JP5686616B2 - Spraying method - Google Patents
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本発明は、トンネルや橋梁深礎、地下大空洞で用いられるコンクリート吹付け工法に関する。 The present invention relates to a concrete spraying method used in tunnels, deep foundations of bridges, and large underground cavities.
コンクリート層を施工面（被処理面）上に形成する工法として、吹付け工法が知られている。吹付け工法は一般に湿式吹付け工法と乾式吹付け工法とに大別される。湿式吹付け工法は、主材料と水とを混和して予め調製した吹付け材料を圧縮空気の圧力でホース先端のノズルから噴射して層を形成する工法である。一方、乾式吹付け工法は、水が配合されていない主材料をノズルから噴射する際に、水との混合を行うことで材料に付着性を付与させて層を形成する工法である。 A spraying method is known as a method for forming a concrete layer on a construction surface (surface to be treated). The spraying method is generally classified into a wet spraying method and a dry spraying method. The wet spraying method is a method of forming a layer by spraying a spraying material prepared in advance by mixing a main material and water from a nozzle at the tip of a hose with the pressure of compressed air. On the other hand, the dry spray method is a method of forming a layer by imparting adhesion to a material by mixing with water when a main material not containing water is injected from a nozzle.
上記の湿式吹付け工法及び乾式吹付け工法のいずれを採用した場合であっても、コンクリートの吹付けにおいては材料の一部が施工面に付着せず、はね返ってしまうことが知られている。はね返り率は吹き付けた材料の３０〜４０質量％程度に達する場合もあり、これまで特許文献１に記載のように、コンクリートにリバウンド低減剤などを配合することによってはね返り率を低減する工夫がなされてきた。 It is known that a part of the material does not adhere to the construction surface and rebounds in the concrete spraying, regardless of whether the above-described wet spraying method or dry spraying method is employed. In some cases, the rebound rate may reach about 30 to 40% by mass of the sprayed material, and as described in Patent Document 1, the invention has been made to reduce the rebound rate by blending a rebound reducing agent or the like with concrete. It was.
従来のコンクリートの吹付けにあっては、材料のはね返り率は材料の配合やノズル操作者の技量（例えば、最適なノズル角度やノズル位置の設定）によって大きく変動する。このため、はね返り率の一元的な低減が難しいのが現状である。 In conventional concrete spraying, the material rebound rate varies greatly depending on the material composition and the skill of the nozzle operator (for example, setting the optimum nozzle angle and nozzle position). For this reason, it is difficult to reduce the rebound rate centrally.
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、施工面に向けてコンクリートを吹き付ける際、材料のはね返りを十分に低減できる吹付け工法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said present condition, and when spraying concrete toward a construction surface, it aims at providing the spraying construction method which can fully reduce the rebound of material.
本発明者らは、従来のコンクリート吹付け工法を実施した場合、吹付け作業の開始直後のはね返り率が高く、また、特にコンクリート中の粗骨材がはね返りやすいことに着目した。当該事項に基づいて鋭意検討を重ねた結果、本発明者らは以下の本発明を完成させるに至った。 The present inventors have paid attention to the fact that when the conventional concrete spraying method is carried out, the rebound rate immediately after the start of the spraying work is high, and the coarse aggregate in concrete is particularly likely to rebound. As a result of intensive studies based on this matter, the present inventors have completed the following present invention.
すなわち、本発明に係る吹付け工法は、施工面を覆うコンクリート層を形成するためのものであって、施工面に向けてモルタルを吹き付けて施工面上にモルタル層を形成する第１の工程と、硬化段階のモルタル層に向けてコンクリートを吹き付けて施工面を覆うコンクリート層を形成する第２の工程とを備える。 That is, the spraying method according to the present invention is for forming a concrete layer that covers a construction surface, and includes a first step of spraying mortar toward the construction surface to form a mortar layer on the construction surface. And a second step of forming a concrete layer covering the construction surface by spraying concrete toward the mortar layer in the curing stage.
上記吹付け工法にあっては、コンクリートの吹付け（第２の工程）に先立って第１の工程を実施して施工面上にモルタル層を予め形成する。このモルタル層がクッションの役割を果たし、その後に吹き付けられるコンクリートに含まれる粗骨材の勢いを吸収する。モルタル層により、従来の工法では吹付け開始直後にはね返りやすい粗骨材を施工面上に十分に付着させることができる。 In the spraying method, the mortar layer is formed in advance on the construction surface by performing the first step prior to the concrete spraying (second step). This mortar layer acts as a cushion and absorbs the momentum of the coarse aggregate contained in the concrete sprayed thereafter. With the mortar layer, it is possible to sufficiently adhere the coarse aggregate that is likely to rebound immediately after the start of spraying on the construction surface.
第２の工程において材料のはね返りをより高度に抑制するため、第１の工程で形成するモルタル層の厚さは以下の範囲であることが好ましい。すなわち、コンクリートに含まれる粗骨材の最大寸法をＤｍｍとすると、モルタル層の厚さはＤ／２ｍｍ以上であることが好ましい。 The thickness of the mortar layer formed in the first step is preferably in the following range in order to suppress the material rebound more highly in the second step. That is, when the maximum dimension of the coarse aggregate contained in the concrete is D mm, the thickness of the mortar layer is preferably D / 2 mm or more.
上記吹付け工法は、硬化段階のモルタル層に向けてコンクリートを吹き付けるものであるが、モルタル層が十分にクッションの役割を果たすには、モルタル層の圧縮強度が０．２Ｎ／ｍｍ２に達する前に、第２の工程を実施する。 In the above spraying method, concrete is sprayed toward the mortar layer in the curing stage, but before the mortar layer sufficiently functions as a cushion, the compressive strength of the mortar layer reaches 0.2 N / mm 2. in, it performs the second step.
短時間で吹付け作業を終了する必要がある場合等にあっては、第１のノズルを用いて第１の工程を実施しながら、モルタル層が形成された箇所について第２のノズルを用いて第２の工程を実施することが好ましい。 When it is necessary to finish the spraying work in a short time, the second nozzle is used for the portion where the mortar layer is formed while performing the first step using the first nozzle. It is preferable to carry out the second step.
本発明によれば、施工面に向けてコンクリートを吹き付ける際、材料のはね返りを十分に低減できる。 According to the present invention, when concrete is sprayed toward the construction surface, the material rebound can be sufficiently reduced.
以下、本発明の実施形態について説明する。ここでは、好適な実施形態として掘削後のトンネル内に露出した地山掘削面を覆うコンクリート層を形成する場合を例示する。もちろん施工対象は地山掘削面に限定されるものではなく、橋梁深礎や地下大空洞に適用してもよい。また、ここでは湿式吹付け工法に基づいて説明するが、乾式吹付け工法を採用してもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. Here, the case where the concrete layer which covers the natural ground excavation surface exposed in the tunnel after excavation is illustrated as suitable embodiment is illustrated. Of course, the construction object is not limited to the ground excavation surface, but may be applied to deep foundations of bridges and large underground cavities. Moreover, although it demonstrates based on the wet spraying method here, you may employ | adopt a dry-type spraying method.
本実施形態に係る吹付け工法は、トンネル１０の地山掘削面（施工面）Ｆを覆うコンクリート層ＣＬを形成するためのものである（図２参照）。当該工法は、地山掘削面Ｆに向けてモルタルＭを吹き付けて地山掘削面Ｆ上にモルタル層ＭＬを形成する第１の工程（図１の（ａ）参照）と、硬化段階のモルタル層ＭＬに向けてコンクリートＣを吹き付けて地山掘削面Ｆを覆うコンクリート層ＣＬを形成する第２の工程（図１の（ｂ）参照）とを備える。以下、各工程について説明する。 The spraying method according to the present embodiment is for forming a concrete layer CL that covers the ground excavation surface (construction surface) F of the tunnel 10 (see FIG. 2). The construction method includes a first step (see FIG. 1A) in which the mortar layer ML is formed on the ground excavation surface F by spraying the mortar M toward the natural excavation surface F, and a mortar layer in the hardening stage. A second step (see FIG. 1B) for forming a concrete layer CL that covers the ground excavation surface F by spraying the concrete C toward the ML. Hereinafter, each step will be described.
（第１の工程）
図１の（ａ）に示すとおり、この工程はノズル１から地山掘削面Ｆに向けてモルタルＭを噴射して地山掘削面Ｆ上にモルタル層ＭＬを形成する工程である。モルタルは、砂（細骨材）、セメント及び水を混練することによって得ることができる。水セメント比は５０〜６５％程度とすればよく、骨材とセメントの質量比（骨材／セメント）は２／１〜３／１程度とすればよい。モルタルには更に混和材や急結材などを適宜配合する。例えば、急結材の配合量はセメント質量の４％程度とすればよい。モルタルに配合する急結材の量を、セメントに配合する急結材の量（後述のとおり７％程度）と比較して少なくすることで、モルタルが硬化するまでの時間を長期化できる。
(First step)
As shown in FIG. 1A, this step is a step of forming the mortar layer ML on the natural ground excavation surface F by injecting the mortar M from the nozzle 1 toward the natural ground excavation surface F. The mortar can be obtained by kneading sand (fine aggregate), cement and water. The water-cement ratio may be about 50 to 65%, and the mass ratio of aggregate and cement (aggregate / cement) may be about 2/1 to 3/1. In addition, admixtures and quick setting materials are appropriately blended into the mortar. For example, the blending amount of the quick setting material may be about 4% of the cement mass. By reducing the amount of the quick setting material blended in the mortar as compared with the amount of the quick setting material blended in the cement (about 7% as described later), the time until the mortar is cured can be prolonged.
地山掘削面Ｆ上にモルタル層ＭＬを予め形成し、その後、後述の第２の工程によってコンクリート層ＣＬを形成することで、モルタル層ＭＬがクッションの役割を果たし、第２の工程で使用されるコンクリートＣに含まれる粗骨材の勢いを吸収する。モルタル層ＭＬにより、はね返りやすい粗骨材を地山掘削面Ｆ上に十分に付着させることができる。 The mortar layer ML is formed in advance on the ground excavation surface F, and then the concrete layer CL is formed by the second step described later, so that the mortar layer ML serves as a cushion and is used in the second step. Absorbs the momentum of coarse aggregate contained in concrete C. By the mortar layer ML, it is possible to sufficiently attach the coarse aggregate that is easily rebounded to the natural ground excavation surface F.
後述の第２の工程において材料のはね返りをより高度に抑制するため、第１の工程で形成するモルタル層ＭＬの厚さは、コンクリートに含まれる粗骨材の最大寸法をＤｍｍとすると、好ましくはＤ／２ｍｍ以上であり、より好ましくはＤｍｍ以上である。モルタル層ＭＬの厚さがＤ／２ｍｍ未満であると、モルタル層ＭＬのクッションとしての役割が不十分となりやすい。モルタル層ＭＬの厚さの上限は、好ましくは２Ｄｍｍであり、より好ましくは３Ｄ／２ｍｍである。モルタル層ＭＬの厚さが２Ｄｍｍを超えると、モルタル層ＭＬの形成に要するコストが過剰となる傾向となる。なお、ここでいう「粗骨材の最大寸法」は、質量で骨材の９０％以上が通るふるいのうち、最小寸法のふるいの呼び寸法で示される粗骨材の寸法を意味する。 In order to suppress the rebound of the material to a higher degree in the second step described later, the thickness of the mortar layer ML formed in the first step is preferably set to Dmm as the maximum dimension of the coarse aggregate contained in the concrete. D / 2 mm or more, more preferably Dmm or more. When the thickness of the mortar layer ML is less than D / 2 mm, the role of the mortar layer ML as a cushion tends to be insufficient. The upper limit of the thickness of the mortar layer ML is preferably 2Dmm, more preferably 3D / 2mm. When the thickness of the mortar layer ML exceeds 2 Dmm, the cost required for forming the mortar layer ML tends to be excessive. Here, the “maximum dimension of coarse aggregate” means the dimension of the coarse aggregate indicated by the nominal size of the smallest dimension among the sieves through which 90% or more of the aggregate passes by mass.
（第２の工程）
図１の（ｂ）に示すとおり、この工程はノズル１からモルタル層ＭＬに向けてコンクリートを噴射して地山掘削面Ｆ上にコンクリート層ＣＬを形成する工程である。コンクリートは、粗骨材、砂（細骨材）、セメント及び水を混練することによって得ることができる。水セメント比は５０〜６５％程度とすればよく、骨材とセメントの質量比（骨材／セメント）は、２／１〜３／１程度とすればよい。コンクリート中の全骨材量（ａ：細骨材容積＋粗骨材容積）に対する細骨材量（ｓ：細骨材容積）を百分率で表した値（ｓ／ａ）は５５〜７０％程度とすればよい。コンクリートには更に混和材や急結材などを適宜配合する。例えば、急結材の配合量はセメント質量の７％程度とすればよい。
(Second step)
As shown in FIG. 1B, this step is a step of forming the concrete layer CL on the ground excavation surface F by injecting concrete from the nozzle 1 toward the mortar layer ML. Concrete can be obtained by kneading coarse aggregate, sand (fine aggregate), cement and water. The water cement ratio may be about 50 to 65%, and the mass ratio of the aggregate and cement (aggregate / cement) may be about 2/1 to 3/1. The value (s / a) expressed as a percentage of the fine aggregate amount (s: fine aggregate volume) relative to the total aggregate amount (a: fine aggregate volume + coarse aggregate volume) in concrete is about 55 to 70%. And it is sufficient. Admixtures and quick setting materials are further appropriately mixed with concrete. For example, the compounding amount of the quick setting material may be about 7% of the cement mass.
粗骨材の平均粒径は、はね返りを抑制する観点から、一般的な粗骨材の粒径より小さいことが好ましく、１０〜１５ｍｍ程度であることが好ましい。 The average particle diameter of the coarse aggregate is preferably smaller than that of a general coarse aggregate from the viewpoint of suppressing rebound, and is preferably about 10 to 15 mm.
仮に、モルタル層ＭＬが硬化してからコンクリートの吹付けを実施した場合、材料のはね返りの点では地山掘削面Ｆに直接コンクリートを吹き付けるのと同様の結果となる。つまり、モルタル層ＭＬが十分にクッションの役割を果たすには、モルタル層ＭＬが硬化段階であり且つ柔軟性を十分に有している段階で第２の工程を実施することが好ましい。より具体的には、モルタル層ＭＬの圧縮強度が０．２Ｎ／ｍｍ２（より好ましくは０．１Ｎ／ｍｍ２）に達する前に、第２の工程を実施することが好ましい。モルタル層ＭＬの圧縮強度が０．２Ｎ／ｍｍ２を超えた後にコンクリートを吹き付けるとコンクリートに含まれる粗骨材のはね返り率が増大しやすい。 If the concrete is sprayed after the mortar layer ML is cured, the result is the same as that when the concrete is directly sprayed on the ground excavation surface F in terms of the material rebound. That is, in order for the mortar layer ML to sufficiently function as a cushion, it is preferable to perform the second step at a stage where the mortar layer ML is in a curing stage and sufficiently flexible. More specifically, the second step is preferably performed before the compressive strength of the mortar layer ML reaches 0.2 N / mm 2 (more preferably 0.1 N / mm 2 ). When concrete is sprayed after the compressive strength of the mortar layer ML exceeds 0.2 N / mm 2 , the rebound rate of the coarse aggregate included in the concrete is likely to increase.
なお、モルタル層ＭＬを形成してからコンクリートの吹付けを開始するまでの時間は、モルタル層ＭＬの組成や温度条件等にもよるが、好ましくは１時間以内であり、より好ましくは０．５時間以内である。 The time from the formation of the mortar layer ML to the start of concrete spraying depends on the composition and temperature conditions of the mortar layer ML, but is preferably within one hour, more preferably 0.5. Within hours.
コンクリート層ＣＬの厚さは、建設するトンネルの等級にもよるが、好ましくは５０〜３０ｍｍである。 The thickness of the concrete layer CL is preferably 50 to 30 mm, although it depends on the grade of the tunnel to be constructed.
上記実施形態によれば、トンネルの地山掘削面Ｆ（特に、天端）に向けてコンクリートを吹き付ける際、材料のはね返りを十分に低減できる。材料のはね返りを低減することで、材料コストを低減でき、また、はね返った材料を処理するための作業及びコストを低減できる。コンクリートに急結材が含まれている場合、はね返った材料を産業廃棄物として処理する必要があり、例えば、トンネルの長さが０．１〜３０ｋｍにも及ぶ場合にあっては、処理に要する作業及びコストは膨大なものとなる。本発明によれば、かかる作業及びコストを大幅に削減できる。 According to the said embodiment, when spraying concrete toward the natural ground excavation surface F (especially top end) of a tunnel, the rebound of material can fully be reduced. By reducing the rebound of the material, the material cost can be reduced, and the work and cost for processing the rebound material can be reduced. When concrete contains quick setting material, it is necessary to treat the rebounded material as industrial waste. For example, if the tunnel length is 0.1 to 30 km, it needs to be treated. The work and costs are enormous. According to the present invention, such work and cost can be greatly reduced.
また、モルタルの組成は、コンクリートの組成と比較すると粗骨材を含有しない点の他は同様であり、コンクリート層ＣＬを形成後はモルタル層ＭＬと第２の工程で吹き付けたコンクリートとの境界は実質的に存在せず、両者は一体化している。このため、モルタル層ＭＬを事前に形成してもコンクリート層ＣＬが所望の強度よりも弱くなることはない。 The composition of the mortar is the same as that of the concrete except that it does not contain coarse aggregate. After the concrete layer CL is formed, the boundary between the mortar layer ML and the concrete sprayed in the second step is It does not exist substantially, and both are integrated. For this reason, even if the mortar layer ML is formed in advance, the concrete layer CL does not become weaker than the desired strength.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、第１及び第２の工程をそれぞれ一本のノズルを用いて実施する場合を例示したが、図３に示すように、第１及び第２の工程においてそれぞれ二本のノズル１，２を用いて実施してもよい。二本又はそれ以上の本数のノズルを用いて吹付けを実施することで、粉塵の発生を抑制して施工環境を改善し得る。
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in this embodiment, the case where each of the first and second steps is performed using one nozzle is illustrated. However, as shown in FIG. 3, two steps are used in each of the first and second steps. The
また、短時間で吹付け作業を終了する必要がある場合等にあっては、図４に示すように、第１のノズル１を用いて第１の工程を実施してモルタル層ＭＬを形成しながら、モルタル層ＭＬが形成された箇所について第２のノズル２を用いて第２の工程を実施してコンクリート層ＣＬを形成してもよい。
Further, when it is necessary to finish the spraying operation in a short time, as shown in FIG. 4, the first step is performed using the first nozzle 1 to form the mortar layer ML. However, the concrete layer CL may be formed by performing the second step using the
表１に示す配合のモルタル及びコンクリートを準備した。なお、急結材は吹付けの直前に添加した。
（実施例１）
図５に示す断面形状を有する模擬トンネルの天端（図５の吹き付け対象領域Ｒ）に上記配合のモルタル及びコンクリートを順次吹き付けた。吹き付けた材料の層の厚さが所定の範囲にある期間のはね返り率（＝付着しなかった材料の質量／ノズルから噴射した材料の質量×１００）を測定した。
本実施例では、まず、粗骨材の最大寸法１５ｍｍの半分の厚さ（７．５ｍｍ）となるようにモルタル層を形成し、その後、硬化段階のモルタル層（圧縮強度：約０．１Ｎ／ｍｍ２）に向けてコンクリートを吹き付けてコンクリート層を形成した。
最終的に厚さ８ｍｍのコンクリート層を施工面上に形成した。表２に材料（モルタル又はコンクリート）のはね返り率の測定値を示す。
(Example 1)
Mortar and concrete of the above composition were sequentially sprayed on the top end of the simulated tunnel having the cross-sectional shape shown in FIG. 5 (spray target region R in FIG. 5). The rebound rate (= the mass of the material that did not adhere / the mass of the material ejected from the nozzle × 100) during the period when the thickness of the layer of the sprayed material was within a predetermined range was measured.
In this example, first, a mortar layer was formed so as to have a half thickness (7.5 mm) of the maximum size 15 mm of the coarse aggregate, and then a mortar layer in the curing stage (compressive strength: about 0.1 N / Concrete was sprayed toward mm 2 ) to form a concrete layer.
Finally, an 8 mm thick concrete layer was formed on the construction surface. Table 2 shows measured values of the rebound rate of the material (mortar or concrete).
（実施例２）
モルタル層の厚さを１５ｍｍ（粗骨材の最大寸法）としたことの他は、実施例１と同様にしてコンクリート層を形成した。表２に材料（モルタル又はコンクリート）のはね返り率の測定値を示す。
(Example 2)
A concrete layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the mortar layer was 15 mm (maximum dimension of the coarse aggregate). Table 2 shows measured values of the rebound rate of the material (mortar or concrete).
（実施例３）
モルタル層の形成後、モルタル層の圧縮強度が約０．１５Ｎ／ｍｍ２となった時点でコンクリートの吹付けを開始したことの他は、実施例１と同様にしてコンクリート層を形成した。表２に材料（モルタル又はコンクリート）のはね返り率の測定値を示す。
Example 3
After the formation of the mortar layer, a concrete layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the concrete spraying was started when the compressive strength of the mortar layer became about 0.15 N / mm 2 . Table 2 shows measured values of the rebound rate of the material (mortar or concrete).
（実施例４）
モルタル層の形成後、モルタル層の圧縮強度が約０．２Ｎ／ｍｍ２となった時点でコンクリートの吹付けを開始したことの他は、実施例１と同様にしてコンクリート層を形成した。表２に材料（モルタル又はコンクリート）のはね返り率の測定値を示す。
Example 4
After the formation of the mortar layer, a concrete layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the concrete spraying was started when the compressive strength of the mortar layer reached about 0.2 N / mm 2 . Table 2 shows measured values of the rebound rate of the material (mortar or concrete).
（比較例１）
事前にモルタル層を形成することなく、施工面に向けて直接コンクリートを吹き付けてコンクリート層を形成したことの他は、実施例１と同様にしてコンクリート層を形成した。表２に材料（コンクリート）のはね返り率の測定値を示す。
(Comparative Example 1)
A concrete layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the concrete layer was formed by spraying concrete directly toward the construction surface without forming a mortar layer in advance. Table 2 shows measured values of the rebound rate of the material (concrete).
表中、太枠で囲んだ数値はコンクリートのはね返り率を示し、それ以外の数値はモルタルのはね返り率を示す。
In the table, the numbers enclosed in a thick frame indicate the rebound rate of concrete, and other values indicate the rebound rate of mortar.
Ｃ…コンクリート、ＣＬ…コンクリート層、Ｆ…地山掘削面（施工面）、Ｍ…モルタル、ＭＬ…モルタル層。 C: Concrete, CL: Concrete layer, F: Ground excavation surface (construction surface), M: Mortar, ML ... Mortar layer.
Claims (4)
前記施工面に向けてモルタルを吹き付けて前記施工面上にモルタル層を形成する第１の工程と、
硬化段階の前記モルタル層に向けてコンクリートを吹き付けて前記施工面を覆うコンクリート層を形成する第２の工程と、
を備え、
前記モルタル層の圧縮強度が０．２Ｎ／ｍｍ ２ に達する前に、前記第２の工程を実施する吹付け工法。 A spraying method for forming a concrete layer covering the construction surface,
A first step of spraying mortar toward the construction surface to form a mortar layer on the construction surface;
A second step of forming a concrete layer covering the construction surface by spraying concrete toward the mortar layer in a curing stage;
Equipped with a,
Spraying method compressive strength of the mortar layer before reaching 0.2 N / mm 2, implement the second step.
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