JP2019049191A - Cutting segment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、切削可能なセグメントに関するものである。 The present invention relates to cuttable segments.
シールド工法にてトンネルを構築した後に、このトンネルとは異なる方向に更に分岐トンネルを構築することや分合流部を２本のトンネルの外形断面よりも小さくするような場合に、先行トンネルの側面を切削することが行われる。 After constructing a tunnel by the shield method, when constructing a branch tunnel in a direction different from this tunnel or making the junction area smaller than the external cross section of two tunnels, the side surface of the preceding tunnel is used. Cutting is performed.
切削可能なコンクリート製セグメント及びシールドトンネルの壁体を提供するものとして下記特許文献がある。
これは図１、図２に示すようにシールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメント１であって、コンクリート２０を母材とし、繊維強化樹脂製筋材を補強筋１０とするシールド掘進機により切削可能なコンクリート製セグメント１において、コンクリート２０は、セメント、水、骨材を含み、前記骨材は、粗骨材及び細骨材を含み、粗骨材は軽量粗骨材を含み、軽量粗骨材を、粗骨材全体に対して３０〜１００重量％使用する。 This is a segment 1 for constructing a wall of a shield tunnel excavated by a shield machine as shown in FIG. 1 and FIG. 2 and is made of concrete 20 as a base material and a fiber reinforced resin rebar as reinforcement 10 In concrete segment 1 which can be cut by a shield machine, concrete 20 includes cement, water, aggregate, the aggregate includes coarse aggregate and fine aggregate, and coarse aggregate is light-weight coarse aggregate The lightweight coarse aggregate is used in an amount of 30 to 100% by weight based on the total coarse aggregate.
補強筋１０は、セグメントの縦方向（トンネルの円周方向）に沿って、セグメントの内周面側及び外周面側に位置して配置された湾曲したロッド状の内筋１１及び外筋１２と、更に、セグメントの横方向（トンネルの延長方向）に沿って配置され、前記内筋１１と外筋１２とに直交して、これら内筋１１と外筋１２との周りに巻回して配置されたロッド状のスターラップ１３とで構成される。 Reinforcement bars 10 are provided with curved rod-like internal and external muscles 11 and 12 positioned on the inner and outer circumferential sides of the segments along the longitudinal direction of the segments (the circumferential direction of the tunnel). , And further disposed along the lateral direction of the segment (the extension direction of the tunnel), and disposed orthogonal to the internal muscle 11 and the external muscle 12 by winding around the internal muscle 11 and the external muscle 12 And a rod-shaped stirrup 13.
内筋１１及び外筋１２には、それぞれ、内筋１１及び外筋１２に直交して配力筋１４が配置され、ビニール製結線にて結束される。 In the internal muscle 11 and the external muscle 12, the distribution muscle 14 is disposed orthogonal to the internal muscle 11 and the external muscle 12, respectively, and is bound by a vinyl connection.
特許文献１の実施態様によれば、前記コンクリートは、更に、前記コンクリートの全体積に対して樹脂繊維を０．０１〜１．０体積％含む。 According to the embodiment of Patent Document 1, the concrete further contains 0.01 to 1.0% by volume of resin fibers with respect to the total volume of the concrete.
前記樹脂繊維は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリプロビレン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、熱可塑エポキシ樹脂で作製された繊維である。 Whether the resin fiber is a fiber made of a thermosetting resin such as epoxy resin or vinyl ester resin, or a fiber made of a thermoplastic resin such as polyamide, polycarbonate, polypropylene or PPS Or a fiber made of a thermoplastic epoxy resin.
前記補強筋は、横断面積が２mm2以上５００mm2未満の丸型或いは矩形のロッドとされる繊維強化樹脂製筋材であり、丸型或いは矩形の前記繊維強化樹脂製筋材を使用して格子状に形成したシート状格子筋であり、強化繊維に樹脂を含浸して形成され、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維等の無機繊維、或いは、アラミド、ポリエステル、ナイロン、ビニロン等の有機繊維のいずれかの繊維であるか、又は、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされ、前記樹脂は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、又は、ナイロン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂、又は、熱可塑エポキシ樹脂である。 The reinforcing bar is a fiber reinforced resin rebar which is a round or rectangular rod having a cross-sectional area of 2 mm 2 or more and less than 500 mm 2 , and a lattice using the round or rectangular fiber reinforced resin rebar Sheet-like grid streaks formed in the form of fibers, formed by impregnating a resin with a reinforcing fiber, and any of inorganic fibers such as carbon fibers, glass fibers and basart fibers, or organic fibers such as aramid, polyester, nylon and vinylon Or a hybrid type in which a plurality of the fibers are mixed, and the resin is a thermosetting resin such as epoxy resin or vinyl ester resin, or a thermoplastic resin such as nylon or PPS, or , Thermoplastic epoxy resin.
この特許文献１によれば、コンクリート中の粗骨材を構成する軽量骨材、即ち、軽量粗骨材の割合を所定の量とすることにより、シールド掘進機による切削時のトルクが急激に減少し、又、振動が低減することができる。 According to this patent document 1, the torque at the time of cutting by the shield machine decreases sharply by setting the proportion of the lightweight aggregate constituting the coarse aggregate in the concrete, ie, the lightweight coarse aggregate, to a predetermined amount. Also, vibration can be reduced.
すなわち、コンクリート２０は、セメント、水、骨材を含み、骨材は、粗骨材及び細骨材を含んでいる。また、所望により、コンクリートには、更に、コンクリートの全体積に対して樹脂繊維を０．０１〜１．０体積％含ませることができる。樹脂繊維は、短繊維とされ、通常、繊維長は、０．５〜６cm程度とされる。 That is, the concrete 20 contains cement, water and aggregate, and the aggregate contains coarse aggregate and fine aggregate. In addition, if desired, the concrete can further contain 0.01 to 1.0% by volume of resin fibers based on the total volume of the concrete. The resin fibers are short fibers, and usually the fiber length is about 0.5 to 6 cm.
この特許文献１は、コンクリートを母材とし、ガラス繊維製の繊維強化樹脂製筋材と、軽量骨材とを有し、コンクリートに樹脂繊維を混合するものではあるが、切削の容易性、すなわち、シールド掘進機による切削時のトルク及びビット摩耗を大幅に減少し、また、振動を低減させることのできることを内容とするものである。 Although this patent document 1 uses concrete as a base material, has a fiber reinforced resin fiber material made of glass fiber and a lightweight aggregate, and mixes resin fiber with concrete, it is easy to cut, that is, It is intended that the torque and bit wear at the time of cutting by the shield machine can be greatly reduced and the vibration can be reduced.
特許文献１のコンクリートは、コンクリートの全体積に対して樹脂繊維を０．０１〜１．０体積％含むが、この樹脂繊維は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリプロビレン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、熱可塑エポキシ樹脂で作製された繊維である。 The concrete of Patent Document 1 contains 0.01 to 1.0% by volume of resin fiber based on the total volume of the concrete, but this resin fiber is made of thermosetting resin such as epoxy resin and vinyl ester resin. Or fibers made of a thermoplastic resin such as polyamide, polycarbonate, polypropylene, or PPS, or fibers made of a thermoplastic epoxy resin.
補強筋は、強化繊維に樹脂を含浸して形成され、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維等の無機繊維、或いは、アラミド、ポリエステル、ナイロン、ビニロン等の有機繊維のいずれかの繊維であるか、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、又は、ナイロン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂、又は、熱可塑エポキシ樹脂繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされる。 The reinforcing bar is formed by impregnating a resin into a reinforcing fiber, and is any of carbon fiber, glass fiber, inorganic fiber such as basalt fiber, or organic fiber such as aramid, polyester, nylon, vinylon, etc. It is made into the hybrid type which mixed multiple types of thermosetting resins, such as an epoxy resin and vinyl ester resin, or thermoplastic resins, such as nylon and PPS, or thermoplastic epoxy resin fiber.
しかし、この特許文献１は比較的安価な材料で構成するという条件付けの上に、さらに、セグメントの切削性を損なうことなく、強度特性の優れた止水性の良いセグメントを提供することについては何ら考慮されていない。 However, on the condition that the patent document 1 is made of a relatively inexpensive material, no consideration is given to providing a good waterproofing segment having excellent strength characteristics without impairing the segment machinability. It has not been.
例えば、炭素繊維の弾性係数は鉄筋の７０％程度あるので、引張変形の抑制効果を含めて鉄筋代替として十分なものであるが、高価なものである。 For example, since the elastic modulus of carbon fiber is about 70% of that of rebar, it is sufficient as a substitute for rebar including the effect of suppressing tensile deformation, but it is expensive.
これに対して、ガラス繊維は比較的安価であるが、弾性係数が、セグメントに用いる高強度コンクリート（σck＝４０〜６０N/mm2程度）と同程度であり、セグメントに曲げによるクラックが発生した場合、ガラス繊維ロッドが引張力を受け持つものの、弾性係数が小さいためにクラックの進展を止められない。 On the other hand, although glass fiber is relatively inexpensive, its modulus of elasticity is comparable to that of high-strength concrete (about σck = 40 to 60 N / mm 2 ) used for the segment, and the segment is cracked by bending. In this case, although the glass fiber rod is subjected to a tensile force, the progress of the crack can not be stopped because the elastic modulus is small.
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、切削可能な素材のうち、鉄筋の代わりにガラス繊維ロッドとアラミド繊維を用い、軽量骨材を用いた普通コンクリートを組み合わせることにより、セグメントの切削性を損なうことなく、強度特性の優れた止水性の良い切削セグメントを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prior art, and use a glass fiber rod and aramid fiber instead of rebar among cuttable materials, and cut segments by combining ordinary concrete using lightweight aggregate. It is an object of the present invention to provide a good water-proof cutting segment having excellent strength characteristics without losing its strength.
前記目的を達成するため請求項１記載の本発明はコンクリートを母材とし、樹脂製筋材を筋材とする切削セグメントにおいて、前記コンクリートは骨材を含み、骨材は、粗骨材及び細骨材を含み、粗骨材に軽量骨材または高炉スラグ骨材を使用し、前記筋材は連続ネジが形成されたガラス繊維ロッドである。また、アラミド繊維をクラック伸展防止のための添加材としてコンクリートに０．２５〜０．５vol％混入したことを特徴とする切削セグメントを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 is a cutting segment which uses concrete as a base material and resin rebar as a rebar, the concrete includes an aggregate, and the aggregate is a coarse aggregate and a fine aggregate. The aggregate is used, and a lightweight aggregate or blast furnace slag aggregate is used as a coarse aggregate, and the muscle material is a glass fiber rod on which a continuous screw is formed. The present invention also provides a cutting segment characterized in that 0.25 to 0.5 vol% of aramid fiber is mixed in concrete as an additive for preventing crack extension.
本発明の原理は、安価なガラス繊維ロッドを筋材とし、やはり安価なアラミド繊維を止水性の要となるクラック伸展防止のための添加材として組み合わせることで、強度特性の優れた止水性の良い切削セグメントとするものである。 The principle of the present invention is that a cheap glass fiber rod is used as a reinforcing material, and a cheap aramid fiber is combined as an additive for preventing crack extension, which is also necessary for water blocking, to have good water blocking properties with excellent strength characteristics. It is a cutting segment.
請求項１記載の本発明によれば、ガラス繊維筋は、セグメントに曲げによるクラックが発生した場合張力を受け持つものの、弾性係数が小さいためにクラックの進展を止められないがアラミド繊維を短繊維としてコンクリートに添加することで、剥落防止、じん性向上を図ることができる、特に、アラミド繊維は引張への抵抗性（引張軟化特性）が優れる。 According to the first aspect of the present invention, although the glass fiber reinforcement is responsible for tension when a crack is generated in the segment, the expansion of the crack can not be stopped because the elastic modulus is small, but the aramid fiber is used as a short fiber By adding to concrete, it is possible to prevent flaking off and improve toughness, and in particular, aramid fibers are excellent in resistance to tension (tensile softening property).
アラミド繊維を短繊維として用いる場合、添加量を増やせば増やすほど、コンクリートのじん性は向上するが、普通コンクリートではワーカビリティを確保できず、高価な高流動コンクリートが必要とされることがあった。 When aramid fibers are used as short fibers, the toughness of the concrete is improved as the addition amount is increased, but in the case of ordinary concrete, the workability can not be secured, and expensive high fluidity concrete may be required. .
強度特性と止水性を満足するためのアラミド繊維の混入量として、０．２５〜０．５vol％が最適である。 As a mixing amount of the aramid fiber for satisfying the strength characteristics and water repellency, 0.25 to 0.5 vol% is optimum.
以上述べたように本発明の切削セグメントは、セグメントの切削性を損なうことなく、強度特性の優れた止水性の良いものである。 As described above, the cutting segment according to the present invention is a good water-proofing material with excellent strength characteristics without impairing the cuttability of the segment.
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明の切削セグメントは、シールド掘進機により地中を掘削しながら道路や鉄道などのトンネルを構築するシールド工法により、掘削部の内壁面に沿って組み立てて設置され、シールドトンネル壁体を構成するものとして、トンネルの円周方向及び延長方向（軸線方向）に複数連結されるもので、シールドトンネル壁体の湾曲した円周部の一部を構成するものであるので、所定の半径（Ｒ）、厚さ（Ｈ）、中心角（θ）、及び、トンネルの延長方向に沿って幅（Ｗ）にて延在した円弧状のセグメントとされる。通常、内周面半径（Ｒ）は、１〜１５ｍ、厚さ（Ｈ）は、０．１〜２ｍ、中心角（θ）は、１０°〜１００°、幅（Ｗ）は、０．３〜３ｍとされる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The cutting segment according to the present invention is assembled and installed along the inner wall surface of the excavated part by a shield construction method for constructing a tunnel such as a road or a railway while excavating the ground with a shield machine, and constitutes a shield tunnel wall As a thing, it is connected in plurality in the circumferential direction and the extension direction (axial direction) of the tunnel, and constitutes a part of the curved circumferential portion of the shield tunnel wall, so that the predetermined radius (R) Thickness (H), central angle (.theta.), And arc-shaped segments extending in width (W) along the extension direction of the tunnel. Usually, the inner surface radius (R) is 1 to 15 m, the thickness (H) is 0.1 to 2 m, the central angle (θ) is 10 ° to 100 °, and the width (W) is 0.3 It is ~ 3m.
なお、切削セグメントのリング継手およびセグメント継手は、切削性を考慮してＦＲＰ製のボルトとし、セグメント間には念のため内側にＦＲＰ製継手補強板を設置する。 The ring joints and segment joints of the cutting segments are FRP bolts in consideration of machinability, and FRP joint reinforcing plates are installed on the inside between the segments just in case.
コンクリート（セメント、水、骨材を含み、骨材は、粗骨材及び細骨材を含んでいる。）を母材とし、樹脂製筋材を筋材とするものであり、シールド機による切削性を確保するため、切削しやすい粗骨材を用いる。 Concrete (Cement, water, aggregate including aggregate, aggregate includes coarse aggregate and fine aggregate) is used as a base material, resin rebar is used as a rebar, and cutting by shield machine Use coarse aggregate that is easy to cut in order to secure the properties.
切削しやすい粗骨材として、は石灰石、骨材、軽量骨材、高炉スラグ粗骨材がある。
下記表１に粗骨材の選定例を示す。
Coarse aggregates that are easy to cut include limestone, aggregate, lightweight aggregate, and blast furnace slag coarse aggregate.
Table 1 below shows an example of selecting a coarse aggregate.
※アサノライトは登録商標
本発明はガラス繊維ロッドを筋材とするもので、このガラス繊維ロッドは鉄筋とほぼ同じ径のもの（Ｄ１０〜１６を採用する。配力筋量（本数）は後述のアラミド繊維添加による強度増加を期待して、ＲＣに比べて減らしている。
* Asanolite is a registered trademark of the present invention in which glass fiber rods are used as reinforcements, and the glass fiber rods have approximately the same diameter as rebar (D10 to 16 are adopted. The amount of distributed reinforcement (number) is described later) Expected to increase in strength due to the addition of aramid fiber, it is reduced compared to RC.
一般的なＲＣセグメントの筋材とされる鉄筋は弾性係数が大きく、セグメントに引張応力が発生しても鉄筋によって引張変形が抑制される。 Reinforcing bars used as general rebar segments have a large elastic modulus, and even if tensile stress occurs in the segments, the reinforcing bars suppress tensile deformation.
本発明において、セグメントの曲げ強度はガラス繊維ロッドを筋材とすることで確保できる。 In the present invention, the bending strength of the segment can be secured by using a glass fiber rod as a reinforcement.
ガラス繊維ロッドは熱硬化性樹脂を含浸させたガラス繊維で、一例としてファイブレップ・リバー・ジャパン社製のGFRP連続ネジ成形ロッドが採用できる。鉄筋に比べ約２倍の引張強度を有している「SD345 引張強さ （N/mm2）490以上」。 The glass fiber rod is a glass fiber impregnated with a thermosetting resin, and as an example, a GFRP continuous threaded rod made by Fibrep River Japan can be adopted. "SD 345 tensile strength (N / mm 2 ) 490 or more", which has about twice the tensile strength as rebar.
また、ガラス繊維筋は、弾性係数が、セグメントに用いる高強度コンクリート（σck＝40〜60N/mm2程度）と同程度であり、セグメントに曲げによるクラックが発生した場合、ガラス繊維ロッドが引張力を受け持つものの、弾性係数が小さいためにクラックの進展を止められない。 In addition, the glass fiber rod has a modulus of elasticity similar to that of high strength concrete used for the segment (approximately σck = 40 to 60 N / mm 2 ), and when the segment is cracked by bending, the glass fiber rod has a tensile force. However, because the elastic modulus is small, the progress of the crack can not be stopped.
このため、止水性が要求されるまたはコンクリート構造物の変位抑制が厳しく求められるような都市土木の構造体としての利用は難しいとされてきたが、短繊維をコンクリートに添加することで、剥落防止、じん性向上を図ることができる。 For this reason, it has been considered difficult to use it as a structure for urban civil engineering where water resistance is required or displacement control of concrete structures is strictly required, but addition of short fibers to concrete prevents peeling The toughness can be improved.
本発明では、アラミド繊維をクラック伸展防止のための添加材としてコンクリートに０．２５〜０．５vol％混入した。ただし、その混入がコンクリートのワーカビリティを損なう場合があり、最適添加量を設定したものである。
アラミド繊維としては、下記表２のものが選定できる。
In the present invention, aramid fibers are mixed in the concrete at 0.25 to 0.5 vol% as an additive for preventing crack extension. However, the mixing may impair the workability of concrete, and the optimum addition amount is set.
As an aramid fiber, the thing of following Table 2 can be selected.
軽量骨材および高炉スラグの示方配合を下記表３、表４に示す。 Table 3 and Table 4 below show the composition of the lightweight aggregate and blast furnace slag.
セグメントの製作は、ガラスロッドによる鉄筋篭と、アラミド繊維を添加したコンクリートと型枠が必要である。これらは、一般のセグメント製作工場で、一般的な型枠で製造可能である。 The production of the segment requires a reinforcing rod with a glass rod, concrete with added aramid fiber and a formwork. These can be manufactured in a general formwork in a general segment manufacturing plant.
次に、本発明の効果を確認する試験結果について述べる。
試験は基礎曲げ試験で、アラミド繊維を添加し、ガラスロッドを補強材とした切削部セグメントの構造性を以下により検証した。
Next, test results for confirming the effects of the present invention will be described.
The test was a base bending test, in which aramid fibers were added, and the structural properties of the cut segment using the glass rod as a reinforcing material were verified as follows.
i）供試体仕様
山岳トンネルの吹付けコンクリートを対象に、アラミド繊維を添加したコンクリートではひび割れ発生による荷重の低下が小さく、さらに曲げ耐力が上昇する傾向が確認されている。セグメント用コンクリートを対象に、補強材にガラスロッドを採用およびアラミド繊維添加による強度特性等に関する基礎試験として、梁材(幅220×高さ150×長さ530)にて曲げ試験を実施した。供試体の仕様を下記表５に示す。
i) Specimen specifications For spray concrete in mountain tunnels, concrete with aramid fiber added has a small decrease in load due to cracking, and it has been confirmed that the bending resistance tends to increase. A glass rod was used as a reinforcing material for segment concrete, and a bending test was performed on a beam (width 220 × height 150 × length 530) as a basic test on strength characteristics by addition of aramid fibers. The specifications of the specimen are shown in Table 5 below.
※ 注:供試体サイズ(高さ、幅)の設定について
高さ:アラミド繊維添加によるひび割れ発生への影響を確認するため、型枠中央下面に塩ビ板(厚さ3mm、高さ45mm)を設置して供試体中央にスリットを設けた。そのため、スリット端部からガラスロッドまでの純かぶりを20mmとして、供試体高さを150mmとした。
幅:補強材として使用するガラスロッドＳ８、２本配置量が、最小鉄筋量0.5%程度となる断面になるよう幅を設定。
※ Note: About the setting of the sample size (height, width) Height: In order to confirm the influence on the crack generation by the aramid fiber addition, install a PVC board (3 mm in thickness, 45 mm in height) on the lower surface of the center of the formwork Then, a slit was provided at the center of the specimen. Therefore, the sample height was 150 mm with a pure fog of 20 mm from the slit end to the glass rod.
Width: Glass rod S8 used as a reinforcement, Set the width to be a cross section where the amount of arrangement of two becomes about 0.5% of the minimum reinforcement amount.
ii）コンクリート配合および強度を下記表６に示す。 ii) Concrete mix and strength are shown in Table 6 below.
iii）圧縮強度および弾性係数試験結果
圧縮強度試験は、材齢７日、曲げ試験実施日(材齢14日、15日)、材齢28日で行った。また、曲げ試験実施日には、弾性係数も計測を行った。圧縮強度を下記表７に、弾性係数を下記表８に示す。
iii) Compressive strength and elastic modulus test results The compressive strength test was carried out at a material age of 7 days, a bending test implementation day (material age of 14 days, 15 days) and a material age of 28 days. The elastic modulus was also measured on the day of the bending test. The compressive strength is shown in Table 7 below, and the modulus of elasticity is shown in Table 8 below.
載荷方法曲げ試験の概要を図４に示す。
試験装置：2000kNアムスラー
Method of loading The outline of the bending test is shown in FIG.
Test equipment: 2000kN Amsler
試験結果を下記表９に示す。 The test results are shown in Table 9 below.
１…セグメント １０…補強筋
１１…内筋 １２…外筋
１３…スターラップ １４…配力筋
２０…コンクリート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Segment 10 ... Reinforcement muscle 11 ... Internal muscle 12 ... External muscle 13 ... Star lap 14 ... Distribution muscle 20 ... Concrete
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