JP6093520B2 - 接触面を止水する止水構造及び止水方法、並びに止水構造に用いられる止水材 - Google Patents

Description

本発明は、鋼製セグメントの端面など、非多孔性下地面同士を接触させた際の漏水を防止する止水構造、止水方法、及び、止水材に関する。

鋼製セグメントで構築されたシールドトンネルを切り開き、他の構造物と連結することが行われている。例えば、特許文献１には、コンクリート構体の頂版に、鋼製セグメントにおける上部切除先端部を接合した地中構造物が記載されている。

鋼製セグメントでは、セグメント同士の接合面からの漏水を防止するため、種々の対策が採られている。例えば、接合面にシール材を設けて水の浸入を抑制したり、セグメント周囲の地盤を改良したりしている。また、ＲＣセグメントでは、アクリル系止水材、エポキシ系止水材、或いは、発泡性ウレタン系止水材を止水箇所に充填することも行われている。

特開２００２−３０９８９５号公報

シールド工法の大深度化に伴い、最近では、シールドトンネルのセグメントを高水圧下で切り開き、他の構造物と接続することを余儀なくされている。この場合、シールドトンネルを高水圧下で切り開かなければならず、止水性の確保が問題となる。前述したように、セグメント同士の接合面には漏水が生じ易い。特に、高水圧下においてはそれが顕著であり、十分な対策が求められている。

ここで、高水圧下では僅かな隙間からでも水が浸入してしまう。このため、接合面にシール材を設けただけでは、接合面とシール材の僅かな隙間から水が浸入してしまう虞がある。また、セグメント周囲の地盤を改良した場合、長期間に亘って止水効果を得ることは難しい。

さらに、ＲＣセグメントで用いられている止水材を鋼製セグメントの止水材に転用することも考えられる。しかし、アクリル系止水材は、水に接触すると膨潤する性質を有しており、高水圧下では強度不足となる虞があった。エポキシ系止水材は、流水の存在下では硬化し難いという問題点があった。

発泡性ウレタン系止水材は、発泡しつつ硬化するものである。多孔性のコンクリートや地盤であれば、発泡によって生じた気体を細孔内に取り込むことができ、必要な止水性が得られる。しかしながら、鋼製セグメントの接合面といった非多孔性の下地面では、ウレタン内の気泡が下地面に取り込まれることなく残ってしまう。このため、気泡同士が繋がって水みちを形成し、止水性が損なわれてしまうという問題点があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋼製セグメントの接合面といった非多孔性の下地面に対して、高水圧下でも必要な止水性を得ることにある。

前記目的を達成するため、本発明は、互いに接触する接触面同士の隙間に止水材を充填し、充填された前記止水材を硬化させることにより、前記接触面同士を止水する止水構造であって、前記接触面の少なくとも一方を非多孔性下地面とし、前記止水材として、水と接触して硬化体を形成するプレポリマー化された疎水性の無発泡ウレタン系止水材を用いることを特徴とする。

また、本発明は、互いに接触する接触面同士の隙間に止水材を充填し、充填された前記止水材を硬化させることにより、前記接触面同士を止水する止水方法であって、前記接触面の少なくとも一方が非多孔性下地面であり、前記止水材が、水と接触して硬化体を形成するプレポリマー化された疎水性の無発泡ウレタン系止水材であることを特徴とする。

また、本発明は、少なくとも一方の面が非多孔性下地面とされた接触面同士の隙間に充填され、前記隙間で硬化することで前記接触面同士を止水する止水材であって、水と接触して硬化体を形成するプレポリマー化された疎水性の無発泡ウレタン系止水材で構成されていることを特徴とする。

これらの発明では、互いに接触する接触面同士の隙間に充填される止水材として、水と接触して硬化体を形成するプレポリマー化された疎水性の無発泡ウレタン系止水材を用いている。このため、少なくとも一方の接触面が非多孔性下地面とされていても、気泡が発生しない、あるいは発生したとしても非常に微量なので気泡同士が繋がることなく独立した状態で存在する。これにより、水みちが形成されず、非多孔性の下地面に対して高水圧下でも必要な止水性を得ることができる。

前述の止水構造において、前記非多孔性下地面が鋼製セグメントの端面であることが好ましい。この発明では、高水圧下の地盤に構築されるシールドトンネルにおいて、鋼製セグメント同士の接合面に対して十分な止水性を確保できる。

前述の止水方法において、前記非多孔性下地面が鋼製セグメントの端面であり、前記止水材を、前記鋼製セグメントの端面における背面側から注入することが好ましい。この発明では、接合面を無理に押し拡げたり、切削したりすることなく止水材を注入できるので、高い止水性が得られる。

本発明によれば、鋼製セグメントの接合面といった非多孔性の下地面に対して、高水圧下でも必要な止水性を得ることができる。

試験対象の止水材の性状と試験結果を示す図である。 （ａ）は、止水材Ｄの水分濃度と発泡倍率の関係を説明する図である。（ｂ）は、常温での収縮率を説明する図である。（ｃ）は、７０℃での収縮率を説明する図である。 試験に用いた供試体を説明する写真である。 供試体のシール溝にシール材を装着している状態を説明する写真である。 シール材を装着した供試体同士を重ね合わせる様子を説明する写真である。 止水材を注入している様子を説明する写真である。 水を所定圧力で供給している様子を説明する写真である。 止水材Ａの試験後供試体の分割状態を示す写真である。 充填された止水材Ａの表面状態を拡大して示す写真である。 止水材Ｂの試験後供試体の分割状態を示す写真である。 充填された止水材Ｂの表面状態を拡大して示す写真である。 止水材Ｄの試験後供試体の分割状態を示す写真である。 充填された止水材Ｄの表面状態を拡大して示す写真である。 充填された止水材Ｅの表面状態を拡大して示す写真である。 地下構造物を説明する断面図である。 鋼製シールドトンネルを説明する斜視図である。 端面にシール材を取り付けた鋼製セグメントを説明する斜視図である。 地下水の浸入経路を説明する図である。 鋼製セグメントの端面部分を拡大して示す断面図である。 鋼製セグメントの端面部分を拡大して示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。まず、止水材による止水性の確認試験について説明する。この確認試験では、鋼製セグメントの主桁を模擬した供試体を用い、複数種類の止水材を供試体に充填して硬化させた。そして、設計水圧に相当する圧力で水を供給し、漏水の有無を確認した。以下、詳細に説明する。

確認試験に使用された止水材の性状を図１に示す。この確認試験では、止水材Ａ〜Ｅからなる５種類の止水材を試験対象にした。これらの止水材Ａ〜Ｅは何れもウレタン樹脂系の止水材である。そして、止水材Ａ〜Ｄの４種類は疎水性であり、止水材Ｅは親水性である。

止水材Ａ〜Ｄはそれぞれ発泡倍率が段階的に異なっている。ここで、発泡倍率とは、発泡前後の密度の比（発泡前密度ρ／発泡後密度ρｆ）を意味する。そして、発泡条件によって発泡状態が変動することから、発泡倍率は幅を持った値となる。

止水材Ａは、最も発泡倍率が高い止水材であり、その発泡倍率は３０〜５０倍（中央値４０倍）である。止水材Ｂは２番目に発泡倍率が高い止水材であり、その発泡倍率は８〜１４倍（中央値１１倍）である。止水材Ｃは発泡倍率が３番目の止水材であり、その発泡倍率は１．０〜１．５倍（中央値１．２５倍）である。そして、これらの止水材Ａ〜Ｃが比較例となっている。

止水材Ｄは、４種類の疎水性ウレタン系止水材のうち、最も発泡倍率が低い止水材であり、その発泡倍率は１．００〜１．０５倍（中央値１．０２５倍）である。前述の止水材Ｃが「微発泡」に分類されているのに対し、この止水材Ｄは「無発泡」に分類される点で相違する。

なお、親水性の止水材Ｅに関し、その発泡倍率は１．１〜１．５倍（中央値１．３倍）である。この発泡倍率は、止水材Ｃと同程度であることから、止水材Ｅも「微発泡」に分類される。そして、止水材Ｅも、止水材Ａ〜Ｃと同様に比較例となっている。

硬化機構に関し、疎水性である止水材Ａ〜Ｄについては、硬化に水分を必要とする「水分硬化」となっている。一方、親水性の止水材Ｅに関しては、樹脂濃度が１０％以上になると含水ゲルを形成して硬化する性質を有している。硬化速度に関しては、止水材Ａ〜Ｃが２分〜１６分で硬化するのに対し、止水材Ｄは４０分〜７０分の時間を要する。一方、止水材Ｅは３０秒〜５０秒と極めて短い時間で硬化する。

圧縮強度に関し、止水材Ｂ〜Ｄに関しては、３．２ｋｇｆ／ｃｍ^２以上と十分な値が得られているが、止水材Ａ，Ｅに関しては、０．１未満〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２と、止水材Ｂ〜Ｄよりも低い値になっている。特に、親水性の止水材Ｅでは０．１未満と極めて低い値になっている。接着強度に関し、止水材Ｃが４０．０ｋｇｆ／ｃｍ^２で最も高く、それに次いで止水材Ｄが１２．０ｋｇｆ／ｃｍ^２になっている。止水材Ａ，Ｂ，Ｅの接着強度が０．８〜７．２ｋｇｆ／ｃｍ^２であることを考慮すると、止水材Ｄは十分な接着強度であると考えられる。

外観に関しては、止水材Ａ〜Ｅの何れも褐色液体である。そして、粘度に関しては、止水材Ｂが極めて高く、２０℃において２０００〜３０００ｍＰａ・ｓである。他の止水材Ａ，Ｃ〜Ｅは、２０℃において５０〜３５０ｍＰａ・ｓと油程度の粘度である。このため、止水材Ａ，Ｃ〜Ｅについては、ポンプ等によって隙間へ注入可能と考えられる。

次に、実施例の止水材Ｄに関する収縮性の測定結果について説明する。収縮性に関しては、小さいほど良好な止水性を維持できるといえる。この測定では、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍのフォームサンプル作成用の木箱に、各種濃度毎の混合薬液を約５００ｇ充填して硬化させ、所定温度で静置し外観の変化や収縮率の変化を確認した。なお、静置温度は、常温と７０℃の２通りとし、常温については最大３０日間、７０℃については最大１週間静置した。

混合薬液の濃度に関し、常温静置品については、止水材Ｄ：水を、１００／５（水分５％）と１００／１０（水分１０％）の２種類とした。また、７０℃静置品については、止水材Ｄ：水を、１００／１（水分１％）、１００／３（水分３％）、１００／５（水分５％）及び１００／１０（水分１０％）の４種類とした。そして、これらの混合薬液を木箱に充填した後、手動攪拌によって硬化させた。

常温静置品については、０日、１日間、３日間、７日間、１５日間、３０日間静置したものを順次木箱から取り出し、表面を削り出して８０ｍｍ×８０ｍｍ×４０ｍｍの直方体状にして測定に供した。７０℃静置品については、０日、１日間、３日間、７日間静置したものを順次木箱から取り出し、同寸法の直方体状にして測定に供した。測定は、発泡倍率と収縮率について行った。

発泡倍率の測定結果を図２（ａ）に示す。発泡倍率の測定では、液体での比重が１．００であることから、樹脂を切り出して体積と重量を測定し、正確な発泡倍率を算出した。同図に示すように、水分１％の混合薬液の発泡倍率は１．０１、水分３％の混合薬液の発泡倍率は１．０２、水分５％及び１０％の混合薬液の発泡倍率は１．０３と、何れも１．０５以下の小さな発泡倍率であった。

常温での収縮率の測定結果を図２（ｂ）に、７０℃での収縮率の測定結果を図２（ｃ）にそれぞれ示す。常温静置及び７０℃静置の何れも、収縮率が９５％未満になることはなかった。表面を削り出すことで、最も収縮し易い状態にしたにも拘わらず、収縮率が９５％以上であることから、良好な止水性を維持できると考えられた。特に、水分１０％の混合薬液では、常温下３０日経過時点での収縮が３％以下（収縮率９７％以上）であった。

次に、以上の特性を有する止水材Ｄの組成について説明する。この止水材Ｄは、ポリオール、有機ポリイソシアネート、配合剤（プレポリマーの硬化剤）等を含有している。

使用可能なポリオールは特に限定されるものではないが、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリアセタールポリオール等を挙げることができる。

ポリエーテルポリオールの具体例としては、水、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエルスリトール、ソルビトール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ペンタンジオール等の多価アルコール類のアルキレンオキサイド付加物が挙げられる。

ここで、多価アルコール類としてジプロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパンを使用することが止水性能の向上の点で好ましい。また、アルキレンオキサイドとしてエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドを挙げることができ、これらの一種または二種以上を付加することができるが、プロピレンオキサイドが好ましい。二種以上付加する場合、ブロック状であってもランダム状であってもよい。この中でも特に平均分子量が１００〜５００００のものが好ましく、２００〜２００００のものがさらに好ましく使用できる。

上記ポリエーテルポリオールには、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンポリプロピレングリコールに加え、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコールの１種または２種以上から構成される２量体その他の低分子量体も含まれる。この中でも特に平均分子量が１００〜５００００のものが好ましく、２００〜２００００のものがさらに好ましく使用できる。

ポリエステルポリオールの具体例として、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン又はトリメチロールプロパン等のポリオールとコハク酸、グルタール酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸等の飽和又は不飽和の多価カルボン酸、若しくはこれらの酸無水物との縮合生成物やポリカプロラクトンポリオール等が挙げられる。これらは必要に応じ混合使用することもできる。この中でも特に平均分子量が１００〜５００００のものが好ましく、２００〜２００００のものがさらに好ましく使用できる。

さらに分子量が５００までの低分子量のポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールなどを添加することでより強度のある樹脂ができるが、施工性などの面から、その使用量はポリエーテル全体の３０質量％未満であることが好ましい。

有機ポリイソシアネートの具体例としては、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

硬化速度及び経済性より、ジフェニルメタンジイソシアネート、カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート及びキシレンジイソシアネートから選ばれる１種または２種以上と、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートとの計２種以上の混合イソシアネートを使用することが好ましい。これら以外の有機ポリイソシアネートを併用する際は、この混合イソシアネートを全イソシアネート分の７０質量％以上とすることにより、優れた性能を得ることができる。

プレポリマー化は、合成反応装置にポリオールおよび有機ポリイソシアネートを仕込んで撹拌し、６０〜１６０℃で反応させて行なうことが通常である。プレポリマー化の際、必要に応じてモノブチル錫オキサイト、ジブチル錫オキサイト、テトラオクチル錫、ジオクチル錫オキサイト、ジブチル錫ラウリレート、ジオクチル錫ラウリレート等の錫系触媒を使用することができる。

以上のようにして製造されたウレタンプレポリマーが水と反応して硬化体を形成させるための配合剤として使用される化合物としては、主に有機アミンと金属系触媒が使用できる。有機アミンとしては例えばトリエチルアミン、トリメチルアミン、ジメチルミリスチルアミン、ステアリルアミン、ジメチルデシルアミン、Ｎ−エチルモルホリン、トリエチレンテトラミン、トリレンジアミン、キシリレンジアミン等のポリアミン類を挙げることができる。また金属系触媒としてはブチルリチウム、ナトリウムメトキサイド、ビス(２−エチルヘキサノエート)スズ、ジブチルスズラウレート、ジオクチルスズラウレート、ビス(ネオデカエート)スズ等を好ましく挙げることができる。

さらに、本発明の止水材には充填対象の隙間に充分含浸するように、必要に応じて希釈剤を配合することができる。

希釈剤の具体例として、ガンマーブチルラクトン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、２オキソ−４メチル−１、３ジオキソラン、メチルアセチルリシノレート、ブチルアセチルリシノレート、グルタル酸ジメチル、コハク酸ジメチル、アジピン酸ジメチルまたはこれらの混合物が挙げられる。

次に、確認試験の手順を図３〜図７に基づいて説明する。図３は、試験に用いた供試体１１を、接触面側から撮影した写真である。この供試体１１は、長方形状の鋼板に、シール溝１２やセグメントボルト継手孔１３を形成したものであり、鋼製セグメントの主桁を模擬して作製されている。

本実施形態における供試体１１は、長辺の長さが１００５ｍｍ、短辺の長さが３９４ｍｍ、厚さが２７ｍｍである。そして、接触面には、主シール溝１２ａと、副シール溝１２ｂと、連結シール溝１２ｃからなる３本のシール溝１２が形成されている。主シール溝１２ａ及び副シール溝１２ｂは、供試体１１の長辺方向と平行に、供試体１１の全体に亘って形成された一対の溝である。主シール溝１２ａは、シールドトンネルが構築された際に外周側に位置するシール溝であり、幅３２ｍｍ、深さ３ｍｍの直線状の溝として形成されている。副シール溝１２ｂは、シールドトンネルが構築された際に内周側に位置するシール溝であり、幅２６ｍｍ、深さ２ｍｍの直線状の溝として形成されている。連結シール溝１２ｃは、供試体１１の短辺方向と平行に、主シール溝１２ａと副シール溝１２ｂとを連結し、止水材の漏出を防止する実験用の溝であり、主シール溝１２ａと同じ幅、同じ深さに形成されている。

図４に示すように、これらの主シール溝１２ａ、副シール溝１２ｂ、及び、連結シール溝１２ｃには、水膨張性のシール材１４が配置される。このシール材１４は、水分を吸収して膨張し、シール性を発揮する厚手の帯状部材である。

セグメントボルト継手孔１３は、セグメント同士を連結するセグメントボルト１５（図６参照）が挿通される孔であり、図３に示すように、本実施形態では直径３０ｍｍの貫通孔として形成されている。そして、主シール溝１２ａよりも内周側（図３の左側）に、この主シール溝１２ａに沿って４つ、副シール溝１２ｂよりも内周側に、この副シール溝１２ｂに沿って４つ形成されている。なお、図６及び図７に示すように、この供試体１１は２枚を１組にして使用するが、一方の供試体１１には、止水材注入孔１６と水密試験水注入孔１７が設けられている。止水材注入孔１６は、試験対象の止水材Ａ〜Ｅを注入するための孔であり、水密試験水注入孔１７は、試験用の水を注入するための孔である。そして、これらの注入孔１６，１７は、不使用時において閉塞プラグＰＧで閉塞されている。

また、図３に示すように、これらの注入孔１６，１７はいずれも、接触面における主シール溝１２ａ、副シール溝１２ｂ、及び、連結シール溝１２ｃで囲まれた矩形状の内側領域に連通されている。従って、止水材注入孔１６から注入された止水材は、この内側領域内を満たして硬化する。

各シール溝１２に水膨張性シール材１４を配置したならば、供試体１１同士を組み立てる。この場合、図５に示すように、接触面同士を向かい合わせにして一対の供試体１１，１１を位置決めしつつ重ね合わせる。そして、各供試体１１を重ね合わせた後、セグメントボルト継手孔１３にセグメントボルト１５を挿通して締結する。このとき、接触面同士の目開き量（内側領域の隙間）は１ｍｍとした。また、締結後における供試体１１の端面（詳しくは連結シール溝１２ｃから遠い短辺側の端面）に対してエポキシコーティングを施し、内側領域からの水等の流出を阻止した。さらに、この内側領域には予め水を充填した。

次に、図６に示すように、各シール材１４で区画された内側領域に止水材Ａ〜Ｅを個別に充填した。充填に際しては、供試体１１の端面に設けたエポキシコーティングを部分的に切除し、充填された水を切除部分から排出させた。そして、この切除部分から止水材Ａ〜Ｅが噴出されるまで充填を行った。止水材Ａ〜Ｅが噴出されたならば、エポキシコーティングの切除部分を再度閉塞し、止水材Ａ〜Ｅを２４時間養生させた。

止水材Ａ〜Ｅの養生後、エポキシコーティングを全部切除した。次に、図７に示すように、水密試験水注入孔１７にホースを接続し、０．６５ＭＰａの水圧を６時間に亘ってかけた。そして、エポキシコーティングの切除部分（供試体１１の短辺側端面）からの漏水の有無を確認した。

以下、試験結果について説明する。なお、試験結果の説明に際しては、図１の下段部、及び、図８〜図１４を参照する。図１の下段部に示すように、本実施形態では、各止水材Ａ〜Ｅについて３回の試験を行った。そして、図１の下段部には、上側から順に、１回目の試験結果、２回目の試験結果、３回目の試験結果を記載している。

また、図８は、止水材Ａの試験後供試体１１の分割状態を示す写真、図９は充填された止水材Ａの表面状態を拡大して示す写真である。図１０は、止水材Ｂの試験後供試体１１の分割状態を示す写真、図１１は、充填された止水材Ｂの表面状態を拡大して示す写真である。図１２は、止水材Ｄの試験後供試体１１の分割状態を示す写真、図１３は、充填された止水材Ｄの表面状態を拡大して示す写真である。図１４は、充填された止水材Ｅの表面状態を拡大して示す写真である。

まず、止水材Ａの試験結果について説明する。図１に示すように、止水材Ａでは３回の試験のうち、２回の試験で漏水が認められた。そして、これらの漏水は、注水開始から３０分経過後に発生した。図８及び図９に示すように、止水材Ａでは、微細な気泡が連なって水みちが形成されていることが確認された。注入水は、この水みちを通じて外部に流出したと考えられる。

次に、止水材Ｂの試験結果について説明する。図１に示すように、止水材Ｂでも３回の試験のうち、２回の試験で漏水が認められた。そして、これらの漏水は、注水開始から３０分経過後に発生した。図１０及び図１１に示すように、止水材Ｂでも、微細な気泡が連なって水みちが形成されていることが確認された。従って、注入水は、形成された水みちを通じて外部に流出したと考えられる。

次に、止水材Ｃの試験結果について説明する。図１に示すように、止水材Ｃでは、３回の試験のうち、１回の試験で漏水が認められた。そして、この漏水は、注水開始から３時間経過後に発生した。このように、発泡倍率が止水材Ａ，Ｂよりも低い止水材Ｃにおいて、止水材Ａ，Ｂよりも高い止水効果が得られたことからも、止水材Ａ，Ｂでは多数の気泡が連なって水みちが形成されたことが伺える。なお、シールドトンネル、とりわけ大深度地下に構築されるシールドトンネルにおいては、ひとたび漏水が生じてしまうと、対応が困難である。このため、止水材Ｃよりも、より止水性の高い止水材が求められる。

次に、止水材Ｄの試験結果について説明する。図１に示すように、止水材Ｄでは、３回の試験の全てにおいて漏水は認められなかった。この確認試験では、０．６５ＭＰａという高い水圧を６時間の長時間に亘ってかけていることから、この確認試験で漏水が生じないのであれば、現場においても高い止水性が得られると考えられる。

図１２に示すように、止水材Ｄで用いた供試体１１では、充填された止水材Ｄが一方の供試体１１と他方の供試体１１とに分かれて剥がれていた。このことは、止水材Ｄと供試体１１（接触面）との間に高い接着力が作用していることを示している。また、図１３に示すように、止水材Ｄでは、硬化後において気泡が独立していた。このように、止水材Ｄでは、内部の気泡が互いに独立しており、水みちを形成しなかったことが、止水性を向上させた要因と考えられる。

次に、止水材Ｅの試験結果について説明する。図１に示すように、止水材Ｅでは３回の試験のうち、２回の試験で漏水が認められた。そして、漏水が認められた２回の試験のうちの一方では注水開始から３０分後に漏水が認められ、他方では注水開始から３時間後に漏水が認められた。ここで、図１４に示すように、止水材Ｅでは、硬化後における内部の気泡は、止水材Ａ，Ｂに比べて少なく、水みちは形成されていなかった。しかしながら、止水材Ｅでは、他の止水材Ａ〜Ｄに比べて硬化後の弾性が高いことが確認された。このため、高い水圧がかかってしまうと止水材Ｅは変形し、この変形によって水みちが形成されたものと考えられる。

以上の試験結果より、０．６５ＭＰａ程度の高い水圧がかかる地中（例えば大深度地下）では、鋼製セグメントで構築されたシールドトンネルの止水材として、無発泡（発泡倍率で１．００〜１．０５）である疎水性のウレタン系止水材である止水材Ｄが好適に用いられることが確認できた。

次に、止水材Ｄによる止水方法について説明する。ここでは、図１５に示す地下構造物を例に挙げて説明する。この地下構造物は、横並びに構築された一対の鋼製シールドトンネル２１を、シールドトンネル２１同士の間に構築されたＲＣ製の躯体２２で連結したものである。このような地下構造物は、例えば地下を通る道路や鉄道に適用される。

この地下構造物を構築するに際しては、図１６に示すシールドトンネル２１を地下に構築する。このシールドトンネル２１は、図１７に示す鋼製セグメント２３を、リング状に接続するとともに、このリング状部分がトンネルの長手方向に連続するように接続する。

この鋼製セグメント２３は、スキンプレート２３ａ、主桁２３ｂ、継手板２３ｃ、及び、縦リブ２３ｄを有している。スキンプレート２３ａは、シールドトンネル２１の外殻を構成する部材であり、シールドトンネル２１の外周にあわせて湾曲された矩形状の鋼板によって作製されている。主桁２３ｂは、スキンプレート２３ａ等から伝達される荷重を負担する部材であり、スキンプレート２３ａの長辺側両端部に内周側に向けて立設された湾曲形状の鋼板によって作製されている。継手板２３ｃは、鋼製セグメント２３同士を周方向に接続するための部材であり、スキンプレート２３ａの短辺側両端部に内周側に向けて立設された横長長方形状の鋼板によって作製されている。縦リブ２３ｄは、主にシールドジャッキからの反力を受ける部材であり、スキンプレート２３ａと一対の主桁２３ｂに溶接されている。この縦リブ２３ｄは、スキンプレート２３ａの短辺と平行な方向に、長辺の方向に複数並んだ状態で設けられている。

主桁２３ｂと継手板２３ｃは縁部で溶接されており、鋼製セグメント２３における接触端面を構成する。そして、これらの主桁２３ｂ及び継手板２３ｃを囲繞するように、主桁２３ｂ及び継手板２３ｃの外側表面に沿ってシール材１４が取り付けられている。このシール材１４は、スキンプレート２３ａに近い外側シール材１４ａと、スキンプレート２３ａから遠い内側シール材１４ｂとから構成されている。そして、外側シール材１４ａと内側シール材１４ｂに対応して、主桁２３ｂ及び継手板２３ｃには、外側シール溝２３ｅと内側シール溝２３ｆが形成されている。なお、これらのシール溝２３ｅ，２３ｆの幅や太さは、止水性試験に用いた供試体１１の主シール溝１２ａや副シール溝１２ｂと同様である。また、鋼製セグメント２３では、連結シール溝１２ｃが設けられていない点で、供試体１１と相違している。

加えて、図示は省略したが、主桁２３ｂ及び継手板２３ｃには、セグメントボルト継手孔が設けられている。例えば、外側シール材１４ａ及び内側シール材１４ｂよりも内周側の位置に、これらのシール材１４に沿って、セグメントボルト継手孔が設けられている。さらに、主桁２３ｂと継手板２３ｃの少なくとも一方には、止水材（止水材Ｄ）を注入するための止水材注入孔２３ｇが形成されている。この止水材注入孔２３ｇもまた、供試体１１のものと同様に、外側シール材１４ａよりも内周側であって内側シール材１４ｂよりも外周側の位置に、板厚方向を貫通する状態で形成されている。

図１８及び図１９に矢印で示すように、この地下構造物では、外側シール材１４ａとスキンプレート２３ａ間のリング継手面、外側シール材１４ａと内側シール材１４ｂ間のリング継手面、及び、スキンプレート２３ａの表面などから地下水が浸入しやすい。そこで、本実施形態の止水方法では、図２０に示すように、シールドトンネル２１の構築時において、接合された鋼製セグメント２３の端面（詳しくは、外側シール材１４ａと内側シール材１４ｂとで区画される隙間）に対し、鋼製セグメント２３の側面より削孔し、設置した止水材注入孔２３ｇを通じて疎水性の無発泡ウレタン系の止水材を注入する。

この注入作業は、作業の行い易いシールドトンネル２１の内部空間で行えるため、作業効率が非常に良好である。また、止水材の注入に際して、鋼製セグメント２３の端面同士を無理やり押し広げたり、切削したりしなくてもよい。また、シール材１４についても損傷を防止できる。このため、二次的な漏水を防止でき、高い止水性が得られる。

注入された止水材は地下水との接触によって硬化し、硬化後においては気泡が独立した状態で存在するので、水みちが形成されない。このため、図１５に示すように、一部の鋼製セグメント２３を取り外したり、切断したりしてシールドトンネル２１を切り開いても、地下水は鋼製セグメント２３の端面を伝わらない。その結果、地下構造物における内部空間への地下水の流入を効果的に抑制できる。

以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。

前述の実施形態では、鋼製セグメント２３の端面同士（主桁２３ｂ同士，継手板２３ｃ同士）の止水性を高める場合を例に挙げて説明した。言い換えれば、非多孔性下地面で構成された接触面同士を止水する止水構造について説明した。しかしながら、本発明は、この止水構造に限定されるものではない。少なくとも一方の接触面が非多孔性下地面であればよい。

例えば、コンクリートと鋼製セグメント２３が接触する接触面に対して、本発明を適用することができる。また、鋼製セグメント２３と地盤とが接触する接触面に対しても、本発明を適用することができる。

また、非多孔性下地面（接触面）に関し、前述の実施形態では鋼板を例示したが、鋼板に限定されるものではない。例えば、ダクタイル鋳鉄で作製されたセグメントであってもよい。

また、止水対象に関し、大深度に構築される地下構造物を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。大深度でなくとも高水圧がかかる地盤内であれば、同様に本発明を適用することができる。加えて、シールドトンネル２１以外の構造物であっても、非多孔性下地面の止水を行うものであれば、本発明を適用することができる。

１１…供試体，１２…シール溝，１２ａ…主シール溝，１２ｂ…副シール溝，１２ｃ…連結シール溝，１３…セグメントボルト継手孔，１４…シール材，１４ａ…外側シール材，１４ｂ…内側シール材，１５…セグメントボルト，１６…止水材注入孔，１７…水密試験水注入孔，２１…シールドトンネル，２２…ＲＣ製躯体，２３…鋼製セグメント，２３ａ…スキンプレート，２３ｂ…主桁，２３ｃ…継手板，２３ｄ…縦リブ，２３ｅ…外側シール溝，２３ｆ…内側シール溝，２３ｇ…止水材注入孔，ＰＧ…閉塞プラグ

Claims (5)

1. 互いに接触する接触面同士の隙間に止水材を充填し、充填された前記止水材を硬化させることにより、前記接触面同士を止水する止水構造であって、
   前記接触面の少なくとも一方を非多孔性下地面とし、
   前記止水材として、水と接触して硬化体を形成するプレポリマー化された疎水性の無発泡ウレタン系止水材を用いることを特徴とする止水構造。
2. 前記非多孔性下地面が鋼製セグメントの端面であることを特徴とする請求項１に記載の止水構造。
3. 互いに接触する接触面同士の隙間に止水材を充填し、充填された前記止水材を硬化させることにより、前記接触面同士を止水する止水方法であって、
   前記接触面の少なくとも一方が非多孔性下地面であり、
   前記止水材が、水と接触して硬化体を形成するプレポリマー化された疎水性の無発泡ウレタン系止水材であることを特徴とする止水方法。
4. 前記非多孔性下地面が鋼製セグメントの端面であり、
   前記止水材を、前記鋼製セグメントの端面における背面側から注入することを特徴とする請求項３に記載の止水方法。
5. 少なくとも一方の面が非多孔性下地面とされた接触面同士の隙間に充填され、前記隙間で硬化することで前記接触面同士を止水する止水材であって、
   水と接触して硬化体を形成するプレポリマー化された疎水性の無発泡ウレタン系止水材で構成されていることを特徴とする止水材。