JP2007177547A

JP2007177547A - トンネル用セグメントとトンネル構造物

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Publication number: JP2007177547A
Application number: JP2005378403A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Suzuki; 義信鈴木; Kosuke Furuichi; 耕輔古市; Yasuyuki Hayakawa; 康之早川; Kiyobumi Ogita; 清文荻田; Ken Iida; 憲飯田; Nobuaki Nagatsu; 伸明長津
Original assignee: Kajima Corp; Meiden Ceramics Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Meiden Ceramics Co Ltd
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】グラウトの流出を防止できると共に耐火性、耐熱特性、耐腐食特性を向上させたグラウト注入孔を備えたトンネル用セグメント及びトンネル構造物の提供。
【解決手段】コンクリート層１０を貫通したグラウト注入孔１０１を備えたトンネル用セグメント１であって、グラウト注入孔１０１の少なくともグラウト注入口部（セラミックス部材２）がセラミックスで構成される。複数のトンネル用セグメント１ａを組み立ててなるトンネル構造物であって、トンネル用セグメント１ａはコンクリート層１０を貫通したグラウト注入孔１０１を備え、グラウト注入孔１０１の少なくともグラウト注入口部（セラミックス部材２）がセラミックスからなり、トンネル用セグメント１がトンネル構造物に使用される場合、グラウト注入孔１０１は封止部材（封止プラグ３）によって封止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、シールド工法用セグメントの場合にあって、前記セグメントの背面側にグラウトを注入する注入孔を備えているトンネル用セグメント（例えばコンクリートセグメント、コンクリートと鋼材との複合セグメント）とトンネル構造物に関する。

シールド工法に使用するセグメントの場合、特許文献１〜７に例示されているように、止水などを目的として、地山とセグメントとの間に水ガラス、ベンナイト等のグラウトを注入されている。そのために、前記セグメントにはグラウト注入孔が形成されている。この種のグラウト注入孔の構成部材及び封止プラグは金属または合成樹脂で構成されている。
特開平７−３１７４９４特開平９−３２８９９５特開平１０−２９６４８特開２００２−３８８８７実用新案登録第３０８７３９７号公報実用新案登録第３００７８６３号公報特開２００５−６８９２４

コンクリートセグメント、コンクリートと鋼材との複合セグメントのコンクリート層内にその一部が露出した状態で埋設されている金属（グラウト注入孔の金具）が露出している場合には、地電流、環境の酸性成分などの影響により腐食が生じ、さらには火災時には金属部材が熱膨張してコンクリートにクラックを発生させる。その結果、コンクリート層、内部鉄筋、引いては、コンクリート構造物の損傷に拡大発展し、止水機能が損失する問題がある。

そこで、特許文献７に示された孔塞ぎプラグのように、耐火耐熱特性の劣る合成樹脂に代えて、モルタルからなるものの適用が考えられるが、前記グラウト注入孔の金具は金属製であるので、耐腐食性は期待できない。

また、前記グラウト注入孔は合成樹脂により構成されている場合には、腐食に対する耐食性が有る程度期待できるが、耐火、耐熱特性が劣り、止水機能が害され、グラウト材が流出して損害が拡大する可能性がある。

近年、トンネル等の坑内火災時におけるコンクリート構造物の保護のために、耐火耐熱特性の規定が各国、様々な機関によって火災発生時から時系列温度上昇曲線が設定されている（火災発生時の「温度−時間曲線」の想定）。

例えば、ＩＳＯによる標準時間−温度曲線、油火災で模擬した炭化水素火災曲線、ＲＡＢＴ曲線（ドイツにおける道路トンネルの設備と運用に関する指針）、オランダ運輸公共事業所治水局の曲線などが知られており、日本の場合は、ドイツにおけるＲＢＡＴ曲線に準拠した温度−時間曲線が設定されている。

コンクリート構造物を保護するために、コンクリート構造物の表面を耐火耐熱特性部材で被覆することが行われているが、コンクリート構造物（各セグメント）自体が耐火耐熱特性に劣る部材を具備しない構造とすることも重要である。

本発明は以上の事情に鑑みなされたもので、その目的はグラウトの流出を防止できると共に耐火性、耐熱特性及び耐腐食特性を向上させたグラウト注入口部を備えたトンネル用セグメントとトンネル構造物の提供にある。

そこで、請求項１記載のトンネル用セグメントは、コンクリート層を貫通したグラウト注入孔を備えたトンネル用セグメントであって、前記グラウト注入孔の少なくともグラウト注入口部がセラミックスで構成されたことを特徴とする。

請求項２記載のトンネル用セグメントは、請求項１記載のトンネル用セグメントにおいて、前記トンネル用セグメントの内表面部に耐火耐熱手段を備えたことを特徴とする。

請求項３記載のトンネル構造物は、複数のトンネル用セグメントを組み立ててなるトンネル構造物であって、前記トンネル用セグメントはコンクリート層を貫通したグラウト注入孔を備え、前記グラウト注入孔の少なくともグラウト注入口部がセラミックスからなり、前記トンネル用セグメントがトンネル構造物に使用される場合、前記グラウト注入孔が封止部材によって封止されることを特徴とする。

請求項４記載のトンネル構造物は、請求項３記載のトンネル構造物において、前記封止部材は無機質材からなることを特徴とする。

請求項５記載のトンネル構造物は、請求項３または４記載のトンネル構造物において、前記トンネル用セグメントの内表面を耐火パネルで覆うことを特徴とする。

請求項１〜５記載の発明によれば、グラウト注入孔の少なくともグラウト注入口部がセラミックスからなるので、グラウトの流出が防止されると共に耐火耐熱特性及び耐腐食性が向上する。

以上のように、請求項１及び２記載の発明によれば、グラウトの流出を防止できると共に耐火性、耐熱特性及び耐腐食特性を向上させたグラウト注入孔を備えたトンネル用セグメントを提供できる。

請求項３〜５記載の発明によれば、グラウトの流出を防止できると共に耐火性、耐熱特性及び耐腐食特性を向上させたグラウト注入孔を備えたトンネル構造物を提供できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１（ａ）は本発明の一実施形態に係るトンネル用セグメントの概略構成を示した断面図である。図１（ｂ）は前記トンネル用セグメントに埋設されたセラミックス部材の概略構成を示した断面図である。図１（ｃ）は前記セラミックス部材の端面を示した平面図である。

トンネル用セグメント１ａは定型に形成されたコンクリート層１０にセラミックス部材２が埋設されて構成される。トンネル用セグメント１ａはグラウト層１２を介して地山１１に設けられる。トンネル用セグメント１ａにおけるセラミックス部材９の埋設深さはセラミックス部材９の全長によって決定される。

セラミックス部材２は、コンクリート層１０と地山１１との間に充填されるグラウト層１２を構成するグラウトを注入するためのグラウト注入口部として機能している。そして、このセラミックス部材２が図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したようにコンクリート層１０に形成されたグラウト注入路１００と連通することにより、コンクリート層１０を貫通させたグラウト注入孔１０１が形成されている。このようにしてトンネル用セグメント１ａが地山１１に設置された場合、トンネル用セグメント１ａの止水性が維持される。グラウト注入孔１０１の形態はトンネル用セグメント１ａにおけるセラミックス部材２の埋設深さに応じて全長や形状が設定される。また、セラミックス部材２はトンネル用セグメント１ａを運搬手段によって把持運搬するための把持部材と連結可能となっている。トンネル用セグメント１ａにおいてセラミックス部材２の設置数は１個または複数個である。例えばトンネル用セグメント１ａのサイズやトンネル用セグメント１を把持運搬する時の安全性及び安定性が考慮されて複数設けられる。

セラミックス部材２は図１（ｂ）に示されたように本体部２１からなる。本体部２１はアルミナ、ジルコニア等に例示されるセラミックスからなり中空円筒状または外周多角形状の筒体に形成される。本体部２１の貫通孔２２は雌ねじ部２２１と連通孔２２２とからなる。雌ねじ部２２１は把持部材または封止部材と螺合する。前記把持部材としては例えば特開平８−２７０３９４に開示された把持金具が挙げられる。前記封止部材としては雌ねじ部２２１に対応した封止プラグ３が例示される。連通孔２２２はグラウト注入路１００と雌ねじ部２２１とを連通させる孔である。連通孔２２２はグラウト注入孔２０１や雌ねじ部２２１と同径に形成する必要ない。また、雌ねじ部２２１内には逆止め弁２３が螺合装着されると、グラウト層１２を構成するグラウトの流出が防止される。逆止め弁２３は例えば特開平７−３１７４９４に開示されたものを採用すればよい。逆止め弁２３は本体部２１を構成する材料で形成するとなおよい。また、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示されたように本体部２１中央の外周面の一部に切り欠き状の廻り止め部２４が形成されると、把持部材や封止部材をセラミックス部材２に装着する際にセラミックス部材２の供廻りが防止されると共に抜け止めとなる。尚、図示された廻り止め部２４は切り欠き状に形成されているが、凸形に形成してもよい。

雌ねじ部２２１の開口部を封止する封止部材として図１（ｂ）に例示された封止プラグ３は雄ねじ部３１とツバ部３２とからなる。雄ねじ部３１の軸長は本体部２１の雌ねじ部２２１の有効軸長に応じて設定される。図１（ｂ）に示された形態では逆止め弁２３が装着された雌ねじ部２２１の有効軸長に応じて雄ねじ部３１の軸長が決定される。雄ねじ部３１とツバ部３２はセラミックス、コンクリート、モルタル等に例示される無機質材料によって一体的に成形されている。前記セラミックスとしてアルミナ、ジルコニア、ムライト、コーディライト、ステアタイト等に例示される焼結部材が挙げられる。例えば特開２００１−１２２６７０、特開２００１−２７１５９７、特開２００１−３２８８５５、特開２００２−３５７０９８、特開２００３−１２０１９７、特開２００３−２６９０９７、特開２００４−００３２８５等に開示されたものがある。また、アルミナセメント系材料等を主成分とする不定形耐火物や耐火繊維等の非焼結部材によって鋳造加工されたものがある。例えば特開２００４−０１１３１２に開示されたものがある。さらに、少なくとも１２００℃の温度に１時間暴露に耐えうる耐久性を有する無機質材よって構成されたものがある。例えば特開２００３−２９３４８４、特開２００３−３００７８３に開示されたものがある。

雄ねじ部３１は封止プラグ３がセラミックス部材２に装着される際に本体部２１の雌ねじ部２２１と螺合する。一方、ツバ部３２は封止プラグ３がセラミックス部材２に装着される際に雌ねじ部２２１の開口部を閉塞させる。ツバ部３２は雄ねじ部の一端側に形成されている。ツバ部３２は円柱形状の平頭に形成されている。また、ツバ部３２の端面には封止プラグ３を螺進させるためのねじ回し手段が係止される溝部３３が適宜の深さで形成される。溝部３３の開口部の形状は特に限定されない。前記形状としてはマイナス形、プラス形、正四角形、正六角形等が例示される。

トンネル用セグメント１ａの製造方法の概要を述べる。トンネル用セグメント１ａの成分（コンクリート層１０の成分）がトンネル用セグメント１ａ用型枠に打設される前に、セラミックス部材２がトンネル用セグメント１ａ用型枠内に設置される。セラミックス部材２の一端にはグラウト注入路１００用型枠が装着される一方で、セラミックス部材２のもう一端には封止栓（封止プラグ３でもよい）が装着されている。そして、トンネル用セグメント１ａの成分がトンネル用セグメント１ａ用型枠内に打設されて硬化した後に、トンネル用セグメント１ａ用型枠、グラウト注入路１００用型枠及び前記封止栓が除去されると、セラミックス部材２とグラウト注入路１００とからなるグラウト注入孔１０１を形成させたトンネル用セグメント１ａが出来上がる。尚、グラウト注入路１００はその内面がテーパー状に形成されると、グラウト層１２が形成される空間にグラウトを供給しやすくなる。

また、グラウト注入路１００の他の形態としてはセラミックス部材２の雌ねじ部２２１に装着される金属製、プラスチックス製またはセラミックス製の材料からなる筒体がある。前記筒体によれば、トンネル用セグメント１ａを製造する際にグラウト注入路１００用型枠の着脱が必要でなくなり、トンネル用セグメント１ａの製造工程が簡略になる。前記筒体の装着の形態は前記筒体と雌ねじ部２２１の螺合に限定する必要はない。

セラミックス部材２はトンネルセグメント搬送用把持金具連結部材としても使用できる。また、セラミックス部材２において複数設けられたトンネル用セグメント１ａのうち、幾つかのセラミックス部材２をグラウト注入口部用として、幾つかのセラミックス部材２を把持金具連結用として利用するようにしてもよい。トンネル用セグメント１ａの搬送及び組み付けを行なう場合、トンネル用セグメント１ａはセラミックス部材２に装着された把持部材に搬送手段を連結させると、トンネル用セグメント１ａを施工現場の所定の場所に搬送し、且つトンネル構造物として組付けることができる。前記搬送手段としては例えば特開平８−２７０３９４に示されたセグメントエレクタ装置が挙げられる。

本発明の他の実施形態に係るトンネル用セグメントとしては図２（ａ）に示されたトンネル用セグメント１ｂがある。トンネル用セグメント１ｂは地山１１の表面にグラウト層１２を介して設けられる。トンネル用セグメント１ｂのコンクリート層１０の表面には耐火耐熱手段として耐火層１３が一体形成されている。耐火層１３は既知の耐火性の材料で構成すればよい。耐火層１３としては例えば特開２００３−３００７８３、特開２００３−２９３４８４等に開示されたものが挙げられる。

トンネル用セグメント１ｂには、トンネル用セグメント１ａと同様に、セラミックス部材２が埋設されている。トンネル用セグメント１ｂの内表面部には耐火耐熱手段として耐火層１３が設けられている。セラミックス部材２は一方の端面が耐火層１３の表面と一致するようにコンクリート層１０と耐火層１３とに埋設されている。そして、この埋設されたセラミックス部材２がコンクリート層１０に形成されたグラウト注入路１００と連通することで、コンクリート層１０を貫通させたグラウト注入孔１０１がトンネル用セグメント１ｂにおいて形成されている。トンネル用セグメント１ｂの製造方法は前記説明したトンネル用セグメント１の製造方法に準ずればよい。トンネル用セグメント１ａの把持搬送は先に説明した方法で行えばよい。

また、耐火機能を有するトンネル用セグメントの他の形態としては例えば図２（ｂ）に示されたトンネル用セグメント１ｃがある。トンネル用セグメント１ｃはコンクリート層１０の表面に耐火耐熱手段として耐火耐熱部１４を介して耐火パネル１５が設けられる。

トンネル用セグメント１ｃにセラミックス部材２が埋設される際にはセラミックス部材２に封止プラグ３が装着される。そして、コンクリート層１０の成分が打設硬化した後に封止プラグ３が除去される。トンネル用セグメント１ｃの把持搬送は耐火耐熱部１４及び耐火パネル１５が設けられる前に行なわれる。

耐火耐熱部１４はキャスタブル耐火物からなる。前記キャスタブル耐火物は耐火性骨材とアルミナセメントなどの水硬剤を混合して得られた耐火物である。前記耐火物の具体的なものとしては例えば特開２００２−３５７０９８に示されたものがある。この耐火物は酸化アルミニウム３０〜９８重量％、酸化珪素５〜４９重量％のうちの任意の範囲を主成分とし、これに補助剤として例えばアルミナセメント等の結合剤と、例えばヘキサメタリン酸ソーダ等の分散剤を少量含有している。

耐火パネル１５としては既知の耐火タイル例えば特開２００３−１２０１９７、特開２００２−３６７０９８等に開示されたものが挙げられる。

トンネル用セグメントに埋設されるセラミックス部材の他の形態としては、図３に示されたコンクリートセグメント１ｄに埋設されたインサートタイプ（外径が異径である筒体）のものがある。トンネル用セグメント１ｄは地山１１の表面にグラウト層１２介して設けられる。トンネル用セグメント１ｄのコンクリート層１０には、グラウト注入口部として機能するセラミックス部材４が埋設されていると共に、このセラミックス部材４と連通してグラウト注入孔１０３を構成させるグラウト注入路１０２が形成されている。グラウト注入路１０２は、その内面がテーパー状に形成されることで、グラウト層１２が形成される空間にグラウトを供給しやすくなっている。

セラミックス部材４は本体部４１からなる。本体部４１は雌ねじ部４１１がグラウト注入路１０２と連通するようにコンクリート層１０に埋設される。本体部４１にはスリーブ４２が装着される。スリーブ４２には雌ねじ部４１１と螺合する封止部材または把持部材が挿通される。本体部４１とスリーブ４２は既知の接着剤または接続部材を介して接続される。トンネル用セグメント１ｄにおけるセラミックス部材４の埋設深さはスリーブ４２の長さによって設定される。本体部４１はアルミナ、ジルコニア等に例示されるセラミックスからなる。スリーブ４２はアルミナ、ムライトが例示されるセラミックスからなる。

本体部４１は外周面が曲面に加工されている。例えば本体部４１は図示されたように略樽状に形成されている。スリーブ４２は中空円筒状に形成されている。本体部４１の最大外径Ｄ₁とスリーブ４２の外径Ｄ₂と本体部４１端面の外径Ｄ₃の寸法は、図４に示されたように、Ｄ₁＞Ｄ₃＞Ｄ₂の関係となるように設定される。このように本体部４１とスリーブ４２の外径が異径に形成されることによりトンネル用セグメント１ｄとセラミックス部材４との埋設的強度を確実なものとなる。また、本体部４１の側面の一部分に廻り止め部４１２が形成されると、把持金具をセラミックス部材４に装着する際にセラミックス部材４の供廻りが防止される。廻り止め部４１２は、本体部４１の外周側面の一部分が切り欠きされて形成されているが、凸形に形成してもよい。

また、本体部４１の雌ねじ部４１１内にも逆止め弁４３が螺合装着されることにより前記グラウトの流出の防止が図られている。本体部４１の雌ねじ部４１１には一端側の開口部を閉塞させる封止プラグ３が装着される。トンネル用セグメント１ｄの製造方法は前記説明したトンネル用セグメント１ａの製造方法に準ずればよい。トンネル用セグメント１０の把持搬送は先に述べた説明した方法で行えばよい。

前記封止部材としては例えば図３に示された封止プラグ５がある。封止プラグ５は、本体部４１の雌ねじ部４１１と螺合する雄ねじ部５１と、封止プラグ５がセラミックス部材４に装着される際にスリーブ４２の開口部を閉塞させるツバ部５２とからなる。また、雄ねじ部５１には封止補助部材５４が装着される。補助封止部材５４は円筒状に形成されたパッキンやワッシャが挙げられる。前記パッキン及びワッシャとしては特開平７−１３８０６７、特開平８−１４２９４、特開平８−１３５７９４等に例示される弾性セラミックスワッシャのような耐熱、耐食性を有する材料からなるものが採用される。雄ねじ部５１の軸長は本体部４１の雌ねじ部４１１の有効軸長に応じて設定される。図３に示された形態では逆止め弁４３が装着された雌ねじ部４１１の有効軸長に応じて雄ねじ部５１の軸長が決定される。ツバ部５２は雄ねじ部の一端側に形成されている。ツバ部５２は封止プラグ３と同様に円柱形状の平頭に形成されている。また、ツバ部５２の端面には封止プラグ５を螺進させるためのねじ回し手段が係止される溝部５３が適宜の深さで形成される。溝部５３の開口部の形状は封止プラグ３と同様に特に限定されない。前記形状としてはマイナス形、プラス形、正四角形、正六角形等が例示される。雄ねじ部５１とツバ部５２は雄ねじ部３１とツバ部３２と同様の材料で形成すればよい。

以上の説明から明らかなようにトンネル用セグメント１ａ〜１ｅによれば、これらのトンネル用セグメントに埋設されたセラミックス部材がセラミックスからなると共に搬送手段に連結された把持部材が装着可能であるので、前記トンネル用セグメントが把持搬送できると共に耐火耐熱特性及び耐腐食性が向上する。また、セラミックス部材はグラウト注入口部として機能しているので湧水や漏水を防止できる。

（ａ）本発明の一実施形態に係るトンネル用セグメントの概略構成を示した断面図，（ｂ）前記トンネル用セグメントに埋設されたセラミックス部材の概略構成を示した断面図，（ｃ）前記セラミックス部材の端面を示した平面図。（ａ）本発明の一実施形態に係るトンネル用セグメントの概略構成を示した断面図，（ｂ）本発明の一実施形態に係るトンネル用セグメントに埋設されたセラミックス部材の概略構成を示した断面図。本発明の一実施形態に係るトンネル用セグメントとこれに埋設されたセラミックス部材に装着される封止プラグの概略構成を示した断面図。本発明の一実施形態に係るトンネル用セグメントに埋設されたセラミックス部材の概観を示した断面図。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ…トンネル用セグメント
２…セラミックス部材（グラウト注入口部）、２１…本体部、２２…貫通孔、２２１…雌ねじ部、２２２…連通孔、２３…逆止め弁、２４…廻り止め部
３…封止プラグ、３１…雄ねじ部、３２…ツバ部、３３…溝部
４…セラミックス部材（グラウト注入口部）、４１…本体部、４１１…雌ねじ部、４１２…廻り止め部、４２…スリーブ、４３…逆止め弁
５…封止プラグ、５１…雄ねじ部、５２…ツバ部、５３…溝部、５４…封止補助部材
１０…コンクリート層
１１…地山
１２…グラウト層
１３…耐火層
１４…耐火耐熱部
１５…耐火パネル
１００，１０２…グラウト注入路
１０１，１０３…グラウト注入孔

Claims

コンクリート層を貫通したグラウト注入孔を備えたトンネル用セグメントであって、
前記グラウト注入孔の少なくともグラウト注入口部がセラミックスで構成されたこと
を特徴とするトンネル用セグメント。
前記トンネル用セグメントの内表面部に耐火耐熱手段を備えたこと
を特徴とする請求項１記載のトンネル用セグメント。
複数のトンネル用セグメントを組み立ててなるトンネル構造物であって、
前記トンネル用セグメントはコンクリート層を貫通したグラウト注入孔を備え、
前記グラウト注入孔の少なくともグラウト注入口部がセラミックスからなり、
前記トンネル用セグメントがトンネル構造物に使用される場合、
前記グラウト注入孔が封止部材によって封止されること
を特徴とするトンネル構造物。
前記封止部材は無機質材からなることを特徴とする請求項３記載のトンネル構造物。
前記トンネル用セグメントの内表面を耐火パネルで覆うことを特徴とする請求項３または４記載のトンネル構造物。