(57)【要約】【課題】トンネル覆工用セグメントの組立を容易にし、トンネル覆工体の周方向及びトンネル軸方向のプレストレスを同時に導入できるようにする。【解決手段】各セグメント１はそれぞれ周方向プレストレスを導入するＰＣ緊張材４を内蔵すると共に、各周方向接続端面２の中央から輪切り端面３に貫通し平面視でＸ字状に交差して配設され隣接セグメントと相互に連通するポストテンション方式のＰＣ緊張材挿通孔６を内蔵した。【選択図】        図１
2004211335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒を輪切りにして、且つ円周方向に複数分割したトンネル覆工用プレキャストコンクリート製セグメントにおいて、各セグメントは周方向プレストレスを導入するプレテンション方式又はポストテンション方式のＰＣ緊張材をセグメント毎に内蔵すると共に、各セグメントの周方向接続端面の中央から輪切り端面に貫通し平面視でＸ字状に交差して配設され隣接セグメントと相互に連通するポストテンション方式のＰＣ緊張材挿通孔を内蔵したことを特徴とするトンネル覆工用セグメント。
【請求項２】
トンネル円周方向を緊張するアンボンドＰＣ緊張材を各セグメントの版厚中に内蔵すると共に周方向接続端面の中央から輪切り端面に貫通するシースを内蔵したトンネル覆工用セグメントを製作し、該セグメントの組立前に前記アンボンドＰＣ緊張材をセグメント内で緊張定着してセグメントにフーププレテンションを付与し、次いで、該セグメントを既設セグメントリングに沿ってリング状にトンネル内に組立て、各セグメントの周方向当接面の中央を通って周方向隣接２つのセグメントを通るＰＣ緊張材をＸ字状に交差させて挿通し、該ＰＣ緊張材を既設セグメントのＰＣ緊張材端部に連結し、次いで、新セグメントリングの緊張端でセグメント一列分のＰＣ緊張材を緊張して新セグメントリングの周方向当接端面の押圧プレストレス導入及び新セグメントリングの既設セグメントリングへの締付を同時に行うことを特徴とするトンネル覆工用セグメントの施工方法。
【請求項３】
前記アンボンドＰＣ緊張材に代り、プレテンション方式のＰＣ緊張材を予め内蔵させたセグメントを製造しておくことを特徴とする請求項２記載のトンネル覆工用セグメントの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は貯水池などの連絡導水管、水道本管、下水道、地下鉄、地下道、電気・水道・通信などの共同溝その他トンネル状構造物を構築する場合に用いるトンネル覆工用セグメントの接続構造及び施工方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、トンネルを長手方向に輪切りし、更に円周方向に分割した曲面パネル状のセグメントを、トンネル掘削に引き続いてトンネル内で組立て、地中に円形断面を確保し、セグメント外側と掘削地山との間に裏込めコンクリートを充填してトンネルを掘進する技術が多用されている。このような技術は自動化された掘削機械による全断面掘削が可能となることなど利点が多く一般的な技術となっている。この技術はその利点を生かして、山岳地帯に限らず、都市地区の上下水道、地下鉄、地下道、電気、ガス、又はそれらの共同トンネルなどの施工にも採用されている。
【０００３】
このような技術に用いられるセグメントには、鋼製、鋼殻コンクリート製、プレキャストコンクリート製のものなどがある。またその外形形状も単に矩形の曲面パネルのほか、変形多角形の曲面パネルなど種々工夫された形状のものが用いられている。
【０００４】
このようなセグメントを円筒状に連結して形成されるセグメントリングは、単に円筒状空間を確保するだけでなく、トンネルに作用する外力、例えば土圧や水圧による曲げモーメントに耐える必要がある。また用途によっては内圧に対して抵抗することが要求され、また止水性なども要求される。特に水管トンネルの場合には、内圧による周張力に抵抗できる構造であることが望ましい。
【０００５】
これらの要求に応えるため従来からセグメント同士の隣接接合面をボルト式、くさび式、ＰＣケーブル式またはそれらの組み合わせなどの多くの接続手段、接続構造で接続することが提案されている。ボルト式接続構造やくさび式接続構造では十分な結合力を得るには多数本のボルトや金具を必要とし、セグメント接合部のボルトやくさびを取り付けたり、締め付けたりする作業空間を確保するため、セグメントに切欠や箱抜き孔などを設けることが必要となる。
【０００６】
従って、この切欠や箱抜き孔などをモルタルで埋める跡埋め仕上げなど余分な作業を要することとなり、コストと作業性の点で問題がある。また、ボルトや金具で接続したものは、トンネル軸方向及び円周方向とも力の伝達の連続性が弱いなどの問題もある。ＰＣケーブル式は長いＰＣケーブルを挿入することを必要とし、これが必ずしも容易ではなく、また、円周方向ＰＣケーブルは摩擦によってプレストレスが減殺される問題がある。
【０００７】
プレキャストコンクリートセグメントは、部材を薄くすることができ、掘削断面を小さくし、掘削土量を最小限とすることができ、セグメントの組立も容易で、組立精度が高く、さらに外力に対する抵抗強度、水密性を確保することが容易であるという特質がある。
【０００８】
プレキャストコンクリートセグメントの接続に多本数のボルトを用いることなく、挿入が容易な可及的に短尺なＰＣ緊張材を用いて、セグメントの組立を容易にし、併せてトンネル内壁に周方向及び軸方向のプレストレスを同時に導入できるようにし、トンネル軸方向の力の連続的伝達ができ、内圧が掛かるトンネルにおいても内圧に抵抗できるような接続構造を有するセグメントがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
このセグメントは、セグメントの平面視中央付近で互いにＸ字状に交差しセグメントの母線方向に対して傾きを持つ２本のＰＣ緊張材挿通孔をセグメント版厚内に設け、ＰＣ緊張材挿通孔はセグメントの輪切り端面に開口しトンネル軸方向に隣接するセグメントと互いに連通するＰＣ緊張材挿通孔とし、各開口部にＰＣ緊張材を定着する凹部を備えたトンネル覆工用セグメントである。
【００１０】
このセグメントを用いてトンネル覆工を組み立てるには、セグメント１個又は複数個ごとの挿通長さに合わせた長さのＰＣ緊張材を用い、このＰＣ緊張材の一端に固定側定着体及び緊張側定着体を備え、このＰＣ緊張材の他端をＰＣ緊張材挿通孔に挿入して既設ＰＣ緊張材の固定側定着体と連結し、緊張力を導入し、これを繰り返して順次セグメントの円周方向及び軸方向を接続する。
【００１１】
また、上記セグメントにおいて、前記２本のＰＣ緊張材挿通孔はそれぞれ２条１組の並列挿通孔とし、交互に緊張定着すれば、ＰＣ緊張材を既設のトンネル覆工体のＰＣ緊張材と連結せずに、この２条の緊張材の緊張力を連続的にすることができる。
【００１２】
また、セグメントのトンネル軸方向の側面からトンネル軸交差方向の側面に貫通した４本のＰＣ緊張材挿通ダクトを、隣接セグメントのＰＣ緊張材挿通ダクトと互いに連通するようにセグメント版厚内に設けたトンネル覆工用セグメントがある（例えば、特許文献２参照。）。この技術は、セグメント偶数個ごとの長さのＰＣ緊張材を２本並列に挿入し、この２本のＰＣ緊張材を交互に順次緊張してセグメントの円周方向及び軸方向を接続するものである。この技術ではセグメントの周方向接続端面を強圧する構造になっている。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−１７３３８５号公報（第２−６頁、図２）
【特許文献２】
特開２００１−２０７７９６号公報（第２−５頁、図３）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記セグメントは、ＰＣ緊張材によって一体化され非常に強固なトンネルを形成することができ、優れた特性を有するものである。このようなセグメントは、トンネル掘削切羽側でリング状に組立てて施工されるが、切羽との間に広い空間をとることができないので、ＰＣ緊張材は長さの短いものを継足して使用する必要がある。また、従来のＰＣ緊張材の緊張はセグメントリング２〜３列を同時に締めるものである。従って、セグメントの周方向緊張力を充分に附与するためには緊張力を大きくする必要がある。
【００１５】
さらに、ＰＣ緊張材をセグメントの中央で交差するＸ字状に配設するものでは、円周方向目地部の締め付けが間接的となる。このため目地部のシール性を向上するためには、強力な緊張が必要である。
【００１６】
また、ＰＣ緊張材の緊張長さが長く、伸びが生ずるので、狭い切羽側空間での緊張作業に手間と時間を要し、能率向上が困難である。
【００１７】
本発明はこのような問題点を解決し、さらに強度が大きく、作業性が高く、経済的で性能のすぐれたセグメントを提供することを目的とする。
【００１８】
本発明はさらにこのようなセグメントの施工方法を併せて提供する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明のトンネル覆工用セグメントは、円筒を輪切りにして、且つ円周方向に複数分割したトンネル覆工用プレキャストコンクリート製セグメントにおいて、各セグメントは周方向プレストレスを導入するプレテンション方式又はポストテンション方式のＰＣ緊張材をセグメント毎に内蔵すると共に、各セグメントの周方向接続端面の中央から輪切り端面に貫通し平面視でＸ字状に交差して配設され隣接セグメントと相互に連通するポストテンション方式のＰＣ緊張材挿通孔を内蔵したことを特徴とする。
【００２０】
このセグメントはそれぞれ周方向プレストレスを導入するＰＣ緊張材をセグメント毎に内蔵している。このＰＣ緊張材は、プレテンション方式のものでもよく、アンボンドＰＣ緊張材でもよい。アンボンドＰＣ緊張材を内蔵したものでは、セグメント組立前に予め緊張定着することによって個々のセグメントに周方向プレストレスを導入することができる。
【００２１】
このセグメントを既設のセグメントリングに隣接させてリング状に配設し、周方向接続端面の中央を通ってＸ字状に交差して配置している挿入孔に、切羽側端面から、ポストテンション方式のＰＣ緊張材を挿通し、既設セグメントのＰＣ緊張材先端に接続し、これを緊張する。
【００２２】
これによって、新セグメントリングを既設隣接セグメントリングに強固に連結すると共に、周方向接続端面の目地部に直接押圧力を付加する。従って、目地部の緊密な接触を容易に達成することができる。
【００２３】
各セグメントリングは周方向プレストレスが既に導入されており、この周方向接続端面を押圧することによって、目地部を含めた全体周方向プレストレスが簡単、容易に導入される。またこのＸ字状に配設されたＰＣ緊張材は、前列のセグメントリングに緊張定着されたＰＣ緊張材に連結して緊張することによって、セグメントリング１列のみを緊張して定着することができる。
【００２４】
従って、２〜３列に亘る長いＰＣ緊張材を緊張するのとは異なり、緊張力が小さく、伸びも少なく、短時間に緊張完了することができる。なお、この緊張は、トルクレンチを用いて簡単に施工することができ、切羽側の狭い空間での作業に適している。
【００２５】
上記セグメントを施工する方法は次の通りである。すなわち、トンネル円周方向を緊張するアンボンドＰＣ緊張材を各セグメントの版厚中に内蔵すると共に周方向接続端面の中央から輪切り端面に貫通するシースを内蔵したトンネル覆工用セグメントを製作し、該セグメントの組立前に前記アンボンドＰＣ緊張材をセグメント内で緊張定着してセグメントにフーププレテンションを付与し、次いで、該セグメントを既設セグメントリングに沿ってリング状にトンネル内に組立て、各セグメントの周方向当接面の中央を通って周方向隣接２つのセグメントを通るＰＣ緊張材をＸ字状に交差させて挿通し、該ＰＣ緊張材を既設セグメントのＰＣ緊張材端部に連結し、次いで、新セグメントリングの緊張端でセグメント一列分のＰＣ緊張材を緊張して新セグメントリングの周方向当接端面の押圧プレストレス導入及び新セグメントリングの既設セグメントリングへの締付を同時に行うことを特徴とするトンネル覆工用セグメントの施工方法である。
【００２６】
この場合に、前記アンボンドＰＣ緊張材に代り、プレテンション方式のＰＣ緊張材を予め内蔵させたセグメントを製造しておくこととしてもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００２８】
図４は本発明のセグメントを用いたセグメントリング２０の正面図である。この実施例は、内径３．０ｍのトンネルを構築する例で、トンネル断面を、周方向に５分割し、５個のセグメントで１リングを構成している。セグメントの寸法は、弧長さ約２．０ｍ×幅１．２ｍで版厚は２０ｃｍである。
【００２９】
図３は本発明の実施例の接続構造を用いたトンネル覆工体の展開図で、５個のセグメント１をリング状に組み立てた３列のセグメントリング２１、２２、２３を示している。
【００３０】
図１に１個のセグメント１の平面図を示した。このセグメント１は、輪切り端面３の中央部が凹んだ形状で、平面形状が全体として「Ｉ」字状をなしている。この形状は隣接セグメントリングとの噛合わせがよく、Ｘ字状のＰＣ緊張材の配置や緊張にもメリットがあるが、これに限定される訳ではない。セグメント１の版厚内には、トンネル円周方向にＰＣ緊張材４が内蔵されている。このＰＣ緊張材４は、セグメント製造時にプレテンション方式のＰＣ緊張材を内蔵させたものでもよく、アンボンドＰＣ緊張材を埋設しておき、両端に定着部５を備え、ポストテンション方式で緊張定着するものでもよい。
【００３１】
前者はＰＣ緊張材と湾曲させて緊張しておく必要があり、また、端部近傍にプレストレスが入らないので工夫を要し、後者の方がＰＣ緊張材の配設も容易でセグメント端部にプレストレスを容易に導入することができ好ましい。この定着部５は、セグメントの周方向接続端面２内に隠れてしまうので、シール上の欠陥となることはない。
【００３２】
セグメント１の周方向接続端面２の中央部から、輪切り端面３にＰＣ緊張材挿通孔６が貫通しており、周方向接続端面２で交差するＸ字状に形成されている。輪切り端面３に露出する開口部分には、挿通したＰＣ緊張材の定着、接続のための拡孔部７が形成されており、この部分でトンネル軸方向に隣接するセグメントのＰＣ緊張材挿通孔と連通するように配置されている。
【００３３】
図２は、セグメント１の端面近傍を示す部分斜視図で、周方向接続端面２には凸条１１が形成されている。隣接する相手側のセグメントの端面にはこの凸条１１に嵌合する凹条が形成されている。周方向ＰＣ緊張材４の定着部５や、Ｘ字状ＰＣ緊張材挿通孔６の開口８は、この凸条１１の目地内部に存在し、目地部のシール性の障害にはならない。
【００３４】
また、輪切り端面３にはＸ字状ＰＣ緊張材挿通孔６の端部の拡孔部７が形成されており、隣接セグメントのＸ字状ＰＣ緊張材挿通孔の端部拡孔部と対向している。また、この輪切り端面３には、隣接セグメントリングへの組み付けが容易なようにガイド部１２が突出して形成されており、隣接セグメントの輪切り端面の凹部に嵌合するようになっている。
【００３５】
図３に示すように、セグメントリング２１、２２、２３を連設したトンネル覆工体は、Ｘ字状に交差するＰＣ緊張材挿通孔内を通って連接される多数のＰＣ緊張材３０、３２、３４によって一体に連結されている。これらのＰＣ緊張材３０、３２、３４は、連結部３１、３３、３５で順次連結され、セグメント相互を接続して一体化すると共に、セグメントの周方向接続端面２を押圧し、周方向接続部に周方向プレストレスを導入する。
【００３６】
ＰＣ緊張材３０、３２、３４、……は、綾目（ネット）状に連続して配設され、トンネル全体として左右両方向に旋回した螺旋状に配設されている。
【００３７】
なお、この実施例ではＰＣ緊張材３０、３２、３４としてＰＣストランドを使用した。これらのＰＣ緊張材３０、３２、３４の連結及び緊張は、掘削切羽側のセグメント１の輪切り端面３に設けている拡孔部７内で行う。
【００３８】
図５は、Ｘ字状に配設されたＰＣ緊張材３０、３２の緊張及び連結を説明する説明図で、隣接セグメント１ａ、１ｂ同士の輪切り端面３の当接部の一部を示している。セグメント１ａのＰＣ緊張材挿通孔６内に挿入されたＰＣ緊張材３０は、緊張後、端部拡孔部７内で、定着体５０によって定着されている。ＰＣ緊張材３０は端部にトルクレンチ緊張用アンカーグリップ５１を取付け、このアンカーグリップ５１に螺合するナット５３を締めて、支圧板５２に定着させる。
【００３９】
さらに、ＰＣ緊張材３０の延長部の雄ねじ５４に、次のＰＣ緊張材３２の先端に取り付けたマンションスリーブ５５の雌ねじをねじ込んで取り付ける。マンションスリーブ５５は、次のセグメント１ｂ中のＰＣ緊張材挿通孔６に挿通したＰＣ緊張材３２の先端に、くさび５６によって固定されている。このマンションスリーブ５５のねじ込みは、ＰＣ緊張材３２の他端側から行う。
【００４０】
本発明のトンネル覆工用セグメントは、以上の実施例に限定されるものではなく、必要なトンネルの口径、内圧又は外圧に対応するトンネル覆工に応じ、リングの分割数、セグメントのサイズ、コンクリート壁の厚さ、プレストレス導入量等が定められ、また運搬、組立の作業性を考慮して施工の立地に最適な寸法のセグメントを設計すればよい。
【００４１】
次に本発明のセグメントの施工方法について説明する。
【００４２】
上記本発明のトンネル覆工用セグメントを製造する。このセグメントは版厚内にアンボンドＰＣ緊張材を周方向に内蔵すると共に周方向接続端面の中央から輪切り端面に貫通するシースを内蔵している。アンボンドＰＣ緊張材はセグメントの周方向両端面近傍に定着部を備えている。
【００４３】
このセグメントの組立前に、アンボンドＰＣ緊張材を緊張定着してセグメントにフーププレテンションを付与する。次いで、このセグメントを既設セグメントリングに沿ってリング状にトンネル内に組立てる。リングが完成する最後のセグメントはトンネル軸方向から差込みが容易なようにテーパを付しておくとよい。
【００４４】
各セグメントの周方向当接面の中央を通って周方向隣接２つのセグメントを通るＰＣ緊張材をＸ字状に交差させて挿通する。このＰＣ緊張材を既設セグメントのＰＣ緊張材端部に連結する。図５はこの連結手段を示している。
【００４５】
次いで、新セグメントリングの緊張端でＰＣ緊張材を緊張する。この緊張はトルクレンチ等により容易に行うことができる。このＰＣ緊張材の緊張により新セグメントリングの既設セグメントリングへの締付及び新セグメントリングの周方向当接端面の押圧プレストレス導入を同時に行うことができる。
【００４６】
前記アンボンドＰＣ緊張材に代り、プレテンション方式のＰＣ緊張材を予め内蔵させたセグメントを製造しておくこととしてもよい。この場合、セグメントの周方向端面近傍はプレテンションで十分なプレストレスを付与するには工夫を要するが、この端部近傍はＸ字状のＰＣ緊張材によってポストテンションによりプレストレスを導入することができる。
【００４７】
本発明のセグメントでは、Ｘ字状のＰＣ緊張材の緊張はそれぞれセグメント１列分である。従って、緊張作業が、従来の複数列のセグメントリングに周方向プレストレスを全面的に付与するのに比べて、小さな緊張力でしかも数分の１の短時間で済み、狭い作業空間内での作業が軽減され、作業能率が著しく向上する。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の優れたトンネル覆工用セグメントに、さらに改良を加え、容易に、短時間に、トンネル軸方向及び円周方向のセグメントリングにプレストレスを同時に導入することが可能となった。
【００４９】
このトンネル覆工用セグメントを用いてトンネルライニングを行う本発明の施工方法では、作業が容易で、短時間に優れた性能のセグメントリングを形成することができる。従って、本発明の技術によれば、強固なトンネルの構築が容易となり、作業性、経済性の向上に寄与する効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のセグメントの平面図である。
【図２】実施例のセグメントの部分斜視図である。
【図３】実施例のトンネル覆工体の展開図である。
【図４】実施例のトンネル覆工体の正面図である。
【図５】実施例のセグメントのＰＣ緊張材の連結の説明図である。
【符号の説明】
１    セグメント
２    周方向接続端面
３    輪切り端面
４    ＰＣ緊張材
５    定着部
６    ＰＣ緊張材挿通孔
７    拡孔部
８    開口
１１    凸条
１２    ガイド部
２０、２１、２２、２３    セグメントリング
３０、３２、３４    ＰＣ緊張材
３１、３３、３５    連結部
５０    定着体
５１    アンカーグリップ
５２    支圧板
５３    ナット
５４    雄ねじ
５５    マンションスリーブ
５６    くさび
【図１】
2004211335.tif 000003
【図２】
2004211335.tif 000004
【図３】
2004211335.tif 000005
【図４】
2004211335.tif 000006
【図５】
2004211335.tif 000007