JP2006177023A - シールドトンネルの止水構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 クラック発生要因の除去、シール性能低下の防止及びコーナー加工に要する労力と費用の削減を図り、シール材コーナー部のボリュームに過不足のないシールドトンネルの止水構造、セグメント装着用シール材及びその加工方法を提供すること。
【解決の手段】 互いに平行な一対のリング端面（トンネル軸方向の接合面）と一対の折曲端面（トンネル周方向の接合面）を有する六角形湾曲板状セグメントを多数接続して形成されるシールドトンネルの止水構造において、
シール材は、前記セグメントの一対のリング端面及び一対の折曲端面に装着される環状加工された厚さが３〜８ｍｍの水膨張性シール材であり、かつ、前記折曲端面の折曲コーナーに対応する一対のコーナー部のみが角形に加工されたシール材であって、セグメントの３つのコーナーが会合する箇所において、シール材の１つの角形コーナー部と２つの未加工コーナー部が相接することを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、シールドトンネル工法における六角形セグメントの目地間の止水構造に関する。

シールドトンネル工法では、例えば、図５に示すように、ユニット化された多数の被シール部材としての矩形セグメント１を、坑道の周壁の方向ａと、坑道の長さ方向ｂとの両方向に接合するが、それぞれの接合面には帯状のシール材３が介装され、漏水防止の機能を発揮させている。

すなわち、各セグメント１の板面の４周縁には、シールドトンネルの軸方向（坑道の長さ方向ａ）に直角な方向（坑道の周壁の方向ｂ）のリング面５と、シールドトンネルの軸方向に略平行となる方向のピース面７からなる接合面が形成されており、隣接するセグメント１は、互いに、その接合面５，７において、結合ボルト（ボルト孔９）によって接合されるが、これらセグメント１の組立に際しては、地山からの湧水の、トンネル内への漏洩を防止するために、各接合面にシール材３が装着される。

シール材３をセグメント１の接合面５，７に装着する方法については、帯状のシール材３をそのまま接合面５，７に形成されたの溝に接着剤で貼り付けていく廻し貼りと呼ばれる方法、あるいは、予め長さをセグメント１の周長に合わせた定尺のシール材３を環状に加工し、これをセグメント１に嵌め込んで接合面５，７に装着する方法などがある。
シール材３の厚さが比較的小さい場合は、コーナー部を加工しなくても問題ないが、シール材３の厚さが増すほど、シール材３の弾力性に起因してシール材３をセグメント１のコーナーに密着させることが困難になり、また、シール材３のコーナー部における外隅のＲが大きくなる結果、コーナー部でシール材３のボリュームが不足する。

このようなシール材３の厚さが比較的大きい場合の問題点を解消するため、古くは、セグメント１の外周に沿った直線部分とＬ字状コーナー部とを接合する方法が用いられ、また、近年には、シール材３のコーナー部を加工する方法が提案され、実用化されている（特許文献１及び２参照。）。
特許文献１には、帯状のシール材の所定箇所に入れた切れ目を外側として直角に折り曲げ、この折り曲げ箇所に角柱状の未加硫のゴム材料を充填し、加硫プレス成形によりコーナー部を形成することが開示され、特許文献２には、切れ目を入れる代わりにＶ字状にカットし、上記と同様の成形方法で傾斜面を有する一部減肉したコーナー部を形成することが開示されている。

特許第２５２４３０８号公報 特開２００１−１３２３９４号公報

しかしながら、従来のコーナー加工を施したセグメント用シール材は、コーナー部のボリューム不足は解消されるものの、却ってボリューム過多になり、セグメント１のピース面７同士の連結によりセグメント用シール材３同士が圧縮されると、コーナー部がリング面５側に一部はみ出し、セグメント１をシールドトンネルの軸方向ｂに連結する際、はみ出し部分が隣接する相手側セグメントを押圧し、その圧縮反力が相手側セグメントのクラック発生要因となったり、シール性能を著しく低下させるなどの問題が生じた。
また、コーナー加工にはそれに要する労力と費用が発生するので、その削減についても要望されている。

本発明は、上記状況に鑑み、クラック発生要因の除去、シール性能低下の防止及びコーナー加工に要する労力と費用の削減を図ることを目的としてなされたものであって、シール材コーナー部のボリュームに過不足のないシールドトンネルの止水構造を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、シールドトンネル、特に六角形セグメントを用いたシールドトンネルの止水構造について鋭意研究を重ねた結果、セグメントに装着したシール材の６つのコーナー部のうちセグメントの折曲端面の折曲コーナーに対応する２つのコーナー部のみを角形に加工することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の要旨は、
六角形湾曲板状に形成され、トンネル軸方向の接合面を形成する互いに平行な一対のリング端面と該一対のリング端面の両端からそれぞれトンネル周方向に突出してトンネル周方向の接合面を形成する一対の折曲端面を有するセグメントを多数接続して形成されるシールドトンネルの止水構造において、
前記止水構造に用いられるセグメント装着用シール材は、前記セグメントの一対のリング端面及び一対の折曲端面に装着される環状加工された厚さが３〜８ｍｍの水膨張性シール材であり、かつ、前記折曲端面の折曲コーナーに対応する一対のコーナー部のみが角形に加工されたシール材であって、ハニカム状に接合される３つのセグメントの３つのコーナーが会合する箇所において、シール材の角形に加工された１つのコーナー部と廻し貼りされた未加工の２つのコーナー部が相接することを特徴とするシールドトンネルの止水構造
にある。

本発明によれば、六角形板状セグメントに装着されるシール材のコーナー部のボリューム不足を補うために、セグメントのコーナーの会合箇所において、シール材のコーナー部の１つが角形に加工されているので、セグメント同士の締結時、角形コーナー部が廻し貼りされた未加工のコーナー部側に突出し、未加工のコーナー部がＲ形状を呈するために発生する空隙をボリュームの過不足なく充填することができる。したがって、ボリュームの過多によるセグメントのクラック発生やボリュームの不足によるシール性能の低下を有効に防止することができる。また、セグメントの６つのコーナーのうち２つの折曲コーナーに対応するコーナー部のみを加工すればよいので、コーナー部の加工に要する労力と費用を大幅に削減することができる。
さらに、本発明においては、トンネル周方向の接合面を形成するセグメントの折曲端面の折曲コーナーに対応するシール材のコーナー部を角形に加工してあるので、このコーナー部が角形に加工していない場合に、セグメントを組み込む際の負荷によりシール材がコーナー部ではみ出し、次にセグメントを組み込む時の支障になるが、そのような支障を生じることもない。

以下、本発明に係るシールドトンネルの止水構造の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１はシールドトンネルにおける六角形セグメントの組立状態を示す図であり、図２は本発明に係る止水構造に用いられるセグメントに装着される前のシール材の全体を示す図であり、図３は同シール材のコーナー部を示す図であり、図４はセグメントに装着された同シール材の全体を示す図である。

本発明において、シール材が装着されるセグメント１１は、六角形状に形成されるとともに板面が湾曲して形成され（図１参照）、トンネル軸方向の接合面を形成する互いに平行な一対のリング端面１１ａと該一対のリング端面の両端からそれぞれトンネル周方向に突出してトンネル周方向の接合面を形成する一対の折曲端面１１ｂを有している。
折曲端面１１ｂの折曲コーナー２箇所とリング端面１１ａと折曲端面１１ｂの境界線コーナー４箇所のコーナー角度はいずれも１２０度になっている。
この六角形セグメント１１は、シールド掘削機の掘進に従ってトンネル周方向に組み立てられる。

本実施の形態によるセグメント装着用シール材（以下、単に「シール材」と称す）２１は、セグメント１１の外周に沿った無端環状に形成され、セグメント１１の折曲端面１１ｂにおける一対の折曲コーナーに対応する一対の角形コーナー部２３を有している。角形コーナー部２３は、セグメント１１の折曲コーナーを挟んで折曲端面１１ｂに貼り付けられる。
セグメント１１の接合面を形成するリング端面１１ａと折曲端面１１ｂにはシール材装着用の溝が形成され、シール材２１はこの溝に装着される。

この角形コーナー部２３は内外隅が角形に形成されているが、他のコーナー部は角形に加工されていないので湾曲したＲ形状を呈している。そのため、ハニカム状に接合される３つのセグメントの３つのコーナーが会合する箇所において、シール材の角形に加工された１つのコーナー部２３と廻し貼りされた未加工の２つのコーナー部が相接し、コーナー部間では空隙が生じるが、セグメント同士が締結されると、角形コーナー部２３が隣接セグメント側に突出してＲ形状によって生ずる空隙が埋められる。

したがって、本発明に係るシールドトンネルの止水構造においては、シール材のコーナー部におけるボリューム不足を解消するとともに、ボリューム過多になるのを防ぐことが可能である。

また、トンネル周方向の接合面を形成するセグメントの折曲端面の折曲コーナーに対応するシール材のコーナー部を角形に加工してあるので、このコーナー部が角形に加工していない場合に、セグメントを組み込む際の負荷によりシール材がコーナー部ではみ出し、次にセグメントを組み込む時の支障になるが、そのような支障を生じることもない。

本発明に係るシールドトンネルの止水構造に用いるシール材２１は、図４に示すように、セグメント１１の折曲端面１１ｂにおける一対の折曲コーナーに対応する一対のコーナー部を上記のとおり角形コーナー部２３とし、他の４箇所のコーナー部は未加工のままにしておけばよい。

角形コーナー部２３は、コーナー角度が略直角ないし１２０度より小さい鈍角になるように加工することが望ましい。コーナー角度を１２０度より小さくすることにより、角形コーナー部２３をセグメント１１のコーナーに密着して固定することができる。

本発明に係るシール材２１は、３〜８ｍｍの厚さを有するものが適している。厚さが３ｍｍより小さいものは、それほど高い止水圧を要求されないので、コーナー部を加工する必要がなく、また、厚さが８ｍｍより大きいものは、コーナー部が加工されていないと、セグメント１１への装着時、コーナー部近傍において、セグメント１１に密着せず浮き上がるため、過大なセグメント締結力を要し好ましくない。

シール材２１は、ゴム物質と水膨張性樹脂とを主成分とする水膨張性シール材からなる。ゴム物質としては、天然ゴム、クロロプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ＥＰＤＭゴム等が用いられる。水膨張性樹脂としては、ポリアクリル酸系、イソブチレン・無水マレイン酸系、ポリウレタン系、ポリビニルアルコール系等が用いられる。これらゴム物質と水膨張性樹脂に加硫剤、加硫促進剤、無機質充填剤、着色剤、軟化剤等の適宜な添加剤を混合して得ることができる。

次に、このシール材２１の製造方法、特に、角形コーナー部２３の成形方法について説明する。
シール材２１は、先ず、水膨張性シール材を押し出し成形して帯状のシール材本体２５を成形する。なお、この水膨張性シール材は、非水膨張性ゴムを組み合わせた複合型が好ましい。

次いで、シール材本体２５を加硫した後、セグメント１１の周長、すなわち、セグメント１１の接合面の合計長さに切断し、得られた定尺のシール材本体２５をセグメント１１に装着したとき、セグメント１１の折曲端面１１ｂにおける一対の折曲コーナーに対応する２箇所に、シール材本体２５の全幅に亘って厚み方向に切れ目又は略Ｖ字状のカット部を設けて薄肉ヒンジ部をそれぞれ形成する。

次に、このヒンジ部が内隅側になるようにシール材本体２５を略直角ないし１２０度より小さい鈍角になるように折り曲げ、切れ目又はカット部が開いて形成された開き箇所に角柱状の未加硫ゴムを充填する。
その後、未加硫ゴムの充填部を加熱プレス機でプレスし、プレス状態で一定時間加熱して加硫することにより、角形コーナー部２３を成形することができる。

角形コーナー部２３を２箇所形成したシール材本体２５の両端部２５ａを対向させ、ゴム系硬化型接着剤を塗布して接合する。
なお、ゴム系硬化型接着剤としては、塩素化天然ゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリブタジエンゴム等のゴム成分と、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラメチルチウラムモノスルフィド等の低温硬化剤、フェノール樹脂、レゾール樹脂、ポリイソシアネート等の硬化剤成分からなる２液の溶剤タイプのものを挙げることができる。

その後、接着部分を加熱して硬化させ、図２に示すように角形コーナー部２３を２箇所有する環状のシール材２１を得ることができる。

なお、上述した実施の形態では、押出成形にて得られる帯状のシール材本体２５をセグメント１の各接合面の合計長さに切断して、セグメント１１の折曲コーナーに対応する２箇所を角形にコーナー加工し、シール材本体２５の各端部２５ａを接合して無端環状にシール材２１を形成させる例について述べたが、環状に形成しない帯状のシール材２１をセグメント１の接合面に装着してもよく、また、シール材本体２５の１箇所を角形にコーナー加工したものを２つ接合してもよい。

図２は本発明に係る止水構造に用いられるセグメントに装着される前のシール材の全体を示す図であり、図３は同シール材のコーナー部を示す図であり、図４はセグメントに装着された同シール材の全体を示す図
シールドトンネルにおける六角形セグメントの組立状態を示す斜視図である。 本発明に係る止水構造に用いられるシール材を示す正面図である。 同シール材のコーナー部を示す部分図である。 同シール材のセグメントに装着された状態を示す正面図である。 シールドトンネルにおけるシール材を装着したセグメントの組立構造を示す説明図である。

符号の説明

１１・・・セグメント
１１ａ・・・リング端面
１１ｂ・・・折曲端面
２１・・・セグメント装着用シール材
２３・・・角形コーナー部
２５・・・シール材本体

Claims (2)

1. 六角形湾曲板状に形成され、トンネル軸方向の接合面を形成する互いに平行な一対のリング端面と該一対のリング端面の両端からそれぞれトンネル周方向に突出してトンネル周方向の接合面を形成する一対の折曲端面を有するセグメントを多数接続して形成されるシールドトンネルの止水構造において、
   前記止水構造に用いられるセグメント装着用シール材は、前記セグメントの一対のリング端面及び一対の折曲端面に装着される環状加工された厚さが３〜８ｍｍの水膨張性シール材であり、かつ、前記折曲端面の折曲コーナーに対応する一対のコーナー部のみが角形に加工されたシール材であって、ハニカム状に接合される３つのセグメントの３つのコーナーが会合する箇所において、シール材の角形に加工された１つのコーナー部と廻し貼りされた未加工の２つのコーナー部が相接することを特徴とするシールドトンネルの止水構造。
2. 角形に加工されたシール材のコーナー部のコーナー角度が略直角ないし１２０度より小さい鈍角である請求項１に記載のシールドトンネルの止水構造。

Images