JP6304526B2 - トンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法に関する。

ＮＡＴＭ工法が導入される以前は、山岳トンネルの施工法として矢板工法が用いられていた。矢板工法では、地山掘削を行うとともに地山の掘削面に沿って鋼製支保工や木製矢板（矢板）を設置し、矢板と覆工型枠（セントル）、地山と覆工型枠の間にコンクリートを打込んでトンネルの覆工を構築する。

このような矢板工法で構築された山岳トンネルは、鋼製支保工や木製矢板を用いる施工法に起因して、特にアーチ部の覆工を鋼製支保工や木製矢板を用いて構築するため、このアーチ部、さらに天端部（クラウン部）の覆工と地山の間に空洞（背面空洞）が形成されてしまう。そして、覆工の側壁部やアーチ部下端側が地山と接し、アーチ部の天端側が空洞によって地山と接していない状態になる。このため、覆工全周の地盤バネが欠如して覆工のアーチ部天端側に応力集中が生じ、言い換えれば覆工のアーチ効果が得られず、覆工の耐荷力が損なわれ、これに伴って覆工のアーチ部にトンネル軸方向に延びるひび割れが発生してしまう。さらに、この背面空洞の存在により、ひび割れや覆工打継ぎ部、側壁部とアーチ部の接続部の隙間等からの漏水、空洞部分の地山の劣化・崩落、覆工コンクリートの劣化・剥落などが誘発される。

これに対し、現在、全国に多数存在する山岳トンネルの背面空洞調査、さらに背面空洞にセメント系材料や発泡ウレタンなどの裏込め充填材の充填工事が行われ、矢板工法で施工された山岳トンネルの背面空洞に伴うひび割れ、コンクリート剥落、劣化等を抑止・防止する対策が進められている。

一方、ＮＡＴＭ工法等の山岳トンネルの施工法では、地山を掘削するとともに掘削面を吹付けコンクリートで被覆し、ロックボルトの打設、防水シートの設置を行った後に、覆工型枠（セントル）を設置して覆工コンクリートの打込みを行う。このため、バイブレータによる締固め等、覆工コンクリートの打込み管理を適正に行うことで覆工背面に空洞が形成されることはないと考えられ、少なくとも従来の矢板工法のように必然的に空洞が形成されることはない（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

特許第４９３１７７７号公報 特開２００９−１２７２２９号公報 特許第４９７９４２０号公報

しかしながら、ＮＡＴＭ工法等の山岳トンネルの施工法においても、図６に示すように、覆工１の天端部１ａ（アーチ部１ｂ）に、コンクリート２の打ち上がり、締固めとともにエアやブリーディング水（余剰空気３や余剰水４）が溜まり、これによって僅かながらでも空洞５が形成されるケースがあり、やはり、この空洞５に起因して覆工１にひび割れなどが発生するおそれや、覆工天端の水みちとなり漏水の原因となるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑み、より確実に地山との間に空洞が形成されることを防止して好適に覆工コンクリートを構築することを可能にするトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法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。

本発明のトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法は、地山の掘削面と覆工型枠の間にコンクリートを打込んでトンネルの覆工を構築するトンネル覆工のコンクリートの打込みを管理する方法であって、地山と覆工型枠の間の天端部に配されるようにトンネル軸方向に沿って吸引チューブを設置するとともに、打込んだコンクリートに接触するとそれを検知し、天端部にコンクリートが充填されているか否かを確認するための充填締固め検知用センサと、覆工型枠と地山の間の空間内に打込んだコンクリートの覆工型枠と地山の間の空間内における充填状態を確認するための圧力センサを設置し、且つ、覆工型枠を所定位置に配置するとともに、前記覆工型枠の天端部に予め形成された複数のエア／水抜き材挿入孔にエア／水抜き材をそれぞれ地山側に先端が当接するように挿入して設置し、地山と覆工型枠の間にコンクリートを加圧して打込むとともに前記エア／水抜き材を通じて余剰空気や余剰水を排出させ、前記充填締固め検知用センサと前記圧力センサの計測値からコンクリートが所定の圧力で充填されたことを確認しつつ、前記エア／水抜き材を通じてセメント分が排出された箇所から順次前記エア／水抜き材を引き抜いて前記エア／水抜き材挿入孔を閉塞させ、前記エア／水抜き材を引き抜いた後、前記吸引チューブから負圧吸引によって余剰空気や余剰水を排出させ、前記吸引チューブの負圧の増大によって前記覆工の天端部にコンクリートが充填されたことを確認することを特徴とする。

本発明のトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法においては、覆工型枠の天端部にエア／水抜き材挿入孔を形成しておき、このエア／水抜き材挿入孔にエア／水抜き材を地山の掘削面側まで挿入して覆工型枠と地山の間にエア／水抜き材を設置するとともに、覆工型枠と地山の間の天端部（アーチ部）に吸引チューブを設置し、これらエア／水抜き材と吸引チューブをそれぞれトンネル覆工の天端部（アーチ部）に設けた状態で覆工コンクリートを打込む。

そして、エア／水抜き材は、例えば天端部の防水シートに突き当てて設置されていることで、覆工コンクリートの打ち込み中に天端部に溜まったエアやブリーディング水などの余剰空気や余剰水をエア／水抜き材挿入孔から覆工型枠の外側（トンネル覆工の内側）に排出させる。また、順次トンネル軸方向（トンネル覆工のスパン）の一方向から打込んだコンクリートの一部がエア／水抜き材挿入孔から導出されて落下するのを確認した段階で、エア／水抜き材を引き抜き、エア／水抜き材挿入孔を閉塞する。

これにより、コンクリートを加圧しながら覆工型枠と地山の間に打込み・充填しつつ、確実に天端部のエアやブリーディング水などの余剰空気や余剰水を排出することが可能になる。

一方、エア／水抜き材挿入孔を閉塞した後、覆工型枠と地山の間に打込んだコンクリートには締固めや加圧によってエアやブリーディング水などの余剰空気や余剰水が発生する。これに対し、本発明では、天端部に設けられた吸引チューブで負圧吸引するなどし、この余剰のエアやブリーディング水を排出させることができる。

すなわち、コンクリートのブリーディング水は時間の経過に伴い発生し、排除し続けないとコンクリートに取り込まれて強度上の弱点を形成することになるが、吸引チューブを、覆工全長（覆工スパン全長）に打込んだコンクリートに埋設させ、打込みの最終段階で、コンクリートを加圧充填しつつ、余剰のエアやブリーディング水などを吸引チューブで負圧吸引することにより、確実に排出させることが可能になるとともに、天端部にコンクリートを密実に充填することが可能になる。また、吸引チューブの負圧が急激に増大した時点でコンクリートが密実に充填されたことを確認することができる。

よって、本発明のトンネル覆工の施工方法及びトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法によれば、エア／水抜き材と吸引チューブを組み合わせることにより、確実に、覆工コンクリートの打込み時及び打込み後に発生するトンネルアーチ部（天端部）のエアやブリーディング水などの余剰空気や余剰水を排出させることが可能になる。これにより、覆工の背面に空洞が残存することを防止でき、ひび割れや湧水の原因となる覆工天端の水みちなどが生じにくく、耐久性に優れた覆工を好適に構築することが可能になる。

本発明の一実施形態に係るトンネル覆工の施工方法で覆工を構築する状況を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル覆工の施工方法において、充填締固め検知用センサと圧力センサを設置した状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル覆工の施工方法及びトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法において、覆工コンクリートを打込み（加圧充填）しながらエア／水抜き材で余剰空気や余剰水を排出している状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル覆工の施工方法及びトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法において、吸引チューブで余剰空気や余剰水を排出している状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル覆工の施工方法及びトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法において、吸引チューブに充填材を注入充填した状態を示す断面図である。 覆工の天端部（アーチ部）に余剰空気や余剰水が溜まり、空洞が形成される状況を示す図である。

以下、図１から図５、図６を参照し、本発明の一実施形態に係るトンネル覆工の施工方法及びトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法について説明する。

はじめに、本実施形態は、図１、図２、図６に示すように、ＮＡＴＭ工法等の山岳トンネルの施工法に関し、地山６を掘削するとともに掘削面６ａを吹付けモルタル（吹付けコンクリート）７で被覆し、ロックボルトの打設、防水シート８の設置を行った後、覆工型枠（セントル）９を設置して覆工コンクリート２の打込みを行う。また、このとき、例えばトンネル軸Ｏ１方向の１０〜１２ｍ程度の長さのスパン毎に覆工型枠９を設置し、覆工コンクリート２の打込みを行ってトンネル覆工１を構築してゆく。

そして、本実施形態のトンネル覆工の施工方法及びトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法では、まず、図１及び図２に示すように、覆工１を構築する対象スパンに対し、充填締固め検知用センサ１０と、圧力センサ１１とを設置する（充填締固め検知用センサ設置工程、圧力センサ設置工程）。

充填締固め検知用センサ１０は、打込んだコンクリート２に接触するとそれを検知し、確実に天端部１ａにコンクリート２が充填されているか否かを確認するためのものであり、例えば、既に構築された既設覆工側と、スパン中央と、妻側（覆工型枠９の妻側）、さらに巻厚ｔ（覆工型枠９と地山６（防水シート８）の間の厚さ）が例えば５〜１０ｃｍ以上で大きく変化する部分などの天端部１ａの防水シート表面に設置される。

圧力センサ１１は、覆工型枠９と地山６の間の空間内に打込んだコンクリート２の覆工型枠９と地山６の間の空間内における充填状態を確認するためのものであり、既に構築された既設覆工側と、スパン中央と、妻側の覆工型枠９の型枠面に設置される。

さらに、本実施形態のトンネル覆工の施工方法及びトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法では、図１に示すように、トンネル軸Ｏ１方向に沿って、且つスパン全長にわたって、天端部１ａ（アーチ部１ｂ）の地山６側に吸引チューブ１２を設置しておく（吸引チューブ設置工程）。また、この吸引チューブ１２は、ろ過性能を有し、例えば繊維材をチューブ状に織って形成するなど、表面から内部に固形物などの侵入を防止しつつ空気や水を吸入可能に形成されている。なお、吸引チューブ１２は、天端部１ａだけでなくアーチ部１ｂの広範に複数設けるようにしてもよい。

また、本実施形態のトンネル覆工の施工方法及びトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法では、図１及び図３に示すように、覆工型枠９の頂部（天端部１ａ）に、予め軸Ｏ１方向に所定の間隔をあけて複数のエア／水抜き材挿入孔１３が形成されている。そして、覆工型枠９を所定位置に設置した段階で、各エア／水抜き材挿入孔１３からエア／水抜き材（伸縮エア抜き管材）１４を挿入し、その先端が防水シート８（地山６の掘削面側）に当接するように設置する（エア／水抜き材設置工程）。また、エア／水抜き材１４は、管状に形成され、先端側に導入孔やフィルタ１４ａを設け、エアやブリーディング水等の余剰空気３や余剰水４を内部に導入可能に形成されている。なお、このエア／水抜き材１４、ひいてはエア／水抜き材挿入孔１３は、複数設けられ、例えば１０〜１２ｍのトンネルスパンに対し７本（７カ所程度）で設置される。

そして、本実施形態のトンネル覆工の施工方法及びトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法では、図１から図３に示すように、吸引チューブ１２及びエア／水抜き材１４を所定位置に配置して覆工型枠９を設置した段階で、覆工型枠９に形成された吹上げ口（コンクリート打込み口）１５からコンクリート２を覆工型枠９と地山６、防水シート８の間に打込む（コンクリート打込み工程）。

また、既設覆工側からコンクリート２を打込んで順次コンクリート２を充填してゆく。このとき、図２に示すように、充填締固め検知用センサ１０及び圧力センサ１１が設けられているため、覆工型枠９と地山６の間のコンクリート２の充填状況を各センサ１０、１１で確認しながらコンクリート２を加圧充填して、コンクリート２の打込み作業を行ってゆく。なお、覆工型枠９に設けられた確認窓によって作業者が目視でコンクリート２の充填状況を確認することも可能である。

一方、本実施形態では、図１及び図３に示すように、コンクリート２を加圧充填しながら、覆工型枠９の頂部（天端部１ａ）のエア／水抜き材挿入孔１３から、エア／水抜き材１４を通じて覆工１の天端部１ａ（アーチ部１ｂ）に溜まったエアやブリーディング水等の余剰空気３、余剰水４を排出する。また、充填締固め検知用センサ１０及び圧力センサ１１の計測値を確認し、コンクリート２が所定の圧力で充填されたことを確認するとともに、エア／水抜き材１４を通じてセメント分が排出された箇所のエア／水抜き材挿入孔１３から順次エア／水抜き材１４を引き抜き、エア／水抜き材挿入孔１３を閉塞させる（第１エア／水抜き工程）。

次に、本実施形態では、図１及び図４に示すように、上記のようにエア／水抜き材挿入孔１３で覆工１の天端部１ａに溜まった余剰空気３や余剰水４を排出した後、すなわち、エア／水抜き材１４を引き抜いた後に、エアやブリーディング水などの余剰空気３や余剰水４を吸引チューブ１２を用いて強制排出する。そして、図５に示すように、コンクリート２の打込み作業を終え、吸引チューブ１２によって余剰空気３や余剰水４を排出させた段階で、吸引チューブ１２内に充填材１６を注入して閉塞させる（第２エア／水抜き工程）。

これにより、覆工１の天端部１ａ（アーチ部１ｂ）に空洞５が形成されない好適な状態で覆工１を構築することが可能になる。

したがって、本実施形態のトンネル覆工の施工方法及びトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法においては、覆工型枠９の頂部（天端部１ａ）にエア／水抜き材挿入孔１３を形成しておき、このエア／水抜き材挿入孔１３にエア／水抜き材１４を地山６の掘削面６ａ側まで挿入して覆工型枠９と地山６の間にエア／水抜き材１４を設置するとともに、覆工型枠９と地山６の間の天端部１ａ（アーチ部１ｂ）に吸引チューブ１２を設置し、これらエア／水抜き材１４と吸引チューブ１２をそれぞれトンネル覆工１の天端部１ａ（アーチ部１ｂ）に設けた状態で覆工コンクリート２を打込む。

そして、エア／水抜き材１４は、例えば天端部１ａの防水シート８に突き当てて設置されていることで、覆工コンクリート２の打込み中に天端部１ａに溜まったエアとブリーディング水などの余剰空気３や余剰水４をエア／水抜き材挿入孔１３から覆工型枠９の外側（トンネル覆工１の内側）に排出させる。また、順次トンネル軸Ｏ１方向（トンネル覆工１のスパン）の一方向から打込んだコンクリート２の一部がエア／水抜き材挿入孔１３から導出されて落下するのを確認した段階で、エア／水抜き材１４を引き抜き、エア／水抜き材挿入孔１３を閉塞する。

これにより、コンクリート２を加圧しながら覆工型枠９と地山６の間に打込み・充填しつつ、確実に天端部１ａのエアやブリーディング水などを排出することが可能になる。

一方、エア／水抜き材挿入孔１３を閉塞した後、覆工型枠９と地山６の間に打込んだコンクリート２には締固めや加圧によってエアやブリーディング水などの余剰空気３や余剰水４が発生する。これに対し、本実施形態では、天端部１ａに設けられた吸引チューブ１２で負圧吸引するなどし、この余剰空気３や余剰水４を排出させることができる。また、吸引チューブ１２の負圧が急激に増大した時点でコンクリート２が密実に充填されたことを確認することができる。

すなわち、コンクリート２のブリーディング水は時間の経過に伴い発生し、排除し続けないとコンクリート２に取り込まれて強度上の弱点を形成することになるが、吸引チューブ１２を、覆工全長（覆工スパン全長）に打込んだコンクリート２に埋設させ、打ち込みの最終段階で、コンクリート２を加圧充填しつつ、余剰のエアやブリーディング水を吸引チューブ１２で負圧吸引することにより、確実に排出させることが可能になるとともに、天端部１ａにコンクリート２を密実に充填することが可能になる。

よって、本実施形態のトンネル覆工の施工方法及びトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法によれば、エア／水抜き材１４と吸引チューブ１２を組み合わせることにより、確実に、覆工コンクリート２の打込み時及び打込み後に発生するトンネルアーチ部１ｂ（天端部１ａ）のエアやブリーディング水などを排出させることが可能になる。これにより、覆工１の背面に空洞５が残存することを防止でき、ひび割れや湧水の原因となる覆工天端の水みちなどが生じにくく、耐久性に優れた覆工１を好適に構築することが可能になる。

以上、本発明によるトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法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 覆工
１ａ 天端部
１ｂ アーチ部
２ コンクリート（覆工コンクリート）
３ 余剰空気
４ 余剰水
５ 空洞
６ 地山
６ａ 掘削面
７ 吹付けモルタル
８ 防水シート
９ 覆工型枠
１０ 充填締固め検知用センサ
１１ 圧力センサ
１２ 吸引チューブ
１３ エア／水抜き材挿入孔
１４ エア／水抜き材（伸縮エア抜き管材）
１５ 吹上げ口（コンクリート打込み口）
Ｏ１ トンネル軸

Claims (1)

1. 地山の掘削面と覆工型枠の間にコンクリートを打込んでトンネルの覆工を構築するトンネル覆工のコンクリートの打込みを管理する方法であって、
   地山と覆工型枠の間の天端部に配されるようにトンネル軸方向に沿って吸引チューブを設置するとともに、打込んだコンクリートに接触するとそれを検知し、天端部にコンクリートが充填されているか否かを確認するための充填締固め検知用センサと、覆工型枠と地山の間の空間内に打込んだコンクリートの覆工型枠と地山の間の空間内における充填状態を確認するための圧力センサを設置し、
   且つ、覆工型枠を所定位置に配置するとともに、前記覆工型枠の天端部に予め形成された複数のエア／水抜き材挿入孔にエア／水抜き材をそれぞれ地山側に先端が当接するように挿入して設置し、
   地山と覆工型枠の間にコンクリートを加圧して打込むとともに前記エア／水抜き材を通じて余剰空気や余剰水を排出させ、前記充填締固め検知用センサと前記圧力センサの計測値からコンクリートが所定の圧力で充填されたことを確認しつつ、前記エア／水抜き材を通じてセメント分が排出された箇所から順次前記エア／水抜き材を引き抜いて前記エア／水抜き材挿入孔を閉塞させ、
   前記エア／水抜き材を引き抜いた後、前記吸引チューブから負圧吸引によって余剰空気や余剰水を排出させ、前記吸引チューブの負圧の増大によって前記覆工の天端部にコンクリートが充填されたことを確認することを特徴とするトンネル覆工のコンクリートの打込み管理方法。

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