(57)【要約】【課題】セグメント間の耐火対策をきわめて短い工期でしかも低コストで施すことが可能なセセグメント間の耐火構造を提供すること。【解決手段】トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する少なくともトンネル内空側に耐火層を備えたセグメント相互間の耐火構造であって、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する一方のセグメントのトンネル内空側の耐火層と、他方のセグメントのトンネル内空側の耐火層との間に、間隔が制御された隙間Ｇを設けることで、セグメント間の耐火性を確保する。間隔が制御された前記隙間Ｇに耐火性充填材を充填する。間隔が制御された前記隙間Ｇにバックアップ材４９および耐火性充填材を充填する。【選択図】図３
2008297816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する少なくともトンネル内空側に耐火層を備えたセグメント相互間の耐火構造であって、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する一方のセグメントのトンネル内空側の耐火層と、他方のセグメントのトンネル内空側の耐火層との間に、間隔が制御された隙間を設けることで、セグメント間の耐火性を確保するようにしたことを特徴とするセグメント間の耐火構造。
【請求項２】
トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する少なくともトンネル内空側に耐火コンクリート層を備えたセグメント相互間の耐火構造であって、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する一方のセグメントのトンネル内空側の耐火コンクリート層と、他方のセグメントのトンネル内空側の耐火コンクリート層との間に、間隔が制御された隙間を設けることで、セグメント間の耐火性を確保するようにしたことを特徴とするセグメント間の耐火構造。
【請求項３】
トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する少なくともトンネル内空側に耐火コンクリート層を備えたセグメント相互間の耐火構造であって、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する一方のセグメントの耐火コンクリート層と、他方のセグメントの耐火コンクリート層との間に、間隔が制御された隙間を設けると共に、前記間隔が制御された隙間に耐火性充填材を充填して、セグメント間の耐火性を確保するようにしたことを特徴とするセグメント間の耐火構造。
【請求項４】
トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する少なくともトンネル内空側に耐火コンクリート層を備えたセグメント相互間の耐火構造であって、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する一方のセグメントの耐火コンクリート層と、他方のセグメントの耐火コンクリート層との間に、間隔が制御された隙間を設けることで、または間隔が制御された隙間とその隙間に充填された耐火性充填材と共同して、セグメント間の耐火性を確保するようにしたことを特徴とするセグメント間の耐火構造。
【請求項５】
隙間には、少なくとも１種の充填材に耐火性がある１種または２種以上の充填材が充填されていることを特徴とする請求項３〜４のいずれかに記載のセグメント間の耐火構造。
【請求項６】
間隔が制御された隙間には、トンネル半径方向の外側の隙間奥側には、バックアップ材が充填され、トンネル内空側の隙間には前記バックアップ材を被覆する耐火性充填材が充填されていることを特徴とする請求項３〜４のいずれかに記載のセグメント間の耐火構造。
【請求項７】
前記バックアップ材は、耐火性のバックアップ材または非耐火性のバックアップ材であることを特徴とする請求項６に記載のセグメント間の耐火構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネル内における覆工体として用いられる鋼とコンクリートからなる合成セグメント間等のセグメント間の耐火構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
セグメントには各種のセグメントがあり、例えば、コンクリートセグメントあるいは鋼・コンクリートの合成セグメントがある。前記の合成セグメントには、主桁、継手板、スキンプレートからなる鋼殻に中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントがあり、また、コンクリートセグメントとしては、鋼材または鉄筋とコンクリートより構成されるコンクリート系セグメントもある。
【０００３】
特に、前記の合成セグメントに関しては、鋼殻で枠組みされた鋼殻セグメント本体枠の内側空間部にコンクリートを充填することにより、セグメントの剛性を高くすることができるため、セグメント厚を小さくすることが可能となる。
【０００４】
ところで、道路網が発達しトンネルの数が増えたことや、自動車の増加により交通量が増えたこと等により、道路トンネル内での自動車同士の衝突、転倒等による火災事故の頻度が増え、また火災事故の規模も大形化の傾向にある。特に、引火性の液体燃料や液化薬品を搭載したタンクローリーによりトンネル内の火災事故が発生したときの災害の危険性は予測を超えるものがある。 
【０００５】
トンネル内の火災事故において、人的災害を最小に抑えなければならないのは勿論であるが、さらにトンネル内壁、特に覆工体であるセグメントを如何にして熱から守るかという問題がある。
【０００６】
一般に、シールドトンネルにあっては、火災が発生した場合、急速に上昇した高温の熱が覆工コンクリートに直接に熱衝撃的に伝わり、コンクリートに含まれる水分が急速に蒸発されるなどの原因で、当該コンクリートが爆裂してトンネル崩壊等の大事故になりかねない。特にこの合成セグメントが損傷してしまうとトンネル自体が崩落し、これに伴って負傷者の増大や救援活動への支障等をきたすことにもつながり、さらにはトンネルを復旧させるために多大なコストが必要になるという問題点もあった。
【０００７】
このような問題点を解決するために、従来においては、例えば特許文献１に示すような耐火被覆構造が提案されている。この耐火被覆構造では、シールドトンネル用セグメントであって、外面側に鉄筋等の補強鋼材を埋設したセグメント本体部を配置し、そのセグメント本体部の内面側に、補強鋼材を有しない耐火無筋コンクリート層を一体化させて構成し、耐火無筋コンクリート層は、アルミナセメント若しくはアルカリスラグセメント等の高耐火性セメント及び塊状スラグ、フェロニッケルスラグ、シャモット若しくは火成岩等の高断熱性骨材を使用した耐火コンクリートをもって成形し、かつ前記耐火無筋コンクリート層に、ポリプロピレン等の高熱溶融性の繊維材を混入させている。
しかし、前記特許文献１には、セグメントのトンネル内空側の耐火構造については記載されているが、セグメント間の耐火被覆については、記載されていない。
また、合成セグメントが組み立てられたシールドトンネルの内面は、コンクリート部分が露出し、鋼殻体の鋼製部分を被覆する構造とする必要がある場合の例として、特許文献２では、鋼殻体内に繊維を混入した耐火コンクリートを充填すると共にトンネル内空側に露出している鋼殻体のトンネル内空側フランジを被覆するために、隣合う鋼殻体の両フランジの全体に渡って耐火パネルを継ぎ目被覆材として設けることが示されている。
しかし、前記のようにトンネル内空側の隣接する両セグメントのフランジ全体にわたって耐火パネルを取付ける構造とすると、耐火パネルも大型で高価となり、経済的な耐火構造とすることが困難になる。
【特許文献１】特開２００２−１９４９９６号公報
【特許文献２】特開２００６−１６１３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の場合は、セグメントの鋼製部分をトンネル内空側に露出させないように耐火材料により、完全に被覆することにより耐火性を確保しようとする技術思想であった。
【０００９】
前記従来の技術は、換言すると、トンネル軸方向あるいはトンネル周方向に隣接するセグメント相互は、トンネル内空面側において、耐火層相互を密着させて耐火性を確保するか、セグメント相互に渡って耐火材料を完全に被覆することにより、耐火性を確保する技術思想であり、トンネル内空側における隙間を介して鋼材が露出している状態でも、耐火性を確保できる技術思想は知られていない。
しかしながら、上述した耐火層相互を密着させることは、現実の施工では不可能であるし、耐火パネルを貼り付ける構成では、トンネル内周全域に亘って耐火パネルを貼り付ける必要があるため、大量の耐火パネルが必要となり、材料コストが増大し、ひいてはシールドトンネル全体の耐火対策コストが増加してしまうとともに施工期間が長期化してしまうという問題点があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した問題点を鑑みて案出されたものであり、セグメント間の耐火対策をきわめて短い工期でしかも低コストで施すことが可能なセグメント間の耐火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】
【００１１】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明のセグメント間の耐火構造では、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する少なくともトンネル内空側に耐火層を備えたセグメント相互間の耐火構造であって、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する一方のセグメントのトンネル内空側の耐火層と、他方のセグメントのトンネル内空側の耐火層との間に、間隔が制御された隙間を設けることで、セグメント間の耐火性を確保するようにしたことを特徴とする。
また、第２発明のセグメント間の耐火構造では、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する少なくともトンネル内空側に耐火コンクリート層を備えたセグメント相互間の耐火構造であって、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する一方のセグメントのトンネル内空側の耐火コンクリート層と、他方のセグメントのトンネル内空側の耐火コンクリート層との間に、間隔が制御された隙間を設けることで、セグメント間の耐火性を確保するようにしたことを特徴とする。
また、第３発明のセグメント間の耐火構造では、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する少なくともトンネル内空側に耐火コンクリート層を備えたセグメント相互間の耐火構造であって、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する一方のセグメントの耐火コンクリート層と、他方のセグメントの耐火コンクリート層との間に、間隔が制御された隙間を設けると共に、前記間隔が制御された隙間に耐火性充填材を充填して、セグメント間の耐火性を確保するようにしたことを特徴とする。
また、第４発明のセグメント間の耐火構造では、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する少なくともトンネル内空側に耐火コンクリート層を備えたセグメント相互間の耐火構造であって、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する一方のセグメントの耐火コンクリート層と、他方のセグメントの耐火コンクリート層との間に、間隔が制御された隙間を設けることで、または間隔が制御された隙間とその隙間に充填された耐火性充填材と共同して、セグメント間の耐火性を確保するようにしたことを特徴とする。
また、第５発明では、第３〜４発明のセグメント間の耐火構造において、間隔が制御された隙間には、少なくとも１種の充填材に耐火性がある１種または２種以上の充填材が充填されていることを特徴とする。
また、第６発明では、第３〜４発明のセグメント間の耐火構造において、間隔が制御された隙間には、トンネル半径方向の外側の隙間奥側には、バックアップ材が充填され、トンネル内空側の隙間には前記バックアップ材を被覆する耐火性充填材が充填されていることを特徴とする。
また、第７発明では、第６発明のセグメント間の耐火構造において、前記バックアップ材は、耐火性のバックアップ材または非耐火性のバックアップ材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、耐火対策をきわめて短い工期でしかも低コストで施すことが可能なセグメント間の耐火構造を提供できる。
第１発明によると、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する一方のセグメントのトンネル内空側の耐火層と、他方のセグメントのトンネル内空側の耐火層との間に、間隔が制御された隙間を設けるだけで、セグメント間の耐火性を確保することができ、制御された隙間を設ける簡単な構造でよいので安価に施工できる。
第２発明によると、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する一方のセグメントのトンネル内空側の耐火コンクリート層と、他方のセグメントのトンネル内空側の耐火コンクリート層との間に、間隔が制御された隙間を設けるだけで、セグメント間の耐火性を確保することができ、制御された隙間を設ける簡単な構造でよいので施工が簡単である。
また、第３発明のように、間隔が制御された隙間に耐火性充填材を充填すると、耐火性が確保された隙間単独である場合より、より確実に耐火性を確保することができる。また、多少耐火性があり確実な耐火性が確保できない制御された隙間であっても、その隙間に充填される耐火性充填材により、セグメント間の耐火性を確保することができる。
また、第４発明のように、間隔が制御された隙間とその隙間に充填された耐火性充填材と共同して、セグメント間の耐火性を確保することができる。
また、第５発明のように、間隔が制御された隙間には、少なくとも１種の充填材に耐火性がある１種または２種以上の充填材が充填されているので、高価な耐火性材料を選択的に使用して、経済的な耐火構造とすることができる。
また、第６発明のように、間隔が制御された隙間には、トンネル半径方向の外側の隙間奥側には、バックアップ材が充填され、トンネル内空側の隙間には前記バックアップ材を被覆する耐火性充填材が充填されていると、安価なバックアップ材を奥側に充填配置して、高価な耐火性充填材をトンネル内空側に充填することにより、耐火性充填材の使用量を少なくして、安価なセグメント間の耐火構造とすることができる。
また、第７発明のように、バックアップ材を、耐火性のバックアップ材または非耐火性のバックアップ材を使用すると、耐火性充填材に応じて選択的に使用することができ、より設計の自由度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明を図示の実施形態に基づいて、シールドトンネル内における覆工体として用いられるセグメントの構造およびセグメント間の耐火構造の一形態として、鋼・コンクリート合成セグメントを例にして詳細に説明する。
【００１４】
図４には、本発明に係るセグメント間の耐火構造が適用されるシールドトンネル３の斜視図が示され、図５にはその正面図が示されている。図４、５に示すように、シールドトンネル３は、複数の円弧状の合成セグメント４をセグメント継手部５及びリング継手部５´においてリング状に連結した覆工体をトンネル内面に組み立てて構築される。
【００１５】
シールドトンネル３内には自動車走行用の道路床１５が構築されており、また建築限界１９が存在している。
【００１６】
図６は、合成セグメント４の一部を切り欠いた縦断斜視図であり、上部側では、トンネル周方向の継手板４６（図８参照）が取り除かれた状態である。図７は、合成セグメントのトンネル周方向からの図であり、図８は、合成セグメント４のトンネル軸方向からの図であり、各図で上部が地山側、下部がトンネル内空側を示す。
【００１７】
図７に示すように、合成セグメント４は、鋼殻セグメント本体枠３１と、当該鋼殻セグメント本体枠３１の内側空間部に充填された耐火コンクリート３２とを備えている。
【００１８】
鋼殻セグメント本体枠３１は、トンネル軸方向にウエブ４１を介して結合された鋼製外側フランジ４２と鋼製内側フランジ４３からなる主桁としての鋼殻側枠４４を、２辺に所定の間隔をあけて平行に配設してなり、トンネル円周方向には継手板４６を２辺に平行に配置してなる。鋼殻側枠４４は、継手板４６の代わりに、セグメント間にも配置されることもある。また、この鋼殻側枠４４における鋼製外側フランジ４２間にはスキンプレート４５が固定されている。地山側のみに配設されるスキンプレート４５は、トンネル周方向に向けて湾曲された薄板状の鋼板で構成される。このスキンプレート４５は、鋼製外側フランジ４２の上面において溶接等の固着手段によって水密的に固定される。
【００１９】
この鋼殻セグメント本体枠３１においては、トンネル内空側３２´に、耐火層としての耐火コンクリート３２を直接露出させる構成を採用している。耐火コンクリート３２は、さらに鋼製内側フランジ４３のトンネル内空側４３´をも被覆している耐火層を構成している。
【００２０】
耐火コンクリート３２は、ポリプロピレン繊維又はビニロン繊維等のように熱溶融性の合成樹脂繊維を混入させたコンクリートである。このコンクリートの成分や作製方法は、例えば“トンネル施工管理要領（繊維補強覆工コンクリート編）、平成１５年９月、日本道路公団”、或いは“コンクリート構造物の耐火技術研究小委員会報告ならびにシンポジウム論文集Ｐ７２〜Ｐ７５  土木学会編”等の記載に基づいていてもよい。
【００２１】
この耐火コンクリート３２に混入させたポリプロピレン繊維又はビニロン繊維等の合成樹脂繊維は、火災時の熱により溶融又は消失する性質を有するため、これらを混入させることにより火災時にシールドトンネル３内の温度が例えば１２００℃以上まで上昇してもコンクリートの爆裂を防止することができる。即ち、この耐火コンクリート３２では、火災時における熱により溶融焼失した繊維部分により微細な空洞を作り出し、この空洞が内部で膨張した水蒸気の圧力を緩和する役割を果たすことになり、コンクリート表層の剥離、飛散を防止することが可能となる。なお、この耐火コンクリート３２は、工場のコンクリートプラント等においてこれらの合成樹脂繊維を混入させることが可能である。
【００２２】
因みに、図７（ｂ）は、鋼製内側フランジ４３のトンネル内空側を不定形耐火被覆材５２により被覆することで、鋼製内側フランジ４３よりトンネル内空側に設けられる耐火コンクリート３２の厚みを薄く構成した例であり、図７（ａ）は、不定形耐火被覆材５２を用いないで、耐火コンクリート３２の厚みを厚く構成した例を示している。この図７（ｂ）の例では、鋼製内側フランジ４３よりトンネル内空側の耐火コンクリート３２の厚さを例えば３０ｍｍで構成している。また、図７（ａ）の例では、鋼製内側フランジ４３のトンネル内空側を被覆する耐火コンクリート３２の厚さを例えば６０ｍｍで構成している。
【００２３】
なお、鋼製内側フランジ４３のトンネル内空側を被覆する耐火コンクリート３２の厚さは、６０ｍｍであることが最も望ましい。その理由として、耐火コンクリート３２は、粗骨材としての石と、細骨材としての砂とを水と混ぜて作製するものである。この粗骨材の径は、最大２０ｍｍ程度である。仮に、鋼製内側フランジ４３を被覆するコンクリート３２の厚さが、粗骨材の径の３倍を切るようであると、鋼製内側フランジ４３を被覆するコンクリート３２と鋼殻セグメント本体枠３１内に打設されたコンクリートとの一体性が阻害され、コンクリート剥離の原因を作り出す。このため、トンネル内空側を被覆するコンクリート３２の厚さは、かかる粗骨材の径の３倍程度である６０ｍｍで構成されることが望ましい。
また、前記の図７（ｂ）において、耐火コンクリート３２の厚さが例えば、３０ｍｍと記載したが、不定形耐火被覆材５２による耐火層がトンネル内空側の鋼材を被覆している場合、図７（ａ）における耐火コンクリート３２に代わる耐火層の厚みが３０ｍｍ程度でも、耐火性を確保することが可能であるため、本発明では、トンネル内空側を被覆する耐火層（耐火コンクリート３２あるいは不定形耐火被覆材５２）の厚みについては、特に限定されるものではない。
【００２４】
また、鋼製内側フランジ４３の温度は、火災時においても、３００℃以下にしたいという要望がある。鋼材は、温度が上がると、引張強度、圧縮強度、ヤング係数等の機械的特性が劣化し、特に温度が３００℃を超えると強度、ヤング係数ともに７０％を下回る場合が生じ、鋼材としての役割を果たせなくなる。このため、鋼材の表面温度を３００℃以下に抑える必要があった。鋼製内側フランジ４３のトンネル内空側を被覆するコンクリート３２の厚さが薄い場合には、この鋼製内側フランジ４３の温度を３００℃以下に制御するのは困難になる。即ち、この鋼製内側フランジ４３のトンネル内空側を被覆するコンクリート３２の厚さが厚いほど、鋼製内側フランジ４３の温度上昇を抑えることができる。同様の理由から強度を期待するコンクリートの温度も３５０℃以下にしたいという要望がある。
【００２５】
図９は、繊維強化コンクリートにおける加熱面からの距離に対する最大温度の関係を示している。この図９に示すように加熱面からの距離が６０ｍｍを超える場合において、コンクリート最大温度を３５０℃以下にすることが可能となり、６０ｍｍ以深のコンクリートは設計上の強度を期待することができることが分かる。
コンクリート温度を３５０℃以下に抑えれば鋼材温度は必然的に３００℃以下となる。その理由は、鋼材の熱伝導率がコンクリートの熱伝導率よりも高いために、コンクリートに比べ鋼材の温度は上がらないためである。
【００２６】
また、一般にコンクリートは火災により熱せられると中性化する。火災によるＣＯ２ガスがコンクリートに接触すると、アルカリ性であるコンクリートは中性化して性能が劣化してしまう。即ち、コンクリートは中性化することにより、強度が低下し、水と酸素の接触により内部の鋼は錆びてしまう。しかし、最高温度１２００℃が６０分程度継続するトンネル火災では、コンクリートの中性化は表面から５０ｍｍ程度しか進行しない。このため、トンネル内空側を被覆するコンクリート３２の厚さを６０ｍｍで構成することにより、表面から５０ｍｍ中性化しても残りの１０ｍｍの厚みの部分で中性化を防止することができ、ひいては鋼製内側フランジ４３の錆びを防ぐことができる。
【００２７】
さらに、コンクリートに充填された繊維は、熱により溶失し、軽石状になってしまうが、かかる繊維の溶失は、最高温度１２００℃、継続時間６０分程度のトンネル火災においては、コンクリート表面から５０ｍｍ程度である。このため、トンネル内空側を被覆するコンクリート３２の厚さを６０ｍｍで構成することにより、表面から５０ｍｍの繊維が溶失しても残りの１０ｍｍの厚みの部分で軽石化を防止することが可能となる。
なお、トンネル内空側を被覆するコンクリート３２の厚さが６５ｍｍを超えると、材料コストが高くなり、またトンネル内径が小さくなるため、最大でも６５ｍｍ程度で構成されていることが望ましい。また、トンネル内空側を被覆するコンクリート３２の厚さは、少なくとも５０ｍｍ程度あれば、上述した問題点をクリアできることから、５０〜６５ｍｍ程度の範囲であればよい。
【００２８】
また、この耐火コンクリート３２は、鋼製内側フランジ４３を被覆している。このため、鋼殻セグメント本体枠３１に対する耐火性についても同様に向上させることが可能となる。
【００２９】
前記のように、トンネル内空側に最も近い位置の鋼製内側フランジ４３外表面全体が、耐火コンクリート３２あるいはその他の耐火材料により耐火被覆されたセグメント相互をトンネル軸方向あるいはトンネル周方向に、隙間がない状態でエレクターにより組み立てることは理想であるが現実には、目開きを設けて組み立てられる。  また、耐火材料のコーナー部相互が緩衝して損傷する恐れが高くなる。
【００３０】
例えば、図１にリング間継手の接続構造を、図２にトンネル周方向のセグメント間継手の接続構造を示す。図１（ａ）および図２（ａ）はトンネル内空側を下にして示す図であり、図３は図１および図２の継手内空側の拡大図を示す。
図３に示す本発明のセグメント間の耐火構造のように、主桁としての各鋼殻側枠４４相互間またはトンネル周方向の継手板４６相互間に、微小隙間Ｋを設けると共に、鋼製内側フランジ４３または継手板４６の端部５０から僅かに離れた距離Ｔをおいた離れた位置から耐火コンクリート３２を設けると、エレクターによる合成セグメント４の組み込みする場合に、耐火コンクリート３２のコーナー部の損傷を防止できると共に、隣り合う合成セグメント４における耐火コンクリート３２相互の競り合いを防止できる利点がある。
なお、図１（ａ）および図２（ａ）では、鋼製内側フランジ４３および継手板４６のトンネル内空側までを耐火コンクリート３２で被覆した形態であり、図１（ｂ）および図２（ｂ）では、鋼製内側フランジ４３および継手板４６のトンネル内空側を耐火層としての不定形耐火物５２により被覆した形態であり、その他の構造は同様である。
【００３１】
なお、鋼殻体と耐火コンクリートとを組み合わせた鋼・コンクリートの合成セグメントでは、リング間（トンネル軸方向に隣り合うセグメント間）およびトンネル周方向に隣り合うセグメント間に複数のゴム製等の止水材が装着された状態で組み立てられるため、耐火性能として、１２００℃で６０分の加熱曲線による耐火試験をした場合に、次の（１）（２）（３）の性能が求められる。（１）複数のゴム製等の止水材を使用する場合、地山側止水材温度を１２０度以下にする必要がある。また、（２）加熱面側鋼材温度を３００度以下、（３）加熱面側コンクリートの状態として有害な爆裂がない状態であること。
【００３２】
そのため、本発明者は、トンネル軸方向に隣接するセグメント間またはトンネル周方向に隣接するするセグメント間に隙間がある場合について、耐火性試験を行った結果、隙間Ｇが小さい場合、耐火性充填材を充填しなくても、所定の耐火性能を確保できることを確認した。
【００３３】
耐火性試験を行った仕様は、（１）主桁としての各鋼殻側枠４４相互間またはトンネル周方向の継手板４６相互間の微小隙間Ｋを１ｍｍとし、（２）鋼製内側フランジ４３（または継手板４６）に設ける耐火コンクリート３２を、鋼製内側フランジ４３（または継手板４６）のトンネル内空側のトンネル軸方向端部（継手板４６の場合はトンネル周方向端部）５０から離す距離Ｔを２ｍｍとし、隣合う合成セグメント４における鋼製内側フランジ４３（または継手板４６）に設ける耐火コンクリート３２の厚みを６０ｍｍとし、耐火コンクリート３２間の距離Ｇを５ｍｍとした場合である。
【００３４】
前記のような仕様で合成セグメント４を配置して、１２００℃で６０分継続させる耐火性能試験を行った結果、（１）図２（ａ）に示す形態では、地山側止水材温度が１２０度以下の７６℃であり、また、（２）図２（ａ）に示す形態では、加熱面側鋼材温度が３００度以下の１３０℃に、しかも、（３）加熱面側コンクリートの状態として有害な爆裂がない状態であることを確認できた。
【００３５】
同様に、図２（ｂ）に示す形態、すなわち、鋼製内側フランジ４３（または継手板４６）のトンネル内空側表面および耐火コンクリート３２に渡って、不定形耐火被覆材５２を２０ｍｍ厚で設けた場合で、セグメント間の不定形耐火被覆材５２間の隙間Ｇが５ｍｍである場合にも、（１）地山側止水材温度が１２０度以下の８２℃であり、また、（２）加熱面側鋼材温度が３００度以下の１７８℃に、しかも、（３）加熱面側コンクリートの状態として有害な爆裂がない状態であることを確認できた。
【００３６】
したがって、前記の耐火コンクリート３２（または不定形耐火被覆材５２）間の距離が５ｍｍ以下の有限の隙間であれば、確実に耐火性を確保することができることがわかる。また、前記の耐火コンクリート３２（または不定形耐火被覆材５２）間の距離が５ｍｍを越えても、耐火性を確保できる可能性もあることがわかる。したがって、また、セグメント間における鋼製内側フランジ４３（または継手板４６）等の鋼材を被覆する耐火コンクリート３２（または不定形耐火被覆材５２）間などの、耐火層の隙間Ｇを制御することにより、セグメント間の耐火性を確実に図ることが可能なセグメント間の耐火構造とすることがわかった。したがって、本発明者は、耐火層間の隙間を制御することにより、セグメント間の耐火性を確保することができることを確信した。
【００３７】
なお、図１〜図２に示す構造で、符号４７は、地山側の止水材であり、符号４８はトンネル内空側の止水材である。トンネル内空側の止水材４８は、トンネル火災時において損傷しても、トンネル地山側の止水材４７が機能していれば、止水性を確保した上で、耐火性も確保することができる。
【００３８】
前記のように、耐火層間の隙間Ｇ（目地幅）が、５ｍｍ以上の広い隙間、例えば、（Ａ）９ｍｍの場合、（Ｂ）１１ｍｍの場合、（Ｃ）１３ｍｍの場合のように間隔が広くなると、合成セグメント４の製作およびトンネル内セグメントリングへの組み込みがより容易になる。
【００３９】
なお、前記（Ａ）の９ｍｍの場合は、例えば、（１）主桁としての各鋼殻側枠４４相互間またはトンネル周方向の継手板４６相互間の微小隙間Ｋを１ｍｍとし、（２）鋼製内側フランジ４３（または継手板４６）に設ける耐火コンクリート３２を、鋼製内側フランジ４３（または継手板４６）のトンネル内空側のトンネル軸方向端部（継手板４６の場合はトンネル周方向端部）５０から離す距離（控え代）Ｔを４ｍｍとした場合である。
また、前記（Ｂ）の１１ｍｍの場合は、例えば、（１）主桁としての各鋼殻側枠４４相互間またはトンネル周方向の継手板４６相互間の微小隙間Ｋを１ｍｍとし、（２）鋼製内側フランジ４３（または継手板４６）に設ける耐火コンクリート３２を、鋼製内側フランジ４３（または継手板４６）のトンネル内空側のトンネル軸方向端部（継手板４６の場合はトンネル周方向端部）５０から離す距離Ｔを５ｍｍとした場合である。
さらに、前記（Ｃ）の１３ｍｍの場合は、例えば、（１）主桁としての各鋼殻側枠４４相互間またはトンネル周方向の継手板４６相互間の微小隙間Ｋを１ｍｍとし、（２）鋼製内側フランジ４３（または継手板４６）に設ける耐火コンクリート３２を、鋼製内側フランジ４３（または継手板４６）のトンネル内空側のトンネル軸方向端部（継手板４６の場合はトンネル周方向端部）５０から離す距離Ｔを６ｍｍとした場合である。
【００４０】
前記のように、隣り合う耐火セグメント４における耐火層間の隙間Ｇが、大きくなると、セグメント間の耐火性を確実に図ることができなくなる恐れがある場合、図３（ｂ）に示すように、隙間Ｇの溝５１奥側に、バックアップ材４９を挿入し、前記バックアップ材４９を埋め込むように隙間Ｇの溝５１内のトンネル内空側に、例えば、１５００℃対応の耐火性コーキング材１を充填すると、より確実にセグメント間の耐火構造とすることができる。
前記バックアップ材４９として、耐火性のブランケット等の耐火性バックアップ材４９を使用する場合に、トンネル内空側の耐火性コーキング材１は、耐火性のないコーキング材としてもよく、また、ブランケット等の耐火性バックアップ材４９とコーキング材１との間に第２のバックアップ材を設ける構造でもよい。コーキング材１の厚みとしては、例えば５ｍｍ程度の厚みとし、耐火コンクリート３２にプライマーの塗布等の下地処理を施した後、コーキング材を充填する。
なお、図３（ｃ）に示すように、隙間Ｇの溝５１全体に、耐火コンクリート３２および鋼材部分に、プライマーの塗布等の下地処理を施した後、耐火性コーキング材１のみを充填してもよく、また、間隙Ｇの溝５１がトンネル内空側に向かって狭くなるようなテーパー状となるように、間隙Ｇを形成している隣り合う耐火コンクリート３２（または不定形耐火物５２）の側端面に、トンネル内空側に漸次接近するように傾斜する傾斜面を設けることによるテーパーを施すことによって、抜け出しを防止できる場合には、耐火性バックアップ材４９のみを充填して、耐火性を確保するようにしてもよい。また、隙間Ｇの溝５１には、各種コーキング材１または各種バックアップ材４９を充填材とした場合、少なくとも１種の充填材に耐火性がある１種または２種以上の充填材が充填されていてもよい。
【００４１】
前記のバックアップ材としては、セラミックファイバー等のファイバー、ロックウールなどのブランケット、耐火性または不燃性ボード、耐火性または不燃性コーキング材（目地材）等、耐火性または不燃性の安価な材料で、施工性および変形追随性のよいものを挿入充填するように設置するようにするとよい。
【００４２】
また、前記の隙間Ｇの溝５１内のトンネル内空側に設ける耐火性コーキング材１としては、不燃性の充填材、例えば、「信越化学工業株式会社製のシーラント４０ＫＫＳ耐火」を使用するとよく、前記材料シーラント４０ＫＫＳ耐火の硬化前の特性は、外観がペースト状で、比重（２０℃）１．５８、タックフリーが２０分、押し出し性（５℃）が８秒、スランプが０ｍｍであり、硬化後の特性は、加熱減量（％）が６．７で、５０％引張り応力Ｎ／ｍｍ２が０．５７で、最大引張り応力Ｎ／ｍｍ２が１．０１で、伸び率％が１２０で、凝集破壊率（％）が１００で、汚染性がなく、耐オゾン性としてオゾンによる亀裂がなく、耐久性のある材料である。
【００４３】
なお、前記の隙間Ｇに耐火性コーキング材１のみを充填してもよいが、高価であるために、前記のようにバックアップ材４９を所定の深さ設けた上に充填するようにすると安価なセグメント間の耐火構造とすることができる。
前記のバックアップ材４９は、耐火性のある材料であることが望ましいが、トンネル内空側に充填されるコーキング材が耐火性コーキング材１である場合には、非耐火性のバックアップ材４９を挿入設置することも可能である。
前記のように、隣り合う耐火セグメント４における耐火層間の隙間Ｇの間隔が制御された隙間である場合には、２種以上の耐火性材料を設置するようにすると、経済的なセグメント間の耐火構造を設計することができる。
【００４４】
前記のように本発明によると、間隙Ｇを設けたままか、間隙Ｇにバックアップ材４９または耐火性充填材を充填するとしても、小さな間隔の間隙Ｇに、バックアップ材４９または耐火性充填材を設置するようにするだけで、バックアップ材４９または耐火性充填材の設置量は格段に少なくすることができるので、従来の場合のように広幅な耐火材を設ける場合に比べて、耐火対策をきわめて短い工期でしかも低コストで施すことが可能なセグメント間の耐火構造を提供できる。
【００４５】
前記のように本発明のセグメント間の耐火構造では、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する一方のセグメントのトンネル内空側の耐火コンクリート層または耐火層と、他方のセグメントのトンネル内空側の耐火コンクリート層または耐火層との間に、間隔が制御された隙間を設けることで、セグメント間の耐火性を確保するようにしている。
また、間隔が制御された隙間に耐火性充填材を充填してもよく、隙間と耐火性充填材と共同してセグメント間の耐火性を確保するようにしてもよく、少なくとも１種の充填材に耐火性がある２種以上の充填材が充填されていても、２種以上の耐火性充填材が充填されていてもよい。また前記の間隔が制御された隙間には、トンネル半径方向の外側の隙間奥側には、バックアップ材が充填され、トンネル内空側の隙間には前記バックアップ材を被覆する耐火性充填材が充填されていてもよい。前記バックアップ材は、耐火性のバックアップ材または非耐火性のバックアップ材であってもよい。
【００４６】
このように本発明によると、トンネル周方向またはトンネル軸方向に隣接する一方のセグメントのトンネル内空側の耐火コンクリート層または耐火層と、他方のセグメントのトンネル内空側の耐火コンクリート層または耐火層との間に、間隔が制御された隙間を設けるだけで、セグメント間の耐火性を確保することができ、制御された隙間を設ける簡単な構造でセグメント間の耐火性を確保することができる。
また、間隔が制御された隙間に耐火性充填材を充填すると、耐火性が確保された隙間単独である場合より、より確実に耐火性を確保することができる。また、多少耐火性があり確実な耐火性が確保できない制御された隙間であっても、その隙間に充填される耐火性充填材により、セグメント間の耐火性を確保することができる。
また、間隔が制御された隙間とその隙間に充填された耐火性充填材と共同して、セグメント間の耐火性を確保することができる。
また、間隔が制御された隙間には、少なくとも１種の充填材に耐火性がある２種以上の充填材が充填されているので、高価な耐火性材料を選択的に使用して、経済的な耐火構造とすることができる。
また、間隔が制御された隙間には、トンネル半径方向の外側の隙間奥側には、バックアップ材が充填され、トンネル内空側の隙間には前記バックアップ材を被覆する耐火性充填材が充填されていると、安価なバックアップ材を奥側に充填配置して、高価な耐火性充填材をトンネル内空側に充填することにより、耐火性充填材の使用量を少なくして、安価なセグメント間の耐火構造とすることができる。
また、バックアップ材を、耐火性のバックアップ材または非耐火性のバックアップ材を使用すると、耐火性充填材に応じて選択的に使用することができ、より設計の自由度を高めることができる。
また、前記のような本発明によると、セグメント間の耐火対策をきわめて短い工期でしかも低コストで施すことが可能なセグメント間の耐火構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】（ａ）は本発明のセグメント間の耐火構造の第１実施形態を示すトンネル周方向からの断面図（セグメントリング間の断面図）、（ｂ）は本発明のセグメント間の耐火構造の第２実施形態を示すトンネル周方向からの断面図（セグメントリング間の断面図）である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）のセグメント間の耐火構造の第１実施形態を示すトンネル軸方向からの断面図（セグメントリングを構成するセグメント間の断面図）、（ｂ）は図１（ｂ）のセグメント間の耐火構造の第２実施形態を示すトンネル軸方向からの断面図（セグメントリングを構成するセグメント間の断面図）である。
【図３】（ａ）は図１および２に示す一部を拡大して示す断面図、（ｂ）（ｃ）は（ａ）の変形形態を示す断面図である。
【図４】本発明に係る合成セグメント構造が適用されるシールドトンネルの斜視図である。
【図５】本発明に係る合成セグメント構造が適用されるシールドトンネルの正面図である。
【図６】合成セグメントの縦断斜視図である。
【図７】合成セグメントのトンネル周方向からの図である。
【図８】合成セグメントのトンネル軸方向からの図である。
【図９】耐火コンクリートにおける加熱面からの距離に対する最大温度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  コーキング材
２  セグメントリング
３  シールドトンネル
４  合成セグメント
１１  地山
１５  道路床
１９  建築限界
３１  鋼殻セグメント本体枠
３２  耐火コンクリート
４１  ウエブ
４２  鋼製外側フランジ
４３  鋼製内側フランジ
４４  鋼殻側枠
４５  スキンプレート
４６  継手板
４７  地山側の止水材
４８  内空側の止水材
４９  バックアップ材
５０  鋼製内側フランジ４３または継手板４６の端部
５１  溝
５２  不定形耐火被覆材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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