JP5101050B2 - セグメントユニット - Google Patents

Description

本発明は、略矩形または略Ｕ字状断面からなるアンダーパストンネルを構成する略矩形または略Ｕ字状断面のセグメントユニットに関する。

線路や道路等と立体交差するアンダーパストンネルは、トンネル部と、トンネル部及び地上の間をつなぐアプローチ部とから構成されており、地上からシールド掘削機を発進させてアンダーパストンネル全線を連続施工することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
シールド工法によれば、線路や道路等を開削することなくアンダーパストンネルを構築することができるので、工期および工費の縮減が可能となるうえ、交通網が遮断されることもない。
アンダーパストンネルでは、線路や道路等と立体交差する交差部の深度をできるだけ浅くし、アプローチ部の延長を短くすることが好ましい。このため、アンダーパストンネルの断面は複数のセグメントピースを略矩形状に構築したセグメントリングとすることが多く、トンネル部の覆工部には断面略矩形セグメントリング、アプローチ部の覆工部には略矩形セグメントリングの構成から上方部分が開放された断面略Ｕ字形セグメントが使用される。
特開２００５−２４８５４６号公報

ところで、アンダーパストンネルでは、多数のセグメントピースが使用されるため、各セグメントピースの覆工部厚（壁厚）を薄くすることができれば、セグメントピースのコストが低下し、工事費を大幅に削減することができる。しかし、アンダーパストンネルを構成する略矩形セグメントリングや略Ｕ字形セグメントは、図９（ａ）や図１０（ａ）に示すように常時、地下や地表面等の四方から土圧や水圧、地下水圧、車輌や鉄道車輌等の道路荷重等の圧力を受けている。
そのため、これらセグメントピースの覆工部厚を薄くした場合、図９（ｂ）や図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、略矩形セグメントリングや略Ｕ字形セグメントの各辺に相当する部分のセグメントピース群が断面凹曲線状に内側に変形したり損傷したり破壊するおそれがある。特に略矩形セグメントリングや略Ｕ字状セグメントでは縦断面形状が略矩形であるために円形のものと比較して圧力が分散しにくいという欠点がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、略矩形断面からなるアンダーパストンネルを構成するセグメント群の耐圧強度を高くすると共にセグメントピース厚を従来のセグメントピースより薄くしてコスト低減を図るようにしたセグメントユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によるセグメントユニットは、周方向に配設された複数のセグメントピースからなる略矩形状又は上方が開放する略Ｕ字形状のセグメントユニットであって、前記セグメントユニットの各辺を構成する複数のセグメントピースにおける両端のセグメントピースの内周面側に略箱型の凹陥部がそれぞれ形成され、前記セグメントユニットの各辺を構成する複数のセグメントピース内にＰＣ鋼材が配置され且つ該ＰＣ鋼材は前記複数のセグメントピースの厚み方向の中央よりも内周面寄りに配置されていて、前記各辺内で隣り合う前記複数のセグメントピース同士を周方向に貫通するＰＣ鋼材を介して緊結させ、前記ＰＣ鋼材の両端が各辺の前記両端のセグメントピースの前記凹陥部内で定着具によって定着されることで前記セグメントユニットが全周に緊結されていることを特徴としている。

本発明では、略矩形断面からなるアンダーパストンネルのトンネル部に敷設される略矩形状のセグメントユニットおよびアプローチ部に敷設される上方が開放する略Ｕ字形状のセグメントユニットを対象とし、セグメントユニット内に配設されたＰＣ鋼材を緊張させることで各辺を構成する複数のセグメントピース間にプレストレスを導入する。これにより、略矩形または略Ｕ字を構成するセグメントユニット群の全体に亘ってセグメントピースの曲げ剛性が高くなり、セグメントピースの覆工部厚を従来よりも薄くした場合でも周囲の圧力に充分耐える強度を確保できる。
なお、ＰＣ鋼材は、略矩形または略Ｕ字形断面の各辺ごとに配設し、且つ引張応力が発生する略矩形断面または略Ｕ字形断面の内周面寄りに配置する。
これによって、各辺毎に設置したＰＣ鋼材でセグメントピース群の全体にプレストレスを与えることができる。

本発明では、アンダーパストンネルを構成する略矩形断面や略Ｕ字断面形状のセグメントユニットについて、各辺のセグメントピース群にＰＣ鋼材を配設して緊張させることによりセグメントユニットの曲げ剛性を高めることができ、そのために各セグメントピースの覆工部厚を従来のセグメントピースより薄くしても強度を確保できると共にセグメント間継手が不要になりセグメントピースとユニットのコストを低減することができる。

以下、本発明の実施形態によるセグメントユニットについて添付図面に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、線路や道路等と立体交差するアンダーパストンネル２は、地中に構築されるトンネル部２Ｂと、地上ＧＬとトンネル部２Ｂとをつなぐ上方が開放するアプローチ部２Ａとで構成されている。アプローチ部２Ａとアプローチ部２Ａにつづくトンネル部２Ｂの端部は傾斜部２Ｃになっている。即ち、地上ＧＬから地中に向けて徐々に深度を増していく下り勾配の傾斜部２Ｃが形成され、所定の深さで略水平となり、さらに所定の地点で地上に向けた上り勾配の傾斜部２Ｃが形成されている。
トンネル部２Ｂの覆工部には、全体が地中に埋設された略矩形状のセグメントリング１０が敷設され、アプローチ部２Ａの覆工部には、上方が地上に開放する断面略Ｕ字状のユニットをなす略Ｕ字形セグメント２０が敷設される（図１（ｂ）参照）。
アンダーパストンネル２の施工に当たっては、周知の種々の工法を採用できるが、本実施形態では、断面の有効利用や工期および工費の縮減といった観点から略矩形断面シールド掘削機（図示省略）が使用され、この略矩形断面シールド掘削機の後方で略矩形状セグメントリング１０やＵ字形セグメント２０が組み立てられる。

略矩形状セグメントリング１０は、図２に示すように、周方向に配設された複数のセグメントピース１１、１２から構成されており、各セグメントピース１１、１２を周方向に貫通するＰＣ鋼線１３（ＰＣ鋼材）によって緊結されている。具体的には、略矩形状のセグメントリング１０の各コーナー部に断面Ｌ字形のセグメントピース１２が配設され、二つの断面Ｌ字形のセグメントピース１２、１２間に、ブロック状のセグメントピース１１を配設している。
断面矩形状のセグメントリング１０において、各辺に設けたブロック状のセグメントピース１１のうち少なくとも矩形断面の上辺におけるセグメントピース１１ａは台形板状からなるテーパ状に形成して、１つのセグメントリング１０の組立ての最後に両側の断面Ｌ字形のセグメントピース１２、１２間に挿入して組立てを完了させる。その他のブロック状のセグメントピース１１は直方体形状からなるストレート（またはスタンダード）状のブロックでよいが、セグメントピース１１ａと同様にテーパ状のブロックでもよい。
図２に示す断面矩形状のセグメントリング１０は、各辺が断面Ｌ字形のセグメントピース１２、１２間にブロック状のセグメントピース１１が嵌合されて構成され、各辺ごとに配設された可撓性を有するＰＣ鋼線１３で、断面Ｌ字形のセグメントピース１２、１２間にプレストレスを導入している。
ＰＣ鋼線１３は、略矩形リングの内周面寄りに配置されており、ＰＣ鋼線１３により導入されるプレストレスにより、セグメント１０に発生する引張応力がキャンセルされ、大きな曲げ荷重に抵抗することができる。

ＰＣ鋼線１３の装着構造について説明すると、図２及び図３に示すように、断面略Ｌ字形のセグメントピース１２の両端部近傍の各内周面側には、ボルトボックスとして略箱形の凹陥部１２ａが形成されている。断面Ｌ字形のセグメントピース１２には凹陥部１２ａから略Ｌ字の端面にかけて貫通孔１４ａが穿孔され、この貫通孔１４ａはセグメント１２の内周面寄りに設けられている。同様にブロック状のセグメント１１には、その内周面寄りに両端間を連通する貫通孔１４ｂが穿孔されている。
そして、略矩形断面のセグメントリング１０において、各辺を構成するセグメントピース１１、１２、１１を連結した状態で、両側セグメントピース１２、１２の凹陥部１２ａ、１２ａ間で内周面寄りに設けた貫通孔１４ａ、１４ｂ、１４ａが略一直線状に連通している。これらの貫通孔１４ａ、１４ｂ、１４ａには可撓性のあるＰＣ鋼線１３が一方から挿入され、ＰＣ鋼線１３の両端部は、それぞれ凹陥部１２ａ内で定着具１５によって定着される。

図４にＰＣ鋼線１３の定着具１５を示す。ＰＣ鋼線１３の一端部には第一定着具１５Ａが固定されている。ＰＣ鋼線１３の他端部は断面Ｌ字形のセグメントピース１２の貫通孔１４ａから突出させ、センターホールジャッキ（図示省略）を用いて緊張させた状態でＰＣ鋼線１３を第二定着具１５Ｂで緊結する。図４（ａ）に示すように第一定着具１５Ａは略筒状部材からなり、内部孔にＰＣ鋼線１３を挿通させた状態で筒状部材内面と係止させて固着する。第二定着具１５Ｂは図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ＰＣ鋼線１３をスリーブ１６のテーパ状中央孔に挿通させた状態で、両者の間隙に複数（例えば４個）の楔形状のグリップ１７、…を嵌入させることによってＰＣ鋼線１３を側方から固着する。
図４は、ＰＣ鋼線１３の一端部を第一定着具１５Ａで固着し、ＰＣ鋼線１３の他端部をセンターホールジャッキによって引っ張りつつ第二定着具１５Ｂで固着する片引き構造を示している。
これによって、各辺を構成するセグメントピース１１、１２、１１間にプレストレスを与えて緊結できる。その後、凹陥部１２ａ、１２ａにコンクリートを充填する。
図５は定着具１５の変形例である。この変形例では、ＰＣ鋼線１３の両端をセンターホールジャッキで引っ張りつつ第二定着具１５Ｂ，１５Ｂでそれぞれ固着する両引き構造を備えている。ＰＣ鋼線１３の定着具１５は図４、図５のいずれを採用してもよい。

上述のように本実施形態によるセグメントリング１０によれば、アンダーパストンネルを構成する略矩形断面のセグメントユニット１０について、各辺のセグメントピース１２、１１、１２にＰＣ鋼材１３を配設して定着具１５で緊張させることによりセグメントリング１０の曲げ剛性を高めることができ、そのためにセグメントピース１１、１２の覆工部厚を従来のセグメントピースより薄くすることができると共にセグメント間継手が不要になりセグメントピース１１、１２の製造コストを低減することができる。

図６は、本発明の第二の実施形態によるセグメントを示したものである。
本実施形態では、略矩形断面のセグメントリング１０´を構成する略Ｌ字状のセグメントピース１２及びブロック状のセグメントピース１１について、略矩形断面の各辺ごとにＰＣ鋼線１３を配設せず、略矩形リングの全周にわたって可撓性のある１本の連続するＰＣ鋼線２３を配設する。
図６に示す略矩形断面のセグメントリング１０´において、１の辺、例えば底辺を構成するピース１２，１１，１２の中央に組立てられるブロック状のセグメントピース１１の両端部の内周面側にそれぞれボルトボックスを構成する凹陥部１１ａ，１１ｂを一対設ける。また、一方の凹陥部１１ａを起点、他方の凹陥部１１ｂを終点として略矩形断面の各辺を構成する複数のブロック１２，１１，１２内に互いに連通するように貫通孔１４ａ、１４ｂ、１４ａを設けておく。
そして、一端を定着具１５、例えば第一定着具１５Ａで固定したＰＣ鋼線２３を、一方の凹陥部１１ａから貫通孔１４ｂに挿入して各ブロック１１，１２、…の貫通孔１４ｂ、１４ａを周回させて他方の凹陥部１１ｂの貫通孔１１から引き出し、他端側をセンターホールジャッキＪを用いてＰＣ鋼線２３にプレストレスを導入する。そしてＰＣ鋼線２３の他端側を例えば第二定着具１５Ｂで固定する。そして各凹陥部１１ａ、１１ｂ内をコンクリートで埋め込む。

本第実施形態によっても、略矩形断面のセグメントリング１０´について、略矩形断面のセグメントピース１２、１１、１２…にＰＣ鋼材２３を挿入して緊張させることによりセグメントピース１２、１１、１２…全体、全周を一体に連結してプレストレスを与えて、セグメントリング１０の曲げ剛性を高めることができると共に、セグメントピース１１、１２の覆工部厚をより薄くすることができて製造コストを低減することができる。

次に、図７に示す略Ｕ字状セグメント２０について第一の実施形態に示すＰＣ鋼線１３を用いた緊結構造を採用することができる。これを第三実施形態として説明する。
即ち、図７に示す断面略Ｕ字状をなす略Ｕ字状セグメント２０はアプローチ部２Ａに設けられるセグメントユニットであり、第一実施形態による略矩形状セグメントリング１０の上方、上面を開放した概略構成である。即ち、略Ｕ字状セグメント２０において、底辺両側角部に略Ｌ字状セグメントピース２２，２２を配設し、底辺の中間にブロック状セグメントピース２１を嵌挿すると共に両側に位置する略Ｌ字状セグメントピース２２，２２の端部上面にブロック状セグメントピース２１，２１を取り付けて構成されている。
そして、底辺においては両側の断面Ｌ字形セグメントピース２２，２２に設けた凹陥部２２ａ、２２ａからＰＣ鋼線１３を貫通孔１４ａ、１４ａ及びブロック状セグメントピース２１の貫通孔１４ｂを通して挿通させ、両側を例えば第一、第二定着具１５Ａ，１５Ｂで緊結させてプレストレスを与える。同様に両側辺においても断面Ｌ字形セグメントピース２２の凹陥部２２ａの貫通孔１４ａとブロック状セグメントピース２１の貫通孔１４ｂを通してＰＣ鋼線１３を挿通させ、断面Ｌ字形グメントピース２２に設けた凹陥部２２ａとブロック状セグメントピース２１に設けた凹陥部２１ａとに突出させたＰＣ鋼線１３の端部にプレストレスを与えて定着具１５Ａ、１５Ｂによって緊結する。

次に図８は、本発明の第四の実施形態を示したものである。
図８に示す第四の実施形態による略Ｕ字形セグメント２０´は第二実施形態による略矩形セグメントリング１０´の上辺即ち上方部分を開放した構成からなるセグメンピース２１，２２群で形成されている。上方が開放する略Ｕ字形セグメント２０は、第二実施形態による略矩形状セグメント１０´と同様、両側角部に略Ｌ字状セグメント２２，２２を配設し、その底辺中間にブロック状セグメント２１を嵌挿すると共に略Ｌ字状セグメント２２，２２の両側上部にブロック状セグメント２１，２１を取り付けて構成されている。
そしてこの略Ｕ字状セグメント２０´において、各セグメント２１、２２それぞれに穿孔した貫通孔１４ｂ、１４ａが略Ｕ字状に連通状態とされている。この略Ｕ字形セグメント２０´の一方の端部であるブロック状セグメント２１の端面に設けた凹陥部２１ｂから上述の第一定着具１５Ａで固着した可撓性のあるＰＣ鋼線３３を貫通孔１４ｂ内に挿入し、各セグメント２１、２２の貫通孔１４ｂ、１４ａにＰＣ鋼線３３を順次挿入して紐状とし他方のブロック状セグメント２１の端面に形成した凹陥部２１ｂから引き出し、センターホールジャッキＪでＰＣ鋼線３３の他端にプレストレスを導入して上述の第二定着具１５Ｂで緊結する。これによって紐状のＰＣ鋼線３３によって、断面略Ｕ字形状をなす複数のセグメントピース２１，２２、…を一体に連結してプレストレスを与えることができる。なお、定着具１５は例えば図５に示す両引き構造を用いてもよい。

なお、上述の第二、第四実施形態による略矩形状セグメントリング１０´、略Ｕ字状セグメント２０´について全周または全辺にわたってＰＣ鋼材２３、３３を配設してプレストレスを付与するようにした。
しかし、これら略矩形状セグメントリング１０´、略Ｕ字状セグメント２０´においても、第一、第三実施形態と同様に、可撓性のあるＰＣ鋼線１３、２３、３３を略矩形または略Ｕ字形断面の各辺毎に分割してセグメントピース１２、１２間、２２、２２または２１間の貫通孔１４ａ、１４ｂにそれぞれ挿入して緊結することで各辺毎にプレストレスを与えてもよい。
これらの場合も、略矩形状セグメントリング１０´、略Ｕ字状セグメント２０´について、引張応力が発生する、略矩形または略Ｕ字形断面の内周面寄りに配置することが好ましい。

なお、各セグメントピース１１、１２、２１、２２は、鋼製セグメント、鉄筋コンクリート製セグメント、コンクリート中詰め鋼製セグメントのいずれでもよい。
また、上述の各実施形態ではセグメントピースに貫通孔１４ａ、１４ｂを設けているが、貫通孔に代えて各セグメントピースの内面から外面方向に切除する溝部を設け、当該溝部にＰＣ鋼線１３、２３、３３を配設した後、溝部をコンクリートで充填してもよい。この場合、ＰＣ鋼線１３は可撓性のないＰＣ鋼棒でもよい。またＰＣ鋼線１３，２３，３３、ＰＣ鋼棒などはＰＣ鋼材を構成する。
また、上述の各実施形態において、複数のセグメントピース１１，１２、２１，２２で形成される略矩形状セグメントリング１０、１０´、断面略Ｕ字状セグメント２０、２０´はセグメントユニットを構成する。

（ａ）はアンダーパストンネルの概略図、（ｂ）はアプローチ部の側断面図である。 本発明の第一の実施形態による略矩形状セグメントリングを示す断面図である。 図２に示す略矩形状セグメントリングの上辺部分の拡大断面図である。 ＰＣ鋼線をセグメントの凹陥部に固着する定着具を示すもので、（ａ）は側断面図、（ｂ）は第二定着具の端面図である。 定着具の変形例を示す側断面図である。 本発明の第二の実施形態による略矩形状セグメントリングを示す断面図である。 本発明の第三の実施形態による略Ｕ字状セグメントを示す断面図である。 本発明の第四の実施形態による略Ｕ字状セグメントを示す断面図である。 トンネル部に設ける従来の略矩形セグメントリングを示す図であり、（ａ）はセグメントリングに作用する圧力を示す図、（ｂ）は略矩形セグメントリングの各辺に作用する圧力によって変形した状態を示す図である。 アプローチ部に設ける従来の略Ｕ字形セグメントを示す図であり、（ａ）は略Ｕ字形セグメントに作用する圧力を示す図、（ｂ）は側面に作用する圧力によって変形した状態を示した図、（ｃ）は底面に作用する圧力によって変形した状態を示した図である。

符号の説明

２ アンダーパストンネル
２Ａ アプローチ部
２Ｂ トンネル部
２Ｃ 傾斜部
１０、１０´ 略矩形状セグメントリング
２０、２０´ 略Ｕ字状セグメント
１１、２１ ブロック状セグメントピース
１２、２２ 略Ｌ字形セグメントピース
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、２１ａ、２２ａ 凹陥部
１３、２３、３３ ＰＣ鋼線（ＰＣ鋼材）
１４ａ、１４ｂ 貫通孔
１５ 定着具
１５Ａ 第一定着具
１５Ｂ 第二定着具
１６ スリーブ
１７ グリップ

Claims (1)

1. 周方向に配設された複数のセグメントピースからなる略矩形状又は上方が開放する略Ｕ字形状のセグメントユニットであって、
   前記セグメントユニットの各辺を構成する複数のセグメントピースにおける両端のセグメントピースの内周面側に略箱型の凹陥部がそれぞれ形成され、
   前記セグメントユニットの各辺を構成する複数のセグメントピース内にＰＣ鋼材が配置され且つ該ＰＣ鋼材は前記複数のセグメントピースの厚み方向の中央よりも内周面寄りに配置されていて、
   前記各辺内で隣り合う前記複数のセグメントピース同士を周方向に貫通する前記ＰＣ鋼材を介して緊結させ、前記ＰＣ鋼材の両端が各辺の前記両端のセグメントピースの前記凹陥部内で定着具によって定着されることで前記セグメントユニットが全周に緊結されていることを特徴とするセグメントユニット。

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