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公開番号2021195812
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211227
出願番号2020103886
出願日20200616
発明の名称易切削性セグメント
出願人大成建設株式会社
代理人個人,個人
主分類E21D 11/08 20060101AFI20211129BHJP(地中もしくは岩石の削孔;採鉱)
要約【課題】製作コストが可及的に安価であり、切削性と耐荷性、及び止水性に優れた易切削セグメントを提供する。
【解決手段】易切削性セグメント10は、母材であるコンクリートの内部に、繊維強化プラスチックにより形成される筋材が埋設され、母材の内部に鋼繊維30が分散されており、母材のコンクリート設計基準強度が42N/mm2乃至60N/mm2の範囲にあり、鋼繊維30の混入率が0.3体積%乃至1.0体積%の範囲にあり、繊維強化プラスチックの弾性係数が30kN/mm2乃至120kN/mm2の範囲にある。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
母材であるコンクリートの内部に、繊維強化プラスチックにより形成される筋材が埋設され、該母材の内部に鋼繊維が分散されており、
前記母材のコンクリート設計基準強度が、42N/mm

乃至60N/mm

の範囲にあり、
前記鋼繊維の混入率が、0.3体積%乃至1.0体積%の範囲にあり、
前記繊維強化プラスチックの弾性係数が30kN/mm

乃至120kN/mm

の範囲にあることを特徴とする、易切削性セグメント。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記鋼繊維が分散された前記母材のひび割れ発生後の最大引張応力が、前記母材のみからなるプレーンコンクリートの最大引張応力よりも大きいことを特徴とする、請求項1に記載の易切削性セグメント。
【請求項3】
前記繊維強化プラスチックの破断時のひずみレベルにおける、前記鋼繊維が分散された前記母材の引張応力が0N/mm

よりも大きいことを特徴とする、請求項1又は2に記載の易切削性セグメント。
【請求項4】
母材であるコンクリートの内部に、繊維強化プラスチックにより形成される筋材が埋設され、該母材の内部に鋼繊維が分散されており、
前記鋼繊維が分散された前記母材のひび割れ発生後の最大引張応力が、前記母材のみからなるプレーンコンクリートの最大引張応力よりも大きいことを特徴とする、易切削性セグメント。
【請求項5】
母材であるコンクリートの内部に、繊維強化プラスチックにより形成される筋材が埋設され、該母材の内部に鋼繊維が分散されており、
前記繊維強化プラスチックの破断時のひずみレベルにおける、前記鋼繊維が分散された前記母材の引張応力が0N/mm

よりも大きいことを特徴とする、易切削性セグメント。
【請求項6】
前記筋材が、ガラス繊維強化プラスチックのロッド、アラミド繊維強化プラスチックのロッド、中弾性炭素繊維強化プラスチックのロッド、のいずれか一種により形成されていることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の易切削性セグメント。
【請求項7】
前記鋼繊維が、直線状の中央棒材と、該中央棒材の両端にある一以上の段状フック材と、を有することを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の易切削性セグメント。
【請求項8】
前記易切削性セグメントは、二つのリング継手面と二つのセグメント継手面を有し、
前記リング継手面において、ほぞと、該ほぞが嵌まり込むほぞ溝のいずれか一方を備えており、
リング継ぎされる二つの前記易切削性セグメントの一方の該易切削性セグメントの前記ほぞ溝に対して、他方の該易切削性セグメントの前記ほぞが嵌まり込むようになっていることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の易切削性セグメント。
【請求項9】
前記ほぞの表面に、シェアストリップが取り付けられていることを特徴とする、請求項8に記載の易切削性セグメント。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、易切削性セグメントに関する。
続きを表示(約 3,700 文字)【背景技術】
【0002】
例えば、シールド工法により本線トンネルとランプトンネルを個別に施工した後、本線トンネルとランプトンネルの一部区間を非開削施工にて切り拡げることにより地中拡幅部を施工し、双方のトンネルを当該地中拡幅部にて接続する施工が行われる。本線トンネルは例えば地下40m以深の大深度の地下道であり、この地下道に対して地上のインターチェンジ・ジャンクション等からアクセスするランプトンネルが延設し、地中拡幅部にて双方のトンネルが連結され得る。
この地中拡幅部の施工においては、間隔を置いて併設する本線トンネルとランプトンネルを例えば相対的に大断面の円筒状の地中構造物にて包囲した後、地中構造物の内部を掘削し、双方のトンネルの連通部を撤去することにより地中拡幅部が施工される。尚、地中構造物の施工に際し、必要に応じて地中構造物の施工領域には止水処理が行われる。
上記する大断面の地中構造物の構築方法としては、複数本の小断面トンネルを筒状に並設して外殻(大断面覆工体)を施工する方法がある。より具体的には、複数の先行小断面トンネルを間隔を置いて環状に施工した後、当該間隔において先行小断面トンネルの一部を切削しながら複数の後行小断面トンネルを環状に施工し、後行小断面トンネルの一部を撤去して先行小断面トンネルと連通させる。すなわち、先行小断面トンネルと後行小断面トンネルが交互に数珠つなぎされた大断面覆工体を形成して、各小断面トンネルを連通させる。そして、大断面の環状の連通部に対して周方向に延設する主筋を配し、中詰めコンクリートを施工することにより、大断面覆工体である地中構造物が施工される。
ところで、上記する大断面覆工体を形成する先行小断面トンネルと後行小断面トンネルはいずれも、シールド工法により順次施工される。後行小断面トンネルにてその一部が切削される先行小断面トンネルは、例えばRC(Reinforced Concrete)セグメントにて施工され、後行小断面トンネルは、例えば鋼製セグメントにて施工され得る。その中で、先行小断面トンネルを形成するセグメントには、後行小断面トンネル施工用のシールド掘進機にて切削可能な易切削性セグメントが適用されるのが望ましい。
【0003】
ここで、特許文献1には、コンクリートを母材とし、樹脂製筋材を筋材とする切削セグメントにおいて、コンクリートは骨材を含み、骨材は、粗骨材及び細骨材を含み、粗骨材に軽量骨材または高炉スラグ骨材を使用し、筋材が連続ネジを備えるガラス繊維ロッドからなる、切削セグメントが提案されている。この切削セグメントでは、クラック伸展防止のための添加材として、コンクリートにアラミド繊維が0.25体積%乃至0.5体積%混入されるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2019−49191号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載の切削セグメントによれば、アラミド繊維が0.25体積%乃至0.5体積%混入されていることにより、クラック伸展防止を図ることができるとしている。しかしながら、低剛性のアラミド繊維をせいぜい0.5体積%混入しただけでは、クラック(ひび割れ)の伸展を効果的に防止できるか否かに関して定かでない。さらに、ここには、例えば一箇所(もしくは可及的に少数箇所)にひび割れが集中することによってひび割れ幅が大きくなり、切削セグメントの止水性が低くなるといった課題に関する記載は一切なく、この課題解決手段に関する記載は当然に存在しない。尚、低剛性のアラミド繊維を0.5体積%混入しただけでは、ひび割れを分散させて各ひび割れのひび割れ幅を低減し、止水性を向上させることは極めて難しいことから、特許文献1に記載の特徴構成が切削セグメントのひび割れ分散性と止水性の向上に有効であるとは言い難い。
【0006】
本発明は、製作コストが可及的に安価であり、切削性と耐荷性、及び止水性に優れた易切削セグメントを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記目的を達成すべく、本発明による易切削性セグメントの一態様は、
母材であるコンクリートの内部に、繊維強化プラスチックにより形成される筋材が埋設され、該母材の内部に鋼繊維が分散されており、
前記母材のコンクリート設計基準強度が、42N/mm

乃至60N/mm

の範囲にあり、
前記鋼繊維の混入率が、0.3体積%乃至1.0体積%の範囲にあり、
前記繊維強化プラスチックの弾性係数が30kN/mm

乃至120kN/mm

の範囲にあることを特徴とする。
【0008】
本態様によれば、母材のコンクリート内に繊維強化プラスチック製の筋材が埋設されていることにより、例えば鉄筋が埋設されるRCセグメントに比べて、切削性に優れた易切削性セグメントが形成される。特に、繊維強化プラスチックの弾性係数が30kN/mm

乃至120kN/mm

の範囲にあることにより、弾性係数が200kN/mm

程度の鉄筋よりも弾性係数が小さくなる(低剛性である)ことは勿論のこと、この数値範囲の弾性係数を有する繊維強化プラスチックとしてガラス繊維強化プラスチック等が適用され、一方で、高弾性炭素繊維強化プラスチック(弾性係数は鉄筋と同等)が除外されることから、高価な高弾性炭素繊維強化プラスチックからなる筋材を含まず、従って製作コストが可及的に安価で、切削性に優れた易切削性セグメントとなる。
【0009】
また、0.3体積%乃至1.0体積%の範囲の鋼繊維がコンクリート内に分散されていることにより、鋼繊維の架橋効果に起因してひび割れ分散性が良好になり、各ひび割れのひび割れ幅が可及的に抑制されて止水性が向上する。
例えば、ガラス繊維強化プラスチック等のロッドからなる筋材のみが母材に埋設される形態では、ガラス繊維強化プラスチックのロッドが低剛性であることから、ひび割れ幅の大きなひび割れが生じ易くなり、止水性が低下し得るが、コンクリート内に鋼繊維が分散されていることによりこのような課題が解消される。ここで、鋼繊維とは、鋼材を原料とし、不連続の繊維状に加工されたコンクリートの補強材のことであり、例えばアラミド繊維と比べて格段に剛性の高い繊維材である。
さらに、母材の内部に繊維強化プラスチックによる筋材と鋼繊維が埋設されていることにより、例えば鉄筋が埋設されているRCセグメントに比べて、曲げ耐力が高められ、耐荷性が向上する。例えば、ガラス繊維強化プラスチック等のロッドからなる筋材のみが母材に埋設される形態では、曲げ耐力が低下し、かつ、塑性変形性能が低下し得るが、ガラス繊維強化プラスチック等のロッドに加えて所定量の鋼繊維が分散されることにより、易切削性セグメントの耐荷性が格段に向上する。
尚、繊維強化プラスチックのロッドにより形成される、主筋と、配力筋と、フープ筋等の各筋材を全て備えた易切削性セグメントであってもよいことは勿論のことである。
【0010】
また、上記する鋼繊維を混入することによる他の効果として、本態様の易切削性セグメントが脆性的な曲げ圧縮破壊やせん断破壊が先行して発生するセグメントとならないことが挙げられる。例えば、繊維強化プラスチック製の筋材として低剛性のガラス繊維強化プラスチックのロッドからなる筋材を適用する場合、セグメントの剛性を高めるべく、ガラス繊維強化プラスチックの量を増加させる方策が考えられる。しかしながら、ガラス繊維強化プラスチックの量を過度に増加させると、今度は、曲げ引張破壊が先行して発生するセグメントから上記する脆性的な破壊が先行して発生するセグメントとなり、好ましくない。これに対して、本態様の易切削性セグメントは、母材内に所定量の鋼繊維が分散されていることにより、筋材を形成する繊維強化プラスチック(例えば、低剛性のガラス繊維強化プラスチック)の量を増加させることなく、セグメントの剛性を高めることが可能となり、曲げ引張破壊が先行して発生する易切削性セグメントを形成できる。
ここで、母材のコンクリート設計基準強度が、42N/mm

乃至60N/mm

の範囲にあることにより、トンネル標準示方書[シールド工法編]・同解説 2016年にある、セグメントに適用されるコンクリートの設計基準強度を充足する。
(【0011】以降は省略されています)

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