JP3350680B2 - トンネル覆工用セグメント及びその組立方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は貯水池などの連絡導
水管、水道本管、下水道、地下鉄、地下道、電気・水道
・通信などの共同溝その他トンネル状構造物を構築する
場合に用いるトンネル覆工用セグメントに関し、その接
続構造を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、トンネルを長手方向に輪切りし、
更に円周方向に分割した曲面パネル状のセグメントを、
トンネル掘削に引き続いてトンネル内で組立て、地中に
円形断面を確保し、セグメント外側と掘削地山との間に
裏込めコンクリートを充填してトンネルを掘進する技術
が多用されている。このような技術は自動化された掘削
機械による全断面掘削が可能となることなど利点が多く
一般的な技術となっている。この技術はその利点を生か
して、山岳地帯に限らず、都市地区の上下水道、地下
鉄、地下道、電気、ガス、又はそれらの共同トンネルな
どの施工にも採用されている。

【０００３】このような技術に用いられるセグメントに
は、鋼製、鋼殻コンクリート製、プレキャストコンクリ
ート製のものなどがある。またその外形形状も単に矩形
の曲面パネルのほか、変形多角形の曲面パネルなど種々
工夫された形状のものが用いられている。

【０００４】このようなセグメントで円筒状に形成され
るリングピースは、単に円筒状空間を確保するだけでな
く、トンネルに作用する外力、例えば土圧や水圧による
曲げモーメントに耐える必要がある。また用途によって
は内圧に対して抵抗することが要求され、また止水性な
ども要求される。特に水管トンネルの場合には、内圧に
よる周張力に抵抗できる構造であることが望ましい。

【０００５】これらの要求に応えるため従来からセグメ
ント同士の隣接接合面をボルト式、くさび式、ＰＣケー
ブル式またはそれらの組み合わせなどの多くの接続手
段、接続構造で接続することが提案されている。ボルト
式接続構造やくさび式接続構造では十分な結合力を得る
には多数本のボルトや金具を必要とし、セグメント接合
部のボルトやくさびを取り付けたり、締め付けたりする
作業空間を確保するため、セグメントに切欠や箱抜き孔
などを設けることが必要となる。従って、この切欠や箱
抜き孔などをモルタルで埋める跡埋め仕上げなど余分な
作業を要することとなり、コストと作業性の点で問題が
ある。また、ボルトや金具で接続したものは、トンネル
軸方向及び円周方向とも力の伝達の連続性が弱いなどの
問題もある。ＰＣケーブル式は長いＰＣケーブルを挿入
することを必要とし、これが必ずしも容易ではなく、ま
た、円周方向ＰＣケーブルは摩擦によってプレストレス
が減殺される問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】プレキャストコンクリ
ートセグメントは、部材を薄くすることができ、掘削断
面を小さくし、掘削土量を最小限とすることができ、セ
グメントの組立も容易で、組立精度が高く、さらに外力
に対する抵抗強度、水密性を確保することが容易である
という特質がある。

【０００７】本発明は、このようなプレキャストコンク
リートセグメントの接続に多本数のボルトを用いること
なく、挿入が容易な可及的に短尺なＰＣ緊張材を用い
て、セグメントの組立を容易にし、併せてトンネル内壁
に周方向及び軸方向のプレストレスを同時に導入できる
ようにし、トンネル軸方向の力の連続的伝達ができ、内
圧が掛かるトンネルにおいても内圧に抵抗できるような
接続構造を有するセグメントを提供することを目的とす
る。このようなセグメントは施工コストの低減と作業性
の向上を達成することができる。その上、公知のトンネ
ル掘削機、エレクタが利用でき、強固で経済性に優れた
トンネルを構築することができる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明に係
るセグメントは、円筒を輪切りにして、且つ円周方向に
複数分割したトンネル覆工用プレキャストコンクリート
製セグメントにおいて、セグメントの平面視中央付近で
互いにＸ字状に交差しセグメントの母線方向に対して傾
きを持つ２本のＰＣ緊張材挿通孔をセグメント版厚内に
設け、該ＰＣ緊張材挿通孔はセグメントの輪切り端面に
開口しトンネル軸方向に隣接するセグメントと互いに連
通するＰＣ緊張材挿通孔とし、各開口部にＰＣ緊張材を
定着する凹部を備えたことを特徴とするトンネル覆工用
セグメントである。

【０００９】このセグメントを用いてトンネル覆工を組
み立てる本発明の方法発明は、セグメント１個又は複数
個ごとの挿通長さに合わせた長さのＰＣ緊張材を用い、
このＰＣ緊張材の一端に固定側定着体及び緊張側定着体
を備え、このＰＣ緊張材の他端をＰＣ緊張材挿通孔に挿
入して既設ＰＣ緊張材の固定側定着体と連結し、緊張力
を導入し、これを繰り返して順次セグメントの円周方向
及び軸方向を接続することを特徴とするトンネル覆工用
セグメントの組立方法である。

【００１０】また、本発明の第２の発明に係るセグメン
トは、上記セグメントにおいて、前記２本のＰＣ緊張材
挿通孔はそれぞれ２条１組の並列挿通孔であることを特
徴とするトンネル覆工用セグメントである。このような
２条１組の並列挿通孔に２条のＰＣ緊張材を挿通し交互
に緊張定着すれば、ＰＣ緊張材を既設のトンネル覆工体
のＰＣ緊張材と連結せずに、この２条の緊張材の緊張力
が連続的になるようにすることができる。

【００１１】このセグメントを用いてトンネル覆工を組
み立てる本発明の第２の方法発明は上記第２の発明に係
る２条１組の並列挿入孔を備えたトンネル覆工用セグメ
ントを用い、セグメント複数個ごとの挿通長さに合わせ
た長さのＰＣ緊張材を用い、これらのＰＣ緊張材は両端
にそれぞれ固定側定着体及び緊張側定着体を備え、並列
挿入孔に挿入する２条のＰＣ緊張材は固定側定着体及び
緊張側定着体の配設位置を前記複数個のセグメントにつ
いて互いに異なる定着位置にずらして配設し、交互に順
次緊張力を導入してセグメントの円周方向及び軸方向を
接続することを特徴とするトンネル覆工用セグメントの
組立方法である。このように、各並列挿通孔に挿入した
２条のＰＣ緊張材を、それぞれの固定側定着体及び緊張
側定着体の配設位置をＰＣ緊張材の長手方向交互にずら
して配置すれば、全体のＰＣ緊張材を連結しなくとも、
緊張力の連続性を確保することができ好適である。な
お、並列する２条のＰＣ緊張材は長さが同一でなくても
良い。

【００１２】また本発明の第３の方法発明は前記Ｘ字状
に交差する２本のＰＣ緊張材挿通孔を有するセグメント
と、前記２条１組の並列挿通孔を有するセグメントから
なるセグメントリングをトンネル軸方向に交互に配設し
３列のリングに挿通する長さのＰＣ緊張材を用い、これ
らのＰＣ緊張材は両端にそれぞれ固定側定着体及び緊張
側定着体を備え、３リングごとに交互に順次緊張力を導
入してセグメントの円周方向及び軸方向を接続すること
を特徴とするトンネル覆工用セグメントの組立方法であ
る。この方法によれば、本発明の第１、第２の発明のセ
グメントを用いて３リングごとに緊張して緊張力の連続
性を確保することができる。この場合、本出願人が既に
提案している異形（略十字形）のセグメントでは特に好
適に適用することができる。なお、定着部は２条１組の
並列挿入孔を有するセグメントに設けられる。この場
合、１条のＸ字状の挿通孔を有するセグメントを組みつ
けるときは、ボルト等で仮つなぎして組立てるとよい。

【００１３】また、前記緊張力の導入は、公知の油圧・
水圧などのジャッキを使う方法で行ってもよいが、トル
クレンチ、インパクトレンチなどを用いて行うと、作業
が簡便となり好適である。このトルクレンチ又はインパ
クトレンチは、手動式、電動式、油圧式など市販の適宜
なものでよく、特殊なものである必要はない。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に従って説明する。図
１は本発明のセグメントの接続構造を用いたトンネル覆
工体５０の概念図である。図１（ａ）はトンネル覆工体
５０の斜視図、図１（ｂ）はその正面図である。トンネ
ル覆工体５０は多数のセグメント１０をリング状に組み
立てたリングピースを連接して形成されている。各セグ
メント１０は平面視中心位置でＸ字状に交差するＰＣ緊
張材挿通孔を備え、その孔内を通る多数のＰＣ緊張材２
０によって一体に連結されている。ＰＣ緊張材は、セグ
メント相互の接続とプレストレス導入の二つの作用を兼
用している。ＰＣ緊張材は、綾目（ネット）状に連続し
て配設され、全体として左右両方向に旋回した多重螺旋
状に配設されている。この実施例は、内径３．０ｍのト
ンネルを構築する例で、トンネル断面を、周方向に６分
割し、６セグメントで１リングピースを構成している。
セグメントの寸法は、約１．６ｍ×１．２ｍで版厚は２
０ｃｍである。なお、この実施例ではＰＣ緊張材として
ＰＣストランドを使用した。

【００１５】図２は実施例の１個のセグメント１０を示
すもので、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２
（ａ）のＡ−Ａ矢視正面図である。セグメント１０は円
筒を軸方向所定長さに輪切りにし、且つ円周方向に６分
割した曲面パネルである。セグメント１０の版厚内に
は、各セグメントの中央付近で交差するＸ字状のＰＣス
トランド挿通孔１３が貫通しており、隣接するセグメン
ト間を連通するように配置されている。挿通孔１３の開
口部１５はセグメント接続面端面１１から凹陥した接続
用凹部１４に開口している。各セグメント１０の周方向
当接面１２には互いに嵌合する凹条１６、凸条１７を設
け、セグメント１０の組み付けが容易なようにガイド部
を形成している。

【００１６】図３はトンネル覆工体５０の部分展開図で
ある。セグメント１０を交互に組み合わせ、各セグメン
ト１０のＸ字状挿通孔１３に貫通するＰＣストランド２
０が連続的に接続されて連なり、全体として綾目（ネッ
ト）状になっている。各セグメント１０のプレストレス
の導入は、セグメント１０の組立進行方向端面１１に設
けている接続用凹部１４内の緊張端で行う。図４は図３
のＢ部詳細図で、シースによる挿通孔１３内に挿通され
たＰＣストランド２０が緊張側定着体２１のナット２４
で定着されたストランド頭部に固定用測定着体３１のカ
プラで接続されたＰＣストランド２０が接続用凹部１４
内で次々と接続されていることを示している。

【００１７】図５は図３と同様のトンネル覆工体の一部
の展開図であるが、ＰＣストランド２０は並列な２条１
組として接続するようにした図である。図６は図５のＣ
部の詳細図で、各セグメント１０はＸ字状に貫通するそ
れぞれ並列な２条１組のＰＣストランド挿通孔１３に１
セグメントおきに交互に接続されていくようになってい
る。この方法で使用する固定側定着体３１は図９で説明
するカプラナットを分離したものとしてもよい。

【００１８】以上の説明では、最も単純な、２個の隣接
するセグメント相互の接続について説明したが、緊張
端、固定端を有するセグメントの間に１又は複数個のセ
グメントを配し、３個、４個間で緊張・固定することと
してもよいことは勿論である。

【００１９】図７は本発明の接続構造におけるプレスト
レス導入の原理説明図である。セグメント１０ａ、１０
ｂ間にＰの緊張力を導入すると、交差角θによって分力
が発生し、リング（周）方向分力Ｐｒ、円筒（トンネ
ル）軸方向分力Ｐｌが生じ、リング（周）方向分力Ｐ
ｒ、円筒（トンネル）軸方向分力Ｐｌの圧縮力によって
プレストレスが導入される。このことは、交差角θを変
化することによって、リング（周）方向プレストレス、
円筒（トンネル）軸方向プレストレスの導入量を調整す
ることが可能となることを示している。緊張力をＰと
し、交差角をθとすれば、 交差角θ＝４５°のとき Ｐｒ＝Ｐｌ＝Ｐ・ｃｏｓθ 交差角θ≠４５°のとき Ｐｒ＝Ｐ・ｃｏｓθ、Ｐｌ＝Ｐ・ｓｉｎθ となる。

【００２０】図８は本発明に最適なＰＣ緊張材の構成図
で、ＰＣストランド２０の両端にそれぞれ固定側定着体
３１、緊張側定着体２１を備えている。緊張側定着体２
１は、ＰＣストランド２０に外嵌し機械的に圧着され雄
ねじが刻設されたマンションスリーブ２５、マンション
スリーブ２５の雄ねじに螺合するナット２４、緊張時の
ナットの回転摩擦を減摩するワッシャ２３、緊張力を伝
達する支圧板２２から構成されている。固定側定着体３
１はＰＣ緊張材のカプラを兼ねており、テーパー孔を有
するスリーブ３２、スリーブ３２に内嵌しＰＣストラン
ドを掴持するくさび３３、くさび３３をＰＣストランド
２０を掴持する方向に付勢するスプリング３４及びカプ
ラナット３５から構成される。カプラナット３５はスプ
リング３４をスリーブ３２内に封止すると共にスリーブ
３２内にに螺着する雄ねじを有し、蓋を兼ねている。こ
のカプラナット３５は、先行するＰＣストランドの固定
側定着体２１のマンションスリーブ２５の雄ねじが螺合
されて先行ストランドと結合するようになっている。

【００２１】プレストレスの導入は、セグメントのトン
ネル掘進方向端面より、緊張側定着体２１のマンション
スリーブ２５を圧着したＰＣストランド２０を手で挿入
し、先行ＰＣストランドに予め取り付けられている固定
側定着体３１のくさびに掴持させ、次いで、緊張定着体
側の支圧板２２、ワッシャ２３及びナット２４を取付
け、ナット２４をトルクレンチまたはインパクトレンチ
で緊締することで行う。ナット２４の回転を円滑にする
ため、ワッシャ２３に減摩グリースを塗布したり、又は
ナット２４、ワッシャ２３、支圧板２２の間に弗素樹脂
シートなどの減摩材を介装すれば効果的である。なおプ
レストレス導入は油圧ジャッキなどを使用する公知方法
で行うこととしてもよい。

【００２２】図９の固定側定着体３１は、図６の説明で
述べたように、ＰＣ緊張材を２条１組で使用する場合、
先行ＰＣストランドの定着体ナットと結合せず、分離し
た定着体としたものを示している。この場合図示してい
ないが固定側定着体３１は接続用凹部内に別途の手段で
固定しておく。

【００２３】図１０は固定側定着体３１にＰＣストラン
ド２０を掴持させる技術の説明図である。固定側定着体
３１は、予めスリーブ３２内にくさび３３、スプリング
３４がカプラナット３５で封止されている。くさび３３
は周方向に２または３分割されており、ストランド２０
の外周に嵌合しスリーブ３２のテーパ孔に嵌入し縮径す
ることでストランド２０を掴持するものである。くさび
３３のストランド２０と接触する内面にはくさび３３が
ストランド２０を確実に掴持するように周方向に鋸歯状
凹凸が形成されている。

【００２４】図１０（ａ）は、スプリング３４に付勢さ
れ縮径された状態の定着体３１に向かって矢印３６で示
すように、ＰＣストランド２０を挿入する工程である。
図示省略してあるがストランド２０の先端をスリーブ３
２の孔に誘導するガイドが設けられている。

【００２５】図１０（ｂ）はストランド２０の先端がス
リーブ３２内に貫入し、スプリング３４の付勢力を凌駕
しくさび３３を押し広げストランド２０が押入される工
程である。

【００２６】図１０（ｃ）はスリーブ３２の最奥まで押
入したストランド２０を矢印３７に示すように微少値引
き戻すとスプリング３４に助勢されくさび３３が前進縮
径されストランド２０を一時的に掴持する。その後緊張
力の導入に合わせてスリーブ３２の掴持力が増大し確実
に定着することができる。

【００２７】図１１、１２は本出願人が提案している異
形（略十字形）のセグメント１０に本発明を適用する場
合の説明図である。図１１は各々のセグメント１０の接
続図で、矢印４０は組立進行方向を示すものである。セ
グメント１０のトンネル軸方向端面１１に設けた台形状
突起１８を組合せながらセグメント１０を互いに接続す
ることによって横（リング）方向（矢印４０の方向に直
交する方向）のセグメント１０相互のずれを防止するこ
とができる。さらにこの台形状突起１８の斜面にほぼ直
交する方向に効果的にプレストレスを導入することがで
きるので好適である。図１２はこのセグメント１０を組
み付けたトンネル覆工体５０の展開図である。

【００２８】図１３は本発明の第３の方法によるトンネ
ル覆工体の施工を示す覆工体の展開図である。この例で
は５個のセグメントで１リングを形成しており、１条の
Ｘ字状に交差するＰＣ緊張材挿通孔を有するセグメント
１０ａと２条１組の並列挿通孔を有するセグメント１０
ｂがトンネル軸方向に交互に配列されており、ＰＣ緊張
材は３リングごとに定着されている。図１３において、
切羽進行方向は矢印４０で示されており、破線で示すセ
グメントリングは、次に施工するものを描いた仮想線で
ある。

【００２９】図１４は本発明の接続用ＰＣストランド２
０の挿通に好適なＰＣストランド押し込みハンドル４１
の一例で、ＰＣストランド２０の端末に圧着したマンシ
ョンスリーブ２５に刻設した雄ねじに螺嵌する雌ねじを
を有する長ナット４２に把手４３を接続したものであ
る。ＰＣストランド２０のマンションスリーブ２５に長
ナット４２を螺嵌し、ストランド２０端部をセグメント
の挿通孔に挿入し、図１０で説明したように、固定端定
着体３１のスリーブ３２内に誘導し、くさび３３を拡径
させて押し込み、次いで、若干量ハンドル４１を引き戻
すことによってスリーブ３２内のくさび３３にＰＣスト
ランド２０を掴持させてからハンドル４１を取り外し、
ワッシャ２３、ナット２４をマンションスリーブ２５に
取付け、ナット２４をトルクレンチなどで緊締しセグメ
ント１０相互の接続をする。

【００３０】以上の実施例では円周方向５分割・６分割
したセグメントを例として説明したが、これに限定され
るものではなく、必要な口径・内圧に対応する管体に応
じ、リングの分割数、セグメントのサイズ、コンクリー
ト壁の厚さ等が定められ、また運搬、組立の作業性を考
慮して最適な寸法のセグメントを設計すればよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明のセグメント及びその組立方法
は、円筒を輪切りにして、且つ円周方向に複数分割した
プレキャストコンクリート製のセグメントの版厚内に平
面視中央付近で交差しＸ字状のＰＣ緊張材挿通孔を設
け、円筒軸方向に隣接するセグメントそれぞれの挿通孔
を対向させて、ＰＣ緊張材を挿通し、このＰＣ緊張材に
はセグメント１個又は複数個おきに交互に固定側定着体
及び緊張側定着体を取付け、ＰＣ緊張材に緊張力を導入
して接続して行くので、トンネル軸方向及び円周方向の
プレストレスを同時に導入することが可能であり、強固
なトンネルの構築が可能となり、作業性、経済性の向上
に寄与する効果は多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセグメントの接続構造を用いたトンネ
ル覆工体を示す（ａ）斜視図、（ｂ）正面図である。

【図２】セグメントの（ａ）平面図及び（ｂ）正面図で
ある。

【図３】トンネル覆工体の一部の展開図である。

【図４】図３のＢ部拡大図である。

【図５】別のトンネル覆工体の例の一部の展開図であ
る。

【図６】図５のＣ部拡大図である。

【図７】発明の接続構造におけるプレストレス導入の原
理説明図である。

【図８】実施例のＰＣ緊張材の構成図である。

【図９】実施例のＰＣ緊張材の構成図である。

【図１０】固定側定着体にＰＣストランドを掴持させる
技術の説明図である。

【図１１】別の実施例のセグメントの接続図である。

【図１２】図１１に示すセグメントを組み付けたトンネ
ル覆工体の展開図ある。

【図１３】別の実施例のセグメントの接続図である。

【図１４】ＰＣストランド押し込みハンドルの一例を示
す説明図である。

【符号の説明】

１０（１０ａ，１０ｂ） セグメント １１ 接続面端面（組立進行方向端面） １２ 当接面 １３ ＰＣストランド挿通孔 １４ 凹部 １５ 開口部 １６ 凹条 １７ 突条 １８ 台形状突起 ２０ ＰＣ緊張材（ＰＣストランド） ２１ 緊張側定着体 ２２ 支圧板 ２３ ワッシャ ２４ ナット ２５ マンションスリーブ ３１ 固定側定着体 ３２ スリーブ ３３ くさび ３４ スプリング ３５ カプラナット ４０ 矢印 ４１ 押し込みハンドル ４２ 長ナット ４３ 把手 ５０ トンネル覆工体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−62989（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−119388（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−54197（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−131498（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/08 E21D 11/04

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒を輪切りにして、且つ円周方向に複
   数分割したトンネル覆工用プレキャストコンクリート製
   セグメントにおいて、セグメントの平面視中央付近で互
   いにＸ字状に交差しセグメントの母線方向に対して傾き
   を持つ２本のＰＣ緊張材挿通孔をセグメント版厚内に設
   け、該ＰＣ緊張材挿通孔はセグメントの輪切り端面に開
   口しトンネル軸方向に隣接するセグメントと互いに連通
   するＰＣ緊張材挿通孔とし、各開口部にＰＣ緊張材を定
   着する凹部を備えたことを特徴とするトンネル覆工用セ
   グメント。
2. 【請求項２】 前記２本のＰＣ緊張材挿通孔はそれぞれ
   ２条１組の並列挿通孔であることを特徴とする請求項１
   記載のトンネル覆工用セグメント。
3. 【請求項３】 請求項１記載のセグメントを用い、セグ
   メント１個又は複数個ごとの挿通長さに合わせた長さの
   ＰＣ緊張材を用い、該ＰＣ緊張材の一端に固定側定着体
   及び緊張側定着体を備え、該ＰＣ緊張材の他端をＰＣ緊
   張材挿通孔に挿入して既設ＰＣ緊張材の固定側定着体と
   連結して緊張力を導入し、これを繰り返して順次セグメ
   ントの円周方向及び軸方向を接続することを特徴とする
   トンネル覆工用セグメントの組立方法。
4. 【請求項４】 請求項２記載のトンネル覆工用セグメン
   トを用い、セグメント複数個ごとの挿通長さに合わせた
   長さのＰＣ緊張材を用い、該ＰＣ緊張材は両端にそれぞ
   れ固定側定着体及び緊張側定着体を備え、並列挿入孔に
   挿入する２条のＰＣ緊張材は固定側定着体及び緊張側定
   着体の配設位置を前記複数個のセグメントについて互い
   に異なる定着位置にずらして配設し、交互に順次緊張力
   を導入してセグメントの円周方向及び軸方向を接続する
   ことを特徴とするトンネル覆工用セグメントの組立方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１及び請求項２記載のトンネル覆
   工用セグメントからなるセグメントリングをトンネル軸
   方向に交互に配設し、３列のリングに挿通する長さのＰ
   Ｃ緊張材を用い、該ＰＣ緊張材は両端にそれぞれ固定側
   定着体及び緊張側定着体を備え、３リングごとに交互に
   順次緊張力を導入してセグメントの円周方向及び軸方向
   を接続することを特徴とするトンネル覆工用セグメント
   の組立方法。
6. 【請求項６】 前記緊張力の導入をインパクトレンチ又
   はトルクレンチを用いて行うことを特徴とする請求項３
   〜５のいずれかに記載のトンネル覆工用セグメントの組
   立方法。