JP4537739B2 - シールドセグメント用コーキング材 - Google Patents

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シールド工法においてトンネルの壁体を構成するセグメントの接合部に用いられるシールドセグメント用コーキング材に関する。

現在、道路や鉄道等のトンネルあるいは下水管渠築造用のトンネルなどを構築する場合、シールド工法が一般に採用されている。
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推進させながらトンネル穴を掘削する工法である。

シールド工法では、シールドマシンで地盤を掘進しつつ、シールドマシンの後方で、掘削部の周囲内壁面に沿ってセグメントを順次組み立てることによってトンネルの壁体を構築する一次覆工と、この一次覆工が完了した後に、内壁面をコンクリートや樹脂にてコーティングする二次覆工を行っている。

このようなシールド工法に用いられるセグメントは、例えばトンネル内の円周を複数に分割（例えば４〜６分割）する大きさであり、円周方向及びシールドトンネル延長方向に順次継ぎ足されてゆく。セグメントとしては、コンクリート製セグメント、鋼板のみで製作された鋼製セグメントあるいは鋼殻内中にコンクリートを充填した鋼殻セグメントなどがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２２０９９９号公報

ところで、シールド工法において、コスト縮減・掘削断面積の削減・工期短縮等をはかるために二次覆工を省略したシールド工法が提案されている。

この二次覆工を省略したシールド工法では、内面平滑化などの内面仕上げを施したコンクリート製のセグメント（二次覆工一体型のセグメント）のみでトンネルの壁体を構成しており、覆工体の内壁面にコーティングが施工されないため、下水管渠などを構築する場合、地下水のトンネル内部への浸入を阻止（止水）することに加えて、トンネル内部を流れる下水などの外部への浸出を阻止することも要求される。

本発明はそのような点を考慮してなされたもので、二次覆工一体型のシールド工法によって下水管渠などのトンネルを構築するにあたり、トンネル内部の水がセグメント接合部からトンネル外部に浸出することを防止することが可能なシールドセグメント用コーキング材の提供を目的とする。

本発明のシールドセグメント用コーキング材は、シールドマシンで地盤を掘進しつつ、シールドマシンの後方で掘削部の周囲内壁面に沿ってセグメントを順次組み立てることにより、トンネルの壁体を構築するシールド工法において、互いに隣り合うセグメントの端面間に配置される帯状のコーキング材であって、止水部と目地形成部との隣接する側部同士が一体化されて形成され、前記セグメントの端面にて押圧される２つの面のうち、一方の面は平面状とされ、他方の面は止水部が目地形成部よりも突出されているとともに、前記止水部に、水圧が作用することにより前記セグメント端面に押圧されるリップ部を有するセルフシール部が設けられており、前記平面状とされた一方の面に粘接着剤が配置され、 前記止水部が中実の非発泡材料で構成されるとともに、前記目地形成部が発泡材料または水膨張性材料で構成されていることを特徴としている。

本発明のシールドセグメント用コーキング材は、例えば、図３に示すように、セグメント端面の内側の周方向に沿う部分Ｓ１と軸方向に沿う部分Ｓ２に貼り付けて使用される。そして、セグメント組立時においてセグメントの端面同士を突き合わせた際に、コーキング材の止水部がセグメント端面に圧縮されて止水性が確保されるとともに、セグメント内面側に規制されるセグメント端面間の隙間が目地形成部にて充填される。

しかも、止水部に、水圧の作用によりセグメント端面に押圧されるリップ部を有するセルフシール部を設けているので、優れた防水性を確保することができ、トンネル内部の水がセグメント接合部からトンネル外部に浸出することを確実に防止することができる。
さらに、トンネル外部の水がセグメント接合部からトンネル内部に浸出することを防止することも可能になる。

次に、本発明の各部を詳細に説明する。
［止水部］ 本発明のシールドセグメント用コーキング材において、止水部は、非発泡材料で構成されている。特に、耐水圧・下水等に対する防食性（耐薬品性）・変形追随性等を考慮すると、非発泡のＥＰＤＭ（エチレン、プロピレンと第３成分との共重合物）またはＳＢＲ（スチレンとブタジエンとの共重合物）で構成されていることが好ましい。

−止水性向上− 本発明のシールドセグメント用コーキング材においては、水圧の作用によりセグメント端面に押圧されるリップ部を有するセルフシール部を止水部に設けることで、セグメント接合部の止水性を高めている。止水部のセルフシール部は、トンネル内部側またはトンネル外部側のいずれか一方もしくは双方に設けておいてもよい。セルフシール部をトンネル外部側に設けておくと、トンネル外部からの水がセグメント接合部からトンネル内部に侵入することを防止することが可能になる。

−セグメントへの接着− 前記止水部には、セグメント端面にて押圧される２つの面のうち、いずれか一方の面に粘接着剤を配置しておいてもよい。このように止水部の片面に粘接着剤を設けておくと、セグメントの端面にコーキング材を貼り付ける際の作業が簡単になる。前記粘接着剤として、例えば、両面粘着テープなどの粘着テープやウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリエステル系接着剤、ゴム系接着剤などの接着剤が挙げられる。なお、このような接着剤は前記目地形成部の片面にも配置しておいてもよい。

［目地形成部］ 目地形成部については、セグメント端面間の隙間を埋めることができる発泡材料や水膨張性材料が好ましい。

なお、目地形成部が発泡材料の場合、止水部の接着性を考慮すると、例えば止水部の材料が未発泡のＥＰＤＭまたはＳＢＲである場合には、同じ種類の材料つまり発泡したＥＰＤＭまたはＳＢＲ（ただし、硬さなどの物性は異なる材料）であることが好ましい。

また、目地形成部の材料として、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）、ＣＲ系の難燃剤または熱膨張型プラスチック耐火材を用いると、例えば、地下鉄などの火災対応を必要とするセグメント内面のコーキングに適用することができる。

なお、ＣＲ系の難燃剤とは、クロロプレンゴムなどである。

また、熱膨張型プラスチック耐火材とは、シート状で、シーリング材やコーキング材として用いられるものであり、火災時の熱で膨張し、炎の侵入・拡散を防ぐ機能を有するものである。

［シールドセグメント用コーキング材の製造方法］ 本発明のシールドセグメント用コーキング材の製造方法としては、例えば、（１）止水部を構成する材料（未発泡樹脂：例えば非発泡ＥのＰＤＭ等）と目地形成部を構成する材料（発泡樹脂：例えば発泡ＥＰＤＭ等）とを共押出することにより一体成形するという方法、あるいは、（２）止水部と目地形成部とをそれぞれ個別に押出成形し、その押出成形工程の後段で止水部と目地形成部とを接着または熱融着等により相互に貼り合わせるという方法などを挙げることができる。

［施工方法、セグメントへの貼付方法］ 本発明のシールドセグメント用コーキング材をセグメントに貼り付けるにあたり、セグメント端面のコーキング材の配置部分（貼付部）に角部がある場合（図１２参照）、図１３に示すように、コーキング材を直角に合わせて貼り付けるという方法、あるいは、コーキング材の端部に４５度カットを行って、その切り口を合わせて貼り付けるという方法を採用すればよい。

また、他の方法として、シールドセグメント用コーキング材を、セグメント端面の配置部分（貼付部）に合わせた形状に成形しておき、そのコーキング材（一体化製品）を施工現場等においてセグメントの端面に貼り付けるという方法を採用してもよい。この場合、コーキング材の切断作業が一切不要となるので施工性が大幅に向上するとともに、止水性も高くなる。

本発明のシールドセグメント用コーキング材は、トンネル内部の水に対する止水性能を確保する止水部と、トンネル内部側に形成されるセグメント端面間の隙間を充填できる物性の材料で構成される目地形成部とが一体的に形成された構造であるので、二次覆工を行わないシールド工法において、セグメントの接合部に用いることにより、トンネル内部側に形成されるセグメント端面間の隙間を埋めることができる。
しかも、止水部に、水圧の作用によりセグメント端面に圧接されるリップ部を有するセルフシール部を設けているので、優れた防水性を確保することができ、トンネル内部の水がセグメント接合部からトンネル外部に浸出することを確実に防止することができる。
また、トンネル外部の水がセグメント接合部からトンネル内部に浸出することを防止することも可能になる。

さらに、本発明のシールドセグメント用コーキング材は、セグメントに直接貼り付けた状態で現場に運搬できるため、現場施工が短くなる。さらには、品質管理も工場内で行えるので、高い品質を維持できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、二次覆工一体型のシールド工法に用いるセグメントについて説明する。

セグメントは、トンネルの壁体を構成するもので、例えば図１に示すように、４つのセグメント１１・・１１をリング状に組み立てることにより、セグメントリング１０を構成することができる。

セグメント１１はコンクリート製で、内面平滑化などの内面仕上げが施されてなる二次覆工一体型のセグメントである。また、下水管渠の構築を対象とする場合、トンネル底部に配置されるセグメントには、インバート溝付きの二次覆工一体型セグメントが使用される。

このようなセグメント１１を用いて、シールドトンネルＴの壁体を構築する場合、まず、先端に掘削刃を備えたシールドマシン（図示せず）を地中に横方向に推進させ、このシールドマシンの後方に、セグメントリング１０の１リング分の空間が形成された時点でシールドマシンの推進を停止し、シールドマシンの後方空間の内壁面に沿ってセグメント１１・・１１をリング状に組み立てる。
次に、同じ要領にて、シールドマシンをセグメントリング１０の１リング分だけ推進させてセグメント１１・・１１をリング状に組み立てるという工程を順次繰り返してゆくことによって、二次覆工を行うことなく、図１に示すようなシールドトンネル（例えば下水管渠）Ｔを構築することができる。

以上のようなシールド工法において、互いに隣り合うセグメント１１同士は、連結ボルトによる接合、凹凸の嵌合による接合あるいは連結金具を用いた接合などの接合方法によって相互に連結される。

セグメント１１の接合部には、図２に示すように、シール部（凹部）２０が設けられている。このシール部２０には、トンネル外部からの水（地下水）の浸入を防止（止水）するための水膨張性シール材５が配置される。また、セグメント１１の接合部のトンネル内部側には目地部３０が設けられており、この目地部３０に本発明のシールドセグメント用コーキング材が配置される。

なお、シール部２０及び目地部３０は、セグメント１１の端面の全てに設けられている（図３参照）。また、セグメント１１の目地部３０には、図２に示すように、セグメントの軸方向と直交する目地内面３１，３２が形成されており、互いに突き合わせるセグメント１１の一方の目地内面３１には、後述するコーキング材１の止水部２に対応する位置に断面台形状の凹部３１ａが形成されている。

次に、本発明のシールドセグメント用コーキング材（以下、コーキング材という）の実施形態を図４を参照しながら説明する。

コーキング材１は止水部２と目地形成部３とが一体的に形成された帯状の部材である。コーキング材１の片面には両面粘着テープ４が貼着されている。

止水部２の材料には、ＪＩＳ Ｋ−６２５３による硬さが５５±５の物性を有する非発泡のＥＰＤＭが用いられている。止水部２は、断面略鼓形状の部材で、内側セルフシール部２１と外側セルフシール部２２が設けられている。

内側セルフシール部２１はリップ部２１ａを有する。リップ部２１ａには傾斜面Ｆ１が形成されており、その傾斜面Ｆ１に水圧（内水圧）が作用したときにリップ２１ａが外方に向けて押圧されるようになっている。

外側セルフシール部２２は一対のリップ部２２ａ，２２ｂを有する。これら一対のリップ部２２ａ，２２ｂには、互いに対向する傾斜面Ｆ２ａ，Ｆ２ｂが形成されており、その各傾斜面Ｆ２ａ，Ｆ２ｂに水圧が作用したときにリップ部２２ａ，２２ｂが外方（互いに離反する向き）に向けて押圧されるようになっている。

目地形成部３の材料には、ＪＩＳ Ｓ Ｋ−６２５３による硬さが３５±５の物性を有する発泡されたＥＰＤＭが用いられている。目地形成部３は、セグメント１１の目地部３０の目地内面３１，３２（図２）に合わせた形状であり、その目地部３０の目地内面３１，３２の略全面に隙間なく接触するような形状・寸法に加工されている。

そして、以上の構造のコーキング材１は、例えば、止水部２を構成する材料（非発泡ＥＰＤＭ）と目地形成部３を構成する材料（発泡ＥＰＤＭ）とを共押出することにより一体成形するという方法で作製される。

次に、コーキング材１の使用方法を説明する。

まず、図３に示すように、セグメント１１端面の内側の周方向に沿う部分Ｓ１と軸方向に沿う部分Ｓ２、つまりセグメント１１の目地部３０にコーキング材１を両面粘着テープ４にて貼り付けておく。なお、コーキング材１を貼り付ける面はセグメント１１の端面とする。以上のコーキング材１を貼着したセグメント１１をシールドトンネルの施工現場に搬送する。

そして、シールド工法においてセグメント１１を組み立てる際に、図５及び図６に示すように、２つのセグメント１１の端面同士を突き合わせると、止水部２がセグメント１１の端面（目地部３０の目地内面３１，３２）にて圧縮されてセグメント接合部の止水性が確保されるとともに、トンネル内部側に形成されるセグメント端面間（目地部３０の目地内面３１と目地内面３２との間）の隙間に目地形成部３が充填される。

なお、セグメント組立時において、セグメント１１の円周方向における突き合わせ力及びセグメント１１の軸方向における突き合わせ力は、例えば、シールドマシンに搭載されているシールドジャッキ（図示せず）によって与えられる。

以上のように、この実施形態のコーキング材１によれば、トンネル内部側（セグメント内部側）に形成されるセグメント端面間の隙間を充填する、というコーキング材の本来の効果に加えて、トンネル内部の水（下水など）がセグメント接合部からトンネル外部に浸出することを確実に防止できるという効果を達成することができる。

しかも、この実施形態のコーキング材１においては、止水部２に内水圧（トンネル内部側の水による水圧）が作用すると、その内水圧によって内側セルフシール部２１のリップ部２１ａが、セグメント１１の目地内面３１（凹部３１ａの底面）に強い力で押圧されるので、トンネル内部側の水に対する止水性が向上する。
さらに、外側セルフシール部２２の一対のリップ部２２ａ，２２ｂに外水圧（トンネル外部側の水による水圧）が作用すると、その外水圧によって外側シール部２２の一対のリップ部２２ａ，２２ｂがそれぞれセグメント１１の目地内面３１（凹部３１ａの底面）と目地内面３２に強い力で押圧されるので、トンネル外部側の水に対する止水性も向上する。

そして、このようなセルフシール構造を有するコーキング材１を用いることにより、止水性能を、例えば、従来では高々０．３ＭＰａ程度であったのに対し、１ＭＰａにまで高めることができる。

なお、図５及び図６の使用形態では、セグメント１１の目地部３０のみにコーキング材１を配置しているが、図７に示すように、セグメント１１の外部側のシール部１２０にも配置してもよい。このようにすれば、セグメント１１の接合部の内水圧及び外水圧に対する耐水性能をより一層高めることができる。

ここで、以上の実施形態では、コーキング材１の目地形成部３を発泡ＥＰＤＭで構成しているが、これに替えて、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）、ＣＲ系の難燃剤、または熱膨張型プラスチック耐火材で目地形成部３を構成してもよい。このように目地形成部３を難燃性を有する材料で構成することにより、例えば、地下鉄などの火災対応を必要とするセグメント内面のコーキングに適用することが可能になる。

次に、コーキング材の貼り付け方法の他の例について説明する。

まず、図８に示すように、セグメント１２端面のコーキング材の配置部分（貼付部）Ｓ１２に角部がある場合（例えばインバート溝付きのセグメント）、図９（Ａ）に示すように、コーキング材１を直角に合わせて貼り付けるという方法、あるいは、図１３（Ｂ）に示すように、コーキング材１の端部に４５度カットを行って、その切り口を合わせて貼り付けるという方法を採用すればよい。

また、図１０に示すように、セグメント１２端面のコーキング材の配置部分（貼付部）Ｓ１２に合わせた形状のコーキング材１０１（一体化製品）を、予め工場等において製作しておき、そのコーキング材１０１を施工現場等においてセグメント１２の端面に貼り付けるという方法を採用してもよい。この場合、コーキング材の切断作業が一切不要となるので施工性が大幅に向上するとともに、止水性も高くなる。

さらに、図１１に示すように、セグメント１２端面のコーキング材の配置部分Ｓ１２に存在する角部に合わせたＬ型形状のコーキング材１１１（角部対応品：コ字型形状も含む）を、予め工場等において製作しておき、そのコーキング材１１１を施工現場等においてセグメント１２の端面に貼り付けるという方法を採用してもよい。この場合、角部でのコーキング材の合わせ作業を行う必要がなくなるので施工性が向上する。

なお、図１０のコーキング材１０１（一体化製品）及び図１１のコーキング材１１１（角部対応品）において、角部のジョイントは、例えば、互いに接合する２本のコーキング材（直線部材）を金型に配置し、それらコーキング材の接合面に、コーキング材と同じ樹脂（例えばＥＰＤＭ）を注入して化学反応させることにより相互に接合するという方法で成形する。

ここで、本発明のシールドセグメント用コーキング材は、下水用の管渠（トンネル）のほか、上水道のトンネル、道路や鉄道等のトンネルあるいは電力・エネルギー用のトンネルなどの各種トンネルを構築するシールドセグメントのコーキング材として使用することができる。

本発明のコーキング材は、二次覆工を省略した二次覆工一体型のシールド工法によって下水管渠などのトンネルを構築するにあたり、トンネル内部・外部の水がセグメント接合部からトンネル外部・内部に浸出することを防止するのに有効に利用できる。

二次覆工を省略したシールド工法にて構築されたシールドトンネルの例を模式的に示す斜視図である。 セグメントの接合部の構造を示す断面図である。 セグメントのコーキング材貼付位置を示す斜視図である。 本発明のシールドセグメント用コーキング材の実施形態の構成を示す正面図（Ａ）及び縦断面図（Ｂ）を併記して示す図である。 図４のセグメント用コーキング材の使用状態を模式的に示す図である。 図４のセグメント用コーキング材の使用状態を模式的に示す図である。 図４のセグメント用コーキング材の別の使用状態を模式的に示す図である。 セグメントのコーキング材貼付位置を示す正面図である。 セグメント用コーキング材の貼付方法の説明図である。 本発明のシールドセグメント用コーキング材の別の実施形態の構成を示す正面図である。 本発明のシールドセグメント用コーキング材の別の実施形態の構成を示す正面図である。

１ コーキング材（シールドセグメント用コーキング材）
２ 止水部
２１ 内側セルフシール部
２１ａ リップ部
２２ 外側セルフシール部
２２ａ，２２ｂ リップ部
３ 目地形成部
４ 両面粘着テープ
１０ セグメントリング
１１ セグメント（シールドセグメント）
Ｓ１，Ｓ２ コーキング材の貼付位置
２０ シール部
３０ 目地部
３１，３２ 目地内面

Claims (3)

1. シールドマシンで地盤を掘進しつつ、シールドマシンの後方で掘削部の周囲内壁面に沿ってセグメントを順次組み立てることにより、トンネルの壁体を構築するシールド工法において、互いに隣り合うセグメントの端面間に配置される帯状のコーキング材であって、
   止水部と目地形成部との隣接する側部同士が一体化されて形成され、前記セグメントの端面にて押圧される２つの面のうち、一方の面は平面状とされ、他方の面は止水部が目地形成部よりも突出されているとともに、前記止水部に、水圧が作用することにより前記セグメント端面に押圧されるリップ部を有するセルフシール部が設けられており、前記平面状とされた一方の面に粘接着剤が配置され、
   前記止水部が中実の非発泡材料で構成されるとともに、前記目地形成部が発泡材料または水膨張性材料で構成されていることを特徴とするシールドセグメント用コーキング材。
2. 前記止水部が非発泡のＥＰＤＭまたはＳＢＲで構成されていることを特徴とする請求項１記載のシールドセグメント用コーキング材。
3. 前記目地形成部が発泡ＥＰＤＭで構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のシールドセグメント用コーキング材。