JP2006316488A - セグメント - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートの接合端面に設けたシール溝に割れ・欠けが発生することを防止し、セグメントの強度を高める。
【解決手段】円弧板状に湾曲形成したコンクリートセグメント１の継手面と主桁面６の角部近傍に、シール溝を形成した金属部材を長さ方向に沿って埋設する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数接合されてトンネル覆工体等の構造物を構築する、シール溝を備えたセグメントに関する。

シールド工法によりトンネルを構築するにあたって用いられるセグメントは、一般に円弧状に湾曲形成された板状をなしていて、隣り合うセグメントと接合端面同士を当接させた状態でボルト止め等の継手部材で互いに順次接合することにより、トンネル覆工体を構築するようになっている。
シールド工法に用いられるセグメントとしては、ＲＣ（鉄筋コンクリート）セグメント、鋼製（スチール製）セグメント、鋼材（スチール）とコンクリートを複合使用した合成セグメントの三種類のものが知られている。これらのセグメントのうち、ＲＣセグメントは、充填されたコンクリートが剥き出しの形態となっていて外表面に露出した形状となっている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載のコンクリート（ＲＣ）セグメントを図６に示す。図６に示すセグメント５１は、コンクリートにより円弧をなす板状に成形されている。湾曲する外周面５２と内周面５３を有するセグメント本体５４の、幅方向（軸方向）および長さ方向（周方向）に沿った各接合端面５５の内周面５３側に、中央にボルト挿通孔５６を有するプレート状の継手金具５７が埋設されている。継手金具５７の内側にあたる部分のセグメント本体５４には、ボルト連結用の継手凹所５８が形成されている。
そして、一方のセグメント５１の接合端面５５とこれに隣接する他のセグメント５１の接合端面５５同士を当接させると共に互いに対面するボルト挿通孔５６に、一方のセグメント５１の継手凹所５８からボルトを通し、他方の継手凹所５８からナットによってボルトを締め付けて継手金具５７同士を連結することで、隣り合うセグメント５１同士を接合するようになっている。
コンクリートセグメント５１は、内外周面５３，５２と４面の側面をなす接合端面５５がコンクリートの外表面とされている。

このようなコンクリートセグメント５１の各接合端面５５には、止水を目的としてシール溝が設けられている。セグメント５１は、図７に示すように、コンクリートからなる接合端面５５の外周面５２側の角部近傍と内周面５３側の角部近傍とにそれぞれシール溝６２、６２が形成され、シール材が装着されることになる。接合端面５５の外周側と内周側との二カ所にシール溝６２，２６が設けられることで、止水効果を高めることができる。
特に対向する２面の接合端面５５、５５の厚み方向中央部に互いに嵌合可能な凸部と凹部からなるほぞＨ（二点鎖線で示す）を設けることで、各セグメント５１の連結強度を向上できる。
特開平７−３１７４９７号公報

しかしながら、従来のコンクリートセグメント５１においては、例えばシールド工法でトンネルを掘削する場合、推進用ジャッキで掘削機を地盤に押し当てて掘削する際に円筒状等に組み込まれたセグメント５１で反力をとるため、ジャッキ推力の反発力によってセグメント５１の強度の劣るシール溝６２部分に応力が集中して割れ・欠けＣが発生し易いという欠点がある。また、コンクリートセグメント５１は地下水等を吸収して水膨張するため、これによっても同様にジャッキ推力の反発力によってシール溝６２に割れ・欠けＣが発生するおそれがある。
特に、セグメント５１同士の接合強度を高めるため、セグメント５１の接合端面の中央部にほぞＨを設けると、シール溝６２の形成位置が接合端面５５の外周面側及び内周面側の角部近傍になるため、角部の強度が低下してシール溝６２に一層割れ・欠けを発生し易くなるという不具合がある。

本発明は、このような実情に鑑みて、コンクリートからなる接合端面に設けたシール溝の強度を高めて割れや欠け等が発生することを防止できるようにしたセグメントを提供することを目的とする。

本発明によるセグメントは、コンクリートを主材として円弧板状に湾曲形成されていて、周方向および軸方向に設けた接合端面で互いに接合されてトンネル覆工体を構築するセグメントにおいて、接合端面はコンクリート面をなすと共に、該接合端面にはその長さ方向に沿ってシール溝を形成した金属部材が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、コンクリート面をなす接合端面に設けたシール溝は、接合端面に設けられた金属部材に形成されているために強度が高く、接合端面やセグメントがコンクリートで形成されていても、更にはセグメントが水膨張していても、ジャッキ推力の反発力等によって凹部形状のシール溝に割れや欠けが発生することを防止できる。
なお、コンクリートを主材とするセグメントとは、コンクリートセグメントと少なくとも接合端面がコンクリート面で形成されてなる合成セグメントを含んでいる。また、金属部材の裏面（やスキンプレートの裏面端部側）に止水材を配設してもよく、コンクリートとの間に漏水するのを防止できる。

また、接合端面の厚み方向中央部にほぞが設けられ、その両側または片側にシール溝を形成した金属部材が設けられていてもよい。
接合端面にほぞを設けることで、シール溝は更にセグメントの角部近傍に位置することになるが、金属部材に形成されているからセグメントの強度を確保できてジャッキ推力の反発力等の負荷や応力を受けても割れや欠けを防止できる。
なお、セグメントは、コンクリートセグメントまたは合成セグメントであることが好ましい。この場合、コンクリートセグメントは接合端面だけでなくセグメント本体がコンクリート製であり、合成セグメントは鋼殻を有していても接合端面がコンクリート面で形成されている。これらの場合でも、シール溝の強度が高いためにシール溝が接合端面の角部近傍に位置していてもシール溝からの割れや欠けを生じない。

本発明によるセグメントによれば、接合端面がコンクリート面であってもシール溝の強度が高く、ジャッキ推力の反発力等によってシール溝に割れや欠け等が発生することを防止できる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。図１及び図２は第一の実施の形態によるセグメントを示す図であって、図１はコンクリートセグメントの全体斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。
本実施の形態によるセグメント１は、例えばシールド工法によって大断面の道路用トンネルの内壁に構築されるトンネル覆工体を形成するもので、薄肉からなる略長方形板状のものが略円筒周面形状（以下、円弧板状という）に湾曲されてセグメント本体１Ａをなしている。このセグメント本体１Ａは、セグメントの型枠内に図示しない鉄筋が配筋された状態でコンクリート３が打設充填されることで、いわゆるコンクリート（ＲＣ）セグメントを構成している。

そして、セグメント１の厚み方向の周面は各一対の短辺側側面と長辺側側面とで構成されている。短辺側側面である継手面４には、トンネルの周方向の接合のためのセグメント間継手５が設けられ、このセグメント間継手５は中継継手部５ａとインサート継手部５ｂとを長さ方向に有している。
また、長辺側側面である主桁面６にはトンネルの軸方向の接合のためのリング間継手７の雄部７ａが例えば四個設けられ、対向する主桁面６（図１における後部側）には雄部７ａと嵌合する雌部７ｂが同じ数だけ設けられている。
なお、リング間継手７は例えばプッシュグリップで構成され、図２に示すように、雄部７ａはピンボルト２５、袋ナット部２６、アンカー筋２７等を備え、雌部７ｂはピンボルト２５を嵌合係止させる楔部２８、アンカー筋２９等を備えている。
コンクリートセグメント１はトンネル形成時に地盤側をなす外周面１０と内空側の内周面１１と各一対の継手面４及び主桁面６とで外表面が形成され、それぞれコンクリートの面を構成する。

そして、コンクリートからなる継手面４と主桁面６には、それぞれその外周面１０側と内周面１１側の角部近傍にそれぞれ角部に沿って例えば板状の金属部材２２、２３が各一対埋設されている。各金属部材２２、２３の表面は外部に露出して継手面４及び主桁面６と略面一をそれぞれなしていて、その長手方向に沿って凹溝形状のシール溝２０、２１が形成されている。金属部材２２、２３は例えば鋼材で構成されているが、他の耐食性を有する金属部材で構成されていてもよい。
この場合、継手面４側の上下方向のシール溝２０と、主桁面６側の上下方向のシール溝２１とがそれぞれ連絡するよう、シール溝２０と２１はセグメント１の厚み方向においてそれぞれ同じ高さとなる上下位置に配設されている。
また、各金属部材２２、２３の裏面にはコンクリート３との間にゴム等の止水材１９が貼着されている。止水材１９は金属部材２２，２３の長手方向に沿ってそれぞれ線状に延びており、主桁面６と継手面４とで各金属部材２２，２３の裏面にそれぞれ設けた止水材１９，１９が連結されるように同一の高さに位置している。

本実施形態によるセグメント１を製造するには、シール溝２０を有する金属部材２２と、シール溝２１を有する金属部材２３とを予め用意し、これらの金属部材２２、２３をセグメント用型枠（図示しない）の側面に配設する。また型枠内には鉄筋も所定位置にセットした後、型枠内にコンクリート３を充填する。これによって、継手面４にその長さ方向に沿って埋設されたシール溝２１付きの金属部材２２と、主桁面６にその長さ方向に沿って埋設されたシール溝２１付きの金属部材２３とを有するセグメント１が形成される。

本実施の形態によるコンクリートセグメント１は、上述のような構成を有しているから、複数のセグメント１が周方向および軸方向に隣接した状態で互いに接合されることでトンネル覆工体が構築され、しかも一方のセグメント１の継手面４及び主桁面６に形成したシール溝２０、２１と、これと隣接するセグメント１の継手面４及び主桁面６のシール溝２０、２１との間にシール材がそれぞれ装着されることとなる。
この場合、各セグメント１の継手面４及び主桁面６において、シール溝２０、２１は金属部材２２、２３にそれぞれ形成されているので、コンクリートからなる継手面４及び主桁面６に直接シール溝が設けられる従来技術と異なり、ジャッキ推力の反発力を受けてシール溝２０、２１に負荷や応力が集中しても割れや欠け等を生じることがなく、セグメント１の強度・剛性を確実に高めてセグメント１を例えば円筒状に組み込んだトンネル覆工体の構築を効率よく行えて止水性と強度を確保できる。
また金属部材２２，２３の裏面にもコンクリート３との間にそれぞれ止水材１９が設けられているために、金属部材２２，２３とコンクリート３との間から地下水等が漏水して浸入するのを防止してコンクリートセグメント１の劣化や欠け、割れ等を抑制できる。

次に本発明の他の実施形態や変形例について説明するが、上述の実施形態によるセグメント１と同一または同様な部材、部品には同一の符号を用いて説明を省略する。
図３及び図４は第二の実施の形態による合成セグメントを示すもので、図３は図２と同様な合成セグメントの断面図、図４は合成セグメントの鋼殻を示す斜視図である。
図３及び図４において、本実施形態による合成セグメント３０は、コンクリート３と鋼材とを複合使用した構成を有している。
合成セグメント３０の構造体を構成する鋼殻２は、外周面１０に例えば板状の鋼材１５、１５がそれぞれ設けられ、内周面１１に例えば板状の鋼材１６、１６がそれぞれ設けられている。これら鋼材１５、１５及び１６、１６は、鋼殻２の厚み方向に対向しており、例えば略Ｖ字状をなすようにラチス（接続部材）１８によって互いに連結されている。ラチス１８は、主桁面６の長さ方向に沿い連続して複数配列されている。
合成セグメント３０は、鋼殻２の各側面、即ち継手面４と主桁面６がコンクリートで覆われた構成とされている（図３参照）。そのため、第一の実施の形態と同様に継手面４と主桁面６はコンクリートで形成されたコンクリート面を構成している。合成セグメント３０の外周面１０には、鋼材１５、１５にスキンプレート２４が水密溶接により溶接されている。

この合成セグメント３０においても、第一の実施の形態と同様に継手面４には中継継手部５ａとインサート継手部５ｂとを有するセグメント間継手５が設けられている。また主桁面６にもリング間継手７の雄部７ａが例えば四個設けられ、対向する主桁面６には雄部７ａと嵌合する雌部７ｂが設けられている。
また、継手面４及び主桁面６には、長さ方向に沿ってシール溝２０を有する金属部材２２とシール溝２１を有する金属部材２３とがそれぞれ設けられている。これら金属部材２２、２３は、それぞれ継手面４及び主桁面６の角部近傍に各一対設けられている。各金属部材２２，２３の裏面には止水材１９が取付けられている。
また、スキンプレート２４の端部をなす四辺近傍の裏面には、金属部材２２，２３と同様にコンクリート３との間に線状の止水材３７が夫々取付けられ、例えば四角形をなすように連結されている。これによっても、スキンプレート２４とコンクリート３との間に地下水等が侵入することを防止できる。
本実施形態による合成セグメント３０においても、第一の実施の形態と同様の作用効果を奏する。

次に本発明の実施形態の変形例について図５により説明する。
図５に示す、合成セグメント３３では、上述の第二実施形態による合成セグメント３０の構成に加えて、セグメント間の接合強度を高めるため、接合端面である主桁面６（及び継手面４）の一方にシール溝２１とシール溝２１との間の中間部に嵌合凸部３４を設けている。また主桁面６（及び継手面４）の他方にはシール溝２１とシール溝２１との間の中間部に嵌合凹部３５を設けている。嵌合凸部３４と嵌合凹部３５は互いに嵌合可能であり、ほぞを構成する。
そして、合成セグメント３３、３３を接合するに際し、セグメント間継手５及びリング間継手７からなる継手部材とは別に一方の合成セグメント３３の嵌合凸部３４と他方の合成セグメント３３の嵌合凹部３５を嵌合させることで、合成セグメント３３、３３間の接合強度を高めることができる。
図５に示すように、合成セグメント３３において、主桁面６（及び継手面４）に嵌合凸部３４または嵌合凹部３５を設けることで、シール溝２１を設けた金属部材２３（及びシール溝２０を設けた金属部材２２）は更に角部側に近接した位置に埋設されることになるが、この場合でもシール溝２１、２０を金属部材２３、２２に形成したことで、合成セグメント３３の強度を高く維持できる。
従って、本変形例においても上述の各実施形態によるセグメント１、合成セグメント３０と同等の強度を得られる。
なお、ほぞは第一実施形態によるコンクリートセグメント１に採用してもよい。

第二実施形態による合成セグメント３０として、鋼殻２が、鋼材１５、１６、ラチス１８で構成された例を示したが、ラチス１８は省略してもよく、鋼材を図示以外の種々の形状に形成して構成することもでき、図示例に限定されるものではない。この場合でも、継手面と主桁面がコンクリートで形成された面であればよい。
また、上述した各実施の形態や変形例では、シール溝２０，２１を有する金属部材２２、２３を継手面４や主桁面６に２つづつ設けたが１つでもよい。
また、各実施の形態において、シール溝２０，２１を有する金属部材２２、２３についても任意の形状にすることができるのは勿論である。そして、上記図示の実施の形態において、大断面の道路用トンネルに設けられるトンネル覆工体を構築するようにした例を示したが、配管用などのような比較的小径のトンネル覆工体等を構築するセグメントとしても適用することができる。

本発明の第一の実施の形態によるコンクリートセグメントの斜視図である。 図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。 第二の実施の形態による合成セグメントを示す図２に対応する断面図である。 図３に示す合成セグメントの鋼殻を示す斜視図である。 変形例による合成セグメントの図３と同様な断面図である。 従来のセグメントの斜視図である。 図６に示すセグメントの主桁面を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ セグメント
４ 継手面（接合端面）
６ 主桁面（接合端面）
１９、３７ 止水材
２０、２１ シール溝
２２、２３ 金属部材
３０、３３ 合成セグメント
３４ 嵌合凸部（ほぞ）
３５ 嵌合凹部（ほぞ）

Claims (2)

1. コンクリートを主材として円弧板状に湾曲形成されていて、周方向および軸方向に設けた接合端面で互いに接合されてトンネル覆工体を構築するセグメントにおいて、
   前記接合端面はコンクリート面をなすと共に、該接合端面にはその長さ方向に沿ってシール溝を形成した金属部材が設けられていることを特徴とするセグメント。
2. 前記接合端面の厚み方向中央部にほぞが設けられ、その両側または片側に前記シール溝を形成した金属部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセグメント。
   
   
   

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