JP6942024B2 - トンネル覆工における施工継ぎ目のひび割れ防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル覆工における施工継ぎ目のひび割れ防止装置に関するものであり、詳しくは、型枠装置であるセントルを用いてトンネル覆工を施工する際に、先に施工した二次覆工とこれから施工する二次覆工とのオーバーラップ部分において、ラップ部材が先に施工した二次覆工に接触してひび割れが発生することを防止するためのひび割れ防止装置に関するものである。

ＮＡＴＭ工法により構築する山岳トンネル工事では、地山を掘削した後に支保工を設置してコンクリートを吹き付け、ロックボルトを設置することにより一次覆工を施工する。そして、一次覆工の内空面側に、型枠装置であるセントルを設置して二次覆工を施工する。

二次覆工を施工するには、所定長（例えば１０．５ｍ）のセントルをトンネル延長方向に移動させながら、一次覆工の内面とセントルの外面との間に覆工コンクリートを打設する。この際、二次覆工を連続させるとともに、接続部においてコンクリートが漏れ出すのを防止するために、既設の覆工の端部において、セントルの一部を重複させて設置してオーバーラップを形成する。

しかし、オーバーラップ部分では、既設の覆工コンクリートが若齢であり、十分に硬化していないことも考えられる。このような状態で、既設の覆工コンクリートにラップ部材を押し当てると、覆工コンクリートにひび割れが生じるおそれがある。

従来、このような不都合を解消するための技術が種々考案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

特許文献１に記載された技術は、２次覆工コンクリート施工時に、ラップ部材を既設の覆工コンクリート壁へ当接する際に、既設の覆工コンクリート壁が過度に押圧されるのを未然に防ぐようにしたものである。この特許文献１に記載された発明は、トンネルの内壁面との間に覆工コンクリートの打設空間を形成する型枠体（セントルの型枠部材）と、型枠体を支持し配置位置を決める型枠体支持手段（ジャッキ）と、型枠体に設けられ、既設の覆工コンクリート壁の内周面と重合して当接するラップ部材とを有している。

また、ラップ部材が既設の覆工コンクリート壁の内周面に当接する圧力を検知する圧力検知手段（ロードセル、歪みゲージ、ダイヤルゲージ）を備えている。さらに、ラップ部材と既設のコンクリート壁の内周面に可塑性材を介在させる。そして、圧力検知手段の検知結果が所定の上限値を超える場合には、ラップ部材が既設の覆工コンクリート壁を過度に押圧する前に警報手段により作業員へ警報を発生するとともに、制御手段により、型枠体支持手段の動作を停止させるとしている。

特許文献２に記載された技術は、目地材の取扱性を向上させるとともに、型枠のラップ側への止着を容易かつ確実に行うことができ、型枠と既設のコンクリート打設面との重合時に、型枠が既設のコンクリート打設面へ衝突することを防止するようにしたものである。この特許文献２に記載された技術は、型枠のラップ側外方周縁に目地材を配設する。この目地材は、断面略台形型の弾性素材からなる本体の内部に通孔を本体の長さ方向に貫通させたものである。そして、型枠のラップ側端に位置する既設のコンクリート打設面との重合時に、目地材の素材および通孔により弾性変形させて、既設のコンクリート打設面と重合させるようにしている。

特許文献３に記載された技術は、型枠が既設のコンクリート打設面へ衝突することや、打設したコンクリートが剥落することを防止するためのものである。この特許文献３に記載された技術は、トンネル内に型枠を介して覆工用のコンクリートを打設する工程において、型枠のラップ側外方周縁に軟質弾性体を配設し、型枠のラップ側端を既設のコンクリート打設面と離隔する。そして、軟質弾性体を弾性変形させて既設のコンクリート打設面と重合させることにより、既設のコンクリート打設面へ型枠が衝突することにより発生するクラックや打設コンクリートの剥落を防止するようになっている。

特開２００２−２２０９９５号公報 特開２００３−２７８４９６号公報 特開２００３−１２９８００号公報

上述した特許文献１に記載された技術では、圧力検知手段の検知結果が所定の上限値を超える場合に、警報を発生したり、型枠体及びラップ部材を駆動するジャッキの動作を停止させたりすることにより、既設の覆工コンクリート壁が過度に押圧されるのを未然に防ぐことができるとしている。

しかし、圧力検知手段の検知結果が所定の上限値を超える場合にジャッキの動作を停止させる指令を出したとしても、上限値の検知からジャッキの動作を停止させるまでの間にはタイムラグが生じる。また、二次覆工コンクリートは、その性状や材齢により強度が異なるものであり、ジャッキの動作を停止させた直後には問題が生じなかったとしても、時間が経過するとひび割れ等が生じるおそれがある。このような不都合を回避するためには、ジャッキの動作を停止させた後に、既設の覆工コンクリート壁が過度に押圧されるのを適切に防止する必要がある。

この点、特許文献１に記載された技術では、ただ単に、警報を発生し、あるいはジャッキの動作を停止させるだけであり、その後のジャッキの動作制御については何ら考慮されていない。したがって、作業員が操作を誤り、さらにジャッキを進行方向に操作してしまった場合や、二次覆工コンクリートの性状や材齢に応じて適切にジャッキを操作できなかった場合には、ひび割れ等を適切に防止できるとは言い難い。

また、上述した特許文献２及び特許文献３に記載した技術は、型枠のラップ側外方周縁に軟質弾性体を配設することにより、型枠が既設のコンクリート打設面へ衝突することや、打設したコンクリートが剥落することを防止することができるとしているが、型枠及びラップ部材の動作制御については何ら考慮されておらず、その示唆もない。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、型枠装置を用いてトンネル覆工を施工する際に、先に施工した二次覆工とこれから施工する二次覆工とのオーバーラップ部分において、ラップ部材が先に施工した二次覆工に接触してひび割れが発生することを確実かつ適切に防止するためのトンネル覆工における施工継ぎ目のひび割れ防止装置を提供することを目的とする。

本発明に係るトンネル覆工における施工継ぎ目のひび割れ防止装置は、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、本発明に係るトンネル覆工における施工継ぎ目のひび割れ防止装置は、型枠装置を用いてトンネル内壁面に覆工を施工する際に、既設の覆工の継ぎ目部分にひび割れが発生することを防止するための装置に関するものである。

このトンネル覆工における施工継ぎ目のひび割れ防止装置は、型枠装置の型枠部材から既設の覆工側へ向かって延長して接続したラップ部材と、型枠部材を支持するとともに、型枠部材及びこれに接続されたラップ部材の配設高さを調整する高さ調整装置と、ラップ部材のトンネル内壁面側に突出するように設けられ、当該ラップ部材が既設の覆工へ接触するよりも前に既設の覆工へ接触するように設けた弾性を有する高さ検出部材と、高さ検出部材が既設の覆工に接触した後に、高さ検出部材が弾性変形する際の押し当て圧力を計測する押し当て圧力計と、押し当て圧力計の計測値が移動制限値に達した場合に、高さ調整装置に対して、ラップ部材が既設の覆工へ向かう方向への移動を禁止してラップ部材を停止させるとともに、ラップ部材が既設の覆工から離れる方向への移動を許容する高さ調整制御装置とを備えたことを特徴とするものである。なお、以下の説明において、ただ単に覆工と言うときは、二次覆工のことを言うものとする。

また、高さ調整制御装置は、押し当て圧力計の計測値が移動制限値よりも減少した場合に、ラップ部材が既設の覆工へ向かう方向への移動禁止を解除することが可能である。

また、高さ調整制御装置は、ラップ部材が既設の覆工へ向かう方向への移動を禁止した後に、押し当て圧力計の計測値が移動制限値よりも低い値まで減少するように、ラップ部材を既設の覆工から離れる方向へ移動させる制御を行うことが可能である。

また、押し当て圧力計の計測値が移動制限値に達した場合に警報を発生する警報発生装置を備えることが可能である。

本発明に係るトンネル覆工における施工継ぎ目のひび割れ防止装置によれば、既設の覆工とラップ部材との間に介在する高さ検出部材の押し当て圧力が移動制限値に達した場合に、ラップ部材が既設の覆工へ向かう方向への移動を停止させるとともに、ラップ部材が既設の覆工から離れる方向への移動は許容している。

すなわち、高さ調整装置によるラップ部材の移動を停止した後は、ラップ部材が既設の覆工から離れる方向へ移動することのみを許容するので、作業員が操作を誤り、ラップ部材が既設の覆工へ近づく方向へ高さ調整装置を操作することがない。

また、押し当て圧力計の計測値が移動制限値よりも減少した場合には、ラップ部材が既設の覆工へ近づく方向へ高さ調整装置を操作することができるので、覆工コンクリートの性状や材齢に応じて、ラップ部材と既設の覆工の間隔を適切に調整することができる。

さらに、ラップ部材が既設の覆工へ向かう方向への移動を禁止してラップ部材を停止させた後に、押し当て圧力計の計測値が移動制限値よりも低い値まで減少するように、ラップ部材を既設の覆工から離れる方向へ移動させることにより、既設の覆工に対して、必要以上にラップ部材が近づくことを未然に防止することができる。

本発明の実施形態に係るひび割れ防止装置の模式図（押し当て時）。 本発明の実施形態に係るひび割れ防止装置の模式図（セット時）。 高さ調整部材の動作説明図。 型枠装置（セントル）の説明図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るトンネル覆工における施工継ぎ目のひび割れ防止装置（以下、ひび割れ防止装置と略記する）を説明する。図１〜４は本発明の実施形態に係るひび割れ防止装置を説明するもので、図１及び図２はひび割れ防止装置の模式図、図３は高さ調整部材の動作説明図、図４は型枠装置（セントル）の説明図である。

＜ひび割れ防止装置＞
本発明の実施形態に係るひび割れ防止装置２００は、型枠装置３００を用いてトンネル内壁面に覆工７０を施工する際に、既設の覆工７０の継ぎ目部分にひび割れが発生することを防止するための装置である。そして、図１及び図２に示すように、ラップ部材１０と、高さ調整装置９０と、高さ検出部材２０と、押し当て圧力計４０と、高さ調整制御装置８０とを備えており、さらに、警報発生装置１００を備えていてもよい。

＜型枠装置＞
本実施形態の型枠装置３００は、一般的に使用されているセントルと称される装置であり、図４に示すように、トンネルの内壁面に合致したアーチ状で、トンネルの延長方向に移動可能となっている。この型枠装置３００は、一対のレール３３０上に載置する台車３２０と、トンネル内空断面形状に対応した型枠部材３１０と、覆工部材（例えば、充填材や覆工コンクリート）の注入装置（注入管及び圧送装置）等を備えている。また、型枠部材３１０をトンネルの内空面に接近する方向と、トンネルの内空面から離隔する方向に移動させるための移動装置（油圧ジャッキ等）を備えている。本実施形態では、移動装置が高さ調整装置９０として機能する。また、隣り合う覆工コンクリートの間には、ゴムや発泡スチロール等からなる断面三角形状のダミージョイント６０を取り付けてある。

＜ラップ部材＞
ラップ部材１０は、型枠装置３００の型枠部材３１０から既設の覆工側へ向かって延長して接続した部材であり、図１及び図２に示すように、型枠部材３１０の端部側面に取り付けた断面略Ｌ字状の部材からなる。ラップ部材１０の一辺は、型枠部材３１０の端部側面に密着した基部１１となっており、基部１１の上端から略直角に突出したテーブル部１２を有している。また、テーブル部１２の上面には、板状の弾性部材３０が取り付けてある。

また、ラップ部材１０は、テーブル部１２の上面が型枠部材３１０の上面よりも下側となるようにして、型枠部材３１０に取り付けてある。すなわち、型枠部材３１０の上面と面一となる既設の覆工の内面と、テーブル部１２との上面との間には、図２に示すように、隙間ｄを設けてあり、この隙間内に弾性部材３０の上端部が突出する様になっている。隙間ｄの幅は適宜設定することができるが、本実施形態では２ｍｍとなっている。また、弾性部材３０の厚みは１０ｍｍとなっており、テーブル部１２及び弾性部材３０には、高さ検出部材２０を貫通させるための貫通孔５０を設けてある。

後に詳述するが、テーブル部１２には弾性部材３０を貫通するようにして、弾性を有する高さ検出部材２０が取り付けてあり、高さ検出部材２０はテーブル部１２の上面から１３ｍｍ（弾性部材３０の上面から３ｍｍ）だけ突出するように設定されており、高さ検出部材２０の上部が既設の覆工７０に押し当たると弾性収縮し、突出量が１２ｍｍ（弾性部材３０の上面から２ｍｍ）となった状態を移動制限値としている。これにより、ラップ部材１０を構成する弾性部材３０の上面が既設の覆工７０の下面よりも２ｍｍだけ下側となるように、型枠部材３１０をセットすることができる。

本実施形態では、トンネル内壁面に沿って複数個（例えば６個）のラップ部材１０が設けてあり、特に、アーチ部に設置したラップ部材１０には警報発生装置１００を設けてある。これは、作業員の目視が困難な場合があるアーチ部において、ラップ部材１０が既設の覆工７０に接触してひび割れが発生することを確実に防止するためであるが、他の箇所に設置したラップ部材１０に対応させて警報発生装置１００を設けてもよい。

＜高さ調整装置＞
高さ調整装置９０は、型枠部材３１０を支持するとともに、型枠部材３１０及びこれに接続されたラップ部材１０の配設高さを調整するための装置であり、本実施形態では、型枠部材３１０をトンネルの内空面に接近する方向と、トンネルの内空面から離隔する方向に移動させるための移動装置が高さ調整装置９０となる。この高さ調整装置９０（移動装置）は、例えば、油圧ジャッキにより構成することができる。

＜高さ検出部材＞
高さ検出部材２０は、ラップ部材１０のトンネル内壁面側に突出するように設けられ、当該ラップ部材１０が既設の覆工７０へ接触するよりも前に既設の覆工７０へ接触するように設けた弾性を有する部材である。この高さ検出部材２０は、図１〜図３に示すように、円柱状のゴム製部材からなり、ラップ部材１０（テーブル部１２及び弾性部材３０）の貫通孔５０内に収納されており、その先端部が貫通孔５０から既設の覆工７０側へ突出している。また、高さ検出部材２０の基端部は、ラップ部材１０を構成するテーブル部１２の下面に固定されている。上述したように、本実施形態における高さ検出部材２０の突出量は３ｍｍとなっている。そして、高さ検出部材２０が既設の覆工７０へ接触すると弾性収縮して、貫通孔５０内に没入するようになっている。本実施形態では、高さ検出部材２０の長さは１６ｍｍ、非接触時におけるラップ部材１０からの突出量は３ｍｍ、高さ位置調整時におけるラップ部材１０からの突出量は２ｍｍ（伸縮量１ｍｍ）となっている。なお、高さ検出部材２０の長さ及び大きさや突出量は、施工状況に応じて適宜変更することができる。

本実施形態では、弾性部材３０と高さ検出部材２０はともにゴム製であり、高さ検出部材２０の通常時及び伸縮時の外径は、ラップ部材１０に設けた貫通孔５０の内径よりも小さくなっている。また、高さ検出部材２０の外周部と貫通孔５０の内周面との間には緩衝材としてグリスが充填されている。

＜押し当て圧力計＞
押し当て圧力計４０は、図１及び図２に示すように、高さ検出部材２０が既設の覆工７０に接触した後に、高さ検出部材２０が弾性変形する際の押し当て圧力を計測するための計器である。この押し当て圧力計４０は、高さ検出部材２０の下端側に当接するようにして、ラップ部材１０のテーブル部１２に取り付けられている。また、押し当て圧力計４０は、押し当て圧力を電気信号に変換して、高さ調整制御装置８０へ送信するようになっており、押し当て圧力信号を伝送するための信号ケーブル４１が接続されている。

＜高さ調整制御装置＞
高さ調整制御装置８０は、コンピュータ及びこれにインストールしたプログラムと、コンピュータの周辺機器とからなり、基本的な制御として、押し当て圧力計４０の計測値が移動制限値に達した場合に、高さ調整装置９０に対して、ラップ部材１０が既設の覆工７０へ向かう方向への移動を禁止してラップ部材１０を停止させるとともに、ラップ部材１０が既設の覆工７０から離れる方向への移動を許容する制御を行う。なお、ラップ部材１０が既設の覆工７０へ向かう方向への移動を禁止した場合であっても、現場作業員等の判断で、移動禁止を解除するような構成としてもよい。現場の状況に合わせて微調整を行うためである。

移動制限値は、型枠装置（セントル）３００を用いてトンネル覆工７０を施工する際に、ラップ部材１０が先に施工した覆工７０に接触してひび割れが発生することを確実かつ適切に防止することができる値に設定する。本実施形態では、高さ検出部材２０の上部が既設の覆工７０に押し当たって弾性収縮し、弾性部材３０の上面から２ｍｍだけ突出した状態を移動制限値としている。これにより、ラップ部材１０を構成する弾性部材３０の上面が既設の覆工７０の下面よりも２ｍｍだけ下側となる位置で、ラップ部材１０を停止させることができる（図２参照）。

このような制御を行うことにより、ラップ部材１０が移動停止した後に、ラップ部材１０が既設の覆工７０から離れる方向へ移動する操作のみを行うことができ、作業員の誤操作により、ラップ部材１０が既設の覆工７０へ近づくことがない。

また、高さ調整制御装置８０は、押し当て圧力計４０の計測値が移動制限値よりも減少した場合に、ラップ部材１０が既設の覆工７０へ向かう方向への移動禁止を解除する制御を行ってもよい。

このような制御を行うことにより、計測値が移動制限値よりも減少すると、ラップ部材１０を、既設の覆工７０へ近づく方向へ移動させることができるので、覆工７０を形成するコンクリートの性状や材齢に応じて、ラップ部材１０と既設の覆工７０の間隔を適切に調整することができる。

さらに、高さ調整制御装置８０は、ラップ部材１０が既設の覆工７０へ向かう方向への移動を禁止した後に、押し当て圧力計４０の計測値が移動制限値よりも低い値まで減少するように、ラップ部材１０を既設の覆工７０から離れる方向へ移動させる制御を行ってもよい。

このような制御を行うことにより、既設の覆工７０に対して、ラップ部材１０が必要以上に近づくことを防止することができ、例えば、既設の覆工７０の施工面が均一ではなく、ラップ部材１０と既設の覆工７０との間隔が規定値から外れた場合であっても、ひび割れが生じないような間隔とすることができる。この場合には、作業員の目視により、ラップ部材１０の位置を調整すればよい。

＜警報発生装置＞
警報発生装置１００は、押し当て圧力計４０の計測値が移動制限値に達した場合に警報を発生するための装置であり、例えば、警報ランプや警報音の発生装置からなる。上述したように、警報発生装置１００は、作業員の目視が困難な場合があるアーチ部に設置したラップ部材１０に取り付けることが好ましい。

警報発生装置１００により警報を発生することにより、作業員に対して、押し当て圧力計４０の計測値が移動制限値に達したことを報知することができるので、既設の覆工７０とラップ部材１０との間隔を適切に調整することが可能となる。

＜長さ調整区間＞
トンネル覆工においては、長さ調整区間（非常駐車帯区間や坑門工接続区間等）が存在する。このような長さ調整区間においても、本発明に係る施工継ぎ目のひび割れ防止装置を適用することができる。例えば、標準区間のラップ長は１０ｃｍ程度であるが、長さ調整区間のラップ長は１ｍ〜３ｍ程度となる。このため、ラップ部材１０のセット誤差が大きくなるので、当該長さ調整区間では、４ｍｍ程度の隙間ｄを維持する。この際には、高さ検出部材２０の高さを標準の１６ｍｍから２１ｍｍに変更して、隙間ｄを管理すればよい。

＜従来技術との差違＞
先に説明した特許文献１に記載された技術では、ロードセルを用いた圧力検知のための間隔（本発明の隙間ｄ）は、適時変更可能としている。しかし、覆工に当接する力が直接的に伝わる位置にロードセルを設置することで、より精度のよい圧力検知手段を構築することができるとして、実際にはロードセルが覆工に接触することを前提としていることは明らかである。

また、特許文献１に記載された技術では、ラップ部材（オーバラップ）の製作誤差による不具合防止については、何ら記載はなく、その示唆もない。したがって、ロードセルによる圧力管理のみでは、中間地点におけるラップ部材（オーバラップ）の押し当てが危惧される。

これに対して本発明は、ラップ箇所全周にわたって、覆工７０とラップ部材１０との間に２ｍｍの隙間ｄを保持しており、覆工７０とラップ部材１０は直接に接触していない。また、２ｍｍの隙間ｄであれば、コンクリートが漏れ出すことはない。すなわち、本発明では、覆工７０とラップ部材１０との隙間ｄを２ｍｍ確保しているので、覆工７０とラップ部材１０とが直接に接触することはなく、覆工７０（既設コンクリート）には押圧によるひび割れは発生しない。

１０ ラップ部材
１１ 基部
１２ テーブル部
２０ 高さ検出部材
３０ 弾性部材
４０ 押し当て圧力計
４１ 信号ケーブル
５０ 貫通孔
６０ ダミージョイント
７０ 覆工
８０ 高さ調整制御装置
９０ 高さ調整装置
１００ 警報発生装置
２００ ひび割れ防止装置
３００ 型枠装置
３１０ 型枠部材
３２０ 台車
３３０ レール
ｄ 隙間

Claims (4)

1. 型枠装置を用いてトンネル内壁面に覆工を施工する際に、既設の覆工の継ぎ目部分にひび割れが発生することを防止するための装置であって、
   前記型枠装置の型枠部材から既設の覆工側へ向かって延長して接続したラップ部材と、
   前記型枠部材を支持するとともに、前記型枠部材及びこれに接続された前記ラップ部材の配設高さを調整する高さ調整装置と、
   前記ラップ部材のトンネル内壁面側に突出するように設けられ、当該ラップ部材が前記既設の覆工へ接触するよりも前に前記既設の覆工へ接触するように設けた弾性を有する高さ検出部材と、
   前記高さ検出部材が前記既設の覆工に接触した後に、前記高さ検出部材が弾性変形する際の押し当て圧力を計測する押し当て圧力計と、
   前記押し当て圧力計の計測値が移動制限値に達した場合に、前記高さ調整装置に対して、前記ラップ部材が前記既設の覆工へ向かう方向への移動を禁止して前記ラップ部材を停止させるとともに、前記ラップ部材が前記既設の覆工から離れる方向への移動を許容する高さ調整制御装置と、
   を備えたことを特徴とするトンネル覆工における施工継ぎ目のひび割れ防止装置。
2. 前記高さ調整制御装置は、前記押し当て圧力計の計測値が移動制限値よりも減少した場合に、前記ラップ部材が前記既設の覆工へ向かう方向への移動禁止を解除する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル覆工における施工継ぎ目のひび割れ防止装置。
3. 前記高さ調整制御装置は、前記ラップ部材が前記既設の覆工へ向かう方向への移動を禁止した後に、前記押し当て圧力計の計測値が移動制限値よりも低い値まで減少するように、前記ラップ部材を前記既設の覆工から離れる方向へ移動させる制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル覆工における施工継ぎ目のひび割れ防止装置。
4. 前記押し当て圧力計の計測値が移動制限値に達した場合に警報を発生する警報発生装置を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のトンネル覆工における施工継ぎ目のひび割れ防止装置。

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