(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-19
(45)【発行日】2024-09-30
(54)【発明の名称】セグメント
(51)【国際特許分類】
E21D 11/08 20060101AFI20240920BHJP
【FI】
E21D11/08
(21)【出願番号】P 2020044724
(22)【出願日】2020-03-13
【審査請求日】2023-02-22
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000198307
【氏名又は名称】株式会社IHI建材工業
(73)【特許権者】
【識別番号】505413255
【氏名又は名称】阪神高速道路株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100167553
【氏名又は名称】高橋 久典
(74)【代理人】
【識別番号】100188891
【氏名又は名称】丹野 拓人
(72)【発明者】
【氏名】山口 隆一
(72)【発明者】
【氏名】清水 亮一
(72)【発明者】
【氏名】小林 一博
【審査官】亀谷 英樹
(56)【参考文献】
【文献】特開2020-012239(JP,A)
【文献】特開2020-020237(JP,A)
【文献】欧州特許出願公開第01243753(EP,A1)
【文献】特開2018-162878(JP,A)
【文献】特開2001-311396(JP,A)
【文献】特開2008-267118(JP,A)
【文献】特開2017-106307(JP,A)
【文献】特開2007-321458(JP,A)
【文献】米国特許第04662773(US,A)
【文献】特開2007-270484(JP,A)
【文献】実開昭50-097238(JP,U)
【文献】特開2015-042813(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E21D 11/00-19/06
E21D 23/00-23/26
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対向する継手面と対向する主桁面とを有するコンクリート製の円弧板状のセグメントであって、
対向する前記継手面にそれぞれ露出して配設された鋼板からなる圧縮伝達材と、
対向する前記圧縮伝達材の間において前記セグメントの周方向に延在し、且つ前記主桁面が対向する方向に沿って配設されている主鉄筋からなる複数の鋼部材と、
前記圧縮伝達材に連結されていて、前記主桁面が対向する方向に沿って配設された前記鋼部材の間に配設された鋼板からなる補強用鋼材と、
を備え、
前記補強用鋼材は、前記圧縮伝達材にかかった圧縮力荷重が、前記補強用鋼材から前記鋼部材に伝達されるよう、前記セグメント
を組み立てて得られるトンネルの軸方向の視野から見て、前記鋼部材と重なるように配設されて
おり、
前記補強用鋼材は前記鋼部材と重なる領域に孔が形成されており、
前記継手面には、前記セグメントの外周面側及び内周面側に前記圧縮伝達材が配設され、前記セグメントの外周面側及び内周面側の前記圧縮伝達材にそれぞれ前記補強用鋼材が連結され、前記セグメントの外周面側の前記圧縮伝達材及び前記補強用鋼材と、前記セグメントの内周面側の前記圧縮伝達材及び前記補強用鋼材との間に継手が設置されており、
前記セグメントの外周面側に配設された前記圧縮伝達材は、前記セグメントの外周面側端部に到達する、
セグメント。
【請求項2】
前記鋼部材と前記補強用鋼材の間にコンクリートが充填されており、
前記補強用鋼材は、前記圧縮伝達材にかかった圧縮力荷重が、前記補強用鋼材からコンクリートを介して前記鋼部材に伝達されるよう、前記セグメント
を組み立てて得られるトンネルの軸方向の視野から見て、前記鋼部材と重なるように配設されている、
請求項1に記載されたセグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば地中の大深度区間に埋設されている道路トンネル等を含むシールドトンネルの筒状壁体を構成するセグメントにおいて、土圧等の外力が大きくても耐力を確保できるセグメントに関する。
【背景技術】
【0002】
一般に大深度区間に設けられたシールドトンネル等では、土圧や地下水圧、建築物の荷重等がかかるため、トンネル壁体を構成するセグメントに作用する外力が大きくなる。そのため、セグメント本体及び継手部に印加される圧縮応力度が増大する。一方、隣り合うセグメントを連結する継手部は引張部材であり、圧縮力を担保できない。
そのため、RCセグメントを用いた場合には外力に耐え得るように厚さを厚くする必要があり、トンネル外径が大きくなることにより非経済的でコスト高になる。
【0003】
このような外力に耐えると共にセグメント厚さを大きくしないようにしたセグメントとして、例えば特許文献1に記載された合成セグメントが提案されている。この合成セグメントでは、対向する継手面に露出する圧縮伝達材の間に、上下に配設された板状の鋼板を束材で連結した略H字状の主鋼材をコンクリートに埋設している。
そして、圧縮伝達材と主鋼材の間にくさび材を介在させて圧縮力を調整することで、外力により対向する端面にかかる圧縮力を圧縮伝達材から主鋼材に分散させることで受け止めることができる。そのため、セグメントに過大な圧縮力がかかることがなく、継手面の圧壊を防止できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上述した特許文献1に記載された合成セグメントでは、圧縮伝達材と主鋼材の間にくさび材を逆方向からそれぞれ打ち込んで外力に対向する圧縮力を設定するため、くさび材による圧縮力の調整が煩雑であった。
【0006】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、高圧縮力が作用する場合でも、耐圧縮力が大きく強度を補強できるようにした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】
本発明に係るコンクリート部材は、対向する端面を有するコンクリート部材であって、対向する端面にそれぞれ露出して配設された圧縮伝達材と、対向する圧縮伝達材の間に配設されている鋼部材と、圧縮伝達材に連結されていて鋼部材の間に延びて配設された補強用鋼材と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、コンクリート部材の端面同士が連結された状態で圧縮力がかかった場合、圧縮伝達材に連結された補強用鋼材からコンクリートを介して鋼部材に伝達して分散させることができるので、端面のコンクリートが圧縮力で圧壊されることはなく耐圧縮力と強度が高い。しかも、圧縮伝達材に固定した補強用鋼材を鋼部材の間に配設しているだけなので、補強用鋼材が鋼部材と同一レベルの内外周面側に配設できてコンクリート部材の厚みを増大させることなく高強度が得られる。
【0008】
また、補強用鋼材は鋼部材と重なる領域に孔が形成されていることが好ましい。
補強用鋼材は鋼部材と重なる領域に孔が形成されているため、荷重伝達効果が向上する上にコンクリートからの脱落防止効果を得られ、コンクリート部材端面近傍の補強効果を向上できる。しかも、補強用鋼材に孔を形成したため、コンクリートを充填する際に補強用鋼材の孔を通してコンクリート部材内部にスムーズに流動させることができる。
【0009】
また、鋼部材と補強用鋼材の間にコンクリートが充填されていることが好ましい。
鋼部材と補強用鋼材の間にコンクリートを充填することができるため、コンクリートの充填と流動がスムーズで十分な充填ができると共に、荷重を補強用鋼材からコンクリートを介して鋼部材に分散できる。
【0010】
また、端面にはその上下に圧縮伝達材が配設され、上下の圧縮伝達材にそれぞれ補強用鋼材が連結され、上下の圧縮伝達材及び補強用鋼材の間に継手が設置されていることが好ましい。
端面で連結されたコンクリート部材に圧縮力の荷重が上下いずれの方向から印加されたとしても、上下いずれかの補強用鋼材によって受け止めることができるため継手の周辺を高強度にして継手を保護できる。
【0011】
本発明によるセグメントは、コンクリート製の継手面及び主桁面で複数個連結されることで略筒状壁体を構築する円弧版状のセグメントであって、対向する継手面にそれぞれ露出して配設された圧縮伝達材と、対向する圧縮伝達材の間に配設されている鋼部材と、圧縮伝達材に固定されていて鋼部材内に延びて配設された補強用鋼材と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、セグメントの端面同士が互いに連結された状態で圧縮力がかかった場合、圧縮伝達材に固定された補強用鋼材からコンクリートを介して鋼部材に伝達して分散させることができるので、大深度区間であっても端面のコンクリートが圧縮力で圧壊されることはなく耐圧縮力と強度が高い。しかも、圧縮伝達材に固定した補強用鋼材を鋼部材の間に挿入したので補強用鋼材を鋼部材と同一レベルの内外周面側に配設できてセグメントの厚みを増大させることなく高強度が得られる。
【発明の効果】
【0012】
本発明に係るコンクリート部材及びセグメントによれば、コンクリートの端面を圧縮伝達材で補強できると共に、大きな圧縮力がかかった場合でも圧縮伝達材及び補強用鋼材からコンクリートを介して鋼部材に荷重を分散できるため耐圧縮力が大きく高強度である。
しかも、圧縮伝達材に固定した補強用鋼材を鋼部材の間に挿入したので補強用鋼材を鋼部材と同一レベルの内外周面側に配設できてコンクリート部材及びセグメントの厚みを増大させることなく耐圧縮力を向上できて高強度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】本発明の実施形態による大深度区間に設置されたトンネルの説明図である。
【
図2】
図1に示すトンネルのセグメントを示す斜視図である。
【
図4】
図3に示すセグメントのA-A線断面図である。
【
図5】
図3に示すセグメントのB-B線断面図である。
【
図6】
図3に示すセグメントのC-C線断面図である。
【
図7】
図3に示すセグメントのD-D線断面図である。
【
図9】(a)、(b)、(c)はセグメントの製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態による大深度区間に適用可能なセグメントについて添付図面を参照して説明する。
図1乃至
図9は本発明の実施形態による大深度区間に設置したトンネル1に用いるセグメント2を示すものである。
図1に示すトンネル1は地上から例えば70m以上の深さに設置されており、地上には高層建築物Bが構築されている。トンネル1は
図2から
図8に示す本発明の実施形態によるセグメント2が周方向に連結されたセグメントリング3が軸方向に連結されて筒状壁体を形成している。
【0015】
地中に埋設されたトンネル1には、土圧の影響に加えて地下水圧や建築物荷重の影響が付与されている。大深度区間では地表面から例えば深さ70m以上の土圧が印加されている。具体的には、トンネル1の上側と下側から頂部鉛直土圧及び底部鉛直土圧、側部から水平土圧が印加されている。更に、地中を流れる地下水の地下水位の荷重や、地上に設置された高層建築物Bの鉛直荷重や側圧が印加されている。
これらの荷重はトンネル1のセグメントリング3のセグメント2同士を連結する継手面7に曲げ圧縮荷重として印加される。各セグメント2はこれらの圧縮荷重に耐え得る構成を必要とされている。
【0016】
図2及び
図3に示すセグメント2はRCセグメントである。このセグメント2はコンクリート製のセグメント本体の内部に後述する鉄筋かご16が配設されて補強されている。セグメント2の側面は略長方形状で平面内で略円弧状に湾曲形成された一対の主桁面6と、長方形に形成された一対の継手面7と、を備えている。セグメント2は全体に略四角形板状で円弧版状に湾曲して形成されている。
セグメント2の外周面8と内周面9はそれぞれ湾曲形成されたコンクリートCの面である。両側の主桁面6には所定間隔で雄継手からなる継手部11と雌継手からなる継手部11がそれぞれ設置されている。両側の継手面7には雄継手としての例えば2組のM金物12と、雌継手としての2組のF金物13がそれぞれ装着されている。なお、継手面7の雄継手や雌継手は1組でもよい。
【0017】
また、
図3に示す継手面7には、M金物12及びF金物13を挟んでその上部と下部に鋼板15が露出して固定されている。上側の鋼板15は上部鋼板15aであり、下側の鋼板15は下部鋼板15bである。対向する継手面7の間にはコンクリートC中に
図4、
図5、
図8に示す鉄筋かご16が内蔵されている。
図4及び
図5には鉄筋かご16の一部が示されている。
M金物12及びF金物13には鉄筋かご16の内部に延びるアンカー筋14がコンクリートC中に固定されている。アンカー筋14は鉄筋かご16に固定または接触していてもよいし、非接触でもよい。
【0018】
図3、
図4、
図6~
図8に示すように、鉄筋かご16はセグメント2の外周面8側に主桁面6の方向に沿って複数の主鉄筋18が所定間隔で配列され、内周面9側にも主桁面6の方向に沿って複数の主鉄筋18が所定間隔で配列されている。これら上下に配列された主鉄筋18は鋼部材であり、直交する方向に配列された配力筋19によって囲われて互いに固定されている。配力筋19は主鉄筋18の長手方向に沿って所定間隔に複数組設けられている。
【0019】
図8において、1組の配力筋19は、上下に配列された複数の主鉄筋18を全体に囲うように第一の配力筋19aが二重に配設されている。2本の第一の配力筋19aに接触させて左側の一部の主鉄筋18を囲うように第二の配力筋19bが配設されている。更に、別の組の第一の配力筋19aに接触させて右側の一部の主鉄筋18を囲うように第三の配力筋19cが配設されている。第一~第三の配力筋19a、19b、19cは主鉄筋18に直交する方向にそれぞれ略四角形枠状に巻回されている。上下に配列された各主鉄筋18と第一~第三の配力筋19a、19b、19cとは溶接等でそれぞれ連結されている。
【0020】
継手面7の上下にそれぞれ固定された上部鋼板15a及び下部鋼板15bには、その長手方向にそれぞれ孔あき鋼板ジベル21、22が補強用鋼材として溶接等で固定されている。孔あき鋼板ジベル21、22は例えば長方形板状であり、その自由端部近傍には脱落防止とコンクリートCとの連結のために孔21a、22aが形成されている。上部鋼板15a、下部鋼板15bは継手面7の一端から他端まで延びており、その内面に孔あき鋼板ジベル21、22が長手方向に沿って所定間隔で例えば櫛刃状に配列されている。
図6及び
図7に示すように、上部鋼板15aに固定された孔あき鋼板ジベル21は上部鋼板15aの上下方向中央に配設されて、鉄筋かご16の主鉄筋18の間に延びている。下部鋼板15bに固定された孔あき鋼板ジベル22は上部鋼板15aの上端部に配設されて、鉄筋かご16の主鉄筋18の間に延びている。上部鋼板15aと孔あき鋼板ジベル21、下部鋼板15bと孔あき鋼板ジベル22は溶接等によって予め一体に連結しておくことが好ましい。
【0021】
孔あき鋼板ジベル21、22は鉄筋かご16と一部が被っていればよく長手方向の被り長さは適宜設定できるが、本実施形態では鋼板15側から2本目の配力筋19に重なる程度に延びている。しかも、孔あき鋼板ジベル21、22は鉄筋かご16の主鉄筋18及び配力筋19と非接触に配設されているが、接触していてもよい。孔あき鋼板ジベル21、22は鉄筋かご16と非接触に配設することで、コンクリートCの打設時におけるコンクリートCの流入がよりスムーズになる。
そのため、トンネル1のセグメントリング3において、互いに連結されたセグメント2の継手面7同士に外部から土圧等の荷重が印加された場合、互いに当接する上部鋼板15a及び下部鋼板15bにかかる圧縮荷重は孔あき鋼板ジベル21、22からコンクリートCを介して鉄筋かご16に伝達され、荷重を分担して受けることができる。継手面7から主鉄筋18の自由端までのコンクリートCのみの構造について、孔あき鋼板ジベル21,22が主鉄筋18と同等の働きをして補強される。なお、上述した説明では省略されているが、セグメント2の主桁面6と継手面7の上部鋼板15aには漏水を防止するためのシール溝とシール部材が設置されていてもよい。
【0022】
本実施形態によるセグメント2は上述した構成を備えており、次にその製造方法を
図9により説明する。
図9(a)に示す型枠25は、セグメント2の内周面9に対向する凸状に湾曲した底盤部25aと、対向する主桁面6及び継手面7にそれぞれ対向する4面の側部25bとを有している。型枠25内に主鉄筋18と配力筋19とで格子状に形成された鉄筋かご16を設置する。
【0023】
主桁面6に対向する側部25bには雄継手と雌継手をそれぞれネジ等で固定する。型枠25の継手面7に対向する側部25bの下側に、孔あき鋼板ジベル22を予め溶接した下部鋼板15bを取り付けてネジ等で固定する。
側部25bの上側には、孔あき鋼板ジベル21を予め溶接した上部鋼板15aを取り付けてネジ等で固定する。その際、孔あき鋼板ジベル21、22は鉄筋かご16の主鉄筋18の間に進入してその先端部分が主鉄筋18及び配力筋19に被るが、主鉄筋18及び配力筋19とは非接触に配置する。
【0024】
次に、
図9(b)において、型枠25内に設置した蓋部26の中央開口を通してコンクリートCを充填して打設する。その際、充填されたコンクリートCは孔あき鋼板ジベル21、22と鉄筋かご16との隙間を流通し、且つ孔あき鋼板ジベル21、22の孔21a、22a内を流通することで、型枠25内で隙間なく充填される。
型枠25内に充填されたコンクリートCを養生した後、型枠25から取り出すことで、
図9(c)に示すRCのセグメント2を製造できる。
なお、鉄筋かご16は型枠25に接触しない配置構成を基本とするが、接触してもよい。また、鉄筋かご16と杭あき鋼板ジベル21、21は接触しないように配置することが製造上、有利である。
【0025】
実施形態によるセグメント2を、地中深く掘削した大深度区画で継手面7同士をM金物12及びF金物13同士で連結して鋼板15同士を当接させてセグメントリング3を構築する。更に、主桁面6同士を当接させて、継手部11の雄継手と雌継手を連結させることでトンネル1を構築する。
このトンネル1には外側から土圧、建築物荷重及び地下水圧による荷重が、隣り合うセグメント2の継手面7同士に外側から印加される。そのため、特に継手面7の鋼板15に大きな圧縮力荷重がかかる。しかし、この圧縮力荷重は鋼板15及び孔あき鋼板ジベル21、22からコンクリートCを介して鉄筋かご16の主鉄筋18及び配力筋19に伝達されることで分散して荷重を受ける。
【0026】
そのため、継手面7のコンクリートCがクリープ破壊することを鋼板15によって防止できる。また、継手面7にかかる圧縮力荷重は鋼板15及び孔あき鋼板ジベル21、22からコンクリートCを介して鉄筋かご16の主鉄筋18及び配力筋19に分散されることでコンクリートCの損傷を防止できる。
また、孔あき鋼板ジベル21、22をM金物12及びF金物13の上下にそれぞれ配設したため、上下方向に不均等な荷重が印加されたとしても、孔あき鋼板ジベル21、22で荷重を受ける。
また、高層建築物B等によって地中で上下方向に不均衡な荷重がかかって曲げ荷重が増大したとしても、上部鋼板15a、下部鋼板15bに連結された孔あき鋼板ジベル21、22で曲げ荷重を受けることができる。
【0027】
上述のように本実施形態によれば、大深度区間においてトンネル1を構築するセグメント2の継手面7同士に大きな圧縮力荷重がかかったとしても、継手面7の上下に固定された上部鋼板15a、下部鋼板15b及び孔あき鋼板ジベル21、22からコンクリートCを介して鉄筋かご16の主鉄筋18及び配力筋19に分散されるため、耐圧縮力と強度が高い。また、セグメント2の継手面7の強度を上部鋼板15a、下部鋼板15bによって補強でき、コンクリートCのクリープ破壊を防止できる。
しかも、上部鋼板15a及び下部鋼板15bに固定した孔あき鋼板ジベル21、22を鉄筋かご16の主鉄筋18の間に挿入したので、孔あき鋼板ジベル21、22を主鉄筋18と同一レベルの外周面8及び内周面9側に配設できてセグメント2の厚みを増大させることなく高強度が得られる。また、孔あき鋼板ジベル21、22をM金物12及びF金物13の上下にそれぞれ配設したため、上下方向のいずれの向きの曲げ荷重がかかっても負荷や損傷を防止できる。
【0028】
また、鉄筋かご16等の圧縮部材が存在しない雄継手や雌継手の付近の領域を孔あき鋼板ジベル21、22によって補強することができる。しかも、鋼板15に固定した孔あき鋼板ジベル21、22を鉄筋かご16内に挿入するだけなので鋼板ジベルのサイズ変更が容易である。孔あき鋼板ジベル21、22は主鉄筋18と重なる領域に孔21a,22aが形成されているため、荷重伝達効果が向上する上にコンクリートからの脱落防止効果を得られ、セグメント2の主桁面7近傍の補強効果を向上できる。
また、孔あき鋼板ジベル21、22と鉄筋かご16は非接触であるため、製造時にコンクリートCを充填し易い上にこれらの部材の配置構成を調整しなくてもよく製造が容易である。
【0029】
以上、本発明の実施形態によるセグメント2について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本実施形態の変形例等について説明するが、上述の実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
【0030】
上述したセグメント2は地下の大深度区画にトンネル1を設置する場合に用いるセグメント2について説明したが、本実施形態によるセグメント2は大深度区画に限定されることなく、地下の適宜の浅い区画または地上等に施工する道路トンネル等の各種トンネル1に適用できる。
また、セグメント2の継手面7における上部鋼板15aに連結する孔あき鋼板ジベル21は上部鋼板15aの上下方向中央、下部鋼板15bに連結する孔あき鋼板ジベル22は下部鋼板15bの上端に溶接等で取り付けた。しかしながら、上部鋼板15a、下部鋼板15bに対する孔あき鋼板ジベル21、22の取り付け位置は適宜の位置を選択できる。
【0031】
なお、本実施形態によるセグメント2はコンクリート部材に含まれる。コンクリート部材には円弧版状に湾曲していない平板状の部材やその他の適宜形状のものも含まれる。
また、本発明において孔あき鋼板ジベル21、22は平板状の鋼板が鉄筋かご16の主鉄筋18の間への挿入が容易であるが、棒状等や角柱状等でもよく、また、孔21a、22aが形成されていなくてもよい。本発明において、これらの孔あき鋼板ジベル21、22は補強用鋼材に含まれる。また、端面は継手面7を含んでいる。
また、鋼板15についてもその位置や形状を適宜選択でき、上部鋼板15a、下部鋼板15bの一方だけ設置してもよく、上部鋼板15a、下部鋼板15bは必ずしもセグメント2の上面、下面に到達していなくてもよい。これらの鋼板15は圧縮伝達材に含まれる。
本発明によるトンネル1は、道路トンネルだけでなく鉄道トンネル、共同溝、下水道、上水道、地下河川、貯留管等にも適用できる。
【符号の説明】
【0032】
1 トンネル
2 セグメント
3 セグメントリング
6 主桁面
7 継手面
12 M金物
13 F金物
15 鋼板
15a 上部鋼板
15b 下部鋼板
16 鉄筋かご
18 主鉄筋
19 配力筋
19a 第一の配力筋
19b 第二の配力筋
19c 第三の配力筋
21、22 孔あき鋼板ジベル
B 高層建築物
C コンクリート