JP5140526B2 - シールドトンネル用袋体付きセグメント - 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、グラウトの注入により膨張する袋体が外周部に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、特に、袋体を膨張させたときに周方向に隣接する別の袋体付きセグメントの袋体との間に生じる隙間を最小限に小さく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、図４に示すように、シールド掘削機４により地山５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６をリング状に組み立て、リング状に組み立てたセグメント６を、シールド掘削機４の掘進方向に順次連結することによって、トンネルを構築して行く工法であり、シールド掘削機４は、これと既設のセグメント６との間に推進用ジャッキ７を設置し、推進用ジャッキ７の反力を既設のセグメント６により受けることにより、推進用ジャッキ７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７の反力の方向は、既設のセグメント６の軸線と一致するので、既設のセグメント６には曲げ応力は作用しない。従って、推進用ジャッキ７の反力により既設のセグメント６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７の反力の方向は、既設のセグメント６の軸線と一致しないので、既設のセグメント６に曲げ応力が作用し、しかも、既設のセグメント６と地山５との間には余掘り部（Ｓ）が形成されているので、余掘り部（Ｓ）の分、既設のセグメント６が変形する恐れがあった。

この問題は、余掘り部（Ｓ）にグラウトを介在させて、推進用ジャッキ７の反力を、硬化したグラウトを介して地山５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５に示すように、セグメント本体６Ａの外周部に、貫通孔６Ｂからのグラウト（Ｇ）の注入により膨張（図５中、二点鎖線で示す。）する袋体８が取り付けられた袋体付きセグメント９が開発された。なお、図５に示すセグメントは、コンクリートであるが、鋼製セグメントまたは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も同様である。

この袋体付きセグメント９によれば、図６に示すように、袋体付きセグメント９をリング状に組み立てた後、セグメント本体６Ａの内側から貫通孔６Ｂを通してグラウト（Ｇ）を注入して袋体８を膨張させれば、余掘り部（Ｓ）は、グラウトが注入された袋体８により塞がれるので、トンネルの曲線部において推進用ジャッキ７の反力は、袋体８内で硬化したグラウト介して地山５が受けることになる。この結果、トンネルの曲線部において、推進用ジャッキ７の反力により既設のセグメント６が変形する恐れが解消される。

上述したように、袋体付きセグメント９は、トンネルの曲線部において、推進用ジャッキ７の反力を受け、既設のセグメント６の変形を防止する目的で使用される以外に、以下のような目的で使用される。

シールド掘削機４によるトンネルの掘削中に、セグメント本体６Ａの貫通孔６Ｂから余掘り部（Ｓ）にグラウトが注入されるが、この際、未硬化のグラウトが切羽側に流出して、シールド掘削機４によるトンネルの掘削に支障を来たす恐れがあった。

そこで、図４に示すように、所定数のセグメントが軸方向に連結される毎に、所定の間隔をあけてセグメントとして袋体付きセグメント９を使用し、リング状に組み立てた袋体付きセグメント９を既設のセグメント６に連結した後、袋体８にグラウトを注入して、袋体付きセグメント９と地山５との余掘り部（Ｓ）を全周に亘って閉塞すれば、余堀部（Ｓ）に直接、グラウトを注入しても、未硬化のグラウトの切羽側への流出が阻止されて、上記問題が解決される。これが袋体付きセグメント９の他の使用目的である。

特開２００６−２２６０５７号公報

しかしながら、上述したように、未硬化のグラウトの切羽側への流出を阻止するために、所定数のセグメントが軸方向に連結される毎に、所定の間隔をあけてセグメントとして袋体付きセグメント９を使用した場合、以下のような問題があった。

図６に示すように、袋体付きセグメント６の袋体５にグラウトを注入して袋体５を膨張させた場合、膨張後の袋体５の周方向端部は平面にはならず曲面になる。この結果、隣接する袋体５間に隙間（Ｗ）が生じ、この隙間（Ｗ）から未硬化のグラウトが切羽側に流出する恐れがあった。

従って、この発明の目的は、所定数のセグメントが軸方向に連結される毎に、セグメントとして袋体付きセグメントを使用し、シールド工法によってトンネルを構築する際に、一方の袋体付きセグメントの袋体と隣接する他方の袋体付きセグメントの袋体との間に生じる隙間（Ｗ）を最小限に小さくして、余掘り部（Ｓ）に注入されるグラウトが隙間（Ｗ）から切羽側に流出するのを阻止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を提供することにある。

本願発明者等は、上記問題を解決するために、鋭意検討を重ねた。この結果、以下のような知見を得た。

袋体付きセグメントの袋体の少なくとも一方の端部外面に、予め隙間閉塞部材を貼り付けておけば、グラウトの注入により膨張した袋間の隙間を最小限に小さくすることができるので、未硬化のグラウトの切羽側への流出を効果的に防止することができる。この隙間閉塞部材としては、不透水性で弾性に富んだ部材が好ましく、独立した空孔が形成された多孔質スポンジあるいは吸水により膨張する水膨張性部材が好ましい。

この発明は、上記目的を達成するために、上記知見に基づきなされたものであり、下記を特徴とする。

請求項１に記載の発明は、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、前記袋体の周方向の少なくとも一方の端部外面に隙間閉塞部材が貼り付けられていることに特徴を有するものである。

請求項２に記載の発明は、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、前記隙間閉塞部材は、弾性に富んだ部材からなることに特徴を有するものである。

請求項３に記載の発明は、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、前記隙間閉塞部は、気泡が多数形成された多孔質材料からなることに特徴を有するものである。

請求項４に記載の発明は、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、前記隙間閉塞部材は、不透水性材料からな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、２または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、前記隙間閉塞部材は、吸水により膨張する水膨張性材料からな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、請求項１、２または４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、前記隙間閉塞部材は、ゴム材からな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１、２、３または５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、前記隙間閉塞部材は、スポンジ材からなることに特徴を有し、請求項８記載の発明は、請求項１から７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を示す正面図であり、（ａ）は、袋体が膨張前の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図であり、（ｃ）グラウトの注入により袋体が膨張した状態を示す正面図である。

図示されるように、この発明のシールドトンネル用袋体付きセグメント１は、セグメント本体１Ａと、セグメント本体１Ａの外周部に取り付けられた袋体２とからなっている。図１（ａ）に示すように、袋体２は、端部が折り込まれた状態でセグメント本体１Ａの外周部に取り付けられている。袋体２内には、セグメント本体１Ａの内側から貫通孔１Ｂを通してグラウト（Ｇ）が注入できるようになっていて、グラウト注入後は、図１（ｃ）に示すように膨張する。

袋体２の、セグメント本体１Ａの周方向の一方の端部外面には、不透水性で弾性に富んだ部材からなる隙間閉塞部材３が貼り付けられている。なお、隙間閉塞部材３は、袋体２の両端部外面に貼り付けても良い。

隙間閉塞部材３は、リング状に組み立てた袋体付きセグメント１を、既設のセグメントに連結した後、各セグメントの袋体２内にグラウト（Ｇ）を注入して、袋体２を膨張させたときに、周方向に隣接する別の袋体付きセグメント１の袋体２との間に生じる隙間（Ｗ）を最小限に小さくする作用を有している。すなわち、袋体付きセグメント１の袋体２にグラウトを注入して袋体２を膨張させた場合、膨張後の袋体２の周方向端部は平面にはならず曲面になるので、袋体２同士は、曲面接触となって、袋体２間に隙間（Ｗ）が生じる（図６参照）。しかし、予め袋体２の端部外面に所定の厚みを有し、弾性体からなる隙間閉塞部材３を貼り付けておけば、隙間（Ｗ）を最小限に小さくすることができる。すなわち、図２、図３に示すように隙間閉塞部材３は、隣り合う袋体２と接触する箇所では圧縮変形し、袋体２と接触しない箇所では、圧縮変形しないので、隙間を塞ぐ作用がある。

隙間閉塞部材３としては、弾性を有している材料で、スポンジ材等であれば、例えば、気泡が多数形成された独立気泡体または連続気泡体の多孔質スポンジ、ゴム材、例えば、天然ゴム、ブチルゴム、ネオプレンゴム、あるいは、吸水により膨張する水膨張性部材が好ましい。独立気泡体の多孔質スポンジを用いれば、グラウト材が隙間閉塞部材に流入することがなく弾性作用を有するので隙間を塞ぐ効果が高い。また、水膨張性材料を用いれば、グラウトの水分により、さらに膨張し、隙間を塞ぐ効果が高くなる。さらに、不透水性材料を用いれば、水密性が高まる。

この発明のシールドトンネル用袋体付きセグメントによれば、袋体２の一方の端部外面に隙間閉塞部材３を貼り付けた場合には、図２に示すように、袋体２間に生じる隙間（Ｗ）は、隙間閉塞部材３によりある程度塞がれるので、隙間（Ｗ）を小さくすることができる。

図３に示すように、隙間閉塞部材３を袋体２の両方の端部外面に貼り付ければ、さらに、隙間（Ｗ）を小さくすることができる。

このように、この発明のシールドトンネル用袋体付きセグメントによれば、袋体２間に生じる隙間（Ｗ）を最小限に確実に小さくすることができるので、未硬化のグラウトの切羽側への流出が阻止され、この結果、シールド掘削機１によるトンネルの掘削に支障を来たす恐れが解消される。

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を示す正面図であり、（ａ）は、袋体が膨張前の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図であり、（ｃ）グラウトの注入により袋体が膨張した状態を示す正面図である。 リング状に組み立てた、この発明のシールドトンネル用袋体付きセグメントを示す部分正面図である。 リング状に組み立てた、この発明の別のシールドトンネル用袋体付きセグメントを示す部分正面図である。 シールド工法の説明図である。 従来の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。

符号の説明

１：袋体付きセグメント
１Ａ：セグメント本体
１Ｂ：貫通孔
２：袋体
３：隙間閉塞部材
４：シールド掘削機
５：地山
６：セグメント
６Ａ：セグメント本体
６Ｂ：貫通孔
７：推進用ジャッキ
８：袋体
９：袋体付きセグメント

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、
   前記袋体の周方向の少なくとも一方の端部外面に隙間閉塞部材が貼り付けられてい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. 前記隙間閉塞部材は、弾性に富んだ部材からな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. 前記隙間閉塞部材は、気泡が多数形成された多孔質材料からな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. 前記隙間閉塞部材は、不透水性材料からな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。
5. 前記隙間閉塞部材は、吸水により膨張する水膨張性材料からなることを特徴とする、請求項１、２または３に記載のシールドトンネル用袋体付きセグメント。
6. 前記隙間閉塞部材は、ゴム材からなることを特徴とする、請求項１、２または４に記載のシールドトンネル用袋体付きセグメント。
7. 前記隙間閉塞部材は、スポンジ材からなることを特徴とする、請求項１、２、３または５に記載のシールドトンネル用袋体付きセグメント。
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ることを特徴とする、請求項１から７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。

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