JP2005155010A - トンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメント - Google Patents

Abstract

【課題】 流下成分からシールド内面が厳しい腐食環境にあるシールドトンネルや流下水量により大きな内水圧を受けるシールドトンネルの覆工材として広く用いることができるトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメントを提供する。
【解決手段】 トンネル軸方向に対し斜めに配置されたＰＣ鋼材４によってトンネル軸方向および周方向にプレストレスが導入されるトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメントである。ＰＣ鋼材４を挿通させるための２以上のシース５が各セグメント１，２，３のコンクリート断面内に交差させて配置してある。各セグメント１，２，３の内周面全体が樹脂被覆する。、各シース５に挿通させたＰＣ鋼材４の端部は、各セグメントリング間継手面において継手金具６によって緊張し接続する。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、特に内周面が平滑なシールドトンネルの覆工材として用いられるトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメントに関するものである。

一般に、下水道シールドはその流下成分からシールド内面が厳しい腐食環境にあり、また下水道シールドに限らず流下水量の多いシールドには流量に応じて大きな内圧が作用する。

このような環境下のシールドの場合、特に内周が腐食環境にある下水道シールドには内周面が樹脂被覆されたコンクリートセグメントが用いられ（特許文献１参照）、また水量により大きな内圧を受けるシールドにはその軸方向および周方向にＰＣ鋼材によってプレストレスが導入されている（特許文献２参照）。

ところで、内周面が樹脂被覆されたコンクリートセグメントは、特に腐食環境下の耐久性が非常に大きく、しかも粗度係数が小さく塩ビ管やＦＲＰ管と同程度の流下能力を確保することができ、結果としてシールドの口径を小さくできる等のメリットがある。

また、シールドにプレストレスを導入することで、複数のセグメント同士を同時に接合できるとともに、大きな内水圧に対して非常に優れた止水性能および強度を有するシールドトンネルを提供することができる。

したがって、セグメント内周面の樹脂被覆とプレストレスの導入とを併用することで、性能面でより優れたシールドトンネルを提供することができる。
特許第３２５９８２３号公報 特開２００１−１７３３８５号公報 特開平１１−８１８８９号公報 実開昭６２−６０６９６号公報

しかし、シールドにＰＣ鋼材によってプレストレスを導入する場合、各セグメントの内側面にＰＣ鋼材を定着するための切欠きを設ける必要がある。このため、樹脂被覆とプレストレス導入の両者を組み合わせたセグメントを用いる場合、切欠き部分は予め樹脂被覆できないため、ＰＣ鋼材を緊張定着した後、切欠き部分を改めて樹脂被覆する必要があり、その分コストおよび手間が余計に係り、工期の長期化、品質の低下等を招く等の課題があった。

また、各セグメント間の目地部に後コーキングを施工する必要があり、この点においても余計な労力とコストを要した。

請求項１記載のトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメントは、トンネル軸方向に対し斜めに配置されたＰＣ鋼材によってトンネル軸方向および周方向にプレストレスが導入されるトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメントであって、前記ＰＣ鋼材を挿通させるための２以上のシースが該セグメントのコンクリート断面内に交差させて配置してあり、該セグメントの内周面全体が樹脂被覆により滑らかな平面または曲面を形成しており、かつ前記シースに挿通させたＰＣ鋼材の端部は、セグメントのリング間継手面に設けた継手金具によって定着させるようになっていることを特徴とするものである。

本願発明は特に、内周面全体が樹脂被覆され、かつＰＣ鋼材を挿通させるための２以上のシースがセグメントのコンクリート断面内に交差させて配置されていることで、セグメント内周面の樹脂被覆とプレストレスの導入との併用により、止水性等の性能面でより優れたシールドトンネルを提供することができるものである。

また、シースに挿通させたＰＣ鋼材の端部は、セグメントのリング間継手面に設けた継手金具によって定着させるようになっていることで、各セグメントの内周面にＰＣ鋼材を定着するための切欠きを設ける必要がなくなり、これに伴いＰＣ鋼材を緊張定着した後、切欠き部を樹脂被覆する必要もないので、工期の短縮化、コストの大幅削減等が図れる。

なお、この場合の被覆樹脂材には熱可塑性または熱硬化性の樹脂材を用いることができ、また被覆樹脂材は吹付、塗布または貼着などの方法によってセグメントの内側面に簡単に施工することができる。さらに、ＰＣ鋼材にはＰＣ鋼棒やＰＣ鋼より線を用いることができる。

継手金具はＰＣ鋼材の先端を押し込むだけでＰＣ鋼材同士をワンタッチで接続できるように構成されたもので、例えば内周にＰＣ鋼材の先端と嵌合する雌ねじを、外周に円錐テーパをそれぞれ備え、かつ周方向に複数に分割された雄コーンと、該雄コーンが内接する円錐テーパを備えたスリーブと、前記雄コーンをスリーブ内で円錐テーパに沿って縮径方向に付勢するスプリングを軸方向の両端側にそれぞれ備えて構成されたものを用いることができる（特開２００２−２２７３４３号公報）。

また、内周面全体が樹脂被覆によって滑らかな平面または曲面を形成していることで、セグメントの内周面全体が切欠きや突出金物の全くなく、セグメント把持金物は省略されるが、樹脂被覆により内面の平滑度が非常に高いため、吸盤（真空吸引）式把持装置を用いてきわめて効率的に組み立てることができる。

また、セグメントのリング間接合面に複数のフォーク挿入孔を設け、該フォーク挿入孔に挿入される把持用フォークを備えた把持装置などを用いても組み立ては可能である（特開２００３−１３８８９６参照）。

請求項２記載のトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメントは、請求項１記載のトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメントにおいて、平面視等脚台形状に形成されてなることを特徴とするものである。

本願発明は、セグメントの形状を等脚台形の単一形状とすることで、シースの配置が単純化されるだけでなく、セグメント成形用型枠として一種類の型枠があればよく、セグメントの成形コストを大幅に低減できる。

請求項３記載のトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメントは、請求項１または２記載のトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメントにおいて、隣接するセグメントの内周面に施された被覆樹脂と連続一体化するコーキング材が、内周面の周縁部に取り付けられてなることを特徴とするものである。

本願発明は特に、プレストレスの導入により隣接するセグメント同士が互いに密着し、かつコーキング材が目地部に溶着することで目地部を完全にシールすることができる。

その際、セグメント接合面の樹脂被覆の表面に形成された凹溝にコーキング材を取り付けることで、コーキング材はプレストレスの導入により強くプレスされるため、各セグメント間の目地部をより確実にシールすることができる。

本願発明は、特にセグメントの内周面全体が樹脂被覆され、かつセグメントのコンクリート断面内にＰＣ鋼材を挿通させるための２以上のシースが交差させて配置され、該シースに挿通させたＰＣ鋼材の端部はセグメントのリング間継手面に設けた継手金具によって接続されるようになっているため、セグメント内周面の樹脂被覆とプレストレスの導入とを併用することで、止水性や耐久性などの性能面でより優れたシールドトンネルを提供することができる。

すなわち、セグメントの内周面全体が樹脂被覆されていることで、腐食環境下の耐久性が非常に高く、しかも粗度係数が小さく塩ビ管やＦＲＰ管と同程度の流下能力を確保することができ、結果として口径を小さくできる等のメリットがある。

また、シールドにプレストレスを導入することで、複数のセグメント同士を同時に接合できるとともに、大きな内水圧に対して非常に優れた止水性能および大きな強度を有するシールドトンネルを提供することができる。

さらに、シースに挿通させたＰＣ鋼材の端部は、セグメントのリング間継手面に設けた継手金具によって定着させるようになっていることで、各セグメントの内周面にＰＣ鋼材を定着するための切欠きを設ける必要がなくなり、これに伴いＰＣ鋼材を緊張定着した後、切欠き部を樹脂被覆する必要もないので、セグメント内に継ぎ目がなく被覆全体の品質が向上し、かつ工期の短縮化、コストの大幅削減等が図れる。

図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は本願発明の一例を示し、図において、地山の覆工材として、複数の矩形セグメント１と片台形セグメント２と等脚台形セグメント３がシールドトンネルの周方向と軸方向に互いに隣接して設置されている。

各セグメント１，２，３はセグメント継手イがトンネルの軸方向に２リング以上連続しないように、トンネルの周方向にほぼ１／２長ずつ互いにずらして配置され、また各セグメント１，２，３にはトンネルの軸方向に対し斜めに配置された複数のＰＣ鋼材４によってトンネルの軸方向および周方向に所定量のプレストレスが導入されている。

なお、各セグメントリングにおいて、３枚の矩形セグメント１がトンネルの周方向に互いに隣接して設置され、その両端側に２枚の片台形セグメント２，２がそれぞれ設置され、そしてこの片台形セグメント２，２間に１枚の等脚台形セグメント３が設置されている。

各矩形セグメント１，片台形セグメント２および等脚台形セグメント３は、内周面全体が滑らかな平面形または曲面形に形成され、かつ内周面全体に樹脂被覆が施されている。

また、各矩形セグメント１，片台形セグメント２および等脚台形セグメント３には、コンクリート断面内（版厚内）にＰＣ鋼材４を挿通するためのシース５がそれぞれ２本を一組として埋設され、そのうち矩形セグメント１および片台形セグメント２の場合にあっては、シース５，５は、トンネルの軸方向に対して傾斜するとともに、セグメントの中央付近において互いにＸ状に交差して埋設され、また等脚台形セグメント３の場合にあっては、シース５は下辺側のコーナ部にトンネルの軸方向に対して傾斜して埋設されている。

また、矩形セグメント１の場合、各シース５の両端はトンネル軸方向の切羽側と坑口側の端面に開口し、片台形セグメント２の場合、一方のシース５の両端はトンネル軸方向の切羽側と坑口側の端面に開口し、他方のシース５の一端はトンネル軸方向の坑口側の端面に開口し、他端は斜辺部に開口している。

さらに、等脚台形セグメント３の場合、各シース５の一端は切羽側の端面に開口し、他端は斜辺部に開口している。

各セグメント１，２，３のシース５がこのように配置されていることで、シース５はシールド全体でネット状（網状）に配置され、かつトンネルの軸方向に対して同一方向に傾斜する各セグメント１，２，３のシース５は、トンネルの軸方向にスパイラル状に互いに連通している。

このように配置された各セグメント１，２，３のシース５内にＰＣ鋼棒やＰＣ鋼より線などのＰＣ鋼材４が連続して挿通され、かつ各セグメント１，２，３のシース５にそれぞれ挿通されたＰＣ鋼材４同士は、各セグメントリング間の接合面において、緊張された後、接続金具６を介して互いに接合されている。

この場合の接続金具６には、ＰＣ鋼材４の先端を押し込むだけでＰＣ鋼材４同士をワンタッチで接続できるように構成されたものが用いられ、例えば内周にＰＣ鋼材４の先端と嵌合する雌ねじを、外周に円錐テーパをそれぞれ備え、かつ周方向に複数に分割された雄コーンと、該雄コーンが内接する円錐テーパを備えたスリーブと、前記雄コーンをスリーブ内で円錐テーパに沿って縮径方向に付勢するスプリングを軸方向の両端側にそれぞれ備えて構成されたものが用いられている（特開２００２−２２７３４３号公報）。

この接続金具６の場合、ＰＣ鋼材４の先端を押し込むと、スプリングの付勢力に逆らってＰＣ鋼材が雄コーンを押し広げることで、ＰＣ鋼材４の先端が雄コーンの雌ねじに係合し、一方ＰＣ鋼材４を逆向きに引っ張ると、雄コーンの外周テーパがスリーブの円錐テーパによって縮径されることで、ＰＣ鋼材４の先端が雄コーンに強く把持される。よって、ＰＣ鋼材４同士が接続金具６を介してワンタッチで接続される。

図２（ａ），（ｂ），（ｃ）および図３は、本願発明の変形例を示し、図２（ａ）に図示する例の場合、矩形セグメント１、片台形セグメント２および等脚台形セグメント３がトンネルの周方向に等分割に形成され、かつ各セグメントリングが互いに隣接して設置された２枚の矩形セグメント１，１と、この矩形セグメント１，１の両端側にそれぞれ設置された２枚の片台形セグメント２，２と、この片台形セグメント２，２間に設置された等脚台形セグメント３とから形成されている。

また、すべてのセグメント１，２，３につき、２本のシース５，５がセグメントのコンクリート断面内に、トンネルの軸方向に対して傾斜するとともにセグメントの中央付近において互いにＸ状に交差して埋設され、かつ各シース５，５の両端はトンネルの切羽側と坑口側の端面に開口し、また同一方向に傾斜するシース５，５はトンネルの軸方向にスパイラル状に連通している。

このように構成されていることにより、シース５の配置が単純化され、セグメントの成形およびセグメントの組立てが容易になる。

また、図２（ｂ）に図示する例の場合、さらに矩形セグメントと片台形セグメントが省略され、等脚台形セグメント３のみで各セグメントリングが構成されている。この例によれば、シース５の配置が単純化されるだけでなく、セグメント成形用型枠として一種類の型枠があればよく、セグメントの成形コストを大幅に低減できる。

さらに、図２（ｃ）に図示する例の場合、各セグメントリングが等脚台形セグメントのみによって形成され、かつ各等脚台形セグメントはセグメント継手イがトンネルの軸方向に連続するように（芋目地）配置されている。

また、等脚台形セグメントとして、シース５がコンクリート断面内にトンネルの軸方向に対して傾斜するとともにセグメントの中央付近において互いにＸ状に交差して埋設され、かつ各シース５の両端はそれぞれトンネルの切羽側と坑口側の端面に開口する等脚台形セグメント３Ａと、シース５がコンクリート断面内にトンネル周方向の両端付近において互いにＸ状に交差して埋設され、かつその一端側がトンネル周方向の端面側（継手面側）に開口し、他端側がトンネルの切羽側または坑口側に開口する等脚台形セグメント３Ｂがトンネルの軸方向に交互に配置されている。

この場合、等脚台形セグメント３Ａと３Ｂのシース５，５はトンネルの軸方向にスパイラル状に連通している。また、各シース５の切羽側または坑口側の端部に接続金具６がそれぞれ取り付けられている。

このように構成されていることにより、等脚台形セグメント３の配置が容易となる。

そして、図３に図示する例の場合、矩形セグメント１、片台形セグメント２および等脚台形セグメント３がトンネルの周方向に等分割に形成され、かつ各セグメントリングが互いに隣接して設置された３枚の矩形セグメント１，１と、この矩形セグメント１，１の両端側にそれぞれ設置された２枚の片台形セグメント２，２と、この片台形セグメント２，２間に設置された１枚の等脚台形セグメント３とから形成されている。

また、すべてのセグメント１，２，３につき、２本を一組とする２組のシース５，５がセグメントのコンクリート断面内に埋設されている。また、一組のシース５，５は切羽側の中央付近において互いにＸ状に交差し、残る一組のシース５，５は坑口側の中央付近において互いにＸ状に交差し、さらに各組のシース５，５の両端はトンネルの切羽側または坑口側とトンネル周方向の端面側（継手イ面側）に開口している。また同一方向に傾斜するシース５はトンネルの軸方向にスパイラル状に連通している。

このように配置された各セグメント１，２，３のシース５内にＰＣ鋼材４が連続して挿通され、かつ各セグメント１，２，３のシース５にそれぞれ挿通されたＰＣ鋼材４同士は、各セグメントリング間の接合面において緊張された後、接続金具６を介して互いに接合されている。

このように構成されていることにより、シース５の配置が単純化され、セグメントの成形およびセグメントの組立てが容易になる。

図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、同じく本願発明の変形例を示し、矩形セグメント１と片台形セグメント２と等脚台形セグメント３がトンネルの周方向に等分割に形成されている。

また、各セグメントリングは互いに隣接して設置された２枚の矩形セグメント１，１と、この矩形セグメント１，１の両端側にそれぞれ設置された２枚の片台形セグメント２，２と、この片台形セグメント２，２間に設置された１枚の等脚台形セグメント３とから形成されている。

また、すべてのセグメント１，２，３につき、２本を一組とする６本のシース５がセグメントのコンクリート断面内に埋設され、このうち一組のシース５，５はトンネルの軸方向に対して傾斜するとともにセグメントの中央付近において互いにＸ状に交差し、その両端はトンネルの切羽側と坑口側の端面に開口し、残る二組のシース５，５はそれぞれ、トンネルの軸方向に対して傾斜するとともにトンネル周方向の端部付近において互いに交差し、その両端はトンネルの切羽側または坑口側とトンネル周方向の端面側に開口し、特にトンネル周方向の端面側は、図４（ｃ）に図示するように同じ位置に開口している。さらに、各シース５，５の切羽側および坑口側の端部は、図４（ｂ）に図示するように同じ位置に開口している。

そして、このように配置された各セグメント１，２，３のシース５内にＰＣ鋼材４が連続して挿通され、かつ各セグメント１，２，３のシース５にそれぞれ挿通されたＰＣ鋼材４同士は、各セグメントリング間の接合面において、緊張された後、接続金具６を介して互いに接合されている。

このように構成されていることで、各セグメント１，２，３に互いにＸ状に交差する２本を一組とするＰＣ鋼材４，４を複数組挿通することにより、図１，２の例で説明した以上にシールド全体にプレストレスを均等に導入できる等の効果がある。

図５（ａ）〜（ｄ）も、本願発明の変形例を示し、各セグメント１（セグメント２，３も含む）の内周面全体に樹脂被覆７が施され、かつその周縁部にコーキング材８がセグメント１の周方向に連続して取り付けられている。

樹脂被覆７には例えばジンクロペタジエン等の高分子材料が用いられ、コーキング材８には例えば可塑剤入りプラスチック（樹脂）が用いられている。また、樹脂被覆７は吹付、塗布または貼着などによって施され、コーキング材８は図５（ｂ）に図示するようにセグメント１の内側面の周縁部にビード状に取り付けられている。

そして、プレストレスの導入により隣接するセグメント同士が互いに密着し、かつコーキング材８が図５（ｃ）に図示するように可塑剤の働きにより目地部に溶着することにより目地部が完全にシールされる。

図５（ｄ）に図示する例の場合、樹脂被覆７の表面に形成された凹溝７ａにコーキング材８が取り付けられている。コーキング材８がこのように取り付けられていることで、コーキング８はプレストレスの導入により強くプレスされるため、各セグメント間の目地部がより確実にシールされる。

本願発明に係るトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメントは、特に流下成分からシールド内面が厳しい腐食環境にあるシールドトンネルや流下水量により大きな内水圧を受けるシールドトンネルの覆工材として広く用いることができる。

シールドトンネルの一例を示し、（ａ）はその一部斜視図、（ｂ）はセグメントおよびシースの配置例を示す展開図、（ｃ）はセグメントリングの継手部を示す断面図である。 シールドトンネルの一例を示し、（ａ），（ｂ），（ｃ）はセグメントおよびシースの配置例を示す展開図である。 シールドトンネルの一例を示し、セグメントおよびシースの配置例を示す展開図である。 シールドトンネルの一例を示し、（ａ）はセグメントおよびシースの配置例を示す展開図、（ｂ）はセグメントリングの継手部を示す断面図、（ｃ）はセグメント継手部を示す断面図である。 セグメントの一例を示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ），（ｃ）はセグメントリング継手部およびセグメント継手部の接合状態を示す断面図、（ｄ）はその接合前の状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 矩形セグメント
２ 片台形セグメント
３ 等脚台形セグメント
４ ＰＣ鋼材
５ シース
６ 接続金具
７ 樹脂被覆
７ａ 凹溝
８ コーキング材

Claims (3)

1. トンネル軸方向に対し斜めに配置されたＰＣ鋼材によってトンネル軸方向および周方向にプレストレスが導入されるトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメントであって、前記ＰＣ鋼材を挿通させるための２以上のシースが該セグメントのコンクリート断面内に交差させて配置してあり、該セグメントの内周面全体は樹脂被覆により滑らかな平面または曲面を形成し、かつ前記シースに挿通させたＰＣ鋼材の端部はセグメントのリング間継手面に設けた継手金具に定着させるようになっていることを特徴とするトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメント。
2. 平面視等脚台形状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載のトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメント。
3. 隣接するセグメントの内周面に施された樹脂被覆と連続一体化するコーキング材が、内周面の周縁部に取り付けられてなることを特徴とする請求項１または２記載のトンネル覆工用プレストレストコンクリートセグメント。
   

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