JP2004019178A - Impervious lining structure of tunnel and steel box-shaped segment - Google Patents

Impervious lining structure of tunnel and steel box-shaped segment Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an excavating soil drying method and its dryer for surely drying excavated soil on the spot by effectively utilizing the function of a self-traveling excavator normally used at a job site. <P>SOLUTION: In this impervious lining structure 1 of tunnel, the lining structure is basically composed of a segment 2 composed of a high density clay type soil material 5. Actually, the segment is formed in a steel box 4 having the opening base rock side, and is constituted by filling the high density clay type soil material 5 inside, and is applied to an impervious plug in a segment structure in a shielding construction method or an underground facility of radioactive waste. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルにおける遮水性を確立することで水密性や遮水プラグの覆工を完全にするトンネルの遮水覆工構造と鋼製箱形セグメントに関する。
【0002】
【従来の技術】
トンネル湧水によって地表面の水位が低下するために植生変化が発生するのを防止する特定領域のトンネル工事や放射性廃棄物の地下施設のように有害物質の漏出を防止するためにトンネルの要所に遮水プラグを設けることが必要な地下埋設トンネル工事では、水密性を確保した遮水性が要求されることになる。
【0003】
しかるに、従来のトンネル工事では、覆工やシールドにセメント系の覆工材料を採用していることから、長期間には変質することで水密性が崩壊して相応しくなく、完全な遮水性能を要求されることになる。
【0004】
即ち、一般のトンネルでは完全な遮水性能を有する覆工は現実的でないので、トンネルの覆工材料はセメント系を採用して山岳トンネル工法の場合には、場所打ちコンクリートによる覆工で施工しており、シールド工法の場合には、コンクリート製のセグメントを採用することが多い。しかるに、前者の場合には、コンクリートのひび割れをゼロにすることが不可能であることから完全な遮水覆工を構築することは不可能である。又、後者の場合には、セグメントの継ぎ目部分にゴム等のシール材を挟むことによって止水性を確保することもできるが、二次覆工コンクリートのひび割れはゼロにできないので、完全な遮水覆工を構築することは困難である。
【0005】
又、放射性廃棄物の地下施設に設ける地下埋設トンネルの遮水プラグは、図3でその概要を示すように、トンネル10に下記の条件を満足する遮水プラグ11を要所に構築しており、廃棄体から地下水に微量に漏出する有害核種がトンネル10を水みちとして地表の生活圏に漏出しないようにしている。
【0006】
しかるに、遮水プラグ11は、以下の問題点を解決する必要がある。
▲1▼ 長期間における変質や地下水への溶解によって遮水性能が劣化する。
▲2▼ トンネル周囲のゆるみ域に透水性増加領域が発生するために、標準断面よりも大断面の拡幅プラグを設置する必要がある。
▲3▼ 大断面のトンネル空間を安定に維持するための支保材や覆工構造が、長期間において遮水性能が劣化する。
▲4▼ トンネル周囲のゆるみ域における透水性増加領域を抑制できない。
【0007】
このために、プラグ施工区間に形成してマンホール12を備えている遮水プラグ11は、全体的に長期間に亘って劣化せずに遮水性を確保し易い材料である高品質な天然粘土の一つであるベントナイトを採用している。圧縮されたベントナイト13は、その両側を鋼製仕切型枠板14とタイロッドボルト15で、セグメントを組み立ててシェル構造に形成されており、シェル構造に構成されるトンネル支保構造16によって緊縮されている。
【0008】
そして、遮水プラグ11の施工中は、マンホール12を活用しながら工事を推進しているが、工事を完了した後は、マンホール12を高品質な天然粘土のベントナイトの充填で封鎖している。
【0009】
しかるに、遮水プラグ11の前後は、通常のコンクリートによる覆工構造物17が設置されており、トンネル覆工構造物17にセメント系材料を使用しているために、長期間後には地下水にセメント成分が溶出して遮水プラグ11のべントナイトを化学的に変質させることが懸念されている。
【0010】
ベントナイトは、交換性陽イオンにNaイオンが卓越している期間は高品質であるのに対して、Caイオンが卓越してくると性能が低下するので、セメント成分のCaイオンは悪影響の原因となるものであって、トンネル10における遮水性に信頼性を欠くことになる。
【0011】
従って、特定領域のトンネル工事もしくは放射性廃棄物の地下施設において遮水プラグを設けている地下埋設トンネル工事では、水密性を確保した遮水性を要求されているが、上記問題点を完全に解決するトンネルの遮水覆工構造は未だに提供されていないのが現状である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の現状に鑑みてその改善構造を提案するものであり、トンネルにおける遮水性を確立することで水密性や遮水プラグの覆工を完全にするトンネルの遮水覆工構造と鋼製箱形セグメントを提供している。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明によるトンネルの遮水覆工構造は、高密度粘土系土質材料から成るセグメントで覆工構造を構成しており、セグメントを岩盤側に開放した箱形に形成して内部に高密度粘土系土質材料を充填して構成している。そして、トンネルの覆工構造を、セグメントを組み立てて形成するシェル構造にしたり、放射性廃棄物の地下施設における遮水プラグにし、セグメントを組み立てて形成するシェル構造をベントナイト、スラリーで裏込することを特徴にしている。
【0014】
又、本発明による鋼製箱形セグメントは、上記トンネルの遮水覆工構造に用いるセグメントであって、岩盤側を開放して形成される鋼製箱とこの鋼製箱に充填される高密度粘土系土質材料とから構成されている。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明によるトンネルの遮水覆工構造は、岩盤側が開放された鋼製箱の内部に高密度粘土系土質材料を充填したセグメントを配置することで構成されており、鋼製箱形セグメントを、岩盤側が開放されて形成される鋼製箱とこの鋼製箱に充填される高密度粘土系土質材料とから構成することで、トンネルにおける遮水性を確立している。
【0016】
以下に、本発明によるトンネルの遮水覆工構造及び鋼製箱形セグメントの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0017】
図1は、本発明によるトンネルの遮水覆工構造の斜視図と部分的に取り出した鋼製箱形セグメントの実施の形態を示している。本発明による遮水覆工構造1は、後述する複数の鋼製箱形セグメント2を前後の接合位置において、特定されるものではないが、例えば図示のように半セグメントずらしながら配置することで、円筒形あるいはシェル構造に構築して、水密性を確保する状態で構成されている。
【0018】
鋼製箱形セグメント2は、鋼板の加工によって外側3を開放させた状態で、覆工の円筒形あるいはシェル構造に合わせた所定形状の鋼製箱4に形成している。そして、鋼製箱4には、高密度粘土系土質材料であるベントナイト5が鋼製箱4の外側面一まで充填されることで、単体の鋼製箱形セグメント2として構成されている。
【0019】
図2は、本発明による遮水覆工構造の経年変化の状態を説明する状態図である。
【0020】
図において、図2(a)は、鋼製箱形セグメント2を岩盤面6に配置した状態を示しており、鋼製箱形セグメント2と岩盤面6との間には、若干の間隙7を残しながらベントナイトを存在させている。鋼製箱形セグメント2と岩盤面6との間に形成される間隙7は、施工作業性を円滑に遂行できる程度に存在すれば充分であり、図示で誇張されるほど大きなものでない。特に、トンネルの覆工構造が鋼製箱形セグメント2を組み立てて形成されるシェル構造である場合には、一般的な施工法に則って裏込することも有効である。
【0021】
この際の裏込材としては、ベントナイトと水との混合材料或いはベントナイト、エタノール及び水の混合材料のようなベントナイト系スラリー材料が適当であり、これらのベントナイト系スラリー材料を鋼製箱形セグメント2と岩盤面6との間に充填することで間隙を密封状態に構成されている。
【0022】
図2(b)は、遮水覆工構造1が適宜に経年した状態を示しており、岩盤面6からの地下水がトンネルに向かって浸入してきた場合には、水滴8になって鋼製箱形セグメント2に充填されたベントナイト5に滴下して、地下水がベントナイトに浸透吸収されたり、間隙をベントナイト系スラリー材料で充填している場合には、地下水がベントナイト系スラリー材料に同じく浸透吸収さることになる。これによって、鋼製箱形セグメント2のベントナイト5とベントナイト系スラリー材料は、吸水して膨張することになり、鋼製箱形セグメント2と岩盤面6との間の水みち空間をシールする。又、ベントナイト5の膨張は鋼製箱形セグメント2同士の継ぎ目をもシールするので、覆工構造1の遮水性能が確実に発揮されることになり、セグメントのシェル構造を裏込めしている場合には、これらの機能を更に増長することになる。
【0023】
ベントナイトは、天然の地下環境において数10万年以上も安定して存在していた材料であり、セメントのような化学的なインパクトを生じる材料が近傍にない場合には、長期間の健全性を期待できるものであり、単体では力学的な強度を発揮しないが、本発明のように鋼製箱形セグメント2に充填することで所望の強度を充分に発揮するものであり、これと同時に鋼製箱形セグメント2はトンネルを埋め戻すまでの間の支保構造材として機能している。
【0024】
さらに、ベントナイトの膨潤は、鋼製箱形セグメント2と岩盤面6との間の水みち空間を埋めることで、透水係数を1E−8m/sから1E−13m/sという非常に小さい数値にして地下水の水みちを遮断し、同時にセメント系材料のようにひび割れによる透水経路の発生がないので、水密性を確保しており、トンネルの遮水性を確立している。
【0025】
そして、本発明によるトンネルの遮水覆工構造と鋼製箱形セグメントは、セメント系材料を全く使用していないので、ベントナイトの変質を劣化させる要素を除去すると共に、鋼製材料が長期間の間に腐食して体積ゼロになった場合にも、鋼材が無くなった空間を膨潤したベントナイトがこれをシールして水みちの発生は阻止しているので、トンネル遮水性の確立を確実にしている。
【0026】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明によるトンネルの遮水覆工構造と鋼製箱形セグメントは、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、トンネルの形態、セグメント等の具体的な構造と材質等に関して本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは当然のことである。
【0027】
【発明の効果】
本発明によるトンネルの遮水覆工構造は、高密度粘土系土質材料から成るセグメントで覆工構造を構成しており、セグメントを岩盤側に開放した箱形に形成して内部に高密度粘土系土質材料を充填して構成している。そして、トンネルの覆工構造を、セグメントを組み立てて形成するシェル構造にしたり、放射性廃棄物の地下施設における遮水プラグにし、セグメントを組み立てて形成するシェル構造をベントナイト、スラリーで裏込することを特徴にしているので、トンネルにおける遮水性を確立することで水密性や遮水プラグの覆工を完全にする効果を発揮している。
【0028】
又、本発明による鋼製箱形セグメントは、上記トンネルの遮水覆工構造に用いるセグメントであって、岩盤側を開放して形成される鋼製箱とこの鋼製箱に充填される高密度粘土系土質材料とから構成しているので、トンネルにおける遮水性を確立することで水密性や遮水プラグの覆工を完全にするために有効なセグメントを提供できる効果を発揮している。
【図面の簡単な説明】
【 図1】本発明によるトンネルの遮水覆工構造と鋼製箱形セグメントの実施の形態図
【 図2】本発明による鋼製箱形セグメントの経年変化図
【 図3】従来の放射性廃棄物の地下施設における遮水プラグの概要図
【符号の説明】
1 遮水覆工構造、 2 鋼製箱形セグメント、 3 外側、 4 鋼製箱
5 ベントナイト、 6 岩盤面、 7 間隙、 8 水滴、
10 トンネル、 11 遮水プラグ、 12 マンホール、
13 ベントナイト系充填材、 14 鋼製仕切型枠板、
15 タイロッドボルト、 16 トンネル支保構造、 17 覆工構造物、
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a water-impervious lining structure and a steel box-shaped segment of a tunnel that completes watertightness and lining of a water-impervious plug by establishing water-tightness in a tunnel.
[0002]
[Prior art]
Preventing vegetation change due to lowering of water level on the ground surface due to tunnel spring water Tunnel key points to prevent leakage of harmful substances such as tunnel construction in specific areas and underground facilities for radioactive waste In underground tunnel construction where it is necessary to install water-blocking plugs, water-tightness that ensures watertightness is required.
[0003]
However, in conventional tunnel construction, cement-based lining materials are used for lining and shields. Will be required.
[0004]
In other words, it is not practical to use a lining with perfect water-blocking performance in a general tunnel, so the cement lining material is used for the tunnel lining material. In the case of the shield method, concrete segments are often used. However, in the former case, it is impossible to completely crack the concrete, and thus it is impossible to construct a complete water-proof lining. In the latter case, waterproofness can be ensured by sandwiching a sealing material such as rubber between the joints of the segments.However, since the cracks in the secondary lining concrete cannot be reduced to zero, complete waterproofing It is difficult to build a mechanic.
[0005]
As shown in FIG. 3, the water-impedance plug for the underground tunnel installed in the underground facility for radioactive waste has a water-impedance plug 11 that satisfies the following conditions in the tunnel 10 at key points. A small amount of harmful nuclides leaking from the waste body into the groundwater is prevented from leaking into the living area on the ground surface through the tunnel 10 as a water path.
[0006]
However, the impermeable plug 11 needs to solve the following problems.
{Circle around (1)} The water barrier performance deteriorates due to alteration or dissolution in groundwater over a long period of time.
{Circle around (2)} Since a region with increased water permeability is generated in the loosened area around the tunnel, it is necessary to install a widening plug having a larger cross section than the standard cross section.
{Circle around (3)} The support material and lining structure for stably maintaining the tunnel space with a large cross section deteriorate the water blocking performance over a long period of time.
{Circle around (4)} It is not possible to suppress the area of increased permeability in the loose area around the tunnel.
[0007]
For this reason, the water-impervious plug 11 formed in the plug construction section and provided with the manhole 12 is made of a high-quality natural clay which is a material that is easy to secure water-impermeability without deterioration over a long period of time. Bentonite is used. The compressed bentonite 13 is formed into a shell structure by assembling segments on both sides with a steel partition form plate 14 and a tie rod bolt 15, and is contracted by a tunnel support structure 16 configured in a shell structure. .
[0008]
During construction of the impermeable plug 11, construction is being promoted while utilizing the manhole 12, but after the construction is completed, the manhole 12 is closed with high-quality natural clay bentonite.
[0009]
However, a lining structure 17 made of ordinary concrete is installed before and after the water-blocking plug 11, and a cement-based material is used for the tunnel lining structure 17. There is a concern that the components may elute and chemically alter the bentonite of the water shield plug 11.
[0010]
Bentonite is of high quality during the period in which Na ions are predominant in exchangeable cations, whereas performance deteriorates when Ca ions are predominant. Therefore, the water barrier in the tunnel 10 lacks reliability.
[0011]
Therefore, in underground tunnel construction where a waterproof plug is provided in a tunnel construction in a specific area or a radioactive waste underground facility, water-tightness that ensures watertightness is required, but the above problem is completely solved. At present, there is no provision for the impermeable lining structure of the tunnel.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention proposes an improved structure in view of the above-mentioned current situation, and a water-blocking lining structure of a tunnel that completes water-tightness and lining of a water-blocking plug by establishing water-blocking in the tunnel. It offers steel box segments.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The impermeable lining structure of the tunnel according to the present invention comprises a lining structure composed of segments made of a high-density clay-based soil material. It is constructed by filling with soil material. The tunnel lining structure may be a shell structure formed by assembling segments, or a water-impedance plug in a radioactive waste underground facility, and the shell structure formed by assembling the segments may be backed with bentonite or slurry. Features.
[0014]
Further, the steel box-shaped segment according to the present invention is a segment used for the water-impermeable lining structure of the tunnel, and is a steel box formed by opening the rock side and a high-density box filled in the steel box. It is composed of clay soil materials.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The impermeable lining structure of the tunnel according to the present invention is configured by arranging a segment filled with a high-density clay-based soil material inside a steel box having an open rock side, and forming a steel box-shaped segment. Watertightness in tunnels is established by using a steel box formed with the rock side open and a high-density clay-based soil material filled in the steel box.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 shows an embodiment of a perspective view of a water-impermeable lining structure of a tunnel and a partially extracted steel box-shaped segment according to the present invention. The water impermeable lining structure 1 according to the present invention is not specified at the front and rear joining positions of a plurality of steel box-shaped segments 2 described later. It is constructed in a cylindrical or shell structure to ensure watertightness.
[0018]
The steel box-shaped segment 2 is formed into a steel box 4 having a predetermined shape adapted to a lining cylindrical shape or a shell structure in a state where the outer side 3 is opened by processing a steel plate. The steel box 4 is formed as a single steel box-shaped segment 2 by filling the entire outer surface of the steel box 4 with bentonite 5 which is a high-density clay-based soil material.
[0019]
FIG. 2 is a state diagram illustrating the state of aging of the impermeable lining structure according to the present invention.
[0020]
In the figure, FIG. 2A shows a state where the steel box-shaped segment 2 is arranged on the rock face 6, and a slight gap 7 is provided between the steel box-shaped segment 2 and the rock face 6. Bentonite is present while leaving. It is sufficient that the gap 7 formed between the steel box-shaped segment 2 and the rock face 6 is such that the workability can be smoothly performed, and is not so large as to be exaggerated in the drawing. In particular, when the lining structure of the tunnel is a shell structure formed by assembling the steel box-shaped segments 2, it is also effective to perform backing according to a general construction method.
[0021]
As a backing material at this time, a mixed material of bentonite and water or a bentonite-based slurry material such as a mixed material of bentonite, ethanol, and water is suitable. By filling the space between the rock surface and the rock surface 6, the gap is sealed.
[0022]
FIG. 2 (b) shows a state in which the impermeable lining structure 1 has been appropriately aged. When groundwater from the rock surface 6 has penetrated toward the tunnel, it becomes a water droplet 8 and becomes a steel box. When the groundwater is permeated and absorbed by the bentonite, or when the gap is filled with the bentonite-based slurry material, the groundwater is also permeated and absorbed by the bentonite-based slurry material by dropping onto the bentonite 5 filled in the shaped segment 2. become. As a result, the bentonite 5 and the bentonite-based slurry material of the steel box-shaped segment 2 absorb water and expand, thereby sealing the water space between the steel box-shaped segment 2 and the rock face 6. In addition, since the expansion of the bentonite 5 also seals the joint between the steel box-shaped segments 2, the water-blocking performance of the lining structure 1 is reliably exhibited, and the shell structure of the segments is backed. In such a case, these functions will be further enhanced.
[0023]
Bentonite is a material that has been stably present in natural underground environments for more than hundreds of thousands of years, and if there is no nearby material that produces a chemical impact such as cement, it will have a long-term soundness. Although it can be expected, it does not exhibit mechanical strength by itself, but it can sufficiently exhibit desired strength by filling the steel box-shaped segment 2 as in the present invention. The box-shaped segment 2 functions as a support structure until the tunnel is backfilled.
[0024]
Furthermore, the swelling of the bentonite is achieved by filling the water path space between the steel box-shaped segment 2 and the rock face 6 to reduce the permeability to a very small value of 1E-8 m / s to 1E-13 m / s. It blocks the water path of groundwater, and at the same time, does not have any water passage due to cracks like cement-based materials.
[0025]
And, since the water-impermeable lining structure and the steel box-shaped segment of the tunnel according to the present invention do not use any cement-based material, the elements that deteriorate the bentonite alteration are removed and the steel material is used for a long time. Even if the volume becomes zero due to corrosion in the middle, the bentonite that swells the space where the steel material has disappeared seals it and prevents the generation of water channels, ensuring the establishment of tunnel water barrier. .
[0026]
As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiment. However, the impermeable liner structure and the steel box-shaped segment of the tunnel according to the present invention are not limited to the above-described embodiment. It goes without saying that various modifications can be made to the specific structure, material, etc. of the form, segment, etc. without departing from the spirit of the present invention.
[0027]
【The invention's effect】
The impermeable lining structure of the tunnel according to the present invention comprises a lining structure composed of segments made of a high-density clay-based soil material. It is constructed by filling with soil material. The tunnel lining structure may be a shell structure formed by assembling segments, or a water-impedance plug in a radioactive waste underground facility, and the shell structure formed by assembling the segments may be backed with bentonite or slurry. Because of the features, it has the effect of perfecting watertightness and lining of the water-blocking plug by establishing water-blocking in the tunnel.
[0028]
Further, the steel box-shaped segment according to the present invention is a segment used for the water-impervious lining structure of the tunnel, and is a steel box formed by opening the rock side and a high-density steel filled in the steel box. Since it is composed of clay-based soil material, it has the effect of providing an effective segment to complete the watertightness and the lining of the water-blocking plug by establishing water-blocking in the tunnel.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a water-impervious lining structure of a tunnel and a steel box-shaped segment according to the present invention. FIG. 2 is an aging diagram of a steel box-shaped segment according to the present invention. FIG. Schematic diagram of impermeable plugs in underground facilities in Japan [Description of symbols]
1 impermeable lining structure, 2 steel box-shaped segment, 3 outside, 4 steel box 5 bentonite, 6 bedrock surface, 7 gap, 8 water drop,
10 tunnel, 11 impermeable plug, 12 manhole,
13 bentonite filler, 14 steel partition form plate,
15 Tie rod bolt, 16 Tunnel support structure, 17 Lining structure,

Claims (6)

トンネルの覆工構造であって、高密度粘土系土質材料から成るセグメントで覆工構造を構成することを特徴とするトンネルの遮水覆工構造。An impermeable lining structure for a tunnel, wherein the lining structure is composed of segments made of a high-density clay-based soil material. セグメントが、岩盤側を開放した箱形に形成され内部に高密度粘土系土質材料を充填して構成することを特徴とする請求項1に記載のトンネルの遮水覆工構造。2. The tunnel liner lining structure according to claim 1, wherein the segments are formed in a box shape with the rock side open and filled with a high-density clay-based soil material. トンネルの覆工構造が、セグメントを組み立てて形成されるシェル構造であることを特徴とする請求項1又は2に記載のトンネルの遮水覆工構造。3. The tunnel impermeable lining structure according to claim 1, wherein the lining structure of the tunnel is a shell structure formed by assembling segments. 4. トンネルの覆工構造が、放射性廃棄物の地下施設における遮水プラグであることを特徴とする請求項1又は2に記載のトンネルの遮水覆工構造。3. The tunnel lining structure according to claim 1, wherein the tunnel lining structure is a waterproof plug in a radioactive waste underground facility. 4. トンネルの覆工構造が、セグメントの組み立てによって形成されるシェル構造であってベントナイト、スラリーで裏込することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のトンネルの遮水覆工構造。The tunnel water-proof lining structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the lining structure of the tunnel is a shell structure formed by assembling the segments, and is backed with bentonite and slurry. 請求項1乃至5のいずれかに記載のトンネルの遮水覆工構造に用いるセグメントであって、岩盤側を開放して形成される鋼製箱と該鋼製箱に充填される高密度粘土系土質材料とから構成する鋼製箱形セグメント。A steel box formed by opening the rock side and a high-density clay-based filler filled in the steel box, the segment being used for the water-impermeable lining structure of the tunnel according to any one of claims 1 to 5. A steel box-shaped segment composed of soil materials.
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