JP2004324140A - Prestress introduction method for lining body and segment for lining body - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明はシールド工法等によって施工される覆工体のプレストレス導入方法および該方法に使用される覆工体用セグメントに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、シールドトンネルにおいては、大深度・大断面化する一方、経済性および施工性の向上を目的として、二次覆工が省略される技術動向にある。
【0003】
一般に、シールドトンネルの覆工体は、工場生産されたセグメントを坑内で組み立てることによって構築される。組み立てられたセグメントは、トンネルに作用する土水圧に耐え得るように強固に一体化される必要があり、その手段としてコンクリートからなるセグメントの円周方向にプレストレスを導入する方法がある。
【0004】
セグメントリングにプレストレスを導入する技術としては、例えば特許文献1〜3に記載されたものがあり、従来のセグメントにおける継手金物のコストの問題や継手金物の締付け作業の手間の問題を解決することを目的としたものである。
【0005】
これらは、いずれも複数のセグメントを組み立ててセグメントリングを構成した後、PC鋼材をリング全周にわたって貫通させ、現場でPC鋼材に緊張力を導入して、その両端をセグメントリング内面の切欠き部に定着させることで、覆工体にプレストレスを導入するようにしている。
【0006】
また、特許文献4には、セグメント内にあらかじめアンボンドPC鋼材を埋設しておき、セグメントどうしを組み立てる際、アンボンドPC鋼材の両端部に設けた継手どうしの連結において、PC鋼材に緊張力を導入する方法が記載されている。
【0007】
また、従来のセグメントの継手金具としては、古くからボルト締結形式の継手金具が一般的である。これに対し、例えば特許文献5〜7に示すようなコッター形式の継手金具が各種開発されている。
【0008】
コッター形式の継手金具は、セグメントどうしをトンネル周方向に締結するセグメント間継手に用いられることが多く、これとリング間継手としてのピン形式の継手金具を併用することで、セグメントのトンネル軸方向の締結とトンネル周方向の締結を同時に行なえるようにしたものが多い。
【0009】
この他、例えば特許文献8には、継手面において雌継手に嵌合する雄継手の外周にウォームホイルナットを設け、セグメントの厚さ方向からウォームによってウォームホイルナットを回転させることで、締付け力を導入できるようにしたものが記載されており、セグメントを組立てた後にも増し締めができるという特徴を有する。
【0010】
【特許文献1】
特開平10−046991号公報
【特許文献2】
特開平10−238294号公報
【特許文献3】
特開平11−081891号公報
【特許文献4】
特開2001−248394号公報
【特許文献5】
特開平08−218784号公報
【特許文献6】
特開2002−021487号公報
【特許文献7】
特開2002−121999号公報
【特許文献8】
特開2001−323788号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
従来の覆工体へのプレストレス導入方法は、上述したようにセグメントリング組立て時に現場でプレストレスを導入する方法である。
【0012】
この場合、セグメント組立て時にPC鋼材の挿入や緊張の工程が介入するため、継手締結の迅速化・簡略化が困難であり、施工性に問題がある。また、PC鋼材の挿入や緊張用に大掛かりな装置が必要であるため、組立作業の自動化が困難であり、安全性にも問題が生じる。
【0013】
また、プレストレスの導入は、一般的に覆工体内の円周方向に配置されたPC鋼材を緊張することによって行われるが、そのためにはPC鋼材の端部をトンネル内側に引き出しておき、緊張力を導入した状態で、この端部を定着しなければならない。このため、定着体を納めるための切欠き部が必要であり、その部分が構造的な弱点となるという問題がある。
【0014】
また、セグメント組立て時とリングとして地山からの土水圧や内側からの内水圧等を受ける覆工体完成時とでは、覆工体に作用する力が異なり、コンクリートを主体とするセグメントにおいては、組立て時の継手金具による無理な引寄せなどの特殊荷重により継手部近傍のコンクリートにひび割れが生ずる恐れがある。
【0015】
本願発明は、コンクリートを主体とするセグメントを用いた覆工体にプレストレスを導入する際およびセグメントを組み立てる際の上述のような課題の解決を図ったものであり、施工において大掛かりな装置を必要とせず、施工性に優れ、安全性の高いプレストレス導入方法および覆工体用セグメントを提供することを目的としたものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項1に係る覆工体のプレストレス導入方法は、コンクリートを主体とするセグメントの周方向両端にセグメント間継手を構成する継手板を設け、両端を前記継手板に定着させた鋼材を介して該セグメントのコンクリートにプレストレスを導入しておき、前記セグメントどうしをリング状に組み立ててセグメントリングを形成する際に、隣接するセグメントどうしの継手板間にセグメントに導入されたプレストレスに応じた締付け力を導入して継手板どうしを締結することを特徴とするものである。
【0017】
プレストレスは、ポストテンション方式、プレテンション方式の何れでもよく、またケミカルプレストレスの方式でもよい。
【0018】
本願発明におけるセグメントは、このように各セグメントごとにプレストレスが導入されたプレストレストコンクリートセグメント(以下、「PCセグメント」という。)であり、PCセグメントどうしをリング状に組み立てて、セグメントリングを形成する。
【0019】
ポストテンション方式の場合は、例えばコンクリート中に埋め込んだシースに通したPC鋼材の両端を継手板に定着させることでプレストレスが導入される。その場合、シース内にグリース等を充填しておき、アンボンドPCセグメントとしたり、シースとPC鋼材の空隙に遅硬性の樹脂を注入しておき、シールドトンネル完成時に固化してPC鋼材と本体を一体化させるいわゆるアフターボンドとすることもできる。
【0020】
プレテンション方式の場合は、例えばセグメント製作時に継手板に固定されたPC鋼材を、テンションをかけながらセットしたり、あるいは型枠セット時にPC鋼材にテンションを加えて継手板に固定し、コンクリートの打設・養生を行いセグメントにプレストレスを導入するといった方法があるが、具体的なプレテンションの導入方法は特に限定されない。
【0021】
また、ケミカルプレストレスの方式は、通常のセグメントと同様に型枠内に鋼材をセットし、打設するコンクリートに膨張材を添加することによりセグメントにプレストレスを内在させる。プレテンションを高める効果を期待する場合は、鉄筋、PC鋼材、形鋼などの鋼材量を多くし、鋼材を継手板に固定する。
【0022】
セグメントリングの組立て前において、各PCセグメントには、個々にプレストレスが導入されており、PC鋼材の継手板への定着やプレストレスの導入はセグメントを製作する工場で行うことができ、シールドトンネルなどの施工現場ではPC鋼材を緊張するための装置等を必要としない。
【0023】
また、本願発明において、継手板は本来のセグメントどうしを連結するための継手機能に加え、PC鋼材あるいは他の鋼材の端部が定着されることで、プレストレスを導入するための支圧板の機能を有している。
【0024】
この場合、セグメント間継手位置において、PC鋼材あるいは他の鋼材どうしを単に接続しただけでは、PCセグメントに導入されたプレストレスが継手位置で分断され、セグメントリング全体として十分な強度、剛性が得られない。
【0025】
本願発明では、PCセグメントどうしの連結において、PCセグメントに導入されているプレストレスに応じた締付け力を継手板間に導入することにより、セグメントリングの周方向にプレストレスを連続させ、従来の複数のセグメントを貫通するPC鋼材でセグメントリング周方向にプレストレスを導入する場合と同様の強度、剛性を覆工体に与えることができる。
【0026】
なお、ここでPCセグメントに導入されたプレストレスに応じた締付け力を導入するというのは、原則的にはセグメントリング全周にプレストレスがほぼ均等に作用するようにすることであるが、荷重条件や設計に応じて修正することもあり得る。
【0027】
請求項2は、請求項1に係る覆工体のプレストレス導入方法において、前記継手板が前記セグメント間継手面のトンネル軸方向全長にわたって設けられている場合を限定したものである。
【0028】
本願発明において、継手板は上述したようにプレストレス導入のための支圧板を兼ねているため、継手板をセグメント間継手面のトンネル軸方向全長にわたるものとすることで、PCセグメントのコンクリートに対し、プレストレスをほぼ均等に導入することができる。
【0029】
請求項3、請求項1または2に係る覆工体のプレストレス導入方法において、前記継手板が前記セグメント間継手面の全面を覆っている場合を限定したものである。
【0030】
請求項3は、請求項2の構造をさらに進め、継手板がセグメント間継手面の全面を覆う一体のものとすることで、プレストレスをさらに均等に導入できるようにしたものである。また、隣接するセグメントどうしの接合においても継手板が一体であることで締付け力の導入に対し、剛性が確保しやすいという利点がある。
【0031】
本願の請求項4に係る覆工体用セグメントは、コンクリートを主体とするセグメントの周方向両端にセグメント間継手を構成する継手板を設け、両端を前記継手板に定着させた鋼材を介して該セグメントのコンクリートにプレストレスを導入してなる覆工体用セグメントであって、前記セグメント間継手として、隣接するセグメントどうしの継手板間に前記鋼材によるプレストレスに応じた締付け力を導入可能な継手を用いたことを特徴とするものである。
【0032】
請求項4に係る覆工体用セグメントは、請求項1のプレストレス導入方法に適用するためのPCセグメントであり、セグメント間継手の形式や構造は、継手板間の連結において必要な締付け力を得ることができるものであれば特に限定されず、従来のボルト形式の継手や各種コッター形式の継手、あるいは前述した特許文献8等に記載されているウォームホイール形式の継手などを利用することができる。
【0033】
請求項5は、請求項4に係る覆工体用セグメントにおいて、前記セグメント間継手がコッター形式の継手である場合を限定したものである。
【0034】
コッター形式の継手については、従来、セグメント間継手面に埋め込んだテーパー溝に対し楔状金物を特許文献4記載の発明のようにトンネル内面側から挿入して締付け力を得るもの(この場合、テーパー溝もトンネル内面側に開口している。)と、特許文献5、6記載の発明のように楔状金物をトンネル軸方向に挿入して締結力を得るもの(水平コッター)があるが、後者の場合、本願発明においてPC鋼材がトンネル内面側に切欠き部を必要としないことに関連して、セグメントの内面を完全に平滑化することができるといった利点がある。
【0035】
さらに、後者の場合、セグメントどうしをトンネル軸方向に締結するためのリング間継手に、ピン形式の継手金物を併用することで、セグメントのトンネル軸方向の組立てと周方向の組立てを同時に行うことができるという利点がある。
【0036】
請求項6は、請求項4に係る覆工体用セグメントにおいて、前記セグメント間継手がボルト締結形式の継手である場合を限定したものである。
【0037】
ボルト締結形式の継手の場合も、ボルトによる締付け力を管理することで、セグメントリング周方向にプレストレスを連続させることができる。
【0038】
請求項7は、請求項4に係る覆工体用セグメントにおいて、前記セグメント間継手が、隣接する一方のセグメントの継手面に開口する雌継手に他方のセグメントの継手面から突出する雄継手が嵌合し、前記雄継手の外周に設けられたウォームホイールナットを前記雌継手側のセグメントに形成された駆動孔に挿入したウォームギアで回転させることにより、前記雄継手を軸方向に引き出し、前記継手間に締付け力を導入するようにしたウォームホイール形式の継手である場合を限定したものである。
【0039】
ウォームホイール形式の継手の特徴としては、必要な締付け力を得るため、後から増し締めができるという利点がある。なお、同様のウォームホイール形式の増し締め機構を、請求項7のように継手部ではなく、セグメントの中間に設けることも可能である。
【0040】
請求項8は、請求項4〜7の何れかに係る覆工体セグメントにおいて、前記継手板が前記セグメント間継手面のトンネル軸方向全長にわたって設けられている場合を限定したものである。
【0041】
また、請求項9は、請求項4〜7の何れかに係る覆工体セグメントにおいて、前記継手板が前記セグメント間継手面の全面を覆っている場合を限定したものである。
【0042】
これら請求項8、9の効果は、請求項3、4に対応するものである。
【0043】
【発明の実施の形態】
図1は、本願発明の覆工体のプレストレス導入方法の基本原理を説明するためのトンネル軸方向と直角な断面図であり、図では5つのPCセグメント1を組み立てることで、トンネル覆工体Aの1つのセグメントリングが形成されている。
【0044】
各PCセグメント1は、図2に示すように鉄筋11を配筋したコンクリート製のセグメント本体の両端部(図2では一方の端部のみ図示)に、セグメント間継手を構成するテーパー付きの係合溝3を有する継手板2を埋め込むとともに、セグメント本体の周方向両端部の継手板2間をつなぐようにシース管4を埋め込んであり、図3に示すようにシース管4に挿入したPC鋼材5に緊張力P1 を導入し、PC鋼材5の端部を継手板2に定着させることで、コンクリートに所定のプレストレスp1 を導入してある。
【0045】
このように構成されたPCセグメント1を、図1のようにリング状に組み立てる際に、セグメント間継手面aにおいて、継手板間に締付け力P2 を導入することで、PCセグメント1に予め導入されていたプレストレスp1 が周方向に連続し(ただし、プレストレスとしての応力の大きさは荷重条件その他によって変動する)、セグメントリング全体にほぼ均一のプレストレスが作用することになる。
【0046】
なお、継手板2は、PC鋼材5の定着部や上述した係合溝3を形成する必要があるため、ダクタイル鋳鉄製のものなどが望ましいが、支圧板を兼ねた継手板2として必要な強度が得られるものであれば、特に限定されない。
【0047】
図4および図5は、それぞれセグメント間継手にコッター形式の継手を用いた場合のPCセグメント1の一実施形態を示したものである。
【0048】
図4は、セグメント間継手面aにおいて、継手板2が上下(セグメントの外面側および内面側)のシール溝9に挟まれる範囲で、トンネル軸方向全長に延びている場合であり、セグメント間継手面aにおける地山からの水の浸透を完全に防止するようにしている。
【0049】
図5は、継手板2をセグメント間継手面aの全面を覆うように設けた場合であり、プレストレスや締付け力の導入が均等にかつ効率的に行なえるという利点がある。
【0050】
図4または図5の実施形態において、PCセグメント1の製作の際、コンクリート製のセグメントの本体のセグメント間継手面aに、継手板2が先付けされ、両端部の継手板2間をつなぐようにPC鋼材を挿入するためのシース管がコンクリート中に埋め込まれる。
【0051】
継手板2には、PC鋼材を挿入定着させるための補強された開口部6と、セグメント間継手に用いる水平コッターを係合するするためのテーパー付きの係合溝3が一体型で製作される。
【0052】
また、本実施形態において、リング間継手面bには、例えばホールインアンカーの原理などを利用して軸方向に挿入するだけで締結できるようにしたピン形式の継手金物(図3に示す雄継手7およびメス継手8参照)が設けられる。
【0053】
以上の金物は、予めコンクリートの打設前に設置され、コンクリートの硬化後、セグメント継手面aの一方の継手板2の開口部6から反対側の継手板2の開口部6に向けてPC鋼材を挿入し、緊張力を導入して継手板2の開口部6位置に定着させ、セグメント本体にプレストレスを導入することで、PCセグメント1が形成される。
【0054】
シールドトンネル坑内でのPCセグメント1の組立ては、エレクターまたはシールドジャッキの力を利用し、リング間継手面bのピン形式の継手をトンネル軸方向に締結させることによって行われ、同時に、継手板2の係合溝3に水平コッターが係合することで、セグメント間継手面aにおいて継手板2間に締付け力が導入され、周方向に連続したプレストレスが導入されることになる。
【0055】
図6は、セグメント間継手にボルト締結形式の継手を用いた場合の一実施形態を示したものである。
【0056】
PCセグメント1の製作の際、コンクリート製のセグメントの本体のセグメント間継手面aに継手板2が先付けされ、両端部の継手板2間をつなぐようにPC鋼材を挿入するためのシース管がコンクリート中に埋め込まれ、継手板2にPC鋼材を挿入定着させるための補強された開口部6が設けられ、コンクリートの硬化後、シース管にPC鋼材を挿入し、緊張力を導入して継手板2の開口部6位置に定着させ、セグメント本体にプレストレスを導入することで、PCセグメント1が形成される点等は、図4、図5の場合と同様である。
【0057】
図6の実施形態では、セグメント間継手がボルト締結形式であるため、継手板2にボルト接合用のボルト孔10が形成されており、シールドトンネル坑内でのPCセグメント1の組立の際、ボルトにより継手板2間に締付け力を導入することで、周方向に連続したプレストレスを生じさせる。
【0058】
図7は、セグメントリングにおけるPC鋼材5の配置を鉛直方向に比べ水平方向の径が大きい楕円形の配置とした場合のトンネル軸方向と直角な断面図を示したものである。
【0059】
トンネル覆工体Aに作用する力は水平方向より鉛直方向の方が若干大きくなるのが一般的であり、図7のようにセグメント1どうしが周方向に連結された状態におけるPC鋼材5の配置を上下方向にわずかに潰れた楕円形の配置とすることで、PC鋼材5からセグメントリングを円形に戻そうとする力が作用し、完成時における真円度が増す(ただし、トンネル断面を円形に設計した場合)。
【0060】
図8は、本願発明において、プレストレスをケミカルプレストレスの方式で導入する場合の1つのセグメント1を示したものであり、通常のセグメント製作と同様に型枠内にPC鋼材5または鉄筋、あるいは形鋼等の鋼材をセットする。打設するコンクリートに膨張材を添加することにより、コンクリートの硬化に伴いセグメントにプレストレスが導入されていく。図中、符号cは、コンクリート中の膨張材の膨張圧を概念的に示したものである。
【0061】
プレストレスは、コンクリートの膨張圧がPC鋼材5または鉄筋、あるいは形鋼等の鋼材に定着された両端の継手板2を介して導入する以外に、コンクリートと前記鋼材との接触(摩擦)により導入することができる。
【0062】
例えば、必要な導入プレストレスが小さい場合は、PC鋼材5の代わりに表面に凹凸あるいはジベルを配置した形鋼等を用いることもできる。このことは、本願発明の他の実施形態についても同様である。
【0063】
図9は、本願発明において、プレストレスをプレテンション方式で導入する場合のセグメント1の製作方法の概要を示したものである。
【0064】
この例では、セグメント製作時に継手板2(端板)にPC鋼材5を、テンションをかけながらセットするか、あるいは型枠21のセット時にPC鋼材5にテンションを加えて継手板2に固定し、コンクリートの打設・養生を行いセグメントにプレストレスを導入する。
【0065】
図10および図11は、本願発明において、プレストレスをアンボンドPC鋼材によって導入する場合の実施形態の継手部の構造を示したものである。
【0066】
グリースあるいは前述したアフターボンド用の樹脂等を充填したシース管4にPC鋼材5を通し、セグメント1のコンクリートの硬化後、PC鋼材5を緊張して所要のプレストレスを導入し、その両端を継手板2(端板)に定着させる。
【0067】
例えば、テーパーを付けたコッター継手12を継手板2に形成したメス継手に嵌合することで、継手面両側のセグメント1どうしが引寄せられる(図の開いた状態から間隔が狭まって行く)。
【0068】
図11の実施形態では、PC鋼材5の端部が定着される継手板2に縁切り部13を設け、コッター継手12で隣接するセグメント1どうしを引き寄せる際、縁切り部13があることで、セグメント1のコンクリートと接する継手板2の本体部分に対し、縁切り部13の内側のPC鋼材定着部2aが相対変位し、継手板2の本体近傍に無理な引張力が作用しないようにしている。
【0069】
すなわち、セグメント1の組立て時に継手部に生じる引張力を鋼材のみに負担させることにより、引張力に抵抗できない本体コンクリートにひび割れを生じさせないようにしたものである。
【0070】
【発明の効果】
本願発明によれば、セグメント本体に予めプレストレスを導入しておくことでセグメント本体の剛性を高め、セグメント継手に締付け力を導入しながらセグメントリングを組み立てることにより、周方向に連続したプレストレスを導入することができ、セグメントリングとしての剛性が向上する。
【0071】
セグメント本体に予めプレストレスを導入しておくため、種々の継手に対応させることができ、例えばリング間継手面にピン形式の継手を設け、セグメント継手面に水平コッター形式の継手を設けることで、セグメントの組立て時に、同時締付け力を導入することができ、継手締結の高速化、自動化、高速施工といった施工性の向上が期待できる。
【0072】
また、本願発明ではPC鋼材の緊張定着部がセグメント継手面に位置するため、PC鋼材の定着部がトンネル内面側に露出することがなく、またセグメント本体にPC鋼材定着用の切欠き部を設ける必要がないため、構造的な弱点が生じるのを防止することができる。
【0073】
さらに、ピン形式の継手や水平コッター形式の継手を併用することで、セグメントの内面側を完全に平滑化することも可能となる。
【0074】
組立て時の継手による締付けにより継手面に大きな引張力が作用するといった施工時の特殊荷重による影響に対し、あらかじめセグメントにプレストレスを導入しておくことで、継手近傍のコンクリートのひび割れ等、セグメント本体部への影響を抑制することができる。特に、アンボンド形式とした場合、継手と本体部を縁切りしておくことでひび割れ抑制効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の覆工体のプレストレス導入方法の基本原理を説明するためのトンネル軸方向と直角な断面図である。
【図2】継手板とPC鋼材を通すためのシース管の配置例を示す概要図である。
【図3】本願発明におけるプレストレスの伝達を説明するための断面図である。
【図4】セグメント間継手にコッター形式の継手を用いた場合のPCセグメントの一実施形態を示す斜視図である。
【図5】セグメント間継手にコッター形式の継手を用いた場合のPCセグメントの他の実施形態を示す斜視図である。
【図6】セグメント間継手にボルト締結形式の継手を用いた場合のPCセグメントの一実施形態を示す斜視図である。
【図7】セグメントリングにおけるPC鋼材の配置を鉛直方向に比べ水平方向の径が大きい楕円形の配置とした場合のトンネル軸方向と直角な断面図である。
【図8】本願発明において、プレストレスをケミカルプレストレスの方式で導入する場合の説明図である。
【図9】本願発明において、プレストレスをプレテンション方式で導入する場合の説明のための斜視図である。
【図10】本願発明において、プレストレスをアンボンドPC鋼材によって導入する場合の一例における継手位置の断面図である。
【図11】本願発明において、プレストレスをアンボンドPC鋼材によって導入する場合の他の例における継手位置の断面図である。
【符号の説明】
A…トンネル覆工体、a…セグメント間継手面、b…リング間継手面、c…膨張材の膨張圧、
1…PCセグメント、2…継手板、2a…PC鋼材定着部、3…係合溝、4…シース管、5…PC鋼材、6…開口部、7…雄継手(リング間継手)、8…雌継手(リング間継手)、9…シール溝、10…ボルト孔、11…鉄筋、12…コッター継手、13…縁切り部、21…型枠[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for introducing a prestress into a lining body constructed by a shield method or the like and a lining body segment used in the method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, there is a technical trend in shield tunnels in which a secondary lining is omitted for the purpose of improving economy and workability while increasing the depth and cross section of the shield tunnel.
[0003]
Generally, shield tunnel linings are constructed by assembling factory-produced segments downhole. The assembled segments need to be tightly integrated so as to withstand the soil pressure acting on the tunnel, and there is a method of introducing prestress in the circumferential direction of the concrete segment.
[0004]
Techniques for introducing a prestress into a segment ring include, for example, those described in
[0005]
In each of these, after assembling a plurality of segments to form a segment ring, a PC steel material is penetrated all around the ring, tension is introduced to the PC steel material on site, and both ends are cut out on the inner surface of the segment ring. The prestress is introduced into the lining body by fixing to the lining.
[0006]
In
[0007]
As a conventional segment fitting, a bolt fastening type fitting has been generally used for a long time. On the other hand, for example, various types of cotter type fittings as disclosed in
[0008]
Cotter type fittings are often used for inter-segment joints which fasten segments to each other in the circumferential direction of the tunnel. In many cases, fastening and fastening in the circumferential direction of the tunnel can be performed simultaneously.
[0009]
In addition, for example, in
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-046991 [Patent Document 2]
JP-A-10-238294 [Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-081891 [Patent Document 4]
JP 2001-248394 A [Patent Document 5]
JP 08-218784 A [Patent Document 6]
JP 2002-021487 A [Patent Document 7]
JP 2002-121999 [Patent Document 8]
JP 2001-323788 A
[Problems to be solved by the invention]
The conventional method of introducing prestress into a lining body is a method of introducing prestress on site when assembling a segment ring as described above.
[0012]
In this case, since the steps of inserting and tensioning the PC steel material intervene at the time of assembling the segments, it is difficult to speed up and simplify the joint fastening, and there is a problem in workability. In addition, since a large-scale device for inserting and tensioning the PC steel is required, it is difficult to automate the assembling work, and there is a problem in safety.
[0013]
In addition, the introduction of prestress is generally performed by tensioning a PC steel material arranged in the circumferential direction in the lining. For this purpose, the end of the PC steel material is pulled out inside the tunnel, and tension is applied. With force applied, this end must be anchored. For this reason, there is a problem that a notch for accommodating the fixing member is required, and that portion becomes a structural weak point.
[0014]
In addition, the force acting on the lining body is different between when assembling the segment and when the lining body receives the soil pressure from the ground or the internal water pressure from the inside as a ring, and in the segment mainly composed of concrete, There is a possibility that cracks may occur in the concrete near the joint due to a special load such as excessive pulling by the joint fitting during assembly.
[0015]
The present invention is intended to solve the above-mentioned problems when introducing prestress into a lining body using a segment mainly composed of concrete and assembling the segment, and requires a large-scale apparatus in construction. It is an object of the present invention to provide a prestress introduction method and a liner for a lining body having excellent workability and high safety.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The method for introducing a prestress of a lining body according to
[0017]
The pre-stress may be any of a post-tension type and a pre-tension type, and may be a chemical pre-stress type.
[0018]
The segments in the present invention are prestressed concrete segments (hereinafter, referred to as “PC segments”) in which prestress is introduced for each segment, and the PC segments are assembled into a ring shape to form a segment ring. .
[0019]
In the case of the post-tension system, for example, prestress is introduced by fixing both ends of a PC steel material passed through a sheath embedded in concrete to a joint plate. In such a case, the sheath is filled with grease or the like, and an unbonded PC segment is formed, or a slow-hardening resin is injected into the gap between the sheath and the PC steel material. It can be a so-called after bond.
[0020]
In the case of the pretension method, for example, a PC steel material fixed to a joint plate at the time of manufacturing a segment is set while applying tension, or a tension is applied to the PC steel material at the time of setting a formwork, and the PC steel material is fixed to the joint plate, and the concrete struck. There is a method of introducing and prestressing a segment by setting and curing, but a specific method of introducing a pretension is not particularly limited.
[0021]
In the chemical prestressing method, a steel material is set in a mold in the same manner as a normal segment, and a prestress is included in the segment by adding an expansive material to the concrete to be cast. If the effect of increasing the pretension is expected, the amount of steel such as reinforcing steel, PC steel, and shaped steel is increased, and the steel is fixed to the joint plate.
[0022]
Before assembling the segment ring, each PC segment is individually pre-stressed, and PC steel can be fixed to the joint plate and pre-stress can be introduced at the factory where the segment is manufactured. The construction site does not require a device or the like for tensioning the PC steel material.
[0023]
In the present invention, the joint plate functions as a bearing plate for introducing a prestress by fixing the end of the PC steel material or another steel material in addition to the joint function for connecting the original segments. have.
[0024]
In this case, simply connecting the PC steel or another steel at the inter-segment joint position breaks the prestress introduced into the PC segment at the joint position, and provides sufficient strength and rigidity as the entire segment ring. Absent.
[0025]
According to the invention of the present application, in connecting the PC segments, a prestress is introduced in the circumferential direction of the segment ring by introducing a tightening force between the joint plates in accordance with the prestress introduced into the PC segments, so that the conventional multiple The same strength and rigidity as in the case where prestress is introduced in the circumferential direction of the segment ring by a PC steel material penetrating the segment can be given to the lining body.
[0026]
Here, the introduction of the tightening force according to the pre-stress introduced into the PC segment means that the pre-stress acts almost uniformly on the entire circumference of the segment ring in principle. It may be modified according to conditions and design.
[0027]
[0028]
In the present invention, since the joint plate also serves as a support plate for introducing prestress as described above, the joint plate extends over the entire length of the inter-segment joint surface in the tunnel axial direction, so that concrete for the PC segment can be used. In addition, prestress can be introduced almost equally.
[0029]
In the prestressing method for a lining body according to
[0030]
According to a third aspect of the present invention, the structure of the second aspect is further advanced, and the joint plate is formed integrally to cover the entire surface of the inter-segment joint surface, so that prestress can be more evenly introduced. In addition, since the joint plate is integral with the adjacent segments, there is an advantage that rigidity can be easily secured against the introduction of a tightening force.
[0031]
The segment for a lining body according to
[0032]
The lining body segment according to
[0033]
[0034]
In the case of the cotter type joint, conventionally, a wedge-shaped metal piece is inserted from the inner side of the tunnel into the tapered groove embedded in the inter-segment joint surface as in the invention described in
[0035]
Furthermore, in the latter case, the joint between the ring in the tunnel axis direction and the circumferential direction can be simultaneously performed by using the pin-type joint hardware together with the inter-ring joint for fastening the segments in the tunnel axis direction. There is an advantage that you can.
[0036]
[0037]
Also in the case of a bolt-type joint, prestress can be made continuous in the circumferential direction of the segment ring by controlling the tightening force of the bolt.
[0038]
According to a seventh aspect, in the lining body segment according to the fourth aspect, the inter-segment joint is fitted with a male joint projecting from the joint surface of the other segment into a female joint opening on the joint surface of the adjacent one segment. The male joint is pulled out in the axial direction by rotating a worm wheel nut provided on the outer periphery of the male joint with a worm gear inserted into a drive hole formed in the segment on the female joint side, thereby pulling out the male joint. This is limited to the case of a worm wheel type joint in which a tightening force is introduced.
[0039]
A feature of the worm wheel type joint is that it can be retightened later to obtain a necessary tightening force. In addition, it is also possible to provide a similar worm wheel type retightening mechanism in the middle of the segment instead of the joint portion as in claim 7.
[0040]
[0041]
The ninth aspect limits the case where the joint plate covers the entire surface of the inter-segment joint surface in the lining body segment according to any one of the fourth to seventh aspects.
[0042]
These effects of
[0043]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view perpendicular to the tunnel axis direction for explaining the basic principle of the method for introducing prestress of a lining body of the present invention. In the figure, five
[0044]
As shown in FIG. 2, each
[0045]
Thus configured the
[0046]
The
[0047]
FIGS. 4 and 5 show one embodiment of the
[0048]
FIG. 4 shows a case in which the
[0049]
FIG. 5 shows a case in which the
[0050]
In the embodiment of FIG. 4 or FIG. 5, when manufacturing the
[0051]
The
[0052]
Further, in the present embodiment, a pin-type joint hardware (male joint shown in FIG. 3) that can be fastened to the inter-ring joint surface b by merely inserting it in the axial direction by using, for example, the principle of a hole-in anchor. 7 and female joint 8) are provided.
[0053]
The above hardware is installed before casting concrete, and after hardening of the concrete, the PC steel material is directed from the
[0054]
The assembly of the
[0055]
FIG. 6 shows an embodiment in which a bolt-type joint is used as an inter-segment joint.
[0056]
When the
[0057]
In the embodiment of FIG. 6, since the inter-segment joint is a bolt fastening type, a
[0058]
FIG. 7 is a cross-sectional view perpendicular to the tunnel axis direction when the
[0059]
Generally, the force acting on the tunnel lining body A is slightly larger in the vertical direction than in the horizontal direction, and the arrangement of the
[0060]
FIG. 8 shows one
[0061]
The prestress is introduced by the contact (friction) between the concrete and the steel, in addition to the expansion pressure of the concrete being introduced through the
[0062]
For example, when the required pre-stress is small, a shaped steel or the like having irregularities or dowels on the surface can be used instead of the
[0063]
FIG. 9 shows an outline of a method of manufacturing the
[0064]
In this example, the
[0065]
FIG. 10 and FIG. 11 show the structure of the joint portion of the embodiment when the prestress is introduced by unbonded PC steel in the present invention.
[0066]
The
[0067]
For example, by fitting the tapered cotter joint 12 to the female joint formed on the
[0068]
In the embodiment of FIG. 11, the
[0069]
That is, the tensile force generated at the joint portion when assembling the
[0070]
【The invention's effect】
According to the present invention, the rigidity of the segment main body is increased by introducing a pre-stress into the segment main body in advance, and by assembling the segment ring while introducing the tightening force to the segment joint, the circumferentially continuous pre-stress is reduced. It can be introduced and the rigidity of the segment ring is improved.
[0071]
In order to introduce prestress into the segment body in advance, it is possible to correspond to various joints, for example, by providing a pin type joint on the inter-ring joint surface and providing a horizontal cotter type joint on the segment joint surface, Simultaneous tightening force can be introduced at the time of assembling the segments, and improvement in workability such as speeding up, automating, and high-speed fitting can be expected.
[0072]
Further, in the present invention, since the tension fixing portion of the PC steel material is located on the segment joint surface, the fixing portion of the PC steel material is not exposed on the inner side of the tunnel, and a cutout portion for fixing the PC steel material is provided in the segment body. Since there is no need, it is possible to prevent a structural weak point from occurring.
[0073]
Further, by using a joint of a pin type or a joint of a horizontal cotter type, it is also possible to completely smooth the inner surface side of the segment.
[0074]
Pre-stress is introduced into the segment in advance against the effects of special loads during construction, such as when a large tensile force is applied to the joint surface by tightening with the joint during assembly, so that the segment body such as cracks in concrete near the joint The influence on the parts can be suppressed. In particular, in the case of the unbonded type, the joint and the main body are cut off so that the effect of suppressing cracking is large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view perpendicular to the tunnel axis direction for explaining the basic principle of a method for introducing prestress into a lining body according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an arrangement example of a sheath tube for passing a joint plate and a PC steel material.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining transmission of prestress in the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing one embodiment of a PC segment when a cotter type joint is used as an inter-segment joint.
FIG. 5 is a perspective view showing another embodiment of the PC segment when a cotter type joint is used as the inter-segment joint.
FIG. 6 is a perspective view showing an embodiment of a PC segment in the case where a bolt-type joint is used as an inter-segment joint.
FIG. 7 is a cross-sectional view perpendicular to the tunnel axis direction when the arrangement of the PC steel material in the segment ring is an elliptical arrangement having a larger diameter in the horizontal direction than in the vertical direction.
FIG. 8 is an explanatory diagram in a case where prestress is introduced by a chemical prestress method in the present invention.
FIG. 9 is a perspective view for explaining a case where prestress is introduced by a pretension method in the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a joint position in an example of the case where prestress is introduced by unbonded PC steel in the present invention.
FIG. 11 is a sectional view of a joint position in another example in the case where prestress is introduced by unbonded PC steel in the present invention.
[Explanation of symbols]
A: tunnel lining body, a: joint surface between segments, b: joint surface between rings, c: expansion pressure of the expanding material,
DESCRIPTION OF
Claims (9)
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JP2020147981A (en) * | 2019-03-13 | 2020-09-17 | 株式会社ガイアート | Concrete structure connecting body and construction method of concrete structure connecting body |
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