(57)【要約】【課題】  トンネルの背面空洞は、地山の緩みを生じさせる要因にもなり得るため、従来は、エアモルタル工法、発泡ウレタン工法、可塑性グラウト工法等により、背面空洞に充填材を注入していた。しかし、このような充填材には、軽量、注入性、取り扱い性、低コスト性が求められていた。【解決手段】  背面空洞１０に、少なくとも水と水硬性セメントと軽量骨材とを含有する山岳トンネル背面空洞充填材を、背面空洞充填材注入装置１２により、所定量注入する。該注入は、公知のように、注入ノズル１３によって行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と、水硬性セメントと、軽量骨材とを含有することを特徴とする山岳トンネル背面空洞充填材。
【請求項２】
さらにポリカルボン酸系減水剤を含有することを特徴とする請求項１に記載の山岳トンネル背面空洞充填材。
【請求項３】
前記軽量骨材が、パーライトおよび／または発泡ビーズであることを特徴とする請求項１または２に記載の山岳トンネル背面空洞充填材。
【請求項４】
山岳に形成されたトンネルの背面空洞に、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の山岳トンネル背面空洞充填材を注入する工程を有する山岳トンネル背面空洞充填工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、山岳トンネル背面空洞充填材およびこれを用いた山岳トンネル背面空洞充填工法に関するものであり、詳しくは、軽量であるとともに、注入性、取り扱い性に優れ、なおかつ施工コストの低減も可能である山岳トンネル背面空洞充填材およびこれを用いた山岳トンネル背面空洞充填工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネル工法で施工された鉄道、道路、水路トンネルの背面空洞は、トンネルが塑性圧や偏圧を受けた場合、覆工背面より十分な地盤反力が期待できないため構造的に不利な状態となる他、地山の緩みを生じさせる要因にもなり得る。
【０００３】
山岳トンネルの背面空洞に適用される裏込め注入工法を以下に示す。
（１）エアモルタル工法：裏込め注入材としてモルタルにエアを混入したものを用い、背面空洞に注入する。エアモルタル工法は、一般に安価であるが、高い流動性を有するため、地山中の亀裂、覆工のひびわれ、目地などへの逸脱が生じたり、充填すべき箇所（クラウン部など）に留まらず流れたり、湧水により材料分離が生じるなどの課題が指摘されている。また、限定注入が難しいという欠点がある。
【０００４】
（２）発泡ウレタン工法：ウレタンあるいはシリカレジンを注入材として背面空洞に注入する。発泡ウレタン工法は、樹脂の硬化時間が短く、施工設備が小型になるなどの特徴があるが、注入材が高価であるため、湧水下での裏込め注入や小規模な範囲の裏込め注入にとどまっている。また、樹脂の硬化時間が短いので、注入孔を多くしなければならないという欠点もある。
【０００５】
（３）可塑性グラウト工法：可塑性（注入材料自体に流動性はないが、加圧により容易に流動する性質）を有するセメント系材料を背面空洞に注入する。可塑性グラウト工法は、地山中の亀裂、覆工面の所定外の空隙への逸脱等が少なく、限定注入が可能である。可塑性グラウト工法に用いられる材料は、１液性の非エア系と２液性のエア系に分類できる。
【０００６】
・１液性（非エア系）材料
セメント、ベントナイトおよび吸水性ポリマーを含む材料や、モルタルおよび特殊増粘材を含む材料が知られている。１液性材料は、施工設備が縮小可能である反面、比重は１．３〜１．５程度で下記の２液性（エア系）材料を用いたものと比べるとやや大きなものとなっている。
・２液性（エア系）材料
２系統で材料を圧送し、圧送管先端で混合して注入材とし、背面空洞に注入する。この工法によれば、一般に長距離圧送を行なっても注入材の品質は良好であるが、少なくとも２つのミキサおよびポンプが必要となり、施工設備が前記１液性材料を用いる工法よりも大きくなり、コスト増となる。
【０００７】
なお、山岳トンエル工法については、例えば下記非特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】地下鉄のつくり方−山岳トンネル工法、［online］、［平成15年10月23日検索］、インターネット＜URL：http://www.city.kyoto.jp/kotsu/kensetu/tunnel＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって本発明の目的は、軽量であるとともに、注入性、取り扱い性に優れ、なおかつ施工コストの低減も可能である山岳トンネル背面空洞充填材およびこれを用いた山岳トンネル背面空洞充填工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、水と、水硬性セメントと、軽量骨材とを含有することを特徴とする山岳トンネル背面空洞充填材を提供するものである。
また本発明は、さらにポリカルボン酸系減水剤を含有することを特徴とする前記の山岳トンネル背面空洞充填材を提供するものである。
また本発明は、前記軽量骨材が、パーライトおよび／または発泡ビーズであることを特徴とする前記の山岳トンネル背面空洞充填材を提供するものである。
また本発明は、山岳に形成されたトンネルの背面空洞に、前記の山岳トンネル背面空洞充填材を注入する工程を有する山岳トンネル背面空洞充填工法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、軽量であるとともに、注入性、取り扱い性に優れ、なおかつ施工コストの低減も可能である山岳トンネル背面空洞充填材およびこれを用いた山岳トンネル背面空洞充填工法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（水硬性セメント）
本発明で使用される水硬性セメントは、水硬性を示す無機物質であればとくに制限されないが、例えば、フライアッシュセメント等の混合セメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、超微粉砕セメント （コロイドセメント ）、アルミナセメント等を挙げることができる。また、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に規定されたブレーン比表面積は、２５００〜５０００ｃｍ2 ／ｇが好ましい。
【００１２】
（軽量骨材）
本発明で使用される軽量骨材は、とくに限定されるものではなく、適宜選択することができるが、パーライト、発泡ビーズ（発泡ポリスチレン）またはこれらの混合物が好ましい。
軽量骨材の比重は、１．０未満が好ましく、さらに好ましくは、０．０１〜０．５がよい。
【００１３】
本発明において、水／結合材比は、７０〜１５０％（質量基準）が好ましい。なお、本発明でいう結合材とは、水硬性セメント、軽量骨材、下記の増粘剤および硬化促進剤を含む材料を意味する。
【００１４】
本発明の山岳トンネル背面空洞充填材は、さらにポリカルボン酸系減水剤を含有するのが好ましい。このポリカルボン酸系減水剤の具体例としては、主成分がポリカルボン酸エーテル系の複合物（カルシウム・ベース）等が挙げられる。市販されているものも好適に利用することができ、例えば、太平洋セメント社製の商品名コアフローＮＦ−１００、エヌエムビー社製の商品名ＳＰ−８ＨＥ、花王（株）マイテイ２０００ＴＨ等が挙げられる。ポリカルボン酸系減水剤の配合割合は、例えば０．３〜２．４ｋｇ／ｍ３が好ましい。
【００１５】
本発明の山岳トンネル背面空洞充填材には、必要に応じて、増粘剤や硬化促進剤等の各種添加材を配合することもできる。
増粘剤としては、公知のセルロース系増粘剤を用いることができ、その配合割合は、例えば１．０〜９．０ｋｇ／ｍ３が好ましい。
硬化促進剤としては、例えばアルカリ金属塩やカルシウムアルミネート等が挙げられ、その配合割合は、例えば１．０〜５０ｋｇ／ｍ３が好ましい。
【００１６】
次に、本発明の山岳トンネル背面空洞充填工法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の山岳トンネル背面空洞充填工法を説明するための図である。山岳トンネル工法で施工されたトンネル１に、背面空洞１０が存在する場合、少なくとも水と水硬性セメントと軽量骨材とを含有する本発明の山岳トンネル背面空洞充填材を、１液性材料として該空洞１０に注入することができる。本発明の山岳トンネル背面空洞充填材は、従来のものよりも軽量化が達成されているので、トンネル覆工に作用する荷重が低減でき、トンネルに与える負担を軽減することができる。また、１液性であるために、取り扱い性に優れ、施工コストも低減することができる。本発明の工法によれば、図１に示したように、水以外の材料を、背面空洞１０付近に運搬し、水および必要な電力を外部供給装置１１から供給する。施工時は、トンネル１内に設置された背面空洞充填材注入装置１２により、所定量の充填材を背面空洞１０内に注入する。該注入は、公知のように、注入ノズル１３によって行なえばよい。充填材の注入量は、背面空洞の容積を満たす程度の量であればよい。
【００１７】
図２は、注入装置１２の平面図である。注入装置１２は、水、水硬性セメント、軽量骨材等の材料を混合するミキサ２１と、ミキサ２１によって混合された材料を受け入れる受入口２２と、該混合材料を所定量でもって注入ノズル１３に送出可能な定量ポンプ２３とからなる。ミキサ２１によって混合された材料は、パイプ２４を経て、材料投入口２５から定量ポンプ２３に導入される。この注入装置１２によって、背面空洞の容積を満たす程度の所望量の充填材を、背面空洞１０に注入することができる。
【実施例１】
【００１８】
以下、実施例によって本発明をさらに説明する。
セメントとして、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）、軽量骨材として発泡ビーズ（比重０．０１６）および微粒子パーライト（比重０．４）を用い、また、混和剤としてポリカルボン酸系減水剤（商品名コアフローＮＦ−１００、太平洋セメント社製）、増粘剤（商品名メトローズ９０ＳＨ−１００００、信越化学工業社製）および硬化促進剤（カルシウムアルミネート）を用い、下記表１の配合割合にしたがって、本発明の山岳トンネル背面空洞充填材を調製した。
得られた充填材について、フロー試験（ＪＨＳ  Ａ３１３−１９９２，直径φ８０ｍｍ×高さＨ８０ｍｍのシリンダー）を行なった。結果を表２に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
【表２】
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【００２１】
表２の結果から、本発明の山岳トンネル背面空洞充填材は、練混ぜ後３時間でのフローダウンがほとんどないため、ポンプで圧送する際には、高い注入性が保持できることが分かる。また、本発明の山岳トンネル背面空洞充填材は、軽量であるとともに、１液性であることから取り扱い性に優れ、なおかつ施工コストの低減も可能である。
また表２の結果から、本発明の山岳トンネル背面空洞充填材は、練り混ぜ時の気温がフロー値のダウンに与える影響が小さいことがわかる．さらに、下記表３の一般的な可塑性材料のフロー管理の目安とされるものに収まっている。よって、本発明の山岳トンネル背面空洞充填材は、夏季、冬季でも対応可能である。
【００２２】
【表３】
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【実施例２】
【００２３】
セメントして、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）とフライアッシュを質量比で４：３としたフライアッシュセメントを用い、実施例１と同じ軽量骨材及び混和剤を用いて下表４の配合割合にしたがって、本発明の山岳トンネル背面空洞充填材を調整した。
得られた充填材について、フロー試験（ＪＨＳ  Ａ３１３−１９９２，直径φ８０ｍｍ×高さＨ８０ｍｍのシリンダー）を行った。結果を表５に示す。
【００２４】
【表４】
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注）軽量骨材の内訳は、発泡ビーズ１．３ｋｇ／ｍ３、パーライト１６１．３ｋｇ／ｍ３である。
混和剤の内訳は、ポリカルボン酸系減水剤０．５ｋｇ／ｍ３、増粘剤２．３ｋｇ／ｍ３、硬化促進剤４６．２ｋｇ／ｍ３である。
【００２５】
【表５】
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【００２６】
表５の結果から、本発明の山岳トンネル背面空洞充填材は、練り混ぜ後２時間でのフローダウンが小さいため、ポンプで圧送する際には、高い注入性が保持できることが分かる。また、本発明の山岳トンネル背面空洞充填材は、軽量であるとともに、１液性であることから取り扱い性に優れ、なおかつ施工コストの低減も可能である。
また、表５の結果から、本発明の山岳トンネル背面空洞充填材は、日本道路公団「矢板工法トンネルの背面空洞注入工法  設計・施工指針」に記されている背面空洞充填材の品質規格の流動性についての下記表６の規格値を満足する。
【００２７】
【表６】
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【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の山岳トンネル背面空洞充填工法を説明するための図である。
【図２】注入装置の平面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１……トンネル、１０……背面空洞、１１……外部供給装置、１２……背面空洞充填材注入装置、１３……注入ノズル、２１……ミキサ、２２……受入口、２３……定量ポンプ。
【図１】
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【図２】
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