(57)【要約】【課題】充填材との一体化による合成効果を高めつつセグメントの高性能化が実現できる補強リブを有する合成セグメント、この合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えるトンネルを提供すること。【解決手段】地山側表面板１５の内面に固定した複数の地山側リブ材１６が主桁１３と平行にトンネル周方向に沿って設けられているので、これらの地山側リブ材１６によって主桁１３を補強することができ、地山からの土圧や地下水の水圧に対して地山側リブ材１６が抵抗できることにより、合成セグメント１０の強度および剛性を向上させることができる。また、地山側リブ材１６が中詰めコンクリート１２とのずれ止めとして機能することで、中詰めコンクリート１２との一体性を高めることができ、鋼殻１１と中詰めコンクリート１２とを一体的に挙動させる合成効果が得られ、合成セグメント１０の剛性や耐力をさらに向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼殻と、その内部に充填される充填材とを有して構成されるとともに、複数のピースを組み合わせてトンネル覆工に利用される合成セグメントであって、
前記鋼殻は、トンネル周方向に沿って延びて互いに対向する主桁と、これら対向する主桁のトンネル周方向両端部同士を連結する一対の継手板と、トンネル内空側およびトンネル地山側の少なくとも一方にて前記対向する主桁に渡って設けられる表面板とを少なくとも備え、これらの主桁、継手板および表面板で５面または６面が囲まれた内部に前記充填材が充填され、
前記表面板における前記鋼殻の内部表面には、当該表面から突出するとともにトンネル周方向に沿って延びる複数の地山側もしくは内空側リブ材が設けられ、前記表面板に固着されていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項２】
請求項１に記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記複数の地山側もしくは内空側リブ材のうち、互いに隣り合う一対のリブ材同士は、前記表面板側の基端部から突出先端側に向かって互いに接近する方向に傾斜して設けられていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記複数の地山側もしくは内空側リブ材は、それぞれ平板材から構成されていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記複数の地山側もしくは内空側リブ材のうち、トンネル軸方向両端部の少なくとも片方の端部に設けられるリブ材と前記主桁との間には、前記主桁、継手板および表面板のうちの少なくともいずれかに固定されるとともに前記鋼殻の内部側に突出する突出部材が設けられていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項５】
請求項４に記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記突出部材は、前記表面板に固定されるジベル、前記主桁に内設されてトンネル軸方向に隣接する他の合成セグメントとの接合に用いられるリング間継手部材、および前記継手板に内設されてトンネル周方向に隣接する他の合成セグメントとの接合に用いられるピース間継手部材、の少なくとも１つで構成されることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記表面板は、トンネル内空側にて前記対向する主桁に渡って設けられる内空側表面板と、トンネル地山側にて前記対向する主桁に渡って設けられる地山側表面板とで構成され、
前記地山側表面板に設けられる地山側リブ材は、前記内空側表面板に設けられる内空側リブ材とトンネル径方向に対向しないずれた位置に設けられていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記表面板は、トンネル内空側にて前記対向する主桁に渡って設けられる内空側表面板と、トンネル地山側にて前記対向する主桁に渡って設けられる地山側表面板とで構成され、
前記内空側表面板に固定される内空側リブ材と前記地山側表面板に固定される地山側リブ材とがせん断補強材で連結されていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の補強リブを有する合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えることを特徴とするトンネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセグメントピースを組み合わせてトンネル覆工に利用される補強リブを有する合成セグメントであって、この合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えるトンネルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対向する主桁主桁と、主桁の両端部に渡って固定される継手板と、トンネル地山側にて対向する主桁に渡って設けられる地山側のスキンプレートとを有し、それらの内部に中詰めコンクリートを充填して構成される合成セグメントが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載された合成セグメントでは、対向する主桁に渡ってＨ形鋼からなるずれ止めが複数架設され、このずれ止めにおけるフランジとウェブとで囲まれた中詰めコンクリートが拘束されることにより、ずれ止めを介して主桁と中詰めコンクリートとの間で応力が確実に伝達できるように構成されている。このように主桁などの鋼材と中詰めコンクリートとのずれを防止し、外力に対して一体的に挙動させる合成効果が得られることで、剛性や耐力を向上させつつ薄型化が可能な高性能の合成セグメントが実現できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されたような従来の合成セグメントでは、中詰めコンクリートとのずれ止めとしてＨ形鋼を用いているため、鋼材とコンクリートとを一体化することができるものの、使用する鋼材量や接合のための溶接量が多大になってしまう。また、従来の合成セグメントでは、ずれ止めであるＨ形鋼が対向する主桁に渡る方向、つまりトンネル軸方向に架設されているため、これらのＨ形鋼がセグメントの強度および剛性の向上に寄与させることが難しく、合成セグメントの高性能化および薄型化を促進させる点で十分ではない。さらに近年、セグメント幅を広げてトンネル延長全体におけるセグメントの組み立て数の削減を達成させるニーズが高まってきており、トンネル軸延長方向に架設されるずれ止めによる構成では、充分にスキンプレートを補強することが困難となりつつある課題が発生している。
【０００５】
本発明の目的は、充填材との一体化による合成効果を高めつつセグメントの高性能化が実現できる補強リブを有する合成セグメント、この合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えるトンネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の補強リブを有する合成セグメントは、鋼殻と、その内部に充填される充填材とを有して構成されるとともに、複数のピースを組み合わせてトンネル覆工に利用される合成セグメントであって、前記鋼殻は、トンネル周方向に沿って延びて互いに対向する主桁と、これら対向する主桁のトンネル周方向両端部同士を連結する一対の継手板と、トンネル内空側およびトンネル地山側の少なくとも一方にて前記対向する主桁に渡って設けられる表面板とを少なくとも備え、これらの主桁、継手板および表面板で５面または６面が囲まれた内部に前記充填材が充填され、前記表面板における前記鋼殻の内部表面には、当該表面から突出するとともにトンネル周方向に沿って延びる複数の地山側もしくは内空側リブ材が設けられ、前記表面板に固着されていることを特徴とする。
【０００７】
以上の本発明によれば、表面板の内面に固定した複数の地山側もしくは内空側リブ材がトンネル周方向に沿って設けられ、つまり少なくとも一対設けられた主桁と平行に複数の地山側もしくは内空側リブ材が設けられているので、これらの地山側もしくは内空側リブ材によって主桁を補強することができる。すなわち、地山からの土圧や地下水の水圧によって当該合成セグメントには、トンネル周方向の応力が生じることとなるが、この応力に対して地山側もしくは内空側リブ材が抵抗できることにより、セグメントの強度および剛性を向上させることができる。また、地山側もしくは内空側リブ材が充填材との一体性を高めることで、表面板や主桁と充填材とを一体的に挙動させる合成効果が得られ、合成セグメントの剛性や耐力をさらに向上させることができる。従って、地山側もしくは内空側リブ材自体の補強効果と、充填材との合成効果とが得られることで、合成セグメントを高性能化させて薄型化を図ることができる。さらに、複数設けられる地山側もしくは内空側リブ材同士の間隔を小さくすることでセグメントの幅広化のニーズに対応することができる。
【０００８】
この際、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記複数のリブ材のうち、互いに隣り合う一対の地山側もしくは内空側リブ材同士は、前記表面板側の基端部から突出先端側に向かって互いに接近する方向に傾斜して設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、隣り合う地山側もしくは内空側リブ材の先端側の間隔距離が基端側よりも小さく設定されていることで、隣り合う地山側もしくは内空側リブ材と充填される充填材（例えば、コンクリート）とを楔状に係合させることができる。従って、表面板と充填材とが互いに離れる方向に移動する抜け出しが防止でき、地山側もしくは内空側リブ材および表面板を介して主桁と充填材とを一体的に挙動させる合成効果が高まり、合成セグメントの剛性や耐力をさらに向上させることができる。
【０００９】
この際、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記複数の地山側もしくは内空側リブ材は、それぞれ平板材から構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、地山側もしくは内空側リブ材を平板材から構成することで、その加工や溶接手間が低減できるとともに、使用する鋼材量や接合のための溶接量を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記複数の地山側もしくは内空側リブ材のうち、トンネル軸方向両端部の少なくとも片方の端部に設けられる地山側もしくは内空側リブ材と前記主桁との間には、前記主桁、継手板および表面板のうちの少なくともいずれかに固定されるとともに前記鋼殻の内部側に突出する突出部材が設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、複数の地山側もしくは内空側リブ材のうちの両端部の地山側もしくは内空側リブ材と主桁との間に突出部材を設けたことで、この突出部材と充填材とが機械的に係合することによって、突出部材を抜け止めとして機能させることができる。従って、両端部の地山側もしくは内空側リブ材と主桁とがトンネル径方向地山側に向かって互いに開くような角度で設けられていても、突出部材によって充填材と表面板および主桁との一体性を確保することができる。
【００１１】
さらに、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記突出部材は、前記表面板に固定されるジベル、前記主桁に内設されてトンネル軸方向に隣接する他の合成セグメントとの接合に用いられるリング間継手部材、および前記継手板に内設されてトンネル周方向に隣接する他の合成セグメントとの接合に用いられるピース間継手部材、の少なくとも１つで構成されることが好ましい。
このような構成によれば、頭付きスタッドボルトに代表されるジベルや継手部材で突出部材を構成することで、比較的容易に端部側の抜け止めを構成することができる。ここで、継手部材としては、合成セグメントのセグメントピース間ボルトボックスやセグメントピース間継手定着材などが利用でき、このような継手部材を抜け止めとして併用することで、別途の抜け止めを省略することもでき、使用鋼材量や溶接量をさらに低減させることができる。
【００１２】
また、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記表面板は、トンネル内空側にて前記対向する主桁に渡って設けられる内空側表面板と、トンネル地山側にて前記対向する主桁に渡って設けられる地山側表面板とで構成され、前記地山側表面板に設けられる地山側リブ材は、前記内空側表面板に設けられる内空側リブ材とトンネル径方向に対向しないずれた位置に設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、ひび割れ誘発点となるリブ材の相互距離が長く確保されることから、ひび割れ長を長くすることができ、中詰めコンクリートのひび割れ耐性向上、ひいてはセグメントの性能が向上する。
【００１３】
また、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記表面板は、トンネル内空側にて前記対向する主桁に渡って設けられる内空側表面板と、トンネル地山側にて前記対向する主桁に渡って設けられる地山側表面板とで構成され、前記内空側表面板に固定される内空側リブ材と前記地山側表面板に固定される地山側リブ材とがせん断補強材で連結されていることが好ましい。
このような構成によれば、内空側表面板と地山側表面板のリブ材同士をせん断補強材で連結したことで、このせん断補強材によって充填材をせん断補強することができ、合成セグメント全体の強度を向上させて、さらなる高性能化および薄型化を実現することができる。
【００１４】
一方、本発明のトンネルは、前記いずれかの補強リブを有する合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えることを特徴とする。
このような構成によれば、前述のようにリブ材による補強効果および充填材との合成効果を確保して高性能化および薄型化した合成セグメントを組み合わせることで、地山の掘削工事における掘削量が削減でき、施工コスト低減および工期短縮を図ることができる。あるいは、従来の合成セグメントを用いたトンネル覆工と比較して、トンネル内空の内径を拡大してトンネルの有効利用を促進させることができる。また、セグメントの幅広化にも対応でき、トンネル全体におけるセグメント数の削減が可能となるため、工期の短縮を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のような本発明の合成セグメントによれば、表面板に固定する地山側もしくは内空側リブ材をトンネル周方向に沿って設けたことによって主桁の補強効果が得られるとともに、地山側もしくは内空側リブ材が充填材とのずれ止めとして機能することで鋼殻と充填材との一体化による合成効果が得られることで、合成セグメントの高性能化および薄型化を実現することができる。さらに、本発明のトンネルによれば、高性能化および薄型化した合成セグメントを用いることで、地山の掘削量を削減して施工コスト低減および工期短縮を図ることができるか、トンネル内空を拡大して有効利用を促進させることができる。また、セグメントの幅広化にも対応でき、トンネル全体におけるセグメント数の削減が可能となるため、工期の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の合成セグメントを用いたトンネル覆工とそのセグメントが現場架設される状況を示す概略斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る合成セグメントを示す斜視図である。
【図３】前記合成セグメントを示す断面図である。
【図４】前記合成セグメントを示す図３と直交方向の断面図である。
【図５】第１実施形態の変形例に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図６】前記合成セグメントを示す図５と直交方向の断面図である。
【図７】第１実施形態の他の変形例に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図８】前記合成セグメントを示す図７と直交方向の断面図である。
【図９】第２実施形態に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図１０】第３実施形態に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図１１】第４実施形態に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図１２】第５実施形態に係る合成セグメントを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、第２実施形態以降において、次の第１実施形態で説明する構成部材と同じ構成部材、および同様な機能を有する構成部材には、第１実施形態の構成部材と同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。
【００１８】
図１は、本発明の合成セグメントを用いたトンネル覆工１とそのセグメントが現場架設される状況を示す概略斜視図である。
トンネル覆工１は、掘削した地山Ｇの内部にて複数のセグメントピースＰを組み合わせて構成されている。なお、以下の説明において、トンネル軸方向をＸ方向と表現し、トンネル径方向をＲ方向と表現し、トンネル周方向をθ方向と表現することとする。地山Ｇを掘削するシールドマシンＭは、その後方に複数のジャッキＪを有し、ジャッキＪでトンネル覆工１を押してＸ方向に前進し、前進しつつ掘削した空間にてセグメントピースＰが円筒状に組み立てられてトンネル覆工１が構築される。このトンネル覆工１は、地山Ｇとトンネル内空Ｓとを仕切り、地山Ｇからの土圧や水圧に抵抗してトンネル内空Ｓの空間を確保するようになっている。なお、トンネル断面形状としては、一般的な円形のみに限定されるものではなく、矩形トンネルをはじめとする異形トンネル断面でも、トンネル覆工は円弧形のみならず、平板形でも本発明の効果は発揮される。
以下、セグメントピースＰを構成する各形態の合成セグメント１０，２０，３０，４０，５０に関し、その構造を詳しく説明する。
【００１９】
〔第１実施形態〕
図２は、第１実施形態に係る合成セグメント１０を示す斜視図であり、図３および図４は、それぞれ合成セグメント１０を示す断面図である。
図２〜図４において、合成セグメント１０は、５つの面が囲まれてＲ方向トンネル内空Ｓ側が開放された鋼殻１１と、この鋼殻１１内部に充填される充填材としての中詰めコンクリート１２とを有し、これらの鋼殻１１および中詰めコンクリート１２が一体化されて構成されている。鋼殻１１は、θ方向に沿って延びて互いに対向する主桁１３，１３と、これら対向する主桁１３，１３のθ方向両端部同士を連結する一対の継手板１４，１４と、トンネル地山Ｇ側にて対向する主桁１３，１３に渡って設けられる地山側表面板１５とを備え、これらの主桁１３、継手板１４および地山側表面板１５を互いに溶接固定して一体化することで箱状に形成されている。なお、本実施形態では主桁１３が２枚のみで構成される２主桁構造を示すが、３枚以上で構成される多他主桁構造であっても互いに対向する主桁が複数存在する構造を呈することに他ならないので、本発明の効果は変わらず発揮される。
【００２０】
主桁１３は、Ｘ方向に直交してＲ方向およびθ方向に沿った円弧板状の鋼板から構成され、主桁１３の途中位置複数箇所には、Ｘ方向に隣り合う他の合成セグメント１０と接合するための継手部材としてのリング間ボルトボックス１３Ａが一体的に固定されている。すなわち、隣り合う他の合成セグメント１０にも同様のリング間ボルトボックス１３Ａが固定されており、これらのリング間ボルトボックス１３Ａ同士を図示しない接合材（接合用の短ボルト）で固定することで、Ｘ方向に隣り合う合成セグメント１０同士が機械的に連結されるようになっている。
【００２１】
継手板１４は、Ｘ方向およびＲ方向に沿った直板状の鋼板から構成され、その内面の途中位置２箇所には、鋼殻１１の内方に突出してピース間ボルトボックス１４Ａが固定されている。これらのピース間ボルトボックス１４Ａは、θ方向に隣り合う他の合成セグメント１０と接合するための継手部材であって、隣り合う他の合成セグメント１０にも同様のピース間ボルトボックス１４Ａが固定されており、これらのピース間ボルトボックス１４Ａ同士を図示しない接合材（接合用の短ボルト）で固定することで、θ方向に隣り合う合成セグメント１０同士が機械的に連結されるようになっている。
【００２２】
地山側表面板１５は、Ｒ方向に略直交してＸ方向およびθ方向に沿った板状の湾曲鋼板から構成され、そのトンネル径方向内空側表面には、複数（本実施形態では、４枚）の地山側リブ材１６が鋼殻１１の内方に突出して固定されている。これらの地山側リブ材１６は、平板状の鋼材から構成され、地山側表面板１５に沿ってθ方向に延びるとともに地山側表面板１５の内面に溶接固定され、その両端部がそれぞれ継手板１４の内面に溶接固定されている。あるいは地山側リブ材１６の地山側表面板１５に当接する位置に図示しないフランジ材を突出させ、内空側表面板１５とボルトもしくはドリルネジ（いずれも図示せず）により係合した後に螺合部を止水処理することでもよい。
【００２３】
地山側リブ材１６は、図３に示すように、Ｒ方向に沿って突出して設けられており、すなわち複数の地山側リブ材１６同士が互いに平行に設けられている。この地山側リブ材１６には、その長手方向に沿って適宜な間隔で複数の孔１６Ａが当該地山側リブ材１６をＸ方向に貫通して設けられており、これらの孔１６Ａが中詰めコンクリート１２とのずれ止めとして機能するようになっている。
【００２４】
以上のような本実施形態の合成セグメント１０によれば、以下の効果を得ることができる。
すなわち、地山側表面板１５の内面に固定した複数の地山側リブ材１６が主桁１３と平行にθ方向（トンネル周方向）に沿って設けられているので、これらの地山側リブ材１６によって主桁１３を補強することができ、地山Ｇからの土圧や地下水の水圧に対して地山側リブ材１６が抵抗できることにより、合成セグメント１０の強度および剛性を向上させることができる。また、地山側リブ材１６に設けられた複数の孔１６Ａが中詰めコンクリート１２とのずれ止めとして機能することで、中詰めコンクリート１２との一体性を高めることができ、鋼殻１１と中詰めコンクリート１２とを一体的に挙動させる合成効果が得られ、合成セグメント１０の剛性や耐力をさらに向上させることができる。従って、地山側リブ材１６自体の補強効果と、中詰めコンクリート１２との合成効果とが得られることで、合成セグメント１０を高性能化させて薄型化を図ることができる。
【００２５】
なお、本実施形態の合成セグメントとしては、図２〜図４に示す合成セグメント１０に限らず、図５、６に示す合成セグメント１０Ａや、図７、８に示す合成セグメント１０Ｂであってもよい。
図５、６に示す合成セグメント１０Ａの鋼殻１１は、前記地山側表面板１５に代えて、トンネル内空Ｓ側にて対向する主桁１３，１３に渡って設けられる内空側表面板１７を備えて構成されている。この内空側表面板１７は、Ｒ方向に略直交してＸ方向およびθ方向に沿った板状の湾曲鋼板から構成され、そのトンネル径方向地山側表面には、複数（本実施形態では、４枚）の内空側リブ材１８が鋼殻１１の内方に突出して固定されている。これらの内空側リブ材１８は、平板状の鋼材を円弧状に曲げ加工して構成され、内空側表面板１７に沿ってθ方向に延びるとともに内空側表面板１７の内面に溶接固定され、その両端部がそれぞれ継手板１４の内面に溶接固定されている。あるいは前記地山側リブ１６と同様な方法により、フランジ材を介してボルトもしくはドリルネジにより係合してもよく、さらに当該箇所を止水処理することで止水性能が向上する。
【００２６】
内空側リブ材１８は、図５に示すように、Ｒ方向に沿って突出して設けられており、すなわち複数の内空側リブ材１８同士が互いに平行に設けられている。この内空側リブ材１８には、その長手方向に沿って適宜な間隔で複数の孔１８Ａが当該内空側リブ材１８をＸ方向に貫通して設けられており、これらの孔１８Ａが中詰めコンクリート１２とのずれ止めとして機能するようになっている。
【００２７】
一方、図７、８に示す合成セグメント１０Ｂの鋼殻１１は、前記地山側表面板１５と、前記内空側表面板１７との両方の表面板を備えて構成され、６面が囲まれた当該鋼殻１１の内部に中詰めコンクリート１２が充填されている。このような地山側表面板１５および内空側表面板１７において、地山側リブ材１６と内空側リブ材１８とは、互いにＲ方向に対向してつまりＸ方向の略同一位置に設けられている。
以上のような合成セグメント１０Ａ，１０Ｂによっても、前記合成セグメント１０と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る合成セグメント２０，２０Ａ，２０Ｂを図９に基づいて説明する。
合成セグメント２０，２０Ａ，２０Ｂは、前記第１実施形態の合成セグメント１０，１０Ａ，１０Ｂと同様の鋼殻２１および中詰めコンクリート２２を有して構成されている。すなわち、合成セグメント２０の鋼殻２１は、合成セグメント１０の鋼殻１１と同様に、対向する主桁２３，２３、一対の継手板（不図示）および地山側表面板２５を有し、合成セグメント２０Ａの鋼殻２１は、合成セグメント１０Ａの鋼殻１１と同様に、対向する主桁２３，２３、一対の継手板（不図示）および内空側表面板２７を有し、合成セグメント２０Ｂの鋼殻２１は、合成セグメント１０Ｂの鋼殻１１と同様に、対向する主桁２３，２３、一対の継手板（不図示）、地山側表面板２５および内空側表面板２７を有して構成されている。これらの合成セグメント２０，２０Ａ，２０Ｂでは、地山側リブ材２６および内空側リブ材２８の構成が第１実施形態と相違する。以下、相違点について詳しく説明する。
【００２９】
合成セグメント２０，２０Ｂにおいて、複数の地山側リブ材２６は、それぞれ地山側表面板２５への固定位置から所定の傾斜角度を有して突出して設けられ、互いに隣り合う一対の地山側リブ材２６同士は、その基端部から突出先端側（Ｒ方向トンネル内空Ｓ側）に向かって互いに接近する方向に傾斜して設けられている。具体的には、４枚の地山側リブ材２６のうち、内側２枚の地山側リブ材２６は、それぞれ図９中の破線Ａ１に沿って突出しており、これらの破線Ａ１は、Ｒ方向内空側（つまりトンネル内空Ｓ側）に延長した位置で交差し、Ｒ方向地山側（つまり地山Ｇ側）では交差しないようになっている。また、４枚の地山側リブ材２６のうち、外側２枚の地山側リブ材２６は、それぞれ図９中の破線Ｂ１に沿って突出しており、互いに隣り合う破線Ａ１と破線Ｂ１とは、Ｒ方向内空側に延長した位置で交差し、Ｒ方向地山側では交差しないようになっている。
【００３０】
一方、合成セグメント２０Ａ，２０Ｂにおいて、複数の内空側リブ材２８は、それぞれ内空側表面板２７への固定位置から所定の傾斜角度を有して突出して設けられ、互いに隣り合う一対の内空側リブ材２８同士は、その基端部から突出先端側（Ｒ方向地山Ｇ側）に向かって互いに接近する方向に傾斜して設けられている。具体的には、４枚の内空側リブ材２８のうち、内側２枚の内空側リブ材２８は、それぞれ図９中の破線Ａ２に沿って突出しており、これらの破線Ａ２は、Ｒ方向地山側（つまり地山Ｇ側）に延長した位置で交差し、Ｒ方向内空側（つまりトンネル内空Ｓ側）では交差しないようになっている。また、４枚の内空側リブ材２８のうち、外側２枚の内空側リブ材２８は、それぞれ図９中の破線Ｂ２に沿って突出しており、互いに隣り合う破線Ａ２と破線Ｂ２とは、Ｒ方向地山側に延長した位置で交差し、Ｒ方向内空側では交差しないようになっている。
【００３１】
以上のような傾斜角度を有して地山側リブ材２６や内空側リブ材２８が設けられていることで、地山側リブ材２６間に挟まれる位置の中詰めコンクリート２２は、地山Ｇ側に向かって角度が大きくなる楔状に形成され、内空側リブ材２８間に挟まれる位置の中詰めコンクリート２２は、トンネル内空Ｓ側に向かって角度が大きくなる楔状に形成されることから、隣り合う地山側リブ材２６や内空側リブ材２８によって中詰めコンクリート２２の移動が拘束されるようになっている。一般的に鋼殻と中詰めコンクリートとの一体性、さらには骨材を含有する中詰めコンクリート１２の充填性を念頭にすれば、このＲ方向に対する各リブ材２６，２８との傾斜角度は、３度〜６０度の範囲に設定すれば充分効果が得られる。本実施形態はセグメントピースのθ方向中央に向かってリブ材２６，２８が傾斜する例を示しているが、前記のようなリブ材間の相互関係が成立していれば良く、例えば全てのリブ材がθ方向片側に向かって傾斜していても本発明の効果は発揮される。
【００３２】
また、合成セグメント２０，２０Ａ，２０Ｂにおいて、Ｘ方向端部側の地山側リブ材２６と主桁２３との間の地山側表面板２５の内面には、鋼殻２１の内方に突出した突出部材としての頭付きスタッドボルト２５Ａが固定され、Ｘ方向端部側の内空側リブ材２８と主桁２３との間の内空側表面板２７の内面には、鋼殻２１の内方に突出した突出部材としての頭付きスタッドボルト２７Ａが固定されている。これらの頭付きスタッドボルト２５Ａ，２７Ａは、中詰めコンクリート２２とのずれ止めとして機能するようになっている。さらに、主桁２３の内面には、鋼殻２１の内方に突出した突出部材２３Ａが固定され、継手板の内面には、鋼殻２１の内方に突出した突出部材２４Ａが固定されている。これらの突出部材２３Ａ，２４Ａは、適宜な形状の鋼材を溶接固定したもので、中詰めコンクリート２２とのずれ止めとして機能するようになっている。もちろん頭つきスタッドボルト１５Ａに代わりＬ形鋼や溝形鋼など一般的に使用されるジベルであれば本発明の効果は発揮される。
【００３３】
以上のような本実施形態の合成セグメント２０，２０Ａ，２０Ｂによれば、前記第１実施形態と略同様の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
すなわち、地山側表面板２５や内空側表面板２７の内面に設けた複数の地山側リブ材２６や内空側リブ材２８のうち、互いに隣り合う一対の地山側リブ材２６同士や内空側リブ材２８同士が互いに接近する方向に傾斜して設けられているので、中詰めコンクリート２２と楔状に係合させることができ、これにより中詰めコンクリート２２と地山側表面板２５や内空側表面板２７との乖離が防止できる。また、主桁２３側においても頭付きスタッドボルト２５Ａ，２７Ａや２３Ａ，２４Ａによって、中詰めコンクリート２２の抜け出しが防止できる。従って、中詰めコンクリート２２と鋼殻２１とを一体的に挙動させる合成効果を高めることができ、合成セグメント２０，２０Ａ，２０Ｂの剛性や耐力を一層向上させてさらなる薄型化を図ることができる。
【００３４】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る合成セグメント３０，３０Ａ，３０Ｂを図１０に基づいて説明する。
合成セグメント３０，３０Ａ，３０Ｂは、前記第２実施形態の合成セグメント２０，２０Ａ，２０Ｂと同様の鋼殻３１および中詰めコンクリート３２を有して構成されている。すなわち、合成セグメント３０の鋼殻３１は、合成セグメント２０の鋼殻２１と同様に、対向する主桁３３，３３、一対の継手板（不図示）、地山側表面板３５および地山側リブ材３６を有し、合成セグメント３０Ａの鋼殻３１は、合成セグメント２０Ａの鋼殻２１と同様に、対向する主桁３３，３３、一対の継手板（不図示）、内空側表面板３７および内空側リブ材３８を有し、合成セグメント３０Ｂの鋼殻３１は、合成セグメント２０Ｂの鋼殻２１と同様に、対向する主桁３３，３３、一対の継手板（不図示）、地山側表面板３５、内空側表面板３７、地山側リブ材３６および内空側リブ材３８を有して構成されている。
【００３５】
本実施形態の合成セグメント３０，３０Ａ，３０Ｂでは、Ｘ方向端部側（主桁３３側）におけるずれ止めとして、前記第２実施形態の頭付きスタッドボルト２５Ａ，２７Ａや突出部材２３Ａ，２４Ａに代えて、リング間継手３３Ａおよび定着材３３Ｂを利用する点が第２実施形態と相違する。以下、相違点について詳しく説明する。
合成セグメント３０，３０Ａ，３０Ｂの主桁３３には、第１実施形態のボルトボックス１３Ａに代えてリング間継手３３Ａが固定され、このリング間継手３３Ａには、鋼殻３１の内側に突出して中詰めコンクリート３２に定着される定着材３３Ｂが固定されている。これらのリング間継手３３Ａは、Ｘ方向に隣り合う他の合成セグメント３０，３０Ａ，３０Ｂと接合するための継手部材であって、隣り合う他の合成セグメント３０，３０Ａ，３０Ｂにも略同様で雄雌逆のリング間継手３３Ａが固定されており、これらのリング間継手３３Ａ同士を機械的に嵌め合わせることで、Ｘ方向に隣り合う合成セグメント３０，３０Ａ，３０Ｂ同士が連結されるようになっている。そして、リング間継手３３Ａおよび定着材３３Ｂは、鋼殻３１の内側に突出して設けられていることで、中詰めコンクリート３２とのずれ止めとしても機能するようになっている。
【００３６】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態に係る合成セグメント４０を図１１に基づいて説明する。
合成セグメント４０は、第２、３実施形態の合成セグメント２０Ｂ，３０Ｂと同様の鋼殻４１および中詰めコンクリート４２を有して構成されている。すなわち、合成セグメント４０の鋼殻４１は、合成セグメント２０Ｂ，３０Ｂの鋼殻２１，３１と同様に、対向する主桁４３，４３、一対の継手板（不図示）、地山側表面板４５、内空側表面板４７、地山側リブ材４６および内空側リブ材４８を有して構成されている。地山側リブ材４６と内空側リブ材４８とは、Ｒ方向に対向して設けられ、互いに対向する地山側リブ材４６と内空側リブ材４８との間に複数のせん断補強材４９が設けられている。せん断補強材４９は、両端にフックを有した鉄筋で構成され、その両端のフックがそれぞれ地山側リブ材４６および内空側リブ材４８の貫通孔に挿通されて係合されている。
このような本実施形態の合成セグメント４０によれば、地山側リブ材４６と内空側リブ材４８とをせん断補強材４９で連結したことで、このせん断補強材４９によって中詰めコンクリート４２のせん断強度を高めることができ、合成セグメント４０全体の強度を向上させて、さらなる高性能化および薄型化を実現することができる。
【００３７】
〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態に係る合成セグメント５０，５０Ａを図１２に基づいて説明する。
合成セグメント５０，５０Ａは、第１、３実施形態の合成セグメント１０Ｂ，３０Ｂと同様の鋼殻５１および中詰めコンクリート５２を有して構成されている。すなわち、合成セグメント５０，５０Ａの鋼殻５１は、合成セグメント１０Ｂ，３０Ｂの鋼殻１１，３１と同様に、対向する主桁５３，５３、一対の継手板（不図示）、地山側表面板５５、内空側表面板５７、地山側リブ材５６および内空側リブ材５８を有して構成されている。合成セグメント５０Ａの主桁５３には、リング間継手５３Ａおよび定着材５３Ｂが固定されている。そして、合成セグメント５０，５０Ａにおいて、地山側リブ材５６と内空側リブ材５８とは、互いにＸ方向にずれた位置に設けられている。
このような本実施形態の合成セグメント５０，５０Ａによれば、内空側表面板５７の内空側リブ材５８と地山側表面板５５の地山側リブ材５６とを、Ｒ方向に対向しないずれた位置に設けたことで、内空側リブ材５８および地山側リブ材５６を起点としたひび割れが重ならないようにでき、ひび割れ長さを長くすることができるため、中詰めコンクリート５２の強度を高めることができる。
【００３８】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態では、地山側リブ材１６，２６，３６，４６，５６および内空側リブ材１８，２８，３８，４８，５８として平板状の鋼材を用いたが、これらのリブ材として用いる鋼材は、屈折状や屈曲状のものでもよく、また表面に凹凸を有したものなどでもよい。さらに、リブ材としては、平板状の鋼材を複数組み合わせて、例えばＶ字形やＴ字形に形成したものなどが利用可能である。
また、充填材としては、コンクリートに限らず、無収縮モルタルなど、適宜な強度および剛性を有したものであれば利用可能である。
また、前記実施形態では、頭付きスタッドボルト２５Ａ，２７Ａや突出部材２３Ａ，２４Ａをずれ止めとして用いたが、ずれ止めとして利用する突出部材としては、前記実施形態のものに限らず、適宜な形状のものが利用可能であるとともに、その個数も特に限定されない。さらに、突出部材は本発明の必須要件ではなく適宜に省略することができる。
【００３９】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４０】
１…トンネル覆工、１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０，２０Ａ，２０Ｂ，３０、３０Ａ，３０Ｂ，４０，５０，５０Ａ…合成セグメント、１１，２１，３１、４１，５１…鋼殻、１２，２２，３２，４２，５２…中詰めコンクリート（充填材）、１３，２３，３３，４３，５３…主桁、２３Ａ，２４Ａ…突出部材、１４…継手板、１５，２５，３５，４５，５５…地山側表面板、１６，２６，３６，４６，５６…地山側リブ材、１７，２７，３７，４７，５７…内空側表面板、１８，２８，３８，４８，５８…内空側リブ材、２５Ａ，２７Ａ…頭付きスタッドボルト（突出部材）、３３Ａ…リング間継手（継手部材）、３３Ｂ…定着材（突出部材）、４９…せん断補強材、Ｇ…地山、Ｓ…トンネル内空。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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