JP2006009472A

JP2006009472A - シールドセグメント用コーキング材

Info

Publication number: JP2006009472A
Application number: JP2004190221A
Authority: JP
Inventors: Giichi Ito; 義一伊藤
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2024-06-28
Also published as: JP4693368B2

Abstract

【課題】トンネル内部の水がセグメント接合部からトンネル外部に浸出することを防止することが可能であり、セグメント端面間の隙間のバラツキや曲がり部への対応が容易で施工性に優れたシールドセグメント用コーキング材を提供する。
【解決手段】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、互いに隣り合うセグメントの端面間に配置されるコーキング材１であって、止水部２と目地形成部３とが一体的に形成されているとともに、前記止水部２及び／又は目地形成部３の内部に中空部２ａ及び／又は３ａを有する。
【選択図】図４

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セグメントの接合部に用いられるシールドセグメント用コーキング材に関する。

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。）。

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。

上記ような点を考慮し、特許文献２には、トンネル外部への浸出を防止可能なシールドセグメント用コーキング材として、互いに隣り合うセグメントの端面間に配置されるコーキング材であって、止水部と目地形成部とが一体的に形成されていることを特徴とするシールドセグメント用コーキング材などが開示されている。
特開２００１−２２０９９９号公報特願２００３−１４８１０９号公報

しかし、本発明者の検討によれば、上記コーキング材は、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、トンネル内部の水がセグメント接合部からトンネル外部に浸出することを確実に防止することができるものの、セグメント端面間の隙間のバラツキや曲がり部への対応が必ずしも容易ではなく、更なる施工性の改良が求められていた。

本発明はそのような点を考慮してなされたもので、トンネル内部の水がセグメント接合部からトンネル外部に浸出することを防止することが可能であり、セグメント端面間の隙間のバラツキや曲がり部への対応が容易で施工性に優れたシールドセグメント用コーキング材の提供を目的とする。

請求項１記載のシールドセグメント用コーキング材は、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、互いに隣り合うセグメントの端面間に配置されるコーキング材であって、止水部と目地形成部とが一体的に形成されているとともに、前記止水部及び／又は目地形成部の内部に中空部を有することを特徴とする。

請求項２記載のシールドセグメント用コーキング材は、請求項１記載のシールドセグメント用コーキング材であって、前記止水部及び／又は目地形成部が、硬度の異なる複数の材料から構成されていることを特徴とする。

請求項３記載のシールドセグメント用コーキング材は、請求項２記載のシールドセグメント用コーキング材であって、前記止水部及び／又は目地形成部の中空部の周囲が硬度の高い層で構成されていることを特徴とする。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のシールドセグメント用コーキング材は、例えば、図３に示すように、セグメント端面の内側の周方向に沿う部分Ｓ１と軸方向に沿う部分Ｓ２に貼り付けて使用される。そして、セグメント組立時においてセグメントの端面同士を突き合わせた際に、コーキング材の止水部がセグメント端面に圧縮されて止水性が確保されるとともに、セグメント内面側に規制されるセグメント端面間の隙間が目地形成部にて充填される。

しかも、図４に示すように、止水部及び／又は目地形成部の内部に中空部を有するので、優れた防水性を確保することができ、トンネル内部の水がセグメント接合部からトンネル外部に浸出することを確実に防止することができる。さらに、トンネル外部の水がセグメント接合部からトンネル内部に浸出することを防止することも可能であり、セグメント端面間の隙間のバラツキや曲がり部への対応が容易で施工性に優れたものとなる。

次に、本発明の各部を詳細に説明する。
本発明のシールドセグメント用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。

本発明のシールドセグメント用コーキング材においては、止水部及び／又は目地形成部の内部に中空部を設けることで、セグメントの端面同士を突き合わせた際に、コーキング材の止水部及び／又は目地形成部が端面に沿って変形し易くなり、セグメント接合部の止水性を高めることができるとともに、セグメント端面間の隙間のバラツキや曲がり部への対応が容易になる。

上記中空部には気体又は液体が注入されていてもよい。この場合には気体や液体の圧力や粘性により、止水部及び／又は目地形成部が端面に沿って確実に変形しやすくなるとともに、端面に対する反発力が適性化が可能となる点で好ましい。

前記止水部には、セグメント端面にて押圧される２つの面のうち、いずれか一方の面に粘接着剤を配置しておいてもよい。このように止水部の片面に粘接着剤を設けておくと、セグメントの端面にコーキング材を貼り付ける際の作業が簡単になる。前記粘接着剤として、例えば、両面粘着テープなどの粘着テープやウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリエステル系接着剤、ゴム系接着剤などの接着剤が挙げられる。なお、このような接着剤は前記目地形成部の片面にも配置しておいてもよい。

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、発泡材料や水膨張性材料が好ましい。

なお、目地形成部が発泡材料の場合、止水部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。

上記目地形成部は、硬度の異なる複数の材料から構成されていてもよい。具体的には、図５に例示するように、中空部の周囲のみが他の部分より硬度の高い、例えば高硬度の発泡材料や非発泡材料で層状に構成されたものである。この場合、目地形成部が端面に沿って確実に変形しやすくなるとともに、端面に対する反発力を適性化することが出来る点で好ましい。

上記高硬度の発泡材料としては、例えば、止水部及び／又は目地形成部に用いられる発泡したＥＰＤＭまたはＳＢＲなどの材料の中でも比較的高い硬度を有する材料である。具体的にはその硬度が５０〜６０度程度であることが好ましい。

本発明において止水部は、セグメント端面にて押圧される２つの面のうち、いずれか一方の面の形状が凸形に成形されていることが好ましい。このように止水部を凸形とすると、止水部が圧縮されるときの変形性が良好となる。しかも、止水部が圧縮されたときに、凸部の中央部の圧縮応力が大きくなり、より高い止水性能を得ることができる。なお、止水部の両面を凸形としておいてもよい。

本発明のシールドセグメント用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相互に貼り合わせるという方法などを挙げることができる。

本発明のシールドセグメント用コーキング材は、止水部と目地形成部とが一体的に形成されているとともに、前記止水部及び／又は目地形成部の内部に中空部を有することを特徴とするので、トンネル内部の水がセグメント接合部からトンネル外部に浸出することを防止することが可能であるとともに、セグメントの端面同士を突き合わせた際に、コーキング材の止水部及び／又は目地形成部が端面に沿って変形し易くなり、セグメント端面間の隙間のバラツキや曲がり部への対応が容易で施工性に優れたものとなる。

上記止水部及び／又は目地形成部が、硬度の異なる複数の材料から構成され、例えば、中空部の周囲が硬度の高い層で構成されている場合には、止水部及び／又は目地形成部が端面に沿って確実に変形しやすくなるとともに、端面に対する反発力を適性化することができ、上記効果は更に確実なものとなる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、シールド工法に用いるセグメントについて説明する。

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１１・・１１をリング状に組み立てることにより、セグメントリング１０を構成することができる。

シールド工法に用いるセグメント１１はコンクリート製で、内面平滑化などの内面仕上げが施されてなる２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２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１１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１０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１１・・１１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１０の１リング分だけ推進させてセグメント１１・・１１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、２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。

以上のようなコンパクトシールド工法において、互いに隣り合うセグメント１１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。

セグメント１１の接合部には、図２に示すように、シール部（凹部）２０が設けられている。このシール部２０には、トンネル外部からの水（地下水）の浸入を防止（止水）するための水膨張性シール材５が配置される。また、セグメント１１の接合部のトンネル内部側には目地部３０が設けられており、この目地部３０に本発明のシールドセグメント用コーキング材が配置される。

なお、シール部２０及び目地部３０は、セグメント１１の４端面の全てに設けられている（図３参照）。また、セグメント１１の目地部３０には、図２に示すように、セグメントの軸方向と直交する圧縮面３１と目地内面３２が形成されている。目地内面３２には、２つのセグメント１１の端面同士を突き合わせた状態で、２面間の幅寸法がセグメント内部側に向かうに従って縮小するような傾斜面が形成されている。

次に、本発明のシールドセグメント用コーキング材（以下、コーキング材という）の実施形態について図４を参照しながら説明する。

コーキング材１は、止水部２と目地形成部３とが一体的に形成された帯状の部材であり、止水部２及び目地形成部３の内部に中空部２ａ，３ａを有している。止水部２と目地形成部３とは互いに異なる物性の材料で構成されている。

止水部２は、セグメント端面にて押圧される２つの面２１，２２のうち、一方の面２１が凸形（断面略半円形状）に成形されている。止水部２の他方の面２２には両面粘着テープ４が長手方向に沿って貼着されている。止水部２の厚み（凸形頂部の最大肉厚）は、セグメント１１の目地部３０の圧縮面３１間の距離よりも所定量（例えば２ｍｍ）だけ大きい寸法に設定されている。

目地形成部３は、セグメント１１の目地部３０の目地内面３２（図２）に合わせた形状で、肉厚が先端部（セグメント内部側）に向かうに従って縮小するテーパ形状に成形されている。さらに、目地形成部３は、セグメント１１の目地部３０に配置された状態で、その目地部３０の目地内面３２の略全面に隙間なく接触するような形状・寸法に加工されている。

止水部２の材料には、ＪＩＳＫ−６２５３による硬さが５５±５の物性を有するＥＰＤＭ（未発泡）が用いられている。また、目地形成部３の材料には、ＪＩＳＫ−６２５３による硬さが３５±５の物性を有するＥＰＤＭ（発泡）が用いられている。

そして、以上の構造のコーキング材１は、例えば、止水部２を構成する樹脂（未発泡ＥＰＤＭ）と目地形成部３を構成する樹脂（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。

尚、例えば、止水部２のみに中空部２ａが設けられていてもよいし、また、目地形成部３のみに中空部３ａが設けられていてもよい。

次に、本発明のシールドセグメント用コーキング材（以下、コーキング材という）の他の実施形態について図５を参照しながら説明する。

コーキング材１は、止水部２と目地形成部３とが一体的に形成された帯状の部材であり、目地形成部３の内部に中空部３ａを有し、中空部３ａの周囲が硬度の高い層３ｂ（以下、「高硬度層」ともいう）で構成されている。止水部２と目地形成部３とは互いに異なる物性の材料で構成され、目地形成部３は、高硬度層３ｂとその他の部分とで、強度の異なる２種の材料で構成されている。

止水部２の材料には、ＪＩＳＫ−６２５３による硬さが５５±５の物性を有するＥＰＤＭ（未発泡）が用いられている。また、目地形成部３の材料には、高硬度層３ｂとしてＪＩＳＫ−６２５３による硬さが５５±５の物性を有するＥＰＤＭ（未発泡）が用いられ、その他の部分は、同硬さが３０±５の物性を有するＥＰＤＭ（発泡）が用いられている。

次に、コーキング材１の使用方法を図４に示すコーキング材１を例に説明する。

まず、図３に示すように、セグメント１１端面の内側の周方向に沿う部分Ｓ１と軸方向に沿う部分Ｓ２、つまりセグメント１１の目地部３０にコーキング材１を両面粘着テープ４を介して貼り付けておく。なお、コーキング材１を貼り付ける面はセグメント１１の２端面とする。

次に、シールド工法において、セグメント１１を組み立てる際に、両面粘着テープ４の剥離紙を剥がし、図６及び図７に示すように、２つのセグメント１１の端面同士を突き合わせる。このセグメント突合わせにより、コーキング材１の止水部２がセグメント１１の端面（目地部３０の圧縮面３１）にて圧縮されてセグメント接合部の止水性が確保されるとともに、トンネル内部側に形成されるセグメント端面間（目地部３０の目地内面３２間）の隙間に目地形成部３が充填される。

なお、セグメント組立時において、セグメント１１の円周方向における突合わせ力及びセグメント１１の軸方向における突合わせ力は、例えば、シールドマシンに搭載されているシールドジャッキ（図示せず）によって与えられる。

以上のように、本実施形態のコーキング材１によれば、トンネル内部側（セグメント内部側）に形成されるセグメント端面間の隙間を充填する、というコーキング材の本来の効果に加えて、トンネル内部の水（下水など）がセグメント接合部からトンネル外部に浸出することを確実に防止できるという効果を達成することができる。

また、本実施形態のコーキング材１では、目地形成部３の形状を、セグメント内部側に向かうに従って縮小するテーパ形状としているので、目地形成部３のトンネル内部側への目地形成部３の位置ずれ、もしくは脱落を防止することができる。さらに、このような目地形成部３と止水部２とを一体的に形成しているので、止水部２の位置ずれも防止することができる。

なお、本発明のシールドセグメント用コーキング材は、下水用の管渠（トンネル）のほか、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・エネルギ用のトンネルなどの各種トンネルを構築するシールドセグメントのコーキング材として使用することができる。

コンパクト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。セグメントの接合部の構造を示す断面図である。セグメントのコーキング材貼付位置を示す斜視図である。本発明に係るシールドセグメント用コーキング材の実施形態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。本発明に係るシールドセグメント用コーキング材の他の実施形態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。シールドセグメント用コーキング材の使用状態を説明する模式図である。同じくシールドセグメント用コーキング材の使用状態を説明する模式図である。

符号の説明

１コーキング材（シールドセグメント用コーキング材）
２止水部
２ａ中空部
２１止水部の一方の面
２２止水部の他方の面
３目地形成部
３ａ中空部
３ｂ硬度の高い層（高硬度層）
４両面粘着テープ
１０セグメントリング
１１セグメント（シールドセグメント）
Ｓ１，Ｓ２コーキング材の貼付位置
２０シール部
３０目地部
３１圧縮面
３２目地内面
Ｔシールドトンネル

Claims

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、互いに隣り合うセグメントの端面間に配置されるコーキング材であって、止水部と目地形成部とが一体的に形成されているとともに、前記止水部及び／又は目地形成部の内部に中空部を有することを特徴とするシールドセグメント用コーキング材。
前記止水部及び／又は目地形成部が、硬度の異なる複数の材料から構成されていることを特徴とする請求項１記載のシールドセグメント用コーキング材。
前記止水部及び／又は目地形成部の中空部の周囲が硬度の高い層で構成されていることを特徴とする請求項２記載のシールドセグメント用コーキング材。