(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削面に一次吹付セメントコンクリートを施工後、該一次吹付セメントコンクリート表面に常温加硫型ゴム系エマルジョンを吹付け、常温加硫型ゴム皮膜を形成し、その表面に二次覆工セメントコンクリートを打設してなることを特徴とするトンネル防水工法。
【請求項２】
トンネル掘削面を一次吹付セメントコンクリートにより不陸にした後に、該一次吹付セメントコンクリート表面に常温加硫型エマルジョンを吹付け、常温加硫型ゴム皮膜を形成し、その表面に二次覆工セメントコンクリートを打設してなることを特徴とするトンネル防水工法。
【請求項３】
トンネル掘削面に一次吹付セメントコンクリートを施工後、該一次吹付セメントコンクリート表面に緩衝・導水層を設け、該緩衝・導水層表面に常温加硫型ゴム系エマルジョンを吹付け、常温加硫型ゴム皮膜を形成し、その表面に二次覆工セメントコンクリートを打設してなることを特徴とするトンネル防水工法。
【請求項４】
トンネル掘削面を一次吹付セメントコンクリートにより不陸にした後に、該一次吹付セメントコンクリート表面に緩衝・導水層を設け、該緩衝・導水層表面に常温加硫型ゴム系エマルジョンを吹付け、常温加硫型ゴム皮膜を形成し、その表面に二次覆工セメントコンクリートを打設してなることを特徴とするトンネル防水工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトンネルの防水工法に関する。
なお、本発明ではペースト、モルタル、及びコンクリートを総称してセメントコンクリートという。
【０００２】
【従来の技術】
我が国のトンネル施工工法は現在ＮＡＴＭ工法が主流になっている。ＮＡＴＭ工法はトンネル掘削直後に吹付モルタルや吹付コンクリートにより一次覆工を施し、掘削部分の岩石等の落下、漏水を止めた後に、二次覆工セメントコンクリートを打設し、トンネルの強度を持たせることによりトンネルを安定化させる方法である。この時にトンネル内への漏水を防止し、地山の動きや二次覆工セメントコンクリートの地山への拘束等によるひび割れを防止できるよう、一次覆工コンクリートと二次覆工セメントコンクリートとの間の防水、絶縁（アイソレーション）を目的に、防水シートを配置することが行なわれている。又、最近トンネルボーリングマシンによるトンネルの掘削も行なわれているが（ＴＢＭ工法）、同様の目的で防水シートが配置されている。
【０００３】
この防水シートの取り付けは人の手により一次覆工コンクリート表面に取り付けていくものであるが、特にトンネル天井部では架台上での作業となり、危険が伴い、作業の動きも限定されるという課題があった。更に施工面は凹凸を有する掘削面であり、一次覆工後と言えども施工が難しいという課題があった。又、防水シートの巾は１〜２ｍと狭いので防水シートを複数枚用いて重ね合わせる必要がある。この防水シートの端部同士を重ね合わせて熔着接続するときには大きな労力を有し、手間が掛かり、不経済であるという課題があった。
【０００４】
又、性能的にも熔着部分の不良、掘削面の凹凸部分によるシートの破損等により、防水シートと二次覆工セメントコンクリートとの間に水が浸入し、防水性が得られないという課題があった。
【０００５】
これらの課題を解決するために、特開昭６１−１９６８３号公報や特開平３−１３７１８２号公報には、重合性のモノマー水溶液を防水を必要とする部分に吹付けて重合させ、皮膜を形成させることにより防水を行う方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、湿潤面への接着性が悪い、吹付後垂れ等により皮膜が不均一になる、吹付が噴霧状になり作業環境が悪化する、価格が高く不経済であるという課題があった。
【０００７】
本発明者は、前記の課題を種々検討した結果、常温加硫型ゴム系エマルジョンを吹付により塗布し、継ぎ目の無い、良好な物性を有する防水性を有する皮膜を形成することにより、経済性に優れ、吹付時の垂れや霧状態の発生がなく、ウレタン系等に比較して有機揮発分が少なく、臭気がなく、トンネル内での作業性や防水性に優れ、二次覆工セメントコンクリート内にひび割れが発生しないという、トンネル防水工法を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、トンネル掘削面に一次吹付セメントコンクリートを施工後、該一次吹付セメントコンクリート表面に常温加硫型ゴム系エマルジョンを吹付け、常温加硫型ゴム皮膜を形成し、その表面に二次覆工セメントコンクリートを打設してなることを特徴とするトンネル防水工法であり、トンネル掘削面を一次吹付セメントコンクリートにより不陸調整した後に、該一次吹付セメントコンクリート表面に常温加硫型ゴム系エマルジョンを吹付け、常温加硫型ゴム皮膜を形成し、その表面に二次覆工セメントコンクリートを打設してなることを特徴とするトンネル防水工法であり、トンネル掘削面に一次吹付セメントコンクリートを施工後、該一次吹付セメントコンクリート表面に緩衝・導水層を設け、該緩衝・導水層表面に常温加硫型ゴム系エマルジョンを吹付け、常温加硫型ゴム皮膜を形成し、その表面に二次覆工セメントコンクリートを打設してなることを特徴とするトンネル防水工法であり、トンネル掘削面を一次吹付セメントコンクリートにより不陸調整した後に、該一次吹付セメントコンクリート表面に緩衝・導水層を設け、該緩衝・導水層表面に常温加硫型ゴム系エマルジョンを吹付け、常温加硫型ゴム皮膜を形成し、その表面に二次覆工セメントコンクリートを打設してなることを特徴とするトンネル防水工法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明は、掘削したトンネル面に好ましくは急硬性の、一次吹付セメントコンクリートを吹付けた後に、常温加硫型ゴム系エマルジョンを吹付け、常温で加硫反応を行わせることにより、継ぎ目がなく、物性の良好な皮膜を形成する工法である。常温加硫型ゴム系エマルジョンとしては、一次吹付セメントコンクリートに付着しやすく、作業性が良好な点で、ゴムエマルジョン含有物（以後Ａ剤という）と加硫剤を分散させた油展オイル（以後Ｂ剤という）からなるものが好ましく、Ａ剤とＢ剤をノズル先端で混合しながら吹付けることが好ましい。
【００１１】
Ａ剤に使用されるゴムエマルジョンはスチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、及びイソプレンゴム等の合成ゴム、並びに天然ゴム等が使用される。又、これらのゴムをブレンドして使用してもよい。これらの中では、加硫物性や経済性の点で、スチレンブタジエンゴムが好ましく、難燃性向上の点で、クロロプレンゴムが好ましい。
【００１２】
ゴムエマルジョンの固形分は、良好な皮膜の性能が得られる点で、Ａ剤とＢ剤をブレンドした後の総固形分１００質量部中１５〜４０質量部が好ましく、２０〜３０質量部がより好ましい。
【００１３】
又、Ａ剤にはゴムエマルジョンの安定性の点で、ｐＨ調節剤としてＫＯＨやＮａＯＨ等の強アルカリをゴム固形分１００質量部に対して通常１．５質量部、最高で２．５質量部使用すると良い。
【００１４】
Ｂ剤に使用される油展オイルとしては、粘度調節が容易で、加硫後のゴム物性を調節しやすい点で、アロマオイルとパラフィンオイルを混合したものが好ましい。パラフィンオイルはＡ剤とブレンドされた時の粘度を調節する為に、ゴム固形分１００質量部に対して５０質量部以下の比率で使用されるものである。又、難燃性向上のために塩素化パラフィンも使用できる。さらに、Ｂ剤にはアスファルト等も使用できるが、比率はゴム固形分１００質量部に対して３０質量部以下が望ましい。
【００１５】
Ｂ剤に使用される油展オイルに分散される加硫剤としては、イオウ系加硫剤が好ましく、イオウがより好ましい。加硫剤の使用量は、ゴム固形分１００質量部に対して０．５〜２０質量部が好ましい。
【００１６】
さらに、Ｂ剤中には加硫促進剤を併用する。加硫促進剤としては、亜鉛イソプロピルキサンテート、亜鉛ジブチルジチオカーバメートジブチルアミン複合体及び酸化亜鉛等が挙げられる。加硫促進剤の使用量は、亜鉛イソプロピルキサンテートを使用する場合はゴム固形分１００質量部に対して０．１〜５．０質量部が好ましく、亜鉛ジブチルジチオカーバメートジブチルアミン錯体を使用する場合はゴム固形分１００質量部に対して０．１〜５．０質量部が好ましく、酸化亜鉛を使用する場合はゴム固形分１００質量部に対して０．５〜２０．０質量部が好ましい。
【００１７】
又、Ｂ剤には、ヒュームドシリカ、高分子繊維、粉砕ゴム等の添加物を全体固形分１００質量部に対して０．５〜２５質量部使用しても良い。
【００１８】
さらに、Ｂ剤には各種の無機物（酸化カルシウム等の金属酸化物、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、及び硫酸カルシウムセメント等）や各種着色剤等も使用できる。
【００１９】
トンネル防水工法としては、ＮＡＴＭ工法やＴＢＭ工法等により掘削したトンネルに、一次吹付セメントコンクリートを吹付けた後に、又は、一次吹付セメントコンクリート表面に緩衝・導水層を設けた後に、常温加硫型ゴム系エマルジョンを吹付け、常温で加硫硬化させることにより皮膜を成形させる方法が挙げられる。
【００２０】
さらに、トンネル掘削面に一次吹付セメントコンクリートを吹付けて掘削面の凹凸を不陸調整するか（経済性の点で、急硬性吹付セメントコンクリートを通常通り吹付けた後、更に一般の吹付セメントコンクリートを吹付けて不陸調整してもよい）、又は、トンネル掘削面に一次吹付セメントコンクリートを吹付けた後、その一次吹付セメントコンクリート表面に緩衝・導水層を施工するかして、さらに常温加硫型ゴム系エマルジョンを吹付けることは、アイソレーション効果を更に向上させ、二次覆工セメントコンクリートにひび割れを生じにくくする点で、好ましい。又、これらを組み合わせると更に良好な結果が得られる。
【００２１】
特に、緩衝・導水層の設置は、一次吹付セメントコンクリートから若干の漏水があっても、常温加硫型ゴム系エマルジョンを吹付けると皮膜を形成できるメリットも生じる。
【００２２】
緩衝・導水層としては、湿潤化したパルプ等の繊維状物質を吹付けて形成した層、ポリエステル長繊維やポリプロピレン等の不織布、及び凹凸状の板を固定した層等が挙げられる。
【００２３】
不織布や凹凸状の板を一次吹付セメントコンクリート表面に固定する方法としては特に限定しないが、接着剤や鋲を用いてもよい。
【００２４】
本発明の防水工法に使用される吹付機械は、Ａ剤とＢ剤を別々のポンプにより比率を調整して圧送し、ノズル部分又はノズル手前で混合後、通常空気圧で吹付けるタイプが使用されるが、エアレス吹付機等を使用してもよく、エアー式塗布機を使用してもよい。
【００２５】
常温硬化ゴムエマルジョンは通常１〜３ｍｍ程度の厚さになるように吹付けて（更に厚く吹付けてもよい）、塗布することにより、継ぎ目の無い、良好な物性を有する皮膜が常温で形成される。
【００２６】
このようにして皮膜が形成された後、さらに二次覆工セメントコンクリートを打設し、工事を完了させる。
【００２７】
【実施例】
以下、実験例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００２８】
実施例１
間口４ｍ、高さ３．５ｍ、奥行き３ｍのＵ字型の模擬トンネルを作成した。模擬トンネルには、トンネル地山面の凹凸を仮定して、巾１５ｃｍ、高さ２０ｃｍ、長さ２０ｃｍのコンクリート性ブロックを適当な間隔にて１５個取り付け、凹凸面を形成した。
一次吹付モルタルとして急硬性モルタルを吹き付け、凹凸面の不陸調整を行った。
吹付直後に、スチレンブタジエンゴムを主成分とするＡ剤と、酸化カルシウム、イオウ、アロマオイル、パラフィンオイル、酸化亜鉛、粘土、及び炭酸カルシュームを含有するＢ剤とからなる、二剤タイプの常温硬化型ゴム系エマルジョン（グレース・コンストラクション・プロダクト（米国）製、商品名「プロコール７５(Procor７５)」）を、エアー式吹付機によりノズル部分でＡ剤とＢ剤を混合させた後に厚さ２ｍｍになるように、モルタル表面に吹付けて塗布し、皮膜を形成させた。吹付１日後に二次覆工コンクリートを厚さ３０ｃｍになるように打設した。
【００２９】
その結果、以下のことが認められた。
▲１▼吹付作業による皮膜の施工性は良好であり、２名の作業者で１００ｍ2／時間以上の皮膜を施工できた。
▲２▼吹付時に霧状の発生がなく、天盤面等からの垂れがなく、臭気もなく、均一な厚みの吹付ができた。
▲３▼ひび割れやピンホール等の無い、均一で良好な皮膜が得られた。又、皮膜の厚さは塗布直後と硬化後で差が見られなかった。
▲４▼二次覆工セメントコンクリートの型枠除去後、３ヶ月後にひび割れの発生を目視でチェックした結果、ひび割れは認められなかった。
▲５▼吹付塗布により形成された皮膜の性能は以下の通りであり、良好な常温加硫ゴム皮膜が得られた。
皮膜強度：０．８２Ｎ／ｍｍ2（常温）、１．１Ｎ／ｍｍ2（−３０℃）
伸び：７００％（常温）、８００％以上（−３０℃）
１００％伸ばした後の回復率：９５％
引き裂き強度：４．５５Ｎ／ｍｍ2
耐静水圧：３０ｍ
【００３０】
なお、各物性の試験方法は以下の通り。
皮膜強度、伸び、及び回復率：ＡＳＴＭ Ｄ ４１２−９２に準ずる。
引き裂き強度：ＡＳＴＭ Ｄ ６４２−８６に準ずる。
耐静水圧：ＡＳＴＭ Ｄ ５３８５−９３に準ずる（コンクリート表面に常温硬化型ゴム系エマルジョンを吹付けたものにつき測定）。
【００３１】
実施例２
間口４ｍ、高さ３．５ｍ、奥行き３ｍのＵ字型の模擬トンネルを作成した。模擬トンネルには、トンネル地山面の凹凸を仮定して、巾１５ｃｍ、高さ２０ｃｍ、長さ２０ｃｍのコンクリート性ブロックを適当な間隔にて１５個取り付け、凹凸面を形成した。
一次吹付モルタルとして急硬性モルタルを吹き付けて、凹凸面の不陸調整を行った。
吹付直後に、一次吹付モルタル表面に、ポリエステル繊維製の不織布を打鋲固定した。
不織布表面に、二剤タイプの常温硬化型ゴム系エマルジョン（グレース・コンストラクション・プロダクト（米国）製、商品名「プロコール７５(Procor７５)」）を、エアー式吹付機によりノズル部分でＡ剤とＢ剤を混合させた後に厚さ２ｍｍになるように、モルタル表面に吹付けて塗布し、皮膜を形成させた。吹付１日後に二次覆工コンクリートを厚さ３０ｃｍになるように打設した。
【００３２】
その結果、以下のことが認められた。
▲１▼吹付作業による皮膜の施工性は良好であり、２名の作業者で１００ｍ2／時間以上の皮膜を施工できた。
▲２▼吹付時に霧状の発生や天盤面等の垂れがなく、臭気もなく、均一な厚みの吹付ができた。
▲３▼ひび割れやピンホール等の無い、均一で良好な皮膜が得られた。又、皮膜の厚さは塗布直後と硬化後で差が見られなかった。
▲４▼二次覆工コンクリートの型枠除去後、３ヶ月後にひび割れの発生を目視でチェックした結果、ひび割れは認められなかった。
【００３３】
実施例３
間口４ｍ、高さ３．５ｍ、奥行き３ｍのＵ字型の模擬トンネルを作成した。模擬トンネルには、トンネル地山面の凹凸を仮定して、巾１５ｃｍ、高さ２０ｃｍ、長さ２０ｃｍのコンクリート性ブロックを適当な間隔にて１５個取り付け、凹凸面を形成した。
一次吹付モルタルとして市販品の急硬性モルタルを、凹凸面を不陸調整することなく吹付け、吹付直後に、二剤タイプの常温硬化型ゴム系エマルジョン（グレース・コンストラクション・プロダクト（米国）製、商品名「プロコール７５(Procor７５)」）を、エアー式吹付機によりノズル部分でＡ剤とＢ剤を混合させた後に厚さ２ｍｍになるように、モルタル表面に吹付けて塗布し、皮膜を形成させた。吹付１日後に二次覆工コンクリートを厚さ３０ｃｍになるように打設した。
【００３４】
その結果、以下のことが認められた。
▲１▼吹付作業による皮膜の施工性は良好であり、２名の作業者で１００ｍ2／時間以上の皮膜を施工できた。
▲２▼二次覆工コンクリートの型枠除去後、３ヶ月後にひび割れの発生を目視でチェックした結果、ひび割れが二次覆工コンクリート表面に１本発生していたが、その部分のコアを取ってチェックしたところ、皮膜に異常はなく、漏水は見られなかった。
【００３５】
比較例１
二剤タイプの常温硬化型ゴム系エマルジョン（グレース・コンストラクション・プロダクト（米国）製、商品名「プロコール７５(Procor７５)」）のかわりに、（メタ）アクリル酸塩水溶液とレドックス触媒系からなる混合物を使用したこと以外は、実施例３と同様に行った。
【００３６】
その結果、以下のことが認められた。
▲１▼吹付により著しい霧状になり、作業環境が悪かった。又、吹付面に氷柱状の垂れが発生し、施工性が不良であった。
▲２▼二次覆工コンクリートの型枠除去後、３ヶ月後にひび割れの発生を目視でチェックした結果、ひび割れが二次覆工コンクリート表面に２本発生していた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の常温加硫型ゴム系エマルジョンを用いたトンネル防水工法により、以下の効果を有する。
（１）常温加硫型ゴム系エマルジョンは毒性がなく、常温加硫型ゴム系エマルジョン中の水分が分離しないので作業場所が水浸しにならず、吹付時に常温加硫型ゴム系エマルジョンが霧状にならず、気化しない。そのため、作業性を大幅に改善でき、作業時の安全性や環境を向上できる。
（２）常温で加硫させることにより、良好な物性を有する、継ぎ目の無い皮膜を形成できる。
（３）優れた防水性を有する皮膜を安定して施工できる。
（４）有機溶剤を使用しないので作業中に火災や中毒に遭うおそれが少なく、火災時に有毒ガスを発生しない。
（５）本発明のトンネル防水工法は施工性が良好で、かつ、小人数で広い面積を施工出来るので、全体としてコストダウンが図れる。
（６）さらに、▲１▼一次吹付セメントコンクリート表面を不陸調整する、▲２▼緩衝材・導水層を設ける、▲３▼▲１▼と▲２▼の両方の処理をすることにより、二次覆工セメントコンクリートのひび割れを更に減少できる。