JP2017101493A - 合成セグメント及びリング - Google Patents
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Abstract
【解決手段】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(5)であって、沈設構造物の外壁を形成する外側ピース(51)と、沈設構造物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)との間に設けられた中詰材(54)と、を備える。
【選択図】図2
Description
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及び内側ピース52を連結する連結ピース53と、外側ピース51と内側ピース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、外側ピース51及び内側ピース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(延在方向)における両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連結具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。
各主桁62には、その長手方向(延在方向)に沿って所定の間隔をあけて、複数の継手62aが設けられている。
継手62aは、上下の二重リング44を互いに連結して、相対的にずれないようにするためのものである。継手62aは、具体的には、雄継手と、この雄継手が挿入されて係止される雌継手とを備える。雄継手は、セグメント5の厚さ方向において上端部側の主桁62の外面に設けられており、例えば、くさび状に形成されている。雌継手は、下端部側の主桁62の内面に設けられていて、両継手は相対して互いに同心に位置している。雄継手は、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、継手62a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、及び後述する連結ピース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、連結ピース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には、連結ピース53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、連結ピース53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、連結ピース53と補剛材64とが相対的に不動に締結される。
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。
係止部材66は、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63の内面及び補剛材64の主面の少なくとも一つに、溶接又は締結具等で取り付けられていればよい。例えば図5においては、係止部材66は、プレート61の内周面において、隣接する補剛材64の間に取り付けられている。
図2から図5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矩形状のプレート71と、プレート71の湾曲に沿った外縁に立設された2つの主桁72と、2つの主桁72の両端部間を結ぶように主桁72の長手方向(延在方向)における両端に立設された継手73と、2つの主桁72間を結ぶように継手73に略平行にプレート71の内面側に設けられた補剛材74と、プレート71の周方向における両端に設けられた連結具75と、中詰材54と内側ピース52との固定を図るための係止部材76とを備えている。
内側ピース52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。
各主桁72には、その長手方向(延在方向)に沿って所定の間隔をあけて、複数の継手72aが設けられている。
継手72aは、上下の二重リング44を互いに連結して、相対的にずれないようにするためのものである。継手72aは、具体的には、雄継手と、この雄継手が挿入されて係止される雌継手とを備える。雄継手は、セグメント5の厚さ方向において上端部側の主桁72の外面に設けられており、例えば、くさび状に形成されている。雌継手は、下端部側の主桁72の内面に設けられていて、両継手は相対して互いに同心に位置している。雄継手は、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。
上下に隣接する二重リング44は、二重リング44を構成する各セグメント5の主桁62,72同士を突き合わせて連結する。具体的には、各主桁62,72に設けられている上端部側の継手62a,72aの雄継手を、連結する側の二重リング44を構成する各主桁62,72に設けられている下端部側の雌継手内に挿入するようにして二重リング44を重ね合わせることで、隣接する二重リング44は互いに連結される。
なお、継手72a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74は、内側ピース61の剛性を高める機能、及び後述する連結ピース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74は、プレート71の湾曲方向(長手方向)に沿って所定の間隔をあけて、継手73に対して略平行にプレート71の内周面に立設されている。補剛材74は、プレート71の内周面に溶接等により連結されている。
なお、補剛材74の横断面形状は、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、例えばL字形状であってもよく、その形状については限定されない。
補剛材74には、連結ピース53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74側の貫通孔と、連結ピース53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、連結ピース53と補剛材74とが相対的に不動に締結される。
なお、連結具75は別部材としてプレート71に溶接によって接合されていてもよいし、プレート71に一体に形成されていてもよい。
係止部材76は、内側ピース61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76は、プレート71の内周面、主桁72の内面、継手73の内面及び補剛材74の主面の少なくとも一つに、溶接又は締結具等で取り付けられていればよい。例えば図5においては、係止部材76は、プレート71の内周面において、隣接する補剛材74の間に取り付けられている。
連結ピース53は、図3から図5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、連結ピース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。
連結ピース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、セグメント5の延在方向に沿った、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、端部連結部材53aと中詰材54との一体性をより強固にするために、係止部材66,76を端部連結部材53aの中詰材54と接触する面に設置してもよい。
中間連結部材53bは、例えば鋼製の棒状の鉄筋(棒材)として形成されている。この中間連結部材53bの両端には、鋼製の矩形状の板材53cが設けられている。中間連結部材53b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。
板材53cには、中間連結部材53bと補剛材64,74との連結時に、補剛材64,74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53c、補剛材64,74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、中間連結部材53bはその板材53cを、ボルト及びナットを介して、外側ピース51及び内側ピース52それぞれの補剛材64,74に連結させることにより、外側ピース51と内側ピース52とを連結している。
図2及び図5に示すように、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、外側及び内側ピース51,52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64,74及び係止部材66,76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64,74及び係止部材66,76は中詰材54と接合する。これにより、外側ピース51及び内側ピース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64,74及び係止部材66,76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。
次に、セグメント5の強度を評価するための試験体として擬似セグメント8を用いた4点曲げ載荷試験について説明する。図6は、載荷試験を説明するための擬似セグメント8を平面視した概略図である。図7は、載荷荷重と、擬似セグメント8における中央部の鉛直方向での変位との関係を示すグラフである。図8は、試験後の擬似セグメント8の中詰材84におけるひび割れを示す図である。
擬似セグメント8は、2つのピース81,82(セグメント5の外側及び内側ピース51,52のいずれかに相当)と、両ピース81,82を連結する連結ピース83と、両ピース81,82の間に設けられている中詰材84とを備えている。
なお、擬似セグメント8の各構成要素の寸法は、以下に示すように、セグメント5の実際の寸法の1/3を想定し、上記の数値範囲以下のスケールで構成したものである。
両ピース81,82に関しては、湾曲しておらず直線状に延びており、連結ピース83のうち端部連結部材83aは、擬似セグメント8の長手方向両端部に設けられている。端部連結部材83aの間に中間連結部材83bが設けられている。
ここで「4点曲げ載荷試験」とは、図6に示すように、擬似セグメント8のピース81側に2つの支点Pを設け、ピース82側の2箇所で荷重を段階的に擬似セグメント8に加えた際の、擬似セグメント8の曲げ耐荷力を測定する試験である。
擬似セグメントの長さ:6080mm
擬似セグメントの幅:833mm
擬似セグメントの高さ:333mm
ピースのプレートの板厚:3mm
両ピースの間隔:633mm
主桁の幅:100mm
主桁の板厚:5.8mm
内側ピースの補剛材の板厚:3mm
外側ピースの補剛材の板厚:6mm
端部連結部材の長さ:733mm
端部連結部材の幅:319mm
端部連結部材の板厚:6mm
中間連結部材の断面積:19.05mm2
中間連結部材の、擬似セグメント8の長さ方向での設置間隔:200mm
中間連結部材の、擬似セグメント8の高さ方向での設置間隔:233mm
中詰材の圧縮強度:24N/mm2
主桁の降伏強度:405N/mm2
ピースのプレートの降伏強度:405N/mm2
その結果、図7に示すように、擬似セグメント8は、完全合成のセグメントにおける理論的な曲げ耐荷力以上の曲げ耐荷力を有していることが分かった。
ここで「完全合成のセグメント」とは、当該セグメントに荷重を加えた場合に、2つのピース81,82及び中詰材84が一体に曲がる(それぞれのヤング率を1つのヤング率に換算できる)理想的な構成のセグメントのことである。
また、図8に示すように、擬似セグメント8の中詰材84の曲げひび割れは、1箇所に集中せず十分に分散することを確認した。さらに、試験後に擬似セグメント8の端部連結部材83aを外し、擬似セグメント8の長手方向での中詰材84の端面位置を観察したところ、中詰材84の上記端面位置は、両ピース81,82の端部から長手方向外側に飛び出していないことを確認した。つまり、端部連結部材83aが、中詰材84を擬似セグメント8の長手方向に十分に拘束していることが分かった。
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とを備え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、中詰材54を供給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。
連結ピース53として外側ピース51の長手方向における少なくとも一方の端部と、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とを互いに連結する、特にプレート状の端部連結部材53aが設けられているので、端部連結部材53aと中詰材54との、セグメント5の径方向での結合を達成することができる。
さらに、少なくとも厚さ16mmの端部連結部材53aが、外側ピース51及び内側ピース52それぞれの両端部に設けられていて、互いに最大18mの間隔をおいて設けられていることにより、中詰材54と外側ピース51との分離、及び中詰材54と内側ピース52との分離を防ぐとともに、中詰材54のひび割れ分散性を向上させることができる。
さらに、中間連結部材53bが鉄筋であるので、外側ピース51と内側ピース52との間の空間が、セグメント5の高さ方向において完全に仕切られることがなく、中詰材54の供給時に一箇所から中詰材54を供給するだけで、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。
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、連結ピース53の中間連結部材53bは、上記のような鉄筋に限られることはなく、中詰材54の供給の妨げにならなければ、セグメント5の高さ方向に沿って延在する鋼板等であってもよい。
また、連結ピース53の中間連結部材53bと補剛材64,74との連結については、互いが不動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ず、溶接等も考えられる。
また、端部連結部材53aは、外側及び内側ピース51,52の継手63,73に、例えばボルト及びナットを有する締結具等により機械的に連結されていてもよい。
また、端部連結部材53aは、セグメント5に必要なせん断強度を確保できていれば、プレート61,71の延在方向において一方の端部にのみ設けられているだけでもよい。また、二重リング44全体として必要なせん断強度を確保できれば、端部連結部材53aを備えていないセグメント5があってもよい。
また、中間連結部材53bは、全ての補剛材64に固定されていなくてもよく、例えば1つおきの補剛材64に接合されていてもよい。
また、補剛材64,74は、セグメント5の厚さ方向で、連結ピース53が設けられている位置に対応する箇所にのみ設けられていてもよい。
また、係止部材66,76は、ジベル効果を奏するものであれば、上記の鋼板ジベルに限られず、例えばロッドジベル、スタッドジベルであってもよい。
44 二重リング
51 外側ピース
52 内側ピース
53 連結ピース
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
64 補剛材
66 係止部材
71 プレート
72 主桁
73 継手
74 補剛材
76 係止部材
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の間に設けられた中詰材と、
を備えることを特徴とする合成セグメント。 - 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を備えることを特徴とする請求項1に記載の合成セグメント。
- 前記連結ピースは、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2に記載の合成セグメント。
- 前記端部連結部材は、前記外側ピース及び前記内側ピースの両端部に設けられていることを特徴とする請求項3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3又は4に記載の合成セグメント。 - 前記端部連結部材は、前記外側ピースと前記内側ピースとの間の空間を短手方向に仕切る板状部材であることを特徴とする請求項3から5までのいずれか一項に記載の合成セグメント。
- 前記連結ピースは、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連結する中間連結部材を有することを特徴とする請求項2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1.0m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7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8までのいずれか一項に記載の合成セグメント。
- 前記外側ピース及び前記内側ピースはそれぞれ、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連結する中間連結部材は、前記補剛材に固定されていることを特徴とする請求項10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11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複数の連結ピースと、前記外側ピースと前記内側ピースの間に設けられている中詰材と、を備える合成セグメントを複数連結して構成するリングであって、
前記連結ピースは、連結部材を複数有し、
前記連結部材は、隣接する前記連結部材と、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リング。
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