JP2014088720A - 合成セグメント及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼製の外殻体の内側にコンクリート製の中詰め部を一体化させてなる合成セグメントを、効率よく且つ安価に製造することができる合成セグメント及びその製造方法の提供。
【解決手段】互いに間隔を置いて配置された円弧板状の一対の円弧状側板４，４及び両円弧状側板４，４の各側縁部間を連結する一対の周方向端板５，５をもって中空枠状に形成された枠部材６を有する外殻体２と、外殻体２内に形成されたコンクリート製の中詰め部３とを備え、円弧状側板４，４及び周方向端板５，５の内側面部に内向きに張り出した補強板８，１０が一体に突設されるとともに、枠部材６の内周面部に固定された弾性材からなる枠状の止水部材１３を備え、中詰め部３の外周面を外殻体２の外周側開口６ａを通して露出させるとともに、枠部材６内側面と中詰め部３との間を止水部材１３により止水した合成セグメント１。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼製の外殻体の内側にコンクリート製の中詰め部を一体化させてなる合成セグメント及びその製造方法に関する。

シールド工法を用いたトンネル工事において、軟弱地盤やトンネルの曲線部等のように土圧や水圧等によるトンネル構造への荷重負担が大きな箇所では、このような土圧や水圧等による荷重に対応するために高耐力の合成セグメントが広く使用されている。

この合成セグメントは、互いに間隔を置いて配置された一対の円弧状に形成された円弧状側板及び両円弧状側板の各側縁部間を連結する一対の周方向端板からなる枠部材の外側開口部をスキンプレートにより閉鎖した外殻体を備え、この外殻体の内側にコンクリートを充填することによりコンクリート製の中詰め部が形成されている。

このような合成セグメントの製造は、外周側がスキンプレートにより閉鎖され、内周側のみが開口した円弧枠状の外殻体を用いるため、内周側開口を上側に向けて設置した状態で内周側開口よりコンクリートを打設する方法、所謂、舟打ちにより行われている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００１−５８３０８号公報

しかしながら、上述の如き従来の舟打ちによる合成セグメントの製造方法では、コンクリート製中詰め部の内周面部の仕上げに多大な手間を必要とし、製造コストが嵩むという問題があった。

また、舟打ちによりコンクリートを打設する場合、外殻体の中央部より周方向両端側が高い位置となるため、外殻体内に投入されたコンクリートは中央側が密となるように充填され、高い位置にあるセグメントの両端部には十分にコンクリートが充填されず空隙等が形成される虞があった。

特に、セグメントの周方向両端部に周方向に隣り合うセグメント同士を連結するための継手部材が埋設されるような場合、上述のごとき空隙が形成されると継手部材の強度にも影響を及ぼす虞があった。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、鋼製の外殻体の内側にコンクリート製の中詰め部を一体化させてなる合成セグメントを、効率よく且つ安価に製造することができる合成セグメント及びその製造方法の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、互いに対向するように間隔を置いて配置された円弧板状の一対の円弧状側板及び該両円弧状側板の各側縁部間を連結する一対の周方向端板をもって中空枠状に形成された枠部材を有する外殻体と、該外殻体内に形成されたコンクリート製の中詰め部とを備え、前記外殻体と前記中詰め部とが一体化されてなる合成セグメントであって、前記円弧状側板及び／又は周方向端板の内側面部に内向きに張り出した補強板が一体に突設されるとともに、前記枠部材の内周面部に固定された弾性材からなる枠状の止水部材を備え、前記中詰め部の外周面を前記外殻体の外周側開口を通して露出させるとともに、前記枠部材内側面と前記中詰め部との間を前記止水部材により止水した合成セグメントにある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記各円弧状側板に突設された補強板間に架け渡すように配置され、両端がそれぞれ前記補強板に固定された複数の主筋と、前記周方向端板に突設された補強板間に架け渡すように配置され、両端がそれぞれ前記補強板に固定された複数の配力筋とを格子状に組み込んでなる鉄筋格子を備えたことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、互いに隣り合う補強板の端部が互いに固定され、枠部材の内側面部に枠状の補強枠体が形成されたことにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、互いに対向するように間隔を置いて配置された円弧板状の一対の円弧状側板及び該両円弧状側板の各側縁部間を連結する一対の周方向端板をもって中空枠状に形成された枠部材を有する外殻体内にコンクリートを打設することにより、前記外殻体とコンクリート製の中詰め部とが一体化されてなる合成セグメントを形成する合成セグメントの製造方法において、前記円弧状側板及び／又は周方向端板の内側面部に内向きに張り出した補強板が一体に突設されるとともに、前記枠部材の内周面部に固定された弾性材からなる枠状の止水部材を備え、前記枠部材の内周面側及び外周面側が開口してなる外殻体を使用し、上面部に断面円弧状の型枠面部を有する型枠台上に前記外殻体をその内周面部が前記型枠面部と当接するように設置して前記外殻体の内周側開口を前記型枠面部で閉鎖し、その状態で前記外殻体の外周側開口よりコンクリートを前記外殻体内に前記止水部材が圧縮されるまで前記コンクリートを充填した後、該充填されたコンクリートを固化させることにより前記外殻体内に中詰め部を形成することにある。

本発明に係る合成セグメントは、上述したように、互いに対向するように間隔を置いて配置された円弧板状の一対の円弧状側板及び該両円弧状側板の各側縁部間を連結する一対の周方向端板をもって中空枠状に形成された枠部材を有する外殻体と、該外殻体内に形成されたコンクリート製の中詰め部とを備え、前記外殻体と前記中詰め部とが一体化されてなる合成セグメントであって、前記円弧状側板及び／又は周方向端板の内側面部に内向きに張り出した補強板が一体に突設されるとともに、前記枠部材の内周面部に固定された弾性材からなる枠状の止水部材を備え、前記中詰め部の外周面を前記外殻体の外周側開口を通して露出させるとともに、前記枠部材内側面と前記中詰め部との間を前記止水部材により止水したことにより、外殻体と中詰め部との間に円弧径方向に作用するせん断力に対し高い耐力を発揮するとともに、従来の如きスキンプレートを有せずとも確実に止水でき、また、そのような構造を部品点数の少ない簡易な構造で実現でき、安価に製造することができる。

また、本発明において、前記各円弧状側板に突設された補強板間に架け渡すように配置され、両端がそれぞれ前記補強板に固定された複数の主筋と、前記周方向端板に突設された補強板間に架け渡すように配置され、両端がそれぞれ前記補強板に固定された複数の配力筋とを格子状に組み込んでなる鉄筋格子を備えたことにより、外殻体と中詰め部とを強固に一体化できるとともに、合成セグメントに作用する力が鉄筋格子体を通して適宜分散され、一箇所に応力が集中するのを防止し、中詰め部のひび割れが防止できる。

更に本発明において、互いに隣り合う補強板の端部が互いに固定され、枠部材の内側面部に枠状の補強枠体が形成されたことにより、外殻体が高い剛性を発揮し、歪みやねじれが生じにくい構造を成し、それにより一体化されたコンクリート製の中詰め部のひび割れを防止できる。

本発明に係る合成セグメントの製造方法は、互いに対向するように間隔を置いて配置された円弧板状の一対の円弧状側板及び該両円弧状側板の各側縁部間を連結する一対の周方向端板をもって中空枠状に形成された枠部材を有する外殻体内にコンクリートを打設することにより、前記外殻体とコンクリート製の中詰め部とが一体化されてなる合成セグメントを形成する合成セグメントの製造方法において、前記円弧状側板及び／又は周方向端板の内側面部に内向きに張り出した補強板が一体に突設されるとともに、前記枠部材の内周面部に固定された弾性材からなる枠状の止水部材を備え、前記枠部材の内周面側及び外周面側が開口してなる外殻体を使用することにより、所謂、伏せ打ちによりコンクリートの打設を行うことができる。

それに伴い本発明は、上面部に断面円弧状の型枠面部を有する型枠台上に前記外殻体をその内周面部が前記型枠面部と当接するように設置して前記外殻体の内周側開口を前記型枠面部で閉鎖し、その状態で前記外殻体の外周側開口よりコンクリートを前記外殻体内に前記止水部材が圧縮されるまで前記コンクリートを充填した後、該充填されたコンクリートを固化させることにより前記外殻体内に中詰め部を形成することにより、止水部材がコンクリート充填に伴う荷重を受けて圧縮され、外殻体の内側面と中詰め部との間の隙間を好適に封鎖するので、スキンプレートを有しなくともセグメント内への浸水を防止できる。

（ａ）は本発明に係る合成セグメントの一例を示す平面図、（ｂ）は同底面図、（ｃ）は同縦断面図である。 （ａ）は図１中の外殻体の一例を示す平面図、（ｂ）は同縦断面図である。 （ａ）は鉄筋格子体を取り外した状態の外殻体を示す部分拡大平面図、（ｂ）は同縦断面図である。 同上の外殻体の隅部を示す部分拡大斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明に係る合成セグメントの製造方法の各工程の状態を示す縦断面図である。 （ａ）は図５（ｃ）中の止水部材の状態を示す部分拡大断面図、（ｂ）は同隅部の平面図である。

次に、本発明に係る合成セグメントの実施の態様を図１〜図４に示す実施例に基づいて説明する。図１は本発明に係る合成セグメントの一例を示し、図中符号１は合成セグメントである。

この合成セグメント１は、中空枠状の鋼製の外殻体２と、外殻体２の内側に配置されたコンクリート製の中詰め部３とを備え、外殻体２と中詰め部３が一体化されて円弧版状を成し、互いに周方向に連結されることにより環状のセグメントリングを形成し、当該セグメントリングがトンネル軸方向に連設されるようになっている。

外殻体２は、図２に示すように、円弧板状の一対の円弧状側板４，４及び両円弧状側板４，４の周縁部間を連結する一対の周方向端板５，５からなる枠部材６を備え、枠部材６の外周側及び内周側にそれぞれ開口６ａ，６ｂを有する中空枠状に形成されている。

各円弧状側板４，４は、鋼板により円弧板状に形成され、互いに対向する配置にリング軸方向に間隔を置いて配置されている。尚、図中符号７，７...はトンネル軸方向で隣り合うセグメント間を連結するための連結用ボルトが挿通される挿通孔である。

また、各円弧状側板４には、それぞれ互いに対向する内側面に周方向に沿って内側に向けて張り出したリブ状の複数の側板用補強板８，８が円弧径方向に間隔を置いた平行配置に突設されている。

側板用補強板８は、細長板状の鋼板を円弧状側板４の曲率半径に合わせて円弧状に湾曲させた形状に形成され、一方の側縁が円弧状側板４の内側面に溶接等により強固に固定されて円弧状側板４内側面より内側に向けて突設され、周方向両端縁がそれぞれ周方向端板５の内側面に当接し、且つ、溶接等により周方向端板５の内側面に強固に固定されている。尚、この側板用補強板８は、後述する鉄筋（主筋１３，１３...）の外径と略同じ厚さに形成されている。

一方、周方向端板５，５は、鋼板によりセグメントリング軸方向に長い矩形状に形成され、その長手方向両側縁部がそれぞれ円弧状側板４，４の周方向側縁に溶接等により接合され、円弧状側板４，４及び周方向端板５，５によって枠部材６が中空の円弧枠状に形成されている。尚、図中符号９はトンネル軸方向で隣り合うセグメント間を連結するための連結用ボルトが挿通される挿通孔である。

各周方向端板５には、それぞれ内側面に軸方向に沿って内側に向けて張り出したリブ状の複数の端板用補強板１０が円弧径方向に間隔を置いた平行配置であって、それぞれ両側板用補強板８，８間の内側に配置されるように突設されている。

端板用補強板１０は、鋼板により細長板状に形成され、一方の側縁が周方向端板５の内側面に溶接等により強固に固定されて内側に向けて突設され、軸方向端縁がそれぞれ円弧状側板４の内側面に当接し、且つ、溶接等により円弧状側板４の内側面に強固に固定されている。

側板用補強板８と端板用補強板１０とは、図３、図４に示すように、端部が互いに重ね合わされるとともに、当該重ね合わされた端部が溶接により強固に固定され、両補強板により枠部材６の内側面部に枠状の補強枠体１１ａ，１１ｂが互いに径方向に間隔を置いた平行配置に形成されている。

各補強枠体１１ａ，１１ｂには、それぞれ多数の鉄筋を格子状に組み込んでなる鉄筋格子体１２が固定され、側板用補強板８、端板用補強板１０及び鉄筋格子体１２がコンクリート製の中詰め部３に埋設されることにより外殻体２と中詰め部３とが強固に一体化されるようになっている。

鉄筋格子体１２は、円弧周方向に向けて円弧状に湾曲させた形状の主筋１３，１３...と、軸方向に向けて主筋１３，１３...間を横切るように配置された配力筋１４，１４...とを備えて格子状に形成され、各主筋１３，１３...の両端がそれぞれ端板用補強板１０の外側表面に溶接１３ａ等により固定され、各配力筋１４，１４...の両端がそれぞれ側板用補強板８の外側表面に溶接１４ａにより固定されている。

更に、この外殻体２には、補強枠体１１の外周側に枠部材の内周面全周に亘ってゴム等の弾性材からなる止水部材１５が設けられている。

この止水部材１５は、枠部材６の形状に合わせて矩形枠状に形成され、外周面部が接着剤等により枠部材６、即ち、各円弧状側板４及び各周方向端板５の内側面に固定されている。

また、止水部材１５は、中詰め部３を構成するコンクリートが固化する際の収縮率やコンクリートの養生条件、その他の諸条件に基づいて材質、断面形状等が設定され、中詰め部３を構成するコンクリートが外殻体２内に投入された際には投入されたコンクリートと枠部材６の内側面に挟まれて圧縮され、投入されたコンクリートが固化する際には、枠部材６の内側面に反力を取ってコンクリートの収縮に追従して弾性変形し、枠部材６と中詰め部３との間の隙間を封鎖するようになっている。

中詰め部３は、コンクリートにより円弧版状に形成され、外殻体２の内側に嵌り込んだ状態で一体化され、その外周面３ａ及び内周面３ｂがそれぞれ外殻体２の外周側開口６ａ及び内周側開口６ｂを通して露出している。

また、中詰め部３の内周面側の各四辺縁部には、各端板４，５の挿通孔７，９の位置に合わせて連結用凹部１６，１６...が形成され、この連結用凹部１６，１６...を通して挿通孔７，９に挿通された連結用ボルトにナットを締め込み、当該ナットを端板４，５の内面部に定着させることにより隣り合うセグメント間を連結するようになっている。

このように構成された合成セグメント１は、円弧状側板４及び周方向端板５の内側面部にそれぞれ補強板８，１０を突設させたことにより、外殻体２と中詰め部３との間に生ずる円弧径方向のせん断力に対し高い耐力が得られ、外殻体２と中詰め部３とが確実に一体化されている。

また、円弧状側板４に突設された側板用補強板８と周方向端板５に突設された端板用補強板１０との端部同士を溶接により固定して補強枠体１１を形成し、補強枠体１１が枠部材６の内側面部に強固に固定されているので、外殻体２が高い剛性を発揮し、歪みやねじれが生じにくい構造を成し、それにより一体化されたコンクリート製の中詰め部３のひび割れを防止できるようになっている。

更には、各補強枠体１１に鉄筋格子体１２、即ち、各主筋１３，１３...及び配力筋１４，１４...の両端部をそれぞれ補強板８，１０に固定させたことにより、外殻体２と中詰め部３とがより強固に一体化されるとともに、合成セグメント１に作用する力を鉄筋格子体１２を通して適宜分散して一箇所に応力が集中するのを防止して中詰め部３のひび割れ防止ができるようになっている。

尚、上述の実施例では、止水部材１５を枠部材６の外周側に配置された補強枠体１１ａの外周側にのみ設けた例について説明したが、止水部材１５を枠部材６の内周側に配置された補強枠体１１ｂの内周側にも設け二重で止水する構造としてもよく、また、２以上の複数の止水部材１５，１５...を枠部材６の内周面部に円弧形方向に間隔を置いて複数設置するようにしてもよい。

次に、上述の如き合成セグメント１の製造方法について図５、図６に示す実施例に基づいて説明する。尚、図中符号２０はコンクリート製の中詰め部３を成形するための型枠台２０である。

合成セグメント１を製造するには、先ず、図５（ａ）〜図５（ｂ）に示すように、型枠台２０上に外殻体２を外周面側が上に向けられた状態、所謂、伏せ打ち（外面打ち）でコンクリートの打設ができる状態に設置する。

型枠台２０は、図５（ａ）に示すように、上面部に断面円弧状の型枠面部２１と、型枠面部２１の周囲を囲む周壁部２２とを備え、周壁部２２の内側に外殻体２を嵌め込むことにより型枠面部２１に対し外殻体２が位置決めされるようになっている。

型枠面部２１は、外殻体２内周開口面部の曲率半径に対応した上向きに膨出した断面円弧状に形成され、型枠面部２１表面には図示しない連結用凹部１６，１６...成形用の突起が突設されている。

そして、この型枠台２０上に外殻体２を外周面側が上に向けられた状態で設置することにより、型枠面部２１が外殻体２の内周面部に当接して外殻体２の内周側開口６ｂを閉鎖し、各円弧状側板４，４、各周方向端板５，５及び型枠面部２１に囲まれ、且つ、上面が開口した型枠が形成される。

次に、図５（ｂ）〜図５（ｃ）に示すように、外殻体２の外周側開口６ａよりコンクリート２３を型枠内、即ち、外殻体２内に流し込んでいく。

このコンクリート２３の充填作業は、外殻体２の外周側開口６ａが閉鎖され、且つ、止水部材１５が圧縮されるまで、即ち、外殻体２の外周側端縁にコンクリート２３が到るまで行う。

このとき、コンクリート２３の打設を伏せ打ちによって行うことにより、コンクリート２３は、高い位置から低い位置に向かって流れ、それにより、コンクリート２３による荷重は、図６中矢印で示すように、枠部材６の内側面に対し外側に向けて作用し、それにより、枠部材６の内周全周に亘って設置された止水部材１５は、コンクリート２３の充填に伴い原形の状態からコンクリート２３と枠部材６の内側面に挟まれて十分に圧縮されて弾性変形する。

上記充填作業が完了した後、図５（ｄ）に示すように、外殻体２の外周側開口６ａより溢れ出した余分なコンクリート２３を除去し、外周側開口６ａを通して外周側に露出したコンクリート２３の外周側表面３ａに仕上げ処理を施す。

尚、この仕上げ処理は、外周側表面３ａが地山と接する部分であって、トンネル内面に露出する内周面３ｂに比して見栄えを気にする必要がないため、容易に仕上げ作業を行うことができる。

そして、その状態で、コンクリート２３を養生・固化させて中詰め部３を成形し、外殻体２と中詰め部３とを一体化させる。

その際、コンクリート２３が固化に伴い収縮した場合に、止水部材１５が枠部材６内側面に反力を取ってコンクリート２３の収縮に追従して弾性変形し、外殻体２（枠部材６）の内側面と中詰め部３との間の隙間が止水部材１５により枠部材６の全周に亘って止水される。

最後に、養生が完了した後、製造された合成セグメント１を型枠台２０より脱型し、作業が完了する。

上述の如き本発明方法で製造された合成セグメント１は、所謂、伏せ打ち（外面打ち）によりコンクリート製の中詰め部３の成形を行うので、外殻体２の内周側開口６ｂを通して露出した中詰め部３の内周面３ｂが型枠面部２１により成形されて美麗に仕上げられ、また、セグメント周方向両端部にも十分且つ確実にコンクリート２３が充填される。

また、この合成セグメント１では、外殻体２の内側面と中詰め部３との間の隙間が止水部材１５により全周に亘って封鎖されるので、スキンプレートが無くとも使用時に地下水等がセグメント１内へ侵入するのを防止できるようになっている。

尚、上述の実施例では、枠部材６の各挿通孔７，９の位置に合わせて連結用凹部１６，１６...を形成し、この連結用凹部１６，１６...を通して挿通孔に挿通された連結用ボルトにナットを締め込み、当該ナットを端板の内面部に定着させることにより隣り合うセグメント間を連結するようにした例について説明したが、互いに隣り合う合成セグメント１間を雄雌一対の継手部材からなる継手部構造を用いて連結するようにしてもよい。

１ 合成セグメント
２ 外殻体
３ 中詰め部
４ 円弧状側板
５ 周方向端板
６ 枠部材
７ 挿通孔
８ 側板用補強板
９ 挿通孔
１０ 端板用補強板
１１ 補強枠体
１２ 鉄筋格子体
１３ 主筋
１４ 配力筋
１５ 止水部材
１６ 連結用凹部
２０ 型枠台
２１ 型枠面部
２２ 周壁部
２３ コンクリート

Claims (4)

1. 互いに対向するように間隔を置いて配置された円弧板状の一対の円弧状側板及び該両円弧状側板の各側縁部間を連結する一対の周方向端板をもって中空枠状に形成された枠部材を有する外殻体と、該外殻体内に形成されたコンクリート製の中詰め部とを備え、前記外殻体と前記中詰め部とが一体化されてなる合成セグメントであって、
   前記円弧状側板及び／又は周方向端板の内側面部に内向きに張り出した補強板が一体に突設されるとともに、前記枠部材の内周面部に固定された弾性材からなる枠状の止水部材を備え、
   前記中詰め部の外周面を前記外殻体の外周側開口を通して露出させるとともに、前記枠部材内側面と前記中詰め部との間を前記止水部材により止水したことを特徴としてなる合成セグメント。
2. 前記各円弧状側板に突設された補強板間に架け渡すように配置され、両端がそれぞれ前記補強板に固定された複数の主筋と、前記周方向端板に突設された補強板間に架け渡すように配置され、両端がそれぞれ前記補強板に固定された複数の配力筋とを格子状に組み込んでなる鉄筋格子を備えた請求項１に記載の合成セグメント。
3. 互いに隣り合う補強板の端部が互いに固定され、枠部材の内側面部に枠状の補強枠体が形成された請求項１又は２に記載の合成セグメント。
4. 互いに対向するように間隔を置いて配置された円弧板状の一対の円弧状側板及び該両円弧状側板の各側縁部間を連結する一対の周方向端板をもって中空枠状に形成された枠部材を有する外殻体内にコンクリートを打設することにより、前記外殻体とコンクリート製の中詰め部とが一体化されてなる合成セグメントを形成する合成セグメントの製造方法において、
   前記円弧状側板及び／又は周方向端板の内側面部に内向きに張り出した補強板が一体に突設されるとともに、前記枠部材の内周面部に固定された弾性材からなる枠状の止水部材を備え、前記枠部材の内周面側及び外周面側が開口してなる外殻体を使用し、
   上面部に断面円弧状の型枠面部を有する型枠台上に前記外殻体をその内周面部が前記型枠面部と当接するように設置して前記外殻体の内周側開口を前記型枠面部で閉鎖し、
   その状態で前記外殻体の外周側開口よりコンクリートを前記外殻体内に前記止水部材が圧縮されるまで前記コンクリートを充填した後、該充填されたコンクリートを固化させることにより前記外殻体内に中詰め部を形成することを特徴としてなる合成セグメントの製造方法。

Images