JPH04280846A

JPH04280846A - 場所打ちライニング工法用セメント組成物及びそれを使用したトンネルの施工方法

Info

Publication number: JPH04280846A
Application number: JP3067591A
Authority: JP
Inventors: Toshio Mihara; 三原　敏夫; Minoru Shirasawa; 白沢　実; Tetsuo Otsuka; 哲雄大塚
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1991-03-08
Filing date: 1991-03-08
Publication date: 1992-10-06
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JP3241056B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネルの場所打ちラ
イニング工法用セメント組成物及びそれを使用したトン
ネルの場所打ちライニング工法に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来、トンネルの施工方法と
して、鋼アーチ支保工によるシールド工法、掘削した断
面を吹き付けコンクリートで固めながら掘り進める工法
であるＮＡＴＭ工法、及び推進とともに覆工コンクリー
トを打設する場所打ちライニング工法等が知られている
。本発明は、このうちの、場所打ちライニング工法に関
するものである。

【０００３】場所打ちライニング工法は、ヨーロッパに
おいて開発され、昭和５６年に日本に導入されたトンネ
ルの施工方法であり、コンクリート打設時に、２ｋｇｆ
／ｃｍ２程度の圧力をかけるため、コンクリートが地山
と密着して、地山のゆるみを無くすることができ、地盤
沈下を最小限にすることが可能となる工法である。即ち
、場所打ちライニング工法は、掘削装置と推進装置から
なり、型枠機構を装備したシールド機後部で、直接覆工
コンクリートを打設する工法であり、シールド機の推進
と同時に、コンクリートを導入管から、地山により異な
るが通常４０〜５０ｃｍ程度のコンクリート厚になるよ
うに設置された巻き立てコンクリート型枠の中へ流し込
み、連続的に加圧打設して覆工するものである。

【０００４】この工法で使用されるコンクリートは、例
えば、混練後のスランプ値が２０ｃｍ以上のように、型
枠内に充分充填されるだけの流動性が必要であり、しか
も、混練後、コンクリートポンプを使用して打設するの
で、一定時間はその流動性の保持が必要とされる。さら
に、シールド機を数百ｍ／月程度の割合で前進させるた
め、例えば、１日圧縮強度が１００ｋｇｆ／ｃｍ２以上
と、早期強度の発現性に優れていなければならない。こ
のように、場所打ちライニング工法には適当な流動性や
良好な初期強度の発現性が要求されるが、従来のコンク
リートは流動性を一定時間保持させると、強度発現が遅
れ、そのため施工の能率が著しく悪くなるという課題が
あった。

【０００５】一方、従来の急硬材や超速硬セメントを含
有したコンクリートを用いた場合は、強度発現が十分で
あっても、一定時間流動性を保持することが難しく、コ
ンクリートポンプ内で硬化してしまう場合もあり、特別
な混合機を必要とし、実用的ではなかった。

【０００６】本発明者らは、前記の課題を解決すべく種
々検討を重ねた結果、特定の組成物を使用することによ
り、その混練物の流動性を一定時間保持し、しかも、早
期の強度発現が可能で、高強度が得られるとの知見を得
て、本発明を完成するに至った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、セメン
ト、アルミノケイ酸カルシウムガラス、無機硫酸塩、及
び凝結調整剤を含有してなる場所打ちライニング工法用
セメント組成物であり、さらに、該セメント組成物を使
用したトンネルの場所打ちライニング工法である。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００９】本発明に係るセメントとしては、各種ポル
トランドセメントや、それらに高炉スラグ、フライアッ
シュ又はシリカを混合した各種混合セメント、さらには
、中庸熱セメント、白色セメント、及びコロイドセメン
ト等の特殊セメント等が挙げられる。

【００１０】本発明に係るアルミノケイ酸カルシウムガ
ラス（以下ＣＡＳガラスという）は、その組成領域とし
て、ＣａＯ３０〜６０重量％、Ａｌ２Ｏ３２０〜６０重
量％、及びＳｉＯ２５〜２５重量％が好ましく、ＣａＯ
３０〜５５重量％、Ａｌ２Ｏ３３０〜６０重量％、及び
ＳｉＯ２１０〜２０重量％がより好ましい。ＣａＯが３
０重量％未満あるいはＡｌ２Ｏ３が６０重量％を超える
と、急硬性に劣る傾向があり、逆に、ＣａＯが６０重量
％を超えるかあるいはＡｌ２Ｏ３が２０重量％未満であ
ると、凝結調整剤を多量添加しても瞬結してしまい、作
業性の面から好ましくない。また、ＳｉＯ２が５重量％
未満であると、長期的な強度の伸びが期待できず、逆に
２５重量％を超えると初期強度が小さい傾向がある。

【００１１】なお、後述の一般の工業原料には、ＭｇＯ
、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｋ２Ｏ、及びＮａ２Ｏ等の不
純物が当然含まれている。これらの不純物は、ＣａＯ−
Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系のガラス化領域を拡張すること
から、１０重量％未満までの存在は好ましく、また、急
硬性、作業性、及び長期強度の伸び等の諸特性に問題は
生じない。また、ＣＡＳガラス製造の際に、一般的なガ
ラスの融剤であるＮａＮＯ３やＫＮＯ３などの硝酸アル
カリ、フッ化カルシウム、及びホウ砂等を加えることは
、ガラスの融点を下げることから好ましい。

【００１２】本発明におけるガラスとは、熱分析から求
められる、「ガラス転移点を示すもの」をいう。

【００１３】なお、全てがガラス質である必要はなく、
ガラス化率が５０％以上であることが好ましく、７０％
以上がより好ましく、８０％以上が最も好ましい。５０
％未満では、初期強度が小さくなる傾向がある。なお、
ガラス化率（Ｘ）は、例えば、本発明においては、ＣＡ
Ｓガラスを、１，０００℃で２時間加熱して溶融し、そ
の後、５℃／分の冷却速度で徐冷し、粉末Ｘ線回折法に
より求めた結晶鉱物のメインピークの面積Ｓ０とＣＡＳ
ガラス中の結晶のメインピークの面積Ｓから式１に従っ
て算出した。

【００１４】

【数１】

【００１５】ＣＡＳガラスは、例えば、平均的な化学組
成が、ＣａＯ４０〜４３重量％、ＭｇＯ５〜８重量％、
Ａｌ２Ｏ３１３〜１５重量％、及びＳｉＯ２３１〜３５
重量％である、冶金や金属製練などで副生する高炉水砕
スラグの組成とは全く異なるものである。また、ＣＡＳ
ガラスは、アルミナセメントの組成とは全く異なるもの
である。即ち、通常のアルミナセメントのＳｉＯ２量は
５重量％未満であり〔笠井順一、コンクリート工学、第
２２巻、第８号、第６７頁（１９８４）〕、さらに、ガ
ラス化率は２５％を越えることはない〔１９６４年、ロ
ンドン市アカデミック　　プレス　　インコーポレーテ
ッド　　リミテッド発行、Ｈ．Ｆ．Ｗ．Ｔａｙｌｏｒ著
、ザ　　ケミストリー　　オブ　　セメント（Ｔｈｅ　
Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｃｅｍｅｎｔ）、第２巻、
第１６頁〕。

【００１６】本発明に係るＣＡＳガラス製造用原料とし
ては、ＣａＯ質原料、Ａｌ２Ｏ３質原料、及びＳｉＯ２
質原料が挙げられる。ＣａＯ質原料としては、生石灰、
消石灰、及び石灰石等が、また、Ａｌ２Ｏ３質原料とし
ては、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、長石、
及び粘土等が、さらには、ＳｉＯ２質原料としては、ケ
イ砂、白土、及びケイ藻土等が使用可能である。また、
比較的安価な高炉スラグに、ＣａＯ質原料とＡｌ２Ｏ３
質原料を補うことも可能である。

【００１７】本発明に係るＣＡＳガラスは、以上のＣａ
Ｏ質原料、Ａｌ２Ｏ３質原料、及びＳｉＯ２質原料を所
定の割合で配合し、直接通電式溶融炉や高周波炉などを
用いて溶融し、得られた溶融体を圧縮空気や高圧水によ
り吹飛ばす方法、あるいは、水中に流し込む方法などに
より製造される。さらには、ロータリーキルンで溶融し
、急冷することによっても製造することが可能である。ＣＡＳガラスの粉末度は細かければ細かいほど反応性が
向上するので好ましく、特に、ブレーン比表面積で３，
０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましい。

【００１８】本発明に係る無機硫酸塩とは、アルカリ金
属又はアルカリ土類金属の硫酸塩であり、そのうち無水
、半水並びに二水の硫酸カルシウムが好ましく、中でも
ＩＩ型無水セッコウが特に好ましい。無機硫酸塩の粉末
度は、ブレーン比表面積で２，０００〜８，０００ｃｍ
２／ｇ程度が好ましい。無機硫酸塩の使用量は、ＣＡＳ
ガラス１００重量部に対して、５０〜３００重量部が好
ましく、１００〜２００重量部がより好ましい。５０重
量部未満では強度発現の面で好ましくなく、３００重量
部を越えると膨張性を示し、クラックが発生したり強度
が低下する傾向がある。

【００１９】本発明では、ＣＡＳガラスと無機硫酸塩の
混合物を、急硬材として、セメントと混和して使用する
。本発明において、急硬材の使用量は、セメントと急硬材
の合計１００重量部に対して、７〜５０重量部が好まし
く、１０〜４０重量部がより好ましい。７重量部未満で
は初期強度の発現が十分でなく、５０重量部を越えると
膨張性が強くなり、長期安定性が悪化する恐れがある。

【００２０】本発明に係る凝結調整剤としては、クエン
酸、酒石酸、グルコン酸、リンゴ酸、コハク酸、及びマ
レイン酸等の有機酸又はそれらの塩類、炭酸ナトリウム
や炭酸カリウムなどの炭酸アルカリ、リン酸類又はその
塩類、ホウ酸、ホウ酸アルカリ、ケイフッ化物、アルミ
ン酸アルカリ、酸化カルシウムなどの酸化物、水酸化カ
ルシウムなどの水酸化物、でん粉、糖類、並びに、アル
コール類等やそれらの混和物が挙げられ、中でも有機酸
の使用が好ましい。凝結調整剤の使用量は、セメントと
急硬材の合計１００重量部に対して、５重量部以下が好
ましく、０．１〜２重量部がより好ましい。

【００２１】本発明のセメント組成物の混合装置は、十
分に混練できれば特に制限されるものではないが、例え
ば、通常のモルタルミキサー、ハンドミキサー、傾胴ミ
キサー、千代田技研工業社製のオムニミキサー、Ｖ型ミ
キサー、ヘンシェルミキサー、及びナウターミキサー等
の既存のいかなる撹拌装置も使用可能である。

【００２２】また、各材料の混合方法も特に制限される
ものではなく、各々の材料を施工時に混合してもよく、
予め一部もしくは全部を混合しておくことも可能である
。混合方法の具体例として、■セメント、急硬材、及び
凝結調整剤をあらかじめ混合しておき、使用に際して水
と混練する。■モルタルやコンクリート混練時に急硬材
と凝結調整剤を混合する。■モルタルやコンクリート混
練後、任意の時間、例えば、１時間以内に急硬材と凝結
調整剤を混合する。（４）　急硬材と凝結調整剤をスラ
リー状にして混合する。等いずれの方法も実施可能であ
る。

【００２３】また、本発明においては、モルタルやコン
クリートに通常使用される他の混和材料を併用すること
も可能である。他の混和材料としては、例えば、けい砂
、天然砂、及び砂利等の骨材、ガラス繊維、カーボン繊
維、及び鋼繊維等の繊維、ポリマーエマルジョンやラテ
ックス、着色剤、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、流動化
剤、防錆剤、メチルセルロースなどの水中不分離性混和
剤、増粘剤、保水剤、塩化カルシウムやケイ酸ソーダな
どの防水剤、発泡剤、起泡剤、水酸化カルシウムなどの
カルシウム塩、並びに、防凍剤等が挙げられ、その中の
一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しな
い量で併用することが可能である。

【００２４】本発明の場所打ちライニング工法用セメン
ト組成物は急硬性をもつと同時に、凝結調整剤の作用に
より、通常１０〜１２０分の間硬化することがなく、成
形可能な状態を保持することが可能である。

【００２５】また、本発明の場所打ちライニング工法用
セメント組成物は、短時間で脱型強度を発現する。脱型
強度はトンネルの大きさや形状によって異なり、使用材
料の配合、特に急硬材の使用量や凝結調整剤の使用量に
よって大きく変化し、一般的に限定することができない
が、型枠を移動してもモルタル又はコンクリートが脱落
しない強度、例えば、３０ｋｇｆ／ｃｍ２程度以上が好
ましい。型枠に流し込まれた急硬性のモルタル又はコンクリート
は、例えば、３〜６時間程度の短時間で離型することが
でき、次の打設スパンに型枠を移動することができる。

【００２６】養生は、通常のモルタル又はコンクリート
と同様で良く、保温養生等を行なうことはさらに有効で
ある。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例によって詳しく説明す
る。

【００２８】実施例１市販特級試薬のＣａＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｉＯ２
を混合し、その混合物３００ｇをカーボンるつぼに入れ
、高周波炉で約２，０００℃に加熱溶融した後、水中に
入れ急冷し、表１に示したＡ〜Ｎの１４種のＣＡＳガラ
スを合成した。なお、Ａ、Ｂ、Ｈ、Ｊ、Ｋ、及びＮは、
ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系のガラス化領域内に無
いため、ＣａＦ２を外割りで１重量％添加して溶融し、
急冷することによりガラス化した。これらのＣＡＳガラ
スをそれぞれブレーン比表面積で４，０００ｃｍ２／ｇ
になるまで粉砕した。分析結果を表１に併記する。

【００２９】

【表１】

【００３０】次に、第１表に示す焼成物を用い、Ｇｍａ
ｘ１５ｍｍ、ｓ／ａ＝４５％、Ｗ／Ｃ＝５５％、細骨材
単位量７８０ｋｇ／ｍ３、及び粗骨材単位量９７０ｋｇ
／ｍ３とし、その他表２に示す配合でコンクリートを混
練した。

【００３１】混練したコンクリートは、ＪＩＳ　Ａ　１
１０１に準じて、混練から１２０分後までのスランプを
測定し、ＪＩＳ　Ａ　１１０８に準じて、打設から２４
時間後までの圧縮強度を測定し、さらに、２４時間後に
脱型した後、２０℃の水中に１ケ月浸漬した供試体の、
ひび割れの有無も観察した。結果を表２に併記する。

【００３２】＜使用材料＞セメント　　：電気化学工業社製、普通ポルトランドセ
メント無機硫酸塩：ＩＩ型無水セッコウ、新秋田化成社製、ブ
レーン５，９００ｃｍ２／ｇ細　　骨　　材：新潟県姫川産川砂、比重２．６、ＦＭ
２．６２粗　　骨　　材：新潟県姫川産川砂利、比重２
．６、ＦＭ６．５凝結調整剤：和光純薬製、試薬１級、
グルコン酸

【００３３】

【表２】

【００３４】実施例２セメント単位量を２６２．５、急硬材単位量を８７．５
とし、凝結調整剤の量を１．８として、表３の配合を用
いたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に
併記する。

【００３５】実施例３場所打ちライニング工法は、地盤と型枠の間にコンクリ
ートを打設し、それをプレスし、硬化後、型枠を移動し
て打継ぎを行なう施工方法であり、圧縮強度と共にその
充填性や型枠との離型性が要求される。そこで、場所打
ちライニング性能を評価するため、実施例１実験Ｎｏ．
１−　１と実施例２実験Ｎｏ．２−　５のコンクリート
をφ１０×２０ｃｍの型枠に充填し硬化させた。充填後
４時間で型枠より押し抜き供試体とし、材令２４時間の
圧縮強度を測定した。実験Ｎｏ．１−　１のコンクリー
トは４時間では硬化が充分でなく、脱型が不可能であっ
た。一方、実験Ｎｏ．２−　５のコンクリートを用いた
実施例の圧縮強度は、１５７ｋｇｆ／ｃｍ２であった。

【００３６】実施例３直径５．３ｍの円形トンネルにおいて、コンクリート厚
４０ｃｍ、コンクリート巻立て延長１０ｍのコンクリー
ト打設を、実施例２実験Ｎｏ．２−　５のコンクリート
を用いて実施した。なお、打設には、極東開発工業社製モルタルポンプを用
いた。その結果、型枠への充填性は良好であり、４時間
後に脱型したところ、型枠との離型性も良好であった。

【００３７】

【発明の効果】本発明の場所打ちライニング工法用セメ
ント組成物を用いると、（１）　初期強度が高いため、早期脱型が可能で、工期
が短縮される。（２）　流動性を一定時間保持できるので、汎用のポン
プで打設可能である。などの効果を奏する。

【表３】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　セメント、アルミノケイ酸カルシウム
ガラス、無機硫酸塩、及び凝結調整剤を含有してなる場
所打ちライニング工法用セメント組成物。
【請求項２】　　地盤と型枠の間に、請求項１記載の場
所打ちライニング工法用セメント組成物を含有してなる
コンクリートを打設し、それをプレスし、硬化後、型枠
を移動して打継ぎを行なうことを特徴とするトンネルの
場所打ちライニング工法。