JP2023012744A - 覆工コンクリートの加温方法及び加温装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な制御手段を用いなくても、覆工コンクリートＣを適切な温度に効率よく加温できるようにする。
【解決手段】加温装置は、トンネルの内壁に打設された覆工コンクリートＣを加温するものであって、覆工コンクリートＣの内周面を成型する金属製の型枠１０と、該型枠１０の内周面に当接しているＰＴＣヒーター１と、ＰＴＣヒーター１の背後を保温する保温材２と、保温材２を介してＰＴＣヒーター１を型枠１０の内周面に押圧する押圧機構４とを含み構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、トンネルの内壁に打設された覆工コンクリートを加温する方法及び装置に関するものである。

一般に、トンネルの内壁をコンクリートで覆工する場合、特許文献１に記載のようなセントル台車に設けられているアーチ形状の型枠を用い、坑口から逐次、型枠が設けられた区間毎に、覆工コンクリートの打設が行われる。打設後、所定時間が経過してから脱型されるが、脱型時のコンクリート強度が低いと覆工コンクリートのひび割れ等の原因となる。

そのため、特許文献１では、型枠を加温する複数の加温手段とその制御手段を用い、覆工コンクリートの周方向に分割して設定された複数の加温エリアを、所定のサイクルで順次切り換えて加温する方法及び装置が提案されている。所定のサイクルで順次切り換えて加温することにより、覆工コンクリート全体の温度のばらつきを少なくし、コンクリート強度をほぼ均一に高めることができるとされている。

特許第５４２１４１３号公報 特開平１０－２２０００５号公報

しかし、特許文献１の方法及び装置では、１サイクルの各加温エリアにおける加温時間や切り換えの順番を設定したり、リアルタイムに検出した覆工コンクリートの温度に基づいて加温時間をフィードバック制御したりする、複雑な制御手段が必要であった。

ところで、特許文献２には、住宅建物の基礎型枠にコンクリートを打設し、この基礎型枠を、ＰＴＣ線状ヒータを内蔵した電熱養生シートで覆い、この電熱養生シートを加熱制御してコンクリートを所定温度で養生させる基礎コンクリートの養生方法が記載されている。

しかし、特許文献２には、この電熱養生シートをトンネルの覆工コンクリートの加温に使用することについてまでは記載及び示唆がない。しかも、この電熱養生シートは、塩化ビニル系樹脂などからなる二枚のシート材間にＰＴＣ線状ヒータを内蔵しているため、シート材とＰＴＣ線状ヒータとの間に熱伝導性の低い空気が介在しうる。また、電熱養生シートは基礎型枠に被せるだけなので、電熱養生シートと基礎型枠との間にも熱伝導性の低い空気が介在しうる。このため、ＰＴＣ線状ヒータの熱は基礎型枠に効率的に伝わらない。よって、仮に、この電熱養生シートをトンネルの覆工コンクリートの加温に使用しても、同様に、効率よく加温することはできない。

そこで、本発明の目的は、複雑な制御手段を用いなくても、覆工コンクリートを適切な温度に効率よく加温できるようにすることにある。

［１］覆工コンクリートの加温方法
トンネルの内壁に打設された覆工コンクリートを加温する加温方法において、
覆工コンクリートの内周面を成型する金属製の型枠を、該型枠の内周面に当接しているＰＴＣヒーターにより加温することを特徴とする覆工コンクリートの加温方法。

ここで、ＰＴＣヒーターの背後を保温材で保温することが好ましい。

保温材は発泡スチロール樹脂からなるものが好ましい。加工しやすい、保温性が高い、軽量である等の理由による。

保温材を介してＰＴＣヒーターを型枠の内周面に押圧することが好ましい。該押圧によりＰＴＣヒーターと型枠の内周面との間に空気層が介在しなくなり、ＰＴＣヒーターの熱が型枠にムラなく伝熱され、コンクリートの養生温度が安定的に保たれるからである。

［２］覆工コンクリートの加温装置
トンネルの内壁に打設された覆工コンクリートを加温する加温装置において、
覆工コンクリートの内周面を成型する金属製の型枠と、該型枠の内周面に当接しているＰＴＣヒーターとを含み構成されたことを特徴とする覆工コンクリートの加温装置。

ここで、ＰＴＣヒーターの背後を保温する保温材を含むことが好ましい。

保温材は発泡スチロール樹脂からなるものが好ましい。加工しやすい、保温性が高い、軽量である等の理由による。

保温材を介してＰＴＣヒーターを型枠の内周面に押圧する押圧機構を含むことが好ましい。該押圧によりＰＴＣヒーターと型枠の内周面との間に空気層が介在しなくなり、ＰＴＣヒーターの熱が型枠にムラなく伝熱され、コンクリートの養生温度が安定的に保たれるからである。

また、型枠の内周面に複数の補強凸部が突設され、２つの補強凸部の間にＰＴＣヒーターと保温材が配設され、補強凸部にねじを螺合させることにより保温材を介してＰＴＣヒーターを型枠の内周面に押圧する押圧機構を含むことが好ましい。

この押圧機構としては、ねじに押されて保温材の背面を押す剛体部材を含み、剛体部材は保温材の背面を押したときに変形しないものであり、剛体部材は保温材と別体であるか又は一体化されてものを例示できる。

保温材は、型枠の内周面を向く面に溝が形成された板状体であり、
ＰＴＣヒーターは、線状であり、溝に収容されており、溝の開口から現れた部位が型枠の内周面に当接している態様を例示できる。

［作用］
ＰＴＣヒーターは、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient：正温度係数）特性を有するＰＴＣ素子を用いた電熱ヒーターである。ＰＴＣ素子は、通電すると、最初は低温であるために抵抗値が小さいので大電流が流れ、素子温度が急激に上昇する。そして、素子温度がキューリー温度を超えると抵抗値が増大するために電流量が減少し、その結果、発熱量は減少する。そのため、ＰＴＣヒーターは、所定温度以上に温度が上がることなく、一定温度で安定して熱平衡状態を保つという、自己温度制御機能を有している。従って、温度制御や過熱防止のためのセンサーや回路を必要としない。
そして、金属製の型枠を、該型枠の内周面に当接しているＰＴＣヒーターにより加温することにより、ＰＴＣヒーターの熱が金属製の型枠に効率よく伝わり、型枠の加温を介して覆工コンクリートを加温することができるとともに、上述した自己温度制御機能により、特許文献１のような複雑な制御手段を別途設ける必要がなくなる。

本発明によれば、複雑な制御手段を用いなくても、覆工コンクリートを適切な温度に効率よく加温できる。

図１は実施例の覆工コンクリートの加温装置を示す部分分解斜視図である。 図２は同加温装置の（ａ）は部分斜視図、（ｂ）はIIｂ－IIｂ断面図、（ｃ）はIIｃ－IIｃ断面図である。 図３は同加温装置の断面図である。 図４は同加温装置を下から見た底面図である。

１．ＰＴＣヒーター
ＰＴＣヒーターとしては、特に限定されないが、複数のＰＴＣ素子を一方向に並設した線状のもの、複数のＰＴＣ素子を分散配置した面状のもの等を例示できる。ＰＴＣヒーターは、型枠への配設のしやすさから、線状のものが好ましい。
ＰＴＣ素子としては、特に限定されないが、チタン酸バリウム、炭化珪素等からなるものを例示できる。

２．保温材
保温材としては、特に限定されないが、発泡樹脂、発泡ゴム、グラスウール、ロックウール、珪酸カルシウム、パーライト等からなるものを例示でき、前述のとおり発泡スチロール樹脂からなるものが好ましい。
保温材は、型枠への配設のしやすさから、板状（高さに比して幅が同等又は小さい棒状のものも含む。）に成形されたものが好ましい。

３．押圧機構
押圧機構としては、特に限定されないが、前述のねじを用いた押圧機構がシンプルな構造であることから好ましい。前述の剛性部材としては、特に限定されないが、板状、棒状、アングル状等をなすものを例示できる。
押圧機構として、その他にも、バネを用いた押圧機構構等を例示できる。

以下、本発明の実施例を図１～図４を参照して説明する。なお、実施例の各部の構造、形状、数等は例示であり、発明の要旨から逸脱しない範囲で適宜変更できる。

図３に示すように、トンネルの内壁には吹付工法により吹付コンクリートＳが施工されている。
トンネルの床面には床レール（図示略）が敷設され、床レールには自走するセントル台車（図示略）が設置され、セントル台車には支柱等により後述する型枠１０が支持されている。
吹付コンクリートＳと型枠１０との間には打設空間が形成され、打設空間には覆工コンクリートＣが打設される。

覆工コンクリートＣは、セントル台車が坑口から逐次移動し、その移動に伴って形成された打設空間ごとに生コンクリートを充填することから、坑口から逐次打設されている。従って、打設空間の坑口側は既設の覆工コンクリートＣの端面で塞がれ、切羽側は妻型枠（図示略）で塞がれる。

本実施例の覆工コンクリートＣの加温装置は、このトンネルの内壁に打設された覆工コンクリートＣを加温するものであって、図１及び図２に示すように、覆工コンクリートＣの内周面を成型する金属製（鋼製）の型枠１０と、該型枠１０の内周面に当接しているＰＴＣヒーター１と、ＰＴＣヒーター１の背後を保温する保温材２と、保温材２を介してＰＴＣヒーター１を型枠１０の内周面に押圧する押圧機構４とを含み構成されている。

型枠１０は、坑長方向に例えば１０００～２０００ｍｍの長さをなすアーチ型の型枠要素１１を、坑長方向に所定の複数個接続して構成されている。
型枠要素１１は、打設空間を形成する部分円筒面状の表面部１２と、表面部１２の坑口側端と切羽側端から折曲してトンネル内側へ延びる扇面状の一対の側面部１３と、表面部１２の内周面に突設された複数の補強凸部１４とを含み構成されている。補強凸部１４は坑長方向に延びる型鋼である。型枠要素１１は、トンネルの内壁の周方向に複数に分割形成されたものが接続されてなり、図３には内壁の天頂部に対応する部位のみを実線で示しているが、２点鎖線で示すように内壁の横部に対応する部位までを含んでいる。

ＰＴＣヒーター１としては、例えば、積水化成品工業株式会社の商品名「テクヒーター」（Ｔ９シリーズ）が使用されている。これは、平行に配置した２本の導電線間にチタン酸バリウム系の複数のＰＴＣ素子を接続し、それらの回りを樹脂被覆で覆ってなる、断面が幅１８．５ｍｍ×高さ７．５ｍｍの偏平な線状ヒーターであり、可撓性を有している。ヒーター両端にはコネクターが設けられている。

保温材２としては、例えば発泡スチロール樹脂製の板状体が使用されている。これは、例えば、長さ７００～１７００ｍｍ、高さ１００～１５０ｍｍ、幅１００～２５０ｍｍであり、型枠１０の内周面を向く面に溝３が形成されている。その溝３にＰＴＣヒーター１が収容された状態で、ＰＴＣヒーター１と保温材２はそれらの長さ方向が坑長方向となるように２つの補強凸部１４の間に配設され、溝３の開口から現れたＰＴＣヒーター１の部位が型枠１０の表面部１２の内周面に当接している。

押圧機構４は、補強凸部１４に植設された雌ねじ５に対して螺合する雄ねじ６と、２つの補強凸部１４に跨って保温材２の下面に当てられ、雄ねじ６に押されて保温材２の背面を押す剛体部材７とから構成されている。剛体部材７には、保温材２の背面を押したときに変形しない例えば長方形の合板が用いられ、その四隅部を雄ねじ６が貫通している。雄ねじ６の締め付け加減により、ＰＴＣヒーター１の押圧力を調整できる。該押圧によりＰＴＣヒーター１と型枠１０の内周面との間に空気層が介在しなくなり、ＰＴＣヒーター１の熱が型枠１０にムラなく伝熱され、コンクリートの養生温度が安定的に保たれる。なお、図３及び図４に示すように、１つの剛体部材７で、１つの保温材２を押圧してもよいし、複数の保温材２を押圧してもよい。

以上のように構成された加温装置を用いて覆工コンクリートＣを加温する方法について、打設方法と共に説明する。
（１）予め地上で、型枠１０にＰＴＣヒーター１、保温材２及び押圧機構４を上記のとおりセットし、ＰＴＣヒーター１に通電用の配線をしておく。
（２）この型枠１０をセントルに支持させ、型枠１０の内周面に当接しているＰＴＣヒーター１に通電して、型枠１０を所定温度に加温する。
（３）この加温状態で、支保コンクリートと型枠１０との間の打設空間に覆工コンクリートＣを打設する。
（４）打設後も所定時間は、型枠１０を残置し、ＰＴＣヒーター１による加温を脱型まで継続する。

以上に詳述した実施例の加温装置及び加温方法によれば、次の作用効果が得られる。
（ア）金属製の型枠１０を、該型枠１０の内周面に当接しているＰＴＣヒーター１により加温することにより、ＰＴＣヒーター１の熱が金属製の型枠１０に効率よく伝わり、型枠１０の加温を介して覆工コンクリートＣを加温することができるとともに、上述した自己温度制御機能により、特許文献１のような複雑な制御手段を別途設ける必要がない。また、ＰＴＣヒーター１は過熱しないことから、エネルギー消費に無駄がない。

（イ）ＰＴＣヒーター１の背後を保温材２により保温するので、ＰＴＣヒーター１の熱が、背後に逃げず、型枠１０により効率よく伝わる。
（ウ）ＰＴＣヒーター１の背後を保温材２と剛体部材７で保護するので、ＰＴＣヒーター１が損傷しにくい。

（エ）押圧機構４は、ＰＴＣヒーター１を型枠１０の内周面に押圧する機能を有しているので、ＰＴＣヒーター１の熱が型枠１０により効率よく伝わる。
（オ）押圧機構４は、補強凸部１４に取着されることから、取着のための部材を別途設ける必要がない。

（カ）覆工コンクリートＣを打設当初から脱型まで加温することにより、養生温度のムラを抑制し、内部温度と表面温度の差を少なくして、若齢時コンクリートの強度増進を計り、温度応力や初期強度不足によるひび割れや表面剥離を防止することができる。

本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することができる。

１ ＰＴＣヒーター
２ 保温材
３ 溝
４ 押圧機構
５ 雌ねじ
６ 雄ねじ
７ 剛性部材
１０ 型枠
１１ 型枠要素
１２ 表面部
１３ 側面部
１４ 補強凸部
Ｃ 覆工コンクリート
Ｓ 吹付コンクリート

［１］覆工コンクリートの加温方法
トンネルの内壁に打設された覆工コンクリートを加温する加温方法において、
覆工コンクリートの内周面を成型する金属製の型枠を、該型枠の内周面に突設された複数の補強凸部における２つの補強凸部の間に配設されて該型枠の内周面に当接しているＰＴＣヒーターにより加温し、ＰＴＣヒーターの背後を前記間に配設された保温材で保温し、押圧機構のねじを補強凸部に螺合させることにより保温材を介してＰＴＣヒーターを型枠の内周面に押圧することを特徴とする覆工コンクリートの加温方法。

保温材を介してＰＴＣヒーターを型枠の内周面に押圧する理由は、該押圧によりＰＴＣヒーターと型枠の内周面との間に空気層が介在しなくなり、ＰＴＣヒーターの熱が型枠にムラなく伝熱され、コンクリートの養生温度が安定的に保たれるからである。

［２］覆工コンクリートの加温装置
トンネルの内壁に打設された覆工コンクリートを加温する加温装置において、
覆工コンクリートの内周面を成型する金属製の型枠と、該型枠の内周面に突設された複数の補強凸部における２つの補強凸部の間に配設されて該型枠の内周面に当接しているＰＴＣヒーターと、ＰＴＣヒーターの背後を保温する前記間に配設された保温材と、補強凸部にねじを螺合させることにより保温材を介してＰＴＣヒーターを型枠の内周面に押圧する押圧機構とを含み構成されたことを特徴とする覆工コンクリートの加温装置。

保温材を介してＰＴＣヒーターを型枠の内周面に押圧する押圧機構を含む理由は、該押圧によりＰＴＣヒーターと型枠の内周面との間に空気層が介在しなくなり、ＰＴＣヒーターの熱が型枠にムラなく伝熱され、コンクリートの養生温度が安定的に保たれるからである。

Claims (11)

1. トンネルの内壁に打設された覆工コンクリート（Ｃ）を加温する加温方法において、
   覆工コンクリート（Ｃ）の内周面を成型する金属製の型枠（１０）を、該型枠（１０）の内周面に当接しているＰＴＣヒーター（１）により加温することを特徴とする覆工コンクリートの加温方法。
2. ＰＴＣヒーター（１）の背後を保温材（２）で保温する請求項１記載の覆工コンクリートの加温方法。
3. 保温材（２）は発泡スチロール樹脂からなる請求項２記載の覆工コンクリートの加温方法。
4. 保温材（２）を介してＰＴＣヒーター（１）を型枠（１０）の内周面に押圧する請求項１又は２記載の覆工コンクリートの加温方法。
5. トンネルの内壁に打設された覆工コンクリート（Ｃ）を加温する加温装置において、
   覆工コンクリート（Ｃ）の内周面を成型する金属製の型枠（１０）と、該型枠（１０）の内周面に当接しているＰＴＣヒーター（１）とを含み構成されたことを特徴とする覆工コンクリートの加温装置。
6. ＰＴＣヒーター（１）の背後を保温する保温材（２）を含む請求項５記載の覆工コンクリートの加温装置。
7. 保温材（２）は発泡スチロール樹脂からなるものである請求項６記載の覆工コンクリートの加温装置。
8. 保温材（２）を介してＰＴＣヒーター（１）を型枠（１０）の内周面に押圧する押圧機構（４）を含む請求項６又は７記載の覆工コンクリートの加温装置。
9. 型枠（１０）の内周面に複数の補強凸部（１４）が突設され、２つの補強凸部（１４）の間にＰＴＣヒーター（１）と保温材（２）が配設され、補強凸部（１４）にねじ（６）を螺合させることにより保温材（２）を介してＰＴＣヒーター（１）を型枠（１０）の内周面に押圧する押圧機構（４）を含む請求項６又は７記載の覆工コンクリートの加温装置。
10. 押圧機構（４）は、ねじ（６）に押されて保温材（２）の背面を押す剛体部材（７）を含み、剛体部材（７）は保温材（２）の背面を押したときに変形しないものであり、剛体部材（７）は保温材（２）と別体であるか又は一体化されている請求項９記載の覆工コンクリートの加温装置。
11. 保温材（２）は、型枠（１０）の内周面を向く面に溝（３）が形成された板状体であり、
    ＰＴＣヒーター（１）は、線状であり、溝（３）に収容されており、溝（３）の開口から現れた部位が型枠（１０）の内周面に当接している請求項５～１０のいずれか一項に記載の覆工コンクリートの加温装置。

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