(57)【要約】【課題】各繊維強化樹脂の接合部を完全に接着して、シールド工の外部から水が侵入することを完全に防止し、セグメントの止水性を向上させることで、シールド工作業時における歩行性を向上させ、工事の安全を確保するとともに、シールド工の作業性の向上を図る【解決手段】予めシールド工本体１１に設置されるセグメント１４において、前記セグメント１４の少なくともシールド掘進機１２が通過する部分が切削可能とされ、その切削可能な部分が、互いに発泡性接着剤３で接着された、繊維強化樹脂からなる複数のブロック体２により構成されている。【選択図】　図３
2004068495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機を用いてシールド工本体から分岐する分岐シールド工を築造するために、予め前記シールド工本体に設置されるセグメントにおいて、前記セグメントの少なくとも前記シールド掘進機が通過する部分が切削可能とされ、その切削可能な部分が、互いに発泡性接着剤で接着された、繊維強化樹脂からなる複数のブロック体により、構成されていることを特徴とするシールド工法用セグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工本体から分岐する分岐シールド工を築造するために予め前記シールド工本体に設置されるセグメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、トンネル掘削方法の一つとして、シールド工法が着目されている。このシールド工法とは、先端に掘削刃を備えた柱状のシールド掘進機を地中で推進させながらトンネル穴を掘削する工法である。例えば、横シールド工のような地下構造物と地上を結ぶためのトンネル掘削工事をシールド工法で行う場合、横シールド工内に据え付けられたシールド掘進機がまず、横シールド工を構成するセグメントを開口し、その後地上に向けて地中を推進することにより分岐されたトンネルが築造される。この際、シールド掘進機により開口されるセグメントは、該セグメントの少なくともシールド掘進機が通過する部分が切削可能な維強化樹脂からなるセグメント（以下、開口セグメントという）である。つまり、シールド掘進機が開口セグメントを切削開口することにより、横シールド工内からのシールド発進が容易に行えるというものである。従来、開口セグメントには繊維に樹脂が含浸された棒状の繊維強化樹脂が用いられ、各棒状の繊維強化樹脂は作業性を考慮して、低粘度の流動性の高い液体接着剤を用いて接着接続されていたが、こういった接着剤を使用した場合、各繊維強化樹脂の接着面に塗布された接着剤は、各繊維強化樹脂を貼り合わせる間に、接着面から流れ落ちてしまったり、繊維強化樹脂面から内部へ浸透してしまったり、さらには、各繊維強化樹脂同士を合わせた場合、接着面同士がぴったり合わず、各繊維強化樹脂同士を隙間なく接着することができなかった。その結果、各繊維強化樹脂の接合部の僅かな隙間から地下水が漏水する可能性が発生し、そのため、シールド工の外部から水が侵入しシールド工内に水が滞留してしまうということがあった。また、その滞留水によって工事作業者の歩行性に支障をきたすことにより、工事の安全性が保たれにくくなったり、また、足場が滑りやすくなるために工事を進める上で、シールド掘進機を分岐位置に据え付ける作業工程にも支障をきたし、作業効率面に悪影響を与えてしまうということがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決するためのものであり、その目的は、上記各繊維強化樹脂の接合部を完全に接着して、シールド工の外部から水が侵入することを完全に防止し、セグメントの止水性を向上させることで、シールド工作業時における歩行性を向上させ、工事の安全を確保するとともに、シールド工の作業性の向上を図ることのできるシールド工法用セグメントを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（１）シールド工
ここでいうシールド工とは、シールド工法により地中を掘削し、築造された地下構造物のことである。
また、シールド工本体とは、地下に築造されるトンネル、又は横シールド工であり、分岐シールド工の元となる構造物のことである。
さらに、分岐シールド工とは、シールド工本体から任意の方向にシールド掘進機を掘進させて築造した、シールド工本体と比較して同径もしくは小径であり、シールド工本体から分岐された枝の部分となる構造物のことである。
【０００５】
（２）切削可能なセグメント
セグメントは少なくとも前記シールド掘進機が通過する部分が切削可能とされ、本発明において、セグメントはシールド工本体から分岐シールド工を築造するために予め前記シールド工本体に設置される。
【０００６】
図１（イ）は、本発明のセグメントの一例を示す平面図であり、図１においてセグメント１４は開口セグメント１４１と開口補強セグメント１４２とからなる。図１（ロ）は、図１（イ）のＡ−Ａ視図を示すセグメントの断面図である。また、図２（イ）は、本発明のセグメントの別の一例を示す平面図であり、図２においてセグメント１５は開口セグメント１５１と開口補強セグメント１５２とからなる。図２（ロ）は、図２（イ）のＢ−Ｂ視図を示すセグメントの断面図である。
【０００７】
切削可能なセグメントは、予め複数のブロックに分割されている。ブロック体の分割は、図１（イ）のように開口セグメント１４１の一端から他端をまたがるように分割されたものや、図２（イ）のように開口セグメント１５１の一端から他端を何分割化されたものなどが挙げられるが、特にセグメント上部の土被りによる荷重や、切削時のシールド掘進機からの掘進力を均一にブロック体へ作用させ、力を分散化させて繊維強化樹脂全体としての切削性を良くするという点から、ブロック体の分割は図２（イ）のように開口セグメント１５１の一端から他端を何分割化されたものが望ましい。
【０００８】
図１、図２に示すように、スチールで構成された開口補強セグメント１４２、１５２と繊維強化樹脂で構成された開口セグメント１４１、１５１からなる。開口補強セグメント１４２、１５２は横シールド工の径に合わせた曲率に予め設計されており、開口セグメント１４１、１５１は、例えば、前記横シールド工と同等の曲率をもった構造、あるいは平坦な構造等である。この場合、平坦な構造である方が、分割された繊維強化樹脂を用いて開口セグメントを形成する際に形成し易く、加工費の削減を図ることができ、より好ましい。
【０００９】
セグメントにおける開口補強セグメント１４２、１５２同士の接合方法は、一般にシール材を介在してボルトで接合される。開口セグメント１４１、１５１周りの形状は、シールド掘進機の外径より大きい内径の円形が、シールド掘進機の推進位置を合わせ易いため望ましいが、四角形や六角形などのような多角形でもよい。
【００１０】
（３）ブロック体
上記ブロック体の平面形状は、例えば、正方形、長方形、その他の多角形等が挙げられる。ブロック体の大きさは、上記の図２（イ）のような分割の場合は、一辺が２０ｍｍ〜１５０ｍｍ、ブロック体の厚さ（切削面の奥行き長さをいう。）が１００ｍｍ〜２００ｍｍのものが望ましい。図１（イ）のような分割の場合は、開口セグメント１４１の一端から他端をまたがる一辺を除いて、ブロック体のその他の一辺や厚さは図２（イ）と同様とされる。
【００１１】
なお、図１（イ）、図２（イ）において、開口セグメント１４１、１５１の一端から他端をまたがらず一端から他端が何分割化された一辺については、長さが１５０ｍｍを超えると、セグメント上部の土被りによる荷重や、切削時のシールド掘進機からの掘進力を均一にブロック体へ作用させ、力を分散化させて繊維強化樹脂全体としての切削性を良くすることが難しくなるため、開口セグメントの安全面においても好ましくないので１５０ｍｍ以下が望ましい。また、長さが２０ｍｍより小さくなると、製造の際に小さくなりすぎて、ブロック体を発泡性接着剤で繊維強化樹脂とする製造工程で、手間がかかり成形性が悪くなるので２０ｍｍ以上が望ましい。さらには、ブロック体の一辺を上記範囲内にすると、シールド掘進機による切削時に粉砕された片が小片になり易いという利点がある。
【００１２】
また、ブロック体の厚さは、１００ｍｍより小さくなると、セグメント上部の土被りによる荷重に対する強度保持という点から、好ましくないので１００ｍｍ以上が望ましく、厚さが２００ｍｍを超えると、シールド掘進機による切削時間がかかりすぎ、作業効率面に悪影響を与えるので２００ｍｍ以下が望ましい。
【００１３】
分割したブロック体の形状は、開口セグメント周りの形状に合わせて、密着されるものが望ましいが、必ずしもこれに限ったものではない。例えば、開口セグメント周りが円形状の場合、周りの曲線形状に合うように必ずしも周りに配置されるブロック体は曲線形状を有している必要はなく、直線形状の多角形であってもよい。その際、生じた隙間は発泡性の接着剤で埋めればよい。
【００１４】
本発明の繊維強化樹脂は、有機繊維、無機繊維等の繊維が用いられる。
有機繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維等が挙げられる。無機繊維としては、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維等が挙げられる。特に、剛性が高く、切削性が優れているという点からアラミド繊維、ガラス繊維、カーボン繊維が望ましい。
【００１５】
繊維径は、５μｍ未満の場合、セグメント上部の土被りによる荷重に耐えられない可能性があり、１０μｍを超えると、切削自体が難しくなり、より強力なシールド掘進機を用いなければならず、高価となるため５〜１０μｍが望ましい。
また、繊維の断面形状は特に限定されるものではないが、円形形状が、一般的である。
【００１６】
前記繊維強化樹脂に使用される樹脂としては、例えば、硬質ウレタン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ビニルエステル系樹脂、メラミン系樹脂、ユリア系樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。切削の際、直接の樹脂の切削量が少なくなるために切削音も小さくなり、切削性が向上することから樹脂は発泡体が望ましい。さらに、発泡体としての成形性に優れることから特に硬質ウレタン系樹脂が望ましい。
前記繊維強化樹脂に用いられる材料としては、例えば、積水化学工業社製の「製品名：エスロンネオランバー　ＦＦＵ」などが挙げられる。前記繊維強化樹脂の比重は、樹脂として硬質ウレタン系樹脂を用いた場合には、セグメント上部の土被りによる荷重に対する強度保持という点から、０．６以上が望ましく、切削性の点から０．９以下が望ましい。
【００１７】
（４）発泡性接着剤
分割されたブロック体を接着させるための接着剤としては、発泡性接着剤が用いられ、例えば、硬質発泡ウレタンフォームのようなウレタン系発泡性接着剤、アクリル溶剤系発泡性接着剤等が挙げられる。
【００１８】
（５）開口セグメントの製造
開口セグメントの製造は、開口補強セグメントの内面側に、予め離型材が塗布された鉄板を貼り付けて、ボルトで固定し、凹部となっている開口部分に適当な隙間を設けて、ブロック体が並べられる。その後、発泡性接着剤がブロック体が並べられた凹部に注入され、発泡硬化させることによって本発明の開口セグメントが得られる。また、発泡性接着剤が注入された後に、予め離型材が塗布された鉄板を開口セグメントの外面部分にも設ければ、閉空間の中で発泡性接着剤の発泡圧力が増し、より接着性が向上する。
【００１９】
（作用）
本発明のシールド工法用セグメントは、前記セグメントの少なくとも前記シールド掘進機が通過する部分が切削可能とされ、その切削可能な部分が、互いに発泡性接着剤で接着された、繊維強化樹脂からなる複数のブロック体により、構成されているので、ブロック体は、セグメント上部の土被りによる荷重や、切削時のシールド掘進機からの掘進力を均一にブロック体へ作用させ、力を分散化させて繊維強化樹脂全体としての切削性を良くし、又、発泡性接着剤は、各ブロックの隙間に発泡充填されており、シールド工の外部から水が侵入するのを完全に防止し、セグメントの止水性を向上させることで、シールド工作業時における歩行性を向上させ、工事の安全を確保するとともに、シールド工の作業性が向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として、実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施例１）
図３、図４は、本発明のシールド工本体から分岐シールド工を築造する様子を一部を破断して示した正面図及び側面図である。図３、図４において、１１は横シールド工、１２はシールド掘進機本体、１３は分岐シールド工、１４は開口セグメント、１５は開口補強セグメントである。
予め、地下に築造された横シールド工１１の分岐シールド工を築造する部分に、開口補強セグメント１５及び開口セグメント１４が設置されている。
分岐シールド工を開口するにあたって、シールド掘進機本体１２が開口部に設置される（図示せず）。設置されたシールド掘進機本体１２の切削刃面は、切削可能な開口セグメントの略中心に対向するように位置調整され、シールド掘進機１２は、開口セグメントを切削しながら、横シールド工１１を通過して、分岐シールド工を築造する。
【００２１】
図１（イ）は、本発明のセグメントの一例を示す平面図であり、図１においてセグメント１４は開口セグメント１４１と開口補強セグメント１４２とからなる。図１（ロ）は、図１（イ）のＡ−Ａ視図を示すセグメントの断面図である。また、図２（イ）は、本発明のセグメントの別の一例を示す平面図であり、図２においてセグメント１５は開口セグメント１５１と開口補強セグメント１５２とからなる。図２（ロ）は、図２（イ）のＢ−Ｂ視図を示すセグメントの断面図である。
【００２２】
図１（ロ）において、セグメントは、横シールド工１１と同等の曲率を有した切削可能な繊維強化樹脂部分１４１と開口補強セグメント１４２とからなる。例えば、開口セグメントを曲率を有した構造とするために、各ブロック体に曲率を持たす必要があるが、その際、ブロック体の一辺が繊維方向に比べ小さくなると、長尺方向に曲げ加工し易く、曲率を有する開口セグメントを形成し易い。各開口補強セグメントは、シール材を介在させて、ボルト接合され一体化する。このとき、シール材により、鋼材部分の接合部の止水性は保たれる。
【００２３】
また、開口セグメント１４１は、各ブロック体が組み合わされて、発泡性接着剤により接着され、切削可能な繊維強化樹脂部分として一体化する。
また、開口セグメントと開口補強セグメントの境界部分は、発泡性接着剤とブロック体とのボルト接合が併用されて一体化される。
【００２４】
図２（ロ）は、本発明の別な一例における開口セグメントを示している。図２（ロ）において、開口セグメントは、平坦な構造である。尚、開口補強セグメントは、横シールド工１１と同等の曲率を有している。開口セグメントの構造が平坦である点以外は、上記と同様の開口セグメントである。
【００２５】
図５は、本発明におけるブロック体を製造する工程の一例を示す説明図である。図５（イ）は、横シールド工１１と同等の曲率を有した、本発明におけるブロック体の製造の様子を示してある。図５（ロ）は、平坦な、本発明におけるブロック体の製造の様子を示してある。図５（イ）、（ロ）ともに、ブロック体は、巾約１０ｍｍ、長さ（繊維配向方向）１００ｍｍ〜２００ｍｍ、厚さ約１０ｍｍの部材を最小単位片として構成される。そして、該最小単位片から、一辺１５０ｍｍ、厚さ１５０ｍｍの大きさのブロック体を一体化する。図５（イ）の横シールド工１１と同等の曲率を有したブロック体の場合、（ａ）該最小単位片を（ｂ）一旦、所定の曲率に温度をかけながら、強制的に曲げる工程が加わる。（ｃ），（ｄ）該最小単位片をブロック体にする際は、接着剤が用いられ、貼り合わせられる。接着剤としては、エポキシ系の接着剤等で接着されるが、ガラスマット等に接着剤を含浸したものを介在して、接着しても良い。
【００２６】
図６は、本発明におけるセグメントを製造する工程の一例を示す説明図である。図６（イ）は、開口セグメント及び開口補強セグメント内面側に鉄板が貼り付け固定された図を示してある。図６（ロ）は、開口セグメントの凹部となっている開口部分にブロック体が並べられた図を示してある。図６（ハ）は、ブロック体が並べられた凹部に発泡性接着剤が注入された部分の拡大図を示してある。
横シールド工１１の内面にあたる、開口セグメント１５１及び開口補強セグメント１５２の内面側に、離型材を塗布した鉄板を貼り付け、ボルトで固定する。この際、開口セグメントが横シールド工１１と同等の曲率を有する場合、鉄板４は、開口セグメントの内面部分に沿った曲面を有する鉄板となる。
【００２７】
次に、鉄板を貼り付けた面を下にして、開口セグメント１５１の凹部となっている開口部分に、ブロック体を並べて、繊維強化樹脂部分の形状に合わせて埋めていく。この際、開口セグメント１５１と開口補強セグメント１５２の境界部分では、開口補強セグメント１５２とブロック体２とがボルトで一部又は全部について接合され一体化される（図示せず）。そして、ブロック体２が並べられた凹部に、ウレタン系発泡性接着剤３を流し込む。そして、接着剤が発泡硬化することにより、ブロック体２は圧着されて接着されるので、ブロック体２間は隙間なく発泡性接着剤３で埋め尽くされる。
また、発泡性接着剤３が流し込まれた後、開口セグメントの上面にも鉄板を貼り付け固定すると（図示せず）更に、発泡性接着剤３による圧着が増し効果的である。
【００２８】
実施例１では、上記図１、図２の開口セグメントにおいて、切削可能な繊維強化樹脂に用いられる材料としては、積水化学工業社製の「製品名：エスロンネオランバー　ＦＦＵ」、比重０．６を使用した。また、ブロック体としては、形状寸法を、ブロック体の一辺１５０ｍｍ×２００ｍｍ（繊維配向方向）、ブロック体の厚さ１５０ｍｍとし、ブロック体の平面形状として正方形を使用した。さらに、接着剤としては、ウレタン系発泡性接着剤を使用した。
【００２９】
（実施例２）
実施例２は、ブロック体として、形状寸法を、ブロック体の一辺１５０ｍｍ×２００ｍｍ（繊維配向方向）、ブロック体の厚さ１５０ｍｍとし、ブロック体の平面形状として長方形体を使用した点以外は、実施例１と同一である。
【００３０】
（実施例３）
実施例３は、ブロック体として、形状寸法を、ブロック体の一辺１５０ｍｍ×１５０ｍｍ（繊維配向方向）、ブロック体の厚さ１５０ｍｍとし、ブロック体の平面形状として六角形体を使用した点以外は、実施例１と同一である。
【００３１】
（比較例）
比較例は、分割されたブロック体を接着させるための接着剤として、エポキシ系非発泡性接着剤の積水化学工業社製の「製品名：エスロン接着剤ＮＯ．４００主剤」及び「製品名：エスロン接着剤ＮＯ．４００硬化剤」を使用した点以外は、実施例１と同一である。
【００３２】
実施例１〜実施例３及び比較例に対する評価結果を表１に示した。
評価項目は、（１）各繊維強化樹脂の地下水に対する止水性を確認した。○は地下水の侵入を完全に防止できた場合を示す。×は地下水の侵入を完全に防止できずにシールド工の外部から地下水の侵入が生じた場合を示す。
（２）シールド掘進機による各繊維強化樹脂の切削性を確認した。○は各繊維強化樹脂全体としての切削性が良く、切削時に粉砕された片が小片になった場合を示す。△はシールド工の外部から侵入した地下水によって切削時に切削刃の滑りが生じ各繊維強化樹脂全体としての切削性が低下した場合を示す。
【００３３】
【表１】
2004068495.tif 000003
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、ブロック体は、セグメント上部の土被りによる荷重や、切削時のシールド掘進機からの掘進力を均一にブロック体へ作用させ、力を分散化させることができ、その結果、繊維強化樹脂全体としての切削性が良くなる。又、発泡性接着剤は、各ブロックの隙間に発泡充填しており、シールド工の外部から水が侵入するのを完全に防止し、セグメントの止水性を向上させることで、シールド工作業時における歩行性を向上させ、工事の安全を確保する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例におけるセグメントの平面図。
（イ）本発明のセグメントの一例を示す平面図。
（ロ）図１（イ）のＡ−Ａ視図を示す断面図。
【図２】本発明の別な一例におけるセグメントの平面図。
（イ）本発明のセグメントの別の一例を示す平面図。
（ロ）図２（イ）のＢ−Ｂ視図を示す断面図。
【図３】本発明のシールド工本体から分岐シールド工を築造する様子を示す一部破断正面図。
【図４】本発明のシールド工本体から分岐シールド工を築造する様子を示す一部破断側面図。
【図５】本発明におけるブロック体の製造の様子を示した図。
（イ）曲率を有した、本発明におけるブロック体の製造の様子を示した図。
（ロ）平坦な、本発明におけるブロック体の製造の様子を示した図。
【図６】本発明におけるセグメントの製造の様子を示した図。
（イ）開口セグメント及び開口補強セグメント内面側に鉄板が貼り付け固定された図。
（ロ）開口セグメントの凹部となっている開口部分にブロック体が並べられた図。
（ハ）ブロック体が並べられた凹部に発泡性接着剤が注入された部分の拡大図。
【符号の説明】
２　ブロック体
３　発泡性接着剤
１１　シールド工本体
１２　シールド掘進機
１３　分岐シールド工
１４、１５　セグメント
１４１、１５１　開口セグメント
１４２、１５２　開口補強セグメント
【図１】
2004068495.tif 000004
【図２】
2004068495.tif 000005
【図３】
2004068495.tif 000006
【図４】
2004068495.tif 000007
【図５】
2004068495.tif 000008
【図６】
2004068495.tif 000009