(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル周方向に円弧形状を呈するコンクリート中詰め鉄系セグメントにおいて、中詰めコンクリート内の所定の位置に、継手板と結合した、所定の強度を持つ鉄筋あるいは棒鋼あるいは平鋼あるいは形鋼からなる中詰めコンクリート塊の脱落防止用鋼材をセグメント長手方向に沿って配置し、中詰めコンクリートにトンネル軸方向に発生するひび割れのひび割れ幅のコントロールを目的として、前記ひび割れを誘発させるため、中詰めコンクリート内の所定の位置に、トンネル軸方向に沿って、鉄筋あるいは棒鋼あるいは平鋼あるいは形鋼からなるひび割れ幅コントロール用鋼材を所定間隔で配置し、前記ひび割れ幅コントロール用鋼材は、その両端部が主桁に当接されて結合されていることを特徴とするセグメント構造。
【請求項２】
請求項１に記載のセグメントと、中詰めコンクリート中に補強用金網が埋設されている、コンクリート中詰め鉄系セグメントを組合わせて構成したことを特徴とするセグメント構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート中詰め鉄系セグメントにおけるコンクリート塊の脱落防止と、ひび割れ幅抑制（コントロール）を行うことを目的として、中詰めコンクリート中に所定の配筋を配置するコンクリート中詰めの鉄系セグメント構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここで、鉄系セグメントは、鋼板を溶接等で組み立てて鋼殻を構成したものや、鋳造等にて製造したものなどを指す。また、コンクリート中詰め鉄系セグメントは、鉄系セグメントの鋼殻内部にコンクリートを充填したものをいう。
【０００３】
このコンクリート中詰め鉄系セグメントでは、▲１▼鉄系セグメントの鋼殻表面とコンクリートの間は付着抵抗力が小さいので滑りやすくコンクリートが剥がれ易い。このため、何らかの理由により中詰めコンクリートが部分的に剥離し、コンクリート塊が脱落するかもしれない。さらに、▲２▼コンクリートには引張作用によるひび割れが発生することがある。そこで、コンクリート中に補強用金網を埋設するなどの工夫が施されている。
【０００４】
前記▲２▼の問題点をさらに説明する。コンクリート中詰め鉄系セグメントにおいて、コンクリート材料は、一定以上の引張荷重が負荷された時には、コンクリートにひび割れが入る。トンネル断面に土水圧等の荷重が作用した場合に、セグメントにトンネル軸直角方向に引張ひずみが生じるので、引張ひずみの大きさに応じてトンネル軸方向にコンクリートにひび割れが発生する。トンネルセグメントに、ある大きさの引張ひずみが生じたとき、トンネルセグメントのひび割れは、ひび割れ本数が多ければ１本当たりのひび割れ幅は小さく、ひび割れ本数が少なければ、ひび割れ幅は大きくなる。
【０００５】
他方、トンネルセグメントでは、止水性や外観上の観点から、１箇所のひび割れに対して、ひび割れ幅を制限している。コンクリート中詰め鉄系セグメントは、ひび割れ発生本数が少なく、そのため、１箇所のひび割れ幅が大きくなる傾向にある。しかし、幅の大きなひび割れの存在は、止水性や美観の低下などの点で好ましくなく、コンクリート中詰め鉄系セグメントに荷重が負荷された場合に、ひび割れ発生本数を分散させ、１箇所当たりのひび割れ幅を小さくする必要がある。ところで前述のように、コンクリート材料の補強のため、中詰めコンクリート中には補強金網が埋設されているが、この補強金網が前記のひび割れ発生にどう関係しているかを次に説明する。
【０００６】
図１３〜図１６で説明すると、図１３は、コンクリート中詰め鋼製セグメント７を千鳥状の配置でリング状に組み立てたトンネル８を示す。
【０００７】
コンクリート中詰め鋼製セグメント７は、図１４〜図１６に示すように、主桁１間を所定間隔をあけて配置する複数の縦リブ２で結合すると共に、主桁１の端部間を継手板３で結合し、さらに、主桁１と継手板３の外側にスキンプレート４を結合して鋼殻を構成し、鋼殻の内部に中詰めコンクリート５を充填して構成されると共に、中詰めコンクリート中には細径の補強金網６が埋設されている。
【０００８】
前記の従来構造において、細径の補強金網６は、縦リブ２に仮溶接や番線等にて簡易に固定されている。この補強金網６はセグメント製造時に発生するコンクリート乾燥収縮による引張ひずみを拘束し、コンクリート表面のひび割れを抑制することを主な目的に配置される。
【０００９】
ところで、一般的に無筋コンクリートのひび割れ発生荷重は小さく、前記細径の補強金網６にてコンクリートひび割れ抑制効果が十分発揮できるとされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼補強金網は、鋼殻に対しては仮止めであるから、中詰めコンクリートの鋼殻との結合強度には全く寄与しておらず、中詰めコンクリートが鋼殻から脱落して落下する恐れは、無筋コンクリートの場合と同様にある。特に、自動車走行の繰り返し荷重が作用する道路トンネルセグメント等では、従来の下水道トンネル等と異なり、コンクリートのひび割れに対して条件が厳しくなるので、コンクリート塊の脱落防止に適切に対処する必要があるが、その問題を解決できなかった。
【００１１】
▲２▼補強金網は、直径６ｍｍ程度の細径棒鋼を碁盤状に組み立てたものであり、セグメント製造時におけるコンクリートの乾燥収縮による引張ひずみを拘束し、コンクリート表面のひび割れを抑制することを主な目的に配置される。しかし、前述のように自動車走行などの大きな繰り返し荷重が作用する場合などでは、この大荷重によって発生するコンクリートひび割れを抑制することは根本的に難しい。
【００１２】
したがって、本発明者は、ひび割れ発生は容認するが、所定のひび割れ本数を積極的に誘発させて、１本当たりのひび割れ幅を小さくすることを考えた。
【００１３】
コンクリートのひび割れは、コンクリート中に発生する引張ひずみが、ひび割れを発生させるひずみを超過した場合にコンクリートひび割れとして現れる。したがって、局所的にコンクリートひずみが集中する個所にひび割れが発生する。
【００１４】
しかし、従来の補強金網は、棒鋼径が細径であるためにコンクリートのひずみを集中させる効果が乏しく、意図的にコンクリートひび割れを発生させるには不十分である。コンクリートひび割れを発生させるためには、コンクリートひずみを十分集中させるに足りる比較的太径の鉄筋等が必要になる。
【００１５】
本発明は、前記の知見に基づいてなされたもので、中詰めコンクリート脱落防止とコンクリートひび割れ幅制御・抑制の点を改良することで、総合的にみて、品質の優れたコンクリート中詰めの鉄系セグメント構造を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明は次のように構成する。
【００１７】
第１の発明は、トンネル周方向に円弧形状を呈するコンクリート中詰め鉄系セグメントにおいて、中詰めコンクリート内の所定の位置に、継手板と結合した、所定の強度を持つ鉄筋あるいは棒鋼あるいは平鋼あるいは形鋼からなる中詰めコンクリート塊の脱落防止用鋼材をセグメント長手方向に沿って配置し、中詰めコンクリートにトンネル軸方向に発生するひび割れのひび割れ幅のコントロールを目的として、前記ひび割れを誘発させるため、中詰めコンクリート内の所定の位置に、トンネル軸方向に沿って、鉄筋あるいは棒鋼あるいは平鋼あるいは形鋼からなるひび割れ幅コントロール用鋼材を所定間隔で配置し、前記ひび割れ幅コントロール用鋼材は、その両端部が主桁に当接されて結合されていることを特徴とする。
【００２０】
第２の発明は、第１の発明のセグメントと、中詰めコンクリート中に補強用金網が埋設されている、コンクリート中詰め鉄系セグメントを組合わせて構成したセグメント構造を特徴とする。
【００２１】
【作用】
第１の発明によると、コンクリート塊の脱落防止用鋼材は、コンクリート内部に入れ、主桁または継手板に結合することで、コンクリート塊の脱落に対して抵抗するに足る強度を確保し、  コンクリート塊の脱落力を鋼材で受け持たせ、鋼材の力を主桁または継手板に伝達させて、脱落に抵抗させ、鋼殻からのコンクリート塊の脱落を防止する。
【００２２】
第１発明によると、コンクリートのひび割れ幅コントロール用鋼材は、コンクリート内部に所定のひび割れ間隔と概ね等しい間隔にて配置することで、コンクリートひび割れ発生の誘発材となり、したがって、当該鋼材の配置間隔を適切に設定することで、コンクリートのひび割れを抑制しながら、小幅のひび割れを間隔をあけて複数引き起こす。
【００２３】
ここで、コンクリートひび割れ発生のメカニズムを説明する。コンクリートに引張力が作用すると、コンクリート中に引張ひずみの流れが発生する。引張ひずみの流れを局所的に集中させると、引張ひずみが限界を超えてコンクリートひび割れとなる。ひび割れ幅コントロール用鋼材が鉄筋等の場合は、鉄筋径を太くするか、或いは平鋼の場合は、この平鋼をセグメント高さ方向に立てて配置する等により、引張ひずみの流れを効果的に集中させることができる。セグメント寸法、コンクリート強度或いは荷重の大きさによって必要な鉄筋径等は変わるが、凡そ直径が２２ｍｍ以上の鉄筋等を用いると効果的であると考える。
【００２４】
前記ひび割れ幅コントロール用鋼材の配置を適切に設定することで、ひび割れ幅と、ひび割れ発生個所数をコントロールして、複数の各ひび割れ幅を均一化し、ひび割れ幅が小さいひび割れを多く発生させるなどして、一つひとつのひび割れ幅についてみた場合、規制値を超えるひび割れ幅の発生を防止し、かつ美観的にも好ましくない過大なひび割れ幅の発生を回避できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
【００２６】
図１〜図４は実施形態１に係るコンクリート中詰め鋼製セグメントを示し、図１は、ひび割れ発生前のコンクリート中詰め鋼製セグメントの内側から見た斜視図、図２は、同じくひび割れ発生後のコンクリート中詰め鋼製セグメントの斜視図、図３は図２の長手方向中央部の断面図、図４は、図２の幅方向中央部の断面図、図５は、図４の変形例である。また、図６は、実施形態１の他の変形例に係るコンクリート中詰め鋼製セグメントの長手方向中央部の断面図である。
【００２７】
実施形態１において、コンクリート中詰め鋼製セグメント１７は、図１〜図５に示すように、主桁１間を所定間隔をあけて配置する複数の縦リブ２で結合すると共に、主桁１の端部間を継手板３で結合し、さらに、主桁１と継手板３の外側にスキンプレート４を結合して鋼殻１１を構成し、鋼殻１１の内部に中詰めコンクリート５を充填して構成される。
【００２８】
さらに、中詰めコンクリート５の中には、中詰めコンクリート塊の脱落防止用鉄筋あるいは棒鋼あるいは平鋼あるいは形鋼（以下、脱落防止用鋼材と略称する）１６と、ひび割れ９を抑制するひび割れ幅コントロール用鉄筋あるいは棒鋼あるいは平鋼あるいは形鋼（以下、コントロール用鋼材と略称する）１５が埋設されている。コントロール用鋼材１５は、図４では１本ものが左右に連続しており、図５では中間部を切欠した例が示されている。
【００２９】
中詰めコンクリート脱落防止用鋼材１６は、中詰めコンクリート５の充填前において、鋼殻１１の内部において、かつセグメント長手方向に延長して、かつセグメント幅方向に所定間隔離して複数配設され、鋼材両端は、継手板３の内側面に溶接１０で固着されている。ひび割れ幅コントロール用鋼材１５は、中詰めコンクリート脱落防止用鋼材１６と交差して配設され、かつセグメント幅方向に延長して、セグメント長手方向に所定間隔離して複数配設されている。
【００３０】
中詰めコンクリート脱落防止用鋼材１６と縦リブ２の配置との関係を説明する。図３に示すように縦リブ２が、トンネル中心方向に向いているセグメント１７の場合、各縦リブ２は、外側（覆工内面側）間隔が広く、内側（トンネル内空側）間隔が狭い。このときは、中詰めコンクリート５は各縦リブ２で楔状に支持されるので、鋼殻１１から脱落しにくい。したがって、コンクリート脱落可能性は小さいので脱落防止用鋼材１６の強度は小さくてよい。
【００３１】
また、図６に示すように、縦リブ２が互いに平行に配置されるセグメント１７の場合、中詰めコンクリート５は鋼殻１１から脱落しやすい。したがって、コンクリート脱落力が大きいので、脱落防止用鋼材１６自体の強度を大きくする。
【００３２】
中詰めコンクリート脱落防止用鋼材１６の両端と鋼殻１１との溶接１０による取り合いは、鉄筋等鋼材の強度を鋼殻１１に伝達するように、溶接やスタッド溶接、または機械式継ぎ手等によって剛接合する。特に、溶接は、鉄筋等鋼材の強度に応じた溶接のど厚を確保する。
【００３３】
ひび割れ幅コントロール用鋼材１５の配置間隔を説明する。鉄筋１５の配置間隔を検討するに当っては、セグメント製作時、セグメント現場施工時、完成時等におけるひび割れについて考慮して決定する。具体的に説明すると、中詰めコンクリートの引張ひずみが、１０００μ発生するトンネルセグメントの場合は、単体長３ｍのセグメントで３ｍｍのひび割れが発生すると考えられる。
【００３４】
そこで、１箇所当たりのひび割れ幅を０．３ｍｍに抑えるためには、セグメント単体中に、概ね１０箇所ひび割れ幅コントロール用鋼材１５を配置すれば、１箇所当たりのひび割れ幅は、０．３ｍｍに抑制することが可能となる。この場合、鉄筋等鋼材の配置間隔は、３００ｍｍとして配置すればよい計算となる。
【００３５】
図７、図８に示す実施形態２は、従来の中詰めコンクリート５に補強金網６が埋設されたセグメントに実施形態１に示す中詰めコンクリート脱落防止用鋼材１６および、ひび割れ幅コントロール用鋼材１５を組み合わせた例を示す。なお、図６は、縦リブ２が、トンネル中心方向に向いているセグメント１７の場合、図７は、縦リブ２が互いに平行に配置されるセグメント１７の場合であり、これらは、実施形態１における図３、図６に対応する。
【００３６】
図７、図８に示す実施形態２によると、補強金網６により、例えば、無筋コンクリートに引張力が作用したときに起こる表面部のコンクリート脱落防止機能を発揮できるので、中詰めコンクリート５の脱落防止と相俟って、実施形態１よりも一層、鋼殻１１からの中詰めコンクリート５の脱落防止作用が奏される。
【００３７】
図９、図１０に示す参考形態１は、従来の中詰めコンクリート５に補強金網６が埋設されたセグメントに、ひび割れ幅コントロール用鋼材１５を組み合わせた例を示す。なお、図９は、縦リブ２が、トンネル中心方向に向いているセグメント１７の場合、図１０は、縦リブ２が互いに平行に配置されるセグメント１７の場合であり、これらは、実施形態１における図３、図６に対応する。
【００３８】
図９、図１０に示す参考形態１によると、補強金網６により、例えば、無筋コンクリートに引張力が作用したときに起こる表面部のコンクリート脱落防止機能を発揮できると共に、ひび割れ幅コントロール用鋼材１５によって中詰めコンクリート５のひび割れ幅抑制（コントロール）作用が奏される。
【００３９】
図１１、図１２に示す参考形態２は、中詰めコンクリート脱落防止用鋼材１６を鉄筋に代えて平鋼で構成すると共に、これに組み合わせる、ひび割れ幅コントロール用鋼材１５を鉄筋に代えて平鋼を用いた例を示す。
【００４０】
図１１、図１２に示す参考形態２によっても、平鋼からなる中詰めコンクリート脱落防止用鋼材１６とひび割れ幅コントロール用鋼材１５が鋼殻からのコンクリート脱落防止機能を発揮すると共に、中詰めコンクリート５のひび割れ幅抑制（コントロール）作用が奏される。
【００４１】
【発明の効果】
第１の発明によると、コンクリート塊の脱落防止用鋼材は、コンクリート内部に入れ、主桁や継手板と接続することで、コンクリート塊の脱落に対して抵抗するに足る強度を確保し、  コンクリート塊の脱落力を鉄筋等鋼材で受け持たせ、鋼材の力を主桁や継手板に伝達させて、脱落に抵抗させ、コンクリート塊脱落を防止することができる。
【００４２】
第１発明によると、コンクリートのひび割れ幅コントロール用鋼材は、コンクリート内部に所定のひび割れ間隔と概ね等しい間隔にて配置することで、コンクリートひび割れ発生の誘発材となり、コンクリートのひび割れを抑制しながら、ひび割れを引き起こすことができるので、ひび割れ幅コントロール用鋼材の配置を適切に配置することで、ひび割れ幅とひび割れ発生箇所数をコントロールして、結果、ひび割れ幅を均一化し、僅少なひび割れを多く発生させるなどして、規制値を超えるひび割れ幅の発生を防止し、かつ美観的にも好ましくない過大なひび割れ幅の発生を回避できる効果がある。
【００４４】
以上のように、本発明によると、中詰めコンクリート脱落防止とコンクリートひび割れ幅制御・抑制が実現されたので、総合効果として、品質の優れたコンクリート中詰めセグメント構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係るひび割れ発生前のコンクリート中詰め鋼製セグメントの内側から見た斜視図である。
【図２】  同じくひび割れ発生後のコンクリート中詰め鋼製セグメントの斜視図である。
【図３】  図２の長手方向中央部の断面図である。
【図４】  図２の幅方向中央部の断面図である。
【図５】  図２の幅方向中央部の断面図で、図４の変形例を示す。
【図６】  実施形態１の他の変形例に係るコンクリート中詰め鋼製セグメントの長手方向中央部の断面図である。
【図７】  実施形態２に係るコンクリート中詰め鋼製セグメントの長手方向中央部の断面図である。
【図８】  実施形態２の変形例に係るコンクリート中詰め鋼製セグメントの長手方向中央部の断面図である。
【図９】  参考形態１に係るコンクリート中詰め鋼製セグメントの長手方向中央部の断面図である。
【図１０】  参考形態１の変形例に係るコンクリート中詰め鋼製セグメントの長手方向中央部の断面図である。
【図１１】  参考形態２に係るコンクリート中詰め鋼製セグメントの長手方向中央部の断面図である。
【図１２】  図１１のコンクリート中詰め鋼製セグメントの幅方向断面図である。
【図１３】  従来のコンクリート中詰め鋼製セグメントをリングに組んで構築したトンネルの斜視図である。
【図１４】  従来のコンクリート中詰め鋼製セグメントの内側からの破断斜視図である。
【図１５】  図１４のコンクリート中詰め鋼製セグメントの長手方向断面図である。
【図１６】  図１４のコンクリート中詰め鋼製セグメントの幅方向断面図である。
【符号の説明】
１  主桁
２  縦リブ
３  継手板
４  スキンプレート
５  中詰めコンクリート
６  補強金網
７  コンクリート中詰め鋼製セグメント
８  トンネル
９  ひび割れ
１０  溶接
１１  鋼殻
１５  ひび割れ幅コントロール用鋼材
１６  中詰めコンクリート塊脱落防止用鋼材
１７  コンクリート中詰め鋼製セグメント
【図１】
0004673522.tif 000002
【図２】
0004673522.tif 000003
【図３】
0004673522.tif 000004
【図４】
0004673522.tif 000005
【図５】
0004673522.tif 000006
【図６】
0004673522.tif 000007
【図７】
0004673522.tif 000008
【図８】
0004673522.tif 000009
【図９】
0004673522.tif 000010
【図１０】
0004673522.tif 000011
【図１１】
0004673522.tif 000012
【図１２】
0004673522.tif 000013
【図１３】
0004673522.tif 000014
【図１４】
0004673522.tif 000015
【図１５】
0004673522.tif 000016
【図１６】
0004673522.tif 000017