(57)【要約】【課題】  火災時の熱によるセグメント接合面間の隙間の変動にも追随でき、また、脱落するおそれもない防火部材により、火災発生時の火や熱を遮断し、シール材の機能を有効に保護することが可能なシールドトンネル用セグメントのシール構造を提供すること。【解決手段】  複数のセグメントのそれぞれの端面を互いに接合して構築されるシールドトンネル構造物のシール構造であって、前記セグメントの接合面に第一の凹溝を形成するとともに、該第一の凹溝より前記シールドトンネル構造物の内空側に第二の凹溝を形成し、前記第一の凹溝内に水膨張性ゴム製シール材を装着するとともに、前記第二の凹溝内に熱膨張性ゴム製断熱材を装着してなるシールドトンネルの耐火シール構造。【選択図】  図３
2005068747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセグメントのそれぞれの端面を互いに接合して構築されるシールドトンネル構造物のシール構造であって、前記セグメントの接合面に第一の凹溝を形成するとともに、該第一の凹溝より前記シールドトンネル構造物の内空側に第二の凹溝を形成し、前記第一の凹溝内に水膨張性ゴム製シール材を装着するとともに、前記第二の凹溝内に熱膨張性ゴム製断熱材を装着してなるシールドトンネルの耐火シール構造。
【請求項２】
上記の熱膨張性ゴム製断熱材が、セグメント接合時の該熱膨張性ゴム製断熱材の圧縮反力Ｐａと、上記の水膨張性ゴム製シール材の圧縮反力Ｐｂとの関係Ｐｂ×０．７≦Ｐａ≦Ｐｂ×１．４を満たすようなゴム弾性を有する請求項１に記載のシールドトンネルの耐火シール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次覆工コンクリート省略型のシールドトンネルにおいて、火災発生時の熱によりセグメント間に装着されている水膨張性ゴム製シール材が熱劣化によりシール効果を失い、地下水を遮断する効果を失うことを防止するため、内空側に熱膨張性ゴムを装着し、火災時の熱が水膨張性ゴム製シール材に影響を及ぼさないようにしたシールドトンネル用セグメントの止水構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法によりコンクリート製などのセグメントを組み立てて形成されるトンネルにおいては、トンネル内に地下水が浸入するのを遮断するために、隣接するセグメントの接合面間に、トンネル内面に沿った方向に水膨張性ゴム製シール材を介在させるシール構造が採られている。
【０００３】
一方、大深度地下開発における自動車専用道としてシールドトンネル工事が今後増加することが予想される。しかし、シールドトンネル工事は費用が嵩むため、二次覆工コンクリートを省略して掘削断面を小さくすることにより、搬出土量を抑え、また、掘削機械も小型化し、セグメントの外径を小さくするなどの省力化が必要である。このような二次覆工コンクリート省略型のシールドトンネルにおいては、万一火災が発生すると、セグメント間の地下水遮断用シール材が焼失したり熱による損傷を被り、トンネルのシール構造に重大な支障を来すことになる。
【０００４】
シールドトンネルにおいてセグメント接合面間に装着されている地下水遮断用シール材が上述のように火災発生時に火や熱により損傷を受けて、地下水を遮断する効果が失われることを防止するため、セグメント接合面間のセグメント内面側縁部に接近した位置に耐熱性の通気遮断材を介在させたもの（例えば、特許文献１参照。）やセグメント接合端部の目地開口部にペースト状無機質材料を充填したもの（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２２７５９４号公報（第２−４頁、図１、図２）
【特許文献２】特開２００１−２０７８００号公報（第２−３頁、図１）
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示されるセグメント内面側縁部に接近した位置に形成した凹溝に無機繊維からなる通気遮断材を嵌め込んだ場合は、火災時の熱によるセグメント接合面間の隙間の変動に通気遮断材が追随できず、また、特許文献２に示されるセグメント接合端部の目地開口部にペースト状無機質材料を充填した場合は、火災時の熱の影響で充填物が脱落するおそれもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、火災時の熱によるセグメント接合面間の隙間の変動にも追随でき、また、脱落するおそれもない防火部材により、火災発生時の火や熱を遮断し、シール材の機能を有効に保護することが可能なシールドトンネル用セグメントのシール構造を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、種々研究を重ねた結果、特定の防火材料を特定の方法で使用することにより、上記従来技術の欠点が解消されることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨は、複数のセグメントのそれぞれの端面を互いに接合して構築されるシールドトンネル構造物のシール構造であって、前記セグメントの接合面に第一の凹溝を形成するとともに、該第一の凹溝より前記シールドトンネル構造物の内空側に第二の凹溝を形成し、前記第一の凹溝内に水膨張性ゴム製シール材を装着するとともに、前記第二の凹溝内に熱膨張性ゴム製断熱材を装着してなるシールドトンネルの耐火シール構造に存する。
上記の熱膨張性ゴム製断熱材は、セグメント接合時の熱膨張性ゴム製断熱材の圧縮反力Ｐａと、上記の水膨張性ゴム製シール材の圧縮反力Ｐｂとの関係Ｐｂ×０．７≦Ｐａ≦Ｐｂ×１．４を満たすようなゴム弾性を有することが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
（１）トンネル内の火災による発熱で断熱材が膨張し、セグメントの接合面間における外方への熱の伝播を有効に遮断することができるので、断熱材より外方に位置するシール材が高熱で損傷を受けるのを防止し、火災によって被熱してもシール材としての機能を保持することができる。
（２）火災時の熱でセグメントの接合面間の隙間が増大しても、断熱材が熱で膨張するので、セグメントの隙間を断熱材が充填し、熱の伝播を有効に遮断することができる。
（３）断熱材がゴム弾性を有する材料からなるものであるので、それ自体遮水機能を有するばかりでなく、断熱材にシール材と同等のゴム弾性をもたせ、セグメント接合時の水膨張性ゴム製シール材の圧縮反力と熱膨張性ゴム製断熱材の圧縮反力を略同等とすることにより、応力偏在に起因するセグメントの損傷及び遮水効果の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を図面について説明する。
【００１１】
図１は、本発明において用いられるシールドセグメントの一例を示す斜視図であり、図２は、本発明において用いられるシールドセグメントを連結して組み立てたシールドトンネルの一部を示す斜視図であり、図３は、本発明に係るシールドトンネルの耐火シール構造の一例を示す断面図である。図中１はセグメント、１ａ，１ｂはセグメント間接合面、１１はシール材、１２は断熱材である。
【００１２】
図１に示されるセグメント１は、周囲の接合面のトンネル外周側にシール材１１が、トンネル内空側に断熱材１２が配置されており、複数のセグメント１が、図２に示されるとおり、先ずリング状に接合され、次いでこのリング状構造物を順次長手方向に接合してトンネルを形成する。
【００１３】
図３に示される本発明の耐火シール構造は、セグメント１の接合面１ａ，１ｂの互いに対向する位置に、トンネル内面に沿った方向にシール材装着用の第一の凹溝２１，２１を予めセグメント成形時に形成しておき、この各凹溝２１内にシール材１１を嵌合する。シール材１１としては、トンネル内で火災が発生してセグメントの接合面間に多少の隙間が生じても、地下水を吸収して膨張する性質を有する水膨張性ゴムからなるものが必要であり、かかる水膨張性ゴム製シール材は、クロロプレンゴムなどの合成ゴムや熱可塑性エラストマーに高吸水性樹脂や吸水性無機物を練り混んだものを帯状に成形して造られる。
【００１４】
セグメント１の接合面１ａ，１ｂには、上記第一の凹溝２１，２１と平行するトンネル内空側の互いに対向する位置に、断熱材装着用の第二の凹溝２２，２２を予め形成しておき、この各凹溝２２内に断熱材１２を嵌合する。断熱材１２としては、トンネル内で火災が発生したときにその熱で膨張する性質を有する熱膨張性ゴムからなるものが必要であり、かかる熱膨張性ゴム製断熱材は、通常、水膨張性ゴムに用いるのと同様のゴム弾性を有する物質に熱膨張性無機物を練り混んだものを帯状に成形して造られるが、このような熱膨張性ゴム層とガラス繊維布との複合体、あるいは、熱膨張性無機物を含有する層とゴム弾性を有する発泡表面層との複合体などの重層構造にすることもできる。
【００１５】
上記の熱膨張性無機物としては、加熱により膨張する従来公知の層状無機物、例えば、バーミキュライト、カオリン、マイカ、熱膨張性黒鉛が挙げられるが、これらの中でも、比較的低温で膨張を開始する熱膨張性黒鉛が好ましい。熱膨張性黒鉛は、グラファイト粉末を強酸化剤で処理して得られる層状構造のグラファイト層間結晶化合物である。
【００１６】
上記の熱膨張性無機物は、断熱材が十分な防火性能と強度を得るために、ゴムバインダー１００重量部に対して３０〜３００重量部配合される。
【００１７】
上記熱膨張性無機物の粒度は、十分な膨張度と分散性を得るために、２０〜２００メッシュ程度が好ましい。
【００１８】
上記断熱材のゴムバインダーには、熱膨張性無機物とともに、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウムなどの無機充填剤やリン化合物などの難燃剤を適宜配合することができる。
【００１９】
上記のようにして凹溝２１，２２内にそれぞれシール材１１と断熱材１２を装着したセグメント１，１を接合面１ａ，１ｂ間で接合させる。これによって、対向位置の第一の凹溝２１，２１内のシール材１１，１１、及び対向位置の第二の凹溝２２，２２内の断熱材１２，１２がそれぞれ弾性的に接触する。
【００２０】
上記断熱材は、上記シール材と同等のゴム弾性、すなわち、断熱材のセグメント接合時の圧縮反力Ｐａと、シール材の圧縮反力Ｐｂとの関係Ｐｂ×０．７≦Ｐａ≦Ｐｂ×１．４を満たすようなゴム弾性を有することが望ましい。断熱材がこのようなゴム弾性を有することにより、平時において、断熱材にも止水機能をもたせることができるばかりでなく、セグメント接合時にシール材と断熱材によりセグメント接合面が弾性的に均等な力で接触するので、セグメントの破損を有効に防止することができる。
【００２１】
上記のシール構造を有するトンネル内で火災が発生すると、高熱によって断熱材１２が膨張して断熱性を発現し、トンネル内から外方への熱伝導すなわち図３における図面下方から上方への熱の伝播を該断熱材１２の地点において有効に遮断するので、シール材１１が火災による高熱にさらされることなく、平時と同等な遮水機能を発揮することができる。
【００２２】
図３に例示した本発明の耐火シール構造は、対向する２つのセグメント１，１のそれぞれの接合面１ａ，１ｂにシール材装着用の第一の凹溝２１と断熱材装着用の第二の凹溝２２を設けているが、該第一の凹溝２１と該第二の凹溝２２をセグメント１の接合面１ａ，１ｂのいずれか一方にのみ形成し、この凹溝２１，２２内にシール材１１と断熱材１２を嵌合して、該耐火シール構造を形成することもできる。
【実施例１】
【００２３】
クロロプレンゴム１００重量部に対し、熱膨張性黒鉛（東ソー社製「フレームカットＧＲＥＰ−ＥＧ」）２０重量部、水酸化アルミニウム（昭和電工社製「ハイジライトＨ−３１」）３０重量部、活性亜鉛華５重量部、酸化マグネシウム４重量部、加硫促進剤１重量部、老化防止剤２重量部及びプロセスオイル２０重量部を配合し、混練ロールで混練した後、押出機により断面矩形に押出し、マイクロ波にて加硫して厚さ×幅が１０ｍｍ×２０ｍｍの帯状の熱膨張性ゴム製断熱材を得た。
【００２４】
また、別途クロロプレンゴム１００重量部に対し、高吸水性樹脂７０重量部、活性亜鉛華５重量部、酸化マグネシウム４重量部、ステアリン酸１重量部、加硫促進剤１重量部、老化防止剤２重量部、炭酸カルシウム２０重量部及びプロセスオイル２０重量部を配合し、混練ロールで混練した後、押出機により断面矩形に押出し、マイクロ波にて加硫して厚さ×幅が１０ｍｍ×２０ｍｍの帯状の水膨張性ゴム製シール材を得た。
【００２５】
得られた断熱材及びシール材の圧縮反力はそれぞれ１．４ＭＮ／ｍ2 及び１．２ＭＮ／ｍ2 であった。ここで圧縮反力は、相対する凹溝の深さを７ｍｍとし、各凹溝に断熱材又はシール材を設けた接合面間を３ｍｍまで圧縮したときの圧縮荷重を測定した。
【００２６】
断熱材の耐火性はＪＩＳ  Ａ  １３０４に準拠し、まず接合面に７ｍｍの深さの凹溝を有する３００ｍｍ厚のコンクリートブロックを１対作製し、接合面間を調節するためのアンカーボルト用孔を設けておく。各凹溝に対向するよう断熱材を設けた後、アンカーボルトを締め付けてブロック間を３ｍｍとし試験体を作製し、３０分間加熱した際の裏面温度を測定した。裏面温度は２００℃を超えることがなく、良好な耐火性を示した。次に得られた断熱材及びシール材をセグメントの接合面に適用した。セグメント１，１に形成される凹溝２１，２２の深さは７ｍｍとした。組み立て時においても、また１カ月放置後にもセグメントが損傷することはなく、１カ月放置後も０．８ＭＮ／ｍ2 以上の水圧に耐え、良好な止水性能を示した。
【実施例２】
【００２７】
次に、実施例１に記載の熱膨張性ゴム製断熱材の組成のうち、熱膨張性黒鉛を５０重量％とした他は同様にして熱膨張性ゴム製断熱材を得た。実施例１と同様に断熱材の圧縮反力を測定したところ、１．８ＭＮ／ｍ2 であった。また、実施例１と同様に断熱材の耐火性試験を実施したところ、裏面温度は２００℃を超えることがなく、良好な耐火性を示した。次に実施例１と同様に断熱材及び実施例１で得たシール材をセグメントの接合面に適用したところ、組み立て時においても、また１カ月放置後にもセグメントが損傷することはなく、１カ月放置後も０．６ＭＮ／ｍ2 以上の水圧に耐え、実施例１には若干劣るものの良好な止水性能を示した。
【００２８】
次に比較のため、実施例１に記載の熱膨張性ゴム製断熱材の組成のうち、熱膨張性黒鉛を配合せず、代わりに水酸化アルミニウムを５０重量％とした他は同様にして断熱材を得た。実施例１と同様に断熱材の圧縮反力を測定したところ、１．２ＭＮ／ｍ2 であった。また、実施例１と同様に断熱材の耐火性試験を実施したところ、裏面温度は４００℃を超え、耐火性は悪かった。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のシールドトンネルの耐火シール構造は、特に二次覆工コンクリート省略型のシールドトンネルにおけるセグメント接合面のシール構造として有用なものであり、例えば、鉄道用トンネル、自動車用トンネル、地下駐車場通路などに利用できる。また、上記以外のシールドトンネルにおけるセグメント接合部のシール構造として適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明において用いられるシールドセグメントの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明において用いられるシールドセグメントを連結して組み立てたシールドトンネルの一部を示す斜視図である。
【図３】本発明に係るシールドトンネルの耐火シール構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  セグメント
１ａ，１ｂ  セグメント間接合面
１１  シール材
１２  断熱材
２１  第一の凹溝
２２  第二の凹溝
【図１】
2005068747.tif 000003
【図２】
2005068747.tif 000004
【図３】
2005068747.tif 000005