特開 2023-150142 ライナープレート連結構造体及び立坑用土留め壁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023150142

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】ライナープレート連結構造体及び立坑用土留め壁

(51)【国際特許分類】

   E21D 5/06 20060101AFI20231005BHJP

【ＦＩ】

E21D5/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022059090

(22)【出願日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000006839

【氏名又は名称】日鉄建材株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(72)【発明者】

【氏名】藤本 雄充

(72)【発明者】

【氏名】大高 範寛

(57)【要約】

【課題】直線部と直線部とが交差する交差部分に内外とも曲面となった円弧状のライナープレートを設けて交差部分の発生曲げモーメントを低減し、全体としてサイズダウンによるコストダウンを達成できるライナープレート連結構造体を提供する。
【解決手段】ライナープレート同士を機械的に連結したライナープレート連結構造体１において、直線状のライナープレート３と他の直線状のライナープレート３とが交差する部分に内面及び外面とも曲面となった円弧状のライナープレート２を設け、交差部分の発生最大曲げモーメントを低減する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ライナープレート同士を機械的に連結したライナープレート連結構造体であって、
直線状のライナープレートと他の直線状のライナープレートとが交差する部分に内面及び外面とも曲面となった円弧状のライナープレートを設け、交差部分の発生最大曲げモーメントを低減したこと
を特徴とするライナープレート連結構造体。

【請求項2】

ライナープレートを補強する形鋼からなる補強リングをさらに備え、
前記補強リングも、直線状の形鋼と他の直線状の形鋼とが交差する部分に内外とも曲面となった円弧状の形鋼を有すること
を特徴とする請求項１に記載のライナープレート連結構造体。

【請求項3】

前記円弧状のライナープレートの曲率半径は、接合位置において、３００ｍｍ～１５００ｍｍであること
を特徴とする請求項１又は２に記載のライナープレート連結構造体。

【請求項4】

立坑用の土留め壁であって、
請求項１又は２に記載のライナープレート連結構造体を土留め壁としたこと
を特徴とする立坑用土留め壁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波付き鋼板であるライナープレートを連結して土留めの構造体としたライナープレート連結構造体及び立坑用土留め壁に関するものである。

【背景技術】

【0002】

立坑・深礎工・地すべり対策工・トンネル覆工などの様々の用途で掘削している又は掘削した場所に周囲から土砂が流入してくることを防ぐ目的で、波付けした鋼板の四隅に組立用のフランジを設けたライナープレートを連結して矩形、円形、半円形、蒲鉾形、又は小判形の土留めの構造体としたライナープレート連結構造体が知られている。

【0003】

このようなライナープレート連結構造体は、立坑の土留め壁として用いられることが多く、一般的に平面視矩形や円形のものが殆どである。しかし、立坑の中に構築する基礎等の構造物の形状によっては、平面視矩形や円形の土留め壁では、施工上も必要のないデッドスペースが大きくなるという問題があった。また、そのような構造上不要な場合でも、掘削量を余分に取らなければならず、掘削土量が不必要に多くなるという問題もあった。

【0004】

その上、ライナープレート連結構造体は、平面視矩形状とした場合、コーナー部分のライナープレート同士の連結作業が土留め壁の外側からしか施工ができないため、直線部のライナープレートの連結作業より先行して行分ければならず、施工順序の制約があるという問題があった。

【0005】

また、平面視矩形状のライナープレート連結構造体は、設置前にコーナーアングルで取り付けを行うか、溶接を行い、くの字の状態にしておかなければ組立てが出来ず、作業手間がかかるという問題もあった。

【0006】

その上、平面視矩形状のライナープレート連結構造体は、コーナー部分に応力が集中し、発生曲げモーメントが大きくなるため、コーナー部分に発生する応力でライナープレート連結構造体全体のライナープレートの板厚及び補強リングのピッチや鋼材のサイズが決定してしまい不経済であるという問題もあった。

【0007】

例えば、特許文献１には、立坑の土留め壁を掘削する立坑の目的に応じて平面視多角形状とし、その多角形隅角部に連結組立が容易なライナープレートとした多角形立坑用土留壁が開示されている（特許文献１の特許請求の範囲、明細書の第２頁右上欄第１０行目～第３頁右上欄第１９行目、図面の第３図～第８図等参照）。

【0008】

しかし、特許文献１に記載の多角形立坑用土留壁は、ライナープレート連結構造体部分は、多角形であっても、補強リングは矩形のままであり、発生応力が下げることができず補強リングのピッチを広げたり鋼材のサイズを下げたりして土留め壁全体のコストを下げることはできなかった。また、補強リングが矩形のままでは、掘削土量を削減することもできず、その点でもコストを下げることはできなかった。

【0009】

その上、特許文献１に記載の多角形立坑用土留壁は、ライナープレートのフランジ部分に三角形状の切り込みを入れてライナープレートの内面を多角形状に折り曲げるものであり、応力集中の面で問題があった。このため、特許文献１に記載の多角形立坑用土留壁は、補強板２３を取り付けて補強しなければならず、サイズダウンによりライナープレート連結構造体のコストを下げることはできなかった。

【0010】

また、特許文献２には、立坑を構築するため、地山を掘り下げて孔を形成しつつ、前記孔の周壁に沿ってライナープレートを配置するとともに、該ライナープレートの内側には上下方向に延在する縦梁を設置し、さらにその内側には、前記孔の周方向に沿って延在する横梁を設置していく立坑の構築方法が開示されている（特許文献２の特許請求の範囲の、明細書の第２頁右上欄第１０行目～第３頁右上欄第１９行目、図面の第３図～第８図等参照）。

【0011】

しかし、特許文献２の立坑の構築方法に用いるライナープレート連結構造体は、横梁のピッチを広くとれたとしても縦梁が多くなり、ライナープレート連結構造体全体のコストを低減することはできないという問題があった。それに加え、特許文献２の立坑の構築方法は、施工上も必要のないデッドスペースが大きくなるという問題や掘削土量が不必要に多くなるという問題も解決できていなかった。

【0012】

また、特許文献３には、連結構造体に直線部分が交差する位置に円弧状の曲面部分を有するセグメントピースを有するセグメント連結構造体が開示されている（特許文献３の特許請求の範囲の請求項２、明細書の段落［００３３］～［００３７］）。また、セグメントは、ライナープレートを含む広義の意味であるとの記載も存在する（明細書の段落［０００２］）。

【0013】

しかし、そもそも、特許文献３に記載のセグメント連結構造体は、例えば、立坑の上部で連結してセグメント連結構造体を圧入して下方に押し下げ、押し下げたスペースに新たにセグメント連結構造体を構築し、順次、セグメント連結構造体を掘削進行方向に対して圧入していくように用いられるものである。

【0014】

これに対して、ライナープレート連結構造体は、例えば、立坑の掘削を先行して掘り下げて空いたスペースのライナープレート連結構造体の下端に順次新たなライナープレートを連結していく。つまり、ライナープレート連結構造体は、一般に圧入するのに耐え得る応力を考慮されておらず、ライナープレートの波付け方向も掘削進行方向に対して直交する方向に波付けされており、圧入に弱い構造となっている。また、特許文献３に記載のセグメント連結構造体の曲面部分は、ライナープレートではなく、曲面加工が容易な平板状の鋼板を組合わせたセグメントであった。

【0015】

このため、特許文献３に記載のセグメント連結構造体は、掘削土量を削減することはできるものの、ライナープレート連結構造体を圧入用途に用いる場合、ライナープレートの鋼板を厚くするなど、大幅なサイズアップが必要であり、不経済であるという問題があった。要するに、特許文献３に記載の発明には、コーナー部分に発生する発生曲げモーメントを抑えて、サイズダウンを図り、ライナープレート連結構造体全体のコストダウンを図るという着想はなかった。

【0016】

なお、前述のように、従来、ライナープレートを連結し小判形状としたライナープレート連結構造体が知られている。しかし、直線部分と直線部分の間に半円状のライナープレートを設けて小判形状とすることは、矩形状のライナープレート連結構造体と比べても、施工上も必要のないデッドスペースが大きくなるという問題や掘削土量が不必要に多くなるという問題が大きかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0017】

【特許文献1】特開昭５８－９４５２８号公報

【特許文献2】特開平１１－３２４５５７号公報

【特許文献3】特開平１１－１９３６８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0018】

そこで、本発明は、前述した問題に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、直線部と直線部とが交差する交差部分に内外とも曲面となった円弧状のライナープレートを設けて交差部分の発生曲げモーメントを低減し、全体としてサイズダウンによるコストダウンを達成できるライナープレート連結構造体及び立坑用土留め壁を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0019】

第１発明に係るライナープレート連結構造体は、ライナープレート同士を機械的に連結したライナープレート連結構造体であって、直線状のライナープレートと他の直線状のライナープレートとが交差する部分に内面及び外面とも曲面となった円弧状のライナープレートを設け、交差部分の発生最大曲げモーメントを低減したことを特徴とする。

【0020】

第２発明に係るライナープレート連結構造体は、第１発明において、ライナープレートを補強する形鋼からなる補強リングをさらに備え、前記補強リングも、直線状の形鋼と他の直線状の形鋼とが交差する部分に内外とも曲面となった円弧状の形鋼を有することを特徴とする。

【0021】

第３発明に係るライナープレート連結構造体は、第１発明又は第２発明において、前記円弧状のライナープレートの曲率半径は、接合位置において、３００ｍｍ～１５００ｍｍであることを特徴とする。

【0022】

第４発明に係る立坑用土留め壁は、立坑用の土留め壁であって、請求項１又は２に記載のライナープレート連結構造体を土留め壁としたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0023】

第１発明～第４発明によれば、直線部と直線部とが交差する交差部分に内外とも曲面となった円弧状のライナープレートを設けて交差部分の発生曲げモーメントを低減し、全体としてサイズダウンによるコストダウンを達成することができる。

【0024】

特に、第２発明によれば、掘削深さが深い場合でも、交差部分の発生曲げモーメントを低減し、全体としてサイズダウンによるコストダウンを達成することができる。

【0025】

特に、第３発明によれば、円弧状のライナープレートを設けた場合の発生曲げモーメント低減率が高く、構造設計上有利である。

【0026】

特に、第４発明によれば、ライナープレートの使用率が高い立坑の土留め壁で前記作用効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、本実施形態に係るライナープレート連結構造体を示す平面図である。

【図2】図２は、同上のライナープレート連結構造体を示す立面図である。

【図3】図３は、同上のライナープレート連結構造体を構成する円弧状のライナープレートを示す図であり、（ａ）が内側から見た正面図、（ｂ）が鉛直断面図、（ｃ）が平面図である。

【図4】図４は、同上の円弧状のライナープレートを示す斜視図である。

【図5】図５は、同上のライナープレート連結構造体を構成する直線状のライナープレートを示す図であり、（ａ）が内側から見た正面図、（ｂ）が鉛直断面図、（ｃ）が平面図である。

【図6】図６は、同上の直線状のライナープレートを示す斜視図である。

【図7】図７は、同上のライナープレート連結構造体の補強リングのみを示す平面図である。

【図8】図８は、幅Ｗ１＝４４７６ｍｍ×長さＬ１＝５８８９ｍｍ×深さＤ１＝１５００ｍｍの矩形枠状の従来のライナープレート連結構造体の曲げモーメントの分布図である。

【図9】図９は、本発明の実施形態に係るライナープレート連結構造体の曲げモーメントの分布図である。

【図10】図１０は、ライナープレート同士を掛け止めて接合する接合金具を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明の実施形態に係るライナープレート連結構造体について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0029】

［ライナープレート連結構造体］
先ず、図１，図２を用いて、本発明の実施形態に係るライナープレート連結構造体の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係るライナープレート連結構造体１を示す平面図であり、図２は、ライナープレート連結構造体１を示す立面図である。

【0030】

図１に示すように、本実施形態に係るライナープレート連結構造体１は、鋼板に波付け加工が施された複数のライナープレート同士がボルト接合されて連結された構造体である。但し、図示形態では、ボルト部分は省略している。また、ライナープレート同士の接合は、ボルト接合に限られず、リベット接合や図１０に示す接合金具をライナープレートのフランジの孔に挿し込み回転することで掛け止めて接合して構わない。要するに、ライナープレート同士の接合は、ボルト接合、リベット接合や接合金具による接合を組合わせるなど機械的に接合されていればよい。

【0031】

本実施形態に係るライナープレート連結構造体１は、図１、図２に示すように、３段のライナープレートと、幅Ｗ１＝４４７６ｍｍ×長さＬ１＝５８８９ｍｍ×深さＤ１＝１５００ｍｍの深礎工法、調査坑、仮締切り工、深礎擁壁なのどの立坑用の土留め壁として用いられる。勿論、本発明に係るライナープレート連結構造体は、これらの用途に限られず、推進工法用の発進到達立坑の土留め壁や、地滑り防止工用井戸の土留め壁として用いても構わない。また、本発明に係るライナープレート連結構造体は、土留め壁に限られず、道路、鉄道、水路などの横坑である各種トンネル及び暗渠の覆工の用途に用いることもできる。

【0032】

なお、前記寸法は、ライナープレートの略芯－芯の寸法であり、正確には、接合位置である板厚を除いた部分の中心線に穿設された後述のボルト孔の芯－芯の間隔である。

【0033】

ライナープレート連結構造体１は、図１に示すように、円弧状のライナープレート２と、直線状のライナープレート３の２種類のライナープレートと、鋼材からなる補強リング４がボルト接合された組み合わされて全体として平面視丸角の長方形に組み立てられた構造体である。また、図２に示すように、ライナープレート連結構造体１は、円弧状のライナープレート２と直線状のライナープレート３が水平方向に接合された３段のライナープレートと、その間に縦方向に５００ｍｍピッチで設けられた４段の補強リング４と、から構成されている。

【0034】

（ライナープレート）
次に、図３～図６を用いて、ライナープレート連結構造体１を構成するライナープレートについて詳細に説明する。図３は、ライナープレート連結構造体１を構成する円弧状のライナープレート２を示す図であり、（ａ）が内側から見た正面図、（ｂ）が鉛直断面図、（ｃ）が平面図である。また、図４は、円弧状のライナープレート２を示す斜視図である。そして、図５は、直線状のライナープレートを示す図であり、（ａ）が内側から見た正面図、（ｂ）が鉛直断面図、（ｃ）が平面図である。図６は、直線状のライナープレートを示す斜視図である。

【0035】

ライナープレート連結構造体１を構成する２種類のライナープレート２，３は、いずれも一般構造用圧延鋼材（ＳＳ３３０）からなる厚さ２．７ｍｍ～７．０ｍｍの鋼板に、波付け加工及び上下のフランジの曲げ加工を施し、縦方向のフランジを溶接したライナープレートである。勿論、鋼材の種類や鋼板の板厚は、例示したものに限られず、ライナープレート連結構造体１の規模や用途に応じて適宜変更可能であることは云うまでもない。

【0036】

（円弧状のライナープレート）
図３，図４に示すように、円弧状のライナープレート２は、矩形の鋼板から波付け加工が施された上、図３（ｃ）及び図４に示すように、平面視円弧状に曲げ加工されたプレート本体２０と、このプレート本体２０の上端が折り曲げられた上フランジ２１と、プレート本体２０の下端が折り曲げられた下フランジ２２と、を備えている。また、のプレート本体２０の左右の縁には、帯鋼板からなる左右一対の縦フランジ２３，２３が溶接されている。

【0037】

なお、本発明をトンネル等の横坑の覆工に適用する場合は、上下のフランジは、掘削方向に直交するフランジ（立坑が円形の場合周方向フランジ）であり、左右一対の縦フランジは、掘削方向に沿ったフランジ（軸方向フランジ）となる。

【0038】

また、本実施形態に係るプレート本体２０の円弧状の曲率半径は、５５０ｍｍに設定されている。但し、本発明に係る円弧状のライナープレートの曲率半径は、３００ｍｍ～１５００ｍｍであることが好ましい。後述のように、ライナープレート連結構造体１のように隅角部を丸くすることにより平面視矩形枠体状の従来のライナープレート連結構造体と比べて隅角部での応力集中を防いで発生最大曲げモーメントを低減してライナープレートの板厚や補強リングのサイズを小さくしたり、ピッチを広くしたりする効果が顕著だからである。なお、前記曲率半径の数値も、接合位置であるボルト孔２１ａ，２２ａの中心位置の曲率半径を指している。

【0039】

そして、これらの上フランジ２１、下フランジ２２、左右一対の縦フランジ２３，２３には、それぞれ他のライナープレートや補強リング４と接合するための直径２２ｍｍの複数のボルト孔２１ａ，２２ａ，２３ａが穿設されている。その上、左右一対の縦フランジ２３，２３には、直径１２ｍｍの水抜き孔２３ｂも設けられている。

【0040】

（直線状のライナープレート）
図５，図６に示すように、直線状のライナープレート３は、矩形の鋼板から波付け加工が施された平面視直線状のプレート本体３０と、このプレート本体３０の上端が折り曲げられた上フランジ３１と、プレート本体３０の下端が折り曲げられた下フランジ３２と、を備えている。また、のプレート本体３０の左右の縁には、帯鋼板からなる左右一対の縦フランジ３３，３３が溶接されている。

【0041】

そして、円弧状のライナープレート２と同様に、これらの上フランジ３１、下フランジ３２、左右一対の縦フランジ３３，３３には、それぞれ他のライナープレートや補強リング４と接合するための直径２２ｍｍの複数のボルト孔３１ａ，３２ａ，３３ａが穿設されている。その上、左右一対の縦フランジ３３，３３には、直径１２ｍｍの水抜き孔３３ｂも設けられている。

【0042】

（補強リング）
次に、図７を用いて、ライナープレート連結構造体１の補強リング４について説明する。図７は、ライナープレート連結構造体１の補強リング４のみを示す平面図である。

【0043】

本実施形態に係る補強リング４は、Ｈ＝１２５ｍｍ×１２５ｍｍ×６．５ｍｍ×９．０ｍｍのＨ形鋼である。また、図７に示すように、補強リング４は、複数の直線状のＨ形鋼４０と、四隅の角部に設けられた円弧状のＨ形鋼４１とから構成されており、これらの直線状のＨ形鋼４０と円弧状のＨ形鋼４１とがスプライスプレート５を介して接合されている。

【0044】

また、補強リング４のＨ形鋼のウェブ部分には、前述の円弧状のライナープレート２のボルト孔２１ａ，２２ａや直線状のライナープレート３のボルト孔３１ａ，３２ａにボルトを挿通するための複数のボルト孔が穿設されている。

【0045】

そして、円弧状のＨ形鋼４１の曲率半径は、円弧状のライナープレート２と同じく５５０ｍｍに設定されており、好ましい範囲は、３００ｍｍ～１５００ｍｍである。しかし、従来の一般的な曲げ加工では、Ｈ形鋼を半径３００ｍｍ～１５００ｍｍの範囲で曲げることは困難であった。しかし、高周波誘導加熱装置を併用して曲げ加工することにより、上記曲率半径の範囲でのＨ形鋼の曲げ加工が可能となった。

【0046】

次に、発生曲げモーメントの低減効果の確認のため、構造計算によるシミュレーションを行った。図８が、幅Ｗ１＝４４７６ｍｍ×長さＬ１＝５８８９ｍｍ×深さＤ１＝１５００ｍｍの矩形枠状の従来のライナープレート連結構造体の曲げモーメントの分布図であり、図９が、前述の本発明の実施形態に係るライナープレート連結構造体１の曲げモーメントの分布図である。

【0047】

図８に示すように、計算結果によると矩形枠状の従来のライナープレート連結構造体の場合、コーナー部（隅角部）が最大曲げモーメントとなり、１．２３４ｋＮ・ｍであった。これに対して、図９に示すように、ライナープレート連結構造体１の最大曲げモーメントは、０．７２６ｋＮ・ｍであった。このため、最大発生曲げモーメントの低減効果は、５８．８４％であった。

【0048】

最大発生曲げモーメントが低減した理由は、ライナープレート連結構造体１の円弧状のライナープレート２が内外ともなだらかな同一曲率の曲面となっているので、応力が集中せず分散して結果的に大曲げモーメントが低減されたと考えられる。

【0049】

これを部材のサイズの低減効果に換言すると、矩形枠状の従来のライナープレート連結構造体の補強リングのＨ形鋼のサイズは、Ｈ＝１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×７．０ｍｍ×１０．０ｍｍのＨ形鋼を５００ｍｍピッチで４段設ける必要があったものを、前述のライナープレート連結構造体１のように、Ｈ＝１２５ｍｍ×１２５ｍｍ×６．５ｍｍ×９．０ｍｍのＨ形鋼を５００ｍｍピッチで４段設けるだけで良いことになる。

【0050】

以上説明した本実施形態に係るライナープレート連結構造体１によれば、直線部と直線部とが交差する交差部分に内面及び外面とも曲面となった円弧状のライナープレート２を設けて交差部分の発生曲げモーメントを低減し、ライナープレート２，３の板厚や補強リング全体としてサイズダウンによるコストダウンを達成することができる。

【0051】

ライナープレート連結構造体１によれば、補強リング４及び円弧状のＨ形鋼４１を設けるので、掘削深さが深い場合でも、直線状のＨ形鋼４０が交差する交差部分の発生曲げモーメントを低減し、全体として補強リング４やライナープレート２，３のサイズダウンによるコストダウンを達成することができる。

【0052】

以上、本発明の実施形態に係るライナープレート連結構造体１について詳細に説明したが、前述した又は図示した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたって具体化した一実施形態を示したものに過ぎない。よって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

【0053】

特に、ライナープレート連結構造体として、直線状のライナープレート同士が直交する場合を例示して説明したが、直線状のライナープレートと他の直線状のライナープレートとが鋭角又は鈍角に交差する場合にも適用することができる。鋭角や鈍角の交差部であっても、一定の曲率のなだらか円弧状のライナープレートを設けることにより、角部への応力集中を防ぐことができるからである。

【0054】

また、角部に設ける円弧状のライナープレートを一体的な一枚のライナープレートで構成する場合を例示したが、例えば、４５度同士の２枚の円弧状のライナープレートを組合わせてもよい。同様に角部への応力集中を防ぐことができるからである。

【符号の説明】

【0055】

１：ライナープレート連結構造体
２：円弧状のライナープレート（ライナープレート）
２０：プレート本体
２１：上フランジ
２２：下フランジ
２３：縦フランジ
２１ａ，２２ａ．２３ａ：ボルト孔
２３ｂ：水抜き孔
３：直線状のライナープレート（ライナープレート）
３０：プレート本体
３１：上フランジ
３２：下フランジ
３３：縦フランジ
３１ａ，３２ａ．３３ａ：ボルト孔
３３ｂ：水抜き孔
４：補強リング
４０：直線状のＨ形鋼
４１：円弧状のＨ形鋼
５：スプライスプレート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】