JP2019108665A - シールドセグメント用の止水部材 - Google Patents

Abstract

【課題】セグメントリング間の接合部における止水作業をより簡略化して、工期短縮化を図ること。【解決手段】シールドセグメントのセグメントリング間の接合部に使用される止水部材１であって、接合部に排水流路を形成する排水部２と、接合部の内壁に密着する第１シール部３と、中空部６とを備える弾性体により構成されていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、シールドセグメントのセグメントリング間の接合部に使用される止水部材に関する。

鉄道や道路等のトンネルを構築する場合、所謂シールド工法が一般的に実施されている。シールド工法では、先端に掘削刃を備えたシールドマシンで地盤を掘進しつつ、その後方でシールドセグメントをリング状に組み立ててセグメントリングを形成し、このセグメントリングをシールドマシンの掘進方向に順次連結することによって、トンネルが形成されていく。

従来のシールド工法では、トンネル外部における地下水等の水が、セグメントリング間の接合部からトンネル内に浸入するのを防止（止水）するために、一次止水としての水膨張シール材を、セグメントリング間の接合部に設けると共に、当該接合部のトンネル内部側に形成される目地部に、二次止水としてコーキング材を充填するという作業が行われている。

尚、このようにセグメントリング間の接合部を、水膨張シール材とコーキング材で止水することについては、広く一般的に実施されているものであるため、先行技術文献を開示しない。

従来のシールド工法では、二次止水としてコーキング材を目地部に充填した後、コーキング材が固まるまでしばらく放置しておく必要があり、工期の短縮化をはかるという点において改善する余地がある。

従って、本発明の目的は、セグメントリング間の接合部における止水作業をより簡略化して、工期短縮化を図ることにある。

本発明に係るシールドセグメント用の止水部材は、
シールドセグメントのセグメントリング間の接合部に使用される止水部材であって、
前記接合部に排水流路を形成する排水部と、前記接合部の内壁に密着する第１シール部と、中空部とを備える弾性体により構成されていることを特徴とする。

本発明に係る止水部材は、弾性体により構成されているため、セグメントリング間の接合部のトンネル内部側に形成される目地部の幅に合わせて、当該止水部材の幅を少し狭めるように圧縮変形させながら、目地部に嵌め込むことができる。即ち、セグメントリング間の接合部における止水作業では、セグメントリング間の接合部のトンネル内部側に形成される目地部に沿って本発明に係る止水部材を嵌め込んでいくだけで良いため、従来よりも止水作業が簡略化され工期の短縮化を図ることができる。

また、本発明に係る止水部材は、接合部に排水流路を形成する排水部と、接合部の内壁に密着する第１シール部とを備えるため、セグメントリング間の接合部における一次止水の側から、たとえ水が漏れ出てきたとしても、第１シール部と内壁との密着によって止水されると共に、排水部によって形成された排水流路を介して、例えばトンネル内に設けた排水溝等へと導水することができ、トンネル内への水の浸入を確実に防止することができる。

また、本発明に係る止水部材は、弾性体により構成されていることに加えて、中空部を備えることにより、より一層、弾性変形し易い性質を有する。これにより、例えば、セグメントリング間の接合部の目地部において、隙間（目開き）や段差（目違い）が生じていたとしても、本発明に係る止水部材は、こうした隙間（目開き）や段差（目違い）といった目地部の種々の形状に応じて追従変形することで、少なくとも第１シール部が目地部の内壁に密着して止水すると共に、排水部により排水流路を形成することができる。従って、目地部において隙間（目開き）や段差（目違い）が生じていたとしても、問題なく止水効果を発揮することができる。

以下、本発明に係るシールドセグメント用の止水部材の好適な態様について説明する。但し、以下に記載する好適な態様例によって、本発明の範囲が限定される訳ではない。

一態様として、
前記接合部の内壁に密着する第２シール部をさらに備えることが挙げられる。

一態様として、
前記中空部を複数備えることが挙げられる。

一態様として、
縦断面視において、上側中空部、下側中空部、右側中空部、左側中空部の４つの前記中空部を備えることが挙げられる。

一態様として、
縦断面視において、前記排水部が、端部に設けられる溝部と、前記第１シール部から該溝部に亘って先細りとなる形状部分とを有することが挙げられる。

一態様として、
前記先細りとなる形状部分の厚みが、前記第１シール部の厚みよりも薄いことが挙げられる。

本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。

止水部材の斜視図 止水部材の縦断面図 セグメントリング間の接合部の縦断面図 シールド工法によって構築されたトンネルの例を模式的に示す斜視図 セグメントリング間の接合部の目地部において隙間と段差が生じていない場合の止水部材の変形状態を示す縦断面図 セグメントリング間の接合部の目地部において隙間が生じている場合の止水部材の変形状態を示す縦断面図 セグメントリング間の接合部の目地部において段差が生じている場合の止水部材の変形状態を示す縦断面図 セグメントリング間の接合部の目地部において隙間と段差が生じている場合の止水部材の変形状態を示す縦断面図 止水部材の止水性能を評価するために使用した止水部材及び目地部のサイズの関係を示す図 止水部材の止水性能を示す図

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
〔止水部材〕
図１に示されるように、本実施形態の止水部材１は、細長い長尺状の部材である。止水部材１は、セグメントリングＳＲ間の接合部Ｊに形成される、セグメントリングＳＲの周方向に沿うリング状の目地部Ｇ（空隙部）の全体に亘って嵌め込むことができるように構成されている。

図２に示されるように、本実施形態の止水部材１は、その長手方向に直交する縦断面視において、溝部２１と凹部７とに亘る対称軸Ａを有する線対称の略魚形状となっている。

止水部材１は、接合部Ｊに排水流路Ｄを形成する排水部２と、接合部Ｊの目地部Ｇの内壁に密着する第１シール部３と、接合部Ｊの目地部Ｇの内壁のうち第１シール部３とは異なる位置で密着する第２シール部４と、中空部６とを備える弾性体で構成されている。

第２シール部４を備えることによって、接合部Ｊの目地部Ｇの内壁と密着して止水する領域（止水領域）が増えるため、止水部材１の止水効果がより一層向上することになる。しかしながら、第２シール部４については、必要に応じて設けるような構成としても良い。

排水部２は、止水部材１の端部に設けられる溝部２１と、第１シール部３から溝部２１に亘って先細りとなる形状部分２２とを有する。また、先細り形状部分２２の剛性が、第１シール部３の剛性よりも低くなるように、先細り形状部分２２の厚みが、第１シール部３の厚みよりも薄くなるように構成されている。

排水部２が、溝部２１と、先細り形状部分２２とを有することによって、例えば、セグメントリングＳＲ間の接合部Ｊの目地部Ｇにおいて、隙間（目開き）Ｃや段差（目違い）Ｓが生じていたとしても、本実施形態に係る止水部材１は、こうした隙間（目開き）Ｃや段差（目違い）Ｓといった目地部Ｇの種々の形状に応じて排水流路Ｄを形成し易くなる。

第１シール部３及び第２シール部４はいずれも、その縦断面が円弧形状であるが、第１シール部３の曲率は、第２シール部４の曲率よりも小さい。また、第１シール部３と、第２シール部４との間には、括れ部５が設けられている。また、２つの第２シール部４の間には、逆Ｖ字状の凹部７が形成されている。これにより、２つの第２シール部４が、中空部６の付近から幅方向（対象軸と略直交する方向）に２つに枝分かれするような形状をとっている。

本実施形態の止水部材１は、複数の中空部６を備える。本実施形態では、縦断面視において、上側中空部６１、下側中空部６２、右側中空部６３、左側中空部６４の４つの中空部６を備える。上側中空部６１及び下側中空部６２はいずれも三角形状の中空部６であり、右側中空部６３及び左側中空部６４はいずれも扇形状の中空部６である。上側中空部６１は溝部２１の側に配置され、下側中空部６２は凹部７の側に配置され、右側中空部６３は第１シール部３の側に配置され、左側中空部６４はもう一方の第１シール部３の側に配置される。即ち、上側中空部６１及び下側中空部６２は、対称軸Ａ上に対向配置され、右側中空部６３及び左側中空部６４は、対称軸Ａと直交する方向に対向配置される。

尚、本実施形態における上側中空部６１、下側中空部６２、右側中空部６３、左側中空部６４については、円筒状に形成された中空部６が、縦断面視においてＸ状の仕切りによって分割されているような構成であっても良い。

本実施形態に係る止水部材１は、弾性体により構成されていることに加えて、中空部６を備えることにより、より一層、弾性変形し易い性質を有する。これにより、例えば、セグメントリングＳＲ間の接合部Ｊの目地部Ｇにおいて、隙間（目開き）Ｃや段差（目違い）Ｓが生じていたとしても、本実施形態に係る止水部材１は、こうした隙間（目開き）Ｃや段差（目違い）Ｓといった目地部Ｇの種々の形状に応じて追従変形することで、少なくとも第１シール部３が目地部Ｇの内壁に密着して止水すると共に、排水部２により排水流路Ｄを形成することができる。また、中空部６を複数備えることによって、止水部材１が、接合部Ｊの目地部Ｇの形状に応じてより一層追従変形し易くなる。

また、本実施形態のように、止水部材１が上側中空部６１、下側中空部６２、右側中空部６３、左側中空部６４の４つの中空部６を備えることによって、特に、幅方向に弾性変形し易くなる。これにより、例えば、接合部Ｊの目地部Ｇに沿って止水部材１を嵌め込む際、止水部材１を幅方向に狭めるように弾性変形させ易くなるため、目地部Ｇに嵌め込み易くなる。さらに、接合部Ｊの目地部Ｇに嵌め込まれた止水部材１に対して、溝部２１の側から水頭圧が負荷された場合、止水部材１が幅方向に膨らみ易くなるため、目地部Ｇの内壁と止水部材１との密着度がより一層高められて、止水効果が向上すると共に、止水部材１が目地部Ｇから抜け難くなる。

また、接合部Ｊの目地部Ｇに嵌め込まれた止水部材１に対して溝部２１の側から水頭圧が負荷された場合の止水部材１が幅方向へ膨らむという効果は、先細り形状部分２２の剛性が、第１シール部３の剛性よりも低くなるように、先細り形状部分２２の厚みが、第１シール部３の厚みよりも薄い構成によっても、より一層高められることになる。

本実施形態における中空部６の数と断面形状については、上述の構成に限定されるものではなく、場合によっては中空部６を一つとする構成としても良い。

本実施形態の止水部材１に適用可能な弾性体としては、例えば、弾性を有する樹脂材料やゴム材料などが挙げられるが、好ましくはゴム材料である。ゴム材料としては、例えば、クロロプレンゴム（ＣＲ）やエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）等が挙げられ、ゴム硬度はショアＡ＝４０〜８０の範囲にあるものが望ましい。

本実施形態の止水部材１は、公知の押出成形方法によって製造することができる。特にゴム材料を使用する場合は、押出し成形直後に加硫する連続加硫を行って製造しても良い。

〔施工方法〕
本実施形態の止水部材１の施工方法の一例について説明する。
先ず、先端に掘削刃を備えたシールドマシンで地盤を掘進しつつ、その後方でシールドセグメントＳＧをリング状に組み立ててセグメントリングＳＲを形成する。そして、セグメントリングＳＲの側面に形成されているリング状の溝８に、一次止水のための細長い長尺状の水膨張シール材９を嵌め込む。次いで、別のセグメントリングＳＲを組み立てて、水膨張シール材９を嵌め込まれた先のセグメントリングＳＲに連結する。このとき、セグメントリングＳＲ間の接合部Ｊに、セグメントリングＳＲの周方向に沿うリング状の目地部Ｇが形成される。

尚、本実施形態において、セグメントリングＳＲ間の接合部Ｊは、セグメントリングＳＲ間の接合面（多少の隙間や段差を有する場合も含む）だけでなく、各セグメントリングＳＲのリング状の溝８が合わさることによって形成される空隙部や、リング状の目地部Ｇ等を含む、セグメントリングＳＲ間の接合部分全体を意味するものとして定義する。

次いで、二次止水のために、本実施形態の止水部材１を目地部Ｇに沿って嵌め込んでいく。嵌め込む際は、止水部材１の第１シール部３及び第２シール部４のそれぞれの幅を少し狭めるように圧縮変形させながら、目地部Ｇに押し込む。本実施形態では、トンネルＴ内に形成されている第１の排水溝１０から第２の排水溝１１に亘って目地部Ｇが形成されており、本実施形態の止水部材１が目地部Ｇの全体に亘って嵌め込まれる。尚、本実施形態における目地部Ｇは、トンネルＴ内部側ほど幅が狭くなるテーパー形状（図５参照）となっているが、この構成に限定されるものではなく、幅が一定の構成であっても良い。

以上より、図４に示されるように、水膨張シール材９による一次止水と、本実施形態の止水部材１による二次止水が施されたトンネルＴが形成されてゆく。

図５に示されるように、セグメントリングＳＲ間の接合部Ｊの目地部Ｇにおいて隙間（目開き）Ｃと段差（目違い）Ｓが生じていない場合、止水部材１の少なくとも第１シール部３及び第２シール部４目地部Ｇの内壁に密着し、場合によっては、図５のように先細り形状部分２２も目地部Ｇの内壁に密着する。またこの場合、溝部２１の縁の部分と、目地部Ｇとの隙間に排水流路Ｄが形成され、この排水流路Ｄが、トンネルＴ内の第１の排水溝１０及び第２の排水溝１１に連通する。

図６に示されるように、セグメントリングＳＲ間の接合部Ｊの目地部Ｇにおいて隙間（目開き）Ｃが生じている場合、止水部材１の少なくとも第１シール部３及び第２シール部４が目地部Ｇの内壁に密着し、場合によっては、図６のように溝部２１の縁の部分も目地部Ｇの内壁に密着する。またこの場合、溝部２１と、目地部Ｇの隙間（目開き）Ｃにより排水流路Ｄが形成される。

図７に示されるように、セグメントリングＳＲ間の接合部Ｊの目地部Ｇにおいて段差（目違い）Ｓが生じている場合、止水部材１の少なくとも第１シール部３及び第２シール部４が目地部Ｇの内壁に密着し、場合によっては、図７のように先細り形状部分２２の一部も目地部Ｇの内壁に密着する。またこの場合、先細り形状部分２２の一部と、目地部Ｇの段差（目違い）Ｓにより排水流路Ｄが形成される。

図８に示されるように、セグメントリングＳＲ間の接合部Ｊの目地部Ｇにおいて隙間（目開き）Ｃと段差（目違い）Ｓが生じている場合、止水部材１の少なくとも第１シール部３及び第２シール部４が目地部Ｇの内壁に密着し、場合によっては、図８のように先細り形状部分２２の一部も目地部Ｇの内壁に密着する。またこの場合、溝部２１と、先細り形状部分２２の一部と、目地部Ｇの隙間（目開き）Ｃ及び段差（目違い）Ｓにより排水流路Ｄが形成される。

以上より、セグメントリングＳＲ間の接合部Ｊの目地部Ｇにおいて隙間（目開き）Ｃや段差（目違い）Ｓが生じている、いないにかかわらず、本実施形態の止水部材１は、少なくともその第１シール部３及び第２シール部４が目地部Ｇの内壁に密着して確実に止水することができると共に、排水流路Ｄを形成することができる。

〔その他の実施形態〕
上述の実施形態は、本発明に係る止水部材を二次止水のために用いる場合を想定して記載されているが、これに限定されるものではなく、場合によっては、本発明に係る止水部材を一次止水のために用いるようにしても良い。

以上、止水部材及びその施工方法について具体例を示して詳細に説明したが、本発明の範囲は、上述した具体的な実施形態に限定される訳ではない。本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

（止水部材の止水性能評価試験）
図９に示されるサイズ関係を有する止水部材１と目地部Ｇを想定し、以下の４ケースにおける、止水部材１の変形挙動と耐圧性能の解析を行った。
ケース１：目地部Ｇにおいて隙間（目開き）Ｃ及び段差（目違い）Ｓがいずれも生じていない場合（図５参照）
ケース２：目地部Ｇにおいて５ｍｍの隙間（目開き）Ｃが生じている場合（図６参照）
ケース３：目地部Ｇにおいて７ｍｍの段差（目違い）Ｓが生じている場合（図７参照）
ケース４：目地部Ｇにおいて５ｍｍの隙間（目開き）Ｃと７ｍｍの段差（目違い）Ｓが生じている場合（図８参照）
尚、セグメントリング間の接合部において設計上生じ得るとされる最大の隙間（目開き）Ｃと段差（目違い）Ｓとして、５ｍｍの隙間（目開き）Ｃ、及び７ｍｍの段差（目違い）Ｓを想定した。

止水部材１のモデルは、ショアＡ＝７０相当のエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）を弾性体とする、超弾性体モデル（Ｍｏｏｎｅｙ-Ｒｉｖｌｉｎモデル）を適用した。
解析方法は、目地部Ｇに止水部材１が挿入されたときの変形状態として、上記ケース１〜４を想定し、各々の変形状態におけるひずみを確認すると共に、接合部に水頭圧（図９の白抜きの矢印参照）を負荷したときのシール力を解析した。尚、セグメントＳＧと、止水部材１との間の摩擦係数を０．５として計算した。

ケース１の場合、図５に示されるように、止水部材１は、均等な変形状態となっており、ひずみ分布も均一な状態であった。また、図１０に示されるように、高いシール力が保持されており、直径１３ｍのトンネルにおける最大水頭圧と考えられる０．１３ＭＰａにおいても、高いシール性を有していた。

ケース２の場合、図６に示されるように、止水部材１は、隙間（目開き）Ｃに追随しており、第１シール部３、第２シール部４、及び溝部２１の縁の部分の合計６か所が目地部Ｇの内壁に密着して止水領域を形成していた。また、図１０に示されるように、隙間（目開き）Ｃにより止水部材１の圧縮率が低くなるためシール力はケース１の場合と比べて低くなるが、最大水頭圧（０．１３ＭＰａ）でのシール性は保持されていた。

ケース３の場合、図７に示されるように、止水部材１は、均等な変形状態となっており、ひずみ分布も均一な状態であった。また、図１０に示されるように、段差（目違い）Ｓにより止水部材１の逃げが生じて圧縮量が減るためシール力はケース１の場合と比べて低くなるが、最大水頭圧（０．１３ＭＰａ）でのシール性は保持されていた。

ケース４の場合、図８に示されるように、止水部材１は、隙間（目開き）Ｃと段差（目違い）Ｓに追随しており、第１シール部３、第２シール部４、及び溝部２１の縁の部分（片側のみ）の合計５か所が目地部Ｇの内壁に密着して止水領域を形成していた。また、図１０に示されるように、隙間（目開き）Ｃと段差（目違い）Ｓの両方がある状態で最も厳しい条件だったが、この場合も最大水頭圧（０．１３ＭＰａ）でのシール性は保持されていた。

以上より、いずれのケースの場合も、本発明に係る止水部材が、十分な止水性能を発揮することが確認された。

本開示に係る技術は、トンネルを構成するセグメントリング間の接合部における止水作業に利用することができる。

１ 止水部材
２ 排水部
２１ 溝部
２２ 先細り形状部分
３ 第１シール部
４ 第２シール部
５ 括れ部
６ 中空部
６１ 上側中空部
６２ 下側中空部
６３ 右側中空部
６４ 左側中空部
７ 凹部
８ リング状の溝
９ 水膨張シール材
１０ 第１の排水溝
１１ 第２の排水溝
Ａ 対称軸
Ｔ トンネル
ＳＧ シールドセグメント
ＳＲ セグメントリング
Ｊ 接合部
Ｇ 目地部
Ｄ 排水流路
Ｃ 隙間（目開き）
Ｓ 段差（目違い）

Claims (6)

1. シールドセグメントのセグメントリング間の接合部に使用される止水部材であって、
   前記接合部に排水流路を形成する排水部と、前記接合部の内壁に密着する第１シール部と、中空部とを備える弾性体により構成されていることを特徴とするシールドセグメント用の止水部材。
2. 前記接合部の内壁に密着する第２シール部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシールドセグメント用の止水部材。
3. 前記中空部を複数備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のシールドセグメント用の止水部材。
4. 縦断面視において、上側中空部、下側中空部、右側中空部、左側中空部の４つの前記中空部を備えることを特徴とする請求項３に記載のシールドセグメント用の止水部材。
5. 縦断面視において、前記排水部が、端部に設けられる溝部と、前記第１シール部から該溝部に亘って先細りとなる形状部分とを有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のシールドセグメント用の止水部材。
6. 前記先細りとなる形状部分の厚みが、前記第１シール部の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項５に記載のシールドセグメント用の止水部材。

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