JP2005076317A - セグメント用鋼殻、コンクリート中詰めセグメントおよびその製造方法 - Google Patents

セグメント用鋼殻、コンクリート中詰めセグメントおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 セグメント用鋼殻、コンクリート中詰めセグメントおよびその製造方法において、セグメントの接合部近傍を簡素な構成で補強できるとともに、製造効率を向上することができるようにする。
【解決手段】 鋼殻2においては、鋼殻2の内方側から、継手板2aに補強板5を当接させて固定し、補強板5に接続された補強板側板9に、コンクリートが充填される空間まで延びるアンカー鉄筋8を接続する。そして、箱抜き部7で囲われた以外の空間にコンクリートを充填し、硬化させてコンクリート中詰めセグメントを形成する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、セグメント用鋼殻、コンクリート中詰めセグメントおよびその製造方法に関する。
従来、例えばシールドトンネルなどの筒状構造物の構築に用いられるセグメントとして、鋼殻にコンクリートを中詰めして硬化させた合成セグメントが知られている。このようなコンクリート中詰めセグメントは、圧縮荷重に対してはコンクリートが抵抗し、引張荷重に対しては鋼殻が抵抗することにより高剛性が得られるものである。
図8に、このような従来のコンクリート中詰めセグメントに用いる鋼殻の一例である鋼殻20を示した。図8(a)は斜視説明図、図8(b)は、図8(a)におけるD視部分説明図、図8(c)は、図8(b)におけるE−E断面図である。
鋼殻20は、筒状構造物の外周の湾曲面を形成する底面20cの端部に継手板20a、20a、主桁20b、20bが立設され、中詰めするコンクリートの型枠としても機能する箱状の薄板構造を有している。
継手板2aには、周方向にセグメントを接合するためのボルト孔6が設けられ、継手板2aの内方側にボルト孔6にボルトを挿通して締結作業を行うためボルトボックスを形成するための箱抜き部24が設けられている。
そして、底面20c上の各継手板20a、主桁20bの間に、主桁20bに平行な補強用桁22、22と、継手板20aに平行な縦リブ23、23が設けられている。
継手板2aのボルト孔6を含む領域の内方側には、継手板2aの変形を防止するために、継手板2aより厚肉の補強板21が固定されている。補強板21には、ボルト孔6と同じ位置にボルト孔21aが設けられ、箱抜き部24の内部からボルトを挿通してセグメント間の接合を行うことができるようになっている。
このような鋼殻20にコンクリートを中詰めすると、鋼殻20により引張荷重を負荷し、コンクリートで圧縮荷重を負荷する高剛性のセグメントを形成することができる。ただし、箱抜き部24はコンクリートが充填されないので、補強板21と補強用桁22により強度補強する構成がとられている。
また、特許文献1には、継ぎボルト受け入れ空間を規定する複数の空間規定部材が両継手板の間で、主桁の半分の高さ位置に主桁方向に延びる棒鋼、もしくは異形棒鋼からなる連結部材に結合されたセグメント用鋼殻、およびそのセグメント用鋼殻にコンクリートを充填したトンネル覆工用セグメントが記載されている。
また、特許文献2には、主桁と継手板との接続部に内側から当接されたL字補強部材が隅肉溶接して接合された鋼製セグメントが記載されている。
特開平9−228793号公報(第2−3頁、図1−4) 特開2001−3697号公報(第2−5頁、図1、4、11)
しかしながら、上記のような従来のセグメント用鋼殻、コンクリート中詰めセグメントには、以下のような問題があった。
図8に示したような従来のセグメント用鋼殻では、セグメント周方向に延びる長尺の補強用桁22を設けて補強するので、補強用桁22を底面20cなどに溶接しなければならず、製造に手間がかかり、製造コストが増大するという問題があった。また溶接により底面20cの寸法精度が悪化しやすいという問題があった。
また、特許文献1に記載の技術では、主桁に沿う方向に延びる連結部材を棒鋼、もしくは異形棒鋼により形成するので、溶接箇所は減るものの、湾曲した長尺の棒鋼を所定位置に配置して溶接するから、棒鋼などを位置決めするために配筋作業のような煩雑な作業が必要となって製造に手間がかかるという問題がある。
また、特許文献2に記載の技術では、L字補強部材を用いるので、製造が容易となるが、主桁と継手板の接続部のみしか補強されないので、補強部の周辺に荷重が集中し、コンクリートのひび割れなどが発生しやすいという問題がある。また、例えば、継手板の中間部に接合部を設ける必要がある場合には、補強することができないという問題がある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、セグメントの接合部近傍を簡素な構成で補強できるとともに、製造効率を向上することができるセグメント用鋼殻、コンクリート中詰めセグメントおよびその製造方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、他のセグメントと接合するための接合板を有する鋼殻にコンクリートを中詰めしたコンクリート中詰めセグメントであって、前記鋼殻の接合板に前記鋼殻の内方側から当接された補強部材を備え、該補強部材が、前記中詰めされたコンクリートに一端側を埋設されたアンカー部材の他端と接続された構成とする。
この発明によれば、補強部材を鋼殻の内方側から接合板に当接し、そこに接続されるアンカー部材がコンクリートに埋設されることにより、補強部材がコンクリートに強固に保持されて、反力をとることができるので、簡素な構成で、接合板からアンカー部材の及ぶ範囲において圧縮荷重と引張荷重とを負荷できる高剛性の補強構造を形成することができる。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載のコンクリート中詰めセグメントにおいて、前記アンカー部材が鋼殻の主桁に沿う方向に配置された構成とする。
この発明によれば、主桁に沿う方向の引張荷重に対して効率よく反力を形成することができる。
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載のコンクリート中詰めセグメントにおいて、前記アンカー部材が鉄筋からなる。
この発明によれば、鉄筋をアンカー部材として用いることにより、安価で製造が容易なものとすることができる。
請求項4に記載の発明では、請求項1〜3のいずれかに記載のコンクリート中詰めセグメントにおいて、前記鋼殻に、前記補強板が当接される接合板と交差する方向の接合板の間に、開口部が設けられたリブが形成され、前記アンカー部材が、前記リブの開口部のいずれかに挿通されてなる。
この発明によれば、リブにより主桁間の剛性を向上することができる。さらにそれに加え、アンカー部材がリブの開口部を挿通された状態でコンクリートが充填されることにより、アンカー部材近傍の応力がリブを介してリブの延びる方向のセグメント内に伝達されるので、より高剛性のものとすることができる。
請求項5に記載の発明では、セグメント用鋼殻において、他のセグメントと接合するための接合板を有し、コンクリートを中詰めすることによりコンクリート中詰めセグメントとするためのセグメント用鋼殻であって、前記接合板に前記鋼殻の内方側から当接して固定された補強部材を備え、該補強部材に、前記コンクリートが中詰めされる空間まで延びるアンカー部材が接続された構成とする。
この発明によれば、補強部材が鋼殻の内方側から接合板に当接して固定されているので、コンクリートを充填するだけで、請求項1に記載のコンクリート中詰めセグメントを製造することができる。
請求項6に記載の発明では、コンクリート中詰めセグメントの製造方法において、他のセグメントと接合するための接合板を有する鋼殻にコンクリートを中詰めしたコンクリート中詰めセグメントの製造方法であって、前記コンクリートが中詰めされる空間まで延びるアンカー部材が接続された補強ユニットを、前記鋼殻の接合板に前記鋼殻の内方側から当接させて配置し、該補強ユニットを締結手段により前記接合板に固定し、前記鋼殻にコンクリートを中詰めし、コンクリートの硬化後、前記締結手段による固定を解除する方法とする。
この発明によれば、予め製作された補強ユニットを締結手段により、コンクリートを中詰めして硬化するまでの間、固定し、硬化後、締結手段による固定を解除するので、製作が容易となる。また、予め補強ユニットに継手を設けることができるので、複雑な構成の継手であっても、容易に設けることができる。
本発明のコンクリート中詰めセグメントによれば、補強部材にアンカー部材を接続することにより、接合板からアンカー部材の及ぶ範囲において圧縮荷重と引張荷重とを負荷できる高剛性の補強構造を形成することができるので、荷重負荷の大きいセグメントの接合部近傍を効率よく補強できるから、製造効率に優れた安価なセグメントとすることができるという効果を奏する。
また、本発明のセグメント用鋼殻によれば、そのようなコンクリート中詰めセグメントを容易に製造できるという効果を奏する。
また、本発明のコンクリート中詰めセグメントの製造方法によれば、補強ユニットを締結手段により固定することにより、製造効率を向上することができるという効果を奏する。
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、本発明の実施形態に係るコンクリート中詰めセグメントについて説明するための斜視説明図である。図2は、本発明の実施形態に係るセグメント用鋼殻の一例を説明するための斜視説明図およびA視説明図である。図3は、図2(b)におけるB−B断面図である。図4は、図2(b)におけるC−C断面図である。
本発明の実施形態に係るセグメント1(コンクリート中詰めセグメント)について説明する。
セグメント1は、複数を接合して、例えばシールドトンネルなどの筒状構造物を構築するためのものである。その概略構成は、図1に示したように、鋼殻2(セグメント用鋼殻)、鋼殻2に中詰めされて硬化されたコンクリート3および補強板5(補強部材)からなる。
鋼殻2は、図2(a)に示したように、筒状構造物の外周面を形成する湾曲された底面2cの外周端に、所定高さを有する継手板2a、2a、主桁2b、2bが底面2cの湾曲の中心方向側に立設され、全体として湾曲版状をなす箱形状とされている。以下、主桁2bの高さ方向を鋼殻2またはセグメント1の厚さ方向と称する。
継手板2aは、湾曲の中心軸に沿う方向に平行に配置され、継手ボルトを挿通するボルト孔6、6を有し、周方向に隣接する他のセグメント1と接合するため接合板をなしている。
主桁2bは、継手板2a、2a同士の長手方向端部を湾曲に沿う方向に結合する桁部材であり、他のセグメント1を筒状構造物の延設方向(軸方向)に接合する接合板をなしている。主桁2bには、軸方向の接合を行うために、ボルト孔6と同様なボルト孔か、適宜の継手金物などの継手構造が設けられているが、図示では省略している。
主桁2b、2b間の底面2c上には、鋼殻2の軸方向の剛性を増すために縦リブ2dが適宜本数設けられている。縦リブ2dには、コンクリート3の充填が容易となるように適宜箇所に開口部2eが設けられている。特に、継手板2aに近接する縦リブ2dでは、開口部2eは、後述するアンカー鉄筋8を挿通できる位置にも設けられている(図2、4参照)。
補強板5は、ボルト孔6の近傍の継手板2aに鋼殻2の内方側から当接するように配置して固定された、継手板2aより厚肉の鉄鋼製部材である。そして、継手板2aに固定されたとき、ボルト孔6に対応する位置に不図示の継手ボルトを挿通可能とするボルト孔5aが設けられている(図3参照)。固定手段は、例えば溶接、ろう付け、ボルト締結などの手段が採用できる。材質としては、例えば、鋼板、鋳鉄鋳物などが採用できる。
補強板5の側部の一端は主桁2bに当接され、他端には鋼殻2の厚さ方向および主桁2bと略平行な方向に延びる補強板側板9(補強部材)が設けられている。そして、補強板側板9から近接する主桁2bまでの間と、補強板5から鋼殻2の内方側の所定範囲までの平面視矩形状の空間を仕切るために、鋼板などの板部材からなる箱抜き部7が設けられている。箱抜き部7は、コンクリート3の充填時にコンクリート3の流入を阻止して、継手ボルトの締結作業を可能とするためのボルトボックスとして利用する空間を残すためのものである。
補強板側板9には、補強板側板9に平行で補強板5に略垂直な方向に延びるアンカー鉄筋8(アンカー部材)が適宜本数(例えば、図示のように2本)だけ固定されている。アンカー鉄筋8は、コンクリート3が硬化したとき、補強板5に作用する外力の反力をとるためのものであり、コンクリート3に定着されるための外周突起などの形状を有する。また、必要なら定着板や、それに相当する形状を備えていてもよい。
本実施形態のセグメント1の製造方法は、このような鋼殻2を、底面2cを下向きに配置して、上方からコンクリート3を流し込んで、底面2c、補強板5、箱抜き部7、主桁2bで囲われた空間(図示4箇所)を除く空間に充填する。そして、継手板2a、2a、主桁2b、2b、箱抜き部7…の上端部に当接する底面2cと略平行な湾曲を有する蓋型枠(不図示)で覆って、硬化させ、適宜養生する。そして、硬化後、蓋型枠を外す。
このようにして、筒状構造体の内周面となるコンクリート面3aと、コンクリート3が充填されなかった空間にボルトボックス4とを有する(図1参照)セグメント1が製造される。
本実施形態のセグメント1によれば、他のセグメント1と接合されることにより比較的大きな外力が作用する継手板2aを補強板5により補強することができる。補強板5は、補強板側板9を介してアンカー鉄筋8に接続され、アンカー鉄筋8がコンクリート3に埋設されることにより、コンクリート3に強固に支持されて反力をとることができる。そのため、外力が引張荷重であれ、圧縮荷重であれ、継手板2aの変形を阻止することができる。
その際、アンカー鉄筋8の本数や長さを変えることにより、外力に応じた必要な反力を形成することができる。
このように、本実施形態では、継手板2a、2a間にわたるリブ構造や補強部材などの長尺部材を配置することなく、継手板2aを補強することができるので、鋼殻2が簡素となり、コンクリートを充填する前に補強部材を配置するといった手間をかけることなく、安価に製作することができるという利点がある。
また、継手板2aが受ける外力をその近傍の範囲に分散させることができるので、応力集中を低減することができる利点がある。また、外力の応力が及ばないか、減衰する遠方部分に補強部材を設けることないので合理的な補強構造とすることができる。
また、本実施形態の鋼殻2によれば、内方にコンクリート3を充填することにより必要な剛性を得ることができ、コンクリート3が充填されないボルトボックス4の一部をなす継手板2aは、補強板5により補強されて必要な剛性が得られるので、例えば鋼製セグメントとして用いる鋼殻と比して低剛性の構成とすることができ、安価に製作することが可能となるという利点がある。例えば、底面2c、継手板2a、主桁2bなどに用いる鋼板を比較的薄肉のものとすることができる。
また、アンカー鉄筋8が縦リブ2dの開口部2e内に貫通して配置されることにより、アンカー鉄筋8の負荷荷重が、近傍のコンクリート3を介して縦リブ2dに伝達されやすくなる。そのため、アンカー鉄筋8の負荷荷重をセグメント1の内部に分散させやすくなり、より高剛性の構成とすることができるという利点がある。
次に、本実施形態の第1変形例について説明する。
図5(a)は、本実施形態の第1変形例に用いる補強ユニットを説明するための斜視説明図である。図5(b)は、同じく第1変形例に用いる他の補強ユニットを説明するための斜視説明図である。図5(c)は同じく第1変形例に用いるさらに別の補強ユニットを説明するための斜視説明図である。
本変形例では、補強部材とアンカー部材を一体化した補強金物10(補強ユニット)を鋼殻2に配置し、その位置を固定したままコンクリート3を充填する構成とする。
補強金物10は、図5(a)に示したように、補強板5に補強板側板9、9を溶接してコ字状の金物とし、アンカー鉄筋8…をそれぞれの補強板側板9に溶接するなどして構成することができる。
また、図5(b)に示したように、補強板5、ボルト孔5aに対応して、板部12aとボルト孔12dを備えた鋳物製の補強板12にアンカー鉄筋8…を接合した構成とすることもできる。この場合、補強板12の一方の面上にアンカー鉄筋8を螺設するために、雌ねじを有する取付孔12cを備えたボス部12bを設けるようにすれば、溶接などの作業を行うことなく、効率的に製造することができる。
さらに、補強金物10は、図5(c)に示したように、円筒部30Aの側方にリブ30dなどを介してボス部30c、30cを一体成形した補強金物本体30を備え、それぞれのボス部30cに、定着板31aを有する棒状のアンカー31を接合した構成も好適に採用できる。補強金物本体30は、例えば鋳物により製作できる。またアンカー31の接合は螺合などが採用できる。なお、定着板31aを有することによりアンカー31の定着強度を増すことができるが、十分な定着強度が得られるならば、アンカー鉄筋8と同様の構成としてもよい。
円筒部30Aは、アンカー31と反対側の端部に係止面30bを設けて、継手板2aに係止可能とされる。また、例えば中心部にボルト孔30aを設けてボルト13、ナット14で締結できるようにする。したがって、円筒部30Aの肉厚と軸方向長さを適宜設定することにより、補強板5の厚さを増大させたのと同様の効果が得られる。
このように補強金物本体30、アンカー31を備えた補強金物10によれば、一体成形により製作の手間を省くことができる。また高荷重を受ける部分に材料を配分することで効率的な補強を行うことができるので、相対的に軽量な補強ユニットとすることができるという利点がある。
セグメント1の製造工程において、補強金物10を鋼殻2に配置する手段は、上記と同様に溶接、ろう付け、ボルト締結などの手段を用いることができるが、コンクリート3が硬化するまでの間に、継手板2aと補強板5(係止面30b)とを密着して固定保持できれば、どのような手段・方法を用いてもよい。
例えば、図6(a)に断面図を示したように、継手板2aと補強板5とをボルト孔5aに挿通されたボルト13、ナット14によって締結し、コンクリート3の硬化後、ボルト13、ナット14を外すといった方法を採用することができる。
また、図6(b)に断面図を示したように、ボルト孔5aに代えて、ボルト13に螺合可能な雌ねじを形成したボルト孔5bを設け、ボルト13のみで継手板2aと補強板5とを密着して固定保持し、硬化後にボルト13を外すという方法を採用してもよい。この場合、ボルト孔5bは、継手ボルトが挿通可能な内径を有するものとする。
本変形例によれば、補強板5を溶接することなく固定できるので製造が容易となるとともに、溶接による変形が起こらないため寸法精度のよいセグメントが容易に製作できるという利点がある。
次に本実施形態の第2変形例について説明する。
図7は、本実施形態の第2変形例を説明するための斜視説明図である。
本変形例は、セグメント1の接合継手として、継手ボルトに代えて、その他の周知の継手構造を用いるようにしたものである。すなわち、対向する継手板2a、2a上のボルト孔6に相当する位置に、補強板5に予め設けられた雄型継手、雌型継手が配置されるようにする。
例えば、図7に示したように、補強板5、補強板側板9、アンカー鉄筋8を接合して補強金物15(補強ユニット)を形成し、その補強板5のセグメント内方側に、雌型継手を収める継手部16を設けることができる。また、雄型継手を設ける場合、補強板5から継手板2aを貫通するように雄型継手を設け、必要に応じて補強板5のセグメント内方側に張り出させてその取付部などを設けることができる。
このような雄型継手、雌型継手としては、種々の方式を採用できるが、例えば、先端に抜け止め形状を有する棒状突起からなる雄型継手と、その棒状突起に嵌合し抜け止め形状に係止可能な弾性係止部を備える穴部を備える雌型継手との組み合わせなどを採用することができる。
本変形例によれば、継手を高剛性の補強板5に設けるので、鋼殻2の継手板2aの形状を複雑にしたり、新たに補強したりする必要がなく、汎用的な薄板形状とすることができ、安価に製作できるという利点がある。
また、補強板5を補強部材として鋼殻2とは別個に製作しておくようにすれば、異なる継手構造を有するセグメントであっても、鋼殻2を共通使用することが可能となるという利点がある。
なお、上記の説明では、接合継手がセグメントの周方向の継手板に設けられた例で説明したが、セグメントの軸方向の接合を行う主桁における接合継手に同様の技術的思想を適用してもよいことは言うまでもない。
また、上記の説明では、継手板2a上の長手方向の両端部にボルト孔6、6を有する例で説明したが、ボルト孔6の数、位置は、これに限定されるものではない。例えば3箇所以上であっても、補強部材や補強ユニットをその数に合わせて配置するだけなので、容易に製造することができる。したがって、配置数が多いほど、従来技術に比べて、部材や工数の節減効果が増大するものである。
また、上記の説明では、第1変形例の説明において、補強ユニットとして補強金物10を用い、そのうちの補強部材として、鋳物製の補強板12(図5(b)参照)と補強金物本体30とを用いた例で説明したが、補強ユニットや補強部材は、鋳物製あるいは金属製に限定されるものではない。必要な強度を満足すれば、例えば他の材質、例えば合成樹脂成形品や、合成樹脂と金属とを組み合わせた、補強部材、補強ユニットを採用することもできる。
本発明の実施形態に係るコンクリート中詰めセグメントについて説明するための斜視説明図である。 本発明の実施形態に係るセグメント用鋼殻の一例を説明するための斜視説明図およびA視説明図である。 図2(b)におけるB−B断面図である。図4は、図2(b)におけるC−C断面図である。 図2(b)におけるC−C断面図である。 本発明の実施形態の第1変形例に用いる補強部材を説明するための斜視説明図である。 本実施形態の第1変形例の補強部材が固定される様子を説明するための断面説明図である。 本発明の実施形態の第2変形例を説明するための斜視説明図である。 従来のコンクリート中詰めセグメントに用いる鋼殻の一例である鋼殻を説明するための斜視説明図、D視部分説明図、E−E断面図である。
符号の説明
1 セグメント(コンクリート中詰めセグメント)
2 鋼殻(セグメント用鋼殻)
2a 継手板
2b 主桁
2c 底面
2d 縦リブ(リブ)
2e 開口部
3 コンクリート
4 ボルトボックス
5、12 補強板(補強部材)
7 箱抜き部
8 アンカー鉄筋(アンカー部材)
9 補強板側板(補強部材)
10、15 補強金物(補強ユニット)
13 ボルト(締結手段)
14 ナット(締結手段)
30 補強金物本体(補強部材)
31 アンカー(アンカー部材)

Claims (6)

  1. 他のセグメントと接合するための接合板を有する鋼殻にコンクリートを中詰めしたコンクリート中詰めセグメントであって、
    前記鋼殻の接合板に前記鋼殻の内方側から当接された補強部材を備え、
    該補強部材が、前記中詰めされたコンクリートに一端側を埋設されたアンカー部材の他端と接続されたことを特徴とするコンクリート中詰めセグメント。
  2. 前記アンカー部材が鋼殻の主桁に沿う方向に配置されたことを特徴とする請求項1に記載のコンクリート中詰めセグメント。
  3. 前記アンカー部材が鉄筋からなることを特徴とする請求項1または2に記載のコンクリート中詰めセグメント。
  4. 前記鋼殻に、前記補強板が当接される接合板と交差する方向の接合板の間に、開口部が設けられたリブが形成され、
    前記アンカー部材が、前記リブの開口部のいずれかに挿通されてなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のコンクリート中詰めセグメント。
  5. 他のセグメントと接合するための接合板を有し、コンクリートを中詰めすることによりコンクリート中詰めセグメントとするためのセグメント用鋼殻であって、
    前記接合板に前記鋼殻の内方側から当接して固定された補強部材を備え、
    該補強部材に、前記コンクリートが中詰めされる空間まで延びるアンカー部材が接続されたことを特徴とするセグメント用鋼殻。
  6. 他のセグメントと接合するための接合板を有する鋼殻にコンクリートを中詰めしたコンクリート中詰めセグメントの製造方法であって、
    前記コンクリートが中詰めされる空間まで延びるアンカー部材が接続された補強部材を、前記鋼殻の接合板に前記鋼殻の内方側から当接させて配置し、
    該補強部材を締結手段により前記接合板に固定し、
    前記鋼殻にコンクリートを中詰めし、
    コンクリートの硬化後、前記締結手段による固定を解除することを特徴とするコンクリート中詰めセグメントの製造方法。
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