地中におけるコンクリート構造物の接地構造及び方法
【課題】接地工事が容易で、コストダウンが可能な地中におけるコンクリート構造物の接地構造及び方法の提供を課題とする。
【解決手段】鉄筋４７ａ，４７ｂを有し地中に埋設されたセグメント（コンクリート構造物）４５の内部空間に配置された電気設備４４を接地するものである。セグメント４５のコンクリーａトに接触し、且つ地盤４２内に挿入されない位置に配置された接地電極部材４３を備え、接地電極部材４３の露出部４３ａに電気設備４４の接地端子４４ａが接続される。
【解決手段】鉄筋４７ａ，４７ｂを有し地中に埋設されたセグメント（コンクリート構造物）４５の内部空間に配置された電気設備４４を接地するものである。セグメント４５のコンクリーａトに接触し、且つ地盤４２内に挿入されない位置に配置された接地電極部材４３を備え、接地電極部材４３の露出部４３ａに電気設備４４の接地端子４４ａが接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルなど地中の鉄筋コンクリート構造物、鉄骨コンクリート構造物又は鉄筋鉄骨コンクリート構造物に適用して好適な地中におけるコンクリート構造物の接地構造及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、接地は、電気設備に発生する異常電流を例えば銅などの接地電極部材を介して大地に流すことにより、感電、火災、機器損傷を防止している。接地電極部材は、固有の大地抵抗を有する土壌に対して、許容接地抵抗を確保できる表面積を有している。
【０００３】
従来、図３０に示すように、例えばシールドトンネル１００内で送電線１０１の接続工事を行う場合、シールドトンネル１００の内部空間１０２よりボーリングにより、セグメント１０３及び地山１０４を掘削して穴を設け、この穴内に接地用の棒状の接地電極部材１０５を挿入し、この接地電極部材１０５と送電線１０１とを接地線１０６で接続していた（例えば、特許文献１〜４参照。）。
【特許文献１】特開昭５７−１１５７８３号公報
【特許文献２】特開平９−２８１９０号公報
【特許文献３】特開平１０−２０３８号公報
【特許文献４】特開２００５−５６５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のシールドトンネルにおける電気設備の接地技術は、シールドトンネルの深層化に伴い、地山の硬質化や高水圧化により、設置工事施工箇所の環境が悪化し、また、接地施工専業業者の減少などにより、接地工事費が高騰しているという問題があった。
【０００５】
このような問題は、シールドトンネル内で電気設備を使用する場合に限らず、開削トンネルや各種の地中におけるコンクリート構造物内で電気設備を使用する場合にも同様に発生する。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、接地工事が容易で、コストダウンが可能な地中におけるコンクリート構造物の接地構造及び方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、本発明は、
鉄筋又は鉄骨の一方又は両方を有し、地中に埋設されたコンクリート構造物の内部空間に配置された電気設備を接地する接地構造であって、
前記コンクリート構造物のコンクリートに接触し、且つ地盤に挿入されない位置に配置された接地電極部材を備え、
前記接地電極部材に、前記電気設備の接地端子を接続することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、接地電極部材を地盤内に埋設する必要がないので、施工工事が容易になる。また、接地電極部材が鉄筋に接触していないので、鉄筋が電食によって損傷するのを抑制できる。
【０００９】
ここで、前記コンクリート構造物と地盤との間に、裏込め材が設けられている構成にできる。この場合は、裏込め材の特性により、接地抵抗が更に小さくなる。
【００１０】
また、前記接地電極部材の一部が、前記コンクリート内に埋設されている構成にできる。
【００１１】
また、前記接地電極部材は平板状に形成され、前記コンクリートの内部空間側の表面に設けられている構成にできる。
【００１２】
また、前記コンクリート構造物は、シールドトンネル又は開削トンネルを例示できる。
また、前記コンクリート構造物の内部空間側の表面に穴が設けられ、前記接地電極部材が前記穴内に挿入されている構成にできる。
【００１３】
また、前記穴内における前記接地電極部材の周囲に、接地低減充填材が充填されている構成にできる。
【００１４】
また、前記接地電極部材は、前記コンクリートを貫通し、又は貫通していない構成にできる。
【００１５】
また、前記コンクリートが地下水を吸収し、前記コンクリート構造物の抵抗率が１〜１５０Ω・ｍであることが好ましい。
【００１６】
また、前記コンクリート構造物の抵抗率が２５Ω・ｍ以下であることが更に好ましい。この場合は、経年変化による接地抵抗の増大の影響を抑制できる。
【００１７】
また、前記コンクリート構造物は前記シールドトンネルのセグメントであり、前記接地電極部材は、前記セグメントの籠鉄筋における鉄筋の間に配置されている構成にできる。
【００１８】
また、前記接地電極部材は、前記セグメントのローリングを防止するために設けられた立金物取付用アンカーを例示できる。
【００１９】
また、前記接地電極部材は、前記内部空間に最も接近した前記鉄筋又は前記鉄骨の深さまで埋設されている構成にできる。
【００２０】
また、本発明は、
鉄筋又は鉄骨の一方もしくは両方を有し、地中に埋設されたコンクリート構造物の内部空間に配置された電気設備を接地する接地方法であって、
接地電極部材を前記コンクリート構造物のコンクリートに接触し、且つ地盤に挿入されない位置に配置し、
前記接地電極部材に、前記電気設備の接地用端子を接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、接地電極部材をコンクリート構造物のコンクリート内に埋設するだけであり、コンクリート構造物の外側の地盤内に埋設する必要がないので、施工工事が容易になると共に、コストダウンが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る地中におけるコンクリート構造物の接地構造及び方法の実施の形態を、添付した図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、本発明を鉄筋コンクリート構造物に適用した場合について説明するが、本発明は、鉄骨コンクリート構
造物又は鉄筋鉄骨コンクリート構造物にも適用できる。また、以下の実施形態は一実施例であり、本発明は実施形態に限定されない。
【００２３】
《接地抵抗について》
ここでは、まず接地抵抗について説明する。図１に示すように、大地（地盤）１１に埋設された接地電極１０に、接地電流Ｉ（Ａ）が流入すると、図２に示すように、接地電極１０の電位Ｅ（Ｖ）が周囲の大地１１に比べＥ（Ｖ）だけ上昇する。このとき、接地抵抗Ｒ（Ω）は、Ｒ＝Ｅ／Ｉとなる。
【００２４】
また、接地抵抗Ｒ（Ω）は、接地電極１０から遠い場所ほど小さくなる。接地抵抗は、接地線抵抗及び接地電極自体の抵抗、接地電極と土壌の接触抵抗、及び接地電極周辺の大地抵抗率の３要素によって決まる。
【００２５】
この３要素の中で接地抵抗に影響を与える要因として最も重要なのは、接地電極周辺の大地抵抗率（ρ）であり、接地電極１０の寸法、形状が定まると、接地電極１０の接地抵抗（値）Ｒは次式のように表される。
【００２６】
Ｒ＝ρ×Ｆ
但し、Ｒ：接地抵抗（Ω）
ρ：大地抵抗率
ｆ：接地電極の形状と寸法により定まる関数
【００２７】
上式から分かるように、接地抵抗Ｒを小さくするためには、大地抵抗率ρ又は関数ｆを小さくすればよい。あるいは、大地抵抗率ρを固定した場合には、接地電極１０の形状や寸法を小さくすることにより、接地抵抗Ｒを小さくできる。
【００２８】
また、図３に示すように、接地抵抗Ｒの理論式として半球状電極の考え方が簡便的に多用されている。
【００２９】
この半球状電極の考え方では、接地抵抗Ｒは、Ｒ＝ρ／２πｒとなる。ｒは接地電極からの距離である。この数式のうち、１／２πｒの部分がｆ（電極の形状と寸法により定まる関数）となる。
【００３０】
《接地設計》
接地設計は、図４〜図６に基づいて、接地抵抗Ｒの目標値を定め、大地パラメータを把握し、接地規模に応じた接地工法により設計を行うのが一般的である。
【００３１】
図４は一般に使用されている接地電極の形状と接地抵抗Ｒの計算式、図５は大地パラメータである土壌の抵抗率ρ、図６は土の含む水分と土壌の抵抗率との関係、図７は各種の土質における含水率と抵抗率との関係を示す図である。
【００３２】
図４から分かるように、接地電極の形状に応じて接地抵抗Ｒの計算式が設定されている。また、図５〜図７から分かるように、大地抵抗は、土質やその中に含まれている水分の量等により変化する。
【００３３】
地中のコンクリート構造物は、地下水位下に設置されることが多い。この状態では、地中のコンクリート構造物のコンクリートは、地下水を吸水する。そして、乾燥状態では絶縁体であるコンクリートが、吸水により半導体へと変化し、コンクリートの抵抗率は大地抵抗率と同等になる。
【００３４】
図８はコンクリートの配合と吸水率及び抵抗率との関係、図９は各種物質の抵抗率を示す。図８及び図９から分かるように、コンクリートは吸水状態では土壌と同程度の抵抗率になる。
【００３５】
従来、地中のコンクリート構造物を、大地（地盤）と接している導電性物体と見なし、その導電性物体を接地電極に代用した構造体接地設計が考えられている。
【００３６】
この構造体接地設計では、図１０に示すように、コンクリート構造体２００の地表下部分２０１が、大地の地盤２０２に接していることから、地表下部分２０１の地盤２０２と接している接触面積と、半球状電極との置換を行い、接地抵抗を求める。
【００３７】
すなわち、図１１に示すように、コンクリート構造体２００の地盤２０２との接触面積をＡとすると、図１２に示すように、半球状電極（等価半径ｒ）２０３の表面積は２πｒ2であるから、上記接触面積ＡはＡ＝２πｒ2、等価半径ｒはｒ＝（Ａ／２π）1/2となる
。上記から、等価半径ｒの半球状電極の接地抵抗Ｒは、Ｒ＝ρ／２πｒとなる。
【００３８】
図１３は、半球状電極２０３からの距離と接地抵抗の関係を示す。半球状電極２０３から遠い場所ほど、接地抵抗が小さくなる。
【００３９】
一般にコンクリート構造物は、鉄骨コンクリート、鉄骨コンクリート造、又は鉄筋鉄骨コンクリート造であり、従来は、コンクリート構造体の一部である鉄骨や鉄筋に、接地線を接続し等価接地極の役目を持たせる構造にしていた。
【００４０】
これに対して、本発明では、上記のように、地中のコンクリート構造物は地下水の吸水状態にあるため、その抵抗率は大地抵抗率と同等と考えられることから、次に説明するように、接地電極をコンクリート構造物のコンクリートにのみ接触させ、鉄骨や鉄筋に接触させない構造とする。
【００４１】
《第１実施形態》
図１４は、本発明に係る第１実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造１を示す。なお、図１４は、鉄筋コンクリート構造物の一部を示す。
【００４２】
地下のコンクリート構造物におけるコンクリートの抵抗率は、土質やその中に含まれている水分の量等により２０〜１００Ω・ｍ程度となる。つまり、地下のコンクリート構造物の抵抗率は、大地の地盤と同等と考えられる。
【００４３】
そこで、本発明の接地構造１は、地中の鉄筋コンクリート構造物２０の鉄筋２１ａ，２１ｂに非接触の状態で、接地電極部材２２をコンクリート２３に埋設又は打ち込むことにより、所定の接地抵抗を得るように構成されている。なお、接地電極部材２２は、銅などの良導体が用いられる。
【００４４】
図１４では、接地電極部材２２が鉄筋２１ｂに接触しているように見えるが、実際には接地電極部材２２は鉄筋２１ｂ，２１ｂの間で、鉄筋２１ｂから離れた位置に配置されている。
【００４５】
この接地構造１は、図１４に示すように、一般の接地電極と同様に、地中の鉄筋コンクリート構造物２０のコンクリート２３に埋設又は打ち込まれた棒状の接地電極部材２２を介して、接地電極部材２２に流入した接地電流が大地の地盤２４（図１５参照）に流されるように構成されている。
【００４６】
接地電極部材２２は、図１５に示すように、コンクリート２３の内部空間に近い方の鉄筋２１ａと略同じ深さまで埋設されている。接地電極部材２２の一方の先端は、内部空間に露出されている。また、接地電極部材２２は、何れの鉄筋２１ａ，２１ｂにも接触しない位置に配置されている。
【００４７】
この接地構造１は、図１６に示すように、接地電極部材２２に接地電流Ｉ（Ａ）が流入すると、接地電極部材２２の周りの大地における地盤２４に誘導電位が発生する。なお、図１６中の符号Ｘで示す範囲は、誘導電位影響範囲である。
【００４８】
接地電極部材２２の近傍に、平行又は交差する良導体である鉄筋２１ａ，２１ｂが存在する場合、接地電極部材２２に流れた接地電流Ｉは、コンクリート２３及び鉄筋２１ａ，２１ｂを介して地盤２４に伝わる。この場合、接地抵抗（値）Ｒは、大地の土壌（地盤）２４の土質やその中に含まれている水分の量等により変化する。
【００４９】
また、接地電極部材２２が銅の場合、異種金属である鉄筋２１ａ，２１ｂと接触すると、電食により鉄筋２１ａ，２１ｂが損傷するおそれがある。
【００５０】
一般に、鉄（鋼）の電位は０．４６Ｖであり、銅の電位が０．１７Ｖであるので、鉄の方が浸食される。
【００５１】
本発明では、接地電極部材２２が、鉄筋２１ａ，２１ｂと接触していない（非接触）ので、鉄筋２１ａ，２１ｂが電食によって損傷するのを抑制できる。
【００５２】
ここで、コンクリート構造物２０の抵抗率ρ＝１００Ω・ｍとすると、接地抵抗Ｒ＝ρ／（２πＡ）1/2から、Ｒ＝１００／（２πＡ）1/2（Ａは結合等電位範囲面積）となる。
【００５３】
また、接地抵抗Ｒ＝２５Ωとすると、コンクリート構造物２０の大地における地盤２４との接触面積Ａ＝２．５ｍ2となる。従って、接地電極部材２２がコンクリート構造物２
０のコンクリート２３と接触する面積Ａを、上記値に設定する。
【００５４】
なお、図１４の接地構造１では、接地電極部材２２を空間に近い方の鉄筋２１ａと略同じ深さまで埋設したが、図１７に示すように、接地電極部材２２を大地２４に近い方の鉄筋２１ａと略同じ深さまで埋設できる。
【００５５】
この場合も、接地電極部材２２は、図１８に示すように、何れの鉄筋２１ａ，２１ｂにも接触しない位置に配置する。これにより、鉄筋２１ａ，２１ｂの電食を抑制できる。また、接地電極部材２２は、市販の鉄筋アンカーなどを使用できる。
【００５６】
《第２実施形態》
図１９は、本発明に係る地中におけるコンクリート構造物の接地構造３を示す。上記のように、地中のコンクリート構造物２０の抵抗率は、大地の抵抗率と同等と考えられる。
【００５７】
このことから、この接地構造３は、銅製で板状の接地電極部材３０が、必要面積だけコンクリート構造物２０の空間側の表面２０ａに貼り付けられている。
【００５８】
この場合、図２０に示すように、接地電極部材３０、コンクリート２２及び鉄筋２１ａ，２１ｂを含む比較的大きな誘導電位範囲Ｘが生じる。これにより、接地電極部材３０に流入した電流Ｉが誘導電位範囲Ｘを介して大地２４に流れる。
【００５９】
この接地構造３は、板状の接地電極部材３０をコンクリート構造物２０のコンクリート
２３における内部空間側の表面に貼り付けるだけであり、施工が容易でコストダウンが可能になる。
【００６０】
また、接地電極部材３０が、鉄筋２１ａ，２１ｂに接触していないので、鉄筋２１ａ，２１ｂが電食によって損傷するのを回避できる。
【００６１】
なお、コンクリート２３が乾燥している状態では、コンクリート２３の抵抗率が大地抵抗率と同等にならない絶縁体になる。このことから、コンクリート２３が吸水状態にあることが必要となる。
【００６２】
《第３実施形態》
図２１は、本発明に係る第３実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造４を示す。
【００６３】
この接地構造４は、本発明をシールドトンネル４０に適用したものである。この接地構造４は、地中に埋設されたコンクリート構造物であるシールドトンネル４０の内部空間４１に配置された電動機などの電気設備４４を接地する。
【００６４】
シールドトンネル４０のセグメント４５は、鉄筋コンクリート製であり、コンクリート４５ａは地下水を吸水して所定の抵抗率ρ、本実施形態では抵抗率ρが１００Ω・ｍ以下となっている。なお、セグメント４５の抵抗率ρは、１〜１５０Ω・ｍ、好ましくは１〜１００Ω・ｍ、更に好ましくは２５Ω・ｍ以下に設定する。
【００６５】
この接地構造４は、シールドトンネル４０のセグメント４５に設けられ、少なくとも一部である露出部４３ａが内部空間４１に露出し、且つ地盤４２に挿入されない金属状の接地電極部材４３を備えている。そして、この接地電極部材４３の露出部４３ａに、電気設備４４の接地端子４４ａが接続される。なお、図中の符号４４ｂは接地線である。
【００６６】
地盤４２とシールドトンネル４０のセグメント４５との間には、例えば厚さ５０ｍｍ程度の裏込め材４６が充填されている。セグメント４５には、籠鉄筋４７が設けられている。
【００６７】
また、セグメント４５には、内部空間４１に面する穴４８が設けられている。接地電極部材４３は、穴４８内に挿入されている。また、穴４８内における接地電極部材４３の周囲には、接地低減充填材４９が充填されている。
【００６８】
更に、接地電極部材４３は、図２２にも示すように、籠鉄筋４７の裏込め材４６に近い方の鉄筋４７ａと同程度の深さまで埋設されている。また、この接地電極部材４３は、籠鉄筋４７の何れの鉄筋４７ａ〜４７ｄにも接触しない位置に配置されている。
【００６９】
この接地構造４は、接地電極部材４３が籠鉄筋４７に接触していないので、籠鉄筋４７が電食によって損傷するのを抑制できる。
【００７０】
また、接地電極部材４３を地盤４２内に挿入する必要がないので、施工が容易である。従って、接地専業業者に限らず一般的な工事業者が施工できるので、コスト低減が可能になる。
【００７１】
なお、穴４８は、セグメント４５に予め設けられている裏込め材注入用のグラウトホール（非貫通穴又は貫通穴）を利用できる。このグラウトホールは、裏込め材が場所によって充分充填されていない場合に、裏込め材４６を注入すべく設けられたものである。
【００７２】
本発明では、ＲＣ（鉄筋コンクリート）造のセグメント４５の籠鉄筋４７に、コンクリート製のセグメント４５に設けられた市販鉄筋アンカーなどを利用した接地電極部材４３から、誘導電位範囲を広げて、セグメント４５と裏込め材４６による接地抵抗の低下を図ることができる。
【００７３】
また、接地電極部材４３は、セグメント４５に予め設けられている立金物取付用アンカーと共用し、シールド施工に伴うセグメントのローリングを考慮して施工されている増し打ちアンカーを利用できる。
【００７４】
更に、大地に異常電流をスムーズに流すため、裏込め材４６の電気特性を利用できる。なお、裏込め材４６の抵抗率は、例えば１８．９Ω・ｍ程度を示した測定結果が得られている。
【００７５】
《既設のシールドトンネルにおけるグラウトホールの接地抵抗》
図２３は、セグメント４５に予め設けられているグラウトホール及び埋込インサートの接地抵抗を測定する際に使用した接地抵抗測定設備７を示す。
【００７６】
この接地抵抗測定設備７は、電位降下法により接地抵抗を測定するものであり、大地の地盤７１に差し込まれた接地極（Ｅ極）７２と、所定の間隔（５〜１０ｍ）で配置された補助電極である電位極（Ｐ極）７３及び電位極（Ｃ極）７４とを有している。なお、符号７５は測定器である。電位極７３，７４は、水により充分に濡れている。
【００７７】
この接地抵抗測定設備７により、電位極７３，７４を地盤７１上に設置した場合の接地抵抗と、電位極７３，７４をシールドトンネル内に設置した場合の接地抵抗を測定した結果、両方の接地抵抗が略同等であることを確認した。
【００７８】
また、模擬的に地盤７１上で接地極７２の接地抵抗を測定し、電位極７３，７４の位置を変えて、接地抵抗を測定した結果、接地極７２と電位極７３間、及び電位極７３，７４の間隔を５ｍ以上にすることにより、接地極７２と電位極７３，７４の接地抵抗に相違がないことを確認した。
【００７９】
この接地抵抗測定設備７により、既設のシールドトンネルにおけるグラウトホール、埋め込みインサート等について、Ａトンネル及びＢトンネルの現場で接地抵抗を測定した結果、図２４に示すように、グラウトホール並びにボルトボックスについては、本発明を適用できる程度の接地抵抗であることを確認した。
【００８０】
すなわち、Ａトンネルのグラウトホールの接地抵抗（値）Ｒは、Ｒ＝２．４〜４８Ω、Ｂトンネルのグラウトホールの接地抵抗Ｒは、Ｒ＝７５〜１５０Ωであった。
【００８１】
また、図２５に示すように、Ａトンネルでは、グラウトホールが２個の場合、接地抵抗Ｒが２０Ω、グラウトホールが４個の場合、接地抵抗Ｒが８．７Ωであり、グラウトホールが多いほど接地抵抗が小さくなることが分かる。同様なことがＢトンネルでも確認された。
【００８２】
埋込インサートをシールドトンネルに設置した場合、その接地抵抗は４２０〜１０００Ωであった。埋込インサートを並列接続したときの接地抵抗値は、１０個並列で６０Ω程度であった。
【００８３】
また、シールドトンネルに設けられたボルトボックスでは、一点で測定したときに接地
抵抗が３２Ωであった。
【００８４】
このように、グラウトホール及びボルトボックスについては、Ｄ種としての接地抵抗値を満足する結果が得られた。また、埋込インサートは接地抵抗が比較的高い。
【００８５】
なお、本発明では、コンクリート構造物の接地抵抗の目標値を１〜１５０Ω程度、好ましくは１〜１００Ω程度、更に好ましくは２５Ω以下に設定する。経年変化等の影響によりコンクリート構造物の抵抗率が上昇しても支障のないように、接地抵抗は２５Ω以下に設定するのが好ましい。
【００８６】
《第４実施形態》
図２６は、本発明に係る第４実施形態の接地構造５を示す。なお、上記実施形態と同様な部分には、同一の符号を付けて詳細な説明を省略する。
【００８７】
この接地構造５は、セグメント４５を貫通しているグラウトホール５０に、棒状の接地電極部材５１が挿入されている。
【００８８】
接地電極部材５１の一端５１ａは、内部空間４１に露出している。また、接地電極部材５１の他端５１ｂは、裏込め材４６内まで延びている。
【００８９】
また接地電極部材５１は、籠鉄筋４７の何れの鉄筋４７ａ〜４７ｄにも接触しない位置に配置されている。なお、図中の符号５２は止水パッキンである。
【００９０】
この接地構造５は、接地電極部材５１を地盤４２内まで延ばす必要がないので、施工が容易でコストダウンが可能である。また、接地電極部材５１が鉄筋４７ａ〜４７ｄに接触していないので、鉄筋４７ａ〜４７ｄに電食が発生するのを抑制できる。
【００９１】
《第５実施形態》
図２７は、本発明に係る第４実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造６を示す。
【００９２】
この接地構造６は、セグメント４５内に設けられたセグメント鋼製ボックス６０に、接地電極部材６１が取り付けられている。また、セグメント鋼製ボックス６０及び接地電極部材６１の周囲には、接地低減充填材４９が充填されている。
【００９３】
接地電極部材６１は、籠鉄筋４７における裏込め材４６に近い方の鉄筋４７ａと同程度の深さまで延びている。この接地構造６は、第４実施形態の接地構造４と同様な作用効果を有している。
【００９４】
《第６実施形態》
図２８は、本発明に係る第６実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造８を示す。
【００９５】
この接地構造８は、金属製で板状の接地電極部材８０が、セグメント４５における内部空間４１側の表面にビスなどで貼られている。接地電極部材８０とセグメント４５との間には、フリクション材（接地低減材）８１が設けられている。
【００９６】
本実施形態では、接地電極部材８０は、２００ｍｍ×２００ｍｍ程度の大きさに形成されている。また、接地電極部材８０には、亜鉛メッキが施されている。
【００９７】
このように、本発明は、地中におけるコンクリート構造物の電気伝導特性と、裏込め材の電気伝導特性を利用した接地構造とすることにより、電気設備により発生する異常電流を確実に大地に放出することが可能となる。
【００９８】
また、接地電極部材を地盤に挿入する必要がないので、接地専業技術に依存することなく、コストパフォーマンス（従来に比して５０〜８０％低減程度）が期待できる接地施工が可能となる。
【００９９】
また、接地電極部材が鉄筋又は鉄骨に接触しないので、鉄筋又は鉄骨が電食によって損傷するのを抑制できる。
【０１００】
また、シールドトンネルの深層化に伴い地山の硬質化や高水圧化により、接地工事施工箇所の環境悪化に影響されない接地施工が確保され、近傍の場所で行われる各種の工事施工等による接地箇所の損傷も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】接地抵抗を説明する図である。
【図２】接地抵抗と電位との関係を示す図である。
【図３】半球体状接地電極の模式図である。
【図４】各種の接地電極の形状と接地抵抗計算式を示す図である。
【図５】土壌の抵抗率を示す図である。
【図６】土の含む水分と抵抗率を示す図である。
【図７】各種の土壌の含水率と抵抗率との関係を示す図である。
【図８】コンクリートの配合割合と吸水率及び抵抗率を示す図である。
【図９】各種材料の抵抗率を示す図である。
【図１０】地下構造物と地盤の接触部分を示す図である。
【図１１】地下構造物と地盤の接触部分の表面積を説明する図である。
【図１２】半球状電極を示す図である。
【図１３】半球状電極に対する距離と接地抵抗との関係を示す図である。
【図１４】本発明に係る第１実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造 を示す図である。
【図１５】本発明に係る第１実施形態の接地電極部材の埋設状態を示す図であり、図１４のＡ−Ａ断面図である。
【図１６】本発明に係る第１実施形態の接地電極部材の周囲に発生する誘導電位影響範囲を示す図である。
【図１７】本発明に係る第１実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造を示す図である。
【図１８】本発明に係る第１実施形態の接地電極部材の埋め込み深さを示す図であり、図１７のＢ−Ｂ断面図である。
【図１９】本発明に係る第２実施形態の地中のコンクリート構造物の接地構造を示す図である。
【図２０】本発明に係る第２実施形態の誘導電位影響範囲を示す図である。
【図２１】本発明に係る第３実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造を示す断面図である。
【図２２】本発明に係る第３実施形態の設置電極部材の埋め込み深さを示す図であり、図２１のＣ−Ｃ断面図である。
【図２３】接地抵抗測定設備を示す図である。
【図２４】シールドトンネルにおけるグラウトホールでの接地抵抗の測定結果を示す図である。
【図２５】シールドトンネルにおける複数のグラウトホールに設けた接地電極を接続した場合の接地抵抗を示す図である。
【図２６】本発明に係る第４実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造を示す図である。
【図２７】本発明に係る第５実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造を示す図である。
【図２８】本発明に係る第６実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造を示す図である。
【図２９】従来例に係る接地技術を示す図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 接地構造
３ 接地構造
４ 接地構造
５ 接地構造
６ 接地構造
７ 接地抵抗測定設備
８ 接地構造
１０ 接地電極
１１ 大地の地盤
２０ コンクリート構造物
２０ 鉄筋コンクリート構造物
２０ａ 表面
２１ａ，２１ｂ 鉄筋
２２ コンクリート
２２ 接地電極部材
２３ コンクリート
２４ 地盤
３０ 接地電極部材
４０ シールドトンネル
４１ 内部空間
４２ 地盤
４３ 接地電極部材
４３ａ 露出部
４４ 電気設備
４４ａ 接地端子
４４ｂ 接地線
４５ セグメント
４５ａ コンクリート
４６ 裏込め材
４７ 籠鉄筋
４７ａ，４７ｂ 鉄筋
４８ 穴
４９ 接地低減充填材
５０ グラウトホール
５１ 接地電極部材
５１ａ 一端
５１ｂ 他端
５２ 止水パッキン
６０ セグメント鋼製ボックス
６１ 接地電極部材
７０ 接地電極部材
７１ 地盤
７２ 接地極
７３ 電位極
７５ 測定器
１００ シールドトンネル
１０１ 送電線
１０２ 内部空間
１０３ セグメント
１０４ 地山
１０５ 接地電極部材
１０６ 接地線
２００ コンクリート構造体
２０１ 地表下部分
２０２ 地盤
２０３ 半球状電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルなど地中の鉄筋コンクリート構造物、鉄骨コンクリート構造物又は鉄筋鉄骨コンクリート構造物に適用して好適な地中におけるコンクリート構造物の接地構造及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、接地は、電気設備に発生する異常電流を例えば銅などの接地電極部材を介して大地に流すことにより、感電、火災、機器損傷を防止している。接地電極部材は、固有の大地抵抗を有する土壌に対して、許容接地抵抗を確保できる表面積を有している。
【０００３】
従来、図３０に示すように、例えばシールドトンネル１００内で送電線１０１の接続工事を行う場合、シールドトンネル１００の内部空間１０２よりボーリングにより、セグメント１０３及び地山１０４を掘削して穴を設け、この穴内に接地用の棒状の接地電極部材１０５を挿入し、この接地電極部材１０５と送電線１０１とを接地線１０６で接続していた（例えば、特許文献１〜４参照。）。
【特許文献１】特開昭５７−１１５７８３号公報
【特許文献２】特開平９−２８１９０号公報
【特許文献３】特開平１０−２０３８号公報
【特許文献４】特開２００５−５６５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のシールドトンネルにおける電気設備の接地技術は、シールドトンネルの深層化に伴い、地山の硬質化や高水圧化により、設置工事施工箇所の環境が悪化し、また、接地施工専業業者の減少などにより、接地工事費が高騰しているという問題があった。
【０００５】
このような問題は、シールドトンネル内で電気設備を使用する場合に限らず、開削トンネルや各種の地中におけるコンクリート構造物内で電気設備を使用する場合にも同様に発生する。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、接地工事が容易で、コストダウンが可能な地中におけるコンクリート構造物の接地構造及び方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、本発明は、
鉄筋又は鉄骨の一方又は両方を有し、地中に埋設されたコンクリート構造物の内部空間に配置された電気設備を接地する接地構造であって、
前記コンクリート構造物のコンクリートに接触し、且つ地盤に挿入されない位置に配置された接地電極部材を備え、
前記接地電極部材に、前記電気設備の接地端子を接続することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、接地電極部材を地盤内に埋設する必要がないので、施工工事が容易になる。また、接地電極部材が鉄筋に接触していないので、鉄筋が電食によって損傷するのを抑制できる。
【０００９】
ここで、前記コンクリート構造物と地盤との間に、裏込め材が設けられている構成にできる。この場合は、裏込め材の特性により、接地抵抗が更に小さくなる。
【００１０】
また、前記接地電極部材の一部が、前記コンクリート内に埋設されている構成にできる。
【００１１】
また、前記接地電極部材は平板状に形成され、前記コンクリートの内部空間側の表面に設けられている構成にできる。
【００１２】
また、前記コンクリート構造物は、シールドトンネル又は開削トンネルを例示できる。
また、前記コンクリート構造物の内部空間側の表面に穴が設けられ、前記接地電極部材が前記穴内に挿入されている構成にできる。
【００１３】
また、前記穴内における前記接地電極部材の周囲に、接地低減充填材が充填されている構成にできる。
【００１４】
また、前記接地電極部材は、前記コンクリートを貫通し、又は貫通していない構成にできる。
【００１５】
また、前記コンクリートが地下水を吸収し、前記コンクリート構造物の抵抗率が１〜１５０Ω・ｍであることが好ましい。
【００１６】
また、前記コンクリート構造物の抵抗率が２５Ω・ｍ以下であることが更に好ましい。この場合は、経年変化による接地抵抗の増大の影響を抑制できる。
【００１７】
また、前記コンクリート構造物は前記シールドトンネルのセグメントであり、前記接地電極部材は、前記セグメントの籠鉄筋における鉄筋の間に配置されている構成にできる。
【００１８】
また、前記接地電極部材は、前記セグメントのローリングを防止するために設けられた立金物取付用アンカーを例示できる。
【００１９】
また、前記接地電極部材は、前記内部空間に最も接近した前記鉄筋又は前記鉄骨の深さまで埋設されている構成にできる。
【００２０】
また、本発明は、
鉄筋又は鉄骨の一方もしくは両方を有し、地中に埋設されたコンクリート構造物の内部空間に配置された電気設備を接地する接地方法であって、
接地電極部材を前記コンクリート構造物のコンクリートに接触し、且つ地盤に挿入されない位置に配置し、
前記接地電極部材に、前記電気設備の接地用端子を接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、接地電極部材をコンクリート構造物のコンクリート内に埋設するだけであり、コンクリート構造物の外側の地盤内に埋設する必要がないので、施工工事が容易になると共に、コストダウンが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る地中におけるコンクリート構造物の接地構造及び方法の実施の形態を、添付した図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、本発明を鉄筋コンクリート構造物に適用した場合について説明するが、本発明は、鉄骨コンクリート構
造物又は鉄筋鉄骨コンクリート構造物にも適用できる。また、以下の実施形態は一実施例であり、本発明は実施形態に限定されない。
【００２３】
《接地抵抗について》
ここでは、まず接地抵抗について説明する。図１に示すように、大地（地盤）１１に埋設された接地電極１０に、接地電流Ｉ（Ａ）が流入すると、図２に示すように、接地電極１０の電位Ｅ（Ｖ）が周囲の大地１１に比べＥ（Ｖ）だけ上昇する。このとき、接地抵抗Ｒ（Ω）は、Ｒ＝Ｅ／Ｉとなる。
【００２４】
また、接地抵抗Ｒ（Ω）は、接地電極１０から遠い場所ほど小さくなる。接地抵抗は、接地線抵抗及び接地電極自体の抵抗、接地電極と土壌の接触抵抗、及び接地電極周辺の大地抵抗率の３要素によって決まる。
【００２５】
この３要素の中で接地抵抗に影響を与える要因として最も重要なのは、接地電極周辺の大地抵抗率（ρ）であり、接地電極１０の寸法、形状が定まると、接地電極１０の接地抵抗（値）Ｒは次式のように表される。
【００２６】
Ｒ＝ρ×Ｆ
但し、Ｒ：接地抵抗（Ω）
ρ：大地抵抗率
ｆ：接地電極の形状と寸法により定まる関数
【００２７】
上式から分かるように、接地抵抗Ｒを小さくするためには、大地抵抗率ρ又は関数ｆを小さくすればよい。あるいは、大地抵抗率ρを固定した場合には、接地電極１０の形状や寸法を小さくすることにより、接地抵抗Ｒを小さくできる。
【００２８】
また、図３に示すように、接地抵抗Ｒの理論式として半球状電極の考え方が簡便的に多用されている。
【００２９】
この半球状電極の考え方では、接地抵抗Ｒは、Ｒ＝ρ／２πｒとなる。ｒは接地電極からの距離である。この数式のうち、１／２πｒの部分がｆ（電極の形状と寸法により定まる関数）となる。
【００３０】
《接地設計》
接地設計は、図４〜図６に基づいて、接地抵抗Ｒの目標値を定め、大地パラメータを把握し、接地規模に応じた接地工法により設計を行うのが一般的である。
【００３１】
図４は一般に使用されている接地電極の形状と接地抵抗Ｒの計算式、図５は大地パラメータである土壌の抵抗率ρ、図６は土の含む水分と土壌の抵抗率との関係、図７は各種の土質における含水率と抵抗率との関係を示す図である。
【００３２】
図４から分かるように、接地電極の形状に応じて接地抵抗Ｒの計算式が設定されている。また、図５〜図７から分かるように、大地抵抗は、土質やその中に含まれている水分の量等により変化する。
【００３３】
地中のコンクリート構造物は、地下水位下に設置されることが多い。この状態では、地中のコンクリート構造物のコンクリートは、地下水を吸水する。そして、乾燥状態では絶縁体であるコンクリートが、吸水により半導体へと変化し、コンクリートの抵抗率は大地抵抗率と同等になる。
【００３４】
図８はコンクリートの配合と吸水率及び抵抗率との関係、図９は各種物質の抵抗率を示す。図８及び図９から分かるように、コンクリートは吸水状態では土壌と同程度の抵抗率になる。
【００３５】
従来、地中のコンクリート構造物を、大地（地盤）と接している導電性物体と見なし、その導電性物体を接地電極に代用した構造体接地設計が考えられている。
【００３６】
この構造体接地設計では、図１０に示すように、コンクリート構造体２００の地表下部分２０１が、大地の地盤２０２に接していることから、地表下部分２０１の地盤２０２と接している接触面積と、半球状電極との置換を行い、接地抵抗を求める。
【００３７】
すなわち、図１１に示すように、コンクリート構造体２００の地盤２０２との接触面積をＡとすると、図１２に示すように、半球状電極（等価半径ｒ）２０３の表面積は２πｒ2であるから、上記接触面積ＡはＡ＝２πｒ2、等価半径ｒはｒ＝（Ａ／２π）1/2となる
。上記から、等価半径ｒの半球状電極の接地抵抗Ｒは、Ｒ＝ρ／２πｒとなる。
【００３８】
図１３は、半球状電極２０３からの距離と接地抵抗の関係を示す。半球状電極２０３から遠い場所ほど、接地抵抗が小さくなる。
【００３９】
一般にコンクリート構造物は、鉄骨コンクリート、鉄骨コンクリート造、又は鉄筋鉄骨コンクリート造であり、従来は、コンクリート構造体の一部である鉄骨や鉄筋に、接地線を接続し等価接地極の役目を持たせる構造にしていた。
【００４０】
これに対して、本発明では、上記のように、地中のコンクリート構造物は地下水の吸水状態にあるため、その抵抗率は大地抵抗率と同等と考えられることから、次に説明するように、接地電極をコンクリート構造物のコンクリートにのみ接触させ、鉄骨や鉄筋に接触させない構造とする。
【００４１】
《第１実施形態》
図１４は、本発明に係る第１実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造１を示す。なお、図１４は、鉄筋コンクリート構造物の一部を示す。
【００４２】
地下のコンクリート構造物におけるコンクリートの抵抗率は、土質やその中に含まれている水分の量等により２０〜１００Ω・ｍ程度となる。つまり、地下のコンクリート構造物の抵抗率は、大地の地盤と同等と考えられる。
【００４３】
そこで、本発明の接地構造１は、地中の鉄筋コンクリート構造物２０の鉄筋２１ａ，２１ｂに非接触の状態で、接地電極部材２２をコンクリート２３に埋設又は打ち込むことにより、所定の接地抵抗を得るように構成されている。なお、接地電極部材２２は、銅などの良導体が用いられる。
【００４４】
図１４では、接地電極部材２２が鉄筋２１ｂに接触しているように見えるが、実際には接地電極部材２２は鉄筋２１ｂ，２１ｂの間で、鉄筋２１ｂから離れた位置に配置されている。
【００４５】
この接地構造１は、図１４に示すように、一般の接地電極と同様に、地中の鉄筋コンクリート構造物２０のコンクリート２３に埋設又は打ち込まれた棒状の接地電極部材２２を介して、接地電極部材２２に流入した接地電流が大地の地盤２４（図１５参照）に流されるように構成されている。
【００４６】
接地電極部材２２は、図１５に示すように、コンクリート２３の内部空間に近い方の鉄筋２１ａと略同じ深さまで埋設されている。接地電極部材２２の一方の先端は、内部空間に露出されている。また、接地電極部材２２は、何れの鉄筋２１ａ，２１ｂにも接触しない位置に配置されている。
【００４７】
この接地構造１は、図１６に示すように、接地電極部材２２に接地電流Ｉ（Ａ）が流入すると、接地電極部材２２の周りの大地における地盤２４に誘導電位が発生する。なお、図１６中の符号Ｘで示す範囲は、誘導電位影響範囲である。
【００４８】
接地電極部材２２の近傍に、平行又は交差する良導体である鉄筋２１ａ，２１ｂが存在する場合、接地電極部材２２に流れた接地電流Ｉは、コンクリート２３及び鉄筋２１ａ，２１ｂを介して地盤２４に伝わる。この場合、接地抵抗（値）Ｒは、大地の土壌（地盤）２４の土質やその中に含まれている水分の量等により変化する。
【００４９】
また、接地電極部材２２が銅の場合、異種金属である鉄筋２１ａ，２１ｂと接触すると、電食により鉄筋２１ａ，２１ｂが損傷するおそれがある。
【００５０】
一般に、鉄（鋼）の電位は０．４６Ｖであり、銅の電位が０．１７Ｖであるので、鉄の方が浸食される。
【００５１】
本発明では、接地電極部材２２が、鉄筋２１ａ，２１ｂと接触していない（非接触）ので、鉄筋２１ａ，２１ｂが電食によって損傷するのを抑制できる。
【００５２】
ここで、コンクリート構造物２０の抵抗率ρ＝１００Ω・ｍとすると、接地抵抗Ｒ＝ρ／（２πＡ）1/2から、Ｒ＝１００／（２πＡ）1/2（Ａは結合等電位範囲面積）となる。
【００５３】
また、接地抵抗Ｒ＝２５Ωとすると、コンクリート構造物２０の大地における地盤２４との接触面積Ａ＝２．５ｍ2となる。従って、接地電極部材２２がコンクリート構造物２
０のコンクリート２３と接触する面積Ａを、上記値に設定する。
【００５４】
なお、図１４の接地構造１では、接地電極部材２２を空間に近い方の鉄筋２１ａと略同じ深さまで埋設したが、図１７に示すように、接地電極部材２２を大地２４に近い方の鉄筋２１ａと略同じ深さまで埋設できる。
【００５５】
この場合も、接地電極部材２２は、図１８に示すように、何れの鉄筋２１ａ，２１ｂにも接触しない位置に配置する。これにより、鉄筋２１ａ，２１ｂの電食を抑制できる。また、接地電極部材２２は、市販の鉄筋アンカーなどを使用できる。
【００５６】
《第２実施形態》
図１９は、本発明に係る地中におけるコンクリート構造物の接地構造３を示す。上記のように、地中のコンクリート構造物２０の抵抗率は、大地の抵抗率と同等と考えられる。
【００５７】
このことから、この接地構造３は、銅製で板状の接地電極部材３０が、必要面積だけコンクリート構造物２０の空間側の表面２０ａに貼り付けられている。
【００５８】
この場合、図２０に示すように、接地電極部材３０、コンクリート２２及び鉄筋２１ａ，２１ｂを含む比較的大きな誘導電位範囲Ｘが生じる。これにより、接地電極部材３０に流入した電流Ｉが誘導電位範囲Ｘを介して大地２４に流れる。
【００５９】
この接地構造３は、板状の接地電極部材３０をコンクリート構造物２０のコンクリート
２３における内部空間側の表面に貼り付けるだけであり、施工が容易でコストダウンが可能になる。
【００６０】
また、接地電極部材３０が、鉄筋２１ａ，２１ｂに接触していないので、鉄筋２１ａ，２１ｂが電食によって損傷するのを回避できる。
【００６１】
なお、コンクリート２３が乾燥している状態では、コンクリート２３の抵抗率が大地抵抗率と同等にならない絶縁体になる。このことから、コンクリート２３が吸水状態にあることが必要となる。
【００６２】
《第３実施形態》
図２１は、本発明に係る第３実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造４を示す。
【００６３】
この接地構造４は、本発明をシールドトンネル４０に適用したものである。この接地構造４は、地中に埋設されたコンクリート構造物であるシールドトンネル４０の内部空間４１に配置された電動機などの電気設備４４を接地する。
【００６４】
シールドトンネル４０のセグメント４５は、鉄筋コンクリート製であり、コンクリート４５ａは地下水を吸水して所定の抵抗率ρ、本実施形態では抵抗率ρが１００Ω・ｍ以下となっている。なお、セグメント４５の抵抗率ρは、１〜１５０Ω・ｍ、好ましくは１〜１００Ω・ｍ、更に好ましくは２５Ω・ｍ以下に設定する。
【００６５】
この接地構造４は、シールドトンネル４０のセグメント４５に設けられ、少なくとも一部である露出部４３ａが内部空間４１に露出し、且つ地盤４２に挿入されない金属状の接地電極部材４３を備えている。そして、この接地電極部材４３の露出部４３ａに、電気設備４４の接地端子４４ａが接続される。なお、図中の符号４４ｂは接地線である。
【００６６】
地盤４２とシールドトンネル４０のセグメント４５との間には、例えば厚さ５０ｍｍ程度の裏込め材４６が充填されている。セグメント４５には、籠鉄筋４７が設けられている。
【００６７】
また、セグメント４５には、内部空間４１に面する穴４８が設けられている。接地電極部材４３は、穴４８内に挿入されている。また、穴４８内における接地電極部材４３の周囲には、接地低減充填材４９が充填されている。
【００６８】
更に、接地電極部材４３は、図２２にも示すように、籠鉄筋４７の裏込め材４６に近い方の鉄筋４７ａと同程度の深さまで埋設されている。また、この接地電極部材４３は、籠鉄筋４７の何れの鉄筋４７ａ〜４７ｄにも接触しない位置に配置されている。
【００６９】
この接地構造４は、接地電極部材４３が籠鉄筋４７に接触していないので、籠鉄筋４７が電食によって損傷するのを抑制できる。
【００７０】
また、接地電極部材４３を地盤４２内に挿入する必要がないので、施工が容易である。従って、接地専業業者に限らず一般的な工事業者が施工できるので、コスト低減が可能になる。
【００７１】
なお、穴４８は、セグメント４５に予め設けられている裏込め材注入用のグラウトホール（非貫通穴又は貫通穴）を利用できる。このグラウトホールは、裏込め材が場所によって充分充填されていない場合に、裏込め材４６を注入すべく設けられたものである。
【００７２】
本発明では、ＲＣ（鉄筋コンクリート）造のセグメント４５の籠鉄筋４７に、コンクリート製のセグメント４５に設けられた市販鉄筋アンカーなどを利用した接地電極部材４３から、誘導電位範囲を広げて、セグメント４５と裏込め材４６による接地抵抗の低下を図ることができる。
【００７３】
また、接地電極部材４３は、セグメント４５に予め設けられている立金物取付用アンカーと共用し、シールド施工に伴うセグメントのローリングを考慮して施工されている増し打ちアンカーを利用できる。
【００７４】
更に、大地に異常電流をスムーズに流すため、裏込め材４６の電気特性を利用できる。なお、裏込め材４６の抵抗率は、例えば１８．９Ω・ｍ程度を示した測定結果が得られている。
【００７５】
《既設のシールドトンネルにおけるグラウトホールの接地抵抗》
図２３は、セグメント４５に予め設けられているグラウトホール及び埋込インサートの接地抵抗を測定する際に使用した接地抵抗測定設備７を示す。
【００７６】
この接地抵抗測定設備７は、電位降下法により接地抵抗を測定するものであり、大地の地盤７１に差し込まれた接地極（Ｅ極）７２と、所定の間隔（５〜１０ｍ）で配置された補助電極である電位極（Ｐ極）７３及び電位極（Ｃ極）７４とを有している。なお、符号７５は測定器である。電位極７３，７４は、水により充分に濡れている。
【００７７】
この接地抵抗測定設備７により、電位極７３，７４を地盤７１上に設置した場合の接地抵抗と、電位極７３，７４をシールドトンネル内に設置した場合の接地抵抗を測定した結果、両方の接地抵抗が略同等であることを確認した。
【００７８】
また、模擬的に地盤７１上で接地極７２の接地抵抗を測定し、電位極７３，７４の位置を変えて、接地抵抗を測定した結果、接地極７２と電位極７３間、及び電位極７３，７４の間隔を５ｍ以上にすることにより、接地極７２と電位極７３，７４の接地抵抗に相違がないことを確認した。
【００７９】
この接地抵抗測定設備７により、既設のシールドトンネルにおけるグラウトホール、埋め込みインサート等について、Ａトンネル及びＢトンネルの現場で接地抵抗を測定した結果、図２４に示すように、グラウトホール並びにボルトボックスについては、本発明を適用できる程度の接地抵抗であることを確認した。
【００８０】
すなわち、Ａトンネルのグラウトホールの接地抵抗（値）Ｒは、Ｒ＝２．４〜４８Ω、Ｂトンネルのグラウトホールの接地抵抗Ｒは、Ｒ＝７５〜１５０Ωであった。
【００８１】
また、図２５に示すように、Ａトンネルでは、グラウトホールが２個の場合、接地抵抗Ｒが２０Ω、グラウトホールが４個の場合、接地抵抗Ｒが８．７Ωであり、グラウトホールが多いほど接地抵抗が小さくなることが分かる。同様なことがＢトンネルでも確認された。
【００８２】
埋込インサートをシールドトンネルに設置した場合、その接地抵抗は４２０〜１０００Ωであった。埋込インサートを並列接続したときの接地抵抗値は、１０個並列で６０Ω程度であった。
【００８３】
また、シールドトンネルに設けられたボルトボックスでは、一点で測定したときに接地
抵抗が３２Ωであった。
【００８４】
このように、グラウトホール及びボルトボックスについては、Ｄ種としての接地抵抗値を満足する結果が得られた。また、埋込インサートは接地抵抗が比較的高い。
【００８５】
なお、本発明では、コンクリート構造物の接地抵抗の目標値を１〜１５０Ω程度、好ましくは１〜１００Ω程度、更に好ましくは２５Ω以下に設定する。経年変化等の影響によりコンクリート構造物の抵抗率が上昇しても支障のないように、接地抵抗は２５Ω以下に設定するのが好ましい。
【００８６】
《第４実施形態》
図２６は、本発明に係る第４実施形態の接地構造５を示す。なお、上記実施形態と同様な部分には、同一の符号を付けて詳細な説明を省略する。
【００８７】
この接地構造５は、セグメント４５を貫通しているグラウトホール５０に、棒状の接地電極部材５１が挿入されている。
【００８８】
接地電極部材５１の一端５１ａは、内部空間４１に露出している。また、接地電極部材５１の他端５１ｂは、裏込め材４６内まで延びている。
【００８９】
また接地電極部材５１は、籠鉄筋４７の何れの鉄筋４７ａ〜４７ｄにも接触しない位置に配置されている。なお、図中の符号５２は止水パッキンである。
【００９０】
この接地構造５は、接地電極部材５１を地盤４２内まで延ばす必要がないので、施工が容易でコストダウンが可能である。また、接地電極部材５１が鉄筋４７ａ〜４７ｄに接触していないので、鉄筋４７ａ〜４７ｄに電食が発生するのを抑制できる。
【００９１】
《第５実施形態》
図２７は、本発明に係る第４実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造６を示す。
【００９２】
この接地構造６は、セグメント４５内に設けられたセグメント鋼製ボックス６０に、接地電極部材６１が取り付けられている。また、セグメント鋼製ボックス６０及び接地電極部材６１の周囲には、接地低減充填材４９が充填されている。
【００９３】
接地電極部材６１は、籠鉄筋４７における裏込め材４６に近い方の鉄筋４７ａと同程度の深さまで延びている。この接地構造６は、第４実施形態の接地構造４と同様な作用効果を有している。
【００９４】
《第６実施形態》
図２８は、本発明に係る第６実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造８を示す。
【００９５】
この接地構造８は、金属製で板状の接地電極部材８０が、セグメント４５における内部空間４１側の表面にビスなどで貼られている。接地電極部材８０とセグメント４５との間には、フリクション材（接地低減材）８１が設けられている。
【００９６】
本実施形態では、接地電極部材８０は、２００ｍｍ×２００ｍｍ程度の大きさに形成されている。また、接地電極部材８０には、亜鉛メッキが施されている。
【００９７】
このように、本発明は、地中におけるコンクリート構造物の電気伝導特性と、裏込め材の電気伝導特性を利用した接地構造とすることにより、電気設備により発生する異常電流を確実に大地に放出することが可能となる。
【００９８】
また、接地電極部材を地盤に挿入する必要がないので、接地専業技術に依存することなく、コストパフォーマンス（従来に比して５０〜８０％低減程度）が期待できる接地施工が可能となる。
【００９９】
また、接地電極部材が鉄筋又は鉄骨に接触しないので、鉄筋又は鉄骨が電食によって損傷するのを抑制できる。
【０１００】
また、シールドトンネルの深層化に伴い地山の硬質化や高水圧化により、接地工事施工箇所の環境悪化に影響されない接地施工が確保され、近傍の場所で行われる各種の工事施工等による接地箇所の損傷も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】接地抵抗を説明する図である。
【図２】接地抵抗と電位との関係を示す図である。
【図３】半球体状接地電極の模式図である。
【図４】各種の接地電極の形状と接地抵抗計算式を示す図である。
【図５】土壌の抵抗率を示す図である。
【図６】土の含む水分と抵抗率を示す図である。
【図７】各種の土壌の含水率と抵抗率との関係を示す図である。
【図８】コンクリートの配合割合と吸水率及び抵抗率を示す図である。
【図９】各種材料の抵抗率を示す図である。
【図１０】地下構造物と地盤の接触部分を示す図である。
【図１１】地下構造物と地盤の接触部分の表面積を説明する図である。
【図１２】半球状電極を示す図である。
【図１３】半球状電極に対する距離と接地抵抗との関係を示す図である。
【図１４】本発明に係る第１実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造 を示す図である。
【図１５】本発明に係る第１実施形態の接地電極部材の埋設状態を示す図であり、図１４のＡ−Ａ断面図である。
【図１６】本発明に係る第１実施形態の接地電極部材の周囲に発生する誘導電位影響範囲を示す図である。
【図１７】本発明に係る第１実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造を示す図である。
【図１８】本発明に係る第１実施形態の接地電極部材の埋め込み深さを示す図であり、図１７のＢ−Ｂ断面図である。
【図１９】本発明に係る第２実施形態の地中のコンクリート構造物の接地構造を示す図である。
【図２０】本発明に係る第２実施形態の誘導電位影響範囲を示す図である。
【図２１】本発明に係る第３実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造を示す断面図である。
【図２２】本発明に係る第３実施形態の設置電極部材の埋め込み深さを示す図であり、図２１のＣ−Ｃ断面図である。
【図２３】接地抵抗測定設備を示す図である。
【図２４】シールドトンネルにおけるグラウトホールでの接地抵抗の測定結果を示す図である。
【図２５】シールドトンネルにおける複数のグラウトホールに設けた接地電極を接続した場合の接地抵抗を示す図である。
【図２６】本発明に係る第４実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造を示す図である。
【図２７】本発明に係る第５実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造を示す図である。
【図２８】本発明に係る第６実施形態の地中におけるコンクリート構造物の接地構造を示す図である。
【図２９】従来例に係る接地技術を示す図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 接地構造
３ 接地構造
４ 接地構造
５ 接地構造
６ 接地構造
７ 接地抵抗測定設備
８ 接地構造
１０ 接地電極
１１ 大地の地盤
２０ コンクリート構造物
２０ 鉄筋コンクリート構造物
２０ａ 表面
２１ａ，２１ｂ 鉄筋
２２ コンクリート
２２ 接地電極部材
２３ コンクリート
２４ 地盤
３０ 接地電極部材
４０ シールドトンネル
４１ 内部空間
４２ 地盤
４３ 接地電極部材
４３ａ 露出部
４４ 電気設備
４４ａ 接地端子
４４ｂ 接地線
４５ セグメント
４５ａ コンクリート
４６ 裏込め材
４７ 籠鉄筋
４７ａ，４７ｂ 鉄筋
４８ 穴
４９ 接地低減充填材
５０ グラウトホール
５１ 接地電極部材
５１ａ 一端
５１ｂ 他端
５２ 止水パッキン
６０ セグメント鋼製ボックス
６１ 接地電極部材
７０ 接地電極部材
７１ 地盤
７２ 接地極
７３ 電位極
７５ 測定器
１００ シールドトンネル
１０１ 送電線
１０２ 内部空間
１０３ セグメント
１０４ 地山
１０５ 接地電極部材
１０６ 接地線
２００ コンクリート構造体
２０１ 地表下部分
２０２ 地盤
２０３ 半球状電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋又は鉄骨の一方又は両方を有し地中に埋設されたコンクリート構造物の内部空間に配置された電気設備を接地する接地構造であって、
前記コンクリート構造物のコンクリートに接触し、且つ地盤内に挿入されない位置に配置された接地電極部材を備え、
前記接地電極部材の露出部に、前記電気設備の接地端子が接続されることを特徴とする地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項２】
前記コンクリート構造物と地盤との間に、裏込め材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項３】
前記接地電極部材の一部が、前記コンクリート内に埋設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項４】
前記接地電極部材は平板状に形成され、前記コンクリート構造物の内部空間側の表面に貼られていることを特徴とする請求項１または２に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項５】
前記コンクリート構造物は、シールドトンネルであることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項６】
前記コンクリート構造物は、開削トンネルであることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項７】
前記コンクリート構造物の内部空間側の表面に穴が設けられ、
前記接地電極部材が前記穴内に挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項８】
前記穴内における前記接地電極部材の周囲に接地低減充填材が充填されていることを特徴とする請求項７に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項９】
前記接地電極部材は、前記コンクリート構造物のコンクリートを貫通していないことを特徴とする請求項７または８に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１０】
前記接地電極部材は、前記コンクリート構造物のコンクリートを貫通していることを特徴とする請求項７または８に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１１】
前記コンクリート構造物のコンクリートが地下水を吸収し、前記コンクリート構造物の抵抗率が１〜１５０Ω・ｍであることを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１２】
前記コンクリート構造物の抵抗率が２５Ω・ｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１３】
前記コンクリート構造物は前記シールドトンネルのセグメントであり、前記接地電極部材は、前記セグメントの籠鉄筋における鉄筋の間に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１４】
前記接地電極部材は、前記セグメントのローリングを防止するために設けられた立金物
取付用アンカーであることを特徴とする請求項１３に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１５】
前記接地電極部材は、前記内部空間に最も接近した前記鉄筋又は前記鉄骨付近の深さまで埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１６】
鉄筋又は鉄骨の一方もしくは両方を有し、地中に埋設されたコンクリート構造物の内部空間に配置された電気設備を接地する接地方法であって、
接地電極部材を前記コンクリート構造物のコンクリートに接触し、且つ地盤に挿入されない位置に配置し、
前記接地電極部材に、前記電気設備の接地用端子を接続することを特徴とする地中におけるコンクリート構造物の接地方法。
【請求項１】
鉄筋又は鉄骨の一方又は両方を有し地中に埋設されたコンクリート構造物の内部空間に配置された電気設備を接地する接地構造であって、
前記コンクリート構造物のコンクリートに接触し、且つ地盤内に挿入されない位置に配置された接地電極部材を備え、
前記接地電極部材の露出部に、前記電気設備の接地端子が接続されることを特徴とする地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項２】
前記コンクリート構造物と地盤との間に、裏込め材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項３】
前記接地電極部材の一部が、前記コンクリート内に埋設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項４】
前記接地電極部材は平板状に形成され、前記コンクリート構造物の内部空間側の表面に貼られていることを特徴とする請求項１または２に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項５】
前記コンクリート構造物は、シールドトンネルであることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項６】
前記コンクリート構造物は、開削トンネルであることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項７】
前記コンクリート構造物の内部空間側の表面に穴が設けられ、
前記接地電極部材が前記穴内に挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項８】
前記穴内における前記接地電極部材の周囲に接地低減充填材が充填されていることを特徴とする請求項７に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項９】
前記接地電極部材は、前記コンクリート構造物のコンクリートを貫通していないことを特徴とする請求項７または８に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１０】
前記接地電極部材は、前記コンクリート構造物のコンクリートを貫通していることを特徴とする請求項７または８に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１１】
前記コンクリート構造物のコンクリートが地下水を吸収し、前記コンクリート構造物の抵抗率が１〜１５０Ω・ｍであることを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１２】
前記コンクリート構造物の抵抗率が２５Ω・ｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１３】
前記コンクリート構造物は前記シールドトンネルのセグメントであり、前記接地電極部材は、前記セグメントの籠鉄筋における鉄筋の間に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１４】
前記接地電極部材は、前記セグメントのローリングを防止するために設けられた立金物
取付用アンカーであることを特徴とする請求項１３に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１５】
前記接地電極部材は、前記内部空間に最も接近した前記鉄筋又は前記鉄骨付近の深さまで埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の地中におけるコンクリート構造物の接地構造。
【請求項１６】
鉄筋又は鉄骨の一方もしくは両方を有し、地中に埋設されたコンクリート構造物の内部空間に配置された電気設備を接地する接地方法であって、
接地電極部材を前記コンクリート構造物のコンクリートに接触し、且つ地盤に挿入されない位置に配置し、
前記接地電極部材に、前記電気設備の接地用端子を接続することを特徴とする地中におけるコンクリート構造物の接地方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２００８−１８６７４８（Ｐ２００８−１８６７４８Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０６１７（Ｐ２００７−２０６１７）
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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