JP2014034799A - 合成セグメント - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの削減を実現し得る合理的で有効適切な合成セグメントを提供する。
【解決手段】鋼板からなる対の主桁および対の継手板３が湾曲矩形枠状に溶接されて外面側に鋼板からなるスキンプレート４が溶接されてなる鋼殻１と、鋼殻内に充填された中詰めコンクリート５により構成される。スキンプレートの内面には中詰めコンクリート５を一体に定着するための多数のスタッドジベル６が溶接されて植設されている。中詰めコンクリート５の内面側には主筋８および配力筋９からなる格子鉄筋７が埋設されている。中詰めコンクリート５には対の主桁どうしを連結する幅止め筋１０を埋設することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールド工法において覆工材として用いられる合成セグメントに関する。

周知のように、トンネル工法としてのシールド工法はシールド機で掘進しながら覆工材としてのセグメントを組み立てて覆工体を構築していく工法である。

セグメントとしては、主として経済的な観点から大断面トンネルの場合には耐軸圧縮力に優れるコンクリート系セグメント（ＲＣセグメント）が用いられ、小断面トンネルの場合には耐軸引張力に優れる鋼製セグメントが用いられることが多い。

また、部分的に大きな荷重（偏荷重）を受けるトンネルや貯水管等の内圧が大きいトンネルの場合には合成セグメントが使われることもある。
合成セグメントはコンクリートと鋼材とを一体構造とすることにより、鋼製セグメントに比べて鋼材量を節約し、かつ同一厚さのＲＣセグメントに比べて耐力を高めることが可能なものである。

合成セグメントとしては、たとえば特許文献１に示されるように、鋼材からなる対の主桁（トンネル周方向に沿って配置されてリング間の継手面となる）と、対の継手板（トンネル軸方向に沿って配置されてセグメント間の継手面となる）とを湾曲した矩形枠状に溶接するとともに、その外面側及び／又は内面側（一般的には外面側のみとされるが、場合によっては内面側のみ、もしくは外面側と内面側の双方とされる場合もある）に鋼板からなるスキンプレートを溶接して鋼殻とし、その鋼殻の内部に中詰めコンクリートを一体に充填した構造のものが一般的である。

特開２０１１−１２４９０号公報

上記従来の合成セグメントにおけるスキンプレートは主として止水を目的とするものであって耐力には寄与しておらず、その点で構造的には必ずしも合理的ではない。
また、主桁や継手板としては厚鋼板やフランジを有する形鋼（溝形鋼やＩ形鋼等）を用いることが一般的であり、そのため必ずしも鋼材量を十分に削減できないし、しかもそれら主桁と継手板どうしを溶接したうえでさらにスキンプレートを溶接することから全体として溶接量も多く、そのため製造コストが嵩むものである。
さらに、内面側に主桁や継手板のフランジが露出している場合や、内面側にスキンプレートを設ける場合においては、それらの鋼材がトンネル内面に露出するので、露出部に対して耐火材を被覆して耐火性能を確保する必要があるし、さらには露出部に対して防食対策が必要とされる場合もあり、それらの施工のために現場にてかなりのコストと手間を要するものである。

上記事情に鑑み、本発明は従来一般的な合成セグメントをさらに改良し、優れた構造的性能を有することはもとより製造コストを削減し得る合理的で有効適切な合成セグメントを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、シールド工法によるトンネル施工に際して用いられる合成セグメントであって、いずれも鋼板からなる対の主桁および対の継手板が湾曲矩形枠状に溶接されるとともにその外面側に鋼板からなるスキンプレートが溶接されてなる鋼殻と、該鋼殻内に充填された中詰めコンクリートにより構成され、前記スキンプレートの内面には該スキンプレートに対して前記中詰めコンクリートを一体に定着するための多数のスタッドジベルが溶接されて植設され、前記中詰めコンクリートの内面側には、前記主桁に沿う方向に配筋された主筋および前記継手板に沿う方向に配筋された配力筋からなる格子鉄筋が埋設されてなることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の合成セグメントであって、前記中詰めコンクリートには、前記対の主桁どうしを連結する幅止め筋が埋設されてなることを特徴とする。

本発明の合成セグメントによれば、鋼殻を構成する主桁および継手板を単なる鋼板により形成するとともに、その外面側にのみスキンプレートを設けて内面側にはスキンプレートを設けることに代えて中詰めコンクリート中に格子鉄筋を埋設した構造としたことにより、従来一般的な合成セグメントに比べて所望強度を確保するに必要な鋼材量を削減することが可能であり、また鋼材量を削減することで溶接量を削減することが可能であり、したがって従来の合成セグメントに比べて廉価に製作することが可能となる。

特に、主桁どうしを幅止め筋により連結することにより主桁の精度向上が可能となり、コンクリート打設時には型枠として機能する主桁の精度を保持するための型枠抑え材が不要となる。
また、幅止め筋により固定されることで主桁が補強されるから、主桁としては十分に薄い鋼板を用いることで十分となり、この点においても鋼材量と溶接量の削減に寄与し得る。さらに幅止め筋はスタッドジベルとともに鋼殻に対して中詰めコンクリートを定着するための定着部材としても機能して合成セグメント全体としての強度増強にも寄与し得る。

本発明の実施形態である合成セグメントの概略構成を示す正断面図である。 同、平断面図であって、図１におけるII−II線視図である。 同、側断面図であって、（ａ）は図１におけるIIIａ−IIIａ線視図、（ｂ）は図１におけるIIIｂ−IIIｂ線視図である。

図１〜図３を参照して本発明の合成セグメントの実施形態について説明する。
本実施形態の合成セグメントは上述したような従来の合成セグメントと同様にシールド工法によるトンネル施工に際して覆工材として組み立てられるもので、いずれも鋼板からなる対の主桁２および対の継手板３がトンネル断面形状に対応する湾曲矩形枠状に溶接され、その外面側に鋼板からなるスキンプレート４が溶接されることによって鋼殻１が形成され、その鋼殻１内に中詰めコンクリート５が充填された構成とされている。

鋼殻１を構成している主桁２および継手板３としては、従来のように厚鋼板やフランジを有する形鋼からなるのではなく、単なる薄鋼板からなる帯板状の平鋼板が用いられている。
また、スキンプレート４も薄鋼板からなる平板状の鋼板が湾曲状態で溶接されたものであるが、これは従来のように単なる止水目的で設けられるのではなく、主桁２と継手板３からなる枠体の強度を増強するための構造材として機能するものである。

スキンプレート４の内面には、このスキンプレート４に対して中詰めコンクリート５を一体に定着するための多数のスタッドジベル６が溶接されて植設されている。
図示例では多数のスタッドジベル６が全体として千鳥配置されてトンネル周方向（主桁２に沿う方向）およびトンネル軸方向（継手板３に沿う方向）の双方に対して配列されているが、必ずしも千鳥配置することはなく全体として所望の定着強度を確保できればスタッドジベル６の本数や配置パターンは任意である。

中詰めコンクリート５には、その内面側に主桁２に沿う方向に配筋された複数の主筋８と、継手板３に沿う方向に配筋された複数の配力筋９からなる格子鉄筋７が所定の被り寸法を確保した位置に埋設されている。
図示例の格子鉄筋７は１２本の主筋８と８本の配力筋９（但し、図示例の場合には、配力筋９は図３（ａ）に示すように２本のフック付き鉄筋を１組としてそれらの端部どうしをラップさせた状態で配筋されている）からなるものとされているが、格子鉄筋７の具体的な径や配筋パターンは中詰めコンクリート５の形状・寸法や所望強度に応じて任意に設計すれば良い。

また、中詰めコンクリート５には、上記の格子鉄筋７に加えて、主桁２どうしを連結する複数の幅止め筋１０が埋設され、これら幅止め筋１０によって主桁２に対する十分な補強効果が発揮され、ひいては鋼殻１全体に対する十分な増強効果が得られるものとなっている。
図示例の幅止め筋１０は、図１および図３（ｂ）に示すように、２本の直筋を１組として用いてそれぞれの一端を主桁２に対して溶接するとともに他端部どうしをラップさせて溶接することにより、格子鉄筋７の内側（スキンプレート側）において６箇所に対して配筋されている。
但し、幅止め筋１０の配筋位置や所要本数は主桁２に対する十分な補強効果を得られるように設定すれば良く、その限りにおいて幅止め筋１０の径も任意である。

なお、本実施形態の合成セグメントの四隅部には、この合成セグメントどうしをトンネル周方向に接合するための接合金物１１が埋設され、その周囲には補強筋１４が配筋されている。
図示例の接合金物１１は、鋼矢板どうしを連結するための連結金具として従来より広く用いられているものと同様の形態のもので、基端部に設けた定着板１２により中詰めコンクリート５に対して堅固に定着された状態で、先端部に設けたフック部１３を継手板３に設けた開口部内に露出させた状態で設置されている。
また、補強筋１４としてはたとえば16mmφ程度のものを用いれば良く、図示例ではそれら補強筋１４を接合金物１１の周囲において中詰めコンクリート５の内面側および外面側に対してそれぞれ３本ずつ２段に配筋している。

上記構成のもとに、本実施形態の合成セグメントによれば次のような効果が得られる。
（１）製作コストの削減効果
従来の合成セグメントに比べて所定強度を確保するに必要な鋼材量が少なくて済み、また鋼材量が少ないことから溶接量も少なくて済み、したがって従来の合成セグメントに比べて廉価に製作することが可能となる。
すなわち、合成セグメントの製作費は鋼材量と溶接量が大きな比率を占めるが、従来の合成セグメントは外面側のみならず内面側にもスキンプレートを溶接したり、主桁や継手板として高単価の厚鋼板やフランジを有する形鋼を使用することから鋼材量が多くならざるを得ないし、それに伴い必然的に溶接量も多くならざるを得ず、そのために製作コストが嵩むことが不可避である。
それに対して、本実施形態の合成セグメントではスキンプレート４を単なる止水目的ではなく構造材として用いてそれを鋼殻１の外面側にのみ溶接することにより、主桁２および継手板３には厚鋼板を用いる必要もなく、そのため鋼材量および溶接量を十分に削減し得て十分なコスト削減を図ることが可能である。

（２）製作精度の向上効果
上記のように厚鋼板が不要であり、また溶接量も少ないことから、鋼殻１の製作時における溶接に伴う主桁２，継手板３，スキンプレート４の歪みが小さく抑えられ、製作精度が向上する。

（３）幅止め筋による効果
合成セグメントの製作時に主桁２どうしを幅止め筋１０により連結して固定することにより主桁２の精度向上が可能となるばかりでなく、中詰めコンクリート５を打設する際には型枠として機能する主桁２の精度を保持するための型枠抑え材が不要となるので、その点で製作コスト削減を図ることができる。
また、主桁２は幅止め筋１０により固定されることで補強されるから、主桁２としては十分に薄い鋼板を用いることで十分となり、この点においても鋼材量と溶接量の削減に寄与し得る。
さらに幅止め筋１０はスタッドジベル６とともに鋼殻１に対して中詰めコンクリート５を定着するための定着部材としても機能するから、合成セグメント全体としての強度増強にも寄与し得る。

（４）耐力増強効果
中詰めコンクリート５に主筋８および配力筋９からなる格子鉄筋７を埋設するとともに、構造材としてのスキンプレート４に設けた多数のスタッドジベル６により中詰めコンクリート５を鋼殻１に対して構造的に確実に一体化するので、合成セグメント全体として十分な強度を確保し得る。

（５）耐火対策および防食対策の省略効果
本実施形態の合成セグメントの内面側（トンネル内空側）は単なるコンクリート面であって従来の合成セグメントのように鋼材が露出することがなく、したがって耐火対策や防食対策は不要である。
すなわち、鋼材が露出している従来一般的な合成セグメントを火災や排気ガスに晒される道路トンネルにおいて用いる場合、あるいは下水道管渠などの腐食性環境下において用いる場合には、鋼材の露出部に対する耐火対策や防食対策が必要不可欠であるが、本実施形態の合成セグメントでは自ずと耐火性能および防食性能に優れる中詰めコンクリート５が露出するだけであるからそのような対策は不要である。
なお、中詰めコンクリート５に対してポリアセタール繊維やポリプロピレン繊維などの有機繊維を混入することで、トンネル火災時の中詰めコンクリート５の爆裂を有効に防止することも可能である。

１ 鋼殻
２ 主桁
３ 継手板
４ スキンプレート
５ 中詰めコンクリート
６ スタッドジベル
７ 格子鉄筋
８ 主筋
９ 配力筋
１０ 幅止め筋
１１ 接合金物
１２ 定着板
１３ フック部
１４ 補強筋

Claims (2)

1. シールド工法によるトンネル施工に際して用いられる合成セグメントであって、
   いずれも鋼板からなる対の主桁および対の継手板が湾曲矩形枠状に溶接されるとともにその外面側に鋼板からなるスキンプレートが溶接されてなる鋼殻と、該鋼殻内に充填された中詰めコンクリートにより構成され、
   前記スキンプレートの内面には該スキンプレートに対して前記中詰めコンクリートを一体に定着するための多数のスタッドジベルが溶接されて植設され、
   前記中詰めコンクリートの内面側には、前記主桁に沿う方向に配筋された主筋および前記継手板に沿う方向に配筋された配力筋からなる格子鉄筋が埋設されてなることを特徴とする合成セグメント。
2. 請求項１記載の合成セグメントであって、
   前記中詰めコンクリートには、前記対の主桁どうしを連結する幅止め筋が埋設されてなることを特徴とする合成セグメント。

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