JP5327011B2

JP5327011B2 - ソイルセメント中詰めセグメント

Info

Publication number: JP5327011B2
Application number: JP2009263026A
Authority: JP
Inventors: 和正久積; 健一郎今福
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-11-18
Also published as: JP2011106179A

Description

本発明は、ソイルセメント中詰めセグメントに関する。

従来、トンネル覆工体は、複数のセグメントをシールドマシンよりトンネル円周方向にリング状に接続してセグメントリングを構成し、構築された覆工体から反力を得ることでシールドマシンを掘進させ、次のセグメントリングを構成することを繰り返すことによって、セグメントリングをトンネル軸方向に接続して構成される。この際、シールド工法によるトンネル断面の掘削によって多くの土砂が発生し地上に搬出されるが、このような発生土は、例えば特許文献１にみられるように、発生土に硬化材を添加して強度を得ることで、トンネルインバート材として再利用する技術が提案されている。

特開平８−２５９９４７号公報

しかしながら、発生土を再利用する用途は限られているため、シールド工事の際には多くの掘削土が残り、そのまま産業廃棄物として処分されているのが現状である。また、掘削土を処分するには運搬費などの産廃コストが必要になるため、シールド工事全体のコスト増にもつながる。さらに、発生土を運搬するトラックによる都市部での交通渋滞やそれに起因して発生するＣＯ₂ 等によって環境に悪影響を及ぼしかねない。上述したように、シールド工事による発生土の処分方法に着目すると、現状のシールド工法は、環境対応型の工法とは言えない。

本発明の目的は、上述した事情を考慮してなされたもので、シールド工事等で発生した発生土を有効利用可能なソイルセメント中詰めセグメントを提供することである。

本発明のソイルセメント中詰めセグメントは、シールド工事等で発生した発生土に少なくともセメント等の硬化材および水を添加混合して生成したソイルセメントを用いたシールドトンネルの覆工体構築用のソイルセメント中詰めセグメントであって、少なくともトンネル周方向に略円弧状に延びる２枚の主桁と、トンネル軸方向に延びて前記主桁の両端部に渡って固定される２枚の継手板と、トンネル外面側にて前記継手板と前記主桁とに４辺を固定される１枚のスキンプレートと、前記主桁、前記継手板、および前記主桁間を連結する縦リブの１つまたは複数に設けられた、前記ソイルセメントを充填するための開口と、を有した鋼殻によってトンネル内空面側を除く五面が覆われた五面鋼殻セグメントを備え、前記五面鋼殻セグメントの内部に前記ソイルセメントが充填されることを特徴とする。

本発明のソイルセメント中詰めセグメントは、シールド工事等で発生した発生土に少なくともセメント等の硬化材および水を添加混合して生成したソイルセメントを用いたシールドトンネルの覆工体構築用のソイルセメント中詰めセグメントであって、少なくともトンネル周方向に略円弧状に延びる２枚の主桁と、トンネル軸方向に延びて前記主桁の両端部に渡って固定される２枚の継手板と、トンネル外面側にて前記継手板と前記主桁とに４辺を固定される１枚のスキンプレートと、前記主桁、前記継手板、および前記主桁間を連結する縦リブの１つまたは複数に設けられた、前記ソイルセメントを充填するための開口と、を有した鋼殻によってトンネル内空面側を除く五面が覆われた内部にコンクリートが中詰めされるとともに、トンネル内空側に前記ソイルセメントを充填するための凹部が設けられたコンクリート中詰め合成セグメントを備え、前記凹部に前記ソイルセメントが充填されることを特徴とする。

本発明のソイルセメント中詰めセグメントは、シールド工事等で発生した発生土に少なくともセメント等の硬化材および水を添加混合して生成したソイルセメントを用いたシールドトンネルの覆工体構築用のソイルセメント中詰めセグメントであって、少なくともトンネル周方向に略円弧状に延びる２枚の主桁と、トンネル軸方向に延びて前記主桁の両端部に渡って固定される２枚の継手板と、トンネル外面側にて前記継手板と前記主桁とに４辺を固定される外側スキンプレートと、トンネル内空側にて前記継手板と前記主桁とに４辺を固定される内側スキンプレートと、前記主桁、前記継手板、および前記主桁間を連結する縦リブの１つまたは複数に設けられた、前記ソイルセメントを充填するための開口と、を有して全六面を鋼殻で覆われた六面鋼殻セグメントを備え、前記六面鋼殻セグメントの内部に前記ソイルセメントが充填されることを特徴とする。

前項のソイルセメント中詰めセグメントにおいて、前記内側スキンプレートに前記ソイルセメントを充填するための充填口が設けられることが好ましい。

以上の本発明によれば、シールド工事等で発生した発生土を産業廃棄物としてそのまま処分するのではなく、発生土に少なくともセメント等の硬化剤および水を添加混合してソイルセメントとし、該ソイルセメントをシールドトンネルの覆工体またはシールドトンネル用セグメント内部への充填材として再利用することで産業廃棄物を減らすことができ、環境対応型のシールド工事を行える。さらには該ソイルセメントをセグメントの構造材として利用することでセグメント製作コスト削減を図ることが可能になり、シールド工事トータルコストダウンにつながる。
以上のように、本発明に係るソイルセメント中詰めセグメントによれば、シールド工事で発生した発生土にセメント等の硬化材および水を添加混合してソイルセメントとし、該ソイルセメントをシールドトンネルの覆工体およびセグメント内部への充填材として再利用するようにしたので、シールド工事で発生した発生土を有効利用することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るシールドトンネルの覆工体を示す斜視図である。トンネル内空面側スキンプレートを有さないソイルセメント中詰め鉄鋼製セグメントの斜視図である。トンネル内空面側スキンプレートを有さない他のソイルセメント中詰め鉄鋼製セグメントの斜視図である。ソイルセメント中詰め中子型ＲＣセグメントの斜視図である。前記覆工体内部へのソイルセメント充填方法を示した模式図である。トンネル内空面側スキンプレートを有し、全六面を鋼殻で構成されたソイルセメント中詰め鉄鋼製セグメントの鋼殻の斜視図である。図６のセグメントを用いて構築する前記覆工体内部へのソイルセメント充填方法を示した模式図である。

以下、本発明を実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態におけるシールドトンネルの覆工体１の一例を示す斜視図であり、この覆工体１は、図２〜４に示すセグメント２〜４を組み合わせて構築されるものである。なお、図１においては、覆工体１のトンネルリングの構築方法として、セグメント２〜４同士の継手面を交互に連結する千鳥組を例示するが、継手面を同一直線上に連結するいも継であってもよい。

図２には、ソイルセメント中詰めセグメントの一例として、トンネル内空面側スキンプレートを有さないソイルセメント中詰め鉄鋼製セグメント２が示されている。図２では、少なくとも一対の主桁２１が平行に配設され、左右の主桁２１の両端部間が継手板２２で連結されており、主桁２１と継手板２２で組まれた矩形のセグメント枠２３の地山Ｇ側外端面にスキンプレート２４が溶接されて、さらに左右の主桁２１の間には、所定の間隔をあけて複数の縦リブ２５が配設され、その両端が主桁２１に溶接で固定されて鋼殻２０が構成されている。この鋼殻２０の内部に中詰めソイルセメントＳが充填される。

本発明の実施形態において、ソイルセメントを充填することができるセグメントの種類として、図２に示されるような鋼製セグメント２の他に、図３に示されるような鋼製セグメント内部に予めコンクリートＣを中詰めしたセグメントで内空面側にソイルセメントが中詰めできる凹部３１を有するコンクリート中詰め合成セグメント３がある。参考例としては、図４に示されるような凹部４１や中空部４２を有する中子型ＲＣセグメント４も用いることができ、このようにソイルセメントＳを充填することができるセグメント２〜４をソイルセメント中詰めセグメントと定義する。

また、図２に示すようなセグメント２においては、鋼殻２０を構成している主桁２１、継手板２２、縦リブ２５に開口２６を設けている点に特徴がある。開口２６は、鋼殻２０の内部に中詰めソイルセメントＳを充填したときの充填性を高め、セグメント内部隅々まで隙間なく中詰めソイルセメントＳが充填されるようにするものである。このような開口２６を設けたセグメント２であって、ソイルセメントＳを中詰めしていないものを用いた場合には、リング状に連結して組み立てた後にセグメント２の内部にソイルセメントＳを現場で充填することができる。

さらに説明すると、図５に示すように、ソイルセメントＳの充填方法として、トンネル内空面側に内型枠Ｋ等を設置して支保工ＳＰで支持した後に、予め型枠Ｋに設けておいた充填孔Ｋ１を介して１つまたは複数のセグメント２に充填する方法、または、継手板２２に予め設けた開口２６を介してトンネル周方向に隣接した複数のセグメント２に充填する方法、または、主桁２１に予め設けた開口２６を介してトンネル軸方向に隣接するセグメント２に充填する方法、または、以上を繰り返すことで１つまたは複数セグメントリングにまとめて充填する方法などが採用可能である。
なお、セグメント２内部へ充填するソイルセメントＳは、セグメント２の全てに対してでもよいし、一部のセグメント２に対してでもよい。

次に、図６に示すように、セグメント５は、少なくともトンネル周方向に略円弧状に伸びた２枚の主桁５１と、トンネル軸方向に主桁５１の両端面に固定された２枚の継手板５２と、トンネル外面（地山Ｇ）側に継手板５２と主桁５１とに４辺を固定された１枚のスキンプレート５３と、さらにトンネル内空面側にも溶接されたスキンプレート５４とによって、全六面が鋼殻５０で構成された六面鋼殻セグメントである。このセグメント５では、ソイルセメントＳの充填口５６をトンネル内空側のスキンプレート５４に予め設け、さらに、鋼殻５０を構成する主桁５１、継手板５２、縦リブ５５にも開口５７を設けることによってソイルセメントＳの充填性を向上させ、セグメント５内部へ隙間なくソイルセメントＳを充填することを可能とした。また、この六面鋼殻セグメント５においては、上記に示すような内型枠Ｋを用いずに図７に示すように、充填口５６からソイルセメントＳを充填する充填方法が採用可能となり、内型枠Ｋの設置費用も削減することができる。

ソイルセメントＳの配合については流動性や作業性、耐分離性に優れた配合が好ましく、シールド工事等で発生した発生土にセメント等の硬化剤および水を添加混合してソイルセメントＳとする際、例えば、富配合（セメントの配合率が高い）の場合、セメントの配合率が高いほど、ソイルセメントＳの圧縮強度性能が向上する。また、本件出願人の研究によれば、圧縮強度を２ＭＰａ以上として設計すると、セグメントの薄肉化が可能になるといった強度部材としての効果が高くなることが確認されている。また、アルカリ度が高いため、そのアルカリ成分が鋼殻２０，５０との間に不動態皮膜を形成することで、防食機能が発揮され、トンネル内面の防食性を高めることができる。さらに、上記強度性能向上効果によって、覆工体１の薄肉化によるトンネル築造コスト削減を図れ、上記防食性能向上効果によって、セグメント２〜５または構築された覆工体１の防食コスト削減をも可能とすることができる。

また、発生土の土粒子の状態によっては、貧配合（セメントの配合率が低い）の場合、発生土の土粒子間の空隙が多いために湿気などの水分を土粒子間の空隙に吸収する吸湿性が向上し、トンネル内空面を除く五面を鋼殻２０で覆われた五面鋼殻セグメント２，３においては、トンネル内空側にソイルセメントＳがむき出しになるため、防食性が高くなることによってセグメント２，３自体または構築された覆工体１の防食コスト削減を図れる。また、シールド工事等で発生した発生土にセメント等の硬化剤および水を添加混合してソイルセメントＳとする際、さらに繊維を混入することでソイルセメントＳの圧縮強度を４ＭＰａ以上に高めることができ、セグメント２〜５の強度および剛性の向上を図ることが可能となる。混入する繊維は、耐アルカリ性を有する鋼繊維、ステンレス繊維、炭繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン繊維、ビニロン繊維などの樹脂製繊維や鋼製繊維等を用いることができる。繊維補強することで充填したソイルセメントＳのひび割れ抑制やひび割れ後の剥落防止効果も期待できる。

また、超早強セメントを混入することにより強度発現を早めたソイルセメントＳを用い、セグメント２〜５がシールドマシンから出る前、即ちセグメント２〜５に荷重が作用する前にソイルセメントＳを固化させることで現場充填の場合でもソイルセメントＳ自体を、セグメント２〜５に作用する軸力を負担する構造部材としての機能および変形を拘束することによる鋼殻２０，５０の座屈防止材等の強度部材とすることができる。

本発明は、以上の実施形態で説明したように、シールド工事において通常では産業廃棄物として処分される発生土をソイルセメントＳとし、セグメント２〜５内部への充填材として再利用することで、産業廃棄物の削減による環境保護効果、産廃費用削減を可能とする。さらには、ソイルセメントＳとしてセグメント２〜５内部に充填することで、強度部材としての機能および防食機能等が付与されたセグメント２〜５を用いることができ、通常、これらに係る費用を削減することが可能となり、シールド工事におけるトータルコストダウンも図ることができる。

１シールドトンネルの覆工体
２ソイルセメント中詰め鉄鋼製セグメント（五面鋼殻セグメント）
３コンクリート中詰め合成セグメント
４ソイルセメント中詰めＲＣセグメント
５ソイルセメント中詰め鉄鋼製セグメント（六面鋼殻セグメント）
２０鋼殻
２１主桁
２２継手板
２４スキンプレート
２５縦リブ
２６開口
３１凹部
５０鋼殻
５１主桁
５２継手板
５３，５４スキンプレート
５５縦リブ
５６充填口
５７開口
Ｋ内型枠
Ｋ１充填孔
Ｓソイルセメント

Claims

シールド工事等で発生した発生土に少なくともセメント等の硬化材および水を添加混合して生成したソイルセメントを用いたシールドトンネルの覆工体構築用のソイルセメント中詰めセグメントであって、
少なくともトンネル周方向に略円弧状に延びる２枚の主桁と、トンネル軸方向に延びて前記主桁の両端部に渡って固定される２枚の継手板と、トンネル外面側にて前記継手板と前記主桁とに４辺を固定される１枚のスキンプレートと、前記主桁、前記継手板、および前記主桁間を連結する縦リブの１つまたは複数に設けられた、前記ソイルセメントを充填するための開口と、を有した鋼殻によってトンネル内空面側を除く五面が覆われた五面鋼殻セグメントを備え、前記五面鋼殻セグメントの内部に前記ソイルセメントが充填されることを特徴とするソイルセメント中詰めセグメント。
シールド工事等で発生した発生土に少なくともセメント等の硬化材および水を添加混合して生成したソイルセメントを用いたシールドトンネルの覆工体構築用のソイルセメント中詰めセグメントであって、
少なくともトンネル周方向に略円弧状に延びる２枚の主桁と、トンネル軸方向に延びて前記主桁の両端部に渡って固定される２枚の継手板と、トンネル外面側にて前記継手板と前記主桁とに４辺を固定される１枚のスキンプレートと、前記主桁、前記継手板、および前記主桁間を連結する縦リブの１つまたは複数に設けられた、前記ソイルセメントを充填するための開口と、を有した鋼殻によってトンネル内空面側を除く五面が覆われた内部にコンクリートが中詰めされるとともに、トンネル内空側に前記ソイルセメントを充填するための凹部が設けられたコンクリート中詰め合成セグメントを備え、前記凹部に前記ソイルセメントが充填されることを特徴とするソイルセメント中詰めセグメント。
シールド工事等で発生した発生土に少なくともセメント等の硬化材および水を添加混合して生成したソイルセメントを用いたシールドトンネルの覆工体構築用のソイルセメント中詰めセグメントであって、
少なくともトンネル周方向に略円弧状に延びる２枚の主桁と、トンネル軸方向に延びて前記主桁の両端部に渡って固定される２枚の継手板と、トンネル外面側にて前記継手板と前記主桁とに４辺を固定される外側スキンプレートと、トンネル内空側にて前記継手板と前記主桁とに４辺を固定される内側スキンプレートと、前記主桁、前記継手板、および前記主桁間を連結する縦リブの１つまたは複数に設けられた、前記ソイルセメントを充填するための開口と、を有して全六面を鋼殻で覆われた六面鋼殻セグメントを備え、前記六面鋼殻セグメントの内部に前記ソイルセメントが充填されるとを特徴とするソイルセメント中詰めセグメント。
前記内側スキンプレートに前記ソイルセメントを充填するための充填口が設けられたことを特徴とする請求項３に記載のソイルセメント中詰めセグメント。