JPH02283647A - 場所打ちシールドライニング工法用覆工材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、トンネルのシールド工事において行われる
場所打ちシールドライニング工法に用いるセメント系覆
工材料に関するものである。

〔従来の技術〕

シールド工法における従来の工法として、シールド機の
後方のテールプレートの内側を外形とし、この内側にト
ンネル仕上がり内径を外径とする型枠を組立て、この間
の掘進方向先端に止め型枠を設置し既に打設された覆工
コンクリートの先端との間の空間にポンプ打設工法でコ
ンクリートを打設することによって１回のコンクリート
打設によりトンネルの覆工を行う場所打ちシールドライ
ニング工法と称する工法（特開昭６０−１０９４９８号
公報参照）が開発されたが、この工法において用いられ
る覆工材についてはその材料として特に限定されたもの
を使用するものではない。

また、シールド用裏込め注入材としては凝結開始時期を
練り混ぜ後１２時間〜４８時間に調整したセメント系固
化材に粘稠剤および流動化剤を添加したもの（特開昭６
２−１４８３５３号公弗参照）が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来の場所打ちシールドライニング工法によれば、
（１）既に固まったコンクリートの端部と新しく打設し
たコンクリートとの間にコールドジヨイントが生じる。

（２）シールド機のテールから５ｍ〜１５ｍ程度の距離
においてはシールド機の掘進ジヤツキの推力による型枠
の揺動が覆工コンクリートに加わるので、コールドジヨ
イントがひび割れに発展するものが生じる。（３）セメ
トンの水和熱によるコンクリートの膨張とその後の冷却
による収縮および乾燥、炭酸化などの収縮も加わるため
、ひび割れは年月を経るとともに拡大し漏水の原因とな
る。（４）前記（１）、（２）、（３）により覆工コン
クリートには円周方向のひび割れおよび同方向の引張応
力が発生し覆工コンクリートの引張強度および曲げ強度
が著しく減少する。（５）覆工コンクリートはポンプ打
設工法で行われるため打設が終了した後に輸送管の清掃
を行う必要があるがそのための時間と労力を必要とする
とともに、圧送終了時に輸送管内の残存コンクリートは
廃棄され無駄になる。

（６）覆工コンクリートの打設に際して地下水が存在す
る場合はコンクリートが水に洗われて分離し良質の覆工
材料が得られない。（７）覆工コンクリートは時間の経
過とともに流動抵抗が増加し型枠と掘削した地山との空
間を完全に充填することができない。（８）前記従来の
シールド用裏込め注入材は裏込め材のみのひび割れ防止
には有効であるが、覆工コンクリート全体のひび割れ防
止および、ひび割れの拡大を防止し完全に漏水防止をす
ることができない等の問題点があった。この発明は、こ
れらの問題点を解決することを課題とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、前記の課題を解決するため、２ＣａＯ・５
ｔ（ｈを４５％以上含有する準ベリットセメントに準ベ
リットセメントと同量以上の水砕を混合し、これに遅延
剤を添加するか、または２ＣａＯ・Ｓｉｎｇを４５％以
上含有する準ベリットセメント７０％以上にフライアッ
シュ３０％以下を混合し、これに遅延剤を添加すること
により水和熱による温度上昇を普通ポルトランドセメン
トの１７５以下に、凝結終結時間を練り混ぜ後１２時間
以上に調整した準ベリントセメント系固化材料に、水溶
性アクリル系高分子化合物病占稠剤、・ポリカルボン酸
ナトリウム塩等の流動化剤および鋼繊維を添加した場所
打ちシールドライニング工法用覆工材料の手段を講じる
ものである。

〔作用〕

（Ａ）　単ベリットセメント系固化材料について通常の
セメントは、練り混ぜ後１時間程度経過すると水和反応
が始まり粘性を生じ流動性が少なくなるが、凝結を終結
する前は揺動を受けてもセメントの水和反応には大きな
影響はない。しかし、流動性を失ってから加えられる揺
動は覆工材料の内部にひび割れを発生させる。これを避
けるためには準ベリットセメント〔この明細書において
、準ベリットセメントとは２ＣａＯ−５ｉｆｔ　（以下
、Ｃ２Ｓという。）を主成分（４５％以上含有するもの
をいう。）としたセメントをいう、〕系固化材料を用い
るのが有効である。

（ａ）準ベリットセメント系固化材料としては、Ｃ２Ｓ
を４５％以上含有する準ベリットセメントに準ベリット
セメントと同量以上の水砕を混合し、これに遅延剤また
は遅延性流動化剤を添加したものが用いられる。この固
化材料は水和反応が著しく遅く、水和熱も著しく小さい
だけでなく炭酸化反応も少ない性質を有している。

すなわち、普通ポルトランドセメントの主体をなす３Ｃ
ａＯ−Ｓｉ（ｈ　（以下、Ｃ，Ｓという。）が材令７日
程度でほとんど水和反応を完了するのに対して、ＣＺＳ
は材令６日以後に本格的水和反応を開始し、混合されて
いる水砕は準ベリットセメントの水和反応がある程度進
まないとその水和反応を開始しない。

ＣｔＳの水和熱はＣ３Ｓの水和熱の５０％程度と低く、
特に材令７日位まではＣｐｓの水和熱の２０％程度と著
しく小さい。

したがって、第３表に示すとおり、ｔｉｌｌポルトラン
ドセメントを使用する場合は、コンクリート表面からの
放熱を差引いた水和熱によるコンクリートの温度の上昇
は３０℃程度であるのに対し、Ｃ２５４５％を含有する
準ベリットセメントに、これと同量の水砕を混合したも
のは１°〜６°Ｃ程度（間柱参照）で、これは準ベリッ
トセメントによって生じる水和熱による温度上昇が普通
ポルトランドセメントの１７５以下であることを示して
おり、これは材令に伴うコンクリートの硬化、冷却の際
の収縮がそれだけ小さいことを表わしており、コンクリ
ートの強度、特に引張り強度および曲げ強度の低下やひ
び割れの心配は全くない。

また、Ｃ２Ｓの水和により生成される水酸化カルシウム
は２１．５％であり、Ｃ１Ｓにおける４８．７％より著
しく小さく、かつ水砕の水和からは水酸化カルシウムの
遊離がないので準ベリットセメント系固化材料の炭酸化
は普通ポルトランドセメントより著しく少なく、これに
基づく強度の低下やひび割れの発生もない。

準ベリットセメント系固化材料の凝結終結時間の調節は
遅延性流動化剤の混入および準ベリットセメント中に含
有するＣ２Ｓの割合または準ベリットセメントと水砕と
の混合割合の増減により第１表のように調整することが
できる。

第　　１　表 註＋１１遅延性流動化剤としてポリカルボン酸ナトリウ
ム塩をセメント量の１％混入した（２）遅延性流動化剤
に代えて単に遅延剤のみを使用してもよい この発明の準ベリットセメント系覆工材料は凝結終結時
間を練り混ぜ１１ｔ１２時間以上に調整されているので
、シールド機のテールから５ｍ〜１５ｍ（シールド機の
掘進開始から１２時間以上４８時間の作業量に相当する
。）までは型枠がシールド掘進ジヤツキの推力により揺
動しているが、その間は覆工材料は凝結していないので
揺動を受けてもひび割れを生じない。また、準ベリット
セメント系固化材料は１２時間以上凝結しないうえ覆工
材料には流動化剤を含有するので２４時間以上流動性が
保持されるため覆工コンクリートのポンプ打設を終了し
た後はそのままにして翌日そのまま再びポンプ打設をす
ることが可能である。さらに、覆工コンクリート作業は
シールド機の掘進ごとに数時間の待時間があるが、後で
打設するコンクリートが既に打設されたコンクリートの
凝結終結前に打設されるので両者の境界にコールドジヨ
イントが発生することがない。

（ｂ）準ベリットセメント系固化材料としてＣ２Ｓを４
５％以上を含有する準ベリットセメント７０％以上にフ
ライアッシュ３０％以下を混合し、これに遅延剤を添加
したものを用いることができる。

この場合も前記（ａ）の場合と同様、水和熱による温度
の上昇は１″〜６＠程度で普通ポルトランドセメントの
１１５以下であり、凝結終結時間も練り混ぜ後１２時間
以上であり、流動化剤を混合することにより２４時間以
上の流動性が保持される。

（Ｂ）粘稠剤について 凝結を遅延させた準ベリットセメント系固化材料におい
ては、固形分の沈降、ブリージングが長時間にわたって
続き打設された覆工コンクリートの上部に水分が蓄積さ
れ、その部分が後に空隙となってシールド周辺の地盤沈
下を生じやすくする。

これを避けるためには粘稠剤を添加するのが有効である
。粘稠剤は、固形分の沈降およびブリージングを防止す
ることにより打設された覆工コンクリートの均一性を高
めるばかりでなく、ポンプ打設のため輸送管中に滞留し
ている覆工コンクリートに対しても均一性を保たせ２４
時間程度輸送管中に残存する覆工コンクリートをそのま
ま再び圧送する作業を支障なく遂行できる。

また、覆工コンクリートの粘稠剤を高めるので、圧入さ
れた覆工コンクリートが地下水に遭遇しても、セ・メン
トが水に洗われることがなく地下水がある場所において
も完全に均質な場所打ちシールドライニング工法を施工
でき覆工されたコンクリートの上部に空隙を残すような
ことがない。

（Ｃ）流動化剤について Ｃｔｓを主体とする準ベリットセメントはＣ３Ｓを１５
％〜３０％程度含有しており、練り混ぜ後数時間経過後
は流動抵抗が各々に増加するが、この発明の覆工用コン
クリートは流動化剤が添加されているので型枠とシール
ド掘削地山との空間を容易に完全に充填するだけでなく
、ポンプ圧送による１００ｍ程度の輸送も容易であり、
コンクリート練り上がり当初の流動性に近いものが練り
上がり後２４時間程度保たれる。したがって、覆工コン
クリートの作業間隔が６時間〜２４時間程度の場合でも
圧送パイプ内の清掃作業やパイプ内に残溜しているコン
クリートを廃棄する必要がなくなる。

また、流動化剤が添加されているため必要な流動性を確
保しながら水セメント比を５０％〜４０％程度まで小さ
くすることが可能であり、それだれコンクリートの強度
を高めることができ高い品質のコンクリートを得ること
ができる。

（Ｄ）鋼繊維について この発明の覆工材料は、セメントの水和熱によるコンク
リートの膨張、その後の冷却による収縮や乾燥および炭
酸化による収縮などが著しく小（、トンネル周辺に偏圧
土圧が働いたり地震その他による振動を受けたり種々の
悪条件が重なる場合には微細なひび割れが発生する可能
性があり、−旦ひび割れが発生すると時間の経過ととも
に拡大し漏水の原因に発展する場合があるが、これを避
けるためには鋼繊維を混入するのが有効である。

鋼繊維で補強されたセメント系固化材料は普通コンクリ
ートのみのものに比べて引張り強度、曲げ強度、せん断
強度、耐久性が大きく非常に強靭なため、鉄筋を使用で
きない場合等にその代わりに使用されているが、特にこ
の発明の覆工材料においては鋼繊維を混入したためひび
割れ開始応力が４０％増となり強力で、かつ伸びがきわ
めて小さいので、ひび割れの発生を防止するとともに、
ひび割れが発生してもその拡大の防止をより確実にし、
したがって漏水の発生を防止することができる。

〔実施例〕

この発明の場所打ちシールドライニグエ法用覆工材料の
実施例を示すと第２表のとおりである。

また、実施例１の組成のコンクリートブロックを作り、
その水和熱による温度上昇の測定値を示すと第３表のと
おりである。

〔発明の効果〕

この発明の覆工材料は、水和熱による温度上昇を普通ポ
ルトランドセメントの１７５以下、また凝結終結時間を
練り混ぜ後１２時間以上に調整され、シールド機掘進時
の揺動が生じている間は凝結しないので、従来凝結後に
揺動が加えられたときに覆工コンクリートに生じていた
ひび割れやコールドジヨイントの発生がなく、かつひび
割れが拡大して漏水を生じることがなく、また施工に必
要な流動性が長時間係たれるので、型枠とシールド機掘
削地山との空隙は完全に充填され、粘稠性を有するため
地下水がある場合でも充填したコンクリートの品質が低
下することがなく掘削地盤の沈下を生じることがない。

さらに覆工コンクリートのポンプ圧入を終了したとき直
ちに輸送管内部に清掃する必要がないので労務費の節減
が可能であり、輸送管内の残存するコンクリートを廃棄
しないですむので資材を無駄にすることがない。

特に、この発明の覆工材料は、水和熱による温度上昇を
普通ポルトランドセメントの１７５以下に調整されてい
るので、硬化時にはほとんど発熱を伴わず、硬化時の覆
工コンクリートの力学的特性を減じることがなく、その
ため工事後の他山の土圧に起因して覆工コンクリートに
働く圧縮荷重、曲げ荷重、せん断荷重およびトンネル内
の温度変化に起因する引張荷重に対して設計どおりの性
能を発揮し、従来の場所打ちシールドライニング工法で
は完全でなかった硬化時の覆工コンクリートの強度、特
に曲げ強度および引張り強度の低下防止やひび割れによ
る漏水防止に有効である。

代理人　弁理士　　坂　井　　　　清 手続補正書 平成元年５月２Ｃ日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 平成１年特許願第１０１７５４号 ２、発明の名称 場所打ちシールドライニング工法用覆工材料 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都大田区久が原３丁目２１番１６号氏名　　
　　　内　　藤　　幸　　雄 ４、代理人〒１５０電話４９Ｂ　−４７２０住所　東京
都渋谷区渋谷２丁目２番４ ７、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ８、補正の内容 （１）　　明細書第４ページ第１６行〜第１８行の「（
３）により覆工コンクリートには・・・の引張強度」を
「（３）により覆工コンクリートの軸方向および円周方
向の引張強度」に補正する。

（２）同書第８ページ第５行のｒｃｔｓ４５％」をＣ意
Ｓ６２％」に補正する。

（３）　　同書第８ページ第７行の［準ベリットセメン
ト］を「準ベリット系セメント」に補正する。

（４）　　同書第１３ページ第１Ｏ行の「各々に」を「
徐々に」に補正する。

（５）　　同書第１３ページ第１Ｏ行の「著しく小く、
を「著しく小さいが皆無ではないうえ、」に補正する。

なしく自発補正）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水和熱による温度上昇を普通ポルトランドセメント
   の１／５以下に、凝結終結時間を練り混ぜ後１２時間以
   上に調整した準ベリットセメント系固化材料からなる場
   所打ちシールドライニング工法用覆工材料。 ２、準ベリットセメント系固化材料が準ベリットセメン
   トに水砕を混入したものである請求項１記載の場所打ち
   シールドライニング工法用覆工材料。 ３、準ベリットセメント系固化材料が、２ＣａＯ・Ｓｉ
   Ｏ＿２を４５％以上含有する準ベリットセメントに準ベ
   リットセメントと同量以上の水砕を混合し、これに遅延
   剤を添加したものである請求項１または２記載の場所打
   ちシールドライニング工法用覆工材料。 ４、準ベリットセメント系固化材料が、２ＣａＯ・Ｓｉ
   Ｏ＿２を４５％以上含有する準ベリットセメント７０％
   以上にフライアッシュ３０％以下を混合し、これに遅延
   剤を添加したものである請求項１記載の場所打ちシール
   ドライニング工法用覆工材料。 ５、準ベリットセメント系固化材料に粘稠剤を添加した
   請求項１または３記載の場所打ちシールドライニング工
   法用覆工材料。 ６、準ベリットセメント系固化材料に流動化剤を添加し
   た請求項１または３記載の場所打ちシールドライニング
   工法用覆工材料。 ７、準ベリットセメント系固化材料に鋼繊維を添加した
   請求項１、５または６記載の場所打ちシールドライニン
   グ工法用覆工材料。 ８、粘稠剤を水溶性ポリアクリル系高分子化合物である
   請求項５記載の場所打ちシールドライニング工法用覆工
   材料。 ９、流動化剤がポリカルボン酸ナトリウム塩である請求
   項６記載の場所打ちシールドライニング工法用覆工材料
   。