JP4145867B2 - 合成セグメントの製造方法及び合成セグメント - Google Patents

Description

本発明は、鋼製の円弧板状枠体の内部にコンクリートを打設してなる合成セグメントの製造方法及び合成セグメントに関する。

従来、シールド工法に用いられるセグメントとして、例えばコンクリート製セグメント、鋼製（スチール製）セグメント、鋼材（スチール）とコンクリートを複合使用した合成セグメントの３種類のセグメントが知られている。これらのセグメントのうち合成セグメントは、一般的に鋼製の円弧板状枠体内にコンクリートを充填して製造されている。
円弧板状枠体の外周側鋼板は、その長辺をなす両側縁部に一対の主桁板が溶接等により固着され、短辺をなす両側縁部には一対の継手板が溶接等により固着されている。そして、外周側鋼板に対向する内周側は開口しており、コンクリート打設時には型枠板をこの開口に設置して、外殻体を形成している。
このような合成セグメントの製造方法におけるコンクリート打設方法として、次のような方法がある。打設方法は、その円弧板状枠体の置き方とコンクリートの充填方法によって、３つの方法がある。
第１はいわゆる山打ちであり、外周側鋼板を上側に、開口側を下側にして配設され、外周側鋼板の最も高さの高い供給口から固化前のコンクリートを供給することで円弧板状枠体の内部に充填する。第２はいわゆる船打ちであり、外周側鋼板を下側に、開口側を上側にして配設される。型枠板の一方の端部または最も低い底部に設けた供給口から円弧板状枠体内にコンクリートを充填注入して打設する（特許文献１参照）。第３はいわゆる縦打ちであり、円弧板状枠体の主桁板を上下方向にして配設され、上側の主桁板に設けた供給口から円弧板状枠体内にコンクリートを充填する（特許文献２参照）。
これらの打設方法において、円弧板状枠体内に充填する流動性のあるコンクリート中には微細な気泡の粒子が存在しており、これら微細な気泡は固化前のコンクリートの流動性を良好にするため、コンクリートの充填効率がよい。
特開２００１−５８３０８号公報 特開２００１−１０５４１７号公報

しかしながら、上述した第１、第２、第３のコンクリート打設方法では、コンクリート供給口の直下のコンクリートが山の形に盛り上がり、外殻体内にコンクリートが完全に充填される前に供給口を塞いでしまう。このため、コンクリート内に分散混入している微細な気泡は円弧板状枠体内の上方部や角部に上昇するが、抜け道がないため残留したままとなり、空隙を形成するという不具合が発生する。
第１の山打ちの場合には、外殻体の外周面の円弧が緩やかな傾斜であるため、外周面の内側全面に空隙が形成される。そして、第２の船打ちの場合には、例えば円弧板状枠体の短辺をなす両端がコンクリート供給口より高い位置となるため、その両端の角部に気泡が溜まって空隙が形成される。また、第３の縦打ちの場合には、上方側の主桁板が略平坦となるため、当該主桁板の供給口とは反対側の角部付近に気泡が残留して空隙が形成される。
合成セグメントの各打設方法で形成されるこれら空隙は、コンクリートの未充填箇所となり、合成セグメントの強度を低下させて寿命を短くする欠点がある。
さらに、脱型後に合成セグメントの表面に現れた空隙については、補修することも可能であるが、補修作業は手間がかかるうえ補修材のコストもかかるという問題がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、合成セグメントを形成する円弧板状枠体及び型枠板から構成される外殻体の内面とコンクリートとの間に残る空隙を埋めるようにした合成セグメントの製造方法及び合成セグメントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る合成セグメントの製造方法は、鋼製の円弧板状枠体の内部にコンクリートを打設して形成する合成セグメントの製造方法において、円弧板状枠体の開口を塞ぐ型枠板を取り付けて外殻体を形成し、外殻体の内面と一次充填したコンクリートとの間の気泡が残留する空隙の形成が予想される位置に一端を配設し、且つ他端を外殻体の外部に開口させた充填管を備えるとともに、形成が予想される充填管の一端付近の空隙と外方とを繋ぐ通路を外殻体に設け、外殻体内にコンクリートを一次充填し、次いで、充填管を通してコンクリートを二次充填して空隙を埋めるようにしたことを特徴としている。
本発明によれば、一次充填したコンクリートに分散混入している微細な気泡が上昇して形成される空隙に、予め配設した充填管を通してコンクリートを二次充填して埋めるため、コンクリートの未充填箇所がなくなる。この製造工程によって、強度の高い合成セグメントを製造することができる。そして、一次充填前に充填管を外殻体に備えておくため、一次充填後に二次充填の段取りの必要がなく作業を簡略化できる。
また、外殻体に設けられた通路が空気抜きの機能を奏し、一次充填時に形成された空隙の気泡を外殻体の外方に確実に抜くことができるため、セグメントの品質を向上することができる。

本発明に係る合成セグメントは、鋼製の円弧板状枠体の内部にコンクリートを打設して形成する合成セグメントにおいて、円弧板状枠体の内面と一次充填したコンクリートとの間の気泡が残留する空隙の形成が予想される位置に一端が配設され、且つ他端が円弧板状枠体の外部に開口され、外部からコンクリートを二次充填するための充填管と、形成が予想される充填管の一端付近の空隙と外方とを繋ぐようにして円弧板状枠体に設けられた通路とが備えられていることを特徴としている。
本発明では、外殻体の内面と一次充填したコンクリートとの間の気泡が残留する空隙に充填管を通してコンクリートが充填されているため、高い強度の合成セグメントを確保できる。

本発明の合成セグメントの製造方法によれば、充填管を予め外殻体に備えておくことで一次充填後に二次充填の段取り作業の必要がないため作業効率が良い。また、外殻体の内面と一次充填したコンクリートとの間に残る空隙にコンクリートを二次充填することができるため、コンクリートの未充填箇所のない強度の高い合成セグメントを製造することができる。
本発明の外殻体に貫通孔を設ける合成セグメントの製造方法によれば、一充填後に特別な材料を使うことなく、簡易作業によって二次充填を行うことができ、且つコンクリートの未充填箇所のない高い品質の合成セグメントを製造できる。
また、本発明による合成セグメントによれば、形成された空隙には、コンクリートが注入されているため高い品質を確保できる。また、充填管をコンクリート打設前に外殻体内に準備しておくことで、二次充填作業を簡略化できる。

以下、本発明の第一の実施の形態による合成セグメントの製造方法及び合成セグメントについて、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は本発明の第一の実施の形態による合成セグメントの斜視図、図２は図１に示す合成セグメントのＡ−Ａ線断面図、図３は図１に示す合成セグメントにおける円弧板状枠体の斜視図、図４は第一の実施の形態による合成セグメントの製造工程におけるコンクリートを打設した状態を示す縦断面図、図５は図４に示す合成セグメントのＢ−Ｂ線断面図である。
図１に示すように、本第一の実施の形態による製造方法で得られる合成セグメント１は、地山側の外周面と内空側の内周面との四隅を覆う鋼材から形成されている円弧板状枠体２と、円弧板状枠体２の外周面に円筒周面形状に湾曲されて溶接されているスキンプレート３と、円弧板状枠体２の内部に打設されたコンクリートＣとから概略構成されている。

そして、図２に示すように、円弧板状枠体２には、その長辺方向で厚さ方向の略中間からスキンプレート３の内面に向けて充填管４が配設されている。充填管４は円弧板状枠体２の長手方向に適宜数設けられている。この充填管４の二次充填による充填材６（後述）の出口（これを充填出口という）となる端部４ａ（本発明の一端に相当）は、スキンプレート３の内面から内側方向に若干離れて配設されている。

また、図２に示すように、円弧板状枠体２の内部には、一次充填するコンクリートＣに分散混入している微細な気泡が上昇してスキンプレート３の内面に集合することによって、空隙５が形成されている。充填管４の端部４ａは、この空隙５の形成が予想される領域に設けられ、他端は外部に開口している。そして、一次充填後に形成される空隙５には、充填材６としてコンクリートが二次充填されている。二次充填後の充填管４の内部には充填材６が充填されている。

合成セグメント１の円弧板状枠体２は、図２及び図３に示す構成を有している。即ち、円弧板状枠体２は、外周面側で円弧上に湾曲された四角形枠体形状をなしていて断面略Ｌ形状を有する第一構造部材７と、内周面側で円弧上に湾曲された四角形枠体形状をなしていて断面略Ｌ形状を有する第二構造部材８とから構成されている。
第一構造部材７は、長手方向で外周面に沿って延在するプレート部７ａ、７ａと、長手方向で厚み方向に沿って延在するプレート部７ｂ、７ｂと、短辺方向で厚み方向に沿って延在するプレート部７ｄ、７ｄとを形成している。そして、第二構造部材８についても、第一構造部材７と同様に、プレート部８ａ、８ａと、８ｂ、８ｂと、８ｄ、８ｄとが形成されている。
そして、第一構造部材７と第二構造部材８とは、接続部材９により接続されている。この接続部材９は、複数の鋼材を略Ｖ字状に配列したラチス状の構造となっている。さらに、円弧板状枠体２の長手方向となるプレート部７ｂと８ｂとの間には開口部１０が形成され、短辺方向となるプレート部７ｄと８ｄとの間には開口部１１が形成されている。
また、第一構造部材７及び第二構造部材８の周囲にはシール溝１２がそれぞれ形成され、このシール溝１２にはシール材１２ａが設けられている。さらに、周方向のセグメントを連結するためのセグメント間継手１３と、リング間のセグメントを連結するためのリング間継手１４とが設けられている（図１参照）。

本実施の形態による合成セグメント１における構成は上述したとおりであり、次にその製造方法について図４及び図５に基づいて説明する。
図４に示す合成セグメント１は、いわゆる山打ちの打設方法による製造工程を示したものである。この製造工程では、予め円弧板状枠体２にセグメント間継手１３とリング間継手１４とを取り付けておき、円弧板状枠体２の外周側にあるスキンプレート３を上側にし、その内周側をなす開口面１５を下側にして型枠板１６に載置され外殻体Ｒを形成している。型枠板１６は、合成セグメント１の内周面を円弧形状に形成するように開口面１５を塞いで設けられている型枠板１６ａと、外殻体Ｒの側面に形成されている開口部１０及び１１を塞ぐ型枠板１６ｂとから構成されている。

スキンプレート３には、最も高い位置となる略中央にコンクリートＣを充填注入（一次充填）するための充填口１７が設けられている。
この充填口１７から、外殻体Ｒ内に流動性のある固化前のコンクリートＣを流し込み一次充填する。この一次充填により、外殻体Ｒ内に充填されるコンクリートＣ中に含まれる気泡は、スキンプレート３の内面に向けて上昇する。そして、注入されるコンクリートＣは充填口１７の直下で次第に山形状に盛り上がり、充填口１７を塞ぐところまで充填されると、上記気泡は、抜け道がなくなりスキンプレート３の内側に残留して空隙５を形成する。

充填管４はコンクリートＣが一次充填される前に予め外殻体Ｒ内に備えておき、その充填出口の端部４ａは、空隙５の形成が予想される位置に配設しておく（図５参照）。なお、型枠板１６ｂには、充填管４の充填入口と一致するように注入孔１８が貫通して形成されている。また、スキンプレート３には、充填管４の端部４ａ付近に、外殻体Ｒの内部と外方を繋ぐように貫通させた空気孔Ｐ（通路）が適宜数設けられている。
そして、注入孔１８から充填管４を介して空隙５に充填材６を二次充填して埋める。このときに、空隙５の気泡は、空気孔Ｐを通過して外殻体Ｒの外方に完全に抜けることになる。二次充填の終了後は、充填管４に充填材６を流し込み塞ぎ、空気孔Ｐを溶接手段などによって穴埋めする。

第一の実施の形態による合成セグメントの製造方法によれば、一次充填及び二次充填することにより、外殻体Ｒの内面とコンクリートＣとの間の気泡が残留する空隙５が埋められ、上述のように未充填箇所のない高い品質を確保した合成セグメントを製造することができる。そして、充填管４を予め備えておくため、一次充填後に二次充填の段取り作業が必要なく作業を簡略化できる。さらに、脱型後の空隙５を補修する必要がなく、補修材等にかかるコストを低減できる。

次に、第一の実施の形態の第一の変形例について、図６に基づいて説明する。
図６は合成セグメントの製造工程におけるコンクリートを一次充填した状態を示す図である。
図６に示す合成セグメント１の製造方法は、いわゆる山打ちによるコンクリート打設方法であり、スキンプレート３を上側にして円弧板状枠体２の短辺の一端を最も高い位置に持ち上げた状態で型枠板１９に載置され外殻体Ｒを形成している。型枠板１９は、円弧板状枠体２の内周面を塞ぐ型枠板１９ａと、その側面を塞ぐ型枠板１９ｂとを有している。そして、外殻体Ｒの最も高さの高い位置に、コンクリートＣを注入充填（一次充填）するための充填口２０が設けられている。さらに、充填口２０側の開口部１１から充填口２０付近のスキンプレート３の内面に向かって充填管４が設けられている。この充填管４の充填出口をなす端部４ａは、空隙５の残留が予想される領域に設けられており、充填口２０付近の内面より内側方向に若干離れて配設されている。なお、充填口２０側の型枠板１９ｂには、充填管４の充填入口と一致する注入孔１８が貫通して設けられている。

次に、図６に示すように、充填口２０より外殻体Ｒ内にコンクリートＣが一次充填されると、コンクリートＣ中に含まれる気泡は外殻体Ｒ内の最も高い位置となる充填口２０の内面に向けて上昇する。このとき、充填口２０は、コンクリートＣを充填すると同時に気泡の空気抜きの役割を果たす。しかしながら、一次充填の終了時点で、気泡の全てが充填口２０より抜けることはなく、空隙５が形成される。したがって、第一の変形例による合成セグメントの製造方法では、完全に一次充填をせずに空隙５を残した状態にして、充填管４によりこの空隙５に充填材６を二次充填する。

図６に示す第一の変形例による合成セグメントの製造方法では、図４及び図５に示した製造方法と同様の効果を得ることができる。そして、本変形例では、一次充填時に敢えて空隙５を残し二次充填を施すことにより、充填状態をよりよくすることができる。したがって、空隙５が確実に埋められた高い品質の合成セグメント１を製造することができる。

次に、第二の変形例について図７に基づいて説明する。
図７は合成セグメントの製造方法における二次充填の変形例を示す図である。
第二の変形例では、図４及び図５に示す充填管４を設けずに二次充填する方法であり、外殻体Ｒの構成及び空隙５の残留状態については図４及び図５と同様であるため説明は省略する。
図７に示すように、第二の変形例による二次充填方法では、一次充填後に、空隙５の形成が予想される位置となる外殻体Ｒ上部のスキンプレート３に貫通孔２１を形成し、この空隙５に充填材６を二次充填する。この貫通孔２１は、二次充填終了後に溶接手段などにより穴埋めされる。
第二の変形例では、一次充填後に簡易な作業を施すことによって、図４及び図５に示す合成セグメントの製造方法と同様の効果を得ることができる。

次に、第二の実施の形態による合成セグメントの製造方法について、図８及び図９に基づいて説明する。
図８は第二の実施の形態による合成セグメントの製造工程における一次充填した状態を示す縦断面図、図９は図８に示す合成セグメントのＤ−Ｄ線断面図である。
図８及び図９に示す合成セグメント１の製造方法は、いわゆる船打ちによるコンクリート打設方法であり、この合成セグメント１の構成は第一の実施の形態と同様である。したがって、第二の実施の形態では、第一の実施の形態と異なる点を中心に以下説明する。
図８に示すように、第二の実施の形態による製造方法では、円弧板状枠体２は、内周側の開口面１５を上側に、外周側のスキンプレート３を下側にして水平に置かれている。そして、この開口面１５には、円弧板状枠体２の内周面に沿った形状の型枠板２２ａと、円弧板状枠体２の側面を塞ぐ型枠板２２ｂとが設けられ外殻体Ｒを形成している。そして、型枠板２２ａの略中央で最も高さの低い位置で、コンクリートＣを注入充填（一次充填）するための充填口２３が貫通して設けられている。
さらに、外殻体Ｒ側面の開口部１０から型枠板２２ａの内面に向かって充填管４が設けられている。この充填管４の充填出口をなす端部４ａは、空隙５の残留が予想される領域に設けられており、型枠板２２ａの内面より内側方向に若干離れて配設されている（図９参照）。
そして、型枠板２２ｂには、充填管４の充填入口と一致するように注入孔１８が貫通して設けられている。また、図９に示すように、型枠板２２ａには、充填管４の端部４ａ付近に、外殻体Ｒの内部と外方を繋ぐように貫通させた空気孔Ｐ（通路）が適宜数設けられている。

次に、図８に示すように、一次充填により外殻体Ｒ内に充填されるコンクリートＣ中に含まれる気泡は型枠板２２ａの内面に向けて上昇する。そして、コンクリートＣは充填口２３の直下で次第に山形状に盛り上がり、充填口２３を塞ぐところまで充填されると、上記気泡は、抜け道がなくなり外殻体Ｒの内側に残留して空隙５を形成する。
なお、本第二の実施の形態では、充填口２３が型枠板２２ａの最も高さの低い位置となるため、外殻体Ｒ上部の短辺の両角部にも空隙５が形成される。そして、注入孔１８から充填管４を介して空隙５に充填材６が二次充填される。このとき、空隙５の気泡は、空気孔Ｐを通過して外殻体Ｒの外方に完全に抜けることになる。充填終了後に、充填管４に充填材６を流し込み塞ぐ。

以上、第二の実施の形態による合成セグメントの製造方法では、第一の実施の形態と同様の効果を得ることができ、空隙５が埋められた高い品質の合成セグメント１を製造することができる。

次に、第三の実施の形態による合成セグメントの製造方法について、図１０及び図１１に基づいて説明する。
図１０は第三の実施の形態による合成セグメントの製造工程におけるコンクリートを一次充填した状態を示す斜視図、図１１は図１０に示す合成セグメントの製造工程におけるコンクリートを一次充填した状態を示す中央縦断面図である。
図１０及び図１１に示す合成セグメント１の製造方法は、いわゆる縦打ちによるコンクリート打設方法であり、この合成セグメント１の構成は第一及び第二の実施の形態と同様である。したがって、第三の実施の形態では、第一及び第二の実施の形態と異なる点を中心に以下説明する。
図１０に示すように、第三の実施の形態による製造方法では、円弧板状枠体２は、内周側の開口面１５及び外周側となるスキンプレート３を横方向に向けて、円弧板状枠体２の長手方向の側面を形成する開口部１０を上下方向にして置かれている。そして、円弧板状枠体２には、内周面に沿った形状の型枠板２４ａと、円弧板状枠体２の側面の開口部１０及び１１を塞ぐ型枠板２４ｂとが設けられ外殻体Ｒを形成している。そして、上部側の型枠板２４ｂには、コンクリートＣを注入充填（一次充填）するための充填口２５が設けられている。
さらに、スキンプレート３から上部側の型枠板２４ｂの内面に向かって充填管４が設けられている。この充填管４の充填出口をなす端部４ａは、空隙５の残留が予想される領域に設けられており、型枠板２４ｂの内面より内側方向に若干離れて配設されている（図１１参照）。
図１１に示すように、本第三の実施の形態では、コンクリートの一次充填によって充填口２５とは反対側の角部付近に気泡が残留して空隙５を形成している。そして、充填管４を介して空隙５に充填材６を二次充填し、充填終了後に充填管４に充填材６を流し込み塞ぐ。

第三の実施の形態による合成セグメントの製造方法では、第一及び第二の実施の形態と同様の効果を得ることができ、空隙５が埋められた高い品質の合成セグメント１を製造することができる。

以上、本発明による合成セグメントの製造方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本発明による実施の形態では、二次充填方法は、空隙５の形成が予想される位置に第１に充填管４を設ける方法と、第２に貫通孔２１を設ける方法としているが、第１又は第２の方法のいずれか一方を採用すればよいが、両方によって二次充填されても構わない。
また、本発明による合成セグメントの製造方法では、第一の実施の形態で山打ち、第二の実施の形態で船打ち、第三の実施の形態で縦打ちによるコンクリート打設方法としているが、これらに限定されることはない。また、打設時の外殻体Ｒの置き方についても水平に限らず、第一の変形例に示すように一方が高くなっていてもよい。
さらにまた、充填管４は外殻体Ｒのいずれの位置に設けてもよい。そして、充填管４の数量についても、コンクリート打設時の外殻体Ｒの置き方や姿勢に適応して取り付けることができる。要は、充填管４を設けて、一次充填によって形成される空隙５に二次充填を施すことができればよいのである。

本発明の第一の実施の形態による合成セグメントの斜視図である。 図１に示す合成セグメントのＡ−Ａ線断面図である。 図１に示す合成セグメントにおける円弧板状枠体の斜視図である。 本発明の第一の実施の形態による合成セグメントの製造工程におけるコンクリートを一次充填した状態を示す縦断面図である。 図４に示す合成セグメントのＢ−Ｂ線断面図である。 第一の実施の形態の第一の変形例による合成セグメントの製造工程におけるコンクリートを打設した状態を示す図である。 第二の変形例による合成セグメントの製造方法における二次充填を示す図である。 本発明の第二の実施の形態による合成セグメントの製造工程における一次充填した状態を示す縦断面図である。 図８に示す合成セグメントのＤ−Ｄ線断面図である。 本発明の第三の実施の形態による合成セグメントの製造工程におけるコンクリートを一次充填した状態を示す斜視図である。 図１０に示す合成セグメントの製造工程におけるコンクリートを一次充填した状態を示す中央縦断面図である。

符号の説明

１ 合成セグメント
２ 円弧板状枠体
３ スキンプレート
４ 充填管
５ 空隙
６ 充填材
１５ 開口面
１７ 充填口
１６ａ 型枠板
２１ 貫通孔
Ｃ コンクリート
Ｐ 空気孔（通路）
Ｒ 外殻体

Claims (2)

1. 鋼製の円弧板状枠体の内部にコンクリートを打設して形成する合成セグメントの製造方法において、
   前記円弧板状枠体の開口を塞ぐ型枠板を取り付けて外殻体を形成し、
   前記外殻体の内面と一次充填したコンクリートとの間の気泡が残留する空隙の形成が予想される位置に一端を配設し、且つ他端を前記外殻体の外部に開口させた充填管を備えるとともに、形成が予想される前記充填管の一端付近の前記空隙と外方とを繋ぐ通路を前記外殻体に設け、
   前記外殻体内にコンクリートを一次充填し、
   次いで、前記充填管を通してコンクリートを二次充填して空隙を埋めるようにしたことを特徴とする合成セグメントの製造方法。
2. 鋼製の円弧板状枠体の内部にコンクリートを打設して形成する合成セグメントにおいて、
   前記円弧板状枠体の内面と一次充填したコンクリートとの間の気泡が残留する空隙の形成が予想される位置に一端が配設され、且つ他端が前記円弧板状枠体の外部に開口され、外部からコンクリートを二次充填するための充填管と、形成が予想される前記充填管の一端付近の前記空隙と外方とを繋ぐようにして前記円弧板状枠体に設けられた通路とが備えられていることを特徴とする合成セグメント。

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