JP6905813B2 - 合成セグメント及びリング体 - Google Patents
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Description
前記内側ピースがコンクリート製であり、長手方向に配置した複数の主鉄筋と、該主鉄筋を束ねる複数の帯鉄筋と、を備えていることが好ましい。
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、を備えている。
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。
リング体4のうち二重リング44は、複数のセグメント5を連結して、最終的に環状に形成したものである。各セグメント5は、連結して二重リング44を形成した場合に、二重リング44の外径が、例えば30mになるような曲率半径をもって周方向に湾曲して構成されていることが好ましい。また、セグメント5の、二重リング44の径方向に見た幅は、例えば0.9m〜3.0mであることが好ましく、特に2.5mであるとよい。
図2から図5に示すように、二重リング44のセグメント5は、沈設構造物100の外壁を形成する鋼製の外側ピース51と、沈設構造物100の内壁を形成するコンクリート製の内側ピース52と、外側ピース51及び内側ピース52を連結する連結部材53と、鋼製の外側ピース51とコンクリート製の内側ピース52との間の空間を埋める中詰材54とを備える、合成セグメントである。
また、鋼製の外側ピース51及びコンクリート製の内側ピース52の、セグメント5の厚さ方向での高さは、例えば0.5m〜2.5m、より具体的には、0.9m〜1.5mであることが好ましく、特に1.0mであるとよく、両ピース51,52の間隔は、例えば0.4m〜2.5m、より具体的には、1.0m〜2.0mであることが好ましく、特に1.9mであるとよい。
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(長さ又は延在方向)における両端に立設された継手板63と、2つの主桁62間を結ぶように継手板63に略平行にプレート61の内面側に設けられた補剛材64と、プレート61の周方向における両端に設けられた外側連結部材65と、中詰材54と外側ピース51との固定を図るための係止部材66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。
また、沈設体の施工をより速く行うためには、上記の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方法に替えて、一方の主桁62の貫通孔62aに外面に向けた雄継手と、他方の主桁62の貫通孔62aの内面に雌継手を設置し、上下に隣接する二重リング44の主桁62同士を、一方のセグメント5の雄継手が他方のセグメント5の雌継手に挿入されて係止する機構とすることが望ましい。両継手は相対して互いに同心に位置している。雄継手は、例えば、くさび状に形成されており、くさび状に形成された部分が弾性変形した状態で雌継手に挿入され、雄継手の復元力によって雌継手内に保持される。
なお、雄継手及び雌継手には公知のものを使用することができ、上記の構成には限定されない。
補剛材64は、外側ピース51の剛性を高める機能、及び後述する連結部材53を取り付ける機能の2つの機能を兼ね備えている。補剛材64は、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、継手板63に対して略平行にプレート61の内周面に立設されている。補剛材64は、プレート61の内周面に溶接等により連結されている。
なお、補剛材64の横断面形状は、セグメント5の剛性を高め、連結部材53との連結を可能にするのであれば、例えば矩形であってもよく、その形状については限定されない。
補剛材64は、連結部材53の後述する中間連結部材53bと連結する。補剛材64には、中間連結部材53bとの連結を可能にする締結具用の貫通孔が形成されている。補剛材64側の貫通孔と、中間連結部材53b側の締結具用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、中間連結部材53bと補剛材64とが相対的に不動に締結される。
なお、外側ピース51の外側連結部材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。
係止部材66は、鋼製の外側ピース51の中詰材54と接触する面に取り付けられている。具体的には、係止部材66は、プレート61の内周面、主桁62の内面、継手板63の内面及び補剛材64の主面の少なくとも一つに、溶接等により接合されていればよい。例えば図4及び図5においては、係止部材66は、隣接する補剛材64の間においてプレート61の内周面に取り付けられている。
図2から図4に示すように、内側ピース52は、二重リング44の内壁面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に設けられている内側ピース52の内側連結部材76と、を備えている。
セグメント本体71はコンクリートに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沿った周方向側の両端面に、後述する内側ピース52の内側連結部材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5の軸線に平行な同一軸線上に沿って、セグメント本体71の上端面からセグメント本体71の下端面にまで貫通していることを意味する。
内側ピース52は、セグメント5の幅方向で見た幅は、例えば0.1m〜0.5mであるとよく、特に0.3mであるとよい。
図5に示すように、主筋73は、主筋73の延在方向に対して直角を成すように配置した配力筋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、セグメント本体71の内部に配置した主筋73を取り囲むように配置した部分と、セグメント本体71の鋼製の外側ピース51側に露出して中詰材54中に配置する主筋73をも取り囲むように配置した部分とを備えている。セグメント本体71と中詰材54とは、セグメント本体71中に配置する主筋73と中詰材54中に配置する主筋73とを取り囲むように配置した配力筋75により一体化され、より高い補強機能を果たすようになっている。
連結部材53は、図3及び図4に示すように、外側ピース51と内側ピース52との間に複数設けられて、セグメント5のせん断強度を高めるものである。さらに、連結部材53は、中詰材54と接合することで、外側ピース51及び内側ピース52と、中詰材54との一体性を高める。
連結部材53は、外側ピース51及び内側ピース52の長手方向における少なくとも一方の端部同士を連結する端部連結部材53aと、外側及び内側ピース51,52の両端部の間で両ピース51,52を連結する中間連結部材53bとを有する。
ここで「隣接する端部連結部材53aとの間隔」とは、1つのセグメント5において2つの端部連結部材53aが設けられている場合の端部連結部材53a同士の間隔である。端部連結部材53a同士の間隔は、外側ピース51と内側ピース52との間の中間位置においてセグメント5の延在方向に沿って測定する間隔であり、つまり、セグメント5の長手方向両端部間における中立線(面)の長さから測定した間隔である。
なお、互いに隣接する一方のセグメント5に1つの端部連結部材53aが設けられ、他方のセグメント5に1つの端部連結部材53aが設けられてもよい。
隣接する中間連結部材53bは、外側及び内側ピース51,52の湾曲方向(長手方向)及びセグメント5の厚さ方向(短手方向)沿って、互いに所定の間隔をあけて設けられている。具体的には、隣接する中間連結部材53bは互いに、上記の各方向に、例えば0.1m〜0.6mの間隔をあけて設けられていることが好ましく、特に0.6mの間隔をあけて設けられているとよい。
板材53dが設けられている側とは反対側の棒材53cの端部、及び、コンクリート製の内側ピース52内に埋設されていない棒材53eの端部には、ねじ山(図示せず)が形成されている。
棒材53eは、コンクリート製の内側ピース52内への定着性を考慮して、内側ピース52内に埋設されている端部同士が互いに連結されたU字状の一体の構成物として形成されている。具体的には、棒材53eは、セグメント5の厚さ方向において上下位置に配置された2つの腕部53f,53fと、これらの腕部53f,53fを連結する連結部53gとを備える。厚さ方向に所定の間隔をあけて設けられた棒材53c同士は、連結具74、U字状の棒材53eの腕部53f及び連結部53gを介して厚さ方向に連結されている。
板材53dには、連結時に補剛材64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53d及び補剛材64は、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、中間連結部材53bは、その板材53dをボルト及びナットを介して鋼製の外側ピース51の補剛材64に連結される。
中間連結部材53bの棒材53c及び53eは、例えば鋼製の棒状の鉄筋(棒材)として形成されている。中間連結部材53bの棒材53c及び棒材53eの断面積は、例えば19.05mm2〜50.8mm2であることが好ましく、特に31.8mm2であってよい。
中詰材54は、セグメント5の外側ピース51と内側ピース52との間に充填されるものであり、例えば、コンクリートが用いられる。
中詰材54は、外側ピース51と内側ピース52との間に設けられており、より具体的には、鋼製の外側ピース51及びコンクリート製の内側ピース52と、端部連結部材53aとにより画成された空間内に充填されている。したがって、中詰材54内に中間連結部材53b、補剛材64,連結具74、外側ピース51の端部連結部材53a、ならびにコンクリート製の内側ピース52の外に配置される部分の主筋73及び配力筋75は埋没していることになり、中詰材54の固化後には、中間連結部材53b、補剛材64,連結具74、外側ピース51の端部連結部材53a、ならびにコンクリート製の内側ピース52の外に配置される部分の主筋73及び配力筋75は中詰材54と接合する。これにより、鋼製の外側ピース51及びコンクリート製の内側ピース52と中詰材54とは一体に結合されて、外側及び内側ピース51,52と中詰材54との相対的なずれが抑制される。
なお、図5において、中間連結部材53b、補剛材64、係止部材66、連結具74、外側ピース51の端部連結部材53a、ならびにコンクリート製の内側ピース52の外に配置される部分の主筋73及び配力筋75はこれらを見やすくするために、中詰材54に埋もれていないように描いた。
図1に示すように、底盤部2は、沈設構造物100の基礎になるとともに、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。
次に、図6は、セグメント5の曲げ性能を評価するため、実物大の立坑を想定して、外側ピースと内側ピースの両方が鋼製の場合(比較例1)、及び、片方がコンクリート製の場合(実施例1〜4)におけるセグメントの立坑軸方向周りの曲げモーメントと曲率との関係を示すグラフであり、外側ピース及び内側ピースのうち片方がコンクリート製のピースの場合は、コンクリート製のピースが圧縮側となる方向に曲げた場合と引張側となる方向に曲げた場合、鉄筋量が異なる合計4つの実施例1〜4を示している。つまり、片方がコンクリート製のピースの場合は、コンクリート製のピースが圧縮側となる場合と、コンクリート製のピースが引張側となる場合とで曲げ性能が異なるため、双方の試算結果を示している。
なお、セグメント5の各構成要素の寸法は、以下に示すように、実際の寸法を想定して構成したものである。
(比較例1:両側ピースが鋼製)
作用軸力:4531kN
セグメントの幅:2500mm
セグメントの高さ:1000mm
ピースのプレートの板厚:9mm
両ピースの間隔:1900mm
主桁の幅:300mm
主桁の板厚:25mm
中間連結部材の断面積:642.4mm2
中間連結部材の、セグメント5の長さ方向での設置間隔:600mm
中間連結部材の、セグメント5の高さ方向での設置間隔:700mm
中詰材の圧縮強度:27N/mm2
主桁の降伏強度:315N/mm2
(実施例1:引張側ピースのみコンクリート製、及び、実施例2:圧縮側ピースのみコンクリート製)
作用軸力:4531kN
セグメントの幅:2500mm
セグメントの高さ:1000mm
ピースのプレートの板厚:9mm
両ピースの間隔:1900mm
主桁の幅:300mm
主桁の板厚:25mm
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中間連結部材の、セグメント5の高さ方向での設置間隔:700mm
中詰材の圧縮強度:27N/mm2
主桁の降伏強度:315N/mm2
主筋のセグメント幅方向の段数:3段
主筋のセグメント高さ方向の本数:6本
最外縁の主筋の直径:51mm
その他の主筋の直径:38mm
最外縁の主筋のセグメント外面からの距離:100mm
最外縁から2段目の主筋のセグメント外面からの距離:220mm
最外縁から3段目の主筋のセグメント外面からの距離:380mm
(実施例3:引張側ピースのみコンクリート製、及び実施例4:圧縮側ピースのみコンクリート製)
作用軸力:4531kN
セグメントの幅:2500mm
セグメントの高さ:1000mm
ピースのプレートの板厚:9mm
両ピースの間隔:1900mm
主桁の幅:300mm
主桁の板厚:25mm
中間連結部材の断面積:642.4mm2
中間連結部材の、セグメント5の長さ方向での設置間隔:600mm
中間連結部材の、セグメント5の高さ方向での設置間隔:700mm
中詰材の圧縮強度:27N/mm2
主桁の降伏強度:315N/mm2
主筋のセグメント幅方向の段数:3段
主筋のセグメント高さ方向の本数:5本
最外縁の主筋の直径:38mm
その他の主筋の直径:29mm
最外縁の主筋のセグメント外面からの距離:100mm
最外縁から2段目の主筋のセグメント外面からの距離:220mm
最外縁から3段目の主筋のセグメント外面からの距離:380mm
また、実施例3のM−φ曲線は、同様に引張側ピースのみをコンクリート製とする実施例1のM−φ曲線とは大きく異なり、比較例1のM−φ曲線を大きく下回った。実施例1と実施例3との構成上の相違は、セグメント高さ方向での主筋の本数、及び最外縁に設けられた主筋の直径である。かくして、両側が鋼製のピースの断面形状が製作上の理由等、曲げ性能以外の理由により決定されている場合、コンクリート製の引張側ピースに求められる曲げ性能を鋼製の引張側ピースに求められる曲げ性能に近似させるために、鉄筋量、具体的には主筋の本数及び直径等により調整することが可能であることが分かった。
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。
44 二重リング
51 鋼製の外側ピース
52 コンクリート製の内側ピース
53 連結部材
53a 端部連結部材
53b 中間連結部材
54 中詰材
61 プレート
62 主桁
63 継手板
64 補剛材
65 外側ピースの外側連結部材
66 係止部材
71 セグメント本体
73 主筋
74 連結具
75 配力筋
76 内側ピースの内側連結部材
100 沈設構造物
Claims (13)
- 地中に埋設される沈設構造物を構成する合成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、
前記外側ピースとは別部材であって前記沈設構造物の内壁を形成する内側ピースと、
前記外側ピース及び前記内側ピースとは別部材であって、前記外側ピース及び前記内側ピースそれぞれの長手方向における両端部間において、前記外側ピース及び前記内側ピースを互いに連結する中間連結部材と、
前記外側ピースと前記内側ピースとの間に設けられた中詰材と、
を備え、前記外側ピース及び前記内側ピースのうち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合成セグメント。 - 前記外側ピースの長手方向における少なくとも一方の端部と、前記内側ピースの長手方向における少なくとも一方の端部とを互いに連結する端部連結部材を有することを特徴とする請求項1に記載の合成セグメント。
- 前記端部連結部材は、少なくとも厚さ16mmのプレートであり、
前記端部連結部材は、互いに最大18mの間隔をおいて設けられていることを特徴とする請求項2に記載の合成セグメント。 - 前記外側ピースには、周方向に隣接する他の外側ピースと連結する外側連結部材が設けられており、前記内側ピースには、周方向に隣接する他の内側ピースと連結する内側連結部材が設けられており、前記外側連結部材及び前記内側連結部材の連結端は、嵌合機構を有すること
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合成セグメント。 - 前記外側連結部材は、前記外側ピースの周方向における両端部に設けられており、前記内側連結部材は、前記内側ピースの周方向における両端部に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の合成セグメント。
- 前記中間連結部材は、断面積が少なくとも19.05mm2の棒材であり、
前記中間連結部材は複数設けられており、隣接する中間連結部材に対して、前記外側ピース及び前記内側ピースの長手方向及び短手方向に、最大0.6mの間隔をおいて設けられていることを特徴とする請求項5に記載の合成セグメント。 - 前記外側ピース及び前記内側ピースの少なくとも一方は、前記中詰材と接触する面に、前記中詰材に係止する係止部材を有することを特徴とする請求項1から6までのいずれか一項に記載の合成セグメント。
- 前記外側ピースが鋼製であり、壁面を形成するプレートと、該プレートの上端部及び下端部に立設された主桁と、これらの主桁間に設けられた補剛材とを備えており、
前記内側ピースがコンクリート製であり、長手方向に配置した複数の主鉄筋と、該主鉄筋を束ねる複数の帯鉄筋と、を備えていることを特徴とする請求項1から7までのいずれか一項に記載の合成セグメント。 - 前記鋼製の外側ピース及び前記コンクリート製の内側ピースそれぞれの長手方向における両端部間において、前記鋼製の外側ピースと前記コンクリート製の内側ピースとを連結する中間連結部材は、一端が前記鋼製の外側ピースの補剛材に固定されており、もう一端が前記コンクリート製の内側ピースのコンクリート部分に定着されていることを特徴とする請求項8に記載の合成セグメント。
- 前記中間連結部材は、一端が前記外側ピースに固定されている棒材と、一端が前記内側ピースに固定されている棒材とを備え、前記両棒材の他端同士を繋ぐ連結具を備えていることを特徴とする請求項1から9までのいずれか一項に記載の合成セグメント。
- 前記中詰材はコンクリート、ソイルセメント、モルタル又はスラグであることを特徴とする請求項1から10までのいずれか一項に記載の合成セグメント。
- 地中に沈設される沈設構造物の外壁を形成する鋼製の外側ピースと、前記沈設構造物の内壁を形成するコンクリート製の内側ピースと、前記外側ピース及び前記内側ピースそれぞれの長手方向における両端部間において、前記鋼製の外側ピースと前記コンクリート製の内側ピースとを互いに連結する複数の中間連結部材と、前記鋼製の外側ピースと前記コンクリート製の内側ピースの間に設けられている中詰材と、を備え、外側ピース及び内側ピースのうち少なくとも一方がコンクリートにより形成されている合成セグメントを複数連結して構成することを特徴とするリング体。
- 前記外側ピースの長手方向における少なくとも一方の端部と、前記内側ピースの長手方向における少なくとも一方の端部とを互いに連結する端部連結部材を有し、
前記端部連結部材は、隣接する前記端部連結部材と、前記沈設構造物の周方向において互いに最大18mの間隔をおいて設けられていることを特徴とする請求項12に記載のリング体。
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