JP5664561B2

JP5664561B2 - トンネル用セグメントのシール構造

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Publication number: JP5664561B2
Application number: JP2012003685A
Authority: JP
Inventors: 義法藤井; 広沢　規行; 規行広沢; 三宅　正人; 正人三宅; 石田　宗弘; 宗弘石田; 裕章中山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: JP2013142265A

Description

本発明は、トンネル用セグメント等に用いられるシール構造に関するものである。

従来より、複数のトンネル用セグメントを連結してシールドセグメントの覆工体を構築するシールド工法が提案されている。このような覆工体では、複数のトンネル用セグメント間においてシール性を確保することが求められている。従来より、そのようなシール性を確保するためのシール構造として、様々なものが提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。

図１６は、従来の代表的なシール構造１０１の一例を示す図である。このシール構造１０１は、トンネル用セグメント１０７の周端面に設けられた一対の突き合わせ面１１１と、突き合わせ面１１１に形成されたシール溝１２１と、シール溝１２１に沿って敷設されたシール材１３１とを備えている。シール材１３１は、一般にはシール溝１２１に対して接着剤１４１等により固着されている。このシール構造１０１では、一対の突き合わせ面１１１間においてシール材１３１が挟み付けられて圧縮変形し、そのときの圧縮反力によりシール材１３１の他との接触面でのシール性を確保することが可能となっている。

特開平05-287992号公報（図２等参照）特開2000-008793号公報（図１等参照）

ところで、シール構造１０１を適用するうえでは、シール材１３１のシール性の他に、シール材１３１の耐久性を確保することが求められている。このシール材１３１の耐久性は、シール材１３１の圧縮率Ｃにより評価できることが知られている。このシール材１３１の圧縮率Ｃ（％）は、例えば、下記の式（１）により表される。式１のＨは圧縮変形前のシール材１３１の高さ（ｍｍ）であり、Ｄはシール溝１２１の溝深さ（ｍｍ）であり、Ｌは一対の突き合わせ面１１１間に生じる目開きとよばれる隙間の間隔（ｍｍ）である。

シール材１３１は、この圧縮率Ｃが過度に大きくなると、経時的に圧縮応力が低下するいわゆる応力緩和が助長されることによって、長期間経過後にシール性が大きく低下し、耐久性が低下することが知られている。従って、シール材１３１の耐久性を確保する観点からは、シール材１３１の圧縮率Ｃが設計上予め定められた最大圧縮率Ｃ_max以下となるように、シール溝１２１やシール材１３１の寸法を設計することになる。

しかしながら、トンネル用セグメント１０７を連結する場合、実際には、一対の突き合わせ面１１１間に目開きが生じる場合があり、その目開きを考慮のうえシール溝１２１やシール材１３１の寸法を設計する必要がある。そうすると、目開きを考慮のうえシール材１３１の耐久性を確保する観点からは、目開きが設計上予め定められた最小間隔となる場合に、通常、シール材１３１の圧縮率Ｃが最大となることから、その場合の圧縮率Ｃが最大圧縮率Ｃ_max以下となるようにシール溝１２１やシール材１３１の寸法を設計することになる。

しかしながら、このように設計してしまうと、従来のシール構造１０１では、目開きが大きくなるほどシール材１３１の圧縮率Ｃが低くなり、その結果、目開きが大きい場合は目開きが小さい場合よりもシール性が低下してしまうことになる。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、目開きが小さい場合のシール材の耐久性を確保しつつ、目開きが大きい場合でも高いシール性を確保することを可能とするシール構造を提供することにある。

本発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の末、下記のシール構造を発明した。

第１発明に係るシール構造は、トンネル用セグメントのセグメント継手面又はリング継手面から構成され、互いに突き合わされた一対の突き合わせ面と、前記突き合わせ面の面内方向に沿って形成されたシール溝と、前記シール溝に沿って敷設されたシール材とを備え、前記一対の突き合わせ面間において前記シール溝と交差する方向に流入する水を前記シール材によりシールするためのトンネル用セグメントのシール構造において、前記シール溝には、前記水が流入する流入方向の前方に向かうにつれて徐々に溝深さが浅くなるように形成された深さ変化部が設けられ、前記シール材は、前記流入方向の前方に向かうにつれて徐々にシール材高さが小さくなるように前記シール溝に沿って前記深さ変化部内に敷設され、前記シール溝内に敷設される部分の変形前のシール材高さがシール溝深さよりも大きく、前記シール溝の溝底面とは反対側に位置する外側端面が前記突き合わせ面と略平行に形成され、少なくとも前記シール溝内に敷設される部分が一様な材質からなり、前記シール溝から前記流入方向の前方にはみ出すように敷設されて、前記シール溝からのはみ出し部のみが前記突き合わせ面に対して固着されるものであり、前記一対の突き合わせ面間において前記シール材が圧縮変形することにより当該一対の突き合わせ面間に流入する水がシール可能とされていることを特徴とする。

第２発明に係るトンネル用セグメントのシール構造は、トンネル用セグメントのセグメント継手面又はリング継手面から構成され、互いに突き合わされた一対の突き合わせ面と、前記突き合わせ面の面内方向に沿って形成された一対のシール溝と、前記シール溝に沿って敷設された一対のシール材とを備え、前記一対の突き合わせ面間において前記シール溝と交差する方向に流入する水を前記シール材によりシールするためのトンネル用セグメントのシール構造において、前記シール溝には、前記水が流入する流入方向の前方に向かうにつれて徐々に溝深さが浅くなるように形成された深さ変化部が設けられ、前記シール材は、前記流入方向の前方に向かうにつれて徐々にシール材高さが小さくなるように前記シール溝に沿って前記深さ変化部内に敷設され、前記シール溝内に敷設される部分の変形前のシール材高さがシール溝深さよりも大きく、前記シール溝の溝底面とは反対側に位置する外側端面が前記突き合わせ面と略平行に形成され、前記一対の突き合わせ面間の目開き量としての間隔Ｌが最小間隔Δ _min のときに、前記流入方向の後側にある前記シール材の後部での圧縮率Ｃが目標圧縮率Ｃｔとなるとともに、前記間隔Ｌが最大間隔Δ _max のときに、前記流入方向の前側にある前記シール材の前部での圧縮率Ｃが目標圧縮率Ｃｔとなるように寸法調整されて、少なくとも前記シール溝内に敷設される部分が一様な材質からなり、前記一対の突き合わせ面間において前記シール材が圧縮変形することにより当該一対の突き合わせ面間に流入する水がシール可能とされていることを特徴とする。

第３発明に係るトンネル用セグメントのシール構造は、第１発明又は第２発明において、前記シール溝には、前記突き合わせ面と略直交する溝側面が前記流入方向の前方に設けられていることを特徴とする。

第４発明に係るトンネル用セグメントのシール構造は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記深さ変化部は、前記流入方向の前方に向かうにつれて連続的に溝深さが浅くなるように形成された傾斜面を有することを特徴とする。

第５発明に係るトンネル用セグメントのシール構造は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記深さ変化部は、前記流入方向の前方に向かうにつれて不連続的に溝深さが浅くなるように形成されていることを特徴とする。

第１発明〜第５発明によれば、目開きが小さい場合には、シール材の流入方向の後部で耐久性とともに高いシール性を確保しつつ、目開きが大きい場合には、シール材の流入方向の前部で高いシール性を確保することが可能となる。また、第１発明によれば、シールすべき水の水圧によって、シール材によるシール性を増大させることが可能となる。また、第１発明によれば、シール材の外側端面が突き合わせ面と略平行に形成されているため、シール材の損傷を防止しつつ、一対の突き合わせ面に目違いが生じていてもシール性を確保することが可能となる。

また、第３発明によれば、シール溝内に流入してきた水の水圧に対して溝側面がシール材のずれ止めとして効果的に抵抗し、シール材がシール溝から流入方向の前方の一対の突合せ面間に多量に押し出されることを防ぐことが可能となる。これにより、シール材が押し出されることによるシール溝に対するシール材の接面圧の低下を防止することができ、これによって、シール材に水圧が負荷されたときでもシール材によるシール性を保持したままとすることが可能となる。

また、第１発明によれば、一対の突き合わせ面間においてシール材が挟み付けられて圧縮変形した時点から得られる即時シール性の向上を図ることが可能となる。また、流入方向の前方へのシール材の抜け出しを防止することが可能となる。

また、第１発明によれば、一対の突き合わせ面を有する複数の構造体の運搬作業時、連結作業時等において、シール材を所定位置に固定した状態のまま作業することができ、施工性の向上を図ることが可能となる。

第１実施形態に係るシール構造が用いられるシールドトンネルの構成を示す斜視図である。第１実施形態に係るシール構造が用いられている複数の構造体の構成を示す断面図である。第１実施形態に係るシール構造の構成を示す拡大断面図である。第１実施形態に係るシール構造を分解したものの構成を示す分解図である。（ａ）は目開き量が予め定められた最小間隔のときにシール材の本体部が満足すべき条件を説明するためのモデル図であり、（ｂ）は目開き量が予め定められた最大間隔のときにシール材の本体部が満足すべき条件を説明するためのモデル図である。シール材の本体部やシール溝の寸法について説明するためのモデル図である。第１実施形態に係るシール構造のシール溝内に水が流入してきたときの状態を示す図である。第１実施形態に係るシール構造が用いられている複数の構造体に目違いが生じたときの状態を示す図である。シール材の突き合わせ面からの突出量やはみ出し部のはみ出し長さについて説明するための図である。第１実施形態に係るシール構造の第１変形形態の構成を示す拡大断面図である。第１実施形態に係るシール構造の第１変形形態を分解したものの構成を示す分解図である。第１実施形態に係るシール構造の第２変形形態の構成を示す拡大断面図である。第１実施形態に係るシール構造の第３変形形態の構成を示す拡大断面図である。第２実施形態に係るシール構造の構成を示す拡大断面図である。第３実施形態に係るシール構造の構成を示す拡大断面図である。従来の代表的なシール構造の一例を示す図であり、（ａ）は複数のトンネル用セグメントの連結前の状態を示す図であり、（ｂ）は連結後の状態を示す図である。従来のシール構造の他の例を示す図であり、（ａ）は複数のトンネル用セグメントの連結前の状態を示す図であり、（ｂ）は連結後の状態を示す図であり、（ｃ）は複数のトンネル用セグメントに目違いが生じた状態を示す図である。

以下、本発明を適用したシール構造を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明に係るシール構造１の第１実施形態について説明する。

本発明に係るシール構造１は、図１〜図４に示すように、互いに突き合わされた一対の突き合わせ面１１と、シール溝２１と、シール材３１とを備える。

本発明に係るシール構造１は、互いに連結される複数のトンネル用セグメント７の一対の突き合わせ面１１間に流入する水をシールするために用いられる。トンネル用セグメント７は、図１に示すように、シールドトンネルの覆工体５を構築するために用いられる。覆工体５は、複数のトンネル用セグメント７をトンネル周方向にリング状に連結してセグメントリング９を構築し、複数のセグメントリング９をトンネル軸方向に連結することにより構築される。トンネル用セグメント７としては、図２に示すように、例えば、箱状の鋼殻７１内にコンクリート７２を中詰めしたコンクリート中詰めセグメントが挙げられるが、この他にも、鋼製セグメント、コンクリート製セグメント、鋼コンクリート合成セグメント等でもよい。

一対の突き合わせ面１１は、トンネル周方向に隣り合うトンネル用セグメント７の一対のセグメント継手面５１や、トンネル軸方向に隣り合うセグメント７の一対のリング継手面５２から構成される。突き合わせ面１１は、トンネル用セグメント７がコンクリート中詰めセグメント等の場合、鋼板の端面から構成され、トンネル用セグメント７がコンクリート製セグメント等の場合、コンクリートの端面から構成される。シール溝２１は、これら端面に対して切削加工等することにより設けられる。

シール溝２１は、突き合わせ面１１の面内方向に沿って形成される。第１実施形態において、シール溝２１は、セグメント継手面５１のトンネル軸方向に沿って形成されるとともに、リング継手面５２のトンネル周方向に沿って形成されている。

シール材３１は、シール溝２１内においてそのシール溝２１に沿って敷設される。シール材３１は、後述のような断面形状のものが、シール溝２１に沿う方向に延びて敷設されている。シール材３１は、図３、図４に示すように、一対の突き合わせ面１１間において挟み付けられて圧縮変形し、そのシール材３１の他への接触面に対して自らの圧縮反力に基づく接面圧が作用することにより、その他との接触面においてシール機能を発揮するものであり、これによって一対の突き合わせ面１１間に流入する水がシール可能とされている。このようにシール材３１を圧縮変形させるためには、複数のトンネル用セグメント７を所定位置に配置し、図示しない継手装置により一対の突き合わせ面１１が互いに近づくように締め付け力を作用させた状態のまま複数のトンネル用セグメント７を連結する。シール材３１としては、クロロプレンゴム系材料、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）系材料、天然ゴム系材料等の弾性を有する水膨張性シール材が好適に用いられる。シール材３１としては、水膨張性シール材以外にも、ブチルゴム系材料等の弾性を有する非膨張性シール材が用いられていてもよい。

ここで、本発明に係るシール構造１のシール溝２１には、図３、図４に示すように、水が流入する流入方向Ａの前方に向かうにつれて溝深さが浅くなるように形成された深さ変化部２２が設けられる。この深さ変化部２２は、第１実施形態において、水の流入方向Ａ前方に向かうにつれて連続的に溝深さが浅くなるように形成された傾斜面を有するものとして構成されている。

なお、ここでいう溝深さとは、突き合わせ面１１を通る仮想面Ｓからシール溝２１の溝底面２１ａまでの仮想面Ｓに対する法線の距離のことをいう。また、ここでいう流入方向Ａは、本発明に係るシール構造１が用いられるトンネル用セグメント７の用途に応じて異なる方向となる。複数のトンネル用セグメント７から構築される覆工体５を地下鉄道等に用いる場合は、この覆工体５の外周側から内周側に向かう方向が流入方向Ａとなる。トンネル用セグメント７の用途によっては、その逆の方向が流入方向Ａとなる場合も勿論ありえる。

また、第１実施形態に係るシール構造１のシール材３１は、シール溝２１の深さ変化部２２内に敷設された本体部３２と、シール溝２１から流入方向Ａの前方にはみ出すように敷設されたはみ出し部３３とを備える。

シール材３１の本体部３２は、水の流入方向Ａの前方に向かうにつれて徐々にシール材高さが小さくなるようにシール溝２１に沿って深さ変化部２２内に敷設されている。また、シール材３１は、シール溝２１内に敷設される部分である本体部３２が、その変形前のシール材高さがシール溝深さよりも大きくなるように敷設されている。これにより、シール材３１の本体部３２は、少なくともシール材３１の変形前の時点で突き合わせ面１１から突出して設けられていることになる。また、シール材３１の本体部３２は、その外側端面３１ｂが突き合わせ面１１と略平行に形成されている。このようにシール溝２１及びシール材３１の形状が調整されることにより、シール材３１は、流入方向Ａに対して後側にある本体部３２の後部３２ａでの圧縮率Ｃが小さくなり、流入方向Ａに対して前側にある本体部３２の前部３２ｂでの圧縮率Ｃが大きくなるように、シール溝２１の深さ変化部２２内に敷設されることになる。第１実施形態に係るシール材３１の本体部３２は、流入方向Ａの前方に向かうにつれて連続的に圧縮率が大きくなるように、シール溝２１の深さ変化部２２内に敷設されている。

また、シール材３１は、少なくとも本体部３２が一様な材質からなるものとして構成されている。

このように、本発明に係るシール構造１は、流入方向Ａの前方に向かうにつれて徐々にシール材３１の本体部３２の圧縮率Ｃが大きくなるように、シール溝２１及びシール材３１の形状が調整され、更にはシール材３１の本体部３２の材質が一様である点を必須の条件としている。この点について、以下において更に詳述する。

上述のように、シール材３１の圧縮率Ｃは、シール材３１の耐久性とシール性とに影響している。シール材３１の圧縮率Ｃは、シール材３１の耐久性を確保しつつ高いシール性を確保しようとする場合、シール材３１の材質が一様であると、設計上予め定められた最大圧縮率Ｃ_maxに近い圧縮率Ｃが得られればよいことになる。以下においては、このような条件を満足する圧縮率Ｃを目標圧縮率Ｃｔとよぶ。

そして、目開きが小さい場合にシール材３１の耐久性を確保しつつ、目開きが大きい場合でも高いシール性を確保しようとする場合は、設計上目開き量としての間隔Ｌが最小になる条件と、設計上目開き量としての間隔Ｌが最大となる条件とのそれぞれの条件の下で、シール材３１の本体部３２の流入方向Ａでの何れかの部位の圧縮率Ｃが目標圧縮率Ｃｔを満足すればよいことになる。

この点について図５、図６を用いて更に具体的に説明する。図５は、一対の突き合わせ面１１間においてシール材３１の本体部３２が圧縮変形したときの状態を概略的に示す図である。図５においては、説明を簡単にするため、シール材３１の本体部３２が高さ方向にのみ変形して流入方向Ａには変形しないものと仮定しており、実際のシール材３１の変形挙動とは異なるものを示している。図６は、シール材３１の本体部３２をシール溝２１から取り外した状態を概略的に示す図である。

図５（ａ）に示すように、目開き量としての間隔Ｌが予め定められた最小間隔Δ_minのときには、シール材３１について、流入方向Ａに対して後側にある本体部３２の後部３２ａでの圧縮率Ｃが目標圧縮率Ｃｔとなるように寸法調整する。また、図５（ｂ）に示すように、目開き量としての間隔Ｌが予め定められた最大間隔Δ_maxのときには、シール材３１について、流入方向Ａに対して前側にある本体部３２の前部３２ｂでの圧縮率Ｃが目標圧縮率Ｃｔとなるように寸法調整する。このような目標圧縮率Ｃｔを満足するのは、シール材３１の本体部３２の後部３２ａや前部３２ｂの一部のみでもよいし、後部３２ａや前部３２ｂのある長さ範囲内にある全部でもよい。ここでの寸法調整は、図６に示すように、シール材３１の本体部３２の後部３２ａの高さや前部３２ｂの高さ、更には、その後部３２ａや前部３２ｂが敷設されるシール溝２１の深さ変化部２２の溝深さの寸法を調整することにより行う。

このような条件を満足することにより、目開きが小さい場合には、シール材３１の本体部３２の後部３２ａで耐久性を確保しつつ、目開きが大きい場合には、シール材３１の本体部３２の前部３２ｂで高いシール性を確保することが可能となる。

なお、ここでいう最小間隔Δ_min、最大間隔Δ_max、最大圧縮率Ｃ_max、目標圧縮率Ｃｔは、種々の設計条件に応じて様々な値が設定されるが、例えば、最小間隔Δ_minは零、最大間隔Δ_maxは３ｍｍ〜５ｍｍ程度、最大圧縮率Ｃ_maxはシール材の長期耐久性の観点から５０％程度、目標圧縮率Ｃｔは４０％程度に設定される。この種々の設計条件としては、例えば、複数のトンネル用セグメント７を連結するための継手装置の種類、構造等が挙げられる。

また、圧縮率Ｃは、例えば、上述の式（１）を用いて計算する。また、一対の突き合わせ面１１の両側にシール材３１やシール溝２１が形成されている場合、式（１）の高さＨや溝深さＤとしては、その両側のシール材３１やシール溝２１それぞれの高さ、溝深さの合計値が用いられる。一例を挙げると、図６に示すように、一対のシール材３１それぞれの本体部３２の後端部３２ｃでの高さをＨ_a1、Ｈ_a2とし、その後端部３２ｃが敷設されるシール溝２１の深さ変化部２２の溝深さをＤ_a1、Ｄ_a2とし、一対のシール材３１それぞれの本体部３２の前端部３２ｄでの高さをＨ_b1、Ｈ_b2とする。すると、目開きが最小間隔Δ_minのとき、シール材３１の本体部３２の後端部３２ｃの圧縮率Ｃａは、下記の式（２）により表され、目開きが最大間隔Δ_maxのとき、シール材３１の本体部３２の前端部３２ｄの圧縮率Ｃｂは、下記の式（３）により表される。

また、第１実施形態に係るシール材３１の本体部３２は、以下に説明するように、シール溝２１内に流入してきた水Ｗの水圧により他との接触面での接面圧を増大可能とされている。

図７に示すように、一対の突き合わせ面１１間にシールすべき水Ｗが流入してきた場合を考える。一対の突き合わせ面１１間に流入してきた水Ｗは、シール溝２１内にまで流入してきた段階で、シール材３１によりそれ以上の流入が妨げられる。そして、シール材３１に対しては、その流入してきた水Ｗによって流入方向Ａの前方に向けて水圧による力が負荷される。このとき、第１実施形態に係るシール構造１では、シール溝２１の深さ変化部２２にシール材３１の本体部３２が敷設されているうえ、シール材３１の外側端面３１ｂが他のシール材３１の外側端面３１ｂ等に接触している。このため、水圧によりシール材３１に力が負荷されてもシール材３１の動きが拘束されることになり、その結果、シール溝２１や他のシール材３１に対するシール材３１の接触面３１ａ、３１ｂでの圧縮反力が増大することになる。これは、シール材３１の本体部３２が、シール溝２１内に流入してきた水Ｗの水圧により、他との接触面３１ａ、３１ｂでの接面圧を増大可能に敷設されていることを意味している。この結果、その他との接触面３１ａ、３１ｂでのシール性が増大することになる。

なお、ここでいうシール性が増大する他との接触面３１ａ、３１ｂとは、シール溝２１と接触するシール材３１の内側端面３１ａや、他のシール材３１と接触するシール材３１の外側端面３１ｂのことをいう。また、後述の図１１に示す形態の場合、シール性が増大する他との接触面３１ｂとは、突き合わせ面１１と接触するシール材３１の外側端面３１ｂのことをいう。

また、シール材３１の本体部３２は、その内側端面３１ａが深さ変化部２２の溝底面２１ａに対して摺動可能に接触した状態で敷設されていることが好ましい。これは、深さ変化部２２の溝底面２１ａに対してシール材３１の本体部３２が接着剤等により固着されないことを意味する。これにより、シールすべき水の水圧によって、シール材３１の本体部３２がシール溝２１の深さ変化部２２内に対して流入方向Ａの前方に押し込まれることになり、シール材３１の本体部３２の他との接触面３１ａ、３１ｂでの圧縮反力をより増大させて、シール性を更に増大させることが可能となる。

なお、このようにシール溝２１内に流入してきた水Ｗの水圧により他との接触面での接面圧を増大させる効果を高める観点からは、シール溝２１の深さ変化部２２が有する傾斜面について、その突き合わせ面１１に対する角度θを１０°以上の角度とすることが望ましい。

また、シール材３１のはみ出し部３３は、シール溝２１に対して流入方向Ａの前方にある突き合わせ面１１の一部と接触するように敷設されている。これにより、シール材３１の他への接触範囲が広がるうえ、シール材３１のはみ出し部３３が本体部３２より大きく積極的に押しつぶされることになり、これらの結果、一対の突き合わせ面１１間においてシール材３１が挟み付けられて圧縮変形した時点から得られる即時シール性の向上を図ることが可能となる。また、これにより、シールすべき水Ｗにより流入方向Ａの前方に向けて水圧が負荷されたときに、流入方向Ａの前方へのシール材３１の抜け出しを防止することが可能となる。

なお、一対の突き合わせ面１１間の間隔にもよるが、はみ出し部３３がシール材３１の本体部３２より大きく圧縮されるため、シール材３１のはみ出し部３３の圧縮率は、例えば、最大圧縮率Ｃ_max（例えば、５０％）を超えることも想定される。しかし、はみ出し部３３は即時シール性を期待する部分であるため、シール材３１の本体部３２で最大圧縮率Ｃ_max以下の部位が確保できれば高いシール性を確保することができる。また、シール材３１の本体部３２は、例えば、水膨潤性シール材を用い、長期的にはシール材３１の本体部３２が水膨潤することによって高いシール性を確保することもできる。

なお、シール材３１の内側端面３１ａは、シール溝２１の深さ変化部２２の溝底面２１ａや突き合わせ面１１に接触するように、その溝底面２１ａや突き合わせ面１１の外形に応じた形状に形成される。第１実施形態に係るシール材３１の内側端面３１ａは、シール溝２１の深さ変化部２２の溝底面２１ａに接触する部位が突き合わせ面１１に対して傾斜しており、突き合わせ面１１に接触する部位が突き合わせ面１１に対して略平行に形成されている。

また、シール材３１は、シール溝２１の溝底面２１ａとは反対側に位置する外側端面３１ｂが突き合わせ面１１と略平行に形成されている。これにより、以下に説明するように、シール材３１の損傷を防止しつつ、一対の突き合わせ面１１に目違いとよばれる面内方向のずれが生じていてもシール性を確保することが可能となる。

従来のシール材１３１の外側端面１３１ｂの形状として、図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示すように、突き合わせ面１１１に対して傾斜して形成されるものが知られている。このような形状の場合、シール材１３１の外側端面１３１ｂが突き合わせ面１１１等に接触し易くなることによって、シール材１３１の損傷が発生し易くなる。更に、このような形状の場合、図１７（ｃ）に示すように、一対の突き合わせ面１１１に目違い８１とよばれる突き合わせ面１１の面内方向のずれが生じていた場合、シール材１３１によりシール機能を発揮させることができない場合が生じ得る。

これに対して、シール材３１の外側端面３１ｂが突き合わせ面１１に対して略平行に形成されている場合、シール材３１が突き合わせ面１１等に接触し難くなり、シール材３１の損傷を防止することが可能となる。また、図８に示すように、一対の突き合わせ面１１に目違い８１が生じていた場合でも、シール材３１の外側端面３１ｂを他のシール材３１等に対して広い範囲で接触させて、その外側端面３１ｂでのシール性を確保することが可能となる。

なお、シール材３１の本体部３２は、例えば、セグメント継手面５１やリング継手面５２に鋼板を用いるセグメント７の一対の突き合わせ面１１両側にシール材３１を敷設する場合、図９に示すような、突き合わせ面１１からの突出量Ｌａを２ｍｍ〜３ｍｍとすることが好ましい。これは、鋼板の板厚のばらつき、製作時の加工変形や溶接熱による影響、更にはセグメント組み立て時の組み立て精度を考慮すると、一対の突き合わせ面１１間に２ｍｍ〜３ｍｍ程度の目開きが生じる可能性があり、そのような目開きがある場合でも高いシール性を確保するためである。また、シール材３１のはみ出し部３３は、図９に示すような、シール溝２１からのはみ出し幅Ｗａを３ｍｍ〜５ｍｍとすることが好ましい。これは、一対の突き合わせ面１１に３ｍｍ程度の目違いが生じる可能性があり、そのような目違いがある場合でも高いシール性を確保するためである。

また、上述の第１実施形態においては、深さ変化部２２が傾斜面を有するものとして構成されている場合を例示したが、深さ変化部２２は、図９、図１０に示すように、流入方向Ａの前方に向かうにつれて不連続的に溝深さが浅くなるように形成されたものから構成されていてもよい。この場合、シール材３１の内側端面３１ａは、シール溝２１の深さ変化部２２の溝底面２１ａに接触するように、その不連続的に形成された深さ変化部２２の外形に応じた形状に形成される。また、この場合、シール材３１の本体部３２は、流入方向Ａの前方に向かうにつれて段階的に圧縮率が大きくなるように、シール溝２１の深さ変化部２２内に敷設されていることになる。また、この場合、シールすべき水Ｗの水圧によってシール材３１の接面圧を増大させる効果が十分に得られるように、深さ変化部２２は、段数、段差等の寸法が調整されていることが好ましい。

また、上述の第１実施形態においては、一対の突き合わせ面１１のそれぞれにシール溝２１、シール材３１が設けられている場合を例示したが、シール溝２１、シール材３１は、図１１に示すように、一対の突き合わせ面１１の少なくとも一方に設けられていればよい。

また、上述の第１実施形態において説明したシール材３１のはみ出し部３３は、図１２に示すように、本発明において必須の構成とするものではない。

次に、第２実施形態に係るシール構造１について説明する。なお、上述した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。

第２実施形態に係るシール構造１のシール溝２１には、図１３に示すように、突き合わせ面１１と略直交する溝側面２１ｂが流入方向Ａの前方に設けられている。シール溝２１は、第２実施形態において、溝底面２１ａと流入方向両側の溝側面２１ｂとにより、全体として、台形状に形成されている。このような溝側面２１ｂが設けられることにより、シール溝２１内に流入してきた水Ｗの水圧に対して溝側面２１ｂがシール材３１のずれ止めとして効果的に抵抗し、シール材３２がシール溝２１から流入方向Ａの前方の一対の突き合わせ面１１間に多量に押し出されることを防ぐことが可能となる。これにより、シール材３１が押し出されることによるシール溝２１に対するシール材３１の接面圧の低下を防止することができ、これによって、シール材３１に水圧が負荷されたときでもシール材３１によるシール性を保持したままとすることが可能となる。

次に、第３実施形態に係るシール構造１について説明する。

第３実施形態に係るシール構造１のシール材３１は、図１４に示すように、シール溝２１からのはみ出し部３３が突き合わせ面１１に対して接着剤４１等により固着されている。これにより、複数のトンネル用セグメント７の運搬作業時、連結作業時等において、シール材３１を所定位置に固定した状態のまま作業することができ、施工性の向上を図ることが可能となる。なお、このシール材３１の接着範囲は、シールすべき水Ｗの水圧によってシール材３１の接面圧を増大させる効果を得る観点からはみ出し部３３のみとしている。

なお、上述の第１実施形態〜第３実施形態に係るシール構造１のシール材３１は、シール溝２１内に敷設した場合でも、シール溝２１内の流入方向Ａの後方において隙間空間３４が残るようにその形状が調整されている。この隙間空間３４は、一対の突き合わせ面１１間の目開きが狭くなった場合に、圧縮変形したシール材３１がシール溝２１内に収まるように設けられている。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

１シール構造
７トンネル用セグメント
１１突き合わせ面
２１シール溝
２１ａ溝底面
２１ｂ溝側面
２２深さ変化部
３１シール材
３１ａ内側端面
３１ｂ外側端面
３２本体部
３２ａ後部
３２ｂ前部
３３はみ出し部
４１接着剤

Claims

トンネル用セグメントのセグメント継手面又はリング継手面から構成され、互いに突き合わされた一対の突き合わせ面と、前記突き合わせ面の面内方向に沿って形成されたシール溝と、前記シール溝に沿って敷設されたシール材とを備え、前記一対の突き合わせ面間において前記シール溝と交差する方向に流入する水を前記シール材によりシールするためのトンネル用セグメントのシール構造において、
前記シール溝には、前記水が流入する流入方向の前方に向かうにつれて徐々に溝深さが浅くなるように形成された深さ変化部が設けられ、
前記シール材は、前記流入方向の前方に向かうにつれて徐々にシール材高さが小さくなるように前記シール溝に沿って前記深さ変化部内に敷設され、前記シール溝内に敷設される部分の変形前のシール材高さがシール溝深さよりも大きく、前記シール溝の溝底面とは反対側に位置する外側端面が前記突き合わせ面と略平行に形成され、少なくとも前記シール溝内に敷設される部分が一様な材質からなり、前記シール溝から前記流入方向の前方にはみ出すように敷設されて、前記シール溝からのはみ出し部のみが前記突き合わせ面に対して固着されるものであり、
前記一対の突き合わせ面間において前記シール材が圧縮変形することにより当該一対の突き合わせ面間に流入する水がシール可能とされていること
を特徴とするトンネル用セグメントのシール構造。
トンネル用セグメントのセグメント継手面又はリング継手面から構成され、互いに突き合わされた一対の突き合わせ面と、前記突き合わせ面の面内方向に沿って形成された一対のシール溝と、前記シール溝に沿って敷設された一対のシール材とを備え、前記一対の突き合わせ面間において前記シール溝と交差する方向に流入する水を前記シール材によりシールするためのトンネル用セグメントのシール構造において、
前記シール溝には、前記水が流入する流入方向の前方に向かうにつれて徐々に溝深さが浅くなるように形成された深さ変化部が設けられ、
前記シール材は、前記流入方向の前方に向かうにつれて徐々にシール材高さが小さくなるように前記シール溝に沿って前記深さ変化部内に敷設され、前記シール溝内に敷設される部分の変形前のシール材高さがシール溝深さよりも大きく、前記シール溝の溝底面とは反対側に位置する外側端面が前記突き合わせ面と略平行に形成され、前記一対の突き合わせ面間の目開き量としての間隔Ｌが最小間隔Δ _min のときに、前記流入方向の後側にある前記シール材の後部での圧縮率Ｃが目標圧縮率Ｃｔとなるとともに、前記間隔Ｌが最大間隔Δ _max のときに、前記流入方向の前側にある前記シール材の前部での圧縮率Ｃが目標圧縮率Ｃｔとなるように寸法調整されて、少なくとも前記シール溝内に敷設される部分が一様な材質からなり、
前記一対の突き合わせ面間において前記シール材が圧縮変形することにより当該一対の突き合わせ面間に流入する水がシール可能とされていること
を特徴とするトンネル用セグメントのシール構造。
前記シール溝には、前記突き合わせ面と略直交する溝側面が前記流入方向の前方に設けられていること
を特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル用セグメントのシール構造。
前記深さ変化部は、前記流入方向の前方に向かうにつれて連続的に溝深さが浅くなるように形成された傾斜面を有すること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のトンネル用セグメントのシール構造。
前記深さ変化部は、前記流入方向の前方に向かうにつれて不連続的に溝深さが浅くなるように形成されていること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のトンネル用セグメントのシール構造。