JP2005061212A - Laminate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばシールドマシンを用いてトンネルを構築するシールド工法においてトンネルの壁体の一部を構成するのに用いる積層体に関するものである。 The present invention relates to a laminated body used for constituting a part of a wall of a tunnel in a shield method for constructing a tunnel using a shield machine, for example.
現在、道路や鉄道等のトンネルあるいは下水管渠築造用のトンネル等を構築する場合、シールド工法が一般的に採用されている。シールド工法とは、先端に掘削刃を備えたシールドマシンを地中で推進させながらトンネル穴を掘削する工法である。 Currently, when building tunnels for roads, railways, or tunnels for building sewer pipes, the shield method is generally employed. The shield method is a method of excavating a tunnel hole while propelling a shield machine with a drilling blade at the tip in the ground.
シールド工法では、シールドマシンで地盤を掘進しつつ、シールドマシンの後方で、掘削部の周囲内壁面に沿ってセグメントを順次組み立てることによってトンネルの壁体を構築している。セグメントは、例えばトンネル内の円周を複数に分割(例えば6分割)する大きさであり、円周方向及びトンネル延長方向に順次継ぎ足されていく。セグメントとしては、鉄筋コンクリート製セグメント、鉄板のみで製作された鋼製セグメントあるいは鋼殻内中にコンクリートを充填した鋼殻セグメントなどがある。 In the shield method, the tunnel wall is constructed by sequentially assembling the segments along the inner wall of the excavation part behind the shield machine while excavating the ground with the shield machine. The segment is, for example, a size that divides the circumference in the tunnel into a plurality of pieces (for example, six divisions), and is sequentially added in the circumferential direction and the tunnel extending direction. Examples of the segment include a reinforced concrete segment, a steel segment made only of an iron plate, and a steel shell segment filled with concrete in a steel shell.
また、シールド工法においては、道路上でシールドマシンを組立て、下向きに掘削して縦トンネルを構築し、縦トンネルが所定の深さまで達した時点で、シールドマシンの向きを転換して横トンネルを掘削し、更に横トンネルの開始位置から所定距離だけ進んだ位置に達した時点でシールドの向きを転換して縦トンネルまたは横トンネルを掘削する、所謂、縦横連続式シールド工法も採用されるようになってきている。 In the shield method, a shield machine is assembled on the road and drilled downward to construct a vertical tunnel. When the vertical tunnel reaches a predetermined depth, the shield machine is turned and the horizontal tunnel is excavated. In addition, the so-called vertical / horizontal continuous shield method, in which the direction of the shield is changed and the vertical tunnel or the horizontal tunnel is excavated when reaching a position advanced by a predetermined distance from the start position of the horizontal tunnel, has been adopted. It is coming.
ところで、シールド工法において、縦トンネルまたは横トンネルを構築した後に、そのトンネルとは異なる方向(例えば横方向または縦方向)への掘削を開始する際には、まず、先に構築したトンネルの壁体(セグメント壁体)を掘削する必要がある。しかしながら、セグメントが鋼製である場合、壁体の掘削をシールドマシンで行うことはできない。また、鉄筋コンクリート製セグメントを用いている場合、壁体の掘削をシールドマシンで行うと、鉄筋がシールドマシンの掘削刃に絡みついて掘削速度が大巾に低下し、最悪の場合、シールドマシンが故障する畏れがある。このため、従来までは、トンネル壁体の破壊作業(溶接・はつり等)を人手で行っているが、人手による作業では手間が掛かり工期が相当に長くなる。 By the way, in the shield method, after constructing a vertical tunnel or a horizontal tunnel, when starting excavation in a direction different from the tunnel (for example, the horizontal direction or the vertical direction), first, the wall of the tunnel constructed first is used. (Segment wall) needs to be excavated. However, if the segment is made of steel, the wall cannot be excavated with a shield machine. In addition, when using a reinforced concrete segment, if the wall body is excavated with a shield machine, the rebar will be entangled with the excavation blade of the shield machine and the excavation speed will be greatly reduced. In the worst case, the shield machine will break down. There is drowning. For this reason, until now, the destruction work (welding, hangering, etc.) of the tunnel wall body has been performed manually, but the manual work takes time and the construction period becomes considerably long.
このような点を解消する方法として、セグメント壁体の一部(掘削開始部)にシールドマシンによる掘削が可能な部分を設けるという方法が考えられている。この方法を採用する場合、セグメントの掘削可能部を、炭素繊維やガラス繊維などを樹脂に含浸してなるロープ状(鉄筋状)の補強筋(新素材)を用いた新素材コンクリート(例えば特許文献1)で構成することが考えられる。
前記のセグメント壁体の一部をかかる新素材コンクリートで構成した場合、シールドマシンによる掘削は可能になるが、コンクリートは掘削抵抗が大きいために掘削に多くの時間を要する。また、掘削過程において、ロープ状の補強筋の切断物がシールドマシンのスクリュー(掘削物除去用)に詰まってシールドマシンが停止したり、故障する畏れがある。 When a part of the segment wall body is made of such a new material concrete, excavation by a shield machine is possible, but since concrete has high excavation resistance, it takes a lot of time for excavation. Further, during the excavation process, there is a possibility that the cut piece of the rope-like reinforcing bar is clogged with the shield machine screw (for excavation object removal) and the shield machine stops or breaks down.
本発明の目的は、そのような問題点を解決すべくなされたものであり、セグメント壁体な
どのトンネル壁の一部に設けられる掘削可能部を構成するのに適した部材で、シールトマシンによる掘削を短時間で終わることができ、しかもシールドマシンに与える負担も少なくて済む積層体を提供することにある。
An object of the present invention is to solve such problems, and is a member suitable for constructing an excavable portion provided in a part of a tunnel wall such as a segment wall body. An object of the present invention is to provide a laminate that can finish excavation in a short time and that can reduce the burden on the shield machine.
請求項1に係る積層体は、トンネル壁などの壁体の一部を構成するのに用いられる積層体であって、プラスチック発泡体を無機繊維で補強した板状の複合体が所定の曲率に湾曲された状態で複数枚積層されているとともに、その各板状の複合体間に接着剤層またはFRP層が積層されていることを特徴とする。
The laminated body according to
請求項2に係る積層体は、トンネル壁などの壁体の一部を構成するのに用いられる積層体であって、プラスチック発泡体を無機繊維で補強した板状の複合体が所定の曲率に湾曲された状態で複数枚積層されているとともに、その各板状の複合体間に接着剤層またはFRP層が積層されている外層と内層とを有し、それらの内層と外層との間に、発泡体からなる中間層またはハニカム構造の中間層が設けられていることを特徴とする。
The laminated body according to
なお、本発明の積層体は、外径が、例えばφ1800mm〜φ4200mm程度のシールドトンネルの壁体構築などに適用される。
また、FRP層としては、ポリエステル樹脂またはエポキシ樹脂等の樹脂をマットまたはクロス等の補強材にて補強したものを挙げることができる。マットまたはクロスとしては、ガラス繊維、カーボン繊維あるいはアラミド繊維などを加工したものが挙げられる。また、補強材としてマットを用いる場合、例えばメッシュ370のマット2枚を使用してFRP層を積層するという方法を採用してもよい。
The laminated body of the present invention is applied to the construction of a shield tunnel wall having an outer diameter of, for example, about φ1800 mm to φ4200 mm.
Examples of the FRP layer include those obtained by reinforcing a resin such as a polyester resin or an epoxy resin with a reinforcing material such as a mat or cloth. Examples of the mat or cloth include those obtained by processing glass fiber, carbon fiber, or aramid fiber. Further, when a mat is used as the reinforcing material, for example, a method of stacking the FRP layer using two mats of mesh 370 may be employed.
本発明の積層体を構成する板状の複合体は、硬質ウレタン樹脂からなるプラスチック発泡体(ウレタン発泡体)をガラス長繊維で補強した複合体であることが好ましい。 The plate-like composite constituting the laminate of the present invention is preferably a composite obtained by reinforcing a plastic foam (urethane foam) made of a hard urethane resin with long glass fibers.
本発明の積層体では、プラスチック発泡体を無機繊維で補強した複合材によって構成されているので、例えば、シールドセグメントの掘削可能部に使用した場合、コンクリートを用いる場合と比較して、掘削速度が速くなって掘削工程の短縮化を図ることができる。例えば、硬質ウレタン樹脂からなるプラスチック発泡体を使用すれば、コンクリートのものより掘削速度が10倍程度速くなり、掘削工程の大巾な短縮化を図ることができる。 In the laminate of the present invention, since it is composed of a composite material in which plastic foam is reinforced with inorganic fibers, for example, when it is used as an excavable portion of a shield segment, the excavation speed is higher than when using concrete. It becomes faster and the excavation process can be shortened. For example, if a plastic foam made of hard urethane resin is used, the excavation speed is about 10 times faster than that of concrete, and the excavation process can be greatly shortened.
また、硬質ウレタン樹脂等からなるプラスチック発泡体は、コンクリートよりも軽量であるので、セグメントの軽量化を図ることができるという利点がある。
In addition, since the plastic foam made of hard urethane resin or the like is lighter than concrete, there is an advantage that the weight of the segment can be reduced.
本発明の積層体では、例えば図5に示すような複合材、すなわちウレタン発泡体中にガラス長繊維が一方向にモノフィラメント状態すなわちガラス長繊維が一方向に1本づつ分散した状態で充填されてなる複合材を用いているので、シールドマシンにて掘削しても、ガラス長繊維の切断物がスクリューなどに詰まるなどの不具合が生じることもない。 In the laminate of the present invention, for example, a composite material as shown in FIG. 5, that is, a urethane foam is filled with a long glass fiber in a monofilament state in one direction, that is, a long glass fiber is dispersed one by one in one direction. Therefore, even when excavated by a shield machine, there is no problem such as the long glass fiber cuts being clogged with screws.
また、そのようなウレタン発泡体をガラス長繊維で補強した板状の複合材は、曲げ強度及び圧縮強度に優れているので、積層体とすることにより、シールトトンネルに作用する土圧・水圧に充分に耐えることができる。しかも、ウレタン発泡体は比較的安価であり、またガラス長繊維も安価であることから、掘削可能部を前記した新素材コンクリートよりも安いコストで製作することができる。さらに、ウレタン発泡体はコンクリートに較べて軽量であるので、シールド用セグメントの軽量化を達成できる。 In addition, a plate-like composite material in which such urethane foam is reinforced with long glass fibers is excellent in bending strength and compressive strength. Can sufficiently withstand. Moreover, since urethane foam is relatively inexpensive and long glass fiber is also inexpensive, the excavable portion can be manufactured at a lower cost than the above-described new material concrete. Furthermore, since the urethane foam is lighter than concrete, the weight of the shielding segment can be reduced.
本発明に係る積層体は、シールドセグメントの外、例えば円形の縦坑や円形管渠など、円形の空洞を構築する各種壁体にも適用できる。 The laminated body according to the present invention can also be applied to various wall bodies for constructing a circular cavity, such as a circular shaft or circular pipe rod, in addition to the shield segment.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、本発明の積層体で一部を構成するシールド用のセグメントについて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the shielding segment that constitutes a part of the laminate of the present invention will be described.
セグメントは、シールドマシンを用いたシールド工法にて構築されるトンネルの壁体を構成する部材であり、例えば図6に示すように、6つのセグメント211,…211をリング状に組み立てることによりセグメントリング210を構成することができる。
A segment is a member constituting a wall of a tunnel constructed by a shield method using a shield machine. For example, as shown in FIG. 6, a segment ring is formed by assembling six
このようなセグメント211を用いてシールドトンネル200の壁体を構築する場合、まず、先端に掘削刃を備えたシールドマシン(図示せず)を地中に横方向(または縦方向)に推進させ、このシールドマシンの後方に、セグメントリング210の1箇のリング分の空間が形成された時点でシールドマシンの推進を停止し、シールドマシンの後方空間の内壁面に沿ってセグメント211,…211をリング状に組み立てる。次に、同じ要領にて、シールドマシンをセグメントリング210の1箇のリング分だけ推進させてセグメント211,…211をリング状に組み立てるという工程を順次繰り返して行くことによって、例えば図6に示すように横向きのシールドトンネル200を構築できる。
When constructing a wall of the
本発明の積層体を適用するセグメントは、図6に示すような横向きのシールドトンネル200において、上向きの縦トンネル220を構築する場合などに用いられる特殊セグメント201である。この特殊セグメント201は、前記したセグメントリング210の一部を構成する部材(図7)であり、図8〜図10に示すように、二つのセグメント本体202,202と、シールドマシンにて掘削が可能な掘削可能部(本実施形態の積層体1)を備えている。
A segment to which the laminated body of the present invention is applied is a
請求項1に係る積層体の一実施形態を図1に基づいて説明する。
この実施形態の積層体1においては、複数枚(例えば10枚)の板状の複合材1a,…1aが湾曲された状態で複数枚積層されている。これら板状の複合材1a,…1aは、各層間に積層された接着剤層(例えばエポキシ系接着剤)によって相互に接着されている。
An embodiment of a laminate according to
In the
積層体1は、直径がシールドマシンの掘削径よりも所定量だけ大きい寸法に加工されている。また、積層体1の外周面及び内周面の曲率(曲率半径)はそれぞれセグメント本体202の外周面及び内周面の曲率(曲率半径)に略一致している。
The laminated
積層体1を構成する板状の複合材1aは、図5に示すように、ウレタン樹脂発泡体(硬質ウレタン樹脂)をガラス長繊維で補強した複合材である。このような複合材1aとしては、例えばエスロンネオランバー−FFU(積水化学工業株式会社製)を挙げることができる。図5に示すような複合材1aの厚み(板厚)は最大で10mm程度である。
As shown in FIG. 5, the plate-like
なお、図1の実施形態では、板状の複合材1a,1a間に接着剤層1bを積層しているが、これに替えて、板状の複合材1a,1a間にFRP層を積層して、板状の複合材1a,1a同士を相互に接着してもよい。このようにFRP層で積層した場合、板状の複合材1a,1a同士を強固に接合することができるとともに、積層体1の全体強度を高めることができる。
In the embodiment of FIG. 1, the
請求項2に係る積層体の一実施形態を図2に基づき説明する。
図2の積層体11は、外層12と内層14との間に中間層13が積層されているところに特徴がある。外層12及び内層14は、図1の実施形態と同様に、湾曲状態の板状の複合
材1aが複数枚(5枚)積層されているとともに、その各板状の複合材1a,1a間に接着剤層1bが積層された構造となっている。
One embodiment of the laminate according to
The laminate 11 in FIG. 2 is characterized in that an intermediate layer 13 is laminated between an
中間層13は、例えばPE−PS、アクリル、PVCまたはウレタン樹脂の単純発泡体で、外層12の最内層を構成する板状の複合材1aの内面と、内層14の最外層を構成する板状の複合材1aの外面にそれぞれエポキシ樹脂系接着剤を介して接着されている。
The intermediate layer 13 is, for example, a simple foam of PE-PS, acrylic, PVC, or urethane resin, and has a plate shape that forms the inner surface of the plate-shaped
図2に示すようなサンドイッチ構造を採用すれば、積層体11の全体重量の増加を抑えながら、積層体11全体の板厚を厚くすることが可能になる。
If the sandwich structure as shown in FIG. 2 is employed, it is possible to increase the thickness of the
なお、図2の構造において、単純発泡体からなる中間層13に替えて、図3に示すようなハニカム構造の樹脂製の中間層23を用いてもよい。
In the structure of FIG. 2, a resin
本発明に係る積層体は次ぎのようにして製造できる。 The laminate according to the present invention can be produced as follows.
使用する製造装置は、図4(A)に示すように、板状の複合材1aの両端部を規制する規制部材101、101と、この規制部材101、101間に配置された受型102と、板状の複合材1aの中央部を押圧する押圧部材103とによって構成されている。受型102の成形面102aは、セグメント本体202の外周面の曲率(曲率半径)に略一致する湾曲面(円弧面)となっている。
As shown in FIG. 4A, the manufacturing apparatus to be used includes
具体的な製造手順は、最外層を構成する板状の複合材1a(板厚10mm)を規制部材101、101に対して位置決めした状態で、図4(A)に示すように、板状の複合材1aの中央部を押圧部材103にて押圧することにより円弧状に湾曲させる。このとき、板状の複合材1aの変形は受型102の成形面102aにて規制され、最外層の板状の複合材1aの曲率(曲率半径)がセグメント本体202の外周面の曲率(曲率半径)に略一致する。
As shown in FIG. 4 (A), the specific manufacturing procedure is such that the plate-shaped
次に、最外層の板状の複合材1aの内側の面にエポキシ系接着剤1bを形成する〔図4(B)〕。接着剤層1bの積層厚さは、例えば1〜2mm程度とする。
Next, an
接着剤層1bの積層が完了した後、図4(C)に示すように、最外層の板状の複合材1aの内側の面に、2層目(積層体1の外側から数えて2層目)となる板状の複合材1aを加熱した状態で配置し、この状態で2層目の板状の複合材1aの中央部を押圧して湾曲させる。このとき、最外層の板状の複合材1aと2層目の板状の複合材1aとが接着剤層1bにて相互に密着するように押圧力を付与する。
After the lamination of the
次に、接着剤層1bがほぼ硬化した時点(2層目の板状の複合材1aが湾曲状態を維持できる程度になった時点)で、2層目の板状の複合材1aの内側の面にエポキシ系接着剤を積層して接着剤層1bを形成する〔図4(D)〕。以後、同様な手順、つまり「板状の複合材の曲げ加工」→「接着剤積層」→「板状の複合材の曲げ加工」を順次繰り返して行くことにより、図1に示す構造の積層体1を得ることができる。
Next, when the
次に、本発明に係る積層体の使用例を図7〜図10を参照しながら説明する。
既述した通り、図6は横トンネル210の途中に縦トンネル220をシールド工法により構築する場合の状態を示し、図7は縦トンネル220の開始箇所のセグメントリング210を示し、図8はセグメントリング210中の縦トンネル220の掘削可能部1を有する特殊セグメント201を示している。
図9〜図10に示すように、特殊セグメント201に掘削可能部を構成するために積層体1が取り付けられる。
Next, usage examples of the laminate according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As described above, FIG. 6 shows a state in which the
As shown in FIG. 9 to FIG. 10, the
図9〜図10において、積層体1が取り付けられる特殊セグメント201のセグメント本体202は、鋼板のみで製作されている。セグメント本体202には、半円形の切欠き202aが加工されており、2つのセグメント本体202、202を連結した状態で、それらの中央位置に円形穴201aが形成されるようになっている。この円形穴201aの内径は積層体1の外径よりも所定量だけ小さい寸法に加工されている。
9-10, the segment
以上の特殊セグメント201において積層体1をセグメント本体202に連結する構造を図11に示す。
この連結構造においては、積層体1の端部に連結プレート(鋼板)2、2が挾み込まれている。これら内側・外側の2枚の連結プレート2、2はボルト・ナット3にて積層体1に固着されている。各連結プレート2の先端部には、連結ボルト5aを通す貫通孔2aが加工されている。内側・外側の2枚の連結プレート2、2のうち、外側の連結プレート2の貫通孔2aには裏ナット5bが溶接等により固着されている。なお、このような連結プレート2は、積層体1の端部周縁に沿って所定のピッチで配置されている。
FIG. 11 shows a structure for connecting the
In this connection structure, connection plates (steel plates) 2 and 2 are sandwiched at the end of the
一方、セグメント本体202の切欠き202aの近傍には、2枚の固定プレート4、4が積層体1の連結プレート2、2に対応する位置関係で設けられており、積層体1の周縁部を切欠き202aの周縁部に合わせた状態で、各固定プレート4にそれぞれ積層体1の連結プレート2が当接するようになっている。各固定プレート4には連結ボルト5aを通す貫通孔4aが加工されている。各固定プレート4はセグメント本体202に溶接にて強固に固定されている。
On the other hand, in the vicinity of the
そして、図11に示す連結構造では、セグメント本体202の固定プレート4に積層体1の連結プレート2を合わせるとともに、2枚の固定プレート4、4の間にスペーサ(鋼製)6を挾み込んだ状態で、連結ボルト5aを各プレート4、4の貫通孔2a、4a及びスペーサ6の貫通孔6aに通し、そのボルト先端を裏ナット5bにねじ込むことによって積層体1とセグメント本体202とを相互に連結することができる。
In the connection structure shown in FIG. 11, the
なお、図11に示す連結構造では、内側・外側の2枚の連結プレート2、2及び2枚の固定プレート4、4を設けているが、これら連結プレート2及び固定プレート4の枚数(積層体1の積層方向の数)は特に限定されず、特殊セグメント201に作用する土圧・水圧等を考慮して適宜選定すればよい。
In the connection structure shown in FIG. 11, the two inner and
以上の実施形態において、セグメント本体202は、シールドトンネルを構築する際に、図6において説明したような要領にて、セグメントリング210の一部を構成する部材として組み立てることができる。
In the above embodiment, the segment
また、積層体1の設置は、例えば、積層体1を組み込む2つのセグメント本体202、202の一方を、前記した要領でシールドマシンの後方空間に設置し、次に、シールドマシンがセグメントリング210の1リング分だけ推進した際に、先に設置したセグメント本体202の積層体1を連結し、次いで、もう一方のセグメント本体202をシールドマシンの後方空間に設置するとともに、この後方側のセグメント本体202と積層体1とを連結するという要領で行うことができる。
なお、積層体1は2つのセグメント本体202の双方若しくは何れか一方に組み込んだ状態で、シールドマシンの後方に搬送するという方法を採用してもよい。
In addition, for example, one of the two segment
In addition, the
以上の実施形態では、積層体1の形状を円形としているが、その形状は特に限定されず、例えば図12に示すような矩形の積層体21であってもよい。
In the above embodiment, although the shape of the
以上の実施形態では、シールド用セグメント(トンネル壁)に本発明の積層体を適用した例を示したが、本発明はこれらに限られることなく、例えば円形の縦坑や円形管渠など、円形の空洞を構築する各種壁体にも適用できる。 In the above embodiment, the example in which the laminated body of the present invention is applied to the shielding segment (tunnel wall) has been shown. However, the present invention is not limited thereto, and a circular shaft such as a circular shaft or a circular pipe rod is used. It can also be applied to various wall bodies that construct the cavities.
1 積層体
1a 板状の複合材
1b 接着剤層
11 積層体
12 外層
13 中間層
14 内層
101 規制部材
102 受型
103 押圧部材
201 セグメント
202 セグメント本体
220 セグメントリング
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