(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの一次覆工表面に、エポキシ樹脂系の下塗り材とポリマーセメント系の素地調整材を塗布し、更に繊維補強材を貼着した後、後記上塗り材と同種の中塗り材を塗布するか、または、前記下塗り材、前記素地調整材を塗布した後、短繊維が混入され後記上塗り材と同種の中塗り材を順次塗布した後、弾性を有するエポキシ樹脂系、ビニルエステル樹脂系またはメチルメタクリレート樹脂系の上塗り材を塗装することを特徴とするトンネルの二次覆工方法。
【請求項２】
前記エポキシ樹脂系の上塗り材の樹脂成分がウレタン変性エポキシ樹脂またはポリサルファイド変性エポキシ樹脂である請求項１記載のトンネルの二次覆工方法。
【請求項３】
前記上塗り材としてメチルメタクリレート樹脂系塗料またはビニルエステル樹脂系塗料を使用する場合において、前記素地調整材と中塗り材との間に、エポキシ樹脂系プライマーおよびウレタン系プライマーを塗装することを特徴とする請求項１記載のトンネルの二次覆工方法。
【請求項４】
前記素地調整材がエポキシ樹脂を混和材として含む請求項１〜請求項３記載のトンネルの二次覆工方法。
【請求項５】
前記素地調整材にカーボン繊維が配合された請求項１〜請求項４記載のトンネルの二次覆工方法。
【請求項６】
前記繊維補強材がガラスクロスまたはカーボンクロスである請求項１〜請求項５記載のトンネルの二次覆工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシールドトンネル等の二次覆工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールドトンネルの構築に当っては、従来、セグメントを用いたプレハブ構造で一次覆工を行い、その補強、防蝕、蛇行修正、防水などを兼ねた仕上げとして、コンクリートを打設して二次覆工を行っている。
コンクリートによる二次覆工では、必要以上に大きなトンネルを掘削しなければならず、土砂の排出量やコンクリートの使用量が多くなり、また、乾燥に長時間を要するという問題点が指摘されている。
【０００３】
一方、上記問題点を解決する試みもなされており、例えば、コンクリートに代えて、ポリウレタン系、その他の合成樹脂材料を使用した二次覆工材が提案されている。
当該二次覆工材によれば、コンクリート二次覆工材による前記問題点は改善されるものの、ポリウレタン系二次覆工材では、イソシアネート成分を使用するために水との反応性が大きく、湿潤面での使用では樹脂成分の硬化が十分に進まないという欠点があった。
【０００４】
また、従来、コンクリート構造物に対してはエポキシ樹脂系の塗装が行われているが、コンクリートセグメントを用いたプレハブ構造の一次覆工上では、セグメントの変動があり、通常のエポキシ樹脂系塗料では追従性に難点がある。また、コンクリート背面からの水圧に対しては、有機塗膜のみではフクレ等が発生し、塗膜の欠陥原因となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、湿潤状態でも施工可能であり、防蝕性、防水性、補強性、平滑性、施工性に優れたトンネルの二次覆工方法を提供することを発明が解決しようとする課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るトンネルの二次覆工方法は、トンネルの一次覆工表面に、エポキシ樹脂系の下塗り材、ポリマーセメント系の素地調整材、および、繊維補強材が混入され後記上塗り材と同種の中塗り材を順次塗布した後、エポキシ樹脂系、ビニルエステル樹脂系またはメチルメタクリレート樹脂系の上塗り材を塗装することを特徴とするものである。
【０００７】
前記エポキシ樹脂系の上塗り材の樹脂成分は、ウレタン変性エポキシ樹脂またはポリサルファイド変性エポキシ樹脂であることが好ましい。
【０００８】
前記上塗り材としてメチルメタクリレート樹脂系塗料またはビニルエステル樹脂系塗料を使用する場合には、前記素地調整材と中塗り材との間に、エポキシ樹脂系プライマーおよびウレタン系プライマーを塗装することが好ましい。
【０００９】
前記素地調整材はエポキシ樹脂を混和材として含むことが好ましい。
また、前記素地調整材にはカーボン繊維を配合することが好ましい。
前記繊維補強材はガラスクロスまたはカーボンクロスであることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１１】
本発明に係るトンネルの二次覆工方法は、シールドトンネル等に施された一次覆工の表面をサンダー、サンドブラスト等の通常の前処理を行った後に施工される。一次覆工には格別の制限はなく、セグメントのプレハブ構造などでよい。
【００１２】
一次覆工表面には、先ず、湿潤面に対して接着性の高いエポキシ樹脂系の下塗り材（プライマー）を塗装する。
プライマーは、一液型エポキシ塗料、二液型エポキシ塗料のいずれでもよく、水、または、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルグリコールアセテート、エチルグリコールアセテート等の有機溶剤で希釈して用いてもよい。
【００１３】
一液型エポキシ塗料としては、例えば、ケチミンを配合したエポキシ系塗料が用いられる。また、二液型エポキシ塗料の例としては、第一液として一般に常温硬化型のビスフェノール型エポキシ樹脂が用いられ、第二液としては、常温硬化型エポキシ樹脂硬化剤として慣用されているメタキシレンジアミン、イソホロンジアミン、ポリエチレンポリアミン等の脂肪族ポリアミン、複素環式ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン等が用いられる。
上記プライマー用エポキシ系塗料には、上記の成分に加え、さらに通常のエポキシ系塗料に慣用されている体質顔料、着色顔料、改質剤等の添加剤を配合することができる。
【００１４】
ポリマーセメント系の素地調整材は、骨材、セメント、ポリマー成分および水から構成され、ポリマー混和材としては、引張強度が大きく、水密性が高い点で、エポキシポリマーセメント系のものが好ましい。エポキシ樹脂成分としては、エマルジョン型や自己乳化型のエポキシ樹脂またはアクリル樹脂およびこれらの混合物を用いることができる。
【００１５】
前記樹脂成分に対する硬化剤成分としては、ポリアミド系のものが好ましい。また、骨材、セメントには特別の制限はなく、通常用いられている珪砂等の骨材とポルトランドセメントを使用することができる。
素地調整材は、一次覆工表面を平滑に仕上げるとともに、背面からの水圧を緩衝する役割を担っている。
【００１６】
素地調整材には、カーボン繊維を加えることにより、補強効果を発揮させることができる。カーボン繊維としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系または石油ピッチ系のものが好ましく、直径０．０１〜０．０２ｍｍ、繊維長１〜５０ｍｍ程度のものを、骨材１００重量部に対して０．０５〜５．０重量部配合させることが望ましい。
【００１７】
中塗り材としては、次述する上塗り材の種類に応じて、エポキシ樹脂系、ビニルエステル樹脂系またはメチルメタクリレート樹脂系のものを用いる。
【００１８】
エポキシ樹脂系の中塗り材としては、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型のようなビスフェノールエポキシ樹脂やウレタン、ポリサルファイド等で変性されたエポキシ樹脂が好ましい。また、メチルメタクリレート樹脂系の中塗り材としては、可撓性の変性メチルメタクリレート樹脂が好ましい。
【００１９】
中塗り材中にはガラスクロスやカーボンクロス等の繊維補強材を混入することにより、水分の侵入防止と塗膜の強度向上が図られる。
例えば、上記中塗り材を０．５〜１．０ｋｇ／ｍ2 となるように前記素地調整材の上に塗布した後、ガラスクロス、カーボンクロス、ビニロンクロス、アラミド繊維、無機繊維、金属繊維などの繊維材を貼着し、脱泡ローラーなどで気泡を抜きながら前記樹脂を含浸させ、最後に同じ中塗り材を０．５〜１．０ｋｇ／ｍ2 とになるように塗布して、繊維材の目を隠す。
【００２０】
なお、前記ガラスクロス等に代えて、ガラスチョップドストランド、ミルドファイバー、ウィスカーなどの短繊維を混入することによって中塗り材の補強を行うこともできる。
【００２１】
本発明方法において上塗り材には、常温硬化型エポキシ樹脂系塗料、メチルメタクリレート樹脂系塗料またはビニルエステル樹脂系塗料を使用する。
常温硬化型エポキシ樹脂系塗料としては、二液型のものが好ましく、第一液に配合されるエポキシ樹脂は、常温硬化型エポキシ樹脂組成物として慣用されているものの中から任意に選択することができる。例えば、ビスフェノールＡ型およびビスフェノールＦ型のようなビスフェノール型エポキシ樹脂や、ウレタン、ポリサルファイド等で変性した変性エポキシ樹脂等が使用される。これらのエポキシ樹脂は単独で用いてもよいし、二種以上混合して用いてもよい。
【００２２】
第一液には、必要に応じて、グリシジルエーテル、グリシジルエステル、グリシジルアミン、鎖状脂肪族エポキサイド、脂環式エポキサイド等の反応性希釈剤やベンジルアルコール、ノニルフェノール、ブチルジグリコール、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート等の非反応性希釈剤、少量のトルエン、キシレン、ケトン、アルコール等の溶剤、シリカ、タルク、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等の体質顔料、各種着色顔料や水を配合することができる。第一液におけるこれらの最大配合量は、反応性希釈剤で４０％、非反応性希釈剤で３０％、体質顔料で６０％、着色顔料で３０％の範囲が好ましい。
【００２３】
二次覆工は、一次覆工セグメントの膨張、収縮に対して追従することが要請され、従って、二次覆工を構成するエポキシ組成物は弾性（可撓性）を有することが好ましい。エポキシ樹脂組成物に弾性を付与する方法としては、ウレタンやポリサルファイド等で変性したエポキシ樹脂を用いる方法、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等の二官能の長鎖の反応性希釈剤やジオクチルフタレート、ジブチルフタレート等の非反応性希釈剤を用いる方法、アミン価の小さいポリアミドアミン、ウレタン変性アミン、アルキルアミン、ヘキサメチレンジアミン変性物、メルカプタン系等の硬化剤を用いる方法を例示することができる。更に、必要に応じてアクリル樹脂やアクリル樹脂エマルジョン等の弾性付与成分を用いてもよい。
【００２４】
第二液に配合される硬化剤成分は、従来常温硬化型エポキシ樹脂組成物の硬化剤として使用されているもの、例えば、メタキシレンジアミン、イソホロンジアミン、ポリエチレンポリアミン等の脂肪族ポリアミン、複素環式ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン等の芳香族ポリアミン、また、これらをエポキシで変性したアミン類等の中から任意に選択することができる。これらの硬化剤は単独で用いてもよいし、二種以上混合して用いてもよい。また、必要に応じて、フェノール、ビスフェノールＡ、サリチル酸、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の硬化促進剤や、第一液に配合される非反応性希釈剤、少量の溶剤、体質顔料、着色顔料や水を配合してもよい。第二液におけるこれらの最大配合量は、硬化促進剤で１０％、非反応性希釈剤で３０％、体質顔料で６０％、着色顔料で３０％の範囲が好ましい。
【００２５】
第一液に対する第二液の混合量は、第一液に配合されているエポキシ樹脂組成物を硬化するのに十分な量とし、第一液と第二液の比率は一般に、１：１〜５：１程度である。
第一液と第二液とは、電動撹拌機またはスタティックミキサー等の混合手段により混合した後、スプレー塗装する。
【００２６】
上塗り材としてのメチルメタクリレート樹脂系塗料としては、可撓性の変性メチルメタクリレート樹脂が好ましい。
また、メチルメタクリレート樹脂系塗料またはビニルエステル樹脂系塗料を使用する場合には、接着性を高めるために、前記素地調整材と中塗り材との間に、湿潤面に対する接着性が良好なエポキシ樹脂系のプライマーおよび一液性の湿式ウレタン系プライマーを塗布しておくことが望ましい。
【００２７】
上記下塗り材、素地調整材、中塗り材、および上塗り材は、刷毛、ローラー、エアレス塗装機、へら、こて等の塗工具により、所望の膜厚に塗布する。
このようにして形成された二次覆工塗膜は、一次覆工としてのコンクリートセグメントに対する接着強度が湿潤面でも１５ｋｇｆ／ｃｍ2 以上でコンクリート破断し、塗膜強度（ショアＤ硬度）が４０以上、耐衝撃性が５０ｋｇ−ｃｍ以上、耐磨耗性が８０ｍｇ以下、透水性が０．０１ｇ以下、および、背面水圧試験にて異常なしとの性能が得られ、従来のコンクリートによる二次覆工以上の耐衝撃性、耐磨耗性、非透水性を示すものである。
【００２８】
【実施例】
続いて、実施例により本発明を詳述する。
【００２９】
〔二次覆工方法〕
実施例１
シールドトンネルにコンクリート系セグメントを用いた円形プレハブ構造の一次覆工を施工した後、この表面を水洗し、ウエス等で表面水分を拭いた後、表１に示す組成のプライマーの第一液と第二液を重量比１：１で混合し、ローラー刷毛で塗装後、直ちに表２に示す組成の素地調整材の第一液と第二液および骨材成分を重量比で４．３：０．７：８．０の割合で混合し、スプレーで１ｋｇ／ｍ2 となるように塗装した。
【００３０】
【表１】
下塗り材（水系プライマー）
0004009687.tif 000002
【００３１】
【表２】
素地調整材
0004009687.tif 000003
【００３２】
素地調整材の施工後、１日経過後、室温（２０℃）で表３に示すパテ材の第一液と第二液を重量比１：１で混合し、０．５ｋｇ／ｍ2 となるようにゴムベラで塗装し、気泡を抜きながら、ガラスクロス＃２３０を貼付けた。次に、同じ塗料で０．８ｋｇ／ｍ2 の目止めを行った。
【００３３】
【表３】
パテ材（ビスフェノール型エポキシ樹脂）
成  分 組  成  比
第一液
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂               ４０
ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル   ２０
炭酸カルシウム                               ３０
ルチル型酸化チタン                             ５
カーボンブラック                               ０．１
添加剤（無機系揺変剤）                         ４．９
第二液
メタキシレンジアミンエポキシ変性物           １５
ポリアミドアミン                             １５
ベンジルアルコール                           １５
炭酸カルシウム                               ４５
ルチル型酸化チタン                             ５
添加剤（無機系揺変剤）                         ５
【００３４】
室温（２０℃）で１日硬化した後、表４に示す上塗り塗料の第一液と第二液を重量比２：１で混合し、０．４ｋｇ／ｍ2 となるように塗装し、タレや凹凸のない平滑で均一な塗膜を得た。図１は二次覆工塗膜の断面図であり、塗膜全体の厚みは約１．５ｍｍであった。
【００３５】
【表４】
上塗り塗料（ビスフェノール型エポキシ樹脂）
成  分 組  成  比
第一液
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂               ５０
ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル   ２５
沈降性硫酸バリウム                           １０
ルチル型酸化チタン                             ９．６
カーボン                                       ０．１
添加剤（無機系揺変剤）                         ５
添加剤（消泡剤）                               ０．３
第二液
メタキシレンジアミンエポキシ変性物           ５０
ベンジルアルコール                           １０
タルク                                       ３５
ルチル型酸化チタン                             ３
添加剤（無機系揺変剤）                         ２
【００３６】
実施例２
実施例１において、表２に示す素地調整材の代わりに、表５に示す組成のカーボン繊維入り素地調整材を用いた以外は実施例１と同様にして、厚さ約１．５ｍｍで、平滑で均一な二次覆工塗膜を得た。
【００３７】
【表５】
素地調整材（カーボン繊維入り）
0004009687.tif 000004
【００３８】
実施例３
実施例１において、表３に示すパテ材の代わりに表６に示す組成のパテ材の第一液と第二液を重量比１：１で混合して用いるとともに、上塗り塗料として表７に示すウレタン変性エポキシ塗料の第一液と第二液を重量比２：１で混合して塗装した以外は実施例１と同様にして、厚さ約１．５ｍｍで、平滑で均一な二次覆工塗膜を得た。
【００３９】
【表６】
パテ材（ウレタン変性エポキシ樹脂）
0004009687.tif 000005
【００４０】
【表７】
上塗り塗料（ウレタン変性エポキシ樹脂）
0004009687.tif 000006
【００４１】
実施例４
シールドトンネルにコンクリート系セグメントを用いた円形プレハブ構造の一次覆工を施工した後、この表面を水洗し、ウエス等で表面水分を拭いた後、実施例１で用いたプライマー（表１）の第一液と第二液を重量比１：１で混合し、ローラー刷毛で塗装後、直ちに実施例１で用いた素地調整材（表２）の第一液と第二液および骨材を重量比で４．３：０．７：８．０の割合で混合し、スプレーで１ｋｇ／ｍ2 となるように塗装した。
【００４２】
翌日、表８に示す組成の溶剤系プライマーの第一液と第二液を重量比１：１で混合し、０．１５ｋｇ／ｍ2 となるように素地調整材の上にローラー刷毛で塗布した。
さらに、その翌日、一液性の湿式ウレタンプライマーを０．１５ｋｇ／ｍ2 となるようにローラー刷毛で塗布した。
【００４３】
【表８】
溶剤系プライマー
0004009687.tif 000007
【００４４】
湿式ウレタンプライマーが硬化した後、表９に示すパテ材の第一液と第二液を重量比１００：２で混合し、０．４ｋｇ／ｍ2 になるようにローラー刷毛で塗布した。次いで、この上に脱泡ローラーで気泡を抜きながら、ガラスクロスを貼り付けた後、同じパテ材を０．４ｋｇ／ｍ2 になるように塗装して、目止めを行った。
【００４５】
【表９】
パテ材（ＭＭＡ樹脂）
0004009687.tif 000008
【００４６】
塗装した中塗り材が硬化した後、表１０に示す上塗り塗料を０．２ｋｇ／ｍ2 の割合で２回塗装し、タレや凹凸のない平滑で均一な塗膜を得た。塗膜全体の厚みは約１．５ｍｍであった。
【００４７】
【表１０】
上塗り塗料（ＭＭＡ樹脂）
0004009687.tif 000009
【００４８】
比較例１
JIS R 5201に準拠したモルタル板上に、厚さ４０ｍｍになるようにポルトランドセメント、豊浦標準砂および水を５２０：１０４０：３３８の割合で混合したセメントを塗り、室温（２０℃）で２８日間養生した。
【００４９】
比較例２
実施例１と同様の一次覆工を施工した後、この表面を水洗し、ウエスで表面の水分を拭き取った後、表１１に示すウレタン系塗料の第一液と第二液を重量比１：１で混合し、ローラー刷毛で塗工膜厚１．５ｍｍになるように塗装して、平滑で均一な塗膜を得た。
【００５０】
【表１１】
ウレタン系塗料
0004009687.tif 000010
【００５１】
比較例３
実施例１と同様の一次覆工を施工した後、この表面を水洗し、ウエスで表面の水分を拭き取った後、実施例１で使用したのと同じプライマー（表１）の第一液と第二液を重量比１：１で混合し、ローラー刷毛で塗装した。翌日、その上に表１２に示す組成の高強度エポキシ樹脂パテ材の第一液と第二液を重量比２：１で混合し、ヘラで２．０ｋｇ／ｍ2 となるように塗装した。
【００５２】
【表１２】
パテ材（高強度エポキシ樹脂）
0004009687.tif 000011
【００５３】
翌日、前記パテ材の上に表１３に示す組成の上塗り塗料の第一液と第二液を重量比４：１で混合し、０．５ｋｇ／ｍ2 となるようにローラー刷毛で塗装した。その翌日、再度、同じ上塗り塗料を０．５ｋｇ／ｍ2 となるように塗装し、最終的に膜厚１．５ｍｍの平滑で均一な塗膜を得た。
【００５４】
【表１３】
上塗り塗料（高強度エポキシ樹脂）
0004009687.tif 000012
【００５５】
〔二次覆工塗膜の性能試験〕
▲１▼テスト（１）
上記実施例１〜４および比較例２、３で得られた塗膜が硬化した後（一週間）、湿潤面への接着性を建研式の引っ張り試験で実施した。試験結果を表１４に示すが、同表における記号の意味は次の通りである。また、括弧内の数値は接着強度を示す。
○・・・コンクリート凝集破壊
×・・・塗膜面の界面剥離
【００５６】
次に、以下の強度試験を実施するため、JIS R 5201に準拠したモルタル板上に上記実施例および比較例と同様の塗膜を形成し、一週間後にテストした。その結果を併せて表１４に示す。
【００５７】
▲２▼テスト（２）
JIS K 5400によりデュポン衝撃試験を行った。表１４における記号の意味は次の通りである。
○・・・異常なし
×・・・亀裂の発生
【００５８】
▲３▼テスト（３）
JIS K 7215により塗膜硬度（ショアＤ）を測定した。
【００５９】
▲４▼テスト（４）
JIS K 5400によりテーパー磨耗試験を行った。
【００６０】
▲５▼テスト（５）
JIS A 1404に準拠して透水性試験を行った。試験体には、１５０ｍｍφ×４０ｍｍに成形したモルタル板上に各塗料を塗布して、２０℃で２８日間養生したものを用いた。表１４中の値は３ｋｇ／ｃｍ2 ・１ｈｒにおける透水量を示す。
【００６１】
▲６▼テスト（６）
JIS A 1404に準拠して背面水圧試験を行った。１０ｍｍφの穴を有するフレキシブルボードを使用し、背面より１ｋｇ／ｃｍ2 の水圧をかけ、１日後の塗膜の変化を観察した。表１４における記号の意味は次の通りである。
○・・・異常なし
×・・・塗膜の破壊
【００６２】
【表１４】
0004009687.tif 000013
【００６３】
▲７▼テスト（７）
（社）日本道路協会における、道路橋の塩害対策指針（案）同解説による、ひび割れ追従性試験により、試験を行い伸び率を測定した。
測定はフリーフィルムにより、中塗り材と上塗り材で測定した。測定結果を表１５に示す。
【００６４】
【表１５】
0004009687.tif 000014
【００６５】
【発明の効果】
本発明に係るトンネルの二次覆工方法によれば、水分等の影響を受けることなく、シールドトンネル等に二次覆工を形成することができる。
また、この二次覆工はコンクリート背面からの水圧に耐え、フクレの発生もないので、防蝕性、防水性、補強性、平滑性、施工性に優れている。
更に、形成された二次覆工塗膜は１〜１０ｍｍという薄い膜厚でも、従来のコンクリートと同等あるいはそれ以上の強度性能を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る二次覆工塗膜の断面図である。
【図１】
0004009687.tif 000015