JP3847072B2 - 合成セグメント - Google Patents

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健太郎 吉田
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    • E21D11/086Methods of making concrete lining segments

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は鋼製セグメント、鋳鉄製セグメント、さらには球状黒鉛鋳鉄製セグメント(ダクタイルセグメント)も含む鋳鋼製セグメントなどのメタル系セグメント(以下、「鋼殻」という)とその中に充填されたコンクリートとからなる一体構造の合成セグメントに関し、特に常時、大きな内水圧が作用する下水道幹線や地下河川などとして利用される水路用トンネルの覆工材として開発されたものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、下水道幹線や地下河川などとして利用される水路用トンネルの覆工材として、トンネルの内周面を平滑に施工でき、しかも二次覆工を省略できる等の理由から上述するような、鋼材部分とコンクリート部分とが一体構造をなす合成セグメントが広く使用されている。 この種の合成セグメントにおいては、例えば図7(a)に図示するように、トンネルの軸方向の両側部に主桁板30を、周方向の両端部に継手板31をそれぞれ配置し、さらにトンネルの地山側にスキンプレート32を配置することにより、トンネルの周方向に沿って所定の曲率で弧状に湾曲する箱状の鋼殻33が形成されている。
【0003】
また、こうして形成された鋼殻33内に補強筋として必要量の主鉄筋34とせん断補強筋35がそれぞれ配筋され、かつコンクリート36が充填されされている。一方、主桁板30と継手板31の外側面部には隣接して組み付けられた際、トンネルの軸方向と周方向にそれぞれ互いに係合し合う継手が設けられている。
【0004】
トンネルの周方向に係合し合う継手のうち、継手板31の外側面部に設けられる継手としては、例えば図7(b)に図示するように、継手板31の外側面部に形成された蟻溝37とこの蟻溝37に係合されるコッター38とからなる継手が知られており、この蟻溝37とコッター38とはトンネルの軸方向にスライドさせて係合されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これまでの合成セグメントは、主鉄筋34の定着方法およびせん断補強筋35の処理方法として特に確立されたものがなく、また鋼殻33の表面が平滑な場合は、コンクリート36の付着力が期待できず、鋼殻33とコンクリート36との一体化構造が困難であるため、鋼殻33の内側面に突起を付加する等して一体化を図ることが行われている。
【0006】
しかし、このような手段は鋼殻33と接するコンクリート36との間でのみ可能であり、反対側のコンクリートがむき出しの部分は引張り応力に対して何らかの補強が必要であった。
【0007】
特に、水路用トンネルにおいては、セグメントには常時大きな内水圧が作用しているため、コンクリート36の内面にきれつが発生したり、コンクリート36が剥離したりするおそれがあり、このため、多くの場合コンクリート36は単にシールド覆工体の内面を平滑にするとともに、シールドの推進ジャッキの反力受け等としてのみ評価され、また主鉄筋34およびせん断補強筋35もコンクリート36のひび割れ防止材程度に評価されるだけで、ともに覆工材の構造材として評価されないことが多く、きわめて不経済であった。
【0008】
また、このため大きな内水圧が作用し、トンネルの内面側コンクリートが著しくきびしい状況下でない状態での使用に用いられていた。
また、常時大きな内水圧が作用する水路用トンネルにおいては、特にトンネルの周方向に隣接するセグメント間の継手が、図7(b)に図示するような一段継手では、セグメント間の応力伝達手段として合理的な継手とはいえず、また止水性の面でもきわめて不十分なものであった。
【0009】
この発明は以上の課題を解決するためになされたもので、コンクリート部分と鋼材部分との一体化構造とセグメント間の合理的継手を可能にし、特に水路用トンネルの覆工材として優れた合成セグメントを提供することを課題とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の合成セグメントは、主桁板と継手板と背面板とからなる鋼殻内に複数の主鉄筋とせん断補強筋をそれぞれ配筋するとともにコンクリートを充填し、かつ前記継手板に継手を設けてなる合成セグメントにおいて、前記継手板に主鉄筋定着用の連結部として突起を設け、この突起と前記主鉄筋の端部に取り付けられた定着板の孔とを係合することにより前記主鉄筋の端部を前記継手板に定着し、かつ前記継手を二段に設けてなることを特徴とするものである。
【0011】
ここで、鋼殻は原則として、鋳鉄製または球状黒鉛鋳鉄製をも含む鋳鋼製で、主桁板と継手板と背面板は鋳造により一体的に形成されているが、鋼製の場合は主桁板と継手板と背面板をそれぞれ別々に形成し、後から接合する組み立て式も考えられる。
【0012】
また、鋼殻内には主鉄筋とせん断補強筋の両方が配筋されているが、せん断補強筋を省略して主鉄筋のみが配筋される場合もある。また、主鉄筋とせん断補強筋として、ともに丸鋼や異形鉄筋などが配筋されている。
【0013】
請求項2記載の合成セグメントは、主桁板と継手板と背面板とからなる鋼殻内に複数の主鉄筋とせん断補強筋をそれぞれ配筋するとともにコンクリートを充填し、かつ前記継手板に継手を設けてなる合成セグメントにおいて、前記鋼殻の内側部に定着用の孔を有するリブを、前記せん断補強筋の端部に定着用のフックをそれぞれ突設するとともに、前記孔とフックとを係合して前記せん断補強筋の端部を前記鋼殻の内側部に定着し、かつ前記継手を二段に設けてなることを特徴とする。
【0014】
なお、定着用の孔を有するリブは、原則として背面板の上に突設されるが、主桁板の内側部に突設されてもよい。
請求項3記載の合成セグメントは、請求項1または2記載の合成セグメントにおいて、継手として、互いに係合し合う蟻溝とコッターとからなる継手を設けてなることを特徴とする。なお、この場合の継手としては、締結ボルトによるもの、雄雌嵌合方式によるもの等が考えられ、特に限定されるものではない。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1〜図6は、この発明に係る合成セグメントの一例を示し、図において、トンネルの軸方向の両側部に主桁板1が、トンネルの周方向の両端部に継手板2が、さらにトンネルの地山側に背面板3がそれぞれ配置されている。
【0016】
また、両側の主桁板1,1間に縦リブ4が、両端の継手板2,2間に横リブ5がそれぞれ所定間隔おきに複数配置されている。
主桁板1の外側面部には、トンネルの軸方向に隣接するセグメント間の継手として、例えばホールインアンカーの原理を利用し、一方の継手を他方の継手にトンネルの軸方向に挿入することにより、セグメントの組み立てと同時にトンネルの軸方向に隣接するセグメントどうしを、ボルトによる継手と同等以上の引張およびせん断強度を備えて接合できる継手6が設けられている。
【0017】
また、継手板2の外側面部には、トンネルの周方向に隣接するセグメント間の継手として、蟻溝7とこの蟻溝7に係合されるコッター8とからなるくさび方式の継手で、トンネルの軸方向に挿入することによりトンネルの周方向に隣接するセグメントどうしを、セグメントの組み立て同時に接合できる継手が設けられている。
【0018】
さらに、主桁板1および継手板2の外側面部には、隣接するセグメント間の一次止水材として、シール部材9が継手の両側に位置し、かつ主桁板1および継手板2の軸方向に連続して(後述する鋼殻12の周方向に連続して)二重に取り付けられている。
【0019】
なお、シール部材9の止水性が切断された場合に備えて、継手6やコッター8等の継手部材には全て、塗装や焼付け等の防食対策がとられている。
また、継手板2の上端部には、後述する主鉄筋13の定着用の連結部として複数の突起10がトンネルの軸方向に所定間隔おきに突設されている。突起10の形状としては、図示するような矩形状が最も一般的であるが、特に限定されるもではなく、円形状をなすものでもよい。また、配列も一列である必要はなく、複数列にしかも千鳥に配置されていてもよい。
【0020】
また、背面板3のトンネル軸方向の両端部には、後述するせん断補強筋14の定着部として、複数のリブ11がトンネルの周方向に所定間隔おきに突設され、リブ11には定着用の孔11aが形成されている。なお、定着用の孔11aと同様の孔5aが横リブ5の両端にも形成されている。
【0021】
蟻溝7とコッター8はともに、いわゆるくさび方式で係合するようにトンネルの軸方向に徐々に小径となる形状に形成され、またいわゆる中立軸Xを境にその外側(地山側)と内側(トンネル側)とに、トンネルの径方向に二段に形成され、さらに蟻溝7とコッター8とからなる継手は、トンネルの軸方向の両端部にトンネルの軸方向に所定長さ連続して形成されている。
【0022】
このように蟻溝7とコッター8とからなる継手が、中立軸Xを境に二段に形成されていることで、周囲の土圧によって中立軸Xの外側に引張応力が作用する外引っ張り応力状態と、内水圧によって中立軸Xの内側に引張応力が作用する内引っ張り応力状態、あるいは全断面引張りの応力状態に対応することができるため、特に水路用トンネルのセグメント間の継手としてきわめて合理的な継手構造であるといえる。
【0023】
こうしてトンネルの地山に沿って所定の曲率で弧状に湾曲する鋼殻12が形成され、この鋼殻12内に補強筋として複数の主鉄筋13とせん断補強筋14がそれぞれ配筋され、かつコンクリート15が充填されている。
【0024】
なお、鋼殻12は原則として、鋳鉄製または球状黒鉛鋳鉄製をも含む鋳鋼製で、主桁板1と継手板2と背面板3は鋳造により一体的に形成されているが、鋼製の場合は主桁板1と継手板2と背面板3をそれぞれ別々に形成し、後から接合する組み立て式も考えられる。また、鋼殻12の表面には腐食しろや防食塗装などの防食対策が施されている。
【0025】
複数の主鉄筋13は、両端の継手板2,2間にトンネルの周方向に沿って弧状に配筋され、その両端部13aは定着板16を介して両端の継手板2にそれぞれ定着されている。
【0026】
定着板16はトンネルの軸方向に連続する細い帯板状に形成され、その一側寄りに突起10と係合可能な孔16aが突起10の間隔に対応し、かつトンネルの軸方向に所定間隔おきに形成されている。また、反対側寄りには各主鉄筋13の端部13aが溶接によってそれぞれ連結されている。
【0027】
さらに、複数の主鉄筋13と定着板16とは、例えば図4(a),(b)に図示するように、鋼殻12の平面形状に相当する大きさのパネル状に予め組み立てられ、特にサイズが大型化するときは必要に応じて、図4(b)に図示するようにトンネルの軸方向に2分割ないし3分割に組み立てられている。
【0028】
このようなパネル状に組み立てられた複数の主鉄筋13と定着板16は、鋼殻12内に配筋され、かつ定着板16の孔16aと突起10とを係合させて鋼殻12内に固定されている。その際、複数の主鉄筋13と定着板16とがパネル状に予め組み立てられていることで、複数の主鉄筋の配筋作業をきわめて効率的に行なうことができる。
【0029】
なお、突起10と孔16a間に隙間があるためにがたつきがあるときは、必要に応じて例えば図4(d)に図示するように孔16aにくさび17が挿入されている。
【0030】
せん断補強筋14は、例えば図5(a),(b)に図示するように背面板3側(地山側)にコの字状をなす門形に曲げ加工などによって形成され、かつ垂直部分14a,14aの下端部にトンネルの周方向に突出するフック14b,14bがそれぞれ形成されている。なお、両側の垂直部分14a,14aは必要に応じて、例えば図5(b)に図示するように内側に少し折り曲げられている。こうすることで、主鉄筋13およびコンクリート15の拘束力はより高められる。
【0031】
また、こうして形成された複数のせん断補強筋14は、例えば図5(c)に図示するように、両側の主桁板1,1間に複数の主鉄筋13を抱き込むようにしてトンネルの周方向に所定間隔おきに配筋され、かつ両端のフック14bをリブ11の定着孔11aまたは横リブ5の定着孔5aに挿入して固定されている。
【0032】
このように、複数の主鉄筋13の両端が両端の継手板2に定着され、かつせん断補強筋14の両端が背面板3の底部に定着されていることで、鋼殻12と複数の主筋13およびせん断補強筋14との完全な一体化が可能になり、これにより主鉄筋13とせん断補強筋14はともに、コンクリート15の単なるひび割れ防止材としてではなく、鋼殻12と同等に合成セグメントの構造材として評価される。
【0033】
なお、鋼殻12は、背面板が波形状(コルゲート状)に形成されることにより、セグメントの両側部にだけでなく中央部にも複数の主桁を有し、また鋼殻12内にせん断補強材として複数の縦リブが設置されるようなものでも対応可能である。
【0034】
また、主鉄筋13の端部13aを鋼殻12の継手板2に定着する方法としては、継手板2の内側に主鉄筋定着用の連結部として筒状の定着部(図省略)を突設し、一方主鉄筋13の端部13aには定着部に差し込み可能なL字状のフック(図省略)を設け、このフックを前記定着部に差し込む方法でもよい。この場合の主鉄筋の定着部は主鉄筋13の配筋間隔に合わせてトンネルの軸方向に所定間隔おきに形成されている。
【0035】
【発明の効果】
この発明は以上説明したとおりであり、特に鋼殻の継手板に主鉄筋定着用の連結部を設け、この連結部に主鉄筋の端部を定着し、また前記鋼殻の内側部に定着用の孔を有するリブを、せん断補強筋の端部に定着用のフックをそれぞれ突設するとともに、前記孔とフックとを係合して前記せん断補強筋の端部が前記鋼殻の内側部に定着してあるので、鋼殻と複数の主筋およびせん断補強筋との完全な一体化が可能になり、これにより主鉄筋とせん断補強筋はともに、コンクリートの単なるひび割れ防止材としてではなく、鋼殻と同等に合成セグメントの構造材として評価される。
【0036】
また、トンネルの周方向に隣接するセグメント間の継手として、例えば蟻溝とコッターとからなる継手が二段に配置されていることで、いわゆる外引っ張り応力状態と、内引っ張り応力状態の両方の応力状態に対応することができるため、特に水路用トンネルの覆工材として適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】合成セグメントの一例を示す斜視図である。
【図2】鋼殻を示し、(a)はその平面図、(b),(c),(d)はそれぞれ、(a)におけるイ−イ線、ロ−ロ線、ハ−ハ線断面図である。
【図3】鋼殻に主鉄筋とせん断補強筋を配筋した状態を示し、(a)はその平面図、(b),(c),(d)はそれぞれ、(a)におけるイ−イ線、ロ−ロ線、ハ−ハ線断面図である。
【図4】(a)、(b)はともに、パネル状に組み立てられた主鉄筋と定着板を示す斜視図、(c)は主鉄筋の定着部を示す分解斜視図、(d)はその縦断面図である。
【図5】(a)、(b)はともに、せん断補強筋の斜視図、(c)はせん断補強筋の定着部を示す一部斜視図である。
【図6】シールドトンネルの一部斜視図である。
【図7】(a)は従来の合成セグメントの一例を示す一部破断斜視図、(b)は継手部の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 主桁板
2 継手板
3 背面板
4 縦リブ
5 横リブ
6 継手
7 蟻溝
8 コッター
9 シール部材
10 定着用の突起(主鉄筋定着用の連結部)
11 リブ
11a 定着用の孔
12 鋼殻
13 主鉄筋
13a 主鉄筋の端部
14 せん断補強筋
14a 垂直部分
14b フック
15 コンクリート
16 定着板
16a 定着用の孔
17 くさび

Claims (3)

  1. 主桁板と継手板と背面板とからなる鋼殻内に複数の主鉄筋とせん断補強筋をそれぞれ配筋するとともにコンクリートを充填し、かつ前記継手板に継手を設けてなる合成セグメントにおいて、前記継手板に主鉄筋定着用の連結部として突起を設け、この突起と前記主鉄筋の端部に取り付けられた定着板の孔とを係合することにより前記主鉄筋の端部を前記継手板に定着し、かつ前記継手を二段に設けてなることを特徴とする合成セグメント。
  2. 主桁板と継手板と背面板とからなる鋼殻内に複数の主鉄筋とせん断補強筋をそれぞれ配筋するとともにコンクリートを充填し、かつ前記継手板に継手を設けてなる合成セグメントにおいて、前記鋼殻の内側部に定着用の孔を有するリブを、前記せん断補強筋の端部に定着用のフックをそれぞれ突設するとともに、前記孔とフックとを係合して前記せん断補強筋の端部を前記鋼殻の内側部に定着し、かつ前記継手を二段に設けてなることを特徴とする合成セグメント。
  3. 継手として、互いに係合し合う蟻溝とコッターとからなる継手を設けてなることを特徴とする請求項1または2記載の合成セグメント。
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