合成セグメントの製造方法

【課題】製造にかかる手間や時間を少なくすることで、コストの低減を図るようにした。
【解決手段】 スキンプレート8と主鋼材9などから形成される鋼殻2を型枠20に配置させ、鋼殻2を配置させた型枠20内にコンクリート3を充填させることで、合成セグメント1を製造するようにした。そして、製造された合成セグメント1は、型枠20の形状に基づいたコンクリート形成面を有する製品となり、鋼殻2の加工精度による誤差にかかわらず、型枠20の寸法精度によって合成セグメント1の製品精度を確保するようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼殻とコンクリートとから略円弧板状に形成される合成セグメントの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、地山に掘削穴を掘削しつつ、その内面に円弧板状のセグメントを周方向および軸方向に複数連結して筒状壁体を構築することによりトンネルを形成するシールド工法において、例えばコンクリート製セグメント、鋼製(スチール製)セグメント、鋼材(スチール)とコンクリートを複合使用した合成セグメントの3種類のセグメントが知られている。これらのセグメントのうち合成セグメントは、一般的に鋼製からなる円弧板状枠体(鋼殻)を備え、この鋼殻内にコンクリートを充填して製造されたものである(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
【0003】
合成セグメントの鋼殻は、円弧板状枠体の外周側にトンネル周方向に湾曲した外周側鋼板が設けられ、その外周側鋼板の長辺をなす両側縁部に一対の主桁板が溶接等により固着され、短辺をなす両側縁部には一対の継手板が溶接等により固着され、外周側鋼板に対向する内周側は開口されている。
そして、このような合成セグメントは、外周側鋼板を下側に、開口部側を上側にして鋼殻を配置させ、セグメント継手等を鋼殻の所定位置に配置し、開口より鋼殻内にコンクリートを充填することにより製造されている。
【特許文献1】特開平5−248182号公報
【特許文献2】特開2000−34897号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の合成セグメントの製造方法では以下のような問題があった。
すなわち、従来の製造方法では、鋼殻を型枠の代替品として利用するため、鋼殻の加工精度がセグメントの製品精度となり、鋼殻に対して寸法精度を確保する必要があった。そのため、鋼殻に加工誤差があると、鋼殻に配置されるセグメント継手の位置、精度が確保されないという問題が生じる。さらに、鋼殻の寸法精度が低下すると、合成セグメント同士を接合させたときに、接合面同士が均等に接触せずにひび割れや欠け等の破損が生じたり、両者間に隙間が生じて水漏れするといった不具合が発生するおそれがあった。
このように、合成セグメント毎に1つずつ鋼殻の寸法精度を確保して製作しなければならないことから、手間や時間がかかり、コストアップになるという問題があった。
【0005】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、製造にかかる手間や時間を少なくすることで、コストの低減を図るようにした合成セグメントの製造方法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】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明に係る合成セグメントの製造方法では、少なくともセグメントの表面の一部に鋼材が露出してなる鋼殻とコンクリートとから略円弧板状に形成されてなる合成セグメントの製造方法であって、鋼殻の一部又は全体を型枠に配置させる工程と、鋼殻を配置させた型枠内にコンクリートを充填させる工程とを有することを特徴としている。
本発明では、少なくとも鋼殻の一部又は全体を型枠に配置させ、その型枠内にコンクリートを充填し、コンクリートの固化後に脱型することにより合成セグメントが製造される。そして、製造された合成セグメントは、型枠の形状に基づいたコンクリート形成面を有する製品となる。そのため、鋼殻の加工精度による誤差にかかわらず、型枠の寸法精度によってセグメントの製品精度を確保することができる。
【0007】
また、本発明に係る合成セグメントの製造方法では、合成セグメントの表面の一部に露出してなる鋼材は、脱型した後の合成セグメントに接合されることが好ましい。
本発明では、合成セグメントの表面の一部に露出してなる鋼材を分離させてなる鋼殻が型枠内に配置されるため、その分離された鋼材が位置する箇所に形成された開口からコンクリートを型枠内に充填することができるので、例えば型枠にコンクリート充填用の充填口を設ける必要がなくなる。
【発明の効果】
【0008】
本発明の合成セグメントの製造方法によれば、少なくとも鋼殻の一部又は全体を型枠に配置させ、その型枠内にコンクリートを打設して製造されるため、鋼殻の加工精度による誤差にかかわらず、型枠の寸法精度によってセグメントの製品精度が確保されることになる。そのため、多数の合成セグメントを製造できる型枠に対して寸法精度を確保して製作すればよく、従来のように合成セグメント毎に鋼殻の寸法精度を確保する必要がなくなることから、製造にかかる手間や時間が少なくなり、製造コストの低減を図ることができる。
そして、型枠によって合成セグメントの製品精度が確保されるうえ、製造される合成セグメントの寸法精度にばらつきがないことから、セグメント同士を接合させる際にひび割れや欠けといった破損を防止することができるとともに、接合面における止水性を向上させることができる。また、寸法精度が確保された型枠に対してセグメント継手を位置決めすることで、継手の位置精度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明に係る合成セグメントの製造方法の第一の実施の形態について、図1乃至図4に基づいて説明する。
図1は本発明の第一の実施の形態による合成セグメントの斜視図、図2は図1に示す合成セグメントのA−A線断面図、図3は図1に示す合成セグメントにおける鋼殻においてスキンプレートを分離した状態の分解斜視図、図4(a)乃至(c)は第一の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す縦断面図である。
【0010】
図1に示すように、本第一の実施の形態による製造方法で得られる合成セグメント1は、例えば、シールド工法によってトンネルの内壁に構築される筒状壁体をなすトンネル覆工体を形成するものであり、略長方形板状のものが略円筒周面形状に湾曲され、図2に示すように、鋼材からなる鋼殻2とその内部に充填されるコンクリート3とを有して構成されている。
【0011】
そして、合成セグメント1の短辺側(トンネルの軸方向に沿う辺側)の側面である周方向接合面4、4には、トンネルの周方向の連結のための例えばボルトボックス等のセグメント間継手5が設けられている。また、長辺側(トンネルの周方向に沿う辺側)の側面であるトンネル方向接合面6には、トンネルの軸方向の連結のための例えばボルトボックス等のリング間継手7が設けられている。なお、図2以降の図面では、前記セグメント間継手5及びリング間継手7が省略されている。
【0012】
図1乃至図3に示すように、鋼殻2は、合成セグメント1がトンネル内に装着された状態で地山側に位置する外周面に円筒周面形状に湾曲されて溶接されているスキンプレート8と、長辺が略円弧板状に湾曲して形成されていて横断面(トンネル軸方向に沿う断面)が略長方形をなす一対の主鋼材9、9とを備えている。この一対の主鋼材9、9は、トンネル軸方向において所定間隔をもって平行にそれぞれが同様に湾曲してなる3組が配置されている。そして、一対の主鋼材9、9の長辺方向(トンネルの周方向)における両側端部は周方向接合面4、4に一致させて面一となるように設けられている。なお、図1では、周方向接合面4に露出する主鋼材9が省略されている。
【0013】
そして、図3に示すように、合成セグメント1の厚み方向(トンネルの半径方向)に対向する主鋼材9、9は、平板状をなす複数の接続部材10、10、…によって互いに連結されている。その接続部材10は、主鋼材9、9の長手方向(合成セグメント1の周方向)に沿って複数配列されている。
また、図2に示すように、一対の主鋼材9、9のうち外周側に位置する主鋼材9の外周面9aには、スキンプレート8が溶接等により固着されている。なお、同じく内周側に位置する主鋼材9の内周面9bは、合成セグメント1を形成するコンクリート3に埋設された状態となっている。
【0014】
次に、本第一の実施の形態による合成セグメント1における構成は上述したとおりであり、次にその製造方法について図4などに基づいて説明する。
図4に示す合成セグメント1は、いわゆる山打ちのコンクリート打設方法による製造工程を示したものである。
図4(a)に示すように、この製造工程では、外周面(すなわちスキンプレート8)を上側に、内周面を下側にした状態で、合成セグメント1の長手方向の略中央部を最も高い位置となる姿勢で合成セグメント1を製造するための型枠20が用いられる。
【0015】
型枠20は、合成セグメント1の内周面を円弧形状に形成するように塞ぐ底盤部20aと、図1に示す周方向接合面4、4及びトンネル方向接合面6、6を形成するように塞ぐ側板部20bとから構成され、スキンプレート8が配置される外周面部に開口部20cが形成されている。この開口部20cがコンクリート3の充填口となる。
【0016】
製造方法としては、予め一対の主鋼材9、9同士を複数の連結部材10、10、…で連結させた状態で形成し、主鋼材9とスキンプレート8とは接合しない状態で分離しておく。そして、図4(a)に示すように、型枠20内に主鋼材9、9を配置させるとともに、図1で示した各継手5、7を合成セグメント1の接合面4、6に配置させるように側板部20bの所定箇所に対して着脱可能に取り付ける。
【0017】
そして、図4(b)に示すように、型枠20の開口部20cよりコンクリート3を流し込み充填する。充填したコンクリート3の上面は、外周側に位置する主鋼材9の外周面9aの湾曲に添って面一となるようにする。ここで、本第一の実施の形態による打設方法では、型枠20の上方から充填するため、コンクリート3中に含まれる気泡は型枠上方に位置する開口部20cから抜けるため、型枠20内に残留しないようになっている。
【0018】
続いて、図4(c)に示すように、充填したコンクリート3が固化した適宜な時点で脱型すると、型枠20の形状に基づいたコンクリート形成面を有する製品となる。そして、外周側の主鋼材9の外周面9aにスキンプレート8を溶接等の固着手段により接合することで、合成セグメント1の製造が完成することになる。
【0019】
このように本製造方法では、合成セグメント1の表面の一部に露出してなるスキンプレート8(鋼材)を分離させた状態の鋼殻2が型枠20内に配置されているため、その分離されたスキンプレート8が位置する箇所に形成された開口部20cからコンクリート3を型枠20内に充填することができるので、例えば型枠20にコンクリート充填用の充填口を設ける必要がない構成となっている。
【0020】
上述した本第一の実施の形態による合成セグメントの製造方法では、鋼殻2を型枠に配置させてコンクリート3を打設するため、鋼殻2の加工精度による誤差にかかわらず、型枠20の寸法精度によって合成セグメント1の製品精度が確保されることになる。そのため、多数の合成セグメント1、1、…を製造できる型枠20に対して寸法精度を確保して製作すればよく、従来のように合成セグメント毎に鋼殻の鋼殻毎に寸法精度を確保する必要がなくなることから、製造にかかる手間や時間が少なくなり、製造コストの低減を図ることができる。
【0021】
そして、型枠20によって合成セグメント1の製品精度が確保されるうえ、製造される合成セグメント1の寸法精度にばらつきがないことから、合成セグメント1、1同士を接合させる際にひび割れや欠けといった破損を防止することができるとともに、接合面における止水性を向上させることができる。また、寸法精度が確保された型枠に対してセグメント継手を位置決めすることで、継手の位置精度を確保することができる。
【0022】
次に、本発明の第二乃至第四の実施の形態について、図5乃至図10などに基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
図5は本第二の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す斜視図、図6は図5に示す合成セグメントの製造工程のB−B線断面図である。
【0023】
図5及び図6に示すように、本第二の実施の形態による製造される合成セグメント1Aの製造方法は、上述した第一の実施の形態と同様のいわゆる山打ちによるコンクリート打設方法である。そして、図4に示す第一の実施の形態ではコンクリート打設時にはスキンプレート8を分離させた状態で型枠20の開口部20cから型枠20内にコンクリート3を流し込むようにしているが、第二の実施の形態ではスキンプレート8を予めコンクリート打設前の型枠30に配置させておく方法である。つまり、本第二の実施の形態で用いられる型枠30には、合成セグメント1Aのトンネル軸方向側の一方のトンネル方向接合面6(図1参照)に位置する側板部31bに、コンクリート3を充填するための充填口31が設けられている。そして、充填口31を形成した両側板部30b、30bには空気抜き管32が設けられている。
【0024】
充填口31は、側板部30bの略中央の位置に、側板部30bを厚さ方向に貫通して形成されている。空気抜き管32は、スキンプレート3の内面より若干離れた位置に端部32aを配置させ、型枠30の内部と外方とを連通させた状態で適宜数設けられている。
【0025】
図6に示すように、製造方法は、予め一対の主鋼材9、9同士を複数の連結部材10、10、…で連結させ、その主鋼材9の外周面9aにスキンプレート8を固着させた状態で鋼殻2を形成し、型枠30内にその鋼殻2を配置するとともに、図1で示した各継手5、7を合成セグメント1の接合面4、6に配置するように側板部30bの所定箇所に対して着脱可能に取り付ける。このとき、空気抜き管32もこの端部32aが上述した所定位置となるように配置させておく。
【0026】
続いて、充填口31よりコンクリート3を型枠30内に流し込んで充填する。なお、本第二の実施の形態では、流動性のあるコンクリートを使用することが好ましいとされる。このとき、型枠30内に充填されるコンクリート3中に含まれる微細な気泡は、スキンプレート8の内面に向けて上昇する。そして、注入されるコンクリート3は充填口31の直下で次第に山形状に盛り上がり、充填口31を塞ぐところまで充填されると、上記気泡は、抜け道がなくなりスキンプレート8の内面に沿うように残留することになるが、その気泡は、空気抜き管32を通じて型枠30の外方に抜けることになる。そのため、スキンプレート8の内面付近に空隙が形成された未充填箇所がなくなり、充填したコンクリート3とスキンプレート8とが密着した高品質な合成セグメント1Aを製造することができる。
【0027】
そして、コンクリート3の打設終了後は、充填口31に充填材(図示省略)を流し込んで塞ぎ、空気抜き管32の出口32bを例えば溶接手段などによって塞ぐ。次いで、充填したコンクリート3が固化した適宜な時点で脱型し、合成セグメント1A内に埋設されている空気抜き管32に例えばモルタルなどの充填材(図示省略)を注入して穴埋めして完成させる。
【0028】
第二の実施の形態による合成セグメント1Aの製造方法では、第一の実施の形態による製造方法と同様に型枠30の寸法精度によって合成セグメント1Aの製品精度が確保され、合成セグメント1Aの鋼殻2毎に寸法精度を確保する必要がないことから、製造にかかる手間や時間が少なくなり、製造コストの低減を図ることができるという効果を奏する。
【0029】
次に、図7は本第三の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す斜視図、図8は図7に示す合成セグメントの製造工程のC−C線断面図である。
図7及び図8に示す第三の実施の形態による合成セグメント1Bの製造方法は、いわゆる舟打ちによるコンクリート打設方法であり、スキンプレート8を下側にして合成セグメント1Bの短辺(図1に示す周方向接合面4)の一端を最も高い位置に持ち上げた状態で製造される方法である。
【0030】
型枠40は、合成セグメント1Bのスキンプレート8に沿って円弧形状に形成された底盤部40aと、図1に示す周方向接合面4、4及びトンネル方向接合面6、6を形成するように塞ぐ側板部40bとから構成され、合成セグメント1Bの内周面となる位置に開口部40cが形成されている。そして、開口部40cには、開口面に沿って金網42が配置されている。そして、型枠40の最も高い位置(上方に位置する側板部40b)に設けた充填口41から型枠内にコンクリート3を充填して打設する。
【0031】
図8に示すように、製造方法は、第二の実施の形態と同様に一対の主鋼材9、9とスキンプレート8とを一体化させた状態で鋼殻2を形成し、型枠40内にその鋼殻2を配置するとともに、図1で示した各継手5、7を合成セグメント1の接合面4、6に配置するように側板部40bの所定箇所に対して着脱可能に取り付け、開口部40cに合成セグメント1Bの内周面の位置に沿うように金網42を配置させる。続いて、型枠40の充填口41よりコンクリート3を型枠40内に流し込んで充填する。
【0032】
このとき、充填したコンクリート3の上面は、金網42が型枠の代わりをなし、この金網42に沿った形状に打設されることになる。ここで、本第三の実施の形態による打設方法では、型枠40の最も高い位置から充填されることから、充填口41は、コンクリート3の充填とともに、コンクリート3中に含まれる気泡の空気抜きの役割を果たし、型枠40内に溜まることがない。
【0033】
そして、コンクリート3の打設終了後に、充填したコンクリート3が固化した適宜な時点で脱型して合成セグメント1Bを完成させることができる。
第三の実施の形態による合成セグメント1Bの製造方法では、上述した第一及び第二の実施の形態による製造方法と同様の効果を得ることができる。
【0034】
次に、図9は本第四の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す斜視図、図10は図9に示す合成セグメントの製造工程のD−D線断面図である。
図9及び図10に示す第四の実施の形態による合成セグメント1Cの製造方法は、略縦打ちによるコンクリート打設方法であり、スキンプレート8を略横方向に向けて合成セグメント1の両長辺(図1に示すトンネル方向接合面6、6)を上下方向とするとともに、合成セグメント1の両短辺(図1に示す周方向接合面4、4)の一方を他方より高くして内周面側を傾斜させた状態で製造される方法である。
【0035】
型枠50は、合成セグメント1Cの内周面を円弧形状に形成するように塞ぐ内周板部50aと、図1に示す周方向接合面4、4及びトンネル方向接合面6、6を形成するように塞ぐ側板部50bとから構成され、スキンプレート8が配置される外周面部に開口部50cが形成されている。そして、合成セグメント1Cの短辺側に位置する一方の側板部50bの最も高い位置に、コンクリート3を充填するための充填口51が設けられている。そして、合成セグメント1Cの上方に位置する長辺側の側板部50b、50bには、その厚さ方向を貫通する空気抜き管52が設けられている。
【0036】
図10に示すように、第四の実施の形態による製造方法は、第二及び第三の実施の形態と同様に一対の主鋼材9、9とスキンプレート8とを一体化させた状態で鋼殻2を形成し、型枠50内にその鋼殻2を配置するとともに、図1で示した各継手5、7を合成セグメント1Cの接合面4、6に配置するように側板部50bの所定箇所に対して着脱可能に取り付ける。続いて、型枠50の充填口51よりコンクリート3を型枠50内に流し込んで充填する。
【0037】
ここで、本第四の実施の形態による打設方法では、側板部50bの高い位置から充填されることから、充填口51を塞ぐところまでは、コンクリート3の充填とともに、コンクリート3中に含まれる気泡の空気抜きの役割を果たし、充填口51を塞ぐところまで充填されると、上記気泡は、その気泡は、空気抜き管52を通じて型枠50の外方に抜けることになる。
【0038】
そして、コンクリート3の打設終了後に、充填したコンクリート3が固化した適宜な時点で脱型して合成セグメント1Cを完成させることができる。
第四の実施の形態による合成セグメント1Cの製造方法では、上述した第一乃至第三の実施の形態による製造方法と同様の効果を得ることができる。
【0039】
以上、本発明による合成セグメントの製造方法の第一乃至第四の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本第一乃至第四の実施の形態では鋼殻2がスキンプレート8と主鋼材9と接続部材10等から構成されているが、これに限定されることはなく、例えば周方向接合面4やトンネル方向接合面6の一部に止水部材を貼り付けるための鋼板を備えた鋼殻や、合成セグメントの外周面だけでなく内周面にもスキンプレートを備えた鋼殻であってもかまわない。
【0040】
また、第一及び第二の実施の形態では山打ちによるコンクリート打設方法、第三の実施の形態では合成セグメント1Bの内周面側を上側に向けて一方の周方向接合面4を最も高い位置とした打設方法、第四の実施の形態では略縦打ちによる打設方法としているが、これらの打設方法に限定されることはない。
【0041】
また、充填口31、41、51、空気抜き管32、52の配置、断面形状、配置数量などは本実施の形態に限定されるものではく、製造する合成セグメントの形状、鋼殻の構造、型枠の形態などの条件に応じて任意に設定すればよい。
さらに、主鋼材9、接続部材10の配置、形状、箇所数に限定されることはなく、例えば他の主鋼材として、断面形状でI字形、H字形、L字形、T字形などを採用することができ、接続部材9は、平板形状であることに限定されることはなく、複数の鋼材を略V字状に配列したラチス状の構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の第一の実施の形態による合成セグメントの斜視図である。
【図2】図1に示す合成セグメントのA−A線断面図である。
【図3】図1に示す合成セグメントにおける鋼殻においてスキンプレートを分離した状態の分解斜視図である。
【図4】(a)乃至(c)は第一の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す縦断面図である。
【図5】本第二の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す斜視図である。
【図6】図5に示す合成セグメントの製造工程のB−B線断面図である。
【図7】本第三の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す斜視図である。
【図8】図7に示す合成セグメントの製造工程のC−C線断面図である。
【図9】本第四の実施の形態による合成セグメントの製造工程を示す斜視図である。
【図10】図9に示す合成セグメントの製造工程のD−D線断面図である。
【符号の説明】
【0043】
1、1A、1B、1C 合成セグメント
2 鋼殻
3 コンクリート
4 周方向接合面
6 トンネル方向接合面
8 スキンプレート
9 主鋼材
20、30、40、50 型枠
31、41、51 充填口

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくともセグメントの表面の一部に鋼材が露出してなる鋼殻とコンクリートとから略円弧板状に形成されてなる合成セグメントの製造方法であって、
前記鋼殻の一部又は全体を型枠に配置させる工程と、
前記鋼殻を配置させた前記型枠内にコンクリートを充填させる工程と、
を有することを特徴とする合成セグメントの製造方法。
【請求項2】
前記合成セグメントの表面の一部に露出してなる前記鋼材は、脱型した後の合成セグメントに接合されることを特徴とする請求項1に記載の合成セグメントの製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2009−83407(P2009−83407A)
【公開日】平成21年4月23日(2009.4.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−258626(P2007−258626)
【出願日】平成19年10月2日(2007.10.2)
【出願人】(000198307)石川島建材工業株式会社 (139)
【出願人】(000001373)鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】(000000549)株式会社大林組 (1,758)
【Fターム(参考)】