JP3906469B2 - トンネルの耐火被覆構造 - Google Patents

Description

本発明は、シールド工法等の種々の工法によって施工されるトンネルの内壁面を火災から守るためのトンネルの耐火被覆構造に関するものである。

シールド工法によってトンネルを施工する場合には、トンネル掘進機でトンネルを掘削しながらトンネル掘進機の後部でセグメントを組み立てて一次覆工体を構築する。
また、沈埋トンネルは、工場で造った巨大な沈下函を曳船で海上の設置場所まで搬送した後、海底に沈め、複数の前記沈下函を水圧接合した後に該沈下函を埋め戻して構築される。前記沈下函は、中空で断面四角形状の巨大な鉄製函体の内面に主に鉄筋コンクリートを施工して一次覆工が構築されるものである。
また、開削トンネルは、トンネル構築予定位置の両側に土留壁を施工して工事用の仮壁を造った後、地盤を必要な深さまで掘削し、主に鉄筋コンクリート製のトンネル構造物で一次覆工体を施工し、その後土砂を埋め戻して構築されるものである。
ところで、一次覆工体は鉄筋コンクリートや鉄等で形成されているので、トンネル内での火災による劣化が問題になっている。特に、トンネル内で自動車火災等が発生して一次覆工体が高温にさらされると一次覆工体の劣化が激しくなり、その修復に多大な時間と費用が必要になる。

そこで、一次覆工体を火災から守るために、一次覆工体の内面側を耐火被覆板で覆うことが考えられる。かかる耐火被覆構造では、トンネル火災の際に耐火被覆板の継目から多量の熱気流が流入して一次覆工体が劣化することになるので、該継目の裏面側に耐火材で形成されたバックアップ材を配設して熱気流の侵入を防ぐ必要がある。

また、他の従来例としては、図１３（ｂ）のようにトンネル内空側表面が金属板１００で覆われた断熱材１０１よりなる耐火被覆層１０２を、一次覆工体１０４の内面側に用いたのものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、前者にあっては、セグメントの厚みの相違や、鉄筋コンクリート表面の凹凸などによって一次覆工体の内周面に不陸段差が形成される場合には、かかる部位に配設されるバックアップ材にも不陸段差が生じ、ひいては該バックアップ材のトンネル内空側の表面に位置する耐火被覆板の間にも不陸段差が生じて美観を損ねるという問題があった。また、バックアップ材は、熱気流の侵入を防止するためには、耐火被覆板の継目の全長にわたって配設しなければならないので、湧水がバックアップ材によってせき止められて耐火パネルの継目からトンネル内空間に水滴が落下し、湧水対策を十分に行えないという問題があった。

また、後者にあっては、図１３（ｂ）のように断熱材１０１を一次覆工体１０４に密着させるので、一次覆工体１０４の継目から湧水の流れが断熱材１０１によって阻止され、該湧水によって耐火パネルの耐火断熱性が低下すると共に金属板が腐食する等の問題があった。
特開２００２−２０１８９６号公報（全頁、全図）

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、トンネル内壁面の不陸を調整して耐火被覆板による耐火被覆面の不陸段差を解消し、また、湧水を下方に流すことができるトンネルの耐火被覆構造を提供することを目的とする。

本発明のトンネルの耐火被覆構造は、複数の耐火被覆板を連設して成る耐火被覆体を、トンネル内壁面に配設したトンネルの耐火被覆構造であって、前記耐火被覆板の継目の裏面側に配設される帯状の耐火被覆用バックアップ材を、トンネル周方向及び長さ方向に配設して目地溝を形成し、該バックアップ材と前記トンネル内壁面との間に不陸調整スペーサーを所定間隔を設けて介在させることにより、湧水の排水流路を前記トンネル内壁面と前記バックアップ材との間に形成したことを特徴とする。

また、前記耐火被覆板のトンネル内空側の表面を金属板で覆うのが望ましい。

また、前記バックアップ材及び前記耐火被覆板は、１２００℃以上の耐熱性を有することが望ましい。

また、前記不陸調整スペーサーは、前記耐火被覆板及び前記バックアップ材のトンネル内空側表面が１２００℃で加熱された時の、前記耐火被覆板及び前記バックアップ材の裏面温度以上の耐熱性を有することが望ましい。

また、前記バックアップ材、前記耐火被覆板及び前記不陸調整スペーサーは撥水性を有することが望ましい。

また、前記目地溝の幅は、５〜２０ｍｍであることが望ましい。

本発明のトンネルの耐火被覆構造によれば、所定間隔を設けて配設される不陸調整スペーサーによってトンネル内壁面と耐火被覆用バックアップ材との間に隙間が形成され、湧水は、該隙間を通って排水されるので、トンネル内への湧水の滴下や耐火被覆板の劣化を防止することができる。また、トンネル内壁面の不陸段差の大きさに応じて不陸調整スペーサーの厚みを調整することにより、耐火被覆板間の不陸段差を解消することができる。更に、不陸調整スペーサーには高度の耐火性能は要求されないので、該不陸調整スペーサーの材料としては耐火被覆バックアップ材よりも耐熱性の低い低コストのものを採用することができ、施工コストを低く抑えることができる。また、目地溝の幅を広くとることにより、目地溝部で耐火被覆板同士の直角度及び寸法誤差を緩和することができるため耐火被覆材の設置が容易になり、かつ、一次覆工体の熱膨張、熱収縮により発生する変位に対して追従することが可能になる。また、目地溝を広くとることにより、目地部が外観上明確になるため、意匠性にも優れる。

以下、本発明を実施するための最良の形態をシールドトンネルに施工する場合の図面に基づいて説明する。但し、本発明はシールドトンネルへの施工に限定されるものではなく、沈埋トンネル及び開削トンネル等の種々のトンネルへの施工も可能である。図１はトンネルの一次覆工体１の展開図、図２は一次覆工体１のトンネル内空側に不陸調整スペーサー２を設けた状態を示す展開図、図３は不陸調整スペーサー２の耐火被覆用バックアップ材３を取り付けた状態を示す展開図、図４はバックアップ材３に耐火被覆板４を取り付けた状態を示す展開図、図５（ａ）は図４のＡ−Ａ断面図、図６は図４のＢ−Ｂ断面図である。なお、図中の符号Ｈはトンネルの高さ方向を示し、符号Ｌはトンネルの長さ方向を示している。

トンネルの耐火被覆構造は、トンネルの内壁面を耐火被覆板４で覆い、耐火被覆板４の継目の裏面側にバックアップ材３を配設し、該バックアップ材３と一次覆工体１との間に不陸調整スペーサー２を所定間隔を設けて介在させることにより構成され、該不陸調整スペーサー２により一次覆工体１の内周面と耐火被覆板４及びバックアップ材３との間には隙間６が形成されている。

トンネルの内壁面は、図１のようにトンネル掘削面に沿って一次覆工体１を構築することにより形成され、該一次覆工体１はトンネル周方向及び長さ方向にセグメント７を接合して形成されている。

図４のように耐火被覆板４をトンネルの長さ方向及び周方向にトンネルの内壁面に沿って連設して耐火被覆体８が形成され、図５及び図６のように不陸調整スペーサー２の内空側表面上に配設されたバックアップ材３の内空側表面上で隣接する耐火被覆板４の周端部の間に隙間を設けることにより、耐火被覆板４の目地溝５が形成されている。また、各耐火被覆板４のトンネル内空側の表面を金属板１３で覆うことにより、トンネル洗浄車又はトンネル洗浄装置の洗浄水による耐火被覆板４の劣化を防止し、また、金属板１３の高い反射率によってトンネル内の照明効果を高めることができる。なお、耐火被覆板４の劣化防止だけを考えた場合、大規模トンネルにおいて洗浄車又はトンネル洗浄装置の洗浄水が及ばない高さに位置する耐火被覆板４については金属板１３で覆う必要はない。

セグメント７は、トンネルの周方向に湾曲して形成され、耐火被覆板４、トンネルの周方向に配設されるバックアップ材３及び不陸調整スペーサー２は、セグメント７とほぼ同じ曲率でトンネル周方向に湾曲して形成されている。

バックアップ材３は、耐火被覆板４の継目から耐火被覆の裏側にトンネル内火災時に生じる熱気流が侵入するのを防止するものであって、図３のように耐火被覆板４の継目（二点鎖線で示す。）に対応するように該継目の全長に亘って配設されている。

不陸調整スペーサー２は、図２のように一次覆工体１の内周面にトンネルの長さ方向及び周方向に所定間隔を設けて配設され、各不陸調整スペーサー２は、セルフタップアンカー，プラスチックアンカー等の止着具１１ｂによって取り付けられる。また、図７のように不陸段差Ｄのあるセグメント７の継目７ａを跨いで配設する場合には、厚みの異なる不陸調整スペーサー２を配設する。また、耐火被覆板４の継目以外の部位で該耐火被覆板４を支持する必要がある場合には、バックアップ材３ａと不陸調整スペーサー２ａの二層で耐火被覆板４を支持する。なお、厚みを調整して不陸調整スペーサー２ａやバックアップ材３ａのみで耐火被覆板４を支持しても良い。

耐火被覆板４の目地溝５には、図５（ｂ）のようにセラミックファイバー，ロックウール等からなる目地用バックアップ材９及びシリコンシーラント１０が充填され、また、耐火被覆板４の金属板１３の端部が目地溝５の底部に延出され、該延出部１３ａはバックアップ材３にセルフドリリングスクリュー，タッピンスクリュー等の止着具１１ａで固定しても良いし、金属板１３はアンカーで固定されているので、特に必要がなければ止着具１１ａで固定しなくても良い。

耐火被覆板４、バックアップ材３及び不陸調整スペーサー２を固定する手段については、特に限定されるものではなく、図５及び図６のようにアンカー１２を用いてこれらを同時に固定しても良い。また、図９〜図１２のように固定金具１４、雌ねじ孔１５ａを有するインサート部材１５及びボルト１６を用いて固定しても良い。図９のように固定金具１４は雄ねじ棒１４ａが立設された受け片１４ｂ、収容溝１４ｃ、切り欠き部１４ｄ及び固定孔１４ｅを備え、図１２のようにインサート部材１５をセグメント７に埋め込み、固定金具１４の固定孔１４ｅに挿通されるボルト１６をインサート部材１５の雌ねじ孔１５ａに螺合することにより、固定金具１４をセグメント７に固定する。耐火被覆板４の周端部に固定孔４ａを設け、耐火被覆板４を受け片１４ｂに重ねて該受け片１４ｂの雄ねじ棒１４ａを固定孔４ａに挿通し、ナット１７を雄ねじ棒１４ａに螺合して耐火被覆板４を固定金具１４に固定する。また、耐火被覆板４を固定金具１４に固定する前に、図１０のように不陸調整スペーサー２を固定金具１４の収容溝１４ｃ及び切り欠き部１４ｄを利用してボルト１６の頭を囲む形で十字状に配設し、この不陸調整スペーサー２の上にバックアップ材３を十字状に配設する。

このように構成されるトンネルの耐火被覆構造は、図６のようにセグメント７の厚みの違いなどによってトンネル内壁面に不陸段差Ｄが生じても、不陸調整スペーサー２により耐火被覆板４の間で不陸段差Ｄが生じないように調整することができる。不陸調整スペーサー２の厚みは、セグメント７の不陸段差Ｄの大きさによって調整され、不陸調整スペーサー２が取り付けられるセグメント７が周囲のセグメント７よりも凹んでいる場合には、凹んでいるセグメント７に取り付けられる不陸調整スペーサー２は、周囲のセグメント７に取り付けられる不陸調整スペーサー２よりも厚くなるように設定する。これにより、耐火被覆体８に不陸段差Ｄが生じるのを防止できる。

このようにして使用される不陸調整スペーサー２は、バックアップ材３のように耐火被覆板４の継目の全長にわたって設ける必要がなく、トンネル内壁面の不陸部分及びバックアップ材３の保持に必要な箇所にだけ設ければ良いので、湧水の排水路を確保することができる。すなわち、不陸調整スペーサー２は、バックアップ材３のように熱気流の侵入を防ぐ機能は要求されないので、該継目の全長にわたって配設する必要はなく、トンネルの長手方向及び周方向に適宜間隔を設けて配設することができる。したがって、図２の矢印Ｗのように湧水を不陸調整スペーサー２の間からトンネルの下方向に流し、図外のトンネル側溝を通じて排出することができるようになる。

耐火被覆板４の厚みは、火災時の温度、時間又は断熱材の熱伝導率により、また保護する対象がコンクリートか鉄かにより最適な厚さが異なる。例えば、６０分間、１２００℃の火災からコンクリートを保護するには、耐火被覆の厚みは、１０〜２００ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは１５ｍｍ〜１００ｍｍ、更に好ましくは２０〜５０ｍｍの範囲である。２００ｍｍを越える場合は、火災時のコンクリートの劣化、鋼板の強度低下などを防止する上限温度を確保する狙いが達成され、それ以外の効果が認められず、また、トンネル内の使用できる空間が狭くなるので、採用されない場合が多い。

耐火被覆板４は耐火ボード、セラミックファイバーおよびグラスファイバーなど特性の異なる各種の材料を使用してよく、これら複数の断熱材を積層して構成することや、その組み合せ積層構造を種々に構成することがある。

耐火被覆板４及びバックアップ材３の材質については、トンネル内火災時の温度は、最大１２００℃程度と予測されており、この範囲の高温に耐えられるものであれば特に限定はされず、例えば、特開２００２−３０８６６９号公報，特開２００３−１３７６７３号公報，特開２００３−１３７６７２号公報，特開２００３−１２９７９７号公報，特開２００３−１２０１９７号公報，特開２００３−１０４７６９号公報，特開２００１−１２２６７０号公報，特開平１０−３１０４７７号公報等に記載の耐火被覆材を使用することができる。その中でも、特開２００２−３０８６６９号公報に記載のケイ酸カルシウム・シリカ複合成形体は、１２００℃を超える高温下での耐火断熱性及び収縮抑制効果に優れているので、耐火被覆材及びバックアップ材としてより好ましいものになる。

また、不陸調整スペーサー２の材質については、不陸調整スペーサー２が耐火被覆板４及びバックアップ材３の裏面側に位置するので、耐火被覆板４及びバックアップ材３のトンネル内空側表面が１２００℃で加熱された時の、耐火被覆板４及びバックアップ材３の裏面温度に耐えられるものであれば特に限定はされず、したがって耐火被覆板４及びバックアップ材３と同質の成形体で形成しても良いが、耐火被覆板４及びバックアップ材３よりも耐熱性の低いケイ酸カルシウム，石膏ボード，押し出しセメント板，ＡＬＣ板，プレキャストコンクリート板，セラミックボード等も使用することができる。また、耐火被覆板４及びバックアップ材３の裏面温度はそれらの熱伝導率や厚さによって変化するので、不陸調整スペーサー２に要求される耐熱性能もそれらに応じて適宜設計変更される。

また、バックアップ材３、前記耐火被覆板４及び前記不陸調整スペーサー２には撥水性が付与されている。
耐火被覆板４を覆う金属板１３の材質については、排気ガス中の硫黄酸化物等に対する耐腐食性に優れている点でステンレス（ＳＵＳ）薄板、炭素鋼板、ガルバリウム鋼板などの表面に塗装あるいはホーロー等のコーティング処理がされた金属板１３が使用できる。

目地溝の幅は５〜２０ｍｍが好ましい。目地溝の幅が５ｍｍ以下になると、直角度及び寸法誤差の緩和が上手くいかなくなる上に、シーリング材を埋めるのが困難になり、また、２０ｍｍ以上にしてもそれ以上の効果は得られず、シーリングする量が増えるため作業性が悪くなるからである。

本発明の実施形態に係るトンネルの被覆構造の施工工程を示す展開図である。 本発明の実施形態に係るトンネルの被覆構造の施工工程を示す展開図である。 本発明の実施形態に係るトンネルの被覆構造の施工工程を示す展開図である。 本発明の実施形態に係るトンネルの被覆構造の施工工程を示す展開図である。 （ａ）は図４のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ部分の拡大図である。 図４のＢ−Ｂ断面図である。 一次覆工体の不陸段差部の施工状態を示す断面図である。 図４のＣ−Ｃ断面図である。 耐火被覆板、バックアップ材及び不陸調整スペーサーの固定金具を示す斜視図である。 固定金具による固定方法を示す斜視図である。 固定金具による耐火被覆板、バックアップ材及び不陸調整スペーサーの固定状態を示す斜視図である。 図１１のＤ−Ｄ断面図である。 （ａ）は従来例の縦断面図、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。

符号の説明

１ 一次覆工体
２ 不陸調整スペーサー
３ 耐火被覆用バックアップ材
４ 耐火被覆板
Ｄ 不陸段差

Claims (6)

1. 複数の耐火被覆板を連設して成る耐火被覆体を、トンネル内壁面に配設したトンネルの耐火被覆構造であって、
   前記耐火被覆板の継目の裏面側に配設される帯状の耐火被覆用バックアップ材を、トンネル周方向及び長さ方向に配設して目地溝を形成し、該バックアップ材と前記トンネル内壁面との間に不陸調整スペーサーを所定間隔を設けて介在させることにより、湧水の排水流路を前記トンネル内壁面と前記バックアップ材との間に形成したことを特徴とするトンネルの耐火被覆構造。
2. 前記耐火被覆板のトンネル内空側の表面を金属板で覆ったことを特徴とする請求項１に記載のトンネルの耐火被覆構造。
3. 前記バックアップ材及び前記耐火被覆板は、１２００℃以上の耐熱性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネルの耐火被覆構造。
4. 前記不陸調整スペーサーは、前記耐火被覆板及び前記バックアップ材のトンネル内空側表面が１２００℃で加熱された時の、前記耐火被覆板及び前記バックアップ材の裏面温度以上の耐熱性を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のトンネルの耐火被覆構造。
5. 前記バックアップ材、前記耐火被覆板及び前記不陸調整スペーサーは撥水性を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のトンネルの耐火被覆構造。
6. 前記目地溝の幅が５〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のトンネルの耐火被覆構造。
   
   
   

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