JP7085381B2 - 防水シート - Google Patents

Description

本発明は、トンネルにおける防水シートに関し、特に、ＮＡＴＭ（New Austrian Tunneling Method）工法等によって構築されるトンネルの一次覆工コンクリートと二次覆工コンクリートとの間に設けられる防水シートに関する。

ＮＡＴＭ工法によるトンネル施工においては、掘削した地山に一次覆工コンクリートを吹き付けた後、その内周面に釘等を用いて防水シートを張り付ける。防水シートは、例えばＥＶＡシート層（防水層）の片面に不織布層（排水層）を積層したものであり、不織布層が一次覆工コンクリートに面するように設置される。その後、防水シートの内周側に二次覆工コンクリートを打設する。このトンネルによれば、防水シートのＥＶＡシート層によって、地山からの湧水が二次覆工コンクリート側へ流れ込むのが防止される。湧水は、防水シートの不織布層を伝って排水される。

二次覆工コンクリートの打設においては、型枠で形成した空間内に上部から生コンクリートを落下させて底部から天端部まで充填していく。このとき、コンクリート中の余剰水がブリージング水となることで、天端部における防水シートと二次覆工コンクリートとの界面に空洞が生じる懸念がある。
そこで、特許文献２においては、防水シートに有孔管を設けておき、前記空洞が生じたときは、充填剤を有孔管から吐出して空洞を埋めることが提案されている。

特開２００４－０６０２１７号公報

従来の防水シートには、二次覆工コンクリートの表面強度の増強機能がない。また、前掲特許文献１の防水シートにおいては、二次覆工コンクリートの規定巻厚が阻害されないように、トンネル掘削断面を有孔管の直径分だけ大きくする必要がある。それだけ、掘削及びモルタル充填のための材料、設備、人、時間を要することになり、コスト上昇となる。
本発明は、かかる事情に鑑み、二次覆工コンクリートの特に地山側の表面強度（以下適宜「背面強度」と称す）を増強でき、かつトンネル掘削断面の増大を抑えながら二次覆工コンクリートの天端部に空洞が形成されるのを防止可能な防水シートを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、トンネルの一次覆工コンクリートと二次覆工コンクリートとの間に張設される防水シートであって、
水の透過を阻止する防水層と、
前記防水層における一次覆工コンクリート側の面に積層され、水を通す排水層と、
前記防水層における二次覆工コンクリート側の面に積層され、水を吸って蓄える吸水層と、を備えたことを特徴とする。

二次覆工コンクリートを打設すると、該二次覆工コンクリート中の余剰水が浮き上がりブリージング水となることがある。該ブリージング水は防水シートの吸水層に吸収される。これによって、天端部における防水シートと二次覆工コンクリートとの界面に空洞が形成されるのを防止できる。前記吸水層の厚みは、特許文献１の有孔管の直径と比べると十分に小さくできる。したがって、トンネル掘削断面を大きくする必要がなく、掘削及びモルタル充填のための材料、設備、人、時間を削減できる。
前記吸水した吸水層は、好ましくは膨潤ゲル化される。該吸水層が防水層と二次覆工コンクリートとの間の密閉空間に介在される。このため、吸水層から水分の蒸発が遅延される。したがって、二次覆工コンクリートの乾燥が緩慢になる。この結果、二次覆工コンクリートの背面強度が向上される。
地山からの湧水が、一次覆工コンクリートを透過して防水シートまで達したときは、排水層に沿って排水できるとともに、防水層によって二次覆工コンクリート側ひいてはトンネル内への漏水を防止できる。
仮に、防水シートの防水層に穴が開いて地山からの湧水が前記穴から漏れようとした場合、吸水層が該湧水を吸収することでトンネル内への漏水防止手段の一端を担うことが期待される。
当該防水シートは、比較的簡単な構造であるから安価に作製することができる。これによって、施工コストを節減できる。
吸水層は、防水シートの実質的に全域に設けられていることが好ましい。「実質的に全域」とは、吸水層が防水シートのほぼ全域に分布されていれば足り、例えば、隣接する防水シートどうしの継ぎ足し部分においては、どちらか片方の防水シートにだけ吸水層があればよく、他方の防水シートには吸水層が無くてもよいとの趣旨である。

前記吸水層が、吸水性繊維の集合体と、前記吸水性繊維どうしを接着するバインダとを含むことが好ましい。
前記吸水性繊維が、セルロース繊維、ポリエステル繊維又はアクリル繊維であることが好ましい。
セルロース繊維は、天然セルロース繊維でもよく、再生セルロース繊維でもよく、合成セルロース繊維でもよい。具体的には、セルロース繊維として、レーヨン、ビスコースレーヨン、ポリノジック、キュプラ、テンセル、綿、麻などが挙げられる。
前記吸水性繊維として、カシミヤ、モヘア、その他の獣毛繊維を用いてもよい。
さらには前記吸水層として、新聞紙、雑誌その他の古紙やティッシュペーパーを用いてもよい。そうすると、吸水層を安価に作製できる。
前記吸水層が、前記吸水性繊維集合体からなるシートの片面又は両面に積層された嵩高性（バルキー性）に富む合成繊維シートを、更に含んでいてもよい。
前記吸水層が、乾式難燃パルプ不織布を更に含み、該乾式難燃パルプ不織布が、前記吸水性繊維集合体からなるシートと前記合成繊維シートとの間、又は前記吸水性繊維集合体からなるシートにおける前記合成繊維シートが設けられた片面とは反対側の面に設けられていてもよい。

前記バインダが、熱可塑性樹脂を含有する多数の粒状又は粉状の分散体の溶融固化物を含むことが好ましい。分散体は、繊維集合体の内部に好ましくは万遍なく分散される。該分散体が加熱溶融されることによって繊維集合体の隣接する繊維どうしを接着する。これによって、繊維集合体の全体が１つのシート状ないしはマット状となる。加熱溶融された分散体が冷却されることによって、前記溶融固化物となる。
前記熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル、共重合ポリアミド、共重合ポリエステルなどが挙げられる。
前記バインダが、ホットメルト接着剤であってもよい。ホットメルト接着剤としてホットメルト不織布を用いてもよい。

前記吸水層が、前記吸水性繊維を２０～９０重量部、前記バインダを８０～１０重量部含むことが好ましい。これによって、適度な吸水性と接合性を得ることができる。

前記吸水層における二次覆工コンクリート側の面には前記二次覆工コンクリートと接合されるコンクリート接合層が積層され、前記コンクリート接合層は、埋入部と、前記埋入部によって画成された充填空間部を有し、前記埋入部が前記二次覆工コンクリート内に埋入され、かつ前記充填空間部に前記二次覆工コンクリートが充填されることが好ましい。
コンクリート接合層と二次覆工コンクリートとは、好ましくは物理的に密着される。
仮に、防水シートの防水層に穴が開いていたり二次覆工コンクリートにクラックが生じたりしても、コンクリート接合層と二次覆工コンクリートとが密着されているために、防水層の前記穴から二次覆工コンクリートの前記クラックまでの水の通りを阻止できる。したがって、トンネル内への漏水を一層確実に防止できる。
前記埋入部及び充填空間部が、それぞれ前記コンクリート接合層の実質的に全域に分布されていることが好ましい。「前記コンクリート接合層の実質的に全域に分布」とは、埋入部及び充填空間部がそれぞれコンクリート接合層のほぼ全域に分布されていれば足り、例えば、隣接する防水シートどうしの継ぎ足し部分においては、どちらか片方の防水シートにだけ埋入部及び充填空間部があればよく、他方の防水シートには埋入部及び充填空間部が無くてもよいとの趣旨である。
前記コンクリート接合層は、不織布又は網状体であることが好ましい。不織布の繊維材又は網状体の網材が、埋入部となる。不織布又は網状体の空隙や網目が、充填空間部となる。不織布又は網状体からなるコンクリート接合層の場合、吸水層による二次覆工コンクリートの乾燥遅延効果を十分に確保できる。
前記コンクリート接合層が、シート部と、前記シート部の二次覆工コンクリート側の面の実質的に全域に分布するように形成された凸部分とを含んでいてもよい。凸部分が、埋入部となる。シート部における凸部分以外の凹んだ部分が、充填空間部となる。シート部には、吸水層による二次覆工コンクリートからのブリージング水の吸収作用及び二次覆工コンクリートの乾燥遅延作用を確保する通孔が形成されていてもよい。

本発明に係る防水シートによれば、二次覆工コンクリートの地山側の表面強度を向上できる。また、二次覆工コンクリートの天端部に空洞が形成されるのを防止できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る防水シートを含むトンネルを解説的に示す正面断面図である。 図２（ａ）は、前記防水シートを解説的に示す拡大断面図である。図２（ｂ）は、図１の円部ＩＩｂを拡大して示す断面図である。 図３は、前記防水シートの吸水層の変形態様を示す断面図である。 図４（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る防水シートを解説的に示す拡大断面図である。図４（ｂ）は、第２実施形態に係る防水シートを含むトンネルの一部の拡大断面図である。 図５は、第２実施形態に係る防水シートのコンクリート接合層の一部を拡大して示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
＜第１実施形態＞
図１に示すように、トンネル１は、地山２側の一次覆工コンクリート３と、トンネル内側の二次覆工コンクリート４を含む。一次覆工コンクリート３から地山２にロックボルト５が打設されている。一次覆工コンクリート３と二次覆工コンクリート４との間に防水シート１０が張設されている。

図２に示すように、防水シート１０は、防水層１１と、排水層１２と、吸水層１３を含む。なお、図２（ｂ）において、防水シート１０の各層１１，１２，１３の厚みは、一次覆工コンクリート３の厚みに対して誇張されている。

防水層１１は、水の透過を阻止する不透水性を有している。好ましくは防水層１１は、エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）からなる不透水シートによって構成されている。防水層１１の材質としては、不透水性を有しているものであればよく、必ずしもＥＶＡに限られず、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などの完全非極性のポリオレフィン樹脂や、ＰＥ又はＰＰにアクリル酸や無水マレイン酸などの極性基（カルボキシル基）をグラフト重合させて極性を持たせ、ひいては接着性を付与させた変性ポリオレフィン樹脂等を用いてもよい。

図２に示すように、防水層１１における一次覆工コンクリート３側（図２（ａ）において上側）の面には、排水層１２が積層されている。排水層１２は、透水性を有し、水の通り路となる。好ましくは、排水層１２は、不織布によって構成されている。不織布の材質としては、ポリエステル、ポリプロピレンなどの化学繊維、ヤシがら、綿、麻、羊毛、絹などの天然繊維、ガラス、炭素、金属、セラミックなどの無機繊維などが挙げられ、強度等の観点からは、長繊維の化学繊維が好ましい。
排水層１２は、緩衝層としての機能をも有している。

防水層１１と排水層１２とは、例えば溶着によって接合されている。接合手段としては、溶着に限られず、ホットメルト樹脂等の接着剤を用いた接着等を適用してもよい。
なお、詳細な図示は省略するが、防水シート１０の側端部においては、隣接する防水シート１０との継ぎ足しのために、防水層１１と排水層１２が互いに分離されてフリーになっている。

図２に示すように、防水層１１における二次覆工コンクリート４側（図２（ａ）において下側）の面に吸水層１３が積層されている。吸水層１３は、水を吸って蓄える吸水性及び保水性を有している。好ましくは、吸水層１３は、吸水性繊維の集合体と、吸水性繊維どうしを接着するバインダからなる吸水シート１３ａを含む。吸水シート１３ａにおける吸水性繊維とバインダの配合比は、吸水性繊維２０～９０重量部程度、バインダ８０～１０重量部程度が好ましい。吸水性繊維が２０重量部未満であると吸水性が少なくなり、保水性が落ちる。吸水性繊維が９０重量部以上であると繊維どうしの固着（接合）が難しくなる。

吸水性繊維としては、セルロース繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、獣毛繊維などを用いることができる。
セルロース繊維は、パルプ、綿、麻その他の天然セルロース繊維でもよく、レーヨン、ビスコースレーヨン、ポリノジック、キュプラ、テンセルその他の再生セルロース繊維でもよく、半合成セルロース繊維、合成セルロース繊維でもよい。
獣毛繊維としては、カシミヤ、モヘアなどが挙げられる。

バインダは、好ましくは多数の粒状又は粉状の分散体が加熱溶融された後で冷却されて固化した溶融固化物であり、熱可塑性樹脂を主成分として含む。溶融前の各分散体の粒径は、好ましくは５０μｍ～３ｍｍである。
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル、共重合ポリアミド、共重合ポリエステルなどが挙げられる。
なお、バインダは、ホットメルト接着剤であってもよい。ホットメルト接着剤としてホットメルト不織布を用いてもよい。

吸水シート１３ａは、例えば次のようにして作製される。
吸水性繊維の原材料がシート状のパルプなどである場合には、細かく離解（解繊）させてベースシート上に広く堆積させ、吸水性繊維の集合体のウエブを形成する。
該吸水性繊維の集合体に前記粉状又は粒状の分散体を混ぜる。分散体は、吸水性繊維集合体の内部に万遍なく分散させておく。
続いて、吸水性繊維の集合体と分散体の混合物を加熱する。これによって分散体が溶融され、吸水性繊維集合体の隣接する繊維どうしが溶融分散体を介して接着される。これによって、吸水シート１３ａが形成される。
その後、冷却されることによって、溶融分散体が固化し、溶融固化物となる。

図３に示すように、吸水層１３が、吸水シート１３ａに加えて、合成繊維シート１３ｂと、パルプ不織布シート１３ｃを更に含んでいてもよい。
合成繊維シート１３ｂは、例えばポリエチレンとポリプロピレンの複合繊維にて構成され、密度０．０１ｇ／ｃｍ^３～０．１ｇ／ｃｍ^３程度、厚さ０．２ｍｍ～５ｍｍ程度であり、嵩高性（バルキー性）に富んでいる。
パルプ不織布シート１３ｃは、難燃性であることが好ましい。パルプ不織布シート１３ｃを、吸水シート１３ａの製造時における前記ベースシートとして用いてもよい。
吸水シート１３ａの片面に合成繊維シート１３ｂが積層され、吸水シート１３ａの反対側の面にパルプ不織布シート１３ｃが積層されている。これらシート１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、ホットメルト接着剤や熱融着によって接合されている。

図示は省略するが、吸水シート１３ａの両面に合成繊維シート１３ｂを積層し、パルプ不織布シート１３ｃを省いてもよい。
吸水シート１３ａの片面又は両面にパルプ不織布シート１３ｃを介して合成繊維シート１３ｂを積層してもよい。

トンネル１は、次のようにして構築される。
図１に示すように、地山２を発破や機械掘りで掘削し、掘削面に沿って支保工（図示省略）を建て込み、一次覆工コンクリート３を吹き付け、ロックボルト５を地山２に打ち込む。
続いて、防水シート１０を一次覆工コンクリート３の内周面に張設する。このとき、排水層１２を一次覆工コンクリート３側に向け、吸水層１３をトンネル内側へ向ける。一定の間隔で釘を打ち付けて、防水シート１０を一次覆工コンクリート３に止める。
複数の防水シート１０を用意し、各防水シート１０をトンネル１の横断方向（周方向）に張り渡す。かつトンネル１の縦断方向（図１の紙面と直交する軸方向）に順次防水シート１０を継ぎ足す。図示は省略するが、隣接する防水シート１０，１０の防水層１１，１２の端部どうしは、溶融接合させて一体化する。
防水シート１０の吸水層１３の厚みは、特許文献１の有孔管の直径と比べると十分に小さくできる。したがって、トンネル掘削断面を大きくする必要がなく、掘削及びモルタル充填のための材料、設備、人、時間を削減できる。

次に、防水シート１０の内周側に二次覆工コンクリート４を打設する。
固化前の二次覆工コンクリート４は水分を含むことで流動性に富む。コンクリートが固化するに必要な水以外に、流動性を高めるために入れた水は余剰水となる。余剰水はセメントとの比重の違いによって浮き上がり、ブリージング水となる。該ブリージング水は、防水シート１０の吸水層１３に吸収される。これによって、天端部における防水シート１０と二次覆工コンクリート４との界面に空洞が形成されるのを防止できる。
前記ブリージング水を吸った吸水層１３は膨潤ゲル化される。なお、吸水層１３は一次覆工側及び二次覆工側から圧力を受けるから、吸水層１３の厚みは吸水の前後ひいては膨潤ゲル化の前後でほとんど変わらない。

該吸水層１３が、吸収した水を溜めた状態で、防水層１１と二次覆工コンクリート４との間の密閉空間に介在されている。このため、吸水層１３から水分の蒸発が遅延される。したがって、二次覆工コンクリート４の乾燥収縮が緩やかに進む。特に、二次覆工コンクリート４における吸水層１３と面する背面側（外周側）の部分の乾燥が緩やかに進む。この結果、二次覆工コンクリート４の背面強度が向上され、クラックが発生しにくくなる。

このようにして構築されたトンネル１によれば、地山２からの湧水が、一次覆工コンクリート３を透過して防水シート１０まで達したときは、排水層１２が水の通り路になることで排水できる。かつ防水層１１によって、湧水が二次覆工コンクリート４側へ流れ込むのを防止できる。これによって、トンネル内への漏水を回避できる。
仮に、防水層１１に穴が開いて地山２からの湧水が前記穴から漏れようとした場合、吸水層１３が該湧水を吸収することでトンネル１内への漏水防止手段の一端を担うことが期待される。更には、吸水層１３が吸水によって膨潤ゲル化されて圧力を生じることで湧水を遮断することも期待できる。
防水シート１０は、比較的簡単な構造であるから安価に作製することができる。したがって、施工コストを節減できる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
＜第２実施形態＞
図４及び図５は、本発明の第２実施形態を示したものである。
図４に示すように、第２実施形態の防水シート１０Ｂは、コンクリート接合層２０を更に含む。コンクリート接合層２０は、吸水層１３における二次覆工コンクリート４側の面に積層されている。

図５に示すように、コンクリート接合層２０は、立体的な網状体で構成されている。網状体は、多数の線状の網材２１を含み、三次元網構造になっている。網材２１の材質は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド、ポリエステル等の合成樹脂である。各網材２１は、防水シート１０の厚み方向や面内方向に不規則に方向を変えて、うねるように延びている。複数の網材２１，２１…が、相互に交差している。網材２１，２１どうしの交差部２３は接着又は溶着等によって接合されている。網材２１，２１…によって多数の網目２２が画成されている。網材２１と網目２２が、それぞれコンクリート接合層２０の実質的に全域に分布されている。
なお、立体的な網状体に代えて、平面的な網状体を用いてもよい。
吸水層１３とコンクリート接合層２０とは、例えば溶着によって接合されている。接合手段としては、溶着に限られず、ホットメルト樹脂等の接着剤を用いた接着等を適用してもよい。

防水シート１０の内周側に二次覆工コンクリート４を打設すると、網目２２（充填空間部）に二次覆工コンクリート４のセメント粒子が入り込んで充填される。かつ、網材２１（埋入部）が、二次覆工コンクリート４内に埋入される。これによって、防水シート１０と二次覆工コンクリート４とを物理的に密着させることができる。
仮に、防水シート１０の防水層１１に穴が開いたり二次覆工コンクリート４にクラックが生じたりしても、コンクリート接合層２０と二次覆工コンクリート４とが密着されることで、前記穴からクラックまでの水の通りを阻止できる。湧水が吸水層１３を透過したとしても、コンクリート接合層２０と二次覆工コンクリート４とが密着されているために、前記クラックまで水が伝わるのを阻止できる。これによって、トンネル内への漏水を一層確実に防止できる。

コンクリート接合層２０は、二次覆工コンクリート４と物理的に密着可能であり、かつ吸水層１３による二次覆工コンクリート４からのブリージング水の吸収作用及び二次覆工コンクリート４の乾燥遅延作用を阻害しないものであれば、網状体に限られず、不織布などでもよい。該不織布は、例えばポリエステル（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂あるいは天然繊維の綿、麻、レーヨン、カシミヤ、モヘア等で構成される。該不織布は、多岐に押し出される糸状繊維を風、水、静電気などで複雑に絡み合わせたのち、ニードルパンチ法やスパンボンド法で作製されることが好ましい。該不織布の厚みは二次覆工コンクリート４の流入を考慮すれば１ｍｍ～３ｍｍ程度が好ましい。
コンクリート接合層が、シート部と、前記シート部の二次覆工コンクリート４側の面の実質的に全域に分布するように形成された凸部分とを含んでいてもよい。凸部分が、埋入部となる。シート部における凸部分以外の凹んだ部分が、充填空間部となる。シート部には、吸水層による二次覆工コンクリート４からのブリージング水の吸収作用及び二次覆工コンクリート４の乾燥遅延作用を確保する通孔が形成されていてもよい。

本発明は、前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変をなすことができる。
例えば、吸水層１３として、新聞紙、雑誌その他の古紙やティッシュペーパーを用いてもよい。そうすると、吸水層１３を安価に作製できる。

本発明は、トンネルの内壁の防水構造に適用できる。

１ トンネル
２ 地山
３ 一次覆工コンクリート
４ 二次覆工コンクリート
５ ロックボルト
１０ 防水シート
１１ 防水層
１２ 排水層
１３ 吸水層
１３ａ 吸水シート
１３ｂ 合成繊維シート
１３ｃ パルプ不織布シート
２０ コンクリート接合層
２１ 網材
２２ 網目
２３ 交差部

Claims (7)

1. トンネルの一次覆工コンクリートと二次覆工コンクリートとの間に張設される防水シートであって、
   水の透過を阻止する防水層と、
   前記防水層における一次覆工コンクリート側の面に積層され、水を通す排水層と、
   前記防水層における二次覆工コンクリート側の面に積層され、水を吸って蓄えるとともに膨潤ゲル化される吸水層と、を備えたことを特徴とする防水シート。
2. 前記吸水層が、吸水性繊維の集合体と、前記吸水性繊維どうしを接着するバインダとを含むことを特徴とする請求項１に記載の防水シート。
3. 前記吸水性繊維が、セルロース繊維であることを特徴とする請求項２に記載の防水シート。
4. 前記バインダが、熱可塑性樹脂を含有する多数の粒状又は粉状の分散体の溶融固化物を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の防水シート。
5. 前記バインダが、ホットメルト接着剤を含むことを特徴とする請求項２～４の何れか１項に記載の防水シート。
6. 前記吸水層が、前記吸水性繊維を２０～９０重量部、前記バインダを８０～１０重量部含むことを特徴とする請求項２～５の何れか１項に記載の防水シート。
7. 前記吸水層における二次覆工コンクリート側の面には前記二次覆工コンクリートと接合されるコンクリート接合層が積層され、前記コンクリート接合層は、埋入部と、前記埋入部によって画成された充填空間部を有し、前記埋入部が前記二次覆工コンクリート内に埋入され、かつ前記充填空間部に前記二次覆工コンクリートが充填されることを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の防水シート。

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