(57)【要約】【課題】熱によるひずみを生じることなく、過大な荷重による剪断破壊やコンクリートと鋼材との分離を防止する。【解決手段】合成セグメント１は、円弧板状の外周面の四辺の角部を形成する断面略Ｌ字形状の外側枠体部９と、同一構成の内側枠体部１０とを対向配置する。両枠体部のプレート９ｂ、１０ｂには断面Ｉ型のラチス１１の上下のフランジ１１ａ、１１ｂがそれぞれ連結する。ラチス１１の各フランジ１１ａ、１１ｂの雌ねじ部にジベルとしてボルト１３を螺合させる。ボルト１３は非加熱で連結させたため、溶接ひずみを生じないでコンクリート３と高い付着強度で密着する。【選択図】図２
2006161334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼殻の内部にコンクリートを打設してなる円弧板状をなす合成セグメントにおいて、
前記鋼殻は、円弧板状の外周面の四辺の角部を形成する第一枠体部と、円弧版状の内周面の四辺の角部を形成する第二枠体部とで形成され、
前記第一枠体部及び/または第二枠体部の内面に非加熱手段によってジベルが連結され、該ジベルは鋼殻の内部に充填されたコンクリートが密着して覆われていることを特徴とする合成セグメント。
【請求項２】
鋼殻の内部にコンクリートを打設してなる円弧板状をなす合成セグメントにおいて、
前記鋼殻は、円弧板状の外周面の四辺の角部を形成する第一枠体部と、円弧版状の内周面の四辺の角部を形成する第二枠体部とで形成され、  前記第一及び第二枠体部を連結する連結部材が設けられ、
該連結部材に非加熱手段によってジベルが連結され、該ジベルは鋼殻の内部に充填されたコンクリートが密着して覆われていることを特徴とする合成セグメント。
【請求項３】
前記ジベルは、前記第一及び第二枠体部または連結部材に螺合されたボルト、前記第一及び第二枠体部または連結部材の孔部内に圧入されたピン、前記第一及び第二枠体部または連結部材に形成された凹部または孔部の少なくともいずれかである請求項１または２に記載の合成セグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼殻の内部にコンクリートを打設してなるトンネル覆工用の合成セグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルの構築に用いられる施工方法として、トンネル状の掘削穴を掘削しつつ、その内面に円弧板状のセグメントを複数連結して略筒状の壁体を構築する、いわゆるシールド工法が一般的である。掘削穴内でのセグメントの連結に際しては、各セグメントのセグメント継手とリング継手を他のセグメントのセグメント継手とリング継手にそれぞれ連結させ、しかも掘削穴の軸方向に隣り合う各セグメントを周方向に例えばリング間のボルトピッチ分づつずらして連結するようにしている。
シールド工法に用いられるセグメントとして、例えばコンクリート製セグメント、鋼製（スチール製）セグメント、鋼材（スチール）とコンクリートを複合使用した合成セグメントの３種類のセグメントが知られている。これらセグメントのうち、合成セグメントは円弧板状の鋼殻内にコンクリートを充填して製造されている。このような合成セグメントにおいて、鋼殻とコンクリートとの一体化を増強させると共にずれ止めのためにジベル等が内部に設けられてコンクリートで覆われているものがある。
【０００３】
一般的に鋼材とコンクリートの接触面に作用する剪断力を抑制するために、ジベル等のずれ止め、例えばアングル、スタッド、フック筋等のジベルを鋼材に溶接等で固着してその周囲を覆うようにコンクリートで固めている。これによって鋼材とコンクリートの接触面におおきな剪断力が作用してもずれ止め効果を高めるようにしている。
トンネル覆工用セグメントにおいても、例えば特許文献１に記載のように板状の鋼材で囲われた円弧板状の外側鋼殻内に中空部を形成する内側鋼殻を設け、外側鋼殻の内面と内側鋼殻の外面にずれ止め用のジベルを溶接しておき、外側鋼殻と内側鋼殻の空間部分にコンクリートを充填するようにしたものがある。これによって鋼殻とコンクリートを一体化してずれ止め効果を高めている。
【特許文献１】特開平７−４２４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したセグメントでは、ジベルを鋼殻に溶接した構造であるために、溶接時の熱によってジベルと鋼殻とに溶接ひずみが発生してしまう。そのため、セグメントに過大な荷重がかかってジベルとコンクリートとの間に大きな剪断力が働くと、溶接ひずみによってジベルや鋼殻とコンクリートとの付着力が低下しているために分離したり剪断破壊を生じるという欠点があった。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みて、熱による溶接ひずみを生じることなく、過大な荷重が働いても剪断破壊やジベルや鋼殻とコンクリートとの分離を防止できるようにした合成セグメントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による合成セグメントは、鋼殻の内部にコンクリートを打設してなる円弧板状をなす合成セグメントにおいて、鋼殻は、円弧板状の外周面の四辺の角部を形成する第一枠体部と、円弧版状の内周面の四辺の角部を形成する第二枠体部とで形成され、第一枠体部及び/または第二枠体部の内面に非加熱手段によってジベルが連結され、該ジベルは鋼殻の内部に充填されたコンクリートが密着して覆われていることを特徴とする。
本発明によれば、ジベルを非加熱手段によって第一枠体部や第二枠体部に連結するようにしたから、熱によるひずみがジベルや第一枠体部、第二枠体部等に発生しない。そのため、充填されたコンクリートとジベル及び鋼殻とが強固に密着し、外部からかかる荷重によって剪断力が働いても、コンクリートがジベルや鋼殻から分離したり剪断破壊を生じることがなく、高い一体性と剛性及び強度を確保できる。
【０００７】
また本発明による合成セグメントは、鋼殻の内部にコンクリートを打設してなる円弧板状をなす合成セグメントにおいて、鋼殻は、円弧板状の外周面の四辺の角部を形成する第一枠体部と、円弧版状の内周面の四辺の角部を形成する第二枠体部とで形成され、更に第一及び第二枠体部を連結する連結部材が設けられ、この連結部材に非加熱手段によってジベルが連結され、ジベルは鋼殻の内部に充填されたコンクリートが密着して覆われていることを特徴とする。
本発明によれば、上述の発明と同様に、熱によるひずみがジベルや連結部材、第一枠体部、第二枠体部等に発生しないから、コンクリートとジベル及び連結部材、鋼殻とが強固に密着し、剪断力が働いてもコンクリートがジベルや連結部材等から分離したり剪断破壊を生じることがなく高い一体性と剛性及び強度を確保できる。
【０００８】
なお、ジベルは、第一、第二枠体部または連結部材に螺合されたボルト、第一、第二枠体部または連結部材の孔部内に圧入されたピン、第一、第二枠体部または連結部材に形成された凹部または孔部の少なくともいずれかであってよい。
これらのジベルを鋼殻や連結部材に設ければ、熱を加えないためにジベルや連結部材や鋼殻等にひずみが発生せず、コンクリートとの高い密着性と強度を付与できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による合成セグメントによれば、ジベルや鋼殻等の鋼材に熱ひずみを起こさず、コンクリートと強固に密着し、外部からかかる荷重によって剪断力が働いてもコンクリートがジベルや鋼殻等の鋼材から分離したり剪断破壊を生じることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１乃至図６は第一の実施の形態による合成セグメントを示すもので、図１は合成セグメントの斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は鋼殻及びラチスの斜視図、図４は合成セグメントからスキンプレートを分離した分解斜視図、図５はラチスの部分側面図、図６は図５のＢ−Ｂ線断面図である。
図１及び図２において、本実施の形態による合成セグメント１は、例えばシールド工法によって大断面のトンネルの内壁に構築されるトンネル覆工体を形成するもので、薄肉板状で略円筒周面形状（以下、円弧板状という）をなしている。この合成セグメント１は鋼殻２とその内部に充填されるコンクリート３とを有している。そして合成セグメント１の短辺側側面４にはトンネルの周方向の連結のためのセグメント間継手５が設けられ、このセグメント間継手５は中継継手部５ａとインサート継手部５ｂとを有している。また長辺側側面６にはトンネルの軸方向の連結のためのリング間継手７が例えば４個設けられている。
【００１１】
次に合成セグメント１の鋼殻２について図３及び図４により説明する。図３に示す鋼殻２において、トンネル内に装着した状態で地山側に位置する外周面には、合成セグメント１の外周面を構成して四辺の角部に位置する外側枠体部９（第一枠体部）が形成されている。この外側枠体部９は長辺方向が略円筒周面形状に湾曲して形成されており、しかも、断面略Ｌ字形状をなすように互いに直交する第一プレート部９ａと第二プレート部９ｂとで形成されている（図２参照）。第一プレート部９ａは合成セグメント１の厚み方向に延び、第二プレート部９ｂはセグメントの外周面方向に延びている。
また、合成セグメント１においてトンネル内に装着状態で内側に位置する内周面には、外側枠体部９に対向する位置に合成セグメント１の内周面を構成して四辺の角部に位置する内側枠体部１０（第二枠体部）が形成されている。この内側枠体部１０は外側枠体部９と同様に略円筒周面形状に湾曲して形成され、断面略Ｌ字形状をなすように互いに直交する第一プレート部１０ａと第二プレート部１０ｂとで形成されている。第一プレート部１０ａは合成セグメント１の厚み方向に延び、第二プレート部１０ｂはセグメントの内周面方向に延びている。
外側枠体部９と内側枠体部１０はいずれも鋼材で構成されている。
【００１２】
これら鋼殻２を構成する外側及び内側枠体部９，１０において、互いに対向する長辺方向部分の第二プレート９ｂ、１０ｂの内側にＩ字型断面のラチス１１が連結されている。即ち図２，３、５に示すように、ラチス１１は、それぞれ第二プレート９ｂ、１０ｂの長辺方向部分にそれぞれ連結されるフランジ１１ａ、１１ｂと、これらフランジ１１ａ、１１ｂ間を連結する板状または棒状のウエブ１１ｃとで構成され、各フランジ１１ａ、１１ｂの長手方向の両端は第二プレート９ｂ、１０ｂの短辺方向部分に連結されている。そして、ウエブ１１ｃは側面視で略三角形を形成するように交互に逆方向に傾斜してフランジ１１ａ、１１ｂに連結され、耐剪断力と曲げ耐性を発揮する。
ラチス１１は両側の長辺方向部分の第二プレート９ｂ、１０ｂにそれぞれ設けられている。そして、これら外側及び内側枠体部９，１０とラチス１１、１１は合成セグメント１の構造体を構成する。なお、ラチス１１のウエブ１１ｃは設けなくてもよいため、ウエブ１１ｃを構造体に含めなくてよい。
【００１３】
そして、図２及び図５に示すように、各ラチス１１において、ウエブ１１ｃの両側にはフランジ１１ａ、１１ｂにジベルとしてボルト１３が螺合によって固着されている。ボルト１３とフランジ１１ａ、１１ｂの結合状態は図６の断面図に示されている。図中、ウエブ１１ｃの両側のフランジ１１ａ（及び１１ｂ）には雌ねじ孔１４が穿孔されており、この雌ねじ孔１４にボルト１３が完全にねじ込まれた状態でボルト１３の先端部はフランジ１１ａから突出せず、ボルト１３の拡径した頭部１３ａはフランジ１１ａから所定の距離だけ離れた位置に保持されている。
図５に示すように、ボルト１３は例えばラチス１１の略三角形をなす２本のウエブ１１ｃ、１１ｃ間の中央部両側にそれぞれ固着されていることが好ましい。
そして、図４に示すように、鋼殻２の外側枠体部９の外側にはスキンプレート１５が溶接等で固着されている。
また、外側及び内側枠体部９，１０の厚み方向のプレート９ａ、１０ａには外側に凹溝１７が全周に亘って形成されており、この凹溝１７にはシール材１８が貼り付けられている。これによって各合成セグメント１を各継手部で連結した際に、地山側の地下水等がトンネル内に漏水することはない。
なお、雌ねじ孔１４は袋止め状の底部を有する、貫通しない有底孔としてもよい。
【００１４】
本実施の形態による合成セグメント１は上述の構成を有しているから、その製造工程においてラチス１１のフランジ１１ａ、１１ｂの雌ねじ孔１４にジベルとしてボルト１３をねじ込んで固着したため、溶接やろう付け等の熱を加えることなく設置でき、熱によるひずみがボルト１３やラチス１１、鋼殻２等の鋼材に発生しない。そのため、図示しない型枠に囲われて保持された鋼殻２内にコンクリート３を充填し固化させると、得られた合成セグメント１は、固化したコンクリート３とボルト１３やラチス１１、鋼殻２の内面との密着強度が高く、コンクリート３とボルト１３やラチス１１、鋼殻２等との接触面に荷重等による剪断力が働いても高い耐荷力を発揮でき、特にジベルとしてのボルト１３によってずれ止め効果と曲げ剛性が高くコンクリート３と各鋼材との高い一体性と強度及び剛性を確保できる。
【００１５】
次に本発明の実施の形態による合成セグメント１やジベルの変形例について説明するが、上述の実施の形態と同一または同様の部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
図７はジベルの連結構造についての第一変形例を示すラチスの要部縦断面図である。図７において、ラチス１１にはフランジ１１ａ（及び１１ｂ）のウエブ１１ｃの両側に一対の円柱状の貫通孔２０、２０が穿孔されている。貫通孔２０には貫通孔２０の内径よりも若干外径の大きい軸部２１ａを有するピン２１が圧入される。このピン２１は軸部２１ａの頭部に拡径頭部２１ａが形成されている。ピン２１を貫通孔２０内に圧入した状態で軸部２１ａの先端がフランジ１１ａから反対側に突出しない構成を有している。そのためには、ピン２１の圧入時に剛性基板上にフランジ１１ａを載置して圧入作業を行うとよい。
ピン２１の圧入状態で軸部２１ａの一部及び頭部２１ｂはフランジ１１ａの内側（図中、上方）に突出している。また、圧入を容易にするためにピン２１の軸部２１ａの先端を面取りしたり、貫通孔２０の圧入口角部を面取りしておくとよい。
なお、貫通孔２０に代えて袋止めの有底孔を設けてもよい。
【００１６】
次に図８はジベルの構造についての第二変形例を示すラチスの要部斜視図である。
図において、ラチス１１のフランジ１１ａ（及び１１ｂ）上でウエブ１１ｃの両側にジベルとして複数の円筒状の孔部２３ａ、２３ｂがそれぞれ所定間隔で配列されている。そのため、型枠内で鋼殻２内にコンクリート３を打設すると、孔部２３ａ、２３ｂ内にも充填されるためジベルとしての効果を発揮させることができる。孔部２３ａ、２３ｂは貫通孔であっても型枠とスキンプレート１５によって孔部２３ａ、２３ｂからコンクリートが外部に突出して硬化することはない。
なお、孔部２３ａ、２３ｂは有底の孔部でもよく、また孔部２３ａ、２３ｂの形状は円筒形状に限定されることなく、星形筒状、多角筒状、開口よりも内部が拡径または拡幅された孔部等、任意の形状を採用できる。
【００１７】
次に図９は合成セグメント１の構造体の変形例を示す図２と同様な縦断面図である。
図９に示す合成セグメント１において、外側枠体部９と内側枠体部１０の第二プレート部９ｂ、１０ｂの長辺部分に対して一対のラチス１１は分離して配設され、各ラチス１１の上下方向に位置するフランジ１１ａ、１１ｂはその両端が外側枠体部９の第二プレート９ｂと内側枠体部１０の第二プレート部１０ｂの各短辺側部分に連結されて構成されている。これによって合成セグメント１の構造体を構成する。
各ラチス１１、１１には第一の実施の形態や変形例と同様にフランジ１１ａ、１１ｂにボルト１３等のジベルが非加熱手段で固着されている。そして、鋼殻２内にはコンクリートが充填されて固化されている。
これらの各変形例においても実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００１８】
なお、上述の実施の形態や変形例では、外側枠体部９と内側枠体部１０とを連結する連結部材として、ウエブ１１ｃを略三角形状に配列したラチス１１を配設したが、ウエブ１１ｃの形状は任意である。また、ラチス１１は鋼殻２の長辺方向に配設したが、短辺方向や対角線方向に配設してもよい。
また連結部材は、外側枠体部９及び内側枠体部１０とは別個のラチス１１である必要はなく、単に外側枠体部９及び内側枠体部１０を連結する例えばウエブ１１ｃと同様な板状または棒状の部材で構成してもよい。
上述した実施の形態では、ラチス１１が外側枠体部９及び内側枠体部１０のプレート９ｂ、１０ｂに連結されて一体化されているために、ボルト１３等のジベルは外側枠体部９及び内側枠体部１０に連結されているとすることもできる。この場合、ジベルは外周面や内周面方向の第二プレート９ｂ、１０ｂに限らず、厚み方向の第一プレート９ａ、１０ａに連結するようにしてもよい。或いはラチス１１のウエブ１１ｃにジベルを連結してもよい。
また、ジベルとしては、実施の形態等で提示したボルト１３、ピン２１、孔部２３ａ、２３ｂに限らず適宜の形状のものを採用できる。ジベルは連結に際して溶接やろう付け等の加熱を用いない非加熱手段によって鋼材に連結すればよい。また、ジベルは鋼殻２やラチス１１の少なくとも一部に連結すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態による合成セグメントの斜視図である。
【図２】図１に示す合成セグメントのＡ−Ａ線縦断面図である。
【図３】図１に示す合成セグメントの構造体を示す図である。
【図４】合成セグメントからスキンプレートを分離した斜視図である。
【図５】ラチスの部分側面図である。
【図６】図５に示すラチスのジベル部分のＢ−Ｂ線拡大縦断面図である。
【図７】ジベルの第一変形例を示す図である。
【図８】ジベルの第二変形例を示す図である。
【図９】合成セグメントの変形例を示す図２と同様な図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  合成セグメント
２  鋼殻
３  コンクリート
９  外側枠体部（第一枠体部）
１０  内側枠体部（第二枠体部）
１１  ラチス（連結部材）
１３  ボルト（ジベル）
１４  雌ねじ孔
２０  圧入孔
２１  ピン（ジベル）
２３ａ、２３ｂ  孔部
【図１】
2006161334.tif 000003
【図２】
2006161334.tif 000004
【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】
2006161334.tif 000009
【図８】
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【図９】
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