JP2011144569A - セグメントのシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造により、セグメントの目開き、目違い現象が生じたとしても、セグメントの止水を確実に行うことができるセグメントのシール構造を提供する。
【解決手段】セグメントの接合面に溝部を設け、該溝部内にシール材を配設したセグメントのシール構造において、前記溝部内のシール材に対して水圧が作用する反対側に、シール材よりも硬質のバックアップ材を設けている。これにより、セグメントの目開き、目違い現象が生じたとしても、バックアップ材によりシール材の外れを防止し、セグメントの止水を確実に行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、道路用トンネル、鉄道用トンネルなどを施工する際に用いて好適なセグメントのシール構造に関する。

例えば、地下鉄用トンネルの施工においては、セグメントを組み立ててトンネル周囲の地山側に設置する場合がある。この際、セグメントの接合面には、止水のためのセグメントシール材が設けられる。セグメントシール材は、セグメント端面（接合面）に貼着したゴム材で、現在においては一般的に水膨張のゴム材が多く用いられている。

図６は、この種セグメントの組み立て構造を示す斜視図、図７は、同セグメントの連結部位を示す断面図、図８は、同セグメントのシール材を示す断面図、図９は、セグメントの目開き現象を示す拡大断面図、図１０は、セグメントの目違い現象を示す断面図、図１１は、従来技術におけるシール構造の目違いに伴う変位現象を示す断面図である。

地山にトンネルを構築する場合、図６に示すように、トンネルの周囲内壁面（未図示）に沿ってセグメント１を順次組み立てることによってトンネルの壁体を構築する一次覆工を行う。この一次覆工が完了した後に、内壁面をコンクリートや樹脂にてコーティングする二次覆工を行っている。セグメント１は、トンネルの施工において、一次覆工に適用されるものである。

図７に示すように、セグメント１どうしの接合面１１において、地山寄りに形成された溝部２にシール材３が配置されている。該シール材３の上面は、自然状態では、あるいは水膨潤状態では溝部２から突出し、セグメント１が互いに接合された状態では溝部２内に収容される。また、セグメント１の内側にはボルト５ａ、ナット５ｂを用いて締結する継ぎ手５が設けられ、セグメント１どうしを組み立てた後、継ぎ手５の周りの隙間にコーキング材が埋め込まれるようになっている。これらのセグメント１は、継ぎ手５により組み立てられた状態で、シール材３どうし、及びセグメント１の内面側に施されているコーキング材６などにより止水される（例えば、特許文献１参照）。

ところで、コンクリートセグメントの場合、型枠の抜き型との関係で、図８に示すように、セグメント１の接合面１１に設けられている溝部２の壁面が傾斜面２１，２２に形成される。また、セグメントの組み立てにより弾性及び水膨潤性のシール材３が押圧され溝部２内に収容されるようになる。そのため、従来の技術では、溝部２内において、シール材３が固定されている箇所の両側には隙間が存在するように設計している。

最近、トンネルの更なる大深度化により、地下水圧が高くなるため、高水圧に耐える確実なシール構造が求められている。図９及び図１０に示すように、セグメント１は、組み立て精度の問題から、継ぎ手の目開き、目違いが生じる。この目開き、目違いが生じたとしても、設計水圧を満足する設面応力を保持できるセグメントのシール構造が求められている。

特公平０６−０３３７２０号公報

ところが、ゴム材は弾性体のため、高水圧が作用すると図１１に符号３ａで示すようにシール材３が目開きの隙間からはみ出し、設面応力を確保できない場合がある。シール材３を溝部２のほぼ中心に固定する際に、一般にはゴム用接着剤を用いて接着固定するが、高水圧が作用すると接着剤が剥がれて地下水圧が作用する側と反対側に移動してしまうからである（溝内部でシール材が波線から実線で示すように変形自由となる）。この時に目開きがあると目開きの隙間からはみ出してしまい、本来有しているはずのシール材の高さ（厚み）が減少し、設面応力が不足して漏水することになる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、簡単な構造により、セグメントの目開き、目違い現象が生じたとしても、セグメントの止水を確実に行うことができるセグメントのシール構造を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、図１に示すように、セグメントの接合面１１に溝部２を設け、該溝部２内にシール材３を配設したセグメントのシール構造において、前記溝部２内のシール材３に対して水圧が作用する側と反対側に、シール材３よりも硬質のバックアップ材４を設けたことを特徴とする。

このように、セグメントの接合面１１に溝部２を設け、該溝部２内にシール材３を配設し、前記溝部２内のシール材３に対して水圧が作用する側と反対側に、シール材３よりも硬質のバックアップ材４を設けることにより、外部からの高水圧がシール材３に作用する際に、シール材３が変位して目開きの隙間からはみ出すことをバックアップ材４が防止し、セグメントの止水を確実に行うことができる。

請求項２に記載の発明は、図１に示すように、請求項１に記載のセグメントのシール構造において、前記溝部の壁面は傾斜面２１、２２に形成され、バックアップ材４は、シール材３の側面３２と溝部２の傾斜面２２との間の空間に収納されるような形状であることを特徴とする。

このように、溝部２の壁面は傾斜面２２に形成され、バックアップ材４は、シール材３の側面と溝部２の傾斜面２２との間の空間に収納されるような形状であるため、シール材３の側面３２と溝部２の壁面（傾斜面２２）との間に形成されている空間がバックアップ材４によって確実に埋め込まれる。従って、簡単な構造によりシール材３の変位を防止し、セグメントの止水を確実に行うことができる。

請求項３に記載の発明は、図１に示すように、請求項１及び２に記載のセグメントのシール構造において、前記バックアップ材４は、前記セグメント１の溝部２の外側に突出しないような高さに形成されていることを特徴とする。

このように、バックアップ材４は、セグメント１の溝部２の外側に突出しないような高さに形成されているため、セグメント１どうしが継ぎ手により接合された場合、そのセグメント１どうしの接合面１１、１１の間に、硬質のバックアップ材４により隙間が発生することを防止し、セグメントの接合性を高める。従って、セグメントの止水を確実に行うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセグメントのシール構造において、バックアップ材４は、プラスチック、金属、コンクリート、ＦＲＰ、硬質ゴム、炭素繊維材の何れかで形成されていることを特徴とする。ここで、バックアップ材４としてその機能を発揮するためには、ゴム材の弾性体であるシール材３より硬質の材質からなるものを採用する必要がある。従って、請求項４に記載の発明では、プラスチック、金属、コンクリート、ＦＲＰ、硬質ゴム、炭素繊維材の何れかで形成されたバックアップ材４を採用している。

このように、バックアップ材４は、プラスチック、金属、コンクリート、ＦＲＰ、硬質ゴム、炭素繊維材の何れかで形成されているため、シール材３の側面３２と溝部２の壁面２２との間に形成されている空間２ａ（図２参照）に合わせて様々な形に成型し易く、かつ、シール材３の側面と溝部の壁面との間に形成されている空間２ａを確実に埋め込むことが可能であるため、セグメントの止水を確実に行うことができる。

本発明によれば、セグメントの接合面に溝部を設け、該溝部内にシール材を配設し、溝部内のシール材に対して水圧が作用する側と反対側に、シール材よりも硬質のバックアップ材を設けることにより、セグメント１の目開き、目違い現象が生じて、外部からの高水圧がシール材に作用しても、シール材が変位して隙間からはみ出すことを防止し、セグメントの止水を確実に行うことができる。

本発明の実施例１におけるセグメントのシール構造を示す断面図である。 本発明の実施例２におけるセグメントのシール構造を示す断面図である。 本発明の実施例３におけるセグメントのシール構造を示す断面図である。 本発明の実施例４におけるセグメントのシール構造を示す断面図である。 本発明におけるシール構造の目違いに伴う変位現象を示す断面図である。 セグメントの組み立て構造を示す斜視図である。 図６に示すセグメントの連結部位を示す拡大断面図である。 従来技術におけるセグメントのシール構造を示す断面図である。 セグメントの目開き現象を示す断面図である。 セグメントの目違い現象を示す断面図である。 従来におけるシール構造の目違いに伴う変位現象を示す断面図である。

以下、図１〜図５を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施例１に係るコンクリートセグメントのシール構造を示す断面図、図２〜図４は、本発明の実施例２〜４に係るコンクリートセグメントのシール構造を示す断面図、図５は、本発明におけるシール構造の目違いに伴う変位現象を示す断面図である。

本発明の実施例１に係るコンクリートセグメント１は、図１に示すように、その接合面１１に溝部２が設けられ、該溝部２内にシール材３が配設され、溝部２内のシール材３に対して水圧が作用する側と反対側にバックアップ材４が設けられている。ここで、コンクリートセグメント１の抜き型との関係で、前記溝部２の壁面は傾斜面２１，２２に形成されている。また、前記溝部２の底面２３は一定の幅を有する平面状になっており、その上にシール材３が接着されている。このように、溝部２の底面２３とシール材３は、その接着面が一定の幅を有する平面どうしの接着状態になっている。これにより、溝部２とシール材３が強固に接着されている。

シール材３としては、この実施例では水膨張性のゴム材で形成されたものが用いられている。また、シール材３の底面３３は、溝部２の底面２３に確実に接着できるように平坦に形成されている。また、シール材３は、セグメント１どうしを組み立てた際に、シール材３の上面３１どうしが確実に接触できるよう、断面略台形状に形成されている。
即ち、図１に示すように、シール材３の上面３１は一定の幅を有する平面に形成されている。さらに、シール材３の断面における、シール材３の幅は溝部２の幅より狭く形成されている。また、シール材３の高さは溝部２の深さを超えるように設計されている。
即ち、シール材３の上面３１はセグメント１の接合面１１よりも上方に突出している。シール材３のこのような構造により、セグメント１の組み立てに伴ってシール材３が押圧されて溝部２の空いている空間に収納可能になる。また、シール材３の平面状の上面３１どうしがゴムの弾性力により緊密に接触するため、セグメント１どうしの止水性も十分に高くなる。

なお、実施例では、シール材３の設置箇所として、セグメント１の厚さ方向に一箇所のみ設けた例を示しているが、セグメントの止水能力を更に高める必要がある場合には、このようなシール材３をセグメント１の厚さ方向の複数個所に平行して設けることも可能である。

本実施例においては、シール材３の材質として、弾性体のゴム材を採用した例が示されている。しかし、本発明はこれに限らず、止水性を確保でき、かつ、セグメント１を接合する際に溝部２内に押し広げることが可能な材質のものであれば良い。また、シール材３の断面形状として、略台形に形成した例を示したが。本発明は、これに限らず、セグメント１の溝部２の底面２３に確実に接着できる形状であれば、断面長方形、断面半円形等の形状としても良い。

一方、バックアップ材４の設置箇所としては、図１に示すように、溝部２内のシール材３に対して水圧が作用する側（図１において左側）と反対側（図１において右側）に設けられている。また、このバックアップ材４はシール材３よりも硬質の材質により形成され、この実施例ではプラスチック材質により形成されている。

また、バックアップ材４の断面形状として、前記シール材３の側面３２と前記溝部２の傾斜面２２の間の空間に緊密に収納されるような断面形状に形成されている。本実施例において、三角形の断面形状に成形されている。

更に、バックアップ材４の断面形状として、当該バックアップ材４はセグメント１の溝部２の外側（接合相手のセグメント側）に突出しないような高さに形成されている。即ち、バックアップ材４の上面４１はセグメント１の接合面１１よりも上方に突出しないように形成されている。本実施例では、該バックアップ材４の上面４１とセグメント１の接合面１１がほぼ一致するように設けられている。これにより、セグメント１どうしが継ぎ手５により接合された場合、そのセグメント１の接合面１１、１１の間に、硬質のバックアップ材４により隙間が発生することを防止し、セグメントの接合性を高める機能を発揮する。

本実施例においては、バックアップ材４の断面形状として、三角形のものを採用している。しかし、その形状として三角形に限らず、略台形、長方形や多角形などシール材３の側面と溝部の壁面との間に形成されている空間を埋め込むことが可能な形状であれば良く、三角形以外の形状とすることも可能である。また、バックアップ材４の材質として、プラスチック材質の代わりに、金属、コンクリート、ＦＲＰ、硬質ゴム、炭素繊維材、及び不定形の硬質コーキング材など、ゴム材より硬ければ何でも使用することができる。

なお、溝部２内におけるシール材３の接着箇所としては、図１に示すように、溝部２の底面２３において、地下水圧が作用する側と反対側、即ち、セグメント内側に寄せた位置に接着することが好ましい。これにより、シール材３とバックアップ材４とを緊密に接触させることができるからである。また、セグメント１の組み立てに伴って押圧されたシール材３は溝部２内のセグメント１外側の空間に収納される。そのため、セグメント１の目開き、目違い現象が生じたとしても、シール材３が目開きの隙間からはみ出す可能性も格段に低くなる。これにより、セグメントの止水をより確実に行うことができる。

次に、図２〜図４を参照して本発明の実施例２〜４に関して説明する。
図２〜図４は、それぞれ本発明の実施例２〜４におけるセグメントのシール構造を示す断面図である。ここで、実施例２〜４に係るセグメントのシール構造は、上記実施例とほぼ同様の構造を有する。異なる点は、バックアップ材４の材質として、プラスチック材質の代わりに、金属、コンクリート、ＦＲＰ、硬質ゴム、炭素繊維材、及び不定形の硬質コーキング材などを採用することにある。

本発明の実施例２に係るセグメントのシール構造においては、図２に示すように、金属からなるバックアップ材４を採用する。この実施例２において、バックアップ材４は単独の金属製品として製造され、シール材３を既にセグメント１の溝部２内に接着した後に、当該バックアップ材４を溝部２内のシール材３に対して水圧が作用する側と反対側に、着脱可能に取り付ける。

本発明の実施例３に係るセグメントのシール構造においては、図３に示すように、コンクリートからなるバックアップ材４を採用する。この実施例３におけるバックアップ材４の取り付け方法として、シール材３を既にセグメント１の溝部２内に接着した後に、コンクリート（モルタルでも可）をシール材３の側面３２と溝部２の傾斜面２２の間の空間に注入する。このように、自由変形が可能なコンクリートを、シール材３の側面３２と溝部２の傾斜面２２の間の空間に充填する。これにより、硬質のバックアップ材４を低コストで提供することが可能になり、シール材３の変位を確実に防止し、セグメントの止水を確実に行うことができる。

本発明の実施例４に係るセグメントのシール構造においては、図４に示すように、硬化後にシール材３よりも硬質となる不定形のコーキング材からなるバックアップ材４を採用する。この実施例４におけるバックアップ材４の取り付け方法として、先ず、シール材３の側面３２と溝部２の傾斜面２２との間の空間に、不定形の硬質コーキング材を充填する。その後、当該不定形の硬質コーキング材を硬化させて硬質バックアップ材４を得る。これにより、確実、かつ、便利にシール材３の側面３２と溝部２の傾斜面２２の間の空間にバックアップ材４を充填することが可能になる。また、シール材３の変位を確実に防止し、セグメントの止水を確実に行うことができる。

本発明においては、図５に示すように、前記シール構造を採用することにより、目違い現象に加え外部から高水圧が作用する際に、弾性のシール材３と溝部２との隙間にシール材３よりも硬質のバックアップ材４を設けることにより、高水圧によりシール材３が変位して目開きの隙間からはみ出すことを防止し、高水圧に耐えるシール構造が実現できる。即ち、溝部２内に接着固定されているシール材３において、高水圧の作用力により接着剤が剥がれて地下水圧が作用する側と反対側に移動することを防止する。それにより、セグメントの目開き、目違い現象が生じたとしても、セグメントの止水を確実に行うことができるセグメントのシール構造を提供することができる。

１ セグメント
１１ セグメントの接合面
２ 溝部
２１、２２ 溝部の傾斜面
２３ 溝部の底面
３ シール材
３１ シール材の上面
３２ シール材の側面
３３ シール材の底面
４ バックアップ材
４１ バックアップ材の上面
５ 継ぎ手

Claims (5)

1. セグメントの接合面に溝部を設け、該溝部内にシール材を配設したセグメントのシール構造において、前記溝部内のシール材に対して水圧が作用する側と反対側に、シール材よりも硬質のバックアップ材を設けたことを特徴とするセグメントのシール構造。
2. 前記溝部の壁面は傾斜面に形成され、前記バックアップ材は、前記シール材の側面と前記溝部の傾斜面の間の空間に収納されるような形状であることを特徴とする請求項１に記載のセグメントのシール構造。
3. 前記バックアップ材は、前記セグメントの溝部の外側に突出しない高さに形成されていることを特徴とする請求項１及び２に記載のセグメントのシール構造。
4. 前記バックアップ材は、プラスチック材質、金属、コンクリート、ＦＲＰ、硬質ゴム、炭素繊維材の何れかで形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセグメントのシール構造。
5. 前記バックアップ材は、不定形のコーキング材からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセグメントのシール構造。

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