JP4588563B2

JP4588563B2 - シールドトンネル用セグメントの止水構造

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Publication number: JP4588563B2
Application number: JP2005204443A
Authority: JP
Inventors: 啓介神宮; 尚原田
Original assignee: CI Kasei Co Ltd
Current assignee: CI Kasei Co Ltd
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-07-13
Also published as: JP2007023541A

Description

本発明は、トンネルを構築する際に使用される土木工事用部材であるセグメントの接合間となる目地を止水処理するシール材を備えたシールドトンネル用セグメントの止水構造に関するものである。

例えば、市街地などの地下に掘削されるシールドトンネルや、大深度トンネルを構築するシールドトンネルの工事材料には、例えば、図１２に示すような、ユニット化された多数のセグメント１が使用される。トンネル施工の際には、これらの各セグメント１は、坑道の周壁回りａと坑道の長さ方向ｂとの両方向に沿い密につなぎ合わせ結合される。各セグメント１は、周壁回りに沿った前後のリング面３ａ，３ｂと、長さ方向に沿った上下のピース面３ｃ，３ｄとに、セグメント内面１ａ側に凹設される取付凹部２と貫通する固定穴４が穿設され、これら各面が対向面となり、セグメント１がつなぎ合い結合される際には、互いに隣接するリング面同士、ピース面同士を、固定穴４に貫通される結合ボルト（図示せず）で締着して結合する。また、このような結合ボルトにて結合させる方法以外に、ピース面３ｃ，３ｄに、ほぞを形成して互いを結合する構造や、コッターピンにて締結するピン連結構造（水平コッタ連結構造）などにてセグメント同士は連結される。

ここで、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、各セグメント１のリング面３ａ，３ｂ間及びピース面３ｃ，３ｄ間には、その目地部分に止水処理を施さなければならない。そこで、図９に示すように、この目地部分には帯状の目地シール材５，６が接着固定される。この目地シール材５，６は水膨張性材料、例えば高吸収性樹脂と、合成ゴムとが混合成形加硫されてなる材料等が用いられており、セグメント１のリング面３ａ，３ｂ及びピース３ｃ，３ｄ面にこの目地シール材５，６を貼付し、各セグメント１を結合することで目地への浸水を防止するようになっている。

上述した目地シール材５，６を用いたセグメントのシール構造では、各面において、地山側と坑道内側との２つの目地シール材を用い、互いを平行として各面に貼着される。これらシール材５，６は、長尺な帯状に形成され、貼付完了後には端部の形成されぬように無端な環状とされて、すなわち二重の止水構造とされている。また、セグメント１を連結した状態では、各目地シール材５，６がそれぞれ対向位置となり、セグメント１同士の連結時の偏荷重の防止にもなる。

しかしながら、セグメントの目地部分として、二重にシール材５，６を設け、地山側からの漏水などに対する十分な止水性能を得られるように構成しているが、セグメント１の成形不良部分や、シール材５，６の貼付不良、シール材５，６の成形不良部分、シール材５，６の欠損などがある場合が有り、施工直後には発見されずに、その後に微少な浸水が起きてしまうことがある。通常、地山側シール材５に、このような浸水があっても、坑道内側シール材６により、坑道内への浸水は防がれ、両シール材５，６間で伝わり、トンネル側方の排水部に導かれる。ところが、両シール材５，６間を、トンネルの長手方向（坑道の長さ方向ｂ）にを複数のセグメントに徐々に伝わり、いずれかの位置で坑道内側シール材６に上記と同様の不具合がある場合に、坑道内側への浸水が発生してしまう。このような浸水は、トンネル内部の見栄えを低下させるものであり、また、トンネル壁面としての耐久性の低下を招くおそれがある。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、セグメントの各面を伝わって地山側からの浸水が各目地部分に拡散してしまうことを防ぐとともに、この拡散を防ぐことによって、坑道内側のシール材からの坑道内への浸水を防ぐことの可能なシールドトンネル用セグメントの止水構造を得ることを目的としている。

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。
この発明の請求項１のシールドトンネル用セグメントの止水構造によれば、弾性を有する少なくとも対となる帯状シール材１５，１６を互いが略平行となって外側面１３に貼着したシールドトンネル用セグメントの止水構造であって、
前記各帯状シール材１５，１６の長手方向に対して交わるように各帯状シール材１５，１６にわたり前記外側面１３に貼着される弾性を有する連結シール材２３，２４を備え、
前記連結シール材２３は、前記外側面におけるコーナー部２０に配置されることを特徴とする。

このシールドトンネル用セグメントの止水構造によれば、セグメント１１の外側面１３に貼着された地山側の帯状シール材１５と、坑道内側の帯状シール材１６とにわたって、連結シール材２３，２４が配置されるので、各帯状シール材１５，１６による浸水防止効果が何らかの不具合で低下してしまった場合であっても、各帯状シール材１５，１６間を伝って移動する浸入水を途中で阻止することが可能となる。これにより各セグメント１１間である目地部分において拡散してしまう浸入水が最小限に留まり、坑道内への漏水が防がれる。そして、連結シール材２３の設けられる外側面１３におけるコーナー部２０の位置において、両帯状シール材１５，１６を横切るように配置されるので、両帯状シール材１５，１６間に浸水が伝わっても、この連結シール材２３の位置であるセグメント１１のコーナー部２０で通水が阻止されることとなり、浸入水の拡散を最小限とする。

請求項２のシールドトンネル用セグメントの止水構造は、弾性を有する少なくとも対となる帯状シール材１５，１６を互いが略平行となって外側面１３に貼着したシールドトンネル用セグメントの止水構造であって、
前記各帯状シール材１５，１６の長手方向に対して交わるように各帯状シール材１５，１６にわたり前記外側面１３に貼着される弾性を有する連結シール材２３，２５を備えるとともに、該連結シール材２３，２４が貼着される溝部２１，２２が前記外側面１３に形成されており、
前記連結シール材２３は、前記外側面におけるコーナー部２０に配置されることを特徴とする。

このシールドトンネル用セグメントの止水構造によれば、セグメント１１の外側面１３に貼着された地山側の帯状シール材１５と、坑道内側の帯状シール材１６とにわたって、連結シール材２３，２４が配置されるので、各帯状シール材１５，１６による浸水防止効果が何らかの不具合で低下してしまった場合であっても、各帯状シール材１５，１６間を伝って移動する浸入水を途中で阻止することが可能となる。これにより各セグメント１１間である目地部分において拡散してしまう浸水が最小限に留まり、坑道内への漏水が防がれる。また、この連結シール材２３，２４を貼付する位置を、外側面１３に形成した溝部２１，２２の位置としたことで、貼付位置を予め設定でき、またその貼付作業を行いやすくする。さらに、このシールドトンネル用セグメントの止水構造によれば、連結シール材２３の設けられる外側面１３におけるコーナー部２０の位置において、両帯状シール材１５，１６を横切るように配置されるので、両帯状シール材１５，１６間に浸水が伝わっても、この連結シール材２３の位置であるセグメント１１のコーナー部２０で通水が阻止されることとなり、浸入水の拡散を最小限とする。

なお、このシールドトンネル用セグメントの止水構造は、前記連結シール材２３，２４は、前記外側面１３の少なくとも一側面に配置されることとしてもよい。

このシールドトンネル用セグメントの止水構造によれば、連結シール材２３，２４の設けられる一側面において、両帯状シール材１５，１６を横切るように配置されるので、両帯状シール材１５，１６間に浸水が伝わっても、この連結シール材２３，２４の位置で通水が阻止されることとなる。

また、このシールドトンネル用セグメントの止水構造は、前記連結シール材２３，２４は、前記外側面１３におけるコーナー部２０の両側となる隣り合う２面３ａ，３ｃ（３ｂ，３ｄ）にそれぞれ配置されることとしてもよい。

このシールドトンネル用セグメントの止水構造によれば、連結シール材２３，２４の設けられる二つの側面において、両帯状シール材１５，１６を横切るように配置されるので、両帯状シール材１５，１６間に浸入水が伝わっても、これら連結シール材２３，２４の位置で浸入水が阻止されることとなり、この通水の拡大を防止できる。

さらに、このシールドトンネル用セグメントの止水構造は、前記連結シール材２３，２４は、水膨張性を有する素材よりなる水膨張層を備えることとしてもよい。

このシールドトンネル用セグメントの止水構造によれば、両帯状シール材１５，１６間で浸入水があった場合に、連結シール材２３，２４の位置でこの連結シール材２３，２４が吸水膨張を起こし、これにより止水されることとなる。

また、このシールドトンネル用セグメントの止水構造は、前記連結シール材２３，２４は、水膨張性を有する素材よりなることとしてもよい。

本発明に係る請求項１のシールドトンネル用セグメントの止水構造は、セグメントの外側面に貼着された地山側の帯状シール材と、坑道内側の帯状シール材とにわたって、連結シール材が配置されるので、各帯状シール材による浸水防止効果が何らかの不具合で低下してしまった場合であっても、各帯状シール材間を伝って移動する浸水をセグメント間の途中で阻止することが可能となる。これにより各セグメント間である目地部分において拡散してしまう浸水が最小限に留まり、坑道内への漏水が防がれる。そして、坑道内面には、浸水による見栄え低下を招くことがなくなり、また、この浸水によるトンネル強度・耐久性を向上させることが可能となる。
また、このシールドトンネル用セグメントの止水構造は、連結シール材の設けられる外側面におけるコーナー部の位置において、両帯状シール材を横切るように配置されるので、両帯状シール材間に浸水が伝わっても、この連結シール材の位置であるセグメントの角部分で通水が阻止されることとなり、浸入水の拡散を最小限とする。

本発明に係る請求項２のシールドトンネル用セグメントの止水構造は、セグメントの外側面に貼着された地山側の帯状シール材と、坑道内側の帯状シール材とにわたって、連結シール材が配置されるので、各帯状シール材による浸水防止効果が何らかの不具合で低下してしまった場合であっても、各帯状シール材間を伝って移動する浸水を途中で阻止することが可能となる。これにより各セグメント間である目地部分において拡散してしまう浸水が最小限に留まり、坑道内への漏水が防がれる。また、この連結シール材を貼付する位置を、外側面に形成した溝部の位置としたことで、貼付位置を予め設定でき、またその貼付作業を行いやすくすることが可能となる。
さらに、このシールドトンネル用セグメントの止水構造は、連結シール材の設けられる外側面におけるコーナー部の位置において、両帯状シール材を横切るように配置されるので、両帯状シール材間に浸水が伝わっても、この連結シール材の位置であるセグメントの角部分で通水が阻止されることとなり、浸入水の拡散を最小限とする。

以下、本発明に係るシールドトンネル用セグメントの止水構造の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るシールドトンネル用セグメントの止水構造を備えたセグメントの斜視図、図２は要部拡大断面図である。
セグメント１１は、上述したように、湾曲した略矩形板状の部材で、内面１１ａの周囲近傍に取付凹部１２が凹設され、この取付凹部１２と外側面１３とを貫通する固定穴１４を備える。外側面１３は、周壁回りに沿った前後のリング面１３ａ，１３ｂと、長さ方向に沿った上下のピース面１３ｃ，１３ｄとでなり、各面１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄには、一対の凹溝１７，１８が連続して形成される。

また、セグメント１１の外側面１３におけるコーナー部２０を挟む両側となる隣り合う２面であるリング面３ａとピース面３ｃには、溝部２１，２２がそれぞれ形成されている。これら溝部２１，２２は、一対の凹溝１７，１８のそれぞれに交差し、両凹溝１７，１８にわたり連通状態とされるとともに、各凹溝１７，１８より浅く形成され、本実施の形態では、図１に示すように矩形状に形成されている。本実施の形態では、リング面３ａの溝部２１は、リング面３ａにおけるコーナー部２０にやや近接した位置とされ、ピース面３ｃの溝部２２は、ピース面３ｃにおける略中央に位置している。

セグメント１１の外側面１３には、弾性を有する帯状シール材１５，１６が、連続した環状になるよう貼着される。帯状シール材は、地山側シール材１５と坑道側シール材１６とで対となって構成され、地山側シール材１５は、外側面１３の地山側となる凹溝１７に、坑道側シール材１６は坑道側となる凹溝１８にそれぞれ貼付される。これらシール材１７，１８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−無水マイレ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、所定断面形状例えば略台形状に押出成形したものとされる。また、各シール材１７，１８には、底面が接着面とされる。

また、外側面１３に形成された各溝部２１，２２には連結シール材２３，２４がそれぞれ貼付される。これら連結シール材２３，２４は、本実施の形態では、矩形短冊状の略均一厚さとされるシート状部材であり、天然ゴム、ウレタン系ゴム、クロロプレン系ゴム、ブチル系ゴムなどを素材とし、好ましくは水膨張性材料、例えば高吸収性樹脂と、合成ゴムとが混合成形加硫されてなる素材部分等を備えるものとされる。この連結シール材２３，２４は、各溝部２１，２２に貼着される状態では、上記した各帯状シール材１５，１６の一部を覆うようになり、これら帯状シール材１５，１６の長手方向に対して交わるように各帯状シール材１５，１６にわたり配置となる。

そして、各面１３ａ〜１３ｄが対向面となり、セグメント１がつなぎ合い結合される際、すなわちトンネル施工の際には、互いに隣接するリング面同士、ピース面同士を、固定穴１４に貫通される結合ボルト（図示せず）で締着して結合し、坑道の周壁回りａと坑道の長さ方向ｂとの両方向に沿い密につなぎ合わせ結合される（図９参照）。この状態においては、各帯状シール材１５，１６は圧縮変形し、連結シール材２３，２４が、これら帯状シール材に挟持されるようになる（図４参照）。

従って、このシールドトンネル用セグメントの止水構造では、地山側からの湧水があった場合には、各セグメント１１同士の目地部分における帯状シール材１５，１６にて浸水が防止される。各帯状シール材１５，１６は、吸水膨張し、目地部分において隙間が発生することが無いようになる。

ここで、地山側シール材１５が、欠損や接着不良などで浸水となった場合には、この地山側シール材１５と坑道側シール材１６との間に浸入し、この間隙部分を伝って各セグメント１１間に流れてしまうが、セグメント１１の外側面１３に、各帯状シール材１５，１６の長手方向に対して交わるように位置する連結シール材２３，２４が設けられていることで、この連結シール材２３，２４の位置にて浸入水が阻止される。連結シール材２３，２４は、浸入水により溝部２１，２２内で吸水膨張し、図４に示すように、セグメント１１間における間隙を埋め、外側面１３の長手方向である帯状シール材１５，１６の貼付方向の止水を行う。

本実施の形態では、外側面１３における隣り合うリング面３ａとピース面３ｃとに連結シール材２３，２４を設け、図５に示すように、各セグメント１１に設けたことにより、各セグメント１１間において、連結シール材２３，２４がそれぞれ位置することとなる。これにより、図に示す破線のように、浸水の起きた箇所（図中×印）からの浸入水は、各シール材１５，１６，２３，２４にて囲まれることとなり、対となる帯状シール材１５，１６に沿って伝い拡散してしまうことがない。

なお、上述した実施の形態では、コーナー部２０を挟む隣り合うリング面３ａとピース面３ｃとに連結シール材２３，２４を貼付し、各セグメント１１に設けて、図５に示すように、各セグメント間にそれぞれ位置するような構成としたが、図６に示すように、連結シール材をセグメント１１のコーナー部２０に設けることとしても良い。このような構成とすることで、各セグメント１１には、１つのコーナー部２０に連結シール材２３を設けることで良く、貼着される帯状シール材１５，１６の屈曲部分における止水性能を向上させるとともに、配設作業を簡素化でき、コストを抑えることが可能となる。

また、図７、８に示すように、セグメント１１の外側面１３におけるいずれかの一側面に連結シール材を設ける構成としても良い。この構成によれば、図に示す破線のように、セグメント１１の坑道の周壁回りａ方向のみ、或いは坑道の長さ方向ｂのみのいずれかとなって浸入水が流れ、全セグメント１１の目地部分に拡散してしまうことがなく、トンネルの側方に浸入水を導くことが可能となる。

さらに、上述した実施の形態では、セグメント１１の外側面におけるリング面，ピース面の各面において、連結シール材を１つ設ける例として述べたが、各面において連結シール材を複数配設することとしてもよい。その場合には、さらに浸入水の拡散が防止されることとなる。

また、上述した実施の形態では、各セグメント１１に連結シール材２３，２４を設ける例として述べたが、トンネルを構成する全てのセグメント１１に設けなくとも良く、周方向ａに連結される環状の単位で設け、これを断続的に連ねて構成する例や、セグメント１１の１つおきや、千鳥状配置などとして構成しても良い。

さらに、上述した実施の形態では、連結シール材２３，２４が貼付される溝部２１，２２をセグメント１１の各面３ａ〜３ｄに形成した例について述べたが、この溝部２１，２２を形成せずに構成することとしてもよい。すなわち、セグメント１１の各面には、図９に示すように、凹溝１７，１８が形成され、これら凹溝１７，１８に帯状シール材１５，１６が貼着されており、各帯状シール材１５，１６の一部を覆うように連結シール材２３，２４が、任意の位置に配置される。このような構成とすることで、連結シール材２３，２４の貼着される位置を限定することがなく、セグメント１１に対して、必要とされる箇所に適宜、且つ任意の数を配設することが可能となる。

また、上述した実施の形態では、連結シール材２３，２４の形状を、矩形短冊状のシート状とした例を示したが、図１０，１１に示すように、断面略矩形の略棒状の部材、例えば、帯状シール材１５，１６の断面形状と略同形状など、所定の厚みを有した部材で構成することとしてもよい。この連結シール材２３，２４の場合は、各帯状シール材１５，１６の間隔幅長と略同等の長さで構成され、好ましくは両端が各帯状シール材１５，１６に接触した構造とされる。また、この連結シール材２３，２４の素材としては、上記と同様に、天然ゴム、ウレタン系ゴム、クロロプレン系ゴム、ブチル系ゴムなどを素材とし、好ましくは水膨張性材料、例えば高吸収性樹脂と、合成ゴムとが混合成形加硫されてなる素材部分等を備えるものとされる。このような形状の連結シール材２３，２４においても、上記したように、連結シール材２３，２４を貼着するセグメント１１の各面３ａ〜３ｄには、図１０に示すように溝部を形成しない構成としてもよく、図１１に示すように溝部２１，２２を形成する構成としてもよい。なお、溝部２１，２２を形成する構成の場合（図１１参照）には、その溝部２１，２２の深さを帯状シール材１５，１６を取り付けるための凹溝１７，１８と同等の深さとすることで、連結シール材２３，２４の形状を帯状シール材１５，１６の形状と同等とすることができ、すなわち、連結シール材２３，２４と帯状シール材１５，１６を同じもので構成できることとなる。

さらに、上述した実施の形態では、セグメント１１同士の連結構造として、結合ボルトを用いて互いを連結する構成とした例を示したが、セグメント１１のピース面１３ｃ，１３ｄに、互いに嵌合し合うほぞを形成して互いを結合し連結する構造（図示せず）や、コッターピンを用いて締結するピン連結構造としての水平コッタ連結構造（図示せず）などにてセグメント１１同士を連結することとしても良い。

本発明に係るシールドトンネル用セグメントの止水構造を示す斜視図同止水構造の断面図同止水構造の分解断面図同止水構造を用いたセグメント連結状態を示す断面図同止水構造における止水状態を示す概略説明図他の実施の形態の止水構造を示す概略説明図他の実施の形態の止水構造を示す概略説明図他の実施の形態の止水構造を示す概略説明図他の実施の形態の止水構造を示す概略説明図他の実施の形態の止水構造を示す概略説明図他の実施の形態の止水構造を示す概略説明図従来のセグメントの止水構造とトンネルの概略構造を示す斜視図

符号の説明

１１…セグメント
１３…外周面
１５，１６…帯状シール材
２０…コーナー部
２１，２２…溝部
２３，２４…連結シール材

Claims

弾性を有する少なくとも対となる帯状シール材を互いが略平行となって外側面に貼着したシールドトンネル用セグメントの止水構造であって、
前記各帯状シール材の長手方向に対して交わるように各帯状シール材にわたり前記外側面に貼着される弾性を有する連結シール材を備え、
前記連結シール材は、前記外側面におけるコーナー部に配置されることを特徴とするシールドトンネル用セグメントの止水構造。
弾性を有する少なくとも対となる帯状シール材を互いが略平行となって外側面に貼着したシールドトンネル用セグメントの止水構造であって、
前記各帯状シール材の長手方向に対して交わるように各帯状シール材にわたり前記外側面に貼着される弾性を有する連結シール材を備えるとともに、該連結シール材が貼着される溝部が前記外側面に形成されており、
前記連結シール材は、前記外側面におけるコーナー部に配置されることを特徴とするシールドトンネル用セグメントの止水構造。