JP2006225928A - 地中構造物隔壁用のセグメント - Google Patents

Abstract

【課題】 他のセグメントとの応力の伝達機能に優れた接合部を有する地中構造物隔壁用のセグメントを提供する。
【解決手段】 地中に構築される隔壁の一部を構成するセグメントであって、その本体部９はプラスチックを無機繊維で補強した板状の複合材９ａ，・・・を複数枚接合して形成されている。
そして、本体部９の長手方向の端部９ｂに設けられる接合部１０は、端部９ｂを囲繞する箱型に形成された鋼製の外殻部１１と、端部９ｂの複合材９ａ，９ａの間に配置されてそれらと接合される補強板１３と、補強板１３を厚さ方向に貫通して外殻部１１の内側面１１ｃと外側面１１ｂに両端が定着される接合ボルト１２とによって構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トンネルや立坑等の地中構造物の隔壁の一部を構成するセグメントであって、トンネル掘削機によって切削可能な材料によって形成される地中構造物隔壁用のセグメントに関するものである。

従来、図９に示すように、トンネル１の内部からトンネル掘削機３を発進させて新たに分岐トンネルを構築する工法が知られている（特許文献１又は２等参照）。

このようなトンネル１は、掘削された地中に円弧状のセグメント２，４，・・・を複数使用して組み立てられたリングを、掘進方向（図９の紙面貫通方向）に順次接続していくことで構築される。

そして、この構築されたトンネル１の隔壁の一部を切削して分岐トンネルが構築される。

このトンネル掘削機３によって切削されるセグメント４の切削部４ａは、他の部分と同様に鉄筋コンクリートで製作することもできるが、切削時にトンネル掘削機３に与える負荷が大きく、故障の原因にもなるため、特許文献１又は２に開示されているように、硬質ウレタン樹脂等の切削し易い材料によって成形されたセグメント４を使用する工法が開発されている。
特開２００４−３６１７７号公報 特開２００３−５６２９０号公報

しかしながら、鉄筋コンクリートや鋼材などで製作される一般部のセグメント２と切削し易い材料で成形されるセグメント４は、材質が異なることから応力を円滑に伝達できる継手構造の開発が望まれている。

そこで、本発明は、他のセグメントとの応力の伝達機能に優れた接合部を有する地中構造物隔壁用のセグメントを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明は、地中に構築される隔壁の一部を構成するセグメントであって、その本体部はプラスチックを無機繊維で補強した板状の複合材を複数枚接合して形成され、該本体部の長手方向の端部に設けられる接合部は、前記端部を囲繞する箱型に形成された鋼製の外殻部と、前記端部の前記複合材の間に配置されてそれらと接合される補強板と、該補強板を厚さ方向に貫通して前記外殻部に両端が定着される接合ボルトとによって構成される地中構造物隔壁用のセグメントであることを特徴とする。

ここで、上記発明において、前記補強板を、前記長手方向において前記外殻部よりも前記本体部の中央側まで延伸させることができる。

また、前記複合材は、硬質ウレタン樹脂からなるプラスチック発泡体をガラス長繊維で補強して形成させることができる。さらに、前記本体部は、外周を補強層で被覆させてもよい。

そして、前記セグメントの長手方向端面を形成する前記外殻部の端面に、他のセグメントを接合させるためのボルト孔を設けることもできる。

また、上記発明において、前記本体部の側面に、継手ピンを挿入可能な差込み穴部を前記長手方向に間隔を置いて形成させることもできる。さらに、前記隔壁の内側面を形成する前記外殻部の内側面に隣接させて内側面被覆板を配設し、該内側面被覆板を前記本体部に埋設させたアンカーボルトによって固定させてもよい。

このように構成された本発明は、セグメントの本体部の長手方向の端部に接合部が設けられ、その接合部は、箱型に形成された外殻部と、前記端部の前記複合材の間に配置されてそれらと接合される補強板と、該補強板を湾曲の厚さ方向に貫通して前記外殻部に両端が定着される接合ボルトとによって構成される。

そして、隣接する他のセグメントから前記外殻部の端面に伝達される応力は、前記外殻部から前記接合ボルトを介して前記補強板及び前記複合材に伝達された後に前記本体部の中央側に伝達される。また、同様の伝達機構によって前記本体部に作用する力を他のセグメントに伝達させることができる。

このため、剛性の異なる部材間で滑らかに応力伝達をおこなうことができ、応力集中によって接合部に破壊を生じさせることがない。

また、前記補強板が前記長手方向において前記外殻部よりも前記本体部の中央側まで延伸させることで、接合部周辺の剛性を段階的に低下させることができる。

さらに、前記複合材として硬質ウレタン樹脂からなるプラスチック発泡体をガラス長繊維で補強して形成された材料を使用することで、曲げ強度及び圧縮強度に優れた軽量の切削可能なセグメントを、比較的安価な材料で製作することができる。

そして、前記本体部の外周を補強層で被覆して強化することで、本体部の損傷を防ぐことが出来るとともに、トンネル掘削機を推進させるジャッキ推力が前記長手方向と直交する方向（トンネル掘進方向）から作用してもその力に対して対抗させることができる。

また、前記セグメントの長手方向端面を形成する前記外殻部の端面に、他のセグメントを接合させるためのボルト孔を設けることで、他のセグメントとの接合を、ボルトを締め付けるだけで簡単かつ確実におこなうことができる。

さらに、前記本体部の側面に、継手ピンを挿入可能な差込み穴部が前記長手方向に間隔を置いて形成させることで、継手ピンを差込み穴部に差し込むだけで、地中構造物の延伸方向の接続をおこなうことができ、リング間のせん断方向のずれの発生を防ぐことができる。

そして、前記隔壁の内側面を形成する前記外殻部の内側面に隣接させて内側面被覆板を配設し、この内側面被覆板をアンカーボルトを介して前記本体部に固定させることで、トンネル掘削機が発進する際のその外周とセグメントの開口部との隙間に、この内側面被覆板を介してエントランス止水部を容易に設けることができる。

以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施の形態の地中構造物隔壁用のセグメントは、図２に示すように地中構造物として構築されたトンネル５の切削部５ａに配置される。すなわち、トンネル５の内部に配置されたトンネル掘削機３は、この切削部５ａを前面のカッタビットで切削して新たに分岐トンネル６を構築する。

図３は、トンネル５の内部からこの切削部５ａを見た正面図である。この切削部５ａは、鋼製の一般部セグメント７によって大部分が組み立てられるリングの一部を切削可能な切削用セグメント８に置き換え、切削用セグメント８，・・・がトンネル５の延伸方向（図３の左右方向）に連続するように接続していくことで構築される。

この切削用セグメント８は、図４に示すように、切削可能な材料によって形成される本体部９と、その長手方向（湾曲方向）の両端部に設けられる接合部１０，１０とから構成される。

この本体部９は、図１及び図４に示すように、プラスチックを無機繊維で補強した板状の複合材９ａ，・・・を複数枚接合してアーチ状に形成される。

この複合材９ａには、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無機繊維としてのガラス長繊維で補強した材料が使用される。このような材料には、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。また、複合材９ａ，・・・間は、エポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤などの樹脂系接着剤によって接合される。

さらに、本体部９の外周は、補強層としてのＦＲＰ層９ｃによって被覆され、本体部９の厚み方向の中央部にも図１に示すようにＦＲＰ層９ｃが設けられている。

このＦＲＰ層９ｃ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繊維材料で補強した部材であって、この繊維材料としては、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などが使用される。

複合材９ａは、ガラス長繊維の延伸方向、すなわち本体部９の長手方向の強度が他の方向の強度に比べて卓越しているので、ＦＲＰ層９ｃを設けることによって本体部９の長手方向以外の方向の強度を上げることができる。

そして、本体部９の側面９ｄには、図４に示すように長手方向に間隔を置いて後述する継手ピン１７が挿入可能な差込み穴部９ｅ，・・・が形成される。

また、この本体部９の長手方向両側の端部９ｂ，９ｂに設けられる接合部１０，１０は、図１に示すように、端部９ｂを囲繞する箱型に形成された鋼製の外殻部１１と、端部９ｂの複合材９ａ，９ａの間に配置されてそれらと接合される補強板１３と、補強板１３を厚さ方向（湾曲の内外径方向）に貫通して外殻部１１の内側面１１ｃと外側面１１ｂに定着される接合ボルト１２とによって構成される。

すなわち、本体部９の端部９ｂには、二枚の補強板１３，１３が複合材９ａ，・・・に挟まれるようにして配置され、両者は前記樹脂系接着剤によって接合されている。

また図６に示すように、この端部９ｂには、後述する接合ボルト１２のボルト部１２ａを挿通させるための貫通孔９ｆが、湾曲の内外径方向に貫通して複数設けられている。

そして、この端部９ｂを収容させる外殻部１１は、外側面１１ｂとなる鋼板と側面用の鋼材によって断面コの字型に形成された溝部材１１ｅに、内側面１１ｃとなる鋼板と、端面１１ａとなる鋼板を接合させることによって形成される。

この内側面１１ｃを溝部材１１ｅに接合させるためには、まず溝部材１１ｅに本体部９の端部９ｂを配置し、その上に内側面１１ｃを載置する。さらに、端部９ｂに設けられた湾曲の内外径方向に貫通された貫通孔９ｆ，・・・と内側面１１ｃに設けられた孔に、接合ボルト１２のボルト部１２ａを挿通させ、ナット部１２ｂによって締め付ける。

ここで、このボルト部１２ａの外側面１１ｂ側の端部は、図１に示すように埋設ナット部１２ｃに螺入して固定される。なお、埋設ナット部１２ｃを使用する代わりに、ボルト部１２ａの頭部を皿ボルトの形状に成形するなどしてもよい。

また、ボルト部１２ａと貫通孔９ｆとの隙間には、圧縮強度の高い充填材を充填してボルト部１２ａと端部９ｂとの間で確実にせん断力が伝達されるようにする。

そして、すべての貫通孔９ｆ，・・・に接合ボルト１２を取り付けた後に、図５に示すように、溝部材１１ｅ及び端面１１ａと内側面１１ｃとの間を溶接１１ｄによって接合させる。

なお、この溝部材１１ｅの両側面の長さは、図３に示すように切削用セグメント８の配置される位置によって異なることになる。例えば、切削部５ａの中央付近に配置される切削用セグメント８の両側面の長さはあまり違いがないが、側部に配置される切削用セグメント８ほど横断する円弧の勾配が急になるため、両側面の長さの差が大きくなる。

また、図５に示すように、内側面１１ｃと切削される本体部９が露出される部分の間には、略台形状の内側面被覆板１５が配設される。この内側面被覆板１５は、アンカーボルト１５ａ，・・・を内径側から押し込んで裏面側の本体部９に埋設させることによって固定される。

この内側面被覆板１５には、トンネル掘削機３を発進させた際に発生するトンネル５の開口部とトンネル掘削機３との隙間から、土砂や地下水がトンネル５内部に流入するのを防止するために設けられるエントランス止水部１９を取り付けるために使用される（図３参照）。このエントランス止水部１９は、図７に示すように、トンネル５の内部側に突起させる取付治具１９ａを介して取り付けられる。

図７は、トンネル５延伸方向の接続方法を説明するために、図３のＡ−Ａ線断面を模式的に示した説明図である。ここで、図７の左右方向がトンネル５の延伸方向となる。

トンネル５の延伸方向の接続は、図７に示すように切削用セグメント８の側面９ｄに設けた差込み穴部９ｅに継手ピン１７を差し込むことによっておこなわれる。この継手ピン１７は、例えば複合材９ａと同様にプラスチックを無機繊維で補強した材料で成形されるが、これに限定されるものではなく、ＦＲＰ等の切削可能な材質であればよい。

また、図３に示すように切削部５ａの端部に配設される端部セグメント１８は、図７に示すように内部が仕切られて、所定の幅に切断された複合材９ａが配置される複合材部１８ａとそれ以外の一般部１８ｂとから構成される。

一方、トンネル５の円周方向（図３の上下方向）の接合は、トンネル５の隔壁がリングによって土圧や地下水圧等の荷重を受けることになるので、強固な接合となるように構成される。

本実施の形態では、図１及び図５に示すように、一般部セグメント７と切削用セグメント８との接合は継手ボルト１４，・・・を使用しておこなわれる。

この継手ボルト１４は、外殻部１１の端面１１ａと一般部セグメント７の端面を貫通するように設けられたボルト孔１４ａと、ボルト孔１４ａの端面１１ａ側に埋設されたナット部１４ｃとボルト部１４ｂとによって構成され、一般部セグメント７側からボルト部１４ｂを螺入させることで、一般部セグメント７と切削用セグメント８とを接合させる。

次に、この実施の形態の作用について説明する。

このように本実施の形態の切削用セグメント８によれば、切削用セグメント８の本体部９の長手方向の端部９ｂに接合部１０が設けられ、その接合部１０は、箱型に形成された外殻部１１と、端部９ｂの複合材９ａ，・・・の間に配置されてそれらと接合される補強板１３，１３と、それらの補強板１３，１３を厚さ方向に貫通して外殻部１１の内側面１１ｃと外側面１１ｂに定着される接合ボルト１２，・・・とによって構成される。

そして、隣接する一般部セグメント７から外殻部１１の端面１１ａに伝達される応力は、外殻部１１の内側面１１ｃ及び外側面１１ｂを経て接合ボルト１２，・・・に伝達され、この接合ボルト１２，・・・を介して補強板１３，１３及び複合材９ａ，・・・に伝達された後に本体部９の中央側に伝達される。また、同様の伝達機構によって本体部９に作用する力を一般部セグメント７に伝達させることができる。

このように端部９ｂと外殻部１１が接合ボルト１２によって一体化されて、外殻部１１から本体部９へと徐々に剛性が変化するため、一般部セグメント７と切削用セグメント８という剛性の異なる部材間で滑らかに応力伝達をおこなうことができ、応力集中によって接合部１０に破壊を生じさせることがない。

また、補強板１３，１３を外殻部１１の内側面１１ｃ及び外側面１１ｂよりも本体部９の中央側まで延伸させることで、外殻部１１と補強板１３と複合材９ａとによって構成される部分から、補強板１３と複合材９ａとによって構成される部分を経て、複合材９ａを主材とする部分へと接合部１０周辺の剛性を段階的に低下させることができる。

さらに、本体部９の外周をＦＲＰ層９ｃで被覆することで、長手方向の強度が卓越している複合材９ａを主材とする本体部９の他の方向の強度を補強することができる。

このように補強することで、施工誤差などによってリング間にずれが生じ、隣接する切削用セグメント８，８の側面９ｄ，９ｄ同士が正確に一致しない場合でも、トンネル掘削機３を推進させるジャッキ推力を切削用セグメント８によって支持させることができると共に、切削用セグメント８や一般部セグメント７が本体部９に食い込んで損傷させることを防ぐことが出来る。

そして、端部９ｂに接合部１０を取り付ける際に、接合ボルト１２で締め付けることによって外側面１１ｂと内側面１１ｃに挟まれた端部９ｂを支圧し、この状態で内側面１１ｃが溶接１１ｄされて固定されるため、各層間の接合が強められると共に端部９ｂと外殻部１０は強固に一体化される。

また、本体部９の側面９ｄに、継手ピン１７を挿入可能な差込み穴部９ｅ，・・・が切削用セグメント８の長手方向に間隔を置いて形成されているため、継手ピン１７，・・・を差込み穴部９ｅ，・・・に差し込むだけでトンネル５の延伸方向の接続をおこなうことができる。

さらに、この継手ピン１７，・・・によって切削用セグメント８，８間を接続させることで、リング間のせん断方向のずれの発生を防止することができる。またこの継手ピン１７は、切削可能な材料によって成形されているので、トンネル掘削機３の切削による支障になることがない。

また、端部セグメント１８の内部に仕切りを入れて必要な部分だけ複合材部１８ａとすることで、複合材９ａの使用量を必要最小限に抑えて工費を削減することができる。

以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、地中に水平に構築されたトンネル５から直角に突出される分岐トンネル６を構築する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図８（ａ）に示すように地中構造物としてのトンネル２０に設けられた切削部２０ａから斜め分岐トンネル２１を構築する場合にも切削用セグメント８を使用することができる。

このように、トンネル掘削機３を斜めに発進させる場合であっても、切削部２０ａが切削し易い切削用セグメント８で構成されていれば、トンネル掘削機３が曲がったり揺動したりしながら進むことがないので、正確な形に開口部を形成することができる。

また、図８（ｂ）に示すように、地中構造物としてのトンネル２２の天井部に切削用セグメント８を使用して切削部２２ａを設け、そこから上向きトンネル２３を構築することもできる。

さらに、図８（ｃ）に示すように、地中構造物としての立坑２４の隔壁の一部に切削用セグメント８を使用して切削部２４ａを設け、そこから水平にトンネル２５を構築することもできる。

また、前記実施の形態では、円筒形のトンネル５の隔壁の一部を構成する曲面状の切削用セグメント８について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば矩形トンネルや多角形断面の立坑などの多角柱状の地中構造物の隔壁の一部を構成する平板状のセグメントであってもよい。

本発明の最良の実施の形態の切削用セグメントの接合部の構成を説明する断面図である。 トンネルの切削部からトンネル掘削機を発進させる状態を説明する切断斜視図である。 トンネルの内側から見た切削部の正面図である。 切削用セグメントの全体構成の概略を説明する側面図である。 トンネルの内側から見た切削用セグメントの接合部の構成を説明する平面図である。 接合部の組み立て方法を説明する斜視図である。 トンネル延伸方向の継手構造及び接続方法を説明する説明図である。 （ａ）はトンネルから斜め分岐トンネルを分岐させた状態の斜視図であって、（ｂ）はトンネルから上向きトンネルを分岐させた状態の斜視図であって、（ｃ）は立坑から水平にトンネルを延伸させた状態の斜視図である。 従来のトンネルからトンネル掘削機を発進させる状態を説明する断面図である。

符号の説明

５ トンネル（地中構造物）
５ａ 切削部
８ 切削用セグメント（セグメント）
９ 本体部
９ａ 複合材
９ｂ 端部
９ｃ ＦＲＰ層（補強層）
９ｄ 側面
９ｅ 差込み穴部
１０ 接合部
１１ 外殻部
１１ａ 端面
１１ｂ 外側面
１１ｃ 内側面
１２ 接合ボルト
１３ 補強板
１４ａ ボルト孔
１５ 内側面被覆板
１７ 継手ピン
２０，２２ トンネル（地中構造物）
２４ 立坑（地中構造物）

Claims (7)

1. 地中に構築される隔壁の一部を構成するセグメントであって、その本体部はプラスチックを無機繊維で補強した板状の複合材を複数枚接合して形成され、該本体部の長手方向の端部に設けられる接合部は、前記端部を囲繞する箱型に形成された鋼製の外殻部と、前記端部の前記複合材の間に配置されてそれらと接合される補強板と、該補強板を厚さ方向に貫通して前記外殻部に両端が定着される接合ボルトとによって構成されることを特徴とする地中構造物隔壁用のセグメント。
2. 前記補強板は、前記長手方向において前記外殻部よりも前記本体部の中央側まで延伸されていることを特徴とする請求項１に記載の地中構造物隔壁用のセグメント。
3. 前記複合材は、硬質ウレタン樹脂からなるプラスチック発泡体をガラス長繊維で補強して形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の地中構造物隔壁用のセグメント。
4. 前記本体部は、外周が補強層で被覆されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の地中構造物隔壁用のセグメント。
5. 前記セグメントの長手方向端面を形成する前記外殻部の端面に、他のセグメントを接合させるためのボルト孔が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の地中構造物隔壁用のセグメント。
6. 前記本体部の側面に、継手ピンを挿入可能な差込み穴部が前記長手方向に間隔を置いて形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の地中構造物隔壁用のセグメント。
7. 前記隔壁の内側面を形成する前記外殻部の内側面に隣接させて内側面被覆板を配設し、該内側面被覆板を前記本体部に埋設させたアンカーボルトによって固定させたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の地中構造物隔壁用のセグメント。

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