JP6613714B2 - セグメントの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、覆工体を構成するセグメントの製造方法に関する。

シールド工法によりトンネルを構築する際には、シールド掘進機で掘削された壁面に多数のセグメントを環状（円筒状）に組み立てることで覆工体を構築する。このような用途に用いられるセグメントは、円筒体を周および軸方向に沿って複数に分割した曲面版で構成され、主鋼材として鉄筋（主筋）を備えた鉄筋コンクリート製のＲＣ（Reinforced Concrete）構造や、主鋼材として鋼材（鋼板）を備えた鉄筋鉄骨コンクリート製のＳＲＣ（Steel frame Reinforced Concrete）構造などが広く採用されている。

曲面版状のセグメントにおける端部には、継手部などからなる継手構造が予め設けられており、この継手構造を介してセグメント同士を相互に連結することによって円筒状に組み立てるようになっている。

例えば、特許文献１に記載されるＲＣ構造のセグメントは、コッター式継手金物が主鋼材としての主筋と直接連結されており、工場において、鉄筋籠を型枠内に設置し、型枠端板に継手金物を固定して型枠内にコンクリートを打設することにより製造されている。

また、特許文献２に記載されるＳＲＣ構造のセグメントは、型枠における対向する一対の端面の位置に、それぞれ継手部として機能する圧縮伝達材を固定させると共に、当該圧縮伝達材間に主鋼材を配設し、その一方または両方の端部と圧縮伝達材との間にくさび材を打ち込んで嵌合させ、型枠内にコンクリートを打設することにより製造されている。

さらに、特許文献３に記載されるＳＲＣ構造のセグメントは、特許文献２のセグメントとほぼ同様に製造され、トンネル周方向に沿って湾曲形成された補強用鉄骨材（鋼材）がトンネル軸方向に所定間隔をもって複数備えられ、それら補強用鉄骨材の間にトンネル周方向にセグメント同士を接合するための継手部が配置された構成となっている。

ところで、一般的にトンネル内に組み立てられたセグメントには、地山から外力（地山の荷重）がかかっている。とりわけ、大断面で地盤状態が良く埋設位置が深いトンネルの場合、トンネル外方からの水圧がほぼ均一に加わるため、トンネル周方向の軸力が卓越し、当該トンネル周方向に接合するセグメント端部の接合面に大きな圧縮力が作用する。逆に、埋設位置の浅いトンネルの場合、水圧よりも土圧の影響が大きくなるため、この鉛直土圧と水平土圧の不均衡によりもたらされる曲げモーメント作用が卓越し、セグメントのトンネル周方向の接合面における内周面側と外周面側で、接合面同士が開かれる方向の引張力と圧縮力が作用する。

特開２００２−２１４８７号公報 特開２００９−２１５７７１号公報 特開２００１−２７０９９号公報

特許文献１のセグメントでは、継手金物からコンクリート内に設けられた主鋼材（主筋）へと前述したトンネル周方向に作用する圧縮力が伝達される構造となっており、且つ、主筋と直接連結されたコッター式継手金物によって、継手金物から主筋へとトンネル周方向に作用する引張力が伝達される構造となっている。また、特許文献２のセグメントでは、前記圧縮力が伝達される構造となっており、特許文献３のセグメントでは、前記引張力が伝達される構造となっている。

しかしながら、特許文献１，２のセグメントは製造工程において、継手金物と主鋼材とが予め固定（連結）された状態であるため、当該固定された継手金物と型枠端板面との間に寸法誤差が生じる虞があり、高い製作精度が要求されるという問題があった。また、特許文献２のセグメントでは、前記寸法誤差を埋めるべく、継手金物と型枠端板面との間に楔材を設置することで寸法調整可能であるが、狭いスペースでの煩雑な作業となってしまう。

さらに、特許文献３のセグメントの場合、接合面における継手部が圧縮力を主鋼材へと伝達できないため、前記圧縮力に対応させるべくセグメントの厚さ寸法が大きくなってしまい、材料コストが増大してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、継手部に作用する引張力・圧縮力のいずれかまたは両方を主鋼材に伝達可能とするべく、製造の手間や時間を省いてコストを抑えつつ、製作精度の確保を可能とすることを目的とする。

以上の課題を解決するべく、本発明に係るセグメントの製造方法は、
トンネル周方向に沿うように形成され、トンネル周方向の接合面同士を互いに連結して組み立てられるセグメントの製造方法であって、
前記トンネル周方向に延在する主鋼材を、当該主鋼材における長手方向の端部が前記接合面に対応する位置から突出するように型枠に配置する工程と、
前記主鋼材が配置された前記型枠内にコンクリートを充填する工程と、
脱型したセグメントの前記接合面から突出して余剰分となった前記主鋼材における長手方向の端部を、当該接合面と面一となるように除去する工程と、
を備え、
前記型枠の内面には、前記主鋼材の両側の端部に対応する位置に、当該端部が挿入される挿入孔が、前記型枠を貫通しない状態で形成され、
前記型枠に配置する工程では、前記主鋼材を、その両側の端部が前記挿入孔に挿入されるように前記主鋼材を配置することを特徴とする。

本発明によれば、トンネル周方向の接合面に対応する位置から主鋼材の長手方向の端部を予め突出させた状態でコンクリートを充填し、脱型したセグメントの周方向の接合面から突出し、余剰分となった主鋼材における長手方向の端部を、当該接合面と面一となるように除去することにより、主鋼材の寸法調整を簡略化できると共に、製作誤差を確実に排除できるため、製造の手間や時間を省いて製造コストを抑えつつ、製作精度を確保できる。これにより、セグメントの周方向の接合面と面一の状態で主鋼材における長手方向の端部を配置できるので、当該主鋼材の端部を継手部として機能させることができる。よって、継手部として機能する主鋼材の長手方向の端部に作用する引張力・圧縮力のいずれかまたは両方を、そのまま主鋼材に伝達できる。また、継手部として機能する継手部材を別途、設ける必要がなくなる分、部品点数を削減して製品コストを低減させることができる。

また、本発明に係るセグメントの製造方法は、
トンネル周方向に沿うように形成され、トンネル周方向の接合面同士を互いに連結して組み立てられるセグメントの製造方法であって、
前記主鋼材における長手方向の端部に継手部材が配置され、当該継手部材の前記主鋼材とは反対側の端部が、前記接合面に対応する位置から突出するように型枠に配置する工程と、
前記主鋼材が配置された前記型枠内にコンクリートを充填する工程と、
脱型したセグメントの前記接合面から突出して余剰分となった前記継手部材の端部を、当該接合面と面一となるように除去する工程と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、トンネル周方向の接合面に対応する位置から主鋼材の長手方向の端部に配置される継手部材を予め突出させた状態でコンクリートを充填し、脱型したセグメントの周方向の接合面から突出し、余剰分となった継手部材の主鋼材とは反対側の端部を、当該接合面と面一となるように除去することにより、主鋼材の寸法調整を簡略化できると共に、製作誤差を確実に排除できるため、製造の手間や時間を省いて製造コストを抑えつつ、製作精度を確保できる。これにより、セグメントの周方向の接合面と面一の状態で継手部として機能する継手部材を配置できるので、継手部に作用する引張力・圧縮力のいずれかまたは両方を主鋼材に伝達できる。

このとき、本発明に係るセグメントの製造方法においては、
前記主鋼材が、鉄筋または鋼板であっても良い。
これによれば、前述のように、製造の手間や時間を省いて製造コストを抑えつつ、製作精度を確保できるセグメントの強度向上を図ることができる。

本発明によれば、製造の手間や時間を省いてコストを抑えつつ製作精度を確保できる。

実施形態におけるセグメントを一端側から見て示す斜視図である。 実施形態におけるセグメントを他端側から見て示す斜視図である。 セグメントの周方向端部における継手部形成の説明に供する図であり、（ａ）は図１のセグメントの場合を示す部分的断面図であり、（ｂ）は他の実施形態におけるセグメントの場合を示す部分的断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は図１のセグメントの製造工程を示す縦断面図である。

以下、本発明に係るセグメントの製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うセグメントの製造方法もまた本発明の技術思想に含まれる。

図１および図２に示すように、本実施形態のセグメント１０は、トンネル掘削面に沿って複数が隣接配置され、トンネル周方向の端部に設けられた継手部２同士を相互に連結することにより、環状（円筒状）に組み立てられる覆工体を構築する。

このセグメント１０は、内部にトンネル周方向に沿って配置される主鋼材としての鋼板７０を備えた鉄筋籠３０が、硬化コンクリート体からなるセグメント本体４中に埋設され、強度に優れた鉄筋鉄骨コンクリート製のＳＲＣ構造からなり、所定の幅の円筒を周方向に沿って、複数に分割した湾曲形状の曲面版で形成されている。

セグメント本体４は、セグメント１０がトンネル内に装着された状態において、トンネル掘削面側に位置する外周面４ａと、内周側に位置する内周面４ｂと、トンネル軸方向の端部に位置する側面４ｃ，側面４ｄと、トンネル周方向の端部に位置する接合面４ｅ，右側端部の接合面４ｆを有している。外周面４ａおよび内周面４ｂは、円弧状に屈曲している。また、セグメント本体４の内周面４ｂの中央部には、図示省略のエレクター装置に把持させるための把持金物が埋設されることで、セグメント１０を組み立てる際に把持し易くなっている。

セグメント本体４の側面４ｄには、例えばピン等の雄継手４ｇが装着され、側面４ｃには雄継手４ｇと嵌合する凹部等の雌継手（不図示）が設けられており、リング継手を構成する。これにより、セグメント１０は、トンネル軸方向に隣接する覆工体のリング間を締結する。

セグメント本体４は、その内部に、セグメント本体４の厚み方向（トンネル径方向）に離間した一対の鋼板７０，７０を備えている。鋼板７０，７０は、長手方向の長辺が略円弧板状に湾曲して形成され、横断面（トンネル軸方向に沿う短手方向の断面）が略矩形状をなしている。これら鋼板７０，７０は、本実施形態の場合、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２組が配置されている。そして、一対の鋼板７０，７０の長手方向（トンネル周方向）における両側端面７０ａ，７０ａは周方向接合面４ｅ，４ｆの表面に一致させて面一となるように設けられている。また、これら一対の鋼板７０，７０は、平板状をなす複数の接続部材９によって互いに連結されている。これら接続部材９は、鋼板７０，７０の長手方向（トンネル周方向）に沿って複数配列されている。

継手部２は、トンネル周方向に作用する圧縮力・引張力のいずれかまたは両方を鋼板７０（主鋼材）へと伝達するように機能するもので、セグメント１０のトンネル周方向に設置される接合面４ｅ，４ｆに、それぞれ同一構成のものが一対で配置されている。本実施形態の場合、接合面４ｅ，４ｆの表面に露出して面一で配置された鋼板７０における長手方向の端面７０ａが、接合面４ｅ，４ｆにおけるトンネル径方向の外周側と内周側とにそれぞれ２か所ずつ（一面に４か所ずつ）設けられており、継手部２として機能するようになっている。

また、これら接合面４ｅ，４ｆにおいて、セグメント本体４の厚み方向（トンネル径方向）に離間した一対の端面７０ａ，７０ａの間には、トンネル周方向に隣接設置されるセグメント１０，１０同士を接合するために互いに嵌合する水平コッター式等の補助継手部２１が設けられている。なお、この補助継手部２１は、トンネル周方向に隣接設置される二つのセグメント１０，１０のＣ型金物にコッターと呼ばれる楔状のＨ型金物を挿入して締結する一般的な構造からなるため、ここでは詳細な説明は省略する。

このとき、本実施形態のセグメント１０において、セグメント本体４の接合面４ｅ，４ｆの表面に露出して面一で配置された鋼板７０における長手方向の端面７０ａは、図３（ａ）に示すように、当該セグメント１０の製造工程において、鋼板７０のトンネル周方向における端部７１が、セグメント本体４における左右両端部の接合面４ｅ，４ｆから突出した状態で形成された後、余剰分となった端部７１を除去することによって形成される。

具体的に、本実施形態のセグメント１０の製造方法について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、このセグメント１０の製造工程では、セグメント１０の外周面を上側に、内周面を下側にした状態で、セグメント１０の長手方向の略中央部が最も高い位置となる姿勢でセグメント１０を製造するための型枠１００を用いている。

型枠１００は、セグメント１０の内周面を円弧形状に形成する底盤部１００ａと、トンネル周方向の接合面４ｅ，４ｆを形成する側板部１００ｂとを備えて構成され、外周面部に開口部１００ｃが形成されている。この開口部１００ｃからコンクリートＣが充填される。また、側板部１００ｂには、鋼板７０，７０のトンネル周方向における端部７１，７１が、セグメント１０の接合面４ｅ，４ｆから突出した状態となるように、当該端部７１，７１を挿入可能な挿入孔１００ｄ，１００ｄが、セグメント１０の接合面４ｅ，４ｆにおいて継手部２として機能する端面７０ａ，７０ａと対応する位置に穿設されている。これにより、接合面４ｅ，４ｆにおける端面７０ａ，７０ａの位置決めをすることなく、位置精度が確保されるようになっている。この挿入孔１００ｄ，１００ｄは、開口形状が鋼板７０の横断面とほぼ同形状をなしていると共に、鋼板７０，７０の寸法精度に関係なく端部７１，７１の挿入が可能となるように、当該端部７１，７１の突出量よりも大きめの奥行で穿設されている。なお、ここでは便宜上、図示を割愛するが、型枠１００は、トンネル軸方向に設置されて当該軸方向の接合面として機能する側面４ｃ，４ｄを形成する側板部を備えている。

製造方法としては、予め一対の鋼板７０，７０同士を複数の連結部材９で連結しておく。そして、図４（ａ）に示すように、型枠１００内に鋼板７０，７０を配置する。このとき、鋼板７０，７０の端部７１，７１を、側板部１００ｂの挿入孔１００ｄ，１００ｄに挿入する。

そして、図４（ｂ）に示すように、型枠１００の開口部１００ｃよりコンクリートＣを流し込み充填する。充填したコンクリートＣの上面は、外周側に位置する鋼板７０の外周面７０ｂの湾曲に添って面一となるようにする。ここで、本実施形態による打設方法では型枠１００の上方から充填するため、コンクリートＣ中に含まれる気泡は型枠上方に位置する開口部１００ｃから抜けることで、型枠１００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Ｃが固化した適宜な時点で脱型すると、型枠１００の形状に基づいたコンクリート形成面を有するセグメント本体４が形成される。

この後、図４（ｄ）に示すように、セグメント本体４の接合面４ｅ，４ｆから突出した状態となっている鋼板７０，７０の余剰分の端部７１，７１を、当該接合面４ｅ，４ｆの表面と一致するように切断し、研磨等の仕上げ加工を施すことにより、当該接合面４ｅ，４ｆの表面と面一の状態で、鋼板７０，７０のトンネル周方向の端面７０ａ，７０ａが形成され、セグメント１０が完成する。

以上、説明したように、本実施形態のセグメント１０の製造方法によれば、トンネル周方向の接合面４ｅ，４ｆに対応する位置から鋼板７０，７０の長手方向の端部７１，７１を予め突出させた状態でコンクリート打設を行い、脱型したセグメント本体４の周方向の接合面４ｅ，４ｆから突出し、余剰分となった前記端部７１，７１を、当該接合面４ｅ，４ｆの表面と一致するように除去することにより、鋼板７０，７０の長手方向の端面７０ａ，７０ａを接合面４ｅ，４ｆと面一となるように形成できる。このとき、接合面４ｅ，４ｆにおける端面７０ａ，７０ａの位置は、型枠１００の側板部１００ｂに形成された挿入孔１００ｄ，１００ｄによって設定されるため、接合面４ｅ，４ｆにおける端面７０ａ，７０ａの位置決めをすることなく、位置精度が確保できる。従って、鋼板７０の寸法調整を簡略化できると共に、製作誤差を確実に排除できるため、従来のようにセグメント毎に鋼板の寸法精度を確保する必要がなくなることから、製造の手間や時間を省いて製造コストを抑えつつ、製作精度を確保できる。これにより、セグメント１０の周方向の接合面４ｅ，４ｆと面一の状態で、鋼板７０，７０の端面７０ａ，７０ａを配置できるので、当該鋼板７０，７０の端面７０ａ，７０ａを継手部２として機能させることができる。よって、継手部２として機能する鋼板７０，７０の長手方向の端面７０ａ，７０ａに作用する引張力・圧縮力のいずれかまたは両方を、そのまま鋼板７０，７０に伝達できる。また、継手部２として機能する継手金具などの継手部材を別途、設ける必要がなくなる分、部品点数を削減して製品コストを低減させることができる。

そして、型枠１００によってセグメント１０の製品精度が確保されるうえ、製造されるセグメント１０の寸法精度にばらつきがないことから、セグメント１０，１０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し、水密性を向上させることができると共に、接合面４ｅ，４ｆにおける力の伝達を可能とすることができる。

なお、本発明のセグメント１０の製造方法は、上述した実施形態に限ることはない。例えば、図３（ａ）との対応部分に同一符号を付した図３（ｂ）に示すように、鋼板７０における長手方向の端部に継手部材である継手金物９０が配置され、当該継手金物９０の鋼板７０とは反対側の端部９１がセグメント本体４の接合面４ｅ，４ｆから突出した状態で配置され、セグメント本体４の接合面４ｅ，４ｆから突出して余剰分となった継手金物９０の端部９１を、当該接合面４ｅ，４ｆの表面と一致するように切断することによって、継手金物９０の鋼板７０とは反対側の端面９０ａ，９０ａを接合面４ｅ，４ｆと面一となるように形成しても良い。

このとき、このセグメント１０が備える継手部２は、トンネル周方向に隣接配置されるセグメント１０，１０間の接合面４ｅ，４ｆにおいて、対向する接合面４ｆ，４ｅに臨んで配置される継手金物９０，９０が断面Ｃ型の形状をなしており、これら継手金物９０，９０にコッター等の楔状のＨ型金物を挿入することで、これらセグメント１０，１０同士を接合するようになっている。

この場合、セグメント１０は、鋼板７０における長手方向の端部に継手部材である断面Ｃ型の継手金物９０が配置され、当該継手金物９０の鋼板７０とは反対側の端部９１がセグメント本体４の接合面４ｅ，４ｆから突出するように型枠（図示省略）に配置される。そして、鋼板７０が配置された型枠内にコンクリートＣを充填させる。この後、固化して脱型したセグメント本体４の接合面４ｅ，４ｆから突出して余剰分となった継手金物９０の端部９１を、当該接合面４ｅ，４ｆの表面と一致するように切断する。このようにして、継手金物９０の鋼板７０とは反対側の端面９０ａ，９０ａを接合面４ｅ，４ｆと面一としたセグメント１０が製造される。

このセグメント１０の製造方法によれば、トンネル周方向の接合面４ｅ，４ｆから鋼板７０の長手方向の端部に配置される継手金物９０の端部９１を予め突出させた状態でコンクリート打設を行い、脱型したセグメント本体４の周方向の接合面４ｅ，４ｆから突出し、余剰分となった継手金物９０の端部９１を、当該接合面４ｅ，４ｆと面一となるように切断することにより、鋼板７０の寸法調整を簡略化できると共に、製作誤差を確実に排除できるため、製造の手間や時間を省いて製造コストを抑えつつ、製作精度を確保できる。これにより、セグメント本体４の周方向の接合面４ｅ，４ｆと面一の状態で継手部２として機能する継手金物９０を配置できるので、継手部２に作用する引張力・圧縮力のいずれかまたは両方を鋼板７０に伝達できる。また、寸法精度が確保された型枠に対して継手金物９０を位置決めすることで、継手部２の位置精度を確保することができる。

なお、上述した各実施形態では、トンネル掘削面に沿って複数が隣接配置され、トンネル周方向の端部に設けられた継手部２同士を相互に連結することにより、環状（円筒状）に組み立てられる覆工体を構築するセグメント１０を一例として挙げたが、本発明はこれに限ることはない。すなわち、覆工体の形状としては円形に限らず、この他、楕円形状や多角形状等の周をなす種々の形状を広く適用することができる。

また、セグメント１０の構造もＳＲＣ構造に限らず、主鋼材として鉄筋（主筋）を備えた鉄筋コンクリート製のＲＣ構造であっても良い。

２…継手部， ４…セグメント本体， ４ｅ，４ｆ…接合面， ９…連結部材，１０…セグメント， ２１…補助継手部， ３０…鉄筋籠， ７０…鋼板（主鋼材）， ７０ａ…端面， ７１…端部， ９０…継手金物， １００…型枠

Claims (3)

1. トンネル周方向に沿うように形成され、トンネル周方向の接合面同士を互いに連結して組み立てられるセグメントの製造方法であって、
   前記トンネル周方向に延在する主鋼材を、当該主鋼材における長手方向の端部が前記接合面に対応する位置から突出するように型枠に配置する工程と、
   前記主鋼材が配置された前記型枠内にコンクリートを充填する工程と、
   脱型したセグメントの前記接合面から突出して余剰分となった前記主鋼材における長手方向の端部を、当該接合面と面一となるように除去する工程と、
   を備え、
   前記型枠の内面には、前記主鋼材の両側の端部に対応する位置に、当該端部が挿入される挿入孔が、前記型枠を貫通しない状態で形成され、
   前記型枠に配置する工程では、前記主鋼材を、その両側の端部が前記挿入孔に挿入されるように前記主鋼材を配置する
   ことを特徴とするセグメントの製造方法。
2. トンネル周方向に沿うように形成され、トンネル周方向の接合面同士を互いに連結して組み立てられるセグメントの製造方法であって、
   前記主鋼材における長手方向の端部に継手金物が配置され、当該継手金物の前記主鋼材とは反対側の端部が、前記接合面に対応する位置から突出するように型枠に配置する工程と、
   前記主鋼材が配置された前記型枠内にコンクリートを充填する工程と、
   脱型したセグメントの前記接合面から突出して余剰分となった前記継手金物の端部を、当該接合面と面一となるように除去する工程と、
   を備えることを特徴とするセグメントの製造方法。
3. 前記主鋼材が鉄筋または鋼板であることを特徴とする請求項１または２に記載のセグメントの製造方法。

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