JP7370900B2

JP7370900B2 - コンクリート構造物のシール構造

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Publication number: JP7370900B2
Application number: JP2020030121A
Authority: JP
Inventors: 泰文内藤; 岳洋夏目
Original assignee: IHI Construction Materials Co Ltd
Current assignee: IHI Construction Materials Co Ltd
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2023-10-30
Anticipated expiration: 2040-02-26
Also published as: JP2021134517A

Description

本発明は、例えばトンネルの覆工体、擁壁、地中壁等に用いられるコンクリート構造物のシール構造に関するものである。

従来、複数の板状のコンクリート部材を互いに端面同士が対向するように突き合わせて配置してなるコンクリート構造物として、例えば道路等に用いられるトンネルの覆工体が知られている（例えば、特許文献１参照。）。トンネルの覆工体は、コンクリート部材としての複数のセグメントを継ぎ合わせることにより構築されるため、各セグメントの端面間を密閉するシール構造を備えている。

例えば、図１６に示す従来のシール構造では、互いに対向するセグメント１の端面に溝１ａが設けられ、溝１ａ内にはセグメント１の端面間を密閉するシール部材２が設けられている。セグメント１によって覆工体を構築した後は、図１７に示すようにセグメント１の外周側と地山Ｙとの隙間にモルタルＭが充填されるが、セグメント１の端面間はシール部材２によって密閉されているため、セグメント１の内空側へのモルタルＭの侵入がシール部材２によって防止される。

特開平３－１３７３９８号公報

ところで、前記シール構造では、シール部材２用の溝１ａがセグメント１の外周側（地山側）に設けられるのが一般的であるが、この場合は溝１ａがセグメント１の外周面側において開断面となるため、その分だけセグメント１の外周側における端面同士の接触部分が少なくなる。このため、図１８に示すようにセグメント１の外周側に荷重Ｆが加わると、セグメント１に各端面における溝１ａの角部を基点Ｐとする回転力が生じ、溝１ａのない場合に比べて荷重に対するセグメント１の突き合わせ部分の強度が低下するという問題点があった。特に、厚さ寸法の小さいセグメントを用いる場合は、回転力の基点Ｐがより中立軸Ｃ側に近づくため、強度低下がより大きくなる。また、溝１ａ内にシール部材２を配置するのみのシール構造では、モルタルＭの充填時の圧力に対して十分な密閉性が得られないという問題点もあった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コンクリート部材の突き合わせ部分の強度を低下させることがなく、且つ密閉性の向上を図ることのできるコンクリート構造物のシール構造を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、複数の板状のコンクリート部材を互いに端面同士が対向するように突き合わせて配置してなるコンクリート構造物に用いられ、コンクリート部材の端面間に弾性変形可能なシール部材を介在させたコンクリート構造物のシール構造において、前記コンクリート部材の端面に端面の長手方向に延びる溝を設けるとともに、溝をコンクリート部材の厚さ方向の端部が含まれない部分に形成し、前記シール部材を、コンクリート部材の端面に接する面が溝以外の部分のみに接するように溝及び溝以外の部分に亘って配置してコンクリート部材の端面間に圧縮状態で介在させることにより、シール部材の一部に溝内に位置する低圧縮部または非圧縮部を形成し、シール部材の他の部分に溝以外の部分で圧縮される高圧縮部を形成している。また、本発明は前記目的を達成するために、複数の板状のコンクリート部材を互いに端面同士が対向するように突き合わせて配置してなるコンクリート構造物に用いられ、コンクリート部材の端面間に弾性変形可能なシール部材を介在させたコンクリート構造物のシール構造において、前記コンクリート部材の端面に端面の長手方向に延びる溝を設けるとともに、溝をコンクリート部材の厚さ方向の端部が含まれない部分に形成するとともに、溝の開口部の幅寸法が内側の寸法よりも小さい断面形状になるように形成し、前記シール部材の一部を弾性変形させながら溝に係合するとともに、シール部材を溝及び溝以外の部分に亘って配置してコンクリート部材の端面間に圧縮状態で介在させることにより、シール部材の一部に溝内に位置する低圧縮部または非圧縮部を形成し、シール部材の他の部分に溝以外の部分で圧縮される高圧縮部を形成している。

これにより、溝がコンクリート部材の厚さ方向の端部を含まない部分に形成されることから、コンクリート部材間で溝が閉断面となり、コンクリート部材に厚さ方向の荷重が加わった際、コンクリート部材の厚さ方向端部においても端面同士の接触面が確保され、従来のように開断面の溝を設けた場合に比べて外圧に対するコンクリート部材の突き合わせ部分の強度を低下させることがない。また、コンクリート部材間に圧縮状態で介在するシール部材の一部に溝内に位置する低圧縮部が形成され、シール部材の他の部分に溝以外の部分で圧縮される高圧縮部が形成されることから、高圧縮部によって液状の侵入物が阻止されるとともに、低圧縮部によって溝内に侵入物が貯溜される。

本発明によれば、従来のようにコンクリート部材の端面に開断面の溝を設けた場合に比べて外圧に対する強度を低下させることがないので、耐久性の向上を図ることができる。また、シール部材の高圧縮部によって液状の侵入物を阻止することができるとともに、シール部材の低圧縮部によって溝内に侵入物を貯溜することができるので、コンクリート部材の端面間を二種類のシール部分によって確実にシールすることができ、密閉性の向上を図ることができる。

本発明の第１の実施形態を示すシール構造の要部断面図セグメントの要部拡大断面図セグメントの継ぎ合わせ工程を示す要部断面図シール構造の要部拡大断面図トンネルの覆工体を示す要部断面図セグメントの配列状態を示す図第１の実施形態の変形例を示すセグメントの要部拡大断面図第１の実施形態の他の変形例を示すセグメントの継ぎ合わせ工程を示す要部断面図第１の実施形態の他の変形例を示すシール構造の要部断面図本発明の第２の実施形態を示すシール構造の要部拡大断面図本発明の第３の実施形態を示すシール構造の要部拡大断面図本発明の第４の実施形態を示すセグメントの要部拡大断面図本発明の第４の実施形態を示すセグメントの継ぎ合わせ工程を示す要部拡大断面図本発明の第４の実施形態を示すシール構造の要部拡大断面図第４の実施形態の変形例を示すセグメントの要部拡大断面図従来例を示すセグメントの継ぎ合わせ工程の要部分解断面図従来例を示すトンネルの覆工体の要部断面図従来例を示すシール構造の要部断面図

図１乃至図９は本発明の第１の実施形態を示すもので、コンクリート構造物としてのトンネルの覆工体に用いられるシール構造を示すものである。尚、本実施形態では覆工体のシール部分のみを図示し、覆工体全体の図示は省略する
本実施形態では、コンクリート部材としての複数のセグメント１０を互いに端面同士が対向するように突き合わせてトンネル周方向及びトンネル軸方向にそれぞれ並べて配置することにより覆工体が構築され、各セグメント１０は互いに端面間にシール部材２０を介在させて継ぎ合わされる。尚、セグメント１０は一部のみを図示したが、図面左右方向に長い板状に形成されている。

セグメント１０は、予め工場で製作された円弧状のブロックからなり、鉄筋コンクリート製のもの、或いは鋼材とコンクリートを一体化して鋼板で覆うようにしたものなどが用いられる。セグメント１０の端面には、端面の長手方向（トンネル周方向及びトンネル軸方向）に延びる溝１１が設けられ、溝１１は断面半円形状に形成されている。溝１１の幅方向（セグメント１０の厚さ方向）両端側には溝１１に連続する凹部１２がそれぞれ設けられ、各凹部１２は平坦状の底面を有するように形成されている。溝１１及び各凹部１２はセグメント１０の厚さ方向端部側が含まれない部分に形成され、セグメント１０の厚さ方向中央よりもやや外周寄りに配置されている。この場合、各凹部１２は、その深さ寸法Ａ1 が溝１１の中央の深さ寸法Ａ2 よりも小さくなるように形成されている。

シール部材２０は、液体吸収性を有する弾性部材としての周知のゴムスポンジ（例えば、連続気泡スポンジからなる発泡ゴム）によって形成され、セグメント１０の長手方向に沿って延びるように形成されている。シール部材２０は断面四角形状に形成され、自然状態における幅方向（セグメント１０の厚さ方向）の寸法Ｂ1 が各凹部１２の両端の間隔Ａ3 よりも小さく、溝１１の幅寸法Ａ4 よりも大きく形成されている。また、シール部材２０は、自然状態における厚さ方向（セグメント１０の長手方向）の寸法Ｂ2 が溝１１の中央の深さ寸法Ａ2 よりも大きく形成されている。

以上の構成において、セグメント１０同士を継ぎ合わせる際には、図３に示すように互いに対向するセグメント１０のうち一方のセグメント１０の端面にシール部材２０を溝１１及び各凹部１２に亘るように接着剤または粘着テープで貼り付けることにより一方のセグメント１０にシール部材２０を装着し、図１に示すようにセグメント１０の端面同士を突き合わせて連結金具（図示せず）等により連結する。これにより、セグメント１０の端面間に介在するシール部材２０が各端面で圧縮されて溝１１及び各凹部１２に沿って弾性変形し、各端面の溝１１及び各凹部１２以外の部分は直接突き合わされる。その際、各端面の溝１１及び各凹部１２によって形成される空間内にシール部材２０が圧縮状態で充填されるが、各凹部１２の深さ寸法Ａ1 は溝１１の中央の深さ寸法Ａ2 よりも極めて小さいので、シール部材２０の幅方向両端側は各凹部１２間で高圧縮となり、図４に示すように各凹部１２内にシール部材２０の高圧縮部２１が形成される。一方、溝１１内に配置されるシール部材２０の幅方向中央側は両端側よりも低圧縮となり、溝１１内にシール部材２０の低圧縮部２２が形成される。

各セグメント１０によって覆工体を構築した後は、図５に示すようにセグメント１の外周側と地山Ｙとの隙間にモルタルＭが充填されるが、セグメント１０の端面間はシール部材２０によって密閉されているため、セグメント１の内空側への液状のモルタルＭの侵入がシール部材２０によって防止される。

その際、シール部材２０が配置される溝１１及び各凹部１２はセグメント１０の厚さ方向端部側を含まない部分に形成されているため、溝１１及び各凹部１２が閉断面となり、セグメント１０は厚さ方向端部側の端面同士が直接接触することになる。これにより、覆工体が地山Ｙ側から荷重を受けた場合、セグメント１０の厚さ方向一端側（セグメント１０の外周側）においても端面同士の接触面が確保されることから、従来のように開断面の溝１ａを設けた場合に比べて外圧に対する強度を低下させることがない。

また、セグメント１０の外周側から端面間にモルタルＭが侵入すると、各凹部１２内にはそれぞれシール部材２０の高圧縮部２１が形成されているため、シール部材２０の一方（図中上方）の高圧縮部２１によって侵入を阻止される。高圧縮部２１はシール部材２０が高密度で圧縮されているため密閉性が高く、モルタルＭの通過を十分に阻止することができるが、僅かなモルタルＭが高圧縮部２１を通過した場合は溝１１内に収容される。溝１１内にはシール部材２０の低圧縮部２２が形成されているため、溝１１内に侵入したモルタルＭは低圧縮部２２によって溝１１内に貯溜される。低圧縮部２２はシール部材２０が低密度で圧縮されているため液体吸収性が高く、モルタルＭを吸収して溝１１内に貯溜することができる。更に、セグメント１０の端面間はシール部材２０の他方（図中下方）の高圧縮部２１によって密閉されているため、低圧縮部２２内のモルタルＭが溝１１から漏出することがない。

また、各セグメント１０によって前記覆工体を構築する際、図６に示すように、トンネル周方向及びトンネル軸方向にそれぞれ並べて配置される複数のセグメント１０のうち、各辺すべての端面にシール部材２０を配置したセグメント１０と、いずれの辺にもシール部材２０を配置していないセグメント１０とをトンネル周方向及びトンネル軸方向にそれぞれ交互に配置する。

このように、本実施形態によれば、セグメント１０の端面に端面の長手方向に延びる溝１１を設けるとともに、溝１１をセグメント１０の厚さ方向の端部が含まれない部分に形成したので、溝１１が閉断面となり、セグメント１０に厚さ方向の荷重が加わった際、セグメント１０の厚さ方向端部においても端面同士の接触面が確保することができる。これにより、従来のように開断面の溝１ａを設けた場合に比べて外圧に対するセグメント１０の突き合わせ部分の強度を低下させることがなく、耐久性の向上を図ることができる。

また、シール部材２０を溝１１及び溝１１以外の部分に配置してセグメント１０の端面間に圧縮状態で介在させることにより、シール部材２０の一部に溝１１内に位置する低圧縮部２２を形成し、シール部材２０の他の部分に溝１１の両側の溝１１以外の部分で圧縮される高圧縮部２１を形成するようにしたので、高圧縮部２１によってモルタルＭの侵入を阻止することができるとともに、低圧縮部２２によって溝１１内にモルタルＭを貯溜することができる。これにより、セグメント１０の端面間を二種類のシール部分によって確実にシールすることができるので、密閉性の向上を図ることができる。

更に、凹部１２の深さ寸法Ａ1 を極めて小さくすることにより（例えば１ｍｍ程度）、セグメント１０の端面間において、溝１１と各凹部１２以外の部分の接触面のみならず、各凹部１２間の高圧縮部２１によってもセグメント１０間の軸力（セグメント１０の端面に垂直な方向の力）を伝達することができ、凹部１２を設けることによるセグメント１０の接合部分の強度低下を極めて小さくすることができる。

また、シール部材２０は液体吸収性を有する弾性部材によって形成されているので、シール部材２０の低圧縮部２２の液体吸収性を高めることができ、低圧縮部２２による溝１１内でのモルタルＭの貯溜効果を高めることができる。

更に、溝１１を断面半円形状に形成したので、セグメント１０の端面間でシール部材２０を圧縮する際、溝１１内にシール部材２０が入り込みやすくすることができ、低圧縮部２２を容易に形成することができる。この場合、図７に示す変形例のように溝１１と溝１１以外の部分（凹部１２）との間部分に面取り部１１ａを形成すれば、溝１１内にシール部材２０がより一層入り込みやすくなり、溝１１内に低圧縮部２２を満遍なく形成することができる。

また、各辺すべての端面にシール部材２０を配置したセグメント１０と、いずれの辺にもシール部材２０を配置していないセグメント１０とをトンネル周方向及びトンネル軸方向に交互に配置するようにしたので、覆工体全体に用いられるセグメント１０のうち半分のセグメント１０のみに予めシール部材２０を装着すればよく、シール部材２０の装着作業を効率よく行うことができる。

尚、前記実施形態では、セグメント１０の端面に凹部１２を設けたものを示したが、図８及び図９に示す他の変形例のように、凹部を設けずにシール部材２０を溝１１及び溝１１以外の部分で圧縮して高圧縮部２１及び低圧縮部２２を形成するようにしてもよい。

図１０乃至図１５は本発明の他の実施形態を示すもので、第１の実施形態と同等の構成部分には同一の符号を付して示す。

即ち、前記第１の実施形態では、溝１１内に低圧縮部２２を形成するようにしたものを示したが、図１０に示す第２の実施形態のように、シール部材２０を自然状態における厚さ方向の寸法Ｂ2 が各溝１１の深さ方向の最大寸法Ａ5 よりも小さくなるように形成することにより、溝１１内にシール部材２０の非圧縮部２３を形成するようにしてもよい。この場合、シール部材２０の寸法Ｂ2 が各溝１１の寸法Ａ5 よりも小さい分、溝１１内にシール部材２０の存在しない空隙部１１ｂが形成されるので、空隙部１１ｂ内にもモルタルＭを貯溜することができ、溝１１内でのモルタルＭの貯溜効果を高めることができる。

また、図１１に示す第３の実施形態のように、前記断面半円形状の溝１１に代えて、断面三角形状の溝１３を設けるようにしてもよい。本実施形態では、セグメント１０の端面間でシール部材２０を圧縮する際、断面三角形状の溝１３の角部まではシール部材２０が入り込みにくいため、溝１３の角部付近と低圧縮部２２との間に空隙部１３ａを形成しやすくなる。これにより、シール部材２０を自然状態における厚さ方向の寸法Ｂ2 が大きくなるように形成しても溝１３内に空隙部１３ａを形成することができるので、圧縮率の高い高圧縮部２１を形成し且つ空隙部１３ａも形成することができるという利点がある。

図１２乃至図１４に示す第４の実施形態は、前記断面半円形状の溝１１に代えて、シール部材を係合可能な形状の溝１４を設け、断面円形状のシール部材３０を溝１４に係合するようにしたものである。溝１４は開口部の幅寸法が内径寸法よりも小さい断面略円形状に形成されており、図１３に示すようにシール部材３０の一部を一方のセグメント１０の溝１４に押し込むことにより、シール部材３０が溝１４に係合して一方のセグメント１０の端面に保持される。この状態で一方のセグメント１０の端面に他方のセグメント１０の端面を突き合わせると、他方のセグメント１０の溝１４にシール部材３０の他の一部が圧入し、図１４に示すように凹部１２間に高圧縮部３１が形成され、溝１４内に低圧縮部３２が形成される。

これにより、本実施形態では、シール部材３０の一部をセグメント１０の溝１４に押し込むことによりシール部材３０をセグメント１０に保持することができるので、シール部材３０をセグメント１０に接着剤や粘着テープを用いて貼り付ける必要がなく、シール部材３０の装着作業を容易に行うことができる。この場合、図１６に示す変形例のように溝１４と溝１４以外の部分（凹部１２）との間部分に面取り部１４ａを形成すれば、溝１４内にシール部材２０をより一層入り込みやすくすることができる。

尚、前記実施形態では、トンネルの覆工体の外周側に充填されるモルタルＭの侵入を防止するためのシール構造を示したが、モルタルＭのみならず湧水等の水の侵入を防止することも可能です。

また、前記実施形態では、溝を断面半円形状、断面三角形状、断面略円形状に形成したものを示したが、断面四角形状、断面台形状等、溝を他の形状に形成するようにしてもよい。

更に、前記実施形態では、本発明をトンネルの覆工体に用いたものを示したが、例えば擁壁、地中壁等、複数のコンクリート部材を継ぎ合わせて構築されるものであれば、他のコンクリート構造物にも本発明を適用することができる。

１０…セグメント、１１…溝、１２…凹部、１３，１４…溝、２０…シール部材、２１…高圧縮部、２２…低圧縮部、２３…非圧縮部、３０…シール部材、３１…高圧縮部、３２…低圧縮部。

Claims

複数の板状のコンクリート部材を互いに端面同士が対向するように突き合わせて配置してなるコンクリート構造物に用いられ、コンクリート部材の端面間に弾性変形可能なシール部材を介在させたコンクリート構造物のシール構造において、
前記コンクリート部材の端面に端面の長手方向に延びる溝を設けるとともに、
溝をコンクリート部材の厚さ方向の端部が含まれない部分に形成し、
前記シール部材を、コンクリート部材の端面に接する面が溝以外の部分のみに接するように溝及び溝以外の部分に亘って配置してコンクリート部材の端面間に圧縮状態で介在させることにより、シール部材の一部に溝内に位置する低圧縮部または非圧縮部を形成し、シール部材の他の部分に溝以外の部分で圧縮される高圧縮部を形成した
ことを特徴とするコンクリート構造物のシール構造。
前記溝を断面半円形状に形成した
ことを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物のシール構造。
前記溝を断面三角形状に形成した
ことを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物のシール構造。
複数の板状のコンクリート部材を互いに端面同士が対向するように突き合わせて配置してなるコンクリート構造物に用いられ、コンクリート部材の端面間に弾性変形可能なシール部材を介在させたコンクリート構造物のシール構造において、
前記コンクリート部材の端面に端面の長手方向に延びる溝を設けるとともに、
溝をコンクリート部材の厚さ方向の端部が含まれない部分に形成するとともに、溝の開口部の幅寸法が内側の寸法よりも小さい断面形状になるように形成し、
前記シール部材の一部を弾性変形させながら溝に係合するとともに、シール部材を溝及び溝以外の部分に亘って配置してコンクリート部材の端面間に圧縮状態で介在させることにより、シール部材の一部に溝内に位置する低圧縮部または非圧縮部を形成し、シール部材の他の部分に溝以外の部分で圧縮される高圧縮部を形成した
ことを特徴とするコンクリート構造物のシール構造。
前記シール部材は液体吸収性を有する弾性部材からなる
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載のコンクリート構造物のシール構造。
所定方向及びこれに直交する他の所定方向にそれぞれ並べて配置されるコンクリート部材のうち、各辺すべての端面に前記シール部材を配置したコンクリート部材と、各辺のいずれの端面にも前記シール部材を配置していないコンクリート部材とを前記各所定方向にそれぞれ交互に配置した
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載のコンクリート構造物のシール構造。