(57)【要約】【課題】シールド掘進機の掘進状況に関わらず、裏込め材の強度を所定時間後に十分に発現させることができるとともに、セグメントの適正な設計を行うことができるセグメントを用いたトンネル施工方法を提供する。【解決手段】シールド掘進機１で前方の地山５を掘削する一方で、そのシールド掘進機１の後方でセグメント６を組み立て、組み立てたセグメント６と地山５の掘削孔５ａとの間に形成されるテールボイド７に裏込め材８を注入してトンネルを構築するようにしたトンネル施工方法において、裏込め材８は、増粘剤を含有してなるモルタルと、このモルタルの凝結硬化を促進させる硬化促進剤とをテールボイド７への注入直前に混合してなるものであり、セグメント６の強度を、モルタルと硬化促進剤とを混合してから所定時間後に発現される裏込め材８の所定強度に基づいて定めるものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機で前方の地山を掘削する一方で、そのシールド掘進機の後方でセグメントを組み立て、組み立てたセグメントと地山の掘削孔との間に形成されるテールボイドに裏込め材を注入してトンネルを構築するセグメントを用いたトンネル施工方法において、
前記裏込め材は、増粘剤を含有してなるモルタルと、このモルタルの凝結硬化を促進させる硬化促進剤とを前記テールボイドへの注入直前に混合してなるものであり、
前記セグメントの強度を、前記モルタルと前記硬化促進剤とを混合してから所定時間後に発現される前記裏込め材の所定強度に基づいて定めることを特徴とするセグメントを用いたトンネル施工方法。
【請求項２】
前記所定強度は、前記地山の強度と同等以上であることを特徴とする請求項１に記載のセグメントを用いたトンネル施工方法。
【請求項３】
前記モルタルと前記硬化促進剤との混合比は、前記モルタルが１０に対して前記硬化促進剤が０．３〜０．７の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載のセグメントを用いたトンネル施工方法。
【請求項４】
前記モルタルに、該モルタルの凝結を遅延させる凝結遅延剤を配合することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセグメントを用いたトンネル施工方法。
【請求項５】
前記モルタルと前記硬化促進剤との混合後で前記テールボイドに注入する前の前記裏込め材をラインミキサーを用いて攪拌することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセグメントを用いたトンネル施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機で掘進しながら後方でセグメントを組み立てることによってトンネルを構築するようにしたトンネル施工方法に関し、特に、２液混合型の裏込め材をテールボイドに注入する裏込注入工程を含むトンネル施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルを構築する工法として、例えばＳＥＮＳ（Ｓｈｉｅｌｄ  ｍａｃｈｉｎｅ  Ｅｘｔｒｕｄｅｄ  ｃｏｎｃｒｅｔｅ  ｌｉｎｉｎｇ  ＮＡＴＭ  Ｓｙｓｔｅｍ）工法がある。このＳＥＮＳ工法は、シールド工法による切羽の安定と、ＥＣＬ工法による地山の早期閉合と、ＮＡＴＭによる一次支保の長所を総合的に複合したトンネル構築システムである。このＳＥＮＳ工法においては、場所打ちコンクリート用のシールド掘進機を用い、このシールド掘進機の後方で内型枠および妻型枠を用いてコンクリートを打設しながら掘進し、設置した内型枠の幅に対応する距離だけ前方に掘進すると、最後尾に配置されていた内型枠を脱型し、脱型した内型枠を最前列まで運搬して、再度最前列で組み立ててコンクリートを打設するといったことを繰り返すことでトンネルを施工するようにされている。
【０００３】
一方、シールド掘進機の後方でセグメントを組み立てながら掘進してトンネルを構築するセグメントを用いたトンネル施工方法がある。このトンネル施工方法において、組み立てたセグメントと地山の掘削孔との間に形成されるテールボイドに、モルタルと硬化促進剤とからなる２液混合型の裏込め材を注入するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２８０８８４号公報
【０００５】
上記ＳＥＮＳ工法によるトンネル施工方法では、最後尾の内型枠の外周に打設されたコンクリートが十分に硬化せずに強度が不十分である場合、最後尾の内型枠を脱型することができず、コンクリートの強度が十分に発現するまでシールド掘進機の掘進を停止させる必要がある。このため、コンクリートの硬化速度が遅すぎると、内型枠を予定した時に脱型することができず、工程遅延の原因となる。
また、コンクリートを圧送するポンプとコンクリート打設位置との間には、圧送管が配設され、ポンプからのコンクリートが圧送管を介してコンクリート打設位置まで圧送される。このため、コンクリートの硬化速度が速すぎると、圧送管内部において部分的にコンクリートが硬化して、ポンプで圧送することができなくなったり、圧送管の内面等に硬化したコンクリートが付着して圧送管をばらして清掃する必要が生じたりして、工程遅延の原因となる。
【０００６】
一方、セグメントを用いたトンネル施工方法において使用される裏込め材は、２液を混合した瞬間から加速度的に硬化が進んで速やかに強度が発現されるため、シールド掘進機の掘進状況に合わせて２液の混合タイミングを適切に調整することにより、トンネル施工をスムーズに行うことができる。
【０００７】
ところで、セグメントを用いたトンネル施工方法において、例えばシールド掘進機の掘進速度が遅い、あるいは何らかの原因で掘進停止の状態にあるような場合、裏込め材の２液のうちのモルタルを構成する細骨材、セメントおよび水が分離して砂沈降が生じてしまい、裏込め材の強度が十分に発現されない恐れがある。
このため、掘進状況によっては裏込め材の強度不足が生じる場合があることを踏まえた上でセグメントを設計することになり、裏込め材の強度不足を補うようにセグメントの強度を高める必要があって、セグメントの厚みを増さざるを得なくなり、裏込め材の強度が十分に発現された場合を前提とするセグメントの設計基準からすれば過剰な強度を有するものとなり、不経済な設計になるという問題点がある。
なお、土木学会トンネル標準示方書シールド工法・同解説（２００６年制定）に、裏込め材として必要な性質として「早期に地山の強度以上になる。」と記載されている。近年、シールドトンネルは、環境保全から、第３紀層、岩盤層で採用される傾向にあり、従来の裏込め材では「早期に地山の強度以上になる。」ことは困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、シールド掘進機の掘進状況に関わらず、裏込め材の強度を所定時間後に十分に発現させることができるとともに、セグメントの適正な設計を行うことができるセグメントを用いたトンネル施工方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明によるセグメントを用いたトンネル施工方法は、
シールド掘進機で前方の地山を掘削する一方で、そのシールド掘進機の後方でセグメントを組み立て、組み立てたセグメントと地山の掘削孔との間に形成されるテールボイドに裏込め材を注入してトンネルを構築するセグメントを用いたトンネル施工方法において、
前記裏込め材は、増粘剤を含有してなるモルタルと、このモルタルの凝結硬化を促進させる硬化促進剤とを前記テールボイドへの注入直前に混合してなるものであり、
前記セグメントの強度を、前記モルタルと前記硬化促進剤とを混合してから所定時間後に発現される前記裏込め材の所定強度に基づいて定めることを特徴とするものである（第１発明）。
【００１０】
本発明において、前記所定強度は、前記地山の強度と同等以上であるのが好ましい（第２発明）。
【００１１】
本発明において、前記モルタルと前記硬化促進剤との混合比は、前記モルタルが１０に対して前記硬化促進剤が０．３〜０．７の範囲であるのが好ましい（第３発明）。
【００１２】
本発明において、前記モルタルに、該モルタルの凝結を遅延させる凝結遅延剤を配合するのが好ましい（第４発明）。
【００１３】
本発明において、前記モルタルと前記硬化促進剤との混合後で前記テールボイドに注入する前の前記裏込め材をラインミキサーを用いて攪拌するのが好ましい（第５発明）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、裏込め材を構成するモルタルが増粘剤を含有するものとされるので、細骨材、セメントおよび水の混合状態が長時間に亘って安定的に保たれることになり、例えばシールド掘進機の掘進速度が遅い、あるいは何らかの原因で掘進停止の状態にあるような場合でも沈降現象が生じるようなことがなく均質な混合状態を維持することができ、シールド掘進機の掘進状況に関わらず、裏込め材の強度を所定時間後に十分に発現させることができる。
そして、セグメントの強度は、上記のモルタルと硬化促進剤とが混合されてから所定時間後に発現される裏込め材の所定強度に基づいて定められるので、裏込め材の所定強度が所定時間後に発現された場合を前提とするセグメントの設計基準に沿って適正な設計を行うことができる。したがって、必要以上にセグメントの厚みが増したり、逆に厚みが不足したりするようなことがなく、必要十分な強度を有する経済的なセグメントの設計が可能となる。
また、セグメント厚みを低減したり鉄筋量を少なくしたりすることも可能となる。
【００１５】
また、第２発明の構成を採用することにより、地山の強度を活かして裏込め材をセグメントと一体化した強度部材としての役目を持たせることができ、裏込め材が強度部材として機能する分、セグメントの厚みを薄くする等の省設計が可能となる。
【００１６】
また、第３発明の構成を採用することにより、モルタルと硬化促進剤とを混合してから所定時間後に所定強度が確実に発現され、しかもテールボイドへの注入も容易な流動性を有する裏込め材を得ることができる。
【００１７】
また、第４発明の構成を採用することにより、モルタルの自然硬化を大幅に遅らせることができるので、モルタルの使用可能な状態を長時間保つことができ、例えばシールド掘進機の掘進が長時間中断後に再開した場合でも、裏込め材注入工程を滞りなく再開することができる。
【００１８】
また、第５発明の構成を採用することにより、増粘剤を含むことで粘性が高められたモルタルと硬化促進剤とをより均等に混合することができ、裏込め材の品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るセグメントを用いたトンネル施工方法を説明する模式図である。
【図２】図２は、裏込め材注入装置を示す模式図で、（ａ）は掘削停止中の状態図、（ｂ）は裏込め材注入中の状態図、（ｃ）は水洗浄中の状態図である。
【図３】図３は、同トンネル施工方法の他の態様例を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明によるセグメントを用いたトンネル施工方法の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
＜シールド掘進機によるトンネル施工方法の説明＞
図１に示されるシールド掘進機１は、主に、スキンプレート２、カッタヘッド３、推進用ジャッキ４および図示されないセグメント組立装置を備えてなるものである。そして、シールド掘進機１で前方の地山５を掘削する一方で、そのシールド掘進機１の後方でセグメント組立装置を用いてセグメント６をリング状に組み立て、組み立てたセグメント６と地山５の掘削孔５ａとの間に形成されるテールボイド７に裏込め材８を裏込め材注入装置１０により注入してトンネルを構築するトンネル施工が実施される。
【００２２】
＜裏込め材注入装置の説明＞
裏込め材注入装置１０は、シールド掘進機１の外周部に円周方向に沿って所要の配分で複数箇所に設けられており、スキンプレート２に装着される注入管１１と、この注入管１１に向けて供給されるモルタルおよび硬化促進剤を混合するミキシングノズル部１２とを備えている。
【００２３】
図２（ａ）に示されるように、注入管１１は、先端部がテール部１ａからテールボイド７に向けて後方に開口された注入口１３ａを有する注入管本体１３を備えている。
注入管本体１３の中間から先端寄りの部位には、注入管本体１３内へモルタルを流入可能にモルタル流入管１４が着脱可能に接続されるとともに、注入管本体１３を介してモルタル流入管１４内へと洗浄水を流通可能に洗浄水管１５が着脱可能に接続されている。ここで、モルタル流入管１４および洗浄水管１５は、注入管本体１３の軸線方向に位置をずらした状態で注入管本体１３に接続されており、モルタル流入管１４が注入口１３ａに向けて先行した位置で、それに対して洗浄水管１５が後行した位置でそれぞれ注入管本体１３に接続されている。
なお、洗浄水管１５は、洗浄水ホース１６と、ポンプ１７が介設された圧送管１８とを介して洗浄水タンク１９に接続されている。
【００２４】
注入管本体１３の内部には、プッシャージャッキ２０が内蔵されている。プッシャージャッキ２０は、注入管本体１３の基端部に組み込まれるジャッキ本体２０ａと、このジャッキ本体２０ａにピストンロッドを介して組み付けられるプッシャー２０ｂとを備えてなり、ジャッキ本体２０ａからの推力よってプッシャー２０ｂが、注入管本体１３におけるモルタル流入管１４の接続部位と洗浄水管１５の接続部位との間の位置（図２（ｂ）参照：以下、「Ａ位置」と称する。）と、注入口を塞ぐ位置（図２（ｃ）参照：以下、「Ｂ位置」と称する。）との間で往復駆動されるようになっている。
【００２５】
モルタル流入管１４は、ラインミキサー２１およびベント管２２を介してミキシングノズル部１２に接続されている。
ここで、ラインミキサー２１は、駆動部のない静止型混合器であって、ミキシングノズル部１２でモルタルと硬化促進剤とが混合されて得られた注入直前の裏込め材８をエレメント２１ａにより撹拌・混合する役目をする。エレメント２１ａは、円または長方形状の板を１８０°捻じったような形で、捻れの方向により、右捻りエレメントと、左捻りエレメントとがあり、これらのエレメント２１ａを管軸方向に交互に数珠繋ぎに連結したものを内管２１ｂの内部に組み込むことにより、注入直前の裏込め材８に対する分割・転換・反転の作用によって、増粘剤を含むことで粘性が高められたモルタルと硬化促進剤とをより均等に撹拌・混合して裏込め材８の品質を高めるようにしている。
【００２６】
ミキシングノズル部１２は、Ａ液ホース２３と、開閉弁２４およびポンプ２５が介設された圧送管２６とを介してモルタルタンク（Ａ液タンク）２７に接続されている。さらに、ミキシングノズル部１２は、Ｂ液ホース２８と、開閉弁２９およびポンプ３０が介設された圧送管３１を介して硬化促進剤タンク（Ｂ液タンク）３２に接続されている。
【００２７】
なお、本実施形態においては、注入管１１を構成する注入管本体１３、モルタル流入管１４および洗浄水管１５や、モルタル流入管１４に順次接続されるラインミキサー２１、ベント管２２、ミキシングノズル部１２等は、メンテナンスが容易となるように、取り外しが容易な構造が採用されており、万一、モルタルの付着による管閉塞現象が生じても、速やかに使用可能な状態に回復させることができる。
【００２８】
＜裏込め材注入装置の作動説明＞
以上に述べたように構成される裏込め材注入装置１０において、シールド掘進機１の掘削停止時には、図２（ａ）に示されるように、プッシャージャッキ２０の伸長によってプッシャー２０ｂがＢ位置とされる。これにより、該プッシャー２０ｂで注入口１３ａが塞がれた状態とされる。
【００２９】
シールド掘進機１の掘進に伴い形成されるテールボイド７に裏込め材８を注入する際には、図２（ｂ）に示されるように、プッシャージャッキ２０の収縮によってプッシャー２０ｂがＡ位置とされて、モルタル流入管１４と注入口１３ａとの間が連通状態とされる。このような状態において、ポンプ２５，３０が作動されるとともに、開閉弁２４，２９が開状態とされる。これにより、モルタルタンク２７に貯留されているモルタルが圧送管２６およびＡ液ホース２３を介してミキシングノズル部１２へと圧送されるとともに、硬化促進剤タンク３２に貯留されている硬化促進剤が圧送管３１およびＢ液ホース２８を介してミキシングノズル部１２へと圧送され、これらミキシングノズル部１２に送り込まれたモルタルと硬化促進剤とが混合されることで調製された裏込め材８が、ベント管２２を経てラインミキサー２１を通過する際に更に混合・攪拌された後にモルタル流入管１４および注入口１３ａを経てテーボイド７へと注入される。こうして、テールボイド７への注入直前にモルタルと硬化促進剤とを混合して調製した裏込め材８を速やかにテールボイド７へと注入することができる。
【００３０】
なお、注入管１３等を洗浄する際には、図２（ｃ）に示されるように、プッシャージャッキ２０の伸長によってプッシャー２０ｂがＢ位置とされて、該プッシャー２０ｂで注入口１３ａが塞がれた状態とされる。また、ポンプ２５，３０が停止状態にされるとともに、開閉弁２４，２９が閉状態とされる。このような状態において、ポンプ１７が作動されるとともに、Ａ液ホース２３と開閉弁２４との間における圧送管２６に別途付設された開閉弁３３が開状態とされる。これにより、洗浄水タンク１９に貯留されている洗浄水が圧送管１８、洗浄水ホース１６および洗浄水管１５を介して注入管本体１３内に送り込まれるとともに、注入管本体１３内からモルタル流入管１４内に送り込まれる。モルタル流入管１４内に送り込まれた洗浄水は、ラインミキサー２１、ベント管２２、ミキシングノズル部１２、Ａ液ホース２３、圧送管２６および開閉弁３３を介して図示されない排水処理装置に向けて排水される。こうして、注入管本体１３やモルタル流入管１４、ラインミキサー２１、ベント管２２、ミキシングノズル部１２およびＡ液ホース２３等の主要部品の洗浄を行うことができる。
【００３１】
上記においては、シールド掘進機１の外周側に配置されてスキンプレート２に装着される注入管１１から裏込め材８をテールボイド７へと注入する例を説明したが、これに限定されるものではなく、その他の例としては、図３に示されるように、シールド掘進機１の内部に設置される注入管１１´から裏込め材８を、セグメント６に穿設されたグラウトホール６ａを介してテールボイド７に注入することもできる。なお、図３に示される態様例において、図１に示される態様例と同一または同様のものについては、図に同一符号を付して、重複説明を省略することとする。
【００３２】
図３に示される態様例のように、セグメント６のグラウトホール６ａを介した裏込め材８の注入の場合、裏込め材８の注入完了後に、ミキシングノズル部１２とＡ液タンク２７との間の配管から水送りしてトンネル坑内に排出することによって、裏込め材注入装置１０から洗浄水管１５等を含む水洗浄装置を省略することも可能である。
【００３３】
次に、上記の裏込め材８を構成するモルタルと硬化促進剤とについてより詳細に説明することとする。
【００３４】
＜モルタルの説明＞
モルタルは、主にセメントと砂（細骨材）と水とを練り混ぜて作製されるものである。
セメントとしては、例えばポルトランドセメントや、混合セメント、アルミナセメント等が挙げられる。特に、硬化促進剤を混合後、速やかに所定の強度を得るために早強ポルトランドセメントを用いるのが望ましい。なお、粉末度は市販のものと同程度で良い。
砂としては、川砂、海砂、陸砂、珪砂、砕砂等が挙げられる。なお、強度向上と流動性の確保の両立の観点から粗粒率は１．９５〜３．４３であることが好ましく、２．３２〜３．０６が更に好ましい。
【００３５】
モルタルには、減水剤および増粘剤が配合される。なお、適宜に消泡剤等を配合しても良い。
【００３６】
減水剤は、モルタルの凝結を遅延させる効果を有する遅延型のものが用いられる（本発明の「凝結遅延剤」に相当する。）。これにより、モルタルの自然硬化を大幅に遅らせることができるので、モルタルの使用可能な状態を長時間保つことができ、例えばシールド掘進機の掘進が長時間中断後に再開した場合でも、裏込め材注入工程を滞りなく再開することができる。
減水剤としては、例えば、高縮合芳香族スルホン酸化合物を主成分とするものや、高縮合トリアジン系化合物を主成分とするもの、ナフタリンスルホン酸ホルマリン高縮合物塩を主成分とするもの、含窒素型スルホン酸塩を主成分とするもの、ナフタリンスルホン酸変成リグニン縮合物を主成分とするもの、スルホン化メラミン高縮合物塩を主成分とするもの、アルキルアリルスルホネートを主成分とするもの、ポリカルボン酸系化合物を主成分とするものなどが挙げられる。
【００３７】
増粘剤は、砂、セメントおよび水の混合状態を長時間に亘って安定的に保つためにモルタルの粘度を高めるものである。これにより、例えばシールド掘進機の掘進速度が遅い、あるいは何らかの原因で掘進停止の状態にあるような場合でもモルタルの砂沈降現象が生じるようなことがなく均質な混合状態を維持することができ、シールド掘進機の掘進状況に関わらず、裏込め材の強度を所定時間後に十分に発現させることができる。
増粘剤としては、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース誘導体やポリ（エチレンオキサイド）の様な水溶性高分子化合物、あるいはアルキルアリルスルホン酸塩のようなアニオン性芳香族化合物から選ばれる化合物及びアルキルアンモニウム塩のようなカチオン性界面活性剤から選ばれる化合物の組合せからなる増粘剤などが挙げられる。
【００３８】
＜硬化促進剤の説明＞
硬化促進剤は、遅延型の減水剤によるモルタルの凝結遅延効果を無効にするとともに、モルタルの凝結硬化を促進させるものであり、例えば水ガラス系やアルミニウム塩系などがあるが、水ガラスが好適に用いられる。水ガラスとしては、日本工業規格に規定されている珪酸ソーダ１号、２号、３号およびメタ珪酸ソーダのいずれも使用可能である。
【００３９】
次に、セグメントの強度について以下に説明することとする。
【００４０】
高強度地盤（岩、土丹等）におけるトンネル施工において、裏込め材と掘削地山の剛性をセグメント周辺のばねとして設計する場合、裏込め材の剛性が周辺地山の剛性よりも劣る場合、相対的に剛性の低い裏込め材を考慮して、セグメントの強度を上げる必要がある。
従来の裏込め材は、早強のものでも１日強度１．０〜１．５Ｎ／ｍｍ２、２８日強度２．０〜３．０Ｎ／ｍｍ２程度であった。そのため、地山強度が例えば１０．０Ｎ／ｍｍ２以上の硬質地山の場合でも、セグメントの設計は裏込め材の剛性（強度）に支配されて、セグメントの強度を高めざるを得なくなり、セグメントの厚みを増さざるを得ない。これは、地山の強度を活かすことができない設計で、大変不経済な設計となる。
そこで、早期に高強度を発現させることができる裏込め材を開発すれば、セグメント設計を合理的・経済的に行うことができる。
そのような裏込め材として、従来公知のモルタルと硬化促進剤とからなるものが考えられるが、トンネル施工中において、例えばシールド掘進機の掘進速度が遅い、あるいは何らかの原因で掘進停止の状態にあるような場合、モルタルが硬化して圧送・注入不能になることがあり、これについては、凝結遅延剤の役目をする前述の減水剤の配合により解決することができるが、この問題とは別に、モルタルを構成する砂、セメントおよび水が分離して砂沈降が生じてしまい、裏込め材の強度が十分に発現されない恐れがある。このため、掘進状況によっては裏込め材の強度不足が生じる場合があることを踏まえた上でセグメントを設計することになり、やはり上述したセグメント設計上の問題を解決することができない。
【００４１】
そこで、本実施形態においては、裏込め材８を構成するモルタルが増粘剤を含有するものとされる。これにより、砂、セメントおよび水の混合状態が長時間に亘って安定的に保たれることになり、シールド掘進機１の掘進速度が遅い、あるいは何らかの原因で掘進停止の状態にあるような場合でも砂沈降現象が生じるようなことがなく均質な混合状態を維持することができ、シールド掘進機１の掘進状況に関わらず、裏込め材８の所定強度を所定時間後に十分に発現させることができる。
そして、セグメント６の強度は、モルタルと硬化促進剤とが混合されてから所定時間後に発現される裏込め材８の所定強度に基づいて定められるので、裏込め材８の所定強度が所定時間後に十分に発現された場合を前提とするセグメント６の設計基準に沿って適正な設計を行うことができる。したがって、必要以上にセグメント６の厚みが増したり、逆に厚みが不足したりするようなことがなく、必要十分な強度を有する経済的なセグメント６の設計が可能となる。
【００４２】
ここで、地山５の強度が例えば１０．０Ｎ／ｍｍ２程度である場合、モルタルと硬化促進剤とを混合してから所定時間後（例えば１２時間後）に発現される裏込め材８の所定強度が１０．０Ｎ／ｍｍ２以上とすることにより、地山５の強度を活かして裏込め材８をセグメント６と一体化した強度部材としての役目を持たせることができ、裏込め材８が強度部材として機能する分、セグメント６の厚みを薄くする等の省設計が可能となる。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明のセグメントを用いたトンネル施工方法で用いられる裏込め材について、より具体的な実施例を以下に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４４】
＜使用材料の説明＞
水：上水道水
セメント：早強ポルトランドセメント、住友大阪セメント（株）製
細骨材：揖斐川産川砂、揖斐川工業（株）製、粗粒率２．６６
減水剤１（標準型）：高性能減水剤（Ｉ種）マイティ２１ＨＰ、花王（株）製
減水剤２（遅延型）：高性能減水剤（Ｉ種）マイティ２１ＷＨ、花王（株）製
増粘剤：高機能特殊増粘剤、ビスコトップ２００ＬＳ−２、花王（株）製
消泡剤：ＤＫ  Ｑ１−１１８３（５倍希釈）、東レ・ダウコーニング（株）製
水ガラス：３．７−３５ケイ酸ソーダ、大阪硅曹（株）製
【００４５】
＜モルタル（Ａ液）の製造方法の説明＞
ホバートミキサ（ＪＩＳ−Ｒ−５２０１に規定する練混ぜ機、ＨＯＢＡＲＴ製）にて表1の実施例に示す配合から成るＡ液のモルタルを練り混ぜた。練混ぜ方法は、セメントおよび細骨材を３０秒間空練り、水、減水剤および消泡剤を投入し１２０秒間練混ぜ、増粘剤を投入し６０秒間練混ぜとした。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
＜ＳＬフロー測定の説明＞
練混ぜ後、ＪＨＳ３１３「エアモルタルおよびエアミルクの試験方法」のシリンダー法に従い、Ａ液のＳＬフローを測定した。また、濡れウェスで覆って乾燥を防いで１２時間静置し、１２時間後のＳＬフローを測定した。その結果が表２に示されている。
【００４８】
【表２】
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【００４９】
表２から明らかなように、表１の配合のＡ液は、１２時間後まで良好な流動性を示し注入箇所までの圧送が可能である。これは、Ａ液の凝結を遅延させる凝結遅延剤としての役目もする遅延型の減水剤２（マイティ２１ＷＨ）による凝結遅延効果であり、Ａ液の自然硬化を大幅に遅らせることができるので、Ａ液の使用可能な状態を長時間保つことができ、例えばシールド掘進機の掘進が長時間中断後に再開した場合でも、裏込め材注入工程を滞りなく再開することができる。
【００５０】
＜実施例１〜５の説明＞
ＳＬフローを測定した後の上記Ａ液に対して、表３の実施例１〜５に示すＢ液の水ガラスを投入し、１２０秒間練混ぜた。
【００５１】
【表３】
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【００５２】
練混ぜ後にＳＬフローを測定した後、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの軽量型枠（サミットモールド、住商セメント（株）製）に成形した。成形してから１２時間後および２４時間後にＪＩＳ−Ａ−１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に従い圧縮強度を測定した。その結果が表４に示されている。
【００５３】
【表４】
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【００５４】
表４から明らかなように、Ｂ液と混合後も適度な流動性を有してテールボイド７に容易に注入が可能であり、さらに１２時間で所定の圧縮強度が確実に発現され、特にＡ液に対するＢ液の体積％が５〜７％の実施例３〜５のものでは、圧縮強度１０Ｎ／ｍｍ２以上が得られた。したがって、地山強度が１０．０Ｎ／ｍｍ２程度以上の硬質地山の場合、使用する裏込め材として実施例３〜５のいずれかのものを採用することにより、つまりＡ液とＢ液との混合比を、Ａ液が１０に対してＢ液を０．５〜０．７の範囲とすることにより、所定時間後（１２時間後）に発現される裏込め材の強度が１０．０Ｎ／ｍｍ２以上となるので、地山強度を活かして裏込め材をセグメントと一体化した強度部材としての役目を持たせることができ、裏込め材が強度部材として機能する分、セグメントの厚みを薄くする等の省設計が可能となる。
【００５５】
＜比較例１〜４の説明＞
表５の比較例１〜４に示される配合で裏込め材を製造した。使用材料、製造方法及び試験方法は実施例と同じである。
【００５６】
【表５】
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【００５７】
また、比較例１〜４に関するＳＬフローおよび圧縮強度の測定結果が表６に示されている。
【００５８】
【表６】
2016166447.tif 000008
【００５９】
比較例１では、遅延効果の少ない標準型の減水剤１（マイティ２１ＨＰ）を使用した。Ａ液は１２時間後には硬化しており、圧送が不可能であった。
比較例２では、減水剤は実施例と同じであり、Ｂ液を混合しなかった。Ａ液は１２時間後には硬化しておらず十分な強度が発現されていない。
比較例３では、増粘剤を使用しなかった。Ａ液はセメントペーストと細骨材が分離しており、均質な材料が得られず、強度の測定は不可であった。
比較例４では、混和剤は実施例と同じであり、Ｂ液の量を８％とした。Ｂ液と混合後に急激に硬化が生じて注入が困難であった。また、Ｂ液添加７％と比較して強度増進がほとんど見られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、シールド工事において生じるテールボイドを速やかに完全充填・硬化させることによって、地盤沈下防止・坑内止水・テールボイドにかかる応力の平均化を促進させるとともに、早期に高強度発現させることによりセグメントの合理的・経済的な設計を図ることが可能であるので、セグメント方式によるトンネル施工に用いて好適であり、産業上の利用可能性が大である。
【符号の説明】
【００６１】
１    シールド掘進機
５    地山
５ａ  掘削孔
６    セグメント
７    テールボイド
８    裏込め材
１０  裏込め材注入装置
２１  ラインミキサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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