覆工体及び隅部用セグメント

【課題】覆工体の隅部に腹圧力が作用しても耐力が低下しない隅部用セグメント及びそのセグメントを備えた覆工体を提供する。
【解決手段】覆工体2は、複数の鉄筋コンクリート製のセグメント3を組み立てることにより略矩形状に構築されている。セグメント3の組み立ては、シールド機のテール部内で実施される。覆工体2の隅部2aにそれぞれ配置される略くの字状の隅部用セグメント3aは、コンクリート6から構成されており、その内部に複数の内側主鉄筋4と、外側主鉄筋5と、を備えている。内側主鉄筋4は、その端部近傍同士が隅部2aで互いに交差するように設けられている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネル内に複数の鉄筋コンクリート製のセグメントを組み立ててなる覆工体及びその隅部用セグメントに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、シールド工法では、シールド機のテール部にてセグメントを組み立てて覆工体を構築している。
【0003】
例えば、特許文献1には、内周面から所定の深さ位置に内側主鉄筋が埋め込まれた鉄筋コンクリート製のセグメントが開示されている。これにより、セグメントの引張強度を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2002−121999号公報
【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、図10に示すように、上述した鉄筋コンクリート製のセグメントを略多角形状に組み立てることにより構築された覆工体に、地震の影響等による曲げモーメントM(内側引張)が作用すると、内側主鉄筋には、辺に対応する略直線部の軸方向に引張力T1、T2が発生し、その合力としてトンネルの内側へ向かう力T(以下、腹圧力という)が発生する。この腹圧力Tに対して抵抗するのはコンクリートの引張抵抗TCのみであるためひび割れCが発生する。腹圧力Tが増加するとひび割れCは進展し、腹圧力Tがコンクリートの引張抵抗TCの限界を超えると、内側主鉄筋は仮想線で示すようにトンネルの内側へはらみ出す挙動をする。この結果、略直線部が保有している耐力に至る前に、隅部の損傷による耐力低下が生じるおそれがあるという問題点があった。
【0006】
そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、覆工体の隅部に腹圧力が作用しても耐力を低下させない隅部用セグメント及びそのセグメントを備えた覆工体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】
本発明は、内側主鉄筋及び外側主鉄筋を備えた複数の鉄筋コンクリート製のセグメントをシールドトンネル内で組み立てることにより構築される略多角形状の覆工体であって、
隅部の内周面は曲面状に形成されるとともに、当該隅部が他の部位よりも前記覆工体の軸線と直交する方向に厚さが大きくなるように構築されてなることを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、隅部を他の部位よりも覆工体の軸線と直交する方向に厚くするため、隅部に曲げモーメントが作用して腹圧力によるひび割れが生じても、そのひび割れの進展を抑制することができる。したがって、セグメントが損傷しにくくなり、覆工体の耐力が向上する。
【0009】
また、本発明において、前記略多角形状の隣接する辺に配置された前記内側主鉄筋の端部近傍同士が、前記隅部で互いに交差するように配置されてなることとしてもよい。
【0010】
本発明によれば、内側主鉄筋の端部近傍同士が、隅部において互いに交差するように配置されているため、図5に示すように、内側主鉄筋の交差部における力は、略直線部からの引張力T1、T2とともに、これらT1、T2と同じ大きさで逆向きの引張力T1’、T2’が作用する。これら4つの力はつり合っているため、コンクリートの引張抵抗は大きくなく、ひび割れCが生じたとしても大きく進展することを抑制できる。その結果、図10に仮想線で示す内側主鉄筋がトンネルの内側へはらみ出す挙動も抑制できる。
【0011】
本発明は、前記隅部において、前記内側主鉄筋と前記外側主鉄筋とを囲むように設けられた帯鉄筋を備えることとしてもよい。
【0012】
本発明によれば、内側主鉄筋がシールドトンネルの内側へ向かって移動しにくくなるため、腹圧力が作用しても、内側主鉄筋がトンネルの内側へはらみ出す挙動をより確実に抑制できる。
【0013】
本発明は、シールドトンネル内に設置された略多角形状の覆工体の隅部に配置されるコンクリート製の隅部用セグメントであって、
内側主鉄筋及び外側主鉄筋を備え、前記内周面は曲面状に形成されるとともに、前記隅部が他の部位よりも前記覆工体の軸線と直交する方向に厚さが大きくなるように形成されてなることを特徴とする。
【0014】
本発明によれば、隅部を他の部位よりも覆工体の軸線と直交する方向に厚くするため、隅部に曲げモーメントが作用して腹圧力によるひび割れが生じても、そのひび割れの進展を抑制することができる。したがって、セグメントが損傷しにくくなり、覆工体の耐力が向上する。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、覆工体の隅部に腹圧力が作用しても耐力が低下しない隅部用セグメント及びそのセグメントを備えた覆工体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】シールド工法により掘削されたトンネル内に設置された覆工体を示す断面図である。
【図2】図1のA部を拡大して隅部用セグメントを示す図である。
【図3】内側主鉄筋の他の定着例を示す図である。
【図4】内側主鉄筋の他の定着例を示す図である。
【図5】隅部において内側主鉄筋の端部近傍同士を交差させたときの力の釣り合いを示す図である。
【図6】内側主鉄筋の他の配置例を示す図である。
【図7】帯鉄筋を用いない場合の例を示す図である。
【図8】帯鉄筋を用いない場合の例を示す図である。
【図9】本発明の他の実施例を示す図である。
【図10】従来の覆工体の隅部に作用する荷重を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【0018】
図1は、シールド工法により掘削されたトンネル1内に設置された覆工体2を示す断面図である。
図1に示すように、覆工体2は、複数の鉄筋コンクリート製のセグメント3を組み立てることにより略矩形状(略多角形に相当)に構築されている。セグメント3の組み立ては、シールド機のテール部内で実施される。
【0019】
図2は、図1のA部を拡大して隅部用セグメント3aを示す図である。
図2に示すように、覆工体2の隅部2aにそれぞれ配置される略くの字状の隅部用セグメント3aは、コンクリート6から構成されており、その内部に複数の内側主鉄筋4と、外側主鉄筋5と、を備えている。
【0020】
内側主鉄筋4及び外側主鉄筋5は、内周面及び外周面からそれぞれ設計等によって定められた所定の深さ位置に埋め込まれている。
また、内側主鉄筋4はそれぞれ、覆工体2の頂版部2b(略直線部に相当)及び底版部2c(略直線部に相当)に略水平に、また、左右の側部2d(略直線部に相当)に略鉛直に配置されている。
【0021】
隅部用セグメント3aの外周面及び内周面はそれぞれ異なる曲率半径R1、R2を有する。外周面の曲率半径R1は、内周面の曲率半径R2に隅部用セグメント3aの端部3eの厚さWを加えた値(R2+W)よりも小さく設定されており、これにより両端部3e、3eから屈曲部3bへ向かって外周面が外方へ徐々に厚くなるように形成されている。
【0022】
なお、本実施形態においては、外周面は曲率半径R1を有することとしたが、直角に形成(R1≒0)されていてもよい。要は、隅部用セグメント3aにおいて、屈曲部3bが端部3eよりも覆工体2の軸線と直交する方向に厚さが大きくなる形状であればよい。
【0023】
複数の内側主鉄筋4は、その端部近傍同士が隅部2aで互いに交差するように設けられているとともに、その先端は折り返されており、その折り返し部分が外側主鉄筋5に近接するように配置されている。これにより、内側主鉄筋4はコンクリート6に定着することができる。したがって、内側主鉄筋4にその引張方向の引張力T1、T2が作用しても、内側主鉄筋4はコンクリート6に定着しているので、引張力T1、T2によって生じた隅部2aのひび割れの進展を抑制することができる。
【0024】
なお、本実施形態においては、内側主鉄筋4の端部を折り返した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3に示すように、内側主鉄筋4の端部に機械式定着具8等を取り付けて拡幅部を設けたりしてもよく、要は、地震等で地山からトンネル1の内側へ作用する予め設定した大きさの荷重によって圧縮されるコンクリート6の圧縮領域(本実施形態においては、図中の点線内)内まで内側主鉄筋4の端部が到達して、内側主鉄筋4が引張力T1、T2に対して充分にコンクリート6に定着されていればよい。
【0025】
また、本実施形態においては、内側主鉄筋4の折り返し部分を外側主鉄筋5に近接するように配置した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、内側主鉄筋4の交差した箇所4aから先端までが引張力T1、T2に対して定着を維持できるだけの定着長が確保できれば、例えば、図4に示すように、内側主鉄筋4の先端を折り返さず、先端がセグメント3の外周部付近まで配置されていてもよい。
【0026】
隅部2aには、内側主鉄筋4と外側主鉄筋5とを囲むように帯鉄筋7が設けられている。帯鉄筋7は、内側主鉄筋4の端部近傍同士が交差した箇所4a及びその周囲に複数、設けられている。なお、図示しないが、頂版部2bや底版部2cに帯鉄筋7を設けてもよい。
【0027】
上述した覆工体2によれば、隅部用セグメント3aの屈曲部3bが他部位よりも厚くなるように構成されているため、隅部2aに曲げモーメントMが作用して腹圧力Tが発生して隅部用セグメント3aにひび割れが生じてもその進展を抑制できる。したがって、隅部用セグメント3aが損傷しにくくなり、覆工体2の耐力が向上する。
【0028】
また、曲げモーメントMにより内側主鉄筋4に引張力T1、T2が作用しても、内側主鉄筋4の端部近傍同士が交差した箇所4aから先端までの定着長が充分に確保されているので、内側主鉄筋4がトンネル1の内側へはらみ出さない。したがって、引張力T1、T2によって生じた隅部2aのひび割れの進展を抑制することができる。
【0029】
また、図5に示すように、内側主鉄筋4の端部近傍同士が交差した箇所4aにおける力は、引張力T1、T2とともに、これらT1、T2と同じ大きさで逆向きの引張力T1’、T2’が作用する。これら4つの力はつり合っているため、コンクリート6の引張抵抗は大きくなく、ひび割れが生じたとしても大きく進展することを抑制できる。その結果、図10に仮想線で示す内側主鉄筋4がトンネル1の内側へはらみ出す挙動も抑制できる。
【0030】
なお、本実施形態においては、複数の内側主鉄筋4を交差させ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6に示すように、従来のように1本の内側主鉄筋4を屈曲させて配置し、屈曲部3bの内側主鉄筋4と外側主鉄筋5とを帯鉄筋7で連結してもよい。
【0031】
ところで、外周面の曲率半径R1が、内周面の曲率半径R2に端部3eの厚さWを加えた値(R2+W)よりも小さいので、図2〜図4及び図6に示すように、屈曲部3b付近に配置された帯鉄筋7の外周側端から外周面までの被り厚Lは、端部3eの外側主鉄筋5から外周面までの被り厚Sよりも大きいので、耐久性を維持できる。
さらに、内側主鉄筋4の交差した箇所4aから外周面までの有効高さが、端部3eの内側主鉄筋4から外周面までの有効高さよりも長いので、曲げ耐力を確保することができる。
【0032】
なお、本実施形態においては、内側主鉄筋4と外側主鉄筋5とを帯鉄筋7で連結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7及び図8に示すように、帯鉄筋7を用いなくてもよい。
【0033】
なお、本実施形態においては、覆工体2を略矩形状に構築した場合について説明したが、この形状に限定されるものではなく、略多角形状であればよく、図9に示すように、例えば、5角形でもよく、土質や深度等の各現場状況に応じて適宜設計によって決定される。
【符号の説明】
【0034】
1 トンネル
2 覆工体
2a 隅部
2b 頂版部
2c 底版部
2d 側部
3 セグメント
3a 隅部用セグメント
3b 屈曲部
3e 端部
4 内側主鉄筋
4a 交差した箇所
5 外側主鉄筋
6 コンクリート
7 帯鉄筋
8 機械式定着具
12 隅部
13 セグメント

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内側主鉄筋及び外側主鉄筋を備えた複数の鉄筋コンクリート製のセグメントをシールドトンネル内で組み立てることにより構築される略多角形状の覆工体であって、
隅部の内周面は曲面状に形成されるとともに、当該隅部が他の部位よりも前記覆工体の軸線と直交する方向に厚さが大きくなるように構築されてなることを特徴とする覆工体。
【請求項2】
前記略多角形状の隣接する辺に配置された前記内側主鉄筋の端部近傍同士が、前記隅部で互いに交差するように配置されてなることを特徴とする請求項1に記載の覆工体。
【請求項3】
前記隅部において、前記内側主鉄筋と前記外側主鉄筋とを囲むように設けられた帯鉄筋を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の覆工体。
【請求項4】
シールドトンネル内に設置された略多角形状の覆工体の隅部に配置されるコンクリート製の隅部用セグメントであって、
内側主鉄筋及び外側主鉄筋を備え、前記内周面は曲面状に形成されるとともに、前記隅部が他の部位よりも前記覆工体の軸線と直交する方向に厚さが大きくなるように形成されてなることを特徴とする隅部用セグメント。

【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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【図10】
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