JP4833867B2 - セグメントの止水構造 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル用セグメントの接合面にシール材を配置したセグメントの止水構造に関する。

トンネル用のセグメントは、それぞれが湾曲した板状をなし、これを周方向に接合して環状に形成するするとともに、更に軸方向に連続させることによりトンネルを構成するものとなっている。

一般に、前記セグメントの周方向接合面であるピース間接合面や、軸方向接合面であるリング間接合面には、各々シール材を配置するための溝が設けられており、当該溝に帯状のシール材を貼り付けた状態でセグメントを接合することにより、トンネル内に地下水などが浸入しないように構成される。

前記シール材は、一本の連続した帯状のシール材をセグメントに巻き付けて一周させて前記端縁の接合部を最小限の一箇所にすることが行われている。また、前記接合部をセグメントのコーナーを除く辺の途中に設定することにより、接合部から漏洩し難くすることができる。

一方、近年ではトンネルの耐震性を向上させるために、セグメントのピース間接合面の一方に突条部を形成するとともに他方に凹部を設け、突条部が凹部に嵌入若しくは受容されるように接合される構造のセグメントが使用されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
このようなセグメントは、突条部の頂点が凹部に略接触して接合され、それ以外の部分はクリアランス、いわゆる「遊び」があり、接触しない構造となっている。そのため、地震の揺れの際にはセグメント部分が揺れに追従するように作用し、当該セグメントの破損を防止することができる。
特開２００２−３３２７９９号公報

しかしながら、特許文献１におけるセグメントの止水構造にあっては、突条部と凹部との間にシール材が配置される構成であるため、当該突条部と凹部との突き合わせ領域において、シール材が破断されてしまう可能性があり、長期使用によってシール材の反発性が失われた場合には、前述したクリアランスが変化してしまい、トンネル全体ががたついてしまう、という不都合を招来する。

また、ピース間接合面にクリアランスを形成する構造のセグメントを使用して、ピース間接合面及びリング間接合面に同一形状のシール材を配置した場合には、リング間接合面に配置したシール材は所定量圧縮されることになるが、ピース間接合面に配置したシール材は圧縮されない状態となるか、圧縮されたとしても僅かしか圧縮されない状態となってしまい止水性は低いものとなる。この一方、ピース間接合面に合わせてシール材の厚さを設定した場合には、リング間接合面は、シール材の厚さが厚くなり過ぎることになり、締め付けに非常に強い力が必要となる等の施工性に支障をきたすおそれもある。

更に、前記セグメントに連続する帯状のシール材を一周巻き付けた場合には、シール材の厚さ（高さ）はピース間接合面とリング間接合面とで同じに形成されるものであるため、それぞれの接合面の適切な厚さを形成することができないものとなる。

前記シール材はピース間接合面に貼るためのシール材、リング間接合面に貼るためのシール材を別個に用意し、合計４個のシール材をそれぞれの端面に貼り付けることにより略閉ループ状に形成することができる。
しかし、シール材の端縁同士の接合部は他の部分と比べ強度が弱く、セグメント組立時においてシール材同士が擦れたりして接合部分が切れたり、剥がれたりするおそれがある。
更に、シール材に水膨張性ゴムを使用した場合には、使用時にシール材が膨張したときに、接合部に隙間が生じたり、接合部が剥離し易くなり、シール材がセグメントから脱落するおそれもある。特にシール材の突き合わせ端縁同士の接合部がセグメントのコーナーに一致する場合には、セグメントの組み立て作業中に接合部が剥がれ易く、その部分から漏水してしまうという不都合を招来する。
また、帯状に連続したシール材で厚さの異なる部分を形成しておき、厚い部分をピース間に、薄い部分をリング間に位置するように一周巻き付ける方法も考えられるが、セグメントの大きさに合わせて正確にシール材を形成することは実用的でない。

このような事情から、ピース間接合面が突条部と凹部で接合されるセグメントを用いたトンネルの構成に際し、容易且つ確実な止水構造の提供が待望されている。

［発明の目的］
本発明は、前述した実状に鑑みて案出されたものであり、その目的は、ピース間接合面に一定のクリアランスが生じるセグメントを用いたトンネルの構成において、組み付け性が良好であり、しかも、止水性が良好なセグメントの止水構造を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、筒体を軸方向に複数分割した形状をなす板状部材の周方向一端面に、当該端面に沿う突条部を設けるとともに、他方の端面に前記突条部を受容する凹部を設けてトンネル用セグメントを形成し、前記突条部を凹部に受容させて各セグメントを環状に接合するとともに、これらセグメントを軸方向に接合して形成されるトンネルのセグメント止水構造において、
前記セグメントは、前記突条部を凹部に受容させたときに、前記端面間に所定のクリアランスが形成されるように形成され、これら突条部及び凹部に隣接する位置で前記端面の長さに略対応する溝がそれぞれ設けられ、
前記溝に、水膨張性ゴムと非膨張性ゴムを組み合わせた複合構造を有する第１及び第２のシール材が配置され、
第１のシール材及び第２のシール材は帯状シール材により構成され、第２のシール材は第１のシール材に重なる状態で前記セグメントを一周するように巻き付けられ、
前記第１のシール材の幅方向外側と、第２のシール材の幅方向外側に非膨張性のゴムが用いられる、という構成を採っている。

本発明において、前記第１のシール材は略Ｃ字状のチャンネルを長さ方向に備えた帯状シール材であり、当該第１のシール材に重なる第２のシール材は、前記チャンネル内に位置するように配置される、という構成を採ることが好ましい。

また、前記溝は、前記突条部及び凹部の内側と外側にそれぞれ形成するとよい。

シール材を構成する材料としては、天然ゴム、合成ゴムが使用できるが、継手の動きに追従するため適度な伸縮性と反発弾性を有するものであれば何でも良い。具体的にはイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。また、この他に軟質塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂やウレタン製やポリエチレン製の発泡体等も使用可能である。
また、これらのゴム基材に親水性ウレタン樹脂や高吸水性樹脂を混合し、水膨張機能を付与した水膨張ゴムでも良く、水膨張ゴムと非膨張ゴムを複合構造にしたものが更に好ましい。特に、シール材の大部分を水膨張性ゴムで形成し、その側面に非膨張性ゴムを形成するとシール材の幅方向に膨張するのを防止することができ好ましい（高さ方向に膨張するのが好ましい）。

本発明によれば、セグメントの組み付け性が良好でシール材が膨張してもセグメントから脱落せず、長期的に止水性を保持することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示されるように、本発明に係るトンネル１０は、コンクリートからなる複数のセグメント１１によって構成される。セグメント１１は、筒体を軸方向に六分割した板状部材であり、六枚のセグメント１１が一組とされ、これらを周方向に相互に接合して環状とし、これを軸方向に順次接合することでトンネル１０を構成する。なお、各セグメントは、六分割されたものに限定されるものではなく、分割数は任意に決定される。

前記セグメント１１は、図２ないし図４に示されるように、平面形状が略方形をなし、円弧状に湾曲したコンクリート製若しくは鋼製のものが好ましくは採用される。このセグメント１１は、図２ないし図４に示されるように、環状となるように接合した際の周方向両側に位置する端面がピース間接合面１１Ａ、１１Ｂとされる一方、軸方向となる端面がリング間接合面１１Ｃとされる。ピース間接合面１１Ａ、１１Ｂのうち、一方のピース間接合面１１Ａには、当該ピース間接合面１１Ａの略全長に亘って延びる突条部１５が設けられているとともに、他方のピース間接合面１１Ｂには、突条部１５を受容する凹部１６がピース間接合面１１Ｂの略全長に亘って形成されている。これらセグメント１１は、隣接するセグメント１１間において、突条部１５が凹部１６に受容された状態で接合されるとともに、当該接合状態で、ピース間接合面１１Ａ、１１Ｂ間にクリアランスＣ（図６参照）が形成される寸法設定とされている。

前記ピース間接合面１１Ａ、１１Ｂには、図６に示されるように、突条部１６及び凹部１６の内側及び外側に溝１７がそれぞれ形成されている。各溝１７は、底部１７Ａと、当該底部１７Ａの幅方向両端から次第に拡開するように傾斜した側面１７Ｂとを備えた形状となっている。また、前記リング間接合面１１Ｃには、図７に示されるように、前記溝１７に連なる溝１８が形成されている。この溝１８も、溝１７と同様の底部１８Ａ、側面１８Ｂを備えた形状とされ、これにより、セグメント１１の外周端面には、前記溝１７，１８により連続した閉ループ状の溝が形成される。

前記ピース間接合面１１Ａ、１１Ｂにおける各溝１７には、第１のシール材２０がそれぞれ配置され、当該第１のシール材２０上には、第２のシール材２１が重なる状態で配置される。第１及び第２のシール材２０、２１は、図５に示されるように、それぞれ帯状に延びる形状を備えており、第１のシール材２０は、略Ｃ字状のチャンネル２２を長さ方向に備えた形状に設けられている。この一方、第２のシール材２１は、前記チャンネル２２内に収まる幅を備えた形状に設けられている。第１のシール材２０は、接着剤を介して前記ピース間接合面１１Ａ、１１Ｂの溝１７内に貼付され、第２のシール材２０は、接着剤を介して第１のシール材２０のチャンネル２２内に貼付される。なお、前記リング間接合面１１Ｃには、前記溝１８に第２のシール材２１が貼付される。この第２のシール材２１は、セグメント１１の外周端面を一周する長さのものが用いられ、当該第２のシール材２１は、セグメント１１の外周におけるコーナーを除く任意の位置に第２のシール材２１の一端を始点として貼付し、外周端面を一周するように巻き付けて第２のシール材２１の他端を前記始点に突き合わせるようにして貼付される。

以下に、本発明の更に具体的な実施例及び止水実験の結果について説明する。

［実施例］
セグメント１１はコンクリート製とし、ピース間接合面１１Ａ、１１Ｂの長さが１６００ｍｍ、リング間接合面１１Ｃの長さが３６００ｍｍ、厚さ３２０ｍｍのものとし、６枚合わせると円形（環状）になるものを使用した。
ピース間接合面１１Ａ、１１Ｂ間は内側（坑内側）、外側（地山側）とも約３ｍｍのクリアランスＣを生じており、リング間接合面１１Ｃ間はクリアランスがＣが生じない構造である（目開き量０ｍｍ）。
ピース間接合面１１Ａ、１１Ｂ及びリング間接合面１１Ｃには以下寸法の溝１７、１８が設けられている。
溝１７は、図６（Ｂ）において、ｗ１：２５ｍｍ、ｗ２：３０ｍｍ、ｄ１：２．５ｍｍ、ｄ２：２．５ｍｍ、ｔ１：３ｍｍ）、溝１７，１７間の断面積は２２７．５ｍｍ^２である。
溝１８は：図７（Ｂ）において、ｗ３：２５ｍｍ、ｗ４：３０ｍｍ、ｄ３：２．５ｍｍ、ｄ４：２．５ｍｍ、溝１８間の断面積は１３７．５ｍｍ^２である。

第１のシール材２０は、図５において、ｗ５：１７ｍｍ、ｗ６：２３ｍｍ、ｔ２：１．５ｍｍ、ｔ３：３ｍｍであり、第２のシール材２１は、ｗ７：１７ｍｍ、ｔ４：４ｍｍのものを使用した。
第１及び第２のシール材２０，２１の材質はクロロプレンゴムである。また、これらシール材の硬度はＡ４５である。ここでは、水膨張性のゴムと非膨張性のゴムを組み合わせた複合構造のものが用いられ、シール材全体で膨張率が２００％になるように、水膨張性ゴムの材質、水膨張性ゴムと非膨張性ゴムの比率が選択される。ここで、前記非膨張性のゴムは、第１のシール材２０の幅方向外側と、チャンネル２２を除く上面側に用いられ、第２のシール材２１では、幅方向外側に用いられ、これにより、シール材幅方向への膨張を抑制するようにした。
なお、接着方法はピース間接合面１１Ａ、１１Ｂにゴム系溶剤揮散型接着剤を塗布し、１０分〜３０分指触乾燥させた後、接着剤被塗布面に第１のシール材２０を貼り付けた。次に、第１のシール材２０のチャンネル２２内部及びリング間接合面１１Ｃにゴム系溶剤揮発型接着剤を塗布し、１０分〜３０分指触乾燥させた後、接着剤被塗布面に第２のシール材２１を貼り付けた。

［止水実験１］
本発明のピース間接合部を想定した構造での止水実験を模擬セグメントを用いて行った。
図８に示す模擬セグメントシール構造に前記実施例と同様の溝を形成し、第１シール材と第２シール材を重ね合わせてシール材を形成した。シール材同士が接触するように接合した。ただし、接合面間に４ｍｍのスペーサーを入れて、ピース間接合面にクリアランスが生じるようにした。４ｍｍのスペーサーとは、ピース間に想定される３ｍｍに１ｍｍの施工誤差（目開き１ｍｍという）時を想定したものである。
また、４ｍｍのスペーサーに替え、６ｍｍのスペーサーを用いて行った。これはピース間に想定される３ｍｍに３ｍｍの変異（地震などでセグメントが移動した場合：（目開き３ｍｍという））を想定したものである。なお、図８の上側フランジと下側フランジの溝は上側フランジが３ｍｍ内側に形成され、シール材同士が３ｍｍずれて接触するようにしている（目違い量３ｍｍを想定している。なお、目違い量とはシール材の横方向のズレである）。

［止水実験２］
また、シール材の形状を変えて止水実験１と同様に行った。
第１のシール材としてチャンネルを有しない平坦な帯状シール材（幅：２０ｍｍ、厚み１．５ｍｍ、水膨張ゴムの幅方向両端部に非膨張ゴムを配したもの）を用い、第２のシール材として帯状シール材（幅：２０ｍｍ、厚み：４ｍｍ、水膨張ゴムの幅方向両端部に非膨張ゴムを配したもの）を貼り合わせ、止水性を測定した。

止水実験１及び止水実験２で準備したシール材を用いて止水実験（耐水圧試験）を行った。
止水圧は、スペーサー４ｍｍ（目開き量１ｍｍ）の実験は、水圧を０．１〜０．５ＭＰａと変化させ、即時止水性を確認した。その結果を表１に示す

また、スペーサー６ｍｍ（目開き量３ｍｍ）の実験は、吸水養生１４日させた後水圧を０．１〜０．４ＭＰａまで変化させて止水性を確認した。その結果を表２に示す。

さらに、その後、０．４ＭＰａの圧力を維持したままその状態を１８０日間保持し長期止水性の確認を行った。その結果を表３に示す。

以上の試験において、目開き量１ｍｍ、目違い量３ｍｍ時は、止水実験１及び止水実験２とも、水圧０．５ＭＰaを止水できた。しかし、目開き量３ｍｍ・目違い量３ｍｍ時は、止水実験１は１８０日間止水性を保持したが、止水実験２は６０日後において漏水が発生した。このことから止水実験１の方が良好な止水性を示すことが確認された。

実施形態を示すトンネルの概略斜視図。 トンネルを構成するセグメントの概略斜視図。 図２のＢ−Ｂ線に沿う矢視拡大断面図。 図２のＡ−Ａ線に沿う矢視拡大断面図。 第１のシール材と第２のシール材の要部斜視図。 （Ａ）はピース間接合面を接合した状態を示す平面図、（Ｂ）は図６（Ａ）のＣ部拡大図。 （Ａ）はリング間接合面を接合した状態を示す平面図、（Ｂ）は図７（Ａ）のＤ部拡大図。 本発明に係るシール構造の試験装置を示す概略正面図。

符号の説明

１０ トンネル
１１ セグメント
１１Ａ、１１Ｂ ピース間接合面
１１Ｃ リング間接合面
１５ 突条部
１６ 凹部
２０ 第１のシール材
２１ 第２のシール材

Claims (3)

1. 筒体を軸方向に複数分割した形状をなす板状部材の周方向一端面に、当該端面に沿う突条部を設けるとともに、他方の端面に前記突条部を受容する凹部を設けてトンネル用セグメントを形成し、前記突条部を凹部に受容させて各セグメントを環状に接合するとともに、これらセグメントを軸方向に接合して形成されるトンネルのセグメント止水構造において、
   前記セグメントは、前記突条部を凹部に受容させたときに、前記端面間に所定のクリアランスが形成されるように形成され、これら突条部及び凹部に隣接する位置で前記端面の長さに略対応する溝がそれぞれ設けられ、
   前記溝に、水膨張性ゴムと非膨張性ゴムを組み合わせた複合構造を有する第１及び第２のシール材が配置され、
   前記第１のシール材及び第２のシール材は帯状シール材により構成されるとともに、第２のシール材は第１のシール材に重なる状態で前記セグメントを一周するように巻き付けられ、
   前記第１のシール材の幅方向外側と、第２のシール材の幅方向外側に非膨張性のゴムが用いられていることを特徴とするセグメントの止水構造。
2. 前記第１のシール材は略Ｃ字状のチャンネルを長さ方向に備えた帯状シール材であり、当該第１のシール材に重なる第２のシール材は、前記チャンネル内に位置するように配置されることを特徴とする請求項１記載のセグメントの止水構造。
3. 前記溝は、前記突条部及び凹部の内側と外側にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のセグメントの止水構造。

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