JP4494097B2 - トンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル構造物の内壁上に該内壁と所定の間隔を空けて設置される無機質耐火被覆板と、隣接する無機質耐火被覆板との継ぎ目部分に沿って、前記内壁と無機質耐火被覆板の間の空隙部分に設置される無機繊維質帯状物からなるトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材に関するものである。

従来、シールドトンネル工法または沈埋トンネル工法等により建設されたトンネル内での車両火災の際、トンネル構造物が火熱により劣化し、トンネル本体の沈没、崩落事故を引き起こす恐れがある。特に、シールドトンネルに使用されるセグメントは、圧縮強度５０〜７０Ｎ／ｍｍ^２の高強度コンクリートが使用されているため、火災時に爆裂が発生する危険性がある。また、沈埋トンネルにおいて、ＲＣ沈埋函を使用する場合には、コンクリートの爆裂の危険性は少ないものの内部鉄筋が火熱により耐力を失い、構造の崩落に至る危険性がある。また、鋼殻沈埋函を使用する場合には、鋼材が加熱により耐力を失い、構造の崩落に至る危険性がある。そのためトンネル構造物を安全に保護するための耐火被覆材のニーズが高まっている。例えばトンネル構造物の内壁内周には、トンネル構造物内での火災等による内壁の損傷を防止するために、セメント被覆層から構成される二次覆工が形成されている。しかしながら、この二次覆工は、厚さが約３０ｃｍ程度と厚いため、トンネル構造物の有効断面積が小さくなるという問題点がある。

そこで、トンネル構造物の内壁に、セラミック、セメント、石膏、珪酸カルシウム等の耐火難燃性材からなる耐火被覆板が直接設置されている。トンネル構造物の内壁のような面積の広い場所へ耐火材料を施工する場合には、耐火被覆板を設置することが、施工効率、板状耐火材の厚み制御等に関して優れている。しかしながら、製作精度及び施工精度から、沈埋トンネルのような平坦な面を有する内壁への施工においても、隣接する耐火被覆板との間に３ｍｍ以上の大きな目地の開きを生ずることがあり、このような場合には、内壁が火災等の熱により直接加熱されることになる。また、シールドトンネルのような曲面への施工においては、施工の困難性から更に目地の開きが大きくなり、目地部における輻射熱により内壁表面温度は上昇することがある。

このような問題点を解決するために、例えば、特許文献１には、トンネル一次覆工内壁面を被覆する耐火被覆板間の目地部において、該目地部の表面あるいは背面の少なくとも片面に熱反射材が固定されることを特徴とするトンネル耐火材の目地構造が開示されている。

また、トンネル構造物の内壁面に設置される耐火被覆板として、例えば、特許文献２には、ケイ酸カルシウム水和物からなるマトリックスと繊維とを含有してなるケイ酸カルシウム材において、前記ケイ酸カルシウム水和物は、トバモライトとゾノトライトとからなるとともに、前記ゾノトライトの（００１）面のＸ線回折強度と前記トバモライトの（００２）面のＸ線回折強度との比が、前者／後者として０．３〜５．０であり、前記ケイ酸カルシウム材は、前記繊維として２０〜６０質量％の範囲の針状ワラストナイトおよび１〜１０質量％の範囲のセルロースパルプを含有することにより、１２００℃における加熱残存収縮率が５％以下であることを特徴とするケイ酸カルシウム材が開示されている。

更に、特許文献３には、筒状に組立てられたシールドトンネルの覆工セグメントの内周面を覆うようにして、セラミックス製などの断熱性を有する耐火パネルを添設したことを特徴とするシールドトンネル覆工における耐火構造、前記耐火パネルと前記セグメントとの間に断熱および排水通路用の空間を設けることを特徴とするシールドトンネル覆工における耐火構造、および、前記断熱空間に、前記耐火パネルの背面側に予め固設されるロックウールなどの無機繊維材を充填することを特徴とするシールドトンネル覆工における耐火構造が開示されている。

ここで、特許文献１に開示されるトンネル耐火材の目地構造並びに特許文献３に開示される耐火構造のように、トンネル構造物の内壁に耐火被覆板を直接設置する施工法は、トンネル構造物の内壁面の不陸を吸収することができず、隣接する耐火被覆板との継ぎ目部分を均一に仕上げることが難しかった。

また、特許文献３に開示される耐火構造は、トンネル構造物の内壁面に、該内壁面から所定の間隔で耐火被覆板を取り付けることができる金属製取り付け具を設置し、この取り付け具に耐火被覆板を設置する施工法であって、この施工法によれば、取り付け具を介して隣接する耐火被覆板（耐火パネル）が設置されるために、トンネル構造物の内壁面の不陸を吸収することができ、隣接する耐火被覆板の継ぎ目（目地）部分を均一に仕上げることができる。また、耐火被覆板がトンネル構造物の内壁から所定の間隔を空けて設置されているため、内壁面と耐火被覆板との間に空気層が形成され、この空気層が断熱効果を発揮し、火災等による熱の内壁面への伝播を抑制することができる。また、排水通路としても機能する。しかしながら、隣接する耐火被覆板との継ぎ目（目地）部分の隙間からの火炎の耐火被覆板裏面への巻き込みや熱の侵入を防止することはできない。

この問題を解決するために、特許文献３では、耐火被覆板の外周縁に合いじゃくり機構の段部が設けられており、隣接する耐火被覆板の段部同士を相互に嵌合し、または重ね合わせて接合部に隙間が生じないようするという非常に繁雑でコストの掛かる工程を提案している。また、特許文献３に開示の耐火構造のように、耐火被覆板の背面全面にわたりロックウールなどの無機繊維材を設置すれば、耐火被覆板の外周縁を加工しなくても、目地部分の隙間からの火炎の耐火被覆板裏面への巻き込みや熱の侵入を防止することができる。しかしながら、耐火被覆板の背面全面にわたり無機繊維材を設置することなく、空間のままでも充分な耐火・断熱性能を提供することができ、現在では、耐火被覆板の背面全面ではなく、隣接する耐火被覆板の継ぎ目部分（目地部分）に沿ってトンネル構造物の内壁面と耐火被覆板の間の空隙部分にセラミックウールまたはロックウールのような無機繊維質帯状物からなる目地部材が設置されている。この目地部材により、目地部分からの火炎の耐火被覆板裏面への巻き込みや熱の侵入を防止することができる。

特開２００３−２６９０９８号公報 特開２００３−１０４７６９号公報 特開２００１−３１１３９５号公報

しかしながら、上述のような構成を有する目地部材は、１０００〜２０００ｍｍ程度の長さを有し、通常５００〜１０００ｍｍ程度の相互間隔で、トンネル構造物の内壁に設置された金属製取り付け具により保持されている。このような無機繊維質帯状物からなる目地部材を横目地部分に設置する場合には、上述のような間隔で各金属製取り付け具を設置して目地部材を保持すると、金属製取り付け具の間で目地部材自体がその質量すなわち自重により下方に変形し、耐火被覆板の継ぎ目部分に沿って正確に設置することができないという問題点がある。更に、トンネル構造物の内壁への地下水等の漏水により目地部材が吸水するときには、この変形はより一層大きくなり、上記変形の問題はより深刻なものとなる。この問題を解決するために、金属製取り付け具の設置間隔を狭めることも考えられるが、金属製取り付け具の個数を多くすることは、コスト面で不利であると共に無機質耐火被覆材へ取り付け作業も工程数が多くなるために好ましくない。また、目地部材は、上述のようにセラミックウールやロックウールのような無機繊維質帯状物から構成されているために、隣接する耐火被覆板との目地部分の透間から無機繊維が飛散する可能性もある。

従って、本発明の目的は、トンネル構造物の内壁上に該内壁と所定の間隔を空けて設置される無機質耐火被覆板の隣接する無機質耐火被覆板との継ぎ目部分に沿って、前記内壁と無機繊維質被覆板の間の空隙部分に、相互に間隔を置いて設置された金属製取り付け具により保持される無機繊維質帯状物からなる目地部材について、継ぎ目部分に正確に設置することができ、かつ、設置後の変形を防止することができるトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材を提供することにある。

即ち、本発明は、トンネル構造物の内壁上に該内壁と所定の間隔を空けて設置される無機質耐火被覆板の隣接する無機質耐火被覆板との継ぎ目部分に沿って、前記内壁と無機質耐火被覆板の間の空隙部分に、相互に間隔を置いて設置された金属製取り付け具により保持される無機繊維質帯状物からなる目地部材において、前記無機繊維質帯状物には、この無機繊維質帯状物が金属製取り付け具の間において自重により変形しないように形状保持部材が配設されていることを特徴とするトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材に係るものである。

また、本発明のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材は、形状保持部材が無機繊維質帯状物の連続する少なくとも２面に配設されていることを特徴とする。

更に、本発明のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材は、形状保持部材が無機繊維質帯状物の底面と側面、または底面、側面及び上面に配設されていることを特徴とする。

また、本発明のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材は、形状保持部材が断面Ｌ字型形状またはコの字型形状を有することを特徴とする。

更に、本発明のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材は、形状保持部材が金属製メッシュ材より構成されていることを特徴とする。

また、本発明のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材は、金属製メッシュ材がステンレス鋼製メッシュ材であることを特徴とする。

更に、本発明のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材は、無機繊維質帯状物がセラミックウールまたはロックウールよりなることを特徴とする。

本発明のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材によれば、隣接する無機質耐火被覆板との継ぎ目（目地）部分に沿って、トンネル構造物の内壁と無機質耐火被覆板（の裏面）の間の空隙部分に、相互に間隔をおいて設置された金属製取り付け具により保持される無機繊維質帯状物からなる目地部材において、無機繊維質帯状物には、取り付け具の間において自重により変形しないように形状保持部材を配設したので、無機繊維質帯状物を耐火被覆板の継ぎ目部分に沿って正確に設置することができ、かつ、長期間にわたり変形しない。したがって、万一、トンネル構造物内で火災等が発生した場合には、目地部分の透間からトンネル構造物への熱の伝播を抑制することができて、熱によるトンネル構造物の損傷やトンネル構造物の爆裂を防止でき、また、目地部分の透間から無機繊維が飛散するのを防止することもできるという効果を奏するものである。

本発明のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材は、トンネル構造物の内壁上に該内壁と所定の間隔を空けて設置される無機質耐火被覆板の隣接する無機質耐火被覆板との間の継ぎ目部分に沿って、前記内壁と無機質耐火被覆板の間の空隙部分に、相互に間隔を置いて設置された金属製取り付け具により保持される無機繊維質帯状物からなる目地部材において、機繊維質帯状物には、無機繊維質帯状物が金属製取り付け具の間において自重により変形しないように形状保持部材を周面に配設したものである。

ここで、目地部材を構成する無機繊維質帯状物は、例えば、セラミックウール、ロックウール、グラスウールまたはこれらの混合物等からなるものであり、これらの中で、セラミックウールまたはロックウールからなる帯状物を使用することが好ましい。なお、この無機繊維質帯状物の厚さは、トンネル構造物の内壁表面と、該内壁と所定の間隔を空けて設置される無機質耐火被覆板との間の空隙部分の厚さ、即ち、内壁表面と無機質耐火被覆板の間の間隔と略同等であることが好ましい。

なお、無機繊維質帯状物が水分を含むときにも自重により変形しないように配設する形状保持部材（以下、単に「形状保持部材」と記載する）は、無機繊維質帯状物の周面全てに配設することもできるが、無機繊維質帯状物の周面の連続する少なくとも２面に配設すれば、無機繊維質帯状物が水分を含んだ場合にも、無機繊維質帯状物の自重による変形を防止することができる。ここで、前記形状保持部材を連続する２面に配設する場合には、形状保持部材が無機繊維質帯状物の底面と側面に配設されることが望ましい。また、形状保持部材が連続する３面に配設される場合には、形状保持部材は、無機繊維質帯状物の底面、側面及び上面に配設されることが好ましい。

ここで、前記形状保持部材を周面の連続する２面に配設する場合には、Ｌ字型形状の形状保持部材を使用することができ、前記形状保持部材を周面の連続する３面に配設する場合には、コの字型形状の形状保持部材を使用することができる。

なお、前記形状保持部材は、火災などの際に、目地部分からの熱が形状保持部材を介してトンネル構造物の内壁を加熱する現象（ヒートブリッジ）を生ずる鋼板のような材料で構成することは好ましくない。従って、形状保持部材としては金属製メッシュ材やパンチングメタル等のヒートブリッジを生じ難い材料が好ましく、特に、金属製メッシュ材が最適である。金属製メッシュ材としては、例えば、ＳＵＳ−３０４、ＳＵＳ−３１６に代表されるようなステンレス鋼製メッシュ材が好適である。このようなステンレス鋼製メッシュ材は、耐熱性を有し、火災等による熱で変形することがなく、形状を維持することができる。なお、金属製メッシュ材の寸法は特に限定されるものでないが、例えば、厚さは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ、好ましくは０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ、最適には０．４ｍｍ程度、目開きは５ｍｍ〜１５ｍｍ×２０ｍｍ〜４５ｍｍ、好ましくは５ｍｍ〜１０ｍｍ×２０ｍｍ〜４０ｍｍ、最適には９ｍｍ×３２ｍｍ程度を有するものである。また、金属製メッシュ材の形状も特に限定されるものではないが、例えば、菱形、矩形形状等の網目を有するものが好ましい。金属製メッシュ材の最適な態様は、厚さ０．４ｍｍ、９ｍｍ×３２ｍｍの菱形形状の網目を有するメッシュ材、厚さ０．４ｍｍ、９ｍｍ×１９ｍｍの菱形形状の網目を有するメッシュ材、厚さ０．４５ｍｍ、１５ｍｍ×１５ｍｍの矩形形状の網目を有するメッシュ材等を例示することができる。

上述のような構成を有する形状保持部材を無機繊維質帯状物の周面に配設することにより、相互に間隔を置いて設置された金属製取り付け具に目地部材を構成する無機繊維質帯状物が保持された場合に、無機繊維質帯状物自体が、その質量すなわち自重により金属製取り付け具の間において垂れ下がるような形状変化を生ずることがなく、また、無機繊維質帯状物が水分を含んだ場合にも、その形状を保持することができ、隣接する無機質耐火被覆材との目地部分に沿って長期間にわたり設置されていることができる。

なお、上述のような構成を有する本発明のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材の配設方法は、特に限定されるものではないが、例えば、無機繊維質帯状物の周面に配設される形状保持部材が無機質耐火被覆板に接するように配設することが好ましい。即ち、隣接する無機質耐火被覆板との目地部分に沿って形状保持部材が無機質耐火被覆板と接するように本発明の目地部材を配設することにより、目地部材を構成する無機繊維質帯状物の解れ等に起因して無機繊維が目地部分の隙間からトンネル内部へ飛散することを防止できる。

長さ１４２０ｍｍ、高さ５５ｍｍ、厚さ２５ｍｍのセラミックウール製帯状物に、長さ１４２０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍで、９ｍｍ×３２ｍｍの菱形形状の網目を有するステンレス鋼（ＳＵＳ−３０４）製メッシュを５５ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍのコの字型形状に折り曲げたものを、前記セラミックウール製帯状物を包み込むように配設することにより本発明のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材を得た。

得られた目地部材を、トンネル構造物の内壁を模したセメント板上に、６００ｍｍの間隔で所定の位置に設置された金属製取り付け具であるハット型下地金具により、ステンレス鋼製メッシュが見えるように、即ち、ステンレス鋼製メッシュの不在の面がセメント板と接する状態に保持させて、横目地部材とした。また、縦目地部材として、厚さ２７ｍｍ、幅８０ｍｍの短冊状耐火被覆板を耐火接着剤にて取り付けた。次に、耐火被覆板を模した幅５００ｍｍ、高さ１５００ｍｍ、厚さ３ｍｍのアクリル板をボルトにてハット型下地金具に取り付けた。
また、比較のため、目地部材がセラミックウール製帯状物のみからなるものを同様に組み立てた。
これらの試験施工体を横目地部材が水平方向となるように垂直に立て掛け、アクリル板とセメント板の間に散水したところ、本発明の目地部材は、セラミックウール製帯状物に水が含まれても、目地部材に形状変化は観察されず、横目地部材としての機能を充分に果たしていることが確認された。
しかしながら、目地部材がセラミックウール製帯状物のみからなるものは、散水により、金属製取り付け具であるハット型下地金具間でセラミックウール製帯状物にだれが生じ、下方にたれ下がり、直線性を維持することができず、アクリル板の横目地部分に沿って目地部材を設置することができない状態となった。

長さ１４２０ｍｍ、高さ５５ｍｍ、厚さ２５ｍｍのセラミックウール製帯状物に、長さ１４２０ｍｍ、厚さ０．４５ｍｍで、１０ｍｍ×１０ｍｍの矩形形状をしたステンレス鋼（ＳＵＳ−３０４）製メッシュを５５ｍｍ×２０ｍｍのＬ字型形状に折り曲げたものを、前記セラミックウール製帯状物の側面及び下面を包み込むように配設することにより本発明のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材を得た。

得られた目地部材を、上述と同様のトンネル構造物の内壁を模したセメント板上に、ステンレス鋼製メッシュが目地部材の下面及びアクリル板と接するように設置して横目地部材として試験施工体を作製した。
得られた試験施工体を横目地部材が水平方向となるように垂直に立て掛け、アクリル板とセメント板の間に散水したところ、本発明の目地部材は、セラミックウール製帯状物に水が含まれても、目地部材に形状変化は観察されず、横目地部材としての機能を充分に果たしていることが確認された。

本発明のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材は、トンネル構造物の内壁が火災等により損傷するのを防止するために、トンネル構造物の内壁上に所定の間隔を空けて設置された無機質耐火被覆板の隣接する無機質耐火被覆板との継ぎ目（目地）部分に沿って、前記内壁と無機質耐火被覆板の空隙部分に、相互に間隔を置いて設置された金属製取り付け具により保持される無機繊維質帯状物が、形状保持部材の配設で自重により変形することがないので、継ぎ目部分に沿って正確に設置することができ、かつ設置後の変形を防止することができ、かくして、従来の問題点を解決するトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材を提供することができる。

Claims (7)

1. トンネル構造物の内壁上に該内壁と所定の間隔を空けて設置された無機質耐火被覆板の隣接する無機質耐火被覆板との継ぎ目部分に沿って、前記内壁と無機質耐火被覆板の間の空隙部分に、相互に間隔を置いて設置された金属製取り付け具により保持される無機繊維質帯状物からなる目地部材において、前記無機繊維質帯状物には、前記金属製取り付け具の間において自重により変形しないように形状保持部材が配設されていることを特徴とするトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材。
2. 上記形状保持部材が、無機繊維質帯状物の周面の連続する少なくとも２面に配設されているところの請求項１記載のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材。
3. 上記形状保持部材が、無機繊維質帯状物の底面と側面、または底面、側面及び上面を包み込むように配設されているところの請求項１または２記載のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材。
4. 上記形状保持部材が、断面Ｌ字型形状またはコの字型形状を有しているところの請求項１ないし３のいずれか１項記載のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材。
5. 上記形状保持部材が、金属製メッシュ材により構成されているところの請求項１ないし４のいずれか１項記載のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材。
6. 上記金属製メッシュ材が、ステンレス鋼製であるところの請求項５記載のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材。
7. 上記無機繊維質帯状物が、セラミックウールまたはロックウールよりなるところの請求項１ないし６のいずれか１項記載のトンネル構造物の無機質耐火被覆板用目地部材。