JP3665421B2 - 被切削コンクリート壁用の連続繊維補強部材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機により切削できるトンネル掘進用立坑におけるシールド掘進機発進到達部の土留めコンクリート壁に使用するための連続繊維補強部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
図18には、鉄筋44やH形鋼45で補強された土留壁46において、人力作業により切削形成された開口部47をシールド掘進機2が推進している状態が示されている。図19には、CFRPの連続繊維補強部材からなる引張補強材48を予めプレキャストコンクリート51内に配置して、これを切削可能な土留壁49とした従来の例が示されている。
図18の一般例では、シールド掘進機2が鉄筋44もしくはH形鋼44を直接切削できないため、土留壁46の背後に地盤改良50を施した後に、一旦構築した土留壁46のはつり作業を人力で行なってから、その開口部47に掘進機2を据えるという手間のかかる方法をとらざるを得なかった。
図19の例では、プレキャストコンクリート内に連続繊維補強部材48が配置されてなる切削可能な土留壁49であり、条件によって地山側に配置された連続繊維の引張補強材48が、シールド掘進機2のカッタービットで切断されたとき、被り部分の残されたプレキャストコンクリート51が大きな塊に割れて、周囲の脆弱な場所打ちモルタル(又はコンクリート)52と共に、背面地山側に食い込んでしまう等の可能性が残っていた。
図17によって従来例をさらに説明すると、同図には、トンネル掘削工事の基地となる位置に立坑1を築造し、この立坑1の底部にシールド掘進機2を据付けた状態が示されている。
【0003】
同図に示されるように、この立坑1の構築に際しては、環状の掘削溝を掘削した後、この掘削溝の下床や側壁面に鉄筋を配し、その部分にコンクリートを打設して、周囲の土圧に耐え得るコンクリート壁体3を築造している。
【0004】
シールド掘進機3は、この立坑1内に設けられた受け台上で組立てられて、所定の位置に据付けられるように設けられる。前記コンクリート壁体3には、シールド掘進機3が推進する部位4は、このシールド掘進機2により取壊わされ易い構造に構成されており、例えば、この部位4におけるコンクリート壁体3の筋材として、鉄筋とほぼ同等の強度を有し、シールド掘進機2の掘削能力で容易に切削破壊できるカーボン繊維,ガラス繊維またはアラミド繊維のいずれかを樹脂に含浸してなる連続繊維補強部材などが用いられる。
【0005】
前述のようなシールド掘進機のカッタービットで直接切削可能な土留壁体を提供する手段として、すでに特公平6−37830号公報,特開平5−302490号公報等に記載されているものが知られている。さらに、地下埋設物の輻輳化や周辺構造物との干渉の問題から、路下でこの土留壁体を組み立てることが必要な場合が増えてきており、その対策として、路下施工場所に搬入可能な短いコンクリート壁体を順次つなぐ方法、およびそのための構造体を提供するものとして、特開平6−81576号公報,特開平6−108779号公報,特開平6−137065号公報,特開平6−137066号公報等に記載されている構造体および、これらを連結する方法が発明され、その一部はすでに実用化されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記の土留壁体では、そのコンクリートを補強するための筋材が使用されるが前述のとおり、シールド掘進機2の推進部位4における筋材はカッタービットで直接切削が可能なよう軸方向の補強繊維に主として炭素繊維を用いた繊維強化樹脂(CFRP)等の連続繊維補強部材でできた筋材がコンクリート補強筋材として使用されることがある。
【0007】
炭素繊維は鉄筋に匹敵する高弾性率のCFRPを得やすく、かつ切削性にすぐれ、またガラス繊維のようにコンクリートのアルカリに侵される危険もないため、かかる目的に用いる繊維としては最も適したものである。
【0008】
ただし、軸方向以外の繊維配向や、軸方向であっても補助的な機能を与える目的には、ガラス繊維,アラミド繊維を併用することが許容される。このように、たとえガラス繊維,アラミド繊維その他を併用していても、軸方向、すなわち引張方向の補強材の主構成が炭素繊維であるかぎり、CFRPである。
【0009】
CFRPでできた板状,管状,棒状,撚線等の引張補強材をつなぎあわせたり、端部を他の材料に接続して応力伝達を行うためには、これらの引張補強材の定着が必要である。しかも、この定着に用いる全ての材料は、シールド掘進機のカッタービットで切削可能で、且つCFRPの卓越した引張強度に見合う強度を有するもので構成されなければならない。加えて、立坑築造時の路下施工に適用する場合、当然複雑で熟練を要する作業工程を回避しなければ実用性にすぐれた施工方法になり得ない。
【0010】
従来、これらの引張補強材の継手施工には、流動性材料を用いて行うもの、FRP製のボルトで行うもの等がすでに開発され、それらの一部は実用化されているが、現場施工の際、前者においては充填の確認と養生時間内の仮止め工程等の、後者においてはボルトの締めつけトルク管理等の、煩雑で特段の注意を要する作業が伴っていた。さらには定着部の構造的ならびに施工上の制約から引張補強材の強度を十分発揮できないことが起こり易かった。
【0011】
また、従来コンクリート壁の切削可能な補強材としてH形断面の連続繊維補強部材が使用される。従来、このH形断面の連続繊維補強部材を製造するには、未硬化の樹脂を含浸した連続繊維を所定の断面形状のダイスに通して成形した後、樹脂を硬化する方法で製造する、プルトルージョンと呼ばれる方法がとられている。しかし、この方法ではH形断面のウェブとフランジの接合部の強度が著しく弱く実用化が極めて困難であった。
【0012】
一方、ウェブとフランジの接合部において、H形断面に平行な繊維配向を実現するには、プリプレグを手作業で貼り合わせて積層していく方法しかなく、著しく生産性が低いために実用性の極めて乏しいものであった。
【0013】
本発明は、前記の諸問題を解決した被切削コンクリート壁用の連続繊維補強部材を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明を適用した被切削コンクリート壁用の連続繊維補強部材は、断面が中空で、炭素繊維を主とした繊維強化樹脂からなる中空筒状部材を縦方向に2分割した分割部材の背中部同士を、繊維強化樹脂製ボルトと接着剤の切断可能接合手段を用いて接合して形成したことを特徴とする。
【0015】
本発明によると、施工内空の限られた場所でも、限られた長さの連続繊維補強部材を、その引張強度を継手部で損なうことなしに順次つなぎながら、これによって補強されたコンクリート壁体を構築できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図を参照して説明する。図1〜図9は本発明の第1例を示し、図10〜図16は本発明の第2例を示す。この第1例と第2例では、炭素繊維を主とした繊維強化樹脂から構成された中空筒状部材を縦方向に2分割し、この分割部材の背中部(ウェブ)同士を繊維強化ボルトと添接板または接着剤等からなる切断可能接合手段を用いて接合して連続繊維補強部材を構成する。
【0017】
図1〜図9によって、第1例を説明すると、第1例では図4に示すように断面が中空,多角形であり、かつ隅角部に丸みを付した形状の炭素繊維を主とした繊維強化樹脂からなる連続繊維補強部材としての中空筒状部材26をフィラメントワインディング(以下FWと称す)で製作する。図4において、中空筒状部材26における炭素繊維の配向は矢印で示されている。
【0018】
次に、前記中空筒状部材26を図5に示すように縦に2分割して、コ字形の2つの分割部材26aを構成する。つぎに、図6に示すようにコ字形の分割部材26aをウェブ(背中部)27を合わせ、この背中合わせ部を貫通する繊維強化樹脂製ボルト28とナット29で再結合することで、左右対称の断面を有する炭素繊維を主とした連続繊維補強部材30を構成する。なお、前記分割部材26aのウェブ27を結合する手段としては、前記繊維強化樹脂製ボルト28とナット29のほか、接着剤でもよいし、あるいは、これらボルト,ナットと接着剤との併用でもよい。
【0019】
前記の炭素繊維を主とした連続繊維補強部材30が十分に長尺であれば、この補強部材単体を補強筋体として被切削コンクリート壁体8用に使用できるが、前記連続繊維補強部材30が短尺の場合は、これを図1に示すように長手方向に結合して長尺補強筋体31を構成する。また、この結合手段は、長尺補強筋体31の上下端部と上下の鋼製立坑構成部材7,7aとの結合にも用いられる。
【0020】
その結合手段の例が図8,図9に示されている。同図の場合は上位と下位の連続繊維補強部材30の端縁部32同士を突き合わせ、この端縁部32をまたがって伸びる添接板33を各補強部材30のウェブ27とフランジ部34を両側から挟むように当てがい、このウェブ27及びフランジ部34と添接板33の各ボルト孔35に繊維強化樹脂製ボルト28を挿通し、ナット29を締結することで、上位と下位の連続繊維補強部材30が結合されている。
【0021】
第1例の各連続繊維補強部材30は、図1に示すように被切削コンクリート壁体8内に長尺補強筋体31として埋設され、かつ図2,図3に示すようにシールド掘進機2のカッタービット2aで切削されることで、このコンクリート壁体8にシールド掘進機2が通過できる開口が切削形成される。
【0022】
次に図6〜図12に示す第2例を説明する。この第2例では、図13に示すように中空筒状部材36の断面形状が、第1例のそれと異なっており、その他の構成及び製作工程は第1例と同じであるので、それと同一要素には同一符号を付して重複説明を省略し、相違する点のみを説明する。
【0023】
第2例では、中空筒状部材36の先端部が円弧状部37となった略矩形断面形状である構成が、第1例の中空筒状部材26の先端部が平面状の矩形断面形状である構成と相違している。したがって、第2例の中空筒状部材36を縦方向に2分割してできる分割部材36aのウェブ38同士を突き合わせボルト孔35に繊維強化樹脂製ボルト28を挿通しナット29を締結し、再結合して構成される連続繊維補強部材40の断面形状が第1例に係る連続繊維補強部材30と若干相違する。
【0024】
第2例の連続繊維補強部材40も、図10に示すように被切削コンクリート壁体8内に長尺補強筋体41として埋設され、かつ図11,図12に示すようにシールド掘進機2のカッタービット2aで切削される。このとき、ある程度強度をもった被切削コンクリート壁体8のカッタービット2aによる切削完了に近づいたときの連続繊維補強部材40の残存部分の形状が、第2例では、第1例と異なっている。
【0025】
すなわち、図3に示されるように、フラットなフランジ34を有する第1例よりも図12に示されるように円弧状のフランジ39を有する第2例の場合の方が連続繊維補強部材の残存部分が少ないので、シールド掘進機2によりコンクリート壁体8の開口が開削されたとき、前記残存部分がコンクリート壁体を構成するモルタルやコンクリート等の固化体から剥離して、大きな塊のまま脱落する危険性が少ない。しかし、第1例の構成によっても、従来例に比べて格段の効果を達成できることは明らかである。
【0026】
本発明が、第1例、第2例のように連続繊維補強部材30,40を構成する理由は次のとおりである。
【0027】
シールド掘進機の発進・到達用立坑の土留壁では、従来補強筋としてH形鋼が使用される場合が多く、これとの関係で、シールド掘進機が発進・到達する際、そのカッタービットで切削される範囲、つまり、前記のカッタービットで切削される範囲の土留壁の補強筋体も、土留壁として十分な耐力を有し、かつ切削可能な材料のみで構成されるものであればH形鋼と同一の断面構造のものが、添接板で容易に接合できることから好ましい。
【0028】
このことから、被切削コンクリート壁体の補強筋として、従来、H形断面の連続繊維補強部材が使用されることがあるが、前に述べたように、従来のH形断面の連続繊維補強部材では製法上の問題からH形断面を形成するウェブとフランジ部との接合部の強度が著るしく弱くて実用化が困難であり、または、プリプレグの手作業によるウェブとフランジ部との接合部の貼り合わせによる著るしく生産性が低くて実用化が困難であった。
【0029】
本発明では、中空筒状部材26,36と製作する際に、繊維強化樹脂における炭素繊維の配向を所期通りに行なうことができる。したがって、この中空筒状部材26,36を縦方向に2分割して形成される分割部材26a,36aを、そのウェブ27,38同士を接合して構成される連続繊維補強部材30,40の断面形状は従来と同じH形断面であり、しかも、ウェブ27,38とフランジ34,39とは一体であり、かつ両方に伸長した炭素繊維の配向がなされているから、従来のような接合部の強度低下が生じないのである。
【0030】
第2例の連続繊維補強部材40では、前記の利点に加え前述のように円弧状のフランジ39を有することで、コンクリート壁体8の最終切削段階で、前記補強部材40の小片化に好都合な構成を有している。
【0031】
また、CFRP製の長尺補強筋体31,41のウェブ27,38やフランジ34,39部分には、開口部や突起または表面に凹凸を設けることでコンクリートとの合成梁(補強筋)を構成できることは自明である。
【0032】
図4および図13に示す中空筒体を製作する場合には、図4に矢印で炭素繊維を主とする連続繊維の配置方向を示すように、筒体の長手方向(図4の矢印X方向)と、筒体の周方向(矢印Y方向)と、筒体の長手方向に対して傾斜して交差する方向(矢印Z方向)に、炭素繊維を主とする連続繊維を適宜組合せて配置すればよい。また中空筒体の周方向に、炭素繊維等の連続繊維を多数回捲回または螺旋状に捲回して樹脂により埋込むかまたは樹脂を含浸させてもよい。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、施工内空の限られた場所でも、限られた長さの連続繊維補強部材を、その引張強度を継手部で損なうことなしに順次つなぎながら、これによって補強されたコンクリート壁体を構築できる。このようにして構築したコンクリート壁体は、連続繊維補強部材およびその継手はすべてCFRPを中心とした切削可能な材料で構成されているため、シールド掘進機のカッタービットで容易に切削可能である。さらに、こうして構築したコンクリート壁体の両端で、シールド掘進機の発進到達範囲から外れたところは、鋼構造物または鉄筋コンクリート構造になるが、本発明によるコンクリート壁体と鋼構造物または鉄筋コンクリート構造との接合も、鋼構造物に設けられた支承部材や係合部材または、添接板やボルト,ナット等により、容易かつ強固に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 立坑におけるシールド掘進機推進部のコンクリート壁に本発明の第1例を実施した例を示す正面説明図である。
【図2】 第1例に係る中空筒状部材の分割部材からなる繊維補強筋体のシールド掘進機による切断前の状態を示す横断面図である。
【図3】 同じく図2の繊維補強筋体のシールド掘進機による切断終了時の状態を示す横断面図である。
【図4】 第1例に係る中空筒状部材の斜視図である。
【図5】 図4の中空筒状部材の2分割状態の斜視図である。
【図6】 図5の分割部材をウェブを介して再接合してなる繊維補強筋体の斜視図である。
【図7】 図6の断面図である。
【図8】 図6の繊維補強筋体の長手方向の連結部を示す正面図である。
【図9】 図8の連結部の断面図である。
【図10】 立坑におけるシールド掘進機推進部のコンクリート壁に本発明の第2例を実施した例を示す正面説明図である。
【図11】 本発明の第2例に係る繊維補強筋体のシールド掘進機による切断前の状態を示す横断面図である。
【図12】 同じく繊維補強筋体のシールド掘進機による切断終了時の状態を示す横断面図である。
【図13】 第2例に係る中空筒状部材の斜視図である。
【図14】 図13の中空筒状部材の2分割状態の斜視図である。
【図15】 図14の分割部材を背中合わせに再接合してなる繊維補強筋体の斜視図である。
【図16】 図15の断面図である。
【図17】 第1従来例として立坑におけるシールド掘進機と、その推進部におけるコンクリート壁を示す側面説明図である。
【図18】 第2従来例として、シールド掘進機が人力によりはつり作業で開削された開口を推進している状態を示す断面説明図である。
【図19】 第3従来例として、立坑におけるシールド掘進機が繊維補強土留壁を切削して推進している状態を示す側面説明図である。
【符号の説明】
1 立坑
2 シールド掘進機
3 コンクリート壁体
4 推進部位
7,7a 鋼製立坑構成部材
8 切削用コンクリート壁体
12 範囲
26 中空筒状部材
26a 分割部材
27 ウェブ
28 繊維強化樹脂製ボルト
29 ナット
30 連続繊維補強部材
31 長尺補強筋体
32 端縁部
33 添接板
34 フランジ部
35 ボルト孔
36 中空筒状部材
36a 分割部材
37 円弧状部
38 ウェブ
39 フランジ
40 連続繊維補強部材
41 長尺補強筋体
42 モルタルまたはコンクリート
44 鉄筋
45 H形鋼
46 土留壁
47 開口部
48 引張補強材
49 土留壁
50 地盤改良
51 プレキャストコンクリート
52 場所打ちモルタル
Claims (2)
- 断面が中空で、炭素繊維を主とした繊維強化樹脂からなる中空筒状部材を縦方向に2分割した分割部材の背中部同士を、繊維強化樹脂製ボルトと接着剤の切断可能接合手段を用いて接合して形成したことを特徴とする被切削コンクリート壁用の連続繊維補強部材。
- 請求項1に記載の連続繊維補強部材は、繊維強化樹脂製添接板を用いて長手方向に連結して、長尺連続繊維補強筋体が形成されるものであることを特徴とする被切削コンクリート壁用の連続繊維補強部材。
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