JP2008163643A - シールドトンネル用セグメントの接合方法およびその方法を用いて構成されたトンネル壁体 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＲＰで構成したセグメント同士を接着剤を用いて接合する場合において、接着剤が必要な接合領域に良好に広がり、かつ、互いに接合されるべきセグメント同士の相対位置ずれを発生させることがなく、しかも確実に面接合として接合部に応力集中が発生することを防止しトンネル構造体として均一な応力伝達が可能な、接合性能、防水性能に優れたシールドトンネル用セグメントの接合方法およびその方法によるトンネル壁体の提供。
【解決手段】少なくとも外表面がＦＲＰで構成されたセグメント同士を接合してシールドトンネルを形成するに際し、隣接セグメント間に該隣接セグメントの接合面の少なくとも一部に沿って広がる表面を有する接合補助部材を介装した状態で、隣接セグメント同士を接着剤により接合することを特徴とするシールドトンネル用セグメントの接合方法、およびその方法を用いて構成されたトンネル壁体。
【選択図】図１

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に際し、少なくとも外表面がＦＲＰ（繊維強化プラスチック）で構成されたセグメント同士を、ボルト締結等の機械式接合を介することなく、接着剤を用いて接合するようにしたシールドトンネル用セグメントの接合方法と、その接合方法を用いて構成されたシールドトンネル壁体に関する。

現在、例えば都市部内に構築する道路トンネル、鉄道トンネルや下水道トンネルを計画する場合、シールド工法が一般的に採用されている。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掘進させながら、シールドマシン後方で掘削したトンネル内面周囲にトンネル壁体となるセグメントを順次組み立ててシールドトンネルを構築する工法である。

セグメントの種類としては、一般的には、鉄筋コンクリート製セグメントを筆頭に鋼製セグメント、鋳鉄製セグメント、外殻を鋼製にしコンクリートを充填して一体化させた複合構造のサンドイッチ型合成セグメント等が知られている。

ところでシールドトンネルの工事費には掘削径が非常に重要となる。例えば道路トンネルの場合、道路構造例で定められる建築限界（交通車両の支障にならない寸法）を基準に耐熱板や２０〜５０ｃｍ程度の２次覆工コンクリート（補強目的のコンクリート）の厚みとセグメント厚を加えた寸法が掘削径となる。掘削径は、シールドマシン制作費、トンネルの掘進費、掘削に発生する残土処理費に大きな影響を及ぼす。

シールドトンネルの工事費を低減するために、鋼や鉄筋コンクリートより薄くて強度の高いＦＲＰをセグメントの外殻部材等に利用することで、２次覆工省略可能型でかつ従来セグメントより薄いＦＲＰ合成セグメントを用いることが考えられる。特に下水道トンネルにおいては、ＦＲＰをセグメント内周面に利用することで通水能力が向上し、その結果トンネル内径が縮小可能となるため、掘削径の縮小化が図れる。

セグメント壁体の一部にＦＲＰを利用するケースとして、シールド工法にてトンネルを構築した後に、そのトンネルとは異なる方向への掘削を開始する場合に、掘削する範囲をＦＲＰ積層体に置き換えることがある（例えば、特許文献１）。しかしこれは、本発明で用いられる、少なくとも外表面をＦＲＰで構成したセグメントとは異なるものである。

前述のように、少なくとも外表面をＦＲＰで構成したセグメントを用いてシールドトンネルを構築する場合、セグメント間の接合方法として従来と異なる方法の適用が可能である。つまり、接着剤を用いてセグメント同士を接合する方法の適用が可能である。

従来のセグメント同士の接合方法としては、通常一般的には、ボルト締結等の機械式接合方法が適用されている。また、外表面をＦＲＰで構成したセグメントに対してではないが、外表面形成部を樹脂（骨材を含有させた樹脂を含む）で構成したレジン製セグメント同士を、接着剤を用いて接合する方法が知られている（例えば、特許文献２〜４）。

特許文献２には、セグメント断面に接着剤を塗布して接合するようにしたレジン製セグメントの接合方法が開示されているが、接着剤を介して直接セグメント同士を接合するため、接着剤の延在領域が不安定で、防水性能、接着性能に問題が残るとともに、接着剤の硬化までにセグメントのずれが生じやすく、組立て精度にも問題が残る。

また、特許文献３には、セグメントの接合孔に予め接着剤のガラス容器を設置し、施工時、機械的な継ぎ手部材を接合孔に挿入してガラス容器を破壊し、容器から流出した接着剤でセグメント同士を接合させるようにした接合方法が開示されているが、実際の接合時にはやはり接着剤を介して直接セグメント同士を接合することになるので、接着剤の延在領域が不安定で、防水性能、接着性能に問題が残るとともに、継ぎ手部材部分に応力が集中しやすく、組立体全体で見た場合の、望ましい均一な力の伝達が難しくなる。

さらに、特許文献４には、セグメントの接合面に溝を設けて溝内に接着剤を充填し、接着剤の接着性能を損なわないように膜で覆っておき、施工時にセグメントの突起でこの膜を破ってセグメント同士を接合させるようにした接合方法が開示されているが、実際の接合時にはやはり接着剤を介して直接セグメント同士を接合することになるので、接着剤の延在領域が不安定で、防水性能、接着性能に問題が残るとともに、接着剤自体には位置決め機能がないので接着剤の硬化までにセグメントのずれが生じやすい。
特開２００５−６１２１２号公報 特開２０００−９６９９４号公報 特許第３２５２９３８号公報 特許第３２９２３４１号公報

本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点を鑑み、少なくとも外表面をＦＲＰで構成したセグメント同士を接着剤を用いて接合することによりシールドトンネルを構築することを前提とする場合について、接着剤が必要な接合領域に良好に広がり、かつ、互いに接合されるべきセグメント同士の相対位置ずれを発生させることがなく、しかも確実に面接合として接合部に応力集中が発生することを防止しトンネル構造体として均一な応力伝達が可能な、優れた接合性能、防水性能を発揮し得る、シールドトンネル用セグメントの接合方法およびその方法を用いて構成されたトンネル壁体を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るシールドトンネル用セグメントの接合方法は、少なくとも外表面がＦＲＰで構成されたセグメント同士を接合してシールドトンネルを形成するに際し、隣接セグメント間に該隣接セグメントの接合面の少なくとも一部に沿って広がる表面を有する接合補助部材を介装した状態で、隣接セグメント同士を接着剤により接合することを特徴とする方法からなる。つまり、接合補助部材は介装するが、ボルト締結等の機械式接合形態は採らず、接着剤を用いて隣接セグメント同士を接合する方法である。

この接合方法においては、接合補助部材は、隣接セグメントの接合面の少なくとも一部に沿って広がる表面を有するので、接着剤は、セグメントの接合面と接合補助部材の表面との間で広がるとき、確実に面方向に広がり、しかも両対向面間を容易に適切な隙間に設定できるので最適な量をもって良好に広がることができ、接合補助部材を介して、隣接セグメント同士は接着剤により確実に面接合されて、優れた接合性能が得られる。機械式接合無しに、確実に面接合とされることで、接合部における応力集中の発生が回避され、トンネル構造体全体として、均一な応力伝達構造の実現が可能になる。そして、接合部に接合補助部材が介在されることで、接合補助部材およびその周囲の接着剤が止水機能を果たすことが可能となり、接合部全体の止水性能が大幅に向上される。さらに、この接合補助部材の形状およびそれに対応するセグメント側の形状を適切に設定することにより、容易に、接合補助部材を介して隣接セグメントが互いに位置を拘束し合う構造とすることが可能になり、それによって隣接セグメント間の位置ずれが容易に防止される。

上記接合補助部材としては、例えば、ＦＲＰ製または金属製部材を用いることができる。とくにＦＲＰ製接合補助部材を用いれば、外表面がＦＲＰで構成されたセグメントとの接着はＦＲＰ同士の接着となるので、適した接着剤の選択が容易になる。

また、上記接合方法においては、接合補助部材の少なくとも一面を、隣接セグメントの外周面および／または内周面と同等の面位置に位置させるように、接合補助部材を配置することができる。このような配置とすれば、より容易に、接合補助部材を、セグメントの外表面を形成するＦＲＰスキン層を覆うように配置することが可能になり、それによって、止水性能、接合性能の一層の向上をはかることが可能になる。

上記セグメントとしては、その全体がＦＲＰで構成されたものとしてもよく、少なくとも外表面がＦＲＰで構成され、内部にコンクリートが充填されたものとしてもよい。

ＦＲＰとしては、連続繊維からなる強化繊維とマトリックス樹脂で構成されていることが好ましい。ＦＲＰの強化繊維としては、例えば、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール）繊維、高強度ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維の少なくともいずれかを用いることができる。マトリックス樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル、エポキシ、フェノール、ビニルエステルのいずれかを用いることができる。

また、本発明に係る接合方法においては、一層止水性能を確実なものとするために、隣接セグメント間に、上記接合補助部材とは別部材からなる止水材を介装することもできる。

また、接着剤の塗布方法としては、特に限定しないが、例えば次のような方法を採用できる。例えば、施工現場で接着剤を塗布してセグメント同士を接合する方法、あるいは、接合補助部材に予め接着剤を塗布するとともに塗布された接着剤をカバー材（例えば、カバーフィルム）で覆っておき、接合時に該カバー材を除去してセグメント同士を接合する方法、あるいは、２液混合型接着剤を用い、セグメントおよび接合補助部材の一方側に主剤を、他方側に硬化剤を塗布しておき、これらを接合時に接触させてセグメント同士を接合する方法、等を採用できる。

本発明に係るシールドトンネル壁体は、上記のようなセグメントの接合方法を用いて構成されたものからなる。

本発明に係るシールドトンネル用セグメントの接合方法によれば、接合補助部材を介して接着剤で接合することにより、容易に、目標とする面接合構造を実現でき、優れた接合形態と、均一な応力伝達構造とを達成できる。また、接合補助部材を介在させることで、セグメント間の位置ずれを容易に防止でき、かつ、それをセグメントスキン部の表面を覆うように配置することで、止水性能の向上をはかることもできる。したがって、接合性能、止水性能、応力伝達性能のすべてに優れたシールドトンネルの実現が可能になる。しかの、このシールドトンネルはＦＲＰ製セグメントを用いて構築されるので、前述の如く、掘削費が安くて済む。

このように望ましい接合を達成できることにより、シールドマシンによる接合の手間が省け、接合工程を短縮化することもできる。さらに、従来は一般的に各セグメントを千鳥配置としていたが、接合補助部材を介在させることにより、自由な配置（例えば、同列配置等）が可能となる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るシールドトンネル１（シールドトンネル壁体）を示している。シールドトンネルセグメントは、一般的にリング剛性を高めるために千鳥配列で組み立てられるが、接着接合ではボルト接合よりも継ぎ手剛性を高くすることが可能となり、図１の同列配列も可能である。各セグメント２は、少なくとも外表面がＦＲＰで構成されたセグメントからなり、その全体がＦＲＰで構成されたもの、外表面がＦＲＰで構成され、内部にコンクリート等が充填されたもの、のいずれであってもよい。隣接セグメント２同士の接合部、たとえば、図１の接合部分３においては、隣接セグメント２の接合面の少なくとも一部に沿って広がる表面を有する接合補助部材を介装した状態で、隣接セグメント２同士が接着剤により接合される。

この接合補助部材は、例えば図１の接合部分３用の形態として、例えば図２〜図５に示すような構造のものが例示される。図２に示す接合補助部材４は、平板状で平面形状が十字形に形成されたものである。図３に示す接合補助部材５は、図２に示した形態に対し、さらに、十字形の立ち上げり部を備えた形状を有している。図４に示す接合補助部材６は、さらに、上下部に図２に示したような平板状十字形部分を有し、縦断面がＩ型に形成されたものである。図５に示す接合補助部材７は、図２に示した形態に対し、平板端面が斜面（アリ溝対向面）に形成されたものである。ただし、これらは例示であって、図示以外の形状を採用することが可能である。

上記のような各種形態の接合補助部材４〜７を用いて、本発明に係る接合方法は、例えば図６〜図１０に示すように実施される。図６に示す接合方法においては、隣接セグメント２間の上下部に図２に示した接合補助部材４が介装され、接合補助部材４が介在された状態で、接着剤８により隣接セグメント２同士が接合（接着）される。接着剤８の塗布方法は、前述したいずれの方法でもよい。接着剤８は、隣接セグメント２の対向端面同士間部分に加え、そこから屈曲して延びる、接合補助部材４の表面とセグメント２の表面（表面スキン層）間の隙間まで良好に広がることができるので、つまり、セグメント２の表面のＦＲＰスキン層を覆うように接着剤８を広がらせることができ、接着剤８を介した面形態の接合（面接合）が確実に達成される。面接合であるから、優れた接着性能と止水性能が得られ、かつ、均一な横領区伝達構造が達成される。また、接合補助部材４の介在により、隣接セグメント２同士の相対位置決め機能も付与され、接合時の位置ずれも容易に防止される。

図７に示す接合方法においては、隣接セグメント２間の上下部に図３に示した接合補助部材５が介装され、接合補助部材５が介在された状態で、接着剤８により隣接セグメント２同士が接合（接着）される。接合補助部材５は図３に示したように十字形立ち上がり部を有しているので、一層確実な接着性能と止水性能、位置ずれ防止性能が得られる。また、本実施態様では、さらに止水材９も設けられているので、より優れた止水性能が得られる。

図８に示す接合方法においては、隣接セグメント２間に、図４に示した縦断面Ｉ型の接合補助部材６が介装され、接合補助部材６が介在された状態で、接着剤８により隣接セグメント２同士が接合（接着）される。接着剤８を接合面全域にわたって適切な量をもって行き渡らせることができ、さらに優れた接着性能と止水性能、位置ずれ防止性能が得られる。また、接合補助部材６は上端から下端まで一体に構成されているので、接合補助部材６全体として高い強度を有し、この面からも優れた接合強度、位置ずれ防止性能が得られる。

図９に示す接合方法においては、隣接セグメント２間の上下部に図５に示した接合補助部材７が介装され、接合補助部材７が介在された状態で、接着剤８により隣接セグメント２同士が接合（接着）される。接合補助部材７は部材端面が斜面に形成されており、各セグメント２の端面に形成されたアリ溝状部分に嵌合されるように配置されるので、この嵌合部１０により、一層確実な位置決め機能が発揮され、さらに優れた位置ずれ防止性能が得られる。

図１０に示す接合方法においては、隣接セグメント２間の上下方向中央部に図２に示した接合補助部材４が介装され、接合補助部材４が介在された状態で、接着剤８により隣接セグメント２同士が接合（接着）される。このように、接合補助部材は上下部のみならず、中央部に配置することもできる。

なお、接合部における接合は、例えば図１１に示すように行うことができる。図１１（Ａ）に示すように、セグメント２の接合面にまず接着剤８を塗布し、次いで、図１１（Ｂ）に示すように接着剤８の塗布面上に接合補助部材（例えば、接合補助部材４）を配置する。この状態から、図１１（Ｃ）に示すように、例えばシールドマシンに付設されているジャッキで矢印の方向に接合補助部材４を押しつけ、接着剤８を広がらせる。そして、図１１（Ｄ）に示すように、接合補助部材４の他方の端面側に接着剤８を塗布し、その上に隣接セグメント２を設置して押しつける。

この接着剤８の塗布は、前述の如く、施工現場で塗布する方法、接合補助部材に予め接着剤を塗布するとともに塗布された接着剤をカバー材で覆っておき、接合時に該カバー材を除去してセグメント同士を接合する方法、２液混合型接着剤を用い接合時に一方の主剤と他方の硬化剤を接触させて接合する方法、等のいずれも採用可能である。

本発明に係るシールドトンネル用セグメントの接合方法は、外表面がＦＲＰ製のセグメントを用いるあらゆるトンネル施工に適用できる。

本発明の一実施態様に係るシールドトンネルの概略部分斜視図である。 図１のシールドトンネルのセグメント同士の接合に用いる接合補助部材の一例を示す斜視図である。 別の接合補助部材の例を示す斜視図である。 さらに別の接合補助部材の例を示す斜視図である。 さらに別の接合補助部材の例を示す斜視図である。 本発明に係る接合方法の一例を示す接合部の断面図である。 本発明に係る接合方法の別の例を示す接合部の断面図である。 本発明に係る接合方法のさらに別の例を示す接合部の断面図である。 本発明に係る接合方法のさらに別の例を示す接合部の断面図である。 本発明に係る接合方法のさらに別の例を示す接合部の断面図である。 接合の手順の一例を示す接合部の概略断面図である。

符号の説明

１ シールドトンネル
２ セグメント
３ 接合部分
４、５、６、７ 接合補助部材
８ 接着剤
９ 止水材
１０ 嵌合部

Claims (13)

1. 少なくとも外表面がＦＲＰで構成されたセグメント同士を接合してシールドトンネルを形成するに際し、隣接セグメント間に該隣接セグメントの接合面の少なくとも一部に沿って広がる表面を有する接合補助部材を介装した状態で、隣接セグメント同士を接着剤により接合することを特徴とする、シールドトンネル用セグメントの接合方法。
2. 前記接合補助部材としてＦＲＰ製または金属製部材を用いる、請求項１に記載のシールドトンネル用セグメントの接合方法。
3. 前記接合補助部材の少なくとも一面を、前記隣接セグメントの外周面および／または内周面と同等の面位置に位置させる、請求項１または２に記載のシールドトンネル用セグメントの接合方法。
4. 前記セグメントが、その全体がＦＲＰで構成されたものからなる、請求項１〜３のいずれかに記載のシールドトンネル用セグメントの接合方法。
5. 前記セグメントが、少なくとも外表面がＦＲＰで構成され、内部にコンクリートが充填されたものからなる、請求項１〜３のいずれかに記載のシールドトンネル用セグメントの接合方法。
6. 前記セグメントを構成するＦＲＰは、連続繊維からなる強化繊維とマトリックス樹脂で構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のシールドトンネル用セグメントの接合方法。
7. 前記強化繊維が、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール）繊維、高強度ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維の少なくともいずれかからなる、請求項６に記載のシールドトンネル用セグメントの接合方法。
8. 前記マトリックス樹脂が、不飽和ポリエステル、エポキシ、フェノール、ビニルエステルのいずれかからなる、請求項６または７に記載のシールドトンネル用セグメントの接合方法。
9. 前記隣接セグメント間に、前記接合補助部材とは別部材からなる止水材を介装する、請求項１〜８のいずれかに記載のシールドトンネル用セグメントの接合方法。
10. 施工現場で接着剤を塗布してセグメント同士を接合する、請求項１〜９のいずれかに記載のシールドトンネル用セグメントの接合方法。
11. 前記接合補助部材に予め接着剤を塗布するとともに塗布された接着剤をカバー材で覆っておき、接合時に該カバー材を除去してセグメント同士を接合する、請求項１〜９のいずれかに記載のシールドトンネル用セグメントの接合方法。
12. ２液混合型接着剤を用い、セグメントおよび接合補助部材の一方側に主剤を、他方側に硬化剤を塗布しておき、これらを接合時に接触させてセグメント同士を接合する、請求項１〜９のいずれかに記載のシールドトンネル用セグメントの接合方法。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の接合方法を用いて構成されたシールドトンネル壁体。

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