JP5858834B2

JP5858834B2 - トンネル間シール構造

Info

Publication number: JP5858834B2
Application number: JP2012060715A
Authority: JP
Inventors: 森田　泰司; 泰司森田; 克彦高倉; 圭伊賀崎
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2032-03-16
Also published as: JP2013194389A

Description

本発明は、先行トンネルとその隣に構築される後行トンネルとの間に設けられるトンネル間シール構造に関する。

近年、複数本の小断面トンネルを構築した後に、各トンネルの不要な覆工を撤去して大きな空間を形成しつつ、各トンネルの残置された覆工を利用して本設の頂底版や側壁などを形成することにより大断面トンネルを築造する技術が知られている。なお、複数の小断面トンネルは、時間差をもって順次に構築され、後行トンネルは、先行トンネルの隣りに構築される。また、各トンネルは、例えば、推進工法によって構築される。

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。

先行トンネルとその隣に構築される後行トンネルとの間に設けられるトンネル間シール構造は、特許文献１に示すようなものがある。図５に示すように、このトンネル間シール構造１００は、後行トンネル１０１の表面に設けられた弾性シール部材１１０と、先行トンネル１０２の表面に設けられた弾性帯部材１２０とを備えている。弾性シール部材１１０は、後行トンネル１１０ａの外表面に固定されるベース部１１１と、このベース部１１１と一体的に形成されたリップ部１１２とを備えてなる。リップ部１１２は、先端が大断面トンネルの外側に向いており、大断面トンネルの外側からの水圧によって弾性帯部材１２０の表面に向かって弾性的に押し付けられる。弾性帯部材１２０は、押圧板部１３０で幅方向両端部を先行トンネル１０２に押えることで、先行トンネル１０２に固定されている。弾性帯部材１２０は弾性シール部材１１０よりも軟質の材料にて構成されており、リップ部１１２の先端を弾性帯部材１２０に食い込ませることで止水性能を高めている。

特開２０１１−２０２４２１号公報

特許文献１のようなトンネル間シール構造では、弾性帯部材１２０が軟質の材料にて構成されているので、リップ部１１２に高水圧が作用すると、弾性帯部材１２０が押圧されて大きく変形し、押圧板部１３０の押圧部分から抜け出して先行トンネル１０２から外れてしまうおそれがあった。

このような観点から、本発明は、弾性帯部材が先行トンネルから外れることなく、十分な止水性能を得られるトンネル間シール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の請求項１に係る発明は、先行トンネルとその隣に構築される後行トンネルとの間に設けられるトンネル間シール構造において、トンネル長手方向に沿って前記後行トンネルの表面に設けられた弾性シール部材と、前記先行トンネルの表面で前記弾性シール部材に対向する位置に設けられた弾性帯部材とを備えており、前記弾性帯部材は、幅方向中間部に配置され前記弾性シール部材よりも軟質の材料からなる軟質弾性部と、幅方向両端部に配置され前記軟質弾性部よりも硬質の弾性材料のみからなる硬質弾性部とを備え、前記軟質弾性部と前記硬質弾性部とは互いに接合されて、一体の長尺帯状に形成されており、前記硬質弾性部には、ボルト孔が形成されており、前記弾性帯部材は、ボルトを介して前記硬質弾性部を押さえることで前記先行トンネルに固定されており、前記弾性シール部材は、前記先行トンネル側に突出しその先端部が前記軟質弾性部に当接することを特徴とするトンネル間シール構造である。

このような構成によれば、幅方向両端部の硬質弾性部を押えているので、押圧部分が変
形し難く、弾性帯部材が先行トンネルから外れることはない。また、幅方向中間部に軟質
弾性部が設けられているので、弾性シール部材が適度に食い込んで、十分な止水性能を得
ることができ、弾性帯部材が先行トンネルに強固に固定される。

本発明のトンネル間シール構造によれば、弾性帯部材が先行トンネルから外れることなく、十分な止水性能を得られる。

本発明の実施形態に係るトンネル間シール構造を示した断面図である。弾性シール部材と弾性帯部材の接触部分を示した図であって、（ａ）は土砂が咬み込んだ状態を示した拡大断面図、（ｂ）は土砂が弾性帯部材に埋没した状態を示した拡大断面図である。大断面トンネルを示した断面図である。（ａ）、（ｂ）は、他の実施形態に係る弾性帯部材を示した断面図である。従来のシール構造を示した断面図である。

本発明の実施形態に係るトンネル間シール構造を、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図１および図２においては、後行トンネルが先行トンネルの上側にある状態を図示している。

図３に示すように、トンネル間シール構造Ｓは、推進工法によって並設された複数本のトンネル１０を利用して築造する大断面トンネル１の内部（内空部）と外部（地山部）との間を止水する構造である。大断面トンネル１は、その横断面の全てを実質的に含むように並設された複数本（本実施形態では六本）のトンネル１０，１０，…を利用して築造したものであり、頂版１Ａ、底版１Ｂおよび側壁１Ｃ，１Ｃを備えている。各トンネル１０は、軸方向に連接されたトンネル函体によって構成されている。

図１に示すように、トンネル間シール構造Ｓは、先行トンネル１０ｂとその隣に構築される後行トンネル１０ａとの間に設けられるものである。トンネル間シール構造Ｓは、後行トンネル１０ａに設けられた弾性シール部材３０と、先行トンネル１０ｂに設けられた弾性帯部材５０とを備えている。

弾性シール部材３０は、推進方向（トンネル長手方向）に沿って延在し、隣り合う二つのトンネル１０，１０（先行トンネル１０ｂと後行トンネルａ）の隙間を閉塞するように設けられている。弾性シール部材３０は、後行トンネル１０ａの表面のうち、先行トンネル１０ｂに対向する部分に設けられている。先行トンネル１０ｂの表面には、弾性帯部材５０が固定されている。弾性シール部材３０は、弾性帯部材５０に対向して配置されており、後行トンネル１０ａの外周面に所定深さで形成された段差状のシール収容部１５に収容されている。弾性シール部材３０は、例えば、耐摩耗性を備えた硬質ゴムやウレタン等の弾性材料にて構成されている。弾性シール部材３０は、ベース部３１とリップ部３２とを備えてなる。

ベース部３１は、後行トンネル１０ａに固定される部分であって、推進方向に沿って連続する長尺の板状に形成されている。ベース部３１は、シール取付金具４０によって、幅方向行両端部が係止されている。具体的には、ベース部３１の幅方向端部は、シール取付金具４０のシール押圧板部４６によって、シール収容部１５の底面側に押圧された状態で固定されている。つまり、ベース部３１の幅方向端部は、シール押圧板部４６とシール収容部１５の底面との間で、圧縮された状態で挟持されている。

リップ部３２は、ベース部３１と一体的に形成されている。リップ部３２は、ベース部３１の表面から先行トンネル１０ｂに向かって斜めに立ち上がっており、ベース部３１とリップ部３２とで、断面が略Ｖ字状（図１ではリップ部３２が上向きとなるように配置されている）を呈している。リップ部３２は、ベース部３１に対して弾性的に傾倒変形可能な部位である。リップ部３２は、その先端部が先行トンネル１０ｂ側に向かって延在していて、初期状態よりも傾倒した状態（リップ部３２がベース部３１に近づいた状態）で、先行トンネル１０ｂの外表面（本実施形態では弾性帯部材５０の表面）に接触する。このとき、リップ部３２は、初期状態に復元しようとする力によって、先行トンネル１０ｂ（弾性帯部材５０の表面）に密着する。

弾性シール部材３０は、リップ部３２の先端が大断面トンネル１（図３参照）の外側に向くように配置されている。つまり、ベース部３１とリップ部３２とにより形成される断面略Ｖ字状の溝条が、大断面トンネル１の外側に向いて開くように配置されている。これによって、弾性シール部材３０の断面略Ｖ字状の溝条部分に、大断面トンネル１の外側からの圧力（水圧または土圧）が作用するようになっている。リップ部３２の表面は、その復元力に合わせて、大断面トンネル１の外側の圧力によっても先行トンネル１０ｂの外表面に押圧されて、先行トンネル１０ｂに密着する。この復元力と大断面トンネル１の外側の圧力とが、リップ部３２の押圧力となる。

シール取付金具４０は、ベース部３１の幅方向両端部にそれぞれ設けられている。シール取付金具４０は、金属にて形成されている。シール取付金具４０は、弾性シール部材３０の長手方向（図１の紙面垂直方向）に沿って延在しており、ボルトＢ等の固定手段によって、シール収容部１５の底面に固定されている。シール取付金具４０は、被締付部４１とシール押圧板部４６とを備えてなる。被締付部４１は、ボルトＢによって締め付けられる部分であって、シール収容部１５の底面に設置される。被締付部４１には、ボルトＢが挿通されるボルト貫通孔４３が形成されている。ボルト貫通孔４３は、推進方向に沿って所定ピッチで形成されている。一方、シール収容部１５の底板１５ａにも、ボルト貫通孔１６が形成されている。底板１５ａの裏面には、めねじ部材１７が溶接固定されている。ボルト貫通孔１６とめねじ部材１７は同芯状に配置されている。ボルトＢは、ボルト貫通孔４３およびボルト貫通孔１６に挿通され、その先端部が底板１５ａの裏面のめねじ部材１７に螺合される。このボルトＢによって、被締付部４１は、前記シール収容部１５の底面に固定される。

被締付部４１の表面には、板材４７が溶接固定されている。板材４７は、推進方向に沿って延在しており、幅方向一端部が弾性シール部材３０側に張り出している。この張り出した部分がシール押圧板部４６を構成している。板材４７には、貫通孔４８が形成されている。貫通孔４８は、被締付部４１のボルト貫通孔４３と同芯状に配置されている。貫通孔４８は、ボルト貫通孔４３よりも大径になっている。貫通孔４８には、ボルトＢの頭部が収容される。リップ部３２の基端に隣接するシール押圧板部４６は、その表面が後行トンネル１０ａの外表面（シール収容部１５の開口端）と略面一（本実施形態では、若干表面より内側になっている）になっている。リップ部３２の先端側に位置するシール押圧板部４６は、その表面が後行トンネル１０ａの外表面よりも深い位置となっており、シール押圧板部４６よりもシール収容部１５の開口端側にスペースを設けている。これにより、先行トンネル１０ｂと後行トンネル１０ａの外表面が接触しても、弾性シール部材３０の断面略Ｖ字状の溝条部分に大断面トンネル１の外側からの圧力（水圧または土圧）が作用し続けることが可能となっている。シール押圧板部４６は、弾性シール部材３０に対向する面全体で弾性シール部材３０を押圧している。

シール収容部１５は、掘削機（図示せず）の後方に位置する複数の推進函体からなる後行トンネル１０ａの表面に形成されている。シール収容部１５は、後行トンネル１０ａの表面のうち、先行トンネル１０ｂに対向する部分に形成され、推進方向に沿って延在している。本実施形態では、シール収容部１５は、先行トンネル１０ｂに対向する表面の外側端（大断面トンネル１の外側方向の端）の角部に形成されている。シール収容部１５は、所定深さ下がった段差形状（外側端は開放されている）を呈している。シール収容部１５は、トンネル１０の表面の外側端のスキンプレート１１に形成された開口部（外側端は開放されている）の内側に、溶接固定された側板１５ｂと底板１５ａとで区画されている。シール収容部１５は、弾性シール部材３０全体の厚さ寸法より小さい深さ寸法を有しており、弾性シール部材３０をシール収容部１５に設置したときにリップ部３２の先端側（ベース部３１につながる基端側の逆側）の一部が、シール収容部１５の上開口部から突出するようになっている。なお、シール収容部の位置は、先行トンネルに対向する表面の外側端の角部に限定されるものではなく、角部よりも内側に形成してもよい。

なお、本実施形態の弾性シール部材３０は、断面略Ｖ字状に形成されているが、弾性シール部材３０の構成を限定する趣旨ではない。例えば、断面Ｕ字状、Ｌ字状、Ｔ字状等、他の形状であってもよい。また、弾性シール部材３０の構成は、ベース部３１とリップ部３２とを備えた形状に限定されるものではなく、例えば、袋体の内部に流体を充填して先行トンネルに押圧される構成のものであってもよい。

弾性帯部材５０は、弾性シール部材３０に対向して、弾性シール部材３０と平行に配置されている。弾性帯部材５０は、弾性シール部材３０と同様に、例えば、耐摩耗性を備えた硬質ゴムやウレタン等の材料にて構成されている。弾性帯部材５０は、長尺の平板状に形成されている。弾性帯部材５０は、軟質弾性部５１と、硬質弾性部５５とを備えている。

軟質弾性部５１は、弾性帯部材５０の幅方向中間部に配置されている。軟質弾性部５１には、リップ部３２の先端部が当接する。軟質弾性部５１は、弾性シール部材３０よりも軟質の材料からなる。それぞれの硬さは、たとえば弾性シール部材３０は硬度７０で、軟質弾性部５１は硬度５０に設定されている。軟質弾性部５１は、一定幅の帯状に形成されている。軟質弾性部５１の幅は、リップ部３２の変形範囲に対応した寸法になっている。

硬質弾性部５５は、弾性帯部材５０の幅方向両端部に配置されている。硬質弾性部５５は、軟質弾性部５１よりも硬質の材料からなる。硬質弾性部５５の硬さは、たとえば弾性シール部材３０と同等の硬度７０に設定されている。硬質弾性部５５は、軟質弾性部５１の両側に設けられている。両側の硬質弾性部５５，５５は、それぞれ同じ幅の帯状に形成されている。硬質弾性部５５の幅は、ボルトＢａを設置可能な寸法になっている。硬質弾性部５５には、ボルト孔５６が形成されている。ボルト孔５６は、長手方向に所定ピッチで複数形成されている。ボルト孔５６の開口端部は、テーパ状に形成されている。

軟質弾性部５１と硬質弾性部５５は、それぞれ同じ厚さに形成されている。軟質弾性部５１と硬質弾性部５５は、接着剤によって接合されて、弾性帯部材５０は、一体の長尺帯状に構成されている。

弾性帯部材５０は、先行トンネル１０ｂの外周面に形成された帯部材収容部２０に収容されている。弾性帯部材５０の頂部の表面に弾性シール部材３０のリップ部３２が当接して摺動するようになっている。弾性帯部材５０の表面は、平坦になっており、先行トンネル１０ｂの外表面（帯部材収容部２０の開口端）と略面一になっている。

帯部材収容部２０は、先行トンネル１０ｂの表面に形成されている。帯部材収容部２０は、先行トンネル１０ｂの表面のうち、後行トンネル１０ａの構築位置に対向する部分に形成され、推進方向に沿って延在している。本実施形態では、帯部材収容部２０は、後行トンネル１０ａの構築位置に対向する表面の外側端（大断面トンネル１の外側方向の端）の角部に形成されている。帯部材収容部２０は、所定深さ下がった段差形状（外側端は開放されている）を呈している。帯部材収容部２０は、トンネル１０の表面の外側端のスキンプレート１１に形成された開口部（外側端は開放されている）の内側に、溶接固定された側板２０ｂと底板２０ａとで区画されている。帯部材収容部２０は、弾性帯部材５０の厚さ寸法と同等の深さ寸法を有している。なお、帯部材収容部の位置は、後行トンネルに対向する表面の外側端の角部に限定されるものではなく、角部よりも内側に形成してもよい。この場合、帯部材収容部の幅方向両側に側板が設けられることとなる。

弾性帯部材５０は、ボルトＢａによって、幅方向両端部が固定されている。帯部材収容部２０の底板２０ａには、ボルト貫通孔２１が形成されている。底板２０ａの裏面には、めねじ部材２２が溶接固定されている。ボルト貫通孔２１とめねじ部材２２は同芯状に配置されている。ボルトＢａは、ボルト孔５６およびボルト貫通孔２１に挿通され、その先端部がめねじ部材２２に螺合される。このボルトＢａによって、弾性帯部材５０が帯部材収容部２０の底面に固定される。ボルトＢａは、皿ボルトが用いられている。ボルトＢａを装着したときに、ボルト頭部が弾性帯部材５０のボルト孔５６のテーパ部に埋設され、ボルトＢａの端面と弾性帯部材５０の表面が面一になっている。また、弾性帯部材５０の底面は、接着剤または両面接着テープ（ブチルテープなど）によって、帯部材収容部２０の底板２０ａに固定されている。

前記のような構成のトンネル間シール構造Ｓによれば、弾性帯部材５０の幅方向両端部に硬質弾性部５５を設けて、この硬質弾性部５５を押えて固定しているので、押圧部分が変形し難く、弾性帯部材５０が先行トンネルから外れることはない。また、軟質弾性部５１は、リップ部３２に押圧されて移動しようとするが、その幅方向両端部に硬質弾性部５５が接合されているのでずれることはなく、弾性帯部材５０が、帯部材収容部２０の底板２０ａから剥がれることはない。

さらに、幅方向中間部に軟質弾性部５１を設けて、この軟質弾性部５１にリップ部３２を当接させているので、リップ部３２の先端が軟質弾性部５１に適度に食い込んで、十分な止水性能を得ることができる。また、弾性シール部材３０のリップ部３２を硬度７０とし、このリップ部３２が当接する軟質弾性部５１を硬度５０としたことで、図２に示すように、リップ部３２と軟質弾性部５１との間に土砂Ｇが咬み込んだ場合（図２の（ａ）参照）でも、土砂Ｇが軟質の軟質弾性部５１に押し込まれて埋没し（図２の（ｂ）参照）、リップ部３２と軟質弾性部５１とが面接触するので、水みちの発生を防止でき、止水性能を低下させることはない。

また、硬質弾性部５５にはボルト孔５６が形成されており、弾性帯部材５０は、ボルトＢａを介して先行トンネル１０ｂに強固に固定できる。そして、ボルトＢａは、弾性帯部材５０の表面と面一であるので、先行トンネル１０ｂの推進を円滑に行えるとともに、ボルトＢａの損傷を防ぐことができる。

次に、図４を参照して、弾性帯部材５０の変形実施例を説明する。前記実施形態では、軟質弾性部５１と硬質弾性部５５を接着剤にて接合していたが、図４の（ａ）に示す弾性帯部材５０は、軟質弾性部５１と硬質弾性部５５とが加硫によって接合されている。軟質弾性部５１と硬質弾性部５５との境界部分では、互いの部材が混ざり合って、硬度が徐々に変化するようになるが、軟質弾性部５１がリップ部３２と当接する有効幅を有していればよい。なお、図４の（ａ）では、硬度が高い部分を濃いドットで図示しており、境界部分では、軟質弾性部５１と硬質弾性部５５の中間の硬度となるように図示している。このような構成によれば、軟質弾性部５１と硬質弾性部５５との接合強度が強くなる。これによって、弾性帯部材５０の厚さを薄くしても、必要な接合強度を得ることができる。

図４の（ｂ）に示す弾性帯部材５０は、硬質弾性部５５ａの表面に、軟質弾性部５１ａと同等の材質からなる蓋部５７を設けたことを特徴とする。軟質弾性部５１ａは、前記実施形態のものより幅寸法が短く、かつ厚さ寸法が長く形成されている。

硬質弾性部５５ａは、断面Ｌ字形状を呈している。硬質弾性部５５ａは、軟質弾性部５１ａの幅方向外側に配置されている。硬質弾性部５５ａは、断面Ｌ字の窪んだ部分が軟質弾性部５１ａの表面側になるように配置されている。軟質弾性部５１ａと硬質弾性部５５ａは接着剤にて接合されている。断面Ｌ字の窪んだ部分に位置する硬質弾性部５５ａには、ボルト孔５６が形成されている。ボルト孔５６の開口端はテーパ状に形成されている。

蓋部５７は、軟質弾性部５１ａの幅方向両端部の外側に配置されており、断面Ｌ字の窪んだ部分に装着されている。蓋部５７は、前記実施形態の弾性帯部材５０と同等の厚さ寸法を有しており、リップ部３２の押圧に対抗できるようになっている。蓋部５７，５７は、軟質弾性部５１ａと合わせて断面Ｔ字形状を呈している。一対の蓋部５７，５７の外側間の幅寸法は、リップ部３２と当接する有効幅となるように設定されている。蓋部５７と軟質弾性部５１ａおよび硬質弾性部５５ａとは、接着剤で接合されている。

このような構成によれば、硬質弾性部５５ａの有効幅部分に蓋部５７を被せているので、蓋部５７の外側に位置する硬質弾性部５５ａの幅を小さくできる。また、軟質弾性部５１ａと蓋部５７，５７とを合わせた幅寸法が、リップ部３２と当接する有効幅となればよいので、弾性帯部材５０全体の幅寸法を小さくすることができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、前記実施形態では、軟質弾性部５１が硬度５０で、硬質弾性部５５が硬度７０であるが、硬さはこれに限定されるものではない。軟質弾性部５１は、リップ部３２が適度に食い込む硬さであればよく、硬質弾性部５５は、リップ部３２に押圧されても大きく変形しない硬さであればよい。

Ｓトンネル間シール構造
１０ａ後行トンネル
１０ｂ先行トンネル
２０帯部材収容部
３０弾性シール部材
３１ベース部
３２リップ部
５０弾性帯部材
５１軟質弾性部
５５硬質弾性部
Ｂａボルト

Claims

先行トンネルとその隣に構築される後行トンネルとの間に設けられるトンネル間シール構造において、
トンネル長手方向に沿って前記後行トンネルの表面に設けられた弾性シール部材と、前記先行トンネルの表面で前記弾性シール部材に対向する位置に設けられた弾性帯部材とを備えており、
前記弾性帯部材は、幅方向中間部に配置され前記弾性シール部材よりも軟質の材料からなる軟質弾性部と、幅方向両端部に配置され前記軟質弾性部よりも硬質の弾性材料のみからなる硬質弾性部とを備え、
前記軟質弾性部と前記硬質弾性部とは互いに接合されて、一体の長尺帯状に形成されており、
前記硬質弾性部には、ボルト孔が形成されており、
前記弾性帯部材は、ボルトを介して前記硬質弾性部を押さえることで前記先行トンネルに固定されており、
前記弾性シール部材は、前記先行トンネル側に突出しその先端部が前記軟質弾性部に当接する
ことを特徴とするトンネル間シール構造。