はね返り・粉じんを抑え、コンクリートも3割削減。飛島建設ら6社、改良型「Smart Lining System」をトンネルで実証

飛島建設は、エム・シー・エス、すばる建設、岐阜工業、アキレス、クラレプラスチックスの5社とともに、山岳トンネル工事のコンクリート吹付け作業の施工性改善に向けて開発した「Smart Lining System™」の新方式を、実物大トンネル実験で実証した。

専用型枠のコンクリート漏れ防止機能を改良するとともに、新たに圧力制御による型枠設置機能を導入したものだ。

大断面山岳トンネルを模擬した実物大試験体で試験施工を行った結果、トンネルでの連続施工が可能で、はね返りがほとんどなく、低粉じんで良好な仕上がり品質を確保できることを実証した。

あわせて、施工サイクルタイム短縮の実現可能性も確認した。

吹付けに伴うはね返り・粉じん・材料ロスの低減を目指す

「Smart Lining System™」は、山岳トンネル工事における施工サイクルタイムの短縮、生産性の向上、坑内作業環境の改善、材料ロスの低減を目的に開発されたトンネル支保工構築工法だ。


従来の吹付け方式では、コンクリートのはね返りや粉じんの発生が課題となっていた。

6社は、はね返りや粉じんが極めて少なく、しかも従来方式よりも施工サイクルタイムを短縮できる工法の確立・実用化を目指し、新方式を開発した。

左右1〜3段目の連続施工で、コンクリート使用量を55%低減

新方式の有効性を検証するため、幅13.6m・3心円の大断面山岳トンネル工事の上半支保工施工を想定した実物大トンネルを製作し、試験施工を実施した。

その結果、天端部を除く範囲に新方式を適用し、1〜6段目まで型枠吹込み方式によるコンクリート支保工を構築できた。


左右1〜3段目の連続施工試験では、ノズル一つと専用型枠左右二つを使用し、型枠セット、吹き込み、養生・脱枠の一連の作業を左右交互に実施できた。

左右1〜3段目の施工時間は24分、コンクリート使用量は2.1m³で、同一施工範囲における従来方式の試算値（施工時間27分、コンクリート使用量4.7m³）と比べ、施工サイクルの短縮と、コンクリート使用量の55%低減を確認。



また、吹込みコンクリートの仕上がり面は、専用型枠設置を圧力制御管理した場合の方が凹凸が小さく、平坦性に優れていた。

連続施工したコンクリート支保工の圧縮強度は平均37.0N/mm²で、呼び強度36N/mm²を上回った。

一方、打継部の圧縮強度は平均26N/mm²と呼び強度を下回ったため、今後は打継部の処理や解析的な検討により、支保構造としての安全性の検証を行う予定だ。

天端・根足部は従来方式の「ハイブリッド方式」で、材料を約3割削減

さらに、新方式を実物大トンネル上半部の吹付けコンクリート工に適用した場合を想定し、施工サイクルタイムや材料使用量などの試算も行った。

試算では、従来方式と、天端部・根足部は従来方式で施工し、それ以外の範囲を新方式で施工する「ハイブリッド方式」を比較した。

その結果、コンクリート使用量は、従来方式の11.5m³に対し、ハイブリッド方式では7.9m³となり、約30%低減できる試算結果となった。

また、上半部一掘進長の施工サイクルタイムでは、従来方式の108分に対し、ハイブリッド方式では104分となり、わずかながら短縮できる結果となった。

飛島建設らは今後、切羽側の妻板を低コストで繰り返し使用できる新構造に改良したうえで、稼働中のトンネル工事における支保工構築へ試験適用し、施工サイクルタイムの短縮効果やコンクリート使用量の低減効果を定量的に検証していく。