JP6541547B2 - 坑口止水構造 - Google Patents

Description

本発明は、矩形のトンネル掘削機又は函体と矩形の坑口内周面との間に発生する間隙を遮蔽する坑口止水構造に関するものである。

シールド掘削機や先導掘進機などのトンネル掘削機又は先導掘進機に続いて地中に推し出される函体（推進函体）が、立坑などから発進したり立坑などに到達したりする際には、坑口を通過することになる。

この際に、トンネル掘削機又は函体と坑口内周面との間には間隙が発生することになるため、特許文献１に開示されているように、この間隙を遮蔽するための坑口止水構造を設ける必要がある。

一方、特許文献２に開示されているように、矩形断面のトンネルを掘削するための矩形のシールド機が知られており、矩形シールド機の内側には矩形のセグメントが配置される。

そして、この矩形シールド機とセグメントとの間にも隙間が発生するため、隙間を遮蔽するための止水装置が、矩形シールド機のテールスキンプレートには設けられる。

また、特許文献２には、矩形断面の隅角部をラウンド状に整形する手間を省くことができるようにするために、ワイヤブラシとバネ鋼板とによって構成された止水装置をテールスキンプレートの隅角部に取り付けることが記載されている。

特開２００６−３２８７５４号公報 特開２００１−３２６８７号公報

しかしながら矩形のトンネル掘削機又は函体と矩形の坑口内周面との間に発生する間隙についても、有効な坑口止水構造が必要となるが、特許文献２には坑口止水構造に関する記載がない。

そして、ワイヤブラシとバネ鋼板だけを使用して矩形の隅角部の止水構造を構成した場合には、ワイヤブラシが割れて止水性能が低下する可能性がある。止水性能が低下すれば、トンネル掘削機等の外周に注入された泥水や滑材が溢水して立坑内に流れ込むおそれがある。

そこで、本発明は、矩形のトンネル掘削機又は函体と矩形の坑口内周面との間に発生する間隙を、隅角部において確実に遮蔽することが可能な止水性能の高い坑口止水構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の坑口止水構造は、矩形のトンネル掘削機又は函体と矩形の坑口内周面との間に発生する間隙を遮蔽する坑口止水構造であって、前記坑口内周面の周方向に沿って取り付けられたワイヤブラシ部と、前記ワイヤブラシ部の坑口外側面に沿って配置された弾性板部と、前記坑口内周面の隅角部において、前記弾性板部の坑口外側面に沿って配置された弾性シート部とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記弾性板部は、前記坑口内周面の隅角部を挟んで鉛直部材と水平部材とに分離している場合は、前記弾性シート部は、前記鉛直部材と前記水平部材とに跨る状態で配置されている構成とすることができる。

また、前記弾性シート部には、坑口開口の対角線方向に張り出された突出部が設けられている構成とすることができる。

さらに、前記ワイヤブラシ部と前記弾性板部と前記弾性シート部とによって構成される止水部は、坑口内外方向に間隔を置いて複数段が設けられており、前記止水部間には、止水材が充填された繊維塊が介在されている構成とすることができる。

このように構成された本発明の坑口止水構造は、ワイヤブラシ部と、その坑口外側面に沿って配置された弾性板部とに加えて、坑口内周面の隅角部においては、弾性板部の坑口外側面に沿って弾性シート部が配置される。

このため、隅角部においてワイヤブラシ部に割れが生じるような力が作用しても、ワイヤブラシ部を押える弾性板部のさらに外側から弾性シート部で押えられるので、ワイヤブラシ部が割れにくくなる上に、ワイヤブラシ部の隙間を弾性シート部によって塞ぐことができる。

この結果、矩形のトンネル掘削機又は函体と矩形の坑口内周面との間に発生する間隙を、隅角部において確実に遮蔽することが可能となり、高い止水性能を確保することができる。

特に、弾性板部が隅角部を挟んで鉛直部材と水平部材とに分離している場合は、弾性シート部を鉛直部材と水平部材とに跨る状態で配置させることによって、隅角部における泥水や滑材の溢水を防ぐことができる。

さらに、弾性シート部に坑口開口の対角線方向に張り出された突出部を設けることによって、ワイヤブラシ部が隅角部で膨らんだ場合でも、弾性シート部によって覆い続けることができる。

そして、坑口内外方向に間隔を置いて複数段の止水部を設けた際に、止水部間に止水材が充填された繊維塊を介在させることで、１箇所の止水部で溢水が起きても、止水材が充填された繊維塊や別の止水部によって、坑内への溢水を確実に防ぐことができる。

本実施の形態の坑口止水構造の隅角部周辺の構成を説明する斜視図である。 本実施の形態の坑口止水構造の構成を説明する断面図である。 実施例１の坑口止水構造の隅角部周辺の構成を説明する斜視図である。 実施例２の坑口止水構造の構成を説明する断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態で説明する坑口止水構造の隅角部周辺の構成を説明する斜視図である。また、図２は、坑口止水構造の構成を説明する断面図である。

この坑口止水構造が設けられる坑口２は、例えばトンネル掘削機を発進又は到着させる立坑２０の地盤に面した開口部である。トンネル掘削機には、矩形のシールド掘削機又は先導掘進機が使用される。先導掘進機を使用する場合は、矩形の函体（推進函体）が地中に推し込まれることになる。

以下では、トンネル掘削機としての矩形シールド機１を例に説明を行う。矩形シールド機１は、図２に示すように、カッタ面１１を地中に向けて、胴体部１２が後方に続く向きで発進される。

この胴体部１２は、図１に拡大して示された隅角部からわかるように、断面矩形の四角筒状に形成される。一方、坑口２も、胴体部１２よりも一回り大きな断面矩形の開口となる。

例えば鉄筋コンクリートによって構築された円筒状の立坑２０の底部付近に、鋼材等を使って矩形の周状の坑口２が設けられる。この坑口２の略長方形の開口の内周面を、坑口内周面２１とする。

この坑口２の坑口内周面２１と胴体部１２の外周面との間には、間隙が発生する。この間隙を遮蔽するために矩形の周状に設けられるのが、本実施の形態の坑口止水構造である。

この坑口止水構造は、図２に示すように、坑口内外方向に間隔を置いて設けられた複数段の止水部３，・・・によって構成される。本実施の形態では、３段の止水部３，３，３によって構成された坑口止水構造について説明する。ここで、止水部３，３間には、図示されていないが、パテグリスなどの止水材が充填されている。

止水部３は、複数本のワイヤ線材を束ねたワイヤブラシ部３１と、その坑口外側面に沿って配置された弾性板部（４１，４２）と、坑口内周面２１の隅角部２２に設けられる弾性シート部としてのゴム面材部５とによって主に構成される。なお、図示していないが、ワイヤブラシ部３１の坑口内側面にも、必要に応じてバネ鋼板などの弾性金属板が配置される。

ワイヤブラシ部３１のワイヤ線材の隙間には、グリスなどが充填されて遮水性が高められている。この充填されるグリスには、止水状況、水圧の大きさなどに応じてパテグリスなどが使用される。

一方、弾性板部は、図１に示すように、隅角部２２を挟んで鉛直バネ板４１と水平バネ板４２とに分離している。鉛直部材となる鉛直バネ板４１は、坑口２の壁面に沿って鉛直方向に延び、水平部材となる水平バネ板４２は、坑口２の床面又は天井面に沿って水平方向に延びる。

鉛直バネ板４１の隅角部２２側の端部４１ａと、水平バネ板４２の隅角部２２側の端部４２ａとの間は、離隔している。鉛直バネ板４１及び水平バネ板４２は、バネ鋼板などの弾性金属板などによって形成されている。

ここで、図１では、鉛直バネ板４１及び水平バネ板４２を一枚の帯状の板として図示しているが、これに限定されるものではなく、複数の長方形の弾性金属板を延伸方向に並べていくことで、帯状の鉛直バネ板４１及び水平バネ板４２を形成することもできる。

また、鉛直バネ板４１及び水平バネ板４２の坑口２の中心側（坑口内周面２１と反対側）の先端は、矩形シールド機１の外周面に傷を付けないように、ワイヤブラシ部３１の先端より後退した位置に形成されている。

さらに、鉛直バネ板４１及び水平バネ板４２としては、肉厚1.0mmのバネ鋼板が使用できる。また、上述したようにワイヤブラシ部３１の坑口内側面に沿って配置されるバネ鋼板には、それよりも薄い肉厚0.5mmの弾性金属板を使用することができる。また、バネ鋼板はこの例示に限定されるものではなく、これよりも復元力の大きい材質や肉厚の弾性金属板を使用することもできる。

図２に示すように、ワイヤブラシ部３１及び弾性板部（４１，４２）は、坑口内周面２１に鈍角の屈曲部を支点に坑口内外方向に撓むように固定される。この止水部３の固定は、坑口内周面２１に対してボルト３２，３２や溶接などによって行われる。

そして、鉛直バネ板４１の端部４１ａと水平バネ板４２の端部４２ａとの隙間を、図１に示すように、ゴム面材部５によって覆う。このゴム面材部５は、ゴムシートやウレタンゴムシート等を略Ｌ字状に成形した部材で、一辺が鉛直バネ板４１側に固定され、他辺が水平バネ板４２側に固定される。

このようにして鉛直バネ板４１と水平バネ板４２とに跨る状態でゴム面材部５が配置されると、端部４１ａ，４２ａ間にワイヤブラシ部３１が露出していても、外側から包まれたような状態になる。

このゴム面材部５の隅角部２２における断面は、鉛直バネ板４１側及び水平バネ板４２側に連続する平面状とすることもできるが、坑口２の外側に膨らむΩ状に成形することもできる。

次に、本実施の形態の坑口止水構造の作用について説明する。

このように構成された本実施の形態の坑口止水構造では、ワイヤブラシ部３１と、その坑口外側面に沿って配置された弾性板部（４１，４２）との積層体によって、坑口内周面２１に沿って囲繞される。

それに加えて、坑口内周面２１の隅角部２２においては、鉛直バネ板４１及び水平バネ板４２の坑口外側面に沿って、ゴム面材部５が配置される。このゴム面材部５によって、ワイヤブラシ部３１の坑口外側面は包まれた状態になる。

この状態で矩形シールド機１が坑口２から発進（図１では左方向への移動、図２では右方向への移動）すると、隅角部２２においてワイヤブラシ部３１が坑口２の外側（地中側）に向けて倒れて、ワイヤブラシ部３１の隅角部に割れが生じるような力が作用する。

このようなワイヤブラシ部３１の外側への膨らみに対しては、弾性板部（４１，４２）が押えとなる。さらに、弾性板部（４１，４２）が外側からゴム面材部５によって押えられるので、ワイヤブラシ部３１は割れにくくなる。また、ワイヤブラシ部３１に隙間ができたとしても、ゴム面材部５によって塞ぐことができる。

この結果、矩形シールド機１の外周面と坑口内周面２１との間に発生する間隙を、隅角部２２において確実に遮蔽することが可能となり、高い止水性能を確保することができる。

また、ワイヤブラシ部３１の隅角部における変形がゴム面材部５の配置によって抑えられると、ボルト３２による締め付け力の低下も起きにくくなるため、これによっても止水性能の低下を防ぐことができる。

さらに、図示していないが、止水部３，３間にはパテグリスなどの止水材が充填されて止水性能が高められているが、ワイヤブラシ部３１の隅角部における割れを防ぐことによって、止水材の漏れ出しも抑制することができる。

また、隅角部２２を挟んで鉛直バネ板４１と水平バネ板４２とに分離していても、ゴム面材部５が鉛直バネ板４１と水平バネ板４２との端部４１ａ，４２ａ間を覆う状態で配置されているため、隅角部２２における外部（地中側）からの泥水や滑材の浸入を防ぐことができる。

次に、前記実施の形態で説明した坑口止水構造とは別の形態について、図３を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。

本実施例１の坑口止水構造は、止水部３Ａのゴム面材部５Ａの構成が前記実施の形態のゴム面材部５の構成と異なっている。このゴム面材部５Ａは、弾性シート部としてゴムシートやウレタンゴムシート等によって成形される。

また、ゴム面材部５Ａの略Ｌ字状となる一辺は鉛直バネ板４１側に固定され、他辺は水平バネ板４２側に固定される。そして、ゴム面材部５Ａの略中央となる内角側には、矩形の坑口開口の対角線方向に張り出された突出部５１が設けられる。

この突出部５１は、通過する矩形シールド機１の胴体部１２の角部に向けて張り出されている。この突出部５１の先端が胴体部１２に接触する長さに形成されていれば、隅角部２２の隙間はゴム面材部５Ａによって塞がれることになる。

このように構成された実施例１の止水部３Ａは、矩形シールド機１の通過によってワイヤブラシ部３１が坑口２の外側に向けて倒れ、隅角部２２において膨らんでも、その最も膨らむ箇所が突出部５１によって覆われることになる。

すなわち、ワイヤブラシ部３１が変形しても、ゴム面材部５Ａの突出部５１によって膨らんでいく箇所が覆い続けられるため、高い止水性能を維持し続けることができる。

なお、この他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるため説明を省略する。

次に、前記実施の形態及び実施例１で説明した坑口止水構造とは別の形態について、図４を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。

本実施例２の坑口止水構造において、坑口内外方向に間隔を置いて複数段が設けられる止水部の構成は、前記実施の形態で説明した止水部３の構成であっても、前記実施例１で説明した止水部３Ａの構成であってもいずれでもよい。以下では、止水部３の符号を使って説明する。

実施例２の坑口止水構造の止水部３，３間には、止水材が充填された繊維塊６が介在される。繊維塊６には、金属製の長繊維によって構成される金属たわし、アラミド繊維などの合成樹脂繊維によって構成された繊維体などが使用できる。また、体積変化に追従しやすい毛糸などの繊維も使用することができる。

この繊維塊６の隙間には、パテグリスなどの粘度の高い潤滑油を止水材として充填しておく。要するに、通常、止水部３，３間に注入されるだけのパテグリスなどの止水材を、繊維塊６に絡めて配置しておくことで、止水材が漏れ出しにくい状態にすることができる。

このようにして坑口内外方向に間隔を置いて複数段の止水部３，・・・を設けた際に、止水部３，３間に止水材が充填された繊維塊６を介在させることで、１箇所の止水部３で溢水が起きても、止水材が充填された繊維塊６や別の止水部３によって、止水材の溢水や坑内への泥水等の浸入を確実に防ぐことができる。

なお、この他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるため説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態及び実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態及び実施例では、矩形のトンネル掘削機として模式的に角部が直角となる矩形シールド機１を使って説明したが、これに限定されるものではなく、角部に半円筒状の出っ張りのある形状であったり、角を落したラウンド形状であったりしても、矩形のトンネルを構築する掘削機であれば矩形のトンネル掘削機に含まれる。

また、前記実施の形態及び実施例では、３段の止水部３，３Ａが設けられた坑口止水構造について説明したが、これに限定されるものではなく、１，２段又は４段以上の止水部を設けることもできる。

１ 矩形シールド機（矩形のトンネル掘削機）
２ 坑口
２１ 坑口内周面
２２ 隅角部
３，３Ａ 止水部
３１ ワイヤブラシ部
４１ 鉛直バネ板（弾性板部、鉛直部材）
４２ 水平バネ板（弾性板部、水平部材）
５，５Ａ ゴム面材部（弾性シート部）
５１ 突出部
６ 繊維塊

Claims (4)

1. 矩形のトンネル掘削機又は函体と矩形の坑口内周面との間に発生する間隙を遮蔽する坑口止水構造であって、
   前記坑口内周面の周方向に沿って取り付けられたワイヤブラシ部と、
   前記ワイヤブラシ部の坑口外側面に沿って配置された弾性板部と、
   前記坑口内周面の隅角部において、前記弾性板部の坑口外側面に沿って配置された弾性シート部とを備えたことを特徴とする坑口止水構造。
2. 前記弾性板部は、前記坑口内周面の隅角部を挟んで鉛直部材と水平部材とに分離しており、
   前記弾性シート部は、前記鉛直部材と前記水平部材とに跨る状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の坑口止水構造。
3. 前記弾性シート部には、坑口開口の対角線方向に張り出された突出部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の坑口止水構造。
4. 前記ワイヤブラシ部と前記弾性板部と前記弾性シート部とによって構成される止水部は、坑口内外方向に間隔を置いて複数段が設けられており、
   前記止水部間には、止水材が充填された繊維塊が介在されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の坑口止水構造。