トンネル空隙部の充填工法および充填組成物
【課題】既設トンネル内に水が存在する空隙部に充填する充填工法及び充填組成物を提供する。
【解決手段】既設トンネル内の空隙部へ、下記特徴を有するセメント系組成物を充填することを特徴とするトンネル空隙部の充填工法、及び既設トンネル内の空隙部への充填に使用してなり、かつ、下記特徴を有するセメント系組成物。
（１）セメント系組成物が、セメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類、及び水を含有してなること。
（２）土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨが１１以下であり、ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた測定方法で材齢７日時の封緘養生後の付着強さが０.８Ｎ/ｍｍ2以上であり、ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後の曲げ強度が２.０Ｎ/ｍｍ2以上であるセメント系組成物であること。
【解決手段】既設トンネル内の空隙部へ、下記特徴を有するセメント系組成物を充填することを特徴とするトンネル空隙部の充填工法、及び既設トンネル内の空隙部への充填に使用してなり、かつ、下記特徴を有するセメント系組成物。
（１）セメント系組成物が、セメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類、及び水を含有してなること。
（２）土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨが１１以下であり、ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた測定方法で材齢７日時の封緘養生後の付着強さが０.８Ｎ/ｍｍ2以上であり、ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後の曲げ強度が２.０Ｎ/ｍｍ2以上であるセメント系組成物であること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に既設トンネル内に水が存在する空隙部に充填する充填工法及び充填組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、既設トンネルにおいて、建設時の余掘や供用後の湧水の影響等の理由により、側壁、道床、路盤構造物内やトンネル覆工背面部、路盤下部に空隙が発生することがある。このような空隙部は、非破壊検査の技術や側壁、道床、路盤構造物を削孔することで確認されており、特に湧水が多い箇所は空隙が大きく、空隙部に湧水が存在することが多い。
【０００３】
この空隙部の存在は、車両通過時に発生する風圧、振動等により、トンネルの肌面を剥落させる危険性があり、さらに路盤などの構造物が沈下するなど車両の運行上の安全面の確保のため補修を行なう必要がある。
【０００４】
このようなトンネル内空隙部の補修は、空隙部にセメント系材料を充填することで行われている。そして、この充填組成物として、セメントミルクやセメントエアミルクといったセメント系充填材料が知られている（例えば非特許文献１、特許文献１、２）。この従来の工法は、硬化前のセメント系充填材料を空隙部に注入し、空隙部に硬化体を形成するものであり、低圧下で充填できるため、空隙部周囲の構造物に変形や衝撃を与えない。
【０００５】
しかしながら、充填する空隙部に湧水がある場合、充填組成物が水に希釈され、充填組成物が空隙部から逸脱して、空隙部周囲の構造物と一体化できないといった事態が発生する問題がある。
【０００６】
このような充填組成物の空隙部（空洞部）周辺への逸脱を防止するため、充填組成物（注入材料）が湧水（地下水、流水）に希釈されないよう、セメントにベントナイトを添加し、可塑性を備える技術がある（特許文献３、４）。
【０００７】
また、空隙部への充填に使用してなるセメント系組成物ついて、セメント系組成物が、セメント系鉱物、増粘剤（セルロース）、酢酸ビニル系共重合体等の合成樹脂エマルジョン、及び水を含有してなるものは公知である（特許文献５、６）が、特許文献５、６に記載されたセメント系組成物は、セメント系急硬材を含有するものではなく、水中不分離性や曲げ強度については、何ら示唆されていない。
【０００８】
さらに、セメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、増粘剤、合成樹脂エマルジョン、及び水を含有してなるセメント系組成物も公知である（特許文献７、８）が、特許文献７、８に記載されたセメント系組成物は、「高強度及び耐磨耗性に優れ、セルフレベリング性を兼ね備えた床仕上材などに用いることができる高強度水硬性組成物」であり、水中不分離性や付着強さが要求されるトンネル内の空隙部の充填に使用することについては全く示唆がなく、また、増粘剤とアクリル系樹脂エマルジョンとの組み合わせが具体的に示されているだけで、増粘剤と酢酸ビニル系樹脂エマルジョンとの組み合わせは具体的に示されていない。
【０００９】
【非特許文献１】大友武臣他、透水性コンクリートの開発に関する研究、セメント・ コンクリート論文集、Ｎｏ.４５、１９９１
【特許文献１】特開平１１−２２８１９７号公報
【特許文献２】特開２０００−１１９０５６号公報
【特許文献３】特開２０００−３２８８８６号公報
【特許文献４】特開２０００−５４７９４号公報
【特許文献５】特開平１０−９５６５２号公報
【特許文献６】特開２００２−２９８０６号公報
【特許文献７】特開２００４−３０００１７号公報
【特許文献８】特開２００５−２８９７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
トンネル内の空隙部の充填に使用されていた従来の充填組成物は、母材のコンクリートとの付着が弱いため、車両通過時に発生する風圧、振動、車両の繰返し衝撃、すなわち、曲げや衝撃荷重を受けた場合、充填組成物がひび割れ、破壊してしまう場合がある。
そこで、本発明は、湧水箇所でも充填組成物が流されず、さらに周囲構造物と高い付着性状を持ち、曲げや衝撃荷重を受けても変形量が少ない充填組成物を提供し、さらに、上記充填組成物を空隙部周囲の構造物に変形や衝撃を与えないように、注入口にかかる圧力を０.５ＭＰａ以下の低圧下で安定的に圧入できる充填工法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】
【００１１】
すなわち、本発明は、既設トンネル内の空隙部へ、下記特徴を有するセメント系組成物を充填することを特徴とするトンネル空隙部の充填工法であり、
（１）セメント系組成物が、セメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類、及び水を含有してなること。
（２）土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨが１１以下であり、ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた測定方法で材齢７日時の封緘養生後の付着強さが０.８Ｎ/ｍｍ2以上であり、ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後の曲げ強度が２.０Ｎ/ｍｍ2以上であるセメント系組成物であること。
また、既設トンネル内の側壁、道床、路盤構造物にコアドリルにて注入孔を削孔した後、直ちに注入口から注入速度が２〜１５Ｌ／ｍｉｎ、注入口にかかる圧力を０.５ＭＰａ以下でセメント系組成物を圧入する該トンネル空隙部の充填工法であり、注入孔と注入管の隙間を間詰めして、隙間を埋めてからセメント系組成物を圧入する該トンネル空隙部の充填工法である。
さらに、既設トンネル内の空隙部への充填に使用してなり、かつ、下記特徴を有するセメント系組成物である。
（１）セメント系組成物が、セメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類、及び水を含有してなること。
（２）土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨが１１以下であり、ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた測定方法で材齢７日時の封緘養生後の付着強さが０.８Ｎ/ｍｍ2以上であり、ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後の曲げ強度が２.０Ｎ/ｍｍ2以上であるセメント系組成物であること。
また、前記増粘剤が、セルロース系増粘剤であることを特徴とする該セメント系組成物であり、前記増粘剤が、セメント系鉱物１００質量部に対して、０．１〜２．０質量部であることを特徴とする該セメント系組成物であり、前記酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類が、セメント系鉱物１００質量部に対して、固形分で２〜２５質量部であることを特徴とする前記セメント系組成物である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、トンネル空隙部の充填組成物として、湧水箇所でも水中不分離性に優れ、さらに空隙部周囲の構造物と高い付着性状を持ち、曲げ荷重を受けても変形量が少ないセメント系組成物を完成し、さらに施工時に空隙部周囲の構造物に衝撃や変形を与えないように、低圧下で安定的に施工できる工法を完成するに至った。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明において、既設トンネル内の空隙部へセメント系組成物（以下、「充填組成物」という。）を充填するための注入口は、側壁または軌道構造物の空隙部周囲にドリルにて削孔する。さらに、施工性、充填性から３２ｍｍから１００ｍｍのコアドリルで注入口を削孔することが好ましい。
【００１４】
注入孔を削孔した後、直ちに充填組成物を圧入することが好ましい。注入孔を削孔してから注入するまでに長い日数を経ると、地山から湧水が注入口まで流れ、美観に劣るばかりか、地山近傍の砂礫が注入口に集まり、注入口近傍の空隙を埋める可能性がある。このように、長い日数を経て空隙が埋まった場合、バキュームなどで砂礫を吸い出す必要がある。
【００１５】
充填組成物を注入する速度は、毎分２〜１５Ｌが好ましく、毎分３〜１０Ｌがより好ましい。毎分２Ｌ未満だと、充填時間が長く、作業効率が悪い上に、圧入できず注入量が少ない場合がある。１５Ｌを超えると瞬時に圧力がかかり、周囲の構造物の安定を阻害する可能性がある。
【００１６】
注入口にかかる圧力は０.５ＭＰａ以下が好ましく、０.２ＭＰａ以下がより好ましい。０.５ＭＰａを超えると周囲構造物が浮き上がる可能性がある。さらに、近接した箇所で同時に充填組成物を圧入すると、周囲構造物の浮上りが生ずる可能性が高くなり、危険である。
【００１７】
充填を行う際、図１に示すように、注入孔と注入管の隙間に間詰めをすることが好ましい。間詰めにより、注入孔と注入管の間の隙間を埋めることで、充填組成物に圧力がかかり、微細な空隙にも圧入できるばかりか、注入口から充填組成物が逸脱することを抑制できる。間詰めをするためのものは特に限定されるものではなく、急結セメント、粘土、ウエス、パッカ、隙間テープなどが挙げられ、特に限定されるものではないが、低圧で圧送するため、隙間テープを部分的に注入管に巻きつけることが好ましい。
【００１８】
本発明で使用する充填組成物を圧送する設備は特に限定されるものではなく、例えば手動ダイヤフラム式ポンプ、スクイズ式ポンプ、スネーク式ポンプ、ピストン式ポンプなどが上げられるが、安定した圧送ができるスクイズ式ポンプやスネーク式ポンプが好ましい。
【００１９】
本発明で使用する充填組成物は、水中不分離性に優れ、短時間で硬化し、空隙部周囲の構造物と高い付着性を持ち、さらに曲げ耐力があることが必要となる。
【００２０】
本発明で使用する充填組成物は、土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨが１１以下であることが好ましく、１０以下であることがより好ましい。ｐＨが１１を超えると水中不分離性が低く、湧水で充填組成物が流出してしまい、空隙部周囲の構造物と一体化できない可能性がある。
【００２１】
土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨの測定条件は、以下のとおりである。
充填組成物（試料）を５００ｇ用意した。イオン交換水が８００ｍｌ入った１０００ｍｌビーカーに、試料を１０分割して、１分割分ずつヘラを用いて水面に接する位置から静かに自由落下させ、全試料の落下を２０〜３０秒で終了させた。３分間静置した後の水を吸引装置で６００ｍｌ採取し、ｐＨを測定した。
【００２２】
本発明で使用する充填組成物は、ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた測定方法で封緘養生下、材齢７日時の付着強さが、０.８Ｎ/ｍｍ2以上であることが好ましく、１.５Ｎ/ｍｍ2以上であることがより好ましい。付着強さが０.８Ｎ/ｍｍ2未満だと、車両通過時に発生する風圧、振動、車両荷重等の繰返し衝撃、すなわち、曲げや衝撃荷重などを受けた場合、充填組成物がひび割れてしまう可能性がある。
【００２３】
本発明で使用する充填組成物は、ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後の曲げ強度が２.０Ｎ/ｍｍ2以上であることが好ましく、３.０Ｎ/ｍｍ2以上であることがより好ましい。２.０Ｎ/ｍｍ2より低いと、車両通過時に発生する風圧、振動、車両荷重等の繰返し衝撃、すなわち、曲げや衝撃荷重を受けた場合、変形量が大きく空隙部背面の地山や空隙部周囲の構造物に変形、衝撃を与え、充填組成物がひび割れてしまう可能性がある。
【００２４】
本発明で使用する充填組成物は、上記性能を得るためにセメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類、及び水を必須成分とする。
【００２５】
本発明で使用するセメント系鉱物は、セメントとしては特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、低熱および中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントに、高炉スラグやフライアッシュやシリカフュームなどを混合した各種混合セメント、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）、市販されている微粒子セメント並びに、アルミナセメントなどが挙げられ、各種ポルトランドセメントや各種混合セメントを微粉末化して使用することも可能である。また、通常セメントに使用されている成分（例えば石膏等）量を増減して調整されたものも使用可能である。
これらセメント系鉱物は単独で使用することができ、さらに２種以上併用して使用することも可能である。これらの中では、価格や入手し易さから、普通セメントが好ましい。
【００２６】
本発明で使用するセメント系急硬材は、急硬性セメントコンクリート中に混入できれば特に制限はない。急硬成分としては、アルミン酸ナトリウムやケイ酸ナトリウム等の無機塩系や、カルシウムアルミネート類等のセメント鉱物系等が挙げられる。これらの中では、セメントコンクリートの凝結性状に優れ、強度発現性が良好な点で、カルシウムアルミネート類が好ましい。
セメント系急硬材の比表面積は、ブレーン値で３０００〜９０００ｃｍ２／ｇが好ましく、４０００〜８０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ未満だとの組成物の強度が充分でない場合があり、９０００ｃｍ２／ｇを超えると流動性や可使時間の確保が困難になる場合がある。
【００２７】
カルシウムアルミネート類はカルシウムアルミネート、カルシウムアルミノシリケート、カルシウムサルホアルミネート、カルシウムアルミノフェライトなどが挙げられるが、凝結性状に優れるカルシウムアルミノシリケートがより好ましい。
カルシウムアルミノシリケートは、CaOとAl2O3とSiO2を主成分とする非晶質物質であり、CaO/Al2O3モル比が１．５〜３．０で、SiO2含有量が２．０〜５．０％ の組成を有するものである。本発明では、CaO/Al2O3モル比が２．０〜２．５のカルシウムアルミノシリケートが好ましい。CaO/Al2O3モル比が１．５未満では強度発現に時間を要し、また、逆に、CaO/Al2O3モル比が３．０を超えると充分な流動性や可使時間が得られない場合がある。SiO2含有量が２．０％未満では十分な流動性や可使時間が得られない場合があり、５．０％を超えると強度発現に時間を要し、充分な強度が得られない場合がある。セメント系急硬材の使用量は、セメント系鉱物１００質量部に対して、１〜２０質量部が好ましく、５〜１０質量部がより好ましい。１質量部未満だと強度発現に時間を要し、２０質量部を超えると十分な流動性や可使時間が得られない場合がある。
【００２８】
本発明で使用するセメント組成物においては比較的少量の増粘剤を添加することで、他の性能に対する影響を最小限に抑えつつ、水中不分離性が向上できる。増粘剤は、セルロース系、蛋白質系、ラテックス系、水溶性ポリマー系、アルキルアリルスルホン酸塩とテトラアルキルアンモニウム塩の含有などを用いることでき、特に限定されるものではないが、特にセルロース系が湧水下でも最も水中不分離性に優れる。セルロース系増粘剤としては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースを用いることができる。
増粘剤の使用量は、セメント系鉱物１００質量部に対して、０．１〜２．０質量部が好ましく、０．２〜１．０質量部がより好ましい。０．１質量部未満だと十分な水中不分離性が得られない場合がある。２．０質量部を超えると十分な流動性が得られず、作業性に劣る場合がある。
【００２９】
本発明で使用される酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類としては、ポリ酢酸ビニルエマルジョン、エチレン／酢酸ビニル共重合体エマルジョン、エチレン／酢酸ビニル／アクリル酸エステル共重合体エマルジョン、エチレン／酢酸ビニル／メタアクリル酸エステル共重合体エマルジョン、酢酸ビニル／塩化ビニル共重合体エマルジョン、酢酸ビニル／アクリル酸エステルエマルジョン、酢酸ビニル／メタアクリル酸エステルエマルジョン、酢酸ビニル／ビニルバーサテートエマルジョン、エチレン／酢酸ビニル／ビニルバーサテートエマルジョン、酢酸ビニル／ビニルバーサテート／アクリル酸エステルエマルジョン等が挙げられ、特に限定されるものではないが、そのうちエチレン／酢酸ビニル共重合体エマルジョンの使用が好ましい。
酢酸ビニルと共重合させる（メタ）アクリル酸エステルとしては、アルキル基と（メタ）アクリル酸のエステルであって、例えば２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレートなどのアクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルがある。また、炭素数７以上のアルキル基に窒素、エポキシ基、リン酸基を含有するアクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルなどを用いることができる。本発明で使用する共重合体類は、ガラス転移温度が２０℃以下であることが好ましく、１０℃以下であることがより好ましい。２０℃を越えると周囲のコンクリート構造物との付着性が低下するおそれがある。
酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類は液体や粉体のいずれの形態でも使用可能であるが、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類の粉体としての使用量は、セメント系鉱物１００質量部に対して、２〜２５質量部が好ましく、３〜１５質量部がより好ましい。２質量部未満だと付着強さや曲げ耐力が低下する可能性がある。２５質量部を超えると凝結遅延する可能性がある。
【００３０】
本発明で使用するセメント組成物においては、硬化体の強度、曲げ耐力の向上や密度をコントロールする目的でフィラーを併用することができる。フィラーは、特に限定されることはなく、無機系や有機系のものが使用可能である。無機系としては、石膏、珪石、石灰石などの骨材、ベントナイトなどの粘土鉱物、ゼオライトなどのイオン交換体、硫酸塩類、炭酸塩類、アルカリ金属塩類などが挙げられる。有機系材料としては、ビニロン繊維、アクリル繊維、炭素繊維などの繊維状物質、イオン交換樹脂などが挙げられる。これらの中では、石膏が好ましい。これらを本発明の目的を阻害しない範囲で使用することができる。
石膏の比表面積は、ブレーン値で３０００〜９０００ｃｍ２／ｇが好ましく、４０００〜８０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ未満だとの組成物の強度が充分でない場合があり、９０００ｃｍ２／ｇを超えると流動性や可使時間の確保が困難になる場合がある。
フィラーの使用量は、セメント系鉱物１００質量部に対して、５０〜１５０質量部が好ましく、７５〜１２５質量部がより好ましい。５０質量部未満だと付着強さや曲げ耐力が低下する可能性がある。１５０質量部を超えると凝結遅延する可能性がある。
水粉体（セメント系鉱物＋セメント系急硬材＋フィラー）比は、４０〜１００質量％以上が好ましく、５０〜８０質量％がより好ましい。４０質量％未満だと圧送性が不良になる可能性がある。１００質量％を超えると付着強さや曲げ耐力が低下する可能性がある。
【００３１】
本発明で使用するセメント組成物においては比較的少量の遅延剤を添加することで硬化時間を調整できる。遅延剤としては、特に限定されるものではないがオキシカルボン酸類が好ましい。
【００３２】
オキシカルボン酸類としてはクエン酸、酒石酸、グルコン酸、及びリンゴ酸又はそれらのナトリウムやカリウム塩等のいずれも使用可能であるが、強度発現性を阻害しにくいグルコン酸ナトリウムの使用が好ましい。
【００３３】
本発明では、さらに流動性を向上させる目的で、セメント分散剤を併用することも可能である。
【００３４】
セメント分散剤としては、特に限定されるものではないが、ナフタレンスルホン酸塩ホルムアルデヒド縮合物、メラミンスルホン酸塩ホルムアルデヒド縮合物、ポリカルボン酸もしくはそのエステルもしくはその塩、ポリスチレンスルホン酸塩からなるセメント分散剤、フェノール系ホルムアルデヒド縮合物（例えば、フェノールスルホン酸と共縮合可能な他の単量体とのホルムアルデヒド共縮合物）からなるセメント分散剤、及びアニリンスルホン酸系ホルムアルデヒド縮合物（例えば、アニリンスルホン酸と共縮合可能な他の単量体とのホルムアルデヒド共縮合物）を主成分とする１種又は２種以上が使用できる。
【００３５】
以下、実施例で詳細に説明する。
【実施例】
【００３６】
（実験例１）
セメント系鉱物１００質量部、セメント系急硬材７.５質量部、増粘剤０．５質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体の固形分１０質量部、フィラー７.５質量部を混合し、水粉体（セメント系鉱物＋セメント系急硬材＋フィラー）比が６０質量％になるように水を混合し充填組成物（セメント系組成物）を調整した。
トンンル側壁に直径３２ｍｍの注入孔をコアドリルで削孔し、空隙部の深さが２０ｍｍの箇所に調整後の充填組成物をスクイズ式ポンプで表１に示す条件で圧送した。なお充填は、注入口にかかる圧力が０.４ＭＰａに達するまで行った。
【００３７】
＜使用材料＞
セメント系鉱物：電気化学工業社製、普通セメント、比表面積３４００ｃｍ２／ｇ、密度３．１５ｇ／ｃｍ３。
セメント系急硬材：カルシウムアルミノシリケート化合物。試作品、ＣａＯ５０％、Ａｌ２Ｏ３４０％、ＳｉＯ２４％、その他６％、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比２.３、ガラス化率８０％、比表面積６０００ｃｍ２／ｇ、密度３．０５ｇ／ｃｍ３
フィラー：無水石膏、市販品、比表面積６０００ｃｍ２／ｇ、密度２.７０ｇ／ｃｍ３
増粘剤：電気化学工業製、セルロース系増粘剤（成分：ヒドロキシプロピルメチルセルロース）
エマルジョン：電気化学工業社製、酢酸ビニル-エチレン共重合体、４５質量％溶液、ガラス転移温度０℃
水：水道水
【００３８】
＜使用機器＞
圧送ポンプ：スクイズ式ポンプ、友定建機社製「ＴＳ-０５５Ｍ」
間詰め材料：隙間テープ、市販品
【００３９】
＜試験方法＞
注入口にかかる圧力が０.２ＭＰａに達するまでの注入量、注入時間を計測した。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１より、注入速度が大きすぎると、圧力が直ぐに０．２ＭＰａに達し、注入量は低い傾向にあることがわかる（実験No.1-７）。また、注入速度が小さいと充填時間（注入時間）が長くなり、作業効率が悪くなる（実験No.1-1）。したがって、注入速度は、２〜１５Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい（実験No.1-2〜No.1-6）。また、間詰めをすることで、充填組成物が圧入され注入量が増加した（実験No.1-4とNo.1-8の比較）。さらに、注入孔削孔してから、充填開始までの日数が３日では、空隙部に砂礫が集まり、注入量が少ない結果となった（実験No.1-9）。
【００４２】
（実験例２）
表２に示す使用材料で、水粉体比が６０重量％になるように充填組成物を調整し、水中不分離性と充填性を評価したこと以外は、実施例１と同様とした。
【００４３】
＜試験方法＞
水中不分離性試験：土木学会、水中不分離性コンクリート設計施工指針(案)における水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に準拠し、ｐＨを測定した。さらに、このときの水の濁りを目視観察した。
充填性：図２に示すように縦１ｍ×横１ｍ×高さ２ｃｍの模擬型枠を作製し、毎分４Ｌの水を型枠内に設置した塩ビ製パイプから均一に流すと同時に充填組成物を型枠全域に型枠中心部から毎分６Ｌの注入速度で充填し、充填後の充填組成物の充填高さの平均値を測定し、充填性の評価指標した。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２より、増粘剤を添加することで、増粘剤を添加しないでエマルジョンのみを添加した場合（実験No.2-2）と比較して、水中不分離性に優れ、さらに充填組成物が流出しないことから型枠上部まで充填組成物を充填できたことが確認された（実験No.2-1）。
【００４６】
（実験例３）
表３に示す使用材料で、水粉体比が６０重量％になるように充填組成物を調整し、付着強さと曲げ強さを評価したこと以外は、実施例１と同様とした。
【００４７】
＜試験方法＞
付着強さ：ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた付着強さ試験方法に基づき、封緘養生後、材齢７日時の付着強さを測定した。
曲げ強さ：ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後に長さ１６ｃｍ、幅４ｃｍ、高さ４ｃｍの供試体の曲げ強さを測定した。
【００４８】
【表３】
【００４９】
表３より、エマルジョンを添加することで、エマルジョンを添加しないで増粘剤のみを添加した場合（実験No.3-2）と比較して、曲げや付着強さが高い充填組成物ができることが確認された（実験No.3-1）。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のトンネル空隙部の充填組成物は、湧水箇所でも水中不分離性に優れ、さらに曲げ耐力に優れ、空隙部周囲の構造物と高い付着性状を持つ充填組成物を完成し、さらに施工時に空隙部周囲の構造物の安定化を阻害しないように、注入口にかかる圧力を０.５ＭＰa以下で安定的に施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】注入孔と注入管の隙間に間詰めをするやり方を示す図である。
【図２】セメント系組成物の充填性の試験方法を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に既設トンネル内に水が存在する空隙部に充填する充填工法及び充填組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、既設トンネルにおいて、建設時の余掘や供用後の湧水の影響等の理由により、側壁、道床、路盤構造物内やトンネル覆工背面部、路盤下部に空隙が発生することがある。このような空隙部は、非破壊検査の技術や側壁、道床、路盤構造物を削孔することで確認されており、特に湧水が多い箇所は空隙が大きく、空隙部に湧水が存在することが多い。
【０００３】
この空隙部の存在は、車両通過時に発生する風圧、振動等により、トンネルの肌面を剥落させる危険性があり、さらに路盤などの構造物が沈下するなど車両の運行上の安全面の確保のため補修を行なう必要がある。
【０００４】
このようなトンネル内空隙部の補修は、空隙部にセメント系材料を充填することで行われている。そして、この充填組成物として、セメントミルクやセメントエアミルクといったセメント系充填材料が知られている（例えば非特許文献１、特許文献１、２）。この従来の工法は、硬化前のセメント系充填材料を空隙部に注入し、空隙部に硬化体を形成するものであり、低圧下で充填できるため、空隙部周囲の構造物に変形や衝撃を与えない。
【０００５】
しかしながら、充填する空隙部に湧水がある場合、充填組成物が水に希釈され、充填組成物が空隙部から逸脱して、空隙部周囲の構造物と一体化できないといった事態が発生する問題がある。
【０００６】
このような充填組成物の空隙部（空洞部）周辺への逸脱を防止するため、充填組成物（注入材料）が湧水（地下水、流水）に希釈されないよう、セメントにベントナイトを添加し、可塑性を備える技術がある（特許文献３、４）。
【０００７】
また、空隙部への充填に使用してなるセメント系組成物ついて、セメント系組成物が、セメント系鉱物、増粘剤（セルロース）、酢酸ビニル系共重合体等の合成樹脂エマルジョン、及び水を含有してなるものは公知である（特許文献５、６）が、特許文献５、６に記載されたセメント系組成物は、セメント系急硬材を含有するものではなく、水中不分離性や曲げ強度については、何ら示唆されていない。
【０００８】
さらに、セメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、増粘剤、合成樹脂エマルジョン、及び水を含有してなるセメント系組成物も公知である（特許文献７、８）が、特許文献７、８に記載されたセメント系組成物は、「高強度及び耐磨耗性に優れ、セルフレベリング性を兼ね備えた床仕上材などに用いることができる高強度水硬性組成物」であり、水中不分離性や付着強さが要求されるトンネル内の空隙部の充填に使用することについては全く示唆がなく、また、増粘剤とアクリル系樹脂エマルジョンとの組み合わせが具体的に示されているだけで、増粘剤と酢酸ビニル系樹脂エマルジョンとの組み合わせは具体的に示されていない。
【０００９】
【非特許文献１】大友武臣他、透水性コンクリートの開発に関する研究、セメント・ コンクリート論文集、Ｎｏ.４５、１９９１
【特許文献１】特開平１１−２２８１９７号公報
【特許文献２】特開２０００−１１９０５６号公報
【特許文献３】特開２０００−３２８８８６号公報
【特許文献４】特開２０００−５４７９４号公報
【特許文献５】特開平１０−９５６５２号公報
【特許文献６】特開２００２−２９８０６号公報
【特許文献７】特開２００４−３０００１７号公報
【特許文献８】特開２００５−２８９７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
トンネル内の空隙部の充填に使用されていた従来の充填組成物は、母材のコンクリートとの付着が弱いため、車両通過時に発生する風圧、振動、車両の繰返し衝撃、すなわち、曲げや衝撃荷重を受けた場合、充填組成物がひび割れ、破壊してしまう場合がある。
そこで、本発明は、湧水箇所でも充填組成物が流されず、さらに周囲構造物と高い付着性状を持ち、曲げや衝撃荷重を受けても変形量が少ない充填組成物を提供し、さらに、上記充填組成物を空隙部周囲の構造物に変形や衝撃を与えないように、注入口にかかる圧力を０.５ＭＰａ以下の低圧下で安定的に圧入できる充填工法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】
【００１１】
すなわち、本発明は、既設トンネル内の空隙部へ、下記特徴を有するセメント系組成物を充填することを特徴とするトンネル空隙部の充填工法であり、
（１）セメント系組成物が、セメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類、及び水を含有してなること。
（２）土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨが１１以下であり、ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた測定方法で材齢７日時の封緘養生後の付着強さが０.８Ｎ/ｍｍ2以上であり、ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後の曲げ強度が２.０Ｎ/ｍｍ2以上であるセメント系組成物であること。
また、既設トンネル内の側壁、道床、路盤構造物にコアドリルにて注入孔を削孔した後、直ちに注入口から注入速度が２〜１５Ｌ／ｍｉｎ、注入口にかかる圧力を０.５ＭＰａ以下でセメント系組成物を圧入する該トンネル空隙部の充填工法であり、注入孔と注入管の隙間を間詰めして、隙間を埋めてからセメント系組成物を圧入する該トンネル空隙部の充填工法である。
さらに、既設トンネル内の空隙部への充填に使用してなり、かつ、下記特徴を有するセメント系組成物である。
（１）セメント系組成物が、セメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類、及び水を含有してなること。
（２）土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨが１１以下であり、ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた測定方法で材齢７日時の封緘養生後の付着強さが０.８Ｎ/ｍｍ2以上であり、ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後の曲げ強度が２.０Ｎ/ｍｍ2以上であるセメント系組成物であること。
また、前記増粘剤が、セルロース系増粘剤であることを特徴とする該セメント系組成物であり、前記増粘剤が、セメント系鉱物１００質量部に対して、０．１〜２．０質量部であることを特徴とする該セメント系組成物であり、前記酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類が、セメント系鉱物１００質量部に対して、固形分で２〜２５質量部であることを特徴とする前記セメント系組成物である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、トンネル空隙部の充填組成物として、湧水箇所でも水中不分離性に優れ、さらに空隙部周囲の構造物と高い付着性状を持ち、曲げ荷重を受けても変形量が少ないセメント系組成物を完成し、さらに施工時に空隙部周囲の構造物に衝撃や変形を与えないように、低圧下で安定的に施工できる工法を完成するに至った。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明において、既設トンネル内の空隙部へセメント系組成物（以下、「充填組成物」という。）を充填するための注入口は、側壁または軌道構造物の空隙部周囲にドリルにて削孔する。さらに、施工性、充填性から３２ｍｍから１００ｍｍのコアドリルで注入口を削孔することが好ましい。
【００１４】
注入孔を削孔した後、直ちに充填組成物を圧入することが好ましい。注入孔を削孔してから注入するまでに長い日数を経ると、地山から湧水が注入口まで流れ、美観に劣るばかりか、地山近傍の砂礫が注入口に集まり、注入口近傍の空隙を埋める可能性がある。このように、長い日数を経て空隙が埋まった場合、バキュームなどで砂礫を吸い出す必要がある。
【００１５】
充填組成物を注入する速度は、毎分２〜１５Ｌが好ましく、毎分３〜１０Ｌがより好ましい。毎分２Ｌ未満だと、充填時間が長く、作業効率が悪い上に、圧入できず注入量が少ない場合がある。１５Ｌを超えると瞬時に圧力がかかり、周囲の構造物の安定を阻害する可能性がある。
【００１６】
注入口にかかる圧力は０.５ＭＰａ以下が好ましく、０.２ＭＰａ以下がより好ましい。０.５ＭＰａを超えると周囲構造物が浮き上がる可能性がある。さらに、近接した箇所で同時に充填組成物を圧入すると、周囲構造物の浮上りが生ずる可能性が高くなり、危険である。
【００１７】
充填を行う際、図１に示すように、注入孔と注入管の隙間に間詰めをすることが好ましい。間詰めにより、注入孔と注入管の間の隙間を埋めることで、充填組成物に圧力がかかり、微細な空隙にも圧入できるばかりか、注入口から充填組成物が逸脱することを抑制できる。間詰めをするためのものは特に限定されるものではなく、急結セメント、粘土、ウエス、パッカ、隙間テープなどが挙げられ、特に限定されるものではないが、低圧で圧送するため、隙間テープを部分的に注入管に巻きつけることが好ましい。
【００１８】
本発明で使用する充填組成物を圧送する設備は特に限定されるものではなく、例えば手動ダイヤフラム式ポンプ、スクイズ式ポンプ、スネーク式ポンプ、ピストン式ポンプなどが上げられるが、安定した圧送ができるスクイズ式ポンプやスネーク式ポンプが好ましい。
【００１９】
本発明で使用する充填組成物は、水中不分離性に優れ、短時間で硬化し、空隙部周囲の構造物と高い付着性を持ち、さらに曲げ耐力があることが必要となる。
【００２０】
本発明で使用する充填組成物は、土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨが１１以下であることが好ましく、１０以下であることがより好ましい。ｐＨが１１を超えると水中不分離性が低く、湧水で充填組成物が流出してしまい、空隙部周囲の構造物と一体化できない可能性がある。
【００２１】
土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨの測定条件は、以下のとおりである。
充填組成物（試料）を５００ｇ用意した。イオン交換水が８００ｍｌ入った１０００ｍｌビーカーに、試料を１０分割して、１分割分ずつヘラを用いて水面に接する位置から静かに自由落下させ、全試料の落下を２０〜３０秒で終了させた。３分間静置した後の水を吸引装置で６００ｍｌ採取し、ｐＨを測定した。
【００２２】
本発明で使用する充填組成物は、ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた測定方法で封緘養生下、材齢７日時の付着強さが、０.８Ｎ/ｍｍ2以上であることが好ましく、１.５Ｎ/ｍｍ2以上であることがより好ましい。付着強さが０.８Ｎ/ｍｍ2未満だと、車両通過時に発生する風圧、振動、車両荷重等の繰返し衝撃、すなわち、曲げや衝撃荷重などを受けた場合、充填組成物がひび割れてしまう可能性がある。
【００２３】
本発明で使用する充填組成物は、ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後の曲げ強度が２.０Ｎ/ｍｍ2以上であることが好ましく、３.０Ｎ/ｍｍ2以上であることがより好ましい。２.０Ｎ/ｍｍ2より低いと、車両通過時に発生する風圧、振動、車両荷重等の繰返し衝撃、すなわち、曲げや衝撃荷重を受けた場合、変形量が大きく空隙部背面の地山や空隙部周囲の構造物に変形、衝撃を与え、充填組成物がひび割れてしまう可能性がある。
【００２４】
本発明で使用する充填組成物は、上記性能を得るためにセメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類、及び水を必須成分とする。
【００２５】
本発明で使用するセメント系鉱物は、セメントとしては特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、低熱および中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントに、高炉スラグやフライアッシュやシリカフュームなどを混合した各種混合セメント、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）、市販されている微粒子セメント並びに、アルミナセメントなどが挙げられ、各種ポルトランドセメントや各種混合セメントを微粉末化して使用することも可能である。また、通常セメントに使用されている成分（例えば石膏等）量を増減して調整されたものも使用可能である。
これらセメント系鉱物は単独で使用することができ、さらに２種以上併用して使用することも可能である。これらの中では、価格や入手し易さから、普通セメントが好ましい。
【００２６】
本発明で使用するセメント系急硬材は、急硬性セメントコンクリート中に混入できれば特に制限はない。急硬成分としては、アルミン酸ナトリウムやケイ酸ナトリウム等の無機塩系や、カルシウムアルミネート類等のセメント鉱物系等が挙げられる。これらの中では、セメントコンクリートの凝結性状に優れ、強度発現性が良好な点で、カルシウムアルミネート類が好ましい。
セメント系急硬材の比表面積は、ブレーン値で３０００〜９０００ｃｍ２／ｇが好ましく、４０００〜８０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ未満だとの組成物の強度が充分でない場合があり、９０００ｃｍ２／ｇを超えると流動性や可使時間の確保が困難になる場合がある。
【００２７】
カルシウムアルミネート類はカルシウムアルミネート、カルシウムアルミノシリケート、カルシウムサルホアルミネート、カルシウムアルミノフェライトなどが挙げられるが、凝結性状に優れるカルシウムアルミノシリケートがより好ましい。
カルシウムアルミノシリケートは、CaOとAl2O3とSiO2を主成分とする非晶質物質であり、CaO/Al2O3モル比が１．５〜３．０で、SiO2含有量が２．０〜５．０％ の組成を有するものである。本発明では、CaO/Al2O3モル比が２．０〜２．５のカルシウムアルミノシリケートが好ましい。CaO/Al2O3モル比が１．５未満では強度発現に時間を要し、また、逆に、CaO/Al2O3モル比が３．０を超えると充分な流動性や可使時間が得られない場合がある。SiO2含有量が２．０％未満では十分な流動性や可使時間が得られない場合があり、５．０％を超えると強度発現に時間を要し、充分な強度が得られない場合がある。セメント系急硬材の使用量は、セメント系鉱物１００質量部に対して、１〜２０質量部が好ましく、５〜１０質量部がより好ましい。１質量部未満だと強度発現に時間を要し、２０質量部を超えると十分な流動性や可使時間が得られない場合がある。
【００２８】
本発明で使用するセメント組成物においては比較的少量の増粘剤を添加することで、他の性能に対する影響を最小限に抑えつつ、水中不分離性が向上できる。増粘剤は、セルロース系、蛋白質系、ラテックス系、水溶性ポリマー系、アルキルアリルスルホン酸塩とテトラアルキルアンモニウム塩の含有などを用いることでき、特に限定されるものではないが、特にセルロース系が湧水下でも最も水中不分離性に優れる。セルロース系増粘剤としては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースを用いることができる。
増粘剤の使用量は、セメント系鉱物１００質量部に対して、０．１〜２．０質量部が好ましく、０．２〜１．０質量部がより好ましい。０．１質量部未満だと十分な水中不分離性が得られない場合がある。２．０質量部を超えると十分な流動性が得られず、作業性に劣る場合がある。
【００２９】
本発明で使用される酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類としては、ポリ酢酸ビニルエマルジョン、エチレン／酢酸ビニル共重合体エマルジョン、エチレン／酢酸ビニル／アクリル酸エステル共重合体エマルジョン、エチレン／酢酸ビニル／メタアクリル酸エステル共重合体エマルジョン、酢酸ビニル／塩化ビニル共重合体エマルジョン、酢酸ビニル／アクリル酸エステルエマルジョン、酢酸ビニル／メタアクリル酸エステルエマルジョン、酢酸ビニル／ビニルバーサテートエマルジョン、エチレン／酢酸ビニル／ビニルバーサテートエマルジョン、酢酸ビニル／ビニルバーサテート／アクリル酸エステルエマルジョン等が挙げられ、特に限定されるものではないが、そのうちエチレン／酢酸ビニル共重合体エマルジョンの使用が好ましい。
酢酸ビニルと共重合させる（メタ）アクリル酸エステルとしては、アルキル基と（メタ）アクリル酸のエステルであって、例えば２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレートなどのアクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルがある。また、炭素数７以上のアルキル基に窒素、エポキシ基、リン酸基を含有するアクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルなどを用いることができる。本発明で使用する共重合体類は、ガラス転移温度が２０℃以下であることが好ましく、１０℃以下であることがより好ましい。２０℃を越えると周囲のコンクリート構造物との付着性が低下するおそれがある。
酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類は液体や粉体のいずれの形態でも使用可能であるが、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類の粉体としての使用量は、セメント系鉱物１００質量部に対して、２〜２５質量部が好ましく、３〜１５質量部がより好ましい。２質量部未満だと付着強さや曲げ耐力が低下する可能性がある。２５質量部を超えると凝結遅延する可能性がある。
【００３０】
本発明で使用するセメント組成物においては、硬化体の強度、曲げ耐力の向上や密度をコントロールする目的でフィラーを併用することができる。フィラーは、特に限定されることはなく、無機系や有機系のものが使用可能である。無機系としては、石膏、珪石、石灰石などの骨材、ベントナイトなどの粘土鉱物、ゼオライトなどのイオン交換体、硫酸塩類、炭酸塩類、アルカリ金属塩類などが挙げられる。有機系材料としては、ビニロン繊維、アクリル繊維、炭素繊維などの繊維状物質、イオン交換樹脂などが挙げられる。これらの中では、石膏が好ましい。これらを本発明の目的を阻害しない範囲で使用することができる。
石膏の比表面積は、ブレーン値で３０００〜９０００ｃｍ２／ｇが好ましく、４０００〜８０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ未満だとの組成物の強度が充分でない場合があり、９０００ｃｍ２／ｇを超えると流動性や可使時間の確保が困難になる場合がある。
フィラーの使用量は、セメント系鉱物１００質量部に対して、５０〜１５０質量部が好ましく、７５〜１２５質量部がより好ましい。５０質量部未満だと付着強さや曲げ耐力が低下する可能性がある。１５０質量部を超えると凝結遅延する可能性がある。
水粉体（セメント系鉱物＋セメント系急硬材＋フィラー）比は、４０〜１００質量％以上が好ましく、５０〜８０質量％がより好ましい。４０質量％未満だと圧送性が不良になる可能性がある。１００質量％を超えると付着強さや曲げ耐力が低下する可能性がある。
【００３１】
本発明で使用するセメント組成物においては比較的少量の遅延剤を添加することで硬化時間を調整できる。遅延剤としては、特に限定されるものではないがオキシカルボン酸類が好ましい。
【００３２】
オキシカルボン酸類としてはクエン酸、酒石酸、グルコン酸、及びリンゴ酸又はそれらのナトリウムやカリウム塩等のいずれも使用可能であるが、強度発現性を阻害しにくいグルコン酸ナトリウムの使用が好ましい。
【００３３】
本発明では、さらに流動性を向上させる目的で、セメント分散剤を併用することも可能である。
【００３４】
セメント分散剤としては、特に限定されるものではないが、ナフタレンスルホン酸塩ホルムアルデヒド縮合物、メラミンスルホン酸塩ホルムアルデヒド縮合物、ポリカルボン酸もしくはそのエステルもしくはその塩、ポリスチレンスルホン酸塩からなるセメント分散剤、フェノール系ホルムアルデヒド縮合物（例えば、フェノールスルホン酸と共縮合可能な他の単量体とのホルムアルデヒド共縮合物）からなるセメント分散剤、及びアニリンスルホン酸系ホルムアルデヒド縮合物（例えば、アニリンスルホン酸と共縮合可能な他の単量体とのホルムアルデヒド共縮合物）を主成分とする１種又は２種以上が使用できる。
【００３５】
以下、実施例で詳細に説明する。
【実施例】
【００３６】
（実験例１）
セメント系鉱物１００質量部、セメント系急硬材７.５質量部、増粘剤０．５質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体の固形分１０質量部、フィラー７.５質量部を混合し、水粉体（セメント系鉱物＋セメント系急硬材＋フィラー）比が６０質量％になるように水を混合し充填組成物（セメント系組成物）を調整した。
トンンル側壁に直径３２ｍｍの注入孔をコアドリルで削孔し、空隙部の深さが２０ｍｍの箇所に調整後の充填組成物をスクイズ式ポンプで表１に示す条件で圧送した。なお充填は、注入口にかかる圧力が０.４ＭＰａに達するまで行った。
【００３７】
＜使用材料＞
セメント系鉱物：電気化学工業社製、普通セメント、比表面積３４００ｃｍ２／ｇ、密度３．１５ｇ／ｃｍ３。
セメント系急硬材：カルシウムアルミノシリケート化合物。試作品、ＣａＯ５０％、Ａｌ２Ｏ３４０％、ＳｉＯ２４％、その他６％、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比２.３、ガラス化率８０％、比表面積６０００ｃｍ２／ｇ、密度３．０５ｇ／ｃｍ３
フィラー：無水石膏、市販品、比表面積６０００ｃｍ２／ｇ、密度２.７０ｇ／ｃｍ３
増粘剤：電気化学工業製、セルロース系増粘剤（成分：ヒドロキシプロピルメチルセルロース）
エマルジョン：電気化学工業社製、酢酸ビニル-エチレン共重合体、４５質量％溶液、ガラス転移温度０℃
水：水道水
【００３８】
＜使用機器＞
圧送ポンプ：スクイズ式ポンプ、友定建機社製「ＴＳ-０５５Ｍ」
間詰め材料：隙間テープ、市販品
【００３９】
＜試験方法＞
注入口にかかる圧力が０.２ＭＰａに達するまでの注入量、注入時間を計測した。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１より、注入速度が大きすぎると、圧力が直ぐに０．２ＭＰａに達し、注入量は低い傾向にあることがわかる（実験No.1-７）。また、注入速度が小さいと充填時間（注入時間）が長くなり、作業効率が悪くなる（実験No.1-1）。したがって、注入速度は、２〜１５Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい（実験No.1-2〜No.1-6）。また、間詰めをすることで、充填組成物が圧入され注入量が増加した（実験No.1-4とNo.1-8の比較）。さらに、注入孔削孔してから、充填開始までの日数が３日では、空隙部に砂礫が集まり、注入量が少ない結果となった（実験No.1-9）。
【００４２】
（実験例２）
表２に示す使用材料で、水粉体比が６０重量％になるように充填組成物を調整し、水中不分離性と充填性を評価したこと以外は、実施例１と同様とした。
【００４３】
＜試験方法＞
水中不分離性試験：土木学会、水中不分離性コンクリート設計施工指針(案)における水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に準拠し、ｐＨを測定した。さらに、このときの水の濁りを目視観察した。
充填性：図２に示すように縦１ｍ×横１ｍ×高さ２ｃｍの模擬型枠を作製し、毎分４Ｌの水を型枠内に設置した塩ビ製パイプから均一に流すと同時に充填組成物を型枠全域に型枠中心部から毎分６Ｌの注入速度で充填し、充填後の充填組成物の充填高さの平均値を測定し、充填性の評価指標した。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２より、増粘剤を添加することで、増粘剤を添加しないでエマルジョンのみを添加した場合（実験No.2-2）と比較して、水中不分離性に優れ、さらに充填組成物が流出しないことから型枠上部まで充填組成物を充填できたことが確認された（実験No.2-1）。
【００４６】
（実験例３）
表３に示す使用材料で、水粉体比が６０重量％になるように充填組成物を調整し、付着強さと曲げ強さを評価したこと以外は、実施例１と同様とした。
【００４７】
＜試験方法＞
付着強さ：ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた付着強さ試験方法に基づき、封緘養生後、材齢７日時の付着強さを測定した。
曲げ強さ：ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後に長さ１６ｃｍ、幅４ｃｍ、高さ４ｃｍの供試体の曲げ強さを測定した。
【００４８】
【表３】
【００４９】
表３より、エマルジョンを添加することで、エマルジョンを添加しないで増粘剤のみを添加した場合（実験No.3-2）と比較して、曲げや付着強さが高い充填組成物ができることが確認された（実験No.3-1）。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のトンネル空隙部の充填組成物は、湧水箇所でも水中不分離性に優れ、さらに曲げ耐力に優れ、空隙部周囲の構造物と高い付着性状を持つ充填組成物を完成し、さらに施工時に空隙部周囲の構造物の安定化を阻害しないように、注入口にかかる圧力を０.５ＭＰa以下で安定的に施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】注入孔と注入管の隙間に間詰めをするやり方を示す図である。
【図２】セメント系組成物の充填性の試験方法を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設トンネル内の空隙部へ、下記特徴を有するセメント系組成物を充填することを特徴とするトンネル空隙部の充填工法。
（１）セメント系組成物が、セメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類、及び水を含有してなること。
（２）土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨが１１以下であり、ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた測定方法で材齢７日時の封緘養生後の付着強さが０.８Ｎ/ｍｍ2以上であり、ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後の曲げ強度が２.０Ｎ/ｍｍ2以上であるセメント系組成物であること。
【請求項２】
既設トンネル内の側壁、道床、路盤構造物にコアドリルにて注入孔を削孔した後、直ちに注入口から注入速度が２〜１５Ｌ／ｍｉｎ、注入口にかかる圧力を０．５ＭＰａ以下でセメント系組成物を圧入する請求項１に記載のトンネル空隙部の充填工法。
【請求項３】
注入孔と注入管の隙間を間詰めして、隙間を埋めてからセメント系組成物を圧入する請求項１又は２に記載のトンネル空隙部の充填工法。
【請求項４】
既設トンネル内の空隙部への充填に使用してなり、かつ、下記特徴を有するセメント系組成物。
（１）セメント系組成物が、セメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類、及び水を含有してなること。
（２）土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨが１１以下であり、ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた測定方法で材齢７日時の封緘養生後の付着強さが０.８Ｎ/ｍｍ2以上であり、ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後の曲げ強度が２.０Ｎ/ｍｍ2以上であるセメント系組成物であること。
【請求項５】
前記増粘剤が、セルロース系増粘剤であることを特徴とする請求項４に記載のセメント系組成物。
【請求項６】
前記増粘剤が、セメント系鉱物１００質量部に対して、０．１〜２．０質量部であることを特徴とする請求項４又は５に記載のセメント系組成物。
【請求項７】
前記酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類が、セメント系鉱物１００質量部に対して、固形分で２〜２５質量部であることを特徴とする請求項４〜６に記載のセメント系組成物。
【請求項１】
既設トンネル内の空隙部へ、下記特徴を有するセメント系組成物を充填することを特徴とするトンネル空隙部の充填工法。
（１）セメント系組成物が、セメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類、及び水を含有してなること。
（２）土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨが１１以下であり、ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた測定方法で材齢７日時の封緘養生後の付着強さが０.８Ｎ/ｍｍ2以上であり、ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後の曲げ強度が２.０Ｎ/ｍｍ2以上であるセメント系組成物であること。
【請求項２】
既設トンネル内の側壁、道床、路盤構造物にコアドリルにて注入孔を削孔した後、直ちに注入口から注入速度が２〜１５Ｌ／ｍｉｎ、注入口にかかる圧力を０．５ＭＰａ以下でセメント系組成物を圧入する請求項１に記載のトンネル空隙部の充填工法。
【請求項３】
注入孔と注入管の隙間を間詰めして、隙間を埋めてからセメント系組成物を圧入する請求項１又は２に記載のトンネル空隙部の充填工法。
【請求項４】
既設トンネル内の空隙部への充填に使用してなり、かつ、下記特徴を有するセメント系組成物。
（１）セメント系組成物が、セメント系鉱物、セメント系急硬材、増粘剤、酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類、及び水を含有してなること。
（２）土木学会、水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)に定められたｐＨが１１以下であり、ＪＳＣＥ Ｋ ５３１ １９９９に定められた測定方法で材齢７日時の封緘養生後の付着強さが０.８Ｎ/ｍｍ2以上であり、ＪＩＳ Ａ １１０６ ２００６に定められた測定方法に基づき、材齢７日時の水中養生後の曲げ強度が２.０Ｎ/ｍｍ2以上であるセメント系組成物であること。
【請求項５】
前記増粘剤が、セルロース系増粘剤であることを特徴とする請求項４に記載のセメント系組成物。
【請求項６】
前記増粘剤が、セメント系鉱物１００質量部に対して、０．１〜２．０質量部であることを特徴とする請求項４又は５に記載のセメント系組成物。
【請求項７】
前記酢酸ビニル系重合体若しくは共重合体類が、セメント系鉱物１００質量部に対して、固形分で２〜２５質量部であることを特徴とする請求項４〜６に記載のセメント系組成物。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−９０６６４（Ｐ２０１０−９０６６４Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６４０７９（Ｐ２００８−２６４０７９）
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００１９６５８７）西日本旅客鉄道株式会社 (202)
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００１９６５８７）西日本旅客鉄道株式会社 (202)
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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