(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に構築される隔壁の一部を構成する地中構造物隔壁用のセグメントであって、その本体部は樹脂材料を無機繊維で補強した板状の複合材を複数枚接合して形成され、前記本体部の長手方向の端部に設けられる接合部は、前記複合材の間に配置されてそれらと接合される補強板と、前記本体部の角部が面取りされた部分を囲繞するように複数の鋼板を配設して鋼板間を前記角部と対向する位置で溶着することによって箱型に形成される外殻部と、前記補強板を厚さ方向に貫通して前記外殻部に両端が定着される接合ボルトと、前記外殻部と前記端部の隙間に充填される充填材とによって構成されることを特徴とする地中構造物隔壁用のセグメント。
【請求項２】
地中に構築される隔壁の一部を構成する部材であってその本体部が樹脂材料を無機繊維で補強した板状の複合材を複数枚接合して形成される地中構造物隔壁用のセグメントの製造方法において、
前記本体部の長手方向の端部にある角部に対して面取りを施し、前記セグメントの長手方向の端面位置とその端面に直交する継手面の位置とを規定する接合部用定規に合わせて前記本体部を設置し、前記隔壁の内側面及び外側面となる側面鋼板を接着剤によって接合するとともに前記端部を厚さ方向に貫通させた接合ボルトの両端を前記側面鋼板のそれぞれに定着させ、前記両側の側面鋼板の側縁間に配設された鋼板を前記角部と対向する位置で溶接することによって前記側面鋼板に溶着させて前記端部を囲繞する箱型の外殻部を形成し、前記外殻部と前記端部の隙間に充填材を充填することを特徴とする地中構造物隔壁用のセグメントの製造方法。
【請求項３】
前記接合部用定規の前記端面位置と前記継手面位置とに前記外殻部を構成する鋼板を設置し、それらの鋼板に対して位置合わせをしながら前記本体部を設置することを特徴とする請求項２に記載の地中構造物隔壁用のセグメントの製造方法。
【請求項４】
前記充填材は、前記外殻部の端面に他のセグメントを接合させるために設けられたボルト孔から注入することを特徴とする請求項２又は３に記載の地中構造物隔壁用のセグメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルや立坑等の地中構造物の隔壁の一部を構成するセグメントであって、トンネル掘削機によって切削可能な材料によって形成される地中構造物隔壁用のセグメント及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルの内部からトンネル掘削機を発進させて新たに分岐トンネルを構築する工法が知られている（特許文献１等参照）。
【０００３】
このようなトンネルは、掘削された地中に円弧状のセグメントを複数使用して組み立てられたリングを、掘進方向に順次接続していくことで構築される。
【０００４】
そして、この構築されたトンネルの隔壁の一部を切削して分岐トンネルが構築される。
【０００５】
特許文献１では、このトンネル掘削機によって切削されるセグメントの切削部が、硬質ウレタン樹脂等の切削し易い材料によって成形されている。
【特許文献１】特開２００３−５６２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、切削をおこなわない一般部のセグメントは、鉄筋コンクリートや鋼材などで製作されており、切削部を有するセグメントの長手方向の端部には材質が異なる一般部のセグメントに接合するための鋼製の接合部が設けられる。
【０００７】
そこで、本発明は、他のセグメントとの応力の伝達機能に優れた接合部が高精度で製作された地中構造物隔壁用のセグメント及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の地中構造物隔壁用のセグメントは、地中に構築される隔壁の一部を構成する地中構造物隔壁用のセグメントであって、その本体部は樹脂材料を無機繊維で補強した板状の複合材を複数枚接合して形成され、前記本体部の長手方向の端部に設けられる接合部は、前記複合材の間に配置されてそれらと接合される補強板と、前記本体部の角部が面取りされた部分を囲繞するように複数の鋼板を配設して鋼板間を前記角部と対向する位置で溶着することによって箱型に形成される外殻部と、前記補強板を厚さ方向に貫通して前記外殻部に両端が定着される接合ボルトと、前記外殻部と前記端部の隙間に充填される充填材とによって構成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の地中構造物隔壁用のセグメントの製造方法は、地中に構築される隔壁の一部を構成する部材であってその本体部が樹脂材料を無機繊維で補強した板状の複合材を複数枚接合して形成される地中構造物隔壁用のセグメントの製造方法において、前記本体部の長手方向の端部にある角部に対して面取りを施し、前記セグメントの長手方向の端面位置とその端面に直交する継手面の位置とを規定する接合部用定規に合わせて前記本体部を設置し、前記隔壁の内側面及び外側面となる側面鋼板を接着剤によって接合するとともに前記端部を厚さ方向に貫通させた接合ボルトの両端を前記側面鋼板のそれぞれに定着させ、前記両側の側面鋼板の側縁間に配設された鋼板を前記角部と対向する位置で溶接することによって前記側面鋼板に溶着させて前記端部を囲繞する箱型の外殻部を形成し、前記外殻部と前記端部の隙間に充填材を充填することを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記接合部用定規の前記端面位置と前記継手面位置とに前記外殻部を構成する鋼板を設置し、それらの鋼板に対して位置合わせをしながら前記本体部を設置することができる。
【００１１】
また、前記充填材は、前記外殻部の端面に他のセグメントを接合させるために設けられたボルト孔から注入すればよい。
【発明の効果】
【００１２】
このように構成された本発明の地中構造物隔壁用のセグメントは、鋼製の外殻部を形成するために溶着をおこなう位置の本体部の角部が面取りされている。
【００１３】
この結果、外殻部を構成する鋼板間を溶接する部分と角部との間に隙間が確保されることになるため、溶接時の熱で接着剤などが溶け出して溶接不良を起こすことがない。
【００１４】
また、本発明の地中構造物隔壁用のセグメントの製造方法は、接合部用定規に合わせて本体部を設置し、その本体部の端部を囲繞する外殻部を形成する。
【００１５】
このため、本体部の製作精度が高くない場合でも、前記接合部用定規に合わせることでセグメントの接合部を高精度に製作することができる。
【００１６】
また、外殻部と本体部の端部の隙間に充填材を充填することで、最終的に隙間のない本体部と外殻部とが一体化された強固な接合部とすることができる。
【００１７】
さらに、接合部用定規に予め外殻部を構成する鋼板の一部を設置しておくことで、接合部用定規上ですべての鋼板を本体部に接合することができ、移動によるずれがなく精度の高い外殻部が製作できるとともに作業性に優れている。
【００１８】
また、充填材は、他のセグメントとの接合用に設けられたボルト孔から注入するようにすれば、別途、充填材の注入孔を設ける必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施の形態の地中構造物隔壁用のセグメントは、図７に示すように地中構造物として構築されたトンネル５の切削部５ａに配置される。すなわち、トンネル５の内部に配置されたトンネル掘削機３は、この切削部５ａを前面のカッタビットで切削して新たに分岐トンネル６を構築する。
【００２１】
本実施の形態では、図８のトンネル５周方向の断面図に示すように、継手ボルト１４を介して一般部セグメント７に接合される切削用セグメント８について説明をおこなう。
【００２２】
この継手ボルト１４は、外殻部１１の端面板１１ａと一般部セグメント７の端面を貫通するように設けられたボルト孔１４ａと、端面板１１ａに埋設されたナット部１４ｃと、ボルト部１４ｂとによって構成され、一般部セグメント７側からボルト部１４ｂを挿入して螺合することで、一般部セグメント７と切削用セグメント８とを接合させる。
【００２３】
この切削用セグメント８は、切削可能な材料によって形成される本体部９と、その長手方向（湾曲方向）の両端部に設けられる接合部１０，１０とから構成される（図４参照）。
【００２４】
この本体部９は、図８に示すように、樹脂材料を無機繊維で補強した板状の複合材９ａ，・・・を複数枚接合してアーチ状に形成される。
【００２５】
この複合材９ａには、例えば硬質ウレタン樹脂からなる熱硬化性樹脂発泡体を無機繊維としてのガラス長繊維で補強した材料が使用される。このような材料には、例えばエスロンネオランバーＦＦＵ（積水化学工業株式会社製）を挙げることができる。また、複合材９ａ，・・・間は、エポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤などの樹脂系の接着剤によって接合される。
【００２６】
さらに、本体部９の外周は、補強層としてのＦＲＰ層９ｃによって被覆され、本体部９の厚み方向の中央部にも図８に示すようにＦＲＰ層９ｃが設けられている。
【００２７】
このＦＲＰ層９ｃは、ポリエステル樹脂またはエポキシ樹脂等の樹脂をマットまたはクロス等の繊維材料で補強した部材であって、この繊維材料としては、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などが使用される。
【００２８】
複合材９ａは、ガラス長繊維の延伸方向、すなわち本体部９の長手方向の強度が他の方向の強度に比べて卓越しているので、ＦＲＰ層９ｃを設けることによって本体部９の長手方向以外の方向の強度を上げることができる。
【００２９】
そして、本体部９のトンネル５延伸方向の継手面９ｄには、図４に示すように長手方向に間隔を置いて継手ピン（図示せず）が挿入可能な差込み穴部９ｅ，・・・が形成される。
【００３０】
また、この本体部９の長手方向両側の端部９ｂ，９ｂに設けられる接合部１０，１０は、図４〜６に示すように、端部９ｂを囲繞する箱型に形成された鋼製の外殻部１１と、図８に示すように端部９ｂの複合材９ａ，９ａの間に配置されてそれらと接合される補強板１３と、補強板１３を厚さ方向（湾曲の内外径方向）に貫通して外殻部１１の内側面板１１ｃと外側面板１１ｂに両端が定着される接合ボルト１２と、外殻部１１と端部９ｂの隙間に充填される充填材（図示せず）とによって主に構成される。
【００３１】
すなわち、本体部９の端部９ｂには、二枚の補強板１３，１３が複合材９ａ，・・・に挟まれるようにして配置され、両者は前記樹脂系接着剤によって接合されている。
【００３２】
またこの端部９ｂには、接合ボルト１２のボルト部１２ａを挿通させるための貫通孔９ｆが、湾曲の内外径方向に貫通して複数設けられている（図１，８参照）。
【００３３】
さらに、この端部９ｂの角部は、図１〜３に示すように面取りが施されて面取部９ｇ，・・・が形成されている。
【００３４】
そして、この端部９ｂを収容させる外殻部１１は、トンネル５の外側面となる側面鋼板としての外側面板１１ｂと、内側面となる側面鋼板としての内側面板１１ｃと、外側面板１１ｂと内側面板１１ｃの側縁間に配設される鋼板としての継手面板１１ｄ，１１ｅ（図６参照）と、端面となる鋼板としての端面板１１ａとによって五面が囲まれた箱型に形成される。
【００３５】
次に、本実施の形態の地中構造物隔壁用のセグメントの製造方法について説明する。
【００３６】
本実施の形態の切削用セグメント８の製造に使用する接合部用定規１は、図１に示すように上面が水平になるように設置された架台１ｃの上に、２つの端面側定規１ａ，１ａと複数の継手面側定規１ｂ，・・・とを固定することによって構成される。
【００３７】
この端面側定規１ａは、切削用セグメント８の長手方向の端面位置を規定するために設置されるもので、例えばＨ型鋼材のフランジ面が使用される。すなわち、２つの端面側定規１ａ，１ａを、切削用セグメント８の長手方向の両端面となる正確な位置に合わせて架台１ｃ上に固定する。
【００３８】
そして、この端面側定規１ａ，１ａ間にアーチ状に間隔を置いて、複数の断面視コ字型の溝型鋼材を継手面側定規１ｂ，・・・として設置する。この継手面側定規１ｂ，・・・は、切削用セグメント８のトンネル延伸方向の継手面を規定する高さに合わせて設置される。
【００３９】
この接合部用定規１に設置する切削用セグメント８の本体部９は、熱硬化性樹脂発泡体をガラス長繊維で補強した複合材９ａ，・・・を複数枚接合して予めアーチ状に形成されている。また、図２に示すような本体部９の端部９ｂの補強板１３，１３は、本体部９の製作時に配置される。
【００４０】
さらに本体部９の端部９ｂは、外殻部１１の外側面板１１ｂを設置する厚さ分だけ外側面側が切削されるとともに、継手面板１１ｄ，１１ｅを設置する厚さ分だけ継手面側が切削される。
【００４１】
また、端部９ｂの外側面と継手面の角部、内側面と継手面の角部、外側面及び内側面と端面の角部、端面と継手面の角部に対しては、面取りが施されて面取部９ｇ，・・・が形成されている（図１〜３，６参照）。
【００４２】
そして、この本体部９を接合部用定規１に設置する前に、接合部用定規１の端面側定規１ａに、図２，３に示すように仮止めボルト１ｄ，・・・によって外殻部１１の端面板１１ａを固定する。また、接合部用定規１に設置した際に下面となる継手面側の継手面板１１ｅは、継手面側定規１ｂ，・・・上の正確な位置に合わせて固定しておく。
【００４３】
このような状態にした接合部用定規１に、図１に示すように一方の継手面９ｄを下に向けた本体部９を設置する。この本体部９は、例えば10mm程度の許容誤差で端部９ｂを小さめに製作しているので、接合部用定規１に固定した端面板１１ａや継手面板１１ｅの内側面と本体部９の端部９ｂとの間には隙間が開く場合もある。
【００４４】
また、このように本体部９に製作誤差があったとしても、接合部用定規１に合わせて正確な位置に本体部９を設置することで許容誤差1mm程度の高精度で切削用セグメント８を製作することができる。
【００４５】
そして、端部９ｂの外側面及び内側面にエポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤などの樹脂系の接着剤を塗布するとともに、外側面板１１ｂ、内側面板１１ｃにも接着剤を塗布して端部９ｂの所定の位置に貼り付ける。
【００４６】
また、内側面板１１ｃ側から本体部９の貫通孔９ｆ，・・・に接合ボルト１２のボルト部１２ａ，・・・を挿通し、その先端を外側面板１１ｂに固定した埋設ナット部１２ｃに螺合して一端を定着させる（図８参照）。
【００４７】
さらに、ボルト部１２ａ，・・・の内側面板１１ｃから突出した部分にナット部１２ｂを螺合して他端を内側面板１１ｃに定着させる。このように接合ボルト１２で締め付けることによって外側面板１１ｂと内側面板１１ｃに挟まれた端部９ｂが支圧されるため、各層間の接合が強められると共に端部９ｂと外殻部１１は強固に一体化される。
【００４８】
続いて、上面となった端部９ｂの継手面に継手面板１１ｄを樹脂系の接着剤で接合すると、端部９ｂを囲繞する箱型の外殻部１１の外形が形成されることになる。
【００４９】
この外殻部１１を構成する端面板１１ａ、外側面板１１ｂ、内側面板１１ｃ、継手面板１１ｄ，１１ｅは、それぞれ接着剤によって本体部９の端部９ｂに接合されているだけなので、各鋼板の側縁間を図５，６に示すように溶接１１ｆによって溶着させる。
【００５０】
この溶接１１ｆをおこなう位置に対向する端部９ｂの角部は、面取部９ｇ，・・・が形成されているので、図６に示すように面取部９ｇ，・・・と溶接１１ｆとの間に隙間が開いている。
【００５１】
すなわち、溶接１１ｆを行なう位置の鋼板には、接着剤や本体部９が接していないので、溶接の熱によって接着剤などが気化して溶接不良を起こすようなことがなく、良好に溶接１１ｆをおこなうことができる。
【００５２】
このようにして本体部９の端部９ｂの正確な位置に外殻部１１を形成した後に、本体部９を接合部用定規１の上から撤去して、図４に示すように本体部９の外側面側が下面となる向きにして設置する。
【００５３】
そして、外殻部１１と本体部９の隙間が外観から確認できる箇所はテープ（図示せず）などによってシールし、他のセグメントとの接続用の継手ボルト１４を挿入するために外殻部１１に設けられたボルト孔１４ａ，・・・や継手ピン用の孔やエントランス止水部（図示せず）を取り付けるために使用する取付孔１５，・・・は、後述する充填材を充填する孔や空気抜き用の孔を除いてボルトなどで栓をしておく。
【００５４】
このように充填材の漏出防止処理をおこなった後に、外殻部１１と面取部９ｇ，・・・との隙間やその他の外殻部１１と端部９ｂとの隙間に充填材を充填する。
【００５５】
この充填材としては、例えば一次注入時にはエポキシ樹脂系接着剤などを注入し、その後、湿気硬化型など常温で硬化可能な硬質発泡ウレタンなどを注入して残りの隙間を埋める。
【００５６】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【００５７】
このように構成された切削用セグメント８は、鋼製の外殻部１１を形成するために溶接１１ｆをおこなう位置の本体部９の角部に面取部９ｇが形成されている。
【００５８】
この結果、外殻部１１を構成する鋼板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ間を溶接１１ｆする部分と面取部９ｇ，・・・との間に隙間が確保されることになるため、溶接時の熱で接着剤などが溶け出して溶接不良を起こすことがない。
【００５９】
また、切削用セグメント８の本体部９の長手方向の端部９ｂに接合部１０が設けられ、その接合部１０は、箱型に形成された外殻部１１と、端部９ｂの複合材９ａ，・・・の間に配置されてそれらと接合される補強板１３，１３と、それらの補強板１３，１３を厚さ方向に貫通して外殻部１１の内側面板１１ｃと外側面板１１ｂに定着される接合ボルト１２，・・・と、外殻部１１と端部９ｂの隙間を埋める充填材とによって構成される。
【００６０】
そして、隣接する一般部セグメント７から外殻部１１の端面板１１ａに伝達される応力は、外殻部１１の内側面板１１ｃ及び外側面板１１ｂを経て接合ボルト１２，・・・に伝達され、この接合ボルト１２，・・・を介して補強板１３，１３及び複合材９ａ，・・・に伝達された後に本体部９の中央側に伝達される。また、同様の伝達機構によって本体部９に作用する力を一般部セグメント７に伝達させることができる。
【００６１】
このように端部９ｂと外殻部１１が接合ボルト１２によって一体化されて、外殻部１１から本体部９へと徐々に剛性が変化するため、一般部セグメント７と切削用セグメント８という剛性の異なる部材間で滑らかに応力伝達をおこなうことができ、応力集中によって接合部１０に破壊を生じさせることがない。
【００６２】
また、本実施の形態の切削用セグメント８の製造方法は、接合部用定規１に合わせて本体部９を設置し、その本体部９の端部９ｂを囲繞する外殻部１１を形成する。
【００６３】
このため、本体部９の製作精度が高くない場合でも、接合部用定規１に合わせることで切削用セグメント８の接合部１０を高精度に製作することができる。
【００６４】
すなわち、トンネル５の円周方向の接合は、トンネル５の隔壁がリングによって土圧や地下水圧等の荷重を受けることになるので、接合部１０を高精度に製作して強固な接合とする必要がある。
【００６５】
また、外殻部１１と面取部９ｇとの隙間などに充填材を充填することで、最終的に隙間のない本体部９と外殻部１１とが一体化された強固な接合部１０とすることができる。
【００６６】
さらに、接合部用定規１に予め外殻部１１の一部を構成する端面板１１ａと継手面板１１ｅとを設置しておくことで、接合部用定規１上ですべての鋼板１１ａ〜１１ｅを本体部９の端部９ｂに接合することができるため、接合部用定規１に合わせて外殻部１１を高精度で製作できるとともに作業性に優れている。
【００６７】
また、充填材は、他のセグメントとの接合用に設けられたボルト孔１４ａから注入するようにすれば、別途、充填材の注入孔を設ける必要がない。
【００６８】
以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００６９】
例えば、前記実施の形態では、円筒形のトンネル５の隔壁の一部を構成する曲面状の切削用セグメント８について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば矩形トンネルや多角形断面の立坑などの多角柱状の地中構造物の隔壁の一部を構成する平板状のセグメントであってもよい。
【００７０】
また、前記実施の形態では、外殻部１１の五面すべてが別体の鋼板１１ａ〜１１ｅによって形成されていたが、これに限定されるものではなく、例えば端面板１１ａと継手面板１１ｅとがＬ字状に一体になった鋼材であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の最良の実施の形態の切削用セグメントの製造方法に使用する接合部用定規の構成を説明する斜視図である。
【図２】接合部用定規上に本体部を設置した状態での端面側定規周辺の構成を説明する平面図である。
【図３】接合部用定規上に本体部を設置した状態での端面側定規周辺の構成を説明する側面図である。
【図４】切削用セグメントの全体構成の概略を説明する側面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線方向から見た平面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線方向から見た端面図である。
【図７】トンネルの切削部からトンネル掘削機を発進させる状態を説明する切断斜視図である。
【図８】切削用セグメントの接合部の構成を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１            接合部用定規
１ａ          端面側定規
１ｂ          継手面側定規
５            トンネル（地中構造物）
８            切削用セグメント（セグメント）
９            本体部
９ａ          複合材
９ｂ          端部
９ｄ          継手面
９ｇ          面取部
１０          接合部
１１          外殻部
１１ａ        端面板（鋼板）
１１ｂ        外側面板（側面鋼板）
１１ｃ        内側面板（側面鋼板）
１１ｄ        継手面板（鋼板）
１１ｅ        継手面板（鋼板）
１１ｆ        溶接
１２          接合ボルト
１３          補強板
１４ａ        ボルト孔
【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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