JP2003082997A - コンクリート中詰めの鉄系セグメント構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】中詰めコンクリート脱落防止とコンクリートひ
び割れ幅制御・抑制により、品質の優れたコンクリート
中詰めセグメント構造を提供する。 【解決手段】コンクリート中詰め鋼製セグメント１７に
おいて、中詰コンクリート５内の所定の位置に、継手板
２と結合した所定の強度を持つ中詰めコンクリート塊の
脱落防止用鋼材１６を配置し、また、中詰コンクリート
内の所定の位置にトンネル軸方向に沿って、主桁１と結
合したコンクリートのひび割れ幅コントロール用鋼材１
５を所定間隔で配置したセグメント構造を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート中詰
め鉄系セグメントにおけるコンクリート塊の脱落防止
と、ひび割れ幅抑制（コントロール）を行うことを目的
として、中詰めコンクリート中に所定の配筋を配置する
コンクリート中詰めの鉄系セグメント構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ここで、鉄系セグメントは、鋼板を溶接
等で組み立てて鋼殻を構成したものや、鋳造等にて製造
したものなどを指す。また、コンクリート中詰め鉄系セ
グメントは、鉄系セグメントの鋼殻内部にコンクリート
を充填したものをいう。

【０００３】このコンクリート中詰め鉄系セグメントで
は、鉄系セグメントの鋼殻表面とコンクリートの間は
付着抵抗力が小さいので滑りやすくコンクリートが剥が
れ易い。このため、何らかの理由により中詰めコンクリ
ートが部分的に剥離し、コンクリート塊が脱落するかも
しれない。さらに、コンクリートには引張作用による
ひび割れが発生することがある。そこで、コンクリート
中に補強用金網を埋設するなどの工夫が施されている。

【０００４】前記の問題点をさらに説明する。コンク
リート中詰め鉄系セグメントにおいて、コンクリート材
料は、一定以上の引張荷重が負荷された時には、コンク
リートにひび割れが入る。トンネル断面に土水圧等の荷
重が作用した場合に、セグメントにトンネル軸直角方向
に引張ひずみが生じるので、引張ひずみの大きさに応じ
てトンネル軸方向にコンクリートにひび割れが発生す
る。トンネルセグメントに、ある大きさの引張ひずみが
生じたとき、トンネルセグメントのひび割れは、ひび割
れ本数が多ければ１本当たりのひび割れ幅は小さく、ひ
び割れ本数が少なければ、ひび割れ幅は大きくなる。

【０００５】他方、トンネルセグメントでは、止水性や
外観上の観点から、１箇所のひび割れに対して、ひび割
れ幅を制限している。コンクリート中詰め鉄系セグメン
トは、ひび割れ発生本数が少なく、そのため、１箇所の
ひび割れ幅が大きくなる傾向にある。しかし、幅の大き
なひび割れの存在は、止水性や美観の低下などの点で好
ましくなく、コンクリート中詰め鉄系セグメントに荷重
が負荷された場合に、ひび割れ発生本数を分散させ、１
箇所当たりのひび割れ幅を小さくする必要がある。とこ
ろで前述のように、コンクリート材料の補強のため、中
詰めコンクリート中には補強金網が埋設されているが、
この補強金網が前記のひび割れ発生にどう関係している
かを次に説明する。

【０００６】図１３〜図１６で説明すると、図１３は、
コンクリート中詰め鋼製セグメント７を千鳥状の配置で
リング状に組み立てたトンネル８を示す。

【０００７】コンクリート中詰め鋼製セグメント７は、
図１４〜図１６に示すように、主桁１間を所定間隔をあ
けて配置する複数の縦リブ２で結合すると共に、主桁１
の端部間を継手板３で結合し、さらに、主桁１と継手板
３の外側にスキンプレート４を結合して鋼殻を構成し、
鋼殻の内部に中詰めコンクリート５を充填して構成され
ると共に、中詰めコンクリート中には細径の補強金網６
が埋設されている。

【０００８】前記の従来構造において、細径の補強金網
６は、縦リブ２に仮溶接や番線等にて簡易に固定されて
いる。この補強金網６はセグメント製造時に発生するコ
ンクリート乾燥収縮による引張ひずみを拘束し、コンク
リート表面のひび割れを抑制することを主な目的に配置
される。

【０００９】ところで、一般的に無筋コンクリートのひ
び割れ発生荷重は小さく、前記細径の補強金網６にてコ
ンクリートひび割れ抑制効果が十分発揮できるとされて
いる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】補強金網は、鋼殻に
対しては仮止めであるから、中詰めコンクリートの鋼殻
との結合強度には全く寄与しておらず、中詰めコンクリ
ートが鋼殻から脱落して落下する恐れは、無筋コンクリ
ートの場合と同様にある。特に、自動車走行の繰り返し
荷重が作用する道路トンネルセグメント等では、従来の
下水道トンネル等と異なり、コンクリートのひび割れに
対して条件が厳しくなるので、コンクリート塊の脱落防
止に適切に対処する必要があるが、その問題を解決でき
なかった。

【００１１】補強金網は、直径６ｍｍ程度の細径棒鋼
を碁盤状に組み立てたものであり、セグメント製造時に
おけるコンクリートの乾燥収縮による引張ひずみを拘束
し、コンクリート表面のひび割れを抑制することを主な
目的に配置される。しかし、前述のように自動車走行な
どの大きな繰り返し荷重が作用する場合などでは、この
大荷重によって発生するコンクリートひび割れを抑制す
ることは根本的に難しい。

【００１２】したがって、本発明者は、ひび割れ発生は
容認するが、所定のひび割れ本数を積極的に誘発させ
て、１本当たりのひび割れ幅を小さくすることを考え
た。

【００１３】コンクリートのひび割れは、コンクリート
中に発生する引張ひずみが、ひび割れを発生させるひず
みを超過した場合にコンクリートひび割れとして現れ
る。したがって、局所的にコンクリートひずみが集中す
る個所にひび割れが発生する。

【００１４】しかし、従来の補強金網は、棒鋼径が細径
であるためにコンクリートのひずみを集中させる効果が
乏しく、意図的にコンクリートひび割れを発生させるに
は不十分である。コンクリートひび割れを発生させるた
めには、コンクリートひずみを十分集中させるに足りる
比較的太径の鉄筋等が必要になる。

【００１５】本発明は、前記の知見に基づいてなされた
もので、中詰めコンクリート脱落防止とコンクリートひ
び割れ幅制御・抑制の点を改良することで、総合的にみ
て、品質の優れたコンクリート中詰めの鉄系セグメント
構造を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明は次のように構成する。

【００１７】第１の発明は、コンクリート中詰め鉄系セ
グメントにおいて、中詰コンクリート内の所定の位置
に、主桁または継手板の一方または両方と結合した、所
定の強度を持つ鉄筋あるいは棒鋼あるいは平鋼あるいは
形鋼からなる中詰めコンクリート塊の脱落防止用鋼材を
配置したことを特徴とする。

【００１８】第２の発明は、コンクリート中詰め鉄系セ
グメントにおいて、中詰コンクリート内の所定の位置
に、トンネル軸方向に沿って、鉄筋あるいは棒鋼あるい
は平鋼あるいは形鋼からなるひび割れ幅コントロール用
鋼材を所定間隔で配置したことを特徴とする。

【００１９】第３の発明は、第１発明の中詰めコンクリ
ート塊の脱落防止用鋼材と、第２発明のコンクリートの
ひび割れ幅コントロール用鋼材とを組合わせて構成した
ことを特徴とする。

【００２０】第４の発明は、第１〜第３の何れかの発明
のセグメントと、中詰めコンクリート中に補強用金網が
埋設されている、コンクリート中詰め鉄系セグメントを
組合わせて構成したセグメント構造を特徴とする。

【００２１】

【作用】第１の発明によると、コンクリート塊の脱落防
止用鋼材は、コンクリート内部に入れ、主桁または継手
板に結合することで、コンクリート塊の脱落に対して抵
抗するに足る強度を確保し、 コンクリート塊の脱落力
を鋼材で受け持たせ、鋼材の力を主桁または継手板に伝
達させて、脱落に抵抗させ、鋼殻からのコンクリート塊
の脱落を防止する。

【００２２】第２発明によると、コンクリートのひび割
れ幅コントロール用鋼材は、コンクリート内部に所定の
ひび割れ間隔と概ね等しい間隔にて配置することで、コ
ンクリートひび割れ発生の誘発材となり、したがって、
当該鋼材の配置間隔を適切に設定することで、コンクリ
ートのひび割れを抑制しながら、小幅のひび割れを間隔
をあけて複数引き起こす。

【００２３】ここで、コンクリートひび割れ発生のメカ
ニズムを説明する。コンクリートに引張力が作用する
と、コンクリート中に引張ひずみの流れが発生する。引
張ひずみの流れを局所的に集中させると、引張ひずみが
限界を超えてコンクリートひび割れとなる。ひび割れ幅
コントロール用鋼材が鉄筋等の場合は、鉄筋径を太くす
るか、或いは平鋼の場合は、この平鋼をセグメント高さ
方向に立てて配置する等により、引張ひずみの流れを効
果的に集中させることができる。セグメント寸法、コン
クリート強度或いは荷重の大きさによって必要な鉄筋径
等は変わるが、凡そ直径が２２ｍｍ以上の鉄筋等を用い
ると効果的であると考える。

【００２４】前記ひび割れ幅コントロール用鋼材の配置
を適切に設定することで、ひび割れ幅と、ひび割れ発生
個所数をコントロールして、複数の各ひび割れ幅を均一
化し、ひび割れ幅が小さいひび割れを多く発生させるな
どして、一つひとつのひび割れ幅についてみた場合、規
制値を超えるひび割れ幅の発生を防止し、かつ美観的に
も好ましくない過大なひび割れ幅の発生を回避できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図を参
照して説明する。

【００２６】図１〜図４は実施形態１に係るコンクリー
ト中詰め鋼製セグメントを示し、図１は、ひび割れ発生
前のコンクリート中詰め鋼製セグメントの内側から見た
斜視図、図２は、同じくひび割れ発生後のコンクリート
中詰め鋼製セグメントの斜視図、図３は図２の長手方向
中央部の断面図、図４は、図２の幅方向中央部の断面
図、図５は、図４の変形例である。また、図６は、実施
形態１の他の変形例に係るコンクリート中詰め鋼製セグ
メントの長手方向中央部の断面図である。

【００２７】実施形態１において、コンクリート中詰め
鋼製セグメント１７は、図１〜図５に示すように、主桁
１間を所定間隔をあけて配置する複数の縦リブ２で結合
すると共に、主桁１の端部間を継手板３で結合し、さら
に、主桁１と継手板３の外側にスキンプレート４を結合
して鋼殻１１を構成し、鋼殻１１の内部に中詰めコンク
リート５を充填して構成される。

【００２８】さらに、中詰めコンクリート５の中には、
中詰めコンクリート塊の脱落防止用鉄筋あるいは棒鋼あ
るいは平鋼あるいは形鋼（以下、脱落防止用鋼材と略称
する）１６と、ひび割れ９を抑制するひび割れ幅コント
ロール用鉄筋あるいは棒鋼あるいは平鋼あるいは形鋼
（以下、コントロール用鋼材と略称する）１５が埋設さ
れている。コントロール用鋼材１５は、図４では１本も
のが左右に連続しており、図５では中間部を切欠した例
が示されている。

【００２９】中詰めコンクリート脱落防止用鋼材１６
は、中詰めコンクリート５の充填前において、鋼殻１１
の内部において、かつセグメント長手方向に延長して、
かつセグメント幅方向に所定間隔離して複数配設され、
鋼材両端は、継手板３の内側面に溶接１０で固着されて
いる。ひび割れ幅コントロール用鋼材１５は、中詰めコ
ンクリート脱落防止用鋼材１６と交差して配設され、か
つセグメント幅方向に延長して、セグメント長手方向に
所定間隔離して複数配設されている。

【００３０】中詰めコンクリート脱落防止用鋼材１６と
縦リブ２の配置との関係を説明する。図３に示すように
縦リブ２が、トンネル中心方向に向いているセグメント
１７の場合、各縦リブ２は、外側（覆工内面側）間隔が
広く、内側（トンネル内空側）間隔が狭い。このとき
は、中詰めコンクリート５は各縦リブ２で楔状に支持さ
れるので、鋼殻１１から脱落しにくい。したがって、コ
ンクリート脱落可能性は小さいので脱落防止用鋼材１６
の強度は小さくてよい。

【００３１】また、図６に示すように、縦リブ２が互い
に平行に配置されるセグメント１７の場合、中詰めコン
クリート５は鋼殻１１から脱落しやすい。したがって、
コンクリート脱落力が大きいので、脱落防止用鋼材１６
自体の強度を大きくする。

【００３２】中詰めコンクリート脱落防止用鋼材１６の
両端と鋼殻１１との溶接１０による取り合いは、鉄筋等
鋼材の強度を鋼殻１１に伝達するように、溶接やスタッ
ド溶接、または機械式継ぎ手等によって剛接合する。特
に、溶接は、鉄筋等鋼材の強度に応じた溶接のど厚を確
保する。

【００３３】ひび割れ幅コントロール用鋼材１５の配置
間隔を説明する。鉄筋１５の配置間隔を検討するに当っ
ては、セグメント製作時、セグメント現場施工時、完成
時等におけるひび割れについて考慮して決定する。具体
的に説明すると、中詰めコンクリートの引張ひずみが、
１０００μ発生するトンネルセグメントの場合は、単体
長３ｍのセグメントで３ｍｍのひび割れが発生すると考
えられる。

【００３４】そこで、１箇所当たりのひび割れ幅を０．
３ｍｍに抑えるためには、セグメント単体中に、概ね１
０箇所ひび割れ幅コントロール用鋼材１５を配置すれ
ば、１箇所当たりのひび割れ幅は、０．３ｍｍに抑制す
ることが可能となる。この場合、鉄筋等鋼材の配置間隔
は、３００ｍｍとして配置すればよい計算となる。

【００３５】図７、図８に示す実施形態２は、従来の中
詰めコンクリート５に補強金網６が埋設されたセグメン
トに実施形態１に示す中詰めコンクリート脱落防止用鋼
材１６および、ひび割れ幅コントロール用鋼材１５を組
み合わせた例を示す。なお、図６は、縦リブ２が、トン
ネル中心方向に向いているセグメント１７の場合、図７
は、縦リブ２が互いに平行に配置されるセグメント１７
の場合であり、これらは、実施形態１における図３、図
６に対応する。

【００３６】図７、図８に示す実施形態２によると、補
強金網６により、例えば、無筋コンクリートに引張力が
作用したときに起こる表面部のコンクリート脱落防止機
能を発揮できるので、中詰めコンクリート５の脱落防止
と相俟って、実施形態１よりも一層、鋼殻１１からの中
詰めコンクリート５の脱落防止作用が奏される。

【００３７】図９、図１０に示す実施形態２は、従来の
中詰めコンクリート５に補強金網６が埋設されたセグメ
ントに、ひび割れ幅コントロール用鋼材１５を組み合わ
せた例を示す。なお、図９は、縦リブ２が、トンネル中
心方向に向いているセグメント１７の場合、図１０は、
縦リブ２が互いに平行に配置されるセグメント１７の場
合であり、これらは、実施形態１における図３、図６に
対応する。

【００３８】図９、図１０に示す実施形態２によると、
補強金網６により、例えば、無筋コンクリートに引張力
が作用したときに起こる表面部のコンクリート脱落防止
機能を発揮できると共に、ひび割れ幅コントロール用鋼
材１５によって中詰めコンクリート５のひび割れ幅抑制
（コントロール）作用が奏される。

【００３９】図１１、図１２に示す実施形態３は、中詰
めコンクリート脱落防止用鋼材１６を鉄筋に代えて平鋼
で構成すると共に、これに組み合わせる、ひび割れ幅コ
ントロール用鋼材１５を鉄筋に代えて平鋼を用いた例を
示す。

【００４０】図１１、図１２に示す実施形態３によって
も、平鋼からなる中詰めコンクリート脱落防止用鋼材１
６とひび割れ幅コントロール用鋼材１５が鋼殻からのコ
ンクリート脱落防止機能を発揮すると共に、中詰めコン
クリート５のひび割れ幅抑制（コントロール）作用が奏
される。

【００４１】

【発明の効果】第１の発明によると、コンクリート塊の
脱落防止用鋼材は、コンクリート内部に入れ、主桁や継
手板と接続することで、コンクリート塊の脱落に対して
抵抗するに足る強度を確保し、 コンクリート塊の脱落
力を鉄筋等鋼材で受け持たせ、鋼材の力を主桁や継手板
に伝達させて、脱落に抵抗させ、コンクリート塊脱落を
防止することができる。

【００４２】第２発明によると、コンクリートのひび割
れ幅コントロール用鋼材は、コンクリート内部に所定の
ひび割れ間隔と概ね等しい間隔にて配置することで、コ
ンクリートひび割れ発生の誘発材となり、コンクリート
のひび割れを抑制しながら、ひび割れを引き起こすこと
ができるので、ひび割れ幅コントロール用鋼材の配置を
適切に配置することで、ひび割れ幅とひび割れ発生箇所
数をコントロールして、結果、ひび割れ幅を均一化し、
僅少なひび割れを多く発生させるなどして、規制値を超
えるひび割れ幅の発生を防止し、かつ美観的にも好まし
くない過大なひび割れ幅の発生を回避できる効果があ
る。

【００４３】第３、第４の発明によると、第１、第２発
明の効果が一層よく発揮される。

【００４４】以上のように、本発明によると、中詰めコ
ンクリート脱落防止とコンクリートひび割れ幅制御・抑
制が実現されたので、総合効果として、品質の優れたコ
ンクリート中詰めセグメント構造を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るひび割れ発生前の
コンクリート中詰め鋼製セグメントの内側から見た斜視
図である。

【図２】同じくひび割れ発生後のコンクリート中詰め鋼
製セグメントの斜視図である。

【図３】図２の長手方向中央部の断面図である。

【図４】図２の幅方向中央部の断面図である。

【図５】図２の幅方向中央部の断面図で、図４の変形例
を示す。

【図６】実施形態１の他の変形例に係るコンクリート中
詰め鋼製セグメントの長手方向中央部の断面図である。

【図７】実施形態２に係るコンクリート中詰め鋼製セグ
メントの長手方向中央部の断面図である。

【図８】実施形態２の変形例に係るコンクリート中詰め
鋼製セグメントの長手方向中央部の断面図である。

【図９】実施形態３に係るコンクリート中詰め鋼製セグ
メントの長手方向中央部の断面図である。

【図１０】実施形態３の変形例に係るコンクリート中詰
め鋼製セグメントの長手方向中央部の断面図である。

【図１１】実施形態４に係るコンクリート中詰め鋼製セ
グメントの長手方向中央部の断面図である。

【図１２】図１１のコンクリート中詰め鋼製セグメント
の幅方向断面図である。

【図１３】従来のコンクリート中詰め鋼製セグメントを
リングに組んで構築したトンネルの斜視図である。

【図１４】従来のコンクリート中詰め鋼製セグメントの
内側からの破断斜視図である。

【図１５】図１４のコンクリート中詰め鋼製セグメント
の長手方向断面図である。

【図１６】図１４のコンクリート中詰め鋼製セグメント
の幅方向断面図である。

【符号の説明】

１ 主桁 ２ 縦リブ ３ 継手板 ４ スキンプレート ５ 中詰めコンクリート ６ 補強金網 ７ コンクリート中詰め鋼製セグメント ８ トンネル ９ ひび割れ １０ 溶接 １１ 鋼殻 １５ ひび割れ幅コントロール用鋼材 １６ 中詰めコンクリート塊脱落防止用鋼材 １７ コンクリート中詰め鋼製セグメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊島 径 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 Ｆターム(参考） 2D055 EB05 KB04 KB05 KB06 KB08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンクリート中詰め鉄系セグメントにおい
   て、中詰コンクリート内の所定の位置に、主桁または継
   手板の一方または両方と結合した、所定の強度を持つ鉄
   筋あるいは棒鋼あるいは平鋼あるいは形鋼からなる中詰
   めコンクリート塊の脱落防止用鋼材を配置したことを特
   徴とするセグメント構造。
2. 【請求項２】 コンクリート中詰め鉄系セグメントにお
   いて、中詰コンクリート内の所定の位置に、トンネル軸
   方向に沿って、鉄筋あるいは棒鋼あるいは平鋼あるいは
   形鋼からなるひび割れ幅コントロール用鋼材を所定間隔
   で配置したことを特徴とするセグメント構造。
3. 【請求項３】 請求項１記載の中詰めコンクリート塊の
   脱落防止用鋼材と、請求項２記載のコンクリートのひび
   割れ幅コントロール用鋼材とを組合わせて構成したこと
   を特徴とするセグメント構造。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れか１項記載のセグメ
   ントと、中詰めコンクリート中に補強用金網が埋設され
   ている、コンクリート中詰め鉄系セグメントを組合わせ
   て構成したことを特徴とするセグメント構造。