JPH1068295A

JPH1068295A - コンクリート製セグメント

Info

Publication number: JPH1068295A
Application number: JP8242530A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Toida; 浩戸井田; Katsuto Oguchi; 克人大口
Original assignee: Nippon Kokan Light Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Kokan Light Steel Co Ltd
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のコンクリート製セグメントは、ボルト
締結箇所が非常に多いため締結作業に多大の時間を要す
るので、改善する。【解決手段】コンクリート製セグメントは平面形状が
矩形であり、この矩形の四周の辺には、辺に沿って圧延
山形鋼１２Ｓ，１３Ｓが配置され、圧延山形鋼の断面形
状の山形の向きを、外側に凸、または外側に凹とし、隣
合うコンクリート製セグメント同士では、前記凸と凹が
互いに嵌合できるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル工法の一
つであるシールド工法などに用いられる覆工材であるコ
ンクリート製セグメントに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、軟弱地盤にトンネルを掘削する際
のトンネル工法には、シールド工法が用いられることが
多い。シールド工法において、掘削したトンネルの内周
面を支える覆工材には、鋼製又は、コンクリート製セグ
メントが用いられることが多かった。このコンクリート
製セグメントには、鋼製の枠体にコンクリートを打設し
た鋼製コンクリート製セグメントも含まれる。

【０００３】上記鋼製コンクリート製セグメントの枠体
の例を図１０に示す。この枠体５は、主桁５２と継手板
５１を枠状に溶接し、更に外側にスキンプレート５３を
溶接し、内側に縦リブ５４を取付け、補強したものであ
る。継手板５１、主桁５２にはボルト締結のための孔５
１ａ，５２ａが設けられている。これら孔５１ａ，５２
ａの付近にはコンクリートは打設されず、ボルト締結の
手作業を行うためのスペース（図示せず）が形成され
る。

【０００４】そして、上記コンクリート製セグメントは
図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、継手板同士、主桁
同士をボルト５５により締結し、トンネルを覆工する。
なお、シールド工法によって掘削されるトンネルとは別
に、先進導坑を用いて掘削されるトンネルもある。

【０００５】すなわち、本来のトンネルを掘削する前
に、小さなトンネルである先進導坑をＴＢＭ（トンネル
・ボーリングマシーン）で掘削し、その後残った断面を
発破等で砕き、本来のトンネルを掘削していくものであ
る。この場合の先進導坑にも、上記鋼製又は、コンクリ
ート製セグメントが用いられることがあり、シールド工
法トンネルの場合と同様にボルトにより締結することで
鋼製又は、コンクリート製セグメントを組立て、先進導
坑の内周面を覆工していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の鋼製又
は、コンクリート製セグメントは、主桁５２同士、継手
板５１同士をボルト５５によって締結しなければなら
ず、ボルト締結箇所が非常に多いため締結作業に多大の
時間を要する。また、ＴＢＭは、シールド工法の掘削マ
シーンに比べ掘進速度が非常に速いが、従来の鋼製又
は、コンクリート製セグメントを用いた覆工材の組立に
時間がかかるためにトンネルの施工速度が覆工作業によ
り低下することが多かった。

【０００７】そこで、本発明は上記問題点を解決するた
めになされたもので、ボルトによって締結する必要がな
く、組立が容易なコンクリート製セグメントを提供す
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

（１）第１の発明は、トンネル内壁の覆工材であって、
下記の特徴を有するコンクリート製セグメントである。（ａ）コンクリート製で平面形状が四辺形であり、
（ｂ）前記四辺形の四周の辺には、辺に沿って圧延山形
鋼が配置され、圧延山形鋼の断面形状の山形の向きを、
外側に凸、または外側に凹とし、（ｃ）前記コンクリー
ト製セグメント同士を組み合わせる場合には、前記凸と
凹が互いに嵌合できるように構成されている。

【０００９】（２）第２の発明は、前記四周の辺のうち
向かい合う二つの辺に配置される圧延山形鋼が、外側に
凸、または外側に凹とされることを特徴とするコンクリ
ート製セグメントである。

【００１０】（３）第３の発明は、前記圧延山形鋼は、
コンクリート製セグメントの中に配置される鉄筋に溶接
されることを特徴とするコンクリート製セグメントであ
る。

【００１１】（４）第４の発明は、前記四辺形が等脚台
形又は不等脚台形であることを特徴とするコンクリート
製セグメントである。

【００１２】（５）第５の発明は、前記コンクリート製
セグメントは、所定の曲率で湾曲し、この所定の曲率が
円弧を形成するものであることを特徴とするコンクリー
ト製セグメントである。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に本発明に係るコンクリート
製セグメント１０の一態様を示した。図１（Ａ）はその
平面図、図１（Ｂ）は一部右側面図及び一部右断面図、
図１（Ｃ）は図１（Ａ）のＹ−Ｙ断面図である。コンク
リート製セグメント１０は、平面形状が長方形であり、
この平面（図１（Ａ））が所定の曲率を有する凹の円弧
面となっている。この曲率は、通常円弧である場合が多
い。通常トンネルは円形断面を有するからである。しか
し、時には楕円断面である場合もあり、この場合は上記
曲率は楕円の一部を構成するものでもよい。

【００１４】これにより長方形の一対の長辺１４、１５
も前記曲率と同じ曲率の円弧状に湾曲している。長方形
の一対の短辺１２、１３は、湾曲しておらず、直線的で
ある。各辺１２、１３、１４、１５に沿って圧延山形鋼
１２Ｓ、１３Ｓ、１４Ｓ、１５Ｓが配置される。長辺１
４、１５のうち一方の長辺１４の圧延山形鋼１４Ｓは、
断面形状の山形の向きが外側に凸である。他方の長辺１
５の圧延山形鋼１５Ｓは、断面形状の山形の向きが外側
に凹である。

【００１５】同様に短辺１２、１３のうち一方の短辺１
２の圧延山形鋼１２Ｓは、断面形状の山形の向きが外側
に凸である。他方の短辺１３の圧延山形鋼１３Ｓは、断
面形状の山形の向きが外側に凹である。これらの圧延山
形鋼１２Ｓ、１３Ｓ、１４Ｓ、１５Ｓは、対となる辺１
２と１３、１４と１５において、互いに嵌合できるよう
に、大きさや山形の配置角度が決められる。なお、この
嵌合により、トンネルのセグメントリングを構成するこ
とができる。

【００１６】セグメント本体は、従来のコンクリート製
セグメントと同様に鉄筋１６を配し、コンクリート１８
が打設される。また、圧延山形鋼１２Ｓ、１３Ｓ、１４
Ｓ、１５Ｓは、鉄筋１６及び定着鉄筋１７によりコンク
リート１８中に定着される。図２に本発明に係るコンク
リート製セグメントにおける、山形鋼の定着構造を示す
（なお、図２において、セグメント本体の鉄筋１６は省
略してある）。図２に示す様に、セグメントを組立てる
場合、互いに嵌合する圧延山形鋼のフィレットによる隙
間にシール材１９を挿入し、止水性の向上を図る。この
様に山形鋼を用いた場合、特にシール溝を設けることな
く、止水シールを施し、十分な止水効果を得ることが可
能となる。

【００１７】図３には、前記嵌合によって、トンネル断
面でコンクリート製セグメント１０が組み合わされセグ
メントリングが構成される状態を示した。この組み合わ
せの状態において、５種類のコンクリート製セグメント
１０が用いられる。図中下側のコンクリート製セグメン
ト１０の短辺１２、１３における圧延山形鋼１２Ｓ、１
３Ｓの断面形状の山形の向きは、外側に凸と外側に凹で
ある。これを単に凸−凹と表示する。

【００１８】そして、隣り合うコンクリート製セグメン
ト１０は、セグメントリングの反時計回りに凸−凹、凸
−凸、凹−凹、凸−凹、凸−凹となる組み合わせ列とな
っている。この組み合わせ列を可能とするためには、各
コンクリート製セグメント１０の短辺の凹と凸のペア組
みには、上記したように凸−凸、凹−凹、凸−凹の３通
りが必要である。

【００１９】なお、図示しない他の組み合わせ状態にお
いては、別の組み合わせ列が考えられる。この時、ペア
組みは凸−凸、凹−凹、凸−凹の３通りをすべて用いる
場合もあれば、２通りあるいは１通りの場合もある。

【００２０】また、トンネルの軸方向、即ち、コンクリ
ート製セグメント１０の長辺方向には、長辺の凹と凸の
ペア組みは凸−凹の１通りで足り、組み合わせ列は凸−
凹、凸−凹、凸−凹……となる（図４（Ｂ）参照）。

【００２１】図４には、トンネルの内面を展開して、種
々のコンクリート製セグメント１０の組み合わせ状態を
示す。図において左側の矢印Ｄ１はコンクリート製セグ
メント１０の組み立てる方向を示し、右側に示した矢印
Ｄ２が示すＴＢＭの掘進方向と一致する。また、コンク
リート製セグメント１０には複数のものＡ，Ｂ１，Ｂ
２，Ｋが用いられる。

【００２２】そして、平面形状が長方形のコンクリート
製セグメントＡでトンネル内壁を大部分覆工し、次に不
等脚台形のコンクリート製セグメントＢ１、Ｂ２を挿入
し、最後に等脚台形のコンクリート製セグメントＫを挿
入し、トンネル全周を覆工する。コンクリート製セグメ
ントＫは、挿入方向先端部の方の幅を狭くしてあり、挿
入、組立を容易にする。これらの挿入方向を、図中の矢
印Ｄ３が示す。

【００２３】トンネル軸方向には図４に示すように、組
立てたコンクリート製セグメント１０間の短辺が一直線
につながらないようにすることが望ましい。

【００２４】図５には、コンクリート製セグメント１０
の圧延山形鋼Ｓ同士を嵌合し、連結することで締結を行
う締結の一態様を示す。圧延山形鋼Ｓ同士の間には、シ
ール材と緩衝材を兼ねる剪断力伝達材１９が配置される
（図中（Ａ））。図において、コンクリートの厚さ寸法
（図中上下方向の寸法）は、圧延山形鋼Ｓの上下方向寸
法より大きいが、他の実施形態では圧延山形鋼の上下方
向寸法と同じか、又は小さくできる。

【００２５】すなわち、コンクリートの厚さ寸法を図中
の一点鎖線または二点鎖線のようにすることができる。
その場合に、圧延山形鋼Ｓが大きくなることで、コンク
リートの厚さが小さくても、コンクリート製セグメント
１０全体の強度を十分なものに維持できる。

【００２６】嵌合時には、外側に凸の圧延山形鋼Ｓの断
面頂部２０は、外側に凹の圧延山形鋼Ｓの斜面２１を滑
って位置決めされうる（図中（Ｂ））ので、位置誤差を
吸収でき、位置決めの自由度が大きくなり、嵌合が容易
に行われる。位置誤差は、図中上下方向および左右方向
の誤差のみならず、角度誤差も吸収されやすい。

【００２７】なお、図において、シール材のためのシー
ル溝１９Ａを別に設けても良い。嵌合後の連結には、ボ
ルト２２が用いられる。すなわちボルト２２が、嵌合し
重なった圧延山形鋼Ｓに連通する孔２３に差し入れら
れ、先端の雄ネジ２４が、裏側の圧延山形鋼Ｓの背後に
埋め込まれた埋め込み金具２５の雌ネジ２６に捩じ込ま
れ、連結が成される。

【００２８】図６には、圧延山形鋼Ｓ同士の他の連結態
様を示す。前記図５では圧延山形鋼Ｓの山形の外側から
ボルト２２が差し入れられたが、図６のように、山形の
内側から頭付きのピン２８が差し入れられるものとして
も良い。前記図４の作業スペース（コンクリートに形成
する凹部）３０に比べ、山形の内側に作業員の手を差し
入れる必要があり、作業スペース３１は大きくなる。

【００２９】図７は、コンクリート製セグメント１０を
ロックボルト３２によってトンネルの内壁の岩盤に固定
する方法を示す。ロックボルト３２の頭部は、図示しな
い取り付けプレートを貫通して取り付けられ、取り付け
プレートはコンクリート製セグメント１０のコンクリー
トの打設時に埋め込まれる。

【００３０】図８には、圧延山形鋼Ｓ同士のさらに他の
連結態様を示す。この連結には、図８（Ａ）に示すよう
なクランプ３３を用いた。クランプ３３は図８（Ｂ）の
Ｘ方向には割合に容易に取り外し可能であるが、Ｙ方向
には充分な引張強度を有する。図８（Ｃ）はクランプさ
れた状態を示す。このクランプ３３は鋼製でも、またプ
ラスチック製でもよい。

【００３１】また、図９には、圧延山形鋼Ｓ同士のさら
に他の連結態様を示す。この連結には、Ｌ型クリップ３
５を用いた。図９（Ａ）はＬ型クリップ３５の形状を示
し、図９（Ｂ）にはこのＬ型クリップ３５で連結する過
程を示し、図９（Ｃ）には最終的に連結した状態を示
す。このＬ型クリップ３５は、山形鋼のフランジのピン
孔に挿入し、（Ｂ）図のように回転させるとピンの
「１」、「２」、「３」、「４」の部分（図中ではこれ
らの番号は丸で囲んだ）で山形鋼の２枚のフランジをク
リップすることができる。

【００３２】図４に示すように、ピース間（円周方向）
の継手位置がトンネル軸方向に一直線とならないような
組み方をすれば、リング間（軸方向）の圧延山形鋼の嵌
合により、十分な剪断力を伝えることができるので構造
的に十分強度のあるセグメントリングが得られる。従っ
て、以上で示した種々の連結形態は、例えば組立上必要
となる補助的なものであり、セグメントの各ピースの保
持機構を有した組立装置（図示せず）を用いる場合など
は、これら連結は不要となる。

【００３３】いずれの場合にも、コンクリート製セグメ
ント１０はボルトによる締結をせずに済むので、組み立
て時間を大きく短縮できる。本発明のコンクリート製セ
グメント１０は山岳トンネルにおける合理的覆工材を提
供する目的で発明されたものであるが、従来のシールド
工法における覆工材（コンクリート製セグメント）とし
ても使用可能である。また、セグメント同志の組み合わ
せて施工する場合において連結部にネオプレンゴム、水
膨張性シ−ル（ウレタン樹脂、膨張性樹脂、特殊変性ゴ
ム等）を挿入しておくことはトンネル内での水漏れを防
ぐので望ましい。

【００３４】

【実施例】図１に示すように、直径５ｍのトンネルをコ
ンクリート製セグメント１０で覆工した。圧延山形鋼Ｓ
には、７５×７５ｍｍのものを用いた。図２に示すよう
に５個のコンクリート製セグメント１０を組立て、円形
断面となるようにした。コンクリート製セグメント１０
間の短辺１２、１３および長辺１４、１５間は圧延山形
鋼Ｓ同士で図のように嵌合させた。

【００３５】コンクリート製セグメント１０間の連結
は、前述した図４〜図８に示すような方法を用いた。図
５のように埋め込み金具２５を用いると、作業のための
スペース３０を小さくでき、コンクリートに大きな凹部
を形成せずに済むので、コンクリート製セグメント１０
間の強度を維持できる。

【００３６】図６に示すような頭付きピン２８を用いる
と、ボルトと異なり差し込むだけでよく、施工が容易で
あった。ピン２８は、このコンクリート製セグメント１
０に１箇所で充分であった。コンクリート製セグメント
１０の位置によっては、ピン２８の頭が常に上になるよ
うにした。

【００３７】図７のロックボルト３２は、一定区間ごと
（この実施例では５００ｍおき）にコンクリート製セグ
メント１０内部より施工し、コンクリート製セグメント
１０のトンネル軸方向の移動を防いだ。この場合、コン
クリート製セグメントＫ（図４参照）を挿入するまでの
間、コンクリート製セグメントＡ，Ｂ（図４参照）はＴ
ＢＭ後方に設けられた支持装置（図示せず）により保持
できた。

【００３８】このようにして施工されたコンクリート製
セグメント１０に周辺地山より土圧が作用した場合、ト
ンネルの軸方向継手部で山形鋼が充分嵌合しているの
で、せん断ずれに対し十分抵抗でき、また、コンクリー
ト製セグメント１０間継手部に作用するモーメントに対
しても隣接するリングにより十分抵抗でき、コンクリー
ト製セグメント１０は構造物として充分安全であった。

【００３９】

【発明の効果】

１）本発明に係るコンクリート製セグメントの構造は、
締結をボルトによって行う必要がなく、またはボルト数
が減少するので、連結・組立が簡単である。２）また、圧延山形鋼による嵌合時には、圧延山形鋼の
外側に凸の断面頂部が、圧延山形鋼の外側に凹の斜面を
滑って位置決めされうるので、位置決めの自由度が大き
くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコンクリート製セグメントの形状
を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は一部右側面図及び一
部右断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ−Ｙ断面図である。

【図２】本発明に係るコンクリート製セグメントで、山
形鋼の定着構造を示す図である。

【図３】本発明に係るコンクリート製セグメントでトン
ネルのリングを構成した場合の組み合わせを示す図であ
る。

【図４】（Ａ）は、本発明に係るコンクリート製セグメ
ントでトンネルを覆工した場合のトンネル内を展開し、
種々のコンクリート製セグメントの組み合わせを示す展
開図、（Ｂ）は（Ａ）の軸方向の断面図、（Ｃ）は
（Ａ）の円周方向の断面図である。

【図５】本発明に係るコンクリート製セグメントをボル
トと埋め込み金具で連結した状態を示す図である。

【図６】本発明に係るコンクリート製セグメントを頭付
きピンで連結した状態を示す図である。

【図７】本発明に係るコンクリート製セグメントをロッ
クボルトでトンネル内壁に固定した状態を示す図であ
る。

【図８】本発明に係るコンクリート製セグメントをクラ
ンプで連結する過程を示す図である。

【図９】本発明に係るコンクリート製セグメントをＬ型
クリップで連結する過程を示す図である。

【図１０】従来の鋼製コンクリート製セグメントを示す
図である。

【図１１】従来の鋼製コンクリート製セグメントを連結
する態様を示す図である。

【符号の説明】

１０コンクリート製セグメント１２、１３短辺１４、１５長辺Ｓ圧延山形鋼１６鉄筋１７定着鉄筋１８コンクリート１９シール材２０頂部２１斜面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トンネル内壁の覆工材であって、下記の
特徴を有するコンクリート製セグメント。（ａ）コンクリート製で平面形状が四辺形であり、
（ｂ）前記四辺形の四周の辺には、辺に沿って圧延山形
鋼が配置され、圧延山形鋼の断面形状の山形の向きを、
外側に凸、または外側に凹とし、（ｃ）前記コンクリー
ト製セグメント同士を組み合わせる場合には、前記凸と
凹が互いに嵌合できるように構成されている。
【請求項２】前記四周の辺のうち向かい合う二つの辺
に配置される圧延山形鋼が、外側に凸、または外側に凹
であることを特徴とする請求項１に記載されたコンクリ
ート製セグメント。
【請求項３】前記圧延山形鋼は、コンクリート製セグ
メントの中に配置される鉄筋に溶接されていることを特
徴とする請求項１又は２のいずれかに記載されたコンク
リート製セグメント。
【請求項４】前記四辺形が等脚台形又は不等脚台形で
あることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載
されたコンクリート製セグメント。
【請求項５】前記コンクリート製セグメントは、所定
の曲率で湾曲し、この所定の曲率が円弧を形成するもの
であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記
載されたコンクリート製セグメント。