JP4589833B2 - シールドトンネル用セグメント及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、円筒形の殻を多数に分割した円弧板状のシールドトンネル用セグメント、及びその製造方法に関する。

従来、道路や鉄道などのトンネルでは、トンネル覆工として掘削トンネルの内部に支保工を組み、場所打ちコンクリートで内張を巻き立てる技術が取られてきたが、近年、トンネル覆工をプレキャストコンクリートで行う技術が採用されるようになってきた。このような技術は、トンネルを軸方向に多数に分割して輪切りし、更に円周方向に多数に分割した円弧板状のシールドトンネル用プレキャストセグメントを製造し、このセグメントをトンネル掘削に引き続いてトンネル内面に組み立て、地中に円形断面を確保し、組み立てたセグメントの外側と掘削地山との間に裏込めコンクリートを充填して、トンネルを前進掘削する技術である。このような技術では、支保工を必要としないことや、自動化された掘削機械による全断面掘削が可能となることなど利点が多く、一般的な技術となっている。この技術はその利点を生かして、都市地区の上下水道、地下鉄、地下道などのトンネル、電気、ガス、水道などの共同溝トンネル、又はそれらの複合トンネルなどの施工にも採用されている。

このようなシールドトンネル用セグメントを製造するに当たっては、分割された１周分のセグメントの種類だけ個々の円弧板状のセグメントコンクリートを打設する型枠を用意し、これら専用の型枠内にコンクリートを打設して製造している。このようなセグメントを組み立ててなるトンネルは、単に円筒状空間を確保するだけでなく、トンネルに作用する外力、例えば土圧や水圧や不等沈下による曲げモーメントに耐える必要がある。また用途によっては内圧に対して抵抗することが要求される。

従来より、コンクリートは、圧縮には強いが引張りには弱いという特性を有することが知られている。従って、シールドトンネル用セグメントとして、コンクリートの弱点である引張力に対して鉄筋を配設して力学的に補強した鉄筋コンクリート製セグメントや、埋設したＰＣ鋼材を緊張してコンクリートにプレストレスを与えることによって曲げ耐力を高めたプレストレストコンクリート製セグメントが用いられている。また、コンクリートの靱性の向上を図る目的で、コンクリート中に鋼繊維や炭素繊維などの無機繊維、又はポリエステル繊維やアラミド繊維などの合成樹脂繊維を針状に形成した短長繊維を混入した繊維補強コンクリートも知られている。

例えば、鉄筋コンクリートを基材とするシールドトンネル用セグメントとして、高強度のセメント系材料から製作された一般部と、この一般部の端面に繊維補強セメント系混合材料によって製作された、シールド掘進機の推進時に推進ジャッキによって押し付けられる端面部材とを備えたセグメントが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−７６３０５号公報

特許文献１に提案されたシールドトンネル用セグメントによれば、シールド掘進機の推進時にシールドジャッキがあたる箇所は、靱性の向上が図られる繊維補強セメント系混合材料にて製作された端面部材にて補強されていることから角欠けに対する耐力を有し、例えば偏心荷重等を受けた場合でもセグメントの破損の可能性が低くなる。ところが、上記一般部は高強度のセメント系材料から製作されていることから、繊維補強セメント系混合材料よりも靱性に劣り、例えば、工場や隣接ヤードで製造されたセグメントを運搬する際にセグメントの一般部の角部が誤って衝撃を受けると角欠けが発生するおそれがある。

また、シールドトンネル用セグメントをトンネル内に組み立てた後のコンクリート同士の点接触による角欠けや破損防止と止水性の確保などといった観点から、セグメント同士の継目を高精度の合わせ面とすることが必要である。その寸法精度としては、ピース間（セグメントの円周方向継目）、リング間（セグメントのトンネル軸方向継目）について、いずれも１．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下の面精度が要求される。リング面、ピース面のいずれにもこれ以上の面精度が必要となるので、型枠は精度の高いものが要求される。その結果、型枠製作費用は高価なものになる。

本発明は、上記事情に鑑み、靱性が高く、型枠制作費が抑制されたシールドトンネル用セグメント、及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成する本発明のシールドトンネル用セグメントは、円筒形の殻を多数に分割した円弧板状のシールドトンネル用セグメントにおいて、隣接セグメントと当接するセグメント継手面及びリング継手面に、複数微細ひびわれ型繊維補強セメント複合材料層を一体に備えたことを特徴とする。

ここで、本発明にいう「複数微細ひびわれ型繊維補強セメント複合材料」とは、例えば、繊維径φ＝１０μ〜４０μ、繊維長ｌ＝１０ｍｍ〜１５ｍｍのＰＶＡ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）繊維やＰＥ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）繊維などといった繊維補強材を、水セメント比３０％〜５０％、細骨材率約５０％のセメントモルタルに１％〜２％混入したセメント系複合材料の一つである。以下、このような「複数微細ひびわれ型繊維補強セメント複合材料」を、ＥＣＣ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）モルタルと称する。このＥＣＣモルタルは、１軸引張応力下において、初期ひびわれ発生後に引張応力が増大するひずみ硬化を示し、初期ひびわれ発生後も０．１ｍｍ以下の微細で高密度の複数ひびわれを形成（マルチプルマイクロクラック化）するものであり、最大引張ひずみが４〜５％に達する高靱性で延性な材料である。また、このＥＣＣモルタルは、鉄筋コンクリートと比較して、せん断剛性及びねじり剛性がかなり高い材料である。補強用繊維が受け持つ設計せん断耐力は、ＥＣＣモルタルの設計引張降伏強度が直接的に影響するので、σｙ／γ（σｙ＝２００ＭＰａ〜２５０ＭＰａ）をそのまま許容せん断応力度として算出してよく、大きなせん断抵抗力をもっている。

本発明のシールドトンネル用セグメントは、このような特性を有する、厚さが１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度のＥＣＣモルタル層を、隣接セグメントと当接するセグメント継手面及びリング継手面に一体に備えたものである。また、セグメント継手面には、例えば止水ゴム設置溝やほぞ溝突起などといったセグメント継手面の外面形状が形成されており、リング継手面には、例えば止水ゴム設置溝やガイドピンやコンクリートガイドなどといったリング継手面の外面形状が形成されている。

従って、本発明のシールドトンネル用セグメントは、そのセグメント継手面及びリング継手面における靱性が高く、例えば、そのセグメントが偏心荷重等を受けた場合や、工場や隣接ヤードで製造されたそのセグメントを運搬する際に角部が誤って衝撃を受けた場合などであっても、角欠けなどといった破損の可能性が低くなる。

また、本発明のシールドトンネル用セグメントは、上記セグメント継手面及び上記リング継手面に一体に備えたＥＣＣモルタル層が引張荷重を分担することとなり、このＥＣＣモルタル層に対して引張応力（周面張力）が作用してもひびわれはマルチプルマイクロクラック化するため、大きなひびわれの発生が防止され、ひびわれに起因する破損の可能性も低くなる。

ここで、上記本発明のシールドトンネル用セグメントは、上記セグメントが、鉄筋コンクリート造、複数微細ひびわれ型繊維補強セメント複合材料造、又はプレストレストコンクリート造であってもよい。

上記鉄筋コンクリート造のセグメントは、上記セグメント継手面及び上記リング継手面に一体に備えたＥＣＣモルタル層が、配設された鉄筋と共に引張荷重を分担することとなるため、鉄筋量の低減を図ることができる。

また、上記ＥＣＣモルタル造のセグメントは、セグメント全体がＥＣＣモルタルからなるものとなるため、このセグメントに対して引張応力（周面張力）が作用してもひびわれはマルチプルマイクロクラック化し、引張側に設計引張降伏強度の影響をそのまま反映させることができるため、鉄筋量の低減を図ることができる。

また、ＥＣＣモルタルの水分浸透性は、通常コンクリートと比較して約１０分の１であることが知られている。このようなＥＣＣモルタルの水分非浸透性の高さの故に、耐久性に優れたセグメントが提供される。

また、上記プレストレストコンクリート造のセグメントは、コンクリートやＥＣＣモルタルを基材とするものである。コンクリートを基材とするプレストレストコンクリート造のセグメントによれば、鉄筋量の低減を図ることができる。また、ＥＣＣモルタルを基材とするプレストレストコンクリート造のセグメントによれば、鉄筋量の低減を図ることができると共に、耐荷能力の向上を図ることができる。

このようにして鉄筋量の低減が図られることによって、セグメントの製造費が抑制される。

また、上記目的を達成する本発明のシールドトンネル用セグメントの製造方法は、円筒形の殻を多数に分割した円弧板状のシールドトンネル用セグメントを製造するに当たり、セグメント継手面又はリング継手面の外面形状を形成すべき板状体を製造し、この板状体を底板とする薄板用型枠内に複数微細ひびわれ型繊維補強セメント複合材料を打設して、表面に上記セグメント継手面又は上記リング継手面の外面形状が形成された複数微細ひびわれ型繊維補強セメント複合材料からなるプレキャスト製薄板を製造し、このプレキャスト製薄板を、セグメント製造型枠の四周の内部側面に、この内部側面と上記表面とを対向させて配設し、そのセグメント製造型枠内にセメント系硬化材料を打設して上記プレキャスト製薄板と一体化することを特徴とする。

本発明のシールドトンネル用セグメントの製造方法は、上記板状体を底板とする薄板用型枠内にＥＣＣモルタルを打設することによって製造された、表面にセグメント継手面又はリング継手面の外面形状が形成されたＥＣＣモルタルからなるプレキャスト製薄板を、セグメント製造型枠の四周の内部側面に配設し、四周に配設されたその薄板とセグメント製造型枠とで囲われた、セグメントの中間部となる部分にセメント系硬化材料を打設してその薄板と一体化するものである。従って、本発明のシールドトンネル用セグメントの製造方法によれば、打設されるセメント系硬化材料と一体化する、表面にセグメント継手面又はリング継手面の外面形状が形成されたプレキャスト製薄板がそのセメント系硬化材料に対するセグメント製造型枠を兼用することとなるため、セグメント継手面やリング継手面の外面形状を形成するための切削加工等をセグメント製造型枠に施すことが不要であり、セグメント製造型枠は、平面形状で寸法精度を有していれば十分である。そのため、セグメント製造型枠の製作費用を大幅に抑制することができる。

ここで、上記本発明のシールドトンネル用セグメントの製造方法は、上記セグメント継手面又は上記リング継手面の外面形状を切削加工した金属板を製作し、この金属板を底板とする板状体用型枠内に硬化材を打設し、上記外面形状が転写された面を有する硬化材板を製造し、この硬化材板を上記板状体として用いることが好ましい。

一般に、金属を切削加工してなる板状体は高価である。そこで、このように、上記金属板を底板とする板状体用型枠内に、例えばセメント系硬化材料や石膏や熱硬化性プラスチックなどといった硬化材を打設して製造される上記硬化材板を上記板状体として用いることによって、その板状体を安価にかつ大量に製作することができる。

また、上記本発明のシールドトンネル用セグメントの製造方法は、上記セメント系硬化材料の打設が、両端を上記プレキャスト製薄板に結合した鉄筋を上記セグメント製造型枠内に配設し、鉄筋コンクリートを打設すること、上記セグメント製造型枠内の上記プレキャスト製薄板相互間に突張材を施し、複数微細ひびわれ型繊維補強セメント複合材料をその突張材を埋設させて打設すること、又は上記セグメント製造型枠内にプレテンション方式の鋼材を埋設するか若しくはポストテンション方式のＰＣ鋼材配置ダクトを設置してセメント系硬化材料を打設することであってもよい。

本発明のシールドトンネル用セグメントの製造方法によって製造されたセグメントの、打設されるセメント系硬化材料と一体化する、上述した特性を有するＥＣＣモルタルからなる薄板が、引張荷重を分担することとなる。従って、上記鉄筋コンクリートを打設する場合は鉄筋量の低減を図ることができる。また、上記ＥＣＣモルタルを上記突張材を埋設させて打設する場合は、そのＥＣＣモルタルも引張荷重を分担することとなるため、鉄筋量の低減を図ることができる。また、上記プレテンション方式の鋼材を埋設するか若しくは上記ポストテンション方式のＰＣ鋼材配置ダクトを設置してセメント系硬化材料を打設する場合は、鉄筋量の低減や耐荷能力の向上を図ることができる。このようにして鉄筋量の低減が図られることによって、セグメントの製造費が抑制される。

本発明のシールドトンネル用セグメントによれば、隣接セグメントと当接するセグメント継手面及びリング継手面に一体に備えたＥＣＣモルタル層の靱性が高いため、角欠けなどといった破損の可能性が低くなる。また、本発明のシールドトンネル用セグメントによれば、そのＥＣＣモルタル層が引張荷重を分担することとなるため、鉄筋量の低減が図られ、ＥＣＣモルタル層に対して引張応力（周面張力）が作用してもひびわれはマルチプルマイクロクラック化するため、大きなひびわれの発生が防止され、ひびわれに起因する破損の可能性も低くなる。また、ＥＣＣモルタルの水分非浸透性の高さの故に、耐久性に優れたセグメントが提供される。

また、本発明のシールドトンネル用セグメントの製造方法によれば、打設されるセメント系硬化材料と一体化する、表面にセグメント継手面又はリング継手面の外面形状が形成されたプレキャスト製薄板がそのセメント系硬化材料に対するセグメント製造型枠を兼用することとなるため、セグメント製造型枠に加工を施す必要がなく、セグメント製造型枠の製作費用を大幅に抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態が適用されたシールドトンネル用セグメントの外観斜視図である。

図１に示すシールドトンネル用セグメント１は、円筒形の殻を多数に分割した円弧板状のセグメントであって、鉄筋コンクリート１１を基材とし、厚さが１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度（但し、表面に形成された突起部分や溝部分の寸法は含まず）のＥＣＣモルタル層１２を、隣接セグメントと当接するセグメント継手面及びリング継手面に一体に備えたものである。このシールドトンネル用セグメント１は、本発明のシールドトンネル用セグメントの実施例である。また、ＥＣＣモルタル層１２の表面のうちのセグメントの円周方向のセグメント継手面には、止水ゴム設置溝１２ａ及びほぞ溝突起１２ｂが形成されており、ＥＣＣモルタル層１２の表面のうちのセグメントのトンネル軸方向のリング継手面には、止水ゴム設置溝１２ｃ、ガイドピン１２ｄ、及びコンクリートガイド１２ｅが形成されている。この止水ゴム設置溝１２ａ及びほぞ溝突起１２ｂは、本発明のセグメント継手面の外面形状の実施例であり、この止水ゴム設置溝１２ｃ、ガイドピン１２ｄ、及びコンクリートガイド１２ｅは、本発明のリング継手面の外面形状の実施例である
また、ＥＣＣモルタル層１２を構成するＥＣＣモルタルは、繊維径φ＝１０μ〜４０μ、繊維長ｌ＝１０ｍｍ〜１５ｍｍのＰＶＡ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）繊維やＰＥ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）繊維などといった繊維補強材を、水セメント比３０％〜５０％、細骨材率約５０％のセメントモルタルに１％〜２％混入したセメント系複合材料の一つであって、本発明の複数微細ひびわれ型繊維補強セメント複合材料の実施例である。

このＥＣＣモルタルは、１軸引張応力下において、初期ひびわれ発生後に引張応力が増大するひずみ硬化を示し、初期ひびわれ発生後も０．１ｍｍ以下の微細で高密度の複数ひびわれを形成（マルチプルマイクロクラック化）するものであり、最大引張ひずみが４〜５％に達する高靱性で延性な材料である。

また、このＥＣＣモルタルは、せん断剛性及びねじり剛性が、鉄筋コンクリートに比べてかなり高い材料である。補強用繊維が受け持つ設計せん断耐力は、ＥＣＣモルタルの設計引張降伏強度が直接的に影響するので、σｙ／γ（σｙ＝２００ＭＰａ〜２５０ＭＰａ）をそのまま許容せん断応力度として算出してよく、大きなせん断抵抗力をもっている。

本実施形態のシールドトンネル用セグメント１は、このような特性を有するＥＣＣモルタル層１２を、隣接セグメントと当接するセグメント継手面及びリング継手面に一体に備えたものである。従って、本実施形態のシールドトンネル用セグメント１は、そのセグメント継手面及びリング継手面における靱性が高く、例えば、そのセグメント１が偏心荷重等を受けた場合や、工場や隣接ヤードで製造されたそのセグメント１を運搬する際に角部が誤って衝撃を受けた場合などであっても、角欠けなどといった破損の可能性が低くなる。また、本実施形態のシールドトンネル用セグメント１は、セグメント継手面及びリング継手面に一体に備えたＥＣＣモルタル層１２が引張荷重を分担することとなり、このＥＣＣモルタル層に対して引張応力（周面張力）が作用してもひびわれはマルチプルマイクロクラック化するため、大きなひびわれの発生が防止され、ひびわれに起因する破損の可能性も低くなる。

また、鉄筋コンクリート造のセグメント１は、セグメント継手面及びリング継手面に一体に備えたＥＣＣモルタル層１２が、配設された鉄筋５０（図９参照）と共に引張荷重を分担することとなるため、鉄筋量の低減を図ることができ、セグメント１の製造費が抑制される。

次に、図１に示すシールドトンネル用セグメント１の製造方法を説明する。

先ず、金属製の平板に対して、図１に示す止水ゴム設置溝１２ａ及びほぞ溝突起１２ｂ、又は止水ゴム設置溝１２ｃ、ガイドピン１２ｄ、及びコンクリートガイド１２ｅの外面形状を形成すべき切削加工等を施して、図２，図３に示すような板状体２０，２１を製作する（板状体製作工程）。この板状体２０，２１は、本発明の板状体の実施例である。

図２，図３は、板状体の一例を示す外観斜視図である。

図２には、金属製の平板に対して、図１に示す止水ゴム設置溝１２ａの外面形状を形成するための凸部２０ａ、及びほぞ溝突起１２ｂの外面形状を形成するための凹部２０ｂが切削加工によって形成された板状体２０が示されている。

また、図３には、金属製の平板に対して、図１に示す止水ゴム設置溝１２ｃの外面形状を形成するための凸部２１ａ、ガイドピン１２ｄの外面形状を形成するための凹部２１ｂ、及びコンクリートガイド１２ｅの外面形状を形成するための凹部２１ｃが切削加工によって形成された板状体２１が示されている。

本実施形態では、金属製の平板に対してセグメント継手面又はリング継手面の外面形状を形成すべき切削加工等を施して板状体２０，２１を製作する例を挙げたが、本発明の板状体はこれに限られるものではなく、セグメント継手面又はリング継手面の外面形状を切削加工した金属板を製作し、この金属板を底板とする板状体用型枠内に、例えばセメント系硬化材料や石膏や熱硬化性プラスチックなどといった硬化材を打設し、その外面形状が転写された面を有する硬化材板を製造し、この硬化材板を板状体として用いてもよい。一般に、金属を切削加工してなる板状体は高価であるが、このような硬化材板を板状体として用いることによって、板状体を安価にかつ大量に製作することができる。

次に、板状体製作工程で製作された板状体２０，２１の四周に側板を立設して、この板状体２０，２１を底板とする、図４，図５に示すような薄板用型枠３０，３２を製作する（薄板用型枠製作工程）。この薄板用型枠３０，３２は、本発明の薄板用型枠の実施例である。

図４，図５は、薄板用型枠の一例を示す外観斜視図である。

図４には、図２に示す板状体２０の四周に側板３１を立設して製作された、この板状体２０を底板とする薄板用型枠３０が示されている。

また、図５には、図３に示す板状体２１の四周に側板３３を立設して製作された、この板状体２１を底板とする薄板用型枠３２が示されている。

次に、薄板用型枠製作工程で製作された薄板用型枠３０，３２内に、ＥＣＣモルタルの練りあがったものを打設して養生し、薄板用型枠３０，３２を脱枠することによって、図６に示すような、表面に止水ゴム設置溝１２ａ及びほぞ溝突起１２ｂが形成されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２１と、図７に示すような、表面に止水ゴム設置溝１２ｃ、ガイドピン１２ｄ、及びコンクリートガイド１２ｅが形成されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２４を製造する（薄板製造工程）。この薄板１２１，１２４は、本発明のプレキャスト製薄板の実施例である。尚、薄板用型枠３０，３２内に打設されたＥＣＣモルタルを養生する当たっては、打設されたＥＣＣモルタルが完全硬化する前に、ＥＣＣモルタルの表面に対する裏面に凹凸形状を形成することが好ましい。

図６，図７は、薄板の一例を示す外観斜視図である。

図６には、図４に示す薄板用型枠３０内に、ＥＣＣモルタルの練りあがったものを打設して養生し、薄板用型枠３０を脱枠することによって製造された、表面に止水ゴム設置溝１２ａ及びほぞ溝突起１２ｂが形成されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２１が示されている。この薄板１２１の、止水ゴム設置溝１２ａ及びほぞ溝突起１２ｂが形成された表面に対する裏面１２ｆには凹凸が形成されている。また、この裏面１２ｆには、カプラ又は鉄筋接続具１３（図９参照）及びジベル１４（図９参照）が設けられる。

また、図７には、図５に示す薄板用型枠３２内に、ＥＣＣモルタルの練りあがったものを打設して養生し、薄板用型枠３２を脱枠することによって製造された、表面に止水ゴム設置溝１２ｃ、ガイドピン１２ｄ、及びコンクリートガイド１２ｅが形成されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２４が示されている。この薄板１２４の、止水ゴム設置溝１２ｃ、ガイドピン１２ｄ、及びコンクリートガイド１２ｅが形成された表面に対する裏面１２ｆには凹凸が形成されている。また、この裏面１２ｆには、カプラ又は鉄筋接続具１３（図９参照）及びジベル１４（図９参照）が設けられる。

次に、薄板製造工程で製造された、表面に止水ゴム設置溝１２ａ及びほぞ溝突起１２ｂが形成されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２１，１２２と、表面に止水ゴム設置溝１２ｃ、ガイドピン１２ｄ、及びコンクリートガイド１２ｅが形成されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２３，１２４とを、図８，図９に示すようなセグメント製造型枠４０の四周の内部側面に、この内部側面と各薄板１２１，１２２，１２３，１２４の表面とを対向させて配設する（薄板配設工程）。

図８は、セグメント製造型枠の外観斜視図であり、図９は、図８に示すセグメント製造型枠に対して４つの薄板が配設された状態を示す平面図である。

図８に示すように、円弧板状のセグメントを形成するセグメント製造型枠４０を円弧を上に凸にして床上に平板状に置く。この図８に示すセグメント製造型枠４０は、本発明のセグメント製造型枠の実施例であり、弓状の側枠４１、矩形状の妻枠４２、湾曲板状の底板４３を備えている。

また、図９に示すように、側枠４１の内部側面に、この内部側面と、薄板製造工程で製造された、表面に止水ゴム設置溝１２ｃ、ガイドピン１２ｄ、及びコンクリートガイド１２ｅが形成されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２３，１２４の表面とを対向させて薄板用スペーサ１６を介して配設する。また、妻枠４２の内部側面に、この内部側面と、薄板製造工程で製造された、表面に止水ゴム設置溝１２ａ及びほぞ溝突起１２ｂが形成されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２１，１２２の表面とを対向させて薄板用スペーサ１６を介して配設する。また、薄板１２１，１２２，１２３，１２４の表面に対する裏面１２ｆには、鉄筋５０を結合するためのカプラ又は鉄筋接続具１３が設けられており、対向する薄板１２１，１２２，１２３，１２４間に、鉄筋５０を、カプラ又は鉄筋接続具１３と鉄筋用スペーサ５１とを介して薄板１２１，１２２，１２３，１２４と一体に配設する。また、薄板１２１，１２２，１２３，１２４の表面に対する裏面１２ｆには、この薄板１２１，１２２，１２３，１２４と打設されるコンクリートとの接着力を向上させるための、２φ〜３φの針金からなる環状のジベル１４が設けられている。

次に、セグメント製造型枠内に、本発明のセメント系硬化材料の実施例であるコンクリートを打設して養生し、薄板配設工程でセグメント製造型枠の四周の内部側面に配設された薄板と一体化する（セメント系硬化材料打設工程）。

図１０〜図１２は、セメント系硬化材料打設工程を示す説明図である。

図１０に示すように、上蓋４４を施しながらセグメント製造型枠４０内にコンクリート６０を打設し、図１１に示すように、上蓋４４で順次上面を覆いながらコンクリート打設を続行する。

ここで、図６，図７に示すように、薄板１２１，１２２，１２３，１２４の表面に対する裏面１２ｆには凹凸が形成されており、さらに、図９に示すように、その裏面１２ｆにはジベル１４が設けられているため、その薄板１２１，１２２，１２３，１２４と打設されたコンクリート６０とが強力に接着して一体化する。

次に、図１２に示すように、上蓋４４を取外し、セグメント製造型枠４０内のコンクリートの表面６０ａの面ならしを行う。コンクリート６０の硬化後、セグメント製造型枠４０を脱型して、図１に示すように、薄板１２１，１２２，１２３，１２４からなるＥＣＣモルタル層１２を、隣接セグメントと当接するセグメント継手面及びリング継手面に一体に備えた、鉄筋コンクリート１１を基材とする、１枚ごとのセグメント１が得られる。

以上説明したように、本実施形態のシールドトンネル用セグメントの製造方法は、板状体２０，２１を底板とする薄板用型枠３０，３２内にＥＣＣモルタルを打設することによって製造された、表面にセグメント継手面又はリング継手面の外面形状が形成されたＥＣＣモルタルからなるプレキャスト製の薄板１２１，１２２，１２３，１２４を、セグメント製造型枠４０の四周の内部側面に配設し、四周に配設されたその薄板１２１，１２２，１２３，１２４とセグメント製造型枠４０とで囲われた、セグメントの中間部となる部分にコンクリート６０を打設してその薄板１２１，１２２，１２３，１２４と一体化するものである。従って、本実施形態のシールドトンネル用セグメントの製造方法によれば、打設されるコンクリート６０と一体化する、表面にセグメント継手面又はリング継手面の外面形状が形成された薄板１２１，１２２，１２３，１２４がそのコンクリート６０に対する型枠を兼用することとなるため、セグメント継手面やリング継手面の外面形状を形成するための切削加工等をセグメント製造型枠４０に施すことが不要であり、セグメント製造型枠４０は、平面形状で寸法精度を有していれば十分である。そのため、セグメント製造型枠４０の製作費用を大幅に抑制することができる。

次に、本発明の他の実施形態として、ＥＣＣモルタル造のシールドトンネル用セグメントの製造方法、及びプレストレストコンクリート造のシールドトンネル用セグメントの製造方法について説明する。

尚、以下説明する実施形態では、上述した実施形態で説明した製造方法とほぼ同じ製造方法であるため、上述した実施形態との相違点に注目し、同じ要素については同じ符号を付して説明を省略する。

まず、ＥＣＣモルタル造のシールドトンネル用セグメントの製造方法について説明する。

薄板製造工程で製造された、表面に止水ゴム設置溝１２ａ及びほぞ溝突起１２ｂが形成されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２１，１２２と、表面に止水ゴム設置溝１２ｃ、ガイドピン１２ｄ、及びコンクリートガイド１２ｅが形成されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２３，１２４とを、図８，図１３に示すようなセグメント製造型枠４０の四周の内部側面に、この内部側面と各薄板１２１，１２２，１２３，１２４の表面とを対向させて配設する（薄板配設工程）。

図１３は、図８に示すセグメント製造型枠に対して４つの薄板が配設された状態を示す平面図である。

図１３に示すように、側枠４１の内部側面に、この内部側面と、上記薄板製造工程で製造されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２３，１２４の表面とを対向させて薄板用スペーサ１６を介して配設する。また、妻枠４２の内部側面に、この内部側面と、薄板製造工程で製造されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２１，１２２の表面とを対向させて薄板用スペーサ１６を介して配設する。また、薄板１２１，１２２，１２３，１２４の表面に対する裏面１２ｆには、突張材７０を結合するためのカプラ又は鉄筋接続具１５が設けられており、対向する薄板１２１，１２２，１２３，１２４相互間に、突張材７０をカプラ又は鉄筋接続具１５を介して配設して、薄板１２１，１２２，１２３，１２４を所定の位置に位置決めする（薄板配設工程）。また、ここでは図示を省略するが、その裏面１２ｆには、鉄筋を結合するためのカプラ又は鉄筋接続具も設けられており、対向する薄板１２１，１２２，１２３，１２４間に、鉄筋を、カプラ又は鉄筋接続具と鉄筋用スペーサとを介して薄板１２１，１２２，１２３，１２４と一体に配設する。

次に、セグメント製造型枠内に、本発明のセメント系硬化材料の実施例であるＥＣＣモルタルを突張材７０を埋設させて打設して養生し、薄板配設工程でセグメント製造型枠の四周の内部側面に配設された薄板と一体化する（セメント系硬化材料打設工程）。

このようにして製造されたＥＣＣモルタル造のセグメントは、セグメント全体がＥＣＣモルタルからなるものとなるため、このセグメントに対して引張応力（周面張力）が作用してもひびわれはマルチプルマイクロクラック化し、引張側に設計引張降伏強度の影響をそのまま反映させることができるため、図１に示す鉄筋コンクリート造のセグメント１と比較して、更なる鉄筋量の低減（約１／２〜１／３）を図ることができる。また、ＥＣＣモルタルの水分浸透性は、通常コンクリートと比較して約１０分の１であることが知られている。このようなＥＣＣモルタルの水分非浸透性の高さの故に、耐久性に優れたセグメントが提供される。このようにして鉄筋量の低減が図られることによって、セグメントの製造費が抑制される。

次に、プレストレストコンクリート造のシールドトンネル用セグメントの製造方法について説明する。

薄板製造工程で製造された、表面に止水ゴム設置溝１２ａ及びほぞ溝突起１２ｂが形成されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２１，１２２と、表面に止水ゴム設置溝１２ｃ、ガイドピン１２ｄ、及びコンクリートガイド１２ｅが形成されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２３，１２４とを、図８，図１４に示すようなセグメント製造型枠４０の四周の内部側面に、この内部側面と各薄板１２１，１２２，１２３，１２４の表面とを対向させて配設する（薄板配設工程）。

図１４は、図８に示すセグメント製造型枠に対して４つの薄板が配設された状態を示す平面図である。

図１４に示すように、側枠４１の内部側面に、この内部側面と、上記薄板製造工程で製造されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２３，１２４の表面とを対向させて薄板用スペーサ１６を介して配設する。また、妻枠４２の内部側面に、この内部側面と、薄板製造工程で製造されたＥＣＣモルタルからなる薄板１２１，１２２の表面とを対向させて薄板用スペーサ１６を介して配設する。プレストレストコンクリートはプレテンション方式でもポストテンション方式でもよい。例えば、側枠４１の内側に配設された薄板１２３の表面に対する裏面１２ｆに、ＰＣ鋼材配置ダクト８１を取付けた定着体用型枠８０が備えられている。（薄板配設工程）。このＰＣ鋼材配置ダクト８１は、本発明のＰＣ鋼材配置ダクトの実施例である。

次に、セグメント製造型枠内に、本発明のセメント系硬化材料の実施例であるコンクリート又はＥＣＣモルタルを打設して養生し、薄板配設工程でセグメント製造型枠の四周の内部側面に配設された薄板と一体化する（セメント系硬化材料打設工程）。セメント系硬化材料の硬化後、セメント系硬化材料にプレストレスを導入する。尚、本実施形態では、ポストテンション方式でプレストレスを導入する例を示したが、あらかじめＰＣ鋼材を緊張しておき、セメント系硬化材料硬化後、緊張力を解放してセメント系硬化材料にプレストレスを導入するプレテンション方式でプレストレスを導入してもよい。

このようにして製造されたプレストレストコンクリート造のセグメントは、コンクリートやＥＣＣモルタルを基材とするものである。コンクリートを基材とするプレストレストコンクリート造のセグメントによれば、鉄筋量の低減を図ることができる。また、ＥＣＣモルタルを基材とするプレストレストコンクリート造のセグメントによれば、鉄筋量の低減を図ることができると共に、耐荷能力の向上を図ることができる。このようにして鉄筋量の低減が図られることによって、セグメントの製造費が抑制される。

以上説明したように、本実施形態のシールドトンネル用セグメント及びその製造方法によれば、鉄筋量の低減、及び型枠費の減少が図られると共に、耐久性に優れたトンネルが構築される。また、プレストレスの適用により、更なる鉄筋量の低減を図ることができる。

本発明の一実施形態が適用されたシールドトンネル用セグメントの外観斜視図である。 板状体の一例を示す外観斜視図である。 板状体の一例を示す外観斜視図である。 薄板用型枠の一例を示す外観斜視図である。 薄板用型枠の一例を示す外観斜視図である。 薄板の一例を示す外観斜視図である。 薄板の一例を示す外観斜視図である。 セグメント製造型枠の外観斜視図である。 図８に示すセグメント製造型枠に対して４つの薄板が配設された状態を示す平面図である。 セメント系硬化材料打設工程を示す説明図である。 セメント系硬化材料打設工程を示す説明図である。 セメント系硬化材料打設工程を示す説明図である。 図８に示すセグメント製造型枠に対して４つの薄板が配設された状態を示す平面図である。 図８に示すセグメント製造型枠に対して４つの薄板が配設された状態を示す平面図である。

符号の説明

１ シールドトンネル用セグメント
１１ 鉄筋コンクリート
１２ ＥＣＣモルタル層
１２ａ 止水ゴム設置溝
１２ｂ ほぞ溝突起
１２ｃ 止水ゴム設置溝
１２ｄ ガイドピン
１２ｅ コンクリートガイド
１２ｆ 裏面
１２１，１２２，１２３，１２４ 薄板
１３，１５ カプラ又は鉄筋接続具
１４ ジベル
１６ 薄板用スペーサ
２０，２１ 板状体
２０ａ，２１ａ 凸部
２０ｂ，２１ｂ，２１ｃ 凹部
３０，３２ 薄板用型枠
３１，３３ 側板
４０ セグメント製造型枠
４１ 側枠
４２ 妻枠
４３ 底板
４４ 上蓋
５０ 鉄筋
５１ 鉄筋用スペーサ
６０ コンクリート
７０ 突張材
８０ 定着体用型枠
８１ ＰＣ鋼材配置ダクト

Claims (5)

1. 円筒形の殻を多数に分割した円弧板状のシールドトンネル用セグメントにおいて、隣接セグメントと当接するセグメント継手面及びリング継手面に、複数微細ひびわれ型繊維補強セメント複合材料層を一体に備えたことを特徴とするシールドトンネル用セグメント。
2. 前記セグメントが、鉄筋コンクリート造、複数微細ひびわれ型繊維補強セメント複合材料造、又はプレストレストコンクリート造であることを特徴とする請求項１記載のシールドトンネル用セグメント。
3. 円筒形の殻を多数に分割した円弧板状のシールドトンネル用セグメントを製造するに当たり、セグメント継手面又はリング継手面の外面形状を形成すべき板状体を製造し、該板状体を底板とする薄板用型枠内に複数微細ひびわれ型繊維補強セメント複合材料を打設して、表面に前記セグメント継手面又は前記リング継手面の外面形状が形成された複数微細ひびわれ型繊維補強セメント複合材料からなるプレキャスト製薄板を製造し、該プレキャスト製薄板を、セグメント製造型枠の四周の内部側面に、該内部側面と前記表面とを対向させて配設し、該セグメント製造型枠内にセメント系硬化材料を打設して前記プレキャスト製薄板と一体化することを特徴とするシールドトンネル用セグメントの製造方法。
4. 前記セグメント継手面又は前記リング継手面の外面形状を切削加工した金属板を製作し、該金属板を底板とする板状体用型枠内に硬化材を打設し、前記外面形状が転写された面を有する硬化材板を製造し、該硬化材板を前記板状体として用いることを特徴とする請求項３記載のシールドトンネル用セグメントの製造方法。
5. 前記セメント系硬化材料の打設が、両端を前記プレキャスト製薄板に結合した鉄筋を前記セグメント製造型枠内に配設し、鉄筋コンクリートを打設すること、前記セグメント製造型枠内の前記プレキャスト製薄板相互間に突張材を施し、複数微細ひびわれ型繊維補強セメント複合材料を該突張材を埋設させて打設すること、又は前記セグメント製造型枠内にプレテンション方式の鋼材を埋設するか若しくはポストテンション方式のＰＣ鋼材配置ダクトを設置してセメント系硬化材料を打設することであることを特徴とする請求項３記載のシールドトンネル用セグメントの製造方法。

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