JP7315444B2 - 六角形セグメント及び六角形セグメントの接合構造 - Google Patents

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Description

本発明は、六角形セグメント及び六角形セグメントの接合構造に関し、特に、トンネルの軸方向及び周方向に連設して組み付けることによってシールドトンネルの覆工体を形成するのに用いられる六角形セグメント、及び六角形セグメントを用いてシールドトンネルの覆工体を形成する際に形成される六角形セグメントの接合構造に関する。
都市部や平野部において各種のトンネルを構築する方法として、シールド掘進機によるシールド工法が広く採用されている。シールド工法は、シールド掘進機の先端の切羽面を、泥土、泥水、圧気等によって押さえ付けつつカッターによって地山を掘削すると共に、シールド掘進機の後方に、トンネルの軸方向及び周方向に連設してセグメントを順次組み付けることによって、トンネルの内周面を覆う覆工体を形成し、組み付けられた覆工体の前端部に、シールドジャッキを押し付けることにより反力を得ながら、発進立坑から到達立坑に向けて、トンネルを地中に構築してゆく工法である。
近年、工事の効率化等を図る観点から、トンネルの内周面を覆う覆工体を構成するセグメントとして、一般に用いられる矩形状の平面形状を備えるセグメントに換えて、六角形状の平面形状を備える六角形セグメントを用いたシールド工法が採用される場合がある(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。六角形セグメントは、平行に配置された切羽側接合面及び坑口側接合面と、これらの接合面の両側の端部を各々連結するようにしてV字形状に配置された、切羽側斜め接合面及び坑口側斜め接合面からなる一対のV字状周方向接合面とを備えている(図1(a)参照)。六角形セグメントは、トンネルの掘進方向後方側に先行して組み付けられた六角形セグメントの切羽側接合面及び切羽側斜め接合面に、トンネルの掘進方向前方側に後続して組み付けられる六角形セグメントの坑口側接合面及び坑口側斜め接合面を各々重ね合わせつつ、各々の六角形セグメントにおける、トンネルの掘進方向前方側の半分の部分である等脚台形状部分を、交互に突出させながら、トンネルの軸方向及び周方向にハニカム状に配置されて順次組み付けられてゆくことになる(例えば、特許文献3の図4~図6参照)。
また、六角形セグメントを用いたシールド工法では、六角形セグメントの交互に突出する等脚台形状部分の切羽側接合面にシールドジャッキを押し当てて、反力を取りつつシールド掘進機を掘進させながら、これと並行して、シールドジャッキを押し当てた隣接する等脚台形状部分の間の領域において、後続する六角形セグメントを組み付ける作業を行うことができるので(例えば、図4(a)~(c)参照)、矩形状の平面形状を備えるセグメントを用いたシールド工法のように、シールド掘進機を掘進させる工程を一リング毎に中断してセグメントを組み立てる作業を行うことなく、六角形セグメントを組み付けながら、シールド掘進機を連続して掘進させることで、効率良くシールド工事を行なうことが可能である。
さらに、六角形セグメントを用いたシールド工法では、隣接する六角形セグメントの間の連結は、切羽側接合面や、坑口側接合面や、切羽側斜め接合面や、坑口側斜め接合面による端面の間を貫通して取り付けられる、連結ボルトを用いて行なうになっているので(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)、矩形状のセグメントによる覆工体の内周面に現れるような、連結ボルトの締結作業を行うためのボルトボックス等による凹凸が、六角形セグメントによる覆工体の内周面には形成されないようにすることが可能になる。またこれによって、覆工体の内周面を平滑な状態に保持することができるので、好ましくは内側面に防食層を施した六角形セグメントによる覆工体の内側に、さらに二次覆工を施工する必要がなく、六角形セグメントによる覆工体の内周面をそのままトンネルの内周面として用いて、構築したシールドトンネルを、例えば水を流通させる、下水道用の管渠や、雨水を一時的に貯留する貯留地用のトンネルとして、有効に活用することも可能になる。
特許第2596666号公報 特開平9-273395号公報 特許第3253870号公報 特開2004-204622号公報
一方、六角形セグメントを用いたシールドトンネルにおいては、トンネルの内側から外側、あるいは内側から外側への水の移動を遮断する必要がある。例えば、山岳トンネルや下水道用の管渠、雨水を一時的に貯留する貯留地用のトンネル等の水を流通させるトンネルとして用いる場合、トンネルの周囲の地盤から地下水がトンネルの内部に侵入するのを防止したり、あるいはトンネルの内部を流通する水が、隣接する六角形セグメントの間の接合部を介してトンネルの外部に漏出するのを防止する必要がある。
シールドトンネルの止水に関する技術として、六角形セグメントの厚み方向に離間させて2条の周溝を、セグメントの全周に亘って無端状に形成するとともに、該セグメントの周囲の複数個所に2条の周溝間を連結する縦溝を形成し、それら2条の周溝及び縦溝内にシール材を配置することによって、2条の周溝間に浸入した水や注入した止水材が、セグメントの周方向に沿って流れる範囲が狭い範囲に制限されるようにした技術が知られている(特許文献4参照)。
特許文献4に記載の技術によれば、六角形セグメントの継手部にクラックや目違い等の発生によって漏水が生じた時に注入する止水材の注入量を必要最小限にすることができ、また確実な止水が行える止水構造を形成することができる。しかしながら、特許文献4に開示された六角形セグメント(引用文献4の図8~図11参照)においては、シール材が内部に配置される縦溝が、切羽側接合面、切羽側斜め接合面、切羽側斜め接合面及び坑口側接合面の全てに設けられているため、トンネルの坑口側から切羽側に向かって六角形セグメントを順次組み付けていく際に、トンネルの掘進方向Xの後方側に先行して組み付けられた六角形セグメントにおける、切羽側に突出する等脚台形状部分にも縦溝内が存在しており、その縦溝内のシール材に、セグメント連結用のボルトや工具、後続して組み付けられる六角形セグメントやその定位置への搬送手段等が接触して、該シール材が損傷する場合がある。しかも、縦溝内に配したシール材による止水も、隣り合う六角形セグメントの縦溝内に配したシール材どうしを衝合させて達成していたため、縦溝内のシール材が損傷した場合に、隣り合うセグメント間に、期待される止水性能が得られにくくなる。
また、特許文献4に記載の六角形セグメントにおいては、縦溝が、坑口側斜め接合面以外の複数箇所にも設けられているため、縦溝を形成するための加工や縦溝内にシール材を配置する作業の負担が多く、製造面でも改善の余地がある。
本発明の目的は、厚み方向に沿うシール材の止水機能の損傷を防止できるとともに、六角形セグメントの周囲に優れた止水性能が得られる六角形セグメント、及びその六角形セグメントを用いた止水性能に優れる六角形セグメントの接合構造を提供することにある。
本発明は、互いに平行に配置された切羽側接合面及び坑口側接合面と、これらの接合面の両側の端部を各々連結するようにしてV字形状に配置された、切羽側斜め接合面及び坑口側斜め接合面からなる一対のV字状周方向接合面とを備え、トンネルの軸方向及び周方向に連設して組み付けることによってシールドトンネルの覆工体を形成させる六角形セグメントであって、第1のシール材が内部に配置される外側周溝と第2のシール材が内部に配置される内側周溝とが、六角形セグメントの厚み方向の相互に離間した位置に、それぞれ六角形セグメントの平面視における全周に亘って設けられており、且つ前記外側周溝及び前記内側周溝と連通し、内部に、第1及び第2のシール材と連結される第3のシール材が配置される縦溝が設けられており、前記縦溝は、前記坑口側斜め接合面に設けられ、前記切羽側接合面及び前記切羽側斜め接合面には設けられていない、六角形セグメントを提供することにより、上記目的を達成したものである。
本発明の六角形セグメントは、前記縦溝が、前記坑口側接合面にも設けられていないことが好ましい。
また本発明の六角形セグメントは、前記切羽側斜め接合部に、前記坑口側斜め接合部に配される第3のシール材の幅よりも広い幅の平坦面を有し、該平坦面に、後続して設置される同一構成の六角形セグメントの第3のシール材が当接するようになされていることが好ましい。
また本発明は、互いに平行に配置された切羽側接合面及び坑口側接合面と、これらの接合面の両側の端部を各々連結するようにしてV字形状に配置された、切羽側斜め接合面及び坑口側斜め接合面からなる一対のV字状周方向接合面とを備えた六角形セグメントを、トンネルの軸方向及び周方向に連設して組み付けて構成されるシールドトンネルの覆工体における、一の六角形セグメントとその周囲に配される他の六角形セグメントとの間に形成される、六角形セグメントの接合構造であって、前記一の六角形セグメント及び前記他の六角形セグメントは、それぞれ、請求項1~3の何れか1項に記載の六角形セグメントであり、前記一の六角形セグメントの周囲に、該一の六角形セグメントの前記坑口側斜め接合面と前記他の六角形セグメントの前記切羽側斜め接合面とが相対向した坑口側斜め継手部と、該一の六角形セグメントの前記切羽側斜め接合面と前記他の六角形セグメントの前記坑口側斜め接合面とが相対向した切羽側斜め継手部と、該一の六角形セグメントの前記切羽側接合面と前記他の六角形セグメントの前記坑口側接合面とが相対向した切羽側継手部と、該一の六角形セグメントの前記坑口側接合面と前記他の六角形セグメントの前記切羽側接合面とが相対向した坑口側継手部とを有しており、前記坑口側斜め継手部、前記切羽側斜め継手部、前記切羽側継手部及び前記坑口側継手部に、前記外側周溝内に配した第1のシール材どうしが対向した外側止水部、及び前記内側周溝内に配した第2のシール材どうしが対向した内側止水部を有し、前記坑口側斜め継手部及び前記切羽側斜め継手部に、前記外側止水部及び前記内側止水部に加えて、前記縦溝内に配した第3のシール材と前記切羽側斜め接合面に存する平坦面とが相対向した縦方向止水部を有する、六角形セグメントの接合構造を提供するものである。
本発明の六角形セグメントによれば、シールドトンネルの覆工体を形成する際に、厚み方向に沿うシール材の止水機能の損傷を防止することができるとともに、六角形セグメントの周囲に優れた止水性能が得られる。また、縦溝の形成部位及び縦溝内へのシール材の配置作業を軽減でき、製造工程の簡略化や製造コストの削減を図ること等も可能となる。
本発明の六角形セグメントの接合構造によれば、シールドトンネルの覆工体を形成する際に、六角形セグメントの厚み方向に沿うシール材の止水機能の損傷を防止することができるとともに、六角形セグメントどうし間に優れた止水性能を備える覆工体を形成することができる。
本発明に係る六角形セグメントの一例を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)をE方向から見た側面図、(c)は(a)をF方向から見た側面図、(d)は(a)をG方向から見た周方向端面図である。 本発明の好ましい一実施形態に係る六角形セグメントを用いて形成されたシールドトンネルの内周面の覆工体の一例を示す部分破断斜視図である。 六角形セグメントの好ましい構成の説明図であり、(a)は、図1のA部分の拡大図、(b)は(a)のD1-D1線拡大端面図、(c)は、(a)のD2-D2線拡大端面図である。をE方向から見た側面図、(c)は(a)をF方向から見た側面図、(d)は(a)をG方向から見た周方向端面図である。 (a)~(c)は、複数の六角形セグメントを組み付けて覆工体を形成する工程の説明図である。 本発明の好ましい一実施形態に係る六角形セグメントの接合構造の構成を含む、シールドトンネルの覆工体の一部を、六角形セグメンの内周面側から視た図である。 (a)は、図2のB1-B1線及びB2-B2線断面を示す断面図、(b)は、図2のC1-C1線断面を示す断面図、(c)は、図2のC2-C2線断面を示す断面図である。
以下、本発明をその好ましい実施形態に基づいて説明する。
本発明の好ましい一実施形態に係る六角形セグメント12は、図1(a)~(d)に示すように、互いに平行に配置された切羽側接合面13及び坑口側接合面14と、これらの接合面13,14の両側の端部を各々連結するようにしてV字形状に配置された、切羽側斜め接合面15及び坑口側斜め接合面16からなる一対のV字状周方向接合面17とを備える、六角形の平面視形状を有する鉄筋コンクリート製のセグメントである。六角形セグメント12は、トンネルの半径方向の外側に配される六角形形状の外周面及びトンネルの半径方向の内側に配される六角形形状の内周面を有し、全域に亘って略一定の厚みを有する板状体であり、切羽側接合面13及び坑口側接合面14に沿った方向の断面が、トンネルの半径に相当する曲率半径を有する円弧状の形状を有している(図1(b)、(c)参照)。六角形セグメント12は、例えば、切羽側接合面13及び坑口側接合面14の間の幅が2000mm程度、一対のV字状周方向接合面17の先端部の間の長さが4000mm程度の大さとなるように形成されている。
そして、六角形セグメント12は、その複数を、トンネルの軸方向(掘進方向)X及び周方向Yに連設してハニカム状に組み付けることによって、例えば、雨水を一時的に貯留する貯留地用のシールドトンネル等のシールドトンネルの内周面を覆う覆工体11(図2参照)を形成させることができるようになっている。六角形セグメント12における各々のV字状周方向接合面17における、切羽側斜め接合面15と坑口側斜め接合面16との間の角度θは、120°となっている(図1(a)参照)。これによって、複数の六角形セグメント12を、先行する六角形セグメント12の切羽側斜め接合面15及び切羽側接合面13に、後続して設置される六角形セグメント12の坑口側斜め接合面16及び坑口側接合面14を、順次ビッタリと重ね合わせた状態で、軸方向及び周方向にハニカム状に配置してゆくことができるようになっている(図4参照)。
本実施形態の六角形セグメント12には、外側周溝21aと内側周溝21bとが、六角形セグメント12の厚み方向の相互に離間した位置に設けられている。また外側周溝21aと内側周溝21bは、それぞれ六角形セグメント12の平面視における全周に亘って設けられている。本明細書において、六角形セグメントの平面は、六角形セグメントの内周面側の面である(図1(a)参照)。六角形セグメント12の厚み方向において、外側周溝21aは、内側周溝21bよりも外周面20に近い位置に形成されている。より詳細には、六角形セグメント1における、切羽側接合面13、坑口側接合面14、切羽側斜め接合面15及び坑口側斜め接合面16には、図1(a)~(d)に示すように、六角形セグメント12の外周面から60mm程度の間隔をおいて、20mm程度の幅の外側周溝21aが、六角形セグメント12の全周に亘って連続するように形成されており、六角形セグメント12の内周面から60mm程度の間隔をおいて、20mm程度の幅の内側周溝21bが、六角形セグメント12の全周に亘って連続するように形成されている。外側周溝21a及び内側周溝21bは、六角形セグメント12の全周に亘って、相互間の距離が略一定であり、互いに平行に形成されている。外側周溝21a内には、好ましくは帯状の水膨潤性シール材からなるシール材18が、第1のシール材18aとして、例えば接着剤を介して全周に亘って連続して取り付けられており、内側周溝21b内には、同様に、好ましくは帯状の水膨潤性シール材からなるシール材18が、第2のシール材18bとして、例えば接着剤を介して全周に亘って連続して取り付けられている。第1及び第2のシール材18a,18bは、切羽側接合面13、坑口側接合面14、切羽側斜め接合面15及び坑口側斜め接合面16に、各々、六角形セグメント12の全周に亘って連続するように設けられている。
更に本実施形態における六角形セグメント12は、周方向Yの両側に位置する一対の坑口側斜め接合面16のそれぞれに、図1(d)及び図3(a)(c)に示すように、外側周溝21a及び内側周溝21bと両端が連通する縦溝21cを備えている。縦溝21cは、例えば20mm程度の幅を有しており、六角形セグメント12の厚み方向に沿って延びている。詳細には、縦溝21cは、外周面20側の一端が外側周溝21aと連通し、他端が内側周溝21bと連通している。坑口側斜め接合面16をその法線方向から視たときに、外側周溝21a、内側周溝21b及び縦溝21cは、H字状をなすように連結されている(図3(a)参照)。
縦溝21c内には、好ましくは帯状の水膨潤性シール材からなるシール材18が、第3のシール材18cとして、例えば接着剤を介して取り付けられている。第3のシール材18cは、第1のシール18a及び第2のシール材18bと連結されている。詳細には、第3のシール材18cは、外周面20側の一端18dが第1のシール18aと接触し、内面側の他端18eが第2のシール材18bと接触している。第3のシール材18cと第1のシール18aとの接触及び第3のシール材18cと第2のシール材18bとの接触は、第1~第3のシール材18a~18cを取り付ける時点で接触していることが好ましい。ただし、第1~第3のシール材18a~18cを取り付けた時点で、シール材間に多少の隙間が存在していたとしても、他の六角形セグメントと接合した時点、更には、トンネル覆工体を形成させた後にシール材18が水と接触して膨潤した時点で接触するものであっても良い。第3のシール材18cは、対向配置される別の六角形セグメントの切羽側斜め接合面のシール材がない部分、特に平坦な部分に十分に接触させ、セグメントどうしの接合部に優れた止水性能を得る観点から、少なくとも水と接触したときに縦溝21c内から突出する厚みを有することが好ましく、取り付けた時点においても縦溝21cから突出する厚みを有することがより好ましい。
本実施形態における六角形セグメント12においては、外側周溝21a及び内側周溝21bと連通する縦溝21cは、一対の坑口側斜め接合面16のみに設けられ、切羽側接合面13、切羽側斜め接合面15及び坑口側接合面14には設けられていない。
上述した構成の六角形セグメント12は、その複数を、トンネルの軸方向(掘進方向)X及び周方向Yに連設して組み付けることによって、シールドトンネルの覆工体11(図2参照)を形成させることができる。
複数の六角形セグメント12を、トンネルの軸方向(掘進方向)X及び周方向Yに連設して、ハニカム状に組み付けることによって、シールドトンネルの内周面を覆う覆工体11を形成するには、例えば図4(a)~(c)に示すように、トンネルの掘進方向Xの後方側に先行して組み付けられた六角形セグメント12の切羽側接合面13及び切羽側斜め接合面15に、トンネルの掘進方向Xの前方側に後続して組み付けられる六角形セグメント12の坑口側接合面14及び坑口側斜め接合面16を各々重ね合わせつつ、各々の六角形セグメント12における、トンネルの掘進方向Xの前方側の半分の部分である等脚台形状部分を、交互に突出させながら、複数の六角形セグメント12を、トンネルの軸方向X及び周方向Yにハニカム状に配置して順次組み付けてゆく。
また、複数の六角形セグメント12を、トンネルの軸方向X及び周方向Yに順次組み付けてゆく際に、先行して組み付けられた六角形セグメント12における、交互に突出する、前記等脚台形状部分における先端の切羽側接合面13に、シールドジャッキ26を押し当てて、反力を取りつつシールド掘進機を掘進させながら、これと並行して、シールドジャッキ26を押し当てた隣接する等脚台形状部分の間の領域において、後続する六角形セグメント12を組み付ける作業を行うことが可能となっている。
すなわち、切羽側接合面13にシールドジャッキ26を押し当てた隣接する等脚台形状部分の間の領域において、図4(a)に示すように、当該間の領域のシールドジャッキ26を収縮した状態として、当該間の領域の等脚台形状の間隔部分に、後続して組み付けられる六角形セグメント12の後側半分の等脚台形状部分を差し込むようにして、これの坑口側接合面14及び坑口側斜め接合面16を、先行して組み付けられた六角形セグメント12の切羽側接合面13及び切羽側斜め接合面15に、各々密着させる(図4(b)参照)。しかる後に、隣接する等脚台形状部分の間の領域に配置された、例えば3本のシールドジャッキ26のうち、中央の1本のシールドジャッキ26を伸長させて、後続する六角形セグメント12を先行して組み付けられた六角形セグメント12に押し付けた状態で、図4(c)に示すように、連通した後続する六角形セグメント12の斜ボルト挿通孔23及び先行して設置された六角形セグメント12の雌ネジ孔15aに、連結用ボルト部材24を挿通して締着させることにより、これらの六角形セグメント12を一体として連結する。
これらの作業を、周方向に複数形成された、隣接する突出した等脚台形状部分の間の各々の領域において行うと共に、このようにして新たに設置された六角形セグメント12を、先行して組み付けられた既存の六角形セグメント12として、これらの切羽側接合面13にシールドジャッキ26を押し当てて反力を取りつつシールド掘進機を掘進させながら、これと並行して、シールドジャッキ26を押し当てたこれらの六角形セグメント12の間の領域において、更に後続する六角形セグメントを組み付ける作業を繰り返してゆくことによって、トンネルの軸方向X及び周方向Yにハニカム状に配置された複数の六角形セグメント12による、好ましくは雨水を一時的に貯留する貯留地用のシールドトンネルの内周面を覆う覆工体11を、容易に形成することが可能になる。
本実施形態に係る六角形セグメント12には、例えば特許第3253870号公報に記載の亀甲型セグメント(六角形セグメント)と同様に、切羽側接合面13の両側の側部領域から各々坑口側斜め接合面16の中央部に向けて、切羽側斜め接合面15と平行に延設して貫通する、斜ボルト挿通孔23が設けられている。各々の斜ボルト挿通孔23の切羽側接合面13側の端部には、連結用ボルト部材24(図4(c)参照)の頭部を締着させる締着凹部23aが、開口面を切羽側接合面13に開口させて形成されている。切羽側接合面13における各々の締着凹部23aよりも切羽側斜め接合面15側の部分には、位置決め用の凹部13aが設けられている。これらの位置決め用の凹部13aには、トンネルの掘進方向Xに後続して設置される六角形セグメント12の坑口側接合面14に設けられた一対の位置決め用の凸部14aが、嵌め込まれるようにして装着される。これによって、後続して設置される六角形セグメント12の坑口側接合面14の全体が、先行して設置された六角形セグメント12の切羽側接合面13の全体に、精度良く重ね合わされるように、トンネルの掘進方向Xに隣接する六角形セグメント12を、位置決めできるようになっている。すなわち、各々の六角形セグメント12の坑口側接合面14には、これの両側の側部領域に、位置決め用の凸部14aが各々設けられている。
また、各々の六角形セグメント12の一対の切羽側斜め接合面15には、これらの中央部に、雌ネジ孔15aが、例えば雌ネジアンカーを埋込むことによって設けられている。雌ネジ孔15aは、先行して設置された六角形セグメント12の切羽側斜め接合面15に、後続して設置される六角形セグメント12の坑口側斜め接合面16が重ね合わされた際に、後続する六角形セグメント12に設けられた斜ボルト挿通孔23の、締着凹部23aとは反対側の端部と直線状に連通するようになっている。これによって、連通した斜ボルト挿通孔23及び雌ネジ孔15aに、連結用ボルト部材24を挿通して締着させることにより、ハニカム状に配置された各々の隣接する六角形セグメント12を、強固に一体として連結することが可能になる(図4(c)参照)。
本実施形態の六角形セグメント12においては、例えば特許第3253870号公報に記載の亀甲型セグメント(六角形セグメント)と同様に、切羽側斜め接合面15及び坑口側斜め接合面16に、位置決め用のガイド凸部25a及びガイド凹部25bが各々設けられている。これらの位置決め用のガイド凸部25a及びガイド凹部25bは、先行して設置された六角形セグメント12に後続して、次の六角形セグメント12を設置する際に、先行して設置された六角形セグメント12による、周方向Yに隣接して掘進方向X前方側に突出する等脚台形状部分の間の、等脚台形状の間隔部分に(図4(a)参照)、後続する六角形セグメント12が配置されるように案内して、精度良く位置決めできるようにすると共に、組み付けられた六角形セグメント12に位置ずれが生じるのを、防止できるようにする機能を備えている。
また本実施形態の六角形セグメント12には、これらの六角形セグメント12を組み付け用のエレクター装置(図示せず。)によって把持できるようにする把持孔26aが、例えば内側面の中央部分に設けられていると共に、六角形セグメント12を吊り上げ可能とする吊上げ用インサート金具27が、例えば坑口側接合面14の両側の側部領域に配置されて、一対設けられている。
上述した構成の複数の六角形セグメント12を、例えば、上述した方法により、トンネルの軸方向X及び周方向Yに連設して組み付けることによってシールドトンネルの覆工体11を形成することにより、当該覆工体11における個々の六角形セグメントの周囲には、本発明の一実施形態に係る六角形セグメントの接合構造が形成される。
本発明の一実施形態に係る六角形セグメントの接合構造は、一の六角形セグメントとその周囲に配される他の六角形セグメントとの間に形成される、六角形セグメントの接合構造である。本実施形態の六角形セグメントの接合構造について、覆工体11を形成する複数の六角形セグメントのうち、図5中の符号12Aを付した六角形セグメントを一の六角形セグメント12Aとして説明すると、当該一の六角形セグメント12Aは、図5に示すように、その周囲に、一対の坑口側斜め継手部10A、一対の切羽側斜め継手部10B、切羽側継手部10C及び坑口側継手部10Dを有している。
一対の坑口側斜め継手部10Aのそれぞれにおいては、前記一の六角形セグメント12Aの坑口側斜め接合面16と、それに先行して設置された他の六角形セグメント12Bの切羽側斜め接合面15とが相対向している。一対の切羽側斜め継手部10Bのそれぞれにおいては、前記一の六角形セグメント12Aの切羽側斜め接合面15と、トンネルの掘進方向Xに後続して設置された他の六角形セグメント12Cの坑口側斜め接合面16とが相対向している。切羽側継手部10Cにおいては、一の六角形セグメント12Aの切羽側接合面13と、後続して設置された他の六角形セグメント12Dの坑口側接合面14とが相対向している。坑口側継手部10Dにおいては、一の六角形セグメント12Aの坑口側接合面14と、それに先行して設置された他の六角形セグメント12Eの切羽側接合面13とが相対向している。
そして、前記の坑口側斜め継手部10A、切羽側斜め継手部10B、切羽側継手部10C及び坑口側継手部10Dの各継手部には、図6(a)に示すように、隣接する六角形セグメント12の外側周溝21a内に配した第1のシール材18a,18aどうしが対向した外側止水部P1、及び隣接する六角形セグメント12の内側溝内18b内に配した第2のシール材18b,18bどうしが対向した内側止水部P2が形成されている。また坑口側斜め継手部10A及び切羽側斜め継手部10Bには、図6(b)及び図6(c)に示すように、外側止水部P1及び前記内側止水部P2に加えて更に、相隣接する一方の六角形セグメント12の縦溝21c内に配された第3のシール材18cと他方の六角形セグメント12の切羽側斜め接合面15における平坦面19とが対向した縦方向止水部P3が形成されている。より詳細には、縦方向止水部P3のうち、坑口側斜め継手部10Aに形成された縦方向止水部P3においては、前記一の六角形セグメント12Aの坑口側斜め接合面16に形成された縦溝21c内の第3のシール材18cと、その六角形セグメント12Aに先行して設置された他の六角形セグメント12Bの切羽側斜め接合面15に存する平坦面19とが相対向しており〔図6(b)参照〕、切羽側斜め継手部10Bの縦方向止水部P3においては、前記一の六角形セグメント12Aの切羽側斜め接合面15に存する平坦面19と、それに後続して設置された他の六角形セグメント12Cの坑口側斜め接合面16に形成された縦溝21c内の第3のシール材18cとが相対向している〔図6(c)参照〕。
外側止水部P1に存する第1のシール材18a,18a、内側止水部P2に存する第2のシール材18b,18b、及び縦方向止水部P3に存する第3のシール材18cは、隣り合う六角形セグメント12どうし間に圧縮された状態、又はそれぞれを挟む部材どうし間を、塞いだ状態若しくは水で膨潤したときに塞ぐことが可能な状態に配されており、外側止水部P1と内側止水部P2との間の隙間を流れる水の流れを、縦方向止水部P3において遮断することが可能になされている。
本発明の一実施形態に係る六角形セグメントを用いて形成したシールドトンネルの覆工体11、及び本発明の一実施形態に係る六角形セグメントの接合構造によれば、例えば、シール材の劣化や損傷、トンネルの内側又は外側の水圧の上昇等の各種の要因により、図5に示す六角形セグメント12Aとその周囲に位置する六角形セグメント12B~12Eとの間の何れかの継手部において、外側止水部P1と内側止水部P2との間に、トンネルの外側又は内側から水が浸入した場合であっても、六角形セグメント12Aの周囲に存在する坑口側斜め継手部10A及び切羽側斜め継手部10Bのそれぞれに前記の縦方向止水部P3が形成されているため、浸入した水が、外側止水部P1と内側止水部P2との間を通って移動可能な範囲が、図5に示す範囲R1,範囲R2、範囲R3又は範囲R4といった狭い範囲に制限される。このようにして、外側止水部P1と内側止水部P2との間に浸入した水が、セグメントどうし間の隙間を伝って、トンネルの軸方向Xや周方向Yの広い範囲に拡大することを効果的に防止することができるといった不都合が生じることを効果的に防止することができる。
本実施形態の六角形セグメント12は、切羽側斜め接合面15の長手方向における雌ネジ孔15aの開口とガイド凸部25aとの間に、坑口側斜め接合面16の縦溝21c内に配した第3のシール材18cの幅より広い幅の、シール材が配されていない平坦面19を有しており、その平坦面19に、後続して設置される同一構成の六角形セグメント12の第3のシール材18cが当接するようになされている。このように、切羽側斜め接合面15に、第3のシール材18cの幅より広い幅の平坦面19を有することによって、第3のシール材18cと、第3のシール材18cを有しない切羽側斜め接合面との間に、止水性能に優れた縦方向止水部P3を一層確実に形成することができる。前記の平坦面19は、切羽側斜め接合面15における凸部や凹部、孔等が形成されていない連続平面の一部であることが好ましく、切羽側斜め接合面15の長手方向において、雌ネジ孔15aの開口とガイド凸部25aとの間、又は雌ネジ孔15aの開口とガイド凹部25bとの間に形成されていることが更に好ましい。
また覆工体11の形成に六角形セグメント12を用いる場合、特許文献4に記載の六角形セグメントのように、切羽側斜め接合面15や切羽側接合面13に、六角形セグメント厚み方向に沿うシール材が配されていると、先行して設置された六角形セグメント12における、掘進方向Xに突出する等脚台形状部分どうし間に、後続して設置される六角形セグメント12の坑口側の等脚台形状部分を嵌め込む際や、嵌め込んだ後に、後続して設置される連結用ボルト部材24による締着作業を行う際などに、後続する六角形セグメントやその定位置への搬送手段、連結用ボルト部材やその締結用の工具等が接触して、当該シール材の止水機能や、当該シール材により達成していた止水性能が損なわれる恐れがある。これに対して、本発明に係る六角形セグメントによれば、斜め接合面16に設けた第3のシール材18cにより各六角形セグメントの周囲に優れた止水性能が得られる一方、切羽側斜め接合面15や切羽側接合面13に、第1のシール材18aと第2のシール材18bとを連結する第3のシール材18cを有しないので、斯かる不都合が生じにくい。このように、本実施形態に係る六角形セグメント12、それを用いて形成した覆工体11及び六角形セグメントの接合構造によれば、縦溝内に配したシール材の止水機能が損なわれにくく、六角形セグメントの周囲に優れた止水性能が得られる。更に、特許文献4に記載の六角形セグメントに比して、縦溝を形成する箇所を大幅に減らすことができるため、縦溝を形成するための加工や縦溝内にシール材を配置する作業の負担を軽減でき、例えば、製造工程の簡略化や製造コストの削減を図ることも可能となる。
本発明に係る六角形セグメント12は、坑口側斜め接合面16に設けた第3のシール材18cと同様の第3のシール材が、すなわち、隣り合う六角形セグメントの接合面における平坦面と当接して縦方向止水部を形成する第3のシール材が、坑口側接合面14にも設けられていても良いが、上述した図1等に示す六角形セグメント12のように、斯かる第3のシール材18c及びそれが配される縦溝21cは、坑口側接合面14には配されていないことが、縦溝の形成箇所の削減、及びそれによる加工負担や製造コストの削減等の観点から一層好ましい。
また本発明の六角形セグメントを用いてシールドトンネルの覆工体11を形成する際、及び本発明の一実施形態に係る六角形セグメントの接合構造においては、斜ボルト挿通孔を介した液の拡散を防止する手段を講じることが好ましい。例えば、斜ボルト挿通孔に連結用ボルト部材24の挿入する際に、斜ボルト挿通孔と連結用ボルト部材24との間に硬化性のシール材を注入したり、ボルトの周囲に固形のシール材を配してナットを緊結したり、連結用ボルト部材24の軸方向の一部における周囲に水膨潤性のシール材を取り付けたりすることができる。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態においては、個々の六角形セグメントの坑口側斜め接合面に、第3のシール材が配される縦溝21cが一つのみ設けられていたが、2以上設けられていても良い。例えば、坑口側斜め接合面16に開口する斜ボルト挿通孔23の出口側開口とガイド凸部25aとの間、及び斜ボルト挿通孔23の出口側開口とガイド凹部25bとの間にそれぞれ一つずつ形成されていても良い。
また、本発明の六角形セグメント又は六角形セグメントの接合構造は、六角形セグメントにより形成するシールドトンネルの覆工体11の全部に用いても良いし、一部のみに用いても良い。例えば、トンネルの鉛直方向の上半部又は下半部のみに用いても良いし、トンネルの軸方向Xに、本発明に係る六角形セグメント又は六角形セグメントの接合構造を用いた部分と、従来の六角形セグメントを用いた部分とを形成しても良い。本発明に係る六角形セグメントの接合構造は、トンネルの軸方向及び周方向に連続する複数の六角形セグメントを前記一の六角形セグメントとして成立することが好ましく、また一つ六角形セグメントを、前記一の六角形セグメント12Aと考えた場合に加えて、その六角形セグメント12Aを囲む合計6個の六角形セグメント12B~12Dをそれぞれ前記一の六角形セグメント12Aと考えたときにも、一の六角形セグメントとそれを囲む他の六角形セグメントとの関係が成立することが好ましい。
10A 坑口側斜め継手部
10B 切羽側斜め継手部
10C 切羽側継手部
10D 坑口側継手部
P1 外側止水部
P2 内側止水部
P3 縦方向止水部
11 覆工体
12 六角形セグメント
12A 六角形セグメント(一の六角形セグメント)
12B~12E 六角形セグメント(他の六角形セグメント)
13 切羽側接合面
14 坑口側接合面
15 切羽側斜め接合面
19 平坦面
16 坑口側斜め接合面
17 V字状周方向接合面
18a 第1のシール材
18b 第2のシール材
18c 第3のシール材
20 外周面
21a 外側周溝
21b 内側周溝
21c 縦溝
23 斜ボルト挿通孔
24 連結用ボルト部材
26 シールドジャッキ

Claims (3)

  1. 互いに平行に配置された切羽側接合面及び坑口側接合面と、これらの接合面の両側の端部を各々連結するようにしてV字形状に配置された、切羽側斜め接合面及び坑口側斜め接合面からなる一対のV字状周方向接合面とを備え、トンネルの軸方向及び周方向に連設して組み付けることによってシールドトンネルの覆工体を形成させる六角形セグメントであって、
    第1のシール材が内部に配置される外側周溝と第2のシール材が内部に配置される内側周溝とが、六角形セグメントの厚み方向の相互に離間した位置に、それぞれ六角形セグメントの平面視における全周に亘って設けられており、且つ前記外側周溝及び前記内側周溝と連通し、内部に、第1及び第2のシール材と連結される第3のシール材が配置される縦溝が設けられており、
    前記縦溝は、前記坑口側斜め接合面に設けられ、前記切羽側接合面前記切羽側斜め接合面及び前記坑口側接合面には設けられておらず、
    前記切羽側斜め接合面に、前記坑口側斜め接合面の前記縦溝に配される第3のシール材の幅よりも広い幅の平坦面を有し、該平坦面に、後続して設置される同一構成の六角形セグメントの第3のシール材が当接するようになされている、六角形セグメント。
  2. 前記切羽側接合面の両側の側部領域から各々前記坑口側斜め接合面に向けて、前記切羽側斜め接合面と平行に延設して貫通する斜ボルト挿通孔が設けられており、前記縦溝が、前記坑口側斜め接合面それぞれにおける、前記斜ボルト挿通孔の開口の位置より前記坑口側接合面側の位置に形成されている、請求項1に記載の六角形セグメント。
  3. 互いに平行に配置された切羽側接合面及び坑口側接合面と、これらの接合面の両側の端部を各々連結するようにしてV字形状に配置された、切羽側斜め接合面及び坑口側斜め接合面からなる一対のV字状周方向接合面とを備えた六角形セグメントを、トンネルの軸方向及び周方向に連設して組み付けて構成されるシールドトンネルの覆工体における、一の六角形セグメントとその周囲に配される他の六角形セグメントとの間に形成される、六角形セグメントの接合構造であって、
    前記一の六角形セグメント及び前記他の六角形セグメントは、それぞれ、請求項1又は2に記載の六角形セグメントであり、前記一の六角形セグメントの周囲に、該一の六角形セグメントの前記坑口側斜め接合面と前記他の六角形セグメントの前記切羽側斜め接合面とが相対向した坑口側斜め継手部と、該一の六角形セグメントの前記切羽側斜め接合面と前記他の六角形セグメントの前記坑口側斜め接合面とが相対向した切羽側斜め継手部と、該一の六角形セグメントの前記切羽側接合面と前記他の六角形セグメントの前記坑口側接合面とが相対向した切羽側継手部と、該一の六角形セグメントの前記坑口側接合面と前記他の六角形セグメントの前記切羽側接合面とが相対向した坑口側継手部とを有しており、
    前記坑口側斜め継手部、前記切羽側斜め継手部、前記切羽側継手部及び前記坑口側継手部に、前記外側周溝内に配した第1のシール材どうしが対向した外側止水部、及び前記内側周溝内に配した第2のシール材どうしが対向した内側止水部を有し、
    前記坑口側斜め継手部及び前記切羽側斜め継手部に、前記外側止水部及び前記内側止水部に加えて、前記縦溝内に配した第3のシール材と前記切羽側斜め接合面に存する平坦面とが相対向した縦方向止水部を有する、六角形セグメントの接合構造。
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