JP7270519B2 - トンネル用防水シート - 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）工法によって構築されたＮＡＴＭトンネルに用いられる防水シートに関する。

ＮＡＴＭトンネルの施工においては、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シートからなる防水層の片面に不織布からなる排水層を積層したものであり、排水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、防水層ひいては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、防水シートの防水層によって、地山からの湧水が二次覆工側へ流れ込むのが防止される。湧水は、防水シートの排水層を伝って排水される。

特許文献１には、防水シートの材質として、所定分量のポリビニルアルコール系重合体をグラフト重合又は混合した、特殊配合のエチレン－酢酸ビニル共重合体組成物が開示されている。当該組成物と二次覆工コンクリートとが化学的に密着されることで、防水シートと二次覆工コンクリートとの接合界面に隙間が出来ないようにしている。
特許文献２には、防水シートの片面に注入管を設けておき、アーチ天端部における当該防水シートと二次覆工コンクリートとの間に発生する空洞部に注入管から充填材を充填することが開示されている。

特許第４５１１７５８号公報 特開２００４－０６０２１７号公報

特許文献１の防水シートは、二次覆工コンクリートに密着しているが、二次覆工コンクリートの強度向上には寄与していない。
特許文献２の防水シートは、注入管がある程度の管径を要し、その分だけトータルの厚みが増す。このため、二次覆工コンクリートの規定巻厚を阻害しないように、トンネル掘削断面を大きくする必要がある。また、アーチ天端部の空洞を埋めるための充填材料、充填設備、人、時間を要し、コストが上昇する。
本発明は、かかる事情に鑑み、防水機能だけでなく二次覆工コンクリートの強度向上にも寄与でき、更には特別な設備や時間をかけずにアーチ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、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、
不透水性の防水層と、
前記防水層における一次覆工側面に積層された透水性の第１排水層と、
前記防水層における二次覆工側面に積層された第２排水層と、
前記第２排水層における二次覆工側面に積層されて二次覆工コンクリートと接する透水層と、
を備え、前記第２排水層が、水を面内方向へ流通可能な面内排水路を有し、前記透水層が、厚さ方向へ貫通して前記面内排水路に連なる多数の透孔を有していることを特徴とする。

防水層の防水機能によって、地山からの湧水が二次覆工側へ侵入するのを阻止できる。前記湧水は第１排水層に沿って排出される。
二次覆工コンクリートの打設時のブリージング水は、透水層の透孔を透過して、第２排水層の面内排水路を流下して排出される。二次覆工コンクリートのセメント粒子は、透孔を透過するのを阻止又は制限される。これによって、二次覆工コンクリートにおける背面部分（防水シート側ひいては地山側の部分）の強度を向上できる。またブリージング水が、打設中の二次覆工コンクリートの上面に溜まるのを防止でき、ひいては二次覆工コンクリートがアーチ天端部まで十分に打設されないうちに、アーチ天端部がブリージング水による水溜まりで満杯になるのを防止できる。更にその水が時間をかけて引くことで、アーチ天端部に空洞が形成されるのを防止できる。

前記第２排水層が、不織布によって構成されていることが好ましい。不織布の繊維どうし間の隙間ないしは網目が面内排水路となり、透水層の透孔を透過したブリージング水を排出できる。
または前記第２排水層が、前記防水層に面する基材シートと、前記基材シートの面内に分布されるとともに前記透水層へ向かって突出された多数の凸部とを有していることが好ましい。この場合、前記凸部どうし間の空間が、前記面内排水路を構成し、透水層の透孔を透過したブリージング水を排出できる。

本発明によれば、トンネルの防水性を確保できることはもちろんのこと、二次覆工コンクリートの背面部分の強度を高めることができる。さらに、アーチ天端部に空洞部が形成されるのを、特別な設備や時間をかけることなく防止することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る防水シートを含むＮＡＴＭトンネルの坑軸と直交する断面図である。 図２は、前記防水シートの断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う、前記防水シートの透水層の平面図である。 図４（ａ）は、二次覆工コンクリートを打設中のＮＡＴＭトンネルの断面図である。図４（ｂ）は、二次覆工コンクリートがアーチ天端部まで打設された状態のＮＡＴＭトンネルの断面図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る防水シートの断面図である。 図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿う、前記第２実施形態に係る防水シートの透水層の底面図である。

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、ＮＡＴＭ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６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５が張設されている。

図２に示すように、防水シート５は、防水層１０と、第１排水層１１と、第２排水層１２と、透水層１３を含む。
防水層１０は、不透水性樹脂シートによって構成され、不透水性を有している。好ましくは、防水層１０は、エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）からなるシートによって構成されている。
防水層１０の材質としては、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。

防水層１０における一次覆工側面（一次覆工コンクリート３を向く面、図２において上面）には、第１排水層１１が積層されている。
第１排水層１１は、不織布によって構成され、透水性を有している。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。

詳細な図示は省略するが、防水層１０と第１排水層１１とは、例えば熱風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。防水層１０と第１排水層１１との接合領域は、互いに重ね合わされた面の全域ではなく一部でよい。防水シート５の側端部においては、隣接する防水シート５との継ぎ足しのために、防水層１０と第１排水層１１が互いに分離されてフリーになっている。

防水層１０における二次覆工側面（二次覆工コンクリート４を向く面、図２において下面）に第２排水層１２が積層されている。
第２排水層１２は、不織布によって構成されている。該不織布の繊維どうし間の隙間ないしは網目が、面内排水路１２ｂとなっている。言い換えると、第２排水層１２は面内排水路１２ｂを有している。面内排水路１２ｂは、第２排水層１２の面内全域に広がり、水を第２排水層１２の面内方向（厚さ方向と直交する方向）へ流通させ得る。

第２排水層１２を構成す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。不織布の加工方法は、ニードルパンチ法よりもスパンボンド法によるほうがコシのある不織布が出来、好ましい。
第２排水層１２が第１排水層１１と同種の不織布であってもよく、第１排水層１１とは異種の不織布であってもよい。

詳細な図示は省略するが、防水層１０と第２排水層１２とは溶着や接着等の接合手段によって接合されている。
防水層１０と第２排水層１２との接合領域は、互いに重ね合わされた面の全域でもよく一部でもよい。

第２排水層１２における二次覆工側面（二次覆工コンクリート４を向く面、図２において下面）に透水層１３が積層されている。
透水層１３は、不透水性樹脂からなる基材シート１３ａに多数の透孔１３ｂを形成してなる多孔シートによって構成されている。多孔シートからなる透水層１３は、好ましくは水の透過を許容する一方、コンクリート粒子の透過を阻止又は制限する。
基材シート１３ａの樹脂材質としては、エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）、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、その他の熱可塑性樹脂が挙げられる。

図３に示すように、基材シート１３ａの面内全域に多数の透孔１３ｂが均一に分布されている。透孔１３ｂの分布パターンは、三角格子状又は四角格子状などの規則パターンであるが、これに限らず不規則パターンであってもよい。
図２に示すように、各透孔１３ｂは、透水層１３を厚さ方向へ貫通している。透水層１３の一次覆工側面への透孔１３ｂの開口が、面内排水路１２ｂと連なっている。
透孔１３ｂは、例えば針部を含む電熱線を熱して、前記針部を基材シート１３ａに突き刺すことによって形成される。透孔１３ｂは、好ましくは直径０．６ｍｍ～１．１ｍｍ程度、単位面積あたりの個数３２０００／ｍ^２～４５０００／ｍ^２程度、開口率３％～１６％程度である。

詳細な図示は省略するが、第２排水層１２と透水層１３とは溶着や接着等の接合手段によって接合されている。第２排水層１２と透水層１３との接合領域は、互いに重ね合わされた面の全域でもよく一部でもよい。
透水層１３が二次覆工コンクリート４と直接的に接している。透孔１３ｂが、二次覆工コンクリート４に向かって開口されている。

ＮＡＴＭトンネル１は、次のようにして構築される。
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６を地山２に打ち込む。
続いて、防水シート５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、第１排水層１１を一次覆工コンクリート３側に向け、透水層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５を一次覆工コンクリート３に止める。
複数の防水シート５を用意し、各防水シート５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５を継ぎ足す。図示は省略するが、隣接する防水シート５，５の防水層１０，１０の端部どうしは、溶融接合させて一体化する。

次に、図４（ａ）に示すように、防水シート５の内周側にセントル等のアーチ形の型枠７を設置する。型枠７と防水シート５との間にはアーチ状空間８が画成される。該アーチ状空間８に二次覆工コンクリート４を打設する。
すると、二次覆工コンクリート４からのブリージング水（余剰水）が透水層１３の透孔１３ｂを透過して、第２排水層１２の面内排水路１２ｂに流れ込む。更に面内排水路１２ｂ内を防水シート５の面内方向に沿って流下して排出される。

二次覆工コンクリート４は、アーチ状空間８におけるトンネル底部側から順次上へ向けて打設される。打設される都度、ブリージング水が防水シート５の面内排水路１２ｂから随時排出される。したがって、図４（ａ）において二点鎖線で示すように、打設中の二次覆工コンクリート４の上面に、ブリージング水による水溜まりＷｂが出来るのを防止できる。
ひいては、二次覆工コンクリート４がアーチ状空間８の天端部（以下「アーチ天端部８ａ」）まで十分に打設されないうちに、図４（ｂ）において二点鎖線で示すように、アーチ天端部８ａが水溜まりＷｂで満杯になるのを防止できる。したがって、二次覆工コンクリート４をアーチ天端部８ａまで確実に打設できる。更に、前記水溜まりＷｂの水が時間をかけて引くことで、アーチ天端部８ａに空洞が形成されるのを防止できる。
通常の防水シートを用いた場合と同じ施工手順で二次覆工コンクリート４を打設すればよく、アーチ天端部８ａのための特別な充填材料、充填設備、充填時間などを要さない。したがって、施工コストの増大を回避できる。
防水シート５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、施工コストを一層節減できる。

打設した二次覆工コンクリート４のセメント粒子は、二次覆工コンクリート４の内部においてブリージング水と共に流動されるが、透孔１３ｂからは流出されにくい。要するに、透水層１３は、水の透過を許容する一方、セメント粒子の透過を阻止又は制限する。したがって、二次覆工コンクリート４の背面部分（防水シート５側ひいては地山側の部分）におけるセメント粒子の密度が高まり、水セメント比Ｗ／Ｃが低下される。これによって、二次覆工コンクリート４の背面部分の強度を高めることができる。
このようにして打設された二次覆工コンクリート４のセメント強度は、ＮＥＴＩＳ ＫＴ－９８０１２６－Ｖのコンクリートに対し１．４倍～２．３倍の強度増大が確認された。
ブリージング水及び空気が通過した後の透孔１３ｂにはセメントが入り込んで充填される。これによって、防水シート５の透水層１３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、防水シート５と二次覆工コンクリート４の間に空隙が形成されるのを回避できる。

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５まで達したときは、第１排水層１１が水の通り道になることで排水できる。かつ、防水層１０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。

仮に、防水層１０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、透水層１３と二次覆工コンクリート４とが密着され、かつ透孔１３ｂがセメントで閉塞されているために、前記穴から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。

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５に示すように、第２実施形態の防水シート５Ｂにおいては、第２排水層２０が、不織布に代えて樹脂シートによって構成されている。第２排水層２０の樹脂材質は、エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）、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、その他の熱可塑性樹脂が挙げられる。

第２排水層２０は、基材シート２１と、多数の凸部２２を有している。基材シート２１は、防水層１０に面している。基材シート２１と防水層１０とは溶着や接着等の接合手段によって接合されている。基材シート２１と防水層１０との接合領域は、互いに重ね合わされた面の全域でもよく一部でもよい。

図６に示すように、基材シート２１の面内全域に多数の凸部２２が均一に分布されている。凸部２２の分布パターンは、三角格子状であるが、四角格子状その他の規則パターンでもよく、不規則パターンであってもよい。
図５に示すように、各凸部２２は、基材シート２１から透水層１３へ向かって突出されている。凸部２２の突出端部が透水層１３と接している。少なくとも一部の凸部２２の突出端部が、透水層１３と溶着や接着等の接合手段によって接合されている。凸部２２は、中実でもよく、中空部を有し、該中空部にエア等のガスが充填されていてもよい。

第２排水層２０における多数の凸部２２どうし間の空間が、面内排水路２３を構成している。該面内排水路２３を通して、二次覆工コンクリート４からのブリージング水を排出できる。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、第２排水層１２の材質として、織布が用いられていてもよい。織布の両面の凹凸及び網目によって面内排水路１２ｂが構成されていてもよい。
第２排水層１２が立体的な網状体で構成されて三次元網構造になっていてもよい。

本発明は、例えばＮＡＴＭトンネルの防水シートに適用できる。

１ ＮＡＴＭ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
５，５Ｂ 防水シート
６ ロックボルト
７ 型枠
８ アーチ状空間
８ａ アーチ天端部
１０ 防水層
１１ 第１排水層
１２ 第２排水層
１２ｂ 面内排水路
１３ 透水層
１３ａ 基材シート
１３ｂ 透孔
２０ 第２排水層
２１ 基材シート
２２ 凸部
２３ 面内排水路

Claims (3)

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、
   不透水性の防水層と、
   前記防水層における一次覆工側面に積層された透水性の第１排水層と、
   前記防水層における二次覆工側面に積層された第２排水層と、
   前記第２排水層における二次覆工側面に積層されて二次覆工コンクリートと接する透水層と、
   を備え、前記第２排水層が、水を面内方向へ流通可能な面内排水路を有し、前記透水層が、厚さ方向へ貫通して前記面内排水路に連なる多数の透孔を有していることを特徴とする防水シート。
2. 前記第２排水層が、不織布によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の防水シート。
3. 前記第２排水層が、前記防水層に面する基材シートと、前記基材シートの面内に分布されるとともに前記透水層へ向かって突出された多数の凸部とを有していることを特徴とする請求項１に記載の防水シート。

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