JP6991502B2 - 止水装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤中に構築された到達立坑の坑壁と、坑壁を貫通したトンネル掘削機との間の隙間を止水する止水装置に関する。

従来より、シールド工法や推進工法等により地盤中にトンネルを構築する場合において、到達立坑の坑壁におけるトンネル掘削機の到達予定位置には、到達立坑に到達したトンネル掘削機と坑壁との隙間から湧水が生じることを防止するべく、止水装置が設置されている。

例えば、特許文献１では、止水装置に、シールド掘削機の外径より小さい径の孔を備える気泡構造の弾性体を採用し、当該気泡構造の弾性体を、到達立坑におけるシールド掘削機の貫通予定位置に設けた開口を囲繞する坑壁コンクリートの内周面に設置している。そして、シールド掘削機が到達立坑の開口を貫通して弾性体の孔を通過すると、弾性体の孔が拡径されてシールド掘削機を周囲から押圧する。これにより、坑壁コンクリートの内周に設けた弾性体とシールド掘削機との間に止水構造が形成される。

また、特許文献２では、止水装置に、シールド掘削機が貫通するエントランスパッキンと、エントランスパッキンをシールド掘削機に向けて押圧するゴムチューブとを採用し、これらエントランスパッキンとゴムチューブを、到達立坑のシールド掘削機貫通予定位置に設けた鏡部を囲繞する支持部材の内周面に設置している。そして、シールド掘削機がエントランスパッキンを通過すると、エントランスパッキンの一側面がシールド掘削機に密着するとともに、ゴムチューブによりエントランスパッキンがシールド掘削機に圧接されるため、到達立坑の鏡部に高い止水性能を付与することができる。

特開２００３－１７６６８６号公報 特開２００２－０８９１７３号公報

特許文献１および特許文献２の止水装置はいずれも、到達立坑の坑壁を貫通したシールド掘削機と孔壁との間に止水構造を形成できるため、地下水の到達立坑内への流入を阻止することが可能となる。

しかし、特許文献１では、弾性体が坑壁コンクリートの内周面に配置され、特許文献２では、エントランスパッキンおよびゴムチューブが支持部材の内周面に設置される。このため、作業者は、到達立坑に到達したシールド掘削機と弾性体やエントランスパッキン及びゴムチューブとの接触状態を目視確認できず、保守管理が困難となるだけでなく、不具合が生じた際の止水装置の交換作業も多大な手間を要する事態となりやすい。

また、特許文献２では、ゴムチューブを用いてエントランスパッキンに押圧力を作用させているが、ゴム製のチューブは外圧が作用した際に変形を生じやすい。このため、例えば、大深度にトンネルを構築するような場合に、エントランスパッキンとシールド掘削機との隙間に高圧な地下水が流入しようとすると、これに抗う押圧力を作用させることができず、十分な止水性を確保できない。このような場合には、耐圧性の高いゴム材料にてチューブを製作することも考えられるが、チューブの製作費用が高価となりやすく、工費に負担が生じる。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、簡略な構造で安価に、保守管理および交換作業を容易に実施することの可能な、到達立坑の坑壁とトンネル掘削機との隙間を止水する、止水装置を提供することである。

かかる目的を達成するため、本発明の止水装置は、到達立坑内に全体が露出する態様で配置され、該到達立坑に到達したトンネル掘削機と前記到達立坑の坑壁との間に生じる隙間を止水する止水装置であって、伸縮自在なシート状の弾性材よりなり、前記トンネル掘削機の外径より小径の開口部を有し、該開口部を前記トンネル掘削機が貫通した状態において、内周縁近傍が前記トンネル掘削機の外殻に接触し、外周縁近傍が前記到達立坑の坑壁に接続されるリング形状のエントランスパッキンと、膨縮自在なチューブ状の弾性材よりなり、膨張時に前記トンネル掘削機に接触した前記エントランスパッキンの内周縁近傍を囲繞して押圧力を作用させるドーナツ形状のチューブパッキンと、該チューブパッキンと前記エントランスパッキンとの間に設けられ、前記エントランスパッキンに沿って変形するパッキン固定部材と、前記チューブパッキンを囲繞するように配置され、膨張時のチューブパッキンに接触する環状反力材と、を備え、該環状反力材に、前記エントランスパッキンとチューブパッキンを露出させる視認領域を備えることを特徴とする。

また、本発明の摩耗検知装置は、前記エントランスパッキン、前記パッキン固定部材、前記チューブパッキン、および前記環状反力材は、互いに接触する状態で接続金具を介して一体に成形されて、前記到達立坑の坑壁に固定されることを特徴とする。

本発明の止水装置によれば、膨張したチューブパッキンに接触する環状反力材を備えることから、チューブパッキンにてエントランスパッキンを押圧する際の反力を環状反力材で受けることができ、従来技術のように、膨張したチューブパッキンの反力を受けるべく、止水装置を取り囲む形状の構造物を到達立坑に構築し、その内周面にチューブパッキンを設ける必要がない。これにより、到達立坑内において止水装置全体を露出した状態に配置できる。そのうえ、環状反力材に、前記エントランスパッキンとチューブパッキンを露出させる視認領域を備える。

このような構成により、作業者は、止水装置の外観だけでなく、エントランスパッキンやチューブパッキンをも目視確認できるため、高い精度をもって止水装置の保守管理を実施できるとともに、エントランスパッキンやチューブパッキンの補修や交換等のメンテナンス作業を容易に行うことが可能となる。

本発明の止水装置は、前記環状反力材が、ワイヤーであることを特徴とする。

本発明の止水装置によれば、止水装置をより安価に製作することができるとともに、チューブパッキンおよびエントランスパッキンの視認領域を広く確保できるため、保守管理作業をより精度よく実施することが可能となる。

本発明の止水装置は、前記チューブパッキンが、非伸縮部材よりなり、膨張時の前記チューブパッキンの外形形状に沿う被覆材に被覆されることを特徴とする。

本発明の止水装置によれば、膨張させたチューブパッキンに外力が作用しても、被覆材によりその変形が規制される。したがって、地下水が高圧となるような環境に到達立坑が構築される場合であっても、チューブパッキンは高圧地下水に抗ってエントランスパッキンに押圧力を作用させ、トンネル掘削機に密着させた状態を維持することができる。これにより、高価な耐圧性の合成ゴムにてチューブパッキンを製造することなく、チューブパッキンを被覆材にて被覆するのみの簡略かつ安価な構造で、到達立坑内への湧水の流入を確実に防止することが可能となる。

本発明によれば、チューブパッキンにてエントランスパッキンを押圧する際の反力を支持する環状反力材を備えるとともに、環状反力材に、前記エントランスパッキンとチューブパッキンを露出させる視認領域を備えることにより、到達立坑内において止水装置の外観だけでなく、エントランスパッキンやチューブパッキンを目視確認できるため、高い精度をもって保守管理を実施できるとともに、補修や交換等のメンテナンス作業を容易に行うことが可能となる。

本発明の実施の形態における止水装置を側面図である。 本発明の実施の形態における止水装置の正面図である。 本発明の実施の形態における止水装置の設置手順を示す図である（その１）。 本発明の実施の形態における止水装置の設置手順を示す図である（その２）。 本発明の実施の形態におけるチューブパッキンを被覆材にて被覆した図である。 本発明の実施の形態における他の実施例における止水装置の設置手順を示す図である（その１）。 本発明の実施の形態における他の実施例における止水装置の設置手順を示す図である（その２）。 本発明の実施の形態における他の実施例における止水装置の設置手順を示す図である（その３）。 本発明の実施の形態における止水装置をエントランス躯体に設置した事例を示す図である。

本発明は、到達立坑の坑壁にトンネル掘削機が貫通した状態において、到達立坑の坑壁とトンネル掘削機との隙間を、エントランスパッキンとチューブパッキンを備えた止水装置にて止水するにあたり、止水装置に、チューブパッキンにてエントランスパッキンを押圧する際の反力を支持する環状反力材を設けたものである。

本実施の形態では、到達立坑のトンネル掘削機到達予定位置に仮壁を設け、トンネル掘削機が仮壁を切削して到達立坑に到達した際に、到達立坑の坑壁とトンネル掘削機との間に隙間が形成される場合を事例に挙げ、図１～図９を参照しつつ止水装置を詳述する。

なお、止水装置は、到達立坑の坑壁に鏡切りを行ってシールドを到達させることにより形成される、到達立坑の坑壁とトンネル掘削機との隙間に止水構造を形成する際にも採用することが可能である。また、止水装置を採用する到達立坑は、シールド工法もしくは推進工法等、いずれのトンネル工法に用いられるものであってもよい。

止水装置１は、図１の側面図および図２の正面図で示すように、到達立坑１０１の坑壁１０２であって、トンネル掘削機Ｍの到達予定位置に設けられた仮壁１０３を囲繞するように設置されており、エントランスパッキン２と、パッキン固定部材３と、チューブパッキン４と、環状反力材５と、を備えている。

エントランスパッキン２は、合成ゴム等の伸縮自在なシート状の弾性材よりなり、外周縁２１が仮壁１０３の外形より大きく、中央にトンネル掘削機Ｍの外径より小径の開口部２２を有するリング形状に成形されている。このように成形されたエントランスパッキン２は、開口部２２の中心と仮壁１０３の中心が同一の水平軸上に配置されるよう位置を調整されたうえで、一方の面を到達立坑１０１の坑壁１０２に接触させた状態で配置されている。

パッキン固定部材３は、エントランスパッキン２の他方の面上に間隔を設けて放射状に配置される複数の固定部材本体３１と、隣り合う固定部材本体３１どうしを連結するワイヤー３２とを備えている。固定部材本体３１は帯状鋼板よりなり、一端３１１がエントランスパッキン２の外周縁２１近傍に配置され、他端３１２がエントランスパッキン２の内周縁２３近傍に配置されている。

そして、固定部材本体３１の一方の面がエントランスパッキン２の他方の面に接触し、他方の面における他端３１２近傍にワイヤー３２を挿通させる挿通リング３１３が備えられている。

チューブパッキン４は、固定部材本体３１の挿通リング３１３が備えられている面上に配置され、合成ゴム等の膨縮自在なチューブ状の弾性材よりなり、トンネル掘削機Ｍを囲繞可能なドーナツ形状に成形されている。そして、その外周部４１には、同じく合成ゴム等の伸縮自在な帯状シート材よりなる耳部４３が設けられている。

環状反力材５は、チューブパッキン４を挟んでパッキン固定部材３に備えた複数の固定部材本体３１各々に対応して平行に配置される複数の反力材本体５１と、隣り合う反力材本体５１どうしを連結するワイヤー５２とを備えている。反力材本体５１は帯状鋼板よりなり、一端５１１がエントランスパッキン２の外周縁２１側に配置され、他端５１２がエントランスパッキン２の内周縁２３側に配置されている。

また、反力材本体５１はその側面視形状が、膨張させた際のチューブパッキン４の外形に沿うように一端５１１から他端５１２に向かって湾曲しており、他端５１２近傍には、ワイヤー５２を挿通させる挿通リング５１３が備えられている。

上述するエントランスパッキン２、パッキン固定部材３、チューブパッキン４および環状反力材５は、互いに接触する状態で接続金具６を介して一体に成形されて止水装置１をなすとともに、到達立坑１０１の坑壁１０２に固定されている。

具体的には、接続金具６は、図１で示すように、到達立坑１０１の坑壁１０２にあらかじめ埋設されているインサートナット６１と、基端がインサートナット６１に螺合するアンカーボルト６２と、アンカーボルト６２の先端に螺合されるナット６３とを備えている。また、これらの組み合わせが、図２で示すように、到達立坑１０１の仮壁１０３を囲繞するように、坑壁１０２に間隔を設けて複数設けられ、さらに、隣り合うアンカーボルト６２どうしを連結する、リング状の挟持板６４が備えられている。

一方で、エントランスパッキン２の外周縁２１近傍、固定部材本体３１の一端３１１近傍、チューブパッキン４の耳部４３、および反力材本体５１の一端５１１近傍各々にあらかじめ孔（図示せず）が設けられている。そして、これらの孔に、インサートナット６１に基端を螺合したアンカーボルト６２を貫通させた状態で、アンカーボルト６２に挟持板６４を挿通させるとともに、ナット６３を締結させている。これにより、エントランスパッキン２、パッキン固定部材３、チューブパッキン４および環状反力材５は、坑壁１０２と挟持板６４との間に挟み込むようにして一体に成形され、到達立坑１０１に固定される。

上記のとおり、到達立坑１０１の坑壁１０２に固定された止水装置１は、トンネル掘削機Ｍが到達立坑１０１に到達し、仮壁１０３を切削して到達立坑１０１の坑壁１０２を貫通したのち、以下の手順を経て、到達立坑１０１の坑壁１０２とトンネル掘削機Ｍとの隙間を止水する止水構造を形成する。

なお、本実施の形態では、パッキン固定部材３を構成する固定部材本体３１の挿通リング３１３および環状反力材５を構成する反力材本体５１の挿通リング５１３にそれぞれ、あらかじめ緊張力を付与していない状態のワイヤー３２、５２を挿通させておく。

まず、図３で示すように、トンネル掘削機Ｍを前進させて、エントランスパッキン２の開口部２２およびチューブパッキン４を貫通させる。すると、エントランスパッキン２の一方の面において、外周縁２１近傍が到達立坑１０１の坑壁１０２に接触したままの状態で、内周縁２３近傍がトンネル掘削機Ｍの外殻に接触する。

この状態において、パッキン固定部材３の固定部材本体３１も、エントランスパッキン２の他方の面に沿うように変形するため、一端３１１がエントランスパッキン２の外周縁２１近傍に固定され、他端３１２がエントランスパッキン２の内周縁２３近傍に配置された状態を維持する。これにより、固定部材本体３１各々の挿通リング３１３を挿通するワイヤー３２は、エントランスパッキン２およびトンネル掘削機Ｍを囲繞するように配置されることとなる。

そこで、レバーブロック（登録商標：図示せず）等を用いて図２で示すような方向にワイヤー３２を牽引することにより緊張力を付与し、ワイヤー３２と複数の固定部材本体３１を介してエントランスパッキン２に押圧力を作用させる。こうして、パッキン固定部材３を介してエントランスパッキン２の一方の面を、トンネル掘削機Ｍの外殻に固定させる。

次に、図４で示すように、トンネル掘削機Ｍを囲繞するチューブパッキン４を膨張させて、トンネル掘削機Ｍに接触したエントランスパッキン２の内周縁２３近傍における固定部材本体３１、および隣り合う固定部材本体３１の間から臨むエントランスパッキン２に接触させる。この状態でさらにチューブパッキン４を膨張させて、チューブパッキン４の膨張圧力を、固定部材本体３１を介して、もしくはエントランスパッキン２に直接、押圧力として作用させる。

これにより、エントランスパッキン２には、パッキン固定部材３による押圧力が作用していない部位に対しても、チューブパッキン４を介して押圧力が作用されることから、エントランスパッキン２の内周縁２３近傍全体が、トンネル掘削機Ｍの外殻に均質に密着される。

この状態において、環状反力材５の反力材本体５１各々は膨張したチューブパッキン４に接触し、反力材本体５１各々の挿通リング５１３を挿通するワイヤー５２は、エントランスパッキン２、パッキン固定部材３、チューブパッキン４およびトンネル掘削機Ｍを囲繞するように配置されている。

そこで、レバーブロック（登録商標：図示せず）等を用いて図２で示すような方向にワイヤー５２を牽引することにより緊張力を付与し、ワイヤー５２と複数の反力材本体５１を介してチューブパッキン４に押圧力を作用させる。すると、環状反力材５は、膨張したチューブパッキン４の反力を受ける部材として機能する。

したがって、チューブパッキン４の膨張圧力は、効率よくエントランスパッキン２の押圧力として作用するため、エントランスパッキン２の内周縁２３近傍全体は、より強固にトンネル掘削機Ｍの外殻に密着され、到達立坑１０１の坑壁１０２とトンネル掘削機Ｍとの間の隙間には、止水装置１による止水構造が形成される。

このように、止水装置１は、環状反力材５を備えることにより、膨張したチューブパッキン４の反力を受けるべく、従来技術のような止水装置１を取り囲む形状の構造物を到達立坑１０１を構築し、その内周面にチューブパッキン４を配置する必要がない。したがって、到達立坑１０１内において止水装置１全体を露出した状態に配置することができる。また、環状反力材５を構成する複数の反力材本体５１が、間隔を有して配置されるため、隣り合う反力材本体５１の間に、エントランスパッキン２とチューブパッキン４を露出させる視認領域が形成される。

これにより、作業者は、止水装置１の外観だけでなく、エントランスパッキン２やチューブパッキン４をも目視確認でき、高い精度をもって止水装置１の保守管理を実施できる。そして、エントランスパッキン２やチューブパッキン４に不具合が生じた際には、接続金具６のナット６３および挟持板６４を取り外すことにより、環状反力材５を撤去できるため、エントランスパッキン２やチューブパッキン４の補修や交換等のメンテナンス作業を容易に行うことが可能となる。

なお、図５（ａ）で示すように、チューブパッキン４を被覆材７にて被覆すると、止水装置１により形成した止水構造に、より高い止水性能を付与することが可能となる。

被覆材７は、図５（ｂ）で示すように、膨張時のチューブパッキン４の外形形状に沿うよう、内周断面が膨張時のチューブパッキン４の外周断面と同じ大きさに形成された、ドーナツ形状をなす非伸縮部材であり、本実施の形態では、網状部材を採用している。このような被覆材７にてチューブパッキン４を被覆すると、膨張させた状態のチューブパッキン４に外力を作用させても、チューブパッキン４は被覆材７によりその変形が規制される。

つまり、環状反力材５のワイヤー５２に緊張力を付与して膨張したチューブパッキン４に押圧力を作用させても、チューブパッキン４の一部が隣り合う反力材本体５１の隙間から膨出するような変形を生じることがない。これにより、チューブパッキン４の膨張圧力を無駄なく均等に、エントランスパッキン２に対して押圧力として作用させることが可能となる。

したがって、地下水が高圧となるような環境に到達立坑１０１が構築される場合であっても、チューブパッキン４は高圧地下水に抗ってエントランスパッキン２に押圧力を作用させ、エントランスパッキン２をトンネル掘削機Ｍに密着させた状態を維持することができる。これにより、高価な耐圧性の合成ゴムにてチューブパッキン４を製造することなく、チューブパッキン２を被覆材７にて被覆するのみの簡略かつ安価な構造で、止水装置１の止水性能を向上させ、到達立坑１０１内への湧水の流入を確実に防止することが可能となる。

なお、被覆材７は、網状部材に限定されるものではなく、チューブパッキン４を膨張させた際に、その外形状に沿うよう形状を変容させることのできる非伸縮性の部材であれば、いずれの材料を採用してもよい。また、本実施の形態では、チューブパッキン４の耳部４３も被覆材７にて被覆する形状に成形しているが、チューブパッキン４の膨張部分のみを被覆する構成としてもよい。

本発明の止水装置１は、上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種々の変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、エントランスパッキン２、パッキン固定部材３、チューブパッキン４および環状反力材５を一体に形成したが、必ずしもこれに限定されるものではない。また、環状反力材５も、エントランスパッキン２を押圧するチューブパッキン４の反力を受けることができるものであれば、いずれの部材を採用してもよい。

例えば、環状反力材５を別体とし、チューブパッキン４を囲繞するワイヤーのみとしてもよい。こうすると、止水装置１をより安価に製作することができるとともに、チューブパッキン４およびエントランスパッキン２の視認領域を広く確保できるため、保守管理作業をより精度よく実施することが可能となる。

または、チューブパッキン４と環状反力材５の両者を別体とし、環状反力材５として、チューブパッキン４を膨張させたときの外周より略小さい内周を有するリング状のフレームを採用してもよい。

この場合、図６で示すように、トンネル掘削機Ｍが到達立坑１０１の坑壁１０２を貫通し、エントランスパッキン２の一方の面における内周縁２３近傍が、トンネル掘削機Ｍの外殻に接触した後、図７で示すように、膨張させる前のチューブパッキン４とリング状のフレームよりなる環状反力材５を、トンネル掘削機Ｍを囲繞するように配置する。

そして、図８で示すように、パッキン固定部材３の他方の面と環状反力材５の内周面の両者を押圧するまで、チューブパッキン４を膨張させればよい。このとき、チューブパッキン４は、必ずしも別体にしなくてもよく、環状反力材５のみを別体としてもよい。また、環状反力材５にリング状のフレームを採用する際には、例えば骨組み構造としておくと、エントランスパッキン２とチューブパッキン４を露出させる視認領域を確保することができる。

さらに、本実施の形態では、止水装置１を接続金具６を介して到達立坑１０１の坑壁１０２に直接設置したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、到達立坑１０１のトンネル掘削機到達予定領域を囲うように設けられるエントランス躯体１０４に設けてもよい。

このとき、止水装置１は、図９で示すように、エントランスパッキン２の一方の面が到達立坑１０１の坑壁１０２と対向するよう、エントランス躯体１０４の内周部ではなく、端面に設置する。このため、エントランス躯体１０４にて止水装置１が隠れることはなく、到達立坑１０１の坑壁１０２に直接設置した場合と同様に、作業員は止水装置１全体を目視確認することが可能となる。

また、本実施の形態では、接続金具６にインサートナット６１とアンカーボルト６２を採用したが、必ずしもこれに限定されるものではない。エントランスパッキン２、パッキン固定部材３、チューブパッキン４および環状反力材５を、到達立坑１０１の坑壁１０２に固定できる手段であれば、いずれの接続具を採用してもよい。

例えば、インサートナット６１およびアンカーボルト６２に替えて、あと施工アンカーを採用すると、トンネル掘削機１０１の到達立坑１０１への正確な到達位置を確認してから、坑壁１０２に接続金具６を介して止水装置１を設置できる。こうすると、トンネル掘削機Ｍと坑壁１０２との隙間に、止水装置１を用いてより高性能の止水構造を形成することが可能となる。

１ 止水装置
２ エントランスパッキン
２１ 外周縁
２２ 開口部
２３ 内周縁
３ パッキン固定部材
３１ 固定部材本体
３１１ 一端
３１２ 他端
３１３ 挿通リング
３２ ワイヤー
４ チューブパッキン
４１ 外周部
４２ 内周部
４３ 耳部
５ 環状反力材
５１ 反力材本体
５１１ 一端
５１２ 他端
５１３ 挿通リング
５２ ワイヤー
６ 接続金具
６１ インサートナット
６２ アンカーボルト
６３ ナット
６４ 挟持板
７ 被覆材
１０１ 到達立坑
１０２ 坑壁
１０３ 仮壁
１０４ エントランス躯体

Claims (4)

1. 到達立坑内に全体が露出する態様で配置され、該到達立坑に到達したトンネル掘削機と前記到達立坑の坑壁との間に生じる隙間を止水する止水装置であって、
   伸縮自在なシート状の弾性材よりなり、前記トンネル掘削機の外径より小径の開口部を有し、該開口部を前記トンネル掘削機が貫通した状態において、内周縁近傍が前記トンネル掘削機の外殻に接触し、外周縁近傍が前記到達立坑の坑壁に接続されるリング形状のエントランスパッキンと、
   膨縮自在なチューブ状の弾性材よりなり、膨張時に前記トンネル掘削機に接触した前記エントランスパッキンの内周縁近傍を囲繞して押圧力を作用させるドーナツ形状のチューブパッキンと、
   該チューブパッキンと前記エントランスパッキンとの間に設けられ、前記エントランスパッキンに沿って変形するパッキン固定部材と、
   前記チューブパッキンを囲繞するように配置され、膨張時のチューブパッキンに接触する環状反力材と、を備え、
   該環状反力材に、前記エントランスパッキンとチューブパッキンを露出させる視認領域を備えることを特徴とする止水装置。
2. 請求項１に記載の止水装置において、
   前記エントランスパッキン、前記パッキン固定部材、前記チューブパッキン、および前記環状反力材は、互いに接触する状態で接続金具を介して一体に成形されて、前記到達立坑の坑壁に固定されることを特徴とする止水装置。
3. 請求項１または２に記載の止水装置において、
   前記環状反力材が、ワイヤーであることを特徴とする止水装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の止水装置において、
   前記チューブパッキンが、非伸縮部材よりなり、膨張時の前記チューブパッキンの外形形状に沿う被覆材に被覆されることを特徴とする止水装置。

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