JP5395682B2 - 推進工法用エントランスの止水構造 - Google Patents

Description

本発明は、推進工法用エントランスの止水構造に関する。

トンネルを掘削するに際しては、まず、立坑の側壁に形成された発進口からシールド掘進機や推進函体を地盤内に挿入することとなる。このとき、地盤内の水が立坑内空に流れ込まないように、発進口と、シールド掘進機または推進函体の外周面との隙間を止水するようになっている。この止水構造としては、発進口の周縁部にエントランスパッキンを設け、シールド掘進機や推進函体の外周面にエントランスパッキンを摺接させる構造が一般的であった（例えば、特許文献１参照）。

さらには、図８に示すように、エントランスパッキン１０１が立坑内空側に捲れるのを防止するための反転防止用押え板１０２を設ける止水構造もあった。反転防止用押え板１０２は、発進口１００の周縁部に沿って所定ピッチで複数配置されており、エントランスパッキン１０１の立坑内空側に被されて設けられ、エントランスパッキン１０１を押さえるようになっている。エントランスパッキン１０１と反転防止用押え板１０２は、推進函体１１０の外周面１１１に当接して、推進方向前方に傾斜した状態で保持される。なお、エントランスパッキン１０１は、発進口１００の開口周縁部に沿うように環状に形成されている。なお、図８および図９中、破線で示した符号１０５は、発進口１００の内周面を示している。

特許第３７２１４６０号公報

ところで、推進函体１１０が断面矩形の場合、図８に示すように、角部１０３の反転防止用押え板１０２は、その舌片部１０２ａが斜め内側（発進口１００の開口部の中心側）に向かって延出するように配置されるが、推進函体１１０の出隅部１１２が反転防止用押え板１０２の舌片部１０２ａを外側（発進口１００の開口部の外方側）に押し出してしまう。そのため、角部１０３のエントランスパッキン１０１が外側に押し出された反転防止用押え板１０２によって持ち上げられて、推進函体１１０とエントランスパッキン１０１との間に隙間が発生して、止水性能が低下してしまう問題があった。このことは、特に、大深度で高水圧下の条件でトンネルの掘削を行う場合に問題になる虞がある。

また、特許文献１の止水構造は、矩形のシールド掘進機には対応できるが、シールド掘進機が推進した後は、発進口に構築されたセグメントの外周面に閉塞部材を固定することで発進口の止水を行う構造であるので、発進口に対して相対移動する推進函体に対応することができなかった。

このような観点から、本発明は、出隅部を有する推進函体であっても、発進口周辺における止水性能を向上させることができる推進工法用エントランスの止水構造を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために創案された本発明は、立坑内における断面多角形状の推進函体の発進口周辺の推進工法用エントランスの止水構造において、前記発進口の開口縁部に設けられたエントランスパッキンと、地下水圧による前記エントランスパッキンの反転を防止する反転防止用押え板と、前記推進函体の出隅部に対応する前記発進口の角部で前記エントランスパッキンの内側に設けられたコーナー部材とを備えており、前記角部は、前記推進函体の出隅部の通過位置よりも外側に膨らむように曲面状に形成され、前記反転防止用押え板は、前記発進口の開口縁部に沿って複数設けられており、前記角部に対応する位置における複数の前記反転防止用押え板は、前記角部の曲面に沿って曲線状に配置され、前記コーナー部材は、その内側面が前記推進函体の出隅部に沿った形状に形成され、外側面が前記角部に沿うように曲面状に形成されるとともに、前記発進口から推進方向に向かって延在するように配置され、その外側面の少なくとも一部が推進方向前方に向かうに連れて前記発進口の内側へ向かって傾斜して形成されており、前記外側面の傾斜部分に前記エントランスパッキンの先端部が当接するように、前記コーナー部材が前記発進口の開口縁部に固定されていることを特徴とする推進工法用エントランスの止水構造である。

本発明における「内側」とは、立坑内空側から発進口を見たときの発進口の中心側を意味し、「外側」とは、発進口の外方側を意味する。前記のように発進口は、発進口の角部の内周面が外側に膨らむように曲面状に形成され、反転防止用押え板は、発進口の内周面に沿って曲線状に配置され、さらにコーナー部材の外側面が反転防止用押え板に沿うように曲面状に形成されているので、反転防止用押え板がコーナー部材の外側面に滑らかに押し上げられてエントランスパッキンを押さえることができる。したがって、エントランスパッキンとコーナー部材との間に隙間が発生し難く、エントランスパッキンが捲れるのを防止することができる。さらにコーナー部材の内側面が、発進口の角部に沿った平面形状であって、出隅部を覆っているので、内側面に従来のシール部材を設けるだけで、止水性能を向上させることができる。さらに、地下水圧が反転防止用押え板およびエントランスパッキンを立坑内空側へ押し出そうとする圧力の一部は、コーナー部材の傾斜部分を押圧する応力となるので、エントランスパッキンとコーナー部材との密着性が高くなり、止水性能をより一層高くすることができる。

本発明によれば、出隅部を有する推進函体であっても、発進口周辺における止水性能を向上させることができるといった優れた効果を発揮する。

本発明の第１実施形態に係る止水構造を示した正面図である。 本発明の第１実施形態に係る止水構造の発進口を示した正面図である。 本発明の第１実施形態に係る止水構造のエントランスパッキンの取付状態を示した正面図である。 本発明の第１実施形態に係る止水構造のエントランスパッキンおよび反転防止用押え板の取付状態を示した正面図である。 本発明の第１実施形態に係る止水構造のコーナー部材を示した斜視図である。 （ａ）は、本発明の第１実施形態に係る止水構造を示した断面図、（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る止水構造を示した断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、コーナー部材の固定状態を示した正面図である。 従来の止水構造を示した正面図である。 従来の止水構造の角部を示した拡大正面図である。

以下、本発明を実施するための第１実施形態を、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態では、断面矩形を呈する推進函体（以下、「矩形推進函体」と言う場合がある）を用いた推進工法における推進工法用エントランスの止水構造を例に挙げて説明する。

ここで、推進工法とは、トンネルの覆工となる筒状の推進函体（トンネル函体）を坑口から順次地中に圧入してトンネルを構築する工法である。なお、推進函体の先端には、刃口や掘進機などが取り付けられている。推進工法の掘進機は、推進函体に反力をとって自ら掘進するもの（つまり、推進ジャッキを装備しているもの）でもよいし、推進函体を介して伝達された元押しジャッキの推力により掘進するものであってもよいが、本実施形態では、元押しジャッキの推力で掘進する推進工法が採用されている。

図１に示すように、本実施形態に係る推進工法用エントランスの止水構造Ｗ１は、立坑内における矩形推進函体１０の発進口１の止水構造である。止水構造Ｗ１は、エントランスパッキン２０と反転防止用押え板３０とコーナー部材４０とを備えている。

図１および図２に示すように、発進口１は、立坑の壁面に固定された枠体９の内側に設けられている。枠体９は、例えば鋼材にて形成されており、その内側の開口部が発進口１を構成している。枠体９の開口部は、立坑の壁面に形成された貫通孔と同じ断面形状（立坑内空側から見た平面形状）を呈しており、貫通孔と連通するように重なって配置されている。発進口１は、矩形推進函体１０が通過できるように、矩形推進函体１０の外形よりも大きく形成されている。発進口１の内周面２は、上下左右の角部３，３・・と、左右方向に隣り合う角部３，３間を直線状に結ぶ水平中間部４と、上下方向に隣り合う角部３，３間を直線状に結ぶ垂直中間部５とを備えて構成されている。水平中間部４は発進口１の上下それぞれに配置され、垂直中間部５は発進口１の左右それぞれに配置されている。角部３は、立坑内空側から見て、矩形推進函体１０の出隅部１１を含む外周面１２の通過位置よりも外側に膨らむように形成されている。角部３は、両端に位置する平面部３ａ，３ａと、中間部に位置する曲面部３ｂとを備えている。平面部３ａは、各中間部４，５側から連続的に繋がり、直線状に外側に膨らんで傾斜している。曲面部３ｂは、矩形推進函体１０の出隅部１１の通過位置の近傍に曲面状に形成され、両側の平面部３ａ，３ａから滑らかに連続して繋がっている。

図３に示すように、エントランスパッキン２０は、発進口１の開口縁部に設けられた弾性部材である。エントランスパッキン２０は、例えば、プレート状の弾性ゴムにて構成されている。エントランスパッキン２０は、発進口１の開口縁部の形状に沿って正面視で略矩形枠状を呈するように形成されている。エントランスパッキン２０は、幅方向外周側２１が発進口１の開口縁部の枠体９の立坑内空側表面６に面接触して固定されており、幅方向内周側２２が発進口１の開口部の中心側に向かって延在するように構成されている。エントランスパッキン２０の幅方向内周側２２は、四隅においてコーナー部材４０の外側面に面接触するリップ部を構成し、一方、水平中間部４と垂直中間部５の一部において矩形推進函体１０の外周面１２と摺接するリップ部を構成する。なお、エントランスパッキン２０の幅方向内周側２２は、四隅が発進口１の外側に窪んで形成されており、幅方向内周側２２がコーナー部材４０の外側面４３に追従しやすくなっている。外側に窪んだ幅方向内周側２２は、その一部が矩形推進函体１０の外周面１２の通過位置と接する位置にある。

図４に示すように、反転防止用押え板３０は、掘削される地山側の地下水圧によるエントランスパッキン２０の反転を防止するために、エントランスパッキン２０を立坑内空側から押さえる部材である。反転防止用押え板３０は、発進口１の開口縁部の周方向に沿って互いに間隔をあけて複数設けられている。反転防止用押え板３０は、金属製の板ばねにて構成されている。

図４および図６に示すように、反転防止用押え板３０の基端部３１は、エントランスパッキン２０の幅方向外周側２１を覆うように配置され、固定ピン３３によって枠体９の立坑内空側表面６に固定されている。反転防止用押え板３０は屈曲しており、反転防止用押え板３０の先端部３２は、発進口１の開口部の中心側に向かって延在するとともに、推進方向前方に向かって傾斜している。この先端部３２が、エントランスパッキン２０の幅方向内周側２２を推進方向前方に押さえることで、エントランスパッキン２０が立坑内空側へ反転するのを防止している。

図１および図４に示すように、角部３に対応する位置における複数の反転防止用押え板３０は、その先端を連ねた形状が発進口１の角部３の内周面形状に沿うように配置されている。角部３の平面部３ａに対応する位置の反転防止用押え板３０は直線状に配置され、角部３の曲面部３ｂに対応する位置の反転防止用押え板３０は曲線状に配置されている。曲線状に配置された反転防止用押え板３０は、基端部３１よりも先端部３２の幅が狭くなるように形成されており、隣り合う反転防止用押え板３０，３０同士が干渉するのを防止している。一方、水平中間部４および垂直中間部５における複数の反転防止用押え板３０は、発進口１の内周面に沿って（内周面と平行に）直線状に配置されている。

図１および図５に示すように、コーナー部材４０は、金属部材によって構成されており、その内側面４１が矩形推進函体１０の出隅部１１に沿った形状に形成され、外側面４３が発進口１の角部３に沿うように曲面状に形成されている。コーナー部材４０は、発進口１の内周面と、その内部を推進する矩形推進函体１０の外周面１２との間に、エントランスパッキン２０および反転防止用押え板３０と当接した状態で挿入される部材である。なお、コーナー部材４０の材質は、金属部材に限定されるものではなく、例えばゴムブロック等で形成するようにしてもよい。

内側面４１は、直角に交差する矩形推進函体１０の外周形状に対応しており、２つの平面が直角に交差して入隅部を形成している。内側面４１には、図示しないゴムブロック、インフレートシート、リップシール等からなる周知のシール手段が設けられている。コーナー部材４０の内側面４１と矩形推進函体１０の出隅部１１は互いに平行な平面同士が対向しているので、従来から存在する通常のシール手段で十分な止水性能を得ることができる。

外側面４３は、角部３に沿うように形成されている。具体的には、外側面４３は、角部３の平面部３ａに対応する位置では、平面部３ａと隙間をあけて略平行になるように平面上状に形成され、角部３の曲面部３ｂに対応する位置では、曲面部３ｂと隙間をあけて略平行になるように曲面状に形成されている。

図５に示すように、コーナー部材４０は、推進方向に延在して形成されており、内側面４１の各平面が推進方向に平行になるように配置されている。図６に示すように、コーナー部材４０は、発進口１の開口部から地山側に挿入されている。コーナー部材４０は、推進方向後方側の一端が、発進口１の開口部から立坑内空側に突出するように配置されており、その突出部分を介して発進口１の開口縁部に固定されている。つまり、コーナー部材４０は、エントランスパッキン２０および反転防止用押え板３０に対して一定の相対位置関係を保って、エントランスパッキン２０および反転防止用押え板３０に接触するようになっている。

推進方向に沿って切断したコーナー部材４０の断面は、図６の（ａ）および（ｂ）に示す形状のどちらであってもよい。図６の（ａ）に示すコーナー部材４０は、断面方向において内側面４１と外側面４３とが互いに平行になっており、推進方向で切断した断面形状が長方形を呈している。そして、発進口１の開口部から地山側に挿入された部分の外側面４３に、エントランスパッキン２０の先端部（幅方向内周側２２の先端部分）が当接する。一方、図６の（ｂ）に示すコーナー部材４０は、外側面４３の少なくとも一部が推進方向前方に向かうに連れて発進口１の内側へ向かうように傾斜して形成されている。具体的には、外側面４３のうち、発進口１の開口部よりも地山側に挿入された部分が、内側面４１に向かって傾斜して形成されており、推進方向で切断した断面形状が直角三角形を呈している。この直角三角形の斜辺部分（外側面４３の傾斜部分）に、エントランスパッキン２０の先端部（幅方向内周側２２）が当接する。

図７の（ａ）に示すように、発進口１の開口縁部（枠体９）の立坑内空側には、鉄骨を井桁状に組み合わせて構成された固定用鋼材７が設けられており、この固定用鋼材７を介して各コーナー部材４０が発進口１の開口縁部に固定されている。固定用鋼材７は、発進口１の開口縁部の立坑内空側表面６に立坑内空側に突出して設けられたブラケット（図示せず）を介して、発進口１の開口縁部に固定されている。固定用鋼材７は、各コーナー部材４０を取り囲むように形成されている。固定用鋼材７は、枠体９に対して、その平面方向（推進方向に直交する平面方向）のみにスライド可能に固定されている。このスライド量は、コーナー部材４０の外側面４３と反転防止用押え板３０との間に隙間が発生しない程度の若干の距離である。コーナー部材４０の立坑内空へ突出した部分の外側面４３を固定用鋼材７の内側面に溶接することによって、４つのコーナー部材４０を固定用鋼材７に一体化して固定している。なお、コーナー部材４０と固定用鋼材７の固定方法は、溶接に限定されるものではない。

このような構成によれば、固定用鋼材７およびコーナー部材４０は、矩形推進函体１０の推進方向には移動しないので、矩形推進函体１０の推進によってコーナー部材４０を地山側に引き込もうとする応力を、固定用鋼材７およびブラケットを介して枠体９に伝達して反力を取ることができる。逆に、地山側の土水圧によってコーナー部材４０が立坑内へ押し出されることを防止することもできる。また、固定用鋼材７が枠体９に対してその平面方向にスライド可能に固定されているので、矩形推進函体１０の蛇行に追従することができる。さらには、コーナー部材４０が固定用鋼材７の内側に固定されているので、各コーナー部材４０同士間の離間距離を一定にすることができ、矩形推進函体１０の外側面１２とコーナー部材４０の内側面４１との相対位置関係を一定に保つことができる。したがって、矩形推進函体１０とコーナー部材４０間の止水性の低下を抑制できる。

また、コーナー部材４０の固定方法は、前記構成に限定されるものではない。例えば、図７の（ｂ）に示すように、固定用鋼材８を４つのコーナー部材４０毎にそれぞれ別個に設けて、コーナー部材４０を発進口１の開口縁部の立坑内空側表面６に固定してもよい。この場合、固定用鋼材８は、上下方向に延在する鉄骨８ａと、左右方向に延在する鉄骨８ｂとで構成されるのが好ましい。固定用鋼材８は、枠体９に対して、その平面方向（推進方向に直交する平面方向）のみにスライド可能に固定されている。このような構成によれば、コーナー部材４０を地山側に引き込もうとする応力を立坑内空側表面６に伝達して反力を取ることができる。また、地山側の土水圧によってコーナー部材４０が立坑内へ押し出されることを防止することもできる。さらに、固定用鋼材８がスライドすることで、矩形推進函体の蛇行に追従することができる。

さらに、前記した一手法の固定では無く、夫々を組み合わせる方法もある。図示しないが、例えば、固定用鋼材を４つのコーナー部材毎にそれぞれ別個に設けて、コーナー部材を発進口の開口縁部の立坑内空側表面に固定し、且つコーナー部材４つをワイヤーロープや鋼材で横方向に連結してもよい。このような構成では、軸方向への出入りを鉄骨で固定し、函体全体のズレをワイヤーロープや鋼材で函体に引き寄せていることで対抗させる。

以上のような構成の推進工法用エントランスの止水構造Ｗ１によれば、発進口１の角部３が外側に膨らむように曲面状に形成され、角部３に対応する位置の反転防止用押え板３０は発進口１の内周面に沿って曲線状に配置され、さらにコーナー部材４０の外側面４３が角部３に沿うように曲面状に形成されているので、立坑内空側から地山側に向かって発進口１を見た際に、反転防止用押え板３０の配置方向（反転防止用押え板３０の先端を連ねた形状の延在方向）と、コーナー部材４０の外側面４３とが略平行となる。これによって、コーナー部材４０の外側面４３が反転防止用押え板３０の表面に沿うように面接触することとなり、反転防止用押え板３０が発進口１の外側（内周面２側）に向かって滑らかに押し上げられて、エントランスパッキン２０を押さえることとなる。つまり、反転防止用押え板３０の表面とコーナー部材４０の外側面４３との間には隙間が発生しないので、反転防止用押え板３０に押えられたエントランスパッキン２０に皺が発生することなく、コーナー部材４０の外側面４３との間に隙間が発生するのを抑制できる。したがって、エントランスパッキン２０と外側面４３との密着性を高めることができ、止水性能を向上させることができる。また、角部３におけるエントランスパッキン２０の破損も発生し難くなる。

具体的には、地山側から地下水圧がかかると、図６の（ａ）に示すように、エントランスパッキン２０が立坑内空側へ押圧されて反転防止用押え板３０が押されるが、反転防止用押え板３０の先端部が地山側（推進方向前方側）へ傾いた状態で、コーナー部材４０の外側面４３に当接しているので、反転防止用押え板３０がそれ以上立坑内空側に押し戻されることはなく、確実にエントランスパッキン２０の反転（捲れ）を防止できる。また、コーナー部材４０の外側面４３は滑らかな曲面状に形成されていることから、反転防止用押え板３０の先端が外側面４３に沿って当接する。そのため、エントランスパッキン２０が外側に押し上げられないので、コーナー部材４０の外側面４３に沿わすことができ、止水性能を低下させることはない。さらに、エントランスパッキン２０の先端部（幅方向内周側２２）では、地下水圧はコーナー部材４０側に向かってかかるので、エントランスパッキン２０が外側面４３に押し付けられることとなり、止水性能を高めることができる。特に、地下水圧が高い場合には、エントランスパッキン２０の先端部がコーナー部材４０の外側面４３に強い圧力で押し付けられるので、高い止水性能を得られる。

また、矩形推進函体１０が蛇行した場合、コーナー部材４０は、偏心して僅かに動くことがあるが、コーナー部材４０とエントランスパッキン２０および反転防止用押え板３０が一体的に接触しており、反転防止用押え板３０の位置が所定の間隔で調整可能になっているので、コーナー部材４０の移動を吸収することができる。したがって、コーナー部材４０とエントランスパッキン２０および反転防止用押え板３０との位置関係を一定に保つことができ、隙間の発生を抑制できるので、止水性能を確保することができる。

さらに、図６の（ｂ）に示すように、コーナー部材４０の外側面４３の、発進口１の開口部よりも地山側に挿入された部分が、内側面４１に向かって傾斜していると、エントランスパッキン２０にかかる地下水圧のうち、エントランスパッキン２０を立坑内空側に押し出そうとする応力の一部も外側面４３の傾斜部分で受けることができる。これによって、エントランスパッキン２０と外側面４３との密着性がさらに高くなり、止水性能をより一層高めることができる。

なお、コーナー部材４０の内側面４１と矩形推進函体１０との間には、通常のシール手段が設けられているが、コーナー部材４０の内側面４１は、矩形推進函体１０の出隅部１１に沿った平面形状であって、その出隅部１１を覆っているので、矩形推進函体１０と、その外周面が摺動する内側面４１との間であっても、必要な止水性能を確保することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定する趣旨ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、本実施形態では、コーナー部材が四隅にそれぞれ別個に設けられているが、各コーナー部材を連結して一体的な枠状のものとしてもよい。このようにすれば、コーナー部材の内側面の形状が一定に固定され、発進口１への固定強度を低減することができる。

Ｗ１ 止水構造
１ 発進口
２ 内周面
３ 角部
１０ 矩形推進函体（推進函体）
１１ 出隅部
１２ 外周面
２０ エントランスパッキン
３０ 反転防止用押え板
４０ コーナー部材
４１ 内側面
４３ 外側面

Claims (1)

1. 立坑内における断面多角形状の推進函体の発進口周辺の推進工法用エントランスの止水構造において、
   前記発進口の開口縁部に設けられたエントランスパッキンと、地下水圧による前記エントランスパッキンの反転を防止する反転防止用押え板と、前記推進函体の出隅部に対応する前記発進口の角部で前記エントランスパッキンの内側に設けられたコーナー部材とを備えており、
   前記角部は、前記推進函体の出隅部の通過位置よりも外側に膨らむように曲面状に形成され、
   前記反転防止用押え板は、前記発進口の開口縁部に沿って複数設けられており、前記角部に対応する位置における複数の前記反転防止用押え板は、前記角部の曲面に沿って曲線状に配置され、
   前記コーナー部材は、その内側面が前記推進函体の出隅部に沿った形状に形成され、外側面が前記角部に沿うように曲面状に形成されるとともに、前記発進口から推進方向に向かって延在するように配置され、その外側面の少なくとも一部が推進方向前方に向かうに連れて前記発進口の内側へ向かって傾斜して形成されており、
   前記外側面の傾斜部分に前記エントランスパッキンの先端部が当接するように、前記コーナー部材が前記発進口の開口縁部に固定されている
   ことを特徴とする推進工法用エントランスの止水構造。

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