切削可能なモルタル製セグメント及びシールドトンネルの壁体
【課題】シールド掘進機による切削時のトルクを大幅に減少し、また、振動を低減させることができ、シールド掘進機のビットの摩耗を減少させることのできる切削可能なモルタル製セグメント及びシールドトンネルの壁体を提供する。
【解決手段】シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメント１であって、モルタル２０を母材とし、繊維強化樹脂製筋材を補強筋１０とするシールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメント１において、モルタル２０は、セメント、水、細骨材を含み、細骨材は軽量細骨材を含み、軽量細骨材を、細骨材全体に対して５〜１００重量％使用する。
【解決手段】シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメント１であって、モルタル２０を母材とし、繊維強化樹脂製筋材を補強筋１０とするシールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメント１において、モルタル２０は、セメント、水、細骨材を含み、細骨材は軽量細骨材を含み、軽量細骨材を、細骨材全体に対して５〜１００重量％使用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、地中を掘削するシールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体の構造に関するものであり、特に、本発明は、シールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメント及び斯かるセグメントにて構築されるシールドトンネルの壁体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールド掘進機により地中を掘削しながら道路や鉄道などのトンネルを構築するシールド工法によれば、シールド掘進機の掘削により、シールド掘進機の後方に形成された掘削部には、掘削部の内壁面に沿ってセグメントを組み立てて設置し、セグメントトンネル壁体を構築することが行われる。
【０００３】
セグメントトンネル壁体に用いられるセグメントは、周辺地山の土水圧荷重に耐え、所定のトンネル内空を確保できる、安全且つ堅固な構造物であることが要求され、通常、鉄筋コンクリート製、鋼製、コンクリート・鋼合成のセグメントが使用されている。
【０００４】
一方、シールド工法にてトンネルを構築した後に、このトンネルとは異なる方向に更に分岐トンネルを構築することなどが要求される。
【０００５】
従来の技術では一度シールドにより本線セグメントを地中に設置した後に、開削工法により分岐部のセグメントを掘り出し、凍結工法等と併用しながら新たにランプトンネルや、本線トンネルとランプトンネルの接合部を設置する必要があった。
【０００６】
この方法では工期が長く、費用が非常に高くなるという問題点があった。これを解決するために様々な工法が提案されているが、実用に耐えるものはほとんどなかった。
【０００７】
従来、シールド掘進機の発進、到達においては、立坑壁の一部にシールド掘進機による切削可能な土留め壁を用いて、シールド掘進機のビットによる立坑壁の直接切削が行われている（特許文献１参照）。
【０００８】
又は、図１５に示すように、既設のトンネルのセグメント壁体１００の一部を、斜線を施して示すように、予めシールド掘進機による切削可能なセグメント１にて構成し、既設のトンネルを掘削するシールド掘進機とは別のシールド掘進機２００にて切削して、管路のＴ型接合や道路トンネルの分岐、合流部を構築することもある。
【０００９】
シールド掘進機による切削可能なセグメント１としては、例えば、炭素繊維やガラス繊維などの強化繊維に樹脂を含浸させたロープ状の繊維強化樹脂製補強筋（ＦＲＰ筋）を鉄筋の代わりに使用したＲＣセグメント、ＲＣ部をＦＲＵ（Fiber Reinforcing Urethane）に置き換えたＦＲＵセグメント、短繊維で強化した無筋のコンクリート製セグメントなどが提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−３０２４９０号公報
【特許文献２】特許第２７５１６３号公報
【特許文献３】特開平４−２１３６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、シールド掘進機による管路のＴ型接合や道路トンネルの分岐、合流部を構築する場合には、セグメント切削区間が長いため、僅か１ｍ程度の掘削で終了する従来のＦＲＰ筋＋コンクリートの土留め壁での切削と違い、高速の切削が求められる。また、セグメント切削区間が長いため、シールド掘進機のビットの摩耗が激しく、ビットの摩耗を改善する必要がある。
【００１２】
更に、セグメントの切削中に、切削性が悪く地盤振動が生じた場合、最悪の場合工事を中止しなくてはならないため、セグメントの掘進区間が長い切削セグメントでは、特に切削時の振動レベルが低いことが要求される。
【００１３】
本発明者らは、上記問題を解決するために多くの研究実験を行った結果、
１．コンクリート中の粗骨材を構成する軽量骨材（以下、粗骨材としての軽量骨材を「軽量粗骨材」という。）の割合を所定量とすることにより、
（１）切削時のトルクが急激に減少すること、
（２）切削時の振動レベルが大幅に低減すること、
（３）シールド掘進機の掘進速度を上げても、切削が可能であること、
２．コンクリート中の細骨材を構成する軽量骨材の割合を所定量とすることにより、ビットの摩耗が低下すること、
３．ＦＲＰ筋の断面積が小さ過ぎず、また、大き過ぎないときに、ＦＲＰ筋が良く切断され取り込みに問題がないサイズに裁断されること、
の知見を得た。
【００１４】
更に、本発明者らは、切削時のトルク及び振動レベル、並びに、ビット摩耗を減少させるべく、セグメントの母材としてコンクリートの代わりにモルタルを使用することを考え、モルタルについて多くの研究実験を行った結果、特に、モルタル中の細骨材を構成する軽量骨材（以下、細骨材としての軽量骨材を「軽量細骨材」という。）の割合を所定量とすることにより、シールド掘進機による切削時のトルクが急激に減少し、又、振動が低減すること、更には、ビット摩耗が低減し、シールド掘進機の掘進速度が向上するが確認できた。
【００１５】
本発明は、本発明者らによる斯かる新規な知見に基づきなされたものである。
【００１６】
本発明の目的は、シールド掘進機による切削時のトルク及びビット摩耗を大幅に減少し、また、振動を低減させることのできる切削可能なモルタル製セグメント及びシールドトンネルの壁体を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、シールド掘進機の切削速度を上げることができるモルタル製セグメント及びシールドトンネルの壁体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的は本発明に係る切削可能なモルタル製セグメント及びシールドトンネルの壁体にて達成される。要約すれば、本発明の第一の態様によれば、シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、モルタルを母材とし、繊維強化樹脂製筋材を補強筋とするシールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメントにおいて、
前記モルタルは、セメント、水、細骨材を含み、
前記細骨材は軽量細骨材を含み、前記軽量細骨材を、前記細骨材全体に対して５〜１００重量％使用することを特徴とするモルタル製セグメントが提供される。
【００１９】
本発明の一実施態様によれば、前記細骨材の最大寸法は、５ｍｍ未満である。
【００２０】
本発明の他の実施態様によれば、前記モルタルは、水セメント比が２０〜４０重量％である。
【００２１】
本発明の他の実施態様によれば、前記モルタルは、発泡モルタルである。
【００２２】
本発明の他の実施態様によれば、前記モルタルは、更に、前記モルタルの全体積に対して樹脂繊維を０．０１〜１．０体積％含む。
【００２３】
本発明の他の実施態様によれば、前記樹脂繊維は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリプロビレン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、熱可塑エポキシ樹脂で作製された繊維である。
【００２４】
本発明の他の実施態様によれば、前記補強筋は、横断面積が２ｍｍ2以上５００ｍｍ2未満の丸型或いは矩形のロッドとされる前記繊維強化樹脂製筋材である。
【００２５】
本発明の他の実施態様によれば、前記補強筋は、横断面積が２ｍｍ2以上５００ｍｍ2未満の丸型或いは矩形の前記繊維強化樹脂製筋材を使用して格子状に形成したシート状格子筋である。
【００２６】
本発明の他の実施態様によれば、前記繊維強化樹脂製筋材は、強化繊維に樹脂を含浸して形成され、
前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維等の無機繊維、或いは、アラミド、ポリエステル、ナイロン、ビニロン等の有機繊維のいずれかの繊維であるか、又は、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされ、
前記樹脂は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、又は、ナイロン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂、又は、熱可塑エポキシ樹脂である。
【００２７】
本発明の第二の態様によれば、モルタルを母材とし、繊維強化樹脂製筋材を補強筋とするシールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメントにて構築された壁領域を備えたシールドトンネルの壁体において、
前記モルタル製セグメントは、上記いずれかの構成のモルタル製セグメントであることを特徴とするシールドトンネルの壁体が提供される。
【００２８】
上記第二の本発明の一実施態様によれば、前記モルタル製セグメントを、前記シールドトンネルの円周方向及び前記シールドトンネルの延長方向において、他のセグメントに対してセグメント継手にて接続し、
前記セグメント継手を形成する継手部材は、樹脂にて作製されるか、或いは、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂にて作製される。
【００２９】
上記第二の本発明の他の実施態様によれば、前記モルタル製セグメントは、前記モルタル製セグメントを吊り下げるための吊手金物及び注入口を備えており、
前記吊手金物及び注入口は、樹脂にて作製されるか、或いは、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂にて作製される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、シールド掘進機による切削時のトルク及びビット摩耗を大幅に減少し、また、振動を低減することができると共に、シールド掘進機の閉塞を防ぐことが可能となる。また、シールド掘進機の切削速度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るシールドトンネル壁体の一実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るモルタル製セグメントの一実施例を示す斜視図である。
【図３（Ａ）】図３（Ａ）（ａ）は、本発明に係るモルタル製セグメントの一実施例の内部構造を示す斜視図であり、図３（Ａ）（ｂ）は、軸線方向に取った断面図である。
【図３（Ｂ）】図３（Ｂ）（ａ）は、本発明に係るモルタル製セグメントの一実施例の内部構造を示す斜視図であり、図３（Ｂ）（ｂ）は、軸線方向に取った断面図である。
【図３（Ｃ）】本発明に係るモルタル製セグメントの一実施例の内部構造を示す斜視図である。
【図４】軽量細骨材の比率と摩耗量の関係を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、モルタル製セグメント切削試験設備の概略構成を示す図であり、図５（ｂ）は、モルタル製セグメント曲げ試験設備の概略構成を示す図である。
【図６】ピース間継手の一実施例を示し、図６（ａ）は、セグメントの円周方向に延在する端面より見た図であり、図６（ｂ）は、継手金物の斜視図である。
【図７】ピース間継手の他の実施例を示し、図７（ａ−１）、（ｂ−１）は、セグメントの円周方向に延在する端面より見た図であり、図７（ａ−２）、（ｂ−２）は、トンネルの内側から見た図である。
【図８】ピース間継手の他の実施例を示し、図８（ａ）は、セグメントの円周方向に延在する端面より見た図であり、図８（ｂ）は、セグメントの端面の補強を説明する図であり、セグメントの円周方向に延在する端面より見た図である。
【図９】ピース間継手の他の実施例を示し、トンネルの軸線方向に見たセグメントの円周方向に延在する端面図である。
【図１０】リング間継手の一実施例を示し、図１０（ａ−１）、（ｂ−１）、（ｃ−１）は、セグメントの外側から円周方向に延在するセグメントの接合部を見た図であり、図１０（ａ−２）、（ｂ−２）、（ｃ−２）は、セグメントの一方側の接合端面を見た図である。
【図１１】リング間継手の一実施例を示し、図１１（ａ）は、ホゾ機構部の凹部を示す斜視図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の線Ｘ−Ｘに取った断面図であり、図１１（ｃ）、（ｄ）は、櫛状補強筋の具体例を示す斜視図である。
【図１２】リング間継手の他の実施例を示す斜視図である。
【図１３】本発明に係るモルタル製セグメントの一実施例を示す斜視図である。
【図１４】図１４（ａ）は、本発明に係るモルタル製セグメントの他の実施例の内部構造を示す斜視図であり、図１４（ｂ−１）、（ｂ−２）、及び、図１４（ｃ−１）、（ｃ−２）は、補強筋を使用した補強態様を説明する図である。
【図１５】従来のシールドトンネル壁体を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係る切削可能なモルタル製セグメント及びシールドトンネルの壁体を図面に則して更に詳しく説明する。
【００３３】
実施例１
図１は、シールド掘進機により地中を掘削しながら道路や鉄道などのトンネルを構築するシールド工法により、掘削部の内壁面に沿ってセグメントを組み立てて設置されたシールドトンネル壁体１００の一部を示す。シールドトンネル壁体１００は、モルタル製セグメント１をトンネルの円周方向及び延長方向（軸線方向）に複数連結して構成される。
【００３４】
図２に、一つのモルタル製セグメント１を示す。モルタル製セグメント１は、シールドトンネル壁体１００の湾曲した円周部の一部を構成するものであるので、所定の半径（Ｒ）、厚さ（Ｈ）、中心角（θ）、及び、トンネルの延長方向に沿って幅（Ｗ）にて延在した円弧状のセグメントとされる。通常、内周面半径（Ｒ）は、１〜１０ｍ、厚さ（Ｈ）は、０．１〜２ｍ、中心角（θ）は、１０°〜１００°、幅（Ｗ）は、０．３〜３ｍとされる。
【００３５】
本発明の切削可能なモルタル製セグメント（以下、「易切削性モルタル製セグメント」という。）１は、図１に示すような構造とされるシールドトンネル壁体１００において、トンネル構築後において、シールド掘進機による切削が必要とされる、例えば、管路のＴ型接合や道路トンネルの分岐、合流部を構築する部分に予め使用される。
【００３６】
図３（Ａ）（ａ）、（ｂ）に、本発明の易切削性モルタル製セグメント１の一実施例を示す。本発明の易切削性モルタル製セグメント１は、モルタル２０を母材とし、繊維強化樹脂製筋材を補強筋１０とする、シールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメントとされる。
【００３７】
つまり、易切削性モルタル製セグメント１は、補強筋１０を内部に有するモルタル構造体とされ、補強筋１０は、セグメントの縦方向（トンネルの円周方向）に沿って、セグメントの内周面側及び外周面側に位置して配置された湾曲したロッド状の内筋１１及び外筋１２と、更に、セグメントの横方向（トンネルの延長方向）に沿って配置され、前記内筋１１と外筋１２とに直交して、これら内筋１１と外筋１２との周りに巻回して配置されたロッド状のスターラップ１３とにて構成される。図３（Ａ）（ａ）では、図面を分かり易くするために内筋１１及び外筋１２としては、それぞれ、複数の筋材から成る一組ずつの内外筋１１、１２が図示されているが、通常、複数組、例えば２〜５組配置される。
【００３８】
内筋１１、外筋１２等は、筋材製造時にＲ加工、曲げ加工を施しておくか、自重或いは外力でＲ形状に変形させる。そして、通常の鉄筋篭組み立てに準じてビニール製結線を用いて組み立てる。
【００３９】
図３（Ｂ）（ａ）、（ｂ）に、本発明の易切削性モルタル製セグメント１の他の変更例を示す。
【００４０】
図３（Ｂ）（ａ）、（ｂ）に示す易切削性モルタル製セグメント１では、内筋１１及び外筋１２には、それぞれ、内筋１１及び外筋１２に直交して配力筋１４が配置され、ビニール製結線にて結束される。また、本例では、内筋１１と外筋１２とは、コ字状のスターラップ１３にビニール製結線にて結束され、所定距離離間して保持されている。
【００４１】
図３（Ｃ）は、本発明の易切削性モルタル製セグメント１の他の変更例を示す。
【００４２】
本例にて、易切削性モルタル製セグメント１は、セグメントの円周方向に沿って所定の間隔で設置された組立筋１５を備えている。組立筋１５は、後述する格子状に形成した繊維強化樹脂製の筋材である格子筋１０と同様の構成とされる。格子筋１０については、後で詳述する。
【００４３】
図３（Ｃ）では、図面を分かり易くするために組立筋１５は、３つ設置されているが、これに限定されるものではないが、通常、例えば３〜５組配置される。
【００４４】
本例にて、セグメント１の製造に際しては、凸状に作製された型枠９０の外周面に、組立筋１５を円周方向に所定の数だけ設置して、この組立筋１５を利用して、内筋１１、外筋１２、配力筋１４をビニール製結線にて結束することにより鉄筋籠を容易に組み立てることができる。
【００４５】
なお、本実施例及び他の変更例の各例では、補強筋１０である断面形状が丸型或いは矩形状のロッド状とされる、内筋１１、外筋１２、スターラップ１３、配力筋１４、組立筋１５は、繊維強化樹脂製筋材とされる。繊維強化樹脂製筋材については、詳しくは後述する。
【００４６】
（モルタル）
本発明の特徴は、易切削性モルタル製セグメントの母材であるモルタル２０の構成にある。
【００４７】
つまり、上述したように、本発明者らは、ビットの摩耗を減少させるべく、モルタルについて多くの研究実験を行った結果、モルタル中の細骨材を構成する軽量骨材、即ち、軽量細骨材の割合を所定の量とすることにより、シールド掘進機による切削時のトルクが急激に減少し、又、振動が低減することが確認できた。以下、本発明にて使用するモルタルの一実施例について説明する。
【００４８】
本実施例にて、モルタル２０は、セメント、水、細骨材を含んでいる。また、モルタルは、発泡モルタルとすることもできる。発泡モルタルは、フレッシュモルタル中に発泡剤として、例えば、金属アルミニウム粉末を投入することにより作製することができる。
【００４９】
所望により、モルタル（或いは、発泡モルタル）には、更に、モルタルの全体積に対して樹脂繊維を０．０１〜１．０体積％含ませることができる。樹脂繊維は、短繊維とされ、通常、繊維長は、０．５〜６ｃｍ程度とされる。
【００５０】
また、樹脂繊維は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリプロビレン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、熱可塑エポキシ樹脂で作製された繊維である。
【００５１】
細骨材は、従来知られているように、天然骨材と人工骨材からなり、天然骨材としては、川砂、川砂利、海砂、海砂利、山砂、山砂利、天然軽量骨材、などがあり、人工骨材としては、砕砂、砕石、スラグ砂、スラグ砕石、人口軽量骨材、などがある。
【００５２】
本願明細書では、基本的には、「細骨材」とは、５ｍｍ未満の骨材をいうものとする。
【００５３】
つまり、本願発明においても、従来の規定に従って、細骨材は、最大寸法が、５ｍｍ未満であるとする。
【００５４】
ただし、実際の現場にある骨材は、大小の粒径のものが混在しているので、本願明細書でいう「細骨材」とは、５ｍｍ未満の骨材を８５％以上、５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下のものを１５％以内含む骨材を意味するものとする。
【００５５】
モルタル２０は、従来と同様に、水セメント比が２０〜４０重量％である。
【００５６】
本発明にて重要なことは、細骨材は軽量骨材（即ち、軽量細骨材）を含み、軽量細骨材を、細骨材全体に対して５〜１００重量％使用することにある。本実施例にて軽量細骨材としては、膨張頁岩、膨張粘土、膨張スレート、焼成フライアッシュなどを材料成分とする人工軽量骨材などとされる。
【００５７】
本発明者らは、細骨材の種類を、（１）普通砕石、（２）軽量細骨材、とにて構成し、普通砕石と軽量細骨材の割合を変化させて繊維強化樹脂製筋材供試体１Ｓを作製して切削試験を行った。切削試験は、図５（ａ）に示す切削試験設備を使用して、切削試験機にて切削試験を実施した。
【００５８】
ここで、切削試験機のビットは、
・ビット材質：Ｅ５
・ビット幅：２０ｍｍ、先端Ｒ：３ｍｍ
の片刃フラットビットを使用した。また、新品のビットを各条件毎に用意し、一定の切削距離を切削後に、ビットの先端の減少量を測定した。その結果を下記表１及び図４に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１及び図４に示すように、軽量細骨材の割合が５重量％を超えると切削時のビットの摩耗が大幅に減少することが判明した。軽量細骨材の量が、５重量％未満だと、切削時のビットの摩耗が大幅に低減することはなかった。
【００６１】
（繊維強化樹脂製筋材）
本実施例にて補強筋１０を構成する内筋１１、外筋１２、配力筋１４、スターラップ１３等として使用されるロッド状とされる繊維強化樹脂製筋材は、一方向に引き揃えて配向された長繊維の強化繊維に樹脂を含浸して形成される。
【００６２】
強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維等の無機繊維、或いは、アラミド、ポリエステル、ナイロン、ビニロン等の有機繊維のいずれかの繊維であるか、又は、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされる。含浸される樹脂は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、又は、ナイロン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂、又は、熱可塑エポキシ樹脂が使用される。強化繊維に対する樹脂含浸量は、２０〜７０体積％とされる。
【００６３】
本発明者らは、下記仕様にて、断面積を変化させて丸型及び矩形のロッド状の繊維強化樹脂製筋材を作製し、本発明に従った配合のモルタルに埋め込み、繊維強化樹脂製筋材供試体１Ｓを作製した。この供試体１Ｓを、図５（ａ）に示す切削試験設備を使用して、上述と同様にして、切削試験機の２０ｍｍ幅の片刃フラットビットにて切削試験を実施した。表２にその結果を示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
本発明者等の研究実験の結果によると、表２から分かるように、補強筋１０であるロッド状の内筋１１、外筋１２、配力筋１４、及び、スターラップ１３等を形成する繊維強化樹脂製筋材は、横断面積が２ｍｍ2以上５００ｍｍ2未満の丸型或いは矩形のロッドとされるのが好適であることが分かった。
【００６６】
ロッド状の繊維強化樹脂製筋材の断面積が５００ｍｍ2以上となると、繊維強化樹脂製筋材がビットで切断される前に繊維強化樹脂製筋材の周囲のモルタルが先に脱落し、繊維強化樹脂製筋材の切断時に繊維強化樹脂製筋材が振動するため、切削時の振動が非常に大きくなることが分かった。また逆に、繊維強化樹脂製筋材の断面積が２ｍｍ2より小さいと、切削時に繊維強化樹脂製筋材がきちっと切断されず、ビットに絡み付く現象が生じるため、切削時のトルクが急上昇することが確認された。
（繊維強化樹脂製筋材供試体）
強化繊維：炭素繊維（繊維径７μｍ）
樹脂： エポキシ樹脂
樹脂含浸量：５０体積％
（モルタル）
水セメント比：３０重量％
細骨材（普通砕石：軽量細骨材（細砂）＝０重量％：１００重量％）
２８日強度（圧縮強度）：３５Ｎ／ｍｍ2
【００６７】
次に、本発明に係るモルタル製セグメントの構造安定性について検討した。
【００６８】
梁せい（Ｈ）１２５ｍｍの、上述の配合とされるモルタル製のセグメントの内部に、引張補強筋として直径６ｍｍの炭素繊維強化樹脂製筋材（ロッド）１１、１２を体積比で０．３％使用した供試体１Ｓを作製した。この供試体１Ｓを、３点曲げ試験を行った。図５（ｂ）に３点曲げ試験装置の概略構成を示す。
【００６９】
３点曲げ試験にて、供試体１Ｓの外側の曲率は、半径（Ｒ）が９００ｍｍであり、２点支持の間の距離は９９６ｍｍであった。
【００７０】
なお、せん断にて供試体１Ｓが破壊されないように、直径８ｍｍの炭素繊維強化樹脂製筋材（ロッド）とされるスターラップ１３を体積比で０．２％配置した。モルタル２０の強度は５０Ｎ／ｍｍ2とした。
【００７１】
曲げ試験の結果、供試体１Ｓはモルタル圧壊モードで破壊し、細径炭素繊維強化樹脂製筋材が引張補強筋として十分機能することが確認された。
【００７２】
（モルタル製セグメントの接続）
上記構成の本発明に係るモルタル製セグメント１は、シールドトンネル１００の円周方向及びシールドトンネル１００の延長方向において、他のセグメントに対してセグメント継手にて接続してシールドトンネルの壁体１００を形成する。基本的に、セグメント継手を構成する継手部材は、樹脂材料或いは繊維強化樹脂材料にて作製される。
【００７３】
図１、図２、図６〜図９、及び、図１０〜図１２を参照すると、セグメント継手としては、各セグメントを円周方向にて端面同士を当接して接続するものであって、接線方向の軸力Ｎと曲げモーメントＭが作用するピース間継手５０（図６〜図９参照）、及び、トンネルの軸線方向（延長方向）にて端面同士を同接して接続するものであって、せん断力を伝達して千鳥組みの添接効果を発揮するリング間継手６０（図１０〜図１２参照）がある。
【００７４】
ピース間継手
ピース間継手５０は、圧縮力が作用する環境にあるが、継手部には引張抵抗が期待されており、基本は、樹脂材料或いは繊維強化樹脂材料にて作製された継手金物同士を、樹脂材料或いは繊維強化樹脂材料にて作製されたボルト、ナット等で接合している。
【００７５】
本実施例では、ピース間継手５０としては、以下の構造が好適に採用される。
【００７６】
（１）図６（ａ）、（ｂ）に示すように、樹脂材料或いは繊維強化樹脂材料にて作製された（以下、「樹脂系」という。）の継手金物５１とアンカー部５２とを一体成型し、樹脂系のボルトナット５３（５３ａ、５３ｂ）で締結する。
【００７７】
つまり、図６（ｂ）に示すように、セグメントの端面に、樹脂系材料で一体に成型するか、或いは、接着組立で作製された継手金物５１とアンカー部５２とを設置し、樹脂系のボルトナット５３にて互いに締結する。本実施例では、継手金物５１は、ボルト貫通穴５４が形成された平板５１ａと、アンカー部５２を取り付けるためにこの平板５１ａに垂直に一体に成形された支持板５１ｂとにて構成されているが、継手金物５１の形状は、これに限定されるものではない。
【００７８】
本実施例では、継手金物５１は、アンカー部５２をセグメント端面に取り付けることにより、セグメント端面に取り付けられ、隣り合った各セグメント１は、平板５１ａが互いに当接することとなる。ここで、両当接板５１ａのボルト穴５４を貫通してボルト５３ａを通し、ナット５３ｂにより両平板５１ａを締結する。
【００７９】
（２）図７に示すように、セグメント端面から控えたところに箱抜き５９を設けておき、樹脂系のボルトナット５３（５３ａ、５３ｂ）で締結する。
【００８０】
つまり、図７（ａ−１）は、互いに隣り合ったセグメント１の、トンネル延長（軸線）方向に見た断面図であり、図７（ａ−２）は、互いに隣り合ったセグメント１の、トンネルの内側から見た図である。
【００８１】
各セグメント１には、各セグメント１の当接面から所定の距離離れて、本実施例では、矩形状（箱状）の凹部５９が形成されており、各箱状凹部５９間を貫通する貫通穴５５を形成し、一方の凹部５９から貫通穴５５を貫通して他方の凹部５９へとボルト５３ａを通し、ナット５３ｂ締めする。
【００８２】
締結するボルト５３ａの本数に応じて各セグメント１には箱状凹部５９が形成される。本実施例では、２個ずつ形成されているが、これに限定されるものではない。
【００８３】
また、セグメント端面に形成される箱抜き形状は、図７（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、三角形状の凹部５９とすることもでき、この場合は、各凹部５９間を貫通する湾曲した貫通穴５５を形成し、一方の凹部５９から湾曲した貫通穴５５を貫通して他方の凹部５９へと湾曲したボルト５３ａを通し、ナット５３ｂ締めすることができる。この例においても、ボルト５３ａ及びナット５３ｂは、樹脂系材料にて作製する。
【００８４】
（３）図８（ａ）に示すように、一方のセグメント端面に、樹脂系のインサート金物５６を埋設しておき、他方から樹脂系ボルト５３ａを斜め方向に挿入させる。
【００８５】
なお、ピース間継手においては、図８（ｂ）に示すように、内外筋１１、１２の間にＵ字形の支圧繊維補強筋１７を設置するのが好ましい。
【００８６】
（４）図９に示すように、切削される複数のセグメント１Ａを、切削対象外のセグメントピース１Ｂから、繊維強化樹脂製ストランド、例えば、炭素繊維強化樹脂製ストランドで作製された（以下、「炭素繊維系」という。）線材５７で締め付ける。
【００８７】
つまり、本発明に従って作製されたモルタル製セグメント１Ａに予め炭素繊維系の線材５７を通すための貫通穴５８を形成しておき、トンネル壁体１００を形成する際に、切削対象外のセグメントピース１Ｂに金属或いは樹脂系にて作製した定着部５７ａにて定着された炭素繊維系の線材５７を通し、線材の他端を更に、切削対象外のセグメントピース１Ｂの金属或いは樹脂系にて作製した定着部５７ｂに定着する。これにより、各セグメント間をストランド５７で密着して接続することができる。
【００８８】
（５）図９と同様の構成とされるが、炭素繊維系の線材ではなく、銅線のような金属線を使用することができる。つまり、金属線を使用して、切削予定のセグメント１Ａを切削対象外のセグメントピース１Ｂを利用して締め付けておき、切削直前に撤去することもできる。
【００８９】
リング間継手
次に、トンネル壁体１００を構成する各セグメントのトンネル軸方向におけるリング間継手６０について説明する。
【００９０】
図１に示すように、トンネル壁体１００における各セグメント１に対して、トンネル軸方向にはシールドジャッキの残留推力によって押し付けられており、リング間継手６０は、図１０に図示するホゾ機構６１でのせん断力の伝達を考える。
【００９１】
リング間継手６０を構成するホゾ機構６１は、当接する隣り合った一方のセグメント１の円周方向に延在する端面に凸部６１ａを形成し、他方のセグメント１の円周方向に延在する端面に凹部６１ｂを形成することにより構成される。
【００９２】
図１０（ａ−１）は、セグメントの円周方向端面をトンネルの軸線方向に見た端面図であり、図１０（а−２）は、図１０（ａ−１）の線ａ−ａより見た、一方のセグメントの円周方向端面の正面図である。この例では、凸部６１ａ及び凹部６１ｂは、端面を横断して形成されている。所謂、連続ホゾである。
【００９３】
図１０（ｂ−１）は、セグメントの円周方向端面をトンネルの軸線方向に見た端面図であり、図１０（ｂ−２）は、図１０（ｂ−１）の線ｂ−ｂより見た、一方のセグメントの円周方向端面の正面図である。この例では、凸部６１ａ及び凹部６１ｂは、端面のほぼ中央部に円形状にて形成されている。所謂、椀型と言われる部分ホゾである。
【００９４】
図１０（ｃ−１）は、セグメントの円周方向端面をトンネルの軸線方向に見た端面図であり、図１０（ｃ−２）は、図１０（ｃ−１）の線ｃ−ｃより見た、一方のセグメントの円周方向端面の正面図である。この例では、凸部６１ａ及び凹部６１ｂは、端面のほぼ中央部に、両端が半円形とされるトラック状にて形成されている。所謂、小判型と言われる部分ホゾである。
【００９５】
図１１は、先に図１０（ｃ−１）、（ｃ−２）を参照して説明した小判型のホゾ機構６１を示す。
【００９６】
図１１（ａ）は、凹部６１ｂが形成されたセグメント端面の斜視図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＸ−Ｘに取った中央断面図である。
【００９７】
図１１（ｂ）に示すように、リング間継手６０のホゾ機構部６１は、ホゾの凹部６１ｂの上下に、図１１（ｃ）に示すような櫛状の、又は、図１１（ｄ）に示すような「キ」字状の繊維強化樹脂製の補強筋６２を差し込むことにより、補強することができる。
【００９８】
また、リング継手６０において、曲線区間等で引張抵抗を要求される地点では、上述のピース継手５０の場合と同様に、上記（１）〜（３）と同様の継手を上記ホゾ機構６１と組み合わせて採用することができる。
【００９９】
更に、図１２に示すように、上述のピース継手６０の場合の上記（４）、（５）の継手のように、トンネル軸方向に隣接した複数のセグメント１Ａ、１Ｂ間に引張抵抗材６３を設置することができる。引張抵抗材６３は、炭素繊維系の線材とされ、切削される複数のセグメント１Ａを、切削対象外のセグメントピース１Ｂから締め付ける。
【０１００】
つまり、本発明に従って作製されたモルタル製セグメントに予め線材６３を通すための貫通穴６４を形成しておき、トンネル壁体１００を形成する際に、切削対象外のセグメントピース１Ｂの定着部６３ａに定着された炭素繊維系の線材６３を通し、線材６３の他端を更に、切削対象外のセグメントピース１Ｂの定着部６３ｂに定着する。
【０１０１】
更には、上述と同様の構成とされるが、炭素繊維系の線材ではなく、ＰＣ鋼線のような金属線を使用し、切削直前に撤去することもできる。
【０１０２】
（吊手金物）
図１３に示すように、セグメントの運搬、吊り込み、エレクターでの組立等に使用するために、セグメント１には裏込注入用の注入口１ａが形成され、また、吊手金物７０が設置可能とされている。
【０１０３】
本実施例によれば、裏込注入用の注入口１ａは樹脂材料或いは繊維強化樹脂材料、即ち、樹脂系の材料にて作製され、セグメント１に埋設される。一方、吊手金物７０は、図１３に示すように、セグメント側に樹脂系の雌型インサート１ｂを埋設して使用する。即ち、本実施例では、吊手金物である鋼製の接合治具７０が４本の鋼ボルト７１をセグメントの雌型インサート１ｂに螺入することによりセグメント１に一体に取り付け、固定される。矯正等で大きな引張抵抗が要求される場合は、雌型インサート１ｂを複数個埋設しておき、接合治具７０の形状で対応する。なお、吊手金物７０もまた、樹脂系材料にて作製しても良い。
【０１０４】
実施例２
次に、図１４を参照して、本発明に係る切削可能なモルタル製セグメントの第二の実施例について説明する。
【０１０５】
図１４に示すように、本実施例のモルタル製セグメント１に関する全体構成及び継手構造は、実施例１に記載するモルタル製セグメント１及び継手構造５０、６０と同様とされ、ただ、セグメント１の内部に使用する繊維強化樹脂製補強筋１０の構造において相違している。従って、モルタル製セグメント１の全体構成及び継手構造５０、６０については実施例１の説明を援用し、ここでの再度の説明は省略し、本実施例の特徴部を構成する繊維強化樹脂製補強筋１０について説明する。
【０１０６】
実施例１では、繊維強化樹脂製補強筋１０は、断面が丸型或いは矩形のロッドとされたが、本実施例のモルタル製セグメント１の内部には、格子状に形成したシート状の格子筋１０が配置される。
【０１０７】
図１４には、図面を分かり易くするために内筋１１及び外筋１２として格子筋１０は、それぞれ、一層づつ図示されているが、通常、格子筋１０は、内筋１１及び外筋１２としてセグメントの内周側及び外周側にそれぞれ、複数層、例えば２〜５層積層される。
【０１０８】
また、格子筋１０としての内筋１１及び外筋１２は、実施例１にて説明したロッドと同様の構成とされる強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂材を、縦筋１１ａ、１２ａ及び横筋１１ｂ、１２ｂとして格子状に配列し、一体に成形し、硬化したものである。縦筋１１ａ、１２ａ及び横筋１１ｂ、１２ｂは、実施例１の場合と同様に、横断面積が２ｍｍ2以上５００ｍｍ2未満の丸型或いは矩形の繊維強化樹脂製筋材とされる。また、縦筋１１ａ、１２ａと横筋１１ｂ、１２ｂの間隔（ｗ１、ｗ２）は、ｗ１、ｗ２＝５〜３０ｃｍとされる。
【０１０９】
図１４（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、各格子筋１１、１２は、樹脂系の高低の架台１４（１４ａ、１４ｂ）を用意し、この架台１４上に積層して設置し、自重の撓みで円弧状の内筋１１及び外筋１２を形成する。勿論、各格子筋１１、１２は、予めＲ加工しても良い。
【０１１０】
また、せん断補強材が必要な場合は、図１４（ｃ−１）、（ｃ−２）に示すように、コ字状の繊維強化樹脂製筋材とされるスターラップ１３を必要個所に設置し、内筋１１と外筋１２との間を接続してても良い。
【符号の説明】
【０１１１】
１ モルタル製セグメント
２ モルタル
１０ 補強筋
１１ 内筋
１２ 外筋
１３、１４ スターラップ
５０ ピース間継手
６０ リング間継手
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、地中を掘削するシールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体の構造に関するものであり、特に、本発明は、シールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメント及び斯かるセグメントにて構築されるシールドトンネルの壁体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールド掘進機により地中を掘削しながら道路や鉄道などのトンネルを構築するシールド工法によれば、シールド掘進機の掘削により、シールド掘進機の後方に形成された掘削部には、掘削部の内壁面に沿ってセグメントを組み立てて設置し、セグメントトンネル壁体を構築することが行われる。
【０００３】
セグメントトンネル壁体に用いられるセグメントは、周辺地山の土水圧荷重に耐え、所定のトンネル内空を確保できる、安全且つ堅固な構造物であることが要求され、通常、鉄筋コンクリート製、鋼製、コンクリート・鋼合成のセグメントが使用されている。
【０００４】
一方、シールド工法にてトンネルを構築した後に、このトンネルとは異なる方向に更に分岐トンネルを構築することなどが要求される。
【０００５】
従来の技術では一度シールドにより本線セグメントを地中に設置した後に、開削工法により分岐部のセグメントを掘り出し、凍結工法等と併用しながら新たにランプトンネルや、本線トンネルとランプトンネルの接合部を設置する必要があった。
【０００６】
この方法では工期が長く、費用が非常に高くなるという問題点があった。これを解決するために様々な工法が提案されているが、実用に耐えるものはほとんどなかった。
【０００７】
従来、シールド掘進機の発進、到達においては、立坑壁の一部にシールド掘進機による切削可能な土留め壁を用いて、シールド掘進機のビットによる立坑壁の直接切削が行われている（特許文献１参照）。
【０００８】
又は、図１５に示すように、既設のトンネルのセグメント壁体１００の一部を、斜線を施して示すように、予めシールド掘進機による切削可能なセグメント１にて構成し、既設のトンネルを掘削するシールド掘進機とは別のシールド掘進機２００にて切削して、管路のＴ型接合や道路トンネルの分岐、合流部を構築することもある。
【０００９】
シールド掘進機による切削可能なセグメント１としては、例えば、炭素繊維やガラス繊維などの強化繊維に樹脂を含浸させたロープ状の繊維強化樹脂製補強筋（ＦＲＰ筋）を鉄筋の代わりに使用したＲＣセグメント、ＲＣ部をＦＲＵ（Fiber Reinforcing Urethane）に置き換えたＦＲＵセグメント、短繊維で強化した無筋のコンクリート製セグメントなどが提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−３０２４９０号公報
【特許文献２】特許第２７５１６３号公報
【特許文献３】特開平４−２１３６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、シールド掘進機による管路のＴ型接合や道路トンネルの分岐、合流部を構築する場合には、セグメント切削区間が長いため、僅か１ｍ程度の掘削で終了する従来のＦＲＰ筋＋コンクリートの土留め壁での切削と違い、高速の切削が求められる。また、セグメント切削区間が長いため、シールド掘進機のビットの摩耗が激しく、ビットの摩耗を改善する必要がある。
【００１２】
更に、セグメントの切削中に、切削性が悪く地盤振動が生じた場合、最悪の場合工事を中止しなくてはならないため、セグメントの掘進区間が長い切削セグメントでは、特に切削時の振動レベルが低いことが要求される。
【００１３】
本発明者らは、上記問題を解決するために多くの研究実験を行った結果、
１．コンクリート中の粗骨材を構成する軽量骨材（以下、粗骨材としての軽量骨材を「軽量粗骨材」という。）の割合を所定量とすることにより、
（１）切削時のトルクが急激に減少すること、
（２）切削時の振動レベルが大幅に低減すること、
（３）シールド掘進機の掘進速度を上げても、切削が可能であること、
２．コンクリート中の細骨材を構成する軽量骨材の割合を所定量とすることにより、ビットの摩耗が低下すること、
３．ＦＲＰ筋の断面積が小さ過ぎず、また、大き過ぎないときに、ＦＲＰ筋が良く切断され取り込みに問題がないサイズに裁断されること、
の知見を得た。
【００１４】
更に、本発明者らは、切削時のトルク及び振動レベル、並びに、ビット摩耗を減少させるべく、セグメントの母材としてコンクリートの代わりにモルタルを使用することを考え、モルタルについて多くの研究実験を行った結果、特に、モルタル中の細骨材を構成する軽量骨材（以下、細骨材としての軽量骨材を「軽量細骨材」という。）の割合を所定量とすることにより、シールド掘進機による切削時のトルクが急激に減少し、又、振動が低減すること、更には、ビット摩耗が低減し、シールド掘進機の掘進速度が向上するが確認できた。
【００１５】
本発明は、本発明者らによる斯かる新規な知見に基づきなされたものである。
【００１６】
本発明の目的は、シールド掘進機による切削時のトルク及びビット摩耗を大幅に減少し、また、振動を低減させることのできる切削可能なモルタル製セグメント及びシールドトンネルの壁体を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、シールド掘進機の切削速度を上げることができるモルタル製セグメント及びシールドトンネルの壁体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的は本発明に係る切削可能なモルタル製セグメント及びシールドトンネルの壁体にて達成される。要約すれば、本発明の第一の態様によれば、シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、モルタルを母材とし、繊維強化樹脂製筋材を補強筋とするシールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメントにおいて、
前記モルタルは、セメント、水、細骨材を含み、
前記細骨材は軽量細骨材を含み、前記軽量細骨材を、前記細骨材全体に対して５〜１００重量％使用することを特徴とするモルタル製セグメントが提供される。
【００１９】
本発明の一実施態様によれば、前記細骨材の最大寸法は、５ｍｍ未満である。
【００２０】
本発明の他の実施態様によれば、前記モルタルは、水セメント比が２０〜４０重量％である。
【００２１】
本発明の他の実施態様によれば、前記モルタルは、発泡モルタルである。
【００２２】
本発明の他の実施態様によれば、前記モルタルは、更に、前記モルタルの全体積に対して樹脂繊維を０．０１〜１．０体積％含む。
【００２３】
本発明の他の実施態様によれば、前記樹脂繊維は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリプロビレン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、熱可塑エポキシ樹脂で作製された繊維である。
【００２４】
本発明の他の実施態様によれば、前記補強筋は、横断面積が２ｍｍ2以上５００ｍｍ2未満の丸型或いは矩形のロッドとされる前記繊維強化樹脂製筋材である。
【００２５】
本発明の他の実施態様によれば、前記補強筋は、横断面積が２ｍｍ2以上５００ｍｍ2未満の丸型或いは矩形の前記繊維強化樹脂製筋材を使用して格子状に形成したシート状格子筋である。
【００２６】
本発明の他の実施態様によれば、前記繊維強化樹脂製筋材は、強化繊維に樹脂を含浸して形成され、
前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維等の無機繊維、或いは、アラミド、ポリエステル、ナイロン、ビニロン等の有機繊維のいずれかの繊維であるか、又は、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされ、
前記樹脂は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、又は、ナイロン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂、又は、熱可塑エポキシ樹脂である。
【００２７】
本発明の第二の態様によれば、モルタルを母材とし、繊維強化樹脂製筋材を補強筋とするシールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメントにて構築された壁領域を備えたシールドトンネルの壁体において、
前記モルタル製セグメントは、上記いずれかの構成のモルタル製セグメントであることを特徴とするシールドトンネルの壁体が提供される。
【００２８】
上記第二の本発明の一実施態様によれば、前記モルタル製セグメントを、前記シールドトンネルの円周方向及び前記シールドトンネルの延長方向において、他のセグメントに対してセグメント継手にて接続し、
前記セグメント継手を形成する継手部材は、樹脂にて作製されるか、或いは、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂にて作製される。
【００２９】
上記第二の本発明の他の実施態様によれば、前記モルタル製セグメントは、前記モルタル製セグメントを吊り下げるための吊手金物及び注入口を備えており、
前記吊手金物及び注入口は、樹脂にて作製されるか、或いは、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂にて作製される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、シールド掘進機による切削時のトルク及びビット摩耗を大幅に減少し、また、振動を低減することができると共に、シールド掘進機の閉塞を防ぐことが可能となる。また、シールド掘進機の切削速度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るシールドトンネル壁体の一実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るモルタル製セグメントの一実施例を示す斜視図である。
【図３（Ａ）】図３（Ａ）（ａ）は、本発明に係るモルタル製セグメントの一実施例の内部構造を示す斜視図であり、図３（Ａ）（ｂ）は、軸線方向に取った断面図である。
【図３（Ｂ）】図３（Ｂ）（ａ）は、本発明に係るモルタル製セグメントの一実施例の内部構造を示す斜視図であり、図３（Ｂ）（ｂ）は、軸線方向に取った断面図である。
【図３（Ｃ）】本発明に係るモルタル製セグメントの一実施例の内部構造を示す斜視図である。
【図４】軽量細骨材の比率と摩耗量の関係を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、モルタル製セグメント切削試験設備の概略構成を示す図であり、図５（ｂ）は、モルタル製セグメント曲げ試験設備の概略構成を示す図である。
【図６】ピース間継手の一実施例を示し、図６（ａ）は、セグメントの円周方向に延在する端面より見た図であり、図６（ｂ）は、継手金物の斜視図である。
【図７】ピース間継手の他の実施例を示し、図７（ａ−１）、（ｂ−１）は、セグメントの円周方向に延在する端面より見た図であり、図７（ａ−２）、（ｂ−２）は、トンネルの内側から見た図である。
【図８】ピース間継手の他の実施例を示し、図８（ａ）は、セグメントの円周方向に延在する端面より見た図であり、図８（ｂ）は、セグメントの端面の補強を説明する図であり、セグメントの円周方向に延在する端面より見た図である。
【図９】ピース間継手の他の実施例を示し、トンネルの軸線方向に見たセグメントの円周方向に延在する端面図である。
【図１０】リング間継手の一実施例を示し、図１０（ａ−１）、（ｂ−１）、（ｃ−１）は、セグメントの外側から円周方向に延在するセグメントの接合部を見た図であり、図１０（ａ−２）、（ｂ−２）、（ｃ−２）は、セグメントの一方側の接合端面を見た図である。
【図１１】リング間継手の一実施例を示し、図１１（ａ）は、ホゾ機構部の凹部を示す斜視図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の線Ｘ−Ｘに取った断面図であり、図１１（ｃ）、（ｄ）は、櫛状補強筋の具体例を示す斜視図である。
【図１２】リング間継手の他の実施例を示す斜視図である。
【図１３】本発明に係るモルタル製セグメントの一実施例を示す斜視図である。
【図１４】図１４（ａ）は、本発明に係るモルタル製セグメントの他の実施例の内部構造を示す斜視図であり、図１４（ｂ−１）、（ｂ−２）、及び、図１４（ｃ−１）、（ｃ−２）は、補強筋を使用した補強態様を説明する図である。
【図１５】従来のシールドトンネル壁体を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係る切削可能なモルタル製セグメント及びシールドトンネルの壁体を図面に則して更に詳しく説明する。
【００３３】
実施例１
図１は、シールド掘進機により地中を掘削しながら道路や鉄道などのトンネルを構築するシールド工法により、掘削部の内壁面に沿ってセグメントを組み立てて設置されたシールドトンネル壁体１００の一部を示す。シールドトンネル壁体１００は、モルタル製セグメント１をトンネルの円周方向及び延長方向（軸線方向）に複数連結して構成される。
【００３４】
図２に、一つのモルタル製セグメント１を示す。モルタル製セグメント１は、シールドトンネル壁体１００の湾曲した円周部の一部を構成するものであるので、所定の半径（Ｒ）、厚さ（Ｈ）、中心角（θ）、及び、トンネルの延長方向に沿って幅（Ｗ）にて延在した円弧状のセグメントとされる。通常、内周面半径（Ｒ）は、１〜１０ｍ、厚さ（Ｈ）は、０．１〜２ｍ、中心角（θ）は、１０°〜１００°、幅（Ｗ）は、０．３〜３ｍとされる。
【００３５】
本発明の切削可能なモルタル製セグメント（以下、「易切削性モルタル製セグメント」という。）１は、図１に示すような構造とされるシールドトンネル壁体１００において、トンネル構築後において、シールド掘進機による切削が必要とされる、例えば、管路のＴ型接合や道路トンネルの分岐、合流部を構築する部分に予め使用される。
【００３６】
図３（Ａ）（ａ）、（ｂ）に、本発明の易切削性モルタル製セグメント１の一実施例を示す。本発明の易切削性モルタル製セグメント１は、モルタル２０を母材とし、繊維強化樹脂製筋材を補強筋１０とする、シールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメントとされる。
【００３７】
つまり、易切削性モルタル製セグメント１は、補強筋１０を内部に有するモルタル構造体とされ、補強筋１０は、セグメントの縦方向（トンネルの円周方向）に沿って、セグメントの内周面側及び外周面側に位置して配置された湾曲したロッド状の内筋１１及び外筋１２と、更に、セグメントの横方向（トンネルの延長方向）に沿って配置され、前記内筋１１と外筋１２とに直交して、これら内筋１１と外筋１２との周りに巻回して配置されたロッド状のスターラップ１３とにて構成される。図３（Ａ）（ａ）では、図面を分かり易くするために内筋１１及び外筋１２としては、それぞれ、複数の筋材から成る一組ずつの内外筋１１、１２が図示されているが、通常、複数組、例えば２〜５組配置される。
【００３８】
内筋１１、外筋１２等は、筋材製造時にＲ加工、曲げ加工を施しておくか、自重或いは外力でＲ形状に変形させる。そして、通常の鉄筋篭組み立てに準じてビニール製結線を用いて組み立てる。
【００３９】
図３（Ｂ）（ａ）、（ｂ）に、本発明の易切削性モルタル製セグメント１の他の変更例を示す。
【００４０】
図３（Ｂ）（ａ）、（ｂ）に示す易切削性モルタル製セグメント１では、内筋１１及び外筋１２には、それぞれ、内筋１１及び外筋１２に直交して配力筋１４が配置され、ビニール製結線にて結束される。また、本例では、内筋１１と外筋１２とは、コ字状のスターラップ１３にビニール製結線にて結束され、所定距離離間して保持されている。
【００４１】
図３（Ｃ）は、本発明の易切削性モルタル製セグメント１の他の変更例を示す。
【００４２】
本例にて、易切削性モルタル製セグメント１は、セグメントの円周方向に沿って所定の間隔で設置された組立筋１５を備えている。組立筋１５は、後述する格子状に形成した繊維強化樹脂製の筋材である格子筋１０と同様の構成とされる。格子筋１０については、後で詳述する。
【００４３】
図３（Ｃ）では、図面を分かり易くするために組立筋１５は、３つ設置されているが、これに限定されるものではないが、通常、例えば３〜５組配置される。
【００４４】
本例にて、セグメント１の製造に際しては、凸状に作製された型枠９０の外周面に、組立筋１５を円周方向に所定の数だけ設置して、この組立筋１５を利用して、内筋１１、外筋１２、配力筋１４をビニール製結線にて結束することにより鉄筋籠を容易に組み立てることができる。
【００４５】
なお、本実施例及び他の変更例の各例では、補強筋１０である断面形状が丸型或いは矩形状のロッド状とされる、内筋１１、外筋１２、スターラップ１３、配力筋１４、組立筋１５は、繊維強化樹脂製筋材とされる。繊維強化樹脂製筋材については、詳しくは後述する。
【００４６】
（モルタル）
本発明の特徴は、易切削性モルタル製セグメントの母材であるモルタル２０の構成にある。
【００４７】
つまり、上述したように、本発明者らは、ビットの摩耗を減少させるべく、モルタルについて多くの研究実験を行った結果、モルタル中の細骨材を構成する軽量骨材、即ち、軽量細骨材の割合を所定の量とすることにより、シールド掘進機による切削時のトルクが急激に減少し、又、振動が低減することが確認できた。以下、本発明にて使用するモルタルの一実施例について説明する。
【００４８】
本実施例にて、モルタル２０は、セメント、水、細骨材を含んでいる。また、モルタルは、発泡モルタルとすることもできる。発泡モルタルは、フレッシュモルタル中に発泡剤として、例えば、金属アルミニウム粉末を投入することにより作製することができる。
【００４９】
所望により、モルタル（或いは、発泡モルタル）には、更に、モルタルの全体積に対して樹脂繊維を０．０１〜１．０体積％含ませることができる。樹脂繊維は、短繊維とされ、通常、繊維長は、０．５〜６ｃｍ程度とされる。
【００５０】
また、樹脂繊維は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリプロビレン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、熱可塑エポキシ樹脂で作製された繊維である。
【００５１】
細骨材は、従来知られているように、天然骨材と人工骨材からなり、天然骨材としては、川砂、川砂利、海砂、海砂利、山砂、山砂利、天然軽量骨材、などがあり、人工骨材としては、砕砂、砕石、スラグ砂、スラグ砕石、人口軽量骨材、などがある。
【００５２】
本願明細書では、基本的には、「細骨材」とは、５ｍｍ未満の骨材をいうものとする。
【００５３】
つまり、本願発明においても、従来の規定に従って、細骨材は、最大寸法が、５ｍｍ未満であるとする。
【００５４】
ただし、実際の現場にある骨材は、大小の粒径のものが混在しているので、本願明細書でいう「細骨材」とは、５ｍｍ未満の骨材を８５％以上、５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下のものを１５％以内含む骨材を意味するものとする。
【００５５】
モルタル２０は、従来と同様に、水セメント比が２０〜４０重量％である。
【００５６】
本発明にて重要なことは、細骨材は軽量骨材（即ち、軽量細骨材）を含み、軽量細骨材を、細骨材全体に対して５〜１００重量％使用することにある。本実施例にて軽量細骨材としては、膨張頁岩、膨張粘土、膨張スレート、焼成フライアッシュなどを材料成分とする人工軽量骨材などとされる。
【００５７】
本発明者らは、細骨材の種類を、（１）普通砕石、（２）軽量細骨材、とにて構成し、普通砕石と軽量細骨材の割合を変化させて繊維強化樹脂製筋材供試体１Ｓを作製して切削試験を行った。切削試験は、図５（ａ）に示す切削試験設備を使用して、切削試験機にて切削試験を実施した。
【００５８】
ここで、切削試験機のビットは、
・ビット材質：Ｅ５
・ビット幅：２０ｍｍ、先端Ｒ：３ｍｍ
の片刃フラットビットを使用した。また、新品のビットを各条件毎に用意し、一定の切削距離を切削後に、ビットの先端の減少量を測定した。その結果を下記表１及び図４に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１及び図４に示すように、軽量細骨材の割合が５重量％を超えると切削時のビットの摩耗が大幅に減少することが判明した。軽量細骨材の量が、５重量％未満だと、切削時のビットの摩耗が大幅に低減することはなかった。
【００６１】
（繊維強化樹脂製筋材）
本実施例にて補強筋１０を構成する内筋１１、外筋１２、配力筋１４、スターラップ１３等として使用されるロッド状とされる繊維強化樹脂製筋材は、一方向に引き揃えて配向された長繊維の強化繊維に樹脂を含浸して形成される。
【００６２】
強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維等の無機繊維、或いは、アラミド、ポリエステル、ナイロン、ビニロン等の有機繊維のいずれかの繊維であるか、又は、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされる。含浸される樹脂は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、又は、ナイロン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂、又は、熱可塑エポキシ樹脂が使用される。強化繊維に対する樹脂含浸量は、２０〜７０体積％とされる。
【００６３】
本発明者らは、下記仕様にて、断面積を変化させて丸型及び矩形のロッド状の繊維強化樹脂製筋材を作製し、本発明に従った配合のモルタルに埋め込み、繊維強化樹脂製筋材供試体１Ｓを作製した。この供試体１Ｓを、図５（ａ）に示す切削試験設備を使用して、上述と同様にして、切削試験機の２０ｍｍ幅の片刃フラットビットにて切削試験を実施した。表２にその結果を示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
本発明者等の研究実験の結果によると、表２から分かるように、補強筋１０であるロッド状の内筋１１、外筋１２、配力筋１４、及び、スターラップ１３等を形成する繊維強化樹脂製筋材は、横断面積が２ｍｍ2以上５００ｍｍ2未満の丸型或いは矩形のロッドとされるのが好適であることが分かった。
【００６６】
ロッド状の繊維強化樹脂製筋材の断面積が５００ｍｍ2以上となると、繊維強化樹脂製筋材がビットで切断される前に繊維強化樹脂製筋材の周囲のモルタルが先に脱落し、繊維強化樹脂製筋材の切断時に繊維強化樹脂製筋材が振動するため、切削時の振動が非常に大きくなることが分かった。また逆に、繊維強化樹脂製筋材の断面積が２ｍｍ2より小さいと、切削時に繊維強化樹脂製筋材がきちっと切断されず、ビットに絡み付く現象が生じるため、切削時のトルクが急上昇することが確認された。
（繊維強化樹脂製筋材供試体）
強化繊維：炭素繊維（繊維径７μｍ）
樹脂： エポキシ樹脂
樹脂含浸量：５０体積％
（モルタル）
水セメント比：３０重量％
細骨材（普通砕石：軽量細骨材（細砂）＝０重量％：１００重量％）
２８日強度（圧縮強度）：３５Ｎ／ｍｍ2
【００６７】
次に、本発明に係るモルタル製セグメントの構造安定性について検討した。
【００６８】
梁せい（Ｈ）１２５ｍｍの、上述の配合とされるモルタル製のセグメントの内部に、引張補強筋として直径６ｍｍの炭素繊維強化樹脂製筋材（ロッド）１１、１２を体積比で０．３％使用した供試体１Ｓを作製した。この供試体１Ｓを、３点曲げ試験を行った。図５（ｂ）に３点曲げ試験装置の概略構成を示す。
【００６９】
３点曲げ試験にて、供試体１Ｓの外側の曲率は、半径（Ｒ）が９００ｍｍであり、２点支持の間の距離は９９６ｍｍであった。
【００７０】
なお、せん断にて供試体１Ｓが破壊されないように、直径８ｍｍの炭素繊維強化樹脂製筋材（ロッド）とされるスターラップ１３を体積比で０．２％配置した。モルタル２０の強度は５０Ｎ／ｍｍ2とした。
【００７１】
曲げ試験の結果、供試体１Ｓはモルタル圧壊モードで破壊し、細径炭素繊維強化樹脂製筋材が引張補強筋として十分機能することが確認された。
【００７２】
（モルタル製セグメントの接続）
上記構成の本発明に係るモルタル製セグメント１は、シールドトンネル１００の円周方向及びシールドトンネル１００の延長方向において、他のセグメントに対してセグメント継手にて接続してシールドトンネルの壁体１００を形成する。基本的に、セグメント継手を構成する継手部材は、樹脂材料或いは繊維強化樹脂材料にて作製される。
【００７３】
図１、図２、図６〜図９、及び、図１０〜図１２を参照すると、セグメント継手としては、各セグメントを円周方向にて端面同士を当接して接続するものであって、接線方向の軸力Ｎと曲げモーメントＭが作用するピース間継手５０（図６〜図９参照）、及び、トンネルの軸線方向（延長方向）にて端面同士を同接して接続するものであって、せん断力を伝達して千鳥組みの添接効果を発揮するリング間継手６０（図１０〜図１２参照）がある。
【００７４】
ピース間継手
ピース間継手５０は、圧縮力が作用する環境にあるが、継手部には引張抵抗が期待されており、基本は、樹脂材料或いは繊維強化樹脂材料にて作製された継手金物同士を、樹脂材料或いは繊維強化樹脂材料にて作製されたボルト、ナット等で接合している。
【００７５】
本実施例では、ピース間継手５０としては、以下の構造が好適に採用される。
【００７６】
（１）図６（ａ）、（ｂ）に示すように、樹脂材料或いは繊維強化樹脂材料にて作製された（以下、「樹脂系」という。）の継手金物５１とアンカー部５２とを一体成型し、樹脂系のボルトナット５３（５３ａ、５３ｂ）で締結する。
【００７７】
つまり、図６（ｂ）に示すように、セグメントの端面に、樹脂系材料で一体に成型するか、或いは、接着組立で作製された継手金物５１とアンカー部５２とを設置し、樹脂系のボルトナット５３にて互いに締結する。本実施例では、継手金物５１は、ボルト貫通穴５４が形成された平板５１ａと、アンカー部５２を取り付けるためにこの平板５１ａに垂直に一体に成形された支持板５１ｂとにて構成されているが、継手金物５１の形状は、これに限定されるものではない。
【００７８】
本実施例では、継手金物５１は、アンカー部５２をセグメント端面に取り付けることにより、セグメント端面に取り付けられ、隣り合った各セグメント１は、平板５１ａが互いに当接することとなる。ここで、両当接板５１ａのボルト穴５４を貫通してボルト５３ａを通し、ナット５３ｂにより両平板５１ａを締結する。
【００７９】
（２）図７に示すように、セグメント端面から控えたところに箱抜き５９を設けておき、樹脂系のボルトナット５３（５３ａ、５３ｂ）で締結する。
【００８０】
つまり、図７（ａ−１）は、互いに隣り合ったセグメント１の、トンネル延長（軸線）方向に見た断面図であり、図７（ａ−２）は、互いに隣り合ったセグメント１の、トンネルの内側から見た図である。
【００８１】
各セグメント１には、各セグメント１の当接面から所定の距離離れて、本実施例では、矩形状（箱状）の凹部５９が形成されており、各箱状凹部５９間を貫通する貫通穴５５を形成し、一方の凹部５９から貫通穴５５を貫通して他方の凹部５９へとボルト５３ａを通し、ナット５３ｂ締めする。
【００８２】
締結するボルト５３ａの本数に応じて各セグメント１には箱状凹部５９が形成される。本実施例では、２個ずつ形成されているが、これに限定されるものではない。
【００８３】
また、セグメント端面に形成される箱抜き形状は、図７（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、三角形状の凹部５９とすることもでき、この場合は、各凹部５９間を貫通する湾曲した貫通穴５５を形成し、一方の凹部５９から湾曲した貫通穴５５を貫通して他方の凹部５９へと湾曲したボルト５３ａを通し、ナット５３ｂ締めすることができる。この例においても、ボルト５３ａ及びナット５３ｂは、樹脂系材料にて作製する。
【００８４】
（３）図８（ａ）に示すように、一方のセグメント端面に、樹脂系のインサート金物５６を埋設しておき、他方から樹脂系ボルト５３ａを斜め方向に挿入させる。
【００８５】
なお、ピース間継手においては、図８（ｂ）に示すように、内外筋１１、１２の間にＵ字形の支圧繊維補強筋１７を設置するのが好ましい。
【００８６】
（４）図９に示すように、切削される複数のセグメント１Ａを、切削対象外のセグメントピース１Ｂから、繊維強化樹脂製ストランド、例えば、炭素繊維強化樹脂製ストランドで作製された（以下、「炭素繊維系」という。）線材５７で締め付ける。
【００８７】
つまり、本発明に従って作製されたモルタル製セグメント１Ａに予め炭素繊維系の線材５７を通すための貫通穴５８を形成しておき、トンネル壁体１００を形成する際に、切削対象外のセグメントピース１Ｂに金属或いは樹脂系にて作製した定着部５７ａにて定着された炭素繊維系の線材５７を通し、線材の他端を更に、切削対象外のセグメントピース１Ｂの金属或いは樹脂系にて作製した定着部５７ｂに定着する。これにより、各セグメント間をストランド５７で密着して接続することができる。
【００８８】
（５）図９と同様の構成とされるが、炭素繊維系の線材ではなく、銅線のような金属線を使用することができる。つまり、金属線を使用して、切削予定のセグメント１Ａを切削対象外のセグメントピース１Ｂを利用して締め付けておき、切削直前に撤去することもできる。
【００８９】
リング間継手
次に、トンネル壁体１００を構成する各セグメントのトンネル軸方向におけるリング間継手６０について説明する。
【００９０】
図１に示すように、トンネル壁体１００における各セグメント１に対して、トンネル軸方向にはシールドジャッキの残留推力によって押し付けられており、リング間継手６０は、図１０に図示するホゾ機構６１でのせん断力の伝達を考える。
【００９１】
リング間継手６０を構成するホゾ機構６１は、当接する隣り合った一方のセグメント１の円周方向に延在する端面に凸部６１ａを形成し、他方のセグメント１の円周方向に延在する端面に凹部６１ｂを形成することにより構成される。
【００９２】
図１０（ａ−１）は、セグメントの円周方向端面をトンネルの軸線方向に見た端面図であり、図１０（а−２）は、図１０（ａ−１）の線ａ−ａより見た、一方のセグメントの円周方向端面の正面図である。この例では、凸部６１ａ及び凹部６１ｂは、端面を横断して形成されている。所謂、連続ホゾである。
【００９３】
図１０（ｂ−１）は、セグメントの円周方向端面をトンネルの軸線方向に見た端面図であり、図１０（ｂ−２）は、図１０（ｂ−１）の線ｂ−ｂより見た、一方のセグメントの円周方向端面の正面図である。この例では、凸部６１ａ及び凹部６１ｂは、端面のほぼ中央部に円形状にて形成されている。所謂、椀型と言われる部分ホゾである。
【００９４】
図１０（ｃ−１）は、セグメントの円周方向端面をトンネルの軸線方向に見た端面図であり、図１０（ｃ−２）は、図１０（ｃ−１）の線ｃ−ｃより見た、一方のセグメントの円周方向端面の正面図である。この例では、凸部６１ａ及び凹部６１ｂは、端面のほぼ中央部に、両端が半円形とされるトラック状にて形成されている。所謂、小判型と言われる部分ホゾである。
【００９５】
図１１は、先に図１０（ｃ−１）、（ｃ−２）を参照して説明した小判型のホゾ機構６１を示す。
【００９６】
図１１（ａ）は、凹部６１ｂが形成されたセグメント端面の斜視図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＸ−Ｘに取った中央断面図である。
【００９７】
図１１（ｂ）に示すように、リング間継手６０のホゾ機構部６１は、ホゾの凹部６１ｂの上下に、図１１（ｃ）に示すような櫛状の、又は、図１１（ｄ）に示すような「キ」字状の繊維強化樹脂製の補強筋６２を差し込むことにより、補強することができる。
【００９８】
また、リング継手６０において、曲線区間等で引張抵抗を要求される地点では、上述のピース継手５０の場合と同様に、上記（１）〜（３）と同様の継手を上記ホゾ機構６１と組み合わせて採用することができる。
【００９９】
更に、図１２に示すように、上述のピース継手６０の場合の上記（４）、（５）の継手のように、トンネル軸方向に隣接した複数のセグメント１Ａ、１Ｂ間に引張抵抗材６３を設置することができる。引張抵抗材６３は、炭素繊維系の線材とされ、切削される複数のセグメント１Ａを、切削対象外のセグメントピース１Ｂから締め付ける。
【０１００】
つまり、本発明に従って作製されたモルタル製セグメントに予め線材６３を通すための貫通穴６４を形成しておき、トンネル壁体１００を形成する際に、切削対象外のセグメントピース１Ｂの定着部６３ａに定着された炭素繊維系の線材６３を通し、線材６３の他端を更に、切削対象外のセグメントピース１Ｂの定着部６３ｂに定着する。
【０１０１】
更には、上述と同様の構成とされるが、炭素繊維系の線材ではなく、ＰＣ鋼線のような金属線を使用し、切削直前に撤去することもできる。
【０１０２】
（吊手金物）
図１３に示すように、セグメントの運搬、吊り込み、エレクターでの組立等に使用するために、セグメント１には裏込注入用の注入口１ａが形成され、また、吊手金物７０が設置可能とされている。
【０１０３】
本実施例によれば、裏込注入用の注入口１ａは樹脂材料或いは繊維強化樹脂材料、即ち、樹脂系の材料にて作製され、セグメント１に埋設される。一方、吊手金物７０は、図１３に示すように、セグメント側に樹脂系の雌型インサート１ｂを埋設して使用する。即ち、本実施例では、吊手金物である鋼製の接合治具７０が４本の鋼ボルト７１をセグメントの雌型インサート１ｂに螺入することによりセグメント１に一体に取り付け、固定される。矯正等で大きな引張抵抗が要求される場合は、雌型インサート１ｂを複数個埋設しておき、接合治具７０の形状で対応する。なお、吊手金物７０もまた、樹脂系材料にて作製しても良い。
【０１０４】
実施例２
次に、図１４を参照して、本発明に係る切削可能なモルタル製セグメントの第二の実施例について説明する。
【０１０５】
図１４に示すように、本実施例のモルタル製セグメント１に関する全体構成及び継手構造は、実施例１に記載するモルタル製セグメント１及び継手構造５０、６０と同様とされ、ただ、セグメント１の内部に使用する繊維強化樹脂製補強筋１０の構造において相違している。従って、モルタル製セグメント１の全体構成及び継手構造５０、６０については実施例１の説明を援用し、ここでの再度の説明は省略し、本実施例の特徴部を構成する繊維強化樹脂製補強筋１０について説明する。
【０１０６】
実施例１では、繊維強化樹脂製補強筋１０は、断面が丸型或いは矩形のロッドとされたが、本実施例のモルタル製セグメント１の内部には、格子状に形成したシート状の格子筋１０が配置される。
【０１０７】
図１４には、図面を分かり易くするために内筋１１及び外筋１２として格子筋１０は、それぞれ、一層づつ図示されているが、通常、格子筋１０は、内筋１１及び外筋１２としてセグメントの内周側及び外周側にそれぞれ、複数層、例えば２〜５層積層される。
【０１０８】
また、格子筋１０としての内筋１１及び外筋１２は、実施例１にて説明したロッドと同様の構成とされる強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂材を、縦筋１１ａ、１２ａ及び横筋１１ｂ、１２ｂとして格子状に配列し、一体に成形し、硬化したものである。縦筋１１ａ、１２ａ及び横筋１１ｂ、１２ｂは、実施例１の場合と同様に、横断面積が２ｍｍ2以上５００ｍｍ2未満の丸型或いは矩形の繊維強化樹脂製筋材とされる。また、縦筋１１ａ、１２ａと横筋１１ｂ、１２ｂの間隔（ｗ１、ｗ２）は、ｗ１、ｗ２＝５〜３０ｃｍとされる。
【０１０９】
図１４（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、各格子筋１１、１２は、樹脂系の高低の架台１４（１４ａ、１４ｂ）を用意し、この架台１４上に積層して設置し、自重の撓みで円弧状の内筋１１及び外筋１２を形成する。勿論、各格子筋１１、１２は、予めＲ加工しても良い。
【０１１０】
また、せん断補強材が必要な場合は、図１４（ｃ−１）、（ｃ−２）に示すように、コ字状の繊維強化樹脂製筋材とされるスターラップ１３を必要個所に設置し、内筋１１と外筋１２との間を接続してても良い。
【符号の説明】
【０１１１】
１ モルタル製セグメント
２ モルタル
１０ 補強筋
１１ 内筋
１２ 外筋
１３、１４ スターラップ
５０ ピース間継手
６０ リング間継手
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、モルタルを母材とし、繊維強化樹脂製筋材を補強筋とするシールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメントにおいて、
前記モルタルは、セメント、水、細骨材を含み、
前記細骨材は軽量細骨材を含み、前記軽量細骨材を、前記細骨材全体に対して５〜１００重量％使用することを特徴とするモルタル製セグメント。
【請求項２】
前記細骨材の最大寸法は、５ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載のモルタル製セグメント。
【請求項３】
前記モルタルは、水セメント比が２０〜４０重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のモルタル製セグメント。
【請求項４】
前記モルタルは、発泡モルタルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のモルタル製セグメント。
【請求項５】
前記モルタルは、更に、前記モルタルの全体積に対して樹脂繊維を０．０１〜１．０体積％含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のモルタル製セグメント。
【請求項６】
前記樹脂繊維は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリプロビレン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、熱可塑エポキシ樹脂で作製された繊維であることを特徴とする請求項５に記載のモルタル製セグメント。
【請求項７】
前記補強筋は、横断面積が２ｍｍ2以上５００ｍｍ2未満の丸型或いは矩形のロッドとされる前記繊維強化樹脂製筋材であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のモルタル製セグメント。
【請求項８】
前記補強筋は、横断面積が２ｍｍ2以上５００ｍｍ2未満の丸型或いは矩形の前記繊維強化樹脂製筋材を使用して格子状に形成したシート状格子筋であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のモルタル製セグメント。
【請求項９】
前記繊維強化樹脂製筋材は、強化繊維に樹脂を含浸して形成され、
前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維等の無機繊維、或いは、アラミド、ポリエステル、ナイロン、ビニロン等の有機繊維のいずれかの繊維であるか、又は、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされ、
前記樹脂は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、又は、ナイロン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂、又は、熱可塑エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項７又は８に記載のモルタル製セグメント。
【請求項１０】
モルタルを母材とし、繊維強化樹脂製筋材を補強筋とするシールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメントにて構築された壁領域を備えたシールドトンネルの壁体において、
前記モルタル製セグメントは、請求項１〜９のいずれかの項に記載のモルタル製セグメントであることを特徴とするシールドトンネルの壁体。
【請求項１１】
前記モルタル製セグメントを、前記シールドトンネルの円周方向及び前記シールドトンネルの延長方向において、他のセグメントに対してセグメント継手にて接続し、
前記セグメント継手は、樹脂にて作製されるか、或いは、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂にて作製されることを特徴とする請求項１０に記載のシールドトンネルの壁体。
【請求項１２】
前記セグメント継手は、部分ホゾ継手、継手板、或いは、ボルトであることを特徴とする請求項１１に記載のシールドトンネルの壁体。
【請求項１３】
前記セグメント継手は、定着部を金属或いは樹脂にて作製した繊維強化樹脂製ストランドであって、接続するセグメント内を挿通して前記ストランドを配置し、前記ストランドを緊張し、各セグメント間を密着して接続することを特徴とする請求項１１に記載のシールドトンネルの壁体。
【請求項１４】
前記モルタル製セグメントは、前記モルタル製セグメントを吊り下げるための吊り手及び注入口を備えており、
前記吊り手及び注入口は、樹脂にて作製されるか、或いは、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂にて作製されることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかの項に記載のシールドトンネルの壁体。
【請求項１】
シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、モルタルを母材とし、繊維強化樹脂製筋材を補強筋とするシールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメントにおいて、
前記モルタルは、セメント、水、細骨材を含み、
前記細骨材は軽量細骨材を含み、前記軽量細骨材を、前記細骨材全体に対して５〜１００重量％使用することを特徴とするモルタル製セグメント。
【請求項２】
前記細骨材の最大寸法は、５ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載のモルタル製セグメント。
【請求項３】
前記モルタルは、水セメント比が２０〜４０重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のモルタル製セグメント。
【請求項４】
前記モルタルは、発泡モルタルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のモルタル製セグメント。
【請求項５】
前記モルタルは、更に、前記モルタルの全体積に対して樹脂繊維を０．０１〜１．０体積％含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のモルタル製セグメント。
【請求項６】
前記樹脂繊維は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリプロビレン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂にて作製された繊維であるか、又は、熱可塑エポキシ樹脂で作製された繊維であることを特徴とする請求項５に記載のモルタル製セグメント。
【請求項７】
前記補強筋は、横断面積が２ｍｍ2以上５００ｍｍ2未満の丸型或いは矩形のロッドとされる前記繊維強化樹脂製筋材であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のモルタル製セグメント。
【請求項８】
前記補強筋は、横断面積が２ｍｍ2以上５００ｍｍ2未満の丸型或いは矩形の前記繊維強化樹脂製筋材を使用して格子状に形成したシート状格子筋であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のモルタル製セグメント。
【請求項９】
前記繊維強化樹脂製筋材は、強化繊維に樹脂を含浸して形成され、
前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維等の無機繊維、或いは、アラミド、ポリエステル、ナイロン、ビニロン等の有機繊維のいずれかの繊維であるか、又は、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされ、
前記樹脂は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、又は、ナイロン、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂、又は、熱可塑エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項７又は８に記載のモルタル製セグメント。
【請求項１０】
モルタルを母材とし、繊維強化樹脂製筋材を補強筋とするシールド掘進機により切削可能なモルタル製セグメントにて構築された壁領域を備えたシールドトンネルの壁体において、
前記モルタル製セグメントは、請求項１〜９のいずれかの項に記載のモルタル製セグメントであることを特徴とするシールドトンネルの壁体。
【請求項１１】
前記モルタル製セグメントを、前記シールドトンネルの円周方向及び前記シールドトンネルの延長方向において、他のセグメントに対してセグメント継手にて接続し、
前記セグメント継手は、樹脂にて作製されるか、或いは、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂にて作製されることを特徴とする請求項１０に記載のシールドトンネルの壁体。
【請求項１２】
前記セグメント継手は、部分ホゾ継手、継手板、或いは、ボルトであることを特徴とする請求項１１に記載のシールドトンネルの壁体。
【請求項１３】
前記セグメント継手は、定着部を金属或いは樹脂にて作製した繊維強化樹脂製ストランドであって、接続するセグメント内を挿通して前記ストランドを配置し、前記ストランドを緊張し、各セグメント間を密着して接続することを特徴とする請求項１１に記載のシールドトンネルの壁体。
【請求項１４】
前記モルタル製セグメントは、前記モルタル製セグメントを吊り下げるための吊り手及び注入口を備えており、
前記吊り手及び注入口は、樹脂にて作製されるか、或いは、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂にて作製されることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかの項に記載のシールドトンネルの壁体。
【図１】
【図２】
【図３（Ａ）】
【図３（Ｂ）】
【図３（Ｃ）】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３（Ａ）】
【図３（Ｂ）】
【図３（Ｃ）】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２０８３５１（Ｐ２０１１−２０８３５１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７３７３８（Ｐ２０１０−７３７３８）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（３０６０３２３１６）新日鉄マテリアルズ株式会社 (196)
【出願人】（０００１１２７４９）フジミ工研株式会社 (24)
【出願人】（０００２３００１０）ジオスター株式会社 (77)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（３０６０３２３１６）新日鉄マテリアルズ株式会社 (196)
【出願人】（０００１１２７４９）フジミ工研株式会社 (24)
【出願人】（０００２３００１０）ジオスター株式会社 (77)
【Ｆターム（参考）】
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