(57)【要約】【課題】トンネル覆工材であるプレキャスト・セグメントについて、ひび割れ発生の抑止と耐火性の機能を向上するマトリックスの構成および製作方法を提供する。【解決手段】セグメント２のマトリックスであるコンクリートの材質にプラスチック繊維混合コンクリート４及び／乃至５と普通コンクリート６とを積層することにより、製作時の乾燥収縮力、供用後の温度変化や外荷重（土圧・水圧）の変化により発生するマイクロクラックに起因する中性化劣化を抑止するとともに、トンネル火災時の温度上昇課程で、早期低温の段階でプラスチックが溶解して貫通空隙をつくり、内包水の水蒸気爆発および鉄筋の膨張による爆裂を抑止する。またプラスチック繊維混合など異種材料の生コンを均等な厚さに成形する方法について、遠心力成形、定置式型枠、湾曲版の埋設、プラスチック篭のセット等の方法で、容易にかつ経済的に製造する技術を趣旨とする【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの覆工材であるセグメントのマトリックスであるコンクリートに、
プラスチック繊維、無機繊維、有機繊維および金属繊維の少なくとも一種以上を混合したコンクリートを使用することを特徴とする、
繊維混合コンクリートセグメント。
【請求項２】
前記セグメントのマトリックスの構成において、
トンネルの内面側のある厚みの部分、または、内面側のある厚みの部分と外面側のある厚みの部分とを繊維混合コンクリートで、残りの部分を普通コンクリートで、２層乃至３層に重ね合わせて形成することを特徴とする、
請求項１に記載の繊維混合コンクリートセグメント。
【請求項３】
前記セグメントは、継ぎ手面にホゾを有するセグメントであることを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載の繊維混合コンクリートセグメント。
【請求項４】
前記プラスチック繊維は、
ポリプロピレン繊維、アラミド繊維乃至ビニロン繊維であることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の繊維混合コンクリートセグメント。
【請求項５】
型枠内に鉄筋篭をセットしたあと、
該型枠の外面側から、繊維混合コンクリート及び／乃至普通コンクリート、普通コンクリート、繊維混合コンクリートの順に材料を供給して、異種の材料を重ね合せて、
遠心力成形法にてセグメントを成形することを特徴とする、
繊維混合コンクリートセグメントの製作方法。
【請求項６】
型枠内に鉄筋篭および針状柵をセットしたあと、
内面側の繊維混合コンクリートが彎曲形状の中央部において、
所定の厚みを確保したところで、両サイドに普通コンクリートを投入して、振動締固めを行い、その上に普通コンクリートなど残りの材料を供給して、
定置式型枠にてセグメントを成形することを特徴とする、
繊維混合コンクリートセグメントの製作方法。
【請求項７】
内面側の繊維混合コンクリートの彎曲版を別の手段で製作しておいて、
該彎曲版の完成品を型枠内にセットして、
該彎曲版の上に鉄筋篭、普通コンクリートなど残りの材料を供給して、
セグメントを成形することを特徴とする、
繊維混合コンクリートセグメントの製作方法。
【請求項８】
前記彎曲版の上面には、
鉄筋篭を格納するための縦横方向に溝を設け、
表面にジベルを埋設し突出して設けることを特徴とする、
請求項７に記載の繊維混合コンクリートセグメントの製作方法。
【請求項９】
あらかじめ、繊維の線材を格子状または網状の篭をつくり、
該篭を、鉄筋篭の下側に縫い付けて型枠の中にセットして、
普通コンクリートを該型枠全域に投入し、振動締固めを行い、
セグメントを成形することを特徴とする、
繊維混合コンクリートセグメントの製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドトンネルの覆工材であるセグメントの機能を向上するためのコンクリート材料の構成とその製作方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製作過程でコンクリートの乾燥収縮により発生するセグメントの表面のひび割れから地下水が浸透し漏水する。
また、セグメントを搬入し組み立てる際にコーナーが欠損の原因になる。ホゾ付きセグメントの凹陥部の縁やシール溝の周囲が組み立て時の締結力で欠けることがある。
更には長期耐久性の面では温度変化や荷重の変化でマイクロクラックが発生すると、そこから空気や水分がコンクリート内部に侵入しやすくなり中性化が進行することが知られている。
【０００３】
一方トンネル火災が発生した場合に、コンクリートの中の水蒸気が爆発し、高温域では鉄筋の膨張でコンクリートが爆裂する。これによってコンクリートが剥落し覆工が破壊される事態に至ることがある。
火災対策としては、二次覆工コンクリートを打設し、その厚みを増して温度上昇を抑制している。
しかし、最近ではコストダウンの要請から二次覆工を省略するケースが多くなってきている。
また、ひび割れ防止対策としては、コーナー部に金網を入ているが、被りを少なくすると錆びが発生し、被りを大きくすると欠けやひび割れの発生を止めることが出来なかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる対策としては、セグメント自体でひび割れ発生の抑止と耐火性能の向上を図らねばならない。ひび割れとマイクロクラックの発生を抑止すること、および耐火性の向上おいては、プラスチック繊維混合コンクリートがその機能を向上し、かつ圧縮強度、引張り強度、曲げ靭性を向上し、耐アルカリ性、付着性、火災時の有毒ガスが発生しないなどの性質を用いて、課題の解決にあたるものである。なかでも、火災時の対応としてはポリプロピレン繊維やビニロン繊維が低温で溶解し、微細な空隙がつながってできることから、コンクリートに内蔵している水が温度上昇によって起こる水蒸気爆発を抑制する効果があることがわかっている。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決する方法として、セグメントのマトリックスであるコンクリートの構成とセグメントの製作方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、
請求項１に記載する発明は、セグメントのマトリックスであるコンクリートの材料を繊維混合コンクリートとするものである。
これによって、製作時に背面側に発生するひび割れを抑止し、内面側の耐火性を向上する。また長期耐久性では、マイクロクラックの発生を抑止し、空気や地下水の侵入による中性化の劣化を抑止するものである。
請求項２に記載する発明は、内面側を繊維混合コンクリートとし残りを普通コンクリートとして耐火性の向上を図る。また内面側と背面側に繊維混合コンクリートと配置し中央部を普通コンクリートとしてひび割れ発生の抑止と耐火性の向上を図るものである。
請求項３に記載する発明は、ホゾを有するセグメントを対象として、繊維混合コンクリートを全域または２層、３層に構成するものである。
請求項４に記載の発明は、プラスチック繊維の素材をポリプロピレン繊維、アラミド繊維乃至ビニロン繊維とするものである。
請求項５に記載する発明は、セグメントの製作を遠心力成形方法による場合、材料の供給順序は、最初に鉄筋籠をセットし、次に繊維混合コンクリート及び／乃至普通コンクリート、普通コンクリート、繊維混合コンクリートの順に供給し、型枠を回転し遠心力で締め固めて製作する製作方法である。
請求項６に記載する発明は、セグメントの製作を定置式型枠または移動式型枠で製作する場合、最初に鉄筋籠と針状柵をセットし、次に内面側の繊維混合コンクリートが湾曲形状の中央部において所定の厚さ確保したところで、両サイドに普通コンクリートを余盛りしてカウンターウエイトとなし、振動締め固めを行い、その上に普通コンクリートなど残りの材料を供給してセグメントを成形する製造方法である。また湾曲形状の中央部において所定の厚さを確保した水平面までを繊維混合コンクリートで形成しその上に普通コンクリートなどの材料を供給して成形する方法でもよい。なお三層式の場合は押さえ蓋をセットして、その面まで普通コンクリートを供給し、その上に繊維混合コンクリートを供給して成形するセグメントの製作方法である。
請求項７に記載する発明は、内面側の繊維混合コンクリートによる湾曲版を別の型枠で製作して、該湾曲版の完成品を型枠にセットして、湾曲版の上に鉄筋篭を定位置に格納し、普通コンクリートなどの残りの材料を供給して振動締め固めをなしてセグメントを製作する製作方法である。
請求項８に記載する発明は、前記湾曲版の上面に、鉄筋篭を安定して格納するために、縦横方向に溝をつくり、表面にジベルを埋設し突出させたセグメント製造方法である。
請求項９に記載する発明は、繊維の線材で格子状または網状の篭を製作し、該篭を鉄筋篭の下側に縫いつけて２重篭をつくり、その２重篭を型枠内にセットして普通コンクリートを投入して振動締め固めをなしてセグメントを製作する方法である。繊維線材による篭は所要の厚みの全域に亘って存在するようにセットする。
【０００７】
繊維混合コンクリートの素材の形状と性能について以下、プラスチック繊維のうち、ポリプロピレン繊維およびビニロン繊維について説明する。その他の繊維の素材についての形状と性能についての説明は省略する。
繊維の代表的な形状は０．５ｍｍ×１．５ｍｍの矩形または平均径が０．７ｍｍの楕円形で、長さが２５〜３０ｍｍである。容積混入率は０．５〜１．０％である。上記の繊維はマトリックスの界面接着力が強いことからコンクリートの曲げ靭性を増強できる。
【０００８】
トンネル火災によってセグメントのコンクリートの内部温度が内面側から逐次上昇するが、１６０〜２４０度Ｃで溶解し始め無数の空隙のつながりができて水蒸気の逃げ道をつくることになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
繊維混合コンクリートと普通コンクリートを全域、２層、３層に重ね合わせてセグメント成形するが、表層部の所定の厚さを繊維混合コンクリートで覆うことによって、セグメントの強度のほか、ひび割れ発生を抑止し、かつ火災時の爆裂を抑止する機能を付与するものである。
【００１０】
図１、図２はトンネルのプレキャスト覆工材であるセグメントの使用状況と各部の名称を示す図面である。
図３、図４、図７、図８、図９は本実施の形態に係るセグメントのマトリックスの構成と製作手順を示す図面である。
図５、図６は製作方法を示す図面である。
【００１１】
図１は、道路用シールドトンネルの横断面である。トンネルの外周に設置した覆工構造材がセグメント２である。セグメント２をつないでセグメントリング１を形成する。
【００１２】
図２は、セグメント・ピースの各断面図である。（イ）は側面図、（ロ）は内側平面図、（ハ）は主断面図である。主断面の桁面には、凸ホゾ２０１と凹ホゾ２０２、シール溝２０３、コーキング溝２０４がある。リング間にある凸ホゾ２０１と凹ホゾ２０２とは組み立て時に互いに嵌合する。シール溝２０３にはシール材（図示しない）を貼り付ける。
【００１３】
図３は、セグメント２の側面内部を示すのもで（イ）は異種材料の２層構成を示し、底面側に耐火用のプラスチック繊維混合コンクリート４、上面側に普通コンクリート６を示す。（ロ）は、３層構成を示し、２層式の最上面側ににひび割れ抑止用プラスチック繊維混合コンクリート５を示す。
【００１４】
図４は、セグメント２のマトリックスの側面内部を示すのもである。（イ）は、３層式で上面側にひび割れ制御用のプラスチック繊維混合コンクリート５を、底面側は耐火用のプラスチック混合コンクリート４、中間部は普通コンクリート６を、鉄筋篭３の下面に針状柵７の取りつけ位置を示す。（ロ）は、針状柵７の部分矢視図を示す。
【００１５】
図５は、遠心力成形法の説明図である。円周型枠８、妻型枠９が左右のローター１０に載っている。ローターはチエンを介して駆動モーター１１につながり駆動される。円筒型枠の中側にコンクリート供給口１２がある。この供給口から異種材料生コンを順次投入して２層、３層のセグメントを形成する。
【００１６】
図６は、定置式型枠１３を示すものである。
【００１７】
図７は、定置式型枠または移動式型枠による製作過程を示すもので、最初に鉄筋篭３をセットするが、その状態を表す図面は省略する。（イ）−１は、第一工程を表わす図面で、プラスチック繊維混合コンクリート４（生コン）を投入して、彎曲中央部で所定の厚みを保持するような水平面までを仕上げる。（イ）−２に示すように、プラスチック繊維混合コンクリート４の彎曲中央部で盛上げ側壁型枠１４側に普通コンクリート６（生コン）を余盛りして打設すれば、彎曲中央部で所定の厚みの保持が容易となる。（ロ）は第二工程を表わす図面で、普通コンクリート６（生コン）を投入するが、押さえ蓋１７を取り付けた状態を示す。（ハ）は第三工程で押さえ蓋を取りはずして上蓋を取り付けて、型枠の表面までプラスチック繊維混合コンクリート５（生コン）を投入し仕上げた状態を示す。
【００１８】
図８は、彎曲版を別の手段で製作する方法を示したものである。（イ）はプラスチック繊維混合による彎曲版１６を別の型枠で製作している図面である。この彎曲版１６の型枠には、通常の型枠のほか、逆打ち型枠、立て打ち型枠もあるが特に図示しない。（ロ）は第二工程で彎曲版１６および鉄筋篭３を本型枠にセットした状態を示している。以下前述の手順で順次製作を進めるものである。
【００１９】
図９は、請求項５の製作方法を示したものである。（イ）は、プラスチック繊維の線材でつくった篭をセットし、普通コンクリート（生コン）を型枠容積一杯に供給し、締固める。（ロ）は、プラスチック繊維篭１８の矢視図である。この格子篭方式によると、２層、３層の異種材料を混練りする必要がなく、確実に連続空隙の造成が可能である。また、（ハ）に示すように、プラスチック繊維を網状に編みこんでもちいることができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下の記載されているような効果を奏する。
▲１▼セグメントのマトリックスをプラスチック繊維で補強することにより、ひび割れ、マイクロクラックの発生を抑止できる。
▲２▼セグメントのマトリックスにプラスチック繊維を混合することにより、トンネル火災時に、比較的低温度で溶解し無数の貫通空隙をつくり、内包している水の蒸気爆発を抑止する。
▲３▼ホゾ付きセグメントに代表されるセグメントの搬入・組立時に起こるコーナー部や凹陥部の縁の欠けを防止する。
▲１▼プラスチック繊維補強コンクリートおよび普通コンクリートを２層、３層に重ね合わせる製作方法に関しては、遠心力成形方法、定置式型枠での材料投入方法、彎曲版を別途製作する方法、プラスチック格子を埋設する方法などを、セグメントの直径、厚みなどによって使い分けることにより、容易にかつ経済的に品質の良いセグメントを製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る、シールドトンネル（道路用）の横断面図である。
【図２】同じく、セグメント・ピースの側面図、平面図、主断面図である。
【図３】同じく、セグメントの鉄筋篭の側面図および、針状柵の斜視図である。
【図４】同じく、セグメントの断面図で、２層、３層の構成図である。
【図５】同じく、セグメントの遠心力成形方法を示す模式図である。
【図６】同じく、セグメントの定置式または移動式型枠図である。
【図７】同じく、定置式型枠で、セグメントの製作手順を示す図である。
【図８】同じく、別の手段による彎曲版の製作を示す図面である。
【図９】同じく、プラッスチック格子を埋設する製作方法を示す図である。
【符号の説明】
１・・・セグメントリング
２・・・セグメント
３・・・鉄筋篭
４・・・プラスチック繊維混合コンクリート（耐火用）
５・・・プラスチック繊維混合コンクリート（ひび割れ抑止用）
６・・・普通コンクリート
７・・・針状柵
８・・・円周型枠
９・・・妻型枠
１０・・・ローター
１１・・・駆動モーター
１２・・・コンクリート供給口
１３・・・定置式型枠
１４・・・側壁型枠
１５・・・上蓋
１６・・・彎曲版
１７・・・押さえ蓋
１８・・・プラスチック繊維篭
２０１・・・凸ホゾ
２０２・・・凹ホゾ
２０３・・・シール溝
２０４・・・コーキング溝
【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】
2004011312.tif 000009
【図８】
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【図９】
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