JP2007285051A

JP2007285051A - セグメント用目地材及びこれを備えるトンネル構造

Info

Publication number: JP2007285051A
Application number: JP2006115444A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ishii; 清石井; Takeshi Morita; 武森田
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】止水性及び耐熱性に優れたセグメント用目地材及びこれを備えるトンネル構造を提供する。
【解決手段】トンネルＴの掘削面Ｔ１を覆う複数のセグメント１の互いに隣り合うセグメント１の端面１ａ間の目地部５に設けられるセグメント用目地材２であって、目地部５からの漏水を防止するための止水部６と、この止水部６よりもトンネル内側に設けられ、トンネル火災時の熱から止水部６を保護する耐熱部７とを備えている。また、耐熱部７は、セラミックスを中空の球体に形成した中空セラミックスバルーンをモルタルに混合したものや、フェノール樹脂の微砕体をフェノール樹脂に混合したもの、水膨潤型樹脂をモルタルに混合したもの、溶融スラグの微砕体をモルタルに混合したもの、医療用廃棄物を燃焼させて形成されるガラス固化体の粉砕体をモルタルに混合したものとされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばシールドマシンで掘削したトンネルの掘削面を覆う複数のセグメントの互いに隣り合うセグメントの端面間の目地部に設けられるセグメント用目地材及びこれを備えるトンネル構造に関する。

従来、例えばシールド工法等により掘削したトンネル掘削面には、この掘削面の曲率半径と略等しい曲率半径を備えた複数の円弧状のセグメントが周方向に連続して設けられ、周方向の掘削面を被覆して支持する環状のセグメントリング体が形成される。そして、このような周方向の掘削面を支持するセグメントリング体がトンネル軸方向に連続するように接続されて、掘削面を被覆支持するトンネルの覆工が形成される。また、この種のセグメントには、一般に、鋼製セグメントやコンクリート製セグメント、これら鋼とコンクリートを複合した合成セグメントが用いられ、隣接するセグメント同士が一体に接合されている。また、互いに隣り合うセグメント同士の端面間の目地部には、地山側（掘削面側）から地下水が侵入してトンネル内に漏水が生じないようシール材（セグメント用目地材）が介装される。この種のシール材には、地下水が接触すると膨潤しセグメント同士の端面間の隙間を埋めて漏水を止水する水膨張型ゴム系シール材などの樹脂（高分子）系材料が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

また、特に道路トンネルや鉄道トンネルなどでは、トンネル火災が発生した際に、火災による熱でセグメントが損傷されないように、トンネルの内側に耐火層（耐火コンクリートや耐火パネル）を備えた耐火セグメントが用いられている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
特開２００５−２６４４６６号公報特開２００４−３２３３３０号公報特開２００１−３１１３９５号公報

しかしながら、トンネル掘削面を覆うセグメントは、上記の耐火層を備えて火災に対する耐性を有する一方で、隣り合うセグメントの目地部に配されるゴム系のシール材は、その耐熱温度が例えば１２０℃程度であり、トンネル火災で発生する熱によって損傷されてしまう。このため、火災を受けたシール材は、所要の止水性能が低下し、かつトンネル掘削面を支持する多数のセグメントの間に介装されている関係上、その交換は困難で、トンネル内への漏水を止水することができず、他の漏水対策を必要とするなど多大な労力を要するという問題があった。

本発明は、上記事情を鑑み、止水性及び耐熱性に優れたセグメント用目地材及びこれを備えるトンネル構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のセグメント用目地材は、トンネルの掘削面を覆う複数のセグメントの互いに隣り合うセグメントの端面間の目地部に設けられるセグメント用目地材であって、前記目地部からの漏水を防止するための止水部と、該止水部よりもトンネル内側に設けられ、トンネル火災時の熱から前記止水部を保護する耐熱部とを備えていることを特徴とする。

また、本発明のセグメント用目地材においては、前記耐熱部が、セラミックスを中空の球体に形成した中空セラミックスバルーンをモルタルに混合して形成されていることが望ましい。

さらに、本発明のセグメント用目地材においては、前記耐熱部が、フェノール樹脂の微砕体をフェノール樹脂に混合して形成されていてもよい。

また、本発明のセグメント用目地材においては、前記耐熱部が、水膨潤型樹脂をモルタルに混合して形成されていてもよい。

さらに、本発明のセグメント用目地材においては、前記耐熱部が、溶融スラグの微砕体をモルタルに混合して形成されていてもよい。

また、本発明のセグメント用目地材においては、前記耐熱部が、医療用廃棄物を燃焼させて形成されるガラス固化体の粉砕体をモルタルに混合して形成されていてもよい。

さらに、本発明のセグメント用目地材においては、前記耐熱部に、前記中空セラミックバルーンとともに、フェノール樹脂の微砕体をフェノール樹脂に混合した混合体と水膨潤型樹脂と溶融スラグの微砕体と医療用廃棄物を燃焼させて形成されるガラス固化体の粉砕体のうち、１種または２種以上をモルタルに混合して形成されていてもよい。

本発明のトンネル構造は、トンネルの掘削面を覆う複数のセグメントと、互いに隣り合うセグメントの端面間の目地部に設けられるセグメント用目地材とを備えたトンネル構造において、上記のいずれかに記載のセグメント用目地材を備えることを特徴とする。

本発明のセグメント用目地材及びこれを備えるトンネル構造によれば、セグメント用目地材が、漏水を防止する止水部と、この止水部よりもトンネル内側に設けられ、トンネル火災時の熱から止水部を保護する耐熱部とを備えて構成されていることによって、トンネル火災で発生する熱によって止水部が損傷されることを防止できる。これにより、火災後のセグメント用目地材の止水性能を火災前の状態で維持することができる。

このとき、耐熱部を、中空セラミックバルーンをモルタルに混合して形成した場合には、中空セラミックバルーンの空気によって優れた断熱性が付与される。また、耐熱部をフェノール樹脂の微砕体をフェノール樹脂に混合して形成した場合には、例えば電子機器の基板の廃材などの産業廃棄物を原料とすることができ、経済性を向上させることができるとともに、トンネル火災時に火にあぶられたり、加熱した際に、フェノール樹脂が炭化するのみで燃え広がることがないため、自動消炎させることができる。さらに、耐熱部を、例えば吸水性ポリマーなどの水膨潤型樹脂をモルタルに混合して形成した場合には、水を吸収した水膨張型樹脂が火災時に水を放出させることによって低温状態を維持することが可能になる。また、耐熱部を、溶融スラグや医療廃棄物を燃焼させて形成したガラス固化体の粉砕体をモルタルに混合して形成した場合には、溶融スラグやガラス固化体が加熱して形成されたものであるため、優れた耐熱性を付与することができる。これにより、トンネル火災の熱を受けた場合においても、セグメント用目地材の止水部を確実に保護することができ、火災後のセグメント用目地材の止水性能を火災前の状態で維持することができる。

以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係るセグメント用目地材及びこれを備えるトンネル構造について説明する。本実施形態は、例えばシールド工法などによって構築される道路トンネルの互いに隣り合うセグメントの端面間の目地部に設置されるセグメント用目地材及びこれを備えるトンネル構造に関するものである。

本実施形態のトンネル構造Ａは、複数のセグメント１と、セグメント１に取り付けられたセグメント用目地材（目地材）２を備えて構成されている。各セグメント１は、図１に示すように、シールドマシンによって掘削したトンネルＴの掘削面Ｔ１の曲率半径と略等しい曲率半径を備える円弧盤状に形成されている。また、セグメント１は、周方向の周長が、設置した状態でトンネルの軸Ｏ２と平行するセグメント１の軸Ｏ１方向の幅よりも大きく形成されるとともに、径方向の厚さが周方向に沿って一定に形成されている。そして、このように形成された複数のセグメント１は、トンネルＴの掘削面Ｔ１に沿ってトンネルＴの周方向に連続して設けられ、周方向の掘削面Ｔ１を被覆しつつ支持する環状のセグメントリング体３を形成している。また、トンネルＴの軸Ｏ２方向に、セグメントリング体３が連続するように隣接されて、シールドマシンで掘削した掘削面Ｔ１が複数のセグメント１で被覆されつつ支持されトンネルＴの覆工が形成される。なお、各セグメント１は、図示せぬリング間継手とセグメント間継手によって相互に接合される。また、本実施形態において、セグメント１は、設置した状態でトンネルＴの内側を向く面にトンネル火災の熱を断熱するための図示せぬ耐火層を備え、火災時の熱によって損傷されないように構成されている。

また、本実施形態のセグメント１には、図１及び図２に示すように、隣り合うセグメント１同士の接合端面（端面）１ａに内側に凹む凹部１ｂが形成されている。この凹部１ｂは、セグメント１の各端面１ａに例えば２条ずつ設けられ、各端面１ａの延設方向に沿って一端から他端まで平行に延設されている。また、凹部１ｂは、隣り合うセグメント１の端面１ａ同士を接合した状態で、一方のセグメント１の凹部１ｂと他方のセグメント１の凹部１ｂが対向配置されるように形成されている。

本実施形態の目地材２は、図２に示すように、隣り合うセグメント１の端面１ａ間の目地部５に設けられ、掘削面Ｔ１側から目地部５に侵入した地下水がトンネルＴ内側に漏水することを防止するための止水部６と、トンネル火災時の熱から止水部６を保護する耐熱部７とから構成されている。

止水部６は、地下水が接触すると膨潤し目地部５を埋めて漏水を止水する水膨張型ゴム系シール材などの樹脂（高分子）系材料とされ、セグメント１の各凹部１ｂにそれぞれ挿入設置されている。また、各止水部６は、凹部１ｂから隣り合うセグメント１の端面１ａ側に僅かに突出するようにして設置され、凹部１ｂに沿って、すなわちセグメント１の各端面１ａの延設方向に沿って一端から他端まで延設されている。そして、隣り合うセグメント１同士を接合するとともに、互いに対向する止水部６の露出した外面同士が密着して、対向する一対の止水部６で目地部５を埋めてこの目地部５を遮断している。

一方、本実施形態の耐熱部７は、セラミックスを中空の球体に形成した中空セラミックスバルーンをモルタルに混合して形成されている。また、中空セラミックスバルーンは、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＦｅ_２Ｏ_３を主成分とする粒径５００μｍ以下で形成されており、その比重が１．０以下とされている。このように構成される耐熱部７は、中空セラミックバルーンの空気によって優れた断熱性を有している。そして、本実施形態において、この断熱部７は、セグメント１の内面側、すなわちトンネルＴの内面側の目地部５に設けられ、この耐熱部７よりも掘削面Ｔ１側、すなわちトンネルＴの外側に位置する止水部６をトンネルＴ内空から遮断している。また、このとき、耐熱部７のトンネルＴ内側を向く面７ａは、セグメント１の内面と面一とされている。

ついで、上記の構成からなるセグメント用目地材２及びこれを備えたトンネル構造Ａの作用及び効果について説明する。

セグメント１同士を接合し互いに対向する一対の止水部６がセグメント１の端面１ａ間に介装された状態で、一対の止水部６が、隣り合うセグメント１の端面１ａ間を確実に遮断し、掘削面Ｔ１側から目地部５を通じてトンネルＴの内側に流通しようとする地下水が止水される。これにより、トンネルＴ内側に漏水が生じることがない。

一方、トンネルＴ内で火災が発生した場合には、セグメント１や目地材２が加熱されることになるが、本実施形態においては、セグメント１が耐火層を備えて形成されているため、加熱によってセグメント１が損傷されることがない。また、本実施形態の目地材２には、中空セラミックスバルーンが混合されてその断熱性に優れる耐熱部７が、止水部６よりもトンネルＴ内側に設けられているため、火災時の熱が目地材２に作用した場合においても、止水部６の温度は低温状態で維持される。このため、火災時の加熱によって止水部６が損傷することがなく、火災後の目地材２は、その止水性能が火災前の状態で維持される。

したがって、本実施形態のセグメント用目地材２及びトンネル構造Ａによれば、セグメント用目地材２に、トンネル火災時の熱から止水部６を保護する耐熱部７が具備され、この耐熱部７が、中空セラミックスバルーンを備えて耐熱性に優れるように形成されているため、トンネル火災で発生する熱によって止水部６が損傷されることを防止できる。これにより、火災後のセグメント用目地材２の止水性能を火災前の状態で維持することができる。また、止水部６と耐熱部７を個別に製造、取り付けできるのでコストを低減することができる。

以上、本発明に係るセグメント用目地材２及びこれを備えるトンネル構造Ａの実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、セグメント用目地材２の耐熱部７が、中空セラミックスバルーンをモルタルに混合して形成されているものとしたが、耐熱部７は、例えば０．１ｍｍ〜２、３ｍｍ程度の大きさのフェノール樹脂の微砕体をフェノール樹脂に混合して形成されていてもよく、この場合には、例えば電子機器の基板の廃材などの産業廃棄物を原料とすることも可能で経済性を向上させることができ、また、トンネル火災時に火にあぶられたり、加熱した際に、フェノール樹脂が炭化するのみで燃え広がることがないため、自動消炎させることができる。よって、本実施形態と同様、トンネル火災が発生した場合においても止水部６が損傷することを防止できる。

また、耐熱部７は、例えば吸水性ポリマーなどの水膨潤型樹脂をモルタルに混合して形成されていてもよく、この場合には、水を吸収した水膨張型樹脂が火災時に水を放出させて低温状態を維持することが可能になる。これにより、止水部６が火災によって損傷することを防止できる。

さらに、耐熱部７は、例えば下水汚泥スラグなどの溶融スラグ、もしくは医療廃棄物を燃焼させて形成したガラス固化体を粉砕した粉砕体をモルタルに混合して形成されていてもよく、この場合には、溶融スラグやガラス固化体が加熱して形成されていることにより、耐熱部７に優れた耐熱性が付与されることになり、トンネル火災の熱を受けた場合においても、止水部６が火災によって損傷することを防止できる。

また、耐熱部７は、本実施形態の中空セラミックスバルーンとともに、上記のフェノール樹脂の微砕体をフェノール樹脂に混合した混合体と水膨潤型樹脂と溶融スラグと医療廃棄物を燃焼させて形成したガラス固化体の１種または２種以上をモルタルに混合して形成されていてもよい。さらに、本実施形態では、止水部６と耐熱部７を分離して設けたが、耐熱部７は、止水部６に対してトンネル内側に設けられていればよく、止水部６に当接していてもよい。

本発明の一実施形態に係るトンネル構造を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るトンネル構造に具備されるセグメント用目地材を示す図１のＸ−Ｘ線矢視図である。

符号の説明

１セグメント
１ａ端面
１ｂ凹部
２セグメント用目地材（目地材）
３セグメントリング体
５目地部
６止水部
７耐熱部
Ａトンネル構造
Ｔトンネル
Ｔ１掘削面

Claims

トンネルの掘削面を覆う複数のセグメントの互いに隣り合うセグメントの端面間の目地部に設けられるセグメント用目地材であって、
前記目地部からの漏水を防止するための止水部と、該止水部よりもトンネル内側に設けられ、トンネル火災時の熱から前記止水部を保護する耐熱部とを備えていることを特徴とするセグメント用目地材。
請求項１記載のセグメント用目地材において、
前記耐熱部が、セラミックスを中空の球体に形成した中空セラミックスバルーンをモルタルに混合して形成されていることを特徴とするセグメント用目地材。
請求項１記載のセグメント用目地材において、
前記耐熱部が、フェノール樹脂の微砕体をフェノール樹脂に混合して形成されていることを特徴とするセグメント用目地材。
請求項１記載のセグメント用目地材において、
前記耐熱部が、水膨潤型樹脂をモルタルに混合して形成されていることを特徴とするセグメント用目地材。
請求項１記載のセグメント用目地材において、
前記耐熱部が、溶融スラグの微砕体をモルタルに混合して形成されていることを特徴とするセグメント用目地材。
請求項１記載のセグメント用目地材において、
前記耐熱部が、医療用廃棄物を燃焼させて形成されるガラス固化体の粉砕体をモルタルに混合して形成されていることを特徴とするセグメント用目地材。
請求項２記載のセグメント用目地材において、
前記耐熱部に、フェノール樹脂の微砕体をフェノール樹脂に混合した混合体と水膨潤型樹脂と溶融スラグの微砕体と医療用廃棄物を燃焼させて形成されるガラス固化体の粉砕体のうち、１種または２種以上を混合して形成されていることを特徴とするセグメント用目地材。
トンネルの掘削面を覆う複数のセグメントと、互いに隣り合うセグメントの端面間の目地部に設けられるセグメント用目地材とを備えたトンネル構造において、
請求項１から請求項７のいずれかに記載のセグメント用目地材を備えることを特徴とするトンネル構造。