアモルタルを用いることによる軽量化等の効果を十分に得るまでには至っていない状況であった。

なお、凍結地盤に接してモルタルを打設する場合に、モルタルが凍害を受けると、必要強度の発現が損なわれる。さらに、凍結工法による地盤防護を行って地山掘削を行う場合には、地山が支持された状態になるまでの間、凍土表面を断熱効果のあるもので保護する必要がある。
このため、裏込め材としてエアモルタルを好適に適用できるようにすることが強く望まれていた。

本発明は、上記事情に鑑み、強度特性、断熱性等に優れた裏込め材を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の裏込め材は、硬化材の主材と反応剤を充填箇所で反応固化させる二液混合タイプの裏込め材であって、エアモルタルを前記主材とし、水ガラスを前記反応剤とすることを特徴とする。

また、本発明の裏込め材において、前記エアモルタルはセメントと水と起泡剤を用いて製造され、前記起泡剤がアニオン系高分子を主成分とした起泡剤であることが望ましい。

さらに、本発明の裏込め材においては、前記エアモルタルのエア混入率（体積比）が５０％以上となることを特徴とする。

本発明の裏込め材においては、エアモルタルを主材とし、水ガラスを反応剤とすることにより、例えば、凍土による地盤防護を行い、掘削・覆工を実施する場合に対しても覆工と凍結地山の間に充填する裏込め材としてエアモルタルを用いることができる。

よって、本発明の裏込め材によれば、凍結の施工条件下などで従来使われていた非常に高価なものに対し、大幅な廉価なエアモルタルを適用できるため、硬化材量の低減等を可能にすることも加え、格別顕著な経済性の向上を図ることが可能になる。

さらに、本発明の裏込め材においては、エアモルタルをセメントと水と起泡剤を用いて製造するとともに、アニオン系高分子を主成分とした起泡剤を用いることにより、従来のエアモルタルよりも、包含する気泡を小さく自立性が高い独立したものにすることができる。そして、このように製造することにより、従来よりも硬化時のモルタル強度が高く、透気性が低い強度特性、断熱特性に優れたエアモルタルを実現することが可能になる。

トンネル構築方法を示す図である。トンネル構築方法を示す図である。

以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係る裏込め材について説明する。なお、本実施形態では本発明に係る裏込め材をトンネル構築時に用いるものとして説明するが、本発明に係る裏込め材は空洞を充填するあらゆるケースで適用可能である。

はじめに、本実施形態におけるトンネル構築方法の一例について説明する。
このトンネル構築方法では、トンネル掘進機を用いて地山を掘削するとともに地山の掘削面に沿ってセグメントを設置し、このセグメントと地山の掘削面の間の空洞に裏込め材を充填する。さらに、断面を切り広げるためにセグメントを一部撤去した場所から掘削して切り広げる等の際にセグメントの周囲に凍結工法を用いて地山の崩落等を防止する場合がある。

より具体的に、本実施形態のトンネル掘進機１は、図１に示すように、筒状のスキンプレート２の前部側（フード部）に、地山Ｇを掘削するためのカッタヘッド、後部側（テール部２ａ）に、推進ジャッキや、スキンプレート内でセグメント３を順次組み立てて地山Ｇの掘削面に沿ってセグメントリング（覆工体）５を構築するエレクタ装置などを備えて構成されている。また、テール部２ａには、裏込め材６がトンネル掘進機１の後端から内部（スキンプレート２の内部）に流入することを防止するためのテールパッキン（テールシール）７が、トンネル掘進機１の軸線方向（掘進方向）Ｍに所定の間隔をあけて複数設けられている。

そして、上記のトンネル掘進機１を用いてトンネルを構築する際には、カッタヘッドを切羽面に当接させて地山Ｇを掘削し、セグメント３の端部で反力を確保し推進ジャッキを伸長させることでトンネル掘進機１を掘進させる。また、このように地山Ｇを掘削するとともに、エレクタ装置でセグメント３を順次組み立てて地山Ｇの掘削面に沿ってセグメントリング５を構築してゆく。

また、地山Ｇの掘削面とセグメント３の間に形成された空洞（テールボイド）で地山Ｇの肌落ちや沈下（地山の緩み）が発生することを防止するため、このセグメント３と地山Ｇの掘削面の間の空洞に順次裏込め材６を充填してゆく。

さらに、本実施形態のトンネル構築方法では、断面を切り広げるためにセグメントを一部撤去した場所から掘削して切り広げる施工区間（凍結区間）に対し凍結工法を適用する。すなわち、図１及び図２に示すように、この施工区間では、トンネル掘進機１を掘進させてテールパッキン７が通過し、裏込め材６を空洞に充填した後に、セグメント３の内側からトンネル周囲の地山Ｇを削孔し、凍結管挿入用の孔に凍結管８を挿入配置する。そして、この凍結管８にブラインを供給し、トンネル周囲の地山Ｇを凍結させて凍土を造成する。これにより、地山耐力を増大させ、セグメント３を一部撤去して掘削するような場合に地山Ｇの肌落ちや沈下が発生することを防止する。

そして、本実施形態では、このようなトンネル構築時に使用する裏込め材６として、モルタルの主材（硬化材）と水ガラスの反応剤を充填箇所で反応固化させる二液混合タイプのモルタルを用いる。さらに、主材としてエアモルタルを使用する。

このとき、泡の保持力の高い起泡剤を使用することにより、エア混入率６０％程度の裏込め材を実現できる。すなわち、水ガラスと反応する時点で消泡するという問題を解消し、二液混合型のエアモルタルとすることができる。これにより、エアモルタルを用いることによる軽量化等の効果を十分に奏功させることが可能になる。

一方、凍害を受けることにより、すなわち、凍結時の膨張圧によって材料の分解が生じることによって、裏込め材６が所望の強度を発現しないおそれがある。

これに対し、本実施形態では、裏込め材６としてエアモルタルを用いているため、且つそのエア混入率を５０〜６０％以上で確保できるため、モルタル中の微細な独立気泡によって凍結時の膨張圧力を吸収することが可能になる。これにより、凍害で材料の分解が起こることを確実に防止できる。

なお、従来の３０％程度のエア混入率であっても膨張圧力を吸収する効果を得ることが可能であるが、本実施形態のようにエア混入率（体積比）を５０〜６０％以上にできることによって、より確実且つ好適に耐凍害性の効果を得ることが確認・実証されている。

さらに、本実施形態では、モルタル中に微細な独立気泡を発生させ、エアモルタルのエア混入率を０％に近い状態から６０％以上の高エア混入率まで精度よく確実且つ好適に調整できるようにするため、例えば株式会社タックＴＡＣフォームＹなどのアニオン系高分子を主成分とした起泡剤を用いることとした。

ここで、表１に示す５種類の起泡剤をそれぞれ用いてエアミルクを作製し、各エアミルク及びその硬化体の強度、気泡の生成状態を確認した実験結果について説明する。

表１に示すケース１とケース２の起泡剤：ＴＡＣフォームＨは動物性蛋白を主成分とした起泡剤である。ケース５の起泡剤：ＴＡＣフォームＬ．Ｇはノニオン系高分子を主成分とした起泡剤である。そして、ケース３とケース４の起泡剤：ＴＡＣフォームＹが本発明に係るアニオン系高分子を主成分とした起泡剤である。
また、各ケースはそれぞれの起泡剤を同じ発泡倍率（２０倍）、空気量となるようにしている。

表２は、ケース１〜ケース５のエアミルクの物性を確認した結果を示している。
この表２に示すように、アニオン系高分子を主成分とした起泡剤を用いたケース３、ケース４は、他のケースと生比重を同じ状態にするために希釈倍率が高くなるが、特にケース３は一軸圧縮強度が高くなることが確認された。

さらに、各ケースの供試体を観察すると、ケース１、ケース２、ケース５では、例えば建築用空洞コンクリートブロックのように、多数の大きな気泡が分散して触感がざらざらとする状態であった。これに対し、本発明に係るアニオン系高分子を主成分とした起泡剤を用いたケース３、ケース４では、ようやく目視で気泡が分散している状態を確認できる程度であり、非常に細かい独立した気泡が生成されて分散していることが確認された。

したがって、本実施形態の裏込め材においては、エアモルタルを主材とし、水ガラスを反応剤とすることにより、例えば、凍土による地盤防護を行い、掘削・覆工を実施する場合に対しても覆工と凍結地山の間に充填する裏込め材としてエアモルタルを用いることができる。

よって、本実施形態の裏込め材によれば、凍結の施工条件下などで従来使われていた非常に高価なものに対し、大幅な廉価なエアモルタルを適用できるため、硬化材量の低減等を可能にすることも加え、格別顕著な経済性の向上を図ることが可能になる。

さらに、本実施形態の裏込め材においては、エアモルタルをセメントと水と起泡剤を用いて製造するとともに、アニオン系高分子を主成分とした起泡剤を用いることにより、従来のエアモルタルよりも、包含する気泡を小さく自立性が高い独立したものにすることができる。そして、このように製造することにより、従来よりも硬化時のモルタル強度が高く、透気性が低い強度特性、断熱特性に優れたエアモルタルを実現することが可能になる。

以上、本発明による裏込め材の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１トンネル掘進機
２スキンプレート
２ａテール部
３セグメント
５セグメントリング（覆工体）
６裏込め材
７テールパッキン
８凍結管
Ｇ地山
Ｍトンネル軸線方向

Claims

硬化材の主材と反応剤を充填箇所で反応固化させる二液混合タイプの裏込め材であって、
エアモルタルを前記主材とし、水ガラスを前記反応剤とすることを特徴とする裏込め材。
請求項１記載の裏込め材において、
前記エアモルタルはセメントと水と起泡剤を用いて製造され、前記起泡剤がアニオン系高分子を主成分とした起泡剤であることを特徴とする裏込め材。
請求項２記載の裏込め材において、
前記エアモルタルのエア混入率（体積比）が５０％以上となることを特徴とする裏込め材。