JP7036331B1 - シールド機械用テールシール - Google Patents

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Abstract

【課題】 線材と弾性体の一方のみの利点及び双方をハイブリッドで用いた場合の利点を最大限享受し、適切で確実な止水を図ることができるシールド機械用テールシールの提供。【解決手段】 本発明に係るシールド機械用テールシールは、環状に並列して配される単位シールが、ブラシ状に固定された線材束の自由端部を含む部分をエラストマーで覆って一体化した構造を有し、上記線材束のみから成る基端部と、上記線材束を埋設した上記エラストマーから成る中途部と、上記エラストマーのみから成る先端部を備える。【選択図】 図3

Description

本発明は、シールド工法によりトンネルを築造する際に用いられるシールド機械のテ
ール部に装備され、該テール部内周面とセグメント外周面に生ずるテールクリアランスから土水等がシールド機械の内部に流入することを防止する目的で使用される、テールシールに関する。
古くから、シールド機械用のテールシールとしてワイヤーブラシ式テールシール、すなわちワイヤーブラシを単位ブラシとしてシールド機械のテールに環状に並列して設けた構造のテールシールが用いられているが、このワイヤーブラシ式テールシールは、耐久性が高い利点を有する反面、止水性が低い欠点を有している。
この欠点を補うため、ブラシを構成するワイヤー間に高粘性グリスを充填して止水性の向上を図る方法が採られているが、高粘性といってもグリスには流動性があり、ワイヤー間に全体的にグリスを充填し、さらにその状態を保つためには繊細な管理が必要となり、著しくコストパフォーマンスに欠ける問題点を有している。
高粘性グリス以外にも、軟質発泡ウレタンや液性ゴムをワイヤー間に充填する方法も開発されているが、これらは可燃性の物質であり、シールド機械の組み立て後等の溶接バーナー等による火気の使用がなくなった段階で且つ工事現場で充填作業をすることとなり、作業効率が悪いと共に、狙い通りの充填が難しく高精度の止水は困難である。
そこで下記特許文献に示すように、ワイヤーブラシのワイヤー束に弾性浸透剤(常温では弾性塊状を呈するウレタン系、タール系又はシリコン系から成る液状の軟性剤)を付着させて板状に成形した単位シールを用いるテールシールが開発されている。
特開平10ー18784号公報
上記特許文献1のテールシールによれば、繊細な管理や火気への注意をしながら充填しなければならない高粘度グリス等のワイヤー間への使用を廃止することができる大きな利点を有すると共に、単位シールが弾性に富むことから、セグメント外面への追従性を向上することができる。また、裏込め材がワイヤー間に入り込む心配がない。
しかしながら、上記特許文献1のテールシールにあっては、ワイヤー束と弾性浸透剤が全体的に一体化し板状に成形されているので、単位シール全体に亘って、ワイヤーが補強筋の如く機能し、弾性浸透剤が持つ本来の弾力や変形を発揮できないおそれがある。
また、上記特許文献1においては、各単位シールがワイヤー束と弾性浸透剤が全体的に一体化した板状であるため、ワイヤー束のみの場合よりも先端部に自由度がなくなり、隣接する単位シールの先端部間に生ずる隙間が拡大してしまうおそれがある。
また、上記特許文献1においては、単位シールの先端部の幅が基端部の幅よりも広いため、複数の単位シールをシールド機械のテール部に環状に配する際には、各単位シールの幅広先端部を重ねつつ取り付けねばならず、頗る煩雑な作業となると共に、取り付け後にセグメント外周面に対する適切なシール姿勢を採れないおそれがある。
本発明に係るシールド機械用テールシール(以下、単に「テールシール」という。)は、従来の単位ブラシたるワイヤーブラシや、該ワイヤーブラシから派生した単位シールが抱える問題点を抜本的に解決し、ワイヤー等の線材とゴム等の弾性体の一方のみの利点及び双方をハイブリッドで用いた場合の利点を最大限享受し、適切で確実な止水を図ることができる。
要述すると、本発明に係るテールシールは、環状に並列して配される単位シールが、ブラシ状に固定された線材束の自由端部を含む部分をエラストマーで覆って一体化した構造を有し、上記線材束のみから成る基端部と、上記線材束を埋設した上記エラストマーから成る中途部と、上記エラストマーのみから成る先端部を備え、上記基端部をシールド機械にセットすることにより、上記基端部で単位シール全体のコシを保ちつつ、上記中途部を介して上記先端部が強固にセグメント外周面に倣い密着し、適切且つ確実なる止水を図ることができる。
好ましくは、上記エラストマーとして、引張強度が50~650kg/cmであると共に伸び率が10~1000%で且つ難燃性のものを用いることにより、火気使用の有無に左右されずに上記単位シールをシールド機械に組み付けることができると共に、止水のための弾性変形を効果的に発揮しつつ線材束の自由端部を確実に埋設することができる。
また、上記線材として、金属製又は合成樹脂製の線材を用いることにより、上記単位シール自体のコシを保つと共に、上記先端部を適切且つ確実にバックアップすることができる。
また、上記単位シールを先細り形状とし、上記先端部の幅を上記基端部の幅よりも狭くしたことにより、容易に且つ適切に複数の上記単位シールをシールド機械のテール部に環状に配設することができ、確実な止水を行うことができる。
また、隣接する上記単位シール同士を先端部を介して連結することにより、最も隙間の生じ易い且つその隙間が広がりやすい部分で連結することができ、有効に隙間の発生を防止することができると共に、最も容易に変形させ易い部分で連結することとなるのでスムーズな連結作業を実現することができる。
好ましくは、上記単位シールの先端部は、内面に連結用室部を凹設し、該連結用室部を利用してボルトとナット等の締結手段を介した、隣接する他の単位シールとの連結が可能となり、容易且つ適切な連結を実現することができる。
又は、上記単位シールの先端部は、環状方向の一側に連結凸部を設けると共に他側に連結凹部を設ける構造とすることにより、隣接する一対の上記単位シールにおいて、一方の単位シールの連結凸部と、他方の単位シールの連結凹部を緩嵌合させれば、連結具レスで連結することができると共に、ある程度の遊びを持って連結でき、該連結した各単位シールの動きを吸収することができる。
また、隣接する上記単位シール同士を中途部を介して連結することにより、最も剛性の高い部分で連結することができ、強固な連結を実現することができる。
本発明に係るテールシールによれば、ワイヤー等の線材とエラストマーが固化した弾性体のそれぞれの長所を利用すると共に、線材と弾性体が協働する場合の長所をも利用して、適切で確実な止水を図ることができる。
また、隣接する単位シール同士を容易に且つ確実に連結することができる。そのため、全単位シールを隙間なく配置することができるから、より確実な止水を図ることができる。
本発明に係るテールシールに用いる単位シールの平面図である。 図1のA-A線断面図である。 シールド機械に装備した単位シールの状態を示す断面図である。 単位シールがセグメントの外周面に密着して止水を行っている状態を断面して示す説明図であり、(a)はシール面が全体的に密着している状態を示す説明図、(b)はシール面の一部が密着している状態を示す説明図である。 隣接する一対の単位シールを示す平面図であり、(a)が連結前の状態を説明する平面図であり、(b)が連結後の状態を説明する平面図である。 環状に並列する複数の単位シールが連結された状態を示す説明図である。 図6のB-B線断面図である。 単位シールの先端部に端部保護板を設ける例を示す平面図である。 図8に示す単位シールの断面図である。 単位シールの先端部に連結凸部及び連結凹部を設ける例を示す平面図である。 図10に示す単位シールの断面図である。 図10,図11に示す単位シールを連結した状態を示す説明図であり、(a)は各単位シールが離間した状態で連結している状態を示し、(b)は各単位シールが近接した状態で連結している状態を示す。 外側バネ板を単位シールの先端部まで延長した例を示す断面図である。 U字状連結バンドを介して隣接する他の単位シールと連結可能な単位シールを示す平面図である。 U字状連結バンドを介して隣接する他の単位シールと連結した単位シールを示す断面図である。 図14,図15に示す単位シールをU字状連結バンドで連結した状態を示す断面図であり、(a)は第一U字状連結バンドによる連結を説明する断面図、(b)は第二U字状連結バンドによる連結を説明する断面図である。 環状連結バンドを介して隣接する他の単位シールと連結可能な単位シールを示す平面図である。 環状連結バンドを介して隣接する他の単位シールと連結した単位シールを示す断面図である。 図17,図18に示す単位シールを環状連結バンドで連結した状態を示す断面図であり、(a)は第一環状連結バンドによる連結を説明する断面図、(b)は第二環状連結バンドによる連結を説明する断面図である。 単位シールの先端部に連結凸部及び連結凹部を設ける他例を示す平面図である。 図20の単位シールの連結凸部を示す断面図である。 図20の単位シールの連結凹部を示す断面図である。 図20乃至図22に示す単位シールを連結した状態を示す説明図であり、(a)は各単位シールが離間した状態で連結している状態を示し、(b)は各単位シールが近接した状態で連結している状態を示す。 単位シールの先端部に止水補完部を設けた例を示す平面図である。 単位シールの先端部に止水補完部を設けた例を示す断面図である。
以下、本発明に係るテールシールの最良の形態について、図1乃至図25に基づき説明する。
本発明に係るテールシールは、図3,図4に示すように、シールド機械Mのテール部Maに装備され、該テール部Ma内周面とセグメントS外周面に生ずるテールクリアランスから土水等がシールド機械Mの内部に流入することを防止する目的で使用されるもので、複数の単位シール1がテール部Maの形状に沿って環状に並列して装備される。各単位シール1はホルダーHを介してテール部Maに溶接して装備される。
環状に並んで装備された各単位シール1は、図3に示すように、基端部1Aを折り曲げた状態でセットされるため、シールド機械の作動前においては、先端部1Cはテール部Maの内側に垂れた状態となる一方、シールド機械の作動時においては、先端部1Cは、図4に示すようにセグメントSの外周面に密着するために起き上がるものである。したがって、各単位シール1の先端部1Cの位置は、シールド機械作動時には作動前よりも拡径することとなる。
本発明はテールシールを構成する単位シール1にその技術的特徴を有するものであり、以下、単位シール1について詳述する。
<単位シール1の基本構造>
本発明に係る単位シール1は、図1,図2に示すように、線材2を束ねてなる線材束3の自由端部3aを含む部分をエラストマー4で覆って一体化した構造を有する。すなわち、型枠等を使用してエラストマー4内に線材束3を埋設した構造を有する。当該構造により予め工場等のシールド工事現場以外の場所で正確に製造することができる。
線材2としては、既知のワイヤーブラシに用いるワイヤーを用いることができる他、金属製又は合成樹脂製の線材を用いることができる。また、線材2は、必要な強度、可撓性等に応じて、適宜、全長や線径を選択することができる。
また、エラストマー4としては、既知の合成ゴム、プラスチック等、可塑性を有して線材束3の先端部3aを覆って固化することができ、止水に適切な弾性変形が可能なものであれば特に限定はなく用いることができるが、シールド機械の組み立て時にバーナー等の火気を使用することを考えれば、難燃性のものが好ましい。また、モルタル等の裏込め材との接触を考慮して、耐アルカリ性のものが好ましい。加えて、強度と適切な弾性変形の観点から、引張強度が50~650kg/cmであると共に伸び率が10~1000%のエラストマー4を用いることが望ましい。
本発明における単位シール1は、単に線材束3とエラストマー4とを一体化したものではなく、次の3つの部位を設け、それぞれの部位の特徴を活かして適切で確実な止水を実現するものである。
すなわち、図1,図2に示すように、線材束3のみから成る基端部1Aと、線材束3を埋設したエラストマー4から成る中途部1Bと、エラストマー4のみから成る先端部1Cの3つの部位を備え、先端部1Cはエラストマー4の防水性、弾性変形可能な特徴を活かして、図4に示すように、セグメントSの外周面Saに倣い密着しながら止水を行い、中途部1Bはエラストマー4と該エラストマー4内で補強筋として機能する線材束3、つまり線材束3を構成する線材2が協働して強固に先端部1Cを支持する。さらに基端部1Aは線材束3特有の可撓性を活かして単位シール1にコシを持たせる。
したがって、図4に示すように、単位シール1の先端部1CがセグメントSの外周面Saに適切に密着し、確実に止水機能を発揮することができる。
また、先端部1Cの幅を基端部1Aの幅よりも狭くして、単位シール1を先細り形状とすることにより、複数の単位シール1をシールド機械Mのテール部Maに環状に取り付ける作業が容易且つ適切に行うことができ、確実な止水に貢献することができる。さらに、図2等に示す如く、先端部1Cにテーパー面1Cbを設け、該テーパー面1Cbを受圧面として、地下水の水圧や裏込め材の注入圧を受圧することによって、該テーパー面1Cbと対向する内面1CaをセグメントSの外周面Saに押し付け、適切且つ確実な止水に貢献する。当該テーパー面1Cbは、好ましくは、内面1Caに対して45度の傾斜とする。
なお、本発明に係る単位シール1においても、従来のワイヤーブラシの如く、外側バネ板5及び内側バネ板6で挾持することが望ましい。セグメントSの外周面Saへの追従性のためである。また、特に外側バネ板5は、隣接する単位シール1の外側バネ板5とラップし、可及的に水が入り込む隙間を塞ぐために必要な部材であり、内側バネ板6は単位シール1の反転防止のために必要な部材である。図5以降に示す単位シール1についても、原則、外側バネ板5及び内側バネ板6を備えているが、図5乃至図8,図10,図14,図16,図17,図19,図20,図23及び図24においては、説明の便宜上、外側バネ板5を省略して描いている。なお、本発明においては、外側バネ板5と単位シール1間にさらにゴム板等のシール材を配して止水機能の向上を図ることも、実施に応じ任意である。
<単位シール同士の連結構造>
次いで、単位シール1同士の連結構造について説明する。
≪基本連結構造≫
図5乃至図7に示すように、単位シール1の先端部1Cは、その弾性変形可能な特徴を活かし、隣接する単位シール1同士の連結に利用することができる。環状に並列された単位シール1は図3のシールド機械の作動前状態から図4の作動状態となるときに、セグメントSの外周面に沿って、先端部1Cの位置が拡径するため、特に先端部1C同士の間に隙間が生ずるが、本発明にかかるテールシールにあっては、当該隙間を単位シール1同士の連結によって塞ぐことができる。
先端部1C同士の連結は、単に接着剤等を介した接着により行っても良いが、好ましくは、先端部1Cの内面1Caに予め連結用室部7を凹設しておき、該連結用室部7内の空間を利用してボルト11A及びナット11B等の締結手段の締結作業を行うと共に、該連結用室部7によってそれぞれの単位シール1の先端部1Cに形成された側壁1Cc同士を突き合わせ、該突き合わせた側壁1Ccをボルト11A及びナット11B等の締結手段で挟持して連結することができる。そのため、現場において簡易的な作業で確実に各単位シール1を連結することができる。なお、図1乃至図7中の7aは側壁1Ccに設けたボルト用孔である。
図5(b),図6,図7に示すように、各単位シール1の先端部1Cは、連結後は弾性変形しながら互いに緊密に密着し、図5(a)に示す連結前に生じていた隙間を塞ぎ、確実なる止水に貢献することとなる。
≪連結凸部及び連結凹部を利用した連結構造≫
図10,図11に示すように、単位シール1の先端部1Cにおいて、環状方向の一側に連結凸部8Aを設けると共に他側に連結凹部8Bを設ける構造とすることにより、図12に示すように、隣接する一対の単位シール1間において、一方の単位シール1の連結凸部8Aと、他方の単位シール1の連結凹部8Bを緩嵌合させれば、連結具レスで連結することができると共に、ある程度の遊びを持って連結でき、該連結した各単位シール1の動きを吸収することができる。好ましくは、連結凸部8Aはエラストマー4のみから形成し、弾性変形可能とする。
さらに、図20乃至図22に示すように、単位シール1に連結凹部8Bまで貫通するボルト用孔1aを穿設すると共に、連結凸部8Aにボルト用孔1cを穿設することにより、図23に示すように、より強固な連結を実現することができる一方、連結凸部8Aの弾性変形により、隣接する単位シール1同士の離間や接近に適切に対応することができる。なお、図20は、説明の便宜上、外側バネ板5のみならず、端部保護板9も省略して描いている。
また、図10乃至図12,図21,図22に示す9は、金属製の端部保護板であり、
単位シール1の先端部1C、特にテーパー面1Cbを保護するものである。また、9aはボルト用孔、10は固定手段としてのボルトである。他方、図13に示すように、当該端部保護板9の代わりに外側バネ板5を延設して先端部1Cを覆うようにして、ボルト10の頭部等の突起物を設けないようにし裏込め材料による影響を受けにくくすることができる。
端部保護板9は連結凸部8Aをも保護するために該連結凸部8Aの上位に庇状に伸びる形状を呈する。したがって、隣接する単位シール1同士の連結時には、図12に示すように、連結凸部8Aを受け入れる連結凹部8Bを有する単位シール1の端部保護板9に一部乗り上げてラップすることになる。特に図12(b)に示すように、隣接する単位シール1同士が接近した時には切り欠き9bでボルト10の頭部を受け入れることができるので、端部保護板9同士がラップしながら単位シール1同士が接近することができる。
なお、上述した端部保護板9は、必要に応じて、設けるものであり、省略することも可能である。
≪連結バンドを利用した連結構造≫
本発明に係る単位シール1にあっては、連結バンドを利用した連結構造を構築することもできる。
たとえば、図14乃至図16に示すように、先端部1Cの内面および両側面に渡って段落ち部1bを形成し、該段落ち部1bにU字状連結バンド12が嵌合できるようにし、隣接する単位シール1同士を連結することができる。U字状連結バンド12は、その長手方向両端部に断面L字形の固定金具12aを備え、該固定金具12aを、中途部1Bに穿設されたボルト孔1aに螺合するボルト10を介して固定することにより単位シール1に取り付ける。
好ましくは、図15,図16に示すように、一対のU字状連結バンド12(第一U字状連結バンド12′及び第二U字状連結バンド12′′)で単位シール1同士を連結するようにし、さらには、それぞれのU字状連結バンド12で異なるペアの単位シール1同士を連結するようにすれば、安定してブレのない連結が可能となる。すなわち、図16に示すように、第一U字状連結バンド12′(図15中の左側のU字状連結バンド12)で単位シール1-2と単位シール1-3を連結する一方、第二U字状連結バンド12′′(図15中の右側のU字状連結バンド12)で単位シール1-2と単位シール1-1を連結することができる。
また、連結バンドを用いた連結構造においては、中途部1B同士を連結することにより連結することもできる。これにより、最も剛性の高い部分での連結が可能となり、より強固な連結が可能となる。
たとえば、図17乃至図19に示すように、中途部1Bの内外面および両側面に渡って段落ち部1bを形成し、該段落ち部1bに環状連結バンド13が嵌合できるようにし、金具等を用いることなく、容易に隣接する単位シール1同士を連結することができる。
好ましくは、図18,図19に示すように、一対の環状連結バンド13(第一環状連結バンド13′及び第二環状連結バンド13′′)で単位シール1同士を連結するようにし、さらには、それぞれの環状連結バンド13で異なるペアの単位シール1同士を連結するようにすれば、安定してブレのない連結が可能となる。すなわち、図19に示すように、第一環状連結バンド13′(図18中の左側の環状連結バンド13)で単位シール1-1と単位シール1-2を連結する一方、第二環状連結バンド13′′(図18中の右側の環状連結バンド13)で単位シール1-2と単位シール1-3を連結することができる。
なお、上述したU字状連結バンド12及び環状連結バンド13は可撓性及び弾性を有する材料で形成すれば特に材料限定はないが、単位シール先端部1Cと同様のエラストマーを用いれば、さらなる止水機能向上を図ることが可能となる。また、図16,図19においては、二つの単位シール1の連結について図示したが、本発明はこれに限るものではなく、三つ以上の単位シール1を連結することを排除しない。
<止水補完構造>
本発明に係る単位シール1にあっては、図8,図9に示すように、先端部1Cに端部保護板9を介して止水補完部14を設ける止水補完構造を有することができる。止水補完部14は、隣接する単位シール1同士の先端部1C間の隙間を覆い、先端部1Cによる止水を補完する。止水補完部14を構成する材料は、弾性変形する材料であれば限定はないが、好ましくは、先端部1Cを構成するエラストマーと同様のものを用いる。
また、図24,図25に示すように、単位シール1の先端部1C全体を止水補完部14で覆うことも実施に応じ任意である。なお、図24中の14aはボルト10と螺合するボルト用孔、14bは内面であり、先端部1Cの内面1Caと共に止水に供することとなる。また、図25中の1dはボルト用孔、14cはボルトを正しい姿勢で保持するためのスペーサーである。
本発明にあっては、止水補完部14を端部保護板9を介して別体としたことにより、適宜、必要に応じた寸法や形状の止水補完部14を取り付けることができる。
以上説明したように、本発明に係るテールシールは、線材束3を構成する線材2とエラストマー4のそれぞれの長所を利用すると共に、線材2とエラストマー4が協働する場合の長所をも利用して、適切で確実な止水を図ることができる。特に先端部1Cがエラストマー4のみから成るので、裏込め材が付着し難く、ひいては裏込め材の固化による悪影響を受けることなく、止水に供することができる。
また、隣接する単位シール1同士を容易に且つ確実に連結することができるため、全単位シール1を隙間なく配置することができるから、より確実な止水を図ることができる。
なお、本発明において、単位シール1に設ける各種ボルト用孔は、エラストマー4で構成された部分に加工により設けても良いし、インサート部材を埋設することによって設けても良い。
また、本発明に係るテールシールは、単段(環状に配設した単位シール1の群が一つのみのもの)に限らず、複数段(環状に配設した単位シール1の群が複数で各群を前後方向に並べたもの)とすることができ、複数段とする場合、何れかの段の単位シール1を既知の単位ブラシに変更することも実施に応じ、任意である。
1…単位シール、1A…基端部、1B…中途部、1C…先端部、1Ca…先端部内面、1Cb…先端部テーパー面、1Cc…側壁、1a…ボルト用孔、1b…段落ち部、1c…ボルト用孔、1d…ボルト用孔、
2…線材、
3…線材束、3a…自由端部、
4…エラストマー、
5…外側バネ板、
6…内側バネ板、
7…連結用室部、7a…ボルト用孔、
8A…連結凸部、8B…連結凹部、
9…端部保護板、9a…ボルト用孔、9b…切り欠き、
10…ボルト(固定手段)、
11A…ボルト(締結手段)、11B…ナット(締結手段)、
12…U字状連結バンド、12′…第一U字状連結バンド、12′′…第二U字状連結バンド、12a…固定金具、
13…環状連結バンド、
14…止水補完部、14a…ボルト用孔、14b…内面、14c…スペーサー、
M…シールド機械、Ma…テール部、H…ホルダー、
S…セグメント、Sa…外周面。

Claims (8)

  1. 環状に並列して配される単位シールが、ブラシ状に固定された線材束の自由端部を含む部分をエラストマーで覆って一体化した構造を有し、上記線材束のみから成る基端部と、上記線材束を埋設した上記エラストマーから成る中途部と、上記エラストマーのみから成る先端部を備え、上記基端部をシールド機械にセットすることを特徴とするシールド機械用テールシール。
  2. 上記エラストマーとして、引張強度が50~650kg/cmであると共に伸び率が10~1000%で且つ難燃性のものを用いることを特徴とする請求項1記載のシールド機械用テールシール。
  3. 上記線材として、金属製又は合成樹脂製の線材を用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシールド機械用テールシール。
  4. 上記単位シールを先細り形状とし、上記先端部の幅を上記基端部の幅よりも狭くしたことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載のシールド機械用テールシール。
  5. 隣接する上記単位シール同士を上記先端部を介して連結することを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載のシールド機械用テールシール。
  6. 上記単位シールの先端部は、内面に連結用室部を凹設することを特徴とする請求項5記載のシールド機械用テールシール。
  7. 上記単位シールの先端部は、環状方向の一側に連結凸部を設けると共に他側に連結凹部を設けることを特徴とする請求項5記載のシールド機械用テールシール。
  8. 隣接する上記単位シール同士を上記中途部を介して連結することを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載のシールド機械用テールシール。
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