JPH1046991A - シールドトンネル覆工体用セグメント、及びシールドトンネル覆工体のプレストレス導入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周方向にプレストレスが導入されるシール
ドトンネル覆工体のセグメントにおいて、ＰＣ鋼材の緊
張又は定着端付近の構造を簡単なものにするとともに、
周方向に均一なプレストレスを導入することができるも
のとする。 【解決手段】 コンクリートからなるセグメント１の
周方向にＰＣ鋼材を挿通するためのダクト４が設けられ
ており、セグメント内に埋設・固定された定着体５に連
通している。この定着体５は、鋳鉄製で二つの筒体がＸ
状となるように一体に接合された形状を有し、緊張又は
定着を行なう端面が露出するように、セグメント１の内
側に切り欠き６が設けられている。ダクト４内に挿通さ
れたＰＣ鋼材は覆工体内を一周して両端がそれぞれ定着
体の二つの貫通孔を通って覆工体の内側に引き出され、
緊張力を導入した後、くさびで定着される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールドトンネル
の覆工体の円周方向にプレストレスを導入する際に用い
られるシールドトンネル覆工体用セグメント及びシール
ドトンネルの覆工体にプレストレスを導入する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シールドトンネルの覆工体は、
工場生産されたセグメントを坑内で組み立てることによ
って構築される。組み立てられたセグメントはトンネル
に作用する土圧・水圧に耐え得るように強固に一体化さ
れる必要があり、その手段としてコンクリートからなる
セグメントの円周方向にプレストレスを導入する方法が
ある。

【０００３】プレストレスの導入は、一般に覆工体内の
円周方向に配置されたＰＣ鋼材を緊張することによって
行われるが、そのためにはＰＣ鋼材の端部をトンネルの
内側に引き出しておき、緊張力を導入した状態で、この
端部を定着しなければならない。このために、従来から
図７に示すような構造のセグメントが用いられている。

【０００４】このセグメント１０１は、ＰＣ鋼材を挿通
するためのダクト１０２を備えており、このダクトは覆
工体の周方向に一周して両端部がこのセグメント１０１
内で両側から交叉して、セグメントの内面に設けられた
切り欠き部１０３の定着端面１０３ａに開口している。
このダクト１０２に挿通されたＰＣ鋼材は、センターホ
ールジャッキ１０４を用い、セグメントのコンクリート
に反力を負担させて緊張される。そしてアンカープレー
ト、くさび等を用いてセグメントに定着される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来から用いられているセグメントの構造及びプ
レストレスの導入方法には次のような問題点がある。Ｐ
Ｃ鋼材が周方向の一部で交叉されているため、この部分
でプレストレスが不連続となり、偏心モーメントが生じ
たり、プレストレスが不均一になったりする。また、Ｐ
Ｃ鋼材に導入された緊張力は定着端からセグメントのコ
ンクリートに伝達されるため、コンクリートには局部的
に大きな引張応力が生じることがある。このため、ＰＣ
鋼材の定着端付近は鉄筋で補強する必要が生じ、例えば
図８に示すように、多くの鉄筋を複雑に組み合わせて配
置しなければならない。

【０００６】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、ＰＣ鋼材の緊張又は定着
端付近の構造を簡単なものとするとともに、周方向に均
一にプレストレスを導入することができるシールドトン
ネル覆工体用セグメント及びシールドトンネル覆工体の
プレストレス導入方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、 複数個を周方向に組
み立ててシールドトンネル覆工体を構成するセグメント
であって、 前記シールドトンネル覆工体の周方向に配
置されたＰＣ鋼材の端部を両側からラップさせ、双方の
ＰＣ鋼材の端部を一体に定着する定着具が、該セグメン
トの内周面と外周面との間に固定されており、 前記定
着体に反力を負担させて前記鋼材に緊張力を導入するた
めの定着体端面が前記シールドトンネル覆工体の内側に
露出するように切り欠きが設けられていることを特徴と
するシールドトンネル覆工体用セグメントを提供するも
のである。

【０００８】請求項２に記載の発明は、 請求項１に記
載のシールドトンネル覆工体用セグメントにおいて、
前記定着体が、該セグメントのコンクリート内に埋設し
て固定されているものとする。

【０００９】請求項３に記載の発明は、 周方向に配置
されたＰＣ鋼材の端部を両側からラップさせ、双方のＰ
Ｃ鋼材を一体に定着する定着体を、シールドトンネル覆
工体の内周面と外周面との間に固定しておき、 前記シ
ールドトンネルの周方向に配置したＰＣ鋼材の二つの端
部を前記定着体の両側からラップさせて係止し、該双方
のＰＣ鋼材に同時に緊張力を導入し、定着することを特
徴とするシールドトンネル覆工体のプレストレス導入方
法を提供するものである。

【００１０】請求項１に記載のシールドトンネル覆工体
用セグメントにおいて、上記定着体に一体に定着される
ＰＣ鋼材の二つの端部は、一本のＰＣ鋼材を周方向に配
置したときの両端部であってもよいし、それぞれ他端が
他の位置で定着される二本のＰＣ鋼材の端部であっても
よい。

【００１１】また、定着体を固定する構造は請求項２に
記載のように定着体をセグメントのコンクリート内に埋
め込むことによって固定してもよいし、図５に示すよう
にセグメント５１の内面側に設けられた一つの切り欠き
５２内に、アンカーボルト５３等によって固定するもの
であってもよい。このとき、定着体５４は、ＰＣ鋼材お
よび定着体自体に対してコンクリートのかぶりが充分に
確保できるように、セグメントの円周面より外側に配置
しなければならない。

【００１２】また、請求項３に記載したシールドトンネ
ル覆工体のプレストレス導入方法においても、定着体は
上記請求項１について説明したのと同様にコンクリート
に埋設してもよいし、切り欠き内に固定してもよい。な
お、請求項３に記載のプレストレス導入方法において、
定着体の両側からラップさせて係止したＰＣ鋼材の二つ
の端部は、上記定着体の両側に取り付けられた二つのジ
ャッキにより、それぞれが緊張されるものであってもよ
いし、覆工体を一周して配置された一本のＰＣ鋼材の両
端部であれば、片側のみで緊張して反対側にも張力を導
入するものでもよい。

【００１３】［作用］本願に係る発明は、上記のような
構成を備えているので次のように作用する。請求項１に
記載したシールドトンネル覆工体用セグメントでは、両
側から突き合わせるようにラップされた二つのＰＣ鋼材
の端部を一体に定着する定着体を用いているので、ＰＣ
鋼材の緊張力の反力はほとんどが定着体内の圧縮応力と
なり、コンクリートには大きな応力が発生しない。この
ため、定着端付近のコンクリートの補強は大幅に簡略化
すること可能となる。

【００１４】また、この定着体がセグメントに固定され
ているので、周方向に配置されたＰＣ鋼材を緊張して定
着したときに、定着体からセグメントのコンクリートに
対して、曲率の中心方向への力が作用し、プレストレス
が均一に導入される。つまり、周方向に配置されたＰＣ
鋼材に緊張力が導入されると、図６に示すようにＰＣ鋼
材６１からセグメントのコンクリートに曲率の中心方向
への力Ｐ１が周方向に分布して作用する。そして定着体
６２が配置された部分では、ＰＣ鋼材の緊張力によって
定着体が中心方向に引っ張られ、この定着体がコンクリ
ートに固定されていることによってコンクリートに中心
方向への力Ｐ２が作用する。したがって、中心方向への
力は、周方向にほぼ均等となり、均一なプレストレスが
導入される。

【００１５】さらに、上記定着体はセグメントの内周面
と外周面との間、つまり、部材厚の範囲内に固定されて
いるので、小口径のトンネルであってもＰＣ鋼材は定着
体付近で充分なコンクリートのかぶりを維持することが
できる。また、定着体端部が覆工体の内側に露出するよ
うに切り欠きが設けられているので、セグメントを組み
立てたときに、覆工体の内側からＰＣ鋼材を緊張するこ
とができる。

【００１６】請求項２に記載のシールドトンネル覆工体
用セグメントでは、定着体がコンクリート内に埋設され
た状態で固定されるので、セグメントの製作時に定着体
を、正確な位置に固定することができ、プレストレス導
入時に緊張・定着作業を容易に行うことが可能となる。
また、ＰＣ鋼材を緊張するための切り欠きを小さくする
ことができ、定着体を設置する位置付近が弱点となるの
を防止することができる。

【００１７】請求項３に記載したシールドトンネル覆工
体のプレストレス導入方法では、周方向に配置されたＰ
Ｃ鋼材の端部を両側からラップさせて一つの定着体に一
体に定着するので、覆工体のコンクリートに局部的な大
きな応力を生じることがない。また、周方向に均一にプ
レストレスを導入することが可能となる。さらに、一つ
の定着体に定着されるＰＣ鋼材の二つの端部には、同時
に緊張力が導入されることによって、定着体付近に大き
な応力が発生したり、定着体の位置が動いたりするのが
防止される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は請求項１または請求項２に記
載の発明の一実施形態であるシールドトンネル覆工体用
セグメントを示す断面図および平面図である。このセグ
メント１は、コンクリートでできており、円筒曲面の一
部を構成するように湾曲した断面を有する部材であっ
て、図２に示すように円形断面のシールドトンネルの周
囲に組み込まれて、土圧および水圧に抵抗する覆工体を
構成するものである。

【００１９】図１に示すセグメント１は、他のほぼ同じ
形状の三つのセグメント２、３、４と組み合わされて環
状の覆工体を形成するようになっており、これらの部材
内の周方向には、ＰＣ鋼材を挿通するためのダクト４が
設けられている。このダクト４は、組み合わされた各セ
グメント間で連続するように設けられており、図１に示
す本発明のセグメント内に埋設された定着体５に連通し
ている。

【００２０】上記定着体５は、図３に示すように、鋳鉄
製で二つの筒体がＸ状となるように一体に接合された形
状を有するもので、上記ダクト４内に挿通されたＰＣ鋼
材が覆工体内を一周して両端がそれぞれこの定着体５の
二つの貫通孔５ａ、５ｂを通って覆工体の内側に引き出
されるようになっている。このため、セグメントの内側
に切り欠き６が設けられ、定着体５の貫通孔が設けられ
た端面が露出している。また、この定着体の貫通孔５
ａ，５ｂは、図３に示すように、覆工体の内側へ露出す
る方の端部付近で拡径されており、緊張力が導入された
ＰＣ鋼材をくさび７によって該定着体に定着することが
できるようになっている。

【００２１】上記定着体５は、セグメントのコンクリー
トを打設する際に鉄筋とともにあらかじめ設置してお
き、コンクリート内に埋め込んで固定するものであり、
鉄筋は、図４に示すように、セグメントの内面および外
面に沿って配置される主鉄筋８，９、これらを連結する
鉄筋１０、定着体周辺の補強鉄筋１１，１２等が配置さ
れる。

【００２２】次に、上記のようなシールドトンネル覆工
体用セグメントを用いて、覆工体を組み立て、これにプ
レストレスを導入する工程について説明する。なお、こ
れは請求項３に記載の発明の一実施形態でもある。シー
ルド掘進機により、切羽での掘削がセグメントの一単位
分（図１に示すＬ）進行すると、シールド掘進機の後部
で、図２に示すように，上記セグメント１，２，３，４
を組み立てる。

【００２３】次に、ＰＣ鋼材を定着体５の端面から、定
着体の貫通孔に挿入し、さらにセグメント内のダクト４
に挿通する。そして周方向に一周して定着体５の他の貫
通孔から覆工体内側へ引き出す。このＰＣ鋼材は、鋼よ
り線を用いるのが望ましいが、鋼線または細径の鋼棒で
あってもよい。

【００２４】上記ＰＣ鋼材の一方の端部（定着端）は、
図３示すように、くさび７で定着体５に定着し、他端
（緊張端）はＲチェアー１３およびセンターホールジャ
ッキ１４に挿通する。このセンターホールジャッキ１４
により、ＰＣ鋼材を把持し、図２に示すように、Ｒチェ
アー１３を介して定着体５に反力を負担させてＰＣ鋼材
を緊張する。このとき、ＰＣ鋼材に導入された緊張力は
周方向に伝達されて定着体５に達し、定着体５に逆方向
の反力を生じさせる。したがって定着体５の躯体には緊
張力とほぼ同じ圧縮力が作用するがコンクリートにはほ
とんど力が伝達されない状態となる。ＰＣ鋼材に所定の
緊張力が導入されると、定着端と同様にくさびを押し込
み、ＰＣ鋼材を定着体５に定着する。その後、センター
ホールジャッキ１４、Ｒチェアー１３を撤去し、ＰＣ鋼
材の余分長を切断した後、切り欠き６にコンクリートを
充填して覆工体を完成する。

【００２５】このようにＰＣ鋼材の緊張・定着が行われ
ることによって、ＰＣ鋼材からコンクリートに曲率中心
方向への分布力が作用し、覆工体には周方向の軸圧縮力
が生じる。このとき、ＰＣ鋼材の緊張端・定着端付近で
のＰＣ鋼材のラップ長が短く、またコンクリート内に固
定された一つの定着体に両端が定着されるので、局部的
に大きな応力が生じることもなく、ほぼ均一にプレスト
レスが導入される。また、定着体周辺のコンクリートに
大きな局部的な応力が作用しないので、図４に示すよう
に定着体周辺の補強鉄筋は多くを必要とせず、図８に示
す従来の例に比べて大幅に簡略化される。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本願に係る発明の
シールドトンネル覆工体用セグメントでは、両側からラ
ップするように交叉するＰＣ鋼材を一体に定着する定着
体を用い、これを覆工体の厚さの範囲内に固定している
ので、定着体付近に大きな応力が生じることがなく、補
強鉄筋を大幅に簡略化することができる。また、周方向
にほぼ均一なプレストレスを導入することができ、さら
に小口径のトンネルであっても定着体およびＰＣ鋼材に
対して充分なかぶりを確保するとともに、コンクリート
の切り欠きを小さくすることができ、構造的な弱点にな
るのを防止することができる。また、本願に係るシール
ドトンネル覆工体のプレストレス導入方法では、コンク
リートに大きな局部的な応力を発生することなく、周方
向にほぼ均一なプレストレスを導入することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１または請求項２に記載の発明の一実施
形態であるシールドトンネル覆工体用セグメントを示す
断面図および平面図である。

【図２】図１のシールドトンネル覆工体用セグメントが
トンネル内で組み立てられた状態を示す概略断面図であ
る。

【図３】図１のシールドトンネル覆工体用セグメントで
用いられている定着体の断面図および正面図である。

【図４】図１のシールドトンネル覆工体用セグメントに
配置される鉄筋を示す概略図である。

【図５】定着体の固定構造の一例を示す概略図である。

【図６】ＰＣ鋼材の緊張によってコンクリートに作用す
る力を説明する概略図である。

【図７】従来のシールドトンネル覆工体用セグメントの
概略断面図である。

【図８】図７のシールドトンネル覆工体用セグメントの
配筋を示す概略図である。

【符号の説明】

１ セグメント ２，３，４ セグメント ５ 定着体 ６ 切り欠き ７ くさび １３ Ｒチェアー １４ センターホールジャッキ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊谷 紳一郎 東京都新宿区荒木町13番地の４ 住友建設 株式会社内 (72)発明者 金子 正士 東京都新宿区荒木町13番地の４ 住友建設 株式会社内 (72)発明者 相良 拓 東京都千代田区四番町５ 東亜建設工業株 式会社内 (72)発明者 横田 季彦 東京都港区赤坂４丁目９番９号 日本国土 開発株式会社内 (72)発明者 石橋 悦治 東京都港区元赤坂１丁目３番12号 住友電 気工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個を周方向に組み立ててシールドト
   ンネル覆工体を構成するセグメントであって、 前記シールドトンネル覆工体の周方向に配置されたＰＣ
   鋼材の端部を両側からラップさせ、双方のＰＣ鋼材の端
   部を一体に定着する定着具が、該セグメントの内周面と
   外周面との間に固定されており、 前記定着体に反力を負担させて前記鋼材に緊張力を導入
   するための定着体端面が前記シールドトンネル覆工体の
   内側に露出するように切り欠きが設けられていることを
   特徴とするシールドトンネル覆工体用セグメント。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のシールドトンネル覆工
   体用セグメントにおいて、 前記定着体は、該セグメントのコンクリート内に埋設し
   て固定されていることを特徴とするシールドトンネル覆
   工体用セグメント。
3. 【請求項３】 周方向に配置されたＰＣ鋼材の端部を両
   側からラップさせ、双方のＰＣ鋼材を一体に定着する定
   着体を、シールドトンネル覆工体の内周面と外周面との
   間に固定しておき、 前記シールドトンネルの周方向に配置したＰＣ鋼材の二
   つの端部を前記定着体の両側からラップさせて係止し、
   該双方のＰＣ鋼材に同時に緊張力を導入し、定着するこ
   とを特徴とするシールドトンネル覆工体のプレストレス
   導入方法。