(57)【要約】【課題】  鋼殻セグメントの内面をなすコンクリート内表面の気泡の発生を従来に比べて飛躍的に向上させることでコンクリート表面の仕上げ作業を不要ならしめた、鋼殻セグメント製造方法を提供する。【解決手段】円弧状をなすセグメント用鋼殻１における内面側のコンクリート充填用の凹部２の開口面を前面型枠３で塞ぎ、かつ両部材を締結金具で一体化したうえ、鋼殻１の中央部上端部位１２がセグメントの頂点に位置するように両部材を所定角度前傾させて保持し、鋼殻１と前面型枠３に高周波バイブレーター１３で振動を加えながら前面型枠２の注入孔から凹部２にコンクリート４を充填することを特徴とする。    【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート充填用凹部を内面側に有するセグメント用鋼殻の前記凹部を前面型枠で塞ぎ、かつ両部材を仮固定により一体化したうえ、前記鋼殻の中央部上端が頂点に位置するように、鋼殻を円弧の内外面が鉛直配置した状態から所定角度前傾させて保持し、鋼殻と前面型枠に振動を加えながら前面型枠の注入孔から前記凹部にコンクリートを充填することを特徴とする鋼殻製コンクリートセグメントの製造方法。
【請求項２】
前記セグメント用鋼殻の前傾傾斜角は、１０度〜３０の範囲に設定したことを特徴とする請求項１記載の鋼殻製コンクリートセグメントの製造方法。  
【請求項３】
前記鋼殻と前面型枠に振動を起振する手段として、前記前面型枠に高周波バイブレーターを設置したことを特徴とする請求項１または２記載の鋼殻製コンクリートセグメントの製造方法。
【請求項４】
前記セグメント用鋼殻の傾斜により頂点部位となるセグメント中央部上端に、コンクリート溢出用孔を開設したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の鋼殻製コンクリートセグメントの製造方法。
【請求項５】
前記鋼殻と前面型枠を前傾保持する手段である支持枠を、先端側を弾性支持体等に支持させた傾斜ベース枠と、該傾斜ベース枠と一体の起立支持枠で構成し、前記傾斜ベース枠と起立支持枠に前記鋼殻と前面型枠を固定させることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の鋼殻製コンクリート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、主にシールド工法により地中を掘削するトンネルの内壁を構成する鋼殻製コンクリートセグメントの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼殻製コンクリートセグメントは、主桁と継手板とスキンプレートで内面側にコンクリート充填用凹部を有する鋼殻を構成し、前記鋼殻における前記凹部にコンクリートを充填して構成される。従来の鋼殻製コンクリートセグメントにおけるコンクリート充填方法は次に述べるものが知られている。
【０００３】
（１）円弧形状のセグメント用鋼殻の内面側を上向に寝かせて置き、上方から凹部内に低スランプのコンクリートを打設し、その表面をコテで仕上げる方法。
（２）セグメント用鋼殻を（１）と同様に仰向け（凹部を上向）に寝かせ、あるいはこれと反対に鋼殻を伏せ寝かせて（凹部を下向き）置き、かつ凹部の開口面を塞ぐように前面型枠で覆い、当該前面型枠に設けられたコンクリート注入孔から、高流動コンクリートを注入する方法。
（３）セグメント用鋼殻を円弧の内外面が鉛直配置されるように縦置きし、コンクリート打設部を前面型枠で覆い、該前面型枠に設けたコンクリート注入孔から、高流動コンクリートを注入する方法（特開２００１−４７４２０等）。
【０００４】
前記（３）のコンクリート充填方法は、図７に示すように、セグメント用鋼殻１を、その円弧状の内外面が鉛直面（イ）に位置するにして支持すると共に、鋼殻１の内面側の凹部２の開口面を前面型枠３で閉鎖し、前面型枠３の高さ方向のほぼ中間部に開設された注入孔（図示せず）から凹部２内に高流動性のコンクリート４を圧入充填し、その液面レベル９が徐々に上昇し、凹部２の最上面で円弧状の上部主桁５の内側面５ａまで充填してコンクリート４の充填が終了する。前面型枠３の上部には、主桁の内側面５ａまで円滑にコンクリート４を充填するためにコンクリート溢出パイプ６が設けてある。
【特許文献１】特開２００１−４７４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鋼殻製コンクリートセグメントの製造方法として、作業性、品質、生産性、コスト性など面を含めて総合的観点から前記（３）のコンクリート充填方法が最も実用的であるが、この方法には次の未改良点がある。すなわち、セグメント用鋼殻１の円弧状の内外面が鉛直になるように配置してその凹部２にコンクリートを充填されるため、コンクリートの自重が作用する方向は鉛直下方向である。このため、充填コンクリート４が自重作用を利用して、前面型枠３の内面と十分な圧接圧力で接触できず、このため、コンクリート４と前面型枠３の内面との間に小さな気泡７が多数存在した状態でコンクリートが打設されることになる。
【０００６】
その２は、セグメント用鋼殻１は、円弧状の内外面が鉛直面（イ）と一致するように設置されているため、上部側の主桁５ａは円弧状の全長に渡り水平配置（つまり同レベル）である。このため、水平に位置する上部主桁５の内側面５ａの横方向同レベルの全長に渡り均一の圧力を加えながら隙間なくコンクリート４を充填するには手間が掛り、かつ、そのコンクリート充填状態の確認作業の必要性が高く、このため、セグメント製作コストの高騰につながる問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、セグメント用鋼殻の内面となるコンクリート表面の気泡の発生を従来に比べて格段に減少させることで、この気泡処理のため従来必要であった表面仕上げ作業を不要ならしめた、鋼殻製コンクリートセグメントの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明の鋼殻製コンクリートセグメントは、次の構成になっている。
【０００９】
第１の発明は、コンクリート充填用凹部を内面側に有するセグメント用鋼殻の前記凹部を前面型枠で塞ぎ、かつ両部材を仮固定により一体化したうえ、前記鋼殻の中央部上端が頂点に位置するように、鋼殻を円弧の内外面が鉛直配置した状態から所定角度前傾させて保持し、鋼殻と前面型枠に振動を加えながら前面型枠の注入孔から前記凹部にコンクリートを充填する鋼殻製コンクリートセグメントの製造方法を特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記セグメント用鋼殻の前傾傾斜角は、１０度〜３０の範囲に設定したことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記鋼殻と前面型枠に振動を起振する手段として、前記前面型枠に高周波バイブレーターを設置したことを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第１〜第３の発明において、前記セグメント用鋼殻の傾斜により頂点部位となるセグメント中央部上端に、コンクリート溢出用孔を開設したことを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第１〜第４の発明において、前記鋼殻と前面型枠を前傾保持する手段である支持枠を、先端側を弾性支持体等に支持させた傾斜ベース枠と、該傾斜ベース枠と一体の起立支持枠で構成し、前記傾斜ベース枠と起立支持枠に前記鋼殻と前面型枠を固定させることを特徴とする。  
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、セグメント用鋼殻の内面側の凹部を前面型枠で塞ぎ、かつ両部材を締め付けて一体化したうえ、セグメント用鋼殻の中央部上端の外面部が頂点に位置するように両部材を垂直面に対し所定角度前傾させ、鋼殻と前面型枠に振動を加えながら前面型枠の注入孔から前記凹部にコンクリートを充填するものであるから、凹部内に注入される流動性コンクリートの自重は前面型枠の内面にも掛り、コンクリートと前面型枠との間の気泡はコンクリート自体の圧力で追い出され、さらに前面型枠に振動が加えられることで、気泡の追い出し効果は一層向上し、コンクリートの硬化後に前面型枠を脱型したときは、コンクリート表面に補修が必要なほどの比較的目立つ大きさの気泡は殆ど存在せず、したがって、従来のコンクリート表面の仕上げ作業を必要としない、高品質の鋼殻製コンクリートセグメントを効率的に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の鋼殻製コンクリートセグメントの製造方法を説明するための概要説明図で、図１（ａ）はセグメント完成状態の斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線で切断した場合のコンクリート充填時の断面説明図である。
【００１７】
図において、円弧形状の鋼殻製コンクリートセグメント１１は、上下の主桁５と左右の継手部材８とスキンプレート１０とから構成され、内面側にコンクリート充填用の凹部２が形成された鋼殻１を具備している。鋼殻１は、その中央部上端部位１２がセグメント部材の頂点に位置するように、該鋼殻１を円弧の内外面が鉛直面（イ）よりも所定角度（θ＝１０°〜３０°）前傾させて保持し、鋼殻１の内面側の凹部２の開口面を前面型枠３で閉鎖し、前面型枠３の高さ方向のほぼ中間部に開設された注入孔（図示せず）から凹部２内に高流動性のコンクリート４を圧入充填し、その液面レベル９が徐々に上昇し、凹部２の最上面で円弧状の上部主桁５の内側面５ａまで充填してコンクリートの充填を終了する。
【００１８】
前面型枠３の中央部の上部には、上部主桁５の内側面５ａまで円滑にコンクリート４を充填するためにコンクリート溢出パイプ６が設けてある。また、鋼殻１と前面型枠３に振動を発生させる手段として、該前面型枠３に高周波バイブレーター１３を設置し、この高周波バイブレーター１３を、ポンプ車によるコンクリート圧入開始から圧入終了まで稼働させる（約４〜５分）。
【００１９】
鋼殻１と前面型枠３を鉛直面（イ）よりも所定角度（θ＝１０°〜３０°）前傾させて保持する手段の１例として、地面１５にゴムその他の弾性支持体１５を設置し、この弾性支持体１５で、一端を地面１４に着けた傾斜ベース枠１６の先端を支持し、配置角度をことにする２つの傾斜ベース枠１６に前記鋼殻１と前面型枠３の下端部１７を載置することで、該鋼殻１と前面型枠３を前傾して保持できる。なお、弾性支持体１５以外の公知の支持手段でも構わない。
【００２０】
このように鋼殻１と前面型枠３を前傾させて保持して、前面型枠３の注入孔（図示せず）から鋼殻１の凹部２にコンクリート４を充填すると共に、同時に前面型枠３に取り付けた高周波バイブレーター１３を作動して鋼殻１と前面型枠３に振動を与える。それにより鋼殻１と前面型枠３は一体に振動する。この振動は傾斜ベース枠１６の基端１８を振動中心として、かつ弾性支持体１５を伸縮させながら振動する傾斜ベース枠１６の振動でもあり、該傾斜ベース枠１６に載置した鋼殻１と前面型枠３には、図１（ｂ）の（ロ）方向の振動が付与される。
【００２１】
このとき、凹部２に充填されつつあるコンクリート４は、振動により揺すられて下向きに詰め込まれ凹部２に充填されると共に、それに伴いコンクリート４に作用する鉛直下方向の自重は、前に傾斜配置されている前面型枠３の内面を押付けられるように圧接しするので、前面型枠３の内面とコンクリート４の境界面に存在する気泡は押し潰されて上方に逃れながら、順次コンクリートの充填液面９が上昇しながら充填される。
【００２２】
したがって、コンクリート４が硬化した後に前面型枠３を脱型したとき、セグメント内面側となるコンクリート表面４ａには、殆ど気泡が存在しない。これにより従来のように、前面型枠３の脱型後に、多大な時間と労力を掛けてコテなどを用いてコンクリート表面の気泡をモルタルなどで埋める表面仕上げ作業が不要となり、結果、鋼殻製コンクリートセグメントの製作コストを大幅に低減できる。
【００２３】
さらに、円弧状の鋼殻１と前面型枠３を鉛直面（イ）よりも所定角度（θ＝１０°〜３０°）前傾させているので、該鋼殻１の各部材の高さ関係をみると、該鋼殻１の中央部上端部位１２が頂点部位となり、両端側１９は前記頂点部位よりも徐々に低くなっている。これにより、前面型枠３のコンクリート注入孔（図示せず）から充填されるコンクリート４は、凹部２内で液面レベルを徐々に上昇して充填するとき、上部側の主桁５の内側面５ａにおいては、前記頂点部位よりも徐々に低くなっている両端側１９から順次充填されていき、最終充填段階において、図１（ｂ）に示すように、鋼殻１の中央部上端部位１２、つまり頂点部位が充填されて終了する。したがって、鋼殻１の中央部上端部位１２におけるのコンクリート充填状況を監視していれば、上部側の主桁５の内側面５ａの横方向全体にコンクリートが隙間なく充填されたことを確認できる。
【００２４】
図２から図６を参照してさらに具体的説明する。図２は、該鋼殻２と、そのコンクリート打設用の凹部２を塞ぐ前面型枠３とを前傾状態で転倒しないように安定的に固定支持するための支持枠２０である。該支持枠２０は、各先端が弾性支持体１５に支持された二本の長鋼部材からなる前記傾斜ベース枠１６と、該傾斜ベース枠１６に載置するセグメント用鋼殻１と前面型枠３を傾斜支持するための、傾斜ベース枠１６から立ち上がっている左右の起立支柱枠２１と、左右の起立支柱枠２１を連結するよこ枠２２と、鋼殻１および前面型枠３の後方への転倒を防ぐための、傾斜ベース枠１６の先端から立ち上がっている後部支持枠２３とからなる。
【００２５】
図２において、セグメント用鋼殻１は、Ｈ型鋼製の主桁５と継手部材８を湾曲面に沿って矩形に組み、かつ矩形枠の外面側にスキンプレート１０を固着し、セグメント内面側にコンクリート打設用の凹部２が構成され、かつ、凹部２内に鉄筋２４を配筋して構成されている。
【００２６】
図３においては、鋼殻１の凹部２の開口面を閉塞するように矩形の鋼板を所定の曲率で湾曲させ、かつ補強リブで補強して構成される。また、図４に示す前面型枠３は、これを鋼殻２に装着固定するための固定金具装着部２５が設けられている。また、前面型枠３には、コンクリートを注ぎ入れるコンクリート注入孔２６や、エアーを抜くためのエアー抜き口（図示せず）と、コンクリート溢出パイプ６の接続孔２８と、吊り上げフック等を掛けるための吊り具掛け部２９が設けられている（他の構成は、特開２００１−４７４２０と同じである）。
【００２７】
コンクリート注入孔２６は図では中央より上方に設けられているが、中央より下方に設ける方が、コンクリートと前面型枠３との境界面に気泡を発生させない点で望ましい。
う。
【００２８】
図５において、鋼殻の凹部２を閉塞するように前面型枠３が取付けられ、かつ、固定金具装着部２５を鋼殻１の縁部に引掛け、固定金具装着部２５と一体の顎付き押さえ金具３０のコッター孔にコッター３１を打ち込み鋼殻１の凹部２を水密的に閉塞し、かつ、鋼殻１と前面型枠３を一体化している。この状態で鋼殻１の外面側は、傾斜した起立支柱枠２１に沿って設置され、該起立支柱枠２１に高さ調節自在に固着される係止部材３２の爪部を鋼殻１の縁部に係止することで、鋼殻１と前面型枠３が起立支柱枠２１に固着される。また、接続孔２８には、コンクリート溢出パイプ６が接続されている。
【００２９】
さらに、本発明では、前面型枠３に所定間隔をあけて４台の型枠振動用の高周波バイブレーター１３が着脱自在に設置されている。高周波バイブレーター１３は、例えば、三笠産業製ＦＪ−８０Ａ高周波小型自振型枠バイブレーター、周波数６０００ＶＰを使用し、作動時間は、ポンプ車圧入開始から圧入終了まで稼働させる（約４〜５分）。
【００３０】
図４（および図１）の状態で、凹部２に充填されつつあるコンクリート４は、鋼殻１と前面型枠３の振動により揺すられて下向きに詰め込まれて凹部２に充填されると共に、それに伴いコンクリート４は垂直下方向の自重で、傾斜配置されている前面型枠３の内面に押付けられるように圧接するので、前面型枠３の内面とコンクリート４の境界面に存在する気泡は押し潰されて上方に逃れながら、順次コンクリート４の液面レベル９が上昇しながら充填される。
【００３１】
したがって、図６に示すようにコンクリート４が硬化して前面型枠３を脱型したとき、セグメント内面側のコンクリート表面４ａには殆ど気泡が存在せず、したがって、従来のように、前面型枠３の脱型後に、多大な時間と労力を掛けてパテを用いて気泡をモルタルで埋める表面仕上げ作業が不要となり、結果、鋼殻製コンクリートセグメント１１の製作コストを大幅に低減できる。鋼殻１と前面型枠３の傾きは、１０度から３０度程度までがよい。また、図６は、前面型枠３を脱型したのち起立支柱枠２１の背面側に控えて保持させた状態を示している。
【００３２】
本発明者は、図５の装置を作動させて鋼殻１の凹部２に高流動コンクリートを打設するコンクリート充填テストを行った。その際、前面型枠３の上部の２箇所、中央部に１箇所アクリル透明板で観察窓を設け、コンクリートの流れ（空気が鋼殻内に取り残されないか）を観察した。コンクリートの上昇は、最初両端の観察窓に到達し、その後８秒して中央の観察窓に到達したので、空気は鋼殻内に取り残されることなく排気管から出て行ったと考えられる。その後、コンクリート溢出パイプ６から充填コンクリートがオーバーフローした。コンクリート４の骨材の分布を見るため、該コンクリートの硬化後に、凹部２に充填されたコンクリートの上、中、下部において、φ２５０ｍｍのカッティングを３本行なった。
【００３３】
その結果を下記の表１に示す。表１から分るように、コンクリート４と前面型枠３との境界面である硬化コンクリート表面４ａの気泡の発生は、従来の方法と比較して、鋼殻１を約１０度傾けて、かつ前面型枠３に高周波バイブレーター１３を併用することでセグメント内面側コンクリート表面の気泡が著しく減少したことが確認された。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
以上のように、本実施形態によると、前面型枠を脱型したときは、コンクリート表面に目視できるような気泡は殆ど存在せず、したがって、従来のコンクリート表面の仕上げ作業を必要としない、高品質の鋼殻製コンクリートセグメントを効率的に製作できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の鋼殻製コンクリートセグメントの製造方法を説明するための概要説明図で、図１（ａ）はセグメント完成状態の斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線で切断した場合のコンクリート充填時の断面説明図である。
【図２】本発明の実施の形態のセグメント製造用支持枠を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態のセグメント用鋼殻を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態の前面型枠を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態のセグメント製造用支持枠にセグメント用鋼殻を固定し、該セグメント用鋼殻に前面型枠を装着した状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態の完成セグメントから前面型枠を取り外し該前面型枠を型枠収納部に収納した状態を示す斜視図である。
【図７】従来の鋼殻製コンクリートセグメントの製造方法を説明するための概要説明図で、図７（ａ）はセグメント完成状態の斜視図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した場合のコンクリート充填時の断面説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  セグメント鋼殻
２  凹部
３  前面型枠
４  充填コンクリート
４ａ  硬化コンクリートの表面
５  主桁
５ａ  主桁の内側面
６  コンクリート溢出パイプ
７  気泡
８  継手部材
９  液面レベル
１０  スキンプレート
１１  鋼殻製コンクリートセグメント
１２  中央部上端部位
１３  高周波バイブレーター
１４  地面
１５  弾性支持体
１６  傾斜ベース枠
１７  下端部
１８  基端
１９  両端側
２０  支持枠
２１  起立支持枠
２２  よこ枠
２３  後部支持枠
２４  鉄筋
２５  固定金具装着部
２６  コンクリート注入孔
２８  接続孔
２９  吊り具掛け部
３０  顎付き押さえ金具   
３１  コッター
３２  係止部材
【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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