JP6255066B1 - トンネル用セグメントのガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】変形応力が極端に大きくならず、製造しやすく、かつ、セグメントとの接触面積を十分に確保できるコーナ部を有したガスケットを提供する。【解決手段】ガスケット１は、シールド工法トンネルの隔壁Ｓを構成するセグメントＳ１の各々の外周囲に設けられた溝部Ｓ２に装着されるガスケットであって、縁部１１とコーナ部１２とを備える。縁部１１は、セグメントＳ１の各辺Ｓ３，Ｓ４に沿って配置され、全長にわたって少なくとも１つの貫通孔１３を内包した同じ断面形状を有した中実エラストマ製である。コーナ部１２は、セグメントＳ１の角部Ｓ５を規定する２つの前記辺Ｓ３，Ｓ４に沿ってそれぞれ一定の長さを有し縁部１１の端に接合された独立気泡１５を含有する発泡エラストマ製である。【選択図】 図３

Description

本発明は、シールド工法によって造られるトンネルの隔壁を形成するセグメントの外周に装着されるガスケットに関する。

シールド工法によって作られるトンネルの隔壁は、複数に分割された複数のセグメントで構成されている。トンネルは、一定の長さを掘り進むにしたがって、複数のセグメントを互いに突き合わせて環状の隔壁を形成することを繰り返しながら造られる。各セグメントは、他のセグメントに突き合わされる外周囲にエラストマー製のガスケットを有している。

ガスケットは、セグメントが接合されることによって扁平され、セグメントどうしの間を水密にシールする。このとき、セグメントは１つずつ順番に組み付けられるので、セグメントの角部に位置するガスケットは、角部近傍のガスケットが扁平されることによって、隣り合うセグメントがまだ設置されていない側へ絞り出されるようにはみ出す傾向にある。したがって、ガスケットは、押し潰される体積を吸収するように溝や空洞が設けられる。特に、セグメントの角部に位置するガスケットは、セグメントを組み合わせたときに所望する形状に治まるよう、はみ出す部分を予め取り除いたような形に作られる。

例えば、特許文献１及び特許文献２では、セグメントの角部近傍のガスケットの外形をやや内側に小さくしている。また、特許文献３では、セグメントの角部に位置するガスケットの外側形状はそのままに内側から大きく刳り貫いている。

仏国特許出願公開第２６５５３７４号明細書 特開２００１−１３２３９４号公報 国際公開第９４／２４４１７号

しかしながら、特許文献１−３のいずれにおいても、セグメントの角部に位置するガスケットのコーナ部から予め除去された部分は、ガスケットが偏平されることによってその周辺のガスケットの材料によって充填される。したがって、コーナ部以外のガスケットがほぼ均等に扁平されることに対し、コーナ部のガスケットは、局所的な変形量が大きく、内部応力も高いことが容易に想像される。そして、この内部応力は、セグメントが設置された後も掛り続ける。

特に、特許文献１や特許文献２のように外形を内側に小さくする場合、偏平した結果必ず対向する他のセグメントのガスケットと隙間なく接しなければならず、はみ出してもいけないので、製造時に高い精度が要求されることになる。

また、特許文献３のように内側から刳り貫いた場合、刳り貫かれた部分が完全に充填されるわけではないため、セグメントの外面にガスケットが接触しない非接触部分が残る。この非接触部分の形状は、セグメント側の材料表面の粗さやガスケットの形状のわずかな違い、あるいは組立時のセグメントの合わせ方によって、異なることが予想される。したがって、非接触部を通るようにリークパスが生じやすく、どの方向にできるかわからない。

そこで、本発明は、変形応力が局部的に大きくならず、製造しやすく、かつ、セグメントとの接触面積を十分に確保できるコーナ部を有したガスケットを提供する。

本発明に係る一実施形態のガスケットは、シールド工法トンネルの隔壁を構成する複数のセグメントの各々の外周囲に設けられた溝部に装着されるガスケットであって、縁部とコーナ部とを備える。縁部は、セグメントの各辺に沿って配置され、コーナ部を除くガスケットの延長方向の全長にわたって少なくとも１つの貫通孔を内包するとともにコーナ部を除く全長にわたって同じ断面形状を有したエラストマ製である。コーナ部は、セグメントの角部を規定する２つの辺に沿ってそれぞれ一定の長さを有して縁部の端に接合された独立気泡を含有する発泡エラストマ製である。

このとき、縁部とコーナ部は、セグメントの辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、縁部の輪郭形状に対する貫通孔による開口率とコーナ部の輪郭形状に対する独立気泡による空孔率とは、各辺に沿う方向の単位長さ当たりの縁部とコーナ部のそれぞれの重量が同じとなる比率にそれぞれ設定するか、縁部の輪郭形状に対する貫通孔による開口率をコーナ部の輪郭形状に対する独立気泡による空孔率よりも大きくするか、コーナ部の輪郭形状に対する独立気泡による空孔率を縁部の輪郭形状に対する貫通孔による開口率よりも大きくする。

また、縁部とコーナ部は、セグメントの辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、かつ、辺に沿う方向の単位長さ当たりの重量が同じであるように構成する。または、縁部とコーナ部は、セグメントの辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、辺に沿う方向の単位長さ当たりの縁部の重量が辺に沿う方向の単位長さ当たりのコーナ部の重量よりも小さくなるように構成する。または、縁部とコーナ部は、セグメントの辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、辺に沿う方向の単位長さ当たりのコーナ部の重量が辺に沿う方向の単位長さ当たりの縁部の重量よりも小さくなるように構成する。

縁部及びコーナ部は、セグメントの溝部の底の全幅にわたって一続きに密着した底面を有していることも好ましい。

本発明に係る一実施形態のガスケットによれば、全長にわたって少なくとも１つの貫通孔を内包するとともに同じ断面形状を有した中実のエラストマ製の縁部を、セグメントの角部を規定する２つの辺に沿ってそれぞれ一定の長さを有した独立気泡を含有する発泡エラストマ製のコーナ部で、接合している。セグメントを組み合わせていく際に押しつぶされた縁部がセグメントの辺に沿って角部へ向かって延びても、コーナ部が発泡エラストマ製であるので、辺に沿う方向の変形を吸収することができる。その結果、コーナ部がセグメントの角部に接着された状態を維持することができ、セグメントどうしの間の水密性を良好に維持することができる。

また、縁部とコーナ部がセグメントの辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、縁部の輪郭形状に対する貫通孔による開口率とコーナ部の輪郭形状に対する独立気泡による空孔率とをほぼ同じ比率にした発明のガスケットによれば、セグメントを組み合わせることで圧縮変形されるときの偏平量をほぼ同じにすることができる。したがって、ガスケットどうし及びガスケットとセグメントとの偏平量に偏りが生じないため、縁部とコーナ部との間の密着強度に差が生じない。

また、縁部とコーナ部がセグメントの辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、縁部の輪郭形状に対する貫通孔による開口率をコーナ部の輪郭形状に対する独立気泡による空孔率よりも大きくした発明のガスケットによれば、セグメントを組み合わせることで圧縮変形された場合に縁部が辺に沿って延びる量は、コーナ部によって抑えられる。

また、縁部とコーナ部がセグメントの辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、コーナ部の輪郭形状に対する独立気泡による空孔率を縁部の輪郭形状に対する貫通孔による開口率よりも大きくした発明のガスケットによれば、セグメントを組み合わせることで圧縮変形された場合に縁部が辺に沿って延びた分だけコーナ部がさらに圧縮され、コーナ部の密閉性が高まる。

縁部とコーナ部がセグメントの辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、かつ、辺に沿う方向の単位長さ当たりの重量が同じであるように構成することとした発明のガスケットによれば、縁部とコーナ部の材料密度が同じであるので、セグメントを組み合わせた際にガスケットの縁部とコーナ部が、均質に圧縮変形されやすい。

縁部とコーナ部がセグメントの辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、辺に沿う方向の単位長さ当たりの縁部の重量が辺に沿う方向の単位長さ当たりのコーナ部の重量よりも小さくなるように構成した発明のガスケットによれば、縁部の方がコーナ部よりも材料密度が小さいので、セグメントを組み合わせた際に縁部がセグメントの角に向かって押し出される量が少なくなる。

縁部とコーナ部がセグメントの辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、辺に沿う方向の単位長さ当たりのコーナ部の重量が辺に沿う方向に単位長さ当たりの縁部の重量よりも小さくなるように構成した発明のガスケットによれば、コーナ部の方が縁部よりも材料密度が小さいので、セグメントを組み合わせた際に角部に向かって延びた縁部の変形量を吸収しやすい。

また、縁部及びコーナ部がセグメントの溝部の底の全幅にわたって一続きに密着した底面を有していることとする発明のガスケットによれば、ガスケットがセグメントの溝部に対して密着する面積が広く、セグメントを組み合わせる際にガスケットが溝部に保持されやすい。

本発明の第１の実施形態のガスケットが装着された複数のセグメントで構成されるトンネルの隔壁を示す斜視図。 図１のトンネルの１つのセグメントの斜視図。 図２のセグメントに装着されるガスケットの１つのコーナ部を含む斜視図。 図２中のＦ４−Ｆ４線に沿うセグメントの溝とガスケットの断面図。 図３のガスケットのコーナ部と縁部の断面図。 本発明の第２の実施形態のガスケットの１つのコーナ部を含む斜視図。 図６のガスケットをセグメントの溝に装着した状態の断面図。 図６のガスケットのコーナ部と縁部の断面図。

本発明に係る第１の実施形態のガスケット１について、シールド工法によって造られるトンネルの隔壁Ｓを構成するセグメントＳ１の外周に装着する場合を一例に、図１から図５を参照して説明する。図１は、シールド工法によって組み立てられるトンネルの隔壁Ｓを部分的に示す斜視図である。一定の長さをシールドマシンで掘り進むと、掘った長さ分だけ内部に複数のセグメントＳ１を環状に組み合わせ隔壁Ｓを形成する。そしてまた、その先を掘り進み、セグメントＳ１で隔壁Ｓを形成するということを繰り返す。各セグメントＳ１どうしは、セグメントＳ１の外周に設けられた溝部Ｓ２に装着されるガスケット１によって水密性を有した状態に接合される。

１つのセグメントＳ１は、図２に示すように、トンネルの隔壁Ｓを長手方向及び周方向に分割したものであり、トンネルの半径に相当する曲率で弧を描いた長方形の部分円筒形状のものである。セグメントＳ１は、トンネルの延びる長手方向に沿う一対の直線状の辺Ｓ３と周方向に沿う一対の円弧状の辺Ｓ４とを有し、直線状の辺Ｓ３と円弧状の辺Ｓ４とで４つの角部Ｓ５が構成されている。

本実施形態ではセグメントＳ１は、コンクリート製であって、セグメントＳ１どうしを連結するためのボルトや、隔壁Ｓの外面と掘削された地中との隙間にさらにコンクリートを流し込むための注入口などは、図２において省略している。なお、セグメントＳ１は、コンクリート製のものに限定されない。図２のセグメントＳ１と同様の部分円筒形状に鋼板で造られてもよい。

隔壁Ｓの外面寄りのセグメントＳ１の外周囲には、図２に示すように、溝部Ｓ２が形成されており、切れ間無く繋がれたガスケット１が嵌められる。ガスケット１は、図２及び図３に示すように、縁部１１とコーナ部１２とで構成されている。また、ガスケット１は、溝部Ｓ２に対して縁部１１及びコーナ部１２の全長にわたって接着剤で張り付けられる。このときガスケット１は、図４に示すように溝部Ｓ２の底Ｓ２１及び側壁Ｓ２２に対して接着される。

縁部１１は、中実エラストマ製であって、セグメントＳ１の各辺Ｓ３，Ｓ４に沿って配置され、全長にわたって少なくとも１つの貫通孔１３を内包した同じ断面形状を有している。本実施形態では、図３及び図４に示すように、５つの貫通孔１３を有している。それぞれの貫通孔１３どうしは平行に配置されており、辺Ｓ３，Ｓ４に垂直な断面において千鳥配置になるように、溝部Ｓ２側に３つ、隣り合うセグメント側に２つ配置されている。

また、溝部Ｓ２の底Ｓ２１に当接するガスケット１の底面１Ａは、底Ｓ２１に面した側に開放したグルーブ１４を有している。このグルーブ１４は、辺Ｓ３，Ｓ４に沿う全長にわたって形成されており、本実施形態では４つ設けられている。このグルーブ１４は、貫通孔１３と同じ機能及び効果を奏する。

コーナ部１２は、独立気泡１５を含有する発泡エラストマ製であって、セグメントＳ１の角部Ｓ５を規定する２つの辺Ｓ３，Ｓ４に沿ってそれぞれ一定の長さを有し、縁部１１の端に接合される。本実施形態では、図３及び図５に示すようにコーナ部１２は、長手方向の辺Ｓ３に沿って長さＬｍの腕部１２１、周方向の辺Ｓ４に沿って長さＬｎの腕部１２２を有している。

本実施形態において、縁部１１とコーナ部１２に適用されるエラストマは、いずれも加硫ゴムである。縁部１１は、一定の断面形状に押出成形によって造られている。コーナ部１２は、発泡剤が混練された未加硫の材料を型枠に流し込み加硫処理して造られる。このとき型枠には辺Ｓ３，Ｓ４に沿う状態と同じ角度に縁部１１がセットされ、コーナ部１２を加硫処理することで、コーナ部１２の内部には発泡剤によって多数の独立気泡１５が形成されるとともに、縁部１１の端部を一体に加硫接合する。図５に示すように、コーナ部１２の材料を型枠に流し込む際に、縁部１１の貫通孔１３にコーナ部１２の材料が一部入り込んでいる。コーナ部１２の材料が入り込む奥行は、型枠に材料を流し込むときの圧力によって調整することができる。

さらに本実施形態の場合、図３に示すように、縁部１１とコーナ部１２は、互いに接合された角部Ｓ５の近傍におけるセグメントＳ１の辺Ｓ３，Ｓ４に垂直な断面において、同じ形の輪郭形状を有している。したがって、図３や図５では縁部１１とコーナ部１２の境界線を図示しているが、実際には加硫処理されて接合されておりかつ断面形状も同じであるため、外観上はほとんど区別がつかない。

そして本実施形態では、縁部１１の輪郭形状に対する貫通孔１３による開口率と、コーナ部１２の輪郭形状に対する独立気泡１５による空孔率とは、ほぼ同じ比率になるように、貫通孔１３の大きさと数、及び独立気泡１５を形成するための発泡剤の量がそれぞれ設定されている。縁部１１の開口率とコーナ部１２の空孔率とが同じ比率であるということは、辺Ｓ３，Ｓ４に沿う方向の単位長さ当たりの縁部１１とコーナ部１２の腕部１２１，１２２のそれぞれの重量（質量）が同じであることを意味する。

縁部１１の開口率とコーナ部１２の空孔率とが同じであることで、セグメントＳ１を組み合わせたときに圧縮変形される偏平量を縁部１１とコーナ部１２とでほぼ同じにすることができる。したがって、縁部１１とコーナ部１２の間の密着強度において差が生じないため、シール性能が均質である。

また、縁部１１の輪郭形状に対する貫通孔１３による開口率を、コーナ部１２の輪郭形状に対する独立気泡１５による空孔率よりも大きくしてもよい。言い換えると、角部Ｓ５の近傍において、辺Ｓ３，Ｓ４に沿う方向の単位長さ当たりの縁部１１の重量（質量）が、辺Ｓ３，Ｓ４に沿う方向の単位長さ当たりのコーナ部１２の重量（質量）よりも小さくなるように構成してもよい。コーナ部１２の方が縁部１１よりも材料密度が高く、その分だけ剛性も高くなるため、縁部１１が辺Ｓ３，Ｓ４に沿って伸びる量をコーナ部１２で抑えることができる。

また、コーナ部１２の輪郭形状に対する独立気泡１５による空孔率を、縁部１１の輪郭形状に対する貫通孔１３による開口率よりも大きくしてもよい。言い換えると、角部Ｓ５の近傍において、辺Ｓ３，Ｓ４に沿う方向の単位長さ当たりのコーナ部１２の重量（質量）が、辺Ｓ３，Ｓ４に沿う方向の単位長さ当たりの縁部１１の重量（質量）よりも小さくなるように構成してもよい。コーナ部１２の方が縁部１１よりも材料密度が低く、その分だけ剛性が低くなるため、縁部１１が辺Ｓ３，Ｓ４に沿って伸びる量をコーナ部１２で吸収することができる。

これらのことを合わせて考慮すると、例えば、周方向に隣り合うセグメントＳ１を環状に組み合わせていく場合、隣り合うセグメントＳ１が周方向のどちら側にもない最初のセグメントＳ１の角部Ｓ５に位置するコーナ部１２の空孔率は、縁部１１の開口率と同じに設定する。長手方向に隣り合うセグメントＳ１に対して円弧状の辺Ｓ４を挟む一対の角部Ｓ５まで、縁部１１及びコーナ部１２の変形量が均等になるのでよい。

次に、最初のセグメントＳ１に繋げるように組み付けられるセグメントＳ１において、隣り合うセグメントＳ１が無い側の角部Ｓ５に位置するコーナ部１２は、縁部１１の開口率よりも空孔率を小さくすることで剛性を高め、縁部１１の伸びを押えてはみ出すことを抑制し、隣り合うセグメントＳ１が在る側の角部Ｓ５に位置するコーナ部１２は、縁部１１の開口率よりも空孔率を大きくすることで剛性を低くし、縁部１１の伸びを吸収する。

そして、環状に組み合わせる際に最後に組み付けられるセグメントＳ１の長手方向側及び周方向側に隣り合う他のセグメントＳ１がある角部Ｓ５に位置するコーナ部１２、すなわちトンネルを掘り進む方向に対して反対側の一対のコーナ部１２は、縁部の開口率よりも空孔率を大きくすることで剛性を低くして、縁部１１の伸びを吸収する。また、長手方向にトンネルを掘り進む側に面したコーナ部１２は、縁部の開口率と空孔率を同じにするか又はそれよりも空孔率を小さくし、長手方向及び周方向の変形を抑える。

各コーナ部１２の空孔率を調整することは、セグメントＳ１の大きさや組み合わせる際の角度など他の条件によっても左右されるので、上述のように縁部１１の開口率とコーナ部１２の空孔率を設定することはあくまでも一例であって、これに限定されない。

本発明に係る第２の実施形態のガスケット１について、図６から図８を参照して説明する。第１の実施形態のガスケット１の構成と同じ機能を有する構成は、本実施形態において同じ符号を付し、その詳細な説明は、第１の実施形態の対応する記載を参酌することとする。

第２の実施形態のガスケット１において、セグメントＳ１の溝部Ｓ２に接する縁部１１及びコーナ部１２の底面１Ａは、溝部Ｓ２の底Ｓ２１の全幅にわたって、一続きに密着する。つまり、グルーブ１４を有していない。また、底面１Ａが溝部Ｓ２の底Ｓ２１に密着しているので溝部Ｓ２に対して接着される際の面積が十分に確保される。

特に、セグメントＳ１の円弧状の辺Ｓ４に設けられる溝部Ｓ２に対して装着されるガスケット１の縁部１１は、溝部Ｓ２に対して接着されて保持される。したがって底面１Ａが溝部Ｓ２の全幅にわたって平坦であることで、接着による保持力は向上する。

また、ガスケット１は、底面１Ａによって保持力が確保されるので、溝部Ｓ２の立ち上がり部である側壁Ｓ２２に対して少し隙間を有していてもよい。セグメントＳ１に対してガスケット１を取り付ける際の組立公差を大きくすることができるので、製造管理が容易になる。

以上、本発明について第１及び第２の実施形態を基に説明した。これらの実施形態は、本発明を実施するにあたって理解しやすくするための一例に過ぎない。したがって、本発明を実施するにあたってその趣旨を逸脱しない範囲で、各構成を同等の機能を有するものに置き換えて実施することも可能であり、それらもまた本発明に含まれる。また、各実施形態で説明した構成のいくつかを互いに組み合わせて、あるいは置き換えて実施されることも本発明に含まれる。

例えば第１の実施形態のガスケット１において、コーナ部１２の空孔率について言及したことは、第２の実施形態でも同様に機能する。また、例えば、第１及び第２の実施形態のいずれにおいても、辺Ｓ３，Ｓ４に沿って配置される縁部１１に設けられた貫通孔１３は、開口形状が円であるが、四角形や三角形または他の幾何学形状、あるはい特徴的な記号や図形であってもよい。貫通孔１３が設けられることで残る中実エラストマ製の縁部１１の断面は、トラス状のラーメン構造を有していてもよい。

１…ガスケット、１１…縁部、１２…コーナ部、１３…貫通孔、１４…グルーブ、１５…独立気泡、Ｓ…隔壁、Ｓ１…セグメント、Ｓ２…溝部、Ｓ３…（直線状の）辺、Ｓ４…（円弧状の）辺、Ｓ５…角部、Ｓ２１…底、Ｓ２２…側壁。

Claims (8)

1. シールド工法トンネルの隔壁を構成する複数のセグメントの各々の外周囲に設けられた溝部に装着され、縁部とコーナ部とを備えたガスケットであって、
   前記縁部は、前記セグメントの各辺に沿って配置され前記コーナ部を除くガスケットの延長方向の全長にわたって少なくとも１つの貫通孔を内包するとともに、前記コーナ部を除く全長にわたって同じ断面形状を有したエラストマ製であり、
   前記コーナ部は、前記セグメントの角部を規定する２つの前記辺に沿ってそれぞれ一定の長さを有して前記縁部の端に接合された独立気泡を含有する発泡エラストマ製である
   ことを特徴とするガスケット。
2. 前記縁部と前記コーナ部は、前記辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、
   前記縁部の前記輪郭形状に対する前記貫通孔による開口率と、前記コーナ部の前記輪郭形状に対する前記独立気泡による空孔率とは、各辺に沿う方向の単位長さ当たりの前記縁部と前記コーナ部のそれぞれの重量が同じとなる比率にそれぞれ設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載されたガスケット。
3. 前記縁部と前記コーナ部は、前記辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、
   前記縁部の前記輪郭形状に対する前記貫通孔による開口率は、前記コーナ部の前記輪郭形状に対する前記独立気泡による空孔率よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載されたガスケット。
4. 前記縁部と前記コーナ部は、前記辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、
   前記コーナ部の前記輪郭形状に対する前記独立気泡による空孔率は、前記縁部の前記輪郭形状に対する前記貫通孔による開口率よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載されたガスケット。
5. 前記縁部と前記コーナ部は、前記辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、かつ、前記辺に沿う方向の単位長さ当たりの重量が同じである
   ことを特徴とする請求項１に記載されたガスケット。
6. 前記縁部と前記コーナ部は、前記辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、
   前記辺に沿う方向の単位長さ当たりの前記縁部の重量は、前記辺に沿う方向の単位長さ当たりの前記コーナ部の重量よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載されたガスケット。
7. 前記縁部と前記コーナ部は、前記辺に垂直な断面において同じ形の輪郭形状を有し、
   前記辺に沿う方向の単位長さ当たりの前記コーナ部の重量は、前記辺に沿う方向の単位長さ当たりの前記縁部の重量よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載されたガスケット。
8. 前記縁部及び前記コーナ部は、前記セグメントの前記溝部の底の全幅にわたって一続きに密着した底面を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載されたガスケット。

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