(57)【要約】【課題】コンクリートが固化した際の特性を改善することで、大幅な経済効果が期待できるセグメントの提供。【解決手段】セグメントは、複数の曲板状セグメントピース１０から構成され、ピース１０は、ピース間接合面１２，リング間接合面１４を備えている。ピース１０は、コンクリートの打設により形成される曲板状のセグメントピース本体１０ａと、主筋１０ｂを有している。本体１０ａは、ほぼ同じ曲率で湾曲した上面１００ａと下面１０１ａとを備え、本体１０ａの形成に用いられるコンクリートは、繊維補強高流動コンクリートであって、鋼製の短繊維が補強繊維となっていて、所定量の鋼繊維がコンクリート中に混入されている。鋼繊維は、例えば、長さが２０〜６０ｍｍ、直径が０．３〜０．９ｍｍ、アスペクト比が３０〜１００の短繊維であって、コンクリートに対する混入率を０．４〜２．０容積％とする。【選択図】  図１
2004232258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のピース間およびリング間接合面を備えた複数の曲板状セグメントピースから構成され、前記ピース間接合面同士が相互に接合するようにトンネル掘削面の周方向に沿って隣接配置して、隣接するセグメントピース間を相互に連結してリング体を組立て、掘削の進行に伴って、前記リング間接合面同士が相互に接合するように、前記リング体をトンネル軸方向に沿って順次隣接設置し、隣接するリング体間を相互に連結して、トンネル掘削面の内側に筒状に構築されるセグメントにおいて、
前記セグメントピースは、コンクリートの打設により形成される曲板状セグメントピース本体を備え、
前記セグメントピース本体を繊維補強高流動コンクリートで形成したことを特徴とするセグメント。
【請求項２】
前記セグメントピース本体には、その湾曲に沿って曲げられた主筋のみを埋設することを特徴とする請求項１記載のセグメント。
【請求項３】
前記主筋は、前記本体の上下面に沿って２段状に配設することを特徴とする請求項２記載のセグメント。
【請求項４】
前記主筋は、両端部が前記リング間接合面に配置される主筋ホルダーに支持され、前記主筋ホルダーにピース間継手金具を装着することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のセグメント。
【請求項５】
前記高流動コンクリートの繊維補強は、鋼繊維からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のセグメント。
【請求項６】
前記鋼繊維は、長さが２０〜６０ｍｍ、直径が０．３〜０．９ｍｍ、アスペクト比が３０〜１００の短繊維であって、コンクリートに対する混入率を０．４〜２．０容積％とすることを特徴とする１から５のいずれか１項記載のセグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トンネル掘削断面の一次覆工に用いられるセグメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールドトンネルを始めとして、各種のトンネルを構築する際に、掘削面の覆工体として、ＲＣ構造やスチール構造などのセグメントが用いられている。この種のセグメントは、通常、筒体を周および軸方向に複数に分割したセグメントピースとして、予め作製される。
【０００３】
図３には、このような用途に用いられるセグメントピースの一例を示している。同図に示したセグメントピースは、円筒を軸および周方向に沿って複数に分割した曲板状に形成されたセグメントピース本体１を有している。
【０００４】
セグメントピース本体１は、コンクリートの打設により曲板状に形成され、上下方向に平行に対面配置された上面２と下面３とを備え、長手方向の両側端に設けられた一対の面がピース間接合面４となっていて、短手方向の両側端に設けられた一対の面がリング間接合面となっている。
【０００５】
ピース間接合面４には、隣接する接合面４間を連結する際に用いる継手金具６が埋設されている。また、セグメントピース本体１内には、複数の主筋７と配力筋８とが埋設されている。
【０００６】
図３に示した例では、主筋７が上，下面２，３に沿って湾曲するように２段状に配置され、かつ、このような主筋７は、セグメントピース１の短手方向に所定間隔を隔てて複数配置されている。
【０００７】
上下方向に配置された一対の主筋７間には、配力筋８の両端が、主筋７の長手方向と直交するように係止され、このような配力筋８は、主筋７の長手方向に沿って、所定の間隔を隔てて、複数設けられている。
【０００８】
このような主筋７と配力筋８とは、予め、鉄筋籠として組み立てられ、セグメントピース本体１を形成する際に、打設コンクリート中に埋設される。以上のように構成されたセグメントピースでは、使用するコンクリートがスランプタイプであるため、振動を加える必要があった。
【０００９】
そこで、特許文献１には、このような問題を解決するために、セグメントピース本体１の形成用に、高流動コンクリートを用いることが提案されている。高流動コンクリートは、高性能ＡＥ減水剤を添加することなどにより、スランプ値が２５ｃｍ以上となる高い流動性を有しているので、主筋７と配力筋８とが錯綜している部分にも、振動を加えなくても充填することができる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されているセグメントには、以下に説明する技術的な課題があった。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−１９３３１０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、特許文献１に開示されているセグメントでは、高流動コンクリートを用いるので、充填性に関する問題は解決されるが、固化した際の靭性，ひび割れ抵抗性，せん断強度などの特性の改善効果が、余り見込めないので、経済的な面での改善が要請されていた。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、コンクリートが固化した際の特性を改善することで、大幅な経済効果が期待できるセグメントを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ピース間およびリング間接合面を備えた曲板状セグメントピースの複数から構成され、前記ピース間接合面同士が相互に接合するようにトンネル掘削面の周方向に沿って隣接配置して、隣接するセグメントピース間を相互に連結してリング体を組立て、掘削の進行に伴って、前記リング間接合面同士が相互に接合するように、前記リング体をトンネル軸方向に沿って順次隣接設置し、隣接するリング体間を相互に連結して、トンネル掘削面の内側に筒状に構築されるセグメントにおいて、前記セグメントピースは、コンクリートの打設により形成される曲板状セグメントピース本体を備え、前記セグメントピース本体を繊維補強高流動コンクリートで形成した。
【００１５】
このように構成したセグメントによれば、コンクリートの打設により形成される曲板状セグメントピース本体を、繊維補強高流動コンクリートで形成するので、繊維補強により、セグメントピースのひび割れ発生後の変形性能が大きくなり、靭性が増加する。
【００１６】
また、繊維補強により、セグメントピース本体に潜在しているひび割れの進展を繊維が拘束するので、ひび割れ発生に対する抵抗性が高くなる。
【００１７】
さらに、繊維補強により、セグメントピース本体に潜在的なひび割れがあっても、剥落しないので、二次覆工を省略する際に有利になる。
【００１８】
また、繊維補強により、セグメントピース本体の引張り強度が大きくなり、主筋量を減少できる可能性がある。
【００１９】
またさらに、繊維補強により、セグメントピース本体のせん断強度が増加するため、配力筋を省略することができる。
【００２０】
前記セグメントピース本体には、その湾曲に沿って曲げられた主筋のみを埋設することができる。
【００２１】
前記主筋は、前記本体の上下面に沿って２段状に配設することができる。
前記主筋は、両端部が前記リング間接合面に配置される主筋ホルダーに支持され、前記主筋ホルダーにピース間継手金具を装着することができる。
【００２２】
前記高流動コンクリートの繊維補強は、鋼繊維から構成することができる。
前記鋼繊維は、長さが２０〜６０ｍｍ、直径が０．３〜０．９ｍｍ、アスペクト比が３０〜１００の短繊維であって、コンクリートに対する混入率を０．４〜２．０容積％とすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２は、本発明にかかるセグメントの一実施例を示している。同図に示したセグメントは、前述した従来例と同様に、複数の曲板状セグメントピース１０から構成され、各セグメントピース１０は、一対のピース間接合面１２およびリング間接合面を備えている。
【００２４】
そして、複数のセグメントピース１０は、ピース間接合面１２同士が相互に接合するようにトンネル掘削面の周方向に沿って隣接配置し、隣接するセグメントピース１０間を相互に連結してリング体を組立てる。
【００２５】
このリング体は、掘削の進行に伴って順次、リング間接合面同士が相互に接合するようにトンネル軸方向に沿って順次隣接設置され、隣接するリング体間を相互に連結して、セグメントがトンネル掘削面の内側に筒状に構築され、これによりトンネル掘削面の覆工が行われる。
【００２６】
図１は、セグメントピース１０の断面図であり、ピース１０は、コンクリートの打設により形成される曲板状のセグメントピース本体１０ａと、本体１０ａ内に埋設された主筋１０ｂを有している。
【００２７】
セグメントピース本体１０ａは、ほぼ同じ曲率で湾曲した上面１００ａと下面１０１ａとを備え、本体１０ａの形成に用いられるコンクリートは、繊維補強高流動コンクリートとなっている。
【００２８】
この繊維補強高流動コンクリートは、鋼繊維が補強繊維となっていて、所定量短繊維状の鋼繊維がコンクリート中に混入されている。高流動コンクリートは、例えば、シリカフュームなどの粉体を混入することや、増粘剤を添加することにより、分離抵抗性を確保して、高流動性を得られるようにしている。
【００２９】
鋼繊維は、例えば、長さが２０〜６０ｍｍ、直径が０．３〜０．９ｍｍ、アスペクト比が３０〜１００の短繊維であって、コンクリートに対する混入率を０．４〜２．０容積％とする。
【００３０】
主筋１０ｂは、本実施例の場合、セグメントピース本体１０ａの内，外面形状に沿って湾曲するように形成され、セグメントピース本体１０ａの厚み方向に所定の間隔を隔てて、２段状に配設されている。
【００３１】
主筋１０ｂには、前述した従来例のように、配力筋が設けられておらず、その両端が主筋ホルダー１０ｃにより保持されて、本体１０ａ内に埋設されている。主筋ホルダー１０ｃは、平板状の鋼板などから構成され、図２に示すように、セグメントピース１０のリング間接合面１２側に配置されている。
【００３２】
主筋ホルダー１０ｃは、上下方向に所定の間隔を隔てて平行に配置された一対の主筋支持プレート１００ｃと、主筋支持プレート１００ｃを連結する鉄筋などで構成した一対の連結部材１０１ｃとを備えている。
【００３３】
主筋支持プレート１００ｃには、上端面に主筋１０ｂの端部が挿入固定される凹部が設けられている。主筋１０ｂは、各凹部に端部を載置することにより、所定の間隔を設けて支持プレート１００ｃに支持され、溶接などにより固定される。
【００３４】
なお、図１，２に符号１６で示した部材は、セグメントピース１０のピース間接合面１２同士を接合させて、両者間を連結する際に用いられるピース間継手金具であって、この継手金具１６は、主筋ホルダー１０ｃに一端側が装着支持され、他端側が接合面１２に臨むようにして、セグメントピース本体１０ａ内に埋設されている。
【００３５】
さて、以上のように構成したセグメントによれば、コンクリートの打設により形成される曲板状セグメントピース本体１０ａを、鋼繊維補強高流動コンクリートで形成するので、鋼繊維補強により、セグメントピース本体１０ａのひび割れ発生後の変形性能が大きくなり、靭性が増加する。
【００３６】
また、鋼繊維補強により、セグメントピース本体１０ａに潜在しているひび割れの進展を鋼繊維が拘束するので、ひび割れ発生に対する抵抗性が高くなる。さらに、鋼繊維補強により、セグメントピース本体１０ａに潜在的なひび割れがあっても、剥落しないので、二次覆工を省略する際に有利になる。
【００３７】
また、鋼繊維補強により、セグメントピース本体１０ａの引張り強度が大きくなり、主筋量を減少できる可能性がある。またさらに、鋼繊維補強により、セグメントピース本体１０ａのせん断強度が増加するため、配力筋を省略することができる。
【００３８】
本発明者らは、以下の条件で、本発明のセグメントピースと従来例のセグメントピース１０とを設計して、本発明の作用効果を確認した。
【００３９】
▲１▼セグメントピース１０の断面形状
セグメントピース１０の幅Ｂ＝１５００ｍｍ
セグメントピース１０の桁高ｔ＝４５０ｍｍ
【００４０】
▲２▼使用材料および許容応力度
コンクリート（設計基準強度ｆ’ｃｋ＝４８Ｎ／ｍｍ２）
許容曲げ圧縮応力度σｃａ＝１８Ｎ／ｍｍ２
鉄筋（ＳＤ３４５）
許容圧縮応力度σ’ｓａ＝２００Ｎ／ｍｍ２
許容引張応力度σｓａ＝１８０Ｎ／ｍｍ２
【００４１】
▲３▼設計断面力（ＲＣ  ＩＩ）
最大曲げモーメントＭｍａｘ＝６６７．６８（ｋＮ・ｍ）
軸力Ｎ＝１９５３．３４（ｋＮ）
最小曲げモーメントＭｍｉｎ＝−４６９．１８（ｋＮ・ｍ）
軸力Ｎ＝３０８１．０２（ｋＮ）
【００４２】
▲４▼許容ひび割れ幅
特に厳しい腐食性環境
ｗａ＝０．００３５ｃ＝０．２２ｍｍ
ここに、ｗａ：許容ひび割れ幅
ｃ：かぶり（＝７５−２５／２＝６２．５ｍｍ）
【００４３】
鋼繊維で補強された高流動コンクリートは、ひび割れ発生後も鋼繊維に引張力が伝達され、ひび割れ幅が増大しても耐荷力が残存する。このような特性から、断面でひび割れが発生した後も、鋼繊維が受け持つ引張力を考慮した設計が可能になる。
【００４４】
つまり、通常の鉄筋コンクリートでは、コンクリートの引張抵抗力は、考慮せずに設計するが、鋼繊維補強高流動コンクリートでは、鋼繊維による引張抵抗力を考慮した設計が可能になる。
【００４５】
ここで、鋼繊維補強高流動コンクリートに関する引張試験結果によると、鋼繊維の伝達力は、ひび割れ幅に関係し、ひび割れ発生直後に急激に応力が低下し、その後ひび割れ幅の増大に伴い、応力が緩やかに低下する。
【００４６】
この場合、ひび割れ幅ｗの時の引張応力σｔ（ｗ）は、次式で表され、図４は、これをグラフ化したものである。
【００４７】
σｔ（ｗ）＝μ・ｆｔｋ・（１−ｗ／ｗｋ）
ここに、
μ：残留強度率
ｆｔｋ：コンクリートの引張強度の特性値
ｆｔｋ＝０．２３ｆ’ｔｋ２／３＝０．２３×４８２／３＝３．０４Ｎ／ｍｍ２
ｗ：ひび割れ幅
ｗｋ：限界開口幅
ｗｋ＝１．４＋１００／ｆ’ｔｋ＝１．４＋１００／４８＝３．４８ｍｍ
【００４８】
上記式に各数値を代入して、許容ひび割れ幅ｗａ＝０．２２ｍｍ時の鋼繊維強化高流動コンクリートの引張応力σｔ（ｗ）は、
σｔ（ｗ）＝１．５６５Ｎ／ｍｍ２
となる。
【００４９】
応力度計算に用いる鋼繊維補強高流動コンクリートの引張強度特性値ｆｔｆは、断面内の引張応力を平均化することにより、
ｆｔｆ＝１．６１８Ｎ／ｍｍ２
となり、設計値ｆｔｋｄは、これに材料係数（安全率）を考慮して、
ｆｔｆｄ＝ｆｔｋ／γｍ＝１．２４Ｎ／ｍｍ２
となる。ここに、γｍ：鋼繊維補強高流動コンクリートの材料係数（＝１．３）とする。
【００５０】
この計算から言えることは、通常の鉄筋コンクリートでは、コンクリートに引張抵抗力を見込むことはできないが、鋼繊維補強高流動コンクリートでは、鋼繊維による所定の引張抵抗力が見込めるので、１．２４Ｎ／ｍｍ２をこの鋼繊維補強高流動コンクリートで負担することができ、この結果、鉄筋量を低減することが可能になる。
【００５１】
以下に示した表は、上記断面形状で通常の鉄筋コンクリートを用いた場合の設計例ケース１と、鋼繊維補強高流動コンクリートを用いた場合の設計例ケース２との各種の数値をまとめて示している。
【００５２】
ケース１では、鉄筋許容値（圧縮２００．０Ｎ／ｍｍ２、引張１８０．０Ｎ／ｍｍ２）で、コンクリートの曲げ圧縮許容値（１８．０Ｎ／ｍｍ２）を満足させるためには、直径が２５ｍｍの鉄筋を内側に１４本、同２２ｍｍを外側に１４本配置する必要がある。
【００５３】
一方、ケース２では、同じ許容値を満足させるためには、直径が２２ｍｍの鉄筋を内側に１４本、同１６ｍｍを外側に１４本配置することで済むことが判明し、約３４％の鉄筋量の低減効果が得られることが判った。
【００５４】
【表１】
2004232258.tif 000003
【００５５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかるセグメントによれば、コンクリート自体の特性を改善することで、大幅な経済効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるセグメントに用いるセグメントピースの一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の側面説明図である。
【図３】従来のセグメントピースの断面図である。
【図４】本発明で用いる鋼繊維を混入した高流動コンクリートの引張軟化曲線である。
【符号の説明】
１０          セグメントピース
１０ａ        セグメントピース本体
１０ｂ        主筋
１０ｃ        主筋ホルダー
１２          ピース間接合面
【図１】
2004232258.tif 000004
【図２】
2004232258.tif 000005
【図３】
2004232258.tif 000006
【図４】
2004232258.tif 000007