JPH0786312B2 - 竪坑のトンネルセグメント接続構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はトンネルを掘削するシールド掘削機の前進に従
ってその後部に順次連接させる筒状のトンネルセグメン
トの長手方向端部を竪坑の側壁に貫通形成された開口部
に支持するための竪坑のトンネルセグメント接続構造に
関し、更に詳しくは、セグメントを外部土圧に抗してシ
ール可能に且つその長手方向及び径方向に変位可能に接
続支持する竪坑のセグメント接続構造に関する。

［従来の技術］ 一般に、トンネルのシールド工法においては、竪坑の側
壁にシールド掘削機の外径寸法よりも大きな内径寸法の
開口部が貫通形成され、シールド掘削機はその開口部か
ら発進され或いはその開口部を経て竪坑内に到達する。
シールド掘削機の後部に連設構築された筒状のトンネル
セグメントの長手方向端部は竪坑の開口部内に位置する
こととなる。

従来、竪坑の開口部内面とセグメント外周面との間の環
状空間はコンクリートにより埋められ、これにより、開
口部内面とセグメント外周面との間のシール及び竪坑側
壁に対するセグメントの接続支持が図られている。ま
た、一般に、竪坑の側壁開口部にはその内周面とシール
ド掘削機及びその後部に連設されるセグメントの外周面
との間を外部の土圧に抗してシールするシール手段が配
設されるが、このようなシール手段を開口部内にそのま
ま残して上述したコンクリートで埋める方法も採用され
ている。この方法によれば、竪坑側壁の開口部内面とセ
グメント外周面との間が残されたシール手段によってよ
り確実にシールされることとなる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の竪坑のトンネルセグメント接続構造にお
いては、セグメントが竪坑側壁に対してコンクリートを
介して剛的に結合されるため、地盤沈下、地震等による
外力がトンネルセグメントに加わった場合に、セグメン
トと竪坑側壁との間のコンクリートによる剛結合部に応
力が集中し易く、それ故、その箇所に亀裂や破壊が生じ
易くなり、シール性が損なわれる虞れがある。また、セ
グメントに加わる外力によってセグメント自体に変形や
破損が生じてそのシール性が損なわれる虞れがある。

したがって、本発明の目的は、竪坑側壁の開口部とトン
ネルセグメントとの接続箇所で該開口部とセグメントと
の間のシール性を確保しつつ、外力によるトンネルセグ
メントの長手方向及び径方向の変位を吸収してセグメン
トと竪坑側壁との間の接続部やセグメント自体等の破損
を防止することができる簡素な構成の竪坑のトンネルセ
グメント接続構造を提供することにある。

本発明の他の目的は、トンネルセグメントを竪坑側壁の
開口部に対しシール可能に且つその長手方向及び径方向
に変位可能に接続支持することができる竪坑のトンネル
セグメント接続構造を提供することにある。

［課題を解決するための手段，作用］ 上記目的を達成するために、本発明によれば、トンネル
セグメントの長手方向端部を竪坑の側壁に貫通形成され
た開口部に接続支持する竪坑のトンネルセグメント接続
構造であって、 前記竪坑の前記開口部の内面と前記トンネルセグメント
の外周面との間を外部の土圧に抗してシールする耐圧性
のシール手段と、 前記シール手段の背後に設けられ、前記トンネルセグメ
ントを前記竪坑の側壁に対しその長手方向及び径方向に
変位可能に支持する弾力性支持手段とを備え、 前記シール手段は、前記開口部に取り付けられた取付部
材と、内周側部分が前記トンネルセグメントの外周面に
密着するように前記取付部材に取り付けられたリング状
の弾力性シール板と、前記開口部の内面と前記トンネル
セグメントの外周面との間で竪坑の外部の土圧に抗して
前記弾力性シール板の背面を支持するように前記取付部
材に取り付けられた揺動可能な支持部材とを備えている
ことを特徴とする竪坑のトンネルセグメント接続構造が
提供される。

上記構成を有する竪坑のトンネルセグメント接続構造に
おいては、竪坑の側壁に貫通形成された開口部の内面と
トンネルセグメントの長手方向端部の外周面との間を耐
圧性のシール手段により、竪坑外部の土圧に抗してシー
ルできると共に、外力によるトンネルセグメントの長手
方向及び径方向の変位を、シール手段の背後に設けられ
た弾力性支持手段により効果的に吸収することができる
での、地盤沈下や地震等の影響で竪坑側壁の開口部とト
ンネルセグメントとの間の接続箇所やトンネルセグメン
ト自体等に亀裂や破壊等が生じる虞れがなくなる。しか
も、シール手段は、竪坑の開口部に取り付けられた取付
部材と、内周側部分がトンネルセグメントの外周面に密
着するように取付部材に取り付けられたリング状の弾力
性シール板と、竪坑の開口部の内面とトンネルセグメン
トの外周面との間で竪坑の外部の土圧に抗して弾力性シ
ール板の背面を支持するように取付部材に取り付けられ
た揺動可能な支持部材とを備えているので、竪坑の開口
部に対しトンネルセグメントが径方向に変位しても、支
持部材がトンネルセグメントの径方向変位に応じて揺動
変位することにより、弾力性シール部材の背面を適正に
支持し続けることができる。したがって、竪坑の開口部
内面とトンネルセグメントの外周面との間の耐圧シール
機能を保つことができる。

好ましくは、前記耐圧性のシール手段が前記開口部にお
ける前記竪坑の外壁面側端部又はその近傍に配置され
る。これにより、竪坑の開口部内面とトンネルセグメン
トの外周面との間に土石、裏込め材等が進入し充填され
ることをシール手段により阻止できるので、弾力性支持
手段によるトンネルセグメントの弾力性支持機能がこれ
ら土石、裏込め材の充填によって阻害させることを防止
できる。

上記構成において、好ましくは、前記弾力性支持手段は
竪坑側壁の開口部内面とセグメント外周面との間の環状
空間を全周にわたりシール可能に埋める環状の弾力性部
材を含む。このような構成により、竪坑側壁の開口部に
対しセグメントが弾力性部材を介して長手方向及び径方
向に変位可能に支持されると共に、竪坑側壁の開口部と
セグメントとの間がシール手段と弾力性部材との双方に
よって外部の土圧に抗してシールされることとなるの
で、より優れたシール性を確保できることとなる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例につき説
明する。なお、図示実施例において同様の構成要素には
同一の参照番号を付することとする。

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例を示したもの
である。はじめに第１図を参照すると、竪坑の側壁10に
はシールド掘削機（図示せず）の発進エントランスとな
る例えば略円形の開口部11が貫通形成されている。一
方、シールド掘削機によりほぼ水平方向に掘削形成され
たトンネルの内側には、シールド掘削機が所定量前進す
る毎にシールド掘削機の推進ジャッキの後端と既に組み
立てられたセグメントの前端との間に新たなセグメント
を増設するような方法で、例えば円筒状のセグメント13
がトンネル長手方向に連設される。このようにしてトン
ネル内に連接されたセグメント１は開口部11内ないしは
竪坑内で成端している。

竪坑側壁の開口部11には、該開口部11とセグメント13の
外周との間を外部の土圧に抗してシールするシール手段
14が設けられている。このシール手段14は、内周側部分
がセグメント13の外周面に密着するするように開口部11
側に保持された例えばゴム製のリング状の弾力性シール
板15と、開口部11の内面とセグメント13の外周面との間
で外部の土圧に抗して該シール板15の背面側を支持する
ように開口部11側に取り付けられた支持部材16とを備え
ている。

更に詳しく説明すると、開口部11には固定取付部材17が
設けられており、この取付部材17は竪坑側壁10の厚み寸
法とほぼ等しい長さを有する筒状部18とその両端にそれ
ぞれ一体に設けられたフランジ部19,20とを備えてお
り、一方のフランジ部19は筒状体18よりも大きな外径寸
法を有し、他方のフランジ部20は筒状部18よりも小さな
内径寸法を有している。大径のフランジ部19は竪坑側壁
10の内側面に設けた複数本の埋込みボルト21とナット22
とによって竪坑側壁10の内側面に固定されており、これ
により、筒状部18および小径のフランジ部20が開口部11
内に配設されている。

第１図および第３図に示すように、支持部材16は複数個
の金属製固定ベース部23と、各固定ベース部23の半径方
向内方端側に枢着された金属製可動フラップ部24とを備
えており、支持部材15の固定ベース部23とシール板15と
の間にリング状のスペーサ25が介装された状態で、固定
ベース部23とシール板15とが小径のフランジ部20を貫通
するボルト26およびナット27によって固定取付部材17の
フランジ部20の内側面に固定保持されている。

セグメント13の外径寸法はシールド掘削機の外径寸法よ
りも小さく設定されており、また、シール板15を内径お
よび可動フラップ部24の半径方向内方端によって画成さ
れる最小開口部径はセグメント13の外径寸法よりも小さ
く設定されている。したがって、可動フラップ部24およ
びシール板15は、シールド掘削機が開口部11から竪坑側
壁の外部に向けて発進するときにシールド掘削機によっ
て竪坑側壁10の外方に向けて拡径変位され、このとき、
背面側が可動フラップ部24によって支えられたシール板
15によって開口部11の内面とシールド掘削機の外周面と
の間が外部の土圧に抗してシールされる。

また、シールド掘削機の後端部が可動フラップ部24およ
びシール板15から離れるとき、第１図に示すように、可
動フラップ部24は竪坑の外方に向かって傾斜した状態で
引き続きセグメント13の外周面に当接することとなり、
一方、シール板15はその背面側が可動フラップ部24に当
接支持された状態で引き続きセグメント13の外周面に密
直することとなるので、開口部11の内面とセグメント13
のの外周面との間が引き続き外部の土圧に抗してシール
されることとなる。このようにして、トンネル形成の
間、竪坑側壁10の開口部11とセグメント13の外周面との
間はシール状態に保たれる。

第１図に示すように、トンネル内面とセグメント13の外
周面との間に生じる隙間には例えばモルタル等からなる
裏込め材28がセグメント13の適所に設けられた注入口
（図示せず）より注入される。なお、この裏込め材28は
竪坑側壁10の開口部11の付近の空洞部をも埋めるように
注入され得るが、その強度は通常150〜200kg/cm²程度で
あるから、トンネルセグメント13と竪坑側壁10とを強固
に結合するほどの強度は有していない。

従来は、トンネルセグメントと竪坑側壁とを強固に結合
する目的で、セグメントの外周面と竪坑側壁の開口部内
面との間の隙間をコンクリートで埋めていたが、地盤沈
下、地震等の影響でセグメントが竪坑側壁に対し長手方
向若しくは径方向に変位した場合には、応力集中によっ
てその結合用コンクリート部分に亀裂や破壊が生じる危
険性があり、一旦、結合用コンクリート部分が破壊され
ると、セグメント支持強度が大きく低下してセグメント
の変位、沈降等が更に生じ易くなり、セグメントと竪坑
側壁との間のシール性が損なわれる結果を招くことがあ
った。

そこで、本発明によれば、第１図に示すように、開口部
11内に、セグメント13を竪坑側壁10に対しその長手方向
及び径方向に変位可能に支持する弾力性支持手段30が設
けられる。第１図および第２図に示す実施例おいては、
弾力性支持手段30はリング状の内側弾力部材31と同じく
リング状の外側弾力性部材32との組合せ構造になってお
り、両弾力性部材31,32は円周方向に配設されたボルト2
6の軸心を通る円周面に沿って互いに嵌合している。

弾力性部材31,32は例えばウレタンゴム，ネオフレンゴ
ム，シリコンゴム等の合成ゴム若しくは天然ゴムの成形
によって作ることができる。また、弾力性部材31,32の
硬度は要求される支持強度、対摩耗性等に合わせて適宜
に設定し得る。また、弾力性支持手段30を内外弾力性部
材31,32の分割構造とした場合、セグメント13と筒状部1
8との間への挿入作業が容易になるが、両弾力性部材31,
32を一体に形成することも可能である。

ボルト26に螺合するナット27には別のボルト33が更に螺
着されており、両弾力性部材31,32をセグメント13と固
定取付部材17の筒状部18との間に挿入した後、座金部材
34およびナット35をボルト33に装着することにより、両
弾力性部材31,32をセグメント13と固定取付部材17の筒
状部18との間に保持することができる。

さらに、ナット35を締め込むことにより、両弾性部材3
1,32の軸線方向に圧縮することができるので、両弾力性
部材31,32を固定取付部材17の筒状対18の内面とセグメ
ント13の外周面とにそれぞれ圧接させることができ、シ
ール性を確保することができる。また、ナット35の締め
込み量の調整により、両弾力性部材31,32の径方向の圧
縮応力の大きさを調整することができるので、弾力性部
材31,32によるセグメント13の支持強度を調整すること
ができる。

ナット35を締め込むときには、内側弾力性部材31の内径
側部分には軸線方向に膨張しようとする傾向が生じ得る
ため、座金部材34は斜めに傾き得る。このような場合に
座金部材34に対する当接端側が平坦なナットを用いる
と、食い込みによってナットの締込みが困難になる場合
がある。このような不具合を解消してナットの締込みを
容易に行うことができるようにするために、図示実施例
では、座金部材34に対するナット35の当接側端部が略半
球状に形成されている。

上記構成を有する竪坑のトンネルセグメント接続構造に
おいては、トンネルセグメント13の端部が竪坑側壁10に
対し開口部11内で両弾力性部材31,32を介して弾力的に
支持されるので、地盤沈下や地震等の影響でセグメント
13に外力が加わった場合、竪坑側壁10に対するセグメン
ト13の長手方向及び径方向の変位は、開口部11とセグメ
ント13との間の両弾力性部材31,32によって支障なく吸
収されるので、地盤沈下や地震等の影響で竪坑側壁10の
開口部11とセグメント13との間の接続箇所に亀裂や破壊
等が生じる虞れがなくなる。

また、上記構成においては、竪坑側壁10の開口部11とセ
グメント13との間がシール手段14と弾力性部材31,32と
の双方によって外部の土圧に抗してシールされることと
なるので、より優れたシール性を確保することができ
る。

第４図および第５図は本発明の第２実施例を示すもので
ある。この実施例では、弾力性支持手段30の内側弾力性
部材31が中空チューブ状に形成されており、さらに好ま
しくは、内側弾力性部材31にエアを注入口31aが設けら
れる。

このような構成においては、内側弾力性部材31をセグメ
ント13と外側弾力性部材32との間に挿入するときに内側
弾力性部材31の内部エア圧力を大気解放しておくことに
より、内側弾力性部材31の装着作業を容易に行うことが
できる。そして、内側弾力性部材31を装着した後、エア
注入口31aから内側弾力性部材31内に圧縮エアを注入
し、その内部圧力を調整することにより、竪坑側壁10に
対するセグメント13の支持強度を容易に調整することが
できる。

第６図は本発明の第３実施例を示すものである。この実
施例においては、内側弾力性部材31が上記第２実施例と
同様に中空チューブ状に形成されている。さらにこの実
施例においては、座金部材34とセグメント13の端部とが
可撓性板36によって連結されている。すなわち、可撓性
板36はナット35によって座金部材34に固定されており、
また、セグメント13の端部に設けられたボルト37とナッ
ト38によってセグメント13の端部に固定されている。こ
の可撓性板36は径方向断面においてコルゲート状に形成
されているので、セグメント13の径方向および長手方向
の変位を吸収し得る。

このような構成においては、座金部材34とセグメント13
との間の隙間が可撓性板36によって閉鎖されるので、チ
ューブ状の内側弾力性部材31がその隙間から竪坑内部側
に膨出することを防止することができる。

第７図は本発明の第４実施例を示すものである。この実
施例では、第３実施例と同様に、座金部材34とセグメン
ト13の端部とが可撓性板36により連結されており、これ
により、筒上部18とセグメント13の外周面との間に概ね
閉鎖された環状空間が画成され、この環状空間内に、弾
力性支持手段30をなす弾力性部材39が注入されている。
弾力性部材39としては例えばシリコン、発泡ウレタン、
生ゴム等を用いることができる。

座金部材34等には弾力性部材39を注入するための注入口
（図示せず）を設けることができる。

このような構成においては、弾力性部材を予め成形する
ための型が不要となり、低コスト化を達成することがで
きる。なお、このような注入形弾力性部材39を用いる場
合、図示するように、ボルト33はナット27から分離させ
て注入形弾力性部材39内に埋設することができる。

第８図は本発明の第５実施例を示すものである。この実
施例においては、上記第４実施例における可撓性板36の
代わりに、シール手段14とほぼ同一構成のシール手段40
が座金部材34と共に設けられており、両シール手段14,4
0の間に弾力性部材39が注入されている。

このような構成においては、シール手段14,40自体は可
動フラップ部がほぼ水平位置になるまでセグメント13の
径方向変位を可能にすることができるので、注入形弾力
性部材39はシール手段14,40と共働してセグメント13の
比較的大きな径方向変位を吸収し得ることとなる。ま
た、２組のシール手段14,40を用いたことにより、セグ
メント13と筒状部18との間のシール性がさらに向上す
る。なお、この第４実施例においては、シール手段40の
適所に弾力性部材39のための注入口（図示せず）を設け
ることができる。

以上、図示実施例につき説明したが、本発明は上記実施
例の態様のみに限定されるものではなく、例えば、竪坑
側壁10の開口部に対するシール手段14の取付け形態や取
付け位置等に変更を加えることができ、また、シール手
段14等における支持部材16としては一体形金属可撓性板
により構成してもよい。また、弾力性部材31,32,39には
適当な補強部材を埋設することができる。

さらに、上述した竪坑のトンネルセグメント接続構造は
シールド掘削機の到達エントランスとなる竪坑側壁の開
口部にも同様に適用することができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、竪坑
側壁の開口部とトンネルセグメントとの間がシール手段
によって外部の土圧に抗してシールされると共に、外力
によるセグメントの長手方向及び径方向の変位が開口部
とセグメントとの間の弾力性支持手段を介して吸収され
るので、地盤沈下や地震等の影響で竪坑側壁の開口部と
セグメントとの間の接続箇所やセグメント自体等に亀裂
や破壊等が生じる虞れがなくなり、竪坑側壁の開口部と
セグメントとの間の接続箇所やセグメント自体の耐久性
が向上することとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す竪坑のトンネルセグ
メント接続構造の要部縦断面図、 第２図は第１図中II−II線に沿った断面図、 第３図は第１図に示すシール手段を竪坑内部より見た概
略部分背面図、 第４図は本発明の第２実施例を示す竪坑のトンネルセグ
メント接続構造の要部縦断面図、 第５図は第４図中Ｖ−Ｖ線に沿った断面図、 第６図は本発明の第３実施例を示す竪坑のトンネルセグ
メント接続構造の要部縦断面図、 第７図は本発明の第４実施例を示す竪坑のトンネルセグ
メント接続構造の要部縦断面図、 第８図は本発明の第５実施例を示す竪坑のトンネルセグ
メント接続構造の要部縦断面図である。 図において、10は竪坑側壁、11は開口部、13はセグメン
ト、14はシール手段、15はシール板、16は支持部材、17
は固定取付部材、23は固定ベース部、２は可動フラップ
部、30は弾力性シール手段、31は内側弾力性部材、32は
外側弾力性部材、39は弾力性部材をそれぞれ示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トンネルセグメントの長手方向端部を竪坑
   の側壁に貫通形成された開口部に接続支持する竪坑のト
   ンネルセグメント接続構造であって、 前記竪坑の前記開口部の内面と前記トンネルセグメント
   の外周面との間を外部の土圧に抗してシールする耐圧性
   のシール手段と、 前記シール手段の背後に設けられ、前記トンネルセグメ
   ントを前記竪坑の側壁に対しその長手方向及び径方向に
   変位可能に支持する弾力性支持手段とを備え、 前記シール手段は、前記開口部に取り付けられた取付部
   材と、内周側部分が前記トンネルセグメントの外周面に
   密着するように前記取付部材に取り付けられたリング状
   の弾力性シール板と、前記開口部の内面と前記トンネル
   セグメントの外周面との間で竪坑の外部の土圧に抗して
   前記弾力性シール板の背面を支持するように前記取付部
   材に取り付けられた揺動可能な支持部材とを備えている
   ことを特徴とする竪坑のトンネルセグメント接続構造。
2. 【請求項２】前記耐圧性のシール手段が前記開口部にお
   ける前記竪坑の外壁面側端部又はその近傍に配置されて
   いることを特徴とする請求項１記載の竪坑のトンネルセ
   グメント接続構造。