JP4938358B2 - セグメント用シール部材及びそれを用いたセグメント接合部のシール構造並びにセグメント接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルや下水管渠などの土木構造物構築用のセグメントどうしの接合端面間に介装されるセグメント用シール部材及びそれを用いたセグメント接合部のシール構造並びにセグメント接合方法に関し、特に、火災による止水機能（シール機能）の喪失を抑止する技術に関するものである。

従来、この種のセグメント用シール部材としては、非通水性の水膨潤性材料からなる止水層と熱膨張性材料からなる耐火層とを、耐火層がセグメント内側に位置する状態でセグメント内外方向（つまり、セグメント接合方向に対する直交方向）に積層することで、セグメント内側での火災に対し耐火層をもって止水層への火炎や火炎により生じる高温空気の接触を抑止し、これにより、火災による止水層の欠損を抑止して、火災後においても止水機能を保持できるようにした技術が知られている。（例えば、下記特許文献１参照）

特開２００６−５２５３６

ところが、上記の如き従来のセグメント用シール部材では、火災による止水機能の喪失は抑止できるものの、地下水等の液体の液体侵入方向（つまり、通水方向）となるセグメント内外方向で止水層と耐火層とに分けているために、その耐火層の分だけ止水層のセグメント内外方向長さを短くしなければならず、そのことで、セグメント内外方向からの侵入液体に対する有効止水距離が短くなって、止水機能維持期間や許容止水圧力などの止水性能を十分には得られない問題があった。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、止水性能を高く確保しながらも火災による止水機能の喪失を抑止することのできるセグメント用シール部材及びそれを用いたセグメント接合部のシール構造並びにセグメント接合方法を提供する点にある。

土木構造物構築用のセグメントどうしの接合端面間に介装されるセグメント用シール部材であって、
非通水性の水膨潤性材料からなる止水層と非通水性の熱膨張性材料からなる耐火層とをセグメント接合方向に積層して構成してもよい。

上記構成によれば、非通水性の水膨潤性材料からなる止水層と非通水性の熱膨張性材料からなる耐火層とをセグメント接合方向（換言すれば、セグメント内外方向に対する直交方向）に積層してあるから、セグメントどうしの接合端面間での通水方向となるセグメント内外方向の全長に亘って止水層を配置するとともに、セグメント内外方向からの侵入液体や侵入火炎又は侵入高温空気に対向するセグメント内外方向のシール部材端面を止水層端面と耐火層端面からなる積層端面で構成することになる。

すなわち、通水方向となるセグメント内外方向での止水層による有効止水距離を最大限に確保することができながらも、セグメントどうしの接合端面間にセグメント内外方向から液体が侵入してセグメント内外方向におけるシール部材端面に侵入液体が接触したときには、そのシール部材端面の止水層端面から侵入液体を吸収して止水層を水膨潤させることができ、これにより、非通水性の止水層と非通水性の耐火層とでセグメントどうしの接合端面間のシール性を向上させて、止水機能を確実に発揮させることができるとともに、セグメントどうしの接合端面間に火炎や高温空気が侵入してセグメント内外方向におけるシール部材端面に侵入火炎や侵入高温空気が接触したときには、耐火層による火炎侵入部分への熱膨張により火炎や高温空気の侵入部分を確実に閉塞して火災による止水層の欠損を効果的に抑止することができる。

したがって、前述の従来技術に比べ止水性能を高く確保することができながらも、火災による止水機能の喪失を効果的に抑止することができる。

なお、上記構成の実施において、止水層を構成する水膨潤材料は、耐火層を構成する熱膨張材料の熱膨張開始温度よりも欠損温度が高温のものを採用するのが好ましい。

本発明の第１特徴構成は、セグメント用シール部材に係り、その特徴は、
土木構造物構築用のセグメントどうしの接合端面間に介装されるセグメント用シール部材であって、
非通水性の水膨潤性材料からなる止水層と非通水性の熱膨張性材料からなる耐火層とをセグメント接合方向に積層して構成するとともに、
前記止水層を前記セグメントの接合端面に対しセグメント接合方向で接触する接触層としてある点にある。

上記特徴構成によれば、セグメント接合端面間への侵入液体の少なくとも一部は侵入液体自体の粘性によりセグメントの接合端面に沿って侵入するのに対し、上記止水層をセグメントの接合端面に対しセグメント接合方向で接触する接触層としてあるから、侵入液体と止水層とを確実に接触させて止水層を確実に水膨潤させることができ、これにより、セグメントどうしの接合端面間における液体侵入時のシール性を一層向上させることができて、セグメントどうしの接合端面間での止水機能を一層確実に発揮させることができる。

本発明の第２特徴構成は、セグメント用シール部材に係り、その特徴は、
土木構造物構築用のセグメントどうしの接合端面間に介装されるセグメント用シール部材であって、
非通水性の水膨潤性材料からなる止水層と非通水性の熱膨張性材料からなる耐火層とをセグメント接合方向に積層して構成するとともに、
前記セグメントどうしの接合時において、前記止水層がセグメントどうしの接合端面間の中間部に位置するように止水層を配層してある点にある。

上記特徴構成によれば、セグメント接合端面間への侵入液体が重力によりセグメント接合端面間の中間部に落下侵入し易くなるのに対し、セグメントどうしの接合時においてその中間部に位置するように上記止水層を配層してあるから、侵入液体と止水層とを効率良く接触させて止水層を効果的に水膨潤させることができ、これにより、セグメントどうしの接合端面間における液体侵入時のシール性を一層効果的に向上させることができて、セグメントどうしの接合端面間での止水機能を効果的に発揮させることができる。

本発明の第３特徴構成は、セグメント接合部のシール構造に係り、その特徴は、
請求項１又は２記載のセグメント用シール部材を前記セグメントどうしの接合端面間に形成のシール孔に挿填してある点にある。

上記特徴構成によれば、止水性能が高く、それでいて、火災によっても止水機能が喪失し難いセグメント接合部を構築することができる。

本発明の第４特徴構成は、第３特徴構成の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、
前記シール孔の内面とこれに挿填された前記セグメント用シール部材におけるセグメント内外方向の端面との間にシール部材熱膨張用空間を形成してある点にある。

上記特徴構成によれば、セグメント内側やセグメント外側での火災に対し、シール孔の内面とこれに挿填されたセグメント用シール部材におけるセグメント内外方向の端面との間のシール部材熱膨張用空間に上記耐火層を熱膨張させることができるから、その熱膨張部分によりセグメント用シール部材におけるセグメント内外方向の端面を被覆して止水層端面への火炎や高温空気を効果的に遮断することができて、火災による止水機能の喪失を一層効果的に抑止することができる。

本発明の第５特徴構成は、セグメント接合方法に係り、その特徴は、
請求項１又は２記載のセグメント用シール部材を隣合う前記セグメントの接合端面の夫々に配設したのち、それらセグメント用シール部材を相対向させる状態でセグメントどうしを接合することを特徴とする点にある。

上記特徴構成によれば、セグメント接合工程に先立ち、セグメントに対しセグメント用シール部材を取り付けておくことができるから、例えは、セグメント接合工程において、セグメントどうしを接合する直前に、又は、セグメントどうしを接合するのと同時にそれらの接合端面間にセグメント用シール部材を介装する場合に比して、セグメント接合工程の簡略化、及び、セグメント接合工事の容易化を図ることができる。

図１〜図３は、本発明に係るセグメント用シール部材２を示し、このセグメント用シール部材２は、例えば、図４に示すように、土木構造物の一例であるトンネルＴを構築するコンクリート製のセグメント１、１′どうしの接合端面１Ａ、１Ａ′間に介装して使用される。

前記セグメント１は、図２〜図４に示すように、セグメント内側面１Ｂ及びセグメント外側面１Ｃを除く四面を隣接セグメント１′に対するセグメント接合端面１Ａとしてあり、それらセグメント接合端面１Ａの各々には、断面視台形状の内側シール溝１ａとそれよりやや大形の断面視台形状の外側シール溝１ｂとをトンネル径方向に位置ズレさせた状態でセグメント接合端面１Ａ長手方向に亘って形成してある。

そして、セグメント１、１′どうしを接合したとき、それらの接合端面１Ａ、１Ａ′間に内側シール溝１ａ、１ａとを合せた断面視縦長六角形状の内側シール孔１Ｄと、外側シール溝１ｂ、１ｂどうしを合せた断面視縦長六角形状の外側シール孔１Ｅとを形成する構成にしてある。

前記セグメント用シール部材２は、図１〜図３に示すように、前記シール溝１ａ、１ｂの各々に対応する形状で内側シール溝用シール部材２Ａと外側シール溝用シール部材２Ｂの２種類構成してあり、本例では、内側シール溝用シール部材２Ａと外側シール溝用シール部材２Ｂの夫々を、対応する前記シール溝（１ａ、１ｂ）の深さ（Ｄａ、Ｄｂ）よりも若干大なる幅Ｗ、Ｗ′、シール溝（１ａ、１ｂ）の底面幅と同じ高さＨ、Ｈ′、及び、シール溝（１ａ、１ｂ）の溝長さと同じ長さＬで構成される縦長方形断面の帯状形状に形成してある。

また、セグメント用シール部材２は、セグメント接合方向（トンネル軸芯方向に接合する場合ではトンネル軸芯方向、トンネル周方向に接合する場合ではトンネル周方向）に止水層３と耐火層４とを積層する構造を基本構成としてあり、本例では、外側シール溝用シール部材２Ｂを、配設対象のセグメント接合端面１Ａの側から‘セグメント側止水層３ａ（止水層３）−耐火層４−シール部材側止水層３ｂ（止水層３）’の順に並ぶ３層構造にするとともに、内側シール溝用シール部材２Ａを、配設対象のセグメント接合端面１Ａの側から‘セグメント側止水層３ａ（止水層３）−耐火層４’の順に並ぶ２層構造にしてある。

前記各シール部材２Ａ、２Ｂの止水層３は、液体を吸収することにより膨潤する水膨潤性ゴム（水膨潤性材料の一例）により成層してあり、この水膨潤性ゴムとしては、例えば、主材料としてのＥＰＤＭ等の合成ゴムにポリアクリル酸ナトリウムなどの水膨潤材料を混合したものを採用している。

また、前記各シール部材２Ａ、２Ｂの耐火層４は、火災時の温度上昇により膨張する熱膨張性ゴム（熱膨張性材料の一例）により成層してあり、この熱膨張性ゴムとしては、例えば、主材料としてのＥＰＤＭ等の合成ゴムに膨張黒鉛等の熱膨張材料を混合したものを採用している。

そして、止水層３を構成する水膨潤性ゴムと耐火層４を構成する熱膨張性ゴムとを共押出成形したり、或いは、水膨張性ゴムと熱膨張性ゴムとを接着したりするなどの方法で各シール部材２Ａ、２Ｂを構成してある。

前記各シール部材２Ａ、２Ｂのセグメント側止水層３ａは、セグメント接合端面１Ａに対しセグメント接合方向で接触する接触層を構成してある。また、内側シール溝用シール部材２Ａのシール部材側止水層３ｂは、配設対象のセグメント１に接合するセグメント１′側の内側シール溝用シール部材２Ａに対する接触層を構成してあり、隣合うセグメント１、１′どうしの接合端面１Ａ、１Ａ′間に内側シール溝用シール部材２Ａを配設してセグメント１、１′どうしを接合したとき、それら接合端面１Ａ、１Ａ′間の中間部に止水層３が配置される構成にしてある。

次に、本発明に係るセグメント用シール部材２を用いたセグメント接合方法について説明する。

まず、一対のセグメント１、１′夫々の接合端面１Ａ、１Ａ′における内側シール溝１ａ、外側シール溝１ｂの底面部に対し、セグメント用シール部材２、２の夫々（詳しくは、内側シール溝用シール部材２Ａ、２Ａの夫々、及び、外側シール溝用シール部材２Ｂ、２Ｂの夫々）を両面テープや接着剤等の貼付手段（図示しない）にて貼着する。

次に、セグメント用シール部材２、２どうしを夫々相対向させる状態でセグメント１、１′の接合端面１Ａ、１Ａ′どうしをセグメント接合方向に沿って近付け、各セグメント用シール部材２、２どうしを接触させる。

その後、各セグメント用シール部材２、２を圧縮しながら、ボルトやナット等の接合手段（図示しない）、或いは、嵌合等の接合方法によりセグメント１、１′どうしを接合すると、図３に示すように、各シール孔１Ｄ、１Ｅにおけるセグメント内外方向の中間位置（図３における上下中間位置）にセグメント用シール部材２、２の各々が位置し、それら各シール孔１Ｄ、１Ｅのセグメント内外方向の両側（つまり、各シール孔１Ｄ、１Ｅの内面とセグメント用シール部材２、２におけるセグメント内外方向のシール部材端面２ｃ、２ｃとの間）に、断面視三角形状のシール部材膨張用空間Ｓが夫々形成される。

上述の如く構成したセグメント接合部の液体侵入時及び火炎（又は高温空気）侵入時の状態について説明する。
〔イ〕液体侵入時（図３を参照）
セグメント１、１′どうしの接合端面１Ａ、１Ａ′間にセグメント内外方向から地下水などの液体が侵入してセグメント内外方向のシール部材端面２ｃ、２ｃに侵入液体が接触すると、シール部材端面２ｃ、２ｃの止水層端面から侵入液体を吸収して止水層３が水膨潤し、これにより、非通水性の止水層３と耐火層４とでセグメント１、１′どうしの接合端面１Ａ、１Ａ′間のシール性を向上させる。

さらに詳述すれば、例えば、セグメント１、１′どうしの接合端面１Ａ、１Ａ′間にセグメント外面１Ｃ、１Ｃ′側から地下水などの液体が侵入したとき、その侵入液体は外側シール孔１Ｄの入口部分（図３中において、外側シール孔１Ｄの上端部分）で粘性により接合端面１Ａ、１Ａ′（詳しくは、シール孔１Ｄの内面）に沿う液体と重力落下する液体とに分流し、接合端面１Ａ、１Ａ′に沿う液体はセグメント内外方向のシール部材端面２ｃ、２ｃのセグメント側止水層３ａ、３ａに接触吸収され、また、重力落下する液体はシール部材端面２ｃ、２ｃのシール部材側止水層３ｂ、３ｂに接触吸収され、これにより、各止水層３ａ、３ａ、及び、３ｂ、３ｂが水膨潤して、セグメント内面１Ｂ、１Ｂ′側への液体侵入を外側シール孔１Ｄ部分で効果的に抑止することができる。

〔ロ〕火炎侵入時（火災時）（図３を参照）
セグメント１、１′どうしの接合端面１Ａ、１Ａ′間にセグメント内外方向から火炎や火炎による高温空気が侵入すると、シール部材膨張空間Ｓを通じてセグメント用シール部材２、２におけるセグメント内外方向のシール部材端面２ｃ、２ｃに侵入火炎や侵入高温空気が接触する。そして、その火炎接触又は高温空気接触により耐火層４、４が熱膨張温度に達すると、耐火層４、４が熱膨張してシール部材膨張空間Ｓを閉塞し、セグメント用シール部材２、２の止水層３、３の欠損を抑止する。

以上、要するに、本発明のセグメント用シール部材２は、非通水性の水膨潤性材料からなる止水層３と非通水性の熱膨張性材料からなる耐火層４とをセグメント接合方向に積層することで、通水方向での止水層３による有効止水距離を最大限に確保して止水性能を高く確保しながらも、火炎による止水層３の欠損などの不具合を耐火層４により効果的に抑止できるようにしてある。

〔その他の実施形態〕
〔１〕前述の実施形態では、土木構造物構築用のセグメント１として、トンネル構築用のセグメントを例に挙げて説明したが、これに限らず、下水管渠構築用のセグメントや擁壁構築用のセグメントなどであってもよい。

〔２〕前述の実施形態では、前記止水層３を成層する水膨潤性ゴムの主材料、及び、前記耐火層４を成層する熱膨張性ゴムの主材料として、ＥＰＤＭ等の合成ゴムを採用する場合を例に示したが、例えば、ポリエチレンなどのオレフィン係樹脂やアスファルトなど、種々の材料を採用してもよい。

〔３〕前述の実施形態では、止水層３と耐火層４とをセグメント接合方向に積層する構成として、‘止水層３−耐火層４−止水層３’からなる３層構造、及び、‘止水層３−耐火層４’からなる２層構造に構成した場合を例に示したが、例えば、‘耐火層４−止水層３−耐火層４’からなる３層構成にするなど、その積層順序や積層配分は適宜変更すればよく、また、積層数も２層や３層に限らず４層以上であってもよい。

〔４〕前述の実施形態では、各セグメント用シール部材２をセグメント１の接合端面１Ａに形成の各シール溝１ａ、１ｂに対応させた形状で構成し、隣合うセグメント１、１′の夫々に取り付ける場合を例に示したが、各セグメント用シール部材２を隣合うセグメント１、１′どうしの接合端面１Ａ、１Ａ′間に形成される各シール孔１Ｄ、１Ｅに対応させた形状で構成し、隣会うセグメント１、１′の一方のみに取り付けるようにしてもよい。

〔５〕前述の実施形態では、セグメント１、１′どうしの接合端面１Ａ、１Ａ′間に２つのシール孔（内側シール孔１Ｄ及び外側シール孔１Ｅ）を形成する構造を例に示したが、１つのシール孔を形成する構造や３つ以上のシール孔を形成する構造にしてもよい。

〔６〕前述の実施形態では、セグメント接合端面１Ａ、１Ａ′間に形成した複数のシール孔の全部にセグメント用シール部材２を配設する構造を例に示したが、一部のシール孔だけに配設する構造にしてもよい。

〔７〕前述の実施形態では、止水層３を構成する水膨潤性ゴムと耐火層４を構成する熱膨張性ゴムとを共押出成形したり、或いは、水膨張性ゴムと熱膨張性ゴムとを接着したりするなどの方法で各シール部材２Ａ、２Ｂを構成する場合を例に示したが、例えば、水膨張性ゴムと熱膨張性ゴムとを積層した状態で袋や紐等の拘束手段により拘束する方法で構成してもよく、種々の方法を採用できる。

〔８〕前述の実施形態では、セグメント接合端面１Ａ、１Ａ′間のシール孔（内側シール孔１Ｄ及び外側シール孔１Ｅ）部分にセグメント用シール部材２を介装する場合を例に示したが、これに限らず、セグメント接合端面１Ａ、１Ａ′間であれば何処に介装してもよい。

〔９〕前述の実施形態では、セグメント接合端面１Ａ、１Ａ′の両方にシール溝を形成して、それらセグメント接合端面１Ａ、１Ａ′の接合時に両方のシール溝を合せてシール孔を形成する場合を例に示したが、セグメント接合端面１Ａ、１Ａ′の一方のみにシール溝を形成して、それらセグメント接合端面１Ａ、１Ａ′の接合時に一方のシール溝と他方の接合端面とでシール孔を形成する構成にしてもよい。

本発明に係るセグメント用シール部材の斜視図 セグメント用シール部材をセグメント接合端面に配設した状態を示す縦断面図 セグメントどうしの接合時の状態を示す縦断面図 トンネル構築用のセグメントを示す斜視図

符号の説明

１、１′ セグメント
１Ａ、１Ａ′ セグメント接合端面
２ セグメント用シール部材
３ 止水層
４ 耐火層

Claims (5)

1. 土木構造物構築用のセグメントどうしの接合端面間に介装されるセグメント用シール部材であって、
   非通水性の水膨潤性材料からなる止水層と非通水性の熱膨張性材料からなる耐火層とをセグメント接合方向に積層して構成するとともに、
   前記止水層を前記セグメントの接合端面に対しセグメント接合方向で接触する接触層としてあるセグメント用シール部材。
2. 土木構造物構築用のセグメントどうしの接合端面間に介装されるセグメント用シール部材であって、
   非通水性の水膨潤性材料からなる止水層と非通水性の熱膨張性材料からなる耐火層とをセグメント接合方向に積層して構成するとともに、
   前記セグメントどうしの接合時において、前記止水層がセグメントどうしの接合端面間の中間部に位置するように止水層を配層してあるセグメント用シール部材。
3. 請求項１又は２記載のセグメント用シール部材を前記セグメントどうしの接合端面間に形成のシール孔に挿填してあるセグメント接合部のシール構造。
4. 前記シール孔の内面とこれに挿填された前記セグメント用シール部材におけるセグメント内外方向の端面との間にシール部材熱膨張用空間を形成してある請求項３記載のセグメント接合部のシール構造。
5. 請求項１又は２記載のセグメント用シール部材を隣合う前記セグメントの接合端面の夫々に配設したのち、それらセグメント用シール部材を相対向させる状態でセグメントどうしを接合することを特徴とするセグメント接合方法。

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