JP3545699B2 - 鋼製セグメントの二次覆工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道用トンネル、道路用トンネル、導水トンネル等のトンネル壁に使用されている鋼製セグメントの二次覆工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、都市に築造される各種トンネル、例えば地下鉄、下水道、及び雨水排水用のトンネルは、専ら道路直下を通すことが多く、直線状の部分とカーブの多い部分とで施工構造が異なる場合がある。即ち直線状の部分であっても、本来円筒状のトンネル内面は二次曲面であるため、カーブ部分ではトンネル内面は三次曲面となる。したがって、直線状の部分については、内面がコンクリートで構成されるコンクリートセグメントが適用され、カーブの多い部分については、内面がスチールで構成される鋼製セグメントが適用されることが多い。この鋼製セグメントは、防食の視点からその表面に一般的に防錆塗料などによる塗装が施されている。しかし、下水道や雨水排水路では水を流すために粗度係数を小さくする必要があり、その表面を防食も兼ねたコンクリートで被覆することが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、およそ５０ｍｍ厚程度のコンクリートで被覆する方法では、コンクリート層の厚さが鋼製セグメントの大きさに比して薄く、しかも内部に鉄筋等を配設することもできないので、クラックが鋼製セグメントのリブに沿って発生し易く、耐久性を確保できない。
また、壁面の覆工の方法として、施工面にＦＲＰ（繊維強化プラスチック）管或いは塩ビ管を挿入し、その裏面側の鋼製セグメントとの間にコンクリートを打設する方法も知られているが、ＦＲＰ管や塩ビ管はコンクリート打設時の硬化熱で変形したり、そもそもＲ区間に挿入することが困難であった。
そこで本発明は、施工に必要な曲げ強度と、作業（施工）性との両方を満足し、特にトンネル壁等の鋼製セグメントを使用した二次覆工に好適に利用できるような工法を提案することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記に鑑み提案されたもので、鋼製リブが突出する施工面に基準の薄肉の高強度コンクリート板を配設し、予めこの基準の高強度コンクリート板に取り付けた非直線状の杆部分を有する固定金具を鋼製リブと当接させて溶接すると共に、端縁から外方へ延在するように固定した押さえプレートの内側に、第２の薄肉の高強度コンクリート板を沿うように配設し、順次同様な操作を繰り返して薄肉の高強度コンクリート板を固定し、その後、薄肉の高強度コンクリート板と鋼製セグメントの間にコンクリートを充填することを特徴とする鋼製セグメントの二次覆工法に関するものである。
【０００５】
また、本発明は、第２発明として鋼製リブが突出する施工面に基準の薄肉の高強度コンクリート板を固定し、第２の薄肉の高強度コンクリート板を、その端縁から外方へ延在するように固定した押さえプレートで前記基準の高強度コンクリート板を押さえるように配設すると共に、押さえプレートの表面側から取付具を基準のコンクリート板に挿着して固定し、さらに予め第２の高強度コンクリート板に取り付けた非直線状の杆部分を有する固定金具を鋼製リブと当接させて溶接し、順次同様な操作を繰り返して薄肉の高強度コンクリート板を固定し、その後、薄肉の高強度コンクリート板と鋼製セグメントの間にコンクリートを充填することを特徴とする鋼製セグメントの二次覆工法をも提案するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明を図示実施例に基づいて施工順に詳細に説明する。
【０００７】
１．まず施工面に基準の薄肉の高強度コンクリート板（高強度ＰＣ板）を配設する。
鋼製セグメントの内面である施工面は、鋼製リブ１が突出しており、この鋼製リブ１は、Ｃ型鋼、Ｈ（Ｉ）型鋼などの一部である。
【０００８】
高強度ＰＣ板２は、前記鋼製リブ１の外側に配されるものであって、後述する固定金具３を挿通させるための孔２１と、後述する取付具４を挿着して固定させるための通孔２２とが形成されている。
この高強度ＰＣ板２としては、それ以外の形状構成及び素材構成を限定するものではないが、例えばポリマー含浸コンクリート（ＰＩＣ）を用いることが好ましい。このＰＩＣ板は、短繊維で補強した薄肉のコンクリート板にポリマーを含浸処理したもので、微細な空隙までポリマーで充填されている。そのため、水密性が高く、且つ高強度で、凍結融解性、化学抵抗性及び耐摩耗性などにも優れている。またレジンコンクリート板も同様に不飽和ポリエステル或いはエポキシ樹脂を使用しているため、ＰＩＣ板と同様の性能を有している。さらに、各種の短繊維、硬鋼線、ガラス繊維、炭素繊維等にて補強した繊維補強コンクリート（ＦＲＣ）を用いるようにしても良い。
このように高強度ＰＣ板２としてＰＩＣ板やレジンコンクリート板、ＦＲＣ板を用いた場合、薄肉、軽量化が可能となり、特に巨大な圧力が作用する下方部分に配置しても圧壊が生じ難く、しかもその現場搬入は極めて容易なものとなる。また、例えば特別な機械装置を必要とせず、人力による搬入及び取付施工も可能となる。さらに、搬入や取付施工に機械装置等を必要としないということは、時間的制約が少なくなることをも意味し、結果的に施工時間の短縮にも貢献する。尚、図示実施例では高強度ＰＣ板としてＦＲＣ板を用いた。
【０００９】
このＦＲＣ板２には、前述のように固定金具３を挿通させるための孔２１が形成されているが、この孔２１は、固定金具が回転可能な構成、基本的に単なる貫通孔であれば良いが、図示実施例のように貫通孔を有する埋設金具により形成したものでも良く、その形成方法は特に限定するものではなく、適当な治具により後付け（穿設）しても良いし、予めＦＲＣ板２の作製時に孔２１が形成されるように前付けしても良く、その設置個数も特に限定するものではない。また、この孔２１の位置は、裏面側方からの作業（後述する固定金具３の溶接作業）が可能なように端縁に近い部分に形成する。図示実施例では、孔２１は上端に近い部分に形成されている。
一方、取付具４を挿着するための通孔２２は、貫通孔の裏面にナットが固着された構成でも良いし、ＦＲＣ板（の内部）２にナット等の雌螺子部を有する部材が一体的に取り付けられた（埋設された）構成でも良く、その形成方法は特に限定するものではなく、後付けでも前付けでも良い。この通孔２２は、施工方向の逆、即ち下端に近い部分に形成されている。
また、本発明において「基準の」、「第２の」とは、説明を容易にするために便宜的に付記したものであって、図面でも別符号（２，２’）を付したが、何等構成が異なるものではない。
【００１０】
２．基準のＦＲＣ板に固定金具を挿入して杆部分を鋼製リブに当接させる。
固定金具３は、ボルトのように頭部に対して直線状の雄螺子部が形成される構成ではなく、頭部３１に対して非直線状（湾曲状の）の杆部分３２が形成される構成である。その杆部分３２は図示実施例のように途中が湾曲した形状であっても良いし、ＦＲＣ板２の孔２１からの挿入を妨げないものであれば特にその形状を限定するものではない。
そして、施工面に配設した（この時点では固定されていない）基準のＦＲＣ板２の孔２１に表面側から前記固定金具３を挿入し、途中が湾曲した杆部分３２をＦＲＣ板２の裏面側に位置させる。
その後、固定金具３を回転すると、杆部分３２が回動してその回動範囲に位置する鋼製リブ１に当接する。その際、鋼製リブ１の位置が仮に想定位置よりズレていたとしても杆部分３２は途中が湾曲しているので、その回動によりズレを解消することができ、確実に杆部分３２を鋼製リブ１に当接させることができる。
【００１１】
３．この状態で固定金具の杆部分と鋼製リブとを溶接する。
前述のように固定金具３を挿入するための孔２１は、ＦＲＣ板２の上端に近い部分に形成されている。したがって、孔２１から挿入した固定金具３の杆部分３２も上端に近い部分に位置しており、この杆部分３２と鋼製リブ１との当接状態も作業者が目視にて明確に視認することができ、それらを溶接する作業も上端側からＦＲＣ板２の裏面側へ手や工具を挿入して容易に且つ確実に実施することができる。
【００１２】
４．ＦＲＣ板の端縁から外方へ延在するように押さえプレートを固定する。
押さえプレート５は、外方へ延在する部分に後述する取付具４を挿通する貫通孔５１が形成されていれば良く、その他の形状構成、素材構成については何等限定するものではない。また、この押さえプレート５は、配設前のＦＲＣ板２に固定しておくようにしても良いし、ＦＲＣ板２の配設後に固定するようにしても良く、その固定方法も特に限定するものではない。ＦＲＣ板２の配設後に固定する場合には、図示実施例のように固定金具３とは別箇所に設けるようにしても良いし、固定金具３により一体的に固定するようにしても良い。その際、押さえプレート５は、基準のＦＲＣ板２と次に配設する第２のＦＲＣ板２’とに跨るように位置させるものであるから、図示実施例における第２のＦＲＣ板２’の配設前では、基準のＦＲＣ板２（表面）から上側に向かって延在するように取り付けられる。
【００１３】
５．押さえプレートの内側に、第２のＦＲＣ板を沿うように配設する。
前述のように基準のＦＲＣ板２も第２のＦＲＣ板２’も何等構成が異なるものではないので、取付具４を挿着させるための通孔２２が下端に近い部分に設けられている。図示実施例の通孔２２は、ＦＲＣ板２に一体状に設けた埋設金具６に貫通孔が形成され、さらにＦＲＣ板２の裏面側に一体状にナット７及び支持板８が位置する構造である。そして、第２のＦＲＣ板２’を押さえプレート５の内側に沿うように配設するのであるが、支持板８は押さえプレート５とは逆にＦＲＣ板２’（裏面）から下方に向かって延在するように取り付けられているので、この状態で基準のＦＲＣ板２の裏面は支持板８の表面に沿うものとなる。言い換えれば恰も押さえプレート５と支持板８との間に、基準のＦＲＣ板２と第２のＦＲＣ板２’とを挟み込むように配設する。そして、第２のＦＲＣ板２’に設けられた通孔２２が前記押さえプレート５に形成した貫通孔５１と連通するように配設する。
【００１４】
６．取付具を挿着して固定する。
押さえプレート５の表面側から取付具４を第２のＦＲＣ板２’の通孔２２に挿着して固定する。この取付具４としてはボルト等が用いられるが、表面側から操作でき、押さえプレート５に第２のＦＲＣ板２’を固定できる構成であれば、挿着する通孔２２の構成に応じてどのようなものであっても良い。尚、この第２のＦＲＣ板２’も前記２．３．と同様に固定金具３を用いて行うが、この固定金具３による固定により、位置決めが十分に行えるのであれば、必ずしも取付具を用いて固定しなくても良い。取付具を用いない場合には、勿論、通孔２２も必要ではない。
【００１５】
７．順次同様な操作を繰り返してＦＲＣ板を順に固定する。
第２のＦＲＣ板２’の下端は、前述のように押さえプレート５に固定されるが、上端は、前記２．の工程と全く同様にして孔２１から固定金具３を挿入して杆部分３２を鋼製リブ１に当接させた状態で溶接する。第３，第４・・・のＦＲＣ板についても同様に、即ち下端側は押さえプレート５と取付具４の固定により、上端側は固定金具３と鋼製リブ１との溶接により、容易に且つ確実に固定することができる。
尚、説明するまでもなく前記固定金具３や取付具４等は、耐食性を有する素材からなるものを用いることが好ましい。また、隣接するＦＲＣ板２の配設間隔にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の防水剤を充填して水分の侵入を防止しても良い。
【００１６】
８．ＦＲＣ板の裏面側にコンクリートを打設する。
このようにＦＲＣ板２を固定した後、その裏面側の空間にコンクリート９を打設する。即ちＦＲＣ板２は捨て型枠（埋設型枠）として機能する。この後打ちコンクリート９としては、その組成や性状を限定するものではなく、どのような組成のものでも良い。例えば、鋼製リブ１やその他の部材の腐食を考慮すれば適宜に防錆剤やアルカリ金属塩等を配合すれば良いし、その他どのようなものでも良い。
また、ＦＲＣ板２の裏面側空間には複数の鉄筋を配設しておくようにしても良く、その場合、後打ちコンクリート９は鉄筋コンクリート層を形成することとなる。
【００１７】
固定金具３の頭部や押さえプレート５については、コンクリート９の打設前、或いは打設後でも良いが、除去するので、施工後の鋼製セグメントの内面は、多数のＦＲＣ板２が連なる略平滑状の施工面となり、例えば雨水排水用トンネルとして適用した場合などにも耐摩耗性等に優れ、美観が優れたものとなる。
【００１８】
第２のＦＲＣ板２’を基準のＦＲＣ板２に固定した押さえプレート５の内面に沿うように設置したが、本発明の第２発明では、第２のＦＲＣ板２’に予め押さえプレート５を固定しておき、この押さえプレート５で既に固定されている基準のＦＲＣ板２が押さえられるように設置する点で相違するが、それ以外の構成は全く同様である。即ち基準のＦＲＣ板２に対して第２のＦＲＣ板２’を固定するに際し、それに跨って配設される押さえプレート５を、先に基準のＦＲＣ板２に固定しておくのが前記発明、先に第２のＦＲＣ板２’に固定しておくのが第２発明である。尚、前記発明のように基準のＦＲＣ板２に押さえプレート５を固定しておく場合には、前述のように必ずしも取付具を用いなくても良い場合もあるが、第２の発明のように第２のＦＲＣ板２’に押さえプレート５を固定しておく場合には、取付具４等による固定は必須の構成となる。
【００１９】
図２（ａ）〜（ｄ）は、コンクリートセグメントに連なる鋼製セグメントに、前述の本発明の二次覆工法を適用する手順を概略的に示すものである。
【００２０】
図２（ａ）は基準のＦＲＣ板２の設置を示す。
まず、コンクリートセグメントＡに、側方に延在するように連結プレートＢを取り付け、これに対して基準のＦＲＣ板２を固定する。連結プレートＢ、及びこれに対する固定方法は、前記押さえプレートと全く同様である。
次に、前記連結プレートＢの反対側の側端（図面右上、右下）を前記固定金具を用いて溶接することにより固定する。尚、同図では固定金具や取付具等については符号を省略しているが、前記図１の実施例と同様に行う。また、前記図１の実施例ではこの基準のＦＲＣ板２の上端に近い部分に孔を形成して固定金具を挿入したが、可能であればこの実施例のように裏面側方（図面右側）から固定金具の溶接作業を行うようにしても良く、要するに孔及び固定金具の取付位置は特に限定されるものではない。
【００２１】
図２（ｂ）は第２のＦＲＣ板２’の設置を示す。
まず、コンクリートセグメントＡに、側方に延在するように連結プレートＢを取り付け、基準のＦＲＣ板２には上方に延在するように押さえプレート５を取り付け、これらに対して第２のＦＲＣ板２’を固定する。尚、第２発明では第２のＦＲＣ板２’に下方に延在するように押さえプレート５を取り付けておいて固定する。
次に、図面右上を前記固定金具を用いて溶接することにより固定する。
【００２２】
この第２のＦＲＣ板２’と同様にして以降のＦＲＣ板を図面上側に向かって取り付ける。こうしてコンクリートセグメントＡに隣接する第一リングが設置される。
【００２３】
図２（ｃ）は第二リングにおける基準のＦＲＣ板２の設置を示す。
前記図２（ａ）ではコンクリートセグメントＡの側端に連結プレートＢを取り付けたが、この連結プレートＢが第一リングにおける基準のＦＲＣ板２に代わった以外は全く同様にして第二リングにおける基準のＦＲＣ板２を設置する。
【００２４】
図２（ｄ）は第二リングにおける第２のＦＲＣ板２’の設置を示す。
前記図２（ｂ）ではコンクリートセグメントＡの側端に連結プレートＢを取り付けたが、この連結プレートＢが第一リングにおける第２のＦＲＣ板２’に代わった以外は全く同様にして第二リングにおける第２のＦＲＣ板２’を設置する。以降のＦＲＣ板についても全く同様である。
【００２５】
図３は、ＦＲＣ板の取付手順を示す別の例である。
図面中央下側の既に固定されたパネルを基準のＦＲＣ板２とし、その上方に固定するパネルを第２のＦＲＣ板２’とする。まず、押さえプレート５は、基準のＦＲＣ板２でも第２のＦＲＣ板２’でも良いが、取り付けておき、この押さえプレート５が両者に跨るように第２のＦＲＣ板２’を配設する。基準のＦＲＣ板２に取り付けた場合にはそのままでも良いが、第２のＦＲＣ板２’に取り付けた場合には少なくともコンクリートを打設する以前に取付具で固定する必要がある。
次に、左側上端に連結プレートＢを配して、左側のＦＲＣ板と連結する。
続いて右側上端に固定金具３を配して裏面の鋼製リブ１と溶接する。
その後、上端に複数の固定金具３を配して裏面の鋼製リブ１と溶接する。
【００２６】
図４（ａ）は前述のような本発明の二次覆工法を適用したトンネル壁におけるＦＲＣ板の割付図であり、図４（ｂ）はその一部拡大図である。
また、図５はその施工途中の平面図であり、図６はその一部拡大図、図７は図６の水平断面図、図８は図６の側断面図である。
尚、各図における符号は、前記図１〜図３と全く同様である。
【００２７】
以上本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない限りどのようにでも実施することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の鋼製セグメントの二次覆工法は、非直線状の杆部分を有する固定金具を用いて鋼製リブと溶接することにより固定するものであるから、押さえプレートによる押さえ込みと併用することにより容易に且つ取付ズレを生ずることなく高強度コンクリート板を固定することができる。したがって、本発明は、強度等の補修面特性と、作業（施工）性との両方を満足し、特にトンネル壁等の補修にも好適に利用できるものである。
特に高強度コンクリート板としてＰＩＣやレジンコンクリート、繊維補強コンクリートを用いた場合には、極めて高強度であるため、上方部分では補強材を配設せずに施工することも可能であり、また薄肉で、軽量化が可能であるため、人力による施工も可能となり、搬送作業、取付作業並びに施工全体が極めて容易なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鋼製セグメントの二次覆工法を示す側面図である。
【図２】（ａ）本発明をトンネル壁に適用する場合の施工手順を示す斜視図であって、一次リングにおける基準高強度コンクリート板の設置を示す斜視図、（ｂ）一次リングにおける第２の高強度コンクリート板の設置を示す斜視図、（ｃ）二次リングにおける基準高強度コンクリート板の設置を示す斜視図、（ｄ）二次リングにおける第２の高強度コンクリート板の設置を示す斜視図である。
【図３】本発明を適用したトンネル壁の側断面図である。
【図４】（ａ）本発明を適用したトンネル壁における高強度コンクリート板の割付図、（ｂ）その一部拡大図である。
【図５】図４の二次覆工法の施工途中の平面図である。
【図６】図５の一部拡大図である。
【図７】図６の水平断面図である。
【図８】図６の側断面図である。
【符号の説明】
１ 鋼製リブ
２ 基準の高強度コンクリート板（高強度ＰＣ板）
２’ 第２の高強度コンクリート板（高強度ＰＣ板）
３ 固定金具
３２ 杆部分
４ 取付具
５ 押さえプレート
９ 後打ちコンクリート
Ａ コンクリートセグメント
Ｂ 連結プレート

Claims (3)

1. 鋼製リブが突出する施工面に基準の薄肉の高強度コンクリート板を配設し、予めこの基準の高強度コンクリート板に取り付けた非直線状の杆部分を有する固定金具を鋼製リブと当接させて溶接すると共に、端縁から外方へ延在するように固定した押さえプレートの内側に、第２の薄肉の高強度コンクリート板を沿うように配設し、順次同様な操作を繰り返して薄肉の高強度コンクリート板を固定し、その後、薄肉の高強度コンクリート板と鋼製セグメントの間にコンクリートを充填することを特徴とする鋼製セグメントの二次覆工法。
2. 鋼製リブが突出する施工面に基準の薄肉の高強度コンクリート板を固定し、第２の薄肉の高強度コンクリート板を、その端縁から外方へ延在するように固定した押さえプレートで前記基準の高強度コンクリート板を押さえるように配設すると共に、押さえプレートの表面側から取付具を基準の高強度コンクリート板に挿着して固定し、さらに予め第２の薄肉の高強度コンクリート板に取り付けた非直線状の杆部分を有する固定金具を鋼製リブと当接させて溶接し、順次同様な操作を繰り返して薄肉の高強度コンクリート板を固定し、その後、薄肉の高強度コンクリート板と鋼製セグメントの間にコンクリートを充填することを特徴とする鋼製セグメントの二次覆工法。
3. 薄肉の高強度コンクリート板は、ポリマー含浸コンクリート、レジンコンクリート、繊維補強コンクリートから選ばれることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼製セグメントの二次覆工法。

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