JPS63201299A - スチ−ルセグメントおよびスチ−ルセグメントを使用したトンネルの施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、例えばトンネル等の掘削穴を構築する際に掘
削穴の覆工用として使用されるスチールセグメントおよ
びこのスチールセグメントを使用したトンネルの施工方
法に関するものである。

「従来の技術」 鉄道用トンネルや地下道、上下水道などの地下構造物を
構築する場合には、たとえばシールド掘進機により地山
を掘削し、この掘削された穴の内面に、コンクリート製
あるいはスチール製のセグメント（−次項工材）を円環
状に組み立てて筒状壁体を形成し、この−法覆工のセグ
メントの背面、すなわちセグメントと他山との間にその
間隙（空隙）を埋める充填材を充填した後、この−法覆
工の内面にコンクリートを巻き立て（二次１工）、それ
らによって地山を支持して、所定のトンネル内空を構成
する、という方法が一般に行なわれている。

前記−法覆工に用いられるセグメントのうち、コンクリ
ートセグメントとしては、例えば主体がコンクリートよ
りなる円弧版状のセグメント本体と、該セグメント本体
の四つの接合面（両側面および両端面）に埋設した接続
用の継手金具とを備えた構成のものが提供されており、
組み立てに際しては、前記継手金具を利用し周方向およ
び軸方向に順次連結されて筒状に組み立てられるように
なっている。

一方、前記スチールセグメントとしては、互いに対向配
置されかつスチールセグメントの両端面を形成する一対
の端板と、両側面を形成する一対の円弧状の側板と、こ
れら端板と側板とで組み立てられた枠体の凸面側に一体
に張設されたスキンプレートとから構成され、全体とし
てほぼ円弧版状に形成されたものが提供されており、組
み立てに際しては、前記端板および側板の所定位置に間
隔をおいて設けられたボルト孔を利用してボルト止めさ
れ、円環状に組み立てられるようになっている。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、このようなセグメント（コンクリートセグメ
ント、スチールセグメントなど）を用いたトンネル施工
方法にあっては、その組み立て作業性や施工性、経済性
などの点を考慮した場合、版厚をなるべく薄くして軽量
にする方が好ましいのであるが、版厚の薄いセグメント
を使用してトンネル等を構築すると、鉛直方向のたわみ
が増加してその分、曲げモーメントに基づく応力の集中
が大きくなるために、たとえばコンクリートセグメント
であると、セグメントの四隅部分や継手金具回りなどに
クラックや欠けが発生し易くなる問題がある。また、こ
のようなりラックや欠けの問題は、たとえばシールド掘
進機内で組み立てられたセグメントが掘進機の前進動の
ための反力受けなどとして利用される際にも発生するお
それ力（あった。

なお、従来構造のスチールセグメントでは、セグメント
の軽量化が図れる反面、大口径のトンネルの施工には適
さず、セグメント自身の腐食等に対する配慮が必要であ
る。

一方、前記説明したようなトンネル施工方法にあっては
、セグメントによる一次覆工をした後充填材注入（グラ
ウト作業）を行い、さらに二次覆工を行うというように
、覆工作業に手間がかかる上、−法覆工と二次覆工との
付着性を図る配慮も必要である。

また、掘削穴の覆工にあたっては、−次、二次覆工相互
の荷重分担についての推定が困難であることから、−法
覆工を掘削穴の覆工構造の主体として、地山に作用する
荷重に対して抵抗できるようにすることが一般的である
が、このためにこの−法覆工を担うセグメントが重厚な
ものとなり、覆工作業および運搬作業を効率の悪いもの
としていた。

本発明は前記の事情に鑑みてなされたもので、掘削穴の
覆工作業を容易ならしめ、しかも強固な覆工壁を形成し
得るスチールセグメントおよびスチールセグメントを使
用したトンネルの施工方法を提供することを目的とする
ものである。

「問題点を解決するための手段」 そこで第１発明のスチールセグメントは、対向配置され
た長方形状の端板と、円弧状の側板とにより組み立てら
れた枠体の凸面側にスキンプレートを張設したセグメン
ト本体と、このセグメント本体の凹面側に着脱自在に取
り付けられこのセグメント本体の凹所を覆う蓋板とを具
備し、かつ、前記蓋板に蓋板とセグメント本体とで形成
される内部空間に充填材を充填するための注入孔を設け
るようにしたもので、鋼製セグメント本体の凹所に充填
材を充填し得る構成として、セグメント全体の強度向上
を図り、クラックや欠は等の発生を防止するようにした
ものである。

また、第２発明のトンネルの施工方法は、対向配置され
た長方形状の端阪と、円弧状の側板とにより組み立てら
れた枠体の凸面側にスキンプレートを張設したセグメン
ト本体を用い、該セグメント本体を掘削穴の周方向に沿
って組み立てつつ軸方向に連結して筒状壁体を構築し、
次いで、前記セグメント本体と掘削穴との間隙に充填材
をグラウトするとともに、前記セグメント本体の凹所を
蓋板により覆い、さらにセグメント本体と蓋板とで形成
される内部空間に充填材を充填するようにして、筒状壁
体の構築時には、セグメント本体および蓋板の組み立て
によって、運搬、型組み時の作業の負担を軽減させ、筒
状壁体の構築後、セグメント本体と蓋板とで形成される
内部空間に充填材を充填することによって、セグメント
覆工の強度を向上させるようにしたものである。

「実施例」 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図ないし第３図は本発明によるスチールセグメント
の一実施例を示すものである。

図中、全体として符号ｌで示すものがスチールセグメン
トである。このスチールセグメントＩは、全体として円
弧版状を呈するセグメント本体２と、このセグメント本
体２の凹所を覆う蓋板３とを主体として構成されている
。

そして、前記セグメント本体２は、対向配置された長方
形状の端板４と、円弧状の側板５とを溶接して組み立て
た枠体の凸側（第１図下側）外周面に、スキンプレート
６を溶接した構造となっており、また、前記側板５．５
間に複数（図示例では４個）の縦リブ７が互いに平行に
差し渡されるとともに、各端板４および側板５にはボル
ト止めに利用されるボルト孔８が間隔をおいて複数設け
られている。

そして、前記各端板４および側板５のそれぞれの内面に
は、その長さ方向に沿ってセグメント本体２の内面を一
周する帯鋼板９が溶接等の手段によって一体に取り付け
られており、その上面に蓋板３が一体に定着されるよう
になっている。

また、この帯鋼板９はセグメント本体２の剛性を高める
とともに蓋板３と、端板４および側板５との間隙からの
充填材の漏洩を防止するようになっており、円弧状の側
板５に沿う帯鋼板９にはその長さ方向に沿って貫通孔（
ボルト孔）９ａが形成され、帯鋼板９の裏面に、第３図
など示すように、この貫通孔９ａに連続するねじ穴をも
ったナツトＩＯが溶接によって一体に固定されている。

一方、前記帯鋼板９はその取付位置を縦リブ７の上端よ
りも上方に位置させて固定され、これにより充填材がセ
グメント本体２と蓋板３とで形成される内部に全て充填
されるようになっている。

なお、前記充填材の充填を良（するために縦リブ７に表
裏に連通ずる切欠孔等を設ける構成としても良い。

前記セグメント本体２のスキンプレート６の中央には、
グラウトホールｌｌａを形成する筒体ｌｌが一体に設け
られている。この筒体１１の構造は従来公知のもので、
たとえばその内面にグラウト注入用のパイプ（ホース）
が螺合されるようにめねじなどが形成されたものであり
、またエレクタ装置の吊り金具が嵌合されるものである
。

次ぎに、前記セグメント本体２の凹所を覆う蓋板３につ
いて説明すると、この蓋板３はセグメント本体２の内面
に沿って一定の曲率で湾曲形成された鋼製のもので、そ
の一部にはセグメント本体２と蓋板３とで形成される内
部空間に充填材を充填するための注入孔１２が形成され
、該注入孔１２には蓋板３の裏面と一体のソケッ）１３
が連通している。このソケット１３は充填材を注入する
バンプを嵌合するもので、その内面にはたとえば前記パ
イプを固定し得るようにめねじ等が形成されている。

また、前記蓋板３の帯鋼板９のボルト孔９ａに対応する
位置には定着孔３ａが設けられ、この蓋板３を固定する
ボルト１５が挿入されるようになっている。なお、前記
定着孔３ａは、第３図に示すように、帯鋼板９のボルト
孔９ａよりも大径に形成されており、これにより蓋板３
の成形誤差等を許容して、蓋板３の組み付けを容易に実
施することができるようになっている。

また前記実施例では、セグメント本体２の内側に帯鋼板
９を設けてこの帯鋼板９に蓋板３をボルト止めする構成
としているが、蓋板３は縦リブ７にボルト止めする構成
としても良い。なお、前記蓋板３と帯鋼板９との間にパ
ツキン等を介在させる構成とすれば、セグメント本体２
内に充填する充填材の漏洩防止を一層確実にすることが
できるので好ましい。

また、第３図において符号１６で示すものはボルト１５
の頭部と帯鋼板９との間に介在させるラージワッシャで
ある。

次に、前記のように構成されたスチールセグメントｌを
使用した第２発明のトンネル施工方法の実施例について
第４図を参照して工程順に説明する。なお、以下の説明
ではシールド掘進機により掘削穴を形成し、この内面を
前記スチールセグメントｌにより覆工する構成としてい
るが、掘削穴の形成はシールド掘進機に限らず、他の手
段であっても良い。

（ｉ）筒状壁体の構築 シールド掘進機により地山を掘削し、その掘削した掘削
穴の壁面にセグメント本体２の覆工を行う。このセグメ
ント本体２の覆工作業は、従来のシールド工法で採用さ
れているセグメント（たとえばコンクリートセグメント
、スチールセグメント等）のものと何等変わるところは
ない。すなわち、シールド掘進機内でエレクタ−装置に
よりセグメント本体２を把持して、該セグメント本体２
を円環状に組み立てつつ軸方向に順次連結して施工する
ものである。この作業は、端板４、側板５およびスキン
プレート６で形成された鋼製のセグメント本体２をトン
ネル内部に運搬して、エレクタ−装置により組み付ける
作業であり、前記セグメント本体２はコンクリートセグ
メント等に比して軽量であるから、運搬、組立時の作業
性が良好で、その作業能率の向上を図ることができる。

なお、前記において、セグメント本体２を軸方向に連結
する場合には、既に覆工されたセグメント本体２の前端
にシールド掘進機の推進ジヤツキの反力をとって掘削推
進した後、推進ジヤツキの短縮した所に、前記反力とし
て利用したセグメント本体２．に隣接させて新たにセグ
メント本体２を据え付ける方法が適用される。

また、セグメント本体２どうしの接続作業としては、た
とえばセグメント本体２を周方向に接続する場合、セグ
メント本体２の両端板４を互いに対面させておき、端板
４のボルト孔８に・ボルト２０を挿入して、これをナツ
ト２１により締め付ければ良い。セグメント本体２を軸
方向に接続する場合にも同様である。なお、必要に応じ
て、セグメント本体２どうしの間に止水用のパツキン等
を介在させることは言うまでもない。

（ｉｉ）充填材のグラウト　。

このようにして、セグメント本体２が掘削穴の内面に沿
って１列ないしは数列分円環状に組み立てられ、筒状壁
体が形成されたら、この筒状壁体の背面、すなわち掘削
穴の内面とセグメント本体２との間隙にモルタル等の充
填材をそのグラウト孔１１ａから注入する。

この充填材の充填作業は図示しないモルタルポンプによ
り充填パイプ（ホース）を介して行い、等圧分岐装置等
によって複数本のホースを使用して数箇所同時充填する
。

（ｉｉｉ）！を板の組み付は 以上のように前記間隙に充填材が充填されたならば、次
いで、グラウト作業の終わったセグメント本体２の凹所
を蓋板３により覆い、セグメント本体２の帯鋼板９にボ
ルト止めする。この作業は、蓋板３を帯鋼板９に沿わせ
てボルト１５をラージワッシャ１６を介して帯鋼板９の
ナツトｌＯに螺合する単純作業であり、蓋板３の定着孔
３ａの内径が帯鋼板９の貫通孔９ａの内径よりも大きく
形成されているので、簡単に蓋板３を取り付けることが
可能である。

また、蓋板３の組み付けによって、トンネル内面を平滑
にでき、トンネルの粗度係数を小さくすることができる
。

（ｉｖ）充填材の充填 そして、前記蓋板３の注入孔１２からセグメント本体２
と蓋板３とで形成される内部空間にモルタル等の充填材
を充填する。この充填材の充填作業も、前記グラウト作
業と同様にモルタルポンプなどによりホースを介して行
う。

セグメント本体２と蓋板３とで形成された内部空間に打
設された充填材は、硬化することによりスチールセグメ
ントｌの内部にモルタル層を形成し、セグメント本体２
、蓋体３等と一体なる極めて強固な壁体を構成する。す
なわち、地山Ｇの支持をスチールセグメント１とその内
部のモルタル層の双方が負担することにより、その分強
度が大きくなり、これによりコンクリートセグメントあ
るいはスチールセグメントのみで覆工する場合に比べ、
セグメントを薄肉化することができる。また、内部空間
への充填材の充填後は、スチールセグメントｌはその内
部をモルタル層により覆われ、セグメント本体どうしを
連結するボルト２０．ナツト２１をも埋設するので、こ
れらボルト２０．ナツト２１の緩みもなく、内部を腐食
されるおそれもない。しかも、前記モルタル層の外側全
面が鋼製セグメント本体２および蓋板３により被覆され
た構成であるから、クラックや欠は等の発生も防止でき
るといった利点もある。

以上（ｉ）ないしくｉｖ）の各工程を繰り返し、最先端
にあるセグメント本体２に反力をとってシールド掘進機
を掘削推進させ、覆工完了部に続けてスチールセグメン
トｌの組立と、充填材の充填作業とを行い、トンネルを
完成させる。

しかして、前記トンネルの施工方法においては、セグメ
ント運搬時、組み付は時の軽量化を図れ、現場施工は無
論、運搬作業等の効率化を実現することができる。

しかも、鋼製のセグメント本体２を組んで、その背面側
にモルタル等の充填材を充填し、セグメント本体２の内
面に蓋板３を取り付け、セグメント本体２と蓋板３とで
形成される内部空間に充填材を充填する手段でもって、
極めて強度の高い覆工壁を形成できるので、強度の面に
おいては特に二次覆工を必要とすることもないが、二次
覆工を必要とする場合には、以下の方法が好適である。

すなわち、第５図を参照してスチールセグメントを使用
したトンネルの施工方法の他の実施例について説明する
。

本実施例では、スチールセグメントｌを構成する蓋板３
の内面に内方に突出するジベル２５を設け、二次覆工３
０の前記スチールセグメントｌに対する付着性を高める
ようにしたものである。

したがって、本実施例のトンネルの施工方法においては
、セグメント本体２の組立、グラウト作業、Ｍ板３の組
み付け、充填材の充填作業については前記実施例で説明
した作業と同様であるが、セグメント本体２と蓋板３と
で形成される内部空間への充填材の充填後、トンネルの
内面にコンクリートを巻き立てて二次覆工３０を施す。

このような方法によれば、スチールセグメントｌとその
内部に充填されたモルタル層とによって、極めて強度の
大きな覆工壁を形成し得る上に、ジベル２５を介して二
次覆工３０の一次覆工に対する付着性を高めることがで
き、強度の大きな覆工壁を提供することができる。

また、スチールセグメント１を構成する蓋板３にジベル
を突設した構成とした場合、二次覆工との一体化を図る
ことができるので、既設セグメントの補修用としてもそ
の効果を発揮させることができる。

なお、前記ジベル２５の形状としては、実施例のものに
限らず他の形状であっても良く、たとえばＵ字状に折り
曲げた鉄筋等を蓋板３の内面に溶接により取り付けるよ
うにしても良い。

「発明の効果」 以上説明したように第１発明のスチールセグメントは、
対向配置された長方形状の端板と、円弧版状の側板とに
より組み立てられた枠体の凸面側にスキンプレートを張
設したセグメント本体と、このセグメント本体の凹面側
に着脱自在に取り付けられこのセグメント本体の凹所を
覆う蓋板とを具備し、かつ、前記蓋板に蓋板とセグメン
ト本体とで形成される内部空間に充填材を充填するため
の注入孔を設けているので、運搬、組立時等の部材の軽
量化を達成することができ、また、セグメント本体と蓋
体との内部にモルタル等の充填材を充填し得て、強度の
大きな覆工壁を構築することができる。また、既設セグ
メントの補修用とじての適用性を向上することができる
といった利点もある。

また、第２発明のトンネル施工方法によれば、対向配置
された長方形状の端板と、円弧版状の側板とにより組み
立てられた枠体の凸面側にスキンプレートを張設したセ
グメント本体を用い、該セグメント本体を掘削穴の周方
向に沿って組み立てつつ軸方向に連結して筒状壁体を構
築し、次いで、前記セグメント本体と掘削穴との間隙に
充填材をグラウートするとともに、前記セグメント本体
の凹所を蓋板により覆い、さらにセグメント本体と蓋板
とで形成される内部空間に充填材を充填するような構成
としているので、覆工壁構築時の作業性を向上させるこ
とができ、現場施工は勿論、運搬作業等の効率化を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図はスチールセグメントの分解斜視図、第２図はそ
の断面図、第３図は第２図鎖線■内部を拡大した断面図
、第４図はスチールセグメントを組み付けた状態を示す
断面図、第５図は本発明の別の実施例を示す断面図であ
る。 ｌ・・・・・・スチールセグメント、 ２・・・・・・セグメント本体、３・・・・・・蓋板、
４・・・・・・端板、５・・・・・・側板、６・・・・
・・スキンプレート、７・・・・・・縦リブ、８・・・
・・・ボルト孔、９・・・・・・帯鋼板、１２・・・・
・・注入孔、１３・・・・・・ソケット。 出願人　石川島建材工業株式会社 第１図 第２図 ど 第３はｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）対向配置された長方形状の端板と、円弧状の側板と
   により組み立てられた枠体の凸面側にスキンプレートを
   張設したセグメント本体と、このセグメント本体の凹面
   側に着脱自在に取り付けられこのセグメント本体の凹所
   を覆う蓋板とを具備し、かつ、前記蓋板には蓋板とセグ
   メント本体とで形成される内部空間に充填材を充填する
   ための注入孔が設けられていることを特徴とするスチー
   ルセグメント。 ２）対向配置された長方形状の端板と、円弧状のの側板
   とにより組み立てられた枠体の凸面側にスキンプレート
   を張設したセグメント本体を用い、該セグメント本体を
   掘削穴の周方向に沿って組み立てつつ軸方向に連結して
   筒状壁体を構築し、次いで、前記セグメント本体と掘削
   穴との間隙に充填材をグラウトするとともに、前記セグ
   メント本体の凹所を蓋板により覆い、さらにセグメント
   本体と蓋板とで形成される内部空間に充填材を充填する
   ことを特徴とするスチールセグメントを使用したトンネ
   ルの施工方法。