JP4958765B2 - シールド工法セグメント用コーキング材 - Google Patents
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Description
本発明は、シールドマシンで地中を掘進しながらセグメントを接合してトンネルの壁体を構築するシールド工法において、セグメント間に取り付けられるコーキング材、並びに、そのコーキング材が用いられるシールド工法用セグメントおよびトンネル壁体に関する。
下水管渠、自動車や電車の通行路などに利用される多くのトンネルがシールド工法で掘られている。シールド工法とは、シールドマシンで地中を掘進しながら、シールドマシンの後方で複数のセグメントを組み合わせることによりトンネルの壁体を構築してトンネルを完成させる工法をいう。
シールド工法で用いられるセグメントは、例えばコンクリートブロック片であり、例えば４〜５つのセグメントを組み合わせることによって、トンネル壁体の一部となる円筒を形成する。シールドマシンが、このような円筒を順次、掘進の進行方向に組み上げることによって、トンネル壁体は構築される。シールド工法において、このようなセグメントの組み上げ工程を一次覆工という。また、セグメントにより構築されたトンネル壁体の内周に、無筋コンクリートや樹脂等を用いて防食層を設ける工程を二次覆工という。二次覆工を省くために、防食層を予め一体化した二次覆工一体型セグメントが利用されることも多い。
このような二次覆工一体型セグメントを用いてトンネル壁体が構築される場合、特に下水管渠のトンネル内を流れる下水等が外部の土壌へ浸出することを防ぐために、セグメント間にコーキング材が取り付けられる。特許文献１には、充填性材料部（目地材料部）と止水材料部とを隣接して一体成形したコーキング材が提案されている。
特開２００４−１３７８７４号公報
しかしながら、特許文献１で提案されたコーキング材は、その止水性がコーキング材の取付精度に影響されるという問題がある。止水性は、止水材料部が圧縮されることによって発揮される。そのため、止水材料部が圧縮されるように、コーキング材を正確に取り付ける必要がある。また、特許文献１で提案されるコーキング材は、目地材料部が発砲材料からなるため、摩耗しやすいという問題もある。
そこで、本発明は上記の問題を解決するため、比較的低い取付精度であっても止水性を発揮し、かつ、耐久性に優れたコーキング材を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち、本発明のコーキング材は、シールド工法に用いられ、隣接するセグメント間に取り付けられるシールド工法セグメント用コーキング材であって、硬さ（ＪＩＳ Ｋ６２５３）が、Ｅ１〜Ｅ４５である軟質ソリッドゴムからなるコア層と、前記軟質ソリッドゴムより硬い硬質ソリッドゴムからなり、前記コア層の周囲を覆う被覆層とを備える。
ここで、本発明における「軟質ソリッドゴム」の「軟質」とは、ＪＩＳ Ｋ６２５３に基づく硬さが通常Ｅ１〜Ｅ５５であることを意味し、「硬質ソリッドゴム」の「硬質」とは、ＪＩＳ Ｋ６２５３に基づく硬さが通常Ａ２５〜Ａ６５であることを意味する。
本発明によると、柔軟なコア層による優れた充填性および優れた止水性と、硬い被覆層による優れた耐摩耗性とを実現することが可能になる。また、コーキング材のいずれの部分も止水性を発揮できるため、比較的低い精度でコーキング材が取り付けられる場合であっても十分な止水性を実現でき、コーキング材の取付に関する工事の効率も向上させることが可能になる。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る第１のコーキング材の断面図である。シールド工法セグメント用コーキング材としてのコーキング材１０ａは、隣接するセグメントの境界に形成されるトンネル壁体の溝に取り付けられる。コーキング材１０ａは、その溝を充填する長尺の部材であり、軟質ソリッドゴムからなるコア層１１と、硬質ソリッドゴムからなる被覆層１２とを備える。被覆層１２は、コア層１１の横断面上においてその周囲を覆う。また被覆層１２は、コア層１１の長手方向の両端面部も覆ってもよい。コーキング材１０ａの長さは、適用される箇所のセグメントの長さと同じまたはほぼ同じである。コーキング材１０ａの断面における幅は、取り付けられる溝の幅の１２０％〜１４０％程度が好ましく、かつ、コーキング材１０ａの断面積は、取り付けられる溝の断面積の８０％〜１００％程度が好ましい。ここで、コーキング材１０ａの断面における幅とは、セグメントの溝を形成する二側面のそれぞれと接する二面間の、セグメントに挟まれて潰される前の自然状態での距離であり、後に詳述する第１取付面部１３と第２取付面部１４の間の距離である。上記のような幅と断面積であれば、セグメント間に取り付けられたコーキング材１０ａが押し潰されて変形した場合に、トンネル壁体の内周面（以下、「トンネル内周面」という。）からトンネル中心方向に著しく突き出すことがなく、セグメント間の境界をシールすることができる。また、被覆層１２の厚さは、例えば、すべての箇所で一定である。また、被覆層１２の厚さは、好適な物理的強度、圧縮応力、追従性、復元性の観点から０．５ｍｍ以上でかつコーキング材の半分の厚さの５０％以下が好ましい。
軟質ソリッドゴムには、ＪＩＳ Ｋ６２５３に基づく硬さがＥ１〜Ｅ５５であるソリッドゴムが適用され、好ましくは、軟質ソリッドゴムには、同硬さがＥ１〜Ｅ４５であるソリッドゴムが適用される。また、硬質ソリッドゴムには、ＪＩＳ Ｋ６２５３に基づく硬さがＡ２５〜Ａ６５であるソリッドゴムが適用され、好ましくは、同硬さがＡ３０〜Ａ６０であるソリッドゴムが適用され、さらに好ましくは上述の被覆層１２の厚さとの関係で最適な硬度が選択される。
コーキング材１０ａを構成するソリッドゴムの具体的な材料として、従来から一般的に使用されているゴムが用いられ、例えば、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、シリコーンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、またはフッ素系ゴム等が挙げられ、これらが単独でまたは２種類以上混合されて用いられてよい。工業上の観点および、耐薬品性等の耐久性の観点から、エチレンプロピレンゴムが好ましい。
コア層１１を形成する軟質ソリッドゴムおよび被覆層１２を形成する硬質ソリッドゴムは、それぞれ上述の材料ゴムに添加される添加剤の配合組成を調整することにより、所望の硬さとなるように製造される。添加剤としては、充填剤、軟化剤が挙げられる。
充填剤の具体例として、カーボンブラック、ケイ酸、ケイ酸塩、炭酸カルシウム、クレー、タルク、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ゼオライトおよび珪藻土等が挙げられる。これらのうち、カーボンブラック、ケイ酸、ケイ酸塩、炭酸カルシウム、クレーおよびタルクのいずれか１つまたは複数の組み合わせが好ましい。
充填剤の使用量（重量部）は、ゴム１００重量部に対して、軟質ソリッドゴムの場合、混練加工性、押出し加工性および押出し外観の観点から好ましくは３０〜２５０、さらに好ましくは５０〜１５０であり、硬質ソリッドゴムの場合、同様の観点から好ましくは３０〜３００、さらに好ましくは５０〜２００重量部である。
軟化剤の具体例として、プロセスオイル（パラフィン系、ナフテン系および芳香族系プロセスオイル）、なたね油、綿実油、パーム油、やし油、落花生油、トール油、パインタール、可塑剤（カルボン酸エステル系（フタル酸エステル、アジピン酸エステル、セバシン酸エステル、マレイン酸エステル、フマル酸エステル、トリメリット酸エステル、クエン酸エステル、オレイン酸エステル、リシノール酸エステル、ステアリン酸エステル、グリコール酸エステル等）、リン酸エステル系（トリイソプロピルフェニルホスフェート等））等、およびサブ（黒サブ、白サブ、アメサブ）等が挙げられる。これらのうち、プロセスオイル（パラフィン系、ナフテン系および芳香族系プロセスオイル）のいずれか１つまたは複数の組み合わせが好ましい。
軟化剤の使用量（重量部）は、ゴム１００重量部に対して、軟質ソリッドゴムでは、混練加工性、押出し加工性およびブリード抑制の観点から好ましくは８０〜３００、さらに好ましくは１３０〜２５０であり、硬質ソリッドゴムでは同様の観点から好ましくは２〜１２０、さらに好ましくは１０〜８０である。
コーキング材１０ａは、これらの材料を用いて、概ね押出成型と加硫成型とを経て製造される。具体的には、軟質ソリッドゴムを押し出す第１押出機と硬質ソリッドゴムを押し出す第２押出機のそれぞれに、バンバリーミキサー等で混練した材料ゴムと添加剤をセットする。次に、第１押出機と第２押出機により、未加硫状態の軟質ソリッドゴムと未加硫状態の硬質ソリッドゴムの二重押し出しを行い、軟質ソリッドゴムを硬質ソリッドゴムで被覆したゴム体を形成する。このゴム体を熱風加硫槽内を通過させることで連続的な加硫成型を行う。これによって、軟質ソリッドゴムと硬質ソリッドゴムが一体化し、本発明に係るコーキング材が製造される。なお、他の製造方法によって製造されても構わないのはもちろんである。
このように、コア層１１が軟質ソリッドゴムからなることによって、コーキング材１０ａの圧縮時の変形が容易になり、溝を確実に充填することができ、優れた止水性の実現が可能になる。また、被覆層１２が硬質ソリッドゴムからなることによって、優れた耐摩耗性を実現することが可能になる。さらに、コーキング材１０ａの全体が止水性を発揮できるため、コーキング材１０ａの取付精度によらずに十分な止水性を実現でき、コーキング材１０ａの取付に関する工事の効率も向上させることが可能になる。
次に、コーキング材１０ａの応用例について説明する。コーキング材１０ａは、第１取付面部１３と、第２取付面部１４と、外周面部１５と、内周面部１６とに囲まれている。第１取付面部１３および第２取付面部１４は、溝を形成する２つのセグメントの一方および他方にそれぞれ接してセグメントに取り付けられる。外周面部１５は、セグメントへの取付時に、トンネル半径方向にトンネル中心から遠い側（以下、「外周側」という。）に位置付けられ、トンネル壁体の溝の底部と対向するようにセグメントに取り付けられる。内周面部１６は、セグメントへの取付時に、トンネル半径方向にトンネル中心から近い側（以下、「内周側」という。）に位置付けられる面であり、トンネル内周面を形成して露出する。
コーキング材１０ａが適用されるセグメントの具体例を図２に示す。図２に示されるセグメント１００は、複数組み合わされることによってトンネル壁体を構築する部材であり、セグメント接合部１１０と、セグメントリング接合部１１１と、保護部１１２と、コーキング材取付部１１３と、セグメント外周面部１１７とを備える。セグメント接合部１１０は、トンネル壁体の周方向で他のセグメントと接合する。セグメント内周面部としての保護部１１２は、トンネル壁体の構築時にトンネル壁体の内周側に位置づけられトンネル内周面を形成する部位であり、例えばセグメント本体に塗布された無筋コンクリート、樹脂などにより防食機能、防水機能などの１つまたは複数を発揮する。なお、二次覆工一体型セグメントでない場合、セグメント内周面部は保護部１１２ではなく露出したセグメント本体である。コーキング材取付部１１３は、セグメント内周側の周縁部に設けられた窪みであり、コーキング材が取り付けられる部位である。セグメント外周面部１１７は、トンネル壁体の構築時にトンネル壁体の外周側に位置づけられる部位である。
図３は、コーキング材取付用の溝１１４を拡大して示す図である。本図は、セグメント接合部１１１０ａ，１１０ｂが接合することによって形成される溝の例を示すが、セグメントリング接合部１１１においても同様である。セグメント１００ａと他のセグメント１００ｂは互いに、隣接するセグメントである。セグメント１００ａのコーキング材取付部１１３ａ，１１３ｂはそれぞれ、セグメント接合部１１０ａ，１１０ｂ（セグメントリング接合部１１１ａ，１１１ｂ）と平行な溝側部１１５ａ，１１５ｂと、溝側部１１５ａ，１１５ｂとセグメント接合部１１０ａ，１１０ｂ（セグメントリング接合部１１１a）とを接続する溝底部１１６ａ，１１６ｂとを備える。セグメント１００ａと他のセグメント１００ｂが接合することにより、各セグメント１００ａ，１００ｂの溝側部１１５ａ，１１５ｂと溝底部１１６ａ，１１６ｂによって囲まれるコーキング材取付用の溝１１４が形成される。なお、本実施の形態のセグメント１００では、溝がセグメント内周側の周縁部の全周に形成されるが、溝はセグメント内周側の周縁部の一部に形成されてもよい。
図４に示されるように、コーキング材１０ａは、溝１１４がコーキング材１０ａによって充填されるようにセグメント１００ａの溝側部１１５ａに取り付けられる。すなわち、コーキング材１０ａの取付位置は、溝側部１１５ａに接する位置であればよい。ただ、後述するようにセグメント１００ｂが接合されるとコーキング材１０ａは押し潰されるため、押し潰されて変形したコーキング材１０ａがトンネル内周面からトンネル中心方向に著しく突き出し、または、その反対方向に著しく窪まない位置が好ましい。
他のセグメント１００ｂは、図４の矢印に示すように、セグメント１００ａに取り付けられたコーキング材１０ａが溝側部１１５ｂに当接するように、セグメント１００ａに接合され、例えばボルトとナットのような接合具によって接合される。コーキング材１０ａは、セグメント１００ａ，１００ｂの一方または両方に、固着して備えられることが好ましい。この場合、コーキング材１０ａは、例えば、アクリル樹脂系、合成ゴム系などの接着剤により接着されていてもよいし、アクリル樹脂系、合成ゴム系などの粘着材で貼り付けられていてもよい。このとき、接着剤または粘着材がコーキング材１０ａの取付時に塗布され、そのコーキング材１０ａがセグメント１００ａに固着されてもよいが、コーキング材１０ａが、その周囲の一部または全部に、不織布などの担持体に接着剤または粘着材を予め塗布または含浸させた固着層を備えることが好ましい。固着層を備えることにより、接着剤または粘着材の塗布作業を簡素化することが可能になる。
図５は、第１のコーキング材１０ａが取り付けられた状態を示す図である。図４に示される状態から、セグメント１００ａと他のセグメント１００ｂとが接合される。そして、コーキング材１０ａは対向する溝側部１１５ａ，１１５ｂに挟んで押し潰され、溝１１４は図５に示されるようにコーキング材１０ａによって充填される。この結果、セグメント１００ａ，１００ｂそれぞれの保護部１１２ａ，１１２ｂとコーキング材１０ａの内周面１６とによって、トンネル壁体の内周面であるトンネル内周面１３１（図８参照）が形成される。
トンネル壁体（１３０：図８参照）は、複数のセグメントにより構築される。各セグメントは、上述のようにコーキング材１０ａを挟んで接合される。まず、セグメント接合部１１０をボルトとナットなどにより接合させて図６に示すように周方向にセグメントを組み合わせることによって、トンネル壁体の一部を形成する筒状の部材であるセグメントリングが構築される。図７は、セグメントリング１２０の例を示す。トンネルの掘進に伴って、シールドマシンの進行方向に順次、セグメントリング接合部１１１をボルトとナットなどにより接合させる。これにより、図８に示すようなトンネル壁体１３０が構築される。図９にトンネル内周面１３１を平面に展開した図を示す。本図に示されるように、１つのセグメントリングは例えば４つのセグメント１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄから構成される。なお、１つのセグメントリングを構築するセグメントの数は、４つに限られず、３つ、５つなどそれ以外でもよい。
また、図９に示されるように、トンネル内周面の展開図でのセグメントの形状は、長方形と２種類の台形を含む。掘進方向が矢印１３２で指し示される方向である場合、セグメント１００ｄ，１００ａ，１００ｃを組んだ後、セグメント１００ｂを矢印１３３で指し示される方向に挿入することにより、セグメントを１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄを容易に密着させて組み上げることが可能になる。なお、トンネル内周面の展開図でのセグメントの形状は、これに限られず、複数のセグメントを組み合わせて、セグメントリングまたはトンネル壁体を構築できる形状であればよい。
以上、第１のコーキング材１０ａと、それが応用されるセグメントおよびトンネル壁体について説明したが、第１のコーキング材１０ａの形状は、以上説明したものに限られるわけではない。例えば、図１に示される第１のコーキング材１０ａについて、第１取付面部１３と、第２取付面部１４と、外周面部１５と、内周面部１６とはいずれも平面であるが、各面部１３，１４，１５，１６の形状は平面に限られない。以下に、実施の形態１の変形例について、図１０から図１４を参照しながら説明する。なお、コーキング材の断面形状は長さ方向で必ずしも同一である必要はなく、適宜異なる断面形状が１つのコーキング材に組み合わされてもよい。
なお、図１に示される第１のコーキング材の第１取付面１３の形状は平面であるが、第１取付面１３の形状は一部または曲面を含んでいてもよい。また、第１取付面１３の形状は、取り付けられるセグメントの部位の形状に応じて適宜、選択されてもよい。例えば、セグメントの取付部位の形状が平面である場合には、図１に示されるように、第１取付面１３の形状は平面であることが好ましいが、セグメントの取付部位が段差を有する場合には、第１取付面１３もセグメントの取付部位の形状に応じた段差を有することが好ましい。
また、コーキング材の第２取付面１４の形状も、上述の第１取付面１３の形状と同様に、一部または曲面を含んでいてもよく、また、取り付けられるセグメントの部位の形状に応じて適宜、選択されてもよい。例えば、図１０は、第２取付面１４が波形状である例を示す。また、図１１は、第２取付面１４が段差を有する例、図１２は、第２取付面１４の一部、トンネル半径方向の外周側が波形状である例、図１３は、第２取付面１４が窪みを有する例をそれぞれ示す。ここに挙げた第２取付面１４の形状の例は、第１取付面１３にも適用され得る。
このように、セグメントの取付部位の形状に応じた第１および／または第２取付面１３，１４の形状を選択することによって、第１および／または第２取付面１３，１４とセグメントとを密着させることができ、より高い充填性および止水性を実現することが可能になる。
図１に示される第１のコーキング材の内周面部１６の形状は平面であるが、内周面部１６の形状はこれに限られず一部に曲面を含みまたは全部が曲面であってもよい。例えば、図１２に示すようにコーキング材１０ａの内周面部１６が内方に窪んでいてもよい。コーキング材１０ａが溝に取り付けられると、セグメントに挟まれ押しつぶされる。内周面部１０ａが内方に窪むことによって、取り付けられたセグメント１０ａがトンネルの中心方向へトンネル内周面１３１から突き出すことが防止され、滑らかなトンネル内周面１３１を形成することが可能になる。
図１に示されるように、第１のコーキング材１０ａの被覆層１２の厚さは、すべて均一であるとしたが、被覆層１２の一部の厚さが、他の部分の厚さと異なってもよい。図１４は、第１取付面部１３を含む被覆層１２の厚さが、他の面部（第２取付面部１４，外周面部１５，内周面部１６）を含む被覆層１２の厚さより厚いコーキング材の例を示す。上述のように被覆層１２は硬質ソリッドゴムからなるため、コーキング材１０ａが溝１１４に取り付けられた場合、被覆層１２が厚い部分の変形は、他の部分に比べて小さくなる。例えば、図１４に示されるコーキング材１０ａが溝１１４に取り付けられた場合、第１取付面１３を含む被覆層１２の変形量が、他の面部を含む被覆層１２に比べて小さくなり、第１取付面１３は形状の変化が少ないため、セグメント１００に対するコーキング材１０ａの位置ずれを防止できる一方で、第２取付面１４が変形してセグメント１００と密着する。したがって、取付時のコーキング材の位置ずれを防止しながら、優れた止水性と充填性を発揮する。
実施の形態２．
実施の形態１の第１のコーキング材１０ａでは、コア層１１が、同種の軟質ソリッドゴムで充填されている例について説明したが、中空な部分である中空部または硬さが異なる軟質ソリッドゴムを有する部分をコア層１１の中に備えてもよい。本実施の形態では、コア層１１が中空部を有する例について説明する。
図１５は、中空部を備える第２のコーキング材を示す図である。シールド工法セグメント用コーキング材としての第２のコーキング材１０ｂは、図１５に示すように、コア層１１の中に柔軟部としての中空部１７を備える。中空部１７はコーキング材の長さ方向に連続する中空である。なお、中空部７は、コア層１１とは異なる種類のソリッドゴムまたは発泡ゴムに囲まれることによって、形成されてもよい（図示せず）。
第２のコーキング材１０ｂの断面における中空部１７の形状は楕円形であり、その面積は、コア層１１の面積の約１５％である。なお、中空部１７の形状および大きさはこれに限られない。例えば、中空部１７の断面形状は、円形、楕円形、三角形、台形などであってもよい。また、中空部１７は、同一の断面または異なる断面の複数の中空を含んでもよく、またそれらは同一のまたは異なる長さであってよい。コーキング材の断面における中空部１７の面積の合計は、変形を容易にして止水性と充填性を向上させるために、同一断面におけるコア層１１の面積の１０〜８０％であることが好ましい。
また、第２のコーキング材１０ｂの中空部１７は、第２のコーキング材の断面において、中央より内周面部１６に近い領域に設けられるが、その位置はこれに限定されない。例えば、中空部１７は、コーキング材の断面において、中央領域、中央より外周面部１５に近い領域に設けられてもよい。ただ、図７に示される第２のコーキング材１０ｂのように、中央より内周面部１６に近い領域に設けられることが好ましく、これによって、比較的強度が弱い部分であるセグメント１００のコーナー部分損傷を防止することができる。
なお、本実施の形態の柔軟部は中空であるとしたが、柔軟部は、本実施の形態の中空部１７に該当する部分に、コア層１１を形成する軟質ソリッドゴムより柔らかい素材、例えば軟質ソリッドゴムまたは発泡ゴムなどが充填されてもよい。
コーキング材１０ｂも、実施の形態１のコーキング材１０ａと同様に、図１６に示されるように、互いに隣接するセグメント１００ａ，１００ｂそれぞれの溝側部１１５ａ，１１５ｂの間に挟まれ、図１７に示されるように押し潰され、溝１１４を充填する。コーキング材１０ｂが柔軟部を備えることにより、セグメントに挟まれるコーキング材が変形しやすくなり、溝１１４を確実に充填できる。これにより、止水性と充填性を向上させることが可能になる。
実施の形態３．
本実施の形態では、実施の形態１および実施の形態２で説明したコーキング材を適用可能なシールド工法用セグメントの他の例について説明する。
図１８は、実施の形態３に係るセグメントの接合部近傍の断面図である。本図は、トンネル壁体１３０の円周と直行する面での断面を示す。実施の形態１のセグメント１００が備える同一の部位には、同一の参照符号を付している。実施の形態３に係るセグメント２００ａ（２００ｂ）は、図１８に示すように、実施の形態１のセグメント１００が備える各部に加えて、隣接する他のセグメント２００ｂ（２００ａ）と接する接合部１１０ａ（１１０ｂ）に、トンネル壁体の円周方向に横切って設けられる中空２０２を形成する止水材取付部２０１ａ（２０１ｂ）を備える。止水材取付部２０１ａ（２０１ｂ）には、中空２０２を充填する長尺テープ状の止水材２０４が取り付けられる。なお、セグメント２００ａ（２００ｂ）の溝１１４に取り付けられるコーキング材は、図１８に示されるコーキング材１０ａであってもよく、また第２のコーキング材１０ｂであってもよい。
止水材取付部２０１ａ（２０１ｂ）は、溝１１４よりも外周側にある接合部１１０ａ（１１０ｂ）のいずれか、すなわち、溝１１４を形成するコーキング材取付部１１３ａ（１１３ｂ）の溝底部１１６ａ（１１６ｂ）から、セグメント外周面部１１７ａ（１１７ｂ）の端部２１８ａ（２１８ｂ）までにある接合部１１０ａ（１１０ｂ）のいずれかに設けられればよい。例えば、セグメントをボルトとナットのような接合用金具で接合する場合、止水材を接合用金具より外周側の接合部と、コーキング材と接合用金具の間とのそれぞれに配置されることが好ましい。これにより、下水管渠等に使用されるトンネル壁体を構築する場合、トンネル外部から地下水などがトンネル内部に浸入すること、および、トンネル内部を流れる下水などがトンネル外部に浸出することを防止でき、トンネル内外での水の流通に起因する接合用金具の腐食等によるトンネル壁体の強度低下を防止できる。
止水材２０４の材質は、水膨張性ゴムでも非膨張性ゴムでもよいが、セグメント２００ａ，２００ｂの接合時に大きな圧縮応力を必要とせず、高い止水性が得られる観点から水膨張性ゴムが好ましい。水膨張性ゴムが用いられる場合、特に吸水して元の体積に対して１．２〜６倍の体積に膨張するものが好ましく、クロロプレンゴム等の合成ゴムまたは天然ゴムに高吸水性樹脂等の水膨張性材料を練り込んだものや、ゴム自体が水を吸収して膨張する水膨張性ポリウレタンゴム等が挙げられる。水質の影響を受けず長期に渡って安定して水膨張するという点で水膨張性材料として水膨張性ポリウレタンを練り込んだゴムまたは水膨張性ポリウレタンゴムがさらに好ましい。非膨張性ゴムが用いられる場合、上述のコーキング材１０ａを構成する素材の例として述べたもの等が挙げられ、ソリッドゴムでも一部または全部が発泡した発泡ゴムであってもよい。また、水膨張性ゴムおよび非膨張性ゴムは、それぞれ単独で、または複合一体化してテープ状に成形したものが止水材として用いられる。
テープ状止水材２０４の大きさと形状は、配置される箇所の形状に合うものであればよく、とくに限定されないが、止水材２０４の断面積は、セグメント２００ａ，２００ｂ間の中空２０２の断面積に対して５０％〜１５０％、特に８０％〜１００％が好ましい。
止水材２０４をセグメント間２００ａ，２００ｂに配置する場合、少なくとも一方のセグメント２００ａ，２００ｂに固定するのが好ましい。固着させる方法は、上述のコーキング材に適用される方法と同様に、接着剤、粘着材を塗布する方法、これらを含む固着層を予め備える方法等がある。なお、止水材取付部２０１ａ（２０１ｂ）により形成される１箇所の中空２０２に取り付けられる止水材は、好ましくは一方のセグメント２０１ａまたは２０１ｂに固定された１個の止水材であってもよく、また、セグメント２０１ａおよび２０１ｂのそれぞれに固着されているでも２個であってもよい。
本実施の形態のセグメント２００ａ（２００ｂ）は、実施の形態１のセグメント１００ａ（１００ｂ）の場合と同様に、複数が組み合わされてセグメントリングとなり、そのセグメントリングが順次重ねられることによってトンネル壁体が構築される。止水材取付部２０１ａ（２０１ｂ）を備えるセグメント２００ａ（２００ｂ）およびそれによって構築されるトンネル壁体は、セグメント間のシール性を向上させ、本発明に係るコーキング材１０ａ，１０ｂと併用することで、セグメント間のほぼ完全なシールを実現することが可能になる。
以上、本発明のコーキング材、セグメント、およびセグメント構造体の実施の形態について詳細に説明したが、具体的な構成は上述の実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等も本発明に含まれる。
以下実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１〜２．比較例１．
実施例１および実施例２ではそれぞれ、図１９および図２０に示す断面形状のコーキング材を試験材として用い、それぞれについて止水性能試験と耐磨耗性試験とを行った。実施例１および実施例２で用いられたコーキング材は、上述の製法に従いソリッドゴムの二重押出によって成型された硬さが異なる２種類のソリッドゴムからなる。比較例１では、押出成型されたソリッドゴム３０１および目地材料としての発泡ゴム３０２を接着剤で貼り合わせたコーキング材を基準材として用いた。図２１は、比較例１で用いられた基準材となるコーキング材の断面形状を示す。ソリッドゴム３０１は、止水機能を発揮する止水材料部であり、発泡ゴム３０２は、目地材料部である。
耐磨耗性試験では、各試験材の表面をスチールウール（０番）で擦り傷の有無、程度を確認した。また、耐水性試験は、耐水性試験装置を用いて行った。ここから、耐水性試験装置とそれを用いた試験方法について説明する。
図２２は、試験材が取り付けられた耐水性試験装置の概要を示す概念図である。図２２に示されるように、耐水性試験装置は、対向する１組のステンレス製のフランジ３１１と、圧力ゲージ３１２と、空気抜き口３１３と、水圧ポンプを接続が接続され、水を所望の圧力で供給することによって加圧する加圧口３１４と、水３１５と、試験材３１６ｂとを備える。
１組のフランジ３０１は、両端がボルトで締結されている。各フランジ３１１には窪みがあり、１組のフランジ３１１は、その窪みが向かい合うように配置される。試験材３１６ｂは、対向するフランジ３１１の間であって、フランジ３１１の窪みを縁取るように配置される。フランジ３１１を締結するボルトが締められると、試験材３１６ｂが、フランジ３１１に挟まれ、押し潰されて変形する。これにより、セグメントに挟まれるコーキング材の状態が耐水性試験装置において再現される。水３１５は、空気抜き口３１３から排気されながら、試験材３１６とフランジ３１１によって画される空間に充填される。
図２３は、ボルトを締める前のフランジ３１１の間に設置された試験材３１６ａの状態を示す図である。本図は、水３１５が充填される空間の中心（フランジ３１１中心）から試験材３１６ａの継ぎ目部分を見た図であり、この点は、以下で説明する図２４も同様である。試験材３１６ａは、図２３に示されように試験材同士に隙間３１８を設けてフランジ３１１に設置される。図２４は、フランジ３１１の間に設置され、ボルトが締められた後の試験材３１６ｂの状態を示す図である。また、図２５は、変形前の試験材３１６ａと変形後の試験材３１６ｂの継ぎ目部分を示す図である。図２５は、耐水性試験装置の上方から見た各試験材３１６ａ，３１６ｂの状態を示す。ボルトが締められることによって、変形前の試験材３１６ａは図２５に示されるように、押し潰され、変形後の試験材３１６ｂに変形する。試験材３１６ａの設置時に設けられた隙間３１８は、図２４および図２５に示されるように、試験材３１６ａの変形によってなくなる。このように、予め隙間３１８を開けて試験材３１６ａを設置することによって、施工精度の悪い状態での止水性能を同時に確認することができる。
図２６は、基準材が取り付けられた耐水性試験装置を示す概念図である。耐水性試験装置の構成は、取り付けられている試験材３１６ｂを基準材３１６ｄに代えた点を除いて、図２２で説明した耐水性試験装置と同じである。また、基準材３１６ｃ，３１６ｄも、試験材３１６ａ，３１６ｂと同様に配置される。すなわち、ボルトを締める前に、基準材３１６ｃは、図２７および図２８に示されるように隙間３１８を開けてフランジ３１１に置かれる。ここで、図２７は、ボルトを締める前のフランジ３１１の間に設置された基準材３１６ｃの状態を示す図であり、図２８は、変形前の基準材３１６ｃの継ぎ目部分を示す図である。図２７は、フランジ３１１中心から試験材３１６ａの継ぎ目部分を見た図であり、この点は、以下で説明する図２９も同様である。また、図２８は、耐水性試験装置の上方から見た基準材３１６ｃの状態を示す。
ボルトが締められることによって、変形前の基準材３１６ｃは図２９に示されるように、押し潰され、変形後の試験材３１６ｄに変形する。基準材３１６ｃの設置時に設けられた隙間３１８は、図２９および図３０に示されるように、基準材３１６ｃの変形によってなくなる。ここで、図２９は、フランジ３１１の間に設置され、ボルトが締められた後の基準材３１６ｄの状態を示す図であり、図３０は、変形前の基準材と変形後の基準材の継ぎ目部分を示す図である。図３０は、耐水性試験装置の上方から見た各基準材３１６ｃ，３１６ｄの状態を示す。このように、試験材３１６ａ，３１６ｂと同様に基準材３１６ｃ，３１６ｄを配置することによって、本発明に係るコーキング材が用いられる試験材３１６ａ，３１６ｂの止水性を評価することが可能になる。
（＊２）試験材の内部に位置するため
表１において用いた成形品材料は以下のとおりである。
（１）実施例１〜２のコア層ソリッドゴム組成
軟質ソリッドゴム ＥＰＤＭ １００
カーボンブラック ７０
炭酸カルシウム ３０
パラフィン系プロセスオイル １８０
（２）実施例１〜２の被覆層ソリッドゴム組成
硬質ソリッドゴム ＥＰＤＭ １００
ケイ酸 ３０
クレー ４０
炭酸カルシウム ８０
パラフィン系プロセスオイル ５２
（３）比較例１の止水材料部ソリッドゴム
ソリッドゴム ＥＰＤＭ １００
カーボンブラック １１０
炭酸カルシウム ３０
パラフィン系プロセスオイル ６８
（４）比較例１の目地材料部発泡ゴム
発泡ゴム ＥＰＤＭ １００
炭酸カルシウム ６０
タルク ５０
パラフィン系プロセスオイル ４０
（１）実施例１〜２のコア層ソリッドゴム組成
軟質ソリッドゴム ＥＰＤＭ １００
カーボンブラック ７０
炭酸カルシウム ３０
パラフィン系プロセスオイル １８０
（２）実施例１〜２の被覆層ソリッドゴム組成
硬質ソリッドゴム ＥＰＤＭ １００
ケイ酸 ３０
クレー ４０
炭酸カルシウム ８０
パラフィン系プロセスオイル ５２
（３）比較例１の止水材料部ソリッドゴム
ソリッドゴム ＥＰＤＭ １００
カーボンブラック １１０
炭酸カルシウム ３０
パラフィン系プロセスオイル ６８
（４）比較例１の目地材料部発泡ゴム
発泡ゴム ＥＰＤＭ １００
炭酸カルシウム ６０
タルク ５０
パラフィン系プロセスオイル ４０
表１の結果から、本発明のコーキング材（実施例１〜２）は、比較のもの（比較例１）に比べ傷つきにくい点で耐摩耗性に優れること、および止水性能に優れることがわかる。また、本発明のコーキング材は、施工精度が悪い条件下、例えばセグメントへのコーキング材の貼付が本来の位置よりずれて、セグメントリング、さらにトンネル壁体に組上げたときに間隙が生じる恐れがある場合でも、コア層が軟質であることから比較のもの（比較例１）に比べコーキング材が全体にわたって追従性および充填性に優れ、セグメント接合時の圧縮変形により間隙を埋めることができる。
本発明のコーキング材は、シールド工法セグメント間のシールに利用でき、セグメント内周面に防食性、止水性などを有する保護層を有する二次覆工一体型セグメントを利用するシールド工法によるトンネル壁体の構築等に幅広く好適に利用することができる。
１０ａ，１０ｂ コーキング材
１１ コア層
１２ 被覆層
１３ 第１取付面部
１４ 第２取付面部
１５ 外周面部
１６ 内周面部
１７ 中空部
１００，２００ セグメント
１１０ セグメント接合部
１１１ セグメントリング接合部
１１２ 保護部
１１３ コーキング材取付部
１１４ 溝
１１５ 溝側部
１１６ 溝底部
１２０ セグメントリング
１３０ トンネル壁体
１３１ トンネル内周面部
２０１ 止水材取付部
２０２ 中空
２０４ 止水材
１１ コア層
１２ 被覆層
１３ 第１取付面部
１４ 第２取付面部
１５ 外周面部
１６ 内周面部
１７ 中空部
１００，２００ セグメント
１１０ セグメント接合部
１１１ セグメントリング接合部
１１２ 保護部
１１３ コーキング材取付部
１１４ 溝
１１５ 溝側部
１１６ 溝底部
１２０ セグメントリング
１３０ トンネル壁体
１３１ トンネル内周面部
２０１ 止水材取付部
２０２ 中空
２０４ 止水材
Claims (8)
- シールド工法に用いられ、隣接するセグメント間に取り付けられるシールド工法セグメント用コーキング材であって、硬さ（ＪＩＳ Ｋ６２５３）が、Ｅ１〜Ｅ４５である軟質ソリッドゴムからなるコア層と、
前記軟質ソリッドゴムより硬い硬質ソリッドゴムからなり、前記コア層の周囲を覆う被覆層とを備えることを特徴とするシールド工法セグメント用コーキング材。 - 前記被覆層の硬さ（ＪＩＳ Ｋ６２５３）が、Ａ３０〜Ａ６０であることを特徴とする請求項１に記載のシールド工法セグメント用コーキング材。
- 前記被覆層の厚さが、０．５ｍｍ以上でかつ前記コーキング材の半分の厚さの５０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシールド工法セグメント用コーキング材。
- 前記コーキング材の長さ方向に連続した中空を前記コーキング材の内部に形成する中空部を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載のシールド工法セグメント用コーキング材。
- シールド工法に用いられるシールド工法セグメント用コーキング材であって、
トンネル壁体の内周面を形成するセグメント内周面部に一体的に設けられた無筋コンクリートからなる防食層と、
セグメントが他のセグメントと接合するセグメント接合部の前記内周側に、接着剤および／または粘着剤で取り付けられたシールド工法セグメント用コーキング材とを備え、
前記シールド工法セグメント用コーキング材は、軟質ソリッドゴムからなるコア層と、前記軟質ソリッドゴムより硬い硬質ソリッドゴムからなり、前記コア層の周囲を覆う被覆層とを備えるシールド工法セグメント用コーキング材。 - シールド工法に用いられるシールド工法用セグメントであって、
トンネル壁体の内周面を形成するセグメント内周面部に一体的に設けられた無筋コンクリートからなる防食層と、
セグメントが他のセグメントと接合するセグメント接合部の前記内周側に、接着剤および／または粘着剤で取り付けられたシールド工法セグメント用コーキング材とを備え、
前記シールド工法セグメント用コーキング材は、
軟質ソリッドゴムからなるコア層と、
前記軟質ソリッドゴムより硬い硬質ソリッドゴムからなり、前記コア層の周囲を覆う被覆層とを備えるシールド工法用セグメント。 - シールド工法で構築されるトンネル壁体であって、
トンネル壁体を形成するセグメントと、
前記トンネル壁体の内周面を形成するセグメント内周面部であり、前記セグメントに隣接するセグメントと前記セグメントとの境界に設けられた溝状のコーキング材取付部と、
前記コーキング材取付部に取り付けられるシールド工法セグメント用コーキング材とを備え、
前記シールド工法セグメント用コーキング材は、
軟質ソリッドゴムからなるコア層と、
前記軟質ソリッドゴムより硬い硬質ソリッドゴムからなり、前記コア層の周囲を覆う被覆層とを備えるトンネル壁体。 - さらに、前記隣接するセグメントと前記セグメントとの間に取り付けられる長尺テープ状の止水材と、
前記隣接するセグメントと前記セグメントとが接する接合部に、前記トンネル壁体の円周方向に横切って設けられ、前記止水材が取り付けられる中空を形成する止水材取付部とを備えることを特徴とする請求項７に記載のトンネル壁体。
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