(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
小判形中空筒体が、内部の地盤を掘削されることにより、地下に埋設されて構造物を構築する工法に用いられる前記小判形中空筒体であって、
小判形のうち実質直線部が鉄筋コンクリート製であり、実質円弧部が鋼製であることを特徴とする小判形中空筒体。
【請求項２】
前記小判形のうち実質直線部に鉄筋コンクリート製ピース部材が用いられ、実質円弧部に鋼製ピース部材が用いられ、これらの各ピース部材は筒体の軸方向に所定幅を有し周方向に及び軸方向に連結され、周方向に連結されて構成された小判形リング体を軸方向に積層した構造を有することを特徴とする請求項１記載の小判形中空筒体。
【請求項３】
前記各ピース部材は千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項２記載の小判形中空筒体。
【請求項４】
前記各ピース部材同士はボルトにより連結され、この連結ができるように各ピース部材の内側または外側に継手構造が形成されることを特徴とする請求項２または３記載の小判形中空筒体。
【請求項５】
前記小判形中空筒体の軸方向先端を構成する各ピース部材には、地盤に圧入するための刃口が形成され、刃口同士が連結され一体化されることを特徴とする請求項２、３、または４記載の小判形中空筒体。
【請求項６】
前記刃口同士の連結が、溶接によって行われることを特徴とする請求項５記載の小判形中空筒体。
【請求項７】
前記各刃口には、フリクションカッタが設けられていることを特徴とする請求項５、または６記載の小判形中空筒体。
【請求項８】
前記小判形リング体は、周方向に貫くＰＣ鋼材で緊張されプレストレスが加えられたことを特徴とする請求項２、３、４、５、６、または７記載の小判形中空筒体。
【請求項９】
前記鉄筋コンクリート製ピース部材は、小判形中空体の周方向に貫くＰＣ鋼材で緊張されプレストレスが加えられたことを特徴とする請求項２、３、４、５、６、または７記載の小判形中空筒体。
【請求項１０】
前記小判形のうち実質直線部は、複数の鉄筋コンクリート製ピース部材続きが連結されて構成され、これら複数の鉄筋コンクリート製ピース部材は、小判形中空体の周方向に貫く共通のＰＣ鋼材で緊張されプレストレスが加えられたことを特徴とする請求項２、３、４、５、６、または７記載の小判形中空筒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地下に埋設されて構造物を構築する小判形中空筒体の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄筋コンクリート製あるいは鋼製の小判形中空筒体を地下に埋設して構造物を構築する工法が存在する。この構造物としては、地中に構築される立坑、柱体など多数のものが存在する。
【０００３】
このうち立坑は、道路に沿って地下にトンネルを構築する際に、トンネルを掘削する掘削機を地下に降ろすための立坑として用いられることが多く、立坑の平面形状を小判形とすることにより、水平方向に細長い掘削機械に合理的に対応でき、また幅員の限られた道路に対して効果的に大きな開口部を得ることができる。
【０００４】
このような平面形状が小判形の小判形中空筒体は、更に、高速道路、鉄橋、あるいは陸橋などの橋脚の耐震補強を行う際の土留壁にも用いられることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような小判形中空筒体は、通常は矢板、鋼管、ライナープレートなど鋼製のものが用いられるが、ある程度以上の大きさになると土圧などに対する剛性が十分でなくなるので、小判形中空筒体の内側の両壁を支えるための隔壁や梁を設ける。しかし、隔壁や梁を設けることにより、掘削などの工事が非常にやりにくいものになる。
【０００６】
これに対し、鉄筋コンクリート製の小判形中空筒体は、土圧に対しより大きな剛性を有することができ隔壁や梁は不要になることが多いものの、コンクリートを打設・養生するための型枠が高価であり、用途先に応じた寸法などで個々に型枠を作成することは鉄筋コンクリート製小判形中空筒体のコストを著しく高価なものにしてしまう。小判形中空筒体は、施工条件上、また合理的設計上、用途に応じて仕様はそれぞれ異なることが多く、このため、小ロットの製品となるためである。
【０００７】
この発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、十分な剛性を有する安価で施工性のよい小判形中空筒体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、下記の発明をするに至った。
第一の発明は、小判形中空筒体が、内部の地盤を掘削されることにより、地下に埋設されて構造物を構築する前記小判形中空筒体であって、小判形のうち実質直線部が鉄筋コンクリート製であり、実質円弧部が鋼製であることを特徴とする小判形中空筒体である。
【０００９】
また、第二の発明は、さらに、小判形のうち実質直線部に鉄筋コンクリート製ピース部材が用いられ、実質円弧部に鋼製ピース部材が用いられ、これらの各ピース部材は筒体の軸方向に所定幅を有し周方向に及び軸方向に連結され、周方向に連結されて構成された小判形リング体を軸方向に積層した構造を有することを特徴とする小判形中空筒体である。
【００１０】
また、第三の発明は、さらに、各ピース部材は千鳥状に配置されていることを特徴とする小判形中空筒体である。
【００１１】
また、第四の発明は、さらに、各ピース部材同士はボルトにより連結され、この連結ができるように各ピース部材の内側または外側に継手構造が形成されることを特徴とする小判形中空筒体である。
【００１２】
また、第五の発明は、さらに、小判形中空筒体の軸方向先端を構成する各ピース部材には、地盤に圧入するための刃口が形成され、刃口同士が連結され一体化されることを特徴とする小判形中空筒体である。
【００１３】
また、第六の発明は、さらに、刃口同士の連結が、溶接によって行われることを特徴とする小判形中空筒体である。
【００１４】
また、第七の発明は、さらに、各刃口には、フリクションカッタが設けられていることを特徴とする小判形中空筒体である。
【００１５】
また、第八の発明は、さらに、小判形リング体は、周方向に貫くＰＣ鋼材で緊張されプレストレスが加えられたことを特徴とする小判形中空筒体である。
【００１６】
また、第九の発明は、さらに、  鉄筋コンクリート製ピース部材は、小判形中空体の周方向に貫くＰＣ鋼材で緊張されプレストレスが加えられたことを特徴とする小判形中空筒体である。
【００１７】
また、第十の発明は、さらに、小判形のうち実質直線部は、複数の鉄筋コンクリート製ピース部材続きが連結されて構成され、これら複数の鉄筋コンクリート製ピース部材は、小判形中空体の周方向に貫く共通のＰＣ鋼材で緊張されプレストレスが加えられたことを特徴とする小判形中空筒体である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を、図１乃至図１０において説明する。
図１、図２の全体図に示す小判形中空筒体１は、小判形の直線部の一部が鉄筋コンクリート製ピース部材３（図３（Ａ））から構成される。また、小判形の直線部のうち残りの部分と円弧部の一部は、部分的に湾曲したＪセクション部材と呼ばれる鋼製ピース部材５（図３（Ｂ））によって構成される。
【００１９】
更に、残りの円弧部は共通の形状を有する鋼製ピース部材７、９（図４（Ａ）（Ｂ））から構成される。これらの各ピース部材３、５、７、９、は、図２の小判形中空筒体１の平面図から分かるように、小判形の中心を挟んで１８０度の位置で同一のものが使用される。
【００２０】
このうちコンクリート製ピース部材３は、工場において型枠の内部に鉄筋籠を配置し、型枠に設けられたコンクリート注入口からコンクリートを打設し養生した後に、型枠を取り外すことで製造されるプレキャスト製品である。
【００２１】
各鋼製ピース部材５、７、９は、周方向に細長く伸びて湾曲する主桁を有する。この主桁１１は一対が平行に上下に配置される。各主桁１１の両端には一対の継手板１３が配置される。また各主桁１１の中央部分には３つの縦リブ１５が配置される。これら主桁１１、継手板１３、縦リブ１５はそれぞれ鋼板によって形成され、互いが溶接により接続される。この接続によって構成された枠体の外側にスキンプレート１７が溶接により接続される。
【００２２】
各ピース部材３、５、７、９、が周方向に連結することで構成された小判形リング体は、軸方向すなわち上下方向に連結され積層される。このとき、各小判形リング体１９は、図２における裏表の関係を逆にしながら積層され、したがって各ピース部材３、５、７、９は千鳥状に配置される（図１参照）。
【００２３】
小判形中空筒体１の軸方向先端、すなわち最下端を構成する各ピース部材３Ａ、５Ａ、７Ａ、９Ａ、には、刃口２１が形成される（図５および図６）。この刃口２１は、小判形中空筒体１が地盤に圧入される際に地盤との摩擦を減少し圧入力を小さくするためのものである。
【００２４】
各刃口２１は図９に示すように、外周が鋼板２３で囲まれ、内部は鉄筋コンクリート２５となっている。この刃口２１が設けられるピース部材が鉄筋コンクリート製ピース部材３Ａである場合には、ピース部材の鉄筋コンクリート３Ｂと刃口２１内部のコンクリートまたはモルタル２５は一体的に養生される。そして、刃口２１を囲む鋼板２３には図示しないアンカー筋、等が接続され、鉄筋コンクリート２５にしっかりと一体化される。
【００２５】
また刃口２１が設けられるピース部材が鋼製ピース部材５Ａ、７Ａ、９Ａである場合には、刃口２１を囲む鋼板２３はピース部材の鋼板１１、１３、１５と連続的に設けられ、又は溶接により接続される。刃口２１のうち、小判形中空筒体１の外側の部分には、刃口２１の先端から所定幅上方にかけて鋼板２７が溶接され、フリクションカッタを形成している。このフリクションカッタにより、圧入時に地盤と小判形中空筒体１との摩擦（フリクション）を減少させ、圧入力をより小さいものにできる。
【００２６】
各ピース部材３、５、７、９同士の連結はボルト２９によって行われる（図７、図８、図９）。すなわち、たとえば鉄筋コンクリート製ピース部材３が有する六面体形状のうち、隣接するピース部材に連結される面には、継手構造として植え込みナット３１または継手ボックス３３が設けられる。
【００２７】
すなわち隣接するピース部材が上側にくる鉄筋コンクリート製ピース部材３である場合（図８（Ａ））には、その下面に継手ボックス３３が設けられる。また隣接するピース部材が下側にくる鉄筋コンクリート製ピース部材３である場合（図８（Ａ））には、その上面に植え込みナット３１が設けられる。このとき、継手ボックス３３内側の下面に開けられたボルト孔３５を通してボルト２９を挿入すると、下側に隣接する鉄筋コンクリート製ピース部材３の植え込みナット３１に螺合することができる。
【００２８】
また、連結の際に隣接するピース部材が鋼製ピース部材５、７、９、である場合に、連結する鉄筋コンクリート製ピース部材３の面には植え込みナット３１が設けられる。このとき図８（Ｂ）に示すように、鋼製ピース部材５、７、９の主桁１１または継手板１３に開けられたボルト孔３７を通してボルト２９の先端を挿入すると鉄筋コンクリート製ピース部材３に設けられた植え込みナット３１に先端が螺合される。
【００２９】
また隣り合うピース部材が鋼製ピース部材５、７、９同士である場合には、図８（Ｃ）のように、互いの継手板１３、あるいは互いの主桁１１、あるいは一方の継手板１３と他方の主桁１１に設けられたボルト孔３７を連通させ、ボルト２９を挿入し反対からのナット３９に螺合する。
【００３０】
また、図９に示すように刃口２１同士の連結もボルト２９によって行われる。すなわち、例えば両方の刃口２１が設けられたピース部材の一方が鉄筋コンクリートピース部材３Ａであり、他方が鋼製ピース部材５Ａまたは９Ａである場合には、鋼製ピース部材の刃口２１の部分に設けられた継手ボックス４１の部分に開けられたボルト孔４３にボルト２９を挿入し、鉄筋コンクリート製ピース部材３の刃口部に設けられた植え込みナット４５に螺合させる。
【００３１】
また、鉄筋コンクリート製ピース部材５Ａ、７Ａ、９Ａの刃口２１同士の連結をボルトで行う場合には、図示しないが、図９の継手ボックス４１を両刃口２１に設け、反対側の継手ボックス４１にナットを固定し、このナットへボルト２９を螺合する。
【００３２】
【実施形態の作用・効果】
以上の実施形態によれば、小判形中空筒体１の小判形のうち実質直線部を鉄筋コンクリート製ピース部材３とし、実質円弧部を鋼製ピース部材５、７、９とすることで、従来の鋼製の小判形中空筒体では隔壁や柱が必要とされる傾向にあった両側壁の部分の剛性を大きくすることで、隔壁や梁の必要性を少なくできる。その結果、極めて施工性のよい工事を提供できる。
【００３３】
また、用途に応じて小判形中空筒体寸法の仕様寸法が変わっても、共通部分として実質直線部を鉄筋コンクリート製とすることができ、型枠を共有し再使用できる。さらに、仕様寸法が異なっても共通の鉄筋コンクリート製ピース部材３を予め多数製造しておいて使用することができ、小判形中空筒体３のコストをより安価にできる。
【００３４】
このようにしてピース部材を、従来のように鉄筋コンクリート製構造、あるいは鋼製構造、またはコンクリートと鋼材を用いた合成構造とするのではなく、両者を同時に使用する組み合わせ構造とすることにより、特段の効果を得ることができる。
【００３５】
また、小判形中空筒体１に対し土圧などによって加わる力は図１０に示すような剪断力Ｆを生じる。この剪断力Ｆは小判形の直線部と円弧部の境目において最大値Ｆ０をとるが、この実施形態においてはこの境目において鉄筋コンクリート製ピース部材３と鋼製ピース部材５、９が千鳥状に配置されており、千鳥の添接効果により大きな剪断力Ｆ０に対しても十分な剛性を発揮できる。
【００３６】
また、図１０のような剪断力は図１１に示すような曲げモーメントＭを発生させる。この曲げモーメントＭに対し、例えば図１２に示すように周方向へ貫くＰＣ鋼材４７でプレストレスを加えることにより、曲げモーメントＭを相殺する方向に減少できる。すなわち、直線部においては各ピース部材３、５の断面上の力学的な中立軸（図示せず）より内側にＰＣ鋼材４７を配置し、円弧部ではピース部材５、７、９、の中立軸よりも外側にＰＣ鋼材４７を配置する。このようにして配置したＰＣ鋼材４７を引っ張り、これにより各ピース部材３、５、７、９を互いに押圧させ圧縮力を生じることで、図１１の曲げモーメントＭを相殺する方向へ曲げモーメントＭを作り出すことが可能となる。
【００３７】
【他の実施形態】
以上の実施形態においては小判形の直線部の一部に配置される鉄筋コンクリート製ピース部材３は１枚ものであったが、他の実施形態においては図１３に示すように複数枚のものを用いることが可能である。この場合、各鉄筋コンクリート製ピース部材３にＰＣ鋼材４９を貫かせプレストレスを加えることが可能である。
【００３８】
すなわち、各コンクリート製ピース部材３のコンクリートを打設する際にチューブ５１を埋め込んでおき、このチューブ５１を連通させ各チューブ５１の内部にＰＣ鋼材４９を貫通させる。ＰＣ鋼材４９の両端には雌ネジ５３が形成されており、この雌ネジ５３に対し座金５５を介してナット５７を螺合する。このナット５７を強く回転させ螺合させることで、ＰＣ鋼材４９は両端方向に引っ張られ、逆に各鉄筋コンクリート製ピース部材３は互いに押圧する方向に圧縮力を受ける。この圧縮力によりプレストレスが加えられる。
【００３９】
このチューブ５１が埋め込まれる位置は、各鉄筋コンクリート製ピース部材３の図示しない断面上の力学的な中立軸よりも小判形中空筒体１内側方向に位置するので、図１１に示す曲げモーメント（図１１の中央部分参照）を相殺する方向に減少させる曲げモーメントを発生させることが可能である。
【００４０】
なお、座金５５やナット５７は連結面に形成された凹部５９の中に位置するので、連結の際の邪魔にはならない。また、鉄筋コンクリート製ピース部材３同士の連結面には凹凸状のホゾ６１が形成され一体化が図られる。また、鉄筋コンクリート製ピース部材３の上面には、シール材を嵌合させるためのシール溝６３が形成される。
【００４１】
このように複数枚の鉄筋コンクリート製ピース部材３にプレストレスを加える場合には、ボルトによる連結が不要となる。
また、以上の実施形態は各ピース部材３、５、７、９を工場で製造し現場においてボルト２９により連結し小判形中空筒体１に構成するものであったが、他の実施形態においては現場においてコンクリート型枠を用い鉄筋籠を配置しコンクリートを打設して構成するものであっても良い。
【００４２】
また、以上の実施形態においては各ピース部材３、５、７、９はボルト２９により連結されるものであったが、他の実施形態においては溶接により連結することも可能である。
また以上の実施形態においては刃口２１はピース部材３Ａ、５Ａ、７Ａ、９Ａに予め形成されるものであったが、他の実施形態においては刃口２１は別体とし現場においてピース部材３、５、７、９に溶接あるいはボルトにより連結するものとすることも可能である。
【００４３】
また、以上の実施形態においては刃口２１にはフリクションカッタ２７が設けられるものであったが、他の実施形態においては必ずしもフリクションカッタを設けないものとすることも可能である。
また、以上の実施形態においては鉄筋コンクリート製ピース部材３あるいは小判形中空筒体全体にプレストレスが加えられるものであったが、他の実施形態においては必ずしもプレストレスを加える必要はない。
【００４４】
またプレストレスは工場で予め加えられておくことも可能である。この場合は１枚ものの鉄筋コンクリート製ピース部材とすることもできる。
また、以上の実施形態においては小判形中空筒体１の小判形の直線部の一部にのみ鉄筋コンクリート製ピース部材３を用いるものであったが、これは直線部と円弧部に跨がる部分のピース部材５（いわゆるＪセクションピース部材）は鉄筋コンクリート製ピース部材として共通使用し難いためである。しかし、このようなＪセクションピース部材にもあえて鉄筋コンクリート製ピース部材を用いることももちろん可能である。
【００４５】
また、小判形の直線部から円弧部にかけての連結が千鳥状に各ピース３、５を連結するものとしたが、他の実施形態においては連結部分の強度を大きくすれば、必ずしも千鳥状に配置する必要はなくなる。この場合には、直線部のすべてに鉄筋コンクリート製ピース部材３を用いることが可能となる。
【００４６】
また他の実施形態で、連結される両刃口２１が鉄筋コンクリート製ピース部材３の刃口である場合には、一方の刃口２１に継手ボックス３３を設ける。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、または第十の発明によれば、小判形中空筒体の小判形のうち実質直線部を鉄筋コンクリート製とし、実質円弧部を鋼製とすることで、従来隔壁や柱が必要とされる傾向にあった両側壁の部分を鉄筋コンクリート製とし剛性を大きくすることで、隔壁や梁の必要性を少なくできる。そして、用途に応じて寸法が変わっても共通部分として実質直線部を鉄筋コンクリート製とすることができ、型枠を共有し再使用できる。
【００４８】
また、第二の発明によれば、さらに、仕様が異なっても共通の鉄筋コンクリート製ピース部材を予め製造しておいて使用することができ、小判形中空筒体のコストをより安価にできる。
【００４９】
また第三の発明によれば、さらに、各ピース部材を千鳥状に配置することで、添接効果による剛性のより一層の向上を図ることができる。
【００５０】
また、第四の発明によれば、更に、各ピース部材を現場より容易に連結することができ、小判形中空筒体の組み立てを容易にできる。
【００５１】
また、第五の発明によれば、さらに、小判形中空筒体の軸方向先端に刃口を設け、圧入により地下に構造物を構築できる。また、刃口同士を一体化して刃口の合成を高められる。
【００５２】
また、第六の発明によれば、刃口同士を溶接によって連結することで、刃口の部分の剛性を向上できる。
【００５３】
また、第七の発明によれば、さらに、刃口にフリクションカッタを設けることで、小判形中空筒体と地盤との摩擦を減少でき、圧入力を小さくできる。
【００５４】
また、第八の発明によれば、小判形中空筒体を構成する各小判形リング体の周方向にプレストレスを加えることで、剛性をより向上できる。
【００５５】
また、第九の発明によれば、さらに、小判形中空筒体の実質直線部を構成する鉄筋コンクリート製ピース部材にプレストレスを加えることで、実質直線部の剛性をより向上できる。
【００５６】
また、第十の発明によれば、さらに、小判形中空筒体の実施直線部を構成する複数の鉄筋コンクリート製ピース部材にプレストレスを加えることで、実施直線部の剛性を向上できると共に、鉄筋コンクリート製ピース部材同士の連結をより強固に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る小判形中空筒体の全体斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】（Ａ）は図１の一部を構成する鉄筋コンクリート製ピース部材の斜視図、
（Ｂ）は図１の一部を構成する鋼製ピース部材の斜視図である。
【図４】（Ａ）は図１を構成する鋼製ピース部材の斜視図、
（Ｂ）は図１を構成する鋼製ピース部材の斜視図である。
【図５】（Ａ）は刃口を有する鉄筋コンクリート製ピース部材の斜視図、
（Ｂ）は刃口を有する鋼製ピース部材の斜視図である。
【図６】（Ａ）は刃口を有する鋼製ピース部材の斜視図、
（Ｂ）は刃口を有する鋼製ピース部材の斜視図である。
【図７】各ピース部材の連結部分を示す図である。
【図８】（Ａ）は図７のＡ部拡大図、
（Ｂ）は図７のＢ図拡大図、
（Ｃ）は図７のＣ図拡大図である。
【図９】（Ａ）は刃口部の連結構造を示す斜視図、
（Ｂ）は（Ａ）の縦断面正面図である。
【図１０】図２の小判形中空筒体に加わる剪断力図である。
【図１１】図２の小判形中空筒体に加わるモーメント図である。
【図１２】図２の小判形中空筒体の全体にプレストレスを加わえる場合の説明図である。
【図１３】複数の鉄筋コンクリート製ピース部材にプレストレスを加える場合の説明図であり、
（Ａ）は全体概略斜視図、
（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１  小判形中空筒体                ３  鉄筋コンクリート製ピース部材
５、７、９  鋼製ピース部材        １１  主桁
１３  継手                        １５  縦リブ
１７  スキンプレート              ２１  刃口
２７  フリクションカッタ          ２９  ボルト
３３、４１  継手ボックス（継手構造）
３１、４５  植え込みナット（継手構造）
５１  チューブ                    ４７、４９  ＰＣ鋼材
５５  座金                        ５７  ナット
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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