セグメントライナーの革新的な設計により、接続部の外部ブレースを排除可能 — TBM: トンネル ビジネス マガジン

ヴォイテック・エルンスト・ガル著

最新の TBM セグメントは、数十年前に初めて使用されてから長い道のりを経てきました。 トンネル業界では、セグメントの形状を最適化し、新しい補強方法を導入し、セグメントのコンポーネントを改良して、セグメントをより堅牢かつ経済的にすることがますます増えています。 特に注目すべきはセグメントアクセサリの改善です。 セグメントダボ、バイコーン、最新のガスケットなどの最新のセグメントアクセサリは、セグメントの構造を改善するだけでなく、セグメントライニングシステムをさまざまな地盤工学的条件にわたって、これまでよりも幅広い構造配置で使用できるようにします。

セグメントアクセサリによってセグメントのパフォーマンスが向上した領域の 1 つは、セグメントカットです。 隣接する構造に接続するための開口部を作成するには、必然的にセグメントライニングを切断する必要があります。 しかし、セグメントライニングの切断は構造システムの静的平衡を大きく乱すため、切断開口部の周囲の隣接するリングに荷重を再分配する必要があります。 これにより、通常、リングジョイントでは高いせん断力が発生し、カットの上下のセグメントでは高い張力が発生し、カット開口部に隣接するセグメントでは高いスラスト力が発生します。

最新の TBM セグメントは、数十年前に初めて使用されてから長い道のりを経てきました。

従来、セグメント切断は、トンネル内から外部鉄骨フレームを導入して、メイントンネルと接続構造体との間の接続が行われるまで切断リングを支持することによって実施されていた。 このアプローチは、特に鉄骨フレームによってトンネルの主要な運用に使用できるスペースが減少する小径トンネルでは、高価で煩雑です。 さらに、本トンネル工事が完了するまで接続できないため、工事スケジュールに影響を与える可能性があります。

これらの欠点を回避するために、Gall Zeidler Consultants (GZ) は、特別に設計されたセグメントに高容量バイコーンと追加のセグメント補強を組み込むことにより、自立セグメント カットのための革新的なアプローチを開発しています。 これらのバイコーンと追加の補強材が連携して、セグメント カットの周囲に荷重を伝達できる内部フレームとして機能します。

Optimas Sofrasar 製品シートによるセンタリング システムとせん断ダボ。 左上に高容量のせん断ダボ。

ポータケット合流式下水道オーバーフロー (CSO) トンネルは、GZ が特別なセグメント設計を開発したそのようなプロジェクトの 1 つです。 ポータケット トンネルは、ロードアイランド州ポータケットで現在建設中の部分的に裏打ちされた TBM トンネルです。 長さ3.5マイルの岩のトンネルは、CBNAとバレッタで構成されるCB3A建設ジョイントベンチャーによって建設されています。 セグメントライニングは内径 30 フィート 2 インチ、厚さ 14 インチで、主に鋼繊維で強化されています。

メイントンネルは、その線形に沿って直径 8 フィートの採掘されたいくつかの掘削坑に接続されており、そのために部分的な覆工を切断する必要があります。 そこで、GZ のエンジニアは、外部ブレースの必要性を排除する、カットのすぐ周囲のセグメントに特別なセグメント設計を開発しました。 各セグメント内の大容量バイコーンと追加の補強ケージの組み合わせにより、特別なセグメントは既存の土と水の荷重をサポートし、これらの荷重を仮設開口部の周囲に再分散できます。 また、セグメントは通常のセグメントと同じ金型を使用してプレキャストされているため、通常のセグメントと同様に取り付けられ、施工に悪影響を与えることはありません。

GZ は、シルバータウン トンネルの横断通路設計にも同様のアプローチを使用しています。 シルバータウン トンネルは、テムズ川の下を軟弱地盤で横断する、長さ 1.4 km の新しいツインボア TBM 道路トンネルです。 外側のトンネルの直径は 37 フィート 5 インチで、ライニングの厚さは 15.75 インチです。 TBM トンネルは 7 つの 15'-9 インチ横断通路で接続され、そのうち 5 つは一時的な地盤安定化のために地盤凍結を使用して建設されます。 GZ は、内部補強ケージに加えて大容量のバイコーンを使用することで、横断通路に必要なセグメント カットの周囲の外部ブレースの必要性を排除する設計を開発しました。 ポータケットのセグメントとは対照的に、シルバータウンの横断通路は純粋に軟弱な地盤で建設されています。 さらに、シルバートン トンネルの特別なセグメントは追加の凍結荷重に耐える必要があり、バイコーンと内部補強のアプローチが、さまざまな種類の地盤でさまざまな目的で行われるセグメントの切断に高度な適用性があることを示しています。