JP5452806B2 - トンネル構築方法および型枠バイブレータ - Google Patents

Description

本発明は、トンネル構築方法および型枠バイブレータに関する。

コンクリート構造物の構築では、打設された生コンクリートにバイブレータによる振動を与えることで締め固めるのが一般的である。
例えば、トンネルの覆工コンクリートの施工では、掘削孔の内壁面とセントルとの間に打設された生コンクリートに、棒状のバイブレータを挿入して振動を与えることで締め固めている。

トンネルの覆工コンクリートのように、型枠の背面に打設されたコンクリートの締め固めを行う場合は、型枠の側面に形成された確認孔から目視しつつ、作業員が型枠の上部または確認孔から棒状バイブレータを挿入することにより行う必要があった。そして、コンクリートの打設に伴って、順次上側の確認孔に移動して作業を行う必要があった。

そのため、特に大断面のコンクリート構造物の施工等では、作業効率が悪かった。
また、鉄筋が過密配筋されたコンクリート部材の締め固めについては、棒状バイブレータを挿入して適切な位置に配置することが困難であった。

そのため、例えば特許文献１や特許文献２に示すように、コンクリート締め固め作業の作業効率の向上を図ることを目的として、型枠の側面に複数のバイブレータを設置し、このバイブレータの操作を機械的に行う型枠バイブレータが開発されており、実用化に至っている。

特開平５−１５６８１１号公報 特開平７−４８９９４号公報

ところが、コンクリートの締め固めは、コンクリート部材の断面形状や施工箇所（コンクリートの深さ等）に応じて適宜バイブレータを制御する必要があるものの、従来の型枠バイブレータは、打設されたコンクリートに対して、同じ能力のバイブレータにより所定時間振動を与えることで締め固めるのに留まっていた。

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、打設コンクリートの締め固め作業を簡易に行いかつ高品質施工を行うことを可能としたトンネル構築方法および型枠バイブレータを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、掘削孔内にスライドセントルを据え付ける工程と、前記掘削孔の内壁面と前記スライドセントルとの間に生コンクリートを打設する工程と、前記スライドセントルに複数段設置されたバイブレータの振動により前記生コンクリートを締め固める工程と、を備えるトンネル構築方法であって、天端部では側壁部よりも高い作動周波数で締め固めることを特徴としている。

かかるトンネル構築方法によれば、高さに応じてバイブレータの周波数を変化させるため、覆工コンクリートの高品質施工を行うことができる。さらに、バイブレータの作動時間を制御すれば、締め固めにむらが生じることなく、一定の品質による施工を行うことができる。

また、前記複数段のバイブレータを複数列備えており、前記バイブレータの作動時間を列毎に変化させることにより、トンネル軸方向に対して、一定の品質を維持した状態で施工を行うことができる。

また、本発明の型枠バイブレータは、型枠本体と、前記型枠本体の側面に複数段設置されたバイブレータと、前記バイブレータの作動周波数を制御するインバータと、を備えるものであって、前記インバータが、前記バイブレータの作動周波数を当該バイブレータが設置された高さに応じて変化させることにより打設箇所に対応した振動を作用させることを特徴としている。

かかる型枠バイブレータによれば、鉄筋が過密に配筋された構造物の施工を簡易かつ高品質に行うことが可能となる。

前記作動周波数は、エアが抜けやすい箇所ではエアが抜けにくい箇所よりも高い周波数に設定するのが望ましい。

本発明のトンネル構築方法および型枠バイブレータによれば、打設コンクリートの締め固め作業を簡易かつ高品質に行うことが可能となる。

本発明の好適な実施の形態に係る型枠バイブレータの系統図である。 同型枠バイブレータを示す正面図である。 バイブレータの配置を示す展開図である。

本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
以下では、トンネルの覆工コンクリートの打設に本実施形態の型枠バイブレータ（スライドセントル）を使用する場合について説明する。また、本実施形態では、覆工コンクリートとして、中流動コンクリートを使用する。

スライドセントル１は、図１および図２に示すように、型枠本体１０と、型枠本体１０の側面に設置された複数列のバイブレータ列２０と、タイマー制御装置３０と、を具備している。

型枠本体１０は、図２に示すように、複数枚に分割された型枠部材１１，１１，…を組み合わせることによりトンネルの計画断面に応じた断面形状を呈している。

型枠部材１１は、背面（覆工コンクリートの打設面と反対側面）に設置された伸縮部材１２によりトンネル径方向での移動が可能に構成されている。

型枠部材１１には、開閉扉を備えた確認窓１３を備えており、コンクリートの打設状況の確認が行えるように構成されている。
なお、確認窓１３の配置や形状寸法等は、適宜設定することが可能である。

また、型枠部材１１の背面側には、支持部材１４が配設されている。
伸縮部材１２は、一端が型枠部材１１の背面に接続しており、他端が支持部材１４に接続されている。本実施形態では、伸縮部材１２として油圧シリンダーを使用するものとするが、伸縮部材１２の構成は限定されるものではない。

支持部材１４は、型枠部材１１を支持する部材であって、形鋼等を適宜組み合わせることにより門型に形成された枠組み部材である。

支持部材１４は、下端に車輪１４ａを備えている。
支持部材１４は、トンネル軸方向に沿って敷設されたレール１５上を走行することで、スライドセントル１が所定箇所に移動することが可能となるように構成されている。

支持部材１４は作業足場１６を備えており、コンクリート打設時の作業員の足場や資材機器等の仮置き場として機能する。作業足場１６の配置等は限定されるものではない。

バイブレータ列２０は、図２および図３に示すように、トンネル周方向に間隔をあけて並べられた複数のバイブレータ２１，２１，…と、複数のバイブレータ２１，２１，…の作動周波数を設定するインバータ２２と、を備えている。

バイブレータ２１は、型枠部材１１の背面に固定されており、型枠部材１１を介して型枠部材１１の表面側に打設された生コンクリートに振動をあたえる。
バイブレータ２１は、取付治具を介して型枠部材１１に着脱可能に固定されている。なお、バイブレータ２１の固定方法は限定されるものではなく、適宜行うことが可能である。

本実施形態のバイブレータ列２０は、図1に示すように、左右６段ずつ、計１２台のバイブレータ２１，２１，…を有している。最下段のバイブレータ２１は、インバートコンクリートに隣接する領域（側壁の下端部）に配置されており、最上段のバイブレータ２１は、トンネルの頂部に配置されている。バイブレータ列２０が有するバイブレータ２１の数は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。
バイブレータ列２０において、各バイブレータ２１は、インバータ２２に接続されており、インバータ２２により作動周波数が制御される。

図２および図３に示すように、本実施形態では、バイブレータ２１を型枠部材１１に形成された確認窓１３に隣接して設置している。確認窓１３から作業員がバイブレータ２１による締め固め効果の確認を行う。

タイマー制御装置３０は、バイブレータ２１の作動時間を制御する装置である。本実施形態では、図1に示すように、各バイブレータ列２０がタイマー制御装置３０に接続されており、当該タイマー制御装置３０が、バイブレータ列２０毎の作動時間を制御するものとする。

タイマー制御装置３０は、各バイブレータ列２０への送電スイッチとして配設されたマグネット盤（スイッチ盤）３１に入り切りのタイミングを指示する。マグネット盤３１は、タイマー制御装置３０の指示に応じて各バイブレータ列２０への送電の入り切りを行う。

バイブレータ列２０は、マグネット盤３１を介して送電された電力により作動する。
また、各バイブレータ２１は手元スイッチを備えており、作業員が必要に応じてバイブレータ２１の作動停止の操作を手元で行えるように構成されている。

スライドセントル１を利用したトンネルの構築方法は、掘削工程と、据付工程と、打設工程と、締固め工程と、を備えて構成されている。

掘削工程は、地山を削孔して掘削孔を形成する工程である。
地山の掘削に伴い、掘削孔の内壁面には、ロックボルトや吹付けコンクリート等による一次支保工が形成されている。一次支保工の構成は限定されるものではなく適宜設定すればよい。
また、掘削孔の周辺地山には、必要に応じて先受け工法や地盤改良等の補助工法が行われていてもよい。

据付工程は、掘削工程により形成された掘削孔内にスライドセントル１を据え付ける工程である。
スライドセントル１の据付は、掘削孔内に敷設されたレール１５上を走行することにより所定の位置に型枠本体１０を配設した後、伸縮部材１２を伸張させることで、所定の断面形状に形成する。

打設工程は、据付工程において据え付けられたスライドセントル１と掘削孔の内壁面との間に、生コンクリートを打設する工程である。

生コンクリートの打設は、坑外から輸送された中流動コンクリート（生コンクリート）を、スライドセントル１に形成された打設口から注入することによりスライドセントル１と掘削孔の壁面との間の空間を充填するように行う。

締固め工程は、打設工程において打設された生コンクリートに対して、スライドセントル１に設置されたバイブレータ２１の振動を作用させることで、生コンクリートを締め固める工程である。

打設工程と締固め工程は並行して行ってもよく、生コンクリートの打設が所定の深さに達した時点で締固め工程を開始してもよい。

生コンクリートの締め固めは、段毎にバイブレータ２１の作動周波数を変化させることにより、打設箇所に対応した振動を作用させながら行う。

バイブレータ２１の作動周波数の設定は、バイブレータ列２０毎にインバータ２２を介して行うものとし、本実施形態では、側壁部に配設されたバイブレータ２１（２１ａ、２１ｂ）の周波数を１００〜２００Ｈｚ，肩部に配設されたバイブレータ２１（２１ｃ、２１ｄ）の周波数を１５０〜２００Ｈｚ、天端部に配設されたバイブレータ２１（２１ｅ、２１ｆ）の周波数を２００〜２５０Ｈｚに設定して、締め固め作業を行った。つまり、本実施形態では、エアの抜けにくい下段（側壁部）については、低い周波数で締め固めを行い、エアが抜けやすい上部（天端部）では下段よりも高い周波数で締め固めを行うものとした。
なお、バイブレータの周波数は前記の範囲に限定されるものではなく、トンネル断面形状、コンクリートの流動性等に応じて適宜設定すればよい。

また、本実施形態では、バイブレータ２１の作動時間は、５〜２０秒運転、１５〜３０秒停止を繰り返すことにより行う。バイブレータ２１の作動時間は、バイブレータ列２０毎に行われるため、一のバイブレータ列２０に含まれる複数のバイブレータ２１は、同じタイミングで作動、停止がなされる。なお、バイブレータ２１の作動時間は、バイブレータ列２０毎にずらしてもよい。また、バイブレータ２１の作動時間は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

以上、スライドセントル１によれば、複数段設置されたバイブレータ２１の作動周波数および作動時間を一括管理しているため、作業員の手動により行われていた従来の施工方法に比べて、施工誤差が生じる可能性が低く、高品質施工を行うことが可能となる。

また、バイブレータ２１の作動周波数は、バイブレータ２１の位置に応じて変化させているため、トンネルの断面形状等に応じて施工条件が変化する場合であっても、適切に対応することができ、高品質施工が可能となる。

また、バイブレータ２１を複数段、複数列配設しているため、バイブレータ２１の移動等の手間を省略することができ、作業性に優れている。

タイマー制御装置やインバータ等を介して機械制御により複数のバイブレータを作動させるため、細かな設定と施工を行うことができ、高品質施工を安定して実施することができる。

また、人力に頼らないため、施工時の安全性を確保することができる。
さらに、広範囲の締め固め施工を同時に行うことができるため、作業効率が向上し、工事の短縮化を図ることが可能となる。

型枠に設置された複数のバイブレータを使用するため、過密鉄筋が配筋されたコンクリート部材に対しても効果的に締め固め作業を行うことができる。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各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、適宜設計変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施形態では、トンネルの覆工コンクリートの打設に本実施形態の型枠バイブレータを使用する場合について説明したが、型枠バイブレータにより構築されるコンクリート部材はトンネルの覆工コンクリートに限定されるものではない。

また、前記実施形態では、バイブレータ列を複数列備える型枠バイブレータについて説明したが、バイブレータ列の数は限定されるものではない。

また、前記実施形態では、バイブレータ列毎に作動を管理するものとしたが、バイブレータの作動の管理は段毎に行ってもよい。

また、前記実施形態では、覆工コンクリートとして、中流動コンクリートを打設する場合について説明したが、覆工コンクリートとして使用されるコンクリートの種類は限定されるものではなく、例えば高強度コンクリート、繊維補強コンクリート、普通コンクリート等、あらゆる種類のコンクリートが採用可能である。

１ スライドセントル（型枠バイブレータ）
１０ 型枠本体
２０ バイブレータ列
２１ バイブレータ
２２ インバータ
３０ タイマー制御装置

Claims (3)

1. 掘削孔内にスライドセントルを据え付ける工程と、
   前記掘削孔の内壁面と前記スライドセントルとの間に生コンクリートを打設する工程と、
   前記スライドセントルに複数段設置されたバイブレータの振動により前記生コンクリートを締め固める工程と、を備えるトンネル構築方法であって、
   天端部では側壁部よりも高い作動周波数で締め固めることを特徴とする、トンネル構築方法。
2. 型枠本体と、
   前記型枠本体の側面に複数段設置されたバイブレータと、
   前記バイブレータの作動周波数を制御するインバータと、を備える型枠バイブレータであって、
   前記インバータが、前記バイブレータの作動周波数を当該バイブレータが設置された高さに応じて変化させることにより打設箇所に対応した振動を作用させることを特徴とする、型枠バイブレータ。
3. 前記作動周波数は、エアが抜けやすい箇所ではエアが抜けにくい箇所よりも高い周波数に設定されることを特徴とする、請求項２に記載の型枠バイブレータ。

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