(57)【要約】【課題】エアモルタルを用いて長距離トンネル内の間隙を効率良く中詰めすることのできるトンネル内の間隙中詰め方法を得る。【解決手段】エアモルタルを用いてトンネル内の間隙を中詰めする方法であって、トンネル外でモルタル１４を製造してトンネル内に圧送するモルタル圧送ステップと、トンネル内で気泡を生成するステップと、トンネル内に圧送されたモルタル１４にトンネル内で生成された気泡を混合してトンネル内でエアモルタルを製造するエアモルタル製造ステップと、エアモルタルを用いて間隙を中詰めするステップと、を有する。【選択図】図１
2009249919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアモルタルを用いてトンネル内の間隙を中詰めする方法であって、
前記トンネル外でモルタルを製造して前記トンネル内に圧送するモルタル圧送ステップと、
前記トンネル内で気泡を生成するステップと、
前記トンネル内に圧送されたモルタルに前記トンネル内で生成された気泡を混合して前記トンネル内でエアモルタルを製造するエアモルタル製造ステップと、
前記エアモルタルを用いて前記間隙を中詰めするステップと、
を有することを特徴とするトンネル内の間隙中詰め方法。
【請求項２】
前記気泡を前記モルタルに混合してエアモルタルを製造するための製造手段を前記トンネル内に配設しておき、
前記モルタル圧送ステップでは、前記モルタルを前記製造手段に圧送し、
前記エアモルタル製造ステップは、
前記気泡を生成するための希釈液を前記製造手段に圧送するステップと、
前記希釈液に圧縮空気を供給して気泡を生成し前記製造手段を用いて前記モルタルに混合してエアモルタルを製造するステップと、
を有することを特徴とする請求項１記載のトンネル内の間隙中詰め方法。
【請求項３】
圧縮空気を供給する圧縮機を前記トンネル外に配設しておき、
前記圧縮機と前記製造手段をエアホースで接続して前記製造手段に圧縮空気を供給することで前記希釈液を前記トンネル内で発泡させる
ことを特徴とする請求項２記載のトンネル内の間隙中詰め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル内の間隙を中詰めする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エアーモルタルを用いて目的個所を充填固結する工法に関し、『炭酸カルシウムを主成分とした岩石粉ＭＰグラウトでエアーモルタルを製造し、単位当たりのセメント量とＭＰグラウト量を出来るだけ少量にて基準強度を確保しながら１０００ｍ以上の長距離圧送においても容積減少を起こさず安定した性状を保持して所定個所を充填固結させる事。』を目的とした技術として、『セメントとＭＰグラウト及び水にてスラリー状とし、ＡＰフォームと水及び圧縮空気にて泡沫となった気泡群とを混合してＭＰグラウトエアーモルタルを混練製造し、所定個所を充填固結させる』というものが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
また、中詰め材に関し、『高流動性を長時間保持して、輸送可能距離を倍程度に延ばすことができ、高い充填性を確保することができ、十分な作業時間を確保することができる中詰め材を提供する。』ことを目的とした技術として、『セメント・ベントナイトを主材とする中詰め材に、ポリカルボン酸塩、リグニンスルホン酸カルシウムを加えることで、流動性を確保することができ、また、十分な作業時間を確保するために遅延型分散剤（遅延剤としてリグニンスルホン酸カルシウム）を使用することで、十分な作業時間を確保することができ、さらには、金属アルミニウムを添加して水酸化カルシウムとの反応により水素ガスを発生させて発泡・膨潤させるように構成した中詰め材。』というものが提案されている（特許文献２）。
【０００４】
また、外管と内管との空隙充填工法に関し、『外管と内管との空隙にセメントを主成分とする中詰め材を２サイクル以上の施工サイクルにわたって注入し、中詰め材を硬化させる工法において、配管を洗浄することなく、注入作業に必要な配管を最小限とし、配管内で放棄される中詰め材の無駄をなくし、配管の空隙内への設置や接続の作業を軽減する。』ことを目的とした技術として、『外管１の長さと内管２の長さとが１サイクル分の施工距離Ａ、Ｂ、Ｃよりも長い。中詰め材を注入するための配管４を空隙３に挿入し、同一の配管４から中詰め材を空隙へと注入する作業を、配管を洗浄および置換することなく２サイクル以上にわたって行い、この間少なくとも各施工サイクルの終わりに中詰め材の注入を終了する際には、凝結遅延剤を含有する中詰め材を配管の内部に充填する。』というものが提案されている（特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３７７１号公報（要約）
【特許文献２】特開２００７−１６９９７４号公報（要約）
【特許文献３】特開２０００−２７４１８７号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シールド工法を用いたトンネル施工では、シールド堀進機を推進させてトンネルを構築し、シールド堀進機の後部でシールドセグメントを組み立てて一次覆工とする。
上記特許文献３に記載の技術は、一次覆工が完了した後、内管とシールドセグメントとの空隙に充填用の配管を挿入し、中詰め材を注入して硬化させて二次覆工とする場合の中詰め工法に関するものである。
例えば、セグメント内径より若干小さい強化プラスチック複合管を内管としてシールドセグメント内に搬入・接合・固定する場合や、セグメント径より相当小さい、ガス管や水道管のようなライフラインを収容する管を内管とする場合において、上記特許文献３に記載の技術が適用される。
【０００７】
この内管と外管の空洞については、セメントを主体とする中詰め材を充填・固化して保護する目的でエアモルタルが用いられていた。
エアモルタルを用いるのは、上記特許文献２に記載のように、経済的に体積を確保できること、単位体積重量を低くすること、等が理由である。
【０００８】
上記特許文献２に記載のように、エアモルタルは、混練時に起泡剤を添加し、気泡の入った状態で圧送するもので、輸送中の気泡を安定させる必要から、高い粘性を要する。
このため、輸送距離が１０００〜１５００ｍしか確保できず、長距離輸送を行うには、中継設備を設置しなければならないという課題がある。
【０００９】
上記特許文献２では、これらの問題に対応すべく、エアモルタルまたはベントナイト中詰めエアモルタルの発泡剤として金属アルミニウム粉末を用いている。モルタルに金属アルミニウム粉末、高分子分散材、遅延材を添加して、モルタル状態で圧送する。
圧送したモルタルを中詰め充填した後、シールド内でアルミニウムが水酸化カルシウムと反応することにより水素ガスが発生し、発泡する。
モルタルを圧送する時は、モルタルに気泡が含まれていないので、高い流動性を長時間保持して輸送可能距離が延びる。
【００１０】
ただし、通常の起泡剤を用いたエアモルタルは、空気量が全体積に対して３０〜７０％であるが、アルミニウム粉末による発泡モルタルは気泡含有量が数％以下と小さいものであり、経済的に体積を確保させることや単位体積重量を低くすることよりも、充填後のブリージング量を抑制するために用いるものである。
したがって、上記特許文献２に記載の技術では、十分な体積確保や単位体積重量を抑えることができないという課題がある。
【００１１】
一方、配管敷設専用のシールドや山岳トンネルは、近年長距離化（例えば１０ｋｍ以上）してきており、エアモルタルをトンネル内に輸送するには、多段の中継設備を設置する必要がある。
そのため、中継設備を多数経由することに伴うエアモルタルの品質劣化、および輸送に係るコストの観点から課題がある。
【００１２】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エアモルタルを用いて長距離トンネル内の間隙を効率良く中詰めすることのできるトンネル内の間隙中詰め方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るトンネル内の間隙中詰め方法は、エアモルタルを用いてトンネル内の間隙を中詰めする方法であって、前記トンネル外でモルタルを製造して前記トンネル内に圧送するモルタル圧送ステップと、前記トンネル内で気泡を生成するステップと、前記トンネル内に圧送されたモルタルに前記トンネル内で生成された気泡を混合して前記トンネル内でエアモルタルを製造するエアモルタル製造ステップと、前記エアモルタルを用いて前記間隙を中詰めするステップと、を有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るトンネル内の間隙中詰め方法によれば、モルタルをトンネル外で製造してトンネル内に圧送し、トンネル内でエアモルタルを製造して中詰めを実施するので、エアモルタルを長距離輸送する必要がなく、エアモルタルの品質や輸送コストの観点から有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るトンネル内の間隙中詰め方法を実施する様子を示す図である。ここでは、シールド工法を用いたトンネル施工において、本実施の形態１に係るトンネル内の間隙中詰め方法を実施する場合を例にする。なお、シールドの径が小さく、シールド内に大型の機材を設置することができる程度のスペースが存在しない環境を想定する。
図１の上図は地上設備に設置される各機材、下図はシールド内に設置される各機材の配置と接続関係を示す。以下、図１に示す各機材等について説明する。
【００１６】
モルタルミキサー１０は、高炉セメント１１、細骨材１２、混練水１３を自動計量・混合してモルタル１４を製造する。
圧送ポンプ２０は、モルタルミキサー１０が製造したモルタル１４を、圧送管３０を介してトンネル内のミキシング装置１００へ圧送する。圧送管３０の長さは、モルタルミキサー１０とミキシング装置１００の距離に応じて定められる（例えば数ｋｍ）。
モルタルはエアモルタルと異なり非圧縮性のため、圧送ポンプはピストンポンプやモーノポンプが好適である。
なお、圧送管３０端末に流量調整弁を設け、ミキシング装置１００へのモルタル流入量を調整してもよい。
【００１７】
気泡を生成するための希釈液４３は、地上設備において起泡剤４１と希釈水４２を混合することで製造される。希釈倍率は、起泡剤の種類により２０〜１００倍に設定されている。
圧送ポンプ５０は、地上設備で製造された希釈液４３を、圧送管７０を介してトンネル内の発泡筒９０に圧送する。
圧送管７０の大きさは、希釈液４３の圧送量が少ないことより例えば１インチ管のような小径管を用いる。また、圧送管７０の長さは、希釈液４３の製造場所と発泡筒９０の距離に応じて定められる（例えば数ｋｍ）。
【００１８】
コンプレッサー６０は、圧送エアホース８０で発泡筒９０と接続され、発泡筒９０に圧縮空気を供給する圧縮機である。圧送エアホース８０の長さは、コンプレッサー６０と発泡筒９０の距離に応じて定められる（例えば数ｋｍ）。
発泡筒９０は、コンプレッサー６０より供給される圧縮空気を用いて希釈液４３を発泡させ、生じた気泡をミキシング装置１００に供給する。
ミキシング装置１００は、圧送管３０から供給されるモルタル１４と、発泡筒９０から供給される気泡とを混合し、エアモルタルを製造する。
例えば、図示したミキシング装置１００は圧送管３０の終点近傍で圧送管３０と直結するもので、大きさはモルタル圧送管３０と同径以上であり、モルタルと気泡を合流させ、モルタルの流動を利用して混合攪拌するものであり、ミキシング装置１００の終点には充填ホース１１０を取り付けてエアモルタルを所定の位置に充填する。
【００１９】
モルタルミキサー１０、圧送ポンプ２０と５０、およびコンプレッサー６０は、地上設備に設置される。発泡筒９０およびミキシング装置１００は、シールド内の充填位置近傍に設置される。
【００２０】
本発明における「製造手段」は、発泡筒９０およびミキシング装置１００がこれに相当する。製造手段の構成はこれに限られるものではなく、エアモルタルを製造することができる手段であれば、任意の構成とすることができる。
ただし、シールド内の空間が狭溢である場合には、発泡筒９０およびミキシング装置１００のように比較的小型の装置のみを分離してシールド内に設置し、残りの必要な構成はシールド外に設置することが好ましい。
【００２１】
以上、図１に示す各機材の役割と接続関係について説明した。
次に、図１に示す各機材の構成の下、トンネル内の間隙を中詰めする手順を、ステップ（１）〜（６）で説明する。
【００２２】
（１）地上の作業者は、モルタルミキサー１０を用いてモルタル１４を製造し、圧送ポンプ２０〜圧送管３０を介してミキシング装置１００に圧送する。モルタル１４の粘性は、圧送を要する距離と要求仕様に応じて適宜定める。
（２）地上の作業者は、モルタル１４を製造する際に、必要に応じて混和剤を添加し、製造されるモルタル１４に流動性と硬化遅延性を付加する。
【００２３】
（３）地上の作業者は、起泡剤４１と希釈水４２を混合して希釈液４３を製造し、圧送ポンプ５０〜圧送管７０を介して発泡筒９０に圧送する。また、必要に応じて圧送ポンプ５０と発泡筒９０の間に流量調整弁を設け、希釈液の発泡筒９０への供給量を調整する。    希釈液４３はモルタルと異なり硬化しないため、圧送管７０内に貯留することとし、作業終了後の毎日の圧送管７０の清掃は行わない。これは、シールド内に希釈液４３を貯留するタンクを置くためのスペースを確保しなくてよいようにするためである。
【００２４】
（４）地上の作業者は、コンプレッサー６０を稼動させて発泡筒９０に圧縮空気を供給し、希釈液４３をシールド内で発泡させる。発泡筒９０から発生した気泡は、ミキシング装置１００に供給される。なお、必要に応じてコンプレッサー６０と発泡筒９０の間にエアレギュレータを設け、圧縮空気の圧力を調整する。
【００２５】
（５）ミキシング装置１００は、圧送管３０から供給されるモルタル１４と、発泡筒９０から供給される気泡とを混合し、シールド内でエアモルタルを製造する。
（６）シールド内の作業者は、ミキシング装置１００が製造したエアモルタルを打設してシールド内の間隙を中詰めする。
【００２６】
以上、図１に示す各機材の構成の下、シールド内の間隙を中詰めする手順を説明した。
なお、必要に応じてモルタル１４や希釈液４３の圧送を中継するための中継ポンプを圧送経路に設けてもよい。
【００２７】
本発明に係るトンネル内の間隙中詰め方法は、トンネル内の任意の間隙を対象とすることができる。
即ち、大型の機材を設置するだけの空間的余裕がトンネル内になく、トンネルが長距離である等の理由により長距離のモルタル輸送を必要とする環境下における任意の間隙に対して、本発明に係るトンネル内の間隙中詰め方法が奏功する。
【００２８】
以上のように、本実施の形態１によれば、シールド外でモルタル１４と希釈液４３を製造してシールド内に圧送し、シールド内で発泡筒９０を用いて気泡を生成し、ミキシング装置１００を用いてモルタル１４と気泡を混合してエアモルタルを製造する。
そのため、エアモルタルをシールド内に圧送する必要がなく、エアモルタルと比較して低粘性かつ非圧縮性のモルタルをシールド内に圧送すればよいので、エアモルタルを圧送する場合と比較して長距離の輸送が可能である。
【００２９】
また、本実施の形態１によれば、シールド内でエアモルタルを製造するので、エアモルタルを長距離輸送する場合と比較して、輸送に伴いエアが消泡してエアモルタルの品質が低下する懸念がなく、品質の安定したエアモルタルを用いて中詰めを行うことができる。
【００３０】
また、本実施の形態１によれば、モルタル１４を圧送してシールド内で気泡を混合するので、モルタル１４そのものの圧送量は少なくて済む。
即ち、エアモルタルは例えば体積の半分程度が気泡であるので、同量のエアモルタルを打設地点に輸送する場合でも、エアモルタルそのものを輸送する場合と、モルタル１４を輸送して打設地点近傍でエアモルタルを製造する場合とでは、モルタルの輸送量を半分程度に抑えることができる。
したがって、シールド内でエアモルタルを製造する方が、より効率的にエアモルタルを打設地点へ届けることができ、同時間内でより大量の打設作業を実施することができる。
【００３１】
また、本実施の形態１によれば、コンプレッサー６０をシールド外に設置して発泡筒９０と接続しているので、シールド内の空間が狭溢でコンプレッサー６０を設置する空間的余裕がない場合でも、支障なくエアモルタルを製造して中詰め作業を実施することができる。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態１では、コンプレッサー６０をシールド外に設置して発泡筒９０と接続した例を説明したが、コンプレッサー６０を十分に小型化できる場合や、シールド内に空間的余裕がある場合には、コンプレッサー６０をシールド内に設置してもよい。
この場合でも、エアモルタルをシールド外からシールド内に圧送する必要がない点で、実施の形態１と同様の効果を発揮することができる。
【実施例】
【００３３】
実施の形態１〜２では、モルタル１４を地上設備で製造してシールド内に圧送することを説明した。モルタル１４は、エアモルタルよりも低粘性であり、長距離の輸送に適しているが、モルタル１４を製造する際の配合を工夫することにより、モルタル１４そのものの輸送可能距離を長くすることができる。
そこで、本発明の実施例では、モルタル１４の最適な配合について実証した結果を説明する。
【００３４】
まず、シールド内間隙の中詰めに用いるエアモルタルに必要な条件として、以下の（１）〜（６）を設定した。以下、各条件とその理由について説明する。
【００３５】
（１）再掘削可能な強度：圧縮強度ｑ＝５ｋｇ／ｃｍ２以下
将来、再掘削が必要となった場合、固まったエアモルタルを取り除く際に、掘削し易いように一軸圧縮強度を定めた。また、エアモルタルを打設する目的は配管の保護であるため、エアモルタル自体に大きな強度は不要である。そこで、上述の通り強度を定めることとした。
【００３６】
（２）ガス検知が可能な透気性を有すること：透気係数ｋ＝１．０×１０−１ｃｍ／ｓｅｃ以上
ガス管とトンネルの間隙を中詰めした後に、万が一ガス管よりガスが漏洩した際に、いち早くガス漏洩を検出することができるように、エアモルタルは通気性を確保しておく必要がある。そのために必要な透気係数として、上述の値を設定した。
【００３７】
（３）硬化による発熱量を低く抑えること：６０℃以下
エアモルタルの硬化発熱温度のピークをＰＬＰ被覆鋼管の鋼管面とプラスチックの間のアンダーコートの軟化点である６０℃より低い温度に設定してプラスチック被覆のズレを防止する必要がある。また、配管時の鋼管の伸びを抑えることも考慮した。
【００３８】
（４）導電性を有し、析出物を生じないこと
検出プローブ表面にエレクトロコーティングと呼ばれる電気抵抗の高い析出物が付着した場合には、プローブに電流が流れにくくなり、プローブを用いた電気防食管理に支障をきたす。
そこで、エレクトロコーティングが生成しないようなエアモルタル配合を選定する必要がある。なお、細骨材の中でも、石灰石はエレクトロコーティングが生じやすく、不向きであるとされる。
【００３９】
（５）充填性に優れ、空隙を生じないこと
ブリージング、消泡等が発生しない安定した材料を用いることが好ましいからである。
（６）材料分離が生じないこと
貧配合にならない安定した材料を用いることが好ましいからである。
【００４０】
図２は、上述の条件を満たすモルタル１４の配合を実証した結果を示す表である。図２（Ａ）〜（Ｃ）は条件を満たした配合、（Ｄ）は従来の配合を示す。以下、図２の各配合について説明する。
【００４１】
従来は、図２（Ｄ）の配合を基準配合としてエアモルタルを地上設備で製造し、圧送ポンプでシールド内に圧送していた。エアモルタルの粘性は高いので、１回の圧送で最大１０００ｍ程度の圧送が目安であった。これ以上の圧送を行う場合は、中継ポンプを相当数設置する必要があった。
【００４２】
そこで、実施の形態１〜２で説明したようにエアモルタルをシールド内で製造することに加え、モルタルそのものの粘性を低く抑えて圧送可能距離を長くするため、図２（Ａ）〜（Ｃ）のモルタル配合を開発した。これらの配合は、上述の条件を全て満足することを確認済みである。
【００４３】
図２（Ａ）〜（Ｃ）の配合では、高炉セメントＢ種を１４０〜１５０ｋｇ／ｍ3として硬化発熱温度を抑制する。細骨材は、析出物が生じないようにシリカ系の細骨材を２００〜２５０ｋｇ／ｍ3混合する。
空気量は目標５５％とし、界面活性剤系の起泡剤を用いる。
長距離圧送を行うため、流動性の維持と硬化遅延性確保の観点から、必要に応じて混和剤を添加する。
【００４４】
起泡剤は、希釈倍率１００倍、発泡倍率２０倍の界面活性剤系を使用したが、希釈倍率、発泡倍率が変わっても、エアモルタルの性状に大きな変化はない。また、動物タンパク系の起泡剤を使っても支障はない。
【００４５】
実施の形態１〜２で説明したように、高炉セメント、細骨材、混練水、混和剤のみを地上設備で混合攪拌してモルタル１４を製造し、シールド内の打設位置近傍に設置されたミキシング装置１００に圧送する。
また、希釈液４３を発泡させてミキシング装置１００に供給する。
ミキシング装置１００は、モルタル１４と気泡を混合してエアモルタルを製造する。
【００４６】
図２（Ａ）〜（Ｃ）の配合のモルタル１４の流動性は高く、２０００ｍ×２Ｂ管×２００リットル／ｍｉｎの圧送圧力は約Ｐ＝８ｋｇ／ｃｍ２前後で、モルタルの物性値も安定していることを実験により確認した。このことより、圧送圧力の観点からは３０００ｍの圧送も可能である。
【００４７】
以上、本発明の実施例では、流動性の高いモルタル１４の配合の実証結果を説明した。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施の形態１に係るトンネル内の間隙中詰め方法を実施する様子を示す図である。
【図２】所定の条件を満たすモルタル１４の配合を実証した結果を示す表である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  モルタルミキサー、１１  高炉セメント、１２  細骨材、１３  混練水、１４  モルタル、２０  圧送ポンプ、３０  圧送管、４１  起泡剤、４２  希釈水、４３  希釈液、５０  圧送ポンプ、６０  コンプレッサー、７０  圧送管、８０  圧送エアホース、９０  発泡筒、１００  ミキシング装置、１１０  充填ホース。
【図１】
2009249919.tif 000003
【図２】
2009249919.tif 000004