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» 2019年02月26日 06時00分 公開

山岳トンネル工事:脱枠前にコンクリートの必要強度を“超音波”で推定するシステム、ひび割れや欠けなどの発生を防ぐ

飛島建設は、大栄工機、エフティーエスと共同で、山岳トンネルの覆工コンクリート施工を対象に、脱枠前にコンクリートが必要な強度を発現していることを確認する超音波方式の脱枠強度管理システム「パルストメーター」を開発した。

[石原忍,BUILT]

 飛島建設と、大栄工機、エフティーエスは、山岳トンネルの覆工コンクリート施工で、脱枠前にコンクリートが必要な強度を発現していることを確認する超音波方式の脱枠強度管理システム「パルストメーター」を開発した。

覆工コンクリート型枠にセンサーを設置し、超音波を送受信して測定

 パルストメーターは、覆工コンクリート型枠(セントル)の一部としてセンサーを設置して、実際に打込まれたコンクリートに対して超音波の送受信を行う。覆工コンクリートを伝わる超音波の振幅(最大振幅)から、その時点のコンクリート強度を推定するシステム。

覆工コンクリート型枠(セントル)へのセンサー設置状況 出典:飛島建設
センサー設置および測定概略 出典:飛島建設

 脱枠時に必要な強度の発現を実際に打込まれた覆工コンクリートで確認する方法としては、積算温度方式による強度の推定が行われている。積算温度方式は、コンクリートの強度を材齢と養生温度の関数として表現する考え方に基づくもので、覆工コンクリートの原位置で測定した養生温度を管理して、あらかじめ行う試験練りで準備した加水時点からの積算温度との関係式を利用して、覆工コンクリートの圧縮強度を推定する。

 積算温度方式で、精度よく圧縮強度を推測するためには、覆工コンクリートに対する養生温度を測定し続けなければならない。そのため、加水時点以外で測定を始める場合や停電などの不測の事態で計測が中断した際は、積算温度の算出に適切な補正をしなければならない。

 今回、開発した超音波方式の脱枠強度管理システムは、測定箇所のコンクリートの状態そのものから強度を推定するため、継続して測定する必要性はなくなる。脱枠する直前に測定するだけで、必要な強度の発現を確認することが可能になった。

 実際の適用では、既に数カ所の現場で検証を実施。岩手県が発注した「一般国道107号(仮称)梁川トンネル築造工事」では、長さ1022m(メートル)のトンネル工でパルストメーターを適用した。

 現場では一般的な工程として実施される試験練りで、工事で使うコンクリートに対する最大振幅とコンクリートの圧縮強度の関係を取得。次に、セントルにセンサーを設置して、試験運用した。

試験練り測定 出典:飛島建設
最大振幅と圧縮強度の関係 出典:飛島建設

 試験練り測定に使用する型枠は、セントルと同じ鋼材で製作し、さらにセンサーとともに、試験練り測定で使用したケーブルもセントルへ移設。試験練り測定をセントルで再現し、強度の推定精度を確保した。測定された最大振幅から強度を推定するための管理用PCも、セントル内に配備し、オンデマンドで強度を確認した。

セントルのセンサー設置箇所 出典:飛島建設
脱枠強度の管理用PC 出典:飛島建設

 結果として、2017年10月〜2018年3月の期間、全部で22ブロックの覆工コンクリートの測定データを取得。同工事の覆工コンクリートは、事前のフレーム解析による検討で、脱枠に必要な強度は1.1N/mm2(ニュートン毎平方ミリメートル)とされた。全てのデータで、脱枠に必要な強度1.1N/mm2を十分に超えてから脱枠されたことが確認されたという。

 また、パルストメーターは任意の時点の振幅を測定し、強度を推定するため、連続して測定する必要がなく、脱枠作業に取り掛かる前に、所定の強度に到達しているかを確認すれば済む。実際に、全ての測定結果で、午前8時頃に推定された強度は、所定の強度を十分に超え、この時点の測定のみで脱枠の可否を判断することが実現した。

 飛島建設では、今回開発した「パルストメーターは、山岳トンネルの覆工コンクリートの施工と同様に、型枠を前進させ、構造物を連続的に構築していくコンクリートの連続打設工法(スリップフォーム工法や橋梁(きょうりょう)の張出し架設工法など)にも活用できる」として適用を検討している。

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