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立坑坑口部の接合構造
説明

立坑坑口部の接合構造

【課題】外力作用時に構造物の安全性を確保し、止水性能の低下を確実に防止できる、可撓性を有する簡易かつ経済的な立坑坑口部の接合構造を提供すること。
【解決手段】トンネル5の端面6に沿って板状の止水ゴム21が設けられる。止水ゴム21の立坑3の内部側の面12に沿って、外側リング17bと内側リング17aからなり、変形誘発部として機能する止水溶接部19を境界部に有する止水鉄板17が設けられる。止水鉄板17および止水ゴム21は、立坑3の坑口部に頭付きボルト29を用いて固定され、トンネル5の端面6に頭付きボルト23を用いて固定される。頭付きボルト23の頭部30と止水鉄板17との間には弾性ワッシャ27が設けられる。止水鉄板17の立坑3の内部側の面14にはリブプレート33が設けられる。リブプレート33と外側リング17bとの接触部は全長にわたって固定され、内側リング17aとの接触部は所定の箇所のみが固定される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、立坑坑口部の接合構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
通常シールドトンネルと立坑との接続部は、セグメント外周の裏込め材及び坑口部に設置されるコンクリート、鋼材等の部材で止水されている。しかし、地震等によりシールドトンネルに大きな変位が生じると、接続部の部材、セグメントが変形したり、破壊する可能性がある。特に、シールドトンネルと立坑との接続部は、地震時等に、構造や剛性の違いにより歪が集中し、大きな断面力が作用する箇所である。したがって、地震等により、シールドトンネルと立坑との接続部に大きなひずみが生じると、これらの部分から立坑内部やトンネル内部へ水などが浸入する恐れがある。このため、従来、シールドトンネルと立坑との接続部を大きな振動を伴う地震に対応した構造とする場合、立坑近傍に可撓セグメントおよび弾性ワッシャ等を設置することにより、地震時等に発生する変形・変位を吸収してシールド管路と立坑の止水構造に歪が及ばないようにし、構造物の安全性確保と、止水性能の低下を防止していた。
【0003】
また、断面がΩ字状の弾性ジョイントの一端を立坑の側壁に、他端をシールド管路の坑口部の端面に取り付けることにより、地盤変状や地震等が生じた際にシールドトンネルと立坑との継目における止水性・耐水性を確保する方法があった(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2004−176393号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、可撓セグメントは構造が複雑で非常に高価である。また、例えば特許文献1の方法は、変位に対して、弾性ジョイントの変形で止水性能を維持するものであり、経年による継ぎ目部の止水性能の劣化や地震等による相対変位により発生する土水圧が小さい場合は、止水性能を弾性ジョイントで維持できるものの、発生する土水圧が大きい場合は、弾性ジョイント自体の強度が低いため弾性ジョイントと構造物接合部が破断するなどして止水性能の維持ができない。一般に、発生する土水圧の大きさは深度・地下水位・土質などの影響により変化する。このため、簡易で経済的であり、かつ、大きな土水圧や大変位にも止水性を確保するとともに構造物の安全性を確保可能な接合構造の開発が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、外力作用時に構造物の安全性を確保し、止水性能の低下を確実に防止できる、可撓性を有する簡易かつ経済的な立坑坑口部の接合構造を提供することである。
【0007】
前述した目的を達成するために、本発明は、地下管路と接合される立坑坑口部の接合構造であって、前記地下管路の管路構造物の立坑内部側の端面に沿って設けられた板状の止水ゴムと、前記止水ゴムの立坑内部側の面に沿って設けられ、外側リングと内側リングとからなり、前記外側リングと前記内側リングとの境界部付近に変形誘発部を有する止水鉄板と、前記止水鉄板および前記止水ゴムを前記立坑坑口部に固定する第1のアンカー部材と、前記止水鉄板および前記止水ゴムを前記管路構造物に固定する第2のアンカー部材と、を具備することを特徴とする立坑坑口部の接合構造である。
【0008】
止水鉄板の立坑内部側の面には、必要に応じて、所定の間隔をおいて放射状にリブプレートが設けられる。リブプレートと外側リングとの接触部、リブプレートと内側リングとの接触部は、固定される。止水鉄板への外力作用時(例えば、大きな地震等により生じる外力作用時)には、リブプレートと内側リングとの固定が外れ、変形誘発部において内側リングの地下管路側への変形が誘発される。
【0009】
第2のアンカー部材は、止水鉄板及び止水ゴムを貫通し、弾性ワッシャを介して止水鉄板及び止水ゴムを管路構造物に固定している。例えば、アンカー部材はボルトであって、頭部が止水鉄板の立坑内部側に設けられ、止水鉄板および止水ゴムを貫通し、他端が管路構造物に埋設される。この場合、ボルト頭部と止水鉄板との間に弾性ワッシャが設けられる場合がある。
【0010】
止水鉄板の外側リングと内側リングとは、例えば、境界部で溶接され、溶接部が変形誘発部として機能する。または、外側リングと内側リングとの境界部に溝またはスリットが設けられ、境界部が変形誘発部として機能する場合もある。さらに、外側リングと内側リングとが、外側リングの内縁部と内側リングの外縁部とにラップ部分を設けて配置され、ラップ部分が変形誘発部として機能する場合もある。この時、外側リングと内側リングは必要に応じて止水溶接がされている。
【0011】
本発明では、止水ゴムの立坑側に止水鉄板が設けられるため、地下管路と立坑との接続部近傍における外部からの土水圧に対しても確実に止水性を確保することができる。また、大規模な地震動により、管路構造物が例えば数十mm程度、立坑から離れる方向であって、管路構造物であるセグメントの接続部に引張力が加わる方向の大きな変位が生じた場合には、変形誘発部が破断・変形し、止水ゴムは弾性変形により変位に追従する。破断後の止水鉄板はアンカー部材でセグメントに固定されるため、セグメントに追従して変形し、止水性が保たれる。また、セグメント同士の継手部に応力が生じないため、セグメント同士の継手部の破損を防止することができる。また、弾性ワッシャを用いれば、小規模な地震動により発生する例えば数mm程度の小さな変位に対しても、アンカー部材と止水鉄板と弾性ワッシャとの弾性変形で歪を吸収することにより、止水性能の低下を防止できる。また、リブプレートを立坑内面側に設置することで、立坑の外部からの土水圧等に対して十分な強度を得ることができるとともに、管路構造物の立坑側への変形(管路構造物が立坑側へ突出する方向の変位であって、セグメントの接続部に圧縮力が加わる方向の変位)を抑制できる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、外力作用時に構造物の安全性を確保し、止水性能の低下を確実に防止できる、可撓性を有する簡易かつ経済的な立坑坑口部の接合構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】立坑3とトンネル5との接合部付近の断面図
【図2】止水ゴム21、止水鉄板17、頭付きボルト29、頭付きボルト23、弾性ワッシャ27、リブプレート33等から構成される接合構造15付近のトンネル軸方向の断面図
【図3】接合構造15付近のトンネル軸方向の断面図
【図4】接合構造15のトンネル周方向の断面図
【図5】大規模地震発生時の接合構造15の状態を示す図
【図6】他の止水鉄板の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は、立坑3とトンネル5との接合部付近の断面図である。図1に示すように、地山1に構築された地下管路の管路構造物であるトンネル5の端部は、立坑3の開口部8に接合される。開口部8の内周には坑口コンクリート7が設置される。
【0015】
図2および図3は、接合構造15付近のトンネル軸方向の断面図であり、図4は、接合構造15のトンネル周方向の断面図を示す図である。なお、図2は、図1に示す範囲Aの拡大図であり、図4に示す矢印C−Cによる断面図である。また、図3は、図4に示す矢印D−Dによる断面図である。なお、図4では、坑口コンクリート7の図示を省略している。
【0016】
図2から図4に示すように、立坑3は、開口部8(図1)の内周面10に沿って、埋込み金物9が設置される。トンネル5は、セグメント13、埋込み金物9とセグメント13との間に充填された裏込め材11等で構成される。
【0017】
図2から図4に示すように、立坑3とトンネル5との接合部には、接合構造15が設置される。接合構造15は、止水ゴム21、止水鉄板17、第1のアンカー部材である頭付きボルト29、第2のアンカー部材である頭付きボルト23、弾性ワッシャ27、リブプレート33等からなる。
【0018】
図2、図3に示すように、止水ゴム21は、トンネル5の立坑3の内部側の端面6に沿って設置される。止水ゴム21は、例えば、内径がセグメント13の内径とほぼ同じで、外径が裏込め材11の外径より少し大きい環状の板状部材とする。
【0019】
図2から図4に示すように、止水鉄板17は、止水ゴム21の立坑3の内部側の面12に沿って設置される。止水鉄板17は、止水ゴム21とほぼ同じ形状の環状の部材とする。止水鉄板17は、外側リング17bと内側リング17aとからなる。止水鉄板17は、外側リング17bと内側リング17aとの境界部付近に、変形誘発部として機能する止水溶接部19を有する。止水溶接部19は、止水鉄板17の坑口コンクリート7側の面14に設けられる。
【0020】
図2に示すように、頭付きボルト29は、止水鉄板17および止水ゴム21を立坑3の坑口部に固定する。頭付きボルト29は、頭部28が立坑3に埋設され、止水鉄板17および止水ゴム21を貫通する。頭付きボルト29の端部26にはナット31が螺合され、止水鉄板17の坑口コンクリート7側の面14に締め付けられる。頭付きボルト29の端部26およびナット31は、坑口コンクリート7に埋設される。
【0021】
図2に示すように、頭付きボルト23は、止水鉄板17および止水ゴム21をトンネル5のセグメント13に固定する。頭付きボルト23は、頭部30が止水鉄板17の立坑3の内部側に設けられ、止水鉄板17および止水ゴム21を貫通する。頭付きボルト23の頭部30は、坑口コンクリート7に設けられた空間35内に配置される。頭付きボルト23の端部32は、セグメント13の端面6に設けられたインサート25内に捩じ込まれる。弾性ワッシャ27は、頭付きボルト23の頭部30と止水鉄板17との間に設けられる。
【0022】
なお、本実施例では、弾性ワッシャ27をアンカー部材である頭付きボルト23の頭部30と止水鉄板17との間に設けたが、弾性ワッシャの位置はこれに限らない。本発明では、止水鉄板及び止水ゴムを貫通するアンカー部材が、弾性ワッシャを介して止水鉄板及び止水ゴムがセグメントに固定される位置関係に設けられていればよい。例えば、アンカー部材である頭付きボルトの頭部が止水ゴム21のセグメント13側に設けられ、弾性ワッシャが頭付きボルトの頭部と止水ゴム21との間に設けられる場合もある。
【0023】
図3、図4に示すように、リブプレート33は、止水鉄板17の立坑3の内部側の面14に、所定の間隔をおいて放射状に設けられる。本実施例では、リブプレート33と外側リング17bとの接触部は、線状の溶接部39により全長にわたって固定される。リブプレート33と内側リング17aとの接触部は、点状の溶接部37により所定の箇所のみが固定される。
【0024】
図2から図4に示す接合構造15では、小規模な地震動等により発生する、例えば数mm程度の小さな変位に対して、頭付きボルト29、頭付きボルト23、弾性ワッシャ27、止水鉄板17の弾性変形で歪を吸収する。そのため、止水ゴム21に損傷が生じず、立坑3とトンネル5との接合部における止水性能の低下が防止される。
【0025】
図5は、大規模地震発生時の接合構造15の状態を示す図である。止水鉄板17の外側リング17bとリブプレート33との接触部は全長にわたって線状に溶接され、内側リング17aとリブプレート33との接触部は所定の箇所のみが点状に溶接される。接合構造15において、大規模な地震動等によりセグメント13が立坑3に対して離れる方向(図5に示す矢印Eの方向)に、例えば数十mm程度の大きな変位が発生すると、内側リング17aとリブプレート33との溶接部37(図4)のみが破断し、内側リング17aが外側リング17b側の端部で支持され、他方の端部が自由な状態となる。つまり、リブプレート33と外側リング17bおよび内側リング17aとの固定における関係は、止水鉄板17に管路延長方向に曲げ応力が作用して、変形誘発部が破断するときに、内側リング17aとリブプレート33の固定が外れる一方で、外側リング17bとリブプレート33の固定が外れない関係とする。
【0026】
内側リング17aとリブプレート33との溶接部37(図4)が破断すると、変形誘発部として機能する止水鉄板17の、外側リング17bと内側リング17aとの止水溶接部19が破断する。この際、立坑3とトンネル5を繋いでいる止水ゴム21が変位に追従し、止水性能は維持される。なお、止水ゴム21のゴムとは、鉄等の金属と比べて広い弾性域を有する弾性体を意味し、止水鉄板17の鉄板とは、ゴムと比べて大きな強度を有する剛性体を意味する。
【0027】
このように、本実施の形態によれば、図2から図4に示すような簡易な構造の接合構造15を用いることにより、構造が複雑で高価な可撓セグメントを用いることなく、可撓性を有する立坑3とトンネル5の接合部を構築できる。
【0028】
すなわち、立坑3とトンネル5との接合部に、セグメント13が立坑3に対して離れる方向(図5に示す矢印Eの方向)であって、セグメント13の接続部に引張力が加わる方向の、例えば数十mm程度の大きな変位が生じた場合には、止水ゴム21、止水鉄板17それぞれが立坑3、セグメント13の相対変位に追従し、止水性が確保できる。
セグメント13が立坑3に対して近づく方向(図5に示す矢印Fの方向)であって、セグメント13の接続部に圧縮力が加わる方向に、例えば数十mm程度の大きな変位が生じた場合には、リブプレート33がセグメント13の変位を抑制する。この際、セグメント13にも圧縮力が加わるが、通常セグメント13は圧縮力に対しては構造的に強いので構造物の安全性は維持できる。
【0029】
また、立坑3とトンネル5との接合部に、例えば数mm程度の小さな変位が生じた場合には、頭付きボルト29、頭付きボルト23、弾性ワッシャ27、止水ゴム21、止水鉄板17の弾性変形により歪みを吸収し、止水鉄板の塑性変形破断は生じず、止水性能の低下を防止できる。
【0030】
なお、本実施の形態では、止水鉄板17の外側リング17bと内側リング17aとの境界部に止水溶接部19を設けて変形誘発部として機能させたが、止水鉄板17の構成はこれに限らない。
【0031】
図6は、他の止水鉄板の例を示す図である。図6の(a)図は、止水鉄板41のトンネル軸方向の断面図を示す。止水鉄板41は、止水鉄板17と同様の環状の板状部材であり、図6の(a)図に示すように、外側リング41bと内側リング41aとからなる。止水鉄板41は、外側リング41bと内側リング41aとの境界部に溝43が設けられる。止水鉄板17のかわりに止水鉄板41を用いた接合構造では、溝43が設けられた境界部が変形誘発部として機能する。
【0032】
図6の(b)図は、止水鉄板45のトンネル軸方向の断面図を示す。止水鉄板45は、止水鉄板17と同様の環状の板状部材であり、図6の(b)図に示すように、外側リング45bと内側リング45aとからなる。止水鉄板45は、外側リング45bと内側リング45aとの境界部にスリット47が設けられる。止水鉄板17のかわりに止水鉄板45を用いた接合構造では、スリット47が設けられた境界部が変形誘発部として機能する。
【0033】
図6の(c)図は、止水鉄板49のトンネル軸方向の断面図を示す。止水鉄板49は、止水鉄板17と同様の環状の板状部材であり、図6の(c)図に示すように、外側リング49bと内側リング49aとからなる。止水鉄板49は、外側リング49bの内縁部53bと内側リング49aの外縁部53aとにラップ部分51が設けられる。外側リング49bと内側リング49aとは、必要に応じて止水溶接がされている。止水鉄板17のかわりに止水鉄板49を用いた接合構造では、ラップ部分51における、外側リング49bと内側リング49aとの境界部近傍が変形誘発部として機能する。
【0034】
立坑3とトンネル5との接合部に外力が作用して、例えば数mm程度の小さな変位が生じた場合、止水鉄板17のかわりに図6に示す止水鉄板41(45、49)を用いた接合構造においても、図2から図4に示す接合構造15と同様に、頭付きボルト29、頭付きボルト23、弾性ワッシャ27、止水鉄板41(45、49)の弾性変形で歪を吸収し、立坑3とトンネル5との接合部における止水性能の低下が防止できる。
【0035】
また、外力の作用によりセグメント13が立坑3に対して離れる方向に、例えば数十mm程度の大きな変位が生じた場合、接合構造15と同様に、内側リング41a(45a、49a)とリブプレート33との溶接部のみが破断して、内側リング41a(45a、49a)が外側リング41b(45b、49b)側の端部で支持され、他端が自由な状態となる。そして、内側リング41a(45a、49a)のトンネル5側への変形が誘発されるとともに、止水鉄板41(45、49)の塑性変形が生じる。が、止水ゴム21が立坑3とトンネル5のセグメント13とを繋いでいるため、立坑3とトンネル5との接合部における止水性が確保できる。
【0036】
本実施の形態では、止水鉄板17の外側リング17bとリブプレート33との接触部を全長にわたって線状に溶接し、内側リング17aとリブプレート33との接触部は所定の箇所のみを点状に溶接したが、リブプレート33と外側リング17bおよび内側リング17aとの固定方法はこれに限らない。リブプレート33と外側リング17bおよび内側リング17aとの固定における関係は、止水鉄板17に管路延長方向に曲げ応力が作用して、変形誘発部が破断するときに、内側リング17aとリブプレート33の固定が外れる一方で、外側リング17bとリブプレート33の固定が外れない関係にあれば良い。
【0037】
本実施の形態では、トンネル5のセグメント13と止水鉄板17および止水ゴム21との固定部分に弾性ワッシャ27を設置したが、立坑3と止水鉄板17および止水ゴム21との固定部分にも同様に弾性ワッシャを設置する場合がある。また、これらの弾性ワッシャは必要に応じて設置すればよい。
【0038】
本実施の形態では、断面が円形のシールドトンネル5と立坑3との接合部を例として説明したが、本発明の接合構造は、断面が他の形状のトンネルと立坑との接合部にも適用できる。また、トンネル以外の地下管路と立坑との接合部にも適用できる。
【0039】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【0040】
3………立坑
5………トンネル
6………端面
10、12、14………面
13………セグメント
15………接合構造
17、41、45、49………止水鉄板
17a、41a、45a、49a………内側リング
17b、41a、45a、49a………外側リング
19………止水溶接部
21………止水ゴム
23、29………頭付きボルト
25………インサート
26、32………端部
27………弾性ワッシャ
28、30………頭部
43………溝
45………スリット
51………ラップ部分
53a………内縁部
53b………外縁部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
地下管路と接合される立坑坑口部の接合構造であって、
前記地下管路の管路構造物の立坑内部側の端面に沿って設けられた板状の止水ゴムと、
前記止水ゴムの立坑内部側の面に沿って設けられ、外側リングと内側リングとからなり、前記外側リングと前記内側リングとの境界部付近に変形誘発部を有する止水鉄板と、
前記止水鉄板および前記止水ゴムを前記立坑坑口部に固定する第1のアンカー部材と、
前記止水鉄板および前記止水ゴムを前記管路構造物に固定する第2のアンカー部材と、
を具備することを特徴とする立坑坑口部の接合構造。
【請求項2】
前記止水鉄板の立坑内部側の面に、所定の間隔をおいて放射状にリブプレートが設けられ、
前記リブプレートと前記外側リングとの接触部、前記リブプレートと前記内側リングとの接触部が固定されることを特徴とする請求項1記載の立坑坑口部の接合構造。
【請求項3】
前記止水鉄板への外力作用時に、前記リブプレートと前記内側リングとの固定が外れ、前記変形誘発部において前記内側リングの前記地下管路側への変形が誘発されることを特徴とする請求項2記載の立坑坑口部の接合構造。
【請求項4】
前記第2のアンカー部材は、前記止水鉄板及び前記止水ゴムを貫通し、弾性ワッシャを介して前記止水鉄板及び前記止水ゴムを前記管路構造物に固定していることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の立坑坑口部の接合構造。
【請求項5】
前記外側リングと前記内側リングとが境界部で溶接され、溶接部が前記変形誘発部として機能することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の立坑坑口部の接合構造。
【請求項6】
前記外側リングと前記内側リングとの境界部に溝またはスリットが設けられ、前記境界部が前記変形誘発部として機能することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の立坑坑口部の接合構造。
【請求項7】
前記外側リングと前記内側リングとが、前記外側リングの内縁部と前記内側リングの外縁部とにラップ部分を設けて配置され、前記ラップ部分における、前記外側リングと前記内側リングとの境界部近傍が前記変形誘発部として機能することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の立坑坑口部の接合構造。

【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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