地表の下: トンネルグラウト注入を成功させるためのグラウト塗布の概要 — TBM: トンネル ビジネス マガジン

ジェイク・スワンソン、ブリット・N・バブコック著

トンネル工事は、設計および建設コミュニティが直面する最も奥深く、困難な建設タイプの 1 つです。 地下、多くの場合水を含む地層内を掘削するという課題は、達成するのが非常に困難な偉業です。 トンネル産業と利用されるプロセスの設計、建設、進歩に精力的に取り組んでいるすべての人々に脱帽です。 この記事では、一般的に使用されるグラウトの種類、グラウトが一般的に使用される時期と場所、およびトンネル システムの開発と建設を支援するためにグラウトがどのように利用されるかに焦点を当てます。 この記事は、包括的または過度に単純化することを目的としたものではなく、トンネル建設で利用されるグラウト材、技術、用途の概要を説明します。 この記事は、非常に複雑になる可能性のあるプロセスをまとめたものです。

セメント (粒子) グラウトと化学 (溶液) グラウトは両方とも、狭い空洞/亀裂、岩の亀裂、地質学的空隙を充填し、静水圧を軽減し、地下水を制御するために土壌に浸透し、流動土壌を固化し、ライナーと周囲との間の接触を作り出すために、トンネル用途に使用されます。地質を調査したり、トンネルライナーの継ぎ目や亀裂を通じて局所的に地下水を制御したり、カーテングラウトを使用してよりグローバルに地下水を制御したりできます。

セメントグラウトは、ポルトランド セメント グラウトまたは超微細セメント グラウトで構成できます。 ポルトランド セメント グラウトと超微粒子セメント グラウトの大きな違いは、粒子のサイズです。 ポルトランドセメントグラウトの粒子サイズは、タイプ I/II の場合は平均 50 ～ 100 ミクロン、タイプ III の場合は平均 15 ミクロンと 20 ミクロンの範囲にあります。 超微粒子セメントは非常に小さく、平均粒子サイズは 3 ミクロンです。 参考までに、人間の髪の毛のサイズは約70ミクロンです。

グラウトファミリーの化学的側面は、化学反応性ポリウレタンフォームと膨張性ポリウレタンフォームという 2 つの異なるタイプのグラウトに分かれます。 化学反応性グラウトは、アクリルアミド、アクリレート、アクリル、ケイ酸ナトリウムで構成されています。 アクリルアミド、アクリレート、アクリルは主に水分制御に使用され、ケイ酸ナトリウムは一時的な構造支持に使用されます。 膨張性ポリウレタングラウトは、親水性と疎水性の 2 つのタイプで構成されます。 親水性グラウトは通常、水と反応して硬化して膨張性の柔軟なフォームまたは非膨張性のゲルになる単一成分系です。 疎水性グラウトには触媒の使用が必要ですが、ポンプ輸送時には単一成分とみなされます。 これらは通常、硬化中に非常に膨張し、反応にほとんど水を必要としません。 セメントと化学グラウトは組成や用途が異なる場合がありますが、ほとんどの場合、同じプロジェクトでは補完的な製品です。

トンネルはミクロからマクロまでさまざまなサイズがあり、水から交通まであらゆるものを運ぶために設置されています。 トンネル システムには、トンネル自体、ブレークインおよびブレークアウト シャフト、および必要に応じて隣接するトンネル間の渡り通路で構成されるコンポーネントがあります。 グラウト注入は、建設段階前、建設中、建設後のトンネル システムの各コンポーネントで利用される技術です。 初期設計の一部であっても、予期せぬ課題によるものであっても、グラウト注入は、トンネル工事プロジェクトの正常な完了と機能性に関して、縁の下の力持ちとなることがよくあります。 以下は、トンネル建設中に必要となるグラウト注入の最も一般的な目的の一部です。 以下に記載されていない特殊な状況が発生する可能性があります。

請負業者が直面する可能性のある課題の種類は、使用するグラウトの種類を決定するのに役立ちます。 地層、岩石、土壌へのグラウト注入は、トンネル建設の進行前、建設中、または建設後に発生することがあります。 選択されるグラウトの種類は、通常、望ましい結果と地質条件によって決まります。 岩石の割れ目や亀裂からの水の浸透、またはトンネルライナーの静水圧の軽減には、その性能と経済的利点により、ポルトランドセメントが通常グラウトとして選択されます。 亀裂やひび割れにより細かい材料が必要な場合、請負業者は超微粒子セメントの使用を要求される場合があります。 トンネルの進行を妨げ、地上のインフラや建物の沈下や安定性の問題を潜在的に引き起こす可能性のある流動砂に遭遇した場合、超微粒子セメントまたは溶液グラウトを使用して砂に浸透させ、安定した砂/グラウト マトリックスを作成することがあります。 一部の地層では地質空洞が発生する可能性があり、トンネルボーリング掘削機械の進歩に先立って充填が必要となります。 ポルトランドセメントグラウトがよく使用されますが、該当する場合はポリウレタンフォームを使用することもできます。 トンネルボーリングマシンが硬い土壌または硬い岩盤で線形を掘削した後、掘削限界とトンネルライナーの間にスペースが存在します。 埋め戻しと接触グラウト注入は、地質とトンネルライナーの間の密接な接触を実現するために、ポルトランドセメントグラウト混合物を使用して実行されます。 トンネルまたは立坑ライナーの広い領域では、請負業者は水の浸入を止めるためにセメントまたは化学グラウトのいずれかを使用してカーテングラウトを実行する場合があります。 ポリウレタングラウトは、漏れが接合部や欠陥に局所的に集中している場合によく使用されます。