JP7320467B2 - エントランス構造 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルのエントランス構造に関する。

シールド工法や推進工法等によるトンネル施工では、発進立坑の壁面に形成された発進口（エントランス）から掘削機を発進させ、到達立坑の壁面に形成された到達口（エントランス）にトンネルを到達させる。
エントランスでは、発進口または到達口としての開口部の周縁にシール部材を周設することで、掘削機、セグメントまたは推進函体等と開口部の縁との隙間を止水する。
例えば、特許文献１には、立坑に形成された矩形エントランスの止水構造として、開口部の頂辺部と側辺部に沿って止水弾性シート設け、底辺部にリップ式シール部材を設けた止水構造が開示されている。また、特許文献２には、エントランスのシール部材に使用するワイヤーブラシが開示されている。
エントランスに設けるシール部材は、開口部の周縁の全周にわたって設置する必要がある。特許文献１の止水構造は、止水弾性シートとリップ式シール部材を配設することで止水性を確保するものであるが、大深度で地下水圧が大きいトンネル施工時には、止水弾性シートやリップ式シール部材の部材厚を大きくして地下水圧に対する耐力を確保する必要がある。また、トンネルの断面形状が大きい場合には、一体に成形されたシール部材の搬送、設置が困難になるため、シール部材を分割する必要がある。しかし、樹脂製のシール部材を分割すると、隙間（目地）が形成されるため、止水性が低下してしまう。
また、特許文献２のワイヤーブラシをエントランスのシール部材として使用する場合は、複数の短冊状のワイヤーブラシを開口部の周縁に沿って並設する必要がある。この場合、隣接するワイヤーブラシ同士の隙間には、パテやエポキシ樹脂等を充填する。また、隣接するワイヤーブラシ同士は、一部を重ねることで連続性を確保することが好ましい。ところが、矩形状の開口部に対して短冊状のワイヤーブラシを設置すると、隅角部の形状に追従し難く、隙間が形成され易くなってしまう。また、隅角部では、ワイヤーブラシ同士の重ね代がその他の部分に比べて小さくなってしまう。

特開２０１６－１８０２１５号公報 特開２０１４－０２００７６号公報

本発明は、大深度の高水圧トンネル施工時の発進口または到達口として設けられる矩形状のエントランスにおいても、止水性を確保できるエントランス構造を提案することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明は、矩形状の開口部の周囲に複数の止水用ブラシが周設されてなるトンネルのエントランス構造である。前記止水用ブラシは、板状に束ねられたワイヤの束と、面状のメッシュ部材とを備えているとともに、前記開口部の内面に固定された基部と、前記基部から延設されたブラシ部とにより断面視く字状を呈している。前記ワイヤの束は、トンネル周方向と直交する方向に複数層積層されており、前記メッシュ部材は、積層された前記ワイヤの束同士の間に介設されており、前記止水用ブラシの前記メッシュ部材の一部が隣接する他の前記止水用ブラシの前記メッシュ部材に重なっており、前記開口部の隅角部には、当該隅角部の形状に応じて折り曲げられた一つの前記止水用ブラシが配設されていて、前記開口部と、前記ブラシ部の根本部分との間に、パテが充填されている。
かかるエントランス構造では、隅角部の形状に応じて成形された止水用ブラシを配設することで、矩形状のエントランスの止水性を確保している。また、隣り合う止水用ブラシ同士は、止水用ブラシの内部に介設されたメッシュ部材同士を重ねることで、連続性を確保している。メッシュ部材は、ブラシ部分が広がることを抑制し、その結果、止水用ブラシに充填したグリスの逸脱を抑制する。このように、本発明によれば、止水用ブラシの止水性が低下し難くなる。

なお、前記隅角部に設けられた止水用ブラシのメッシュ部材に、プリーツ状に折り目が形成されていれば、隅角部の形状に応じて止水用ブラシの基端部に曲げ加工が施された場合であっても、メッシュ部材が隅角部の形状に追従することが可能となる。そのため、隅角部においてもメッシュ部材によるブラシ部分の拘束効果が低下し難く、ひいては、止水用ブラシによる止水性が低下し難い。
また、前記メッシュ部材が、一対のワイヤーメッシュと、前記一対のワイヤーメッシュの間に介設された不燃布とにより形成されていれば、止水用ブラシ内に充填されたグリスの逸脱抑制効果がより向上する。
また、前記止水用ブラシは、三層の前記ワイヤの束と、前記ワイヤの束の層同士の間に介設されたメッシュ部材と、を基端部においてかしめることにより形成されているのが望ましい。複層構造の止水用ブラシであれば、メッシュ部材によるブラシ部分の変形の抑制効果が向上するため、止水性をより効果的に保持することができる。
さらに、前記止水用ブラシの外面に外側保護板が配設されているとともに内面に内側保護板が配設されている場合には、前記外側保護板の外面に補強板をさらに積層することが望ましい。こうすることで、外側保護板による押付け力が弱く、ブラシの追従性が悪くなるおそれがある直線部において、ブラシの追従性を向上させることができる。

本発明のエントランス構造によれば、大深度の高水圧トンネル施工時の発進口または到達口として設けられる矩形状のエントランスにおいて、所望の止水性を確保できる。

本実施形態に係るエントランス構造の概要を示す正面図である。 止水用ブラシの断面図である。 直線部用ブラシを示す斜視図である。 （ａ）は内側から望む隅角部用ブラシの斜視図、（ｂ）は外側から望む隅角部用ブラシの斜視図である。

本実施形態では、矩形断面のトンネルをシールド工法により施工する場合に用いられるエントランス構造１を例示する。エントランス構造１は、トンネルの発進口または到達口における止水性を確保するために設けられたものである。図１は、本実施形態のエントランス構造１の概要を示す正面図である。
エントランス構造１は、図１に示すように、立坑やトンネルの壁面に形成された矩形状の開口部１１の周囲に連設された複数の止水用ブラシ２を備えている。止水用ブラシ２は、開口部１１を通過するシールドマシンの外周面と、開口部１１との隙間を遮蔽し、当該隙間からの湧水を抑制する。止水用ブラシ２には、止水性の向上を図るためのグリスが注入されている。本実施形態のエントランス構造１は、大深度トンネルであるために地下水圧が高い場合であっても、止水性を確保することを可能としている。

本実施形態の止水用ブラシ２は、図２に示すように、複数層のワイヤ３の束と、ワイヤ３の束同士の間に介設されたメッシュ部材４と、外面に配設された外側保護板５と、内面に配設された内側保護板６と、外側保護板５の外面に積層された補強板７と、Ｕ字状の結束部材８とからなる。本実施形態の止水用ブラシ２は、三層のワイヤ３の束と、二層のメッシュ部材４と、外側保護板５と、内側保護板６と、補強板７とを基端部において結束部材８により挟持する（かしめる）ことにより形成されている。
止水用ブラシ２は、断面視く字状を呈していて、一方の片（基部２１）が開口部１１の内面（開口部１１の縁）に密着させた状態で固定されている。止水用ブラシ２の他方の片（ブラシ部２２）は、シールドマシンの進行方向に沿って延設されているとともに、基部２１から離れるに従って開口部１１の周縁から離れるように張り出している。

止水用ブラシ２は、板状に束ねられた多数のワイヤ３を備えている。ワイヤ３は、ステンレス線や亜鉛メッキ線などの金属製の細線材からなる。ワイヤ３は、外側保護板５および内側保護板６よりも長く、先端部が外側保護板５および内側保護板６の先端から突出している。本実施形態の止水用ブラシ２は、三層のワイヤ３の束を有しているが、ワイヤ３の束の層数は限定されるものではなく、例えば、二層や四層以上であってもよい。また、各ワイヤ３の束の厚さは限定されるものではなく、適宜決定すればよい。本実施形態の止水用ブラシ２は、ワイヤ３の先端において、各層毎に段差を有している。

メッシュ部材４は、一対のワイヤーメッシュと、ワイヤーメッシュ同士の間に介設された不燃布とにより形成されている。なお、メッシュ部材４の構成は限定されるものではなく、適宜形成すればよい。例えば、メッシュ部材４は、ワイヤーメッシュと不燃布とが積層されたものである必要はなく、ワイヤーメッシュのみで構成されていてもよい。また、一対のワイヤーメッシュに介設される部材は不燃布に限定されるものではなく、例えば金属製の部材であってもよい。また、本実施形態では、二層のメッシュ部材４が配設されるものとしたが、メッシュ部材４の層数は限定されるものではなく、ワイヤ３の束の層数に応じて適宜決定すればよい。

止水用ブラシ２において、外側保護板５および内側保護板６によりワイヤ３が把持されているため、ワイヤ３の変形や開きが抑制されており、したがって、グリスの流出が抑制されている。
外側保護板５は、鋼板からなり、最外層のワイヤ３の束の外面を覆っている。外側保護板５の板厚は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。
内側保護板６は、最内層のワイヤ３の束の内面を覆っている。本実施形態の内側保護板６は、外側保護板５と同じ板厚で、外側保護板５よりも小さい幅の鋼板からなる。なお、内側保護板６の板厚は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。また、内側保護板６の幅寸法は限定されるものでなく、外側保護板５と同じ幅であってもよい。
補強板７は、外側保護板５によるワイヤ３（ブラシ）への押付力を増強するための板材であって、外側保護板５の外面に添接されている。本実施形態の補強板７は、外側保護板５と同じ板厚で、外側保護板５よりも小さい幅の鋼板からなる。なお、補強板７の板厚は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。

結束部材８は、Ｕ字状の鋼板からなる。結束部材８には、内外方向に貫通する複数のボルト孔（図示せず）が形成されている。ワイヤ３、メッシュ部材４、外側保護板５、内側保護板６および補強板７の基端部を内側に挟んだ状態で、ボルト孔に挿通されたボルトを締結すると、ワイヤ３、メッシュ部材４、外側保護板５、内側保護板６および補強板７が結束部材８によって固定される。なお、結束部材８の構成は限定されるものではなく、例えば、コ字状の鋼板であってもよいし、二枚の鋼板であってもよい。また、結束部材８は、必要に応じて設置すればよく、例えば、外側保護板５および内側保護板６によりワイヤ３およびメッシュ部材４を固定する場合には省略してもよい。

本実施形態のエントランス構造１では、図１に示すように、四辺の直線部１２にはそれぞれ複数の直線部用ブラシ２３が並設されていて、四つの隅角部１３にはそれぞれ隅角部用ブラシ２４が一つずつ設置されている。隣り合う止水用ブラシ２のうち、メッシュ部材４の一部（端部）同士、外側保護板５の一部同士およびワイヤ３の束の一部（端部）同士は重なっている（ラップしている）。なお、隣り合う止水用ブラシ２同士の接合部（当接部）には、両止水用ブラシ２にまたがってメッシュ材を追加して配設してもよい。こうすることで、止水用ブラシ２の連続性が向上し、止水性がより高くなる。なお、メッシュ材にはメッシュ部材４と同じ材料を使用すればよい。
止水用ブラシ２の基端部（結束部材８）は開口部１１の周縁に固定されている。本実施形態では、開口部１１に設けられた金属製の枠材に、結束部材８を溶接する。なお、止水用ブラシ２の固定方法は限定されるものではなく、例えば、治具により固定してもよい。隣り合う止水用ブラシ２の基端部（取付部）同士の間に隙間が形成される場合には、当該隙間にパテ材を充填する。なお、パテ材は、止水性を有し、水圧に対して流出することがない固定度を有した材料であれば、限定されるものではない。

止水用ブラシ２と開口部１１との間（ブラシ部２２の根本部分）には、図２に示すように、止水用ブラシ２の基部２１からのグリスや水の流出を防止する不乾性パテＰ１が充填されている。なお、止水用ブラシ２の基部２１からのグリスや水の流出を防止する材料には、不乾性パテＰ１の他、粘土等も使用可能である。
また、ブラシ部２２の根元部分（例えば、基部２１から３～５ｃｍ程度の範囲）には、樹脂や接着剤等が充填されていて、ブラシ部２２の根元部分に水みちが形成されることが防止されている。
また、ブラシ部２２を通った水が基部２１に浸透して結束部材８同士の隙間から漏水することがないように、止水用ブラシ２の基部２１には、不透水性を付加させる加工が施すのが望ましい。ここで、不透水性を付加させる加工は、例えば、止水用ブラシ２の製造段階において、基部２１にエポキシ樹脂等の止水性を備えた材料を押し込むことにより行えばよい。
止水用ブラシ２のワイヤ３の束には、止水用封入グリスが注入されている。本実施形態の止水用封入グリスには、繊維が混合されていて、ワイヤ３と繊維が絡み合うことで、流出に対する抵抗性が向上している。なお、ワイヤ３の束には、発泡ウレタン系の材料を充填してもよい。ワイヤ３の束に発泡ウレタン系の材料を充填した場合には、ワイヤ３に発泡ウレタン系の充填剤が密着することで、流出に対する抵抗性が向上する。

図３は、直線部用ブラシ２３の斜視図である。直線部用ブラシ２３は、基部２１の幅が１００ｍｍ程度である。直線部用ブラシ２３の内側保護板６は、幅１００ｍｍの長方形状を呈している。直線部用ブラシ２３の外側保護板５は、基端部の幅が１００ｍｍ程度で、その他の部分は拡幅されている。すなわち、外側保護板５の幅方向（周方向）端部は、ワイヤ３の束から突出していて、隣接する他の外側保護板５の端部と重ねられる。
直線部用ブラシ２３のメッシュ部材４は、隣接する他の止水用ブラシ２のメッシュ部材４と重ねられるように、ワイヤ３の束よりも側方に張り出している。

図４は、隅角部用ブラシ２４の斜視図である。図４に示すように、隅角部用ブラシ２４は、隅角部１３の形状に応じて折り曲げられている。隅角部用ブラシ２４は、隅角部１３の形状に応じて曲線状に形成された曲線部分２５と、曲線部分２５の両端に設けられた直線部分２６とを有している。本実施形態では、曲線部分２５が３００ｍｍ～５００ｍｍ程度の幅を有していて、両端の直線部分２６がそれぞれ１００ｍｍ程度の幅を有している。すなわち、隅角部用ブラシ２４は、直線部用ブラシ２３の５倍から７倍程度の幅を有している。なお、隅角部用ブラシ２４の幅の大きさは限定されるものではなく、エントランス部の形状に応じて適宜決定すればよい。

隅角部用ブラシ２４のメッシュ部材４の基端部には、プリーツ状の折り目が形成されている。すなわち、隅角部用ブラシ２４のメッシュ部材４は、隅角部用ブラシ２４の全幅よりも大きな幅を有していて、基端部がプリーツ状の折り目により折り畳まれた状態（ひだが形成された状態）で、ワイヤ３とともに固定されている。なお、メッシュ部材４には、必ずしもプリーツ状の折り目が形成されている必要はなく、例えば、基端部において不規則に折り畳まれていてもよいし、波型であってもよい。メッシュ部材４の幅方向両端は、隣接する直線部用ブラシ２３のメッシュ部材４の端部と重ねられるように、ワイヤ３の束よりも側方に張り出している。
隅角部用ブラシ２４の外面および内面には、それぞれ複数の外側保護板５および複数の内側保護板６が幅方向に並設されている。

隅角部用ブラシ２４の外側保護板５の基端部は、幅１００ｍｍを呈していて、外側保護板５のその他の部分は拡幅されている。隣り合う外側保護板５同士は、基端部の端面同士を突き合せた状態で並設されている。外側保護板５の基端部以外の部分は、側縁部同士が重ねられている。
隅角部用ブラシ２４の内側保護板６は、曲線部分２５において隣り合う他の内側保護板６と干渉しないように、幅を１００ｍｍよりも小さくするのが望ましい。なお、隅角部用ブラシ２４の隣り合う内側保護板６同士は、端面同士を突き合せた状態、あるいは、端部を重ねた状態で並設されている。

隅角部用ブラシ２４は、補強板７、外側保護板５、ワイヤ３、メッシュ部材４および内側保護板６の基端部を直線状の結束部材８に挿入し、結束部材８をかしめて幅広の止水用ブラシ２を形成した後、プレス加工によって隅角部１３の形状に応じて結束部材８を曲げることにより形成する。なお、隅角部用ブラシ２４は、予め曲げ加工が施された結束部材８に外側保護板５、ワイヤ３、メッシュ部材４および内側保護板６の基端部を挿入することにより形成してもよい。

以上のとおり本実施形態のエントランス構造１では、隅角部１３の形状に応じて成形された隅角部用ブラシ２４を配設することで、矩形状のエントランスの止水性を確保している。
また、隣り合う止水用ブラシ２同士は、止水用ブラシ２の内部に介設されたメッシュ部材４同士を重ねることで、連続性を確保している。メッシュ部材４は、ブラシ部分が広がることを抑制し、その結果、止水用ブラシ２に充填したグリスの逸脱を抑制する。このように、エントランス構造１によれば、止水用ブラシ２の止水性が低下し難くなる。ワイヤーブラシ（止水用ブラシ２）を使用したエントランス構造１では、止水性を確保するうえでメッシュ部材４の連続性が重要となる。本実施形態のエントランス構造１では、メッシュ部材４の連続性を確保しているため、止水性に優れている。また、止水用ブラシ２の基部に近い部分ではワイヤ３が密集しているため、メッシュ部材４同士をラップさせることが困難であるが、隅角部用ブラシ２４では、隅角部１３の幅（周方向の長さ）以上の幅を有したメッシュ部材４を配設して一体成型することで、連続性を確保している。

隅角部用ブラシ２４のメッシュ部材４に、プリーツ状に折り目が形成されているため、隅角部１３の形状に応じて止水用ブラシ２の基端部に曲げ加工を施した際に、メッシュ部材４が隅角部１３の形状に追従することが可能となる。そのため、隅角部１３においてもメッシュ部材４によるブラシ部分（ワイヤ３）の拘束効果が低下し難く、ひいては、止水用ブラシ２による止水性が低下し難い。隅角部１３では、ブラシ部分（ワイヤ３）の開閉に伴い、ブラシ部分に横方向の広がりが生じるため、メッシュ部材４の幅（周方向の長さ）はブラシ部分の広がりに応じた大きさを必要とする。本実施形態の隅角部用ブラシ２４では、メッシュ部材４にプリーツ状の折り目を設けることで、ブラシ部分の横方向の広がりに応じた幅を確保している。
また、メッシュ部材４が、一対のワイヤーメッシュと、ワイヤーメッシュ同士の間に介設された不燃布とにより形成されているため、止水用ブラシ２内に充填されたグリスの逸脱抑制効果がより向上する。また、一対のワイヤーメッシュの間に不燃布が介設されているため、グリスとの付着性が向上し、ワイヤーメッシュとグリスとの間に水みちが形成されることを防止できる。また、不燃布を使用しているため、耐熱性と防水性が確保されている。
また、止水用ブラシ２の外面に配設された外側保護板５の外面に補強板７が積層されているため、ブラシの追従性が悪くなるおそれがある直線部１２において、ブラシの追従性を向上させることができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
前記実施形態では、矩形断面のシールドトンネルの施工について説明したが、トンネルの形状は限定されるものではなく、矩形以外の多角形断面であってもよいし、楕円形や小判方等であってもよい。
また、前記実施形態体では、直線部１２に対して、複数の直線部用ブラシ２３を配設するものとしたが、直線部１２に配設する直線部用ブラシ２３の幅は限定されるものではない。例えば、複数の直線部用ブラシ２３の幅（周方向の長さ）と同等の幅となるように一体に成形された一つの直線部用ブラシ２３を設置してもよい。このようにすれば、基部においてラップさせることができないメッシュ部材４を、一枚の連続した部材とすることができる。
また、直線部１２では、止水用ブラシ２の基端部近傍におけるメッシュ部材４同士の連続性を確保するために、止水用ブラシ２の側面からのメッシュ部材４の張り出し長を大きくしたうえで（例えば１０ｃｍ程度張り出させる）、隣り合う止水用ブラシ２のメッシュ部材４同士を一体化（例えば縫合）し、止水用ブラシ２を設置する際にメッシュ部材４同士の接合部をワイヤ３の束に押し込むようにしてもよい。このようにすれば、止水用ブラシ２の基端部付近においてメッシュ部材４同士の連続性を確保でき、高圧水に対応することが可能となる。

前記実施形態では、外側保護板５の外面に補強板７を積層するものとしたが、補強板７は、必要に応じて配設すればよく、外側保護板５が十分な押付力を発現する場合には省略してもよい。
止水用ブラシ２の基部２１には、異なる種類のパッキンを組み合わせて貼着させることで、止水性の向上を図ってもよい。

隅角部用ブラシ２４は、直線部用ブラシ２３に比べてワイヤ３の密度を増加させてもよい。このようにすれば、ブラシ部分が横方向（周方向）に広がることでワイヤ３の密度が低下することを抑制できる。
前記実施形態では、止水用ブラシ２の基部２１からのグリスや水の流出を防止することを目的として、止水用ブラシ２と開口部１１との間（ブラシ部２２の根本部分）に不乾性パテＰ１が充填したが、ブラシ部２２の根本部分に設ける止水材は限定されるものではなく、例えば、開口部１１の周囲に沿ってシール材（ゴム系、水膨張性等）を周設してもよい。
また、止水用ブラシ２の基部２１においてもメッシュ部材４を側方に張り出させて、隣接する他の止水用ブラシ２の基部２１から張り出したメッシュ部材４とラップさせてもよい。こうすることで、基部２１における止水性が向上する。

１ エントランス構造
１１ 開口部
１２ 直線部
１３ 隅角部
２ 止水用ブラシ
２３ 直線部用ブラシ
２４ 隅角部用ブラシ
３ ワイヤ
４ メッシュ部材
５ 外側保護板
６ 内側保護板
７ 補強板

Claims (5)

1. 矩形状の開口部の周囲に複数の止水用ブラシが周設されてなるトンネルのエントランス構造であって、
   前記止水用ブラシは、板状に束ねられたワイヤの束と、面状のメッシュ部材と、を備えているとともに、前記開口部の内面に固定された基部と、前記基部から延設されたブラシ部とにより断面視く字状を呈しており、
   前記ワイヤの束は、トンネル周方向と直交する方向に複数層積層されており、
   前記メッシュ部材は、積層された前記ワイヤの束同士の間に介設されており、
   前記止水用ブラシの前記メッシュ部材の一部が隣接する他の前記止水用ブラシの前記メッシュ部材に重なっており、
   前記開口部の隅角部には、当該隅角部の形状に応じて折り曲げられた一つの前記止水用ブラシが配設されていて、
   前記開口部と、前記ブラシ部の根本部分との間に、パテが充填されていることを特徴とする、エントランス構造。
2. 前記隅角部に設けられた前記止水用ブラシの前記メッシュ部材に、プリーツ状に折り目が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のエントランス構造。
3. 前記メッシュ部材は、一対のワイヤーメッシュと、前記一対のワイヤーメッシュの間に介設された不燃布と、により形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のエントランス構造。
4. 前記止水用ブラシは、三層の前記ワイヤの束と、前記ワイヤの束の層同士の間に介設されたメッシュ部材と、を基端部においてかしめることにより形成されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のエントランス構造。
5. 前記止水用ブラシは、外面に外側保護板が配設されているとともに内面に内側保護板が配設されており、
   前記外側保護板の外面に補強板がさらに積層されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のエントランス構造。

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