(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状物から成る少なくとも一つの補強層が、（メタ）アクリル酸エステルにラジカル重合触媒を添加した常温ラジカル反応性樹脂であって、粘度０．３〜３００ポイズでチキソトロピー性を有する前記樹脂液の硬化物により、トンネル壁面上に接着被覆されていることを特徴とするトンネル補強壁面。
【請求項２】
シート状物がアラミド繊維から成ることを特徴とする請求項１に記載のトンネル補強壁面。
【請求項３】
シート状物が炭素繊維から成ることを特徴とする請求項１に記載のトンネル補強壁面。
【請求項４】
シート状物がポリフェニレンサルファイド樹脂から成ることを特徴とする請求項１に記載のトンネル補強壁面。
【請求項５】
シート状物がポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ酢酸ビニール樹脂、ポリ水酸化ビニール樹脂から選ばれた樹脂から成ることを特徴とする請求項１に記載のトンネル補強壁面。
【請求項６】
シート状物が天然繊維および／またはセルロース繊維から成ることを特徴とする請求項１に記載のトンネル補強壁面。
【請求項７】
シート状物が金属および／またはガラスから成ることを特徴とする請求項１に記載のトンネル補強壁面。
【請求項８】
シート状物が木材パルプ、合成パルプ、合成繊維、天然繊維、金属繊維および炭素繊維から選ばれた繊維から成ることを特徴とする請求項１に記載のトンネル補強壁面。
【請求項９】
シート状物の引張強度が５０ｋｇ／ｃｍより高いことを特徴とする請求項１に記載のトンネル補強壁面。
【請求項１０】
シート状物がアラミド樹脂からなり、該シート状物の単位面積当たりの重量が５０〜１０００ｇ／ｍ2 であることを特徴とする請求項１に記載のトンネル補強壁面。
【請求項１１】
トンネルが道路、水道、ロックシェッドまたは軌道用のトンネルであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のトンネル補強壁面。
【請求項１２】
（メタ）アクリル酸エステルにラジカル重合触媒を添加した常温ラジカル反応性樹脂であって、粘度０．３〜３００ポイズでチキソトロピー性を有する前記樹脂液を用いて、トンネル壁面上に、シート状物から選ばれた少なくとも一つの補強層を接着または一体化複合することにより、少なくとも一層以上の前記補強層を複合被覆することを特徴とするトンネル補強壁面の施工方法。
【請求項１３】
壁面内の湧水部を止水および／または導水処理したのち、（メタ）アクリル酸エステルにラジカル重合触媒を添加した常温ラジカル反応性樹脂であって、粘度０．３〜３００ポイズでチキソトロピー性を有する前記樹脂液を用いて、トンネル壁面上に、シート状物から選ばれた少なくとも一つの補強層を接着または一体化複合することにより、少なくとも一層以上の前記補強層を複合被覆することを特徴とするトンネル補強壁面の施工方法。
【請求項１４】
補強層が少なくとも一方向性または交差する角度のアラミド繊維または樹脂から成る織物、編織物、不織布、網状物、紙状物、フィルムまたはシート状物から選ばれたものであることを特徴とする請求項１２または１３に記載のトンネル補強壁面の施工方法。
【請求項１５】
排水用溝の上部に導水道を確保しつつ密封するための硬化性材料として、水吸収性および／または反応性止水剤と、（メタ）アクリル酸エステルにラジカル重合触媒を添加した常温ラジカル反応性樹脂であって、粘度０．３〜３００ポイズでチキソトロピー性を有する前記樹脂液の樹脂モルタルとを使用することを特徴とする請求項１３に記載のトンネル補強壁面の施工方法。
【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強壁面およびその補強方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種道路、上下水や海水、河川などの水道および列車の軌道などには地形の状況によりトンネルが敷設されている。長年月の使用や種々の原因により老朽化や不具合が発生し、現実に内壁面の剥離などが起こり、事故の発生が懸念されている。地震、地滑り、落盤など地変による構造的な変動は土木的に大掛りな補強が必要になる。トンネル内壁材料の老朽化や不具合による内壁表面近傍の亀裂、剥落物などに対しては、補強板の取付け、注入材、接着剤の使用、繊維シートなどと樹脂との複合材による補強が行われる。壁面からの剥落は各場所で頻繁に起こることがあるので、補修は事故の発生を未然に防止する観点から、迅速かつ簡便であることが重要である。
【０００３】
従来よりスルホニルアジド処理したアラミド繊維によってセメントを補強したり（特開昭６１−５８８４８号公報）、複合ポリマーエマルジョンに酸化物系成分を混合し、これに補強繊維を混入したライニング剤でコンクリート構造体を補強したり（特公平６−９９１９４号公報）、コンクリート構造物にプライマーを塗布し、熱硬化性樹脂と有機繊維補強材からなるＦＲＰ層で補強する方法（特開平６−３０６３０６号公報）が知られている。
【０００４】
樹脂とシートとの複合による補強は簡便な方法として、樹脂は主としてエポキシ樹脂が使用される。エポキシ樹脂はコンクリートなどトンネル内壁材料との接着性、機械的強度特性などに優れているが次のような問題がある。施工時には、（１）硬化時間が長く、短時間内（例えば、工程終了後１〜３時間内）に使用に供することができない。
【０００６】
（２）５℃以下の低温では硬化が極めて遅く、物性発現が不十分になる。
【０００７】
（３）硬化時、湧水があれば硬化不良を起こしやすい。
【０００８】
（４）作業時、樹脂が発生する臭気により、作業者がかぶれなど衛生上の問題を起こすことがある。
【０００９】
物性面では、（１）機械的強度が１週間〜数か月間変化（高まる傾向）し、収縮、ひび割れ、剥がれなどが生ずることがある。
【００１０】
（２）補修が必要となった場合、旧エポキシ樹脂上に新たなエポキシ樹脂を塗布しようとしても、一般にエポキシ硬化物同士の接着が弱いので補修が簡単ではない。
【００１１】
（３）樹脂は耐紫外線性に劣る。
【００１２】
硬化速度、低温硬化性、さらには補修における問題は、エポキシ樹脂などの付加重合性樹脂に一般に見られる。これらの問題を解決するためには、常温下に反応硬化するラジカル反応性樹脂を用いるのがよい。
【００１３】
しかし、常温硬化型のラジカル反応性樹脂と言えども本発明で対象とするトンネル補強壁面の場合および複合する樹脂成型物が繊維の織物、編織物、不織布などのようなシート状物の場合に適用するにはなお問題がある。それは樹脂施工時に塗布面が単純な水平面ではない斜面上に塗布されることによる塗布樹脂の流動およびそれにともなう空気の関与とに起因する樹脂硬化阻害の問題である。
【００１４】
ラジカル反応性樹脂とは、ラジカル重合性の二重結合を有する単量体またはその混合物であり、フリーラジカルを発生する触媒（または硬化剤）により硬化するものである。フリーラジカルは空気中の酸素により重合活性を失うが、土木建設材料として使用される樹脂には、あらかじめ塗膜表面にワックスのような酸素に対する遮断膜を形成するものが溶解分散されている。塗布面が単純な平面の時には問題ないが、単純な平面ではない斜面の場合には塗液の流動により遮断膜の形成が阻害され、硬化不良となりやすい。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題があるためエポキシ樹脂はトンネル壁面補修材料として必ずしも十分なものとは言えないため、本発明は、これらの問題点を解決することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
シート状物から成る少なくとも一つの補強層が、（メタ）アクリル酸エステルにラジカル重合触媒を添加した常温ラジカル反応性樹脂であって、粘度０．３〜３００ポイズでチキソトロピー性を有する前記樹脂液の硬化物により、トンネル壁面上に接着被覆されていることを特徴とするトンネル補強壁面である。
【００１７】
前記樹脂液を用いて、トンネル壁面上に、シート状物から選ばれた少なくとも一つの補強層を接着または一体化複合することにより、少なくとも一層以上の前記補強層を複合被覆することを特徴とするトンネル補強壁面の施工方法であり、および壁面内の湧水部を止水および／または導水処理したのち、（メタ）アクリル酸エステルにラジカル重合触媒を添加した常温ラジカル反応性樹脂であって、粘度０．３〜３００ポイズでチキソトロピー性を有する前記樹脂液を用いて、トンネル壁面上に、シート状物から選ばれた少なくとも一つの補強層を接着または一体化複合することにより、少なくとも一層以上の前記補強層を複合被覆することを特徴とするトンネル補強壁面の施工方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
トンネル補強壁面とは、道路、水道、ロックシェッド、軌道用などのトンネル補強壁面である。すなわち、その被覆される壁面が４５〜３１５度の角度を一部または全部含んでいるものである。閉じた内部空間はこれに該当するが、必ずしも閉じた空間でなくてもよい。シート状物を複合する場合も含め、塗布樹脂液膜にかかる力は壁面角度１８０度を中心にして流動・流下・垂れの傾向が強く変化する。範囲を７０〜２９０度、９０〜２７０度と狭めるとさらに条件的に厳しくなるが、本発明ではその程度が低い。
【００１９】
樹脂液によってシート状物をトンネル補強壁面に複合する場合の施工工程はつぎのとおりである。まず、壁面の下地調製を行ない、プライマーを塗布したのち、必要に応じて不陸修正を行なう。不陸とは、面が平らではなく、凹部が面内に生じている状態を言い、凹部をモルタルなどの充填剤を用いて平らに修正することを不陸修正という。次いで、該壁面に接着剤を塗布後シート状物を貼付け、さらにその上に含浸剤を塗布・硬化させる。シート状物をさらに何層も複合する場合には、接着剤の塗布、シート状物の貼付けおよび含浸剤の塗布を繰り返すことになる。なお、各層間の接着力を強めるため各工程樹脂塗布後、未硬化状態のうちに硅石や硅砂などの粒子状物を散布あるいは吹き付けしてもよい。塗布後に塗液が流動せず、シート状物をも付着・保持して硬化複合材を壁面に形成するためには、樹脂の粘性および流動性を改善する必要がある。
【００２０】
通常、樹脂液は小さい力で流動し、傾斜面に塗布された場合、極めて薄い膜でない限り垂れ落ちる。液が垂れずに厚く塗布したり、シート状物を張り付け、かつ保持できるためには、少々の力では流動したり変形したりしない性質すなわち粘性とチキソトロピー性（揺変性）との考慮が必要になる場合がある。樹脂に微粉末状物質、エマルジョンあるいは相溶性有機化合物を添加することにより好ましい粘性およびチキソトロピー性を付与することができる。
【００２１】
プライマーの塗布には比較的低粘度の樹脂液を使用する。プライマーはチキソトロピー性を付与したもの（後述の式により規定）もしないものも使用される。プライマー塗布の前に下地浸透性に優れたシーラーを塗布しておいてもよい。不陸の修正には垂れ落ちのないパテ状物を使用する。パテは通常の樹脂液に無機および／または有機の微粉末である骨材を適宜混合したものであり、チキソトロピー性を示すものである。
【００２２】
接着剤・含浸剤層は複合するシート状物の貼付けおよびシート中への含浸強化を目的とし、適当な粘性、チキソトロピー性を有するものが必要である。
【００２３】
チキソトロピー性付与材としては、シリカ、アルミナ、チタニア、マグネシア、炭酸カルシュウム、硫酸カルシュウム、アパタイト、硅酸カルシュウム、酸化鉄、炭素などの無機（微）粉末、樹脂（微）粉末、これらの表面処理微粉末、有機、無機の（微細）繊維状物が上げられる。その添加量は、種類により添加効果が異なるが樹脂液１００部に対し、好ましくは０．５〜２０部であり、さらに好ましくは１〜１０部、より好ましくは１．５〜７部である。中でもシリコーン化合物などのような有機化合物で、表面処理された平均粒子径０．１μｍ以下の無機物微粒子が好ましい。
【００２４】
上述の工程で使用される樹脂の粘度ｘ（ポイズ）とチキソトロピー性指数ｙとの関係は次式の関係にあることが好ましい。
【００２５】
−βｘ＋α≦ｙ≦０．００６６６ｘ＋４
ただし、０．５≦ｘ≦３００、β＝（α−１）／３００。αは、該樹脂がプライマーまたはトップコートの場合には０．８＋βｘ、その他の該樹脂塗布材（接着剤、含浸剤）の場合にはαは１．０５〜１．２。チキソトロピー性指数ｙはＢ型粘度計による測定において回転数２ｒｐｍと２０ｒｐｍにおける粘度（高回転になるほど粘度は低下する）の比であり、粘度ｘ（ポイズ）は１０ｒｐｍで定義された値である。
【００２６】
これらの物質の添加あるいは無添加の樹脂液の粘度ｘは好ましくは０．３〜３００ポイズ、さらに好ましくは０．５〜２００ポイズ、より好ましくは０．８〜１００ポイズである。
【００２７】
常温で硬化させた樹脂は、反応性の炭素−炭素二重結合を含有する（メタ）アクリル酸エステルを主体とし、硬化反応はラジカル重合触媒の添加によって進み固体の重合体となる。反応の温度は常温であり、施工現場の雰囲気温度である。具体的には一般に−３０℃〜＋４０℃程度であり、硬化開始温度に対応したラジカル重合（硬化）触媒および必要に応じて重合（硬化）促進剤を併用して配合することができる。触媒の例としては、ジベゾイルパーオキサイド（ＢＰＯ）、アゾビスイソブチロニトリル、メチルｉ−ブチルケトンパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイドなどが用いられる。
【００２８】
促進剤の例としては、ジメチル−ｐ−トルイジンなどの第三級アミン、ナフテン酸コバルトなどの有機化合物の金属塩などが用いられる。
【００２９】
ラジカル重合性モノマーの例としては、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、２−ヒドロキシルエチルアクリレート、ブチルアクリレート、ステアリルアクリレートなどの（メタ）アクリル酸エステルが用いられる。
【００３０】
樹脂液にＢＰＯなどの触媒（硬化剤）を添加すると、一定の重合禁止期間（可使時間）ののち急速に重合が起こり、樹脂液は硬化物となる。一般に、可使時間は２〜６０分、硬化時間は一般に５分〜３時間である。特殊条件下ではこれらの時間はこの範囲外に変動することがある。
【００３１】
（メタ）アクリル酸エステルの中で特に好ましいモノマーあるいは樹脂は、耐候性に優れ、安定した物性を示すメチルメタクリレートである。さらに分子内に二重結合を２個以上有する化合物を配合すれば架橋結合を生じ、硬化樹脂の物性値を変化させたり、硬化速度を増大させるのに用いられる。
【００３２】
樹脂に複合して補強層となる材料の形態は、一方向性または交差する角度の繊維から成る織物、編織物、不織布、網状物、紙状物、ハニカム状物、フィルムまたはシート状物などである。繊維の種類としては、麻、綿、絹などの天然繊維、セルロース繊維や合成繊維があげられる。これらの材料は使用前に現場で作業しやすいようにあるいは接着力を高めるなどの目的であらかじめ加工、処理などしてあってもよい。たとえば、樹脂など塗布・含浸し硬化あるいは未硬化の状態にしたり、規則的あるいは不規則的な模様の空隙、切れ目、凹凸を作成したりしてもよい。また、接着力を強化するために表面を荒らしたり、毛羽立てたりしてもよい。
【００３３】
また、これらの材料を構成する物質は、アラミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ酢酸ビニール樹脂、ポリ水酸化ビニール樹脂などの合成樹脂、金属、ガラス、天然石（繊維形成性）、炭素などを用いることができる。これらの物質は目的に応じて使い分けられるが強度特性、耐熱性、耐薬品性、長期耐久性などの点から炭素（繊維）、アラミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などが特に好ましい。
【００３４】
複合されるシート状物からなる補強層の一層当りの引張強度は、少なくとも一方向に好ましくは０．１ｋｇ／ｃｍ以上の強度、さらに好ましくは１ｋｇ／ｃｍ以上、より好ましくは１０ｋｇ／ｃｍ以上である。特に好ましいものは５０ｋｇ／ｃｍ以上である。
【００３５】
補強層が樹脂からなる場合に、樹脂液には、塗布各層の識別および仕上り後の景観性のために着色顔料・染料などを添加して用いることができる。
【００３６】
トンネル補強壁面は必ずしも乾燥状態にはなく、水の湧き出ている箇所があり、施工時および保守のために何らかの処理が必要である。
【００３７】
本出願では湧水の処理方法は一般的な止水および／または導水処理採用し上述の被覆補強が可能であるが、水を封入する場合には他所への噴出を招きやすいので、問題の無い、しかるべき箇所への導水が好ましい。本出願においては次のようにするのが適切であることが分かった。すなわち、トンネル壁面内の湧水部近傍に排水用溝を形成し、該溝の上部に導水道を確保しつつさらに硬化性材料を用いて密封し、壁表面近傍の水を安全に導水処理するものである。急速硬化性の材料としては水吸収性および／または反応性止水材と常温ラジカル反応性の（メタ）アクリル酸エステル含有樹脂モルタルのパテとを使用する。はじめに、たとえば水反応性止水材で止水したのちさらにその上に常温ラジカル反応性樹脂モルタルパテを組合わせ使用して補強する。しかるのち、常温ラジカル反応性樹脂を用いて、トンネル壁面上に前記の補強用シート状物と樹脂系を用いて接着または一体化複合することによりトンネル壁面を被覆補強するのである。
【００３８】
【物性の測定法】
（１）アラミド繊維シート状物の引張強度
織機によって加工したアラミド繊維シートを試験機を用いて引張強度を測定した。
【００３９】
引張試験は（株）島津製作所製の“オートグラフ”ＡＧ５０００Ａを用いた。また、サンプルは、幅１２．５ｍｍ、長さ２００ｍｍとした。１ｃｍ幅あたりのシートの強力を引張強度とした。サンプルの厚みは問わない。測定値は３サンプルの平均値を用いた。
【００４０】
（２）樹脂含浸シートの引張強度
シート状物に樹脂を適量含浸させ、硬化したのち、（１）と同様の方法で引張試験を行った。
【００４１】
（３）コンクリートとシート状物の接着力
接着力は、コンクリートとシート状物の接着面に垂直に引張力をかけ、剥がれたときの単位面積あたりの強力を建研式接着強度（ｋｇ／ｃｍ2 ）とする。鉄製のアタッチメント（４０ｍｍ×４０ｍｍ）を接着剤でシート状物面に接着し、アタッチメント周辺（４箇所）にコンクリートまで達する切り込みを入れた後、油圧により除々に引張力をかける。
【００４２】
（４）破断時の状態・母材破壊率
上記（３）において接着力が強ければコンクリートとシート状物の接着界面で剥離せず、シート状物自体も強力で破れないので、母材であるコンクリートが欠き取られる。界面剥離がなく、コンクリートが全部欠けて取られるのを母材破壊率１００％とする。
【００４３】
【実施例】
アラミド繊維シート状物を作成し、その引張強度を測定するとともにメチルメタクリレート樹脂含浸シート状物の引張強度を測定した。
【００４４】
シート番号Ｎｏ．１から４までのシートにメチルメタクリレートを含有する改質された反応性樹脂（東レ（株）製“アメニクイック”改質＃１１２使用、ＢＰＯ ２％使用）を適量含浸させ、硬化したのち、引張試験機を用いて引張試験を行った。その結果を表１に示す。
【００４５】
表１の結果から分るように、メチルメタクリレートからなる樹脂を含浸することによる強度の低下は全く認められない。
【００４６】
天井へのアラミド繊維シート状物の貼付けを想定してコンクリート板（表面サンダーがけ処理）を地面に並行になるように固定し、板の下側面に下方からメチルメタクリレートプライマー（ＢＰＯ ２％）を２００ｇ／ｍ2 塗布し、硬化させた（３０分間）。次いで板下側面に下方から、シート接着性の改質されたメチルメタクリレート樹脂２００〜５００ｇ／ｍ2 を塗布し、さらにアラミド繊維シート状物を貼り、そして再度反応性樹脂を２００〜５００ｇ／ｍ2 塗布した（ＢＰＯ ２％）。反応性樹脂の塗布はいずれも流下、垂れ落ちの問題はなく、アラミド繊維シート状物への接着も良好であった。ここで使用した反応性樹脂液（東レ（株）製“アメニクイック”＃１１２使用）は接着用、含浸用に改質されたもので、粘度３〜７ポイズ、チキソトロピー指数１．１〜３のもので、微細シリカ（平均粒径０．０３μｍ、シラン処理）１．５〜４％、硬化促進剤としてジメチル−ｐ−トルイジン１％を含有している。微細シリカ添加前の樹脂液の粘度は０．７〜１．０ポイズ、チキソトロピー性指数は０．８〜１であった。
【００４７】
硬化後、建研式接着強度測定を行い、シート状物とコンクリートの接着力を測定した。その結果を表２に示した。表２から分るように、アラミド繊維シート状物のコンクリート面への複合は良好で、接着強度が高く、繊維／硬化樹脂複合層の破壊も見られなかった。以上の結果に対しチキソトロピー性を付与しないメチルメタクリレート樹脂を繊維シート状物の接着・含浸用に使用した場合には、コンクリート下側面からの部分的な剥がれや落下が起こり、コンクリートと繊維シートとの複合には不満足な結果となった。
【００４８】
【表１】
0003939404.tif 000002
【表２】
0003939404.tif 000003
【００４９】
【発明の効果】
トンネル壁面にＭＭＡ樹脂のような常温でラジカル重合触媒により硬化する樹脂を用いて、アラミド樹脂などのシート状物補強材を複合することにより壁面からの脱落を阻止し、安全を容易に確保することができる。樹脂はチキソトロピー性を有するので壁面への貼着を容易に行なうことができ、常温で硬化して強い接着力が短時間で得られるのでトンネルなどの補修に有利である。