JP4802166B2 - 合成セグメントの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼殻とコンクリートとから略円弧板状に形成される合成セグメントの製造方法に関する。

従来、地山に掘削穴を掘削しつつ、その内面に円弧板状のセグメントを周方向および軸方向に複数連結して筒状壁体を構築することによりトンネルを形成するシールド工法において、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、一般的に鋼製からなる円弧板状枠体（鋼殻）を備え、この鋼殻内にコンクリートを充填して製造されたものである（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

合成セグメントの鋼殻は、円弧板状枠体の外周側にトンネル周方向に湾曲した外周側鋼板が設けられ、その外周側鋼板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、外周側鋼板に対向する内周側は開口されている。
そして、このような合成セグメントは、外周側鋼板を下側に、開口部側を上側にして鋼殻を配置させ、セグメント継手等を鋼殻の所定位置に配置し、開口より鋼殻内にコンクリートを充填することにより製造されている。
特開平５−２４８１８２号公報 特開２０００−３４８９７号公報

しかしながら、従来の合成セグメントの製造方法では以下のような問題があった。
すなわち、従来の製造方法では、鋼殻を型枠の代替品として利用するため、鋼殻の加工精度がセグメントの製品精度となり、鋼殻に対して寸法精度を確保する必要があった。そのため、鋼殻に加工誤差があると、鋼殻に配置されるセグメント継手の位置、精度が確保されないという問題が生じる。さらに、鋼殻の寸法精度が低下すると、合成セグメント同士を接合させたときに、接合面同士が均等に接触せずにひび割れや欠け等の破損が生じたり、両者間に隙間が生じて水漏れするといった不具合が発生するおそれがあった。
このように、合成セグメント毎に１つずつ鋼殻の寸法精度を確保して製作しなければならないことから、手間や時間がかかり、コストアップになるという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、製造にかかる手間や時間を少なくすることで、コストの低減を図るようにした合成セグメントの製造方法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では、トンネル周方向に湾曲するとともに両端部がセグメントの周方向接合面の表面に露出する主鋼材を有する鋼殻と、コンクリートと、から略円弧板状に形成されてなる合成セグメントの製造方法であって、主鋼材の両端部を周方向接合面に一致させて面一となるようにして型枠に配置させる工程と、セグメント同士を連結するための継手を型枠内の側板部の所定位置に配置する工程と、鋼殻および継手を配置させた型枠内にコンクリートを充填させる工程と、を有することを特徴としている。
本発明では、少なくとも鋼殻の一部又は全体と継手とを型枠に配置させ、その型枠内にコンクリートを充填し、コンクリートの固化後に脱型することにより合成セグメントが製造される。そして、製造された合成セグメントは、型枠の形状に基づいたコンクリート形成面を有する製品となる。そのため、鋼殻の加工精度による誤差にかかわらず、型枠の寸法精度によってセグメントの製品精度を確保することができる。

また、本発明に係る合成セグメントの製造方法では、合成セグメントの表面の一部に露出してなる鋼材は、脱型した後の合成セグメントに接合されることが好ましい。
本発明では、合成セグメントの表面の一部に露出してなる鋼材を分離させてなる鋼殻が型枠内に配置されるため、その分離された鋼材が位置する箇所に形成された開口からコンクリートを型枠内に充填することができるので、例えば型枠にコンクリート充填用の充填口を設ける必要がなくなる。

本発明の合成セグメントの製造方法によれば、両端部を周方向接合面に一致させて面一となるようにして主鋼材を型枠に配置させ、その型枠内にコンクリートを打設して製造されるため、鋼殻の加工精度による誤差にかかわらず、型枠の寸法精度によってセグメントの製品精度が確保されることになる。そのため、多数の合成セグメントを製造できる型枠に対して寸法精度を確保して製作すればよく、従来のように合成セグメント毎に鋼殻の寸法精度を確保する必要がなくなることから、製造にかかる手間や時間が少なくなり、製造コストの低減を図ることができる。
そして、型枠によって合成セグメントの製品精度が確保されるうえ、製造される合成セグメントの寸法精度にばらつきがないことから、セグメント同士を接合させる際にひび割れや欠けといった破損を防止することができるとともに、接合面における止水性を向上させることができる。また、寸法精度が確保された型枠に対してセグメント継手を位置決めすることで、継手の位置精度を確保することができる。

以下、本発明に係る合成セグメントの製造方法の第一の実施の形態について、図１乃至図４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鋼殻においてスキンプレートを分離した状態の分解斜視図、図４（ａ）乃至（ｃ）は第一の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す縦断面図である。

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、例えば、シールド工法によってトンネルの内壁に構築される筒状壁体をなすトンネル覆工体を形成するものであり、略長方形板状のものが略円筒周面形状に湾曲され、図２に示すように、鋼材からなる鋼殻２とその内部に充填されるコンクリート３とを有して構成されている。

そして、合成セグメント１の短辺側（トンネルの軸方向に沿う辺側）の側面である周方向接合面４、４には、トンネルの周方向の連結のための例えばボルトボックス等のセグメント間継手５が設けられている。また、長辺側（トンネルの周方向に沿う辺側）の側面であるトンネル方向接合面６には、トンネルの軸方向の連結のための例えばボルトボックス等のリング間継手７が設けられている。なお、図２以降の図面では、前記セグメント間継手５及びリング間継手７が省略されている。

図１乃至図３に示すように、鋼殻２は、合成セグメント１がトンネル内に装着された状態で地山側に位置する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８と、長辺が略円弧板状に湾曲して形成されていて横断面（トンネル軸方向に沿う断面）が略長方形をなす一対の主鋼材９、９とを備えている。この一対の主鋼材９、９は、トンネル軸方向において所定間隔をもって平行にそれぞれが同様に湾曲してなる３組が配置されている。そして、一対の主鋼材９、９の長辺方向（トンネルの周方向）における両側端部は周方向接合面４、４に一致させて面一となるように設けられている。なお、図１では、周方向接合面４に露出する主鋼材９が省略されている。

そして、図３に示すように、合成セグメント１の厚み方向（トンネルの半径方向）に対向する主鋼材９、９は、平板状をなす複数の接続部材１０、１０、…によって互いに連結されている。その接続部材１０は、主鋼材９、９の長手方向（合成セグメント１の周方向）に沿って複数配列されている。
また、図２に示すように、一対の主鋼材９、９のうち外周側に位置する主鋼材９の外周面９ａには、スキンプレート８が溶接等により固着されている。なお、同じく内周側に位置する主鋼材９の内周面９ｂは、合成セグメント１を形成するコンクリート３に埋設された状態となっている。

次に、本第一の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などに基づいて説明する。
図４に示す合成セグメント１は、いわゆる山打ちのコンクリート打設方法による製造工程を示したものである。
図４（ａ）に示すように、この製造工程では、外周面（すなわちスキンプレート８）を上側に、内周面を下側にした状態で、合成セグメント１の長手方向の略中央部を最も高い位置となる姿勢で合成セグメント１を製造するための型枠２０が用いられる。

型枠２０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塞ぐ底盤部２０ａと、図１に示す周方向接合面４、４及びトンネル方向接合面６、６を形成するように塞ぐ側板部２０ｂとから構成され、スキンプレート８が配置される外周面部に開口部２０ｃが形成されている。この開口部２０ｃがコンクリート３の充填口となる。

製造方法としては、予め一対の主鋼材９、９同士を複数の連結部材１０、１０、…で連結させた状態で形成し、主鋼材９とスキンプレート８とは接合しない状態で分離しておく。そして、図４（ａ）に示すように、型枠２０内に主鋼材９、９を配置させるとともに、図１で示した各継手５、７を合成セグメント１の接合面４、６に配置させるように側板部２０ｂの所定箇所に対して着脱可能に取り付ける。

そして、図４（ｂ）に示すように、型枠２０の開口部２０ｃよりコンクリート３を流し込み充填する。充填したコンクリート３の上面は、外周側に位置する主鋼材９の外周面９ａの湾曲に添って面一となるようにする。ここで、本第一の実施の形態による打設方法では、型枠２０の上方から充填するため、コンクリート３中に含まれる気泡は型枠上方に位置する開口部２０ｃから抜けるため、型枠２０内に残留しないようになっている。

続いて、図４（ｃ）に示すように、充填したコンクリート３が固化した適宜な時点で脱型すると、型枠２０の形状に基づいたコンクリート形成面を有する製品となる。そして、外周側の主鋼材９の外周面９ａにスキンプレート８を溶接等の固着手段により接合することで、合成セグメント１の製造が完成することになる。

このように本製造方法では、合成セグメント１の表面の一部に露出してなるスキンプレート８（鋼材）を分離させた状態の鋼殻２が型枠２０内に配置されているため、その分離されたスキンプレート８が位置する箇所に形成された開口部２０ｃからコンクリート３を型枠２０内に充填することができるので、例えば型枠２０にコンクリート充填用の充填口を設ける必要がない構成となっている。

上述した本第一の実施の形態による合成セグメントの製造方法では、鋼殻２を型枠に配置させてコンクリート３を打設するため、鋼殻２の加工精度による誤差にかかわらず、型枠２０の寸法精度によって合成セグメント１の製品精度が確保されることになる。そのため、多数の合成セグメント１、１、…を製造できる型枠２０に対して寸法精度を確保して製作すればよく、従来のように合成セグメント毎に鋼殻の鋼殻毎に寸法精度を確保する必要がなくなることから、製造にかかる手間や時間が少なくなり、製造コストの低減を図ることができる。

そして、型枠２０によって合成セグメント１の製品精度が確保されるうえ、製造される合成セグメント１の寸法精度にばらつきがないことから、合成セグメント１、１同士を接合させる際にひび割れや欠けといった破損を防止することができるとともに、接合面における止水性を向上させることができる。また、寸法精度が確保された型枠に対してセグメント継手を位置決めすることで、継手の位置精度を確保することができる。

次に、本発明の第二乃至第四の実施の形態について、図５乃至図１０などに基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
図５は本第二の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す斜視図、図６は図５に示す合成セグメントの製造工程のＢ−Ｂ線断面図である。

図５及び図６に示すように、本第二の実施の形態による製造される合成セグメント１Ａの製造方法は、上述した第一の実施の形態と同様のいわゆる山打ちによるコンクリート打設方法である。そして、図４に示す第一の実施の形態ではコンクリート打設時にはスキンプレート８を分離させた状態で型枠２０の開口部２０ｃから型枠２０内にコンクリート３を流し込むようにしているが、第二の実施の形態ではスキンプレート８を予めコンクリート打設前の型枠３０に配置させておく方法である。つまり、本第二の実施の形態で用いられる型枠３０には、合成セグメント１Ａのトンネル軸方向側の一方のトンネル方向接合面６（図１参照）に位置する側板部３１ｂに、コンクリート３を充填するための充填口３１が設けられている。そして、充填口３１を形成した両側板部３０ｂ、３０ｂには空気抜き管３２が設けられている。

充填口３１は、側板部３０ｂの略中央の位置に、側板部３０ｂを厚さ方向に貫通して形成されている。空気抜き管３２は、スキンプレート３の内面より若干離れた位置に端部３２ａを配置させ、型枠３０の内部と外方とを連通させた状態で適宜数設けられている。

図６に示すように、製造方法は、予め一対の主鋼材９、９同士を複数の連結部材１０、１０、…で連結させ、その主鋼材９の外周面９ａにスキンプレート８を固着させた状態で鋼殻２を形成し、型枠３０内にその鋼殻２を配置するとともに、図１で示した各継手５、７を合成セグメント１の接合面４、６に配置するように側板部３０ｂの所定箇所に対して着脱可能に取り付ける。このとき、空気抜き管３２もこの端部３２ａが上述した所定位置となるように配置させておく。

続いて、充填口３１よりコンクリート３を型枠３０内に流し込んで充填する。なお、本第二の実施の形態では、流動性のあるコンクリートを使用することが好ましいとされる。このとき、型枠３０内に充填されるコンクリート３中に含まれる微細な気泡は、スキンプレート８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３は充填口３１の直下で次第に山形状に盛り上がり、充填口３１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８の内面に沿うように残留することになるが、その気泡は、空気抜き管３２を通じて型枠３０の外方に抜けることになる。そのため、スキンプレート８の内面付近に空隙が形成された未充填箇所がなくなり、充填したコンクリート３とスキンプレート８とが密着した高品質な合成セグメント１Ａを製造することができる。

そして、コンクリート３の打設終了後は、充填口３１に充填材（図示省略）を流し込んで塞ぎ、空気抜き管３２の出口３２ｂを例えば溶接手段などによって塞ぐ。次いで、充填したコンクリート３が固化した適宜な時点で脱型し、合成セグメント１Ａ内に埋設されている空気抜き管３２に例えばモルタルなどの充填材（図示省略）を注入して穴埋めして完成させる。

第二の実施の形態による合成セグメント１Ａの製造方法では、第一の実施の形態による製造方法と同様に型枠３０の寸法精度によって合成セグメント１Ａの製品精度が確保され、合成セグメント１Ａの鋼殻２毎に寸法精度を確保する必要がないことから、製造にかかる手間や時間が少なくなり、製造コストの低減を図ることができるという効果を奏する。

次に、図７は本第三の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す斜視図、図８は図７に示す合成セグメントの製造工程のＣ−Ｃ線断面図である。
図７及び図８に示す第三の実施の形態による合成セグメント１Ｂの製造方法は、いわゆる舟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８を下側にして合成セグメント１Ｂの短辺（図１に示す周方向接合面４）の一端を最も高い位置に持ち上げた状態で製造される方法である。

型枠４０は、合成セグメント１Ｂのスキンプレート８に沿って円弧形状に形成された底盤部４０ａと、図１に示す周方向接合面４、４及びトンネル方向接合面６、６を形成するように塞ぐ側板部４０ｂとから構成され、合成セグメント１Ｂの内周面となる位置に開口部４０ｃが形成されている。そして、開口部４０ｃには、開口面に沿って金網４２が配置されている。そして、型枠４０の最も高い位置（上方に位置する側板部４０ｂ）に設けた充填口４１から型枠内にコンクリート３を充填して打設する。

図８に示すように、製造方法は、第二の実施の形態と同様に一対の主鋼材９、９とスキンプレート８とを一体化させた状態で鋼殻２を形成し、型枠４０内にその鋼殻２を配置するとともに、図１で示した各継手５、７を合成セグメント１の接合面４、６に配置するように側板部４０ｂの所定箇所に対して着脱可能に取り付け、開口部４０ｃに合成セグメント１Ｂの内周面の位置に沿うように金網４２を配置させる。続いて、型枠４０の充填口４１よりコンクリート３を型枠４０内に流し込んで充填する。

このとき、充填したコンクリート３の上面は、金網４２が型枠の代わりをなし、この金網４２に沿った形状に打設されることになる。ここで、本第三の実施の形態による打設方法では、型枠４０の最も高い位置から充填されることから、充填口４１は、コンクリート３の充填とともに、コンクリート３中に含まれる気泡の空気抜きの役割を果たし、型枠４０内に溜まることがない。

そして、コンクリート３の打設終了後に、充填したコンクリート３が固化した適宜な時点で脱型して合成セグメント１Ｂを完成させることができる。
第三の実施の形態による合成セグメント１Ｂの製造方法では、上述した第一及び第二の実施の形態による製造方法と同様の効果を得ることができる。

次に、図９は本第四の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す斜視図、図１０は図９に示す合成セグメントの製造工程のＤ−Ｄ線断面図である。
図９及び図１０に示す第四の実施の形態による合成セグメント１Ｃの製造方法は、略縦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８を略横方向に向けて合成セグメント１の両長辺（図１に示すトンネル方向接合面６、６）を上下方向とするとともに、合成セグメント１の両短辺（図１に示す周方向接合面４、４）の一方を他方より高くして内周面側を傾斜させた状態で製造される方法である。

型枠５０は、合成セグメント１Ｃの内周面を円弧形状に形成するように塞ぐ内周板部５０ａと、図１に示す周方向接合面４、４及びトンネル方向接合面６、６を形成するように塞ぐ側板部５０ｂとから構成され、スキンプレート８が配置される外周面部に開口部５０ｃが形成されている。そして、合成セグメント１Ｃの短辺側に位置する一方の側板部５０ｂの最も高い位置に、コンクリート３を充填するための充填口５１が設けられている。そして、合成セグメント１Ｃの上方に位置する長辺側の側板部５０ｂ、５０ｂには、その厚さ方向を貫通する空気抜き管５２が設けられている。

図１０に示すように、第四の実施の形態による製造方法は、第二及び第三の実施の形態と同様に一対の主鋼材９、９とスキンプレート８とを一体化させた状態で鋼殻２を形成し、型枠５０内にその鋼殻２を配置するとともに、図１で示した各継手５、７を合成セグメント１Ｃの接合面４、６に配置するように側板部５０ｂの所定箇所に対して着脱可能に取り付ける。続いて、型枠５０の充填口５１よりコンクリート３を型枠５０内に流し込んで充填する。

ここで、本第四の実施の形態による打設方法では、側板部５０ｂの高い位置から充填されることから、充填口５１を塞ぐところまでは、コンクリート３の充填とともに、コンクリート３中に含まれる気泡の空気抜きの役割を果たし、充填口５１を塞ぐところまで充填されると、上記気泡は、その気泡は、空気抜き管５２を通じて型枠５０の外方に抜けることになる。

そして、コンクリート３の打設終了後に、充填したコンクリート３が固化した適宜な時点で脱型して合成セグメント１Ｃを完成させることができる。
第四の実施の形態による合成セグメント１Ｃの製造方法では、上述した第一乃至第三の実施の形態による製造方法と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明による合成セグメントの製造方法の第一乃至第四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。
例えば、本第一乃至第四の実施の形態では鋼殻２がスキンプレート８と主鋼材９と接続部材１０等から構成されているが、これに限定されることはなく、例えば周方向接合面４やトンネル方向接合面６の一部に止水部材を貼り付けるための鋼板を備えた鋼殻や、合成セグメントの外周面だけでなく内周面にもスキンプレートを備えた鋼殻であってもかまわない。

また、第一及び第二の実施の形態では山打ちによるコンクリート打設方法、第三の実施の形態では合成セグメント１Ｂの内周面側を上側に向けて一方の周方向接合面４を最も高い位置とした打設方法、第四の実施の形態では略縦打ちによる打設方法としているが、これらの打設方法に限定されることはない。

また、充填口３１、４１、５１、空気抜き管３２、５２の配置、断面形状、配置数量などは本実施の形態に限定されるものではく、製造する合成セグメントの形状、鋼殻の構造、型枠の形態などの条件に応じて任意に設定すればよい。
さらに、主鋼材９、接続部材１０の配置、形状、箇所数に限定されることはなく、例えば他の主鋼材として、断面形状でＩ字形、Ｈ字形、Ｌ字形、Ｔ字形などを採用することができ、接続部材９は、平板形状であることに限定されることはなく、複数の鋼材を略Ｖ字状に配列したラチス状の構造としてもよい。

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鋼殻においてスキンプレートを分離した状態の分解斜視図である。 （ａ）乃至（ｃ）は第一の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す縦断面図である。 本第二の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す斜視図である。 図５に示す合成セグメントの製造工程のＢ−Ｂ線断面図である。 本第三の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す斜視図である。 図７に示す合成セグメントの製造工程のＣ−Ｃ線断面図である。 本第四の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す斜視図である。 図９に示す合成セグメントの製造工程のＤ−Ｄ線断面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 合成セグメント
２ 鋼殻
３ コンクリート
４ 周方向接合面
６ トンネル方向接合面
８ スキンプレート
９ 主鋼材
２０、３０、４０、５０ 型枠
３１、４１、５１ 充填口

Claims (2)

1. トンネル周方向に湾曲するとともに両端部がセグメントの周方向接合面の表面に露出する主鋼材を有する鋼殻と、コンクリートと、から略円弧板状に形成されてなる合成セグメントの製造方法であって、
   前記主鋼材の両端部を前記周方向接合面に一致させて面一となるようにして型枠に配置させる工程と、
   セグメント同士を連結するための継手を前記型枠内の側板部の所定位置に配置する工程と、
   前記鋼殻および前記継手を配置させた前記型枠内にコンクリートを充填させる工程と、
   を有することを特徴とする合成セグメントの製造方法。
2. 前記合成セグメントの表面の一部に露出してなる前記鋼材は、脱型した後の合成セグメントに接合されることを特徴とする請求項１に記載の合成セグメントの製造方法。

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