JPH0359300A - 合成セグメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシールド工法などに使用されるトンネル覆工用
合成セグメントに関するものである。

〔従来の技術〕

軟弱地盤や都市部において、地盤沈下が懸念される場所
などにトンネルを構築する場合、シールド工法が採用さ
れることが多い。

シールド工法は地中でシールドマシンを推進させ、土砂
の崩壊を防止しながら、その内部で掘削作業、覆工作業
を行い、トンネルａ（第９図参照）を構築して行く工法
であるが、その際に、トンネル８周辺の地山の土圧、水
圧などの外力に耐え、シールドマシンの反力を受は持ち
、所定のトンネル内空を確保する目的で覆工材すが用い
られる。

この覆工材すは使用材料から分類して、銅製セグメント
、鉄筋コンクリート製セグメントなどに分けられる（第
９図中、Ｃはトンネル内空側、ｄはトンネル地山側を示
す）。

第１０図は鋼製セグメント２１の代表例を示したもので
、鋼製のスキンプレート２２、主桁２３、継手板２４、
縦リブ２５などにより構成され、これらを主として溶接
により組み立てる。鋼製セグメント２１は材質が均一で
強度も保証されることから、品質が安定しており、比較
的軽量で施工性もよい。しかし、ジヤツキ推力などが大
きくなると、スキンプレート２２の座屈が生じやすく、
また適切な防蝕上を必要とする場合もある。

第１１図は鉄筋コンクリート製セグメント３１の代表例
を示したもので、型枠中に、設計上求まった数量の鉄筋
３２を配置し、これに所定の強度を発揮するコンクリー
ト３３を打設してなる。鉄筋コンクリート製セグメント
３１は耐久性および耐圧縮性に優れているため、ジヤツ
キ推力などに対して座屈の心配はないが、比較的重量が
大きくなり、引張強度が小さく、またコンクリート３３
の一部が破損しやすいため、運搬および施工時の取り扱
いには十分注意する必要がある。

この他、鋼材とコンクリートを組み合わせた台底セグメ
ントがあり、例えば特開昭６１−２８６４９７号公報に
は鋼材により成形した６面体の密閉型鋼殻内に非収縮性
の無筋コンクリートを加圧注入した合成セグメントが開
示されている。

（発明が解決しようどする課題〕 近年、大都市圏を中心に通勤ラッシュや慢性化した道路
渋滞を解消するため、早急に交通体系の抜本的整備が要
請されているが、地価高騰などの諸情勢から、この整備
には地下空間を有効利用せざるを得ない状況にある。

地下空間利用の手段であるトンネルを既存の地下施設、
ビルの抗などの下に建設しようとする場合、建設位置は
深くならざるを得す、その断面も大断面化する傾向にあ
る。

このような大深度、大断面の条件下にシールド工法でト
ンネルを建設しようとすると、覆工材であるセグメント
には大きな断面力が作用する。例えば、第８図はある一
定の土質条件下にトンネルを構築した場合の土圧、水圧
などによりセグメントに働く断面力の変化を示したもの
であり、大深度、大断面時には曲げモーメント、軸力と
もかなり大きくなって行くのが分かる。また、特に大断
面時にはセグメントに作用するジヤツキ推力の影響も大
きく、一般にジヤツキ１本当たりの推力は中小口径で６
０〜１５０ｔｆであるのに対し、大口径では２００〜４
００　ｔｆになるものと予想される。

このように大きな断面力が働く覆工に既存のセグメント
を用いる場合、次のような問題点が生じる。

鋼製セグメントでは大きな断面力をすべて鋼材で受は持
つことから、かなりの鋼材量を要し、コスト高になりが
ちである。また、トンネル断面の変形を卯えるためには
、要求される剛性を確保する必要があり、鋼材量が増え
る原因となる。

鉄筋コンクリート製セグメントでは断面力が大きくなる
と、これに抵抗するため、セグメントの厚さを大きくす
る必要がある。このため、所定のトンネル内空を確保す
るためには、掘削土量が増大し、工事費がアップする。

また、セグメント重量が急増するため、施工性、運搬性
が悪くなり、クラック発生時には大深度時の高水圧によ
り漏水の懸念がある。

また、特開昭６１−２８６４９７号公報記載の台底セグ
メントは鋼材で６面体の密閉型鋼殻を製作するため、鋼
材量が多くなり、まこ鋼殻の製作コストも高く付く。さ
らに、非収縮性の無筋コンクリートを加圧注入する形式
であるため、コンクリート部分の均一性や性能に対する
信頼性の問題もある。

本発明は従来のセグメントにおける上述のような問題点
を解決し、高強度、高剛性でかつ経済性に優れた台底セ
グメントを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

以下、本発明の概要を実施例に対応する図面の符号を用
いて説明する。

本発明の台底セグメント１はトンネルの内空側および地
山側に鋼板２，３を有し、それら鋼板２゜３のトンネル
周方向両端部を双方の鋼板２．３が向かい合う方向に折
れた構造に加工しくもちろんこの折曲部は１枚の鋼板を
折曲加工した場合に限らず、例えば別個の鋼板を溶接し
て加工したりすることもできる）、それらに挟まれる形
でコンクリート４を打設し、鋼板２．３とコンクリート
４が外力に対して、合成挙動するよう鋼板２，３のコン
クリート４側にジベル９を設けて、鋼板２゜３とコンク
リート４とを一体化している。鋼板２゜３の折曲部はコ
ンクリート４のずれ止めの機能を有する他、トンネル周
方向の継手面（全部または一部）を構成する。

鋼板２．３とコンクリート４との付着性能を高めるため
には、鋼板２，３のコンクリート４側にジベル９と別に
突起１１を形成することが考えられ、また、コンクリー
ト４と反対側の面にも突起１２を形成することにより、
トンネル内空例の２次覆工やトンネル地山側の裏込め注
入材との一体性を高めることもできる。

〔作　用〕

上述のように構成された本発明の合成セグメントｌは、
ｍ手反２，３がコンクリート４の最外縁に位置するサン
ドイッチ形状なので、鋼板部が引張力（曲げ力）に対し
て、コンクリート部が圧縮力に対して、それぞれ有効に
働き、両者の材料特性を効果的に発揮させることができ
る。加えて、コンクリート４が鋼板２，３により拘束さ
れていることから、優れた強度と靭性を保有する。また
、ジベル９を用いたことにより、コンクリート４に対す
るせん断補強効果を有し、並びに鋼板２．３の剥離も防
止し、鋼板２．３の端部がコンクリート４側に折れた構
造を有しているので、鋼板２゜３とコンクリート４がず
れることもない。

さらに、鋼板２，３に突起１１を付加した場合には、鋼
板２，３自体の剛性、並びにコンクリート４との付着性
能が向上し、−層の鋼板剥離防止効果、ずれ止め効果が
得られる。なお、突起１１の形状を菱目または格子目に
すれば、付着性能に対する方向性の影響が小さ（なり、
土圧、水圧などによるトンネル半径方向荷重とジヤツキ
推力などによるトンネル軸方向荷重の双方から生じる鋼
板２．３のコンクリート４からの剥離、ずれを効果的に
防ぐことができる。また、突起１１によってコンクリー
ト４のひび割れ分散性能（コンクリート部材中にひび割
れが多数均一に分散して発生することにより、１つ当た
りのひび割れ幅が小さくなること）が向上することから
、一部のひび割れの伸展、戊辰により構造物の挙動が支
配されるようなことがなくなり、耐力の向上につながる
。

さらに、突起を鋼板２．３の両面に設けることにより、
鋼板２，３自体の剛性がさらに向上し、また２次覆工、
並びに裏込め注人工を施した場合には、それらとの一体
化が得られ、トンネル構造全体の強度も向上する。

なお、本提案の合成セグメント１は外縁に鋼板２．３を
有しているため、核部の型枠が不要となり、またセグメ
ント側面が鋼板で構成されていないので、シール溝１０
を容易に設けることができるなどの製作上の利点も備え
ている。

〔実施例〕

次に図示した実施例について説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示したもので
、合成セグメント１はトンネル内空側スキンプレート２
ａと継手板２ｂからなる内側鋼板２およびトンネル地山
側スキンプレート３ａとエンドプレート３ｂからなる外
側鋼板３を有し、これら鋼板２，３の所定位置にボルト
箱５，６、グラウト注入孔７などを形成するとともに、
鋼板２３に挟まれる形でコンクリート４部分を形成した
ものである。

鋼板２，３の両端の継手＋ｆｆ１２ｂとエンドプレート
３ｂは互いに向き合った形でセグメント周方向継手面の
一部を形成しており、継手板２ｂにはボルト箱５に通し
るボルト孔８が設けられている。

さらに、これらの鋼板２，３のコンクリート４側表面に
は、コンクリート４との境界面で力を伝達させ、両者が
一体となって外力に抵抗するように、多数の頭付きジベ
ル９を設けである。また、本実施例においてはコンクリ
ート４を打設する際に、合成セグメント１の側面にシー
ル溝１０を設けている。

この合成セグメント１をシールドマシンのエレクタ−（
図示せず）などを利用して組み合わせ、ボルトで締着す
ることにより、トンネルが完成するが、その際、シール
溝１０にシール材を充填し、またグラウト注入孔７より
グラウティングを行うことにより、地山の沈下、並びに
漏水を防止することができる。

第３図は本発明の他の実施例を示したもので、鋼板２．
３として、コンクリート４側に突起■１を有する突起付
き鋼板を用いた場合である。突起付き鋼板を使用するこ
とにより、さらに優れた鋼板のエリ離防止効果が得られ
、鋼板とコンクリートとの合成化がより完全なものとな
る。

第４図は本発明のさらに他の実施例を示したもので、上
述の突起付き鋼板の反対側にも突起１２を設けており、
２次覆工材料、並びに裏込材料との一体化が得られるこ
とから、トンネル構造全体の強度が向上する。

なお、実施例で示した突起１１．１２の形状であるが、
付着強度の方向性を少なくするとの観点から、第５図の
菱目形状、第６図の格子目形状などが望ましいが、コン
クリートとの付着性を高めるものであれば、第７図の縦
縞形状など、その形状は限定しない。また、突起の断面
形状や、前記実施例では頭付きスタンドを用いているジ
ベル９本体の形状も本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で
種々の改変を施し得る。

［発明の効果］ ■　鋼板がセグメントリングの外面側と内面側に対称配
置されているサンドインチ構造なので、！ｉｉＩ板部が
引張力（曲げ力）、コンクリート部が圧縮力に効率良く
対応する。

■　鋼板のコンクリートに対する拘束効果およびジベル
によるせん断補強効果により、コンクリート部の強度、
並びに靭性が向上する。さらに、突起付き鋼板を用いれ
ば、鋼板自体が補剛されることにより、セグメントとし
ての剛性がアップする。

■　鋼板の両端部がコンクリート側に折れた構造をなし
ているので、両部材間でずれを生じることがなく、また
鋼板がジベルによってコンクリートにアンカーされてい
るので、鋼板の座屈、剥離が防止できる。さらに、突起
付き鋼板を用いれば、付着性能が向上し、より一層の座
屈、剥離防止効果が得られる。

■　突起を鋼板の両面に設けた場合には、鋼板自体の剛
性がさらに向上するとともに、２次覆工材料、裏込め注
入材との一体化も図れ、トンネル全体の強度がアップす
る。

■　以上により、トンネルとしての耐荷力が大幅に向上
することから、セグメントの厚さを薄くでき、軽量化が
図れ、それによって施工性および運搬性が向上する。

■　また、セグメントを薄くできることから、所定のト
ンネル内空断面を確保するための掘削上量を削減でき、
工事費が低減する。

■　一方、セグメント本体の製作費に着目すると、鋼板
部分がコンクリート打設時の型枠を兼ね、またシール溝
も容易に付設できることから、製作コストの低減が図れ
る他、鋼板の両端が折れた構造になっているので、強度
が要求されるセグメント間継手部を比較的容易に形成で
きる。

■　さらに、セグメント角部が鋼で構成されているので
、鉄筋コンクリートセグメントの欠点であるコンクリ−
１・の角欠けを防止でき、またコンクリートのひび割れ
が発生しても、コンクリートが鋼板に覆われているので
、漏水が防止できる。

以上の各性能を総合すると、本発明のセグメントは従来
のセグメントと比べ、剛性、強度の面で極めて優れてお
り、しかも低コストで製作でき、またセグメント薄肉化
による工事費削減など、建設に係わるトータルコストを
大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は鋼板
部分の断面図、第３図は他の実施例における鋼板部分の
断面図、第４図はさらに他の実施例における鋼板部分の
断面図、第５図〜第７図は鋼板の突起形状を示す内面図
、第８図は覆工に働く断面力変化図、第９図はシールド
トンネルの概要を示す斜視図、第１０図は従来の鋼製セ
グメントの斜視図、第１１図は従来の鉄筋コンクリート
セグメントの斜視図である。 １・・・台底セグメント、２・・・内側鋼板、２ａ・・
・スキンプレート、２ｂ・・・継手板、３・・・外側鋼
板、３ａ・・・スキンプレート、３ｂ・・・エンドプレ
ート、４・・・コンクリート、５．６・・・ボルト箱、
７・・・グラウト注入孔、８・・・ボルト孔、９・・・
ジヘル、１０・・・シール）ｔＩｆｆ、１１．１２・・
・突起系 図 第 図 昌 Ｒ− 用す甲−ムへみ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼とコンクリートから構成されるトンネル覆工用
   合成セグメントにおいて、トンネルの地山側と内空側の
   ２面にジベル付きの鋼板を用い、前記両鋼板のトンネル
   周方向両端にトンネル周方向の継手面を構成する折曲部
   を設け、前記両鋼板間にコンクリートを打設し、前記ジ
   ベルにより前記両鋼板と両鋼板に挟まれる前記コンクリ
   ートとを一体化したことを特徴とする合成セグメント。
2. （２）前記鋼板は前記コンクリートと接する面に突起を
   形成した突起付き鋼板である請求項１記載の合成セグメ
   ント。
3. （３）前記鋼板には前記コンクリートと反対側の面に突
   起が形成されている請求項１または２記載の合成セグメ
   ント。