(57)【要約】【課題】トンネル内での火災発生時に、火災による熱からトンネル構造体を保護するためにトンネル内周面に沿って構築されるトンネル耐火構造物であって、低コストであり、かつ効率的に施工作業を行なえるとともに、火災発生時には優れた耐火性能を発揮できるトンネル耐火構造物を提供する。【解決手段】トンネル耐火構造物１１は、トンネルの内周面に沿って複数のトンネル用セグメント１を連結してなる。トンネル用セグメント１のトンネル空間側の面は、一部分が外表面２として形成され、かつ、他の部分が凹部３の内部表面として形成されている。凹部３の内部表面には、所定の温度に達すると発泡して膨張する性質を有する発泡性耐火塗料からなる塗布層１２が形成されている。外表面２には、モルタルからなる耐火被覆層１３が形成されている。塗布層１２と耐火被覆層１３は、部分的に積層していることが好ましい。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの内周面に沿って複数の板状のトンネル用セグメントを並べて連結し、該トンネル用セグメントのトンネル空間側の片面に耐火処理を施してなるトンネル耐火構造物であって、
上記トンネル用セグメントの上記トンネル空間側の片面は、一部分が、トンネル空間側に面する外表面として形成され、かつ、他の部分が、トンネル空間側とは反対側に窪んだ凹部の内部表面として形成されており、
該凹部の内部表面に、耐火塗料の塗布層が形成されていることを特徴とするトンネル耐火構造物。
【請求項２】
上記耐火塗料が、所定の温度に達すると発泡して膨張する性質を有する発泡性耐火塗料である請求項１に記載のトンネル耐火構造物。
【請求項３】
上記トンネル用セグメントの上記外表面に、上記耐火塗料以外の耐火材からなる耐火被覆層が形成されている請求項１又は２に記載のトンネル耐火構造物。
【請求項４】
上記耐火被覆層が、上記凹部の内部表面の所定の深さ地点まで形成されている請求項３に記載のトンネル耐火構造物。
【請求項５】
トンネルの内周面に沿って連結してトンネル耐火構造物を形成するための板状のトンネル用セグメントであって、片面が、外表面と、該外表面に対して窪んだ凹部の内部表面とからなり、該凹部の内部表面に、耐火塗料の塗布層が形成されていることを特徴とするトンネル用セグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル内での火災発生時に、火災による熱からトンネル構造体を保護するためにトンネル内周面に沿って構築されるトンネル耐火構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、トンネル内での火災による熱からトンネル構造体を保護するために、耐火手段を施した種々のトンネル用セグメントが知られている。
一例として、トンネルの周方向及び軸方向に多数並べて互いに連結することによりトンネル内壁を形成可能で、複数の主桁と継手板とでスキンプレートを支持してなる箱形の金属製セグメント本体を形成し、前記セグメント本体の内周面に耐火パネルを設けてあるトンネル用セグメントであって、前記スキンプレートの外側に前記複数の主桁と継手板とを連設すると共に、前記スキンプレートの内面に耐火パネルを鋳造により一体化させてあるトンネル用セグメントが提案されている（特許文献１参照）。
このトンネル用セグメントは、主桁と継手板とで囲まれた凹部にコンクリートを流し込んで形成される。
【０００３】
他の例として、セグメント間およびセグメントリング間が雌雄継手により結合される鋼枠嵌合方式のボルトレスセグメントであって、鋼枠本体とスキンプレートとで囲まれた内側にコンクリート等を充填してなるセグメント本体の内面に、耐火性能、耐衝撃性能を有する２次覆工体が一体に施されていることを特徴とするボルトレスセグメントが提案されている（特許文献２）。
このボルトレスセグメントは、シールドトンネル内での火災等からセグメント本体を確実に保護するという効果を有するものである。
【特許文献１】特開２００２−３７１７９７号公報
【特許文献２】特許第３３０２９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１や特許文献２に記載されたセグメントは、いずれも、セグメント本体の内部空間にコンクリートを充填させている。
しかし、セグメント本体の内部空間の容積が大きい場合には、大量のコンクリートが必要であり、経済的でない。
また、セグメント本体の内部空間の形状が小さかったり複雑であったりすると、コンクリートを流し込む作業が困難となり、施工の効率が低下する。
さらに、目的とする耐火性能を得るために、セグメント本体の内部空間のみならず、セグメント本体のトンネル空間側の表面の全域に、セラミックス等からなる耐火パネル、またはコンクリート等からなる２次覆工体を形成させているため、施工対象面の面積に比例した材料費を要している。この点、施工対象面の面積によらずに、より少ない量の材料を用いて、十分な耐火性を得ることができれば、好都合である。
そこで、本発明は、トンネル内での火災発生時に、火災による熱からトンネル構造体を保護するためにトンネル内周面に沿って構築されるトンネル耐火構造物であって、低コストであり、かつ効率的に施工作業を行なえるとともに、火災発生時には優れた耐火性能を発揮できるトンネル耐火構造物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】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、トンネル用セグメントのトンネル空間側の表面に凹凸を形成させたうえで、その凹部の内部表面に、耐火塗料の塗布層を形成すれば、この部分についてモルタル層等を形成させる必要がなくなり、上述の低コスト化や作業効率の向上等の効果が得られることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明（請求項１）のトンネル耐火構造物は、トンネルの内周面に沿って複数の板状のトンネル用セグメントを並べて連結し、該トンネル用セグメントのトンネル空間側の片面に耐火処理を施してなるトンネル耐火構造物であって、上記トンネル用セグメントの上記トンネル空間側の片面は、一部分が、トンネル空間側に面する外表面として形成され、かつ、他の部分が、トンネル空間側とは反対側に窪んだ凹部の内部表面として形成されており、該凹部の内部表面に、耐火塗料の塗布層が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
ここで、上記耐火塗料の好適な一例として、所定の温度に達すると発泡して膨張する性質を有する発泡性耐火塗料が挙げられる（請求項２）。
上記トンネル用セグメントの上記外表面には、上記耐火塗料以外の耐火材（例えば、モルタル）からなる耐火被覆層を形成することができる（請求項３）。
この実施形態に係るトンネル耐火構造物は、上記耐火被覆層が上記凹部の内部表面の所定の深さ地点まで形成されているように構成することができる（請求項４）。
本発明のトンネル耐火構造物を構成する部材であるトンネル用セグメントは、トンネルの内周面に沿って連結してトンネル耐火構造物を形成するための板状のトンネル用セグメントであって、片面が、外表面と、該外表面に対して窪んだ凹部の内部表面とからなり、該凹部の内部表面に、耐火塗料の塗布層が形成されていることを特徴とする（請求項５）。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のトンネル耐火構造物は、トンネル空間とは反対側に窪んだ凹部の内部表面に耐火塗料の塗布層を形成したものであるため、凹部の内部表面に被覆層を形成させることが困難なモルタル等の材料を用いた場合と比べて、効率的に施工作業を行なうことができる。
また、耐火塗料の塗布層が形成された部分については、モルタル等を被覆させなくても耐火性能を有するため、凹部以外の外表面の部分のみに、例えばモルタルの被覆層を形成させればよく、モルタルの材料費等を削減することができる。
なお、耐火塗料の塗布層は、一般に、モルタル等の被覆層と比べて耐火性能が劣るが、火災の熱の影響を受け易い上述の外表面（凹凸形状の凸側の表面）ではなく、火災の熱を受け難い凹部の内部表面に形成されていることから、目的とする耐火性能を確保することができる。
【０００８】
本発明のトンネル耐火構造物において、上述の凹部の内部表面に塗布される耐火塗料として発泡性耐火塗料を用いれば、火災による熱によって所定の温度に達したときに発泡性耐火塗料が発泡して膨張し、大きな厚さ寸法を有する断熱層を形成するので、耐火性能を高めることができる。
本発明のトンネル耐火構造物において、上記トンネル用セグメントの上記外表面に、上記耐火塗料以外の耐火材（例えば、モルタル）からなる耐火被覆層を形成させれば、火災の熱の影響を受け易い当該部分についても十分な耐火性能を確保することができる。
この場合、上記耐火被覆層を上記凹部の内部表面の所定の深さ地点まで形成させれば、上記外表面と上記凹部の内部表面の境界から、上記所定の深さ地点までに亘って、耐火被覆層と耐火塗料の塗布層との積層体が形成されるので、耐火性能を更に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明のトンネル耐火構造物及びその構成部材であるトンネル用セグメントについて説明する。
図１は、本発明で用いられるトンネル用セグメントの一例を示す正面図、図２は、図１に示すトンネル用セグメントをＡ−Ａ線で切断した状態を示す断面図、図３は、図１に示すトンネル用セグメントをＢ−Ｂ線で切断した状態を示す断面図、図４は、図１に示すトンネル用セグメントをＣ−Ｃ線で切断した状態を示す断面図、図５は、図１に示すトンネル用セグメントの背面図、図６は、図２に示すトンネル用セグメントに対して、耐火塗料の塗布層及びモルタルからなる耐火被覆層を形成させてなる本発明のトンネル耐火構造物の一例を示す断面図、図７は、本発明のトンネル耐火構造物を備えたトンネルの一例を鉛直方向に切断した状態を示す断面図である。
【００１０】
トンネル用セグメント１は、図１及び図２に示すように、トンネルの内周面に沿って取り付けたときにトンネル空間側の面となる一方の片面が、外表面２と、外表面２に対してトンネル空間側とは反対側に窪んだ凹部３の内部表面４とを有するように形成されている。なお、トンネル用セグメント１は、鉄鋼、鋳物、それらの複合物、ＲＣ（鉄筋補強コンクリート）等の材料で形成される。
このうち、外表面２は、図１〜図３に示すように、平板状のスキンプレート部６の片面であって、略矩形の帯状に形成された所定の曲率半径を有する滑らかな面として形成されている。
【００１１】
凹部３は、図１及び図４に示すように、帯状の外表面２の短手方向の両側の各々に形成された略矩形の帯状の領域内において、壁状のリブである複数の主桁部１０によって複数個に区画されて設けられている。また、凹部３は、図２に示すように、トンネルの軸と平行な方向にトンネル用セグメントを連結する際の固着具挿通孔（図示せず）を有する壁状の連結部５と、連結部５に対向し、スキンプレート部２に連なる中間壁部８と、トンネル外方側に位置する底壁部７と、連結部５と中間壁部８とを連絡する壁状の主桁部１０（図１参照）とによって形成されている。
なお、底壁部７は、図５に示すように帯状の滑らかな面を有するものとして形成されている。また、主桁部１０は、図１中、トンネル用セグメント１の上側の縁部を形成する連結部５と、下側の縁部を形成する連結部５の間に亘って連続した壁部として形成されており、トンネル用セグメント１の短手方向の長さと同じ長さを有する。
【００１２】
トンネル用セグメント１は、図３及び図７に示すように、所定の径を有する円を９等分した場合における分割された１つの円周部分に相当する断面形状を有しており、円周方向に９個連結していけば、図７に示す如き円環状の構築体となる。この場合、トンネル用セグメント１相互間の連結は、固着具挿通孔（図示せず）を有する壁状の継手部９（図３参照）同士を当接させ、固着具で固定することによって行われる。
本発明においては、図６に示すように、トンネル用セグメント１の外表面２に、耐火材からなる耐火被覆層１３を形成させる。耐火材は、後述の耐火塗料とは異なる種類のものであり、例えば、モルタル等の吹付け施工するものでもよいし、あるいは、石膏、ケイ酸カルシウム、セラミックス、ロックウール、繊維強化セメント板等の成形体（板材等）でもよい。
耐火被覆層１３の厚さは、好ましくは５〜１００ｍｍ、より好ましくは１０〜５０ｍｍである。該厚さが５ｍｍ未満では、十分な耐火性能が得られず、好ましくない。該厚さが１００ｍｍを超えると、コストの増大等を招き、好ましくない。
【００１３】
凹部３の内部表面４には、耐火塗料からなる塗布層１２を形成させる。
耐火塗料は、耐火性能を有するものであればよく、特に種類が限定されることはないが、通常、酢酸ビニル系樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン系樹脂等の合成樹脂に、リン系難燃剤、ハロゲン系難燃剤等の難燃剤を配合してなる組成物が用いられる。
本発明においては、耐火塗料として発泡性耐火塗料を用いることが好ましい。発泡性耐火塗料からなる塗布層１２は、火災の熱によって所定の温度（例えば、２００〜３００℃程度）に達すると発泡を開始して、例えば２０〜５０倍程度の体積に膨張し、断熱層を形成する。発泡性耐火塗料の耐火時間は、例えば４０〜１２０分間程度である。
発泡性耐火塗料は、例えばエマルジョンの形態で噴霧して塗布される。塗布層の厚さは、特に限定されないが、例えば、非乾燥状態で０．３〜５ｍｍ（乾燥状態で０．１〜３ｍｍ）である。
発泡性耐火塗料を塗布する前には、塗布面に脱脂処理やブラスト処理を施した後、エポキシ系塗料等の下塗り剤を塗布しておくことが望ましい。
【００１４】
発泡性耐火塗料は、特に種類が限定されないが、通常、塗膜形成性成分である合成樹脂と、難燃剤と、発泡剤とを含むものである。
ここで、塗膜形成性成分である合成樹脂としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の酢酸ビニル系樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂等が挙げられる。これらの合成樹脂は、水性エマルジョン等の形態で用いられる。
難燃剤としては、例えば、トリクレジルホスフェート、ジフェニルクレジルホスフェート、リン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、三塩化リン、五塩化リン等のリン系難燃剤等が挙げられる。
発泡剤としては、例えば、メラミン等のメラミン系化合物や、トリヒドラジノトリアジン等のトリアジン系化合物や、アゾジカルボンアミド等のアゾ化合物等が挙げられる。
【００１５】
発泡性耐火塗料の他の成分としては、例えば、炭素形成剤、充填材、溶剤等が挙げられる。
炭素形成剤は、発泡性耐火塗料が加熱により膨張してなる断熱層中に炭化層を形成するための成分である。炭化形成剤を配合すると、耐火性能を向上させることができる。炭素形成剤の例としては、例えば、モノペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、ポリペンタエリスリトール、トリエチレングリコール、トリメチロールプロパン等が挙げられる。
充填材としては、例えば、タルク、炭酸カルシウム、クレー、マイカ、二酸化チタン等が挙げられる。
溶剤としては、例えば、トルエン等の炭化水素系溶剤や、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤や、メタノール等のアルコール系溶剤等が挙げられる。
発泡性耐火塗料を構成する各成分の配合割合は、成分の種類によっても異なるが、例えば、塗膜形成性成分である合成樹脂の固形分１００質量部に対して、難燃剤２００〜６００質量部、発泡剤５０〜３５０質量部である。
発泡性耐火塗料は、「ＳＫタイカコート」（エスケー化研（株）製）、「ユニサーム」（株式会社古河テクノマテリアル製）、「三井クラッドＳＡ−１００」（三井金属塗料化学株式会社製）、「Ｓｐｒａｙ  Ｆｉｌｍ」（Ｃａｆｃｏ社製）等の商品名で市販されている。
【００１６】
本発明においては、耐火被覆層１３を、外表面２と凹部３の境界を超えて、凹部３の内部表面４の所定の深さ地点まで形成させることが好ましい。この場合、外表面２と凹部３の境界（縁部）から凹部３の内部表面の所定の深さ地点までに亘って、凹部３の内部表面の周面上に、耐火被覆層１３と耐火塗料の塗布層１２とが積層した部分が形成される。このように積層した部分を形成することによって、耐火性能を高めることができる。凹部３の内部表面４の深さ方向における積層した部分の長さは、特に限定されないが、好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上、特に好ましくは２０ｍｍ以上である。該長さの上限値は、特に限定されないが、施工性等の観点から、通常、１００ｍｍ以下である。
【００１７】
図７に示すように、トンネル用セグメント１をトンネルの内周面方向に連結した後、周囲の地盤との間の空間に裏込め材２１を注入し、次いで、モルタル等で耐火被覆層１３を形成し、さらに、耐火塗料を塗布して塗布層１２を形成することによって、トンネル耐火構造物１１が完成する。なお、耐火被覆層１３と塗布層１２の積層部分の上下関係は、いずれでもよいが、耐火塗料として発泡性のものを用いる場合には、耐火被覆層１３の上に塗布層１２を形成することが好ましい。なお、図７中の符号２２は、自動車が走行する路面を示す。
【実施例】
【００１８】
［実施例１］
（１）耐火性能試験
本発明のトンネル耐火構造物の耐火性能を次のようにして評価した。
まず、図８に平面図として示すように、本発明のトンネル耐火構造物の耐火性能を評価するための実験設備を用意した。図８中のＤ−Ｄ線で鉛直方向に切断した断面は、図９に示すとおりである。
図８中、所定の距離を隔てて配設された２つのコンクリート体３１，３１に挟まれるように、断面が略U字状の鋼板３２が取り付けられている。鋼板３２の面のうち、炉内温度制御用の熱電対３５に近い位置に形成された平坦部分である外表面には、耐火モルタルからなる耐火被覆層３４（厚さ：３０ｍｍ）が形成されている。熱電対から遠い凹部の内部表面には、発泡性耐火塗料からなる塗布層３３（厚さ：２ｍｍ）が形成されている。炉内の熱が外部に逃げないように、熱電対３５の周囲は炉壁３６で囲われている。
【００１９】
凹部の寸法は、深さ方向が３５０ｍｍ、幅方向が４００ｍｍ（コンクリート体３１相互間の距離）、高さ方向（図９中の上下方向）が３００ｍｍであった。熱電対３５と耐火被覆層３４の表面の間の距離は、１００ｍｍであった。
なお、本実施例において、耐火被覆層３４は、外表面の縁部から更に凹部の内部表面の３０ｍｍの深さにまで形成させた。つまり、耐火被覆層３４と塗布層３３との積層部分を３０ｍｍの長さで形成させるようにした。
以上のように構成された耐火試験炉３０において、まず、５分間で１，２００℃まで炉内を昇温した後、５５分間１，２００℃に保持し、次いで、１１０分間徐冷して常温に戻した。
この間における鋼板３２の表面温度の最高値を、鋼板３２の表面（モルタル３４及び発泡性耐火塗料３３が積層される側）に設けた熱電対を用いて測定した。なお、熱電対の数は、モルタル３４が積層された部分に２つ、発泡性耐火塗料３３が積層された部分に７つの合計９つとした。結果を表１に示す。
【００２０】
（２）施工性試験
５０ｍ２の施工対象面に対して、３人の作業者が、モルタルの被覆作業及び発泡性耐火塗料の塗布作業を含めて、トンネル耐火構造物を完成させるまでの作業時間を測定した。結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
2005036559.tif 000003
【００２２】
［実施例２］
耐火被覆層３４と塗布層３３との積層部分を１０ｍｍの長さで形成させた他は、実施例１と同様にして実験した。結果を表１に示す。
【００２３】
［実施例３］
耐火被覆層３４と塗布層３３との積層部分を形成させない他は、実施例１と同様にして実験した。結果を表１に示す。
【００２４】
［比較例１］
塗布層３３の代わりに、耐火被覆層３４と同一の材料及び厚さ寸法の耐火被覆層を形成させた他は、実施例１と同様にして実験した。結果を表１に示す。
表１から、凹部の内部表面に発泡性耐火塗料からなる塗布層３３を形成させた実施例１〜３では、凹部の内部表面に耐火モルタルを形成させた比較例１と比べて、作業時間が大幅に短縮されたことがわかる。
また、実施例１〜３では、トンネル用セグメントの本体を想定して配置した鋼材３２の表面の最高温度が、目的とする耐火性能（３５０℃以下）に適合していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明で用いられるトンネル用セグメントの一例を示す正面図である。
【図２】図１に示すトンネル用セグメントをＡ−Ａ線で切断した状態を示す断面図である。
【図３】図１に示すトンネル用セグメントをＢ−Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。
【図４】図１に示すトンネル用セグメントをＣ−Ｃ線で切断した状態を示す断面図である。
【図５】図１に示すトンネル用セグメントの背面図である。
【図６】図２に示すトンネル用セグメントに対して、耐火塗料の塗布層及びモルタルからなる耐火被覆層を形成させてなる本発明のトンネル耐火構造物の一例を示す断面図である。
【図７】本発明のトンネル耐火構造物を備えたトンネルの一例を鉛直方向に切断した状態を示す断面図である。
【図８】本発明のトンネル耐火構造物の耐火性能を評価するための実験設備を示す平面図である。
【図９】図８中のＤ−Ｄ線で鉛直方向に切断した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    トンネル用セグメント
２    外表面
３    凹部
４    凹部の内部表面
５    連結部
６    スキンプレート部
７    底壁部
８    中間壁部
９    継手部
１０    主桁部
１１    トンネル耐火構造物
１２    耐火塗料の塗布層
１３    耐火被覆層
２０    一次覆工体
２１    裏込め材
２２    路面
３０    耐火試験炉
３１    コンクリート体
３２    鋼板
３３    発泡性耐火塗料（耐火塗料の塗布層）
３４    モルタル（耐火被覆層）
３５    熱電対
３６    炉壁
【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】
2005036559.tif 000008
【図６】
2005036559.tif 000009
【図７】
2005036559.tif 000010
【図８】
2005036559.tif 000011
【図９】
2005036559.tif 000012