JP4240382B2 - シールドトンネルの二次覆工用管材、シールドトンネル、シールドトンネルの二次覆工方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールドトンネルのセグメントリングの内側に設けられる二次覆工に用いる管材と、セグメントリングの内側に二次覆工として管材を用いたシールドトンネルと、管材を用いたシールドトンネルの二次覆工方法に関する。

シールドトンネルの二次覆工の工法として、コンクリートによって覆工する代わりにＦＲＰＭ管などの管材を用いる工法が知られている。
このような管材を用いる工法によれば、工事費用の削減や工期の短縮ができ、また、耐久性やトンネル内面の平滑性を向上できるので、特に下水道や農業用水路などの水路トンネルで利用されている（例えば非特許文献１参照）。
ＦＷ−Ｌ工法（シールド二次覆工）、「平成１５年１１月１０日検索」、＜http://www.asofoam.co.jp/gijyutsu.html#3＞

管材をトンネルの二次覆工材として用いる場合、その管材の厚さは、セグメントリングからの漏水を想定して、地下水圧に耐えうる厚さとしている。
しかし、近年の地下の輻輳化から、トンネルが深部に設置される事が多くなり、これに伴い地下水圧が高くなるため、管材の厚さを厚くする必要があり、コストが高くなっていた。

本発明の課題は、シールドトンネルのセグメントリングの内側に設けられる二次覆工に用いる管材と、セグメントリングの内側に二次覆工として管材を用いたシールドトンネルと、管材を用いたシールドトンネルの二次覆工方法において、管材にかかる地下水圧を低減し、地下水圧の高い場所でも管材の厚さを厚くすることなく埋設できるようにすることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば、図１，２に示すように、シールドトンネルのセグメントリング４の内側に設ける二次覆工に用いる管材１であって、
前記セグメントリング４の内側に漏出した地下水を、前記管材１の内側に排水する排水手段５を、前記管材１の周面に備え、
前記排水手段５は、前記管材１の内側から外側への流れを阻止するとともに、前記管材１の外側の圧力が一定値以上のときに開いて、前記管材１の内側への排水を可能とする逆止弁６を備え、
前記逆止弁６は、
前記管材１の壁面に形成した導水孔７を前記管材１の内側から覆う弾性体からなる円形の弁体９と、
前記弁体９の中心に設けられ、前記弁体９を前記管材１に固定するための弁軸１０と、を備え、
前記弁体９は、前記管材１の内側から外側への流れを阻止する状態において、弾性力により周縁部が前記管材１の内壁に密着するようにしたことを特徴とする。

このように、地下水を管材１の内側に排水する排水手段５を備えることで、管材１の周囲の地下水を管材１の内側に排水でき、管材１にかかる地下水圧を低減できる。
また、逆止弁６が管材１の内側から外側への流れを阻止するとともに、前記管材１の外側の圧力が一定値以上のときに開くことで、管材１の内側を流れる下水等の流体を管材１の外側に流出させることなく、管材１の外側の地下水を管材１の内側に排水できる。

請求項２に記載の発明は、セグメントリング４の内側に二次覆工として管材１を用いたシールドトンネルであって、
前記管材１は、前記セグメントリング４の内側に漏出した地下水を、前記管材１の内側に排水する排水手段５を周面に備え、
前記管材１の外周面に前記地下水を導く導水層２を備え、
前記導水層２と前記セグメントリング４の間に、前記管材１を前記セグメントリング４の内側に固定するための中込材を備えることを特徴とする。

このようなシールドトンネルによれば、セグメントリング４の内側に漏水した地下水を管材１の内側に排水でき、管材１にかかる地下水圧を低減できるので、地下水圧の高い場所でも管材１の厚さを厚くすることなく埋設できる。
また、導水層２を管材１の外周面に設けたことで、管材１の外周面にある地下水を排水手段５に導けると共に、管材１の外周面にかかる地下水圧が均一になる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のシールドトンネルであって、例えば、図２に示すように、前記排水手段５は、前記管材１の内側から外側への流れを阻止するとともに、前記管材１の外側の圧力が一定値以上のときに開いて、前記管材１の内側への排水を可能とする逆止弁６を備えることを特徴とする。

このように、逆止弁６が管材１の内側から外側への流れを阻止するとともに、前記管材１の外側の圧力が一定値以上のときに開くことで、管材１の内側を流れる下水等の流体を管材１の外側に流出させることなく、管材１の外側の地下水を管材１の内側に排水できる。

請求項４に記載の発明は、管材を用いたシールドトンネルの二次覆工方法であって、例えば、図１に示すように、
前記管材１は、セグメントリング４の内側に漏出した地下水を、前記管材１の内側に排水する排水手段５を周面に備え、
前記管材１の外周面に導水層２を設ける第一の工程と、
前記セグメントリング４の内側に前記管材１を敷設する第二の工程と、
前記導水層２と前記セグメントリング４の間に中込材を充填し、前記管材を前記セグメントリング４の内側に固定する第三の工程とからなることを特徴とする。

このような工程によりシールドトンネルの二次覆工を行うことで、セグメントリング４の内側に漏水した地下水を管材１の内側に排水でき、管材１にかかる地下水圧を低減できるので、地下水圧の高い場所でも管材１の厚さを厚くすることなく埋設できる。
また、導水層２を管材１の外周面に設けたことで、管材１の外周面にある地下水を排水手段５に導けると共に、管材１の外周面にかかる地下水圧が均一になる。

請求項１に記載の発明によれば、地下水を管材の内側に排水でき、管材にかかる地下水圧を低減できる。
また、管材の内側を流れる下水等の流体を管材の外側に流出させることなく、管材の外側の地下水を管材の内側に排水できる。

請求項２に記載の発明によれば、地下水を管材の内側に排水でき、管材にかかる地下水圧を低減できる。
また、導水層により効率よく地下水を排水手段に導けると共に、管材の外周面にかかる地下水圧を均一にできる。

請求項３に記載の発明によれば、管材の内側を流れる下水等の流体を管材の外側に流出させることなく、管材の外側の地下水を管材の内側に排水できる。

請求項４に記載の発明によれば、地下水を管材の内側に排水でき、管材にかかる地下水圧を低減できる。
また、導水層により効率よく地下水を排水手段に導けると共に、管材の外周面にかかる地下水圧を均一にできる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１に示すように、この管材１は、シールドトンネルの二次覆工に用いられるもので、セグメントリング４の内部に敷設され、下水道などの流路として用いるものである。
この管材１としては、ＦＲＰＭ管（強化プラスチック複合管）を用いている。

管材１の周面には、排水手段５が管材１の長手方向に沿って適当な間隔をおいて設けられている。
この排水手段５は、図２に示すように、導水孔７と逆止弁６から構成されており、セグメントリング４の内側に漏出した地下水を管材１の外側から内側に排水するものである。

導水孔７は管材１の周面にあってその外側から内側に貫通する孔であり、この導水孔７を通って管材１の外周面に設けられる導水層２にある地下水が、管材１の内側に排水される。
管材１には、この導水孔７を覆うように逆止弁６が取り付けられている。
この逆止弁６は、円形の弁体９と、弁体９の中心に接続する弁軸１０とからなり、管材１の内側から外側への流体の流れを阻止するとともに、前記管材１の外側の圧力が一定値以上のときに開いて、前記管材１の内側への排水を可能とするものである。
弁体９はゴム等の弾性体からなり、その大きさは管材１に取り付けたときに、前述の導水孔７を完全に覆うことができる大きさである。
この弁体９の中心部分には、逆止弁６を管材１に固定するための弁軸１０の一端が接続されている。
また、この弁軸１０のもう一方の端部には、雄ねじが形成されていている。

逆止弁６は、弁体９が管材１の内側に配されるように、弁軸１０を逆止弁取付孔８に挿入し、管材１の外側から弁軸１０の端部にナット１１取り付け、これを締め付けることにより管材１に固定する。
このとき、弁体９の周縁部はその弾性によって管材１の内壁に密着し、管材１の外側と内側との間における流体の流れ遮断する。
この弁体９は、その弾性力と管材１内を流れる流体の圧力によって、常時管材１の内壁に密着し、導水孔７を閉鎖しているが、管材１の外側の圧力が、その圧力以上になると、弁体９の周縁部が持ち上げられ、地下水が管材内に流入するようになっている。

この管材１の外周面には、不織布からなる導水層２が設けられており、この導水層２によって管材１の外側の地下水を排水手段５に導く。
この導水層２は、管材１の外周面の全面に設けられていて、これにより地下水を管材１の周方向および長手方向に沿って導けるようになり、管材１の外側にかかる地下水圧が均一になる。
また、一部の排水手段５が故障した場合でも、他の排水手段５に地下水を導き排水できる。

図１に示すように、導水層２の外側には、中込材としてエアモルタル３が充填されており、これによって、管材１はセグメントリング４の内側の略中央に固定されている。

次に、以上のように構成されるシールドトンネルの二次覆工の施工方法について説明する。
なお、すでにシールドマシンによりトンネルが掘削され、その内周にセグメントリング４が形成されているものとする。

管材１には、シールドトンネルに搬入する前に、その外周面に不織布を貼り付け導水層２を設ける。
また、管材１は、シールドトンネルへの搬入や、施工の状況に合わせて適当な長さの物を用いる。
導水層２を設けた管材１は、シールドトンネルに搬入され、セグメントリング４の内側に敷設される。
このとき、適当な支持部材を用いて管材１を外側から支持し、管材１をセグメントリング４の内側の略中央に配すると共に、隣接する管材１との接合作業を行う。

敷設した管材１とセグメントリング４の内側との間にエアモルタル３を充填し、管材１を固定する。
以降、上記の工程を繰り返してセグメントリング４の内側に管路を形成する。

次に、以上のように施工された二次覆工における地下水の排水方法について説明する。
セグメントリング４の内側に漏出した地下水は、エアモルタル層３に浸透し、導水層２に達する。
エアモルタル３自体の透水性はそれほど高くはないが、地下水はエアモルタル層３にできた割れ目などの空隙にそって移動し、導水層２に達する。

導水層２に達した地下水は、排水手段５によって管材１の内側に排水されることとなる。
図２に示すように、逆止弁６の弁体９の周縁部は、通常、その弾性力や管材１を流れる流体の圧力等により管材１の内壁に押し付けられ、内壁に密着した状態になっている。
導水層２の地下水圧がこの圧力より大きくなったとき、弁体９の周縁部が管材１の内壁から持ち上げられ、地下水が管材１の内側に排水される。
排水によって導水層２の地下水圧が低下すると、逆止弁６の弁体９の周縁部が再び管材１の内壁に密着するようになって導水孔７が閉じる。
このように、逆止弁６は、その弾性力や管材１を流れる流体等による圧力以上の、ある一定の地下水圧を境に開閉するので、管材１内の流体が管材１の外側へ漏出することはない。

逆止弁６は、上記のように一定の圧力がかかると弁が開き排水を行うが、このときの圧力は管材１にかかる地下水圧の最大圧力と略等しい。
つまり、管材１の強度は、逆止弁６が動作開始する圧力に十分耐えられる強度があればよく、高い地下水圧がかかるような場所でも、管材１の厚さを厚くすることなく埋設できる。

なお、近年の止水シール材の発達により、セグメント継手部分からの漏水量は多くないことから、排水手段５によって管材１の内側へ排水される地下水の量は少なく、水路としての管の機能が損なわれることはない。

以上の実施の形態においては、導水層２の構成として、不織布を用いるとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の素材または構造としても良い。
例えば、合成樹脂を多孔質に形成したシート状の部材や、一定粒径の骨材を合成樹脂によって結合させた成型体でも良い。
あるいは、管材１の外周面に溝を設けたり、単に管材１の周囲に空間を設けたりして、導水できるようにしても良い。
また、排水手段５の構成、配置等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明を適用した一実施の形態の構成を示すシールドトンネルの正面の断面図である。 逆止弁取り付け部分の断面図である。

符号の説明

１ 管材
２ 導水層
３ エアモルタル
４ セグメントリング
５ 排水手段
６ 逆止弁
７ 導水孔
８ 逆止弁取付孔
９ 弁体
１０ 弁軸
１１ ナット

Claims (4)

1. シールドトンネルのセグメントリングの内側に設ける二次覆工に用いる管材であって、
   前記セグメントリングの内側に漏出した地下水を、前記管材の内側に排水する排水手段を、前記管材の周面に備え、
   前記排水手段は、前記管材の内側から外側への流れを阻止するとともに、前記管材の外側の圧力が一定値以上のときに開いて、前記管材の内側への排水を可能とする逆止弁を備え、
   前記逆止弁は、
   前記管材の壁面に形成した導水孔を前記管材の内側から覆う弾性体からなる円形の弁体と、
   前記弁体の中心に設けられ、前記弁体を前記管材に固定するための弁軸と、を備え、
   前記弁体は、前記管材の内側から外側への流れを阻止する状態において、弾性力により周縁部が前記管材の内壁に密着するようにしたことを特徴とするシールドトンネルの二次覆工用管材。
2. セグメントリングの内側に二次覆工として管材を用いたシールドトンネルであって、
   前記管材は、前記セグメントリングの内側に漏出した地下水を、前記管材の内側に排水する排水手段を周面に備え、
   前記管材の外周面に前記地下水を導く導水層を備え、
   前記導水層と前記セグメントリングの間に、前記管材を前記セグメントリングの内側に固定するための中込材を備えることを特徴とするシールドトンネル。
3. 前記排水手段は、前記管材の内側から外側への流れを阻止するとともに、前記管材の外側の圧力が一定値以上のときに開いて、前記管材の内側への排水を可能とする逆止弁を備えることを特徴とする請求項２に記載のシールドトンネル。
4. 管材を用いたシールドトンネルの二次覆工方法であって、
   前記管材は、セグメントリングの内側に漏出した地下水を、前記管材の内側に排水する排水手段を周面に備え、
   前記管材の外周面に導水層を設ける第一の工程と、
   前記セグメントリングの内側に前記管材を敷設する第二の工程と、
   前記導水層と前記セグメントリングの間に中込材を充填し、前記管材を前記セグメントリングの内側に固定する第三の工程とからなることを特徴とするシールドトンネルの二次覆工方法。

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