JP5078816B2 - シールドトンネル用袋体付きセグメントおよびシールドトンネル用セグメント本体への袋体の取り付け方法 - Google Patents

Description

この発明は、シールド工法によるトンネル構築時に、リング状に組み立てられたセグメントと地山との間の余掘り部を埋めるための、グラウトが注入される袋体が取り付けられたシールドトンネル用袋体付きセグメントおよびシールドトンネル用セグメント本体への袋体の取り付け方法に関するものである。

トンネル工事の１つにシールド工法がある。シールド工法とは、シールド掘削機により地山の崩壊を抑えながらトンネルを掘削し、トンネル内でセグメントをリング状に組み立て、この組み立てたセグメントを、既設のセグメントに掘削方向に順次連結して行くことにより、トンネルを構築して行く工法であり、シールド掘削機は、これと既設のセグメントとの間に推進用ジャッキを設置し、推進用ジャッキの反力を既設のセグメントにより受けることにより、推進用ジャッキのストローク分づつトンネルを掘削しながら前進する。

上述したシールド工法によりトンネルを構築する際に、トンネルの直線部では、推進用ジャッキの反力の方向は、既設のセグメントの軸線と一致するので、既設のセグメントには曲げ応力は作用しない。従って、推進用ジャッキの反力により既設の下流側のセグメントが変形する恐れはない。しかしながら、トンネルの曲線部では、推進用ジャッキの反力の方向は、既設のセグメントの軸線と一致しないので、既設のセグメントには曲げ応力が作用し、しかも、既設の下流側のセグメントと地山との間には余掘り部が形成されているので、余掘り部の分、既設のセグメントが変形する恐れがある。

この問題は、既設のセグメントと地山との間の余掘り部にグラウトを介在させて、推進用ジャッキの反力を硬化したグラウトを介して地山で受けるようにすれば解消されるが、注入直後のグラウトは流動性があるので、所望の場所に迅速かつ的確に注入できない恐れがあった。

そこで、図１０に示すように、セグメント本体１０の外周部にグラウトの注入により膨張（図１０中、二点鎖線で示す。）する袋体１１が取り付けられた袋体付きセグメント１が開発された。なお、図１０に示すセグメントは、コンクリートセグメントであるが、鋼製セグメントの場合も同様である。

この袋体付きセグメント１によれば、図１１に示すように、袋体付きセグメント１をリング状に組み立てた後、セグメント本体１０の内側からグラウト（Ｇ）を注入して袋体１１を膨張させれば、セグメント本体１０と地山１２との間の余掘り部（Ｓ）がグラウトが注入された袋体１１により塞がれるので、トンネルの曲線部においてジャッキの反力は、グラウトが注入された袋体１１を介して地山１２が受けることになる。この結果、推進用ジャッキの反力により既設のセグメントが変形する恐れはない。

図１２に、上記シールドトンネル用袋体付きセグメントにおけるセグメント本体と袋体との取り付け部分の拡大断面図を示す。以下、このシールドトンネル用袋体付きセグメントを先行袋体付きセグメント１Ａという。以下に、先行袋体付きセグメント１Ａにおけるセグメント本体１０と袋体１１との取り付け構造を説明する。

図１２に示すように、セグメント本体１０のグラウト注入用貫通孔は、貫通孔用パイプ１３からなり、貫通孔用パイプ１３の、セグメント本体１０の内周部側の端部には、平板１４が固定され、平板１４には、後述するグラウト注入管１５が挿入される開口１４Ａが形成されている。グラウトが注入される袋体１１のグラウト注入口１１Ａには、グラウト注入管１５が固定されている。グラウト注入管１５は、平板１４の開口１４Ａ内に挿入され、溶接により平板１４に固定されている。この溶接箇所を、図１２中、（Ｗ）で示す。

このように構成されている、先行袋体付きセグメント１Ａによれば、袋体１１は、以下のようにして、セグメント本体１０の貫通孔用パイプ１３に固定される。

先ず、袋体１１のグラウト注入口１１Ａ内にグラウト注入管１５を挿入し、グラウト注入口１１Ａにスチールバンドを巻き付け、締め付けて、グラウト注入口１１Ａにグラウト注入管１５を固定する。次に、グラウト注入管１５をセグメント本体１０の外周部側から貫通孔用パイプ１３内に挿入し、グラウト注入管１５を平板１４の開口１４Ａ内に挿入する。そして、グラウト注入管１５と平板１４とのコーナー部を全周に亘り溶接して、グラウト注入管１５を平板１４に固定する。なお、グラウトを袋体１１内に注入後、グラウト注入管１５のセグメント本体１０の内周部側の端部は、キャップ（図示せず）により閉塞される。

上記先行袋体付きセグメント１Ａによれば、袋体１１のグラウト注入口１１Ａに固定されたグラウト注入管１５を、確実にセグメント本体１０の貫通孔用パイプ１３に固定することができるが、以下のような問題があった。

（ａ）セグメント本体１０が、図１２に示すように、コンクリートセグメントの場合、貫通孔用パイプ１３の長さが長いので、グラウト注入口１１Ａに固定したグラウト注入管１５をセグメント本体１０の外周部側から平板１４の開口１４Ａ内に挿入する作業に手間がかかる。

（ｂ）グラウト注入管１５を平板１４の開口１４Ａ内に挿入した後に、グラウト注入管１５と平板１４とのコーナー部を全周に亘り溶接する必要があるので、これに時間と手間がかかる。また、予め工場で袋体１１を取り付けるため、工場から現場までの輸送時に、袋体１１が損傷する恐れがある。

（ｃ）上記（ａ）作業は、セグメント本体１０の外周部側から行い、上記（ｂ）作業は、セグメント本体１０の内周部側から行う必要があるので、複数の作業者が必要となるばかりか、セグメント本体１０の反転作業を伴い、作業が繁雑となる。特に、コンクリートセグメントの場合には、重量があるので、この反転作業が容易に行えない。

先行袋体付きセグメント１Ａの有する上記問題点を解決することができるシールドトンネル用袋体付きセグメントが、特開２００６−２２６０５７号公報に開示されている。以下、このシールドトンネル用袋体付きセグメントを従来袋体付きセグメント１Ｂといい、図面を参照しながら説明する。

図１３は、従来袋体付きセグメントにおけるセグメント本体と袋体との取り付け部分を示す拡大断面図、図１４は、図１３の部分拡大図である。なお、従来袋体付きセグメント１Ｂは、スチールセグメントである。

図１３および図１４に示すように、セグメント本体１６の外周部に袋体１７が取り付けられたものからなる従来袋体付きセグメント１Ｂにおけるセグメント本体１６と袋体１７との取り付け構造は、以下の通りである。

グラウト注入管１８は、セグメント本体１６に形成された開口１６Ａに、セグメント本体１６の外周部側から挿入されている。グラウト注入管１８には、フランジ１８Ａが形成され、内周面および外周面にはねじが切られている。セグメント本体１６とフランジ１８Ａとの間には、パッキング１９とＯリング２０とが介在されている。図１４に示すように、袋体１７のグラウト注入口１７Ａの縁部は、Ｏリング２０に巻き付けられている。グラウト注入管１８には、大型ナット２１が螺合し、これを締め付けることによって、袋体１７の前記縁部は、パッキング１９を介してフランジ１８Ａによりセグメント本体１６に押し付けられ、これによって、袋体１７がセグメント本体１６に取り付けられている。なお、グラウトを袋体１７内に注入後、グラウト注入管１８のセグメント本体１６の内周部側の端部は、キャップ２２により閉塞される。

特開２００６−２２６０５７号公報

上記従来袋体付きセグメント１Ｂによれば、大型ナット２１を締め付けることによって、袋体１７をセグメント本体１６の開口１６Ａに、確実に固定することができるが、以下のような問題がある。

（イ）大型ナット２１の締め付けにより、グラウト注入管１８が共回りしないように、グラウト注入管１８を押えておく必要があるので、大型ナット２１の締め付けに手間と時間がかかる。

（ロ）大型ナット２１の締め付け時に共回りした場合には、グラウト注入口１７Ａの近傍の袋体１７がねじれ、グラウト注入の際、円滑な充填に支障をきたす等の恐れがある。また、この際、袋体１７が破れる等の恐れもある。

（ハ）グラウト注入管１８の開口１６Ａへの挿入作業は、セグメント本体１６の外周部側から行い、大型ナット２１の締め付け作業は、セグメント本体１６の内周部側から行う必要があるので、複数の作業者が必要となるばかりか、セグメント本体１６の反転作業が伴い、作業が繁雑となる。特に、セグメント本体１６が大型の場合には、重量があるので、反転作業が容易に行えない。

従って、この発明の目的は、溶接作業、ナットの締め付け作業あるいはセグメント本体の反転作業を一切行うことなく、グラウト注入管をセグメント本体の外周部側からセグメント本体の貫通孔に単に挿入するのみで、袋体をワンタッチで確実にセグメント本体に抜け出し不可に取り付けることができるシールドトンネル用袋体付きセグメントおよびシールドトンネル用セグメント本体への袋体の取り付け方法を提供することにある。

この発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、下記を特徴とする。

請求項１記載の発明は、セグメント本体の外周部に、グラウトの注入により膨張する袋体が取り付けられたシールドトンネル用袋体付きセグメントにおいて、前記袋体に形成されたグラウト注入口にグラウト注入管が固定され、前記グラウト注入管は、固定手段によって前記セグメント本体に形成された貫通孔に抜け出し不可に取り付けられ、前記固定手段は、前記グラウト注入管の外周面に形成された外面溝と、前記貫通孔の内周面に形成された内面溝と、前記外面溝と前記内面溝とによって形成される空間内に収容され、前記外面溝と前記内面溝とに係合するストッパーとからなり、前記ストッパーは、円弧状ストッパー本体と、前記ストッパー本体に設けられた、前記ストッパー本体を拡径させる弾性力を有する板ばねまたは線状ばねとからなることに特徴を有するものである。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載のシールドトンネル用袋体付きセグメントにおいて、前記板ばねまたは前記線状ばねは、前記外面溝内に嵌め込まれた前記ストッパー本体を外方に押し出す弾性力を有することに特徴を有するものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載のシールドトンネル用袋体付きセグメントにおいて、前記グラウト注入管の外周面と前記貫通孔の内周面との間には、止水部材が介在されていることに特徴を有するものである。

請求項４記載の発明は、請求項３に記載のシールドトンネル用袋体付きセグメントにおいて、前記止水部材は、前記グラウト注入管の外周面に形成された止水部材用溝内に嵌め込まれたＯリングからなっていることに特徴を有するものである。

請求項５記載の発明は、請求項１から４の何れか１つに記載のシールドトンネル用袋体付きセグメントにおいて、前記セグメント本体は、コンクリート製セグメント、鋼製セグメントまたは合成セグメントからなっていることに特徴を有するものである。

請求項６記載の発明は、セグメント本体の外周部に、グラウトの注入により膨張する袋体を取り付ける、シールドトンネル用セグメント本体への袋体の取り付け方法において、
前記袋体に形成されたグラウト注入口にグラウト注入管を固定し、前記グラウト注入管の外周面に形成された外面溝に、拡径弾性力を有する、円弧状ストッパー本体と、前記ストッパー本体に設けられた、前記ストッパー本体を拡径させる弾性力を有する板ばねまたは線状ばねとからなるストッパーを、前記弾性力に抗して嵌め込み、この状態で前記グラウト注入管を前記セグメント本体に形成された、内周面に内面溝が形成された貫通孔内に挿入し、前記外面溝と前記内面溝とによって形成される空間内において、前記ストッパーを前記弾性力により拡径させて、前記外面溝と前記内面溝とに係合させ、かくして、前記グラウト注入管を前記貫通孔内に抜け出し不可に取り付けることに特徴を有するものである。

請求項７記載の発明は、請求項６に記載の、シールドトンネル用セグメント本体への袋体の取り付け方法において、前記グラウト注入管の外周面に止水部材用溝を形成し、前記止水部材用溝内に止水部材を嵌め込んだ後、前記グラウト注入管を前記貫通孔内に挿入することに特徴を有するものである。

請求項８記載の発明は、請求項６または７に記載の、シールドトンネル用セグメント本体への袋体の取り付け方法において、前記セグメント本体は、コンクリート製セグメント、鋼製セグメントまたは合成セグメントからなっていることに特徴を有するものである。

次に、この発明のシールドトンネル用袋体付きセグメントの一実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、この発明のシールドトンネル用袋体付きセグメント１Ｃにおけるセグメント本体と袋体との取り付け部分を示す拡大断面図、図２は、図１の部分拡大図、図３は、グラウト注入管を示す正面図、図４は、グラウト注入管を示す底面図、図５は、ストッパーを示す平面図、図６は、ストッパーを示す正面図である。

図１から図６において、２は、セグメント本体、３は、セグメント本体２の外周部に取り付けられた、グラウトの注入により膨張する袋体、４は、袋体３に形成されたグラウト注入口３Ａに固定されたグラウト注入管であり、グラウト注入口３Ａにスチールバンド５により固定されている。なお、確実に固定することができれば、スチールバンド５以外であっても良い。グラウト注入管は、鋼管や丸鋼を加工した鋼製材料、鋳鉄製、アルミ等の非鉄金属の金属材料、プラスチック等の樹脂材料等非金属材料を用いることもできる。樹脂材料を用いることにより錆による腐食が防止できる。

なお、セグメント本体２の後述する貫通孔の端部内面は、すり鉢状に形成されている。これは、グラウト注入管４を後述する貫通孔用パイプ７内に挿入する際に、後述するストッパー８を自然に縮径させて外面溝４Ａに収容させるためである。

６は、固定手段であり、セグメント本体２に形成された貫通孔を形成する貫通孔用パイプ７にグラウト注入管４を抜け出し不可に取り付けるためのものである。

図２に示すように、固定手段６は、グラウト注入管４の外周面に形成された外面溝４Ａと、貫通孔用パイプ７の内周面に形成された内面溝７Ａと、外面溝４Ａと内面溝７Ａとによって形成される空間（Ｐ）内に収容されるストッパー８とからなっている。

ストッパー８の参考例として、２枚の半円弧状板ばねからなっていて、縮径させれば、拡径する弾性力が生じるものを、図５（ａ）、（ｂ）に示す。図５（ａ）において、縮径時を点線で示す。この発明のストッパー８は、図５（ｃ）に示すように、２枚の半円弧状のストッパー本体としての鋼板８ａの各々に、これらを拡径させる弾性力を有する板ばね８ｂを貼り付けたものである。あるいは、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、２枚の半円弧状のストッパー本体としての鋼板８ｃの各々に、外面溝４Ａ内に嵌め込まれた鋼板８ｃを外方に押し出す弾性力を有するＶ字状板ばね８ｄを貼り付けたものであっても良い。この場合、グラウト注入管４を後述する貫通孔用パイプ７内に挿入する際には、板ばね８ｄを平らに押し付けておく。挿入後、板ばね８ｄは、図６（ａ）に示すように広がり、これによって、鋼板８ｃは、外方に押し出されて、外面溝４Ａと内面溝７Ａとによって形成される空間（Ｐ）内に収容され、ストッパーとして機能する。

ストッパー８としては、この他、リング状板ばね体の一部を切り欠いで、Ｃ字状に形成したものでも良い。要は、グラウト注入管４を貫通孔用パイプ７内に挿入するときは縮径し、挿入した後、空間（Ｐ）内において拡径して、外面溝４Ａと内面溝７Ａの両方に係合するものでものであれば良い。

９は、グラウト注入管４の先端部外周面に形成された止水部材用溝４Ｂ内に嵌め込まれた止水部材としてのＯリングである。Ｏリング９は、袋体３内に注入されたグラウトが貫通孔用パイプ７からセグメント本体２の外周部に漏洩するのを防止する機能を有している。

次に、この発明のシールドトンネル用セグメント本体への袋体の取り付け方法について、図面を参照しながら説明する。

図７は、袋体に形成されたグラウト注入口にグラウト注入管が固定された状態を示す断面図、図８は、袋体に固定されたグラウト注入管にストッパーおよびＯリングを取り付けた状態を示す断面図、図９は、袋体に固定されたグラウト注入管をセグメント本体の貫通孔用パイプに挿入する状態を示す断面図である。

先ず、図７に示すように、袋体３に形成されたグラウト注入口３Ａにグラウト注入管４を挿入し、スチールバンド５を巻き付け、締め付けて固定する。

次に、図８に示すように、グラウト注入管４の外面溝４Ａにストッパー８をその弾性力に抗して嵌め込むと共に、止水部材用溝４Ｂ内にＯリング９を嵌め込む。

そして、図９に示すように、ストッパー８が外面溝４Ａから脱落しないように手で押えながら、袋体３に固定されたグラウト注入管４を、セグメント本体２の外周部側から貫通孔用パイプ７内に挿入する。貫通孔用パイプ７は、予めセグメント本体２に取り付けておく。コンクリートセグメントの場合は、セグメント本体をコンクリートで打設する際に埋め込んでおき、スチールセグメントの場合は、外周部の鋼板（図示せず）に溶接等により取り付けておく。この際、セグメント本体２の貫通孔の端部内面がすり鉢状に形成されているので、グラウト注入管４の挿入に伴ってストッパー８は自然に縮径し、外面溝４Ａに収容されるので、ストッパー８がグラウト注入管４の挿入に支障になることはない。このようにして、グラウト注入管４が外面溝４Ａと貫通孔用パイプ７の内面溝７Ａとが一致するまで挿入されると、両溝４Ａ、７Ａにより形成される空間（Ｐ）内でストッパー８が拡径し、ストッパー８は、外面溝４Ａと内面溝７Ａの両方に係合し、ストッパー８のせん断抵抗により、グラウト注入管４は、貫通孔用パイプ７内に抜け出し不可に取り付けられる。

なお、グラウトを袋体３内に注入後、貫通孔用パイプ７のセグメント本体２の外周部側端部は、キャップ（図示せず）により閉塞される。セグメント本体２の内面側から袋体３内に注入されたグラウトは、Ｏリング９によって、貫通孔用パイプ７からセグメント本体２の外周部に漏洩することはない。

このように、この発明によれば、溶接作業、ナットの締め付け作業あるいはセグメント本体の反転作業を一切行うことなく、グラウト注入管をセグメント本体の外周部側からセグメント本体の貫通孔に単に挿入するのみで、作業に手間をかけずに袋体をワンタッチで確実にセグメント本体に抜け出し不可に取り付けることができる。

実施の形態として、内面溝及び外面溝を１段ずつ設けたが、袋体の脱落をより防止するために内面溝および外面溝を複数段設けても良く、ストッパーを複数個設けても良い。また、内面溝および外面溝の形状を矩形断面としたが、台形でも半円形でも所望の機能を満足するものであれば形状は問わない。ストッパーの断面形状も同様である。

以上は、コンクリートセグメントの場合であるが、鋼製セグメント、コンクリートと鋼製の複合材料からなる合成セグメントの場合にも基本的には同様である。

この発明のシールドトンネル用袋体付きセグメントにおけるセグメント本体と袋体との取り付け部分を示す拡大断面図である。 図１の部分拡大図である。 グラウト注入管を示す正面図である。 グラウト注入管を示す底面図である。 ストッパーを示す図であり、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、正面図、（ｃ）は、別のストッパーを示す正面図である。 さらに別のストッパーを示す図であり、（ａ）は、板ばねが広がった状態を示す正面図、（ｂ）は、板ばねが平らに押し付けられた状態を示す正面図 袋体に形成されたグラウト注入口にグラウト注入管が固定された状態を示す断面図である。 袋体に固定されたグラウト注入管にストッパーおよびＯリングを取り付けた状態を示す断面図である。 袋体に固定されたグラウト注入管をセグメント本体の貫通孔用パイプに挿入する状態を示す断面図である。 シールドトンネル用袋体付きセグメントを示す正面図である。 シールドトンネル用袋体付きセグメントの袋体にトンネル内でグラウトを注入して袋体を膨張させた状態を示す正面図である。 先行袋体付きセグメントにおけるセグメント本体と袋体との取り付け部分を示す拡大断面図である。 従来袋体付きセグメントにおけるセグメント本体と袋体との取り付け部分を示す拡大断面図である。 図１３の部分拡大図である。

符号の説明

１：袋体付きセグメント
１Ａ：先行袋体付きセグメント
１Ｂ：従来袋体付きセグメント
１Ｃ：この発明の袋体付きセグメント
２：セグメント本体
３：袋体
３Ａ：グラウト注入口
４：グラウト注入管
４Ａ：外面溝
４Ｂ：止水部材用溝
５：スチールバンド
６：固定手段
７：貫通孔用パイプ
７Ａ：内面溝
８：ストッパー
８ａ：鋼板
８ｂ：板ばね
８ｃ：鋼板
８ｄ：板ばね
９：Ｏリング
１０：セグメント本体
１１：袋体
１１Ａ：グラウト注入口
１２：地山
１３：貫通孔用パイプ
１４：平板
１４Ａ：開口
１５：グラウト注入管
１６：セグメント本体
１６Ａ：開口
１７：袋体
１７Ａ：グラウト注入口
１８：グラウト注入管
１８Ａ：フランジ
１９：パッキング
２０：Ｏリング
２１：大型ナット
２２：キャップ

Claims (8)

1. セグメント本体の外周部に、グラウトの注入により膨張する袋体が取り付けられたシールドトンネル用袋体付きセグメントにおいて、
   前記袋体に形成されたグラウト注入口にグラウト注入管が固定され、前記グラウト注入管は、固定手段によって前記セグメント本体に形成された貫通孔に抜け出し不可に取り付けられ、前記固定手段は、前記グラウト注入管の外周面に形成された外面溝と、前記貫通孔の内周面に形成された内面溝と、前記外面溝と前記内面溝とによって形成される空間内に収容され、前記外面溝と前記内面溝とに係合するストッパーとからなり、前記ストッパーは、円弧状ストッパー本体と、前記ストッパー本体に設けられた、前記ストッパー本体を拡径させる弾性力を有する板ばねまたは線状ばねとからなることを特徴とするシールドトンネル用袋体付きセグメント。
2. 前記板ばねまたは前記線状ばねは、前記外面溝内に嵌め込まれた前記ストッパー本体を外方に押し出す弾性力を有することを特徴とする、請求項１に記載のシールドトンネル用袋体付きセグメント。
3. 前記グラウト注入管の外周面と前記貫通孔の内周面との間には、止水部材が介在されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のシールドトンネル用袋体付きセグメント。
4. 前記止水部材は、前記グラウト注入管の外周面に形成された止水部材用溝内に嵌め込まれたＯリングからなっていることを特徴とする、請求項３に記載のシールドトンネル用袋体付きセグメント。
5. 前記セグメント本体は、コンクリート製セグメント、鋼製セグメントまたは合成セグメントからなっていることを特徴とする、請求項１から４の何れか１つに記載のシールドトンネル用袋体付きセグメント。
6. セグメント本体の外周部に、グラウトの注入により膨張する袋体を取り付ける、シールドトンネル用セグメント本体への袋体の取り付け方法において、
   前記袋体に形成されたグラウト注入口にグラウト注入管を固定し、前記グラウト注入管の外周面に形成された外面溝に、拡径弾性力を有する、円弧状ストッパー本体と、前記ストッパー本体に設けられた、前記ストッパー本体を拡径させる弾性力を有する板ばねまたは線状ばねとからなるストッパーを、前記弾性力に抗して嵌め込み、この状態で前記グラウト注入管を前記セグメント本体に形成された、内周面に内面溝が形成された貫通孔内に挿入し、前記外面溝と前記内面溝とによって形成される空間内において、前記ストッパーを前記弾性力により拡径させて、前記外面溝と前記内面溝とに係合させ、かくして、前記グラウト注入管を前記貫通孔内に抜け出し不可に取り付けることを特徴とする、シールドトンネル用セグメント本体への袋体の取り付け方法。
7. 前記グラウト注入管の外周面に止水部材用溝を形成し、前記止水部材用溝内に止水部材を嵌め込んだ後、前記グラウト注入管を前記貫通孔内に挿入することを特徴とする、請求項６に記載の、シールドトンネル用セグメント本体への袋体の取り付け方法。
8. 前記セグメント本体は、コンクリート製セグメント、鋼製セグメントまたは合成セグメントからなっていることを特徴とする、請求項６または７に記載の、シールドトンネル用セグメント本体への袋体の取り付け方法。

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