JP6386715B2 - エントランスの止水構造 - Google Patents

Description

本発明は、エントランスの止水構造に関する。

立坑の側壁に形成された発進口から掘削機やトンネル函体を地盤内に挿入する場合には、地下水が立坑内空に流れ込まないように、掘削機またはトンネル函体の外周面と発進口との隙間を止水するようになっている。この種の止水構造としては、特許文献１に示すようなものがあった。特許文献１の止水構造は、発進口の周縁部に設けられた可撓性止水板と、可撓性止水板と発進口との間に設けられた突出中空膜部とを備えている。突出中空膜部は、ゴム質または軟質合成樹脂による板状シール材を断面Ｕ字に屈曲させたものであり、突出中空膜部と発進口の内周面とで中空部が区画されている。発進口の内周面には、中空部に流体圧を供給する供給管路が開口しており、中空部に流体圧を加えることで、突出中空膜部を膨らませ、可撓性止水板を掘削機の外周面に押し付けて止水性を得るようになっている。

なお、掘削機が発進口を通過した後は、発進口内にはセグメントが配置され、発進口とセグメントの間に注入材を充填して土砂を硬化させることで止水効果を発揮させている。

特開平１１−６３８９号公報

しかしながら、特許文献１の止水構造では、断面Ｕ字に屈曲させた突出中空膜部と発進口の内周面で区画された中空部に流体圧を供給するための設備を設ける必要があり、施工費用が増加する問題があった。また、中空部の圧力管理も必要であり、特に地山の土圧や水圧が高圧の場合には圧力管理が困難である問題があった。

ところで、推進工法においては、掘削機が発進した後は、後方の推進函体を介して掘削機に推進力を与えるため、発進口を推進函体が移動する。このような推進工法では、発進口周りに注入材を充填して止水する工法は採用できないので、トンネル掘削が完了するまで常に止水板を函体の外周面に押し付けて止水性を得なければならない。したがって、流体圧を供給するための費用が多くかかる上に圧力管理も長期間行わなければならない。

このような観点から、流体圧を供給することなく止水板を掘削機または函体に付勢して止水性能を高められることができる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請求項１に係る発明は、立坑に形成された発進口の周縁部に設けられた止水弾性シートと、前記発進口を通過する掘削機または推進函体の外周面に前記止水弾性シートを押し付ける中空弾性体とを備えており、前記中空弾性体は、前記発進口の内周面に固定された基板部と当該基板部から立ち上がるアーチ状の立上り壁部とを備えてなり、前記立上り壁部の先端部分は、円弧状に形成されており、前記中空弾性体は、前記掘削機の発進前には前記止水弾性シートと離間しており、前記掘削機の掘削中には前記止水弾性シートの内周部と前記発進口の内周面との間で挟まれていることを特徴とするエントランスの止水構造である。

このような構成によれば、中空弾性体が止水弾性シートを掘削機または推進函体の外周面に押し付けるので、流体圧を供給する装置を別途ことなく止水性能を高められる。したがって、設備費用の増加を防止できるとともに、圧力管理も行う必要がない。さらに、補助弾性シートが、止水弾性シートの内周端と掘削機または推進函体の外周面とを覆うので、止水弾性シートと外周面との間に水が浸入するのを抑制でき、止水性能を高めることができる。

請求項２に係る発明は、前記中空弾性体が、中空ゴムにて構成されており、元形状に戻ろうとする復元力によって前記止水弾性シートを押し付けることを特徴とする。このような構成によれば、簡単な構成で、止水弾性シートを掘削機または函体に付勢することができる。

請求項３に係る発明は、前記中空弾性体が、チューブ部材にて構成されており、前記止水弾性シートの内周部と前記発進口の内周面との間で挟まれたときの膨張圧によって前記止水弾性シートを押し付けることを特徴とする。このような構成によれば、簡単な構成で、止水弾性シートを掘削機または函体に付勢することができるとともに、発進口と掘削機または推進函体との隙間が大きいときでも必要な止水性能を得ることができる。

請求項４に係る発明は、前記止水弾性シートよりも薄い補助弾性シートをさらに備えており、前記補助弾性シートは、前記止水弾性シートの内周部から内方に延在して設けられており、前記止水弾性シートの内周端と前記掘削機または前記推進函体の外周面とを覆うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のエントランスの止水構造である。このような構成によれば、補助弾性シートが、止水弾性シートの内周端と掘削機または推進函体の外周面とを覆うので、止水弾性シートと外周面との間に水が浸入するのを抑制でき、止水性能を高めることができる。

本発明によれば、流体圧を供給することなく止水板を掘削機または函体に付勢することができる。

本発明の実施形態に係るエントランスの止水構造において掘削機の発進前の状態を示した正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図であって、(ａ)は掘削機の発進前を示した図、（ｂ）は掘削機の発進後を示した図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図であって、(ａ)は掘削機の発進前を示した図、（ｂ）は掘削機の発進後を示した図である。 中空弾性体の変形例を示した図であって、(ａ)は掘削機の発進前を示した図、（ｂ）は掘削機の発進後を示した図である。

以下、本発明の実施形態に係るエントランスの止水構造を、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、推進工法によってトンネルを構築する場合を例に挙げて説明する。なお、本発明は、推進工法およびシールド工法の両方に適用できるものである。また、複数のトンネルを互いに隣接して構築する場合においても適用可能である。トンネル函体（以下「推進函体」と言う）は、断面矩形（長方形）を呈しており、直線部を有している場合を例示する。

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、刃口や掘削機などが取り付けられている。推進工法の掘削機は、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、本実施形態に係るエントランスの止水構造１は、立坑の土留壁２に設けられた発進口３の周縁部の止水構造である。止水構造１は、周縁枠部１０と止水弾性シート２０と補助金具３０の他、図２に示す補助弾性シート４０と中空弾性体５０とを備えている。

図２にも示すように、周縁枠部１０は、発進口３の一部を構成する部材であり、発進口３の周縁部の表面に沿って設けられている。周縁枠部１０は、発進口３の周縁部の全周に設けられている。周縁枠部１０には、止水弾性シート２０と補助金具３０が固定される。周縁枠部１０は、断面Ｕ字状を呈しており、基端側（立坑の土留壁２側）の立上り部１１ａにおいて土留壁２にボルト止めされている。周縁枠部１０の先端側の立上り部１１ｂには、止水弾性シート２０と補助金具３０の基端部がボルト・ナットで固定されている。周縁枠部１０の断面Ｕ字の内部には、補強プレート１３が周方向に所定間隔をあけて複数固定されている。補強プレート１３は、一対の立上り部１１ａ，１１ｂおよび周縁枠部１０の底面部の三面に対して直角に配置されており、補強プレート１３の端面が三面に溶接されている。なお、補強プレート１３は、必要に応じて配置されるものであって、設けられない場合もある。

止水弾性シート２０は、発進口３の周縁部に沿って配置されたシール部材であって、発進口３の開口周縁部（周縁枠部１０の内周面）と、発進口３内部を通過する掘削機４または推進函体の外周面との隙間をシールする。止水弾性シート２０は、例えばゴム等の可撓性を備えた材質からなる。止水弾性シート２０の外周部２１は、周縁枠部１０の立上り部１１ｂに当接して固定されている。止水弾性シート２０の内周部２２は、発進口３の開口部の中心側に向かって延出している（図２の（ａ）参照）。掘削機４が発進した後は、止水弾性シート２０の内周部２２は、掘削機４または推進函体の外側面に面接触し、止水弾性シート２０の全周に渡ってリップ部を構成する（図２の（ｂ）参照）。止水弾性シート２０の内周部２２には、補強用のワイヤーメッシュ（図示せず）が埋設されており、掘削機４または推進函体との摺動によって発生する摩耗を抑制している。止水弾性シート２０は、発進口３の開口周縁部の全周に亘って配置されていて、立坑内空側からの正面視で、所定幅の矩形枠状を呈している。なお、発進口３の四隅部分では、止水弾性シート２０が切り欠かれて、その幅が小さくなっており（図１参照）、止水弾性シート２０が掘削機４によって地山側に押し込まれたときに、追従しやすくなっている。

補助金具３０は、地下水圧による止水弾性シート２０の反転を防止するためのものであり、止水弾性シート２０の立坑内空側に配置されている。補助金具３０は、発進口３の開口周縁部の周方向に沿って所定間隔をあけて複数配列されている。補助金具３０は、基板部３１と、基板部３１の先端に屈曲可能に連結された押え板部３２とを備えている。基板部３１は、止水弾性シート２０の外周部２１を覆うように配置されており、止水弾性シート２０とともに、周縁枠部１０の立上り部１１ｂにボルト止めされている。押え板部３２は、ヒンジ３３を介して基板部３１の先端に回動可能に接続されている。ヒンジ３３は、押え板部３２が立坑内空側には屈曲不可能となるように構成されている。この押え板部３２が止水弾性シート２０の内周部２２を推進方向前方（地山側）に支えることで、止水弾性シート２０が立坑内空側へ反転するのを防止している。なお、補助金具３０は、前記構成に限定されるものではない。たとえば、発進口が小口径の場合には、屈曲しない鉄板等をトンネル軸方向に直交する方向に延在するように設けて、立坑内空側から止水弾性シート２０を押さえるようにしてもよい。

補助弾性シート４０は、ゴム等の可撓性を備えた材質からなり、止水弾性シート２０よりも薄く形成されている。補助弾性シート４０は、止水弾性シート２０の内周部２２の表面に沿って接着されており、補助弾性シート４０の先端部（内周部）は、止水弾性シート２０の内周端よりも突出している。補助弾性シート４０の突出した先端部は、根元部分が止水弾性シート２０の端面を覆って、先端部分が掘削機または推進函体の外側面に面接触して覆っている。このような補助弾性シート４０によれば、止水弾性シート２０と掘削機または推進函体の外側面との間に、地山から水が流れ込むのを防ぐことができる。なお、地山の土圧や水圧が低い場合には、補助弾性シート４０を使用しなくてもよい場合がある。

中空弾性体５０は、発進口３内を通過する掘削機または推進函体の外周面に止水弾性シート２０を押し付ける部材である。中空弾性体５０は、断面矩形を呈する中空ゴムにて構成されており、中空空間の長手方向両端が開口した筒状に形成されている。中空弾性体５０は、横長の断面長方形の発進口３において、矩形の四辺において設けられている。中空弾性体５０は、補助弾性シート４０を介して止水弾性シート２０に接着される。中空弾性体５０は、弾性シート接着面部５１ａと、発進口３の開口周縁部の内周面に当接する発進口当接面部５１ｂと、弾性シート接着面部５１ａと発進口当接面部５１ｂの両端同士を結ぶ連結壁部５１ｃ，５１ｃとを備えている。中空弾性体５０は、止水弾性シート２０の内周部２２の表面に接着された補助弾性シート４０に接着されており、発進口３の周縁部の内周面に沿って連続して延在している。なお、中空弾性体５０は、必ずしも発進口３の周縁部の内周面の全周に沿って連続していなくてもよく、止水弾性シート２０の全周に亘って付勢力を発生できる場合であれば、中空弾性体５０の長手方向に隙間をあけて配列してもよい。

中空弾性体５０は、掘削機４または推進函体の外周面と、発進口３の内周面との隙間よりも大きく形成されている。つまり、中空弾性体５０は、推進時において止水弾性シート２０の内周部２２と発進口３の内周面との間に圧縮状態で挟まれている。中空弾性体５０は、連結壁部５１ｃ，５１ｃが変形しており、この連結壁部５１ｃ，５１ｃが元の形状に戻ろうとする復元力によって、止水弾性シート２０が掘削機４または推進函体の外周面に押し付けられている（図２の（ｂ）参照）。

次に中空弾性体の他の形態について説明する。この実施形態は、掘削機４または推進函体の外周面と発進口３の内周面との隙間が、図２の形態よりも大きい場合、例えば、図１のＢ−Ｂ線に示すように、横長の断面長方形の発進口３において、短辺となる両側辺において設けられている。

図３に示すように、他の形態の中空弾性体５５は、内部空間が密閉されたチューブ部材にて構成されている。このチューブ部材は、前記の中空ゴムよりも薄い素材のゴムまたは弾性合成樹脂にて形成されている。中空弾性体５５は、止水弾性シート２０の表面（地山に対向する面）に接着されており、発進口３の開口周縁部に沿って配置されている。中空弾性体５５には、気体または液体が充填されている。中空弾性体５５は、止水弾性シート２０と発進口３の内周面との間に挟まれており、中空弾性体５５の流体圧を高めることによって、チューブ部材が部分的に膨張する。そのチューブ部材の膨張圧によって止水弾性シート２０が掘削機または推進函体に向けて押し付けられている。中空弾性体５５は、弾性変形可能であるので、推進時において、発進口３の内周面と止水弾性シート２０で挟まれた空間の形状に追従することができるとともに、隙間の大きさが変動しても、止水弾性シート２０を押し付けながら、止水性能を継続的に確保することができる。

以上のような構成のエントランスの止水構造１によれば、中空弾性体５０，５５が止水弾性シート２０の内周部２２と発進口３の内周面との間に挟まれているので、中空弾性体５０が止水弾性シート２０を掘削機４または推進函体の外周面に押し付けることとなる。したがって、従来のように流体圧を供給する装置を別途設ける必要がないので、設備費用の増加を防止できるとともに、圧力管理も行う必要がない。また、このような止水構造１であれば、発進口３内を摺動する推進函体との間にも、止水性能を確保できるので、掘削機４の発進後においても、圧力管理を行う必要がなく、また発進口３周りに注入材を充填する必要もない。

中空弾性体５０を中空ゴムで構成したことによって、中空ゴムが元形状に戻ろうとする復元力によって止水弾性シート２０を押し付けることができる。このような構成によれば、簡単な構成で、止水弾性シート２０を掘削機４または推進函体に付勢することができる。

また、中空弾性体５５をチューブ部材で構成して内部に空気または液体を充填したことによって、その内圧で止水弾性シート２０を押し付けることができる。このような構成によれば、簡単な構成で、止水弾性シート２０を掘削機４または推進函体に付勢することができる。また、チューブ部材が隙間の形状に追従するので、例えば推進函体の外周面との隙間が中空弾性体５０の幅より広い場合などの様々な形状において止水性能を高めることができる。さらに、内部に充填する空気や液体量を多くすれば、付勢力を大きくすることができ、より一層止水性能を高められる。

さらに、補助弾性シート４０の先端部の根元部分が止水弾性シート２０の端面を覆って、先端部分が掘削機４または推進函体の外側面に面接触して覆っているので、止水弾性シート２０と掘削機４または推進函体の外側面との間に、地山から水が流れ込むのを防ぐことができる。したがって、止水性能をより一層高めることができる。さらに、補助弾性シート４０の材質を止水弾性シート２０より柔らかくしたり、補助弾性シート４０の厚さを止水弾性シート２０より薄くしたりすることで、推進函体の外周面への補助弾性シート４０の密着性を高めることができる。

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、前記実施形態では、中空弾性体５０は、止水弾性シート２０の内周部２２に固定されているが、図４に示すように、発進口３の内周面（周縁枠部１０の内周面）に中空弾性体５２を固定してもよい。中空ゴムの形状も断面正方形に限定されるものではなく、例えば、中空弾性体５２のような他の形状であってもよい。中空弾性体５２は、断面かまぼこ形状を呈し、周縁枠部１０に固定される基板部５３ａと、基板部５３ａから立ち上がるアーチ状の立上り壁部５３ｂとを備えてなる。止水弾性シート２０と接触する立上り壁部５３ｂの先端部分は円弧状に形成されている。このような中空弾性体５２では、立上り壁部５３ｂが圧縮されて変形し、この立上り壁部５３ｂが元形状に戻ろうとする復元力によって、止水弾性シート２０が付勢される。

また、前記実施形態では、中空ゴムからなる中空弾性体５０は、長手方向両端部が開口された筒状に形成されているが、両端部を閉鎖して、内圧も止水弾性シート２０を押し付ける力として利用してもよい。このようにすれば、止水弾性シート２０への付勢力が大きくなり、止水性能がさらに向上する。

１ 止水構造
２ 立坑
３ 発進口
４ 掘削機
１０ 周縁枠部
２０ 止水弾性シート
２２ 内周部
３０ 補助金具
４０ 補助弾性シート
５０ 中空弾性体
５２ 中空弾性体
５５ 中空弾性体

Claims (4)

1. 立坑に形成された発進口の周縁部に設けられた止水弾性シートと、
   前記発進口を通過する掘削機または推進函体の外周面に前記止水弾性シートを押し付ける中空弾性体とを備えており、
   前記中空弾性体は、前記発進口の内周面に固定された基板部と当該基板部から立ち上がるアーチ状の立上り壁部とを備えてなり、
   前記立上り壁部の先端部分は、円弧状に形成されており、
   前記中空弾性体は、前記掘削機の発進前には前記止水弾性シートと離間しており、前記掘削機の掘削中には前記止水弾性シートの内周部と前記発進口の内周面との間で挟まれている
   ことを特徴とするエントランスの止水構造。
2. 前記中空弾性体は、中空ゴムにて構成されており、元形状に戻ろうとする復元力によって前記止水弾性シートを押し付ける
   ことを特徴とする請求項１に記載のエントランスの止水構造。
3. 前記中空弾性体は、チューブ部材にて構成されており、前記止水弾性シートの内周部と前記発進口の内周面との間で挟まれたときの膨張圧によって前記止水弾性シートを押し付ける
   ことを特徴とする請求項１に記載のエントランスの止水構造。
4. 前記止水弾性シートよりも薄い補助弾性シートをさらに備えており、
   前記補助弾性シートは、前記止水弾性シートの内周部から内方に延在して設けられており、前記止水弾性シートの内周端と前記掘削機または前記推進函体の外周面とを覆う
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のエントランスの止水構造。

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