JP2010150876A - 膨張袋体 - Google Patents

Abstract

【課題】耐圧性、耐久性および気密性の高い膨張袋体を提供することができる。
【解決手段】袋部２の開口を外側から塞ぐ第一の鋼板３と、袋部２の内側に袋口に沿って配設された第二の鋼板４とで袋部２の袋口を挟んで封止し膨張袋体１を形成する。袋部２は、袋状に形成された超高強力ポリエチレン繊維袋６が袋状に形成されたポリウレタン袋７の外側を覆う二重構造である。第一の鋼板３には袋部２内部の空気の流出入用の管と空気量の調整バルブを備えるエア流出入部５が設けられている。膨張袋体１は、例えば、開放型トンネル掘削機の切羽側開口部に備えられた扉の切羽側に配設されて、空気が充填された膨張状態で切羽を押圧し、切羽の崩壊を防ぐ。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばトンネルなどの掘削工事において、掘削面の崩壊を防ぐために、トンネル掘削機の扉などに備えられて、流体が充填された膨張状態で掘削面の地山を押さえる膨張袋体に関する。

従来、都市域に設けられる道路や共同溝などのトンネルは、一般的に矩形断面である。しかし、円形断面のシールド掘削機を使用して掘削する場合には、必要以上の断面を掘削することになり、特に、周囲に埋設物が多い市街地の浅い深度においては、円形断面のシールド掘削機の使用ができない場合もあった。
そこで、矩形断面のトンネルを掘削できるシールド掘削機が使用されているが、矩形断面のシールド掘削機は高価で、特に矩形断面の密閉型シールド掘削機はカッター機構が複雑でより高価であった。また、矩形断面の密閉型シールド掘削機に比べて矩形断面の開放型のシールド掘削機ではコストを下げることができるが、地表面の沈下が矩形断面の密閉型シールド掘削機に比べて２〜３倍ほど大きくなるという問題があった。

そこで、複数の小断面掘削区画に分割された矩形断面の開放型シールド掘削機が提案されている。この掘削機では、例えば上下方向に２段、左右方向に２列の小断面掘削区画に分割され、各小断面掘削区画には開閉可能な扉と掘削機とを備えている。そして、この扉の切羽側には、所定の圧力で膨張可能な膨張袋体が備えられており、掘削を行う小断面掘削区画以外は扉を閉めて膨張袋体によって切羽を押圧し、切羽の崩落や地表面沈下を抑制している。
また、特許文献１では、トンネル内に型枠を設置し、トンネル掘削面と型枠との間に一次覆工用コンクリートを打設する工程において、型枠の先端周縁に配設されてエアの圧入と共に膨張し、トンネル掘削面を押圧するエアバッグ（膨張袋体）が提案されている。このエアバッグは、型枠内に打設される一次覆工コンクリートの漏出を防止している。
特開平１０−２３８２９６号公報

このような膨張袋体は、礫が混ざり凹凸のあるトンネル掘削面に圧力がかかった状態で接触するので、高い耐圧性と耐久性とが求められている。具体的には、常用使用の圧力の約１０倍以上の圧力に耐えられる耐圧性と、長距離を掘進する場合の数百回から数千回の使用にも耐えられる耐久性が求められている。また、繰り返し使用される膨張袋体は一定の内圧が保てるように気密性も求められている。
そして、トンネルの掘進と共に膨張袋体を収縮させて移動させるので、膨張袋体の膨張および収縮、また運搬や取り付けなどが容易にできる膨張袋体が要望されている。

本発明は、上述する実情に鑑みてなされたもので、耐圧性や耐久性、気密性が高く、設置や運搬が容易にできる膨張袋体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る膨張袋体は、流体が充填された膨張状態で対象物を押さえる膨張袋体であって、膨張袋体は袋状の超高強力ポリエチレン繊維が袋状のポリウレタンシートの外側に配設された二重構造の袋部を備えることを特徴とする。
本発明では、膨張袋体は袋状の超高強力ポリエチレン繊維が袋状のポリウレタンシートの外側に配設された二重構造の袋部を備えることにより、高強度で耐久性の高い超高強力ポリエチレン繊維が膨張時の形状を保持すると共に、気密性の高いポリウレタンシートを保護することができて、耐圧性、耐久性および気密性の高い膨張袋体を形成することができる。
また、高強度で耐久性の高い超高強力ポリエチレン繊維および気密性の高いポリウレタンシートは、厚さを薄くしても所定の性能を有しているので袋部の厚さを薄くすることができて、膨張袋体の脱着や運搬が容易にできる。

また、本発明に係る膨張袋体では、膨張袋体は袋部の外側に配設されて袋部の袋口を塞ぐ第一の鋼板と、袋部の袋口に沿って内側に配設される第二の鋼板とを備え、第一および第二の鋼板が袋部の袋口を挟んで封止することを特徴とする。
本発明では、第一及び第二の鋼板が袋部の袋口を挟んで封止するので、袋部を密閉し気密性を高めることができる。

本発明によれば、膨張袋体は袋状の超高強力ポリエチレン繊維が袋状のポリウレタンシートの外側に配設された袋部を備えているので、耐圧性、耐久性および気密性が高く、脱着や運搬が容易にできる膨張袋体を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態による膨張袋体について、図１乃至図８に基づいて説明する。
図１はトンネル掘削機の一例を示す図、図２（ａ）は本発明の実施の形態による膨張袋体の一例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図３は本発明の実施の形態による膨張袋体の分解斜視図、図４（ａ）、（ｂ）は膨張袋体に備える超高強力ポリエチレン繊維袋を構成する部材を示す図、図５は膨張袋体に備える超高強力ポリエチレン繊維袋を示す図、図６は膨張袋体に備えるポリウレタン袋を示す図、図７は膨張袋体に備える第一の鋼板を示す図、図８は膨張袋体に備える第二の鋼板を示す図である。

図１に示すように本実施の形態による膨張袋体１は、例えば、開放型トンネル掘削機３１の切羽側開口部に備えられた扉３２の切羽側に配設されて、空気（流体）が充填された膨張状態で切羽３３を押圧し、切羽の崩壊を防ぐためのものである。そして、膨張袋体１は、空気の充填による膨張と空気の排出による収縮とが繰り返されて使用される。
図２（ａ）、（ｂ）および図３に示すように、本実施の形態による膨張袋体１は、空気の流出入によって膨張収縮する袋部２と、袋部２の外側に配設されて袋部２の開口を塞ぐ第一の鋼板３と、袋部２の内側に袋口に沿って配設される第二の鋼板４と、袋部２内部の空気の流出入および圧力の調整を行うエア流出入部５とから概略構成されている。
第一及び第二の鋼板３、４は袋部２の袋口を挟んだ状態で、第二の鋼板４に備えられたボルト２４に座金２６を介してナット２７が螺合されて固定される。

袋部２は、高強度で耐衝撃性、耐磨耗性の高い有機繊維の超高強力ポリエチレン繊維織布の、例えば東洋紡績株式会社製のダイニーマ（登録商標）を袋状に形成した超高強力ポリエチレン繊維袋６が、気密性が高く高強度で伸縮性に優れたポリウレタンシートを袋状に形成したポリウレタン袋７の外側に重なって配設されている。袋部２の袋口には第一および第二の鋼板３、４に挟持される固定部２ａが形成されて、固定部２ａには、ボルト２４が挿通する複数のボルト孔２ｂが所定の間隔をあけて配列されている。

超高強力ポリエチレン繊維袋６は、図４（ａ）、（ｂ）に示す、幅Ｄ１、Ｄ２のほぼ等しい帯状の第一および第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１１、１２が接着されて形成される。第一および第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１１、１２は、それぞれ中央部１１ａ、１２ａとその端部１１ｂ、１２ｂとに区画され、中央部１１ａの長さＬ１は幅Ｄ２とほぼ等しく、中央部１２ａの長さＬ３は幅Ｄ１とほぼ等しく、端部１１ｂ、１２ｂの長さＬ２、Ｌ４はほぼ等しく形成される。また、中央部１１ａ、１２ａおよび端部１１ｂ、１２ｂには、それぞれ側部に糊代部１３が備えられていて、端部１１ｂ、１２ｂの先端側には、袋部２の固定部２ａを形成する固定部１１ｃ、１２ｃがそれぞれ備えられている。固定部１１ｃ、１２ｃには、ボルト２４が挿通する複数のボルト孔６ｂが所定の間隔をあけて配列されている。
第一および第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１１、１２は、例えば０．９２ｍｍの厚さである。

図５に示すような超高強力ポリエチレン繊維袋６の形成は、まず、第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１２の中央部１２ａ上に第一の超高強力ポリエチレン繊維部材１１の中央部１１ａを接着剤で重ね合わせる。このとき、第一の超高強力ポリエチレン繊維部材１１と第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１２とは直交し、中央部１１ａ側方の糊代部１３と端部１２ｂとが重なる部分を接着剤で接着し、同様に中央部１２ａ側方の糊代部１３と端部１１ｂとが重なる部分を接着剤で接着する。そして各端部１１ｂ、１２ｂを内側へ折り曲げて、端部１１ｂ、１２ｂ側方の糊代部１３と端部１１ｂ、１２ｂとがそれぞれ重なる部分を接着剤で接着する。
そして、各固定部１１ｃ、１２ｃを内側へ曲げて、固定部１１ｃと固定部１２ｃとが重なる部分を接着して固定部６ａを形成し、箱型の袋状の超高強力ポリエチレン繊維袋６が形成される。

図６に示すように、ポリウレタン袋７は、ポリウレタンシートを高周波溶着によって袋状に形成したもので、超高強力ポリエチレン繊維袋６に内接する形状に形成される。ポリウレタンシートの厚さは、例えば０．５ｍｍ程である。ポリウレタン袋７は袋部２の固定部２ａを形成するポリウレタン袋７の固定部７ａが袋口７ｃに形成されて、固定部７ａにはボルト２４が挿通する複数のボルト孔７ｂが所定の間隔をあけて配列されている。
そして、超高強力ポリエチレン繊維袋６の内側にポリウレタン袋７を接着剤で接着して袋部２を形成する。

また、袋部２は、個別に形成された超高強力ポリエチレン繊維袋６とポリウレタン袋７とを重ねて接着して形成される他に、以下のように第一及び第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１１、１２がポリウレタン袋７の外側に順次接着されながら形成されてもよい。
まず、第一の超高強力ポリエチレン繊維部材１１と第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１２とを直交させて、中央部１１ａと中央部１２ａとを重ねあわせて接着剤で接着する。また、各中央部１１ａ、１２ｂ側方の糊代部１３とそれぞれ重なる端部１２ｂ、１２ｂとを接着剤で接着する。そして、重ね合わせた中央部１１ａ、１２ａの上にポリウレタン袋７の底部７ｄを接着剤で接着する。
そして、第一および第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１１、１２の端部１１ｂ、１２ｂを内側に折り曲げて、ポリウレタン袋７の側部７ｅに接着剤で接着する。このとき、端部１１ｂ、１２ｂ側方の糊代部１３を端部１１ｂ、１２ｂに接着剤で接着する。
そして、固定部１１ｃ、１２ｃをポリウレタン袋７の固定部７ａに重ね合わせて接着し、袋部２の固定部２ａを形成する。このとき第一および第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１１、１２に備えられたボルト孔６ｂとポリウレタン袋７の固定部７ａに備えられたボルト孔７ｂとを合わせて接着する。

図７に示すように、第一の鋼板３は、図２に示す袋部２の固定部２ａを覆うことが可能な四角形の平板形状の、例えば鉄板などで、周縁部にはボルト２４が挿通する複数のボルト孔２１が所定の間隔をあけて配列されている。また、第一の鋼板３には、例えば開放型トンネル掘削機３１の扉３２などに取り付けられるときに必要な金具などが適宜設けられる。
また、図３に示すように、第一の鋼板３にはエア流出入部５が配設されていて、エア流出入部５は袋部２内部の空気の流出入用の管５ａと袋部２内部の空気の圧力を調整する調整バルブ５ｂとを備えている。そして、第一の鋼板３には空気の流出入用の管５ａが貫通する貫通孔２５が備えられている。

図８に示すように、第二の鋼板４は、図３に示す袋部２の固定部２ａと同形の略ロの字型の平板形状の、例えば鉄板などで、複数のボルト孔２３が配列され、各ボルト孔２３に挿通されたボルト２４は、図２（ｂ）に示すように、第二の鋼板４に溶接などで固定されている。

次に、膨張袋体１の形成方法について図３を用いて説明する。
まず、袋部２の内側に固定部２ａに合わせて第二の鋼板４を配設し、袋部２の外側に固定部２ａを覆うように第一の鋼板３を配設する。このとき、第二の鋼板４に備えられたボルト２４を袋部２のボルト孔２ｂ及び第一の鋼板３のボルト孔２１に挿通させる。そして、袋部２の固定部２ａを第一の鋼板３と第二の鋼板４とで挟持した状態で、ボルト２４に座金２６を介してナット２７を締結して固定し、膨張袋体１を形成する。

このように形成された膨張袋体１は、例えば開放型トンネル掘削機３１の扉３２などに取り付けられて、エア流出入部５の袋部２内部の空気の流出入用の管５ａから空気が流入され、調整バルブ５ｂによって内部を所定の圧力に調整された膨張状態で、トンネル掘削面の切羽（対象物）３３を押圧して押さえ、掘削面の崩落を防止する。
このとき、切羽３３などの地山に対して、第一および第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１１、１２の中央部１１ａ、１２ａが重なった部分が主に接触することが好ましい。

次に、上述した膨張袋体の作用効果について図面を用いて説明する。
本発明の実施の形態による膨張袋体１では、高強度で耐衝撃性や耐磨耗性の高い超高強力ポリエチレン繊維で形成された超高強力ポリエチレン繊維袋６が、伸縮性に優れ高強度のポリウレタンシートで形成されたポリウレタン袋７の外側に重ねて配設された袋部２を備えているので、高強度で耐久性の高い超高強力ポリエチレン繊維袋６が膨張時の形状を保持すると共に、気密性の高いポリウレタン袋７を保護することができ、膨張袋体１の耐圧性、耐久性および気密性の高くすることができて、膨張袋体１は礫などが含まれるトンネル掘削面などの地山へ接触しても、容易に損傷や磨耗しない作用効果を奏する。
また、超高強力ポリエチレン繊維袋６およびポリウレタン袋７は、強度が高くその厚さを薄くしても所定の強度を有するので、袋部２の厚みを薄くすることで軽量化を実現できて、膨張袋体１の脱着や運搬が容易にできる。また、袋部２は薄く弾力性があり、空気を抜いた袋部２は収縮しやすいので、収縮した膨張袋体１の収容が容易である。

また、第一および第二の鋼板３、４が袋部２を挟持し、ボルトによって固定されているので、袋部２を密閉できて気密性を高めると共に、袋部２の取り付けや交換も行いやすい。また、超高強力ポリエチレン繊維袋６は第一および第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１１、１２が重なる中央部１１ａ、１２ａがトンネル掘削面などの地山に対して主に接するので、膨張袋体１の耐久性をより高めることができる。

ここで、本実施の形態による膨張袋体の耐圧性および耐久性を確認する試験を行った。
まず、本実施の形態による膨張袋体１の内部に約０．１ＭＰａの圧力をかけて、礫混じりの地盤を模した敷板に膨張袋体１の底部（第一および第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１１、１２の中央部１１ａ、１２ａが重なった部分）を１万回押し付ける試験を行った。このとき、敷板に膨張袋体１を押し付ける回数毎に、最大荷重時と最小化荷重時の膨張袋体１の内部圧力を計測し、最大荷重と最大荷重時の膨張袋体１の変位量の計測も行い、膨張袋体１の状況を確認した。
図９は敷板に膨張袋体を押し付ける回数毎の最大荷重時と最小化荷重時の膨張袋体の内部圧力を示す図、図１０は敷板に膨張袋体を押し付ける回数毎の最大荷重を示す図、図１０は敷板に膨張袋体を押し付ける回数毎の最大荷重時の膨張袋体の変位量を示す図である。

敷板に膨張袋体１を押し付ける回数が増えると、図９に示すように、膨張袋体の内部圧力が初期より若干下がり、図１１に示すように、膨張袋体１の変位も初期より若干大きくなっているが、膨張袋体１に異常はなかった。また、膨張袋体に水圧をかけて耐圧性を試験し、０．７ＭＰａの水圧に耐えられる耐圧性を確認することができた。
このように、本実施の形態による膨張袋体は耐圧性および耐久性が高いことがわかる。

以上、本発明による膨張袋体の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、膨張袋体１は空気が充填された膨張状態で切羽３３を押圧し、切羽３３の崩壊を防いでいるが、空気に代わって液体を膨張袋体１に充填してもよい。
例えば、上記の実施の形態では、膨張袋体１は、開放型トンネル掘削機３１の扉３２に取り付けられているが、開放型トンネル掘削機３１の外周部や、開放型トンネル掘削機３１以外に取り付けて地山などの対象物を押さえてもよい。
また、上記の実施の形態では、超高強力ポリエチレン繊維袋６は第一および第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１１、１２を重ねて形成しているが、１枚の超高強力ポリエチレン繊維を袋状に形成した超高強力ポリエチレン繊維袋６を採用してもよい。また、上記の実施の形態では、袋部２は奥行きのある箱型の袋状に形成されているが、例えば曲面を備える袋状に形成されても良く、そのほかの形状でもよい。
また、上記の実施の形態では、第一および第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１１、１２に備えられたボルト孔６ｂとポリウレタン袋７の固定部７ａに備えられたボルト孔７ｂとは個別に形成されて、両ボルト孔６ｂ、７ｂを合わせて袋部２の固定部２ａボルト孔２ｂを形成しているが、個別にボルト孔６ｂ、７ｂを設けずに、第一および第二の超高強力ポリエチレン繊維部材１１、１２の固定部６ａとポリウレタン袋７の固定部７ａとが重なった後に、ボルト孔２ｂを形成してもよい。
また、上記の実施の形態では、第一および第二の鋼板３、４は外径が四角形であるが、例えば円形や他の多角形などの形状でも良い。
また、上記の実施の形態では、第一および第二の鋼板３、４は袋部２を挟持してボルト接合によって固定されているが、例えばピンを使用して固定されるなどその他の固定方法としてもよい。
要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。

トンネル掘削機の一例を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態による膨張袋体の一例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施の形態による膨張袋体の分解斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は膨張袋体に備える超高強力ポリエチレン繊維袋を構成する部材を示す図である。 膨張袋体に備える超高強力ポリエチレン繊維袋を示す図である。 膨張袋体に備えるポリウレタン袋を示す図である。 膨張袋体に備える第一の鋼板を示す図である。 膨張袋体に備える第二の鋼板を示す図である。 敷板に膨張袋体を押し付ける回数毎の最大荷重時と最小化荷重時の膨張袋体の内部圧力を示す図である。 敷板に膨張袋体を押し付ける回数毎の最大荷重を示す図である。 敷板に膨張袋体を押し付ける回数毎の最大荷重時の膨張袋体の変位量を示す図である。

符号の説明

１ 膨張袋体
２ 袋部
３ 第一の鋼板
４ 第二の鋼板
６ 超高強力ポリエチレン繊維袋
７ ポリウレタン袋
３３ 切羽（対象物）

Claims (2)

1. 流体が充填された膨張状態で対象物を押さえる膨張袋体であって、
   前記袋体は袋状の超高強力ポリエチレン繊維が袋状のポリウレタンシートの外側に配設された二重構造の袋部を備えることを特徴とする膨張袋体。
2. 前記膨張袋体は前記袋部の外側に配設されて前記袋部の袋口を塞ぐ第一の鋼板と、前記袋部の袋口に沿って内側に配設される第二の鋼板とを備え、前記第一および第二の鋼板が前記袋部の袋口を挟んで封止することを特徴とする請求項１に記載の膨張袋体。

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