JP2008240293A - シールド工法用セグメント - Google Patents

Abstract

【課題】 緩衝材を鋼殻部に容易に配設することのできる構造を提案し、これにより、効率よくセグメントを製造することを可能にして、セグメントのコンクリート部にクラックの発生を抑制しつつ信頼性を高める。
【解決手段】 セグメント本体２は、その湾曲外面を構成し内面側が開放形状とされた鋼製の鋼殻部２１と、この鋼殻部２１に中詰めされるコンクリート構造部２４とを備える。鋼殻部２１の補剛板部２２にはそれぞれ合成樹脂製の緩衝材２３が取着されており、各緩衝材２３は、補剛板部２２に対して嵌着可能な装着部２３３を備えて形成されている。そして、この装着部２３３は、補剛板部２２に嵌め込まれることにより補剛板部２２の両側面を挟持して固定される挟持片２３４を備えている
【選択図】 図４

Description

本発明は、シールド工法に用いられるセグメントに関し、特にシールドトンネルの曲線部に好適な構造を備えたシールド工法用セグメントに関する。

道路や鉄道等のトンネルあるいは下水道管渠築造用のトンネルなどを構築する場合、シールド工法が広く採用されている。シールド工法は、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していくものである。そして、このシールドマシンで地盤を掘進しつつ、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する。

この種のセグメントは、例えばトンネル内の内周を複数に分割する大きさであり、内周方向およびシールドトンネルの進路方向に順次接合されていく。鋼板のみで製造された鋼製のセグメントを用いた場合は、トンネル内面が鋼板を組み合わせた構造となるため、平滑となりにくいことがあり、水路トンネル等では流下機能を確保するためにコンクリートを打設（二次覆工）して内面の平滑性を確保するようにしなければならないこともあった。このため、セグメント組立（一次覆工）とコンクリート打設（二次覆工）の二工程を必要とし、工期短縮の支障となることもあった。

そこで、近時では、鋼板のみで製造された鋼製セグメントだけでなく、セグメントを組み立てると同時にトンネル内面がコンクリート面で平滑に形成される、コンクリート製セグメント、あるいは鋼殻部にコンクリートを中詰め充填したコンクリート中詰め鋼製セグメントなどが使用されることも多くなっている（例えば、特許文献１、２等参照。）。

このようなセグメントを採用することにより、トンネルの内壁面をコンクリートや樹脂にてコーティングする二次覆工の工程を省略することができ、二次覆工によってトンネル断面が縮小してしまうことを回避して、経済的・工期的なデメリットを解消することが可能となっている。
特開２００１−２２０９９９号公報 特開２００６−２９９７９２号公報

しかしながら、このような従来のコンクリート中詰め鋼製セグメントは、掘削されたトンネル内に組み立てられていく工程で、鋼殻部に大きな荷重がかかることで鋼殻部がねじれ変形し、そのねじれ変形に中詰めコンクリートが追従できずに、コンクリート内表面にクラックが発生するおそれがあった。

特に、図２に例示するような急曲線部（Ｌ１＞Ｌ２）を有するトンネル構造体Ｔでは、シールド機Ｓを用いて構築する際、曲率半径Ｒが小さくなるほど、セグメント１に不均等にジャッキ推力等による施工時荷重が作用しやすくなる。

このような荷重が集中することにより、鋼殻部の歪み変位量が、コンクリート部の許容歪み変位量以上となる場合、コンクリート内表面部にクラックを生じさせてしまい、シールド不良を発生させてしまうといった問題があった。

つまり、このようにして製作されたセグメントでは、
・鋼製セグメントの製作時に溶接に伴う歪みが発生すること、
・歪んだ鋼製セグメント内にコンクリートを打設すると、鋼枠が歪んだ状態のままコンクリートが硬化すること、
・上記セグメントにシールドジャッキ推力が作用した場合、歪みが戻されるように鋼枠がねじれ変形すること、
・その際、鋼製部材とコンクリート部材の変形挙動が異なること、
・その結果としてコンクリートにクラックを生じさせることになること
等により、実用化が阻まれていた。

かかる問題点の対応策として、鋼製セグメントの製作歪みを、熱処理等によって無くす方法により、コンクリートへのクラック防止を図る方法が採られている。しかしながら、歪み除去に熟練技術を要する上、コスト負担を強いられていた。

そこで、鋼殻部内補剛板部に緩衝材を設け、シールドジャッキ推力載荷時に鋼殻部からコンクリート部に伝播されるねじれ変位を緩衝材に吸収させることで、打設されたコンクリート内表面部におけるクラックの発生を抑制できるようにしたセグメントが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

本発明では、上記のような技術背景にかんがみてなされたものであり、コンクリートを打設する前に、鋼殻部内の補剛板部に緩衝材を配設して、荷重負荷時にコンクリートに作用する応力を緩和するとともに、この緩衝材を鋼殻部内の補剛板部に容易に配設することのできる構造を提案し、これにより、効率よくセグメントを製造することを可能にして、セグメントのコンクリート内表面部へのクラックの発生を抑制しつつ信頼性を高めることのできるシールド工法用セグメントを提供するものである。

上記した目的を達成するため、本発明は、シールドマシンで地盤を掘進しつつ、このシールドマシンの後方で掘削部の周囲内壁面に沿って湾曲形状のセグメント本体を順次組み立てることにより壁体を構築するシールド工法用のセグメントであって、前記セグメント本体は、外面側がセグメント本体の湾曲外面を構成するとともに内面側が開放形状とされて複数の補剛板部が配設された鋼殻部と、この鋼殻部に中詰めされてセグメント本体の湾曲内面を構成するコンクリート構造部とを有し、前記鋼殻部の補剛板部にはそれぞれ合成樹脂製の緩衝材が取着されており、各緩衝材は、その一端面がコンクリート構造部の湾曲内面に達するように配置されるとともに、補剛板部に対して嵌着可能な装着部を備えて形成されていることを特徴とする。

このような構成により、緩衝材を補剛板部に嵌着させて容易に取り付けることができ、簡単な作業で緩衝材を鋼殻部内の補剛板部に設けることができる。したがって、緩衝材の取着作業に背着テープを用いた手間のかかる作業をする必要がなくなり、作業性が高められる。また、こうして設けた緩衝材により、鋼殻部に生じる歪み変形を吸収させることができ、コンクリート構造部にクラックが発生するのを抑制することが可能になる。

また、本発明は前記構成において、緩衝材の装着部が、補剛板部に嵌め込まれることにより補剛板部の両側面を挟持して固定される挟持片を備えていることを特徴としている。

これにより、補剛板部に緩衝材の装着部を嵌め込むだけで、緩衝材が補剛板部に固定され、さらに簡単な作業で緩衝材を取り付けることが可能となる。

また、本発明において前記緩衝材の装着部は、硬度の高い合成樹脂系材料からなることを特徴としている。

これにより、緩衝材を安価な材料で形成することも可能になり、製造コストを抑えることができる。

また、本発明のシールド工法用セグメントは前記構成において、緩衝材の装着部に、補剛板部の側面に設けられた凸部に嵌合しうる凹部が設けられていることを特徴としている。あるいは、前記緩衝材の装着部には、補剛板部の側面に設けられた凹部に嵌合しうる凸部が設けられていてもよい。

このような構成により、補剛板部に設けられた凸部または凹部に、緩衝材の凹部または凸部を互いに嵌め合わせるだけで緩衝材を補剛板部に設けることができ、手間がかからず容易に取り付けることができる。また、かかる緩衝材の凹部または凸部により、補剛板部に対する位置決めが可能になり、迅速に取付作業を進めることができる。

上述のように構成される本発明のシールド工法用セグメントによれば、セグメント本体に設けた緩衝材によって、シールドジャッキ推力載荷時に、コンクリート構造部の湾曲内面へのクラック発生を防止することが可能となり、良好なシールド性能を維持することができる。また、上記緩衝材は容易に配設することができるので作業性が高められ、効率よくセグメントを製造することができ、信頼性を高めることが可能になる。

以下、本発明に係るシールド工法用セグメントを実施するための最良の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１および図２はシールド工法によるセグメント構築工程を示す説明図である。

本発明に係るセグメント１は、シールドマシンＳで地盤を掘進しつつ、このシールドマシンＳの後方で掘削部の周囲内壁面に沿って湾曲形状のセグメント本体２を、順次組み立てることにより壁体を構築するシールド工法において用いられるものである。

また、本発明のセグメント１は、図２に示すように、トンネルＴの進路に急曲線部を有する場合においても好適に用いることができるように構成されている。ここで、急曲線部は曲率半径Ｒが小さく、Ｌ１よりもＬ２の方が大きくなるようなトンネル進路をいうものとする。

セグメント１のセグメント本体２は、外面側がセグメント本体の湾曲外面を構成するとともに内面側が開放形状とされて複数の補剛板部が配設された鋼殻部と、この鋼殻部に中詰めされてセグメント本体の湾曲内面を構成するコンクリート構造部とを有している。

鋼殻部の補剛板部にはそれぞれ合成樹脂製の緩衝材が取着されており、各緩衝材は、その一端面がコンクリート構造部の湾曲内面に達するように配置されるとともに、補剛板部に対して嵌着可能な装着部を備えて形成されている。

このように補剛板部に嵌着可能とされた緩衝材は、補剛板部に装着部を介して取り付けられ、コンクリート構造部内に埋設される。これにより、コンクリート構造部に生じうる歪み変位を吸収して、コンクリート構造部にクラックが発生するのを防止することができるようになっている。

次に、本発明に係るシールド工法用セグメントの実施例１について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図３は実施例１のセグメントの鋼殻部の一例を示す斜視図、図４は実施例１のセグメントの断面図、図５は図４の実施例１のセグメントにおける緩衝材の木口面を示す側面図である。

例示の形態に係るセグメント１は、セグメント本体２の湾曲外面を構成し内面側が開放形状とされた鋼製の鋼殻部２１と、この鋼殻部２１に中詰めされてセグメント本体２の湾曲内面を構成するコンクリート構造部２４とを備えて形成されている。

図３に例示するように、鋼殻部２１は、略円弧状に湾曲してセグメント本体２の湾曲外面を構成する外板部２１１と、この外板部２１１の四周端縁部に立設された縁板部２１２とを備えている。

縁板部２１２のうち、長辺側の縁板部２１２は、その前面側がシールドジャッキＪが当接する当接面となり、後面側が既設のセグメント本体との接合面となる。また、短辺側の縁板部２１２は、トンネルＴの周方向に組み立てられる他のセグメント本体２との連結端面となる。

このような鋼殻部２１の開放形状の内側には、対向する長辺側の縁板部２１２に対して、短辺方向に架け渡された複数の補剛板部２２が備えられている。補剛板部２２は、鋼板製の板状部材であり、鋼殻部２１が外力を受けたとき変形を生じにくいように補強する部材となっている。

これらの各補剛板部２２には、コンクリート構造部２４におけるクラックを防止する緩衝材２３が取着される。本実施例におけるセグメント１では、補剛板部２２に合成樹脂製の緩衝材２３がそれぞれ取着されている。

図４に示すように、緩衝材２３は、その一端面（上端面）がコンクリート構造部２４の湾曲内面に達する高さで形成されており、補剛板部２２に対して湾曲内面寄り（図中上方）に配置されるとともに、補剛板部２２と同軸上に配設される。

緩衝材２３は、補剛板部２２の上部において歪み応力に対する緩衝作用をなす緩衝部２３１と、補剛板部２２に対して嵌着可能となされた装着部２３３とを備えている。

図５に示すように、緩衝材２３の緩衝部２３１は、略帯板状に形成されて、コンクリート構造部２４に接する両側面に、それぞれアンカー部２３２が一体的に形成されている。例示の形態では、アンカー部２３２は、先端部が上方へ屈曲して断面鉤状に形成されている。これにより、緩衝材２３とコンクリート構造部２４との付着性を高めて両者が一体化され、緩衝材２３とコンクリート構造部２４との界面に微少な隙間ができることを防止している。

また、緩衝材２３の装着部２３３は、補剛板部２２の両側面を挟持して固定することを可能にする挟持片２３４を備えている。図示するように、挟持片２３４は補剛板部２２の板幅に相当する間隔をあけて延設された一対の板片からなり、互いに下端部方向に窄められて成形されている。また、挟持片２３４の最下縁はテーパー状にそれぞれ形成されている。

緩衝材２３は、超高分子量ポリエチレンやＳＢＲ、さらには、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）などの合成樹脂系材料を用いて押出成形することにより形成することができる。上記合成樹脂系材料には、リサイクル材料を用いることも可能である。これらの合成樹脂系材料は、緩衝材２３として用いたとき、圧縮降伏強度がコンクリートの破壊強度程度あり、下水用途として耐酸性、耐アルカリ性に優れ、鋼殻部２１との接着性が良好となって、荷重時の歪み応力を吸収し、かつ、シールドジャッキＪに反力を伝達できることから、好適に採用することができる。

また、かかる緩衝材２３の装着部２３３は、緩衝部２３１よりも硬度の高い合成樹脂系材料から構成されていてもよい。この場合、緩衝部２３１をＳＢＲで形成し、装着部２３３をポリ塩化ビニルで形成することが好ましい。

このように、緩衝材２３に用いる材料を、緩衝部２３１と装着部２３３とで異なる合成樹脂とすることで、所望の歪み吸収性能を確保するとともに、安価に製造することが可能となる。

上記のように構成される緩衝材２３は、補剛板部２２に装着部２３３が嵌め込まれて配設固定される。装着部２３３は、補剛板部２２に取り付けるに際し、補剛板部２２を挟み込むように装着することで、挟持片２３４が補剛板部２２の板幅に対応して押し拡げられ、装着部２３３の形状および材料的特性により補剛板部２２に確実に固定される。

したがって、補剛板部２２に緩衝材２３を取着する作業を極めて容易に行うことができ、接着テープ等で仮固定したり、養生したりする必要がなく、作業効率を高めることができる。

そして、このように緩衝材２３を取着した補剛板部２２を備える鋼殻部２１の湾曲内側に、コンクリートが中詰めされてコンクリート構造部２４が形成されている。鋼殻部２１全体へのコンクリートの流動性を確保するため、補剛板部２２の辺縁は、外板部２１１から離隔した状態で対向する縁板部２１２に連結されている。また、コンクリート構造部２４の側縁部に、セグメント１間の目地となるコーキング材２５が配設されていてもよい。

この実施例１のセグメント１では、複数のセグメント本体２が、シールドマシンＳのシールドジャッキＪ，Ｊによって掘削されたトンネルＴの壁面に、周方向に環状となるように連結されるとともに、トンネルＴの長手方向に複数隣接配置されて、円筒状の構造物が地中に構築される。

ここで、例えば、図２に例示したような急曲線部が構築される場合には、シールドマシンＳのシールドジャッキＪ，Ｊの推力がセグメント１の鋼殻部２１の縁板部２１２に不均等に作用する。このため、縁板部２１２の変位量に差が発生し、セグメント１を変形させることがある。

一方、コンクリート構造部２４は、その内面側が緩衝材２３によって、構築された円筒状の構造物の周方向に、複数に分割されている。したがって、コンクリート構造部２４が緩衝材２３に切り離されることとなり、分割されたコンクリート構造部２４の変位量は、鋼殻部２１の変位量の数分の１とすることができる。例えば、コンクリート構造部２４が周方向に均等に分割されている場合には、分割されたコンクリート構造部２４の変位量は、鋼殻部２１の変位量に対して分割された個数分の１となる。

この結果、分割されたコンクリート構造部２４の湾曲内面側の変形を抑制することができ、コンクリート構造部２４の湾曲内面に圧壊若しくは剥離によるクラックを防止することが可能となり、良好なシールド性能を維持することができる。そして、下水と接触することになるコンクリート構造部２４の湾曲内面にクラックがないことにより、下水の浸入やコンクリートの劣化を防止することができる。

次に、本発明に係るシールド工法用セグメントの実施例２について、図面を参照しつつ説明する。

図６は実施例２のセグメントの鋼殻部の一例を示す斜視図、図７は実施例２のセグメントの斜視図、図８は図７の実施例２のセグメントにおける緩衝材の斜視図である。

なお、この実施例２の形態に係るセグメント１は、鋼殻部２１の補剛板部２２と、これに取着される緩衝材２３の装着部２３３の構成に特徴を有し、その他の基本構成は前記実施例１とほぼ同様であるので、この特徴的構成について詳細に説明し、他の構成については上記実施例１と共通の符号を用いて説明を省略する。

図示するように、この形態のセグメント本体２の鋼殻部２１においては、補剛板部２２の側面に凸部２２１および凹部２２２が複数個ずつ均等配置して設けられている。凸部２２１は、補剛板部２２の一方の側面に突設されて、略円柱形状に形成されている。また、凹部２２２は、凸部２２１と同方向の側面に略円柱形状に凹設されても、また補剛板部２２を貫通する略円柱形状の中空部であってもよい。

このような補剛板部２２に対し、緩衝材２３は板状に形成されて、その装着部２３３には、前記凸部２２１に嵌合しうる凹部２３５、または前記凹部２２２に嵌合しうる凸部２３６が形成されている。図８に示すように、緩衝材２３の一側面には、両端部近傍に略円柱形状の凸部２３６が突設されており、中央部近傍に凹部２３５が設けられている。これらの配設位置は、補剛板部２２の凸部２２１および凹部２２２に対応させてある。

また、例示した緩衝材２３は、緩衝部２３１の上端縁２３７が面取りして形成されている。さらに緩衝材２３の両側部は、鋼殻部２１の縁板部２１２に合致する切欠２３８が形成されている。

かかる緩衝材２３は、補剛板部２２に装着部２３３が嵌着されて配設固定される。装着部２３３は、補剛板部２２に取り付けるに際し、緩衝材２３の凸部２３６を補剛板部２２の凹部２２２に嵌め込み、かつ、緩衝材２３の凹部２３５に補剛板部２２の凸部２２１を嵌め込むようにするだけで、容易に装着することができる。さらに、こうした嵌め込み作業によって、自ずと緩衝材２３が補剛板部２２に対して適切な配置で位置決めされ、切欠２３８が鋼殻部２１の縁板部２１２の上端部に嵌め合わせられるようになっている。

したがって、補剛板部２２に緩衝材２３を取着する作業を極めて容易に行うことができ、接着テープ等で仮固定したり、養生したりする必要がなく、作業効率を高めることができる。なお、緩衝材２３の装着部２３３は、補剛板部２２の凸部２２１に嵌合する凹部２３５のみが配設される構成であっても、また、補剛板部２２の凹部２２２に嵌合する凸部２３６のみが配設される構成であってもよい。

そして、このように緩衝材２３を取着した補剛板部２２を備える鋼殻部２１の湾曲内側に、コンクリートが中詰めされてコンクリート構造部２４が形成され、セグメント１が構成される。例示のコンクリート構造部２４は、湾曲内面側のエッジ部２４１が、緩衝材２３の上端縁２３７に対応するテーパー状に形成されている。

この実施例２のセグメント１も、複数のセグメント本体２が、シールドマシンＳのシールドジャッキＪ，Ｊによって掘削されたトンネルＴの壁面に、周方向に環状となるように連結されるとともに、トンネルＴの長手方向に複数隣接配置されて、円筒状の構造物が地中に構築される。そして、緩衝材２３によって分割されたコンクリート構造部２４の湾曲内面側において変形を抑制することができ、コンクリート構造部２４の圧壊若しくは剥離によるクラックを防止することが可能となり、良好なシールド性能を維持することができる。これにより、トンネルＴへの下水の浸入やコンクリートの劣化を防止することができる。

以上、本発明の最良の実施形態について詳述してきたが、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。

すなわち、前記セグメント１では、トンネルの周方向に複数の湾曲形状のセグメント１を、他のセグメント１と環状を呈するように組み立てる構成のものについて説明してきたが、本発明は特にこれに限られず、例えば、平板形状、矩形版状、多角形版状のセグメント等、側面の円弧が一定角度で屈曲されるか、あるいは直線状のセグメントで立坑もしくはトンネル等の地中に埋設される構造体の壁体を構成するものであれば、断面形状は、断面矩形状等の多角形形状、楕円形形状若しくは長円形形状に構築されるもの等、どのような形状のセグメントであってもよい。本発明は、いずれの壁体の構成であっても、上記の作用効果を得ることができる。

また、地中にトンネルＴの壁面を構築する例について説明してきたが、本発明はこれに限らず、立坑をジャッキ推力を用いて圧入工法によって構築する場合等にも適用することができる。

本発明に係るシールド工法用セグメントは、下水用管渠、上水用管渠、道路や鉄道等のトンネル、あるいは電力・エネルギー用のトンネル等、各種のトンネルを構築するシールド工法において好適に利用することができる。

シールド工法によるセグメント構築工程を一部省略して示す説明図である。 シールド工法によって構築されるトンネルの急曲線部を示す説明図である。 実施例１のセグメントの鋼殻部の一例を示す斜視図である。 実施例１のセグメントの断面図である。 図４の実施例１のセグメントにおける緩衝材の木口面を示す側面図である。 実施例２のセグメントの鋼殻部の一例を示す斜視図である。 実施例２のセグメントの斜視図である。 図７の実施例２のセグメントにおける緩衝材の斜視図である。

符号の説明

１ セグメント
２ セグメント本体
２１ 鋼殻部
２１１ 外板部
２１２ 縁板部
２２ 補剛板部
２２１ 凸部
２２２ 凹部
２３ 緩衝材
２３１ 緩衝部
２３２ アンカー部
２３３ 装着部
２３４ 挟持片
２３５ 凹部
２３６ 凸部
２４ コンクリート構造部

Claims (5)

1. シールドマシンで地盤を掘進しつつ、このシールドマシンの後方で掘削部の周囲内壁面に沿って湾曲形状のセグメント本体を順次組み立てることにより壁体を構築するシールド工法用のセグメントであって、
   前記セグメント本体は、外面側がセグメント本体の湾曲外面を構成するとともに内面側が開放形状とされて複数の補剛板部が配設された鋼殻部と、この鋼殻部に中詰めされてセグメント本体の湾曲内面を構成するコンクリート構造部とを有し、
   前記鋼殻部の補剛板部にはそれぞれ合成樹脂製の緩衝材が取着されており、各緩衝材は、その一端面がコンクリート構造部の湾曲内面に達するように配置されるとともに、補剛板部に対して嵌着可能な装着部を備えて形成されていることを特徴とするシールド工法用セグメント。
2. 前記緩衝材の装着部は、補剛板部に嵌め込まれることにより補剛板部の両側面を挟持して固定される挟持片を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシールド工法用セグメント。
3. 前記緩衝材の装着部は、硬度の高い合成樹脂系材料からなることを特徴とする請求項２に記載のシールド工法用セグメント。
4. 前記緩衝材の装着部には、補剛板部の側面に設けられた凸部に嵌合しうる凹部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシールド工法用セグメント。
5. 前記緩衝材の装着部には、補剛板部の側面に設けられた凹部に嵌合しうる凸部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシールド工法用セグメント。

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