(57)【要約】【課題】トンネル周方向およびトンネル軸方向に隣り合うセグメントの接合部どうし間のシールの耐久性を延ばすことができるセグメントの接合構造を提供する提供する。【解決手段】トンネル周方向およびトンネル軸方向に隣り合う合成セグメント１１，１１の接合部どうし間に、トンネル法線方向に所定間隔で複数条の水膨張性シール材２１が設けられ、最も地山側に配置されている水膨張性シール材２１は、膨張することによって前記接合部に水密に密着し、その他の水膨張性シール材２１は、前記接合部どうし間から地下水が浸入して接触した際に膨張することによって接合部に水密に密着するので、セグメントの接合部どうし間のシールの耐久性を延ばすことができる。【選択図】図４
2019210763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの掘削穴の内壁に沿って設けられた円弧板状の複数のセグメントがトンネル周方向およびトンネル軸方向に接合されてなるセグメントの接合構造において、
トンネル周方向およびトンネル軸方向に隣り合うセグメントの接合部どうし間に、トンネル法線方向に所定間隔で複数条の水膨張性シール材が設けられ、
最も地山側に配置されている前記水膨張性シール材は、膨張することによって前記接合部に水密に密着し、
その他の水膨張性シール材は、前記接合部どうし間から地下水が浸入した際に当該地下水により膨張することによって前記接合部に水密に密着することを特徴とするセグメントの接合構造。
【請求項２】
その他の前記水膨張シール材の表面には、水溶性の遮水膜が設けられ、
この遮水膜は前記接合部どうし間および劣化した前記水膨張性シールを通して地下水が浸入した際に当該地下水により溶出することを特徴とする請求項１に記載のセグメントの接合構造。
【請求項３】
トンネル軸方向に隣り合う前記セグメントのそれぞれの接合部に、トンネル周方向に延在する凹溝がトンネル軸方向に略対向し、かつ、トンネル法線方向に所定間隔で設けられ、略対向する凹溝によって収容部が形成され、この収容部に前記水膨張性シール材が収容されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセグメントの接合構造。
【請求項４】
トンネル周方向に隣り合う前記セグメントのそれぞれの接合部に、トンネル軸方向に延在する凹溝がトンネル周方向に略対向し、かつ、トンネル法線方向に所定間隔で設けられ、略対向する凹溝によって収容部が形成され、この収容部に前記水膨張性シール材が収容されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセグメントの接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの掘削穴の内壁に沿って設けられた円弧板状の複数のセグメントがトンネル周方向およびトンネル軸方向に接合されてなるセグメントの接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水道、鉄道、地下河川等のトンネルをシールド工法によって構築する場合、円弧板状の多数のセグメントをトンネル周方向およびトンネル軸方向に接合することによって、シールドトンネルを施工する。
このようなトンネル覆工に使用されるセグメントには、鋼製セグメント、鋼とコンクリートからなる合成セグメント、コンクリートセグメント等がある。
セグメントを接合する場合、トンネル周方向およびトンネル軸方向に隣り合うセグメントの接合部どうし間にシール材を設けることによって、セグメントの接合部からの地下水の浸入を防止している。
【０００３】
シール材の一例として特許文献１に記載のものが知られている。
このシール材は、水膨張性ゴムからなる水膨張性シール材であって、水膨張性ゴムの４つの側面に、水の拡散係数が２３℃で５×１０-11 ｃｍ3 ・ｃｍ／ｃｍ2 ・ｓ・Ｐａ以下の被膜からなる層を有したものとなっている。
このような水膨張性シール材は、接合すべきセグメントの接合面間に設けられ、水膨張することによって接合面に水密に密着することで、接合すべきセグメント間をシールしている。
また、水膨張性シール材は前記被膜からなる層を有しているので、降雨による水濡れで剥離しない。このため、屋外での長期保存も可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１１０６９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、シール材として使用されるゴムは、水に接触すると約５０年程度で劣化する一方で、水に触れない場合、約２００年程度の耐久性があると言われている。このため、上述した水膨張性シール材によって、接合すべきセグメントの接合面間をシールしても、水膨張性シール材が地下水に接触すると耐久性は５０年程度しかない。このため、水膨張性シール材が劣化する前に当該水膨張性シール材の補修や取り替えを行う必要がある。
しかし、水膨張性シール材の補修や取り替えには相当に手間がかかるため、セグメントの接合部どうし間のシールの耐久性を延ばしたいという要望があった。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、トンネル周方向およびトンネル軸方向に隣り合うセグメントの接合部どうし間のシールの耐久性を延ばすことができるセグメントの接合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】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明のセグメントの接合構造は、トンネルの掘削穴の内壁に沿って設けられた円弧板状の複数のセグメントがトンネル周方向およびトンネル軸方向に接合されてなるセグメントの接合構造において、
トンネル周方向およびトンネル軸方向に隣り合うセグメントの接合部どうし間に、トンネル法線方向に所定間隔で複数条の水膨張性シール材が設けられ、
最も地山側に配置されている前記水膨張性シール材は、膨張することによって前記接合部に水密に密着し、
その他の水膨張性シール材は、前記接合部どうし間から地下水が浸入して接触した際に膨張することによって前記接合部に水密に密着することを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、最も地山側に配置されている水膨張性シール材（地山側から１番目の水膨張性シール材）は、膨張することによってセグメントの接合部に水密に密着するので、当該１番目の水膨張性シール材によってセグメントの接合部どうし間がシールされる。したがって、セグメントの接合部どうし間のシールは、当該１番目の水膨張性シール材によって行われる。
その後、前記１番目の水膨張性シール材が地下水に接触し続けることによって、当該水膨張性シール材が劣化して水漏れが生じると、この水（地下水）は次の条の水膨張性シール材（地山側から２番目の水膨張性シール材）に接触して当該２番目の水膨張性シール材が膨張し、セグメントの接合部に水密に密着する。したがって、当該２番目の水膨張性シール材によってセグメントの接合部どうし間がシールされる。
したがって、地山側に近い順から水膨張性シール材が地下水に接触して、セグメントの接合部どうし間がシールされるとともに、当該水膨張性シール材が劣化していくので、結果として、トンネル法線方向に所定間隔で設けられた水膨張性シールの条数の分だけ、トンネル周方向およびトンネル軸方向に隣り合うセグメントの接合部どうし間のシールの耐久性を延ばすことができる。
【０００９】
また、本発明の前記構成において、その他の前記水膨張シール材の表面には、水溶性の遮水膜が設けられ、この遮水膜は前記接合部どうし間および劣化した前記水膨張性シールを通して地下水が浸入した際に当該地下水により溶出してもよい。
【００１０】
このよう構成によれば、１番目の水膨張シール材によってセグメントの接合部どうし間がシールされている場合でも、トンネル内部の湿気に、１番目よりトンネル内空側に位置するその他の水膨張性シール材が曝される。しかし、当該水膨張性シール材の表面の遮水膜によって、湿気による水膨張性シール材の膨張を防止できる。そして、この遮水膜は水溶性であるため、地下水が触れることによって溶出して、水膨張性シール材の表面から流れ落ちる。このため、地下水によって水膨張性シールを確実に膨張させて、セグメントの接合部どうし間のシールを行うことができる。
【００１１】
また、本発明の前記構成において、トンネル軸方向に隣り合う前記セグメントのそれぞれの接合部に、トンネル周方向に延在する凹溝がトンネル軸方向に略対向し、かつ、トンネル法線方向に所定間隔で設けられ、略対向する凹溝によって収容部が形成され、この収容部に前記水膨張性シール材が収容されていてもよい。
【００１２】
このような構成によれば、トンネル軸方向に略対向する凹溝によって形成された収容部に水膨張性シールが収容されているので、水膨張性シールをトンネル法線方向に容易かつ確実に位置決めできるとともに、水膨張性シールが膨張することによって、収容部の内壁面に水密に密着することによって、シール性を高めることができる。
【００１３】
また、本発明の前記構成において、トンネル周方向に隣り合う前記セグメントのそれぞれの接合部に、トンネル軸方向に延在する凹溝がトンネル周方向に略対向し、かつ、トンネル法線方向に所定間隔で設けられ、略対向する凹溝によって収容部が形成され、この収容部に前記水膨張性シール材が収容されていてもよい。
【００１４】
このような構成によれば、トンネル周方向に略対向する凹溝によって形成された収容部に水膨張性シールが収容されているので、水膨張性シールをトンネル法線方向に容易かつ確実に位置決めできるとともに、水膨張性シールが膨張することによって、収容部の内壁面に水密に密着することによって、シール性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、地山側に近い順から水膨張性シール材が地下水に接触して、セグメントの接合部どうし間がシールされるとともに、当該水膨張性シール材が劣化していくので、結果として、トンネル法線方向に所定間隔で設けられた水膨張性シールの条数の分だけ、トンネル周方向およびトンネル軸方向に隣り合うセグメントの接合部どうし間のシールの耐久性を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態のセグメントの接合構造に使用される合成セグメントを示すもので、その概略構成を示す斜視図である。
【図２】同、概略構成を示す見る方向を変えた斜視図である。
【図３】第１の実施の形態のセグメントの接合構造が適用されたシールドトンネルの概略構成を示す斜視図である。
【図４】第１の実施の形態のセグメントの接合構造の要部を示すもので、（ａ）は１条目の水膨張性シール材によって接合部をシールしている状態を示す概略断面図、（ｂ）は収容部を拡大して示す概略断面図である。
【図５】同、２条目の水膨張性シール材によって接合部をシールしている状態を示す概略断面図である。
【図６】同、３条目の水膨張性シール材によって接合部をシールしている状態を示す概略断面図である。
【図７】同、４条目の水膨張性シール材によって接合部をシールしている状態を示す概略断面図である。
【図８】第２の実施の形態のセグメントの接合構造に使用される合成セグメントを示す断面図である。
【図９】第２の実施の形態のセグメントの接合構造に使用される合成セグメントの主桁を示す断面図である。
【図１０】第２の実施の形態のセグメントの接合構造を示す断面図である。
【図１１】第２の実施の形態のセグメントの接合構造の要部を示す断面図である。
【図１２】第３の実施の形態のセグメントの接合構造に使用される合成セグメントを示す断面図である。
【図１３】第３の実施の形態のセグメントの接合構造に使用される合成セグメントの主桁を示す断面図である。
【図１４】第３の実施の形態のセグメントの接合構造を示す断面図である。
【図１５】第３の実施の形態のセグメントの接合構造の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態のセグメントの接合構造について説明する。
まず、セグメントの接合構造に用いられるセグメントについて説明する。
図１および図２はセグメントを示す斜視図である。本実施の形態では、セグメントとして、鋼とコンクリートからなる合成セグメント１１を用いているが、セグメントは、合成セグメント１１以外の、鋼製セグメント、コンクリートセグメント等であってもよい。
【００１８】
合成セグメント１１は、鋼殻１２と、この鋼殻１２の内部に縦横に配筋された複数の鉄筋１３ａ，１３ｂと、鋼殻１２の内部に充填されたコンクリート１４とを備えている。なお、図１では鋼殻１２の内部の一部にコンクリート１４を充填した状態を示しているが、実際は鋼殻１２の内部全体にコンクリート１４が充填される。
鋼殻１２は、トンネル軸方向に所定間隔で配置された一対の主桁１５，１５と、当該一対の主桁１５，１５の端部どうしを連結し、かつトンネル軸方向に長尺な一対の継手板１６，１６と、主桁１５，１５および継手板１６，１６に固定されて、地山側を覆うスキンプレート１７とを備えている。
【００１９】
主桁１５，１５は、正面視（トンネル軸方向視）において円弧板状の鋼製板によって形成されており、トンネル半径方向（トンネル法線方向）外側に凸になるように、配置されるものである。
継手板１６，１６はトンネル軸方向に長尺な矩形板状の鋼製板によって形成されており、一方の継手板１６の一端部に一方の主桁１５の一端部が溶接によって結合され、他端部に他方の主桁１５の一端部が溶接によって結合されている。また、他方の継手板１６の一端部に一方の主桁１５の他端部が溶接によって結合され、他端部に他方の主桁１５の他端部が溶接によって結合されている。
【００２０】
前記鉄筋１３ａはトンネル軸方向に延在しており、その両端部は主桁１５，１５の対向する内側面に溶接等によって固定されている。鉄筋１３ｂはトンネル周方向に延在しており、その両端部は継手板１６，１６の対向する内側面に溶接等によって固定されている。
スキンプレート１７は円弧板状の鋼製板によって形成されており、トンネル半径方向外側に凸になるように、配置されるものである。スキンプレート１７の長手方向の寸法は、主桁１５のトンネル半径方向外側における長手方向の寸法とほぼ等しくなっており、スキンプレート１７の短手方向の寸法は、継手板１６の長手方向の寸法とほぼ等しくなっている。そして、スキンプレート１７はその長手方向の縁部が主桁１５の長手方向の縁部に溶接よって結合されるとともに、短手方向の縁部が継手板１６の長手方向の縁部に溶接によって結合されることによって、主桁１５および継手板１６に固定されている。
【００２１】
このような合成セグメント１１は、図３に示すように、トンネル軸方向およびトンネル周方向に接合されることで、トンネル２０が構築されるものである。
トンネル２０は、シールド工法等により地山等を掘削して形成された掘削穴、または、地山等を開削して形成された開削穴に設けられる。
また、複数の合成セグメント１１がトンネル周方向に接合されることで、セグメントリング１１Ｌが構築され、複数のセグメントリング１１Ｌがトンネル軸方向に接合されることで、円筒形状のトンネル２０が構築される。
【００２２】
本実施の形態に係るセグメントの接合構造は、トンネル周方向に隣り合う合成セグメントどうしの接合構造およびトンネル軸方向に隣り合う合成セグメントどうしの接合構造に適用されるが、これら接合構造は接合方向が異なるだけで、その他の構成は同様であるので、以下ではトンネル周方向に隣り合う合成セグメントの接合構造について説明し、トンネル軸方向に隣り合う合成セグメントどうしの接合構造についての説明は省略する。
【００２３】
図４（ａ）は、トンネル周方向に隣り合う（合成）セグメントの接合部の要部を示す断面図である。この図において、Ｘ方向がトンネル周方向を示し、Ｚ方向がトンネル法線方向を示している。
トンネル周方向（Ｘ方向）に隣り合う合成セグメント１１，１１どうし間には、トンネル法線方向（Ｚ方向）に所定間隔で複数条（本実施の形態では４条）の水膨張性シール材２１が設けられている。
水膨張性シール材２１は、水膨張性ゴムによって形成されている。この水膨張性ゴムとしては、例えば、水膨張性ポリウレタン、水膨張性ポリウレタンを通常のゴムに配合したもの、吸水性樹脂（たとえばポリアクリル酸ソーダ系吸水性樹脂、カルボキシメチルセルロースなど）を通常のゴムに配合したものなどが挙げられるが、水膨張性ポリウレタンを主成分とするものが好ましい。これは、水膨張性ポリウレタンでは水のシール材内部での拡散速度が速いため、地山側の側面のみからの吸水でも止水性能が発揮し易いためである。
【００２４】
トンネル周方向（Ｘ方向）に隣り合う合成セグメント１１，１１のそれぞれの接合面１１ａ，１１ａには、トンネル軸方向（図４において紙面と直交する方向）に延在する凹溝２２，２２がトンネル周方向（Ｘ方向）に対向し、かつ、トンネル法線方向（Ｚ方向）に所定間隔で４つ設けられている。なお、トンネル周方向（Ｘ方向）において対向する接合面１１ａ，１１ａには、僅かな隙間Ｓが発生する場合がある。また、本実施の形態では、凹溝２２は合成セグメント１１の継手板１６（図２参照）に形成されている。
なお、トンネル軸方向に隣り合う合成セグメントどうしを接合する場合は、凹溝２２は主桁１５（図２参照）に形成され、凹溝２２は、トンネル周方向Ｘに延在し、トンネル軸方向に対向する。
【００２５】
凹溝２２は断面矩形状に形成されており、トンネル周方向に対向する凹溝２２，２２の形状、大きさは等しくなっている。また、図４（ｂ）に示すように、一方の凹溝２２のトンネル周方向（Ｘ方向）に沿うとともに、トンネル法線方向（Ｚ方向）に対向する内側面２２ａ，２２ａと、他方の凹溝２２のトンネル周方向（Ｘ方向）に沿うとともに、トンネル法線方向（Ｚ方向）に対向する内側面２２ａ，２２ａとは、トンネル法線方向（Ｚ方向）における位置が等しくなっている。
したがって、トンネル周方向（Ｘ方向）に対向する一対の凹溝２２，２２によって、断面矩形状の収容部２３が形成されている。このような、収容部２３はトンネル法線方向（Ｚ方向）に所定間隔で４つ設けられている。また、前記接合面１１ａと、凹溝２２の内側面２２ａおよび底面２２ｂとによって、トンネル周方向における合成セグメント１１，１１どうしの接合部が構成されている。
【００２６】
また、トンネル法線方向（Ｚ方向）に所定間隔で４つ設けられている収容部２３（２３Ａ〜２３Ｄ）のうち、最も地山側に設けられている収容部２３Ａ（２３）と、最もトンネル内空側に設けられている収容部２３Ｄ（２３）は断面形状（断面積）がほぼ等しくなっている。
なお、収容部２３Ａ〜２３Ｄの断面形状（断面積）は、これに限ることなく、適宜設定されるものである。
【００２７】
このような４つの収容部２３Ａ〜２３Ｄにそれぞれ断面矩形状の水膨張性シール材２１が収容されている。
最も地山側に設けられている収容部２３Ａに収容されている水膨張性シール材２１は地下水が接触することによって膨張し、収容部２３Ａを形成する凹溝２２，２２の内側面２２ａ，２２ａ，２２ａ，２２ａおよび底面２２ｂ，２２ｂに水密に密着している。したがって、地山側から前記隙間Ｓを通して浸入してくる地下水は水膨張性シール材２１によってシールされて当該水膨張性シール材２１よりトンネル内空側への地下水の浸入が阻止されている。
【００２８】
また、収容部２３Ａよりトンネル内空側に設けられている残り３つの収容部２３Ｂ〜２３Ｄには、それぞれ水膨張性シール材２１が収容されている。この水膨張性シール材２１は膨張しておらず（未膨張であり）、収容部２３Ｂ〜２３Ｄに収容された状態において、各収容部２３Ｂ〜２３Ｄをそれぞれ形成する凹溝２２，２２の内側面２２ａ，２２ａ，２２ａ，２２ａおよび底面２２ｂ，２２ｂとの間に所定の隙間が設けられるか、または当該内側面２２ａ，２２ａ，２２ａ，２２ａおよび底面２２ｂ，２２ｂに軽く当接している。
なお、収容部２３Ｂ〜２３Ｄにそれぞれ収容される水膨張性シール材２１は、収容部２３Ｂ〜２３Ｄの形状（断面積）に応じて断面形状が設定され、これによって、各水膨張性シール材２１は、内側面２２ａ，２２ａ，２２ａ，２２ａおよび底面２２ｂ，２２ｂとの間に所定の隙間が設けられるか、または当該内側面２２ａ，２２ａ，２２ａ，２２ａおよび底面２２ｂ，２２ｂに軽く当接した状態となる。
【００２９】
そして、収容部２３Ｂ〜２３Ｄにそれぞれ収容されている水膨張性シール材２１は、接合面１１ａ，１１ａの間の隙間Ｓから地下水が浸入した際に、当該地下水が接触して膨張することによって、収容部２３Ｂ〜２３Ｄをそれぞれ形成する凹溝２２，２２の内側面２２ａ，２２ａ，２２ａ，２２ａおよび底面２２ｂ，２２ｂに水密に密着するようになっている。
【００３０】
すなわち、図５に示すように、地山側に最も近い１番目（１条目）の水膨張性シール材２１が地下水に接触し続けることによって、当該水膨張性シール材２１が劣化して水漏れが生じると、この水（地下水）は、次の条の水膨張性シール材２１（地山側から２番目（２条目）の水膨張性シール材２１）に接触して当該２番目の水膨張性シール材２１が膨張し、合成セグメント１１の接合部に水密に密着する。つまり、２番目の水膨張性シール材２１が収容されている収容部２３Ｂを形成する凹溝２２，２２の内側面２２ａ，２２ａ，２２ａ，２２ａおよび底面２２ｂ，２２ｂに水密に密着する。したがって、地山側から前記隙間Ｓおよび劣化した１番目の水膨張性シール材２１を通して浸入してくる地下水は２番目の水膨張性シール材２１によってシールされて当該水膨張性シール材２１よりトンネル内空側への地下水の浸入が阻止される。例えば、水膨張性シール材２１の寿命が約５０年である場合、合成セグメント１１・・・の設置組立から５０年後以降も２番目の水膨張性シール材２１によってシール性が確保される。
【００３１】
次に、図６に示すように、２番目の水膨張性シール材２１が地下水に接触し続けることによって、当該水膨張性シール材２１が劣化して水漏れが生じると、この水（地下水）は、次の条の水膨張性シール材２１（地山側から３番目（３条目）の水膨張性シール材２１）に接触して当該３番目の水膨張性シール材２１が膨張し、合成セグメント１１の接合部に水密に密着する。つまり、３番目の水膨張性シール材２１が収容されている収容部２３Ｃを形成する凹溝２２，２２の内側面２２ａ，２２ａ，２２ａ，２２ａおよび底面２２ｂ，２２ｂに水密に密着する。したがって、地山側から前記隙間Ｓおよび劣化した１番目の水膨張性シール材２１および２番目の水膨張性シール材２１を通して浸入してくる地下水は３番目の水膨張性シール材２１によってシールされて当該水膨張性シール材２１よりトンネル内空側への地下水の浸入が阻止される。したがって、合成セグメント１１・・・の設置組立から１００年後以降も３番目の水膨張性シール材２１によってシール性が確保される。
【００３２】
さらに、図７に示すように、３番目の水膨張性シール材２１が地下水に接触し続けることによって、当該水膨張性シール材２１が劣化して水漏れが生じると、この水（地下水）は、次の条の水膨張性シール材２１（地山側から４番目（４条目）の水膨張性シール材２１）に接触して当該４番目の水膨張性シール材２１が膨張し、合成セグメント１１の接合部に水密に密着する。つまり、４番目の水膨張性シール材２１が収容されている収容部２３Ｄを形成する凹溝２２，２２の内側面２２ａ，２２ａ，２２ａ，２２ａおよび底面２２ｂ，２２ｂに水密に密着する。したがって、地山側から前記隙間Ｓおよび劣化した１番目の水膨張性シール材２１、２番目の水膨張性シール材２１および３番目の水膨張性シール材２１を通して浸入してくる地下水は４番目の水膨張性シール材２１によってシールされて当該水膨張性シール材２１よりトンネル内空側への地下水の浸入が阻止される。したがって、合成セグメント１１・・・の設置組立から１５０年後以降も４番目の水膨張性シール材２１によってシール性が確保される。上述したように、水膨張性シール材２１の寿命が約５０年と仮定するので、合成セグメント１１・・・の設置組立から合計で２００年程度シール性が確保される。
【００３３】
また、前記収容部２３Ｂ〜２３Ｄにそれぞれ収容されている水膨張性シール材２１の表面には、水溶性の遮水膜２５が設けられている。この遮水膜２５は、水に触れると反応して溶出する水溶性遮水コートによって構成されている。この水溶性遮水コート（遮水膜２５）は、例えば、水溶性のウレタン樹脂によって形成されており、例えば１５０μｍ〜２ｍｍの厚さに設定されている。この遮水膜２５は合成セグメント１１，１１の接合部どうし間の隙間および劣化した水膨張性シール材２１を通して地下水が浸入した際に当該地下水により溶出する。
なお、収容部２３Ａに収容されている水膨張性シール材２１の表面にも、水溶性の遮水膜２５を設けてもよい。
【００３４】
このような遮水膜２５は水に触れると反応して溶出するが、トンネル内の湿気によっては溶出せず、水膨張性シール材２１の当該湿気による膨張を防止している。したがって、この遮水膜２５は水膨張性シール材２１の時限的な水膨張のトリガー的な機能を有している。
【００３５】
このような合成セグメントの止水構造は、トンネル周方向に隣り合う合成セグメント１１，１１どうしの接合構造に適用するが、同様にして、トンネル軸方向に隣り合う合成セグメント１１，１１どうしの接合構造にも適用される。この場合、トンネル軸方向に隣り合う合成セグメント１１，１１は、それぞれセグメントリングを構成するものとなる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態によれば、最も地山側に配置されている水膨張性シール材（地山側から１番目の水膨張性シール材）２１は、膨張することによって合成セグメント１１，１１の接合部に水密に密着するので、当該１番目の水膨張性シール材２１によって合成セグメント１１，１１の接合部どうし間がシールされる。したがって、合成セグメント１１，１１の接合部どうし間のシールは、当該１番目の水膨張性シール材２１によって行われる。
その後、１番目の水膨張性シール材２１が地下水に接触し続けることによって、当該水膨張性シール材２１が劣化して水漏れが生じると、この水（地下水）は次の条の水膨張性シール材（地山側から２番目の水膨張性シール材）２１に接触して当該２番目の水膨張性シール材２１が膨張し、合成セグメント１１，１１の接合部に水密に密着する。したがって、当該２番目の水膨張性シール材２１によって合成セグメント１１，１１の接合部どうし間がシールされる。
同様にして、地山側から３番目の水膨張性シール材２１、地山側から４番目の水膨張性シール材２１によって次々に、合成セグメント１１，１１の接合部どうし間がシールされる。
このように、地山側に近い順から水膨張性シール材２１が地下水に接触して、合成セグメント１１，１１の接合部どうし間がシールされるとともに、当該水膨張性シール材２１が劣化していくので、結果として、トンネル法線方向に所定間隔で設けられた水膨張性シール材２１の条数の分だけ、つまり本実施の形態では、水膨張性シール材２１が４条あるので、合計２００年、トンネル周方向およびトンネル軸方向に隣り合う合成セグメント１１，１１の接合部どうし間のシールの耐久性を延ばすことができる。
【００３７】
また、２番目（２条目）〜４番目（４条目）の水膨張性シール材２１の表面には、水溶性の遮水膜２５が設けられ、この遮水膜２５は合成セグメント１１，１１の接合部どうし間および劣化した水膨張性シール材２１を通して地下水が浸入した際に当該地下水により溶出するようになっている。
したがって、１番目の水膨張シール材２１によって合成セグメント１１，１１の接合部どうし間がシールされている間に、トンネル内部の湿気に、１番目よりトンネル内空側に位置するその他の２番目（２条目）〜４番目（４条目）の水膨張性シール材２１が曝されても、遮水膜２５によって、湿気による水膨張性シール材２１の膨張を防止できる。そして、この遮水膜２５は水溶性であるため、地下水が触れることによって溶出して、水膨張性シール材２１の表面から流れ落ちる。このため、地下水によって水膨張性シール材２１を確実に膨張させて、合成セグメント１１，１１の接合部どうし間のシールを行うことができる。
【００３８】
また、トンネル周方向およびトンネル軸方向に対向する凹溝２２，２２によって形成された収容部２３に水膨張性シール材２１が収容されているので、水膨張性シール材２１をトンネル法線方向に容易かつ確実に位置決めできるとともに、水膨張性シール材２１が膨張することによって、収容部２３の内壁面（内側面２２ａおよび底面２２ｂ）に水密に密着することによって、シール性を高めることができる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態では、トンネル軸方向に隣り合う合成セグメント１１Ａ，１１Ａどうしを接合する場合について説明する。
第２の実施の形態が第１の実施の形態と主に異なる点は、主桁の断面形状であるので、以下では主に主桁の断面形状について説明し、第１の実施の形態と同一構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
なお、本実施の形態において、トンネルを構成するセグメントは第１の実施の形態と同様に、鋼殻と、この鋼殻の内部に縦横に配筋された複数の鉄筋と、鋼殻の内部に充填されたコンクリートとを備えた合成セグメント１１Ａである。
【００４０】
図８および図９に示すように、合成セグメント１１Ａの主桁１５Ａは、トンネル法線方向Ｚに延びる本体部３０と、トンネル軸方向Ｙに凸状の嵌合凸部３１と、トンネル軸方向Ｙに凹状の嵌合受部３２とを備えている。つまり、図８に示される左側の主桁１５Ａで説明すると、本体部２０に、本体部２０からトンネル軸方向Ｙの外側Ａに突出する嵌合凸部３１，３１がトンネル法線方向Ｚに離間して形成されるとともに、嵌合凸部３１よりもトンネル軸方向Ｙの内側Ｂに配置される嵌合受部３２，３２がトンネル法線方向Ｚに離間して形成されている。嵌合凸部３１および嵌合受部３２は、断面略円弧状等の湾曲面に形成されている。
【００４１】
また、主桁１５Ａのトンネル法線方向Ｚの一端部（地山側の端部）３０ａと他端部（トンネル内空側の端部）３０ｂの端面は平坦面となっており、当該一端部３０ａおよび他端部３０ｂは本体部３０のトンネル法線方向Ｚの中央部よりトンネル軸方向ＹのＢ側に突出している。
また、前記一端部３０ａと、地山側の嵌合受部３２との間には、凹溝３４ａと凸条３５ａとが形成され、前記他端部３０ｂと、トンネル内空側の嵌合受部３２との間には、凹溝３４ａと凸条３５ａとが形成されている。さらに、前記一端部３０ａと、地山側の嵌合凸部３１との間には、凹溝３６ａと凸条３７ａが形成され、前記他端部３０ｂと、トンネル内空側の嵌合凸部３１との間には、凹溝３６ａと凸条３７ａとが形成されている。
【００４２】
そして、このような主桁１５Ａ，１５Ａを備えた合成セグメント１１Ａ，１１Ａをトンネル軸方向Ｙにおいて接合することによって、図１０および図１１に示すように、トンネル軸方向Ｙに隣り合う主桁１５Ａ，１５Ａが嵌合している。
すなわち、一方の主桁１５Ａの嵌合凸部３１が他方の主桁１５Ａの嵌合受部３２に凹凸嵌合するとともに、トンネル軸方向Ｙに隣り合う一端部３０ａ，３０ａが互いに当接し、他端部３０ｂ，３０ｂが互いに当接する。さらに、トンネル軸方向Ｙに隣り合う凸条３５ａ，３７ａが互いに当接する。この状態において、トンネル軸方向Ｙに隣り合う凹溝３４ａ，３６ａがトンネル法線方向Ｚに少しずれた状態で互いに対向し、これらの間に空間が形成されている。そして、この空間が水膨張性シール材２１を収容するための収容部４０とされている。収容部４０は地山側とトンネル内空側にそれぞれ設けられている。
【００４３】
地山側の収容部４０を構成する一方の凹溝３６ａは他方の凹溝３４ａより地山側に位置しており、一方の凹溝３６ａに１番目（１条目）の水膨張性シール材２１が設けられている。この水膨張性シール材２１は地下水に接触することによって、膨張（水膨張）しており、この状態において、凹溝３６ａと前記一端部３０ａに水密に密着している。これによって、合成セグメント１１Ａ，１１Ａのトンネル軸方向Ｙの接合部どうしがシールされている。
また、前記他方の凹溝３４ａに、２番目（２条目）の水膨張性シール材２１が設けられている。この水膨張性シール材２１は膨張しておらず、凹溝３４ａおよび凸条３７ａとの間に僅かな隙間をもっているか、凹溝３４ａおよび凸条３７ａに軽く当接している。
【００４４】
また、トンネル内空側の収容部４０を構成する一方の凹溝３６ａは他方の凹溝３４ａよりトンネル内空側に位置しており、他方の凹溝３４ａに３番目（３条目）の水膨張性シール材２１が設けられ、一方の凹溝３６ａに４番目（４条目）の水膨張性シール材２１が設けられている。３番目の水膨張性シール材２１は膨張しておらず、凹溝３４ａおよび凸条３７ａとの間に僅かな隙間をもっているか、凹溝３４ａおよび凸条３７ａに軽く当接している。また、４番目の水膨張性シール材２１は膨張しておらず、凹溝３６ａおよび前記他端部３０ｂとの間に僅かな隙間をもっているか、凹溝３６ａおよび他端部３０ｂに軽く当接している。
さらに、２番目〜４番目の水膨張性シール材２１の表面には、水溶性の遮水膜２５が設けられ、この遮水膜２５は合成セグメント１１Ａ，１１Ａの接合部どうし間および劣化した水膨張性シール材２１を通して地下水が浸入した際に当該地下水により溶出するようになっている。
【００４５】
そして、収容部４０，４０にそれぞれ２条ずつ収容されている水膨張性シール材２１は、合成セグメント１１Ａ，１１Ａの接合面の間の隙間から地下水が浸入した際に、当該地下水が接触して膨張することによって、収容部４０，４０をそれぞれ形成する壁面に水密に密着するようになっている。
【００４６】
すなわち、地山側に最も近い１番目（１条目）の水膨張性シール材２１が地下水に接触し続けることによって、当該水膨張性シール材２１が劣化して水漏れが生じると、この水（地下水）は、次の条の水膨張性シール材２１（地山側から２番目の水膨張性シール材２１）に接触して当該２番目の水膨張性シール材２１が膨張し、合成セグメント１１Ａの接合部に水密に密着する。つまり、２番目の水膨張性シール材２１が収容されている収容部４０の一部を形成する凹溝３４ａおよび凸条３７ａに密着する。したがって、地山側から前記隙間および劣化した１番目の水膨張性シール材２１を通して浸入してくる地下水は２番目の水膨張性シール材２１によってシールされて当該水膨張性シール材２１よりトンネル内空側への地下水の浸入が阻止される。例えば、水膨張性シール材２１の寿命が約５０年である場合、合成セグメント１１・・・の設置組立から５０年後以降も２番目の水膨張性シール材２１によってシール性が確保される。
【００４７】
次に、２番目の水膨張性シール材２１が地下水に接触し続けることによって、当該水膨張性シール材２１が劣化して水漏れが生じると、この水（地下水）は、次の条の水膨張性シール材２１（地山側から３番目の水膨張性シール材２１）に接触して当該３番目の水膨張性シール材２１が膨張し、合成セグメント１１Ａの接合部に水密に密着する。つまり、３番目の水膨張性シール材２１が収容されている収容部４０の一部を形成する凹溝３４ａおよび凸条３７ａに密着する。したがって、地山側から前記隙間および劣化した１番目および２番目の水膨張性シール材２１を通して浸入してくる地下水は３番目の水膨張性シール材２１によってシールされて当該水膨張性シール材２１よりトンネル内空側への地下水の浸入が阻止される。
【００４８】
さらに、３番目の水膨張性シール材２１が地下水に接触し続けることによって、当該水膨張性シール材２１が劣化して水漏れが生じると、この水（地下水）は、次の条の水膨張性シール材２１（地山側から４番目の水膨張性シール材２１）に接触して当該４番目の水膨張性シール材２１が膨張し、合成セグメント１１Ａの接合部に水密に密着する。つまり、４番目の水膨張性シール材２１が収容されている収容部４０の一部を形成する凹溝３６ａおよび前記他端部３０ｂに水密に密着する。したがって、地山側から前記隙間および劣化した１番目〜３番目の水膨張性シール材２１を通して浸入してくる地下水は４番目の水膨張性シール材２１によってシールされて当該水膨張性シール材２１よりトンネル内空側への地下水の浸入が阻止される。したがって、合成セグメント１１Ａ・・・の設置組立から１５０年後以降も４番目の水膨張性シール材２１によってシール性が確保される。上述したように、水膨張性シール材２１の寿命が約５０年と仮定するので、合成セグメント１１Ａ・・・の設置組立から合計で２００年程度シール性が確保される。
【００４９】
また、前記収容部４０，４０に収容されている２番目〜４番目の水膨張性シール材２１の表面には、水溶性の遮水膜２５が設けられている。この遮水膜２５は合成セグメント１１Ａ，１１Ａの接合部どうし間の隙間および劣化した水膨張性シール材２１を通して地下水が浸入した際に当該地下水により溶出する。
【００５０】
以上のように、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、最も地山側に配置されている水膨張性シール材（地山側から１番目の水膨張性シール材）２１は、膨張することによって合成セグメント１１Ａ，１１Ａの接合部に水密に密着するので、当該１番目の水膨張性シール材２１によって合成セグメント１１Ａ，１１Ａの接合部どうし間がシールされる。したがって、合成セグメント１１Ａ，１１Ａの接合部どうし間のシールは、当該１番目の水膨張性シール材２１によって行われる。
その後、１番目の水膨張性シール材２１が地下水に接触し続けることによって、当該水膨張性シール材２１が劣化して水漏れが生じると、この水（地下水）は次の条の水膨張性シール材（地山側から２番目の水膨張性シール材）２１に接触して当該２番目の水膨張性シール材２１が膨張し、合成セグメント１１Ａ，１１Ａの接合部に水密に密着する。したがって、当該２番目の水膨張性シール材２１によって合成セグメント１１Ａ，１１Ａの接合部どうし間がシールされる。
同様にして、地山側から３番目の水膨張性シール材２１、地山側から４番目の水膨張性シール材２１によって次々に、合成セグメント１１Ａ，１１Ａの接合部どうし間がシールされる。
【００５１】
このように、地山側に近い順から水膨張性シール材２１が地下水に接触して、合成セグメント１１Ａ，１１Ａの接合部どうし間がシールされるとともに、当該水膨張性シール材２１が劣化していくので、結果として、トンネル法線方向に所定間隔で設けられた水膨張性シール材２１の条数の分だけ、つまり本実施の形態では、水膨張性シール材２１が４条あるので、合計２００年、トンネル周方向およびトンネル軸方向に隣り合う合成セグメント１１，１１の接合部どうし間のシールの耐久性を延ばすことができる。
【００５２】
また、２番目〜４番目の水膨張性シール材２１の表面には、水溶性の遮水膜２５が設けられ、この遮水膜２５は合成セグメント１１Ａ，１１Ａの接合部どうし間および劣化した水膨張性シール材２１を通して地下水が浸入した際に当該地下水により溶出するようになっている。
したがって、１番目の水膨張シール材２１によって合成セグメント１１Ａ，１１Ａの接合部どうし間がシールされている間に、トンネル内部の湿気に、１番目よりトンネル内空側に位置するその他の水膨張性シール材２１が曝されても、遮水膜２５によって、湿気による水膨張性シール材２１の膨張を防止できる。そして、この遮水膜２５は水溶性であるため、地下水が触れることによって溶出して、水膨張性シール材２１の表面から流れ落ちる。このため、地下水によって水膨張性シール材２１を確実に膨張させて、合成セグメント１１Ａ，１１Ａの接合部どうし間のシールを行うことができる。
【００５３】
また、収容部４０の一部を形成する凹溝３４ａ，３６ａに水膨張性シール材２１が収容されているので、水膨張性シール材２１をトンネル法線方向Ｚに容易かつ確実に位置決めできるとともに、水膨張性シール材２１が膨張することによって、収容部４０の内壁面に水密に密着することによって、シール性を高めることができる。
さらに、合成セグメント１１Ａ，１１Ａの主桁１５Ａ，１５Ａの各々の嵌合凸部３１と嵌合受部３２とが、トンネル法線方向Ｚで互いに略同一の位置で対応する形状に形成されることで、トンネル軸方向Ｙに連結される複数の合成セグメント１１Ａの一体性を向上させることが可能となる。
【００５４】
なお、本実施の形態において、トンネル周方向に隣り合う合成セグメント１１Ａ，１１Ａどうしを接合する場合、継手板の断面形状が第１の実施の形態における合成セグメント１１の継手板１６と同断面形状であれば、第１の実施の形態と同様にして接合し、継手板の断面形状が主桁１５Ａと同断面形状であれば、主桁１５Ａ，１５Ａと同様にして接合する。
【００５５】
（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態が第２の実施の形態と主に異なる点は、主桁の断面形状であるので、以下では主に主桁の断面形状について説明し、第２の実施の形態と同一構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
なお、本実施の形態において、トンネルを構成するセグメントは第２の実施の形態と同様に、鋼殻と、この鋼殻の内部に縦横に配筋された複数の鉄筋と、鋼殻の内部に充填されたコンクリートとを備えた合成セグメント１１Ｂである。
【００５６】
図１２および図１３に示すように、合成セグメント１１Ｂの主桁１５Ｂは、トンネル法線方向Ｚに離間して設けられた一対のフランジ４１，４１と、当該一対のフランジ４１，４１をつなぐようにトンネル法線方向Ｚに設けられたウェブ４２とを備えている。また、一方のフランジ４１と他方のフランジ４１とは、ウェブ４２のトンネル法線方向Ｚの中央部に対して対称的に配置されている。つまり、他方のフランジ４１は一方のフランジ４１を上下反転させて配置されている。
【００５７】
合成セグメント１１Ｂの、図１２における左側の主桁１５Ｂの上側のフランジ４１は、図１３に示すように、当該フランジ４１のトンネル軸方向Ｙの両端部に、それぞれ突条４５ａ、凹溝４４ａ、および凸条４７ａを有している。また、突条４５ａ、凹溝４４ａ、および凸条４７ａはトンネル法線方向Ｚに隣り合って設けられており、突条４７ａは突条４５ａよりトンネル軸方向Ｙに突出している。また、下側のフランジ４１は、上側のフランジ４１をウェブ４２のトンネル法線方向の中央部に対して対称的に配置した構成となっている。つまり、下側のフランジ４１は上側のフランジ４１を上下反転させて配置されている。
また、合成セグメント１１Ｂの、図１２における右側の主桁１５Ｂは、左側の主桁１５Ｂの上下一対のフランジ４１，４１を上下方向に反転した構成となっている。
【００５８】
このような主桁１５Ｂ，１５Ｂを備えた合成セグメント１１Ｂ，１１Ｂをトンネル軸方向Ｙにおいて接合することによって、図１４および図１５に示すように、トンネル軸方向Ｙに隣り合う主桁１５Ｂ，１５Ｂのフランジ４１，４１が嵌合している。対向する主桁１５Ｂ，１５Ｂのフランジ４１，４１間にはトンネル軸方向Ｙに隣り合う凹溝４４ａ，４４ａがトンネル法線方向Ｚに少しずれた状態で互いに対向し、これらの間に空間が形成されている。そして、この空間が水膨張性シール材２１を収容するための収容部４１とされている。収容部４１は地山側とトンネル内空側にそれぞれ設けられている。
【００５９】
そして、第２の実施の形態と同様にして、地山側の収容部４０ａを構成する一方の凹溝４４ａに１番目（１条目）の水膨張性シール材２１が設けられ、他方の凹溝４４ａに２番目（２条目）の水膨張性シール材２１が設けられている。また、トンネル内空側の収容部４１を構成する一方の凹溝４４ａに３番目（３条目）の水膨張性シール材２１が設けられ、他方の凹溝４４ａに４番目（４条目）の水膨張性シール材２１が設けられている。
さらに対向する主桁１５Ｂ，１５Ｂの間には嵌合収納部Ｓ２が形成される。この嵌合収容部Ｓ２には、セグメントをリング状に組み立てた後に充填材を充填することで、セグメントリング間をさらに強固に嵌合させることも可能である。
【００６０】
以上のように、第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様に、最も地山側に配置されている水膨張性シール材（地山側から１番目の水膨張性シール材）２１は、膨張することによって合成セグメント１１Ｂ，１１Ｂの接合部に水密に密着するので、当該１番目の水膨張性シール材２１によって合成セグメント１１Ｂ，１１Ｂの接合部どうし間がシールされる。したがって、合成セグメント１１Ｂ，１１Ｂの接合部どうし間のシールは、当該１番目の水膨張性シール材２１によって行われる。
その後、１番目の水膨張性シール材２１が地下水に接触し続けることによって、当該水膨張性シール材２１が劣化して水漏れが生じると、この水（地下水）は次の条の水膨張性シール材（地山側から２番目の水膨張性シール材）２１に接触して当該２番目の水膨張性シール材２１が膨張し、合成セグメント１１Ｂ，１１Ｂの接合部に水密に密着する。したがって、当該２番目の水膨張性シール材２１によって合成セグメント１１Ｂ，１１Ｂの接合部どうし間がシールされる。
同様にして、地山側から３番目の水膨張性シール材２１、地山側から４番目の水膨張性シール材２１によって次々に、合成セグメント１１Ｂ，１１Ｂの接合部どうし間がシールされる。
【００６１】
このように、地山側に近い順から水膨張性シール材２１が地下水に接触して、合成セグメント１１Ｂ，１１Ｂの接合部どうし間がシールされるとともに、当該水膨張性シール材２１が劣化していくので、結果として、トンネル法線方向に所定間隔で設けられた水膨張性シール材２１の条数の分だけ、つまり本実施の形態では、水膨張性シール材２１が４条あるので、合計２００年、トンネル周方向およびトンネル軸方向に隣り合う合成セグメント１１Ｂ，１１Ｂの接合部どうし間のシールの耐久性を延ばすことができる。
【００６２】
また、２番目〜４番目の水膨張性シール材２１の表面には、水溶性の遮水膜２５が設けられ、この遮水膜２５は合成セグメント１１Ｂ，１１Ｂの接合部どうし間および劣化した水膨張性シール材２１を通して地下水が浸入した際に当該地下水により溶出するようになっている。
したがって、１番目の水膨張シール材２１によって合成セグメント１１Ｂ，１１Ｂの接合部どうし間がシールされている間に、トンネル内部の湿気に、１番目よりトンネル内空側に位置するその他の水膨張性シール材２１が曝されても、遮水膜２５によって、湿気による水膨張性シール材２１の膨張を防止できる。そして、この遮水膜２５は水溶性であるため、地下水が触れることによって溶出して、水膨張性シール材２１の表面から流れ落ちる。このため、地下水によって水膨張性シール材２１を確実に膨張させて、合成セグメント１１Ｂ，１１Ｂの接合部どうし間のシールを行うことができる。
【００６３】
また、収容部４１の一部を形成する凹溝４４ａ，４４ａに水膨張性シール材２１が収容されているので、水膨張性シール材２１をトンネル法線方向Ｚに容易かつ確実に位置決めできるとともに、水膨張性シール材２１が膨張することによって、収容部４１の内壁面に水密に密着することによって、シール性を高めることができる。
【００６４】
なお、本実施の形態において、トンネル周方向に隣り合う合成セグメント１１Ｂ，１１Ｂどうしを接合する場合、継手板の断面形状が第１の実施の形態における合成セグメント１１の継手板１６と同断面形状であれば、第１の実施の形態と同様にして接合し、継手板の断面形状が主桁１５Ｂと同断面形状であれば、主桁１５Ｂ，１５Ｂと同様にして接合する。
【符号の説明】
【００６５】
１１，１１Ａ，１１Ｂ  合成セグメント（セグメント）
１２  鋼殻
１４  コンクリート
１５，１５Ａ，１５Ｂ  主桁
１６  継手板
２１  水膨張性シール材
２２，３６ａ，３４ａ，４４ａ  凹溝
２３，４０，４０ａ  収容部
２５  遮水膜
【図１】
2019210763.tif 000003
【図２】
2019210763.tif 000004
【図３】
2019210763.tif 000005
【図４】
2019210763.tif 000006
【図５】
2019210763.tif 000007
【図６】
2019210763.tif 000008
【図７】
2019210763.tif 000009
【図８】
2019210763.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2019210763.tif 000017