説明

地中構造物隔壁用のセグメント

【課題】 他のセグメントとの応力の伝達機能に優れた接合部を有する地中構造物隔壁用のセグメントを提供する。
【解決手段】 地中に構築される隔壁の一部を構成するセグメントであって、その本体部9はプラスチックを無機繊維で補強した板状の複合材9a,・・・を複数枚接合して形成されている。
そして、本体部9の長手方向の端部9bに設けられる接合部10は、端部9bを囲繞する箱型に形成された鋼製の外殻部11と、端部9bの複合材9a,9aの間に配置されてそれらと接合される補強板13と、補強板13を厚さ方向に貫通して外殻部11の内側面11cと外側面11bに両端が定着される接合ボルト12とによって構成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネルや立坑等の地中構造物の隔壁の一部を構成するセグメントであって、トンネル掘削機によって切削可能な材料によって形成される地中構造物隔壁用のセグメントに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、図9に示すように、トンネル1の内部からトンネル掘削機3を発進させて新たに分岐トンネルを構築する工法が知られている(特許文献1又は2等参照)。
【0003】
このようなトンネル1は、掘削された地中に円弧状のセグメント2,4,・・・を複数使用して組み立てられたリングを、掘進方向(図9の紙面貫通方向)に順次接続していくことで構築される。
【0004】
そして、この構築されたトンネル1の隔壁の一部を切削して分岐トンネルが構築される。
【0005】
このトンネル掘削機3によって切削されるセグメント4の切削部4aは、他の部分と同様に鉄筋コンクリートで製作することもできるが、切削時にトンネル掘削機3に与える負荷が大きく、故障の原因にもなるため、特許文献1又は2に開示されているように、硬質ウレタン樹脂等の切削し易い材料によって成形されたセグメント4を使用する工法が開発されている。
【特許文献1】特開2004−36177号公報
【特許文献2】特開2003−56290号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、鉄筋コンクリートや鋼材などで製作される一般部のセグメント2と切削し易い材料で成形されるセグメント4は、材質が異なることから応力を円滑に伝達できる継手構造の開発が望まれている。
【0007】
そこで、本発明は、他のセグメントとの応力の伝達機能に優れた接合部を有する地中構造物隔壁用のセグメントを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記目的を達成するために、本発明は、地中に構築される隔壁の一部を構成するセグメントであって、その本体部はプラスチックを無機繊維で補強した板状の複合材を複数枚接合して形成され、該本体部の長手方向の端部に設けられる接合部は、前記端部を囲繞する箱型に形成された鋼製の外殻部と、前記端部の前記複合材の間に配置されてそれらと接合される補強板と、該補強板を厚さ方向に貫通して前記外殻部に両端が定着される接合ボルトとによって構成される地中構造物隔壁用のセグメントであることを特徴とする。
【0009】
ここで、上記発明において、前記補強板を、前記長手方向において前記外殻部よりも前記本体部の中央側まで延伸させることができる。
【0010】
また、前記複合材は、硬質ウレタン樹脂からなるプラスチック発泡体をガラス長繊維で補強して形成させることができる。さらに、前記本体部は、外周を補強層で被覆させてもよい。
【0011】
そして、前記セグメントの長手方向端面を形成する前記外殻部の端面に、他のセグメントを接合させるためのボルト孔を設けることもできる。
【0012】
また、上記発明において、前記本体部の側面に、継手ピンを挿入可能な差込み穴部を前記長手方向に間隔を置いて形成させることもできる。さらに、前記隔壁の内側面を形成する前記外殻部の内側面に隣接させて内側面被覆板を配設し、該内側面被覆板を前記本体部に埋設させたアンカーボルトによって固定させてもよい。
【発明の効果】
【0013】
このように構成された本発明は、セグメントの本体部の長手方向の端部に接合部が設けられ、その接合部は、箱型に形成された外殻部と、前記端部の前記複合材の間に配置されてそれらと接合される補強板と、該補強板を湾曲の厚さ方向に貫通して前記外殻部に両端が定着される接合ボルトとによって構成される。
【0014】
そして、隣接する他のセグメントから前記外殻部の端面に伝達される応力は、前記外殻部から前記接合ボルトを介して前記補強板及び前記複合材に伝達された後に前記本体部の中央側に伝達される。また、同様の伝達機構によって前記本体部に作用する力を他のセグメントに伝達させることができる。
【0015】
このため、剛性の異なる部材間で滑らかに応力伝達をおこなうことができ、応力集中によって接合部に破壊を生じさせることがない。
【0016】
また、前記補強板が前記長手方向において前記外殻部よりも前記本体部の中央側まで延伸させることで、接合部周辺の剛性を段階的に低下させることができる。
【0017】
さらに、前記複合材として硬質ウレタン樹脂からなるプラスチック発泡体をガラス長繊維で補強して形成された材料を使用することで、曲げ強度及び圧縮強度に優れた軽量の切削可能なセグメントを、比較的安価な材料で製作することができる。
【0018】
そして、前記本体部の外周を補強層で被覆して強化することで、本体部の損傷を防ぐことが出来るとともに、トンネル掘削機を推進させるジャッキ推力が前記長手方向と直交する方向(トンネル掘進方向)から作用してもその力に対して対抗させることができる。
【0019】
また、前記セグメントの長手方向端面を形成する前記外殻部の端面に、他のセグメントを接合させるためのボルト孔を設けることで、他のセグメントとの接合を、ボルトを締め付けるだけで簡単かつ確実におこなうことができる。
【0020】
さらに、前記本体部の側面に、継手ピンを挿入可能な差込み穴部が前記長手方向に間隔を置いて形成させることで、継手ピンを差込み穴部に差し込むだけで、地中構造物の延伸方向の接続をおこなうことができ、リング間のせん断方向のずれの発生を防ぐことができる。
【0021】
そして、前記隔壁の内側面を形成する前記外殻部の内側面に隣接させて内側面被覆板を配設し、この内側面被覆板をアンカーボルトを介して前記本体部に固定させることで、トンネル掘削機が発進する際のその外周とセグメントの開口部との隙間に、この内側面被覆板を介してエントランス止水部を容易に設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0023】
本実施の形態の地中構造物隔壁用のセグメントは、図2に示すように地中構造物として構築されたトンネル5の切削部5aに配置される。すなわち、トンネル5の内部に配置されたトンネル掘削機3は、この切削部5aを前面のカッタビットで切削して新たに分岐トンネル6を構築する。
【0024】
図3は、トンネル5の内部からこの切削部5aを見た正面図である。この切削部5aは、鋼製の一般部セグメント7によって大部分が組み立てられるリングの一部を切削可能な切削用セグメント8に置き換え、切削用セグメント8,・・・がトンネル5の延伸方向(図3の左右方向)に連続するように接続していくことで構築される。
【0025】
この切削用セグメント8は、図4に示すように、切削可能な材料によって形成される本体部9と、その長手方向(湾曲方向)の両端部に設けられる接合部10,10とから構成される。
【0026】
この本体部9は、図1及び図4に示すように、プラスチックを無機繊維で補強した板状の複合材9a,・・・を複数枚接合してアーチ状に形成される。
【0027】
この複合材9aには、例えば硬質ウレタン樹脂からなるプラスチック発泡体を無機繊維としてのガラス長繊維で補強した材料が使用される。このような材料には、例えばエスロンネオランバーFFU(積水化学工業株式会社製)を挙げることができる。また、複合材9a,・・・間は、エポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤などの樹脂系接着剤によって接合される。
【0028】
さらに、本体部9の外周は、補強層としてのFRP層9cによって被覆され、本体部9の厚み方向の中央部にも図1に示すようにFRP層9cが設けられている。
【0029】
このFRP層9cは、ポリエステル樹脂またはエポキシ樹脂等の樹脂をマットまたはクロス等の繊維材料で補強した部材であって、この繊維材料としては、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などが使用される。
【0030】
複合材9aは、ガラス長繊維の延伸方向、すなわち本体部9の長手方向の強度が他の方向の強度に比べて卓越しているので、FRP層9cを設けることによって本体部9の長手方向以外の方向の強度を上げることができる。
【0031】
そして、本体部9の側面9dには、図4に示すように長手方向に間隔を置いて後述する継手ピン17が挿入可能な差込み穴部9e,・・・が形成される。
【0032】
また、この本体部9の長手方向両側の端部9b,9bに設けられる接合部10,10は、図1に示すように、端部9bを囲繞する箱型に形成された鋼製の外殻部11と、端部9bの複合材9a,9aの間に配置されてそれらと接合される補強板13と、補強板13を厚さ方向(湾曲の内外径方向)に貫通して外殻部11の内側面11cと外側面11bに定着される接合ボルト12とによって構成される。
【0033】
すなわち、本体部9の端部9bには、二枚の補強板13,13が複合材9a,・・・に挟まれるようにして配置され、両者は前記樹脂系接着剤によって接合されている。
【0034】
また図6に示すように、この端部9bには、後述する接合ボルト12のボルト部12aを挿通させるための貫通孔9fが、湾曲の内外径方向に貫通して複数設けられている。
【0035】
そして、この端部9bを収容させる外殻部11は、外側面11bとなる鋼板と側面用の鋼材によって断面コの字型に形成された溝部材11eに、内側面11cとなる鋼板と、端面11aとなる鋼板を接合させることによって形成される。
【0036】
この内側面11cを溝部材11eに接合させるためには、まず溝部材11eに本体部9の端部9bを配置し、その上に内側面11cを載置する。さらに、端部9bに設けられた湾曲の内外径方向に貫通された貫通孔9f,・・・と内側面11cに設けられた孔に、接合ボルト12のボルト部12aを挿通させ、ナット部12bによって締め付ける。
【0037】
ここで、このボルト部12aの外側面11b側の端部は、図1に示すように埋設ナット部12cに螺入して固定される。なお、埋設ナット部12cを使用する代わりに、ボルト部12aの頭部を皿ボルトの形状に成形するなどしてもよい。
【0038】
また、ボルト部12aと貫通孔9fとの隙間には、圧縮強度の高い充填材を充填してボルト部12aと端部9bとの間で確実にせん断力が伝達されるようにする。
【0039】
そして、すべての貫通孔9f,・・・に接合ボルト12を取り付けた後に、図5に示すように、溝部材11e及び端面11aと内側面11cとの間を溶接11dによって接合させる。
【0040】
なお、この溝部材11eの両側面の長さは、図3に示すように切削用セグメント8の配置される位置によって異なることになる。例えば、切削部5aの中央付近に配置される切削用セグメント8の両側面の長さはあまり違いがないが、側部に配置される切削用セグメント8ほど横断する円弧の勾配が急になるため、両側面の長さの差が大きくなる。
【0041】
また、図5に示すように、内側面11cと切削される本体部9が露出される部分の間には、略台形状の内側面被覆板15が配設される。この内側面被覆板15は、アンカーボルト15a,・・・を内径側から押し込んで裏面側の本体部9に埋設させることによって固定される。
【0042】
この内側面被覆板15には、トンネル掘削機3を発進させた際に発生するトンネル5の開口部とトンネル掘削機3との隙間から、土砂や地下水がトンネル5内部に流入するのを防止するために設けられるエントランス止水部19を取り付けるために使用される(図3参照)。このエントランス止水部19は、図7に示すように、トンネル5の内部側に突起させる取付治具19aを介して取り付けられる。
【0043】
図7は、トンネル5延伸方向の接続方法を説明するために、図3のA−A線断面を模式的に示した説明図である。ここで、図7の左右方向がトンネル5の延伸方向となる。
【0044】
トンネル5の延伸方向の接続は、図7に示すように切削用セグメント8の側面9dに設けた差込み穴部9eに継手ピン17を差し込むことによっておこなわれる。この継手ピン17は、例えば複合材9aと同様にプラスチックを無機繊維で補強した材料で成形されるが、これに限定されるものではなく、FRP等の切削可能な材質であればよい。
【0045】
また、図3に示すように切削部5aの端部に配設される端部セグメント18は、図7に示すように内部が仕切られて、所定の幅に切断された複合材9aが配置される複合材部18aとそれ以外の一般部18bとから構成される。
【0046】
一方、トンネル5の円周方向(図3の上下方向)の接合は、トンネル5の隔壁がリングによって土圧や地下水圧等の荷重を受けることになるので、強固な接合となるように構成される。
【0047】
本実施の形態では、図1及び図5に示すように、一般部セグメント7と切削用セグメント8との接合は継手ボルト14,・・・を使用しておこなわれる。
【0048】
この継手ボルト14は、外殻部11の端面11aと一般部セグメント7の端面を貫通するように設けられたボルト孔14aと、ボルト孔14aの端面11a側に埋設されたナット部14cとボルト部14bとによって構成され、一般部セグメント7側からボルト部14bを螺入させることで、一般部セグメント7と切削用セグメント8とを接合させる。
【0049】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
【0050】
このように本実施の形態の切削用セグメント8によれば、切削用セグメント8の本体部9の長手方向の端部9bに接合部10が設けられ、その接合部10は、箱型に形成された外殻部11と、端部9bの複合材9a,・・・の間に配置されてそれらと接合される補強板13,13と、それらの補強板13,13を厚さ方向に貫通して外殻部11の内側面11cと外側面11bに定着される接合ボルト12,・・・とによって構成される。
【0051】
そして、隣接する一般部セグメント7から外殻部11の端面11aに伝達される応力は、外殻部11の内側面11c及び外側面11bを経て接合ボルト12,・・・に伝達され、この接合ボルト12,・・・を介して補強板13,13及び複合材9a,・・・に伝達された後に本体部9の中央側に伝達される。また、同様の伝達機構によって本体部9に作用する力を一般部セグメント7に伝達させることができる。
【0052】
このように端部9bと外殻部11が接合ボルト12によって一体化されて、外殻部11から本体部9へと徐々に剛性が変化するため、一般部セグメント7と切削用セグメント8という剛性の異なる部材間で滑らかに応力伝達をおこなうことができ、応力集中によって接合部10に破壊を生じさせることがない。
【0053】
また、補強板13,13を外殻部11の内側面11c及び外側面11bよりも本体部9の中央側まで延伸させることで、外殻部11と補強板13と複合材9aとによって構成される部分から、補強板13と複合材9aとによって構成される部分を経て、複合材9aを主材とする部分へと接合部10周辺の剛性を段階的に低下させることができる。
【0054】
さらに、本体部9の外周をFRP層9cで被覆することで、長手方向の強度が卓越している複合材9aを主材とする本体部9の他の方向の強度を補強することができる。
【0055】
このように補強することで、施工誤差などによってリング間にずれが生じ、隣接する切削用セグメント8,8の側面9d,9d同士が正確に一致しない場合でも、トンネル掘削機3を推進させるジャッキ推力を切削用セグメント8によって支持させることができると共に、切削用セグメント8や一般部セグメント7が本体部9に食い込んで損傷させることを防ぐことが出来る。
【0056】
そして、端部9bに接合部10を取り付ける際に、接合ボルト12で締め付けることによって外側面11bと内側面11cに挟まれた端部9bを支圧し、この状態で内側面11cが溶接11dされて固定されるため、各層間の接合が強められると共に端部9bと外殻部10は強固に一体化される。
【0057】
また、本体部9の側面9dに、継手ピン17を挿入可能な差込み穴部9e,・・・が切削用セグメント8の長手方向に間隔を置いて形成されているため、継手ピン17,・・・を差込み穴部9e,・・・に差し込むだけでトンネル5の延伸方向の接続をおこなうことができる。
【0058】
さらに、この継手ピン17,・・・によって切削用セグメント8,8間を接続させることで、リング間のせん断方向のずれの発生を防止することができる。またこの継手ピン17は、切削可能な材料によって成形されているので、トンネル掘削機3の切削による支障になることがない。
【0059】
また、端部セグメント18の内部に仕切りを入れて必要な部分だけ複合材部18aとすることで、複合材9aの使用量を必要最小限に抑えて工費を削減することができる。
【0060】
以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【0061】
例えば、前記実施の形態では、地中に水平に構築されたトンネル5から直角に突出される分岐トンネル6を構築する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図8(a)に示すように地中構造物としてのトンネル20に設けられた切削部20aから斜め分岐トンネル21を構築する場合にも切削用セグメント8を使用することができる。
【0062】
このように、トンネル掘削機3を斜めに発進させる場合であっても、切削部20aが切削し易い切削用セグメント8で構成されていれば、トンネル掘削機3が曲がったり揺動したりしながら進むことがないので、正確な形に開口部を形成することができる。
【0063】
また、図8(b)に示すように、地中構造物としてのトンネル22の天井部に切削用セグメント8を使用して切削部22aを設け、そこから上向きトンネル23を構築することもできる。
【0064】
さらに、図8(c)に示すように、地中構造物としての立坑24の隔壁の一部に切削用セグメント8を使用して切削部24aを設け、そこから水平にトンネル25を構築することもできる。
【0065】
また、前記実施の形態では、円筒形のトンネル5の隔壁の一部を構成する曲面状の切削用セグメント8について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば矩形トンネルや多角形断面の立坑などの多角柱状の地中構造物の隔壁の一部を構成する平板状のセグメントであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0066】
【図1】本発明の最良の実施の形態の切削用セグメントの接合部の構成を説明する断面図である。
【図2】トンネルの切削部からトンネル掘削機を発進させる状態を説明する切断斜視図である。
【図3】トンネルの内側から見た切削部の正面図である。
【図4】切削用セグメントの全体構成の概略を説明する側面図である。
【図5】トンネルの内側から見た切削用セグメントの接合部の構成を説明する平面図である。
【図6】接合部の組み立て方法を説明する斜視図である。
【図7】トンネル延伸方向の継手構造及び接続方法を説明する説明図である。
【図8】(a)はトンネルから斜め分岐トンネルを分岐させた状態の斜視図であって、(b)はトンネルから上向きトンネルを分岐させた状態の斜視図であって、(c)は立坑から水平にトンネルを延伸させた状態の斜視図である。
【図9】従来のトンネルからトンネル掘削機を発進させる状態を説明する断面図である。
【符号の説明】
【0067】
5 トンネル(地中構造物)
5a 切削部
8 切削用セグメント(セグメント)
9 本体部
9a 複合材
9b 端部
9c FRP層(補強層)
9d 側面
9e 差込み穴部
10 接合部
11 外殻部
11a 端面
11b 外側面
11c 内側面
12 接合ボルト
13 補強板
14a ボルト孔
15 内側面被覆板
17 継手ピン
20,22 トンネル(地中構造物)
24 立坑(地中構造物)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
地中に構築される隔壁の一部を構成するセグメントであって、その本体部はプラスチックを無機繊維で補強した板状の複合材を複数枚接合して形成され、該本体部の長手方向の端部に設けられる接合部は、前記端部を囲繞する箱型に形成された鋼製の外殻部と、前記端部の前記複合材の間に配置されてそれらと接合される補強板と、該補強板を厚さ方向に貫通して前記外殻部に両端が定着される接合ボルトとによって構成されることを特徴とする地中構造物隔壁用のセグメント。
【請求項2】
前記補強板は、前記長手方向において前記外殻部よりも前記本体部の中央側まで延伸されていることを特徴とする請求項1に記載の地中構造物隔壁用のセグメント。
【請求項3】
前記複合材は、硬質ウレタン樹脂からなるプラスチック発泡体をガラス長繊維で補強して形成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の地中構造物隔壁用のセグメント。
【請求項4】
前記本体部は、外周が補強層で被覆されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の地中構造物隔壁用のセグメント。
【請求項5】
前記セグメントの長手方向端面を形成する前記外殻部の端面に、他のセグメントを接合させるためのボルト孔が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の地中構造物隔壁用のセグメント。
【請求項6】
前記本体部の側面に、継手ピンを挿入可能な差込み穴部が前記長手方向に間隔を置いて形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の地中構造物隔壁用のセグメント。
【請求項7】
前記隔壁の内側面を形成する前記外殻部の内側面に隣接させて内側面被覆板を配設し、該内側面被覆板を前記本体部に埋設させたアンカーボルトによって固定させたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の地中構造物隔壁用のセグメント。

【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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【公開番号】特開2006−225928(P2006−225928A)
【公開日】平成18年8月31日(2006.8.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−39605(P2005−39605)
【出願日】平成17年2月16日(2005.2.16)
【出願人】(000002174)積水化学工業株式会社 (5,781)
【出願人】(000206211)大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】(000148346)株式会社錢高組 (67)
【Fターム(参考)】