JP6545557B2 - セグメント - Google Patents

Description

本発明は、沈設構造物を構成するセグメントに関する。

立坑や橋脚補強等の沈設構造物を地中に構築するために、複数のセグメントを連結してリング体を構築し、リング体をその軸線方向に重ねて複数連結した、地中に沈設される沈設体が知られている。

沈設体を地中に沈設する際には、施工場所の地表面上に刃口リングを設け、刃口リングの内側の地盤を掘削した後、刃口リングの上端を沈設装置によって地盤に向けて押圧し、刃口リングを地中に沈設していく。ある程度の深さまで刃口リングを沈設させた後、刃口リングの上端に別のリング体を連結し、リング体の内側を掘削し、リング体の上端を沈設装置によって地盤に向けて押圧し、リング体を地中に沈設していく。このように、複数のリング体の連結による沈設体の組み立てと、地盤の掘削及び沈設体の押圧とを順に繰り返すことで、沈設体を地中に沈設することができる。

沈設体を構成するセグメントとしては、沈設構造物の壁面となる湾曲形成されたプレートと、プレートの上端部及び下端部に設けられた主桁と、プレートの左端部及び右端部に設けられた継手とを備えるリング体を構築するセグメントが公知になっている。プレート、主桁及び継手は、全て板状に形成されている（例えば、特許文献１参照）。

また、沈設体として、内側から内枠として圧入型枠、鉄筋、外枠としてスチール構造体が配置された沈設体が公知になっている。圧入型枠、スチール構造体の二重枠の間の鉄筋が配置されている空間には、コンクリートが打ち込まれている。スチール構造体だけが、鉄筋と一体になっている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３９６７４９４号公報 特許第４３１３８７１号公報

近年、大断面での沈設構造物の施工の需要が増加している。大断面の施工になると、沈設構造物を構成するセグメントも必要な断面性能を確保するために大きくする必要がある。

しかし、トラックやトレーラー等の輸送機器には、積載可能な大きさに制限があるため、従来の構造のセグメントを単に大きくするだけでは、セグメントを作成した後に施工現場まで運搬することが困難である。また、施工現場で一から沈設構造物を作成することは施工効率の低下を招き、好ましくない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、大断面での施工に対応することができ、施工効率の低下を抑制することができるセグメントを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、地中に埋設される沈設構造物を構成するセグメントであって、前記沈設構造物の外壁を形成する外側ピースと、前記沈設構造物の内壁を形成する内側ピースと、前記外側ピースと前記内側ピースとを連結する連結ピースと、を備え、前記外側ピース及び前記内側ピースの少なくとも一方がコンクリートにより形成されていることを特徴とする。

前記コンクリートにより形成されているピースには、前記連結ピースを連結する連結部材が設けられていることが好ましい。

前記連結部材は、一部が前記外側ピースと前記内側ピースとの間に露出された状態で前記コンクリート内に埋設されていることが好ましい。

前記連結ピースは、前記連結部材における前記外側ピースと前記内側ピースとの間に露出した部分に連結されていることが好ましい。

前記連結ピースは、前記外側ピース及び前記内側ピースの、前記セグメントの軸線方向における両端部にそれぞれ設けられていることが好ましい。

前記連結部材に、該連結部材を取り囲む配力筋が設けられていることが好ましい。

前記連結部材は、一部が前記外側ピースと前記内側ピースとの間に露出された状態で前記コンクリート内に埋設される鋼材と、前記鋼材に設けられ、前記連結ピースを連結する連結片と、を備えることが好ましい。

前記内側ピースがコンクリートにより形成されていることが好ましい。

前記外側ピースは、壁面を形成するプレートと、前記プレートの上端部及び下端部に設けられた主桁と、これらの主桁間に設けられたリブとを備え、前記リブに前記連結ピースが連結されていることが好ましい。

本発明によれば、大断面での施工に対応することができ、施工効率の低下を抑制することができる。

地中に沈設された沈設構造物の一部を断面視した概略正面図である。 二重リングを構成するセグメントの一部の平面図である。 セグメントの部分斜視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線上におけるセグメントの断面図である。

本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施の形態は一つの例示であり、本発明の範囲において、種々の形態をとり得る。

図１は、地中に沈設された沈設構造物１００の一部を断面視した概略正面図であり、沈設構造物１００を立坑に適用した例を示している。図２は、二重リング４４を構成する複数のセグメント５のうち部分的に２つを示す平面図である。図３は、セグメント５をその径方向外側から内側に向かって斜めに見た部分斜視図であり、外側ピース５１を透視可能に描いた。図４は、図２に示すセグメント５のＩＶ−ＩＶ線上における断面図である。

［沈設構造物の構成］
図１に示すように、沈設構造物１００は、シールド工法等によって地中に構築されるトンネルＴの掘削開始地点や中間地点等に設けられ、沈設構造物１００の内側の空間Ｓがシールドマシンの搬送路や換気口となる。
沈設構造物１００は、地中に沈設された沈設体１と、沈設体１の内側の底部に設けられた底盤部２と、沈設体１を地中に沈設する際に用いる沈設アンカー３と、を備えている。

＜沈設体＞
図１に示すように、沈設体１は、円筒状に構築されており、その軸線が鉛直方向に沿うように地中に沈設される。沈設体１は、平面視円環状のリング体４をその軸線方向に複数連結して組み立てたものである。沈設体１を構成するリング体４は、刃口リング４１と、ガイドリング４２と、作業台リング４３と、二重リング４４とが上下方向に積み上げられて構成されている。

刃口リング４１は、沈設体１の最下端に設けられるリング体であり、その下端に刃口を有している。刃口リング４１は、その歯先（先端）を外側に有している。ガイドリング４２は、刃口リング４１の上端に複数連結されて、沈設体１の沈設をガイドする。作業台リング４３は、ガイドリング４２の上端に連結されている。作業台リング４３は、上端面が下端面よりも大きくなるように形成されており、上端面が作業台リング４３の内側に張り出すように形成されている。作業台リング４３の上端面は、少なくとも二重リング４４が載置できる程度の大きさに形成されている。二重リング４４は、作業台リング４３の上端に連結されている。作業台リング４３の上方には、二重リング４４が複数段に亘って設けられている。

なお、刃口リング４１と作業台リング４３との間に設けられているガイドリング４２は、刃口リング４１から作業台リング４３に向かうにつれて徐々に軸線方向の端面の幅が広がるように形成されているとより好ましい。すなわち、上方のガイドリング４２になるほどその上端面の幅が作業台リング４３の幅に近づくように形成されていることが好ましい。

上下に隣接するリング４１，４２において、上方のリング４２の各セグメントと下方のリング４１の各セグメントとは、互いにリング４１，４２の周方向にずれて千鳥状に配置されている。なお、この配置は、リング４２とリング４３、リング４３とリング４４、及びリング４４，４４においても同様である。リング体４は、セグメント５をその壁面方向に沿って連結して組み立てることにより形成される。

＜二重リングのセグメント＞
リング体４のうち二重リング４４は複数のセグメント５が連結されており、最終的に環状に形成される。図２は、２つのセグメント５が連結された状態を示している。
二重リング４４のセグメント５は、沈設構造物１００の外壁を形成する外側ピース５１と、沈設構造物１００の内壁を形成する内側ピース５２と、外側ピース５１と内側ピース５２とを連結する連結ピース５３と、を備えている。

（外側ピース）
図２及び図３に示すように、外側ピース５１は、二重リング４４の外壁面をなす円弧状に湾曲形成された矩形状のプレート６１と、プレート６１の湾曲に沿った外縁に立設された２つの主桁６２と、２つの主桁６２の両端部間を結ぶように主桁６２の長手方向における一端に立設された継手６３と、２つの主桁６２間を結ぶように継手６３に平行にプレート６１の内面側に設けられたリブ６４と、プレート６１の周方向における両端に設けられた連結具６５と、を備えている。
図１に示すように、外側ピース５１は、刃口リング４１の上方に設置されている。具体的には、刃口リング４１及び外側ピース５１の外周面は、沈設体１の同一径上にある。これにより、リング体４を地中に沈設する際に、外側ピース５１の上方に力を加えるので、リング体４を沈設させようとする押圧力を、外側ピース５１を介して刃口リング４１に効率よく伝達することができる。
外側ピース５１の材質は、地中への埋設時の荷重に対する耐性を備えていればよく、特に鋼製であることが好ましい。

なお、主桁６２及びリブ６４は、いずれもプレート６１に溶接によって接合されていてもよいし、一部がプレート６１と一体に形成されていてもよい。また、継手６３は、主桁６２に溶接によって接合されていてもよいし、一部が主桁６２と一体に形成されていてもよい。

プレート６１は二重リング４４の外壁面をなし、２つの主桁６２の間を結ぶように、かつ二重リング４４の径方向外側の、主桁６２の端面に接合されている。

主桁６２は、プレート６１の上端部及び下端部に立設されている。各主桁６２には、その長手（延在）方向に沿って所定の間隔をあけて、ボルトを挿通する複数の貫通孔６２ａが形成されている。ここで、両主桁６２の貫通孔６２ａは、互いに貫通孔６２ａが二重リング４４の軸線に平行な同一軸線上に沿って貫通するように形成されており、二重リング４４を上下に積み重ねた際に、各主桁６２の各貫通孔６２ａ同士が対向するように形成されている。二重リング４４同士を連結する際には、上下に隣接する二重リング４４の主桁６２同士を突き合わせ、双方の貫通孔６２ａにボルトを挿通してナットで締め付けることにより、隣接する二重リング４４同士を連結し、沈設体１を構築することができる。

図２に示すように、継手６３は、２つの主桁６２の両端部の間において主桁６２の左側の一端に立設されている。主桁６２の右側の他端には、セグメント５同士を連結した際に、隣接するセグメント５の左側の継手６３が接続するので継手６３は設けられていないが、継手６３が設けられていてもよい。

図２及び図３に示すように、外側ピース５１の剛性を高める機能、及び後述する連結ピース５３を連結する機能の２つの機能を兼備しているリブ６４が、プレート６１の湾曲方向（長手方向）に沿って所定の間隔をあけて、継手６３に対して平行にプレート６１の内周面に立設されている。具体的には、リブ６４は主桁６２の各貫通孔６２ａの中心軸線から周方向に等間隔あけて、プレート６１の内周面に溶接等により連結されている。
図３に示すように、リブ６４は、セグメント５の軸線方向に沿って、上側及び下側の主桁６２，６２の間に延在しているが、後述する連結ピース５３が設けられている位置に対応して設けられていてもよい。
なお、ここで「セグメント５の軸線方向」とは、セグメント５を連結して二重リング４４にした際の環の中心を通る軸線の延在方向のことである。

なお、セグメント５の軸線方向に直交するリブ６４の横断面形状は略Ｌ字形であるが、セグメント５の剛性を高め、連結ピース５３との連結を可能にするのであれば、断面形状については限定されない。

リブ６４には、後述する連結ピース５３との連結を可能にするための貫通孔が形成されている。リブ６４側の貫通孔と、連結ピース５３側の貫通孔とにボルトが挿通されて、挿通されたボルトにナットを締め付けることにより、連結ピース５３とリブ６４とが互いに締結される。

連結具６５は、プレート６１の周方向における両端に設けられていて、プレート６１の幅方向（短手方向）に亘って延在している。連結具６５の一端はプレート６１に溶接等によって接合されており、他端は鉤状に形成されている。セグメント５同士の連結は、隣接するセグメント５のプレート６１における連結具６５と先端部同士を噛み合わせて行う。つまりセグメント５は、連結具６５を鉤状の他端において、周方向に隣接するセグメント５の連結具６５の鉤状の他端と連結させることで、周方向に隣接するセグメント５に連結することができる。

なお、連結具６５は別部材としてプレート６１に溶接によって接合されていてもよいし、プレート６１に一体に形成されていてもよい。

（内側ピース）
図２及び図３に示すように、内側ピース５２は、内側ピース５２の本体をなす円弧状に湾曲形成された平面視矩形状のセグメント本体７１と、セグメント本体７１に設けられている連結部材７２と、を備えている。
セグメント本体７１はコンクリートより形成されている。セグメント本体７１は、セグメント５を連結して二重リング４４にした際の環の中心を通る軸線方向において上側及び下側で周方向側の両端面に、後述する連結具７６を収容するための凹部７１ａを備えている。また、セグメント本体７１は、二重リング４４の軸線方向に貫通するとともに互いに平行に等間隔に配置された複数の貫通孔７１ｂを有する。ここで「軸線方向に貫通する」とは、貫通孔７１ｂが、セグメント本体７１の上端面から、後述する鋼材７３のウェブ７３ｂを貫通してセグメント本体７１の下端面にまで、セグメント５の軸線に平行な同一軸線上に沿って貫通していることを意味する。

連結部材７２は、その一部がセグメント本体７１内に埋設され、残りの部分が外側ピース５１と内側ピース５２との間に突出するように露出していて、連結ピース５３が、連結部材７２の露出した部分に連結されている。より具体的には、連結部材７２は、セグメント本体７１、つまりコンクリート内に埋設されている部分、及び埋設されずに露出して、外側ピース５１と内側ピース５２との間の空間に突出している部分を有する鋼材７３（本実施の形態においてはＨ形鋼、図４参照）と、鋼材７３の露出している部分に設けられていて、後述する連結ピース５３が連結する鋼製の連結片７４と、を備えている。

図３に示すように、鋼材７３は、セグメント５の軸線方向において上端部近傍及び下端部近傍の２箇所に設けられていて、セグメント本体７１の周方向に延在している。
図４に示すように、鋼材７３は、２つのフランジ部７３ａ，７３ａ及び２つのフランジ部７３ａ，７３ａを結ぶウェブ７３ｂを有している。
鋼材７３の一方のフランジ部７３ａ及びウェブ７３ｂの一部はセグメント本体７１内に、つまりコンクリート内に埋設されており、他方のフランジ部７３ａ及びウェブ７３ｂの残りの部分はセグメント本体７１から外側ピース５１に向かって突出して露出している。

図３に示すように、連結片７４は、セグメント本体７１の湾曲方向（長手方向）に沿って所定の間隔をあけて、上側及び下側の鋼材７３の露出しているフランジ部７３ａの、外側ピース５１を向く面に立設されている。具体的には、連結片７４はフランジ部７３ａに溶接等により連結されている。連結片７４には、後述する連結ピース５３との連結のために貫通孔が形成されており、連結片７４側の貫通孔と、連結ピース５３側の貫通孔とにボルトが挿通されて、挿通されたボルトにナットを締め付けることにより、連結ピース５３と連結片７４とは互いに締結される。

図４に示すように、２つの鋼材７３，７３は、鋼製の配力筋７５によって取り囲まれている。より具体的には、配力筋７５は、上端部及び下端部に設けられている鋼材７３，７３それぞれの、セグメント本体７１から露出しているフランジ部７３ａ，７３ａの、外側ピース５１を向く面、及びセグメント本体７１内に埋設されているフランジ部７３ａ，７３ａの、内側ピース５２の内周面を向く面に接するようにして、２つの鋼材７３，７３に巻き付けられている。
配力筋７５の、上側の鋼材７３と下側の鋼材７３との間で、セグメント５の軸線方向に沿って延在している、セグメント本体７１から露出している部分及びセグメント本体７１内に埋設される部分は、所定の箇所で互いに連結されて、より高い補強機能を果たすようになっている。

図３に示すように、セグメント本体７１の周方向における両端部の上側及び下側には、セグメント５の軸線方向に所定の長さに沿って連結具７６，７６が設けられている。より具体的には、上側の連結具７６は、セグメント本体７１の上側で、セグメント本体７１の上端面から上側の鋼材７３のウェブ７３ｂの上側を向く面にまで延在しており、下側の連結具７６は、セグメント本体７１の下側で、セグメント本体７１の下端面から下側の鋼材７３のウェブ７３ｂの下側を向く面にまで延在している。
連結具７６は、一端が凹部７１ａにおいてセグメント本体７１内に、つまりコンクリート内に埋設されており、他端がセグメント本体７１から露出して鉤状に形成されている。セグメント５同士の連結は、隣接するセグメント５のセグメント本体７１に設けられた連結具７６と先端部同士を噛み合わせて行う。即ち、セグメント５は、連結具７６を鉤状の他端において、周方向に隣接するセグメント５の連結具７６の鉤状の他端と連結させることで、周方向に隣接するセグメント５と連結することができる。

（連結ピース）
図２〜図４に示すように、複数の連結ピース５３は、外側ピース５１と内側ピース５２との間に設けられて両ピース５１，５２を連結しており、これにより、セグメント５のせん断強度を高めている。より具体的には、連結ピース５３はその一端を外側ピース５１のリブ６４に、またその他端を内側ピース５２の連結部材７２、連結片７４に連結して、外側ピース５１及び内側ピース５２を連結している。
図３及び図４に示すように、連結ピース５３は、セグメント５の軸線方向においてセグメント５の上側端部及び下側端部にそれぞれ設けられている。
図４に示すように、連結ピース５３は、鋼製の棒材５３ａと、この棒材５３ａの両端に設けられた鋼製の矩形状の板材５３ｂと、を備えている。板材５３ｂには、連結時にリブ６４及び連結片７４に形成された貫通孔と同心となる貫通孔が形成されている。セグメント５の組立て時に、板材５３ｂ、リブ６４及び連結片７４は、それぞれ同心に整合した貫通孔にボルトが挿入されて、挿入側とは反対側に突き出たボルトにナットを締め付けることによって互いに連結されている。つまり、連結ピース５３はその板材５３ｂを、ボルト及びナットを介して、外側ピース５１のリブ６４及び内側ピース５２の連結片７４に連結させることにより、外側ピース５１と内側ピース５２とを連結することができる。

＜底盤部＞
図１に示すように、底盤部２は、沈設構造物１００の基礎になると共に、地中の地下水が沈設体１の内側に湧き出すことを防止する。
底盤部２は、例えば、水中コンクリートによって構築されている。底盤部２は、その上面がほぼ水平面に沿うように構築されている。

＜沈設アンカー＞
沈設アンカー３は、沈設体１を地中に沈設する工程において、最上端のリング体４の上方からそのリング体４に力を加えて地中に押し込む際に、地盤に反力をとるものである。図１に示すように、沈設アンカー３は、沈設体１の沈設位置の外側かつ下方に掘削された地盤に埋設、固定される定着部３１と、定着部３１に連結され、沈設体１の外壁面に沿って地表まで延び、リング体４を押し込む沈設装置（図示せず）の不動部分（基礎部等）に連結される連結部３２とを有している。

＜作用、効果＞
以上のような、地中に埋設される沈設構造物１００を構成するセグメント５によれば、外側ピース５１と内側ピース５２とを連結ピース５３で連結する構成となっているので、大断面での施工に際しても、外側ピース５１と内側ピース５２とを別個に作成して施工現場に搬送し、施工現場で連結ピース５３によって連結して大きなセグメント５を形成することができる。これにより、大断面での施工に対応することができ、施工効率の低下を抑制することができる。
また、連結ピース５３は、セグメント５のせん断補強材として用いることができるほか、外側ピース５１及び内側ピース５２の相互のずれや傾きを防止することができる。
また、沈設構造物１００の内側の空間Ｓを臨む内側ピース５２がコンクリートにより形成されていることで、内側ピース５２を鋼材により形成する場合に必要な防錆用の塗装を内側ピース５２に施す必要がないので、セグメント５を作成する際の作業負担を大幅に軽減することができる。

また、コンクリートにより形成されている内側ピース５２には、連結ピース５３を連結するための鋼材７３と連結片７４とを有する連結部材７２が設けられているので、内側ピース５２、より具体的にはコンクリートよりなるセグメント本体７１の剛性を高めるとともに、連結ピース５３と内側ピース５２との連結を容易にすることができる。

また、連結ピース５３を、セグメント５の、その軸線方向における両端部に、つまり上側及び下側にそれぞれ設けることにより、外側ピース５１と内側ピース５２との間の空間にコンクリートを打設する場合であっても、外側ピース５１及び内側ピース５２の相対的な移動を抑制することができ、外側ピース５１及び内側ピース５２を常に初期の位置関係に維持することができる。また、連結ピース５３は、棒材５３ａとその両端部に設けられた板材５３ｂとを備えているので、外側ピース５１と内側ピース５２との間の空間が完全に仕切られることがなく、コンクリート打設時に一箇所からコンクリートを打設するだけで外側ピース５１と内側ピース５２との間の空間全域にコンクリートを行き渡らせることができるとともに、セグメント５の軽量化を図ることもできる。

また、鋼材７３を取り囲む配力筋７５を有することにより、セグメント本体７１の剛性をさらに高めることができる。

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られるものではない。例えば、二重リング４４は、平面視円形状に限らず、平面視長円形状（小判形状）、平面視多角形状に形成してもよい。

また、セグメント５は、外側ピース５１も内側ピース５２と同様にコンクリートから形成されたセグメントであってもよい。外側ピース５１をコンクリートにより形成した場合であっても、沈設体１の沈設後に、沈設体１の浮き上がりを防止する浮上防止アンカーを貫通孔７１ｂに挿通させることができる。

また、鋼材７３は、セグメント本体７１の剛性を高めることができ、かつ部分的にセグメント本体７１から外側ピース５１と内側ピース５２との間の空間に突出して、連結ピース５３が連結できるようになっていればＨ形鋼に限られず、他の断面形状を有していてもよい。鋼材７３は、セグメント本体７１に所定の剛性をもたらすのであれば、互いに所定の間隔をあけて複数の鋼材が設けられていてもよい。

また、連結部材７２の連結片７４は、鋼材７３に設けられている場合に限られず、配力筋７５に溶接等により連結されていてもよい。

また、連結ピース５３は、上記のような棒材に限られることはなく、セグメント５の軸線方向に沿った鋼板等であってもよい。

また、連結ピース５３とリブ６４との連結、及び連結ピース５３と連結片７４との連結については、互いに連結されていればよく、ボルト及びナットによる連結方法には限られない。

また、連結具７６は、セグメント５の軸線方向に沿ってセグメント本体７１に亘って設けられていてもよい。このような実施の形態の場合、凹部７１ａは、セグメント本体７１の周方向側の端面に亘って、セグメント５の軸線方向に沿って設けられている。

５ セグメント
５１ 外側ピース
５２ 内側ピース
５３ 連結ピース
６１ プレート
６２ 主桁
６４ リブ
７１ セグメント本体
７２ 連結部材
７３ 鋼材
７４ 連結片
７５ 配力筋
７６ 連結具
１００ 沈設構造物

Claims (7)

1. 地中に埋設される沈設構造物を構成するセグメントであって、
   前記沈設構造物の外壁を形成する外側ピースと、
   前記沈設構造物の内壁を形成する内側ピースと、
   前記外側ピースと前記内側ピースとを連結する連結ピースと、
   を備え、
   前記外側ピース及び前記内側ピースの少なくとも一方がコンクリートにより形成されていて、
   前記コンクリートにより形成されているピースには、前記連結ピースを連結する連結部材が設けられており、前記連結部材は、一部が前記外側ピースと前記内側ピースとの間で露出された状態において前記コンクリート内に埋設されている、
   ことを特徴とするセグメント。
2. 前記連結ピースは、前記連結部材における前記外側ピースと前記内側ピースとの間に露出した部分に連結されていることを特徴とする請求項１に記載のセグメント。
3. 前記連結部材に、該連結部材を取り囲む配力筋が設けられてい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。
4. 前記連結部材は、
   一部が前記外側ピースと前記内側ピースとの間に露出された状態で前記コンクリート内に埋設される鋼材と、
   前記鋼材に設けられ、前記連結ピースを連結する連結片と、
   を備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のセグメント。
5. 前記連結ピースは、前記外側ピース及び前記内側ピースの、前記セグメントの軸線方向における両端部にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載のセグメント。
6. 前記内側ピースがコンクリートにより形成されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載のセグメント。
7. 前記外側ピースは、壁面を形成するプレートと、前記プレートの上端部及び下端部に設けられた主桁と、これらの主桁間に設けられたリブとを備え、
   前記リブに前記連結ピースが連結されていることを特徴とする請求項６に記載のセグメント。

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