JP2011219968A - アーチ型トラス - Google Patents

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Tsutomu Yakumitsu
勉 益満
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Matsui Kanaami Kogyo Kk
松井金網工業株式会社
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【課題】 自動溶接による製造が容易なトンネル工事用の鉄筋製のアーチ型トラスを提供する。
【解決手段】 アーチ型トラスは、1本の第1鉄筋、2本の第2鉄筋および2本のラチス筋からなり、1本の第1鉄筋と2本の第2鉄筋とを正面三角状に平行配置し、波状に屈曲させた2本のラチス筋を位相を合わせてそれぞれその一方屈曲部で第1鉄筋の同一箇所の両側面に溶接し、各ラチス筋の中間部を各第2鉄筋に溶接し、前記第2鉄筋との溶接箇所よりも他方屈曲部側の各ラチス筋を内側に折り曲げてラチス筋の他方屈曲部の先端部同士を溶接して固着させる。連結されたラチス筋の各折り曲げ部が同一平面を形成しており、そして第1鉄筋がアーチの内側に、第2鉄筋がアーチの外側になるようにそれぞれ湾曲している。
【選択図】 図1

Description

本発明はNATM(New Austrian Tunneling Method )工法に代表されるトンネル工事における鋼アーチ支保工または覆工コンクリート施工に用いられる鉄筋トラスに関する。
NATM工法は、トンネルの掘削に際して、鋼製支保工の建て込みと、これにつづく吹付けコンクリート施工およびロックボルト工からなり、所定長の掘削毎に順次形成される地山掘削面をこれら支保材によって支保し、地山強度を活用しながら、トンネル掘削を推進してゆくトンネル施工法であり、近年、広く採用されている工法として知られている。
NATM工法の標準的な施工順序は、
(1)掘削、
(2)鋼アーチ支保工、
(3)吹付けコンクリート施工、
(4)ロックボルト工、
(5)覆工コンクリート施工
であり、地山条件、トンネルの規模、トンネルの用途などによっては、上記(2)の前に1次吹付けコンクリート施工および金網張工の工程が付け加えられたり、施工順序の変更がされることがある。
鋼アーチ支保工としては、H型鋼を湾曲加工したものが広く用いられ、外周となるフランジ面を地山掘削面に沿わせてアーチ状に、トンネルの長さ方向に所定間隔で設置される。そして上記(3)の吹付けコンクリート施工に際して前記H型鋼の内周のフランジ面を定規として吹き付けるコンクリート厚みを調節する。
しかし、上記のようにH型鋼を用いた鋼製支保工では、(イ)上記(3)の吹付けコンクリート施工の際にH型鋼のフランジの裏側が死角となってその部分にコンクリートが完全に充填されずに中空部(ボイド)やクラックが発生しやすい、(ロ)H型鋼は重量が大きいために組立が容易でなく、作業に手間がかかる等の問題があった。
この問題を解決するために、例えば非特許文献1に記載されているように、図21〜24に示す通り、三本の丸棒鋼鉄筋(「支柱})61が中央交差の線材(「筋かい」)62によって連結されているアーチ型トラスの鋼製支保工が知られており、ここで中央交差の線材は鉄筋を折り曲げて四角錐状に形成されたものであって前記丸棒鋼鉄筋の長さ方向に沿って多数個の中央交差の線材が間隔を隔てて三本の丸棒鋼鉄筋に溶接されている。
弘浚国際企業有限公司ホームページhttp://www.hungchains.com.tw/service-jp.asp
この鉄筋製のアーチ型トラスの鋼製支保工は、H型鋼のものに比して、軽量であって組立が容易であり、作業に手間がかからない、2次吹付けのコンクリートに中空部(ボイド)やクラックが発生しない等の点で優れている。しかしながらこのアーチ型トラスを工場で製造する際に、個々に分離された中央交差の線材の多数個を1個ずつ所定箇所にセットしてそれぞれ三本の丸棒鋼鉄筋に溶接することが必要でありこの作業は複雑であって自動溶接が困難であるため機械化は容易でなく、手作業によって溶接しなければならなかった。
本発明の課題は、この従来のアーチ型トラスの製造上の問題点を解決して、自動溶接による製造が容易な自立型の鋼アーチ支保工などのトンネル工事用の鉄筋製アーチ型トラスを提供することにある。
すなわち本発明は、1本の第1鉄筋と2本の第2鉄筋とを正面三角状に平行配置し、波状に屈曲させた2本のラチス筋を位相を合わせてそれぞれその一方屈曲部で第1鉄筋の同一箇所の両側面に溶接し、各ラチス筋の中間部を各第2鉄筋に溶接し、前記第2鉄筋との溶接箇所よりも他方屈曲部側の各ラチス筋を内側に折り曲げてラチス筋の他方屈曲部の先端部同士を溶接して固着させることにより連結されたラチス筋の各折り曲げ部が同一平面を形成しており、そして第1鉄筋がアーチの内側に、第2鉄筋がアーチの外側になるようにそれぞれ湾曲しているトンネル工事用のアーチ型トラスである。
以下に例をあげて本発明を具体的に説明する。
アーチ型トラスは第1鉄筋、第2鉄筋、ラチス筋、連結部材および必要に応じて端部材から構成される。図1〜5に示すように、アーチ型トラス1において、1本の第1鉄筋2と2本の第2鉄筋3,3’とを平行に、そして図1において二等辺三角形の頂角を形成する頂点に第1鉄筋2が位置し、そして二等辺三角形の底部を形成する2つの頂点に2本の第2鉄筋3,3’のそれぞれが位置するように三角状に配置する。同一高さおよび同一の波周期で波状に屈曲させた2本のラチス筋4,4’のそれぞれはその波の位相を合わせながらその一方屈曲部5、5’で第1鉄筋2の両側部6、6’に溶接固着してある。ラチス筋4,4’の一方屈曲部と他方屈曲部7,7’との中間部8,8’は第2鉄筋3、3’の内側9,9’にそれそれ溶接して固着される。この第2鉄筋3、3’の内側への溶接に代えて第2鉄筋3、3’の外側へ溶接しても差し支えない。各ラチス筋は前記第2鉄筋との溶接箇所よりも他方屈曲部側で内側に折り曲げられてラチス筋の各折り曲げ部10,10’が同一平面を形成するようにし、かつ折り曲げられたラチス筋の他方屈曲部7.7’の先端部同士が突き合わされるようにし、突き合わされた他方屈曲部の先端部同士を溶接して固着させてある。11はこの溶接箇所を示している。そして図5に示すように第1鉄筋2がアーチの内側に、第2鉄筋3がアーチの外側になるようにアーチ型トラスが湾曲している。湾曲の形状は例えば、円弧、楕円弧または複合円弧であり、掘削されたトンネルの壁に沿うような形状にされる。複合円弧の形状は例えば、トンネルの天井に近い部分はある値の曲率半径を有し側壁部分はそれとは異なる値の曲率半径を有するように湾曲している。
このように第1鉄筋2、第2鉄筋3,3’の三本の鉄筋は連続した2本のラチス筋4,4’によって連結されて鋼製支保工を構成する。すなわち、第1鉄筋2と第2鉄筋3,3’とは斜めに配置されたラチス筋によって溶接固着され、2本の第2鉄筋3,3’同士は十字形に配置されたラチス筋の屈曲部重合部によって溶接固着されている。このょうに2本のラチス筋は第1鉄筋2および第2鉄筋の座屈防止の役割を果たし、三本の鉄筋に高い曲げ強度と引っ張り強度を提供する。従って、コンクリート吹付け前、および吹き付けたコンクリートが硬化するまでの期間において、支保工にかかる外力を本発明のアーチ型トラス全体に均等に伝えることができる。またこのアーチ型トラスは、それをクレーンその他の装置によって吊り下げられたりその一部分を掴んで高所に持ち上げられる際にかかる外力によっても変形または破壊するおそれがない充分な機械的強度を有する。
アーチ型トラスの端部には連結部材または端部材が取り付けられている。連結部材(「継手板」とも呼ばれる)は2個のアーチ型トラスを連結するものである。支保工がアーチ型トラスを2個連結したものである場合、連結部材はアーチ型トラスの両端のうちのトンネルの天井側の端部に設けられる。連結部材に特に連結部の強度が要求される場合は、図6、7に示すように、2個のL型部材12,12’を用いてL型部材12の一方面13に第1鉄筋2の端部側面および第2鉄筋3の端部側面を、L型部材の一方面13’に第1鉄筋2の端部側面および第2鉄筋3’の端部側面を溶接して固着し、各L型部材の他方の面14,14’を面一にしてボルト貫通用の孔15をそれぞれ2個開けることにより連結部材16が形成される。連結部の強度がそれほど要求されない場合は、図8、9に示すように、板部材17の表面にアーチ型トラス端部の第1鉄筋2の端面18および第2鉄筋3,3’の端面19,19’を突き合わせ溶接して固着させ、その板部材17にボルト貫通用の孔20を2個開けることにより連結部材21が形成される。なおいずれの場合でも、ラチス筋4,4’はL型部材または板部材に溶接する必要はない。なおラチス筋は図7,8には表示していない。
端部材(「底板」とも呼ばれる)はアーチ型トラスの他端に設けてトンネルの側壁下部の岩盤またはコンクリート部にアーチ型トラスを支持固定させるものである。、例えば図10に示すように板部材22の表面にアーチ型トラス他端部の第1鉄筋2の端面23および第2鉄筋3,3’の端面24,24’を突き合わせ溶接して固着させることにより端部材25が形成される。端部材はトンネルの側壁下部に置かれてアーチ型トラスの荷重を支える。設置した端部材の位置を安定させるために、必要に応じて、連結されたアーチ型トラスとトンネル壁との隙間に複数個のくさびが打ち込まれる。また端部材には図8、9の連結部材21と同様にボルト貫通用の孔を設けることができる。この場合には後述のトンネルの掘削側壁下部にアーチ型トラスの端部材を位置させる際にトンネルの側壁に予め設けたボルトを端部材の孔に通してナット締めすることによってトラスを側壁に強固に固定することができる。またトンネルの側面に予め鉄筋の端部を突出させておいた場合には、端部材を使用しないでアーチ型トラス端部の第1鉄筋および第2鉄筋を前記の側面の鉄筋に直接に溶接するか、第1鉄筋および第2鉄筋と側面の鉄筋とを鉄線を用いて結束することによりアーチ型トラス端部をトンネル側面の鉄筋に固着させることができる。
次にこのアーチ型トラスを2個用いるトンネル鋼アーチ支保工の施工について説明する。図11に示すように、吊り下げ具または掴み具を有するクレーンを用いて1個のアーチ型トラス1の中央部を吊り下げまたは掴んで移動させてトンネルの掘削側壁の下部26にアーチ型トラスの端部材25が位置し、アーチ型トラスの連結部材27がトンネルの掘削天井中央部28に位置するようにする。そして人手によりそのアーチ型トラスを支えることにより、またはフックピン(図示せず)を連結部材付近のトラスに引っ掛けながらトンネル内壁29に打ち込んで仮留めすることによりアーチ型トラスの位置を維持する。次にもう1個のアーチ型トラス1’を同様にクレーンを用いてその端部材25’をトンネルの他方側壁の下部26’に位置させ、連結部材27’が先に設置したアーチ型トラス1の連結部材27に重ね合わうように位置させ、二つの連結部材を各貫通孔にボルトを通してナット締めすることにより2個のアーチ型トラスは連結される。
2個のアーチ型トラスが連結された後に、トンネルの長さ方向の奥に向かって100cm〜300cmの間隔を隔てて、上記と同様に次々にアーチ型トラスの建て込みが行われる。アーチ型トラスが建て込まれた後、後述の吹付けコンクリートで固定されるまでの間、転倒を防止するために公知のさや管方式またはタイロッド方式のようなつなぎ材によって隣接するアーチ型トラスが連結される。
そして複数個のアーチ型トラスの建て込みが終わった後にその部分にコンクリートが吹き付けられる。その際に、アーチ型トラスの第1鉄筋、第2鉄筋またはトラス鉄筋の他方屈曲部などの位置を定規として、コンクリートを吹き付けることにより、必要なコンクリート厚みおよび必要なトンネル内部空間寸法が確保される。従来のH型鋼を用いる場合には吹き付けるコンクリートが充填されない空間が生じやすいのでボイドやクラックが生じやすいが、鉄筋を用いる本発明の場合にはボイド、クラックが生じるおそれはない。
以上は、支保工が2個のアーチ型トラスが連結される構造について説明したが、3〜4個のアーチ型トラスが連結される場合もある。例えばトンネルの両側壁に各1個のアーチ型トラスを用い、トンネルの天井部に1個のアーチ型トラスを用いて合計で3個のアーチ型トラスが連結されることができ、その場合には天井用アーチ型トラスの両端には連結部材を、側壁用各アーチ型トラスの一方端に連結部材を他方端には端部材を設ける。同様にトンネルの両側壁に各1個のアーチ型トラスを用い、トンネルの天井部に2個のアーチ型トラスを用いて合計で4個のアーチ型トラスが連結されることができ、その場合には天井用各アーチ型トラスの両端には連結部材を、側壁用各アーチ型トラスの一方端に連結部材を他方端には端部材を設ける。
吹き付けたコンクリートが硬化した後、ロックボルトをトンネル内壁全面に打ち込むことにより、地山強度を支保する補強壁が形成される。その後、吹き付けコンクリート層の内側に覆工コンクリートが施工される。
覆工コンクリート施工には通常、鉄筋コンクリートが用いられる。この覆工コンクリートに用いられる補強用鉄筋(以下、単に「補強用鉄筋」という)は未硬化のコンクリートが供給される前に、予め所定箇所に配置される。
本発明のアーチ型トラスを鋼アーチ支保工に適用する場合について前述したが、本発明のアーチ型トラスを補強用鉄筋を用いた覆工コンクリート施工に適用する場合につて以下に説明する。
吹付けコンクリート層の内側に、もし防水層が設けられる場合には防水層の内側に、本発明のアーチ型トラスを上述と同様に建て込む。次いで図12で示したように互いに隣接する複数のアーチ型トラスのそれぞれ同一対応箇所、例えば第1鉄筋2とトラス鉄筋4とが交叉する箇所のそれぞれに補強用鉄筋53を通すことによりトンネル長さ方向にトンネル壁に沿って互いに所定間隔を隔てて覆工コンクリート層厚み断面の所定位置に補強用鉄筋53を多数本平行に架け渡すことができる。このように補強用鉄筋の位置決め配筋スペーサーとしての役割をアーチ型トラスに持たせることができる。この際、鋼線を用いて補強用鉄筋と第1鉄筋、第2鉄筋、トラス鉄筋などとを一緒に、巻き付けて結ぶことにより補強用鉄筋をアーチ型トラスの所要箇所に容易に係止させることができる。このトンネル長さ方向に伸びる補強用鉄筋に直交する方向(トンネル円周方向)に別の補強用鉄筋を更に配置することも容易に行うことができる。このアーチ型トラスおよび補強用鉄筋の内側に移動式型枠を配置し、この型枠と吹付けコンクリート層(または防水層)との間の空間にコンクリートを流し込み硬化させることにより覆工コンクリート施工が完成する。コンクリート流し込みに代えてコンクリート吹き付けを行うこともできる。このアーチ型トラスは覆工コンクリート中に埋め込まれるので、補強用鉄筋と同様にアーチ型トラス自体も覆工コンクリートの補強材として働くのは勿論である。
本発明のアーチ型トラスを鋼アーチ支保工に適用する場合においても、もし隣接するアーチ型トラスとアーチ型トラスの中間のトンネル壁部分を補強のための鉄筋で覆う必要がある場合には、上述の覆工コンクリートの場合と同様にして、アーチ型トラスに補強のための鉄筋の位置決め配筋スペーサーとしての機能を兼ねて持たせることができる。
本発明のアーチ型トラスは、鋼アーチ支保工および鉄筋コンクリートによる覆工コンクリート施工のいずれか一方に適用するだけでなく、その両方にも適用することができる。両方に適用する場合には、通常は、鋼アーチ支保工用のアーチ型トラスを建て込み、次いで吹付けコンクリート施工および、ロックボルト工を終えた後にさらに別のアーチ型トラスが建て込まれる。しかし、防水層を形成させずに、吹付けコンクリート層と覆工コンクリート層とが密着一体化される場合には、吹付けコンクリート層および覆工コンクリート層に跨るように共通の鉄筋アーチ型トラスを設けることができ、1個のトラスの第2鉄筋付近の部分が吹付けコンクリート層に埋め込まれ、トラスのその他の部分が覆工コンクリート層に埋め込まれる。
次に本発明のアーチ型トラスの材料、寸法などについて説明する。
本発明において第1鉄筋、第2鉄筋、ラチス筋、端部材および連結部材として下記の表に記載のものが好ましく用いられる。

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部材名 材料 寸法(呼び名)
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第1鉄筋 鉄筋コンクリート用棒鋼(JIS G 3112) D10〜D32
第2鉄筋 鉄筋コンクリート用棒鋼(JIS G 3112) D6〜D26
ラチス筋 普通鉄線(JIS G 3532) 直径4〜12mm
端部材 鋼板(JIS G 3302) 厚さ6〜25mm
連結部材 L型鋼(JIS G 3192) 厚さ6〜14mm
鋼板(JIS G 3302) 厚さ9〜25mm
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アーチ型トラスの断面を示す図13において、第1鉄筋2を頂点とする二等辺三角形の頂角α(度)は小さすぎるとアーチ型トラスの運搬または施工の作業時に横方向に折れ曲がるおそれがあり、大きすぎるとアーチ型トラスの運搬または施工の作業時に縦方向に折れ曲がるおそれがあるので、頂角α(度)の好ましい範囲は30〜90度である。
トラスの全高さ(図13のL1)の好ましい値は吹き付けコンクリートの厚み、トンネルの断面寸法、地山条件の良否などによって異なるが、通常は100〜800mmである。トラスの長さの好ましい値も上記の条件によって異なるが、通常は弧に沿って測定して15〜40mである。通常はトラスを2個〜4個連結してトンネルの天井の全周を覆うように設計される。トラスの全高さ(図のL1)に対する第2鉄筋の高さ(図のL2)の割合(L2/L1)があまり大きすぎるとコンクリートの厚み方向の断面でみて内側(トンネル空間側)に第1鉄筋および第2鉄筋が偏在するので強化コンクリートとしての強度が低くなったり、アーチ型トラスの運搬または施工の作業時に縦方向に折れ曲がるおそれがあるので、L2/L1の好ましい範囲は0〜0.7である。
ラチス筋としては、図14に示すような波状に屈曲させた鉄筋44が用いられるが、屈曲部45の屈曲角度βがあまり小さすぎるとトラスの重量が過大となり、大きすぎると第1鉄筋と第2鉄筋とを連結して有効なトラス構造を構成しなくなるので、屈曲角度βは30〜75度にすることが好ましい。
次に本発明のアーチ型トラスの製造方法について説明する。
本発明の製造方法の第1工程は、例えば特開昭56−084140号公報に記載されている装置を基本的に利用することにより行うことができる。
特開昭56−084140号公報には、それぞれ長く連続している1本の第1鉄筋、2本の第2鉄筋および2本の波状屈曲ラチス筋を送り込むことにより、1本の第1鉄筋と2本の第2鉄筋とを正面三角状に平行配置し、波状に屈曲させた同一の寸法(同一高さ、同一の波周期)を有する2本のラチス筋を位相を合わせてそれぞれその一方屈曲部で第1鉄筋の同一箇所の両側面に溶接し、各ラチス筋の他方屈曲部部を各第2鉄筋に溶接した連続状のトラス材を製造するための装置が記載されている。本発明の第1工程のためにこの装置のうち下記の2点を変更する。(1)上記の各第2鉄筋に溶接するラチス筋の部位を他方屈曲部に代えて一方屈曲部と他方屈曲部の中間部とする。(2)2本のラチス筋の一方屈曲部での第1鉄筋への溶接を、後に切断する所定長さの両端部の2カ所のみとし、その他のラチス筋の一方屈曲部は第1鉄筋には溶接しないでおく。そしてこの装置の後に切断装置により所定長さに切断する。次に折り曲げ装置を設置して、ラチス筋の第2鉄筋との溶接部と他方屈曲部との間の部分で内側に折り曲げて、各ラチス筋の他方屈曲部先端部が互いに突き合わせて第2鉄筋の各折り曲げ部分が同一平面を形成するように加工する。この工程で得られるトラスは図15に示すようにラチス筋4と第2鉄筋3が接する箇所47はすべて溶接されているが、ラチス筋4と第1鉄筋2が接する箇所のうち両端部のみ48が溶接されているが、それ以外のラチス筋4と第1鉄筋2が接する中間部49は溶接されていない。
もし、前記第1工程において、各ラチス筋の他方屈曲部の中間部をラチスの長さ方向の全部について各第2鉄筋に溶接し、そして2本のラチス筋の一方屈曲部での第1鉄筋への溶接を後に切断する所定長さの両端部の2カ所のみとしその他のラチス筋の一方屈曲部は第1鉄筋には溶接しないでおく代わりに、2本のラチス筋の一方屈曲部での第1鉄筋への溶接をラチスの長さ方向の全部について行い、各ラチス筋の他方屈曲部の中間部の各第2鉄筋への溶接をトラス両端部の2カ所のみとし、その他のラチス筋の他方屈曲部の中間部は第2鉄筋には溶接しないでおく場合には、後の第4工程での溶接箇所が非常に多くなるので適当ではない。
本発明の製造方法の第2工程は、上記第1工程で得られたトラスの第1鉄筋とラチス筋との両端の溶接部分の一方端部の溶接を解除することであり、これによって後にトラスを容易に湾曲加工することができる。溶接を解除する方法としては、溶接層に沿って金鋸で切断して直接に溶接層を分断するか、溶接部分の手前(内側)の第1鉄筋および2本のラチス筋のいずれかまたは両方を切断することが挙げられる。トラスの湾曲加工によって第2鉄筋よりも湾曲の内側になる第1鉄筋およびラチス筋の長さは少なくて済むのでこの切断は全く問題はない。
本発明の製造方法の第3工程では、第1鉄筋および第2鉄筋に、第1鉄筋がアーチの内側に、第2鉄筋がアーチの外側になるように曲げ冶具にセットする。曲げ冶具としては、例えば、台板の上にガイドピンを多数個設けたものであって、所定の弧の形状に湾曲されたときの第1鉄筋および第2鉄筋の各鉄筋に接して各鉄筋の両側に互いに距離を隔ててそれぞれガイドピンを千鳥状に配置した曲げ冶具を用いることができる。図16、17に示すように、曲げ冶具30は台板31の上に第1鉄筋用の多数個のガイドピン32、33および第2鉄筋用の多数個のガイドピン34,35を設けてあり、第1鉄筋2は湾曲内側のガイドピン32と外側ガイドピン33の間に,第2鉄筋3,3’は内側のガイドピン34と外側のガイドピン35の間にそれぞれ差し込まれるようにトラスがセットされる。
トラスの所要湾曲形状は個々のトンネルによって異なるので、種々のトラスの湾曲形状に対応できるように、台板に縦横方向の所定間隔で多数のガイドピン設置用孔を設けておき、湾曲形状に対応するように、ガイドピンをガイドピン設置用孔に取り付けるようにすると共通の台板で異なる湾曲形状のトラス用の曲げ冶具に利用することができる。ガイドピンを取り付ける際には、曲げ冶具にセットされるトラスのラチス筋に邪魔にならないようにガイドピンの取り付け位置を選定することが必要である。
外力をかけてトラスを曲げた状態にして曲げ冶具にセットするが、この外力によりトラスは材料の弾性限界を超えて変形(曲げ)する。曲げ冶具にセットした後に外力をゼロにした場合、曲げ冶具にセットされたトラスはその内部応力により元の直線状になる向きに戻ろうとするが曲げ冶具により形状が拘束されている状態にある。曲げ冶具にセットした状態で第1鉄筋とラチス筋のすべてを溶接する後述の第4工程およびラチス筋の他方屈曲部先端同士を溶接し固着する第5工程の後では、トラスの曲げ剛性が高くなるためにそのままでは外力をかけてもトラスを曲げ冶具から取り外すことは困難となることが多い。
これを避けるために、トラスの第1鉄筋、第2鉄筋の両側に配置するガイドピンの間隔をトラスを曲げるためにガイドピンが鉄筋に接するように狭く配置した状態(ロック状態)から、トラスを曲げ冶具から取り外す際にこの間隔を広くする状態(ロック解除状態)にガイドピンの位置を変えることができるようにすることが好ましい。
そのために、ガイドピンのうち、第1鉄筋、第2鉄筋の各鉄筋の湾曲外側に接するガイドピンの群を、トラスを曲げ冶具から取り外す前に、湾曲外側に所定距離移動させることにより鉄筋両側のガイドピン間隔を広げてロック解除状態にすることができる。上記の代わりに、第1鉄筋および第2鉄筋の各鉄筋の湾曲内側に接するガイドピンの群を、トラスを曲げ冶具から取り外す前に、湾曲内側に所定距離移動させるようにしてもよい。具体的には、例えば図18に示すように、台板36の上に第1鉄筋の湾曲内側に接するガイドピンの群37および第2鉄筋の湾曲内側に接するガイドピンの群38を取り付け、台板の上に載置した第2台板39の上に第1鉄筋の湾曲外側に接するガイドピンの群40および第2鉄筋の湾曲外側に接するガイドピンの群41を取り付け、第2台板を図の右方向に移動させた時はロック状態になり、左方向に移動させた時はロック解除状態になるような構造の曲げ冶具を使用することができる。このような曲げ冶具を用いると、予めある程度曲げておいたトラスをロック解除状態にした曲げ冶具にセットし、ついで第2台板を図の右方向に移動させてガイドピンにより強制的にトラスを所定形状に曲げるようにすることもできる。
トラスを曲げ冶具にセットする際には、2本の第2鉄筋はトラス全長にわたってそれぞれラチス筋と溶接されているが、ラチス筋と溶接されている2本の第2鉄筋のそれぞれおよび第1鉄筋はトラスの一方端でのみ溶接されその他の部分では互いに未だ溶接されずに分離しているので、第1鉄筋がその全長にわたってラチス筋の前記一方屈曲部2個の間に挟まれるようにした状態を保ちながらセットすることは後の第1鉄筋とラチス筋との溶接工程(第4工程)のために重要である。
以上は、曲げ冶具としてガイドピンを千鳥状に配置した例について述べたが、他の例として対のガイドピンで第1鉄筋および第2鉄筋を位置決めする曲げ冶具について次に説明する。
図19に示すように、台板54の上に第1鉄筋2および第2鉄筋3、3’のそれぞれの所定の曲げ形状に一致するように第1鉄筋2用固定ピン55および第2鉄筋3,3’用固定ピン56を設ける。そして、各固定ピン55と対となって第1鉄筋を挟みつけることができるように可動ピン57を設け、同様に各固定ピン56と対となって第2鉄筋を挟みつけることができるように可動ピン58を設けて、各可動ピンにエアシリンダ(または油圧シリンダ)59のピストンロッド60を連結させて、エアシリンダの圧をオンにしたときにピストンロッド60が前進して可動ピンが第1鉄筋および第2鉄筋を押して固定ピンの方向に移動する。そして第1鉄筋および第2鉄筋を固定ピン55、56に接するように可動ピンと固定ピンとで第1鉄筋および第2鉄筋をクランプする構造である。例えばエアシリンダ59’の圧をオンにしたときにピストンロッド60’が前進して、可動ピンは図20に示すように57’’から57’の位置に移動し、可動ピン57’と固定ピン55’とで第1鉄筋2はクランプされる。同様にエアシリンダ59’’の圧をオンにしたときにピストンロッド60’’が前進して、可動ピンは図20に示すように58’’から58’の位置に移動し、可動ピン58’と固定ピン56’とで第2鉄筋3,3’はクランプされる。この状態で曲げ冶具がロックされ、トラスの曲げ冶具へのセットが完了する。エアシリンダの圧をオフにしたときにはピストンロッド60’、60’’は後退して、可動ピン57’、58’は可動ピン57’’、58’’の位置まで移動して固定ピン55’、56’との距離は大きくなり、曲げ冶具のロックが解除された状態となり、トラスの第1鉄筋および第2鉄筋を可動ピンと固定ピンの間に載置したり曲げ冶具からトラスを取り出したりすることができる。後の第6工程での曲げ冶具からのトラスの取り出しを容易にするために、固定ピン55、56のいずれか一方が第1鉄筋の位置と第2鉄筋の位置の中間に設け、固定ピン55、56の他方を第1鉄筋の位置よりも外側または第2鉄筋の位置よりも外側に設けることが好ましい。図19、20では固定ピン55を第1鉄筋の位置と第2鉄筋の位置の中間に設け、固定ピン56を第2鉄筋の位置よりも外側に設けている。
本発明の製造方法の第4工程では、トラスを曲げ冶具にセットした状態で第1鉄筋とラチス筋のすべて、すなわち図15の、第1鉄筋がラチス筋の前記一方屈曲部2個の間に挟まれている交叉部49を予め溶接されているトラス端部から他方端部に向かってトラスの長さ方向に沿って順に溶接する。
本発明の製造方法の第5工程では、ラチス筋の他方屈曲部先端同士を溶接し固着する。この他方屈曲部先端同士を溶接する前のトラスは捻りの外力に対して弱いので、トラスを平面板上に2本の第2鉄筋を含む曲面が前記平面板の表面に直角になるように載置してトラスが捻りのない形状を保った状態で他方屈曲部先端同士を溶接することが必要である。この溶接はラチス筋と第1鉄筋が溶接されているトラスの一方端から他の端に向けて順に行うことが好ましい。
本発明の製造方法の第6工程では、曲げ冶具の鉄筋の両側のガイドピンの間隔を広げて曲げ冶具のロックを解除してトラスを曲げ冶具から取り出す。次に本発明の製造方法の第7工程では、曲げ冶具から取り出した後、トラス端部の第1鉄筋、第2鉄筋およびラチス筋を切断除去して所定長さにする。予め第1鉄筋とラチス筋が溶接されているトラス一方端部は第1鉄筋、第2鉄筋およびラチス筋が揃っているので必ずしも切断の必要はないが、トラスの他方端部は曲げ加工によって第1鉄筋が第2鉄筋よりも突出しているので第1鉄筋、第2鉄筋およびラチス筋の先端面が揃って所定角度になるように、そしてトラス長さが所定の値になるように端部を切断除去することが必要である。
本発明の製造方法の第8工程では、両端が所定長さに切断されたトラスの端部に連結部材または端部材を溶接し固着する。連結部材および端部材に溶接するのはトラスの第1鉄筋および2本の第2鉄筋であって、ラチス筋は連結部材および端部材に溶接することは必ずしも必要ではない。
以上は、トラスをその全長にわたって一度に曲げ冶具にセットする場合について述べたが、曲げ冶具としてトラスの全長よりも短いもの(分割式曲げ冶具)を使用してトラスをその長さの方向に複数回に分けて曲げ冶具にセットして処理することができる。トラスの所要のアーチ曲げの曲率半径がトラスの長さに沿って一定である場合には、同一の曲げ冶具を繰り返して利用することができる。このようにトラスをその長さの方向に複数回に分けて曲げ冶具にセットして処理する場合には上記第1工程および第2工程の後に第3工程〜第6工程を繰り返して行った後に、第7工程および第8工程を行う。分割曲げ冶具を適用する際には、トラスの両端のうち、ラチス筋と第1鉄筋が溶接されているトラスの一方端側の部分から始め、順次他方端に向けて適用することが好ましい。
本発明のアーチ型トラスを用いた支保工によれば、、従来のH型鋼を使用する支保工に比して、吹付けコンクリートとより一体化された支保構造体を形成し、コンクリート吹付け作業時にできるボイド(空隙)やクラックの発生を防止することができる。
また本発明の支保工は、従来のH型鋼を使用する支保工に比して、軽量であってトンネル掘削断面内部空間で迅速に簡単に組立可能であり、また種々のトンネルの断面形状に合わせた任意の湾曲形状の鋼アーチ支保工が容易に得られる。
更に本発明のアーチ型トラスは覆工コンクリート施工における補強用鉄筋位置決め用自立型スペーサーとして利用することができる。
更に、本発明によれば、三本の丸棒鋼鉄筋を互いに連結するための線材として従来の鉄筋製アーチ型トラスの技術のような個々に分離された多数の構造のものを用いるのではなく、細長い連続形状のラチス筋を用いるので、アーチ型トラスの製造において自動溶接が容易となるので、製造の機械化、自動化が容易に実現できる。
[実施例] 次の材料を用いて鋼アーチ支保工用のアーチ型トラスを製造した。
第1鉄筋−−直径13mm(D13)の異型鉄筋(SD295A)
第2鉄筋−−直径13mm(D13)の異型鉄筋(SD295A)
ラチス筋−−直径5mm普通鉄線(SWM−B)
端部材、連結部材−−厚さ10mmの鋼板(JIS G 3302)
上記材料を用いて、下記寸法のアーチ型トラスを製造した。なお連結部材は図8に示すものを製造した。
ラチス筋の波状屈曲加工−−図14の曲げ角度(β)50度
トラスの断面寸法−−図13の角度(α)65度、L1 100mm、L2 30mm
トラスの長手方向寸法−−弧の沿う長さ6530mm、湾曲 曲率半径 4160mm、全円周の4分の1の円弧形状。
端部材、連結部材の寸法−−横(2本の第2鉄筋を結ぶ線に平行の辺の長さ 110mm)、縦 90mm
溶接法−−第1鉄筋、第2鉄筋と端部材、連結部材とはアーク溶接により、その他の溶接は自動溶接機によるスポット溶接を行った。
本発明のトラスの1実施例を示す正面図。 本発明のトラスの1実施例の一部分を示す平面図。 本発明のトラスの1実施例の一部分を示す側面図。 本発明のトラスの1実施例の一部分を示す斜視図。 本発明のトラスの1実施例を示す側面図。 本発明のトラスの連結部材の1実施例を示す正面図。 本発明のトラスの連結部材の1実施例を示す斜視図。 本発明のトラスの連結部材の他の実施例を示す斜視図。 本発明のトラスの連結部材の他の実施例を示す正面図。。 本発明のトラスの端部材の1実施例を示す斜視図。 本発明のトラスの1実施例の組立状態を示す側面図。 本発明のトラスを補強用鉄筋の位置決めスペーサーとして利用する例を示す要部拡大斜視図。 本発明のトラスの形状寸法を説明する正面図。 本発明のトラスの製造のためのラチス筋の1実施例を示す平面図。 本発明のトラスの製造工程を説明する平面図。 本発明のトラスの製造に用いる曲げ冶具の1実施例を示す平面図。 本発明のトラスの製造に用いる曲げ冶具の1実施例を示す側面図。 本発明のトラスの製造に用いる曲げ冶具の他の実施例を示す平面図。 本発明のトラスの製造に用いる曲げ冶具の別の実施例を示す平面図。 本発明のトラスの製造に用いる曲げ冶具の別実施例を示す側面図。 従来のトラスの一部分を示す平面図。 従来のトラスの一部分を示す側面図。 従来のトラスの一部分を示す斜視図。 従来のトラスを示す正面図。
1・・アーチ型トラス
2・・第1鉄筋
3、3'・・第2鉄筋
4、4'・・ラチス筋
5、5'・・ラチス筋の一方屈曲部
6、6'・・第1鉄筋の両側部
7、7'・・ラチス筋の他方屈曲部
8、8'・・ラチス筋の中間部
9、9'・・第2鉄筋の内側
10、10'・・ラチス筋の折り曲げ部
11・・ラチス筋の他方屈曲部の先端部溶接箇所
12、12'・・L型部材
13、13'・・L型部材の一方面
14、14'・・L型部材の他方面
15・・ボルト貫通用の孔
16・・連結部材
17・・連結部材の板部材
18・・第1鉄筋の端面
19、19'・・第2鉄筋の端面
21・・連結部材
22・・板部材
23・・第1鉄筋の端面
24、24'・・第2鉄筋の端面
25、25’・・端部材
26、26’・・トンネル掘削側壁の下部
27、27’・・連結部材
28・・トンネルの掘削天井中央部
29・・トンネルの内壁
30・・曲げ冶具
31・・台板
32、33、34、35・・ガイドピン
36・・台板
37、38,39,40,41・・ガイドピン
39・・第2台板
47・・ラチス筋と第2鉄筋とが接する箇所
48・・第1鉄筋両端部とラチス筋とが接する箇所
49・・第1鉄筋中間部とラチス筋とが接する箇所
53・・補強用鉄筋
54・・台板
55,56・・固定ピン
57,58・・可動ピン
59・・エアシリンダ
60・・ピストンロッド
61・・丸棒鋼鉄筋(「支柱})
62・・中央交差の線材(「筋かい」)

Claims (4)

  1. 1本の第1鉄筋と2本の第2鉄筋とを正面三角状に平行配置し、波状に屈曲させた2本のラチス筋を位相を合わせてそれぞれその一方屈曲部で第1鉄筋の同一箇所の両側面に溶接し、各ラチス筋の中間部を各第2鉄筋に溶接し、前記第2鉄筋との溶接箇所よりも他方屈曲部側の各ラチス筋を内側に折り曲げてラチス筋の他方屈曲部の先端部同士を溶接して固着させることにより連結されたラチス筋の各折り曲げ部が同一平面を形成しており、そして第1鉄筋がアーチの内側に、第2鉄筋がアーチの外側になるようにそれぞれ湾曲しているトンネル工事用のアーチ型トラス。
  2. 一方端部に連結部材を、他方端部に必要に応じて端部材をそれぞれ備え、前記一方端部の連結部材により2個の前記アーチ型トラスを連結してトンネルの内部壁を覆うようにしてなる請求項1に記載のアーチ型トラス。
  3. 次の工程からなる請求項1または2に記載のアーチ型トラスの製造方法。
    (1)1本の直線状の第1鉄筋と直線状の2本の第2鉄筋とを正面三角状に平行配置し、波状に屈曲させた同一の寸法(同一高さ、同一の波周期)を有する2本のラチス筋を位相を合わせてそれぞれその両端部の一方屈曲部で第1鉄筋の両端部の同一箇所の両側面に溶接し、各ラチス筋の中間部のすべてを各第2鉄筋に溶接し、前記第2鉄筋との溶接箇所よりも他方屈曲部側の各ラチス筋を内側に折り曲げてラチス筋の他方屈曲部の先端部同士を突き合わせてラチス筋の各折り曲げ部が同一平面を形成してなるトラスを製造する工程。
    (2)前記トラスの第1鉄筋とラチス筋との両端の溶接部分の一方端部の溶接を解除する工程。
    (3)前記トラスを第1鉄筋がアーチ形状の内側にそして第2鉄筋がアーチ形状の外側になるように曲げ冶具にセットする工程。
    (4)曲げ冶具にセットした状態で第1鉄筋とラチス筋の交叉箇所のすべてを溶接する工程。
    (5)ラチス筋の他方屈曲部先端同士を溶接し固着する工程。
    (6)トラスを曲げ冶具から取り出す工程。
    (7)曲げ冶具から取り出した後、所定長さおよび角度に合わせて端部を切断除去する工程。
    (8)曲げられたトラスの端部に連結部材または端部材を溶接し固着する工程。
  4. 次の工程からなる請求項1または2に記載のアーチ型トラスの製造方法。
    (1)1本の直線状の第1鉄筋と直線状の2本の第2鉄筋とを正面三角状に平行配置し、波状に屈曲させた同一の寸法(同一高さ、同一の波周期)を有する2本のラチス筋を位相を合わせてそれぞれその両端部の一方屈曲部で第1鉄筋の両端部の同一箇所の両側面に溶接し、各ラチス筋の中間部のすべてを各第2鉄筋に溶接し、前記第2鉄筋との溶接箇所よりも他方屈曲部側の各ラチス筋を内側に折り曲げてラチス筋の他方屈曲部の先端部同士を突き合わせてラチス筋の各折り曲げ部が同一平面を形成してなるトラスを製造する工程。
    (2)前記トラスの第1鉄筋とラチス筋との両端の溶接部分の一方端部の溶接を解除する工程。
    (3)前記トラスをその第1鉄筋とラチス筋との溶接されている端部側を第1鉄筋がアーチ形状の内側にそして第2鉄筋がアーチ形状の外側になるように分割式曲げ冶具にセットする工程。
    (4)曲げ冶具にセットされている第1鉄筋とラチス筋の交叉箇所のすべてを溶接する工程。
    (5)曲げ冶具にセットされているラチス筋の他方屈曲部先端同士を溶接し固着する工程。
    (6)トラスを曲げ冶具から取り出す工程。
    (7)上記(3)工程〜(6)工程を、トラスをその第1鉄筋とラチス筋との溶接が解除された端部が済むまで繰り返す工程。
    (8)曲げ冶具から取り出した後、所定長さおよび角度に合わせて端部を切断除去する工程。
    (9)曲げられたトラスの端部に連結部材または端部材を溶接し固着する工程。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180131957A (ko) * 2018-02-23 2018-12-11 엔에스철강산업 주식회사 세트화된 골조유닛을 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트

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