JP3882882B2 - 鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造、鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合方法、及び地下構造物構築方法 - Google Patents
鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造、鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合方法、及び地下構造物構築方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非開削方式で地下構造物を構築するために使用する鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートを結合する構造とその方法、及びこの鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートにより地下構造物を構築する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道線路や道路等の下方に非開削方式で地下構造物を構築する方法として、鋼製エレメントを推進又はけん引により地中に順次挿入して組み合わせ、エレメントにより囲まれた部分の土砂等を掘削し、鋼製エレメントからなる構造体（以下、「エレメント構造体」という。）を地下構造物の本体として利用する方法が用いられている。
【０００３】
このような工法において、下床版を現場打ち鉄筋コンクリートで構成する場合、側壁部の下端のエレメントと下床版を剛結合構造とする必要がある。また、エレメント構造体の断面形状が「日」を横にした形状や「目」を横にした形状の場合に、中間に配置される中壁部の上端のエレメントと、対応する箇所の上床版のエレメントを剛結合構造とする場合がある。あるいは、例えばエレメント構造体の断面形状が「ロ」字状の場合に、最後にエレメントどうしを接合させる閉合部において、これらのエレメントを剛結合構造とする場合がある。
【０００４】
このような場合、例えば、側壁部下端のエレメントと鉄筋コンクリート下床版との剛結合構造では、側壁部下端のエレメント内などに鉄筋を配置し、これらの鉄筋と下床版の鉄筋を接続して現場打ちコンクリートを打設し、側壁下端部と下床版との一体化を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したエレメントによる地下構造物構築方法においては、エレメントという限られた狭い空間内で多数の鉄筋を定着又は接続しなければならず、作業が困難で施工性が悪く、施工の精度も低下する、という問題があった。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートを施工性良く、かつ高い施工精度で結合し得る結合構造、及びその方法等を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造は、矩形管状又は略「コ」字状の断面を有してエレメント軸方向に延設される鋼製部材の隅部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面のエレメント継手部を設け、隣接するエレメント継手部の嵌合により相互の接合を行うとともに、前記エレメント軸方向に直角な方向であるエレメント軸直角方向の力を伝達可能とした鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートを結合する構造であって、「−」字状断面を有しエレメント軸方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における一端部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた接続継手部材の前記結合継手部と前記鋼製エレメントのエレメント継手が嵌合され、前記嵌合された各継手部の内部に形成される嵌合空間内にグラウト材が注入され硬化することにより前記接続継手部材が固定され、前記接続継手部材の前記結合継手部が設けられた前記一端部とは反対側の他端部付近に設けられ前記エレメント軸直角方向に延びるようにして並設された複数の結合鉄筋と現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋が重ね合わせ配置されて重ね鉄筋継手が形成され現場打ちコンクリートが打設され硬化することにより前記鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートが結合されることを特徴とする。
【０００８】
上記の鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造において、好ましくは、前記接続継手部材は、「−」字状断面を有し長手方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における両端部に前記長手方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた直線鋼矢板の前記鋼製平板部を前記長手方向に沿って切断することにより形成される。
【０００９】
また、上記の鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造において、好ましくは、前記結合鉄筋は、溶接又は機械的接合により前記鋼製平板部に接合される。
【００１０】
また、上記の鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造において、好ましくは、前記結合鉄筋は、帯鉄筋により取り囲まれて補強される。
【００１１】
また、本発明に係る鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの第１の結合方法は、矩形管状又は略「コ」字状の断面を有してエレメント軸方向に延設される鋼製部材の隅部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面のエレメント継手部を設け、隣接するエレメント継手部の嵌合により相互の接合を行うとともに、前記エレメント軸方向に直角な方向であるエレメント軸直角方向の力を伝達可能とした鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートを結合する方法であって、「−」字状断面を有しエレメント軸方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における一端部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた接続継手部材の前記結合継手部が設けられた前記一端部とは反対側の他端部付近に複数の結合鉄筋が前記エレメント軸直角方向に延びるようにして並設された結合部材の前記結合継手部と前記鋼製エレメントのエレメント継手を嵌合させ、次いで、前記嵌合した継手内に形成される嵌合空間内にグラウト材を注入して硬化させることにより前記結合部材を固定し、次いで、前記結合鉄筋と現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋を重ね合わせ配置して重ね鉄筋継手を形成し現場打ちコンクリートを打設し硬化させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの第２の結合方法は、矩形管状又は略「コ」字状の断面を有してエレメント軸方向に延設される鋼製部材の隅部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面のエレメント継手部を設け、隣接するエレメント継手部の嵌合により相互の接合を行うとともに、前記エレメント軸方向に直角な方向であるエレメント軸直角方向の力を伝達可能とした鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートを結合する方法であって、「−」字状断面を有しエレメント軸方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における一端部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた接続継手部材の前記結合継手部と前記鋼製エレメントのエレメント継手を嵌合させ、次いで、前記嵌合した継手内に形成される嵌合空間内にグラウト材を注入して硬化させることにより前記接続継手部材を固定し、次いで、前記接続継手部材の結合継手部が設けられた前記一端部とは反対側の他端部付近に複数の結合鉄筋を前記エレメント軸直角方向に延びるようにして並設し、次いで、前記結合鉄筋と現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋を重ね合わせ配置して重ね鉄筋継手を形成し現場打ちコンクリートを打設し硬化させることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る地下構造物構築方法は、矩形管状又は略「コ」字状の断面を有してエレメント軸方向に延設される鋼製部材の隅部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面のエレメント継手部を設けて前記エレメント軸方向に直角な方向であるエレメント軸直角方向の力を伝達可能とした鋼製エレメントを、前記エレメント軸方向を挿入方向として地中に挿入し、次いで、他の鋼製エレメントを、前記エレメント継手部どうしを相互に嵌合させつつ地中に挿入し、前記嵌合したエレメント継手部内にグラウト材を注入し硬化させて前記鋼製エレメントどうしを固定することを繰り返して複数の鋼製エレメントを地中で連結させ、次いで、前記複数の鋼製エレメントが閉合する前に、閉合箇所の地盤を掘削して閉合空間を形成し、次いで、「−」字状断面を有しエレメント軸方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における一端部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた接続継手部材の前記結合継手部が設けられた前記一端部とは反対側の他端部付近に複数の結合鉄筋が前記エレメント軸直角方向に延びるようにして並設された結合部材を２個用いて前記結合鉄筋が対向するように配置させた構造体を上下２段に平行配置して前記結合鉄筋を帯鉄筋で取り囲んでカゴ状に構成したカゴ状部材の前記結合継手部と前記閉合空間内のエレメント継手を相互に嵌合させつつ前記カゴ状部材を前記掘削された閉合空間内に挿入し、次いで、前記カゴ状部材が挿入された閉合空間内に現場打ちコンクリートを打設し硬化させ、次いで、前記地中で連結された鋼製エレメントと前記閉合空間に形成された現場打ち鉄筋コンクリートによって構成されたエレメント構造体を防護工として前記エレメント構造体の内部の地盤を掘削し、次いで、前記エレメント構造体を本体として利用して地下構造物を構築することを特徴とする。
【００１４】
上記の地下構造物構築方法において、好ましくは、前記閉合箇所には、前記閉合空間を掘削する時の土留めと前記現場打ちコンクリートを打設する時の型枠の機能を有する保護部材が配置される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
（１）第１実施形態
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１実施形態である地下構造物の全体構成を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すように、この地下構造物１０１は、「ロ」字状の断面形状を有する箱型の構造物である。地下構造物１０１は、現場打ち鉄筋コンクリートからなる下床版４０と、「コ」を横にした形状の断面を有するエレメント構造体Ｅ１により構成されている。下床版４０とエレメント構造体Ｅ１は、結合構造部４１、４２によって剛結合されている。
【００１９】
また、エレメント構造体Ｅ１は、上床版部の中央位置に設置される基準管鋼製エレメント１０と、基準管鋼製エレメント１０に隣接させるように設置される一般部鋼製エレメント２０と、エレメント構造体の４つの隅角位置に設置される隅角部鋼製エレメント３０が組み合わされて構成されている。
【００２０】
図２は、基準管鋼製エレメント１０と、一般部鋼製エレメント２０の構成と、接合状態を示している。図２（Ａ）は、基準管鋼製エレメント１０と、一般部鋼製エレメント２０の断面図を示している。また、図２（Ｂ）は、エレメント継手部１３、２３の接合状態を示す拡大断面図である。図２（Ａ ）と図２（Ｂ）は、いずれも、鋼製エレメントの長手方向の軸の方向（以下、「エレメント軸方向」という。）に垂直な平面で切断した場合の基準管鋼製エレメント１０と、一般部鋼製エレメント２０の断面図を示している。
【００２１】
図２（Ａ）に示すように、基準管鋼製エレメント１０は、２つの鋼製板状部材１１と、２つの鋼製板状部材１２と、４つのエレメント継手部１３を有している。鋼製板状部材１１と他の鋼製板状部材１１は、互いに対向するように配置されてエレメント軸方向に延設されている。また、鋼製板状部材１２と他の鋼製板状部材１２は、互いに対向するように配置されるとともに鋼製板状部材１１と直角となるように配置され、エレメント軸方向に延設される。これにより、２つの鋼製板状部材１１と２つの鋼製板状部材１２は、全体として矩形管状（「ロ」字状）の断面の鋼製部材を形成している。
【００２２】
また、各鋼製板状部材１１、１２、１１、１２によって形成される矩形管状断面の４つの隅部のそれぞれには、エレメント軸方向に沿って延びる鋼製のエレメント継手部１３が配設されている。
【００２３】
エレメント継手部１３の断面は、図２（Ｂ）に示すように、概略「Ｃ」字状の嵌合部１３ａと、嵌合部１３ａの背後に接続する基部１３ｂを有して構成されている。また、嵌合部１３ａは、２つの突出部１３ｃ、１３ｄを有している。突出部１３ｃの先端は球根状に断面が拡大されている。また、突出部１３ｃと突出部１３ｄの中間は、ほぼ楕円状断面の凹部となっており、この部分は、略楕円状断面でエレメント軸方向に延びる溝１３ｅとなっている。
【００２４】
なお、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）における上部中央位置のエレメント継手部１３の断面を示しているが、図２（Ａ）における下部中央位置、右上位置、右下位置の隅部のエレメント継手部１３についてもまったく同一形状のエレメント継手部位１３が用いられており、その構成は図２（Ｂ）に図示するものとまったく同様である。
【００２５】
また、各鋼製板状部材１１、１２と各エレメント継手部１３との各接合箇所は、溶接部Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４によって接合されている。各鋼製板状部材１１、１２と各エレメント継手部１３との接合は、ボルト等の機械的接合であってもよい。
【００２６】
上記のような構成により、エレメント継手部１３の突出部１３ｃの先端付近にエレメント軸方向に直角な方向（以下、「エレメント軸直角方向」という。）の力を作用させた場合、例えば、図２（Ｂ）における左方向に引張ると、この引張り力（以下、「第１引張り力」という。）は、突出部１３ｃから基部１３ｂに伝達され、基部１３ｂから鋼製板状部材１１に伝達され、鋼製板状部材１１の図２（Ｂ）における左端に、図２（Ｂ）における左方向への引張り力を作用させることになる。
【００２７】
一方、エレメント継手部１３の突出部１３ｄの先端付近にエレメント軸直角方向の力を作用させた場合、例えば、図２（Ｂ）における左方向に引張ると、この引張り力（以下、「第２引張り力」という。）は、突出部１３ｄから基部１３ｂを経て鋼製板状部材１１に伝達され、鋼製板状部材１１の図２（Ｂ）における左端に、図２（Ｂ）における左方向への引張り力を作用させることになる。
【００２８】
上記のことから、エレメント継手部１３の突出部１３ｃ及び１３ｄと、基部１３ｂは、外部から加えられる上記のエレメント軸直角方向の力（例えば、第１引張り力、第２引張り力）に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。また、エレメント継手部１３の突出部１３ｄには、上記の第１引張り力の一部と第２引張り力の一部との合成力が作用することを考慮し、その力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。例えば、突出部１３ｄの厚みは十分な厚みとなっている。
【００２９】
また、エレメント継手部１３の基部１３ｂには、上記の第１引張り力と第２引張り力の一部との合成力が作用することを考慮し、その力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面（例えば十分な厚み）を有している。また、鋼製板状部材１１は、エレメント継手部１３から伝達される上記のエレメント軸直角方向の力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。
【００３０】
また、図２（Ａ）に示すように、一般部鋼製エレメント２０は、２つの鋼製板状部材２１と、１つの鋼製板状部材２２と、２つのエレメント継手部１３と、２つのエレメント継手部２３を有している。鋼製板状部材２１と他の鋼製板状部材２１は、互いに対向するように配置されてエレメント軸方向に延設されている。また、鋼製板状部材２２は、鋼製板状部材２１、２１と直角となるように配置され、エレメント軸方向に延設される。これにより、２つの鋼製板状部材２１と１つの鋼製板状部材２２は、全体として「コ」字状の断面の鋼製部材を形成している。
【００３１】
また、各鋼製板状部材２１、２２、２１によって形成される「コ」字状断面の４つの隅部のうち、外部に対して開放された隅部、すなわち図２（Ａ）における右上隅部及び右下隅部のそれぞれには、エレメント軸方向に沿って鋼製のエレメント継手部２３が配設されている。
【００３２】
また、各鋼製板状部材２１、２２、２１によって形成される「コ」字状断面の４つの隅部のうち、外部に対して閉塞された隅部、すなわち図２（Ａ）における左上隅部及び左下隅部のそれぞれには、エレメント軸方向に沿って上述したエレメント継手部１３が配設されている。
【００３３】
エレメント継手部２３の断面は、概略「Ｃ」字状の嵌合部２３ａと、嵌合部２３ａの背後に接続する基部２３ｂを有して構成されている。また、嵌合部２３ａは、２つの突出部２３ｃ、２３ｄを有している。突出部２３ｃの先端は球根状に断面が拡大されている。また、突出部２３ｃと突出部２３ｄの中間は、ほぼ楕円状断面の凹部となっており、この部分は、略楕円状断面でエレメント軸方向に延びる溝２３ｅとなっている。
【００３４】
なお、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）における上部中央位置のエレメント継手部２３の断面を示しているが、図２（Ａ）における下部中央位置の隅部のエレメント継手部２３についてもまったく同一形状のエレメント継手部２３が用いられており、その構成は図２（Ｂ）に図示するものとまったく同様である。また、一般部鋼製エレメント２０におけるエレメント継手部１３とその付近の構成は、上述した基準管鋼製エレメント１０におけるエレメント継手部１３とその付近の構成とまったく同様である。
【００３５】
また、各鋼製板状部材２１、２２と各エレメント継手部１３、２３との各接合箇所は、溶接部Ｗ５、Ｗ６等によって接合されている。各鋼製板状部材２１、２２と各エレメント継手部１３、２３との接合は、ボルト等の機械的接合であってもよい。
【００３６】
上記のような構成により、エレメント継手部２３の突出部２３ｃの先端付近にエレメント軸直角方向の力を作用させた場合、例えば、図２（Ｂ）における右方向に引張ると、この引張り力（以下、「第３引張り力」という。）は、突出部２３ｃから基部２３ｂに伝達され、基部２３ｂから鋼製板状部材２１に伝達され、鋼製板状部材２１の図２（Ｂ）における右端に、図２（Ｂ）における右方向への引張り力を作用させることになる。
【００３７】
一方、エレメント継手部２３の突出部２３ｄの先端付近にエレメント軸直角方向の力を作用させた場合、例えば、図２（Ｂ）における右方向に引張ると、この引張り力（以下、「第４引張り力」という。）は、突出部２３ｄから基部２３ｂに伝達され、基部２３ｂから鋼製板状部材２１に伝達され、鋼製板状部材２１の図２（Ｂ）における右端にＭ図２（Ｂ）における右方向への引張り力を作用させることになる。
【００３８】
上記のことから、エレメント継手部２３の突出部２３ｃ及び２３ｄは、外部から加えられる上記のエレメント軸直角方向の力（例えば、第３引張り力、第４引張り力）に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。また、エレメント継手部２３の突出部２３ｄには、上記の第４引張り力と、第４引張り力に起因する曲げモーメントによる力の合成力が作用することを考慮し、その力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。例えば、突出部２３ｄの厚みは十分な厚みとなっている。
【００３９】
また、エレメント継手部２３の基部２３ｂには、上記の第３引張り力と第４引張り力との合成力が作用することを考慮し、その力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面（例えば十分な厚み）を有している。また、鋼製板状部材２１及び２２は、エレメント継手部１３、２３から伝達される上記のエレメント軸直角方向の力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。
【００４０】
次に、上記した基準管鋼製エレメント１０と一般部鋼製エレメント２０によるエレメント構造体の施工方法について説明する。
【００４１】
まず、、基準管鋼製エレメント１０を、エレメント軸方向に向けて地中に挿入する。この場合、基準管鋼製エレメント１０の内部にオーガードリル等を配備して、エレメント内部の土砂等を掘削、除去しつつ、エレメントの地中への挿入を行う。その後、一般部鋼製エレメント２０の開放側隅部に設けられたエレメント継手部２３、２３のそれぞれを、基準管鋼製エレメント１０のエレメント継手部１３のうちの２つ（例えば、図２（Ａ）における左上隅部の継手と左下隅部の継手）と嵌合させて接合する。
【００４２】
その後、これらのエレメント継手部１３、２３を嵌合させた状態で、一般部鋼製エレメント２０を、基準管路鋼製エレメント１０に沿わせながら、基準管鋼製エレメント１０の場合と同様にしてエレメント軸方向に向けて地中に挿入する。これにより、図２（Ａ）に示した状態となる。
【００４３】
この場合、図２（Ｂ）に示すように、接合状態となっている基準管鋼製エレメント１０のエレメント継手部１３と、一般部鋼製エレメント２０のエレメント継手部２３においては、エレメント継手部１３の溝１３ｅ内にエレメント継手部２３の突出部２３ｃの拡大された先端が入り込んで嵌合し、かつ、エレメント継手部２３の溝２３ｅ内にエレメント継手部１３の突出部１３ｃの拡大された先端が入り込んで嵌合している。このように、基準管鋼製エレメント１０のエレメント継手部１３と一般部鋼製エレメント２０のエレメント継手部２３が互いに嵌合することにより、基準管鋼製エレメント１０と一般部鋼製エレメント２０の相互間で、エレメント軸直角方向の力が伝達可能となっている。
【００４４】
上記のように嵌合している基準管鋼製エレメント１０のエレメント継手部１３と、一般部鋼製エレメント２０のエレメント継手部２３の内部の溝１３ｅ、２３ｅには、必要に応じて、適宜の時期に、エレメント軸方向の一方の端（以下、「注入端」という。）から、無収縮モルタル、無収縮コンクリート、樹脂材料等のグラウト材（図示せず）を注入し、硬化させて継手接合を補強してもよい。このグラウト注入を行うと、継手が固定されるため、接合された後の複数の鋼製エレメントが、上載荷重等によりたわむなどの変形を生じることを防止することができる。また、この補強により、エレメント軸直角方向の力の伝達性能も向上する。
【００４５】
次に、上記と同様にして、他の新たな一般部鋼製エレメント２０の開放側隅部に設けられたエレメント継手部２３、２３のそれぞれを、すでに地中に挿入された一般部鋼製エレメント２０の閉塞側隅部に設けられたエレメント継手部１３、１３のそれぞれと嵌合させて接合する。そして、両継手を嵌合させた状態で、新たな一般部鋼製エレメント２０を、すでに挿入された一般部路鋼製エレメント２０に沿わせながら、エレメント軸方向に向けて地中に挿入する。
【００４６】
以下、上記のようにして一般部エレメント挿入工程を順次繰り返すことによって、地中に挿入され相互に接合された各鋼製エレメント１０、２０等によってエレメント構造体を構成することができる。例えば、平板状の構造体、半円状や円状あるいは楕円状等に囲まれた形状のエレメント構造体である。
【００４７】
次に、必要により、各エレメント内にコンクリート等を充填する。次に、地中に形成されたエレメント構造体を防護工として利用し、エレメント構造体の内部の土砂等を掘削する。次に、エレメント内面をコンクリートで被覆する等の施工を行うことにより、地下構造物を構築することができる。
【００４８】
エレメント構造体が「ロ」字状断面などの場合には、エレメントが直角に曲がる隅角部が必要となる。この隅角部には、上記した基準管鋼製エレメント１０や一般部鋼製エレメント２０とは異なる構成の隅角部構成エレメント３０が用いられる。
【００４９】
次に、隅角部鋼製エレメント３０の構成を、図３を参照しつつ説明する。図３は、図１に示すエレメント構造体Ｅ１の左側壁の下端位置となる隅角部鋼製エレメント３０と、下床版４０の左端部との結合構造部４１の断面図を示している。図３は、エレメント軸方向に垂直な平面で切断した場合の隅角部鋼製エレメント３０と、結合構造部４１の断面図を示している。
【００５０】
図３に示すように、隅角部鋼製エレメント３０は、５つの鋼製板状部材３１、３１、３２、３４、３４と、２つのエレメント継手部１３と、２つのエレメント継手部２３を有している。鋼製板状部材３１と他の鋼製板状部材３１は、互いに対向するように配置されてエレメント軸方向に延設されている。また、鋼製板状部材３４と他の鋼製板状部材３４は、互いに対向するように配置されるとともに鋼製板状部材３１と直角となるように配置され、エレメント軸方向に延設される。鋼製板状部材３２は、鋼製板状部材３１と直角となるとともに、鋼製板状部材３４と平行となるように配置され、エレメント軸方向に延設される。これにより、５つの鋼製板状部材３１、３１、３２、３４、３４は、全体として矩形管状の断面の鋼製部材を形成している。
【００５１】
また、各鋼製板状部材３１、３１、３２、３４、３４によって形成される矩形管状断面の４つの隅部のうち、エレメント軸直角方向のうちの一方向、例えば、図３における上下方向において互いに隣接する２つの隅部、すなわち図３における左上隅部と右上隅部のそれぞれに、エレメント軸方向に沿ってエレメント継手部２３、２３が設けられている。
【００５２】
また、上記した上下方向と直角となる他方向、例えば、図３における左右方向において互いに隣接する２つの隅部、すなわち図３における右上隅部と右下隅部のそれぞれにエレメント軸方向に沿ってエレメント継手部１３、１３が設けられている。
【００５３】
各エレメント継手部１３、２３の構成は上記とまったく同様である。また、鋼製板状部材３１、３２、３４は、エレメント継手部１３、２３から伝達される上記のエレメント軸直角方向の力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。また、各鋼製板状部材３１、３２、３１、３４と各エレメント継手部１３、２３との各接合箇所は、溶接部によって接合されている。この接合は、ボルト等の機械的接合であってもよい。
【００５４】
隅角部鋼製エレメント３０は、エレメント構造体Ｅ１の右上、右下、左上の各隅部にも設けられている。隅角部鋼製エレメント３０は、上記した構成により、エレメント軸直角方向の力のうち、「Ｌ」字状の隅角部の各方向の成分、例えば、図３における左右方向（水平方向）の成分は、隅角部鋼製エレメント３０の側に設けられた水平方向のエレメント継手部１３と、相手側に設けられた継手部（例えばエレメント継手部２３）により伝達可能である。また、エレメント軸直角方向の力のうち、上下方向（垂直方向）の成分は、隅角部鋼製エレメント３０の側に設けられた上下方向のエレメント継手部１３と、相手側に設けられた継手部（例えばエレメント継手部２３）により伝達可能である。
【００５５】
上記した隅角部鋼製エレメント３０の地中への挿入については、上記した基準部鋼製エレメント１０、一般部鋼製エレメント２０の場合とまったく同様であり、すでに地中に挿入された隣接するエレメントに沿わせて挿入すればよい。また、隅角部鋼製エレメント３０の下方に隣接する一般部鋼製エレメント２０についても同様である。
【００５６】
上記した隅角部鋼製エレメント３０については、エレメント構造体の隅角部の内側、例えば、図３における右上隅部に大きな引張り力が発生する場合があるが、この引張り力は、例えば上側の鋼製板状部材３４に負担させ、エレメント構造体の強度を高めることができる。
【００５７】
また、エレメント構造体の隅角部の内側（図３の右上隅部）の引張り力が小さい場合には、上側の鋼製板状部材３４を省略してもよい。あるいは、施工時（隅角部鋼製エレメント３０の挿入時）には鋼製板状部材３４を省略した「コ」字状断面としておき、エレメントの地中挿入後に溶接や、ボルト接合等の機械的接合などによって鋼製板状部材３４を取り付けるようにしてもよい。下側の鋼製板状部材３４についても適宜に付加又は省略可能である。
【００５８】
第１実施形態の地下構造物１０１は、下床版４０が現場打ち鉄筋コンクリートであり、エレメント構造体Ｅ１の側壁下端と下床版４０を、結合構造部４１、４２により剛結構造としている。地下構造物１０１の左下隅部の結合構造部４１と、右下隅部の結合構造部４２は、まったく同様の構成を有している。次に、地下構造物１０１の左下隅部の結合構造部４１の構成について説明する。
【００５９】
図３に示すように、結合構造部４１は、接続継手部材４３と、結合鉄筋４４と、現場打ちコンクリート４５を有して構成されている。
【００６０】
図４は、接続継手部材４３は、図３に示した結合構造部４１における接続継手部材４３の構成を示す図である。図４（Ａ）の断面図（エレメント軸方向に垂直な平面で切断した場合の断面図）に示すように、接続継手部材４３は、いわゆる直線鋼矢板４６を、矢板長手方向の中央線に沿って２等分するように切断することによって形成される。
【００６１】
接続継手部材４３は、鋼製平板部４３ａと結合継手部４３ｂを有している。鋼製平板部４３ａは、「−」字状の断面を有し、エレメント軸方向に延在する鋼製の平板状部分である。また、結合継手部４３ｂは、鋼からなり、鋼製平板部４３ａの「−」字状断面における一端部に、エレメント軸方向に沿って形成された略「Ｃ」字状断面の部分であり、上述したエレメント継手部１３と同様の構成を有している。
【００６２】
図４（Ｂ）は、接続継手部材４３と結合鉄筋４４の配置関係及び両者の構成を示す斜視図である。図４（Ｂ）に示すように、接続継手部材４３の鋼製平板部４３ａのうち、結合継手部４３ｂが設けられている一端部とは反対側の他端部付近に、複数の結合鉄筋４４設けられ、エレメント軸方向に直角となる方向に沿って延びるように並べて配置されている。これらの結合鉄筋４４は、溶接部４７によって鋼製平板部４３ａに接合されている。鋼製平板部４３ａと結合鉄筋４４との接合は、ボルト等の機械的接合であってもよい。
【００６３】
上記のような構造により、図３に示すように、エレメント構造体Ｅ１の左側壁下端の隅角部鋼製エレメント３０の右上隅部のエレメント継手部１３と上段の接続継手部材４３の結合継手部４３ｂが互いに嵌合するとともに、この隅角部鋼製エレメント３０の右下隅部のエレメント継手部１３と下段の接続継手部材４３の結合継手部４３ｂが互いに嵌合することにより、隅角部鋼製エレメント３０と結合構造部４１の相互間で、エレメント軸直角方向の力が伝達可能となっている。
【００６４】
また、図３に示すように、接続継手部材４３に接合された結合鉄筋４４には、下床版４０の現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋４９が沿わされて重ね鉄筋継手が形成されている。これにより、エレメント構造体Ｅ１の左側壁下端の隅角部鋼製エレメント３０のエレメント継手部１３から結合継手部４３ｂにより接続継手部材４３に伝達された力は、結合鉄筋４４から現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋４９を経て下床版４０に伝達されるようになっている。
【００６５】
また、図３に示すように、結合鉄筋４４には、帯状に取り囲む帯鉄筋４８を配置し、さらに補強をはかるようにしてもよい。
【００６６】
次に、結合構造部４１を施工するための第１の方法について説明する。
【００６７】
まず、あらかじめ、上記の接続継手部材４３に複数の結合鉄筋４４を溶接して図４（Ｂ）の状態に形成した部材（以下、「結合部材」という。）を２個作成しておく。
【００６８】
次に、エレメント構造体Ｅ１内の土砂等を、隅角部鋼製エレメント３０の底部位置（図３における鋼製板状部材３２の位置）まで掘削する。
【００６９】
次に、一方の結合部材の結合継手部４３ｂを隅角部鋼製エレメント３０の右上隅部のエレメント継手部１３に嵌合させ、エレメント軸方向にスライドさせるように挿入する。その後、互いに嵌合した結合継手部４３ｂとエレメント継手部１３の内部に形成される嵌合空間（図２（Ａ）における１３ｅ又は２３ｅに相当する部分）の内部にグラウト材を注入して硬化させる。これにより、一方の結合部材を隅角部鋼製エレメント３０に固定することができる。
【００７０】
同様にして、他方の結合部材の結合継手部４３ｂを隅角部鋼製エレメント３０の右下隅部のエレメント継手部１３に嵌合させ、エレメント軸方向にスライドさせるように挿入し、互いに嵌合した結合継手部４３ｂとエレメント継手部１３の内部に形成される嵌合空間の中にグラウト材を注入して硬化させ、他方の結合部材を隅角部鋼製エレメント３０に固定する。
【００７１】
次に、結合部材の結合鉄筋４４と、下床版４０の現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋４９を重ね合わせ配置して重ね鉄筋継手を形成する。また、必要に応じ、結合鉄筋４４の周囲を帯鉄筋４８で取り巻いて補強を行う。その後、現場打ちコンクリート４５を打設し、硬化させる。これにより、地下構造物１０１の下床版４０と隅角部鋼製エレメント３０を剛結合することができる。
【００７２】
次に、結合構造部４１を施工するための第２の方法について説明する。
【００７３】
まず、エレメント構造体Ｅ１内の土砂等を、隅角部鋼製エレメント３０の底部位置（図３における鋼製板状部材３２の位置）まで掘削する。
【００７４】
次に、１つの接続継手部材４３の結合継手部４３ｂを隅角部鋼製エレメント３０の右上隅部のエレメント継手部１３に嵌合させ、エレメント軸方向にスライドさせるように挿入する。その後、互いに嵌合した結合継手部４３ｂとエレメント継手部１３の内部に形成される嵌合空間（図２（Ａ）における１３ｅ又は２３ｅに相当する部分）の内部にグラウト材を注入して硬化させる。これにより、１つの接続継手部材４３を隅角部鋼製エレメント３０に固定することができる。
【００７５】
次に、接続継手部材４３のうち、結合継手部４３ｂが設けられた一端部とは反対側の他端部付近に、複数の結合鉄筋４４をエレメント軸直角方向に延びるようにして溶接等により並べて接合し、図４（Ｂ）に図示するような状態とする。
【００７６】
次に、上記と同様にして、他の接続継手部材４３の結合継手部４３ｂを隅角部鋼製エレメント３０の右下隅部のエレメント継手部１３に嵌合させ、エレメント軸方向にスライドさせるように挿入し、互いに嵌合した結合継手部４３ｂとエレメント継手部１３の内部に形成される嵌合空間の中にグラウト材を注入して硬化させ、他の接続継手部材４３を隅角部鋼製エレメント３０に固定する。
【００７７】
その後、上記と同様にして、他の接続継手部材４３のうち、結合継手部４３ｂが設けられた一端部とは反対側の他端部付近に、複数の結合鉄筋４４をエレメント軸直角方向に延びるようにして溶接等により並べて接合し、図４（Ｂ）に図示するような状態とする。
【００７８】
次に、結合鉄筋４４と、下床版４０の現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋４９を重ね合わせ配置して重ね鉄筋継手を形成する。また、必要に応じ、結合鉄筋４４の周囲を帯鉄筋４８で取り巻いて補強を行う。その後、現場打ちコンクリート４５を打設し、硬化させる。これにより、地下構造物１０１の下床版４０と隅角部鋼製エレメント３０を剛結合することができる。
【００７９】
なお、帯鉄筋は、図５に示すように、取り囲む結合鉄筋４４を順次ずらして、４８ａ、４８ｂ、４８ｃのように配置し、いわゆる「千鳥配置」となるようにしてもよい。このように構成することにより、帯鉄筋の立ち上がり箇所が集中しないようにして、より強固な構造とすることができる。
【００８０】
（２）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００８１】
図６は、本発明の第２実施形態である地下構造物の全体構成を示す断面図である。
【００８２】
図６に示すように、この地下構造物１０２は、「ロ」字状の断面形状を有する箱型の構造物である。地下構造物１０２は、「ロ」字の下部中央付近の一部分のみが欠けた形状の断面を有するエレメント構造体Ｅ２と、閉合構造部５１により構成されている。
【００８３】
エレメント構造体Ｅ２は、上床版部の中央位置に設置される基準管鋼製エレメント１０と、基準管鋼製エレメント１０に隣接させるように設置される一般部鋼製エレメント２０と、エレメント構造体の４つの隅角位置に設置される隅角部鋼製エレメント３０が組み合わされて構成されており、各鋼製エレメント１０、２０、３０の構成は、第１実施形態の場合とまったく同様であるため、その説明は省略する。
【００８４】
第２実施形態の地下構造物１０２が第１実施形態の地下構造物１０１と異なる点は、一般部鋼製エレメント２０の間に設けられて剛結合する閉合構造部５１を備えている点である。
【００８５】
図７は、閉合構造部５１の構成を示している。図７は、鋼製エレメントのエレメント軸方向に垂直な平面で切断した場合の断面図を示している。
【００８６】
図７に示すように、閉合構造部５１は、カゴ状部材５９と、保護部材５２ａ及び５２ｂと、現場打ちコンクリート５５を有して構成されている。
【００８７】
カゴ状部材５９は、図４（Ｂ）に示すような結合部材の結合鉄筋４４の端部（接続継手部材４３とは逆側の端部）にさらに他の接続継手部材４３を溶接等によって接合した部材（以下、「柵状部材」という。）を２個用い、２つの柵状部材５７ａと５７ｂを互いに対向配置させて各結合鉄筋４４が平行になるようにし、各柵状部材５７ａ及び５７ｂの結合鉄筋４４を帯鉄筋５８で取り囲むようにし、帯鉄筋５８を結合鉄筋４４に適宜に接合することにより構成される。なお、柵状部材における鋼製平板部４３ａと結合鉄筋４４との接合は、ボルト等の機械的接合であってもよい。
【００８８】
上記のような構造により、図７に示すように、エレメント構造体Ｅ２（図６参照）の下部中央付近の左側の一般部鋼製エレメント２０Ｌの右上隅部のエレメント継手部２３と、カゴ状部材５９の上段の柵状部材５７ａの左端の結合継手部４３ｂが互いに嵌合するとともに、左側の一般部鋼製エレメント２０Ｌの右下隅部のエレメント継手部２３と、カゴ状部材５９の下段の柵状部材５７ｂの左端の結合継手部４３ｂが互いに嵌合している。
【００８９】
また、エレメント構造体Ｅ２（図６参照）の下部中央付近の右側の一般部鋼製エレメント２０Ｒの左上隅部のエレメント継手部２３と、カゴ状部材５９の上段の柵状部材５７ａの右端の結合継手部４３ｂが互いに嵌合するとともに、右側の一般部鋼製エレメント２０Ｒの左下隅部のエレメント継手部２３と、カゴ状部材５９の下段の柵状部材５７ｂの右端の結合継手部４３ｂが互いに嵌合している。
【００９０】
また、図７に示すように、カゴ状部材５９を構成する上下の柵状部材５７ａ及び５７ｂにおいては、両端の接続継手部材４３と結合鉄筋４４が溶接等によって接合されている。
【００９１】
このような構成により、左側の一般部鋼製エレメント２０Ｌと、閉合構造部５１と、右側の一般部鋼製エレメント２０Ｒの相互間で、エレメント軸直角方向の力が伝達可能となっている。
【００９２】
次に、閉合構造部５１の施工方法について説明する。
【００９３】
まず、あらかじめ、上記のカゴ状部材５９を作成しておく。
【００９４】
次に、上記した基準管鋼製エレメント１０、一般部鋼製エレメント２０、隅角部鋼製エレメント３０のエレメント継手部１３、２３等を相互に嵌合させつつ地中に挿入し、嵌合したエレメント継手部内にグラウト材を注入し硬化させ、鋼製エレメントどうしを固定することを繰り返し、複数の鋼製エレメントを地中で連結させ、「ロ」字の下部中央付近の一部分（一般部鋼製エレメント２０Ｌと２０Ｒとの間）が欠けた形状の断面を有するエレメント構造体Ｅ２を地中に形成する。
【００９５】
次に、一般部鋼製エレメント２０Ｌと２０Ｒとの間が閉合していない状態で、この箇所（以下、「閉合箇所」という。）の上部の地中に保護部材５２ａを挿入する。また、同様にして、閉合箇所の下部の地中に保護部材５２ｂ挿入する。保護部材５２ａ、５２ｂとしては、鋼鈑等が用いられる。この場合、保護部材５２ａ及び５２ｂの両端部は、一般部鋼製エレメント２０Ｌ、２０Ｒに、溶接等の接合部材５３によって接合する。一般部鋼製エレメント２０Ｌ等への接合部材５３の接合は、ボルト等の機械的接合であってもよい。
【００９６】
次に、図８（Ａ）に示すように、保護部材５２ａ及び５２ｂを土留め手段として利用し、保護部材５２ａ及び５２ｂによって囲まれた部分の内部の地盤を掘削して除去し、閉合空間５４を形成する。
【００９７】
その後、図８（Ｂ）に示すように、上記したカゴ状部材５９の結合継手部４３ｂを一般部鋼製エレメント２０Ｌ等のエレメント継手部２３に嵌合させ、エレメント軸方向にスライドさせるように挿入し、カゴ状部材５９を掘削された閉合空間５４内に挿入する。
【００９８】
次に、図８（Ｃ）に示すように、保護部材５２ａ及び５２ｂをコンクリート型枠として利用し、カゴ状部材５９が挿入された閉合空間５４内に現場打ちコンクリート５５を打設して硬化させる。これにより、閉合構造部５１が完成し、エレメント構造体Ｅ２が、「ロ」字状断面となって閉合する。
【００９９】
次に、上記のようにして閉合した「ロ」字状の構造体を防護工として、その内部の地盤を掘削する。次に、閉合した「ロ」字状の構造体を本体構造として利用し、地下構造物を構築する。
【０１００】
このように施工すれば、エレメント構造体の剛結閉合を短時間で行うことができ、施工精度も向上させることができる。
【０１０１】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１０２】
例えば、上記実施形態においては、直線鋼矢板を切断することにより接続継手部材（例えば４３）を形成する例について説明したが、本発明はこの例には限定されず、他の構成の接続継手部材、例えば、帯状の鋼鈑の一側端にエレメント継手部（例えば１３又は２３）を溶接や機械的接合によって接合させて接続継手部材を形成してもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態においては、矩形管状の断面を有する基準管鋼製エレメント１０及び隅角部鋼製エレメント３０、略「コ」字状の断面を有する一般部鋼製エレメント２０によってエレメント構造体を構成する例について説明したが、本発明はこの例には限定されず、他の構成の鋼製エレメント、例えば、略「日」字状、略「目」字状、略「田」字状、略「円」字状等の断面を有する鋼製エレメントであってもよい。
【０１０４】
また、上記実施形態においては、基準管鋼製エレメント１０等の隅部にエレメント継手部（例えば１３又は２３）が設けられている場合を例に挙げて説明したが、本発明はこの例には限定されず、他の構成の鋼製エレメント、例えば、鋼製エレメントの辺の中間部分にエレメント継手部が設けられるように構成してもよい。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、結合継手部を有する接続継手部材を用い、結合継手部によって既設の鋼製エレメントのエレメント継手部に嵌合させるとともに現場打ちコンクリートの補強部材として利用することができるため、鋼製エレメントの狭い空間内であっても作業が容易で施工性が良く、かつ施工精度も向上する、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である地下構造物の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１の地下構造物における基準管鋼製エレメントと一般部鋼製エレメントの構成を示す図である。
【図３】図１の地下構造物における隅角部鋼製エレメントと下床版の結合構造部の構成を示す断面図である。
【図４】図３の結合構造部における接続継手部材の構成を示す図である。
【図５】図３の結合構造部における帯鉄筋の配置状態を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態である地下構造物の全体構成を示す断面図である。
【図７】図６の地下構造物における閉合構造部の構成を示す図である。
【図８】図６の地下構造物における閉合構造部の施工方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 基準管鋼製エレメント
１１、１２ 鋼製板状部材
１３ エレメント継手部
１３ａ 嵌合部
１３ｂ 基部
１３ｃ、１３ｄ 突出部
１３ｅ 溝
２０、２０Ｌ、２０Ｒ 一般部鋼製エレメント
２１、２２ 鋼製板状部材
２３ エレメント継手部
２３ａ 嵌合部
２３ｂ 基部
２３ｃ、２３ｄ 突出部
２３ｅ 溝
３０ 隅角部鋼製エレメント
３１、３２、３４ 鋼製板状部材
４０ 下床版
４１、４２ 結合構造部
４３ 接続継手部材
４３ａ 鋼製平板部
４３ｂ 結合継手部
４４ 結合鉄筋
４５ 現場打ちコンクリート
４６ 直線鋼矢板
４７ 溶接部
４８、４８ａ〜４８ｃ 帯鉄筋
４９ 現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋
５１ 閉合構造部
５２ａ、５２ｂ 保護部材
５３ 接合部材
５４ 閉合空間
５５ 現場打ちコンクリート
５７ａ、５７ｂ 柵状部材
５８ 帯鉄筋
５９ カゴ状部材
１０１、１０２ 地下構造物
Ｅ１、Ｅ２ エレメント構造体
Ｌ 中央線
Ｗ１〜Ｗ６ 溶接部
【発明の属する技術分野】
本発明は、非開削方式で地下構造物を構築するために使用する鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートを結合する構造とその方法、及びこの鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートにより地下構造物を構築する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道線路や道路等の下方に非開削方式で地下構造物を構築する方法として、鋼製エレメントを推進又はけん引により地中に順次挿入して組み合わせ、エレメントにより囲まれた部分の土砂等を掘削し、鋼製エレメントからなる構造体（以下、「エレメント構造体」という。）を地下構造物の本体として利用する方法が用いられている。
【０００３】
このような工法において、下床版を現場打ち鉄筋コンクリートで構成する場合、側壁部の下端のエレメントと下床版を剛結合構造とする必要がある。また、エレメント構造体の断面形状が「日」を横にした形状や「目」を横にした形状の場合に、中間に配置される中壁部の上端のエレメントと、対応する箇所の上床版のエレメントを剛結合構造とする場合がある。あるいは、例えばエレメント構造体の断面形状が「ロ」字状の場合に、最後にエレメントどうしを接合させる閉合部において、これらのエレメントを剛結合構造とする場合がある。
【０００４】
このような場合、例えば、側壁部下端のエレメントと鉄筋コンクリート下床版との剛結合構造では、側壁部下端のエレメント内などに鉄筋を配置し、これらの鉄筋と下床版の鉄筋を接続して現場打ちコンクリートを打設し、側壁下端部と下床版との一体化を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したエレメントによる地下構造物構築方法においては、エレメントという限られた狭い空間内で多数の鉄筋を定着又は接続しなければならず、作業が困難で施工性が悪く、施工の精度も低下する、という問題があった。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートを施工性良く、かつ高い施工精度で結合し得る結合構造、及びその方法等を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造は、矩形管状又は略「コ」字状の断面を有してエレメント軸方向に延設される鋼製部材の隅部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面のエレメント継手部を設け、隣接するエレメント継手部の嵌合により相互の接合を行うとともに、前記エレメント軸方向に直角な方向であるエレメント軸直角方向の力を伝達可能とした鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートを結合する構造であって、「−」字状断面を有しエレメント軸方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における一端部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた接続継手部材の前記結合継手部と前記鋼製エレメントのエレメント継手が嵌合され、前記嵌合された各継手部の内部に形成される嵌合空間内にグラウト材が注入され硬化することにより前記接続継手部材が固定され、前記接続継手部材の前記結合継手部が設けられた前記一端部とは反対側の他端部付近に設けられ前記エレメント軸直角方向に延びるようにして並設された複数の結合鉄筋と現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋が重ね合わせ配置されて重ね鉄筋継手が形成され現場打ちコンクリートが打設され硬化することにより前記鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートが結合されることを特徴とする。
【０００８】
上記の鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造において、好ましくは、前記接続継手部材は、「−」字状断面を有し長手方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における両端部に前記長手方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた直線鋼矢板の前記鋼製平板部を前記長手方向に沿って切断することにより形成される。
【０００９】
また、上記の鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造において、好ましくは、前記結合鉄筋は、溶接又は機械的接合により前記鋼製平板部に接合される。
【００１０】
また、上記の鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造において、好ましくは、前記結合鉄筋は、帯鉄筋により取り囲まれて補強される。
【００１１】
また、本発明に係る鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの第１の結合方法は、矩形管状又は略「コ」字状の断面を有してエレメント軸方向に延設される鋼製部材の隅部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面のエレメント継手部を設け、隣接するエレメント継手部の嵌合により相互の接合を行うとともに、前記エレメント軸方向に直角な方向であるエレメント軸直角方向の力を伝達可能とした鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートを結合する方法であって、「−」字状断面を有しエレメント軸方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における一端部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた接続継手部材の前記結合継手部が設けられた前記一端部とは反対側の他端部付近に複数の結合鉄筋が前記エレメント軸直角方向に延びるようにして並設された結合部材の前記結合継手部と前記鋼製エレメントのエレメント継手を嵌合させ、次いで、前記嵌合した継手内に形成される嵌合空間内にグラウト材を注入して硬化させることにより前記結合部材を固定し、次いで、前記結合鉄筋と現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋を重ね合わせ配置して重ね鉄筋継手を形成し現場打ちコンクリートを打設し硬化させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの第２の結合方法は、矩形管状又は略「コ」字状の断面を有してエレメント軸方向に延設される鋼製部材の隅部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面のエレメント継手部を設け、隣接するエレメント継手部の嵌合により相互の接合を行うとともに、前記エレメント軸方向に直角な方向であるエレメント軸直角方向の力を伝達可能とした鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートを結合する方法であって、「−」字状断面を有しエレメント軸方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における一端部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた接続継手部材の前記結合継手部と前記鋼製エレメントのエレメント継手を嵌合させ、次いで、前記嵌合した継手内に形成される嵌合空間内にグラウト材を注入して硬化させることにより前記接続継手部材を固定し、次いで、前記接続継手部材の結合継手部が設けられた前記一端部とは反対側の他端部付近に複数の結合鉄筋を前記エレメント軸直角方向に延びるようにして並設し、次いで、前記結合鉄筋と現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋を重ね合わせ配置して重ね鉄筋継手を形成し現場打ちコンクリートを打設し硬化させることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る地下構造物構築方法は、矩形管状又は略「コ」字状の断面を有してエレメント軸方向に延設される鋼製部材の隅部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面のエレメント継手部を設けて前記エレメント軸方向に直角な方向であるエレメント軸直角方向の力を伝達可能とした鋼製エレメントを、前記エレメント軸方向を挿入方向として地中に挿入し、次いで、他の鋼製エレメントを、前記エレメント継手部どうしを相互に嵌合させつつ地中に挿入し、前記嵌合したエレメント継手部内にグラウト材を注入し硬化させて前記鋼製エレメントどうしを固定することを繰り返して複数の鋼製エレメントを地中で連結させ、次いで、前記複数の鋼製エレメントが閉合する前に、閉合箇所の地盤を掘削して閉合空間を形成し、次いで、「−」字状断面を有しエレメント軸方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における一端部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた接続継手部材の前記結合継手部が設けられた前記一端部とは反対側の他端部付近に複数の結合鉄筋が前記エレメント軸直角方向に延びるようにして並設された結合部材を２個用いて前記結合鉄筋が対向するように配置させた構造体を上下２段に平行配置して前記結合鉄筋を帯鉄筋で取り囲んでカゴ状に構成したカゴ状部材の前記結合継手部と前記閉合空間内のエレメント継手を相互に嵌合させつつ前記カゴ状部材を前記掘削された閉合空間内に挿入し、次いで、前記カゴ状部材が挿入された閉合空間内に現場打ちコンクリートを打設し硬化させ、次いで、前記地中で連結された鋼製エレメントと前記閉合空間に形成された現場打ち鉄筋コンクリートによって構成されたエレメント構造体を防護工として前記エレメント構造体の内部の地盤を掘削し、次いで、前記エレメント構造体を本体として利用して地下構造物を構築することを特徴とする。
【００１４】
上記の地下構造物構築方法において、好ましくは、前記閉合箇所には、前記閉合空間を掘削する時の土留めと前記現場打ちコンクリートを打設する時の型枠の機能を有する保護部材が配置される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
（１）第１実施形態
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１実施形態である地下構造物の全体構成を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すように、この地下構造物１０１は、「ロ」字状の断面形状を有する箱型の構造物である。地下構造物１０１は、現場打ち鉄筋コンクリートからなる下床版４０と、「コ」を横にした形状の断面を有するエレメント構造体Ｅ１により構成されている。下床版４０とエレメント構造体Ｅ１は、結合構造部４１、４２によって剛結合されている。
【００１９】
また、エレメント構造体Ｅ１は、上床版部の中央位置に設置される基準管鋼製エレメント１０と、基準管鋼製エレメント１０に隣接させるように設置される一般部鋼製エレメント２０と、エレメント構造体の４つの隅角位置に設置される隅角部鋼製エレメント３０が組み合わされて構成されている。
【００２０】
図２は、基準管鋼製エレメント１０と、一般部鋼製エレメント２０の構成と、接合状態を示している。図２（Ａ）は、基準管鋼製エレメント１０と、一般部鋼製エレメント２０の断面図を示している。また、図２（Ｂ）は、エレメント継手部１３、２３の接合状態を示す拡大断面図である。図２（Ａ ）と図２（Ｂ）は、いずれも、鋼製エレメントの長手方向の軸の方向（以下、「エレメント軸方向」という。）に垂直な平面で切断した場合の基準管鋼製エレメント１０と、一般部鋼製エレメント２０の断面図を示している。
【００２１】
図２（Ａ）に示すように、基準管鋼製エレメント１０は、２つの鋼製板状部材１１と、２つの鋼製板状部材１２と、４つのエレメント継手部１３を有している。鋼製板状部材１１と他の鋼製板状部材１１は、互いに対向するように配置されてエレメント軸方向に延設されている。また、鋼製板状部材１２と他の鋼製板状部材１２は、互いに対向するように配置されるとともに鋼製板状部材１１と直角となるように配置され、エレメント軸方向に延設される。これにより、２つの鋼製板状部材１１と２つの鋼製板状部材１２は、全体として矩形管状（「ロ」字状）の断面の鋼製部材を形成している。
【００２２】
また、各鋼製板状部材１１、１２、１１、１２によって形成される矩形管状断面の４つの隅部のそれぞれには、エレメント軸方向に沿って延びる鋼製のエレメント継手部１３が配設されている。
【００２３】
エレメント継手部１３の断面は、図２（Ｂ）に示すように、概略「Ｃ」字状の嵌合部１３ａと、嵌合部１３ａの背後に接続する基部１３ｂを有して構成されている。また、嵌合部１３ａは、２つの突出部１３ｃ、１３ｄを有している。突出部１３ｃの先端は球根状に断面が拡大されている。また、突出部１３ｃと突出部１３ｄの中間は、ほぼ楕円状断面の凹部となっており、この部分は、略楕円状断面でエレメント軸方向に延びる溝１３ｅとなっている。
【００２４】
なお、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）における上部中央位置のエレメント継手部１３の断面を示しているが、図２（Ａ）における下部中央位置、右上位置、右下位置の隅部のエレメント継手部１３についてもまったく同一形状のエレメント継手部位１３が用いられており、その構成は図２（Ｂ）に図示するものとまったく同様である。
【００２５】
また、各鋼製板状部材１１、１２と各エレメント継手部１３との各接合箇所は、溶接部Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４によって接合されている。各鋼製板状部材１１、１２と各エレメント継手部１３との接合は、ボルト等の機械的接合であってもよい。
【００２６】
上記のような構成により、エレメント継手部１３の突出部１３ｃの先端付近にエレメント軸方向に直角な方向（以下、「エレメント軸直角方向」という。）の力を作用させた場合、例えば、図２（Ｂ）における左方向に引張ると、この引張り力（以下、「第１引張り力」という。）は、突出部１３ｃから基部１３ｂに伝達され、基部１３ｂから鋼製板状部材１１に伝達され、鋼製板状部材１１の図２（Ｂ）における左端に、図２（Ｂ）における左方向への引張り力を作用させることになる。
【００２７】
一方、エレメント継手部１３の突出部１３ｄの先端付近にエレメント軸直角方向の力を作用させた場合、例えば、図２（Ｂ）における左方向に引張ると、この引張り力（以下、「第２引張り力」という。）は、突出部１３ｄから基部１３ｂを経て鋼製板状部材１１に伝達され、鋼製板状部材１１の図２（Ｂ）における左端に、図２（Ｂ）における左方向への引張り力を作用させることになる。
【００２８】
上記のことから、エレメント継手部１３の突出部１３ｃ及び１３ｄと、基部１３ｂは、外部から加えられる上記のエレメント軸直角方向の力（例えば、第１引張り力、第２引張り力）に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。また、エレメント継手部１３の突出部１３ｄには、上記の第１引張り力の一部と第２引張り力の一部との合成力が作用することを考慮し、その力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。例えば、突出部１３ｄの厚みは十分な厚みとなっている。
【００２９】
また、エレメント継手部１３の基部１３ｂには、上記の第１引張り力と第２引張り力の一部との合成力が作用することを考慮し、その力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面（例えば十分な厚み）を有している。また、鋼製板状部材１１は、エレメント継手部１３から伝達される上記のエレメント軸直角方向の力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。
【００３０】
また、図２（Ａ）に示すように、一般部鋼製エレメント２０は、２つの鋼製板状部材２１と、１つの鋼製板状部材２２と、２つのエレメント継手部１３と、２つのエレメント継手部２３を有している。鋼製板状部材２１と他の鋼製板状部材２１は、互いに対向するように配置されてエレメント軸方向に延設されている。また、鋼製板状部材２２は、鋼製板状部材２１、２１と直角となるように配置され、エレメント軸方向に延設される。これにより、２つの鋼製板状部材２１と１つの鋼製板状部材２２は、全体として「コ」字状の断面の鋼製部材を形成している。
【００３１】
また、各鋼製板状部材２１、２２、２１によって形成される「コ」字状断面の４つの隅部のうち、外部に対して開放された隅部、すなわち図２（Ａ）における右上隅部及び右下隅部のそれぞれには、エレメント軸方向に沿って鋼製のエレメント継手部２３が配設されている。
【００３２】
また、各鋼製板状部材２１、２２、２１によって形成される「コ」字状断面の４つの隅部のうち、外部に対して閉塞された隅部、すなわち図２（Ａ）における左上隅部及び左下隅部のそれぞれには、エレメント軸方向に沿って上述したエレメント継手部１３が配設されている。
【００３３】
エレメント継手部２３の断面は、概略「Ｃ」字状の嵌合部２３ａと、嵌合部２３ａの背後に接続する基部２３ｂを有して構成されている。また、嵌合部２３ａは、２つの突出部２３ｃ、２３ｄを有している。突出部２３ｃの先端は球根状に断面が拡大されている。また、突出部２３ｃと突出部２３ｄの中間は、ほぼ楕円状断面の凹部となっており、この部分は、略楕円状断面でエレメント軸方向に延びる溝２３ｅとなっている。
【００３４】
なお、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）における上部中央位置のエレメント継手部２３の断面を示しているが、図２（Ａ）における下部中央位置の隅部のエレメント継手部２３についてもまったく同一形状のエレメント継手部２３が用いられており、その構成は図２（Ｂ）に図示するものとまったく同様である。また、一般部鋼製エレメント２０におけるエレメント継手部１３とその付近の構成は、上述した基準管鋼製エレメント１０におけるエレメント継手部１３とその付近の構成とまったく同様である。
【００３５】
また、各鋼製板状部材２１、２２と各エレメント継手部１３、２３との各接合箇所は、溶接部Ｗ５、Ｗ６等によって接合されている。各鋼製板状部材２１、２２と各エレメント継手部１３、２３との接合は、ボルト等の機械的接合であってもよい。
【００３６】
上記のような構成により、エレメント継手部２３の突出部２３ｃの先端付近にエレメント軸直角方向の力を作用させた場合、例えば、図２（Ｂ）における右方向に引張ると、この引張り力（以下、「第３引張り力」という。）は、突出部２３ｃから基部２３ｂに伝達され、基部２３ｂから鋼製板状部材２１に伝達され、鋼製板状部材２１の図２（Ｂ）における右端に、図２（Ｂ）における右方向への引張り力を作用させることになる。
【００３７】
一方、エレメント継手部２３の突出部２３ｄの先端付近にエレメント軸直角方向の力を作用させた場合、例えば、図２（Ｂ）における右方向に引張ると、この引張り力（以下、「第４引張り力」という。）は、突出部２３ｄから基部２３ｂに伝達され、基部２３ｂから鋼製板状部材２１に伝達され、鋼製板状部材２１の図２（Ｂ）における右端にＭ図２（Ｂ）における右方向への引張り力を作用させることになる。
【００３８】
上記のことから、エレメント継手部２３の突出部２３ｃ及び２３ｄは、外部から加えられる上記のエレメント軸直角方向の力（例えば、第３引張り力、第４引張り力）に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。また、エレメント継手部２３の突出部２３ｄには、上記の第４引張り力と、第４引張り力に起因する曲げモーメントによる力の合成力が作用することを考慮し、その力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。例えば、突出部２３ｄの厚みは十分な厚みとなっている。
【００３９】
また、エレメント継手部２３の基部２３ｂには、上記の第３引張り力と第４引張り力との合成力が作用することを考慮し、その力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面（例えば十分な厚み）を有している。また、鋼製板状部材２１及び２２は、エレメント継手部１３、２３から伝達される上記のエレメント軸直角方向の力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。
【００４０】
次に、上記した基準管鋼製エレメント１０と一般部鋼製エレメント２０によるエレメント構造体の施工方法について説明する。
【００４１】
まず、、基準管鋼製エレメント１０を、エレメント軸方向に向けて地中に挿入する。この場合、基準管鋼製エレメント１０の内部にオーガードリル等を配備して、エレメント内部の土砂等を掘削、除去しつつ、エレメントの地中への挿入を行う。その後、一般部鋼製エレメント２０の開放側隅部に設けられたエレメント継手部２３、２３のそれぞれを、基準管鋼製エレメント１０のエレメント継手部１３のうちの２つ（例えば、図２（Ａ）における左上隅部の継手と左下隅部の継手）と嵌合させて接合する。
【００４２】
その後、これらのエレメント継手部１３、２３を嵌合させた状態で、一般部鋼製エレメント２０を、基準管路鋼製エレメント１０に沿わせながら、基準管鋼製エレメント１０の場合と同様にしてエレメント軸方向に向けて地中に挿入する。これにより、図２（Ａ）に示した状態となる。
【００４３】
この場合、図２（Ｂ）に示すように、接合状態となっている基準管鋼製エレメント１０のエレメント継手部１３と、一般部鋼製エレメント２０のエレメント継手部２３においては、エレメント継手部１３の溝１３ｅ内にエレメント継手部２３の突出部２３ｃの拡大された先端が入り込んで嵌合し、かつ、エレメント継手部２３の溝２３ｅ内にエレメント継手部１３の突出部１３ｃの拡大された先端が入り込んで嵌合している。このように、基準管鋼製エレメント１０のエレメント継手部１３と一般部鋼製エレメント２０のエレメント継手部２３が互いに嵌合することにより、基準管鋼製エレメント１０と一般部鋼製エレメント２０の相互間で、エレメント軸直角方向の力が伝達可能となっている。
【００４４】
上記のように嵌合している基準管鋼製エレメント１０のエレメント継手部１３と、一般部鋼製エレメント２０のエレメント継手部２３の内部の溝１３ｅ、２３ｅには、必要に応じて、適宜の時期に、エレメント軸方向の一方の端（以下、「注入端」という。）から、無収縮モルタル、無収縮コンクリート、樹脂材料等のグラウト材（図示せず）を注入し、硬化させて継手接合を補強してもよい。このグラウト注入を行うと、継手が固定されるため、接合された後の複数の鋼製エレメントが、上載荷重等によりたわむなどの変形を生じることを防止することができる。また、この補強により、エレメント軸直角方向の力の伝達性能も向上する。
【００４５】
次に、上記と同様にして、他の新たな一般部鋼製エレメント２０の開放側隅部に設けられたエレメント継手部２３、２３のそれぞれを、すでに地中に挿入された一般部鋼製エレメント２０の閉塞側隅部に設けられたエレメント継手部１３、１３のそれぞれと嵌合させて接合する。そして、両継手を嵌合させた状態で、新たな一般部鋼製エレメント２０を、すでに挿入された一般部路鋼製エレメント２０に沿わせながら、エレメント軸方向に向けて地中に挿入する。
【００４６】
以下、上記のようにして一般部エレメント挿入工程を順次繰り返すことによって、地中に挿入され相互に接合された各鋼製エレメント１０、２０等によってエレメント構造体を構成することができる。例えば、平板状の構造体、半円状や円状あるいは楕円状等に囲まれた形状のエレメント構造体である。
【００４７】
次に、必要により、各エレメント内にコンクリート等を充填する。次に、地中に形成されたエレメント構造体を防護工として利用し、エレメント構造体の内部の土砂等を掘削する。次に、エレメント内面をコンクリートで被覆する等の施工を行うことにより、地下構造物を構築することができる。
【００４８】
エレメント構造体が「ロ」字状断面などの場合には、エレメントが直角に曲がる隅角部が必要となる。この隅角部には、上記した基準管鋼製エレメント１０や一般部鋼製エレメント２０とは異なる構成の隅角部構成エレメント３０が用いられる。
【００４９】
次に、隅角部鋼製エレメント３０の構成を、図３を参照しつつ説明する。図３は、図１に示すエレメント構造体Ｅ１の左側壁の下端位置となる隅角部鋼製エレメント３０と、下床版４０の左端部との結合構造部４１の断面図を示している。図３は、エレメント軸方向に垂直な平面で切断した場合の隅角部鋼製エレメント３０と、結合構造部４１の断面図を示している。
【００５０】
図３に示すように、隅角部鋼製エレメント３０は、５つの鋼製板状部材３１、３１、３２、３４、３４と、２つのエレメント継手部１３と、２つのエレメント継手部２３を有している。鋼製板状部材３１と他の鋼製板状部材３１は、互いに対向するように配置されてエレメント軸方向に延設されている。また、鋼製板状部材３４と他の鋼製板状部材３４は、互いに対向するように配置されるとともに鋼製板状部材３１と直角となるように配置され、エレメント軸方向に延設される。鋼製板状部材３２は、鋼製板状部材３１と直角となるとともに、鋼製板状部材３４と平行となるように配置され、エレメント軸方向に延設される。これにより、５つの鋼製板状部材３１、３１、３２、３４、３４は、全体として矩形管状の断面の鋼製部材を形成している。
【００５１】
また、各鋼製板状部材３１、３１、３２、３４、３４によって形成される矩形管状断面の４つの隅部のうち、エレメント軸直角方向のうちの一方向、例えば、図３における上下方向において互いに隣接する２つの隅部、すなわち図３における左上隅部と右上隅部のそれぞれに、エレメント軸方向に沿ってエレメント継手部２３、２３が設けられている。
【００５２】
また、上記した上下方向と直角となる他方向、例えば、図３における左右方向において互いに隣接する２つの隅部、すなわち図３における右上隅部と右下隅部のそれぞれにエレメント軸方向に沿ってエレメント継手部１３、１３が設けられている。
【００５３】
各エレメント継手部１３、２３の構成は上記とまったく同様である。また、鋼製板状部材３１、３２、３４は、エレメント継手部１３、２３から伝達される上記のエレメント軸直角方向の力に抵抗可能な所定の強度と所定の断面を有している。また、各鋼製板状部材３１、３２、３１、３４と各エレメント継手部１３、２３との各接合箇所は、溶接部によって接合されている。この接合は、ボルト等の機械的接合であってもよい。
【００５４】
隅角部鋼製エレメント３０は、エレメント構造体Ｅ１の右上、右下、左上の各隅部にも設けられている。隅角部鋼製エレメント３０は、上記した構成により、エレメント軸直角方向の力のうち、「Ｌ」字状の隅角部の各方向の成分、例えば、図３における左右方向（水平方向）の成分は、隅角部鋼製エレメント３０の側に設けられた水平方向のエレメント継手部１３と、相手側に設けられた継手部（例えばエレメント継手部２３）により伝達可能である。また、エレメント軸直角方向の力のうち、上下方向（垂直方向）の成分は、隅角部鋼製エレメント３０の側に設けられた上下方向のエレメント継手部１３と、相手側に設けられた継手部（例えばエレメント継手部２３）により伝達可能である。
【００５５】
上記した隅角部鋼製エレメント３０の地中への挿入については、上記した基準部鋼製エレメント１０、一般部鋼製エレメント２０の場合とまったく同様であり、すでに地中に挿入された隣接するエレメントに沿わせて挿入すればよい。また、隅角部鋼製エレメント３０の下方に隣接する一般部鋼製エレメント２０についても同様である。
【００５６】
上記した隅角部鋼製エレメント３０については、エレメント構造体の隅角部の内側、例えば、図３における右上隅部に大きな引張り力が発生する場合があるが、この引張り力は、例えば上側の鋼製板状部材３４に負担させ、エレメント構造体の強度を高めることができる。
【００５７】
また、エレメント構造体の隅角部の内側（図３の右上隅部）の引張り力が小さい場合には、上側の鋼製板状部材３４を省略してもよい。あるいは、施工時（隅角部鋼製エレメント３０の挿入時）には鋼製板状部材３４を省略した「コ」字状断面としておき、エレメントの地中挿入後に溶接や、ボルト接合等の機械的接合などによって鋼製板状部材３４を取り付けるようにしてもよい。下側の鋼製板状部材３４についても適宜に付加又は省略可能である。
【００５８】
第１実施形態の地下構造物１０１は、下床版４０が現場打ち鉄筋コンクリートであり、エレメント構造体Ｅ１の側壁下端と下床版４０を、結合構造部４１、４２により剛結構造としている。地下構造物１０１の左下隅部の結合構造部４１と、右下隅部の結合構造部４２は、まったく同様の構成を有している。次に、地下構造物１０１の左下隅部の結合構造部４１の構成について説明する。
【００５９】
図３に示すように、結合構造部４１は、接続継手部材４３と、結合鉄筋４４と、現場打ちコンクリート４５を有して構成されている。
【００６０】
図４は、接続継手部材４３は、図３に示した結合構造部４１における接続継手部材４３の構成を示す図である。図４（Ａ）の断面図（エレメント軸方向に垂直な平面で切断した場合の断面図）に示すように、接続継手部材４３は、いわゆる直線鋼矢板４６を、矢板長手方向の中央線に沿って２等分するように切断することによって形成される。
【００６１】
接続継手部材４３は、鋼製平板部４３ａと結合継手部４３ｂを有している。鋼製平板部４３ａは、「−」字状の断面を有し、エレメント軸方向に延在する鋼製の平板状部分である。また、結合継手部４３ｂは、鋼からなり、鋼製平板部４３ａの「−」字状断面における一端部に、エレメント軸方向に沿って形成された略「Ｃ」字状断面の部分であり、上述したエレメント継手部１３と同様の構成を有している。
【００６２】
図４（Ｂ）は、接続継手部材４３と結合鉄筋４４の配置関係及び両者の構成を示す斜視図である。図４（Ｂ）に示すように、接続継手部材４３の鋼製平板部４３ａのうち、結合継手部４３ｂが設けられている一端部とは反対側の他端部付近に、複数の結合鉄筋４４設けられ、エレメント軸方向に直角となる方向に沿って延びるように並べて配置されている。これらの結合鉄筋４４は、溶接部４７によって鋼製平板部４３ａに接合されている。鋼製平板部４３ａと結合鉄筋４４との接合は、ボルト等の機械的接合であってもよい。
【００６３】
上記のような構造により、図３に示すように、エレメント構造体Ｅ１の左側壁下端の隅角部鋼製エレメント３０の右上隅部のエレメント継手部１３と上段の接続継手部材４３の結合継手部４３ｂが互いに嵌合するとともに、この隅角部鋼製エレメント３０の右下隅部のエレメント継手部１３と下段の接続継手部材４３の結合継手部４３ｂが互いに嵌合することにより、隅角部鋼製エレメント３０と結合構造部４１の相互間で、エレメント軸直角方向の力が伝達可能となっている。
【００６４】
また、図３に示すように、接続継手部材４３に接合された結合鉄筋４４には、下床版４０の現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋４９が沿わされて重ね鉄筋継手が形成されている。これにより、エレメント構造体Ｅ１の左側壁下端の隅角部鋼製エレメント３０のエレメント継手部１３から結合継手部４３ｂにより接続継手部材４３に伝達された力は、結合鉄筋４４から現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋４９を経て下床版４０に伝達されるようになっている。
【００６５】
また、図３に示すように、結合鉄筋４４には、帯状に取り囲む帯鉄筋４８を配置し、さらに補強をはかるようにしてもよい。
【００６６】
次に、結合構造部４１を施工するための第１の方法について説明する。
【００６７】
まず、あらかじめ、上記の接続継手部材４３に複数の結合鉄筋４４を溶接して図４（Ｂ）の状態に形成した部材（以下、「結合部材」という。）を２個作成しておく。
【００６８】
次に、エレメント構造体Ｅ１内の土砂等を、隅角部鋼製エレメント３０の底部位置（図３における鋼製板状部材３２の位置）まで掘削する。
【００６９】
次に、一方の結合部材の結合継手部４３ｂを隅角部鋼製エレメント３０の右上隅部のエレメント継手部１３に嵌合させ、エレメント軸方向にスライドさせるように挿入する。その後、互いに嵌合した結合継手部４３ｂとエレメント継手部１３の内部に形成される嵌合空間（図２（Ａ）における１３ｅ又は２３ｅに相当する部分）の内部にグラウト材を注入して硬化させる。これにより、一方の結合部材を隅角部鋼製エレメント３０に固定することができる。
【００７０】
同様にして、他方の結合部材の結合継手部４３ｂを隅角部鋼製エレメント３０の右下隅部のエレメント継手部１３に嵌合させ、エレメント軸方向にスライドさせるように挿入し、互いに嵌合した結合継手部４３ｂとエレメント継手部１３の内部に形成される嵌合空間の中にグラウト材を注入して硬化させ、他方の結合部材を隅角部鋼製エレメント３０に固定する。
【００７１】
次に、結合部材の結合鉄筋４４と、下床版４０の現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋４９を重ね合わせ配置して重ね鉄筋継手を形成する。また、必要に応じ、結合鉄筋４４の周囲を帯鉄筋４８で取り巻いて補強を行う。その後、現場打ちコンクリート４５を打設し、硬化させる。これにより、地下構造物１０１の下床版４０と隅角部鋼製エレメント３０を剛結合することができる。
【００７２】
次に、結合構造部４１を施工するための第２の方法について説明する。
【００７３】
まず、エレメント構造体Ｅ１内の土砂等を、隅角部鋼製エレメント３０の底部位置（図３における鋼製板状部材３２の位置）まで掘削する。
【００７４】
次に、１つの接続継手部材４３の結合継手部４３ｂを隅角部鋼製エレメント３０の右上隅部のエレメント継手部１３に嵌合させ、エレメント軸方向にスライドさせるように挿入する。その後、互いに嵌合した結合継手部４３ｂとエレメント継手部１３の内部に形成される嵌合空間（図２（Ａ）における１３ｅ又は２３ｅに相当する部分）の内部にグラウト材を注入して硬化させる。これにより、１つの接続継手部材４３を隅角部鋼製エレメント３０に固定することができる。
【００７５】
次に、接続継手部材４３のうち、結合継手部４３ｂが設けられた一端部とは反対側の他端部付近に、複数の結合鉄筋４４をエレメント軸直角方向に延びるようにして溶接等により並べて接合し、図４（Ｂ）に図示するような状態とする。
【００７６】
次に、上記と同様にして、他の接続継手部材４３の結合継手部４３ｂを隅角部鋼製エレメント３０の右下隅部のエレメント継手部１３に嵌合させ、エレメント軸方向にスライドさせるように挿入し、互いに嵌合した結合継手部４３ｂとエレメント継手部１３の内部に形成される嵌合空間の中にグラウト材を注入して硬化させ、他の接続継手部材４３を隅角部鋼製エレメント３０に固定する。
【００７７】
その後、上記と同様にして、他の接続継手部材４３のうち、結合継手部４３ｂが設けられた一端部とは反対側の他端部付近に、複数の結合鉄筋４４をエレメント軸直角方向に延びるようにして溶接等により並べて接合し、図４（Ｂ）に図示するような状態とする。
【００７８】
次に、結合鉄筋４４と、下床版４０の現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋４９を重ね合わせ配置して重ね鉄筋継手を形成する。また、必要に応じ、結合鉄筋４４の周囲を帯鉄筋４８で取り巻いて補強を行う。その後、現場打ちコンクリート４５を打設し、硬化させる。これにより、地下構造物１０１の下床版４０と隅角部鋼製エレメント３０を剛結合することができる。
【００７９】
なお、帯鉄筋は、図５に示すように、取り囲む結合鉄筋４４を順次ずらして、４８ａ、４８ｂ、４８ｃのように配置し、いわゆる「千鳥配置」となるようにしてもよい。このように構成することにより、帯鉄筋の立ち上がり箇所が集中しないようにして、より強固な構造とすることができる。
【００８０】
（２）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００８１】
図６は、本発明の第２実施形態である地下構造物の全体構成を示す断面図である。
【００８２】
図６に示すように、この地下構造物１０２は、「ロ」字状の断面形状を有する箱型の構造物である。地下構造物１０２は、「ロ」字の下部中央付近の一部分のみが欠けた形状の断面を有するエレメント構造体Ｅ２と、閉合構造部５１により構成されている。
【００８３】
エレメント構造体Ｅ２は、上床版部の中央位置に設置される基準管鋼製エレメント１０と、基準管鋼製エレメント１０に隣接させるように設置される一般部鋼製エレメント２０と、エレメント構造体の４つの隅角位置に設置される隅角部鋼製エレメント３０が組み合わされて構成されており、各鋼製エレメント１０、２０、３０の構成は、第１実施形態の場合とまったく同様であるため、その説明は省略する。
【００８４】
第２実施形態の地下構造物１０２が第１実施形態の地下構造物１０１と異なる点は、一般部鋼製エレメント２０の間に設けられて剛結合する閉合構造部５１を備えている点である。
【００８５】
図７は、閉合構造部５１の構成を示している。図７は、鋼製エレメントのエレメント軸方向に垂直な平面で切断した場合の断面図を示している。
【００８６】
図７に示すように、閉合構造部５１は、カゴ状部材５９と、保護部材５２ａ及び５２ｂと、現場打ちコンクリート５５を有して構成されている。
【００８７】
カゴ状部材５９は、図４（Ｂ）に示すような結合部材の結合鉄筋４４の端部（接続継手部材４３とは逆側の端部）にさらに他の接続継手部材４３を溶接等によって接合した部材（以下、「柵状部材」という。）を２個用い、２つの柵状部材５７ａと５７ｂを互いに対向配置させて各結合鉄筋４４が平行になるようにし、各柵状部材５７ａ及び５７ｂの結合鉄筋４４を帯鉄筋５８で取り囲むようにし、帯鉄筋５８を結合鉄筋４４に適宜に接合することにより構成される。なお、柵状部材における鋼製平板部４３ａと結合鉄筋４４との接合は、ボルト等の機械的接合であってもよい。
【００８８】
上記のような構造により、図７に示すように、エレメント構造体Ｅ２（図６参照）の下部中央付近の左側の一般部鋼製エレメント２０Ｌの右上隅部のエレメント継手部２３と、カゴ状部材５９の上段の柵状部材５７ａの左端の結合継手部４３ｂが互いに嵌合するとともに、左側の一般部鋼製エレメント２０Ｌの右下隅部のエレメント継手部２３と、カゴ状部材５９の下段の柵状部材５７ｂの左端の結合継手部４３ｂが互いに嵌合している。
【００８９】
また、エレメント構造体Ｅ２（図６参照）の下部中央付近の右側の一般部鋼製エレメント２０Ｒの左上隅部のエレメント継手部２３と、カゴ状部材５９の上段の柵状部材５７ａの右端の結合継手部４３ｂが互いに嵌合するとともに、右側の一般部鋼製エレメント２０Ｒの左下隅部のエレメント継手部２３と、カゴ状部材５９の下段の柵状部材５７ｂの右端の結合継手部４３ｂが互いに嵌合している。
【００９０】
また、図７に示すように、カゴ状部材５９を構成する上下の柵状部材５７ａ及び５７ｂにおいては、両端の接続継手部材４３と結合鉄筋４４が溶接等によって接合されている。
【００９１】
このような構成により、左側の一般部鋼製エレメント２０Ｌと、閉合構造部５１と、右側の一般部鋼製エレメント２０Ｒの相互間で、エレメント軸直角方向の力が伝達可能となっている。
【００９２】
次に、閉合構造部５１の施工方法について説明する。
【００９３】
まず、あらかじめ、上記のカゴ状部材５９を作成しておく。
【００９４】
次に、上記した基準管鋼製エレメント１０、一般部鋼製エレメント２０、隅角部鋼製エレメント３０のエレメント継手部１３、２３等を相互に嵌合させつつ地中に挿入し、嵌合したエレメント継手部内にグラウト材を注入し硬化させ、鋼製エレメントどうしを固定することを繰り返し、複数の鋼製エレメントを地中で連結させ、「ロ」字の下部中央付近の一部分（一般部鋼製エレメント２０Ｌと２０Ｒとの間）が欠けた形状の断面を有するエレメント構造体Ｅ２を地中に形成する。
【００９５】
次に、一般部鋼製エレメント２０Ｌと２０Ｒとの間が閉合していない状態で、この箇所（以下、「閉合箇所」という。）の上部の地中に保護部材５２ａを挿入する。また、同様にして、閉合箇所の下部の地中に保護部材５２ｂ挿入する。保護部材５２ａ、５２ｂとしては、鋼鈑等が用いられる。この場合、保護部材５２ａ及び５２ｂの両端部は、一般部鋼製エレメント２０Ｌ、２０Ｒに、溶接等の接合部材５３によって接合する。一般部鋼製エレメント２０Ｌ等への接合部材５３の接合は、ボルト等の機械的接合であってもよい。
【００９６】
次に、図８（Ａ）に示すように、保護部材５２ａ及び５２ｂを土留め手段として利用し、保護部材５２ａ及び５２ｂによって囲まれた部分の内部の地盤を掘削して除去し、閉合空間５４を形成する。
【００９７】
その後、図８（Ｂ）に示すように、上記したカゴ状部材５９の結合継手部４３ｂを一般部鋼製エレメント２０Ｌ等のエレメント継手部２３に嵌合させ、エレメント軸方向にスライドさせるように挿入し、カゴ状部材５９を掘削された閉合空間５４内に挿入する。
【００９８】
次に、図８（Ｃ）に示すように、保護部材５２ａ及び５２ｂをコンクリート型枠として利用し、カゴ状部材５９が挿入された閉合空間５４内に現場打ちコンクリート５５を打設して硬化させる。これにより、閉合構造部５１が完成し、エレメント構造体Ｅ２が、「ロ」字状断面となって閉合する。
【００９９】
次に、上記のようにして閉合した「ロ」字状の構造体を防護工として、その内部の地盤を掘削する。次に、閉合した「ロ」字状の構造体を本体構造として利用し、地下構造物を構築する。
【０１００】
このように施工すれば、エレメント構造体の剛結閉合を短時間で行うことができ、施工精度も向上させることができる。
【０１０１】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１０２】
例えば、上記実施形態においては、直線鋼矢板を切断することにより接続継手部材（例えば４３）を形成する例について説明したが、本発明はこの例には限定されず、他の構成の接続継手部材、例えば、帯状の鋼鈑の一側端にエレメント継手部（例えば１３又は２３）を溶接や機械的接合によって接合させて接続継手部材を形成してもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態においては、矩形管状の断面を有する基準管鋼製エレメント１０及び隅角部鋼製エレメント３０、略「コ」字状の断面を有する一般部鋼製エレメント２０によってエレメント構造体を構成する例について説明したが、本発明はこの例には限定されず、他の構成の鋼製エレメント、例えば、略「日」字状、略「目」字状、略「田」字状、略「円」字状等の断面を有する鋼製エレメントであってもよい。
【０１０４】
また、上記実施形態においては、基準管鋼製エレメント１０等の隅部にエレメント継手部（例えば１３又は２３）が設けられている場合を例に挙げて説明したが、本発明はこの例には限定されず、他の構成の鋼製エレメント、例えば、鋼製エレメントの辺の中間部分にエレメント継手部が設けられるように構成してもよい。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、結合継手部を有する接続継手部材を用い、結合継手部によって既設の鋼製エレメントのエレメント継手部に嵌合させるとともに現場打ちコンクリートの補強部材として利用することができるため、鋼製エレメントの狭い空間内であっても作業が容易で施工性が良く、かつ施工精度も向上する、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である地下構造物の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１の地下構造物における基準管鋼製エレメントと一般部鋼製エレメントの構成を示す図である。
【図３】図１の地下構造物における隅角部鋼製エレメントと下床版の結合構造部の構成を示す断面図である。
【図４】図３の結合構造部における接続継手部材の構成を示す図である。
【図５】図３の結合構造部における帯鉄筋の配置状態を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態である地下構造物の全体構成を示す断面図である。
【図７】図６の地下構造物における閉合構造部の構成を示す図である。
【図８】図６の地下構造物における閉合構造部の施工方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 基準管鋼製エレメント
１１、１２ 鋼製板状部材
１３ エレメント継手部
１３ａ 嵌合部
１３ｂ 基部
１３ｃ、１３ｄ 突出部
１３ｅ 溝
２０、２０Ｌ、２０Ｒ 一般部鋼製エレメント
２１、２２ 鋼製板状部材
２３ エレメント継手部
２３ａ 嵌合部
２３ｂ 基部
２３ｃ、２３ｄ 突出部
２３ｅ 溝
３０ 隅角部鋼製エレメント
３１、３２、３４ 鋼製板状部材
４０ 下床版
４１、４２ 結合構造部
４３ 接続継手部材
４３ａ 鋼製平板部
４３ｂ 結合継手部
４４ 結合鉄筋
４５ 現場打ちコンクリート
４６ 直線鋼矢板
４７ 溶接部
４８、４８ａ〜４８ｃ 帯鉄筋
４９ 現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋
５１ 閉合構造部
５２ａ、５２ｂ 保護部材
５３ 接合部材
５４ 閉合空間
５５ 現場打ちコンクリート
５７ａ、５７ｂ 柵状部材
５８ 帯鉄筋
５９ カゴ状部材
１０１、１０２ 地下構造物
Ｅ１、Ｅ２ エレメント構造体
Ｌ 中央線
Ｗ１〜Ｗ６ 溶接部
Claims (8)
- エレメント軸方向に延設される鋼製部材に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面のエレメント継手部を設け、隣接するエレメント継手部の嵌合により相互の接合を行うとともに、前記エレメント軸方向に直角な方向であるエレメント軸直角方向の力を伝達可能とした鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートを結合する構造であって、
「−」字状断面を有しエレメント軸方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における一端部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた接続継手部材の前記結合継手部と前記鋼製エレメントのエレメント継手が嵌合され、前記嵌合された各継手部の内部に形成される嵌合空間内にグラウト材が注入され硬化することにより前記接続継手部材が固定され、前記接続継手部材の前記結合継手部が設けられた前記一端部とは反対側の他端部付近に設けられ前記エレメント軸直角方向に延びるようにして並設された複数の結合鉄筋と現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋が重ね合わせ配置されて重ね鉄筋継手が形成され現場打ちコンクリートが打設され硬化することにより前記鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートが結合されること
を特徴とする鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造。 - 請求項１記載の鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造において、
前記接続継手部材は、「−」字状断面を有し長手方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における両端部に前記長手方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた直線鋼矢板の前記鋼製平板部を前記長手方向に沿って切断することにより形成されること
を特徴とする鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造。 - 請求項１記載の鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造において、
前記結合鉄筋は、溶接又は機械的接合により前記鋼製平板部に接合されること
を特徴とする鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造。 - 請求項１記載の鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造において、
前記結合鉄筋は、帯鉄筋により取り囲まれて補強されること
を特徴とする鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合構造。 - エレメント軸方向に延設される鋼製部材に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面のエレメント継手部を設け、隣接するエレメント継手部の嵌合により相互の接合を行うとともに、前記エレメント軸方向に直角な方向であるエレメント軸直角方向の力を伝達可能とした鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートを結合する方法であって、
「−」字状断面を有しエレメント軸方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における一端部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた接続継手部材の前記結合継手部が設けられた前記一端部とは反対側の他端部付近に複数の結合鉄筋が前記エレメント軸直角方向に延びるようにして並設された結合部材の前記結合継手部と前記鋼製エレメントのエレメント継手を嵌合させ、
次いで、前記嵌合した継手内に形成される嵌合空間内にグラウト材を注入して硬化させることにより前記結合部材を固定し、
次いで、前記結合鉄筋と現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋を重ね合わせ配置して重ね鉄筋継手を形成し現場打ちコンクリートを打設し硬化させること
を特徴とする鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合方法。 - エレメント軸方向に延設される鋼製部材に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面のエレメント継手部を設け、隣接するエレメント継手部の嵌合により相互の接合を行うとともに、前記エレメント軸方向に直角な方向であるエレメント軸直角方向の力を伝達可能とした鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートを結合する方法であって、
「−」字状断面を有しエレメント軸方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における一端部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた接続継手部材の前記結合継手部と前記鋼製エレメントのエレメント継手を嵌合させ、
次いで、前記嵌合した継手内に形成される嵌合空間内にグラウト材を注入して硬化させることにより前記接続継手部材を固定し、
次いで、前記接続継手部材の結合継手部が設けられた前記一端部とは反対側の他端部付近に複数の結合鉄筋を前記エレメント軸直角方向に延びるようにして並設し、
次いで、前記結合鉄筋と現場打ち鉄筋コンクリート用鉄筋を重ね合わせ配置して重ね鉄筋継手を形成し現場打ちコンクリートを打設し硬化させること
を特徴とする鋼製エレメントと現場打ち鉄筋コンクリートの結合方法。 - エレメント軸方向に延設される鋼製部材に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面のエレメント継手部を設けて前記エレメント軸方向に直角な方向であるエレメント軸直角方向の力を伝達可能とした鋼製エレメントを、前記エレメント軸方向を挿入方向として地中に挿入し、
次いで、他の鋼製エレメントを、前記エレメント継手部どうしを相互に嵌合させつつ地中に挿入し、前記嵌合したエレメント継手部内にグラウト材を注入し硬化させて前記鋼製エレメントどうしを固定することを繰り返して複数の鋼製エレメントを地中で連結させ、
次いで、前記複数の鋼製エレメントが閉合する前に、閉合箇所の地盤を掘削して閉合空間を形成し、
次いで、「−」字状断面を有しエレメント軸方向に延在する鋼製平板部の前記「−」字状断面における一端部に前記エレメント軸方向に沿って略「Ｃ」字状断面の結合継手部が設けられた接続継手部材の前記結合継手部が設けられた前記一端部とは反対側の他端部付近に複数の結合鉄筋が前記エレメント軸直角方向に延びるようにして並設された結合部材を２個用いて前記結合鉄筋が対向するように配置させた構造体を上下２段に平行配置して前記結合鉄筋を帯鉄筋で取り囲んでカゴ状に構成したカゴ状部材の前記結合継手部と前記閉合空間内のエレメント継手を相互に嵌合させつつ前記カゴ状部材を前記掘削された閉合空間内に挿入し、次いで、前記カゴ状部材が挿入された閉合空間内に現場打ちコンクリートを打設し硬化させ、
次いで、前記地中で連結された鋼製エレメントと前記閉合空間に形成された現場打ち鉄筋コンクリートによって構成されたエレメント構造体を防護工として前記エレメント構造体の内部の地盤を掘削し、
次いで、前記エレメント構造体を本体として利用して地下構造物を構築すること
を特徴とする地下構造物構築方法。 - 請求項７記載の地下構造物構築方法において、
前記閉合箇所には、前記閉合空間を掘削する時の土留めと前記現場打ちコンクリートを打設する時の型枠の機能を有する保護部材が配置されること
を特徴とする地下構造物構築方法。
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