(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状に形成された一対の枠セグメントの間にゴムブロックを介装した複数個の可撓性セグメントをトンネル周方向に連結して環状支持体を構成する可撓性セグメントの接合構造において、前記ゴムブロックのトンネル周方向の接合面に対角線方向に延長しながら交差する突条を配置した可撓性セグメントの接合構造。
【請求項２】
前記突条を前記ゴムブロックの接合面に一体に形成した請求項１に記載の可撓性セグメントの接合構造。
【請求項３】
前記突条を前記ゴムブロックとは別体に形成した請求項１に記載の可撓性セグメントの接合構造。
【請求項４】
円弧状に形成された一対の枠セグメントの間にゴムブロックを介装した複数個の可撓性セグメントをトンネル周方向に連結して環状支持体を構成する可撓性セグメントの接合構造において、少なくとも一方の端部を前記ゴムブロックに挿入したステープル状連結具を介して隣り合う可撓性セグメントを互いに結合させた可撓性セグメントの接合構造。
【請求項５】
前記ステープル状連結具を高弾性材料から構成し、該ステープル状連結具の両端を広げた状態で隣り合う可撓性セグメントに装着し、該ステープル状連結具の復元力に基づいて隣り合うゴムブロックの接触面圧を増加させた請求項４に記載の可撓性セグメントの接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの環状支持体を構成する可撓性セグメントの接合構造に関し、さらに詳しくは、トンネル周方向の接合部での止水性を向上するようにした可撓性セグメントの接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トンネルの掘削作業においては、シールド掘進機によってトンネルを掘り進む際に、トンネル内面に沿って複数個のセグメントからなる環状支持体をトンネル掘進方向に順次組み立てて行くことによりトンネル内面を支持するようにしている。
【０００３】
また、トンネルは周辺地盤が不等沈下や地震動などによって変動する際に、その変形に追従して変位する必要がある。そのため、トンネルの大きな変位が想定される部位には可撓性セグメントからなる環状支持体を挿入し、これら可撓性セグメントによってトンネルの捻じれや剪断変形等の変位を吸収するようにしている。
【０００４】
上記可撓性セグメントは一対の鋼製の枠セグメントの間にゴムブロックを介装し、該ゴムブロックを枠セグメントに対して加硫接着やボルト締めなどの手段で密着させた構造になっている。
【０００５】
このように構成される可撓性セグメントは、ゴムブロックの変形によりトンネルの変位を吸収可能であるものの、ゴムブロックが大きく変形するとトンネル周方向の接合面における面圧が低下するため、たとえ接合面に止水材を介在させたとしても漏水を生じる虞がある。そのため、従来の可撓性セグメントではゴムブロックの接合面にトンネル周方向に突出する凸部を形成したり、或いは施工前にゴムブロックを枠セグメント間で圧縮状態にすることでゴムブロックの接合面をトンネル周方向に膨出させている。
【０００６】
しかしながら、上述のようにゴムブロックの接合面を単に突出させたのでは依然として止水効果の著しい向上はできなかった。また、ゴムブロック接合面の突出量を大きくすれば止水性を向上することが可能であるものの、この突出量を大きくすると施工時にゴムブロックの接合面や該接合面に配置した止水材を損傷しやすくなり、しかも環状支持体を完成するための最後の可撓性セグメントを挿入する際に接合面の凸部が干渉することにより施工作業が困難になってしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、トンネル周方向のセグメント接合部での止水性を向上することを可能にした可撓性セグメントの接合構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の可撓性セグメントの接合構造は、円弧状に形成された一対の枠セグメントの間にゴムブロックを介装した複数個の可撓性セグメントをトンネル周方向に連結して環状支持体を構成する可撓性セグメントの接合構造において、前記ゴムブロックのトンネル周方向の接合面に対角線方向に延長しながら交差する突条を配置したことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明者等は、枠セグメント間のゴムブロックに剪断変形を与えた状態でトンネル周方向の接合面における面圧分布をＦＥＭ解析により求めたところ、ゴムブロックの接合面の対角部に面圧低下を生じ易く、その対角線に沿って漏水し易いことを知見した。
【００１０】
そこで、上述のようにゴムブロックのトンネル周方向の接合面に対角線方向に延長しながら交差する突条を配置することにより、トンネル周方向のセグメント接合部での止水性を大幅に向上することができる。また、前記突条は接合面における面圧低下を効果的に補うので、その突出量を小さくし、可撓性セグメントの施工作業を簡単に行うことが可能になる。
【００１１】
一方、本発明の他の可撓性セグメントの接合構造は、円弧状に形成された一対の枠セグメントの間にゴムブロックを介装した複数個の可撓性セグメントをトンネル周方向に連結して環状支持体を構成する可撓性セグメントの接合構造において、少なくとも一方の端部を前記ゴムブロックに挿入したステープル状連結具を介して隣り合う可撓性セグメントを互いに結合させたことを特徴とするものである。
【００１２】
このように少なくとも一端をゴムブロックに挿入したステープル状連結具を介して隣り合う可撓性セグメントを互いに結合させることにより、隣り合うゴムブロックの接触面圧を増加させるので、トンネル周方向のセグメント接合部での止水性を大幅に向上することができる。また、ステープル状連結具によりゴムブロックの接触面圧を増加させるので、施工時における接合面の突出量を小さくし、可撓性セグメントの施工作業を簡単に行うことが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は環状支持体を設けたトンネル構造を例示するものである。図１に示すように、トンネルの掘削作業においては、シールド堀進機によってトンネルを掘り進む際に、トンネル内面に沿って複数個の剛性セグメントＳ’からなる環状支持体Ｒ’をトンネル堀進方向に順次組み立てて行くことによりトンネル内面を支持する。そして、トンネルの大きな変位が想定される部位には、トンネル内面に沿って可撓性セグメントＳからなる環状支持体Ｒを挿入し、これら可撓性セグメントＳによってトンネルの捻じれや剪断変形等の変位を吸収する。
【００１５】
図２は可撓性セグメントを例示するものである。図２に示すように、可撓性セグメントＳは、円弧状に形成された一対の鋼製の枠セグメント１，１の間にゴムブロック２を介装し、該ゴムブロック２を枠セグメント１に対して加硫接着やボルト締めなどの手段で密着させた構造になっている。枠セグメント１は内側板１ａ及び外側板１ｂを有し、これら内側板１ａと外側板１ｂとの間に複数枚の桁板１ｃが設けられている。
【００１６】
また、可撓性セグメントＳには枠セグメント１の内側板１ａとゴムブロック２を貫通しながらトンネル軸方向に延長する複数本の推力ロッド３が設けられている。この推力ロッド３の端部と枠セグメント１の外側板１ｂとの間にロッド受け部材４を挿入することにより、これら推力ロッド３がシールド堀進機の推力を支持するようになっている。一方、ロッド受け部材４の非装着状態においては、枠セグメント１，１の相互間隔が可変となる。また、推力ロッド３にはナット５が外挿され、該ナット５を推力ロッド３の外周面に設けた雄ねじ部に締め付けることにより、枠セグメント１，１の相互間隔を狭めてゴムブロック２を圧縮状態に保持するようになっている。
【００１７】
図３（ａ），（ｂ）は本発明の第１実施形態からなる可撓性セグメントの連結構造を示すものである。本実施形態において、図１及び図２と同一物には同一符号を付してその部分の詳細な説明は省略する。
【００１８】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、ゴムブロック２のトンネル周方向の接合面には対角線方向に延長しながら交差する突条６が一体に形成されている。この突条６はゴムブロック２の一方の接合面に設けても良く、或いは両方の接合面に設けても良い。即ち、隣り合う可撓性セグメントＳ，Ｓの連結構造において、ゴムブロック２，２間に少なくとも１つの十字状の突条６が存在していれば良い。
【００１９】
また、図４（ａ），（ｂ）に示すように、突条６をゴムブロック２とは別体で形成しても良い。この場合、突条６は必ずしもゴム組成物から構成する必要はなく、吸水性樹脂等からなる止水材から構成しても良い。突条６をゴムブロック２とは別体にする場合、ゴムブロック２の接合面に突条６の平面形状に一致し、かつ突条６の高さよりも浅い凹部を設け、この凹部に突条６を嵌め込むようにすると良い。このように突条６をゴムブロック２の接合面に嵌め込むことにより、ゴムブロック２とは別体の突条６を用いても可撓性セグメントＳの施工作業性を阻害することはない。
【００２０】
更に、突条６はゴムブロック２の接合面の一方の対角線に沿って延長する部分と他方の対角線に沿って延長する部分とに分割して構成しても良い。この場合も、突条６の分割片をゴムブロック２に対して一体に形成しても良く、或いはゴムブロック２とは別体で形成しても良い。
【００２１】
突条６の断面形状は特に限定されるものではなく、種々の形状にすることができる。例えば、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、突条６の断面形状を三角形、台形、長方形、或いは長方形の上面を滑らかにした蒲鉾形状などにすることが可能である。
【００２２】
図６はゴムブロック２の接合面に突条６を設けていない場合において、枠セグメント１，１間のゴムブロック２に剪断変形を与えたときのトンネル周方向の接合面における面圧分布をＦＥＭ解析により求めた結果を示すものである。但し、図において、ドットが濃いほど圧力が高いことを示す。この図６から判るように、剪断変形時にはゴムブロック２の接合面の対角部において面圧低下を生じるため、対角線Ｘに沿って漏水し易い。また、図とは逆方向の剪断変形を与えた場合には対角線Ｘに交差する対角線に沿って漏水し易くなる。
【００２３】
上記実施形態からなる可撓性セグメントの接合構造では、ゴムブロック２のトンネル周方向の接合面に対角線方向に延長しながら交差する突条６を配置することにより、突条６が接合面における面圧低下を効果的に補うので、可撓性セグメントＳのトンネル周方向の接合部での止水性を従来に比べて向上することができる。
【００２４】
また、突条６は接合面における面圧低下を効果的に補うので、その突出量を小さくすることができる。そのため、環状支持体Ｒを完成するための最後の可撓性セグメントＳを挿入する際に接合面の突条６が殆ど干渉しないので、可撓性セグメントＳの施工作業を簡単に行うことができる。この突条６の接合面からの高さは３〜２０ｍｍの範囲にすることが好ましい。この高さが３ｍｍ未満であると止水性の向上効果が不十分になり、逆に２０ｍｍを超えると施工作業が困難になる。
【００２５】
図７は本発明の第２実施形態からなる可撓性セグメントの連結構造を示すものである。本実施形態において、図１及び図２と同一物には同一符号を付してその部分の詳細な説明は省略する。
【００２６】
図７に示すように、ゴムブロック２のトンネル周方向の端部にはそれぞれ複数のステープル挿入孔７が設けられている。これらステープル挿入孔７に挿入するためのステープル状連結具８としては、図９（ａ）〜（ｄ）に示すようなものを用いることができる。即ち、ステープル状連結具８は中間部８ａに対して両端部８ｂ，８ｂを同一方向に屈曲させた構造になっている。このステープル状連結具８の材料としては、ゴムブロック２よりも弾性率が高い鋼線等の高弾性材料を使用することができる。中間部８ａは種々の形状に成形可能であり、その形状に基づいてステープル状連結具８の弾性力を任意に設定することが可能である。
【００２７】
施工前において、ゴムブロック２は未圧縮状態になっている。このゴムブロック２は施工前の厚さがＴ1 であり、しかも未圧縮状態ではトンネル周方向の接合面が可撓性セグメントＳの端面から突出しないように設計されている。
【００２８】
可撓性セグメントＳを施工する場合、先ず、図７に示すように、ゴムブロック２を未圧縮状態にしたまま可撓性セグメントＳをトンネル周方向に連結して環状支持体Ｒを形成する。次いで、図８に示すように、ナット５の締付によりゴムブロック２を圧縮状態にし、その厚さをＴ2 とする。このとき、隣り合うゴムブロック２，２の接合面における圧力は上昇するものの、施工後にトンネルが大きく変位してトンネル軸方向に引張力が作用した場合、その引張力に抵抗することができない。
【００２９】
そこで、ステープル状連結具８を用いて隣り合う可撓性セグメントＳ，Ｓを互いに結合し、隣り合うゴムブロック２，２の密着性を予め補強しておく。この補強は図１０〜図１２のような種々の形態で行うことができる。図１０において、ステープル状連結具８は両端部８ｂ，８ｂがそれぞれ隣り合うゴムブロック２，２に挿入されている。図１１において、ステープル状連結具８は一方の端部８ｂがゴムブロック２に挿入され、他方の端部８ｂが枠セグメント１に取り付けられている。
【００３０】
図１２において、ステープル状連結具８は一方の端部８ｂがゴムブロック２に挿入され、他方の端部８ｂが枠セグメント１に取り付けられており、しかも隣り合う可撓性セグメントＳ，Ｓ間でステープル状連結具８がたすき掛けされている。このように隣り合う可撓性セグメントＳ，Ｓをステープル状連結具８を介して結合させる場合、ステープル状連結具８の少なくとも一方の端部８ｂをゴムブロック２に挿入してあれば良い。
【００３１】
高弾性材料からなるステープル状連結具８の装着において、ステープル状連結具８の両端部８ｂ，８ｂを広げた状態で隣り合う可撓性セグメントＳ，Ｓに装着し、このステープル状連結具８の復元力に基づいて隣り合うゴムブロック２，２の接触面圧を増加させることが好ましい。このように高弾性材料からなるステープル状連結具８の復元力を利用することにより、隣り合うゴムブロック２，２の接触面圧を更に向上することができる。
【００３２】
なお、図１に示すトンネル掘削作業において、剛性セグメントＳ’からなる環状支持体Ｒ’の間に可撓性セグメントＳからなる環状支持体Ｒを組み立て、シールド堀進機の推力が可撓性セグメントＳに伝達されない程度に安定してから、圧縮状態のゴムブロック２の伸び変形を許容するように推力ロッド３のナット５を緩めて施工を完了する。施工後、ゴムブロック２は所定の圧縮量を保持し、トンネルに変位が生じた際にその変位を吸収するように伸長する。
【００３３】
上記実施形態からなる可撓性セグメントの連結構造では、少なくとも一方の端部８ｂをゴムブロック２に挿入したステープル状連結具８を介して隣り合う可撓性セグメントＳ，Ｓを互いに結合させることにより、隣り合うゴムブロック２，２の接触面圧を増加させるので、可撓性セグメントＳのトンネル周方向の接合部での止水性を従来に比べて向上することができる。特に、施工後に地震等によりトンネル軸方向の引張力が作用しても、ステープル状連結具８の復元力により上記引張力に抗することができる。しかも、ゴムブロック２の面圧はステープル状連結具８の機械的作用により得られているので、時間経過に伴う面圧分布変化が極めて少ない。
【００３４】
また、ステープル状連結具８によりゴムブロック２の接触面圧を増加させるので、ゴムブロック２の接合面に凸部を設けたり、施工時にゴムブロック２を圧縮状態にしてその接合面をトンネル周方向に膨出させる必要がない。そのため、環状支持体Ｒを完成するための最後の可撓性セグメントＳを簡単に挿入することができる。しかも、可撓性セグメントＳの挿入に際してゴムブロック２の接合面が擦れないので、その接合面に配置した止水材が施工時に剥離することはない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、円弧状に形成された一対の枠セグメントの間にゴムブロックを介装した複数個の可撓性セグメントをトンネル周方向に連結して環状支持体を構成する可撓性セグメントの接合構造において、前記ゴムブロックのトンネル周方向の接合面に対角線方向に延長しながら交差する突条を配置し、或いはステープル状連結具を介して隣り合う可撓性セグメントを互いに結合させたことにより、トンネル周方向のセグメント接合部での止水性を向上することができる。
また、本発明によれば施工時におけるゴムブロック接合面の突出量を小さくし、可撓性セグメントの施工作業を簡単に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】環状支持体を設けたトンネル構造を例示する一部切欠き斜視図である。
【図２】可撓性セグメントを例示する斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態からなる可撓性セグメントの連結構造を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の第１実施形態からなる可撓性セグメントの連結構造の変形例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に用いる突条を示し、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ断面図である。
【図６】ゴムブロックの接合面に突条を設けていない場合に、ゴムブロックに剪断変形を与えたときのトンネル周方向の接合面における面圧分布をＦＥＭ解析により求めた結果を示す圧力分布図である。
【図７】本発明の第２実施形態からなる可撓性セグメントの連結構造（施工前）を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態からなる可撓性セグメントの連結構造（施工後）を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に用いる各種のステープル状連結具を示し、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施形態からなる可撓性セグメントの連結構造（補強後）を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態からなる可撓性セグメントの連結構造（補強後）の変形例を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態からなる可撓性セグメントの連結構造（補強後）の更なる変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  枠セグメント
２  ゴムブロック
３  推力ロッド
４  ロッド受け部材
５  ナット
６  突条
７  ステープル挿入孔
８  ステープル状連結具
Ｓ  可撓性セグメント
Ｒ  環状支持体
【図１】
0003980222.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003980222.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003980222.tif 000009
【図９】
0003980222.tif 000010
【図１０】
0003980222.tif 000011
【図１１】
0003980222.tif 000012
【図１２】
0003980222.tif 000013