JP5040166B2 - セグメントの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル内に設置されるセグメントの製造方法に関するものである。

セグメントにて構築されたトンネル内で火災が発生すると急激な温度上昇により、セグメント内の水分が蒸発し、水蒸気圧で爆裂が生じてセグメントが破損し、トンネルが崩落する可能性がある。

そこで、例えば、特許文献１には、鋼繊維及びポリプロピレン繊維が混入された高流動コンクリートからなるセグメントが開示されている。このセグメントは、鋼繊維及びポリプロピレン繊維を高流動コンクリートに混入することにより、セグメントの強度を増加するとともに、耐火性も向上させたものである。

また、特許文献２には、補強筋が埋設され、セグメントの外周側となる外層と、耐火材が混入され、セグメントの内周側となる内層と、外層と内層とを区分けするためのメッシュ材とから構成されたセグメントが開示されている。このセグメントは、外層にてトンネルを保持し、内層にてトンネル内で発生した火災等から外層を保護するものである。

さらに、特許文献３には、プラスチック繊維が混入され、セグメントの内周側となる内層と、該内層の外周側に普通コンクリートを打設してなる層とから構成されたセグメントが開示されている。このセグメントは、遠心成形方法、定置式型枠を使用する方法、定置式型枠及び別途型枠を使用する方法のいずれかにて製造される。
特開２００６−１６９００号公報 特開２００４−１９２１７号公報 特開２００４−１１３１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、比較的低い温度で融解するポリプロピレン繊維がセグメント内全体に分散しているために、火災によりセグメントが高温になるとポリプロピレン繊維が溶融して流出し、加熱面から深い位置まで空隙を作り、爆裂は抑制できるが、セグメント本体の強度が低下する。また、被災後の補修時には、被りコンクリートを多く撤去しなければならず、補修費や補修期間中の構造性能に問題があった。さらに、ポリプロピレン繊維は、耐火上必要となる所定の厚さ部分以外にも分散しており、材料費が高くなる。

また、特許文献２に記載の方法では、メッシュを保持するための治具を型枠内に設置しなければならず、治具の製作、設置等の手間がかかる。また、内層と外層とのコンクリートが混合しないように区分けする効果は、隙間を多く有するメッシュでは不十分であり、メッシュ付近では内層と外層との境界面が凹凸状に形成されたり、成分が混合している部分が形成されるという問題点があった。

また、特許文献３に記載の方法では、内層にプラスチック繊維を使用することで爆裂は抑制できるが、セグメント本体の強度が低下する。また、開示された複数の製造方法には、それぞれ以下のような問題点があった。（１）遠心成形方法では、セグメントの製作に大規模な設備が必要であり、セグメント製造のために広大な敷地が必要となる。（２）定置式型枠を使用する方法では、円弧状に湾曲したセグメントの頂部で所定の耐火層の厚さを確保するためには、端部では耐火層を頂部よりも厚くしなければならず、火災によりセグメントが高温になると、端部では加熱面から深い位置まで空隙を作り、爆裂は抑制できるが、セグメント本体の強度が低下する。（３）定置式型枠及び別途型枠を使用する方法では、内層を形成するために別途型枠を用意し、内層を完全に形成してから外層を形成するために、セグメントの製造に時間と手間がかかる。また、内層と該内層の外周側に設けられる層とが一体化せず、地震後のクラックの目視確認ができない等メンテナンス性が悪い。

そこで、本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、トンネル内で火災が発生しても強度が低下すること無く、トンネルを確実に保持するセグメントの製造方法を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明のセグメントの製造方法は、型枠内に取り外し可能な仕切板を設置して該型枠内をセグメントの内周側となる内層部とセグメントの外周側となる外層部とに区分けし、前記内層部内に熱可塑性樹脂を含む水硬性セメント材料を打設して内層を形成し、前記外層部内に高流動コンクリートを前記内層部の全体を覆う程度に部分的に打設した時点で、前記仕切板を前記型枠内から取り外し、その後、前記外層部内の残りの部分に再び前記高流動コンクリートを打設して外層を形成することを特徴とする。

本発明によるセグメントの製造方法によれば、セグメントを内層と外層とに区分けするための仕切板を内層部、外層部にそれぞれ打設された水硬化性セメント材料、高流動コンクリートが完全に硬化する前に取り外し、内層と外層とを直接接触させるために、内層と外層とを一体化することが可能となる。

また、内層は、熱可塑性樹脂を混入したモルタルやコンクリート等の水硬性セメント材料が硬化して形成されるために、トンネル内で火災が発生してセグメントが高温になるとこの熱可塑性樹脂が溶融してセグメントの内層内に空隙を作成し、セグメント内に発生した水蒸気を大気中に解放する。したがって、セグメントの爆裂を抑制することが可能となる。
さらに、外層は、高流動コンクリートを打設するために、振動締め固めや表面仕上げ等が不要となる。したがって、振動締め固めに用いるバイブレーター等の設備が不要となる。

また、高流動コンクリートを外層部内に部分的に打設した時点で仕切板を取り外すために、外層の重さが軽く、取り外しに必要な力が小さくてすむ。

また、本発明において、前記仕切板は、水硬性セメント材料を注入するための注入孔を有することとしてもよい。
本発明によるセグメントの製造方法によれば、型枠の内層部内に水硬性セメント材料を打設することが可能となる。

また、本発明において、前記仕切板は、複数の帯状の板材を周方向又は軸方向に並ぶように設けられてなることとしてもよい。
本発明によるセグメントの製造方法によれば、仕切板は、複数の帯状の板材から構成されるために、引き抜きが容易となり、短時間で引き抜き作業を終了することが可能となる。また、引き抜きに必要な動力が小さくてすむために、引き抜き用の設備を小型化することが可能となる。

また、本発明において、前記仕切板は、前記セグメントの周方向又は軸方向に引き抜いて前記型枠内から取り外されることとしてもよい。
本発明によるセグメントの製造方法によれば、仕切板をセグメントの周方向又は軸方向に引き抜くために、内層、外層にそれぞれ打設された水硬性セメント材料と高流動コンクリートとを混合させること無く、内層と外層とを一体化させることが可能となる。また、引き抜き作業には、引き抜く板材と同程度の作業スペースを確保すればよいために、セグメントを敷設する、例えば、トンネル掘削現場等でも十分に作業スペースを確保することが可能となる。

また、本発明において、前記熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン繊維又はポリアセタール繊維等のプラスチック材からなることとしてもよい。
本発明によるセグメントの製造方法によれば、熱可塑性樹脂のポリプロピレン又はポリアセタール等は一般的に市販されているものであり、入手性が容易である。

更に、本発明において、前記セグメントは、前記セグメントの設置作業を行う現場の敷地内で製造されることとしてもよい。
本発明によるセグメントの製造方法によれば、製造方法が簡易で、大型の設備も不要であるために、現場敷地内等の狭い場所でもセグメントを製作することが可能である。

本発明のセグメントを用いることにより、トンネル内で火災が発生してもセグメントの爆裂を防止し、かつ、強度の低下も防止することが可能となるために、火災を受けたトンネルを確実に保持し、崩壊を防止する。

以下、本発明に係るセグメントの製造方法の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係るセグメントが設置されたトンネルの横断面図である。図１に示すように、掘削したトンネル１の内部を覆工するために、複数のセグメント３が環状に設置される。

図２、図３は、本発明の第一実施形態に係るセグメントを示し、それぞれ正面図、側面図である。
図２〜図３に示すように、セグメント３は、円弧状に湾曲した板状部材であり、セグメント３の内周側となる内層７と、セグメント３の外周側となる外層９とから構成される。

外層９は、鋼繊維が混入された高流動コンクリート１１を打設してなり、外層９のみでトンネル１を保持できるように設計される。

内層７は、熱可塑性樹脂が混入された水硬性セメント材料１３を打設してなり、トンネル１内で火災が発生すると、外層９を火災による熱から保護するとともに、熱可塑性樹脂が溶融して空隙を作成し、内層７内にて発生する水蒸気をトンネル１内に解放して内層７の爆裂を防止する。水硬性セメント材料として、本実施形態においては、例えば、高流動性コンクリート１３を用いた。また、内層７の厚さは、コンクリートの熱伝導率等を考慮して外層９を保護可能な範囲で、できるだけ薄くすることが望ましい。

熱可塑性樹脂として、本実施形態においては、例えば、溶融温度が１２０℃程度のポリプロピレン繊維を用いた。ただし、これに限定されるものではなく、所定温度で溶融する熱可塑性を有するプラスチック材料であれば、例えば、溶融温度が１５０℃程度のポリアセタール繊維等を用いてもよい。

また、セグメント３は、トンネル１内に設置した際に、周方向に隣接するセグメント３と接合するための接合面５ｃと、トンネル１の軸方向に隣接するセグメント３と接合するための接合面５ｄと、円弧状の内側の内周面５ａと、円弧状の外側の外周面５ｂとを有する。これらの接合面５ｃ、５ｄには隣接するセグメント３と接合するための継手部等が設けられている。

以下に、本実施形態に係るセグメント３の製造方法を施工手順に従って説明する。
図４〜図８は、本実施形態に係るセグメント３の各製造工程を示す正断面図である。

図４に示すように、セグメント３を製造するための製造装置１４は、セグメント３を円弧状に形成するための型枠１５と、この型枠１５の側に設置され、仕切板１７を引き抜くための引抜装置２３とから構成される。

型枠１５は、セグメント３の内層７を形成するための下型枠１５ａと、外層９を形成するための蓋型枠１５ｂ（図６）と、内層７部と外層９部とを区分けする仕切板１７とから構成される。
仕切板１７は、円弧状に湾曲した２枚の板材１７ａからなり、湾曲の頂部にはコンクリートを注入するための注入孔１９を有する。
引抜装置２３は、仕切板１７を挟持可能なローラー２１を備え、このローラー２１を回転させることにより仕切板１７を型枠１５から引き抜く（後述する）ものである。

まず、図５に示すように、高流動コンクリート１１、１３を注入するための注入管１８を注入孔１９に挿通して、下型枠１５ａと仕切板１７との間にポリプロピレン繊維の混入された高流動コンクリート１３を打設し、内層７を形成する。

次に、図６に示すように、蓋型枠１５ｂを下型枠１５ａに取り付けて、注入管１８を蓋型枠１５ｂの注入孔２７に挿通し、仕切板１７と蓋型枠１５ｂとの間に鋼繊維の混入された高流動コンクリート１１を所定の量だけ打設する。所定の量は、仕切板１７を取り外した際に、未硬化の状態である内層７のコンクリートの頂部付近の層厚が、打設された外層９の重みにより大きく変化せず、円弧状の形状を保持できる程度とする。

そして、図７に示すように、ローラー２１を有する引抜装置２３で仕切板１７を挟持し、このローラー２１を回転させることにより仕切板１７を構成する板材１７ａをそれぞれ異なる周方向に引き抜き、内層７と外層９とを一体化する。

なお、本実施形態においては、２枚の板材１７ａからなる仕切板１７を用いて、各板材１７ａをそれぞれ異なる周方向に引き抜く方法について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、１枚からなる仕切板１７を用いて、一方の周方向に引き抜く方法を用いてもよい。

図８に示すように、仕切板１７を引き抜いた後、下型枠１５ａの側面の仕切板１７挿通用の長方形状の穴から高流動コンクリート１１、１３が流出しないようにプラグ２５を設置する。最後に、注入管１８を蓋型枠１５ｂの注入孔２７に挿通し、残りの外層９部に鋼繊維を含む高流動コンクリート１１を打設し、外層９を形成する。

高流動コンクリート１１の注入が終了すると、蓋型枠１５ｂの注入孔２７に蓋をして所定の温度で内層７及び外層９の高流動コンクリート１１、１３が適宜硬化するまで養生する。養生後、型枠１５を取り外して脱型することにより、内層７と外層９とから構成されるセグメント３が製造される。

次に、本発明の第二の実施形態について説明する。以下の説明において、第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

第二実施形態におけるセグメント３の製造方法は、複数の帯状の板材１７ｂから構成される仕切板１７を軸方向に引き抜くものである。

図９〜図１２は、本発明の第二実施形態に係るセグメント３の各製造工程を示す図で、図９及び図１１は平面図、図１０は正断面図、図１２は側断面図である。

図９に示すように、仕切板１７は、複数の帯状の板材１７ｂから構成され、全体として円弧状に湾曲した形状を有する。隣接する仕切板１７同士は所定の隙間を設けて配置されている。また、湾曲の頂部に配置される板材１７ｂにはコンクリートを注入するための注入孔１９が設けられている。

まず、図１０に示すように、この型枠１５を用いて第一実施形態と同様に、内層７部内にポリプロピレン繊維の混入された高流動コンクリート１３を打設し、外層９部に鋼繊維の混入された高流動コンクリート１１を所定の量だけ打設する。

次に、図１１及び図１２に示すように、ローラー２１を有する引抜装置２３で帯状の板材１７ｂを挟持し、このローラー２１を回転させることにより板材１７ｂをそれぞれ軸方向に引き抜き、内層７と外層９とを一体化する。そして、仕切板１７を引き抜くことにより下型枠１５ａの正面部分に生じる長方形状の穴から高流動コンクリートが流出しないようにプラグ２５を設置する。

最後に、第一実施形態と同様に、注入管１８を蓋型枠１５ｂの注入孔２７に挿通し、残りの外層９部に鋼繊維を含む高流動コンクリート１１を打設し、外層９を形成する（図示しない）。

次に、本発明の第三の実施形態について説明する。
第三実施形態におけるセグメント３の製造方法は、第一実施形態にて用いた仕切板１７をジャッキ３１にて引き抜くものである。

図１３は、本発明の第三実施形態に係るセグメント３の製造工程のうち、仕切板１７を取り外す状態を示す正断面図である。

まず、第一及び第二実施形態と同様に、内層７部にポリプロピレン繊維の混入された高流動コンクリート１３を打設し、外層９部に鋼繊維の混入された高流動コンクリート１１を所定の量だけ打設する。
次に、図１３に示すように、仕切板１７の両端に各ジャッキ３１のロッド２９をそれぞれ接続し、これらのジャッキ３１を収縮させることにより仕切板１７を構成する板材１７ａをそれぞれ異なる周方向に引き抜き、内層７と外層９とを一体化する。
最後に、第一及び第二実施形態と同様に、注入管１８を蓋型枠１５ｂの注入孔２７に挿通し、残りの外層９部分に鋼繊維を含む高流動コンクリート１１を打設し、外層９を形成する。

以上説明した第一〜第三の実施形態におけるセグメント３の製造方法によれば、セグメント３を内層７部と外層９部とに区分けするための仕切板１７を設け、この仕切板１７を内層７部及び外層９部に打設された高流動コンクリート１１、１３が完全に硬化する前に取り外し、内層７と外層９とを直接接触させるために、内層７と外層９とを一体化することが可能となる。また、仕切板１７を設けるために、内層７と外層９との高流動コンクリート１１、１３が混合しない。したがって、成分の異なる高流動コンクリート１１、１３からなる２層構造のセグメント３を製造することが可能となる。

また、第一〜第三の実施形態におけるセグメント３によれば、内層７は、ポリプロピレン繊維を混入した高流動コンクリート１３が硬化して形成されるために、トンネル１内で火災が発生してセグメント３が高温になるとこのポリプロピレン繊維が溶融してセグメント３の内層７内に空隙を作成し、セグメント３内に発生した水蒸気を大気中に解放する。したがって、セグメント３の爆裂を抑制することが可能となる。さらに、内層７が火災による熱を外層９に対して遮断して、外層９への火災による熱の影響を抑制できるために、外層９は所定の強度を保持することが可能となる。したがって、火災を受けたトンネル１を確実に保持し、崩壊を防止することが可能となる。また、外層９を形成する高流動コンクリート１１に鋼繊維を混入することにより、外層９の強度をより向上させることが可能となる。

また、仕切板１７に注入孔１９を設けることにより、型枠１５の内層７部内に高流動コンクリート１３を打設することが可能となる。そして、仕切板１７をセグメント３の周方向に引き抜くために、引き抜き作業が容易となる。この引き抜き作業には、仕切板１７と同程度の作業スペースを確保すればよく、セグメント３を設置するための、例えば、トンネル１掘削現場の敷地内の狭い場所でも作業を行うことが可能となる。さらに、内層７部及び外層９部には、高流動コンクリート１１、１３を打設するために、振動締め固めや表面仕上げ等が不要となる。したがって、振動締め固めに用いるバイブレーター等の設備が不要とであるために、上記現場の敷地内でもセグメント３を製作することが可能である。

さらに、内層７と外層９とが一体化しているために、地震時のクラックの目視確認や漏水位置の特定が容易となり、メンテナンス性が優れている。

なお、上述した各実施形態においては、外層９を形成する高流動コンクリート１１にのみ鋼繊維を混入するものとしたが、これに限定されるものではなく、内層７を形成する高流動コンクリート１３に鋼繊維を混入してもよい。

なお、上述した各実施形態において、内層７に打設する水硬性セメント材料を高流動コンクリート１３からなるものとしたが、これに限定されるものではなく、モルタルや普通のコンクリートでもよい。

本発明の第一実施形態に係るセグメントが設置されたトンネルの横断面図である。 本発明の第一実施形態に係るセグメントを示す正面図である。 本発明の第一実施形態に係るセグメントを示す側面図である。 本実施形態に係るセグメントの製造工程のうち、型枠を設置した状態を示す正断面図である。 本実施形態に係るセグメントの製造工程のうち、内層部にコンクリートを打設した状態を示す正断面図である。 本実施形態に係るセグメントの製造工程のうち、外層部に所定の量だけコンクリートを打設した状態を示す正断面図である。 本実施形態に係るセグメントの製造工程のうち、仕切板を取り外す状態を示す正断面図である。 本実施形態に係るセグメントの製造工程のうち、外層部にコンクリートを打設して充填した状態を示す正断面図である。 本発明の第二実施形態に係るセグメントの製造工程のうち、型枠を設置した状態を示す平面図である。 本発明の第二実施形態に係るセグメントの製造工程のうち、外層部に所定の量だけコンクリートを打設した状態を示す正断面図である。 本発明の第二実施形態に係るセグメントの製造工程のうち、仕切板を取り外す状態を示す平面図である。 本発明の第二実施形態に係るセグメントの製造工程のうち、仕切板を取り外す状態を示す側断面図である。 本発明の第三実施形態に係るセグメントの製造工程のうち、仕切板を取り外す状態を示す正断面図である。

符号の説明

１ トンネル、３ セグメント、５ａ 内周面、５ｂ 外周面、
５ｃ 接合面、５ｄ 接合面、７ 内層、９ 外層、
１１ 鋼繊維を含む高流動コンクリート、
１３ ポリプロピレンを含む高流動コンクリート（＝水硬性セメント材料）、
１４ 製造装置、１５ 型枠、１５ａ 下型枠、１５ｂ 蓋型枠、
１７ 仕切板、１７ａ 板材、１７ｂ 板材、１８ 注入管、１９ 注入孔、
２１ ローラー、２３ 引抜装置、２５ プラグ、２７ 注入孔、
２９ ロッド、３１ ジャッキ

Claims (6)

1. セグメントの製造方法であって、
   型枠内に取り外し可能な仕切板を設置して該型枠内をセグメントの内周側となる内層部とセグメントの外周側となる外層部とに区分けし、
   前記内層部内に熱可塑性樹脂を含む水硬性セメント材料を打設して内層を形成し、
   前記外層部内に高流動コンクリートを前記内層部の全体を覆う程度に部分的に打設した時点で、前記仕切板を前記型枠内から取り外し、その後、前記外層部内の残りの部分に再び前記高流動コンクリートを打設して外層を形成することを特徴とするセグメントの製造方法。
2. 前記仕切板は、水硬性セメント材料を注入するための注入孔を有することを特徴とする請求項１に記載のセグメントの製造方法。
3. 前記仕切板は、複数の帯状の板材を周方向又は軸方向に並ぶように設けられてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメントの製造方法。
4. 前記仕切板は、前記セグメントの周方向又は軸方向に引き抜いて前記型枠内から取り外されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセグメントの製造方法。
5. 前記熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン繊維又はポリアセタール繊維等のプラスチック材からなることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のセグメントの製造方法。
6. 前記セグメントは、前記セグメントの設置作業を行う現場の敷地内で製造されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のセグメントの製造方法。

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