補強鉄筋区間の覆工への高充填コンクリートの適用と検証
Application of High-filling-concrete to Lining Concrete of Tunnels
山田浩幸*1

Hiroyuki Yamada

斎藤泰信

*3

Yasunobu Saitou

為石昌宏*1Masahiro Tameishi

寺西克彦

*3

Katsuhiko Teranishi

富澤直樹*2

Naoki Tomisawa

後藤裕一*4

Yuichi Goto

要旨
覆工コンクリートの流動性を高めることにより充填性の向上を図り、トンネルの覆工コンクリートの品質および耐久性を向上させる「高品質高充填覆工コンクリート工法 Ｋ－ＦＴＬ」を開発し、四国横断自動車道焼坂第二トンネル工事へ適用した。現場適用時の配合設計、施工時の型枠への配慮、長期材齢での追跡調査および工事竣工時のトンネル覆工初期点検結果について報告する。

キーワード：山岳トンネル 中流動覆工コンクリート 高流動性 高品質高耐久性

１．はじめに２．適用現場の工事概要

近年、社会インフラを構成するトンネルなどのコンクリ

2.1

四国横断自動車道の概要

ート構造物について、長寿延命化により維持管理の合理化

四国横断自動車道は、阿南市を起点として、徳島市、高を図り、ライフサイクルコストを低減することが強く求め

松市、高知市、宇和島市を経由し、大洲市に至る延長約られるようになっている。すなわち、構造物の重要な構成441km の路線である。このうち須崎新荘～窪川間は、新直要素であるコンクリートの高品質化・高耐久性化が必要と轄方式により整備され、一般国道 56 号線須崎道路を介し、なってきている。特に山岳トンネルでは覆工コンクリート

須崎東で供用中の四国横断自動車道と接続する。のはく落事故発生を契機に、新設トンネルの覆工コンクリ

この区間の整備は高規格幹線道路ネットワークの機能強ートに対して、地山の変状（崩落、変位量の増大、未収束化、および東南海・南海地震等による災害時の代替路とし等）や、充填不足による空洞等などの構造的な欠陥、あるての役割を担うとともに、高知県西南地域の発展に重要ないは品質管理上の問題などに起因するひび割れ等や、第三役割を果たすものと期待されている。焼坂第二トンネル工

者への被害を与えるはく離・はく落に対する社会的関心が事は、かつおの一本釣りで有名な中土佐町に計画された中高まり、これまで以上に覆工コンクリート施工時の品質の土佐インターチェンジ近くに位置する。

確保や耐久性の向上が重要となってきている。
これらの社会的要請に応えるため、当社は、覆工コンク

2.2

工事概要

リートの流動性を高めることにより充填性の向上を図り、焼坂第二トンネル工事は、2 本のトンネル（和田トンネ

トンネルの覆工コンクリートの品質および耐久性を向上さ

ル：Ｌ＝156ｍ、焼坂第二トンネル：Ｌ＝920ｍ）と明かりせる「高品質高充填覆工コンクリート工法工事（切盛土工 22 万ｍ3）とで構成される。

Ｋ－ＦＴＬ」

を開発し、西日本高速道路株式会社四国支社“四国横断自表 1 に工事概要を示す。

動車道焼坂第二トンネル工事：(株)鴻池組・西武建設(株)特定建設工事共同企業体”において初めて適用した。本報

3．覆工コンクリート新技術の適用

告では、現場適用時の配合設計、施工時の型枠への配慮、打設後 1 年でのひび割れ等の不具合調査結果、コア供試体3.1の強度試験などの結果について報告する。
*1 大阪本店 土木技術部

工法の目的

焼坂第二トンネル西坑口部の補強鉄筋区間（ＤⅢa:Ｌ＝*2 本社 土木本部工務管理部*3 大阪本店 土木部― 1 ―*4 高槻市(元：大阪本店 土木技術部)

鴻池組技術研究報告2009

表179ｍ）において、以下の目的で、高い流動性をも
工事名称
工事場所
工
期
発 注 者
施 工 者

つコンクリートを用いた覆工「高品質高充填覆工
コンクリート工法」を適用した。
①流動性の高いコンクリートを用いることで、これまでトンネル覆工コンクリートの課題とされてきた天端部の充填不足による空洞、ジャンカ、明かり工事

工事
内容あるいはコールドジョイント等の欠陥の発生を抑制することとし、補強鉄筋区間で、その充填トンネル延長
トンネル断面掘削工法

性と施工性の向上効果を確認した。

工事概要

四国横断自動車道 焼坂第二トンネル工事
高知県高岡郡中土佐町久礼
2006/3/28～2009/3/11
西日本高速道路株式会社 四国支社(株)鴻池組・西武建設(株)特定建設工事共同企業体
切土：22 万ｍ3，盛土：10 万ｍ3，補強土壁工：387ｍ2
C-BOX：1 基（Ｌ＝41.7ｍ）
和田トンネル 156ｍ，焼坂第二トンネル 920ｍ
掘削断面積：81.2ｍ2 ，仕上り内空断面積：72.3ｍ2
NATM，補助ベンチ付き全断面掘削工法（発破掘削），ショートベンチ工法（機械掘削）②強度増加による、地山の変形に起因する覆工変状発生への抑制効果と耐久性向上効果を確認し値 15cm からスランプフロー値 45cm までの広い範囲のコた。

ンシステンシーを自在に調整、管理することが可能な配合とした。

3.2工法概要④今回の適用では、膨張材を添加することにより収縮補償

今 回 の 焼 坂 第 二 ト ン ネ ル の 設 計 配 合 は 、 T1-1 （ σコンクリートとした。膨張材は(株)デンカ

228=18N/mm 、スランプ 15±2.5cm、Gmax=40mm）である。この配合のうちセメント量を増加した T3-2（σ28=30N/mm2、⑤粗骨材の最大寸法は 20mm とし、鉄筋区間での充填性向上

スランプ 15±2.5cm、Gmax=20mm）相当をベースとして、単位水量、単位セメント量、および細骨材率を同一とし、スパワーCSA

タイプ R を使用した。に配慮した。
⑥コンクリートに使用する材料は、通常の生コン工場・設ランプ 18±2.5cm（以下、「S18」とする）とスランプフロ備で供給できるものを用いた。

ー40±5cm（以下、「F40」とする）の異なる流動性を持つ２⑦フライアッシュ、石粉、あるいは補強繊維などの混和材種類のコンクリートを配合設計した。繊維補強材の添加は、を用いる配合への変更が容易に対応できものとした。

設計配合と同様に行っていない。

表 2 に配合条件を、表 3 に配合表を示す。

この 2 種の配合では、より流動性の高い F40 の方が充填

膨張材の添加量は、土木学会コンクリート標準示方書構性に優れるが、型枠に作用する圧力が大きいこと、およびコストが高いことが課題となる。そこで、トンネル覆工用

表2

配合条件型枠（以下、セントルと称す）の補強を不要とするとともコンクリートの流動化覆工

高スランプに、コスト低減を図るために、打ち始めからアーチ肩部ま種別

コンクリートコンクリート

（F40）

（S18）

項目

でを S18、アーチ肩部から天端部打ち終わりまでを F40 を使用して、同一スパン内で流動性状の異なるコンクリートを使い分けて打ち重ねた。
3.3

粗骨材最大寸法(mm)2020

スランプ（cm）

21±2.518±2.5

スランプフロー(cm）45±7.5-

無振動

260 以上-振動後 500mm から 750mm までの配合上の特徴
L 型フロー

配合上の特徴を以下に示す。

振動到達速度 6.4cm/s 以上（mm）①(株)高速道路総合技術研究所において開発が進められて振動

かついる中流動覆工コンクリートの要求性能（案）1）に準拠

こと
U 型充填性高さした。

[障害無し] (mm)②所定の性状が得られるように単位結合材量を調整し、高性能 AE 減水剤（(株)フローリック-750mm 以上流動して分離がない

空気量（％）

280 以上-4.5±1.5

4.5±1.5SF500）
表3を用いて単位水量の低減を図ることで、優れた流動性と分離抵抗性を併せ持ったコンクリートとした。
③単位水量、単位セメント量、および細骨材
率 S/a を変化させることなく、高性能ＡＥ
減水剤の添加量の調整のみによりスランプ

種類

W/PS/a（％） （％）

F40
S1847.3
47.3

47.047.0

配合表
単位量（kg/m3）

WC

EX

S

GSP

AE 剤

175
175

350
350

2020802
802

929
929

5.18
2.963.5A
2AP；結合材(C+EX)，EX；膨張材，SP；高性能 AE 減水剤― 2 ―補強鉄筋区間の覆工への高充填コンクリートの適用と検証

造性能照査の収縮ひずみの算定式に基づき、今回の配合で

例 2）3）や土木学会での覆工打ち重ねに関する研究の発表論の収縮ひずみの最終量を以下のように想定し、設定した。

文 4）を参考として、模擬型枠を用いた実証試験により、打①湿度 60％での養生条件による供試体（100×100×400）

ち重ねる各々のコンクリートの強度特性、一体性、およびの収縮量算定値（参考）仕上がりなどに問題がないことを確認することとした。

ε'sh①=779μ

打ち重ね部に関しては、図 1、写真 1 に示すように、打ち重ね部を含めてバイブレータで十分に締固めを行った場②覆工実物寸法での収縮量算定値
ε'sh②=230μ合（ケース A）と、打ち重ね部にバイブレータを挿入せず3かつ振動時間を 1～3 秒程度としてほとんど締固めを行わ準拠した試験結果ない場合（ケース B）の２ケースについて試験を実施した。

③膨張材を 20kg/m 添加した配合に対する、JIS A 6202 に

なお、打ち重ね部のコンクリート打設方法は実施工に合わ

膨張率＝203μ（材齢 7 日、平均値）
これらの結果より、③の試験結果は、②実物での収縮量せ、生コン車の入れ替え等の時間ロス 10 分を考慮した。

算定値をほぼ相殺しており、収縮補償コンクリートとし適3.4.2用できるものと判断した。

1)

試験結果

圧縮強度・割裂引張強度
供試体採取位置および試験箇所を図 2 に、試験項目とそ3.4の結果の一覧を表 4 に示す。

打ち重ねの事前確認試験

3.4.1

圧縮強度試験は JIS A 1108 に、割裂引張強度試験は JIS

事前実証実験

本工法は流動性の異なる S18 と F40 を打ち重ねることにA 1113 に準じた。打ち重ね部を含んだ供試体（写真 2）を特徴があるが、これまで覆工コンクリートの実施工におい含めて、締固め方法やコンクリートの配合(流動性)に関わては流動性の異なる２種類のコンクリートを打ち重ねた事らず、圧縮強度（材齢 28 日コア供試体、φ100mm）は 48N/mm2例は報告されていない。そこで、明かり構造物における高流動コンクリートと普通コンクリートの打ち重ね施工の事

青枠；リF40

バンドハ

コア採取位置

ンマーにコンクリート投入箇所

よる反発度の測定

打ち重ね部

バイブレーター

1800

F40

打ち重ね面

S18S18

図2400A)打ち重ね箇所をB)打ち重ね箇所にはA） 打ち継ぎ箇所をB） 打ち継ぎ箇所にはﾊﾞｲﾌﾞﾚｰﾀで締固める場合バイブレータを挿入しない場合バイブレーターで締め固める場合 バイブレーターを挿入しない場合

図1

割裂引張強度（N/mm2）

打ち重ね実験モデル
ケースＡ

Ｆ40

試験項目および試験結果（平均値）
打ち重試験項目
ケース
F40 部
S18 部
ね部
圧縮強度（N/mm2）施工実験モデル図

締固め施工性確認モデル

ケースＢ

Ｆ40

ﾘﾊﾞｳﾝﾄﾞﾊﾝﾏｰ
反発度

Ｓ18900

写真 1

F40

1800

S18

事前実証実験供試体
― 3 ―

AB
AB
AB

48.7
48.8
3.66
3.68
39.2
38.9

47.448.73.483.7040.341.048.347.53.563.5038.939.4

写真 2 割裂引張強度試験用コア状況φ150（打ち重ね部）↓矢印は割裂荷重方向を示す．

Ｓ18400

供試体採取位置および試験箇所

表418001800

圧縮強度コアφ100
割裂強度コアφ150鴻池組技術研究報告

2009

程度、割裂強度（同上、φ150mm）は 3.6N/mm2 程度であった。打ち重ねの影響はなく均一な状態であることが確認できた。以上のことにより、実構造物へ適用しても構造の一体性・均一性は確保できるものと判断した。なお、試験結果からはバイブレータによる締固めをほとんど行わなくてもよい結果となったが、実施工においてはバイブレータを十分に使用することとした。
2)

線膨張係数
打ち重ね試験時に採取したコアの線膨張係数の長期測定を実施した（写真 3）。本試験においても、打ち重ね部を含

写真 3

んだ供試体を含めて、締固め方法やコンクリートの配合(流コア供試体の養生、および線膨張係数測定状況
ス ラン プフ ロー 試 験動性)に関わらず、材齢 91 日、180 日において線膨張係数＝8.56×10-6/℃が得られた。したがって、現地の覆工についても S18、F40 および打ち重ね部で温度変化による有害な応力の発生はないと考えられる。
3.5

現場への適用写真 4 に、現場適用時の受入れ検査状況写真を示す。本施工時には(株)高速道路総合技術研究所の中流動覆工コン
Ｌ型
フロー試験

クリート開発担当の馬場氏の立会いを受けた。いずれも、所定の品質のコンクリートを受け入れることができた。
3.5.1

実施工時の圧力測定

図 3 に、セントルの設計荷重条件、配合の切替位置、および圧力測定位置を示す。セントルの構造計算は、図中の荷重条件を考慮し、コンクリート圧力(側圧)はコンクリー
ト標準示方書の圧力(側圧)算定式を準用し設計荷重とした。
本工法では流動性の高いコンクリートを使用するため、圧力が設定よりも高くなることが懸念された。そこで、S18を対象とする SL 部と 2 段目部、および F40 を対象とする肩Ｕ型 充填 性試 験部の計 3 測点で圧力を測定した。なお、コンクリートの打設速度は、コンクリート打込み温度を考慮しセントルの設

写真 4

受入れ検査状況計荷重を超えない速度とした。
3.5.2

圧力測定結果コンクリート圧送荷重 （W1)KN/ｍ2

圧力測定は、高品質高充填覆工コンクリートに対してコンクリート圧送荷重 （W2)KN/ｍ2

NO.2～7 の 6 スパンで、標準配合に対して NO.9 と NO.12 の上部枠自重 （W3)KN/ｍ22 スパンで実施した。高品質高充填覆工コンクリート、および標準配合コンクリートの測定結果の一例を、それぞれ
図 4、および図 5 に示す。図中の実線折れ線は、コンクリート圧力が液圧分布で作用すると仮定した場合の SL 部のF40H(m)

S18測圧（P)kN/m2

肩 部

圧力計算結果で、実際の打上り速度を基に計算した値であ2段目部る。
1)

S.L

高品質高充填覆工コンクリート

SL部

SL 部の圧力は、打上りに応じて圧力も増加し、ほぼ設計荷重で一定となる。打設終了までに設計荷重を超えた圧力は作用していない。

― 4 ―

図3

セントルの設計荷重条件、配合の切替位置
および圧力測定位置

補強鉄筋区間の覆工への高充填コンクリートの適用と検証

2 段目部の圧力も SL 部と同様な傾向を示す
が、SL 部より圧力が高い傾向にある。配合を切替えた後に、一部設計荷重を越えた。また、標準配合に比べて、5 割ほど大きい値を示した。肩部の圧力は、打設終了までに設計荷重を超えることはなかった。
いずれの測点も、打設終了後に圧力が増える傾向を示している。これは、膨張材による影響と推測される。
2)

標準配合
SL 部の圧力は、打設終了前にわずかに設計荷重を超えた。2 段目部、および肩部の圧力は、打設終了まで設計荷重を越えることはな
図4

かった。
3.5.3

高品質高充填覆工コンクリートの圧力測定結果

圧力測定結果の考察

肩部までの S18 使用区間、および肩部から打設完了までの F40 使用区間のいずれにおいても、わずかに設計荷重を超えた圧力が測定されている。しかし、セントルの強度計算上は、仮に作用圧力が 1.5 倍であっても構造部材に生じる応力は労働安全衛生規則上の型枠支保工に使用する鋼材の許容応力度内に収まるため、従来のセントル設計方法で問題はないと判断した。
3.6

長期材齢試験（圧縮強度・静弾性係数・線膨張係数）
打ち重ね試験時に採取した各々部位のコア
図5の長期材齢（材齢 360 日）での線膨張係数の標準覆工コンクリートの圧力測定結果測定結果、および圧縮強度試験結果を表 5 に示す。

表5

供試体は、大阪市内において、約１年間、屋外で気中養平均
圧縮強度（N/mm2）

平均静弾性係数（N/mm2）

材齢360 日

360 日

360 日

Ｆ４０12.649.432,595Ｓ１８12.147.331,782

生していたものであり、貫通したトンネル現場の覆工コンクリートの状態とほぼ同様と考えられる。
平均圧縮強度は、S18 が 47.3N/mm2、F40 が 49.4N/mm2 であった。
平均静弾性係数は、S18 が 3.18×104N/mm2、F40 が 3.26

長期材齢試験結果

平均線膨張係数（×10-6/℃）×104N/mm2 であった。これらの値はコンクリート標準示方書に記載される強度と静弾性係数の関係式から算出した結両配合で値に差異がないことから、双方のコンクリートは果とほぼ一致しており、一般的な範囲に収まっている。ま温度変化の影響に対して一体となり挙動すると考えられる。

た、配合に関わらず、圧縮強度、および静弾性係数共に概ね同様の数値であり、両者には、違いがみられないことか

3.7

トンネル初期点検結果

ら、双方の物性は同一の力学的性状であると考えられる。

本トンネルの竣工引渡し前に、トンネル初期点検として

平均線膨張係数均は、S18 が 12.1×10-6/℃、F40 が 12.6

覆工コンクリートの不具合調査を実施した。初期点検は西-6×10 /℃であり、いずれも、一般的はコンクリートに対し-6て示されている値 10×10 /℃と概ね一致している。また、

日本高速道路エンジニアリング四国(株)へ委託し、デジタルカメラを用いた「トンネル損傷計測システム」で行った。

― 5 ―鴻池組技術研究報告2009

同システムは、以下の方法で覆工コンクリートの初期状

表6点検結果と補修率態を厳密に記録するものである。

区間項目

ひび割れ

豆板

①事前に専門の点検員による目視およびハンマー打撃検査

未適用

不具合発生

6730を行い、覆工の不具合箇所を白チョークでマーキングし857ｍ

補修実施

22

補修率33%

適用

不具合発生

463ｍ

補修実施

0No2～7

補修率0記録する。
②高性能な魚眼レンズを搭載したデジタルカメラで１スパン毎にデジタル写真を撮影する。

はく離 その他
1354288%
003

空洞

漏水

114110100%

71%00300100%00③デジタル歪み補正により展開写真を作成する。
④展開写真を元に、発注者の様式に従った記録票を作成す

打ち重ね位置る。

F40表 6 に、点検結果と補修率をまとめて示す。これらより以下のことが言える。
・高品質高充填覆工コンクリート適用区間での不具合は、

S18インバートの拘束による覆工脚部の鉛直ひび割れが 4 箇

S18所（0.2ｍｍ以下）発生しただけである。また、このひび割れは覆工の性能、機能に問題がないため補修を実施していない。このため、未適用区間と比較した場合、補修

写真 5率が大きく低減している。

覆工コンクリートの出来形・肩部から天端部にかけて空洞、はく離、および豆板が発生しておらず、未適用区間と比較した場合、良好な仕上４．おわりにがりであることが確認できた。
覆工コンクリートの流動性向上による充填性の改善によ
3.8り、補強鉄筋区間の覆工コンクリートの密実性・緻密性が本工法の効果

以下に、高品質高充填覆工コンクリートを現場に適用し向上し、有害なひびわれの発生を低減できた。また、今回た結果、確認できた効果をまとめて示す。

使用した２配合は、打ち重ねても品質に差異を生じず、品①異なる流動性のコンクリートを打ち重ねたが、品質、お質の均一性・一体化に何ら問題がないことを確認できた。
今後、断面変化部、妻部隅角部、箱抜き部などコンクリよび仕上がりは均一であった（写真 5）。
②補修を必要とするひび割れが発生せず、仕上がり・品質ートの充填性に課題がある箇所へ適用することで、覆工全に優れた覆工コンクリートを構築できた。

体の品質・耐久性の向上を図ることができると考えられる。

③異なる流動性のコンクリートを打設部位で使い分けるこ
参考文献とで、既存セントルの補強が不要であった。
④標準的な覆工コンクリートの施工工程で施工することが1）馬場弘二、伊藤哲男：中流動覆工コンクリートの開発検できた。

討、土木学会第 60 回年次学術講演会講演概要、6-010、本工法の主目的である充填性の向上効果を数値的に評価

pp.19-20、2005.9することは困難であるが、打設時の状況と、覆工作業員へのヒアリングにより、天端部における吹き上げ口からの打

2）安部光史、川上正史：超流動コンクリートと普通コンク設に関して以下のことが明らかとなった。

リートの打継ぎに関する一考察、土木学会第 48 回年次・流動時の抵抗が少なく、吹上げ口周辺の鉄筋へのコンク

学術講演会講演概要、V-175、pp.376-377、1993.9
3）楠見正人、水町実：配水場施設築造における高流動コンリートの回り込みが良い。

クリートの適用、土木学会第 58 回年次学術講演会講演・短時間のバイブレータ作業でコンクリートが鉄筋背面ま概要、V-551、pp.1099-1100、2003.9

で回り込み、締固めの作業性に優れる。
・流動性があるが粘性があるため骨材等の分離が見られず、

4）馬場弘二、伊藤哲男、城間博通：トンネル覆工コンクリ

ブリージングがほとんど発生しない。

ー ト の 打 重 ね に 関 す る 実 験 的 研 究 、 土 木 学 会論 文 集

これらのことより、良好な作業性を有すること、および

NO.735/Ⅵ-59、65-74、2003.6

その結果として充填性に優れた工法であったと考えられる。

― 6 ―