(57)【要約】【課題】ＮＡＴＭ工法の二次覆工の厚みを１／３に低減しても十分な品質をもつ覆工を実現する。【解決手段】掘削した地山の支保工として，吹付けコンクリートよる一次覆工を行ったあと，型枠を用いてコンクリート打設する二次覆工を行うトンネル工法において，該二次覆工のコンクリートとして，セメント，細骨材，粗骨材，有機系短繊維および混和剤を配合したスランプフローが６０±１５ｃｍの繊維配合高流動コンクリートを使用し，このコンクリートによって平均覆工厚が７〜１５ｃｍの範囲にあり且つ圧縮強度が４５〜６５Ｎ／ｍｍ２の範囲にある二次覆工コンクリートを構築することを特徴とするトンネル工法である。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削した地山の支保工として，吹付けコンクリートよる一次覆工を行ったあと，型枠を用いてコンクリート打設する二次覆工を行うトンネル工法において，該二次覆工のコンクリートとして，セメント，細骨材，粗骨材，有機系短繊維および混和剤を配合したスランプフローが６０±１５ｃｍの繊維配合高流動コンクリートを使用し，このコンクリートによって平均覆工厚が７〜１５ｃｍの範囲にあり且つ圧縮強度が４５〜６５Ｎ／ｍｍ２の範囲にある二次覆工コンクリートを構築することを特徴とするトンネル工法。
【請求項２】
粗骨材は最大粒径２５〜１０ｍｍである請求項１に記載のトンネル工法。
【請求項３】
有機系短繊維は，径が１５００〜９６００デニール，長さが１５〜６０ｍｍのポリプロピレン繊維またはビニロン繊維である請求項１または２に記載のトンネル工法。
【請求項４】
混和剤は高性能ＡＥ減水剤である請求項１，２または３に記載のトンネル工法。
【請求項５】
ポリプロピレン繊維は，波形ポリプロピレン短繊維である請求項３に記載のトンネル工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，掘削した地山の支保工をコンクリートで行うトンネル工法（ＮＡＴＭ工法）における二次覆工の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より，山岳トンネルなどにおいて，地山の支保工をコンクリートで行うＮＡＴＭ工法で施工する場合，一般に，吹付けコンクリートにて一次覆工を行い，その上に防水用のシートを設置し，さらに，型枠を用いて（セントルの中に）コンクリートを打設して二次覆工コンクリートを構築することが行われている。
【０００３】
そのさい，二次覆工コンクリートは，設計計算上は構造部材とは見ずに化粧として構築される。そのため，強度的にもＪＩＳ規格で最も低い１８Ｎ／ｍｍ２級のコンクリートが使用されている。また，土木構造物であるため，そのコンクリートのスランプの目標は１２ｃｍとしている場合が多く，したがって，このコンクリートでも打設ができるように二次覆工コンクリートの覆工厚みは一般に３０ｃｍとしている。しかし，この場合，コールドジョイントが発生したり材料分離を引き起こすことがあり，それがひび割れを誘発し，場合によっては剥落を引き起こすこともある。
【０００４】
最近では，コスト縮減等の観点から，二次覆工を行うダブルシェル工法から，二次覆工コンクリートを省略するシングルシェル工法が検討されている。シングルシェル工法によれば，二次覆工コンクリートを省略できるばかりでなく，掘削断面も小さくできるメリットがある。しかし，色々な問題も多く，仮設トンネルや避難トンネルなどの一部に使用されているにすぎず，道路や鉄道などのトンネルではほとんど使用されていない。
【０００５】
特許文献１には，ＮＴＬ工法の改善として，吹付けによる一次覆工に代えて，地山に直接的に型枠を設置して，粒径２ｍｍ以下の骨材，金属繊維や有機繊維および減水剤を配合したスランプフロー３０〜４０ｃｍ程度で，材令２８日強度が１２０ＭＰａ（８０Ｎ／ｍｍ２）レベルの高強度コンクリートを打設する方法が記載されている。特許文献２には，覆工コンクリートの補修・補強用の材料として，粒径２ｍｍ以下の骨材，金属繊維や有機繊維および減水剤を配合した材料２８日強度が２００ＭＰａ（２００Ｎ／ｍｍ２）レベルの高強度コンクリート材料が記載されている。いずれの高強度コンクリートも，粒径２ｍｍ以下の骨材を使用しているので，実際には高強度モルタルに属するものであると言える。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２２０２０４号公報
【特許文献２】特開２００１−２４０４４９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＮＡＴＭ工法の二次覆工コンクリートは，設計上は強度部材としてみないことになっているが，実際には二次覆工コンクリートが存在することによって安全側となっている。この点がシングルシェル工法が採用されない大きな理由である。また，吹付け施工だけを行うシングルシェル工法では地山の凹凸を完全になくすことが困難で，外観が悪くならざるを得ない。
【０００８】
特許文献１のものはＮＴＬ工法には適するとしても，その高強度モルタルをＮＡＴＭ工法の二次覆工に用いるには，強度レベルが高すぎてコストが嵩むことが予想される。特許文献２のモルタルはさらに強度が高いので，これに二次覆工に適用するとさらにコストが嵩み，ＮＡＴＭ工法に対しては過重の負担になることが予想される。
【０００９】
ＮＡＴＭ工法の二次覆工に使用するコンクリートは，締め固めて打設できるように厚さ３０ｃｍとして１６Ｎ／ｍｍ２（最近ではＪＩＳが改訂になり１８Ｎ／ｍｍ２）のものが用いられているが，本発明の課題は，これと同等の耐力を有しながら厚みを極力薄くして一層のコスト削減を図ること，さらには，二次覆工の一層の高品質化を図ることにある。さらには，火災時のトンネルの保護を図り且つ平常時の脱落防止を図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば，掘削した地山の支保工として，吹付けコンクリートよる一次覆工を行ったあと，型枠を用いてコンクリート打設する二次覆工を行うトンネル工法において，該二次覆工のコンクリートとして，セメント，細骨材，粗骨材，有機系短繊維および混和剤を配合したスランプフローが６０±１５ｃｍの繊維配合高流動コンクリートを使用し，このコンクリートによって平均覆工厚が７〜１５ｃｍの範囲にあり且つ圧縮強度が４５〜６５Ｎ／ｍｍ２の範囲にある二次覆工コンクリートを構築することを特徴とするトンネル工法提供する。使用材料のうち粗骨材は最大粒径２５〜１０ｍｍのものを，有機系短繊維は，径が１５００〜９６００デニール好ましくは３２００〜９６０デニール，長さが１５〜６０ｍｍのポリプロピレン繊維またはビニロン繊維を，また，混和剤は高性能ＡＥ減衰剤を用いるのが好ましく，場合によってはウエランガムを適量配合する。ポリプロピレン繊維としては特に波形ポリプロピレン短繊維であるのがよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は，掘削した地山の支保工として，吹付けコンクリートによって一次覆工したあと，コンクリート打設による二次覆工を行うさいに，そのコンクリートの覆工厚を従来の３０ｃｍの約１／３に落とし，圧縮強度を従来の約１８Ｎ／ｍｍ２の約３倍の５０Ｎ／ｍｍ２程度に高めて，打設することを意図するものである。覆工厚が３０ｃｍの１／３の１０ｃｍでは，締め固めは不可能である。このため，締め固めを行わずとも高品質なものが得られる自己充填性の優れた高流動コンクリートでなければならない。しかも，市中の生コン工場で比較的容易に製造できることが必要である。
【００１２】
一方，強度が５０Ｎ／ｍｍ２レベルの高流動コンクリートでは，単位セメント量は必然的に４５０Ｋｇ／ｍ３以上，一般には５００Ｋｇ／ｍ３程度を必要とする。このため，本発明では，高流動とするための粉体としては，通常使用される石灰石微粉末などの増流化材を用いることなく，セメントのみを使用し，さらに高性能ＡＥ減水剤を用いることによって，高流動化を図る。また，その品質をより高めることが必要な場合には増粘剤のウエランガム等を使用する。
【００１３】
なお，強度が従来の倍程度の３０〜４０Ｎ／ｍｍ２レベルとしたコンクリートを使用しても，その効果は殆ど期待できない。なぜなら，強度を２倍にして覆工厚を１／２にしても，高流動化を図らねばならず（一次覆工の表面には凹凸が多く，実際には型枠との間では狭いところも生ずるので，締め固めができない），高流動化のためにコストが嵩み，全体としては十分なコスト低減にはならないからである。
【００１４】
しかし，さらに強度を高めた４５〜６５Ｎ／ｍｍ２のコンクリートとすることで，セメント量を多くして容易に高流動化コンクリートにできること，３０〜４０Ｎ／ｍｍ２のコンクリートと同等のコストで製造できることから，大きなメリットが得られる。ちなみに，覆工厚は，実際にはくいこみが１０ｃｍ程あるので，３０＋１０＝４０ｃｍの現況に対し，１０＋１０ｃｍ＝２０ｃｍとすることができ，その低減は５０％となり，コンクリートの使用量は大幅に低減する。二次覆工の覆工厚が現況の１／３に低減することは，コンクリート使用量の低減のみならず，地山の掘削量の低減，トンネル内空断面の減少防止，作業性の向上などが付随するので，そのメリットは大きい。さらに高強度にすると単位セメント量が多くなるので温度ひび割れの問題が懸念されるが，覆工厚さを１０ｃｍレベルに薄くすることによって，温度ひび割れも発生し難くなるので，このような問題もない。
【００１５】
しかし，覆工厚が薄いことは火災時の安全性が低下する点と，高強度にすることによって爆裂しやすくなることが予想される。この問題については，有機系短繊維を適量配合することによって，とくに，径が１５００〜９６００デニール，長さが１５〜６０ｍｍのポリプロピレン繊維またはビニロン繊維を０．１〜１．０ｖｏｌ．％配合することによって，解決できることがわかった。有機繊維を配合したコンクリートによって二次覆工した場合，火災時にはその熱によって有機繊維が溶融若しくは炭化または燃焼して内部に微細な細孔が生成し，この空隙が圧力を分散させるように作用して爆裂の原因となる応力集中を回避できる。また，有機繊維の配合は平常時における剥落防止にも有効に作用する。
【００１６】
一般に繊維を混入したコンクリートではコンクリートの流動性や充填性が損なわれるが，径が１５００〜９６００デニール（代表的には３２００デニール）のもで，長さが１５〜６０ｍｍ（代表的には３０ｍｍ）のポリプロピレン短繊維好ましくは波形ポリプロピレン再繊維を比較的少量（好ましくは０．３５〜０．５ｖｏｌ．％）配合する場合には，流動性および充填性を損なうことなく，剥落防止と爆裂緩和に大きく寄与することができる。波形ポリプロピレン短繊維は，自己支持性形状（一端支持でも曲がらないような自己支持性形状）の直線状のポリプロピレン短繊維に対し，波形の形状を有する点だけで相違するものである。その波形は，山と谷が理想的には同ピッチで交互に繰り返すように，成形または加工されたものであり，外部より応力が加わっていない状態ではその波形の形状を維持している。
【００１７】
高強度コンクリートでは有機系短繊維を配合しても高い靭性を付与することは一般に困難であるため，その配合は敬遠されるが，本発明のようにトンネルの二次覆工を通常の１／３程度に薄くする場合には，より地山の影響を受けやすく，また火災時の熱が強度部材に伝達されやすくなることから，前記のように比較的太く且つ少量の有機系短繊維をあえて配合するものであり，これによって，良好な高流動性と充填性を維持しながら，平常時の剥落と火災時の爆裂を回避するようにした。
【００１８】
本発明に従う二次覆工用コンクリートの代表的な配合を挙げると次のとおりである。
普通ポルトランドセメント：５３０±３０Ｋｇ／ｍ３
細骨材：７５０±５０Ｋｇ／ｍ３
粗骨材（最大骨材粒径２０ｍｍ）：８７５±７５Ｋｇ／ｍ３
波形ポリプロピレン短繊維：０．１〜１．０ｖｏｌ．％
水セメント比：３０±５％
高性能ＡＥ減水剤（ポリカルボン酸系）：セメント×２．０±０．５％
増粘剤（ウエランガム）：０〜１．０％
目標空気量：４．５±２％
目標スランププロー：６０±１５ｃｍ
目標圧縮強度：４５〜６５Ｎ／ｍｍ２
【００１９】
この配合のコンクリートは，市中の生コンプラントでも比較的容易に製造することができ，これを二次覆工現場に搬送し，ポンプ圧送により型枠内に打設することができる。本発明では覆工厚を従来の１／３にするものであるが，実際の施工においては，吹付けによって形成された一次覆工表面には凹凸があるので，覆工厚＝１０ｃｍとしても，厚いところも薄いところもできる。ウエランガムを配合すると，薄いところでも材料分離を起こさずに良好に充填できるようになるので，凹凸の多いところではウエランガムを配合するのが好ましい。
【００２０】
本発明において平均覆工厚を７〜１５ｃｍと規定するが，これは，平均覆工厚が７ｃｍとすると，極端に薄い部分も発生するので二次覆工の目的が果たせなくなり，他方，１５ｃｍを超える場合には，前述のようなメリットが得られないからである。
【００２１】
【実施例】
〔実施例１〕
表１にコンクリートの配合を示し，その配合のコンクリートのフレッシュ性状と硬化性状を表２に示した。使用した材料は次のとおりである。
〔使用材料〕
セメント：普通ポルトランドセメント
細骨材：川砂（密度２．６０ｇ／ｃｍ３）
粗骨材：砕石（密度２．７０ｇ／ｃｍ３・最大寸法２０ｍｍ）
高性能ＡＥ減水剤：株式会社エヌエムビー製の商品名ＳＰ８Ｓ（ポリカルボン酸系）
増粘剤：ウエランガム（三晶株式会社製）
有機繊維：波形ポリプロピレン短繊維（繊維径３２００デニール，繊維長さ３０ｍｍ，引張強度４５ｋｇｆ／ｍｍ２  ，比重０．９１）
【００２２】
【表１】
2004218294.tif 000002
【００２３】
【表２】
2004218294.tif 000003
【００２４】
この高流動コンクリートの充填性を評価するために，透明アクリル板を用いて作成した１０００×１５０×高さ２０００ｍｍの直方体の型枠を，傾斜角度３０度に傾けた状態で，型枠上面に設けたコンクリート注入口（９０ｍｍφ）から前記のコンクリートを流し込み，型枠への充填状況を観察したところ，すみずみまで充填されることが確認された。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，掘削した地山の支保工をコンクリートで行う場合の二次覆工の厚みを従来の１／３程度に低減することができ，このような低減によっても，従来の場合と同等の支保強度を確保できる。このため，材料費の大幅な節減が達成されると同時に，覆工厚が薄くなることによって掘削量の軽減，さらには内空断面の低減量を少なくすることができ，しかも，有機繊維の配合によって，平常時の脱落防止と火災時の爆裂が防止され，ＮＡＴＭ工法の二次覆工の品質およびコスト低減に大きく貢献できる。