(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル覆工として敷設される耐火セグメントであって、
セグメント素材から構成される内側層と、
前記セグメント素材から構成される外側層と、
前記内側層と前記外側層との間に積層して設けられる耐火材と、
を備えることを特徴とする耐火セグメント。
【請求項２】
前記耐火材を貫通し、前記内側層と前記外側層に埋め込まれるアンカー部を備えることを特徴とする請求項１記載の耐火セグメント。
【請求項３】
前記耐火材から前記内側層に突出し、前記内側層に埋め込まれる第１のアンカー部と、
前記耐火材から前記外側層に突出し、前記外側層に埋め込まれる第２のアンカー部とを備えることを特徴とする請求項１記載の耐火セグメント。
【請求項４】
前記内側層の厚さＴ１と前記外側層の厚さＴ２との比であるＴ１／Ｔ２を０．２〜０．８とすることを特徴とする請求項１又は２記載の耐火セグメント。
【請求項５】
セグメント素材から構成される内側層と、
前記セグメント素材から構成される外側層と、
前記内側層と前記外側層との間に積層して設けられる耐火材と、
前記外側層の側部に設けられる継手部とを備える耐火セグメントを、
前記継手部で連結してトンネル覆工として敷設することを特徴とする耐火トンネル構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばトンネルの覆工として敷設されるコンクリートを主体とする耐火セグメント、及びこの耐火セグメントを有する耐火トンネル構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでトンネルの耐火構造は、トンネル断面をより小さくできるように、より薄型で耐火性能の高いものへと変遷してきた。即ち、トンネルの覆工として敷設されるセグメントの内面側にコンクリートを打設し、二次覆工を形成する構造から、セグメント本体の内方で耐火板を支持する構造へと変遷している（特許文献１参照）。このセグメント本体の内方で耐火板を支持する構造は、図５に示すように、トンネルの覆工としてセグメント本体１ａを敷設し、敷設したセグメント本体１ａの内側下部にインバートコンクリート２ａを敷設してトンネル構造体５ａを形成すると共に、セグメント本体１ａに取付金具３ａを設け、セグメント本体１ａの内方に離間配置される耐火板４ａを取付金具３ａで支持するものである。
【０００３】
更に、より一層薄型で耐火性能を発揮できる構造として、セグメント本体の内面に直接耐火材を設ける構造が提案されている（特許文献１、２参照）。この構造は、図６に示すように、トンネルの覆工としてセグメント本体１ｂを敷設し、敷設したセグメント本体１ｂの内側下部にインバートコンクリート２ｂを敷設してトンネル構造体５ｂを形成すると共に、セグメント本体１ｂの内面に耐火材４ｂを直接設けるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４７１８３号公報
【特許文献２】特開２００６−１３２２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、耐火材は耐火性能に優れるものの、強度が弱く脆いものであるため、上記の如く耐火材をセグメント本体の内面側に設ける場合、照明器具や防災器具などトンネル設備の器具の取り付けをする際に支障を生ずる。即ち、耐火材自体はこれらの器具を支持できないため、コンクリートのセグメント本体に固定した取付金具を耐火材を貫通させて設け、取付金具で器具を支持する必要があるが、この取付金具を用いると、火災時に取付金具が変形して耐火材に破損が生じたり、取付金具から熱がセグメント本体に伝ってセグメント本体にクラックが生じたり、強度低下を招いてしまう。
【０００６】
また、火災時以外でも、トンネル内面には様々なものが衝突する危険が常にあるため、セグメント本体の内面に設けられる耐火材は傷つくことも多い。そのため、耐火材に対するメンテナンスも煩雑となる。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、耐火材を保護して高い耐久性を有し、火災時にも十分な強度を発揮できると共に、メンテナンス性に優れる耐火セグメント及び耐火トンネル構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の耐火セグメントは、トンネルの覆工として敷設される耐火セグメントであって、セグメント素材から構成される内側層と、前記セグメント素材から構成される外側層と、前記内側層と前記外側層との間に積層して設けられる耐火材とを備えることを特徴とする。
前記構成では、耐火材を内側層と外側層との間に設けることにより、耐火材を露出させずに保護することができ、耐久性を高めることができる。また、火災時に、外側層が損傷することを防止し、トンネル復旧までの間に最低限必要な強度を十分確保することができる。また、耐火材が保護されることから、メンテナンス性にも優れる。また、トンネルに必要な各種設備の取付金具を内側層に自在に取り付けることが可能である。また、薄型でトンネル断面を小さくすることができ、トンネルの施工コストを低減することもできると共に、セグメントに対する耐火板の取り付けの手間も不要である。
【０００９】
本発明の耐火セグメントは、  前記耐火材を貫通し、前記内側層と前記外側層に埋め込まれるアンカー部を備えることを特徴とする。
前記構成では、アンカー部により、内側層と外側層と耐火材を強固に一体化し、曲げ耐力やせん断耐力の増大を図ることができる。また、アンカー部により、強度のない脆い耐火材であっても内側層と外側層との間に好適に配置させることができると共に、アンカー部は耐火材に貫通して簡単に設置することができる。
【００１０】
本発明の耐火セグメントは、前記耐火材から前記内側層に突出し、前記内側層に埋め込まれる第１のアンカー部と、前記耐火材から前記外側層に突出し、前記外側層に埋め込まれる第２のアンカー部とを備えることを特徴とする。
前記構成では、第１のアンカー部と第２のアンカー部により、内側層と外側層と耐火材を強固に一体化し、曲げ耐力やせん断耐力の増大を図ることができる。また、第１のアンカー部と第２のアンカー部がそれぞれ各層に突出することから、第１、第２のアンカー部として耐熱性の素材を用いなくても、万一の火災時に耐火材の外側層への熱の伝達を防止することができる。
【００１１】
本発明の耐火セグメントは、前記内側層の厚さＴ１と前記外側層の厚さＴ２との比であるＴ１／Ｔ２を０．２〜０．８とすることを特徴とする。
前記構成では、十分な厚さの外側層を確保し、火災時にトンネル復旧までの間に最低限必要な強度をより確実に確保することができると共に、耐火材の確実な保護や、各種設備の取付金具の内側層への確実な取り付けを確保することができる。
【００１２】
本発明の耐火トンネル構造は、セグメント素材から構成される内側層と、前記セグメント素材から構成される外側層と、前記内側層と前記外側層との間に積層して設けられる耐火材と、前記外側層の側部に設けられる継手部とを備える耐火セグメントを、前記継手部で連結してトンネル覆工として敷設することを特徴とする。
前記構成では、耐火材を内側層と外側層との間に設けることにより、耐火材を露出させずに保護することができ、耐久性を高めることができる。また、火災時に、外側層が損傷することを防止し、トンネル復旧までの間に最低限必要な強度を十分確保することができる。また、耐火材が保護されることから、メンテナンス性にも優れる。また、トンネルに必要な各種設備の取付金具を内側層に自在に取り付けることが可能である。また、薄型でトンネル断面を小さくすることができ、トンネルの施工コストを低減することもできると共に、セグメントに対する耐火板の取り付けの手間も不要である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の耐火セグメント或いは耐火トンネル構造では、耐火材を露出させずに保護することができ、耐久性を高めることができる。また、火災時に、外側層が損傷することを防止し、トンネル復旧までの間に最低限必要な強度を十分確保することができる。また、耐火材が保護されることから、メンテナンス性にも優れる。また、トンネルに必要な各種設備の取付金具を内側層に自在に取り付けることが可能である。また、薄型でトンネル断面が小さくすることができ、トンネルの施工コストを低減することもできると共に、セグメントに対する耐火板の取り付けの手間も不要である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による実施形態の耐火セグメントの斜視図。
【図２】図１のＩ−Ｉ線矢視断面図。
【図３】（ａ）は図１の耐火セグメントで構成される耐火トンネルの断面図、（ｂ）はその一部拡大断面図。
【図４】（ａ）は第１変形例の耐火セグメントにおける図１のＩ−Ｉ線矢視に相当する部位の一部を示す断面図、（ｂ）は第２変形例の耐火セグメントにおける図１のＩ−Ｉ線矢視に相当する部位の一部を示す断面図。
【図５】従来のセグメント本体の内方で耐火板を支持する構造の耐火トンネルの断面図。
【図６】従来のセグメント本体の内面に直接耐火材を設ける構造の耐火トンネルの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔実施形態の耐火セグメント及び耐火トンネル構造〕
本発明による実施形態の耐火セグメント及び耐火トンネル構造について説明する。図１は本発明による実施形態の耐火セグメントの斜視図、図２は図１のＩ−Ｉ線矢視断面図、図３（ａ）は図１の耐火セグメントで構成される耐火トンネルの断面図、図３（ｂ）はその一部拡大断面図である。
【００１６】
本実施形態の耐火セグメント１０は、トンネル覆工として敷設される耐火セグメント１０であり、図１、図２、図３（ｂ）に示すように、例えば湾曲した曲面状の形状で平面視は略矩形である。耐火セグメント１０は、セグメント素材であるコンクリートから構成される内側層２０と、同様にセグメント素材であるコンクリートから構成される外側層３０と、内側層２０と外側層３０との間に積層して設けられる耐火材４０と、アンカー部である繋ぎボルト５０とから構成される。
【００１７】
内側層２０は、トンネル空間の中心側に向けて敷設されるものであり、鉄筋コンクリートで構成され、コンクリートの内部には補強鉄筋である主鉄筋２１と主鉄筋２１に対して交差方向に設けられている帯鉄筋２２とが埋め込まれている。内側層２０の厚さは５０〜１５０ｍｍ、例えば覆工厚さ５００ｍｍの標準的な道路トンネル用セグメントの場合においては１００ｍｍ程度とすると良好である。
【００１８】
外側層３０は、トンネル空間の中心と逆の外側に向けて敷設されるものであり、内側層２０と同様に鉄筋コンクリートで構成され、コンクリートの内部には補強鉄筋である主鉄筋３１と主鉄筋３１に対して交差方向に設けられている帯鉄筋３２とが埋め込まれている。外側層３０の厚さは３００〜５００ｍｍ、例えば覆工厚さ５００ｍｍの標準的な道路トンネル用セグメントの場合においては４００ｍｍ程度とすると良好であり、又、図３（ｂ）に示す内側層２０の厚さＴ１と外側層３０の厚さＴ２との比であるＴ１／Ｔ２を０．２〜０．８、より好ましくは０．３〜０．４とすると、十分な厚さの外側層３０を確保し、火災時にトンネル復旧までの間に最低限必要な強度をより確実に確保することができると共に、耐火材４０の確実な保護や、各種設備の取付金具の内側層２０への確実な取り付けを確保することができて好適である。
【００１９】
外側層３０の側部には継手部に相当する継手ボルト３３とリング間継手３４とが設けられ、継手ボルト３３は耐火セグメント１０と周方向に隣接する別の耐火セグメント１０とを連結し、リング間継手３４は耐火セグメント１０とトンネルの延びる方向であるリング間で隣接する別のセグメント１０とを連結するものである。継手ボルト３３とリング間継手３４よりも外側位置に置ける外側層３０の側部には、外側層３０の周縁に沿って凹部３５が形成され、凹部３５に嵌め込むようにしてシール材３６が設けられており、継手部である継手ボルト３３及びリング間継手３４は、後述する耐火材４０とシール材３６との間に位置するように配設されている。
【００２０】
耐火材４０は、鉄筋コンクリートの内側層２０と外側層３０との間に層状に設けられ、内側層２０の外面と外側層３０の外面に沿ってＲ面状に設けられている。耐火材４０の厚さは図示例においては厚さ３５ｍｍである。耐火材４０は、予め所定厚さのＲ面状をなすように成型加工した珪酸カルシウムやセラミック等の板材よりなるものや繊維状の耐火材料を所定厚さに形成したものを用い、耐火セグメント１０のコンクリート打設時に形枠内の所定位置に耐火材４０を予めセットしておいても良い。あるいは、外側層と内側層の間に形成した空間に後から充填したものでもよい。さらに他の形態としては、例えば型枠内において、耐火材形成用のスラリーを内側層２０或いは外側層３０の上に被覆して固化して形成される。耐火材形成用のスラリーとしては、例えばアルミナセメント等のセメント系材料に耐熱骨材、無機又は有機の補強用繊維等を添加して攪拌混合した流動性のあるものを用いることができる。
【００２１】
更に、耐火セグメント１０には、内側層２０と外側層３０に埋め込まれるアンカー部として繋ぎボルト５０が設けられており、繋ぎボルト５０は耐火材４０を貫通するようにして設けられ、その一方の端部側を内側層２０に、他方の端部側を外側層３０に埋め込まれている。なお、繋ぎボルト５０は耐熱性であることが望ましく、素材自体が耐熱性であるか、またはパイプ状部材の内部に耐火材料を充填したものであっても良い。耐火セグメント１０は、鉄筋コンクリート製の内側層２０と外側層３０の間に強度のない脆い耐火材４０が配置したとしても、繋ぎボルト５０が耐火材４０を貫通し、その両端部が内側層２０、外側層３０にそれぞれ配置することによって、全体が所定の強度となるように担保されている。
【００２２】
上記耐火セグメント１０は、継手ボルト３３により周方向に隣接する別の耐火セグメント１０に連結され、リング間継手３４によりトンネルの延びる方向であるリング間で隣接する別のセグメント１０と連結されて、トンネル覆工として敷設され、図３（ａ）に示す耐火トンネル構造のトンネル構造体１００を構成する。尚、トンネル構造体１００の内側底部にはインバートコンクリート６０が設けられる。
【００２３】
本実施形態の耐火セグメント１０を製造する際には、例えば予めＲ面状に成型加工した耐火材４０に繋ぎボルト５０を貫通固定し、これをセグメント形成用の型枠内の所定位置にセットし補強鉄筋２１、２２、３１、３２等の配筋を施すと共に、継手ボルト３３、リング間継手３４も型枠に固定し、このリング間継手３４が配置する継手面が上側になるように型枠を立てた状態にして、耐火材４０を挟み込むようにコンクリートを打設し、その後、シール材３６を固定して、耐火セグメント１０を成型する。或いは、セグメント形成用の型枠内に、補強鉄筋を配筋すると共に継手ボルト３３、リング間継手３４を配置してコンクリートを流し込み、内側層２０を形成する。次いで、内側層２０の上に耐火材形成用のスラリーを流し込み、耐火材形成用スラリーで内側層２０を所定厚さで被覆し固化させ、内側層２０に積層する耐火材４０を形成する。次いで、耐火材４０に貫通させて繋ぎボルト５０を内側層２０に埋め込み、更に耐火材４０上に補強鉄筋を配筋してコンクリートを流し込み、外側層３０を形成する。その後、前記型枠の型或いは切削加工で形成される凹部３５にシール材３６を配設して耐火セグメント１０が完成する。尚、同様の手順で、外側層３０を先に形成し、その上に耐火材４０、内側層２０を形成することも可能である。
【００２４】
本実施形態では、耐火材４０を内側層２０と外側層３０との間に設けることにより、耐火材４０を露出させずに保護することができ、耐久性を高めることができる。また、火災時に、内側層２０が火災による損傷を負担しつつ外側層３０が損傷することを防止し、外側層３０でトンネル復旧までの間に最低限必要な強度を十分確保することができる。また、耐火材４０が保護されることから、メンテナンス性にも優れる。また、トンネルに必要な各種設備の取付金具を内側層２０に自在に取り付けることが可能である。また、非耐火構造と同じ厚さ等の薄型でトンネル断面が小さくすることができ、トンネルの施工コストを低減することもできると共に、セグメントに対する耐火板の取り付けの手間も不要である。また、繋ぎボルト５０により、内側層２０と外側層３０と耐火材４０を強固に一体化し、曲げ耐力やせん断耐力の増大を図ることができ、更に、万一の火災時に外側層３０への熱の伝達を防止することができると共に、耐火材４０に貫通して簡単に設置することができる。
【００２５】
〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明には、各発明や実施形態等の構成の他に、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものも含まれ、下記のような変形例も包含される。
【００２６】
例えば耐火セグメント１０の内側層２０と外側層３０に埋め込まれるアンカー部は、上記耐火材４０を貫通する繋ぎボルト５０に限定されず、耐火材４０から内側層２０に突出し、内側層２０に埋め込まれる第１のアンカー部と、耐火材４０から外側層３０に突出し、外側層３０に埋め込まれる第２のアンカー部とから構成してもよい。この第１のアンカー部と第２のアンカー部は、例えば図４（ａ）の耐火材４０から内側層２０に突出して埋設される埋込ボルト７１と、耐火材４０から外側層３０に突出して埋設される埋込ボルト７２とすることが可能である。埋込ボルト７１、７２を設置する際には、例えば予めＲ面状に成型加工した耐火材４０の両面に埋込ボルト７１を固定し、これをセグメント形成用の型枠内の所定位置にセットし補強鉄筋２１、２２、３１、３２等の配筋を施すと共に、継手ボルト３３、リング間継手３４も型枠に固定し、このリング間継手３４が配置する継手面が上側になるように型枠を立てた状態にして、耐火材４０を挟み込むようにコンクリートを打設し、その後、シール材３６を固定して、耐火セグメント１０を成型する。或いは、埋込ボルト７２を所定の支持手段で所定位置に支持した状態でコンクリートを流し込んで内側層２０を形成し、埋込ボルト７２を内側層２０に埋め込むと共に、所定の支持手段で埋込ボルト７１を所定位置に支持した状態で耐火材形成用スラリーを流し込んで耐火材４０を形成し、耐火材４０に埋込ボルト７１、７２を埋め込み、その上から外側層３０を形成して埋込ボルト７１を外側層３０に埋め込む。
【００２７】
また、上記第１のアンカー部と第２のアンカー部は、例えば図４（ｂ）に示すように、耐火材４０と一体形成され、耐火材４０から内側層２０に突出する断面視略Ｖ字形等の突起８１と、耐火材４０と一体形成され、耐火材４０から外側層３０に突出する断面視略Ｖ字形等の突起８２とすることも可能である。突起８１，８２を有する耐火材４０は予めＲ板状に形成加工しておき、セグメント形成用の型枠内の所定位置にセットし補強鉄筋２１、２２、３１、３２等の配筋を施すと共に、継手ボルト３３、リング間継手３４も型枠に固定し、このリング間継手３４が配置する継手面が上側になるように型枠を立てた状態にして、耐火材４０を挟み込むようにコンクリートを打設して耐火セグメント１０を形成すれば良い。或いは、内側層２０のコンクリートを打設後、そのコンクリートが硬化する前に突起８１を埋め込むようにして突起付きの耐火材４０をセットし、その上から、外側層３０のコンクリートを打設するようにしても良い。
【００２８】
また、内側層２０、外側層３０は、鉄筋コンクリート製に限定されず、その素材や構造は本発明の趣旨の範囲内で適宜である。また、耐火材４０も予めＲ面板状やマット状に工場加工したものや耐火材形成用スラリーから形成されるものに限定されず、又、その素材も適宜である。さらに、耐火材４０を内側層２０と外側層３０との間に配置させる好適な手段があれば、繋ぎボルト５０や埋込ボルト７１、７２や突起８１に限定されることなくその他の手段により耐火材４０を配置固定してもよく、これらのボルトと併用して或いは単独で、接着剤により耐火材４０を挟着配置させても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、例えばシールドトンネルを覆工する際に利用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０…耐火セグメント  ２０…内側層  ２１…主鉄筋  ２２…帯鉄筋  ３０…外側層  ３１…主鉄筋  ３２…帯鉄筋  ３３…継手ボルト  ３４…リング間継手  ３５…凹部  ３６…シール材  ４０、４ｂ…耐火材  ５０…繋ぎボルト  ６０、２ａ、２ｂ…インバートコンクリート  ７１、７２…埋込ボルト  ８１、８２…突起  １００、５ａ、５ｂ…トンネル構造体  １ａ、１ｂ…セグメント本体  ３ａ…取付金具  ４ａ…耐火板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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