JP3706889B2

JP3706889B2 - 坑口シール装置

Info

Publication number: JP3706889B2
Application number: JP2000020265A
Authority: JP
Inventors: 満篠原; 彰宇佐美; 毅柳楽; 純市岡林; 伸明平光; 英男藤森
Original assignee: Toda Corp; Shimizu Corp
Current assignee: Toda Corp; Shimizu Corp
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: JP2001207776A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は坑口に設置される坑口パッキン装置に関し、更に詳しくは、坑口の内周面と、該坑口に連通して地盤に掘削形成された掘削坑内に配設されたトンネルセグメント、埋設管等の管路形成体の外周面との間をシールする坑口パッキン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、竪坑やトンネル坑等の坑口、或いは地表に設けた坑口からシールド工法や推進工法によって地中に他の掘削坑、例えばトンネル坑、竪坑等を構築することが行われている。シールド工法においては、地盤を掘削する掘進機の後方部でセグメントを管状に又は一部開放した周枠状に組み立てる作業を順次行うことにより、掘削された坑内に管路が形成される。また、推進工法においては、掘進機又は刃口管の後部に連設される埋設管の後端を推進機で押圧し該埋設管を地盤中に圧入しながら掘進機又は手堀りで地盤を掘削することにより、掘削された坑内に管路が形成される。
【０００３】
したがって、シールド工法及び推進工法の何れにおいても、発進用又は到達用の坑口と掘進機の外周面との間、及び坑口と管路形成体であるセグメントや埋設管等の外周面との間をシールして発進坑内、到達坑内等への土砂や地下水等の流入を防止する必要がある。
【０００４】
従来の坑口シール装置は、例えば特開昭４８−７６３４７号に示されているように、坑口の内周面にチューブ状パッキンを装着し、該チューブ状パッキン内に流体を注入口から圧入することにより、該チューブ状パッキンを膨張させて管路形成体の外周面やその先端の掘進機等における先導機器の外周面に圧接させるように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の坑口シール装置は、チューブ状パッキンを膨張させるためには必ず流体供給装置や専用配管等を用いてチューブ状パッキン内に流体を圧入する必要がある。また、チューブ状パッキン自体の耐圧密封性が要求されるため、チューブ状パッキンの強度及び品質を高く保つ必要があり、材料費、製造コストが高くつくという欠点がある。また、外傷等によってチューブ状パッキンに亀裂等が生じると内部の流体が流出し、パッキンとして機能しなくなるという欠点がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、構造が簡単で保管、運搬及び設置工事が容易で、しかも、止水性に優れた坑口シール装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、掘削孔の坑口と該掘削孔内に配設される管路形成体との間を液密に耐圧シールするための坑口シール装置であって、外周部が前記坑口に取り付けられ、且つ、前記管路形成体の外形よりも小さい開口を有する弾性パッキンと、表面から前記掘削孔内部の水を吸収して膨張することにより、前記弾性パッキンの受圧面側からその開口周縁部を前記管路形成体の外周面に押しつける吸水膨張部材と、を有することを特徴とする坑口シール装置を提供する。
【０００８】
上記構成の坑口シール装置においては、弾性パッキンが掘削孔の坑口と管路形成体の外周面との間を液密にシールするとき、吸水膨張部材が掘削孔内に充満する水を吸収し坑口内周面と管路形成体との間で体積膨張することにより、弾性パッキンの受圧面側からその開口周縁部を前記管路形成体の外周面に強く押しつけることができるので、耐圧止水性に優れた坑口シール装置を提供することができる。しかも、吸水膨張部材はその表面から掘削孔内部の水を吸収して体積膨張することができるので、吸水膨張部材を膨張させるための水供給装置や専用の供給配管等がない場合であっても、或いは、たとえそれらがあってもそれらを用いることなく、吸水膨張部材を急速に膨張させることができる。さらに、吸水膨張部材はその表面からの吸水によって体積膨張するので、外傷等によって吸水膨張部材の表面に亀裂等が生じても膨張特性が損なわれることがない。したがって、構成が簡素で且つ信頼性の高い耐圧性の坑口シール装置を提供することができる。
【０００９】
上記構成の坑口シール装置において、前記吸水膨張部材は前記弾性パッキンの受圧面と接触し得るように前記坑口に取り付けてもよく、あるいは、前記弾性パッキンの受圧面側に取り付けてもよい。
【００１０】
また、本発明は、掘削孔の坑口と該掘削孔内に配設される管路形成体との間を液密に耐圧シールするための坑口シール装置であって、前記管路形成体の外周を全周にわたり包囲するように外周部が前記坑口に取り付けられた吸水膨張部材を備え、この吸水膨張部材はその表面から掘削孔内の水を吸収し体積膨張することにより、前記坑口の内周面と前記管路形成体の外周面との間を液密にシールすることを特徴とする坑口シール装置を提供する。
【００１１】
上記構成の坑口シール装置においては、掘削孔の坑口に取り付けられた吸水膨張部材が掘削孔内に充満する水を吸収し坑口内周面と管路形成体との間で体積膨張することにより、坑口の内周面と管路形成体の外周面との間を液密にシールすることができるので、耐圧止水性に優れた坑口シール装置を提供することができる。しかも、吸水膨張部材はその表面から掘削孔内の水を吸収し体積膨張することができるので、吸水膨張部材を膨張させるための水供給装置や専用の供給配管等がない場合であっても、或いは、たとえそれらがあってもそれらを用いることなく、吸水膨張部材を急速に膨張させることができる。さらに、吸水膨張部材はその表面からの吸水によって体積膨張するので、外傷等によって吸水膨張部材の表面に亀裂等が生じても膨張特性が損なわれることがない。したがって、構成が簡素で且つ信頼性の高い耐圧性の坑口シール装置を提供することができる。
【００１２】
上述した本発明の坑口シール装置において、好ましくは、前記吸水膨張部材が、通水性を有する袋体と、該袋体の内部に収容された吸水ポリマーとを有する。
【００１３】
係る構成の坑口シール装置においては、吸水材として吸水ポリマーを用いているので、非吸水時には吸水膨張部材が軽量且つコンパクトなものとなり、保管、運搬、取り付け等が容易となる。また、吸水ポリマーは吸水速度が速く且つ吸水による５〜１０倍の体積膨張が可能であるので、この吸水ポリマーを用いることにより、坑口内周面と管路形成体との間を迅速且つ効果的に液密にシールすることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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。
【００１５】
【実施例】
図１から図３までは本発明による坑口シール装置を推進工法の発進側竪坑の坑口に適用した場合の第１実施例を示したものである。図１は掘削開始前の竪坑の坑口に坑口シール装置を取り付けた状態を示す概略縦断面側面図であり、図２は図１に示す坑口シール装置を竪坑内部側から見た概略端面図であり、図３は図１に示す坑口シール装置を掘削孔側から見た概略端面図であり、図４は図１に示す坑口シール装置の要部拡大縦断面図であり、図５（ａ），（ｂ）はそれぞれ図１に示す坑口シール装置の使用状態を示す図４と類似の断面図である。
【００１６】
これらの図を参照すると、竪坑１の坑壁２には内側に断面略円形の掘削坑４を形成するための坑口をなす筒状体３が竪坑１の内方に向かって突設されており、筒状体３の端部に本発明による坑口シール装置５が取り付けられている。推進機（図示省略）によって押し出される管路形成体としての埋設管６の先端には先導機器としての掘進機７が取り付けられており、この掘進機７で掘削坑４を切り開きながらその後ろに埋設管６を順次継ぎ足し掘削坑４の内部に進入させるものとなっている。
【００１７】
坑口シール装置５は、掘進機７および埋設管６の進入に従って筒状体（坑口）３と掘進機７の外周面との間および筒状体３と埋設管６の外周面との間を外圧（掘削坑４内部の気圧、水圧、土圧等）に坑して順次耐圧シールするためのものであり、板状の弾性パッキン８と、裏当部材９と、本発明の特徴をなす吸水膨張部材１０とを有している。
【００１８】
弾性パッキン８は好ましくはゴムを主材としたものであり、その外周部８ａが筒状体３の端面部に取り付けられるとともに、中央部に埋設管６の外形よりも小さい開口８ｂを有している。弾性パッキン８の開口８ｂは堀進機７および埋設管６の進入時にこれら掘進機７および埋設管６によってそれぞれ図５（ａ），（ｂ）に示すように拡開変形され得る。
【００１９】
裏当部材９は弾性金属板からなっており、その外周部９ａが筒状体３の端面部に取り付けられている。裏当部材９は埋設管６の外形よりも小さく且つ弾性パッキン８の開口よりも大きな開口９ｂを有しており、裏当部材９の内周部側は短冊状に形成されている。図５（ａ），（ｂ）からわかるように、弾性パッキン８が掘進機７又は埋設管６の外周面をシールするとき、裏当部材９の内周部は掘削坑４の内方側にたわみ変形した状態でその内周端が堀進機７又は埋設管６の外周面に当接するので、弾性パッキン８に作用する外圧に坑して弾性パッキン８の背面側を耐圧支持することができる。
【００２０】
図３〜図５に示すように、この第１実施例の吸水膨張部材１０はその表面から掘削孔４の内部の水を吸収し膨張することにより、弾性パッキン８の受圧面側からその開口周縁部を掘進機７及び埋設管６の外周面に押しつけることができるものとなっている。
【００２１】
更に詳しく説明すると、吸水膨張部材１０は、通水性を有する袋体１１と、この袋体１１の内部に収容された吸水ポリマー１２とを有している。図３に示すように、この実施例の袋体１１は筒状体３の内周に沿って略円弧状に形成されており、その外周部側が筒状体３の頂部内周面と底部内周面とにそれぞれ取り付けられている。筒状体３の頂部側に設けられている吸水膨張部材１０は、掘進機７又は埋設管６がその自重等で筒状体３の中心よりも下方に変位した場合に、筒状体３の内周面と掘進機７又は埋設管６の外側面との間の隙間が拡がって弾性パッキン８によるシール性が低下することを防止する役割を果たすことができる。また、筒状体３の底部側に設けられている吸水膨張部材１０は、弾性パッキン８自体がその自重でだれてしまうことにより、そのシール性が低下することを防止する役割を果たすことができる。
【００２２】
詳細な図示は省略するが、袋体１１は好ましくは外袋と内袋とで構成され、外袋は好ましくは耐外傷性及び耐衝撃性に富む材料により、また、内袋は好ましくはポリマー保有性に富む材料により構成される。吸水膨張部材１０がその表面から吸水し得るように、外袋も内袋も良好な通水性を有することが望ましい。また、外袋も内袋も吸水ポリマー１２の体積膨張に応じて膨張し得るように、良好な伸縮性を有することが望ましい。これらの袋体材料としてはポリエステル系の不織布、或いは、伸縮性を有するように繊維を編んで形成したメッシュ布が好ましい。
【００２３】
吸水ポリマー１２はシート状に成形したものを多層に積層して用いることができる。この場合、坑口３の内周面と管路形成体（掘進機７及び埋設管６）との間でその積層方向が半径方向と略一致するように袋体１１内に収容すれば、効果的に吸水膨張させることができる。
【００２４】
上記横成の坑ロシール装置においては、掘削孔４の坑口をなす筒状体３に取り付けられた吸水膨張部材１０が掘削孔４内の水を吸収し筒状体３の内周面と管路形成体としての掘進機７又は埋設管６との間で体積膨張することにより、筒状体３の内周面と掘進機７又は埋設管６の外周面との間を液密にシールすることができる。しかも、吸水膨張部材１０は掘削孔４内の水を吸収し膨張するものであり、膨張用の水等を供給するための供給装置や供給配管等を別途設ける必要がないので、構成が簡素で取付け工事の容易な耐圧性の坑口シール装置を提供することができる。掘削孔４内に充満する水は、地中に含まれる地下水、或いは、掘進時に掘削部を泥水化するために掘進機７等からから掘削部に向けて供給された水等からなる。
【００２５】
図５に示すように、掘進機７が筒状体３の内側に位置しているときは、吸水膨張部材１０は吸水膨張によって、掘進機７の外周面に密着した弾性パッキン８の内周部側と筒状体３の内周面との間の隙間を埋めることができる（図５（ａ）参照）。また、埋設管６が筒状体３の内側に位置しているときは、吸水膨張部材１０が更に吸水膨張することにより、埋設管６の外周面に密着した弾性パッキン８の内周部側と筒状体３の内周面との間の隙間を埋めることができる（図５（ａ）参照）。したがって、順応性に優れた耐圧シール構造とすることができる。
【００２６】
なお、上記第１実施例においては、裏当部材９が用いられており、且つ、この裏当部材９はばね性を有する金属板からなっているが、裏当部材９としては、例えば特開平２−２１３５８７号に示されるような、ヒンジを介して取り付けられる可動板（揺動板）タイプのものであってもよい。また、裏当部材９は省略してもよい。
【００２７】
図６及び図７は本発明の第２実施例を示したものである。図６は坑口シール装置の要部縦断面図であり、図７は図６に示す坑口シール装置を掘削孔側から見た端面図である。これらの図において上記実施例と同様の構成要素には同一の参照符号が付してある。
【００２８】
図６及び図７に示す第２実施例では、掘削孔４の坑口をなす筒状体３と、掘削孔４内に配設される管路形成体としての掘進機７又は埋設管６との間を液密に耐圧シールするための坑口シール装置は、掘進機７又は埋設管６の外周を全周にわたり包囲するように外周部が筒状体３に取り付けられた吸水膨張部材１０を備えている。
【００２９】
この吸水膨張部材１０は、掘進機７が筒状体３の内側に位置したとき、筒状体３の内周面と掘進機７との間の隙間をシールするが、掘削孔４内に充満する水を吸水膨張部材１０の表面から急速に吸収して体積膨張することにより、より強い力で筒状体３の内周面と掘進機７との間の隙間をシールすることができる。また、埋設管６が筒状体３の内側に位置したときは、吸水膨張部材１０は更に掘削孔４内の水を急速に吸収し体積膨張することにより、筒状体３の内周面と埋設管６の外周面との間を強い力でシールすることができる。
【００３０】
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、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内でその構成要素に種々の変更を加えることができる。例えば第１実施例における裏当部材９は省略してもよい。また、第１実施例における吸水膨張部材１０は坑口をなす筒状体３の内周面に取り付けられているが、弾性パッキン８の受圧面側に該弾性パッキン８と一体に設けてもよい。
【００３１】
さらに、本発明は竪坑の発進用坑口のみならず、到達用坑口や、トンネル壁に形成される分岐トンネル形成用の坑口、或いは、竪坑の構築のために地表に設けられる坑口等にも同様に適用することができる。また、適用される管路形成体の形状に対応して弾性パッキンを例えば矩形、馬蹄形、ひょうたん形、門形等の形状にすることができる。その場合、第１実施例の構成態様においては、管路形成体に対する弾性パッキン自体の押圧力が低下する箇所、例えば直線部やくびれた部分等に吸水膨張部材を配置してシール性を強化することができる。さらに、本発明は、推進工法に用いられる坑口に適用したときは、管路形成体としての刃口管やヒューム管の外周面に良好なシール性を確保することができ、また、シールド工法に用いられる坑口に適用したときは、管路形成体としてのシールド機本体外周やセグメントの外周面に良好なシール性を確保することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、掘削孔の坑口と該掘削孔内に配設される管路形成体との間を液密に耐圧シールするための坑口シール装置であって、外周部が前記坑口に取り付けられ、且つ、前記管路形成体の外形よりも小さい開口を有する弾性パッキンと、表面から前記掘削孔内部の水を吸収して体積膨張することにより、前記弾性パッキンの受圧面側からその開口周縁部を前記管路形成体の外周面に押しつける吸水膨張部材と、を有することを特徴とするものであるから、弾性パッキンによるシール時に弾性パッキンによる管路形成体のシール力を吸水膨張部材によって強化することができる。したがって、管路形成体の断面形状の如何に拘わらず良好な耐圧シール性を確保することが可能となる。また、吸水膨張部材はその表面から掘削孔内の水を吸収して体積膨張することができるので、たとえ外傷等により表面に亀裂等が生じても体積膨張機能が損なわれることがない。したがって、構成が簡素で且つ信頼性が高い耐圧性の坑口シール装置を提供することができる。
【００３３】
また、本発明は、掘削孔の坑口と該掘削孔内に配設される管路形成体との間を液密に耐圧シールするための坑口シール装置であって、前記管路形成体の外周を全周にわたり包囲するように外周部が前記坑口に取り付けられた吸水膨張部材を備え、この吸水膨張部材はその表面から掘削孔内の水を吸収し体積膨張することにより、前記坑口の内周面と前記管路形成体の外周面との間を液密にシールすることを特徴とするものであるから、耐圧止水性に優れた坑口シール装置を提供することができる。また、吸水膨張部材はその表面から掘削構内の水を吸収して体積膨張することができるので、たとえ外傷等により表面に亀裂等が生じても体積膨張機能が損なわれることがない。したがって、構成が簡素で且つ信頼性の高い耐圧性の坑口シール装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による坑口シール装置を推進工法の発進側竪坑の坑口に適用した場合の第１実施例を示したものであり、掘削開始前の竪坑の坑口に坑口シール装置を取り付けた状態を示す概略縦断面側面図である。
【図２】図１に示す坑口シール装置を竪坑内部側から見た概略端面図である。
【図３】図１に示す坑口シール装置を掘削孔側から見た概略端面図である。
【図４】図１に示す坑口シール装置の要部拡大縦断面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）はそれぞれ図１に示す坑口シール装置の使用状態を示す図４と類似の断面図である。
【図６】本発明の第２実施例を示す坑口シール装置の要部縦断面図である。
【図７】図６に示す坑口シール装置を掘削孔側から見た端面図である。
【符号の説明】
１竪坑
２坑壁
３筒状体（坑口）
４掘削孔
５坑口シール装置
６埋設管（管路形成体）
７掘進機（管路形成体）
８弾性パッキン
９裏当部材
１０吸水膨張部材
１１袋体
１２吸水ポリマー

Claims

掘削孔の坑口と該掘削孔内に配設される管路形成体との間を液密に耐圧シールするための坑口シール装置であって、外周部が前記坑口に取り付けられ、且つ、前記管路形成体の外形よりも小さい開口を有する弾性パッキンと、表面から前記掘削孔内部の水を吸収して体積膨張することにより、前記弾性パッキンの受圧面側からその開口周縁部を前記管路形成体の外周面に押しつける吸水膨張部材と、を有することを特徴とする坑口シール装置。
掘削孔の坑口と該掘削孔内に配設される管路形成体との間を液密に耐圧シールするための坑口シール装置であって、前記管路形成体の外周を全周にわたり包囲するように外周部が前記坑口に取り付けられた吸水膨張部材を備え、この吸水膨張部材は表面から前記掘削孔内の水を吸収して体積膨張することにより、前記坑口の内周面と前記管路形成体の外周面との間を液密にシールすることを特徴とする坑口シール装置。
前記吸水膨張部材が、通水性を有する袋体と、該袋体の内部に収容された吸水ポリマーとを有することを特徴とする請求項１又は２記載の坑口シール装置。