JP4050074B2 - セグメント用外枠 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドトンネルの覆工用として使用されるコンクリート製のセグメントを構成するための、セグメント用外枠に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円弧版状をなすコンクリート製セグメントを製造するには、繰り返し使用できる型枠の内部に鉄筋を配筋してから、この内部にコンクリートを打設し、所定期間養生させた後に、型枠からコンクリート成形体を脱型して更に養生させて、セグメントを得るという方法が一般的である。
【０００３】
このような方法だと、型枠からコンクリート成形体を脱型しない限りは型枠を使用できず、つまりは型枠内での養生期間を経るまで次のセグメントを製造できない。したがって、たとえば短期間で大量に製造するにあたっては相応数の型枠を用意せねばならないといった不利な面がある。また、幾種類ものセグメントを製造する際には、そのセグメントごとに型枠を製造することになり、コストの増大を招く。
【０００４】
こうした問題を解決すべく、本願出願人は、専用の型枠を不要とできるセグメントの製造方法について、先に提案している（特開平６−２７２４９０号公報）。この方法は、プレキャストコンクリート版を用いて、セグメントの外枠のみを予め組み立てておいて型枠を兼ねるようにし、コンクリート打設後のセグメント完成時には、この外枠をセグメントの外周部分としてそのまま使用するというものである。こうした外枠を用いることで、専用の型枠を必要とせず、従来のように養生期間を経るまで型枠から脱型できないといった不都合が解消され、したがって、短期間で大量に製造することが可能であるとともに製造コストの低減が図られるといった効果を奏することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし近年、シールドトンネルには大径化、大深度化が要求されるようになってきており、セグメントもそれに対応すべく、軽量化及び高強度化が要求されている。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高強度を実現して耐久性を高めることができ、ひいてはセグメントの軽量化及び高強度化を図ることのできるセグメント用外枠を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、平面視略矩形状をなして上方に湾曲する底版部と、該底版部の各々の端部側から屹立する側端版部とを備え、これら側端版部の内側に現場打ちコンクリートが打設されて、略円弧版形状をなすセグメントが構成されるセグメント用外枠であって、該セグメント用外枠は、少なくともセメント、ポゾラン質微粉末、粒径２ｍｍ以下の骨材、水、及び減水剤が含有された配合物を硬化させたプレキャストコンクリートから構成され、前記側端版部に、打設した前記現場打ちコンクリートと強固に接合するための凹部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
このようなプレキャストコンクリートでセグメント用外枠を構成しているので、打設前のコンクリートの流動性、分離抵抗性を高めることができるとともに、硬化後のコンクリート成形体、すなわちセグメント用外枠の強度を極めて高いものとすることができる。また、側端版部に凹部を形成することによって、現場打ちコンクリートとセグメント用外枠との分離を的確に防止して、確実に両者を強固に接合できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセグメント用外枠であって、前記配合物中に、金属繊維及び／又は有機繊維が含有されていることを特徴とする。
【００１０】
このように、金属繊維及び／又は有機繊維を含有させてプレキャストコンクリートを補強するようにすれば、プレキャストコンクリートの強度、特に曲げ強度を、より高めることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のセグメント用外枠であって、前記底版部と前記側端版部とが一体成形されていることを特徴とする。
【００１２】
このように、底版部と側端版部とをプレキャストコンクリートにより一体成形しているので、その強度を更に高いものとできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るセグメント用外枠の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１４】
セグメント用外枠１は、図１に示すように、平面視略矩形状をなして上方に湾曲する底版部２と、底版部２の各々の端部側すなわち四隅から各々屹立する、長側端版部（側端版部）３ａ，３ａ及び短側端版部（側端版部）３ｂ，３ｂとを備えた、函体をなしている。これら底版部２、長側端版部３ａ，３ａ及び短側端版部３ｂ，３ｂは、後述する高強度のプレキャストコンクリートによって、全て一体に成形されている。
【００１５】
長側端版部３ａ，３ａ及び短側端版部３ｂ，３ｂの内側に形成された空間には、現場打ちコンクリートを打設するためのコンクリート打設部Ｃが形成されている。すなわち、このコンクリート打設部Ｃに現場打ちコンクリートを打設して固化・養生させた際に、セグメント用外枠１と現場打ちコンクリートとが一体となった、略円弧版形状をなすセグメントが構成される。
なお、コンクリート打設部Ｃには、必要に応じて鉄筋等を配筋し、得られるセグメントを鉄筋コンクリート造としてもよい。
【００１６】
底版部２の上面、長側端版部３ａ及び短側端版部３ｂの内側面には、各々凹部２ｈ，３ｈが形成されている。これら凹部２ｈ，３ｈが形成されているので、コンクリート打設部Ｃに現場打ちコンクリートが打設された際に、これら凹部２ｈ，３ｈに現場打ちコンクリートが入り込んで、現場打ちコンクリートとセグメント用外枠１との分離を的確に防止して、両者がより強固に接合されるようにできる。
なおここでは、凹部を形成するようにしているが、現場用コンクリートとセグメント用外枠１とを強固に接合できるものであれば、凸部を形成するようにしても差し支えない。
【００１７】
また、長側端版部３ａ及び短側端版部３ｂには、各々内側から外側へと貫通する貫通孔３ｌが形成されている。これら貫通孔３ｌには、シールドトンネル覆工体を構築する際に、前後方向あるいは円周方向に隣接するセグメントと連結固定するための、連結具４，５が適宜取り付けられている。
なおここでは、貫通孔３ｌを形成しておいてから連結具４，５を取り付けるようにしているが、貫通孔を形成せずに連結具４，５を直接埋設するようにしてもよい。
【００１８】
このセグメント用外枠１は、少なくともセメント、ポゾラン質微粉末、粒径２ｍｍ以下の骨材、水、及び減水剤が含有された配合物を硬化させた、高強度のプレキャストコンクリートにより構成されている。
【００１９】
セメントとしては、各種ポルトランドセメントや高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントが、特に好適である。しかし、他のセメントを用いても良く、その種類は特に限定されるものではない。なお、コンクリートの早期強度を向上しようとする場合は、早強ポルトランドセメントを使用することが好ましく、またコンクリートの流動性を向上しようとする場合は、中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントを使用することが好ましい。
【００２０】
ポゾラン質微粉末の例としては、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカ等が挙げられる。シリカフュームやシリカダストは、一般的にその平均粒径は１．０μｍ以下であり、粉砕等の処理を行う必要がないので、特に好適である。
【００２１】
このようなポゾラン質微粉末を配合することにより、そのマイクロフィラー効果及びセメント分散効果によりコンクリートが緻密化し、圧縮強度が向上する。なお、ポゾラン質微粉末の添加量が多くなると、単位水量が増大するので、ポゾラン質微粉末の添加量は、セメント１００重量部に対して５〜５０重量部が好ましい。
【００２２】
骨材としては、粒径２ｍｍ以下の粒体を用いることが好ましい。ここで、骨材の粒径とは、８５ｗｔ％累積粒径である。なお、粒径２ｍｍよりも大きい骨材が含まれていてもよいが、骨材の粒径が２ｍｍを超えると、コンクリートの強度が低下してしまうおそれがある。つまり、コンクリートの分離抵抗性、或いは硬化後の強度等を考慮すると、最大粒径が２ｍｍ以下の骨材を用いることが好ましく、最大粒径が１．５ｍｍ以下の骨材を用いることがより好ましい。
【００２３】
このような骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂及びこれらの混合物を使用することができる。骨材の配合量は、コンクリートの作業性や分離抵抗性、硬化後の強度やクラックに対する抵抗性等を考慮すると、セメント１００重量部に対して５０〜２５０重量部が好ましく、８０〜１８０重量部がより好ましい。
【００２４】
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。それらの中でも、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。減水剤の添加量は、コンクリートの流動性や分離抵抗性、硬化後の強度、さらにはコスト等を考慮すると、セメント１００重量部に対して、固形分換算で、０．５〜４．０重量部が好ましい。
【００２５】
なお、水／セメント比は、コンクリートの流動性や分離抵抗性、硬化体の強度や耐久性等を考慮すると、１０〜３０％が好ましく、１５〜２５％がより好ましい。
【００２６】
また、セメント硬化時間の短縮を図るためには、急硬材を用いることが好ましいが、その種類は特に限定されない。一般的に急硬材としては、セメント鉱物系と無機塩系とがあるが、トンネル工法において通常用いられているのはセメント鉱物系の粉体であり、これをスラリー化してベースコンクリートに添加混合する。こうしたセメント鉱物系の急硬材は、カルシウムアルミネート類、又はカルシウムサルホアルミネート類等を主成分とし、これにクエン酸類やオキシカルボン酸塩等の凝結遅延剤を適宜組み合わせて使用することが多い。急硬材の添加量は、環境温度や使用材料等の施工条件によって異なるが、通常の場合、粉体急硬材では、セメント質量に対して固形分量で１０〜０５％程度であり、液体急硬材では８〜１５％程度である。
【００２７】
そして、セグメント用外枠１の曲げ強度及び曲げ靭性を高める観点から、配合物に金属繊維及び／又は有機繊維を含ませることが好ましい。金属繊維としては、鋼繊維、アモルファス繊維等が挙げられるが、中でも鋼繊維は強度に優れており、またコストや入手のし易さの点からも好ましいものである。金属繊維は、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが好ましい。径が０．０１ｍｍ未満では、繊維自身の強度が不足して張力を受けた際に切れやすくなるし、逆に径が１．０ｍｍを超えると、同一配合量での本数が少なくなってコンクリートの曲げ強度が低下するためである。また、長さが３０ｍｍを超えると、混練の際ファイバーボールが生じ易くなり、長さが２ｍｍ未満では、マトリックスとの付着力が低下し曲げ強度が低下するためである。
【００２８】
金属繊維の配合量は、凝結後のコンクリート体積の４％未満が好ましく、より好ましくは３．５％未満である。一般に、金属繊維の含有量が多くなると、曲げ強度が向上するが、逆に、流動性を確保するために単位水量も増大するため、流動性及び硬化体の曲げ強度を考慮すると、上記の含有量が好ましい。
【００２９】
有機繊維としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、炭素繊維等が挙げられる。有機繊維は、径０．００５〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが好ましい。有機繊維の含有量は、凝結後のコンクリート体積の１０％未満が好ましく、７％未満がより好ましい。なお、金属繊維と有機繊維の双方を用いるようにしてもよい。
【００３０】
また、セグメント用外枠１の充填密度を高める観点から、平均粒径３〜２０μｍ、より好ましくは平均粒径４〜１０μｍの無機粉末を含ませることが好ましい。無機粉末としては、石英粉末、石灰石粉末、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等の酸化物粉末、炭化珪素（ＳｉＣ）等の炭化物粉末等、窒化珪素（ＳｉＮ）等の窒化物粉末等が挙げられるが、中でも、石英粉末は、コストや硬化体の品質安定性の点から好ましい。石英粉末としては、石英や非晶質石英、オパール質やクリストバライト質のシリカ含有粉末等が挙げられる。無機粉末の配合量は、コンクリートの流動性、硬化体の強度等から、セメント１００重量部に対して５０重量部以下が好ましく、２０〜３５重量部がより好ましい。
【００３１】
更に、硬化体の靱性を高める観点から、平均粒度が１ｍｍ以下の繊維状粒子又は薄片状粒子を含ませることが好ましい。ここで、粒子の粒度とは、その最大寸法の大きさ（特に、繊維状粒子ではその長さ）である。繊維状粒子としては、ウォラストナイト、ボーキサイト、ムライト等が、薄片状粒子としては、マイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライトフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。繊維状粒子又は薄片状粒子の配合量は、コンクリートの流動性、硬化体の強度や靱性等から、セメント１００重量部に対して３５重量部以下が好ましく、１０〜２５重量部がより好ましい。なお、繊維状粒子においては、硬化体の靱性を高める観点から、長さ／直径の比で表される針状度が３以上のものを用いるのが好ましい。
【００３２】
こうしたプレキャストコンクリートを用いれば、従来のプレキャストコンクリートを用いた場合と比較して、倍以上の強度を実現することができる。
【００３３】
上記のようなセグメント用外枠１は、図２に示す型枠１０を用いて製造することができる。型枠１０は、外型枠１１と内型枠１２とから構成されており、これら外型枠１１と内型枠１２との間隙部にプレキャストコンクリートを打設し、固化・養生させて、セグメント用外枠１を製造するものである。
【００３４】
内型枠１２の下面側の、セグメント用外枠１の凹部２ｈに対応する位置には、凸部１１ｄが形成されている。また、外型枠１１あるいは内型枠１２において、セグメント用外枠１の凹部３ｈあるいは貫通孔３ｌに対応する位置には、挿通孔１１ｌ，１２ｌが適宜形成されている。これら挿通孔１１ｌ，１２ｌに予め棒状部材（図示省略）等を挿通しておき、凹部３ｈあるいは貫通孔３ｌに対応する部分に凸部等を形成しておいてからプレキャストコンクリートを打設すれば、セグメント用外枠１に凹部３ｈあるいは貫通孔３ｌを容易に形成することができる。そして、プレキャストコンクリートの固化・養生後に棒状部材等を取り外せば、外型枠１１と内型枠１２とを取り外して、セグメント用外枠１を取り出すことができる。
なお、型枠１０に予め連結具４，５を取り付けておき、これら連結具４，５をセグメント用外枠１に直接埋設するようにしてもよい。
【００３５】
本実施形態に係るセグメント用外枠１においては、少なくともセメント、ポゾラン質微粉末、骨材、水、及び減水剤が含有された配合物を硬化させたプレキャストコンクリートにより構成しているので、打設前の流動性、分離抵抗性を高めることができるとともに、打設後のプレキャストコンクリートの強度を極めて高いものとすることができる。そのため、セグメント用外枠１の高強度を実現して、その耐久性を極めて高いものとすることができ、ひいてはセグメントの軽量化且つ高強度化を図ることができる。これにより、シールドトンネル施工時に加わる応力等によってひび割れ等が発生せず、安定した施工が可能であるとともに、例えば大深度トンネルのように、高水圧が作用して軸力が卓越するような場所であっても、好適に適用することができる。
【００３６】
また、配合物中に、金属繊維及び／又は有機繊維を含有させるようにすれば、強度に優れた繊維によりコンクリートを補強できるので、セグメント用外枠１の強度、特に曲げ強度をより高めることができる。
【００３７】
更に、このような高強度のプレキャストコンクリートを用いて、底版部２、長側端版部３ａ及び短側端版部３ｂを一体成形しているので、セグメント用外枠１の強度を更に高いものとすることができる。このように、セグメントの外枠の強度を極めて高いものとしているので、コンクリート打設部Ｃに打設される現場打ちコンクリートを通常の強度を有するものとしても、セグメントの高強度を実現することができる。そのため、セグメントの製造コストの低廉化を図ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るセグメント用外枠によれば、上記の如き構成を採用しているので、高強度を実現して耐久性を高めることができ、ひいてはセグメントの軽量化及び高強度化を図ることのできるセグメント用外枠を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るセグメント用外枠の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】 図１に示したセグメント用外枠の製造途中の状態を示す図であって、セグメント用外枠及び型枠の断面図である。
【符号の説明】
１ セグメント用外枠
２ 底版部
３ａ 長側端版部（側端版部）
３ｂ 短側端版部（側端版部）

Claims (3)

1. 平面視略矩形状をなして上方に湾曲する底版部と、該底版部の各々の端部側から屹立する側端版部とを備え、これら側端版部の内側に現場打ちコンクリートが打設されて、略円弧版形状をなすセグメントが構成されるセグメント用外枠であって、
   該セグメント用外枠は、少なくともセメント、ポゾラン質微粉末、粒径２ｍｍ以下の骨材、水、及び減水剤が含有された配合物を硬化させたプレキャストコンクリートから構成され、前記側端版部に、打設した前記現場打ちコンクリートと強固に接合するための凹部が形成されていることを特徴とするセグメント用外枠。
2. 前記配合物中に、金属繊維及び／又は有機繊維が含有されていることを特徴とする請求項１に記載のセグメント用外枠。
3. 前記底版部と前記側端版部とが一体成形されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセグメント用外枠。

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