(57)【要約】【課題】大深度で大口径のシールドトンネルにおいて、その部材厚さを薄くでき、その隅角部の欠損がないセグメント及びその製作方法を提供すること。【解決手段】所要の曲率を備えた矩形の版であって高強度のセメント系材料４１から製作された一般部２と、セグメント間継手部を構成する該一般部２の端面に設けて繊維補強セメント系混合材料によって製作された端面部材３とからなり、一端又は両端の該端面部材３表面にはその延伸方向にシール溝３１を刻設したセグメント１を製作する。端面部材３表面と一般部２表面には両者を跨ぐように防水塗装処理を施しておくこともできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリートを基材とするトンネルライナー用セグメントであって、
前記セグメントは、所要の曲率を備えた矩形の版であって高強度のセメント系材料から製作された一般部と、セグメント間継手部を構成する該一般部の端面に設けて繊維補強セメント系混合材料によって製作された端面部材とからなり、一端又は両端の該端面部材表面にはその延伸方向にシール溝を刻設してなる、
セグメント。
【請求項２】
前記端面部材と前記一般部を跨ぐように該端面部材表面と該一般部表面に防水塗装処理を施してなることを特徴とする、
請求項１記載のセグメント。
【請求項３】
請求項１又は２記載のセグメントの製作方法であって、
予め製作された前記端面部材を型枠内に設置し、
鉄筋を型枠内に設置し、
型枠内に高強度コンクリートを打設して前記セグメントを製作する、
セグメントの製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セグメントとその製作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法は、都市部において地上交通や既設建物への影響を最小限にしてトンネルを構築できる施工方法であり、近年、その需要は益々拡大している。特に、「大深度地下の公共的使用に関する特別措置法（大深度法）」の制定以降、大口径且つ大深度のシールドトンネルの建設市場での更なる拡大が予想される。
【０００３】
大深度における大口径シールドセグメントの設計条件の特徴を以下に示す。
（１）セグメントの横断面方向（トンネル軸に垂直に切断した断面）においては、圧縮力と曲げモーメントが断面力として作用するが、深度が深くなるにしたがって圧縮力が卓越してくる。
（２）セグメントに作用する圧縮力が卓越してくると、セグメント継手面に存在する止水シール溝による断面欠損がセグメント構造へ与える影響を無視できない状況となってくる。特に大深度となると止水シール溝の幅は広くなり、断面欠損面積が広くなってセグメントの局部的な強度不足を招来する。
（３）大深度トンネルにおいてはセグメントも大型化してくる。セグメントが大型化するとその運搬時や組立て時にセグメント隅角部が欠損しやすく、隅角部に配筋がなされていない場合は欠損の可能性がより高くなる。
【０００４】
ところで、従来の鉄筋コンクリート製セグメントは、圧縮強度がせいぜい５０Ｎ／ｍｍ２程度のコンクリートを用いて、セグメントの厚さがシールドトンネル外径の４〜６％程度の形状のものを製作していた。大深度且つ大口径のシールドトンネルにおいては後述する諸問題が生じ得るため、部材厚を薄くする必要がある。部材厚を薄くするためには従来の圧縮強度５０Ｎ／ｍｍ２程度のコンクリートではなく、圧縮強度１００Ｎ／ｍｍ２程度の高強度コンクリートを用いる必要性が生じてくる。高強度コンクリートを使用してセグメントを製作する場合、従来に比べてセメント量を増大するだけでは足りず、高流動性を備えたコンクリートとなるような配合とする必要がある。すなわち、水セメント比を低くして、高性能減水材を添加し、スランプフローで５０ｃｍ以上の流動性を確保するのが好ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記した従来のセグメントにあっては、次のような問題点がある。
＜１＞シールドトンネルが大口径で且つ大深度に設置される場合、セグメント厚が厚くなり、セグメントの自重が増大する。セグメントの自重が増大すると、横断面方向でセグメント自重による曲げモーメントが大きくなり、更に大きな曲げ剛性を必要としてセグメントの部材厚さを大きくする必要が生じ得る。
＜２＞セグメントの自重が増大すると、セグメント組み立て時のハンドリングが悪くなり、組み立て作業に要する施工時間が長期化する。
＜３＞セグメントの自重が増大するとセグメントの運搬重量が増加し、一回の運搬数量の減少に伴ってコストアップとなり得る。
＜４＞セグメントの部材厚さが大きくなると、セグメントの部材厚さ分だけシールド掘進機の直径を大きくする必要があり、シールド掘進機の製作コストが増加する。
＜５＞セグメントの部材厚さが大きくなると、セグメントの部材厚さ分だけ掘削断面を大きくする必要があり、掘削土量の増大に伴って処分すべき一般土砂と産業廃棄物として処理する処理土量が増加することで費用が増大する。
＜６＞鋳鉄セグメントや鋼材とコンクリートの複合構造のセグメントを使用する場合には、防錆施工をおこなう必要がある。また、地下水による漏水を防ぐには製作精度を上げる必要がありコストアップとなる。さらに、防錆維持には高い維持費用が必要となるなど、コンクリート製セグメントに比して問題点が多い。
＜７＞高強度コンクリートを使用してセグメントの部材厚が薄くなっても、止水用のシール溝が狭くなるわけではない。したがって、セグメントのリング継手面に存在するシール溝による断面欠損が比較的大きなものとなり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記のような問題を解決するために、本発明のセグメントは、鉄筋コンクリートを基材とするトンネルライナー用セグメントであって、前記セグメントは、所要の曲率を備えた矩形の版であって高強度のセメント系材料から製作された一般部と、セグメント間継手部を構成する該一般部の端面に設けて繊維補強セメント系混合材料によって製作された端面部材とからなり、一端又は両端の該端面部材表面にはその延伸方向にシール溝を刻設してなるセグメントである。
【０００７】
また、前記端面部材と前記一般部を跨ぐように該端面部材表面と該一般部表面に防水塗装処理を施したセグメントを製作することもできる。
【０００８】
さらに、本発明のセグメントの製作方法は前記セグメントの製作方法であって、予め製作された前記端面部材を型枠内に設置し、鉄筋を型枠内に設置し、型枠内に高強度コンクリートを打設して前記セグメントを製作する、セグメントの製作方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のセグメント及びその製作方法は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞セグメント間継手部は超高強度の繊維補強セメント系混合材料により製作した端面部材にて構成されるため、該継手面に設けたシール溝に断面欠損が生じた場合でも、構造上の弱部となることはない。
＜２＞セグメントの隅角部は超高強度の繊維補強セメント系混合材料にて製作された端面部材で補強されているため、セグメントの運搬時や組立て時において隅角部が欠損する可能性は極めて低くなる。
＜３＞セグメントの部材厚さを薄くできるため、掘削土量を減らして産業廃棄物処理量を低減できる。また、大深度で大口径のシールドトンネルの施工においてもシールド掘進機の直径を小さくできるため、シールド掘進機の製作コストを低減することが可能となる。
＜４＞大深度で大口径のシールドトンネルの施工において、セグメントの部材厚さを薄くできるため、セグメント自重の軽量化につながり、セグメント組み立てのためのエレクター設備を小規模化できる。また、セグメント自重の軽量化によってセグメントの組み立て時間の短縮化、運搬の効率化につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
＜１＞セグメント
本発明のセグメント１は、鉄筋コンクリートを基材とするトンネルライナー用のセグメントである。セグメント１は施工するトンネル内径と分割数に応じて所要の曲率を備えた矩形の版として成形される。
セグメント１は図１に示すように、一般部２と端面部材３とから構成できる。一般部２は、上記するように所要の曲率を備えた矩形の版であり、本発明においては、高強度で高流動のセメント系材料４１から製作するのがよい。一方、後述する端面部材３は、セグメント間継手部となる端部に設けるセグメント１の構成部材である。端面部材３は、超高強度の繊維補強セメント系混合材料によって製作するのがよい。
【００１１】
本発明においては、大深度で大口径のシールドトンネルの構築に際し、部材厚さを従来のセグメントよりも５０〜７０％程度に薄くしたセグメント１を提供することを目的としている。そのために、高強度で高流動のセメント系材料４１を使用してセグメント１の一般部２を製作する。すなわち、従来使用していたセメント系材料よりも高性能の材料を使用することでセグメント外形をスリム化するものである。ここで、高強度とは、従来の鉄筋コンクリート製セグメントに使用するセメント系材料の圧縮強度が５０Ｎ／ｍｍ２程度に対して、圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ２程度の材料特性をいう。トンネルの横断面方向及びトンネル軸方向に卓越する圧縮応力に対して、圧縮強度の高いセメント系材料４１を使用することによって、セグメント１の部材厚さを薄くすることが可能となる。
また、高流動とは、流動性が高く自己充填性があって、一般に振動機等による締固めを不要とする材料特性をいう。
【００１２】
本発明のセグメント１は、特に大深度且つ大口径のシールドトンネル構築用として使用するのが好ましい。セグメント１の一般部２は高強度コンクリートにて従来に比べて薄厚とし、端部（端面部材３）は超高強度コンクリートによって構成することで、セグメント端部の破損を防止でき、形状のスリム化によって工費を低減することができる。
【００１３】
＜２＞端面部材
端面部材３は、セグメント１の端部、特にセグメント間継手部を構成する端面に備えた細長の板状体である。端面部材３はセグメントのリング方向断面と同一の断面形状（例えば矩形断面）を備えて製作する。
端面部材３のうち、一般部２と接合する面は凹凸状に加工するのが好ましい。セグメント１製作時に一般部２と端面部材３を一体成形することとなるが、接合面を凹凸状に加工することで、かかる一般部２と端面部材３の接合部の構造特性（付着力やせん断耐力など）を高めることができる。
一方、端面部材３のうち、隣接するセグメント１と接合する面は、フラットな面に該端面部材３の延伸方向に刻設した一条のシール溝３１を備えて製作される。
セグメント１，１同士が接合してできるシール溝３１，３１内には公知の止水シール材を設置する。
また、上記するフラット面の中央付近において該端面部材３の延伸方向に所定長さの断面半円形の溝を刻設しておくこともできる。リング方向にセグメント１を接合していく際に、接合するセグメント１，１同士の端面部材３，３の接合面に刻設した上記溝（２つの溝が合わさることで断面円形の細長溝が形成される）内に断面円形の細長の円柱棒体を備えておくことで、セグメント１，１同士を簡易かつ正確に接合施工できるとともに接合時のセグメント１の横ずれ等を防止することができる。また、公知のボルトやくさび等による継手を設けて、セグメント１，１同士を接合することもできる。
【００１４】
繊維補強セメント系混合材料としては、例えば、セメント、ポゾラン質微粉末と珪石の粉末、シリカフューム、粒径３ｍｍ以下の珪砂、高性能減水剤に水を単位水量（出来上がりコンクリート容積１ｍ3当たり）として１７５〜１８０ｋｇ程度（水／セメントの比率が２０〜２２％程度）を加えた高強度セメント系マトリックスに、直径が０．１〜０．３ｍｍで、長さが８〜１６ｍｍ、引張降伏応力度が２６００〜２８００Ｎ／ｍｍ２の超高強度の鋼繊維を容積で２％程度混入して得られる圧縮強度２００〜２２０Ｎ／ｍｍ２、曲げ強度４０〜４５Ｎ／ｍｍ２、付着強度１５〜９０Ｎ／ｍｍ２、透気係数２．５×１０-１８ｍ２、吸水率０．０５ｋｇ／ｍ3、塩分拡散係数０．０２×１０-１２ｍ２／ｓｅｃ、弾性係数５０〜５５ＧＰａの特性を備える材料を使用するのが好ましい。
【００１５】
セグメント１の端面を超高強度コンクリートからなる端面部材３にて補強することにより、セグメント１隅角部の損傷の可能性が極めて低くなる。また、繊維補強セメント系混合材料を構成する鋼繊維（金属繊維）の引張り抵抗作用によって、端部ひび割れの発生も防止することができる。さらに、セグメント１のリング方向において、端面部材３に局部荷重が作用した場合でも、相対的に一般部２よりも極めて硬い端面部材３によって局部荷重が端面部材３と接合している一般部２の全断面にほぼ均等に荷重分散することとなる。
【００１６】
また、端面部材３と一般部２とを跨ぐように該端面部材３表面と該一般部２表面に防水塗装処理を施しておくのが好ましい。端面部材３と一般部２との接合部に防水処理を施しておくことで、かかる接合部が漏水の弱部となることを防止でき、またセグメント１，１の接合面は防水シール材にて防水処理がおこなわれていることからセグメントリングの全周にわたって漏水対策が施されたこととなる。
【実施例】
【００１７】
図２〜４を参照して、本発明のセグメントの製作方法を説明する。
【００１８】
１ピースのセグメント１を製作するための型枠５内において、予め製作された端面部材３を設置する（図２参照）。ここで、使用する型枠５は、型枠の変形が殆どなく、多数回の転用が可能な鋼製材料にて製作するのがよい。ここで、型枠５は、少なくとも、セグメント１の内周面の曲率を備えた底面板材５１と、底面板材５１表面上で該底面板材５１に垂直に取り付けた側面板材５２，５２とから構成される（図３参照）。
ここで、従来は、上記構成のほかにセグメント間継手となる端部にも別途の側部板材を備えて型枠５を成形していたが、本発明のセグメント１は端面部材３をリング方向端部にその構成要素として設置するため、予め製作された端面部材３，３を底面板材５１上で相対する側面板材５２，５２の間に設置すればよい。すなわち、上記する別途の側面板材を設けないことも可能である。
なお、底面板材５１及び側面板材５２には端面部材３を係止可能に夫々突起部５３，５４を備えておくのがよい。
【００１９】
型枠５に端面部材３，３を設置後、側面板材５２，５２と端面部材３，３と底面板材５１によって形成された箱型の内部に所要の鉄筋６を設置する。
鉄筋６を設置後、上記箱内に高強度かつ高流動なセメント系材料４１を打設していく（図４参照）。
所定の養生期間経過後、型枠５を脱型してセグメント１が製作される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のセグメントを示した斜視図。
【図２】本発明のセグメントの製作方法のうち、端面部材を型枠内に設置した状況を説明した縦断図。
【図３】図２の平面図。
【図４】本発明のセグメントの製作方法のうち、型枠内にコンクリートを打設した状況を説明した縦断図。
【符号の説明】
【００２１】
１・・・・セグメント
２・・・・一般部
３・・・・端面部材
３１・・・シール溝
４１・・・セメント系材料
５・・・・型枠
６・・・・鉄筋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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