JP3014069B2 - トンネル掘進用立坑における発進到達部の繊維補強コンクリート壁体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘進機により
切削できるトンネル掘進用立坑における発進到達部の繊
維補強コンクリート壁体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、シールド掘進機により切削できる
トンネル掘進用立坑における発進到達部の繊維補強コン
クリート壁体としては、特開平１−２０３５９０号公報
および特開平２−１７６０９３号公報に示されたものが
知られている。ところで、トンネル掘削等においては、
掘進機で切削可能な壁体用の部材に土圧による大きな曲
げモーメントが作用する。その際、引張補強筋がいくら
か大きな引張応力に耐え得ても、引張補強筋と周囲のコ
ンクリート・マトリックスとの間の付着力が小さいと、
引張補強筋が滑り抜けるために、大きな曲げ耐力が得ら
れなかった。そこで、従来は、特開平１−２０３５９０
号公報に示されているような籠状，メッシュ状，あるい
は格子状の繊維強化樹脂を引張補強筋として用いること
により、付着力の確保を行っていた。ところが、かかる
トンネル掘削は、より深い場所で、より地下水圧の高い
所で施工される例が増加しており、その要請に応えるた
めには、大きい曲げモーメント相応の引張補強筋の配筋
が必要になる。一方、このような切削可能な引張補強筋
は一般に高価であり、また、壁体は一般に一方向部材と
して設計すればよいので、このように二次元，三次元の
格子体は、高価な繊維強化樹脂をいわば無駄遣いしてい
ることとなり、その高価さのために実用化の進展が妨げ
られていた。そこで、かかる壁体部材の設計の考え方と
しては、軸力方向のみに繊維強化樹脂を配筋する、すな
わち棒状もしくはロープ，綱状の引張補強筋を採用する
方式が経済的である。その際、大きな曲げモーメントに
伴う引張応力に耐えるためには、ある程度太い引張補強
筋を用いる必要がある。しかし、引張補強筋は太径にな
るほど、その断面積に対する周長が相対的に小さくなる
ため、補強筋素材の引張耐力に対して補強筋素材−コン
クリート・マトリックス間の付着力が充分でなくなる。
そのため、引張補強筋が有効に作用しなくなるので、棒
状もしくはロープ，綱状の引張補強筋の適用が困難であ
った。また、付着が充分にとれる場合においても、アラ
ミド繊維，ガラス繊維等では弾性率がなお低いため、曲
げモーメントに対向する壁体の引張補強筋として使用し
た場合に中立軸が圧縮縁寄りに上がってしまい、充分な
曲げ耐力が得られなかった。

【０００３】本来、かかる撚線構造は、細い一本一本の
線材がらせん状に配置することにより、炭素繊維のよう
にたわみにくい若しくはたわみに弱い材料を曲げたとき
に、内側になる部分と外側になる部分の圧縮歪みおよび
引張歪みを解消もしくは緩和し、応力の偏在を避ける効
用がある。そればかりでなく、撚線がもつ表面の縄目状
の凹凸がコンクリートとの付着力を増大せしめる効果も
ある程度は期待できる。この効果は撚線端部に定着治具
を設ける場合における撚線表面と定着治具内面間につい
ても同様である。したがって、撚線構造は、かかる繊維
補強コンクリートに採用する引張補強筋として最適なも
のの一つであるといえる。

【０００４】補強筋の引張強度を大きくするためには引
張補強筋を太くすることが望ましい。それは配筋本数が
減ることによって端部定着やコンクリート型枠への配筋
が容易になるうえ、補強筋の占積率（Ｖｆ）を増やして
コンクリートを高強度化し易いからである。しかしなが
ら、撚線構造の線状体は、一般に撚り本数がふえるほ
ど、また、同一の撚り本数ならば太径のものほど引張弾
性係数の実験値が低下する。その主たる原因は以下のよ
うであるものとみられる。すなわち、撚線を引張ると、
まず、外周に配置されたピッチの長いらせん状の素線が
長手方向の張力を受けて、内側の素線を締めつける。そ
の締めつけに対応して長手方向には、直線状の単線を引
っ張った時よりも余計に伸び変形する挙動を示す。これ
を、「撚り締まり」と呼んでいる。この傾向は、撚り本
数が増えるほど、また素線径が大きいほど顕著になる。
この見かけ弾性率の低下現象のために、本来最適な構造
の一つであるべき撚線構造の引張補強筋を効果的に採用
するには至っていなかった。

【０００５】壁体を形成または挿入するのに必要な立坑
の掘削幅は工事費低減のため不可欠であり、そのため壁
体の厚さを極小化しなければならない。したがって、た
とえば圧縮強度５００kgf/cm² 以上の高強度コンクリー
トを用いることが要請される。かかるコンクリートでは
切削時のカッタービットの摩耗を考慮する必要があり、
粗骨材として通常使用される高炉スラグではカッタービ
ットの摩耗が大きく、本目的の壁体材料としては好まし
くなかった。このような壁体の構成においては、壁体の
曲げ耐力はかかる炭素繊維補強コンクリート部材の断面
仕様で決まってくるため、品質保証を充分に行うには、
現場打設方式よりもプレキャストコンクリートのほうが
望ましい。しかしながら、連続壁として使用するために
後者は隣接する部材間に泥水固化壁を形成する必要があ
る。したがって、従来、単にプレキャストコンクリート
部材の製造・建て込みするだけでは、立坑壁材としては
利用出来なかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の立坑におけ
る発進到達部の繊維補強コンクリート壁体の場合は、発
進到達部用開口部に壁体を容易に取付けて、壁体に作用
する力を立坑に完全に伝達可能とし、かつ壁体に作用す
る曲げモーメントに対して全断面有効とする手段が必要
であり、さらにシールド掘進機による切削の容易化，壁
体を形成または挿入するのに必要な立坑の掘削幅の低減
等のためには壁厚を極小化しなければならない。このよ
うな条件下で有効な壁体を構成するためには補強筋とし
て用いる繊維強化樹脂の特性を規定しなければならな
い。また同一特性の繊維補強材を使用しても、その態様
により弾性率が低減するが、これを補償する手段が必要
であり、かかる壁体を切削するとき、後に続く長距離の
地盤掘進をカッタービットを交換せずに行うために、カ
ッタービットの摩耗を最小限にしなければならない。さ
らにまた、上記壁厚低減のニーズから、高強度コンクリ
ートで且つカッタービットの摩耗の少ない粗骨材を用い
る必要があり、さらにシールド掘進の深さが増すにつれ
て、壁体に大きな地下水の圧力がかかるが、その際は、
プレキャスト・コンクリート部材間の止水を目的とした
継手が必要となる。このような場合、その継手を取り付
けるための構造がプレキャスト・コンクリート部材に必
要である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述の問題を有利に解決
するために、本発明のトンネル掘進用立坑における発進
到達部の繊維補強コンクリート壁体においては、炭素繊
維と合成樹脂とからなるローブ状または棒状の繊維補強
材１をコンクリート２に埋設して、シールド掘削機によ
り切削可能な繊維補強コンクリート部材３を構成し、多
数の繊維補強コンクリート部材３を、立坑４における発
進到達用部開口部５内に並べて配置し、前記繊維補強材
１の端部を端部連結金具６に固定し、その端部連結金具
６を前記発進到達部用開口部５の縁部に連結する。また
繊維補強コンクリート部材３の端部を発進到達部用開口
部５の縁部に容易に連結するために、繊維補強材１の両
端に連結された端部連結金具６における螺杆７を繊維補
強コンクリート部材３の端面に突出位置させ、前記螺杆
７にナット８を螺合する。さらに繊維補強コンクリート
部材を強化するために、繊維補強材１として、１４tf/m
m２以上の引張弾性率をもち、かつ引張強度が４０kgf/m
m２ 以上である繊維補強材を使用するか、または繊維補
強材１に予備緊張力を付与した状態で、コンクリートを
打設して繊維補強コンクリート部材３を構成する。さら
に発進到達部の繊維補強コンクリート壁体を容易に切削
できるようにするために、繊維補強コンクリート部材３
のコンクリート２の粗骨材として、切削可能な石灰石を
使用する。また地下水圧が特に高い施工現場に適用しよ
うとする場合には、隣り合う繊維補強コンクリート部材
の間からの漏水を防止するために、炭素繊維，ガラス繊
維またはアラミド繊維の少なくとも１種以上で補強され
た樹脂またはセラミックスからなる雌ねじ部材９を、予
め繊維補強コンクリート部材３のプレキャスト時に埋込
み、隣り合う繊維補強コンクリート部材３の間を止水接
続する止水用継手１０を、前記雌ねじ部材９に螺合した
樹脂またはセラミックス製ボルト１１によって取付け
る。ただし、地下水圧が低く他の有利な手段により止水
できる場合には、雌ねじ９および止水用継手１０が不要
になる。たとえば、立坑に建て込んだプレキャスト部材
間に直接泥水固化壁を形成できる場合などである。その
場合、現場で形成される泥水固化壁と建て込んだプレキ
ャスト・コンクリート部材側面とが良好に固着接合でき
るようにするために、このプレキャスト・コンクリート
部材の側面にくぼみまたは溝状のくびれをもつ形状にす
ることも効果的である。

【０００８】

【実施例】図３は本発明の実施例において用いられる端
部連結金具６を有する繊維補強材１を示すものであっ
て、炭素繊維と合成樹脂とからなるロープ状または棒状
の繊維補強材１の両端部に、螺杆７を有する端部連結金
具６のソケット部分が嵌合されて固着されている。繊維
補強材１と端部連結金具６のソケット部分との嵌合部に
おける固着手段は、従来公知の任意の手段でよく、特に
制限されることはないが、本実施例では、部材の使用条
件により、接着剤を使用するか、または端部連結金
具６のソケット部を、例えばプレスまたはダイスによる
押出，引抜等の成形手段により半径方向に圧縮してもよ
く、もしくはの固着手段として、およびの手段を
併用して固着してもよい。

【０００９】図１および図２と図４ないし図１１とは、
前記端部連結金具６を有する繊維補強材１を使用して製
作した繊維補強コンクリート部材３と、その繊維補強コ
ンクリート部材３を、立坑４における発進到達部用開口
部５に取付けた状態とを示すものであって、平行に配置
された２列の繊維補強材１の両端の端部連結金具６にお
ける螺杆７が、鋼製支圧板１２に挿通され、かつ各繊維
補強材１の外周に、炭素繊維と合成樹脂とからなる繊維
補強材（炭素繊維強化プラスチック）により製造された
スターラップ筋１３が、枠状，環状もしくは螺旋状に巻
付けられ、前記支圧板１２と繊維補強材１とスターラッ
プ筋１３とは型枠（図示を省略した）内に配置され、炭
素繊維，ガラス繊維またはアラミド繊維の少なくとも１
種以上で補強された樹脂またはセラミックスからなる雌
ねじ部材９を、前記型枠の１辺の巾方向の両側および長
手方向に間隔をおいて配置すると共に、型枠に挿通した
保持用ボルト（図示を省略した）を前記雌ねじ部材９に
螺合する。なお、スターラップ筋１３は、必ずしも引張
補強筋としての繊維補強材１と同一の材質である必要は
なく、前記構成要素である炭素繊維と合成樹脂の仕様が
異なっていても差支えない。

【００１０】次に各繊維補強材１を予め緊張した状態
で、前記型枠内に、石灰石からなる粗骨材と川砂からな
る細骨材とを使用したコンクリート２を打設し、そのコ
ンクリート２が硬化したのち脱型する。

【００１１】前記コンクリートを所定期間養生したの
ち、立坑４における発進到達部用開口部５内に、多数の
繊維補強コンクリート部材３を相互に近接または接触さ
せた状態で並べて配置し、Ｈ形鋼または鉄筋コンクリー
トからなる立坑４における発進到達部用開口部５に固定
された鋼製連結金具１４の端板１５に、繊維補強コンク
リート部材３の両端に突出位置する螺杆７を挿通し、そ
の螺杆７に螺合したナット８により、繊維補強コンクリ
ート部材３の両端部を連結金具１４に固定し、その連結
金具１４に鋼製立坑構成部材２４を連結して打込部材２
５を構成する。

【００１２】図２において、鎖線１６はシールド掘削機
１７により掘削領域を示す範囲であり、鎖線１８は施工
誤差を考慮した切削可能範囲である。

【００１３】本発明を実施する場合、図１１に示すよう
に、隣り合う繊維補強コンクリート部材３にわたって合
成樹脂またはセラミックスからなる板状の止水用継手１
０を当接して、合成樹脂またはセラミックスからなるボ
ルト１１により固定してもよい。また図１４および図１
５に示すように、繊維補強コンクリート部材３の側面
に、溝状，樋状もしくはこれに類する形状の止水用継手
１０を当接して、雌ねじ部材９に螺合される合成樹脂ま
たはセラミックスからなるボルト１１により、前記止水
用継手１０を繊維補強コンクリート部材３に固定し、隣
り合う止水用継手１０にわたってＩ字形の止水継手２３
を嵌込むか、または図１６に示すように、止水用継手１
０を相互に咬合させて、漏水経路を迂回させることによ
り、漏水を制限した壁体としてもよい。また地下水圧が
低い場合は、図１７および図１８に示すように、前記雌
ねじ部材９や止水用継手１０を設けないで、繊維補強コ
ンクリート部材３の側面に、くぼみまたは溝状のくびれ
部２１を設け、必要に応じそのくびれ部２１に、泥水固
化用材料またはこれに類する切削可能な止水充填材料２
２を充填してもよい。

【００１４】シールド・トンネルの発進部および到達部
に構築する立坑においては、工事費低減のため、土留壁
厚さをできるだけ薄くすることが要請される。現在、コ
ンクリート標準示方書等で規定している補強筋のかぶり
は、鋼材の腐食防止を考慮して決められているが、本発
明で用いる繊維補強材１は、炭素繊維と合成樹脂からな
るので、大気，水等による腐食の心配がない。したがっ
て、繊維補強材１のかぶりを小さくして引張縁に主筋を
近づけて有効高さを増大し、経済的配筋量とするのが望
ましい。炭素繊維には、鋼材のような塑性域やひずみ硬
化域がなく、最大荷重にていきなり破断する。そのため
炭素繊維補強コンクリートの部材設計においてはコンク
リート圧壊条件のほうが安全で利用しやすいといえる。
以上の理由から、このような繊維補強コンクリート部材
は、破壊形態がコンクリート圧壊になるケースが多くな
る。ところがコンクリート圧壊条件であるような補強コ
ンクリートでは、破壊荷重は補強筋の弾性係数に依存す
る。したがって、かかる繊維補強コンクリート部材に
は、高弾性係数の引張補強筋を用いる必要がある。

【００１５】その補強筋の引張弾性係数の水準である
が、従来のＲＣ設計法に準ずる設計法が適用できること
が実用上普及のうえで望ましい。その意味では鉄筋の２
１tf/mm²になるべく近い水準の特性をもった素材が好適
である。一方、この水準の高弾性係数をもちながらシー
ルド掘削機のカッタービットで切削可能である素材は現
在の技術では炭素繊維のみと考えてよい。ただし、太径
化・撚線化した使用形態のメリットを考慮すると２１tf
/mm²には満たなくとも１４tf/mm²以上の弾性率のＣＦＲ
Ｐ（炭素繊維強化プラスチック）補強筋ならば、実質上
ＲＣ設計において鉄筋コンクリートと同様の取扱が可能
であるとみなされる。また、引張強度は鉄筋並み以上で
あれば従来の鉄筋コンクリートと同様の取扱が可能とな
るので、その意味で引張強度は４０kgf/mm² 以上のもの
を使用する。ちなみに現在の炭素繊維の引張強度は商業
ベースになる水準のものでたとえば３５０kgf/mm² 程度
であるが、合成樹脂の含浸による炭素繊維の体積含有
率の減少，棒状体もしくはロープ，撚線等への成形・
太径化による炭素繊維フィラメントの引き揃えのばらつ
き，太径化または撚線化したときの外周部と中心部の
応力分布差等により、本発明の如きコンクリートの繊維
補強材として使用したときは、８０kgf/mm² 付近にまで
低下するケースもみられる。

【００１６】撚線構造の線状体は、一般に撚り本数がふ
えるほど、また、同一の撚り本数ならば太径のものほど
引張弾性係数の実験値が低下する。その主たる原因は、
撚線を引張るとまず、外周に配置されたピッチの長いら
せん状の素線が長手方向の張力を受けて、内側の素線を
締めつける。その締めつけに対応して長手方向には、直
線状の単線を引っ張った時よりも余計に伸び変形する挙
動を示す。これを、「撚り締まり」と呼んでいる。この
傾向は、撚り本数が増えるほど、また素線径が大きいほ
ど顕著になる。ところで、同径の素線を撚線にする場
合、図１０に示す如く、断面の稠密性と対称 つまり７本，１９本，３７本，６１本…の撚線になる。
これは撚線の世界では最も初歩的知識であるが、この数
値の不連続性が撚り締まりの程度を不連続的に変えるこ
とになる。具体的には、１９本以上の本数の撚り合わせ
になると、単線や７本撚線に比較して引張弾性率の実験
値の低下が顕著になってくる。したがつて、この撚り締
まり現象は、比較的低荷重時に終了し、荷重を増やして
いくと次第に荷重−変位曲線は立ち上がる（本来の材料
自身の高い弾性率に近づく）。この現象は、炭素繊維の
如き弾性率の大きい材料に顕著である。したがって、炭
素繊維材料からなる撚り線の特性を活用するには、予備
緊張による撚り締まりの終結が効果的である。

【００１７】従来技術においても、鉄筋や、ＣＦＲＰ，
アラミド繊維補強筋等で確かにプレストレスを導入して
ＰＣを製作することが行わているが、本発明における予
備緊張はコンクリートに圧縮応力を与えることが目的で
はなく、主目的は撚り締まりの終結であり、副次的な目
的が水平配筋時の自重によるたるみの解消である。これ
については後述する。したがって、通常のプレストレス
トコンクリートにおける引張補強筋の導入プレストレス
が引張強度の約３０〜７０％の水準であるのに対し、本
発明における予備緊張力はそれよりずっと小さく、１〜
１０kgf/mm² のレベルで、おおむね引張強度の１％から
高々１０％以内である。本発明における予備緊張とは、
繊維補強コンクリートをあくまでＲＣとして設計し、Ｒ
Ｃとして利用するものである。

【００１８】また、コンクリート打設前に型枠に主筋
（引張補強筋）を配筋するとき、主筋は自重によりたる
みを生じる。コンクリート打設時にこのたるみが残って
いると、かぶりや有効高さが設計どおりに打設できな
い。そればかりか、コンクリート使用時に曲げモーメン
トを与えたとき、とくに荷重初期に引張補強筋が有効に
働かず、曲げ変形が大きくなったり、曲げ強度が低下し
たりする恐れがある。

【００１９】従来よく検討されていた籠型やメッシュ型
の鉄筋またはＦＲＰ筋では横筋が主筋を支持してたわみ
が防止されているためこの問題を考慮する必要がなかっ
た。そのかわりメッシュ接点の接合強度確保や、主筋へ
の材料の配分比率の任意性，二次元，三次元メッシュの
運搬等に不利な点があった。もちろん主筋を垂直に配筋
できるような柱状の型枠を使えればこのたるみの問題は
なくなるが、それはコンクリート打設の設備としては高
価で困難であり、現実的でない。したがって、主筋の水
平配筋時の自重によるたるみは、前述の撚り締まりの解
消策とあわせて予備緊張によって除去するのが最も合理
的な方法である。また撚線でない場合もこの予備緊張の
方法を使うのが好ましい場合もある。それでも、部材長
さが相当長いときには完全にたるみをとるための張力が
かなり大きくなるので、その場合はスパン中途に適宜吊
り具等の支持体を設ける方法をとってもよい。

【００２０】かかる繊維補強コンクリート部材は、曲げ
モーメントに伴う圧縮応力に耐えるため、高強度コンク
リートを使うことで、桁高低減を図るものであるが、あ
わせて切削性が良好でなければならない。高強度を満足
し、且つ、カッタービッドの摩耗を支障ない水準にまで
低減せしめるには、粗骨材として通常の高炉スラグは適
当とはいえず、本発明では、石灰石の採用が有効である
ことが判明した。

【００２１】シールド掘進の深さが増すにつれ、地下水
の圧力がかかる工法上大きな障壁となるが、その際は、
プレキャスト・コンクリート部材間の止水を目的した継
手が必要となる。そこで、炭素繊維の補強材で補強され
たコンクリート部材に、炭素繊維，ガラス繊維またはア
ラミド繊維の少なくとも１種以上で補強された樹脂また
はセラミックスからなる雌ねじを、あらかじめプレキャ
スト時に埋め込んだ構造とする。そして、その雌ねじの
存在によってプレキャスト部材間を接続する止水用継手
が取付け可能になるようにするものである。

【００２２】表１に引張補強筋として使用した炭素繊維
と合成樹脂とからなるロープ状または棒状の繊維補強材
１の例を示した。その詳細な形状は公知の任意の形状で
かまわないが、ここで挙げた炭素繊維と合成樹脂とから
なるロープ状または棒状の繊維補強材１の例について補
足説明する。通常炭素繊維はモノフィラメントが直径数
μm のもの、太い場合でも十数μmまでが一般的であ
り、それを数千本集束させた糸もしくは細紐状の集合体
の形で取り扱うことが多い。この集合体をさらに数十本
から百数十本程度集束させると、直径が２〜７mm程度の
太紐もしくは細棒状の素線が形成される。これを単線の
ロッドとして用いるか、またはこれをさらに撚り合わせ
て撚線つまりロープ状の素材としてコンクリートの引張
補強用繊維補強材１に供するものである。

【表１】

【００２３】単線のロッドの製作時には最初からさらに
多数本の炭素繊維を集束して太径のロッドにすることも
差し支えない。またその断面形状にはとくに限定はな
く、標準的な円形以外にも矩形，偏平な楕円、あるいは
帯状もしくはそれに類する形状等種々の態様が適用でき
る。そして単線および撚線の製造工程のいずれかの段階
で、炭素繊維もしくはその集束体に合成樹脂を含んだ溶
液を含浸させ、その後のいずれかの工程で樹脂を硬化さ
せることで堅牢な炭素繊維を得るのが一般的である。そ
の際、単線または素線の形成時もしくは形成後に、この
表面に天然繊維，合成繊維等からなる素材で糸状，組紐
状，筒状，らせん状その他の形態で被覆を設けることも
普通に行われており、かかる被覆を設けたものを本発明
の引張補強用繊維補強材に適用すると、つぎの３つの効
果が現れる。 素線表面の炭素繊維の擦過による損傷を未然に防ぐ。 撚線化工程で隣接素線間の過度の固着を防止する。 単線撚線の如何にかかわらずコンクリートとの付着力
を増大せしめる。

【００２４】また、原料となる炭素繊維の引張弾性率は
３５tf/mm²以上のものが望ましい。なぜならば、第一
に、合成樹脂の含浸や表面被覆材により炭素繊維の体積
含有率（Ｖｆ）が小さくなって、見かけの弾性率が低下
すること、第二に撚線として使用する場合には、前述し
た「撚り締まり」の影響でやはり見かけの弾性率が低下
することを考慮に入れねばならないからである。

【００２５】そして、コンクリートの引張補強筋として
の態様であるところの炭素繊維と合成樹脂とからなるロ
ープ状または棒状の繊維補強材としては、最終的に１４
tf/mm²以上の引張弾性率をもち、且つ引張強度が４０kg
f/mm² 以上望ましくは８０kgf/mm² 以上であることが求
められる。

【００２６】また前述のように、引張補強用繊維補強材
１に予備緊張を与えてコンクリートを打設することは、
第一に「撚り締まり」による弾性率低下の補償，第二に
コンクリート打設前の水平配筋時に起きる自重による索
のたるみを低減するために効果的である。とくに前者の
要因に関しては、直径３mm以上の線状の繊維補強材を１
９本以上撚り合わせた構造の撚り線を使用したときにそ
の効果が著しい。また、予備緊張のレベルは１〜１０kg
f/mm² が効果的である。これよりも小さい予備緊張力で
は撚り締まりを解消するには全く不十分である。一方、
導入された予備緊張力の分だけ引張補強用繊維補強材１
の引張強度が減殺されるため、１０kgf/mm² を超える予
備緊張力ではその減殺分が無視できなくなって高価な炭
素繊維の利用形態として不適切である。

【００２７】つぎに、使用したコンクリートの実施例に
ついて説明する。種々の示方配合の結果、表２ないし表
５に示すような圧縮強度と弾性係数の値を得た。

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】 同等の水−セメント比では、粗骨材が石灰石である方
が、スラグ砕石よりも圧縮強度，弾性係数ともにやや大
きい。これだけの結果をとってみても、粗骨材は石灰石
が好適であるといえるが、本質的な差異は切削ビットの
摩耗に与える影響であり、表６にこれらのコンクリート
の切削時における切削ビットの摩耗測定結果を示した。
いずれも、石灰石コンクリートの場合には、刃先の摩耗
はほとんで認められないが、スラグでは明らかに摩耗２
０が生じている。なお、ビット摩耗測定位置を図１２に
示した。ちなみに、ＣＦＲＰより線で補強したコンクリ
ートの切削の場合もコンクリート単味の場合と同様であ
り、ＣＦＲＰより線補強による差は生じない。また参考
として、部材の軽量化を狙って、軽量骨材としてメサラ
イトのような材料を用いた例を示したが、表４，表５の
比較例５，６に示すように、圧縮強度と弾性係数が劣っ
ているので、本発明を実施する場合には不適である。

【表６】

【００２８】炭素繊維と合成樹脂とからなる直径３mm以
上の線状の繊維補強材１を１９本以上撚り合わせた構造
の撚り線は、たとえば３７本撚線の場合、図１３に示す
ような荷重−変位曲線を示す。そこで、予備緊張をたと
えば１，５，１０kgf/mm² 与えた状態でコンクリートを
打設する。予備緊張を与える方法としては、プレストレ
ストコンクリート製作時に一般的に行なわれている従来
の方法を採用することができる。

【００２９】例えば端部連結金具６に固定された螺杆７
に、引張鋼棒の端部の雌ねじを螺合し、その引張鋼棒を
センターホールジャッキにより引張って、繊維補強材１
に予備緊張を与える。この予備緊張水準は、ジャッキ自
体または別なネジ止め等の固定により、コンクリートの
養生による所定の強度が発現するまで保持される。かか
るコンクリート打設後のＣＦＲＰケーブル割線弾性係数
は、それぞれａ，ｂ，ｃの傾きとなり、予備緊張を行わ
ない場合の割線弾性係数ｚに比べて、予備緊張力の増加
につれて向上する。ただし、撚り締まりの大きい３７本
撚線でさえ、予備緊張のレベルが１０kgf/mm² を超える
と、もはや撚り締まりは終結するため、荷重変位曲線も
直線域に入って割線弾性係数もそれ以上向上しなくな
る。そればかりか、１０kgf/mm² をこえる予備緊張は補
強筋の引張強度を減殺する弊害を生じることとなる。

【００３０】前記実施例においては、繊維補強コンクリ
ート部材３の両端部に、連結金具１４を介して鋼製立坑
構成部材２４を連結して、打込部材２５を構成し、その
打込部材２５と鋼製打込部材２６とを使用して、繊維補
強コンクリート壁体を有する鋼製立坑４を構成してい
る。しかし、立坑本体を鉄筋コンクリートにより構成し
てもよく、また鋼製立坑構成部材２４の断面形状は、Ｈ
形または箱形の何れでもよい。さらにまた、繊維補強コ
ンクリート部材３を発進到達部用開口部５においてコン
クリートを打設して製作してもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、前述のように構成されている
ので下記の効果を奏する。 （１）繊維補強コンクリート部材３の単体に対し曲げモ
ーメントが作用したとき、炭素繊維と合成樹脂とからな
るロープ状または棒状の繊維補強材１に働く引張応力
は、端部連結金具６を通して支圧板１２に伝えられ、そ
して前記繊維補強材１が破断するまで、繊維補強コンク
リート部材３を曲げモーメントに耐えさせることができ
る。 （２）繊維補強材１とコンクリート２との付着力の大小
に関係なく、端部連結金具６における螺杆７をコンクリ
ート２の両端またはこれに接した支圧板１２の外部に突
出位置させ、前記螺杆７にナット８を螺合する構造とす
ることにより、繊維補強材１とコンクリート２との付着
力の大小に関係なく、炭素繊維を使用した繊維補強材１
と外部部材間で完全に引張応力を伝達できる。 （３）繊維補強材１として、炭素繊維と合成樹脂とから
なるロープ状または棒状の態様で１４tf/mm２以上の引
張弾性率をもち、且つ引張強度が４０kgf/mm２ 以上の
ものを使用することにより、他の切削可能な各種引張補
強材を用いた場合に比べて、曲げ耐力，曲げ剛性ともに
大きい切削可能な繊維補強コンクリート部材３を得るこ
とができ、たのため、鉄筋コンクリートと同様の設計法
を採用することができる。 （４）コンクリート２の粗骨材として石灰石を使用する
ことにより、曲げモーメントに伴う圧縮応力に耐え、且
つ切削性が良好でカッタービットの摩耗の少ない繊維補
強コンクリート部材３を得ることができる。 （５）炭素繊維と合成樹脂とからなる繊維補強材１で補
強された繊維補強コンクリート部材３に、炭素繊維，ガ
ラス繊維またはアラミド繊維の少なくとも１種以上で補
強された樹脂またはセラミックスからなる雌ねじ部材９
を、予めコンクリート２のプレキャスト時に埋め込んだ
構造とすることにより、その雌ねじ部材９を利用して、
繊維補強コンクリート部材３の間からの漏水を防止する
止水用継手１０を、容易に取付けることができる。この
ようにして取付けられた止水用継手は、それ自体で止水
の効果をもたせることもでき、またその止水効果を利用
して泥水固化壁を形成することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】立坑における発進到達部用開口部に繊維補強コ
ンクリート壁体を設置した状態を示す縦断側面図であ
る。

【図２】立坑における発進到達部用開口部に繊維補強コ
ンクリート壁体を設置した状態を示す正面図である。

【図３】端部連結金具および螺杆を備えている繊維補強
材を示す一部切欠側面図である。

【図４】支持金具に取付けられた繊維補強コンクリート
部材を示す一部切欠正面図である。

【図５】支持金具に取付けられた繊維補強コンクリート
部材を示す一部切欠側面図である。

【図６】支持金具に取付けられた繊維補強コンクリート
部材を示す一部切欠一部縦断側面図である。

【図７】図６のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【図８】図６のＢ−Ｂ線断面図である。

【図９】図６のＣ−Ｃ線断面図である。

【図１０】繊維補強コンクリート部材の一部を示す斜視
図である。

【図１１】隣り合う繊維補強コンクリート部材に止水用
継手を取付けた状態を示す正面図である。

【図１２】カッタービットの摩耗測定位置を示す側面図
である。

【図１３】３７本撚線からなる繊維補強材の荷重変位曲
線図である。

【図１４】隣り合う繊維補強コンクリート部材に止水用
継手を取付けた状態を示す正面図である。

【図１５】隣り合う繊維補強コンクリート部材に止水用
継手を取付けた状態を示す断面図である。

【図１６】隣り合う繊維補強コンクリート部材に止水用
継手を取付けた状態の他の例を示す断面図である。

【図１７】側面にくびれ部を有する繊維補強コンクリー
ト部材を並べて配置した状態を示す断面図である。

【図１８】側面にくびれ部を有する繊維補強コンクリー
ト部材を並べて配置した状態の他の例を示す断面図であ
る。 【符号の説明 １ 繊維補強材 ２ コンクリート ３ 繊維補強コンクリート部材 ４ 立坑 ５ 発進到達部用開口部 ６ 端部連結金具 ７ 螺杆 ８ ナット ９ 雌ねじ部材 １０ 止水用継手 １１ ボルト １２ 支圧板 １３ スターラップ筋 １４ 連結金具 １５ 端板 １７ シールド掘削機 ２１ くびれ部 ２２ 切削可能な止水充填材料 ２３ 止水継手 ２４ 鋼製立坑構成部材 ２５ 打込部材 ２６ 鋼製打込部材

フロントページの続き (73)特許権者 000002299 清水建設株式会社 東京都港区芝浦一丁目２番３号 (73)特許権者 000216025 鉄建建設株式会社 東京都千代田区三崎町２丁目５番３号 (73)特許権者 000195971 西松建設株式会社 東京都港区虎ノ門１丁目20番10号 (73)特許権者 000140982 株式会社間組 東京都港区北青山２丁目５番８号 (73)特許権者 000201478 前田建設工業株式会社 東京都千代田区富士見２丁目10番26号 (73)特許権者 000174943 三井建設株式会社 東京都千代田区大手町一丁目２番３号 (73)特許権者 000230010 ジオスター株式会社 東京都港区芝４丁目２番３号 (72)発明者 中沢 好夫 東京都千代田区大手町２丁目６番３号 新日本製鐵株式会社内 (72)発明者 那珂 亮一 東京都千代田区大手町２丁目６番３号 新日本製鐵株式会社内 (72)発明者 中村 稔 東京都千代田区大手町２丁目６番３号 新日本製鐵株式会社内 (72)発明者 龍田 昌毅 東京都千代田区大手町２丁目６番３号 新日本製鐵株式会社内 (72)発明者 松本 嘉司 東京都練馬区大泉学園町５−29−25 (56)参考文献 特開 平１−203590（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−47435（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06 301

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素繊維と合成樹脂とからなるローブ状
   または棒状の繊維補強材１をコンクリート２に埋設し
   て、シールド掘削機により切削可能な繊維補強コンクリ
   ート部材３を構成し、多数の繊維補強コンクリート部材
   ３を、立坑４における発進到達部用開口部５内に並べて
   配置し、前記繊維補強材１の端部を端部連結金具６に固
   定し、その端部連結金具６を前記発進到達部用開口部５
   の縁部に連結したトンネル掘進用立坑における発進到達
   部の繊維補強コンクリート壁体。
2. 【請求項２】 繊維補強材１の両端に連結された端部連
   結金具６における螺杆７を繊維補強コンクリート部材３
   の端面に突出位置させ、前記螺杆７にナット８を螺合し
   た請求項１のトンネル掘進用立坑における発進到達部の
   繊維補強コンクリート壁体。
3. 【請求項３】 繊維補強材１として、１４tf/mm２以上
   の引張弾性率をもち、かつ引張強度が４０kgf/mm２ 以
   上である繊維補強材を使用した請求項１のトンネル掘進
   用立坑における発進到達部の繊維補強コンクリート壁
   体。
4. 【請求項４】 繊維補強材１に予備緊張力を付与した状
   態で、コンクリートを打設して繊維補強コンクリート部
   材３を構成する請求項１のトンネル掘進用立坑における
   発進到達部の繊維補強コンクリート壁体。
5. 【請求項５】 コンクリート２の粗骨材として、切削可
   能な石灰石を使用した請求項１のトンネル掘進用立坑に
   おける発進到達部の繊維補強コンクリート壁体。
6. 【請求項６】 炭素繊維，ガラス繊維またはアラミド繊
   維の少なくとも１種以上で補強された樹脂またはセラミ
   ックスからなる雌ねじ部材９を、予め繊維補強コンクリ
   ート部材３のプレキャスト時に埋込み、隣り合う繊維補
   強コンクリート部材３の間を止水接続する止水用継手１
   ０を、前記雌ねじ部材９に螺合した樹脂またはセラミッ
   クス製ボルト１１によって取付けた請求項１のトンネル
   掘進用立坑における発進到達部の繊維補強コンクリート
   壁体。