JP7349895B2 - エレメントの継手構造及びエレメントの連結方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば線路や道路の下に立体交差するトンネルを構築する工法（ＵＲＴ＝Ｕｎｄｅｒ Ｒａｉｌｗａｙ/Ｒｏａｄ Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ工法）等に用いたエレメントの継手構造及びエレメントの連結方法に関する。

従来、鉄道や線路のアンダーパスの施工技術としてＵＲＴ工法が知られている。この工法は、中空箱型の複数のエレメントを継手を介してボックス形状や門型形状等に施工し、ＰＣ鋼線を挿通させた複数のエレメントにコンクリートを充填硬化させてＰＣ鋼線を緊結させる。その後、トンネル覆工体の内部の地盤を掘削してトンネルを施工するという工法である。
このようなトンネルでは、エレメント同士を連結する継手部から地盤中の地下水等が漏水することを防止する必要があった。

例えば特許文献１に記載された鋼殻エレメントの継手構造は、道路や鉄道の下方に立体交差するトンネルを構築するに際し、隣り合う鋼殻セグメントの一方に設けた凹継手に他方に設けた凸継手を挿通させて連結させている。凹継手に形成された溝部の開口部には表裏面に２枚の主パッキンと２枚の補助パッキンとをそれぞれ対向配置し、主パッキンと補助パッキンの間の空間に止水滑材を充填している。
そして、凹継手の拡径された溝部内に凸継手の突起部を嵌合させた際に、主パッキンと補助パッキンをそれぞれ反対側に略くの字状に拡開させ、ばね作用によって凸継手の棒状の突条部に圧接させて止水している。そのため、突条部の施工誤差が大きくても止水性を確保できる。しかも、凹継手の溝部内に高強度モルタル等のグラウト材を充填するとしている。

特開２０１５－７１９０４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された継手構造では、鋼殻エレメントの凸継手及び凹継手の継手構造は、凹継手の開口に２組の主パッキンと補助パッキンを対向配置してその内部に止水滑材を充填させているため止水構造が複雑である上に多くの部材を必要とし、組み立てに手間がかかるという不具合があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、簡単な構造で確実に止水できるようにしたエレメントの継手構造及びエレメントの連結方法を提供することを目的とする。

本発明によるエレメントの継手構造は、地盤中に中空箱型の複数のエレメントを継手を介して互いに連結するエレメントの継手構造において、隣り合う一方のエレメントに設けられていて一方のエレメントの軸方向に延びる中空パイプ形状の雄継手と、隣り合う他方のエレメントに設けられていて雄継手を嵌合させる断面凹部形状の雌継手と、雄継手及び雌継手の間の空間を封止する止水剤と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、一方のエレメントの中空パイプ形状の雄継手に対して隣接するエレメントの断面凹部形状の雌継手をその長手方向に沿って相対的に嵌合させ、雄継手及び雌継手の間の間隙を止水剤で封止することで、地盤の地下水等がエレメントの継手部を通してトンネル内部に漏水することを防止できる。

また、中空パイプ形状の雄継手には、液性の止水剤を雄継手内から雄継手及び雌継手の間の空間に流入させて封止する穴部が形成されていてもよい。
中空パイプ形状の雄継手内に止水剤を供給する注入ホース等の供給部材を挿入して、エレメントの先端側から後端側に向けて移動させながら止水剤を吐出させて穴部を通して雄継手及び雌継手の間の間隙に流動させて連続的に硬化することで、空間を封止して止水できる。

また、止水剤は、雄継手及び雌継手の間の空間に供給する第１止水剤と、雄継手内に供給する第２止水剤と、を有しており、第２止水剤が穴部を通して雄継手及び雌継手の間の空間で第１止水剤と混合されることで硬化して止水剤を形成するようにしてもよい。
流動性のある第1止水剤と第２止水剤を混合することで硬化する止水剤となる場合、雄継手及び雌継手の間の空間に第１止水剤を供給し、雄継手内に第２止水剤を供給して穴部を通して空間内に流入させて第1止水剤と混合して止水剤として硬化させ、空間を封止するため漏水を防止できる。

また、雄継手及び雌継手の間の空間に突出していて止水剤の流出を止める突起が設けられていてもよい。
止水剤が液性や流動性を有する場合でも、雄継手及び雌継手の間の空間内を流れる止水剤は突起で留められて硬化され、空間を封止して止水できる。

本発明によるエレメントの連結方法は、地盤中に中空箱型の複数のエレメントを継手を介して互いに連結するエレメントの連結方法において、隣り合う一方のエレメントの軸方向に延びる中空パイプ形状の雄継手を、他方のエレメントの断面凹部形状の雌継手内に相対的に挿入させて嵌合し、雄継手及び雌継手の間の空間内に止水剤を供給して硬化させることで封止することを特徴とする。

本発明によるエレメントの連結方法は、地盤中に中空箱型の複数のエレメントを継手を介して互いに連結するエレメントの連結方法において、隣り合う一方のエレメントの軸方向に延びる中空パイプ形状の雄継手を、他方のエレメントの断面凹部形状の雌継手内に相対的に挿入させて嵌合し、雄継手及び雌継手の間の空間に第１止水剤を供給すると共に、雄継手内に配設した供給部材から第２止水剤を供給しながら供給部材を相対移動させて雄継手の穴部を通して第２止水剤を第１止水剤と混合させた止水剤によって空間を止水することを特徴とする。

本発明によるエレメントの継手構造及びエレメントの連結方法は、雄継手と雌継手を嵌合させると共に雄継手及び雌継手の間の空間を止水剤で封止したため、少ない部品数で簡単且つ確実に止水できる。

本発明の実施形態によるトンネルの断面図である。 図１に示すトンネルの水平部のエレメント間の継手部を示す拡大断面図である。 第一実施形態による継手部の止水構造を示す拡大説明図である。 第二実施形態による継手部の止水構造の拡大説明図である。 第三実施形態による継手部の止水構造の拡大説明図である。

以下、本発明の実施形態によるＵＲＴ工法（＝Ｕｎｄｅｒ Ｒａｉｌｗａｙ/Ｒｏａｄ Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ工法）によって構築された略ボックス型トンネルの継手部について添付図面により説明する。
図１において、ＵＲＴ工法では、トンネル１を構築すべき地盤Ｇの地上面に鉄道または道路等が設置されている。この地盤Ｇの地中には矩形断面で中空箱型のスチール製のエレメント２を水平方向及び鉛直方向に推進することによってボックス型のトンネル１が形成されている。このトンネル１は地表面の道路または鉄道に直交して配設されている。このトンネル１は小口径で断面四角形の複数のエレメント２を継手部３を介して水平方向に連結させた上下の水平部Ｈと、水平部Ｈの両端同士を連結した複数のエレメント２を継手部３を介して鉛直方向に連結させた左右の鉛直部Ｖと、によって略ボックス型に構築されている。

図２において、各エレメント２は上面鋼板２ａと下面鋼板２ｂと左右の側面鋼板２ｃ、２ｄとを四角形に組んで一体化したものである。しかも、エレメント２は上面鋼板２ａと下面鋼板２ｂが側面鋼板２ｃ、２ｄを超えて外側に突出して同一長さに延びている。エレメント２は、略角筒状で上面鋼板２ａと下面鋼板２ｂが左右の外側に突出した形状で軸方向に所定長さ延びている。
各エレメント２はその先端に設けた不図示のカッタヘッドによって地盤Ｇを水平方向に掘削し、掘削された穴部にエレメント２を推進機で水平方向に推進することができる。エレメント２の内部にはカッタヘッドで掘削された土砂を後方に送るスクリューコンベアが配設されている。複数のエレメント２によって上下に配置された水平部Ｈと水平部Ｈの両端部同士を連結する鉛直部Ｖとからなるボックス形状のトンネル本体４が構築されている。トンネル本体４の内部の地盤は除去されて道路や鉄道レール等を構築するトンネル空間５が構築される。

各エレメント２において、上面鋼板２ａ及び下面鋼板２ｂの一方、例えば右側の端部は側面鋼板２ｃを外側に超えた位置に、例えば略円筒形状をなす中空パイプ形状の雄継手７が溶接等でそれぞれ連結されている。雄継手７は例えばスチール製であり、エレメント２の長手方向に沿ってエレメント２と同一長さに伸びている。しかも、図３において、雄継手７にはその周方向の適宜位置、例えば上部に穴部１１が形成され、穴部１１は雄継手７の長手方向に沿って所定間隔で複数個形成されている。しかし、本実施形態では穴部１１は設けなくてもよい。

また、上面鋼板２ａと下面鋼板２ｂの側面鋼板２ｄを超えて延びる左側の端部には、例えば断面略Ｃ字形状をなす雌継手８が溶接等でそれぞれ連結されている。雌継手８は例えばスチール製で雄継手７より大径であり、雌継手８の長手方向端部の開口から中空パイプ形状の雄継手７を相対的に挿入して軸方向に嵌合可能としている。しかも、雌継手８の断面略Ｃ字状の開口部分は雄継手７の外径より小さく、長手方向に直交する方向の抜けを防止できることが好ましい。中空パイプ形状の雄継手７と断面略Ｃ字状の雌継手８との嵌合状態で、雄継手７と雌継手８の間に断面略Ｃ字状の空間９が長手方向に形成されている。
しかも、雌継手８の内面における周方向の適宜箇所、例えば下側端部には突起１０が設置されている。突起１０はスチール製でもよいし、ゴム製でもよく、適宜材質のものを採用できる。突起１０も雌継手８の長手方向に沿って連続して形成されていることが好ましいが、断続的に設置されていてもよい。また、突起１０は空間９内で雌継手８に代えて雄継手７の外側に形成されていてもよい。

図３に示すように、雄継手７及び雌継手８の間の空間９における上側の端部開口９ａには止水剤１２が充填されており、雄継手７と雌継手８の間の空間９を液密に封止することでトンネル本体４の内部への地下水等の漏水を防止している。止水剤１２は１液性であり、例えば親水性ウレタン樹脂で構成されている。液性の止水剤１２を雄継手７及び雌継手８の端部開口９ａから空間９内に注入することによって硬化させて止水することができる。その際、端部開口９ａの近傍にも突起１０を設けていてもよい。
液性の止水剤１２を注入する際、硬化する前に雄継手７及び雌継手８の空間９内を流れ落ちたとしても下端部の突起１０で堰き止めてトンネル空間５の内部に落下し液漏れすることを防止できる。

本実施形態によるＵＲＴ工法によるトンネル１は上述した構成を有しており、次に継手部３の連結方法について説明する。
ＵＲＴ工法において、中空箱形のスチール製のエレメント２の水平部Ｈ及び鉛直部Ｖでは地盤Ｇ中に不図示のカッタを水平方向に掘削して穴部を形成する。この穴部に後続のエレメント２を推進機で推進させて水平方向及び鉛直方向にそれぞれ埋設させ、継手部３を介して互いに連結させて略ボックス型に構築する。各エレメント２の推進は先に埋設したエレメント２の継手部３に後続のエレメント２の継手部３を係合させてこれをガイドとして順次推進する。

例えば図２及び図３に示す上側の水平部Ｈの継手部３において、地盤Ｇに先に推進されたエレメント２の自由端に断面略Ｃ字状の雌継手８が設けられている場合、隣接する部分をカッタで水平方向に掘削して新たなエレメント２を推進機で水平方向に推進させて埋設する。その際、新たなエレメント２の中空パイプ形状の雄継手７を先に埋設したエレメント２の断面略Ｃ字状の雌継手８に相対的に挿入して推進させる。

そして、図３に示すように、雄継手７及び雌継手８間の空間９の端部開口９ａに１液性の止水剤１２を不図示のホース等で注入する。止水剤１２は雄継手７及び雌継手８の長手方向に沿って端部開口９ａから空間９内に注入していく。注入された止水剤１２は土中の水と反応して膨張して、端部開口９ａを液密に封止する止水ゾーン１３を形成してエレメント２の継手部３の全長に亘って止水できる。

なお、左右の鉛直部Ｖにおいても、継手部３の外側の雄継手７及び雌継手８間の空間９の端部開口９ａを連続して封止する。鉛直部Ｖでは、各エレメント２は水平部Ｈに対して直交する方向に配設されている。そのため、エレメント２の上面鋼板２ａ及び下面鋼板２ｂが左右両側部に配設され、側面鋼板２ｃ、２ｄが上下面に配設されている。下側の水平部Ｈにおいては、継手部３の下側（外側）の雄継手７及び雌継手８間の空間９の端部開口９ｂを連続して封止する。このようにして、トンネル本体４を全周に亘って止水することができる。
また、止水剤１２の注入位置は雄継手７及び雌継手８間の空間９の端部開口９ａに限定されることなく、空間９の周方向の中間部等の適宜位置で止水できる。

雄継手７及び雌継手８の連結後、水平部Ｈでは各エレメント２の左右の側面鋼板２ｃ、２ｄに設けた不図示の孔部にＰＣ鋼線を挿通させ、コンクリートを各エレメント２に充填させて硬化させる。そして、水平部Ｈの両端部のエレメント２でＰＣ鋼線の両端を引っ張って緊張させて定着具で固定し、複数のエレメント２を緊結させる。
また、エレメント２の鉛直部Ｖでは、各エレメント２の上下の側面鋼板２ｃ及び２ｄに設けた孔部にＰＣ鋼線を挿通させ、コンクリートを各エレメント２に充填させて硬化させる。鉛直部Ｖの上下両端部のエレメント２でＰＣ鋼線の両端を引っ張って緊張させて定着具で固定し、複数のエレメント２を緊結させる。そして。定着具を内蔵した各エレメント２にもコンクリートを充填することで一体化する。

上述のように本実施形態によるトンネル１のエレメント２の継手部３によれば、中空パイプ形状の雄継手７と断面略Ｃ字状の雌継手８をエレメント２の軸方向に相対的に嵌合させて、空間９内を止水剤１２で連続的に封止して止水することができる。しかも、継手部３の雄継手７及び雌継手８の構成が簡単で止水剤１２を空間９内に注入するだけでよく、少ない部品数で簡単且つ確実に止水できる。

以上、本発明の実施形態によるトンネル１のエレメント２の継手部３について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の他の実施形態や変形例等について説明するが、上述の実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。

図４は第一実施形態によるエレメント２の継手構造の変形例を示すものである。本変形例では、止水剤１２の注入方法が相違する。また、本変形例では、雌継手８の周方向における穴部１１の近傍位置に突起１０が設置されている。
図４において、中空パイプ形状の雄継手７内の推進方向前方側に１液性の止水剤１２を注入する供給部材として注入ホース１６を設置して、注入ホース１６から止水剤１２を出力させながら注入ホース１６を後方側に引き戻す。これにより、注入ホース１６から出力させた止水剤１２は射出圧力によって穴部１１を通して雄継手７及び雌継手８の間の空間９に充填される。更に止水剤１２は略円弧状の空間９に沿って周方向に流れ得るが、突起１０で堰き止められる。これによって、止水剤１２は空間９内で穴部１１の近傍に滞留し、土中から漏水する水と反応して膨張することで空間９内を液密に封止する。

本変形例の場合、雄継手７内におけるエレメント２やカッタの発進側（後方側）から止水剤１２を注入すると硬化してしまい、前方側の雄継手７内に止水剤１２を供給できない。しかし、注入ホース１６を用いて雄継手７の前方側から後方側に移動させながら連続して止水剤１２を注入すると全長に亘って止水剤１２を注入して空間９内で硬化させて封止でき、地下水等のトンネル本体４内への漏水を防止できる。

次に、本発明の第二実施形態によるエレメント２の継手構造について図５により説明する。
本第二実施形態では、止水剤１７として液性の主剤１８と硬化剤１９の２剤を用い、主剤１８と硬化剤１９を混合させることで硬化させて空間９を液密に封止できるものとした。本実施形態では、２剤混合型の止水剤１７を用いることで、より硬度の高い止水特性の大きい止水剤１７を得られる。しかも、主剤１８と硬化剤１９の２液の硬化時間にタイムラグがあり、注入から硬化までの時間を調整することができる。

そのため、本実施形態では、中空パイプ形状の雄継手７及び雌継手８の間の空間９の端部開口９ａ内に例えば主剤１８を注入しながら順次先端側から後方側に注入位置を移動させていく。これと同時に、中空パイプ形状の雄継手７内の前方側に注入ホース１６を挿入して例えば硬化剤１９を注入しながら注入ホース１６を後方側に引き抜いていく。硬化剤１９は雄継手７の穴部１１を通って雄継手７及び雌継手８の間の空間９内に流動させられる。

そのため、主剤１８と硬化剤１９は雄継手７及び雌継手８の間の空間９内で互いに混合させられて硬化して止水剤１７として空間９を封止し、端部開口９ａの近傍の空間９内で止水ゾーン１３を形成する。しかも、主剤１８及び硬化剤１９によって空間９を先端側から後端側に向けて連続して硬化させて封止し止水できる。
なお、本実施形態に代えて、硬化剤１９を雄継手７及び雌継手８の間の空間９の端部開口９ａに注入し、主剤１８を中空パイプ形状の雄継手７内の注入ホース１６から供給してもよい。

また、上述した各実施形態では、継手部３の雄継手７を断面円形の中空パイプ状に形成したが、中空パイプの断面形状は円形に限定されることなく、四角形等の任意の多角形筒状等でもよい。この場合、雌継手８の断面略Ｃ字状の開口部分は雄継手７の外径と同一またはより大きくてもよい。また、雌継手８は断面略Ｃ字状に限定されることなく、雄継手７を覆って嵌合できる形状であればよく、これらは断面凹部形状に含まれる。
また、上述の各実施形態等では、止水剤１２、１７、主剤１８、硬化剤１９を液性にしたが、流動性のあるペースト状等でもよい。また、主剤１８及び硬化剤１９の一方は第１止水剤に、他方は第２止水剤に含まれる。

また、上述した各実施形態や変形例による継手部３の継手構造はボックス型のトンネル本体４に限定されることなく、門型やアーチ型のトンネル本体の継手部３に設けることができる。

１ トンネル
２ エレメント
３ 継手部
４ トンネル本体
５ トンネル空間
７ 雄継手
８ 雌継手
９ 空間
１０ 突起
１１ 穴部
１２、１７ 止水剤
１３ 止水ゾーン
１８ 主剤
１９ 硬化剤

Claims (3)

1. 地盤中に中空箱型の複数のエレメントを継手を介して互いに連結するエレメントの継手構造において、
   隣り合う一方の前記エレメントに設けられていて前記一方のエレメントの軸方向に延びる中空パイプ形状の雄継手と、
   隣り合う他方の前記エレメントに設けられていて前記雄継手を嵌合させる断面凹部形状の雌継手と、
   前記雄継手及び雌継手の間の空間を封止する止水剤と、
   を備え、
   前記中空パイプ形状の雄継手には、液性の前記止水剤を前記雄継手内から前記雄継手及び雌継手の間の空間に流入させて封止する穴部が形成されており、
   前記止水剤は、前記雄継手及び雌継手の間の空間に供給する第１止水剤と、前記雄継手内に供給する第２止水剤と、を有しており、
   前記第２止水剤が前記穴部を通して前記雄継手及び雌継手の空間で前記第１止水剤と混合されることで硬化して前記止水剤を形成する、
   ことを特徴とするエレメントの継手構造。
2. 前記雄継手及び雌継手の間の空間に突出していて前記止水剤の流出を止める突起が設けられている請求項１に記載されたエレメントの継手構造。
3. 地盤中に中空箱型の複数のエレメントを継手を介して互いに連結するエレメントの連結方法において、
   隣り合う一方の前記エレメントの軸方向に延びる中空パイプ形状の雄継手を、他方の前記エレメントの断面凹部形状の雌継手内に相対的に挿入させて嵌合し、
   前記雄継手及び雌継手の間の空間に第１止水剤を供給すると共に、
   前記雄継手内に配設した供給部材から第２止水剤を供給しながら前記供給部材を相対移動させて前記雄継手の穴部を通して前記第２止水剤を前記第１止水剤に流動させて混合させた止水剤によって前記空間を止水することを特徴とするエレメントの連結方法。

Images