JP6534208B2 - トンネル用防水シート - Google Patents

Description

本発明は、トンネルにおける一次覆工と二次覆工との間に設けられる防水シートに関する。

例えば、特許文献１には、防水シートの設置を含むトンネル施工方法が開示されている。それによれば、トンネルの地山掘削面に吹付コンクリートを吹き付ける。この吹付コンクリートに面するように型枠を設置し、この型枠の外周面に防水シートを張設する。次に、吹付コンクリートと防水シートとの間の隙間に凝固性の裏込め材を充填することで、防水シートを裏込め材に固着させる。この裏込め材が一次覆工となる。その後、二次覆工のコンクリートを打設する。これによって、防水シートが、一次覆工と二次覆工との間に挟まれるようにして埋設される。防水シートの材質及び構造についての詳細は開示されていない。

特許文献２には、ＮＡＴＭ工法等に適用される防水シートが開示されている。この防水シートは、不透水性シート部と透水性シート部を積層したものである。透水性シート部は、２つの不織布層の間に網状体層を挟んだ３層構造になっている。透水性シート部が一次覆工に面し、不透水性シート部が二次覆工に面している。この防水シートによれば、地山からの湧水がニ次覆工へ流れ込むのを防止できるだけでなく、透水性シート部が湧水の通り道になることで円滑に排水できる。特に、一次覆工と接する表層の不織布層が土砂等で詰まったとしても、網状体層によって湧水の通り道を確保できる。

特許第４０４４７１９号公報 特開平０１−１１１９９９号公報

ＮＡＴＭ工法等の旧来のトンネル施工方法においては、通常、釘によって防水シートを一次覆工コンクリートに止める。
一方、特許文献１においては、釘に代えて、裏込め材によって防水シートを固着するものである。この特許文献１の工法に特許文献２の防水シートを適用した場合、凝固前の裏込め材が、表層の不織布層の内部に入り込み、更には網状体層の内部にも簡単に入り込む。そして、裏込め材が凝固して湧水の通り道を塞ぐことで、排水機能が失われる可能性がある。
本発明は、かかる事情に鑑み、トンネルにおける一次覆工と二次覆工との間に設けられる防水シートにおいて、裏込め材で固着する工法に適用した場合でも透水性シート部の排水機能を維持できる防水シートを提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明は、トンネルにおける一次覆工と二次覆工との間に設けられる防水シートであって、
前記二次覆工に面する不透水性シート部と、前記不透水性シート部に積層された透水性シート部とを備え、前記透水性シート部が、
前記一次覆工に面する第１透水層と、
前記第１透水層に積層された第２透水層と、
前記第２透水層と前記不透水性シート部との間に積層された第３透水層と、
を含み、前記第２透水層が、前記第１透水層及び前記第３透水層よりも低い透水性を有していることを特徴とする。

好適には、前記防水シートは、トンネルの吹付コンクリートに隙間を介して面するように配置され、前記隙間に充填された裏込め材からなる一次覆工に固着される。
この防水シートによれば、裏込め材の充填時に、裏込め材が第１透水層に入り込む。このとき、低透水性の第２透水層によって、裏込め材が第３透水層まで入り込むのを阻止又は抑制できる。やがて、裏込め材が凝固する。第１透水層に入り込んだ裏込め材も凝固する。これによって、裏込め材すなわち一次覆工と防水シートとを確実に固着させることができる。
地山からの湧水が、一次覆工を通って防水シートまで浸透して来たときは、不透水性シート部によって二次覆工への透水を阻止できるだけでなく、透水性シート部を排水路として排水できる。特に、透水性シート部のうち第３透水層を排水路として確実に機能させることができる。例えば、乾燥収縮や地震等によって、ヘアークラックが、一次覆工を横切って防水シートに達するように形成されたときは、ヘアークラックが湧水の通り道になることで、防水シートに湧水の水圧がかかる。この水圧が或る大きさを越えると、湧水が第２透水層を厚み方向に透過して、第３透水層に流入する。これによって、第３透水層を排水路として確実に排水できる。
さらに、湧水中に土砂や石灰等の固形成分が混じっていたときは、第２透水層によって固形成分を捕捉できる。したがって、第３透水層の目詰まりを長期間にわたって防止又は抑制でき、排水機能を確実に維持することができる。

前記第２透水層の厚みが、前記透水性シート部の厚みの０．０３倍〜０．３倍であることが好ましい。
これによって、加工性及び品質の安定性を確保できるとともに、価格の上昇を抑えることができる。

本発明の防水シートによれば、裏込め材で固着するトンネル工法に適用した場合でも透水性シート部の排水機能を維持することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る防水シートを含むトンネルの正面断面図である。 図２は、図１の円部ＩＩの拡大断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、地山２が掘削されてトンネル１が形成されている。トンネル１は、地山２側から吹付コンクリート３と、一次覆工４と、防水シート５と、二次覆工６を含む。地山掘削面２ａに吹付コンクリート３が吹き付けられている。一次覆工４は、例えばモルタル４ｂからなる凝固性の裏込め材である。一次覆工４に防水シート５が固着されている。防水シート５が一次覆工４と二次覆工６との間に挟まれている。二次覆工６は、鉄筋コンクリート又は無筋コンクリートにて構成されている。

図２に示すように、防水シート５は、不透水性シート部１０と透水性シート部２０との積層構造になっている。不透水性シート部１０は、二次覆工６側へ向けられ、透水性シート部２０は、一次覆工４側へ向けられている。防水シート５の大きさは、特に限定はないが、従来の一般的な防水シートと同サイズにしてもよい。例えば、単数では幅１６００ｍｍ〜２２００ｍｍ程度、複数枚を継ぎ足すように接合一体化した状態では幅３２００ｍｍ〜１１０００ｍｍ程度が好適である。これによって、従来の一般的な防水シートと同じ使い具合にできる。

不透水性シート部１０は、高い不透水性を有している。これによって、地山２からの湧水をトンネル１内に流入させない防水機能を担っている。
不透水性シート部１０の材質は、例えばエチレン・酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）、ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等の完全非極性のポリオレフィン樹脂が挙げられる。さらに、ＰＥやＰＰにアクリル酸や無水マレイン酸などの極性基（カルボキシル基）をグラフト重合させて極性を持たせることで接着性を付与させた変性ポリオレフィン樹脂を用いてもよい。

不透水性シート部１０における一次覆工４側を向く面（図２において上面）に透水性シート部２０が積層されている。透水性シート部２０は、凸凹状の地山掘削面２ａ（図１）と不透水性シート部１０との間の緩衝機能と、一次覆工４との固着性能と、排水機能を担っている。

透水性シート部２０は、第１透水層２１と、第２透水層２２と、第３透水層２３を含む。表層の第１透水層２１は、一次覆工４に面することで、一次覆工４と固着されている。第１透水層２１の不透水性シート部１０側（図２において下側）に第２透水層２２が積層されている。第２透水層２２と不透水性シート部１０との間に第３透水層２３が積層されている。

第１透水層２１は、低密度で高透水性の不織布にて構成されている。第１透水層２１の透水係数は、好ましくは２．００×１０^−１ｃｍ／ｓｅｃ〜８．５０×１０^−１ｃｍ／ｓｅｃ程度である。
なお、この明細書において、透水係数の測定法は、定水位法による（ＪＩＳ Ａ １２１８）。
第１透水層２１の厚みは、一次覆工４との固着性能及び緩衝性能等を考慮して、３ｍｍ程度が好ましい。

第２透水層２２は、高密度の不織布にて構成され、極めて透水性が低い。要するに、第２透水層２２は、第１透水層２１よりも透水性が低く、更に第３透水層２３よりも透水性が低い。第２透水層２２の透水係数は、好ましくは１×１０^−２ｃｍ／ｓｅｃ〜１．５×１０^−１ｃｍ／ｓｅｃ程度である。
第２透水層２２の厚みは、透水性シート部２０全体の厚みの０．０３倍〜０．３倍程度が好適であり、透水性シート部２０全体の厚みの０．０５倍〜０．２倍程度がより好適である。０．０３倍を下回ると、加工が難しくなり、かつ品質を安定させにくくなる。０．３倍を超えると、透水性シート部２０の厚みが増え、価格が高くなる。

第３透水層２３は、低密度で高透水性の不織布にて構成されている。第３透水層２３の透水係数は、好ましくは２．００×１０^−１ｃｍ／ｓｅｃ〜８．５０×１０^−１ｃｍ／ｓｅｃ程度である。
第３透水層２３の厚みは、排水性能及び緩衝性能等を考慮して、３ｍｍ程度が好ましい。

透水層２１，２２，２３を構成する不織布の材質は、ポリエステル、ポリプロピレン等の化学繊維でもよく、ヤシがら、綿、麻、羊毛、絹等の天然繊維でもよく、ガラス、炭素、金属、セラミック等の無機繊維でもよい。より好ましくは化学繊維である。

透水層２１，２２，２３の製造方法としては、例えば繊維を多数のノズルから噴出して風、水、静電気等で絡める方法、ニードルパンチ法、スパンボンド法等を適用できる。
透水層２１，２３をニードルパンチ法で作製し、第２透水層２２をスパンボンド法で作製してもよい。透水層２１，２２，２３を共にニードルパンチ法で作製してもよい。

ニードルパンチ法では、高速で上下するフェルト針を繊維に繰り返し打ち込んで、繊維を絡める。打ち込み回数によって、透水係数を調整できる。透水層２１，２３を作製する場合は、打ち込み回数を例えば６回／ｃｍ^２〜１６回／ｃｍ^２に設定することが好ましい。これによって、透水係数が高い不織布を得ることができる。第２透水層２２を作製する場合は、打ち込み回数を例えば２０回／ｃｍ^２〜３０回／ｃｍ^２に設定することが好ましい。これによって、透水係数が低い不織布を得ることができる。

スパンボンド法は、繊維同士を熱圧着するために、不織布の厚みが薄くなり、かつ透水係数が低くなる。したがって、第２透水層２２の作製に適している。熱圧着の熱量によって透水係数を調整できる。

第１透水層２１と第２透水層２２とは、全面的に接合一体化されている。
第２透水層２２と第３透水層２３とは、全面的に接合一体化されている。
ニードルパンチ法で、透水層２１，２２，２３となる繊維を順次積層しながらフェルト針を打ち込むことで、透水層２１，２２，２３を一体に作製してよい。

第３透水層２３と不透水性シート部１０、ひいては透水性シート部２０と不透水性シート部１０とは、側端部を除き全面的又は部分的に接合一体化されている。透水性シート部２０と不透水性シート部１０の側端部どうしは、先行又は後続の防水シート５との継ぎ足しのために自由（非接合）になっている。
３つの透水層２１，２２，２３を全面的に接合一体化することによって、４層構造の防水シート５を展張する際、従来の２層構造の防水シートと同様に作業できる。

不透水性シート部１０と透水性シート部２０との接合方法は、特に限定はなく、公知の接合方法を適用することができる。例えば、ホットメルト接着法を適用してもよい。すなわち、不透水性シート部１０と透水性シート部２０との間にホットメルト樹脂及びホットエアーを供出し、不透水性シート部１０及び第３透水層２３どうしの対向する表面の一部を溶融させ、更に不透水性シート部１０及び透水性シート部２０どうしを圧着させて接合させる。
ホットメルト接着剤以外の接着剤によって不透水性シート部１０及び透水性シート部２０どうしを接合一体化してもよい。

トンネル１は、次のようにして施工される。
図１に示すように、地山２を掘削し、地山掘削面２ａに吹付コンクリート３を吹き付ける。
次に、吹付コンクリート３の内周壁３ａに沿う型枠（図示省略）上に防水シート５を張設する。防水シート５と吹付コンクリート３との間には隙間４ａを設ける。隙間４ａを介して、防水シート５の透水性シート部２０が吹付コンクリート３と面するようにする。不透水性シート部１０は前記型枠に向ける。

次に、隙間４ａに一次覆工４となるモルタル４ｂ（裏込め材）を充填する。このとき、モルタル４ｂは、高透水性の第１透水層２１に簡単に入り込むことができる。一方、モルタル４ｂは、低透水性の第２透水層２２にはなかなか入り込めない。これによって、モルタル４ｂが第３透水層２３まで入り込むのを阻止又は抑制できる。したがって、第３透水層２３の目詰まりを防止することができる。
モルタル４ｂの養生中、モルタル４ｂ中の水分は、透水性シート部２０を通って外部へ排出される。これによって、モルタル４ｂの水セメント比Ｗ／Ｃを低下させて品質を高めることができる。

やがて、モルタル４ｂが凝固する。第１透水層２１に入り込んだモルタル４ｂも凝固する。これによって、一次覆工４と防水シート５とを確実に固着させることができる。
さらに、二次覆工６を構築する。

トンネル１において、地山２からの湧水が、一次覆工４を通って防水シート５まで浸透して来たときは、不透水性シート部１０によって二次覆工６への透水を阻止できるだけでなく、透水性シート部２０を排水路として排水できる。特に、透水性シート部２０のうち第３透水層２３を排水路として確実に機能させて排水できる。
例えば、乾燥収縮や地震等によって、ヘアークラックが、一次覆工４を横切って防水シート５に達するように形成されたときは、ヘアークラックが湧水の通り道になることで、防水シート５に湧水の水圧がかかる。この水圧が或る大きさを越えると、湧水が第２透水層２２を厚み方向に透過して、第３透水層２３に流入する。これによって、第３透水層２３を排水路として確実に排水できる。
さらに、湧水中に土砂や石灰等の固形成分が混じっていたときは、第２透水層２２によって固形成分を捕捉できる。したがって、第３透水層２３の目詰まりを長期間にわたって防止又は抑制でき、排水機能を確実に維持することができる。

本発明は、前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変をなすことができる。
例えば、防水シート５は、ＮＡＴＭ工法等の旧来のトンネルの防水シートとして用いてもよい。旧来のトンネル工法において、防水シート５を釘等の定着手段で一次覆工に止着してもよい。
第１透水層２１は、モルタル４ｂ（裏込め材）が浸透する程度の透水性があればよい。第１透水層２１の透水係数は、第２透水層２２の透水係数よりも高ければよく、第３透水層２３の透水係数よりも低くてもよい。

本発明は、例えばトンネルの内壁の防水構造に適用できる。

１ トンネル
２ 地山
２ａ 地山掘削面
３ 吹付コンクリート
３ａ 内周壁
４ 一次覆工
４ａ 隙間
４ｂ モルタル（裏込め材）
５ 防水シート
６ 二次覆工
１０ 不透水性シート部
２０ 透水性シート部
２１ 第１透水層
２２ 第２透水層
２３ 第３透水層

Claims (2)

1. トンネルにおける一次覆工と二次覆工との間に設けられる防水シートであって、
   前記二次覆工に面する不透水性シート部と、前記不透水性シート部に積層された透水性シート部とを備え、前記透水性シート部が、
   前記一次覆工に面する第１透水層と、
   前記第１透水層に積層された第２透水層と、
   前記第２透水層と前記不透水性シート部との間に積層された第３透水層と、
   を含み、前記第２透水層が、前記第１透水層及び前記第３透水層よりも低い透水性を有していることを特徴とする防水シート。
2. 前記第２透水層の厚みが、前記透水性シート部の厚みの０．０３倍〜０．３倍であることを特徴とする請求項１に記載の防水シート。

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