JPH0972197A - シールドトンネル覆工方法及びシールドトンネル覆工構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】二次覆工を不要として耐震性の向上したシール
ドトンネルを提供する。 【解決手段】シールドトンネルの一次覆工を構成する多
数のセグメント同士の継ぎ手目地のセグメント内表面に
添って帯状の導水材を張り付けてシールドトンネル内壁
に連続導水路を形成し、次いで該導水路部分を含めた一
次覆工内表面に樹脂吹付層、好ましくはポリウレタン樹
脂吹付層を塗布施工すると共に排水路をシールドトンネ
ルの内底部に形成して、二次覆工を不要とする。該導水
路部分を含めた一次覆工内表面には、プライマーを塗布
して、一次覆工のセグメントと樹脂吹付層との接合性を
強固なものとすることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシールドトンネル工
法及びシールドトンネル覆工構造に関し、特に二次覆工
を不要としたシールドトンネル覆工方法及びシールドト
ンネル覆工構造に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】シール
ドトンネル覆工方法は、シールドと呼ばれる鋼製の筒を
地中に押し込みながら、その保持のもとで掘削、推進、
覆工、裏込め注入などの作業を行う工法で、トンネル内
面の覆工にはセグメントと呼ばれる鋼製やコンクリート
製の多数の覆工材料を組み立てて行うものである。覆工
は、通常一次覆工としての多数のセグメントと、さらに
その内表面に積層形成される二次覆工としての場所打ち
コンクリートとで構成される。また、シールドトンネル
内の侵水水圧が比較的高く、しかもトンネル内の完全防
水が必要な場合には、図３にシールドトンネル覆工の斜
視図を示すごとく、不織布付きの防水シート３を一次覆
工のセグメント１の内側全面に展張した後、そのシート
３の押さえとして更にその内表面に二次覆工２を施工す
ることも行われている。

【０００３】シールドトンネル内壁面の多数のセグメン
トで構成される一次覆工は、トンネルの軸方向にセグメ
ント幅（１ｍ程度）毎に各セグメントをその継ぎ手部同
士でボルトで繋いだ柔軟な構造であり、地震時には周辺
地盤とトンネルが同様の動きをするため、耐震性に優れ
た構造である。しかしながら、更にその内表面に二次覆
工（コンクリート覆工）を施工する際には、１回毎に１
０〜３０ｍ区間のコンクリートを現場打設するため、地
震時においてはその外面側の一次覆工の自由な動きを拘
束することとなるばかりでなく、打ち継ぎ目が不均質と
なるため、その部分に地震時の歪みが集中し、一次覆工
の目開きも特定のセグメントの継ぎ手に集中することと
なり、このためセグメントのひび割れや漏水を引き起こ
す原因となる可能性がある。したがって、トンネルの耐
震対策上は、基本的には二次覆工がないほうが望まし
い。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来技術
の問題点を解決し、二次覆工を不要とし、かつ耐震性に
優れたシールドトンネルの構築を可能とするシールドト
ンネル覆工方法及びシールドトンネル覆工構造を提供す
るものである。すなわち本発明は、（１）シールドトン
ネルの一次覆工を構成する多数のセグメント同士の継ぎ
手目地のセグメント内表面に添って帯状の導水材を張り
付けてシールドトンネル内壁に連続導水路を形成し、次
いで該連続導水路部分を含めた一次覆工内表面に樹脂吹
付層を塗布施工すると共に排水路をシールドトンネルの
内底部に形成し、二次覆工を不要としたことを特徴とす
るシールドトンネル覆工方法、及び（２）シールドトン
ネルの一次覆工を構成する多数のセグメント導水の継ぎ
手目地のセグメント内表面に添って帯状の導水材が張り
付けられ、シールドトンネル内壁に連続導水路が形成さ
れ、その導水路部分を含めた一次覆工内表面に樹脂吹付
層が形成されると共に排水路がシールドトンネル内底部
に形成されてなることを特徴とするシールドトンネル覆
工構造、である。上記本発明においては、導水路部分を
含めた一次覆工内表面に、プライマーを塗布して、一次
覆工のセグメントと樹脂吹付層との接合性を強固なもの
とすることが好ましい。なお、樹脂吹付層はポリウレタ
ン樹脂であることが好ましい。導水材としては、円形断
面、半円形断面、矩形断面、コ字形断面、Ｌ字形断面、
半円弧形断面等の長尺の棒状体や板状体等を用いること
ができる。その素材には、緻密質の金属材料、プラスチ
ック材料のほか、不織布、メッシュシート等の網状材
料、多孔質材料、表面に多数の凹凸部が形成された緻密
質材料等を用いることができる。それらの導水材をセグ
メント同士の継ぎ手目地の内表面に添って張り付けて、
セグメントの内表面に縦横に連続した連続導水路とする
ことにより、地中からトンネル壁内に浸出してくる水
を、同連続導水路を流路として役立て、移動・流下させ
て排水路に導いて排水させるものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明に係るシールドトンネルの
断面図、図２はシールドトンネル覆工の一部側面図であ
り、図中、１は一次覆工（セグメント），２は二次覆
工，３は不織布付き防水シート，４は導水路，５はボル
トボックス，６はインバート，７は排水路，８は樹脂吹
付層を示す。この場合、一次覆工は通常のセグメントで
もよいが、セグメントの内表面の目地部の縁に添って、
帯状の導水材をはめ込んで張り付けるための溝部を形成
すべく、端部を切り欠いて断面Ｌ字状あるいはＪ字状の
段部を形設しておくことが好ましい。これにより、帯状
の導水材によって形成される連続導水路をトンネル内壁
面に不必要に突出させることを避けることができる。ま
ず、一次覆工を構成する多数のセグメント１同士の継ぎ
手目地のセグメント内表面に添って帯状の導水材４を張
り付け、シールドトンネル内壁に縦横に連続した連続導
水路を形成する（長ボルトタイプでボルトボックスが継
ぎ手位置から離れている場合は、ここも導水材で連続さ
せて結ぶ）。次に、導水材４の部分も含む一次覆工１の
内表面に樹脂吹き付け防水層を施工して樹脂吹付層８を
形成し、トンネル内面の止水を行う。この場合、一次覆
工１の内面はシールドトンネルの内下底部のトンネルイ
ンバート部６に設けられる排水路７以外は全て樹脂吹付
層８で覆われ、防水される。したがって、シールドトン
ネル内底部の排水路７には、地中からトンネル壁内に侵
出してくる水が前記連続形成された導水路４内を伏流水
のごとく移動して流下して集水される。なお、吹き付け
防水層（樹脂吹付層）８の施工の前に、プライマー（下
地剤）を一次覆工１内面に塗布しておくことにより一次
覆工１との十分な接着性が確保される。樹脂吹付層８
は、ポリウレタン系の材質が好ましく、その劣化に寄与
する紫外線はトンネル内には届かないため、耐久性も十
分に保証されることとなる。

【０００６】特に反応硬化により弾性的な固体樹脂を生
成する２液混合型のポリウレタンプレポリマーを使用
し、速やかに反応させることが好ましい。この種の２液
混合型ポリウレタンプレポリマー液の組成としては、以
下のごときものが挙げられ、これらを混合しながら吹き
付け施工する。 Ａ液：イソシアネート成分を主材とする防水剤 Ｂ液：硬化剤（製品名「スーパークイックスプレー」三
井東圧化学社製） 例えば、吹き付け施工に際して、上記Ａ液とＢ液、容積
比１００：１００（重量比１０９：１０２）とを混合し
ながら、素早く一次覆工セグメント表面に吹き付ける。
吹き付けは、浸水圧にもよるが、通常１０ｋｇｆ／ｃｍ
^２程度の作用水圧であれば厚さ約３ｍｍ程度以上となる
まで行う。この吹き付け層（樹脂吹付層）は、３０分後
に殆ど反応硬化する。

【０００７】樹脂吹付材（防水材）としては、上記ポリ
ウレタン樹脂の外に、従来より屋上、プール、共同廊下
・バルコニー、駐車場、半地下構造物外防水等に使用さ
れている防水材料を用いることができる。防水材料とし
ては、例えば、製品名「リムスプレーＦ−１０００」や
「リムスプレーＦ−２５００」（いずれも、三井東圧化
学株式会社製）が用いられる。

【０００８】ここで本発明実施例の留意点、有利点等に
ついて、更に詳述する。 ［本発明方法の施工手順について］ （１）セグメント（一次覆工）表面に水分が存在する
と、その表面に積層すべき樹脂吹付層の接着性を低下さ
せることとなるので、一次覆工のクラック等による漏水
がひどい箇所に対しては、予め止水用樹脂の注入等で漏
水を抑えておく。また、下地表面の油脂等の汚れは事前
に除去しておく。 （２）ボルトボックス等のセグメント内面の切り欠き部
については、モルタルもしくは、エポキシ系の材料を詰
め、セグメント内面を平滑面にしておく。 （３）一次覆工の多数のセグメント同士の継ぎ手目地の
内表面に添って帯状の導水材（例えば、板状体よりなる
集水材や排水材、網状体や不織布体よりなる帯状の導水
材等）を縦横に張り付け、そうして形成された導水材が
導水路を構成する。これにより、トンネル内壁からの侵
水をシールドトンネル内底部のインバートに設けた排水
路へ集水する。このとき、立体空隙構造体の導水材は、
樹脂吹付層（吹き付け防水層）の付着性向上及び浸透に
よる排水性能の低下を防ぐため、細かいメッシュの布状
の透水フィルタ又はポリプロピレン製の不織布等で導水
材周面全体に巻き付けるようにして包被された材料とす
ることが好ましい。 （４）セグメント内面及び導水材表面にプライマー（プ
ライマーとしては溶剤系のもの又は水系エマルジョンタ
イプのもの）が使用される。溶剤系のものとしては、例
えば商品名「サンＰＣ」（三井東圧化学株式会社製）、
水系エマルジョンタイプのものとしては、商品名「スト
ラクトボンド」（三井東圧化学株式会社製）が挙げられ
る。 （５）トンネル内壁全周表面の前記（４）のプライマー
面上に、前記樹脂吹付層（防水層）の塗布施工を行う。
吹き付け層の厚さは３ｍｍ程度以上が好ましい。

【０００９】［トンネルの耐震性向上について］ところ
で、前記のごとく、シールドトンネルの一次覆工（セグ
メント）は、トンネルの軸方向にセグメント幅（例えば
１ｍ程度）毎にボルトでつながれた柔軟な構造である
が、その上に二次覆工を行うと、一次覆工の地震時の自
由な動きを拘束することとなるばかりでなく、打ち継ぎ
目が不均質となるため、この部分に地震時の歪みが集中
し、一次覆工の目開きも特定の継ぎ手に集中することと
なり、セグメントのひび割れや二次覆工の破壊に伴う防
水層の破損により漏水の原因となる可能性がある。よっ
て、トンネルの耐震上は、二次覆工がないほうが望まし
いが、本発明では一次覆工内表面に樹脂吹付層（防水
層）を形成することにより、二次覆工コンクリートの形
成施工を省略したため、本発明に係るシールドトンネル
は耐震上も優れた構造となる。なお、本発明の実施例の
ポリウレタン樹脂系樹脂吹付層（防水層）は３００％以
上の伸び性能を有しており、地震時におけるトンネルの
変形に対しても十分な追従性があるため、地震発生後
に、仮に一次覆工の継ぎ手部の目開き発生やひび割れが
生じても破損することがないため、止水性が低下するこ
とはない。

【００１０】［止水方法について］シールドトンネル壁
からの侵水水圧が高い場合であっても、上記に説明した
方法による導水路とその表面を覆う樹脂吹付層の組合わ
せ構成により、作用水圧１０ｋｇｆ／ｃｍ^２程度までの
止水が可能となる。この際、前記のごとく、地中からの
セグメント同士の継ぎ手目地部に侵水が生じる場合には
導水路内を流下して、下方の排水路へ集水される。な
お、侵水水圧が低い場合には、樹脂吹付層（防水層）と
一次覆工の密着のみに完全に止水することが可能となる
ため、一次覆工施工後に漏水の処理を行い、ボルトボッ
クスの填充等一次覆工内面の平滑化を行った後に樹脂吹
付層を設けることのみで、導水路を不要となし、かつ二
次覆工をも不要となし得る。

【００１１】本発明により上記のごとく、一次覆工内表
面の樹脂吹付層（防水層）材料にポリウレタン樹脂を採
用し、その吹き付けにより厚さ３ｍｍ程度の防水膜を形
成することによって、以下のような利点が挙げられる。 （１）樹脂吹付層は、力学的性能が高いのでシールドト
ンネルの一般的な使用では、更に保護層を設ける必要が
ない。 （２）プライマー防水膜と樹脂吹付層との積層部は強固
に一体化されるので、水密性が高く、よって耐高水圧の
防水性が得られる。 （４）樹脂吹付層の形成は、吹き付け工法であるため導
水路を形成したシールドトンネル内壁の複雑な形状の凹
凸面でも切れ目のない防水層の形成が可能となる。 （５）樹脂吹付材料のポリウレタンプレポリマーは急速
硬化性であるため、シールドトンネル天井面への防水層
の形成施工が容易である。 （６）地下空間における溶剤公害の少ない施工が可能で
ある。 （７）急速施工と省力化が可能である。

【００１２】［防水性能］上記ポリウレタン樹脂吹付層
（防水層）は、厚さ３ｍｍで１０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上の
止水性がある。 ［強度特性］上記ポリウレタン樹脂吹付層は、２０℃の
状態で、引張り強度１３５ｋｇｆ／ｃｍ^２、引裂強度６
４ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の強度が確認されている。また、
引張破断時の伸び率は３００％程度であり、地震発生時
等におけるトンネルの変形に十分追従できる。 ［耐久性］ポリウレタン樹脂吹付材料の劣化は、主に紫
外線やオゾンにより引き起こされるが、トンネル内での
使用では紫外線が進入しないので非常に有利である。２
０００時間の促進暴露試験によると、１年間の平均断面
積損失厚さは、０．０１７ｍｍ程度である。 ［耐熱性及び燃焼性］上記樹脂吹付層（防水膜）単体
を、８０℃の高温室に１６８時間放置した後にも強度特
性はほとんど変化しない。短期的な耐熱性は、１２０℃
程度である。上記ポリウレタン樹脂吹付層は、石油４類
に属し難燃性に分類され、膜面温度が２５０℃程度で発
火するが、熱源が除去されると自己消火する性質があ
る。ガスバーナーの火炎を３０秒間当てて燃焼した場合
の膜厚損失は０．８ｍｍ程度である。

【００１３】［化学的抵抗性］上記ポリウレタン樹脂吹
付層に対して、（１）アルカリ処理（ＮａＯＨ ０．１
％水溶液にＣａ（ＯＨ）_２を飽和させた２０℃の溶液に
１６８時間浸漬処理）、（２）酸処理（Ｈ_２ＳＯ_４２％
水溶液に１６８時間浸漬処理）したところ、引張り強
度、引張破断時の伸び率は１０〜１５％低下する程度で
あり、シールドトンネル設計上の不都合はない。 ［樹脂吹付層の接着性］適当なプライマー（下地剤）を
使用した場合、２０℃で鋼板に対する樹脂吹付層の引張
り強度は、５０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上、コンクリートに対
する樹脂吹付層の引張り強度は、４０ｋｇｆ／ｃｍ^２以
上であることが確認されている。なお、下地面の鋼板又
はコンクリート表面が水で濡れている場合には、樹脂吹
付層の引張り強度が低下するので予め水を除去してプラ
イマー処理を行い、その上にポリウレタン樹脂吹付層の
吹付施工を行う。

【００１４】

【発明の効果】上記本発明にしたがい、（１）シールド
トンネルのトンネル覆工の防水を、連続導水路と樹脂吹
付層との組み合わせにより構成することにより、トンネ
ル内の二次覆工を廃止することができる。その結果、二
次覆工の厚さ分が削減されるため、シールドマシンによ
る掘削トンネル断面の縮小化を図ることができる。特に
少なくともアーチ部の二次覆工が全く不要となるため、
要掘削トンネル断面の縮小が可能となる。 （２）二次覆工ばかりでなく、シールドマシン製作、掘
削量、残土処分に要する工期、工費の削減が図れる。ま
た、掘削土量、残土処分量を減ずることで環境への影響
も抑えることができる。 （３）トンネル断面が縮小できるため、シールドマシン
本体、掘削量、残土処分を含め、大幅なコストダウンが
期待でき、かつ工期についても短縮できる。 （４）二次覆工はトンネルの剛性を増すため、地震時に
トンネルの自由な動きを拘束し、トンネル本体の耐震性
を悪化させるが、二次覆工を省略したことにより耐震性
を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシールドトンネルの断面図。

【図２】本発明に係るシールドトンネル覆工の一部側面
図。

【図３】従来のシールドトンネル覆工の斜視図。

【符号の説明】 １：一次覆工（セグメント）， ２：二次覆工，
３：不織布付き防水シート， ４：導水路，
５：ボルトボックス， ６：インバー
ト，７：排水路， ８：樹脂吹
付層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールドトンネルの一次覆工を構成する多
   数のセグメント同士の継ぎ手目地のセグメント内表面に
   添って帯状の導水材を張り付けてシールドトンネル内壁
   に連続導水路を形成し、次いで該連続導水路部分を含め
   た一次覆工内表面に樹脂吹付層を塗布施工すると共に排
   水路をシールドトンネルの内底部に形成し、二次覆工を
   不要としたことを特徴とするシールドトンネル覆工方
   法。
2. 【請求項２】シールドトンネルの一次覆工を構成する多
   数のセグメント同士の継ぎ手目地のセグメント内表面に
   添って帯状の導水材を張り付けてシールドトンネル内壁
   に連続導水路を形成し、次いで該導水路部分を含めた一
   次覆工内表面にプライマー塗布処理を施して、同プライ
   マー上に樹脂吹付層を塗布施工することを特徴とする請
   求項１記載のシールドトンネル覆工方法。
3. 【請求項３】樹脂吹付層がポリウレタン樹脂であること
   を特徴とする請求項１又は２記載のシールドトンネル覆
   工方法。
4. 【請求項４】シールドトンネルの一次覆工を構成する多
   数のセグメント導水の継ぎ手目地のセグメント内表面に
   添って帯状の導水材が張り付けられ、シールドトンネル
   内壁に連続導水路が形成され、その導水路部分を含めた
   一次覆工内表面に樹脂吹付層が形成されると共に排水路
   がシールドトンネル内底部に形成されてなることを特徴
   とするシールドトンネル覆工構造。