JP3350681B2 - 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
や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短尺なＰＣ緊張材を用いてＰ
Ｃ緊張材の挿入を容易にし、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する。また、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
メント及びその組立方法を提供することを目的とする。
このようなセグメント及びその組立方法によれば、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、エレクタを利用するこ
とができ、強固で優れたトンネルを低コストで構築する
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、セグメントのトンネル軸方向の
側面からトンネル軸交差方向の側面に貫通した４本のＰ
Ｃ緊張材挿通ダクトを、隣接セグメントのＰＣ緊張材挿
通ダクトと互いに連通するようにセグメント版厚内に設
け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
み立てるには、ＰＣ緊張材挿通ダクトのトンネル軸交差
方向の側面の出口部分に定着体の座を設けておき、セグ
メント偶数個ごとのダクト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Ｐ
Ｃ緊張材挿通ダクトに挿入して既設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によ
って組立てることができる。

【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４本のＰＣ緊張材
挿通ダクトはそれぞれ２条１組の並列挿通ダクトである
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組の並列挿通ダクトのトンネル軸交差方
向の側面の出口部分に定着体の座を設けておき、並列な
２条のＰＣ緊張材を挿通し交互に緊張定着すれば、ＰＣ
緊張材を連結せずに、この２条の緊張材によって連続的
な緊張力を導入しつつセグメントを連結することができ
る。

【００１１】上記第２の発明に係る２条１組の並列挿通
ダクトを備えたトンネル覆工用セグメントを用いてトン
ネル覆工を組み立てるには、セグメント偶数個ごとのダ
クト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ごとに互いに異なる定着位置にずら
して配設し、２条のＰＣ緊張材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
によって組立可能である。このように、各並列挿通ダク
トに挿入した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
しなくても、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２の方法発明は前記４本の
ＰＣ緊張材挿通ダクトを有するセグメントと、前記２条
１組の並列挿通ダクト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
セグメントリングのダクトに挿通する長さの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、並列挿通ダクトに挿入す
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２条１組の並列挿通ダクトを有するセグ
メントからなるセグメントリングごとに互いに異なる定
着位置にずらして配設し、２条のＰＣ緊張材にセグメン
トリング３列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４本
の井桁状の挿通ダクト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用いて行ってもよいが、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、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００１５】図１は実施例の１個のセグメント１０ａを
示すもので、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１
（ａ）の側面図である。セグメント１０ａは円筒を軸方
向所定長さに輪切りにし、且つ円周方向に複数分割した
曲面パネルである。図１に示すものは本出願人が提案し
ている異形（略十字形）のセグメントである。このセグ
メントは、トンネル軸交差方向の側面は台形の凸部を有
するが、この凸部の傾斜面も含めてトンネル軸交差方向
の側面という。セグメント１０ａの版厚内には、各セグ
メント内を井桁状に通る４本のＰＣストランド挿通ダク
ト１３が貫通しており、隣接するセグメントの挿通ダク
トと連通するように配置されている。挿通ダクト１３の
開口部１５はセグメントのトンネル軸交差方向の側面１
１に一端が開口し、トンネル軸方向の側面１２に他端が
開口している。各セグメント１０ａのトンネル軸方向の
側面１２には互いに嵌合する凹条１６、凸条１７を設
け、セグメント１０ａの円周方向隣接セグメント同士の
組み付けが容易なようにガイド部を形成している。

【００１６】図２はＰＣ緊張材挿通ダクト１３が２条１
組の並列挿通ダクトである実施例のセグメント１０ｂを
示すものである。トンネル軸交差方向の側面１１の開口
部に凹部１４が設けられている。この凹部１４は定着体
を定着する座である。

【００１７】図３は図２に示すセグメント１０ｂをトン
ネル内に配列したトンネル覆工体の一部の展開図であ
る。矢印４０は切羽進行方向を示しており、破線で示す
セグメント１０ｂは次に施工するものである。各セグメ
ント１０ｂ内を井桁状に通る４本のそれぞれ並列な２条
１組のＰＣ緊張材挿通ダクト１３に１セグメントリング
おきに交互に定着して接続するようになっている。この
ようにして使用する固定側定着体はＰＣ緊張材をカプラ
で連続的に接続してもよい。

【００１８】図４は別の実施例のトンネル覆工体の施工
を示す展開図である。この例では５個のセグメントで１
リングを形成している。井桁状に配置された４本のＰＣ
緊張材挿通ダクトを有するセグメント１０ａからなるリ
ングと井桁状の２条１組の並列なＰＣ緊張材挿通ダクト
を有するセグメント１０ｂから成るリングとがトンネル
軸方向に交互に配列されている。ＰＣ緊張材２０はセグ
メントリング３列ごとに固定側定着体３１とＰＣ緊張側
定着体２１で定着されている。図４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１０ａは、次に施工するものを描いた仮想線であ
る。

【００１９】図５は本発明に最適なＰＣ緊張材２０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２１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３１はテーパー孔を有するスリーブ３２、スリーブ３
２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から構成されてい
る。図示した固定側定着体３１は先行ＰＣ緊張材と結合
するためのカプラを兼ねているものを例示しているがカ
プラは必須のものではない。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３
２内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。

【００２０】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。

【００２１】図６の固定側定着体３１は、ＰＣ緊張材を
２条１組で使用する場合、仮想線で示す先行ＰＣストラ
ンドの定着体２１と結合せず、分離したものを示してい
る。この場合固定側定着体３１は図示していないが接続
用凹部内に別途の手段で固定しておく。

【００２２】図７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。この図では固定
側定着体３１は、先行ＰＣストランドの緊張側定着体２
１と結合したものを示しているが、結合しない型式のも
のでもよい。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、ＰＣストランド２０の外周に嵌合しスリーブ３
２のテーパ孔に嵌入し縮径することによってＰＣ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ＰＣ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。

【００２３】図７（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ＰＣストランド２０の先端をスリーブ
３２の孔に誘導するガイドが設けられている。

【００２４】図７（ｂ）はＰＣ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ＰＣストランド２０が押入さ
れる工程である。

【００２５】図７（ｃ）はスリーブ３２の最奥まで押入
したＰＣ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ＰＣ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。

【００２６】図８は本発明の接続用ＰＣストランド２０
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
通ダクトに挿入し、図７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
せて押し込む。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を取り外す。次
いで図５に示すようにワッシャ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。

【００２７】以上の実施例では円周方向５分割したセグ
メントを例として説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、トンネルの必要な口径・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を定めることができ、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。

【００２８】

【発明の効果】本発明のセグメント及びその組立方法に
よれば、短尺のＰＣストランドを用い、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容易となり、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】実施例のセグメントの（ａ）平面図及び（ｂ）
正面図である。

【図２】実施例のセグメントの（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】別のトンネル覆工体の例の一部の展開図であ
る。

【図５】実施例のＰＣ緊張材の構成図である。

【図６】実施例のＰＣ緊張材の構成図である。

【図７】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８】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 トンネル軸交差方向の側面 １２ トンネル軸方向の側面 １３ ＰＣ緊張材挿通ダクト １４ 凹部 １５ 開口部 １６ 凹条 １７ 凸条 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

───────────────────────────────────────────────────── 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 (4)

(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、セグメントのトンネル軸方向の側
   面からトンネル軸交差方向の側面に貫通した４本のＰＣ
   緊張材挿通ダクトを、隣接セグメントのＰＣ緊張材挿通
   ダクトと互いに連通するようにセグメント版厚内に設け
   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４本のＰＣ緊張材挿通ダクトはそれ
   ぞれ２条１組の並列挿通ダクト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２記載のトンネル覆工用セグメン
   トを用い、セグメント偶数個ごとのＰＣ緊張材挿通長さ
   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、２
   条のＰＣ緊張材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。
4. 【請求項４】 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列のセグメントリングに挿通す
   る長さの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、並列挿通ダ
   クトに挿入する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ごとに互いに
   異なる定着位置にずらして配設し、２条のＰＣ緊張材に
   セグメントリング３列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。