JPH0674714B2 - トンネルの施工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、山岳トンネル、及び上下水道管若しくは各種
ケーブル類等の敷設用のシールド坑等の各種トンネル類
の施工方法、より詳しくは、トンネル内に設けた覆工材
料の外側及び／又は内側に充填するモルタルの圧送方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば、上水道管等の敷設用のシールド坑の施工
に際しては、地山に既に掘削した円形孔を円筒状のシー
ルドフレームにより支持しながら、シールドフレームの
前端に回転自在に設けたカッタにより、上記の円形孔を
順次掘進する。

そして、シールドフレームの後方における円形孔の内面
に、例えば、セグメントと称する円弧状に分割された覆
工材料を設置し、セグメントの外面と円形孔の内面との
間にモルタルを裏込めするようにしている。この裏込め
は、地山の緩みの抑制、地表面の沈下防止、シールド坑
内への漏水の防止及びセグメントへの集中的な荷重の作
用の防止等の目的で行われる。

また、完成したシールド坑内に上水道管等を敷設した後
には、通常、セグメントの内面と上水道管との間にモル
タルの中込めが行われる。

ところで、シールド坑内にはシールド掘進機の作動用機
器、土砂搬出用機器及びセグメントの搬入用機器等が輻
輳している等の事情により、上記のモルタルは、通常、
地上からポンプにより圧送し、別途供給される凝固剤と
混合した上で、裏込め又は中込めを行うものである。そ
の際、モルタルの比重を低下させて、圧送を容易にする
ため、モルタルに起泡剤を加え、エアを吹き込みながら
攪拌し、発泡させた上で圧送することが知られている。
なお、圧送ポンプの吐出圧は16kg/cm²程度、圧送用の配
管の径は２インチ程度である。又、エアの混入前のモル
タルの比重は、例えば1.8程度、エアを50％混入した後
のモルタルの比重は0.82程度である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述の如く、圧送前にモルタルに起泡剤を加
え、エアを送入して攪拌し、発泡させても、圧送のため
の圧力によりモルタル中の気泡が圧潰したり、又は、圧
送距離がしばしば2km以上程度の長距離に及ぶことから
圧送中に気泡の多くが消散する問題がある。このよう
に、モルタル中の気泡が失われると、モルタルの流動性
が低下し、時間の経過とともにモルタルが次第に沈降、
凝固し始めるため、長距離の圧送が困難になるばかりで
なく、モルタルの実質的な消費量が増加してコストアッ
プを招来するものである。

なお、山岳トンネルの施工に際して、覆工材料と地山と
の間にモルタルを裏込めする場合にも、上記と同様の不
具合が生じる。

〔課題を解決するための手段〕

本明細書の特許請求の範囲の欄における請求項第１項に
記載されたトンネルの施工方法は、上記の課題を解決す
るため、トンネルの施工済部分を通してモルタルを圧送
し、圧送されたモルタルを覆工材料の外側に裏込め又は
内側に中込めするトンネルの施工方法において、上記モ
ルタルには、圧送に先立って発泡合成樹脂粒子が混入さ
れるとともに、混入に際して、モルタルが混合機の上部
から注入される一方、発泡合成樹脂粒子は下部から注入
されることを特徴としている。

又、請求項第２項に記載されたトンネルの施工方法は、
トンネルの施工済部分を通してモルタルを圧送し、圧送
されたモルタルを覆工材料の外側に裏込め又は内側に中
込めするトンネルの施工方法において、上記モルタルに
は、圧送に先立って発泡合成樹脂粒子が混入されるとと
もに、混入に際して、予め発泡合成樹脂粒子の表面にセ
メント膜を付着形成しておくことを特徴としている。

〔作用〕

上記請求項第１項のトンネルの施工方法によれば、トン
ネル内に圧送される裏込め用又は中込め用のモルタル内
に発泡合成樹脂粒子を混入させるが、混入に際して、モ
ルタルが混合機の上部から注入される一方、発泡合成樹
脂粒子は下部から注入される。すなわち、発泡合成樹脂
粒子はモルタルに比して比重が小さいので、発泡合成樹
脂粒子をモルタルの下方から混入することにより、両者
を均一に混合することができる。

また、圧送に際しては、発泡合成樹脂粒子は、圧送のた
めの圧力によって大気中に逸散したり、長距離圧送の途
中でモルタル内から消失することはないので、モルタル
の容積が減少し、比重が増加することはない。さらに、
発泡合成樹脂粒子がモルタルに均一に混合されることに
より、従来生じていた不均一部分の流動性の低下を防止
でき、これによって、充分なモルタルの圧送能力を確保
できるとともに、モルタルの消費量を抑制することがで
きるようになる。

また、上記請求項第２項のトンネルの施工方法において
は、同様にモルタル内に発泡合成樹脂粒子を混入させる
が、一般に、モルタルと発泡樹脂粒子とは、比重に差が
あるばかりでなく、混合する際の親和性が良くない。

そこで、混入に際して、予め発泡合成樹脂粒子の表面に
セメント膜を付着形成しておくことによって、発泡合成
樹脂粒子とモルタルとの親和性が増すとともに、発泡合
成樹脂粒子とモルタルとの比重の差が減少するので、均
一混合が容易に行える。

したがって、充分なモルタルの圧送能力を確保できると
ともに、モルタルの消費量を抑制することができるよう
になる。

〔実施例１〕 本明細書の特許請求の範囲の欄における請求項第１項及
び第２項に関連するトンネルの施工方法に関する一実施
例を第１図乃至第３図に基づいて説明すれば、以下の通
りである。

第２図に示すように、トンネルの一例としてのシールド
坑３の施工装置におけるシールド掘進機１は、地山２に
シールド坑３を掘削するための適宜の切刃を備えた回転
掘削部４をその先端部に備えている。回転掘削部４の後
方には、掘削済のシールド坑３を支持するための円筒形
のシールドフレーム５が配置されている。シールドフレ
ーム５の後端部には、後方内向きに傾斜したテールシー
ル5aが設けられている。地山２からシールドフレーム５
に加わる荷重は、複数のシールドジャッキ40により受け
られるようになっている。

シールドフレーム５内には、円筒状のケーシング41が配
置され、ケーシング41内には、回転掘削部４により掘り
崩された土砂を搬出するためのスクリューコンベア42が
回転自在に収容されている。スクリューコンベア42の搬
出側端部にはロータリーディスチャージャ43が配置さ
れ、ロータリーディスチャージャ43により排出された土
砂はコンベア44を介して適宜の搬出用車両等に積載さ
れ、シールド坑３外に搬出されるようになっている。

第１図にも示すように、シールドフレーム５の後方にお
けるシールド坑３の内側には、シールド坑３の掘進に伴
って、それぞれ円弧状を成し、円周方向に所定個数配列
して、図示しないボルト等で隣接のもの同士を結合する
ことにより、リング体を構成する覆工材料としてのセグ
メント６・６…が順次配置されるようになっている。各
セグメント６には、後述する樹脂入モルタル７をセグメ
ント６とシールド坑３との間の空隙に供給するための孔
6aが明けられている。

シールド坑３は立坑８を介して地上に通じている。地上
には、シールド坑３内の施工位置に、発泡合成樹脂粒子
が混入された樹脂入モルタル７を圧送するためのモルタ
ル圧送部９と、上記施工位置に、樹脂入モルタル７を凝
結させるための凝固剤を供給するための凝固剤供給部10
とが設けられている。

モルタル圧送部９は、セメントを収容したセメントサイ
ロ11と、クレーサンドを収容したクレーサンドサイロ12
とを備えている。上記各サイロ11・12内のセメントとク
レーサンドとは、それぞれ計量器13・14により所定の混
合比となるように計量されてモルタルミキサ15に送られ
るようになっている。

モルタルミキサ15には、更に、原水タンク16から給水ポ
ンプ17により水が供給され、これらのセメント、クレー
サンド及び水がモルタルミキサ15内で混練されて、モル
タルが形成される。

続いて、モルタルミキサ15内のモルタルは混合機18に送
られ、上部から混合機18内に注入される。一方、発泡合
成樹脂粒子はタンク20内に貯蔵されており、この発泡合
成樹脂粒子は混合機18に底部から供給される。

混合機18内には、スクリューコンベア等の混合手段が配
置され、この混合手段によりモルタルと発泡合成樹脂粒
子とが混合されて、樹脂入モルタル７が形成される。そ
の場合、発泡合成樹脂粒子はモルタルに比して比重が小
さいので、発泡合成樹脂粒子をモルタルに下方から混入
させるのが、両者を均一に混合させる上で好適である。

上記発泡合成樹脂粒子としては、例えば、ポリスチレン
系又はポリオレフィン系等の独立気泡性の発泡合成樹脂
から成る粒子を使用することができる。発泡合成樹脂粒
子の粒径は、例えば、１〜3mm程度に設定される。又、
発泡合成樹脂粒子の発泡倍率は、好ましくは40〜60倍程
度とされる。

ところで、モルタルと発泡合成樹脂粒子とは比重に差が
あるばかりでなく、混合する際の親和性が良好ではない
ので、発泡合成樹脂粒子とモルタルとの混合を一層容易
に行わせるために、以下のような対策が考えられる。

（ｉ）モルタルミキサ15内でセメント等と混練する水
に、予め、合成高分子エマルジョン型の接着剤を添加し
て置く。

（ii）予め、発泡合成樹脂粒子に少量の界面活性剤を含
む水溶液を付着させた後、発泡合成樹脂粒子にセメント
を接触させ、発泡合成樹脂粒子の表面にセメント膜を付
着形成して置く。これにより、発泡合成樹脂粒子とモル
タルとの親和性が増すとともに、比重の差が減少するの
で、混合が容易に行える。

タンク20には、発泡機45からポンプ46により発泡合成樹
脂粒子が供給されるようになっている。発泡機45は、合
成樹脂の原液を貯蔵しており、必要に応じて、上記の原
液から発泡合成樹脂粒子を製造するようになっている。
このように、施工の現場にて、随時、発泡合成樹脂粒子
を製造するようにすれば、少量の原液のみを現場に運搬
すれば良くなるので、発泡合成樹脂粒子を一々現場に運
搬する手間が省け、運搬費用が大幅に低減する等の利点
が生じる。

混合機18内で形成された樹脂入モルタル７は、モルタル
圧送ポンプ21により、立坑８を介してシールド坑３内に
延びるモルタル圧送管22を通してシールド坑３の施工位
置に圧送されるようになっている。なお、樹脂入モルタ
ル７には必要に応じて、安定剤等が添加される。

一方、凝固剤供給部10における凝固剤タンク23内には、
シールド坑３内の施工位置にて樹脂入モルタル７を急速
に凝固させるための凝固剤が貯蔵されている。この凝固
剤は、移送ポンプ24により調整槽25に移送され、ここで
適宜に攪拌される。調整槽25内の凝固剤は、続いて、凝
結剤供給ポンプ26により、立坑８を介してシールド坑３
内に延びる凝固剤供給管27を通してシールド坑３内の施
工位置に送られるようになっている。

シールド坑３内の施工位置では、モルタル圧送管22によ
り圧送される樹脂入モルタル７と、凝固剤供給管27によ
り供給される凝固剤とが、モルタル充填部材28内で混合
され、セグメント６の孔6a（第２図）を介して、セグメ
ント６とシールド坑３との間の空隙に充填されて、裏込
めが行われる。

ここで、モルタルの配合比及びモルタル、発泡合成樹脂
粒子及び凝固剤の混合比の一例を第１表に示す。

次に、制御系につき説明する。

上記モルタルミキサ15におけるセメント、クレーサンド
及び水の混練は、混練操作盤30により制御される。又、
モルタル圧送ポンプ21及び凝固剤供給ポンプ26による樹
脂入モルタル７及び凝固剤の圧送は、２液圧送制御盤31
により制御される。更に、シールド坑３内での樹脂入モ
ルタル７の充填操作は、遠隔操作盤32により、シールド
坑３内に設置されたシールド掘進機操作部33を介して遠
隔制御されるように構成されている。

上記シールド掘進機操作部33は、遠隔操作中継盤34と、
操作ボックス35と、供給圧力遠隔操作盤36とを備えてい
る。供給圧力遠隔操作盤36は、モルタル圧送管22及び凝
固剤供給管27に設けられた供給圧力監視装置37を介し
て、樹脂入モルタル７と凝固剤との供給圧力を監視する
ようになっている。

上記の構成を有する施工装置では、シールド掘進機１に
よりシールド坑３が掘削され、掘削済のシールド坑３の
内面にセグメント６・６…が順次配置されて、セグメン
ト６・６…とシールド坑３との間の空隙に樹脂入モルタ
ル７が充填されることにより、裏込めが行われる。

このシールド坑３が、例えば、上水道を敷設するための
ものであれば、その後、第３図に示すように、セグメン
ト６・６…内に上水道管38が設置される。そして、セグ
メント６・６…と上水道管38との間の空間に、上述の裏
込めと同様の手順で樹脂入モルタル７が充填されて、中
込めが行われる。

変形例として、上記シールド坑３を下水道として使用す
ることができる。その場合、セグメント６・６…とシー
ルド坑３の内面との間への樹脂入モルタル７の裏込めの
みが行われ、中込めは行われない状態で、セグメント６
・６…がそのまま下水道管として使用される。又、シー
ルド坑３は、例えば、各種ケーブル類の敷設用にも利用
できるものである。なお、下水道管又はケーブルの敷設
用等に使用するシールド坑３は、裏込めのみを行うもの
であるから、特許請求の範囲の欄における請求項第１項
のトンネルに含まれる。

〔実施例２〕 次に、特許請求の範囲の欄における請求項第１項に含ま
れる山岳トンネルの施工方法に関する実施例を説明す
る。

第４図に示すように、山岳トンネルの施工に際しては、
まず、図示しない掘進機により、地山49に馬蹄形等のト
ンネル孔50を掘削し、掘削したトンネル孔50の内面に順
次樹脂入モルタル51を吹き付ける。その際、吹付けに使
用される樹脂入モルタル51は、上記の第１実施例と同様
に供給管により圧送され、現場にて、別途供給される凝
固剤と混合される。

次に、樹脂入モルタル51を吹き付けたトンネル孔50の内
面の内側に所定の間隔を置いて、セグメント52・52…を
配置し、隣接のもの同士を連結することにより、一次の
覆工部材とする。更に、セグメント52・52…の内側に、
二次覆工部材としての図示しないセントルを配置した
後、セグメント52・52…に設けた図示しない孔を介し
て、セグメント52・52…の外面と、樹脂入モルタル51を
吹き付けたトンネル孔50の内面との間の間隙に樹脂入モ
ルタル53を充填して、裏込めを行う。

ところで、上記の裏込め時に、セグメント52・52…とト
ンネル孔50の内面の樹脂入モルタル51の層との間の間隔
が大きい部分等で、樹脂入モルタル53の充填が不充分と
なって、空洞54が生じる恐れがある。このような空洞54
が生じると、トンネル孔50の支持強度が低下するもので
ある。

そこで、樹脂入モルタル53が凝固した後、樹脂入モルタ
ル53の層における任意の箇所に盲孔55を穿孔し、盲孔55
を介して樹脂入モルタル56を送り込む。これにより、空
洞54に樹脂入モルタル56が充填されるので、空洞54をな
くすことができる。なお、この実施例では、樹脂入モル
タル53の凝固後に盲孔55を穿孔するようにしたが、樹脂
入モルタル53の充填に先立って、セグメント52・52…と
トンネル孔50の内面との間に、再充填用の樹脂入モルタ
ル56を注入するためのパイプを配置しておいても良い。

〔発明の効果〕

本明細書の特許請求の範囲の欄における請求項第１項記
載のトンネルの施工方法は、以上のように、モルタルに
は、圧送に先立って発泡合成樹脂粒子が混入されるとと
もに、混入に際して、モルタルが混合機の上部から注入
される一方、発泡合成樹脂粒子は下部から注入される方
法である。

これにより、トンネル内に圧送される裏込め用又は中込
め用のモルタル内に発泡合成樹脂粒子を混入させるが、
混入に際して、モルタルが混合機の上部から注入される
一方、発泡合成樹脂粒子は下部から注入される。すなわ
ち、発泡合成樹脂粒子はモルタルに比して比重が小さい
ので、発泡合成樹脂粒子をモルタルの下方から混入する
ことにより、両者を均一に混合することができる。

また、圧送に際しては、発泡合成樹脂粒子は、圧送のた
めの圧力によって大気中に逸散したり、長距離圧送の途
中でモルタル内から消失することはないので、モルタル
の容積が減少し、比重が増加することはない。さらに、
発泡合成樹脂粒子がモルタルに均一に混合されることに
より、従来生じていた不均一部分の流動性の低下を防止
できる。従って、モルタルの圧送に際して、充分な圧送
能力を確保して、例えば、2km以上程度の長距離であっ
ても容易にモルタルの供給を行うことができる。又、圧
送中におけるモルタルの容積の減少を防止することによ
り、モルタルの消費量を抑制して、施工コストの低減を
図ることができるようになるという効果を奏する。

又、請求項第２項に記載されたトンネルの施工方法は、
モルタルには、圧送に先立って発泡合成樹脂粒子が混入
されるとともに、混入に際して、予め発泡合成樹脂粒子
の表面にセメント膜を付着形成しておく方法である。

これにより、混入に際して、予め発泡合成樹脂粒子の表
面にセメント膜を付着形成しておくことによって、発泡
合成樹脂粒子とモルタルとの親和性が増すとともに、発
泡合成樹脂粒子とモルタルとの比重の差が減少するの
で、均一混合が容易に行える。

したがって、充分なモルタルの圧送能力を確保できると
ともに、モルタルの消費量を抑制することができるよう
になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示すものであっ
て、第１図はシールド坑の施工装置の全体構成を示す説
明図、第２図は施工装置の要部拡大説明図、第３図はシ
ールド坑が上水道用のものである場合の完成状態におけ
る概略縦断面図、第４図は第２実施例における山岳トン
ネルの概略縦断面図である。 ３はシールド坑（トンネル）、６・52はセグメント（覆
工材料）、７・51・53・56は樹脂入モルタル、９はモル
タル圧送部、50はトンネル孔である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トンネルの施工済部分を通してモルタルを
   圧送し、圧送されたモルタルを覆工材料の外側に裏込め
   又は内側に中込めするトンネルの施工方法において、 上記モルタルには、圧送に先立って発泡合成樹脂粒子が
   混入されるとともに、混入に際して、モルタルが混合機
   の上部から注入される一方、発泡合成樹脂粒子は下部か
   ら注入されることを特徴とするトンネルの施工方法。
2. 【請求項２】トンネルの施工済部分を通してモルタルを
   圧送し、圧送されたモルタルを覆工材料の外側に裏込め
   又は内側に中込めするトンネルの施工方法において、 上記モルタルには、圧送に先立って発泡合成樹脂粒子が
   混入されるとともに、混入に際して、予め発泡合成樹脂
   粒子の表面にセメント膜を付着形成しておくことを特徴
   とするトンネルの施工方法。