(57)【要約】【課題】はね返り材を再利用することで、はね返り材の処分に要する手間および費用の低減化を可能とした、はね返り材の再利用方法を提案する。【解決手段】吹付けコンクリートのはね返り材を回収する回収工程Ｓ３と、互いに付着したはね返り材を分解して再生骨材を製造する骨材製造工程Ｓ４と、再生骨材の中から細粒分の分離選別する分離選別工程Ｓ５と、再生骨材に吸水させる吸水工程Ｓ６と、再生骨材をセメント系固化材と混合してセメント系材料を製造する材料製造工程Ｓ７とを備えているはね返り材の再利用方法。【選択図】図２
2017227086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吹付けコンクリートのはね返り材を回収する回収工程と、
互いに付着した前記はね返り材を分解して再生骨材を製造する骨材製造工程と、
前記再生骨材をセメント系固化材と混合してセメント系材料を製造する材料製造工程と、を備えていることを特徴とする、はね返り材の再利用方法。
【請求項２】
前記骨材製造工程と前記材料製造工程との間に前記再生骨材の中から細粒分を分離選別する分離選別工程を備えていることを特徴とする、請求項1に記載のはね返り材の再利用方法。
【請求項３】
前記再生骨材に吸水させる吸水工程を備えていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のはね返り材の再利用方法。
【請求項４】
トンネル施工において、前記セメント系材料を、トンネルの切羽に吹付ける吹付け工程を備えていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のはね返り材の再利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吹付けコンクリート等のはね返り材の再利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＡＴＭ工法等の山岳トンネル工法では、掘削により露出した地山面に吹付けコンクリートを吹き付けることで地山の崩落を防止するのが一般的である。吹付けコンクリートは、コンプリートポンプにより圧送されたコンクリートを、急結剤と混合するとともに地山面に吹付ける。
吹付けコンクリートを施工する際には、吹付け材の一部が吹付け対象面（地山面）に付着せずに落下してしまう（以下、単に「リバウンド」という）。そのため、吹付けコンクリートを施工する際には、リバウンドを考慮して、吹付け材を多めに吹付ける必要があり、その結果、施工の手間や材料費が増加する。
そのため、特許文献１には、吹付けコンクリートの初期の付着強度を高めることで吹付け材のリバウンド率を低下させる吹付けコンクリート製造装置が開示されている。
また、特許文献２には、吹付け材の粉体材料を改良することで、吹付け材のリバウンド量の低減化を図る吹付け材料が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２３３３００号公報
【特許文献２】特開２００４−３２３３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の吹付けコンクリート製造装置や特許文献２の吹付け材料を採用した場合であっても、吹付け材のリバウンドは発生する。吹付け材のリバウンドにより発生したはね返り材は、坑外へ搬出して産業廃棄物として処分する必要がある。そのため、はね返り材の処分に手間と費用がかかる。
本発明は、はね返り材を再利用することで、はね返り材の処分に要する手間および費用の低減化を可能とした、はね返り材の再利用方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明のはね返り材の再利用方法は、吹付けコンクリートのはね返り材を回収する回収工程と、互いに付着した前記はね返り材を分解して再生骨材を製造する骨材製造工程と、前記再生骨材をセメント系固化材と混合してセメント系材料を製造する材料製造工程とを備えていることを特徴としている。
かかるはね返り材の再利用方法によれば、吹付けコンクリートの施工に伴い発生するはね返り材を有効に利用することができる。そのため、産業廃棄物として処分する場合の費用や手間を省略することができる。また、はね返り材を粗骨材として使用するため、新たに購入する粗骨材の量を低減し、ひいては、材料費の低減化を図ることができる。
【０００６】
前記骨材製造工程と前記材料製造工程との間に前記再生骨材の中から細粒分を分離選別する分離選別工程を備えていれば、分級した再生骨材を用途に応じて選択して使用することができる。
また、前記再生骨材に吸水させる吸水工程を備えているとよい。乾燥した再生骨材を使用すると、水セメント比に影響を及ぼすおそれがあるが、吸水させた再生骨材を使用すれば、水セメント比に影響が及びにくくなる。
さらに、トンネル施工において、前記セメント系材料をトンネルの切羽に吹付ける吹付け工程を備えていれば、トンネル坑内で発生したはね返り材を、現場内で有効に活用することが可能となる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のはね返り材の再利用方法によれば、はね返り材の処分に要する手間および費用の低減化が可能となる。
特に、骨材の入手が困難な奥地のトンネル工事では、貴重な骨材が有効活用され、歩掛りが向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係るトンネルを示す横断図、（ｂ）は同トンネルの支保工の一部を示す縦断図である。
【図２】本発明の実施形態に係るトンネル施工方法の各手順を示すフローチャート図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は吹付けコンクリートの施工状況を示す模式図である。
【図４】はね返り材回収装置の使用状況を示す縦断図である。
【図５】はね返り材回収装置の使用状況を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態では、図１（ａ）に示す山岳トンネル（トンネル１）を例にして、吹付けコンクリート２１のはね返り材を骨材として再利用するトンネル施工方法（はね返り材の再利用方法）について説明する。
本実施形態のトンネル施工方法は、図２に示すように、掘削工程Ｓ１、支保工程（吹付け工程）Ｓ２、回収工程Ｓ３、骨材製造工程Ｓ４、分離選別工程Ｓ５、吸水貯蔵工程（吸水工程）Ｓ６および材料製造工程Ｓ７を備えている。
【００１０】
掘削工程Ｓ１は、地山を掘削して切羽を前進させる工程である。本実施形態では発破工法によりトンネルを掘削する。なお、トンネル１の掘削工法は限定されるものではなく、例えば、機械掘削工法を採用してもよい。
地山の掘削により発生した掘削ずりは、トンネル坑外へ搬出する。なお、掘削ずりの搬出方法は限定されるものではなく、例えば、ダンプトラックやベルトコンベアを使用すればよい。
【００１１】
支保工程Ｓ２は、トンネル１の掘削により露出した地山Ｇを支保工２により閉塞する工程である。本実施形態の支保工２は、図１（ｂ）に示すように、吹付けコンクリート２１、鋼製支保工２２およびロックボルト２３を備えている。なお、トンネル１の支保構造は限定されるものではなく、地山状況やトンネル１の断面形状等に応じて適宜決定する。例えば、必要に応じて補助工法を採用してもよい。また、本実施形態では、切羽に対して鏡吹付けを行う。
【００１２】
支保工２は、地山Ｇの掘削により露出した地山Ｇ（トンネル周囲３）に対して一次吹付け２１ａ（吹付けコンクリート２１の一部）を行った後、鋼製支保工２２の建込およびロックボルト２３の打設を行い、さら二次吹付け２１ｂ（吹付けコンクリート２１の残り部分）を行うことにより形成する。鋼製支保工２２は、前回の施工サイクルで建て込まれた鋼製支保工２２から所定の間隔をあけて建て込む。本実施形態の鋼製支保工２２は馬蹄形状を呈している。なお、鋼製支保工２２の形状は限定されるものではなく例えばリング状であってもよい。ロックボルト２３の打設は、トンネル１の周囲の地山に対してロックボルト孔を穿孔し、このロックボルト孔にロックボルト２３を挿入することにより行う。吹付けコンクリート２１の吹付け厚は限定されるものではなく、地山状況等応じて適宜決定する。
吹付けコンクリート２１の施工は、図３（ａ）に示すように、吹付け対象面（切羽Ｋまたはトンネル内周面）と吹付け機４との間に、はね返り材回収装置３を配置した状態で行う。
【００１３】
回収工程Ｓ３は、吹付けコンクリートの施工により発生するはね返り材ＣＨを回収する工程である。すなわち、回収工程Ｓ３は、支保工程Ｓ２とともに実施する。なお、回収工程Ｓ３は、はね返り材の再利用方法を構成する工程の一つである。
はね返り材ＣＨの回収には、はね返り材回収装置３を利用する。はね返り材回収装置３は、吹付け対象面（切羽Ｋ）と吹付け機４との間に配設されていることで、吹付け材の吹付け時に生じるはね返り材を直接受け止める。
【００１４】
本実施形態のはね返り材回収装置３は、図４に示すように、クローラダンプ（自走手段）５に上載されていて、移動が可能に構成されている。はね返り材回収装置３は、クローラダンプ５に固定された本体部３１と、本体部３１に支持された受部３２とを備えている。なお、はね返り材回収装置３を移動可能に支持する自走手段は、クローラダンプ５に限定されるものではなく、例えばダンプトラックであってもよい。また、はね返り材回収装置３は、必ずしも自走手段（クローラダンプ５）に上載されている必要はない。
本体部３１は、基部３３と回転部３４とを備えている。基部３３は、クローラダンプ５に固定された部分である。回転部３４は、基部３３に対して、縦軸を中心に回転可能に取り付けられている。回転部３４は、回収容器３５を備えている。また、基部３３には、駆動手段（モータ）３６が設けられている。本実施形態では、吹付け機４に搭載された発電機（図示せず）から駆動手段３６に電力を供給する。なお、駆動手段３６はモータに限定されるものではなく、例えばエンジンであってもよい。
【００１５】
受部３２は、図５に示すように、一対の可動式アーム３７，３７と、一対の可動式アーム３７，３７によって保持された回収シート（シート体）３８とを備えている。
可動式アーム３７の基端部は、本体部３１に回動可能に取り付けられている。すなわち可動式アーム３７は、上下左右への回動が可能に設けられている。また、一対の可動式アーム３７，３７の基端部には回収容器３５が配設されている。可動式アーム３７は、図５に示すように、複数のアーム部材３７ａ，３７ｂ，３７ｃを連結することにより構成されている。アーム部材３７ａ，３７ｂ，３７ｃ同士は、回転可能に連結されている。すなわち、可動式アーム３７は、折り畳み可能に構成されている。可動式アーム３７は、はね返り材回収装置の移動時には折り畳んだ状態とし、はね返り材回収時は伸ばした状態で使用する。なお、可動式アーム３７を構成するアーム部材の数（折れ点）は限定されるものではない。また、可動式アーム３７は、伸縮可能に構成されていてもよい。
【００１６】
回収シート３８の両側端部は、可動式アーム３７，３７に固定されている。回収シート３８は、折り畳み可能な材質であり、可動式アーム３７を折り畳んだ際（あるいは縮めた際）には折り畳まれ、可動式アーム３７を伸ばした際には広げられる。
図５に示すように、吹付けコンクリート２１の吹付け時には、回収シート３８を吹付け機の吹付けノズル４１の下方において広げておく。回収シート３８を広げる際には、一対の可動式アーム３７，３７を伸ばすとともに、左右に広げておく。このとき、回収シート３８の先端は、吹付け対象面（切羽Ｋまたはトンネル内周面）になるべく近づけておく。図３（ａ）に示すように、吹付けノズル４１から吹付け対象面（切羽Ｋ）に吹き付け材ＣＦを吹き付けると、はね返り材ＣＨが回収シートに落下する。回収シート３８の上に落下したはね返り材は、回収容器３５へ誘導される。
回収したはね返り材ＣＨは、トンネル坑外の仮置き場ＳＹに搬送する。はね返り材ＣＨの輸送手段は限定されるものではなく、例えば、ダンプトラックＴやベルトコンベアを使用すればよい。
【００１７】
骨材製造工程Ｓ４は、互いに付着したはね返り材ＣＨを分解して再生骨材Ａを製造する工程である。骨材製造工程Ｓ４は、はね返り材の再利用方法を構成する工程の一つである。
はね返り材ＣＨは、急結剤が含有されているため、互いに付着した状態で大きな塊となっている場合が多い。はね返り材ＣＨの分解とは、モルタルペーストを介して互いに付着した塊を骨材として使用し得る大きさに分解することである。このとき、骨材分（砕石や礫等）が破砕されないように行うのが望ましい。本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、はね返り材ＣＨの分解に、バックホウアタッチメント式の破砕装置Ｍ２を利用する。仮置き場ＳＹにおいて、バックホウＭ１（破砕装置Ｍ２）によりはね返り材ＣＨをすくった後、破砕装置Ｍ２により分解する。なお、はね返り材ＣＨの分解に使用する装置は限定されるものではなく、例えば、コンクリートクラッシャを使用してもよい。
分解された再生骨材Ａは、表面にモルタルペーストが付着していてもよいし、モルタルペーストがはがれていてもよい。なお、分解された個々の再生骨材Ａには、複数の砂分や礫分等が含まれていてもよい。
【００１８】
分離選別工程Ｓ５は、再生骨材Ａの中から細粒分Ａ１の分離選別する工程である。分離選別工程Ｓ５は、はね返り材の再利用方法を構成する工程の一つである。
本実施形態では、水平型振動ふるいＭ３によりふるい分けを行い、細粒分Ａ１を分離する。本実施形態では、篩目１３．２ｍｍ〜４．７５ｍｍの範囲内でふるい分けする。なお、篩目は前記の範囲に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
骨材製造工程Ｓ４において製造された再生骨材Ａを水平型振動ふるいＭ３に投入し、細粒分Ａ１とその他（以下、「粗粒分」という）Ａ２に分離する。なお、再生骨材Ａのふるい分けに使用するふるい機は限定されるものではなく、例えば、傾斜型振動ふるいや横振り式ふるい等を使用してもよい。また、再生骨材Ａは、細粒分Ａ１と粗粒分Ａ２の２種類に分級する場合に限定されるものではなく、３つ以上のグループに分級してもよい。分級された再生骨材Ａ１，Ａ２は、それぞれ貯蔵施設に搬送する。
【００１９】
吸水貯蔵工程Ｓ６は、貯蔵施設ＳＳ内に吸水させた再生骨材Ａを貯蔵する工程である。吸水貯蔵工程Ｓ６は、はね返り材の再利用方法の吸水工程を構成している。
本実施形態では、再生骨材Ａに吸水させた状態で貯蔵する。貯蔵施設ＳＳに搬送された再生骨材Ａは、細粒分Ａ１と粗粒分Ａ２に分けた状態で貯蔵する。
【００２０】
材料製造工程Ｓ７は、再生骨材ＡをミキサーＭ４に投入し、セメント系固化材Ｃおよび水Ｗと混合してセメント系材料を製造する工程である。材料製造工程Ｓ７は、はね返り材の再利用方法を構成する工程の一つである。
必要な量の再生骨材Ａを貯蔵施設ＳＳから徴収し、セメント系固化材Ｃや水Ｗ等と混合してセメント系材料（吹付け材のベースコンクリート）を製造する。本実施形態では、ベースコンクリートの骨材使用量のうちの５０体積％以下に再生骨材Ａを使用する。なお、セメント系材料の配合は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
材料製造工程Ｓ７において製造されたセメント系材料は、支保工程Ｓ２における鏡吹付けのベースコンクリートとして使用する。なお、セメント系材料は、トンネル内周面（側壁や天端等）の吹付け材料のベースコンクリートに使用してもよい。
以下、掘削工程Ｓ１〜材料製造工程Ｓ７を繰り返し、所定延長のトンネルを形成する。
【００２１】
本実施形態のトンネル施工方法（はね返り材の再利用方法）によれば、吹付けコンクリート２１の施工に伴い発生するはね返り材ＣＨを有効に利用することができる。そのため、はね返り材ＣＨを産業廃棄物として処分する場合の費用や手間を省略することができる。また、はね返り材ＣＨを骨材として使用するため、新たに購入する骨材の量を低減し、ひいては、材料費の低減化を図ることができる。
分級選別工程において、再生骨材ＣＨの中から細粒分Ａ１を分離選別するため、分級した再生骨材Ａを用途に応じて選択して使用することができる。
【００２２】
また、再生骨材Ａは、吸水させつつ貯蔵するため、乾燥した再生粗骨材Ａを投入する場合に比べてセメント系材料の水セメント比に影響を及ぼすことを防止することができる。
さらに、トンネル施工において、再生骨材Ａを含有するセメント系材料をトンネルの吹付け材料として使用することで、トンネル坑内で発生したはね返り材ＣＨを、現場内で有効に活用することが可能となる。そのため、廃棄物の搬出量および材料の搬入量の低減化により、運搬車両の総台数を減らすことが可能となる。さらに、周辺地域の混雑の回避および運搬車両から排出されるＣＯ２の排出量の低減することで、環境負荷の低減が可能となる。
【００２３】
以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、吸水貯蔵工程は、必要に応じて行えばよい。骨材製造工程において製造された再生骨材を貯蔵することなくセメント系固化材の骨材としてそのまま使用する場合には、吸水貯蔵工程は省略してもよい。
また、骨材製造工程において、振動ふるい機等を使用してはね返り材を分離する等、所望の粒度分布に分離選別することが可能な場合には、分離選別工程は省略してもよい。
再生骨材を利用して製造されたセメント系材料の用途は、吹付け材のベースコンクリートに限定されるものではない。
トンネルの断面形状や断面寸法等は限定されるものではなく、地山状況やトンネルの用途等に応じて適宜決定すればよい。
【符号の説明】
【００２４】
１  トンネル
２  支保工
２１  吹付けコンクリート
２２  鋼製支保工
２３  ロックボルト
３    はね返り材回収装置
４    吹付け機
５    クローラダンプ
Ｓ１  掘削工程
Ｓ２  支保工程（吹付け工程）
Ｓ３  回収工程
Ｓ４  骨材製造工程
Ｓ５  分離選別工程
Ｓ６  吸水貯蔵工程（吸水工程）
Ｓ７  材料製造工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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