プレキャスト コンクリート トンネル セグメントの設計、製造、建設の主要な側面に関する ACI 533.5R ガイド — TBM: トンネル ビジネス マガジン

メフディ・バクシとヴェリヤ・ナスリ著

TBM による機械化トンネル掘削は、過去 10 年間、軟弱な地盤、弱い岩盤、割れた硬い岩盤などのさまざまな地盤条件において最も主流の掘削方法でした。 プレキャスト コンクリート セグメントは、掘削をサポートし、永久的な地面と地下水の負荷に耐え、水密性を提供するために TBM の後ろに設置されます。 さらに、プレキャスト セグメントは、生産、輸送、建設時の一時的な負荷に耐えられるように設計されています。

ACI 533 ガイドが発行されるまで、地元または国際当局から設計者や請負業者に提供されるガイダンスはほとんどありませんでした。 この記事の著者らが主導する ACI 533.5R の出版は、国際規格機関が発行する世界初のガイドとして、このニーズに対処し、セグメントの設計、製造、構築のすべての主要な側面を 1 冊の出版物でまとめてカバーしています。 このガイドでは、構造概念と詳細設計、シールとガスケットの設計、接続設計、耐久性設計、およびへたりおよび許容誤差の監視に必要な手順を説明します。 この文書は、世界的な協力、トンネル掘削の経験、入手可能な国内外の推奨事項に基づいて起草されました。 設計の一般的な側面に加えて、TBM トンネル覆工技術に関連する設計の最新の開発と最新技術が紹介されます。

コンクリート プレキャスト トンネル セグメントは、負荷抵抗係数設計 (LRFD) 法を使用して設計する必要があります。 表 1 は、プレキャスト コンクリート トンネル セグメントの設計に適用される支配的な荷重ケースと係数化された荷重の組み合わせを示しています。 ACI 318-19 と ACI 544.7R-16 の強度低減係数は、それぞれ鉄筋コンクリートと繊維強化コンクリート (FRC) の設計に必要です。

トンネルの使用目的とクライアント要件に応じた内部スペース要件によって、トンネル イントラドの寸法が決まります。 ACI 533.5R では、トンネルを鉄道および地下鉄、道路、公共施設、上下水トンネルの 4 つの主要なカテゴリに分類しています。 各カテゴリの内部スペース要件については、「ガイド」で説明されています。 図 1 は、道路トンネルの典型的なレイアウトを概略的に示しています。ACI 533.5R では、さまざまなトンネル サイズに対する内径 (ID) とライニングの厚さの比の範囲が提供されています。 これには、内径 13 ～ 18 フィートのトンネルでは 15 ～ 25 インチの範囲が含まれ、内径 18 フィートを超えるトンネルでは 18 ～ 25 インチの範囲が含まれます。 トンネル直径が 19 ～ 23 フィートの場合、リング長は 5 フィートが推奨されますが、直径が 30 フィートを超えるトンネルの場合は、リング長が 6.5 フィートに増加します。

図 1: 道路トンネルの内部空間の概略図: a) 低点ポンプ場の断面図、a) 典型的な断面図。

パラレル リング、補正リング付きパラレル リング、右/左テーパー リング、ユニバーサル リング システム (図 2 を参照) などは、さまざまなセグメント リング システムに含まれます。 平行リング (図 2(a)) は本質的に曲線には適していません。 右/左のリング (図 2(b)) では、通常、各リングの一方の円周面はトンネル軸に対して垂直にテーパが付けられ、もう一方の面はトンネル軸に対して傾斜しています。 右テーパーリングと左テーパーリングを順番に交互に配置することで、直進ドライブが生成されます。 このリングタイプでは水密性を保証できますが、異なるタイプの型枠セットが必要になることが欠点です。 現在、ユニバーサル リング システム (図 2(c)) が最も従来型のシステムであり、多くの場合、各リングの 2 つの円周面がトンネル軸に対して傾斜しており、セグメント リングの回転によって位置合わせを調整できます。 このシステムの主な利点は、必要な型枠セットが 1 種類だけであることです [3]。

図 2: さまざまなリング システム、テーパリングおよびカーブ ネゴシエーションの概略図: a) 平行リング、b) 右/左リング、c) ユニバーサル リング。

リングには通常、セグメントの細さ比が 8 ～ 13 になる多数のセグメントが含まれています。 直径が最大 20 フィートのトンネルの一般的な推奨事項は、リングを 6 つのセグメントに分割し、5+1 または 4+2 構成を使用することです (後者の数字はキー セグメントの数を表します)。 トンネル直径が 20 ～ 26 フィートの場合は 7 セグメント リング、26 ～ 36 フィートの場合は 8 セグメント リングを採用できます。 トンネル直径が 36 ～ 46 フィートの場合は、9 セグメントのリングを採用できます。 最後に、46 フィートを超えるトンネルの場合、9+1 構成が最も一般的な構成です。