JP2614183B2 - シールド工法トンネル用セグメント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド工法によって
施工されるトンネルにおいて、トンネル内壁に覆工され
て支保工を構築するセグメントに関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法によって施工されるトンネ
ルでは、ブロックに分割されたセグメントを組み合わせ
て掘削した部分の内面を覆工し、これによって支保工を
構築する。

【０００３】セグメントは、トンネル断面の所定幅のリ
ングを、その円周方向に複数に分割した形状であって、
通常、セメントコンクリート又は鋼鉄によって形成され
ている。トンネル断面のリングを形成するセグメントと
セグメント、およびセグメントにより構成されたリング
同士の結合は、ボルトナットによる締着が一般的であ
る。

【０００４】ここで、トンネルには、地盤の不等沈下や
地震、更には近傍の掘削や建築構造物の載荷等に起因し
て管路を曲げる力が作用する。セグメントによって覆工
されたトンネルでは、このような管路を曲げるように作
用する外力によってセグメントに応力が生ずるが、予想
以上に大きい外力が作用するとリング間の締め付けボル
トが伸びたりセグメントが変形したりすることになる。
その結果、リング間に隙間が生ずると共に二次覆工面に
亀裂が発生し、漏水や浸入水などによるトラブルが予想
され、更に変形量が大きい場合には締め付けボルトの破
断の畏れをも有する。

【０００５】近時、耐震性の向上や軟弱地盤等の悪い条
件でも施工可能な構造が望まれており、そのためには外
力に応じて柔軟に変位し得る構成が必要となる。

【０００６】このようなものとして、実開昭６３ー１０
８４９８号公報に開示のごとき可撓性セグメントがあ
る。これは、トンネル軸方向に分断した二つのセグメン
ト構成部材間に可撓部材を一体に介装したものであり、
このような可撓セグメントをリング状に組み立てた可撓
セグメントリングを、通常のセグメントにより組み立て
られたセグメントリングの間に介装するように用いら
れ、地盤の不等沈下等によって変位、変形しようとする
力が作用すると可撓部材が剪断方向にたわむことによっ
てこれを許容し、剛体であるセグメントリングの破損、
破壊を防ぐように作用する。

【０００７】又、伸縮性のパッキン、弾性ワッシャー、
水膨張ゴム性パッキンをセグメントリング間に介装し、
これらの弾性によって変形を許容しようとするものもあ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の可撓性セグメントでは、通常のセグメントのセグメ
ントリングの間に可撓セグメントにより構成されたセグ
メントリングを介装するものであるため、通常のセグメ
ントと可撓セグメントの２種類のセグメントを用意して
これらを定められた順序で施工しなければならず、コス
トが増大すると共に施工が複雑で面倒となるといった問
題があった。又、セグメントリング間に伸縮性のパッキ
ン等を介装してその弾性を利用するものでは、変形量が
限られて大きな変位には対応できないものであった。

【０００９】いずれにしても、従来用いられていた構成
では施工に特別な配慮や工程を必要として全体の作業工
程を阻害する要因が多くコストも増大し、その結果、一
般的ではなく限られた場所にのみ利用されているもので
あった。

【００１０】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であって、地震や不等沈下等による地盤の大きな変位に
も追従して変形し得ると共に、特殊な工程を要すること
なく施工が容易なシールド工法トンネル用セグメントを
提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する本発明
のシールド工法トンネル用セグメントは、シールド工法
によって施工されるトンネルにおいてトンネル内壁に覆
工されて支保工を構築するセグメントであって、剛体素
材によって形成された少なくとも二つの構造部材が、弾
性変形可能な弾性結合手段と、受圧手段とを並列に挿ん
でトンネル軸方向に積層され、弾性結合手段が隣接する
構造部材を結合し、受圧手段がトンネル軸方向の圧縮力
を受けるように構成されていることを特徴とする。

【００１２】

【作用】シールド推進時に作用するトンネル軸方向の圧
縮力は受圧手段が受けて安定したシールド推進を可能と
すると共に、施工後の地震や地盤の不等沈下等地盤の変
動によって作用するトンネル軸方向の引っ張りやトンネ
ル軸方向と直交する方向の力に対しては可撓性を有する
弾性結合手段が変形して地盤の変動に応じて変位を許容
する。

【００１３】

【発明の実施例】以下添付図面を参照して本発明の一実
施例について説明する。図１は、本発明に係るシールド
工法トンネル用セグメントの一実施例であるセグメント
の全体斜視図であり、図２はその下面図である。

【００１４】図示セグメント１は、所定厚さの長方形の
板をその長手方向に所定の曲率で屈曲した形状であっ
て、長手方向に所定個数接続することによって所定直径
の一つのリングを形成するようになっている。即ち、換
言すれば、所定幅で所定直径のリングを複数に等分割し
た形状である。

【００１５】その短手方向（トンネルの軸方向）には、
５個の鋼鉄製の構造部材２０が間に弾性部材３０を挿ん
で（即ち弾性部材３０は４個）積層されている。尚、構
造部材２０と弾性部材３０の積層数はこれに限るもので
はなく適宜変更可能なものである。

【００１６】リングを構成する他のセグメントと結合さ
れる左右の端面（セグメント継手面１１）には、開放側
に広がる断面形状台形のパッキン溝１１Ａがやや外面側
寄りの位置に形成されており、又、他のリングと結合さ
れる前後の端面（リング間継手面１２, １３）には、前
端側リング間継手面１２に開放側に広がる断面形状台形
の結合溝１２Ａが形成され、後端側リング間継手面１３
に結合溝１２Ａと対応する断面形状台形の結合突条１３
Ａが突設されている。

【００１７】中央の３個の構成部材には、その内面側の
セグメント継手面１２に隣接する位置にボルトボックス
１４が形成されており、このボルトボックス１４を介し
て隣接するセグメント同士を結合してリング化する継手
ボルトが挿通され、そのボルト頭や当該継手ボルトに螺
合するナットはこのボルトボックス１４内に収容される
ようになっている。このボルトボックス１４には、図示
しないが硬質樹脂等耐蝕性の素材で形成された着脱可能
なキャップが装着され、これによってその上面とセグメ
ント１の表面（内面）とが平滑となるようになってい
る。尚、本実施例ではセグメントリング間は接着剤によ
り結合するためにリング間継手面側にボルトボックスは
設けられていないが、接着と締着を併用しても良く、そ
の場合にはリング間継手面に沿ってボルトボックスを配
設する。

【００１８】構造部材２０は、図１のＡ- Ａ断面図であ
る図３に示すように断面形状がコ字状であって、その開
放側を内面側として所定の曲率で屈曲されて形成されて
いる。又、その内部には、図３のＣ- Ｃ断面図である図
５に示すように、隔壁２１が後述する弾性部材３０の受
圧部３２と対応する位置に設けられている。この隔壁２
１によって仕切られた空間内２２にはポリウレタンフォ
ーム等の発泡材２４（図６に表れる）が充填され、内周
側の開口部は硬質樹脂等耐蝕性の素材により形成された
プレート２３で閉塞されている。

【００１９】弾性部材３０は、所定の厚さにゴム等の弾
性素材によって全体としては構造部材２０の結合面と同
じ側面形状で所定の厚さに形成されており、図３および
そのＢ- Ｂ断面図である図４に示すように、結合手段と
しての結合部３１の一方側の側面に所定間隔で配設され
た所定径の円柱状の凹部３３内に受圧手段としての受圧
部３２が一体に設けられている。つまり、本実施例で
は、結合部３１と受圧部３２が一体となって弾性部材３
０を構成しており、受圧部３２以外の部位が結合部３１
となっているものである。

【００２０】結合部３１の内部には、両側面から浅い位
置に夫々取付兼耐力板３４, ３５が内挿されており、受
圧部３２側の取付兼耐力板３５の凹部３３と対応する部
分は円形に切り欠かれてその端縁が凹部３３側に露出し
ないようになっている。取付兼耐力板３４, ３５には、
図４のＤ- Ｄ断面図である図６に示すように、受圧部３
２の間と対応する位置に夫々結合ボルト３６が上下に二
本づつ植設されており、その先端は結合部３１の（即ち
弾性部材３０の）側面から所定量突出している。

【００２１】受圧部３２は、所定直径の円柱状であって
凹部３３内に中心を一致させて設けられ、その外面は凹
部３３の内面と所定の間隔を有している。その上面は結
合部３１の側面と一致している。この受圧部３２の内部
の上面から浅い位置に耐力板部材としての耐力プレート
３７が内挿されている。

【００２２】構造部材２０と弾性部材３０の結合は、図
６に示すように構造部材２０の側板を貫通した弾性部材
３０の結合ボルト３６を構造部材２０の内側からナット
３８で締め付けて行われている。この結合作業終了後、
構造部材２０の内部空間内に発泡材２２が充填され、開
口部にプレート２３がはめ込まれる。

【００２３】上記構成のセグメント１は、トンネル内に
既設されているセグメントの前方側リング間継手面にセ
グメント１の後方側リング間継手面１３を結合した後、
そのセグメント継手面１１に当該セグメント１と共にリ
ングを構成するセグメントを結合させ、これを順次繰り
返して施工する。

【００２４】前方側リング間継手面１２と後方側リング
間継手面１３を結合するリング間継手手段は、連続気泡
性のスポンジに液状の接着剤を含浸させたものを前方側
リング間継手面１２の結合溝１２Ａ内に配置した後、こ
の結合溝１２Ａに後方側リング間継手面１３の結合突条
１３Ａを合致させ、シールドの推進反力で押圧すること
で接着する。接着剤としては、高い湿潤環境や水分が付
着しても接着が可能な水中硬化型充填接着剤で、その接
着強度が結合部３１の弾性力より高いものを用いる。

【００２５】一方、セグメント継手面１１同士を結合す
るセグメント間継手手段は、弾性部材３０の弾性変形に
よる変位に追従可能なように、網目付きパッキン又は水
膨張ゴム性パッキンをパッキン溝１３Ａ内に配設してセ
グメント間に介装状態とし、セグメント継手ボルトによ
り締付けて結合する。結合した後のボルトボックス１４
にはキャップを嵌め込んで内面を平滑とする。

【００２６】次に、上記セグメント１の作用を説明す
る。上記セグメント１は、トンネル軸方向に圧縮される
と構造部材２０より剛性の低い弾性部材３０が圧縮さ
れ、引っ張られると弾性部材３０が伸長する。

【００２７】弾性部材３０は、圧縮された場合にはこの
圧縮力を弾性部材３０全体（即ち結合部３１と受圧部３
２の両方）で受け、この時、特に耐圧プレート３７によ
って耐圧力が強化された受圧部３２が大きく作用し、小
さい変形量で大きな反力を生ずる。このような圧縮力の
作用する施工時の拡大図を図７に示す。一方、引っ張ら
れた場合には、図８に示すように受圧部３２以外の結合
部３１がその弾性で伸長変形する。尚、図示のごとく受
圧部３２と対向する構造部材２０の側板に内外を連通す
る通気孔２４を開口形成しておくことにより、伸長時に
おいて弾性部材３０側に生ずる負圧が軽減されて変形が
より容易となる。

【００２８】セグメント１は、施工の際にシールド推進
時の反力が作用して圧縮されるが、この時、弾性部材３
０は小さい変形量で耐える。施工後に地震や地盤の不等
沈下等によって管路を屈曲するような力が作用すると、
管路を構成するセグメントにはその部位によって引っ張
り又は圧縮方向の力が作用する。この時、圧縮力が作用
するセグメントはその弾性部材が前述の施工時において
シールド推進の反力を受けた際と同様に大きな反力で耐
え、引っ張り力が作用するセグメントはその結合部が伸
長することとなり、その結果、管路の変位が許容され
る。

【００２９】つまり、セグメント１は、地盤の変動に追
従して変形することができ、これによってセメントコン
クリートや鉄鋼のみで形成されたものでは破壊に至るよ
うな条件下でも破壊が免れる。又、従来のように剛体の
セグメントを継手ボルトで結合した場合、外力はその継
手ボルトの変形（特に伸び方向）によって吸収された
（継手ボルトが変形することで管路が屈曲変位してい
た）ために当該継手部分の二次覆工面にクラックが発生
したが、本構成では弾性部材３０（結合部３１）が変形
するものであるため、二次覆工面に局部的に大きな変形
力が作用することはなく、クラックの発生が抑制され
る。

【００３０】又、構造部材２０の内面側に耐蝕性の素材
を配置して内面を平滑に仕上げることにより、水理性能
が向上すると共に、二次覆工を省略することも可能とな
る。

【００３１】更に、セグメント間を接着剤で接合するこ
とにより、継手ボルトの締め付け等の作業を省略でき、
施工作業工程を簡素化できると共に、接着剤の有する可
撓性で継手面の目開きによる漏水や浸入水を防ぎつつリ
ング間の変位が許容される。

【００３２】尚、本発明は上記実施例に限るものではな
く、例えば受圧部３２を結合部３１と別体に形成し、結
合部３１とは別個に構造部材２０に装着してもよい。
又、受圧部３２の形状も、円柱状でなく他の形状例えば
図４と同視点から見た図である図９に示すように直方体
形状としてもよい。このように平面形状を矩形とするこ
とで受圧部３２の受圧面積が広がって圧縮力に対する耐
力が向上すると共に、結合部３１がより容易に変形する
ようになって変位に対する追従性が向上する。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係るシール
ド工法トンネル用セグメントによれば、シールド推進時
に作用するトンネル軸方向の圧縮力は受圧手段が受けて
小さな変位で大きな反力を得て安定したシールド推進が
可能となると共に、施工後の地震や不等沈下等地盤の変
動に対しては弾性素材により形成された結合部が変形す
ることで変位を許容する。このため、地震や地盤の不等
沈下等による地盤の大きな変動に追従することができ、
耐震性が向上すると共に柔軟な地盤にも施工が可能とな
る。又、特殊な工程を要することなく容易に施工でき
る。

【００３４】更に、継手部分ではなくセグメント自体が
変形するものであるため、継手部分に生ずる応力が緩和
されると共に、継手部分と対応する二次覆工面に局部的
に大きな変形力が作用することによるクラックの発生が
抑制される。又、耐蝕性の高い素材で内面を平滑に仕上
げれば水理性能が向上して二次覆工を省略することも可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシールド工法トンネル用セグメン
トの一実施例を適用したセグメントの正面図である。

【図２】図１の下面図である。

【図３】図１のＡ- Ａ断面図である。

【図４】図３のＢ- Ｂ断面図である。

【図５】図３のＣ- Ｃ断面図である。

【図６】図４のＤ- Ｄ断面図である。

【図７】施工時における弾性部材部分の拡大断面図であ
る。

【図８】引っ張り変形時における弾性部材部分の拡大断
面図である。

【図９】受圧部の別の実施例を示す図４と同視点から見
た図である。

【符号の説明】

１…セグメント ２０…構造部材 ３０…弾性部材 ３１…結合部（弾性結合手段） ３２…受圧部（受圧手段） ３３…凹部 ３７…耐力プレート（耐力板部材）

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド工法によって施工されるトンネル
   においてトンネル内壁に覆工されて支保工を構築するセ
   グメントであって、 剛体素材によって形成された少なくとも二つの構造部材
   が、弾性変形可能な弾性結合手段と、受圧手段とをはさ
   んでトンネル軸方向に積層され、前記弾性結合手段が隣
   接する前記構造部材を結合して、前記受圧手段がトンネ
   ル軸方向の圧縮力を受け、上記弾性結合手段は外形が上
   記構造部材の外形と略等しく内部にトンネル軸方向の凹
   部が形成されており、上記受圧手段は上記弾性結合手段
   の凹部内に配設されると共にその外面は前記凹部の内面
   と所定の間隔を有するように構成されていることを特徴
   とするシールド工法トンネル用セグメント。
2. 【請求項２】上記結合手段と上記受圧手段は一方の端面
   側で繋がって一体に形成されていることを特徴とする請
   求項１に記載のシールド工法トンネル用セグメント。
3. 【請求項３】上記受圧手段は、耐力板部材が上記トンネ
   ル軸方向と直交する方向として内挿されて耐圧力が強化
   されていることを特徴とする請求項２に記載のシールド
   工法トンネル用セグメント。
4. 【請求項４】上記受圧手段が円柱状であって、上記凹部
   は前記受圧手段の外面と所定の間隔を有する円柱状であ
   ること、を特徴とする請求項３に記載のシールド工法ト
   ンネル用セグメント。
5. 【請求項５】上記受圧手段が四角柱状であって、上記凹
   部は前記受圧手段の外面と所定の間隔を有する四角柱状
   であること、を特徴とする請求項３に記載のシールド工
   法トンネル用セグメント。