JP4351846B2 - シールド掘削用山留め壁の構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、地中を掘削するシールド掘進機の発進、到達又は通過のための発進到達部を有するシールド掘削用山留め壁の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、地中を掘削するシールド掘進機の発進、到達のための発進到達部は、図９に示すように、トンネル掘進用立坑１に設けられる。つまり、トンネル掘進用立坑１は、鉄筋コンクリート製の壁体２及び底板３などにて構築され、特に、立坑１のシールド掘進機４が発進又は到達する開口部分には、シールド掘進機４により掘削が可能なように、繊維補強コンクリート壁体５を使用することが提案され、又実施されている。
【０００３】
つまり、繊維補強コンクリート壁体５は、補強筋として、炭素繊維、有機繊維などに樹脂を含浸して作製された繊維補強材（ＦＲＰ補強材）６を、例えば、籠状、メッシュ状、格子状に組み立て、コンクリート７に埋設して構成され、シールド掘進機４による掘削が可能とされる。
【０００４】
一方、地下構造物を作るために親杭横矢板工法が頻繁に使用されている。つまり、図１０に示すように、親杭横矢板工法では、親杭１１と、横矢板１２を使用して、水平方向に作用する土圧や水圧などの荷重を受けるための山留め壁１０が構築される。
【０００５】
場合によっては、トンネル掘進用立坑１を構築する代わりに、親杭横矢板工法にて山留め壁１０を構築し、この山留め壁１０に、シールド掘進機４の発進、到達又は通過のための発進到達部を形成することが考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｈ型鋼などの鋼部材からなる親杭１１に木材板などからなる横矢板１２を取り付けて構築される従来の親杭横矢板工法では、シールド掘進機４により、親杭横矢板からなる山留め壁１０を切削することは極めて困難か、或いは、実質的に不可能であった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、シールド掘進機による切削が可能な親杭横矢板からなるシールド掘削用山留め壁の構造を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、現場での作業が容易に達成される作業性に優れた、シールド掘進機による切削が可能な親杭横矢板からなるシールド掘削用山留め壁の構造を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係るシールド掘削用山留め壁の構造にて達成される。要約すれば、本発明は、親杭横矢板を使用して構築される山留め壁において、
シールド掘進機が発進、到達又は通過する発進到達部は、親杭として繊維補強杭材を使用し、横矢板として繊維補強パネルを使用し、シールド掘進機による切削が可能な壁構造とし、
前記繊維補強パネルは、強化繊維に樹脂を含浸して作製したＦＲＰ材であるか、又は、補強筋として強化繊維に樹脂を含浸して作製した繊維補強材を使用し、この繊維補強材を、モルタル、或いは、発泡樹脂に埋設して作製され、
前記繊維補強材は、ＦＲＰ格子材であるか、又は、格子状に結合されたＦＲＰロッドである、
ことを特徴とするシールド掘削用山留め壁の構造である。
本発明の一実施態様によれば、前記繊維補強パネルは、前記繊維補強材であるＦＲＰ格子材か、又は、格子状に結合されたＦＲＰロッドに、モルタル、或いは、発泡樹脂を吹き付けることによって作製される。
【００１０】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維補強杭材は、補強筋として強化繊維に樹脂を含浸して作製した繊維補強材を使用し、この繊維補強材を、粗骨材として石灰砕石を含むコンクリート、モルタル、又は、発泡樹脂に埋設して作製される。
【００１１】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維補強杭材は、前記繊維補強パネルを係止するための係止肩を有する。
【００１４】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰ格子材は、格子状に配置された縦補強筋と横補強筋とを有し、前記縦補強筋及び前記横補強筋は、強化繊維を一方向に並べて樹脂を含浸させた帯状強化繊維を複数積層して形成される。また、前記縦補強筋及び前記横補強筋は、補強筋幅（ｗ）１〜２０ｍｍ、厚さ（ｔ）０．５〜２５ｍｍ、であり、格子間距離（Ｗ１）２５〜２５０ｍｍとし得る。
【００１５】
本発明の他の実施態様によると、前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされる。また、前記樹脂は、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシールド掘削用山留め壁の構造を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１７】
図１に、本発明に係るシールド掘削用山留め壁の一実施例を示す。本実施例によると、シールド掘削用山留め壁１０は、従来と同様に、Ｈ型鋼材からなる親杭１１と、木材などからなる横矢板１２（図１では、図面を簡単とするために、通常の横矢板１２は一部図示し、他は省略されている。）とを有して構築されているが、シールド掘進機４が発進、到達又は通過する発進到達部、即ち、図１にて、シールド掘進機４による切削直径領域（Ｄ０）より数十ｃｍ程度大きくされた切削可能領域（Ｄ）は、シールド掘進機４による切削が可能な壁構造１０Ａとされる。
【００１８】
つまり、本実施例によると、シールド掘進機４による切削が可能な壁体、即ち、切削可能壁体１０Ａは、図２をも参照するとより良く理解されるように、親杭１１として機能する繊維補強杭材２０を備え、また、通常の木材などからなる横矢板１２の代わりに、本発明に従って構成される繊維補強パネル１２Ａが使用される。
【００１９】
図３〜図５をも参照すると理解されるように、本発明に係るシールド掘削用山留め壁１０Ａを構成する、本発明の特徴をなす繊維補強杭材２０の上下方向には、従来のＨ型鋼などとされる鋼製杭部材１１Ａが端部定着治具２１を使用して一体に接続され、親杭１１を構成している。
【００２０】
即ち、端部定着治具２１の一端２１ａは、溶接、ボルトなどにより鋼製杭部材１１Ａに一体に接続され、他端２１ｂは、繊維補強杭材２０の接合端部に嵌合され、定着ロッド２１ｃなどにより接続して一体とされる。端部定着治具２１は、繊維補強杭材２０の成形加工に際して同時に成形することにより、端部定着治具２１と繊維補強杭材接合端部とを一体とすることも可能である。
【００２１】
繊維補強杭材２０は、図２及び図４に示すように、補強筋２４として、強化繊維に樹脂を含浸して作製された繊維補強材、即ち、主筋（ＦＲＰロッド）２４ａ及びスターラップ筋（ＦＲＰスターラップ）２４ｂを、例えば、籠状に組み立て、型枠内に設置して、固化充填材、即ち、マトリックス材２２を充填することにより作製される。
【００２２】
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされる。
【００２３】
又、樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することができる。
【００２４】
マトリックス材２２としては、粗骨材として石灰砕石を含むコンクリート、即ち、高強度石灰コンクリートが好適に使用し得るが、更に、モルタル、又は、硬質ウレタン樹脂発泡体のような発泡樹脂とすることもできる。このような構造の繊維補強杭材２０は、シールド掘進機４による掘削が可能である。
【００２５】
本実施例にてマトリックス材２２として使用した高強度石灰コンクリートの配合の一例を表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
繊維補強杭材２０は、本実施例では断面が概略矩形状とされ、掘削側、即ち、図２にて下側に位置して、横矢板１２Ａを係止するために段状とされた係止肩部２３が形成される。繊維補強杭材２０の断面形状は、本実施例の矩形状に限定されるものではなく、横矢板１２Ａを係止する係止肩部２３が形成される限りにおいて、その他種々の形状が可能である。
【００２８】
本実施例にて、繊維補強杭材２０は、掘削側幅（Ｗ１）が３５０ｍｍ、地山側の幅（Ｗ２）が３００ｍｍ、高さ（Ｈ１）が５００ｍｍ、係止肩部２３の幅（Ｗ３）が５０ｍｍ、端面から係止肩部２３までの高さ（Ｈ２）が１１５ｍｍとされた。又、各繊維補強杭材２０は、互いに中心間距離（Ｌ）が５００〜２５００ｍｍの範囲で配置した。
【００２９】
横矢板１２Ａとしての繊維補強パネルは、強化繊維に樹脂を含浸、固化したＦＲＰ板とすることができる。また、好ましくは、繊維補強パネル１２Ａは、補強筋として強化繊維に樹脂を含浸して作製した繊維補強材を使用し、マトリックス材１３として、モルタルを吹き付けることによって作製される。マトリックス材１３としては、モルタルの他に、コンクリート、又は、硬質ウレタン樹脂発泡体などの発泡樹脂を使用し得る。また、プレキャストのコンクリート部材として工場で作製したパネルを現場で使用することも可能である。
【００３０】
また、繊維補強材は、ＦＲＰ格子材であるか、又は、格子状に結合されたＦＲＰロッドが好適に使用される。
【００３１】
本実施例にて、繊維補強パネル１２Ａは、幅（Ｗ）が１００〜３０００ｍｍ、高さ（Ｈ）が３０〜１０００ｍｍ、厚さ（Ｔ）が１０〜２００ｍｍとしたが、この形状寸法に制限されるものではなく、所望される性能により、種々の寸法形状とされるであろう。
【００３２】
このような構造の繊維補強パネル１２Ａは、シールド掘進機４による掘削が可能である。
【００３３】
本実施例では、繊維補強パネル１２Ａは、図２及び図６を参照すると理解されるように、ＦＲＰ格子材１００を、高強度石灰コンクリートに埋設して構成した。本実施例では、表１に示す配合の高強度石灰コンクリートを使用した。
【００３４】
繊維補強パネル１２Ａは、図１に示すように、シールド掘進機４の切削開口部の直径Ｄより大きい領域にまで延在して配置され、切削可能壁体１０Ａを形成する。
【００３５】
次に、ＦＲＰ格子材１００について説明する。
【００３６】
本発明にて使用されるＦＲＰ格子材１００の一実施例を図７及び図８に示す。本実施例にて、ＦＲＰ格子材１００は、通常、直角に交差して格子状に配置された複数の補強筋、即ち、縦補強筋１０１と横補強筋１０２とを含み、各補強筋１０１、１０２は、強化繊維を一方向に並べて樹脂を含浸させた帯状強化繊維を複数積層して形成されたものである。
【００３７】
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされる。
【００３８】
又、樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することができる。
【００３９】
又、本実施例にて使用される各補強筋１０１、１０２は、補強筋幅（ｗ）１〜２０ｍｍ、厚さ（ｔ）０．５〜２５ｍｍ、であり、格子間距離（Ｗ１）２５〜２５０ｍｍの格子板状に成形硬化され、全体としてシート状のＦＲＰ格子材１００を形成する。このＦＲＰ格子材１００は、図８に示すように筋の交差部分の厚さが他の部分の厚さと略等しくなるように成形硬化されている。
【００４０】
また、ＦＲＰ格子材における、強化繊維の体積含有率は、５〜６５体積％とされる。
【００４１】
本発明によれば、繊維補強パネル１２Ａは、上述したように、補強筋として強化繊維に樹脂を含浸して作製した繊維補強材、例えば、ＦＲＰ格子材であるか、又は、格子状に結合されたＦＲＰロッドを使用し、この繊維補強材を、型枠に組み込み、型枠にマトリックス材を充填固化して作製することができる。このようにして作製した、所謂、プレキャストパネルを、親杭横矢板工法に際して、横矢板として使用し、山留め壁１０Ａを構築することができる。
【００４２】
また、別法として、繊維補強パネル１２Ａは、現場にて、ＦＲＰ格子材或いはＦＲＰロッドを配筋し、コンクリート、モルタルなどを打設、或いは、吹き付けることなどにより、作製することも可能である。
【００４３】
本発明の繊維補強コンクリート壁体１０Ａの効果を実証するために、上記寸法形状の繊維補強杭材２０及び繊維補強パネル１２Ａを使用し、繊維補強コンクリート壁体１０Ａを構築して、シールド掘進機４による切削を試みた。なお、繊維補強杭材２０の主筋及びスターラップ筋、及び、繊維補強パネル１２ＡのＦＲＰ格子材は、下記の仕様とした。
【００４４】
実験例
・繊維補強杭材２０の主筋及びスターラップ筋の材料
強化繊維： ガラス繊維
マトリクス樹脂： ビニルエステル樹脂
強化繊維：マトリクス樹脂＝４０：６０（体積％）
主筋の径： ２５ｍｍ
スターラップ筋の径： １３ｍｍ
・繊維補強パネル１２ＡのＦＲＰ格子材の材料
強化繊維： ガラス繊維
マトリクス樹脂： ビニルエステル樹脂
強化繊維：マトリクス樹脂＝４０：６０（体積％）
・ＦＲＰ格子材の寸法
補強筋幅（ｗ）：７ｍｍ
厚さ（ｔ）：２ｍｍ
格子間距離（Ｗ１）：１００ｍｍ
・繊維補強パネル１２Ａの全体形状
幅（Ｗ）： ８００ｍｍ
高さ（Ｈ）：５００ｍｍ
厚さ（Ｔ）： ５０ｍｍ
【００４５】
上記繊維補強杭材１０Ａ及び繊維補強パネル１２Ａを使用して構築した本発明に従った繊維補強コンクリート壁体１０Ａは、シールド掘進機４により容易に切削することができた。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、親杭横矢板を使用して構築される山留め壁において、シールド掘進機が発進、到達又は通過する発進到達部は、親杭として繊維補強杭材を使用し、横矢板として繊維補強パネルを使用した構成とされるので、シールド掘進機による切削が可能な壁構造とされ、現場での作業が容易に達成され、作業性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る親杭横矢板を使用して構築される山留め壁の構造の一実施例を示す正面図である。
【図２】本発明に係る親杭横矢板を使用して構築される山留め壁の構造の一実施例を示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ、本発明に係る繊維強コンクリート杭部材一実施例を示す側面図及び正面図である。
【図４】図３（Ａ）の線IV−IVに取った断面図である。
【図５】図３（Ａ）の線V−Vに取った断面図である。
【図６】本発明に係る横矢板の一実施例を示す斜視図である。
【図７】繊維補強パネルに使用するＦＲＰ格子材の一実施例を示す斜視図である。
【図８】ＦＲＰ格子材の拡大斜視図である。
【図９】従来の立坑の構造を説明する断面図である。
【図１０】従来の親杭横矢板の構造を説明する斜視図である。
【符号の説明】
１ トンネル掘進用立坑
２ コンクリート壁体
３ コンクリート底板
４ シールド掘進機
１０ 親杭横矢板壁体
１０Ａ 切削可能壁体
１１ 親杭
１１Ａ 鋼部材
１２ 横矢板
１２Ａ 繊維補強パネル
２０ 繊維補強杭材
１００（１００ａ、１００ｂ） ＦＲＰ格子材
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、地中を掘削するシールド掘進機の発進、到達又は通過のための発進到達部を有するシールド掘削用山留め壁の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、地中を掘削するシールド掘進機の発進、到達のための発進到達部は、図９に示すように、トンネル掘進用立坑１に設けられる。つまり、トンネル掘進用立坑１は、鉄筋コンクリート製の壁体２及び底板３などにて構築され、特に、立坑１のシールド掘進機４が発進又は到達する開口部分には、シールド掘進機４により掘削が可能なように、繊維補強コンクリート壁体５を使用することが提案され、又実施されている。
【０００３】
つまり、繊維補強コンクリート壁体５は、補強筋として、炭素繊維、有機繊維などに樹脂を含浸して作製された繊維補強材（ＦＲＰ補強材）６を、例えば、籠状、メッシュ状、格子状に組み立て、コンクリート７に埋設して構成され、シールド掘進機４による掘削が可能とされる。
【０００４】
一方、地下構造物を作るために親杭横矢板工法が頻繁に使用されている。つまり、図１０に示すように、親杭横矢板工法では、親杭１１と、横矢板１２を使用して、水平方向に作用する土圧や水圧などの荷重を受けるための山留め壁１０が構築される。
【０００５】
場合によっては、トンネル掘進用立坑１を構築する代わりに、親杭横矢板工法にて山留め壁１０を構築し、この山留め壁１０に、シールド掘進機４の発進、到達又は通過のための発進到達部を形成することが考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｈ型鋼などの鋼部材からなる親杭１１に木材板などからなる横矢板１２を取り付けて構築される従来の親杭横矢板工法では、シールド掘進機４により、親杭横矢板からなる山留め壁１０を切削することは極めて困難か、或いは、実質的に不可能であった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、シールド掘進機による切削が可能な親杭横矢板からなるシールド掘削用山留め壁の構造を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、現場での作業が容易に達成される作業性に優れた、シールド掘進機による切削が可能な親杭横矢板からなるシールド掘削用山留め壁の構造を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係るシールド掘削用山留め壁の構造にて達成される。要約すれば、本発明は、親杭横矢板を使用して構築される山留め壁において、
シールド掘進機が発進、到達又は通過する発進到達部は、親杭として繊維補強杭材を使用し、横矢板として繊維補強パネルを使用し、シールド掘進機による切削が可能な壁構造とし、
前記繊維補強パネルは、強化繊維に樹脂を含浸して作製したＦＲＰ材であるか、又は、補強筋として強化繊維に樹脂を含浸して作製した繊維補強材を使用し、この繊維補強材を、モルタル、或いは、発泡樹脂に埋設して作製され、
前記繊維補強材は、ＦＲＰ格子材であるか、又は、格子状に結合されたＦＲＰロッドである、
ことを特徴とするシールド掘削用山留め壁の構造である。
本発明の一実施態様によれば、前記繊維補強パネルは、前記繊維補強材であるＦＲＰ格子材か、又は、格子状に結合されたＦＲＰロッドに、モルタル、或いは、発泡樹脂を吹き付けることによって作製される。
【００１０】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維補強杭材は、補強筋として強化繊維に樹脂を含浸して作製した繊維補強材を使用し、この繊維補強材を、粗骨材として石灰砕石を含むコンクリート、モルタル、又は、発泡樹脂に埋設して作製される。
【００１１】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維補強杭材は、前記繊維補強パネルを係止するための係止肩を有する。
【００１４】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰ格子材は、格子状に配置された縦補強筋と横補強筋とを有し、前記縦補強筋及び前記横補強筋は、強化繊維を一方向に並べて樹脂を含浸させた帯状強化繊維を複数積層して形成される。また、前記縦補強筋及び前記横補強筋は、補強筋幅（ｗ）１〜２０ｍｍ、厚さ（ｔ）０．５〜２５ｍｍ、であり、格子間距離（Ｗ１）２５〜２５０ｍｍとし得る。
【００１５】
本発明の他の実施態様によると、前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされる。また、前記樹脂は、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシールド掘削用山留め壁の構造を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１７】
図１に、本発明に係るシールド掘削用山留め壁の一実施例を示す。本実施例によると、シールド掘削用山留め壁１０は、従来と同様に、Ｈ型鋼材からなる親杭１１と、木材などからなる横矢板１２（図１では、図面を簡単とするために、通常の横矢板１２は一部図示し、他は省略されている。）とを有して構築されているが、シールド掘進機４が発進、到達又は通過する発進到達部、即ち、図１にて、シールド掘進機４による切削直径領域（Ｄ０）より数十ｃｍ程度大きくされた切削可能領域（Ｄ）は、シールド掘進機４による切削が可能な壁構造１０Ａとされる。
【００１８】
つまり、本実施例によると、シールド掘進機４による切削が可能な壁体、即ち、切削可能壁体１０Ａは、図２をも参照するとより良く理解されるように、親杭１１として機能する繊維補強杭材２０を備え、また、通常の木材などからなる横矢板１２の代わりに、本発明に従って構成される繊維補強パネル１２Ａが使用される。
【００１９】
図３〜図５をも参照すると理解されるように、本発明に係るシールド掘削用山留め壁１０Ａを構成する、本発明の特徴をなす繊維補強杭材２０の上下方向には、従来のＨ型鋼などとされる鋼製杭部材１１Ａが端部定着治具２１を使用して一体に接続され、親杭１１を構成している。
【００２０】
即ち、端部定着治具２１の一端２１ａは、溶接、ボルトなどにより鋼製杭部材１１Ａに一体に接続され、他端２１ｂは、繊維補強杭材２０の接合端部に嵌合され、定着ロッド２１ｃなどにより接続して一体とされる。端部定着治具２１は、繊維補強杭材２０の成形加工に際して同時に成形することにより、端部定着治具２１と繊維補強杭材接合端部とを一体とすることも可能である。
【００２１】
繊維補強杭材２０は、図２及び図４に示すように、補強筋２４として、強化繊維に樹脂を含浸して作製された繊維補強材、即ち、主筋（ＦＲＰロッド）２４ａ及びスターラップ筋（ＦＲＰスターラップ）２４ｂを、例えば、籠状に組み立て、型枠内に設置して、固化充填材、即ち、マトリックス材２２を充填することにより作製される。
【００２２】
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされる。
【００２３】
又、樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することができる。
【００２４】
マトリックス材２２としては、粗骨材として石灰砕石を含むコンクリート、即ち、高強度石灰コンクリートが好適に使用し得るが、更に、モルタル、又は、硬質ウレタン樹脂発泡体のような発泡樹脂とすることもできる。このような構造の繊維補強杭材２０は、シールド掘進機４による掘削が可能である。
【００２５】
本実施例にてマトリックス材２２として使用した高強度石灰コンクリートの配合の一例を表１に示す。
【００２６】
【表１】
繊維補強杭材２０は、本実施例では断面が概略矩形状とされ、掘削側、即ち、図２にて下側に位置して、横矢板１２Ａを係止するために段状とされた係止肩部２３が形成される。繊維補強杭材２０の断面形状は、本実施例の矩形状に限定されるものではなく、横矢板１２Ａを係止する係止肩部２３が形成される限りにおいて、その他種々の形状が可能である。
【００２８】
本実施例にて、繊維補強杭材２０は、掘削側幅（Ｗ１）が３５０ｍｍ、地山側の幅（Ｗ２）が３００ｍｍ、高さ（Ｈ１）が５００ｍｍ、係止肩部２３の幅（Ｗ３）が５０ｍｍ、端面から係止肩部２３までの高さ（Ｈ２）が１１５ｍｍとされた。又、各繊維補強杭材２０は、互いに中心間距離（Ｌ）が５００〜２５００ｍｍの範囲で配置した。
【００２９】
横矢板１２Ａとしての繊維補強パネルは、強化繊維に樹脂を含浸、固化したＦＲＰ板とすることができる。また、好ましくは、繊維補強パネル１２Ａは、補強筋として強化繊維に樹脂を含浸して作製した繊維補強材を使用し、マトリックス材１３として、モルタルを吹き付けることによって作製される。マトリックス材１３としては、モルタルの他に、コンクリート、又は、硬質ウレタン樹脂発泡体などの発泡樹脂を使用し得る。また、プレキャストのコンクリート部材として工場で作製したパネルを現場で使用することも可能である。
【００３０】
また、繊維補強材は、ＦＲＰ格子材であるか、又は、格子状に結合されたＦＲＰロッドが好適に使用される。
【００３１】
本実施例にて、繊維補強パネル１２Ａは、幅（Ｗ）が１００〜３０００ｍｍ、高さ（Ｈ）が３０〜１０００ｍｍ、厚さ（Ｔ）が１０〜２００ｍｍとしたが、この形状寸法に制限されるものではなく、所望される性能により、種々の寸法形状とされるであろう。
【００３２】
このような構造の繊維補強パネル１２Ａは、シールド掘進機４による掘削が可能である。
【００３３】
本実施例では、繊維補強パネル１２Ａは、図２及び図６を参照すると理解されるように、ＦＲＰ格子材１００を、高強度石灰コンクリートに埋設して構成した。本実施例では、表１に示す配合の高強度石灰コンクリートを使用した。
【００３４】
繊維補強パネル１２Ａは、図１に示すように、シールド掘進機４の切削開口部の直径Ｄより大きい領域にまで延在して配置され、切削可能壁体１０Ａを形成する。
【００３５】
次に、ＦＲＰ格子材１００について説明する。
【００３６】
本発明にて使用されるＦＲＰ格子材１００の一実施例を図７及び図８に示す。本実施例にて、ＦＲＰ格子材１００は、通常、直角に交差して格子状に配置された複数の補強筋、即ち、縦補強筋１０１と横補強筋１０２とを含み、各補強筋１０１、１０２は、強化繊維を一方向に並べて樹脂を含浸させた帯状強化繊維を複数積層して形成されたものである。
【００３７】
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされる。
【００３８】
又、樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することができる。
【００３９】
又、本実施例にて使用される各補強筋１０１、１０２は、補強筋幅（ｗ）１〜２０ｍｍ、厚さ（ｔ）０．５〜２５ｍｍ、であり、格子間距離（Ｗ１）２５〜２５０ｍｍの格子板状に成形硬化され、全体としてシート状のＦＲＰ格子材１００を形成する。このＦＲＰ格子材１００は、図８に示すように筋の交差部分の厚さが他の部分の厚さと略等しくなるように成形硬化されている。
【００４０】
また、ＦＲＰ格子材における、強化繊維の体積含有率は、５〜６５体積％とされる。
【００４１】
本発明によれば、繊維補強パネル１２Ａは、上述したように、補強筋として強化繊維に樹脂を含浸して作製した繊維補強材、例えば、ＦＲＰ格子材であるか、又は、格子状に結合されたＦＲＰロッドを使用し、この繊維補強材を、型枠に組み込み、型枠にマトリックス材を充填固化して作製することができる。このようにして作製した、所謂、プレキャストパネルを、親杭横矢板工法に際して、横矢板として使用し、山留め壁１０Ａを構築することができる。
【００４２】
また、別法として、繊維補強パネル１２Ａは、現場にて、ＦＲＰ格子材或いはＦＲＰロッドを配筋し、コンクリート、モルタルなどを打設、或いは、吹き付けることなどにより、作製することも可能である。
【００４３】
本発明の繊維補強コンクリート壁体１０Ａの効果を実証するために、上記寸法形状の繊維補強杭材２０及び繊維補強パネル１２Ａを使用し、繊維補強コンクリート壁体１０Ａを構築して、シールド掘進機４による切削を試みた。なお、繊維補強杭材２０の主筋及びスターラップ筋、及び、繊維補強パネル１２ＡのＦＲＰ格子材は、下記の仕様とした。
【００４４】
実験例
・繊維補強杭材２０の主筋及びスターラップ筋の材料
強化繊維： ガラス繊維
マトリクス樹脂： ビニルエステル樹脂
強化繊維：マトリクス樹脂＝４０：６０（体積％）
主筋の径： ２５ｍｍ
スターラップ筋の径： １３ｍｍ
・繊維補強パネル１２ＡのＦＲＰ格子材の材料
強化繊維： ガラス繊維
マトリクス樹脂： ビニルエステル樹脂
強化繊維：マトリクス樹脂＝４０：６０（体積％）
・ＦＲＰ格子材の寸法
補強筋幅（ｗ）：７ｍｍ
厚さ（ｔ）：２ｍｍ
格子間距離（Ｗ１）：１００ｍｍ
・繊維補強パネル１２Ａの全体形状
幅（Ｗ）： ８００ｍｍ
高さ（Ｈ）：５００ｍｍ
厚さ（Ｔ）： ５０ｍｍ
【００４５】
上記繊維補強杭材１０Ａ及び繊維補強パネル１２Ａを使用して構築した本発明に従った繊維補強コンクリート壁体１０Ａは、シールド掘進機４により容易に切削することができた。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、親杭横矢板を使用して構築される山留め壁において、シールド掘進機が発進、到達又は通過する発進到達部は、親杭として繊維補強杭材を使用し、横矢板として繊維補強パネルを使用した構成とされるので、シールド掘進機による切削が可能な壁構造とされ、現場での作業が容易に達成され、作業性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る親杭横矢板を使用して構築される山留め壁の構造の一実施例を示す正面図である。
【図２】本発明に係る親杭横矢板を使用して構築される山留め壁の構造の一実施例を示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ、本発明に係る繊維強コンクリート杭部材一実施例を示す側面図及び正面図である。
【図４】図３（Ａ）の線IV−IVに取った断面図である。
【図５】図３（Ａ）の線V−Vに取った断面図である。
【図６】本発明に係る横矢板の一実施例を示す斜視図である。
【図７】繊維補強パネルに使用するＦＲＰ格子材の一実施例を示す斜視図である。
【図８】ＦＲＰ格子材の拡大斜視図である。
【図９】従来の立坑の構造を説明する断面図である。
【図１０】従来の親杭横矢板の構造を説明する斜視図である。
【符号の説明】
１ トンネル掘進用立坑
２ コンクリート壁体
３ コンクリート底板
４ シールド掘進機
１０ 親杭横矢板壁体
１０Ａ 切削可能壁体
１１ 親杭
１１Ａ 鋼部材
１２ 横矢板
１２Ａ 繊維補強パネル
２０ 繊維補強杭材
１００（１００ａ、１００ｂ） ＦＲＰ格子材
Claims (7)
- 親杭横矢板を使用して構築される山留め壁において、
シールド掘進機が発進、到達又は通過する発進到達部は、親杭として繊維補強杭材を使用し、横矢板として繊維補強パネルを使用し、シールド掘進機による切削が可能な壁構造とし、
前記繊維補強パネルは、強化繊維に樹脂を含浸して作製したＦＲＰ材であるか、又は、補強筋として強化繊維に樹脂を含浸して作製した繊維補強材を使用し、この繊維補強材を、モルタル、或いは、発泡樹脂に埋設して作製され、
前記繊維補強材は、ＦＲＰ格子材であるか、又は、格子状に結合されたＦＲＰロッドである、
ことを特徴とするシールド掘削用山留め壁の構造。 - 前記繊維補強パネルは、前記繊維補強材であるＦＲＰ格子材か、又は、格子状に結合されたＦＲＰロッドに、モルタル、或いは、発泡樹脂を吹き付けることによって作製されることを特徴とする請求項１のシールド掘削用山留め壁の構造。
- 前記繊維補強杭材は、補強筋として強化繊維に樹脂を含浸して作製した繊維補強材を使用し、この繊維補強材を、粗骨材として石灰砕石を含むコンクリート、モルタル、又は、発泡樹脂に埋設して作製されることを特徴とする請求項１又は２のシールド掘削用山留め壁の構造。
- 前記繊維補強杭材は、前記繊維補強パネルを係止するための係止肩を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のシールド掘削用山留め壁の構造。
- 前記ＦＲＰ格子材は、格子状に配置された縦補強筋と横補強筋とを有し、前記縦補強筋及び前記横補強筋は、強化繊維を一方向に並べて樹脂を含浸させた帯状強化繊維を複数積層して形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のシールド掘削用山留め壁の構造。
- 前記縦補強筋及び前記横補強筋は、補強筋幅（ｗ）１〜２０ｍｍ、厚さ（ｔ）０．５〜２５ｍｍ、であり、格子間距離（Ｗ１）２５〜２５０ｍｍであることを特徴とする請求項５のシールド掘削用山留め壁の構造。
- 前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされ、また、前記樹脂は、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のシールド掘削用山留め壁の構造。
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