(57)【要約】【課題】 内部の鉄筋コンクリート構造と外殻とが強度的に一体化してなる合成セグメントの製造方法を提供する。【解決手段】  主桁１、継手板５、スキンプレート３、及び開口部７を有する縦リブ２を備えた鋼殻に、棒状鋼材４を縦リブ２に交差して設置し、中詰めコンクリート６を充填してなる合成セグメントにおいて、主桁１を所定の取り付け位置に仮置きしたスキンプレート３上に縦リブ２を組み込み溶接し、その後棒状鋼材４を縦リブ２内に挿通し、スキンプレート３、縦リブ２、棒状鋼材４からなる部材を形成し、最後に当該部材を主桁１、継手板５からなる外殻とスキンプレート３及び縦リブ２を溶接にて一体成型し、形成された外殻内部にコンクリート６を打設する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主桁、継手板、スキンプレート、及び開口部を有する１枚又は２枚以上の縦リブを備えた鋼殻に、棒状鋼材を縦リブの開口部に交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントの製造方法において、
縦リブとスキンプレートとを本溶接した後に棒状鋼材を縦リブの開口部に挿通し、その後、鋼殻を一体化して最後に中詰コンクリートを充填する工程を有し、
各縦リブにおけるスキンプレートとの溶接部の長さの合計がセグメント幅の５％以上６５％未満となるように溶接することを特徴とする合成セグメントの製造方法。
【請求項２】
主桁、継手板、スキンプレート、及び開口部を有する１枚又は２枚以上の縦リブを備えた鋼殻に、棒状鋼材を縦リブの開口部に交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントの製造方法において、
スキンプレートに主桁を仮付け溶接し、開口部を有する縦リブをスキンプレートに本溶接し、棒状鋼材を縦リブの開口部に挿通し、継手板を主桁またはスキンプレートの少なくともいずれかに仮溶接し、その後、スキンプレートと主桁、スキンプレートと継手板、縦リブと主桁、及び主桁と継手板を本溶接して一体化した鋼殻とし、最後に鋼殻内部にコンクリートを打設する工程を有し、
各縦リブにおけるスキンプレートとの溶接部の長さの合計がセグメント幅の５％以上６５％未満となるように溶接することを特徴とする合成セグメントの製造方法。
【請求項３】
主桁、継手板、スキンプレート、及び開口部を有する１枚又は２枚以上の縦リブを備えた鋼殻に、棒状鋼材を縦リブの開口部に交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントの製造方法において、
主桁、縦リブ、片方の継手板、及びスキンプレートをそれぞれ仮付け溶接して組み立て、主桁のたわみ防止用幅止め材を、残りの継手板の取付位置から残りの継手板に一番近い縦リブの取り付け位置の間に主桁間に渡って設置し、主桁、縦リブ、片側の継手板、及びスキンプレートをそれぞれ本溶接した後、主桁のたわみ防止用幅止め材を外した後に縦リブの開口部に棒状鋼材を挿通する工程、又は縦リブの開口部に棒状鋼材を挿通した後に主桁のたわみ防止用幅止め材を外す工程のいずれか一方の工程の後、残った継手板を本溶接して一体化した鋼殻とし、最後に鋼殻内部にコンクリートを打設する工程を有し、
各縦リブにおけるスキンプレートとの溶接部の長さの合計がセグメント幅の５％以上６５％未満となるように溶接することを特徴とする合成セグメントの製造方法。
【請求項４】
主桁、継手板、スキンプレート、及び開口部を有する１枚又は２枚以上の縦リブを備えた鋼殻に、棒状鋼材を縦リブの開口部に交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントの製造方法において、
主桁、縦リブ、片方の継手板、及びスキンプレートをそれぞれ仮付け溶接して組み立て、主桁のたわみ防止用幅止め材を、残りの継手板の取付位置から残りの継手板に一番近い縦リブの取り付け位置の間に主桁間に渡って設置し、主桁、縦リブ、片側の継手板、及びスキンプレートをそれぞれ本溶接した後、縦リブの開口部に棒状鋼材を挿通し、その後、残りの継手板を本溶接してから主桁のたわみ防止用幅止め材を外して一体化した鋼殻とし、最後に鋼殻内部にコンクリートを打設する工程を有し、
各縦リブにおけるスキンプレートとの溶接部の長さの合計がセグメント幅の５％以上６５％未満となるように溶接することを特徴とする合成セグメントの製造方法。
【請求項５】
主桁、継手板、スキンプレート、及び開口部を有する１枚又は２枚以上の縦リブを備えた鋼殻に、棒状鋼材を縦リブの開口部に交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントの製造方法において、
主桁、縦リブ、片方の継手板、及びスキンプレートをそれぞれ仮付け溶接し、トンネル内縁側に凹状開口部を有する縦リブに棒状鋼材を挿通し、凹状の開口部を塞ぐように定着鋼板を縦リブに本溶接し、その後、主桁、縦リブ、片方の継手板、及びスキンプレートをそれぞれ本溶接して一体化した鋼殻とし、最後に鋼殻内部にコンクリートを打設する工程を有し、
前記定着鋼板を縦リブに溶接する前に、定着鋼板の溶接による縦リブの溶接収縮分だけ主桁内縁側間隔を広げて主桁をスキンプレートに仮付け溶接し、
各縦リブにおけるスキンプレートとの溶接部の長さの合計がセグメント幅の５％以上６５％未満となるように溶接することを特徴とする合成セグメントの製造方法。
【請求項６】
前記棒状鋼材を前記合成セグメント用の鋼殻内に挿入する際、合成セグメント用の鋼殻を組み立て治具と共に角度調整可能なポジショナーの上に載置して固定し、ポジショナーを所定の角度に調整した後に、棒状鋼材を合成セグメント用の鋼殻内に挿入することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの１項に記載の合成セグメントの製造方法。
【請求項７】
主桁、継手板、スキンプレート、及び開口部を有する１枚又は２枚以上の縦リブを備えた鋼殻に、棒状鋼材を縦リブの開口部に交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントであって、各縦リブにおけるスキンプレートとの溶接部の長さの合計がセグメント幅の５％以上６５％未満であることを特徴とする合成セグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネル内に覆工体として用いられるセグメント及びセグメントの製造方法に関し、特に、鉄筋コンクリート構造を鋼板等で覆って一体化してなる合成セグメント及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内部に鉄筋コンクリート構造を有する合成セグメントの製造方法には、例えば特許文献１に示されているように、外周の６面を構成するセグメント外殻のうち、トンネル外方面に配置される面の板を除く残りの５面の板で構成される外殻を初めに製作し、次にその外殻で形成される内部空間の中に鉄筋を配置し、その後外殻の残りの１面を最初の５面からなる外殻に被せて、最後に外殻の一部に空けた注入孔からコンクリートを打設する方法が知られている。
【０００３】
この工法では、外殻の板材に突起を取り付けることにより内部の鉄筋コンクリート構造と外殻との一体化を行っている。しかし当該技術では、内部に配設された鉄筋と外殻とが直接繋がっておらず、外殻を形成する板材の表面にある突起とコンクリートが接しているのみで、セグメントに外力として曲げ荷重が作用したときに、内部の鉄筋コンクリート構造と外殻とが一体化して外力に抵抗せず、セグメント全体が強度的に一体化していない。
【０００４】
また特許文献２にあるように、外殻の一部である主桁と一体化した縦リブの上に鉄筋を載せる製造方法が開示されている。鉄筋により、コンクリート内周部の強度を向上させ、コンクリートのクラックや脱落発生を回避する効果があるが、土水圧などによりセグメントに曲げモーメントが発生した場合、円弧状である鉄筋が引っ張られることで直線上になろうとし、鉄筋を被覆しているトンネル内空側のコンクリートが剥落する恐れがある。
【０００５】
内部の鉄筋コンクリート構造と外殻とが強度的に一体化した合成セグメントの製造方法として、特許文献３には、図１に示すように、予め棒状鋼材４を複数の縦リブ２の開孔７に配置し、棒状鋼材４と縦リブ２から成る梯子状部材を構築し、それを主桁１・継手板５からなる鋼殻内に配置し、縦リブ２両端部を主桁１に溶接により固定し、最後にスキンプレート３の周縁部を主桁１と継手板５に溶接して固定する方法が示されている。この方法によれば、棒状鋼材４が縦リブ２により拘束されているため、セグメントに荷重が作用したときでも棒状鋼材がコンクリート内から抜け出すことはなく、強度的に一体化した合成セグメントとなる。
【特許文献１】特開平９−２２８７８７号公報
【特許文献２】特開平８−２７７６９８号公報
【特許文献３】特開２００４−２７０２７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の技術では、特許文献１、２のような製造方法では、内部に配設する鉄筋はセグメント制作上支障とならず、容易に外殻内に収めることができるが、実際にトンネル内でセグメントとして使用されたとき、土水圧により発生する荷重に対して、内部の鉄筋コンクリート６と外殻が一体化して抵抗しない問題点があった。
【０００７】
また特許文献３にあるような製造方法では、内部の鉄筋コンクリート構造と外殻とが一体化して外力に抵抗する構造体として機能するものの、鋼殻製造時に、内部に配置された棒状鋼材４と縦リブ２が障害となり、溶接ロボットのトーチが溶接箇所まで届かず製造の自動ライン化に載らないという課題があり、また手溶接するにも狭い範囲内での作業となり、作業効率が著しく悪いことが問題であった。
【０００８】
溶接ロボットにて全て溶接が可能となるよう、スキンプレート３、縦リブ２、主桁１、継手板５、外縁側棒状鋼材１５から成る鋼殻を全て先に本溶接し、後から内縁側の棒状鋼材１４を挿入する方法もいくつか従来から試みられてきている。
【０００９】
内縁側棒状鋼材１４が鋼殻内部空間に存在しない状態では、溶接ロボットのトーチ２４（図１１ｃ参照）が溶接箇所に全て届くことができるというメリットがある。しかし図２に示すように、上記鋼殻内に後から内縁側の棒状鋼材１４を挿入しようとすると、継手板５に一番近い縦リブ２の開口部から挿入していくとき、棒状鋼材４と継手板５が干渉して、それ以上先の縦リブ２に棒状鋼材１４を通すことが出来ない不具合があった。
【００１０】
前記の不具合を解決するための一つの方法として、縦リブ２の一部を切り欠く試みが成されているが、縦リブ２の棒状鋼材４の抜け出しに対する耐力が不足してしまう不具合が発生したり、また別の方法として、継手板５に棒状鋼材４挿通用の孔を空けたり継手板５の一部を切り欠いて後から切り欠いた部分を溶接にて取り付ける方法も試みられているが、止水性、防食性状の観点からセグメントとしての性能を損なうことになったり、溶接箇所が増え寸法精度確保が困難になる、ロボット溶接で処理できない場所が増え加工手間が増大するなどの問題は残されたままであった。
【００１１】
本発明は前記の問題を解決し、本溶接を溶接ロボットによる作業とすることを可能とし、加工労力を削減し、生産性向上、及びコストダウンが可能な合成セグメントの製造方法を提供することを目的とする。
更には、溶接収縮ひずみ量を削減し、セグメントに必要とされる寸法精度を向上できる合成セグメントの製造方法及び合成セグメントの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の課題を解決するために、合成セグメントの製造方法を次のように構成する。
【００１３】
第一発明の合成セグメントの製造方法では、主桁、継手板、スキンプレート、及び開口部を有する１枚又は２枚以上の縦リブを備えた鋼殻に、棒状鋼材を縦リブの開口部に交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントの製造方法において、縦リブとスキンプレートとを本溶接した後に棒状鋼材を縦リブの開口部に挿通し、その後、鋼殻を一体化して最後に中詰コンクリートを充填する工程を有し、各縦リブにおけるスキンプレートとの溶接部の長さの合計がセグメント幅の５％以上６５％未満となるように溶接することを特徴とする。
【００１４】
第二発明の合成セグメントの製造方法では、主桁、継手板、スキンプレート、及び開口部を有する１枚又は２枚以上の縦リブを備えた鋼殻に、棒状鋼材を縦リブの開口部に交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントの製造方法において、スキンプレートに主桁を仮付け溶接し、開口部を有する縦リブをスキンプレートに本溶接し、棒状鋼材を縦リブの開口部に挿通し、継手板を主桁またはスキンプレートの少なくともいずれかに仮溶接し、その後、スキンプレートと主桁、スキンプレートと継手板、縦リブと主桁、及び主桁と継手板を本溶接して一体化した鋼殻とし、最後に鋼殻内部にコンクリートを打設する工程を有し、各縦リブにおけるスキンプレートとの溶接部の長さの合計がセグメント幅の５％以上６５％未満となるように溶接することを特徴とする。
【００１５】
第三発明の合成セグメントの製造方法では、主桁、継手板、スキンプレート、及び開口部を有する１枚又は２枚以上の縦リブを備えた鋼殻に、棒状鋼材を縦リブの開口部に交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントの製造方法において、
主桁、縦リブ、片方の継手板、及びスキンプレートをそれぞれ仮付け溶接し、主桁のたわみ防止用幅止め材を、残りの継手板の取付位置から残りの継手板に一番近い縦リブの取り付け位置の間に主桁間に渡って設置し、主桁、縦リブ、片側の継手板、及びスキンプレートをそれぞれ本溶接した後、主桁のたわみ防止用幅止め材を外した後に縦リブの開口部に棒状鋼材を挿通する工程、又は縦リブの開口部に棒状鋼材を挿通した後に主桁のたわみ防止用幅止め材を外す工程のいずれか一方の工程の後、残った継手板を本溶接して一体化した鋼殻とし、最後に鋼殻内部にコンクリートを打設する工程を有し、
各縦リブにおけるスキンプレートとの溶接部の長さの合計がセグメント幅の５％以上６５％未満となるように溶接することを特徴とする。
【００１６】
第四発明の合成セグメントの製造方法では、主桁、継手板、スキンプレート、及び開口部を有する１枚又は２枚以上の縦リブを備えた鋼殻に、棒状鋼材を縦リブの開口部に交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントの製造方法において、
主桁、縦リブ、片方の継手板、及びスキンプレートをそれぞれ仮付け溶接し、主桁のたわみ防止用幅止め材を、残りの継手板の取付位置から残りの継手板に一番近い縦リブの取り付け位置の間に主桁間に渡って設置し、主桁、縦リブ、片側の継手板、及びスキンプレートをそれぞれ本溶接した後、縦リブの開口部に棒状鋼材を挿通し、その後、残りの継手板を本溶接してから主桁のたわみ防止用幅止め材を外して一体化した鋼殻とし、最後に鋼殻内部にコンクリートを打設する工程を有し、
各縦リブにおけるスキンプレートとの溶接部の長さの合計がセグメント幅の５％以上６５％未満となるように溶接することを特徴とする。
【００１７】
第五発明の合成セグメントの製造方法では、主桁、継手板、スキンプレート、及び開口部を有する１枚又は２枚以上の縦リブを備えた鋼殻に、棒状鋼材を縦リブの開口部に交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントの製造方法において、
主桁、縦リブ、片方の継手板、及びスキンプレートをそれぞれ仮付け溶接し、トンネル内縁側に凹状開口部を有する縦リブに棒状鋼材を挿通し、凹状の開口部を塞ぐように定着鋼板を縦リブに本溶接し、その後、主桁、縦リブ、片方の継手板、及びスキンプレートをそれぞれ本溶接して一体化した鋼殻とし、最後に鋼殻内部にコンクリートを打設する工程を有し、
前記定着鋼板を縦リブに溶接する前に、定着鋼板の溶接による縦リブの溶接収縮分だけ主桁内縁側間隔を広げて主桁をスキンプレートに仮付け溶接し、
各縦リブにおけるスキンプレートとの溶接部の長さの合計がセグメント幅の５％以上６５％未満となるように溶接することを特徴とする。
【００１８】
第六発明の合成セグメントの製造方法では、第一〜第五発明のいずれかの発明において、前記棒状鋼材を前記合成セグメント用の鋼殻内に挿入する際、合成セグメント用の鋼殻を組み立て治具と共に角度調整可能なポジショナーの上に載置して固定し、ポジショナーを所定の角度に調整した後に、棒状鋼材を合成セグメント用の鋼殻内に挿入することを特徴とする。
【００１９】
第七発明の合成セグメントでは、主桁、継手板、スキンプレート、及び開口部を有する１枚又は２枚以上の縦リブを備えた鋼殻に、棒状鋼材を縦リブの開口部に交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントであって、各縦リブにおけるスキンプレートとの溶接部の長さの合計がセグメント幅の５％以上６５％未満であることを特徴とする。
【００２０】
本発明において、仮付け溶接は、部材を組立ててセグメントを形作るときに仮固定するための点付け溶接（例えば、全溶接長さ20mm程度）と定義し、前記点付け溶接とは接合強度上異なる本溶接は設計図面に記載されている仕様の溶接と定義する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、棒状鋼材と縦リブが複雑に密実に配設されて、溶接ロボットによる本溶接ができないような箇所に対して、本溶接を溶接ロボットによる作業とすることが可能となり加工労力が大幅に削減され、合成セグメントの生産性向上・コストダウンをもたらすことができる。
更には、スキンプレートと縦リブ間の溶接量を減らことができ、溶接の時間とコストを削減できることに加えて、溶接収縮ひずみ量を削減できるため、セグメントに必要とされる寸法精度も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の合成セグメントの製造方法について説明する。
【００２３】
本発明においては、図３の製作手順フローに示すように、縦リブとスキンプレートを本溶接し、棒状鋼材を縦リブに交差するように挿通した後に、鋼殻の本溶接を行うため、従来の製造方法では困難であった、本溶接のロボット溶接化が可能になり、製作時間、コストを削減できる効率の良い合成セグメントの製造を行うことができる。
【００２４】
第一発明の実施形態を以下に示す。
図１１に製造手順の図を示すように、スキンプレート３を船型治具１２（図１２参照）上に載せ（図１１ａ参照）、主桁１をスキンプレート３の上にシャコ万２３等で船型治具１２に仮固定しセットする（図１１ｂ参照）。主桁１とスキンプレート３は仮溶接しておく。次に縦リブ２を主桁１間に挟みスキンプレート３に本溶接してしまい（図１１ｃ、ｄ参照）、その後縦リブ２内に棒状鋼材４を挿入する（図１１ｄ参照）。棒状鋼材４挿入後、継手板５を治具内にセットし仮溶接し（図１１ｅ参照）、全鋼殻を治具から搬出後、主桁１と継手板５の本溶接をし、主桁１と縦リブ２の本溶接をし、スキンプレート３周縁部を主桁１と継手板５に本溶接する。
【００２５】
一般的に合成セグメントと構造上異なる鋼製セグメントでは、シールドマシンのジャッキ推力を縦リブ２で受けているため縦リブ２の取り付け位置精度（通り）が重要になる。取り付け位置精度が悪いとジャッキ推力を受けたとき主桁１や縦リブ２、スキンプレート３の座屈の原因となる。事前にスキンプレート３に縦リブ２を取り付ける方法では、スキンプレート３の切断精度、曲げ精度や縦リブ２の取り付け位置、角度の影響があり鋼製セグメントに要求される縦リブ２の位置精度を確保できない。
【００２６】
しかし合成セグメントでは、ジャッキ推力は中詰めされたコンクリート６が受け持つため、縦リブ２の取り付け位置精度はラフでよく、スキンプレート３に縦リブ２を最初に本溶接にて取り付けてしまうことに対して何ら支障は生じない。
【００２７】
第一，第二および第六発明の一実施形態の詳細の組み立て手順を以下の（１）〜（６）に示す。
（１）組み立て治具内にスキンプレート３、主桁１の部材を配置し、主桁１は治具にシャコ万２３等で固定し、スキンプレート３と主桁１は仮付け溶接を行う。組み立て治具としては、下向きで作業ができるように、曲率を有する船型の治具とすることで作業効率が向上する。
【００２８】
船型治具１２の構造としては、図１２に示すように、間隔をおいて平行に同レベルに配置された主桁仮固定用板材２６の間に複数枚のスキンプレート設置用桁材２５を間隔をおいて平行に、かつ上面が前記板材２６の上面よりも低レベル位置になるように配置し、これらを一体に結合するようにこれらに渡って配置された鋼製繋ぎ材２７により一体化された構造であり、形成する合成セグメントの鋼殻と同じ曲率のついた前記桁材２５を下端に敷き、その桁材２５の円弧内縁側（上面側）の上にスキンプレート３を設置できるようにする。スキンプレート３がたわまず安定して受けることができるよう、船型治具１２の中の桁材２５は２列以上配置することが好ましい。円弧方向両サイドに主桁１を仮置するための板材２６を上述のスキンプレート設置用桁材２５に平行に取り付ける。
【００２９】
セグメントの最終形状が寸法許容誤差内に精度良くできるよう、主桁仮固定用板材２６の間隔はセグメント鋼殻の両側の主桁１を覆うように所定のセグメント幅間隔（両サイドの主桁１外面距離）になるよう設置することが好ましい。主桁仮固定用板材２６には作業効率を上げるため予め縦リブ２を配置する位置をマークしておき、縦リブ２を鋼殻内に設置する際は、製作精度を確保して主桁１に垂直に固定できるよう、両側の主桁仮固定用板材２６に垂直に跨ぐ補助治具２８を作成しておき、その補助治具２８を両側の主桁仮固定用板材２６に垂直に跨ぐように適宜の着脱可能な固定金具（図示を省略）を使用して設置し、この補助治具２８に沿わせて縦リブ２をスキンプレート３上に配置しスキンプレート３と縦リブ２を溶接する。主桁１に垂直に設置された縦リブ設定用補助治具２８を利用することで、縦リブ２は主桁１に垂直に取り付けることができる。
【００３０】
（２）縦リブ２とスキンプレート３との本溶接を仮組治具内で行う。
本溶接の方法としては、図６に示すように、縦リブ２の両側に縦リブ２の長手方向に位置をずらすような千鳥断続溶接にし縦リブ２の両側およびセグメント幅方向に均等にバランスよく溶接箇所を配置することが構造の安定上好ましいが、縦リブ２の両側で溶接位置が同じになる並列断続溶接にしてもいいし、縦リブ２の片面のみの溶接にしても構わない。縦リブ２とスキンプレート３の接触箇所全長に渡って溶接しても構わないが、溶接後に生じるひずみの影響が大きくなり製作精度が悪くなり易かったり、加工コストが嵩んだりするため、全長溶接は避ける方が好ましい。
【００３１】
組み立て船型治具内１２で全ての部材の本溶接を行うと、溶接時間分、前記治具１２の専有時間が長くなり生産効率が悪化する。生産量を確保するには、治具１２の台数が増えコスト高となるため、仮組用の前記治具１２内では鋼殻の仮付けまでを行い、本溶接は治具１２から取り出して行う。合成セグメントにおいては、ジャッキ推力をコンクリート６で受け縦リブ２はジャッキ推力を受けずスキンプレート３への固定度が低くても構わないため、縦リブ２におけるスキンプレート３との溶接の脚長、合計溶接長が少なくてよく、仮組時に治具１２内でこの部分の本溶接をしても、治具１２の専有時間は短い。治具１２の台数を増やさずにすみコストへの影響が小さい。
【００３２】
作業効率を上げるためには、スキンプレート３と縦リブ２の溶接はロボットにて実施することが好ましい。溶接ロボットは、アームの付いた形状をしており、そのアームの先端に図１１に示すトーチ２４が固定されている。
（３）組み立て船型治具１２内で内外周の棒状鋼材４（１４，１５）を挿入する。
（４）組み立て船型治具１２内で棒状鋼材４（１４，１５）を挿入するとき、治具１２を図８に示すポジショナー１１に取り付け、挿入しやすいよう前記治具１２の姿勢を変化させてもよい。
【００３３】
ポジショナー１１は、水平面上に設置する基板３１に垂直に支柱３２が取り付けられ、前記支柱３２に回転盤３３が回転可能に取り付けられ、前記回転盤３３に基端部が取付けられた支持アームを介して受け台２９を支えている。回転盤３３を回転させることで受け台２９を任意の角度に設定できる。船型治具１２は受け台２９に図示省略のボルト・ナット等の着脱可能な固定手段により固定され、船型治具１２を受け台２９に載荷するためその受け台２９の曲率は船型治具１２と同等にすることが望ましい。また所定の位置に受け台２９を回転させる方法としては、モーター等の駆動装置よる方式でも手動方式でもよい。例えば、回転盤３３を支柱３２に回転可能に支持すると共に、支柱３２側に駆動装置または手動式ハンドルを取付け、回転盤３２内に固定の内歯歯車を駆動ピニオンに噛み合わせて、回転盤３２を回転させるようにしてもよい。
【００３４】
（５）治具１２内で継手板５を組み立て、仮付け溶接を行う。
（６）組み立て治具１２から仮組されたセグメントを取り出し、本溶接を行う。
仮組用の治具１２の構造により溶接のやりにくい箇所や、舟型治具１２でのスキンプレート３外周溶接のように溶接できない箇所があるためセグメントを治具１２から出さないと全てを本溶接することができない。また、仮組用の治具１２内で全て本溶接を行ってしまうと溶接収縮によりセグメントが変形し、治具１２から取り出せなくなる可能性があるため、治具１２内で全ての本溶接をしてしまうことは避ける方が好ましい。
【００３５】
実物大の鋼殻組み立て試験を実施したところ、全て溶接ロボットにて溶接が可能となり鋼殻の製作時間が従来の鋼製セグメントと同程度で達成できることを確認した。またポジショナー１１の角度としては、スキンプレート３、主桁１、縦リブ２を仮溶接し、継手板５を組み込みスキンプレート３と本溶接するときは下向き溶接となるよう、船型の治具１２は曲率のついている内縁側が上向きとなるように設置し、棒状鋼材４挿入時はセグメント長手方向を軸にして９０度横に傾ける（図８ｃ参照）ことで作業負荷を低減できることを確認した。
【００３６】
一般に、鋼製セグメントにおいては縦リブ２とスキンプレート３を一体化させるために、図７（ａ）（ｂ）に示すように、縦リブ２一本当りの縦リブ２両サイドの溶接１０の合計溶接長をセグメント幅の65％以上確保するよう、トンネル標準示方書（土木学会）、シールド工事用標準セグメント（日本下水道協会）に図示されている。
【００３７】
対して、合成セグメントにおける縦リブ２の機能は、ａ）棒状鋼材４のセグメント内部からの抜け出しを防ぐこと、ｂ）トンネル半径方向のせん断力に対して引張り材として抵抗することだけであり、スキンプレート３と強固に一体化する必要がなく、縦リブ２−スキンプレート３間の縦リブ２一本当りの溶接長は、一般的な鋼製セグメントと比べて少なくても部材として成り立つことが判り、セグメント幅の６５%未満でよいことを見出した。
【００３８】
全くスキンプレート３に縦リブ２を溶接しないと、コンクリート６打設時にスキンプレート３が不均一に面外方向へはらみ出したり、セグメントを運搬する際スキンプレート３がたわみ作業性が低下したりする恐れがあるので、少なくとも縦リブ２とスキンプレート３の溶接長さとして、仮付け溶接程度の溶接量となるセグメント幅に対して５％以上を確保することが必要である。
【００３９】
セグメントを２次設計し高い変形性能を確保するためには、スキンプレート３と縦リブ２の一体性を高め中詰めコンクリート６の拘束効果を増すことを目的として、縦リブ２とスキンプレート３の溶接長さのセグメント幅に対する割合として１０％以上確保すればよい。経済性も考慮すると１０〜３０％程度にすることが好ましい。更に、経済性に加えて作業性及び溶接によるひずみ防止の観点も加えると、１０〜２０％にすることが最も好ましい。前記のように仮組されたセグメントを本溶接した後、図１に示すように棒状鋼材４を埋め込むように中詰めコンクリート６を充填して合成セグメント１３が製造される。したがって、合成セグメントの製造手順および縦リブ２におけるスキンプレート３との溶接部長さが従来の場合と異なる以外は、従来と同様図１に示すような合成セグメント１３が製造される。
【００４０】
次に、図４，５に示すような幅止め材８，９を用いて片方の継手板５を後付けにする方式の第三及び第四発明に関する一実施形態を以下に示す。なお、幅止め材８，９を使用する点および組み立て最後に継手板の取付以外は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分は前記の説明を援用し、相違する部分を主に説明する。
図４に示すような、幅止め材８を主桁１間に挟む場合について示す。
（１）組み立て治具内に主桁１、縦リブ２、片方の継手板５、スキンプレート３部材を配置し仮付け溶接を行う。
（２）反対側の開口した継手部はセグメント幅寸法を確保するため簡易な幅止め材８を設置する。取り付けは、仮付け溶接してもいいし、シャコ万等で機械的に固定してもよい。
（３）組み立て治具から仮組されたセグメントを取り出し、第一の本溶接を行う。
（４）本溶接終了後棒状鋼材４を挿入する。幅止め材８としては、棒状鋼材４が挿入できるよう予め棒状鋼材４挿通用の開口を設けて置くことが好ましいが、板材を幅止め材８として使用するときは、棒状鋼材４挿通前に幅止め材８を外し、その後棒状鋼材４を縦リブ２内に挿通する。
（５）残りの継手板を取り付け、第二の本溶接を行う。
【００４１】
第一の本溶接を行うときはセグメントの内面には棒状鋼材４がないため、溶接の作業性が良い。幅止め材８としては、主桁１の内縁側から外縁側にかけて一様に主桁１のたわみを防ぐ目的から、継手板５と同程度の高さの鋼板を用いるのが好ましい。
【００４２】
また幅止め材８としては、上記のように主桁１間に挟むのではなく、図５に示すような幅止め材９のように、両方の主桁１の外側から取り付けてもよい。この場合、幅止め材９を主桁１間に挟む場合の工程の前記（４）において、棒状鋼材４を挿入するとき幅止め材９を外さず残しておき、前記（５）の工程で幅止め材９を使用したまま残りの継手板５を溶接すれば、幅止め材９を外した際に生じる主桁１の自由端部の変形を防止することができる。
【００４３】
次に、第五発明に係る実施形態を、図９，図１０，図１３および図１４を参照しながら以下の（１）〜（４）に示す。なお、定着鋼板１６を縦リブに溶接したときに発生する縦リブの溶接縮み代を考慮する以外は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分は前記の説明を援用し、相違する部分を主に説明する。
（１）主桁１，スキンプレート３，縦リブ２を船型治具内１２で仮組みし、主桁１と縦リブ２，スキンプレート３と主桁１・縦リブ２の仮付け溶接を行う。定着鋼板１６を縦リブに溶接したときに発生する縦リブの溶接縮み代を考慮し、図１０に示すように、主桁１の内周側をｈ１８だけ幅を広げて仮組みする。縦リブ２に定着鋼板１６を溶接した後の最終状態において、セグメントの幅がシールド工事用標準セグメント（日本下水道協会）の鋼製セグメントに規定されている±１．５ｍｍ以内となるよう、予め溶接縮み代を実際に検証し、主桁１の内周側の広げ幅ｈ１８の許容誤差を確認しておくことが望ましい。
【００４４】
（２）外周側棒状鋼材１５を挿入する。
（３）船型治具内１２で継手板５を設定（所定の位置に配置して仮付け溶接）し、船型治具１２内からセグメント本体を取り出し、セグメント本体（主桁１と縦リブ２の本溶接，主桁１と継手板５の本溶接，スキンプレート３と主桁１・継手板５・縦リブ２の本溶接）の本溶接を行う。
【００４５】
（４）縦リブ２の内周側の凹状開口部７ａに棒状鋼材１４を嵌め込んだ後、図９（ｂ）または図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、定着鋼板１６をかぶせ溶接にて取り付ける。定着鋼板１６と縦リブ２の本溶接を行うと、溶接収縮により内周側の主桁１間隔が縮まり、内外周とも所定のセグメント幅寸法を満足する設計寸法となる。外周側は先にスキンプレート３溶接をして拘束されているため、内周側に定着鋼板１６を溶接しても幅寸法の変動は無い。
【００４６】
定着鋼板１６の縦リブ２への取り付け方法としては、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、棒状鋼材１４を縦リブ２の側面に取り付けることが、加工のし易さから好ましいが、図１４に示すように、縦リブ２の端部に載せて溶接により固定しても構わない。
【実施例１】
【００４７】
実物大（セグメント幅1200mm，桁高250mm）の試験体を用いて、合成セグメントの縦リブ２−スキンプレート３間の縦リブ２一本当りの溶接長をセグメント幅の15%としたところ、溶接時間・溶接によるひずみの補正時間が，従来の場合と比べて１／５程度縮減され、鋼殻製作総時間が従来の６５％以上溶接していたときに比べ半減した。また、溶接長が減ったことにより鋼殻の幅寸法の精度が向上し、シールド工事用標準セグメント（日本下水道協会）に規定されている寸法の許容差を逸脱することが一切無くなり、スキンプレート３−縦リブ２の溶接後のひずみ補正を全く必要としなくなった。また溶接長が減ったことによる構造強度性能への影響を調べるため、上記の試験体を用いて、単体曲げ試験、ジャッキ推力試験を行ったが、いずれの試験においても試験体は設計荷重を上回る耐力を示し、また設計荷重までスキンプレート３が面外へはらみ出し座屈することも無く、溶接長削減の影響が構造強度的に全くないことを確認した。
【００４８】
第五発明による定着鋼板１６を用いる構造のセグメント製造方法に関して、実物大（セグメント幅1200mm，桁高250mm）の試験体を用いて、鋼板溶接前に主桁内縁側２１に予め設ける縮み代の実験を実施した。その結果、縦リブ２に取り付ける鋼板を、図１３（ｂ）に示すように、開先6mm＋隅肉4mmで溶接する場合は4.2mm、図１３（ｃ）に示すように、隅肉4mmのみで溶接する場合は3.1mmのセグメント幅方向主桁内縁側２１位置で溶接収縮が発生することが分かり、その分、予め主桁１間隔を広げてセグメント幅を広くして加工した場合、定着鋼板１６を縦リブ２に溶接した後のセグメントの幅寸法が所定の精度内に収まることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】合成セグメントの構造を示す一部を省略した斜視図である。
【図２】棒状鋼材と継手板が干渉し、棒状鋼材を挿入できない例を示した図である。
【図３】本発明に係る合成セグメントの製作手順フローチャートを示した図である。
【図４】本発明に係る幅止め材を用いた例を示した図である。
【図５】本発明に係る主桁の外側から覆う形状の幅止め材を用いた例を示した図である。
【図６】本発明に係る合成セグメントの縦リブとスキンプレートの本溶接の一例を示した図である。
【図７】従来の鋼製セグメントの縦リブとスキンプレートの本溶接の一例を示した図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るポジショナーの利用方法を示した図である。
【図９】本発明に係る穴あけ加工のみの縦リブ（ａ）と定着鋼板を取り付ける縦リブ（ｂ）の一例を示した図である。
【図１０】本発明に係る定着鋼板を用いた場合の主桁の嵩上げを示した図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る合成セグメントの製造方法の一例を示した図である。
【図１２】本発明に係る船型治具を示した図である。
【図１３】本発明に係る定着鋼板を縦リブに取り付けた例（縦リブの側面に定着鋼板を取り付けた場合）を示した図である。
【図１４】本発明に係る定着鋼板を縦リブに取り付けた例（縦リブの端部に定着鋼板を載せて取り付けた場合）を示した図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  主桁
２  縦リブ
３  スキンプレート
４  棒状鋼材
５  継手板
６  中詰めコンクリート
７  縦リブの棒状鋼材挿通用開口部
７ａ  凹状開口部
８  幅止め材（主桁間に配置する場合）
９  幅止め材（主桁の外側から囲むように配置する場合）
１０  スキンプレートと縦リブの溶接部
１１  ポジショナー
１２  組み立て船型治具（または仮組み治具）
１３  合成セグメント
１４  内縁側棒状鋼材
１５  外縁側棒状鋼材
１６  定着鋼板
１７  縦リブ（定着鋼板を用いるタイプ）
１８  定着鋼板を用いた場合の嵩上げ高さ
１９  セグメント正規の幅
２０  内縁側の主桁を広げた後のセグメントの幅
２１  セグメント（主桁）内縁側
２２  セグメント（主桁）外縁側
２３  シャコ万
２４  溶接ロボットのトーチ
２５  船型治具の中側のスキンプレート設置用桁
２６  船型治具の外側の主桁仮固定用板材
２７  船型治具のスキンプレート設置用桁と主桁仮固定用板材の繋ぎ材
２８  縦リブ設定用補助治具
２９  ポジショナーの船型治具受け台
３０  定着鋼板と縦リブとの溶接部
３１  ポジショナーの基板
３２  ポジショナーの支柱
３３  ポジショナーの回転盤
３４  定着鋼板の開先溶接
３５  定着鋼板の隅肉溶接
【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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【図１３】
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【図１４】
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