(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
到達側の立坑の覆工体を貫通したシールド掘進機の外殻と前記覆工体との間隙を止水する装置であって、
前記外殻が貫通する部分の外周に位置して前記覆工体に密封的に取り付けられ前記外殻が通過可能な開口部を有するフランジ板と、
少なくとも内周側が円周方向に分割されると共に外周側が前記フランジ板の開口部に密封的に取り付けられ前記内周側が前記外殻の外周面に弾性的に密接可能な止水金属板と、
この止水金属板の外側に配置されて外周部が前記フランジ板に密封的に取り付けられ内周縁が前記外殻の外周面に弾性的に密接可能なエラストマー製パッキンとを備え、前記止水金属板の分割部が、パッキン除去後に互いに溶接されることを特徴とする立坑のトンネル坑口止水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法において構築される立坑と、この立坑に到達してその覆工体を貫通したシールド掘進機の外殻との間を止水する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法による上下水道や地下鉄等の地下管路の建設工事においては、シールド掘進機を発進側の立坑から到達側の立坑へ向けて掘進させる。シールド掘進機は、到達側の立坑に到達する際にこの立坑の覆工体を貫通するため、その貫通部（トンネル坑口）から立坑内へ大量の地下水や土砂が流出するのを防止するために、止水手段を講じる必要がある。
【０００３】
図８は、従来のトンネル坑口の止水手段を示すものである。すなわち同図（Ａ）に示されるように、まずシールド掘進機１０１が到達側立坑（以下、単に立坑と略称する）１０２の側面に到達したら、（Ｂ）に示されるように、立坑１０２の覆工体１０３の内面に、シールド掘進機１０１が貫通する部分、すなわちトンネル坑口となる部分を取り囲むように無筋コンクリート１０４を打設し、その端面に、無筋コンクリート１０４の内周側へ突出したゴムパッキン１０５を取り付ける。その後、（Ｃ）に示されるように、シールド掘進機１０１が覆工体１０３を貫通し、前記無筋コンクリート１０４の内周を通って立坑１０２内へ進入すると、前記ゴムパッキン１０５の内周縁がこのシールド掘進機１０１の外殻に密接され、立坑１０２内への地盤Ｇ内の地下水や土砂の流入が防止される。
【０００４】
その後、立坑１０２内には鉄筋コンクリートによって人孔構造物（図示省略）等が構築されるが、コンクリート中にゴムパッキン１０５や無筋コンクリート１０４が残存すると、その部分で前記人孔構造物の強度に問題を生じることになるため、人孔構造物の構築に際しては、図８（Ｄ）（Ｅ）に示されるようにゴムパッキン１０５や無筋コンクリート１０４を撤去する。ところが、地盤Ｇの状況によっては、ゴムパッキン１０５を撤去した時に大量の地下水Ｗや土砂が立坑１０２内に流入してしまうといった事故が発生するおそれがあり、作業の安全性に問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題とするところは、シールド掘進機が立坑内に到達した後、ゴムパッキンを除去して立坑内にコンクリート構造物を構築する際の出水事故を防止することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明は、到達側の立坑の覆工体を貫通したシールド掘進機の外殻と前記覆工体との間隙を止水する装置であって、前記外殻が貫通する部分の外周に位置して前記覆工体に密封的に取り付けられ前記外殻が通過可能な開口部を有するフランジ板と、少なくとも内周側が円周方向に分割されると共に外周側が前記フランジ板の開口部に密封的に取り付けられ前記内周側が前記外殻の外周面に弾性的に密接可能な止水金属板と、この止水金属板の外側に配置されて外周部が前記フランジ板に密封的に取り付けられ内周縁が前記外殻の外周面に弾性的に密接可能なエラストマー製パッキンとを備え、前記止水金属板の分割部は、パッキン除去後に互いに溶接される。
【０００７】
本発明において、フランジ板の開口部に取り付けられたエラストマー製パッキンは、従来と同様、立坑の覆工体をシールド掘進機が貫通した時に、その外殻に密接されることによって、立坑内への地下水や土砂の流入を防止するものである。また、止水金属板は、内周側が円周方向に分割されていることによって、前記外殻に密接するのに必要な適当な弾性を有し、立坑内にコンクリート構造物を構築するために前記パッキンを除去した時に互いに溶接されることによって、信頼性の高い止水性を発揮する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１乃至図６は、本発明の一実施形態を示すものである。まず図１は、地中を掘進して来たシールド掘進機１が、到達側立坑２内に到達してその円筒状覆工体３を貫通した状況を概略的に示している。このシールド掘進機１の外殻１１と、前記覆工体３との間には本発明の止水装置５が設けられ、覆工体３の周囲の地盤から地下水や土砂が立坑２内へ流入するのを防止している。
【０００９】
シールド掘進機１は、よく知られているように、略円筒形の外殻１１の掘進方向前端（正面）で、カッタフェイス１２を回転させて地盤を掘削しながら推進し、これによって発生した掘削土を、後方へ搬送して図示されていない発進側立坑から地上へ排出し、外殻１１の後端で、掘削された坑内壁に多数のセグメント４ａを組み立てて土圧に耐えるための一次覆工４を施しながら、シールドトンネルを構築して行くものである。
【００１０】
止水装置５は、図２及び図３に一層明確に示されるように、シールド掘進機１の外殻１１が通過可能な開口部５１ａを有するフランジ鉄板５１と、外周部がこのフランジ鉄板５１の開口部５１ａの周縁部に円周方向に並んだ状態で取り付けられる多数の止水鉄板５２と、この止水鉄板５２と共に前記開口部５１ａの周縁部に取り付けられる環状のパッキン５３及び多数の板ばね５４と、前記止水鉄板５２、パッキン５３及び板ばね５４を前記フランジ鉄板５１に一括して緊結固定する螺子部材５５と、立坑２の覆工体３と前記フランジ鉄板５１との間に介在されるガスケット５６，５７とからなる。
【００１１】
フランジ鉄板５１は、立坑２の覆工体３の内面の一部と対応する円筒面をなすように湾曲した、厚さが１．５ｍｍ程度の鉄板からなるものであって、その両側縁５１ｂ，５１ｃ及び上端縁５１ｄがそれぞれ帯状ガスケット５６，５７を介して前記覆工体３におけるシールド掘進機１の到達位置と対応する部分に固定され、下端縁５１ｅが、図１に示されるように立坑２の底部地盤２ａ中に埋設される。また、フランジ鉄板５１の両側縁５１ｂ，５１ｃに配置される帯状ガスケット５６は、覆工体３との密接面が、この覆工体３を構成するライナプレートの内面の起伏形状（図示省略）に対応して、波状に起伏した形状を呈するものとなっており、前記ライナープレートに良好に密接するようになっている。
【００１２】
各止水鉄板５２は、円周方向両端が互いに重なり合った状態で環状に並んで配置されており、その各内周縁５２ａにより形成される円周は、シールド掘進機１の外殻１１の外周面より小径となっている。
【００１３】
パッキン５３はエラストマー（ゴム又は他のゴム状弾性材）で環状に成形されたものであって、その外周部は環状に並んだ止水鉄板５２の外周部の外側面に重ねられた状態でフランジ鉄板５１に取り付けられ、内周部は前記フランジ鉄板５１と反対側すなわち立坑２の内側へ向けて突出したリップ状をなし、その内径はシールド掘進機１の外殻１１の外径よりも適宜小径に形成されている。
【００１４】
板ばね５４は、所要の弾性を有する湾曲した短冊状の鋼板からなるものであって、止水鉄板５２と同数配置され、それぞれの基部が鉄板等からなる押さえリング５４１に取り付けられている。また、この押さえリング５４１の内周側へ延びる各板ばね５４の先端近傍の背面にはワイヤ５４２を通すための所要数のパイプ５４３が設けられており、前記ワイヤ５４２によって、前記各板ばね５４の先端部を環状に結束することができるようになっている。
【００１５】
螺子部材５５は、フランジ鉄板５１の開口部５１ａの周縁部に円周方向等間隔で開設された螺子孔５１ｆにそれぞれねじ込まれたボルト５５ａと、これに螺合するナット５５ｂとからなる。すなわち、前記ボルト５５ａに、各止水鉄板５２の外周部における互いの重合部に開設された小孔５２ｂと、パッキン５３の外周部に開設された小孔５３ａと、各板ばね５４の基部と押さえリング５４１との結合部に開設された小孔５４ａを順次通し、前記ナット５５ｂを螺合することによって、前記止水鉄板５２、パッキン５３及び板ばね５４がフランジ鉄板５１に緊結固定される。
【００１６】
以上の構成において、地中を掘進して来たシールド掘進機１が到達側立坑２の覆工体３の側面近傍に接近したら、フランジ鉄板５１の開口部５１ａの周縁部に止水鉄板５２、パッキン５３及び板ばね５４を緊結固定してなる止水装置５を、前記覆工体３の内面に、前記フランジ鉄板５１の開口部５１ａがシールド掘進機１の外殻１１とほぼ同心となるように取り付ける。
【００１７】
止水装置５の取り付けが終わったら、フランジ鉄板５１の開口部５１ａの内周に沿って立坑２の覆工体３を切断し、シールド掘進機１を推進させる。そして、このシールド掘進機１の先端部が前記覆工体３の切断部を貫通して立坑２内へ進入して来ると、その過程で、図４に示されるように止水装置５におけるパッキン５３の内周部が押し広げられて、前記シールド掘進機１の外殻１１の外周面に密接する。また、各止水鉄板５２は、外周部はボルト５５ａを介して円周方向へ互いに連結されているが、内周側は互いに自由状態にあるため、シールド掘進機１の外殻１１の進入によって自在に弾性変形される。
【００１８】
図４に示された状態では、止水鉄板５２が円周方向へ連続したものではないので、この止水鉄板５２のみでは完璧な止水性を発揮し得ないが、その外側で、多数の板ばね５４によって所要の背圧を与えられたエラストマー製の環状のパッキン５３は、その内周部全周がシールド掘進機１の外殻１１に密接し、前記板ばね５４の先端部を介してワイヤ５４２で緊結されているので、覆工体３におけるシールド掘進機１の貫通部から地下水や土砂が立坑２内へ流入するのを有効に防止することができる。
【００１９】
次に、立坑２内に、例えば鉄筋コンクリートによって人孔構造物（図示省略）等を構築する際に、コンクリート中にゴム等のエラストマーからなるパッキン５３が残留すると、その部分で前記人孔構造物の強度に問題を生じることになるため、螺子部材５５におけるナット５５ｂを取り外すことによって、図５に示されるように押さえリング５４１を含む板ばね５４を除去し、更に図６に示されるように、パッキン５３を除去する。
【００２０】
次に、パッキン５３の除去によって露出した各止水鉄板５２，５２の互いに重合した部分や、フランジ鉄板５１及び外殻１１との間を溶接ＷＤする。互いに溶接ＷＤされた各止水鉄板５２，５２は、容易に弾性変形しないため、地下水圧等によって押し広げられてシールド掘進機１の外殻１１との間に隙間を生じることがなくなり、このため完璧な止水性能を発揮する。この時の溶接は、各止水鉄板５２，５２やフランジ鉄板５１及び外殻１１との間の隙間を完全に埋めるように連続して行っても良いが、断続的な溶接であっても十分である。
【００２１】
また、立坑２内に人孔構造物等を構築する際には、シールド掘進機１は、その外殻１１のみを残して、カッタフェイス１２や内部装置等が解体撤去されることによって、トンネルの坑口の覆工体の一部となる。止水鉄板５２及びフランジ鉄板５１は、前記人孔構造物を構築するために打設されるコンクリート中に残留されるが、鉄であるため、前記コンクリートと良く接合される。
【００２２】
なお、止水鉄板は、外周部が円周方向に連続し、内周側のみが円周方向に分割されたものであっても良い。図７は、本発明における他の実施形態としてこのような止水鉄板を用いた例を示すもので、環状に連続した二枚の止水鉄板５２Ａ，５２Ｂが厚さ方向に重ねられた状態で、その外周部をフランジ鉄板５１の開口部５１ａの周縁部に取り付けられる（この図においてはエラストマーからなるパッキン５３を省略した状態で示されている）。
【００２３】
各止水鉄板５２Ａ，５２Ｂは、それぞれ内周側が、径方向に延びる多数のスリット５２ｃ，５２ｄによって、円周方向に多数のばね板片５２１，５２２に分割されている。そして、一方の止水鉄板５２Ａと他方の止水鉄板５２Ｂでは、ボルト５５ａを挿通する小孔５２ｂが異なる位相で開設されており、したがって、これら止水鉄板５２Ａ，５２Ｂは、スリット５２ｃ，５２ｄが互いに異なる位相上に位置するように重ねて、螺子部材５５によりフランジ鉄板５１に固定される。そしてこの場合も、先の実施形態と同様に、パッキンの除去後は止水鉄板５２Ａと止水鉄板５２Ｂの間や、フランジ鉄板５１及び外殻１１の間を溶接する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係るトンネル坑口止水装置によると、立坑内にコンクリート構造体を構築するためにシールド掘進機外周からパッキンを除去しても、その内側に環状に並んで設けられた止水金属板によって、立坑内への地下水や土砂の流入を防止することができ、この止水金属板の溶接によって信頼性の高い止水性を発揮する。しかも、この止水装置はコンクリートを用いないので軽量であり、しかもその養生期間が不要になるため、工期も短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の止水装置の一実施形態を、シールド掘進機が立坑内に到達してその覆工体を貫通した状況と共に概略的に示す説明図である。
【図２】上記実施形態を示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。
【図３】上記実施形態を示すもので、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は要部拡大斜視図である。
【図４】上記実施形態を示すもので、（Ａ）は立坑内に到達したシールド掘進機の外周をパッキンで止水している状態を概略的に示す説明図、（Ｂ）はその部分拡大斜視図である。
【図５】上記実施形態を示すもので、（Ａ）は板ばねを除去した状態を概略的に示す説明図、（Ｂ）はその部分拡大斜視図である。
【図６】上記実施形態を示すもので、（Ａ）はパッキンを除去し、各止水鉄板同士を溶接した状態を概略的に示す説明図、（Ｂ）はその部分拡大斜視図である。
【図７】本発明の止水装置の他の実施形態における止水鉄板を示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は部分拡大斜視図である。
【図８】従来技術による立坑のトンネル坑口止水方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１  シールド掘進機
１１  外殻
２  立坑
３  覆工体
５  止水装置
５１  フランジ鉄板（フランジ板）
５１ａ  開口部
５２，５２Ａ，５２Ｂ  止水鉄板（止水金属板）
５２１，５２２  ばね板片
５３  パッキン
５４  板ばね
５５  螺子部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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