JP7215251B2 - 合成セグメント - Google Patents

Description

本発明は、トンネル建設、特にシールド工法によるトンネル建設時に使用されるセグメントに関する。より詳しくは、鋼殻内部にコンクリートを充填した合成セグメントに関する。

山岳トンネルや海底トンネルの他、浅深度地下への新設が難しい都市部の地下道路、鉄道トンネルや下水道トンネル、地下河川トンネル等については、シールドマシンによる掘削を行い、掘り進んだトンネル内にセグメントと呼ばれる断面扇形の部材を縦横に連結して、トンネルを構築していく方法が採用される。

トンネル内空間を道路や鉄道として利用する場合においても、また、トンネル内空間を、雨水路や下水道として利用する場合においても、トンネル壁面を境界として、内外面に作用する水圧や土圧に差異があるため、トンネル壁の防水構造は、完成後の漏水対策費や、環境に与える影響を考慮すると、重要な問題である。

特に、多数のセグメントを縦横に連結して、トンネル壁を構成するシールドトンネルにおいては、セグメント間の継ぎ目部分（セグメントの継ぎ目）における止水構造が最も重要視されている。

シールドトンネルの止水構造は、
（ａ）セグメントの背面側、即ち地山側に位置する裏込め注入材による防水、
（ｂ）セグメントの継手面に施す防水、及び
（ｃ）トンネルの内側に施す二次覆工による防水、
等がある。

裏込め注入材による防水は、シールド掘削時における地山地層の乱れ等を適切な裏込め材の注入により、トンネル構造物に作用する水圧を均等化することを主目的として実施される。
一方、二次覆工による止水は、最近まで最も一般的に実施されているが、二次覆工における打継ぎ目や、覆工施工時の乾燥収縮によるひび割れ等の発生により、長期間に渡って信頼性の高い止水効果を期待することは困難となっている。

最近の傾向として、セグメント性能の信頼性が向上したことから二次覆工を省略する場合が多く、したがって、トンネル構造物の防水構造は、トンネル壁面を構成するセグメントの継ぎ目における防水対策を如何に確実に実施できるかに係っているといえる。

特許文献１に記載の合成セグメントの製造方法では、コンクリートの周縁部を緻密化するために、該コンクリート打設の際に鋼殻を下に凸状に置く、いわゆる舟打ちに代えて、上に凸状に置く、いわゆる伏せ打ちを採用し、その際、セグメントの地山側中央部に設けたコンクリート充填用孔周囲に止水部材を配置し、鋼殻とコンクリートの境界面における止水性を向上させて、これらの間に水が入るのを防止する方法が開示されている。

さらに、特許文献２に示される技術では、中空枠状に形成された枠部材を有する外殻体と、該外殻体内に形成されたコンクリート製の中詰め部材とが一体化された合成セグメントにおいて、前記枠部材の内周面部に固定された弾性材からなる止水部材を備え、前記枠部材内側面と前記コンクリートとの間を止水部材により止水したことで、外殻体とコンクリートとの間に円弧径方向に作用する強いせん断力に対して高い耐力を発揮すると共に、従来のようなスキンプレートを具備せずとも止水できる構造を安価に製造できる技術が開示されている。

特開２０１４－８８６５８号公報 特開２０１４－８８７２０号公報

しかしながら、上記従来の技術は何れも、
・止水性能が十分とは言えない。
・水圧とコンクリート強度の双方との関係条件を満足する止水材の弾性反力が不十分となりがちである。
・外殻を構成する鋼殻は止水材の弾性反力を受けて面外に変形し、コンクリートから剥離するために、コンクリートとの間の拘束力が低下することから、腹圧力の作用によって、コンクリートが鋼殻から抜け出てしまい、止水性能やセグメントの力学性能を計算値通りに発揮することができない。
・止水材の弾性反力が不十分の場合、鋼殻によるコンクリートの拘束力に影響を及ぼし、コンクリートが滑動することでコンクリートの損傷が発生しやすい。
・そのため、地下水圧の小さい浅深度トンネルに適用が限定されがちである。
・セグメントに掛る負荷荷重が小さく、均一な、浅深度トンネルや小断面トンネル、或いは円形トンネルに適用が限定され、負荷荷重の大きな大深度トンネルや、トンネル断面部位により、不均一な荷重が作用する非円形トンネルへの適用が困難である、
等の欠点を有している。

本発明は、シールドトンネル建設等に使用される合成セグメントの鋼殻とコンクリートとの接合面に高い止水性能を具備するとともに、鋼殻によるコンクリートの拘束力を高めて、鋼殻とコンクリートの一体化を図るとともに、隣接するセグメント間の止水性も同時に向上させることを課題とし、高荷重や不均一な負荷が掛る大深度或いは非円形断面トンネルにも適用可能な合成セグメントを提供することを目標とする。

本発明者らは、セグメント強度と止水性能を向上させるため、種々の検討を行った結果、
・合成セグメントにおける鋼殻とコンクリートとの異種材料界面の止水性能を高め、
・同時に隣接する合成セグメント同士の接合面における止水性能を高め、
・水圧とコンクリート強度の双方との関係条件を満足する止水材の弾性反力を実現し、
・コンクリートに対する鋼殻の拘束力を高めて、腹圧力の作用によって、コンクリートが鋼殻から抜け出ないようにする、
ことで、優れたセグメント強度と止水性能を発揮できる、との知見に達した。

上記知見が実現された本発明に係る合成セグメントは、
・地下水圧の高い大深度トンネルへの適用が可能となり、
・負荷荷重や断面力の大きな大深度トンネルや、大断面トンネル、或いは非円形断面トンネルへの適用が可能となり、
・高い止水性能が長期間期待できるため、トンネルの長寿命化・低維持費化が実現し、
・鋼殻とコンクリートとの拘束力の増大により、地震時のコンクリートのひび割れ、或いは地下河川等のトンネルに作用する内水圧によるひび割れを防止する、
等の効果が期待できるものである。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記に示す通りである。

（１）コンクリートと鋼殻と止水材とを有するトンネル用合成セグメントであって、前記鋼殻は、前記合成セグメントのトンネルの軸方向側の端面である主桁面と、トンネルの周方向側の端面である継手面で構成される外周面の少なくとも一部に配置され、前記合成セグメントの主桁面および継手面に少なくとも一つの外周止水溝を設け、前記外周止水溝内に外周止水材が配置され、前記鋼殻の前記コンクリートに対する内面側に少なくとも一つの内面止水材が配置され、前記合成セグメントは、前記合成セグメントの地山側の面及び内空側の面の少なくとも一方の一部又は全面を覆う、カバー止水材を更に有する、合成セグメント。

（２）前記カバー止水材は、前記鋼殻と前記コンクリートとに跨っている、前記（１）に記載の合成セグメント。

（３）前記カバー止水材は、前記鋼殻及び前記コンクリートに対する付着性を有する、前記（１）又は（２）に記載の合成セグメント。

（４）前記カバー止水材は、前記付着性として、前記鋼殻及び前記コンクリートに対して１．５ＭＰａ以上の付着力を有し、前記コンクリートのひび割れに対する追従性として、０．２ｍｍ以上のゼロスパン伸びを有する、前記（３）に記載の合成セグメント。

（５）前記カバー止水材は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリウレア樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリルゴム系樹脂、ポリブタジエンゴム系樹脂、クロロブレンゴム系樹脂、クロロスルホン化ポリエチレン樹脂、樹脂モルタル、繊維補強モルタル、及び、非加硫ブチルゴム、並びに、これらの材料うちのいくつかによる複合材料、のうちの少なくとも１つを含む、前記（１）または（４）のいずれかに記載の合成セグメント。

（６）前記外周止水材と前記カバー止水材とが繋がっている、前記（１）ないし（５）のいずれかに記載の合成セグメント。

（７）前記内面止水材と前記カバー止水材とが繋がっている、前記（１）ないし（６）のいずれかに記載の合成セグメント。

（８）前記コンクリートのひび割れ強度と、前記内面止水材の弾性反力と、トンネルに作用する水圧とが、以下の関係式を満足することを特徴とする前記（１）ないし（７）のいずれかに記載の合成セグメント。
（コンクリートひび割れ強度）＞（内面止水材弾性反力）＞（トンネルに作用する水圧）

（９）前記内面止水材が、鋼殻内面に設けられた内面止水溝内に配置されている前記（１）（８）のいずれかに記載の合成セグメント。

（１０）前記内面止水材の端部と前記外周止水材とが接する状態で配置されている前記（１）ないし（９）のいずれかに記載の合成セグメント。

（１１）前記合成セグメントの両主桁面に鋼殻が配置されており、前記鋼殻同士を連結する連結材と、該連結材に当接して鉄筋が配置されている前記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の合成セグメント。

（１２）前記連結材が、前記鉄筋の地山側と内空側の双方に当接して設けられていることを特徴とする前記（１１）に記載の合成セグメント。

（１３）前記止水材の少なくとも一部が、水膨潤性止水材である前記（１）ないし（１２）のいずれかに記載の合成セグメント。

（１４）前記外周止水材が水膨潤性止水材であり、前記内面止水材が非水膨潤性止水材である前記（１）ないし（１３）のいずれかに記載の合成セグメント。

（９）前記合成セグメントの主桁面、継手面のうち、いずれか１つ以上が、凹凸部を有する波型面を具備する前記鋼殻であるとともに、該波型面の凹部が外周止水溝もしくは前記鋼殻内面止水溝である前記（１）ないし（１４）のいずれかに記載の合成セグメント。

本発明は、鋼殻とコンクリートとの間の水密止水性能や拘束力に優れ、セグメント同士の継ぎ目における止水性能が長期間に亘って継続する、内外面への負荷荷重に対する耐力が大きな合成セグメントに関し、鋼殻とコンクリートの一体性を向上させるだけでなく、隣接合成セグメント間の止水性も向上させることができ、大深度、大断面、非円形断面シールドトンネルへの適用が可能となる合成セグメントを提供するものである。

セグメントで構築されるトンネルを示す透視図である。 本発明の合成セグメントの主桁面と継手面の全体を鋼殻とした場合の斜視図である。 本発明の合成セグメントの四隅を鋼殻とした場合の斜視図と、鋼殻の拡大図である。 本発明の合成セグメントの主桁面を鋼殻とした場合の概念図である。 本発明の合成セグメントにおける内面止水材と外周止水材の接続構造を示す平面概念図である。 本発明の主桁面同士を連結する連結材と鉄筋との接続構造を示す断面図である。 非膨潤性と膨潤性の止水材にコンクリート打設圧が作用する状態を示す模式図である。 コンクリートひび割れ強度、コンクリート打設圧及び設計水圧の関係を示すグラフである。 主桁面における止水材の膨潤性等を変化させた場合の概念図である。 主桁鋼板、継手鋼板等の接合面に嵌合可能な波型形状を付与した形態の模式図である。 図１０のＡ部拡大図である。 カバー止水材の一例を示す模式的な断面図である。 （ａ）はゼロスパン伸びの測定に使用される試験片を示す上面図であり、（ｂ）は上記の試験片を示す側面図である。 （ａ）～（ｅ）は、合成セグメントの製造方法を示す模式図である。

以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の合成セグメントは、図１に示すように、複数の合成セグメント１がトンネル断面の軸方向Ｘ及びトンネル断面の円周方向Ｙで連結されることで、トンネル７が構築されるものである。

トンネル７は、シールド工法により、地山を掘削して形成された掘削孔に設けられる。図１に示す例では、トンネル断面の円周方向（Ｙ方向）に１１基のセグメントを連結することにより、円形断面のセグメントリング７０が形成されているが、これに限らず、略角筒形状や楕円断面形状に形成することもできる。セグメントリング７０によって、トンネル７の法線外側（Ｚ１方向）の地山と遮断することで、トンネル７の法線内側（Ｚ２方向）にトンネル内空が形成される。

図２に示すように、合成セグメントは、トンネル断面の外形を画定する１対の主桁面３、３と、この１対の主桁面の端部同士を連結し、トンネル断面の円周方向に隣接する合成セグメントとの接合面を画定する１対の継手面４、４とで湾曲矩形状に構成されている。

本発明においては、合成セグメントの外形を画定する四辺について、鋼材で形成されるか、コンクリート成形面で形成されるかを問わずに、主桁面、或いは継手面と称することとする。
図２に示す形態においては、この合成セグメントの主桁面３と、継手面４のそれぞれを主桁鋼板３１、３２と、継手鋼板４１、４２とで形成し、主桁鋼板と継手鋼板で画定される合成セグメント外周面に、該合成セグメントの高さ方向（Ｚ方向）２段に渡って、外周止水溝１００が設けられ、止水溝のなかに外周止水材８２が設置されている。止水材を止水溝のなかに設置することで止水材が拘束されて止水効果が高まる。同様に内面止水材８１も内面止水溝を設けて設置することで止水効果の向上が図れる。
この形態の合成セグメントを製造する場合には、主桁鋼板と継手鋼板で形成された鋼殻６を、トンネル内面側を画定するかまぼこ状の型枠台上に載置すると共に、地山側を画定する型枠で蓋をして、枠内６ａにコンクリート６０を充填し、矩形状の鋼殻とコンクリートとからなる合成セグメントとしている。なお、鋼殻６は、主桁面３、３および継手面４、４の少なくとも１面に設けられてもよく、その場合には主桁面もしくは継手面を拘束する型枠を用いることでコンクリート６０を充填する。なお、内面止水材８１はコンクリート打設前に事前に鋼殻６に設置しておき、外周止水材８２は型枠の脱型後に設置すればよい。

＜コンクリートのバリエーションについて＞
また、コンクリート６０の種類としては、通常のコンクリートの他、無収縮コンクリートや、適宜の膨張材を添加したコンクリートを選択して、コンクリートの充填率の向上を図ってもよい。

＜鋼殻の形態のバリエーションについて＞
上記図２に示した実施形態においては、セグメントの矩形状外面を画定する主桁面と継手面の全部を鋼板で形成したが、他の本発明の実施形態としては、図３に示すように、主桁面と継手面とが接する合成セグメントのコーナー部（四隅部）のみを隅角部鋼板５で形成してもよい。この例では、内面止水材８１と外周止水材８２は、合成セグメントの高さ方向（Ｚ方向）中央に一重で配置しているものであり、内面止水材８１と外周止水材８２が隅角部鋼板５の両面の合成セグメントの高さ方向（Ｚ方向）の同じ位置に設けられた内面止水溝１０１と外周止水溝１００内に設置されている。

該コーナー部のみを鋼殻製とすることにより、合成セグメントの重量を軽減することが可能となる他、セグメント施工時に、既設のセグメント部分と接触・衝突して割れや欠け等の欠損が生じやすいセグメントのコーナー部の強度向上を図ることができる。さらには、隣接する合成セグメント同士の接合面における止水性能において、最も弱点となるセグメントのコーナー部の止水性能を適切に高めることができる。

また、図４（ａ）に示すように主桁面３のみを、主桁鋼板３１、３２で形成してもよい。図４（ｂ）にＡ－Ａ断面を示すように、この例においては、合成セグメント１の厚み方向に２段に渡って外周止水材８２と内面止水材８１とが合成セグメント１の高さ方向（Ｚ方向）の同じ位置かつ鋼殻内外面に対向して設けられた止水溝１００、１０１のなかにペアで配置しており、鋼殻とコンクリートの境界面の止水性の向上を図るとともに、隣接するセグメントとの間の止水性も同時に向上させている。一方、鋼殻を具備しないコンクリートで形成された継手面には、図４（ｃ）に示すように、前記主桁面３の外周止水材８２および内面止水材８１とＺ方向が同じ位置に設けられた止水溝１００に、外周止水材８２のみが合成セグメントの厚み方向に２段に配置されている。図４（ｄ）は、主桁面の鋼殻に設けられた止水溝と該溝に配置された止水材の断面拡大図である。

一方、合成セグメントの継手面のみに鋼殻を採用することも可能である。

いずれの場合においても、鋼殻のコンクリートと接する内面側に内面止水材を設置するとともに、セグメントの外周面においては、鋼殻からなる部分とコンクリートからなる面とに跨って、連続的に形成した外周止水溝１００内に外周止水材を設置することで、鋼殻内面とコンクリートとの接合面及び、隣接する合成セグメント同士の接合面における高い止水・防水構造を達成することができる。トンネル外側の地山から作用する水圧は、セグメントリングに作用し、鋼殻内面とコンクリートの接合面に水路を形成しようとする。これに抵抗する止水・防水構造を設けることで水路を遮断することができる一方、隣接する合成セグメント同士の接合面にも同様に水圧が作用する。そのため内面止水材と外周止水材をセグメントの高さ方向（Ｚ方向）の位置を合わせてペアで配置することで、合成セグメントの外周と内面を相乗的に止水・防水することができ、優れたセグメント強度と止水性能を発揮できる。

図５（ａ）に平面図で概念的に示すように、主桁面と継手面の全体を主桁鋼板３１、３２と継手鋼板４１、４２で形成した場合には、外周止水材８２と同様に、内面止水材８１も四辺形をなす環状に連続的に形成することができるが、主桁面或いは継手面のみ、又は隅角部のみを鋼殻で形成する形態においては、これらの部分的な鋼殻端部において、内面止水材８１端部をセグメント外縁に向かって延在させて、セグメント外周面の外周止水材８２に接するように構成することで、鋼殻内面とコンクリートの接触面における止水性能を向上させることができる。

すなわち、主桁鋼板と継手鋼板を用いて、セグメントの外周全体を鋼殻で形成する形態図５（ａ）を除き、内面止水材８１は、主桁鋼板３１、３２、継手鋼板４１、４２、或いは隅角部鋼板５で形成された鋼殻の内面にのみ設置され、夫々の鋼板の端部において、セグメント本体外面に向かって延在する端部が矩形状の外周止水材８２に接するように構成される。この状態を図５（ｂ）～（ｄ）に示す。
具体的には、図３の拡大図に示すように、内面止水材８１の端部を延長して中詰めされたコンクリートにより形成された主桁面と継手面から突出するようにしておき、この突出部分を、後付けの外周止水材８２の内側に折り込むようにして、内面止水材８１端部が外周止水材８２と接するようにしてもよい。

この内面止水材８１により、主桁鋼板、継手鋼板、或いは隅角部鋼板の内面とコンクリート６０との接合面の止水性能が確実なものとなり、経年劣化や地震等による負荷荷重の変化があっても、鋼殻とコンクリートとの接合状態が維持される。

主桁鋼板と継手鋼板を用いて、セグメントの外周全体を鋼殻で形成する形態、及び主桁面のみ鋼板で形成する形態、及び継手面のみ鋼板で形成する形態等においては、合成セグメントのコンクリート部分の強度向上と、鋼殻とコンクリートとの付着力を高めるために、主桁鋼板方向に延在する鉄筋と、継手鋼板方向に延在する鉄筋からなる通常の補強鉄筋構造の他、連結材を設置して、セグメント自体の強度向上と、鋼殻とコンクリートとの付着強度を高めることができる。さらに、合成セグメントの地山面や内空面をなす表層近傍に、コンクリート表面のひび割れ防止を目的として、鉄筋等からなる格子状部材等を埋設することもできる。

＜連結材の適用と鉄筋構造のバリエーションについて＞
図６に示す形態においては、主桁鋼板３１、３２同士をトンネル軸方向に延在する軸方向の連結材６１で連結している。図６の（ａ）～（ｄ）において、左側の図は主桁面に直行する方向の断面図、右側は主桁面に平行な方向の断面図である。
本形態のうち、図６（ａ）では、上記連結材６１のトンネル空間側（Ｚ２方向側）に、これらの連結材と直交する鉄筋６４を配置して、トンネル内を満たす雨水等の水圧がセグメントに及ぼす膨張力（コンクリート抜け出し力）に対する抗力を増大している。

一方、図６（ｂ）に示す形態では、同様に配置した連結材６１の地山側（Ｚ１方向側）に鉄筋６４を配置して、地山側からトンネル内空間方向に向かう圧力（腹圧力）に対する耐久力を増大している。

さらに、本発明の他の形態においては、図６（ｃ）に示すように、同様に配置した鉄筋６４に対して連結材６１をトンネル地山側と、トンネル内空間側の双方に、例えば交互に配置して、地山側からの圧力とトンネル内空間を満たす流体等からの内圧の双方に対して、高い耐久力を実現させている。

さらに、他の形態においては、図６（ｄ）と、その部分拡大図に示すように、連結材に開口６３を形成し、この孔に鉄筋６４を貫通させることで、コンクリート抜け出し力と腹圧力の双方に抵抗することができる。さらに、設計厚みの小さい合成セグメントにおいても、密な鉄筋構造を、コンクリート打設への悪影響を抑制しつつ実現することが可能となり、セグメント全体の強度を向上させることができる。なお、開口６３に替えて、鉄筋の位置決めや篏合を容易とするための切欠きを設けてもよい。

上述した連結材は、トンネル軸方向に延在して、主桁鋼板同士を連結するが、同様の連結材を、１対の継手鋼板間を連結するように配置することもできる。即ち、１対の継手鋼板同士を、円周方向に連結する、主桁鋼板と同様のカーブを備える連結材を配置し、これと直交する鉄筋を各円周方向の連結材のトンネル空間側、地山側、或いはトンネル空間側と地山側の双方に配置するか、或いは連結材に開口を設けて、これに貫通させるか、切欠きを設けてこれに篏合させる形態の何れも、採用することができる。

各種連結材と鉄筋との位置関係は、鉄筋の外側、即ち地山側（Ｚ１方向側）に連結材を配置すれば、トンネル内空間を満たす流体圧力等に対して、高い抗力を発揮することができ、鉄筋のトンネル内空間側（Ｚ２方向側）に配置すれば、地山側からの腹圧力に対して高い耐力を発揮できる。また、例えば交互に、双方に配置すれば、トンネル内外面の双方からの圧力に対する高い抗力が期待できる。これらの効力は、トンネルの地山側にスキンプレートを設けず、主桁鋼板と継手鋼板で鋼殻を形成する、いわゆる４面鋼殻セグメントの場合においては、コンクリートがスキンプレートに拘束されていないことから、特に重要になる。
さらに、連結材に設けた開口を貫通させるか、切欠きに篏合させる構造とすれば鉄筋の位置決めや仮固定が容易となる他、鉄筋構造体、ひいては合成セグメントの薄肉化設計が容易となる利点もある。

＜鋼殻内面の防水構造について＞
本発明においては、前述したように、型枠の一部を成す鋼殻の内面、即ち、コンクリートとの接触面側に、必要に応じて内面止水溝を形成しておき、内面止水材を設置して、鋼殻６とコンクリート６０との接合面の隙間からの漏水を防止する。止水材を止水溝のなかに設置することで止水材が拘束されて止水効果が高まる。

内面側の止水材としては、通常の弾性ゴム製のものの他、適切な膨潤速度を備えた水膨潤性止水材を採用することができるが、防水設計にあたっては、コンクリートのひび割れ強度と、内面溝の止水材の弾性反力、及び合成セグメントにより施工されるトンネルの設計水圧等を勘案して、
（コンクリートひび割れ強度）＞（内面止水材弾性反力）＞（トンネルに作用する水圧）
の関係が満たされるように、コンクリートの材料特性、止水材の材料特性や寸法仕様等を適切に設定する必要がある。コンクリートひび割れ強度よりも内面止水材の弾性反力が大きい場合においては、内面止水材に接するコンクリートが局所的に過大に支圧され、コンクリートの支圧破壊を起こしてコンクリートにひび割れが発生し、水路が形成されて漏水を引き起こす。内面止水材の弾性反力よりもトンネルに作用する水圧が大きい場合は、止水材の止水効果が不足して漏水を引き起こす。

＜内面止水材の弾性反力の設定＞
鋼殻内周面の内面溝に設置する止水材の弾性反力については、合成セグメントを構成するコンクリートの強度や、トンネルに作用する設計水圧を考慮し、さらには合成セグメントの製造プロセスを考慮して決定する。
即ち、合成セグメントの製造プロセスにおいて、止水材として、水膨潤性の材料を採用した場合、図７に示す様に、内面止水材の弾性反力には、材料の弾性反力に加えて、水分吸収による膨潤圧が加わるところ、止水材はコンクリート打設圧に抗して形状を維持するものの、この膨潤圧は図８に示す様に、時間の経過と共に増大する。また、コンクリートの硬化速度はコンクリートの配合やコンクリートを打設した後の養生方法・養生時間に依存する。それらを勘案の上、コンクリート中の水分による膨潤圧の増大を考慮して、（弾性反力＋膨潤圧）が、硬化したコンクリート強度以下に収まるように、止水材の材料特性、大きさ（断面積や形状）等を決定する。
例えば、コンクリートの設計基準強度が４２ＭＰａ、トンネルに作用する水圧が０．５ＭＰａの場合、コンクリートのひび割れ強度は、支圧強度で評価すると１５ＭＰａとなる。従って、内面止水材弾性反力は０．５ＭＰａ＜弾性反力＜１５ＭＰａの範囲で設定する必要がある。止水材の材料特性は、材料が圧縮される際の圧縮率や圧縮速度、さらには膨張速度をもとに材質や形状を設定、一般的には止水材の材料特性試験を行い、製造プロセスを満足する特性を確認して設定することが望ましい。一例としては、合成セグメントの製造工程において、コンクリートの打設からコンクリートの初期強度が発現するまで１～２日に対して、止水材の膨張速度をコンクリートの初期強度が発現する速度に応じて調整することで、製造工程中のひび割れ発生を抑えることができる。水密性を高めるために、弾性反力を強く作用させたい場合は、止水材の膨張速度をコンクリートの初期強度が発現する期間よりも長く、かつコンクリートのひび割れ強度よりも小さくなるように設定すると良い。また、コンクリートへの過度の弾性反力を避けるために、圧縮率を４０％程度以下にすると良い。止水材の高さは５ｍｍ～５０ｍｍ程度、止水材の厚さは５ｍｍ～２０ｍｍ程度に設定すると良い。

＜セグメント接合面の防水構造について＞
上記内面止水構造と同様に、同鋼板及びコンクリート製の主桁面と継手面の外周面には、外周止水溝が連続的に形成され、この溝内に外周止水材が設置されて、隣接セグメントとの接合面における止水構造を形成している。このように連続的に外周止水溝を設けることによって、水の流路が遮断されて止水性能が向上する。
図２と図４に示した例においては、セグメント高さ方向（Ｚ方向）に距離を隔てて、上下２段に外周止水材８２を設けて隣接セグメントと接合した際に、シール構造を形成するようにしている。

主桁鋼板３１、３２と継手鋼板４１、４２との接続部も、溶接等により水密に接合されていること、ひび割れや剥離等の生じやすい鋼殻とコンクリートとの接合面に全周に亘って内面止水材が設置されていること、さらには、合成セグメントの外周面（接合面）に設置された外周止水材によって、セグメント同士の接合面におけるシール構造が設置されていること等により、完成したトンネルの内外面間で、高い止水・防水構造を構築することができる。

＜内面止水材のバリエーションについて＞
本発明に係る合成セグメントを製造する、特に、コンクリートを充填する場合には、セグメント外側面中央を床面に置く、いわゆる舟打ちではなく、セグメントの円周方向両端の継手面を床面に置く、いわゆる伏せ打ちで、コンクリートを充填するのが好ましい。伏せ打ちの場合は、トンネル内面側を画定するかまぼこ状の型枠台上に載置することから、トンネル内面側のコンクリート表面の仕上げ処理が不要となり製造コストが抑えられる。また、伏せ打ちを採用することによって、隣接するセグメントとの継手面を構成する継手面部近傍のコンクリートが高い充填圧により、緻密なものとなり、完成したトンネルの強度向上に寄与する。

前述したように、コンクリート打設の際には、鋼殻内面に内面止水材を溝内に配置してコンクリートを充填するが、伏せ打ちした場合、継手面に近い部位の内面止水材は、コンクリートの充填開始後、短時間でコンクリート充填圧を受け始め、充填の進行と共に高い充填圧を受けるのに対して、セグメント本体中央部近傍の内面止水材は、コンクリート充填工程後段の段階で、比較的小さな充填圧を受けることになる。

上述した充填圧の不均衡に対応するために、主桁面に沿って配置した内面止水材の性状を、部位によって変化させることができる。
例えば、主桁面に設置する内面止水材に水膨潤性のものを採用する場合、両側の継手面に近い部分の止水材として、膨潤速度が比較的小さなものを採用し、セグメント中央部を、コンクリートに含まれる水分との接触開始が遅いことを鑑みて、相対的に膨潤速度の速い止水材とすることで、主桁面内面に設置された止水材の膨潤の程度を、部位に拘わらず略均一化して、主桁面内面全体に亘って、鋼殻とコンクリートとの間の防水構造を均一なものとすることができる。同様の考え方により、両側の継手面に近い部分の止水材として、膨潤量もしくは膨潤圧が比較的小さなものを採用、セグメント中央部には膨潤量もしくは膨潤圧が比較的大きなものを採用することもできる。

前述した実施形態では、異なる止水材として、止水材の膨潤速度に差のある材料を採用したが、他にも、継手面に近い部分を非水膨潤性の素材とし、残りのセグメント中央部を水膨潤性素材とすることで、同様に、膨潤性の有無によって、セグメント全体として、鋼殻とコンクリートとの間の防水性能を高めることができる。
これらの実施形態の概念図を図９に示した。図示した例では、目安として、主桁面の中央１／３と両端各１／３で、膨潤速度の大小や、膨潤性の有無を変化させている。
隣接セグメントとの接合面にはトンネルの水圧が直接作用する。さらにはトンネルに外力が作用することで隣接セグメントの接合面に目違いや目開きが生じる可能性があるので、水圧と隙間に対応するために、外周止水材には水膨潤型の止水材を設けることで、外周面に比べてコンクリートとの隙間が大きくない内面側には非水膨潤型の止水材を採用することで製造コストを抑えることができる。

＜合成セグメント連結面の形状について＞
合成セグメント同士の接合面、即ち、主桁面同士及び継手面同士の連結面については、単なる平板状とするよりも、連結面自体に相互に嵌合可能な形状・構造を採用することで、より強固な連結面とし、セグメント間の水密連結性を高めることができる。同時に鋼殻とコンクリートとの間においては、コンクリートが嵌合の凹凸形状に密実に充填されることで止水性と一体性が同時に高められ、合成セグメントの性能が高められる。
例えば、上記連結面に、図１０に示すような波型断面をもつ主桁鋼板３１、３２を採用することができる。この主桁鋼板は、鋼板の内外面同士で嵌合する形状を有しており、１対の主桁鋼板について、内外面を反転させることにより、１種類の断面形状で相互に嵌合する主桁面を構成するとともに嵌合部に凹凸空間を形成することができるため、合理的であり、製造コストも削減できる。

本例においては、合成セグメントの地山側とトンネル空間側とに、それぞれ波型の嵌合凹凸部が設けられ、合成セグメント同士を連結した時に各嵌合凹凸部に２本１対の外周止水材８２が設置される。

この外周止水材８２は、単なる弾性体でも、膨潤性弾性体でもよいが、何れの場合においても、図１１に拡大図を示すように、連結面を嵌合した際に、（弾性変形）＋（膨潤変形）が可能な空間を形成できるように、その形状及び大きさを決定しなければならない。

同様に鋼殻のコンクリートと接する内面部側において、各嵌合凹凸部における凹部はそのまま止水溝として用いることができるので、凹部に内面止水材を配置すれば止水材が拘束されて水密性が高まる。また、凸部はセグメント高さ（Ｚ）方向に対してコンクリートが抜け出すことに抵抗する、ずれ止めとして機能するため、合成セグメントの耐荷性能が飛躍的に向上する。

＜外面開口孔の防水について＞
前記した嵌合凹凸面の他、合成セグメントの四辺を構成する主桁面と継手面には、それぞれ隣接するセグメントと連結するためのボルト締め構造や、その他の嵌合構造が設置される場合がある。
これらの構造を内蔵するために、セグメントの主桁面或いは継手面の表面には開口孔が設置される。
開口孔内には、隣接セグメントとの連結構造自体が配置されており、この部分に水分等が侵入して発錆すると、セグメント連結強度が損なわれ、トンネル自体に強度上、極めて深刻な問題を生じるので、該開口孔の周囲に、内面止水材や外周止水材を環状に設置して、開口孔内への水分侵入を防ぎ、連結継手構造の発錆を防止してもよい。

本発明においては、図２に示すように、合成セグメントの地山側に薄鋼板製のスキンプレート９を配置して、合成セグメントの外表面強度と止水性能を高めることもできる。
さらに、該スキンプレートの表面、或いは、スキンプレートを具備しない形態においても、合成セグメントの最外表面に樹脂層を設けて、セグメントの耐摩耗性と止水性能を向上させてもよい。
樹脂層を構成する樹脂としては、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリウレア樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリルゴム系樹脂、ポリブタジエンゴム系樹脂、クロロブレンゴム系樹脂、クロロスルホン化ポリエチレン樹脂、樹脂モルタル、繊維補強モルタル、及び、非加硫ブチルゴム、並びに、これらの材料うちのいくつかによる複合材料等が適用できるが、地山側に用いる場合は何れも、シールドマシンのテーブルブラシによる表面摩耗への対処が必要となる。

図１２は、カバー止水材の一例を示す模式的な断面図である。図１２は、軸方向Ｘ及び高さ方向Ｚに沿った合成セグメント１の模式的な断面図であり、一方側の主桁鋼板３１のみを示している。図１２では、外周止水材８２及び内面止水材８１は、それぞれ２つ示されているが、外周止水材８２及び内面止水材８１は、それぞれ１つのみであってもよい。
合成セグメント１は、合成セグメント１の地山側の面１１及び内空側の面１２の少なくとも一方の一部又は全面を覆う、カバー止水材８３を更に有することができる。具体的には、カバー止水材８３は、地山側止水材８３ａと、内空側止水材８３ｂと、を含んでいる。他の実施形態では、カバー止水材８３は、地山側止水材８３ａ及び内空側止水材８３ｂのいずれか一方のみを含んでいてもよい。

地山側止水材８３ａは、合成セグメント１の地山側の面１１の全面を覆っており、鋼殻６とコンクリート６０とに跨っている。他の実施形態では、地山側止水材８３ａは、例えば、地山側の面１１において鋼殻６とコンクリート６０との間の境界のみを覆うように、地山側の面１１の一部のみを覆っていてもよい。例えば、地山側の面１１において、鋼殻６とコンクリート６０との間の境界よりも内側に離れた部分は、地山側止水材８３ａに覆われていなくてもよい。地山側止水材８３ａは、図１２に示されるように、外周止水材８２及び内面止水材８１の双方と繋がっていてもよい。この場合、合成セグメント１は、地山側止水材８３ａと内面止水材８１との連結部８３ｃ、及び、地山側止水材８３ａと外周止水材８２との連結部８３ｄを含むことができる。他の実施形態では、地山側止水材８３ａは、外周止水材８２及び内面止水材８１のいずれか一方のみと繋がっていてもよい。

内空側止水材８３ｂは、合成セグメント１の内空側の面１２の全面を覆っており、鋼殻６とコンクリート６０とに跨っている。他の実施形態では、内空側止水材８３ｂは、例えば、内空側の面１２において鋼殻６とコンクリート６０との境界のみを覆うように、内空側の面１２の一部のみを覆っていてもよい。例えば、内空側の面１２において、鋼殻６とコンクリート６０との間の境界よりも内側に離れた部分は、内空側止水材８３ｂに覆われていなくてもよい。内空側止水材８３ｂは、図１２に示されるように、外周止水材８２及び内面止水材８１の双方と繋がっていてもよい。この場合、合成セグメント１は、内空側止水材８３ｂと内面止水材８１との連結部８３ｅ、及び、内空側止水材８３ｂと外周止水材８２との連結部８３ｆを含むことができる。他の実施形態では、内空側止水材８３ｂは、外周止水材８２及び内面止水材８１のいずれか一方のみと繋がっていてもよい。

カバー止水材８３は、鋼殻６及びコンクリート６０に対する付着性を有する。具体的には、カバー止水材８３は、付着性として、鋼殻６及びコンクリート６０の双方に対して、１．５ＭＰａ以上の付着力を有する。カバー止水材８３がこのような付着性を有することによって、鋼殻６とコンクリート６０との間の止水性を向上させることができる。本開示において、「付着力」は、例えば、以下のように測定することができる。付着対象（鋼殻又はコンクリート）の材料で形成された試験片（例えば、平板）に対して、カバー止水材を所定の厚さ（例えば、１ｍｍ以上）で塗布する。試験片に対して所定の付着面積を有する引張冶具を、付着面積の全体にカバー止水材が付着するように、カバー止水材を介して試験片に付着させる。試験片から引張冶具を引き離すように、引張冶具を試験片に対して垂直に引っ張る。引っ張りの最中、試験片と引張冶具との間に作用する引張力を公知の測定装置を用いて測定する。試験片から引張冶具が引き離されたときの引張力（Ｎ）を上記の付着面積（ｍｍ²）で除することによって、「付着力」（Ｎ／ｍｍ²（＝ＭＰａ））が測定される。

また、カバー止水材８３は、コンクリート６０のひび割れに対する追従性を有する。本開示において、「コンクリートのひび割れに対する追従性」とは、コンクリート６０にひび割れが発生した場合に、カバー止水材８３が、破断せずに上記のひび割れの間隔だけ変形できることを意味することができる。具体的には、内面止水材８１は、追従性として、０．２ｍｍ以上のゼロスパン伸びを有する。カバー止水材８３がこのような追従性を有することによって、高い止水性能を得ることができる。本開示において、「ゼロスパン伸び」（ｍｍ）は、例えば、公益社団法人 土木学会で定められているJSCE-K532-2010にしたがって、以下のように測定することができる。

図１３の（ａ）はゼロスパン伸びの測定に使用される試験片を示す上面図であり、図１３の（ｂ）は上記の試験片を示す側面図である。直線Ｃに沿って予め２つのセグメントＳ１、Ｓ２に分割された試験片Ｓを準備する。試験片Ｓの寸法に関して、例えば、全長Ｌ１は１２０ｍｍ、セグメントＳ１、Ｓ２の各々の長さＬ２は６０ｍｍ、幅Ｗは６０ｍｍ、厚さｔ１は１０ｍｍ、及び、カットＳ３の深さｔ２は５ｍｍであることができる。図１３（ａ）に示されるように、直線Ｃに沿ってセグメントＳ１、Ｓ２を突き合せ、直線Ｃに沿って約２０ｍｍ幅で不陸調整材をすり込むように塗布する。不陸調整材の硬化後、研磨紙にて余分な不陸調整材を除去する。試験片Ｓの両端３０ｍｍを残して、カバー止水材８３を試験片Ｓに塗布する。カバー止水材８３を規定温度（例えば、２３±２℃）及び規定相対湿度（例えば、５０±５％）で規定日数（例えば、２８日以上）養生した後、試験片Ｓの両端（図１３（ａ）において左右端）を引っ張る。引張量（ｍｍ）を公知の測定装置を用いて測定する。カバー止水材８３にひび割れが発生したときの引張量が、「ゼロスパン伸び」（ｍｍ）として測定される。

また、カバー止水材８３は、鋼殻６とコンクリート６０との間を液体が通ることを防止するための止水性を有する。このような止水性は、カバー止水材８３にかかる様々な圧力に耐えるように設計される。

上記のような付着力、追従性及び止水性を有するカバー止水材８３は、様々な材料で形成されることができる。例えば、カバー止水材８３は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリウレア樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリルゴム系樹脂、ポリブタジエンゴム系樹脂、クロロブレンゴム系樹脂、クロロスルホン化ポリエチレン樹脂、樹脂モルタル、繊維補強モルタル、及び、非加硫ブチルゴム、並びに、これらの材料うちのいくつかによる複合材料（例えば、上記の材料のうちのいくつかの層を積層することによって形成される材料）、のうちの少なくとも１つを含むことができる。例えば、カバー止水材８３は、コンクリート６０の打設の際に、生コンクリートの水和反応が進行するに従って生コンクリートと接着する性質を有することができる。カバー止水材８３は、例えば、貼付け可能又は塗布可能な形式であることができる。なお、連結部８３ｃ、８３ｄ、８３ｅ、８３ｆ、内面止水材８１及び外周止水材８２は、上記のようなカバー止水材８３と同一の材料であってもよい。

次に、上記のような合成セグメント１の製造方法について説明する。

図１４の（ａ）～（ｅ）は、合成セグメントの製造方法を示す模式図である。本実施形態では、図４に示されるような、主桁面３にのみ鋼殻６を有している合成セグメント１について説明する。したがって、鋼殻６は、主桁鋼板３１、３２のみを有する。

図１４（ａ）は、主桁鋼板３１、３２の内面を示している。本製造方法では、先ず、主桁鋼板３１、３２の内面に、少なくとも一つ（本実施形態では２つ）の内面止水材８１を配置する。具体的には、内面止水溝１０１内に内面止水材８１を貼り付ける。内面止水溝１０１内に内面止水材８１を貼り付けることによって、主桁鋼板３１、３２とコンクリート６０との間に液体が通過可能な通路が形成されることを、より確実に防止することができる。さらに、連結部８３ｃ及び連結部８３ｅを主桁鋼板３１、３２の内面に塗布する。

図１４（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、合成セグメント１の高さ方向Ｚ及び円周方向Ｙに沿った模式的な断面図である。図１４（ｂ）を参照して、本製造方法では、続いて、打設型枠２０の上面２２上に主桁鋼板３１、３２を互いに対向するように設置する。なお、図１４（ｂ）では、一方の主桁鋼板３１のみが示されていることに留意されたい（図１４（ｃ）（ｄ）も同様）。具体的には、本実施形態では、打設型枠２０の上面２２は、合成セグメント１の内空側の面と接触するように構成されており、したがって、上面２２は凸状の円弧面形状を呈している。これにより、合成セグメント１の製造中、打設型枠２０は、合成セグメント１が上に凸に（逆舟形状に）保持されるように、かつ、合成セグメント１の四隅が水平に並ぶように合成セグメント１を支持することができる（いわゆる、伏せ打ち）。また、上記のように、本実施形態では鋼殻６が主桁鋼板３１、３２のみを有するため、コンクリート６０が充填される空間を画定すべく、打設型枠２０の上面２２上に補助型枠２１、２１を互いに対向するように配置する。各補助型枠２１は、主桁鋼板３１、３２の対応する端部を連結するように配置される。なお、例えば、図３に示されるような、合成セグメント１の四隅にのみ鋼殻６（隅角部鋼板５）が配置される実施形態では、隅角部鋼板５、５同士の間を埋めるように、各主桁面３及び各継手面４に補助型枠２１を配置することができる。また、例えば、図２に示されるような、主桁面３及び継手面４の全周に亘って鋼殻６が配置される実施形態では、図１４（ｂ）に示される補助型枠２１、２１は不要である。このように、当業者であれば、鋼殻６の形態に応じて、必要な補助型枠２１を配置することができることを理解可能である。

図１４（ｃ）を参照して、続いて、鋼殻６（主桁鋼板３１、３２）の内側に鉄筋６４及び連結材６１を設置する。連結材６１は、例えば、溶接等の公知の固定手段によって主桁鋼板３１、３２に固定されてもよい。鉄筋６４は、例えば、図６（ｄ）に示されるように、連結材６１に設けられた開口６３を通して配置されてもよい。図１４（ｃ）を参照して、続いて、主桁鋼板３１、３２及び補助型枠２１、２１で囲われる空間を上方から塞ぐように、養生材２３を、主桁鋼板３１、３２及び補助型枠２１、２１の上端に配置する。スキンプレート９が使用される場合には、養生材２３に代えてスキンプレート９が配置されてもよい。

図１４（ｄ）を参照して、続いて、養生材２３の中央部に設けられた開口２４から生コンクリートを挿入し、打設型枠２０、主桁鋼板３１、３２、補助型枠２１、２１及び養生材２３によって画定される空間に生コンクリートを充填する。これによって、コンクリート６０が打設される。コンクリート６０の養生が完了した後に、合成セグメント１を脱型する。なお、養生材２３を用いないで生コンクリートを充填してもかまわない。

図１４（ｅ）は、主桁鋼板３１、３２の外面を示している。続いて、主桁鋼板３１、３２の外面に、少なくとも一つ（本実施形態では２つ）の外周止水材８２を配置する。具体的には、外周止水溝１００内に外周止水材８２を貼り付ける。より具体的には、上記のように、本実施形態では合成セグメント１が主桁面３にのみ鋼殻６を有しているため、継手面４はコンクリート６０により構成される（例えば図４参照）。したがって、補助型枠２１、２１には外周止水溝１００に対応する凸部が設けられており、継手面４にはコンクリート６０に外周止水溝１００が前記補助型枠２１、２１の凸部によって形成されている。また、主桁鋼板３１、３２の端面にも同様の外周止水溝１００が予め形成されている（図示省略）。そして、外周止水溝１００内に外周止水材８２を配置する。さらに、地山側止水材８３ａ、内空側止水材８３ｂ、及び、連結部８３ｄ、８３ｆを塗布する。以上のステップによって、合成セグメント１が製造される。

当業者であれば、合成セグメント１の製造方法は、上記の順番で実施される必要はなく、技術的に矛盾が生じない限り、他の順番で実施可能であることを理解可能である。例えば、鋼殻６の内面に内面止水材８１及び連結部８３ｃ、８３ｅを配置するステップ（図１４（ａ））と、打設型枠２０に鋼殻６を設置するステップ（図１４（ｂ））と、鋼殻６に鉄筋６４及び連結材６１を設置するステップ（図１４（ｃ））とは、この順番で実施される必要はなく、異なる順番で実施されてもよい。

また、上記の実施形態では、合成セグメント１は、伏せ打ちによって製造されている。伏せ打ちの場合、コンクリート６０の内空側の面１２が打設型枠２０の上面２２と接触することから、トンネルの内部から視認可能なコンクリート６０の内空側の面１２を平滑に形成することができる。しかしながら、合成セグメント１は、他の打設方法によって製造されてもよい。

例えば、合成セグメント１は、舟形打設によって製造されてもよい。この場合、打設型枠２０の上面２２は、上記の舟形打設とは反対に、合成セグメント１の地山側の面１１と接触するように構成されており、したがって、上面２２は凹状の円弧面形状を呈する。これにより、合成セグメント１の製造中、打設型枠２０は、合成セグメント１が下に凸に（舟形状に）保持されるように、かつ、合成セグメント１の四隅が水平に並ぶように合成セグメント１を支持する。他の点は、伏せ打ちと同様であることができる。

また、例えば、合成セグメント１は、斜め設置で打設されてもよい。この場合、一方の継手面４を上側に、他方の継手面４を斜め下側にして補助型枠を設置する。内空側の面を斜め上になるように配置し、この面にも打設型枠を設置するとともに、地山側の面を斜め下側になるように打設型枠２０を設置して、上記と同様に打設することが出来る。そして、上側の継手面４あるいはその近傍からコンクリートを打設することが出来る。この場合には、流動コンクリートなどを打設することで問題なくコンクリートを打設することが出来る。他の点は伏せ打ちと同様であることが出来る。

また、例えば、合成セグメント１は、遠心打設によって製造されてもよい。この場合、
打設型枠２０は、例えば、リング状を呈する。打設型枠２０は、その内周面にリング状に配置された複数の合成セグメント１を支持し、かつ、複数の合成セグメント１の地山側の面１１と接触するように構成されている。遠心打設では、鋼殻６の内面に内面止水材８１及び連結部８３ｃ、８３ｅを配置した後に、打設型枠２０の内周面に複数の合成セグメント１の鋼殻６をリング状に設置する。また、鋼殻６の形態に応じて、必要な補助型枠２１を配置する。この際、必要に応じて鋼殻６の内側に鉄筋６４及び連結材６１が鋼殻６に設置されていてもよい。続いて、リング状の打設型枠２０の中心軸周りに打設型枠２０を回転させ、且つ、打設型枠２０の内側の所定の位置から、打設型枠２０の内周面の所定の位置に向けて生コンクリートを放出する。回転による遠心力によって、各鋼殻６の内側に生コンクリートが充填され、各鋼殻６の内側にコンクリート６０が打設される。コンクリート６０の養生が完了した後に、打設型枠２０の回転を停止し、各合成セグメント１を脱型する。その後、鋼殻６の外周面の外周止水溝１００内に外周止水材８２を貼り付け、さらに、地山側止水材８３ａ、内空側止水材８３ｂ、及び、連結部８３ｄ、８３ｆを塗布する。このような遠心打設の場合、コンクリート６０の地山側の面１１が打設型枠２０の内周面と接触することから、コンクリート６０の地山側の面１１を平滑に形成することができる。

本発明に係る合成セグメントをシールドトンネルの構築に採用すれば、
・地下水圧の高い大深度トンネルへの適用が可能となり、
・負荷荷重や断面力の大きな大深度トンネルや、大断面トンネル、或いは非円形断面トンネルへの適用が可能となり、
・高い止水性能が長期間期待できるため、トンネルの長寿命化が実現し、
・鋼殻とコンクリートとの拘束力の増大により、地震時のコンクリートのひび割れ、或いは地下河川等のトンネルに作用する内水圧によるひび割れを防止する、
等の効果が期待でき、合成セグメントの製造コストも低減できることから、インフラ整備上の初期費用及び維持コストの低減に大いなる効果を期待することができる。

１ ：合成セグメント
１１ ：地山側の面
１２ ：内空側の面
３ ：主桁面
３１ ：一端側主桁鋼板
３２ ：他端側主桁鋼板
４ ：継手面
４１ ：一端側継手鋼板
４２ ：他端側継手鋼板
５ ：隅角部鋼板
６ ：鋼殻
６ａ ：枠内（空間）
６０ ：コンクリート
６１ ：連結材
６３ ：開口
６４ ：鉄筋
７ ：トンネル
７０ ：セグメントリング
８ ：止水材
８１ ：内面止水材
８２ ：外周止水材
８３ ：カバー止水材
８３ａ ：地山側止水材
８３ｂ ：内空側止水材
８３ｃ ：連結部
８３ｄ ：連結部
８３ｅ ：連結部
８３ｆ ：連結部
９ ：スキンプレート
１００ ：外周止水溝
１０１ ：内面止水溝
Ｓ ：試験片
Ｓ１、Ｓ２：セグメント
Ｓ３ ：カット

Claims (15)

1. コンクリートと鋼殻と止水材とを有するトンネル用合成セグメントであって、
   前記鋼殻は、前記合成セグメントのトンネルの軸方向側の端面である主桁面と、トンネルの周方向側の端面である継手面で構成される外周面の少なくとも前記合成セグメントの両主桁面における前記トンネル断面の円周方向およびトンネル断面の法線方向に延設され、
   前記合成セグメントの主桁面および継手面に少なくとも一つの外周止水溝を設け、前記外周止水溝内に外周止水材が配置され、前記鋼殻の前記コンクリートに対する内面側に少なくとも一つの内面止水材が配置され、
   前記合成セグメントは、前記合成セグメントの地山側の面及び内空側の面の少なくとも一方の一部又は全面を覆う、カバー止水材を更に有する、合成セグメント。
2. 前記カバー止水材は、前記鋼殻と前記コンクリートとに跨っている、請求項１に記載の合成セグメント。
3. 前記カバー止水材は、前記鋼殻及び前記コンクリートに対する付着性を有する、請求項１又は２に記載の合成セグメント。
4. 前記カバー止水材は、
   前記付着性として、前記鋼殻及び前記コンクリートに対して１．５ＭＰａ以上の付着力を有し、
   前記コンクリートのひび割れに対する追従性として、０．２ｍｍ以上のゼロスパン伸びを有する、
   請求項３に記載の合成セグメント。
5. 前記カバー止水材は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリウレア樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリルゴム系樹脂、ポリブタジエンゴム系樹脂、クロロブレンゴム系樹脂、クロロスルホン化ポリエチレン樹脂、樹脂モルタル、繊維補強モルタル、及び、非加硫ブチルゴム、並びに、これらの材料うちのいくつかによる複合材料、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の合成セグメント。
6. 前記外周止水材と前記カバー止水材とが繋がっている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の合成セグメント。
7. 前記内面止水材と前記カバー止水材とが繋がっている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の合成セグメント。
8. 前記コンクリートのひび割れ強度と、前記内面止水材の弾性反力と、トンネル外部から作用する水圧とが、以下の関係式を満足する、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の合成セグメント。
   （コンクリートひび割れ強度）＞（内面止水材弾性反力）＞（トンネルに作用する水圧）
9. 前記内面止水材が、前記鋼殻の内面に設けられた内面止水溝内に配置されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の合成セグメント。
10. 前記内面止水材の端部と前記外周止水材とが接する状態で配置されている請求項１ないし９のいずれか１項に記載の合成セグメント。
11. 前記合成セグメントの両主桁面に鋼殻が配置されており、前記鋼殻同士を連結する連結材と、該連結材に当接して鉄筋が配置されている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の合成セグメント。
12. 前記連結材が、前記鉄筋の地山側と内空側の双方に当接して設けられている請求項１１に記載の合成セグメント。
13. 前記止水材の少なくとも一部が、水膨潤性止水材である請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の合成セグメント。
14. 前記外周止水材が水膨潤性止水材であり、前記内面止水材が非水膨潤性止水材である請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の合成セグメント。
15. 前記合成セグメントの主桁面、継手面のうち、いずれか１つ以上が、凹凸部を有する波型面を具備する前記鋼殻であるとともに、該波型面の凹部が外周止水溝もしくは内面止水溝である請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の合成セグメント。

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