(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの覆工コンクリート表面に含浸接着剤を用いて強化繊維シートを含浸接着することによりトンネルを補修する方法において、
前記含浸接着剤としてラジカル重合タイプの樹脂を使用し、前記ラジカル重合タイプの樹脂は、施工時に気温に応じて主剤に対する硬化剤及び／又は硬化促進剤の添加量を調整して、ガードナー式ゲル化時間が、０℃〜３０℃の範囲において、３０分以上、１２０分以内になるように調製し、
前記調製された樹脂を前記強化繊維シートに含浸させると共に、該強化繊維シートをトンネルの覆工コンクリート表面に貼り付ける、
ことを特徴とするトンネルの補修方法。
【請求項２】
前記ラジカル重合タイプの樹脂は、ＭＭＡ樹脂、ビニルエステル樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項１のトンネルの補修方法。
【請求項３】
前記ラジカル重合タイプの樹脂の硬化剤として、ベンゾイルパーオキサイド又はＭＥＫパーオキサイドを用い、硬化促進剤としてコバルト化合物或いはアミン類を用いることを特徴とする請求項１又は２のトンネルの補修方法。
【請求項４】
前記強化繊維シートは、支持体シート上に強化繊維を一方向に配列した一方向配列強化繊維シートであることを特徴とする請求項１、２又は３のトンネルの補修方法。
【請求項５】
前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維を含む無機繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維を含む有機繊維、又はチタン繊維、ステンレススチール繊維、鉄繊維を含む金属繊維を単独で、又は複数種を混合して使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のトンネルの補修方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの補修方法に関し、特に強化繊維を配列した強化繊維シートを用い、これにラジカル重合タイプの樹脂を含浸、硬化してトンネルを補修、補強（本明細書では単に「補修」という。）する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルは、地盤沈下や地震、水圧及び建設時に発生した空洞等の様々な要因による地圧の変動やコンクリート自体の劣化によって、覆工コンクリート部にクラック（ひび割れ）や剥落などが生じる。クラックが覆工コンクリートの外側まで達しているときには、土中からの漏水が発生する。
【０００３】
トンネルにこのようなクラックや剥落が生じた場合、トンネルを補修することが必要である。従来の補修法は、（１）覆工コンクリートの補修箇所の表面にモルタルを５〜１０ｃｍ厚程度に吹き付ける方法（内巻き法）、（２）覆工コンクリートの補修箇所の表面にコンクリートを３０ｃｍ厚程度打設する方法（場所打ちコンクリート法）等が知られている。
【０００４】
しかしながら、上記（１）の補修方法は、トンネルの表面性の改良になるものの、十分な補強効果が得にくいという欠点がある。又、上記（２）の補修方法は、補強効果は十分であるが、打設するコンクリートの厚さにより円空面積が減少する。又、大工事となり、費用がかさむと共に交通規制等による社会的影響が大きいといった欠点もある。
【０００５】
そこで、本発明者らは、トンネルに対し強化繊維を一方向に配列した強化繊維シートを用い、これに熱硬化性樹脂を含浸、硬化して繊維強化プラスチックとなすことにより、施工が簡単で且つ補強効果も十分なコンクリート表面の補修方法を提案した。熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂が使用された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、鉄道トンネルなどの補修は、列車の運行時間を避けて実施せざるを得ない。従って、補修のための工事時間は、終電が終了して始発電車が走り出すまでの短時間とならざるを得ない。
【０００７】
ところが、エポキシ樹脂を用いた強化繊維シートによる補修方法では、エポキシ樹脂の硬化速度が遅く、即ち、一般的には、エポキシ樹脂は常温での硬化に１日以上の時間を要し、特に、冬場において気温が５℃以下になると、硬化速度が極めて遅くなり、施工後列車が通るまでの間での増粘が不十分で、列車の風圧などにより含浸接着された強化繊維シートが剥落して列車の運行を妨げるといった事故に繋がる恐れがあった。そのために、強化繊維シート施工後、シートの一部を、例えばフラットバー等を用いて機械的に固定し、安全対策をとることが必要とされた。斯かる作業は、手間が掛かり、工事時間を長くするといった問題がある。
【０００８】
又、エポキシ樹脂は、上述のように、硬化時間が気温により変動し、又、硬化速度が遅いために、トンネルの垂直面、天井面の補修に際しては、含浸接着剤の粘度、チクソトロピー性を高く設定し、接着剤が硬化する前のダレ防止を行う必要がある。しかしながら、増粘すると、強化繊維中への接着剤の含浸が悪くなると共に接着剤含浸時に巻き込んだ空気が抜けなくなり、内部にボイドが残留することとなる。このように、エポキシ樹脂を使用する従来の強化繊維シートを使用した補修方法は、施工条件による制約が多いといった問題を有している。
【０００９】
従って、本発明の目的は、強化繊維シートの含浸接着剤としてラジカル重合タイプの樹脂を使用することにより、硬化速度が早く、施工後短時間で増粘され、風圧等に対する抵抗力が強く、含浸接着された強化繊維シートを機械的に固定するといった安全対策をとる必要もなく、工事時間を短縮し、作業効率を向上させることのできるトンネルの補修方法を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、強化繊維シートの含浸接着剤としてラジカル重合タイプの樹脂を使用することにより、気温に応じて硬化剤の添加量を変更して硬化時間を気温によらず一定にコントロールすることが可能であり、そのために、例えば−１５℃〜−２０℃といった低温条件下でも施工が可能であり、施工条件による制約が少なく、又、強化繊維シートは、薄膜でも厚膜／ポット内でも同一時間で硬化することができ、含浸接着施工後も剥落に対して短時間で抵抗力が発生するトンネルの補修方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係るトンネルの補修方法にて達成される。要約すれば本発明は、トンネルの覆工コンクリート表面に含浸接着剤を用いて強化繊維シートを含浸接着することによりトンネルを補修する方法において、前記含浸接着剤としてラジカル重合タイプの樹脂を使用し、前記ラジカル重合タイプの樹脂は、施工時に気温に応じて主剤に対する硬化剤及び／又は硬化促進剤の添加量を調整して、ガードナー式ゲル化時間が、０℃〜３０℃の範囲において、３０分以上、１２０分以内になるように調製し、前記調製された樹脂を前記強化繊維シートに含浸させると共に、該強化繊維シートをトンネルの覆工コンクリート表面に貼り付ける、ことを特徴とするトンネルの補修方法である。本発明の好ましい実施態様によると、前記ラジカル重合タイプの樹脂は、ＭＭＡ樹脂、ビニルエステル樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂であり、硬化剤として、ベンゾイルパーオキサイド又はＭＥＫパーオキサイドを用い、硬化促進剤としては、コバルト化合物或いはアミン類が用いられる。
【００１２】
本発明の一実施態様によると、前記強化繊維シートは、支持体シート上に強化繊維を一方向に配列した一方向配列強化繊維シートであり、前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維を含む無機繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維を含む有機繊維、又はチタン繊維、ステンレススチール繊維、鉄繊維を含む金属繊維を単独で、又は複数種を混合して使用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るトンネルの補修方法を図面に則して詳しく説明する。
【００１４】
図２に、本発明の補修方法で使用される強化繊維シート１の一実施例を示す。本実施例にて、強化繊維シート１は、支持体シート２上に接着剤層３を介して強化繊維４を一方向に配列して構成される。
【００１５】
支持体シート２は、スクリムクロス、ガラスクロス、離型紙、ナイロンフィルム等が使用される。支持体シート２の厚みは、可撓性を有し且つ強化繊維４を支持可能な観点から、１〜５００μｍ、好ましくは５〜１００μｍとされる。
【００１６】
接着剤層３を形成する接着剤は、原則として支持体シート２上に強化繊維４を少なくとも一時的に接着できるものならば何でもよいが、後述の含浸接着剤との相溶性の良い樹脂を使用することが好ましい。接着剤層３の厚みは、強化繊維４を一時的に接着できればよいことから、１〜５００μｍ、好ましくは１０〜３０μｍとされる。
【００１７】
強化繊維４は、支持体シート２上に一方向に配列することができる。即ち、強化繊維４は、そのフィラメントを多数本収束した繊維束又は軽度に撚りを掛けて収束した繊維束を接着剤層３上に一方向に並べて、上方から押し潰すことにより配置することができる。例えば、強化繊維４として炭素繊維を使用した場合には、直径５〜１５μｍのフィラメントを１２０００本程度収束した繊維束を、横方向の幅５ｍｍ程度になるように押し潰すことができる。
【００１８】
強化繊維４は、炭素繊維に限定されるものではなく、その他に、ガラス繊維、セラミックス繊維を含む無機繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維を含む有機繊維、又はチタン繊維、ステンレススチール繊維、鉄繊維を含む金属繊維を単独で、又は複数種を混合して使用することができる。
【００１９】
本発明のトンネルの補修方法によると、図１に示すように、上記強化繊維シート１を、トンネルの補修現場にて、覆工コンクリート１００の表面に含浸接着剤を用いて施工、即ち、含浸接着させる。施工方法については後で詳しく説明する。トンネルの覆工コンクリート１００への強化繊維シート１の貼り付け枚数は、必要とされる補強の程度に応じて適宜選択される。
【００２０】
強化繊維シート１の貼り付け方向は、図１に示すように、トンネルの覆工コンクリート１００にクラック１０１が生じているとき、そのクラック１０１と直角の矢印ａ方向に引張力が働いているので、強化繊維シート１はこれに抗するように、強化繊維４の配列方向を矢印ａ方向に略一致させて、クラック１０１を覆うように覆工コンクリート１００に貼り付ける。従って、図１に示すように、クラック１０１が覆工コンクリート１００にトンネルの長手方向に生じているときには、これと直角のトンネルの周方向に強化繊維４の配列方向を向けて、強化繊維シート１を覆工コンクリート１００に貼り付ける。一方、クラック１０１が覆工コンクリート１００にトンネルの周方向に生じているときには、これと直角のトンネルの長手方向に一致するようにして、強化繊維シート１を覆工コンクリート１００に貼り付ける。勿論、強化繊維４の配列方向をクラック１０１の方向と同方向にして、更に強化繊維シート１を貼り付けて補強を強化してもよいことはいうまでもない。
【００２１】
覆工コンクリート１００の天井の剥落に対しては、その剥落が発生する個所を覆うようにして強化繊維シート１を覆工コンクリート１００に貼り付ければよく、特に強化繊維４の配列方向を特定する必要はない。一般的には、強化繊維シート１同士の強化繊維４の配列方向が互に直角となるように、強化繊維シート１を貼り付けることが好ましい。
【００２２】
強化繊維４への含浸接着剤の含浸は、覆工コンクリート１００に強化繊維シート１を貼り付ける前又は貼り付けた後のいずれでもよい。貼り付け後に含浸接着剤を含浸する場合は、強化繊維シート１の支持体シート２として、前述したように、スクリムクロス、ガラスクロス等の樹脂浸透性のシートを用いればよい。
【００２３】
更に説明すると、本発明によれば、トンネルの補修は次のように行うことができる。
【００２４】
つまり、本発明の一態様によれば、覆工コンクリート１００の補修箇所の表面に含浸接着剤を例えば４００μｍ程度の厚みに塗布し、次いで強化繊維４の配列方向を考慮しながら強化繊維シート１を貼り付け、そして押付けることにより強化繊維４に含浸接着剤を含浸させる。この場合、先に貼り付けたシート１上に次のシート１を重ねて貼り付ける度に、先のシート１の支持体シート２上に更に含浸接着剤を塗布してもよい。次いでハンドローラ等で含浸接着剤の含浸操作を更に行なった後、その上に押えカバーを行ない、強化繊維シート１をそのまま放置して、強化繊維４に含浸した含浸接着剤を硬化すればよい。
【００２５】
本発明の他の態様によれば、補修現場でローラ、刷毛、吹き付け等の適宜な塗布手段により、強化繊維シート１上の強化繊維４に含浸接着剤を塗布して含浸させ、トンネルの覆工コンクリート１００の補修箇所の表面上に強化繊維シート１を強化繊維４を覆工コンクリート１００側にして、強化繊維４の配列方向を考慮しながら貼り付ける。その後は上記と同様にして、カバーを行ない、含浸接着剤を硬化する。
【００２６】
本発明の更に他の態様によれば、強化繊維シート１として支持体シート２が樹脂浸透性のものを使用する。先ず、覆工コンクリート１００の補修箇所の表面上にプライマーとして含浸接着剤と同タイプの樹脂を塗布し、その上から強化繊維シート１を強化繊維４の配列方向を考慮しながら貼り付け、その後最外層のシート１の支持体シート２上からローラ等により含浸接着剤を含浸させる。その後は上記と同様にして、カバーを行ない、含浸接着剤を硬化する。
【００２７】
以上では、いずれも、強化繊維シート１は、強化繊維４をトンネルの覆工コンクリート１００側として貼り付けたが、支持体シート２を覆工コンクリート１００側としてもよい。
【００２８】
本発明に従えば、強化繊維４に含浸する含浸接着剤としては、ラジカル重合タイプの樹脂を使用する。ラジカル重合タイプの樹脂としては、ＭＭＡモノマーを含む樹脂か、又は、スチレンモノマーを含む樹脂を使用することができる。このように、ＭＭＡモノマーを含むか、或いは、スチレンモノマーを含む樹脂を使用するラジカル重合タイプの樹脂は、硬化反応が早く、短時間で増粘が達成される。
【００２９】
更に、本発明に従えば、１種類の主剤に対する硬化剤及び／又は硬化促進剤の添加量を調整して、ガードナー式ゲル化時間が、０℃〜３０℃の範囲において、３０分以上、１２０分以内に調整可能なものを使用する。ガードナー式ゲル化時間測定法とは、平らな基板に２００〜３００μｍ程度の樹脂塗膜を形成し、先端の尖った針を時計回りにゆっくり塗膜上に滑らせて行く試験で、樹脂の硬化度合いによって針の跡が形成されることによってゲル化時間を測定する方法である。ここでは、跡が付き出した時点での時間をゲル化時間と規定する。
【００３０】
又、ラジカル重合タイプの樹脂の硬化剤としては、ベンゾイルパーオキサイド、又は、ＭＥＫパーオキサイドを用いることができ、硬化促進剤としては、３級アミン化合物などのアミン化合物、或いはナフテン酸コバルトなどのコバルト化合物等を使用することができる。
【００３１】
本発明の含浸接着剤は、このような硬化剤及び／又は硬化促進剤の添加量を調整することにより、上述のように、硬化時間を気温によらず一定にコントロールすることが可能である。
【００３２】
本発明にて使用されるラジカル重合タイプの樹脂を使用した含浸接着剤としては、例えば、東燃株式会社製のＦＲレジンＦＲ−Ｍ１Ｐ等を好適に使用することができる。
【００３３】
本発明に従って含浸接着剤としてラジカル重合タイプの樹脂を使用した場合と、従来のエポキシ樹脂を使用した場合とにおける強化繊維シート１のコンクリート１００表面に対する剥離（ピール）強度試験を行った。このピール強度試験は、図３に示すように、３０ｃｍ角のＪＩＳコンクリート平板１００に、幅５ｃｍ、長さ５０ｃｍの短冊状の強化繊維シート１を２５ｃｍの長さで接着し、強化繊維シート１の先端にバネ計りでピール荷重Ｐを加えることによって行った。この試験で用いた材料は次の通りであった。
【００３４】
強化繊維シート１は、スクリムクロスとされる支持体シート２の上に接着剤層３を介して、炭素繊維とされる強化繊維４を一方向に配列して作製した東燃株式会社製のトウシート（商品名「ＦＴＳ−Ｃ１−２０」）を使用した。
【００３５】
又、ラジカル重合タイプの樹脂とされる含浸接着剤としては、東燃株式会社製のＦＲ−Ｍ１Ｐ（ＭＭＡ樹脂）／ＦＲ−ＭＨ１（硬化剤）を使用した。ＦＲ−ＭＨ１（硬化剤）は、４ｐｈｒを添加した。これは、可使時間として約３０分を目安とした硬化剤の添加量である。又、比較例としてのエポキシ樹脂の含浸接着剤としては、東燃株式会社製のＦＲ−Ｅ３Ｐ（Ｗ）（エポキシ樹脂）を使用した。
【００３６】
上記材料を使用し、気温１６〜１７℃にて試験した。試験結果を表１及び図４に示す。
【００３７】
【表１】
0003947313.tif 000002
【００３８】
表１及び図４から理解されるように、本発明に従ったラジカル重合タイプの樹脂とされる含浸接着剤を使用した場合には、可使時間の３０分では殆どピール荷重がかかっていないが、１時間後には２．３〜２．５ｋｇｆのピール荷重となり、２時間後ではほぼ最終荷重の１０ｋｇｆ近くのピール荷重を示した。
【００３９】
一方、エポキシ樹脂を使用した場合は、６時間後でようやく有意な差が感知され、９時間後に４．１〜４．３ｋｇｆの荷重が計測された。
【００４０】
このように、本発明の補修方法によれば、従来のエポキシ樹脂を使用した場合に比べ、より大きなピール荷重をより短時間にて得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトンネルの補修方法は、トンネルの覆工コンクリート表面に含浸接着剤を用いて強化繊維シートを含浸接着することによりトンネルを補修する方法において、含浸接着剤としてラジカル重合タイプの樹脂を使用し、ラジカル重合タイプの樹脂は、施工時に気温に応じて主剤に対する硬化剤及び／又は硬化促進剤の添加量を調整して、ガードナー式ゲル化時間が、０℃〜３０℃の範囲において、３０分以上、１２０分以内になるように調製し、調製された樹脂を強化繊維シートに含浸させると共に、該強化繊維シートをトンネルの覆工コンクリート表面に貼り付ける構成とされるので、
（１）硬化速度が早く、施工後短時間で増粘され、風圧等に対する抵抗力が強く、含浸接着された強化繊維シートを機械的に固定するといった安全対策をとる必要もなく、工事時間を短縮し、作業効率を向上させることができる。
（２）気温に応じて硬化剤の添加量を容易に変更することができ、従って、硬化時間を気温によらず一定にコントロールすることが可能であり、そのために、例えば−１５℃〜−２０℃といった低温条件下でも施工が可能であり、施工条件による制約が少なく、又、強化繊維シートは、薄膜でも厚膜／ポット内でも同一時間で硬化することができ、含浸接着施工後も剥落に対して短時間で抵抗力が発生する。
といった効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトンネルの補修方法を説明するためのトンネルの一部を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るンネルの補修方法にて使用する強化繊維シートの一実施例を示す概略構成断面図である。
【図３】本発明に係るトンネルの補修方法による効果を調べるためのピール強度試験方法を説明するための概略構成図である。
【図４】ピール強度試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１                    強化繊維シート
２                    支持体シート
３                    接着剤層
４                    強化繊維
１００                覆工コンクリート
１０１                クラック
【図１】
0003947313.tif 000003
【図２】
0003947313.tif 000004
【図３】
0003947313.tif 000005
【図４】
0003947313.tif 000006