JP2001027100A - 繊維強化樹脂製セグメントおよびそれにより構成されているトンネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次覆工を要しないシールドトンネル用
耐薬品性の繊維強化樹脂製セグメントの提供。 【解決手段】 トンネルの周方向および軸方向に接続す
ることによりシールドトンネルを構成するセグメントで
あって、その本体が繊維強化樹脂で構成されることによ
り二次覆工を必要としない繊維強化樹脂製セグメント。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、周方向および軸
方向に複数個接合することによってトンネル状の構造物
を構築する繊維強化樹脂製セグメントおよびそれにより
構成されるトンネルに関するものである。特に本発明
は、合流管路および汚水単独管路といった下水道管路に
適用することにより、現場打ちコンクリートによる二次
覆工を省略可能な繊維強化樹脂製セグメントおよび繊維
強化樹脂製セグメントにより構成されるトンネルに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】１９７０年代後半より下水道の整備が本
格的に始まり、現在の普及率は全国平均で５０％以上に
及んでいる。下水道用シールドトンネルにおいては、従
来、蛇行修正、内面平滑性の確保および止水・防食等の
機能を確保すべく現場打ちコンクリートによる二次覆工
の施工が行われてきたが、近年の技術開発、施工技術等
の向上も相まってコスト縮減策の一環として二次覆工を
省略する事例が増加している。しかし、二次覆工省略の
実績がある下水道トンネルのほとんどが雨水単独管路あ
るいは雨水貯留管路で、合流管路においては汚水の流下
部にインバートコンクリートを施工するなどの対策を行
い、汚水単独管路に至っては二次覆工を省略した事例は
ほとんどない。

【０００３】合流管路および汚水単独管路において二次
覆工省略事例が少ない理由として、二次覆工を省略する
ことで硫黄酸化細菌が生成する硫酸と、セグメントを構
成する材料（コンクリートまたは鉄鋼）の化学反応によ
って、セグメント表面が直接腐食の影響を受けることに
よる長期耐久性の低下がある。

【０００４】これに対し、特開平１０−３７６９０に示
される一次覆工セグメントの内面に繊維強化樹脂（ＦＲ
Ｐ）を吹き付けることにより二次覆工とする方法や特開
平１０−１５９４９２に示される、コンクリートセグメ
ントの内面部分とボルトボックスの内面とを一体的に湾
曲した樹脂部材により被覆した内面被覆セグメントを使
用し二次覆工を省略する方法などが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−３７６９０では二次覆工は簡略化されているもの
の、二次覆工が必要であることに変わりはなく、このた
めの専用設備を要し、かつ、これをトンネル内に持ち込
むという困難さに加え、工期の長期化という問題、ま
た、狭隘な閉所での繊維強化樹脂の吹き付け作業による
粉塵等作業環境の悪化が問題となる。

【０００６】また、特開平１０−１５９４９２は、コン
クリートセグメントの内面を樹脂被覆とするものであ
り、大径管については有効な方法と考えられるものの、
小径管についてはコンクリートセグメントではセグメン
ト厚が厚くなり有効内径に対する堀削径が大きくなるこ
とから、コストがかさみ小径下水管への適用が難しい。
本発明は、こうした実情のもとに、二次覆工を必要とせ
ず、有効径を大きくとれるシールドトンネル構成部材お
よびそれよりなるトンネルを提供することを目的とする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記シー
ルドトンネル構成部材について鋭意検討した結果、繊維
強化樹脂製セグメントが有効であることを知見し、本発
明に至った。

【０００８】すなわち、本発明は、（１）トンネルの周
方向および軸方向に接続することによりシールドトンネ
ルを構成するセグメントであって、その本体が繊維強化
樹脂で構成されることにより現場打ちコンクリートによ
る二次覆工を必要としない繊維強化樹脂製セグメント、
（２）前記繊維強化樹脂製セグメントがシールドトンネ
ル内周面を構成するスキンプレート、スキンプレートと
一体に成形されトンネルを施工するシールドマシンの推
力に耐え得るようにセグメントを補強するトンネル軸方
向に設けた補強リブ（縦リブ）、セグメントの外縁部を
構成し、かつセグメント同士を接続する継手板からなる
前記（１）記載の繊維強化樹脂製セグメント、（３）さ
らに周方向に補強リブ（主桁）が一体成形された前記
（２）記載の繊維強化樹脂製セグメント、（４）シール
ドトンネルが下水道用である前記（１）〜（３）記載の
繊維強化樹脂製セグメント、（５）シールドトンネルの
内径が１．０〜３．０ｍである前記（１）〜（４）記載
の繊維強化樹脂製セグメント、（６）前記（１）〜
（５）のいずれかに記載の繊維強化樹脂製セグメントを
周方向および軸方向に接合することにより構成されるシ
ールドトンネル、に関する。

【０００９】本発明で用いる繊維強化樹脂としては、下
水道環境における耐薬品性が重要であり、力学的特性に
ついては、その特性にあった設計を行えばセグメントと
しての強度を満足することができる。

【００１０】したがって、樹脂成分としては各種熱硬化
性樹脂、熱可塑性樹脂が使用可能であり、また強化繊維
としては、ガラス繊維、炭素繊維、各種有機繊維を使用
することができる。さらには、各種無機充填材を含有す
ることができる。これら繊維強化樹脂の中では、その生
産性、耐薬品性、力学的特性よりシートモールディング
コンパウンド（ＳＭＣ）が好ましい。またその樹脂成分
としては不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹
脂、強化繊維としては耐酸性ガラス繊維を用い、各種充
填材を配合したものが耐薬品性、生産性、寸法精度に優
れるものを低コストで生産できる点で、より好ましい。
なかでも、すでに下水管の耐食ライニングに実績のある
樹脂配合が特に好ましい。

【００１１】繊維強化樹脂製セグメントは、コンクリー
トに比べて耐薬品性および内面平滑性に優れている。そ
のため、これを用いてシールドトンネルの周方向および
軸方向に接続して構成したトンネル−管路は、コンクリ
ート管や鋼管の場合腐食が懸念される合流管路および汚
水管路用に供する際にも、防食などの二次覆工を施す必
要がない。

【００１２】しかし、繊維強化樹脂製セグメントを接続
して構成したトンネルは、コンクリート製のトンネルに
比べて強度は劣るので、本発明の繊維強化樹脂製セグメ
ントは、その構造中に補強部材を有することが好まし
い。特にセグメントのトンネル軸方向となる方向に平行
に補強リブを一つ以上設けることが好ましい。また、こ
の補強リブは、トンネル内に自走式作業台（シールドマ
シン）を導入して、これによりトンネル施工する際に
は、そのシールドマシンの進行に必要なジャッキ推力に
抗する補強部材となる。補強リブは、湾曲しているセグ
メントの内面のスキンプレートから２本を対として立上
り、これとスキンプレートとともに一体化し、断面Ｕ字
の形状にするのが好ましい。

【００１３】また、セグメントをさらに補強するために
前記軸方向のリブに直交する方向にも一つ以上のリブを
設けることができる。この補強リブは、主としてトンネ
ルに作用する土圧、水圧を支える補強部材である。

【００１４】セグメント同士の接続は、通常ボルト・ナ
ット締めによるが、この場合にはセグメントにはその軸
方向端部にセグメント同士を接続するボルトボックスを
設ける。ボルトボックスは、軸方向の補強リブとそれに
直交するリブおよびセグメントの外縁部を構成する継手
板によって区画される空間である。ボルト締め接続作業
はトンネル内面側から行うためにボルトボックス部の内
面側にはスキンプレートは設けず、外周側に設ける。ボ
ルト締結後ボルトボックスの内面側に蓋をして、平滑化
する。蓋材はセグメントと同じものでも、また例えばポ
リプロピレンなど他の樹脂材料でもよい。セグメント同
士の接続は、またボルト締めによらずに接着剤により行
ってもよく、さらに別の適宜接続手段でよい。

【００１５】接着剤を使用してセグメント同士を接続す
る場合には、当然ボルトボックスは不要であり、この場
合には、セグメントの内面全体がスキンプレートで形成
される。また、場合によってはセグメントの外周面全体
にスキンプレートを設け、内面側は施工時に蓋をして平
滑化することもできる。

【００１６】なお、セグメントの外周面にスキンプレー
トが形成されていない部分は、施工時止水のために、外
周面全体が平滑となるように蓋がされる。

【００１７】セグメント同士の接続にあたり、シール性
を高めるためにセグメント接続部にシール材を使用する
こともできる。セグメント同士の接続を前記のように接
着剤で行った場合には、接着剤がシール材を兼ねること
となる。

【００１８】

【発明を実施するための好ましい態様】以下に図面に基
づき、本発明の実施例を説明する。図１は本発明の繊維
強化樹脂製セグメントの外周面側から見た平面図であ
る。図２は、図１Ａ−Ａ線断面図であり、図３は同Ｂ−
Ｂ線断面図である。図４は、図１〜３に示されるセグメ
ントの斜視図、図５は図４においてスキンプレートのな
い部分に蓋（影の部分）をした場合を示す。図６はセグ
メントから構成されたトンネルの一例を示す断面図であ
る。

【００１９】図１〜３において、１は繊維強化樹脂製セ
グメント、２は断面Ｕ字のセグメントを補強する軸方向
の補強リブ（縦リブ）、３はセグメント同士を接続する
ボルト締結用ボルトボックス、４はセグメントの外縁部
を構成するとともに他のセグメントを軸方向および周方
向に接続する継手板、５はセグメントの円周面およびボ
ルトボックスの外周面を形成するスキンプレート、６は
円周方向の補強リブ（主桁）（前記継手板４は６の補強
リブも兼ねる）、７、８は前記継手板４に設けたセグメ
ント接続用ボルト孔、９はトンネル外面の空隙部に裏込
注入材を注入するための裏込注入孔を説明する。

【００２０】本発明の繊維強化樹脂製セグメントの寸法
について説明する。各数値ともとくに制限されるもので
はないが好ましい値を言えば、軸方向長さ（セグメント
幅）が約１．５ｍ以下、また円周方向は、内径１０００
〜３０００ｍｍの管路の全周を４〜８個に分割するのが
好ましい。高さ（前記継手板の高さ、セグメントの桁高
とも言う）は７５〜１５０ｍｍである。スキンプレート
の厚みは３〜１０ｍｍ、軸方向補強リブの厚みは３〜２
０ｍｍ、周方向補強リブの厚みは３〜２０ｍｍである。
軸方向リブを断面Ｕ字形としてスキンプレートと一体成
形する場合には、軸方向リブを構成するリブ間のスキン
プレート（Ｕ字形の底部）は他の部分のスキンプレート
よりも肉厚とするのが好ましい。また、Ｕ字形の軸方向
リブを二以上設ける場合にはその間隔を１００ｍｍ以上
とするのが好ましい。同様に、周方向補強リブにおいて
は間隔を１００ｍｍ以上とするのが好ましい。軸方向リ
ブ、周方向補強リブの高さは継手板の高さと同一とする
のが好ましい。

【００２１】

【実施例】仕上り内径２４００ｍｍの小径管について、
従来使用されている標準鋼製セグメント（Ｍ３４−１：
セグメント外径３１５０ｍｍ、主桁厚さ１２５ｍｍ、ス
キンプレート厚さ３ｍｍ、二次覆工厚さ２５０ｍｍ）お
よび、それと同等の耐力を有する本件の繊維強化樹脂製
セグメント（セグメント外径２６５０ｍｍ、セグメント
厚さ１２５ｍｍ、二次覆工不要）の構成およびその構成
に基づく曲げ耐圧強度を表１に示す。

【００２２】上記の設計に際しては、材料特性値として
不飽和ポリエステル樹脂成形材料（武田薬品工業（株）
製ポリマールマット）の材料特性（平均１８００ｋｇｆ
／ｃｍ²）をもとに安全率を３とし許容応力を６００ｋ
ｇｆ／ｃｍ²として設計に使用した。

【００２３】表１より、本件の繊維強化樹脂製セグメン
トは仕上がり内径が同じである従来の鋼製セグメントと
同等の耐力を有するとともに重量は約５割に軽量化され
ていることが判る。また、同じ仕上がり内径を持つ鋼製
セグメントと比べセグメント外径は約１５％小径化でき
ており、二次覆工の省略の他に掘削径の低減による大幅
なコストダウンが可能である。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の繊維強化
樹脂製セグメントは、内径約１〜３ｍ程度のシールドト
ンネルとして要求される強度的性能を十分に有してい
る。しかも従来使用されてきたコンクリート製、あるい
は鋼製セグメントは、汚水中の硫黄酸化細菌が生成する
硫酸等による腐食を受け易く、これを防ぐため、また止
水のため、あるいは平滑性を確保するため、現場におい
て非常にやっかいで時間のかかるセメントモルタルやレ
ジンモルタル打ちを要する二次覆工が必要であった。内
径３ｍ以下、あるいは２．５ｍ以下、さらには２ｍ以下
といった小径管においてはコンクリート打ちに必要な設
備をトンネル内に入れること自体やっかいである。しか
し、本発明の繊維強化樹脂製セグメントは耐薬品性で平
滑性にも優れているので、こうした非常に面倒で時間も
要する二次覆工を必要としないという顕著な特徴を有す
る。加えて、従来品に比べおよそ１／２程度に軽量化で
き、かつ衝撃強度に優るため狭隘な現場での作業性も格
段に改善できる。

【００２６】二次覆工を要しないことによる効果は、単
に二次覆工を要しないことによるコスト低減、工事期間
の短縮に止まらず、二次覆工により内径の狭小化（二次
覆工により厚さ２００〜２５０ｍｍ程度の被覆層がトン
ネル内面に形成される）が避けられない従来のコンクリ
ート製や鋼製セグメントを使用する場合に比べて、内径
の有効径を大きくすることができるという効果を奏す
る。

【００２７】その他、樹脂製セグメントは軽量であり、
従来の施工法に比べて資料の運搬、取扱も大巾に合理化
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の繊維強化樹脂製セグメント平面図。

【図２】図１Ａ−Ａ線断面図。

【図３】図１Ｂ−Ｂ線断面図。

【図４】繊維強化樹脂製セグメントの斜視図。

【図５】図４において、スキンプレートのない部分に蓋
（影部）をした場合の斜視図。

【図６】セグメントから構成されたトンネルの一例を示
す断面図。

【符号の説明】

１．繊維強化樹脂製セグメント ２．軸方向補強リブ（縦リブ） ３．ボルトボックス ４．継手板 ５．スキンプレート ６．周方向補強リブ（主桁） ７，８．ボルト孔 ９．裏込注入孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 箱谷 昌宏 神奈川県藤沢市村岡東２丁目26番１号 武 田薬品工業株式会社化学品カンパニー内 (72)発明者 秋山 浩一 神奈川県藤沢市村岡東２丁目26番１号 武 田薬品工業株式会社化学品カンパニー内 (72)発明者 柴田 孝司 神奈川県藤沢市村岡東２丁目26番１号 武 田薬品工業株式会社化学品カンパニー内 (72)発明者 黒宮 直樹 静岡県磐田郡豊田町東名80番地 ホクト工 業株式会社内 (72)発明者 鈴木 健太郎 静岡県磐田郡豊田町東名80番地 ホクト工 業株式会社内 (72)発明者 斉藤 正幸 東京都荒川区西日暮里２丁目26−２ 日本 シビックコンサルタント株式会社内 (72)発明者 團 昭博 東京都荒川区西日暮里２丁目26−２ 日本 シビックコンサルタント株式会社内 Ｆターム(参考） 2D055 BA01 EB01 KB11

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネルの周方向および軸方向に接続す
   ることによりシールドトンネルを構成するセグメントで
   あって、その本体が繊維強化樹脂で構成されることによ
   り現場打ちコンクリートによる二次覆工を必要としない
   繊維強化樹脂製セグメント。
2. 【請求項２】 前記繊維強化樹脂製セグメントがシール
   ドトンネル内周面を構成するスキンプレート、スキンプ
   レートと一体に成形されトンネルを施工する際のシール
   ドマシンの推力に耐え得るようにセグメントを補強する
   トンネル軸方向に設けた補強リブ（縦リブ）、セグメン
   トの外縁部を構成し、かつセグメント同士を接続する継
   手板からなる請求項１記載の繊維強化樹脂製セグメン
   ト。
3. 【請求項３】 さらに周方向に補強リブ（主桁）が一体
   成形された請求項２記載の繊維強化樹脂製セグメント。
4. 【請求項４】 シールドトンネルが下水道用である請求
   項１〜３記載の繊維強化樹脂製セグメント。
5. 【請求項５】 シールドトンネルの内径が１．０〜３．
   ０ｍ程度である請求項１〜４記載の繊維強化樹脂製セグ
   メント。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強
   化樹脂製セグメントを周方向および軸方向に接合するこ
   とにより構成されるシールドトンネル。