JP2000282796A

JP2000282796A - 空洞充填工法

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Publication number: JP2000282796A
Application number: JP11087196A
Authority: JP
Inventors: Shuji Ikaga; 修治伊香賀; Osamu Wakizaka; 治脇坂; Shinya Uda; 信也宇田
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: JP3767239B2

Abstract

(57)【要約】【課題】崩落等したり、覆工コンクリートが壊れたりす
ることのない空洞充填工法を提供する。【解決手段】既設トンネル４１の覆工コンクリート４２
背面に生じた空洞４３内に、空洞充填剤４７として、発
泡倍率が３５倍以上で発泡後の圧縮強度が０．０５ＭＰ
ａ以上である発泡ウレタン系薬液を充填して固化させて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、老朽化した山岳ト
ンネル等の既設トンネルを補修するための空洞充填工法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、老朽化した山岳トンネル等の既
設トンネルにおいては、その覆工コンクリートのアーチ
天端付近の背面に空洞が存在すると、この空洞に地山の
応力が集中しこの空洞近傍の地山部分が崩れてアーチ天
端付近から崩落等したり、覆工コンクリートのアーチ天
端付近に突き上げ力が作用してアーチ天端付近にひび割
れ等が発生したりするおそれがある。

【０００３】そこで、図７および図８に示すように、既
設トンネル４１の覆工コンクリート４２のアーチ天端付
近の背面に空洞４３が生じた場合には、これを補修する
ために、地山４４に、その表面と空洞４３を連通する長
孔４５を穿設し、この長孔４５にパイプ４６を挿通した
（図９参照）のち、図１０に示すように、充填剤注入装
置（図示せず）によりパイプ４６を介して空洞４３内に
空洞充填剤４７を充填して固化させることが行われてい
る。この工法によれば、空洞４３を固化した空洞充填剤
４７で埋めることができ（図１１および図１２参照）、
地山４４の応力を緩和させて崩落等を防止したり、突き
上げ力を抑えてひび割れ等の発生を防止したりすること
ができる。このような空洞充填剤４７としては、例え
ば、発泡コンクリートや硬質発泡ウレタンの１０〜３０
倍発泡品等が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記工
法において発泡コンクリートを用いた場合には、発泡コ
ンクリートの重量が重いため、老朽化した覆工コンクリ
ート４２に対して重量的な負荷が大きく、依然として崩
落等のおそれがある。一方、上記工法において硬質発泡
ウレタンを用いた場合には、硬質発泡ウレタンが軽量で
あるため、老朽化した覆工コンクリート４２に対して重
量的な負荷が小さく、この点では、発泡コンクリートを
用いた場合に比べて優れている。ところが、硬質発泡ウ
レタンの発泡倍率が３０倍程度と小さいため、ウレタン
が発泡する時の発泡圧が大きく、過充填時には、空洞４
３内の内圧が増大して、老朽化した覆工コンクリート４
２を壊すおそれがある。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、崩落等したり、覆工コンクリートが壊れたりす
ることのない空洞充填工法の提供をその目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の空洞充填工法は、既設トンネルの覆工コン
クリート背面に生じた空洞内に、発泡倍率が３５倍以上
で発泡後の圧縮強度が０．０５ＭＰａ以上である発泡ウ
レタン系薬液を充填して固化させるようにしたという構
成をとる。

【０００７】すなわち、本発明の空洞充填工法は、空洞
充填剤として、発泡倍率が３５倍以上で発泡後の圧縮強
度が０．０５ＭＰａ以上である発泡ウレタン系薬液を用
い、これを覆工コンクリート背面に存在する空洞内に充
填して固化させている。このように、本発明では、発泡
後の圧縮強度が０．０５ＭＰａ程度の発泡ウレタン系薬
液を用いた場合にも、これを空洞内に完全に充填するこ
とにより、崩落等を防止することができるようになる。
また、本発明では、発泡倍率が３５倍以上である高発泡
倍率の発泡ウレタン系薬液を用いているため、発泡する
時の空気量が多く、過充填時に、この過充填分の発泡ウ
レタン系薬液により発生した泡は潰れてしまい、上記過
充填によっても空洞の内圧が上昇しない。したがって、
上記過充填時にも、老朽化した覆工コンクリートが壊れ
ない。しかも、発泡後の発泡ウレタン系薬液が軽量であ
り、老朽化した覆工コンクリートに対して重量的な負荷
が小さく、崩落等が起こらない。また、本発明に用いる
発泡ウレタン系薬液は高発泡倍率であるため、空洞内へ
の充填量が少量ですみ、施工時間の短縮と充填量の低減
を図ることができるうえ、軽量であり、トンネルへの搬
入の負担を低減することができる。

【０００８】本発明において、上記発泡ウレタン系薬液
の発泡後の比重が４０ｋｇ／ｍ³以下である場合には、
発泡後の発泡ウレタン系薬液が軽量であり、覆工コンク
リートへの負荷が軽減される。

【０００９】また、本発明において、上記空洞内に発泡
ウレタン系薬液をエアー吹き付けにより充填する場合に
は、エアー圧により発泡ウレタン系薬液を遠くまで吹き
付けることができ、空洞内の隅々にまで発泡ウレタン系
薬液を吹き付けることができる。

【００１０】つぎに、本発明を詳しく説明する。

【００１１】本発明に用いる空洞充填剤としては、発泡
倍率が３５倍以上で発泡後の圧縮強度が０．０５ＭＰａ
以上である発泡ウレタン系薬液が用いられる。このよう
な発泡ウレタン系薬液としては、好適には、ポリオール
とヌレート化触媒と水を含有するＡ液と、イソシアネー
トを主成分とするＢ液とからなり、上記Ａ液とＢ液の混
合比が、重量比で、Ａ液：Ｂ液＝１：３〜７の範囲に設
定され、かつ、上記水の配合量がＡ液とＢ液の合計量中
０．８〜２．５重量％の範囲に設定されているものが用
いられる。このような発泡ウレタン系薬液において、ポ
リオールが低分子量グリコールを含有し、かつ、この低
分子量グリコールの含有量がポリオール全体の３０重量
％以上に設定されている場合には、ハードセグメント同
士をつなぐソフトセグメント（低分子量グリコール）の
割合が多くなり、圧縮強度が向上する。また、イソシア
ネートの粘度が２００ｃｐｓ／２５℃以下に設定されて
いる場合には、発泡ウレタンの発泡倍率がより高くなり
（発泡倍率４０倍以上）、発泡圧をより小さくすること
ができるとともに、ポリオールとの発熱反応を抑制する
ことができる。また、Ａ液にアミン触媒が配合されてい
る場合には、ポリオールとイソシアネートの発熱反応を
抑制し、発泡ウレタン系薬液の発熱温度を低減すること
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を図
面にもとづいて説明する。

【００１３】本発明の空洞充填工法の一実施の形態を、
例えば、つぎのようにして行うことができる。この実施
の形態では、空洞充填剤として、低分子量グリコールを
含有するポリオールとヌレート化触媒（いわゆるイソシ
アネート三量化触媒）と水を含有するＡ液と、イソシア
ネートを主成分とするＢ液とからなる薬液であって、Ａ
液とＢ液の混合比が、重量比で、Ａ液：Ｂ液＝１：５．
５に設定され、かつ、水の配合量がＡ液とＢ液の合計量
中１．２重量％に設定されているもの（発泡倍率が４３
程度で発泡後の圧縮強度が０．１１ＭＰａ程度の発泡ウ
レタン系薬液）が用いられている。これ以外の部分は従
来例の空洞充填工法と同様にする。すなわち、まず、上
記発泡ウレタン系薬液を準備する。ついで、老朽化した
既設トンネル４１を点検し、その覆工コンクリート４２
のアーチ天端付近の背面に空洞４３が生じていることを
見つけると（図７および図８参照）、地山４４に長孔４
５を穿設してこの長孔４５にパイプ４６を挿通した（図
９参照）のち、図１に示すミキシング装置を用い、パイ
プ４６を介して空洞４３内に上記の空洞充填剤４７を充
填して固化させる（図１０）。これにより、空洞４３を
固化した空洞充填剤４７で埋めることができる（図１１
および図１２参照）。

【００１４】上記ミキシング装置は、第１ブロック１
と、この第１ブロック１に着脱自在にボルト５止めされ
る第２ブロック２と、この第２ブロック２に着脱自在に
ボルト（図示せず）止めされる第３ブロック３とを備え
ており、この第３ブロック３にパイプ４６が着脱自在に
固定されている。

【００１５】上記第１ブロック１には、その一側面（図
面では、左側面）に、円筒状の凹部を設けることにより
圧縮空気導入穴１０（この圧縮空気導入穴１０の開口が
圧縮空気導入口１１となる）が形成されており、この圧
縮空気導入穴１０に圧縮空気供給ホース（図示せず）が
連結している。また、上記第１ブロック１には、その他
側面（図面では、右側面）から圧縮空気導入穴１０の軸
方向に沿って、上記圧縮空気導入穴１０と同心状で、こ
の圧縮空気導入穴１０の内径より小径円筒状の第１流路
１３が形成されている（図４参照）。そして、上記圧縮
空気導入穴１０の奥端面（図面では、右端面）と第１流
路１３の先端面（図面では、左端面）とが、上記圧縮空
気導入穴１０および第１流路１３と同心状で、これら圧
縮空気導入穴１０，第１流路１３の内径より小径円筒状
の中間穴１２を介して連通している。

【００１６】上記第１ブロック１には、その外周面の所
定部分（図面では、上側部分）から内側に延びて上記第
１流路１３の先端側の所定部分（図面では、上側部分）
に至るＢ液導入路１５（このＢ液導入路１５の上端開口
がＢ液導入口１６となる）が形成されており、このＢ液
導入路１５にＢ液供給ホース（図示せず）が連結してい
る。そして、上記Ｂ液導入路１５と第１流路１３とで第
１液流入路が構成されている。

【００１７】上記中間穴１２には、その内周面にねじ部
（図示せず）が形成されており、このねじ部に、円筒状
の１次霧化オリフィス１７の左側部外周面に形成された
ねじ部（図示せず）がら合している。この１次霧化オリ
フィス１７には、その右端部内周面に、円錐台状の傾斜
部分１８ａと、この傾斜部分１８ａの右端開口に続く小
径円筒状の絞り部１８が形成されており、この絞り部１
８の右端開口が１次霧化オリフィス１７の右端開口にな
っている。そして、上記１次霧化オリフィス１７の左端
開口が中間穴１２の左端開口に面一状で位置決めされ、
かつ、その右端開口がＢ液導入路１５の右端部よりさら
に右側に飛び出した位置に位置決めされた状態で、上記
中間穴１２に１次霧化オリフィス１７が固定されてい
る。

【００１８】また、上記第２ブロック２は、その左側面
（すなわち、上記第１ブロック１の右側面との接続面）
に、上記圧縮空気導入穴１０と同心状で、上記１次霧化
オリフィス１７の絞り部１８の内径より大径円筒状の連
通穴２０が穿設されている。また、上記第２ブロック２
には、その右側面から上記圧縮空気導入穴１０の軸方向
に沿って、上記圧縮空気導入穴１０と同心状で、上記連
通穴２０の内径より大径円筒状の第２流路２１が形成さ
れている（図５参照）。そして、上記連通穴２０の右端
開口と第２流路２１の左端開口とが、上記圧縮空気導入
穴１０と同心状で、上記連通穴２０より大径円筒状で、
第２流路２１より小径円筒状の中間穴２２を介して連通
している。

【００１９】上記第２ブロック２には、その外周面の所
定部分（図面では、上側部分）から内側に延びて上記第
２流路２１の先端側の所定部分（図面では、上側部分）
に至るＡ液導入路２４（このＡ液導入路２４の上端開口
がＡ液導入口２５となる）が形成されており、このＡ液
導入路２４にＡ液供給ホース（図示せず）が連結してい
る。そして、上記Ａ液導入路２４と第２流路２１とで、
第２液流入路が構成されている。

【００２０】上記中間穴２２には、その内周面にねじ部
（図示せず）が形成されており、このねじ部に、円筒状
の２次霧化オリフィス２６の左側部外周面に形成された
ねじ部（図示せず）がら合している。この２次霧化オリ
フィス２６には、その右端部内周面に、円錐台状の傾斜
部分２７ａと、この傾斜部分２７ａの右端開口に続く小
径円筒状の絞り部２７が形成されており、この絞り部２
７の右端開口が２次霧化オリフィス２６の右端開口にな
っている。また、この２次霧化オリフィス２６は、その
内径が上記連通穴２０の内径と同じに設定されている。
そして、上記２次霧化オリフィス２６の左端開口が中間
穴２２の左端開口に面一状で位置決めされ、かつ、その
右端開口が第２流路２１の右端開口に面一状で位置決め
された状態で、上記中間穴２２の内周面に２次霧化オリ
フィス２６が固定されている。

【００２１】上記第３ブロック３およびパイプ４６は円
筒状であり、第３ブロック３の内周面に形成された複数
の凹部（図示せず）に、パイプ４６の端部外周面に形成
された複数の凸部（図示せず）が着脱自在に係合してい
る。このようなパイプ４６の右端開口は蓋２９で閉塞さ
れているとともに、その右端部に、４つの円形穴からな
る吐出口４６ａが等間隔をあけて穿設されている。ま
た、このパイプ４６の内径は上記第２流路２１の内径と
同じに設定されている。図１において、３０はＯリング
である。

【００２２】上記構成において、まず、圧縮空気供給ホ
ースから圧縮空気導入口１１を介して圧縮空気導入穴１
０に圧縮空気を導入し、Ｂ液供給ホースからＢ液導入口
１６を介してＢ液導入路１５にＢ液を導入し、Ａ液供給
ホースからＡ液導入口２５を介してＡ液導入路２４にＡ
液を導入する。ついで、圧縮空気導入穴１０に導入した
圧縮空気は１次霧化オリフィス１７に流入し、この１次
霧化オリフィス１７を通過する間に流速が速まるととも
に圧力が減少（負圧化）したのち、１次霧化オリフィス
１７の絞り部１８を通過し、１次霧化オリフィス１７か
ら流出する。この流出により通路断面積が大きくなるた
め、圧縮空気は流速が減少するとともに圧力が増大し
て、膨脹拡散する。一方、Ｂ液導入路１５に導入したＢ
液は第１流路１３に流入したのち、１次霧化オリフィス
１７から流出した圧縮空気に吸い込まれるようにして合
流し、この圧縮空気の膨脹拡散によって霧化される。

【００２３】つぎに、霧化したＢ液と圧縮空気との混合
流体は、２次霧化オリフィス２６を通過することによ
り、１次霧化オリフィス１７通過による霧化と同様の作
用を繰り返す。すなわち、２次霧化オリフィス２６を通
過する間に流速が速まるとともに圧力が減少したのち、
２次霧化オリフィス２６の絞り部２７を通過し、２次霧
化オリフィス２６から流出する。この流出により通路断
面積が大きくなるため、圧縮空気は流速が減少するとと
もに圧力が増大して、膨脹拡散する。一方、Ａ液導入路
２４に導入したＡ液は第２流路２１に流入したのち、２
次霧化オリフィス２６から流出した圧縮空気に吸い込ま
れるようにして合流し、この圧縮空気の膨脹拡散によっ
て霧化される。このようにして、２次霧化オリフィス２
６の絞り部２７の出口近傍および第３ブロック３の入口
近傍において、Ａ液とＢ液とは霧化混合される。このミ
キシング装置において、「霧化混合」とは、霧化により
液体が細やかな粒状体となり、その表面積が数百〜数万
倍に増大し、その結果、霧化状態でＡ液とＢ液とを混合
させることにより、その接触面積が増えて混合性が大幅
に向上する方法である。つぎに、霧化混合されたＡ液と
Ｂ液とは、大気に開放されることなく、パイプ４６内を
流れるため、パイプ４６内において圧縮空気の乱流化に
よる渦化が生じ、さらに混合される。そののち、パイプ
４６の吐出口４６ａから四方に吐出されて空洞４３内に
供給される。

【００２４】このミキシング装置では、１次霧化オリフ
ィス１７および２次霧化オリフィス２６を用いて、Ａ液
およびＢ液を混合攪拌するため、充分な混合攪拌が行え
る。また、しかも、混合比の大きなＢ液をも効率よく霧
化することができる。

【００２５】このように、上記実施の形態では、空洞充
填剤４７として、発泡倍率が４３倍程度で発泡後の圧縮
強度が０．１１ＭＰａ程度の発泡ウレタン系薬液を用い
ているため、崩落等を防止することができる。また、発
泡倍率が６０倍程度で発泡後の圧縮強度が０．０５ＭＰ
ａ程度の発泡ウレタン系薬液を用いても、充分崩落等を
防止することができた。しかも、過充填時に、老朽化し
た覆工コンクリート４２が壊れることがないうえ、軽量
であるため、老朽化した覆工コンクリート４２に対して
重量的な負荷が小さい。さらに、空洞４３内への充填量
が少量ですみ、経済的である。また、ミキシング装置
は、単純な構造で、充分な混合攪拌が行えるうえ、材料
特性（混合比，粘度等）・材料等の変更に容易に対応す
ることができる。しかも、混合攪拌の終了後、洗浄液を
使用することなく、各空気導入口１１，１６，２５に圧
縮空気を供給することにより、ブロー洗浄による内部清
掃を行うことができ、何度でも使用可能である。

【００２６】図６は上記ミキシング装置の変形例を示し
ている。この例では、パイプ４６の内径を第２ブロック
２の第２流路２１の内径よりも大きく設定している。こ
のものでは、第２流路２１を通過したのちパイプ４６内
に流入するＡ液の一部が外方に拡がるため、パイプ４６
内で大きな乱流が生じ、この乱流により混合効果がアッ
プする。それ以外の部分は図１に示すミキシング装置と
同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。

【００２７】なお、図１および図６に示すミキシング装
置では、圧縮空気を装置内に導入しているが、これに限
定するものではなく、例えば、窒素等を用い、これをコ
ンプレッサー等により圧縮した状態で装置内に導入して
もよい。また、パイプ４６として、円筒状体で構成され
たもの（図１および図６に示すミキシング装置におい
て、蓋２９や吐出口４６ａが設けられていないもの）を
用いることができる。

【００２８】また、上記実施の形態では、地山４４に穿
設した長孔４５にパイプ４６を挿通し、地山４４から空
洞４３内に空洞充填剤４７を充填しているが、既設トン
ネル４１の覆工コンクリート４２に長孔を穿設し、この
長孔を利用して、既設トンネル４１の内部から空洞４３
内に空洞充填剤４７を充填することができる。この場合
には、パイプ４６の長さを１〜４ｍ程度にすることがで
きる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明の空洞充填工法に
よれば、発泡後の圧縮強度が０．０５ＭＰａ程度の発泡
ウレタン系薬液を用いた場合にも、これを空洞内に完全
に充填することにより、崩落等を防止することができ
る。また、本発明では、発泡倍率が３５倍以上である高
発泡倍率の発泡ウレタン系薬液を用いているため、発泡
する時の空気量が多く、過充填時に、この過充填分の発
泡ウレタン系薬液により発生した泡は潰れてしまい、上
記過充填によっても空洞の内圧が上昇しない。したがっ
て、上記過充填時にも、老朽化した覆工コンクリートが
壊れない。しかも、発泡後の発泡ウレタン系薬液が軽量
であり、老朽化した覆工コンクリートに対して重量的な
負荷が小さく、崩落等が起こらない。また、本発明に用
いる発泡ウレタン系薬液は高発泡倍率であるため、空洞
内への充填量が少量ですみ、施工時間の短縮と充填量の
低減を図ることができるうえ、軽量であり、トンネルへ
の搬入の負担を低減することができる。

【００３０】本発明において、上記発泡ウレタン系薬液
の発泡後の比重が４０ｋｇ／ｍ³以下である場合には、
発泡後の発泡ウレタン系薬液が軽量であり、覆工コンク
リートへの負荷が軽減される。

【００３１】また、本発明において、上記空洞内に発泡
ウレタン系薬液をエアー吹き付けにより充填する場合に
は、エアー圧により発泡ウレタン系薬液を遠くまで吹き
付けることができ、空洞内の隅々にまで発泡ウレタン系
薬液を吹き付けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空洞充填工法の一実施の形態に用いる
ミキシング装置の説明図である。

【図２】上記ミキシング装置の左側面図である。

【図３】上記ミキシング装置の右側面図である。

【図４】第１ブロックの説明図である。

【図５】第２ブロックの説明図である。

【図６】上記ミキシング装置の変形例を示す説明図であ
る。

【図７】従来例の空洞充填工法の説明図である。

【図８】従来例の空洞充填工法の説明図である。

【図９】従来例の空洞充填工法の説明図である。

【図１０】従来例の空洞充填工法の説明図である。

【図１１】従来例の空洞充填工法の説明図である。

【図１２】従来例の空洞充填工法の説明図である。

【符号の説明】

４１既設トンネル４２覆工コンクリート４３空洞４７空洞充填剤

フロントページの続き (72)発明者宇田信也愛知県小牧市大字北外山字哥津3600番地東海ゴム工業株式会社内Ｆターム(参考） 2D055 KB12 KC06 LA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】既設トンネルの覆工コンクリート背面に
生じた空洞内に、発泡倍率が３５倍以上で発泡後の圧縮
強度が０．０５ＭＰａ以上である発泡ウレタン系薬液を
充填して固化させるようにしたことを特徴とする空洞充
填工法。
【請求項２】上記発泡ウレタン系薬液の発泡後の比重
が４０ｋｇ／ｍ³以下である請求項１記載の空洞充填工
法。
【請求項３】上記空洞内に発泡ウレタン系薬液をエア
ー吹き付けにより充填する請求項１または２記載の空洞
充填工法。