JP2739073B2 - トンネル用裏込め注入材 - Google Patents

トンネル用裏込め注入材

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弘治 石本
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章司 近藤
和美 松崎
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  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シールドトンネル工法
などにおいてセグメント外面とシールドマシーンのテー
ル内面との間隙により生じるテールクリアランス(テー
ルボイド)を充填する裏込め注入材に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】通常裏込め注入は、図5に示すように地
上プラントからセグメント注入孔までボンプによりパイ
プ圧送されテールボイドに充填される。図5において、
1は立坑、2は地山、3は切羽、4はシールド機械、5
は推進ジャッキ、6はテールボイド、7はセグメント、
8は裏込め材、9はホース、10はモルタルミキサー、
11はA液圧送用ポンプ、12はB液タンク、13はB
液圧送用ポンプを示す。
【0003】一般に注入材は安価であり、ある程度の可
使時間を有すること、作業性および注入性が良好である
ことが望まれ、注入後は早期に強度が発現し、地山の崩
壊による地盤の沈下を防止することができ、地下水を遮
水するものであることが必要である。
【0004】しかし、従来の裏込め注入材は、セメン
ト、粉末粘土およびベントナイトなどを用いるものが多
く使われるが、セメント系を用いるものは練り混ぜ水と
の水和反応により硬化するために、管詰まりが生じ管内
清掃を常時行う必要が生じることがあった。
【0005】また、一般的な裏込め注入材には、材料の
沈降分離を抑えるためにベントナイトを配合する場合が
多いが、ベントナイトの品質が一定でないために、その
効果にバラツキが大きく裏込め注入材の粘性が一定とな
らないで、圧送が困難となる粘度を呈する場合があっ
た。とりわけトンネルの径が2m以下で推進長が500
mを越える場合にはこれらの問題が大きくなってくる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の欠点を
改善するために提案されたもので、その目的は、セメン
ト・粉末粘土の代わりにフライアッシュと消石灰とを用
いることにより、長距離圧送時において管内清掃を行う
ことなく、粘性の一定な経済性に優れたトンネル用裏込
め注入材を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は消石灰とフライアッシュを主材とし、これに
起泡剤を添加した水で混練したことを特徴とするトンネ
ル用裏込め注入材を発明の要旨とするものである。さら
に本発明は容積0.5m3 あたり消石灰200〜300
kg、フライアッシュ50〜150kg、水356〜3
50kgおよび起泡剤を、消石灰とフライアッシュとの
合計量に対して0.5重量%添加し混合したA溶液と、
硅酸ソーダ(水ガラス)250リットルに対して水約2
50リットルで薄めたB溶液とからなることを特徴とす
るトンネル用裏込め注入材を発明の要旨とするものであ
る。
【0008】
【作用】本発明のトンネル用裏込め注入材はフライアッ
シュと消石灰に起泡剤を添加した水で混合した溶液Aに
硅酸ソーダを水で薄めた溶液Bから構成されており、溶
液Aと溶液Bとを各々別系統で裏込め注入位置まで圧送
し、裏込め注入噴出口において十分攪拌されるように注
入することによって可使時間の長く、テールボイドに充
填され易い裏込め材を得ることができる。
【0009】フライアッシュは、石火力発電所におい
てボイラ内で石が完全燃焼する際に溶融された灰分が
冷却されたものを電気集塵機等により捕集したものであ
る。したがって、フライアッシュは石炭に含まれる粘土
鉱物がガラス質状に変性しており、その形状は球形をな
している。フライアッシュを用いると、その性状により
溶液の流動性の向上を期待することができ、長距離の圧
送を可能とすることができる。
【0010】また、溶液Aの材料分離を防止するための
手段として、微小泡を発生させて泡で包み込むようにし
不均質化を防止することができる。硬化促進材として練
り混ぜ水により反応せず、溶液B(反応材)と反応する
ことにより硬化する材料である消石灰を選定した。
【0011】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。この
トンネル用裏込め注入材の配合を求めるための配合選定
実験について述べる。 起泡剤率 本発明のトンネル用裏込め注入材に用いる起泡剤添加量
を選定する実験例について述べる。実験に用いた起泡剤
は、特殊蛋白質を主成分としたエアーモルタル(エアー
ミルク)用起泡剤である。一般にはこの使用量は、材料
(セメント)の0.5〜1.0重量%で用いる。
【0012】本実験では、水に対する消石灰とフライア
ッシュの濃度が70%のときの消石灰とフライアッシュ
に対する起泡剤率を0.25%,0.50%,0.75
%に変化させて、最適起泡剤率を求めたものが図1であ
る。図1では横軸にフライアッシュ混合率、縦軸に材料
分離率をとってある。この材料分離率とは、消石灰・フ
ライアッシュを起泡剤を添加した水で混練りし、メスシ
リンダに注入し72時間静置し浮き水の高さを測定し、
材料の高さで除したものと規定する。
【0013】図1より、起泡剤率が大きくなるほど材料
の分離は小さくなる傾向にあり、材料分離の観点からは
起泡剤率は大きい方が望ましい。しかし、裏込め材の強
度および止水性の観点からは、できるだけ気泡が少ない
ことが好ましいこと、従来用いられている配合の材料分
離率(5%以下)を考慮して起泡剤率を0.50%とす
る。
【0014】配合比の選定 つぎに材料分離と粘度の関係を求めた。粘度の測定に
は、工事現場での照査に軽便なC型粘度計を使用した。
この結果を図2に示す。図2においては横軸に粘度、縦
軸に材料分離率をとってある。図2に示すように材料分
離率を5%以下に抑えるためには、3,000cp以上
粘度を必要とすることが判った。
【0015】つぎに3,000cp程度の粘度における
消石灰とフライアッシュの配合率と粘度の関係を求めた
のが図3である。図3において、横軸に配合率、縦軸に
沈降率、粘度をとってある。これらの結果より得られた
好ましい3種類の配合を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】硅酸ソーダ(溶液B)の濃度 溶液Aに含まれる消石灰と反応させる硅酸ソーダの濃度
を求めた。硅酸ソーダは消石灰と反応し、硅酸カルシュ
ウムの固形物を生成する。溶液Aと溶液Bの混合比は、
現場での管理性を考慮し1:1とした。
【0018】硅酸ソーダは表1で求めた好ましい3種類
の配合について、重水和化合物(水ガラス)として市販
されている。水に対する水ガラスの濃度(水ガラス濃
度)を30%,50%,70%とした溶液Bを作製し前
項で求めた溶液Aと混合した結果、図4が得られた。
横軸は0.5m3 当りの消石灰とフライアッシュと水の
重量(kg)を示しており、起泡剤率は0.5%であ
る。縦軸には圧縮強度がとってある。水ガラス濃度が5
0%の時に最も大きな圧縮強度が得られることが認めら
れた。
【0019】実験より得られた最適配合 上記実験により最適と考えられる配合を表2、表3に示
す。表2は溶液Aを表3は溶液Bの配合表である。なお
表2における最適配合は、表1における種類2に相当す
る。
【0020】
【表2】
【0021】
【表3】
【0022】次に本発明の使用例について述べる。本発
明のトンネル用裏込め注入材を用いて注入モデル機によ
り確認した。実験に用いた溶液Aと溶液Bは表2、表3
に示す配合を使用し、その混合比は1:1である。表2
に示した溶液Aの特性を表4に、表3に示した溶液Bと
混合し、ゲル化合物を生成しそのゲル化時間と圧縮強度
を表5に示す。
【0023】
【表4】
【0024】
【表5】
【0025】なお、これらの実施例はひとつの事例であ
り、使用材料、温度その他により配合を変更する必要が
生じることも考えられるが、発明の精神を逸脱しない範
囲で、種々の変更あるいは改良を行いうることは云うま
でもない。
【0026】なお溶液Aを0.5m3 を作成するには、
表1に示すケース1〜3が考えられる。消石灰を減らし
フライアッシュを増やしていくと、溶液Aの粘度は低下
するが、水との材料分離を示す沈降率が大きくなる。ま
た、消石灰を増やしフライアッシュを減らしていくと、
沈降率を押えることができるが、粘度の上昇が認められ
る。したがって、粘度を3,000cp以下、沈降率を
5%以下にするためには消石灰200kg〜300k
g、フライアッシュ150kg〜50kg、水347k
g〜350kgの範囲で選定する必要がある。
【0027】
【発明の効果】本発明のトンネル用裏込め注入材は、粘
性が3,000〜2,000cpと低く、フライアッシ
ュと気泡によるベアリング効果により圧送性の向上を期
待できるものである。また、セメント系の裏込め注入材
のように長時間管内に停留する場合においても硬化する
ことがないために管内清掃が不要となる効果が得られ
る。短期的には消石灰と硅酸ソーダが瞬時に反応し、長
期的には消石灰とフライアッシュに含まれるシリカ分が
穏やかに反応し、硅酸カルシュウムのゲル化合物を形成
するため信頼性の高いトンネル用裏込め注入材を作成す
ることができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】起泡剤率と材料分離率を示す。
【図2】粘度と材料分離率を示す。
【図3】材料と粘度・材料分離率の関係を示す。
【図4】硅酸濃度と圧縮強度の関係を示す。
【図5】シールド工法による裏込め注入装置を示す。
【符号の説明】
1 立坑 2 地山 3 切羽 4 シールド機械 5 推進ジャッキ 6 テールボイド 7 セグメント 8 裏込材 9 ホース 10 モルタルミキサー 11 A液圧送用ポンプ 12 B液タンク 13 B液圧送用ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松崎 和美 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 豊川 一男 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−239043(JP,A) 特開 昭52−100727(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 消石灰とフライアッシュとを主材とし、
    これに起泡剤を添加した水で混練してなるトンネル用裏
    込め注入材であって、 このトンネル用裏込め注入材は、容積0.5m あたり
    消石灰200〜300kg、フライアッシュ50〜15
    0kg、水356〜350kgおよび起泡剤を、消石灰
    とフライアッシュとの合計量に対して0.5重量%程度
    添加し混合したA溶液と、硅酸ソーダ(水ガラス)25
    0リットルに対して水約250リットルで薄めたB溶液
    とからなる ことを特徴とするトンネル用裏込め注入材。
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