JP5385855B2 - 立坑坑口部の接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、立坑坑口部の接合構造に関するものである。

通常シールドトンネルと立坑との接続部は、セグメント外周の裏込め材及び坑口部に設置されるコンクリート、鋼材等の部材で止水されている。しかし、地震等によりシールドトンネルに大きな変位が生じると、接続部の部材、セグメントが変形したり、破壊する可能性がある。特に、シールドトンネルと立坑との接続部は、地震時等に、構造や剛性の違いにより歪が集中し、大きな断面力が作用する箇所である。したがって、地震等により、シールドトンネルと立坑との接続部に大きなひずみが生じると、これらの部分から立坑内部やトンネル内部へ水などが浸入する恐れがある。このため、従来、シールドトンネルと立坑との接続部を大きな振動を伴う地震に対応した構造とする場合、立坑近傍に可撓セグメントおよび弾性ワッシャ等を設置することにより、地震時等に発生する変形・変位を吸収してシールド管路と立坑の止水構造に歪が及ばないようにし、構造物の安全性確保と、止水性能の低下を防止していた。

また、断面がΩ字状の弾性ジョイントの一端を立坑の側壁に、他端をシールド管路の坑口部の端面に取り付けることにより、地盤変状や地震等が生じた際にシールドトンネルと立坑との継目における止水性・耐水性を確保する方法があった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１７６３９３号公報

しかしながら、可撓セグメントは構造が複雑で非常に高価である。また、例えば特許文献１の方法は、変位に対して、弾性ジョイントの変形で止水性能を維持するものであり、経年による継ぎ目部の止水性能の劣化や地震等による相対変位により発生する土水圧が小さい場合は、止水性能を弾性ジョイントで維持できるものの、発生する土水圧が大きい場合は、弾性ジョイント自体の強度が低いため弾性ジョイントと構造物接合部が破断するなどして止水性能の維持ができない。一般に、発生する土水圧の大きさは深度・地下水位・土質などの影響により変化する。このため、簡易で経済的であり、かつ、大きな土水圧や大変位にも止水性を確保するとともに構造物の安全性を確保可能な接合構造の開発が望まれていた。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、外力作用時に構造物の安全性を確保し、止水性能の低下を確実に防止できる、可撓性を有する簡易かつ経済的な立坑坑口部の接合構造を提供することである。

前述した目的を達成するために、本発明は、地下管路と接合される立坑坑口部の接合構造であって、前記地下管路の管路構造物の立坑内部側の端面に沿って設けられた板状の止水ゴムと、前記止水ゴムの立坑内部側の面に沿って設けられ、外側リングと内側リングとからなり、前記外側リングと前記内側リングとの境界部付近に変形誘発部を有する止水鉄板と、前記止水鉄板および前記止水ゴムを前記立坑坑口部に固定する第１のアンカー部材と、前記止水鉄板および前記止水ゴムを前記管路構造物に固定する第２のアンカー部材と、を具備することを特徴とする立坑坑口部の接合構造である。

止水鉄板の立坑内部側の面には、必要に応じて、所定の間隔をおいて放射状にリブプレートが設けられる。リブプレートと外側リングとの接触部、リブプレートと内側リングとの接触部は、固定される。止水鉄板への外力作用時（例えば、大きな地震等により生じる外力作用時）には、リブプレートと内側リングとの固定が外れ、変形誘発部において内側リングの地下管路側への変形が誘発される。

第２のアンカー部材は、止水鉄板及び止水ゴムを貫通し、弾性ワッシャを介して止水鉄板及び止水ゴムを管路構造物に固定している。例えば、アンカー部材はボルトであって、頭部が止水鉄板の立坑内部側に設けられ、止水鉄板および止水ゴムを貫通し、他端が管路構造物に埋設される。この場合、ボルト頭部と止水鉄板との間に弾性ワッシャが設けられる場合がある。

止水鉄板の外側リングと内側リングとは、例えば、境界部で溶接され、溶接部が変形誘発部として機能する。または、外側リングと内側リングとの境界部に溝またはスリットが設けられ、境界部が変形誘発部として機能する場合もある。さらに、外側リングと内側リングとが、外側リングの内縁部と内側リングの外縁部とにラップ部分を設けて配置され、ラップ部分が変形誘発部として機能する場合もある。この時、外側リングと内側リングは必要に応じて止水溶接がされている。

本発明では、止水ゴムの立坑側に止水鉄板が設けられるため、地下管路と立坑との接続部近傍における外部からの土水圧に対しても確実に止水性を確保することができる。また、大規模な地震動により、管路構造物が例えば数十ｍｍ程度、立坑から離れる方向であって、管路構造物であるセグメントの接続部に引張力が加わる方向の大きな変位が生じた場合には、変形誘発部が破断・変形し、止水ゴムは弾性変形により変位に追従する。破断後の止水鉄板はアンカー部材でセグメントに固定されるため、セグメントに追従して変形し、止水性が保たれる。また、セグメント同士の継手部に応力が生じないため、セグメント同士の継手部の破損を防止することができる。また、弾性ワッシャを用いれば、小規模な地震動により発生する例えば数ｍｍ程度の小さな変位に対しても、アンカー部材と止水鉄板と弾性ワッシャとの弾性変形で歪を吸収することにより、止水性能の低下を防止できる。また、リブプレートを立坑内面側に設置することで、立坑の外部からの土水圧等に対して十分な強度を得ることができるとともに、管路構造物の立坑側への変形（管路構造物が立坑側へ突出する方向の変位であって、セグメントの接続部に圧縮力が加わる方向の変位）を抑制できる。

本発明によれば、外力作用時に構造物の安全性を確保し、止水性能の低下を確実に防止できる、可撓性を有する簡易かつ経済的な立坑坑口部の接合構造を提供できる。

立坑３とトンネル５との接合部付近の断面図 止水ゴム２１、止水鉄板１７、頭付きボルト２９、頭付きボルト２３、弾性ワッシャ２７、リブプレート３３等から構成される接合構造１５付近のトンネル軸方向の断面図 接合構造１５付近のトンネル軸方向の断面図 接合構造１５のトンネル周方向の断面図 大規模地震発生時の接合構造１５の状態を示す図 他の止水鉄板の例を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、立坑３とトンネル５との接合部付近の断面図である。図１に示すように、地山１に構築された地下管路の管路構造物であるトンネル５の端部は、立坑３の開口部８に接合される。開口部８の内周には坑口コンクリート７が設置される。

図２および図３は、接合構造１５付近のトンネル軸方向の断面図であり、図４は、接合構造１５のトンネル周方向の断面図を示す図である。なお、図２は、図１に示す範囲Ａの拡大図であり、図４に示す矢印Ｃ−Ｃによる断面図である。また、図３は、図４に示す矢印Ｄ−Ｄによる断面図である。なお、図４では、坑口コンクリート７の図示を省略している。

図２から図４に示すように、立坑３は、開口部８（図１）の内周面１０に沿って、埋込み金物９が設置される。トンネル５は、セグメント１３、埋込み金物９とセグメント１３との間に充填された裏込め材１１等で構成される。

図２から図４に示すように、立坑３とトンネル５との接合部には、接合構造１５が設置される。接合構造１５は、止水ゴム２１、止水鉄板１７、第１のアンカー部材である頭付きボルト２９、第２のアンカー部材である頭付きボルト２３、弾性ワッシャ２７、リブプレート３３等からなる。

図２、図３に示すように、止水ゴム２１は、トンネル５の立坑３の内部側の端面６に沿って設置される。止水ゴム２１は、例えば、内径がセグメント１３の内径とほぼ同じで、外径が裏込め材１１の外径より少し大きい環状の板状部材とする。

図２から図４に示すように、止水鉄板１７は、止水ゴム２１の立坑３の内部側の面１２に沿って設置される。止水鉄板１７は、止水ゴム２１とほぼ同じ形状の環状の部材とする。止水鉄板１７は、外側リング１７ｂと内側リング１７ａとからなる。止水鉄板１７は、外側リング１７ｂと内側リング１７ａとの境界部付近に、変形誘発部として機能する止水溶接部１９を有する。止水溶接部１９は、止水鉄板１７の坑口コンクリート７側の面１４に設けられる。

図２に示すように、頭付きボルト２９は、止水鉄板１７および止水ゴム２１を立坑３の坑口部に固定する。頭付きボルト２９は、頭部２８が立坑３に埋設され、止水鉄板１７および止水ゴム２１を貫通する。頭付きボルト２９の端部２６にはナット３１が螺合され、止水鉄板１７の坑口コンクリート７側の面１４に締め付けられる。頭付きボルト２９の端部２６およびナット３１は、坑口コンクリート７に埋設される。

図２に示すように、頭付きボルト２３は、止水鉄板１７および止水ゴム２１をトンネル５のセグメント１３に固定する。頭付きボルト２３は、頭部３０が止水鉄板１７の立坑３の内部側に設けられ、止水鉄板１７および止水ゴム２１を貫通する。頭付きボルト２３の頭部３０は、坑口コンクリート７に設けられた空間３５内に配置される。頭付きボルト２３の端部３２は、セグメント１３の端面６に設けられたインサート２５内に捩じ込まれる。弾性ワッシャ２７は、頭付きボルト２３の頭部３０と止水鉄板１７との間に設けられる。

なお、本実施例では、弾性ワッシャ２７をアンカー部材である頭付きボルト２３の頭部３０と止水鉄板１７との間に設けたが、弾性ワッシャの位置はこれに限らない。本発明では、止水鉄板及び止水ゴムを貫通するアンカー部材が、弾性ワッシャを介して止水鉄板及び止水ゴムがセグメントに固定される位置関係に設けられていればよい。例えば、アンカー部材である頭付きボルトの頭部が止水ゴム２１のセグメント１３側に設けられ、弾性ワッシャが頭付きボルトの頭部と止水ゴム２１との間に設けられる場合もある。

図３、図４に示すように、リブプレート３３は、止水鉄板１７の立坑３の内部側の面１４に、所定の間隔をおいて放射状に設けられる。本実施例では、リブプレート３３と外側リング１７ｂとの接触部は、線状の溶接部３９により全長にわたって固定される。リブプレート３３と内側リング１７ａとの接触部は、点状の溶接部３７により所定の箇所のみが固定される。

図２から図４に示す接合構造１５では、小規模な地震動等により発生する、例えば数ｍｍ程度の小さな変位に対して、頭付きボルト２９、頭付きボルト２３、弾性ワッシャ２７、止水鉄板１７の弾性変形で歪を吸収する。そのため、止水ゴム２１に損傷が生じず、立坑３とトンネル５との接合部における止水性能の低下が防止される。

図５は、大規模地震発生時の接合構造１５の状態を示す図である。止水鉄板１７の外側リング１７ｂとリブプレート３３との接触部は全長にわたって線状に溶接され、内側リング１７ａとリブプレート３３との接触部は所定の箇所のみが点状に溶接される。接合構造１５において、大規模な地震動等によりセグメント１３が立坑３に対して離れる方向（図５に示す矢印Ｅの方向）に、例えば数十ｍｍ程度の大きな変位が発生すると、内側リング１７ａとリブプレート３３との溶接部３７（図４）のみが破断し、内側リング１７ａが外側リング１７ｂ側の端部で支持され、他方の端部が自由な状態となる。つまり、リブプレート３３と外側リング１７ｂおよび内側リング１７ａとの固定における関係は、止水鉄板１７に管路延長方向に曲げ応力が作用して、変形誘発部が破断するときに、内側リング１７ａとリブプレート３３の固定が外れる一方で、外側リング１７ｂとリブプレート３３の固定が外れない関係とする。

内側リング１７ａとリブプレート３３との溶接部３７（図４）が破断すると、変形誘発部として機能する止水鉄板１７の、外側リング１７ｂと内側リング１７ａとの止水溶接部１９が破断する。この際、立坑３とトンネル５を繋いでいる止水ゴム２１が変位に追従し、止水性能は維持される。なお、止水ゴム２１のゴムとは、鉄等の金属と比べて広い弾性域を有する弾性体を意味し、止水鉄板１７の鉄板とは、ゴムと比べて大きな強度を有する剛性体を意味する。

このように、本実施の形態によれば、図２から図４に示すような簡易な構造の接合構造１５を用いることにより、構造が複雑で高価な可撓セグメントを用いることなく、可撓性を有する立坑３とトンネル５の接合部を構築できる。

すなわち、立坑３とトンネル５との接合部に、セグメント１３が立坑３に対して離れる方向（図５に示す矢印Ｅの方向）であって、セグメント１３の接続部に引張力が加わる方向の、例えば数十ｍｍ程度の大きな変位が生じた場合には、止水ゴム２１、止水鉄板１７それぞれが立坑３、セグメント１３の相対変位に追従し、止水性が確保できる。
セグメント１３が立坑３に対して近づく方向（図５に示す矢印Ｆの方向）であって、セグメント１３の接続部に圧縮力が加わる方向に、例えば数十ｍｍ程度の大きな変位が生じた場合には、リブプレート３３がセグメント１３の変位を抑制する。この際、セグメント１３にも圧縮力が加わるが、通常セグメント１３は圧縮力に対しては構造的に強いので構造物の安全性は維持できる。

また、立坑３とトンネル５との接合部に、例えば数ｍｍ程度の小さな変位が生じた場合には、頭付きボルト２９、頭付きボルト２３、弾性ワッシャ２７、止水ゴム２１、止水鉄板１７の弾性変形により歪みを吸収し、止水鉄板の塑性変形破断は生じず、止水性能の低下を防止できる。

なお、本実施の形態では、止水鉄板１７の外側リング１７ｂと内側リング１７ａとの境界部に止水溶接部１９を設けて変形誘発部として機能させたが、止水鉄板１７の構成はこれに限らない。

図６は、他の止水鉄板の例を示す図である。図６の（ａ）図は、止水鉄板４１のトンネル軸方向の断面図を示す。止水鉄板４１は、止水鉄板１７と同様の環状の板状部材であり、図６の（ａ）図に示すように、外側リング４１ｂと内側リング４１ａとからなる。止水鉄板４１は、外側リング４１ｂと内側リング４１ａとの境界部に溝４３が設けられる。止水鉄板１７のかわりに止水鉄板４１を用いた接合構造では、溝４３が設けられた境界部が変形誘発部として機能する。

図６の（ｂ）図は、止水鉄板４５のトンネル軸方向の断面図を示す。止水鉄板４５は、止水鉄板１７と同様の環状の板状部材であり、図６の（ｂ）図に示すように、外側リング４５ｂと内側リング４５ａとからなる。止水鉄板４５は、外側リング４５ｂと内側リング４５ａとの境界部にスリット４７が設けられる。止水鉄板１７のかわりに止水鉄板４５を用いた接合構造では、スリット４７が設けられた境界部が変形誘発部として機能する。

図６の（ｃ）図は、止水鉄板４９のトンネル軸方向の断面図を示す。止水鉄板４９は、止水鉄板１７と同様の環状の板状部材であり、図６の（ｃ）図に示すように、外側リング４９ｂと内側リング４９ａとからなる。止水鉄板４９は、外側リング４９ｂの内縁部５３ｂと内側リング４９ａの外縁部５３ａとにラップ部分５１が設けられる。外側リング４９ｂと内側リング４９ａとは、必要に応じて止水溶接がされている。止水鉄板１７のかわりに止水鉄板４９を用いた接合構造では、ラップ部分５１における、外側リング４９ｂと内側リング４９ａとの境界部近傍が変形誘発部として機能する。

立坑３とトンネル５との接合部に外力が作用して、例えば数ｍｍ程度の小さな変位が生じた場合、止水鉄板１７のかわりに図６に示す止水鉄板４１（４５、４９）を用いた接合構造においても、図２から図４に示す接合構造１５と同様に、頭付きボルト２９、頭付きボルト２３、弾性ワッシャ２７、止水鉄板４１（４５、４９）の弾性変形で歪を吸収し、立坑３とトンネル５との接合部における止水性能の低下が防止できる。

また、外力の作用によりセグメント１３が立坑３に対して離れる方向に、例えば数十ｍｍ程度の大きな変位が生じた場合、接合構造１５と同様に、内側リング４１ａ（４５ａ、４９ａ）とリブプレート３３との溶接部のみが破断して、内側リング４１ａ（４５ａ、４９ａ）が外側リング４１ｂ（４５ｂ、４９ｂ）側の端部で支持され、他端が自由な状態となる。そして、内側リング４１ａ（４５ａ、４９ａ）のトンネル５側への変形が誘発されるとともに、止水鉄板４１（４５、４９）の塑性変形が生じる。が、止水ゴム２１が立坑３とトンネル５のセグメント１３とを繋いでいるため、立坑３とトンネル５との接合部における止水性が確保できる。

本実施の形態では、止水鉄板１７の外側リング１７ｂとリブプレート３３との接触部を全長にわたって線状に溶接し、内側リング１７ａとリブプレート３３との接触部は所定の箇所のみを点状に溶接したが、リブプレート３３と外側リング１７ｂおよび内側リング１７ａとの固定方法はこれに限らない。リブプレート３３と外側リング１７ｂおよび内側リング１７ａとの固定における関係は、止水鉄板１７に管路延長方向に曲げ応力が作用して、変形誘発部が破断するときに、内側リング１７ａとリブプレート３３の固定が外れる一方で、外側リング１７ｂとリブプレート３３の固定が外れない関係にあれば良い。

本実施の形態では、トンネル５のセグメント１３と止水鉄板１７および止水ゴム２１との固定部分に弾性ワッシャ２７を設置したが、立坑３と止水鉄板１７および止水ゴム２１との固定部分にも同様に弾性ワッシャを設置する場合がある。また、これらの弾性ワッシャは必要に応じて設置すればよい。

本実施の形態では、断面が円形のシールドトンネル５と立坑３との接合部を例として説明したが、本発明の接合構造は、断面が他の形状のトンネルと立坑との接合部にも適用できる。また、トンネル以外の地下管路と立坑との接合部にも適用できる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

３………立坑
５………トンネル
６………端面
１０、１２、１４………面
１３………セグメント
１５………接合構造
１７、４１、４５、４９………止水鉄板
１７ａ、４１ａ、４５ａ、４９ａ………内側リング
１７ｂ、４１ａ、４５ａ、４９ａ………外側リング
１９………止水溶接部
２１………止水ゴム
２３、２９………頭付きボルト
２５………インサート
２６、３２………端部
２７………弾性ワッシャ
２８、３０………頭部
４３………溝
４５………スリット
５１………ラップ部分
５３ａ………内縁部
５３ｂ………外縁部

Claims (7)

1. 地下管路と接合される立坑坑口部の接合構造であって、
   前記地下管路の管路構造物の立坑内部側の端面に沿って設けられた板状の止水ゴムと、
   前記止水ゴムの立坑内部側の面に沿って設けられ、外側リングと内側リングとからなり、前記外側リングと前記内側リングとの境界部付近に変形誘発部を有する止水鉄板と、
   前記止水鉄板および前記止水ゴムを前記立坑坑口部に固定する第１のアンカー部材と、
   前記止水鉄板および前記止水ゴムを前記管路構造物に固定する第２のアンカー部材と、
   を具備することを特徴とする立坑坑口部の接合構造。
2. 前記止水鉄板の立坑内部側の面に、所定の間隔をおいて放射状にリブプレートが設けられ、
   前記リブプレートと前記外側リングとの接触部、前記リブプレートと前記内側リングとの接触部が固定されることを特徴とする請求項１記載の立坑坑口部の接合構造。
3. 前記止水鉄板への外力作用時に、前記リブプレートと前記内側リングとの固定が外れ、前記変形誘発部において前記内側リングの前記地下管路側への変形が誘発されることを特徴とする請求項２記載の立坑坑口部の接合構造。
4. 前記第２のアンカー部材は、前記止水鉄板及び前記止水ゴムを貫通し、弾性ワッシャを介して前記止水鉄板及び前記止水ゴムを前記管路構造物に固定していることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の立坑坑口部の接合構造。
5. 前記外側リングと前記内側リングとが境界部で溶接され、溶接部が前記変形誘発部として機能することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の立坑坑口部の接合構造。
6. 前記外側リングと前記内側リングとの境界部に溝またはスリットが設けられ、前記境界部が前記変形誘発部として機能することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の立坑坑口部の接合構造。
7. 前記外側リングと前記内側リングとが、前記外側リングの内縁部と前記内側リングの外縁部とにラップ部分を設けて配置され、前記ラップ部分における、前記外側リングと前記内側リングとの境界部近傍が前記変形誘発部として機能することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の立坑坑口部の接合構造。

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