JP2019151974A - トンネル防水シート用固定ディスク - Google Patents

Abstract

【課題】過度な電磁誘導加熱によって防水シートが溶融されるのを防止可能なトンネル防水シート用固定ディスクを提供する。【解決手段】防水シート１０を固定ディスク２０によってトンネル１の周壁に固定する。固定ディスク２０のベース２１の表面に、定着貫通部２３を囲むように環状金属膜２６を設ける。環状金属膜２６の表面にホットメルト層２７を積層する。環状金属膜２６の周方向の所定箇所に電磁誘導加熱による局所的な易破断部２８を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、トンネルの周壁に防水シートを固定するための固定ディスクに関し、特に電磁誘導加熱を利用して防水シートを固定する固定ディスクに関する。

例えばＮＡＴＭ（New Austrian tunneling Method）工法やＳＥＮＳ（Shield・ECL・NATM・System）工法においてはトンネルの周壁に防水シートが設けられる。一般に、防水シートは、一次覆工側の透水性の裏面緩衝材と、二次覆工側の不透水性の防水シート材との積層構造になっている（例えば特許文献１等参照）。１枚の防水シートは通常２ｍ程度の幅を有している。該防水シートが、幅方向をトンネル軸方向へ向けて一次覆工の周方向へ張り渡されている。複数の防水シートが約２ｍ間隔でトンネル軸方向に並べられて接合されている。

トンネル施工現場で約２ｍ置きに防水シートどうしの接合作業を行なうのは工期の長期化や接合不良等を招くことが考えられる。そこで、予め工場において例えば３枚の防水シートを連ねて約６ｍ幅にした状態でトンネル施工現場に搬入することもある。そうすることによって、トンネル施工現場における防水シートの接合作業量を３分の１に短縮でき、かつ接合不良が起きる可能性を３分の１に減らせる。

特開２００４−０６０２１７号公報

幅約６ｍ等の幅広防水シートは、例えば固定ディスクを用いて一次覆工に固定される。固定ディスクは、金属からなる誘導加熱体の表面にホットメルト層を設けたものである。該固定ディスクをコンクリート釘やアンカー等の定着部材で一次覆工に直接又は裏面緩衝材を介して固定したうえで、該固定ディスクに被さるように防水シート材を張り渡す。そして、防水シートの表面側（トンネル内側）から電磁誘導加熱装置で前記誘導加熱体を電磁誘導加熱する。これによって、ホットメルト層が溶融して防水シートと接着される。
しかし、固定ディスクを電磁誘導加熱し過ぎると、防水シートが溶融されるおそれがある。溶融の程度によっては漏水を招く。
本発明は、かかる事情に鑑み、過度な電磁誘導加熱によって防水シートが溶融されるのを防止可能なトンネル防水シート用固定ディスクを提供することを目的とする。

発明者は、ある種の形状の金属膜を誘導加熱体とする固定ディスクは、電磁誘導加熱し過ぎると特定箇所に亀裂が入って破断し、以後、誘導磁場をかけても加熱されなくなることを発見した。
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、防水シートをトンネルの周壁に固定するトンネル防水シート用固定ディスクであって、
定着部材が貫通される定着貫通部が設けられたベースと、
前記ベースの表面に前記定着貫通部を囲むように設けられ、電磁誘導加熱される環状金属膜と、
前記環状金属膜の表面に積層されたホットメルト層と、を備え、
前記環状金属膜の周方向の所定箇所に前記電磁誘導加熱による局所的な易破断部が設けられていることを特徴とする。

当該固定ディスクはコンクリート釘やアンカーボルト等の定着部材によって一次覆工等のトンネル周壁に固定される。更に環状金属膜の適度な電磁誘導加熱によってホットメルト層が溶融して防水シートに接着される。これによって、防水シートが固定ディスクを介してトンネルの周壁に固定される。
過度に電磁誘導加熱したときは、前記易破断部の内周縁及び外周縁間に亀裂が入って破断されやすい。環状金属膜は、一旦破断されると、以後、誘導磁場をかけても加熱されずに冷めていく。したがって、環状金属膜がヒューズのような役目を果たすことで、過度な電磁誘導加熱を防止できる。これによって、防水シートの溶融を防止でき、該溶融部からの漏水を防止できる。

前記環状金属膜の周方向の各所における内周縁と外周縁を結ぶ距離が、前記易破断部において局所的に小さいことが好ましい。
これによって、電磁誘導加熱量が超過したとき、易破断部において破断されやすくなる。

前記環状金属膜の外周縁が四角形であり、前記環境金属膜の内周縁が円形であることが好ましい。
これによって、環状金属膜における四角形の外周縁の少なくも一辺の中間部と円形の内周縁との間が易破断部となり、電磁誘導加熱量の超過時にはそこに亀裂が生じやすくなる。

前記環状金属膜の厚さが、１０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。
これによって、環状金属膜が適度に電磁誘導加熱されることでホットメルト層を確実に溶融させて防水シートを接合でき、かつ電磁誘導加熱し過ぎた時は易破断部が確実に破断されるようにできる。１０μｍ未満であると、十分に電磁誘導加熱しきれないうちに易破断部が破断してしまい、防水シートを接着できないおそれがある。１００μｍ超であると、易破断部が破断される前に防水シートが溶融してしまうおそれがある。

本発明によれば、トンネル防水シート用固定ディスクの過度な電磁誘導加熱によって防水シートが溶融されるのを防止できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るトンネル防水シート用固定ディスクを使用前の状態で示す正面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図３（ａ）は、前記トンネル防水シート用固定ディスクを正面側から見た斜視図である。図３（ｂ）は、前記トンネル防水シート用固定ディスクを裏面側から見た斜視図である。 図４は、図２の円部ＩＶの拡大断面図である。 図５は、前記トンネル防水シート用固定ディスクを用いて固定された防水シートを含むトンネルを、トンネル軸線と直交する断面で示す断面図である。 図６は、前記トンネルを、防水シートの張設後、二次覆工（同図において二点鎖線）の打設前の状態で示す、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 図７は、図６の円部ＶＩＩを、電磁誘導加熱による防水シート材の固定工程で示す拡大断面図である。 図８は、前記トンネル防水シート用固定ディスクを電磁誘導加熱し過ぎた状態で示す正面図である。 図９は、本発明の第２実施形態に係るトンネル防水シート用固定ディスクの正面図である。 図１０は、実施例１の結果を示す写真である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
＜第１実施形態＞
図１〜図８は、本発明の第１実施形態を示したものである。図５に示すように、例えばＮＡＴＭ工法によって地山２が掘削されてトンネル１が形成されている。トンネル１の周壁は、掘削された地山２の内壁２ａ側からトンネル内側へ一次覆工３、防水層４、二次覆工５の順に重ねられた層構造になっている。

図５及び図６に示すように、防水層４は、複数の防水シート１０を含む。各防水シート１０は、防水シート材１１と、裏面緩衝材１２を含む。防水シート材１１は二次覆工５に面し、裏面緩衝材１２は一次覆工３に面している。
なお、図５において、防水シート材１１及び裏面緩衝材１２の厚みは、一次覆工３及び二次覆工５の厚みに対して誇張されている。

防水シート材１１は、不透水性を有し、地山２からの湧水がトンネル１内に流入するのを阻止する防水機能を担っている。防水シート材１１の材質としては、例えばエチレン・酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の熱可塑性樹脂が挙げられ、好ましくはＥＶＡである。

防水シート材１１の背面（一次覆工３側を向くべき面、図６において上面）に裏面緩衝材１２が積層されている。裏面緩衝材１２は、不織布等にて構成されている。不織布の材質としては、例えばポリエステル、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の化学繊維、ヤシがら、綿、麻、羊毛、絹などの天然繊維、ガラス、炭素、金属、セラミックなどの無機繊維などが挙げられ、好ましくは化学繊維である。裏面緩衝材１２は、一次覆工３又は地山２と二次覆工５との間の緩衝機能の他、地山２からの湧水を排出する排水機能等を担っている。

１枚の防水シート１０の幅（図６において左右方向の寸法）は２ｍ程度である。該防水シート１０が幅方向をトンネル軸方向へ向け、かつ長手方向をトンネル周方向へ向けて、一次覆工３の内面に沿って張り渡されている。更に、複数の防水シート１０がトンネル軸方向に連接され、防水層４が構築されている。

図６に示すように、防水シート１０は、固定手段６によって一次覆工３（周壁）に固定されている。固定手段６は、トンネル防水シート用固定ディスク２０と、コンクリート釘３１，３２を含む。コンクリート釘３１によって、隣接する２枚の裏面緩衝材１２の端部どうしの接合部分が一次覆工３に止められている。

図７に示すように、固定ディスク２０は、裏面緩衝材１２と防水シート材１１の間に配置されている。コンクリート釘３２（定着部材）によって、固定ディスク２０及び裏面緩衝材１２が一次覆工３に止められている。更に固定ディスク２０が電磁誘導加熱溶着によって防水シート材１１に接合されている。

図１に示すように、固定ディスク２０は、ベース２１と、誘導加熱接着シート２２とを含む。ベース２１は、正方形状（四角形状）の板状になっている。図２及び図３（ａ）に示すように、ベース２１の表側面（二次覆工５を向く面、図２において上面）は平坦面である。図３（ｂ）に示すように、ベース２１の裏側面（一次覆工３を向く面）には、補強リブ２１ｂが放射状に形成されている。ベース２１の材質は、例えばＥＶＡ、ＰＰ、ＰＥ、ＰＶＣその他の樹脂であり、好ましくはＥＶＡである。

図１〜図３に示すように、ベース２１の中央部には定着貫通部２３が設けられている。定着貫通部２３は、筒部２３ａと、底板部２３ｂを含む。筒部２３ａは、円筒形状に形成され、ベース２１の表側面から裏側（図２において下側）へ突出されている。筒部２３ａの内部空間がベース２１の表側面に開口されている。筒部２３ａの内周面には３つ（複数）の係止爪２３ｆが周方向に間隔を置いて形成されている。筒部２３ａの裏側端（図２において下端）が底板部２３ｂによって塞がれている。底板部２３ｂは、ベース２１よりも裏側（図２において下側）へ突出して位置されている。

図２に示すように、定着貫通部２３の内部には円形の固定板２４が収容されている。固定板２４は、例えば溶融亜鉛メッキ鋼板によって構成されている。固定板２４が、底板部２３ｂの内底面に重ねられるとともに係止爪２３ｆに係止されることによって抜け止めされている。
図７に示すように、トンネル１においては、前記コンクリート釘３２（定着部材）が、固定板２４及び定着貫通部２３の底部を貫通して一次覆工３に打ち込まれている。

図２に示すように、ベース２１の表側面（二次覆工５を向く面）に誘導加熱接着シート２２が設けられている。図４に示すように、誘導加熱接着シート２２は、接着フィルム層２５と、環状金属膜２６（誘導加熱体）と、ホットメルト層２７の三層ラミネート構造になっている。環状金属膜２６の裏面（図４において下面）に接着フィルム層２５が積層され、環状金属膜２６の表面（同図において上面）にホットメルト層２７が積層されている。接着フィルム層２５がベース２１に接着されている。
トンネル１においては、ホットメルト層２７が溶融されて防水シート材１１に接合されている（図７参照）。

環状金属膜２６の材質は、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属によって構成されている。環状金属膜２６の厚さは、好ましくは１０μｍ〜１００μｍ程度である。

図１に示すように、環境金属膜２６の中央部には円形の中心穴２６ｃが形成されている。中心穴２６ｃの内側に定着貫通部２３が配置されている。要するに、環状金属膜２６ひいては誘導加熱接着シート２２の形状は、定着貫通部２３を囲む環状になっている。環状金属膜２６の外周縁は、ベース２１の外周に沿う四角形である。環境金属膜２６の内周縁は円形である。

前記外周縁と内周縁の形状の違いのために、これら外周縁と内周縁を結ぶ周縁間距離Ｄ_２６が、環状金属膜２６の周方向の位置に応じて異なっている。ここで、周縁間距離Ｄ_２６は、環状金属膜２６の外周縁上の任意の点から内周縁（中心穴２６ｃの縁）までの最短距離を云う。環状金属膜２６の外周縁の４つのＲ状の角部から中心穴２６ｃまでが周縁間距離Ｄ_２６の最大値Ｄ_{２６ｍａｘ}となる。環状金属膜２６の外周縁の４つの辺のちょうど中間部から中心穴２６ｃまでが周縁間距離Ｄ_２６の最小値Ｄ_{２６ｍｉｎ}となる。環状金属膜２６における周縁間距離Ｄ_２６が最小値Ｄ_{２６ｍｉｎ}となる経路部分は、電磁誘導加熱によって局所的に破断されやすく、易破断部２８を構成する。
言い換えると、環状金属膜２６の周方向の所定箇所に電磁誘導加熱による局所的な易破断部２８が設けられている。環状金属膜２６の周方向の各所における内周縁と外周縁を結ぶ周縁間距離Ｄ_２６が、易破断部２８において局所的に小さくなっている。

トンネル１の構築方法をトンネル防水シート用固定ディスク２０の使用方法を中心に説明する。
好ましくは工場において、１枚約２ｍ幅の防水シート材１１及び裏面緩衝材１２をそれぞれ３枚（複数枚）ずつ溶着等で接合して約６ｍ幅の幅広シートに形成する。防水シート材１１と裏面緩衝材１２とは、工場では接合することなく別々にトンネル施工現場へ搬入する。

トンネル施工現場において、地山２の掘削及び一次覆工３の構築が所定のスパン進んだら、一次覆工３の内周面（図６において下面）に３枚一体の裏面緩衝材１２を張り渡す。該裏面緩衝材１２を固定手段６によって一次覆工３に固定する。固定手段６のコンクリート釘３１は、隣接する２枚の裏面緩衝材１２どうしの接合部分に打ち込む。かつ固定ディスク２０を裏面緩衝材１２の複数箇所に配置し、コンクリート釘３２で止める（図７）。
固定ディスク２０の定着貫通部２３がベース２１より一次覆工３側へ突出されているため、一次覆工３の内面に凹凸があっても、固定ディスク２０を裏面緩衝材１２を介して一次覆工３に安定的に定着できる。
なお、コンクリー釘３１，３２に代えてアンカーボルトを用いてもよい。

３枚一体の裏面緩衝材１２の幅方向の端部には、隣接する別の３枚一体の裏面緩衝材１２を溶着等で接合する。３枚一体の裏面緩衝材１２によれば、トンネル施工現場における裏面緩衝材１２どうしの接合作業量を１枚ごとに行う場合の３分の１に短縮でき、かつ接合不良が起きる可能性を３分の１に減らすことができる。

次に、３枚一体の防水シート材１１を裏面緩衝材１２の内面側（図６において下側）に重ねるようにして張り渡す。該防水シート材１１が固定ディスク２０に被さる。
続いて、図７に示すように、電磁誘導加熱機７のプローブ７ｂを、防水シート材１１を挟んで固定ディスク２０と対向させ、環状金属膜２６を電磁誘導加熱する。これによって、ホットメルト層２７が溶融して防水シート材１１と接着される。好ましくは、防水シート材１１をプローブ７ｂ等で固定ディスク２０に押し付けることで、しっかりと接着できる。これによって、防水シート材１１が、固定ディスク２０を介して裏面緩衝材１２と接合されるとともに一次覆工３に固定される。
１つの固定ディスク２０あたりの好適な電磁誘導加熱時間は、防水シート材１１の厚みや気温その他の現場条件に左右されるが、例えば数秒〜十数秒である。

図８に示すように、固定ディスク２０を電磁誘導加熱し過ぎたときは、環状金属膜２６における易破断部２８の内周縁及び外周縁間に亀裂２８ｃが入り、環状金属膜２６が破断される。そのメカニズムは明確ではないが、易破断部２８では、周縁間距離Ｄ_２６が局所的に小さいために電磁誘導のエネルギー密度が高くなり、環状金属膜２６の他の部位よりも高温化されることが考えられる。
環状金属膜２６は、一旦破断されると、以後、誘導磁場をかけても加熱されずに冷めていく。したがって、環状金属膜２６がヒューズのような役目を果たすことで、過度な電磁誘導加熱を防止できる。この結果、防水シート１１の溶融を防止でき、ひいては防水シート１１の該溶融部からの漏水を防止できる。
環状金属膜２６の厚さを１０μｍ〜１００μｍとすることによって、十分に電磁誘導加熱しきれないうちに易破断部２８が破断されるのを防止できる。したがって、ホットメルト層２７を確実に溶融させて防水シート材１１と接着でき、かつ易破断部２８が破断される前に防水シート材１１が溶融されるのを防止できる。

３枚一体の防水シート材１１の幅方向の端部には、隣接する別の３枚一体の防水シート材１１を溶着等で接合する。３枚一体の防水シート材１１によれば、トンネル施工現場における防水シート材１１どうしの接合作業量を１枚ごとに行う場合の３分の１に短縮でき、かつ接合不良が起きる可能性を３分の１に減らすことができる。ひいては、接合不良による漏水の可能性を３分の１に減らすことができる。

その後、防水シート１０の内面側（図６において下側）に二次覆工５を打設する。
このようにして、トンネル１が構築される。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
＜第２実施形態＞
図９に示すように、第２実施形態に係るトンネル防水シート用固定ディスク２０Ｂにおいては、ベース２１の外周縁が円形になっている。環状金属膜４０は、外周縁及び内周縁が共に円形の円環状になっている。かつ、環状金属膜４０の外周縁の周方向の一箇所に例えば三角形状の切欠部４１が形成されている。切欠部４１を除く環状金属膜４０の周縁間距離Ｄ_４０は一定である。

環状金属膜４０における切欠部４１の先端部（内周側端部）と中心穴４２との間の部分は、易破断部４３となっている。環状金属膜４０の周縁間距離Ｄ_４０が、易破断部４３において局所的に小さくなっている。
切欠部４１は、電磁誘導加熱が過度になったときの破断のキッカケとなる。

本発明は、前記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において種々の改変をなすことができる。
例えば、本発明は、ＮＡＴＭ工法に限られず、ＳＥＮＳ工法等によるトンネル構築方法にも適用可能である。固定ディスク２０，２０Ｂをコンクリート釘３２やアンカー等の定着部材で一次覆工３に直接的に固定した後、該固定ディスク２０，２０Ｂの表側から防水シート１０を張り渡してもよい。誘導加熱接着シート２２には、防水シート１０の裏面緩衝材１２が直接的に接するようにしてもよい。そして、電磁誘導加熱によってホットメルト層２７が裏面緩衝材１２と接合されるようにしてもよい。

実施例を説明する。ただし、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。
第１実施形態（図１〜図３）と実質同一形状の固定ディスク２０を用意し、該固定ディスク２０に電磁誘導加熱機７のプローブ７ｂをかざして電磁誘導加熱した。
固定ディスク２０の環状金属膜２６の正方形状の外周縁の一辺の長さは、８５ｍｍであった。
中心穴２５ｃの直径は、３９ｍｍであった。
環状金属膜２６の材質は、アルミニウム（Ａｌ）であった。
環状金属膜２６の厚さは、３０μｍであった。
電磁誘導加熱機７として、株式会社ブラウニー製型番ＨＢ−７５を用いた。
電源は、単層２００Ｖ、１５Ａであった。
電磁誘導の出力周波数は、２０ＫＨｚであった。
電磁誘導加熱機７のプローブ７ｂから環状金属膜２６までの距離は、０．８ｍｍであった。

図１０に示すように、電磁誘導加熱時間が４秒のとき、環状金属膜２６の外周縁の一辺の中央部から中心穴２５ｃにかけて亀裂２８ｃが入った。
それ以後も誘導磁場をかけ続けたが、環状金属膜２６は冷めていった。

本発明は、例えばＮＡＴＭ工法やＳＥＮＳ工法によるトンネル構築に適用できる。

１ トンネル
３ 一次覆工（トンネル周壁）
７ 電磁誘導加熱器
７ｂ プローブ
１０ 防水シート
２０，２０Ｂ トンネル防水シート用固定ディスク
３２ コンクリート釘（定着部材）
２１ ベース
２２ 誘導加熱接着シート
２３ 定着貫通部
２５ 接着フィルム層
２６ 環状金属膜
２７ ホットメルト層
２８ 易破断部
４０ 環状金属膜
４３ 易破断部
Ｄ_２６，Ｄ_４０ 周縁間距離（内周縁と外周縁を結ぶ距離）

Claims (4)

1. 防水シートをトンネルの周壁に固定するトンネル防水シート用固定ディスクであって、
   定着部材が貫通される定着貫通部が設けられたベースと、
   前記ベースの表面に前記定着貫通部を囲むように設けられ、電磁誘導加熱される環状金属膜と、
   前記環状金属膜の表面に積層されたホットメルト層と、を備え、
   前記環状金属膜の周方向の所定箇所に前記電磁誘導加熱による局所的な易破断部が設けられていることを特徴とするトンネル防水シート用固定ディスク。
2. 前記環状金属膜の周方向の各所における内周縁と外周縁を結ぶ距離が、前記易破断部において局所的に小さいことを特徴とする請求項１に記載のトンネル防水シート用固定ディスク。
3. 前記環状金属膜の外周縁が四角形であり、前記環境金属膜の内周縁が円形であることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル防水シート用固定ディスク。
4. 前記環状金属膜の厚さが、１０μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のトンネル防水シート用固定ディスク。