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JP7215252B2 - Synthetic segment - Google Patents
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JP7215252B2 - Synthetic segment - Google Patents

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JP7215252B2 JP2019046025A JP2019046025A JP7215252B2 JP 7215252 B2 JP7215252 B2 JP 7215252B2 JP 2019046025 A JP2019046025 A JP 2019046025A JP 2019046025 A JP2019046025 A JP 2019046025A JP 7215252 B2 JP7215252 B2 JP 7215252B2
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本発明は、トンネル建設、特にシールド工法によるトンネル建設時に使用されるセグメントに関する。より詳しくは、鋼殻内部にコンクリートを充填した合成セグメントに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a segment used in tunnel construction, particularly tunnel construction using the shield tunneling method. More particularly, it relates to a composite segment with a steel shell filled with concrete.

山岳トンネルや海底トンネルの他、浅深度地下への新設が難しい都市部の地下道路、鉄道トンネルや下水道トンネル、地下河川トンネル等については、シールドマシンによる掘削を行い、掘り進んだトンネル内にセグメントと呼ばれる断面扇形の部材を縦横に連結して、トンネルを構築していく方法が採用される。 In addition to mountain tunnels and undersea tunnels, underground roads in urban areas that are difficult to construct in shallow depths, railway tunnels, sewage tunnels, underground river tunnels, etc., are excavated with a shield machine, and segments are created in the tunnels that have been excavated. A method of constructing a tunnel by connecting members with a fan-shaped cross section vertically and horizontally is adopted.

トンネル内空間を道路や鉄道として利用する場合においても、また、トンネル内空間を、雨水路や下水道として利用する場合においても、トンネル壁面を境界として、内外面に作用する水圧や土圧に差異があるため、トンネル壁の防水構造は、完成後の漏水対策費や、環境に与える影響を考慮すると、重要な問題である。 Whether the space inside the tunnel is used as a road or railroad, or as a rainwater channel or sewage system, there is a difference in water pressure and earth pressure acting on the inner and outer surfaces with the tunnel wall as the boundary. Therefore, the waterproof structure of the tunnel wall is an important issue when considering the cost of water leakage countermeasures after completion and the impact on the environment.

特に、多数のセグメントを縦横に連結して、トンネル壁を構成するシールドトンネルにおいては、セグメント間の継ぎ目部分(セグメントの継ぎ目)における止水構造が最も重要視されている。 In particular, in a shield tunnel in which a large number of segments are connected lengthwise and breadthwise to form a tunnel wall, the water cutoff structure at the joints between segments (joints between segments) is considered to be the most important.

シールドトンネルの止水構造は、
(a)セグメントの背面側、即ち地山側に位置する裏込め注入材による防水、
(b)セグメントの継手面に施す防水、及び
(c)トンネルの内側に施す二次覆工による防水、
等がある。
The water stop structure of the shield tunnel is
(a) Waterproofing by back-filling injection material located on the rear side of the segment, that is, on the rocky ground side,
(b) Waterproofing applied to the joint surface of the segment, and (c) Waterproofing by secondary lining applied inside the tunnel,
etc.

裏込め注入材による防水は、シールド掘削時における地山地層の乱れ等を適切な裏込め材の注入により、トンネル構造物に作用する水圧を均等化することを主目的として実施される。
一方、二次覆工による止水は、最近まで最も一般的に実施されているが、二次覆工における打継ぎ目や、覆工施工時の乾燥収縮によるひび割れ等の発生により、長期間に渡って信頼性の高い止水効果を期待することは困難となっている。
The main purpose of waterproofing with backfilling material is to equalize the water pressure acting on the tunnel structure by injecting an appropriate backfilling material to counter disturbance of the natural stratum during shield excavation.
On the other hand, water stoppage by secondary lining was the most common practice until recently. Therefore, it is difficult to expect a highly reliable water stopping effect.

最近の傾向として、セグメント性能の信頼性が向上したことから二次覆工を省略する場合が多く、したがって、トンネル構造物の防水構造は、トンネル壁面を構成するセグメントの継ぎ目における防水対策を如何に確実に実施できるかに係っているといえる。 A recent trend is to omit the secondary lining in many cases due to the improved reliability of the segment performance. It can be said that it depends on whether it can be implemented reliably.

特許文献1に記載の合成セグメントの製造方法では、コンクリートの周縁部を緻密化するために、該コンクリート打設の際に鋼殻を下に凸状に置く、いわゆる舟打ちに代えて、上に凸状に置く、いわゆる伏せ打ちを採用し、その際、セグメントの地山側中央部に設けたコンクリート充填用孔周囲に止水部材を配置し、鋼殻とコンクリートの境界面における止水性を向上させて、これらの間に水が入るのを防止する方法が開示されている。 In the method for manufacturing a synthetic segment described in Patent Document 1, in order to densify the peripheral edge of the concrete, instead of placing the steel shell in a convex shape downward when the concrete is poured, Placed in a convex shape, so-called laying down, is adopted, and at that time, a water stop member is placed around the concrete filling hole provided in the center of the segment on the ground side to improve water stoppage at the interface between the steel shell and concrete. and how to prevent water from entering between them.

さらに、特許文献2に示される技術では、中空枠状に形成された枠部材を有する外殻体と、該外殻体内に形成されたコンクリート製の中詰め部材とが一体化された合成セグメントにおいて、前記枠部材の内周面部に固定された弾性材からなる止水部材を備え、前記枠部材内側面と前記コンクリートとの間を止水部材により止水したことで、外殻体とコンクリートとの間に円弧径方向に作用する強いせん断力に対して高い耐力を発揮すると共に、従来のようなスキンプレートを具備せずとも止水できる構造を安価に製造できる技術が開示されている。 Furthermore, in the technique disclosed in Patent Document 2, in a synthetic segment in which an outer shell having a frame member formed in a hollow frame shape and a concrete filling member formed in the outer shell are integrated a water stop member made of an elastic material fixed to the inner peripheral surface of the frame member is provided, and water is stopped between the inner surface of the frame member and the concrete by the water stop member; A technology is disclosed that can inexpensively manufacture a structure that exhibits high resistance against strong shearing force acting in the radial direction of the arc between the joints and that can stop water without providing a conventional skin plate.

特開2014-88658号公報JP 2014-88658 A 特開2014-88720号公報JP 2014-88720 A

しかしながら、上記従来の技術は何れも、
・止水性能が十分とは言えない。
・水圧とコンクリート強度の双方との関係条件を満足する止水材の弾性反力が不十分となりがちである。
・外殻を構成する鋼殻は止水材の弾性反力を受けて面外に変形し、コンクリートから剥離するために、コンクリートとの間の拘束力が低下することから、腹圧力の作用によって、コンクリートが鋼殻から抜け出てしまい、止水性能やセグメントの力学性能を計算値通りに発揮することができない。
・止水材の弾性反力が不十分の場合、鋼殻によるコンクリートの拘束力に影響を及ぼし、コンクリートが滑動することでコンクリートの損傷が発生しやすい。
・そのため、地下水圧の小さい浅深度トンネルに適用が限定されがちである。
・セグメントに掛る負荷荷重が小さく、均一な、浅深度トンネルや小断面トンネル、或いは円形トンネルに適用が限定され、負荷荷重の大きな大深度トンネルや、トンネル断面部位により、不均一な荷重が作用する非円形トンネルへの適用が困難である、
等の欠点を有している。
However, none of the above conventional techniques
・It cannot be said that the waterproof performance is sufficient.
・The elastic reaction force of the water cutoff material that satisfies the relational conditions of both water pressure and concrete strength tends to be insufficient.
・Because the steel shell that constitutes the outer shell receives the elastic reaction force of the water stop material, it deforms out of plane and separates from the concrete. , concrete slips out of the steel shell, making it impossible to demonstrate water stopping performance and segment mechanical performance as calculated.
・If the elastic reaction force of the water stop material is insufficient, it affects the binding force of the concrete by the steel shell, and the concrete is likely to be damaged by sliding.
・Therefore, application tends to be limited to shallow tunnels with low groundwater pressure.
・Applicability is limited to shallow tunnels, small cross-section tunnels, or circular tunnels where the load applied to the segment is small and uniform, and non-uniform loads are applied due to large load loads such as deep tunnels and tunnel cross-sections. difficult to apply to non-circular tunnels,
and other drawbacks.

本発明は、シールドトンネル建設等に使用される合成セグメントの鋼殻とコンクリートとの接合面に高い止水性能を具備するとともに、鋼殻によるコンクリートの拘束力を高めて、鋼殻とコンクリートの一体化を図るとともに、隣接するセグメント間の止水性も同時に向上させることを課題とし、高荷重や不均一な負荷が掛る大深度或いは非円形断面トンネルにも適用可能な合成セグメントを提供することを目標とする。 The present invention provides a joint surface between the steel shell and concrete of a synthetic segment used in the construction of a shield tunnel, etc., with high water stop performance, and enhances the binding force of the steel shell to the concrete, so that the steel shell and concrete are integrated. The goal is to improve the waterproofness between adjacent segments at the same time, and to provide a synthetic segment that can be applied to large-depth or non-circular cross-section tunnels where high loads or uneven loads are applied. and

本発明者らは、セグメント強度と止水性能を向上させるため、種々の検討を行った結果、
・合成セグメントにおける鋼殻とコンクリートとの異種材料界面の止水性能を高め、
・同時に隣接する合成セグメント同士の接合面における止水性能を高め、
・水圧とコンクリート強度の双方との関係条件を満足する止水材の弾性反力を実現し、
・コンクリートに対する鋼殻の拘束力を高めて、腹圧力の作用によって、コンクリートが鋼殻から抜け出ないようにする、
ことで、優れたセグメント強度と止水性能を発揮できる、との知見に達した。
The inventors of the present invention conducted various studies in order to improve the segment strength and water stopping performance, and as a result,
・Improve the water stopping performance of the interface between the steel shell and concrete in the composite segment.
・At the same time, the water stopping performance at the joint surface between adjacent synthetic segments is enhanced,
・Realize the elastic reaction force of the water stop material that satisfies the relational conditions of both water pressure and concrete strength,
・Increase the binding force of the steel shell to the concrete, and prevent the concrete from slipping out of the steel shell due to the action of abdominal pressure.
We have reached the knowledge that we can exhibit excellent segment strength and water stopping performance by doing so.

上記知見が実現された本発明に係る合成セグメントは、
・地下水圧の高い大深度トンネルへの適用が可能となり、
・負荷荷重や断面力の大きな大深度トンネルや、大断面トンネル、或いは非円形断面トンネルへの適用が可能となり、
・高い止水性能が長期間期待できるため、トンネルの長寿命化・低維持費化が実現し、
・鋼殻とコンクリートとの拘束力の増大により、地震時のコンクリートのひび割れ、或いは地下河川等のトンネルに作用する内水圧によるひび割れを防止する、
等の効果が期待できるものである。
The synthetic segment according to the present invention, in which the above findings are realized,
・It can be applied to deep tunnels with high groundwater pressure,
・It can be applied to deep tunnels with large loads and cross-sectional forces, large cross-section tunnels, and non-circular cross-section tunnels.
・Because high water stopping performance can be expected for a long period of time, the life of tunnels can be extended and maintenance costs can be reduced.
・By increasing the binding force between the steel shell and concrete, cracking of concrete during an earthquake or cracking due to internal water pressure acting on tunnels such as underground rivers is prevented.
Such effects can be expected.

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記に示す通りである。 The present invention has been completed based on the above findings, and the gist thereof is as follows.

(1)コンクリートと鋼殻と止水材とを有するトンネル用合成セグメントであって、前記鋼殻は、前記合成セグメントのトンネルの軸方向側の端面である主桁面と、トンネルの周方向側の端面である継手面で構成される外周面の少なくとも一部に配置され、前記合成セグメントの主桁面および継手面に少なくとも一つの外周止水溝を設け、前記外周止水溝内に外周止水材が配置され、前記鋼殻の前記コンクリートに対する内面側に少なくとも一つの内面止水材が配置され、前記内面止水材は、前記鋼殻及び前記コンクリートに対する付着性、並びに、前記鋼殻と前記コンクリートとの間の界面における変形に対する追従性を有する、合成セグメント。 (1) A synthetic segment for a tunnel comprising concrete, a steel shell, and a water stop material, wherein the steel shell comprises a main girder surface, which is an end surface of the synthetic segment on the axial side of the tunnel, and a circumferential side of the tunnel. At least one outer peripheral water stop groove is provided on the main girder surface and the joint surface of the composite segment, and an outer peripheral water stop groove is provided in the outer peripheral water stop groove. A water material is arranged, and at least one inner water stop material is arranged on the inner surface side of the steel shell with respect to the concrete, and the inner water stop material has adhesion to the steel shell and the concrete, and adhesion to the steel shell. A synthetic segment having deformation compliance at the interface with the concrete.

(2)前記内面止水材は、前記付着性として、前記鋼殻及び前記コンクリートに対して1.5MPa以上の付着力を有し、前記追従性として、400%以上の破断伸びを有する、前記(1)に記載の合成セグメント。 (2) The inner surface water stop material has an adhesive force of 1.5 MPa or more to the steel shell and the concrete as the adhesiveness, and a breaking elongation of 400% or more as the followability. (1) The synthetic segment described in (1).

(3)前記内面止水材は、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリルゴム系樹脂、ポリブタジエンゴム系樹脂、クロロブレンゴム系樹脂、クロロスルホン化ポリエチレン樹脂、樹脂モルタル、繊維補強モルタル、及び、非加硫ブチルゴム、並びに、これらの材料うちのいくつかによる複合材料、のうちの少なくとも1つを含む、前記(1)または(2)に記載の合成セグメント。 (3) The inner water stop material includes epoxy resin, polyurethane resin, fluorine resin, acrylic rubber resin, polybutadiene rubber resin, chloroprene rubber resin, chlorosulfonated polyethylene resin, resin mortar, fiber-reinforced mortar, and A synthetic segment according to (1) or (2), comprising at least one of unvulcanized butyl rubber, and composites of some of these materials.

(4)前記鋼殻の内面に、前記鋼殻と前記コンクリートとの剥離を防止するための固定材を備える、前記(1)ないし(3)のいずれかに記載の合成セグメント。 (4) The synthetic segment according to any one of (1) to (3) above, wherein the inner surface of the steel shell is provided with a fixing material for preventing separation between the steel shell and the concrete.

(5)前記鋼殻の内面に、前記鋼殻と前記コンクリートとの間のずれを防止するためのずれ止めを備える、前記(1)ないし(4)のいずれかに記載の合成セグメント。 (5) The synthetic segment according to any one of (1) to (4) above, wherein the inner surface of the steel shell is provided with a slip stopper for preventing slippage between the steel shell and the concrete.

(6)前記鋼殻は、前記主桁面と前記継手面とで構成される前記外周面の一部のみに配置されている、前記(1)ないし(5)のいずれかに記載の合成セグメント。 (6) The composite segment according to any one of (1) to (5), wherein the steel shell is arranged only on a part of the outer peripheral surface composed of the main girder surface and the joint surface. .

(7)前記コンクリートのひび割れ強度と、前記内面止水材の弾性反力と、トンネルに作用する水圧とが、以下の関係式を満足することを特徴とする前記(1)ないし(6)のいずれかに記載の合成セグメント。
(コンクリートひび割れ強度)>(内面止水材弾性反力)>(トンネルに作用する水圧)
(7) The above (1) to (6), wherein the cracking strength of the concrete, the elastic reaction force of the inner water stop material, and the water pressure acting on the tunnel satisfy the following relational expressions: A synthetic segment according to any of the preceding.
(Concrete cracking strength) > (Inner water stop material elastic reaction force) > (Water pressure acting on the tunnel)

(8)前記内面止水材が、鋼殻内面に設けられた内面止水溝内に配置されている前記(1)ないし(7)のいずれかに記載の合成セグメント。 (8) The synthetic segment according to any one of (1) to (7) above, wherein the inner water-stopping material is arranged in an inner water-stopping groove provided on the inner surface of the steel shell.

(9)前記内面止水材の端部と前記外周止水材とが接する状態で配置されている前記(1)ないし(8)のいずれかに記載の合成セグメント。 (9) The synthetic segment according to any one of (1) to (8), wherein the end portion of the inner surface water-stopping material and the outer peripheral water-stopping material are arranged in contact with each other.

(10)前記合成セグメントの両主桁面に鋼殻が配置されており、前記鋼殻同士を連結する連結材と、該連結材に当接して鉄筋が配置されている前記(1)ないし(9)のいずれかに記載の合成セグメント。 (10) The steel shells are arranged on both main girder surfaces of the composite segment, and the connecting members that connect the steel shells and the reinforcing bars are arranged in contact with the connecting members. 9) A synthetic segment according to any one of 9).

(11)前記連結材が、前記鉄筋の地山側と内空側の双方に当接して設けられていることを特徴とする前記(10)に記載の合成セグメント。 (11) The composite segment according to (10) above, wherein the connecting member is provided in contact with both the natural ground side and the hollow side of the reinforcing bar.

(12)前記止水材の少なくとも一部が、水膨潤性止水材である前記(1)ないし(11)のいずれかに記載の合成セグメント。 (12) The synthetic segment according to any one of (1) to (11) above, wherein at least part of the water-stopping material is a water-swellable water-stopping material.

(13)前記外周止水材が水膨潤性止水材であり、前記内面止水材が非水膨潤性止水材である前記(1)ないし(12)のいずれかに記載の合成セグメント。 (13) The synthetic segment according to any one of (1) to (12) above, wherein the outer peripheral water-stopping material is a water-swellable water-stopping material, and the inner surface water-stopping material is a non-water-swelling water-stopping material.

(14)前記合成セグメントの主桁面、継手面のうち、いずれか1つ以上が、凹凸部を有する波型面を具備する前記鋼殻であるとともに、該波型面の凹部が外周止水溝もしくは前記鋼殻内面止水溝である前記(1)ないし(13)のいずれかに記載の合成セグメント。 (14) At least one of the main girder surface and the joint surface of the composite segment is the steel shell having a corrugated surface having uneven portions, and the concave portions of the corrugated surface are water stop on the outer periphery. The synthetic segment according to any one of the above (1) to (13), which is a groove or a water stop groove on the inner surface of the steel shell.

本発明は、鋼殻とコンクリートとの間の水密止水性能や拘束力に優れ、セグメント同士の継ぎ目における止水性能が長期間に亘って継続する、内外面への負荷荷重に対する耐力が大きな合成セグメントに関し、鋼殻とコンクリートの一体性を向上させるだけでなく、隣接合成セグメント間の止水性も向上させることができ、大深度、大断面、非円形断面シールドトンネルへの適用が可能となる合成セグメントを提供するものである。 The present invention is a composite that has excellent water tightness performance and binding force between the steel shell and concrete, continues water stopping performance at the joints of the segments for a long period of time, and has a large resistance to the load on the inner and outer surfaces. Regarding segments, it not only improves the integrity of the steel shell and concrete, but also improves the water stoppage between adjacent synthetic segments, making it possible to apply to large-depth, large-section, and non-circular section shield tunnels. It provides a segment.

セグメントで構築されるトンネルを示す透視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a tunnel constructed of segments; 本発明の合成セグメントの主桁面と継手面の全体を鋼殻とした場合の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of the synthetic segment of the present invention in which the entire main girder surface and joint surface are made of a steel shell. 本発明の合成セグメントの四隅を鋼殻とした場合の斜視図と、鋼殻の拡大図である。FIG. 2 is a perspective view of a synthetic segment of the present invention in which the four corners are steel shells, and an enlarged view of the steel shells. 本発明の合成セグメントの主桁面を鋼殻とした場合の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of a case where the main girder surface of the synthetic segment of the present invention is a steel shell. 本発明の合成セグメントにおける内面止水材と外周止水材の接続構造を示す平面概念図である。FIG. 4 is a conceptual plan view showing a connection structure between an inner surface water-stopping material and an outer peripheral water-stopping material in the synthetic segment of the present invention; 本発明の主桁面同士を連結する連結材と鉄筋との接続構造を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a connecting structure between connecting members and reinforcing bars that connect the main girder surfaces of the present invention. 非膨潤性と膨潤性の止水材にコンクリート打設圧が作用する状態を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which concrete placing pressure acts on non-swelling and swelling water stop materials. コンクリートひび割れ強度、コンクリート打設圧及び設計水圧の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between concrete crack strength, concrete placing pressure, and design water pressure. 主桁面における止水材の膨潤性等を変化させた場合の概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram when the swelling property of the water stop material on the main girder surface is changed. 主桁鋼板、継手鋼板等の接合面に嵌合可能な波型形状を付与した形態の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a configuration in which a corrugated shape that can be fitted to joint surfaces of a main girder steel plate, a joint steel plate, or the like is provided. 図10のA部拡大図である。11 is an enlarged view of part A in FIG. 10; FIG. 固定材及びずれ止めを備える合成セグメントを示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a composite segment with anchors and shears; (a)~(e)は合成セグメントの製造方法を示す模式図である。(a) to (e) are schematic diagrams showing a method for producing a synthetic segment.

以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の合成セグメントは、図1に示すように、複数の合成セグメント1がトンネル断面の軸方向X及びトンネル断面の円周方向Yで連結されることで、トンネル7が構築されるものである。
The present invention will be specifically described below.
In the composite segment of the present invention, as shown in FIG. 1, a tunnel 7 is constructed by connecting a plurality of composite segments 1 in the axial direction X of the tunnel cross section and the circumferential direction Y of the tunnel cross section. .

トンネル7は、シールド工法により、地山を掘削して形成された掘削孔に設けられる。図1に示す例では、トンネル断面の円周方向(Y方向)に11基のセグメントを連結することにより、円形断面のセグメントリング70が形成されているが、これに限らず、略角筒形状や楕円断面形状に形成することもできる。セグメントリング70によって、トンネル7の法線外側(Z1方向)の地山と遮断することで、トンネル7の法線内側(Z2方向)にトンネル内空が形成される。 The tunnel 7 is provided in an excavation hole formed by excavating the natural ground by the shield construction method. In the example shown in FIG. 1, the segment ring 70 with a circular cross section is formed by connecting 11 segments in the circumferential direction (Y direction) of the tunnel cross section. or an elliptical cross-sectional shape. The segment ring 70 cuts off the natural ground outside the tunnel 7 (in the Z1 direction), forming an inner space inside the tunnel 7 (in the Z2 direction).

図2に示すように、合成セグメントは、トンネル断面の外形を画定する1対の主桁面3、3と、この1対の主桁面の端部同士を連結し、トンネル断面の円周方向に隣接する合成セグメントとの接合面を画定する1対の継手面4、4とで湾曲矩形状に構成されている。 As shown in FIG. 2, the composite segment comprises a pair of main girder surfaces 3, 3 that define the outer shape of the tunnel cross section, and the ends of the pair of main girder surfaces that are connected to each other in the circumferential direction of the tunnel cross section. It is configured in a curved rectangular shape with a pair of joint surfaces 4, 4 which define the joint surface with the synthetic segment adjacent to it.

本発明においては、合成セグメントの外形を画定する四辺について、鋼材で形成されるか、コンクリート成形面で形成されるかを問わずに、主桁面、或いは継手面と称することとする。
図2に示す形態においては、この合成セグメントの主桁面3と、継手面4のそれぞれを主桁鋼板31、32と、継手鋼板41、42とで形成し、主桁鋼板と継手鋼板で画定される合成セグメント外周面に、該合成セグメントの高さ方向(Z方向)2段に渡って、外周止水溝100が設けられ、止水溝のなかに外周止水材82が設置されている。止水材を止水溝のなかに設置することで止水材が拘束されて止水効果が高まる。同様に内面止水材81も内面止水溝を設けて設置することで止水効果の向上が図れる。
この形態の合成セグメントを製造する場合には、主桁鋼板と継手鋼板で形成された鋼殻6を、トンネル内面側を画定するかまぼこ状の型枠台上に載置すると共に、地山側を画定する型枠で蓋をして、枠内6aにコンクリート60を充填し、矩形状の鋼殻とコンクリートとからなる合成セグメントとしている。なお、鋼殻6は、主桁面3、3および継手面4、4の少なくとも1面に設けられてもよく、その場合には主桁面もしくは継手面を拘束する型枠を用いることでコンクリート60を充填する。なお、内面止水材81はコンクリート打設前に事前に鋼殻6に設置しておき、外周止水材82は型枠の脱型後に設置すればよい。
In the present invention, the four sides that define the outer shape of the composite segment are referred to as main girder surfaces or joint surfaces, regardless of whether they are formed of steel or concrete molding surfaces.
In the embodiment shown in FIG. 2, the main girder surface 3 and the joint surface 4 of this composite segment are formed by main girder steel plates 31, 32 and joint steel plates 41, 42, respectively, and are defined by the main girder steel plates and the joint steel plates. An outer peripheral water stop groove 100 is provided on the outer peripheral surface of the synthetic segment over two stages in the height direction (Z direction) of the synthetic segment, and an outer peripheral water stop material 82 is installed in the water stop groove. . By installing the water stop material in the water stop groove, the water stop material is constrained and the water stop effect is enhanced. Similarly, the water stopping effect can be improved by installing the inner water stopping material 81 with an inner water stopping groove.
When manufacturing a composite segment of this form, the steel shell 6 formed by the main girder steel plate and the joint steel plate is placed on a semi-cylindrical formwork base that defines the inner surface side of the tunnel, and the ground side is defined. The inside of the frame 6a is filled with concrete 60 to form a synthetic segment composed of a rectangular steel shell and concrete. In addition, the steel shell 6 may be provided on at least one of the main girder surfaces 3, 3 and the joint surfaces 4, 4. In that case, by using a formwork that constrains the main girder surfaces or the joint surfaces, concrete Fill 60. In addition, the inner water stop material 81 may be installed on the steel shell 6 in advance before placing the concrete, and the outer water stop material 82 may be installed after removing the formwork.

<コンクリートのバリエーションについて>
また、コンクリート60の種類としては、通常のコンクリートの他、無収縮コンクリートや、適宜の膨張材を添加したコンクリートを選択して、コンクリートの充填率の向上を図ってもよい。
<Variations of concrete>
As the type of concrete 60, in addition to normal concrete, non-shrink concrete or concrete to which an appropriate expansive agent is added may be selected to improve the filling rate of concrete.

<鋼殻の形態のバリエーションについて>
上記図2に示した実施形態においては、セグメントの矩形状外面を画定する主桁面と継手面の全部を鋼板で形成したが、他の本発明の実施形態としては、図3に示すように、主桁面と継手面とが接する合成セグメントのコーナー部(四隅部)のみを隅角部鋼板5で形成してもよい。この例では、内面止水材81と外周止水材82は、合成セグメントの高さ方向(Z方向)中央に一重で配置しているものであり、内面止水材81と外周止水材82が隅角部鋼板5の両面の合成セグメントの高さ方向(Z方向)の同じ位置に設けられた内面止水溝101と外周止水溝100内に設置されている。
<Regarding variations in the form of the steel shell>
In the embodiment shown in FIG. 2, all of the main girder surfaces and joint surfaces that define the rectangular outer surface of the segment are made of steel plates. , Only the corner portions (four corner portions) of the composite segment where the main girder surface and the joint surface are in contact with each other may be formed of the corner steel plates 5 . In this example, the inner water stop material 81 and the outer water stop material 82 are arranged in a single layer at the center of the composite segment in the height direction (Z direction). are installed in the inner water stop groove 101 and the outer water stop groove 100 provided at the same position in the height direction (Z direction) of the composite segment on both sides of the corner steel plate 5 .

該コーナー部のみを鋼殻製とすることにより、合成セグメントの重量を軽減することが可能となる他、セグメント施工時に、既設のセグメント部分と接触・衝突して割れや欠け等の欠損が生じやすいセグメントのコーナー部の強度向上を図ることができる。さらには、隣接する合成セグメント同士の接合面における止水性能において、最も弱点となるセグメントのコーナー部の止水性能を適切に高めることができる。 By making only the corners made of steel shell, it is possible to reduce the weight of the synthetic segment, and during segment construction, contact and collision with the existing segment part easily cause defects such as cracks and chips. It is possible to improve the strength of the corner portion of the segment. Furthermore, it is possible to appropriately improve the water stopping performance at the corner portions of the segments, which are the weakest points in the water stopping performance at the joint surfaces of the adjacent synthetic segments.

また、図4(a)に示すように主桁面3のみを、主桁鋼板31、32で形成してもよい。図4(b)にA-A断面を示すように、この例においては、合成セグメント1の厚み方向に2段に渡って外周止水材82と内面止水材81とが合成セグメント1の高さ方向(Z方向)の同じ位置かつ鋼殻内外面に対向して設けられた止水溝100、101のなかにペアで配置しており、鋼殻とコンクリートの境界面の止水性の向上を図るとともに、隣接するセグメントとの間の止水性も同時に向上させている。一方、鋼殻を具備しないコンクリートで形成された継手面には、図4(c)に示すように、前記主桁面3の外周止水材82および内面止水材81とZ方向が同じ位置に設けられた止水溝100に、外周止水材82のみが合成セグメントの厚み方向に2段に配置されている。図4(d)は、主桁面の鋼殻に設けられた止水溝と該溝に配置された止水材の断面拡大図である。 Alternatively, only the main girder surface 3 may be formed of main girder steel plates 31 and 32, as shown in FIG. 4(a). As shown in the AA cross section in FIG. They are arranged in pairs in the cutoff grooves 100 and 101 provided in the same position in the longitudinal direction (Z direction) and facing the inner and outer surfaces of the steel shell, improving the water cutoff at the interface between the steel shell and concrete. At the same time, the water stoppage between the adjacent segments is also improved. On the other hand, as shown in FIG. 4(c), on the joint surface formed of concrete without the steel shell, the outer peripheral water stop material 82 and the inner surface water stop material 81 of the main girder surface 3 are located at the same position in the Z direction. Only the outer peripheral water stop material 82 is arranged in two stages in the thickness direction of the synthetic segment in the water stop groove 100 provided in the . FIG. 4(d) is an enlarged cross-sectional view of a water stop groove provided in the steel shell of the main girder surface and a water stop material arranged in the groove.

一方、合成セグメントの継手面のみに鋼殻を採用することも可能である。 On the other hand, it is also possible to employ the steel shell only on the joint surfaces of the synthetic segments.

いずれの場合においても、鋼殻のコンクリートと接する内面側に内面止水材を設置するとともに、セグメントの外周面においては、鋼殻からなる部分とコンクリートからなる面とに跨って、連続的に形成した外周止水溝100内に外周止水材を設置することで、鋼殻内面とコンクリートとの接合面及び、隣接する合成セグメント同士の接合面における高い止水・防水構造を達成することができる。トンネル外側の地山から作用する水圧は、セグメントリングに作用し、鋼殻内面とコンクリートの接合面に水路を形成しようとする。これに抵抗する止水・防水構造を設けることで水路を遮断することができる一方、隣接する合成セグメント同士の接合面にも同様に水圧が作用する。そのため内面止水材と外周止水材をセグメントの高さ方向(Z方向)の位置を合わせてペアで配置することで、合成セグメントの外周と内面を相乗的に止水・防水することができ、優れたセグメント強度と止水性能を発揮できる。 In either case, the inner water stop material is installed on the inner surface of the steel shell that contacts the concrete, and the outer peripheral surface of the segment is continuously formed across the steel shell and the concrete surface. By installing the outer peripheral water stop material in the outer peripheral water stop groove 100, it is possible to achieve a high water stop / waterproof structure at the joint surface between the inner surface of the steel shell and concrete and the joint surface between adjacent synthetic segments. . The water pressure acting from the ground outside the tunnel acts on the segment ring and tries to form a channel on the joint surface between the inner surface of the steel shell and the concrete. While the waterway can be cut off by providing a water stop/waterproof structure that resists this, water pressure also acts on the joint surfaces of adjacent synthetic segments. Therefore, by aligning the height direction (Z direction) of the segments and arranging them in pairs, the outer and inner surfaces of the composite segment can be synergistically water-stopped and waterproofed. , can demonstrate excellent segment strength and water stop performance.

図5(a)に平面図で概念的に示すように、主桁面と継手面の全体を主桁鋼板31、32と継手鋼板41、42で形成した場合には、外周止水材82と同様に、内面止水材81も四辺形をなす環状に連続的に形成することができるが、主桁面或いは継手面のみ、又は隅角部のみを鋼殻で形成する形態においては、これらの部分的な鋼殻端部において、内面止水材81端部をセグメント外縁に向かって延在させて、セグメント外周面の外周止水材82に接するように構成することで、鋼殻内面とコンクリートの接触面における止水性能を向上させることができる。 As conceptually shown in the plan view of FIG. Similarly, the inner water stop material 81 can also be formed continuously in a quadrilateral annular shape. At the partial end of the steel shell, the end of the inner water stop material 81 is extended toward the outer edge of the segment and is in contact with the outer water stop material 82 on the outer peripheral surface of the segment, so that the inner surface of the steel shell and the concrete It is possible to improve the water stop performance on the contact surface of.

すなわち、主桁鋼板と継手鋼板を用いて、セグメントの外周全体を鋼殻で形成する形態図5(a)を除き、内面止水材81は、主桁鋼板31、32、継手鋼板41、42、或いは隅角部鋼板5で形成された鋼殻の内面にのみ設置され、夫々の鋼板の端部において、セグメント本体外面に向かって延在する端部が矩形状の外周止水材82に接するように構成される。この状態を図5(b)~(d)に示す。
具体的には、図3の拡大図に示すように、内面止水材81の端部を延長して中詰めされたコンクリートにより形成された主桁面と継手面から突出するようにしておき、この突出部分を、後付けの外周止水材82の内側に折り込むようにして、内面止水材81端部が外周止水材82と接するようにしてもよい。
That is, except for the configuration shown in Fig. 5(a), in which the main girder steel plates and the joint steel plates are used to form the entire outer circumference of the segment with a steel shell, the inner surface water stop material 81 consists of the main girder steel plates 31, 32 and the joint steel plates 41, 42. Alternatively, it is installed only on the inner surface of the steel shell formed by the corner steel plate 5, and at the end of each steel plate, the end extending toward the outer surface of the segment main body contacts the rectangular outer peripheral waterproof material 82 configured as This state is shown in FIGS. 5(b) to 5(d).
Specifically, as shown in the enlarged view of FIG. 3, the ends of the inner surface water stop material 81 are extended so as to protrude from the main girder surface and the joint surface formed by the filled concrete, This protruding portion may be folded inside the outer peripheral water-stopping material 82 attached later so that the end of the inner surface water-stopping material 81 contacts the outer peripheral water-stopping material 82 .

この内面止水材81により、主桁鋼板、継手鋼板、或いは隅角部鋼板の内面とコンクリート60との接合面の止水性能が確実なものとなり、経年劣化や地震等による負荷荷重の変化があっても、鋼殻とコンクリートとの接合状態が維持される。 The inner surface water stop material 81 ensures the water stop performance of the joint surface between the inner surface of the main girder steel plate, the joint steel plate, or the corner steel plate and the concrete 60, and the change in load due to deterioration over time and earthquakes is prevented. Even if there is, the joint state between the steel shell and the concrete is maintained.

主桁鋼板と継手鋼板を用いて、セグメントの外周全体を鋼殻で形成する形態、及び主桁面のみ鋼板で形成する形態、及び継手面のみ鋼板で形成する形態等においては、合成セグメントのコンクリート部分の強度向上と、鋼殻とコンクリートとの付着力を高めるために、主桁鋼板方向に延在する鉄筋と、継手鋼板方向に延在する鉄筋からなる通常の補強鉄筋構造の他、連結材を設置して、セグメント自体の強度向上と、鋼殻とコンクリートとの付着強度を高めることができる。さらに、合成セグメントの地山面や内空面をなす表層近傍に、コンクリート表面のひび割れ防止を目的として、鉄筋等からなる格子状部材等を埋設することもできる。 When using main girder steel plates and joint steel plates, the entire perimeter of the segment is formed from a steel shell, only the main girder surface is formed from steel plates, and only the joint surface is formed from steel plates. In order to improve the strength of the part and increase the adhesion between the steel shell and concrete, in addition to the normal reinforcing bar structure consisting of reinforcing bars extending in the direction of the main girder steel plate and reinforcing bars extending in the direction of the joint steel plate, connecting members can be installed to improve the strength of the segment itself and the bond strength between the steel shell and concrete. Furthermore, in the vicinity of the surface layer forming the ground surface and inner space of the composite segment, a grid-like member made of reinforcing bars or the like can be embedded for the purpose of preventing cracks on the concrete surface.

<連結材の適用と鉄筋構造のバリエーションについて>
図6に示す形態においては、主桁鋼板31、32同士をトンネル軸方向に延在する軸方向の連結材61で連結している。図6の(a)~(d)において、左側の図は主桁面に直行する方向の断面図、右側は主桁面に平行な方向の断面図である。
本形態のうち、図6(a)では、上記連結材61のトンネル空間側(Z2方向側)に、これらの連結材と直交する鉄筋64を配置して、トンネル内を満たす雨水等の水圧がセグメントに及ぼす膨張力(コンクリート抜け出し力)に対する抗力を増大している。
<Application of connecting materials and variation of reinforcing bar structure>
In the embodiment shown in FIG. 6, the main girder steel plates 31 and 32 are connected to each other by an axial connecting member 61 extending in the tunnel axial direction. In FIGS. 6(a) to 6(d), the left figure is a sectional view in a direction perpendicular to the main girder plane, and the right figure is a sectional view in a direction parallel to the main girder face.
In this embodiment, in FIG. 6A, a reinforcing bar 64 orthogonal to these connecting members is arranged on the tunnel space side (Z2 direction side) of the connecting member 61, and the water pressure of rainwater or the like filling the tunnel is increased. It increases the resistance to the expansion force (concrete pull-out force) exerted on the segment.

一方、図6(b)に示す形態では、同様に配置した連結材61の地山側(Z1方向側)に鉄筋64を配置して、地山側からトンネル内空間方向に向かう圧力(腹圧力)に対する耐久力を増大している。 On the other hand, in the form shown in FIG. 6B, a reinforcing bar 64 is arranged on the ground side (Z1 direction side) of the similarly arranged connecting member 61, and the pressure (abdominal pressure) directed from the ground side toward the inner space of the tunnel (abdominal pressure) Increases endurance.

さらに、本発明の他の形態においては、図6(c)に示すように、同様に配置した鉄筋64に対して連結材61をトンネル地山側と、トンネル内空間側の双方に、例えば交互に配置して、地山側からの圧力とトンネル内空間を満たす流体等からの内圧の双方に対して、高い耐久力を実現させている。 Furthermore, in another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6(c), connecting members 61 are provided to the reinforcing bars 64 arranged in the same manner on both the tunnel ground side and the tunnel inner space side, for example, alternately. By arranging it, it achieves high durability against both the pressure from the ground side and the internal pressure from the fluid etc. that fills the space inside the tunnel.

さらに、他の形態においては、図6(d)と、その部分拡大図に示すように、連結材に開口63を形成し、この孔に鉄筋64を貫通させることで、コンクリート抜け出し力と腹圧力の双方に抵抗することができる。さらに、設計厚みの小さい合成セグメントにおいても、密な鉄筋構造を、コンクリート打設への悪影響を抑制しつつ実現することが可能となり、セグメント全体の強度を向上させることができる。なお、開口63に替えて、鉄筋の位置決めや篏合を容易とするための切欠きを設けてもよい。 Furthermore, in another embodiment, as shown in FIG. 6(d) and its partial enlarged view, an opening 63 is formed in the connecting member, and a reinforcing bar 64 is passed through this hole, thereby increasing the concrete break-out force and abdominal pressure. Both can resist. Furthermore, even in a synthetic segment with a small design thickness, it is possible to realize a dense reinforcing bar structure while suppressing adverse effects on concrete placement, and the strength of the entire segment can be improved. Note that, instead of the opening 63, a notch may be provided for facilitating the positioning and fitting of the reinforcing bars.

上述した連結材は、トンネル軸方向に延在して、主桁鋼板同士を連結するが、同様の連結材を、1対の継手鋼板間を連結するように配置することもできる。即ち、1対の継手鋼板同士を、円周方向に連結する、主桁鋼板と同様のカーブを備える連結材を配置し、これと直交する鉄筋を各円周方向の連結材のトンネル空間側、地山側、或いはトンネル空間側と地山側の双方に配置するか、或いは連結材に開口を設けて、これに貫通させるか、切欠きを設けてこれに篏合させる形態の何れも、採用することができる。 The connecting member described above extends in the axial direction of the tunnel and connects the main girder steel plates, but a similar connecting member can also be arranged to connect between a pair of joint steel plates. That is, a connecting member having a curve similar to that of the main girder steel plate is arranged to connect a pair of joint steel plates in the circumferential direction, and reinforcing bars perpendicular to this are arranged on the tunnel space side of each connecting member in the circumferential direction, It can be arranged on the natural ground side, or on both the tunnel space side and the natural ground side. can be done.

各種連結材と鉄筋との位置関係は、鉄筋の外側、即ち地山側(Z1方向側)に連結材を配置すれば、トンネル内空間を満たす流体圧力等に対して、高い抗力を発揮することができ、鉄筋のトンネル内空間側(Z2方向側)に配置すれば、地山側からの腹圧力に対して高い耐力を発揮できる。また、例えば交互に、双方に配置すれば、トンネル内外面の双方からの圧力に対する高い抗力が期待できる。これらの効力は、トンネルの地山側にスキンプレートを設けず、主桁鋼板と継手鋼板で鋼殻を形成する、いわゆる4面鋼殻セグメントの場合においては、コンクリートがスキンプレートに拘束されていないことから、特に重要になる。
さらに、連結材に設けた開口を貫通させるか、切欠きに篏合させる構造とすれば鉄筋の位置決めや仮固定が容易となる他、鉄筋構造体、ひいては合成セグメントの薄肉化設計が容易となる利点もある。
Regarding the positional relationship between various connecting members and reinforcing bars, if the connecting members are placed outside the reinforcing bars, that is, on the ground side (Z1 direction side), high resistance can be exerted against the fluid pressure that fills the space inside the tunnel. If it is placed on the tunnel inner space side (Z2 direction side) of the reinforcing bar, it can exhibit high strength against the abdominal pressure from the natural ground side. Also, for example, if they are arranged alternately on both sides, a high resistance against pressure from both the inner and outer surfaces of the tunnel can be expected. These effects are due to the fact that the concrete is not constrained by the skin plate in the case of the so-called four-sided steel shell segment, which does not have a skin plate on the ground side of the tunnel and forms the steel shell with the main girder steel plate and the joint steel plate. becomes particularly important since
Furthermore, if the opening provided in the connecting member is penetrated or the notch is fitted, the reinforcing bar can be easily positioned and temporarily fixed, and the reinforcing bar structure, and thus the composite segment, can be easily designed to be thin. There are also advantages.

<鋼殻内面の防水構造について>
本発明においては、前述したように、型枠の一部を成す鋼殻の内面、即ち、コンクリートとの接触面側に、必要に応じて内面止水溝を形成しておき、内面止水材を設置して、鋼殻6とコンクリート60との接合面の隙間からの漏水を防止する。止水材を止水溝のなかに設置することで止水材が拘束されて止水効果が高まる。
<About the waterproof structure of the inner surface of the steel shell>
In the present invention, as described above, the inner surface of the steel shell forming a part of the formwork, that is, the side of the contact surface with the concrete, is formed with an inner water stop groove as necessary, and the inner surface water stop material is installed to prevent water leakage from the gap between the joint surfaces of the steel shell 6 and the concrete 60. - 特許庁By installing the water stop material in the water stop groove, the water stop material is constrained and the water stop effect is enhanced.

内面側の止水材としては、通常の弾性ゴム製のものの他、適切な膨潤速度を備えた水膨潤性止水材を採用することができるが、防水設計にあたっては、コンクリートのひび割れ強度と、内面溝の止水材の弾性反力、及び合成セグメントにより施工されるトンネルの設計水圧等を勘案して、
(コンクリートひび割れ強度)>(内面止水材弾性反力)>(トンネルに作用する水圧)
の関係が満たされるように、コンクリートの材料特性、止水材の材料特性や寸法仕様等を適切に設定する必要がある。コンクリートひび割れ強度よりも内面止水材の弾性反力が大きい場合においては、内面止水材に接するコンクリートが局所的に過大に支圧され、コンクリートの支圧破壊を起こしてコンクリートにひび割れが発生し、水路が形成されて漏水を引き起こす。内面止水材の弾性反力よりもトンネルに作用する水圧が大きい場合は、止水材の止水効果が不足して漏水を引き起こす。
As the water-stopping material on the inner surface, in addition to the usual elastic rubber, water-swelling water-stopping material with an appropriate swelling speed can be used. Considering the elastic reaction force of the water stop material of the inner groove and the design water pressure of the tunnel constructed by the synthetic segment,
(Concrete cracking strength) > (Inner water stop material elastic reaction force) > (Water pressure acting on the tunnel)
It is necessary to appropriately set the material properties of concrete, the material properties of the water stop material, the dimensional specifications, etc. so that the relationship is satisfied. When the elastic reaction force of the inner water-stopping material is greater than the crack strength of the concrete, the concrete in contact with the inner water-stopping material is locally subjected to an excessively large amount of bearing pressure, causing the concrete to break and crack. , a channel is formed and causes water leakage. If the water pressure acting on the tunnel is greater than the elastic reaction force of the inner water-stopping material, the water-stopping effect of the water-stopping material is insufficient, causing water leakage.

<内面止水材の弾性反力の設定>
鋼殻内周面の内面溝に設置する止水材の弾性反力については、合成セグメントを構成するコンクリートの強度や、トンネルに作用する設計水圧を考慮し、さらには合成セグメントの製造プロセスを考慮して決定する。
即ち、合成セグメントの製造プロセスにおいて、止水材として、水膨潤性の材料を採用した場合、図7に示す様に、内面止水材の弾性反力には、材料の弾性反力に加えて、水分吸収による膨潤圧が加わるところ、止水材はコンクリート打設圧に抗して形状を維持するものの、この膨潤圧は図8に示す様に、時間の経過と共に増大する。また、コンクリートの硬化速度はコンクリートの配合やコンクリートを打設した後の養生方法・養生時間に依存する。それらを勘案の上、コンクリート中の水分による膨潤圧の増大を考慮して、(弾性反力+膨潤圧)が、硬化したコンクリート強度以下に収まるように、止水材の材料特性、大きさ(断面積や形状)等を決定する。
例えば、コンクリートの設計基準強度が42MPa、トンネルに作用する水圧が0.5MPaの場合、コンクリートのひび割れ強度は、支圧強度で評価すると15MPaとなる。従って、内面止水材弾性反力は0.5MPa<弾性反力<15MPaの範囲で設定する必要がある。止水材の材料特性は、材料が圧縮される際の圧縮率や圧縮速度、さらには膨張速度をもとに材質や形状を設定、一般的には止水材の材料特性試験を行い、製造プロセスを満足する特性を確認して設定することが望ましい。一例としては、合成セグメントの製造工程において、コンクリートの打設からコンクリートの初期強度が発現するまで1~2日に対して、止水材の膨張速度をコンクリートの初期強度が発現する速度に応じて調整することで、製造工程中のひび割れ発生を抑えることができる。水密性を高めるために、弾性反力を強く作用させたい場合は、止水材の膨張速度をコンクリートの初期強度が発現する期間よりも長く、かつコンクリートのひび割れ強度よりも小さくなるように設定すると良い。また、コンクリートへの過度の弾性反力を避けるために、圧縮率を40%程度以下にすると良い。止水材の高さは5mm~50mm程度、止水材の厚さは5mm~20mm程度に設定すると良い。
<Setting the elastic reaction force of the inner water stop material>
Regarding the elastic reaction force of the water stop material installed in the inner groove of the inner surface of the steel shell, consider the strength of the concrete that composes the composite segment, the design water pressure acting on the tunnel, and the manufacturing process of the composite segment. to decide.
That is, in the manufacturing process of the synthetic segment, when a water-swellable material is adopted as the waterproof material, as shown in FIG. When swelling pressure due to water absorption is applied, the water stop material maintains its shape against the concrete placing pressure, but this swelling pressure increases with the lapse of time as shown in FIG. In addition, the curing speed of concrete depends on the composition of the concrete and the curing method and curing time after placing the concrete. Taking these factors into consideration, considering the increase in swelling pressure due to moisture in the concrete, the material characteristics and size ( cross-sectional area and shape), etc.
For example, when the design standard strength of concrete is 42 MPa and the water pressure acting on the tunnel is 0.5 MPa, the cracking strength of concrete is 15 MPa when evaluated in terms of bearing pressure strength. Therefore, it is necessary to set the elastic reaction force of the inner water stop material within the range of 0.5 MPa<elastic reaction force<15 MPa. The material properties of the water stop material are set based on the compression rate, compression speed, and expansion speed when the material is compressed, and the material and shape are generally tested before manufacturing. It is desirable to confirm and set characteristics that satisfy the process. As an example, in the manufacturing process of synthetic segments, the expansion speed of the water stop material is adjusted according to the speed at which the initial strength of the concrete develops in 1 to 2 days from concrete placement to the manifestation of the initial strength of the concrete. By adjusting, the occurrence of cracks during the manufacturing process can be suppressed. If you want to increase the elastic reaction force in order to improve watertightness, set the expansion rate of the water stop material to be longer than the initial strength of the concrete and less than the cracking strength of the concrete. good. Also, in order to avoid excessive elastic reaction force to the concrete, it is preferable to set the compression ratio to about 40% or less. It is preferable to set the height of the water stop material to about 5 mm to 50 mm and the thickness of the water stop material to about 5 mm to 20 mm.

<セグメント接合面の防水構造について>
上記内面止水構造と同様に、同鋼板及びコンクリート製の主桁面と継手面の外周面には、外周止水溝が連続的に形成され、この溝内に外周止水材が設置されて、隣接セグメントとの接合面における止水構造を形成している。このように連続的に外周止水溝を設けることによって、水の流路が遮断されて止水性能が向上する。
図2と図4に示した例においては、セグメント高さ方向(Z方向)に距離を隔てて、上下2段に外周止水材82を設けて隣接セグメントと接合した際に、シール構造を形成するようにしている。
<About the waterproof structure of the joint surface of the segment>
As with the inner water stop structure, an outer water stop groove is continuously formed on the outer peripheral surface of the steel plate and concrete main girder surface and joint surface, and an outer water stop material is installed in this groove. , forming a waterproof structure at the interface with the adjacent segment. By providing the outer peripheral water stop grooves continuously in this way, the water flow path is blocked and the water stop performance is improved.
In the examples shown in FIGS. 2 and 4, a sealing structure is formed when the outer peripheral water stop materials 82 are provided in two stages, upper and lower, with a distance in the segment height direction (Z direction) and joined to adjacent segments. I am trying to

主桁鋼板31、32と継手鋼板41、42との接続部も、溶接等により水密に接合されていること、ひび割れや剥離等の生じやすい鋼殻とコンクリートとの接合面に全周に亘って内面止水材が設置されていること、さらには、合成セグメントの外周面(接合面)に設置された外周止水材によって、セグメント同士の接合面におけるシール構造が設置されていること等により、完成したトンネルの内外面間で、高い止水・防水構造を構築することができる。 The joints between the main girder steel plates 31, 32 and the joint steel plates 41, 42 are also watertightly joined by welding, etc. Due to the fact that the inner surface water stop material is installed, and furthermore, the outer peripheral water stop material installed on the outer peripheral surface (joint surface) of the synthetic segment provides a seal structure at the joint surface between the segments, etc. A highly waterproof structure can be constructed between the inner and outer surfaces of the completed tunnel.

<内面止水材のバリエーションについて>
本発明に係る合成セグメントを製造する、特に、コンクリートを充填する場合には、セグメント外側面中央を床面に置く、いわゆる舟打ちではなく、セグメントの円周方向両端の継手面を床面に置く、いわゆる伏せ打ちで、コンクリートを充填するのが好ましい。伏せ打ちの場合は、トンネル内面側を画定するかまぼこ状の型枠台上に載置することから、トンネル内面側のコンクリート表面の仕上げ処理が不要となり製造コストが抑えられる。また、伏せ打ちを採用することによって、隣接するセグメントとの継手面を構成する継手面部近傍のコンクリートが高い充填圧により、緻密なものとなり、完成したトンネルの強度向上に寄与する。
<Variation of inner water stop material>
When manufacturing the synthetic segment according to the present invention, especially when filling with concrete, the joint surfaces at both ends of the segment in the circumferential direction are placed on the floor instead of placing the center of the outer side surface of the segment on the floor. It is preferable to fill concrete by so-called laying down. In the case of pitting, since the concrete is placed on the semi-cylindrical form base that defines the inner surface of the tunnel, the finishing treatment of the concrete surface on the inner surface of the tunnel is not required, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, by adopting laying down, the concrete in the vicinity of the joint surface portion forming the joint surface of the adjacent segment becomes dense due to the high filling pressure, which contributes to the improvement of the strength of the completed tunnel.

前述したように、コンクリート打設の際には、鋼殻内面に内面止水材を溝内に配置してコンクリートを充填するが、伏せ打ちした場合、継手面に近い部位の内面止水材は、コンクリートの充填開始後、短時間でコンクリート充填圧を受け始め、充填の進行と共に高い充填圧を受けるのに対して、セグメント本体中央部近傍の内面止水材は、コンクリート充填工程後段の段階で、比較的小さな充填圧を受けることになる。 As mentioned above, when placing concrete, the inner water stop material is placed in the groove on the inner surface of the steel shell and filled with concrete. In contrast to the fact that concrete filling pressure begins to be received in a short time after the start of concrete filling and increases as filling progresses, the inner water stop material near the center of the segment main body is , will be subject to a relatively small filling pressure.

上述した充填圧の不均衡に対応するために、主桁面に沿って配置した内面止水材の性状を、部位によって変化させることができる。
例えば、主桁面に設置する内面止水材に水膨潤性のものを採用する場合、両側の継手面に近い部分の止水材として、膨潤速度が比較的小さなものを採用し、セグメント中央部を、コンクリートに含まれる水分との接触開始が遅いことを鑑みて、相対的に膨潤速度の速い止水材とすることで、主桁面内面に設置された止水材の膨潤の程度を、部位に拘わらず略均一化して、主桁面内面全体に亘って、鋼殻とコンクリートとの間の防水構造を均一なものとすることができる。同様の考え方により、両側の継手面に近い部分の止水材として、膨潤量もしくは膨潤圧が比較的小さなものを採用、セグメント中央部には膨潤量もしくは膨潤圧が比較的大きなものを採用することもできる。
In order to cope with the imbalance of the filling pressure described above, the properties of the inner surface water stop material arranged along the main girder surface can be changed depending on the part.
For example, when using a water-swelling material for the inner water-stopping material installed on the main girder surface, a water-stopping material with a relatively low swelling rate is used for the parts near the joint surfaces on both sides, and the center part of the segment is In view of the fact that the start of contact with the moisture contained in concrete is slow, by using a water-stopping material that swells relatively quickly, the degree of swelling of the water-stopping material installed on the inner surface of the main girder surface is The waterproof structure between the steel shell and the concrete can be made uniform over the entire inner surface of the main girder surface regardless of the location. Based on the same concept, a material with a relatively small amount of swelling or swelling pressure should be used as a water stop material near the joint surfaces on both sides, and a material with a relatively large amount of swelling or swelling pressure should be used in the center of the segment. can also

前述した実施形態では、異なる止水材として、止水材の膨潤速度に差のある材料を採用したが、他にも、継手面に近い部分を非水膨潤性の素材とし、残りのセグメント中央部を水膨潤性素材とすることで、同様に、膨潤性の有無によって、セグメント全体として、鋼殻とコンクリートとの間の防水性能を高めることができる。
これらの実施形態の概念図を図9に示した。図示した例では、目安として、主桁面の中央1/3と両端各1/3で、膨潤速度の大小や、膨潤性の有無を変化させている。
隣接セグメントとの接合面にはトンネルの水圧が直接作用する。さらにはトンネルに外力が作用することで隣接セグメントの接合面に目違いや目開きが生じる可能性があるので、水圧と隙間に対応するために、外周止水材には水膨潤型の止水材を設けることで、外周面に比べてコンクリートとの隙間が大きくない内面側には非水膨潤型の止水材を採用することで製造コストを抑えることができる。
In the above-described embodiment, as different water-stopping materials, materials with different swelling speeds are used. By using a water-swellable material for the portion, similarly, depending on the presence or absence of swelling properties, the waterproof performance between the steel shell and the concrete can be improved as a whole segment.
A conceptual diagram of these embodiments is shown in FIG. In the illustrated example, as a guideline, the magnitude of the swelling speed and the presence or absence of swelling properties are changed at the center 1/3 and both ends of the main girder surface.
The water pressure of the tunnel acts directly on the interface between adjacent segments. In addition, external force acting on the tunnel may cause misalignment or opening of the joint surfaces of adjacent segments. By providing the material, the manufacturing cost can be suppressed by adopting a non-water-swelling water stop material on the inner surface side where the gap with the concrete is not large compared to the outer peripheral surface.

<合成セグメント連結面の形状について>
合成セグメント同士の接合面、即ち、主桁面同士及び継手面同士の連結面については、単なる平板状とするよりも、連結面自体に相互に嵌合可能な形状・構造を採用することで、より強固な連結面とし、セグメント間の水密連結性を高めることができる。同時に鋼殻とコンクリートとの間においては、コンクリートが嵌合の凹凸形状に密実に充填されることで止水性と一体性が同時に高められ、合成セグメントの性能が高められる。
例えば、上記連結面に、図10に示すような波型断面をもつ主桁鋼板31、32を採用することができる。この主桁鋼板は、鋼板の内外面同士で嵌合する形状を有しており、1対の主桁鋼板について、内外面を反転させることにより、1種類の断面形状で相互に嵌合する主桁面を構成するとともに嵌合部に凹凸空間を形成することができるため、合理的であり、製造コストも削減できる。
<About the shape of the composite segment connection surface>
The connecting surfaces between the composite segments, that is, the connecting surfaces between the main girder surfaces and the joint surfaces, are not simply flat plates. A stronger connection surface can be provided, and the watertight connection between the segments can be enhanced. At the same time, between the steel shell and the concrete, the concrete is densely filled into the concave and convex shape of the fitting, so that the water stoppage and integrity are simultaneously enhanced, and the performance of the synthetic segment is enhanced.
For example, main girder steel plates 31 and 32 having a corrugated cross-section as shown in FIG. 10 can be employed for the connecting surfaces. This main girder steel plate has a shape in which the inner and outer surfaces of the steel plates are fitted together. By inverting the inner and outer surfaces of a pair of main girder steel plates, the main girder steel plates are fitted with one type of cross-sectional shape. Since the girder surface can be formed and the concave-convex space can be formed in the fitting portion, it is rational and the manufacturing cost can be reduced.

本例においては、合成セグメントの地山側とトンネル空間側とに、それぞれ波型の嵌合凹凸部が設けられ、合成セグメント同士を連結した時に各嵌合凹凸部に2本1対の外周止水材82が設置される。 In this example, corrugated fitting uneven portions are provided on the rock ground side and the tunnel space side of the composite segment, respectively, and when the synthetic segments are connected to each other, each fitting uneven portion has a pair of outer circumference water stop. Material 82 is installed.

この外周止水材82は、単なる弾性体でも、膨潤性弾性体でもよいが、何れの場合においても、図11に拡大図を示すように、連結面を嵌合した際に、(弾性変形)+(膨潤変形)が可能な空間を形成できるように、その形状及び大きさを決定しなければならない。 The outer peripheral waterproof material 82 may be a simple elastic body or a swelling elastic body. In either case, as shown in the enlarged view of FIG. The shape and size must be determined so as to form a space where + (swelling deformation) is possible.

同様に鋼殻のコンクリートと接する内面部側において、各嵌合凹凸部における凹部はそのまま止水溝として用いることができるので、凹部に内面止水材を配置すれば止水材が拘束されて水密性が高まる。また、凸部はセグメント高さ(Z)方向に対してコンクリートが抜け出すことに抵抗する、ずれ止めとして機能するため、合成セグメントの耐荷性能が飛躍的に向上する。 Similarly, on the inner surface side of the steel shell that contacts the concrete, the recesses of each fitting uneven part can be used as they are as water stop grooves. sexuality increases. In addition, since the convex portion functions as a slip stopper that resists slippage of the concrete in the segment height (Z) direction, the load bearing performance of the composite segment is dramatically improved.

<外面開口孔の防水について>
前記した嵌合凹凸面の他、合成セグメントの四辺を構成する主桁面と継手面には、それぞれ隣接するセグメントと連結するためのボルト締め構造や、その他の嵌合構造が設置される場合がある。
これらの構造を内蔵するために、セグメントの主桁面或いは継手面の表面には開口孔が設置される。
開口孔内には、隣接セグメントとの連結構造自体が配置されており、この部分に水分等が侵入して発錆すると、セグメント連結強度が損なわれ、トンネル自体に強度上、極めて深刻な問題を生じるので、該開口孔の周囲に、内面止水材や外周止水材を環状に設置して、開口孔内への水分侵入を防ぎ、連結継手構造の発錆を防止してもよい。
<About waterproofing of the outer surface opening>
In addition to the fitting concave and convex surfaces described above, the main girder surfaces and joint surfaces that form the four sides of the composite segment may be provided with a bolting structure or other fitting structure for connecting to adjacent segments. be.
To accommodate these structures, the surfaces of the main girder or joint faces of the segments are provided with open holes.
The connecting structure itself with the adjacent segments is arranged in the opening hole, and if moisture etc. enters this part and rusts, the connecting strength of the segments will be impaired, and the tunnel itself will have a very serious problem in terms of strength. Therefore, an inner water-stopping material or an outer water-stopping material may be annularly installed around the opening to prevent moisture from entering the opening and prevent the connecting joint structure from rusting.

本発明においては、図2に示すように、合成セグメントの地山側に薄鋼板製のスキンプレート9を配置して、合成セグメントの外表面強度と止水性能を高めることもできる。
さらに、該スキンプレートの表面、或いは、スキンプレートを具備しない形態においても、合成セグメントの最外表面に樹脂層を設けて、セグメントの耐摩耗性と止水性能を向上させてもよい。
樹脂層を構成する樹脂としては、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂及びポリウレア樹脂等が適用できるが、何れも、シールドマシンのテーブルブラシによる表面摩耗への対処が必要となる。
In the present invention, as shown in FIG. 2, a skin plate 9 made of a thin steel plate can be arranged on the natural ground side of the synthetic segment to enhance the outer surface strength and water stopping performance of the synthetic segment.
Further, a resin layer may be provided on the outermost surface of the synthetic segment to improve the abrasion resistance and water stop performance of the segment, even in the surface of the skin plate or in the form without the skin plate.
Polyacetal resin, polyamide resin, polytetrafluoroethylene resin, polyurea resin, and the like can be used as the resin constituting the resin layer.

内面止水材81について補足説明する。内面止水材81は、鋼殻6及びコンクリート60に対する付着性を有する。具体的には、内面止水材81は、付着性として、鋼殻6及びコンクリート60の双方に対して、1.5MPa以上の付着力を有する。内面止水材81がこのような付着性を有することによって、鋼殻とコンクリートとの間の拘束力を増大させることができる。本開示において、「付着力」は、例えば、以下のように測定することができる。付着対象(鋼殻又はコンクリート)の材料で形成された試験片(例えば、平板)に対して、内面止水材を所定の厚さ(例えば、1mm以上)で塗布する。試験片に対して所定の付着面積を有する引張冶具を、付着面積の全体に内面止水材が付着するように、内面止水材を介して試験片に付着させる。試験片から引張冶具を引き離すように、引張冶具を試験片に対して垂直に引っ張る。引っ張りの最中、試験片と引張冶具との間に作用する引張力を公知の測定装置を用いて測定する。試験片から引張冶具が引き離されたときの引張力(N)を上記の付着面積(mm2)で除することによって、「付着力」(N/mm2(=MPa))が測定される。 A supplementary description of the inner water stop material 81 will be given. The inner surface water stop material 81 has adhesion to the steel shell 6 and the concrete 60 . Specifically, the inner surface water stop material 81 has adhesion of 1.5 MPa or more to both the steel shell 6 and the concrete 60 as adhesion. Since the inner water stop material 81 has such adhesiveness, it is possible to increase the binding force between the steel shell and the concrete. In the present disclosure, "adhesion" can be measured, for example, as follows. A test piece (for example, a flat plate) made of a material to be adhered (steel shell or concrete) is coated with an inner surface waterproofing material in a predetermined thickness (for example, 1 mm or more). A tensile jig having a predetermined adhesion area is attached to the test piece through the inner water-stopping material so that the inner water-stopping material adheres to the entire adhesion area. The tensile jig is pulled perpendicular to the test piece so as to pull the tensile jig away from the test piece. During tensioning, the tensile force acting between the test piece and the tensioning jig is measured using a known measuring device. "Adhesion force" (N/mm 2 (=MPa)) is measured by dividing the tensile force (N) when the tensile jig is pulled away from the test piece by the adhesion area (mm 2 ).

また、内面止水材81は、鋼殻6とコンクリート60との間の界面における変形に対する追従性を有する。本開示において、「鋼殻とコンクリートとの間の界面における変形」とは、鋼殻6とコンクリート60との間の相対変位を意味することができる。また、「追従性」とは、内面止水材が、破断せずに上記の相対変位だけ変形できることを意味することができる。具体的には、内面止水材81は、追従性として、400%以上の破断伸びを有する。内面止水材81がこのような追従性を有することによって、高い止水性能を得ることができる。本開示において、「破断伸び」(%)とは、止水材から作成された試験片(例えば、ダンベル状試験片)を用いて一般的な引張試験を行った際の、破断後の永久伸び(Lu-L0)を原標点距離L0に対する百分率で表したもの、を意味することができる。L0は、試験前に測定する、試験片にしるされた標点距離であり、Luは、破断後に測定する、試験片にしるされた標点距離である。 In addition, the inner water stop material 81 has followability to deformation at the interface between the steel shell 6 and the concrete 60 . In the present disclosure, “deformation at the interface between steel shell and concrete” can mean relative displacement between steel shell 6 and concrete 60 . In addition, "followability" can mean that the inner surface water-stop material can be deformed by the above-described relative displacement without breaking. Specifically, the inner water stop material 81 has a breaking elongation of 400% or more as followability. Since the inner surface water-stopping material 81 has such followability, high water-stopping performance can be obtained. In the present disclosure, "breaking elongation" (%) means permanent elongation after breaking when a general tensile test is performed using a test piece (for example, a dumbbell-shaped test piece) made from a water stop material. (Lu-L0) expressed as a percentage of the original gauge length L0. L0 is the gauge length marked on the specimen measured before testing and Lu is the gauge length marked on the specimen measured after breakage.

また、内面止水材81は、鋼殻6とコンクリート60との間を液体が通ることを防止するための止水性を有する。このような止水性は、内面止水材81にかかる様々な圧力に耐えるように設計される。 In addition, the inner water stop material 81 has water stop properties for preventing liquid from passing between the steel shell 6 and the concrete 60 . Such a water stop is designed to withstand various pressures applied to the inner surface water stop material 81 .

上記のような付着力、追従性及び止水性を有する内面止水材81は、様々な材料で形成されることができる。例えば、内面止水材81は、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリルゴム系樹脂、ポリブタジエンゴム系樹脂、クロロブレンゴム系樹脂、クロロスルホン化ポリエチレン樹脂、樹脂モルタル、繊維補強モルタル、及び、非加硫ブチルゴム、並びに、これらの材料うちのいくつかによる複合材料(例えば、上記の材料のうちのいくつかの層を積層することによって形成される材料)、のうちの少なくとも1つを含むことができる。また、内面止水材81は、コンクリート60の打設の際に、生コンクリートの水和反応が進行するに従って生コンクリートと接着する性質を有することができる。内面止水材81は、例えば、貼付け可能又は塗布可能な形式であることができる。なお、外周止水材82は、上記のような内面止水材81と同一の材料であってもよい。 The inner surface water-stopping material 81 having adhesion, followability, and water-stopping properties as described above can be made of various materials. For example, the inner water stop material 81 can be made of epoxy resin, polyurethane resin, fluorine resin, acrylic rubber resin, polybutadiene rubber resin, chloroprene rubber resin, chlorosulfonated polyethylene resin, resin mortar, fiber-reinforced mortar, and non- vulcanized butyl rubber, and composite materials from some of these materials (e.g., materials formed by laminating layers of several of the above materials). can. In addition, the inner surface water stop material 81 can have the property of adhering to the ready-mixed concrete as the hydration reaction of the ready-mixed concrete progresses when the concrete 60 is placed. The inner surface water stop material 81 can be of a stickable or paintable type, for example. It should be noted that the outer peripheral water stop material 82 may be made of the same material as the inner surface water stop material 81 as described above.

また、図12は、固定材及びずれ止めを備える合成セグメントを示す模式図である。合成セグメント1は、固定材65と、ずれ止め66と、を備えることができる。固定材65は、鋼殻6(図12では、主桁鋼板31、32)の内面に設けられており、鋼殻6とコンクリート60との剥離を防止するように構成されている。本開示において、「剥離」とは、鋼殻6とコンクリート60とが互いに剥がれ、鋼殻6とコンクリート60との間に隙間が生じることを意味することができる。固定材65は、鋼殻6の内面から突出している。図12では、固定材65は、L字状を呈している。しかしながら、他の実施形態では、固定材65は、例えばT字状等、コンクリート60が鋼殻6から離れることを阻止することができる様々な形状を呈することができる。固定材65は、例えば金属等の様々な材料で形成されることができる。 Also, FIG. 12 is a schematic diagram showing a composite segment provided with a fixing member and an anti-slip device. The synthetic segment 1 can comprise a fastener 65 and a shear stop 66 . The fixing member 65 is provided on the inner surface of the steel shell 6 (main girder steel plates 31 and 32 in FIG. 12), and is configured to prevent separation between the steel shell 6 and the concrete 60 . In the present disclosure, “stripping” can mean that the steel shell 6 and the concrete 60 are separated from each other, creating a gap between the steel shell 6 and the concrete 60 . The fixing member 65 protrudes from the inner surface of the steel shell 6 . In FIG. 12, the fixing member 65 has an L shape. However, in other embodiments, the anchor 65 can take on various shapes that can prevent the concrete 60 from leaving the steel shell 6, such as a T-shape, for example. The fixing member 65 can be made of various materials such as metal.

ずれ止め66は、鋼殻6の内面に設けられており、鋼殻6とコンクリート60との間のずれを防止するように構成されている。本開示において、「ずれ」とは、鋼殻6とコンクリート60とが、その間の界面に沿って(Y方向及びZ方向の少なくとも一方に沿って)互いに摺動することを意味することができる。ずれ止め66は、例えば、図12に示されるような、比較的大きな凹凸であってもよい。図12では、Z方向のずれを防止するためのずれ止め66のみが示されているが、紙面垂直方向に沿ってY方向のずれを防止するためのずれ止め(不図示)が設けられていてもよい。また、他の実施形態では、ずれ止め66は、例えばブラスト加工等の粗面加工によって得られるような凹凸であってもよい。 A slip stop 66 is provided on the inner surface of the steel shell 6 and is configured to prevent slippage between the steel shell 6 and the concrete 60 . In this disclosure, "slipping" can mean that the steel shell 6 and concrete 60 slide against each other (along at least one of the Y and Z directions) along the interface therebetween. The anti-slip 66 may be, for example, relatively large irregularities as shown in FIG. FIG. 12 shows only the anti-slip 66 for preventing displacement in the Z direction, but an anti-slip (not shown) is provided for preventing displacement in the Y direction along the direction perpendicular to the paper surface. good too. Also, in other embodiments, the anti-slip 66 may be asperities such as those obtained by roughening such as blasting.

次に、上記のような合成セグメント1の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the synthetic segment 1 as described above will be described.

図13の(a)~(e)は、合成セグメントの製造方法を示す模式図である。本実施形態では、図4に示されるような、主桁面3にのみ鋼殻6を有している合成セグメント1について説明する。したがって、鋼殻6は、主桁鋼板31、32のみを有する。 (a) to (e) of FIG. 13 are schematic diagrams showing a method for producing a synthetic segment. In this embodiment, a composite segment 1 having a steel shell 6 only on the main girder surface 3 as shown in FIG. 4 will be described. The steel shell 6 therefore has only the main girder steel plates 31 , 32 .

図13(a)は、主桁鋼板31、32の内面を示している。本製造方法では、先ず、主桁鋼板31、32の内面に、少なくとも一つ(本実施形態では2つ)の内面止水材81を配置する。具体的には、内面止水溝101内に内面止水材81を貼り付ける。内面止水溝101内に内面止水材81を貼り付けることによって、主桁鋼板31、32とコンクリート60との間に液体が通過可能な通路が形成されることを、より確実に防止することができる。また、内面止水材81は、後述する外周止水材82と接続されるように、主桁鋼板31、32の継手面側の端部(図13(a)において左右の端部)まで十分に貼り付けられる。 FIG. 13(a) shows the inner surfaces of the main girder steel plates 31 and 32. FIG. In this manufacturing method, first, at least one (two in this embodiment) inner surface water stop material 81 is arranged on the inner surfaces of the main girder steel plates 31 and 32 . Specifically, the inner surface water-stopping material 81 is attached inside the inner surface water-stopping groove 101 . To more reliably prevent the formation of a passage through which liquid can pass between main girder steel plates 31, 32 and concrete 60 by sticking an inner water stop material 81 in an inner water stop groove 101.例文帳に追加can be done. In addition, the inner water stop material 81 is sufficiently extended to the ends of the main girder steel plates 31 and 32 on the joint surface side (the left and right ends in FIG. 13(a)) so as to be connected to the outer peripheral water stop material 82 described later. be pasted on.

図13(b)(c)(d)は、合成セグメント1の高さ方向Z及び円周方向Yに沿った模式的な断面図である。図13(b)を参照して、本製造方法では、続いて、打設型枠20の上面22上に主桁鋼板31、32を互いに対向するように設置する。なお、図13(b)は、一方の主桁鋼板31のみが示されていることに留意されたい(図13(c)(d)も同様)。具体的には、本実施形態では、打設型枠20の上面22は、合成セグメント1の内空側の面と接触するように構成されており、したがって、上面22は凸状の円弧面形状を呈している。これにより、合成セグメント1の製造中、打設型枠20は、合成セグメント1が上に凸に(逆舟形状に)保持されるように、かつ、合成セグメント1の四隅が水平に並ぶように合成セグメント1を支持することができる(いわゆる、伏せ打ち)。また、上記のように、本実施形態では鋼殻6が主桁鋼板31、32のみを有するため、コンクリート60が充填される空間を画定すべく、打設型枠20の上面22上に補助型枠21、21を互いに対向するように配置する。各補助型枠21は、主桁鋼板31、32の対応する端部を連結するように配置される。なお、例えば、図3に示されるような、合成セグメント1の四隅にのみ鋼殻6(隅角部鋼板5)が配置される実施形態では、隅角部鋼板5、5同士の間を埋めるように、各主桁面3及び各継手面4に補助型枠21を配置することができる。また、例えば、図2に示されるような、主桁面3及び継手面4の全周に亘って鋼殻6が配置される実施形態では、図13(b)に示される補助型枠21、21は不要である。このように、当業者であれば、鋼殻6の形態に応じて、必要な補助型枠21を配置することができることを理解可能である。 13B, 13C, and 13D are schematic cross-sectional views along the height direction Z and the circumferential direction Y of the composite segment 1. FIG. Referring to FIG. 13(b), in the present manufacturing method, next, main girder steel plates 31 and 32 are installed on the upper surface 22 of the placing formwork 20 so as to face each other. Note that FIG. 13(b) shows only one of the main girder steel plates 31 (the same applies to FIGS. 13(c) and 13(d)). Specifically, in this embodiment, the upper surface 22 of the casting form 20 is configured to contact the inner hollow side surface of the composite segment 1, and therefore the upper surface 22 has a convex arc surface shape. is presenting. As a result, during the manufacture of the composite segment 1, the casting formwork 20 is arranged so that the composite segment 1 is held upwardly convex (in an inverted boat shape) and the four corners of the composite segment 1 are aligned horizontally. Synthetic segment 1 can be supported (so-called prone strike). In addition, as described above, in the present embodiment, the steel shell 6 has only the main girder steel plates 31 and 32, so an auxiliary mold is placed on the top surface 22 of the placing formwork 20 to define a space to be filled with the concrete 60. The frames 21, 21 are arranged so as to face each other. Each auxiliary formwork 21 is arranged to connect the corresponding ends of the main girder steel plates 31 and 32 . For example, in an embodiment in which the steel shells 6 (corner steel plates 5) are arranged only at the four corners of the composite segment 1 as shown in FIG. In addition, an auxiliary formwork 21 can be arranged on each main girder surface 3 and each joint surface 4 . Further, for example, in an embodiment in which the steel shell 6 is arranged over the entire circumference of the main girder surface 3 and the joint surface 4 as shown in FIG. 21 is unnecessary. Thus, those skilled in the art can understand that the necessary auxiliary formwork 21 can be arranged according to the form of the steel shell 6 .

図13(c)を参照して、続いて、鋼殻6(主桁鋼板31、32)の内側に鉄筋64及び連結材61を設置する。連結材61は、例えば、溶接等の公知の固定手段によって主桁鋼板31、32に固定されてもよい。鉄筋64は、例えば、図6(d)に示されるように、連結材61に設けられた開口63を通して配置されてもよい。図13(c)を参照して、続いて、主桁鋼板31、32及び補助型枠21、21で囲われる空間を上方から塞ぐように、養生材23を、主桁鋼板31、32及び補助型枠21、21の上端に配置する。スキンプレート9が使用される場合には、養生材23に代えてスキンプレート9が配置されてもよい。 Next, with reference to FIG. 13(c), reinforcing bars 64 and connecting members 61 are installed inside the steel shell 6 (main girder steel plates 31, 32). The connecting members 61 may be fixed to the main girder steel plates 31 and 32 by known fixing means such as welding, for example. The reinforcing bar 64 may be placed through an opening 63 provided in the connecting member 61, for example, as shown in FIG. 6(d). Referring to FIG. 13( c ), subsequently, the main girder steel plates 31 , 32 and the auxiliary formwork 21 , 21 cover the space surrounded by the main girder steel plates 31 , 32 and the auxiliary formwork 21 , 21 from above with the curing material 23 . It is arranged on the upper ends of the molds 21 , 21 . When the skin plate 9 is used, the skin plate 9 may be arranged instead of the curing material 23 .

図13(d)を参照して、続いて、養生材23の中央部に設けられた開口24から生コンクリートを挿入し、打設型枠20、主桁鋼板31、32、補助型枠21、21及び養生材23によって画定される空間に生コンクリートを充填する。これによって、コンクリート60が打設される。コンクリート60の養生が完了した後に、合成セグメント1を脱型する。なお、養生材23を用いないで生コンクリートを充填してもかまわない。 Referring to FIG. 13(d), next, ready-mixed concrete is inserted from an opening 24 provided in the central part of the curing material 23, and the placing formwork 20, the main girder steel plates 31 and 32, the auxiliary formwork 21, The space defined by 21 and curing material 23 is filled with ready-mixed concrete. Concrete 60 is placed by this. After curing of the concrete 60 is completed, the composite segment 1 is removed from the mold. It is also possible to fill ready-mixed concrete without using the curing material 23 .

図13(e)は、主桁鋼板31、32の外面を示している。続いて、主桁鋼板31、32の外面に、少なくとも一つ(本実施形態では2つ)の外周止水材82を配置する。具体的には、外周止水溝100内に外周止水材82を貼り付ける。より具体的には、上記のように、本実施形態では合成セグメント1が主桁面3にのみ鋼殻6を有しているため、継手面4はコンクリート60により構成される(例えば図4参照)。したがって、補助型枠21、21には外周止水溝100に対応する凸部が設けられており、継手面4にはコンクリート60に外周止水溝100が前記補助型枠21、21の凸部によって形成されている。また、主桁鋼板31、32の端面にも同様の外周止水溝100が予め形成されている(図示省略)。そして、外周止水溝100内に外周止水材82を配置する。上記のように、内面止水材81が主桁鋼板31、32の継手面側の端部まで十分に貼り付けられているため、外周止水材82は、内面止水材81と接合される。以上のステップによって、合成セグメント1が製造される。 FIG. 13(e) shows the outer surfaces of the main girder steel plates 31 and 32. FIG. Subsequently, at least one (two in this embodiment) outer peripheral water stop material 82 is arranged on the outer surface of the main girder steel plates 31 and 32 . Specifically, the outer peripheral water stop material 82 is stuck in the outer peripheral water stop groove 100 . More specifically, as described above, in this embodiment, the composite segment 1 has the steel shell 6 only on the main girder surface 3, so the joint surface 4 is made of concrete 60 (see, for example, FIG. 4). ). Therefore, the auxiliary molds 21, 21 are provided with projections corresponding to the outer peripheral water stop grooves 100, and the joint surfaces 4 are provided with the outer peripheral water stop grooves 100 in the concrete 60. formed by Further, the end faces of the main girder steel plates 31 and 32 are also pre-formed with similar outer peripheral water stop grooves 100 (not shown). Then, the outer peripheral water stop material 82 is arranged in the outer peripheral water stop groove 100 . As described above, since the inner surface water-stopping material 81 is sufficiently attached to the ends of the main girder steel plates 31 and 32 on the joint surface side, the outer peripheral water-stopping material 82 is joined to the inner surface water-stopping material 81. . Synthetic segment 1 is manufactured by the above steps.

当業者であれば、合成セグメント1の製造方法は、上記の順番で実施される必要はなく、技術的に矛盾が生じない限り、他の順番で実施可能であることを理解可能である。例えば、鋼殻6の内面に内面止水材81を配置するステップ(図13(a))と、打設型枠20に鋼殻6を設置するステップ(図13(b))と、鋼殻6に鉄筋64及び連結材61を設置するステップ(図13(c))とは、この順番で実施される必要はなく、異なる順番で実施されてもよい。 Those skilled in the art will appreciate that the method for producing Synthetic Segment 1 does not have to be performed in the above order, and can be performed in other orders as long as there is no technical conflict. For example, the step of arranging the inner water stop material 81 on the inner surface of the steel shell 6 (Fig. 13(a)), the step of installing the steel shell 6 in the casting form 20 (Fig. 13(b)), 6 (FIG. 13(c)) need not be performed in this order, and may be performed in a different order.

また、上記の実施形態では、合成セグメント1は、伏せ打ちによって製造されている。伏せ打ちの場合、コンクリート60の内空側の面が打設型枠20の上面22と接触することから、トンネルの内部から視認可能なコンクリート60の内空側の面を平滑に形成することができる。しかしながら、合成セグメント1は、他の打設方法によって製造されてもよい。 Also, in the above-described embodiment, the synthetic segment 1 is manufactured by hitting face down. In the case of face down, since the inner hollow side surface of the concrete 60 contacts the upper surface 22 of the placing formwork 20, it is possible to form a smooth inner hollow side surface of the concrete 60 that is visible from the inside of the tunnel. can. However, the composite segment 1 may also be produced by other casting methods.

例えば、合成セグメント1は、舟形打設によって製造されてもよい。この場合、打設型枠20の上面22は、上記の舟形打設とは反対に、合成セグメント1の地山側の面と接触するように構成されており、したがって、上面22は凹状の円弧面形状を呈する。これにより、合成セグメント1の製造中、打設型枠20は、合成セグメント1が下に凸に(舟形状に)保持されるように、かつ、合成セグメント1の四隅が水平に並ぶように合成セグメント1を支持する。他の点は、伏せ打ちと同様であることができる。 For example, synthetic segment 1 may be manufactured by boat casting. In this case, the upper surface 22 of the casting form 20 is configured to contact the ground side surface of the synthetic segment 1, contrary to the boat-shaped casting described above, so that the upper surface 22 is a concave arcuate surface. shape. As a result, during the manufacture of the composite segment 1, the casting formwork 20 is configured so that the composite segment 1 is held downwardly convex (in a boat shape) and the four corners of the composite segment 1 are aligned horizontally. Support segment 1. Other aspects can be similar to prone strikes.

また、例えば、合成セグメント1は、斜め設置で打設されてもよい。この場合、一方の継手面4を上側に、他方の継手面4を斜め下側にして補助型枠を設置する。内空側の面を斜め上になるように配置し、この面にも打設型枠を設置するとともに、地山側の面を斜め下側になるように打設型枠20を設置して、上記と同様に打設することが出来る。そして、上側の継手面4あるいはその近傍からコンクリートを打設することが出来る。この場合には、流動コンクリートなどを打設することで問題なくコンクリートを打設することが出来る。他の点は伏せ打ちと同様であることが出来る。 Also, for example, the composite segment 1 may be placed obliquely. In this case, the auxiliary formwork is installed with one joint surface 4 facing upward and the other joint surface 4 obliquely downward. The surface of the hollow side is arranged so as to be obliquely upward, the casting formwork is installed on this surface as well, and the casting formwork 20 is installed so that the surface of the natural ground side is obliquely downward, It can be placed in the same manner as above. Concrete can then be placed from the upper joint surface 4 or its vicinity. In this case, concrete can be placed without any problem by placing fluid concrete or the like. Other aspects can be similar to prone strikes.

また、例えば、合成セグメント1は、遠心打設によって製造されてもよい。この場合、
打設型枠20は、例えば、リング状を呈する。打設型枠20は、その内周面にリング状に配置された複数の合成セグメント1を支持し、かつ、複数の合成セグメント1の地山側の面と接触するように構成されている。遠心打設では、鋼殻6の内面に内面止水材81を配置した後に、打設型枠20の内周面に複数の合成セグメント1の鋼殻6をリング状に設置する。また、鋼殻6の形態に応じて、必要な補助型枠21を配置する。この際、必要に応じて鋼殻6の内側に鉄筋64及び連結材61が鋼殻6に設置されていてもよい。続いて、リング状の打設型枠20の中心軸周りに打設型枠20を回転させ、且つ、打設型枠20の内側の所定の位置から、打設型枠20の内周面の所定の位置に向けて生コンクリートを放出する。回転による遠心力によって、各鋼殻6の内側に生コンクリートが充填され、各鋼殻6の内側にコンクリート60が打設される。コンクリート60の養生が完了した後に、打設型枠20の回転を停止し、各合成セグメント1を脱型する。その後、鋼殻6の外周面の外周止水溝100内に外周止水材82を貼り付ける。このような遠心打設の場合、コンクリート60の地山側の面が打設型枠20の内周面と接触することから、コンクリート60の地山側の面を平滑に形成することができる。
Also, for example, the synthetic segment 1 may be manufactured by centrifugal stamping. in this case,
The casting mold 20 has, for example, a ring shape. The casting formwork 20 supports a plurality of composite segments 1 arranged in a ring on its inner peripheral surface, and is configured to come into contact with the surface of the plurality of composite segments 1 on the ground side. In centrifugal placing, after placing the inner surface water stop material 81 on the inner surface of the steel shell 6 , the steel shells 6 of a plurality of synthetic segments 1 are placed in a ring shape on the inner peripheral surface of the placing mold 20 . In addition, depending on the form of the steel shell 6, necessary auxiliary forms 21 are arranged. At this time, reinforcing bars 64 and connecting members 61 may be installed on the steel shell 6 inside the steel shell 6 as necessary. Subsequently, the placing formwork 20 is rotated around the center axis of the ring-shaped placing formwork 20, and the inner peripheral surface of the placing formwork 20 is moved from a predetermined position inside the placing formwork 20. Release ready-mixed concrete towards a predetermined location. The inside of each steel shell 6 is filled with ready-mixed concrete by centrifugal force due to the rotation, and concrete 60 is placed inside each steel shell 6 . After the curing of the concrete 60 is completed, the rotation of the placing formwork 20 is stopped and each composite segment 1 is demoulded. After that, the outer peripheral water stop material 82 is stuck in the outer peripheral water stop groove 100 on the outer peripheral surface of the steel shell 6 . In the case of such centrifugal placing, the ground side surface of the concrete 60 contacts the inner peripheral surface of the placing formwork 20, so that the ground side surface of the concrete 60 can be formed smoothly.

本発明に係る合成セグメントをシールドトンネルの構築に採用すれば、
・地下水圧の高い大深度トンネルへの適用が可能となり、
・負荷荷重や断面力の大きな大深度トンネルや、大断面トンネル、或いは非円形断面トンネルへの適用が可能となり、
・高い止水性能が長期間期待できるため、トンネルの長寿命化が実現し、
・鋼殻とコンクリートとの拘束力の増大により、地震時のコンクリートのひび割れ、或いは地下河川等のトンネルに作用する内水圧によるひび割れを防止する、
等の効果が期待でき、合成セグメントの製造コストも低減できることから、インフラ整備上の初期費用及び維持コストの低減に大いなる効果を期待することができる。
If the composite segment according to the present invention is employed in constructing a shield tunnel,
・It can be applied to deep tunnels with high groundwater pressure,
・It can be applied to deep tunnels with large loads and cross-sectional forces, large cross-section tunnels, and non-circular cross-section tunnels.
・Because high water stopping performance can be expected for a long period of time, the service life of tunnels can be extended.
・By increasing the binding force between the steel shell and concrete, cracking of concrete during an earthquake or cracking due to internal water pressure acting on tunnels such as underground rivers is prevented.
Such effects can be expected, and the manufacturing cost of the synthetic segment can be reduced, so a great effect can be expected in reducing the initial cost and maintenance cost for infrastructure development.

1 :合成セグメント
20 :打設型枠
21 :補助型枠
22 :打設型枠の上面
23 :養生材
24 :養生材の開口
3 :主桁面
31 :一端側主桁鋼板
32 :他端側主桁鋼板
4 :継手面
41 :一端側継手鋼板
42 :他端側継手鋼板
5 :隅角部鋼板
6 :鋼殻
6a :枠内(空間)
60 :コンクリート
61 :連結材
63 :開口
64 :鉄筋
65 :固定材
66 :ずれ止め
7 :トンネル
70 :セグメントリング
8 :止水材
81 :内面止水材
82 :外周止水材
9 :スキンプレート
100 :外周止水溝
101 :内面止水溝
1: Synthetic segment 20: Casting formwork 21: Auxiliary formwork 22: Upper surface of casting formwork 23: Curing material 24: Curing material opening 3: Main girder surface 31: One end side main girder steel plate 32: Other end side Main girder steel plate 4: Joint surface 41: One end side joint steel plate 42: Other end side joint steel plate 5: Corner steel plate 6: Steel shell 6a: Inside the frame (space)
60 : Concrete 61 : Connecting material 63 : Opening 64 : Reinforcing bar 65 : Fixing material 66 : Anti-slip 7 : Tunnel 70 : Segment ring 8 : Water stopping material 81 : Internal water stopping material 82 : Peripheral water stopping material 9 : Skin plate 100 : Outer water stop groove 101 : Inner water stop groove

Claims (14)

コンクリートと鋼殻と止水材とを有するトンネル用合成セグメントであって、
前記鋼殻は、前記合成セグメントのトンネルの軸方向側の端面である主桁面と、トンネルの周方向側の端面である継手面で構成される外周面の少なくとも前記合成セグメントの両主桁面における前記トンネル断面の円周方向およびトンネル断面の法線方向に延設され
前記合成セグメントの主桁面および継手面に少なくとも一つの外周止水溝を設け、前記外周止水溝内に外周止水材が配置され、前記鋼殻の前記コンクリートに対する内面側に少なくとも一つの内面止水材が配置され、
前記内面止水材は、前記鋼殻及び前記コンクリートに対する付着性、並びに、前記鋼殻と前記コンクリートとの間の界面における変形に対する追従性を有する、合成セグメント。
A synthetic segment for a tunnel comprising concrete, a steel shell and a water stop material,
The steel shell has at least both main girder surfaces of the synthetic segment on an outer peripheral surface composed of a main girder surface that is an axial end surface of the tunnel of the synthetic segment and a joint surface that is an end surface of the tunnel in the circumferential direction. Extending in the circumferential direction of the tunnel cross section and the normal direction of the tunnel cross section in
At least one outer peripheral water stop groove is provided on the main girder surface and the joint surface of the composite segment, an outer peripheral water stop material is arranged in the outer peripheral water stop groove, and at least one inner surface is provided on the inner surface side of the steel shell with respect to the concrete. Water stop material is arranged,
The synthetic segment, wherein the inner water stop material has adhesion to the steel shell and the concrete, and conformability to deformation at an interface between the steel shell and the concrete.
前記内面止水材は、
前記付着性として、前記鋼殻及び前記コンクリートに対して1.5MPa以上の付着力を有し、
前記追従性として、400%以上の破断伸びを有する、
請求項1に記載の合成セグメント。
The inner water stop material is
As the adhesiveness, it has an adhesive force of 1.5 MPa or more to the steel shell and the concrete,
As the followability, it has a breaking elongation of 400% or more,
A synthetic segment according to claim 1 .
前記内面止水材は、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリルゴム系樹脂、ポリブタジエンゴム系樹脂、クロロブレンゴム系樹脂、クロロスルホン化ポリエチレン樹脂、樹脂モルタル、繊維補強モルタル、及び、非加硫ブチルゴム、並びに、これらの材料うちのいくつかによる複合材料、のうちの少なくとも1つを含む、請求項1または2に記載の合成セグメント。 The inner surface waterproofing material includes epoxy resin, polyurethane resin, fluorine resin, acrylic rubber resin, polybutadiene rubber resin, chloroprene rubber resin, chlorosulfonated polyethylene resin, resin mortar, fiber-reinforced mortar, and non-vulcanized 3. A synthetic segment according to claim 1 or 2, comprising at least one of butyl rubber and composites of some of these materials. 前記鋼殻の内面に、前記鋼殻と前記コンクリートとの剥離を防止するための固定材を備える、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の合成セグメント。 4. The synthetic segment according to any one of claims 1 to 3, wherein the inner surface of the steel shell is provided with a fixing material for preventing separation between the steel shell and the concrete. 前記鋼殻の内面に、前記鋼殻と前記コンクリートとの間のずれを防止するためのずれ止めを備える、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の合成セグメント。 5. A composite segment according to any one of the preceding claims, wherein the inner surface of the steel shell is provided with a slip stop to prevent slippage between the steel shell and the concrete. 前記鋼殻は、前記主桁面と前記継手面とで構成される前記外周面の一部のみに配置されている、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の合成セグメント。 6. A synthetic segment according to any one of the preceding claims, wherein said steel shell is arranged only on part of said outer peripheral surface constituted by said main girder surface and said joint surface. 前記コンクリートのひび割れ強度と、前記内面止水材の弾性反力と、トンネル外部から作用する水圧とが、以下の関係式を満足する、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の合成セグメント。
(コンクリートひび割れ強度)>(内面止水材弾性反力)>(トンネルに作用する水圧)
The synthetic segment according to any one of claims 1 to 6, wherein the cracking strength of the concrete, the elastic reaction force of the inner water stop material, and the water pressure acting from the outside of the tunnel satisfy the following relational expressions: .
(Concrete cracking strength) > (Inner water stop material elastic reaction force) > (Water pressure acting on the tunnel)
前記内面止水材が、前記鋼殻の内面に設けられた内面止水溝内に配置されている請求項1ないし7のいずれか1項に記載の合成セグメント。 8. The composite segment according to any one of claims 1 to 7, wherein the inner water-stopping material is arranged in an inner water-stopping groove provided on the inner surface of the steel shell. 前記内面止水材の端部と前記外周止水材とが接する状態で配置されている請求項1ないし8のいずれか1項に記載の合成セグメント。 9. The synthetic segment according to any one of claims 1 to 8, wherein the end portion of the inner surface water-stopping material and the outer peripheral water-stopping material are arranged in contact with each other. 前記合成セグメントの両主桁面に鋼殻が配置されており、前記鋼殻同士を連結する連結材と、該連結材に当接して鉄筋が配置されている請求項1ないし9のいずれか1項に記載の合成セグメント。 10. A steel shell is arranged on both main girder surfaces of said composite segment, and a connecting member for connecting said steel shells and a reinforcing bar are arranged in contact with said connecting member. A synthetic segment as described in section. 前記連結材が、前記鉄筋の地山側と内空側の双方に当接して設けられている請求項10に記載の合成セグメント。 11. The composite segment according to claim 10, wherein the connecting member is provided in contact with both the ground side and the hollow side of the reinforcing bar. 前記止水材の少なくとも一部が、水膨潤性止水材である請求項1ないし11のいずれか1項に記載の合成セグメント。 12. The synthetic segment according to any one of claims 1 to 11, wherein at least part of said water-stopping material is a water-swellable water-stopping material. 前記外周止水材が水膨潤性止水材であり、前記内面止水材が非水膨潤性止水材である請求項1ないし12のいずれか1項に記載の合成セグメント。 13. The synthetic segment according to any one of claims 1 to 12, wherein the outer peripheral water-stopping material is a water-swellable water-stopping material, and the inner surface water-stopping material is a non-water-swelling water-stopping material. 前記合成セグメントの主桁面、継手面のうち、いずれか1つ以上が、凹凸部を有する波型面を具備する前記鋼殻であるとともに、該波型面の凹部が外周止水溝もしくは内面止水溝である請求項1ないし13のいずれか1項に記載の合成セグメント。 At least one of the main girder surface and the joint surface of the composite segment is the steel shell provided with a corrugated surface having uneven portions, and the concave portions of the corrugated surface are outer water stop grooves or inner surfaces. 14. The synthetic segment according to any one of claims 1 to 13, which is a water stop groove.
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