JP4287716B2 - エレメントの止水継手およびエレメント止水継手の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル覆工用エレメントの止水継手およびトンネル覆工用エレメント止水継手の構築方法に関するものである。

鉄道線路や道路等の下方に非開削方式で地下構造物を構築する方法として、複数のエレメントを推進または牽引により連続して挿入し、トンネル覆工を構築後、覆工内部を掘削してトンネルを築造する工法がある。
このような工法は、たとえば断面が四角形の基準覆工エレメントと、その側部に順次連結する断面コ字形の連結覆工エレメントとを用いて、隣り合うエレメント同士の対峙部位に設けた雄または雌継手を嵌合させながら、覆工エレメントをコの字形あるいはロの字型に配置、連結を行い、地下構造物を構築する。

エレメントに設けられた継手部ａは、いずれも鋼製からなり、図５に示すように、基部ｂに直線部ｃおよび湾曲部ｄを設けて、それらの内面で略Ｃ字形の嵌合溝ｆを形成しており、直線部ｃの先端には球根状の膨出部ｅを設けて、嵌合状態が簡単に外れないようにしてある（特許文献１参照）。
このような継手部ａを備えたエレメントからなる覆工壁を本体構造として利用する場合、本体構造に発生した引張力は継手部を通じて相互のエレメントに伝播される。そのため、嵌合した継手部ａ、ａ'（嵌合溝ｆ'と、直線部ｃ、膨出部ｅ）の間には、エレメントを軸方向にスライドするだけのわずかな間隙しか設けておらず、確実に引張力が伝播できる構成としてある。
特開２０００−１２０３７３号公報 特開平６−２２８９４６号公報 特開平７−４８８３１号公報

前記した従来のエレメントの止水継手およびこの構築方法は、継手部間の間隙が小さいことから、（１）施工誤差やローリングへの対応が困難であり、（２）間隙に土砂などの異物が混入することにより、エレメントの掘進に及ぼす影響が大きく、さらには（３）直線的な施工しか行えず曲線施工が行えない、という問題があった。
さらに間隙が小さいために、（４）エレメントの接続後に継手部間へ充填されるグラウト材が全体まで行き渡らず、このとき生じた空隙が原因となり漏水の原因を引き起こしていた。

本発明のトンネル覆工用エレメントの止水継手は、複数のトンネル覆工用エレメントを、互いに一部をラップさせて隣接するエレメント間でそれぞれのエレメント軸方向に設けた雄または雌継手を嵌合させながら並列させて地山内に挿入し、地下構造物を構築するために用いるトンネル覆工用エレメントの継手構造において、前記雄継手は前記隣接するエレメント間の一方のエレメントの湾曲部から外方に突出させて配置した板材の先端部を折り曲げて形成し、前記雌継手は前記隣接するエレメント間の他方のエレメントの隔壁の端部からエレメントの周壁に沿って突出する湾曲部と、該湾曲部から一定の距離をおいて前記隔壁に設置した直線部とにより構成し、前記継手部は、嵌合させた状態で前記雌継手の内面と前記雄継手の間に数ｍｍ〜数十ｍｍの間隙が生じるように形成されており、前記間隙の一部に可撓性材料からなる止水材を配置して、隣接するエレメント間からの漏水を防止したことを特徴とするものである。

また、本発明のトンネル覆工用エレメントの止水継手は、前記したトンネル覆工用エレメントの止水継手において、嵌合した前記雌継手と前記雄継手の外側に止水材を配置して、前記雌継手の内面と前記雄継手の間に設けた間隙のうち、少なくとも外部に開放する開口部を閉塞したことを特徴とするものである。

また、本発明のトンネル覆工用エレメント止水継手の構築方法は、隣接するトンネル覆工用エレメント間の雄および雌継手を嵌合し、嵌合した前記継手部の外方に一次止水材を配置して、前記 雌継手の内面と前記雄継手の間に設けた間隙の開口部を閉塞し、前記雌継手の内面と前記雄継手の間に設けた間隙内を必要に応じて洗浄、掘削して二次止水材の配置場所を確保し、この配置場所に二次止水材を配置して、隣接するエレメント間からの漏水を防止したことを特徴とするものである。

本発明のエレメントの止水継手は、継手部を嵌合させた状態で、雌継手の内面と雄継手の間に数ｍｍ〜数十ｍｍの間隙が生じるように形成されており、この間隙に可撓性材料からなる止水材を配置して止水する構成である。これによって、この間隙でエレメント接続部からの漏水を防止しながらエレメントの位置調整が行えるため、施工誤差に対応することができ、また継手推進抵抗の偏りによるローリング発生の防止にも繋がる。さらには継手部への異物の混入によるエレメント掘進に及ぼす影響を小さくできるため、安定した施工が行え、また曲線施工も行えるなどの効果も奏する。
さらには、継手部の外側を覆う止水材と、継手部の間隙内に配置する止水材との二重構造により止水を行った場合は、より確実に漏水の防止が行える。

＜１＞全体の構造
図４に、複数の小断面（欠円形）エレメントをラップさせながら、矩形を呈するトンネルに沿って順次配置する工程の経過段階を抜き出した図を示す。
エレメントは、地盤内へ最初に挿入される基準エレメント２１と、その側部に順次連結して挿入される後行エレメント２２とからなり、覆工トンネルは、エレメントを構成する鋼材とその間に充填されるコンクリートとの一体化により構築される。
本形態では、エレメントの一側部の上下部に、それぞれ継手部３０を設けた形態について説明する。

図１に、エレメントの継手構造の一部を抜き出した断面図を示す。
本発明は、隣り合うエレメント２１、２２間に設ける継手構造に関するもので、この継手部３０は、嵌合した状態で雌継手３１の内面と雄継手３２の間に間隙４０が生じるように形成されており、この間隙４０に止水材５０（以下、この止水材を二次止水材５０と呼ぶ）を配置して、隣接するエレメント２１、２２間からの漏水を防止するものである。
また、嵌合した雄継手３２と雌継手３１の外側にも、止水材６０（以下、この継手部３０の外面に配置する止水材を一次止水材６０と呼ぶ）を配置する。

なお、本例では先行エレメント２１に雌継手３１を設け、後行エレメント２２に雄継手３２を設けるが、これに限定されるものではない。
以下、各部材について詳述する。

＜２＞継手部
継手部３０は、隣り合うエレメント２１、２２を接続する部位であって、エレメント２１、２２の軸方向に沿って配置されている。継手部３０には雌継手３１と雄継手３２の二種類があり、それぞれを隣接するエレメント２１、２２の対峙する部分に設置して相互を嵌合し、両エレメント２１、２２を接続する。
この継手部３０は、嵌合した状態で雌継手３１の内面と雄継手３２の間に間隙４０が生じる構成となっている。このため、この間隙４０の範囲内において、雄継手３２および雌継手３１を動かすことができ、ひいては隣り合うエレメント２１、２２の位置調整を行うことができる。これによって、施工誤差が生じた場合の対応や継手推進抵抗の偏りによるローリングを防止することができる。さらにはこの間隙４０間でエレメントの位置を調整しつつ配置できるため、曲線施工にも適応することができる。
この間隙４０は、設計事項などを考慮して、数ｍｍから数十ｍｍの範囲で設けることができる。

後行エレメント２２に設ける雄継手３２は、たとえば湾曲部２２４に配置（突出部２２２）した板材の先端部を、略垂直に折り曲げて（屈曲部２２３）形成したものが使用できる。屈曲部２２３を設けることによって、雌継手３１との間で強い嵌合状態を確保することができる。
一方、基準エレメント２１に設ける雌継手３１は、隔壁２１１の端部からエレメント２１の周壁に沿って突出する湾曲部２１３と、この湾曲部２１３から一定の距離をおいて隔壁２１１に設置した直線部２１４とより構成することができ、この直線部２１４にはＬ型鋼材を用いることができる。

かかる形態を採用する場合、雌継手３１の内面と雄継手３２の間に生じる間隙４０は、湾曲部２１３の先端と突出部２２２、湾曲部２１３と屈曲部２２３、隔壁２１１と屈曲部２２３、突出部２２２と直線部２１４の各間に設けられた数ｍｍ〜数十ｍｍの間隔をいう。この間隙４０、４０・・は連続しているため、エレメント継手部３０の内外は連通された状態となる。
なお、この継手部３０の形状は、必ずしも上記形態に限定されるものではない。

＜３＞一次止水材
一次止水材６０は、エレメント２１、２２間の嵌合した継手部３０の外側に配置して、継手部３０からの漏水を防止する部材である。
一次止水材６０は、内外を連通する間隙４０のうち、少なくとも外部に開放する開口部４１を閉塞すれば良い。かかる一次止水材６０は、主に後述する二次止水材５０を配置するまでの一時的な止水確保を目的としている。
一次止水材６０には、公知のグラウト材が使用でき、たとえばセメントペースト、モルタルなどを継手部３０外方の地山に向けて注入して、配置する。

一次止水材６０の注入は、たとえば後行エレメント２２の隔壁２２１に、内外を貫通する注入管７０を設けて行う。注入管７０は、継手部３０に沿って略垂直方向に一定の間隔をおいて配置し、この間隔は一次止水材６０で継手部３０の外部表面を連続的に覆える寸法とする。注入管７０は、あらかじめ後行エレメント２２に備えつけておいても良い。

＜４＞二次止水材
二次止水材５０は、エレメント２１、２２に設けた雌継手３１と雄継手３２とを嵌合し、その間に生じた間隙４０内に配置して、継手部３０からの漏水を防止する部材である。
二次止水材５０は、一時的な止水に留まらず、地下構造物を構築した後においても恒久的に止水することを目的としている。
二次止水材５０は、エレメント２１、２２継手部３０の内外を連通する間隙４０の途上のうち、少なくともその一部に配置してエレメント２１、２２の内外を遮断する。

二次止水材５０には可撓性材料からなる部材を使用する。たとえば弾性ゴムや水膨潤性ゴム等のゴム、合成樹脂材等が使用でき、さらに伸縮性、耐久性、耐水性等に富むものが好ましい。この性質によって配置した間隙４０の距離が変化しても、その変位に追従して形態を変形できるため、止水は常に確保でき、覆工トンネル内部への鋼材の設置時、コンクリート充填時、トンネル覆工における内部掘削時、さらには構築後においても止水を行うことができる。

二次止水材５０を配置する間隙４０には、滑材、一次止水材６０などが存在する場合がある。この場合にはこれらを撤去した後に、二次止水材５０を配置する。撤去方法としては、たとえば間隙４０内へ周面に複数の孔を備えた有孔管５１を介挿し、孔から超高圧水を噴射して滑材等を撤去する。また、間隙４０内の物質が固形物である場合には、固形物を高圧水により粉砕して取り除く。そして、生じた空隙に二次止水材５０を配置する。
また、このとき滑材等の撤去と同時に、配置場所内部を洗浄するのが好ましい。

以下に、本発明のエレメント２１、２２の止水継手の構造を構築する方法について、以下説明する。
なお、本例においてはエレメント２１、２２の設置として、エレメントの発進側から元押し推進する工法を用いるが、そのほか到達側に設置した牽引装置で、エレメント前方に備える掘削装置に定着したＰＣ鋼より線を引っ張るＨＥＰ工法（登録商標）などを採用することもできる。

＜１＞先行エレメントおよび後行エレメントの並置
トンネルの外殻に沿って、まず基準エレメント（先行エレメント２１）を設置する。
所定の位置に挿入された先行エレメント２１の隔壁２１１と地山との間には、断面三日月形の空隙ができており、この空隙に充填材８０を打設して固化させる。

充填材８０が固化した後、この充填材８０に後行エレメント２２の一部がラップするように配置する。後行エレメント２２は、先行エレメント２１に備える雌継手３１に沿って、雄継手３２を嵌合させつつ、地盤内に挿入する。
雌継手３１の嵌合溝には、あらかじめ滑材を配置させておき、雄継手３２の嵌合が容易となるようにしておくのが好ましい。
雌継手３１と雄継手３２との間には、雌継手３１内面と雄継手３２との間に数ｍｍ〜数十ｍｍの間隙４０が生じるような構成となっているため、後行エレメント２２の挿入に伴い、継手部３０に抵抗が生じて、ローリング等のトラブルが生じることはない。また、これによってエレメントの長距離推進を行うことも可能となる。さらに、後行エレメント２２の挿入と共に、間隙４０内に土砂等の異物が混入しても、従来の継手のように間隙４０の間隔が小さくないため、この間隔の範囲内における大きさまでの異物の混入を許容することができ、その分エレメントの掘進に及ぼす影響は少なくなる。

＜２＞一次止水材の注入
先行エレメント２１と後行エレメント２２を並設した後、嵌合し合う継手部３０に向けて、地山内に一次止水材６０を注入する(図２（ａ）)。
一次止水材６０は、後行エレメント２２の雄継手３２に沿って一定の間隔を空けて配置された注入管７０より注入する。
注入管７０の吐出口は、雌継手３１の湾曲部２１３と雄継手３２の突出部２２１との開口部４１に向けて配置しておき、開口部４１が容易に一次止水材６０で充填できるようにしておくのが好ましい。
こうして一次止水材６０の注入により、雄継手３２と雌継手３１の間に生じた間隙４０を充填でき、セグメント２１、２２間からの漏水を防止する。

＜３＞二次止水材の注入
一次止水材６０を配置した後、間隙４０のうち、湾曲部２１３の内面と雄継手３２の屈曲部２２３とで挟まれる滑材が充填する部位に、二次止水材５０を注入、配置するための有孔管５１を配置する。
その後、有孔管５１から高圧水を噴射し、有孔管５１周囲の滑材を撤去して、二次止水材５０を配置する空隙部を形成する（図２（ｂ））。

滑材内に所定の大きさの空隙を形成した後、この空隙内に二次止水材５０を注入し、空隙内部を二次止水材５０で完全に充填する（図２（ｃ））。二次止水材５０の注入は、有孔管５１を兼用して用いるか、若しくは有孔管５１を抜き取った後に他の手段により注入する。このとき、空隙の外周は、滑材、一次止水材６０或いは充填材８０によって囲まれているため、二次止水材５０がエレメントの隙間内や地山側に漏出することはない。
充填後、二次止水材５０の性質に応じた時間をとり、二次止水材５０に可撓性を発現させる。
こうして、継手部３０は二次止水材５０によって間隙４０内を密閉され、エレメント２１，２２の内外は遮蔽される。
二次止水材５０を配置した後は、トンネルの外殻内への鋼材の設置作業やコンクリートの充填作業、および構造物として完成した後の漏水も防止することができる。

以後、同様にして後行エレメント２２の挿入を連続して行い、覆工トンネルを構築する。
本発明によれば、覆工トンネルが蛇行し、トンネルの途上に曲線部分を有する場合でも、継手部３０に間隙４０が設けてあるため、そのまま連続して施工することができる。

なお、本実施例ではエレメントの止水継手を用いて、矩形のトンネルを構築する方法について説明したが、この形状に限定されるものではなく、円形、馬蹄形など、様々な断面形状の地下構造物を構築できることは勿論である。
また、間隙４０に配置する二次止水材５０を、間隙４０の一部のみならず全間隙４０に亘って配置し、より止水性を高めても良い。

以上、エレメントの雌継手３１を、隔壁２１１に設けた直線部２１４と円弧状の湾曲部２１３とより構成していたが、湾曲部２１３の先端部分を隔壁２１１と略並行に折り曲げ、押留部２１５を形成しても良い（図３参照）。
これによって、二次止水材５０は左右を押留部２１５と屈曲部２２３とにより挟まれるため、特にエレメントの横方向における変位に高い止水性を示すことができる。

本発明のエレメントの止水継手の一部断面図。 エレメントの止水継手の構築方法の施工工程図。 実施例２の止水継手を表す断面図。 複数のエレメントをラップさせて配置した施工途中の説明図。 従来のエレメントの止水継手の実施例の説明図。

符号の説明

２１・・・先行エレメント
２２・・・後行エレメント
３０・・・継手部
３１・・・雌継手
３２・・・雄継手
４１・・・開口部
５０・・・二次止水材
６０・・・一次止水材

Claims (3)

1. 複数のトンネル覆工用エレメントを、互いに一部をラップさせて隣接するエレメント間でそれぞれのエレメント軸方向に設けた雄または雌継手を嵌合させながら並列させて地山内に挿入し、トンネルを構築するために用いるトンネル用エレメントの継手構造において、
   前記雌継手は前記隣接するエレメント間の一方のエレメントの隔壁の端部からエレメントの周壁に沿って突出する湾曲部と、該湾曲部から一定の距離をおいて前記隔壁に設置した直線部とにより構成し、
   前記雄継手は前記隣接するエレメント間の他方のエレメントの湾曲部から外方に突出させて配置した板材の先端部を前記嵌合させる雌継手の突出する湾曲部方向に折り曲げて形成し、
   前記継手部は、嵌合させた状態で前記雌継手の内面と前記雄継手の間に数ｍｍ〜数十ｍｍの間隙が生じるように形成されており、
   前記間隙の一部に可撓性材料からなる止水材を配置して、隣接するエレメント間からの漏水を防止したことを特徴とする、
   トンネル覆工用エレメントの止水継手。
2. 請求項１に記載したトンネル覆工用エレメントの止水継手において、
   嵌合した前記雌継手と前記雄継手の外側に止水材を配置して、
   前記雌継手の内面と前記雄継手の間に設けた間隙のうち、少なくとも外部に開放する開口部を閉塞したことを特徴とする、
   トンネル覆工用エレメントの止水継手。
3. 請求項２に記載のトンネル覆工用エレメント止水継手の構築方法において、
   隣接するエレメント間の雄および雌継手を嵌合し、
   嵌合した前記継手部の外方に一次止水材を配置して、前記雌継手の内面と前記雄継手の間に設けた間隙の開口部を閉塞し、
   前記雌継手の内面と前記雄継手の間に設けた間隙内を必要に応じて洗浄、掘削して二次止水材の配置場所を確保し、
   この配置場所に二次止水材を配置して、隣接するエレメント間からの漏水を防止したことを特徴とする、
   トンネル覆工用エレメント止水継手の構築方法。

Images