JP3772437B2 - 止水材の接続構造及びセグメントの止水構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドトンネルの内壁を構成する土木工事用セグメントに装着される止水材の接続構造と、多数のセグメントを結合ボルトなどにより互いに接合させる際の各接合部分における止水構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
トンネル工事の施工法であるシールド工法は、湾曲した矩形板状のセグメントを用い、このセグメントを、坑道内の周壁方向と坑道の長さ方向との両方向に沿わせて複数連結させてトンネルの内壁を構築するようになっている。
【0003】
各セグメント同士の連結部分となるセグメントの4つの端面には、セグメント同士を連結させるために、坑内側であるセグメントの内側面に、各端面に近接して形成された凹部より端面にかけて穿設された孔を介して、接合されるセグメント同士を、貫通する結合ボルト等によって締着させ互いを連結するようになっている。
【0004】
そして、このセグメントによる施工において、坑道の地山からの湧水が坑道内に漏水することを防止するために、連結される各セグメントの目地となる対向する各端面には、止水処理が施されるようになっている。
この止水処理は、各端面に取付溝を形成させ、この取付溝に略半部が突出するように帯形状のゴムよりなる止水材を接着固定させ、両端面を対向させ連結させる際に、両止水材を密着させるようになっている。
【0005】
特に、近年では、大口径シールドトンネルの施工を行うために、各セグメントが大型化されており、前記端面の幅長が大きく形成されていることから、各セグメントの連結状態を安定させるように、この端面に互いに平行な2本の取付溝を形成し、これら取付溝に2本の止水材、或いは止水材と緩衝材とを装着させるように、すなわち、2重構造となるように設けるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の止水構造によると、セグメントの端面において、止水材等が装着されることから、セグメント同士を連結させる連結構造をこれら止水材等に干渉しない位置に配設する構造としなければならず、すなわち、止水材等の間隙部分に貫通孔を穿設することから、大径な貫通孔を穿設できず、セグメント同士の連結構造として信頼性を得難い構造となるおそれがある欠点を有している。
【0007】
また、これら止水材等が、連結されるセグメント同士の対向する端面間に位置することから、その連結構造に制限を要することとなり、上記のように十分な連結構造とされないこととなるとともに、十分な止水効果を得られないおそれがある。
【0008】
そこで本発明は、上記問題点を解消するために、セグメント同士の連結状態を確実なものとするとともに、連結されたセグメント間の止水効果を得ることのできる止水材の接続構造とセグメントの止水構造を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
この発明の止水材の接続構造は、水膨張性ゴムよりなる本体部の裏面側の中央部に非水膨張性ゴムを有する複層構造のシールドトンネル用止水材を略T字状に接続成形する止水材の接続構造において、一方の止水材には前記本体部の側面に前記非水膨張性ゴムが露出する深さ及び該側面に接続される他方の止水材の形状に切欠形成された凹部13bが形成され、該凹部13b内に前記他方に止水材の端部を嵌入させて、該接続部分の止水材同士を加硫接合することにより、前記一方の止水材と他方の止水材の各非水膨張性ゴム同士を接合することを特徴としている。
【0010】
なお、前記止水材の断面形状の大きさは、幅10〜50mm,高さ2〜10mmとされ、前記裏面側の中央部に形成される非水膨張性ゴムは、前記止水材の断面形状の大きさに対し、幅30〜70%,高さ10〜50%とされている構成が好ましい。
【0011】
また、この発明のセグメントの止水構造は、シールドトンネルを構築する土木工事用セグメント1であって、対向して対となる一対の接合面2と、該接合面2に隣り合い対向して対となる一対の連接面3とを有する略矩形板状あるいは略台形板状に形成されたセグメントの止水構造において、
前記セグメント1の各接合面2及び各連接面3に形成され、地山に対接する前記セグメント1の外側面4側に位置し、前記各接合面2及び連接面3の長手方向に沿うとともに、前記各面2,3の両端の角部分6にてそれぞれ連続形成する外側取付溝5と、
前記一対の各連接面3に形成され、該連接面3における坑内側となる前記セグメント1の内側面7側に、前記外側取付溝5に平行となって形成される内側取付溝8と、
前記一対の各接合面2における長手方向両端近傍にそれぞれ位置して形成され、前記外側取付溝5より分岐し、坑内側となる前記セグメント1の内側面7側に延びるとともに、前記接合面2の両端の各角部分6に延出し、前記各内側取付溝8の両端8aに連続形成される一対の連結取付溝9と、
前記外側取付溝5に装着される無端な環状に形成される外側シール部13と、該外側シール部13に両端が接続され前記内側取付溝8及び連結取付溝9に装着される一対の内側シール部14と、を備え可撓性を有する止水材12と、
を具備したことを特徴としている。
【0012】
なお、前記止水材12は、水膨張性ゴム本体12aの裏面の中央部に非水膨張性ゴム12bが複層形成され、前記非水膨張性ゴム12bが前記各溝内底面に対接する接着面12cとされる構造としてもよい。
特に、前記止水材12の外側シール部13と内側シール部14との接続部分は、前記非水膨張性ゴム12bと水膨張性ゴム12aとが連続して積層形成される構造が好ましく、すなわち、前記止水材12の外側シール部13と内側シール部14との接続部分が、外側シール部13の側面に前記非水膨張性ゴム12bが露出する深さ及びこの側面に接続される内側シール部14の形状となる凹部13bが形成され、この凹部13b内に前記内側シール部14の端部を嵌入させて、この接続部分を加硫接合することにより、前記外側シール部13の非水膨張性ゴム12bと内側シール部14の非水膨張性ゴム12bとを接合させる構造とさせる。
なお、外側シール部13と内側シール部14との接合は、少なくとも非水膨張性ゴム12b同士を加硫接合させることとする構造とし、また、この加硫接合は、例えば、ゴム系加硫接着剤を用いて互いを接合させる。
【0013】
このような構成により、セグメント1を連結する際に、セグメント1同士の対向する連接面3間では、外側取付溝5と内側取付溝8に外側シール部13と内側シール部14とが装着されて、二重の止水構造を得られ、また、対向する接合面2間では、外側取付溝5と連結取付溝9とに外側シール部13と内側シール部14の両端部分が装着され一部が一重の止水構造となる。
【0014】
これにより、セグメント1同士を連結する接合面2間においては、大型な連結固定部材を使用可能となり、両セグメント1の連結を強固なものとすることが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は本発明によるセグメントの止水構造の実施の形態を示す斜視図、図2は同セグメントの端面である連接面及び接合面の各正面図である。
【0016】
このセグメント1は、従来の技術でも述べたように、シールドトンネル工法に用いられるもので、図1に示すように、矩形板状に形成されるとともに、トンネル坑道の周壁方向aに沿うように湾曲状に形成され、また、周面である4つの平滑な端面を有している。
【0017】
各端面の周壁方向aとなる長手方向の両端面は矩形状であり、対向して対となる接合面2とされている。
【0018】
また、これら接合面2に隣り合う各端面である、坑道の長さ方向bとなる長手方向の両端面は、略弓形状に形成され、対向して対となる連接面3とされている。
【0019】
各接合面2と各連接面3には、セグメント1の地山に対接する外側面4側に、各接合面2と各連接面3の長手方向に沿うように外側取付溝5がそれぞれ形成されている。
【0020】
この外側取付溝5は、図2に示すように、各面の両端となるセグメント1の角部6に延び、隣り合う各面2,3の外側取付溝5の端部に接続し連続するように、すなわち溝5がセグメント1を周回するように形成されている。
【0021】
次に、各面2,3における両連接面3には、図2(a)に示すように、セグメント1の坑内側となる内側面7側に、外側取付溝5と互いに平行となる内側取付溝8がそれぞれ形成されている。
【0022】
また、各接合面2には、この接合面2における長手方向両端近傍にそれぞれ位置して一対の連結取付溝9が形成されている。
【0023】
これら連結取付溝9は、図2(b)に示すように、接合面2における外側取付溝5の長手方向両端近傍より分岐形成され、セグメント1の内側面7側に延出形成されるとともに、中途で屈曲し、接合面2の両端となるセグメント1の角部6へ延出して、連接面3の内側取付溝8の端部8aに接続して連続するように形成されており、この接合面2において外側取付溝5とこの外側取付溝5に対して直角あるいは傾斜された各連結取付溝9とで略T字形状に形成されている。
【0024】
すなわち、セグメント1の各連接面3と各接合面2との四面にて、外側取付溝5が連続して一周形成され、各連接面3では内側取付溝8とで2重の取付溝を有する構造とされ、各接合面2においては一部が一重の取付溝となるよう構成されている。
【0025】
また、各連接面3及び各接合面2に近接するセグメント1の内側面7には、図1に示すように、それぞれ複数の凹部10が各連接面3,接合面2に沿うように並設されており、セグメント1同士を連結するために使用される結合ボルトなどの連結固定部材が挿通される貫通孔11が、凹部10内から穿設されている。
【0026】
なお、各連接面3の各貫通孔11は、図2(a)に示すように、外側取付溝5と内側取付溝8との間に位置して設けられ、やや小型に形成されており、各接合面2の各貫通孔11は、図2(b)に示すように、左右連結取付溝9の間に位置し、やや大きく形成されている。
【0027】
次に、上記取付溝5,8,9に装着される止水材12は、クロロプレンゴム,エチレン−プロピレン−ジエンゴム,スチレン−ブタジエンゴムなどの合成ゴムや天然ゴム等のゴム成分に、アクリル酸系,ウレタン系,イソブチレン−無水マレイン酸系などの水膨張性樹脂と無機充填材や加硫剤を配合した組成物を、押出成形し、加硫したもので、断面形状は、矩形や六角形等の多角形若しくは表面側の長さ方向に1又は複数の凸条が形成されたものでもよく、好ましくは矩形状に形成されるとともに、図3に示すように、水膨張性ゴム材料12aが非水膨張性ゴム材料12bの一部を除く外周面を覆うような断面形状に形成された帯状部材であり、非水膨張性ゴム材料12bが表出する一面が裏面となり接着面12cとされている。
【0028】
この水膨張性ゴム材料12aの水膨張倍率(重量比)は、1.6〜15倍、好ましくは2〜10倍であり、非水膨張性ゴム材料12bは、上記の水膨張性ゴム材料12aの基本配合から水膨張性樹脂を抜いたもの或いは僅かに配合した組成物からなり、その水膨張倍率(重量比)が1.2倍以下、好ましくは1.1倍以下のものである。
【0029】
図3に示す複層構造の止水材12の場合、これらの組成物を2台の押出機を使用した共押出成形し、加硫することにより製造することができる。
【0030】
前記止水材12の断面形状の大きさについては、幅が10〜50mm、好ましくは15〜30mm、高さが2〜10mm、好ましくは3〜7mmの範囲である。
【0031】
また、前記裏面側の中央部に形成された非水膨張性ゴム12bは、止水材全体の大きさに対し、幅が30〜70%、好ましくは35〜65%、高さが10〜50%、好ましくは20〜40%の範囲である。
【0032】
そして、この止水材12は、外側シール部13と内側シール部14とで構成されている。
【0033】
外側シール部13は、略矩形状の無端な環状に形成されるとともに、内周面に接着面12cとなる非水膨張性ゴム材料12bが表出し、外周面及び両側面が水膨張性ゴム材料部分となるよう成形されている。
【0034】
この外側シール部13の四辺となる略真直な各辺部13aは、図1に示すように、セグメント1の接合面2及び連接面3の長手方向の長さと略同等の長さに設定され、各辺部13aのセグメント1の接合面2に対応する対向した一対の各辺部13aには、その辺部13aにおける両端近傍の側面が、水膨張性ゴム材料部分12aを切り込まれ、非水膨張性ゴム材料12bの一部が側面より表出するように凹部13bがそれぞれ形成されている。
【0035】
各凹部13bは、真直な辺部13aの長手方向に対して所定の角度に傾斜して形成されており(図4及び図5参照)、この外側シール部13をセグメント1に装着した状態で、接合面2の連結取付溝9と外側取付溝5との分岐部分にそれぞれ対応する位置となるように形成されている。
【0036】
次に、内側シール部14は、一対で構成されており、図1に示すように、セグメント1の連接面3の長手方向の長さと略同等の長さに設定される辺部14aと、辺部14aの両端に角部14bを介して接続される連結部14cとで構成されている。
角部14bは、辺部14aに対して内面となる接着面12cの方向に略直角となるように折曲形成されている。
【0037】
また、連結部14cは、辺部14aの長手方向の延長線に対して所定の角度に傾斜するように接続成形されている。この傾斜角度は、セグメント1の接合面2における連結取付溝9の形成角度と同等に設定されている。
【0038】
そして、これら一対の内側シール部14は、各両端の連結部14c先端が、図5に示すように、外側シール部13の凹部13bに接合され、各ゴム材料部分すなわち水膨張性ゴム材料部分同士と非水膨張性ゴム材料部分同士にゴム系加硫接着剤を塗布し突き合わせることにより加硫接着させて一体成形されるようになっている。
【0039】
すなわち、これら内側シール部14と外側シール部13との接続された止水材12の形状は、図1に示すように、略矩形状の無端環状の外側シール部13に、一対の内側シール部14による二重部分が2ヵ所成形されるとともに、外側シール部13のみの一重部分が2ヵ所形成されるようになっている。
【0040】
なお、この止水材12は、トンネル施工現場にて、セグメント1の各溝5,8,9に装着されるようになっており、すなわち止水材12の各部13,14は、略真直な部分と屈曲した角部、外側シール部13と内側シール部14とを連結させる連結部14cとが、それぞれ別体に形成され、セグメント1への装着時に各部13a,14a,14b,14cを接合し、同時にセグメント1の各溝5,8,9に接着固定されるようになっている。
【0041】
すなわち、図4に示すように、外側シール部13においては、各辺部13aを構成する略真直な4つの真直部13Aと、接着面12cを内面とする略直角なL字状に折曲形成された4つの角部13Bにて構成され、各角部13Bの接合面2に対応する一端の側面に前述した凹部13bが形成されており、また、内側シール部14においては、略真直な真直部14Aと、前記角部13Bと略同形状に形成される一対の角部14Bと、略真直な一対の連結部14cにて構成されている。なお、外側シール部13を構成する各真直部13A,角部13Bの接合端面は、それぞれ長手方向に直交する面で構成されており、内側シール部14の真直部14A及び角部14Bの他端の接合端面は長手方向に対し直交する面とされ、角部14Bの接合面2に対応する一端の接合端面及び連結部14cの両接合端面は傾斜面とされている。
【0042】
そして、この止水材12は、外側及び内側の各シール部分13,14を形成するように各部13A,13B,13c,14A,14B,14cの各端面を加硫接合し、無端な環状に形成し、かつ、セグメント1の接合面2及び連接面3に形成されている取付溝5,8,9に接着などの固定手段によって装着される。
【0043】
装着された状態では、外側シール部13が外側取付溝5に装着され、内側シール部14が内側取付溝8に装着されるとともに、この内側シール部14の両端の連結部14cが連結取付溝9に装着される。
【0044】
なお、各取付溝5,8,9に装着された状態の止水材12の各シール部13,14は、図3に示すように、接合面2及び連接面3から突出するように装着される。
【0045】
従ってこのように構成されたセグメントの止水構造によれば、セグメント1同士を連結する際に、坑道の長さ方向bの連結は、隣り合うセグメント1の連接面3同士を対向させて、各連接面3に設けられている貫通孔11を介し、結合ボルトなどの連結固定部材を、両セグメント1の各凹部10内より挿通させ締結させることで連結させることとなる。
このとき、対向する各連接面3に装着されている止水材12は、外側シール部13,内側シール部14のそれぞれが対接することとなり、連接面3間にて二重の止水構造となる。
【0046】
また、坑道の周壁方向aの連結は、隣り合うセグメント1の接合面2同士を対向させて、各接合面2に設けられている貫通孔11を介し、結合ボルトなどの連結固定部材を、両セグメント1の各凹部10内より挿通させて締結させることで連結させることとなる。
このときの、対向する各接合面2に装着されている止水材12は、外側シール部13とこの外側シール部13と内側シール部14とを連結する連結部14cとがそれぞれ対接することとなり、接合面2間にて一部が一重の止水構造となる。
【0047】
そして、この接合面2におけるセグメント1の連結構造は、連接面3における連結構造に比べ大型な連結固定部材が使用され、これにより、両セグメント1同士の連結が強固なものとなる。
【0048】
すなわち、この接合面2に装着される止水材12は、連接面3のように二重に止水材12が装着されずに、一部が一重の構造であることから、セグメント1同士を連結するための連結固定部材を大きく構成させることが可能となる。
【0049】
これにより、セグメント1同士の連結状態を確実なものとすることが可能となる。
【0050】
また、接合面2における一部一重の止水材を、外側シール部13と内側シール部14とを連結する連結部14cの接合端面が同材質のゴム部材同士とされていることから、すなわち、上記実施の形態では外側シール部13に凹部13bを形成し、この凹部13bに内側シール部14の端部となる連結部14cの端部を嵌入して加硫接合する構造であることから、接合する面積を大きく採れ、これにより確実に外側シール部13と内側シール部14とを一体化成形させることとなり、この接合面2における止水効果を十分に得ることが可能となる。
【0051】
なお、上述した実施の形態では、止水材12の構造を、非水膨張性ゴム材料12bの一部を除く外周面を水膨張性ゴム材料12aにて覆うような断面形状に形成させた例について述べたが、この止水材12は、水膨張性ゴム材料12aの一部を除く外周面を非水膨張性ゴム材料12bにて覆うような断面形状に形成させた構造としてもよい。
この場合も、同材質部分同士を接合させるように構成し、すなわち、外側シール部13の側面に切り込み凹部13bを形成させ、この凹部13bに接合される端面が嵌入して接合されるように構成する。
【0052】
また、上述した実施の形態では、止水材12の断面形状を矩形状とした例について述べたが、これに限定されることはなく、また、非水膨張性ゴムと水膨張性ゴムとを積層形成させた構造とした例について述べたが、いずれかの素材のみにて形成される止水材としてもよい。
【0053】
また、上述した実施の形態では、セグメント1の接合面2を、坑道の周壁方向aとなるセグメント1の長手方向の両端面とし、連接面3を、坑道の長さ方向bとなるセグメント1の長手方向の両端面とする例について述べたが、坑道の周壁方向aとなるセグメント1の長手方向の両端面を連接面3とし、坑道の長さ方向bとなるセグメント1の長手方向の両端面を接合面2として構成してもよく、すなわち、坑道の長さ方向bに、止水材12の一重部分が位置し、坑道の周壁方向aに止水材12の二重部分が位置するよう構成してもよい。
【0054】
さらに、上述した実施の形態では、セグメント1同士を連結する連結固定部材を結合ボルトにて構成する例について述べたが、これに限定されることはなく、連結固定部やセグメントの接合面や連接面の凹凸の嵌合構造などにより回避する必要がある場合に有効である。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によるセグメントの止水構造によれば、セグメント同士を連結する際に、隣り合うセグメントの対向する連接面間には、これら連接面の外側取付溝と内側取付溝に装着されている止水材が、外側シール部,内側シール部のそれぞれが対接することとなり、この連接面間にて二重の止水構造となり、また、隣り合うセグメントの対向する接合面間には、これら接合面の外側取付溝と連結取付溝に装着されている止水材が、外側シール部とこの外側シール部に連結される内側シール部の両端がそれぞれ対接することとなり、この接合面間にて一部が一重の止水構造となる。
【0056】
すなわち、接合面に装着される止水材が、連接面のように二重に止水材が装着されずに、一部が一重の構造となることから、セグメント同士を連結するための連結固定部材を大きく構成させることが可能となる効果が得られる。
【0057】
そして、この接合面におけるセグメントの連結構造に、大型な連結固定部材を使用でき、凹凸の嵌合構造のセグメントを使用した場合の止水性も良好となり、また両セグメント同士の連結が強固なものとなる効果が得られる。
【0058】
また、非水膨張性ゴムと水膨張性ゴムとが複層形成された止水材が、外側シール部と内側シール部とを連結する接合部分を、同材質のゴム部材同士とし、すなわち、これら外側シール部と内側シール部との接続部分を、外側シール部の側面に前記非水膨張性ゴムが露出する深さ及びこの側面に接続される内側シール部の形状となる凹部を切欠形成して、この凹部内に前記内側シール部の端部を嵌入させて、この接続部分にて加硫接合することにより、外側シール部の非水膨張性ゴムと内側シール部の非水膨張性ゴムとを直接接合させているので、この接合部分における接続強度を向上させることが可能となり、そして、非水膨張性ゴムと水膨張性ゴムとが連続して積層形成されることとなり、この接合部分における十分な止水効果を発揮できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるセグメントの止水構造の実施の形態を示す斜視図
【図2】(a)同セグメントの端面である連接面の正面図
(b)同セグメントの端面である接合面の正面図
【図3】同セグメントの止水材の取付状態を示す断面図
【図4】同止水材の分解斜視図
【図5】図4における一部拡大分解斜視図
【符号の説明】
1…セグメント
2…接合面
3…連接面
4…外側面
5…外側取付溝
6…角部
7…内側面
8…内側取付溝
8a…端部
9…連結取付溝
12…止水材
12a…水膨張性ゴム
12b…非水膨張性ゴム
12c…接着面
13…外側シール部
13b…凹部
14…内側シール部
Claims (5)
- 水膨張性ゴムよりなる本体部の裏面側の中央部に非水膨張性ゴムを有する複層構造のシールドトンネル用止水材を略T字状に接続成形する止水材の接続構造において、一方の止水材には前記本体部の側面に前記非水膨張性ゴムが露出する深さ及び該側面に接続される他方の止水材の形状に切欠形成された凹部が形成され、該凹部内に前記他方に止水材の端部を嵌入させて、該接続部分の止水材同士を加硫接合することにより、前記一方の止水材と他方の止水材の各非水膨張性ゴム同士を接合することを特徴とする複合構造の止水材の接続構造。
- 前記止水材の断面形状の大きさは、幅10〜50mm,高さ2〜10mmとされ、前記裏面側の中央部に形成される非水膨張性ゴムは、前記止水材の断面形状の大きさに対し、幅30〜70%,高さ10〜50%とされていることを特徴とする請求項1記載の止水材の接続構造。
- シールドトンネルを構築する土木工事用セグメントであって、対向して対となる一対の接合面と、該接合面に隣り合い対向して対となる一対の連接面とを有する略矩形板状あるいは略台形板状に形成されたセグメントの止水構造において、
前記セグメントの各接合面及び各連接面に形成され、地山に対接する前記セグメントの外側面側に位置し、前記各接合面及び連接面の長手方向に沿うとともに、前記各面の両端の角部分にてそれぞれ連続形成する外側取付溝と、
前記一対の各連接面に形成され、該連接面における坑内側となる前記セグメントの内側面側に、前記外側取付溝に平行となって形成される内側取付溝と、
前記一対の各接合面における長手方向両端近傍にそれぞれ位置して形成され、前記外側取付溝より分岐し、坑内側となる前記セグメントの内側面側に延びるとともに、前記接合面の両端の各角部分に延出し、前記各内側取付溝の両端に連続形成される一対の連結取付溝と、
前記外側取付溝に装着される無端な環状に形成される外側シール部と、該外側シール部に両端が接続され前記内側取付溝及び連結取付溝に装着される一対の内側シール部と、を備え可撓性を有する水膨張性ゴムよりなる止水材と、
を具備したことを特徴とするセグメントの止水構造。 - 前記止水材は、水膨張性ゴム本体の裏面の中央部に非水膨張性ゴムが複層形成されており、前記非水膨張性ゴムが前記各溝内底面に対接する接着面とされていることを特徴とする請求項3記載のセグメントの止水構造。
- 前記止水材の外側シール部と内側シール部との接続部分は、外側シール部の側面に前記非水膨張性ゴムが露出する深さ及び該側面に接続される内側シール部の形状に切欠形成される凹部が形成され、該凹部内に前記内側シール部の端部を嵌入させて、該接続部分の止水材同士を加硫接合することにより、前記外側シール部の非水膨張性ゴムと内側シール部の非水膨張性ゴムとを接合させていることを特徴とする請求項4記載のセグメントの止水構造。
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