JPH0881792A - 既設鉄製トンネル外面の電気防食工法およびその電気防食用電極装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】トンネルの機能を停止することなく、鉄製トン
ネル外周部の防食を効率よく行なうことを可能とした既
設鉄製トンネル外面の電気防食工法およびその電気防食
用電極装置を提供する。 【構成】既設鉄製トンネル外面に接する環境状態を調査
した後、トンネルの壁面および土中に穴をあけ、電極貫
通穴を有する補強鉄板を壁内面に溶接し、該補強鉄板に
電極材が接続された充填材導入口を有する円筒状の電極
取付金具を電極材が外面に突出するようにして固定した
後、充填材導入口より充填材を送入し、電極取付金具の
開口部を密封することによって、トンネル外面に電極材
から防食電流を供給可能にする既設鉄製トンネル外面の
電気防食工法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は既設の鋼製、鋳鉄製等の
鉄製トンネル外面の電気防食工法およびその電気防食用
電極装置に関し、特にバックフィル材（充填材）を注入
するための中空の電極取付金具に接続された電極材を用
いた電気防食工法およびその電気防食用電極装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄製トンネルでは覆工工事におい
て、トンネル孔と鉄製シールドセグメントの間にはコン
クリート等のグラウト材が充填され、グラウト部を形成
している。このグラウト材には強度を向上させる目的か
らファイバーが混入されている場合が多い。

【０００３】この覆工部は、目視による確認が難しい部
分であるため、空隙部が発生しても発見しにくい。近年
の音響解析手法の発達により、最近この種の不具合はか
なり解決されているが、数年以前に建設されたトンネル
では、グラウトの不完全充填が発生している。また鉄製
シールドセグメントとグラウト部は車や電車通過による
震動により、界面に剥離を生じやすく、しかもいったん
発生した剥離は鉄製トンネルの広い面積に波及する。剥
離部の隙間には地下水が浸透してくるが、この初期の段
階ではコンクリートのアルカリ成分により、鉄製シール
ドセグメントの表面は不動態化し、腐食は発生しない。
しかし、時間の経過と共にコンクリートは中性化し、鉄
製シールドセグメントの表面の不動態は維持されなくな
り、腐食が発生し始める。特に近年、埋めたて地や海岸
地域の地下では、ヘドロや堆積物による汚染地下水や比
抵抗の小さい地下水が観測されており、この地域におけ
る鉄製シールドセグメント外面の腐食は大きな問題とな
っている。

【０００４】この鉄製シールドセグメント外面の防食対
策はこれまでほとんど検討されていない。これは鉄製シ
ールドセグメントによる一次覆工の次にコンクリートに
よる二次覆工を行う場合や、シールドセグメントの外周
部への土質改良剤注入、グラウト材充填により、鉄材に
直接腐食性のある水が接しないと考えられてきたからで
ある。しかし、セグメント間から錆汁を含む地下水が浸
出してきている例は多く見受けられ、前述したごとくそ
の地下水には腐食を促す水質となっているものが多い。

【０００５】また、二次履工された場合でも、鉄製セグ
メントの腐食によりスキンプレートに貫通孔が発生すれ
ば、そこから地下水が侵入し、鉄製セグメントの内側の
腐食が急激に進行する。その結果、錆による体積膨張が
生じ、貫通孔の発生からかなり短時間の間で二次履工部
のひび割れもしくは脱落が発生する。

【０００６】鉄製トンネル外面の腐食は、実際のものを
はずして観察することが不可能であり、また腐食はわず
かな環境の違いにより大きく変わるため、その程度を正
確に把握することができない。しかしながら、鉄面が前
述の環境に晒されていることは、明らかに腐食が発生
し、それが徐々に進行していると考えられる。

【０００７】鉄製トンネルは地下鉄、電力協同溝等の社
会的に極めて重要な施設であり、一旦トンネルに異常が
生じた場合にはその補修や再工事をするには単に工事だ
けでは図れない大きな犠牲を伴うことになる。従って、
こうした施設の防食対策は極めて重要なことである。

【０００８】従来、この部位の防食技術としては、外部
電源方式による電気防食法が一般的である。この外部電
源方式による電気防食法は、１本の不溶性電極材を被防
食体から離れた位置の土中に埋設し、防食電流を供給す
るシステムであるが、このシステムでは、電極材１本で
広い範囲の被防食体を防食することになる。通常、鉄製
トンネルでは様々な箇所で絶縁がなされており、特にシ
ールドセグメントで構成されるトンネルでは、セグメン
ト締結ボルトの腐食によりセグメント個々で絶縁されて
いる場合が多い。このため外部電源方式で電気防食をし
た場合、もし被防食体の一部に絶縁部があるとジャンピ
ング現象により絶縁部が大きな腐食を発生してしまう。
また都市部においては、被防食体以外にも様々な地下構
造物があり、これらに対しては干渉による腐食を生じる
という問題がある。さらに、鉄製トンネルは防食対象面
積が広いため、その全域を防食するには電極材の適切な
配置が必要となるが、通常鉄製トンネルは都市部に多い
ため、こうした配置は事実上、不可能となる。

【０００９】外部電源方式以外のこの部位の防食方法と
しては、モルタルの再注入や塗装が考えられる。しかし
前者は、既設構造物の場合、モルタルがトンネル外周を
充填できたか否かを確認する方法はなく、仮に充填でき
たとしても前述したごとく構造物の振動や環境の変化に
より鉄材面とモルタル面は剥離してしまい、腐食を止め
ることはできない。後者はトンネンル周囲の土壌をすべ
て撤去させなければ実施できないため、コストが非常に
高く、しかも工事可能な場所は非常に限られてしまう。
これまでの鉄製トンネル外周の防食技術には以上示した
ような欠点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな課題を解消し、トンネルの機能を停止することな
く、鉄製トンネル外周部の防食を効率よく行なうことを
可能とした既設鉄製トンネル外面の電気防食工法および
その電気防食用電極装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成させるた
めに、本発明では次のような構成の電気防食工法として
いる。

【００１２】すなわち、本発明の既設鉄製トンネル外面
の電気防食工法は、既設鉄製トンネル外面に接する環境
状態を調査した後、該トンネルの壁面および土中に穴を
あけ、電極貫通穴を有する補強鉄板を該壁内面に溶接
し、該補強鉄板に電極材が接続された充填材導入口を有
する円筒状の電極取付金具を電極材が該外面に突出する
ように固定した後、充填材導入口より充填材を送入し、
前記電極取付金具の開口部を密封することによって、ト
ンネル外面に電極材から防食電流を供給可能にしたこと
を特徴とする。

【００１３】以下、本発明の電気防食工法を図面に基づ
いて説明する。図１ａ〜ｆは本発明の電気防食工法の一
例を示す工程図である。

【００１４】本発明では、先ず既設鉄製トンネル外面に
接する環境を調査する。その後、図１ａに示されるよう
に、トンネル壁面、すなわち、鉄製セグメント１を溶断
治具３によって溶断する。次に、図１ｂに示すごとく、
鉄製セグメント１外側のグラウト層２を穿孔治具４によ
って穴をあける。

【００１５】次いで、図１ｃのように鉄製セグメント１
の溶断部分に中空でその部分にネジが切ってある補強鉄
板５を溶接する。その後、図１ｄのごとく、補強鉄板５
の中空部に電極材６が接続された電極取付金具１９を挿
入し、補強鉄板５のネジ切り部分で固定する。

【００１６】さらに、図１ｅのように、バックフィル材
注入用のアダプター７を電極取付金具１９に取り付け、
バックフィル材８をグラウト層２の空隙部分に注入す
る。最後に、図１ｆのように、バックフィル材８を電極
材６とグラウト層２の空隙に充填した後、導入口に栓９
をし、導通線をつなぐ。

【００１７】次に、本工法に使用される電極装置を図面
に基づいて説明する。図２は、鉄製セグメント１に取付
けられた電極装置の該セグメントの内側の取付状態を示
す図であり、鉄製セグメント１の内側に補強鉄板５が取
り付けられ、バックフィル材導入口には栓９がされてい
る。

【００１８】図３〜６は、図２のＡ−Ａ′部分の断面図
であり、各種電極装置の該セグメントの外側の取付状態
をそれぞれ示す。

【００１９】図３において、ネジ切りの電極貫通穴を有
する補強鉄板５が鉄製セグメント１に溶接されている。
そのネジ切り穴には、中空芯金１０を有する溶解性電極
材６、例えばマグネシウム合金陽極が貫通されネジ込み
固定されている。上記芯金１０からバックフィル材（例
えば、ベントナイト３０重量％、石膏３０重量％、ぼう
硝１０重量％に水道水２０重量％含ませて混合したも
の）をバックフィル材導入口１１より注入した後、芯金
１０の内側導入口に栓９がされ、また、芯金１０と補強
鉄板５は、導通線１２によって電気的に導通されてい
る。なお、１３および１４はそれぞれエポキシ樹脂、ゴ
ムパッキンである。

【００２０】図４において、図３と相違するところは、
芯金を棒状芯金１０′と筒状の電極取付金具１９との組
み合わせにしたところに特徴を有する。従って、バック
フィル材は該取付金具１９の側面に設けられたバックフ
ィル材注入口１８より注入されるため電極材の重量を増
大することができるので長寿命が可能となる。また、本
装置の構造の場合は不溶性の電極材を使用した外部電極
方式も利用できるのでさらに電極材の寿命を長くするこ
とができる。不溶性電極材としては磁性酸化鉄、ケイ素
鋳鉄、白金めっきチタン線等が例示される。なお、同図
において、１５は電線を示す。

【００２１】図５および図６は、それぞれ図３および図
４の電極装置に、バックフィル袋材用固定具１６によっ
て、バックフィル材用袋１７を取付けたものである。

【００２２】例えばこの図５においては、中空芯金１０
の一端内側に栓用ネジ切りを設けた後、中空芯金１０の
外側に一端部分を除いて電極材６一定の厚さで形成す
る。次に、中空芯金１０の一端外側に同心円的に外径が
ネジ切り加工された筒状の取付金具１９が設けられる。
この中空芯金１０の一端にバックフィル材導入口１１
が、また他端にバックフィル材注入口１８が設けられて
いる。バックフィル材８が電極材６の全周に行きわたる
ように、バックフィル材用袋１７が電極部の根本で固定
されており、現地で取付け後にバックフィル材の充填が
なされるようになっている。

【００２３】

【作用】このような本発明の工法は、既設鉄製トンネル
の電気防食工法において、その陽極となる電極材を被防
食体に直接取り付け、１個の電極材で限られた範囲を防
食することを目的とする工法で、従来この種の工法で問
題となっていた他の埋設物への干渉やジャンピング現象
による腐食は発生しない工法である。

【００２４】これは鉄製トンネルの形状やグラウト層の
充填状況や比抵抗の調査等の環境調査によって防食電流
到達範囲を算出し、その範囲内ごとに１個の電極材を設
置することにより達成される。また電極材が消耗した場
合は電極材取付け部がネジ加工してあるため、容易に新
しい電極材と交換することができ、従来の土中埋設方式
や、溶接方式と異なり、交換作業はきわめて容易であ
る。

【００２５】また、本発明で用いられる導入口付中空芯
金は、電極材がネジ止めにより被防食体に固定された
後、中空芯金の中空部を利用してグラウト材もしくはバ
ックフィル材の注入に使用する。これにより、例えば被
防食体外面に流水層が形成されていない場合はバックフ
ィル材を注入し、電極材面とグラウト層に存在した空隙
を消滅させ、この結果、電極材の低地抵抗が低減し、有
効な電気防食効果が発揮される。また、流水層がある場
合は急結性モルタル等のグラウト材を注入する。

【００２６】なお、バックフィル材の注入量が多くなる
恐れのある場合は、図５〜６に示されるようなバックフ
ィル材用袋付きの電極材を使用することによって、バッ
クフィル材が必要以上に注入させないようにする。その
バックフィル材の注入量やバックフィル材用袋の大きさ
は、グラウト層の状態や空隙状態等の調査に基づいて決
定される。

【００２７】以上、ネジによる取付方法について説明し
たが、他の簡便な取付方法、例えば、フランジ部を設け
てボルト等で固定する方法でもよい。

【００２８】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。

【００２９】実施例 実際の鉄製セグメントについて実施した例を示す。試験
の対象としたセグメントはＦＣＤ４５０製のダクタイル
セグメントで、埋設後２０年以上経過している。

【００３０】セグメントの外側にはモルタル系のグラウ
ト材が設計上は５００ｍｍ充填されているものの、セグ
メントの隙間から若干の漏水も認められ、セグメント外
壁の腐食が懸念されるところである。

【００３１】試験にあたっては初めに打診と打診波の解
析により、グラウト層の状態や空隙状態を調査した。次
に電極材取付け予定位置に１０ｍｍφの穴を開け、漏水
状態を調査した。漏水がほとんど無いことを確認した
後、７０ｍｍφの穴をセグメントにあけた。

【００３２】以下、前述の図１ａ〜ｆまでの手順で工事
をすすめた。電極部の長さは３００ｍｍとした。効果を
判定するために電極材の中心から５００ｍｍ、１０００
ｍｍ、１５００ｍｍ、２０００ｍｍの位置に飽和カロメ
ル電極を埋め込んだ。埋め込む際にカルボキシメチルセ
ルロース１０％を塩化ナトリウム５％の水溶液で溶かし
たゲル状の電解質をカロメル電極挿入部の穴に充填した
後、該電極を差し込んだ。このの測定結果を図７に示
す。

【００３３】図７の結果から明らかなように、電位変化
によれば、電極材から離れるにしたがい分極の程度は少
なくなっているものの、いずれの電極材位置においても
分極はすすんでおり、電気防食による防食が達成されて
いることが確認できた。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は電気防食
用電極材を既設鉄製トンネルのシールドセグメントにト
ンネルの機能を停止することなく取り付けることがで
き、しかも電位計測により防食状態は確認でき、電極材
が消耗した場合は容易に電極材の更新ができるものであ
り、一旦崩れ落ちると修復作業が極めて難しい、しかし
社会的に極めて重要な施設である既設鉄製トンネルにお
ける目視で把握できないシールドセグメント外壁の腐食
損傷を長時間守ることのできるという効果がある。

【００３５】また、電極の固定をネジ方式としてあるた
め、電極材消耗時の電極材交換は、これまで電気防食法
で一般的であった電極材の土中埋設方式や溶接方式に比
較し、極めて容易となる。このことは電鉄トンネル等の
作業時間が限られる施設の維持管理上、有効なこととな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の電気防食工法の一例を示す工程図。

【図２】 鉄製セグメントに取付けられた電極装置の該
セグメントの内側の取付状態を示す図。

【図３】 本発明の電極装置の第１の例を示す断面図。

【図４】 本発明の電極装置の第２の例を示す断面図。

【図５】 本発明の電極装置の第３の例を示す断面図。

【図６】 本発明の電極装置の第４の例を示す断面図。

【図７】 電位の経時変化を示すグラフ。

【符号の説明】

１：鉄製セグメント、２：グラウト層、３：溶断治具、
４：穿孔治具、５：補強鉄板、６：電極材、７：アダプ
ター、８：バックフィル材、９：栓、１０：中空芯金、
１１：バックフィル材導入口、１２：導通線、１３：樹
脂、１４：ゴムパッキン、１５：電線、１６：バックフ
ィル材用袋固定具、１７：バックフィル材用袋、１８：
バックフィル材注入口、１９：電極取付金具。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既設鉄製トンネル外面に接する環境状態
   を調査した後、該トンネルの壁面および土中に穴をあ
   け、電極貫通穴を有する補強鉄板を該壁内面に溶接し、
   該補強鉄板に電極材が接続された充填剤導入口を有する
   筒状の電極取付金具を電極材が該外面に突出するように
   固定した後、充填材導入口より充填材を送入し、前記電
   極取付金具の開口部を密封することによって、トンネル
   外面に電極材から防食電流を供給可能にしたことを特徴
   とする既設鉄製トンネル外面の電気防食工法。
2. 【請求項２】 既設鉄製トンネルの内面に溶接された電
   極貫通穴を有する補強鉄板と、該鉄板に取り付けられた
   筒状の電極取付金具と、該金具に接続された中空芯金
   と、該芯金の外側に形成された電極材とからなる電気防
   食用電極装置。
3. 【請求項３】 既設鉄製トンネルの内面に溶接された電
   極貫通穴を有する補強鉄板と、該鉄板に取り付けられ、
   その側面に充填剤注入口を有する筒状の電極取付金具
   と、該金具に接続された芯金と、該芯金の外側に形成さ
   れた電極材とからなる電気防食用電極装置。
4. 【請求項４】 既設鉄製トンネルの内面に溶接された電
   極貫通穴を有する補強鉄板と、該鉄板を貫通する中空芯
   金と、該芯金の端部に同心状に嵌合した電極取付金具
   と、該芯金の外側に形成された電極材とからなる電気防
   食用電極装置。
5. 【請求項５】 前記電極材の全周を覆うように設けられ
   た充填材用袋を有する請求項２、３または４に記載の電
   気防食用電極装置。