JP2022122456A - グラウト材用の注入管 - Google Patents

Abstract

【課題】 グラウト材用の注入管１への高止水逆止弁３０取付部のシール性を向上させる。【解決手段】 高止水逆止弁３０の筒状本体３１は、外周面におねじ３１ａを有し、注入管１の管体１０の内周面のめねじ１２にねじ込み固定されるとともに、筒状本体３１のねじ込み方向先端側の外周面にＯリング３５、３６が２段に装着される。第１のＯリング３５は、前記めねじ１２の終端部に全周にわたって形成された段差面（テーパ面）１３に押圧され、第２のＯリング３６は、更に先端側に装着され、管体１０のストレートな内周面に押圧される。高止水逆止弁３０の弁体３３は、ポペット形で、スプリング３４により弁孔３１ｃに対し閉弁方向に付勢される。そして、弁体３３は、その閉弁動作方向の後端側にフランジ３３ｂを有し、フランジ３３ｂの根元部にＯリング３７が装着される。【選択図】 図１

Description

本発明は、地下構造物の外殻部材とその周辺の地山との間の空隙に、地下構造物内からグラウト材（裏込め材）を注入するために、前記外殻部材に設けられる逆止弁付きの注入管に関する。

上下水道、共同溝、道路、鉄道等の管路として用いられるシールドトンネルは、シールド工法により形成される。
シールド工法では、例えば、地山に発進立坑と到達立坑とを構築し、発進立坑から到達立坑へ向けてシールド掘進機で地山を掘削しながら、シールド掘進機の後部で次々とセグメントをトンネル周方向に組み立ててセグメントリングを構築するとともに、隣接するセグメントリング同士をトンネル軸方向に連結することで円筒状の覆工体を構築する。この工法では、シールド掘進機は、その後方の構築済みのセグメントリングを推進ジャッキで後方へ押圧し、その反力として発生する推力によって、地山を掘削しながら前進する。

また、シールドトンネル工事では、シールド掘進機による掘削地盤（地山）と構築済みのセグメントリング（覆工体）との間の空隙にグラウト材（裏込め材）を注入する。このグラウト材をシールドトンネル内から注入する場合には、例えば、セグメントの内面側（トンネル空間側）から外面側（地山側）に貫通するようにセグメントに設けられた注入管が用いられる。この注入管内には、前記空隙に注入したグラウト材などがシールドトンネル内に逆流しないように、逆止弁が設置される。

かかる逆止弁としては、特許文献１に記載のものが知られている。
特許文献１に記載の逆止弁では、その円筒状の弁本体の外周面におねじを有し、弁本体が注入管の管体内にその内側の端部からねじ込まれて管体の内周面に形成されためねじに螺合される。

ここで、注入管の管体の内径は逆止弁の弁本体の先端側で細くなっていて、逆止弁の弁本体を注入管の管体に螺着した状態で、弁本体の先端側が管体の内面に圧接する。これにより、逆止弁と注入管との間がシールされ、ねじの隙間からのグラウト材の漏れを防止できるとしている。

特開平０７－１５８３８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の逆止弁付きの注入管では、逆止弁の弁本体と注入管の管体とのねじの隙間からのグラウト材の漏れを防止するため、注入管の管体の径を途中で変化させる必要があるなど、構造が複雑化することから、簡素化が求められている。

本発明は、このような実状に鑑み、比較的簡単な構造で、注入管への逆止弁取付部のシール性を向上させることを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、地下構造物の外殻部材とその周辺の地山との間の空隙に、地下構造物内からグラウト材を注入するために、前記外殻部材に設けられる注入管であって、
前記外殻部材にその内側から外側へ貫通するように設けられる前記注入管の管体と、
前記管体内に地山側からの逆流を防止するように設置される逆止弁と、
を含んで構成され、
前記逆止弁は、
外周面におねじを有し、前記管体内にその内側の端部からグラウト材注入方向と同方向にねじ込まれて前記管体の内周面に形成されためねじに螺合され、ねじ込み方向後端側に弁孔を有する底板部を備え、ねじ込み方向先端側にグラウト材の通過孔を有する蓋部を備える筒状の弁本体と、
前記弁本体内で前記底板部と前記蓋部との間に配置されて、前記弁孔に対向するポペット形の弁体と、
前記弁体を前記弁孔に対し閉弁方向に付勢するスプリングと、
前記弁本体のねじ込み方向先端側の外周面に装着され、前記弁本体の外周面と前記管体の内周面との間をシールする弁本体Ｏリングと、を含むことを特徴とする。

ここで、前記弁本体Ｏリングは、前記管体の内周面に形成された前記めねじの終端部に全周にわたって形成された段差面に押圧される構成とするとよい。
あるいは、前記弁本体Ｏリングは、２段に設けられ、
第１の弁本体Ｏリングは、前記管体の内周面に形成された前記めねじの終端部に全周にわたって形成された段差面に押圧され、
第２の弁本体Ｏリングは、前記第１の弁本体Ｏリングより前記弁本体のねじ込み方向で更に先端側に装着され、前記管体のストレートな内周面に押圧される構成としてもよい。

また、前記弁体は、グラウト材注入方向とは逆方向である閉弁動作方向の後端側に設けられて前記弁孔の最大径部より大径のフランジと、このフランジの根元部に装着される弁体Ｏリングとを有し、この弁体Ｏリングは、前記弁体の閉弁時に、前記フランジと、前記底板部の弁孔形成面との間をシールする構成とするとよい。

本発明によれば、注入管の管体とこれにねじ込み固定される逆止弁の弁本体との隙間を弁本体Ｏリングによりシールするため、簡単な構造で、シール性を向上させることができる。

また、弁本体Ｏリングを段差面に押圧する構造、あるいは、弁本体Ｏリングを２段にして、第１の弁本体Ｏリングについては、段差面に押圧し、第２の弁本体Ｏリングについては、ストレートな内周面に押圧する構造とすることで、シール性を更に高めることができる。

また、弁体についても、フランジの根元に弁体Ｏリングを装着することで、閉弁時のシール性を向上させることができる。

本発明の一実施形態として示すグラウト材用の注入管の縦断面図 図１のＩ矢視図に相当する高止水逆止弁の平面図 図２のII－II矢視断面図に相当する高止水逆止弁の状態別の縦断面図 高止水逆止弁の分解図

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態として示すグラウト材用の注入管の縦断面図である。

本実施形態のグラウト材用の注入管１（特にその管体１０）は、地下構造物の外殻部材、ここではシールドトンネルの覆工体であるセグメントリングを構成するセグメントのうち、例えば天端側のセグメントＳに、これを貫通するように取付けられる。

なお、グラウト材用の注入管１は、多くの場合、天端部のセグメントに設けられて、トンネル内から地山側に、従って通常は下から上にグラウト材を注入するため、図１では、注入管１の上側が地山側（セグメント外側）、注入管１の下側がトンネル空間側（セグメント内側）となる。

この注入管１を用いることで、セグメントリングとその周辺の地山との間の空隙に、セグメント内側（トンネル内）からグラウト材（裏込め材）を注入することが可能となる。

グラウト材用の注入管１は、注入管１の主体をなす鋼製の管体１０と、管体１０内に２段に設置されて地山側からの逆流を防止する簡易逆止弁２０及び高止水逆止弁３０と、注入後に管体１０のセグメント内側の端部（トンネル内への開口端部）を塞ぐ閉止プラグ４０と、を含んで構成される。

管体１０は、例えばＲＣセグメントの場合、セグメントの工場での成型時にセグメントを内側から外側へ貫通するようにセグメントに埋設される。なお、図示しないが、管体１０の外周側には、セグメントにおける管体１０の位置決めのため、補強筋が取付けられたり、水密性の確保のため、水膨張性を有するＯリングが取付けられたりすることもある。

管体１０の内周側には、簡易逆止弁２０の取付けのため、管体１０のセグメント外側（地山側）の端部から内方に向かってめねじ１１が形成されるとともに、高止水逆止弁３０及び閉止プラグ４０の取付けのため、管体１０のセグメント内側（トンネル空間側）の端部から内方に向かってめねじ１２が形成されている。なお、閉止プラグ４０取付位置のめねじ１２は、グラウト材の注入時（このときは閉止プラグ４０が取付けられていない）に、グラウト材供給ホースの先端部のニップル又はプラグをねじ込み固定するために用いることができる。

本実施形態では、簡易逆止弁２０は、管体１０に対しその外側（地山側）の端部から取付けるようになっているため、工場でのセグメント製造時から現場でのセグメントリング構築前までの間に取付けられる。
これに対し、高止水逆止弁３０は、管体１０に対しその内側（トンネル空間側）の端部から取付けるようになっているため、工場でのセグメント製造時から現場でのグラウト材注入前までに取付けられる。

簡易逆止弁２０は、硬質樹脂製の円筒状の弁本体２１と、弁本体２１内の中央に固定配置した軟質樹脂製の隔壁２２と、隔壁２２と一体で弾性変形可能なヒンジ部２３を介してつながっている一対の半円形のフラップ式の弁体２４とから構成される。

弁本体２１はその外周面におねじ２１ａを有し、管体１０内に外側（地山側）の端部からグラウト材注入方向と逆方向にねじ込まれ、めねじ１１に螺合されて固定される。

また、弁本体２１の内周面には段差が付されて一対の半円リング状の弁座２１ｂが設けられ、この弁座２１ｂにフラップ式の弁体２４の先端縁が着座するようになっている。

従って、簡易逆止弁２０は、通常、弁体２４がヒンジ部２３の弾性復元力で弁座２１ｂに着座して、閉弁している。
グラウト材の注入時は、グラウト材の注入圧により、ヒンジ部２３が弾性変形して弁体２４が点線示のように押し上げられ、開弁する。注入後は、ヒンジ部２３の弾性復元力により弁体２４が弁座２１ｂに着座して、閉弁し、グラウト材の逆流が防止される。

次に高止水逆止弁３０について、図１に加え、図２～図４を参照して、説明する。
図２は図１のＩ矢視図に相当する高止水逆止弁の平面図である。図３は図２のII－II矢視断面図に相当する高止水逆止弁の状態別の縦断面図で、（Ａ）は注入前の閉弁状態、（Ｂ）は注入中の開弁状態、（Ｃ）は注入後の閉弁状態を示している。図４は高止水逆止弁の平面視及び縦断面視での分解図である。なお、図２と図４左側の平面図では、部品範囲を明確にするために部品ごとにハッチングを付してある。

高止水逆止弁３０は、円筒状で底板部及び蓋部を有する樹脂製の弁本体３１、３２と、樹脂製の弁体３３と、鋼製のスプリング（コイルばね）３４と、３種のＯリング３５～３７とを含んで構成される。
また、上記の弁本体は、製造の便宜上、底板部付きの筒状本体３１と、蓋部をなす蓋部材３２との２個のパーツからなる。従って、高止水逆止弁３０は、７部品からなる。
なお、樹脂としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）を採用するが、硬質エンジニアプラスチックであれば、他の樹脂でも可能である。

筒状本体３１はその外周面におねじ３１ａを有し、管体１０内に内側（トンネル空間側）の端部からグラウト材注入方向と同方向にねじ込まれ、めねじ１２に螺合されて固定される。

また、筒状本体３１の外周面にはおねじ３１ａよりねじ込み方向先端側（上側）に２つのＯリング取付溝が形成され、第１及び第２のＯリング（弁本体Ｏリング）３５、３６が取付けられる。

第１のＯリング３５は、管体１０の内周面に形成されためねじ１２の終端部（ねじ山切り上がり部）に全周にわたって形成されたリング状の段差面１３に押圧される。
この段差面１３は図示のごとくテーパ面とするのがよく、テーパ角度は、ストレートな内周面を０°、内周面と直角な面を９０°とすると、３０°～６０°の範囲がよく、４５°が最適である。３０°未満では、ねじ込み方向に十分な接触圧力を確保できず、６０°超過では、ねじ込み方向の寸法誤差を吸収できないからである。

第２のＯリング３６は、第１のＯリング３５より更に先端側に装着され、第１のＯリング３５より、線径（太さ）が小さく、外径も小さい。従って、第２のＯリング３６は、段差面（テーパ面）１３を超えた位置で、管体１０のストレートな内周面に押圧される。

このような２段構成のＯリング３５、３６を備えることで、注入管１の管体１０とこれにねじ込み固定される高止水逆止弁３０の筒状本体３１との隙間を確実にシールすることができる。

筒状本体３１は、その下端側（グラウト材注入方向と同方向のねじ込み方向の後端側）に底板部（弁座部）３１ｂを一体に備え、底板部３１ｂにはその中央に弁孔３１ｃが形成されている。弁孔３１ｃは下方（グラウト材注入方向と逆方向）に向かって、先すぼまりのテーパをなしている。

蓋部材３２は、弁体摺動部及びスプリング受部となる中央の円筒部３２ａと、外周側の円環部３２ｂと、円筒部３２ａと円環部３２ｂとをつなぐ放射状のリブ３２ｃとを有し、隣り合うリブ３２ｃ、３２ｃ間がグラウト材の通過孔３２ｄとなっている。

そして、蓋部材３２は、筒状本体３１に対し、その上端側（ねじ込み方向の先端側）に位置するように組付けられる。
ワンタッチでの組付けを可能にするため、筒状本体３１はその上端面から突出する複数の係止爪３１ｄを有し、蓋部材３２は外周側の円環部３２ｂに前記複数の爪３１ｄが嵌入係止される複数の係止孔３２ｅを有している（図４参照）。係止爪３１ｄは若干の可撓性を有し、係止孔３２ｅに嵌入することで、ロック状態となる。

筒状本体３１内で、底板部３１ｂと蓋部材３２との間には、蓋部材３２の組付け前に、弁体３３及びスプリング３４が収納される（図４参照）。

弁体３３は、弁孔３１ｃに対向するポペット形の弁部３３ａと、弁部３３ａの後端から外周側に張り出して底板部３１ｂの弁孔形成面に対向するフランジ部３３ｂと、弁部３３ａの背面から後方に突出する円筒部３３ｃとを含む。

弁部３３ａは、弁孔３１ｃのテーパと同一角度のテーパを有している。
フランジ部３３ｂは、弁孔３１ｃの最大径部より大径であり、その根元側にＯリング（弁体Ｏリング）３７が装着される。このＯリング３７は、弁体３３の閉弁時に、フランジ部３３ｂと、底板部３１ｂの弁孔形成面との間をシールする。
円筒部３３ｃは、蓋部材３２の円筒部３２ａ内に摺動自在に支持される。

スプリング３４は、その一端が蓋部材３２の円筒部３２ａ内にその下端開口部３２ｆ（図４）より挿入されて保持され、他端が弁体３３の円筒部３３ｃ内にその上端開口部３３ｄ（図４）より挿入されて弁部３３ａの背面に作用している。
従って、スプリング３４は、弁体３３を弁孔３１ｃに対し閉弁方向に付勢する。

従って、高止水逆止弁３０は、通常、弁体３３がスプリング３４の付勢力で弁孔３１ｃに着座して、閉弁している（図３（Ａ）参照）。
グラウト材の注入時は、グラウト材の注入圧により、スプリング３４の付勢力に抗して弁体３３が押し上げられ、開弁（弁孔３１ｃを開放）する（図３（Ｂ）参照）。注入後は、スプリング３４の付勢力により弁体３３が弁孔３１ｃに着座して、閉弁（弁孔３１ｃを閉鎖）し、グラウト材の逆流が阻止される（図３（Ｃ）参照）。
なお、図３では断面位置より奥側の部品を点線で示している。

次に閉止プラグ４０について図１により説明する。
閉止プラグ４０は、グラウト材の注入後に注入管１の管体１０の内側（トンネル空間側）の開口端部を閉止するためのもので、確実な閉止を可能とするため、鋳鉄製である。
閉止プラグ４０は、管体１０の内周面のめねじ１２に螺合するおねじ部４１と、管体１０の端面に押圧されるフランジ４２とを有し、このフランジ４２の根元部にＯリング（プラグ用Ｏリング）４３が装着されている。

上記のような簡易逆止弁２０及び高止水逆止弁３０付きの注入管１を用いることで、セグメントリング構築後に、注入管１の管体１０のセグメント内側の端部に接続したグラウト材供給ホースよりグラウト材を供給し、その注入圧で高止水逆止弁３０及び簡易逆止弁を開弁させて、セグメント外面と地山との隙間にグラウト材を注入することができる。

グラウト材の注入後は、簡易逆止弁２０においては、フラップ式の弁体２４が弁座２１ｂに着座して、閉弁し、地山側からのグラウト材の逆流が防止される。
高止水逆止弁３０においては、スプリング３４の付勢力により弁体３３が弁孔３１ｃに着座して、閉弁（弁孔３１ｃを閉鎖）し、地山側からのグラウト材の逆流が防止される。

このように、地山側からの逆流防止のため、逆止弁を２段構成とすることで、逆流防止を確実なものとすることができる。
また、逆流方向前段の簡易逆止弁２０の耐圧は１ＭＰａ程度であるが、逆流方向後段の高止水逆止弁３０の耐圧は４ＭＰａ程度であり、簡易逆止弁２０が破壊されたとしても、高止水逆止弁３０で必要十分な逆流防止性能を維持することができる。

高止水逆止弁３０については、特に、下記のような構造を採用したことで、高耐圧を得ている。
高止水逆止弁３０の筒状本体３１は、その外周面におねじ３１ａを有し、注入管１の管体１０の内周面に形成されためねじ１２に螺合されて取付けられるが、筒状本体３１のねじ込み方向先端側の外周面にＯリング３５、３６が装着されている。従って、Ｏリング３５、３６により筒状本体３１の外周面と管体１０の内周面との間を確実にシールすることができる。

また、Ｏリング３５、３６は、以下のように、２段に設けられている。
第１のＯリング３５は、管体１０の内周面に形成されためねじ１２の終端部（ねじ山切り上がり部）に全周にわたって形成されたリング状の段差面（テーパ面）１３に押圧されている。
第２のＯリング３６は、第１のＯリング３５より筒状本体３１のねじ込み方向で更に先端側に装着され、管体１０のストレートな内周面に押圧されている。
これらにより、より十分なシール機能が得られている。

また、弁体３３はポペット形で、その弁部３３ａは、先すぼまりの弁孔３１ｃのテーパ角と同じテーパ角を有する構成としている。これにより、閉弁時のシール性を向上させることができる。

また、弁体３３は、グラウト材注入方向とは逆方向である閉弁動作方向の後端側に設けられて弁孔３１ｃの最大径部より大径のフランジ３３ｂと、このフランジ３３ｂの根元部に装着されるＯリング３７とを有し、このＯリング３７が、弁体３３の閉弁時に、フランジ３３ｂと、底板部３１ｂの弁孔形成面との間をシールする構成としている。これにより、閉弁時のシール性をより向上させている。

高止水逆止弁３０については、上記のような構造により、耐圧性能を向上する一方、簡易逆止弁２０と同様、樹脂製としている。樹脂製とすることで、低価格化、金型による仕様変更の容易化を図ることができる。また、シールドトンネルの経年劣化後に、グラウト材の再注入が必要となった場合に、高止水逆止弁３０が固化していたとしても、樹脂製であれば、トンネル空間側からドリルで破壊して貫通させ、中を掃除して、新品をセットすれば、再注入も可能である。

また、簡易逆止弁２０については、高止水逆止弁３０より地山側に位置するので、高止水逆止弁３０が、管体１０内にセグメント内側の端部から装着されるのに対し、簡易逆止弁２０は、管体１０内にセグメント外側の端部から装着される構成としている。これにより、２つの逆止弁の装着作業を容易化することができる。

グラウト材の注入後は、注入管１の管体１０のセグメント内面側の端部を閉止するため、閉止プラグ４０を取付ける。閉止プラグ４０は、管体１０のめねじ１２に螺合するおねじ部４１と、管体１０の端面に押圧されるフランジ４２とを有し、このフランジ４２の根元部にＯリング４３が装着される。これにより、グラウト材の逆流防止をより確実なものとすることができる。
なお、閉止プラグ４０については、樹脂製とすることも可能であるが、鋳鉄製とすることで、より十分な耐圧性能が得られる。

なお、図示の実施形態はあくまで本発明を概略的に例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ グラウト材用の注入管
１０ 管体
１１、１２ めねじ
１３ 段差面（テーパ面）
２０ 簡易逆止弁
２１ 弁本体
２１ａ おねじ
２１ｂ 弁座
２２ 隔壁
２３ ヒンジ部
２４ 弁体
３０ 高止水逆止弁
３１ 筒状本体（弁本体）
３１ａ おねじ
３１ｂ 底板部（弁座部）
３１ｃ 弁孔
３１ｄ 係止爪
３２ 蓋部材（弁本体）
３２ａ 円筒部
３２ｂ 円環部
３２ｃ リブ
３２ｄ グラウト材の通過孔
３２ｅ 係止孔
３２ｆ 下端開口部
３３ 弁体
３３ａ 弁部
３３ｂ フランジ部
３３ｃ 円筒部
３３ｄ 上端開口部
３４ スプリング
３５ 第１のＯリング（弁本体Ｏリング）
３６ 第２のＯリング（弁本体Ｏリング）
３７ Ｏリング（弁体Ｏリング）
４０ 閉止プラグ
４１ おねじ部
４２ フランジ
４３ Ｏリング

Claims (6)

1. 地下構造物の外殻部材とその周辺の地山との間の空隙に、地下構造物内からグラウト材を注入するために、前記外殻部材に設けられる注入管であって、
   前記外殻部材にその内側から外側へ貫通するように設けられる前記注入管の管体と、
   前記管体内に地山側からの逆流を防止するように設置される逆止弁と、
   を含んで構成され、
   前記逆止弁は、
   外周面におねじを有し、前記管体内にその内側の端部からグラウト材注入方向と同方向にねじ込まれて前記管体の内周面に形成されためねじに螺合され、ねじ込み方向後端側に弁孔を有する底板部を備え、ねじ込み方向先端側にグラウト材の通過孔を有する蓋部を備える筒状の弁本体と、
   前記弁本体内で前記底板部と前記蓋部との間に配置されて、前記弁孔に対向するポペット形の弁体と、
   前記弁体を前記弁孔に対し閉弁方向に付勢するスプリングと、
   前記弁本体のねじ込み方向先端側の外周面に装着され、前記弁本体の外周面と前記管体の内周面との間をシールする弁本体Ｏリングと、
   を含むことを特徴とする、グラウト材用の注入管。
2. 前記弁本体Ｏリングは、前記管体の内周面に形成された前記めねじの終端部に全周にわたって形成された段差面に押圧されることを特徴とする、請求項１記載のグラウト材用の注入管。
3. 前記弁本体Ｏリングは、２段に設けられ、
   第１の弁本体Ｏリングは、前記管体の内周面に形成された前記めねじの終端部に全周にわたって形成された段差面に押圧され、
   第２の弁本体Ｏリングは、前記第１の弁本体Ｏリングより前記弁本体のねじ込み方向で更に先端側に装着され、前記管体のストレートな内周面に押圧されることを特徴とする、請求項１記載のグラウト材用の注入管。
4. 前記段差面は、テーパ面であることを特徴とする、請求項２又は請求項３記載のグラウト材用の注入管。
5. 前記弁体は、グラウト材注入方向とは逆方向である閉弁動作方向の後端側に設けられて前記弁孔の最大径部より大径のフランジと、このフランジの根元部に装着される弁体Ｏリングとを有し、この弁体Ｏリングは、前記弁体の閉弁時に、前記フランジと、前記底板部の弁孔形成面との間をシールすることを特徴とする、請求項１～請求項４のいずれか１つに記載のグラウト材用の注入管。
6. 前記管体内に、前記逆止弁とは別に、前記逆止弁より地山側に位置して、地山側からの逆流を防止するように設置される簡易逆止弁を更に含んで構成されることを特徴とする、請求項１～請求項５のいずれか１つに記載のグラウト材用の注入管。

Images