セメント系充填材の長距離圧送注入方法
【課題】従来の材料を用いて長距離圧送しても、パイプが詰まらずに注入施工できる充填材を長距離圧送して注入するセメント系充填材の長距離圧送注入方法を提供すること。
【解決手段】セメント、水に第１増粘剤と第２増粘剤を加えて調整したＡ液と、無機系充填材、水に前記第１増粘剤と前記第２増粘剤を加えて調整したＢ液とを混合して増粘させた後に施工するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記Ａ液と前記Ｂ液を各々別々のパイプ１５４，１７４で長距離圧送し、前記Ａ液と前記Ｂ液を施工部直前で攪拌装置を介して混合して注入施工する。
【解決手段】セメント、水に第１増粘剤と第２増粘剤を加えて調整したＡ液と、無機系充填材、水に前記第１増粘剤と前記第２増粘剤を加えて調整したＢ液とを混合して増粘させた後に施工するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記Ａ液と前記Ｂ液を各々別々のパイプ１５４，１７４で長距離圧送し、前記Ａ液と前記Ｂ液を施工部直前で攪拌装置を介して混合して注入施工する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トンネルの覆工コンクリートの背面の空洞等に、セメント系充填材を長距離圧送して注入するセメント系充填材の長距離圧送注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道トンネルや道路トンネルにおいて、トンネルの覆工コンクリートの背面に空洞があり、覆工コンクリートの劣化要因となっていた。トンネル内の覆工コンクリートの背面の空洞は、トンネル施工後、背面土砂の流出により生じた場合と、矢板工法で施工されたトンネルに施工当時から存在したものなどがある。近年、地震時の損傷原因の１つと想定され、それらの空洞にセメント等の充填材を注入して埋める工事が必要とされている。
【０００３】
空洞に充填材等を注入する際に、道路トンネルの場合、一車線を通行止めにして片側運行させながら、注入施工現場近くまで充填材製造プラント（プラント設備）を移動させ設置して、そのプラント設備でセメント、硬化促進剤、水に第１増粘剤と第２増粘剤と、消泡剤、を加えたＡ液（セメント混合液）と、無機系充填材、水に該第１増粘剤と該第２増粘剤とを加えたＢ液（無機系充填材混合液）とを作成し、それらを混合させ、その場で注入施工することが行われている。
【０００４】
一方、鉄道トンネルの場合は、鉄道車両が運行していない夜間に工事を行う必要がある。この場合、以下のような方法が考えられる。すなわち、注入作業車は注入施工現場まで移動できるが、図１１に示すように、プラント設備９１が大型であるため、トンネル３の坑口３１の外に配置せざるを得ない。
プラント設備９１は、Ａ液用のプラント設備９１ａとＢ液用のプラント設備９１ｂとが準備される。Ａ液用のプラント設備９１ａは、水タンク９１１と発電機９１９と、Ａ液用増粘剤混合プラント９１５と、Ａ液用攪拌機９５２とを備えている。
Ｂ液用のプラント設備９１ｂは、水タンク９１１と発電機９１９と、Ｂ液用増粘剤混合プラント９１７と、Ｂ液用攪拌機９７２とを備えている。
【０００５】
そして、別に設けられたセメント製造プラントでセメントと水とを積載してきたＡ液用のミキサー車９６０ａに、増粘剤混合プラント９１５により混合された第１増粘剤と第２増粘剤を投入して、セメントと水と第１増粘剤と第２増粘剤とが混合されたＡ液を攪拌機９５２に投入しておく。
同様に、無機系充填材製造プラントで無機系充填材と水とを積載したＢ液用のミキサー車９６０ｂに、増粘剤混合プラント９１７により混合された第１増粘剤と第２増粘剤を投入して、無機系充填材と水と第１増粘剤と第２増粘剤とが混合されたＢ液を攪拌機９７２に投入しておく。
なお、プラント設備９１ａとプラント設備９１ｂとは、鉄道線路脇の同一平面上に設置されるが、図１１では便宜上、上下に記載してある。
【０００６】
一方、トンネル３内では、図１２、図１３に示すように、発電機９１９とＡ液用の攪拌機９５１と圧送ポンプ９５３と、これらを搭載した無蓋貨車９２３とを備えた注入作業車９２０ａと、Ｂ液用の攪拌機９７１と圧送ポンプ９７３と、これらを搭載した無蓋貨車９２４とを備えた注入作業車９２０ｂと、さらに高所作業車９２１を搭載した無蓋貨車９２２を連結し、これらを機関車９２５により牽引可能にした注入装置９２を準備する。
なお、図１２、図１３で高所作業車９２１を搭載した車両を２両連結しているのは、注入作業を効率よく行うためである。
【０００７】
そして、図１２に示すように、この注入装置９２をプラント設備９１に近いトンネル３の坑口３１に移動させて、Ａ液のプラント設備９１ａの攪拌機９５２により攪拌されているＡ液を、Ａ液の注入車両９２０ａの攪拌機９５１に、注入パイプ９５４により圧送して積み替えし、同じくＢ液のプラント設備９１ｂの攪拌機９７２により攪拌されているＢ液を、Ｂ液の注入車両９２０ｂの攪拌機９７１に、注入パイプ９７４により圧送して積み替えし、図１３に示す注入施工現場に移動させて、Ａ液をその注入車両９２０ａの注入ポンプ９５３から注入作業者Ｍの手元の注入管２２に圧送し、また、Ｂ液をその注入車両９２０ｂの注入ポンプ９７３から注入作業者Ｍの手元の注入管２２に圧送し、注入管２２でＡ液とＢ液とを混合させてトンネル３の空洞３３に充填材を注入する。
【０００８】
注入車両９２０ａ又は注入車両９２０ｂの攪拌機９５１又は攪拌機９７１内のＡ液又はＢ液が無くなると、再び注入装置９２をトンネル３の坑口の外にあるプラント設備９１ａ、９１ｂまで移動させて、Ａ液又はＢ液を補充し、再び注入施工現場まで移動して注入作業を続ける。
【０００９】
しかし、このような往復移動をすると作業時間がかかり、鉄道車両が運行していない夜間の限られた時間内では、作業が進みにくいため、トンネルの坑口に設置したプラント設備と注入作業車とを直接注入パイプで連結し、Ａ液とＢ液とを各々別の注入パイプで長距離圧送し、注入作業車の近くで混合して注入施工することが行われる。
【００１０】
このようなトンネル内の覆工コンクリートの背面等の空洞内に充填材を長距離圧送して注入する技術として、特許文献１、２に記載されたものがある。
また、上記技術に用いる充填材として、特許文献３〜５に記載されたものがある。
【特許文献１】特開２００６−２１３５８９号公報
【特許文献２】特開２００３−２７８１４４号公報
【特許文献３】特開２００６−１６０５４４号公報
【特許文献４】特開２００７−１４６０８２号公報
【特許文献５】特開２００４−６７８８７号公報（特許第３９７３９９０号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来は、Ａ液及びＢ液の各々において、第１増粘剤と第２増粘剤とを同量添加したＡ液及びＢ液を別々に圧送して、注入直前に混合することが考えられる。ところが、鉄道トンネルの長さが１ｋｍ以下の場合には問題とならないが、トンネルの長さが１ｋｍを越えて２ｋｍ、３ｋｍになると、トンネルの坑口に設置したプラント設備から注入作業車まで注入パイプで長距離圧送すると、Ａ液、Ｂ液の粘度が高いため、特にセメントを主剤とするＡ液の流動性が低下し、注入パイプ内でＡ液が詰まってしまい、注入施工工事が行えなくなる問題がある。
【００１２】
充填材がパイプ内で詰まってしまうのを防止するために粘度を低くすると、図５に示すトンネル３の覆工コンクリート打ち継ぎ目３２１や、紙面に直交するトンネル３の断面に現れる覆工コンクリート打ち継ぎ目（図略）からの漏出や線路床下の配水管への流出が生じ、注入ができず、たとえ注入できたとしても硬化性（固まろうとする性質）や流動性（押しながら奥に移動する性質）が悪化してしまうという問題がある。
また、特許文献１に記載されたようなベントナイトや水ガラスを用いる注入施工方法、あるいは特許文献２に記載されたような石灰や分散剤を用いる注入工法では、材料の種類が多く、そのための設備や管理費用がかかり、経済的なものとはいえないという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、従来の材料を用いて長距離圧送しても、パイプが詰まらずに注入施工できる充填材を長距離圧送して注入するセメント系充填材の長距離圧送注入方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るセメント系充填材の長距離圧送注入方法は、次のような特徴を有している。
（１）セメント、水に第１増粘剤と第２増粘剤を加えて調整したＡ液と、無機系充填材、水に前記第１増粘剤と前記第２増粘剤を加えて調整したＢ液とを混合して増粘させた後に施工するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記Ａ液と前記Ｂ液を各々別々のパイプで長距離圧送し、前記Ａ液と前記Ｂ液を施工部直前で攪拌装置を介して混合して注入施工することを特徴とする。
【００１５】
（２）（１）に記載のセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記Ａ液中の前記第１増粘剤の重量をａ１、前記第２増粘剤の重量をａ２としたとき、その配合比率 ａ１／（ａ１＋ａ２）が、好ましくは１〜９９、より好ましくは３０〜７０、最も好ましくは４０〜６０であるセメント系充填材を用いて注入することを特徴とする。
【００１６】
本願発明者らは、第１増粘剤と第２増粘剤の配合比率ａ１／（ａ１＋ａ２）が、１〜９９であれば、Ａ液を２Ｋｍから３Ｋｍ注入パイプで輸送しても、注入パイプで詰まりが発生しないことを実験により確認した。配合比率が１以下のもっと小さい値でも、粘性は高くならず、注入パイプの詰まりが発生しないのであるが、あまり小さな値では、セメントが分離沈降してしまい、注入施工後のセメントの強度が低下する問題がある。したがって、ａ１／（ａ１＋ａ２）は、１〜９９の値を採ることが望ましい。
特に、配合比率 ａ１／（ａ１＋ａ２）が、４０〜６０であれば、Ａ液中のセメント粒子の沈降及びポンプを大型化しないで済むことを実験により、確認している。ここで、配合比率 ａ１／（ａ１＋ａ２）が、４０未満の場合は、Ａ液中のセメントの沈降が著しく、パイプの閉塞を招く可能性があり、６０を越える場合は、圧送圧の増加により圧送困難となるため、４０〜６０が好ましいのである。
【００１７】
（３）（１）に記載のセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記Ａ液の粘度が、５０〜３００ｍＰａ・ｓ、特に１００〜２００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする。
すなわち、最終的には、充填材を所定の粘度にする必要がある。その理由は、トンネル内上面の空洞に充填材を注入施工する際に、粘度が高くないと、コンクリート打ち継ぎ目からの漏出や配水管への流出が生じるからである。注入施工時の充填材は、粘度が高すぎても良くなく、適度の流動性を有することが必要である。
【００１８】
流動性とは、空洞に充填材を注入するときに、後から注入される充填材により、先に注入されている充填材が押されて、空洞の奥に流れて移動する性質である。
Ａ液の粘度は、パイプ輸送を行う直前の段階で、１００ｍＰａ・ｓ以上２００ｍＰａ・ｓ以下であると、最適である。
Ａ液の粘度が、１００ｍＰａ・ｓ未満であると、Ａ液中のセメントの沈降を引き起こす可能性が高くなり、２００ｍＰａ・ｓを越えると、圧送圧が増加して長距離圧送が困難となる。
その条件を達成するためには、Ａ液とＢ液の組成は、次に記載する範囲内の重量％を有するとよい。
【００１９】
（４）（１）に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
（ア）前記Ａ液の組成が質量で、セメント４６％、水４７％、第１増粘剤０．７７％、第２増粘剤１．４１％、硬化促進材４％ならびに消泡剤０．００１４％、であり、
（イ）前記Ｂ液の組成が質量で、無機系充填材５５％、水４１％、第１増粘剤０．７％、第２増粘剤０％ならびに硬化調整剤４％である、前記Ａ液及びＢ液を用いることを特徴とする。
そして、ここで言う無機系充填材とは、フライアッシュ、ボトムアッシュ、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、硅石微粉末、ベントナイト、炭酸カルシウム、クレイのいずれか単体、若しくは、それらの混合物のいずれでも良い。
【００２０】
（５）また、（１）に記載のセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記Ａ液と前記Ｂ液を各々別々のパイプで長距離圧送する際に、前記Ａ液と前記Ｂ液を圧力伝達媒体としての送り水と、該送り水と前記Ａ液又はＢ液とを前記各パイプ内で区分する仕切材と、を介して圧送することを特徴とする。
これによれば、注入工事当日の施工可能時間や予想注入量により前記Ａ液と前記Ｂ液の製造数量が決定され、それによりパイプの中を前記Ａ液と前記Ｂ液で満たせない場合があり、このようなときに圧力伝達媒体としての送り水を用いると、この送り水を介して前記Ａ液と前記Ｂ液に圧送圧を負荷させて圧送することが可能となる。
また、前記仕切材により前記Ａ液又は前記Ｂ液と前記送り水とを区分することができ、Ａ液又は前記Ｂ液を送り水により希釈することなく圧送することが可能となる。
この仕切材の材質及び形状は、送り水とＡ液、並びに送り水とＢ液を区分できる性能を有するものであれば、材質及び形状を問わないが、Ａ液及びＢ液を圧送するパイプ径よりも大きく、弾力性のあるものが好ましく、例えば、直径５０ｍｍのパイプを使用する場合、発泡ポリウレタン製で直径６５ｍｍ程度のボールを使用することが望ましい。このような仕切材を使用することにより、Ａ液及びＢ液が送り水に希釈されて品質を低下させることなく、長距離圧送が可能となる。
【００２１】
（６）また、（５）に記載のセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記仕切材を施工部直前で回収するために、前記撹拌装置の手前の前記Ａ液と前記Ｂ液の各々のパイプに設けられた仕切材回収装置を介して圧送することを特徴とする。
これによれば、前記仕切材を施工部直前で回収することができ、従来のようなパイプを分解して仕切材を回収するものと比較して、回収効率を向上させ、作業の効率化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の充填材長距離圧送注入方法によれば、第１増粘剤と第２増粘剤の配合比率が１〜９９（特には、４０〜６０）となるように調整することで、Ａ液の粘度が、５０〜３００（特には、１００〜２００）ｍＰａ・ｓとなるように調整して圧送するので、充填材がパイプの途中で詰まることがなく、かつ適度な流動性をもって注入されるので、トンネル坑口から注入施工現場までの距離が２ｋｍ以上であっても充填材を圧送することができるようになり、注入工事を安価に施工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明に係る充填材長距離圧送注入方法の一の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態の充填材長距離圧送注入方法は、鉄道トンネルに適用されたものである。
ここで、図１は、本実施の形態の充填材長距離圧送注入方法に用いる充填材製造プラント及び注入装置を示した平面図であり、図２は、トンネルの坑口の外に設けられた充填材製造プラントを示した拡大平面図である。図３は、充填材長距離圧送注入方法に用いる充填材製造プラント及び注入装置を示した側面図であり、図４は、トンネルの坑口の外に設けられた充填材製造プラントを示した拡大側面図である。
【実施例】
【００２４】
充填材製造プラント及びトンネル内の注入装置の構成について説明する。充填材製造プラント（プラント設備）１は、図１、図３に示すように、トンネル３の坑口３１の外に設置されるものであり、水タンク１１と、沈殿槽１２と、排水用貯留タンク１３と、Ａ液用のプラント設備１５と、Ｂ液用のプラント設備１７とを備えている。
Ａ液用のプラント設備１５は、図２に示すように、セメントを貯留しておくセメントサイロ１５１と、セメントと水とこれらに添加する特殊な増粘剤とを混合するＡ液用混合プラント１５２と、混合プラント１５２により調整されたＡ液を注入施工箇所に圧送する長距離圧送ポンプ１５３とを備えている。
【００２５】
一方、Ｂ液用のプラント設備１７は、無機系充填材を貯留しておく無機系充填材サイロ１７１と、無機系充填材と水とこれらに添加する特殊な増粘剤とを混合するＢ液用混合プラント１７２と、混合プラント１７２により調整されたＢ液を注入施工箇所に圧送する長距離圧送ポンプ１７３とを備えている。
【００２６】
トンネル３内の注入施工箇所に充填材を注入する注入装置２は、図３、図５に示すように、高所作業車２１と注入管２２とを備えている。高所作業車２１は、線路の枕木上を走行可能な無端走行帯を有する車両に、先端に注入作業者Ｍが搭乗可能なケージを有するクレーンを上下動及び旋回可能に設けたものである。
【００２７】
そして、トンネル３の坑口３１の外側に設置されているＡ液用の長距離圧送ポンプ１５３と、注入作業者Ｍが保持する注入管２２との間を連結する注入パイプ１５４と、同じくＢ液用の長距離圧送ポンプ１７３と、注入作業者Ｍが保持する注入管２２との間を連結する注入パイプ１７４とが、高所作業車２１のトンネル３内の移動に伴って伸縮可能に配置される。
【００２８】
なお、注入パイプ１５４、１７４の、長距離圧送ポンプ１５３、１７３と注入管２２との間には、図２に示すように、流量計１５５、１７５がそれぞれ設けられ、注入管２２に送られるＡ液、Ｂ液の流量を記録できるようになっている。
そして、Ａ液、Ｂ液用の２本の注入パイプ１５４、１７４の先端は、図６に示すように、先端に攪拌装置２２１を備えたＹ字状の注入管２２に連結され、この注入管２２内でＡ液とＢ液が初めて混合されるようになっている。
【００２９】
そして、図７に示すように、Ａ液用の注入パイプ１５４の、注入管２２のＹ字状の手前に、リターンパイプ１５４ａが接続され、後述するように、注入作業終了後に注入パイプ１５４に残留しているＡ液をプラント設備１に返送するようになっている。同様に、Ｂ液注入パイプ２２５の、注入管２２のＹ字状の手前に、リターンパイプ１４が接続され、注入作業終了後に注入パイプ１７４に残留しているＢ液をプラント設備１に返送するようになっている。なお、図１及び図２においては、リターンパイプ１５４ａの記載を省略している。
【００３０】
つぎに、上記のように構成された充填材製造プラント１で製造され、注入パイプ１５４、１７４を通って注入装置２に圧送される充填材Ｊを説明する。
充填材Ｊは、Ａ液とＢ液とを別々に製造し、注入管２２で初めて混合されるものであり、本実施の形態のＡ液とＢ液の組成は、表１に示すものとした。
【表１】
【００３１】
そして、充填材Ｊが注入パイプ１５４、１７４の途中で固まらず長距離の圧送を可能にするためには、特にセメントを含むＡ液の粘度が重要であり、発明者らの種々の実験結果により、Ａ液の粘度を５０ｍＰａ・ｓ以上３００ｍＰａ・ｓ以下であり、特に、１００ｍＰａ・ｓ以上２００ｍＰａ・ｓ以下に調整することが最も適していることが判った。
粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下の場合には、Ａ液（セメント液）が増粘剤等から分離沈降してセメントの沈降・固化、注入パイプ１５４の閉塞を誘発し、２００ｍＰａ・ｓ以上の場合は、粘度が高いため圧送圧が上がり、長距離圧送ポンプ１５３の圧送能力を超え、長距離の圧送が困難となる等の問題が発生する恐れがある。
【００３２】
そして、長距離圧送を可能としながら設計強度を満たす最適配合（ｍ３当たりの重量配合比率）を実験により求めた結果を表２から表５に示す。すなわち、表２、表３は設計基準強度０．２Ｎ/ｍｍ２の低強度の配合を示し、表２はＡ液の、表３はＢ液の配合を示している。
【表２】
【表３】
【００３３】
表４、表５は設計基準強度５Ｎ/ｍｍ２の高強度の配合を示し、表４はＡ液の、表５はＢ液の配合を示している。
【表４】
【表５】
【００３４】
すなわち、表２、表３および表４、表５に示すように、高・低強度のいずれの配合においても、Ａ液の第１増粘剤Ａ１の重量ａ１と第２増粘剤Ａ２の重量ａ２との配合比率ａ１／（ａ１＋ａ２）が好ましくは１〜９９、より好ましくは３０〜７０、最も好ましくは４０〜６０となるように配合することにより、上記のような粘度が得られ、長距離圧送が可能になった。
配合比率ａ１／（ａ１＋ａ２）が４０以下の場合は、Ａ液の減粘によりセメントの沈降防止効果が低下して、セメントの沈降・固化、注入パイプ１５４の閉塞を誘発する恐れがあり、配合比率ａ１／（ａ１＋ａ２）が６０以上の場合は、Ａ液の増粘により圧送圧が上昇して長距離圧送ポンプ１５３の圧送能力を超え、長距離圧送が困難となる可能性が高くなる。
【００３５】
上記のような粘度にすると、Ａ液とＢ液が混合された充填材Ｊは、その圧縮強度が１．５Ｎ／ｍｍ２以上、比重が１．３〜１．７となり、図８に示すように、充填材Ｊを円筒に流し込んで直径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍの円柱Ｊ１となし、この円筒を外した直後の潰れ状況を観察すると、その潰れ部分Ｊ２が直径約１５５ｍｍ以下（フロー値が１５５以下）となるように調整される。なお、充填材Ｊを円筒に流し込んで５分後に円筒を外すテストでは、潰れが生じないレベル（フロー値が１００以下）である。
【００３６】
つぎに、上記のように調整された充填材Ｊをトンネル３の覆工コンクリート３２の背面の空洞３３に注入する作業について説明する。
まず、トンネル３の坑口３１の外側に設置された充填材製造プラント１で、図９の注入フローに示すように、Ａ液用プラント設備１５のＡ液用混合プラント１５２に、水と第１増粘剤（ボンドＶＰグラウト１００Ａ）Ａ１と第２増粘剤（ボンドＶＰグラウト１００Ｂ）Ａ２を、第１増粘剤Ａ１の重量ａ１と第２増粘剤Ａ２の重量ａ２との配合比率ａ１／（ａ１＋ａ２）が１〜９９、より好ましくは３０〜７０、最も好ましくは４０〜６０となるように投入し、さらに硬化促進材と消泡剤とを投入して練混水となし、これにセメント（普通ポルトランドセメント）を投入し混合してＡ液（セメント混合液）を作成する。
【００３７】
同様に、充填材製造プラント１に設けられたＢ液用プラント設備１７のＢ液用混合プラント１７２に、水と第１増粘剤（ボンドＶＰグラウト１００Ａ）Ｂ１と第２増粘剤（ボンドＶＰグラウト１００Ｂ）Ｂ２を、Ａ液の第１増粘剤Ａ１の重量ａ１とＢ液の第１増粘剤Ｂ１の重量ｂ１との関係及びＡ液の第２増粘剤Ａ２の重量ａ２とＢ液の第２増粘剤Ｂ２の重量ｂ２との関係が（ａ１＋ｂ１）／（ａ２＋ｂ２）＝０．８〜１．２となるように第１増粘剤Ｂ１と第２増粘剤Ｂ２との重量ｂ１、ｂ２を選択して投入し、さらに硬化調整剤としてボンドＶＰグラウトＣも適量混入して練混水となし、これに無機系充填材（ＪＩＳ灰２種品）を投入し混合してＢ液（無機系充填材混合液）を作成する。
【００３８】
以上のように作成されたＡ液と圧力伝達媒体としての水（送り水）とを長距離圧送ポンプ１５３により、途中流量計１５５を通してトンネル３坑内に配設された注入パイプ１５４を介して、高所作業車２１に乗った注入作業者Ｍの手元の注入管２２まで圧送する。
同様に、Ｂ液を長距離圧送ポンプ１７３により、途中流量計１７５を通してトンネル３坑内に配設された注入パイプ１７４を介して、高所作業車２１に乗った注入作業者Ｍの手元の注入管２２まで圧送する。
【００３９】
注入パイプ１５４、１７４により圧送されてきたＡ液、Ｂ液は、図６に示すＹ字形の注入管２２で合流し、攪拌装置２２１を通過することにより初めて混合され充填材Ｊとなる。そして、図１０に示すように、トンネル３の覆工コンクリート３２の背面にある空洞３３に設けられた注入孔３４から注入される。
注入口３４には、詰めパイプ３５が周囲のコーキング材３５１に保持されて固定されている。この詰めパイプ３５に注入管２２の先端を差し込んで接続される。
注入管２２から出た充填材Ｊは、次々と充填材Ｊを押しながら空洞３３の奥に広がり、やがて空洞３３内に充填され空洞３３を埋める。
【００４０】
そして、始発列車が通過する前に、充填作業を中止する。作業を中止したらリターンパイプ１４により注入パイプ１５４内に残っているＡ液を吸い出してプラント設備１の沈殿槽１２に導入し、沈殿した固形物（ブロック）は産業廃棄物処理を行い、上澄み液を排水用貯留タンク１３に導入して、再度、次の充填作業に利用する。
【００４１】
このように、本実施の形態の充填材長距離圧送注入方法によれば、Ａ液中の前記第１増粘剤の質量をａ１、前記第２増粘剤の質量をａ２としたとき、その配合比率 ａ１／（ａ１＋ａ２）が、１〜９９であるセメント系充填材を用いて圧送するようにしたので、トンネル３の坑口３１の外に設置した充填材製造プラント１から注入管２２までの距離が２ｋｍ以上の長距離であっても、Ａ液、Ｂ液が注入パイプ１５４、１７４の途中で停滞することなく圧送できるようになり、発電機や攪拌機ならびに注入ポンプ等を積載した専用車両を準備する必要がなく、安価に空洞３３への充填材Ｊの注入施工が可能となった。
【００４２】
なお、本発明は前記実施の形態のものに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では、鉄道トンネルに適用した例で説明したが、これに限られず、道路トンネルや水路トンネルにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる、充填材製造プラント及び注入装置を示した平面図である。
【図２】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる、トンネルの坑口の外に設けられた充填材製造プラントを示した拡大平面図である。
【図３】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる、充填材製造プラント及び注入装置を示した側面図である。
【図４】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる、トンネルの坑口の外に設けられた充填材製造プラントを示した拡大側面図である。
【図５】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる、トンネル及び注入装置の正面断面図である。
【図６】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる注入管の例を示す一部欠載平面図である。
【図７】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる注入パイプ及び注入管の配置を示す平面図である。
【図８】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる充填材の粘度を確認する状況の斜視図である。
【図９】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる注入フローを示す図である。
【図１０】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法により注入される充填材の注入状況を示す断面図である。
【図１１】従来の充填材長距離圧送注入方法に用いる、充填材製造プラントの側面図である。
【図１２】従来の充填材長距離圧送注入方法に用いる、トンネル内の注入装置の側面図である。
【図１３】従来の充填材長距離圧送注入方法による、トンネル内での注入施工の様子を示す側面図である。
【図１４】従来の充填材の注入状況を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 充填材製造プラント
１１ 水タンク
１５ Ａ液用プラント設備
１５１ セメントサイロ
１５２ Ａ液用混合プラント
１５３ Ａ液用長距離圧送ポンプ
１５４ 注入パイプ
１７ Ｂ液用プラント設備
１７１ 無機系充填材サイロ
１７２ Ｂ液用混合プラント
１７３ Ｂ液用長距離圧送ポンプ
１７４ 注入パイプ
２ 注入装置
２１ 高所作業車
２２ 注入管
２２１ 攪拌装置
２２５ 仕切材回収装置
３ トンネル
３１ 坑口
３２ 覆工コンクリート
３３ 空洞
３５ 詰めパイプ
Ｊ 充填材
Ｍ 注入作業者
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トンネルの覆工コンクリートの背面の空洞等に、セメント系充填材を長距離圧送して注入するセメント系充填材の長距離圧送注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道トンネルや道路トンネルにおいて、トンネルの覆工コンクリートの背面に空洞があり、覆工コンクリートの劣化要因となっていた。トンネル内の覆工コンクリートの背面の空洞は、トンネル施工後、背面土砂の流出により生じた場合と、矢板工法で施工されたトンネルに施工当時から存在したものなどがある。近年、地震時の損傷原因の１つと想定され、それらの空洞にセメント等の充填材を注入して埋める工事が必要とされている。
【０００３】
空洞に充填材等を注入する際に、道路トンネルの場合、一車線を通行止めにして片側運行させながら、注入施工現場近くまで充填材製造プラント（プラント設備）を移動させ設置して、そのプラント設備でセメント、硬化促進剤、水に第１増粘剤と第２増粘剤と、消泡剤、を加えたＡ液（セメント混合液）と、無機系充填材、水に該第１増粘剤と該第２増粘剤とを加えたＢ液（無機系充填材混合液）とを作成し、それらを混合させ、その場で注入施工することが行われている。
【０００４】
一方、鉄道トンネルの場合は、鉄道車両が運行していない夜間に工事を行う必要がある。この場合、以下のような方法が考えられる。すなわち、注入作業車は注入施工現場まで移動できるが、図１１に示すように、プラント設備９１が大型であるため、トンネル３の坑口３１の外に配置せざるを得ない。
プラント設備９１は、Ａ液用のプラント設備９１ａとＢ液用のプラント設備９１ｂとが準備される。Ａ液用のプラント設備９１ａは、水タンク９１１と発電機９１９と、Ａ液用増粘剤混合プラント９１５と、Ａ液用攪拌機９５２とを備えている。
Ｂ液用のプラント設備９１ｂは、水タンク９１１と発電機９１９と、Ｂ液用増粘剤混合プラント９１７と、Ｂ液用攪拌機９７２とを備えている。
【０００５】
そして、別に設けられたセメント製造プラントでセメントと水とを積載してきたＡ液用のミキサー車９６０ａに、増粘剤混合プラント９１５により混合された第１増粘剤と第２増粘剤を投入して、セメントと水と第１増粘剤と第２増粘剤とが混合されたＡ液を攪拌機９５２に投入しておく。
同様に、無機系充填材製造プラントで無機系充填材と水とを積載したＢ液用のミキサー車９６０ｂに、増粘剤混合プラント９１７により混合された第１増粘剤と第２増粘剤を投入して、無機系充填材と水と第１増粘剤と第２増粘剤とが混合されたＢ液を攪拌機９７２に投入しておく。
なお、プラント設備９１ａとプラント設備９１ｂとは、鉄道線路脇の同一平面上に設置されるが、図１１では便宜上、上下に記載してある。
【０００６】
一方、トンネル３内では、図１２、図１３に示すように、発電機９１９とＡ液用の攪拌機９５１と圧送ポンプ９５３と、これらを搭載した無蓋貨車９２３とを備えた注入作業車９２０ａと、Ｂ液用の攪拌機９７１と圧送ポンプ９７３と、これらを搭載した無蓋貨車９２４とを備えた注入作業車９２０ｂと、さらに高所作業車９２１を搭載した無蓋貨車９２２を連結し、これらを機関車９２５により牽引可能にした注入装置９２を準備する。
なお、図１２、図１３で高所作業車９２１を搭載した車両を２両連結しているのは、注入作業を効率よく行うためである。
【０００７】
そして、図１２に示すように、この注入装置９２をプラント設備９１に近いトンネル３の坑口３１に移動させて、Ａ液のプラント設備９１ａの攪拌機９５２により攪拌されているＡ液を、Ａ液の注入車両９２０ａの攪拌機９５１に、注入パイプ９５４により圧送して積み替えし、同じくＢ液のプラント設備９１ｂの攪拌機９７２により攪拌されているＢ液を、Ｂ液の注入車両９２０ｂの攪拌機９７１に、注入パイプ９７４により圧送して積み替えし、図１３に示す注入施工現場に移動させて、Ａ液をその注入車両９２０ａの注入ポンプ９５３から注入作業者Ｍの手元の注入管２２に圧送し、また、Ｂ液をその注入車両９２０ｂの注入ポンプ９７３から注入作業者Ｍの手元の注入管２２に圧送し、注入管２２でＡ液とＢ液とを混合させてトンネル３の空洞３３に充填材を注入する。
【０００８】
注入車両９２０ａ又は注入車両９２０ｂの攪拌機９５１又は攪拌機９７１内のＡ液又はＢ液が無くなると、再び注入装置９２をトンネル３の坑口の外にあるプラント設備９１ａ、９１ｂまで移動させて、Ａ液又はＢ液を補充し、再び注入施工現場まで移動して注入作業を続ける。
【０００９】
しかし、このような往復移動をすると作業時間がかかり、鉄道車両が運行していない夜間の限られた時間内では、作業が進みにくいため、トンネルの坑口に設置したプラント設備と注入作業車とを直接注入パイプで連結し、Ａ液とＢ液とを各々別の注入パイプで長距離圧送し、注入作業車の近くで混合して注入施工することが行われる。
【００１０】
このようなトンネル内の覆工コンクリートの背面等の空洞内に充填材を長距離圧送して注入する技術として、特許文献１、２に記載されたものがある。
また、上記技術に用いる充填材として、特許文献３〜５に記載されたものがある。
【特許文献１】特開２００６−２１３５８９号公報
【特許文献２】特開２００３−２７８１４４号公報
【特許文献３】特開２００６−１６０５４４号公報
【特許文献４】特開２００７−１４６０８２号公報
【特許文献５】特開２００４−６７８８７号公報（特許第３９７３９９０号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来は、Ａ液及びＢ液の各々において、第１増粘剤と第２増粘剤とを同量添加したＡ液及びＢ液を別々に圧送して、注入直前に混合することが考えられる。ところが、鉄道トンネルの長さが１ｋｍ以下の場合には問題とならないが、トンネルの長さが１ｋｍを越えて２ｋｍ、３ｋｍになると、トンネルの坑口に設置したプラント設備から注入作業車まで注入パイプで長距離圧送すると、Ａ液、Ｂ液の粘度が高いため、特にセメントを主剤とするＡ液の流動性が低下し、注入パイプ内でＡ液が詰まってしまい、注入施工工事が行えなくなる問題がある。
【００１２】
充填材がパイプ内で詰まってしまうのを防止するために粘度を低くすると、図５に示すトンネル３の覆工コンクリート打ち継ぎ目３２１や、紙面に直交するトンネル３の断面に現れる覆工コンクリート打ち継ぎ目（図略）からの漏出や線路床下の配水管への流出が生じ、注入ができず、たとえ注入できたとしても硬化性（固まろうとする性質）や流動性（押しながら奥に移動する性質）が悪化してしまうという問題がある。
また、特許文献１に記載されたようなベントナイトや水ガラスを用いる注入施工方法、あるいは特許文献２に記載されたような石灰や分散剤を用いる注入工法では、材料の種類が多く、そのための設備や管理費用がかかり、経済的なものとはいえないという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、従来の材料を用いて長距離圧送しても、パイプが詰まらずに注入施工できる充填材を長距離圧送して注入するセメント系充填材の長距離圧送注入方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るセメント系充填材の長距離圧送注入方法は、次のような特徴を有している。
（１）セメント、水に第１増粘剤と第２増粘剤を加えて調整したＡ液と、無機系充填材、水に前記第１増粘剤と前記第２増粘剤を加えて調整したＢ液とを混合して増粘させた後に施工するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記Ａ液と前記Ｂ液を各々別々のパイプで長距離圧送し、前記Ａ液と前記Ｂ液を施工部直前で攪拌装置を介して混合して注入施工することを特徴とする。
【００１５】
（２）（１）に記載のセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記Ａ液中の前記第１増粘剤の重量をａ１、前記第２増粘剤の重量をａ２としたとき、その配合比率 ａ１／（ａ１＋ａ２）が、好ましくは１〜９９、より好ましくは３０〜７０、最も好ましくは４０〜６０であるセメント系充填材を用いて注入することを特徴とする。
【００１６】
本願発明者らは、第１増粘剤と第２増粘剤の配合比率ａ１／（ａ１＋ａ２）が、１〜９９であれば、Ａ液を２Ｋｍから３Ｋｍ注入パイプで輸送しても、注入パイプで詰まりが発生しないことを実験により確認した。配合比率が１以下のもっと小さい値でも、粘性は高くならず、注入パイプの詰まりが発生しないのであるが、あまり小さな値では、セメントが分離沈降してしまい、注入施工後のセメントの強度が低下する問題がある。したがって、ａ１／（ａ１＋ａ２）は、１〜９９の値を採ることが望ましい。
特に、配合比率 ａ１／（ａ１＋ａ２）が、４０〜６０であれば、Ａ液中のセメント粒子の沈降及びポンプを大型化しないで済むことを実験により、確認している。ここで、配合比率 ａ１／（ａ１＋ａ２）が、４０未満の場合は、Ａ液中のセメントの沈降が著しく、パイプの閉塞を招く可能性があり、６０を越える場合は、圧送圧の増加により圧送困難となるため、４０〜６０が好ましいのである。
【００１７】
（３）（１）に記載のセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記Ａ液の粘度が、５０〜３００ｍＰａ・ｓ、特に１００〜２００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする。
すなわち、最終的には、充填材を所定の粘度にする必要がある。その理由は、トンネル内上面の空洞に充填材を注入施工する際に、粘度が高くないと、コンクリート打ち継ぎ目からの漏出や配水管への流出が生じるからである。注入施工時の充填材は、粘度が高すぎても良くなく、適度の流動性を有することが必要である。
【００１８】
流動性とは、空洞に充填材を注入するときに、後から注入される充填材により、先に注入されている充填材が押されて、空洞の奥に流れて移動する性質である。
Ａ液の粘度は、パイプ輸送を行う直前の段階で、１００ｍＰａ・ｓ以上２００ｍＰａ・ｓ以下であると、最適である。
Ａ液の粘度が、１００ｍＰａ・ｓ未満であると、Ａ液中のセメントの沈降を引き起こす可能性が高くなり、２００ｍＰａ・ｓを越えると、圧送圧が増加して長距離圧送が困難となる。
その条件を達成するためには、Ａ液とＢ液の組成は、次に記載する範囲内の重量％を有するとよい。
【００１９】
（４）（１）に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
（ア）前記Ａ液の組成が質量で、セメント４６％、水４７％、第１増粘剤０．７７％、第２増粘剤１．４１％、硬化促進材４％ならびに消泡剤０．００１４％、であり、
（イ）前記Ｂ液の組成が質量で、無機系充填材５５％、水４１％、第１増粘剤０．７％、第２増粘剤０％ならびに硬化調整剤４％である、前記Ａ液及びＢ液を用いることを特徴とする。
そして、ここで言う無機系充填材とは、フライアッシュ、ボトムアッシュ、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、硅石微粉末、ベントナイト、炭酸カルシウム、クレイのいずれか単体、若しくは、それらの混合物のいずれでも良い。
【００２０】
（５）また、（１）に記載のセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記Ａ液と前記Ｂ液を各々別々のパイプで長距離圧送する際に、前記Ａ液と前記Ｂ液を圧力伝達媒体としての送り水と、該送り水と前記Ａ液又はＢ液とを前記各パイプ内で区分する仕切材と、を介して圧送することを特徴とする。
これによれば、注入工事当日の施工可能時間や予想注入量により前記Ａ液と前記Ｂ液の製造数量が決定され、それによりパイプの中を前記Ａ液と前記Ｂ液で満たせない場合があり、このようなときに圧力伝達媒体としての送り水を用いると、この送り水を介して前記Ａ液と前記Ｂ液に圧送圧を負荷させて圧送することが可能となる。
また、前記仕切材により前記Ａ液又は前記Ｂ液と前記送り水とを区分することができ、Ａ液又は前記Ｂ液を送り水により希釈することなく圧送することが可能となる。
この仕切材の材質及び形状は、送り水とＡ液、並びに送り水とＢ液を区分できる性能を有するものであれば、材質及び形状を問わないが、Ａ液及びＢ液を圧送するパイプ径よりも大きく、弾力性のあるものが好ましく、例えば、直径５０ｍｍのパイプを使用する場合、発泡ポリウレタン製で直径６５ｍｍ程度のボールを使用することが望ましい。このような仕切材を使用することにより、Ａ液及びＢ液が送り水に希釈されて品質を低下させることなく、長距離圧送が可能となる。
【００２１】
（６）また、（５）に記載のセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、前記仕切材を施工部直前で回収するために、前記撹拌装置の手前の前記Ａ液と前記Ｂ液の各々のパイプに設けられた仕切材回収装置を介して圧送することを特徴とする。
これによれば、前記仕切材を施工部直前で回収することができ、従来のようなパイプを分解して仕切材を回収するものと比較して、回収効率を向上させ、作業の効率化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の充填材長距離圧送注入方法によれば、第１増粘剤と第２増粘剤の配合比率が１〜９９（特には、４０〜６０）となるように調整することで、Ａ液の粘度が、５０〜３００（特には、１００〜２００）ｍＰａ・ｓとなるように調整して圧送するので、充填材がパイプの途中で詰まることがなく、かつ適度な流動性をもって注入されるので、トンネル坑口から注入施工現場までの距離が２ｋｍ以上であっても充填材を圧送することができるようになり、注入工事を安価に施工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明に係る充填材長距離圧送注入方法の一の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態の充填材長距離圧送注入方法は、鉄道トンネルに適用されたものである。
ここで、図１は、本実施の形態の充填材長距離圧送注入方法に用いる充填材製造プラント及び注入装置を示した平面図であり、図２は、トンネルの坑口の外に設けられた充填材製造プラントを示した拡大平面図である。図３は、充填材長距離圧送注入方法に用いる充填材製造プラント及び注入装置を示した側面図であり、図４は、トンネルの坑口の外に設けられた充填材製造プラントを示した拡大側面図である。
【実施例】
【００２４】
充填材製造プラント及びトンネル内の注入装置の構成について説明する。充填材製造プラント（プラント設備）１は、図１、図３に示すように、トンネル３の坑口３１の外に設置されるものであり、水タンク１１と、沈殿槽１２と、排水用貯留タンク１３と、Ａ液用のプラント設備１５と、Ｂ液用のプラント設備１７とを備えている。
Ａ液用のプラント設備１５は、図２に示すように、セメントを貯留しておくセメントサイロ１５１と、セメントと水とこれらに添加する特殊な増粘剤とを混合するＡ液用混合プラント１５２と、混合プラント１５２により調整されたＡ液を注入施工箇所に圧送する長距離圧送ポンプ１５３とを備えている。
【００２５】
一方、Ｂ液用のプラント設備１７は、無機系充填材を貯留しておく無機系充填材サイロ１７１と、無機系充填材と水とこれらに添加する特殊な増粘剤とを混合するＢ液用混合プラント１７２と、混合プラント１７２により調整されたＢ液を注入施工箇所に圧送する長距離圧送ポンプ１７３とを備えている。
【００２６】
トンネル３内の注入施工箇所に充填材を注入する注入装置２は、図３、図５に示すように、高所作業車２１と注入管２２とを備えている。高所作業車２１は、線路の枕木上を走行可能な無端走行帯を有する車両に、先端に注入作業者Ｍが搭乗可能なケージを有するクレーンを上下動及び旋回可能に設けたものである。
【００２７】
そして、トンネル３の坑口３１の外側に設置されているＡ液用の長距離圧送ポンプ１５３と、注入作業者Ｍが保持する注入管２２との間を連結する注入パイプ１５４と、同じくＢ液用の長距離圧送ポンプ１７３と、注入作業者Ｍが保持する注入管２２との間を連結する注入パイプ１７４とが、高所作業車２１のトンネル３内の移動に伴って伸縮可能に配置される。
【００２８】
なお、注入パイプ１５４、１７４の、長距離圧送ポンプ１５３、１７３と注入管２２との間には、図２に示すように、流量計１５５、１７５がそれぞれ設けられ、注入管２２に送られるＡ液、Ｂ液の流量を記録できるようになっている。
そして、Ａ液、Ｂ液用の２本の注入パイプ１５４、１７４の先端は、図６に示すように、先端に攪拌装置２２１を備えたＹ字状の注入管２２に連結され、この注入管２２内でＡ液とＢ液が初めて混合されるようになっている。
【００２９】
そして、図７に示すように、Ａ液用の注入パイプ１５４の、注入管２２のＹ字状の手前に、リターンパイプ１５４ａが接続され、後述するように、注入作業終了後に注入パイプ１５４に残留しているＡ液をプラント設備１に返送するようになっている。同様に、Ｂ液注入パイプ２２５の、注入管２２のＹ字状の手前に、リターンパイプ１４が接続され、注入作業終了後に注入パイプ１７４に残留しているＢ液をプラント設備１に返送するようになっている。なお、図１及び図２においては、リターンパイプ１５４ａの記載を省略している。
【００３０】
つぎに、上記のように構成された充填材製造プラント１で製造され、注入パイプ１５４、１７４を通って注入装置２に圧送される充填材Ｊを説明する。
充填材Ｊは、Ａ液とＢ液とを別々に製造し、注入管２２で初めて混合されるものであり、本実施の形態のＡ液とＢ液の組成は、表１に示すものとした。
【表１】
【００３１】
そして、充填材Ｊが注入パイプ１５４、１７４の途中で固まらず長距離の圧送を可能にするためには、特にセメントを含むＡ液の粘度が重要であり、発明者らの種々の実験結果により、Ａ液の粘度を５０ｍＰａ・ｓ以上３００ｍＰａ・ｓ以下であり、特に、１００ｍＰａ・ｓ以上２００ｍＰａ・ｓ以下に調整することが最も適していることが判った。
粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下の場合には、Ａ液（セメント液）が増粘剤等から分離沈降してセメントの沈降・固化、注入パイプ１５４の閉塞を誘発し、２００ｍＰａ・ｓ以上の場合は、粘度が高いため圧送圧が上がり、長距離圧送ポンプ１５３の圧送能力を超え、長距離の圧送が困難となる等の問題が発生する恐れがある。
【００３２】
そして、長距離圧送を可能としながら設計強度を満たす最適配合（ｍ３当たりの重量配合比率）を実験により求めた結果を表２から表５に示す。すなわち、表２、表３は設計基準強度０．２Ｎ/ｍｍ２の低強度の配合を示し、表２はＡ液の、表３はＢ液の配合を示している。
【表２】
【表３】
【００３３】
表４、表５は設計基準強度５Ｎ/ｍｍ２の高強度の配合を示し、表４はＡ液の、表５はＢ液の配合を示している。
【表４】
【表５】
【００３４】
すなわち、表２、表３および表４、表５に示すように、高・低強度のいずれの配合においても、Ａ液の第１増粘剤Ａ１の重量ａ１と第２増粘剤Ａ２の重量ａ２との配合比率ａ１／（ａ１＋ａ２）が好ましくは１〜９９、より好ましくは３０〜７０、最も好ましくは４０〜６０となるように配合することにより、上記のような粘度が得られ、長距離圧送が可能になった。
配合比率ａ１／（ａ１＋ａ２）が４０以下の場合は、Ａ液の減粘によりセメントの沈降防止効果が低下して、セメントの沈降・固化、注入パイプ１５４の閉塞を誘発する恐れがあり、配合比率ａ１／（ａ１＋ａ２）が６０以上の場合は、Ａ液の増粘により圧送圧が上昇して長距離圧送ポンプ１５３の圧送能力を超え、長距離圧送が困難となる可能性が高くなる。
【００３５】
上記のような粘度にすると、Ａ液とＢ液が混合された充填材Ｊは、その圧縮強度が１．５Ｎ／ｍｍ２以上、比重が１．３〜１．７となり、図８に示すように、充填材Ｊを円筒に流し込んで直径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍの円柱Ｊ１となし、この円筒を外した直後の潰れ状況を観察すると、その潰れ部分Ｊ２が直径約１５５ｍｍ以下（フロー値が１５５以下）となるように調整される。なお、充填材Ｊを円筒に流し込んで５分後に円筒を外すテストでは、潰れが生じないレベル（フロー値が１００以下）である。
【００３６】
つぎに、上記のように調整された充填材Ｊをトンネル３の覆工コンクリート３２の背面の空洞３３に注入する作業について説明する。
まず、トンネル３の坑口３１の外側に設置された充填材製造プラント１で、図９の注入フローに示すように、Ａ液用プラント設備１５のＡ液用混合プラント１５２に、水と第１増粘剤（ボンドＶＰグラウト１００Ａ）Ａ１と第２増粘剤（ボンドＶＰグラウト１００Ｂ）Ａ２を、第１増粘剤Ａ１の重量ａ１と第２増粘剤Ａ２の重量ａ２との配合比率ａ１／（ａ１＋ａ２）が１〜９９、より好ましくは３０〜７０、最も好ましくは４０〜６０となるように投入し、さらに硬化促進材と消泡剤とを投入して練混水となし、これにセメント（普通ポルトランドセメント）を投入し混合してＡ液（セメント混合液）を作成する。
【００３７】
同様に、充填材製造プラント１に設けられたＢ液用プラント設備１７のＢ液用混合プラント１７２に、水と第１増粘剤（ボンドＶＰグラウト１００Ａ）Ｂ１と第２増粘剤（ボンドＶＰグラウト１００Ｂ）Ｂ２を、Ａ液の第１増粘剤Ａ１の重量ａ１とＢ液の第１増粘剤Ｂ１の重量ｂ１との関係及びＡ液の第２増粘剤Ａ２の重量ａ２とＢ液の第２増粘剤Ｂ２の重量ｂ２との関係が（ａ１＋ｂ１）／（ａ２＋ｂ２）＝０．８〜１．２となるように第１増粘剤Ｂ１と第２増粘剤Ｂ２との重量ｂ１、ｂ２を選択して投入し、さらに硬化調整剤としてボンドＶＰグラウトＣも適量混入して練混水となし、これに無機系充填材（ＪＩＳ灰２種品）を投入し混合してＢ液（無機系充填材混合液）を作成する。
【００３８】
以上のように作成されたＡ液と圧力伝達媒体としての水（送り水）とを長距離圧送ポンプ１５３により、途中流量計１５５を通してトンネル３坑内に配設された注入パイプ１５４を介して、高所作業車２１に乗った注入作業者Ｍの手元の注入管２２まで圧送する。
同様に、Ｂ液を長距離圧送ポンプ１７３により、途中流量計１７５を通してトンネル３坑内に配設された注入パイプ１７４を介して、高所作業車２１に乗った注入作業者Ｍの手元の注入管２２まで圧送する。
【００３９】
注入パイプ１５４、１７４により圧送されてきたＡ液、Ｂ液は、図６に示すＹ字形の注入管２２で合流し、攪拌装置２２１を通過することにより初めて混合され充填材Ｊとなる。そして、図１０に示すように、トンネル３の覆工コンクリート３２の背面にある空洞３３に設けられた注入孔３４から注入される。
注入口３４には、詰めパイプ３５が周囲のコーキング材３５１に保持されて固定されている。この詰めパイプ３５に注入管２２の先端を差し込んで接続される。
注入管２２から出た充填材Ｊは、次々と充填材Ｊを押しながら空洞３３の奥に広がり、やがて空洞３３内に充填され空洞３３を埋める。
【００４０】
そして、始発列車が通過する前に、充填作業を中止する。作業を中止したらリターンパイプ１４により注入パイプ１５４内に残っているＡ液を吸い出してプラント設備１の沈殿槽１２に導入し、沈殿した固形物（ブロック）は産業廃棄物処理を行い、上澄み液を排水用貯留タンク１３に導入して、再度、次の充填作業に利用する。
【００４１】
このように、本実施の形態の充填材長距離圧送注入方法によれば、Ａ液中の前記第１増粘剤の質量をａ１、前記第２増粘剤の質量をａ２としたとき、その配合比率 ａ１／（ａ１＋ａ２）が、１〜９９であるセメント系充填材を用いて圧送するようにしたので、トンネル３の坑口３１の外に設置した充填材製造プラント１から注入管２２までの距離が２ｋｍ以上の長距離であっても、Ａ液、Ｂ液が注入パイプ１５４、１７４の途中で停滞することなく圧送できるようになり、発電機や攪拌機ならびに注入ポンプ等を積載した専用車両を準備する必要がなく、安価に空洞３３への充填材Ｊの注入施工が可能となった。
【００４２】
なお、本発明は前記実施の形態のものに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では、鉄道トンネルに適用した例で説明したが、これに限られず、道路トンネルや水路トンネルにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる、充填材製造プラント及び注入装置を示した平面図である。
【図２】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる、トンネルの坑口の外に設けられた充填材製造プラントを示した拡大平面図である。
【図３】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる、充填材製造プラント及び注入装置を示した側面図である。
【図４】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる、トンネルの坑口の外に設けられた充填材製造プラントを示した拡大側面図である。
【図５】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる、トンネル及び注入装置の正面断面図である。
【図６】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる注入管の例を示す一部欠載平面図である。
【図７】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる注入パイプ及び注入管の配置を示す平面図である。
【図８】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる充填材の粘度を確認する状況の斜視図である。
【図９】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法に用いる注入フローを示す図である。
【図１０】本発明の一の実施の形態に係る充填材長距離圧送注入方法により注入される充填材の注入状況を示す断面図である。
【図１１】従来の充填材長距離圧送注入方法に用いる、充填材製造プラントの側面図である。
【図１２】従来の充填材長距離圧送注入方法に用いる、トンネル内の注入装置の側面図である。
【図１３】従来の充填材長距離圧送注入方法による、トンネル内での注入施工の様子を示す側面図である。
【図１４】従来の充填材の注入状況を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 充填材製造プラント
１１ 水タンク
１５ Ａ液用プラント設備
１５１ セメントサイロ
１５２ Ａ液用混合プラント
１５３ Ａ液用長距離圧送ポンプ
１５４ 注入パイプ
１７ Ｂ液用プラント設備
１７１ 無機系充填材サイロ
１７２ Ｂ液用混合プラント
１７３ Ｂ液用長距離圧送ポンプ
１７４ 注入パイプ
２ 注入装置
２１ 高所作業車
２２ 注入管
２２１ 攪拌装置
２２５ 仕切材回収装置
３ トンネル
３１ 坑口
３２ 覆工コンクリート
３３ 空洞
３５ 詰めパイプ
Ｊ 充填材
Ｍ 注入作業者
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、水に第１増粘剤と第２増粘剤を加えて調整したＡ液と、無機系、水に前記第１増粘剤と前記第２増粘剤を加えて調整したＢ液とを混合して増粘させた後に施工するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記Ａ液と前記Ｂ液を各々別々のパイプで長距離圧送し、前記Ａ液と前記Ｂ液を施工部直前で攪拌装置を介して混合して注入施工するセメント系充填材の長距離圧送注入方法。
【請求項２】
請求項１に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記Ａ液中の前記第１増粘剤の質量をａ１、前記第２増粘剤の質量をａ２としたとき、その配合比率 ａ１／（ａ１＋ａ２）が、１〜９９であるセメント系充填材を用いて注入することを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。
【請求項３】
請求項１に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記Ａ液の粘度が、５０〜３００ｍＰａ・ｓであることを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。
【請求項４】
請求項１に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
（ア）前記Ａ液の組成が質量で、セメント４６％、水４７％、第１増粘剤０．７７％、第２増粘剤１．４１％、硬化促進材４％ならびに消泡剤０．００１４％、であり、
（イ）前記Ｂ液の組成が質量で、無機系充填材５５％、水４１％、第１増粘剤０．７％、第２増粘剤０％ならびに硬化調整剤４％である、前記Ａ液及びＢ液を用いることを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。
【請求項５】
請求項１に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記Ａ液と前記Ｂ液を各々別々のパイプで長距離圧送する際に、前記Ａ液と前記Ｂ液を圧力伝達媒体としての送り水と、該送り水と前記Ａ液又はＢ液とを前記各パイプ内で区分する仕切材と、を介して圧送することを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。
【請求項６】
請求項５に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記仕切材を施工部直前で回収するために、前記撹拌装置の手前の前記Ａ液と前記Ｂ液の各々のパイプに設けられた仕切材回収装置を介して圧送することを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。
【請求項１】
セメント、水に第１増粘剤と第２増粘剤を加えて調整したＡ液と、無機系、水に前記第１増粘剤と前記第２増粘剤を加えて調整したＢ液とを混合して増粘させた後に施工するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記Ａ液と前記Ｂ液を各々別々のパイプで長距離圧送し、前記Ａ液と前記Ｂ液を施工部直前で攪拌装置を介して混合して注入施工するセメント系充填材の長距離圧送注入方法。
【請求項２】
請求項１に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記Ａ液中の前記第１増粘剤の質量をａ１、前記第２増粘剤の質量をａ２としたとき、その配合比率 ａ１／（ａ１＋ａ２）が、１〜９９であるセメント系充填材を用いて注入することを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。
【請求項３】
請求項１に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記Ａ液の粘度が、５０〜３００ｍＰａ・ｓであることを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。
【請求項４】
請求項１に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
（ア）前記Ａ液の組成が質量で、セメント４６％、水４７％、第１増粘剤０．７７％、第２増粘剤１．４１％、硬化促進材４％ならびに消泡剤０．００１４％、であり、
（イ）前記Ｂ液の組成が質量で、無機系充填材５５％、水４１％、第１増粘剤０．７％、第２増粘剤０％ならびに硬化調整剤４％である、前記Ａ液及びＢ液を用いることを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。
【請求項５】
請求項１に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記Ａ液と前記Ｂ液を各々別々のパイプで長距離圧送する際に、前記Ａ液と前記Ｂ液を圧力伝達媒体としての送り水と、該送り水と前記Ａ液又はＢ液とを前記各パイプ内で区分する仕切材と、を介して圧送することを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。
【請求項６】
請求項５に記載するセメント系充填材の長距離圧送注入方法において、
前記仕切材を施工部直前で回収するために、前記撹拌装置の手前の前記Ａ液と前記Ｂ液の各々のパイプに設けられた仕切材回収装置を介して圧送することを特徴とするセメント系充填材の長距離圧送注入方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−２４４８１（Ｐ２００９−２４４８１Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５６２８６（Ｐ２００８−１５６２８６）
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（５９１０６５８４８）名工建設株式会社 (15)
【出願人】（５０３１７７５５７）ボンドエンジニアリング株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（５９１０６５８４８）名工建設株式会社 (15)
【出願人】（５０３１７７５５７）ボンドエンジニアリング株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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