JP4880531B2 - 裏込め材注入孔の止水構造 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル覆工用セグメント等の抗土水圧構造物に適用される裏込め材注入孔の止水構造に関するものである。

シールド工法のトンネル覆工用セグメント、推進工法の推進管や開削工法の暗渠などの抗土水圧構造物において、トンネル覆工用セグメントを例として説明する。

トンネルの構築に用いられるシールド工法では、地山の安定を図るために、シールドマシンの掘進によって生じる、地山とセグメントリングとの間の空隙に裏込め材を充填しながら施工する。その裏込め材を、セグメントに取り付けた裏込め材注入孔を用いてトンネル内部から充填する場合には、裏込め材注入孔を構成する注入管のねじ部に逆止弁を螺合して、裏込め材や地下水のトンネル内部への流入を防止している。

また、裏込め材を、セグメントに取り付けた裏込め材注入孔を用いてトンネル内部から充填する前記方法に代えて、予めシールドマシンに取り付けてある裏込め材注入管から裏込め材を放出して、裏込め材を充填する同時注入という方法も多く採用されている。この場合、該裏込め材注入管内の裏込め材が固化して管内が閉塞された場合、裏込め材の注入量不足をきたし、時には注入不能の事態に陥り、地盤沈下を誘発することもある。そのため、いくつかのセグメントに裏込め材注入孔を取り付け、不測の事態にはこの裏込め材注入孔から裏込め材を補足注入できるように対処する場合もある。

さらに、前記のいずれかの方法による一次注入後において、例えば、地下鉄トンネルにおいて併設したトンネル間を開放して駅部を構築する場合には、その構築過程においてセグメントリングに変位、変形が生ずるため、それによる周辺地盤の乱れや地盤沈下を防止するために再注入を要することがある。その他、細粒分の少ない砂礫層では、注入された裏込め材が砂礫層内の空隙部に逸失したり、流動している地下水で希釈されたりする場合には、再注入することがある。

裏込め材注入孔に取り付けられる従来の逆止弁は、筒状本体内にヒンジ部により開閉する軟質プラスチック製等の２枚の半円形の弁板により裏込め材の逆流を防止するものが用いられていた(例えば特許文献１参照)。

また、特許文献２〜５には、弁体をスプリングの押圧力により弁座に押し付け、裏込め材の注入圧によりスプリングの押圧力に抗して弁体を弁座から離間させて開くように構成された逆止弁が記載されている。
特開平３−２８７９９８号公報 実開平６１−１３５９９３号公報 実開平６３−２３３９４号公報 実用新案登録第３００７８６３号公報 特開平０７−１５８３８８号公報

前述した従来のヒンジ部により開閉する逆止弁の場合、止水性が低く、弁部もしくは注入管に螺合しているねじ嵌合部から漏水する場合がある。

また、前述のように再注入の必要がある場合には、一度逆止弁を取り外し、注入管内の硬化した裏込め材を取り除いてから再び逆止弁を取り付けて注入する必要があるが、逆止弁を取り外して注入管内を清掃する際にはトンネル内部に地下水等が流入してこないよう十分に注意する必要があるが、従来の止水構造では、一つの逆止弁による簡易な止水であるため、十分な対処ができなかった。

本発明は、前述のような問題の解決を図ったものであり、シールド工法のセグメント等の裏込め材注入孔に設けられる、逆止弁を用いた止水構造において、逆止弁の止水性の向上、着脱の容易化、安全性の向上を図ることができ、さらに裏込め材の再注入作業の安全性の向上及び作業性の向上を図ることができる裏込め材注入孔の止水構造を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る止水構造は、抗土水圧構造物に埋設される裏込め材注入孔の内部に設けられる逆止弁を用いた止水構造であり、弁本体の内部に設けられた弁体をばねの押圧力により弁座に押圧して弁座開口を閉じ、裏込め材の注入圧によりばねの押圧力に抗して弁体を弁座から離間させて弁座開口を開くように構成された高止水逆止弁と、この高止水逆止弁の弁本体を裏込め材の注入方向の両側から挟むように配置され、裏込め材注入孔の内面に形成された溝部に装着することにより高止水逆止弁を裏込め材注入孔の内部に着脱可能に取り付ける止め輪から構成されていることを特徴とする。

図１〜図１０に例示するように、本発明は、シールド工法のセグメントリングの裏込め材注入孔に設けられる、逆止弁を用いた止水構造であり、圧縮コイルばね等を用いた逆止弁により止水性の向上を図り、かつ、止め輪を用いることにより裏込め材注入孔を構成する注入管からの着脱を容易とするものである。

注入管の内部の所定箇所に加工した溝部に、一部が分断されて弾性変形が可能なリング状の止め輪を装着し、一対の止め輪により高止水逆止弁を挟持して強固に固定する。高止水逆止弁の弁本体と注入管の内面との間の空隙部にはＯリング等のシールリングを配置し、隙間からの漏水を防止する。通常はばねの押圧力により弁体が弁座に押し付けられ、弁座開口を閉じ、裏込め材注入時には、裏込め材の注入圧によりばねが圧縮され、弁体が弁座から離間して弁座開口を開き、注入後は、ばねの伸長力（復元力）により弁体が弁座に確実に接触して弁座開口を確実に閉じ、裏込め材の逆流が確実に防止される。止め輪によりセグメント内部空間側から容易に取り付け、取り外しが可能となる。

図１〜図１０に例示するように、セグメントの裏込め材注入孔を逆止弁により二重に止水するものであり、止水性及び安全性の向上を図り、かつ、裏込め材の再注入作業の安全性の向上及び作業性の向上を図るものである。図１〜図４に示すように、２つの逆止弁はセグメントを貫通する注入管に設け、あるいは、図５、図６に示すように、セグメント本体にねじで取付けた注入管または注入管及び本体注入孔に設け、あるいは、図９、図１０に示すように、セグメントの組立装置であるエレクターの吊手金具を注入孔の一部として兼用し、この吊手金具に連通するように取付けた注入管に設ける。

弁体がヒンジ部により開閉する簡易逆止弁を用い、弁体がばねの押圧力で閉じる高止水逆止弁を用い、この高止水逆止弁は止め輪により着脱可能に固定するのが好ましい。

二重の逆止弁により止水性の向上及び安全性の向上が図れる。裏込め材の注入完了後、再注入の必要性が生じた場合には、注入管または吊手金具を閉塞しているプラグを外し、高止水逆止弁までの裏込め材を除去し、高止水逆止弁の注入側の止め輪を外し、高止水逆止弁を、フック１１ｄを利用して取り外す。止め輪を外すだけで高止水逆止弁を容易に取り外すことができる。次いで、必要に応じて、簡易逆止弁までの裏込め材を除去するが、この時、地山側には、簡易逆止弁があるので、裏込め材や地下水が多量に逆流してくることはなく、安全に、かつ、容易に清掃を行うことができる。

簡易逆止弁の直前まで裏込め材を除去する場合と、除去しない場合がある。即ち、裏込め材の発現強度によっては、除去せずに再注入が可能であり、この場合、高止水逆止弁を取り外すだけでよい。高止水逆止弁は、清掃した後、取付ける。

図１１に例示するように、裏込め材注入完了後に地山と裏込め材との間に空隙等が発生しても、二重止水構造により、裏込め材の再注入作業を、安全に、かつ、作業性良く行うことができる。

(1) シールド工法のセグメント等の裏込め材注入孔に設けられる、逆止弁を用いた止水構造において、圧縮コイルばね等を用いた逆止弁により止水性が向上し、かつ、止め輪を用いることにより注入孔を構成する注入管からの着脱が容易となる。
(2) 裏込め材注入孔を逆止弁により二重に止水することにより、止水性及び安全性が向上する。
(3) 二重に止水することにより、裏込め材の再注入作業の安全性の向上及び作業性の向上を図ることができる。

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図１は本発明のコンクリートセグメントへの二重止水構造の一実施形態を示す断面図である。図２は鋼製セグメントへの、図３は合成セグメントへの二重止水構造の一実施形態を示す断面図、図４〜図６はダクタイルセグメントへの二重止水構造の種々の実施形態を示す断面図である。図７は本発明で用いる高止水逆止弁の一例を示す断面図と部品の平面図等である。図８は図１の二重止水構造を断面にして示す斜視図である。図９は本発明の図１の二重止水構造の他の例を示す断面図である。図１０は図９の二重止水構造を断面にして示す斜視図である。図１１は本発明の再注入方法の一例を工程順に示す断面図である。

図１の実施形態は、プレキャストコンクリート部材のセグメント１のトンネル内部側の内面から地山側の外面に貫通する注入管２を埋設して裏込め材注入孔を形成した例であり、この注入管２の内部のセグメント内面側（トンネル内部側）に高止水逆止弁１０を配置し、セグメント外面側（地山側）に従来型の簡易逆止弁２０を配置し、高止水逆止弁１０はトンネル内部側から着脱できるようにし、二重止水構造により止水性及び安全性の向上を図り、かつ、再注入の際の安全性の向上及び作業性の向上を図る。

図２の鋼製セグメント１、図３の合成セグメントでは、そのスキンプレート１ａに注入管２の端部が溶接で取り付けられる。図４〜図６のダクタイルセグメント１においては、図４の例では注入管２がセグメント本体と一体的に形成されている。図５の例ではセグメント本体の注入孔に注入管２がねじで取り付けられている。図６の例では、セグメント本体の注入孔に簡易止水弁２０がねじで取り付けられ、さらに高止水逆止弁１０のみが設けられた注入管２がねじで取り付けられている。

高止水逆止弁１０は、図１〜図７に示すように、主として、弁本体１１と、弁体１２と、圧縮コイルばね１３から構成され、注入管２の内部の中間位置に挿入され、上下に一対の止め輪１４により取り付け・取り外し可能に固定される。

弁本体１１は、円筒部材１１ａと、円板状の弁座１１ｂと、ばね取付部材１１ｃおよびフック１１ｄから構成され、内部に弁体１２と圧縮コイルばね１３が収納される。弁座１１ｂは中央に弁座開口１５が形成され、圧縮コイルばね１３により押圧された弁体１２が弁座開口１５を塞ぐようにされている。弁体１２は、図７（ｄ）に示すように、弁座開口１５に挿入される凸部を下面中央に有する形状とし、凸部の周囲にゴム等のシールリング１２ａを設けて止水性を高めるようにしてもよい。また、図７（ｅ）に示すように、弁座１１ｂにゴム等のシールリング１２ａを貼付し、止水性を高めるようにしてもよい。

ばね取付部材１１ｃは、図７（ｃ）に示すように、例えば平面形状が十字状とされ、４つの裏込め材排出開口１６が形成される。このばね取付部材１１ｃと弁体１２との圧縮コイルばね１３が圧縮状態で配置される。なお、この際、ばね取付部材１１ｃと圧縮コイルばね１３とは、それらの中心軸を一致させて固着させてもよいが、さらに図７（ｆ）に示すように、圧縮コイルばね１３の中心軸と中心軸が一致して固着されたガイド１１ｅ（例えば平座金のようなものでもよい。）を案内として、その外側に圧縮コイルばね１３が装着されるよう構成してもよい。

通常は圧縮コイルばね１３の押圧力により弁体１２が弁座１１ｂに押し付けられ、弁座開口１５を閉じる。裏込め材注入時は、裏込め材の注入圧により圧縮コイルばね１３が圧縮され、弁体１２が弁座１１ｂから離間して弁座開口１５を開く。注入後は、圧縮コイルばね１３の伸長力（復元力）により弁体１２が弁座１１ｂに確実に接触して弁座開口１５を確実に閉じ、裏込め材の逆流が確実に防止される。

止め輪１４は、弁本体１１を上下両側から挟むように配置され、注入管２の内面に上下に間隔をおいて形成された上下一対の溝部１７にそれぞれ装着される。止め輪１４は、ばね鋼からなる一部が分断されて弾性変形が可能なリング状の板材であり、縮径変形させることにより溝部１７に簡単に取り付けることができ、また溝部１７から簡単に取り外すことができる。取り付けた状態では、止め輪１４の外側部分が溝部１７内に嵌め込まれ、止め輪１４の内側部分が弁座１１ｂ・ばね取付部材１１ｃを係止めし、上下一対の止め輪１４により弁体１２が挟持された状態で強固に固定される。

弁座１１ｂ・ばね取付部材１１ｃの外径は、注入管２の内径よりも小さいため、止め輪１４との隙間からの漏水を防止するため、さらに小さい外径の円筒部材１１ａと注入管２の間にＯリング等のシールリング１８を配置している。

なお、高止水逆止弁１０の弁本体１１は、鋼材、強化プラスチック、セラミック等を用いることができる。圧縮コイルばね１３は、板ばねや皿ばねなどのその他の弾性部材を使用してもよく、その材質は、鋼、強化プラスチック等を用いることができる。弁体１２には、鋼材、強化プラスチック、セラミック、ゴム等を用いることができる。

従来型の簡易逆止弁２０は、主として、円筒形の弁本体２１と、左右一対の半円形の弁体２２から構成され、弁体２２を弾性変形可能なヒンジ部２２ａを介して本体中央の隔壁２２ｂに取り付けることにより、弁体２２が片持ち式でスイング開閉するフラッパー弁である。弁本体２１の内面には、半円リング状の弁座２２ｃを設け、この弁座２２ｃに弁体２２を押し付けて弁座開口２３を閉じる。

通常は弁体２２の平板形状により弁体２２が弁座２２ｃに押し付けられ、弁座開口２３を閉じる。裏込め材注入時は、裏込め材の注入圧によりヒンジ２２ａが弾性変形して弁体２２が上方に傾動して弁座開口２３を開く。注入後は、ヒンジ２２ａの復元力により弁体２２が弁座２２ｃに接触して弁座開口２３を閉じ、裏込め材の逆流が防止される。

注入管２の内部のセグメント外面側には、雌ねじ２ａが形成されており、弁本体２１の外面に、雌ねじ２ａに螺合する雄ねじ２４を形成することにより、簡易逆止弁２０を注入管２のセグメント外面側からねじ込みで取り付けることができる。なお、注入管２の内部のセグメント内面側には、裏込め材の注入ニップルあるいはプラグがねじ込まれる雌ねじ２ｂが形成されている。

図９、図１０の実施形態は、シールドトンネルのセグメントの組立装置であるエレクターにより吊り上げるための吊手金具によるエレクター孔が設けられているセグメントに適用される場合の例であり、セグメント１のトンネル内部側に吊手金具３０が埋設されている。

この吊手金具３０の内部にはエレクター孔が形成されており、そのエレクター孔の内面には、エレクターの吊上用ボルトが螺合される雌ねじ３１が形成されており、その上部のフランジ３２部分の内部に注入開口３３を形成することにより、吊手金具３０を注入管の一部として兼用する。

この注入開口３２に、図１等の実施形態と同様の注入管２を挿入取り付けし、吊手金具３０と注入管２とで裏込め材の注入孔を構成する。注入管２には、高止水逆止弁１０と簡易逆止弁２０が配置されている。これらの構造は、図１等の実施形態と同様であるため、説明は省略する。なお、吊手金具３０の雌ねじ３１は、裏込め材の注入ニップルあるいはプラグの取り付けに利用する。

以上のような二重止水構造において、以下の示すような手順で裏込め材の再注入が行われる（図１１参照）。なお、図１１の二重止水構造は、図９、図１０の実施形態の場合である。図１〜図６の実施形態の場合も同様である。

（1）裏込め材の注入完了状態で吊手金具３０の注入側には樹脂プラグ４０が装着されている。地山Ａとセグメント１との間、吊手金具３０及び注入管２の内部にも、裏込め材Ｂが充填されている。

（2）地山Ａと裏込め材Ｂとの間に空隙Ｃが発生すると、再注入が必要となる。

（3）樹脂プラグ４０を取り外し、高止水逆止弁１０までの裏込め材Ｂを除去する。高圧止水弁１０の注入側の止め輪１４を取り外す。

（4）高止水逆止弁１０を取り外す。この高止水逆止弁１０は止め輪１４を外すことによりフック１１ｄを利用して簡単に取り外すことができる。残りの止め輪１４を取り外す。簡易逆止弁１０までの裏込め材Ｂを除去する。高止水逆止弁１０を取り外しても、地山側には、簡易逆止弁２０があるので、裏込め材や地下水が多量に逆流してくることはなく、安全かつ容易に清掃を行うことができる。なお、図１１（iv）では、簡易逆止弁２０の直前で裏込め材を除去したが、裏込め材の発現強度によっては、高止水逆止弁１０を取り外すだけでよい。

（5）地山側の止め輪１４、高止水逆止弁１０、注入側の止め輪１４の順に取り付ける。注入管５０の注入ニップル５１を吊手金具３０に接続する。注入管５０は注入ポンプに接続される。

（6）裏込め材Ｂを再注入する。裏込め材Ｂが高止水逆止弁１０、簡易逆止弁２０を通って充填され、空隙Ｃが解消される。

（7）再注入が終了すると、注入ニップル５１を取り外す。

（8）樹脂プラグ４０を吊手金具３０に取り付けて、再注入が完了する。

なお、本発明は以上のような図示例に限定されないことは言うまでもない。また、シールド工法のセグメントに限らず、その他の抗土水圧構造物の裏込め材注入孔にも本発明を適用することができる。

本発明のコンクリートセグメントへの二重止水構造の一実施形態を示す断面図である。 本発明の鋼製セグメントへの二重止水構造の一実施形態を示す断面図である。 本発明の合成セグメントへの二重止水構造の一実施形態を示す断面図である。 本発明のダクタイルセグメントへの二重止水構造の実施形態(例１)を示す断面図である。 本発明のダクタイルセグメントへの二重止水構造の実施形態(例２)を示す断面図である。 本発明のダクタイルセグメントへの二重止水構造の実施形態(例３)を示す断面図である。 本発明で用いる高止水逆止弁の一例であり、（ａ）は全体の断面図、（ｂ）は止め輪の平面図、（ｃ）はばね取付部材の平面図、（ｄ）は弁体の他の例を示す側面図と裏面図である。 図１の二重止水構造を断面にして示す斜視図である。 本発明の図１の二重止水構造の他の例を示す断面図である。 図９の二重止水構造を断面にして示す斜視図である。 本発明の再注入方法の一例を工程順に示す断面図である。

符号の説明

１…セグメントリング
１ａ…スキンプレート
２…注入管
２ａ…雌ねじ（地山側）
２ｂ…雌ねじ（トンネル内部側）
１０…高止水逆止弁
１１…弁本体
１１ａ…円筒部材
１１ｂ…弁座
１１ｃ…ばね取付部材
１１ｄ…フック
１１ｅ…ガイド
１２…弁体
１２ａ…ゴム等のシールリング
１３…圧縮コイルばね
１４…止め輪
１５…弁座開口
１６…裏込め材排出開口
１７…溝部
１８…Ｏリング等のシールリング
２０…簡易逆止弁
２１…弁本体
２２…弁体
２２ａ…ヒンジ部
２２ｂ…隔壁
２２ｃ…弁座
２３…弁座開口
２４…雌ねじ
３０…吊手金具
３１…雌ねじ
３２…フランジ
３３…注入開口
４０…樹脂プラグ
５０…注入管
５１…注入ニップル
Ａ…地山
Ｂ…裏込め材
Ｃ…空隙

Claims (1)

1. 抗土水圧構造物に埋設される裏込め材注入孔の内部に設けられる逆止弁を用いた止水構造であり、弁本体の内部に設けられた弁体をばねの押圧力により弁座に押圧して弁座開口を閉じ、裏込め材の注入圧によりばねの押圧力に抗して弁体を弁座から離間させて弁座開口を開くように構成された高止水逆止弁と、この高止水逆止弁の弁本体を裏込め材の注入方向の両側から挟むように配置され、裏込め材注入孔の内面に形成された溝部に装着することにより高止水逆止弁を裏込め材注入孔の内部に着脱可能に取り付ける止め輪から構成されていることを特徴とする止水構造。

Images