JP5739318B2 - トンネル用セグメントの止水構造及びトンネル用セグメントの施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルを構築する際に使用される土木工事用部材であるセグメントの接合間となる目地を止水処理するシール材を備えたトンネル用セグメントの止水構造及びトンネル用セグメントの施工方法に関する。

例えば、市街地などの地下に掘削されるシールドトンネルや、大深度トンネルを構築するシールドトンネルの工事材料には、ユニット化された多数のセグメントが使用される。坑道の地山からの湧水が坑道内に漏水することを防止するために、セグメント同士の接合面の間にはシール材が設けられる。シール材には、水膨張性材料、例えば高吸収性樹脂と、合成ゴムとが混合成形加硫されてなる材料等が用いられる。シール材を用いたセグメントのシール構造では、それぞれの接合面において、シール材が、地山側と坑道内側とで互いに平行に貼着され、二重の止水構造とされる。

上記のシール構造では、セグメントの成形不良部分や、シール材の貼付不良、シール材の成形不良部分、シール材の欠損などがある場合、施工直後には発見されずに、その後に微少な浸水が起きてしまうことがある。通常、地山側シール材に、このような浸水があっても、坑道内側シール材により、坑道内への浸水は防がれ、両シール材間で伝わり、トンネル側方の排水部に導かれる。ところが、両シール材間を、トンネルの長手方向に徐々に伝わる浸水は、いずれかの位置で坑道内側シール材に上記と同様の不具合があると、坑道内側へ漏水してしまう。

そこで、例えば特許文献１に開示されるように、図５に示すセグメント５０１の接合面５０３に主シール材５０５を２本以上平行に貼付する。この平行に貼付した主シール材５０５に加えて、さらにこれらを交差して連結する縦シール材５０７を貼付した工事用セグメント５０９が提案されている。主シール材５０５は、接合面５０３に形成されたシール材用溝５１１に貼着される。この工事用セグメント５０９によれば、セグメント５０１の接合面５０３よりの漏水を極めて少なくできる。また万一漏水が生じた場合もその特定が容易となり、補修箇所が少なくてすむ。

特開平６−１５８９９８号公報

しかしながら、近年、地山側からの坑道内への浸水を防ぎ、止水性を向上させるために、２本の主シール材５０５のうち、特に地山側のシール材のボリュームを大きいもの、すなわち断面形状を大きくすることが行われている。従って、地山側の主シール材５０５を収容するシール材用溝５１１は、坑道内側のシール材用溝５１１よりも大きく深くなる。すると、縦シール材５０７を用いる場合、縦シール材５０７の貼着面と、地山側のシール材用溝５１１との間には、段差が生じる。この段差は、中空部となって残り、縦シール材５０７の止水性能を低下させる。これに対し、全ての段差を現場施工によるシーリング材の充填や塗布によって解消することは極めて煩雑であり、耐久性や施工性を低下させる。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、異なる厚みのシール材を使用し、それらシール材を収容する凹溝同士間に段差が生じるシール構造であっても、止水性が向上し、施工が良好なトンネル用セグメントの止水構造及びトンネル用セグメントの施工方法を提供することにある。

次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明の請求項１記載のトンネル用セグメントの止水構造は、トンネル用セグメントの接合面１５に平行に形成される深さの深い地山側凹溝２９及び深さの浅い坑道側凹溝３１と、
前記接合面１５に形成されて前記地山側凹溝２９と前記坑道側凹溝３１とを接続し前記坑道側凹溝３１と同じ深さの縦溝３３と、
前記地山側凹溝２９、前記坑道側凹溝３１に応じて設けられそれぞれの溝幅よりも小さい幅寸法で形成される主シール材３７、副シール材３９と、
前記副シール材３９と同じ高さで前記副シール材３９に接続して前記縦溝３３に設けられる縦シール材２３と、
前記地山側凹溝２９に設けられ前記縦シール材２３と前記主シール材３７を接続するとともに、該主シール材３７または前記縦シール材２３と同じ高さとされ、前記縦溝３３と前記地山側凹溝２９との段差空間部４１に充填される補助シール材２５と、
を具備することを特徴とする。

このトンネル用セグメントの止水構造では、地山側凹溝２９に主シール材３７が貼着され、縦溝３３に縦シール材２３が貼着される。縦溝３３と地山側凹溝２９とには段差５３があることから、縦溝３３から縦シール材２３を突出させて主シール材３７に当接すれば、地山側凹溝２９には主シール材３７と縦シール材２３とによって囲まれる段差空間部４１が形成される。本止水構造では、この段差空間部４１に充填される充填形状部４３を具備した補助シール材２５を縦シール材２３と主シール材３７との間に介装させる。これにより、補助シール材２５によって縦シール材２３と主シール材３７とが接続されると同時に、段差空間部４１が塞がれることになる。なお、補助シール材２５は、主シール材３７と同じ高さ、または縦シール材２３と同じ高さとされて形成される。

本発明の請求項２記載のトンネル用セグメントの止水構造は、請求項１記載のトンネル用セグメントの止水構造であって、
前記縦シール材２３と前記補助シール材２５とが一体に形成されていることを特徴とする。

このトンネル用セグメントの止水構造では、部品点数が少なくなり、部品管理が簡単になるとともに、補助シール材２５の紛失も防止される。

本発明の請求項３記載のトンネル用セグメントの止水構造は、請求項１又は２記載のトンネル用セグメントの止水構造であって、
前記副シール材３９と前記縦シール材２３とが同一の形状であることを特徴とする。

このトンネル用セグメントの止水構造では、交差する副シール材３９と縦シール材２３との現場接続が不要となり、止水信頼性が向上する。

本発明の請求項４記載のトンネル用セグメントの施工方法は、トンネル用セグメントの接合面１５に形成された深さの異なる平行な地山側凹溝２９と坑道側凹溝３１とに応じ主シール材３７と副シール材３９とを貼着する工程と、
前記接合面１５に形成されて前記地山側凹溝２９と前記坑道側凹溝３１とを接続し前記坑道側凹溝３１と同じ深さの縦溝３３に前記副シール材３９と同じ高さの縦シール材２３を前記副シール材３９に接続して貼着する工程と、
前記縦溝３３と前記地山側凹溝２９との段差空間部４１に充填される充填形状部４３を有する補助シール材２５を前記地山側凹溝２９に貼着しながら前記縦シール材２３と前記主シール材３７とを接続する工程と、
を含むことを特徴とする。

このトンネル用セグメントの施工方法では、深さの異なる地山側凹溝２９と坑道側凹溝３１とに主シール材３７と副シール材３９とが貼着される。坑道側凹溝３１と同じ深さの縦溝３３に、縦シール材２３が副シール材３９と接続して貼着される。縦シール材２３と主シール材３７との間に補助シール材２５が貼着されると、縦シール材２３と主シール材３７とが接続されると同時に、深さの異なる縦溝３３と地山側凹溝２９とによって生じている段差空間部４１が補助シール材２５の充填形状部４３によって塞がれる。

本発明の請求項５記載のトンネル用セグメントの施工方法は、請求項４記載のトンネル用セグメントの施工方法であって、
前記縦シール材２３と一体に形成された前記補助シール材２５を前記縦シール材２３と同時に貼着することを特徴とする。

このトンネル用セグメントの施工方法では、一回の貼着作業で、縦溝３３と段差空間部４１とに縦シール材２３と補助シール材２５とが貼着される。

本発明に係る請求項１記載のトンネル用セグメントの止水構造によれば、異なる厚みとなる断面形状の異なるシール材を使用し、それらシール材を収容する凹溝同士間に段差が生じるシール構造であっても、止水性が向上し、また、施工性が良好となる。

本発明に係る請求項２記載のトンネル用セグメントの止水構造によれば、縦シール材と補助シール材とが一体となることで、部品点数を少なくできるとともに、縦シール材と補助シール材との間の浸水を確実に防止できる。

本発明に係る請求項３記載のトンネル用セグメントの止水構造によれば、副シール材、縦シール材及び補助シール材が一体となる。これにより、さらに部品点数を少なくできるともに、副シール材と縦シール材との間、及び縦シール材と補助シール材との間の浸水を確実に防止できる。

本発明に係る請求項４記載のトンネル用セグメントの施工方法によれば、異なる厚みのシール材を使用し、それらシール材を収容する凹溝同士間に段差が生じるシール構造において、止水性を向上させ、容易に施工できる。

本発明に係る請求項５記載のトンネル用セグメントの施工方法によれば、縦シール材を貼着すると同時に補助シール材を位置決め固定でき、施工がさらに容易となる。

本発明に係る止水構造を有するトンネル用セグメントの斜視図である。 （ａ）は図１に示した縦溝近傍の要部拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図２（ａ）に示した要部の分解斜視図である。 （ａ）は図２（ｂ）の縦シール材及び補助シール材の貼着前の拡大図、（ｂ）は他の例の補助シール材の貼着前の拡大図である。 （ａ）は従来の止水構造を有するトンネル用セグメントの斜視図、（ｂ）は（ａ）の縦シール材近傍の要部拡大断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る止水構造を有するトンネル用セグメントの斜視図である。
トンネル用セグメント（以下、単に「セグメント１１」と称す。）は、湾曲した略矩形板状に形成され、内面の周囲近傍に取付凹部１３が凹設され、この取付凹部１３と接合面１５とを貫通する固定穴１７を備える。接合面１５は、周壁回りに沿った前後のリング面１９と、長さ方向に沿った上下のピース面２１とでなる。

図２（ａ）は図１に示した縦溝近傍の要部拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図３は図２（ａ）に示した要部の分解斜視図、図４は図２（ｂ）の縦シール材２３及び補助シール材２５の貼着前の拡大図である。
セグメント１１の接合面１５におけるコーナー部２７を挟み隣接するリング面１９とピース面２１には、図３に示すように、深さの深い地山側凹溝２９及び深さの浅い坑道側凹溝３１とが平行に形成されている。

リング面１９とピース面２１とにおける地山側凹溝２９と坑道側凹溝３１との間には、これらに直交する方向を長手方向とする縦溝３３が形成される。縦溝３３は、地山側凹溝２９と坑道側凹溝３１とを接続し、坑道側凹溝３１と同じ深さに形成される。地山側凹溝２９、坑道側凹溝３１、及び縦溝３３は、溝開口方向に向かって溝幅が徐々に広くなる溝対向内壁面３５（図４参照）が逆ハ字状に傾斜して形成される。

セグメント１１の接合面１５には、弾性を有する帯状シール材が、連続した環状になるよう貼着される。帯状シール材は、主シール材３７と副シール材３９とで対となって構成される。主シール材３７は、地山側凹溝２９に、副シール材３９は坑道側凹溝３１にそれぞれ貼着される。主シール材３７と副シール材３９とは、図２（ｂ）に示すように、接合面１５からの高さが略等しくなるようにして地山側凹溝２９、坑道側凹溝３１に応じて設けられ、図２（ｃ）に示すように、それぞれの溝幅Ｍ１、溝幅Ｍ２よりも小さい幅寸法Ｗ１、幅寸法Ｗ２で形成される。この寸法差によって生じる隙間は、圧縮変形や、吸水により膨張した主シール材３７、副シール材３９自体によって塞がれる。つまり、この隙間はシール材潰れ代、或いは圧縮変形代の収容スペースとなっている。

これら主シール材３７及び副シール材３９は、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴムなどの合成ゴムや天然ゴム等のゴム成分に、アクリル酸系、ウレタン系、イソブチレン−無水マイレン酸系などの水膨張性樹脂と無機充填材や加硫剤を配合した水膨張性組成物を、所定断面形状例えば略台形状に押出成形したものとされる。また、主シール材３７及び副シール材３９は、底面が接着面とされ、底面の中央部に非水膨張部３８，４０が形成されている。

地山側凹溝２９には、副シール材３９と同じ高さで、副シール材３９に接続する縦シール材２３が設けられる。縦シール材２３は、本実施の形態では、副シール材３９と同一形状のものが使用される。

縦シール材２３と主シール材３７との間には補助シール材２５が貼着される。補助シール材２５は、主シール材３７または縦シール材２３と同じ高さとなるようにして地山側凹溝２９に設けられ、縦シール材２３と主シール材３７を接続するとともに、縦溝３３と地山側凹溝２９との段差空間部４１に充填される充填形状部４３を有する。段差空間部４１は、図４に示すように、断面台形状の主シール材３７の一側面４５と、地山側凹溝２９の底面及び一内壁面４７と、縦溝３３の底面延長面４９と、によって囲まれる逆台形状の間隙である。充填形状部４３は、この間隙に一致する形状で形成される。本実施の形態では、補助シール材２５は、主シール材３７と同じ高さとなるよう形成され、好ましくは主シール材３７を素材とし、これを短尺に形成して得られ、主シール材３７の一側面４５と同等の傾斜面を有し、且つ充填形状部４３を垂設した形状となっている。縦シール材２３は、補助シール材２５が接続される面を垂直に形成する場合、対向する補助シール材２５の面も垂直に形成される。なお、縦シール材２３の外形状から補助シール材２６を形成することとしてもよく、この場合、補助シール材２６は、短尺に形成した縦シール材片５１の下面に、充填形状部４３を垂設して形成することができる（図４（ｂ）参照）。

補助シール材２５は、水膨張性素材からなることが好ましい。段差空間部４１に浸水が生じると、水に接した補助シール材２５が膨張し、充填形状部４３が段差空間部４１に充満して浸水を生じさせる空間が排除される。これにより、縦シール材２３を通過しようとする浸水をより確実に防止できる。

なお、縦シール材２３と補助シール材２５とは、一体に形成されていてもよい。縦シール材２３と補助シール材２５とを一体に形成することで、部品点数が少なくなり、部品管理が簡単になるとともに、補助シール材２５の紛失も防止される。これに加え、縦シール材２３と補助シール材２５との間の浸水を確実に防止できる。

また、副シール材３９と縦シール材２３とは、一体に形成されていてもよい。副シール材３９と、補助シール材２５の設けられた縦シール材２３とを一体に形成することで、さらに部品点数を少なくできる。副シール材３９、縦シール材２３、及び補助シール材２５を一体に形成することで、副シール材３９と縦シール材２３との間、及び縦シール材２３と補助シール材２５との間の浸水を確実に防止できる。交差する副シール材３９と縦シール材２３との現場接続が不要となり、止水信頼性がさらに向上する。

次に、上記した止水構造の作用を説明する。
セグメント１１の止水構造では、地山側凹溝２９に主シール材３７が貼着され、縦溝３３に縦シール材２３が貼着される。縦溝３３と地山側凹溝２９とには段差５３があることから、縦溝３３から縦シール材２３を突出させて主シール材３７に当接すれば、地山側凹溝２９には主シール材３７と縦シール材２３とによって囲まれる段差空間部４１が形成される。本止水構造では、この段差空間部４１に充填される充填形状部４３を主シール材３７と同じ高さに形成される短尺の縦シール材片５１に設けて補助シール材２５を形成している。この補助シール材２５が縦シール材２３と主シール材３７との間に介装されることで、補助シール材２５とによって縦シール材２３と主シール材３７とが接続されると同時に、段差空間部４１が塞がれることになる。このため、シーリング材の充填や塗布による現場施工によって段差空間部４１を解消する必要がなくなる。

次に、セグメント１１の施工方法を説明する。
セグメント１１の施工方法では、セグメント１１の接合面１５に形成された深さの異なる平行な地山側凹溝２９と坑道側凹溝３１とに応じ、主シール材３７と副シール材３９とを貼着する。次いで、坑道側凹溝３１と同じ深さの縦溝３３に、副シール材３９と同じ高さの縦シール材２３を副シール材３９に接続して貼着する。次いで、段差空間部４１に充填される充填形状部４３を有する補助シール材２５を、地山側凹溝２９に貼着しながら縦シール材２３と主シール材３７とを接続する。

縦シール材２３と主シール材３７との間に補助シール材２５が貼着されると、縦シール材２３と主シール材３７とが接続されると同時に、深さの異なる縦溝３３と地山側凹溝２９とによって生じている段差空間部４１が補助シール材２５の充填形状部４３によって塞がれる。

なお、セグメント１１の施工方法では、副シール材３９に接着固定された縦シール材２３を、副シール材３９と同時に貼着してもよい。一回の貼着作業で、坑道側凹溝３１と縦溝３３とに副シール材３９と縦シール材２３とが貼着される。これにより、副シール材３９を貼着すると同時に縦シール材２３を位置決め固定でき、施工がさらに容易となる。

また、縦シール材２３と一体に形成された補助シール材２５を縦シール材２３と同時に貼着してもよい。一回の貼着作業で、縦溝３３と段差空間部４１とに縦シール材２３と補助シール材２５とが貼着される。これより、縦シール材２３を貼着すると同時に補助シール材２５を位置決め固定でき、施工がさらに容易となる。

上記の止水構造を有したセグメント１１は、トンネル施工の際、それぞれの接合面１５が対向面となり、セグメント同士がつなぎ合い結合される。すなわち互いに隣接するリング面同士、ピース面同士を、固定穴１７に貫通される結合ボルト（図示せず）で締着して結合する。セグメント１１は、坑道の周壁回りａ（図１参照）と坑道の長さ方向ｂとの両方向に沿い密につなぎ合わせ結合される。この状態において、主シール材３７、副シール材３９は圧縮変形し、縦シール材２３、補助シール材２５が、これら主シール材３７と副シール材３９との間で挟持されるようになる。

この止水構造では、地山側からの湧水があった場合には、それぞれのセグメント同士の目地部分における主シール材３７、副シール材３９にて浸水が防止される。主シール材３７、副シール材３９は、吸水膨張し、目地部分において隙間が発生することがないようになる。

ここで、主シール材３７が、欠損や接着不良などで浸水となった場合には、この主シール材３７と副シール材３９との間に湧水が浸入し、この間隙部分を伝って各セグメント間に流れてしまう。本止水構造では、セグメント１１の接合面１５に、主シール材３７と副シール材３９の長手方向に対して交わる方向の縦シール材２３、補助シール材２５が設けられている。この縦シール材２３、補助シール材２５の位置にて、主シール材３７と副シール材３９との間を流れる浸入水が阻止される。縦シール材２３及び補助シール材２５は、浸入水により縦溝３３、段差空間部４１で吸水膨張し、セグメント間における間隙を埋める。その結果、主シール材３７、副シール材３９の長手方向に沿う方向の止水が可能となる。

本止水構造では、接合面１５における隣り合うリング面１９とピース面２１とに縦シール材２３、補助シール材２５を設け、これらがそれぞれのセグメント１１に設けられる。浸水の起きた箇所からの浸入水は、主シール材３７および副シール材３９と、対向する一対の縦シール材２３及び補助シール材２５と、によって四方が囲まれる。これにより、浸入水が、対となる主シール材３７、副シール材３９に沿って伝い拡散してしまうことがない。

従って、本実施形態に係るトンネル用セグメントの止水構造によれば、異なる厚みのシール材を使用し、それらシール材を収容する凹溝同士間に段差５３が生じるシール構造であっても、止水性が向上し、施工が良好となる。

また、本実施形態に係るトンネル用セグメントの施工方法によれば、異なる厚みのシール材を使用し、それらシール材を収容する凹溝同士間に段差５３が生じるシール構造において、止水性を向上させ、容易に施工できる。

１１…トンネル用セグメント（セグメント）
１５…接合面
２３…縦シール材
２５…補助シール材
２９…地山側凹溝
３１…坑道側凹溝
３３…縦溝
３７…主シール材
３９…副シール材
４１…段差空間部
４３…充填形状部
５３…段差
Ｍ１，Ｍ２…溝幅
Ｗ１，Ｗ２…幅寸法

Claims (5)

1. トンネル用セグメントの接合面に平行に形成される深さの深い地山側凹溝及び深さの浅い坑道側凹溝と、
   前記接合面に形成されて前記地山側凹溝と前記坑道側凹溝とを接続し前記坑道側凹溝と同じ深さの縦溝と、
   前記地山側凹溝、前記坑道側凹溝に応じて設けられそれぞれの溝幅よりも小さい幅寸法で形成される主シール材、副シール材と、
   前記副シール材と同じ高さで前記副シール材に接続して前記縦溝に設けられる縦シール材と、
   前記地山側凹溝に設けられ前記縦シール材と前記主シール材を接続するとともに、該主シール材または前記縦シール材と同じ高さとされ、前記縦溝と前記地山側凹溝との段差空間部に充填される補助シール材と、
   を具備することを特徴とするトンネル用セグメントの止水構造。
2. 請求項１記載のトンネル用セグメントの止水構造であって、
   前記縦シール材と前記補助シール材とが一体に形成されていることを特徴とするトンネル用セグメントの止水構造。
3. 請求項１又は２記載のトンネル用セグメントの止水構造であって、
   前記副シール材と前記縦シール材とが同一の形状であることを特徴とするトンネル用セグメントの止水構造。
4. トンネル用セグメントの接合面に形成された深さの異なる平行な地山側凹溝と坑道側凹溝とに応じ主シール材と副シール材とを貼着する工程と、
   前記接合面に形成されて前記地山側凹溝と前記坑道側凹溝とを接続し前記坑道側凹溝と同じ深さの縦溝に前記副シール材と同じ高さの縦シール材を前記副シール材に接続して貼着する工程と、
   前記縦溝と前記地山側凹溝との段差空間部に充填される充填形状部を有する補助シール材を前記地山側凹溝に貼着しながら前記縦シール材と前記主シール材とを接続する工程と、
   を含むことを特徴とするトンネル用セグメントの施工方法。
5. 請求項４記載のトンネル用セグメントの施工方法であって、
   前記縦シール材と一体に形成された前記補助シール材を前記縦シール材と同時に貼着することを特徴とするトンネル用セグメントの施工方法。

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