JPH08218791A - シールドトンネルの可撓性セグメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内水圧の変化をバネ変形によってすべて吸収
できるものとしたので、常時水圧に対するゴム材料の張
力発生の抑制を行うことができ、止水機能のみを期待
し、繰り返し荷重に対しても劣化を起こさないものとす
ることができ、また、荷重に対して変形が比例して生じ
るバネを用いることで、地震時に急激に内水圧が上昇す
ることを防ぐことができる。 【構成】 内側への変位を吸収するバネ16を有する圧受
プレート15を設け、この圧受プレート15の外側部分を初
期形状をシールドトンネル軸方向および横断方向（内方
向）に伸長可能な波形にした止水ゴム材19で閉塞し、か
つこの止水ゴム材19を圧受プレート15に当接しておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールドトンネルの可
撓性セグメントに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シールドトンネルの可撓性セグメント
は、シールド軸方向（伸縮）及びシールド軸直交方向
（せん断変形）の可撓性を備えたセグメントであり、一
般にその可撓部にはゴム材料が用いられる。

【０００３】そして、可撓性セグメント１はその特性で
ある伸縮・せん断変形の吸収機能を利用しようとするも
のであり、図４に示すように上部に盛土２などがあり、
周囲が未圧密層３であるようなトンネルの不同沈下の発
生が予測される地点、図５に示すように洪積層４と沖積
層５との境界など地震時に地盤変形が急変する地層境界
部、図６に示すように地震時の変形モードが急変する立
坑６とトンネルとの接続部などの場所に用いられる。図
５や図６の場合は耐震設計上の理由による。

【０００４】現在、一般に用いられている可撓性セグメ
ントの可撓構造は、図７に示すように予想される伸び・
縮み・ずれに対してフリーとなるようなクリアランスを
有するものであり、止水のためにこのクリアランスを閉
塞するには板状のゴム材７を用いる。図中12は地山を示
す。

【０００５】このゴム材７は設置時は波打つようにして
弛みがあり、水圧が多少作用した状態においてもあまり
張力が働かないような工夫がなされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、大深度トンネ
ルでは図８に示すように水圧による張力が常時において
も作用しているため、長期耐久性に対する信頼性に問題
があり、また、図９に示すように地震時など縮み変形が
著しい場合は水圧の上昇に対してゴム材７だけで抵抗す
ることが難しいこともある。

【０００７】このような高水圧下におけるゴム材７の伸
びという問題解決のため、図10に示すように耐力バー８
なる補強材を設ける方法も開発されている。これは耐力
バー８によりゴム材７の変形を拘束しようとするもので
あり、また、耐力バー８自身の変形により圧力を吸収し
ようとするものである。

【０００８】これによりゴム材７の伸び変形を大幅に減
らすことができ、高い水圧下においてもゴム材７の耐久
性が改善されることになる。図11は大深度トンネルで常
時において水圧が作用する状態、図12は地震時など縮み
変形が著しい場合の変形を示す。

【０００９】しかし、この方法では耐力バー８によりゴ
ム材７の変形を押さえたために逆に可撓部の内水圧が増
加するという問題が生じる。特に図11の場合はゴム材７
はそれほど伸びないが、圧力増加（ΔＰ）はかなり大き
い。

【００１０】そこで、図13に示すように耐力バー８のま
わりに内スリーブ９と外スリーブ10との二重スリーブ管
を設け、さらに、これら内外のスリーブ管の間に緩衝ゴ
ム11を挟んだ構造が採用されることもある。

【００１１】これは耐力バー８によって高圧に耐えなが
らも、外スリーブ10や緩衝ゴム11の変形によって内水圧
の緩和を図ろうとするものである。

【００１２】しかし、常時水圧の高い所では、常に緩衝
ゴム11の変形が生じてしまっており、地震時の伸縮によ
る変形を吸収するためには大きな反力を生じてしまう結
果となる。従って、内水圧の緩和効果はあまり無い。

【００１３】本発明の目的は前記従来例の不都合を解消
し、常時水圧に対するゴム材料の張力発生の抑制を行
い、また、地震時内水圧増加の効率的な緩和が可能なシ
ールドトンネルの可撓性セグメントを提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、第１に、内側への変位を吸収するバネを有す
る圧受プレートを設け、この圧受プレートの外側部分を
初期形状をシールドトンネル軸方向およびトンネル横断
方向（内方向）に伸長可能な波形にした止水ゴム材で閉
塞し、かつこの止水ゴム材を圧受プレートに当接してお
くこと、第２に、圧受プレートには、その内側に位置す
る可動耐力プレートに先端が貫通係止するプレロード用
リベットを設け、このプレロード用リベットによりバネ
の変形を一定圧以上の時に規制すること、第３に、止水
ゴム材は２次止水ゴムであり、その外側ではスキンプレ
ート端同士は、カバープレートと一次止水ゴムで閉塞し
て接合することを要旨とするものである。

【００１５】

【作用】請求項１記載の本発明によれば、内水圧の変化
をバネ変形によってすべて吸収できるものとし、止水ゴ
ム材にはほとんど張力を生じない構造とすることができ
る。また、このように荷重に対して変形が比例して生じ
るバネを用いることで地震時に急激に内水圧が上昇する
ことを防ぐことができる。

【００１６】請求項２記載の本発明によれば、前記作用
に加えて、プレロード用リベットにより常時水圧による
変形に相当する分だけ前もってバネに変形を与えておく
ことになる。その結果、地震時に変形が生じた場合のみ
バネに変位が生じるように規制でき、これにより、特に
高水圧下において、常時の変形をかなり小さく押さえら
れるため可撓構造の小型化にも有利となる。

【００１７】請求項３記載の本発明によれば、過去に生
じた変形によって一次止水ゴムおよびカバープレートが
破壊された時のみ、受圧プレート等が作用することにな
り、可撓構造を必要としない変形が生じる前の状態では
余分な負担をかけることを防止できる。

【００１８】

【実施例】以下、図面について本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は本発明のシールドトンネルの可撓性セ
グメントの１実施例を示す要部の縦断側面図、図２はそ
の配置状態と示す説明図である。

【００１９】図中13はスキンプレート、14がこのスキン
プレート13と直交方向の主桁であり、セグメント相互間
ではスキンプレート13の端部同士は近接させ、その内側
の空間部に圧受プレート15を設けるが、この圧受プレー
ト15は内側への変位を吸収する変形吸収スプリングとし
てのバネ16で支承する。

【００２０】本実施例では圧受プレート15の内側に、主
桁14同士にこの主桁14に設けたルーズホールを介して掛
け渡す可動耐力プレート17を配設し、前記バネ16はこの
可動耐力プレート17から適宜間隔で並列させて立設する
ものとする。この可動耐力プレート17は端部に抜け出し
防止用のフランジ17ａを形成する。

【００２１】また、圧受プレート15には内側に向けてプ
レロード用リベット18を適宜間隔で設け、このプレロー
ド用リベット18の先端を可動耐力プレート17に貫通突出
させ、さらに突出端をストッパー作用を発揮させてと外
側への変形を規制するために膨大端の係止部として、こ
のプレロード用リベット18によりバネ16の作用を一定圧
以上の時に規制するようにした。

【００２２】さらに、前記圧受プレート15の外側部分
は、端部を主桁14にボルト止めして初期形状をシールド
トンネル軸方向およびトンネル横断方向（内方向）に伸
長可能な波形にした二次止水ゴム材19で閉塞する。

【００２３】この二次止水ゴム材19は圧受プレート15に
当接しておくが、主桁14の側部には圧受プレート15の端
部に近接させて、二次止水ゴム材19の貫入防止パイプ20
を取り付けておく。また、圧受プレート15の縁端部、二
次止水ゴム材19の当接面は曲線加工を施し、二次止水ゴ
ム19の損傷防止措置を講じる。

【００２４】前記スキンプレート13の端同士は、その外
側部分にカバープレート21を掛け渡して閉塞し、さらに
スキンプレート13端同士の隙間部に一次止水ゴム22を設
置する。図中23はこの一次止水ゴム22をスキンプレート
13との間に挟み込んで止める押え板である。

【００２５】このようにして過去に生じた変形によって
一次止水ゴム22およびカバープレート21が破壊される
と、スキンプレート13と二次止水ゴム材19の間に水が入
り込む状態となる。

【００２６】この状態において、地震による縮みが瞬間
的に生じると入り込んだ水は外へ逃げられず、変形によ
る圧力増加が生じる。

【００２７】この圧力増加をバネ16を有する圧受プレー
ト15の内側への変位により吸収しようとするものである
が、この時の変位はバネ16のバネ定数（かたさ）によっ
て支配され、このバネ16の変形により内水圧の急激な増
加を生じさせることなく、一定体積を保持することが可
能となる。

【００２８】バネ16により図３に示すように荷重と変形
の関係が直線的であり、荷重の大小にかかわらず一定の
割合で増加する圧力を吸収することができ、非常に効果
的である。また、繰返し起こる変形にも瞬時に反応し、
繰返しによる劣化も起こりにくい。図３に前記従来例に
おける緩衝ゴム11の場合も示すが、これは非線形であ
る。

【００２９】一方、二次止水ゴム材19については、ゴム
の初期形状を波形にすることで、バネ16の変位に伴う体
積変化によってゴムに引張力が生じることを防ぎ、本来
の目的である止水機能のみを期待し、繰り返し荷重に対
しても劣化を起こさないものとなる。

【００３０】なお、ゴムの波形状に関し、従来はシール
ドトンネル軸方向に伸縮に対応可能とするものであった
が、本発明においてはこれに加えトンネル内方向への伸
縮にも対応し得るものとなっている。

【００３１】また、常時水圧程度までの変位をバネ16に
与えておくことにより、地震時の変形が生じた場合のみ
バネ16に変位が生じる構造にすることができ、これによ
り、特に高水圧下において、変形をかなり小さく押さえ
られるため、可撓構造の小型化にも有利となる。

【００３２】以上、シールドトンネルの可撓性セグメン
トとして説明したが、止水ゴム、圧受プレート、バネ、
可動耐力プレートを構造系とし、止水ゴム張力発生防止
と地震時内水圧の軽減を目的とするその他土中構造物の
可撓性ジョイントとしても応用なものである。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明のシールドトン
ネルの可撓性セグメントは、内水圧の変化をバネ変形に
よってすべて吸収できるものとしたので、常時水圧に対
するゴム材料の張力発生の抑制を行うことができ、止水
機能のみを期待し、繰り返し荷重に対しても劣化を起こ
さないものとすることができるものである。

【００３４】また、荷重に対して変形が比例して生じる
バネを用いることで、地震時に急激に内水圧が上昇する
ことを防ぐことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシールドトンネルの可撓性セグメント
の１実施例を示す要部の縦断側面図である。

【図２】本発明のシールドトンネルの可撓性セグメント
の配置状態を示す説明図である。

【図３】圧力変化に対応するバネと緩衝ゴムのそれぞれ
の変位の性質を示すグラフである。

【図４】可撓性セグメントを必要とするトンネルの第１
例を示す側面図である。

【図５】可撓性セグメントを必要とするトンネルの第２
例を示す側面図である。

【図６】可撓性セグメントを必要とするトンネルの第３
例を示す側面図である。

【図７】従来の可撓性セグメントの１例を示す設置時の
説明図である。

【図８】従来の可撓性セグメントの１例を示す常時の説
明図である。

【図９】従来の可撓性セグメントの１例を示す地震時の
説明図である。

【図１０】従来の可撓性セグメントの他例を示す設置時
の説明図である。

【図１１】従来の可撓性セグメントの他例を示す常時の
説明図である。

【図１２】従来の可撓性セグメントの他例を示す地震時
の説明図である。

【図１３】従来の可撓性セグメントの他例で、改良した
耐力バーの縦断側面図である。

【符号の説明】

１…可撓性セグメント ２…盛土 ３…未圧密層 ４…洪積層 ５…沖積層 ６…立坑 ７…ゴム材 ８…耐力バー ９…内スリーブ 10…外スリーブ 11…緩衝ゴム 12…地山 13…スキンプレート 14…主桁 15…圧受プレート 16…バネ 17…可動耐力プレート 17ａ…フランジ 18…プレロード用リベット 19…止水ゴム材 20…貫入防止パイプ 21…カバープレ
ート 22…一次止水ゴム 23…押え板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内側への変位を吸収するバネを有する圧
   受プレートを設け、この圧受プレートの外側部分を初期
   形状をシールドトンネル軸方向およびトンネル横断方向
   に伸長可能な波形にした止水ゴム材で閉塞し、かつこの
   止水ゴム材を圧受プレートに当接しておくことを特徴と
   するシールドトンネルの可撓性セグメント。
2. 【請求項２】 圧受プレートには、その内側に位置する
   可動耐力プレートに先端が貫通係止するプレロード用リ
   ベットを設け、このプレロード用リベットによりバネの
   変形を一定圧以上の時に規制する請求項１記載のシール
   ドトンネルの可撓性セグメント。
3. 【請求項３】 止水ゴム材は２次止水ゴムであり、その
   外側ではスキンプレート端同士は、カバープレートと一
   次止水ゴムで閉塞して接合する請求項１または請求項２
   記載のシールドトンネルの可撓性セグメント。