(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天端部、アーチ部、側壁部を有するトンネルにおける、天端部のトンネル覆工の施工工法であって、
前記側壁部のコンクリートを打設する側壁部の打設工程と、
前記側壁部のコンクリートを打設後、前記アーチ部のコンクリートを打設するアーチ部の打設工程と、
前記アーチ部のコンクリートを打設後、前記天端部にコンクリートを圧入し、前記天端部のコンクリートを打設する天端部の打設工程と、を備え、
前記天端部の打設工程は、
前記天端部の下方に設けられた圧入孔からコンクリートを圧入し、前記天端部の下方に設けられた圧入孔から前記天端部の上部内側に設けられた開閉自在な窓部までの下層のコンクリートを打設する下層の打設工程と、
前記窓部を閉状態とした後、前記天端部の下方に設けられた圧入孔から更にコンクリートを圧入し、前記窓部から所定の高さまでの中層のコンクリートを打設する中層の打設工程と、
前記天端部の上部内側に設けられた圧入孔からコンクリートを圧入し、前記所定の高さよりも上方の領域としての上層のコンクリートを打設する上層の打設工程と、を含む
トンネル覆工の施工工法。
【請求項２】
前記中層の打設工程では、前記トンネルの妻部に設けられた天端部の開口部から打設状況が確認され、かつ、前記窓部からバイブレータが挿入されコンクリートが締め固められる、請求項１に記載のトンネル覆工の施工工法。
【請求項３】
前記上層の打設工程では、前記窓部からバイブレータが挿入されコンクリートが締め固められる、請求項１又は２に記載のトンネル覆工の施工工法。
【請求項４】
前記コンクリートのスランプは、１２±２．５ｃｍである、請求項１から３の何れか１項に記載のトンネル覆工の施工工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル覆工の施工工法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のトンネル覆工の標準工法では、トンネルの側壁部及びアーチ部の打設は、検査窓にコンクリート輸送管を挿入して自然流下で打設していた。なお、トンネルの天端部（クラウン部）の打設は、吹上口からコンクリートを吐出させる技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８８６９１号公報
【特許文献２】特開２００３−２２７２９７号公報
【特許文献３】特開２０１１−９９２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンクリート構造物では、従来より、ひび割れをより少なくするための技術開発が行われている。トンネルにおいても例外ではなく、覆工コンクリートのひび割れ、特に長期のひび割れをより抑制できる技術の開発が求められている。また、トンネルの天端部（クラウン部）の打設として、吹上口からコンクリートを吐出させる技術が知られているが、トンネルの天端部における長期のひび割れをより抑制できる技術の開発が求められている。
【０００５】
本発明は、上記の問題に鑑み、トンネルの天端部における覆工コンクリートのひび割れをより抑制する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、上記課題を解決するため、従来よりも単位水量の少ないコンクリートを打設できるようにした。従来よりも単位水量の少ないコンクリートとは、換言すると硬いコンクリートであり、例えばスランプ１２±２．５ｃｍのコンクリートである。例えば、従来のトンネル覆工の標準工法では、コンクリートのスランプは１５±２．５ｃｍが主流であり、非鋼製繊維入りのコンクリートのスランプは、流動性を考慮して１８±２．５ｃｍが主流である。従って、本発明では、このような従来のトンネル覆工の標準工法に用いられるコンクリートよりも硬いコンクリートをトンネルの天端部に打設可能とすることで、覆工コンクリートのひび割れ、特に長期のひび割れを抑制できる。
【０００７】
詳細には、本発明は、天端部、アーチ部、側壁部を有するトンネルにおける、天端部のトンネル覆工の施工工法であって、前記側壁部のコンクリートを打設する側壁部の打設工程と、前記側壁部のコンクリートを打設後、前記アーチ部のコンクリートを打設するアーチ部の打設工程と、前記アーチ部のコンクリートを打設後、前記天端部にコンクリートを圧入し、前記天端部のコンクリートを打設する天端部の打設工程と、を備え、前記天端部の打設工程は、前記天端部の下方からコンクリートを圧入し、前記天端部の下方から前記天端部の上部内側に設けられた開閉自在な窓部までの下層のコンクリートを打設する下層の打設工程と、前記窓部を閉状態とした後、前記天端部の下方から更にコンクリートを圧入し、前記窓部から所定の高さまでの中層のコンクリートを打設する中層の打設工程と、前記天端部の上部内側からコンクリートを圧入し、前記所定の高さよりも上方の領域としての上層のコンクリートを打設する上層の打設工程と、を含む。
【０００８】
本発明に係るトンネル覆工の施工工法は、天端部のコンクリートを圧入により打設し、更に、天端部の上部内側に設けられた窓部よりも更に上の領域を、中層の打設工程と上層の打設工程に２段階で打設することを特徴とする。その結果、コンクリートの打設の確認が最も難しい天端部の上部の打設量を上層のみとすることができる。従来は、本発明における中層及び上層に相当する部分の打設を天端部の上部内側から一つの工程でコンクリートを圧入することで行っていた。中層及び上層のコンクリートは、打設状況の確認が難しく、また、打設時間も長くなりやすいことから、硬いコンクリートの使用は難しいとされていた。これに対し、本発明に係るトンネル覆工の施工工法では、天端部の上部内側からの圧入による打設量を従来よりも低減することで、天端部において従来のトンネル覆工の標準工法に用いられるコンクリートよりも硬いコンクリートの使用が可能となる。硬いコンクリートは、単位水量が少ないことから、乾燥収縮による覆工コンクリートのひび割れ、特に長期のひび割れを抑制できる。また、コンクリートの打設の確認が最も難しい天端部の上部の打設量を上層のみとすることで、天端部の充填性をより向上して、天端部を確実に充填することができる。側壁部やアーチ部は、コンクリートを自然流下により打設してもよく、また、圧入により打設してもよい。天端部の下方には、天端部の下部及び天端部よりも下方にある例えばアーチ部の上部も含まれる。
【０００９】
ここで、本発明に係るトンネル覆工の施工工法において、前記中層の打設工程では、前記トンネルの妻部に設けられた天端部の開口部から打設状況が確認され、かつ、前記窓部からバイブレータが挿入されコンクリートが締め固められてもよい。開口部から打設状況を確認し、かつ、バイブレータによる締固めを行うことで、空気の混入、材料分離を更に抑制でき、覆工コンクリートの品質及び外観をより向上することができる。
【００１０】
また、本発明に係るトンネル覆工の施工工法において、前記上層の打設工程では、前記窓部からバイブレータが挿入されコンクリートが締め固められてもよい。これにより、空気の混入、材料分離を更に抑制でき、覆工コンクリートの品質及び外観をより向上することができる。
【００１１】
また、本発明に係るトンネル覆工の施工工法において、前記コンクリートのスランプは、１２±２．５ｃｍとしてもよい。本発明に係るトンネル覆工の施工工法では、このような従来よりも硬いコンクリートを用いることができ、長期のひび割れの発生を抑制することができる。なお、非鋼製繊維入りのコンクリートのスランプは１４±２．５ｃｍとし、非鋼製繊維を含まないコンクリートのスランプは１２±２．５ｃｍとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、トンネルの天端部における覆工コンクリートのひび割れをより抑制できる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態に係るトンネル覆工の施工断面図を示す。
【図２】第一実施形態における、配管の配置の平面図を示す。
【図３】第一実施形態における、配管の配置の断面図を示す。
【図４】第一実施形態における、配管の固定状態の断面図を示す。
【図５】第一実施形態における、配管の固定状態の正面図を示す。
【図６】トンネル覆工の施工フローを示す。
【図７】第一実施形態における、側壁部の下方の打設状況の断面図を示す。
【図８】第一実施形態における、側壁部の下方の打設状況の正面図を示す。
【図９】第一実施形態における、側壁部からアーチ部の下部の打設状況の断面図を示す。
【図１０】第一実施形態における、アーチ部の下方の打設状況の断面図を示す。
【図１１】第一実施形態における、天端部の打設状況の平面図を示す。
【図１２】第一実施形態における、天端部の打設状況の断面図を示す。
【図１３】第一実施形態における、天端部の検査窓までの打設状況を示す。
【図１４】第一実施形態における、天端部の検査窓から所定高さまでの打設状況を示す。
【図１５】第一実施形態における、天端部のバイブレータ挿入孔から棒状のバイブレータを挿入している状況を示す。
【図１６】第一実施形態における、トンネルの妻部の開口部を示す。
【図１７】第一実施形態における、天端部の上層の打設状況を示す。
【図１８】引き抜きバイブレータ用の挿入孔の配置断面図を示す。
【図１９】多数の現場におけるスランプロスを示したグラフである。
【図２０】試験に用いた型枠モデルを示す。
【図２１】型枠充填時圧力測定結果を示す。
【図２２】充填圧の目標モデルを示す。
【図２３】スランプごとのコンクリート形態のイメージ図を示す。
【図２４】打設方法の違いによる充填圧と一軸圧縮強度との関係を示す。
【図２５】第一実施形態の変形例における、天端部の打設状況の平面図を示す。
【図２６】第一実施形態の変形例における、天端部の打設状況の断面図を示す。
【図２７】コンクリート排出装置の長手方向の断面図を示す。
【図２８】図２７のＡ−Ａ断面図を示す。
【図２９】エア遮断用硬質スポンジの斜視図を示す。
【図３０】スポンジ及び硬質スポンジの移動が規制された状態を示す。
【図３１】ピン装置の一例を示す。
【図３２】コンクリート排出装置の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。但し、以下で説明する実施形態は本発明を実施するための例示であり、本発明は以下で説明する態様に限定されない。なお、実施形態では、スランプ１２±２．５ｃｍのコンクリートが用いられる。
【００１５】
＜第一実施形態＞
（トンネルの構成の概要）
図１は、第一実施形態に係るトンネル覆工の施工断面図を示す。トンネル覆工工事では、まず、地山を掘削して出来た素堀トンネルの掘削面（内壁面）にコンクリートを吹き付ける一次覆工が行われる。その後、一次覆工後のトンネル掘削面をさらにコンクリートで被覆する二次覆工が行われる。この二次覆工では、いわゆるセントルと称される型枠を用いてコンクリートが打設される。図１は、この二次覆工における施工断面図である。
【００１６】
第一実施形態におけるトンネル１は、断面が半円状である。側壁部は、スプリングライン（トンネルの上半のアーチ部分の円弧の中心を含む水平線）よりも下の領域であり、アーチ部は、スプリングラインよりも上の領域である。アーチ部のうち、特に天端付近の領域を天端部（クラウン部ともいう）という。トンネル１には、作業台としての架台２、作業中の通気を確保するための通気管７、コンクリートが流れる配管５、配管を切り替える配管切替装置８、コンクリートを圧入するポンプ（図示せず）が設置されている。なお、図１では、配管５は、各型枠との接続付近のみ表示している。
【００１７】
トンネル１の内壁面には、二次覆工で用いられる型枠３が設置されている。型枠３は、トンネル１の側方に位置する側壁部の型枠３１、側壁部の型枠３１の上部と接続され、トンネル１のアーチ部に位置する湾曲したアーチ部の型枠３２、アーチ部の型枠３２の上部
に接続され、トンネル１の天井に位置する天端部（一般的に、クラウン部ともいう）の型枠３３によって構成されている。
【００１８】
側壁部の型枠３１の下部には、コンクリートを圧入する側壁部の圧入孔４１が設けられている。側壁部の圧入孔４１には、油圧式のバルブが設けられ、配管５が接続自在である。側壁部の圧入孔４１に配管５が接続され、油圧式のバルブが開状態となると、側壁部の型枠３１内にコンクリートが圧入される。側壁部の圧入孔４１からは、側壁部だけでなく、アーチ部の下部のコンクリートの圧入が可能である。また、側壁部の圧入孔４１よりも高い位置には、側壁部の圧入孔４１から圧入されたコンクリートを締め固め、側壁部の圧入孔４１周辺のコンクリートの色むらの発生を抑制するバイブレータ挿入孔６１が設けられている。バイブレータ挿入孔６１よりも高い位置（第一実施形態では、アーチ部の最下部）には、コンクリートを締め固めたり、コンクリートの打設状況を観察する検査窓６２が設けられている。バイブレータ挿入孔６１と検査窓６２は、本発明の窓部に相当する。バイブレータ挿入孔６１と検査窓６２には、開閉自在な蓋が設けられており、締固め時や観察時では、開状態となり、それ以外では閉状態となる。バイブレータ挿入孔６１は、バイブレータの径と同程度の孔であり、検査窓６２は、例えば５５ｃｍ×４５ｃｍ程度の矩形状であり、コンクリートを締め固めたり、コンクリートの打設状況を観察できるようになっている。第一実施形態では、バイブレータ挿入孔６１と検査窓６２を別構成としたが、兼用の窓部を設けてもよい。他の型枠に設けられるバイブレータの挿入孔６１と検査窓６２についても同様である。側壁部の型枠３１は、地盤からの高さを例えば２ｍ５０ｃｍとすることができる。なお、側壁部の圧入孔４１からのコンクリートの圧入のみでは充填が困難な場合、側壁部の型枠３１の上部に、側壁部の第二圧入孔を設けてもよい。
【００１９】
アーチ部の下部であって、検査窓６２よりも高い位置には、アーチ部の第一圧入孔４２が設けられている。このアーチ部の第一圧入孔４２は、側壁部の圧入孔４１からのコンクリートの圧入では充填し難い、アーチ部の下部にコンクリートを圧入するためのものである。アーチ部の第一圧入孔４２よりも高い位置には、アーチ部の第一圧入孔４２から圧入されたコンクリートを締め固め、第二圧入孔４２周辺のコンクリートの色むらの発生を抑制するバイブレータ挿入孔６１が設けられている。更にバイブレータ挿入孔６１よりも高い位置に、コンクリートを締め固めたり、コンクリートの打設状況を観察する検査窓６２が設けられている。検査窓よりも高い位置には、コンクリートを圧入するアーチ部の第二圧入孔４３が設けられている。アーチ部の第二圧入孔４３にも、油圧式のバルブが設けられ、配管５が接続自在であり、アーチ部の第二圧入孔４３を介してアーチ部の型枠３２内にコンクリートが圧入される。アーチ部の第二圧入孔４３からは、アーチ部だけでなく、天端部の一部のコンクリートの圧入が可能である。アーチ部の型枠（天端部の型枠を除く）は、側壁部の型枠３１の上端からの高さを例えば２ｍ５０ｃｍとすることができる。この場合、アーチ部の第二圧入孔４３は、アーチ部の型枠３２の上端から３０ｃｍ下方に設けることができる。
【００２０】
天端部の型枠３３の上部には、コンクリートを圧入する天端部の圧入孔４４が予備を含めて２か所設けられている。天端部の圧入孔４４にも、油圧式のバルブが設けられ、配管５が接続自在であり、天端部の圧入孔４４を介して天端部の型枠３３内にコンクリートが圧入される。また、天端部の圧入孔４４の近傍には、アーチ部の第二圧入孔４３から圧入されたコンクリートを締め固めると同時にコンクリートの打設状況を観察する検査窓６２が設けられている。なお、天端部の検査窓６２には、バイブレータ挿入孔６１が設けられている。天端部の型枠３３は、アーチ部の型枠３２の上端からの高さを例えば１ｍ６０ｃｍとすることができる。この場合、天端部の圧入孔４４は、天端部の型枠３３の内側最上部に設けることができる。また、天端部の型枠３３には、土圧計１００が５か所設置してあり、コンクリートの充填状況及び型枠の強度が管理される。
【００２１】
ここで、図２は、第一実施形態における、配管の配置の平面図を示す。また、図３は、第一実施形態における、配管の配置の断面図を示す。図２、図３に示すように、第一実施形態では、配管切替装置８として、上流側に設けられ、コンクリートの圧入先を４つに切替自在な配管切替装置４Ｐと、配管切替装置４Ｐよりも下流側に設けられ、コンクリートの圧入先を３つに切替自在な配管切替装置３Ｐが設けられている。配管切替装置４Ｐは、トンネル１の長手方向における圧入先を切り替える。配管切替装置３Ｐは、配管切替装置４Ｐによって切り替えられた圧入先を、更にトンネル１の高さ方向において切り替える。なお、第一実施形態では、配管切替装置３Ｐに接続された３つの配管５が、側壁部の圧入孔４１、アーチ部の第一圧入孔４２、アーチ部の第二圧入孔４３の夫々に接続されている。なお、天端部の圧入孔４４には、ポンプ（図示せず）に直接接続された配管５が接続されている。配管５は、直線状の配管とＬ字状の配管を適宜組み合わせることで構成されている。ここで、図４は、配管の固定状態の断面図を示し、図５は、配管の固定状態の正面図を示す。図４、図５に示すように、第一実施形態では、配管５は、側壁部の型枠３１などにワイヤを用いて固定されている。なお、配管５は、例えば二重管構造として、長さを調節できるようにしてもよい。また、配管５は、蛇腹状の管を用いて、折り曲げ自在としてもよい。配管切替装置８の切替数や配管５の組み合わせは、トンネル１の形状や径に応じて適宜変更することができる。
【００２２】
（トンネル覆工工法）
次に、上述したトンネル覆工の施工工法について説明する。図６は、トンネル覆工の施工フローを示す。掘削工程（Ｓ０１）では、地山が掘削される。次に、コンクリート吹付工程（Ｓ０２）では、地山を掘削して出来た素堀トンネルの掘削面（内壁面）にコンクリートが吹き付けられる。コンクリート吹付工程は、一次覆工である。一次覆工が終了すると、Ｓ０３からＳ０６からなる二次覆工に進む。
【００２３】
二次覆工では、まず、型枠組立工程（Ｓ０３）において、型枠３が組み立てられる。型枠組立工程では、型枠３の組立の他、配管５の接続も合わせて行われる。次に、コンクリート打設工程（Ｓ０４）では、側壁部、アーチ部、天端部の順にコンクリートが打設される。コンクリート打設工程の詳細については、後述する。コンクリートの打設が完了すると、コンクリート養生工程（Ｓ０５）に進み、コンクリートが一定期間養生される。コンクリートの養生は、天端部の型枠３３に軽量の骨組みを懸架し、骨組みをシートで密閉して移動式のパラソルを形成し、パラソル内にミストを充満させることで行うことができる。また、コンクリートの養生は、トンネル貫通後の通風による乾燥収縮ひび割れを抑制するため、トンネル中央部にトンネル内を隔壁するバルーンを設置して、トンネル１内の湿度を保つようにしてもよい。コンクリートの養生が終わると、型枠工程（Ｓ０６）へ進み、型枠工程では、型枠が解体される。以上の工程をトンネル１の長手方向において、順次繰り返し行うことで、トンネル１が形成される。
【００２４】
（コンクリート打設工程の詳細）
第一実施形態のコンクリート打設工程では、側壁部、アーチ部、天端部の順にコンクリートが打設される。まず、側壁部の圧入孔４１を介して側壁部の型枠３１内にコンクリートが圧入される。図７は、第一実施形態における、側壁部の打設状況の断面図を示す。図８は、第一実施形態における、側壁部の打設状況の側面図を示す。また、図９は、第一実施形態における、側壁部からアーチ部の下部の打設状況の断面図を示す。側壁部の圧入孔４１からコンクリートが連続して圧入されることで、側壁部の型枠３１内のコンクリートの充填が下部から上部に向けて進む。側壁部の圧入孔４１からコンクリートを圧入する際は、側壁部の型枠３１内に圧入されたコンクリートが側壁部の検査窓６２に達するまで、側壁部の検査窓６２から挿入した棒状のバイブレータＢ１によって、側壁部の圧入孔４１付近から側壁部の検査窓６２付近までのコンクリートが締め固められる。
【００２５】
コンクリートが側壁部の検査窓６２まで達したら、この検査窓６２が閉状態とされ、更に、コンクリートが側壁部の圧入孔４１から圧入される。コンクリートがアーチ部の第一圧入孔４２付近まで達すると、配管切替装置３Ｐが切り替えられ、次に、アーチ部の第一圧入孔４２からコンクリートが圧入される。この時点で、必要に応じて、側壁部のバイブレータ挿入孔６１から棒状のバイブレータＢ１が挿入され、側壁部の圧入孔４１付近の締め固めが行われる。コンクリートの打設時間は、２時間以内とすることが好ましい。側壁部の圧入孔４１付近の色むらが無ければ、側壁部のバイブレータ挿入孔６１による締め固めは省略してもよい。
【００２６】
次に、アーチ部のコンクリートが打設される。具体的には、図１０に示すように、アーチ部の第一圧入孔４２からコンクリートが再度圧入され、アーチ部の型枠３２内にコンクリートが充填される。アーチ部の第一圧入孔４２からコンクリートが連続して圧入されることで、アーチ部の型枠３２内のコンクリートの充填が下部から上部に向けて進む。アーチ部の第一圧入孔４２からコンクリートを圧入する際は、アーチ部の型枠３２内に圧入されたコンクリートがアーチ部の検査窓６２に達するまで、アーチ部の検査窓６２から挿入したバイブレータによって、アーチ部の第一圧入孔４２付近からアーチ部の検査窓６２付近までのコンクリートが締め固められる。
【００２７】
コンクリートがアーチ部の検査窓６２まで達したら、この検査窓６２が閉状態とされ、更に、コンクリートがアーチ部の第一圧入孔４２から圧入される。コンクリートがアーチ部の第二圧入孔４３付近まで達すると、配管切替装置３Ｐが切り替えられ、コンクリートがアーチ部の第二圧入孔４３から圧入される。アーチ部の第二圧入孔４３は、アーチ部の型枠３２の上端から３０ｃｍ下方に設けられており、アーチ部の第二圧入孔４３からのコンクリートの圧入は、コンクリートが天端部の側面側に位置する天端側面部の検査窓６２（図１１参照）に達するまで行われる。この時点で、必要に応じて、アーチ部のバイブレータ挿入孔６１からバイブレータが挿入され、アーチ部の第一圧入孔４２付近の締め固めが行われる。アーチ部の第一圧入孔４２付近の色むらが無ければ、アーチ部のバイブレータ挿入孔６１による締め固めは省略してもよい。
【００２８】
次に、天端部のコンクリートが打設される。図１１は第一実施形態における、天端部の打設状況の平面図を示す。図１２は、第一実施形態における、天端部の打設状況の断面図を示す。また、図１３は、第一実施形態における、天端部の検査窓までの打設状況を示す。図１３（ａ）は、天端部の検査窓までの打設状況の斜視図であり、図１３（ｂ）は、天端部の検査窓６２までの打設状況の断面図を示す。アーチ部の第二圧入孔４３からコンクリートが再度圧入され、天端部の型枠３３内のコンクリートの充填が下部から上部に向けて進む。アーチ部の第二圧入孔４３からコンクリートを圧入する際は、天端部の型枠３３内に圧入されたコンクリートが天端部の圧入孔４４及び天端部の検査窓６２に達するまで、天端部の検査窓６２から挿入した棒状のバイブレータＢ１によって、コンクリートが締め固められる。具体的には、天端部の検査窓６２が開状態とされ、この検査窓６２から棒状のバイブレータＢ１によってコンクリートの締め固めが行われる。以下、天端部の検査窓までの層を下層ともいう。
【００２９】
次に、天端部の検査窓６２が閉状態とされ、更に、アーチ部の第二圧入孔４３からコンクリートが圧入される。図１４は、第一実施形態における、天端部の検査窓６２から所定高さまでの打設状況を示す。図１４（ａ）は天端部の検査窓から所定高さまでの打設状況の斜視図であり、図１４（ｂ）は、天端部の検査窓から所定高さまでの打設状況の断面図を示す。第一実施形態では、アーチ部の第二圧入孔４３からコンクリートを圧入することで、更に天端部の検査窓６２から２０ｃｍまでコンクリートが打設される。以下、天端部の検査窓６２から所定の高さ（２０ｃｍ）までの層を中層ともいう。また、中層よりも上の層は、上層という。その際、図１５に示すように、天端部のバイブレータ挿入孔６１か
ら棒状のバイブレータＢ１が挿入され、中層に打設されたコンクリートの締固めが行われる。なお、トンネル１の妻部には、天端部の頂点付近の天端部の型枠３３を下げ、打設状況を確認するための開口部を設けるとよい。図１６は、第一実施形態における、トンネルの妻部の開口部６６を示す。図１６に示すように、トンネルの妻部に開口部３３を設けることで、打設状況の確認が可能となる。開口部３３には、着脱自在の蓋（妻板）、又は開閉自在な蓋（妻板）が設けられており、中層のコンクリートの打設完了後、開口部６６は閉状態となる。
【００３０】
次に、配管切替装置４Ｐが切り替えられ、天端部の圧入孔４４からコンクリートが圧入される。図１７は、第一実施形態における、天端部の上層の打設状況を示す。図１７（ａ）は天端部の上層の打設状況の斜視図であり、図１７（ｂ）は、天端部の上層の打設状況の断面図を示す。第一実施形態では、天端部の圧入孔４４からコンクリートを圧入して、天端部の上層のみ（検査窓から２０ｃｍの高さよりも更に高い領域）コンクリートが打設される。その際、図１７（ａ）に示すように、天端部のバイブレータ挿入孔６１から挿入されている棒状のバイブレータＢ１により、天端部の上層に打設されたコンクリートの締固めが行われる。なお、天端部の圧入孔４４からの充填圧が限界値（例えば、１２０ｋＰａ）を超える場合、予備の圧入孔４４からコンクリートの打設を行えばよい。充填圧は、天端部の型枠３３に設置した土圧計で測定することができる。
【００３１】
次に、引き抜きバイブレータＢ２による締固めが行われる。図１８は、引き抜きバイブレータ用の挿入孔６５の配置断面図を示す。第一実施形態では、下層と中層の境界部分に２か所、中層と上層の境界部分に２か所、引き抜きバイブレータ用の挿入孔６５が設けられている。引き抜きバイブレータＢ２は、予め型枠内に挿入されており、コンクリートの打設完了後、引き抜きながら締固めが行われる。引き抜きは、引き抜きバイブレータＢ２の基端に接続された巻き取りリール（図示せず）が引き抜きバイブレータＢ２を巻き取ることで実現される。
【００３２】
（充填状況の確認）
ここで、第一実施形態では、上層の打設状況については、妻部の充填状況及び土圧計による充填圧によって管理する。巻厚（覆工巻厚）と圧力（充填圧力）の関係は、巻厚が３０．４５ｃｍの場合、圧力は、それぞれ７．０５、８．２３、９．４０、１０．６０ｋＰａとなる。よって、設計巻厚以上に充填されたかどうかは、圧力測定で確認することができる。
【００３３】
次に、打設時間が３０分の場合のスランプロスを検討する。図１９は、多数の現場におけるスランプロスを示したグラフである。スランプ１２ｃｍの例が無いことから、スランプ１５ｃｍを参考に検討する。スランプ１５ｃｍで打設したＤトンネルを見ると、スランプダウンは凡そ１ｃｍである。また、図示しないＦ作業所では、スランプ１５ｃｍで、スランプロスが１５ｃｍであることが確認された。そこで、第一実施形態では、スランプロスを１５ｃｍに決定し、更に検討を進める。
【００３４】
ここで、図２０は、試験に用いた型枠モデルを示す。また、図２１は、型枠充填時圧力測定結果を示す。第一実施形態では、スランプロスを考慮した上層の充填性を検討するため、図２０に示す型枠モデルを用いて試験した。具体的には、図２０に示すような、最も空隙ができやすいと考えられるアーチ部の肩部に断面形状が台形の型枠モデルを製作し、所定の経過時間により型枠モデルにコンクリートを圧入充填し、充填状況の比較を行った。
【００３５】
その結果、経過時間が４０分までは充填圧が４５ｋＰａ程度で、締固めがなくても充填が完全にできることが確認された。なお、この時のスランプダウンは１．５ｃｍであった
。
【００３６】
以上を踏まえ、第一実施形態では、図２２に示すように、上層を打設する際の充填圧は、ラップ側中央で１００ｋＰａ、妻側中央で４０ｋＰａを目標に、コンクリートを圧入することとした。なお、第一実施形態では、棒状バイブレータＢ１による締固め、及び引き抜きバイブレータＢ２による締固めも行うことから、コンクリートの充填性は更に向上する。したがって、打設時間を３０分以内とし、棒状バイブレータＢ１による締固め、及び引き抜きバイブレータＢ２による締固めを行うことで、上層の充填も確実に行うことができる。
【００３７】
なお、コンクリートの打設工程では、各圧入孔からの１回あたりの圧入量（コンクリートの打設量）は、生コン車１台の約半分（２ｍ3）とすることが好ましい。従来の自然流
下による技術の場合、検査窓６２からの１回あたりの打設量は、生コン車１台分とするのが一般的であったが、第一実施形態では、圧入孔を切り替えるタイミングも従来よりも早くすることが好ましい。これにより、各圧入孔の待機時間を短縮でき、コンクリート輸送管の閉塞や、コンクリートの色むらの発生を抑制することができる。
【００３８】
（効果）
第一実施形態に係るトンネル覆工の施工工法によれば、トンネル１の側壁部、アーチ部、及び天端部のコンクリートを全て圧入により打設することで、スランプ１２±２．５ｃｍといった、従来のトンネル覆工の標準工法に用いられるコンクリートよりも硬いコンクリートを用いることができる。硬いコンクリートは、単位水量が少ないことから、乾燥収縮による覆工コンクリートのひび割れ、特に長期のひび割れを抑制できる。第一実施形態では、側壁部やアーチ部の下方から圧入することで、打設時の空気の混入が抑制でき、コンクリート表面の気泡、いわゆる「あばた」の発生を抑制することができる。
【００３９】
また、硬いコンクリートを用いると締め固め作業が苦渋作業となることが懸念される。しかしながら、第一実施形態では、側壁部やアーチ部の下方からコンクリートが圧入されることで、コンクリートが型枠３内の隅部まで行き渡り易い。その結果、硬いコンクリートを自然流下で打設する場合と比較して、締め固め作業が容易になる。図２３は、スランプごとのコンクリート形態のイメージ図を示す。図２３において、左側の上図は、スランプ１０ｃｍのコンクリートを高さ２ｍから自然流下させた状態を示す。左側の中図は、スランプ１２ｃｍのコンクリートを高さ２ｍから自然流下させた状態を示す。左側の下図は、スランプ１５ｃｍのコンクリートを高さ２ｍから自然流下させた状態を示す。また、右側の図は、スランプ１０ｃｍのコンクリートを下部から圧入した状態を示す。図２３の左側の上図や左側の中図に示すように、スランプが小さくなると、コンクリートが広がり難くなるため、コンクリートの締め固め作業が苦渋作業となる。図２３の左側の下図に示すように、スランプが大きければ、コンクリートが広がりやすく、締め固め作業は容易となる。しかしながら、スランプが大きいと、ひび割れが発生しやすくなる。これに対し、図２３の右側の図に示すように、スランプ１０ｃｍのコンクリートを下部から圧入すると、コンクリートも水平方向に広がりやすく、締め固め作業が容易になる。また、スランプが小さいことから、ひび割れの発生も抑制することができる。また、下部から圧入することで、コンクリートを自然流下で打設する場合の材料分離を抑制できる。その結果、コンクリートの品質及び外観を向上することができる。
【００４０】
また、今まで実験などにより、充填圧が高くなると一軸圧縮強度が大きくなることが知られている。ここで、図２４は、打設方法の違いによる充填圧と一軸圧縮強度との関係を示す。図２４の左側の図は、下部からコンクリートを打設した場合であり、図２４の右側の図は、従来通り、コンクリートを自然流下した状態を示す。図２４に示すように、下部からコンクリートを圧入すると自然流下する場合よりも充填圧が大きくなる。従って、第
一実施形態によれば、一軸圧縮強度を高めることができる。
【００４１】
また、第一実施形態に係るトンネル覆工の施工工法によれば、天端部の圧入孔４４からの打設量を第一実施形態よりも少なくすることができる。その結果、第一実施形態に係るトンネル覆工の施工工法によれば、天端部の充填性もより向上して、硬いスランプのコンクリートでも天端部を確実に充填することができる。
【００４２】
＜第一実施形態の変形例＞
第一実施形態では、側壁部及、アーチ部、天端部のコンクリート打設を圧入により行った。但し、側壁部、アーチ部、天端部のコンクリート打設のうち少なくとも何れか一部は、従来の標準工法に従って、自然流下で打設するようにしてもよい。
【００４３】
ここで、図２５は、第一実施形態の変形例における、天端部の打設状況の平面図を示す。図２６は、第一実施形態の変形例における、天端部の打設状況の断面図を示す。図２５、図２６に示すように、アーチ部の第二圧入孔４３からコンクリートが再度圧入され、天端部の型枠３３内のコンクリートの充填が下部から上部に向けて進み、天端側面部の検査窓６２の高さまで天端部の型枠３３内にコンクリートが充填される。アーチ部の第二圧入孔４３からコンクリートを圧入する際は、天端部の型枠３３内に圧入されたコンクリートが天端側面部の検査窓６２に達するまで、天端部の検査窓６２から挿入した棒状のバイブレータＢ１（図２５、図２６では、図示せず）によって、コンクリートが締め固められる。
【００４４】
コンクリートが天端部の圧入孔４４まで達したら、配管切替装置４Ｐ（図２５、図２６では、図示せず）が切り替えられ、天端側面部の検査窓６２が閉状態とされ、次に、天端部の圧入孔４４からコンクリートが圧入される。また、圧入孔４４からの充填圧が限界値（例えば、１２０ｋＰａ）を超える場合、予備の圧入孔４４からコンクリートが打設される。天端部の圧入孔４４からコンクリートを圧入する際は、天端部の検査窓６２から妻側へ随時締固めが行われる。また、天端部には、予め引き抜きバイブレータＢ２（図２５、図２６では、図示せず）が挿入され、打設完了後に引き抜きバイブレータＢ２で引き抜きながら締め固めが行われる。
【００４５】
＜第二実施形態＞
（構成）
第二実施形態では、配管がコンクリート排出装置を備える。トンネル１の型枠３の構成は第一実施形態と同様である。また、コンクリートの打設工程は、第二実施形態では、コンクリートの打設工程終了後に、コンクリート排出装置を用いたコンクリートの排出が行われる以外は、第一実施形態と同様である。よって、第一実施形態と同様の構成や工程については説明を割愛し、相違点を中心に説明する。
【００４６】
図２７は、コンクリート排出装置の断面図を示す。第二実施形態に係るコンクリート排出装置９は、エア供給部９１、スポンジ９２、硬質スポンジ９３、配管５、バルブ９４、ワイヤ９５、エア遮断用硬質スポンジ９６を備える。
【００４７】
エア供給部９１は、スポンジ９２及び硬質スポンジ９３を圧送するためのエアを供給する。エア供給部９１は、配管５との接続部９１１、コンプレッサ（図示せず）から供給される所定圧力のエアが流れるエア供給管９１２と、圧力を調整するエア抜きバルブ９１３とを含む。第二実施形態では、０．７ＭＰａのエアが供給される。なお、所定圧力は、型枠内の圧入孔付近の圧力を上回る値に適宜設定すればよい。接続部９１１は、エア供給室９１４を含み、このエア供給室９１４は、エアが一時的に滞留する空間９８と、エア遮断用硬質スポンジ９６を収容する収容空間９９とを含む。図２８は、図２７のＡ−Ａ断面図
を示す。図２８に示すように、空間９８と収容空間９９は、いずれも断面視において円形である。収容空間９９は、エアの供給方向において空間９８の上流側に位置し、断面視において空間９８の中心に位置する。収容空間９９の上方には、エア供給管９１２が位置する。
【００４８】
スポンジ９２と硬質スポンジ９３は、配管５内を移動し、配管５内のコンクリートを押し出す。スポンジ９２は、円柱状であり、その外径が配管５の内面と接して、供給されるエアの漏れを抑制するよう設計されている。また、エアの漏れを抑制するとともに、配管５との摩擦抵抗を低減するため、第二実施形態のスポンジ９２は、角が面取りされている。第二実施形態では、円柱状のスポンジが直列に二つ設けられている。なお、スポンジ９２の軸方向の長さを長くし、スポンジ９２は一つのみ設けるようにしてもよい。スポンジ９２の中心には、ワイヤ９５が貫通する貫通孔９２１が設けられている。硬質スポンジ９３は、球状であり、その外径が配管の内面と接して、供給されるエアの漏れを抑制するよう設計されている。また、硬質スポンジ９３は、配管５内のコンクリートを押し出せるよう、スポンジ９２よりも固い素材で形成されている。硬質スポンジ９３にも、ワイヤ９５が貫通する、球状の硬質スポンジ９３の中心を通る貫通孔９３１が設けられている。また、硬質スポンジ９３は、貫通するワイヤ９５の先端が固定されている。
【００４９】
配管５は、管内をコンクリートが流れる他、エア供給部９１より供給されるエア、スポンジ９２、硬質スポンジ９３が流れる。配管５の長さや形状は、型枠３の各圧入孔との位置関係に応じて適宜設計すればよい。
【００５０】
バルブ９４は、配管５の先端側（圧入孔側）に設けられ、管内を流れるコンクリートの流れを遮断する。
【００５１】
ワイヤ９５は、スポンジ９２及び硬質スポンジ９３の移動を規制する。ワイヤ９５は、基端にエア遮断用硬質スポンジ９６の貫通孔９２１よりも大きいロック材９５１が設けられ、先端に硬質スポンジ９３と固定する固定材９５２が設けられている。ワイヤ９５は配管５よりも短く設計され、スポンジ９２及び硬質スポンジ９３の移動距離は、ワイヤ９５長さよりもやや短い距離に規制される。換言すると、ワイヤ９５の長さは、スポンジ９２及び硬質スポンジ９３の移動距離に応じて適宜設計すればよい。ロック材９５１は、基端にエア遮断用硬質スポンジ９６の貫通孔９２１よりも大きく、ワイヤ９５の基端が抜けを防止できればよく、その形状は特に限定されない。固定材９５２は、ワイヤ９５の先端と硬質スポンジ９３とを固定する。第二実施形態の固定材９５２は、球面状の皿部とこの皿部の縁に三角形の突起が複数連続して設けられている。皿部の球面は硬質スポンジ９３の球面と一致している。複数の突起が硬質スポンジ９３の表面に食い込むことで、ワイヤ９５の先端と硬質スポンジ９３とが固定される。
【００５２】
エア遮断用硬質スポンジ９６は、エア供給部９１から供給されるエアの漏れを抑制する。ここで、図２９は、エア遮断用硬質スポンジ９６の斜視図を示す。エア遮断用硬質スポンジ９６は、円柱状であり、収容空間９９の内面と接し、空間９８からエアが排出されないよう外径が設計されている。収容空間９９の内面とエア遮断用硬質スポンジ９６の外面とは、接着材で接着することが好ましい。また、円柱の中心を通るようにワイヤ９５が貫通する貫通孔９６１が設けられており、貫通孔９６１内をワイヤが移動する。
【００５３】
（使用方法）
コンクリート排出装置９は、コンクリート打設工程の終了後、配管５内のコンクリートを排出する装置として使用される。以下、側壁部の圧入孔４１からの圧入後を例に説明する。但し、コンクリート排出装置９は、アーチ部の第一圧入孔４２、アーチ部の第二圧入孔４３、天端部の圧入孔４４からの圧入後にも用いることができる。
【００５４】
まず、配管切替装置３Ｐが切り替えられ、側壁部の圧入孔４１による圧入可能状態からアーチ部の第一圧入孔４２による圧入可能状態となる。次に、配管５の基端側が配管切替装置３Ｐから取り外される。配管５の途中にジョイントを設け、ジョイントから取り外すようにしてもよい。次に、配管５の基端側にコンクリート排出装置９が接続される。この時、スポンジ９２及び硬質スポンジ９３は、空間９８側に位置する。次に、エアの供給が開始される。エアの供給時では、エア抜きバルブ９１３により圧力が適宜調整される。エアが供給されると、これに伴いスポンジ９２及び硬質スポンジ９３がコンクリート排出装置９側から側壁部の圧入孔４１に向けて移動を開始する。その結果、配管５内のコンクリートが押し出され、側面部の型枠３内に供給される。スポンジ９２及び硬質スポンジ９３がバルブ９４の手前まで移動すると、ワイヤ９５の基端に設けられたロック材９５１がエア遮断用硬質スポンジ９６に接する。その結果、ワイヤ９５が引張状態となり、スポンジ９２及び硬質スポンジ９３の移動が規制される。図３０は、スポンジ９２及び硬質スポンジ９３の移動が規制された状態を示す。図３０に示すように、第二実施形態によれば、配管５内のコンクリートを側面部の型枠３内に供給することができる。スポンジ９２及び硬質スポンジ９３の移動規制後、エアの供給が停止され、また、バルブ９４が閉状態となる。以上により、コンクリートの排出が完了する。
【００５５】
（効果）
第二実施形態に係るコンクリート排出装置９によれば、配管５内のコンクリートを側面部の型枠３内に供給することができる。第二実施形態のような態様では、本来、配管切替装置４Ｐ及び配管切替装置３Ｐを備えることで、配管５内のコンクリートの処理に手間がかかる。しかしながら、第二実施形態では、配管５内のコンクリートを側面部の型枠３内に容易に供給することができる。また、配管５内のコンクリートの有効活用を図ることができる。
【００５６】
＜第二実施形態の変形例＞
第二実施形態に係るコンクリート排出装置９は、スポンジ９２及び硬質スポンジ９３の移動を補助的に規制するピン装置を更に備える構成としてもよい。図３１は、ピン装置の一例を示す。図３１（ａ）は、コンクリート打設時においてピンが解放された状態を示す。また、図３１（ｂ）は、スポンジ及び硬質スポンジの移動を補助的に制限するため、ピンによって配管５を遮断した状態を示す。ピン装置１０は、配管５の外部に固定される支持台１１と、支持台１１によって支持されるピン１２とを備える。ピン１２は、配管５内に位置して、スポンジ９２及び硬質スポンジ９３の移動を補助的に規制する規制状態と、コンクリートの打設時における、配管５内から退去した解放状態と、を含む。スポンジ９２及び硬質スポンジ９３の移動は、第二実施形態と同じくワイヤ９５によって規制されるが、本変形例によれば、更に補助的にスポンジ９２及び硬質スポンジ９３の移動を規制することができる。
【００５７】
第二実施形態に係るコンクリート排出装置９は、ワイヤ９５やピン装置１０などの規制部を含まないより簡易な構成としてもよい。図３２は、コンクリート排出装置の変形例を示す。図３２に示すコンクリート排出装置９ａは、エア供給部９１ａと硬質スポンジ９３ａによって構成されている。換言すると、図３１に示すコンクリート排出装置９ａは、ワイヤ９５やピン装置１０等の規制部を含まない構成である。コンクリート打設後、配管の基端側に位置する硬質スポンジ９３ａをエアで移動させることで、配管５内のコンクリートを配管５から排出させることができる。この場合、硬質スポンジ９３ａが側壁部の型枠３１内に混入されないよう、配管５の先端は側壁部の圧入孔４１から取り外しておいた方がよい。排出されたコンクリートは、一輪車などで運搬して、別途利用することができる。
【００５８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係るトンネル覆工の施工工法はこれらに限らず、可能な限りこれらの組合せを含むことができる。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・トンネル
２・・・架台
３・・・型枠
５・・・配管
３１・・・側壁部の型枠
３２・・・アーチ部の型枠
３３・・・天端部の型枠
４１、４２、４３、４４・・・圧入孔
６１・・・バイブレータ挿入孔
６２・・・検査窓
９・・・コンクリート排出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005916353.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005916353.tif 000006
【図６】
0005916353.tif 000007
【図７】
0005916353.tif 000008
【図８】
0005916353.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005916353.tif 000011
【図１１】
0005916353.tif 000012
【図１２】
0005916353.tif 000013
【図１３】
0005916353.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0005916353.tif 000016
【図１６】
0005916353.tif 000017
【図１７】
0005916353.tif 000018
【図１８】
0005916353.tif 000019
【図１９】
0005916353.tif 000020
【図２０】
0005916353.tif 000021
【図２１】
0005916353.tif 000022
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
0005916353.tif 000026
【図２６】
0005916353.tif 000027
【図２７】
0005916353.tif 000028
【図２８】
0005916353.tif 000029
【図２９】
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【図３０】
0005916353.tif 000031
【図３１】
0005916353.tif 000032
【図３２】
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