JP6383611B2 - トンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置に関するものであり、詳しくは、トンネル内空面に覆工コンクリートを打設する際に、天端部における覆工コンクリートの充填状態を可視的に確認可能とした補助型枠装置に関するものである。

ＮＡＴＭ工法を用いて山岳トンネルを構築するには、ジャンボ等の掘削装置により地山掘削を行った後に、トンネル側面にロックボルトを装入するとともに支保工を施工する。そして、トンネルの内空面にコンクリートを吹付けて一次覆工を形成し、一次覆工の表面に防水シートを施工し、防水内空面側に型枠（移動式型枠）を設置して、覆工コンクリートを打設して二次覆工を形成する工法が一般的である。

トンネルの耐久性や安全性を向上させるためには、天端部の覆工に対して高品質な施工が求められており、天端部において覆工コンクリートが確実に充填されている必要がある。しかしながら、従来の工法では、天端部において覆工コンクリートを打設する際に、覆工コンクリートの充填状態を視認することが困難であった。このため、トンネル覆工において、コンクリートを型枠内に高密度充填でき、耐久性に優れたトンネル覆工が形成可能な施工方法が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載された発明は、トンネル内に型枠を設置して覆工用のコンクリートを打設する工程において、圧力測定手段によって型枠内におけるコンクリートの充填圧を計測して、コンクリートの前記充填圧を型枠の変形または破壊が生じない範囲に調整しつつ、型枠で仕切られた空間のラップ側に設けた天端部第１吹上口からコンクリートを圧入する。そして、コンクリートを型枠内に充填した後、コンクリートの締め固め作業を実施し、その後、さらに型枠の妻側に設けた天端部第２吹上口からコンクリートを圧入することで、少なくともトンネル最上部である天端部の覆工を形成するようになっている。

また、センサ素子に物質が接触することにより発生する電圧波形のピーク電圧値の周波数位置における波形の尖鋭度に基づいて、コンクリートが充填されているか否かを検知する技術もある（特許文献２参照）。

特開２００８−８８６９６号公報 特開２００８−８７０７号公報

しかし、上述した従来の技術では、コンクリートの充填圧を検知したり、検査対象部位に存在している物質がコンクリートか否かを判定したりすることにより、覆工コンクリートの充填状態を推測している。すなわち、コンクリートが充填されているか否かを目視して確認していないため、実際にコンクリートが充填されていることを確実に証明しているわけではない。そこで、トンネル内空面に覆工コンクリートを打設する際に、天端部における覆工コンクリートの充填状態を可視的に確認可能とするための技術の開発が望まれていた。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、トンネル内空面に覆工コンクリートを打設する際に、天端部における覆工コンクリートの充填状態を可視的に確認することが可能なトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置を提供することを目的とする。

本発明のトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明のトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置は、トンネル覆工を施工する際に、天端部における覆工コンクリートの充填状態を確認可能な補助型枠装置であって、トンネル覆工用型枠の天端部上でトンネル延長方向に移動可能なスライド型枠と、トンネル内空面における覆工コンクリートの充填状態を撮影する撮影装置と、撮影装置の撮影方向を照明する照明装置と、スライド型枠を洗浄するための洗浄装置とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明のトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置は、トンネル覆工を施工する際に、天端部における覆工コンクリートの充填状態を確認可能な補助型枠装置であって、トンネル覆工用型枠の天端部上でトンネル延長方向に移動可能なスライド型枠と、トンネル内空面における覆工コンクリートの充填状態を撮影する撮影装置と、撮影装置の撮影方向を照明する照明装置とを備えており、トンネル覆工用型枠に対してトンネル延長方向に、引き抜きバイブレータの受け金具を着脱可能に設置し、受け金具に着脱可能であり、スライド型枠を移動させる際に、スライド型枠の両側面をガイドするガイド装置を備えたことを特徴とするものである。

また、上述した構成に加えて、スライド型枠をトンネル延長方向に移動させる移動装置を備えることが可能である。

また、上述した構成に加えて、スライド型枠は、打設中の覆工コンクリートの充填圧を検知するための圧力計を備えることが可能である。

また、上述した構成に加えて、トンネル内空面に施工した防水シートを地山側へ向かって押圧するための防水シート押圧装置を備えることが可能である。

本発明のトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置によれば、トンネル覆工用型枠の天端部上でトンネル延長方向に移動可能なスライド型枠を備えているため、スライド型枠の設置位置近傍まで覆工コンクリートを打設した後、スライド型枠を用いて、さらに天端部に覆工コンクリートを打設することができる。これにより、従来の天端部における覆工コンクリートの打設方法と比較して、天端部において最終的に覆工コンクリートを打設する容量が少なくなり、充填性の信頼度が高まる。

また、スライド型枠を用いて、最終的に覆工コンクリートを打設する際に、打設空間を照明装置で照明しながら撮影装置で撮影を行うので、天端部における覆工コンクリートの充填状態を可視的に確認することが可能となる。

本発明の実施形態に係るトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置の全体構成を示す側面図。 本発明の実施形態に係るトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置の主要部を示す側面図（ａ）及び平面図（ｂ）。 スライド型枠の正面図。 エアーバルクの動作状態を示す正面図（ａ）（ｂ）及び側面図（ｃ）。 バイブレータ挿入枠を取り付けたエアーバルクの正面図（ａ）及び側面図（ｂ）。 ガイド装置の正面図（ａ）及び平面図（ｂ）。 防水シート押圧装置を取り付けたスライド型枠の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）。 固定装置（実施例１）を取り付けたスライド型枠の正面図。 固定装置（実施例２）を取り付けたスライド型枠の正面図。 天端部補助型枠装置を用いた覆工コンクリートの打設手順を示す説明図。

以下、図面を参照して、本発明に係るトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置の実施形態を説明する。図１〜図１０は本発明の実施形態に係るトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置を説明するもので、図１は天端部補助型枠装置の全体構成を示す側面図、図２は天端部補助型枠装置の主要部を示す側面図及び平面図、図３はスライド型枠の正面図、図４はエアーバルクの動作状態を示す正面図及び側面図、図５はバイブレータ挿入枠を取り付けたエアーバルクの正面図及び側面図、図６はガイド装置の正面図及び平面図、図７は防水シート押圧装置を取り付けたスライド型枠の正面図及び側面図、図８及び図９は固定装置を取り付けたスライド型枠の正面図、図１０は天端部補助型枠装置を用いた覆工コンクリートの打設手順を示す説明図である。

＜トンネルの構築手順の概要＞
本発明の実施形態に係るトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置は、例えば、ＮＡＴＭ工法を用いて構築する山岳トンネルに対して、好適に適用することができる。先に説明したように、ＮＡＴＭ工法を用いて構築する山岳トンネルは、ジャンボ等の掘削装置により掘削を行った後に、トンネル側面にロックボルトを装入するとともに支保工を施工する。そして、トンネルの内空面にコンクリートを吹付けて一次覆工を形成し、一次覆工の表面に防水シートを施工し、トンネル覆工用型枠（セントル）を設置して、覆工コンクリートを打設することにより二次覆工を形成する。

＜本発明の概要＞
本発明の実施形態に係るトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置は、図１及び図２に示すように、トンネル覆工を施工する際に、天端部における覆工コンクリート１０の充填状態を直接視認可能な装置である。この天端部補助型枠装置は、主要な構成要素として、スライド型枠１００と、撮影装置２０と、照明装置３０とを備えており、さらに、移動装置（例えば、ワイヤー５１及びホイスト５２）と、ガイド装置４０と、防水シート押圧装置６０を備えることが好ましい。各装置は、トンネル延長方向に移動可能に設けた架台７０上に設置される装置であり、トンネル覆工用型枠を用いて覆工コンクリート１０を打設する際に、特に天端部において不可視領域をなくすことにより、覆工コンクリート１０が良好に充填されていることを確認することができる。

＜スライド型枠＞
スライド型枠１００は、トンネル覆工用型枠の天端部上でトンネル延長方向に移動可能な型枠部材であり、トンネル覆工用型枠に隣接して設置した架台７０上に載置されている。本発明では、図１０に示すように、トンネル覆工用型枠を用いてスライド型枠１００の設置位置近傍まで覆工コンクリート１０を圧入打設した後（ａ）、スライド型枠１００を設置し（ｂ）、スライド型枠１００に達するまで覆工コンクリート１０を圧入打設し（ｃ）、（ｄ）、その後、スライド型枠１００を移動させながら天端部に覆工コンクリート１０を打設する（ｅ）。

なお、スライド型枠１００の設置前及び設置後において、打設した覆工コンクリート１０内に棒状バイブレータ２００を挿入して締め固めを行う。さらに、スライド型枠１００を移動させる際には、スライド型枠１００に取り付けた棒状バイブレータ８０により、覆工コンクリートの締め固めを行う。また、スライド型枠１００には、スライド型枠１００を移動させる際に、スライド型枠１００とコンクリートの付着力を軽減させるための型枠バイブレータ１９０が取り付けてある（図２参照）。

このスライド型枠１００は図２及び図３に示すように、トンネル延長方向に設けた左右側壁１１０と、左右側壁１１０の前後両端部及び中間部に掛け渡した架橋側壁１２０と、左右側壁１１０の下部に設けた移動ローラ１３０とを主要な構成部材とする。移動ローラ１３０は、トンネル延長方向に沿って、複数対設けてある。また、覆工コンクリートの打設時に、移動方向の後方に位置する側壁（覆工コンクリートを打設しながらスライド型枠１００を移動させる際に、覆工コンクリートをせき止める側の側壁）の上部と、左右側壁１１０の上部には、打設する覆工コンクリートの漏れ出しを防止するためのエアーバルク１４０を取り付けてある。

また、移動方向の後方に位置する架橋側壁１２０には、棒状バイブレータ８０を挿入するためのバイブレータ挿入口１２１と土圧計１７０を設けてある。図３に示す例では、左右２カ所のバイブレータ挿入口１２１を設けてあるが、バイブレータ挿入口１２１の数は２カ所に限られず、１カ所または３カ所以上であってもよい。なお、棒状バイブレータ８０の平面角度（方向）は、既に打ち込まれた覆工コンクリート１０に棒状バイブレータ８０の先端が１０ｃｍ程度入り込むような方向にして、打ち重ね層を一体化する。

スライド型枠１００は、トンネル覆工用型枠の天端部に所定間隔で設けた検査窓３００の開口部上を通過する際に、検査窓３００の開口部を跨ぐ幅を有している。すなわち、左右側壁１１０にそれぞれ設けた移動ローラ１３０は、検査窓３００の開口部上を通過する際に、検査窓３００の開口部よりも外側のトンネル覆工用型枠上を転動する位置に取り付けてある。なお、検査窓３００は、トンネル覆工用型枠の適宜位置に設けた開口部であり、開閉蓋３１０（図２（ａ）参照）により開閉することができる。開閉蓋３１０を開いて検査窓３００を開口することにより、トンネル覆工用型枠とトンネル内空面との間における覆工コンクリートの充填状態を確認したり、棒状バイブレータ８０を挿入したりすることができる。また、覆工コンクリートの打設後には、開閉蓋３１０を閉めることにより、検査窓３００が閉鎖され、覆工コンクリートが検査窓３００から漏れ出すことがない。

トンネル覆工用型枠の天端部は、アーチ状となっている。したがって、図示しないが、移動ローラ１３０の回転軸は、アーチ状の天端部に追随するように、天端中央部から肩部に向かって傾いていることが好ましい。移動ローラ１３０の回転軸の傾き角度は、トンネル覆工用型枠の形状、大きさ等に対応して設定するが、一般的なトンネル覆工用型枠では、例えば、左右にそれぞれ２度程度とする。

＜エアーバルク＞
エアーバルク１４０は、中空の筒状体であり、伸縮性を有する部材で形成されている。エアーコンプレッサー（図示せず）等を用いて、エアーバルク１４０内に空気を注入することによりエアーバルク１４０が膨らんで、スライド型枠１００とトンネル内空面との隙間を閉塞する。一方、エアーバルク１４０内から空気を抜き取ることによりエアーバルク１４０が萎んで、スライド型枠１００を容易に移動させることができる。

スライド型枠１００には、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、エアーバルク１４０を固定するためのエアーバルク固定用治具１４１が取り付けてある。このエアーバルク固定用治具１４１は、先端部がエアーバルク１４０の外周面に当接するように湾曲しており、基端部がスライド型枠１００に対して回動可能に軸着されている。したがって、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、エアーバルク固定用治具１４１は、エアーバルク１４０の状態（膨らんだ状態／萎んだ状態）に応じて軸着部を回転軸として回転する。これにより、エアーバルク１４０を萎ませてスライド型枠１００を移動する際に、エアーバルク固定用治具１４１が吹付面に引っ掛かることがなく、スライド型枠１００を容易に移動させることができる。

また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、コンクリート打設口近傍の検査窓３００に位置するエアーバルク１４０に、バイブレータ挿入枠１５０を取り付けることができる。このバイブレータ挿入枠１５０は、コンクリート打設口から打設する覆工コンクリートに対して棒状バイブレータ８０を挿入するための筒状の部材である。すなわち、エアーバルク１４０にバイブレータ挿入枠１５０を取り付けることにより、棒状バイブレータ８０の挿入口を確保することができる。なお、エアーバルク１４０にバイブレータ挿入枠１５０を取り付けるタイミングは、エアーバルク１４０内に空気を注入する前であってもよいし、エアーバルク１４０内に空気を注入して、エアーバルク１４０が膨張した後であってもよい。

＜移動装置＞
スライド型枠１００には、図１に示すように、ワイヤー５１の一端が接続されており、ワイヤー５１の他端はホイスト５２に接続されている。このワイヤー５１及びホイスト５２により移動装置を構成する。移動装置は、スライド型枠１００をトンネル延長方向に移動させるための装置として機能するが、打設する覆工コンクリートの圧力によりスライド型枠１００が押し出される場合には、移動装置を駆動させなくてもよい。例えば、スライド型枠１００の移動開始時や、覆工コンクリートの圧力だけではスライド型枠１００が移動しない場合に、移動装置を駆動すればよい。また、移動装置は１つに限られず、さらに補助的な移動装置を設けてもよい。図１に示す例では、２つのホイスト５２を設けてある。

また、土圧計１７０により打設する覆工コンクリートの圧力を測定し、所定圧力を検出した場合に、覆工コンクリートが確実に充填されているものとして、ホイスト５２を駆動してワイヤー５１を巻き取り、スライド型枠１００を移動させてもよい。この場合、スライド型枠１００は、土圧計１７０による覆工コンクリートの圧力値に基づいて、移動開始及び移動停止の制御が行われる。

＜ガイド装置＞
ガイド装置４０は、図６に示すように、スライド型枠１００を移動させる際に、スライド型枠１００の両側面をガイドするための装置であり、架台７０の複数箇所に設けてある。このガイド装置４０は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、引き抜きバイブレータ４００の受け金具４１０に取り付けて使用し、トンネル覆工用型枠とトンネル内空面との間にスライド型枠１００を入れ込む際に、スライド型枠１００の位置を規定する。

図６（ａ）、（ｂ）に示す例では、引き抜きバイブレータ４００の受け金具４１０に取り付けるための一対の取付板４１と、各取付板４１の基端側に設けた取付溝４２と、一対の取付板４１の間に掛け渡して両取付板４１を連結する連結部４３と、取付板４１の連結部４３よりも先端側に回転可能に取り付けたガイドローラ４４とを備えている。

このガイド装置４０は、引き抜きバイブレータ４００の受け金具４１０に各取付板４１に設けた取付溝４２を差し込むことにより、引き抜きバイブレータ４００の受け金具４１０に取り付けることができる。この状態で、トンネル覆工用型枠とトンネル内空面との間にスライド型枠１００を入れ込み、スライド型枠１００の移動をガイドする。そして、スライド型枠１００の入れ込みが完了したら、ガイド装置４０を引き抜きバイブレータ４００の受け金具４１０から取り外す。

また、鉄筋が配筋された区間では、スライド型枠１００が鉄筋と干渉するため、スライド型枠１００を移動させることができないため、本工法は採用できない。この場合、トンネル覆工用型枠がスライド型枠１００のために鉄筋区間を通過できない。そこで、スライド型枠１００を下側から支持するためのスライド型枠受け架台７１の構造を上下に昇降できるようにしている。スライド型枠１００を下方へ待避させることにより、鉄筋が配筋された区間において、トンネル覆工用型枠を移動させることができる。

＜防水シート押圧装置＞
防水シート押圧装置６０は、トンネル内空面に展張した防水シート１８０を地山側へ向かって押圧することにより、覆工コンクリートの充填空間を確保するとともに可視化を向上させるための装置である。防水シート押圧装置６０は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、移動方向の後方側であって、スライド型枠１００の幅方向のほぼ中央部に設けてあり、スライド型枠１００に回動可能に取り付けた棒状の本体部６１と、本体部６１の先端側（防水シート１８０に接触する側）に設けた押さえローラ６２と、本体部６１を回動させて、押さえローラ６２が防水シート１８０に接触する方向に付勢力を付与するバネ６３とを備えている。

また、本体部６１の他端側（押さえローラ６２を取り付けた側とは反対側）にはボールペン等の記録具６４を取り付けることができ、本体部６１の基端側の側面には記録用紙６５を取り付けることができる。ボールペン等の記録具６４は、本体部６１が回動すると、記録用紙６５に回動奇跡を描くように取り付けられており、この回動奇跡により、１次覆工（吹き付けコンクリート）とスライド型枠１００の間隔（覆工コンクリートの巻厚）を測定して記録することができる。また、本体部６１に、傾斜センサや加速度計を取付けることにより測定値をデジタルデータとして出力し、当該デジタル化した測定値に基づいて覆工コンクリートの巻厚を測定することもできる。

＜固定装置＞
固定装置９０は、トンネル覆工用型枠に対してスライド型枠１００を固定するための装置である。この固定装置９０は、例えば、図８に示すように、検査窓３００の開口縁部とスライド型枠１００の左右側壁１１０に対して、襷掛け状に掛け渡したターンバックル９１とを備えている。また、固定装置９０の他の例として、図９に示すように、スライド型枠１００の左右側壁１１０の上部に被せる被着部９２と、被着部９２と引き抜きバイブレータ４００の受け金具４１０との間に掛け渡す伸縮ジャッキ９３とを備えた構成としてもよい。固定装置９０は、例えば、スライド型枠１００を用いた覆工コンクリートの打設工程が約半分終了した後、スライド型枠１００が動かないことを確認しながら撤去する。

＜撮影装置＞
撮影装置２０は、打設する覆工コンクリートの状態を撮影するための装置であり、例えば、撮影レンズ系及び撮像素子を備えたＷｅｂカメラからなる。Ｗｅｂカメラで撮影した画像データは、有線通信または無線通信により、覆工コンクリートの打設現場、現場事務所、管理事務所等に送信され、モニタに表示させることにより、覆工コンクリートの打設状態をリアルタイムに確認することができる。また、画像データを記録装置に記録しておき、施工後に、覆工コンクリートの打設状態を確認することもできる。

＜照明装置＞
照明装置３０は、撮影装置２０の撮影範囲を照明するための装置であり、例えば、ＬＥＤ照明装置等を利用することができる。なお、撮影装置２０と照明装置３０とを一体化してもよい。

＜洗浄装置＞
洗浄装置１６０は、図１に示すように、架台７０に設けてある。詳細には図示しないが、この洗浄装置１６０は、例えば、スライド型枠１００に接触するブラシやスクレーパーと、洗浄水の噴出部を備えており、スライド式型枠を通過させることにより、スライド型枠１００に付着した覆工コンクリートを洗浄することができる。図１に示す例では、前後１対の洗浄装置１６０を設けているが、洗浄装置１６０の数は１つのみでもよいし、３つ以上であってもよい。

１０ 覆工コンクリート
２０ 撮影装置
３０ 照明装置
４０ ガイド装置
４１ 取付板
４２ 取付溝
４３ 連結部
４４ ガイドローラ
５１ ワイヤー
５２ ホイスト
６０ 防水シート押圧装置
６１ 本体部
６２ 押さえローラ
６３ バネ
６４ 記録具
６５ 記録用紙
７０ 架台
７１ スライド型枠受け架台
８０ 棒状バイブレータ
９０ 固定装置
９１ ターンバックル
９２ 被着部
９３ 伸縮ジャッキ
１００ スライド型枠
１１０ 左右側壁
１２０ 架橋側壁
１２１ バイブレータ挿入口
１３０ 移動ローラ
１４０ エアーバルク
１４１ エアーバルク固定用治具
１５０ バイブレータ挿入枠
１６０ 洗浄装置
１７０ 土圧計
１８０ 防水シート
１９０ 型枠バイブレータ
２００ 棒状バイブレータ
３００ 検査窓
３１０ 開閉蓋
４００ 引き抜きバイブレータ
４１０ 受け金具

Claims (5)

1. トンネル覆工を施工する際に、天端部における覆工コンクリートの充填状態を確認可能な補助型枠装置であって、
   トンネル覆工用型枠の天端部上でトンネル延長方向に移動可能なスライド型枠と、
   トンネル内空面における覆工コンクリートの充填状態を撮影する撮影装置と、
   前記撮影装置の撮影方向を照明する照明装置と、
   前記スライド型枠を洗浄するための洗浄装置と、
   を備えたことを特徴とするトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置。
2. トンネル覆工を施工する際に、天端部における覆工コンクリートの充填状態を確認可能な補助型枠装置であって、
   トンネル覆工用型枠の天端部上でトンネル延長方向に移動可能なスライド型枠と、
   トンネル内空面における覆工コンクリートの充填状態を撮影する撮影装置と、
   前記撮影装置の撮影方向を照明する照明装置と、
   を備え、
   前記トンネル覆工用型枠に対してトンネル延長方向に、引き抜きバイブレータの受け金具を着脱可能に設置し、
   前記受け金具に着脱可能であり、前記スライド型枠を移動させる際に、前記スライド型枠の両側面をガイドするガイド装置を備えたことを特徴とするトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置。
3. 前記スライド型枠をトンネル延長方向に移動させる移動装置を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置。
4. 前記スライド型枠は、打設中の覆工コンクリートの充填圧を検知するための圧力計を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置。
5. 前記トンネル内空面に施工した防水シートを地山側へ向かって押圧するための防水シート押圧装置を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のトンネル覆工コンクリート打設時の天端部補助型枠装置。

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