特開 2024-92600 セグメント

(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】P2024092600

(43)【公開日】2024-07-08

(54)【発明の名称】セグメント

(51)【国際特許分類】

   E21D 11/08 20060101AFI20240701BHJP

   E21D 11/38 20060101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

E21D11/08

E21D11/38 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022208651

(22)【出願日】2022-12-26

(71)【出願人】

【識別番号】000166432

【氏名又は名称】戸田建設株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000195971

【氏名又は名称】西松建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001151

【氏名又は名称】あいわ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】浅野 均

(72)【発明者】

【氏名】田中 孝

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏典

(72)【発明者】

【氏名】三戸 憲二

【テーマコード（参考）】

2D155

【Ｆターム（参考）】

2D155BA01

2D155BB01

2D155EB01

2D155GC01

2D155GC09

2D155KB08

2D155LA06

(57)【要約】

【課題】セグメントの連結面にシール溝が形成されていても、角部付近の欠損等を防ぐことが可能なセグメントを提供すること。
【解決手段】セグメント１が、内面２１、外面２２、及び、内面２１と外面２２とを接続する面であってシール溝２３１が形成された連結面、を有する構造体２と、構造体２に埋設された割れ防止部材４と、を備え、割れ防止部材４が、シール溝２３１から外面２２又は内面２１に向かって延びる割れ想定面Ｖと交差する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内面、外面、及び、前記内面と前記外面とを接続する面であってシール溝が形成された連結面、を有する構造体と、
前記構造体に埋設された割れ防止部材と、を備え、
前記割れ防止部材は、前記シール溝から前記外面又は前記内面に向かって延びる割れ想定面と交差することを特徴とするセグメント。

【請求項2】

前記シール溝は、側壁と、底壁とを有し、前記割れ想定面は、前記側壁又は前記側壁と前記底壁とが交わる位置から前記外面又は前記内面に向かって延びることを特徴とする請求項１に記載のセグメント。

【請求項3】

前記構造体に埋設された補強部材と、をさらに備え、
前記割れ防止部材は、前記補強部材に連結されることを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメント。

【請求項4】

前記割れ防止部材は、腐食防止機能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメント。

【請求項5】

内面、外面、及び、前記内面と前記外面とを接続する面であってシール溝が形成された連結面、を有する構造体と、
前記構造体に埋設された割れ防止部材と、を備え、
前記シール溝は、側壁と、底壁とを有しており、
前記割れ防止部材は、前記側壁又は前記側壁と前記底壁とが交わる位置から前記外面又は前記内面に向かって延びるとともに前記側壁の面と前記底壁の面とに対して中間の位置を通る角度の面である中間面と交差することを特徴とするセグメント。

【請求項6】

前記構造体に埋設された補強部材と、をさらに備え、
前記割れ防止部材は、前記補強部材に連結されることを特徴とする請求項５に記載のセグメント。

【請求項7】

前記割れ防止部材は、腐食防止機能を有することを特徴とする請求項５又は６に記載のセグメント。

【請求項8】

前記中間面は前記側壁の面と前記底壁の面とに対して中間の位置からプラスマイナス５°の範囲を通ることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のセグメント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネルを構築する際に用いられる覆工体であるセグメントに関する。

【背景技術】

【0002】

シールド工法をはじめとしてトンネルを構築する際には、掘進機などで所定の距離だけ地中を掘削するごとに、後方の掘削された壁面に覆工体であるセグメントが設置される。セグメントは、例えば、正面視において所定の長さの円弧状に形成されており、掘削された壁面に沿って、例えばリング状に複数のセグメントが互いに連結されて設置される。

【0003】

セグメントには、連結面からの漏水を防ぐために、セグメントの端面や側面に凹溝状のシール溝が形成され、シール溝にはシール材が配置される（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－２４３０８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

互いに連結されて組み立てられたセグメント同士においては、対向するシール材（以下、本明細書等においてシール材にはガスケットも含まれる）同士に反発力が作用する。
セグメントがＲＣ構造である場合、シール材に作用する反発力がシール溝にも影響し、セグメントにひび割れや欠損が生じ得ることが判明した。

【0006】

本発明は、このような知見に基づき、シール溝を有するセグメントにおいて、シール材の反発力がシール溝に作用してもひび割れや欠損を防ぐことが可能なセグメントを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願請求項１に係る発明は、内面、外面、及び、前記内面と前記外面とを接続する面であってシール溝が形成された連結面、を有する構造体と、前記構造体に埋設された割れ防止部材と、を備え、前記割れ防止部材は、前記シール溝から前記外面又は前記内面に向かって延びる割れ想定面と交差することを特徴とするセグメントである。

【0008】

本願請求項２に係る発明は、前記シール溝は、側壁と、底壁とを有し、前記割れ想定面は、前記側壁又は前記側壁と前記底壁とが交わる位置から前記外面又は前記内面に向かって延びることを特徴とする請求項１に記載のセグメントである。

【0009】

本願請求項３に係る発明は、前記構造体に埋設された補強部材と、をさらに備え、前記割れ防止部材は、前記補強部材に連結されることを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメントである。

【0010】

本願請求項４に係る発明は、前記割れ防止部材は、腐食防止機能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメントである。

【0011】

本願請求項５に係る発明は、内面、外面、及び、前記内面と前記外面とを接続する面であってシール溝が形成された連結面、を有する構造体と、前記構造体に埋設された割れ防止部材と、を備え、前記シール溝は、側壁と、底壁とを有しており、前記割れ防止部材は、前記側壁又は前記側壁と前記底壁とが交わる位置から前記外面又は前記内面に向かって延びるとともに前記側壁の面と前記底壁の面とに対して中間の位置を通る角度の面である中間面と交差することを特徴とするセグメントである。

【0012】

本願請求項６に係る発明は、前記構造体に埋設された補強部材と、をさらに備え、前記割れ防止部材は、前記補強部材に連結されることを特徴とする請求項５に記載のセグメントである。

【0013】

本願請求項７に係る発明は、前記割れ防止部材は、腐食防止機能を有することを特徴とする請求項５又は６に記載のセグメントである。

【0014】

本願請求項８に係る発明は、前記中間面は前記側壁の面と前記底壁の面とに対して中間の位置からプラスマイナス５°の範囲を通ることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のセグメントである。

【発明の効果】

【0015】

本発明のセグメントは、割れ防止部材が、シール溝から外面又は内面に向かって延びる割れ想定面と交差するので、シール材の反発力がシール溝に作用してもひび割れや欠損を防ぐことができる。

【0016】

加えて、シール溝が、側壁と、底壁とを有する場合、割れ想定面を、ひび割れが発生する可能性が比較的高い部分である側壁又は側壁と底壁とが交わる位置から外面又は内面に向かって延びるように設定すれば、シール材による反発力による応力集中が発生しやすい部分を想定することができ、効果的にひび割れや欠損を防ぐことができる。

【0017】

加えて、セグメントは、構造体に埋設された補強部材に割れ防止部材が連結されるようにすれば、より効果的にひび割れや欠損を防ぐことができる。

【0018】

加えて、割れ防止部材が、腐食防止機能を有するようにすれば、割れ防止部材の一部が、内面、外面、及び連結面付近に配置されて必要なかぶりが取れない場合であっても、割れ防止部材が腐食することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１の実施形態に係るセグメントの斜視図。

【図2】第１の実施形態に係るセグメントの一部を省略した正面図。

【図3】第１の実施形態に係るセグメントの一部を省略した平面図。

【図4】図２の一部拡大図。

【図5】第２の実施形態に係るセグメントの一部を省略した正面図。

【図6】第２の実施形態に係るセグメントの一部を省略した平面図。

【図7】第３の実施形態に係るシール溝を示す拡大正面図。

【図8】第４の実施形態に係るシール溝を示す拡大正面図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について図面を参照する等して説明する。なお、本発明は、実施形態に限定されないことはいうまでもない。

【0021】

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図４を参照して説明する。

【0022】

図１は、セグメントの斜視図である。図２は、セグメントの一部を省略した正面図である。図３は、セグメントの一部を省略した平面図である。図４は、図２の一部拡大図である。

【0023】

本実施形態のセグメント１は、シールド工法において覆工体として用いられるものである。セグメント１は、図１乃至図３に示すように、円弧状の船形に形成されており、シールド掘進機内で、リング状に複数のセグメントが互いに連結されて設置される。

【0024】

セグメント１は、構造体２と構造体２に埋設された補強部材３とを備える。本実施形態では、セグメント１は鉄筋コンクリートと形成され、構造体２としてコンクリート、補強部材３として鉄筋で構成されている。

【0025】

構造体２は、正面視で略円弧状に形成され、内面２１と、外面２２と、内面２１と外面２２とを接続する面である連結面（端面２３、側面２４）とを有する。

【0026】

内面２１は、トンネルの内空方向に向けられる面である。外面２２は、内面２１に平行な面であって、地山方向に向けられる面である。内面２１と外面２２とは平行に設けられている。

【0027】

端面２３はセグメント１のトンネル円周方向の連結面（ピース間継手面）であり、側面２４はセグメント１のトンネル軸方向の連結面（リング間継手面）である。
端面２３及び側面２４は、内面２１及び外面２２にそれぞれ例えば直角に交わる。

【0028】

端面２３の一方にはピース間雄継手２３ａ、他方にはピース間雌継手（図示省略）が設けられている。
ピース間雄継手２３ａ及びピース間雌継手は、それぞれトンネル軸方向２か所にトンネル径方向１段で設けられている。なお、セグメント１の厚さが比較的大きい場合には、トンネル径方向２段に設けるようにしても良い。

【0029】

側面２４の一方にはリング間雌継手２４ａ、他方にはリング間雄継手（図示省略）が設けられている。
リング間雌継手２４ａ及びリング間雄継手は、それぞれトンネル周方向に３か所にトンネル径方向に１段設けられている。

【0030】

端面２３及び側面２４には、図示しないシール材が配置される凹溝状のシール溝２３１、２４１が形成されている。シール溝２３１とシール溝２４１とは角部で連続しておりセグメント１の外周を取り巻くように形成されている。
シール溝２３１とシール溝２４１は、ピース間雄継手２３ａ、ピース間雌継手、リング間雌継手２４ａ及びリング間雄継手を挟んで内面２１側と外面２２側に二段設けられている。

【0031】

シール溝２３１とシール溝２４１は同一の断面形状であるので、以下では端面２３に形成されたシール溝２３１だけを説明する。

【0032】

図４に示すように、シール溝２３１は、対向する側壁２３１ａと、底壁２３１ｂとを有する。側壁２３１ａは、底壁２３１ｂと端面２３との間に位置する面である。底壁２３１ｂは、２つの側壁２３１ａの下端に接する平面である。底壁２３１ｂは、例えば、端面２３と平行に形成される。

【0033】

側壁２３１ａと端面２３との間の角度αは、例えば、１２０°である。底壁２３１ｂと側壁２３１ａとの間の角度βは、例えば、２４０°である。すなわち、シール溝２３１は、例えば、台形状の溝となっている。なお、側壁２３１ａと端面２３との間の角度、及び底壁２３１ｂと側壁２３１ａとの間の角度はこの角度に限るものではない。

【0034】

補強部材３は、構造体２に埋設されて構造体を補強するもので、構造体２がコンクリートである場合には引張力に対して対向する部材である。補強部材３は、例えば鉄筋である。
補強部材３は、主筋３ａ、大フープ筋３ｂ、小フープ筋３ｃ、主筋組立筋３ｄ、端部直筋３ｅを備える。

【0035】

補強部材３は、内面２１、外面２２、端面２３及び側面２４からそれぞれあらかじめ定められた距離以上に離れた位置に、すなわちかぶりを確保して配置される。よって、補強部材３の錆、及び腐食などが防止される。本実施形態では必要なかぶりは例えば３０ｍｍ程度である。

【0036】

セグメント１は、割れ防止部材４を備える。
割れ防止部材４は、構造体２の角部（端面２３と外面２２とが交わる部分、及び端面２３と内面２１とが交わる部分）のシール溝２３１からの割れを防止するための部材である。

【0037】

割れ防止部材４は、セグメント１の外側に露出しないように構造体２に埋設される。割れ防止部材４は、例えば、図３及び図４に示すようにＵ字状に形成された鉄筋であり、Ｕ字状底部４ａが端面２３側に設けられ、Ｕ字状立上部４ｂが構造体２の内部側に向かって設けられる。

【0038】

割れ防止部材４は、Ｕ字状立上部４ｂが金具等によって主筋３ａをはじめとする補強部材３に連結されるようにしても良い。このようにすれば、より割れを防止する効果が高まる。また、主筋３ａより小径の大フープ筋３ｂ、小フープ筋３ｃ、主筋組立筋３ｄ、端部直筋３ｅに連結するようにすれば、連結作業が行い易い。さらに、主筋３ａに加えて他の鉄筋にも連結するようにすれば、より割れを防止する効果が高まる。

【0039】

割れ防止部材４は、図４に示すようにシール溝２３１から外面２２又は内面２１まで延びる割れ想定面Ｖと交差するように配置される。交差するとは、割れ防止部材４と割れ想定面Ｖとが十字状に交わることをいう。なお、割れ防止部材４と割れ想定面Ｖとは、必ずしも直角に交わる必要はない。

【0040】

割れ防止部材４は、割れ想定面Ｖを境とした両側が構造体２であるコンクリートに十分に定着されている。すなわち、割れ想定面Ｖでひび割れが発生しようとする場合、割れ想定面Ｖを境として引張力が生じることになるが、この引張力に抗するように割れ防止部材４は定着して配置されている。

【0041】

具体的な例としては、図４に示すように、割れ防止部材４は、補強部材３とラップする位置から端面２３と内面２１又は外面２２とが交わる位置付近まで延在するように配置される。

【0042】

割れ想定面Ｖとは、シール材からの反発力がシール溝２３１に作用する際に、内面２１側のシール溝２３１から内面２１に向かって、又は外面２２側のシール溝２３１から外面２２に向かってひび割れが発生すると想定される面である。割れ想定面Ｖとは、仮想的な面である。
割れ想定面Ｖは、図４に示すような平面状に延びるものでなく、曲線状のものであっても良い。また、割れ想定面Ｖは、内面２１又は外面２２に達しないものであっても良い。

【0043】

割れ想定面Ｖは、シール溝２３１の断面形状や構造体２の強度などに基づいて、例えば、以下のように想定される。
割れ想定面Ｖは、シール材からの反発力を荷重としてシール溝２３１の側壁２３１ａ及び底壁２３１ｂに作用させて有限要素法解析を用いて主応力の発生状態を解析して主応力の大きさに応じてコンター図で表すなどし、周辺より大きな引張力が線上に現れる位置に発生すると想定して設定される。

【0044】

想定した割れ想定面Ｖは、概ね図４に示すように、側壁２３１ａと底壁２３１ｂとの交点付近から内面２１又は外面２２に向かって延び、その角度は側壁２３１ａの面と底壁２３１ｂの面とに対して中間の位置を通る程度の角度であった（中間面）。側壁２３１ａと端面２３との間の角度αが１２０°、底壁２３１ｂと側壁２３１ａとの間の角度βが２４０°の場合、端面２３と割れ想定面Ｖとの間の角度θは、６０°程度と想定したものである。また、この中間面は側壁２３１ａの面と底壁２３１ｂの面とに対して中間の位置からプラスマイナス５°程度の範囲をもって設定するようにしても良い。すなわち、上記角度θが６０°だとすると、θが５５°から６５°の範囲に設定する。

【0045】

割れ想定面Ｖは、実験に基づいて想定しても良い。この場合、シール材からの反発力を想定し、シール溝２３１の側壁２３１ａ及び底壁２３１ｂに荷重を実際に作用させて、構造体２を破壊させて割れ想定面を想定する。

【0046】

応力集中を原因として、割れ想定面Ｖは、側壁２３１ａと底壁２３１ｂとの交点から内面２１又は外面２２に向かって延びることが想定されるが、割れ想定面Ｖを側壁２３１ａと底壁２３１ｂとの交点より端面２３側から内面２１又は外面２２に向かって延びると想定するようにしても良い。この場合には、割れ防止部材４がより端面２３側に配置されることになり、よりひび割れを防止する確率が高くなる。

【0047】

割れ想定面Ｖは、補強部材３とは交差しない位置に想定される。割れ防止部材４は、割れ想定面Ｖに交差して設けられる。このため、補強部材３は必要かぶりを有して配置されているが、割れ防止部材４については必要なかぶりをとれないことがある。

【0048】

例えば、図４に示すように、割れ防止部材４のＵ字状底部４ａ側の部分であって、補強部材３の外側の部分はかぶりがとれず、腐食するおそれがある。
このため、割れ防止部材は、腐食防止機能を有する。

【0049】

腐食防止機能として、割れ防止部材４は、例えば、エポキシ樹脂が塗布されている。また、割れ防止部材４自体を、炭素繊維などの繊維強化樹脂ロッドとして腐食防止機能を持たせるようにしても良い。

【0050】

また、割れ防止部材４のかぶりが取れない部分だけに腐食防止機能を備えるようにしても良い。

【0051】

割れ防止部材４が、シール溝２３１から外面２２又は内面２１まで延びる割れ想定面Ｖと交差するので、シール材の反発力がシール溝２３１に作用してもひび割れや欠損を防ぐことができる。

【0052】

割れ想定面Ｖを、ひび割れが発生する可能性が比較的高い部分であるシール溝２３１の側壁２３１ａ又は側壁２３１ａと底壁２３１ｂとが交わる位置から外面２２又は内面２１に向かって延びるように設定すれば、シール材による反発力による応力集中が発生しやすい部分を想定することができ、効果的にひび割れや欠損を防ぐことができる。

【0053】

構造体２に埋設された補強部材３に割れ防止部材４を連結するようにすれば、より効果的にひび割れや欠損を防ぐことができる。

【0054】

割れ防止部材４が、腐食防止機能を有するようにすれば、割れ防止部材の一部が、内面２１、外面２２、及び端面２３付近に配置されて必要なかぶりが取れない場合であっても、割れ防止部材が腐食することを防止することができる。

【0055】

［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態について図５及び図６と共に説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分については説明を省略し、主に異なる部分について説明する。

【0056】

第２の実施形態では、セグメント１が正面視において平板状で形成されたものである点が第１の実施形態と異なる。セグメント１は、図示しない正面視においてＬ型状のセグメントと組み合わせられて矩形のトンネルの覆工体を形成するものである。このように、他の形状のセグメント１に適用されても良い。

【0057】

［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態について図７と共に説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同様の部分については説明を省略し、主に異なる部分について説明する。

【0058】

第３の実施形態では、シール溝２３１の断面の形状が矩形状である点が第１の実施形態と異なる。

【0059】

側壁２３１ａと端面２３との間の角度αは、例えば、９０°である。底壁２３１ｂと側壁２３１ａとの間の角度βは、例えば、２７０°である。

【0060】

想定した割れ想定面Ｖは、概ね図７に示すように、側壁２３１ａと底壁２３１ｂとの交点付近から内面２１又は外面２２に向かって延び、その角度は側壁２３１ａの面と底壁２３１ｂの面に対して中間を通る程度の角度で、端面２３と形成する角度が４５°程度と想定したものである。

【0061】

［第４の実施形態］
以下、本発明の第４の実施形態について図８と共に説明する。なお、第１乃至第３の実施形態と同様の部分については説明を省略し、主に異なる部分について説明する。

【0062】

第４の実施形態では、シール溝２３１の断面の形状が半円状である点が第３の実施形態と異なる。

【0063】

想定した割れ想定面Ｖは、概ね図８に示すように、シール溝２３１の断面の円弧の中心付近から内面２１又は外面２２に向かって延び、端面２３と形成する角度が４５°程度と想定したものである。

【0064】

〔その他の変形例〕
本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば以下のようなものも含まれる。

【0065】

本実施形態では、割れ防止部材４をセグメント１の端面２３において角部のシール溝２３１からの割れを防止するために適用したが、これに限られず、セグメント１の側面２４において角部のシール溝２４１からの割れを防止するために適用しても良い。
セグメント１の側面２４において角部のシール溝２４１からの割れを防止するために割れ防止部材４を適用すれば、シールドジャッキからの押圧によりシール材の反発力の発生が大きく想定される場合には特に効果的にひび割れが防止できる。

【0066】

本実施形態では、割れ防止部材４をセグメント１の端面２３と外面２２とが交わる部分、及び端面２３と内面２１とが交わる部分における角部のシール溝２３１からの割れを防止するために適用したが、これに限られず、いずれか一方に適用しても良い。
例えば、より止水が期待される端面２３と外面２２とが交わる部分にだけ適用するようにしても良い。

【0067】

また、トンネルの断面を形成する組み立てられたセグメント１の端面２３においては、トンネルの断面における上下では、二段に設けられたシール材のうち外面２２側のシール材の反発力が内面２１側より強くなり、トンネルの断面における左右では、内面２１側のシール材の反発力が外面２２側より強くなることがある。そのような場合には、反発力が強くなる方の角部のシール溝２３１に対応して割れ防止部材４を適用するようにしても良い。

【0068】

本実施形態では、割れ防止部材４をＵ字状に形成された鉄筋をＵ字状底部４ａを端面２３側に、Ｕ字状立上部４ｂを構造体２の内部側に向かって設けたが、これに限られず、逆に配置するようにしても良い。また、形状もＵ字状に限られず、例えば、Ｉ字状であっても良い。また、鉄筋でなくても良い。

【0069】

本実施形態では、セグメントは、シールド工法のおける覆工体として用いられるものであったが、山岳トンネル工法や開削工法で用いられるものであっても良い。

【0070】

本実施形態では、セグメント１に設けられるピース間雄継手２３ａ及びピース間雌継手は、それぞれトンネル軸方向２か所にトンネル径方向１段で設けられているものであったが、これに限られない。ピース間雄継手及びピース間雌継手をそれぞれトンネル軸方向１か所にトンネル径方向複数段設けるようにしても良い。また、トンネル軸方向３か所以上に設けるようにしても良い。さらに、ピース間継手面にピース間雄継手及びピース間雌継手端部の双方を設けるようにしても良い。

【0071】

本実施形態では、割れ防止部材４に腐食防止機能を備えるようにしたが備えないようにしても良い。

【0072】

変形例を含むいずれの実施形態における各技術的事項を他の実施形態に適用して実施例としても良い。

【符号の説明】

【0073】

１ セグメント
２ 構造体
２１ 内面
２２ 外面
２３ 端面
２３１ シール溝
２３１ａ 側壁
２３１ｂ 底壁
２４ 側面
２４１ シール溝
３ 補強部材
３ａ 主筋
３ｂ 大フープ筋
３ｃ 小フープ筋
３ｄ 主筋組立筋
３ｅ 端部直筋
４ 割れ防止部材
４ａ Ｕ字状底部
４ｂ Ｕ字状立上部
Ｖ 割れ想定面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】