JP7471166B2 - 覆工コンクリートの養生システム、覆工コンクリートの養生方法、および覆工コンクリートの養生台車 - Google Patents

Description

本発明の実施形態の一つは、トンネル内壁を構成する覆工コンクリートを養生するためのシステムと方法、およびこれらのシステムや方法に用いることができる養生台車に関する。

一般的に、トンネルの内壁は、地盤や岩盤を掘削した後、掘削によって露出した壁面に覆工コンクリートを打設することで造られる。覆工コンクリートは、トンネルの壁面にコンクリートを吹き付けて一次覆工コンクリートを形成し、型枠を設け、一次覆工コンクリートと型枠の間に二次覆工コンクリートを打設することで形成される。型枠は一日ないし数日で撤去され、その後二次覆工コンクリートが養生される。養生の際、二次覆工コンクリート表面の湿度や温度を調節することで、二次覆工コンクリート表面のひび割れなどの不具合を防止できることが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１１－２５２２６７号公報

本発明の実施形態の一つは、トンネル内壁を構成する覆工コンクリートを養生するための新しいシステムと方法、およびこれらのシステムや方法に用いることができる養生台車を提供することを課題とする。あるいは、本発明の実施形態の一つは、覆工コンクリートに二酸化炭素を効率よく固定化するためのシステムと方法、およびこれらのシステムや方法に用いることができる養生台車を提供することを課題とする。

本発明の実施形態の一つは、覆工コンクリートの養生システムである。このシステムは、トンネルの延伸方向に移動可能な養生台車と、養生台車に設けられ、トンネルを構成する覆工コンクリートを密閉空間内に密閉する封止部と、を有する。このシステムでは、密閉空間に二酸化炭素が供給される。

本発明の実施形態の一つは、トンネルの内壁を構成する覆工コンクリートを養生するためのシステムである。このシステムは、養生台車、および二酸化炭素供給源を有する。養生台車は、一対のアーチ状フレーム、アーチ状封止部材、複数の梁フレーム、可撓性シート、および一対の可動式フラップを備える。一対のアーチ状フレームは、地面に対して垂直な方向に立てて設けられ、かつ、トンネルの延伸方向と垂直な方向に互いに平行に配置される。アーチ状封止部材は、一対のアーチ状フレームのそれぞれに沿って設けられる。複数の梁フレームは、一対のアーチ状フレームが対向する方向に延伸し、かつ一対のフレームを接続する。可撓性シートは、一対のアーチ状封止部材の間において覆工コンクリートに沿って設けられる。一対の可動式フラップは、一対のアーチ状フレームの下端部に配置され、一対のアーチ状フレームの一方の側から他方の側へ延伸する。二酸化炭素供給源は、覆工コンクリートと可撓性シートの間の空間に二酸化炭素を供給するように構成される。一対の可動式フラップはそれぞれ、複数の梁フレームに平行な軸を中心に回転するように構成される。一対の可動式フラップの回転により、上記空間がアーチ状封止部材、可撓性シート、および可動式フラップによって密閉される。

本発明の実施形態の一つは、覆工コンクリートの養生台車である。この養生台車は、一対のフレーム、一対の封止部材、梁フレーム、側面封止部、および一対の可動式フラップを備える。一対のフレームは、第１方向に並んで配置され、かつ、それぞれがトンネルの内壁を構成する覆工コンクリートに沿う形状を有する。一対の封止部材は、それぞれがフレームに沿って設けられる。梁フレームは、第１延伸方向に延伸し、かつ、一対のフレームを互いに接続する。側面封止部は、トンネルの覆工コンクリートに沿って、一対の封止部材の間に設けられる。一対の可動式フラップは、一対のフレームに直接または間接的に接続され、一対のフレームの一方の側から他方の側へ延伸する。一対の可動式フラップはそれぞれ、第１方向と平行な軸を中心に回転するように構成される。一対の可動式フラップの回転により、覆工コンクリートの少なくとも一部が、封止部材、側面封止部、および可動式フラップによって密閉される。

本発明の実施形態の一つは、覆工コンクリートを養生する方法である。この方法は、トンネルの内壁を構成する覆工コンクリートの少なくとも一部を密封する空間内に二酸化炭素を供給して覆工コンクリートと二酸化炭素を互いに接触させることを含む。

本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生システムの正面図。 本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生システムの正面図。 本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生システムの側面図。 本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生システムの側面図。 本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生システムの上面図。 本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生システムの上面図。 本発明の実施形態の一つである、養生台車の一部の正面図。 本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生システムの正面図。 本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生システムの側面図。 本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生システムの正面図。 本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生システムの上面図。 本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生システムの正面図。 本発明の実施形態の一つである、養生台車の一部の断面図。 本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生システムの正面図。 本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生システムの正面図。 本発明の実施形態の一つである、覆工コンクリートの養生方法を示すフローチャート。

以下、本発明の各実施形態について、図面などを参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。同一、あるいは類似する複数の構造を総じて表す際にはこの符号が用いられ、これらを個々に表す際には符号の後にハイフンと自然数が加えられる。

以下、トンネルの内壁を構成する覆工コンクリートを養生するための養生システムと方法、およびこの養生システムと養生方法に適用可能な養生台車について説明する。

１．養生システム
図１から図６に本発明の実施形態の一つに係る養生システムの模式図を示す。以下、便宜上、トンネルの延伸方向（長手方向）をｘ方向、地面に平行であり、ｘ方向に垂直な方向をｙ方向、地面に垂直な方向をｚ方向とする。図１と図２は、本養生システムのｘ方向における正面図、図３と図４はｙ方向における側面図であり、図５と図６はｘ方向から見た上面図である。図２、図４、および図６はそれぞれ図１、図３、および図５に対応し、図１、図４、および図５から一部の構成を取り除いた状態を表している。

トンネルの内壁は、一次覆工コンクリート２００および二次覆工コンクリート２０２からなる。本養生システムは、トンネル内に形成される一次覆工コンクリート２００の表面に打設される二次覆工コンクリート２０２の養生に適用することができる。より具体的には、トンネル内に打設された二次覆工コンクリート２０２に対して二酸化炭素を供給することで養生を行い、これによって二酸化炭素を炭酸カルシウムとして固定化するとともに、二次覆工コンクリート２０２の強度を増大させることができる。本養生システムは、基本的な構成として、養生台車１００と養生台車１００に接続される二酸化炭素供給源１５０を備える。

１－１．養生台車
（１）フレーム
図１から図６に示すように、養生台車１００は、その基本骨格を構成する少なくとも一対のアーチ状フレーム１０２、および一対のアーチ状フレーム１０２を互いに接続する複数の梁フレーム１０４を備える。複数の梁フレーム１０４は、トンネルの延伸方向（ｘ方向）と平行に延伸している。アーチ状フレーム１０２は、トンネルの断面（ｙｚ断面）のアーチ形状に沿うアーチ形状を有しており、その表面から二次覆工コンクリート２０２までの距離が５ｃｍ以上１ｍ以下の範囲で維持されるような形状を有する。アーチ状フレーム１０２は、地面に対して垂直な方向に立てた状態で設けられている。そして、アーチ状フレーム１０２は、トンネルの頂点側（ｚ方向において上側）に曲線部を有し、地面側（ｚ方向において下側）が開放されるように配置される。また、アーチ状フレーム１０２は、地面側に２つの下端部を有するともいえる。なお、アーチ状フレーム１０２の形状は、曲線状のアーチ形状に限らず、多角形の一部分のように直線が組み合わされた形状でもよい。トンネルの断面（ｙｚ断面）の形状に沿った形状のアーチ状フレーム１０２を用いることで、二酸化炭素の濃度の偏りが少ない状態で、かつ、より効率的に、二次覆工コンクリート２０２に対して二酸化炭素を固定化することができる。一対のアーチ状フレーム１０２は、互いにｘ方向において対向するように配置されている。ｙ方向からの平面視（すなわちｘ－ｚ平面）において、一対のアーチ状フレーム１０２は互いに平行に配置されている。また、一対のアーチ状フレーム１０２どうしの距離は任意である。一般的に一次覆工コンクリート２００や二次覆工コンクリート２０２は、ｘ方向に沿って１スパン（１０．５ｍ）単位で順次打設されるため、例えば養生台車１００の両端側に配置される一対のアーチ状フレーム１０２－１間の距離は、この長さ（１スパン）に相当する長さと同程度でよい。具体的には、１０．５ｍ±０．５ｍであってもよい。あるいは、２スパンまたは３スパンに相当する長さでもよく、この場合には、例えば２１ｍ±１ｍ、３１．５ｍ±１．５ｍの範囲で一対のアーチ状フレーム１０２－１間の距離を調整すればよい。また、１スパンが９ｍの場合は、例えば養生台車１００の両端側に配置される一対のアーチ状フレーム１０２－１間の距離は、９ｍ±０．５ｍであってもよい。あるいは、２スパンまたは３スパンに相当する長さでもよく、この場合には、例えば１８ｍ±１ｍ、２７ｍ±１．５ｍの範囲で一対のアーチ状フレーム１０２－１間の距離を調整すればよい。梁フレーム１０４は、養生台車１００の形状を安定化するために設けられている。梁フレーム１０４は、ｘ方向に延伸し、一対のアーチ状フレーム１０２を互いに接続する。

アーチ状フレーム１０２の数や梁フレーム１０４の数に制約はなく、養生台車１００の大きさや長さ、要求される強度に応じて３つ以上のアーチ状フレーム１０２や梁フレーム１０４を設ければよい。図１から図６に示す例では、養生台車１００の両端側に配置される一対のアーチ状フレーム１０２－１と、ｘ方向において一対のアーチ状フレーム１０２－１の内側に配置される二つのアーチ状フレーム１０２－２、およびこれらのアーチ状フレーム１０２に接続され、ｘ方向に延伸する五つの梁フレーム１０４を含む養生台車１００が示されている。アーチ状フレーム１０２や梁フレーム１０４は鉄を含むことができ、ステンレスなどの合金を含んでもよい。あるいは、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの樹脂を含んでもよく、樹脂はガラス繊維や炭素繊維などの繊維と複合化されていてもよい。

図１や図２に示すように、養生台車１００は、任意の構成として、養生台車１００の強度を確保するため、ｚ方向に延伸する柱フレーム１０６、ｙ方向に延伸する横梁フレーム１０８、柱フレーム１０６と横梁フレーム１０８をｙ－ｚ平面においてｙ軸に対して斜め方向に接続する筋交フレーム１１０などの種々のフレームを有してもよい。これらのフレームの数や配置、組合せは任意であり、養生台車１００の大きさや長さ、要求される強度に応じて適宜選択される。図示しないが、例えば一対のアーチ状フレーム１０２－１と接続されるような筋交フレームを設けてもよい。

（２）封止部材
図１と図３から図６に示すように、養生台車１００はさらに、ｘ方向において両端側に配置される一対のアーチ状フレーム１０２－１のそれぞれの上に位置するアーチ状の封止部材１１２を備える。封止部材１１２は、アーチ状フレーム１０２と直接的または間接的に接合されている。封止部材１１２の高さ（すなわち、アーチ状フレーム１０２－１に近い側の面から遠い方の面までの最短距離）は、３ｃｍ以上２０ｃｍ以下の範囲で適宜設定される。封止部材１１２の断面形状（例えばｘｚ平面の断面の形状）に制約はなく、円、楕円、四角形などの形状でもよい。

封止部材１１２はアーチ状フレーム１０２－１のアーチ形状に沿うように配置され、弾性変形するように構成される。具体的には、封止部材１１２は、天然ゴム、スチレン－ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル－ブタジエンゴムなどのジエン系ゴム、イソブチレン－イソプレンゴム、エチレン－プロピレンゴム、エチレン－プロピレン－ジエンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムなどの非ジエン系ゴムなどの種々のゴムから選択される材料を含むことができる。詳細は後述するが、この一対の封止部材１１２が二次覆工コンクリート２０２と接するように養生台車１００がトンネル内に配置され、これにより、トンネル内の一部が一対の封止部材１１２によって仕切られる。すなわち、封止部材１１２は、ｘ方向において養生台車１００の両端側に位置し、トンネル内の一部を仕切る端面封止部として用いられる。

（３）フラップ
図２から図６に示すように、養生台車１００はさらに一対の可動式のフラップ１１４を有する。フラップ１１４は、アーチ状フレーム１０２－１の下端と二次覆工コンクリート２０２との隙間を塞ぐように設けられる。フラップ１１４は、養生台車１００の両端側に配置される一対のアーチ状フレーム１０２－１の一方から他方へ、梁フレーム１０４が延伸する方向に対して平行に延伸する。フラップ１１４は、一対のアーチ状フレーム１０２－１に対して直接、または梁フレーム１０４、横梁フレーム１０８、もしくは柱フレーム１０６を介して間接的に接続される。例えば図２に示すように、各フラップ１１４は、最も地面に近い梁フレーム１０４に接続されてもよい。フラップ１１４は、鉄などの金属、ステンレスなどの合金、樹脂、繊維を含む樹脂、または木材などを含むことができる。

フラップ１１４は、図２や図７（Ａ）に示すように、梁フレーム１０４が延伸する方向に平行な軸を中心として可逆的に回転するように、図示しないヒンジなどの回転機構を介してアーチ状フレーム１０２－１に直接または間接的に接続される。換言すると、フラップ１１４は、トンネルの延伸方向（ｘ方向)に平行な軸を中心として可逆的に回転するように設けられているともいえる。フラップ１１４は、この軸を中心に回転することで二次覆工コンクリート２０２の表面に接するように設けられる。任意の構成として、養生台車１００は、フラップ１１４上に封止部材（第２の封止部材）１１６をさらに備えてもよい（図７（Ｂ）参照）。封止部材１１６はフラップ１１４の一つの面の少なくとも一部を覆うように設けることができ、フラップ１１４の回転によって二次覆工コンクリート２０２の表面に接するようにフラップ１１４に固定される。アーチ状の封止部材１１２と同様、フラップ１１４も弾性変形が可能な材料を含む。図１や図３から図６から理解されるように、フラップ１１４と封止部材１１６は、一対のアーチ状フレーム１０２－１に設けられる一対の封止部材１１２の間に挟まれるように配置されることが好ましい。また、フラップ１１４を回転させた際、フラップ１１４または封止部材１１６が封止部材１１２と接するようにフラップ１１４と封止部材１１６を構成することが好ましい。

（４）可撓性シート
図２や図３、図５に示すように、養生台車１００はさらに、一対の封止部材１１２の間に可撓性シート１１８を有する。可撓性シート１１８は、これらの図に示すようにアーチ状フレーム１０２や梁フレーム１０４の上に設けてもよく、図示しないがアーチ状フレーム１０２と梁フレーム１０４の下、またはアーチ状フレーム１０２と梁フレーム１０４の間に設けてもよい。可撓性シート１１８は、アーチ状フレーム１０２によって形成されるアーチ型の立体形状が反映されるように設けられる。すなわち、可撓性シート１１８は、トンネルの二次覆工コンクリート２０２に沿って面状に形成された側面封止部として設けられる。好ましくは、可撓性シート１１８は一対のアーチ状フレーム１０２－１と重なり、これらに直接的または間接的に接合された状態で固定される。このように可撓性シート１１８を配置することで、アーチ状フレーム１０２と梁フレーム１０４によって形成される格子の開口面が可撓性シート１１８によって目張りされる。

可撓性シート１１８としては、例えばポリエステルやポリイミド、ポリオレフィンなどの高分子の繊維を含むことができ、可撓性シート１１８の厚さは例えば０．１０ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の範囲から選択すればよい。なお、可撓性シート１１８に替わり、側面封止部として、可撓性を持たない、または可撓性が小さいプレートを用いてもよい。プレートとしては、例えば鉄やアルミニウムなどの金属、ステンレスなどの合金、または木材を含む薄板が挙げられる。

養生台車１００には車輪１３０が設けられる。これにより、トンネル内においてｘ方向に延伸するように配置されたレール２０６上を養生台車１００が移動することができるので、二次覆工コンクリート２０２の打設が完了した地点へ速やかに養生台車１００を配置することができる。なお、図示しないが、本養生システムでは、レール２０６上において、ｘ方向に複数の養生台車１００を連結してもよい。これにより、広範囲にわたって二次覆工コンクリート２０２の養生を同時に行うことも可能となる。また、養生台車１００を連結する台数に制限はなく、数十台の養生台車１００を連結してもよい。

上述したように、一対の封止部材１１２が二次覆工コンクリート２０２と接することでトンネル内の一部が仕切られ、これらの封止部材１１２の間には、アーチ状フレーム１０２と梁フレーム１０４によって形成される格子の開口面を目張りする可撓性シート１１８が設けられる。また、一対のアーチ状フレーム１０２－１の間にはフラップ１１４が設けられ、このフラップ１１４は二次覆工コンクリート２０２と接するように回転する。このため、一対の封止部材１１２およびフラップ１１４もしくはその上に設けられる封止部材１１６が二次覆工コンクリート２０２と接すると、二次覆工コンクリート２０２、封止部材１１２、可撓性シート１１８、およびフラップ１１４もしくは封止部材１１６によって密閉された空間２０４が形成される。詳細は後述するが、この空間２０４を利用して二次覆工コンクリート２０２が養生される。

１－２．二酸化炭素供給源
二酸化炭素供給源１５０は、空間２０４に二酸化炭素を含むガスを供給する機能を有する。二酸化炭素を含むガスとしては、純粋な二酸化炭素（例えば純度９９％以上）でもよく、二酸化炭素と他のガスとの混合ガスでもよい。混合ガスを用いる場合には、他のガスとして空気や酸素、窒素などが挙げられる。混合ガス中における二酸化炭素の濃度も任意に設定することができるが、効率よく二次覆工コンクリート２０２と二酸化炭素を接触させるため、例えば、大気中の二酸化炭素濃度（４００ｐｐｍ）よりも高く１００体積％以下の任意の濃度から設定すればよい。

二酸化炭素供給源１５０としては、例えば二酸化炭素を含むガスのボンベやタンクなどが挙げられる。二酸化炭素供給源１５０は図示しないレギュレータに接続され、二酸化炭素を含むガスが調圧される。あるいは、造設されるトンネル付近に二酸化炭素を大量に排出する施設（化学プラント、ゴミ焼却施設、火力発電所、その他各種工場など）が既設されている場合、これらの施設で排出されるガス、または排出ガスに対して脱塵、脱硫、脱硝などを行うことで得られる精製された二酸化炭素を利用してもよい。この場合、これらの施設が二酸化炭素供給源１５０として機能し、図示しない配管を用いて二酸化炭素が空間２０４に供給される。これにより、二酸化炭素を運搬するためのコストが削減され、運搬に伴う二酸化炭素の更なる排出が防止される。

図５に示すように、可撓性シート１１８には少なくとも一つの開口１１８ａが設けられ、二酸化炭素を含むガスは、二酸化炭素供給源１５０から二酸化炭素ライン１５２に導入され、開口１１８ａを介して空間２０４に供給することができる。開口１１８ａの位置は任意に決定することができ、図１や図５に示されるように、開口１１８ａはトンネルの天井付近（例えば最も高い位置にある梁フレーム１０４と重なる位置、または最も高い位置にある梁フレーム１０４とそれに隣接する梁フレーム１０４との間）に設けてもよく、トンネルの側面付近に設けてもよい。二酸化炭素は空気よりも比重が大きいため、トンネルの天井付近から二酸化炭素を含むガスを供給することで、空間２０４内の二酸化炭素濃度を比較的均一にすることができる。

１－３．その他の構成
本養生システムとそれに含まれる養生台車１００の構成は上述した構成に限られず、以下に述べる種々の構成を含むことができる。

（１）配管
図８の正面図と図９の上面図に示すように、二酸化炭素を空間２０４内に均一に導入するための配管１２０を可撓性シート１１８上に設けてもよい。二酸化炭素を含むガスは、二酸化炭素ライン１５２から配管１２０に導入される。配管１２０の形状や配置は任意であり、図９に示すように格子状に形成してもよく、あるいは枝分かれのない配管を配管１２０として用いてもよい。配管１２０は銅やアルミニウム、鉄などの金属、真鍮やステンレスなどの合金を含んでもよく、あるいはポリエチレンや塩化ビニル、ポリウレタン、天然ゴム、シリコーン樹脂、フッ素含有樹脂などの高分子を含む可撓性の配管でもよい。二酸化炭素供給源１５０から供給される二酸化炭素を含むガスは配管１２０に供給される。配管１２０には複数の孔が設けられ、この孔を介して二酸化炭素を含むガスが空間２０４に拡散される。

（２）ガス循環装置
図１や図２に示すように、本養生システムは、空間２０４内のガスを循環させるためのガス循環装置１７０を備えてもよい。ガス循環装置１７０の数に制約はなく、複数のガス循環装置１７０を設けてもよい。ガス循環装置１７０の配置にも制約はなく、ガス循環装置１７０は空間２０４の外部に設置してもよい。この場合、ガス循環装置１７０は、フラップ１１４や封止部材１１６に設けられる開口１１７ａ（図３、図４参照）を介して空間２０４内のガスを吸引し、再度開口１１７ｂを介して空間２０４内へ吸引したガスを排出するためのファンを有する。なお、開口１１７ａ、１１８ａは可撓性シート１１８に設けてもよい。図示しないが、ガス循環装置１７０は、吸引後のガスをろ過するためのフィルターをさらに備えてもよい。

あるいは、図８に示すように、ガス循環装置１７０は空間２０４内に設置してもよい。この場合には、例えばガス循環装置１７０はフラップ１１４または封止部材１１６上に設ければよく、ガス循環装置１７０はエアーサーキュレータのような比較的簡単な構造を有するファンでよい。

上述したように、二次覆工コンクリート２０２の養生時において、空間２０４には二酸化炭素が供給され、二次覆工コンクリート２０２内に二酸化炭素が炭酸カルシウムとして固定化される。二酸化炭素は空気や窒素、酸素よりも比重が大きいため、空間２０４の下部に溜まりやすく、空間２０４内の二酸化炭素濃度が不均一となりやすい。しかしながら、ガス循環装置１７０を用いて空間２０４内のガスを強制的に対流させることで二酸化炭素濃度が空間２０４内で均一に拡散し、その結果、二次覆工コンクリート２０２中の炭酸カルシウム濃度が均一となり、強度分布の偏りが小さい二次覆工コンクリート２０２を形成することができる。

（３）水供給源
任意の構成として、本システムは水供給源１６０と水供給源１６０に接続される配管１２２をさらに含んでもよい（図１０、図１１）。水供給源１６０は、外部から供給された水を図示しないポンプを用いて水ライン１６２から配管１２２に供給する機能を有する。水供給源１６０は、図１に示すように梁フレーム１０４上に搭載してもよく、図示しないが横梁フレーム１０８上に搭載してもよい。あるいは、水供給源１６０は地面上に配置してもよい。水供給源１６０を地面上に配置する場合には、トンネル外に設けてもよい。水供給源１６０はさらに、供給される水の温度を制御するための加熱装置や冷却装置を備えていてもよい。

配管１２２は可撓性シート１１８上に配置される。二酸化炭素を含むガスの供給に用いられる配管１２０と同様、配管１２２も図１１に示すように格子状に形成してもよく、あるいは枝分かれのない配管であってもよい。配管１２２としては、ポリエチレンや塩化ビニル、ポリウレタン、天然ゴム、シリコーン、フッ素含有樹脂などの高分子を含む可撓性の配管が例示される。配管１２２も銅やアルミニウム、鉄などの金属、真鍮やステンレスなどの合金を含む配管でもよいが、水に腐食しにくいステンレスを用いることが好ましい。配管１２２にも複数の孔が設けられ、この孔を介して水が空間２０４に拡散される。複数の孔にノズルを設け、霧状の水を間２０４に供給してもよい。

水供給源１６０を設けて水を空間２０４に拡散させることにより、空間２０４の湿度を制御することができる。その結果、二次覆工コンクリート２０２からの水の蒸発を防止し、セメントを十分に水和させるとともに、蒸発によってセメントの水和に必要な水が欠乏することに起因する二次覆工コンクリート２０２のひび割れを防止することができる。

図示しないが、水供給源１６０は、二酸化炭素供給源１５０から二酸化炭素を含むガスがさらに供給されるように構成されていてもよい。この場合、水供給源１６０内で二酸化炭素と水が接触して二酸化炭素を含む水が生成し、この水が配管１２０を介して空間２０４内に拡散される。二酸化炭素供給源１５０に接続される配管１２０は設置しなくてもよい。

（４）検知器
図８や図９に示すように、本養生システムはさらに、空間２０４内の二酸化炭素濃度や湿度、温度を測定するための濃度計１７２や湿度計１７４、温度計１７６をそれぞれ一つまたは複数有してもよい。濃度計１７２、湿度計１７４、温度計１７６は、空間内２０４内の任意の場所に設置することができる。例えば可撓性シート１１８上、アーチ状フレーム１０２上、あるいは梁フレーム１０４上に設けることができる。濃度計１７２や湿度計１７４、温度計１７６は通信機能を備えてもよい。具体的には、それぞれバッテリを搭載し、定期的に二酸化炭素濃度や湿度、温度を測定し、その情報を後述する制御装置や通信端末へ無線または有線で送信するように構成されてもよい。

（５）封止部材
上述したように、養生台車１００の封止部材１１２、可撓性シート１１８、およびフラップ１１４もしくは封止部材１１６によって空間２０４が密閉され、この空間内で二次覆工コンクリート２０２の養生が行われる。このため、封止部材１１２は二次覆工コンクリート２０２と接する。しかしながら、養生台車１００の移動時にも封止部材１１２と二次覆工コンクリート２０２が接すると養生台車１００の移動が制約され、封止部材１１２の破損が生じる可能性がある。このような不具合の発生を防止するため、移動時には養生台車１００の封止部材１１２は二次覆工コンクリート２０２と接触せず、養生時に養生台車１００をリフトアップすることで封止部材１１２が二次覆工コンクリート２０２と接触するように養生台車１００を構成してもよい。

具体的には、図１２（Ａ）に示すように、トンネル内で養生台車１００をレール２０６に沿って移動させる際には、封止部材１１２が二次覆工コンクリート２０２と接触しないようにアーチ状フレーム１０２－１の形状と封止部材１１２の形状を調整して養生台車１００を構成する。養生を行う際には、図１２（Ｂ）に示すように、ジャッキ２０８を用いて養生台車１００をｚ方向に持ち上げ（リフトアップ）、封止部材１１２と二次覆工コンクリート２０２との接触を許容する。通常、二次覆工コンクリート２０２のスパンの間には、図１３に示すように凹部２０２ａが形成されるので、リフトアップすることで封止部材１１２の一部がこの凹部２０２ａに挿入されるよう、封止部材１１２を構成してもよい。例えば、封止部材１１２は、アーチ状フレーム１０２－１から遠い側の端部の幅（ｘ方向における長さ）がアーチ状フレーム１０２－１に近い側の端部の幅よりも小さくなるよう、構成することができる。より具体的には、断面形状の少なくとも一部が台形となるように封止部材１１２を構成してもよい。このように封止部材１１２の形状を制御することで、封止部材１１２が二次覆工コンクリート２０２と噛み合わさり、空間２０４の気密性を向上させることができる。

なお、トンネルの最大幅（ｙ方向における最大長さ）がトンネル底部（すなわち地面）の幅（ｙ方向における長さ）よりも大きい場合には、リフトアップした際に封止部材１１２が凹部２０２ａに挿入されるようにアーチ状フレーム１０２－１や封止部材１１２の形状を調整しても、移動時に封止部材１１２と二次覆工コンクリート２０２の干渉が避けられない場合がある。この場合には、移動時には封止部材１１２を取り外し、リフトアップを行う際に封止部材１１２を取り付けてもよい。あるいはあらかじめ封止部材１１２を凹部２０２ａに挿入しておき、その後リフトアップを行ってもよい。

あるいは複数のパーツに分割できるように封止部材１１２を構成してもよい。例えば図１４に示すように、封止部材１１２を三つのパーツに分割し、アーチ状フレーム１０２－１の上部を覆うパーツはアーチ状フレーム１０２上に定常的に固定する。一方、アーチ状フレーム１０２－１の両側（すなわち、より地面に近い側）の二つのパーツは移動時には搭載しない。養生台車１００の移動が完了した後、両側の二つのパーツをアーチ状フレーム１０２－１上に配置し、養生台車１００をリフトアップすることで、封止部材１１２を凹部２０２ａに挿入することができる。あるいは、両側の二つのパーツを凹部２０２ａに挿入した状態で養生台車１００をリフトアップしてもよい。このように、封止部材１１２が分割可能なように構成することで、様々な形状のトンネルに適合する養生システムを構築することができる。

２．養生方法
本発明の実施形態の一つに係る養生システムを利用する二次覆工コンクリート２０２の養生方法のフローチャートを図１６に示す。

まず、掘削作業によってトンネルが形成され、その後、トンネルの壁面に対して一次覆工コンクリート２００を打設し、さらに二次覆工コンクリート２０２を打設する。これらのコンクリートの打設は公知の方法を採用することによって行えばよい。例えば、レディーミクストコンクリートを圧縮空気を用いてトンネルの壁面に塗布することで一次覆工コンクリート２００を打設する。二次覆工コンクリート２０２は、一次覆工コンクリート２００の打設後にアーチ状の型枠を形成し、型枠と一次覆工コンクリート２００の間にレディーミクストコンクリートを流し込み、硬化させることで打設する。

その後、二次覆工コンクリート２０２を養生する。まず、上述した養生台車１００を配置する。養生台車１００は、ｚ方向において養生する二次覆工コンクリート２０２の下に配置する。封止部材１１２が二次覆工コンクリート２０２の表面と接触していない場合には、養生台車１００をリフトアップする（図１２（Ｂ）、図１５）。その際、封止部材１１２が二次覆工コンクリート２０２に設けられる凹部２０２ａに挿入されるようにリフトアップを行ってもよい（図１３参照）。その後、フラップ１１４を回転させて空間２０４を密閉し（図２）、二次覆工コンクリート２０２の表面を空間２０４内に密封する。

その後、二酸化炭素供給源１５０から二酸化炭素を含むガスを供給する。このガスの供給量は、養生対象である二次覆工コンクリート２０２の面積、空間２０４の体積、ガス中の二酸化炭素の濃度、養生時の温度、二次覆工コンクリート２０２の打設時に用いるレディーミクストコンクリートの特性などを考慮して適宜決定すればよい。空間２０４内の圧力は、大気圧と同一でもよく、大気圧よりも高い陽圧でもよい。例えば、空間２０４内の圧力が１気圧以上１．３気圧以下となるように二酸化炭素を含むガスを供給してもよい。養生の際、さらに水供給源１６０から水を供給してもよい。水の供給量も、上述したパラメータを考慮して決定される。養生期間は、供給する二酸化炭素濃度と固定化する二酸化炭素の量によって、例えば３時間から４週間程度の幅の中から適宜決定される。

養生時には、上述した各種検知器を用い、養生環境をモニターしてもよい。例えば濃度計１７２や湿度計１７４を用い、空間２０４内の二酸化炭素濃度や湿度を定期的に測定する。測定結果は、濃度計１７２や湿度計１７４と有線または無線で接続される制御装置やスマートフォンもしくはタブレットなどの携帯通信端末などに送信してもよい。図示しないが、空間２０４内の温度も温度計１７６を用いて測定し、その結果を送信してもよい。

二酸化炭素濃度が所定の範囲外であれば、二酸化炭素供給源１５０を操作して二酸化炭素の供給量を増減させる。この操作は手動で行ってもよく、自動で行ってもよい。また、二酸化炭素供給源１５０に通信機能を搭載し、二酸化炭素供給源１５０を遠隔的に操作しもよい。空間２０４における二酸化炭素の濃度は、例えば３体積％以上５０％以下または５％以上２０％以下の範囲内で維持すればよい。

同様に、湿度が所定の範囲外であれば、水供給源１６０を操作して水の供給量を増減させる。図示しないが、空間２０４内の温度が所定の範囲外であれば、水供給源１６０を操作して水の供給量を増減させてもよい。空間２０４内の湿度は、例えば５０％以上１００％以下の範囲で維持すればよい。あるいは水供給源１６０に搭載された加熱装置または冷却装置を用いて水の温度を制御してもよい。これらの操作も手動で行ってもよく、自動で行ってもよい。また、水供給源１６０に通信機能を搭載し、水供給源１６０を遠隔的に操作してもよい。

このように、各種検知器を用いて養生完了まで空間２０４内の状況をモニターすることにより、空間２０４を常に二次覆工コンクリート２０２の養生に適する環境下におくことができる。養生が完了した後、フラップ１１４を二次覆工コンクリート２０２から離隔させ、空間２０４内の二酸化炭素を含むガスをトンネル外に排気する。以上のステップによって養生が終了する。

上述したように、本発明の実施形態の一つに係る養生システムを利用することで、養生対象である二次覆工コンクリート２０２の表面を密閉された空間２０４内に密封することができる。特にフラップ１１４上に封止部材１１６を設けることで、封止部材１１６が二次覆工コンクリート２０２の表面の形状に合わせて変形して密着するため、空間２０４をより効果的に密閉することができる。さらに、アーチ状フレーム１０２－１上に設けられる封止部材１１２を二次覆工コンクリート２０２の凹部２０２ａに挿入することにより、気密性を更に向上させることができる。このため、空間２０４に供給される二酸化炭素が効率よく二次覆工コンクリート２０２と接触するとともに、二酸化炭素のリークが防止され、養生作業において高い安全性を確保することができる。

一次覆工コンクリート２００や二次覆工コンクリート２０２の原料であるセメントは、その製造時に大量の二酸化炭素を放出する。しかしながら、本養生システムを用いることで、二次覆工コンクリート２０２は、セメントの水和で生成する水酸化カルシウムと二酸化炭素との反応が与える炭酸カルシウムを高い濃度で有することができるため、二次覆工コンクリート２０２は大量の二酸化炭素を固定することになる。したがって、本発明の実施形態に係る養生システムや養生方法は、大量の二酸化炭素を固定するために利用でき、二酸化炭素の削減と地球温暖化の抑制に寄与することができる。

コンクリートに二酸化炭素を固定化する方法としては、二酸化炭素が充填された養生槽内に硬化したコンクリートを配置して接触させる方法や、硬化した多孔質コンクリート表面に二酸化炭素を接触させる方法が知られている。しかしながら、これら方法は大型の建造物に適応することが困難であり、建造物が建造される現場でコンクリートを打設する場合には採用することができない。また、既に硬化したコンクリートに対する処理であるため、二酸化炭素の固定量が小さい。

これに対し、本実施形態の一つに係る養生方法では、完全に硬化する前のコンクリートと二酸化炭素を接触させることができ、また、現場で打設されるコンクリートに対して二酸化炭素固定を行うことができる。このため、大量の二酸化炭素を固定することができる。実際、発明者らは、予備的な実験により、本養生方法では使用されるセメントの約２０％（６０ｋｇ／ｍ³）の二酸化炭素が固定することができ、その結果、コンクリートの圧縮強度が８％から１０％程度増大することを確認している。また、この二酸化炭素の固定量を仮定した場合、普通ポルトランドセメントを用いて水／セメント比（Ｗ／Ｃ）を５０％、単位セメント量を３００ｋｇ／ｍ³として長さ１ｋｍのトンネルを造ると、約６００トンもの大量の二酸化炭素を固定できることが試算されている。さらに、コンクリートの使用材料により異なるが、発明者らによる試算では、最大でコンクリート１立方メートルあたり１２０ｋｇの二酸化炭素を固定できる。

本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。

１００：養生台車、１０２：アーチ状フレーム、１０２－１：アーチ状フレーム、１０２－２：アーチ状フレーム、１０４：梁フレーム、１０６：柱フレーム、１０８：横梁フレーム、１１０：筋交フレーム、１１２：封止部材、１１４：フラップ、１１６：封止部材、１１７ａ：開口、１１７ｂ：再度開口、１１８：可撓性シート、１１８ａ：開口、１２０：配管、１２２：配管、１３０：車輪、１５０：二酸化炭素供給源、１５２：二酸化炭素ライン、１６０：水供給源、１６２：水ライン、１７０：ガス循環装置、１７２：濃度計、１７４：湿度計、１７６：温度計、２００：一次覆工コンクリート、２０２：二次覆工コンクリート、２０２ａ：凹部、２０６：レール、２０８：ジャッキ

Claims (18)

1. トンネルの延伸方向に移動可能な養生台車と、
   前記養生台車に設けられ、前記トンネルを構成する覆工コンクリートを密閉空間内に密閉する封止部と、を有し、
   前記養生台車は、
   それぞれが前記覆工コンクリートに沿う形状を有し、かつ、前記トンネルの前記延伸方向に並ぶように配置された一対のフレームと、
   前記一対のフレームの間において、前記覆工コンクリートに沿うように面状に構成される側面封止部と、
   前記フレームのそれぞれにおいて前記フレームに沿って設けられ、前記覆工コンクリートに接するように構成される端面封止部と、
   前記一対のフレームのそれぞれに設けられ、前記フレームと下端と前記覆工コンクリートとの隙間を防ぐように構成される一対のフラップを備え、
   前記封止部は、前記側面封止部、前記端面封止部、および前記一対のフラップからなり、
   前記密閉空間に二酸化炭素が供給される、覆工コンクリートの養生システム。
2. 前記密閉空間に配置されるように構成された、二酸化炭素濃度を計測する二酸化炭素濃度計をさらに有し、前記二酸化炭素濃度に基づいて前記密閉空間に対する二酸化炭素の供給量が調整される、請求項１に記載の覆工コンクリートの養生システム。
3. 前記密閉空間に配置されるように構成された、湿度を計測する湿度計をさらに有し、前記湿度に基づいて前記密閉空間に対する水の供給量が調整される、請求項２に記載の覆工コンクリートの養生システム。
4. トンネルの内壁を構成する覆工コンクリートを養生するためのシステムであり、前記システムは、
   地面に対して垂直な方向に立てて設けられ、かつ、前記トンネルの延伸方向と垂直な方向に互いに平行に配置された一対のアーチ状フレームと、前記一対のアーチ状フレームのそれぞれに沿って設けられるアーチ状封止部材と、前記一対のアーチ状フレームが対向する方向に延伸し、かつ前記一対のアーチ状フレームを接続する複数の梁フレームと、前記一対のアーチ状封止部材の間において前記覆工コンクリートに沿って設けられる可撓性シートと、前記一対のアーチ状フレームの下端部に配置され、前記一対のアーチ状フレームの一方の側から他方の側へ延伸する一対の可動式フラップと、を備える養生台車、および
   前記覆工コンクリートと前記可撓性シートの間の空間に二酸化炭素を供給するための二酸化炭素供給源を有し、
   前記一対の可動式フラップはそれぞれ、前記複数の梁フレームに平行な軸を中心に回転するように構成され、
   前記一対の可動式フラップの前記回転により、前記空間が前記アーチ状封止部材、前記可撓性シート、および前記可動式フラップによって密閉されるシステム。
5. 前記二酸化炭素供給源に接続される第１の配管を前記可撓性シート上にさらに有し、
   前記第１の配管は、二酸化炭素を前記空間に拡散するための孔を有する、請求項４に記載のシステム。
6. 前記空間に水を供給するための水供給源をさらに有する、請求項４に記載のシステム。
7. 前記二酸化炭素供給源は前記水供給源と接続され、
   前記水供給源は、二酸化炭素を含む水を前記空間に供給するように構成される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記二酸化炭素供給源と前記水供給源は、それぞれ独立に二酸化炭素と水を前記空間に供給するように構成される、請求項６に記載のシステム。
9. 前記可撓性シート上に位置し、前記二酸化炭素供給源に接続される第１の配管、および
   前記可撓性シート上に位置し、前記水供給源と接続される第２の配管をさらに有し、
   前記第１の配管と前記第２の配管は、二酸化炭素と水をそれぞれ前記空間に拡散させるための孔を有する、請求項８に記載のシステム。
10. 前記アーチ状封止部材は、前記養生台車を上方向に移動させる時、前記覆工コンクリートの凹部に一部が挿入されるように構成される、請求項４に記載のシステム。
11. 第１方向に並んで配置され、かつ、それぞれがトンネルの内壁を構成する覆工コンクリートに沿う形状を有する一対のフレームと、
    それぞれが前記フレームに沿って設けられる一対の封止部材と、
    前記第１方向に延伸し、かつ、前記一対のフレームを互いに接続する梁フレームと、
    前記覆工コンクリートに沿って、前記一対の封止部材の間に設けられる側面封止部と、
    前記一対のフレームに直接または間接的に接続され、前記一対のフレームの一方の側から他方の側へ延伸する一対の可動式フラップと、を備え、
    前記一対の可動式フラップはそれぞれ、前記第１方向と平行な軸を中心に回転するように構成され、
    前記一対の可動式フラップの前記回転により、前記覆工コンクリートの少なくとも一部が、前記封止部材、前記側面封止部、および前記可動式フラップによって密閉される、覆工コンクリートの養生台車。
12. 前記一対の可動式フラップは、それぞれが、前記一対のフレームのうち一方のフレームの下端部と他方のフレームの下端部とを接続するように配置されている、請求項１１に記載の養生台車。
13. 前記側面封止部は、二酸化炭素を導入するための貫通孔を有する、請求項１１に記載の養生台車。
14. 二酸化炭素を供給するための第１の配管を前記側面封止部上にさらに有し、
    前記第１の配管は、前記覆工コンクリート、前記一対の封止部材、前記側面封止部、および前記可動式フラップによって密閉される空間に二酸化炭素または二酸化炭素を含む水を拡散させるための孔を有する、請求項１１に記載の養生台車。
15. 二酸化炭素を供給するための第１の配管、および
    水を供給するための第２の配管を前記側面封止部上にさらに有し、
    前記第１の配管は、前記覆工コンクリート、前記一対の封止部材、前記側面封止部、および前記可動式フラップによって密閉される空間に二酸化炭素を拡散させるための孔を有し、
    前記第２の配管は、前記空間に水を拡散させるための孔を有する、請求項１１に記載の養生台車。
16. トンネルの内壁を構成する覆工コンクリートの少なくとも一部を養生台車を用いて密封すること、および
    密閉された前記覆工コンクリートと二酸化炭素を互いに接触させることを含み、
    前記養生台車は、
    前記トンネルの延伸方向に並んで配置され、かつ、それぞれが前記覆工コンクリートに沿う形状を有する一対のフレームと、
    それぞれが前記フレームに沿って設けられる一対の封止部材と、
    前記トンネルの延伸方向に延伸し、かつ、前記一対のフレームを接続する梁フレームと、
    前記覆工コンクリートに沿って、前記一対の封止部材の間に設けられるシートと、
    前記一対のフレームに直接または間接的に接続され、前記一対のフレームの一方の側から他方の側へ延伸する一対の可動式フラップと、を備え、
    前記一対の可動式フラップはそれぞれ、前記トンネルの延伸方向と平行な軸を中心に回転するように構成され、
    前記一対の可動式フラップの前記回転により、前記覆工コンクリートの少なくとも一部が前記養生台車によって密閉される、覆工コンクリートを養生する方法。
17. 前記覆工コンクリートを水と接触させることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記二酸化炭素の濃度と湿度をモニターすること、および
    前記二酸化炭素の濃度と前記湿度に応じて前記二酸化炭素と前記水の供給量を調整することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。

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