(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
施工面を覆うコンクリート層を形成するための吹付け工法であって、
前記施工面に向けてモルタルを吹き付けて前記施工面上にモルタル層を形成する第１の工程と、
硬化段階の前記モルタル層に向けてコンクリートを吹き付けて前記施工面を覆うコンクリート層を形成する第２の工程と、
を備え、
前記モルタル層の圧縮強度が０．２Ｎ／ｍｍ２に達する前に、前記第２の工程を実施する吹付け工法。
【請求項２】
前記コンクリートに含まれる粗骨材の最大寸法をＤｍｍとすると、前記モルタル層の厚さはＤ／２ｍｍ以上である、請求項１に記載の吹付け工法。
【請求項３】
前記モルタル層の圧縮強度が０．１Ｎ／ｍｍ２に達する前に、前記第２の工程を実施する、請求項１又は２に記載の吹付け工法。
【請求項４】
第１のノズルを用いて前記第１の工程を実施しながら、前記モルタル層が形成された箇所について第２のノズルを用いて前記第２の工程を実施する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の吹付け工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルや橋梁深礎、地下大空洞で用いられるコンクリート吹付け工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート層を施工面（被処理面）上に形成する工法として、吹付け工法が知られている。吹付け工法は一般に湿式吹付け工法と乾式吹付け工法とに大別される。湿式吹付け工法は、主材料と水とを混和して予め調製した吹付け材料を圧縮空気の圧力でホース先端のノズルから噴射して層を形成する工法である。一方、乾式吹付け工法は、水が配合されていない主材料をノズルから噴射する際に、水との混合を行うことで材料に付着性を付与させて層を形成する工法である。
【０００３】
上記の湿式吹付け工法及び乾式吹付け工法のいずれを採用した場合であっても、コンクリートの吹付けにおいては材料の一部が施工面に付着せず、はね返ってしまうことが知られている。はね返り率は吹き付けた材料の３０〜４０質量％程度に達する場合もあり、これまで特許文献１に記載のように、コンクリートにリバウンド低減剤などを配合することによってはね返り率を低減する工夫がなされてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１８１００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のコンクリートの吹付けにあっては、材料のはね返り率は材料の配合やノズル操作者の技量（例えば、最適なノズル角度やノズル位置の設定）によって大きく変動する。このため、はね返り率の一元的な低減が難しいのが現状である。
【０００６】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、施工面に向けてコンクリートを吹き付ける際、材料のはね返りを十分に低減できる吹付け工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、従来のコンクリート吹付け工法を実施した場合、吹付け作業の開始直後のはね返り率が高く、また、特にコンクリート中の粗骨材がはね返りやすいことに着目した。当該事項に基づいて鋭意検討を重ねた結果、本発明者らは以下の本発明を完成させるに至った。
【０００８】
すなわち、本発明に係る吹付け工法は、施工面を覆うコンクリート層を形成するためのものであって、施工面に向けてモルタルを吹き付けて施工面上にモルタル層を形成する第１の工程と、硬化段階のモルタル層に向けてコンクリートを吹き付けて施工面を覆うコンクリート層を形成する第２の工程とを備える。
【０００９】
上記吹付け工法にあっては、コンクリートの吹付け（第２の工程）に先立って第１の工程を実施して施工面上にモルタル層を予め形成する。このモルタル層がクッションの役割を果たし、その後に吹き付けられるコンクリートに含まれる粗骨材の勢いを吸収する。モルタル層により、従来の工法では吹付け開始直後にはね返りやすい粗骨材を施工面上に十分に付着させることができる。
【００１０】
第２の工程において材料のはね返りをより高度に抑制するため、第１の工程で形成するモルタル層の厚さは以下の範囲であることが好ましい。すなわち、コンクリートに含まれる粗骨材の最大寸法をＤｍｍとすると、モルタル層の厚さはＤ／２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１１】
上記吹付け工法は、硬化段階のモルタル層に向けてコンクリートを吹き付けるものであるが、モルタル層が十分にクッションの役割を果たすには、モルタル層の圧縮強度が０．２Ｎ／ｍｍ２に達する前に、第２の工程を実施する。
【００１２】
短時間で吹付け作業を終了する必要がある場合等にあっては、第１のノズルを用いて第１の工程を実施しながら、モルタル層が形成された箇所について第２のノズルを用いて第２の工程を実施することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、施工面に向けてコンクリートを吹き付ける際、材料のはね返りを十分に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１の（ａ）はノズルから施工面に向けてモルタルを吹き付ける様子、（ｂ）はノズルからモルタル層に向けてコンクリートを吹き付ける様子をそれぞれ示す模式断面図である。
【図２】図２は施工面を覆うようにコンクリート層が形成されたトンネルを示す模式断面図である。
【図３】図３の（ａ）は二本のノズルから施工面に向けてモルタルを吹き付ける様子、（ｂ）は二本のノズルからモルタル層に向けてコンクリートを吹き付ける様子をそれぞれ示す模式断面図である。
【図４】図４は一方のノズルから施工面に向けてモルタルを吹き付け、他方のノズルからモルタル層に向けてコンクリートを吹き付ける様子を示す模式断面図である。
【図５】図５は実施例及び比較例において吹付けを実施した模擬トンネルを示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。ここでは、好適な実施形態として掘削後のトンネル内に露出した地山掘削面を覆うコンクリート層を形成する場合を例示する。もちろん施工対象は地山掘削面に限定されるものではなく、橋梁深礎や地下大空洞に適用してもよい。また、ここでは湿式吹付け工法に基づいて説明するが、乾式吹付け工法を採用してもよい。
【００１６】
本実施形態に係る吹付け工法は、トンネル１０の地山掘削面（施工面）Ｆを覆うコンクリート層ＣＬを形成するためのものである（図２参照）。当該工法は、地山掘削面Ｆに向けてモルタルＭを吹き付けて地山掘削面Ｆ上にモルタル層ＭＬを形成する第１の工程（図１の（ａ）参照）と、硬化段階のモルタル層ＭＬに向けてコンクリートＣを吹き付けて地山掘削面Ｆを覆うコンクリート層ＣＬを形成する第２の工程（図１の（ｂ）参照）とを備える。以下、各工程について説明する。
【００１７】
（第１の工程）
図１の（ａ）に示すとおり、この工程はノズル１から地山掘削面Ｆに向けてモルタルＭを噴射して地山掘削面Ｆ上にモルタル層ＭＬを形成する工程である。モルタルは、砂（細骨材）、セメント及び水を混練することによって得ることができる。水セメント比は５０〜６５％程度とすればよく、骨材とセメントの質量比（骨材／セメント）は２／１〜３／１程度とすればよい。モルタルには更に混和材や急結材などを適宜配合する。例えば、急結材の配合量はセメント質量の４％程度とすればよい。モルタルに配合する急結材の量を、セメントに配合する急結材の量（後述のとおり７％程度）と比較して少なくすることで、モルタルが硬化するまでの時間を長期化できる。
【００１８】
地山掘削面Ｆ上にモルタル層ＭＬを予め形成し、その後、後述の第２の工程によってコンクリート層ＣＬを形成することで、モルタル層ＭＬがクッションの役割を果たし、第２の工程で使用されるコンクリートＣに含まれる粗骨材の勢いを吸収する。モルタル層ＭＬにより、はね返りやすい粗骨材を地山掘削面Ｆ上に十分に付着させることができる。
【００１９】
後述の第２の工程において材料のはね返りをより高度に抑制するため、第１の工程で形成するモルタル層ＭＬの厚さは、コンクリートに含まれる粗骨材の最大寸法をＤｍｍとすると、好ましくはＤ／２ｍｍ以上であり、より好ましくはＤｍｍ以上である。モルタル層ＭＬの厚さがＤ／２ｍｍ未満であると、モルタル層ＭＬのクッションとしての役割が不十分となりやすい。モルタル層ＭＬの厚さの上限は、好ましくは２Ｄｍｍであり、より好ましくは３Ｄ／２ｍｍである。モルタル層ＭＬの厚さが２Ｄｍｍを超えると、モルタル層ＭＬの形成に要するコストが過剰となる傾向となる。なお、ここでいう「粗骨材の最大寸法」は、質量で骨材の９０％以上が通るふるいのうち、最小寸法のふるいの呼び寸法で示される粗骨材の寸法を意味する。
【００２０】
（第２の工程）
図１の（ｂ）に示すとおり、この工程はノズル１からモルタル層ＭＬに向けてコンクリートを噴射して地山掘削面Ｆ上にコンクリート層ＣＬを形成する工程である。コンクリートは、粗骨材、砂（細骨材）、セメント及び水を混練することによって得ることができる。水セメント比は５０〜６５％程度とすればよく、骨材とセメントの質量比（骨材／セメント）は、２／１〜３／１程度とすればよい。コンクリート中の全骨材量（ａ：細骨材容積＋粗骨材容積）に対する細骨材量（ｓ：細骨材容積）を百分率で表した値（ｓ／ａ）は５５〜７０％程度とすればよい。コンクリートには更に混和材や急結材などを適宜配合する。例えば、急結材の配合量はセメント質量の７％程度とすればよい。
【００２１】
粗骨材の平均粒径は、はね返りを抑制する観点から、一般的な粗骨材の粒径より小さいことが好ましく、１０〜１５ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２２】
仮に、モルタル層ＭＬが硬化してからコンクリートの吹付けを実施した場合、材料のはね返りの点では地山掘削面Ｆに直接コンクリートを吹き付けるのと同様の結果となる。つまり、モルタル層ＭＬが十分にクッションの役割を果たすには、モルタル層ＭＬが硬化段階であり且つ柔軟性を十分に有している段階で第２の工程を実施することが好ましい。より具体的には、モルタル層ＭＬの圧縮強度が０．２Ｎ／ｍｍ２（より好ましくは０．１Ｎ／ｍｍ２）に達する前に、第２の工程を実施することが好ましい。モルタル層ＭＬの圧縮強度が０．２Ｎ／ｍｍ２を超えた後にコンクリートを吹き付けるとコンクリートに含まれる粗骨材のはね返り率が増大しやすい。
【００２３】
なお、モルタル層ＭＬを形成してからコンクリートの吹付けを開始するまでの時間は、モルタル層ＭＬの組成や温度条件等にもよるが、好ましくは１時間以内であり、より好ましくは０．５時間以内である。
【００２４】
コンクリート層ＣＬの厚さは、建設するトンネルの等級にもよるが、好ましくは５０〜３０ｍｍである。
【００２５】
上記実施形態によれば、トンネルの地山掘削面Ｆ（特に、天端）に向けてコンクリートを吹き付ける際、材料のはね返りを十分に低減できる。材料のはね返りを低減することで、材料コストを低減でき、また、はね返った材料を処理するための作業及びコストを低減できる。コンクリートに急結材が含まれている場合、はね返った材料を産業廃棄物として処理する必要があり、例えば、トンネルの長さが０．１〜３０ｋｍにも及ぶ場合にあっては、処理に要する作業及びコストは膨大なものとなる。本発明によれば、かかる作業及びコストを大幅に削減できる。
【００２６】
また、モルタルの組成は、コンクリートの組成と比較すると粗骨材を含有しない点の他は同様であり、コンクリート層ＣＬを形成後はモルタル層ＭＬと第２の工程で吹き付けたコンクリートとの境界は実質的に存在せず、両者は一体化している。このため、モルタル層ＭＬを事前に形成してもコンクリート層ＣＬが所望の強度よりも弱くなることはない。
【００２７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、第１及び第２の工程をそれぞれ一本のノズルを用いて実施する場合を例示したが、図３に示すように、第１及び第２の工程においてそれぞれ二本のノズル１，２を用いて実施してもよい。二本又はそれ以上の本数のノズルを用いて吹付けを実施することで、粉塵の発生を抑制して施工環境を改善し得る。
【００２８】
また、短時間で吹付け作業を終了する必要がある場合等にあっては、図４に示すように、第１のノズル１を用いて第１の工程を実施してモルタル層ＭＬを形成しながら、モルタル層ＭＬが形成された箇所について第２のノズル２を用いて第２の工程を実施してコンクリート層ＣＬを形成してもよい。
【実施例】
【００２９】
表１に示す配合のモルタル及びコンクリートを準備した。なお、急結材は吹付けの直前に添加した。
【表１】
0005686616.tif 000002
【００３０】
（実施例１）
図５に示す断面形状を有する模擬トンネルの天端（図５の吹き付け対象領域Ｒ）に上記配合のモルタル及びコンクリートを順次吹き付けた。吹き付けた材料の層の厚さが所定の範囲にある期間のはね返り率（＝付着しなかった材料の質量／ノズルから噴射した材料の質量×１００）を測定した。
本実施例では、まず、粗骨材の最大寸法１５ｍｍの半分の厚さ（７．５ｍｍ）となるようにモルタル層を形成し、その後、硬化段階のモルタル層（圧縮強度：約０．１Ｎ／ｍｍ２）に向けてコンクリートを吹き付けてコンクリート層を形成した。
最終的に厚さ８ｍｍのコンクリート層を施工面上に形成した。表２に材料（モルタル又はコンクリート）のはね返り率の測定値を示す。
【００３１】
（実施例２）
モルタル層の厚さを１５ｍｍ（粗骨材の最大寸法）としたことの他は、実施例１と同様にしてコンクリート層を形成した。表２に材料（モルタル又はコンクリート）のはね返り率の測定値を示す。
【００３２】
（実施例３）
モルタル層の形成後、モルタル層の圧縮強度が約０．１５Ｎ／ｍｍ２となった時点でコンクリートの吹付けを開始したことの他は、実施例１と同様にしてコンクリート層を形成した。表２に材料（モルタル又はコンクリート）のはね返り率の測定値を示す。
【００３３】
（実施例４）
モルタル層の形成後、モルタル層の圧縮強度が約０．２Ｎ／ｍｍ２となった時点でコンクリートの吹付けを開始したことの他は、実施例１と同様にしてコンクリート層を形成した。表２に材料（モルタル又はコンクリート）のはね返り率の測定値を示す。
【００３４】
（比較例１）
事前にモルタル層を形成することなく、施工面に向けて直接コンクリートを吹き付けてコンクリート層を形成したことの他は、実施例１と同様にしてコンクリート層を形成した。表２に材料（コンクリート）のはね返り率の測定値を示す。
【００３５】
【表２】
0005686616.tif 000003
表中、太枠で囲んだ数値はコンクリートのはね返り率を示し、それ以外の数値はモルタルのはね返り率を示す。
【符号の説明】
【００３６】
Ｃ…コンクリート、ＣＬ…コンクリート層、Ｆ…地山掘削面（施工面）、Ｍ…モルタル、ＭＬ…モルタル層。
【図１】
0005686616.tif 000004
【図２】
0005686616.tif 000005
【図３】
0005686616.tif 000006
【図４】
0005686616.tif 000007
【図５】
0005686616.tif 000008