JP3809055B2

JP3809055B2 - シールド掘進用立坑部材

Info

Publication number: JP3809055B2
Application number: JP2000279473A
Authority: JP
Inventors: 健一関根; 俊彦吉住; 尚宏大堀
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: JP2002089175A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機の発進部または到達部の立坑壁を構成するために使用される切削可能なシールド掘進用立坑部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールド掘進機が発進または到達する切削可能な立坑壁を構成するための部材として、▲１▼ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）の製ロッドをコンクリート内に埋め込むように配設されて補強されたプレキャストコンクリート製部材。▲２▼図１３に示すように、発泡ウレタン樹脂と多数の単繊維のガラス繊維２４を一方向に配設した繊維強化複合部材２５が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記▲１▼の場合には、（イ）コンクリートの圧縮強度が高く、シールド掘進機のカッタービットで切削する時、切削に要する時間が長くかかる点。（ロ）掘進機での切削時、排土管から切削屑を排出する場合、切削屑中に含まれるＣＦＲＰ製ロッドの切断片が大きく、排土管が詰まることがある。（ハ）プレキャストコンクリート部材の重量が重く、施工時に比較的大きなクレーンを用意する必要がある。
【０００４】
前記▲２▼の場合には、（ニ）繊維強化複合部材２５を本工法における立坑壁に用いるためには、小断面寸法の薄板材料を接着剤で張り合わせる必要があり、張り合わせ作業が大規模になり、不経済であると共に品質の安定性に難がある。また（ホ）繊維強化複合部材２５の比重が小さいため（本発明のコンクリートの場合と比較して）、前記複合材２５を立坑壁用溝に建て込む時に、浮力が作用し、定位置へ設置することが難しい。またコンクリートを立坑壁用溝に打設する時、前記複合材２５が浮き上がり、所定の位置から外れる可能性がある等の課題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、立坑用壁本体の補強材として、比較的細番手のＦＲＰ格子材を複数使用することにより、一体成形が可能で、また（１）壁本体をコンクリート製としても、比較的切削しやすく、（２）掘進機により切削した場合に、切削屑が細かくなるため、排土管を詰まらせることなく、（３）壁本体として、コンクリートの代わりに、樹脂製マトリックスを用いた場合には、軽量にすることができ、壁強度の調整が容易で十分な適応性を有するシールド掘進機発進到達用の立坑壁用部材を提供することを目的とする。
なお、樹脂製マトリックスとしては、発泡樹脂または樹脂に砂を混合させたレジンモルタル等を使用することができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１のシールド掘進用立坑部材においては、シールド掘進機が発進および到達する立坑壁における掘進機の切削可能範囲を垂直方向に延びる杭状部材を備えたシールド掘進用立坑用部材において、前記杭状部材は、コンクリート製杭状本体または樹脂製マトリックスからなる杭状本体のいずれか一方の杭状本体と、その杭状本体に埋め込み固定された複数のＦＲＰ製格子状部材とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明においては、請求項１に記載のシールド掘進用立坑部材において、前記ＦＲＰ格子状部材が多数積層された状態でコンクリート製杭状本体に埋め込み固定されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明においては、請求項１に記載のシールド掘進用立坑部材において、前記樹脂製マトリックスが、発泡樹脂または樹脂に砂を混合させたレジンモルタルであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明においては、請求項１〜３のいずれかに記載のシールド掘進用立坑部材において、杭状本体の端部に継手金具を備えていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５にいては、請求項１または２に記載のシールド掘進用立坑部材において、前記ＦＲＰ格子状部材は、炭素繊維またはガラス繊維等の繊維を合成樹脂により埋め込み固定した格子状部材であることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、シールド掘進機の切削可能範囲の立坑壁用部材において、コンクリート製杭状本体または樹脂製マトリックスからなる杭状本体のいずれか一方の杭状本体と、その杭状本体に埋め込み固定された複数のＦＲＰ製格子状部材からなる補強材とを備えているので、比較的軽量、安価であると共に、発進到達用の壁部を容易に構築することができると共にこれをシールド掘進機で容易に切削できる。
【００１２】
また、ＦＲＰ格子状部材によって補強しているので、壁強度の調整が容易であり、立坑壁の設置場所の大きさ、壁背面の土圧、水圧条件に耐えられるなど十分な適応性が得られる。またコンクリート製の杭状部材でもシールド掘進機により切削し易く、また切削屑が細かくなるため、シールド掘進機の排土管を詰まらせることなく、また樹脂製マトリックスを用いると、より軽量な立坑用部材とすることができる。さらにＦＲＰ格子状部材をその矩形空間を利用して継手金具を強固に固定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態を図１〜図６を参照して説明する。図１はシールド掘進用立坑壁の正面図である。図２は立坑壁を構成する溶接により固定の要部の斜視図である。図２の右手前が壁の正面である。図３は図２における杭状本体３と継手金具１２ａを分解して示す斜視図である。また、図４は図２における断面図であり、また図５はＦＲＰ製格子状部材の例を示す斜視図であり、図６はコンクリート製杭状本体３または発泡樹脂製杭状本体３等の杭状本体３にＦＲＰ製格子状部材を積層状態で埋め込み固定されている状態を示す説明図である。
【００１４】
図１、図２に示すように、シールド掘進機Ａの切削可能長（例えばφ３３００ｍｍ）をカバーする立坑壁１の横方向範囲においては、立坑開口部の上部から底部に向かってＨ型鋼２、鋼製継手金具１２ａ付き杭状本体３、Ｈ型鋼２がこの順に配置されている。Ｈ型鋼２は、横方向に所定の間隔を置いて垂直に複数本配設され、深さ方向における中間部に配置される継手金具１２ａ付き杭状本体３を挟んで上下に分割されて配設されている。
【００１５】
そして、継手金具１２ａ付き杭状本体３は、シールド掘進機Ａの切削可能範囲を縦横方向共にカバーするような位置に配置され、各継手金具１２ａ付き杭状本体３における杭状本体３の上下端部は、ボルト・ナット９により固定された後記の継手金具１２ａを介して中間継手金具１２ｂに接合され、Ｈ型鋼からなる前記中間継手金具１２ｂは、そのフランジ２８の上部および下部に複数のボルト挿通用透孔を備えており、また前記中間継手金具１２ｂは添設板１３およびボルト・ナット１４等により、上端部側および下端部側のＨ型鋼２のフランジ２ａに接合されている。なお、杭状本体３と継手金具１２ａとあるいはこれに中間継手金具１２ｂとを予め工場などにおいて一体に組み立てて構成しておき、この上部および下部に、または上部または下部の少なくとも一方にＨ型鋼２を添設板１３およびボルト・ナット１４等により接合する。
【００１６】
なお、ボルト挿通用透孔を有する鋼製継手固定用プレート７を備えた前記各継手金具１２ａの前記継手固定用プレート７の内側には、図３に示すように、上下方向に間隔を置くと共に、左右方向に間隔を置いて、中央部に横孔を有するほぼ立方体状の鋼製ブロックが溶接等により一体に固着されて凸部２２が形成されている。また前記杭状本体３の上端部および下端部の左右両側面には、後記のように、上下方向に間隔を置くと共に前後方向に間隔を置いて複数の凹部２０が格子状部材５の溝まで届くように形成されている。前記杭状本体３に上下部の継手金具１２ａまたはこれに前記中間継手金具１２ｂ取り付けられるか、さらにこれにＨ型鋼２が取り付けられて、杭状部材６すなわち本発明の立坑部材が構成されている。
【００１７】
このように形成された各杭状部材６が泥水溝内に建て込まれ、溝内の間隔部４にコンクリート、モルタル、ソイルセメント等が充填硬化された後、溝間が開削されて立坑壁１が構築される。例えば杭状部材６の幅は２００ｍｍで、立坑壁１の壁厚は５００ｍｍである。なお、上端側および下端側のＨ型鋼２の代わりに、後記の実施形態において説明するように、鉄筋籠を用いてもよい。
【００１８】
図５に示すように、等間隔をおいた複数のＦＲＰ製縦板材１５と等間隔をおいた多数の横板材１６とを一体成形により固着して、ほぼ面状格子に形成したＦＲＰ製格子状部材５を、図６に示すように、多数ほぼ平行に重合するように配置し、これらをコンクリート１７または発泡樹脂１８または樹脂に砂を混合させたレジンモルタル１９等により埋め込み固定して、杭状本体３が構成されている。なお前記格子状部材５の縦板および横板部分に沿って埋め込み固定する多数の長繊維６ａとしては、ガラス繊維または炭素繊維等の長繊維６を使用することができる。また一体成形によるＦＲＰ製格子状部材５の場合は、格子における交点部２７の強度が高いため、この交点部の強度を利用して、継手固定用プレート７の基端側を強固に固定することができる。
【００１９】
前記杭状本体３の上部および下部には、上下方向および前後方向（掘進または到達方向）にＦＲＰ製縦板材１５または横板材１６のほぼ板巾間隔を置いて複数（図示の場合は、上下２段で、掘進または到達方向に３つ）の矩形状の凹部２０が平行に設けられ、前記各凹部２０の中央部には、杭状本体３を貫通するように、左右方向に延長するボルト挿通用横孔２１が設けられ、前記各凹部２０に嵌合可能な複数の凸部２２を一端側に備えている前記継手部材１２の一端側の各凸部２２が嵌合されて、前記ボルト挿通用横孔２１と前記凸部２２のボルト挿通用透孔２２ａとに渡って、ボルトおよびこれに螺合されたナットにより固定されて、継手付の杭状本体３が構成されている。前記凸部２２の上下または前後方向の間隔は、ほぼＦＲＰ製縦板材１５または横板材１６の板巾間隔を置いて設けられている。
【００２０】
前記Ｈ型鋼からなる中間継手金具１２ｂと継手付きの杭状本体３との接合部は、図２に示すように、鋼製板状の継手金具１２ａ両側縁部を中間継手金具１２ｂのフランジに溶接により固定されている。なお、継手金具１２ａはシールド掘進機の切削可能範囲の外方に配置されている。こうして、杭状本体３に作用する曲げモーメントおよびせん断力は継手金具１２ａを介して上下の各中間継手金具１２ｂに十分な安全率をもって伝達され、また前記中間継手金具１２ｂに添設板１３およびボルト・ナット１４により固定される上端側および下端側のＨ型鋼２のフランジ２ａに十分な安全率をもって伝達される。これにより、立坑壁１の背面の土圧、水圧に十分耐える強度を持たせている。
【００２１】
このように杭状本体３に上下方向の一方または両方に継手金具１２ａまたはこれに中間継手金具１２ｂが予め一体に取付られた状態のユニットを現場に搬送してもよく、あるいは現場において杭状本体３に各継手金具１２ａ，ｂを組み立ててもよく、また予め工場または現場において、前記継手金具１２ａ付き杭状本体３とＨ型鋼２等の剛性部材とに渡って添設板１３を配設して、これらの透孔に渡ってボルト１４を挿通すると共にこれに螺合されるナットにより一体に連結固定された状態にしてもよい。
【００２２】
前述のようなプレキャスト製の立坑用部材（杭状部材６）を使用して構築した立坑壁１は、従来の▲１▼の炭素繊維補強コンクリートプレキャスト部材と比較して、同じ曲げ耐力、せん断耐力を有する場合に質量が低減し建て込み性能が優れている。
【００２３】
また、従来の炭素繊維補強コンクリートプレキャスト部材を利用した立坑壁と比較して、掘進機により切削しやすく、また切削屑が細かくなるため、掘進機における排土管を詰まらせることがなく、現場での作業性が高い。また本発明の立坑部材の場合は、前記従来の繊維強化発泡ウレタン樹脂の場合と比べて、張り合わせ作業をする必要がないので、経済的に製作でき、しかも製作が容易であると共に品質の安定性が高いので、容易に品質の高い切削可能な立坑壁を構築することができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、ＦＲＰ製格子状部材５に埋め込み固定される繊維として、ガラス繊維または炭素繊維を示したが、これに限定されず、その他の繊維を混入して用いてもよい。
【００２５】
また、せん断補強効率を上げるために、前後方向に延長するほぼ面状のＦＲＰ格子状部材５を左右方向に多数積層するように配設したが、前記のような構造にさらに左右方向（壁厚方向に直角な立坑壁巾方向）に延長するように、引き抜きにより製造した引き抜き材からなるＦＲＰ製細板状体（図示を省略）を上下方向に間隔を置いて平行に、前面側または中間層あるいは後面側に埋め込み配設するようにしてもよく、または前記と同様なほぼ面状のＦＲＰ製格子状部材５を壁厚方向の前面側または後面側に埋め込み配設するようにしてもよい。
【００２６】
なお、図４は杭状部材を示す平断面説明図であり、図の上下方向が立坑壁１の壁厚方向である。図の下端が立坑壁１の表面で、上端が立坑壁１の背面である。
【００２７】
図７〜図９は本発明の第２実施形態を示すものであって、この実施形態の場合には、Ｈ型鋼からなる中間継手部材１２ｂにおける一端側の対向するフランジ２８間に、継手金具１２ａを取り付けるための透孔を備えて矩形状受け鋼板２９が溶接により固定され、前記受け鋼板２９の透孔と継手金具１２ａの透孔に挿通された連結ボルト８により、杭状本体３と中間継手金具１２ｂとが着脱自在に一体化された継手金具１２ａ，１２ｂ付の杭状部材６に構成されているが、その他の構成は前記実施形態の場合とほぼ同様であるので、同様な部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２８】
図１０〜図１２は、立坑部材の上端側および下端側をＨ形鋼２に代えて、鉄筋コンクリート製とする場合の形態を示す本発明の第３実施形態を示すものであって、この実施形態の場合には、杭状本体３の上端部および下端部に固定される対向する継手金具１２ａが、継手固定用プレート３０と、その一端側（先端部）の内側に、籠鉄筋（図示を省略した）に接続するための比較的端尺の異形鉄筋からなる継手鉄筋３１の基端側を溶接により固着した形態例を示したものであり、前記下端側の継手鉄筋３１が下位に位置する籠鉄筋（図示を省略した）における上端側の継手部に溶接または番線等により固定され、また上端側の継手鉄筋３１が上位に位置する籠鉄筋における下端側の継手部に溶接または番線等により固定されて、各上位および下位に位置する籠鉄筋がコンクリートにより埋め込むように構成されて、杭状の立坑部材（杭状部材６）が構成される。その他の構成については、前記実施形態の場合と同様であるので、同様な要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、シールド掘進機の切削可能範囲の立坑壁部を、垂直方向に延びる杭状部材を備えたシールド掘進用立坑用部材において、前記杭状部材は、コンクリート製杭状本体３または樹脂製マトリックスからなる杭状本体３のいずれか一方の杭状本体３と、その杭状本体３に埋め込み固定された複数のＦＲＰ製格子状部材とを備えているので、コンクリート製としても切削しやすく、また立坑壁に用いてシールド掘進機により切削した場合には、切削屑が細かくなるため、シールド掘進機における排土管を詰まらせることなく、シールド掘進機を掘進させることができる。また樹脂製マトリックスにＦＲＰ製格子状部材を埋め込むように用いた場合には、コンクリートに埋め込む場合よりもより軽量にすることができる。また、ＦＲＰ製格子状部材によって補強しているので、壁強度の調整が容易であり、立坑壁の設置場所の大きさ、壁背面の土圧、水圧条件に耐えられるなど十分な適応性が得られる。
【００３０】
また必要に応じ、前後方向のみならず、杭状部材の前面側あるいは後面側に左右方向に延長するように、ＦＲＰ製格子状部材を配設した場合には、３次元的に補強することができる。
【００３１】
請求項２の発明によれば、ＦＲＰ格子状部材が多数積層された状態でコンクリート製杭状本体３に埋め込み固定されているので、請求項１の効果を奏すると共にさらに、容易に切削できる杭状部材とすることができ、またコンクリート製の杭状部材でも、これを軽量化することができる。
【００３２】
請求項３の発明によれば、前記樹脂製マトリックスが、発泡樹脂または樹脂に砂を混合させたレジンモルタルであるので、請求項１の効果を奏すると共にさらに、圧縮支持力のない樹脂製の場合でも、容易に圧縮支持力のあるシールド掘進用立坑部材とすることができる。
【００３３】
請求項４の発明によれば、杭状本体３の端部に継手金具を備えているので、請求項１〜３の効果を奏すると共にさらに、上端部または下端部において、Ｈ形鋼または籠鉄筋等に容易に接続することができる。
【００３４】
請求項５の発明によれば、前記ＦＲＰ格子状部材は、炭素繊維またはガラス繊維等の繊維を効率よく配置することができる。そのため補強繊維の使用量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の立坑壁用部材を使用して立坑壁を構築した一形態を示す正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の立坑用部材を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態における継手金具と杭状本体とを分離して、これらの透孔および杭状本体の関係を示す分解斜視図である。
【図４】（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図である。（ｂ）は同Ｂ−Ｂ断面図である。（ｃ）は同Ｃ−Ｃ断面図である。
【図５】本発明の立坑用部材における杭状本体内に埋め込まれるＦＲＰ格子材の一例を示す斜視図である。
【図６】杭状本体の補強に用いるＦＲＰ製格子状部材を多数縦向きに積層させた状態を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態の立坑部材の斜視図である。
【図８】本発明における第２実施形態における立坑用部材を継手金具と杭状本体とを分離して、これらの透孔および杭状本体の関係を示す分解斜視図である。
【図９】（ａ）は図７のＤ−Ｄ断面図である。（ｂ）は同Ｅ−Ｅ断面図である。（ｃ）は同Ｆ−Ｆ断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における立坑用部材の斜視図である。
【図１１】本発明における第３実施形態における継手金具と杭状本体とを分離して、これらの透孔および杭状本体の関係を示す分解斜視図である。
【図１２】（ａ）は図１０のＧ−Ｇ断面図である。（ｂ）は同Ｈ−Ｈ断面図である。（ｃ）は同Ｉ−Ｉ断面図である。
【図１３】従来の立坑用繊維強化複合部材を示す一部縦断斜視図である。
【符号の説明】
１立坑壁
２Ｈ型鋼
２ａＨ型鋼のフランジ
３杭状本体
４間隔部
５ＦＲＰ格子状部材
６杭状部材
６ａガラス繊維または炭素繊維等の長繊維
７継手固定用プレート
８ボルト
１２ａ継手金具
１２ａ中間継手金具
１３添設板
１４ボルト・ナット
１５ＦＲＰ製縦板材
１６ＦＲＰ製横板材
１７コンクリート
１８発泡ウレタン樹脂
１９レジンモルタル
２０凹部
２１ボルト挿通用横孔
２２凸部
２２ａボルト挿通用透孔
２３発泡ウレタン樹脂
２４ガラス繊維
２５繊維強化複合部材
２７交差重合部
２８フランジ
２９受け鋼板
３０継手固定用プレート
３１継手鉄筋

Claims

シールド掘進機発進到達用立坑壁における切削可能範囲に垂直方向に延びるように配設される杭状部材を備えた立坑部材において、前記杭状部材は、コンクリート製杭状本体または樹脂製マトリックスからなる杭状本体のいずれか一方の杭状本体と、その杭状本体に埋め込み固定された複数のＦＲＰ製格子状部材からなる補強材とを備えていることを特徴とするシールド掘進用立坑部材。
前記ＦＲＰ格子状部材が多数積層された状態でコンクリート製杭状本体に埋め込み固定されていることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進用立坑部材。
前記樹脂製マトリックスが、発泡樹脂または樹脂に砂を混合させたレジンモルタルであることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進用立坑部材。
杭状本体の端部に継手金具を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシールド掘進用立坑部材。
前記ＦＲＰ格子状部材は、炭素繊維またはガラス繊維等の繊維を合成樹脂により埋め込み固定した格子状部材であることを特徴とする請求項１または２に記載のシールド掘進用立坑部材。