温度制御噴霧式覆工コンクリート養生工法の開発
Curing Method of Tunnel Lining Concrete using Temperature Controlled Mist
後藤裕一*1

Yuuichi Gotoh

小山起男*3

Tatsuo Koyama

山田浩幸*1

Hiroyuki Yamada

石川富澤直樹*2

Naoki Tomisawa

恭義*3

Yasuyoshi Ishikawa

要旨
山岳トンネルの覆工コンクリートを養生する方法として、シートで密閉した空間に養生に適した温度に制御した水を噴霧する工法「K-tics」を開発した。本報告では、本工法の開発背景、工法概要、室内試験結果、数値解析結果、および現場での実証結果の速報を報告する。それぞれの試験等の結果、覆工コンクリートの品質向上に大きな効果があることが確認された。

キーワード：覆工コンクリート 養生 温度制御 噴霧 ひびわれ 圧縮強度 温度応力１．はじめに備が導入され、貫通前においても良好な養生環境にあるとは言えなくなっている。さらに、トンネル断面の大断面化

現在の山岳トンネル標準工法である NATM では、一般に覆に伴う覆工厚さの増大、設計強度を確保するための単位セ工には力学的な機能が期待されない。そのため、覆工はメント量の増大など、コンクリートの養生に対して厳しい30cm 程度の厚みの無筋コンクリートで構築され、「化粧巻条件となるケースが増えてきている。一方、グリーン購入き」と呼ばれることもある。しかし、鉄道トンネルや道路法に基づく資材調達の中で、高炉セメントの利用促進が図トンネルでのコンクリートの剥落事故や、昨今のコンクリられてきた。高炉セメントは水和熱抑制効果や長期強度のート構造物の長寿延命化を求める気運を背景に、山岳トン増進効果があるとされている反面、養生状態によっては初ネルの覆工においてもコンクリートの高品質化、高耐久性期強度発現の遅延や乾燥収縮量の増大などによる覆工コン化が求められるようになってきた。その結果、一般の RCクリートへの影響が懸念されている 2）。

構造物では当たり前であったものの、これまで山岳トンネ

これらの様々な条件下では、これまでの養生が十分でなルの覆工ではあまり重視されていなかったコンクリートのい覆工コンクリートに、乾燥収縮ひび割れや温度応力に伴“養生”が必要となってきている。

うひび割れなどが生じている。これらのひび割れは、一般

そこで、覆工コンクリートの初期のひびわれ発生を抑制の無筋区間においては剥離・剥落の、補強鉄筋区間においし、高品質化を図る「温度制御噴霧式覆工コンクリート養てはさらに塩害や中性化の原因となり、安全性や長期耐久生工法（K-tics）」を開発し、その効果を実証した。

性に問題が生じる要因となる。
ひびわれの発生を抑制するには、

２.現況と課題・乾燥収縮を抑制すること
・強度、特に引張強度をあげること

これまで、トンネル新設時の覆工コンクリートについては、トンネル坑内の温度がほぼ一定で、かつ高湿度状態にが主対策となるが、覆工コンクリートを養生する方法として、以下のような方法が開発適用されている。
①風船等の空気膜による覆工コンクリート表面の密閉養あるなどの理由により、特別な養生は必要ないとされてい生た。さらに、施工時の経済性や工期の問題から、コンクリ②乾燥収縮低減剤等の被膜養生材の表面への撒布もしく

ート打設後 24 時間以内での早期脱枠が一般的に実施され
1）は塗布。てきた 。
しかし、実際には、トンネル貫通後は坑内に通風が発生

これらの方法はいずれもコンクリート表面からの水分のし、急激な温度変化や乾燥の原因となっている。また、近蒸発を防ぎ乾燥収縮の低減を主目的としたものであり、強年、トンネル坑内作業環境改善を目的として大容量換気設度増進に関わる水和反応を積極的に促進するものではない。

*1 大阪本店

土木技術部*2 土木本部

工務管理部*3 山陰支店― 11 ―

土木部

鴻池組技術研究報告

また、実際の施工においては、①では台車の据付・移動時

3.2

2008

養生台車および温度制御システム

図 3 に示すように、養生台車には遮水シートおよび端部の養生中断による乾燥、②では養生被膜の均一な形成が困難であることなどの課題がある。

締め切り用の空気充填膜が取り付けてあり、コンクリートそこで、図 1 に示すように、との間に 30～60cm 程度の密閉された養生空間を確保する・セントル脱枠後に覆工全面を覆うシートを有した台車ことができる。養生台車には噴霧装置が取り付けられておで密封養生するり、養生空間内に霧を発生させることで湿度 90～100％の・コンクリート面に、温度調整を行った微粒の水を噴霧湿潤状態に保つ。
噴霧水の温度を、スパン毎に打設時の温度条件や材齢等し湿潤状態を維持することにより、乾燥収縮を低減すると共に、コンクリート材を考慮して個別調整することが可能で、これにより養生温齢初期の水和反応を促進する養生方法を研究・開発し、そ度を制御し、コンクリートへの急激な温度変化を与えるこれを「温度制御噴霧式覆工コンクリート養生工法（K-tics）」となく最適な養生状態を保持することが可能となる。と命名した。
本報告では、養生方法の概要および養生条件の違いによるコンクリートの強度特性について比較検証した実験および温度応力解析による検討結果について述べる。

ノズル噴霧状況

図 3 養生台車断面図
3.3噴霧養生の手順

本工法による養生の手順は以下のとおりである。
①覆工コンクリートの打設には全断面スチールフォー

図 1 養生台車と噴霧ノズル（ＣＧ）ムセントルを使用し、通常と同様の打設方法で施工す

３．温度制御噴霧式覆工コンクリート養生工法

る。
②セントル型枠は、打設したコンクリートが所定の強度3.1に達したことを確認した後に脱枠する。

養生技術の概要③脱枠後、セントル型枠は次打設スパンへ移動・据付を本工法は、図 2 に示すように、覆工用セントルの後方に、行なう。

セントルと同じ 4.5m 幅のレールゲージを有する、3 スパン④脱枠後、覆工コンクリートの出来形確認検査完了後、相当の移動式養生台車を連結させることにより、コンクリ当該スパンへ噴霧台車を移動・据付を行なう。

ートを一定期間、湿潤状態で養生できるように工夫した工⑤噴霧台車の据付後、セントルの端部とシートを接続し、法である。

噴霧台車後端部をエアーバルブにより締め切り密閉後、噴霧養生を開始する。
標準的な覆工コンクリートの打設サイクルは、2 日に 1回、すなわち 1 週間に 3 スパン分の打設である。噴霧台車の延長は、覆工用セントルの 3 スパン分（L=10.5m の場合、31.5ｍ）としたため、休日を含めて、コンクリート標準示方書における標準養生期間である 1 週間（7 日）における
図 2 養生概要

湿潤養生が可能となる。

― 12 ―

温度制御噴霧式履工コンクリート養生工法の開発

3.4

噴霧装置

噴霧装置は加湿器や加熱器ではなく工業用微霧発生用ノ

温度制御盤

ズルを用いることにより、粒形 45～60μm 程度の微粒の霧を発生させる。微粒の霧は密閉空間に浮遊するため、アー給水タンク

チ状の養生空間全体を均一に、湿度を 90～100％程度に保持することができる。
3 スパンの養生に必要な水量は 144ℓ/時間程度の少ない供給量でまかなえる。また、一般の散水養生のように粒形温度知ｾﾝｻｰﾗｲﾝの大きな水を散水しないため、コンクリート表面の水によ給水ポンプ

る洗われによるコンクリート成分の逸失、強度低下や、筋状の水だれ跡等美観の低下などがない。
3.5

養生状態の設定と管理

写真 1 温度制御装置および給水設備

養生状態の設定と管理は、図 4 に示すフローで実施する。
まず養生状態、すなわち養生温度の設定は、事前に行う覆４.効果確認室内実験

工コンクリートの打設条件、配合、トンネル坑内温度等を考慮した温度応力解析による養生温度シミュレーションの4.1

結果に基づいて行う。このシミュレーションに基づき最適

4.1.1

養生温度の設定を行なう。

実験方法
実験項目

実験は、強度特性を比較検討するために、①圧縮強度試

次に、養生時には、写真 1 に示す温度制御装置により、験、②引っかき試験、③シュミットハンマー試験（反発度）

予め設定された養生温度に合うように自動的に噴霧温度がの３項目について、またコンクリート細部構造の緻密化を調整される。

検討するために、水銀圧入式による空隙率測定試験を実施した。
本工法の効果を確認するために、写真 2 に示すように、

Ⅰ.温度解析による養生温度シミュレーション
最適な養生条件の設定のためには，材齢とともに変化する覆工コンクリートの温度変化にあわせた養生温度の設定が必要。

供試体での要素実験を実施し、養生方法の違いがコンクリートの強度特性等に与える影響について検討を行った。

Ⅱ.打設温度，目標養生温度の決定
打設温度の設定や，温度解析結果に基づく最適養生温度の設定により，温度変化に伴う引張応力の発生を低減。
Ⅲ.養生時の計測管理と養生温度自動調整
コンクリート打設後７日までの養生期間においては，温度センサーにより実養生温度の計測を行うとともに，計測結果に連動して自動的に温度調整を実施
Ⅳ.覆工コンクリートの品質向上の実現
温度の制御，湿度維持により最適な養生管理の結果として表面の緻密化，強度発現の増進により表面の欠陥の発生を低減。覆工コンクリートの品質性能の向上を図る。
図 4 養生管理フロー

写真 2 供試体要素実験
4.1.2

配合

コンクリートの配合は、表 1 に示すように、一般的なトンネルの覆工コンクリートと同等配合であるレディーミク― 13 ―

鴻池組技術研究報告2008

これらのことより、材齢７日まで噴霧養生を実施するこストコンクリートの 24-15-20BB とした。とが、コンクリートの強度発現に極めて有効であることが
表 1 コンクリート配合
最大スランプ確認できた。これは、材齢７日までの初期材齢中のコンク

水セメント 細骨材率

骨材寸法

比単位

AE 減水剤

セメント量

リート表面からの水分の逸脱をなくなること、および水分供給により、コンクリートが緻密化したことによると考え

(mm)

(cm)

(%)

(%)

(kg)

(kg)

2015±2.5

55.0

44.3

3290.823

られる。
504.1.3

標準養生

45

養生条件

40で 20℃の恒温室で養生した後、一般的な NATM によるトン35

圧縮強度（N/mm2)

供試体は、コンクリートを打ち込み、型枠を付けた状態ネル施工での覆工コンクリートの脱型時期を考慮して脱型した。その脱型時期は、脱型強度（2N/mm2 程度）を確認した結果、材齢 18 時間とした。その後、各々の供試体について、表 2 に示す噴霧養生、気中養生（50、70、90%RH）、標噴霧養生
気中90％
気中70％

30

気中50％

25

基準24N/mm2

201510

準水中養生の５種類の養生を所定の試験材齢まで実施した。

5

なお、何れの養生も 20±3℃の恒温室内で実施した。

0噴霧養生では、実際のシステムで使用する噴霧ノズルを020用い、20±3℃の水道水を材齢７日まで噴霧し続け、その後

4.2.2

表 2 養生条件

養噴霧養生

生
方気中養生

法

～7～28

噴霧

気中(70%RH)

90%RH

気中(90%RH)

70%RH

気中(70%RH)

50%RH

気中(50%RH)

標準養生
4.2
4.2.1

80100

図 5 圧縮強度試験結果

は気中養生（20℃、70%RH）を実施した。

材齢(日)

4060
材齢（日）

引っかき試験結果

図 6 に引っかき試験（表面強度）の結果を示す。なお、引っかき試験器（写真 3）は、日本建築仕上学会式 3）のものを使用し、引っかき幅は、クラックスケールを用いて測定した。
(1)気中養生
引っかき圧の大きい 0.10MPa での引っかき幅の値に着目

水中(20℃)

すると、気中養生（70%RH）の表面強度は、材齢が経過してもあまり増加が見られない

実験結果(2)噴霧養生

圧縮強度試験結果

材齢７日以降は噴霧を実施していないにも係わらず、材

図 5 に圧縮強度試験結果を示す。

齢の経過に伴い表面強度が大幅に増加（緻密化）すること(1)気中養生
気中養生の供試体の圧縮強度は、湿度の影響を大きく受け、湿度が低いほど強度発現が低い。また、湿度の高い 90%の環境下でであっても、材齢 28 日で 27.1N/mm2 であり、標が確認できた。
これらのことより、表面強度は若材齢時の養生条件の大きな影響を受けることが判った。

準養生の８割弱の強度であった。

0.5

面からの水分の逸脱により水和反応が阻害され、強度発現が低下したと考えられる。
(2)噴霧養生
噴霧養生の供試体は、強度発現が早く、かつ噴霧養生を引っかき幅(mm)

気中養生では、湿度を高く保持しても、コンクリート表実施しない材齢 7 日以降も強度が増加する。材齢 28 日では35.4 N/mm2 であり、標準水中養生（20℃恒温水槽内）と同程度である。

気中（引掻圧0.10）
噴霧（引掻圧0.10）
気中（引掻圧0.05）
噴霧（引掻圧0.05）

0.4
0.3
0.2
0.1
07

材齢（日）

28

図 6 引っかき試験（表面強度）結果― 14 ―

温度制御噴霧式履工コンクリート養生工法の開発

累加有効細孔量（cc/g）

与 4)5)していることがわかる。

写真 3 引っかき試験器

0.25

材齢7日表層試料

0.2W7OUT
D7OUT

0.150.10.050104.2.31001000

シュミットハンマー試験

図 7 にシュミットハンマー試験（反発度）の結果を示す。
体を載荷試験機で固定し、側面と底面を対象としハンマーの反発度を測定した。
これによると、材齢 3 日～28 日の全材齢において、気中養生に比較して、噴霧養生による反発度の増加が認められ

0.25
累加有効細孔量（cc/g）

シュミットハンマーは低強度用Ｐ型を使用した。角柱供試

10000
100000細孔直径（Å）

1000000 10000000

材齢7日内部試料

0.2W7IN
D7IN

0.150.10.050た。これにより、噴霧養生により表面部の強度増進が促進

101001000されていることが確認された。

10000
100000細孔直径（Å）

1000000

1000000060

噴霧底面50
反発度

累加有効細孔量（cc/g）

0.25

噴霧側面

40気中底面

30気中側面

材齢28日表層試料
0.2

W28OUT
D28OUT

0.150.10.052001010100

1000

10000
100000細孔直径（Å）

1000000

10000000

010200.2530

材齢（日）図 7 シュミットハンマー試験（反発度）結果
4.2.4

空隙率（ポロシティー）測定試験

材齢 7 日、28 日の供試体の表層及び内部から、粒径 2.5累加有効細孔量（cc/g）

0

材齢28日内部試料
0.2

W28IN
D28IN

0.150.10.05
0～5.0mm に粒度調整をした破砕試料を採取し、アセトンで10100水和反応を停止させ、水銀圧入式ポロシメータによる有効1000

10000
100000細孔直径（Å）

1000000

10000000

細孔量測定を行った。図 8 に、空隙率試験結果を示す。図
図 8 空隙率（ポロシティー）測定結果

中、記号 W、7、OUT 等はそれぞれ養生条件（W：噴霧養生、D：なし）、材齢（7 日、28 日）、試料採取位置（OUT:表層、５.数値解析による効果の検証

IN：内部）を示す。
(1)気中養生
養生なしでは 1000Å以上の細孔割合が多く、材齢 28 日5.1でも粗な状態が続く。

温度応力解析による解析手法

覆工コンクリートについて、温度応力を考慮したひびわ

また、噴霧養生と比較して、表層と内部の細孔構造の差れ解析を実施した。

異が大きい。

コンクリート打設後材齢 7 日以内の初期段階のひび割れ(2)噴霧養生発生の原因になると考えられる作用応力として、脱枠後の養生なしと比較して細孔構造が緻密化している。

覆工コンクリートの自重による発生応力、および水和熱にまた、表層と内部の細孔構造の差異が小さい。

よる温度応力の影響を考慮した。解析には、コンクリート

これらより、噴霧養生は、表層及び内部の水和反応に寄の非線形温度応力解析が可能な 2 次元有限要素解析コード― 15 ―

鴻池組技術研究報告

ASTEA-MACS（Ver.5.0；計算力学研究センター）を用い、コ

2008

5.4

入力条件

表 3 に解析に用いた物性値 6)を示す。

ンクリートの温度によるヤング係数の変化を考慮したコンクリート温度応力解析をおこなった。

表 3 解析入力物性値

本解析により、噴霧養生の温度を５、10、15、20 および30℃とした場合について、ひび割れ指数を算定した。
5.2

解析モデル

図 9 に、本検討で用いた解析モデルを示す。形状は一般的な２車線道路トンネル断面とし、覆工コンクリートの厚みは 30cm、補強鉄筋はないものとした。モデルは平面ひずみ要素とし、鋼製支保工、吹付けコンクリートおよびロックボルト等の支保部材は考慮しなかった。
インバートコンクリートは、覆工コンクリートに先行して打設され、強度発現および発熱は終了しているものとした。また、覆工コンクリートが外接する吹付けコンクリー

項 目
数 値 等
セメントの種類
高炉セメントB種
単位セメント量278-0.902t
断熱温度上昇式
Q(t)=42.8×（1-e）
坑内温度15（一定）
コンクリートの打設温度20
熱伝導率 コンクリート
2.7
地盤
3.2
比熱コンクリート
1.15
地盤
0.79
線膨張率 コンクリート
10×10-6-6
地盤
8.0×10熱伝達率 セントル
14
脱型後（大気）14地盤
2

単位kg/m3℃℃
W/m℃
kJ/kg℃/℃
W/m2℃

ト面は、アイソレーションシートにより拘束を受けないも5.5のとした。

解析結果

一例として、打設温度 20℃、坑内温度 15℃としたケースについて、噴霧養生温度を５、10、15、20 および 30℃とした結果を図 11 に示す。
着目点

本条件では、ひび割れ指数は、養生温度 15℃の場合に最大の 1.7 となり、ひび割れの発生がほぼ抑制できる結果と覆工コンクリートなった。しかし、養生温度が 15℃から低温側・高温側いずれの方向にも離れるにつれてひび割れ指数が小さくなることから、養生温度を適切に保つことがひび割れ発生の抑制

ｲﾝﾊﾞｰﾄに対して有効であることが確認できた。
3引張強度発現2.5地盤2

図 9 解析モデル
応 力 （ N / m m 2)

5.31.5

解析ステップ解析ステップは、図 10 に示すように、実際の覆工コンクリ－トの打設にあわせ以下の施工サイクルを解析ステップ

1
温度応力0.500に組み込んだ。

1020①コンクリート打設（7ｈ）9：00～16：00-15℃（応力）10℃（応力）15℃（応力）20℃（応力）30℃（応力）5060

5℃（引張強度）
10℃（引張強度）
15℃（引張強度）
20℃（引張強度）
30℃（引張強度）

材齢(日）

図 11 温度応力解析結果③脱枠（1ｈ）翌日 10：00～11：00
翌日 11：00～7 日間

40-1.5②セントル養生（18ｈ）16：00～翌日 10：00④養生開始

30

ひび割れ指数一覧
養生温度5℃：1.01
10℃：1.31
15℃：1.70
20℃：1.64
30℃：1.45-0.5

６.現地適用結果(速報)

図 10 解析ステップ

現在、島根県発注― 16 ―

国道 488 号長沢バイパス改築（改良）温度制御噴霧式履工コンクリート養生工法の開発

長沢 1 号トンネル（仮称）にて、本工法の１号機を日で 127%、材齢 28 日で 113%と大きく上回り、材齢 91 日で導入し、噴霧養生を行なっている。まだ施工中であるが、95%と逆転する。また、気中養生に対しては、それぞれの材その一部を紹介する。

齢で 120%、135%、131%と大きく上回る。特に、材齢 7 日で工事の強度が大きいことは、初期ひびわれの抑制に有効である6.1と考えられる。これにより、本工法が覆工コンクリートのコンクリート配合

本現場で使用している覆工コンクリートの配合を、表 4ひびわれ発生の抑制、および強度増進による耐久性の向上に関して効果があることが確認された。に示す。

今後、本現場でより多くのデータを収集すると共に、ひ表 4 コンクリート配合
スランプ

骨材寸法

水セメント 細骨材率
比単位

AE 減水剤

セメント量(mm)

(cm)

(%)

(%)

(kg)

(kg)

2015±2.555.044.33290.823

6.2

びわれ発生状況を確認する予定である。

4035

施工概要

本現場に導入した養生システムを写真 4 に示す。覆工打設用セントルの延長は 10.5m であり、その 3 スパン分をカ強度（N/ｍｍ２）

最大バーするために養生台車 3 台を導入している。

3025噴霧養生
気中養生
標準養生

20151050

前述と同様に、覆工コンクリートの打設は、2 日に 1 回、

728
材齢（日）

週 3 スパンの進捗であり、本工法による養生期間は 7 日間

91

図 12 強度試験結果である。

７．噴霧養生システム導入の効果のまとめ 7）
室内実験、現場での実証、および数値解析により、本工法について、以下の効果が確認された。
①従前の気中養生に比較して、コンクリートの強度が 20～35%増加する。
②従前の気中養生に比較して、コンクリート表面および内部の細部構造が緻密化する。
③内部拘束に起因する温度ひびわれ発生が低減する。
④乾燥収縮によるひびわれ発生が低減する。
このように、ひびわれの少なく強度が大きい、長期耐久

写真 4 養生システム実機全景性に優れた構造体が得られる結果、長寿命化と、維持管理6.3や修繕費を含めたライフサイクルコストの低減を図ること

強度試験結果覆工コンクリート打設時にコア供試体（φ100×200）をができる。

採取し、それぞれ標準養生、養生システム外に存置し一般的な養生状態にある気中養生、および養生システムの養生

８．おわりに空間内に存置した噴霧養生について、圧縮強度を比較した。
覆工コンクリートの品質確保のためには、配合、運搬、その結果を、図 12 にまとめて示す。

打込み、養生といったそれぞれの工程での工夫が必要とな(1)気中養生
従前の養生状態に該当する気中養生では、標準養生に対る。本システムでは、コンクリート打設後７日程度までのして、材齢 7 日で 106%と同等であるが、それ以降について初期養生に着目し、事前の温度解析結果により予測した最は材齢 28 日で 84%、材齢 91 日で 73%となり、大きく下回っ適な養生温度で湿潤状態を保つことにより、初期強度の増ている。

進と乾燥収縮によるひび割れの発生が抑制できる。
今回の実験により、「温度制御噴霧式覆工コンクリート養(2)噴霧養生
本工法による噴霧養生では、標準養生に対して、材齢 7生システム」の強度増進効果および乾燥収縮ひびわれ抑制― 17 ―

鴻池組技術研究報告効果が確認された。本システムの適用により、これまで養2)生が不十分であったトンネルの覆工コンクリートにおいて、合理的、かつ最適な養生の実施が可能となり、高品質、高2008

西村和夫：トンネル技術の発展と現状，地盤工学会誌

3)

関口博康：コンクリート表面強度の簡易測定法仕上学会認定

耐久性の覆工コンクリートの施工を実現できると考えられ「引っかき試験器」に関する考察，日本建築仕上学会る。

集

また、本工法は、山岳トンネルの覆工以外にも、部材厚4)の大きいアーチカルバートやボックスカルバート等のコンクリート構造物への適用も可能である。今後、本工法を多論文

Vol.12, No72, pp.52-53, 2000.9

電中研報告

N06018：フライアッシュコンクリートのポゾラン反応に伴う強度発現メカニズムについての考察, 2007.6
5)

くの現場に適用し、コンクリート構造物の高品質・高耐久性化を図っていくつもりである。

Vol.54,

pp.1-5, 2006.11

日本コンクリート工学協会：コンクリート便覧

セメントペースト硬化体の性質, pp.37-39, 1996.1
6)

土木学会：2002 年制定

コンクリート標準示方書[施工編],

pp.41-47, 2002

参考文献
1)

7) 後藤裕一、山田浩幸、為石昌宏、水町 実：高品質、高耐久

土木学会：山岳トンネル覆工の現状と対策，トンネルライブ性を確保するためのトンネル覆工コンクリートの新しい養生

ラリー第 12 号, pp.58-59, 2002

方法，第 62 回土木学会年次学術講演会, 2007.9― 18 ―