JP2005256562A - シールド用セグメント及びシールド用セグメントの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次覆工一体型のシールド工法によって下水管渠などのトンネルを構築するにあたり、セグメント接合部の止水性を確保する。
【解決手段】トンネル内部の水に対する止水性能を確保する止水部１２と、トンネル内部側に形成されるセグメント１端面間の隙間を充填できる材料で構成される目地形成部１３とが一体的に形成されたコーキング材１１が、セグメント端面部にインサート成形にて一体成形されてなるシールド用セグメント１を用いることにより、シールド工法においてセグメント端面間の隙間を埋めるとともに、セグメント１の接合部の止水性を確保する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シールドマシンを用いてトンネルを構築するシールド工法においてトンネルの壁体を構成するシールド用セグメント及びその製造方法に関する。

現在、道路や鉄道等のトンネルあるいは下水管渠築造用のトンネルなどを構築する場合、シールド工法が一般に採用されている。シールド工法とは、先端に掘削刃を備えたシールドマシンを地中で推進させながらトンネル穴を掘削する工法である。

シールド工法では、シールドマシンで地盤を掘進しつつ、シールドマシンの後方で、掘削部の周囲内壁面に沿ってセグメントを順次組み立てることによってトンネルの壁体を構築する一次覆工と、この一次覆工が完了した後に、内壁面をコンクリートや樹脂にてコーティングする二次覆工を行っている。

このようなシールド工法に用いられるセグメントは、例えばトンネル内の円周を複数に分割（例えば４〜６分割）する大きさであり、円周方向及びシールドトンネル延長方向に順次継ぎ足されてゆく。セグメントとしては、コンクリート製セグメント、鋼板のみで製作された鋼製セグメントあるいは鋼殻内中にコンクリートを充填した鋼殻セグメントなどがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２２０９９９号公報

ところで、シールド工法において、コスト縮減・掘削断面積の削減・工期短縮等をはかるために二次覆工を省略したシールド工法が提案されている。

この二次覆工を省略したシールド工法では、内面平滑化などの内面仕上げを施したコンクリート製のセグメント（二次覆工一体型のセグメント）のみでトンネルの壁体を構成しており、覆工体の内壁面にコーティングが施工されないため、下水管渠などを構築する場合、地下水のトンネル内部への浸入を阻止（止水）することに加えて、トンネル内部を流れる下水などの外部への浸出を阻止することも要求される。

本発明はそのような点を考慮してなされたもので、二次覆工一体型のシールド工法において、セグメント接合部の止水性を確保することが可能な構造のシールド用セグメントと、そのような止水機能を有するシールド用セグメントの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のシールド用セグメントは、シールドマシンで地盤を掘進しつつ、シールドマシンの後方で掘削部の周囲内壁面に沿ってセグメントを順次組み立てることにより、トンネルの壁体を構築するシールド工法において、前記トンネルの壁体に用いるセグメントであって、当該シールド用セグメントの端面部に、止水部と目地形成部からなるコーキング材がインサート成形により一体成形されていることによって特徴づけられる。

本発明のシールド用セグメントにおいて、セグメント内面に、耐摩耗性、耐食性及び平滑性を有するパネルがインサート成形により一体成形されていてもよい。

本発明の製造方法は、前記したシールド用セグメントの製造方法であって、前記コーキング材と前記セグメント内面を被覆するパネルとが一体的に形成されたパネル部材を、セグメント成形型内の所定位置に配置した状態で型内にコンクリートを充填することにより、前記パネル部材をインサート成形することによって特徴づけられる。

次に、本発明の各部を詳細に説明する。
［コーキング材の止水部］
本発明に用いるコーキング材において、止水部は、非発泡材料で構成されていることが好ましい。特に、耐水圧・下水等に対する防食性（耐薬品性）・変形追随性等を考慮すると、非発泡のＥＰＤＭ（エチレン、プロピレンと第３成分との共重合物）またはＳＢＲ（スチレンとブタジエンとの共重合物）で構成されていることが好ましい。

ここで、コーキング材は、シールド用セグメント（コンクリート製）端面部にインサート成形にて一体成形されるので、シールド用セグメントとの密着性を高めるために、止水部のコンクリートと接触する面に、エンボス加工などにより凹凸を形成してアンカー効果が得られるようにしておくことが好ましい。また、このようなアンカー効果を得るための凹凸は、目地形成部の表面（コンクリートとの接触面）にも加工しておいてもよい。

［コーキング材の目地形成部］
目地形成部については、セグメント端面間の隙間を埋めることができる材料であれば、特に限定されないが、発泡材料が好ましい。目地形成部が発泡材料の場合、止水部との接着性を考慮すると、例えば、止水部の材料が未発泡のＥＰＤＭまたはＳＢＲである場合には、同じ種類の材料つまり発泡したＥＰＤＭまたはＳＢＲ（ただし、硬さなどの物性は異なる材料）であることが好ましい。

また、目地形成部の材料として、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）、ＣＲ系の難燃剤または熱膨張型プラスチック耐火材を用いると、例えば、地下鉄などの火災対応を必要とするセグメント内面のコーキングに適用することができる。

なお、ＣＲ系の難燃剤とは、クロロプレンゴムなどである。

また、熱膨張型プラスチック耐火材とは、シート状で、シーリング材やコーキング材として用いられるものであり、火災時の熱で膨張し、炎の侵入・拡散を防ぐ機能を有するものである。

［コーキング材の製造方法］
本発明のシールド用セグメントに用いるコーキング材の製造方法としては、例えば、（１）止水部を構成する材料（未発泡樹脂：例えば非発泡ＥＰＤＭ等）と目地形成部を構成する材料（発泡樹脂：例えば発泡ＥＰＤＭ等）とを共押出することにより一体成形するという方法、あるいは、（２）止水部と目地形成部とをそれぞれ個別に押出成形し、その押出成形工程の後段で止水部と目地形成部とを接着または熱融着等により接合するという方法などを挙げることができる。

［セグメント内面のパネル］
本発明のシールド用セグメントにおいては、耐久性、内面平滑性及び耐摩耗性などを向上させるために、セグメント内面に、耐摩耗性、耐食性及び平滑性を有するパネルをインサート成形にて一体成形している。パネルの材料としては、ジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）、ＰＥやＰＰなどのオレフィン系樹脂または熱膨張型プラスチック耐火材などを挙げることができる。

［インサート成形］
本発明のシールド用セグメントは、（１）前記したコーキング材とパネルとを個別の部材とし、それらコーキング材とパネルとをセグメント成形用型内の所定位置（コーキング材はセグメント端面部となる位置、パネルはセグメント内面となる位置）にそれぞれセットした状態で、セグメント成形用型内にコンクリートを充填するという方法で作製してもよいし、あるいは、（２）パネルにコーキング材を接合等により一体的に形成したパネル部材をセグメント成形用型内の所定位置にセットした状態で、セグメント成形用型内にコンクリートを充填するという方法で作製してもよい。

さらに、コーキング材の目地形成部とパネルとが同じ材料（例えば熱膨張型プラスチック耐火材等）である場合、パネルに目地形成部を一体成形したパネル部材を作製し、そのパネル部材（目地形成部付き）をセグメント成形用型内の所定位置にセットした状態で、セグメント成形用型内にコンクリートを充填するという方法でシールド用セグメントを作製してもよい。この場合、コーキング材の止水部は、セグメントのインサート成形を行う前に、パネル部材に一体成形した目地形成部に接着または熱融着等により接合しておく。

ここで、本発明のシールド用セグメントは、下水用の管渠（トンネル）、上水道のトンネル、道路や鉄道等のトンネルあるいは電力・エネルギー用のトンネルなどの各種トンネルを構築する場合に適用できる。

本発明のシールド用セグメントによれば、止水性能を確保する止水部と、トンネル内部側に形成されるセグメント端面間の隙間を充填できる材料で構成される目地形成部とが一体的に形成されたコーキング材がセグメント端面部に一体成形されているので、二次覆工を行わないシールド工法において、トンネル内部側に形成されるセグメント端面間の隙間を埋めることができるとともに、セグメント接合部における止水性を確保することができる。しかも、トンネルの施工現場においてコーキング材の貼付作業等が一切不要となるので、施工性が大幅に向上する。

本発明のシールド用セグメントにおいて、耐摩耗性、耐食性及び平滑性を有するパネルをセグメント内面に一体成形しておけば、耐久性、内面平滑性及び耐摩耗性に優れたトンネルを構築することができる。

本発明の製造方法によれば、前記したコーキング材と前記セグメント内面を被覆するパネルとが一体形成されたパネル部材を用い、そのパネル部材をセグメント成形型内に配置した状態で型内にコンクリートを充填することにより、パネル部材をインサート成形するので、簡単な工程のもとに、セグメント接合部の止水性が良好で、耐久性、内面平滑性及び耐摩耗性に優れたシールド用セグメントを提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、二次覆工一体型のシールド工法に用いるシールド用セグメント（以下、単に「セグメント」という）について説明する。

セグメントはトンネルの壁体を構成するもので、例えば図１に示すように、４つのセグメントＳ・・Ｓをリング状に組み立てることにより、セグメントリングＬを構成することができる。

セグメントＳはコンクリート（例えばレジンコンクリート）製で、二次覆工一体型のセ
グメントである。また、下水管渠の構築を対象とする場合、トンネル底部に配置されるセグメントには、インバート溝付きの二次覆工一体型セグメントが使用される。

このようなセグメントＳを用いて、シールドトンネルＴの壁体を構築する場合、まず、先端に掘削刃を備えたシールドマシン（図示せず）を地中に横方向に推進させ、このシールドマシンの後方に、セグメントリングＬの１リング分の空間が形成された時点でシールドマシンの推進を停止し、シールドマシンの後方空間の内壁面に沿ってセグメントＳ・・Ｓをリング状に組み立てる。次に、同じ要領にて、シールドマシンをセグメントリングＬの１リング分だけ推進させてセグメントＳ・・Ｓをリング状に組み立てるという工程を順次繰り返してゆくことによって、二次覆工を行うことなく、図１に示すようなシールドトンネル（例えば下水管渠）Ｔを構築することができる。

以上のようなシールド工法において、互いに隣り合うセグメントＳ同士は、連結ボルトによる接合、凹凸の嵌合による接合あるいは連結金具を用いた接合などの接合方法によって相互に連結される。

次に、セグメントの具体的な構成例（実施形態１及び実施形態２）を以下に示す。

＜実施形態１＞
この実施形態のセグメント１はレジンコンクリート製で、図２に示すように、セグメント端面部に、コーキング材１１がインサート成形により一体成形されている点に特徴がある。なお、コーキング材１１は、例えば図３に示すように、セグメント１の端面部の内側の周方向に沿う部分Ｐ１と軸方向に沿う部分Ｐ２（セグメント１の２辺に対応する部分）に配置されている。

この実施形態に用いるコーキング材１１は止水部１２と目地形成部１３とが一体的に形成されている。止水部１２の材料には、ＪＩＳ Ｋ−６２５３による硬さが５５±５の物性を有する非発泡のＥＰＤＭが用いられている。また、目地形成部１３の材料には、ＪＩＳ Ｋ−６２５３による硬さが３５±５の物性を有する発泡されたＥＰＤＭが用いられている。

このようなコーキング材１１は、例えば、止水部１２を構成する材料（非発泡ＥＰＤＭ）と目地形成部１３を構成する材料（発泡ＥＰＤＭ）とを共押出することにより一体成形するという方法で作製される。なお、止水部１２の表面（レジンコンクリートに接触する面）には、レジンコンクリートとの密着性を高めるために、エンボス加工等により凹凸を形成しておくこと好ましい。

そして、以上のコーキング材１１を、セグメント成形用型（図示せず）の内部に、セグメント端面部となる位置（図３の配置位置を参照）にセットした状態で、セグメント成形用型内にレジンコンクリートを充填するというインサート成形を行うことにより、図２に示すようなセグメントつまりコーキング材付きのセグメント１を得ることができる。

この実施形態のセグメント１によれば、止水部１２と目地形成部１３からなるコーキング材１１がセグメント端面部に一体成形されているので、図１に示すような二次覆工を行わないシールド工法において、セグメント１・・１を組み立てるだけで、止水作業を要することなく、セグメント接合部における止水性を確保することができる。また、トンネル内部側に形成されるセグメント端面間の隙間を埋めることも可能になる。

なお、この実施形態では、コーキング材１１の止水部１２を未発泡のＥＰＤＭで構成しているが、これに替えて、未発泡のＳＢＲで止水部１２を構成してもよい。また、目地形
成部１３を発泡ＥＰＤＭで構成しているが、これに替えて、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）、ＣＲ系の難燃剤、または熱膨張型プラスチック耐火材で目地形成部１３を構成してもよい。このように目地形成部１３を難燃性を有する材料で構成することにより、例えば、地下鉄などの火災対応を必要とするセグメント内面のコーキングに適用することが可能になる。

＜実施形態２＞
この実施形態のセグメント１０１はレジンコンクリート製で、図５に示すように、セグメント端面部にコーキング材１１がインサート成形により一体成形されているとともに、セグメント内面に、その内面を覆うパネル２１が同じくインサート成形により一体成形されている点に特徴がある。なお、コーキング材１１は、例えば図３に示すように、セグメントの端面部の内側の周方向に沿う部分Ｐ１と軸方向に沿う部分Ｐ２（セグメント１０１の２辺に対応する部分）に配置されている。

この実施形態に用いるコーキング材１１は、図４に示したものと同じ構造で、止水部１２と目地形成部１３とが一体的に形成されている。止水部１２の材料には、ＪＩＳ Ｋ−６２５３による硬さが５５±５の物性を有する非発泡のＥＰＤＭが用いられており、目地形成部１３の材料には、ＪＩＳ Ｋ−６２５３による硬さが３５±５の物性を有する発泡されたＥＰＤＭが用いられている。また、パネル２１の材料には、ＤＣＰＤ（ジシクロペンタジエン）が用いられている。

なお、コーキング材１１は、例えば、止水部１２を構成する材料（非発泡ＥＰＤＭ）と目地形成部１３を構成する材料（発泡ＥＰＤＭ）とを共押出することにより一体成形するという方法で作製される。

そして、以上のコーキング材１１及びパネル２１を、セグメント成形用型（図示せず）の内部の所定位置（コーキング材１１はセグメント端面部となる位置、パネル２１はセグメント内面となる位置）にそれぞれセットした状態で、セグメント成形用型内にレジンコンクリートを充填するというインサート成形を行うことにより、図５に示すようなセグメントつまりコーキング材付きで内面がパネル２１で被覆されたセグメント１０１を得ることができる。

なお、このようなインサート成形において、（１）コーキング材１１とパネル２１とを個別の部材とし、それらコーキング材１１とパネル２１とをセグメント成形用型内の所定位置にセットするようにしてもよいし、あるいは、（２）パネル２１にコーキング材１１を接着または熱融着等による接合により一体的に形成したパネル部材を、セグメント成形用型内の所定位置にセットするようにしてもよい。

なお、この実施形態では、コーキング材１１の止水部１２を未発泡のＥＰＤＭで構成しているが、これに替えて、未発泡のＳＢＲで止水部１２を構成してもよい。また、目地形成部１３を発泡ＥＰＤＭで構成しているが、これに替えて、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）、ＣＲ系の難燃剤、または熱膨張型プラスチック耐火材で目地形成部１３を構成してもよい。このように目地形成部１３を難燃性を有する材料で構成することにより、例えば、地下鉄などの火災対応を必要とするセグメント内面のコーキングに適用することが可能になる。

さらに、この実施形態ではパネル２１をＤＣＰＤで構成しているが、これに替えて、ＰＰやＰＥ等のポリオレフィン系樹脂または熱膨張型プラスチック耐火材でパネル２１を構成してもよい。

ここで、コーキング材の目地形成部とパネルとを同じ材料（例えば熱膨張型プラスチック耐火材等）とする場合、図６に示すように、パネル３０ａに目地形成部３０ｂを一体成形したパネル部材３０を作製（例えばプレス成形にて作製）しておき、そのパネル部材（目地形成部付き）３０をセグメント成形用型内の所定位置にセットした状態で、セグメント成形用型内にコンクリートを充填するという方法でセグメント２０１を作製してもよい。この場合、コーキング材３１の止水部３２については、パネル３０ａと目地形成部３０ｂとの一体成形を行ってパネル部材３０を作製した後に、そのパネル部材３０に一体成形した目地形成部３０ｂに止水部３２を接着または熱融着等により接合するという方法を採用すればよい。

本発明のシールド用セグメントは、下水用の管渠（トンネル）、上水道のトンネル、道路や鉄道等のトンネルあるいは電力・エネルギー用のトンネルなどの各種トンネルを構築するのに有効に利用できる。

二次覆工を省略したシールド工法にて構築されたシールドトンネルの例を模式的に示す斜視図である。 本発明のシールド用セグメントの一例を模式的に示す断面図である。 シールド用セグメントに一体成形するコーキング材の形成位置を示す斜視図である。 本発明に用いるコーキング材の一例を示す正面図（Ａ）及び縦断面図（Ｂ）を併記して示す図である。 本発明のシールド用セグメントの他の例を模式的に示す断面図である。 本発明のシールド用セグメントの別の例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１，１０１，２０１ セグメント（シールド用セグメント）
１１ コーキング材
１２ 止水部
１３ 目地形成部
２１ パネル
３０ パネル部材
３０ａ パネル
３０ｂ 目地形成部
３１ コーキング材
３２ 止水部
Ｐ１，Ｐ２ コーキング材の配置位置
Ｓ セグメント
Ｌ セグメントリング
Ｔ シールドトンネル

Claims (8)

1. シールドマシンで地盤を掘進しつつ、シールドマシンの後方で掘削部の周囲内壁面に沿ってセグメントを順次組み立てることにより、トンネルの壁体を構築するシールド工法において、前記トンネルの壁体に用いるセグメントであって、当該シールド用セグメントの端面部に、止水部と目地形成部からなるコーキング材がインサート成形により一体成形されていることを特徴とするシールド用セグメント。
2. 前記止水部が非発泡材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載のシールド用セグメント。
3. 前記止水部が非発泡のＥＰＤＭまたはＳＢＲで構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のシールド用セグメント。
4. 前記目地形成部が発泡材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシールド用セグメント。
5. 前記目地形成部が発泡ＥＰＤＭまたは熱膨張型プラスチック耐火材で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシールド用セグメント。
6. 当該シールド用セグメントの内面に、耐摩耗性、耐食性及び平滑性を有するパネルがインサート成形により一体成形されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のシールド用セグメント。
7. 前記パネルが、ポリオレフィン系樹脂、ジシクロペンタジエンまたは熱膨張型プラスチック耐火材で構成されていることを特徴とする請求項６記載のシールド用セグメント。
8. 請求項６または７記載のシールド用セグメントの製造方法であって、前記コーキング材と前記セグメント内面を被覆するパネルとが一体的に形成されたパネル部材を、セグメント成形型内の所定位置に配置した状態で型内にコンクリートを充填することにより、前記パネル部材をインサート成形することを特徴とするシールド用セグメントの製造方法。

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