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JP7045952B2 - Tunnel construction method and tunnel support structure - Google Patents

Tunnel construction method and tunnel support structure Download PDF

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JP7045952B2
JP7045952B2 JP2018137797A JP2018137797A JP7045952B2 JP 7045952 B2 JP7045952 B2 JP 7045952B2 JP 2018137797 A JP2018137797 A JP 2018137797A JP 2018137797 A JP2018137797 A JP 2018137797A JP 7045952 B2 JP7045952 B2 JP 7045952B2
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  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)
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Description

本発明は、トンネル施工方法およびトンネル支保構造に関する。 The present invention relates to a tunnel construction method and a tunnel support structure.

NATM等の山岳トンネル工法では、掘削により露出した地山面に吹き付けられた吹付けコンクリート、地山面に沿って組み立てられた鋼製支保工、地山に打設されたロックボルト等を備えたトンネル支保工により安全性を確保している。
大土被りのトンネルでは、トンネル周辺の地山の変形量が増大し、トンネル支保工に対して大きな地圧が作用する場合がある。断層破砕帯や膨張性地山を掘進することにより形成されたトンネル等でも同様である。
トンネルにおいて、支保構造に大きな応力が作用するのは掘削後24時間以内であると推定される。そのため、大きな応力が作用することが予想されるトンネルでは、トンネルの安全性を確保するために、早期に強度発現する吹付けコンクリートが採用される場合がある。例えば、特許文献1には、材齢3時間の圧縮強度が15N/mm以上の吹付けコンクリートが開示されている。
Mountain tunnel construction methods such as NATM are equipped with sprayed concrete sprayed on the ground surface exposed by excavation, steel support works assembled along the ground surface, rock bolts placed on the ground, etc. Safety is ensured by tunnel support.
In a tunnel covered with large earth, the amount of deformation of the ground around the tunnel increases, and a large earth pressure may act on the tunnel support. The same applies to fault crush zones and tunnels formed by excavating expansive terrain.
It is estimated that a large stress is applied to the support structure in the tunnel within 24 hours after excavation. Therefore, in a tunnel where a large stress is expected to act, sprayed concrete that develops strength at an early stage may be adopted in order to ensure the safety of the tunnel. For example, Patent Document 1 discloses sprayed concrete having a compressive strength of 15 N / mm 2 or more at a material age of 3 hours.

特開2008-137817号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-137817

ところが、早期に強度発現する吹付けコンクリートであっても、掘削後の地山の変形によってひび割れが発生することや局所的な破壊が生じるおそれがある。
本発明は、大きな地圧が作用する地山条件でのトンネル掘削において、トンネル内空の安定を確保することを可能としたトンネル施工方法およびトンネル支保構造を提案することを課題とする。
However, even in the case of sprayed concrete that develops strength at an early stage, there is a risk that cracks will occur or local fracture will occur due to deformation of the ground after excavation.
An object of the present invention is to propose a tunnel construction method and a tunnel support structure that can secure the stability of the tunnel interior in tunnel excavation under a ground condition where a large ground pressure acts.

前記課題を解決するための本発明のトンネル施工方法は、地山を掘削する掘削工程と、 地山の掘削により露出した地山面に吹付けコンクリートを吹き付ける支保工程とを備えるものである。前記吹付けコンクリートは、中庸熱セメントと、高炉スラグ粉末と、シリカフューム粉末と、高性能減水剤と、骨材と、急結剤と、水とを含んでおり、前記吹付けコンクリートの材齢24時間のヤング係数が20000N/mm以下で、かつ、材齢28日の圧縮強度が70N/mm以上である。
また、本発明のトンネル支保構造は、トンネル軸方向に沿って間隔をあけて建て込まれた鋼製支保工と、地山に対して吹き付けられた吹付けコンクリートとを備えている。前記鋼製支保工は、鋼材と可縮部材とにより形成されている。また、前記吹付けコンクリートは、中庸熱セメントと、高炉スラグ粉末と、シリカフューム粉末と、高性能減水剤と、骨材と、急結剤と、水とを含んでいて、前記吹付けコンクリートの材齢24時間のヤング係数が20000N/mm以下で、かつ、材齢28日の圧縮強度が70N/mm以上である。
The tunnel construction method of the present invention for solving the above-mentioned problems includes an excavation step of excavating the ground and a support step of spraying concrete on the ground surface exposed by the excavation of the ground. The sprayed concrete contains moderate heat cement, blast furnace slag powder, silica fume powder, a high-performance water reducing agent, an aggregate, a quick-setting agent, and water, and the age of the sprayed concrete is 24. The Young's modulus of time is 20000 N / mm 2 or less, and the compressive strength at 28 days of age is 70 N / mm 2 or more.
Further, the tunnel support structure of the present invention includes steel support works built at intervals along the tunnel axial direction and sprayed concrete sprayed on the ground. The steel support is formed of a steel material and a contractible member. Further, the sprayed concrete contains moderate heat cement, blast furnace slag powder, silica fume powder, a high-performance water reducing agent, an aggregate, a quick-setting agent, and water, and is a material of the sprayed concrete. The Young's modulus at 24 hours of age is 20000 N / mm 2 or less, and the compressive strength at 28 days of age is 70 N / mm 2 or more.

本発明によれば、吹付けコンクリートの初期材齢(材齢24時間以内)におけるヤング係数が低いため、地山の変形に追従することが可能となる。そのため、吹付けコンクリートにひび割れが生じることや圧縮破壊が発生することを防止することができる。その結果、大きな地圧が作用する地山条件でのトンネル掘削において、トンネル内空の安定を確保することが可能となる。 According to the present invention, since the Young's modulus at the initial age of the sprayed concrete (within 24 hours of age) is low, it is possible to follow the deformation of the ground. Therefore, it is possible to prevent the sprayed concrete from cracking and compression fracture. As a result, it is possible to ensure the stability of the air inside the tunnel when excavating the tunnel under the ground conditions where a large earth pressure acts.

(a)は本実施形態に係るトンネルを示す断面図、(b)はトンネルの支保構造を示す縦断図である。(A) is a cross-sectional view showing a tunnel according to the present embodiment, and (b) is a vertical sectional view showing a support structure of the tunnel. (a)は吹付けコンクリートを示す斜視図、(b)は鋼製支保工を示す斜視図である。(A) is a perspective view showing sprayed concrete, and (b) is a perspective view showing a steel support. 計算に使用したトンネルの応力モデル図である。It is a stress model diagram of the tunnel used for the calculation. 地山および支保の特性曲線図である。It is a characteristic curve diagram of the ground and the support.

本実施形態では、図1(a)に示すように、NATMにより構築するトンネル1の支保構造(トンネル支保構造2)について説明する。トンネル1は、高土被り、高地圧の環境下で施工するため、地山Gが大きく変形することが予想される。本実施形態では、地山Gの変形に追従することが可能なトンネル支保構造2を採用することで、局所的な破壊を抑制する。
本実施形態のトンネル支保構造2は、図1(b)に示すように、鋼製支保工3と、吹付けコンクリート4と、ロックボルト5とを備えている。鋼製支保工3および吹付けコンクリート4は、アーチ状(馬蹄形状)に形成されている。なお、鋼製支保工3および吹付けコンクリート4の形状は限定されるものではなく、例えばリング状であってもよい。なお、トンネル支保構造2は、必要に応じて補助工法を組み合わせてもよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 1A, the support structure of the tunnel 1 constructed by NATM (tunnel support structure 2) will be described. Since the tunnel 1 is constructed in an environment of high soil cover and high ground pressure, it is expected that the ground G will be significantly deformed. In the present embodiment, local fracture is suppressed by adopting the tunnel support structure 2 capable of following the deformation of the ground G.
As shown in FIG. 1 (b), the tunnel support structure 2 of the present embodiment includes a steel support structure 3, a sprayed concrete 4, and a lock bolt 5. The steel support 3 and the sprayed concrete 4 are formed in an arch shape (horseshoe shape). The shapes of the steel support 3 and the sprayed concrete 4 are not limited, and may be, for example, a ring shape. The tunnel support structure 2 may be combined with an auxiliary construction method as needed.

鋼製支保工3は、トンネル軸方向に沿って間隔をあけて建て込む。本実施形態の鋼製支保工3は、複数の鋼材6と可縮部材7とを組み合わせることにより形成されている。なお、鋼製支保工3の配設ピッチは、地山状況(地山等級等)に応じて適宜決定する。
鋼材6は、H形鋼を加工することに形成されている。鋼材6を構成するH形鋼の断面寸法は限定されるものではなく、地山状況に応じて適宜決定すればよい。また、鋼材6を構成する材料はH形鋼に限定されるものではない。
可縮部材7は、鋼材6よりも低い剛性を有していて、鋼材6同士の間に介設されている。鋼製支保工3に設置する可縮部材7の数および配置は限定されるものではないが、左右対称に配置するのが望ましい。可縮部材7は、一定の荷重強度を維持しながら変形する材質を有している。そのため、鋼製支保工3は、可縮中においてもトンネル1の内圧を維持することを可能としている。本実施形態の可縮部材7は、セメントと、多孔質材と、水とを含んだモルタルの硬化体により形成された本体部71と、本体部71に周設された繊維シートである補強体72とからなる柱状部材である。本体部71の断面形状は限定されるものではなく、例えば、円形であってもよいし、矩形であってもよい。また、本体部71は、モルタルに限定されるものではなく、例えば、コンクリートであってもよい。また、補強体72は、繊維シートが複数積層されていてもよい。繊維シートには、ポリプロピレン繊維により構成された織布を使用する。なお、繊維シートを構成する材料は限定されるものではなく、例えば、アラミド繊維やポリエチレン繊維等の織布であってもよい。また、補強体72は、繊維シートに限定されるものではなく、例えば、管状部材であってもよい。なお、可縮部材7の構成は限定されるものではなく、例えば、無数の気泡を有した繊維補強コンクリートの硬化体や、多層構造になる鋼管が座屈しながら変形する部材等であってもよい。
Steel support works 3 are built at intervals along the tunnel axial direction. The steel support 3 of the present embodiment is formed by combining a plurality of steel materials 6 and a contractible member 7. The arrangement pitch of the steel support 3 is appropriately determined according to the ground condition (ground grade, etc.).
The steel material 6 is formed by processing H-shaped steel. The cross-sectional dimensions of the H-shaped steel constituting the steel material 6 are not limited, and may be appropriately determined according to the ground conditions. Further, the material constituting the steel material 6 is not limited to the H-shaped steel.
The contractible member 7 has a lower rigidity than the steel material 6, and is interposed between the steel materials 6. The number and arrangement of the contractible members 7 to be installed in the steel support 3 is not limited, but it is desirable to arrange them symmetrically. The contractible member 7 has a material that deforms while maintaining a constant load strength. Therefore, the steel support 3 makes it possible to maintain the internal pressure of the tunnel 1 even during contractibility. The contractible member 7 of the present embodiment has a main body 71 formed of a hardened mortar containing cement, a porous material, and water, and a reinforcing body which is a fiber sheet provided around the main body 71. It is a columnar member made of 72. The cross-sectional shape of the main body 71 is not limited, and may be, for example, circular or rectangular. Further, the main body portion 71 is not limited to mortar, and may be, for example, concrete. Further, the reinforcing body 72 may have a plurality of fiber sheets laminated on the reinforcing body 72. A woven fabric made of polypropylene fiber is used for the fiber sheet. The material constituting the fiber sheet is not limited, and may be, for example, a woven fabric such as an aramid fiber or a polyethylene fiber. Further, the reinforcing body 72 is not limited to the fiber sheet, and may be, for example, a tubular member. The structure of the contractible member 7 is not limited, and may be, for example, a hardened fiber-reinforced concrete body having innumerable bubbles, a member in which a steel pipe having a multi-layer structure is deformed while buckling, or the like. ..

吹付けコンクリート4は、地山Gの掘削により露出した地山G(トンネル周囲)に対して吹き付けられている。吹付けコンクリート4は、中庸熱セメントと、高炉スラグ粉末と、シリカフューム粉末と、高性能減水剤と、骨材と、急結剤と、水とを含んでいて、地山Gに対して所定の厚さに吹き付けられている。本実施形態の吹付けコンクリート4は、材齢24時間のヤング係数が20000N/mm以下で、かつ、材齢28日の圧縮強度が70N/mm以上である。
吹付けコンクリート4は、水と、粉体(中庸熱セメント、高炉スラグ粉末およびシリカフューム粉末)との水粉体比(W/P)が、15%以上25%以下である。なお、吹付け圧縮強度を高くする観点から、水粉体比は、20.0%以下であるのが好ましく、18.0%以下であることがより好ましく、16.5%以下であることがさらに好ましい。また、急結剤を除いたベースコンクリート(またはベースモルタル)の塑性粘度が5Pa・s以上25Pa・s以下、降伏値が0.01Pa以上15Pa以下である。
The sprayed concrete 4 is sprayed on the ground G (around the tunnel) exposed by excavation of the ground G. The sprayed concrete 4 contains moderate heat cement, blast furnace slag powder, silica fume powder, high-performance water reducing agent, aggregate, quick-setting agent, and water, and is predetermined with respect to the ground G. It is sprayed on the thickness. The sprayed concrete 4 of the present embodiment has a Young's modulus of 20000 N / mm 2 or less at 24 hours of age and a compressive strength of 70 N / mm 2 or more at 28 days of age.
The sprayed concrete 4 has a water powder ratio (W / P) of water and powder (moderate heat cement, blast furnace slag powder and silica fume powder) of 15% or more and 25% or less. From the viewpoint of increasing the spray compressive strength, the water powder ratio is preferably 20.0% or less, more preferably 18.0% or less, and more preferably 16.5% or less. More preferred. Further, the plastic viscosity of the base concrete (or base mortar) excluding the quick-setting admixture is 5 Pa · s or more and 25 Pa · s or less, and the yield value is 0.01 Pa · s or more and 15 Pa · s or less.

中庸熱セメントは、いわゆる中庸熱ポルトランドセメントである。中庸熱セメントは、普通ポルトランドセメントと比較して水和熱が低い。本実施形態では、粉体中の中庸熱ポルトランドセメントの配合量を40重量%以上とする。なお、中庸熱セメントの配合量は限定されるものではない。
高炉スラグ粉末には、JIS Z8801-1に規定される公称目開き90μmの篩を通過しない90μm以上の粒子を1wt%以上10wt%以下含むものを用いる。高炉スラグ粉末は、粉体中の配合量が5重量%以上になるように配合する。なお、高炉スラグ粉末の配合量は限定されるものではない。
シリカフューム粉末は、粉体中の配合量が5重量%以上になるように配合する。なお、シリカフューム粉末の配合量は限定されるものではない。
Moderate heat cement is so-called moderate heat Portland cement. Moderate heat cement has a lower heat of hydration than ordinary Portland cement. In the present embodiment, the blending amount of moderate heat Portland cement in the powder is 40% by weight or more. The blending amount of moderate heat cement is not limited.
As the blast furnace slag powder, one containing 1 wt% or more and 10 wt% or less of particles of 90 μm or more that do not pass through a sieve having a nominal opening of 90 μm specified in JIS Z8801-1 is used. The blast furnace slag powder is blended so that the blending amount in the powder is 5% by weight or more. The blending amount of the blast furnace slag powder is not limited.
The silica fume powder is blended so that the blending amount in the powder is 5% by weight or more. The blending amount of silica fume powder is not limited.

高性能減水剤には、ポリカルボン酸エーテル系化合物を含むものを使用する。なお、高性能減水剤は限定されるものではなく、例えば、ナフタレンスルホン酸系化合物、メラミンスルホン酸系化合物、アミノスルホン酸系化合物、アルキルアリルスルホン酸系化合物及びこれらの誘導体若しくは変性物、ポリエーテル誘導体、ポリグリコール誘導体、エステル系化合物、並びにこれらの混合物を主成分とするものを使用することができる。高性能減水剤の配合は、粉体100重量部に対し、1重量部以上5重量部以下とする。なお、高性能減水剤の配合量は限定されるものではない。
骨材には、細骨材と粗骨材とを使用する。細骨材を構成する材料は、粒径が0.85~0.60mm以下のものであれば限定されるものではなく、例えば、川砂、山砂等の天然骨材や砕砂、高炉スラグ細骨材等が採用可能である。粗骨材には、砂利または砕石を使用する。なお、骨材の配合量は、適宜決定すればよい。また、粗骨材は必要に応じて配合すればよい。
急結剤には、液状のものを使用する。液状の急結剤としては、例えば、アルミン酸塩系、水溶性アルミニウム塩系等がある。また、急結剤を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、カルシウムアルミネート系、カルシウムサルフォアルミネート系、アルミン酸塩系等の粉末状のものを使用してもよい。
吹付けコンクリート4が含む材料は限定されるものではなく、例えば、前記の各材料の他に、混和材、繊維、混和剤等が含まれていてもよい。このような混和材としては、例えば、石灰石微粉末、石英微粉末、硅石微粉末、岩石微粉末、せっこう等がある。また、繊維としては、鋼繊維や有機繊維等がある。さらに、混和剤としては、AE剤、AE減水剤、流動化剤、消泡剤、増粘剤、発泡剤等がある。
As the high-performance water reducing agent, one containing a polycarboxylic acid ether-based compound is used. The high-performance water reducing agent is not limited, and for example, naphthalene sulfonic acid-based compound, melamine sulfonic acid-based compound, amino sulfonic acid-based compound, alkylallyl sulfonic acid-based compound and derivatives or modified products thereof, polyether. Derivatives, polyglycol derivatives, ester compounds, and those containing a mixture thereof as a main component can be used. The composition of the high-performance water reducing agent is 1 part by weight or more and 5 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the powder. The amount of the high-performance water reducing agent to be blended is not limited.
Fine aggregate and coarse aggregate are used as the aggregate. The material constituting the fine aggregate is not limited as long as the particle size is 0.85 to 0.60 mm or less, and for example, natural aggregate such as river sand and mountain sand, crushed sand, and blast furnace slag fine bone. Materials can be used. Gravel or crushed stone is used for the coarse aggregate. The blending amount of the aggregate may be appropriately determined. Further, the coarse aggregate may be blended as needed.
Use a liquid quick-setting agent. Examples of the liquid quick-setting admixture include aluminate-based, water-soluble aluminum salt-based, and the like. Further, the material constituting the quick-setting admixture is not limited, and for example, powdered materials such as calcium aluminate-based, calcium sulfate-based, and aluminate-based may be used.
The material contained in the sprayed concrete 4 is not limited, and for example, an admixture, a fiber, an admixture, and the like may be contained in addition to the above-mentioned materials. Examples of such an admixture include limestone fine powder, quartz fine powder, silica stone fine powder, rock fine powder, gypsum and the like. Further, examples of the fiber include steel fiber and organic fiber. Further, as the admixture, there are an AE agent, an AE water reducing agent, a fluidizing agent, an antifoaming agent, a thickening agent, a foaming agent and the like.

ロックボルト5は、トンネル周方向に対して、所定の間隔をあけて複数本配設されている。なお、ロックボルト5の長さ、ボルト径、打設ピッチ等は限定されるものではなく、地山状況に応じて適宜設定すればよい。また、ロックボルト5は必要に応じて設置すればよく、省略してもよい。また、ロックボルト5に代えてフォアポーリング工法やAGF工法等を採用してもよい。 A plurality of lock bolts 5 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction of the tunnel. The length, bolt diameter, casting pitch, etc. of the lock bolt 5 are not limited, and may be appropriately set according to the ground conditions. Further, the lock bolt 5 may be installed as needed and may be omitted. Further, instead of the lock bolt 5, a fore polling method, an AGF method, or the like may be adopted.

次に、トンネル1の施工方法について説明する。本実施形態のトンネル施工方法は、掘削工程と、支保工程とを備えている。
掘削工程は、地山Gを掘削して、地中に掘削坑を形成する工程である。トンネル1の掘削方式は限定されるものではなく、地山状況や周辺環境等に応じて、発破掘削方式や機械掘削方式等から選定する。また、トンネル1の掘削工法は限定されるものではなく、例えば、全断面掘削工法、ベンチカット工法または導坑先進工法を採用すればよい。
支保工程は、掘削坑内にトンネル支保構造2を形成する工程である。トンネル支保構造2は、地山Gの掘削により露出した地山面(トンネル周囲)に対して一次吹付け41(吹付けコンクリート4の一部)を行った後、鋼製支保工3を建て込み、さら二次吹付け42(吹付けコンクリート4の残り部分)およびロックボルト5の打設を行うことにより形成する。鋼製支保工3は、前回の施工サイクルで建て込まれた鋼製支保工3から所定の間隔をあけて建て込む。ロックボルト5の打設は、トンネル1の周囲の地山Gに対してロックボルト孔を穿孔し、このロックボルト孔にロックボルト5を挿入することにより行う。なお、吹付けコンクリート4は、必ずしも複数の層(一次吹付け41および二次吹付け42)に分ける必要はなく、一層のみであってもよい。また、ロックボルト5は、一次吹付け41の施工後に、鋼製支保工3の建て込みとともに打設してもよい。
Next, the construction method of the tunnel 1 will be described. The tunnel construction method of the present embodiment includes an excavation process and a support process.
The excavation process is a process of excavating the ground G to form an excavation pit in the ground. The excavation method of the tunnel 1 is not limited, and is selected from the blasting excavation method, the mechanical excavation method, and the like according to the ground conditions and the surrounding environment. Further, the excavation method for the tunnel 1 is not limited, and for example, a full-section excavation method, a bench cut method, or an advanced shaft method may be adopted.
The support step is a step of forming the tunnel support structure 2 in the excavation pit. In the tunnel support structure 2, the steel support work 3 is built after the primary spraying 41 (a part of the sprayed concrete 4) is performed on the ground surface (around the tunnel) exposed by the excavation of the ground G. Further, it is formed by casting a secondary spray 42 (the remaining portion of the spray concrete 4) and a lock bolt 5. The steel support 3 is built at a predetermined interval from the steel support 3 built in the previous construction cycle. The lock bolt 5 is placed by drilling a lock bolt hole in the ground G around the tunnel 1 and inserting the lock bolt 5 into the lock bolt hole. The sprayed concrete 4 does not necessarily have to be divided into a plurality of layers (primary spray 41 and secondary spray 42), and may be only one layer. Further, the lock bolt 5 may be placed together with the construction of the steel support work 3 after the construction of the primary spray 41.

本実施形態のトンネル支保構造2によれば、吹付けコンクリート4の初期材齢(材齢24時間以内)におけるヤング係数が低く、また、鋼製支保工3に可縮部材7が介設されているため、地山Gの変形に追従することが可能となる。そのため、トンネル支保構造2の形成後に地山Gに変形が生じた場合であっても、地山Gの変形に追従することで、吹付けコンクリート4にひび割れが生じることや圧縮破壊が発生することを防止することができる。その結果、大きな地圧が作用する地山条件でのトンネル掘削において、トンネル内空の安定を確保することが可能となる。
吹付けコンクリート4が全体的に地山Gの変形に追従するため、局所的に応力が集中することがない。そのため、吹付けコンクリート4に局所的な破損が生じることがない。
According to the tunnel support structure 2 of the present embodiment, the Young's modulus at the initial material age (within 24 hours of the material age) of the sprayed concrete 4 is low, and the contractible member 7 is interposed in the steel support structure 3. Therefore, it is possible to follow the deformation of the ground G. Therefore, even if the ground G is deformed after the tunnel support structure 2 is formed, the sprayed concrete 4 may be cracked or compression fracture may occur by following the deformation of the ground G. Can be prevented. As a result, it is possible to ensure the stability of the air inside the tunnel when excavating the tunnel under the ground conditions where a large earth pressure acts.
Since the sprayed concrete 4 follows the deformation of the ground G as a whole, stress is not locally concentrated. Therefore, the sprayed concrete 4 is not locally damaged.

以下、吹付けコンクリート4の初期材齢におけるヤング係数が、支保工構築に及ぼす影響を把握するために行った計算結果を示す。本計算では、材齢7~8時間程度、12時間、24時間、28日間を対象として、吹付けコンクリート4に発生する応力を特性曲線により算出し、吹付けコンクリート4の圧縮強度と比較した。
計算の条件としては、土被り200mとして、掘削半径4000mmの円形断面のトンネル1に対して、吹付け厚さ200mmで吹付けコンクリート4を吹き付けるものとした(図3参照)。このとき、地山Gの単位体積重量を1.8t/m、地山Gの変形係数を2500N/mmとした。また、鋼製支保工3として、H-150を使用し、配置間隔を1mとした。また、支保構造および地圧が弾性挙動を示すものと仮定した。
The following shows the calculation results performed to understand the influence of the Young's modulus at the initial age of the sprayed concrete 4 on the construction of the support work. In this calculation, the stress generated in the sprayed concrete 4 was calculated from the characteristic curve for the material ages of about 7 to 8 hours, 12 hours, 24 hours, and 28 days, and compared with the compressive strength of the sprayed concrete 4.
As a condition of calculation, it was assumed that the overburden was 200 m and the sprayed concrete 4 was sprayed on the tunnel 1 having a circular cross section with an excavation radius of 4000 mm with a spray thickness of 200 mm (see FIG. 3). At this time, the unit volume weight of the ground G was set to 1.8 t / m 3 , and the deformation coefficient of the ground G was set to 2500 N / mm 2 . Further, H-150 was used as the steel support work 3, and the arrangement interval was set to 1 m. It was also assumed that the support structure and the ground pressure show elastic behavior.

計算は、以下の手順により行った。
まず、式1により地山Gの特性曲線L1を作成する(図4参照)。式1は、地山Gが弾性状態とした場合におけるトンネル1の半径方向の応力(σγと壁面変位uの関係からなる。
The calculation was performed according to the following procedure.
First, the characteristic curve L1 of the ground G is created by the equation 1 (see FIG. 4). Equation 1 consists of the relationship between the radial stress (σ γ ) a of the tunnel 1 and the wall surface displacement u a when the ground G is in an elastic state.

Figure 0007045952000001
Figure 0007045952000001

次に、支保に解放力が作用するときの先行変位を算定し、支保特性曲線の始点を定める(図4参照)。先行変位は、切羽より1m(0.1×D)進んだものとして、トンネル支保構造2を設置しない場合における全壁面変位の40%とした。
続いて、式2により、トンネル支保構造2の特性曲線L2を作成した(図4参照)。
Next, the leading displacement when the release force acts on the support is calculated, and the starting point of the support characteristic curve is determined (see FIG. 4). The preceding displacement was set to be 40% of the total wall surface displacement when the tunnel support structure 2 was not installed, assuming that the displacement was 1 m (0.1 × D) ahead of the face.
Subsequently, the characteristic curve L2 of the tunnel support structure 2 was created by the equation 2 (see FIG. 4).

Figure 0007045952000002
Figure 0007045952000002

次に、地山Gの特性曲線L1とトンネル支保構造2の特性曲線L2との交点(平衡状態となる点)より1次支保(吹付けコンクリート4)に作用する荷重と壁面変位量を計算する。なお、荷重と壁面変位量は、図4のグラフから読みとった数値を使用してもよい。
続いて、式3を利用して、吹付けコンクリート4に作用する荷重より吹付けコンクリート4に発生する材齢7~8時間程度、12時間、24時間、28日間の応力を算出する。算出した応力を表2に示す。
Next, the load acting on the primary support (sprayed concrete 4) and the amount of displacement of the wall surface are calculated from the intersection (point of equilibrium state) between the characteristic curve L1 of the ground G and the characteristic curve L2 of the tunnel support structure 2. .. As the load and the amount of displacement on the wall surface, the numerical values read from the graph of FIG. 4 may be used.
Subsequently, using the formula 3, the stress generated in the sprayed concrete 4 for about 7 to 8 hours, 12 hours, 24 hours, and 28 days is calculated from the load acting on the sprayed concrete 4. The calculated stress is shown in Table 2.

Figure 0007045952000003
Figure 0007045952000003

吹付けコンクリート4に発生する応力を算出したら、吹付けコンクリート4の圧縮強度f’と比較する。圧縮強度は、JIS A1149に準じて、アムスラー型試験機を用いて、載荷速度0.6±0.4N/mm2/sの荷重制御で載荷することにより行った試験結果を使用した。表1に試験に使用したコンクリート(吹付けコンクリート4)の配合を示す。各材齢に対してそれぞれ3つの供試体により試験を行った。供試体は、φ100×200mmの円柱状とした。
表2に、吹付けコンクリート4の計算結果および圧縮強度の関係を示す。なお、吹付けコンクリート4に発生する応力が吹付けコンクリート4の圧縮強度を上回るもの(σθc /f’≧1)をNGとした。
表2に示すように、本実施形態の吹付けコンクリート4によれば、若材齢時における作用応力に対して必要な圧縮強度を発現することが確認できた。
After calculating the stress generated in the sprayed concrete 4, it is compared with the compressive strength f c'of the sprayed concrete 4. For the compressive strength, the test results obtained by loading with a load control of a loading speed of 0.6 ± 0.4 N / mm2 / s using an Amsler type testing machine according to JIS A1149 were used. Table 1 shows the composition of the concrete (sprayed concrete 4) used in the test. Tests were conducted with three specimens for each age. The specimen was a cylinder having a diameter of 100 × 200 mm.
Table 2 shows the relationship between the calculation results of the sprayed concrete 4 and the compressive strength. In addition, the stress generated in the sprayed concrete 4 exceeding the compressive strength of the sprayed concrete 4 (σ θ c / f c '≧ 1) was regarded as NG.
As shown in Table 2, it was confirmed that according to the sprayed concrete 4 of the present embodiment, the required compressive strength is exhibited against the acting stress at the young age.

Figure 0007045952000004
Figure 0007045952000004

Figure 0007045952000005
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以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
前記実施形態では、鋼製支保工3に可縮部材7が介設されている場合について説明したが、可縮部材7は必要に応じて設置すればよい。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and each of the above-mentioned components can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
In the above embodiment, the case where the contractible member 7 is interposed in the steel support 3 has been described, but the contractible member 7 may be installed as needed.

1 トンネル
2 トンネル支保構造
3 鋼製支保工
4 吹付けコンクリート
5 ロックボルト
6 鋼材
7 可縮部材
1 Tunnel 2 Tunnel support structure 3 Steel support 4 Sprayed concrete 5 Lock bolt 6 Steel 7 Shrinkable member

Claims (2)

地山を掘削する掘削工程と、
地山の掘削により露出した地山面に吹付けコンクリートを吹き付ける支保工程と、を備えるトンネル施工方法であって、
前記吹付けコンクリートは、中庸熱セメントと、高炉スラグ粉末と、シリカフューム粉末と、高性能減水剤と、骨材と、急結剤と、水とを含み、
前記吹付けコンクリートの材齢24時間のヤング係数が20000N/mm以下で、かつ、材齢28日の圧縮強度が70N/mm以上であることを特徴とする、トンネル施工方法。
The excavation process for excavating the ground and
It is a tunnel construction method that includes a support process that sprays concrete on the ground surface exposed by excavation of the ground.
The sprayed concrete contains moderate heat cement, blast furnace slag powder, silica fume powder, high-performance water reducing agent, aggregate, quick-setting agent, and water.
A tunnel construction method, wherein the sprayed concrete has a Young's modulus of 20000 N / mm 2 or less at a material age of 24 hours and a compressive strength of 70 N / mm 2 or more at a material age of 28 days.
トンネル軸方向に沿って間隔をあけて建て込まれた鋼製支保工と、
地山に対して吹き付けられた吹付けコンクリートと、を備えるトンネル支保構造であって、
前記鋼製支保工は、鋼材と可縮部材とにより形成されており、
前記吹付けコンクリートは、中庸熱セメントと、高炉スラグ粉末と、シリカフューム粉末と、高性能減水剤と、骨材と、急結剤と、水とを含み、
前記吹付けコンクリートの材齢24時間のヤング係数が20000N/mm以下で、かつ、材齢28日の圧縮強度が70N/mm以上であることを特徴とする、トンネル支保構造。
Steel timbers built at intervals along the tunnel axis,
It is a tunnel support structure equipped with sprayed concrete sprayed on the ground.
The steel support is formed of a steel material and a contractible member.
The sprayed concrete contains moderate heat cement, blast furnace slag powder, silica fume powder, high-performance water reducing agent, aggregate, quick-setting agent, and water.
A tunnel support structure characterized in that the Young's modulus of the sprayed concrete at a material age of 24 hours is 20000 N / mm 2 or less, and the compressive strength at a material age of 28 days is 70 N / mm 2 or more.
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