JP2810970B2 - Underground facility frame structure - Google Patents

Underground facility frame structure

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、地下室、トンネル等の地中構造物のように
地下水の漏水が問題となる構造物、あるいはタイムカプ
セルや放射性廃棄物格納施設のように長期間の埋設期間
中に漏水を抑制する必要のある構造物等に適用される地
中施設の躯体構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a structure where underground water leakage is a problem, such as an underground structure such as an underground room or a tunnel, or a time capsule or a radioactive waste storage facility. The present invention relates to a skeleton structure of an underground facility applied to a structure or the like that needs to suppress water leakage during a long burial period.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

コンクリート材料そのものは、透水係数が1×10-11c
m/s以下という非常に水を透水させにくい材料である
が、躯体として1×10-11cm/sの透水性能を確保するこ
とは無理であった。そのため、従来の地中構造物やその
他の構造物を構成するコンクリート壁では、完全な止水
性能を期待することができなかった。それは以下の理由
による。
The concrete material itself has a water permeability of 1 × 10 -11 c
Although it is very difficult to permeate water at m / s or less, it was impossible to secure a water permeability of 1 × 10 -11 cm / s as a frame. For this reason, complete water stopping performance cannot be expected with concrete walls that constitute conventional underground structures and other structures. It is for the following reasons.

一般に地中構造物や建物等のコンクリート壁の施工で
は、規模が大きくなると、施工技術上コンクリート打設
を一度で行うことができないため、数回に分けて行うの
が普通である。そのため、地下室、トンネル等の地中構
造物のように地下水の漏水が問題となる構造物や、一般
の建物のように雨水等の漏水が問題となる構造物を構成
するコンクリート壁では、数回に分けて行ったコンクリ
ートの打ち継ぎ面に沿って浸水が発生しやすい。
In general, when constructing a concrete wall such as an underground structure or a building, if the scale becomes large, concrete can not be cast at once due to construction technology. For this reason, there are several times in the case of underground structures such as basements and tunnels where underground water leakage is a problem, or concrete walls that constitute structures where rainwater or other water leakage is a problem such as general buildings. Water is likely to occur along the joint surface of concrete that was divided into two parts.

そこで、このような浸水の一般的な対策としては、打
ち継ぎ面を横断する場所にゴム等の止水性材料からなる
止水板を配置して打ち継ぎ面を堰き止める工法が採用さ
れている。
Therefore, as a general countermeasure against such inundation, a construction method is adopted in which a water-stop plate made of a water-blocking material such as rubber is arranged at a place crossing the joint surface to block the joint surface.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかし、長期耐久性を保証することが求められる躯体
の場合には、上記のような止水板を配置しても耐久性に
不安が残る。
However, in the case of a skeleton that is required to guarantee long-term durability, even if the above-described water-blocking plate is arranged, the durability remains uneasy.

その他、躯体としての止水性能を損なう原因を考察す
ると、コンクリートには、硬化時に収縮に伴うひび割れ
や外力による構造ひび割れが発生することがある。その
ためにひび割れ面に沿った浸水が発生しやすい。
In addition, considering the cause of impairing the water stopping performance as a building body, concrete may have cracks due to shrinkage during hardening or structural cracks due to external force. Therefore, water infiltration along the cracked surface is likely to occur.

また、地中構造物はできるだけ長期間にわたり耐久性
の大きい構造物であることが望ましいが、地中施設には
土圧が働くので、その土圧を受けて躯体壁のコンクリー
トには引張応力が発生するために鉄筋あるいは鉄骨によ
る補強を必要としいた。このため、鉄筋や鉄骨による補
強を必要としないコンクリートに比べて建設費が高くな
るという欠点があった。
It is desirable that the underground structure is a structure with high durability for as long as possible.However, since earth pressure is applied to the underground facilities, tensile stress is applied to the concrete of the skeleton wall under the earth pressure. It required reinforcement with steel bars or steel frames to occur. For this reason, there was a drawback that the construction cost was higher than concrete which does not require reinforcement by steel bars or steel frames.

さらに、地中施設の躯体壁を構成するコンクリートに
は、鉄筋や鉄骨による補強を必要とするが、コンクリー
トの中性化や鉄筋の腐食といった耐久性劣化要因が存在
するため、構造物の長期耐久性の性能は、あまり長期間
にわたって期待することはできないという欠点があっ
た。
In addition, the concrete that composes the skeleton wall of the underground facility requires reinforcement with steel bars and steel frames. Sexual performance has the disadvantage that it cannot be expected for too long.

本発明は、上記の課題を解決するものであって、確率
的に発生する透水性ひび割れ面や、施工技術上避けられ
ない打ち継ぎ面の開口幅が大きくなることを防止するこ
とにより、透水経路となるひび割れ面や打ち継ぎ面の透
水性を低減させ、結果として躯体壁の止水性を向上させ
ることを目的とするものである。
The present invention is intended to solve the above-described problems, and by preventing the permeation crack surface generated stochastically or the opening width of the joint surface unavoidable in construction technology from increasing, the permeation path. It is an object of the present invention to reduce the water permeability of the cracked surface and the joint surface, and to improve the water stoppage of the skeleton wall as a result.

本発明の他の目的は、これまで鉄筋あるいは鉄骨によ
る補強を必要としていた地中構造物の躯体壁において鉄
筋や鉄骨打の使用量の低減あるいは全く使用しないコン
クリート壁の採用を可能にすることである。
Another object of the present invention is to make it possible to reduce the amount of use of reinforcing bars and steel frames or to adopt concrete walls that do not use reinforcing bars or steel frames at the frame walls of underground structures that had to be reinforced by reinforcing bars or steel frames. is there.

本発明のさらに他の目的は、鉄筋や鉄骨による補強を
必要としないコンクリート構造物を使用することによっ
て、コンクリートの中性化や鉄筋の腐食といった耐久性
劣化要因をなくすことである。
Still another object of the present invention is to eliminate a factor of deterioration of durability such as neutralization of concrete and corrosion of reinforcing bars by using a concrete structure that does not require reinforcement by steel bars or steel frames.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

そのために本発明の地中施設の躯体構造は、地中に堀
削される空間と、該空間の中に構築されるシェル構造の
躯体と、該躯体の外側と地盤との間隙にシェル状に構築
される膨張性材料とからなることを特徴とする。また、
シェル構造が軸対称シェル構造であり、膨張性材料に地
下水との反応によって膨張する材料を使用するこを特徴
とするものである。
For this purpose, the frame structure of the underground facility of the present invention has a space excavated in the ground, a shell structure constructed in the space, and a gap between the outside of the frame and the ground in a shell shape. And an expandable material to be constructed. Also,
The shell structure is an axially symmetric shell structure, and a material that expands by a reaction with groundwater is used as the expandable material.

〔作用〕[Action]

本発明の地中施設の躯体構造では、膨張性材料の膨張
圧力と地盤の反力とによって、躯体の全域に圧縮応力を
発生させることができる。また、軸対称シェル構造で、
膨張性材料に地下水との反応によって膨張する材料を使
用するので、コンクリート躯体壁の外周全面及び地盤の
内側全面に膨張圧を作用させることができる。
In the skeleton structure of the underground facility of the present invention, a compressive stress can be generated in the entire area of the skeleton by the expansion pressure of the expandable material and the reaction force of the ground. In addition, with an axisymmetric shell structure,
Since a material that expands by reaction with groundwater is used as the expansive material, an inflation pressure can be applied to the entire outer peripheral surface of the concrete skeleton wall and the entire inner surface of the ground.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明に係る地中施設の躯体構造の一実施例
を示す図であり、1は地盤、2はコンクリート躯体壁、
3は膨張性材料、4は打ち継ぎ面、5はひび割れを示
す。
FIG. 1 is a view showing one embodiment of a skeleton structure of an underground facility according to the present invention, wherein 1 is ground, 2 is a concrete skeleton wall,
Reference numeral 3 denotes an inflatable material, 4 denotes a joint surface, and 5 denotes a crack.

地盤が花崗岩のような堅固な岩盤である場合、第1図
に示すような楕円断面のトンネルあるいは回転楕円体
(ラクビーボール型)の空洞は、比較的軽微な支保構造
を施すことにより安定な空間を維持することができる。
When the ground is solid rock such as granite, a tunnel having an elliptical cross section or a spheroidal (rugby ball type) cavity as shown in FIG. 1 can provide a stable space by providing a relatively small support structure. Can be maintained.

そこで、本発明は、この空洞の中に図に示すようなシ
ェル構造の、例えば回転楕円体や球体あるいは楕円型断
面や円形断面の筒状体のコンクリート躯体壁2を構築す
る。このコンクリート躯体壁2は、シェル構造特有の構
造力学的特徴を有する。そして、このコンクリート躯体
壁2の外側と地盤(地下空洞の岩盤壁面)1との間隙に
膨張性材料3を充填しておく。ここで、膨張性材料3の
膨張圧は、コンクリート躯体壁2の外周全面及び地盤1
の内側全面に対して働き、地盤1に働く膨張圧は地盤1
の反力を受ける、コンクリート躯体壁2の外周全面に膨
張圧が働く。その結果コンクリート躯体壁2のシェル構
造には、膨張が進むにつれて次第に圧縮力が発生する。
Accordingly, the present invention constructs a concrete structure wall 2 having a shell structure as shown in the figure, for example, a spheroid, a sphere, or a cylindrical body having an elliptical or circular cross section. The concrete skeleton wall 2 has structural mechanical characteristics unique to the shell structure. The gap between the outside of the concrete frame 2 and the ground (the rock wall surface of the underground cavity) 1 is filled with the expansive material 3. Here, the inflation pressure of the intumescent material 3 depends on the entire outer periphery of the concrete skeleton wall 2 and the ground 1
Works on the entire inner surface of the ground, and the expansion pressure acting on the ground 1
The expansion force acts on the entire outer periphery of the concrete skeleton wall 2 receiving the reaction force. As a result, a compressive force is gradually generated in the shell structure of the concrete skeleton wall 2 as the expansion proceeds.

上記に示した膨張性材料3には、膨張性コンクリート
あるいは地下水が浸透してくることによって膨潤するベ
ントナイト等の粘土材料や膨潤性樹脂等を使用すればよ
い。
As the expansive material 3 described above, expansive concrete or a clay material such as bentonite which swells due to infiltration of groundwater, a swellable resin, or the like may be used.

上記の構造とすることにより、コンクリート躯体壁2
に発生したひび割れ面5あるいは施工時に発生したコン
クリート打ち継ぎ面4の水みちとなる間隙は、次第に増
大する圧縮応力によって押さえつけられるので、開口す
ることがなくむしろ閉口する。
With the above structure, the concrete skeleton wall 2
The cracked surface 5 generated at the time of construction or the gap between the concrete joining surfaces 4 generated at the time of construction is blocked by the gradually increasing compressive stress, so that it is closed rather than opened.

第2図は割れ目を有する材料の透水係数と拘束力との
関係を説明するための図である。
FIG. 2 is a view for explaining the relationship between the water permeability and the binding force of a material having a crack.

ひび割れ面の透水係数は、第2図(a)に示すように
拘束力の増大に伴ってより小さくなる。これは、同図
(b)に示すような割れ目を有する岩石で測定したもの
であり、流量測定結果から透水係数を測定し、横軸に有
効拘束力、縦軸に透水係数を表したものであるが、これ
により透水係数は拘束力が増大することによって1〜2
桁も減少することがわかる。したがって、コンクリート
の割れ目の透水係数も岩石の場合と同様に拘束力の増大
に伴って小さくなることは明らかである。
The hydraulic conductivity of the cracked surface becomes smaller as the binding force increases, as shown in FIG. 2 (a). This was measured on rocks with cracks as shown in FIG. 2 (b), and the permeability was measured from the flow rate measurement results, with the horizontal axis representing the effective restraining force and the vertical axis representing the permeability. However, due to this, the hydraulic conductivity is increased by 1 to 2 due to the increase of the binding force.
It can be seen that the digits also decrease. Therefore, it is clear that the permeability of the cracks in the concrete decreases as the binding force increases, as in the case of the rock.

ところで、コンクリートの強度は、圧縮力に対して強
く、引っ張り力に対して弱いことが知られている。その
ため、地中施設のように外側からの土圧により圧縮力が
作用したり、内側からの水圧により引っ張り力が作用す
る構造物の場合には、引っ張り応力を分担し一定の強度
を持たせるために鉄筋コンクリートや鉄骨コンクリート
を使用する必要があった。しかし、第1図に示す本発明
に係る実施例の地中構造物では、コンクリート躯体のあ
らゆる部分において圧縮応力が発生するので、引っ張り
応力を分担する鉄筋は原則として不要になる。
By the way, it is known that the strength of concrete is strong against compressive force and weak against tensile force. Therefore, in a structure such as an underground facility where a compressive force acts due to earth pressure from the outside or a tensile force acts due to water pressure from the inside, it is necessary to share the tensile stress and have a certain strength It was necessary to use reinforced concrete or steel frame concrete. However, in the underground structure according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, since a compressive stress is generated in every part of the concrete skeleton, a reinforcing bar sharing the tensile stress becomes unnecessary in principle.

この圧縮力は、膨張性材料の膨張圧をその配合によっ
てコントロールし、随意に設計することも可能であり、
コンクリート材料の設計強度も膨張性材料の配合によっ
てコントロールできる。つまり、膨張性材料の配合によ
って膨張圧や強度を自由に設計することができるので、
応力が増大しすぎて躯体が破壊することを防ぐことをが
できる。
This compressive force controls the inflation pressure of the intumescent material by its formulation, and can be designed as desired.
The design strength of the concrete material can also be controlled by adding the expansive material. In other words, the expansion pressure and strength can be freely designed by blending the expandable material.
It is possible to prevent the skeleton from being destroyed due to excessive stress.

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものでは
なく、種々の変形が可能である。例えば圧縮力を発生さ
せるシェル構造の形状は、第1図に示した形状以外にも
いろいろな形状設計が可能である。また、コンクリート
壁の厚さも適宜に選択し設計することが可能である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, the shape of the shell structure that generates a compressive force can be designed in various shapes other than the shape shown in FIG. Further, the thickness of the concrete wall can be appropriately selected and designed.

地中のコンクリートは中性化速度が遅いと考えられる
が、現時点では気中コンクリートの中性化予測データし
かないので、それに基づいて中性化による鉄筋コンクリ
ートの耐久性予測を実施せざるをえない。しかし、本発
明による地中構造物ではコンクリートに鉄筋や鉄骨を原
則として必要としない構造設計が可能であるため、コン
クリート躯体の構造耐久性や難透水性の長期保証につい
ては通常の鉄筋コンクリートに比べて非常に有利になる
ことは明らかである。
It is thought that the rate of carbonation of underground concrete is slow, but at the moment there is only carbonation prediction data for aerial concrete, so we have to carry out prediction of durability of reinforced concrete by carbonation based on it . However, in the underground structure according to the present invention, since it is possible to design a structure that does not require reinforcing bars or steel frames for concrete in principle, the structural durability of the concrete frame and the long-term guarantee of impermeability are lower than those of ordinary reinforced concrete. Obviously, this is very advantageous.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、確
率的に発生する透水性ひび割れ面や施工技術上避けられ
ない打ち継ぎ面の開口幅が大きくなることを防止し、透
水経路となるひび割れ面や打ち継ぎ面の透水性を低減さ
せ、結果として躯体壁の止水性を向上させることができ
る。
As apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to prevent the opening width of the stably occurring permeable crack surface and the joint surface unavoidable due to construction technology from becoming large, and the The water permeability of the surface and the joint surface can be reduced, and as a result, the water stoppage of the skeleton wall can be improved.

また、これまで鉄筋あるいは鉄骨による補強を必要と
していた地中構造物の躯体壁に対して、本発明は、鉄筋
や鉄骨の使用量を低減あるいは全く使用しないコンクリ
ート壁を採用することを可能にするので、より低価格の
コンクリート壁を提供できる。
Also, the present invention makes it possible to adopt a concrete wall that reduces the use of reinforcing bars or steel frames, or uses no reinforcing bars at all, for building frames of underground structures that previously required reinforcement by reinforcing bars or steel frames. Thus, a lower cost concrete wall can be provided.

さらに、本発明は、鉄筋や鉄骨による補強を必要とし
ないコンクリート構造物を使用するので、コンクリート
の中性化や鉄筋の腐食といった耐久性劣化要因をなくす
ことができ、結果として地中構造物の構造耐久性や難透
水性の長期保証を改善することができる。
Furthermore, since the present invention uses a concrete structure that does not require reinforcement with steel bars or steel frames, it can eliminate durability deterioration factors such as neutralization of concrete and corrosion of steel bars. The long-term guarantee of structural durability and poor water permeability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係る地中施設の躯体構造の1実施例を
示す図、第2図は割れ目を有する材料の透水係数と拘束
力との関係を説明するための図である。 1……地盤、2……コンクリート躯体壁、3……膨張性
材料、4……打ち継ぎ面、5……ひび割れ。
FIG. 1 is a view showing one embodiment of a skeleton structure of an underground facility according to the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining a relationship between a hydraulic conductivity of a material having a crack and a binding force. 1 ... ground, 2 ... concrete skeleton wall, 3 ... expansive material, 4 ... joint surface, 5 ... cracks.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】地中に堀削される空間と、該空間の中に構
築されるシェル構造の躯体と、該躯体の外側と地盤との
間隙にシェル状に構築される膨張性材料とからなること
を特徴とする地中施設の躯体構造。
1. A space which is excavated in the ground, a shell having a shell structure constructed in the space, and an inflatable material which is constructed in a shell shape in a gap between the outside of the body and the ground. The skeleton structure of underground facilities.
【請求項2】シェル構造が軸対称シェル構造であること
を特徴とする請求項1記載の地中施設の躯体構造。
2. The underground facility frame structure according to claim 1, wherein the shell structure is an axisymmetric shell structure.
【請求項3】膨張性材料に地下水との反応によって膨張
する材料を使用することを特徴とする請求項1記載の地
中施設の躯体構造。
3. The underground facility frame structure according to claim 1, wherein a material that expands due to a reaction with groundwater is used as the expandable material.
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