(57)【要約】【課題】所定の応力歪み以上の歪みを鋼殻部が生じても、中詰めされたコンクリート構造部の亀裂の発生を抑制できる中詰め鋼製セグメントを提供する。【解決手段】中詰め鋼製セグメント１１は、各主桁部材４と、コンクリート構造部３との間に、緩衝材としての超高分子量ポリエチレンシート１４が設けられている。そして、周方向に複数の円弧版状の中詰め鋼製セグメント１１が、他の中詰め鋼製セグメント１１…と環状を呈するように隣接配置されたものを、順次、対向する端部連結板５，５同士を接合しながら、地中に構築されるトンネル構造体としての立坑若しくはトンネルの進行方向へ、シールド機Ｓ等のジャッキＪ，Ｊ等によってジャッキ推力が加えられつつ、連設されて、トンネル構造体等の壁面が構築される。【選択図】図１
2006299792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に構築される隔壁の一部を構成して、内面が開放された鋼製の鋼殻部の内側に中詰めされたコンクリート構造部を有する中詰め鋼製セグメントであって、
前記鋼殻部は、該コンクリート構造部の外面を覆う外板部と、該外板部の隔壁構築方向端縁に沿って設けられて、該コンクリート構造部の内面に向けて延設される主桁部材とを有し、前記主桁部材と、前記コンクリート構造部との間には、緩衝材が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用中詰め鋼製セグメント。
【請求項２】
前記緩衝材は、平板状を呈して、前記主桁部材の裏面側と、前記コンクリート構造部の端面との間に介装されることを特徴とする請求項１記載のシールドトンネル用中詰め鋼製セグメント。
【請求項３】
前記緩衝材は、前記鋼製の主桁部材の歪み変位量が、前記コンクリート構造部の許容歪み変位量以上となるところに設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のシールドトンネル用中詰め鋼製セグメント。
【請求項４】
前記緩衝材は、前記主桁部材と直交して設けられる連結板材を、該主桁部材と当接させるコーナー部近傍に設けられることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項記載のシールドトンネル用中詰め鋼製セグメント。
【請求項５】
前記緩衝材は、短尺平板状を呈して、前記主桁部材の裏面側に設けられる水平緩衝材と、前記連結板材側に設けられる短尺平板状の縦緩衝材とを有して、略Ｌ字状を呈するように組み合わされたＬ字状コーナー部緩衝材からなることを特徴とする請求項４記載のシールドトンネル用中詰め鋼製セグメント。
【請求項６】
前記緩衝材は、前記コーナー部に設けられて、直交する二辺を各々前記主桁部材及び連結板材に沿わせてなる三角コーナー部緩衝材であることを特徴とする請求項４記載のシールドトンネル用中詰め鋼製セグメント。
【請求項７】
地中に構築される隔壁の一部を構成して、内面が開放された鋼製の鋼殻部の内側に中詰めされたコンクリート構造部を有する中詰め鋼製セグメントであって、
前記鋼殻部は、該コンクリート構造部の外面を覆う外板部と、該外板部の隔壁構築方向端縁に沿って設けられた主桁部材と、外板部の隔壁外周方向の端縁に沿って設けられた端部連結板と、下端縁が外板部から離隔して端部連結板と平行に配置されて主桁部材間に連結された複数の連結板材とを有し、下端縁を外板部から離隔し、上端縁をコンクリート構造部の内面に達する高さの緩衝材が各連結板材に設けられていることを特徴とするシールドトンネル用中詰め鋼製セグメント。
【請求項８】
前記緩衝材は、軟質の中心緩衝材と、該中心緩衝材を両側から挟み込む一対の硬質の支持緩衝材から形成されることを特徴とする請求項７記載のシールドトンネル用中詰め鋼製セグメント。
【請求項９】
前記各支持緩衝材の外面にアンカー部が突設されていることを特徴とする請求項８記載のシールドトンネル用中詰め鋼製セグメント。
【請求項１０】
前記一対の支持緩衝材の間に水膨張ゴムが配設されるとともに、水膨張ゴムが一対の支持緩衝材の外周面にわたって貼着された止水テープによって密封されていることを特徴とする請求項８記載のシールドトンネル用中詰め鋼製セグメント。
【請求項１１】
前記主桁部材の裏面側に板状緩衝材が設けられていることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載のシールドトンネル用中詰め鋼製セグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地中に埋設される構造体の一部として、主に壁面を構成する中詰め鋼製セグメントに関し、他のセグメントと順次接合されてトンネル壁面等となる、曲線部にも適用可能な内面が平滑なシールドトンネル用中詰め鋼製セグメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水路トンネル等に適用され、セグメント組立完了と同時にトンネル内面が平滑になるセグメントを用いる例が増大している。これは、二次覆工の工程を省略するとともに、トンネル断面の縮小による経済的・工期的な効果を得ようとするものである。このような目的に適合するセグメントの代表例として、ＲＣセグメントがある。
【０００３】
一方、シールドトンネルの曲線部には、曲線に沿った形状の多種類のセグメントを用意する必要があることから、一般に寸法を調整することの容易な鋼製セグメントが用いられている。さらに、曲線部の施工に伴い、シールドジャッキ推力が複雑に作用するため、構造的に対応の取りやすい鋼製セグメントが用いられていた。
【０００４】
しかしながら、鋼製セグメントでは、トンネル内面が鋼板を組み合わせた構造であるため、平滑でなく、水路トンネル等では、流下機能を確保するため、コンクリートを打設（二次覆工）して内面の平滑性を確保していた。
【０００５】
この方法によれば、セグメント組立（一次覆工）とコンクリート打設（二次覆工）の２工程を必要とし、工期短縮の支障となっていた。
【０００６】
これを解決するため、鋼製セグメントにコンクリートをあらかじめ打設したセグメントを用いることが試みられている。
【０００７】
具体的には、図１７に示すような中詰め鋼製セグメントを用いたトンネル構造体構築方法が、知られている（例えば、特許文献１等参照）。
【０００８】
まず、構成から説明すると、この従来の中詰め鋼製セグメントでは、地中に埋設されるトンネル構造体や立坑が構築される際、掘削と同時に、複数の湾曲した中詰め鋼製セグメント１が隣接配置される他の中詰め鋼製セグメント１と順次接合されて、周方向に連設されることにより、トンネル構造体等の隔壁の一部が構成されるものである。
【０００９】
この中詰め鋼製セグメント１は、水平断面略円弧状の鋼製の鋼殻部２の内面１ａ側に中詰めされたコンクリート構造部３を有している。
【００１０】
前記鋼殻部２は、このコンクリート構造部３の外表面を覆う外板部２ａと、この外板部２ａの前記隔壁構築方向Ｙの端縁２ｂ，２ｂに沿って設けられて、前記内面１ａよりも一段高く盛り上がったこのコンクリート構造部３の内面３ａに向けて延設される主桁部材４，４と、外周方向の各端縁２ｃ，２ｃに設けられた端部連結板５，５とを有して、概略形成されている。
【００１１】
また、この鋼殻部２の内側には、前記主桁部材４，４と平行して中桁部材６，６が配置されると共に、前記端部連結板５，５と平行に配置される複数の連結板材７等によって連結されている。
【００１２】
そして、この鋼殻部２の内側には、注入管８及び継手部９を除き、予めコンクリートが充填されて、前記コンクリート構造部３が構成されることにより、二次覆工が省略できるように構成されている。
【００１３】
次に、この従来の中詰め鋼製セグメント１の作用について説明する。
【００１４】
このように構成された従来の中詰め鋼製セグメント１では、複数の中詰め鋼製セグメント１が、シールドマシン等によって掘削されたトンネル等の壁面に、周方向Ｘに環状となるように連結されると共に、トンネル等の長手方向である隔壁構築方向Ｙに複数隣接配置されて、円筒状の構造物が地中に構築される。
【特許文献１】特開２００５−４２３２８号公報（段落００３５乃至００３６、図１乃至図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、このような従来の中詰め鋼製セグメントでは、図示省略の推進ジャッキ等によって、前記主桁部材４に、隔壁構築方向Ｙへの荷重入力が与えられると、この鋼殻部２が撓み、前記コンクリート構造部３に、圧壊若しくは剥離による亀裂を生じさせるおそれがあった。
【００１６】
特に、図１０に示すような急曲線部１０ａ（Ｌ１＞Ｌ２）を有するトンネル構造体１０を、シールド機Ｓを用いて構築する際、曲率半径Ｒが小さくなるほど、各中詰め鋼製セグメント１に不均等にジャッキ推力等による施工時荷重が作用しやすい。
【００１７】
このため、荷重集中により、鋼製の主桁部材４の歪み変位量が、前記コンクリート構造部３の許容歪み変位量以上となるコーナー部近傍等の箇所では、前記コンクリート構造部３に、圧壊若しくは剥離による亀裂を生じさせてしまい、シールド不良を発生させてしまうといった問題があった。
【００１８】
つまり、このようにして製作されたセグメントでは、
・鋼製セグメントの製作時に溶接に伴う歪みが発生すること、
・歪んだ鋼製セグメント内にコンクリートを打設すると、コンクリートが歪んだままで硬化すること、
・このようにして歪みを持って製作されたセグメントにシールドジャッキ推力が作用した場合、歪みが戻されるように挙動すること、
・その際、鋼製部材とコンクリート部材の変形挙動が異なること、
・その結果としてコンクリートに亀裂を生じせしめることになること
等により、実用化が阻まれていた。
【００１９】
対応策として、鋼製セグメントの製作歪みを、熱処理等によって無くす方法により、コンクリートへのクラック防止を図る方法が採られている。しかしながら、歪み除去に熟練技術を要する上、コスト負担を強いられていた。
【００２０】
そこで、この発明は、所定の応力歪み以上の歪みを鋼殻部が生じても、中詰めされたコンクリート構造部の亀裂の発生を抑制できる中詰め鋼製セグメントを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、地中に構築される隔壁の一部を構成して、内面が開放された鋼製の鋼殻部の内側に中詰めされたコンクリート構造部を有する中詰め鋼製セグメントであって、前記鋼殻部は、該コンクリート構造部の外面を覆う外板部と、該外板部の隔壁構築方向端縁に沿って設けられて、該コンクリート構造部の内面に向けて延設される主桁部材とを有し、前記主桁部材と、前記コンクリート構造部との間には、緩衝材が設けられていることを特徴としている。
【００２２】
請求項２に記載された発明は、前記緩衝材は、平板状を呈して、前記主桁部材の裏面側と、前記コンクリート構造部の端面との間に介装されることを特徴としている。
【００２３】
請求項３に記載された発明は、前記緩衝材は、前記鋼製の主桁部材の歪み変位量が、前記コンクリート構造部の許容歪み変位量以上となるところに設けられていることを特徴としている。
【００２４】
請求項４に記載された発明は、前記緩衝材は、前記主桁部材と直交して設けられる連結板材を、該主桁部材と当接させるコーナー部近傍に設けられることを特徴としている。
【００２５】
請求項５に記載された発明は、前記緩衝材は、短尺平板状を呈して、前記主桁部材の裏面側に設けられる水平緩衝材と、前記連結板材側に設けられる短尺平板状の縦緩衝材とを有して、略Ｌ字状を呈するように組み合わされたＬ字状コーナー部緩衝材からなることを特徴としている。
【００２６】
請求項６に記載された発明は、前記緩衝材は、前記コーナー部に設けられて、直交する二辺を各々前記主桁部材及び連結板材に沿わせてなる三角コーナー部緩衝材であることを特徴としている。
【００２７】
請求項７に記載された発明は、地中に構築される隔壁の一部を構成して、内面が開放された鋼製の鋼殻部の内側に中詰めされたコンクリート構造部を有する中詰め鋼製セグメントであって、前記鋼殻部は、該コンクリート構造部の外面を覆う外板部と、該外板部の隔壁構築方向端縁に沿って設けられた主桁部材と、外板部の隔壁外周方向の端縁に沿って設けられた端部連結板と、下端縁が外板部から離隔して端部連結板と平行に配置されて主桁部材間に連結された複数の連結板材とを有し、下端縁を外板部から離隔し、上端縁をコンクリート構造部の内面に達する高さの緩衝材が各連結板材に設けられていることを特徴としている。
【００２８】
請求項８に記載された発明は、前記緩衝材は、軟質の中心緩衝材と、該中心緩衝材を両側から挟み込む一対の硬質の支持緩衝材から形成されることを特徴としている。
【００２９】
請求項９に記載された発明は、前記硬質緩衝材の外面にアンカー部が突設されていることを特徴としている。
【００３０】
請求項１０に記載された発明は、前記一対の硬質緩衝材の間に水膨張ゴムが配設されるとともに、水膨張ゴムが一対の硬質緩衝材の外周面にわたって貼着された止水テープによって密封されていることを特徴としている。
【００３１】
請求項１１に記載された発明は、前記主桁部材の裏面側に板状緩衝材が設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３２】
このように構成された請求項１記載の発明は、前記主桁部材と、前記コンクリート構造部との間に設けられた緩衝材によって、隔壁構築方向に加わる荷重入力による前記主桁部材に生じた歪み変位が吸収されて、前記コンクリート構造部の許容歪み変位量内に収まるように、該コンクリート構造部へ伝えられる荷重が抑制される。
【００３３】
このため、前記コンクリート構造部に、圧壊若しくは剥離による亀裂が生じるおそれを減少させて、良好なシールド性能を維持できる。
【００３４】
また、請求項２に記載された発明は、前記緩衝材が、平板状を呈して前記主桁部材の裏面側と、前記コンクリート構造部の端面との間に介装されているので、圧縮された該緩衝材が、平面内で、入力荷重を分散させて前記コンクリート構造部へ伝達する。
【００３５】
このため、応力集中が発生しにくく、更に、前記コンクリート構造部に、圧壊若しくは剥離による亀裂が生じるおそれを減少させることができる。
【００３６】
更に、請求項３に記載された発明は、前記緩衝材が、前記鋼製の主桁部材の歪み変位量が、前記コンクリート構造部の許容歪み変位量以上となるところに設けられている。
【００３７】
このため、効率的に荷重入力を緩衝して、シールド性を良好に保持することができる。
【００３８】
そして、請求項４に記載された発明は、前記緩衝材が、前記主桁部材と直交して設けられる連結板材に沿って、該主桁部材と当接するコーナー部近傍に設けられている。
【００３９】
このため、コーナー部での荷重入力による前記主桁部材の変位が、該緩衝材によって吸収されて、前記コンクリート構造部に伝わりにくくなる。
【００４０】
従って、コンクリート構造部のコーナー部付近での圧壊若しくは剥離による亀裂を、有効に防止できる。
【００４１】
また、請求項５に記載された発明は、前記緩衝材が、短尺平板状を呈している水平緩衝材と、縦緩衝材とを略Ｌ字状を呈するように組み合わせて構成されるので、加工性が良好である。
【００４２】
更に、請求項６に記載された発明は、前記緩衝材としての三角コーナー部緩衝材が、前記コーナー部に設けられて、直交する二辺が、各々前記主桁部材及び連結板材に沿わせられている。
【００４３】
このため、装着が容易で、有効にジャッキ推力によるコーナー部近傍でのコンクリート構造部の亀裂を防止できる。
【００４４】
請求項７に記載された発明は、連結板材に、上端縁をコンクリート構造部の内面に達する高さの緩衝材が設けられていることにより、隔壁構築方向に不均等な荷重が作用して鋼殻部の主桁部材に歪み変位が発生したとしても、コンクリート構造部の内面側は緩衝材によって周方向に複数個の分割されて切り離されていることにより、分割されたコンクリート構造部の変位量は、鋼殻部の変位量の数分の１となる。
【００４５】
この結果、コンクリート構造部の内面側に、圧壊若しくは剥離による亀裂が生じるおそれを減少させて、良好なシールド性能を維持できる。
【００４６】
ここで、連結板材及び緩衝材は、外板部から離隔して設けられていることにより、コンクリート構造部を形成するためにコンクリートを鋼殻部に打設する際、コンクリートは鋼殻部全体に流動し、作業性が阻害されることがない。
【００４７】
請求項８に記載された発明は、軟質の中心緩衝材と、硬質の支持緩衝材から形成されるため、コンクリート構造部を形成するためにコンクリートを鋼殻部に打設する際、緩衝材がへたることがない。また、不均等な荷重が主桁部材に作用したとしても、コンクリート構造部への荷重を緩和することができる。
【００４８】
請求項９に記載された発明は、支持緩衝材の外面にアンカー部が突設されていることにより、緩衝材はアンカー部を介してコンクリート構造部と一体化される。このため、中詰め鋼製セグメントに荷重が負荷された際に、緩衝材とコンクリート構造部との界面にずれによる微小な隙間が発生することを防止できる。
【００４９】
請求項１０に記載された発明は、一対の支持緩衝材の間に水膨張ゴムが配設されることにより、中詰め鋼製セグメントに荷重が負荷された際に、緩衝材とコンクリート構造部との界面にずれによる微小な隙間が発生したとしても、微小な隙間を通して下水が水膨張ゴムに到達すれば、水膨張ゴムが膨張し、微小な隙間を密閉するように、支持緩衝材を押圧する。このため、下水が鋼殻に達することがなく、鋼殻部の劣化を確実に防止することができる。
【００５０】
この場合、水膨張ゴムの周囲は、止水テープによって包囲されており、コンクリート構造部を形成するためのコンクリート打設時に水膨張ゴムに水が接触することは確実に防止される。
【００５１】
なお、止水テープは、中詰め鋼製セグメントが形成された際に除去すればよい。
【００５２】
請求項１１に記載された発明は、前記主桁部材の裏面側に板状緩衝材が設けられていることにより、隔壁構築方向に不均等な荷重が作用して鋼殻部の主桁部材に歪み変位が発生したとしても、主桁部材に生じた歪み変位が吸収され、コンクリート構造部へ伝えられる荷重は、その許容歪み変位量内に抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
次に、図面に基づいて、この発明を実施するための最良の実施の形態の中詰め鋼製セグメントを説明する。
【００５４】
なお、前記従来例と同一乃至均等な部分については同一符号を付して説明する。
【００５５】
図１乃至図１６は、この発明の実施の形態のセグメントとしての中詰め鋼製セグメント１１等を説明するものである。
【００５６】
まず、構成を説明すると、図１に示すようなこの発明の実施の形態の中詰め鋼製セグメント１１等が、地中にトンネル若しくは立坑を構築する際、周方向に複数の円弧版状の中詰め鋼製セグメント１１が、他の中詰め鋼製セグメント１１と環状を呈するように複数隣接配置されたものを、順次、対向する端部連結板５，５同士を接合しながら、地中に構築されるトンネル構造体としての立坑若しくはトンネルの進行方向へ、図５に示すように、シールド機Ｓ等のジャッキＪ，Ｊ等によってジャッキ推力が加えられつつ、連設されて、トンネル構造体等の壁面が構築されるものである。
【実施例１】
【００５７】
図１乃至図６に示す実施例１の中詰め鋼製セグメント１１では、内面１ａが開放された水平断面略円弧状の鋼製の鋼殻部１２の内側に、中詰めされたコンクリート構造部３を有している。
【００５８】
なお、図１は、理解を容易にするため、コンクリート構造部３を取り除いた中詰め鋼製セグメント１１の鋼殻部１２を湾曲形状を平面状に展開して、内面側から、見た構成を示している。
【００５９】
前記鋼殻部１２は、図３に示すように、このコンクリート構造部３の外面を覆う外板部２ａと、この外板部２ａの前記隔壁構築方向Ｙの端縁２ｂ，２ｂに沿って設けられて、前記内面１ａよりも一段高く盛り上がったこのコンクリート構造部３の内面３ａ方向に向けて延設される主桁部材４，４と、周方向Ｘの各端縁２ｃ，２ｃに設けられた端部連結板５，５とを有して、内面を開放する断面略コ字状を呈して形成されている。
【００６０】
また、この鋼殻部１２の内側には、前記主桁部材４，４と平行して補助桁部材１３，１３が左，右に配置されると共に、前記連結板５，５と平行に配置される複数の連結板材７等によって、これらの主桁部材４，４間が、連結されている。
【００６１】
そして、これらの各主桁部材４，４と、前記コンクリート構造部３との間には、緩衝材としての超高分子量ポリエチレンシート１４が、設けられている。
【００６２】
この実施例１では、この超高分子量ポリエチレンシート１４は、厚さ約５〜２０ｍｍの平板状を呈して、前記主桁部材４の裏面側４ａと、前記コンクリート構造部３の隔壁構築方向Ｙの端面３ｂとの間に介装されて、長，短片状に複数に切断されて設けられていて、図３及び図４に示すように、充填されたコンクリート構造部３によって覆われている。
【００６３】
この超高分子量ポリエチレンシート１４は、主に図７に示すような物性を有する超高分子量ポリエチレン材料によって構成されていて、図６に示すように、低荷重時（圧縮荷重：約０〜１１．８ＭＰａ）には、硬度が小さく、圧縮変形によって、ジャッキ推力による前記主桁部材４の変位を吸収するように変形可能である。
【００６４】
また、高荷重時（圧縮荷重：約１１．８〜３４．３ＭＰａ）には、硬度及び弾性率が増大して、板状となり、荷重を平面内に分散させて、前記コンクリート構造部３に荷重集中が発生しないように構成されている。
【００６５】
更に、この超高分子量ポリエチレンシート１４は、耐薬品性を有して、例えば、下水表面に接触しても、腐食しない性質を有している。
【００６６】
そして、この鋼殻部１２の内側には、注入管８及び継手部９を除き、予めコンクリートが充填されて、前記コンクリート構造部３が構成されることにより、二次覆工が省略できるように構成されている。
【００６７】
次に、この実施例１の中詰め鋼製セグメント構造の作用について説明する。
【００６８】
このように構成された実施例１の中詰め鋼製セグメント１１では、図５に示すように、複数の中詰め鋼製セグメント１１が、シールド機Ｓ等のジャッキＪ，Ｊによって掘削されたトンネル等の壁面に、周方向Ｘに環状となるように連結されると共に、トンネル等の長手方向である隔壁構築方向Ｙに複数隣接配置されて、円筒状の構造物が地中に構築される。
【００６９】
前記ジャッキＪ，Ｊ等によって、前記主桁部材４に、隔壁構築方向Ｙへ不均等に荷重入力が作用すると、この鋼殻部１２が撓み、前記主桁部材４に部分的な変位が生じる。
【００７０】
例えば、図１０に示すように、前記トンネル構造体の進行方向へ向けて、シールド機Ｓ等によって、ジャッキ推力が加えられつつ、急曲線部１０ａが構築される。
【００７１】
このような場合、前記主桁部材４の左，右両端部等は、部分的な変位量が大きくなる傾向があるが、前記主桁部材４と、前記コンクリート構造部３との間に設けられた前記超高分子量ポリエチレンシート１４によって、この隔壁構築方向Ｙに加わる荷重入力で前記主桁部材４に生じた歪み変位が吸収されて、前記コンクリート構造部３の許容歪み変位が抑制される。
【００７２】
この実施例１の超高分子量ポリエチレンシート１４は、図６に示すように、低荷重時（圧縮荷重：約０〜１１．８ＭＰａ）には、硬度が小さく、圧縮変形によって、ジャッキ推力による前記主桁部材４の変位が吸収される。
【００７３】
また、高荷重時（圧縮荷重：約１１．８〜３４．３ＭＰａ）には、硬度及び弾性率が増大して、板状となり、荷重を平面内に分散させて、前記コンクリート構造部３に荷重集中を発生させないように広い面積で、荷重が伝えられる。
【００７４】
そして、前記コンクリート構造部３は、一般的に、約２９．４ＭＰａの面圧力まで、圧壊しない。
【００７５】
このため、前記コンクリート構造部３の許容歪み変位量内に収まるように、前記超高分子量ポリエチレンシート１４によって、コンクリート構造部３へ伝えられる荷重が抑制されていれば、前記コンクリート構造部３に、圧壊若しくは剥離による亀裂が生じるおそれを減少させて、良好なシールド性能を維持できる。
【００７６】
しかも、この実施例１では、前記超高分子量ポリエチレンシート１４が、弾性変形により、荷重入力を吸収するだけでなく、平板状を呈して前記主桁部材４の裏面側４ａと、前記コンクリート構造部３の隔壁構築方向Ｙ端面との間に介装されているので、一定の入力荷重以上では、厚み方向に圧縮されて、硬度及び弾性率が増大して、板状となった超高分子量ポリエチレンシート１４が、平面内で、入力荷重を分散させて、前記コンクリート構造部３へ伝達する。
【００７７】
このため、更に、応力集中が発生しにくく、前記コンクリート構造部３に、圧壊若しくは剥離による亀裂が生じるおそれを減少させることができる。
【実施例２】
【００７８】
図８は、この発明の実施の形態の実施例２の中詰め鋼製セグメント２１を説明するものである。
【００７９】
なお、前記実施例１と同一乃至均等な部分については同一符号を付して説明する。
【００８０】
まず、この実施例２の中詰め鋼製セグメント２１の構成を、実施例１の中詰め鋼製セグメント１１との相違点を中心に説明すると、この実施例２の中詰め鋼製セグメント２１では、緩衝材が、前記鋼製の主桁部材４の歪み変位量が、図示省略の前記コンクリート構造部３の許容歪み変位量以上となるところに設けられている。
【００８１】
すなわち、この実施例２では、前記主桁部材４，４と直交して設けられる連結板材７，７が、この主桁部材４，４と当接するコーナー部２２近傍に、緩衝材としてのＬ字状コーナー部緩衝材２３が設けられている。
【００８２】
このＬ字状コーナー部緩衝材２３は、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）製で、図７に示すように所定の硬度（例えば、硬度約７０等）を有し、短尺平板状を呈して、前記主桁部材４の裏面側４ａに沿って設けられる水平緩衝材としての水平面材２４と、前記連結板材７側に沿って設けられる短尺平板状の縦緩衝材としての縦面材２５とを有して、略Ｌ字状を呈するように組み合わされて、主に構成されている。
【００８３】
次に、この実施例２の中詰め鋼製セグメント２１の作用について説明する。
【００８４】
この実施例２の中詰め鋼製セグメント２１では、前記実施例１の中詰め鋼製セグメント１１の作用効果に加えて、更に、前記Ｌ字状コーナー部緩衝材２３，２３が、前記鋼製の主桁部材４の歪み変位量が、前記コンクリート構造部３の許容歪み変位量以上となるコーナー部２２，２２に設けられている。
【００８５】
このため、効率的に荷重入力が緩衝されて、シールド性を良好に保持することができる。
【００８６】
すなわち、この実施例２では、前記主桁部材４と直交して設けられる連結板材７に沿って、この主桁部材４と当接するコーナー部２２，２２近傍に、前記Ｌ字状コーナー部緩衝材２３，２３の縦面材２５，２５が設けられている。
【００８７】
このため、コーナー部２２，２２での荷重入力による前記主桁部材４の変位が、大きくても、この縦面材２５，２５の面延設方向の長さ寸法によって吸収されて、前記コンクリート構造部３に伝わりにくくなる。
【００８８】
従って、コンクリート構造部３のコーナー部２２，２２付近での圧壊若しくは剥離による亀裂を、有効に防止できる。
【００８９】
また、この実施例２では、Ｌ字状コーナー部緩衝材２３が、短尺平板状を呈して、前記主桁部材４の裏面側４ａに沿って設けられる水平緩衝材としての水平面材２４と、前記連結板材７側に沿って設けられる短尺平板状の縦緩衝材としての縦面材２５とを有して、略Ｌ字状を呈するように組み合わされて構成されているので、板状の緩衝材を略矩形に切断するだけで、所望の大きさに加工でき、加工性が良好である。
【００９０】
他の構成及び作用効果については、前記実施例１の中詰め鋼製セグメント１１と略同様であるので説明を省略する。
【実施例３】
【００９１】
図９は、この発明の実施の形態の実施例３の中詰め鋼製セグメント３１を説明するものである。
【００９２】
なお、前記実施例１，２と同一乃至均等な部分については同一符号を付して説明する。
【００９３】
まず、この実施例３の中詰め鋼製セグメント３１の構成を、実施例２の中詰め鋼製セグメント２１との相違点を中心に説明すると、この実施例３の中詰め鋼製セグメン３１では、緩衝材として、上面視略直角二等辺三角形形状を呈する三角柱体の三角コーナー部緩衝材３２が、ＳＢＲ製で、図７に示すように所定の硬度（例えば、硬度約７０等）を有して構成されている。
【００９４】
そして、前記鋼製の主桁部材４の歪み変位量が、前記コンクリート構造部３の許容歪み変位量以上となるコーナー部２２近傍に、この三角コーナー部緩衝材３２が、直交する二辺を各々前記主桁部材４及び連結板材７に沿わせて設けられている。
【００９５】
次に、この実施例３の中詰め鋼製セグメント３１の作用について説明する。
【００９６】
この実施例３の中詰め鋼製セグメント３１では、前記実施例１，２の中詰め鋼製セグメント１１，２１の作用効果に加えて、更に、前記三角コーナー部緩衝材３２が、直交する二辺を各々前記主桁部材４及び連結板材７に沿わせて設けられる。
【００９７】
この実施例３では、この三角コーナー部緩衝材３２が、直交する二辺を、略同一長さとする上面視略直角二等辺三角形形状を呈する三角柱体によって構成されている。
【００９８】
従って、左，右何れのコーナー部２２，２２でも、同一形状の三角コーナー部緩衝材３２，３２を使用でき、装着が容易で、しかも、部品の種類の増大を抑制でき、有効にジャッキ推力によるコーナー部２２，２２近傍でのコンクリート構造部３の亀裂を防止できる。他の構成及び作用効果については、前記実施例１，２と略同様であるので説明を省略する。
【実施例４】
【００９９】
図１１及び図１２は、この発明の実施の形態の実施例４の中詰め鋼製セグメント４１の概略を説明するものである。
【０１００】
この実施例４の中詰め鋼製セグメント４１も、内面１ａが開放された水平断面略円弧状の鋼製の鋼殻部１２と、鋼殻部１２の内側に中詰めされてその内面１ａよりも一段高く盛り上がったコンクリート構造部３とから構成されている。そして、鋼殻部１２は、図１１に示すように、コンクリート構造部３の外面を覆う外板部２ａと、この外板部２ａの前記隔壁構築方向Ｙの端縁２ｂ，２ｂに沿って設けられた主桁部材４，４と、周方向Ｘの各端縁２ｃ，２ｃに設けられた端部連結板５，５と、端部連結板５，５と平行に配置されて主桁部材４，４間に連結された複数の連結板材７によって主要部が構成されており、内面を開放する断面略コ字状に形成されている。
【０１０１】
この実施例においては、コンクリート構造部３を形成するために図示しない型枠にコンクリートを打設する際、鋼殻部１２全体へのコンクリートの流動性を確保することができるように、連結板材７は、その下端縁が外板部２ａから離隔した状態で対向する主桁部材４，４間に連結されている。
【０１０２】
一方、各連結板材７には、下端縁が連結板材７の下端縁に沿わせるとともに、上端縁が連結板材７の上端縁を超えてコンクリート構造部３の内面３ａに達する高さの緩衝材４２がそれぞれ両面テープ４３を介して貼着されている。この緩衝材４２は、荷重負荷時の応力を緩和できるとともに、コンクリート打設時の倒れ防止性能を有する必要がある。例えば、前述した超高分子量ポリエチレンやＳＢＲ、さらには、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）は、圧縮降伏強度がコンクリートの破壊強度程度あり、下水用途として耐酸性、耐アルカリ性に優れ、鋼殻部１２との接着性が良好であり、荷重時の歪応力を吸収し、かつ、ジャッキに反力を伝達できることから、好適に採用することができる。
【０１０３】
本実施例においては、緩衝材４２は、図１２に詳細に示すように、柔らかい性状を有する緩衝材、例えば、ＳＢＲ５０からなる中心緩衝材４２１と、該中心緩衝材４２１を両側から挟み込むように中心緩衝材４２１の外面にそれぞれ接着され、一定の硬さを有する緩衝材、例えば、ＳＢＲ８０からなる一対の支持緩衝材４２２と、から構成されている。
【０１０４】
ただし、荷重負荷時の応力を緩和できるとともに、コンクリート打設時の倒れ防止性能を有すれば、３層構造に限らず１層でも２層でもかまわない。
【０１０５】
次に、この実施例４の中詰め鋼製セグメント４１の作用について説明する。
【０１０６】
この実施例４の中詰め鋼製セグメント４１では、複数の中詰め鋼製セグメント４１が、シールド機Ｓ等のジャッキＪ，Ｊによって掘削されたトンネル等の壁面に、周方向Ｘに環状となるように連結されると共に、トンネル等の長手方向である隔壁構築方向Ｙに複数隣接配置されて、円筒状の構造物が地中に構築される。
【０１０７】
ここで、例えば、図１０に示したように、急曲線部１０ａが構築される場合には、シールド機ＳのジャッキＪ，Ｊの推力が中詰め鋼製セグメント４１の主桁部材４の左右各端部に不均等に作用する。このため、主桁部材４の左右各端部の変位量に差が発生し、中詰め鋼製セグメント４１を変形させる。中詰め鋼製セグメント４１の変形を考えるとき、図１３に示すように、曲げを無視して主桁部材４の先端部に荷重が作用したと仮定して単純化すると、鋼殻部１２の変形は、一端部に対して他端部がΔだけ微小変位するものとなる。一方、コンクリート構造部３は、その内面側が緩衝材４２によって周方向Ｘに複数個に分割されて切り離されていることから、緩衝材４２によって分割されたコンクリート構造部の変位量δは、鋼殻部１２の変位量Δの数分の１となる。例えば、コンクリート構造部３が周方向に均等に分割されている場合には、分割されたコンクリート構造部の変位量δは、鋼殻部１２の変位量Δに対して分割された個数分の１となる。つまり、分割されたコンクリート構造部の各変位量δの総和が鋼殻部１２の変位量Δとなる。
【０１０８】
この結果、分割されたコンクリート構造部の内面側の変形を抑制することができることから、コンクリート構造部３の内面側に圧壊若しくは剥離による亀裂が生じるおそれを減少させて、良好なシールド性能を維持できる。すなわち、下水と接触することになるコンクリート構造部３の内面側に亀裂がないことにより、亀裂を通して下水がコンクリートに浸透し、コンクリートを劣化させることを防止できる。
【０１０９】
具体的には、縦５００ｍｍ×外周円弧長２０４１ｍｍ×高さ１４７ｍｍ、曲率半径１１４７ｍｍ、中心角１０２度の中詰め鋼製セグメント４１の主桁部材４に１０００ｋＮの荷重を負荷させた場合、鋼殻部１２に最大１．４９ｍｍの変位が発生したが、コンクリート構造部３の内面側にクラックは発生しなかった。これに対し、緩衝材４２を用いない同一の大きさの中詰め鋼製セグメントの主桁部材４に１０００ｋＮの荷重を負荷させた場合、鋼殻部１２に最大１．８６ｍｍの変位が発生すると共に、コンクリート構造部３の内面側コーナー部にクラックが発生した。
【０１１０】
ところで、前述した実施例４において、荷重が負荷されることにより、緩衝材４２とコンクリート構造部３との界面にずれによる微小な隙間が発生することがある。このような微小な隙間が発生すると、隙間を通して下水が浸透し、鋼殻部１２の劣化が懸念されるものとなる。
【０１１１】
このため、図１４に示すように、緩衝材４２を構成する支持緩衝材４２２の上端部近傍の外面にアンカー部４２２ａを一体に形成することが好ましい。これにより、緩衝材４２とコンクリート構造部３がアンカー部４２２ａを介して一体化され、それらの界面に微小な隙間が発生することを防止できる。
【０１１２】
また、仮に緩衝材４２とコンクリート構造部３との界面に微小な隙間が発生したとしても、その微小な隙間を通して下水が鋼殻部１２に到達しないように、微小な隙間を密封することがより好ましい。すなわち、図１５に示すように、緩衝材４２を構成する中心緩衝材４２１および一対の支持緩衝材４２２によって区画される空間に水膨張ゴム４４を配設すれば、複数の中詰め鋼製セグメント４１が、シールド機Ｓ等のジャッキＪ，Ｊによって掘削されたトンネル等の壁面に、周方向Ｘに環状となるように連結されると共に、トンネル等の長手方向である隔壁構築方向Ｙに複数隣接配置されて、円筒状の構造物が地中に構築される際において、目に見えないような微小な隙間が緩衝材４２とコンクリート構造部３との界面に発生したとしても、その微小な隙間を通して下水が浸透して水膨張ゴム４４に到達すれば、水膨張ゴム４４が水を受けて膨張することから、支持緩衝材４２２をコンクリート構造部３に向けて押圧し、支持緩衝材４２２とコンクリート構造部３との界面に発生した微小な隙間を支持緩衝材４２２を介して密閉することができる。
【０１１３】
この結果、下水が鋼殻部１２に達することがなく、鋼殻部１２の劣化を確実に防止することができる。
【０１１４】
なお、鋼殻部１２にコンクリートを打設してコンクリート構造部３を形成する際、コンクリートの水分が水膨張ゴム４４に接触することがないように、一対の支持緩衝材４２２の外周面にわたって止水テープ４５が貼着される。すなわち、水膨張ゴム４４の周囲は、止水テープ４５によって包囲されており、コンクリート打設時に水膨張ゴム４４に水が接触することを確実に防止することができる。この止水テープ４５は、中詰め鋼製セグメント４１が形成された際に除去すればよい。
【０１１５】
さらに、図１６に示すように、連結板材７に緩衝材４２を設けるとともに、主桁部材４の裏面側に板状緩衝材４６を設けることもできる。
【０１１６】
このように、主桁部材４の裏面側に板状緩衝材４６を設けることにより、主桁部材４に作用する隔壁構築方向Ｙの荷重による主桁部材４の歪み変位が板状緩衝材４６によって吸収されることから、コンクリート構造部３の歪み変位をさらに抑制することができる。
【０１１７】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【０１１８】
即ち、前記実施例１の中詰め鋼製セグメント１１では、周方向に複数の円弧板状の中詰め鋼製セグメント１１，１１を、他のセグメント１１と環状を呈するように連結したものを示して説明してきたが、特にこれに限らず、例えば、平板形状、矩形版状、多角形版状のセグメント等、側面の円弧が、一定角度で屈曲されるか或いは直線状のセグメントで、立坑若しくはトンネル等の地中に埋設される構造体の隔壁を構成するものであれば、断面形状は、断面矩形状等の多角形形状、楕円形形状若しくは長円形形状に構築されるもの等、どのような形状の中詰め鋼製セグメントであってもよい。
【０１１９】
地中にトンネル構造体の隔壁を構築するものを示して説明してきたが、特にこれに限らず、立坑を、ジャッキ推力を用いて圧入工法によって構築するものに、前記中詰め鋼製セグメント１１を用いても、トンネル進行方向に所定の荷重が加わるものであれば良い。
【０１２０】
また、前記実施例１では、緩衝材として超高分子量ポリエチレン材料によって構成される超高分子量ポリエチレンシート１４が、設けられているが、特にこれに限らず、例えば、図７に示すように、６ナイロン、ＨＤＰＥ等の他の構成樹脂製材料を用いて構成してもよい。
【０１２１】
更に、この実施例１では、前記超高分子量ポリエチレンシート１４が、図３に示すように、長，短片状に複数に切断されて、各連結板材７，７間に設けられているが、特にこれに限らず、例えば、各連結板材７の内端縁よりも内側位置で、長，短片状の超高分子量ポリエチレンシート１４，１４間を連続させて構成されていてもよく、前記主桁部材と、前記コンクリート構造部との間に設けられる緩衝材であるならば、特に、形状、数量及び材質が限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】この発明の最良の実施の形態の実施例１の中詰め鋼製セグメントで、コンクリート構造部を取り除いた中詰め鋼製セグメントの鋼殻部を湾曲形状を平面状に展開して、内側面側から、見た構成を示す模式的な平面図である。
【図２】実施例１の中詰め鋼製セグメントで、図１中Ａ−Ａ線に沿った位置での断面図である。
【図３】実施例１の中詰め鋼製セグメントで、内側面側から見た平面図である。
【図４】実施例１の中詰め鋼製セグメントで、図３中Ｂ−Ｂ線に沿った位置での断面図である。
【図５】実施例１の中詰め鋼製セグメントの主桁部材を、推進ジャッキで、隔壁構築方向に押圧する様子を説明する一部省略斜視図である。
【図６】実施例１の中詰め鋼製セグメントに用いられた緩衝材としての超高分子量ポリエチレンシートの圧縮荷重と、たわみ量との関係を説明するグラフ図である。
【図７】実施の形態で中詰め鋼製セグメントに用いられる緩衝材の物性を比較する表図である。
【図８】この発明の最良の実施の形態の実施例２の中詰め鋼製セグメントで、コンクリート構造部を取り除いた中詰め鋼製セグメントの鋼殻部を湾曲形状を平面状に展開して、内側面側から、見た構成を示す模式的な平面図である。
【図９】この発明の最良の実施の形態の実施例３の中詰め鋼製セグメントで、コンクリート構造部を取り除いた中詰め鋼製セグメントの鋼殻部を湾曲形状を平面状に展開して、内側面側から見た構成を示す模式的な平面図である。
【図１０】地中に構築されるトンネル構造体のうち、急曲線部を説明する模式的な平面図である。
【図１１】この発明の最良の実施の形態の実施例４の中詰め鋼製セグメントで、コンクリート構造部を取り除いた中詰め鋼製セグメントの鋼殻部を示す模式的な斜視図である。
【図１２】図１１の中詰め鋼製セグメントの緩衝材を示す縦断面図である。
【図１３】図１１の中詰め鋼製セグメントに剪断荷重が作用した場合の変位を説明する模式的な平面図である。
【図１４】図１２の緩衝材の変形例を示す縦断面図である。
【図１５】図１２の緩衝材の他の変形例を示す縦断面図である。
【図１６】実施例４の中詰め鋼製セグメントの変形例で、コンクリート構造部を取り除いた中詰め鋼製セグメントの鋼殻部を示す模式的な斜視図である。
【図１７】従来の中詰め鋼製セグメントの構成を説明し、中詰めされたコンクリート構造部の一部を除去したセグメントの斜視図である。
【符号の説明】
【０１２３】
２ａ  外板部
３    コンクリート構造部
４    主桁部材
５    端部連結板
７    連結板材
１１，２１，３１，４１中詰め鋼製セグメント
１２  鋼殻部
１４  超高分子量ポリエチレンシート（緩衝材）
２２  コーナー部
２３  Ｌ字状コーナー部緩衝材
２４  水平面材（水平緩衝材）
２５  縦面材（縦緩衝材）
３２  三角コーナー部緩衝材
４２  緩衝材
４２１  中心緩衝材
４２２  支持緩衝材
４２２ａ  アンカー部
４４  水膨張ゴム
４５  止水テープ
４６  板状緩衝材
【図１】
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【図２】
2006299792.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】
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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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【図１５】
2006299792.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2006299792.tif 000019