JP3665421B2

JP3665421B2 - 被切削コンクリート壁用の連続繊維補強部材

Info

Publication number: JP3665421B2
Application number: JP14850796A
Authority: JP
Inventors: 亮一那珂; 俊彦吉住; 道弥林田; 宏則毎熊
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1996-05-21
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2016-05-21
Also published as: JPH09310577A

Description

【０００１】
【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
４５Ｈ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

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。