トンネル、トンネル構築方法、及び覆工コンクリートのひび割れ抑制装置
【課題】トンネル覆工において、地山の変位による覆工コンクリートのひび割れを抑制する技術を提供する。
【解決手段】地山の掘削面に吹付けられるコンクリートからなる吹付けコンクリート部と、前記吹付けコンクリート部の内側から前記地山に向けて挿入され、該地山と該吹付けコンクリート部とを一体化する固定部と、前記吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように設けられる弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有する緩衝部と、前記緩衝部の内側を覆うように設けられる覆工コンクリート部と、を備える。
【解決手段】地山の掘削面に吹付けられるコンクリートからなる吹付けコンクリート部と、前記吹付けコンクリート部の内側から前記地山に向けて挿入され、該地山と該吹付けコンクリート部とを一体化する固定部と、前記吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように設けられる弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有する緩衝部と、前記緩衝部の内側を覆うように設けられる覆工コンクリート部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル、トンネル構築方法、及び覆工コンクリートのひび割れ抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの施工技術として、ナトム工法が知られている。ナトム（ＮＡＴＭ：New Austrian Tunnelling Method）工法は、近年のトンネルの施工技術における主流となっている技術の一つである。ナトム工法では、地山の掘削面にコンクリートを吹き付け、吹付けたコンクリートの表面から地山に向けてロックボルトを挿入して地山と吹付けたコンクリートとの一体化を図る。一方、トンネルには優れた耐久性が求められ、ナトム工法をベース、若しくは改良した様々な施工技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開平６−２９９７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
コンクリート構造物では、従来より、ひび割れをより少なくするための技術開発が行われている。トンネルにおいても例外ではなく、覆工コンクリートのひび割れをより抑制できる技術の開発が求められている。
【０００４】
覆工コンクリートのひび割れの原因としては、トンネルのクラウン部に存在する空隙、コンクリートの締め固め不足、充填圧の不足、養生不足、コンクリートの強度不足、施工不良、外力等が例示される。そして、覆工コンクリートのひび割れを抑制するため、コンクリート材料の品質向上（例えば、膨張材や高性能ＡＥ減水剤の使用や非鋼鉄繊維の使用）や養生設備の設置（例えば、湿潤装置の設置）が行われている。一方、トンネルの施工技術として、ナトム工法が知られているが、ナトム工法では、地山からの外力の影響を抑制するため、地山の変位が収束してから覆工コンクリートの打設が行われる。従って、従来、地山の変位による覆工コンクリートへの影響は少ないものと考えられていた。しかしながら、地山の変位は、収束しているだけであり、ゼロであるわけではないことから、覆工後においても多少の変位は発生することが想定される。そして、仮に、地山の変位があるとすると、覆工コンクリートへの影響が懸念される。
【０００５】
本発明では、上記した問題に鑑み、トンネル覆工において、地山の変位による覆工コンクリートのひび割れを抑制する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、上述した課題を解決するために、地山の掘削面と覆工コンクリートとの間に地山の変位を許容する緩衝部を設けることとした。
【０００７】
詳細には、本発明は、地山の掘削面に吹付けられるコンクリートからなる吹付けコンクリート部と、前記吹付けコンクリート部の内側から前記地山に向けて挿入され、該地山と該吹付けコンクリート部とを一体化する固定部と、前記吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように設けられる弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有する緩衝部と、前記緩衝部の内側を覆うように設けられる覆工コンクリート部と、を備える。
【０００８】
本発明に係るトンネルは、覆工コンクリートの外側（地山側）に緩衝部が設けられていることを特徴とする。そして、緩衝部は、弾性部材からなり、地山の変位を許容する厚さ
を有している。従って、仮に地山の変位が発生した場合でも、地山の変位によって発生する覆工コンクリートに対する地山からの外力が、緩衝部で許容、換言すると吸収される。その結果、地山が変位した場合における、地山からの外力が緩衝部で許容され、覆工コンクリートのひび割れが抑制される。
【０００９】
吹付けコンクリート部は、地山の掘削面に吹付けられたコンクリートによって構成される。吹付けコンクリート部の強度や厚さは、トンネルの規模、形状、又はトンネル内の環境（温度、湿度等）に応じて適宜設計することができる。吹付けコンクリート部には、例えば鋼製の支保工を設けてもよい。固定部は、吹付けコンクリートを地山と一体化するものであり、いわゆるナトム工法で用いられるロックボルトやロックボルトに相当する機能を有する部材によって構成することができる。なお、本発明において、内側とは、トンネルの坑内側を意味する。従って、吹付けコンクリート部の内側とは、換言すると、吹付けコンクリート部の、トンネルの坑内側の面である。一方、吹付けコンクリートの外側面とは、地山側の面である。
【００１０】
緩衝部は、弾性部材によって構成され、地山の変位を許容する厚さを有する。地山の変位を許容する厚さとは、換言すると、地山が変位した際に、地山の変位によって発生する地山からの外力を弾性部材からなる緩衝部によって吸収することが可能な厚さである。なお、緩衝部の厚さは、地山からの外力を覆工コンクリートに伝達させない厚さとすることが好ましいが、伝達される地山からの外力を低減できる厚さであってもよい。ここで、ナトム工法では、地山からの外力の影響を低減するため、地山の変位が収束してから覆工コンクリートの打設が行われる。そして、この収束の確認は、例えば、日本道路協会出版の道路トンネル観察・計測指針によれば、「変位速度が１ｍｍ／週以下となったことが２回程度確認できたら側定終了。ただし、覆工前に最終変位測定を行い、承諾を得る。」と規定されている。従って、地山の変位を長期で考えた場合にも、地山の変位量は数ミリ程度であると予測される。緩衝部の厚さは、このように予測される地山の変位量に基づいて決定してもよく、また、実験等によって求めるようにしてもよい。
【００１１】
覆工コンクリート部は、上記緩衝部の内側、すなわちトンネルの坑内側に設けられる。覆工コンクリート部の強度や厚さは、トンネルの規模、形状、又はトンネル内の環境（温度、湿度等）に応じて適宜設計することができる。
【００１２】
ここで、本発明に係るトンネルは、前記緩衝部と前記覆工コンクリートとの間に設けられ、前記地山から排出される水が該覆工コンクリートへ侵入することを抑制するシート状の防水部を更に備えていてもよい。これにより、覆工コンクリートの水による劣化を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明に係るトンネルは、前記緩衝部を前記吹付けコンクリート部へ固定する釘状の緩衝部用固定部と、前記緩衝部用固定部の頭部を覆うことで該緩衝部用固定部の頭部が前記覆工コンクリートへ直接接触することを防止する保護部と、を更に備える構成とすることができる。そして、前記緩衝部は、シート状の弾性部材によって構成することができる。
【００１４】
上述したように、緩衝部によれば、地山の変位を許容することが可能となり、その結果、覆工コンクリートのひび割れを抑制することができる。緩衝部は、例えば、シート状の弾性部材によって構成することができ、この場合、釘状の緩衝用固定部によって吹付けコンクリートに固定することができる。ここで、釘状の緩衝用固定部は、コンクリートに打ち込む強度が必要とされることから、緩衝用固定部の頭部が覆工コンクリートと接触すると覆工コンクリートが損傷する虞がある。また、仮に地山の変位が起こると、緩衝用固定部の頭部と覆工コンクリート部との接触部分に集中的に地山からの外力が加わることが懸
念される。そこで、本発明に係るトンネルでは、緩衝用固定部による覆工コンクリートのひび割れを抑制するため保護部が設けられている。なお、保護部は、地山の変位を許容する厚さを有していることが好ましい。
【００１５】
ここで、本発明は、上述したトンネルを構築するトンネル構築方法としてもよい。具体的には、本発明は、地山を掘削する掘削工程と、前記掘削工程で掘削された地山の掘削面にコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け工程と、前記コンクリート吹付け工程で吹付けられたコンクリートからなる吹付けコンクリート部の内側から前記地山に向けて、該地山と該吹付けコンクリート部とを一体化する固定部を設置する固定部設置工程と、前記固定部設置工程で前記地山と一体化された吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように、弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有する緩衝部を設ける緩衝部設置工程と、前記緩衝部設置工程で設けられた緩衝部の内側を覆うように、覆工コンクリート部を設ける覆工コンクリート打設工程と、を備える。本発明に係るトンネル構築方法によれば、覆工コンクリートのひび割れを抑制することができる。なお、本発明に係るトンネル構築方法は、上述した防水部、緩衝部用固定部及び保護部を設ける工程を更に備えるようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明は、上述したトンネルを構成する緩衝部を備える覆工コンクリートのひび割れ抑制装置としてもよい。具体的には、本発明は、覆工コンクリートのひび割れを抑制するひび割れ抑制装置であって、地山の掘削面に吹付けられるコンクリートからなる吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように設けられる弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有するシート状の緩衝部からなる覆工コンクリートのひび割れ抑制装置である。本発明に係る覆工コンクリートのひび割れ抑制装置をトンネルに用いることで、覆工コンクリートのひび割れを抑制することができる。なお、上記覆工コンクリートのひび割れ抑制装置は、上述したシート状の防水部、緩衝部用固定部、保護部を更に備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、トンネル覆工において、地山の変位による覆工コンクリートのひび割れを抑制する技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係るトンネル、トンネル構築方法、及び覆工コンクリートひび割れ抑制装置の実施形態について説明する。
【００１９】
＜概要＞
まず、実施形態のトンネルの概要について技術背景と共に説明する。トンネル覆工においては耐久性の向上が要求されている。近年、特に要求されているのは、コンクリートのひび割れ対策、充填性（覆工背面の空隙）、コンクリートの締め固め、外観（出来栄え）の向上である。そこで、本発明者は、このような要求を達成するためトンネルの技術開発を日々行い、「地山変位に伴う応力が覆工に作用してひび割れが発生する。」といった一つの仮説を得た。近年、トンネルの施工技術として普及しているナトム工法では、変位がある程度収束してから覆工していることから従来このような仮設を唱える者は存在しなかった。しかしながら、変位がゼロで覆工しているわけではないことから長期変位の影響があることが推測される。そこで、本発明者は、覆工コンクリートの外側に、地山の変位による地山からの外力を吸収する緩衝材を設けることとした。以下、実施形態に係るトンネルについて説明する。
【００２０】
＜構成＞
図１は、実施形態に係るトンネルの断面図を示す。図２は、緩衝部材等を拡大した拡大
断面図を示す。図１、図２に示すように、実施形態に係るトンネルには、吹付けコンクリート２と、ロックボルト３と、緩衝材４と、防水シート５と、覆工コンクリート８と、コンクリートネイル６と、保護部材７が設けられている。
【００２１】
吹付けコンクリート２は、地山１の掘削面に吹付けられることで形成され、掘削面を被覆すると共に地山１を支保する。ロックボルト３は、吹付けコンクリート２を貫通して地山１に挿入されている。なお、図面ではロックボルト３の数が、省略して記載されている。ロックボルト３の数は、吹付けコンクリート２と地山１とを確実に一体化できるよう設計する必要がある。また、吹付けコンクリート２と共に地山１を支保する鋼製の支保工を設けてもよい。
【００２２】
緩衝材４は、吹付けコンクリート２の内側に、吹付けコンクリート２を被覆するように設けられている。緩衝材４は、弾性部材によって構成され、地山１の変位を許容する厚さを有している。これにより、地山１が変位した際に、地山１の変位によって発生する外力を緩衝材４が吸収するので、発生した地山１からの外力が覆工コンクリート８に伝達されることが抑制される。その結果、覆工コンクリート８のひび割れが抑制される。
【００２３】
防水シート５は、緩衝材４の内側面に取り付けられ、地山１から排出される水（主に湧水）が覆工コンクリート８へ侵入することを抑制する。これにより、覆工コンクリート８の水による劣化を抑制することができる。コンクリートネイル６は、本発明の緩衝部用固定部に相当し、緩衝材４及び防水シート５を吹付けコンクリートへ固定する。なお、緩衝材４及び防水シート５は、互いを張り合わせて一体的に形成してもよい。なお、上述した緩衝材４を吹付けコンクリート２に張り付け易い適当な大きさに加工しておき、本発明に係る覆工コンクリートのひび割れ抑制装置としてもよい。また、緩衝材４及び防水シート５とを一体的に形成してもよく、このように一体的に形成されたものは、本発明に係る覆工コンクリートのひび割れ抑制装置に相当する。
【００２４】
保護部材７は、コンクリートネイル６の頭部を保護する。コンクリートネイル６の頭部が覆工コンクリート８と接触すると覆工コンクリート８が損傷する虞がある。また、仮に地山１の変位が起こると、コンクリートネイル６の頭部と覆工コンクリート８との接触部分に集中的に外力が加わることが懸念される。保護部材７は、このようなコンクリートネイル６の頭部が覆工コンクリート８に接触することで起こりうる弊害を防止する。なお、保護部材７は、弾性部材からなり、地山１の変位を許容する厚さを有していることが好ましい。
【００２５】
覆工コンクリート８は、防水シート５の内側、すなわちトンネルの坑内側に設けられる。覆工コンクリート８の強度や厚さは、トンネルの規模、形状、又はトンネル内の環境（温度、湿度等）に応じて適宜設計することができる。
【００２６】
次に、上述した実施形態に係るトンネルの作用・効果について従来のトンネルと比較しながら図面に基づいて説明する。まず、地山変位によってひび割れが発生すると考えられる原理について説明する。図３Ａは、クラウン部に空隙が無い場合の、地山変位に伴う応力が覆工に作用してひび割れが発生する概念図を示す。また、図３Ｂは、クラウン部に空隙がある場合の、地山変位に伴う応力が覆工に作用してひび割れが発生する概念図を示す。Ｐ1、Ｐ2は、地山変位による外力を示し、Ｐ´1、Ｐ´2は、抵抗力を示す。抵抗力は、覆工コンクリート８がロックボルトによって地山１と一体化することで得られる力である。ナトム工法では、覆工コンクリート８と地山１とをロックボルトによって一体化し、地山１を支保する。従って、地山１からの外力と覆工コンクリート８による抵抗力とのバランスが崩れる、すなわち、地山変位により地山１からの外力が発生すると、外力が抵抗力を上回り、外力と抵抗力との差分が引張応力として覆工コンクリートに作用し、覆工コン
クリートのひび割れを引き起こすものと考えられる。なお、図３Ａに示すようなクラウン部に空隙が無い場合には、ひび割れが一箇所のみ発生しているのに対し、図３Ｂに示すようなクラウン部に空隙がある場合には、ひび割れが三箇所発生している。これは、クラウン部に空隙が存在することで、抵抗力Ｐ´2が、抵抗力Ｐ´1よりも小さくなるからである。すなわち、外力（Ｐ1又はＰ2）と抵抗力（Ｐ´1又はＰ´2）との差は、引張応力に相当すると考えられ、クラウン部に空隙が存在すると、抵抗力が小さくなることから、引張応力が増加し、その結果ひび割れが発生しやすくなる。従って、従来より、クラウン部の空隙をなくすための技術開発が進められていた。なお、図３Ａ、図３Ｂに示すトンネルは、従来のトンネルをモデルとしたものであり、覆工コンクリート８の外側に、防水シート５が設けられている。この防水シート５は、防水膜（厚さ０．８ｍｍ）と防水膜の破損を防止するための保護膜（３ｍｍ）とを貼り合わせることで形成されている。
【００２７】
次に、実施形態に係るトンネルにおいてひび割れが抑制される原理について図面に基づいて説明する。ここで、図４Ａは、覆工コンクリート打設時における外力と抵抗力との関係を示す。また、図４Ｂは、地山変位による外力発生時における外力と抵抗力との関係を示す。図４Ａ、図４Ｂに示す態様では、防水シート５の外側に厚さ１０ｍｍの緩衝材４が設けられている。防水シート５は、図３Ａ、図３Ｂに示す従来のトンネルに用いられている３．８ｍｍの厚さを有している。図４Ａに示すように、覆工コンクリートの打設時では、地山変位による外力はゼロであり、数１に示す関係が成り立つ。なお、この場合のＰ´は、覆工コンクリート圧力、充填圧（半流動体）が相当する。従来の実績より、抵抗力（コンクリート圧力、充填圧力）は、５ｔ／ｍ2程度である。
Ｐ´＞Ｐ＝０・・・数１
【００２８】
覆工コンクリートの打設後において、仮に地山変位が発生すると地山変位による外力の影響により覆工コンクリート８にひび割れが発生する（図３Ａ、図３Ｂ参照。）図４Ｂに示す態様では、緩衝材４が設けられることで、地山変位量が緩衝材４で吸収され、覆工コンクリート８のひび割れ発生が抑制される。すなわち、仮に地山の変位量が５ｍｍであっても、１０ｍｍの厚さを有する緩衝材４を設けることで、緩衝材４によって外力が吸収される。例えば、緩衝材４の厚さが１０ｍｍから７ｍｍに変化し、防水シート５の厚さが３．８ｍｍから１．８ｍｍに変化するものと予測される。従って、この緩衝材４及び防水シート５の厚さの減少分が地山の変位量５ｍｍに相当する。以上より、地山変位が発生した場合、数２に示す関係が成り立つ。なお、この場合のＰ´は、外力、自重に対する抵抗力（固体）が相当する。
Ｐ＞Ｐ´＜ひび割れ抵抗力（ｆtk：引張強度）・・・数２
【００２９】
＜トンネル構築方法＞
次に、上述した実施形態に係るトンネルの構築方法について説明する。図５は、実施形態に係るトンネル構築手順を示す。なお、本実施形態に係るトンネル構築方法は、ナトム工法に好適に用いることができる。ステップＳ０１では、掘削が行われる。掘削方法には、従来より行われている、爆薬を用いる発破掘削方式、自由断面掘削機等による機械掘削方式等が例示される。掘削が完了すると、ステップＳ０２へ進む。
【００３０】
ステップＳ０２では、掘削面にコンクリートが吹付けられる。これにより、吹付けコンクリート２が形成される。続いてステップＳ０３では、ロックボルト３が設置される。具体的には、吹付けコンクリート２に複数の孔があけられ、この孔にロックボルト３が打ち込まれる。これにより、地山１と吹付けコンクリート２とがロックボルト３によって一体化される。ロックボルト３の打ち込みが完了するとステップＳ０４へ進む。
【００３１】
ステップＳ０４では、緩衝材４及び防水シート５が取り付けられる。本実施形態では、まず、緩衝材４がコンクリートネイル６によって取り付けられ、緩衝材４を覆うように防
水シート５がコンクリートネイル６により取り付けられる。なお、緩衝材４と防水シート５は、一体的に成形されているものを用いてもよい。緩衝材４及び防水シート５が取り付けられることで、地山１からの外力を吸収し、かつ、地山１からの水が覆工コンクリートへ侵入することを抑制することができる。
【００３２】
ここで、緩衝材４の取り付け手順及び防水シート５の取り付け手順について図面に基づいてより詳細に説明する。図６は、緩衝材４を吹付けコンクリート２に取り付けた状態の断面図を示す。また、図７は、緩衝材４を吹付けコンクリート２に取り付けた状態の正面図を示す。本態様では、隣接する緩衝材４の端部を１００ｍｍから２００ｍｍラップさせ、このラップした部分を帯鉄２１で押さえ、帯鉄２１及び緩衝材４にコンクリートネイル６を貫通させることで、緩衝材４を吹付けコンクリート２に固定している。更に、コンクリートネイル６の頭部を覆うように、ブチルゴムからなる保護部材７が設けられている。保護部材７は、５０ｍｍ四方、厚さが１０ｍｍである。保護部材７の厚さは、地山変位量を考慮して設計されるが、本態様では、緩衝材４の厚さに合わせて設計されている。
【００３３】
図８は、防水シート５を吹付けコンクリート２に取り付けた状態の断面図を示す。また、図９は、防水シート５を吹付けコンクリート２に取り付けた状態の正面図を示す。本態様では、防水シート５を取り付ける場合にも、防水シート５の端部を５０ｍｍから１００ｍｍラップさせ、このラップした部分を帯鉄２１で押さえ、帯鉄２１、緩衝材４及び防水シート５にコンクリートネイル６を貫通させることで、防水シート５を吹付けコンクリート２に固定している。更に、コンクリートネイル６の頭部を覆うように、ブチルゴムからなる保護部材７が設けられている。保護部材７は、同じく、５０ｍｍ四方、厚さが１０ｍｍである。保護部材７の厚さは、地山変位量を考慮して設計されるが、本態様では、緩衝材４の厚さに合わせて設計されている。
【００３４】
図１０は、ロックボルト３の頭部の拡大断面図を示す。本態様では、ロックボルト３の頭部が露出しないよう、ロックボルト３を取り付けた後、ロックボルト３の頭部を被覆するように更に保護用コンクリート２２を吹付けてもよい。これにより、ロックボルト３の頭部が直接緩衝材４と接することが防止される。なお、符号２３は、Ｈ型の鋼製の支保工を示す。緩衝材４及び防水シート５の取り付けが完了すると次のステップＳ０５へ進む。
【００３５】
ステップＳ０５では、覆工コンクリート８が打設される。具体的には、防水シート５の内側面を被覆するように覆工コンクリート用のコンクリートが打設され、トンネル坑内の壁面が形成される。
【００３６】
なお、上述した以外の施工方法については、従来の技術を適宜用いることができる。例えば、クラウン部の締め固めは、高品質トンネル覆工圧保持式天端部締固めシステムによって行うことができる。水平打設は、コンクリート水平圧入打設工法により行うことができる。クラウン部を完全に充填するため、コンクリート充填圧管理システム、コンクリート水平圧入打設工法を採用してもよい。養生には、パラソル３０ミスト工法を採用することができる。トンネル貫通後の養生には、隔壁バルーンを用いることができる。打設スパンは、例えば、標準１０．５ｍとすることができる。コンクリート配合は、例えば、現場配合２１−１５−２０、最大骨材粒径＝２０ｍｍとすることができる。打設スランプは、アーチ肩部までは１３ｃｍから１４ｃｍ、クラウン部は１６ｃｍから１７ｃｍとすることができる。コンクリートの強度は、標準養生で３０Ｎ／ｍｍ2を目標とすればよい。坑内
湿度は、８０％以上であることが好ましく、例えば、路盤散水等で湿度を確保することができる。なお、湧水がある場合には、これを利用して自然環境で確保するようにしてもよい。養生時間（脱枠時間）は、例えば、１８時間から２０時間（１打設／２日）とすることができる。
【００３７】
なお、コンクリート水平圧入打設工法とは、アーチ部に圧入可能な吹上げ口を増設して、クラウン部吹上げ口からの打設量及び打設時間を短くして、コンクリートの充填性を向上する技術である。また、パラソル３０ミスと工法とは、軽量パイプの骨組みにシートを張り付けた移動式パラソルを覆工天端に懸架してミスと噴射による湿潤養生を行う技術である。
【００３８】
[緩衝材の圧縮試験]
次に、本実施形態に係るトンネルで使用した緩衝材の圧縮量測定試験（以下、圧縮試験という。）について説明する。図１１は、圧縮試験の概要を示す。同図に示すように、本圧縮試験は、試験台３１上に試験対象である緩衝材４を載置し、荷重をかけて緩衝材４の圧縮量を測定するものである。本圧縮試験では、試験対象として、株式会社田中社製のニードフルマット（ＡＰＳ−１０）を用い、厚さ１０ｍｍの緩衝材４（試験ケース１）、厚さ５ｍｍの緩衝材４（試験ケース２）を用いた。なお、いずれも、防水シート５を重ねた状態で測定した。防水シート５は、厚さ０．８ｍｍの防水層と厚さ３ｍｍの不織布かなる保護部材によって構成されている。
【００３９】
ここで、図１２は、試験ケース１における応力―圧縮量曲線のグラフを示す。また、図１３は、試験２における応力―圧縮量曲線のグラフを示す。本圧縮試験では、いずれも荷重（載荷応力）を１０ｔ／ｍ2まで行った。試験ケース１についてみると、載荷応力１０
ｔ／ｍ2において、圧縮量が７．７５ｍｍであり、緩衝材４の厚さ１０ｍｍを下回ってい
る。従って、仮に地山の変位により載荷応力１０ｔ／ｍ2が発生した場合でも、緩衝材４
により地山からの外力を吸収できる。一方、試験ケース２についてみると、載荷応力１０ｔ／ｍ2において、圧縮量が６．５０ｍｍであり、緩衝材４の厚さ５ｍｍを上回っている
。従って、地山から外力が載荷応力１０ｔ／ｍ2程度と仮に予測される場合には、緩衝材
４の厚さを増す必要がある。但し、通常予想される載荷応力は、５ｔ／ｍ2程度と考えら
れる。従って、試験ケース１の緩衝材４であれば、地山からの外力を許容できることは明らかである。また、試験ケース２の緩衝材４の場合、圧縮量が緩衝材４の厚さ５ｍｍを僅かに上回る。しかし、本試験では、防水シート５に保護部材としての不織布（３ｍｍ）が設けられていることから、緩衝材４及び防水シート５の双方により、地山の外力を吸収できるものと考えられる。以上より、緩衝材４の厚さは、緩衝材４の圧縮量と予測される地山変位量（外力）に基づいて適宜設計することができる。
【００４０】
以上説明した実施形態に係るトンネルは、地山１と覆工コンクリート８との間に緩衝材４が設けられ、この緩衝材４が弾性部材からなり、地山１の変位を許容する厚さを有している。これにより、地山１の変位が発生した場合でも、覆工コンクリート８に対する地山１からの外力が、緩衝材４で吸収される。その結果、地山１が変位した場合における、覆工コンクリート８に対する地山１から外力の影響が低減され、覆工コンクリート８のひび割れを抑制することができる。
【００４１】
以上、実施形態に係るトンネル及びトンネルの構築方法について説明したが、本発明にトンネル、トンネルの構築方法及び覆工コンクリートのひび割れ抑制装置はこれらに限らず、可能な限りこれらの組合せを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施形態に係るトンネルの断面図を示す。
【図２】緩衝部材等を拡大した拡大断面図を示す。
【図３Ａ】クラウン部に空隙が無い場合の、地山変位に伴う応力が覆工に作用してひび割れが発生する概念図を示す。
【図３Ｂ】クラウン部に空隙がある場合の、地山変位に伴う応力が覆工に作用してひび割れが発生する概念図を示す。
【図４Ａ】覆工コンクリート打設時における外力と抵抗力との関係を示す。
【図４Ｂ】地山変位による外力発生時における外力と抵抗力との関係を示す。
【図５】実施形態に係るトンネルの構築手順を示す。
【図６】緩衝材を吹付けコンクリートに取り付けた状態の断面図を示す。
【図７】緩衝材を吹付けコンクリートに取り付けた状態の正面図を示す。
【図８】防水シートを吹付けコンクリートに取り付けた状態の断面図を示す。
【図９】防水シートを吹付けコンクリートに取り付けた状態の正面図を示す。
【図１０】ロックボルトの頭部の拡大断面図を示す。
【図１１】圧縮試験の概要を示す。
【図１２】試験ケース１における応力―圧縮量曲線のグラフを示す。
【図１３】試験ケース２における応力―圧縮量曲線のグラフを示す。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・地山
２・・・吹付けコンクリート
３・・・ロックボルト
４・・・緩衝材
５・・・防水シート
６・・・コンクリートネイル
７・・・保護部材
８・・・覆工コンクリート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル、トンネル構築方法、及び覆工コンクリートのひび割れ抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの施工技術として、ナトム工法が知られている。ナトム（ＮＡＴＭ：New Austrian Tunnelling Method）工法は、近年のトンネルの施工技術における主流となっている技術の一つである。ナトム工法では、地山の掘削面にコンクリートを吹き付け、吹付けたコンクリートの表面から地山に向けてロックボルトを挿入して地山と吹付けたコンクリートとの一体化を図る。一方、トンネルには優れた耐久性が求められ、ナトム工法をベース、若しくは改良した様々な施工技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開平６−２９９７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
コンクリート構造物では、従来より、ひび割れをより少なくするための技術開発が行われている。トンネルにおいても例外ではなく、覆工コンクリートのひび割れをより抑制できる技術の開発が求められている。
【０００４】
覆工コンクリートのひび割れの原因としては、トンネルのクラウン部に存在する空隙、コンクリートの締め固め不足、充填圧の不足、養生不足、コンクリートの強度不足、施工不良、外力等が例示される。そして、覆工コンクリートのひび割れを抑制するため、コンクリート材料の品質向上（例えば、膨張材や高性能ＡＥ減水剤の使用や非鋼鉄繊維の使用）や養生設備の設置（例えば、湿潤装置の設置）が行われている。一方、トンネルの施工技術として、ナトム工法が知られているが、ナトム工法では、地山からの外力の影響を抑制するため、地山の変位が収束してから覆工コンクリートの打設が行われる。従って、従来、地山の変位による覆工コンクリートへの影響は少ないものと考えられていた。しかしながら、地山の変位は、収束しているだけであり、ゼロであるわけではないことから、覆工後においても多少の変位は発生することが想定される。そして、仮に、地山の変位があるとすると、覆工コンクリートへの影響が懸念される。
【０００５】
本発明では、上記した問題に鑑み、トンネル覆工において、地山の変位による覆工コンクリートのひび割れを抑制する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、上述した課題を解決するために、地山の掘削面と覆工コンクリートとの間に地山の変位を許容する緩衝部を設けることとした。
【０００７】
詳細には、本発明は、地山の掘削面に吹付けられるコンクリートからなる吹付けコンクリート部と、前記吹付けコンクリート部の内側から前記地山に向けて挿入され、該地山と該吹付けコンクリート部とを一体化する固定部と、前記吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように設けられる弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有する緩衝部と、前記緩衝部の内側を覆うように設けられる覆工コンクリート部と、を備える。
【０００８】
本発明に係るトンネルは、覆工コンクリートの外側（地山側）に緩衝部が設けられていることを特徴とする。そして、緩衝部は、弾性部材からなり、地山の変位を許容する厚さ
を有している。従って、仮に地山の変位が発生した場合でも、地山の変位によって発生する覆工コンクリートに対する地山からの外力が、緩衝部で許容、換言すると吸収される。その結果、地山が変位した場合における、地山からの外力が緩衝部で許容され、覆工コンクリートのひび割れが抑制される。
【０００９】
吹付けコンクリート部は、地山の掘削面に吹付けられたコンクリートによって構成される。吹付けコンクリート部の強度や厚さは、トンネルの規模、形状、又はトンネル内の環境（温度、湿度等）に応じて適宜設計することができる。吹付けコンクリート部には、例えば鋼製の支保工を設けてもよい。固定部は、吹付けコンクリートを地山と一体化するものであり、いわゆるナトム工法で用いられるロックボルトやロックボルトに相当する機能を有する部材によって構成することができる。なお、本発明において、内側とは、トンネルの坑内側を意味する。従って、吹付けコンクリート部の内側とは、換言すると、吹付けコンクリート部の、トンネルの坑内側の面である。一方、吹付けコンクリートの外側面とは、地山側の面である。
【００１０】
緩衝部は、弾性部材によって構成され、地山の変位を許容する厚さを有する。地山の変位を許容する厚さとは、換言すると、地山が変位した際に、地山の変位によって発生する地山からの外力を弾性部材からなる緩衝部によって吸収することが可能な厚さである。なお、緩衝部の厚さは、地山からの外力を覆工コンクリートに伝達させない厚さとすることが好ましいが、伝達される地山からの外力を低減できる厚さであってもよい。ここで、ナトム工法では、地山からの外力の影響を低減するため、地山の変位が収束してから覆工コンクリートの打設が行われる。そして、この収束の確認は、例えば、日本道路協会出版の道路トンネル観察・計測指針によれば、「変位速度が１ｍｍ／週以下となったことが２回程度確認できたら側定終了。ただし、覆工前に最終変位測定を行い、承諾を得る。」と規定されている。従って、地山の変位を長期で考えた場合にも、地山の変位量は数ミリ程度であると予測される。緩衝部の厚さは、このように予測される地山の変位量に基づいて決定してもよく、また、実験等によって求めるようにしてもよい。
【００１１】
覆工コンクリート部は、上記緩衝部の内側、すなわちトンネルの坑内側に設けられる。覆工コンクリート部の強度や厚さは、トンネルの規模、形状、又はトンネル内の環境（温度、湿度等）に応じて適宜設計することができる。
【００１２】
ここで、本発明に係るトンネルは、前記緩衝部と前記覆工コンクリートとの間に設けられ、前記地山から排出される水が該覆工コンクリートへ侵入することを抑制するシート状の防水部を更に備えていてもよい。これにより、覆工コンクリートの水による劣化を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明に係るトンネルは、前記緩衝部を前記吹付けコンクリート部へ固定する釘状の緩衝部用固定部と、前記緩衝部用固定部の頭部を覆うことで該緩衝部用固定部の頭部が前記覆工コンクリートへ直接接触することを防止する保護部と、を更に備える構成とすることができる。そして、前記緩衝部は、シート状の弾性部材によって構成することができる。
【００１４】
上述したように、緩衝部によれば、地山の変位を許容することが可能となり、その結果、覆工コンクリートのひび割れを抑制することができる。緩衝部は、例えば、シート状の弾性部材によって構成することができ、この場合、釘状の緩衝用固定部によって吹付けコンクリートに固定することができる。ここで、釘状の緩衝用固定部は、コンクリートに打ち込む強度が必要とされることから、緩衝用固定部の頭部が覆工コンクリートと接触すると覆工コンクリートが損傷する虞がある。また、仮に地山の変位が起こると、緩衝用固定部の頭部と覆工コンクリート部との接触部分に集中的に地山からの外力が加わることが懸
念される。そこで、本発明に係るトンネルでは、緩衝用固定部による覆工コンクリートのひび割れを抑制するため保護部が設けられている。なお、保護部は、地山の変位を許容する厚さを有していることが好ましい。
【００１５】
ここで、本発明は、上述したトンネルを構築するトンネル構築方法としてもよい。具体的には、本発明は、地山を掘削する掘削工程と、前記掘削工程で掘削された地山の掘削面にコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け工程と、前記コンクリート吹付け工程で吹付けられたコンクリートからなる吹付けコンクリート部の内側から前記地山に向けて、該地山と該吹付けコンクリート部とを一体化する固定部を設置する固定部設置工程と、前記固定部設置工程で前記地山と一体化された吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように、弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有する緩衝部を設ける緩衝部設置工程と、前記緩衝部設置工程で設けられた緩衝部の内側を覆うように、覆工コンクリート部を設ける覆工コンクリート打設工程と、を備える。本発明に係るトンネル構築方法によれば、覆工コンクリートのひび割れを抑制することができる。なお、本発明に係るトンネル構築方法は、上述した防水部、緩衝部用固定部及び保護部を設ける工程を更に備えるようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明は、上述したトンネルを構成する緩衝部を備える覆工コンクリートのひび割れ抑制装置としてもよい。具体的には、本発明は、覆工コンクリートのひび割れを抑制するひび割れ抑制装置であって、地山の掘削面に吹付けられるコンクリートからなる吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように設けられる弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有するシート状の緩衝部からなる覆工コンクリートのひび割れ抑制装置である。本発明に係る覆工コンクリートのひび割れ抑制装置をトンネルに用いることで、覆工コンクリートのひび割れを抑制することができる。なお、上記覆工コンクリートのひび割れ抑制装置は、上述したシート状の防水部、緩衝部用固定部、保護部を更に備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、トンネル覆工において、地山の変位による覆工コンクリートのひび割れを抑制する技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係るトンネル、トンネル構築方法、及び覆工コンクリートひび割れ抑制装置の実施形態について説明する。
【００１９】
＜概要＞
まず、実施形態のトンネルの概要について技術背景と共に説明する。トンネル覆工においては耐久性の向上が要求されている。近年、特に要求されているのは、コンクリートのひび割れ対策、充填性（覆工背面の空隙）、コンクリートの締め固め、外観（出来栄え）の向上である。そこで、本発明者は、このような要求を達成するためトンネルの技術開発を日々行い、「地山変位に伴う応力が覆工に作用してひび割れが発生する。」といった一つの仮説を得た。近年、トンネルの施工技術として普及しているナトム工法では、変位がある程度収束してから覆工していることから従来このような仮設を唱える者は存在しなかった。しかしながら、変位がゼロで覆工しているわけではないことから長期変位の影響があることが推測される。そこで、本発明者は、覆工コンクリートの外側に、地山の変位による地山からの外力を吸収する緩衝材を設けることとした。以下、実施形態に係るトンネルについて説明する。
【００２０】
＜構成＞
図１は、実施形態に係るトンネルの断面図を示す。図２は、緩衝部材等を拡大した拡大
断面図を示す。図１、図２に示すように、実施形態に係るトンネルには、吹付けコンクリート２と、ロックボルト３と、緩衝材４と、防水シート５と、覆工コンクリート８と、コンクリートネイル６と、保護部材７が設けられている。
【００２１】
吹付けコンクリート２は、地山１の掘削面に吹付けられることで形成され、掘削面を被覆すると共に地山１を支保する。ロックボルト３は、吹付けコンクリート２を貫通して地山１に挿入されている。なお、図面ではロックボルト３の数が、省略して記載されている。ロックボルト３の数は、吹付けコンクリート２と地山１とを確実に一体化できるよう設計する必要がある。また、吹付けコンクリート２と共に地山１を支保する鋼製の支保工を設けてもよい。
【００２２】
緩衝材４は、吹付けコンクリート２の内側に、吹付けコンクリート２を被覆するように設けられている。緩衝材４は、弾性部材によって構成され、地山１の変位を許容する厚さを有している。これにより、地山１が変位した際に、地山１の変位によって発生する外力を緩衝材４が吸収するので、発生した地山１からの外力が覆工コンクリート８に伝達されることが抑制される。その結果、覆工コンクリート８のひび割れが抑制される。
【００２３】
防水シート５は、緩衝材４の内側面に取り付けられ、地山１から排出される水（主に湧水）が覆工コンクリート８へ侵入することを抑制する。これにより、覆工コンクリート８の水による劣化を抑制することができる。コンクリートネイル６は、本発明の緩衝部用固定部に相当し、緩衝材４及び防水シート５を吹付けコンクリートへ固定する。なお、緩衝材４及び防水シート５は、互いを張り合わせて一体的に形成してもよい。なお、上述した緩衝材４を吹付けコンクリート２に張り付け易い適当な大きさに加工しておき、本発明に係る覆工コンクリートのひび割れ抑制装置としてもよい。また、緩衝材４及び防水シート５とを一体的に形成してもよく、このように一体的に形成されたものは、本発明に係る覆工コンクリートのひび割れ抑制装置に相当する。
【００２４】
保護部材７は、コンクリートネイル６の頭部を保護する。コンクリートネイル６の頭部が覆工コンクリート８と接触すると覆工コンクリート８が損傷する虞がある。また、仮に地山１の変位が起こると、コンクリートネイル６の頭部と覆工コンクリート８との接触部分に集中的に外力が加わることが懸念される。保護部材７は、このようなコンクリートネイル６の頭部が覆工コンクリート８に接触することで起こりうる弊害を防止する。なお、保護部材７は、弾性部材からなり、地山１の変位を許容する厚さを有していることが好ましい。
【００２５】
覆工コンクリート８は、防水シート５の内側、すなわちトンネルの坑内側に設けられる。覆工コンクリート８の強度や厚さは、トンネルの規模、形状、又はトンネル内の環境（温度、湿度等）に応じて適宜設計することができる。
【００２６】
次に、上述した実施形態に係るトンネルの作用・効果について従来のトンネルと比較しながら図面に基づいて説明する。まず、地山変位によってひび割れが発生すると考えられる原理について説明する。図３Ａは、クラウン部に空隙が無い場合の、地山変位に伴う応力が覆工に作用してひび割れが発生する概念図を示す。また、図３Ｂは、クラウン部に空隙がある場合の、地山変位に伴う応力が覆工に作用してひび割れが発生する概念図を示す。Ｐ1、Ｐ2は、地山変位による外力を示し、Ｐ´1、Ｐ´2は、抵抗力を示す。抵抗力は、覆工コンクリート８がロックボルトによって地山１と一体化することで得られる力である。ナトム工法では、覆工コンクリート８と地山１とをロックボルトによって一体化し、地山１を支保する。従って、地山１からの外力と覆工コンクリート８による抵抗力とのバランスが崩れる、すなわち、地山変位により地山１からの外力が発生すると、外力が抵抗力を上回り、外力と抵抗力との差分が引張応力として覆工コンクリートに作用し、覆工コン
クリートのひび割れを引き起こすものと考えられる。なお、図３Ａに示すようなクラウン部に空隙が無い場合には、ひび割れが一箇所のみ発生しているのに対し、図３Ｂに示すようなクラウン部に空隙がある場合には、ひび割れが三箇所発生している。これは、クラウン部に空隙が存在することで、抵抗力Ｐ´2が、抵抗力Ｐ´1よりも小さくなるからである。すなわち、外力（Ｐ1又はＰ2）と抵抗力（Ｐ´1又はＰ´2）との差は、引張応力に相当すると考えられ、クラウン部に空隙が存在すると、抵抗力が小さくなることから、引張応力が増加し、その結果ひび割れが発生しやすくなる。従って、従来より、クラウン部の空隙をなくすための技術開発が進められていた。なお、図３Ａ、図３Ｂに示すトンネルは、従来のトンネルをモデルとしたものであり、覆工コンクリート８の外側に、防水シート５が設けられている。この防水シート５は、防水膜（厚さ０．８ｍｍ）と防水膜の破損を防止するための保護膜（３ｍｍ）とを貼り合わせることで形成されている。
【００２７】
次に、実施形態に係るトンネルにおいてひび割れが抑制される原理について図面に基づいて説明する。ここで、図４Ａは、覆工コンクリート打設時における外力と抵抗力との関係を示す。また、図４Ｂは、地山変位による外力発生時における外力と抵抗力との関係を示す。図４Ａ、図４Ｂに示す態様では、防水シート５の外側に厚さ１０ｍｍの緩衝材４が設けられている。防水シート５は、図３Ａ、図３Ｂに示す従来のトンネルに用いられている３．８ｍｍの厚さを有している。図４Ａに示すように、覆工コンクリートの打設時では、地山変位による外力はゼロであり、数１に示す関係が成り立つ。なお、この場合のＰ´は、覆工コンクリート圧力、充填圧（半流動体）が相当する。従来の実績より、抵抗力（コンクリート圧力、充填圧力）は、５ｔ／ｍ2程度である。
Ｐ´＞Ｐ＝０・・・数１
【００２８】
覆工コンクリートの打設後において、仮に地山変位が発生すると地山変位による外力の影響により覆工コンクリート８にひび割れが発生する（図３Ａ、図３Ｂ参照。）図４Ｂに示す態様では、緩衝材４が設けられることで、地山変位量が緩衝材４で吸収され、覆工コンクリート８のひび割れ発生が抑制される。すなわち、仮に地山の変位量が５ｍｍであっても、１０ｍｍの厚さを有する緩衝材４を設けることで、緩衝材４によって外力が吸収される。例えば、緩衝材４の厚さが１０ｍｍから７ｍｍに変化し、防水シート５の厚さが３．８ｍｍから１．８ｍｍに変化するものと予測される。従って、この緩衝材４及び防水シート５の厚さの減少分が地山の変位量５ｍｍに相当する。以上より、地山変位が発生した場合、数２に示す関係が成り立つ。なお、この場合のＰ´は、外力、自重に対する抵抗力（固体）が相当する。
Ｐ＞Ｐ´＜ひび割れ抵抗力（ｆtk：引張強度）・・・数２
【００２９】
＜トンネル構築方法＞
次に、上述した実施形態に係るトンネルの構築方法について説明する。図５は、実施形態に係るトンネル構築手順を示す。なお、本実施形態に係るトンネル構築方法は、ナトム工法に好適に用いることができる。ステップＳ０１では、掘削が行われる。掘削方法には、従来より行われている、爆薬を用いる発破掘削方式、自由断面掘削機等による機械掘削方式等が例示される。掘削が完了すると、ステップＳ０２へ進む。
【００３０】
ステップＳ０２では、掘削面にコンクリートが吹付けられる。これにより、吹付けコンクリート２が形成される。続いてステップＳ０３では、ロックボルト３が設置される。具体的には、吹付けコンクリート２に複数の孔があけられ、この孔にロックボルト３が打ち込まれる。これにより、地山１と吹付けコンクリート２とがロックボルト３によって一体化される。ロックボルト３の打ち込みが完了するとステップＳ０４へ進む。
【００３１】
ステップＳ０４では、緩衝材４及び防水シート５が取り付けられる。本実施形態では、まず、緩衝材４がコンクリートネイル６によって取り付けられ、緩衝材４を覆うように防
水シート５がコンクリートネイル６により取り付けられる。なお、緩衝材４と防水シート５は、一体的に成形されているものを用いてもよい。緩衝材４及び防水シート５が取り付けられることで、地山１からの外力を吸収し、かつ、地山１からの水が覆工コンクリートへ侵入することを抑制することができる。
【００３２】
ここで、緩衝材４の取り付け手順及び防水シート５の取り付け手順について図面に基づいてより詳細に説明する。図６は、緩衝材４を吹付けコンクリート２に取り付けた状態の断面図を示す。また、図７は、緩衝材４を吹付けコンクリート２に取り付けた状態の正面図を示す。本態様では、隣接する緩衝材４の端部を１００ｍｍから２００ｍｍラップさせ、このラップした部分を帯鉄２１で押さえ、帯鉄２１及び緩衝材４にコンクリートネイル６を貫通させることで、緩衝材４を吹付けコンクリート２に固定している。更に、コンクリートネイル６の頭部を覆うように、ブチルゴムからなる保護部材７が設けられている。保護部材７は、５０ｍｍ四方、厚さが１０ｍｍである。保護部材７の厚さは、地山変位量を考慮して設計されるが、本態様では、緩衝材４の厚さに合わせて設計されている。
【００３３】
図８は、防水シート５を吹付けコンクリート２に取り付けた状態の断面図を示す。また、図９は、防水シート５を吹付けコンクリート２に取り付けた状態の正面図を示す。本態様では、防水シート５を取り付ける場合にも、防水シート５の端部を５０ｍｍから１００ｍｍラップさせ、このラップした部分を帯鉄２１で押さえ、帯鉄２１、緩衝材４及び防水シート５にコンクリートネイル６を貫通させることで、防水シート５を吹付けコンクリート２に固定している。更に、コンクリートネイル６の頭部を覆うように、ブチルゴムからなる保護部材７が設けられている。保護部材７は、同じく、５０ｍｍ四方、厚さが１０ｍｍである。保護部材７の厚さは、地山変位量を考慮して設計されるが、本態様では、緩衝材４の厚さに合わせて設計されている。
【００３４】
図１０は、ロックボルト３の頭部の拡大断面図を示す。本態様では、ロックボルト３の頭部が露出しないよう、ロックボルト３を取り付けた後、ロックボルト３の頭部を被覆するように更に保護用コンクリート２２を吹付けてもよい。これにより、ロックボルト３の頭部が直接緩衝材４と接することが防止される。なお、符号２３は、Ｈ型の鋼製の支保工を示す。緩衝材４及び防水シート５の取り付けが完了すると次のステップＳ０５へ進む。
【００３５】
ステップＳ０５では、覆工コンクリート８が打設される。具体的には、防水シート５の内側面を被覆するように覆工コンクリート用のコンクリートが打設され、トンネル坑内の壁面が形成される。
【００３６】
なお、上述した以外の施工方法については、従来の技術を適宜用いることができる。例えば、クラウン部の締め固めは、高品質トンネル覆工圧保持式天端部締固めシステムによって行うことができる。水平打設は、コンクリート水平圧入打設工法により行うことができる。クラウン部を完全に充填するため、コンクリート充填圧管理システム、コンクリート水平圧入打設工法を採用してもよい。養生には、パラソル３０ミスト工法を採用することができる。トンネル貫通後の養生には、隔壁バルーンを用いることができる。打設スパンは、例えば、標準１０．５ｍとすることができる。コンクリート配合は、例えば、現場配合２１−１５−２０、最大骨材粒径＝２０ｍｍとすることができる。打設スランプは、アーチ肩部までは１３ｃｍから１４ｃｍ、クラウン部は１６ｃｍから１７ｃｍとすることができる。コンクリートの強度は、標準養生で３０Ｎ／ｍｍ2を目標とすればよい。坑内
湿度は、８０％以上であることが好ましく、例えば、路盤散水等で湿度を確保することができる。なお、湧水がある場合には、これを利用して自然環境で確保するようにしてもよい。養生時間（脱枠時間）は、例えば、１８時間から２０時間（１打設／２日）とすることができる。
【００３７】
なお、コンクリート水平圧入打設工法とは、アーチ部に圧入可能な吹上げ口を増設して、クラウン部吹上げ口からの打設量及び打設時間を短くして、コンクリートの充填性を向上する技術である。また、パラソル３０ミスと工法とは、軽量パイプの骨組みにシートを張り付けた移動式パラソルを覆工天端に懸架してミスと噴射による湿潤養生を行う技術である。
【００３８】
[緩衝材の圧縮試験]
次に、本実施形態に係るトンネルで使用した緩衝材の圧縮量測定試験（以下、圧縮試験という。）について説明する。図１１は、圧縮試験の概要を示す。同図に示すように、本圧縮試験は、試験台３１上に試験対象である緩衝材４を載置し、荷重をかけて緩衝材４の圧縮量を測定するものである。本圧縮試験では、試験対象として、株式会社田中社製のニードフルマット（ＡＰＳ−１０）を用い、厚さ１０ｍｍの緩衝材４（試験ケース１）、厚さ５ｍｍの緩衝材４（試験ケース２）を用いた。なお、いずれも、防水シート５を重ねた状態で測定した。防水シート５は、厚さ０．８ｍｍの防水層と厚さ３ｍｍの不織布かなる保護部材によって構成されている。
【００３９】
ここで、図１２は、試験ケース１における応力―圧縮量曲線のグラフを示す。また、図１３は、試験２における応力―圧縮量曲線のグラフを示す。本圧縮試験では、いずれも荷重（載荷応力）を１０ｔ／ｍ2まで行った。試験ケース１についてみると、載荷応力１０
ｔ／ｍ2において、圧縮量が７．７５ｍｍであり、緩衝材４の厚さ１０ｍｍを下回ってい
る。従って、仮に地山の変位により載荷応力１０ｔ／ｍ2が発生した場合でも、緩衝材４
により地山からの外力を吸収できる。一方、試験ケース２についてみると、載荷応力１０ｔ／ｍ2において、圧縮量が６．５０ｍｍであり、緩衝材４の厚さ５ｍｍを上回っている
。従って、地山から外力が載荷応力１０ｔ／ｍ2程度と仮に予測される場合には、緩衝材
４の厚さを増す必要がある。但し、通常予想される載荷応力は、５ｔ／ｍ2程度と考えら
れる。従って、試験ケース１の緩衝材４であれば、地山からの外力を許容できることは明らかである。また、試験ケース２の緩衝材４の場合、圧縮量が緩衝材４の厚さ５ｍｍを僅かに上回る。しかし、本試験では、防水シート５に保護部材としての不織布（３ｍｍ）が設けられていることから、緩衝材４及び防水シート５の双方により、地山の外力を吸収できるものと考えられる。以上より、緩衝材４の厚さは、緩衝材４の圧縮量と予測される地山変位量（外力）に基づいて適宜設計することができる。
【００４０】
以上説明した実施形態に係るトンネルは、地山１と覆工コンクリート８との間に緩衝材４が設けられ、この緩衝材４が弾性部材からなり、地山１の変位を許容する厚さを有している。これにより、地山１の変位が発生した場合でも、覆工コンクリート８に対する地山１からの外力が、緩衝材４で吸収される。その結果、地山１が変位した場合における、覆工コンクリート８に対する地山１から外力の影響が低減され、覆工コンクリート８のひび割れを抑制することができる。
【００４１】
以上、実施形態に係るトンネル及びトンネルの構築方法について説明したが、本発明にトンネル、トンネルの構築方法及び覆工コンクリートのひび割れ抑制装置はこれらに限らず、可能な限りこれらの組合せを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施形態に係るトンネルの断面図を示す。
【図２】緩衝部材等を拡大した拡大断面図を示す。
【図３Ａ】クラウン部に空隙が無い場合の、地山変位に伴う応力が覆工に作用してひび割れが発生する概念図を示す。
【図３Ｂ】クラウン部に空隙がある場合の、地山変位に伴う応力が覆工に作用してひび割れが発生する概念図を示す。
【図４Ａ】覆工コンクリート打設時における外力と抵抗力との関係を示す。
【図４Ｂ】地山変位による外力発生時における外力と抵抗力との関係を示す。
【図５】実施形態に係るトンネルの構築手順を示す。
【図６】緩衝材を吹付けコンクリートに取り付けた状態の断面図を示す。
【図７】緩衝材を吹付けコンクリートに取り付けた状態の正面図を示す。
【図８】防水シートを吹付けコンクリートに取り付けた状態の断面図を示す。
【図９】防水シートを吹付けコンクリートに取り付けた状態の正面図を示す。
【図１０】ロックボルトの頭部の拡大断面図を示す。
【図１１】圧縮試験の概要を示す。
【図１２】試験ケース１における応力―圧縮量曲線のグラフを示す。
【図１３】試験ケース２における応力―圧縮量曲線のグラフを示す。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・地山
２・・・吹付けコンクリート
３・・・ロックボルト
４・・・緩衝材
５・・・防水シート
６・・・コンクリートネイル
７・・・保護部材
８・・・覆工コンクリート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山の掘削面に吹付けられるコンクリートからなる吹付けコンクリート部と、
前記吹付けコンクリート部の内側から前記地山に向けて挿入され、該地山と該吹付けコンクリート部とを一体化する固定部と、
前記吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように設けられる弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有する緩衝部と、
前記緩衝部の内側を覆うように設けられる覆工コンクリート部と、
を備えるトンネル。
【請求項２】
前記緩衝部と前記覆工コンクリート部との間に設けられ、前記地山から排出される水が該覆工コンクリートへ侵入することを抑制するシート状の防水部を更に備える請求項１に記載のトンネル。
【請求項３】
前記緩衝部は、シート状の弾性部材からなり、
前記緩衝部を前記吹付けコンクリート部へ固定する釘状の緩衝部用固定部と、
前記緩衝部用固定部の頭部を覆うことで該緩衝部用固定部の頭部が前記覆工コンクリートへ直接接触することを防止する保護部と、を更に備える請求項１又は請求項２に記載のトンネル。
【請求項４】
前記保護部は、前記地山の変位を許容する厚さを有する、請求項３に記載のトンネル。
【請求項５】
地山を掘削する掘削工程と、
前記掘削工程で掘削された地山の掘削面にコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け工程と、
前記コンクリート吹付け工程で吹付けられたコンクリートからなる吹付けコンクリート部の内側から前記地山に向けて、該地山と該吹付けコンクリート部とを一体化する固定部を設置する固定部設置工程と、
前記固定部設置工程で前記地山と一体化された吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように、弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有する緩衝部を設ける緩衝部設置工程と、
前記緩衝部設置工程で設けられた緩衝部の内側を覆うように、覆工コンクリート部を設ける覆工コンクリート打設工程と、
を備えるトンネル構築方法。
【請求項６】
覆工コンクリートのひび割れを抑制するひび割れ抑制装置であって、
地山の掘削面に吹付けられるコンクリートからなる吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように設けられる弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有するシート状の緩衝部からなる覆工コンクリートのひび割れ抑制装置。
【請求項７】
前記緩衝部の内側と面接続され、前記地山から排出される水が該覆工コンクリートへ侵入することを抑制するシート状の防水部を更に備える、請求項６に記載の覆工コンクリートのひび割れ抑制装置。
【請求項８】
前記緩衝部を前記吹付けコンクリート部へ固定する釘状の緩衝部用固定部と、
前記緩衝部用固定部の頭部を覆うことで該緩衝部用固定部の頭部が前記覆工コンクリートへ直接接触することを防止する保護部と、を更に備える請求項６又は請求項７に記載の覆工コンクリートのひび割れ抑制装置。
【請求項１】
地山の掘削面に吹付けられるコンクリートからなる吹付けコンクリート部と、
前記吹付けコンクリート部の内側から前記地山に向けて挿入され、該地山と該吹付けコンクリート部とを一体化する固定部と、
前記吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように設けられる弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有する緩衝部と、
前記緩衝部の内側を覆うように設けられる覆工コンクリート部と、
を備えるトンネル。
【請求項２】
前記緩衝部と前記覆工コンクリート部との間に設けられ、前記地山から排出される水が該覆工コンクリートへ侵入することを抑制するシート状の防水部を更に備える請求項１に記載のトンネル。
【請求項３】
前記緩衝部は、シート状の弾性部材からなり、
前記緩衝部を前記吹付けコンクリート部へ固定する釘状の緩衝部用固定部と、
前記緩衝部用固定部の頭部を覆うことで該緩衝部用固定部の頭部が前記覆工コンクリートへ直接接触することを防止する保護部と、を更に備える請求項１又は請求項２に記載のトンネル。
【請求項４】
前記保護部は、前記地山の変位を許容する厚さを有する、請求項３に記載のトンネル。
【請求項５】
地山を掘削する掘削工程と、
前記掘削工程で掘削された地山の掘削面にコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け工程と、
前記コンクリート吹付け工程で吹付けられたコンクリートからなる吹付けコンクリート部の内側から前記地山に向けて、該地山と該吹付けコンクリート部とを一体化する固定部を設置する固定部設置工程と、
前記固定部設置工程で前記地山と一体化された吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように、弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有する緩衝部を設ける緩衝部設置工程と、
前記緩衝部設置工程で設けられた緩衝部の内側を覆うように、覆工コンクリート部を設ける覆工コンクリート打設工程と、
を備えるトンネル構築方法。
【請求項６】
覆工コンクリートのひび割れを抑制するひび割れ抑制装置であって、
地山の掘削面に吹付けられるコンクリートからなる吹付けコンクリート部の内側に該コンクリート部を覆うように設けられる弾性部材からなる緩衝部であって、前記地山の変位を許容する厚さを有するシート状の緩衝部からなる覆工コンクリートのひび割れ抑制装置。
【請求項７】
前記緩衝部の内側と面接続され、前記地山から排出される水が該覆工コンクリートへ侵入することを抑制するシート状の防水部を更に備える、請求項６に記載の覆工コンクリートのひび割れ抑制装置。
【請求項８】
前記緩衝部を前記吹付けコンクリート部へ固定する釘状の緩衝部用固定部と、
前記緩衝部用固定部の頭部を覆うことで該緩衝部用固定部の頭部が前記覆工コンクリートへ直接接触することを防止する保護部と、を更に備える請求項６又は請求項７に記載の覆工コンクリートのひび割れ抑制装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１６３３（Ｐ２０１０−１６３３Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６０３３４（Ｐ２００８−１６０３３４）
【出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（０００２０１４７８）前田建設工業株式会社 (358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（０００２０１４７８）前田建設工業株式会社 (358)
【Ｆターム（参考）】
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