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土木技術

「セグメントの技術」と「EASYセグメント」

合理的かつ経済的なセグメントを目指して

セグメント技術
セグメントの設計法

セグメントリングの力学モデル

セグメントリングの力学モデル

シールド工法の掘進技術と同様に、覆工技術も大きな要素を占めています。ソフト面ではS35年、当社技術陣により開発された「慣用設計法」は国内の標準設計法として定着しています。

その後、現場計測と工場内での実験を繰り返しながら、セグメントの継手部を回転バネやせん断バネにモデル化したセグメント設計手法の研究を進め、H1年に設計計算ソフト「SIGMA」を開発しました。

 

セグメントの継手

セグメントの継手は、トンネルの構造、土質、施工条件を考慮して選定します。たとえば、地下水の豊富な軟弱地盤に設置されるシールドトンネルでは、トンネルの漏水や過大な変形を抑制するため、継手の剛性と止水性を高めます。

地盤反力の期待できる硬質地盤では、むしろ剛性の小さい簡素な継手を採用して経済性を追求します。熊谷組はニーズに応じて各種の継手を開発し、多くの工事で採用されています。

部位
種類
概要

セグメント継手

リング継手

平板形インサート

平板金物
(溶接構造)

インサート継手とは、継手面の片側にボルト締付けが容易な袋ネジ付きインサートを配置し、片側にボルトボックスを有する金物継手を配置したものです。リング継手ではセグメントの組立性に配慮し、インサートの先端をピン形状としています。

平板金物タイプは、インサートに異型鉄筋、ボルトボックス側に平板金物を使用しており、金物の製作性、経済性に優れる中小断面のセグメントに適しています。

DUET
(ダクタイル)
DUET継手は、この平板金物の継手に対して、鋳造しやすいコンパクトな形状とし、アンカー筋ごとダクタイル鋳鉄で一体成型し、軽量化したものです。継手重量が大きい大断面でコストメリットが大きくなります。
セグメント継手 アーチ形インサート アーチ形インサート継手は、従来の平板金物継手をタイドアーチ構造のダクタイル鋳鉄製金物とすることで、継手の剛性、強度を高めたものです。軟弱地盤のように大きな継手剛性が必要なセグメント継手に使用します。
リング継手 ノブ継手 ノブ形継手は、オス金具のピンの軸部に縮径部が加工されており、ピンの挿入に伴い、雌金具円筒部の爪が縮径部に落ち込んで、ピンを把持し固定します。

 

平板形インサート

平板形インサート

DUET継手

DUET継手

アーチ形インサート継手

アーチ形インサート継手

ノブ継手

ノブ継手

 

シールドトンネルの耐震技術 -フレックスシールド-

フレックスシールド

フレックスシールド

シールドトンネルは周辺地盤によって支持されているため、地上構造物に比べてより安全であると考えられています。しかし、地下構造物が大型化・複雑化しているなかで、地震や地盤の不等沈下の発生、近接施工に伴う荷重の変動によって部材の降伏や漏水などが発生することも考えられます。

フレックスシールドは、地震や地盤沈下時にシールドトンネルに発生する変形量を算定し、その変形量に応じて、ゴムと鋼板からなる積層状の可撓性ワッシャ(弾性ワッシャ)をリング継手部に所定のトルクで締め付けて設置し、シールドトンネルの可擁性能を向上させるものです。

 

EASYセグメント

EASYセグメント

構造イメージ図

EASYセグメントは、社会のニーズに応えて開発されたセグメントです。

 

経済的で組立が簡単、かつ地震に強い

EASYセグメントは、単純なピン構造のリング継手(ピンジョ イ継手)と簡易な斜めボルト(仮設)を用いたセグメントです。

セグメント費がシールド全体工事費に占める割合は高く、その中 でもセグメントの継手金物費が高い割合を占めています。

EASYセグメントは、セグメントに必要とされる機能を見直し、 よりシンプルな継手構造とすることにより、経済的で組立が簡単 なセグメントとしました。

また、リング継手に伸縮機能を持たせたため地震時にシールドト ンネルが周辺地盤の挙動に追従し、地震に対して安全なトンネル を構築します。

メリット
  • (1)継手金物費が低減でき、コストダウンに貢献します。
  • (2)組立が簡単で、施工サイクルが短縮され工期短縮に貢献します。
  • (3)リング間がフレキシブル構造となり、耐震性能が向上します。
  • (4)内面が平滑で、二次覆工を省略できます。

EASYセグメント

EASYセグメント

構造概要図

リング継手

供用時にはせん断締結部材のみが必要となるため、単純なピンジョイントにより、隣接セグメントとの添接機能を確保します。急カーブなど施工時荷重により目開きが発生することが懸念される区間には締結式のジョイントを使用します。

 

セグメント継手

供用時は締結力を期待しないため、継手面はフラットな突合せ構造ですが、施工時荷重に抵抗する仮設部材として斜めボルトを設置します。

 

施工実績

EASYセグメントは、「福井市月見・みのり雨水貯留管建設工事」(発注者:日本下水道事業団)で直線区間(160リング)に採用され、漏水や割れ欠け、目開きがなく、組立時間も一般部に比べ約5分間短縮しました。

セグメント組立中

組立完了写真

セグメント組立中および組立完了写真

継手詳細写真

継手詳細写真

継手構造図

継手構造図

 

耐震性能

シールドトンネルは地震時に周辺地盤の挙動に追従し、横方向にうねりながら、かつ軸方向に伸縮を繰り返します。

耐震性能

*リング継手がフレキシブル構造であるため、トンネルは無理なく変位に追従します。

シールドトンネルの振動モード

適用範囲

適用範囲

N値 10 程度以上の良質地盤では地盤反力が大きく、軸力に対して発生曲げモーメントが比較的小さいため、小土被りを除く深度で適用可能です。

 

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