JP4890390B2 - エントランスシール装置 - Google Patents

Description

本発明は、地下構造物接合部でのエントランスシール装置に係り、例えば、既設のトンネルに側面で接合する避難通路用のトンネルを構築する工法で利用されるエントランスシール装置に関する。

例えば、上下線が平行に延びる道路トンネルでは、上下線を連絡する避難通路が設置されている。
そこで、図１４に避難通路が構築された道路トンネルの断面を示す。

この図１４において、参照番号１は上り線の道路トンネル、２は下り線の道路トンネルを示す。上下線道路トンネル１、２は、シールドトンネルである。避難通路３は、道路トンネル１、２の側面で接合し、両者を連絡するようになっている。避難通路３は、道路トンネル１、２を完成した後で構築される。
従来、避難通路３を構築する場合、避難通路の掘削に先立って、大規模な地盤改良工事の実施が必要不可欠とされてきた。

この種の地盤改良の補助工法としては、水ガラス系またはセメント系の注入材を地盤中に注入して地盤強度を高める薬液注入工法や、地盤中の間隙水を一時的に凍結させることで地盤強度を高める凍結工法が代表的なものである。
高速道路のような大規模な道路トンネルでは、避難通路を構築する前準備である地盤改良工法自体が大掛かりな工法となる。また、薬液注入工法では、周辺に存在する河川、井戸などの水質や水脈への悪影響が懸念される。凍結工法では、凍結による隆起と解凍による変形等の周辺地盤への影響が大きい。
そこで、近年では、地盤改良の補助工法を実施することなく、避難通路を接合構築する工法の開発が進められている。
新工法の一つとして、縦に鋼管を推進する工法を応用することが検討されている。この新工法は、一方のトンネル側を発進坑として、先端にカッタビットの付いた大口径の鋼管からなるケーシングを回転させながら水平に推進し、他方のトンネル側まで推進するというものである。

この新工法によれば、大口径のケーシングの推進そのものは、地盤の強化をすることなく行えるので、推進完了後に鋼管内部の土砂を撤去することにより、避難通路用のトンネルを開通させることができるので、地盤改良の補助工法を省略して大幅な工期、工費の低減を実現することが期待されている。

しかしながら、上述した新工法のようにカッタビットの付いたケーシングを水平に推進する場合、地圧のかかった地下水の侵入を防止するために発進坑側の防護コンクリートにエントランスシール装置を設ける必要がある。

ところが、従来のエントランスシール装置は、ケーシングの回転を予定しておらず、ケーシングの外周部だけしかシールが効かないという問題がある。このため、地盤からケーシングの内部に地下水が侵入するのを防止することができない。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、先端にカッタビットの付いたケーシングを回転させながら水平に推進する場合にケーシングの外周面、内周面を共にシールできるようにしたエントランスシール装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、発進側地下構造物と到達側地下構造物の間を連絡するトンネルを開設するため、前記発進側地下構造物に打設した防護コンクリートから推進工法により推進するケーシングの内・外周面両面をシールするエントランスシール装置であって、前記防護コンクリートに一端部が固定され、前記ケーシングの内径よりも小さな外径をもつ円筒形の内側シールケースと、前記内側シールケースの外側に同軸に配置されるように、前記防護コンクリートに一端が固定され、前記ケーシングの外径よりも大きな内径を有する円筒形の外側シールケースと、前記内側シールケースの外周面に着脱可能に固定されたリング状の内側シール部材と、前記外側シールケースの内周面に着脱可能に固定されたリング状の外側シール部材と、からなることを特徴とするものである。

本発明によれば、先端にカッタビットの付いたケーシングを回転させながら水平に推進する場合にケーシングの外周面、内周面を共にシールし、確実な止水対策を施すことができる

以下、本発明によるエントランスシール装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態によるエントランスシール装置が用いられる地下構造物接合部の工事例を示す。
図１において、参照符号１、２は、高速道路上下線を構成する道路トンネルを示す。ここでは、道路トンネル１を発進側とし道路トンネル２を到達側として、両者を連絡する避難通路を開設する。道路トンネル１、２の側面には防護コンクリート４、５が打設される。発進側防護コンクリート４、到達側防護コンクリート５は、複数本のタイロッド６によって固定される。避難通路の開設工事は、大口径の鋼管からなるケーシングを発進側防護コンクリート４から推進する工程と、ケーシング内部から土砂を取り出し撤去して、避難通路を完成する工程とからなる。

図１において、参照番号１０は、エントランスシール装置を示す。このエントランスシール装置１０は、発進側の防護コンクリート４の表面に固定される。エントランスシール装置１０は、防護コンクリート４から推進工法によりケーシングを推進する間、ケーシングの内・外周面両面をシールして止水するためのものである。なお、図１において、８４は、止水材を注入するＵ字パイプを示す。

次に、図２は、発進側の防護コンクリート４を正面からみた図であり、図３は、図２におけるA部を拡大して示す図である。

エントランスシール装置１０は、直径数メートルにもなる大きな円環状の構造物であり、それぞれ円筒形の内側シールケース１１、外側シールケース１２を含む。内側シールケース１１の外周面側には、斜線で示す位置にリング状の内側シール部材２２が取り付けられている。外側シールケース１２の内周面側には、同じく斜線で示す位置にリング状の外側シール部材２３が取り付けられている。

そこで、エントランスシール装置１０の構成について、図４を参照しながら説明する。
図４において、仮想線で示すのが、回転しながら推進される大口径鋼管からなるケーシング１６を示す。内側シールケース１１は、ケーシング１６の内径よりも小さな外径を有する円筒形ケースで、一端部にはフランジ部１７が形成されている。このフランジ部１７には、所定の間隔でボルト２０が締め込まれ、これにより、内側シールケース１１は、防護コンクリート４に埋め込まれている固定リング１８に締結されている。このような内側シールケース１１と外側シールケース１２の間には、ケーシング１６の内周面および外周面をシールするシール部材を配置可能な空間が形成されている。

すなわち、外側シールケース１２は、内側シールケース１１の外側に配置される。この外側シールケース１２は、ケーシング１６の外径よりも大きな内径をもつ円筒型のケースで、一端部のフランジ部１９はボルト２０によって防護コンクリート４に埋め込まれている固定リング２１に締結されている。

この実施形態では、内側シールケース１１の外周面には軸方向２段に亘って内側シール部材２２が取り付けられ、外側シールケース１２の内周面には、軸方向３段に亘って外側シール部材２３が取り付けられている。
これらの内側シール部材２２、外側シール部材２３は、合成ゴム等を材質とするリング状のシール部材である。内側シール部材２２の外周部には、傾斜するリップ部２２ａが一体に形成されている。内側シール部材２２は、嵌め込み式保持枠を構成する断面Ｌ字形の取取付金具２４ａ、２４ｂと取付ボルト２６を用いて、内側シールケース１１に対して着脱可能に固定されている。固定された状態では、リップ部２２ａは、ケーシング１６の推進方向に傾斜するようになっている。同様に外側シール部材２３の内周部には、傾斜するリップ部２３ａが一体に形成されている。この外側シール部材２３も、嵌め込み式保持枠を構成する断面Ｌ字形の取付金具２５ａ、２５ｂと取付ボルト２６を用いて、外側シールケース１２に対して着脱可能に固定されている。なおリップ部２３ａの傾斜方向は、ケーシング１６の傾斜方向と同じ方向である。

この実施形態では、２段構成の内側シール部材２２と、３段構成の外側シール部材２３はそれぞれのリップ部２２ａ、２３ａ互い違いに交差する千鳥配列構造になっている。

図４において、８０、８２は、冷却水を供給する冷却水パイプである。このうち、外側の冷却水パイプ８０は、止水材を注入するパイプを兼用している。８３は、グリースを注入するグリースニップルである。

本実施形態によるエントランスシール装置は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。
ここで、図５は、発進側の道路トンネル１に設置した鋼管推進機３０を示す。この鋼管推進機３０は、台車３１に搭載して搬入される。台車３１には、鋼管推進機３０を立ち上げるための起伏ジャッキ３２が設けられている。また、台車３１上には、載置部３３を介して大口径の鋼管からなるケーシング１６が水平な姿勢で支持されている（図６参照）。ケーシング１６の先端にはカッタービット３４が全周に亘って取り付けられている。なお、鋼管推進機３０には、鋼管に回転を与えながら推進させるための公知の推進機が用いられる。

そこで、鋼管推進機３０を起立させ、発進側の防護コンクリート４に設置したエントランスシール装置１０を利用しながら、以下のようにしてケーシング１６を推進させることができる。

まず、図６において、先端にカッタビット３４の付いたケーシング１６に連結用のケーシング３５を接合したものを載置部３３に載せ、載置部３３ごとスライドさせることにより、鋼管推進機３０にケーシング１６を接続する。そして、エントランスシール装置１０の挿入口からケーシング１６を回転させながら挿入する。エントランスシール装置１０の内部では、ケーシング１６の進入に伴い、内側シール部材２２のリップ部２２ａ、外側シール部材２３のリップ部２３ａは、それぞれ図７に示すように撓んで変形する。なお、エントランスシール装置１０には、冷却水パイプ８０、８２から冷却水が供給され、グリスニップル８３から潤滑油が供給され、ケーシング１６の回転による内側シール部材２２および外側シール部材２３の焼き付け防止が図られている。

そして、鋼管推進機３０により、ケーシング１６を回転させるとともに推力を加えながら、ケーシング１６の先端のカッタビット３４で防護コンクリート４を切削し、ケーシング１６の推進を開始する。

やがて、ケーシング１６が発進側の防護コンクリート４を掘進して、地盤に到達するに至る。一般に、地盤には地圧のかかった地下水が存在していることが多い。このような圧力の高い地下水は、矢印で示すようにケーシング１６の管体内外に形成された隙間に侵入するが、推進の過程ではエントランスシール装置１０の内側シール部材２２、外側シール部材２３によるシールが効いて、万全な止水対策が講じられているため、発進側の道路トンネル１に地下水が侵入するのを確実に防止することができる。

図７において、ケーシング１６に沿って侵入してくる地下水の流れを矢印で示す。エントランスシール装置１０では、内側シール部材２２のリップ部２２ａは、ケーシング１６の内周面を摺動しながらケーシング１６の内周面に沿って侵入する地下水の流れを遮断する。同様に外側シール部材２３のリップ部２３ａは、ケーシング１６の外周面を摺動しながらケーシング１６の外周面に沿って侵入する地下水の流れを遮断する。

しかも、内側シール部材２２と外側シール部材２３は、それぞれ多段配列されているために、一段のシール部材に破損等が生じた場合でも、他のシール部材のシールが効いているので、止水性能を確実に維持させることができる。

なお、この実施形態では、２段構成の内側シール部材２２と、３段構成の外側シール部材２３はそれぞれのリップ部２２ａ、２３ａ互い違いに交差する千鳥配列構造を採用しているが、この千鳥配列構造により、防護コンクリート３にエントランスシール装置１０を組み立て、取付が容易になる利点がある。また、シール効果の点でも、内側シール部材２２のリップ部２２ａと、外側シール部材２３のリップ部２３ａが互い違いに配置することにより、リップ部２２ａ、２３ａの追従性が良くなり、よりシール性能を高めることができる。

以後、図８に示すように、連結用のケーシング３５を継ぎ足しながら、到達側の防護コンクリート５に到達するまで、推進を進行させる。

推進が終わったら、発進側はエントランスシール装置１０にある止水材注入パイプ８０から、到達側はＵ字パイプ８４から止水材を注入して、図９において、符号４０で示す部分を止水し、地盤とケーシング１６、３５の間の隙間を止水する。止水が完了してから、エントランスシール装置１０を取り外す。

その後、鋼管推進機３０を撤去し、防護コンクリート４、５およびケーシング１６、３５内部の土砂を撤去すると、道路トンネル１、２の側面で接合し、両者を連絡する避難通路が完成する。

第２実施形態
次に、図１０は、本発明の第２実施形態によるエントランスシール装置を示す。この第２実施形態では、エントランスシール装置１０の挿入口に研磨材５２ａ、５２ｂを設けるようにした実施の形態である。

図１０において、エントランスシール装置１０の挿入口側には、研磨材供給部５４ａ、５４ｂが取り付けられている。この研磨材供給部５４ａ、５４ｂの端部には、研磨材５２ａ、５２ｂが装着されている。この場合、研磨材５２ａはケーシング１６の外周面に接触し、研磨材５２ｂはケーシング１６の内周面に接触するように配置されている。

図１０に示すように、ケーシング１６を回転させながら推進していくと、ケーシング１６が進むにつれて、研磨材供給部５４ａによって自動的にケーシング１６の外周面に研磨材５２ａが塗布され、研磨材供給部５４ｂによってケーシング１６の内周面に研磨材５２ｂが塗布される。そして、研磨材の付着した内周面および外周面に内側シール部材２２のリップ部２２ａ、外側シール部材２３のリップ部２３ａが摺動するために、それぞれリップ部２２ａ、２３ａは研磨材で磨かれたシール面に接触することになるので、リップ部２２ａ、２３ａの摩耗や破損を未然に防止することができる。

第３実施形態
図１１は、本発明の第３実施形態によるエントランスシール装置を示す。この第３実施形態では、エントランスシール装置１０の前段部に補助ゴム体５９を配置した実施の形態である。

この補助ゴム体５９は、環状のゴム体である。この補助ゴム体５９は、外側シールケース１２に取り付けられている。それぞれ補助ゴム体５９は加圧口６０から空気や水などの流体が導入されるようになっている。流体が導入されると、補助ゴム体５９は膨張してケーシング１６の外周面に密着する。

以上の第３実施形態によれば、膨出させることが可能な補助ゴム体５９をエントランスシール装置１０の前段部に配置しているので、ケーシングの推進が完了して図９に示す止水材４０を注入するときに次のような効果を発揮する。すなわち、補助ゴム体５９を膨張させてから止水材を注入すれば、補助ゴム体５９に遮断されるので、止水材が外側シール部材２３のリップ部２３ａに付着するのを防止することができる。これにより、内側シール部材２２、外側シール部材２３をそれぞれ再利用が可能になる。この再利用にあたっては、内側シール部材２２、外側シール部材２３の取り付け位置の変更や毀損したシール部材と新品のシール部材との交換といった作業は、取付金具２４ａ、２４ｂ、取付金具２５ａ、２５ｂと取付ボルト２６による嵌め込み式であるため、接着剤を用いた在来ものに較べると簡便に行うことができる。

第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態によるエントランスシール装置について、図１２を参照して説明する。
この第４実施形態は、ケーシングの推進が完了した後、エントランスシール装置１０を防護コンクリート４から取り外す際に縁切りに必要な力を発生するジャッキ装置６０を設けた実施の形態である。

止水材を裏込めした後は、エントランスシール装置１０の内側シールケース１１のフランジ部１７や、外側シールケース１２のフランジ部１９は、セメントが固まってボルトを抜いただけでは防護コンクリート４の壁面からなかなか取り外せなすことがしばしばある。

このような場合、ジャッキ装置６０で縁切り力を発生させることにより、外側シールケース１２から順次取り外すことが容易になる。

第５実施形態
図１３は、本発明の第５実施形態によるエントランスシール装置を示す。なお、この図１３では、エントランスシール装置１０の下部の断面が示されており、上部の断面を示している図４、図７、図１０、図１１、図１２とは、内側シールケース１１と外側シールケース１２が上下逆の関係になっている。
この第５実施形態では、連結用のケーシング３５のラジアル荷重を支持する荷重受け継手７０を配置した実施の形態である。
図１３において、第５実施形態による荷重受け継手７０は、内側ローラベアリング７１と、外側ローラベアリング７２を備えている。

内側シールケース１１の挿入口側には、ベアリング支持部７３が取り付けられ、このベアリング支持部７３に内側ローラベアリング７１のリテーナ７４が取り付けられている。この場合、リテーナ７４は、調整ボルト７５、調整ナット７６を用いて締結され、内側ローラベアリング７１を半径方向に移動して位置調整が可能に構成されている。

外側シールケース１２の挿入口側には、支持装置７７の上端部にリテーナ７８が取り付けられ、このリテーナ７８によって外側ローラベアリング７２が支持されている。この場合、支持装置７７のロッド７７ａは伸縮可能に構成されており、このロッド７７ａを伸縮させることにより、外側ローラベアリング７２の位置を半径方向に調整可能に構成されている。

以上のような荷重受け軸受７０を設けることにより、以下のような効果が得られる。すなわち、ケーシング１６、３５を推進する過程では、大口径のケーシング１６、３５の内部にある土砂やコンクリートの重量は相当なものになり、ケーシング１６、３５が回り難くなることがある。

そこで、このような荷重を荷重受け軸受７０を設けることにより、荷重を支持しながら、ケーシング１６、３５を円滑に回転させることができるので、効率的な推進を実現することができる。

なお、最初にカッタビットの付いたケーシング１６を挿入するときには、内側ローラベアリング７１を正規の位置よりも半径方向内側に後退した位置にセットさせておき、外側ローラベアリング７２を正規の位置よりも半径方向外側に位置をずらせておき、ケーシング１６の先端のカッタビットが干渉せずに通ることが可能な間隔を確保しておく。カッタビットを通した後は、図１３に示した位置に、内側ローラベアリング７１と外側ローラベアリング７２の位置を固定することになる。

以上のような荷重受け軸受７０の配置位置は、主としてケーシング１６の下部を支えるものであるが、偏心を防止するために、ケーシングの上部を支持する内側ローラベアリング７１を所定数配置するようにしてもよい。

以上、本発明について、好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明では、内側シール部材と外側シール部材は、それぞれリップ部が互い違いに配列される実施形態に限定されるものではなく、互いに向き合うような配置にしてもよい。また、シール部材の段数については、内側２段、外側３段の例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明によるエントランスシール装置が適用される地下構造物接合部を示す断面図である。 図１の発進側トンネルの防護コンクリートを示す正面図である。 図２のＡ部拡大図。 本発明の第１実施形態によるエントランスシール装置示す縦断面図である。 発進側トンネルに推進機を設置した状況を示す図である。 発進側トンネルからケーシングの推進を開始する状況を示す図である。 本発明の第１実施形態によるエントランスシール装置の作用を示す縦断面図である。 ケーシングの推進進行況を示す図である。 ケーシングが到達側まで推進した状況を示す図である。 本発明の第２実施形態によるエントランスシール装置示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態によるエントランスシール装置示す縦断面図である。 本発明の第４実施形態によるエントランスシール装置示す縦断面図である。 本発明の第５実施形態によるエントランスシール装置示す縦断面図である。 上下トンネル道路での地下構造物接合部の例を示す断面図。

符号の説明

１ 道路トンネル
２ 道路トンネル
３ 連絡通路
４ 発進側防護コンクリート
５ 到達側防護コンクリート
１０ エントランスシール装置
１１ 内側シールケース
１２ 外側シールケース
１６ ケーシング
２２ 内側シール部材
２２ａ リップ部
２３ 外側シール部材
２３ａ リップ部
３０ 推進機
３４ カッタビット
３５ ケーシング
８０ 冷却水パイプ兼止水材注入パイプ
８２ 冷却水パイプ
８３ グリスニップル
８４ Ｕ字パイプ

Claims (10)

1. 発進側地下構造物と到達側地下構造物の間を連絡するトンネルを開設するため、前記発進側地下構造物に打設した防護コンクリートから推進工法により推進するケーシングの内・外周面両面をシールするエントランスシール装置であって、
   前記防護コンクリートに一端部が固定され、前記ケーシングの内径よりも小さな外径をもつ円筒形の内側シールケースと、
   前記内側シールケースの外側に同軸に配置されるように、前記防護コンクリートに一端が固定され、前記ケーシングの外径よりも大きな内径を有する円筒形の外側シールケースと、
   前記内側シールケースの外周面に着脱可能に固定されたリング状の内側シール部材と、
   前記外側シールケースの内周面に着脱可能に固定されたリング状の外側シール部材と、
   からなることを特徴とするエントランスシール装置。
2. 前記内側シール部材の外周部には、前記ケーシングの内周面が摺動するリップ部が形成され、該リップ部が前記ケーシングの推進方向に傾斜することを特徴とする請求項１に記載のエントランスシール装置。
3. 前記外側シール部材の内周部には、前記ケーシングの外周面が摺動するリップ部が形成され、該リップ部が前記ケーシングの推進方向に傾斜することを特徴とする請求項１に記載のエントランスシール装置。
4. 前記内側シール部材、前記外側シール部材は、それぞれ複数段のシールを構成することを特徴とする請求項２または３に記載のエントランスシール装置。
5. 前記内側シール部材、前記外側シール部材のそれぞれリップ部が互い違いに交差する千鳥配列構造を有することを特徴とする請求項４に記載のエントランスシール装置。
6. 前記内側シール部材、外側シール部材は、嵌め込み式の保持枠を介してそれぞれ内側シールケース、外側シールケースに取り付けられることを特徴とする請求項 に記載のエントランスシール装置。
7. 前記ケーシングの内・外周面に研磨材が塗布されるように、前記止水シール装置の入口部に研磨材供給部を配置したことを特徴とする請求項１に記載のエントランスシール装置。
8. 前記止水シール装置の前段部に膨出させることが可能な補助ゴム体を配置したことを特徴とする請求項１に記載のエントランスシール装置。
9. 前記止水シール装置を前記防護コンクリートから取り外す際に縁切りに必要な力を発生するジャッキ装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載のエントランスシール装置。
10. 前記ケーシングのラジアル荷重を支持する荷重受けを継手を前記外側シールケース、内側シールケースの間で半径方向に移動可能に設けたことを特徴とする請求項１に記載のエントランスシール装置。

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