(57)【要約】  ガラス繊維またはそれと同等の材料からなる複数の細長い縦材（２，１２）から形成され、少なくとも１つの所定の方向で互いに略平行に配置された補強材（１，１１）を備える。前記細長い縦材は、ガラス繊維製の連結部材（３，１３）によって互いに連結されるか、或いは柔軟性を有するポリマ材料からなる条片で形成される。前記鉄筋コンクリート構造物のせん断強度を高めるために、金属および／または合成繊維がコンクリートマトリックスに混合され、連結部材（３，１３）の数を大幅に減らすことを可能にする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維またはそれと同等の材料からなる複数の細長い縦材（２，１２）から形成され、少なくとも１つの所定の方向で互いに略平行に配置され、連結部材（３，１３）によって互いに連結される補強材（１，１１）を備え、金属および／または合成繊維がコンクリートマトリックスに混合されていることを特徴とする鉄筋コンクリート構造。
【請求項２】
ガラス繊維からなる前記細長い縦材（２，１２）が、波形状の外面を有することを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリート構造。
【請求項３】
前記細長い縦材（２，１２）の直径が約２８ｍｍよりも大きく約４２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄筋コンクリート構造。
【請求項４】
ガラス繊維またはそれと同等の材料からなる複数の細長い縦材（２，１２）を備え、前記細長い縦材（２，１２）は少なくとも１つの所定の方向で互いに略平行に配置され、柔軟性を有する連結部材（３，１３）によって互いに連結されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄筋コンクリート構造の補強材。
【請求項５】
前記柔軟性を有する連結部材（３，１３）が高強度の合成繊維の束から形成されるポリマ製の条片を備え、前記条片はポリマ製シースに包含されることを特徴とする請求項４に記載の補強材。
【請求項６】
前記細長い縦材（２，１２）が、ソフト・アイ製造のための金属製補強材のそれぞれの金属製縦材に接続されることを特徴とする請求項４または５に記載の補強材。
【請求項７】
トンネルやそれに類する物の掘削作業における一時的な地下構造の建造に使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄筋コンクリート構造。
【請求項８】
ガラス繊維またはそれと同等の材料からなる複数の細長い縦材（２，１２）から形成された補強材（１，１１）を少なくとも１つの所定の方向で互いに略平行に配置し、連結部材（３，１３）によって互いに連結する工程と、
地中に掘削孔（Ｔ）を形成する工程と、
前記掘削孔（Ｔ）に前記補強材（１，１１）を挿入する工程と、
前記補強材（１，１１）を組み込むために、前記掘削孔を金属および／または合成繊維を混合したコンクリート（２１）で満たす工程と、を含む地下鉄筋コンクリート構造の建造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下鉄筋コンクリート建造物用補強材、構造および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、掘削作業時のトンネルの壁およびシャフトの建造に関するが、これらトンネルの壁およびシャフトの建造に限定されるものではない。
【０００３】
トンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）のような掘削機械によるトンネルの掘削は、通常、トンネルの入口部分を含む鉄筋コンクリートシャフト構造から掘削機械によって掘削を開始する。従来、シャフトは平行六面体形状であることが多いコンクリート隔壁により建造される。シャフトは掘削後にコンクリートを打設するが、円形の杭を先に打ち込んでから掘削を開始してもよい。
【０００４】
掘削機械は通常、予め建造されたシャフトを通って、トンネルの奥に移動させられる。さらに、掘削工事が進むにつれて、トンネル、或いは別の鉄筋コンクリート構造および隔壁の経路に沿って、換気設備類、或いはアクセスステーションシャフトを設けることは、かなり一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第ＥＰ０４７５９１７号明細書
【特許文献２】国際公開公報第ＷＯ２０１１／０１５９６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かなえるべき主な課題の一つは、これらの鉄筋コンクリートの隔壁或いは構造を通過するＴＢＭの移動であり、当該隔壁或いは構造は、周囲の土より受ける曲げモーメントおよび荷重に耐えるために、鋼の棒材およびロッドによって補強される。前記鉄の棒材とその固有の延性によって与えられる補強のおかげで、鉄筋コンクリートは実際に非常に壊れ難く、前記固有の延性は、掘削機械がそれらの構造を突き抜けるのを防ぐ。
【０００７】
そのため、掘削機械の移動を妨げないコンクリート構造物の補強技術が、先般導入された。防護材のソフト・アイ（soft-eye）開口部としても知られているこの技術において、掘削機械がコンクリート構造を通過する予定の領域内で、鋼の補強材はガラス繊維（グラスファイバー）の補強材に置き換えられる。ソフト・アイをガラス繊維の棒材で形成された複数の縦材で製造し、壁或いは杭である地下構造の形状に関して適切に成形される複数の繋ぎ材によって当該ガラス繊維の棒材が保持されることは特に知られていている。
【０００８】
トンネル建造の補強構造におけるガラス繊維の補強材の使用は、掘削機械の作業を容易にし、岩や無筋コンクリート等と同程度の圧縮強度の物質と遭遇したときの進行速度以上の進行速度で、当該掘削機械は前進する。
【０００９】
一般的に、ガラス繊維は鉄よりも引張強度が大きいが、はるかに壊れやすく、ガラス繊維が破損したときには、ポリマ樹脂の長手方向の崩壊を引き起こす。ガラス繊維の補強材を有するコンクリート構造物を製造するときには、これらの特性を考慮しなければならない。そして、そのため、縦材および、特に繋ぎ材の数は、同程度の強度の鋼の補強材を有する従来の鉄筋コンクリート構造の場合よりもはるかに多い。つまり、鉄筋コンクリートやセメント用のガラス繊維の縦材および繋ぎ材で形成されるフレームは、鋼の縦材および繋ぎ材で形成される類似の従来型のフレームよりはるかに密度が高い。
【００１０】
鉄筋コンクリート構造物にガラス繊維の補強材を使用するときには、上記の点は欠点であり、充分な強度を得るために多数の縦材および繋ぎ材を必要とするため比較的高価である。掘削機械が突き抜けるときに壊される一時的な地下構造物等、一時的であることを意図した構造物に関して、この費用は特に欠点である。
【００１１】
さらにガラス繊維の補強材は、従来の鋼の補強材よりも製造が比較的複雑である。鋼の棒材は低温時でさえ容易に変形させることができる一方で、所望の寸法の繋ぎ材を製造するために、ガラス繊維の繋ぎ材は製造に先立って成形しておく必要があり、その結果大量生産でより費用がかかり、より複雑となり、より問題となる。言い換えれば、ガラス繊維の補強籠や補強フレームは類似の鋼の籠やフレームと同様の方法で組み立てられるが、主要な差異は、ガラス繊維の繋ぎ材は現場では曲げたり溶接したりできず、製造所で用意しなければならないことである。このことは建造物を複雑にし、特に地下構造を建造するときには、ガラス繊維の補強材で補強されたコンクリート構造物の製造、輸送、および設置をはるかに困難にする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願発明は、強固な地下建造物用補強材、構造および方法を用いて、従来技術のこれらおよび他の欠点を解決することを提案し、当該地下建造物は製造が容易で比較的経済的である。上述の目的を達成するために、本発明は、添付の特許請求の範囲に記載された特徴を有する地下鉄筋コンクリート建造物用補強材、構造および方法に関する。
【００１３】
実施例において、ガラス繊維、或いはガラス繊維と強度と脆性の類似する特性を有する素材の、補強材、籠、フレーム、或いは骨組みには、互いに平行に配置され、複数の連結部材によって保持された複数の縦材、好適には滑らかな外面、或いは波形状の外面を有する長いガラス繊維の棒材、が使用される。当該複数の連結部材は、限定されるわけではないが好適には、補強材を輸送のために圧縮することができるように、前記ガラス繊維の棒材の長手方向を実質的に横切る平面において柔軟性がある。
【００１４】
補強材は、複数の比較的硬質な連結部材、ガラス繊維、繋ぎ材或いはそれと同様のものを含み、所定の幾何学的形状を有する。言い換えれば、前記繋ぎ材は基本構造の機能を有せず、そして、地下構造物の強度計算に重要な役割を果たさない。非常に多数の硬質の繋ぎ材を使用する従来技術の補強材の建造に比べ、ガラス繊維の繋ぎ材の少なさが補強材の建造を非常に容易にする。ガラス繊維の補強材を組み込むために成形されるコンクリートは、一定量の金属および／または合成繊維を含み、当該金属および／または合成繊維は、特に表面積が大きい場合には、実質的なせん断強度を前記コンクリートに与える。意外にも、繊維で補強したこの種のコンクリートは、前記繊維を金属に置き換えたとしても掘削機械が容易にそのコンクリートの構造を貫通すること、該掘削機械が前記コンクリートを破壊することを妨げない。さらに、本発明の鉄筋コンクリート構造の縦材を形成するガラス繊維の棒材は、前記棒材内のガラスフィラメントの連続性の結果として、優れた曲げ強度を与える。セメント骨材に金属および／または合成繊維を入れることによって、鉄筋コンクリート建造物のせん断強度が高まる。
【００１５】
前記柔軟性がある繋ぎ材は、好適には強靭で丈夫なポリマ製シース内に包含された非常に強靭な合成繊維の束からなる、ポリマ素材の条片から作成される。
【００１６】
以下の実施例の詳細な説明において、単に非限定例として提供される添付図面を参照して、本発明のさらなる特徴と優位性を述べる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】地中の鉄筋コンクリート構造用の杭の製造のためのガラス繊維補強材の実施例の斜視図である。
【図２】“ソフト・アイ”を備える地中壁の製造のための補強材の別の実施例の斜視図である。
【図３】図２の補強材を用いて得られる“ソフト・アイ”を備える地中壁の断面の概略図である。
【００１８】
図１は地中の鉄筋コンクリート構造に用いる杭の製造用のガラス繊維補強材１の実施例を示す斜視図である。ガラス繊維補強材１は複数のガラス繊維の縦材２を備え、当該縦材２は、互いに離れて平行に延び、鉄筋コンクリート構造に使用される既知の金属製縦材とほぼ同様の方法で配置される。縦材２は連結部材３により適所に保持されるが、既知の補強材と比較して縦材２同士が互いに離れて保持される。連結部材３は、束ね具や留め具等によって縦材２に取り付けられてもよい。或いは、接着剤或いは同種の別の手段によって連結されてもよい。
【００１９】
連結部材３もまたガラス繊維から形成され、それによって、補強材１は所定の幾何学的形状、例えば図１に示される円柱形状に維持される。或いは図２および図３に示されるように、補強材１が所望の形状、主として壁や隔壁を建設する場合の平行六面体形状に維持される。この場合、前記補強材１は製造所で製造され、その後使用現場へ輸送されることが好ましい。
【００２０】
他の実施例において連結部材３は、強靭で耐久性のあるポリマシース（polymer sheath）に包含された、高強度の合成繊維の束からなるポリマ素材の条片から形成される。特に使用に適した条片としては、地盤を補強するために使用され、オフィシネ・マッカフェリイ・ソシエタ・ペル・アチオニ社のパラウェブ（登録商標）として知られる条片がある。柔軟性を有する連結部材３を使用することにより、縦材２を密集させて補強材を圧縮することができる。これにより、補強材の製造場所から使用場所への輸送が容易となる。連結部材３の製造に前記条片を用いることで、縦材２を密集させることができ、それでいて、軸方向における相対的なずれを防止することができる。言い換えれば、連結部材３として用いられる条片は、ガラス繊維の棒材の軸を横切る方向の平面において柔軟性を有することが望ましく、それにより輸送する際には補強材を圧縮することができる。また、縦材２の軸を横切る方向に連結部材３を可能な限り伸長して縦材２同士を離すことにより、補強材を所望の幾何学的形状とすることができる。
【００２１】
縦材２は、限定されるわけではないが好適には、直径が約２８ｍｍよりも大きく、限定されるわけではないが好適には、約４２ｍｍよりも小さい。縦材２の好適な寸法は、建設される地下構造特有の設計に依存するが、より小さい直径の縦材２の使用は不利であることが理解されるだろう。なぜなら、周囲の地盤より受ける力に耐えられるように地下建造物に必要な強度を与えるために、縦材２が比較的大量に必要になるからである。上記寸法より大きな直径の縦材２は、あまり好まれない傾向がある。理由は、せん断応力の伝達に伴う遅延のせいで、前記棒材の外面に最も近いガラス繊維が負担する応力ほどには、断面中心に最も近いガラス繊維は応力を受けないからである。通常この問題は、より小さな直径の棒材と比較して、直径が大きいガラス繊維の棒材の強度と効率を相対的に低下させることにつながる。
【００２２】
図２は、図１の補強材に類似する補強材１１を備える、“ソフト・アイ”の構造の斜視図であるが、ガラス繊維の細長い棒材によって形成される縦材１２を備え、ソフト・アイは平行六面体形状の幾何学的形状を有する。当該棒材の外面は滑らか、或いは好適には波形状であり、縦材１２は互いに離れて平行であり、連結部材１３により保持される。上述のように、連結部材１３はガラス繊維の繋ぎ材のように硬質であり、また、前記ポリマ素材の条片を使用することにより柔軟性を有することが好ましい。
【００２３】
ソフト・アイとして機能するガラス繊維の補強材１１は、鋼の縦材１５および鋼の繋ぎ材１６で形成される従来の鋼の補強材１０に、例えば結束手段１７によって固定される。鋼の補強材１０から独立しているガラス繊維の補強材１１の高さＤは、以下に詳細に記載されるように、少なくともＴＢＭの掘削寸法に等しい。
【００２４】
図３の概略断面図から判るように、補強材１１は使用時に地中の掘削孔Ｔ内の地下コンクリート構造２０の補強材を形成する。この地下コンクリート構造２０は、補強材１１を組み込むコンクリート骨材２１を使用し、地下建設分野における周知技術によって建設される。
【００２５】
特定の特徴によれば、コンクリート骨材２１は、複数の金属および／または合成繊維をその中に含む。そのような合成繊維の例としては、オフィシネ・マッカフェリイ・ソシエタ・ペル・アチオニ社製の登録商標名ウィランドで知られている繊維がある。前記金属および／または合成繊維は、コンクリートが流動状態の時に混合されるため、コンクリート内でランダムに分布している。合成繊維はコンクリート骨材２１に取り入れられ、ガラス繊維の補強材１１において横補強用繋ぎ材を不要にする。少なくとも使用する必要性を大幅に低減するのに充分なせん断強度をコンクリート骨材２１に与える。地下の鉄筋コンクリート建造物に通常使用される手順と異なっている訳ではなく、そして、本発明を使用する訓練を受けていない人々にとっても、建造現場で実施することが特に簡単である手順に、本発明の鉄筋コンクリートによる建造物の製造が可能となる。
【００２６】
補強材１，１１のそれぞれの縦材２，１２を形成する上記のガラス繊維の棒材は、既製物である。連結部材３，１３はガラス繊維から形成されてもよい。そのような場合には、連結部材３，１３は、標準的、或いはそれらが使用される特定の設計に合わせてある寸法と大きさの既製物である。いずれの場合においても、連結部材３の数が比較的少ないことは、特定の設計に合わせて製造する時でさえ、補強材１の製造が比較的経済的である。
【００２７】
例えば上述のポリマ製の条片を使用した柔軟性を有する連結部材３，１３の実施例においては、補強材１，１１の製造が特に経済的で有利である。また、補強材を使用する地下構造物の建造現場に輸送するためにある大きさにし、圧縮した連結部材のように、条片が切断可能であり、補強材の製造において形状および寸法を特定の設計に調整することが容易となる。
【００２８】
建造現場において所定の形状に縦材２，１２を配置し、連結部材３，１３が硬質である場合は連結部材３，１３に固定することで前記縦材２，１２を適所に保持することによって、或いは、連結部材３，１３が、例えば上述のポリマの条片や同様に機能する部材の様に柔軟性がある部材で形成されるときには、前もって収縮させた補強材１，１１を拡張することによって、最初に補強材１，１１が用意される。
【００２９】
周知の方法で地中の掘削孔Ｔが形成された後に、例えば杭を形成するために、円柱形状の補強材１が掘削した孔の中に挿入される。ＴＢＭ掘進用の隔壁或いはシャフトにおいてソフト・アイを形成するために、例えば補強材１０に接続される平行六面体形状の補強材１１が掘削した孔の中に挿入される。その後、現場で用意された、或いは遠隔地の生産工場で生産され、コンクリートミキサー車で現場に運ばれたコンクリートは、前記掘削した孔に注がれる。コンクリート骨材２１は、金属および／または合成繊維、例えば出願人による欧州特許第ＥＰ０４７５９１７号明細書に開示されたタイプの合成繊維と混合することもできる。出願人による国際公開公報第ＷＯ２０１１／０１５９６６号に開示された方法に従って、前記合成繊維を前記コンクリートに混合し、前記コンクリートを流し込み、硬化させた後に、地下構造の建造が完了する。
【００３０】
この方法で設けられる建造物は、前記コンクリートによって得られる圧縮強度、前記ガラス繊維の縦材によって得られる曲げ強度、および、前記コンクリートマトリックスに入れられている前記合成繊維によって実質的に得られるせん断強度を特徴とする。前記構造の別の重要な特徴としては、トンネルの掘削作業中に、掘削機械、特にＴＢＭを用いて当該構造を容易に貫通および粉砕できることにより、仮設トンネルの壁およびＴＢＭ掘進用シャフトの建造に本願発明を利用することが可能となる。前記コンクリートに混合される前記合成繊維の使用は、当該構造全体の強度を損なうことなく、前記縦材用の連結部材の数を実質的に低減することを可能にする。前記連結部材の数を低減することで、比例的にそれらを縦材に連結するのに必要な時間もまた低減する。そのため、掘削作業が進行するにつれて粉砕されるように設計されているために一般的に短命な構造の、建造コストの大幅な削減をもたらす。
【００３１】
貯蔵および輸送コストがそうであるように、使用される連結部材が柔軟性を有するときは、特定の計画に合わせた可能性のある様々な形状の構造の建造コストもまた低減される。
【００３２】
本発明の原理が同様であるなら、記載され図示された実施例および構造的な詳細に関して、本発明の範囲から逸脱することなく広く変更してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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