JP5147985B2 - 地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造 - Google Patents

Description

本発明は、地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造に関し、主としてトンネルの覆工材として地中に設置されるセグメントと当該セグメントに接して構築される土留め止水壁との当接部に適用される。

トンネルを並行に掘進した後、その対向する内側を拡幅して地下構造物を構築する際に、トンネル間に凍結工法によって土留め止水壁を構築し、その内側を掘削して任意断面形状の地下空間を構築する地下構造物の構築方法が知られている。

例えば、図１１（ａ）に図示するようにシールド工法によってシールド孔２０，２０を並行に掘進し、当該シールド孔２０，２０間に凍土からなる土留め止水壁２１をアーチ状に構築した後、その内側を掘削してシールド孔２０と連続する拡幅部２２を構築する地下構造物の構築工法が知られている（特許文献１参照）。

この種の工法においては、施工中、上記した土留め止水壁２１の外側から大きな土圧と水圧が作用し、この土圧と水圧はシールド孔２０の覆工材(セグメント)と土留め止水壁２１との当接部イに大きな軸力とせん断力となって作用する。

当接部イの設計は、当接部イに作用する主としてせん断力に対して土留め止水壁２１のセグメントに対する凍着（せん断）力が抵抗するものとして行われているが、この凍着（せん断）力はせん断抵抗力として充分とはいえず、また理論的に不明確なものであった。

しかも、セグメントにはグリースや裏込め材などが付着している場合が多く、また空隙内の水が凍結した氷そのものが存在する等の影響により凍着力はさらに小さくなるおそれがあった。

このため、当出願人は、例えば図１１（ｂ）に図示するように、セグメント２３と土留め止水壁２１との当接部イに鋼棒などからなるせん断力伝達部材２４を突設する方法を開発したが、当該せん断力伝達部材２４は、セグメント２３の内側からセグメント２３を貫通し、土留め止水壁２１の端部２１ａに圧入することにより突設していた。

特開平４−２８１９９０号公報 特開２００４−１５６３７９号公報

しかし、当接部イには常時大きな土圧と水圧が作用しているため、せん断力伝達部材２４を土留め止水壁２１側にスムーズに圧入できないという課題があった。また、大きな土圧と水圧を押しのけてせん断力抵抗部材２４を圧入するために特別な圧入装置を必要とした。

さらに、圧入装置の不具合や作業ミスにより押し戻されることがあり、押し戻された場合、高圧の地下水が土砂を伴なってトンネル内に流入し、大惨事を招くおそれがあり、施工の安全性に問題があった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、地中構造部材と土留め止水壁との当接部にせん断力伝達部材を地中構造部材側から土留め止水壁側にスムーズにかつ安全に圧入して突設できるようにした地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造は、主桁、継手板および縦リブを備えたセグメントを覆工材とするシールド孔と当該シールド孔のセグメントに接して構築された土留止め水壁との当接部にせん断力伝達部材を前記シールド孔の内側から前記セグメントを貫通し前記土留め止水壁内に突設することにより構成される地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造において、前記せん断力伝達部材はねじ付きボルトから形成され、かつ前記セグメントの主桁、継手板または縦リブに固定された取付金物のねじ孔に螺合して取り付けられていることを特徴とするものである。

本願発明は、セグメントを覆工材とするシールド孔と当該シールド孔のセグメントに接して構築される土留止め水壁との当接部に、せん断力伝達部材を前記シールド孔の内側から前記セグメントを貫通し前記土留め止水壁内に突設する際、せん断力伝達部材をねじ付きボルトから形成し、かつ前記セグメントの主桁、継手板または縦リブに溶接された取付金物のねじ孔に螺合して取り付けることにより、せん断力伝達部材をセグメントの内側から土留め止水壁内に土圧や水圧に押し戻されることなくスムーズにかつ安全に突設できるようにしたものである。また、レンチ等を用いてせん断力伝達部材を回しながら圧入することで作業性を容易にしたものである。

せん断力伝達部材には、例えばねじ付きボルト、具体的には六角頭付きボルトや六角穴付きボルト等を利用することができ、その径、長さ、数量、ピッチ等は設計条件に応じて任意に設定することができる。また、ねじ付きボルトとして六角頭付きボルトや六角穴付きボルト等、在来のものを用いることができるのできわめて経済的であり、またレンチ等を用いて簡単に圧入することができる。

さらに、せん断力伝達部材の先端部を円錐形状または角錐形状に形成することによりせん断力伝達部材を固い土留め止水壁内にもスムーズに圧入して突設することができる。また、セグメントには鋼製セグメント、ＲＣセグメント、あるいはＰＣセグメント等を用いることができる。

請求項２記載の地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造は、請求項１記載の地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造において、取付金物は、内周にねじ孔を有するねじ付きスリーブまたは長ナットから形成されていることを特徴とするものである。

請求項３記載の地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造は、請求項１または２記載の地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造において、セグメントの内側にせん断力伝達部材を固定するための固定金物が取り付けられていることを特徴とするものである。

本発明は、せん断力伝達部材を土留め止水壁の端部に圧入する際、固定金物を土圧や水圧に対する反力受けとして利用することにより、せん断力伝達部材を土留め止水壁の端部に土圧や水圧によって押し戻されることなくスムーズにかつ安全に圧入することができ、また圧入後のせん断力伝達部材を固定金物によって押し戻されないように強固に固定できるようにしたものである。

なお、この場合の固定金物の形状や構造などは特に限定されるものではなく、せん断力伝達部材が土圧や水圧によって押し戻されない強度、構造を有するものであればよい。

請求項４記載の地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造は、請求項１〜３のいずれかひとつに記載の地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造において、取付金物は先端側にねじ孔、後端側にねじ孔と連通する貫通孔を有し、前記貫通孔の平坦部分に一個または複数の止水材がリング状に取り付けられていることを特徴とするものである。この場合の止水材は、せん断力伝達部材とねじ付きスリーブ間の止水を確実なものとすることが可能であれば種類は限定されないが、水膨張性の止水材が好ましい。

請求項５記載の地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造は、請求項４記載の地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造において、止水材は、せん断力伝達部材の軸方向に複数取り付けられていることを特徴とするものである。

本発明は、地中構造部材と土留め止水壁との当接部に、せん断力伝達部材を当該せん断力伝達部材に形成された雄ねじ部を前記地中構造部材に取り付けられた取付金物のねじ孔に螺合して前記地中構造部材の内側から前記土留め止水壁内に突設されているので、せん断力伝達部材をセグメントの内側から土留め止水壁内に土圧や水圧に押し戻されることなくスムーズにかつ安全に突設することができる等の効果を有する。

また、せん断力伝達部材をレンチ等を用いて回しながら圧入することができるので作業性もよく、さらに、せん断力伝達部材には、例えばねじ付きボルト等の在来の部品を利用することができるので経済的である等の効果も有する。

シールド孔と土留め止水壁とからなる地下構造物を示し、(ａ)は全体を示す断面図、(ｂ)はセグメントの平面図である。 図１における土留め止水壁とセグメントとの当接部イの拡大断面図である。 ジベルの取付け部の構造を示す断面図である。 ジベルの取付け部の構造を示す断面図である。 ジベルの取付け部の構造を示す断面図である。 ジベルの取付け部の構造を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）はジベルの取付け部の構造を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）はジベルの取付け部の構造を示す断面図である。 ジベルの取付け部の構造を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は止水材の取付け部の構造を示す図９における拡大断面図である。 （ａ）は、シールド孔と土留め止水壁とからなる地下構造物の全体を示す断面図、（ｂ）は従来の土留め止水壁とセグメントとの当接部の構造を示す（ａ）におけるイ部拡大断面図である。

図１〜図３は、本発明に係る地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造の一実施形態として、鋼製セグメントと土留め止水壁との当接部の構造を示したものである。

図において、２本のシールド孔１，１が並行に掘進され、当該シールド孔１，１間の上側及び下側に土留め止水壁２がアーチ状に構築されている。シールド孔１，１の地山は鋼製セグメント３によって覆工されている。

また、土留め止水壁２はシールド孔１，１間の地盤中に凍結管４をアーチ状に敷設し、当該凍結管４内に冷媒を循環させて管周囲の地盤を凍結させることにより所定の厚さに構築されている。当該土留め止水壁２の両端部２ａ，２ａは鋼製セグメント３の外周面に当接している。

土留め止水壁２の端部２ａと鋼製セグメント３との当接部イに、複数のせん断力伝達部材（以下「ジベル」という）５が鋼製セグメント３側から土留め止水壁２側に突設されている。

鋼製セグメント３は主桁３ａ、継手板３ｂ、縦リブ３ｃおよびスキンプレート３ｄからなるセグメント本体の内側にモルタルまたはコンクリートからなる中詰コンクリート３ｅ(以下「コンクリート層３ｅ」という)を所定の厚さに充填することにより構成されている。

コンクリート層３ｅ内にジベル５を取り付けるためのジベル取付金物６(以下「取付金物６」という)が複数埋設されている。

取付金物６には内周にねじ孔を有するねじ付きスリーブが用いられ、当該取付金物６は、主桁３ａ、継手板３ｂおよび縦リブ３ｃにそれぞれ添わせ、当該主桁３ａ、継手板３ｂおよび縦リブ３ｃの長手方向に所定間隔をおいて埋設されている。また、各取付金物６は主桁３ａ、継手板３ｂまたは縦リブ３ｃとスキンプレート３ｄに溶接することによりセグメント本体に固定されている。

ジベル５にはねじ付きボルトが用いられ、当該ジベル５は取付金物６のねじ孔にセグメント３の内側から外側に螺合することにより取り付けられている。当該ジベル５の雄ねじ部５ａは取付金物６のねじ孔およびセグメント本体のスキンプレート３ｄを貫通し、先端部５ｂが土留め止水壁２の端部２ａ内に所定長さ突出している。

ジベル５の雄ねじ部５ａに止水ナット７が螺合されている。また、取付金物６の外側のコンクリート層３ｅ内に補強座金８が同心円状に埋設され、さらに取付金物６の端部および補強座金８の上にゴムなどからなる止水材９ａが取り付けられている。

そして、これらの上から止水材９を強く圧縮するように止水ナット７が締め付けられている。また、ジベル５の雄ねじ部５ａと止水ナット７の雌ねじ部との間に止水材９ｂが充填され、さらにジベル５のボルト頭部５ｃと止水ナット７との間に止水材９ｃが介在されている。

このような構成において、土留め止水壁２の両端部２ａ，２ａと鋼製セグメント３（スキンプレート３ｄ）との当接部イにおけるせん断力に対し、ジベル５に対する凍土の支圧抵抗力によって抵抗する。

また、当該当接部イにおける剥離力に対しては、ジベル５の土留め止水壁（凍土）２に対する引き抜け抵抗力（定着力）よって抵抗する。

この場合、ジベル５の長さ、径、ピッチ、本数などを適宜設定することにより、必要な凍着（せん断）力と凍着剥離抵抗力を得ることができる。

図４は、本発明の他の実施形態を示し、図３においてセグメント本体の内側にジベル５を固定するためのジベル固定金具１０(以下「固定金物１０」という)が取り付けられている。

固定金物１０は、セグメント本体のスキンプレート３ｄ側に開口するコの字型またはハット型の形状に形成され、ウェブ部１０ａにジベル５の雄ねじ部５ａが貫通する貫通孔１０ｂが形成され、当該管通孔１０ｂは取付金物６のねじ孔と対応している。

このように形成された固定金物１０は、取付金物６と共にセグメント本体の主桁３ａ、継手板３ｂまたは縦リブ３ｃに添わせ、当該主桁３ａ、継手板３ｂおよび縦リブ３ｃの長手方向に所定間隔をおいて複数設置されている。そして、それぞれ主桁３ａ、継手板３ｂまたは縦リブ３ｃとスキンプレート３ｄに溶接することにより取り付けられている。

ジベル５は固定金物１０のウェブ部１０ａの貫通孔１０ｂを貫通し、取付金物６のねじ孔に螺合され、かつセグメント本体のスキンプレート３ｄを貫通している。そして、ジベル５の先端部５ｂはスキンプレート３ｄの外側に突出し、土留め止水壁２の端部２ａ内に所定長さ突出している。

ジベル５の雄ねじ部５ａに緩み防止ナット１１が螺合されている。緩み防止ナット１１は固定金物１０のウェブ１０ａの内側を強く押し付けるように締め付けられている。

このように構成されていることで、ジベル５を土留め止水壁２の端部２ａ内に圧入する際は、固定金物６を当接部イに作用する土圧や水圧に対する反力受けとしてジベル５を土留め止水壁３側に容易に圧入することができる。また、圧入後はジベル５を土圧や水圧によって押し戻されないように強固に固定することができる。

図５〜図９も本発明の他の実施の形態を示し、図５は、特に構造を簡単化したものであり、図３の例において止水ナット７がなく、止水材９ａはジベル５のボルト頭部５ｃによって強く圧縮されることで、ジベル５の雄ねじ部５ａと取付金物６間の止水性が図られている。その他の構成は図３で説明した実施形態とほぼ同じである。

図６は、特にジベル５と取付金物６間の止水性を高めたものであり、図５の例で説明した実施形態において、取付金物６の端部(セグメント３の内側)に取付金物６の外径より大きい内径の収納凹部１２が形成され、当該収納凹部１２内にゴム等からなる止水材９ａが取り付けられ、かつ土留め止水壁２側に圧入された後のジベル５のボルト頭部５ｃが収納されている。この場合は、ジベル５のボルト頭部５ｃは六角穴付きとするのが望ましい。

図７（ａ），（ｂ）は、特にジベル５と取付金物６間の止水性を高めたものであり、図５の例で説明した実施形態において、取付金物６の先端側(セグメント３の外側)に取付金物６の外径より大きい内径の充填凹部１３が形成され、当該充填凹部１３内に止水剤９ｄが充填されている。こうしてジベル５と取付金物６間の止水性が高められている。

なお、図７(ａ)はセグメント３を組み立てた後、充填凹部１３内に粘性の止水材９ｄを充填するタイプであり、止水材９ｄは取付金物６近くのコンクリート層３ｅ内に埋設されたチューブ１４を介してセグメント３の内側から注入するようになっており、止水材９ｄの充填はジベル５を土留め止水壁３側に圧入する前、圧入した後のいずれでもよい。

図７（ｂ）は、セグメント３を組み立てる前に凹部１３内に止水材９ｄをあらかじめ充填し、セグメント３を組み立て後にジベル５を土留め止水壁３側に充填材９ｄを突き破るように圧入するタイプであり、いずれのタイプも充填凹部１３内で雄ねじ部５ａの周囲が止水材９ｄによってシールされることで、ジベル５と取付金物６間の止水性が高められる。

図８（ａ），（ｂ）は、特に簡単な方法でジベル５と取付金物６間の止水性を高められるようにしたものであり、図８（ａ）は図５で説明した実施形態において、ジベル５の雄ねじ部５ａと取付金物６のねじ孔間に止水剤９ｅが充填されている。

また、図８（ｂ）は図５で説明した実施形態において、取付金物６の先端側部において、ジベル５の雄ねじ部５ａの周囲に止水剤９ｅが充填されていることにより、ジベル５と取付金物６間の止水性が高められている。

なお、止水材９ｅは取付金物６近くのコンクリート層３ｅ内に埋設されたチューブ１４を介してセグメント３の内側から注入するようになっており、止水材９ｅの充填は、ジベル５を土留め止水壁３側に圧入した後に行なう。

図９（ａ），（ｂ）は、止水構造をさらに簡単化したものであり、取付金物６として先端側の一定範囲にのみねじ孔が形成され、これより後端側部は貫通孔になっているスリーブが用いられ、貫通孔の平滑部分に止水材１５がリング状に取り付けられている。また、ジベル５には先端側の一定範囲にのみ雄ねじ部５ａが形成された半ねじボルトが用いられている。

そして、ジベル５と取付金物６間の止水性は止水部材１５によって図られている。なお、図１０（ａ），（ｂ）に図示するように、止水材１５はジベル５の軸方向に一個または所定間隔をおいて複数取り付けられていてもよい。また、止水材１５はジベル５側の軸部に取り付けられてもよい。

次に、図４の実施形態に基づいて施工手順を簡単に説明すると、最初に、シールド孔１，１を並行に掘進する。次に、一方のシールド孔１側から他方のシールド孔１側に凍結管４をアーチ状に挿通する。

そして、凍結管４に冷媒を循環させて凍結管４周囲の地盤を一定範囲に渡って凍結させる。こうして、シールド孔１，１間にアーチ状に連続する土留め止水壁２を構築することができる。

この場合、土留め止水壁２の両端部２ａ，２ａはシールド孔１，１の覆工材として設置された鋼製セグメント３のスキンプレート３ｄの表面に当接させる。

また、鋼製セグメント３の内側から土留め止水壁２側にジベル５を取付金物６にねじ込んで圧入する。そして、ジベル５の先端部５ｂを鋼製セグメント３のスキンプレート３ｄの外側に貫通させて土留め止水壁２の端部２ａ内に圧入する。そして、ジベル５を土圧や水圧によって押し戻されないにように鋼製セグメント３に溶接等よって固定する。

さらに、ジベル５は、シールド孔１，１を掘進する段階でセグメント３にあらかじめ取り付けておき(但し、ジベル５の先端がスキンプレート３ｄの表面から未突出の状態に取り付けておく)、シールド孔１，１の掘進後に凍土(土留め止水壁２)を構築する。要するに、地盤を凍結する前にジベル５を地盤中に押し出す。

本発明は、地中構造部材と土留め止水壁との当接部にせん断力伝達部材を地中構造部材側から土留め止水壁側にスムーズにかつ安全に圧入して突設することができる。

１ シールド孔
２ 土留め止水壁
３ セグメント(地中構造部材)
４ 凍結管
５ ジベル(せん断力伝達部材)
６ 取付金物（ジベル取付金物）
７ 止水ナット
８ 補強座金
９ａ 止水材
９ｂ 止水材
９ｃ 止水材
９ｄ 止水材
１０ 固定金物(ジベル固定金物)
１１ 緩み防止ナット
１２ 収納凹部
１３ 充填凹部
１４ チューブ
１５ 止水部材
２０ シールド孔
２１ 土留め止水壁
２２ 拡幅部
２３ セグメント

Claims (5)

1. 主桁、継手板および縦リブを備えたセグメントを覆工材とするシールド孔と当該シールド孔のセグメントに接して構築される土留め止水壁との当接部にせん断力伝達部材を前記シールド孔の内側から前記セグメントを貫通し、前記土留め止水壁内に突設することにより構成される地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造において、前記せん断力伝達部材はねじ付きボルトから形成され、かつ前記セグメントの主桁、継手板または縦リブに固定された取付金物のねじ孔に螺合して取り付けられていることを特徴とする地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造。
2. 請求項１記載の地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造において、取付金物はねじ付きスリーブまたは長ナットから形成されていることを特徴とする地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造。
3. 請求項１または２記載の地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造において、セグメントの内側にせん断力伝達部材を固定するための固定金物が取り付けられていることを特徴とする地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造。
4. 請求項１〜３のいずれかひとつに記載の地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造において、取付金物は先端側にねじ孔、後端側にねじ孔と連通する貫通孔を有し、前記貫通孔の平坦部分に一個または複数の止水材がリング状に取り付けられていることを特徴とする地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造。
5. 請求項４記載の地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造において、止水材は、せん断力伝達部材の軸方向に複数取り付けられていることを特徴とする地中構造部材と土留め止水壁との当接部構造。

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