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
- 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。
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。
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。
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。
適用実績
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
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
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
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。
- 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。
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。
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。
適用実績
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
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
- 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
被覆樹脂特性
HDライニングでは、DCPD(ジシクロペンタジエン)で作製した樹脂パネルをセグメント製造時に表面に設置、被覆します。被覆樹脂に要求される性能は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。
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。
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。
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。
適用実績
宮田導水路1号サイホン
場所:愛知県丹波郡扶桑町〜江南市中般若町
竣工年:2013年3月
発注者:農林水産省東海農政局
規模:仕上がり内径Φ3,500mm 桁高200mm
延長1,934m
HDライニング
1,372リング(P&PC、内面パネルタイプ)
11リング(中詰めST、内面パネルタイプ)
南部第10処理分区南浦和2号幹線
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:仕上がり内径Φ4,750mm 桁高325mm
延長2,260m
HDライニング
1,939リング(P&PC、内面パネルタイプ)
691リング(中詰めST、内面パネルタイプ)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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。
特許登録済
- 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
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。
シース管内への充填概念図
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)
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。
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。
適用実績
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)
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
回転式レーザー真円度自動測定システム
高品質・高精度なシールドトンネル施工に寄与する出来形計測技術
大断面のシールドトンネルは、真円で構築されることが理想ですが、土質条件やトンネル線形、断面の大きさ、掘進に伴う圧力変化等の施工条件によって真円保持が困難となり変形する場合があります。
本システムは、トンネルを構築しながら真円度を自動で測定するシステムで、掘削・組立に合わせて真円度を計測することで、1リング毎にひずみを修正しながらセグメントを組み立てることが可能です。これにより高品質・高精度なシールドトンネルを構築できます。
特許登録済
NETIS KK-180023-A
- キーワード
- 真円度、自動測定、大断面、泥土圧式シールド、テールクリアランス
本システムの概要
本システムは、360度回転するレーザー距離計をシールドマシン中央付近に2か所に設置し、距離計から発信されるレーザー光線を360 度回転する小型ミラーで90 度方向に屈折させることで、セグメントリングとシールドマシンの内面形状をリアルタイムに測定します。測定結果は演算処理を行い、セグメントの真円度とテールクリアランスが瞬時に画面表示されます。
その結果を基に、1リングごとにひずみ修正の必要箇所を明確にし、セグメントリングの組み立てに反映します。
特長・メリットココがポイント
高品質・高精度なシールドトンネル構築に寄与
1リング毎にセグメントリングの真円度、シールドマシン内径、全周360度のテールクリアランス、マシン内のセグメントリングの位置を自動で瞬時に算定します。その結果により次リングの掘進・組立のための修正を即時に指示し、施工にフィードバックすることができるため、限りなく真円に近い高品質・高精度なトンネルを構築することができます。
シールドトンネル以外への適用も可能
測定範囲0.1m~100m、分解能0.1mmと広範囲かつ高精度の測定が可能で、360度回転しながら測定します。測定角度設定、測定時間、測定時期等を自由に設定できることから、他の様々な分野への適用も可能です。
- 掘削に伴い変形する土留部材測定
- 法面等自然を対象とした変位測定
- 建物等の内空測定
手動計測に比べて大幅な生産性向上
従来の手動による計測に比べ、大幅な省力化を実現でき、生産性の向上につながります。また、測定結果をタブレット端末等でリアルタイムにどこででもモニタリングすることができます。
適用実績
大和川線シールドトンネル工事
場所:大阪府堺市
竣工年:2019年3月
発注者:阪神高速道路
規模:本システム計測器本体2台使用
桜町北湊雨水貯留管築造工事
場所:福岡県北九州市
竣工年:2018年3月
発注者:北九州市
規模:本システム計測器本体3台使用
石狩湾新港発電所 1号機新設工事のうち
土木本工事(第3工区)
場所:北海道小樽市
竣工年:2018年8月
発注者:北海道電力
規模:本システム計測器本体1台使用
東京都芝浦水再生センター・
森ヶ崎水再生センター間
連絡管建設工事その2
場所:東京都大田区
竣工年:2019年3月
発注者:日本下水道事業団
規模:本システム計測器本体1台使用
学会論文発表実績
- 「シールドトンネル真円度自動測定システムの開発と実績」,土木学会第69回年講,2014年9月
- 「高品質・高精度な大断面シールドトンネルの構築」,土木学会第70回年講,2015年9月
- 「回転式レーザー自動測定システムによる併設影響計測実績」,土木学会第71回年講,2017年9月
- 「大和川線における大断面シールドトンネルの施工」,土木施工,VOL.57,No.4,2016年5月
- 「大断面道路トンネルの超近接施工実績」,土木施工,VOL.58,No.10,2017年10月
六面鋼殻セグメント
高剛性・高耐力の鋼・コンクリート合成構造セグメント
六面鋼殻セグメントは、外面の6面を鋼殻で覆い、その内部にコンクリートを充填して一体構造とした鋼・コンクリート合成構造のセグメントです。高い剛性と耐力を有しており、従来のシールドセグメントに比べて薄肉化することが可能です。
継手構造はボルト接合構造としており、通常のセグメントと容易に接合することが可能です。
特許登録済
- キーワード
- シールド、合成セグメント、六面鋼殻
特長・メリットココがポイント
高い剛性、強度を確保
剛性、強度が高いため、安全で合理的な構造が確保できます。
- 大きな荷重が作用する特殊部などでセグメントが厚くなるのを抑制し、トンネル外径の縮小、トンネル内空の確保が可能です。
- 変形が小さいため、トンネル内空が確保できます。
セグメント同士の接続が容易
継手構造は一般的なボルト接合構造であるため、容易に接続ができます。
- 断面内で異なる構造のセグメントと組み合わせることも可能です。
例)撤去部セグメントピースのみ鋼製セグメント - 隣接するセグメントリングとの間に特殊な継手構造のセグメントが不要です。
適用実績
中央環状品川線トンネル(北行)
場所:東京都品川区~目黒区
竣工年:2015年4月
発注者:首都高速道路
規模:掘進延長8,030m
セグメント外径Φ12,300mm
シールド機外径Φ12,550mm
学会論文発表実績
- 「フルサンドイッチ型合成セグメントの構造特性および製造方法」,土木学会,第64回年次学術講演会,2009年
- 「大断面長距離シールドトンネルにおける合成セグメントの施工実績」,土木学会,第67回年次学術講演会,2012年
SP継手・DS継手
シールドセグメントをワンタッチで接続するリング間継手
SP継手、DS継手は、シールドセグメントをワンタッチで嵌合することが可能なピン挿入式のリング間継手です。セグメント組立後は継手金物が露出せず、トンネル内面を平滑な構造とすることが可能です。
SP継手は大口径、中口径シールド、DS継手は中口径、小口径シールドでの使用に適しています。いずれも小さな荷重で簡単に挿入することが可能で、シールド工事の高速化、高耐久化を実現します。
特許登録済
- キーワード
- シールド、セグメント、ピン式継手、ワンタッチ
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、狭い箇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。
トンネル内面を平滑化
継手金物が露出しないため、内面が平滑なトンネルの構築が可能です。
- 継手金物の露出がないため、耐久性が向上します。
- 継手締結用の欠損箇所の充填や二次覆工を省略できます。
- 二次覆工の省略により、トンネル外径の縮小が可能です。
適用実績
中央環状品川線トンネル(北行)
場所:東京都品川区~目黒区
竣工年:2015年4月
発注者:首都高速道路
規模:掘進延長8,030m
セグメント外径Φ12,300mm
掘削外径Φ12,550mm
石狩湾新港発電所1号機新設工事のうち
土木本工事(第3工区)
場所:北海道小樽市
竣工年:2018年8月
発注者:北海道電力
規模:掘進延長1,045m
セグメント外径Φ5,400mm
掘削外径Φ2,360mm
学会論文発表実績
- 「免震機能を有するピン挿入型リング継手構造の開発」,土木学会,第69回年次学術講演会,2014年
- 「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回年次学術講演会,1999年~2005年
高耐力RCセグメント
継手部の圧縮耐力を向上させた新しいRCセグメント
高耐力RCセグメントは、セグメント継手部に圧縮力伝達材を配置することで、継手部の圧縮耐力を向上させたセグメントです。圧縮力伝達材は鋼板とアンカー筋を溶接したシンプルな構造です。
高耐力RCセグメントは、鉄筋かごや継手部材などと共に、圧縮力伝達材をセグメント型枠に固定してコンクリートを打設し、締め固めることにより製作します。
特許登録済
建設技術審査証明 第202303号 (一財)先端建設技術センター (有効期限2028年11月30日)
- キーワード
- 大深度、大断面、RCセグメント、継手部、圧縮力伝達材、軸圧縮力卓越、実物大実験
特長・メリットココがポイント
本体部と同等の耐力を発揮可能
高耐力かつ経済性に優れた合理的なRCセグメントです。
- 作用する圧縮力はコンクリートと圧縮力伝達材が分担します。
- 高軸圧縮力作用環境下において、セグメント継手部が本体部と同等の耐力となることで、セグメントの厚さを低減できます。
- 圧縮力伝達材の効果については、実物大供試体による載荷試験で確認し、技術審査証明を取得しています。
セグメントの製造が容易
通常のRCセグメントに圧縮力伝達材を配置したシンプルな構造のため、製造が容易です。
- 圧縮力伝達材はアンカー筋と鋼板からなるシンプルな構造です。
- 試作試験により、製作性、製作精度を確認しています。
学会論文発表実績
- 「RCセグメント継手部を補強した高耐力RCセグメントの開発(その1) ─構造の概要と要素試験─」,土木学会,第78回年次学術講演会,2023年
- 「RCセグメント継手部を補強した高耐力RCセグメントの開発(その2) ─実物大実験と圧縮力伝達材の効果─」,土木学会,第78回年次学術講演会,2023年
- 「RCセグメント継手部を補強した高耐力RCセグメントの開発(その3) ─実工事への適用に向けた試作と製作精度の確認─」,土木学会,第78回年次学術講演会,2023年