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シールドトンネル技術

QB(Quick Block)セグメント

高速施工と継手合理化を追求した突合せ継手構造セグメント

QBセグメントは、セグメント継手を「突合せ構造」、リング継手を「ピン継手構造」とし、千鳥組による添接効果を有効に活用した、ワンパス方式の内面平滑型RCセグメントです。

従来の鋼板・短ボルト継手方式のセグメントに比べ、位置決めと締結を即時に行えることから、組立時間の短縮が図れると共に、締結金具によるセグメント本体の断面欠損がないため、平面が平滑な仕上がりとなります。

特許登録済

図版:構造概要

構造概要

キーワード

シールドトンネル、二次覆工省略、高速施工、突合せ継手、ピン継手、DS継手、WLP継手

組立方法と継手構造

QBセグメントは、組立ピースのセグメント継手面を、位置合わせ用のエレクションガイドの凹凸を用いてエレクターで既設ピースに合わせ、既設ピースにならって組立ピースをトンネル軸方向にエレクターまたはシールドジャッキで押込むことで、既設リングと結合して、セグメントの組立が完了します。

セグメント継手は、コンクリート同士の突合せ構造であり、エレクションガイドは、組立時の位置合わせを容易にします。

リング継手はピン継手構造で、地山条件、設計条件により任意に選択が可能です。

図版:組立方法

組立方法

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図版:継手構造

継手構造

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特長・メリットココがポイント

高速化・自動化に最適

ボルトの締結等の作業を省略できるため、高速化・自動化に最適です。

  • 高所作業・狭い場所でのボルト締結作業の省略により、安全性が向上します。
  • セグメントの高速組立に適しています。
  • 組立の自動化に適しています。

図版:高速施工

高速施工

二次覆工省略に最適

トンネル内面に露出する金物が無いため、表面処理が不要で、二次覆工が省略できます。

  • トンネル内面の平滑性に優れています。
  • 二次覆工省略により、トンネル外径の縮小が可能です。

図版:二次覆工の省略

二次覆工の省略

経済性の向上

従来型のセグメントに比べ、作業の効率化を図ることができ、経済性が向上します。

  • 二次覆工省略により、工事費の削減が可能です。
  • 継手構造の簡略化により、セグメント費を低減できます。

図版:経済性の向上

経済性の向上

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適用実績

図版:19号春日井共同溝大泉寺

19号春日井共同溝大泉寺

場所:愛知県春日井市

竣工年:2004年3月

発注者:国土交通省中部地方整備局

規模:仕上がり内径φ4,200mm 
延長3,420m 

図版:東西連係ガス導管

東西連係ガス導管

場所:東電富津火力発電所構内

竣工年:2008年3月

発注者:東京電力

規模:仕上がり内径φ3,000mm
延長9,030m

図版:新杉田共同溝

新杉田共同溝

場所:横浜市磯子区

竣工年:2011年4月

発注者:国土交通省関東地方整備局

規模:仕上がり内径φ5,700mm
セグメント外径φ6,200mm
延長3,248m

図版:大阪北共同溝枚方交野地区

大阪北共同溝枚方交野地区

場所:大阪府枚方市~交野市

竣工年:2012年1月

発注者:国土交通省近畿地方整備局

規模:仕上がり内径
枚方Φ4,750mm 交野Φ3,700mm
延長 枚方2,208m 交野2,601m

学会論文発表実績

  • 「QB(クイックブロック)セグメントの開発(その1)~(その8)」,土木学会第54~60回年次技術講演会,1999年~2005年

SBL(Steel Beam Lining)セグメント

コンクリート一体型合成セグメント

全土被り荷重が作用する、大深度で高水圧が作用する、建物等の特殊な荷重が作用する、といった重荷重区間に従来のRCセグメントを適用する場合、セグメント覆工高が厚くなりセグメント重量が増加します。そのため、経済的に不利になるだけでなく、セグメント組立時の取り回しやセグメント運搬が難しくなるなど施工性も低下します。

SBL(Steel Beam Lining)セグメントは、RCセグメントの主鉄筋の一部を突起付き鋼板としたSRC構造で高い剛性・耐力が期待できるため、重荷重区間においても覆工高アップを抑えることができます。また、セグメント背面(地山側)を鋼板で覆うことで高い止水性を発揮します。

図版:SBLセグメント概要図

SBLセグメント概要図

キーワード

シールドトンネル、合成構造、重荷重区間、大深度、高水圧、大口径

セグメント構造

SBLセグメントは、RCセグメントの主鉄筋の一部を高強度・薄肉化を実現した突起付鋼板(主鋼材)で置き換えたSRC構造になっています。主鋼材は内外面に配置されており、主鋼材同士はコンクリート充填性に考慮した形状の束材(タイ)でつながっています。セグメント背面(地山側)は鋼板(スキンプレート)で覆われており完全止水構造となっています。

継手は、セグメント間に先付け水平コッター継手、リング間にSP継手を採用しているため内面平滑型セグメントになっており、二次覆工省略やワンパス施工などスピード施工を実現します。

図版:SBLセグメント構造概要(耐火機能一体型コンクリートを使用した場合を図示)

SBLセグメント構造概要
(耐火機能一体型コンクリートを使用した場合を図示)

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特長・メリットココがポイント

シール溝付き鋼板

シール溝を切った鋼板をスキンプレートと一体になるよう接合します。シール溝にはガスケットを配置する止水構造です。

  • 高水圧下でも高い止水性を発揮します。

図版:ガスケット止水構造

ガスケット止水構造

耐火機能一体型合成コンクリート

有機繊維混入コンクリートを採用することで耐火機能一体型合成セグメントとして適用できます。

  • 耐火あと施工を省略でき工期を短縮できます。
  • 供用時の維持管理が容易です。

図版:耐火機能一体型合成コンクリート

耐火機能一体型合成コンクリート
※中央環状品川線シールドトンネル(北行)工事で適用

適用実績

図版:中央環状品川線トンネル(北行)

中央環状品川線トンネル
(北行)

場所:東京都品川区~目黒区

発注者:首都高速道路

規模:シールド内径11,500mm
桁高400mm 延長8,030m
SBLセグメント358リング

図版:国道302号鳴海Ⅲ共同溝

国道302号鳴海Ⅲ共同溝

場所:愛知県名古屋市緑区~大高町

発注者:国土交通省中部地方整備局

規模:シールド内径6,700mm
桁高300mm 延長2,913m
SBLセグメント142リング

学会論文発表実績

  • 「大断面道路用シールドトンネルに適した新型合成セグメント(SBL)の開発(その1)~(その3)」,土木学会第62回年次学術講演会,2007年

HDライニング
(High Durability Tunnel Lining)

高耐久性セグメント樹脂系被覆

従来は下水道などの過酷な環境下ではセグメント劣化の防止のため、二次覆工の施工が不可欠でした。また、漏水防止のための止水性の確保や流量確保のための内面仕上げが課題でした。

HDライニングはシールドトンネルの一次覆工であるセグメントを合成樹脂で被覆することによって耐久性の向上が可能です。また、止水性が向上し、二次覆工が省略できるためトンネル外径の縮小、工期の短縮が可能です。内面の平滑性も向上し、塩ビ管やFRPM管と同程度の高流下能力を有するので流量も増加します。

特許登録済

図版:HDライニング概要図

HDライニング概要図

キーワード

シールドトンネル、防食、被覆、二次覆工省略、耐久性向上、先行貼付け、DCPD、ジシクロペンタジエンD種
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被膜樹脂特性

HDライニングの作成には、DCPD(ジシクロペンタジエン)で作成したパネルをセグメント作成時に設置する方法と、作成したセグメントに高性能ポリウレタン樹脂を吹付・塗布する方法があります。それぞれのタイプについて被覆樹脂に要求される性能を様々な試験で確認しています。

DCPDとは、炭素と水素だけで構成される液性の樹脂であり、一般プラスチックと比べ省エネルギー性に優れたRIM成形法(低温、低圧で型内に注入することにより反応固化し三次元架橋構造体となる)により、耐薬品性、耐摩耗性、耐衝撃性、耐熱性に優れた強靭な成形品が得られます。

高性能ポリウレタンとは「コンクリート防食指針(案)」(下水道事業団)D種の標準仕様にも定められている樹脂で、主剤と硬化剤を混合し、吹付けまたは塗布することにより反応硬化し、耐薬品性、耐摩耗性に優れた強靭で弾力性に富んだ被膜を形成します。

図版:HDセグメント パネルタイプの製造方法(上:RC・PCセグメント、下:剛性セグメント等)

HDセグメント パネルタイプの製造方法

図版:HDセグメント 吹付・塗布タイプの製造方法(上:内面被服タイプ、下:外面被覆タイプ)

HDセグメント 吹付・塗布タイプの製造方法

特長・メリットココがポイント

二次覆工省略に最適

高い耐久性を有することから厳しい環境下でも二次覆工の省略が可能です。

  • トンネル外径を縮小でき、工費が削減できます。
  • 二次覆工の必要がないため、工期の短縮を図れます。
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図版:内面被覆層中の硫黄の拡散

内面被覆層中の硫黄の拡散

止水性・耐久性の向上

水密性・止水性が向上します。また、高い耐摩耗性、耐衝撃性、耐薬品性をもち、耐久性が向上します。

  • 厳しい環境下でもメンテナンスフリーです。

図版:耐摩耗性試験の結果

耐摩耗性試験の結果

内面平滑性の向上

被覆樹脂は塩ビ管(硬質PVC樹脂管)相当以上の粗度係数を設定し、内面平滑性の向上を実現しています。

  • 流量の増加が見込まれます。
  • トンネル内径を縮小することができます。

図版:粗度係数

粗度係数

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適用実績

図版:神戸市狐川改修(熊内地区)

神戸市狐川改修(熊内地区)

場所:神戸市中央区

竣工年:1997年5月

発注者:神戸市建設局

規模:仕上がり内径φ2,050mm
桁高150mm 延長70.6m
HDライニング
30リング(RC,内面パネルタイプ)

図版:兵庫東西宮1号管

兵庫東西宮1号管

場所:尼崎市

竣工年:2001年3月

発注者:下水道事業団

規模:仕上がり内径φ2,000mm
桁高200mm 延長1,516m
HDライニング
1,516リング(RC、外面塗布タイプ)

図版:南郊北部幹線下水道築造

南郊北部幹線下水道築造

場所:名古屋市

竣工年:2000年8月

発注者:名古屋市上下水道局

規模:仕上がり内径φ2,550mm
桁高200mm 延長1,502m
HDライニング
50リング(RC、内面パネルタイプ)
242リング(中詰めST、内面塗布タイプ)

図版:昆陽泉町雨水幹線築造

昆陽泉町雨水幹線築造

場所:伊丹市

竣工年:2003年3月

発注者:伊丹市建設部

規模:仕上がり内径φ2,000mm
桁高150mm 延長1,655m
HDライニング
1,585リング(RC,内面パネルタイプ)
127リング(中詰めST、内面パネルタイプ)

図版:大門・浅間6号幹線下水道築造

大門・浅間6号幹線下水道築造

場所:さいたま市

竣工年:2006年11月

発注者:さいたま市

規模:仕上がり内径φ3,000mm
桁高200mm 延長1,840m
HDライニング
1,758(RC、内面パネルタイプ)
236リング(中詰めST、内面パネルタイプ)

図版:中須賀4号雨水幹線

中須賀4号雨水幹線

場所:愛媛県松山市

竣工年:2006年8月

発注者:松山市

規模:仕上がり内径φ2,800mm
桁高175mm 延長657m
HDライニング
607リング(RC,内面パネルタイプ)
103リング(中詰めST、内面パネルタイプ)

学会論文発表実績

  • 「HDライニングの開発(その1)~(その7)」,土木学会第52~55回年次学術講演会,1997年~2000年
  • 「昆陽泉町雨水幹線築造工事におけるHDライニングの施工実績(その1)~(その2)」,土木学会第57回年次学術講演会,2002年9月

P&PCセグメント工法

プレストレスを導入したシールドトンネル用セグメント

P&PCセグメント(Prestressed & Precast Concrete)セグメントは、あらかじめシースを埋め込んだコンクリート製のセグメントを組み立てた後、セグメント内面からPC鋼より線を挿入、緊張定着することにより、トンネルの円周方向にプレストレスを導入してリングを形成します。

PC鋼より線は、摩擦ロスの少ない「アンボンドPC鋼より線」を使用するため、1周あたり1ヵ所の片引き緊張で十分なプレストレスを導入することが可能です。

定着部には、「Xアンカー(鋳鉄製一体型定着体)」の採用により定着部の配筋を簡素化できます。

セグメント本体をPRC構造とすることで、従来のコンクリート系のセグメントと比較して鉄筋量および部材厚の低減が可能となります。

※P&PCセグメント工法は東亜建設工業、日本国土開発、SMCコンクリート、三井住友建設の登録商標です。

特許登録済

図版:P&PCセグメント概念図

P&PCセグメント概念図

キーワード

プレストレス、PRC構造、PC鋼より線、Xアンカー、内水圧、全断面圧縮
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セグメント組立手順

P&PCセグメント工法のセグメント組立手順は以下の様になります。

①セグメント組立:コンクリートセグメントを1リング組み立てます。  
②セグメント製作時に埋め込まれたシース管に、アンボンドPC鋼より線を挿入(片押しで送り込み)します。  
③Xアンカー(鋳鉄製一体型定着体)にRチェアーを取り付け、センターホールジャッキを使用して所定の緊張力を導入したの後に定着します。
④シース管内へのグラウトと定着部の切欠き部の充填を行い完成します。

シース管内のグラウト材には、従来の「高粘性型グラウト材料と比較して充填時の“先流れ現象”が生じにくい「高チクソトロピー型高性能グラウト材」を採用することで良好な充填性・施工性を確保します。

図版:シース管内への充填概念図

シース管内への充填概念図

 

図版:組立方法

組立方法

特長・メリットココがポイント

コストダウンが可能

P&PCセグメントは、以下に示す特徴により、全体的なコストダウンが可能となります。

  • 継手金物の省略
  • 鉄筋の簡素化
  • 二次覆工の省略
  • セグメント部材厚の低減(トンネル外径の縮小)
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二次覆工を省略可能

金物類を表面に出さないうえ、止水性が高いため。内面平滑型セグメントとして、二次覆工を省略することができます。

  • 二次覆工省略型セグメントや二次覆工一体型セグメントにも適用可能です。

図版:内面平滑型セグメント

内面平滑型セグメント

構造的な安定性と止水性を確保

高い内水圧が作用するトンネルでもプレストレスを導入することにより、コンクリート断面を全断面圧縮状態に保つことが可能であるため、構造的な安定性と止水性が確保されます。

  • プレストレスの導入による、内水圧作用下での対抗性を確認しています。

図版:セグメント内水圧載荷試験

セグメント内水圧載荷試験

適用実績

図版:南部第10処理分区南浦和2号幹線築造

南部第10処理分区
南浦和2号幹線築造

場所:埼玉県さいたま市

竣工年:2010年2月

発注者:さいたま市

規模:セグメント外径φ5,400mm
仕上がり内径φ4,750mm
延長2,260m(内水圧対応型)

図版:宮田導水路1号サイホン

宮田導水路1号サイホン

場所:愛知県丹羽郡

発注者:農林水産省東海農政局

規模:セグメント外径φ3,900mm
仕上がり内径φ3,500mm
延長1,934m(内水圧対応型)

学会論文発表実績

  • 「中口径P&PCセグメント工法におけるPCグラウトの実規模注入実験」,土木学会第62回年次学術講演会,2007年
  • 「P&PCセグメント工法における高チクソ型PCグラウトの現場充てん性確認実験と施工実績 ~南浦和2号幹線築造工事~」,土木学会第63回年次学術講演会,2008年
  • 「P&PCセグメントの施工実績と緊張管理 ~南浦和2号幹線築造工事~」,土木学会第63回年次学術講演会,2008年

シールドトンネル技術 インデックス

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