(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド工法により掘削したトンネルに管路を布設後、トンネル内壁と管路間に生じた空隙部に充填材を充填する管路埋設工法の上記トンネルの周方向及び軸方向に多数連結してトンネルの内壁を構成するセグメントにおいて、周方向に湾曲した四辺形の薄い鋼材からなるスキンプレートの各辺に立上り縁を有するスリムライニング枠体を設け、この枠体の周方向の両側部の立上り縁は主桁板とし、この枠体の両端部の立上り縁は継手板とするが、主桁板どうしの間には、いっさい、リブを設けることなく、上記スリムライニング枠体の内側であって周方向の略中央に、当該枠体を二分する仕切り板を上記スキンプレートの内側面に下端縁を当接して設け、上記スキンプレートの周方向の内側面に適宜の断面を持つ鋼材から成る棒状材を多数間隔を開けて固着し、さらにこのスリムライニング枠体の内側に、上記周方向及びこれに直角に交差するように主筋及び配力筋の各両端を曲げて溶接した鉄筋かご状体を嵌合配置してコンクリートを充填し、鉄筋、鉄骨コンクリート構造物としたことを特徴とする、管路埋設工法における合成セグメント。
【請求項２】
上記主桁板の内側面に、上記棒状材を周方向に固着したことを特徴とする、請求項１記載の管路埋設工法における合成セグメント。
【請求項３】
上記各主桁板及び各継手板に設けたボルト孔に対向した内側にボルト、ナットを入れるボルトボックスを設けたことを特徴とする、上記請求項１又は２に記載の管路埋設工法における合成セグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力やガス、水道等のライフライン設備を収納するための管路を地中に布設する際、地中に中小口径のトンネルを設け、このトンネル内に管路を布設し、充填材をトンネル内壁（セグメント）と管路との空隙部に充填してトンネル内壁と管路を一体化する管路埋設工法における小口径トンネルの内壁を構成するセグメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、大口径のトンネルの施工には、シールド工法が採用されているが、セグメントと呼ばれている覆工板には、トンネルの周方向、軸方向の両方に荷重がかかり、これに対抗させるため、セグメントの重量が増し、高価格でかつ、取扱も大変である。中小口径（約３ｍ以下）のトンネル施工にも、一部、シールド工法が採用されているが、そもそもシールド工法自体が、長距離や急曲線の施工と、かつ長期間使用可能である施工物の構築を前提としているため、セグメントは、コンクリート製や鋼板製が主体であり、高強度のものが要求されている。それ故、これらがトンネル工事費を高騰させる一因となっている。
【０００３】
そこで、本出願人は、先に、シールド工法により施工したトンネルに管路を布設後、図６に示すようにトンネル内壁Ａと管路Ｂ間に生じた空隙をそのままにしておくのではなく、その空隙部に充填材Ｃを充填する管路埋設工法に着目して、セグメントＡ１、充填材Ｃ、管路Ｂが一体になるまでの短期間のみ強度を有するような鋼材からなるセグメントを使用する発明を開発した（特許第２９７５５６０号）。また、さらにこの工法に使用する簡易なライニング（スリムライニング）として、下水道のマンホールの上部部分の製造に使用されている市場品の鋼製型枠のうち、内型枠を使用する工法も提案した（特開２０００−３０３７９６号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の特許第２９７５５６０号及び特開２０００−３０３７９６号において使用する、簡易なライニング（スリムライニング）は比較的、深さが浅い埋設位置（土被り１５ｍ以浅程度）におけるトンネル覆工材としては使用できるが、深い埋設位置（土被り１５ｍ程度以深）におけるトンネル覆工材とした場合、土圧、水圧などの外部荷重が大きくなることと、或いは、上部側部の荷重バランスが悪くなることなどから、耐力（剛性）が不足し、採用が困難である。
上被りが１５ｍ程度以深のもう少し深い埋設位置におけるトンネル覆工材として、最近、合成セグメントが開発されている。合成セグメントとは、図８のように、周縁を枠体２と枠体６とから構成したスチール製のスキンプレートの内部に、コンクリートを中詰めしたものである（特開平９−１９５６８７号）。しかし同公報には、図７に示すように、主桁板３１、３１の間に多数の縦リブ３２や補強筋３３を設けているうえ、重量のある枠体３４を使用したりしているため、セグメント３０の重量が増し、取り扱いが不便であり、かつ、高価格なものとなっている。また、これら縦リブは、薄いスチール製のスキンプレートに、溶接により固着しているため、スキンプレートに溶接によるひずみや歪みが生じ易く、これをトンネルの覆工板として使用できるように修正する作業には、多大の時間を要して、なかなかコストダウンにつながらなかった。
【０００５】
図９は、一般に、トンネルが深くなった場合、土質、土被り等によって生じるトンネルの代表的な変形パターンを示したものである。図９の上図は、側面荷重が大きくて、縦に細長くなるような場合であり、下図は、上載荷重が大きくて、上から押しつぶされるような場合である。
トンネル覆工材としての合成セグメントは、トンネル頂部において、図９の上図のような側面荷重がかかる場合には、スチール製のスキンプレートの反発強度で対抗できるので、それほど変形しないが、図９の下図のような、上載荷重が大きい場合には、図８のような縦リブに直交する補強筋のない合成セグメントでは、対抗出来にくく、潰される可能性が高い。
図７のような、縦リブに直交する補強筋を有するものでは、或る程度、強度は向上すると思われるが、縦リブとの固定に時間を要する。
【０００６】
そこでこの発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、上記のようにシールド工法により施工したトンネルに管路を布設後、トンネル内壁と管路間に生じた空隙部に充填材を充填する管路埋設工法において、充填材と管路を一体化するまでの短期間のみ強度が維持できるようにコストダウンを図りながら、深い埋設位置の荷重にも耐えられる強度を有し、かつ軽量で、取り扱いも容易で、低価格なトンネル覆工材とてのセグメントを提供し、上記課題を解決するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の対象とするトンネルは、【０００３】の項で述べたように、トンネル内に付設した管路が、充填材により一体化するまでの短期間だけ、強度を保有すればよいトンネルである。このため、従来技術のように、シールド工法によるトンネル掘削に必要な推力に対抗するために、セグメントに多数の縦リブや補強筋を用いるのではなく、縦リブを設けずセグメントのコンクリート自体の有する強度で、上記短期間だけ、多数の縦リブや補強筋に近い強度を出すような構造にしたものである。
そのために、請求項１項の発明は、シールド工法により掘削したトンネルに管路を布設後、トンネル内壁と管路間に生じた空隙部に充填材を充填する管路埋設工法に使用するセグメントにおいて、周方向に湾曲した四辺形の薄い鋼材からなるスキンプレートの各辺に立上り縁を有するスリムライニング枠体（簡易なトンネル覆工板）を設け、この枠体の周方向の両側部の立上り縁は主桁板とし、この枠体の両端部の立上り縁は継手板とするが、主桁板どうしの間には、いっさい、リブを設けることなく、上記スリムライニング枠体の内側であって周方向の略中央に、当該枠体を二分する仕切り板を上記スキンプレートの内側面に下端縁を当接して設け、上記スキンプレートの周方向の内側面に適宜の断面を持つ鋼材から成る棒状材を多数間隔を開けて固着し、さらにこのスリムライニング枠体の内側に、上記周方向及びこれに直角に交差するように主筋及び配力筋の両端を曲げて溶接した鉄筋かご状体を嵌合配置してコンクリートを充填し、鉄筋、鉄骨コンクリート構造の合成セグメントであり、現場でのコンクリート打設も可能とした。
【０００８】
また、請求項２の発明は、上記請求項１又は２のセグメントにおいて、上記主桁板の内側面に、上記棒状材を上記周方向に固着したものとした。
また、請求項３の発明は、上記請求項１又は２に記載のセグメントにおいて、上記各主桁板及び各継手板に設けたボルト孔に対向した内側にボルト、ナットを入れるボルトボックスを設けたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態例】
以下この発明の実施の形態例を図に基づいて説明する。
図１は、この発明のセグメントの概略斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。
トンネルの周方向に湾曲した四辺形の薄い鋼材からなるスキンプレート１（約２．３ｍｍの厚み）の各辺に立上り縁を有し、簡易なトンネル覆工板であるスリムライニング枠体２を設け、このスリムライニング枠体２の周方向の両側部の立上り縁は主桁板３、３とし、このスリムライニング枠体２の周方向と直角な両端部の立上り縁は継手板４、４としている。また上記スリムライニング枠体２の内側であって周方向の略中央に、当該スリムライニング枠体２を二分する仕切り板６を、主桁板３、３の間にわたして設けている。この仕切り板６は、その下端縁をスキンプレート１の内側面に当接させており、このスリムライニング枠体２内にコンクリートを充填する際、当該スリムライニング枠体２の半分づつに、二度に分けてコンクリートを打った場合の堰やコンクリートのスリムライニング枠体２への付着力を強化する役目を果たすものである。このため、材料は、後述の棒状材５と同様のものでよい。
【００１０】
さらにこのスリムライニング枠体２の内側に、上記周方向及びこれに直角に交差するように多数の主筋７及び配力筋８を網目状に配置している。これらの主筋７及び配力筋８は、コンクリートの強度を補強することができ、ひび割れ等を防止するために設けるもので、図４に示す様に、予め溶接して鉄筋かご状体９を設けておき、主筋７、及び、配力筋８の両端部を曲げておけば、これをスリムライニング枠体２の内側に嵌め入れるだけで、固定できるので、現場におけるコンクリートの打設が容易である。勿論溶接等により固定することもできる。また、このスリムライニング枠体２のスキンプレート１にはグラウト用注入孔（図示省略）が設けられ、この注入孔に対向して当該スキンプレート１の内側にグラウト注入用の筒体１０（図１）が設けられている。
なお、図１における主筋７、及び、配力筋８は、図１自体を見やすくするために記載したため、一部しか記載していない。
上記スキンプレート１の内側面には、図３に示すごとく、鋼材から成る断面小円形の棒状材５を多数、間隔を開けて固着させている。これらの多数の棒状材５を設けることによって、コンクリートと棒状材５との接触面積を増やし、コンクリートのスリムライニング枠体２への付着力を強化する等のいわばアンカーの役目をしている。従って、これらの棒状材５の断面は、例えば、アングル、コの字形、角形等、適宜の形状でよく、外力に対する強度は要求されない。また、主桁板３の内側面にも、同様の目的で、棒状体５を１〜２本設けてもよい。
【００１１】
以上の構造から成るこのスリムライニング枠体２内に、コンクリート１１が打設されている。このコンクリート１１の打設は、現場において、図５に示すように、スリムライニング枠体２を周方向の一方に傾け、上記仕切り板６によって二分された一方の枠体２ａをほぼ水平にして、この一方の枠体２ａ内にまずコンクリート１１を打設し、当該コンクリート１１が固化した後、スリムライニング枠体２を周方向の、上記とは反対方向に傾け（図示省略）、上記と同様に、他方の枠体２ｂをほぼ水平にしてこの他方の枠体２ｂ内にコンクリート１１を打設、固化させたものである。また、コンクリートの打設は、スリムライニング枠体２を周方向の一方に傾けず水平にして打設してもよく、打設場所も、工場内で予め打設してもよい。
上記のようにして製造した縦リブを一切使用しない合成セグメントは、シールド工法におけるトンネルの覆工に使用しても、シールド掘進機からの推力に充分耐える強度を有した。
【００１２】
また、図１に示すように、このスリムライニング枠体２の各主桁板３及び継手板４には隣設するセグメントを接続する、複数のボルト孔１２を設けており、これらのボルト孔１２に対向するスリムライニング枠体２の内側には、接続用のボルト、ナットを入れるボルトボックス１３が設けられている。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１の発明のセグメントにおいては、上記特開平９−１９５６８７号公報記載のセグメント内に設けられている縦リブ３２は設置していない。この縦リブの代替として主筋及び配力筋を配した構造の鉄筋コンクリートを設けている。これらの鉄筋コンクリートによりトンネル軸方向への推力に耐えられる。しかも、セグメントを構成している枠体はスリムライニングを使用している。従って、軽量であり、取り扱いが容易で、その上低価格である。また、このスリムライニング枠体の中に鉄筋コンクリートを打設し、主筋及び配力筋を設置しているため、強度も高く、深い埋設位置でも十分に耐えられ、土質の変化等に対応できる。
また、多数の縦リブを合成セグメントに溶接する作業、さらには、溶接により生じるひずみや歪みの修正作業が一切無いので、製造時間の短縮、それによるコストダウンの達成に大いに貢献するという効果を得ることができた。
また、この発明のセグメントを用いると、従来のセグメントに比べ、外径を小さくでき、それ故トンネル径も小さくなり、トンネル掘削の際の掘削土量を少なくできる。これはトンネルの全長について見ると、掘削土量を大幅に低減できる。
【００１４】
また、スリムライニング枠体内に仕切り板を設置してスリムライニング枠体を二分し、仕切り板の両側の当該スリムライニング枠体内に二度に分けてコンクリートを打設できるようにしているため、現場での打設によってもコンクリートの品質向上を維持できる。この様に、現場での製造は、工場経費や運搬費が削減でき、製造コストも低減できる。
【００１５】
また、上記効果に加え、スリムライニング枠体のスキンプレートの内側面に、断面適宜形状の鋼材から成る棒状材を多数間隔を開けて固着しているため、打設したコンクリートの枠体への付着力が強く、セグメント施工時にコンクリートが剥離したりしない。またさらに、上記スリムライニング枠体の内側に配置する主筋及び配力筋を、予めこれらの両端を曲げて一体に溶接した鉄筋かご状体としているため、当該枠体内への挿入、配置が容易にできる。
また、請求項１の発明の効果に加え、請求項２の発明では、上記主桁板の内側面にも、周方向に断面適宜形状の鋼材から成る棒状材を多数間隔を開けて固着しているため、打設したコンクリートの枠体への付着力をさらに強くしている。また、請求項３の発明によれば、隣設するセグメントの接続が各ボルトボックスを用いて容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態例のコンクリートを一部破断した合成セグメントの斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態例の合成セグメントの、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】この発明の実施の形態例の合成セグメントの、図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】この発明の実施の形態例の合成セグメントに使用する主筋及び配力筋の鉄筋かごの斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態例の枠体の一方にコンクリートを打設する状態を示す断面図である。
【図６】この発明を使用する、管路埋設工法におけるトンネル内壁と管路間に生じた空隙部に充填材を充填した状態を示す断面図である。
【図７】従来の合成セグメントのコンクリートを一部破断した斜視図である。
【図８】従来の合成セグメントの他の例を示す斜視図である。
【図９】トンネルが深くなった場合の土質、土被り等によって生じるトンネルの代表的な変形パターンを示した説明図である。
【符号の説明】
１    スキンプレート              ２    スリムライニング枠体
３    主桁板                      ４    継手板
５    棒状材                      ６    仕切り板
７    主筋                        ８    配力筋
１１    コンクリート              １２    ボルト孔
１３    ボルトボックス
【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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