JP4607740B2 - コンクリート中詰セグメント用鋼殻およびコンクリート中詰セグメントの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼殻内にコンクリートを中詰したコンクリート中詰セグメントの製造方法、およびこれに用いる鋼殻、特に、コンクリートとして高流動性コンクリートを用いた中詰コンクリートセグメントの製造方法およびこれに適する鋼殻に関する。

シールドトンネルなどの筒状構造物の構築に用いられるセグメントの一種に、鋼殻にコンクリートを充填して硬化させたコンクリート中詰セグメントが知られる。かかるコンクリート中詰セグメントは、圧縮加重に対してはコンクリートが抵抗し、引張加重に対しては鋼殻が抵抗することにより、高剛性が得られるというものである。鋼殻は、引張加重が生じやすい外周面を構成するものであり、一般的には、有底の舟形形状をなす。
一方、コンクリート中詰セグメントを製造するにあたっては、例えば、セグメント厚を鋼殻厚よりも厚くすべく、鋼殻の内周面側に蓋型枠を設けるとともにコンクリート供給口以外を密閉して略密閉空間を形成し、ここに供給口よりコンクリートを充填して鋼殻の内周面側にコンクリートを若干はみ出させた状態に充填することがある。
このコンクリートの充填にあたっては、従来、当該内周面側（蓋型枠側）を上にし、外周面側（スキンプレート側）を下にして、鋼殻を水平に載置した下側凸姿でコンクリートを充填していた。
特開２００５−７６３１７

しかしながら、下側凸姿で鋼殻を水平を保持すると、舟形の船尾船頭の両端２カ所が最も高い位置となり、コンクリートを打設するにあたって、いずれの最高所からコンクリート打設を行っても、反対の最高所に空気溜まりが発生する。従って、従来、コンクリートを打設するにあたって、１カ所の供給口からコンクリートを供給して打設することができず、複数箇所の供給口からコンクリートを打設する必要があり、煩雑な操作を要していた。
また、鋼殻には、升目状のリブが設けられているのが一般的であるが、このリブが底板（スキンプレートともいう）と接するように設けられており、これもコンクリートの１ヶ所打設の妨げとなっていた。
そこで、本発明の主たる課題は、コンクリート中詰セグメントの製造において、コンクリートの１カ所の供給口から供給して打設が行える鋼殻、および、１カ所打設による空気溜まりや製品に気泡あばたが発生しない製造方法を提供し、もって、補修が主となる仕上げ作業を不必要とし、品質の確保とともに、前記製造作業を簡略化および省力化することにある。

上記課題を解決した本発明およびその作用効果は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
コンクリート中詰セグメント用鋼殻を用いた、コンクリート中詰セグメントの製造方法であって、
前記鋼殻は、湾曲した底板の外周縁に主桁および継手板が底板の湾曲の中心方向に向かって立設され全体として湾曲板状をなす箱部と、主桁間に架橋され底板との間に間隙を有する縦リブとを備え、
有孔鋼板の裏面に透気性仕上げ材が装架され端部にコンクリート供給口を備えた湾曲した蓋型枠を、仕上げ材装架面を前記鋼殻の底板に対向させ、前記鋼殻の開口面側に取り付けたのち、前記コンクリート供給口から高流動性コンクリートを供給することを特徴とするコンクリート中詰セグメントの製造方法。

（作用効果）
高流動性コンクリートが縦リブと底板との間を通ることができるので、縦リブで区切られた各区域のそれぞれに高流動性コンクリートを供給しなくとも、一箇所からの供給で鋼殻内全体に高流動性コンクリートを充填することが可能となる。
また、充填された高流動性コンクリートに含まれる気泡を蓋型枠を介して外部に移行させることができ、気泡あばたの発生を防止できる。

＜請求項２記載の発明＞
鋼殻底板側を下側に、反対の内周面側を上側にし、かつ、一方の底板端縁が最も低くなるようにした姿勢で、前記蓋型枠を取り付けた前記鋼殻を保持し、
かかる姿勢で前記蓋型枠の高所に近い一方端部に設けた前記コンクリート供給口から高流動コンクリートを供給する請求項１記載のコンクリート中詰セグメントの製造方法。

（作用効果）
一箇所からの供給で高流動性コンクリートを鋼殻に充填することができる。

＜請求項３記載の発明＞
前記鋼殻は、主桁間において主桁と並行に配置された中主桁を有し、
前記縦リブおよび前記中主桁により箱部内空間が升目状に仕切られ、前記縦リブおよび前記中主桁が底板との間に間隙を有する請求項１または２記載のコンクリート中詰セグメントの製造方法。
（作用効果）
中主桁との間に間隙を有するので、その間を高流動性コンクリートが通ることができる。

＜請求項４記載の発明＞
前記間隙は、粗骨材が通過する寸法以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンクリート中詰セグメントの製造方法。

以上のとおり本発明によれば、コンクリート中詰セグメントの製造において、コンクリートの１カ所の供給口から供給して打設が行える鋼殻、および、１カ所打設による空気溜まりや製品に気泡あばたが発生しない製造方法が提供される

次いで、本発明の実施の形態を図１〜７を参照しながら以下に詳述する。
（コンクリート中詰セグメントについて）
本発明の実施形態にかかるコンクリート中詰セグメントＳ（以下、単にセグメントともいう。）について説明する。セグメントＳは、複数を接合して、例えば、シールドトンネルなどの筒状構造物を構築するためのものである。セグメントＳは、コンクリート中詰セグメント用鋼殻１、鋼殻に中詰されたコンクリートＧおよび補強材等からなる。

（コンクリート中詰セグメント用鋼殻について）
コンクリート中詰セグメント用鋼殻（以下、単に鋼殻ともいう）１は、筒状構造物の外周面を形成する湾曲された底面（底板）１０の外周端に、所定高さを有する継手板２０、主桁３０が底板の湾曲中心方向側に立設され、全体として湾曲板状をなす有底舟形の箱形状とされている。以下、主桁３０、継手板２０の高さ方向を鋼殻あるいはセグメントの厚さ方向ともいう。

継手板２０は、周方向に隣接する他のセグメントと接して接合される部位であり、底板１０の両端に湾曲の中心軸に沿う方向に平行に配置され、適宜ボルト孔２１などが形成されている。

主桁３０は、他のセグメントと筒状構造物の延設方向（軸方向）に接して接合される部位であり、底板１０縁に立設され、継手板同士の長手方向端部を湾曲に双方向に結合する桁部材である。主桁３０にも、隣接するセグメントと連結するための適宜の継手金物などの継手構造が設けられる。

主桁３０、３０間には、鋼殻１の軸方向の剛性を増すために縦リブ４０、４０…が適宜本数設けられている。縦リブ４０は、高流動性コンクリートの充填が容易となるように、底板１０との間に間隙が設けられている。すなわち、縦リブ４０は、主桁３０、３０間に架橋されていて底板とは接しておらず、高流動性コンクリートが縦リブ４０に邪魔されずに底板１０に沿って流動できるように構成されている。前記間隙は２０ｍｍの粗骨材が通過できる寸法以上が望ましい。

上記の形態以外の他の鋼殻の形態としては、例えば、図３に示す形態が挙げられる。この鋼殻１Ｂは、主桁３０、３０間において主桁と並行に配置された中主桁３１、３１を有し、前記縦リブ４０および中主桁３１により、箱部内空間が升目状に仕切られている。前記縦リブ４０および中主桁３１は、ともに底板１０との間に間隙を有するように設けられており、図２に示す鋼殻と同様に、縦リブ４０および中主桁３１により妨げられることなく底板１０に沿って高流動性コンクリートが流動可能とされている。前記間隙は２０ｍｍの粗骨材が通過できる寸法以上が望ましい。

鋼殻は、さらにその他の形態として、図示はしないが、中主桁間のみ架かる補助リブが架橋された形態をも採ることができる。

なお、各鋼殻には、他のセグメントとの接合に用いるボルト挿入を可能とする、コンクリート流入が防止された箱抜き部が、例えば、四隅に形成される。

（コンクリート中詰セグメントの製造方法）
次いで、上記例の鋼殻１を用いたコンクリート中詰セグメントの製造方法を説明する。まず、鋼殻１の主桁３０にこれに接する側型枠５０を取り付ける。側型枠５０は主桁３０より高さが高く形成されているほかは主桁３０と同形状をなす。さらに鋼殻１の開放面に、一方端部に高流動性コンクリートの供給口６１を設けた蓋型枠６０を取り付ける。これにより、図４のように、鋼殻１、主桁３０、側型枠５０、蓋型枠６０で囲まれる略密閉空間を有する成型枠１Ｘが完成する。次いで、この成型枠１Ｘの供給口６１側をクレーンあるいはリフト等により持ち上げ、保持台Ｄにより支え供給口６１を上方にして全体を傾斜した姿勢に保持させる。このとき、鋼殻底板側を下側にし反対の内周面側を上側にし、かつ、一方の底板端縁１１が最も低くなるようした姿勢とするのが望ましい。

成型枠１Ｘの供給口６１にホッパー７０を接続し、高流動性コンクリートＧを注入する。高流動性コンクリートＧは、供給口６１にいっぱいに詰め、加圧注入装置で、強制的に鋼殻内にシフトさせるのが望ましい。その際、内部に空気がある場合には、蓋型枠６０に設けられた空気抜き孔６４から放出される。高流動性コンクリートＧの注入が終了したら供給口６１を閉じて、コンクリートが固化するまで所定の場所に置き待つ。

本発明にかかる鋼殻１で縦リブ４０が底板と接していないことから、供給口から供給された高流動性コンクリートＧは、底板１０に沿って成型枠１Ｘの最下方位置（底板縁１１）に向かって流れるとともに、徐々に空間内に充填される。充填完了後は、かかる姿勢を保持したまま養生させてもよいが、姿勢を解除して図６の示す下凸形状姿勢にして養生させることもできる。

十分に養生が完了したら蓋型枠６０および側型枠５０を脱枠する。脱枠は従来方法に従う。なお、側型枠５０は鋼殻厚さより厚みのあるセグメントを成型する際には必要となるが、鋼殻厚さとほぼ同厚のセグメントを成型する場合には、必ずしも設ける必要はない。

（蓋型枠について）
蓋型枠６０は、筒状構造物の内周面と同様の曲率に湾曲して形成されている。無孔鋼板を使用した一般的な蓋型枠を使用することもできるが、好適には、図７に示すとおり、有孔鋼板６２の裏面に透気性仕上げ材６３を装架してなる蓋型枠６０を使用する。かかる蓋型枠６０を仕上げ材６３装架面を鋼殻１の底板１０に対向するようにして鋼殻１に取り付ける。通常、高流動性コンクリートＧを打設すると、仕上がり面に深さ１０ｍｍ程度の気泡あばたが発生するが、かかる有孔の蓋型枠６０を用いると孔６４から空気が抜けて気泡あばたの発生が抑制される。孔６４としては、製品仕上がり面の気泡あばたの除去効果と孔から漏れるセメントペースト量から最適のものを選定することができる。好適な有孔板としては、孔径３ｍｍ、孔ピッチ５ｍｍのパンチングプレートである。

一方、透気性の仕上げ材６３としては、メッシュ間隔０．２５ｍｍのメッシュ金網、打設コンクリート表面の気泡除去効果の実績が高い繊維として使用される透水性シート、不織布、織布等のうちから選定可能であって、有孔鋼板６２の清掃の容易さ、有孔鋼板６２への取付けの容易さ、コスト等の理由から、必要に応じて有孔鋼板６２と仕上げ材６３との組み合わせを選定する。透気性の仕上げ材を前記有孔板に装架することにより、有孔鋼板の孔から漏出するセメントペーストの目詰まりによる蓋型枠６０の清掃に手間が軽減される。

（高流動性コンクリートコンクリートについて）
本発明における高流動性コンクリートとしては、水セメント比が３０〜４０％、細骨材率４５〜５５％で少量の混和剤が配合され、スランプフロー値が６５±５ｃｍ、Ｖロート流下時間が２５±１５秒、空気量が２±１％であるのが望ましく、特に、フレッシュ性状が保たれている時間が少なくとも３０分程度であるのが望ましい。

ここで、高流動コンクリートとは、フレッシュ時の材料分離抵抗性を損なうことなく流動性を著しく高めたコンクリートであり、土木学会では振動締固め作業を行なうことなく、自重で流動して型枠の隅々まで充填するような自己充填性を有するものを高流動コンクリートと定義している。一般には、スランプフローで５０〜７５ｃｍの範囲の高流動性を有する。また、現在、使用されている高流動コンクリートは、その使用材料の種類や量、配合上の特徴の違いにより、粉体系、増粘剤系および併用系の３種類に大別される。いずれの系も高性能ＡＥ減水剤あるいは高性能減水剤を添加することを主体として高流動性を確保する方法は共通であるが、材料分離抵抗性を付与する方法に特徴がある。

なお、１９８８年、土木学会より「高流動コンクリート施工指針」が発刊されており、この施工指針では、対象とする構造物の構造条件や施工条件に応じて、高流動コンクリートの自己充填性レベルを以下の３ランクに定めるように規定している。
ランク１：最小鋼材あきが３５〜６０ｍｍ程度で、複雑な断面形状、断面寸法の小さい部材または箇所で自己充填性を有する。
ランク２：最小鋼材あきが６０〜２００ｍｍ程度の鉄筋コンクリート構造物または部材において、自己充填性を有する。
ランク３：最小鋼材あきが２００ｍｍ程度以上で断面寸法が大きく配筋量の少ない部材または箇所、無筋の構造物において、自己充填性を有する。

また、高流動コンクリートは、通常のコンクリートと比較して，特にフレッシュコンクリートの性状が相当に異なるため、一般的に以下（ａ）〜（ｎ）のような点に留意しながら、製造および施工を行なう必要がある。
（ａ）ＪＩＳマーク表示許可工場あるいはこれと同等の製造設備や管理体制が整備されたプラントにて製造する。
（ｂ）骨材の表面水率の変動をできるだけ小さくすべく、屋根付きの骨材貯蔵設備を有するプラントを選定する。必要に応じて、施工日の数日前から骨材を貯蔵設備に保管しておき、全体にわたって細骨材で表面水率５％程度以下、粗骨材で１％程度以下となるように貯蔵、管理する。
（ｃ）高流動コンクリートの練混ぜは、原則としてバッチ式の強制練りミキサを用いる。１バッチ当りの練混ぜ量をミキサ最大容量の８０〜９０％とし、９０秒以上練混ぜるようにする。
（ｄ）実際の工事開始前には実機ミキサで試し練りを行ない、必要に応じて適切な配合に修正する。また、高流動コンクリートに使用する各種の混和剤と、通常出荷の生コンに使用する混和剤との相性を確認しておく。
（ｅ）製造、出荷、現場までの運搬、打込み完了までの作業時間を考慮して、所要の時間は所定の自己充填性が保持できるような高流動コンクリートの配合を選定する。
（ｆ）原則として側圧は液圧と見做して、型枠や支保工を設計する。さらに、型枠の組立て精度、セパレータの締付け力が均等であることを、事前に確認する。
（ｇ）高流動コンクリートは、通常のコンクリートと比べて、ポンプ圧送時の圧力損失が大きい傾向にあるため、圧送距離や吐出速度、輸送管径等を考慮して、十分に余裕のあるコンクリートポンプの機種や台数を選定する。また、ポンプ圧送にともないスランプフローなどの流動性が低下する場合もあることから、特に、長距離圧送や高所に圧送する場合には、事前に圧送試験を行なうようにする。
（ｈ）シュートは原則として縦シュートとし、特別な対策を講じない限りベルトコンベアは用いない。
（ｉ）自由落下の最大高さは５ｍ以下とし、水平方向の流動距離は標準８ｍ以下、最大１５ｍ以下とする。
（ｊ）高流動コンクリートの打込みは、所定の自己充填性を確保している時間内に行なえるように適切な打込み速度を定めるとともに、打込みを中断しないように連続的に打ち込む。
（ｋ）必要に応じて、型枠振動機や表面の叩き等の軽微な振動を加えて、脱型後のコンクリート面のあばたを低減させて美観性を向上させることができる。
（ｌ）プラスチック収縮ひびわれが発生しやすい傾向にあるため、打込み後は速やかにシートや養生マットなどでコンクリート表面を養生し、風や日射によって表面が乾燥しないように留意する。
（ｍ）脱型までの養生は、通常のコンクリートと同様に取り扱うことができるが。特に粉体系や併用系高流動コンクリートの場合には、長期強度に十分余裕がある場合が多いので、強度発現性状を確認すれば養生期間を短縮することもできる。
（ｎ）水平打継目の処理は、原則として通常のコンクリートの場合と同様に取り扱うが、高流動コンクリートは、ブリーディングがほとんど無く、打継面に生じるレイタンス層も僅かである特性を生かして、打継目が所要の性能を有していることが確認できた場合には、水平打継目の処理を軽減さらには省略できる。

本発明は、筒状構造物に用いる各種セグメント用の鋼殻あるいはセグメント製造に利用することができる。

セグメントの例を示す斜視図である。 本発明にかかる鋼殻の斜視図である。 本発明にかかる鋼殻の他の例の斜視図である。 本発明にかかる成型枠の斜視図である。 コンクリート供給時の成型枠の姿勢を示す図である。 養生時の姿勢の例を示す図である。 本発明にかかる蓋型枠を示す図である。

１…鋼殻、１０…底板（スキンプレート）、２０…継手板、２１…ボルト孔、３０…主桁、３１…中主桁、４０…縦リブ、５０…側型枠、６０…蓋型枠、６１…供給口、６２…有孔板、６３…仕上げ材、６４…孔、７０…ホッパー、Ｇ…高流動性コンクリート（コンクリート）、Ｓ…セグメント。

Claims (4)

1. コンクリート中詰セグメント用鋼殻を用いた、コンクリート中詰セグメントの製造方法であって、
   前記鋼殻は、湾曲した底板の外周縁に主桁および継手板が底板の湾曲の中心方向に向かって立設され全体として湾曲板状をなす箱部と、主桁間に架橋され底板との間に間隙を有する縦リブとを備え、
   有孔鋼板の裏面に透気性仕上げ材が装架され端部にコンクリート供給口を備えた湾曲した蓋型枠を、仕上げ材装架面を前記鋼殻の底板に対向させ、前記鋼殻の開口面側に取り付けたのち、前記コンクリート供給口から高流動性コンクリートを供給することを特徴とするコンクリート中詰セグメントの製造方法。
2. 鋼殻底板側を下側に、反対の内周面側を上側にし、かつ、一方の底板端縁が最も低くなるようにした姿勢で、前記蓋型枠を取り付けた前記鋼殻を保持し、
   かかる姿勢で前記蓋型枠の高所に近い一方端部に設けた前記コンクリート供給口から高流動コンクリートを供給する請求項１記載のコンクリート中詰セグメントの製造方法。
3. 前記鋼殻は、主桁間において主桁と並行に配置された中主桁を有し、
   前記縦リブおよび前記中主桁により箱部内空間が升目状に仕切られ、前記縦リブおよび前記中主桁が底板との間に間隙を有する請求項１または２記載のコンクリート中詰セグメントの製造方法。
4. 前記間隙は、粗骨材が通過する寸法以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンクリート中詰セグメントの製造方法。

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