凍結地盤表面の断熱被覆構造および凍結地盤表面の断熱被覆方法
【課題】 鋼製支保工や吹付けコンクリートからなる支保構造を用いずに、凍結地盤の表面の自立性を長期に維持させることで、工期が長くなることがなく、地中に形成された空洞の断面形状の変形を低コスト且つ確実に低減させることができる凍結地盤表面の断熱被覆構造および凍結地盤表面の断熱被覆方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 地中空洞の周囲に形成された凍結地盤表面１３に、自己の保水により凍結地盤表面１３に凍着する凍着材１４を介して、断熱材１５が貼り付けられている。
【解決手段】 地中空洞の周囲に形成された凍結地盤表面１３に、自己の保水により凍結地盤表面１３に凍着する凍着材１４を介して、断熱材１５が貼り付けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍結地盤表面に施される凍結地盤表面の断熱被覆構造および凍結地盤表面の断熱被覆方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、道路トンネルにおいてシールド工法により施工する本線シールドトンネルとランプシールドトンネルどうしの分岐合流部を施工するトンネル工法（ＳＲ−Ｊ工法）が提案されている。このＳＲ−Ｊ工法は、まず、本線シールドトンネルよりもランプシールドトンネルを先行掘進し、ランプシールドトンネルが分岐合流部の施工予定位置に少なくとも達するまで掘進して停止し、その先端部付近からルーフシールド機を発進させることにより、分岐合流部の延長方向に沿う多数のルーフシールドトンネルを分岐合流部の外側にその輪郭に沿って密に配列した状態で施工することにより、分岐合流部を取り囲むシールドルーフ先受工を構築する。そして、前記ルーフシールドトンネルの内側からその周囲地山を凍結させてルーフシールドトンネル間に凍結ゾーンを形成する。また、前記ルーフシールドトンネルの施工と並行して本線シールドトンネルを掘進してシールドルーフ先受工の内側を通過させる。その後、ルーフシールドトンネルの両端部からその内側地山に凍結管を挿入して、シールドルーフ先受工の両端部内側の地盤を凍結させて凍結ゾーンを形成する。しかる後に、シールドルーフ先受工および凍結ゾーンの内側において本線シールドトンネルを拡幅してその拡幅部にランプシールドトンネルの先端部を接合するとともに分岐合流部の覆工壁を施工する。
【０００３】
上記したＳＲ−Ｊ工法によるトンネル工事においては、凍結ゾーンの地盤の表面は、凍結によって固結されて自立性が高くなっているが、凍結された地盤表面の自立性を長期的に維持するために、支保構造が形成される。この支保構造は、通常のＮＡＴＭ（New Austrian Tunneling Method）工法による場合と同様に、鋼製支保工と吹付けコンクリートとから構成され、拡幅された地盤の表面に吹付けコンクリートが直接吹き付けられる。
【０００４】
また、近年では、地盤を凍結させる際の凍結効果を向上させるべく、地盤表面に断熱材を設置する工法が提案されている。この工法は、地下にトンネルを掘削し、この掘削トンネルの内部より周囲の地盤に凍結管を貫入させるとともに、地盤表面にポリウレタンフォーム等の極低温で可撓性を有する断熱材を設置した後、トンネル内に水を注入して充填し、その後、凍結管を介して低温ガス（冷媒）をトンネル周囲の地盤に循環させて地盤を凍結させる工法である（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平４−１２０３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した支保構造によって地盤表面の自立性を維持させる工法では、シールドルーフ先受工の両端部内側の地盤は凍結されて−１５℃程度の凍土となっているため、この凍土からなる地盤に直接吹き付けられた吹付けコンクリートが固まらず、支保効果を発揮することができない場合がある。また、掘削されたトンネルは、掘削開始から約３年間、支保工と吹付けコンクリートとからなる支保構造によって支持された状態であるため、吹付けコンクリートの劣化やひび割れの発生等の問題がある。また、吹付けコンクリートにひび割れが発生すると、凍結地盤の温度が局所的に高くなり、強度および変形係数の低下によって掘削トンネルの天端面の沈下量が増加し、凍結地盤が崩壊する虞がある。つまり、上記した支保構造によると、吹付けコンクリートの固化不良や劣化、ひび割れによって、地盤を適当に支持できない場合があり、トンネル内周面の変位を低減させる効果についての確実性が低いという問題が存在する。
また、掘進作業は複数の区間に分割して行い、各施工段階で支保工の建て込みと吹付けコンクリートの吹付け作業を行うことになるため、工期が長くなるという問題が存在する。
さらに、工事期間中における凍結地盤表面の融解を阻止して当該地盤の自立性を維持するため、上述した凍結管による凍結運転を継続的に行う必要があり、コストが高くなるという問題が存在する。
【０００６】
また、上記した従来の地盤表面の凍結方法では、地盤表面に断熱材を設置した後、当該地盤を凍結させる方法であり、凍結させる前の地盤表面の自立性を維持させるべく、トンネルを掘削した後、鋼製支保工や吹付けコンクリート等からなる支保構造が必要になるため、複数の区間に分割して掘進作業が行われ、各施工段階で支保工の建て込みと吹付けコンクリートの吹付け作業を行うことになり、工期が長くなるという問題が存在する。
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、鋼製支保工や吹付けコンクリートからなる支保構造を用いずに、凍結地盤の表面の自立性を長期に維持させることで、工期が長くなることがなく、地中に形成された空洞の断面形状の変形を低コスト且つ確実に低減させることができる凍結地盤表面の断熱被覆構造および凍結地盤表面の断熱被覆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】
【０００８】
請求項１記載の凍結地盤表面の断熱被覆構造に係る発明は、地中空洞の周囲に形成された凍結地盤の表面に、自己の保水により凍結地盤表面に凍着する凍着材を介して、断熱材が貼り付けられていることを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の凍結地盤表面の断熱被覆方法に係る発明は、地中空洞の周囲に形成された凍結地盤の表面に、保水性を有する凍着材に保水させて凍結地盤表面に凍着させることで、凍着材を介して、断熱材を貼り付けることを特徴としている。
【００１０】
上記した特徴により、凍着材の水が低温の凍結地盤によって直ぐに凍ることで、凍着材は凍結地盤の表面に対して付着性能を発揮する。この凍着材によって断熱材が凍結地盤の表面に適当に貼着される。また、凍結地盤の表面に貼着された断熱材によって、凍結された地盤表面の融解が阻止されて凍結状態が維持される。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の凍結地盤表面の断熱被覆方法において、断熱材に凍着材を予め付設させておくことを特徴としている。
【００１２】
このような特徴により、凍着材が付設された断熱材を凍結地盤表面に押し当てるだけで、凍結地盤表面に断熱被覆層が形成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る凍結地盤表面の断熱被覆構造および凍結地盤表面の断熱被覆方法によれば、
凍結地盤の表面に対して付着性能を発揮する凍着材によって断熱材が凍結地盤の表面に適当に貼着され、この断熱材によって、凍結された地盤表面の融解が阻止されて凍結状態が維持されるため、凍結地盤の表面の自立性を長期に亘って維持させることができる。これによって、鋼製支保工や吹付けコンクリートからなる支保構造が省略可能となり、地中に形成された空洞の断面形状の変形を確実に低減させることができ、さらに、コストダウンを図ることができるとともに工期の短縮を図ることができる。
【００１４】
また、凍着材の表面に予め断熱材を付設させておくことで、凍着材および断熱材を別々に設置する場合に比べて、空洞内における作業が簡略化され、これによって、工期の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る凍結地盤表面の断熱被覆構造および凍結地盤表面の断熱被覆方法の実施の形態について、図面に基いて説明する。なお、本実施の形態では、道路トンネルでシールド工法により施工する本線シールドトンネル１とランプシールドトンネル２どうしの分岐合流部を施工する場合を例にして説明する。
【００１６】
まず、地中に形成された空洞の周囲に凍結地盤を形成する工程について説明する。なお、図１は分岐合流部を築造するトンネル工法の概要を表した斜視図であり、図２は分岐合流部全体を表した平面図であり、図３（ａ）は凍結地盤を形成する方法を表す図２に示すＡ−Ａ間の断面図であり、図３（ｂ）は凍結地盤を形成する方法を表す図２に示すＢ−Ｂ間の断面図である。
【００１７】
図１に示すように、まず、本線シールドトンネル１よりもランプシールドトンネル２を先行掘進し、図２に示すように、ランプシールドトンネル２が分岐合流部の施工予定位置に少なくとも達するまで掘進して停止させる。そして、ランプシールドトンネル２の先端部付近の側壁部から図１に示すルーフシールド機５を発進させ、分岐合流部の施工予定位置の外側に分岐合流部の延長方向に沿う複数（図示例では２０本）のルーフシールドトンネル６…を掘削する。これらルーフシールドトンネル６…は、分岐合流部の輪郭に沿って所定間隔で配列した状態で施工し、それら複数のルーフシールドトンネル６…の全体によって上記のシールドルーフ先受工３を構成する。
【００１８】
一方、上記のようなシールドルーフ先受工３の施工と並行して本線シールドトンネル１を掘進し、本線シールドトンネル１をシールドルーフ先受工３の内側を通過させる。
また、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、ルーフシールドトンネル６…内に複数の凍結管７…をそれぞれ設置し、これら複数の凍結管７…により各ルーフシールドトンネル６…の周囲地山を凍結させ、各ルーフシールドトンネル６，６間に凍結地盤８…をそれぞれ形成する。
また、本線シールドトンネル１がシールドルーフ先受工３の内側を通過した後に、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、ルーフシールドトンネル６の両端部からその内側地山に複数のボーリングを行って、各ボーリング孔に凍結管９をそれぞれ挿入し、図２に示すシールドルーフ先受工３の両端部に位置する凍結範囲１０の地山を凍結させ、凍結地盤１１を形成する。
以上の工程により、分岐合流部の施工予定位置は、シールドルーフ先受工３および凍結地盤８，１１により取り囲まれてその外側の地山と隔絶された状態となる。
【００１９】
次に、シールドルーフ先受工３および凍結地盤８，１１により取り囲まれた本線シールドトンネル１を拡幅させる工程を行う。図４（ａ）は本線シールドトンネル１を拡幅させた状態を表す図２に示すＡ−Ａ間の断面図であり、図４（ｂ）は本線シールドトンネル１を拡幅させた状態を表す図２に示すＢ−Ｂ間の断面図である。
【００２０】
図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、シールドルーフ先受工３の内側において、例えば本線シールドトンネル１の拡幅側の側壁の一部を撤去し、そこからバックホー等の掘削機械を搬入し、その掘削機械によって分岐合流部の拡幅部分を上方から下方に向かって掘削するとともに本線シールドトンネル１の側壁の不要部分を撤去することによって、本線シールドトンネル１を拡幅させて大断面の空洞１２が形成される。この空洞１２の壁面は、全体的或いは部分的に凍結されており、凍結地盤８，１１からなる空洞１２の壁面（凍結地盤表面１３）は自立された状態になっている。
【００２１】
次に、上記した凍結地盤表面１３に施される断熱被覆構造について説明する。なお、図５は、断熱被覆構造を表した拡大断面図である。
【００２２】
図５に示すように、凍結地盤表面１３に施される断熱被覆構造は、凍結地盤表面１３に凍着材１４を介して断熱材１５が貼り付けられた構成からなっている。凍着材１４および断熱材１５は、それぞれ空洞１２の内周面に沿って設置される平面状の部材であり、凍着材１４は凍結地盤表面１３に貼着され、この凍着材１４の内側面（表面）に断熱材１５が積層された構成となっている。
【００２３】
凍着材１４は、凍結地盤表面１３に当接させたときに、自己で保水している水が凍ることによって凍結地盤表面１３に凍着されるものである。材質としては、合成樹脂や合成繊維、天然材料等、自己保水性があれば特にこだわるものではなく、形状としては、織布状、不織布状、スポンジ状であり、比較的薄いシート状のものが好適に使用される。この凍着材１４の断熱材１５への貼り付けでは、断熱材１５の全面にするか或いは一部にするか、その貼り付け形態は、使用する現場の状況等に応じて適宜、使い分ければよい。
断熱材１５としては、断熱性の他に可撓性のある平面状の部材が使用され、例えば、グラスウールやロックウール、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン等が使用できるが、将来的に、断熱材１５の内側に後述する覆工４が施工されて凍結地盤８，１１の凍結状態が解除されたときに、断熱材１５が潰れると地山が緩む虞があることを鑑みて、好ましくは、比較的に硬くて潰れ難い発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン等の断熱性合成樹脂発泡体が使用される。なお、断熱材１５として、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン等の断熱性合成樹脂発泡体を使用する場合は、その厚さが３〜４ｃｍ程度のものが使用され、グラスウールやロックウールを使用する場合は、その厚さが１０ｃｍ程度のものが使用される。
【００２４】
次に、上記した構成からなる断熱被覆構造を凍結地盤表面１３に施工する断熱被覆方法について説明する。
【００２５】
まず、断熱材１５の表面に予め凍着材１４を構成するシート材１７（本実施の形態ではシート状の不織布とした）を付設させた断熱パネル１６（被覆材）を成形する。具体的には、シート材１７を２ｍ角程度に切り分け、このシート材１７を広げてその上に発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン等の断熱性合成樹脂発泡体（断熱材１５）を上記所定の厚さに吹き付けることで、断熱パネル１６を成形する。なお、この工程を現場で行って断熱パネル１６を現場で成形させてもよく、或いは上記工程を工場で行って、成形された断熱パネル１６を現場に搬入してもよい。また、断熱材１５を成形品として、接着或いは溶着でシート材１７を断熱材１５に貼り付けるようにしてもよい。
【００２６】
次に、上記した断熱パネル１６のシート材１７側の面を水湿ししてシート材１７に水を十分に含ませて保水させた後、当該シート材１７側の面を凍結地盤表面１３側にして該凍結地盤表面１３に付着させた状態で、断熱パネル１６を凍結地盤表面１３に押し当てる。
上記した方法により、断熱パネル１６を凍結地盤表面１３に隙間無く貼着させることで、凍結地盤表面１３に断熱被覆構造が設置される。
【００２７】
上記した断熱被覆構造が設置された後、図４に示すように、断熱被覆構造の内側に空洞１２の内周面に沿って断面形状横長楕円状の覆工４を周知の工法によって施工する。
【００２８】
上記した構成からなる凍結地盤表面１３の断熱被覆構造および凍結地盤表面１３の断熱被覆方法によれば、シート材１７の水が低温の凍結地盤によって直ぐに凍ることで、凍着材１４は凍結地盤表面１３に対して付着性能を発揮する。凍結地盤表面１３に対して付着性能を発揮する凍着材１４によって断熱材１５が凍結地盤表面１３に適当に貼着され、この断熱材１５によって、凍結地盤表面１３の融解が阻止されて凍結状態が維持される。このため、凍結地盤表面１３の自立性を長期に亘って維持させることができるとともに、例えばコンクリート造の覆工４を打設するときに掘削面側の温度が低下しないので、覆工４の品質を向上させることができる。
【００２９】
また、空洞１２の断面形状の変形を解析すると、上記した断熱被覆構造のみを設置して支保構造を省略した場合における空洞１２の天端面沈下量の増加は、従来の支保構造を設置する場合と比較して１０％程度であるという結果が得られており、上記した断熱被覆構造を設置した場合は、鋼製支保工や吹付けコンクリートからなる支保構造を省略することができる。これによって、固化不良や劣化、ひび割れの虞がある吹付けコンクリートによって空洞１２の内側を支持する必要がなく、地中に形成された空洞１２の断面形状の変形を確実に低減させることができる。また、凍結地盤表面１３は断熱材１５で覆われた構成となるため、凍結地盤表面１３の融解を阻止するために行う継続的な冷凍運転が不要となり、コストの低減を図ることができる。さらに、鋼製支保工や吹付けコンクリートからなる支保構造の組み立て作業がなくなるため、施工サイクルが大幅に短くなり、工期を１／２〜１／３程度まで短縮することができる。
【００３０】
なお、断熱パネル１６は軽量であるため、凍着材１４の全面が凍結地盤表面１３に密着していなくても、凍結地盤表面１３から剥がれ落ちることはなく、例え天井面であっても剥れ落ちることはない。
【００３１】
また、シート材１７の表面に予め断熱材１５を付設させておき、シート材１７が付設された断熱材１５のシート材１７側の面を水湿しした後、シート材１７側の面を凍結地盤表面１３側にして、シート材１７が付設された断熱材１５を凍結地盤表面１３に押し当てるため、凍着材１４および断熱材１５を別々に設置する場合に比べて、空洞１２内における作業が簡略化される。これによって、工期の短縮を図ることができる。
【００３２】
以上、本発明に係る凍結地盤表面の断熱被覆構造および凍結地盤表面の断熱被覆方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態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適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、トンネルの分岐合流部の空洞１２における凍結地盤表面１３の断熱被覆構造および断熱被覆方法について説明したが、本発明は、立坑やトンネル、坑道、地下貯蔵施設等の大地下空間の壁面に適用してもよい。
【００３３】
また、上記した実施の形態では、断熱被覆構造を施工する際、シート材１７の表面に予め断熱材１５を付設させて断熱パネル１６を成形しておき、この断熱パネル１６のシート材１７側の面を水湿しした後、シート材１７側の面を凍結地盤表面１３側にして、シート材１７が付設された断熱材１５を凍結地盤表面１３に押し当てているが、本発明は、パネル状の被覆材（シート材の表面に予め断熱材を付設させたもの）でなくてもよく、たとえば帯状の被覆材を凍結地盤表面に押し当てる構成であってもよい。さらに、本発明に係る請求項１記載の断熱被覆構造や請求項２記載の断熱被覆方法は、凍着材を凍結地盤の表面に貼り付けた後、その凍着材の表面に断熱材を吹き付け、或いは貼着させることで断熱被覆構造を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態におけるトンネル工法の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における分岐合流部の平面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ間の断面図である。
【図４】図２に示すＢ−Ｂ間の断面図である。
【図５】本発明の実施形態における断熱被覆構造および断熱被覆方法を表す拡大図である。
【符号の説明】
【００３５】
１２ 空洞
１３ 凍結地盤表面
１４ 凍着材
１５ 断熱材
１７ シート材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍結地盤表面に施される凍結地盤表面の断熱被覆構造および凍結地盤表面の断熱被覆方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、道路トンネルにおいてシールド工法により施工する本線シールドトンネルとランプシールドトンネルどうしの分岐合流部を施工するトンネル工法（ＳＲ−Ｊ工法）が提案されている。このＳＲ−Ｊ工法は、まず、本線シールドトンネルよりもランプシールドトンネルを先行掘進し、ランプシールドトンネルが分岐合流部の施工予定位置に少なくとも達するまで掘進して停止し、その先端部付近からルーフシールド機を発進させることにより、分岐合流部の延長方向に沿う多数のルーフシールドトンネルを分岐合流部の外側にその輪郭に沿って密に配列した状態で施工することにより、分岐合流部を取り囲むシールドルーフ先受工を構築する。そして、前記ルーフシールドトンネルの内側からその周囲地山を凍結させてルーフシールドトンネル間に凍結ゾーンを形成する。また、前記ルーフシールドトンネルの施工と並行して本線シールドトンネルを掘進してシールドルーフ先受工の内側を通過させる。その後、ルーフシールドトンネルの両端部からその内側地山に凍結管を挿入して、シールドルーフ先受工の両端部内側の地盤を凍結させて凍結ゾーンを形成する。しかる後に、シールドルーフ先受工および凍結ゾーンの内側において本線シールドトンネルを拡幅してその拡幅部にランプシールドトンネルの先端部を接合するとともに分岐合流部の覆工壁を施工する。
【０００３】
上記したＳＲ−Ｊ工法によるトンネル工事においては、凍結ゾーンの地盤の表面は、凍結によって固結されて自立性が高くなっているが、凍結された地盤表面の自立性を長期的に維持するために、支保構造が形成される。この支保構造は、通常のＮＡＴＭ（New Austrian Tunneling Method）工法による場合と同様に、鋼製支保工と吹付けコンクリートとから構成され、拡幅された地盤の表面に吹付けコンクリートが直接吹き付けられる。
【０００４】
また、近年では、地盤を凍結させる際の凍結効果を向上させるべく、地盤表面に断熱材を設置する工法が提案されている。この工法は、地下にトンネルを掘削し、この掘削トンネルの内部より周囲の地盤に凍結管を貫入させるとともに、地盤表面にポリウレタンフォーム等の極低温で可撓性を有する断熱材を設置した後、トンネル内に水を注入して充填し、その後、凍結管を介して低温ガス（冷媒）をトンネル周囲の地盤に循環させて地盤を凍結させる工法である（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平４−１２０３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した支保構造によって地盤表面の自立性を維持させる工法では、シールドルーフ先受工の両端部内側の地盤は凍結されて−１５℃程度の凍土となっているため、この凍土からなる地盤に直接吹き付けられた吹付けコンクリートが固まらず、支保効果を発揮することができない場合がある。また、掘削されたトンネルは、掘削開始から約３年間、支保工と吹付けコンクリートとからなる支保構造によって支持された状態であるため、吹付けコンクリートの劣化やひび割れの発生等の問題がある。また、吹付けコンクリートにひび割れが発生すると、凍結地盤の温度が局所的に高くなり、強度および変形係数の低下によって掘削トンネルの天端面の沈下量が増加し、凍結地盤が崩壊する虞がある。つまり、上記した支保構造によると、吹付けコンクリートの固化不良や劣化、ひび割れによって、地盤を適当に支持できない場合があり、トンネル内周面の変位を低減させる効果についての確実性が低いという問題が存在する。
また、掘進作業は複数の区間に分割して行い、各施工段階で支保工の建て込みと吹付けコンクリートの吹付け作業を行うことになるため、工期が長くなるという問題が存在する。
さらに、工事期間中における凍結地盤表面の融解を阻止して当該地盤の自立性を維持するため、上述した凍結管による凍結運転を継続的に行う必要があり、コストが高くなるという問題が存在する。
【０００６】
また、上記した従来の地盤表面の凍結方法では、地盤表面に断熱材を設置した後、当該地盤を凍結させる方法であり、凍結させる前の地盤表面の自立性を維持させるべく、トンネルを掘削した後、鋼製支保工や吹付けコンクリート等からなる支保構造が必要になるため、複数の区間に分割して掘進作業が行われ、各施工段階で支保工の建て込みと吹付けコンクリートの吹付け作業を行うことになり、工期が長くなるという問題が存在する。
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、鋼製支保工や吹付けコンクリートからなる支保構造を用いずに、凍結地盤の表面の自立性を長期に維持させることで、工期が長くなることがなく、地中に形成された空洞の断面形状の変形を低コスト且つ確実に低減させることができる凍結地盤表面の断熱被覆構造および凍結地盤表面の断熱被覆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】
【０００８】
請求項１記載の凍結地盤表面の断熱被覆構造に係る発明は、地中空洞の周囲に形成された凍結地盤の表面に、自己の保水により凍結地盤表面に凍着する凍着材を介して、断熱材が貼り付けられていることを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の凍結地盤表面の断熱被覆方法に係る発明は、地中空洞の周囲に形成された凍結地盤の表面に、保水性を有する凍着材に保水させて凍結地盤表面に凍着させることで、凍着材を介して、断熱材を貼り付けることを特徴としている。
【００１０】
上記した特徴により、凍着材の水が低温の凍結地盤によって直ぐに凍ることで、凍着材は凍結地盤の表面に対して付着性能を発揮する。この凍着材によって断熱材が凍結地盤の表面に適当に貼着される。また、凍結地盤の表面に貼着された断熱材によって、凍結された地盤表面の融解が阻止されて凍結状態が維持される。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の凍結地盤表面の断熱被覆方法において、断熱材に凍着材を予め付設させておくことを特徴としている。
【００１２】
このような特徴により、凍着材が付設された断熱材を凍結地盤表面に押し当てるだけで、凍結地盤表面に断熱被覆層が形成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る凍結地盤表面の断熱被覆構造および凍結地盤表面の断熱被覆方法によれば、
凍結地盤の表面に対して付着性能を発揮する凍着材によって断熱材が凍結地盤の表面に適当に貼着され、この断熱材によって、凍結された地盤表面の融解が阻止されて凍結状態が維持されるため、凍結地盤の表面の自立性を長期に亘って維持させることができる。これによって、鋼製支保工や吹付けコンクリートからなる支保構造が省略可能となり、地中に形成された空洞の断面形状の変形を確実に低減させることができ、さらに、コストダウンを図ることができるとともに工期の短縮を図ることができる。
【００１４】
また、凍着材の表面に予め断熱材を付設させておくことで、凍着材および断熱材を別々に設置する場合に比べて、空洞内における作業が簡略化され、これによって、工期の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る凍結地盤表面の断熱被覆構造および凍結地盤表面の断熱被覆方法の実施の形態について、図面に基いて説明する。なお、本実施の形態では、道路トンネルでシールド工法により施工する本線シールドトンネル１とランプシールドトンネル２どうしの分岐合流部を施工する場合を例にして説明する。
【００１６】
まず、地中に形成された空洞の周囲に凍結地盤を形成する工程について説明する。なお、図１は分岐合流部を築造するトンネル工法の概要を表した斜視図であり、図２は分岐合流部全体を表した平面図であり、図３（ａ）は凍結地盤を形成する方法を表す図２に示すＡ−Ａ間の断面図であり、図３（ｂ）は凍結地盤を形成する方法を表す図２に示すＢ−Ｂ間の断面図である。
【００１７】
図１に示すように、まず、本線シールドトンネル１よりもランプシールドトンネル２を先行掘進し、図２に示すように、ランプシールドトンネル２が分岐合流部の施工予定位置に少なくとも達するまで掘進して停止させる。そして、ランプシールドトンネル２の先端部付近の側壁部から図１に示すルーフシールド機５を発進させ、分岐合流部の施工予定位置の外側に分岐合流部の延長方向に沿う複数（図示例では２０本）のルーフシールドトンネル６…を掘削する。これらルーフシールドトンネル６…は、分岐合流部の輪郭に沿って所定間隔で配列した状態で施工し、それら複数のルーフシールドトンネル６…の全体によって上記のシールドルーフ先受工３を構成する。
【００１８】
一方、上記のようなシールドルーフ先受工３の施工と並行して本線シールドトンネル１を掘進し、本線シールドトンネル１をシールドルーフ先受工３の内側を通過させる。
また、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、ルーフシールドトンネル６…内に複数の凍結管７…をそれぞれ設置し、これら複数の凍結管７…により各ルーフシールドトンネル６…の周囲地山を凍結させ、各ルーフシールドトンネル６，６間に凍結地盤８…をそれぞれ形成する。
また、本線シールドトンネル１がシールドルーフ先受工３の内側を通過した後に、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、ルーフシールドトンネル６の両端部からその内側地山に複数のボーリングを行って、各ボーリング孔に凍結管９をそれぞれ挿入し、図２に示すシールドルーフ先受工３の両端部に位置する凍結範囲１０の地山を凍結させ、凍結地盤１１を形成する。
以上の工程により、分岐合流部の施工予定位置は、シールドルーフ先受工３および凍結地盤８，１１により取り囲まれてその外側の地山と隔絶された状態となる。
【００１９】
次に、シールドルーフ先受工３および凍結地盤８，１１により取り囲まれた本線シールドトンネル１を拡幅させる工程を行う。図４（ａ）は本線シールドトンネル１を拡幅させた状態を表す図２に示すＡ−Ａ間の断面図であり、図４（ｂ）は本線シールドトンネル１を拡幅させた状態を表す図２に示すＢ−Ｂ間の断面図である。
【００２０】
図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、シールドルーフ先受工３の内側において、例えば本線シールドトンネル１の拡幅側の側壁の一部を撤去し、そこからバックホー等の掘削機械を搬入し、その掘削機械によって分岐合流部の拡幅部分を上方から下方に向かって掘削するとともに本線シールドトンネル１の側壁の不要部分を撤去することによって、本線シールドトンネル１を拡幅させて大断面の空洞１２が形成される。この空洞１２の壁面は、全体的或いは部分的に凍結されており、凍結地盤８，１１からなる空洞１２の壁面（凍結地盤表面１３）は自立された状態になっている。
【００２１】
次に、上記した凍結地盤表面１３に施される断熱被覆構造について説明する。なお、図５は、断熱被覆構造を表した拡大断面図である。
【００２２】
図５に示すように、凍結地盤表面１３に施される断熱被覆構造は、凍結地盤表面１３に凍着材１４を介して断熱材１５が貼り付けられた構成からなっている。凍着材１４および断熱材１５は、それぞれ空洞１２の内周面に沿って設置される平面状の部材であり、凍着材１４は凍結地盤表面１３に貼着され、この凍着材１４の内側面（表面）に断熱材１５が積層された構成となっている。
【００２３】
凍着材１４は、凍結地盤表面１３に当接させたときに、自己で保水している水が凍ることによって凍結地盤表面１３に凍着されるものである。材質としては、合成樹脂や合成繊維、天然材料等、自己保水性があれば特にこだわるものではなく、形状としては、織布状、不織布状、スポンジ状であり、比較的薄いシート状のものが好適に使用される。この凍着材１４の断熱材１５への貼り付けでは、断熱材１５の全面にするか或いは一部にするか、その貼り付け形態は、使用する現場の状況等に応じて適宜、使い分ければよい。
断熱材１５としては、断熱性の他に可撓性のある平面状の部材が使用され、例えば、グラスウールやロックウール、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン等が使用できるが、将来的に、断熱材１５の内側に後述する覆工４が施工されて凍結地盤８，１１の凍結状態が解除されたときに、断熱材１５が潰れると地山が緩む虞があることを鑑みて、好ましくは、比較的に硬くて潰れ難い発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン等の断熱性合成樹脂発泡体が使用される。なお、断熱材１５として、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン等の断熱性合成樹脂発泡体を使用する場合は、その厚さが３〜４ｃｍ程度のものが使用され、グラスウールやロックウールを使用する場合は、その厚さが１０ｃｍ程度のものが使用される。
【００２４】
次に、上記した構成からなる断熱被覆構造を凍結地盤表面１３に施工する断熱被覆方法について説明する。
【００２５】
まず、断熱材１５の表面に予め凍着材１４を構成するシート材１７（本実施の形態ではシート状の不織布とした）を付設させた断熱パネル１６（被覆材）を成形する。具体的には、シート材１７を２ｍ角程度に切り分け、このシート材１７を広げてその上に発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン等の断熱性合成樹脂発泡体（断熱材１５）を上記所定の厚さに吹き付けることで、断熱パネル１６を成形する。なお、この工程を現場で行って断熱パネル１６を現場で成形させてもよく、或いは上記工程を工場で行って、成形された断熱パネル１６を現場に搬入してもよい。また、断熱材１５を成形品として、接着或いは溶着でシート材１７を断熱材１５に貼り付けるようにしてもよい。
【００２６】
次に、上記した断熱パネル１６のシート材１７側の面を水湿ししてシート材１７に水を十分に含ませて保水させた後、当該シート材１７側の面を凍結地盤表面１３側にして該凍結地盤表面１３に付着させた状態で、断熱パネル１６を凍結地盤表面１３に押し当てる。
上記した方法により、断熱パネル１６を凍結地盤表面１３に隙間無く貼着させることで、凍結地盤表面１３に断熱被覆構造が設置される。
【００２７】
上記した断熱被覆構造が設置された後、図４に示すように、断熱被覆構造の内側に空洞１２の内周面に沿って断面形状横長楕円状の覆工４を周知の工法によって施工する。
【００２８】
上記した構成からなる凍結地盤表面１３の断熱被覆構造および凍結地盤表面１３の断熱被覆方法によれば、シート材１７の水が低温の凍結地盤によって直ぐに凍ることで、凍着材１４は凍結地盤表面１３に対して付着性能を発揮する。凍結地盤表面１３に対して付着性能を発揮する凍着材１４によって断熱材１５が凍結地盤表面１３に適当に貼着され、この断熱材１５によって、凍結地盤表面１３の融解が阻止されて凍結状態が維持される。このため、凍結地盤表面１３の自立性を長期に亘って維持させることができるとともに、例えばコンクリート造の覆工４を打設するときに掘削面側の温度が低下しないので、覆工４の品質を向上させることができる。
【００２９】
また、空洞１２の断面形状の変形を解析すると、上記した断熱被覆構造のみを設置して支保構造を省略した場合における空洞１２の天端面沈下量の増加は、従来の支保構造を設置する場合と比較して１０％程度であるという結果が得られており、上記した断熱被覆構造を設置した場合は、鋼製支保工や吹付けコンクリートからなる支保構造を省略することができる。これによって、固化不良や劣化、ひび割れの虞がある吹付けコンクリートによって空洞１２の内側を支持する必要がなく、地中に形成された空洞１２の断面形状の変形を確実に低減させることができる。また、凍結地盤表面１３は断熱材１５で覆われた構成となるため、凍結地盤表面１３の融解を阻止するために行う継続的な冷凍運転が不要となり、コストの低減を図ることができる。さらに、鋼製支保工や吹付けコンクリートからなる支保構造の組み立て作業がなくなるため、施工サイクルが大幅に短くなり、工期を１／２〜１／３程度まで短縮することができる。
【００３０】
なお、断熱パネル１６は軽量であるため、凍着材１４の全面が凍結地盤表面１３に密着していなくても、凍結地盤表面１３から剥がれ落ちることはなく、例え天井面であっても剥れ落ちることはない。
【００３１】
また、シート材１７の表面に予め断熱材１５を付設させておき、シート材１７が付設された断熱材１５のシート材１７側の面を水湿しした後、シート材１７側の面を凍結地盤表面１３側にして、シート材１７が付設された断熱材１５を凍結地盤表面１３に押し当てるため、凍着材１４および断熱材１５を別々に設置する場合に比べて、空洞１２内における作業が簡略化される。これによって、工期の短縮を図ることができる。
【００３２】
以上、本発明に係る凍結地盤表面の断熱被覆構造および凍結地盤表面の断熱被覆方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態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適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、トンネルの分岐合流部の空洞１２における凍結地盤表面１３の断熱被覆構造および断熱被覆方法について説明したが、本発明は、立坑やトンネル、坑道、地下貯蔵施設等の大地下空間の壁面に適用してもよい。
【００３３】
また、上記した実施の形態では、断熱被覆構造を施工する際、シート材１７の表面に予め断熱材１５を付設させて断熱パネル１６を成形しておき、この断熱パネル１６のシート材１７側の面を水湿しした後、シート材１７側の面を凍結地盤表面１３側にして、シート材１７が付設された断熱材１５を凍結地盤表面１３に押し当てているが、本発明は、パネル状の被覆材（シート材の表面に予め断熱材を付設させたもの）でなくてもよく、たとえば帯状の被覆材を凍結地盤表面に押し当てる構成であってもよい。さらに、本発明に係る請求項１記載の断熱被覆構造や請求項２記載の断熱被覆方法は、凍着材を凍結地盤の表面に貼り付けた後、その凍着材の表面に断熱材を吹き付け、或いは貼着させることで断熱被覆構造を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態におけるトンネル工法の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における分岐合流部の平面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ間の断面図である。
【図４】図２に示すＢ−Ｂ間の断面図である。
【図５】本発明の実施形態における断熱被覆構造および断熱被覆方法を表す拡大図である。
【符号の説明】
【００３５】
１２ 空洞
１３ 凍結地盤表面
１４ 凍着材
１５ 断熱材
１７ シート材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中空洞の周囲に形成された凍結地盤の表面に、自己の保水により凍結地盤表面に凍着する凍着材を介して、断熱材が貼り付けられていることを特徴とする凍結地盤表面の断熱被覆構造。
【請求項２】
地中空洞の周囲に形成された凍結地盤の表面に、保水性を有する凍着材に保水させて凍結地盤表面に凍着させることで、凍着材を介して、断熱材を貼り付けることを特徴とする凍結地盤表面の断熱被覆方法。
【請求項３】
請求項１記載の凍結地盤表面の断熱被覆方法において、
断熱材に凍着材を予め付設させておくことを特徴とする凍結地盤表面の断熱被覆方法。
【請求項１】
地中空洞の周囲に形成された凍結地盤の表面に、自己の保水により凍結地盤表面に凍着する凍着材を介して、断熱材が貼り付けられていることを特徴とする凍結地盤表面の断熱被覆構造。
【請求項２】
地中空洞の周囲に形成された凍結地盤の表面に、保水性を有する凍着材に保水させて凍結地盤表面に凍着させることで、凍着材を介して、断熱材を貼り付けることを特徴とする凍結地盤表面の断熱被覆方法。
【請求項３】
請求項１記載の凍結地盤表面の断熱被覆方法において、
断熱材に凍着材を予め付設させておくことを特徴とする凍結地盤表面の断熱被覆方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−３４２５１８（Ｐ２００６−３４２５１８Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６６９９７（Ｐ２００５−１６６９９７）
【出願日】平成１７年６月７日（２００５．６．７）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月７日（２００５．６．７）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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