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山岳トンネル技術

ツインアーチフォーム工法®「TAF工法」

脱着機構を有する2基のセントル型枠により養生期間大幅延長

従来の山岳トンネルの覆工コンクリートは標準的に2日に1回の打設サイクルです。2日間のうち、コンクリートの養生期間は18時間程度と短く、強度発現が低いうちに脱型するため、脱型時の自重による変形、ひび割れの潜在的要因となっていました。

鹿島が開発したツインアーチフォーム工法(TAF工法)は、従来の2日のサイクルを維持したままコンクリートの養生期間を66時間以上確保することで、コンクリートの品質を向上させる施工法です。コンクリートの養生期間を大幅に増やすことができるため、脱型時のコンクリートの強度が上がり、コンクリートの緻密さが向上します。

平成26年度建設施工と建設機械シンポジウム優秀論文賞
第27回日本建設機械施工大賞 最優秀賞
特許出願中

図版:TAF1号機全景

TAF1号機全景

キーワード

覆工コンクリート、養生時間、圧縮強度、ひび割れ、セントル、脱型、66時間、ツイン、アーチ
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施工手順

TAF工法では、2つのアーチフォーム(型枠)に径の縮小・拡大機能を持たせ、1台のレール台車で2つの型枠を交互に使用できるようにしています。

まず、第1アーチフォームにコンクリート打設後、ガントリー(台車)から分離させて、そのままの状態で養生させておきます。その後、あらかじめ径を縮小させた第2アーチフォームを乗せた台車は、第1アーチフォームの下をくぐり抜けて通過し、次の打設位置まで進みます。第2アーチフォームで打設後は、脱型した第1アーチフォームの径を縮小して第2の下を通過させ、次の打設位置に移動させます。このプロセスを繰り返して前進していきます。

図版:TAF工法概念図

TAF工法概念図

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TAF工法施工サイクル(動画)

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特長・メリットココがポイント

66h脱型による高緻密化

室内試験により、透気係数を指標としてコンクリート表面の緻密性を評価しました。

  • 66h脱型は、18h脱型に比較して大幅に透気係数が低減し、7日脱型とほぼ同様な状態まで緻密化していることが確認できました。
  • 被膜養生やミスト養生など、他の養生方法と比較しても、66h脱型のほうが緻密化していることがわかります。

図版:室内試験によるコンクリート表面緻密化の評価結果

室内試験によるコンクリート表面緻密化の評価結果

圧縮強度は従来の約4倍

同じく、室内試験により、圧縮強度の増加を確認しました。

  • 66h脱型にすることで、通常施工サイクルの18h脱型に比較してコンクリート強度が約4倍の10N/mm2に向上することが確認されました。

図版:養生期間延長によるコンクリート圧縮強度増加確認結果

養生期間延長によるコンクリート圧縮強度増加確認結果

適用実績

図版:一般国道473号岩古谷トンネル

一般国道473号岩古谷トンネル

場所:愛知県北設楽郡

竣工年:2014年3月

発注者:愛知県建設部

図版:新東名高速道路徳定トンネル

新東名高速道路徳定トンネル

場所: 愛知県新城市

竣工年:2014年6月

発注者:中日本高速道路

覆工用中流動コンクリート

特殊混和剤の使用により覆工用中流動コンクリートを簡易に製造

従来、山岳トンネルの覆工コンクリートの構築においては、スランプが15cm程度のコンクリートを10m程度流動させて打ち込むため、材料分離や締固め不足、未充填部の発生といった初期欠陥を生じやすいことが問題となっていました。

こうした課題に対して、スランプフローが35〜50cmである中流動コンクリートを用いる施工方法が高速道路総合技術研究所によって開発されています。

今回鹿島が開発した中流動コンクリートは、このトンネル覆工用中流動コンクリートの仕様に準拠しつつ、特殊な混和剤を用いることで市中の生コン工場での製造を簡便にしたものであり、より多くの現場での中流動コンクリートの使用を可能にします。

関連するNETIS KT-120023-A

図版:特殊混和材を用いた中流動コンクリートのスランプフロー

特殊混和材を用いた中流動コンクリートのスランプフロー

キーワード

覆工コンクリート、中流動コンクリート、特殊混和剤、粘着剤
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技術の詳細

覆工用中流動コンクリートは、スランプフローが35~50cm程度で、型枠バイブレータ程度の軽微な振動で流動・充填させることができるため、材料分離のない均質な覆工コンクリートを実現できます。この「材料分離をさせないための方策」としては、セメントと同程度の細かさを持った粉体である石灰石微粉末やフライアッシュをコンクリートに添加する必要がありますが、石灰石微粉末やフライアッシュを常備している市中の生コン工場はほとんどありません。そのため、従来は中流動コンクリートを適用できる現場が限られてしまうという問題がありました。

今回、開発した覆工用中流動コンクリートは、高性能AE減水剤と増粘剤を一液にした特殊混和剤を使用することにより、流動性と材料分離抵抗性を同時に付与します。粉体を使用しないため、一般的な設備を有する市中の生コン工場で中流動コンクリートを製造することができ、より多くの現場で中流動コンクリートを適用することができます。また、特殊混和材を用いた中流動コンクリートの品質は粉体を用いた中流動コンクリートと同等であり、高品質な覆工コンクリートを確実に構築することができます。朝日トンネル(茨城県)で試験的に採用されたほか、徳定トンネル(NEXCO中日本)や矢頭峠トンネル(三重県)において採用が決定しています。

図版:スランプ15cmの一般的な覆工コンクリートを使用したときの内空表面の仕上がり状況

スランプ15cmの一般的な覆工コンクリートを使用したときの内空表面の仕上がり状況

図版:特殊混和剤を用いた覆工用中流動コンクリートを使用したときの内空表面の仕上がり状況

特殊混和剤を用いた覆工用中流動コンクリートを使用したときの内空表面の仕上がり状況

特長・メリットココがポイント

優れた流動性と施工性

普通コンクリート(スランプ15cmの一般的な覆工コンクリート)と特殊混和剤を用いた中流動コンクリートの流動性を、実際の施工と同じ規模で比較しました。

  • 特殊混和剤を用いた中流動コンクリートは、流し込むだけで10m以上流動させることができ、良好な流動性を有していることが確認できました。
  • また、型枠バイブレータによる締固めだけで、ほぼ水平とすることができました。

図版:実規模流動実験の結果(流動勾配)

実規模流動実験の結果(流動勾配)

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材料分離がほとんどない

特殊混和剤を用いた中流動コンクリートの流動後の粗骨材量の分布状況を調べました。

  • 特殊混和剤を用いた中流動コンクリートは粗骨材の変化率が80%以上で、流動による材料分離がほとんど生じていないことを確認しました。

図版:実規模流動実験の結果(コンクリート中の粗骨材量)

実規模流動実験の結果(コンクリート中の粗骨材量)

緻密で均質なコンクリート表面

表面透気係数を指標として、流動後の普通コンクリートと特殊混和剤を用いた中流動コンクリートの表面の緻密さを評価しました。

  • 特殊混和剤を用いた中流動コンクリートは、表面透気係数が小さく(透気係数が小さいほど緻密)、そのばらつきも小さい結果となり、緻密で均質な覆工コンクリートであることが確認できました。

図版:実規模流動実験の結果(表面透気係数)

実規模流動実験の結果(表面透気係数)

適用実績

図版:朝日トンネル

朝日トンネル

場所:茨城県土浦市

竣工年:2012年3月

発注者:茨城県

規模:NATM トンネル延長1,784m
施工延長732m 車道幅員6m
内空断面積52m2

学会論文発表実績

  • 「増粘効果を有する高性能AE減水剤を用いた中流動コンクリートのトンネル覆工への適用性に関する実験的検討」,コンクリート工学年次論文集,Vol.34,No.1,2012年
  • 「特殊な混和剤を用いたトンネル覆工用中流動コンクリートの開発」,セメント・コンクリート,No.787,2012年9月

山岳トンネル技術 インデックス

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