JP6576220B2 - セグメントおよびセグメントの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セグメントおよびセグメントの製造方法に関する。

シールド工法やＴＢＭ工法等では、地山の掘削に伴い、筒状のセグメントリングを地中に連設することでトンネルの覆工を形成している。セグメントリングは、複数のセグメントの端面（端板）同士を連結することにより形成される。
このようなセグメントには、例えば、特許文献１に示すように、スキンプレート、主桁および端板を備える鋼殻とコンクリートとを一体化したコンクリート一体型鋼製セグメント（合成セグメント）がある。
合成セグメントでは、トンネル内部で発生した火災等の熱が主桁等に伝達されることを防ぐために、トンネル内周面側に所定の厚みのコンクリート層（耐火代部）を形成する場合がある。耐火代部を構成する耐火コンクリートは、コンクリートの付着力または主桁のフランジに塗布された接着剤により主桁に接合されている。

特開２０１１−０１２４９５号公報

コンクリートの付着力や接着剤の接着力では、地震時の振動や近接施工等によって曲げモーメントが生じた場合に、応力レベルが低い段階で耐火コンクリートがはがれてしまうおそれがある。
このような観点から、本発明は、トンネルの覆工に曲げモーメントが発生した場合であっても、耐火コンクリートの一体性が維持されるセグメントおよびセグメントの製造方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明のセグメントは、トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁と、トンネル周方向の両端に設けられた一対の端板と、地山に面するスキンプレートと、前記主桁の内空側に配筋された格子状鉄筋と、前記格子状鉄筋を巻き込む耐火コンクリートとを備えるセグメントであって、前記格子状鉄筋は前記主桁の内空側の端部に固定された取付部材により前記主桁に取り付けられており、前記取付部材は、鋼板または鉄筋を折り曲げることにより、一対の直線部と前記直線部同士をつなぐ曲線部とを備えたＵ字状の部材からなり、一方の前記直線部は前記主桁に固定されていて、他方の前記直線部は前記主桁の内空側端面から離れた位置に配置されており、前記格子状鉄筋のトンネル軸方向端部に配筋された鉄筋が前記取付部材に挿入されていることを特徴としている。
かかるセグメントは、耐火コンクリートに配筋された格子状鉄筋が、取付部材を介して主桁に取り付けられているため、何らかの原因によりセグメントに曲げモーメントが発生した場合であっても、耐火コンクリートが主桁から離間する（はがれる）ことが防止される。
なお、前記一対の主桁に固定された複数の前記取付部材が、いずれも同じ向きで固定されていれば、格子状鉄筋をスライドさせることにより取り付けることができ、作業性が向上する。

また、本発明のセグメントの製造方法は、トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁と、トンネル周方向の両端に設けられた一対の端板と、前記一対の主桁および前記一対の端板の地山側を覆うスキンプレートとを備える鋼殻を準備する鋼殻準備工程と、型枠上に前記鋼殻を設置する打設準備工程と、前記鋼殻と前記型枠とによって囲まれた空間にコンクリートを打設する打設工程とを備えるセグメントの製造方法であって、前記鋼殻準備工程では、鋼板または鉄筋を折り曲げることにより一対の直線部と前記直線部同士をつなぐ曲線部とを備えたＵ字状の取付部材の一方の前記直線部を前記主桁の内空側端面に固定し、前記打設準備工程では、前記スキンプレートを上にして前記鋼殻を配設するとともに、前記取付部材に鉄筋を係止することを特徴としている。
かかるセグメントの製造方法によれば、セグメントの内空側の表面を覆う耐火コンクリートを、鉄筋および取付部材を介して鋼殻に固定することができるため、耐火コンクリートが主桁から離間することを防止することができる。
また、鉄筋は、取付部材を介して主桁に取り付けられているため、必要なコンクリート被りを確保した状態でコンクリートを打設することができる。
なお、前記取付部材が、前記主桁の内空側端面から突出するフック状の突起であれば、前記鉄筋をトンネル軸方向に沿ってスライドさせることで、前記取付部材に簡易に係止することできる。

本発明のセグメントおよびセグメントの製造方法によれば、トンネルの覆工に曲げモーメントが発生した場合であっても、耐火コンクリートの一体性が維持されるセグメントを提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係るセグメントを示す斜視図である。 （ａ）は図１のＹ−Ｙ矢視図、（ｂ）は同Ｘ−Ｘ矢視図である。 （ａ）は同セグメントの主桁と鉄筋との取付部を示す拡大断面図、（ｂ）は取付部材を示す斜視図、（ｃ）は（ａ）に示す取付部の斜視図である。 （ａ）はコンクリート打設状況を示す断面図、（ｂ）は鉄筋の取付状況を示す断面図、（ｃ）は他の形態に係る鉄筋の取付状況を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、他の形態に係る主桁と鉄筋との取付部を示す斜視図である。

本発明の実施形態では、図１に示すように、鋼殻２と、鋼殻２内に打設されたコンクリート３とにより構成されたコンクリート一体型鋼製セグメント（以下、端に「セグメント１」という）およびこのセグメント１の製造方法について説明する。
セグメント１は、円弧状に湾曲した版状に形成されており、周方向に複数接続することで、セグメントリング（図示せず）を形成する。このセグメントリングを軸方向に順次接合すると、トンネルの覆工が形成される。
鋼殻２は、一対の主桁４，４と、一対の端板５，５と、スキンプレート６と、複数の形状保持材７，７，…とを備えて構成されている。

一対の主桁４，４は、セグメント１のトンネル軸方向の両端に設けられている。
主桁４は、図２（ａ）に示すように、トンネルの断面形状に応じて円弧状に形成された鋼製部材からなる。
本実施形態の主桁４は、図２（ｂ）に示すように、ウェブ４１と、ウェブ４１の地山側端部およびトンネル内空側端部にそれぞれ設けられたフランジ４２，４２とを備えている。すなわち、本実施形態の主桁４は、ウェブ４１と一対のフランジ４２，４２により、断面視コ字状を呈している。なお、主桁４の構成は限定されるものではなく、必ずしも断面視コ字状である必要はない。
図１に示すように、主桁４には、複数のリング間ジョイント１１，１１，…が形成されている。リング間ジョイント１１は、セグメントリング同士を連結するものである。なお、リング間ジョイント１１の構成、配置および数は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
主桁４の一方の端部には、継手部材１３の位置に対応して矩形状の切欠き４３が形成されている。なお、切欠き４３は、継手部材１３の構成に応じて形成すればよく、切欠き４３の配置、形状および有無は限定されるものではない。

一対の端板５，５は、図１に示すように、トンネル周方向の両端に設けられている。端板５は、矩形状の鋼板からなり、一対の主桁４，４の端部に横架されている。
端板５のトンネル軸方向の一方の端部には矩形状の貫通孔５１が形成されていて他方の端部には矩形状の切欠き５２が形成されている。すなわち、端板５の両端部には、継手部材１２，１３の位置に対応して貫通孔５１または切欠き５２がそれぞれ形成されている。端板５の切欠き５２と主桁４の切欠き４３とにより、セグメント１の角部に開口が形成されている。なお、貫通孔５１および切欠き５２は、継手部材１２，１３の構成に応じて形成すればよい。すなわち、貫通孔５１および切欠き５２の配置、形状および有無は継手部材１２，１３の構成に応じて適宜設定すればよい。

継手部材１２，１３は、セグメント１同士を連結するための部材である。本実施形態では、一方のセグメント１の端面に突設された継手部材１２を、他方のセグメント１の端面に形成された継手部材１３に係止させることで、セグメント１同士が連結される。
本実施形態の継手部材１２，１３は、図１に示すように、鋼殻２の厚さ方向中央付近に形成されているが、継手部材１２，１３の形成箇所は限定されるものではない。また、継手部材１２，１３は、複数段形成されていてもよい。
さらに、セグメント１同士を接合するための継手構造（継手部材１２，１３の構成）は限定されるものではない。

スキンプレート６は、地山に面する部材であり、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、セグメント１の地山側の端面を覆っている。
スキンプレート６は、枠状に組み付けられた主桁４，４および端板５，５の開口部の外周面側（地山側）を塞ぐように配置された鋼板である。
スキンプレート６のトンネル周方向中央部には、コンクリート３の打設時に使用する打設口６１が形成されている。なお、打設口６１の構成は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。

形状保持材７，７，…は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、枠状に組み付けられた主桁４，４および端板５，５の内空部分に間隔をあけて配置されている。形状保持材７は、端板５と平行となるように、主桁４同士の間に横架されている。
形状保持材７は鋼板からなり、地山側端面がスキンプレート６に当接しているとともに、トンネル軸方向両端がそれぞれ主桁４，４の板面に当接している。
本実施形態の形状保持材７は、図２（ｂ）に示すように、スキンプレート６との接合部に凹部７１，７１を有しているとともに、スキンプレート６側の角部（ウェブ４１とフランジ４２の角部）に隅切り部７２，７２を有している。なお、本実施形態では、３つの凹部７１，７１，７１が形成されているが、凹部７１の数は限定されるものではない。また、凹部７１および隅切り部７２は必要に応じて形成すればよい。
形状保持材７は、スキンプレート６との当接箇所において溶接されているとともに、端部がウェブ４１とフランジ４２に溶接されている。

コンクリート３は、図１に示すように、セグメント１の内面側に所定の厚みを有して形成された耐火コンクリート部３１と、鋼殻２の内部に形成された内部コンクリート部３２とを備えている。なお、コンクリート３の配合は、適宜設定すればよい。
また、耐火コンクリート部３１には、補強材として、格子状鉄筋８が埋設されている。本実施形態では、格子状鉄筋８として、複数の鉄筋が予め格子状に組み付けられた鉄筋網を採用するが、格子状鉄筋８は必ずしも網である必要はなく、縦筋および横筋を適宜配筋してもよい。また、内部コンクリート部３２（鋼殻２内）にも鉄筋を配筋してもよい。また、補強材として、耐火コンクリート部３１の格子状鉄筋８と、内部コンクリート部３２の鉄筋とを組み合わせた鉄筋籠を採用してもよい。
図３（ａ）に示すように、格子状鉄筋８は、主桁４の内空側に配筋されており、取付部材９を介して主桁４に取り付けられている。

取付部材９は、図１に示すように、主桁４の内空側（トンネル内周面側）のフランジ４２に所定の間隔をあけて複数固定されている。
取付部材９は、図３（ｂ）に示すように、一対の直線部９１，９１と、直線部９１同士をつなぐ曲線部９２とを備えたＵ字状部材からなる。本実施形態では、鋼板を折り曲げることにより取付部材９を形成するが、取付部材９を構成する材料は限定されるものではない。例えば、鉄筋を折り曲げることにより形成してもよい。
取付部材９の一方の直線部９１は、主桁４の内空側フランジに固定されており、他方の直線部９１は、主桁４の内空側フランジから離れた位置に配置されている。直線部９１同士の間隔は、格子状鉄筋８の鉄筋径に応じて設定する。また、曲線部９２は、格子状鉄筋８の必要コンクリート被り厚に応じて曲率半径を設定する。なお、取付部材９の形状は限定されるものではなく、例えばコ字状に形成されていてもよい。
格子状鉄筋８は、図３（ｃ）に示すように、トンネル軸方向端部に配筋された鉄筋（端部鉄筋８１）を取付部材９に挿入することにより主桁４に取り付けられている。
図２（ｂ）に示すように、本実施形態では、一対の主桁４，４に固定された各取付部材９，９が、同じ向きになるように（図面において曲線部９２が左側になるように）固定するが、取付部材の向きは限定されるものではない。

次に、本実施形態のセグメントの製造方法について説明する。
セグメントの製造方法は、鋼殻準備工程と、打設準備工程と、打設工程とを備えている。
鋼殻準備工程は、鋼殻２を用意する工程である。鋼殻２には、他の場所において製造されたものを搬入する。なお、鋼殻２は、鋼材等を組み合わせることにより、現地で製造してもよい。

打設準備工程は、図４（ａ）に示すように、型枠Ｆ上に鋼殻２を設置する工程である。
まず、主桁４の内空側端面に固定された取付部材９に格子状鉄筋８を係止する。
図４（ｂ）に示すように、格子状鉄筋８は、一方から他方に（図面において右から左に）向けてトンネル軸方向に沿ってスライドさせることにより取付部材９に係止する。具体的には、格子状鉄筋８の端部鉄筋８１を取付部材９に係止させることで、格子状鉄筋８を主桁４に取り付ける。なお、格子状鉄筋８をスライドさせる方向は限定されるものではなく、取付部材９の向きに応じて適宜設定すればよい。例えば、トンネル周方向に沿ってスライドさせてもよい。また、図４（ｃ）に示すように、一対の主桁４，４に固定された取付部材９，９が互いに逆向きである場合には、端部鉄筋８１を取付部材９に係止させた後、格子状鉄筋８と組み合わせればよい。
次に、鋼殻２を型枠Ｆ上に設置する。鋼殻２は、図４（ａ）に示すように、打設口６１が頂部（最も高い位置）となるように、スキンプレート６を上にして配設する。
また、打設口６１には、ホッパＨを固定する。なお、ホッパＨの固定方法は限定されるものではなく、適宜行えばよい。

打設工程は、鋼殻２と型枠Ｆによって囲まれた空間にコンクリートを打設する工程である。
コンクリートの打設は、ホッパＨを介して鋼殻２の内部に流し込む。コンクリートは、打設口６１から弧状の型枠Ｆに沿って両端の端板５，５に向って流下する。
また、コンクリートの打設に伴い、スキンプレート６の背面に溜まる空気は、スキンプレート６の内面に沿って、凹部７１または隅切り部７２を通過しつつ、頂部（打設口６１）に向って上昇する。

本実施形態のセグメント１によれば、耐火コンクリート３１に配筋された格子状鉄筋８が、取付部材９を介して主桁４に取り付けられているため、何らかの原因によりセグメント１に曲げモーメントが発生した場合であっても、耐火コンクリートが主桁から離間する（はがれる）ことが防止される。
また、Ｕ字状の取付部材９に係止させることで格子状鉄筋８の取り付けが完了するため、作業が容易である。また、複雑な作業や高価な治具等を必要としないため、セグメント１の製造コストの低減化を図ることができる。
また、格子状鉄筋８は、取付部材９を介して主桁４に取り付けられているため、スキンプレート６を上にした状態でコンクリートを打設する場合であっても、必要なコンクリート被りを確保することができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、セグメント１の用途は限定されるものではなく、例えば、シールドトンネルやＴＢＭの施工に使用すればよい。
また、前記実施形態では、打設工程において、スキンプレート６を上にした状態でコンクリートを打設する場合（いわゆる山打ち打設）について説明したが、スキンプレート（鋼殻２）を下にしたいわゆる舟打ち打設によりコンクリートを打設してもよい。

また、前記実施形態では、Ｕ字状の取付部材９を利用して格子状鉄筋８を主桁４に取り付ける場合について説明したが、取付部材９の形状（構成）は限定されるものではない。取付部材９は、例えば、図５（ａ）に示すように、主桁４の端面に固定されたコマ材であってもよい。取付部材９としてコマ材を使用する場合には、コマ材に端部鉄筋８１を溶接することで固定すればよい。
また、図５（ｂ）に示すように、取付部材９として主桁４に植設されたスタッドジベルを採用してもよい。この場合には、取付部材９に端部鉄筋８１を結束すればよい。
さらに、取付部材９は、図５（ｃ）に示すように、両端がフランジ４２に固定されたＵ字状の部材であってもよい。この場合には、取付部材９に端部鉄筋８１を挿通させた後、当該端部鉄筋８１を格子状鉄筋８に組み合わせればよい。

前記実施形態では、取付部材９を主桁４のフランジ４２に固定する場合について説明したが、取付部材９の固定箇所はフランジ４２に限定されるものではない。例えば、主桁４が内空側のフランジ４２を有していない場合には、主桁４（ウェブ４１）の内空側端部に固定すればよい。この場合において使用する取付部材の形状は限定されるものではない。例えば、Ｕ字状部材のスキンプレート側の直線部９１の先端からウェブ４１の表面に固定するための固定部が延びたＰ字状の取付部材と、Ｕ字状部材の曲線部からウェブ４１の表面に固定するための固定部が延びたＦ字状の取付部材とを組み合わせて使用すればよい。また、Ｕ字状の取付部材９の一方の直線部９１をウェブ４１の表面に固定し、スキンプレート側から端部鉄筋８１を落とし込むように配筋してもよい。

１ セグメント
２ 鋼殻
３ コンクリート
３１ 耐火コンクリート部
３２ 内部コンクリート部
４ 主桁
５ 端板
６ スキンプレート
７ 形状保持材
８ 格子状鉄筋
８１ 端部鉄筋
９ 取付部材

Claims (4)

1. トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁と、
   トンネル周方向の両端に設けられた一対の端板と、
   地山に面するスキンプレートと、
   前記主桁の内空側に配筋された格子状鉄筋と、
   前記格子状鉄筋を巻き込む耐火コンクリートと、を備えるセグメントであって、
   前記格子状鉄筋は、前記主桁の内空側の端部に固定された取付部材により、前記主桁に取り付けられており、
   前記取付部材は、鋼板または鉄筋を折り曲げることにより、一対の直線部と前記直線部同士をつなぐ曲線部とを備えたＵ字状の部材からなり、
   一方の前記直線部は前記主桁に固定されていて、他方の前記直線部は前記主桁の内空側端面から離れた位置に配置されており、
   前記格子状鉄筋のトンネル軸方向端部に配筋された鉄筋が前記取付部材に挿入されていることを特徴とする、セグメント。
2. 前記一対の主桁に固定された複数の前記取付部材が、いずれも同じ向きで固定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. トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁と、トンネル周方向の両端に設けられた一対の端板と、前記一対の主桁および前記一対の端板の地山側を覆うスキンプレートとを備える鋼殻を準備する鋼殻準備工程と、
   型枠上に前記鋼殻を設置する打設準備工程と、
   前記鋼殻と前記型枠とによって囲まれた空間にコンクリートを打設する打設工程と、を備えるセグメントの製造方法であって、
   前記鋼殻準備工程では、鋼板または鉄筋を折り曲げることにより一対の直線部と前記直線部同士をつなぐ曲線部とを備えたＵ字状の取付部材の一方の前記直線部を前記主桁の内空側端面に固定し、
   前記打設準備工程では、前記スキンプレートを上にして前記鋼殻を配設するとともに、前記取付部材に鉄筋を係止することを特徴とする、セグメントの製造方法。
4. 前記取付部材が、前記主桁の内空側端面から突出するフック状の突起であって、
   前記鉄筋をトンネル軸方向に沿ってスライドさせることにより前記取付部材に係止することを特徴とする、請求項３に記載のセグメントの製造方法。

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