JPH01148740A - 場所打ちシールドライニング工法用覆工材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、トンネルのシールド工事において行われる
場所打ちシールドライニング工法に用いるひび割れしな
いセメント系覆工材料に関するものである。

［従来の技術］ シールド工法における従来の通常の工法は、シールド機
の掘進と並行してセグメントの組立ににる一時覆工を行
った侵セグメントと地山の隙間に裏込め材料を注入し、
つぎにセグメントリングの内側にコンクリート材料によ
る二次覆工を施すものであるが、近時シールド機の後方
のテールプレートの内側を外形とし、この内側にトンネ
ル仕上がり内径を外径とする型枠を組立て、この間の掘
進方向先端に止め型枠を設置し既に打設された覆工コン
クリートの先端との間の空間にポンプ打設工法でコンク
リートを打設することによって１回のコンクリート打設
によりトンネルの覆工を行う場所打ちシールドライニン
グ工法と称する工法（特開昭６０−１０９４９８号公報
参照）が開発されたが、この工法において用いられる覆
工材についてはその材料として特に限定されたものを使
用するものではない。また、シールド用裏込め注入材と
しては凝結開始時期を練り混ぜ後１２時間〜４８時間に
調整したセメント系固化材に粘稠材Ｊ３よび流動化剤を
添加したちのく特開昭６２−１４８３５３号公報参照）
が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来の場所打ちシールドライニング工法によれば（
１）既に固まったコンクリートの端部と新しく打設した
コンクリートとの間にコールドジヨイントが生じる。（
２）切羽から１５ｍ〜２０ｍ程度の距離においてはシー
ルド機の掘進ジヤツキの推力による型枠の揺動が覆工コ
ンクリートに加わるので、コールドジヨイントがひび割
れに発展するものが生じる。（３）セメントの水和熱に
よるコンクリートの膨張とその後の冷却による収縮およ
び乾燥、炭酸化などの収縮も加わるため、ひび割れは年
月を経るとともに拡大し漏水の原因となる。（４）覆工
コンクリートはポンプ打設工法で行われるため打設が終
了した後に輸送管の清掃を行う必要があるがそのための
時間と労力を必要とするとともに、圧送終了時に輸送管
内の残存コンクリートは廃棄されて無駄となる。（５）
１エコンクリートの打設に際して地下水が存在する場合
はコンクリートが水に洗われて分離し良質の覆工材料が
得られない。（６）時間の経過とともに流動抵抗が増加
し型枠と掘削した地山との空間を完全に充填することが
できない。（７）コンクリートの膨張、収縮、炭酸化等
により発生したひび割れが時間の経過とともに拡大する
のを防止できない問題点があり、また前記シールド用裏
込め注入材は裏込め材のみのひび割れ防止には有効であ
るが、覆工コンクリート全体のひび割れ防止および、ひ
び割れの拡大を防止し完全に漏水防止をすることができ
ない問題点があった。

［問題点を解決するための手段１ この発明は、上記の問題点を解決するため、凝結開始時
間を練り混ぜ後少くとも４８時間に調整したセメント系
固化材料に、粘稠剤、流動化剤および鋼繊維を添加した
場所打ちシールドライニング工法用覆工材料の手段を講
じるものである。

［作　用１ （Ａ）凝結開始時間を練り混ぜ後４８時間に調整したセ
メント系固化材料について 通常のセメントは、練り混ぜ俊１時間程度経過すると水
和反応が始まり粘性を生じ流動性が少なくなるが、凝結
を開始する前は揺動を受けでもセメントの水和反応には
大きな影響はない。しかし、流動性を失ってから加えら
れる揺動は覆工材料の内部にひび割れを発生させる。こ
れを避けるためにはベリット系遅硬セメントまたは凝結
遅延剤を添加したセメントを用いるのが有効である。

（ａ）ベリット系遅硬セメントについてベリット系遅硬
セメントは２ＣａＯ・ ＳｉＯ（以下Ｃ２Ｓという。）を主体としたベリットセ
メントと水砕とを混合したセメントであり、水和反応が
著しく遅く、水和熱も著しく小さいだけでなく炭酸化反
応も少ない性質を有している。

すなわら、普通ポルトランドセメント の主体をなす３ＣａＯ−３ｉ　０２　　（以下Ｃ３Ｓと
いう。）が材令７日程度で殆んど水和反応を完了するの
に対して、Ｃ２Ｓは材令６日以後に本格的水和反応を開
始する。

またＣ３Ｓの水和熱は普通ポルトランドセメントの水和
熱の５０％程度と低く特に材令７日位まではＣ３Ｓの水
和熱の２０％程度と著しく小さく、また混合される水砕
の水和熱も同様に小さい。したがって、Ｃ２Ｓを主成分
とするベリットセメントと水砕を混合したベリット系セ
メントの水和熱は普通ポルトランドセメントの水和熱に
比べて著しく小さく特に初期材令ではきわめて小さいた
め材令とともにコンクリートが冷却する際の収縮がそれ
だけ小さく、ひび割れが少ない。

さらに、Ｃ２Ｓの水和により生成される水酸化カルシウ
ムは２１．５％であり、Ｃ３Ｓにおける４８．７％より
著しく小さく、また水砕の水和からは水酸化カルシウム
の遊離がないのでベリット系遅硬セメントの炭酸化は普
通ポルトランドセメントより著しく少なく、これに基づ
くひび割れの発生も少ない。

ベリット系遅硬セメントの凝結開始時間の調節はベリブ
トセメント中に含有するＣ２Ｓの割合の増減により第１
表のように調整することができる。

第１表 なお、ベリット系遅硬セメントに代えて、水砕と普通ポ
ルトランドセメントおよび石こうの混合物、または水砕
と中庸熱セメントの混合物を用いても凝結遅延効果を秦
することができる。

この発明のベリット系セメン１〜の覆工材料は凝結開始
時間を練り混ぜ後少くとも４８時間に調整されているの
で、切羽から１５ｍ〜２０ｍ（シールド機の掘進開始か
ら４８時間の作業機に相当する。）までは型枠がシール
ド掘進ジヤツキの推力により振動しているが、その間は
覆工材料は凝結していないので振動を受けてもひび割れ
を生じない。また、少くとも４８時間凝結−しないので
覆工コンクリートのポンプ打設を終了した後はそのまま
にして翌日そのまま再びポンプ打設をすることが可能で
ある。

さらに、覆工コンクリート作業はシールド機の掘進ごと
に数時間の待時間があるが、後で打設するコンクリート
が既に打設されたコンクリートの凝結開始前に打設され
るので両者の境界にコールドジヨイントが発生すること
がない。

（ｂ）凝結遅延剤について 凝結遅延剤を添加した覆工材料も凝結時間を練り混ぜ後
４８時間に調整されるので、ベリット系遅硬セメントと
同様、型枠が振動しなくなる時期までは凝結しないので
その間に受ける振動によってひび割れを生じない作用を
有している。

（Ｂ）粘稠材について 凝結を遅延させたセメント系固化材料においては、固形
分の沈降、ブリージングが長時間にわたって続き打設さ
れた覆工コンクリートの上部に水分が蓄積され、その部
分が後に空隙となってシールド周辺の地盤沈下を生じや
すくする。これを避けるためには粘稠剤を添加するのが
有効である。　粘稠剤は、固形分の沈降およびブリージ
ングを防止することにより打設された覆工コンクリート
の均一性を高めるばかりでなく、ポンプ打設のため輸送
管中に滞留している覆工コンクリートに対しても均一性
を保たせ２４時間程度輸送管中に残存する覆工コンクリ
ートをそのまま再び圧送する作業を支障なく遂行できる
。

また、覆工コンクリートの作業間隔が６時間〜２４時間
程度の場合でも圧送バイブ内の清掃作業やパイプ内のコ
ンクリートを廃棄する必要がない。

さらに、覆工コンクリートの粘稠性を高めるので、圧入
された覆工コンクリートが地下水に遭遇しても、セメン
トが水に洗われることがなく地下水がある場所において
も完全に均質な場所打ちシールドライニング工法を施工
でき覆工されたコンクリートの上部に空隙を残すような
ことがない。

（Ｃ）流動化剤について Ｃ２Ｓを主体とするベリットセメントはＣ３Ｓを１０％
〜２０％程度含有しており、このＣ３Ｓは練り混１ぜ後
２時間程度で水和反応を開始するので、Ｃ３Ｓを多聞に
含有する普通ポルトランドセメントに凝結遅延剤を添加
したものはもとより、この少量のＣ３Ｓを含有するベリ
ット系遅硬セメントを使用したコンクリートでも練り混
ぜ後数時間経過侵は流動抵抗が徐々に増加するが、この
発明の覆工用コンクリートは流動化剤が添加されている
ので型枠とシールド掘削地山との空間を容易に完全に充
填するだけでなく、ポンプ圧送による１００ｍ程度の輸
送も容易でありコンクリート線上がり当初の流動性に近
いものが線上がり後２４時間程度保たれる。また、流動
化剤が添加されているため必要な流動性を確保しながら
水セメント比を５５％程度まで小さくすることが可能で
あり、それだけコンクリートの強度を高めることができ
高い品質のコンクリートを得ることができる。

（Ｄ）鋼ｍ維について この発明の覆工材料は、セメントの水和熱によるコンク
リートの膨張、その後の冷却による収縮や乾燥および炭
酸化による収縮などが著しく小さいが皆無ではないうえ
、トンネル周辺に偏圧土圧が働いたり地震その他による
振動を受け！こり種々の悪条件が重なる場合には微細な
ひび割れが発生する可能性があり、−旦ひび割れが発生
すると時間の経過とともに拡大し漏水の原因に発展する
。これを避けるためには鋼繊維を混入するのが有効であ
る。

鋼繊維で補強されたセメント系同化材料は普通コンクリ
−１へのみのものに比べて引張り強度、曲げ強度、せん
断強度、耐久性が大きく非常に強靭なため、鉄筋を使用
できない場合等にその代わりに使用されているが、特に
この発明の覆工材料においては鋼ｌＩＮを混入したため
ひび割れ開始応力が４０％増となり強力で、かつ伸びが
きわめて小さいので、ひび割れの発生を防止するととも
に、ひび割れが発生してもその拡大を防止し、したがっ
て漏水の発生を防止することができる。

［実施例］ この発明の場所打ちシールドライニング工法用覆工材料
の実施例を示すと第２表のとおりである。

第　　２　　表 （註１）セメント混合物としては中庸熱ポルトランドセ
メント、フライアッシュセメント、高炉セメント、シリ
カセメントを使用してもよい。

（註２）粘稠材としてはヒドロキシエチルセルロ−ス、
カルボキシメチルセルロース、ポリアクリルアミド、ポ
リアクリル酸ソーダ、ポリ酸化エチレン、ポリビニルピ
ロリドンなどを使用することができる。

［発明の効果］ この発明の覆工材料は凝結の開始時間が練り混ぜ後４８
時間に調整され、シールド機掘進時の擦動が生じている
間は凝結しないので、凝結後に擦動が加えられたときに
発生するひび割れの発生がなくコールドジヨイントも生
じることがなく、また施工に必要な流動性が長時間係た
れるので、型枠とシールド機掘削地山との空隙は完全に
充填され、粘稠性を有するため地下水がある場合でも充
填したコンクリートの品質が低下することがなく掘削地
盤の沈下を生じることがない。さらに覆工材料コンクリ
ートのポンプ圧入を終了したとき直ちに輸送管内部を清
掃する必要がないので労務費の節減が可能であり、輸送
管内に残存するコンクリートを廃棄しないですむので資
材を無駄にすることがない。

そして、前記のようにシールド掘進によるひび割れは発
生しないが、この発明は特に鋼繊維を混入しているので
、これ以外の種々の原因によるひび割れの発生を防止し
、仮りにわずかなひび割れが発生しても、そのひび割れ
の拡大を阻止できるから漏水を完全に防止でき、そのた
め場所打ちシールドライニング工法では完全でなかった
ひび割れによる漏水防止の実用化に寄与することができ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、凝結開始時間を練り混ぜ後少くとも４８時間に調整
   したセメント系固化材料に、粘稠剤、流動化剤および鋼
   繊維を添加した場所打ちシールドライニング工法用覆工
   材料。 ２、セメント系固化材料が２ＣａＯ・ＳｉＯ＿２が少く
   とも６０％を有するベリットセメントを主成分とするも
   のである特許請求の範囲第１項記載の場所打ちシールド
   ライニング工法用覆工材料。 ３、セメント系固化材料が普通ポルトランドセメント、
   中庸熱ポルトランドセメント、フライアッシュセメント
   、高炉セメント、またはシリカセメントにリグニンスル
   フォン酸塩またはオキシカルボン酸塩を添加したもので
   ある特許請求の範囲第１項記載の場所打ちシールドライ
   ニング工法用覆工材料。 ４、粘稠材が水溶性アクリル系高分子化合物である特許
   請求の範囲第１項記載の場所打ちシールドライニング工
   法用覆工材料。 ５、流動化剤がポリカルボン酸ナトリウム塩である特許
   請求の範囲第１項記載の場所打ちシールドライニング工
   法用覆工材料。