JP2004132002A

JP2004132002A - シールドトンネル用二次覆工省略型セグメント

Info

Publication number: JP2004132002A
Application number: JP2002296160A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Hirozawa; 広沢　規行; Hiroshi Seto; 瀬戸　博
Original assignee: Nippon Steel Corp; Teihyu Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Teihyu Corp
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】接合連結後におけるセグメント縁部の被覆を簡単且つ均一に行うことが出来る機能構造を備えたセグメントを提供することにある。
【解決手段】複数のセグメントをトンネルの軸方向及び円周方向に接続することによってシールドトンネルを構築する二次覆工省略型セグメントであって、セグメントのトンネル内空側表面において、セグメント継手面及びリング継手面より所定幅内側位置に、凹溝付きアンカー４の開口側を内表面に露出させて埋設固定し、その凹溝付きアンカーより内側のコンクリート２表面にシート３を被覆し、更に、前記凹溝付きアンカーの凹溝内にシール材６を配置充填し、隣接するセグメントの凹溝付きアンカーに亘って断面略門形の被覆継手材Ｂを押し込み固定自在とした。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドトンネルの構築に使用するセグメントに関し、詳しくは鉄筋コンクリートセグメント（ＲＣセグメント）やコンクリート中詰め鋼製セグメント等の二次覆工省略型セグメントの内面を、金属板や合成樹脂板により被覆したセグメントにおいて、隣接するセグメントとの継手部を内面被覆材と同等の部材で被覆できる機能を備えたセグメントの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、シールドトンネル（下水道管渠や貯溜槽）の内面を腐食から保護する方法としては、セグメントを組み立て完成後に、合成樹脂材を塗装（刷毛塗り、吹付け）するか、合成樹脂材と化学繊維による積層が行なわれていた。
しかし、この方法では、被覆作業に手数を要すると共に、被覆層は均一化しにくく、数年で被覆層が剥離したり、劣化が見られ、耐久性の面で問題があった。
【０００３】
又、トンネル内面の保護の他に、水路の流量増加や水路勾配の低減のための粗度係数改善、或いは、下水道等に流入する砂礫等による摩耗を防止する目的として、二次覆工省略型セグメントを用いて構築するシールドトンネルにおいては、内面をシートライニングしたセグメントが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
その内面をシートライニングしたセグメントは、コンクリートセグメントの内面部分と、ボルトボックス内面とを一体に湾曲した樹脂部材により被覆した内面樹脂被覆セグメントである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２７０２８９号公報（第５頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記セグメントをトンネルの軸方向及び周方向に接続配置する場合、セグメント継手面（周方向の継手面）又はリング継手面（軸方向の継手面）に位置する鋼殻（枠）或いは連結板相互をボルト・ナット、或いは連結金具で締結する。その為、コンクリート内側面を被覆する合成樹脂製シートは、セグメントの外周縁寄りを残して、それより内側部分が被覆されている。
従って、セグメントＡ’を接合連結した後の縁部分に行う前記の被覆作業は、図５に示すように、目地部１１に樹脂系の目地材（粘性物）１２を充填し、且つその目地材の表面を帯状の樹脂製シート１３で覆うと共に、該樹脂製シートの両側部をセグメントＡ’の合成樹脂製シート１０に接着剤で接着するか、溶接による接合が行われていた。これらは、現場施工の部分が多くなり、長時間を要すると共に、信頼性が危ぶまれるきらいがあった。特に、地震等の振動に対しては追従しきれず、目地材に亀裂が入ったり、表面を覆う樹脂製シートが破けたり、剥離するといった問題を有する。
【０００６】
本発明は、上記した従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、接合連結後におけるセグメント縁部の被覆を簡単且つ均一に行うことが出来る機能構造を備えたセグメントを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に本発明が講じた技術的手段は、コンクリート内側面を合成樹脂製シートで被覆した二次覆工省略型セグメントのセグメント継手面及びリング継手面より内側位置に、凹溝付きアンカーを埋設固定し、このアンカーの凹溝に、コンクリート内面を被覆する被覆シートと同等材で成型した被覆継手材を押し込み固定するようにした。
即ち、複数のセグメントをトンネルの軸方向及び円周方向に接続することによってシールドトンネルを構築する二次覆工省略型セグメントであって、セグメントのトンネル内空側表面において、セグメント継手面及びリング継手面より所定幅内側位置に、凹溝付きアンカーの開口側を内表面に露出させて埋設固定し、その凹溝付きアンカーより内側のコンクリート表面にシートを被覆し、更に、前記凹溝付きアンカーの凹溝内にシール材を配置充填し、隣接するセグメントの凹溝付きアンカーに亘って断面略門形の被覆継手材を押し込み固定自在とした構成を特徴とする（請求項１）。
上記の二次覆工省略型セグメントとしては、コンクリート中詰め鋼製セグメントや鉄筋コンクリートセグメント（Ｒ・Ｃセグメント）が挙げられる。
又、本発明の凹溝付きアンカーは、外周面に突起等を有したアンカー機能を備えたものに限定されず、突起等を有しないものも含まれるものであり、且つその凹溝付きアンカーは、セグメント継手面及びリング継手面より所定幅内側に離れた位置に、全周に沿って連続して埋設固定する。
上記構成により、トンネルの軸方向及び円周方向に接続配置したセグメントにおける接合面を跨いで、成型品の被覆継手材に形成された係合脚部をアンカーの凹溝に押し込み固定することで、接合配置されたセグメントの継手部を被覆（シール）することができる。そして、セグメントの組み立て時或いは地震時において、セグメント相互間の目開きは変動するが、前記アンカーの凹溝とこのアンカーに押し込む被覆継手材の組み合わせによって、前記目開きの変動に対して柔軟に対応（追従）させることができる。
【０００８】
前記セグメントに埋設固定する凹溝付きアンカーの凹溝は、被覆継手材が押し込まれる方向には挿入を許容し、押し込まれた被覆継手材が抜け出る方向には移動を阻止する断面形状を有していることを特徴とする（請求項２）。この構成により、被覆継手材の被覆固定は、該継手材に形成された係合脚部を凹溝に押し込むだけで完了でき、しかも押し込んだ被覆継手材の係合脚部はその凹溝の形態により抜け出る方向への移動が阻止される為、長期に亘って被覆形態を維持できる。
【０００９】
前記コンクリートの表面を被覆するシート及びセグメント相互に架設する被覆継手材は、耐食性及び耐摩耗性に優れた金属製部材、例えばステンレススチール、チタン、樹脂被覆鋼板等で形成してもよい（請求項３）。
又、コンクリートの表面を被覆するシート及びセグメント相互に架設する被覆継手材は、耐食性及び耐摩耗性に優れた合成樹脂材、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニール、ポリエステル、ビニールエステル等が挙げられ、更に合成樹脂材と化学繊維を組み合わせた繊維強化樹脂材（ＦＲＰ）としてもよい（請求項４）。それにより、長期に亘って安定した継手部の被覆（シール）を維持することができる。
【００１０】
そして、前記凹溝付きアンカーの凹溝内に充填するシール材としては、柔軟性の特性をもつ素材、例えばブチルゴム、未硬化のシリコンゴム、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる（請求項５）。又、前記シール材としては、例えば、ウレタン系の水膨張性材料であってもよい（請求項６）。尚、水膨張性材料からなるシール材は、前記凹溝の底部に挿入セットしても、或いは被覆継手材における凹溝内に押し込まれる部材（係合脚部）の先端に取り付けてもよい。これにより、セグメント相互の接合面間に雨水等が浸入するのを防止でき、水密性に富んだ被覆構造を提供できる。
【００１１】
また、前記凹溝付きアンカーの上面と、そのアンカーに押し込み取付けられる被覆継手材の内表面との間には、該被覆継手材の押し込みによってはみ出すシール材の逃げ空間を設けることができる（請求項７）。それにより、被覆継手材がシール材で押し上げられることも無く、綺麗な取付状態を確立できる。
更に、前記したコンクリート中詰め鋼製セグメントは、トンネル内表面をのぞく５面が鋼板で覆われたものが好適である（請求項８）。
尚、本発明におけるセグメントの接合配置は、セグメントの角部の交点が十字状となる配置、或いはＴ字状となる配置等があるため、被覆継手材は交点部以外の直線部に使用するものに限らず、十字交点用或いはＴ字交点用の継手材も含まれるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、二次覆工省略型セグメントであるコンクリート中詰め鋼製セグメントＡと、該セグメントＡ相互の接合部間に配置する被覆継手材Ｂを用いて構築したトンネルＴを示す外観図である。
トンネルＴを構築する二次覆工省略型セグメントＡは、トンネル内表面を除く５面を鋼板で形成した鋼殻１の内部にコンクリート２を充填して硬化させ、且つそのコンクリート２の内表面に合成樹脂製シート３を被覆し、更に前記鋼殻１の内側面に沿って凹溝付きアンカー４が埋設固定されている。
【００１３】
鋼殻１は、鋼板を用いて平面矩形状の扁平箱形に形成されると共に、長辺方向が所定の曲率をなした円弧状に湾曲形成されている。それにより、この鋼殻１で構成された二次覆工省略型セグメントＡを、その円弧方向を円周方向に揃えて連結することで円筒に構成することが出来る。尚、鋼殻１における円弧形状の曲率は、構築しようとするトンネル等の内径に応じて決定される。
【００１４】
上記鋼殻１の内部にコンクリートを打ち込み一体化する方法としては、既に提案済みの特開２００１−５８３０８号に記載の方法を利用することが出来る。
即ち、鋼殻１の内側に、コンクリートを投入するに必要な開口を残して内面型枠を取り付け、その開口よりコンクリートを該鋼殻１内一杯に充填した後、前記開口を蓋体で閉鎖し、その後鋼殻を反転させて内面型枠が下側となるようにしてコンクリートを硬化させ、硬化後、内面型枠及び蓋体を脱型することで、コンクリート中詰め鋼製セグメントが完成される。しかしながら、本発明における二次覆工省略型セグメントＡはコンクリート２の内面に合成樹脂製シート３が被覆固着されたものであるため、前記した製法における内面型枠及び蓋体の内面に、予め防食性能、平滑性能、耐摩耗性能を有した合成樹脂製シート２を、脱型時に該内面型枠や蓋体から分離可能に取付ける。尚、内面型枠や蓋体に対して合成樹脂製シート３を分離可能に取付ける手段としては、例えば両面接着テープを使用する。
【００１５】
合成樹脂製シート３は、ポリエチレン樹脂でシート状に形成され、且つその一側面（打設されたコンクリートと接する面）にコンクリートとの固着一体化を計る略Ｔ字形のリブ３’が所定間隔をおいて並列的に一体に形成されている。そして、この合成樹脂製シート３は、前記鋼殻１の内側縁より所定寸法内側に入った大きさとし、鋼殻１の内側縁と前記合成樹脂製シート３の外周縁との間に凹溝付きアンカー４が配置固定される。尚、合成樹脂製シート３の一側面に並列して形成されるリブ３’は、鋼殻１の短辺と平行となるように配置形成されている。それにより、鋼殻１の湾曲形状に対して合成樹脂製シート３も同様に湾曲してコンクリート２の内面に積層一体化される。尚、前記合成樹脂製シート３に形成するアンカー機能のリブ３’は、図示のＴ字形に限定されず、例えばＬ字形、或いは蟻溝形、更には突起アンカーを散在させた形態等、何れでもよい。
【００１６】
凹溝付きアンカー４は、硬質塩化ビニル樹脂材によって断面略コ字形に形成し内部に凹溝４’を形成した枠体４ａと、その枠体４ａの外側面にコンクリート２との固着一体化を計る突起４ｂ，４ｂ’が形成されており、前記凹溝４’における相対向する起立壁４ｃ，４ｃ’の内面には断面略直角三角形状の舌片５，５’が、その傾斜面を上方に向け、上下方向に複数段（図面は２段）突出形成されている。
凹溝４’内に形成される舌片５，５’は、後述する被覆継手材Ｂに形成される係合脚部８の押し込みは許容し、係合脚部８が抜け出る方向の動きを阻止する働きを行なうものであれば、その形状は限定されない。
【００１７】
又、凹溝付きアンカー４における枠体４ａの凹溝４’を挟む起立壁の上端は、前記鋼殻１の内側面に接合する側の起立壁４ｃの高さを、もう一方の起立壁４ｃ’の高さより低く形成し、それにより凹溝付きアンカー４に押し込みセットされる被覆継手材Ｂのシート部の表面を、前記二次覆工省略型セグメントＡの合成樹脂製シート３表面と面一となるようセットした場合、被覆継手材Ｂのシート部の内面と起立壁４ｃの上面との間に、シール材の逃げ空間９が形成されるように構成されている。
前記起立壁４ｃと４ｃ’の上面の高低差は、起立壁４ｃ’の外側面に突設した突起４ｂの厚さ分としてあるが、これに限定されるものではない。
【００１８】
更に、前記凹溝付きアンカー４の凹溝４’内には、柔軟性の特性を持つシール材６が充填されている。このシール材６としては、シリコンゴム、水膨張性材料（ウレタン系）が挙げられる。尚、水膨張性材料からなるシール材６は、凹溝４’内に充填配置してもよいが、該凹溝付きアンカー４に押し込む被覆継手材Ｂの係合脚部８の先端に取り付けてもよい。
そして、このシール材６として柔軟性の特性を有するシリコンゴムを使用した場合、被覆継手材Ｂの係合脚部を凹溝４’に押し込むことで前記シール材６は凹溝４’からはみ出すが、そのはみ出したシール材６は前記逃げ空間９に入り込み、被覆継手材Ｂの取り付け高さが保持される。勿論、水膨張性材料の場合は、水と触れることで膨張し、凹溝４’内のシール性を保持するが、膨張によってはみ出した材料は、前記したと同様、逃げ空間９に流れる。
又、凹溝４’内へのシール材６の充填量は、図示の場合、二段目の溝位まで入れる。
【００１９】
上記した凹溝付きアンカー４を埋設した二次覆工省略型セグメントＡをトンネルの軸方向及び円周方向に接続配置した場合、各セグメントの鋼殻１を含む周縁部分以外は合成樹脂製シート３で被覆されるが、鋼殻１の周縁部分は鋼板及び鋼殻１の内周に沿って埋設した凹溝付きアンカー４の開口側が露出する。この露出部分を、成型品の被覆継手材Ｂで別途被覆し、それにより二次覆工省略型セグメントで構築するトンネルの内表面は防食性、耐摩耗性の合成樹脂製シートで覆われることになる。
【００２０】
二次覆工省略型セグメントＡの周縁部分を被覆する被覆継手材Ｂは、前記セグメントＡにおけるコンクリート２の内表面を覆う合成樹脂製シート３と同じ材料のポリエチレン樹脂材を用いて、セグメントＡにおける鋼殻１の周縁を覆う水平被覆部７と、その水平被覆部７の幅方向の両端に直角に連接した係合脚部８，８’とで断面略門形形状に形成されている。
前記水平被覆部７は、接合配置した二次覆工省略型セグメントＡの両周縁部を跨いで覆うことが出来る横幅を有し、長尺帯状をなしている。
係合脚部８，８’は、前記水平被覆部７の幅方向両端より直角下向き方向に脚片８ａが所定長さ連設され、その脚片８ａの内外両側面に、略直角三角形状の係合突起８ｂが、その斜辺を下向きにして突出形成されている。
【００２１】
即ち、脚片８ａの内外両側面に突出形成する係合突起８ｂは、前記凹溝付きアンカー４の凹溝４’内面の舌片５，５’に対して、押し込み時は舌片５，５’の斜辺と係合突起８ｂの斜辺が対向するため、該係合突起８ｂは舌片５，５’を乗り越えて押し込まれる。逆に、凹溝４’に押し込まれた係合脚部８，８’は、係合突起８ｂの水平面が舌片５，５’の水平面と対向して係合するため、抜け出る方向への動きは阻止される。それにより、凹溝付きアンカー４に係合脚部８，８’を押し込んでセットした被覆継手材Ｂは、離脱分離することなく保持される。尚、被覆継手材Ｂは、図示した形状に限定されるものでなく、例えば係合脚部８，８’の上部外側に水平被覆部を延長突設して断面略鳥居形状とし、セグメントの合成樹脂製シート３の外周端面と接合するようにしてもよい。
【００２２】
上記した被覆継手材Ｂは、接合配置された二次覆工省略型セグメントＡ同士の長辺及び短辺の接合部に取り付けられるが、この二次覆工省略型セグメントＡを図示するようにずらして接合配置した場合、各セグメントの交差はＴ字状の交差となる。又、二次覆工省略型セグメントＡをずらさずに格子状に配置した場合、各セグメントの交差は十字状となる。
従って、上記した交差部については交差部専用の被覆継手材Ｂ’を別途用意し、セグメントＡの露出部が発生しないようにする。
図示の被覆継手材Ｂ’は、Ｔ字状交差部用の継手材で、この被覆継手材Ｂ’と前記した直線用の被覆継手材Ｂの端面同士は突合せ接合し、必要により両者を溶接又は接着により連結する。
【００２３】
上記の如く構成した二次覆工省略型セグメントＡをトンネルの軸方向及び円周方向に接合配置してトンネルを構築し、構築後、各セグメントＡの接合部に、被覆継手材Ｂを、係合脚部８，８’を二次覆工省略型セグメントＡに埋設固定した凹溝付きアンカー４の凹溝４’に押し込んで定着固定する。それにより、セグメントの接合部における周縁部を、該二次覆工省略型セグメントＡにおけるコンクリート２の表面を被覆する合成樹脂製シート３と同等材料で、しかも同じ高さで面一に被覆することが出来る。
そして、被覆継手材Ｂはセグメントに埋設固定の凹溝付きアンカー４の凹溝４’に係合脚部８，８’が嵌合して保持されている為、二次覆工省略型セグメントＡと被覆継手材Ｂは相対的に移動し得る余裕があり、その為、地震による振動に対して追従でき、従って被覆継手材Ｂが破損して、セグメントの周縁部が露出するといった心配はない。即ち、シールドトンネルを構成する二次覆工省略型セグメントの接合部（継手部）は、セグメントの組み立て時或いは地震時において、継手部の目開きが変動するが、凹溝付きアンカー４と被覆継手材Ｂの組み合わせによって前記目開きの変動に対し、柔軟に対応することが出来る。
又、上記セグメントが鉄筋や鋼材を内蔵したＲＣセグメント、或いはＳＲＣセグメントである場合は、合成樹脂製シート及び被覆継手材が鉄筋や鋼材を環境から遮断し、防食効果を発揮する。それにより、コンクリートの被り量を薄くでき、結果、セグメントの厚さを薄くすることができる。
更に、コンクリート中詰め鋼製セグメントの場合は、コンクリート被りの薄い部分の鋼殻に施す防食塗装を省略できる。
又、本発明によるシールドトンネルは、下水道用、雨水排水用、地下河川、地下通路（洞道）、共同溝等の水密性が要求されるシールドトンネルにも利用できるものである。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のシールドトンネル用二次覆工省略型セグメントは、請求項１記載の構成により、トンネル構築後に、帯状をした成型品の被覆継手材を接合部を跨ぐ両セグメントの凹溝付きアンカーに押し込むことで定着固定することが出来る。因って、被覆作業を簡単且つ短時間で行なうことが出来ると共に、均一で信頼性のある被覆構造を完成できる。
そして、請求項２記載の構成により、被覆継手材の取り付けは一方向への押し込みで完了でき、定着後は抜け方向の動きが阻止される為、該被覆継手材が剥離する危険はなく、長期に亘って安定した被覆構造を保持することが出来る。
又、請求項３、４記載の構成により、シールドトンネルの内面防食保護、水路の粗度係数改善、下水道等に流入する砂礫等による摩耗防止に適合した二次覆工省略型セグメントを提供できる。
請求項５、６記載の構成により、被覆継手材の押し込みセット部を確実にシールすることが出来る。
更に、請求項７記載の構成により、被覆継手材の押し込みでシール材がはみ出ても、該被覆継手材を合成樹脂製シートと面一にセットすることが出来る。
又、請求項８記載の構成により、セグメントの水密性を高めることが出来ると共に、水圧による合成樹脂製シートの剥離を防止できる。更に、合成樹脂製シート及び被覆継手材が環境から鋼殻を遮断するため、該鋼殻のコンクリート被りの薄い部分に施す防食塗装を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る二次覆工省略型セグメントで構築したトンネルの外観
を示す断面図である。
【図２】同セグメントの接合形態を示す説明斜視図である。
【図３】図２の（３）−（３）線に沿える拡大断面図である。
【図４】同分解斜視図である。
【図５】従来の被覆構造を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ…二次覆工省略型セグメント　　　Ｂ、Ｂ’…被覆継手材
１…鋼殻　　　　　　　　　　　　　　　　２…コンクリート
３…合成樹脂製シート　　　　　　　　　　４…凹溝付きアンカー
６…シール材　　　　　　　　　　　　　　９…逃げ空間

Claims

複数のセグメントをトンネルの軸方向及び円周方向に接続することによってシールドトンネルを構築する二次覆工省略型セグメントであって、セグメントのトンネル内空側表面において、セグメント継手面及びリング継手面より所定幅内側位置に、凹溝付きアンカーの開口側を内表面に露出させて埋設固定し、その凹溝付きアンカーより内側のコンクリート表面にシートを被覆し、更に、前記凹溝付きアンカーの凹溝内にシール材を配置充填し、隣接するセグメントの凹溝付きアンカーに亘って断面略門形の被覆継手材を押し込み固定自在としたことを特徴とする二次覆工省略型セグメント。
前記凹溝付きアンカーにおける凹溝が、被覆継手材が押し込まれる方向には挿入を許容し、押し込まれた被覆継手材が抜け出る方向には移動を阻止する断面形状を有していることを特徴とする請求項１記載の二次覆工省略型セグメント。
前記コンクリートの表面を被覆するシート及びセグメント相互に架設する被覆継手材が、耐食性及び耐摩耗性に優れた金属製部材で形成されていることを特徴とする請求項１又は２項記載の二次覆工省略型セグメント。
前記コンクリートの表面を被覆するシート及びセグメント相互に架設する被覆継手材が、耐食性及び耐摩耗性に優れた合成樹脂材、又は繊維強化樹脂材で形成されていることを特徴とする請求項１又は２項記載の二次覆工省略型セグメント。
前記凹溝付きアンカーの凹溝内に充填するシール材が、柔軟性の特性をもつ素材であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の二次覆工省略型セグメント。
前記凹溝付きアンカーの凹溝内に充填するシール材が、水膨張性材料であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の二次覆工省略型セグメント。
前記凹溝付きアンカーの上面と、そのアンカーに押し込み取付けられる被覆継手材の内表面との間に、該被覆継手材の押し込みによってはみ出すシール材の逃げ空間を設けたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の二次覆工省略型セグメント。
前記セグメントは、トンネル内表面をのぞく５面が鋼板で覆われていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の二次覆工省略型セグメント。