(57)【要約】【課題】トンネル周方向に複数のセグメントを接合する際、高速に組み立てることができ、強度や剛性を高めつつ、低コスト化を実現することが可能な、セグメント間の継手構造、セグメント及びトンネル覆工体を提供する。【解決手段】トンネル覆工に用いられトンネル周方向に隣接するセグメント間の継手構造であって、一方のセグメントの継手板と他方のセグメントの継手板に鋼矢板がそれぞれ設けられ、それら鋼矢板同士の嵌合により、一方のセグメントと他方のセグメントが接合されることを特徴とする。前記鋼矢板は、前記鋼矢板同士を嵌合する嵌合部を両端に有し断面がＵ字形形状である。【選択図】図１
2011163018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル覆工に用いられトンネル周方向に隣接するセグメント間の継手構造であって、
一方のセグメントの継手板と他方のセグメントの継手板に鋼矢板がそれぞれ設けられ、それら鋼矢板同士の嵌合により、一方のセグメントと他方のセグメントが接合されることを特徴とする、セグメント間の継手構造。
【請求項２】
前記鋼矢板は、前記鋼矢板同士を嵌合する嵌合部を両端に有し断面がＵ字形形状であることを特徴とする、請求項１に記載のセグメント間の継手構造。
【請求項３】
トンネル周方向に沿って配置されるとき、前記鋼矢板は、前記嵌合部の長手方向がトンネル軸方向に対して平行になるように前記継手板に設けられたことを特徴とする、請求項１又は２に記載のセグメント間の継手構造。
【請求項４】
トンネル周方向に沿って配置されるとき、前記鋼矢板は、前記嵌合部の長手方向がトンネル半径方向に対して平行になるように前記継手板に設けられたことを特徴とする、請求項１又は２に記載のセグメント間の継手構造。
【請求項５】
前記鋼矢板の前記嵌合部に止水材が設置されたことを特徴とする、請求項３に記載のセグメント間の継手構造。
【請求項６】
前記鋼矢板同士を互いに結合するボルト結合に使用されるボルト挿通孔が、前記鋼矢板に形成されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のセグメント間の継手構造。
【請求項７】
外部からの荷重を支持し、トンネル軸方向に隣接する他のセグメントと接合するリング間接合部を有する主桁と；
長手方向がトンネル軸方向に対して平行になるように配置され前記主桁と接続された継手板と；
前記継手板に設けられ、トンネル周方向に隣接する他のセグメントと接合するように、トンネル周方向に隣接する他のセグメントの鋼矢板に設けられた嵌合部と嵌合可能な嵌合部を両端に有し断面がＵ字形状である鋼矢板と；
トンネル外面側を構成し、前記主桁および前記継手板に接続されたスキンプレートと；
トンネル軸方向に平行に前記主桁および前記スキンプレートに接続された縦リブと；
を少なくとも備えることを特徴とする、鋼製セグメント。
【請求項８】
前記主桁と前記継手板と前記スキンプレートで囲われた鋼殻の内部に充填されたコンクリートを更に備えることを特徴とする、請求項７に記載の合成セグメント。
【請求項９】
外部からの荷重を支持し、トンネル軸方向に隣接する他のセグメントと接合するリング間接合部を有する主桁と；長手方向がトンネル軸方向に対して平行になるように配置され前記主桁と接続された継手板と、前記継手板に設けられ、トンネル周方向に隣接する他のセグメントと接合するようにトンネル周方向に隣接する他のセグメントの鋼矢板に設けられた嵌合部と嵌合可能な嵌合部を両端に有し断面がＵ字形状である鋼矢板と；トンネル外面側を構成し、前記主桁および前記継手板に接続されたスキンプレートと；トンネル軸方向に平行に前記主桁および前記スキンプレートに接続された縦リブと；を少なくとも備える鋼製セグメントが、
前記トンネル周方向及び軸方向に設置され、前記トンネル周方向及び軸方向に隣接する前記セグメント同士が接合された、トンネル覆工体。
【請求項１０】
外部からの荷重を支持し、トンネル軸方向に隣接する他のセグメントと接合するリング間接合部を有する主桁と；長手方向がトンネル軸方向に対して平行になるように配置され前記主桁と接続された継手板と、前記継手板に設けられ、トンネル周方向に隣接する他のセグメントと接合するようにトンネル周方向に隣接する他のセグメントの鋼矢板に設けられた嵌合部と嵌合可能な嵌合部を両端に有し断面がＵ字形状である鋼矢板と；トンネル外面側を構成し、前記主桁および前記継手板に接続されたスキンプレートと；トンネル軸方向に平行に前記主桁および前記スキンプレートに接続された縦リブと；前記主桁と前記継手板と前記スキンプレートで囲われた鋼殻の内部に充填されたコンクリートと；を少なくも備える合成セグメントが、
前記トンネル周方向及び軸方向に設置され、前記トンネル周方向及び軸方向に隣接する前記セグメント同士が接合された、トンネル覆工体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セグメント間の継手構造、セグメント及びトンネル覆工体に関し、特にシールドトンネルの覆工に適したセグメント間の継手構造、セグメント及びトンネル覆工体に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法によってトンネルを構築する際、セグメントによる覆工が順次組み立てられ管路が形成される。複数のセグメントからなる覆工は、トンネル外部からの水圧や土圧、地表の上載荷重に耐え、トンネル内部の空間を確保する。また、セグメントは、シールドマシンの推進時のジャッキ圧に対して十分な強度を有する構造を有する。セグメントには、鉄筋コンクリート製のＲＣセグメント、鋼板などから構成される鋼製セグメント、鋼板などから構成される構造体にコンクリートを充填した合成セグメント等がある。管路を形成する際、セグメントは、まず、トンネル周方向に環状に配置される。そして、環状に配置されたセグメントによる覆工が順次トンネル軸方向に組み立てられることによって管路が形成される。
【０００３】
従来のセグメントの一例として鋼製セグメント１０について説明する。図３６は、従来の鋼製セグメント１０を示す斜視図である。鋼製セグメント１０は、スキンプレート１１と、主桁１２と、継手板１３と、縦リブ１４などからなる。スキンプレート１１は、鋼製セグメント１０の外面を被覆する鋼板である。主桁１２は、トンネル周方向に対して平行に配置され、トンネル外部からの水圧や土圧、地表の上載荷重を受け持つ。継手板１３は、主桁１２に対して垂直に、即ちトンネル軸方向に対して平行に配置される。縦リブ１４は、トンネル軸方向に対して平行に配置され、シールドマシンの推進時のジャッキの反力を受ける。
【０００４】
主桁１２には、リング間継手用のボルト挿通孔１５が設けられる。ボルト挿通孔１５にはボルトが設置され、トンネル軸方向に隣接する二つの鋼製セグメント１０がボルト結合で接合される。また、継手板１３には、ピース間継手用のボルト挿通孔１６が設けられる。ボルト挿通孔１６にはボルトが設置され、トンネル周方向に隣接する二つの鋼製セグメント１０がボルト結合で接合される。
【０００５】
一方、ピース間継手やリング間継手は、ボルト結合以外による場合もある。例えば、特許文献１には、嵌合式のセグメント用継手に関する技術が開示されている。特許文献１のセグメント用継手は、覆工を形成する際、セグメントがトンネル軸方向に対して平行にスライドしながら、トンネル周方向に隣接するセグメント同士と接合することを可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３０６９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３７〜図３９を参照して、鋼製セグメント１０や合成セグメントのボルト結合による従来のピース間継手について説明する。図３７は、従来のピース間継手を示す斜視図である。図３８は、従来のピース間継手の接合状態を示す断面図である。図３９は、従来のピース間継手の接合部分を示す断面図である。
【０００８】
鋼製セグメント１０の継手板１３には、ボルト挿通孔１６が形成される。なお、鋼製セグメント１０にコンクリートを充填する合成セグメントとする場合、図３７及び図３８に示すように継手板１３に接して中空のボルトボックス１８が設置される。トンネル周方向に互いに隣接する鋼製セグメント１０同士が接合されると、従来のピース間継手では、図３８及び図３９に示すようにボルト１９に引張力が集中する。板状の継手板１３では、板の曲げ剛性で継手剛性が決まるため継手剛性が低い。そのため、高剛性な継手にするには、継手板１３の板厚を相当厚くする必要がある。
【０００９】
また、図３７〜図３９に示した鋼製セグメント１０のピース間継手は、ボルト１９によって鋼製セグメント１０同士を接合するボルト結合によるため、覆工を組み立てるのに時間がかかるという問題がある。
【００１０】
次に、図４０及び図４１を参照して、鋼製セグメント１０や合成セグメントの従来のピース間継手について説明する。図４０は、てこ反力を説明するための鋼製セグメントの端部を示す説明図（平面略図）である。図４１は、鋼製セグメントの端部を示す断面図である。
【００１１】
図４０に示すような鋼製セグメント１０や合成セグメントでは、ピース間継手に引張力が作用すると、図４０に示すような「てこ反力」が継手板１３に作用する。図４０では、主桁１２に引張力Ｔが作用し、継手板１３に「てこ反力Ｒ」が作用している。その結果、ボルト１９にはボルト軸力Ｎ（＝Ｔ＋Ｒ／２）が作用する。即ち、ボルト軸力Ｎには、主桁１２の引張力Ｔに「てこ反力」分だけ大きな軸力が作用してしまう。
【００１２】
また、継手板１３の曲げ剛性Ｋが小さいと、曲げ変形が大きいので、てこ反力Ｒが大きくなる。そして、図４０に示すような「てこ反力」が継手板１３に作用すると、ピース間継手の強度・剛性が低下する。ピース間継手の強度・剛性の低下を防止するためには、てこ反力Ｒを小さくすればよく、継手板１３の曲げ剛性Ｋを大きくすればよい。曲げ剛性Ｋを大きくできれば、ピース間継手の回転剛性が大きくなるとともに、ピース間継手の曲げ耐力も大きくなる。
【００１３】
図４０及び図４１に示すように、継手板１３が板厚ｔ、高さｈを有するとき、曲げ剛性Ｋは下式で表わされる。
曲げ剛性  Ｋ＝ＥＩ
Ｅ：ヤング係数
Ｉ：断面二次モーメント＝ｈｔ３／１２（長方形断面の場合）
【００１４】
即ち、板厚ｔが厚くなると急激に曲げ剛性Ｋが大きくなる。このとき、てこ反力≒０になり、ピース間継手の剛性・強度が大きくなる。しかし、ピース間継手の強度・剛性の低下を防止するために、継手板１３の板厚を大きくするには、平板の場合、相当板厚を大きくする必要がある。
【００１５】
また、図３６〜図４１に示した鋼製セグメント１０や合成セグメントのピース間継手は、ボルト１９によって鋼製セグメント１０同士を接合するボルト結合によるため、覆工を組み立てるのに時間がかかるという問題がある。
【００１６】
一方、組み立て時間を短縮する継手としては、機械式の嵌合式継手もある。特許文献１に記載されたセグメント用継手は、収容溝に、隣接する他の継手の突出部を挿入して嵌合させる嵌合式継手である。嵌合式継手は、従来のボルトを使用した継手に比べて、組み立てにかかる時間を短縮でき、より速い急速施工が可能である。一方、嵌合式継手のような機械式継手は、鋳物又は研磨などの機械加工によって製造される。そのため、機械式継手の製造コスト又は加工コストが高くなる。また、機械式継手を更に高強度、高剛性にするためには、部材厚さをより厚くしたり、部材形状を強度や剛性に応じて変更したりする必要があり、製造コスト又は加工コストが更に上昇する。
【００１７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、トンネル周方向に複数のセグメントを接合する際、高速に組み立てることができ、強度や剛性を高めつつ、低コスト化を実現することが可能な、セグメント間の継手構造、セグメント及びトンネル覆工体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、第１の発明によれば、トンネル覆工に用いられトンネル周方向に隣接するセグメント間の継手構造であって、一方のセグメントの継手板と他方のセグメントの継手板に鋼矢板がそれぞれ設けられ、それら鋼矢板同士の嵌合により、一方のセグメントと他方のセグメントが接合されることを特徴とするセグメント間の継手構造が提供される。
【００１９】
また、第２の発明によれば、前記鋼矢板は、前記鋼矢板同士を嵌合する嵌合部を両端に有し断面がＵ字形形状であることを特徴とする第１の発明に記載のセグメント間の継手構造が提供される。
【００２０】
また、第３の発明によれば、トンネル周方向に沿って配置されるとき、前記鋼矢板は、前記嵌合部の長手方向がトンネル軸方向に対して平行になるように前記継手板に設けられたことを特徴とする第１又は第２の発明に記載のセグメント間の継手構造が提供される。
【００２１】
また、第４の発明によれば、トンネル周方向に沿って配置されるとき、前記鋼矢板は、前記嵌合部の長手方向がトンネル半径方向に対して平行になるように前記継手板に設けられたことを特徴とする第１の発明又は第２の発明に記載のセグメント間の継手構造が提供される。
【００２２】
また、第５の発明によれば、前記鋼矢板の前記嵌合部に止水材が設置されたことを特徴とする、第３の発明に記載のセグメント間の継手構造が提供される。
【００２３】
また、第６の発明によれば、前記鋼矢板同士を互いに結合するボルト結合に使用されるボルト挿通孔が、前記鋼矢板に形成されたことを特徴とする、第１の発明から第５の発明のいずれか一つに記載のセグメント間の継手構造が提供される。
【００２４】
また、上記課題を解決するために、第７の発明によれば、外部からの荷重を支持し、トンネル軸方向に隣接する他のセグメントと接合するリング間接合部を有する主桁と；長手方向がトンネル軸方向に対して平行になるように配置され前記主桁と接続された継手板と；前記継手板に設けられ、トンネル周方向に隣接する他のセグメントと接合するように、トンネル周方向に隣接する他のセグメントの鋼矢板に設けられた嵌合部と嵌合可能な嵌合部を両端に有し断面がＵ字形状である鋼矢板と；トンネル外面側を構成し、前記主桁および前記継手板に接続されたスキンプレートと；トンネル軸方向に平行に前記主桁および前記スキンプレートに接続された縦リブと；を少なくとも備えることを特徴とする、鋼製セグメントが提供される。
【００２５】
また、上記課題を解決するために、第８の発明によれば、前記主桁と前記継手板と前記スキンプレートで囲われた鋼殻の内部に充填されたコンクリートを更に備えることを特徴とする、第７の発明に記載の合成セグメントが提供される。
【００２６】
また、上記課題を解決するために、第９の発明によれば、外部からの荷重を支持し、トンネル軸方向に隣接する他のセグメントと接合するリング間接合部を有する主桁と；長手方向がトンネル軸方向に対して平行になるように配置され前記主桁と接続された継手板と、前記継手板に設けられ、トンネル周方向に隣接する他のセグメントと接合するようにトンネル周方向に隣接する他のセグメントの鋼矢板に設けられた嵌合部と嵌合可能な嵌合部を両端に有し断面がＵ字形状である鋼矢板と；トンネル外面側を構成し、前記主桁および前記継手板に接続されたスキンプレートと；トンネル軸方向に平行に前記主桁および前記スキンプレートに接続された縦リブと；を少なくとも備えるセグメントが、前記トンネル周方向及び軸方向に設置され、前記トンネル周方向及び軸方向に隣接する前記セグメント同士が接合された、トンネル覆工体が提供される。
【００２７】
また、上記課題を解決するために、第１０の発明によれば、外部からの荷重を支持し、トンネル軸方向に隣接する他のセグメントと接合するリング間接合部を有する主桁と；長手方向がトンネル軸方向に対して平行になるように配置され前記主桁と接続された継手板と、前記継手板に設けられ、トンネル周方向に隣接する他のセグメントと接合するようにトンネル周方向に隣接する他のセグメントの鋼矢板に設けられた嵌合部と嵌合可能な嵌合部を両端に有し断面がＵ字形状である鋼矢板と；トンネル外面側を構成し、前記主桁および前記継手板に接続されたスキンプレートと；トンネル軸方向に平行に前記主桁および前記スキンプレートに接続された縦リブと；前記主桁と前記継手板と前記スキンプレートで囲われた鋼殻の内部に充填されたコンクリートと；を少なくとも備える合成セグメントが、前記トンネル周方向及び軸方向に設置され、前記トンネル周方向及び軸方向に隣接する前記セグメント同士が接合された、トンネル覆工体が提供される。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、トンネル周方向に複数のセグメントを接合する際、高速に組み立てることができ、強度や剛性を高めつつ、低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るセグメント１００を示す斜視図である。
【図２】同実施形態のピース間継手構造を示す斜視図である。
【図３】同実施形態のピース間継手構造を示す断面図である。
【図４】同実施形態のピース間継手構造の接合状態を示す断面図である。
【図５】同実施形態に係るセグメント１００を示す平面図である。
【図６】同実施形態のピース間継手構造の接合状態を示す断面図である。
【図７】同実施形態のピース間継手構造の変形例を示す断面図である。
【図８】同実施形態のピース間継手構造の変形例の接合状態を示す断面図である。
【図９】同実施形態のピース間継手構造の変形例を示す断面図である。
【図１０】同実施形態のピース間継手構造の変形例の接合状態を示す断面図である。
【図１１】同実施形態のピース間継手構造の変形例を示す斜視図である。
【図１２】同実施形態に係るセグメント１００の変形例を示す平面図である。
【図１３】同実施形態のピース間継手構造の変形例を示す斜視図である。
【図１４】同実施形態に係るセグメント１００の変形例を示す平面図である。
【図１５】同実施形態のピース間継手構造の接合状態を示す断面図である。
【図１６】同実施形態に係る合成セグメント２００を示す平面図である。
【図１７】同実施形態に係る合成セグメント２００を示す平面図である。
【図１８】同実施形態に係るＲＣセグメント３００のピース間継手構造を示す斜視図である。
【図１９】同実施形態に係るＲＣセグメント３００を示す平面図である。
【図２０】同実施形態のピース間継手構造を示す断面図である。
【図２１】同実施形態のピース間継手構造を示す断面図である。
【図２２】同実施形態のピース間継手構造の接合状態を示す断面図である。
【図２３】同実施形態に係るＲＣセグメント３００のピース間継手構造を示す斜視図である。
【図２４】同実施形態に係るＲＣセグメント３００を示す平面図である。
【図２５】本発明の第２の実施形態に係るセグメント４００を示す斜視図である。
【図２６】同実施形態のピース間継手構造を示す斜視図である。
【図２７】同実施形態のピース間継手構造を示す斜視図である。
【図２８】同実施形態のピース間継手構造の接合状態を示す側面図である。
【図２９】同実施形態のピース間継手構造の変形例を示す斜視図である。
【図３０】同実施形態のピース間継手構造の変形例を示す斜視図である。
【図３１】同実施形態のピース間継手構造の変形例の接合状態を示す断面図である。
【図３２】同実施形態のピース間継手構造の変形例の接合状態を示す断面図である。
【図３３】同実施形態に係るＲＣセグメント５００のピース間継手構造を示す斜視図である。
【図３４】同実施形態に係るＲＣセグメント５００のピース間継手構造を示す断面図である。
【図３５】同実施形態に係るＲＣセグメント５００のピース間継手構造の接合状態を示す断面図である。
【図３６】従来の鋼製セグメントを示す斜視図である。
【図３７】従来のピース間継手を示す斜視図である。
【図３８】従来のピース間継手の接合状態を示す断面図である。
【図３９】従来のピース間継手の接合部分を示す断面図である。
【図４０】てこ反力を説明するための鋼製セグメントの端部を示す説明図（平面略図）である。
【図４１】鋼製セグメントの端部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３１】
＜１．第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態に係るセグメント１００のピース間継手構造について説明する。本実施形態に係るピース間継手構造は、セグメント１００の一端面に設けられ、セグメント１００を、トンネル周方向に隣接する他のセグメント１００と接合するための構造である。第１の実施形態では、セグメント１００をトンネル周方向に沿って配置したとき、鋼矢板１５０の軸方向がトンネル軸方向に対して平行になるように、鋼矢板１５０が設けられている。
【００３２】
［セグメント１００］
まず、図１を参照して、本実施形態に係るセグメント１００について説明する。セグメント１００は、複数のセグメント１００が組み合わされることによって、シールドトンネルの覆工体を構成する部材である。図１は、本実施形態に係るセグメント１００を示す斜視図である。
【００３３】
セグメント１００は、鋼製セグメント（スチールセグメント）、又は合成セグメントである。鋼製セグメントは、圧延鋼材を用いて構成され、溶接によって組み立てられる。合成セグメントの場合は、鋼製セグメントを鋼殻とし内部にコンクリートが充填される。
【００３４】
複数のセグメント１００は、まずトンネル周方向に環状に配置される。そして、環状に配置されたセグメント１００によるリングが順次トンネル軸方向に組み立てられることによって覆工（管路）が形成される。このとき、トンネル軸方向に隣接するリング同士は、セグメント１００の約１／２個分トンネル周方向にずらして千鳥組みされて、覆工が形成される。複数のセグメント１００からなる覆工は、トンネル外部からの水圧や土圧、地表の上載荷重に耐え、トンネル内部の空間を確保する。また、セグメント１００は、シールド推進時のジャッキ圧に対して十分な強度を有する。
【００３５】
セグメント１００は、図１に示すように、スキンプレート１１０と、主桁１２０と、継手板１３０と、縦リブ１４０などからなる。
【００３６】
スキンプレート１１０は、セグメント１００のトンネル外面側を被覆する鋼板である。スキンプレート１１０は、二つの主桁１２０と、主桁１２０の端部に接続される二つの継手板１３０から構成される矩形状の構造の一端面に設置される。スキンプレート１１０は、セグメント１００のトンネル外面側を被覆することによって、セグメント１００が覆工として形成されたとき、土の崩壊を防止する。また、スキンプレート１１０は外からの荷重を主桁１２０や縦リブ１４０に伝達しつつ、外からの荷重の一部を支持する。
【００３７】
主桁１２０は、板状部材であり、セグメント１００が覆工として形成されるとき、長手方向がトンネル周方向に対して平行になるように配置される。主桁１２０は、セグメント１００が曲面形状に形成される場合、円弧形状を有する。なお、主桁は、セグメントが直方体形状に形成される場合、長方形形状を有する。主桁１２０は、両端部で図１に示すように継手板１３０と接続される。
【００３８】
主桁１２０は、トンネル外部からの水圧や土圧、地表の上載荷重を受け持つ。また、主桁１２０は、セグメント１００の主構造体であり、スキンプレート１１０を伝達してきた荷重を最終的に受け持つ。
【００３９】
主桁１２０は、セグメント１００が覆工として形成されたとき、トンネル周方向に隣接する他のセグメント１００の主桁１２０と、二つのセグメント１００間に継手板１３０等を介して接合しており、接合している他の主桁１２０に外からの荷重を伝達できる。
【００４０】
主桁１２０には、図１に示すように、リング間継手用のボルト挿通孔１２２が設けられる。ボルト挿通孔１２２にはボルトが設置され、トンネル軸方向に隣接する二つのセグメント１００がボルト結合で接合される。なお、リング間継手は、ボルト結合の例に限定されず、他の方式でもよい。例えば、リング間継手は、図５に示すように、嵌合式などの機械式継手でもよい。図５では、一方の主桁１２０に、リング間継手（雄型）１８２が設けられる。そして、他方の主桁１２０には、隣接する主桁１２０に設けられたリング間継手（雄型）１８２に対応するように、リング間継手（雌型）１８４と貫通孔１８６が形成される。これにより、異なるリング間のセグメント１００の接合が円滑に行われる。
【００４１】
継手板１３０は、板状部材であり、主桁１２０に対して垂直に、即ちセグメント１００が環状に配置される際、トンネル軸方向に対して平行に配置される。継手板１３０は、両端部で主桁１２０と接合される。
【００４２】
縦リブ１４０は、断面がＬ字形状又はＴ字形状の板状部材である。縦リブ１４０は、主桁１２０及び継手板１３０に囲まれた空間に、セグメント１００が覆工として形成されるとき、トンネル軸方向に対して平行になるように設置される。縦リブ１４０は、スキンプレート１１０や主桁１２０に接合される。
【００４３】
縦リブ１４０は、シールドマシンの推進時のジャッキの反力を受ける。縦リブ１４０は、長手方向がトンネル軸方向に対して平行に配置されるため、セグメント１００はシールドマシンの推進時のジャッキ圧に耐える構造を有する。更に、縦リブ１４０は、トンネル軸方向に地震力などが作用したとき、トンネル軸方向に作用する引張力を伝達する。また更に、縦リブ１４０は、トンネル外部からの水圧や土圧、地表の上載荷重を主桁１２０に伝達する。
【００４４】
［ピース間継手構造］
次に、図２〜図５を参照して、本実施形態に係るピース間継手構造について説明する。図２は、本実施形態のピース間継手構造を示す斜視図である。図３は、本実施形態のピース間継手構造を示す断面図である。図４は、本実施形態のピース間継手構造の接合状態を示す断面図である。図５は、本実施形態に係るセグメント１００を示す平面図である。
【００４５】
ピース間継手構造は、鋼矢板１５０などからなる。ピース間継手構造は、トンネル周方向に隣接する二つのセグメント１００を相互に接合する。本実施形態のピース間継手構造によれば、トンネル周方向に複数のセグメント１００を接合していく際、覆工を高速に組み立てることができる。また、本実施形態のピース間継手構造は、強度や剛性が高く、低コスト化を実現できる。
【００４６】
鋼矢板１５０は、部材軸方向に対して垂直に切断して得られる断面がＵ字形状である鋼矢板である。鋼矢板１５０は、鋼矢板１５０の中間に位置する中間板部と、中間板部の端面に一端面が接続された端板部と、端板部において中間板部に対して反対の端面に設けられた嵌合部１５２からなる。鋼矢板１５０は嵌合部１５２を両端部に有する。鋼矢板１５０は、嵌合部１５２がセグメント１００の外側に突出するように継手板１３０に設けられる。嵌合部１５２は、図３及び図４に示すように、トンネル周方向に隣接する他のセグメント１００に設けられた鋼矢板１５０の嵌合部１５２と嵌合可能である。
【００４７】
鋼矢板１５０は、二つの主桁１２０間で、一方の主桁１２０から他方の主桁１２０に向かって設置される。鋼矢板１５０は、セグメント１００をトンネル周方向に沿って配置したとき、嵌合部１５２の長手方向がトンネル軸方向に対して平行になるように継手板１３０に設けられている。図２〜図４に示した嵌合部１５２は、先端が二つに分かれて膨出しており、二つの先端の間に溝が形成された溝形状を有する。
【００４８】
図３及び図４に示す例では、同一形状、同一サイズを有する二つの鋼矢板１５０が嵌合部１５２で互いに嵌合する。このとき、図４に示すように、継手板１３０は、鋼矢板１５０同士が嵌合したとき、セグメント１００のスキンプレート１１０側（セグメント１００の外側）とスキンプレート１１０の反対側（セグメント１００の内側）において、一方のセグメント１００の継手板１３０と他方のセグメント１００の継手板１３０の間に隙間ができないように、継手板１３０の厚さが決定される。
【００４９】
このように、二つのセグメント１００のピース間継手構造が相互に嵌合したとき、継手板１３０間に隙間ができないように継手板１３０の厚さが調整された結果、トンネル周方向に隣接するセグメント１００同士が密着する。その結果、トンネル周方向の軸圧縮力の伝達効率を確保できる。
【００５０】
鋼矢板１５０の内側に継手板１３０が設置された場合は、継手板１３０が設置されない場合に比べて、ピース間継手構造の強度を高めることができる。なお、図３及び図４に示した鋼矢板１５０の内側（図３及び図４の※印で示した範囲）の継手板１３０は、設置を省略してもよい。また、鋼矢板１５０の内側の空間には、コンクリートを充填してもよい。コンクリートを充填した場合は、コンクリートを充填しない場合に比べて、ピース間継手構造の強度を高めることができる。
【００５１】
なお、図３及び図４では、主桁１２０の先端面１２０ａを破線で示した。主桁１２０の先端面１２０ａは、嵌合部１５２の溝部分の底面に一致しており、かつ直線状である。このように主桁１２０の先端面１２０ａを嵌合部１５２の溝部分の底面に揃えれば、二つのセグメント１００の嵌合に支障が生じない。また、加工の際は、主桁１２０の先端面１２０ａを真っ直ぐに切断できるため、セグメント１００の製作が容易になる。
【００５２】
本実施形態のピース間継手構造を用いたセグメント１００の接合方法は、以下のとおりである。即ち、固定されたセグメント１００に、トンネル周方向に隣接するように新たなセグメント１００を設置する場合、固定されたセグメント１００の嵌合部１５２の軸方向一端部に、新たに設置しようとするセグメント１００の嵌合部１５２の軸方向一端部を近接させる。そして、一方の嵌合部１５２に他方の嵌合部１５２を挿入した後、新たに設置するセグメント１００をトンネル軸方向にスライドさせる。そして、新たに設置するセグメント１００の嵌合部１５２の軸方向一端部が、固定されたセグメント１００の嵌合部１５２の軸方向他端部に到達することによって、二つのセグメント１００の接合が完了する。
【００５３】
以上のように、本実施形態のピース間継手構造によれば、セグメント１００をトンネル軸方向にスライドさせるだけで、トンネル周方向にセグメント１００同士を接合させていくことができ、覆工の急速施工、即ち迅速な組み立てが可能である。
【００５４】
次に、図６を参照して、本実施形態のセグメント１００のピース間継手構造と、従来のセグメントのピース間継手構造との相違点について説明する。図６は、本実施形態のピース間継手構造の接合状態を示す断面図である。
【００５５】
従来のセグメントのピース間継手構造では、図３７〜図３９を用いて上述したとおり、ボルト１９に引張力が集中（引張力が一か所に集中）する。そして、板状の継手板１３では、板の曲げ剛性で継手剛性が決まるため継手剛性が低い。そのため、高剛性な継手にするには、継手板１３の板厚を相当厚くする必要がある。
【００５６】
また、従来のセグメントのピース間継手構造では、図４０及び図４１を用いて上述したとおり、ボルト軸力Ｎには、主桁１２の引張力Ｔに「てこ反力」分だけ大きな軸力が作用してしまう。てこ反力を低減して、ピース間継手の強度・剛性の低下を防止するために、継手板１３の板厚を大きくする必要があり、継手板１３が平板の場合、相当板厚を大きくする必要がある。
【００５７】
また、ピース間継手構造において、ボルト１９によってセグメント同士を接合するボルト結合による場合、覆工を組み立てるのに時間がかかるという問題もある。
【００５８】
一方、本実施形態のピース間継手構造では、継手板１３０の上下２段、即ちセグメント１００がトンネル周方向に設置されたときセグメント１００の内側と外側の２段に嵌合部１５２が設けられる。
【００５９】
図６に示すように、セグメント１００に大きな曲げモーメントＭが作用すると、ピース間継手構造の嵌合部１５２において、軸引張力Ｔ１，Ｔ２が作用し、セグメント１００の外側端部において圧縮力Ｃが作用する。軸引張力Ｔ１は、セグメント１００の外側の嵌合部１５２で作用する軸引張力であり、軸引張力Ｔ２は、セグメント１００の外側の嵌合部１５２で作用する軸引張力である。
【００６０】
図６に示すような大きな曲げモーメントＭや軸引張力Ｔ１，Ｔ２がセグメント１００に作用したとき、本実施形態のピース間継手構造は、トンネル周方向に隣接するセグメント１００同士が上下２段の嵌合部１５２で接合されるため、曲げモーメントＭや軸引張力Ｔ１，Ｔ２に対して抵抗可能であり、強度及び剛性が高い。
【００６１】
また、本構造では嵌合継手はトンネル軸方向（セグメント幅方向）に連続して設けられているため、ボルト式の継手のように軸引張力がボルトに集中荷重（点荷重）として作用せず分布荷重として作用するため、更に継手の強度および剛性が高い。
【００６２】
更に、ピース間継手構造における継手板１３０の剛性は、鋼矢板１５０の曲げ剛性が非常に大きいので、更に高められる。その結果、本実施形態の継手板１３０に生じる「てこ反力」が極小になるため、高強度及び高剛性のピース間継手構造とすることができる。
【００６３】
また、嵌合部１５２が少なくとも２段配置となるため、図６と反対の曲げモーメントが作用したときも、本実施形態のピース間継手構造は同様に曲げモーメントに抵抗可能であり、本実施形態のピース間継手構造は、正負両方の曲げモーメントに対して高い曲げ剛性・曲げ強度が期待できる。
【００６４】
更に、予め熱間圧延または冷間加工で成型されたＵ時形断面の鋼矢板１５０を用いることで、高剛性かつ高強度で急速施工可能なピース間継手を低加工コストで製造することができる。
【００６５】
［ピース間継手構造の変形例］
次に、図７及び図８を参照して、本実施形態のピース間継手構造の第１の変形例について説明する。図７は、本実施形態のピース間継手構造の変形例を示す断面図である。図８は、本実施形態のピース間継手構造の変形例の接合状態を示す断面図である。
【００６６】
ピース間継手構造の第１の変形例は、上述した実施形態のピース間継手構造に対して、鋼矢板の嵌合部の形状及び嵌合部の組み合わせ方が異なる。上述した実施形態のピース間継手構造では、同一形状の嵌合部１５２を相互に嵌合する場合について説明したが、第１の変形例では、形状の異なる嵌合部１５２と嵌合部１６２を相互に嵌合する。
【００６７】
セグメント１００の一端側には鋼矢板１５０が設けられ、他端側には鋼矢板１６０が設けられる。そして、鋼矢板１５０は嵌合部１５２を有し、鋼矢板１６０は嵌合部１６２を有する。嵌合部１５２は、先端が二つに分かれて膨出し、二つの先端の間に溝が形成された溝形状を有する。一方、嵌合部１６２は、先端が他の部分に比べて膨らんだ単一の膨出形状を有する。嵌合部１５２の溝部分に、嵌合部１６２の先端が挿入される。
【００６８】
このように、ピース間継手構造には、嵌合部の形状の異なる鋼矢板を使用してもよい。即ち、ピース間継手構造は、二つの嵌合部を相互に嵌合できれば、鋼矢板の形状は同一でなくてもよく、鋼矢板の豊富なバリエーションの中から適切な組み合わせを選択することで、ピース間継手構造を構成できる。
【００６９】
また、図９及び図１０を参照して、本実施形態のピース間継手構造の第２の変形例について説明する。図９は、本実施形態のピース間継手構造の変形例を示す断面図である。図１０は、本実施形態のピース間継手構造の変形例の接合状態を示す断面図である。
【００７０】
ピース間継手構造の第２の変形例は、上述した実施形態のピース間継手構造に対して、鋼矢板のサイズ及び嵌合部の組み合わせ方が異なる。上述した実施形態のピース間継手構造では、同一サイズの鋼矢板１５０を相互に嵌合する場合について説明したが、第２の変形例では、サイズの異なる鋼矢板１５０と鋼矢板１７０を相互に嵌合する。
【００７１】
セグメント１００の一端側には鋼矢板１５０が設けられ、他端側には鋼矢板１７０が設けられる。そして、図９に示すように、鋼矢板１５０は高さがＬ１であり嵌合部１５２を有し、鋼矢板１７０は高さがＬ２であり嵌合部１６２を有する。嵌合部１５２、嵌合部１７２は共に、先端が二つに分かれて膨出し、二つの先端の間に溝が形成された溝形状を有する。鋼矢板１７０の方が、高さが低く、隣接するセグメント１００同士が接合する際、鋼矢板１５０の間に隣接するセグメント１００の鋼矢板１７０が設置される。嵌合部１５２の溝部分に、嵌合部１７２の先端が挿入される。
【００７２】
このように、ピース間継手構造には、サイズの異なる鋼矢板を使用してもよい。即ち、ピース間継手構造は、二つの嵌合部を相互に嵌合できれば、鋼矢板のサイズは同一でなくてもよく、鋼矢板の豊富なバリエーションの中から適切な組み合わせを選択することで、ピース間継手構造を構成できる。
【００７３】
次に、図１１及び図１２を参照して、本実施形態のピース間継手構造の第３の変形例について説明する。図１１は、本実施形態のピース間継手構造の変形例を示す斜視図である。図１２は、実施形態に係るセグメント１００の変形例を示す平面図である。
【００７４】
図１１及び図１２に示す本変形例は、ピース間継手構造にボルト結合を併用する場合である。このとき、鋼矢板１５０にはボルト挿通孔１５３が形成され、継手板１３０にはボルト挿通孔１３３が形成される。セグメント１００が嵌合部１５２を使用してトンネル周方向に隣接する他のセグメント１００と接合した後、二つのセグメント１００のボルト挿通孔１３３，１５３を貫通するボルトによって、二つのセグメント１００が固定される。なお、鋼矢板１５０と継手板１３０で囲まれる空間にはコンクリートを充填してもよい。
【００７５】
この変形例のように、本実施形態のピース間継手構造は、施工上の迅速性が低減するが、ボルト結合を併用してもよい。ボルト結合を併用しない場合でも、ピース間継手構造の強度及び剛性を向上させることができるが、ボルト結合を併用することによって、更にピース間継手構造の強度及び剛性を増強できる。
【００７６】
なお、図１２に示すように、鋼矢板１５０は、アンカープレート１９２（又はアンカー筋）を介して縦リブ１４０と接続されてもよい。これにより、ピース間継手構造の強度及び剛性を更に向上させることができる。
【００７７】
次に、図１３及び図１４を参照して、本実施形態のピース間継手構造の第４の変形例について説明する。図１３は、本実施形態のピース間継手構造の変形例を示す斜視図である。図１４は、本実施形態に係るセグメント１００の変形例を示す平面図である。
【００７８】
本変形例は、図１〜図５等で示した鋼矢板１５０と異なり、鋼矢板１５０−１が主桁１２０−１の外面まで伸びている。この場合、主桁１２０−１は、図１３に示すように鋼矢板１５０−１の外形（Ｕ字形の形状）に沿って切り欠かれて、切り欠き部分で主桁１２０−１と鋼矢板１５０−１が接続される。
【００７９】
図１〜図５等で示した鋼矢板１５０は、二つの主桁１２０の対向する二つの面の間に設置される。一方、本変形例のように鋼矢板１５０−１が主桁１２０−１の外面まで設けられることによって、ピース間継手構造の嵌合部１５２−１は、主桁１２０−１の板厚分だけ図１〜図５等で示したピース間継手構造の嵌合部１５２よりも長くなる。また、本変形例は、二つのセグメント１００が相互に接合したとき、嵌合部１５２−１において、セグメント１００の一端側の外面から他端側の外面まで二つのセグメント１００が接合する。従って、本変形例はより確実で、強固な接合を可能とする。
【００８０】
［止水材について］
次に、図１５を参照して、本実施形態のセグメント１００に止水材を設置する場合について説明する。図１５は、本実施形態のピース間継手構造の接合状態を示す断面図である。
【００８１】
本実施形態のセグメント１００のピース間継手構造には、止水材が設けられてもよい。例えば、図１５に示すように鋼矢板１５０の嵌合部１５２に止水材１５８を塗布する。これにより、互いに接合した二つのセグメント１００間に、少なくとも２段に止水材１５８が封入されるため、止水性の高いピース間継手構造を実現できる。
【００８２】
なお、図１５では、主桁１２０に止水ゴム１２８を設置した例を示している。これにより、トンネル軸方向に隣接する二つのセグメント１００のリング間の接合部分の間でも止水が可能である。図１５に示すように上下２段で止水ゴム１２８を設置すれば、止水性を向上させることができる。
【００８３】
［合成セグメント］
図１６及び図１７を参照して、本実施形態のピース間継手構造を合成セグメント２００に適用した例を説明する。図１６及び図１７は、本実施形態に係る合成セグメント２００を示す平面図である。
【００８４】
合成セグメント２００は、主桁１２０と、継手板１３０と、縦リブ２４０と、鋼矢板１５０と、コンクリート２０２と、スキンプレートなどからなる。スキンプレートは、図１６又は図１７のコンクリート２０２の背面側（トンネル外面側）に設置される。主桁１２０と、継手板１３０と、縦リブ２４０と、鋼矢板１５０と、スキンプレートは鋼殻を構成し、合成セグメント２００は、鋼殻にコンクリート２０２を充填したものである。
【００８５】
また、上述した実施形態と同様に、一方の主桁１２０には、リング間継手（雄型）１８２が設けられる。そして、他方の主桁１２０には、リング間継手（雌型）１８４と貫通孔１８６が形成される。合成セグメント２００の場合、縦リブ２４０は、コンクリート２０２によって拘束されるため、上述した実施形態の縦リブ１４０と異なり、断面がＬ字形状又はＴ字形状ではなく、単なる平板又は棒状部材でもよい。
【００８６】
ピース間継手構造は、上述した実施形態と同様に、鋼矢板１５０から構成される。図１６に示した合成セグメント２００は、鋼矢板１５０の嵌合部１５２のみで、トンネル周方向に隣接する他の合成セグメント２００と接合される。
【００８７】
合成セグメント２００のピース間継手構造は、上述した実施形態のセグメント１００のピース間継手構造と同様に、合成セグメント２００をトンネル軸方向にスライドさせるだけで、トンネル周方向に合成セグメント２００同士を接合させていくことができ、覆工の急速施工、即ち迅速な組み立てが可能である。また、トンネル周方向に隣接する合成セグメント２００同士が上下２段の嵌合部１５２で接合されるため、剛性が高い。
【００８８】
更に、予め熱間圧延又は冷間加工で成型されたＵ字形断面の鋼矢板１５０を用いることで、高剛性かつ高強度で急速施工可能なピース間継手を低加工コストで製造することができる。
【００８９】
また、図１７に示した合成セグメント２００では、鋼矢板１５０の嵌合部１５２とボルト結合が併用される。鋼矢板１５０にはボルト挿通孔１５３が形成され、継手板１３０にはボルト挿通孔１３３が形成される。また、鋼矢板１５０内部にコンクリートが充填されている場合、図１７に示すように当該コンクリート部分にボルト挿通孔１５４が形成される。
【００９０】
図１７に示した例では、中空のボルトボックス１９４が鋼矢板１５０に接して設けられる。ボルトボックス１９４は、合成セグメント２００がトンネル周方向に設置されたときのトンネル内側方向に開口している。これにより、コンクリート２０２が充填された合成セグメント２００がトンネル周方向に設置された後、トンネル内側からボルトをボルト挿通孔１３３，１５３に貫通させられる。
【００９１】
また、図１７に示すように、鋼矢板１５０は、アンカープレート１９２（又はアンカー筋）を介して縦リブ２４０と接続されてもよい。これにより、ピース間継手構造の強度及び剛性を更に向上させることができる。
【００９２】
以上、図１７に示した合成セグメント２００のように、ピース間継手構造は、施工上の迅速性が低減するが、ボルト結合を併用してもよい。ボルト結合を併用することによって、更にピース間継手構造の強度及び剛性を増強できる。
【００９３】
［ＲＣセグメント］
図１８〜図２４を参照して、本実施形態のピース間継手構造をＲＣセグメント３００に適用した例を説明する。
【００９４】
図１８は、本実施形態に係るＲＣセグメント３００のピース間継手構造を示す斜視図である。図１９は、本実施形態に係るＲＣセグメント３００を示す平面図である。図２０は、本実施形態のピース間継手構造を示す断面図である。図２１は、本実施形態のピース間継手構造を示す断面図である。図２２は、本実施形態のピース間継手構造の接合状態を示す断面図である。図２３は、本実施形態に係るＲＣセグメント３００のピース間継手構造を示す斜視図である。図２４は、本実施形態に係るＲＣセグメント３００を示す平面図である。
【００９５】
ＲＣセグメント３００は、セグメント本体３０２と、長手方向（トンネル周方向）の主鉄筋３１４と、短手方向（トンネル軸方向）に主鉄筋３１４を囲うように配置されたせん断補強筋（フープ筋）３１６と、嵌合部１５２を有する鋼矢板１５０などからなる。
【００９６】
ＲＣセグメント３００の長手方向に平行な面３２０の一方には、リング間継手（雄型）３８２が設けられる。そして、ＲＣセグメント３００の長手方向に平行な面３２０の他方には、リング間継手（雌型）３８４が設けられる。リング間継手（雄型）３８２とリング間継手（雌型）３８４は、アンカー筋３８７によってセグメント本体３０２に固定される。
【００９７】
ピース間継手構造は、鋼矢板１５０から構成される。鋼矢板１５０は、ＲＣセグメント３００の短手方向に平行な面３３０に沿って設置される。鋼矢板１５０は、鋼矢板１５０に溶接されたアンカー筋３９２を介してコンクリートに定着される。これにより、ピース間継手構造に生じる引張力がコンクリートを介して主鉄筋３１４に伝達され、ピース間継手構造の強度及び剛性を向上させることができる。図１８及び図１９に示したＲＣセグメント３００は、鋼矢板１５０の嵌合部１５２でトンネル周方向に隣接する他のＲＣセグメント３００と接合される。
【００９８】
図２０及び図２１は、ＲＣセグメント３００におけるピース間継手構造の一例である。図２０及び図２１では、鋼矢板１５０内部にコンクリート３０４が充填されている。なお、コンクリート３０４は省略してもよい。
【００９９】
二つのセグメント１００を接合する際、一方のＲＣセグメント３００におけるコンクリート３０４の端面３３０ａと、他方のＲＣセグメント３００におけるコンクリート３０４における端面３３０ｂを、図２２に示すように接触させてもよい。これにより、二つのＲＣセグメント３００間において力の伝達が行われる面が増加する。図２０の例では、端面３３０ａ，３３０ｂは、斜めである。端面の形状は、図２０に示す例に限定されず、例えば図２１に示す端面３３０ｃ，３３０ｄのように、段差部が設けられてもよい。いずれの形状でも、ＲＣセグメント３００をトンネル軸方向にスライドさせて、ＲＣセグメント３００同士を接合できる。
【０１００】
ＲＣセグメント３００のピース間継手構造は、上述した実施形態のセグメント１００のピース間継手構造と同様に、Ｕ字形断面を有する鋼矢板１５０を使用しているため、ピース間継手構造の加工費を削減できる。また、ＲＣセグメント３００をトンネル軸方向にスライドさせるだけで、トンネル周方向にＲＣセグメント３００同士を接合させていくことができ、覆工の急速施工、即ち迅速な組み立てが可能である。また、トンネル周方向に隣接するＲＣセグメント３００同士が上下２段の嵌合部１５２で接合されるため、剛性が高い。
【０１０１】
また、本構造では嵌合継手はトンネル軸方向（セグメント幅方向）に連続して設けられているため、軸引張力が分布荷重として作用するため、更に継手の強度及び剛性が高い。
【０１０２】
また、図２３及び図２４に示したＲＣセグメント３００では、鋼矢板１５０の嵌合部１５２とボルト結合が併用される。鋼矢板１５０にはボルト挿通孔１５３が形成される。また、鋼矢板１５０内部にコンクリートが充填されている場合、図２４に示すように当該コンクリート部分にボルト挿通孔１５４が形成される。
【０１０３】
図２３及び図２４に示した例では、中空のボルトボックス１９４が鋼矢板１５０に接して設けられる。ボルトボックス１９４は、合成セグメント２００の例で説明したものと同一である。図２３及び図２４に示したＲＣセグメント３００のように、ピース間継手構造は、施工上の迅速性が低減するが、ボルト結合を併用してもよい。ボルト結合を併用することによって、更にピース間継手構造の強度及び剛性を増強できる。
【０１０４】
＜２．第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係るセグメント４００のピース間継手構造について説明する。第１の実施形態と同様に、本実施形態に係るピース間継手構造は、セグメント４００の一端面に設けられ、セグメント４００を、トンネル周方向に隣接する他のセグメント４００と接合するための構造である。第２の実施形態では、セグメント４００をトンネル周方向に沿って配置したとき、鋼矢板４５０の軸方向がトンネル半径方向に対して平行になるように、鋼矢板４５０が設けられている。
【０１０５】
［セグメント４００］
まず、図２５を参照して、本実施形態に係るセグメント４００について説明する。図２５は、本実施形態に係るセグメント４００を示す斜視図である。
【０１０６】
セグメント４００は、鋼製セグメント（スチールセグメント）、又は合成セグメントである。セグメント４００は、図２５に示すように、スキンプレート１１０と、主桁１２０と、継手板４３０と、縦リブ１４０などからなる。スキンプレート１１０と、主桁１２０と、縦リブ１４０は、第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１０７】
［ピース間継手構造］
次に、図２６及び図２７を参照して、本実施形態に係るピース間継手構造について説明する。図２６及び図２７は、本実施形態のピース間継手構造を示す斜視図である。
【０１０８】
ピース間継手構造は、鋼矢板４５０などからなる。ピース間継手構造は、トンネル周方向に隣接する二つのセグメント４００を相互に接合する。本実施形態のピース間継手構造によれば、トンネル周方向に複数のセグメント４００を接合する際、覆工を高速に組み立てることができる。また、本実施形態のピース間継手構造は、強度や剛性が高く、低コスト化を実現できる。
【０１０９】
継手板４３０は、板状部材であり、主桁１２０に対して垂直に、即ちセグメント４００が環状に配置される際、トンネル軸方向に対して平行に配置される。図２６及び図２７に示す例では、継手板４３０は両端部で鋼矢板４５０と接合される。
【０１１０】
鋼矢板４５０は、部材軸方向に対して垂直に切断して得られる断面がＵ字形状である鋼矢板である。鋼矢板４５０は、継手板４３０と主桁１２０に接合される。また、図２５〜図２７に示す例では、鋼矢板４５０は、アンカープレート４７０を介して縦リブ１４０に接続され固定される。
【０１１１】
図２６及び図２７では、鋼矢板４５０の内側に継手板を設置しない例を示しているが、鋼矢板４５０の内側に継手板を設置してもよい。継手板が設置された場合は、継手部に軸引張力が作用した際に鋼矢板の変形（嵌合部４５２の間隔が狭くなる方向の変形）が抑制されるので、継手板が設置されない場合に比べて、ピース間継手構造の強度及び剛性を高めることができる。また、図２６及び図２７では、鋼矢板４５０内部にコンクリートが充填されていない例を示しているが、鋼矢板４５０内部にコンクリートを充填してもよい。コンクリートを充填した場合は、コンクリートを充填しない場合に比べて、継手部に軸引張力が作用した際に鋼矢板の変形（嵌合部４５２の間隔が狭くなる方向の変形）が抑制されるので、ピース間継手構造の強度及び剛性を高めることができる。なお、コンクリートを充填した場合、コンクリートの脱落防止のためのずれ止めがセグメント４００の内面側に設けられるとよい。これにより、セグメント４００がトンネル上部に設置されたとき、充填されたコンクリートが脱落することを防止できる。
【０１１２】
図２６に示す鋼矢板４５０は嵌合部４５２を両端部に有し、図２７に示す鋼矢板４５０は嵌合部４５４を両端部に有する。嵌合部４５２は、トンネル周方向に隣接する他のセグメント４００に設けられた鋼矢板４５０の嵌合部４５４と嵌合可能である。本実施形態では、嵌合部４５２，４５４のように、形状の異なる鋼矢板４５０を使用して、ピース間継手構造を構成する。
【０１１３】
図２６に示した嵌合部４５２は、先端が他の部分に比べて膨らんだ単一の膨出形状を有する。図２７に示した嵌合部４５４は、先端が二つに分かれて膨出し、二つの先端の間に溝が形成された溝形状を有する。嵌合部４５４の溝部分に、嵌合部４５２の先端が挿入されて、嵌合部４５２，４５４の長手方向にスライドすることで、二つのセグメント４００の鋼矢板４５０同士が接合される。
【０１１４】
鋼矢板４５０は、セグメント４００がトンネル周方向に沿って配置されたときのセグメント４００の最内面から最外面にかけて設置される。そして、鋼矢板４５０は、セグメント４００がトンネル周方向に沿って配置されたとき、嵌合部４５２，４５４の長手方向がトンネル半径方向に対して平行になるように主桁１２０と継手板４３０に固定されている。
【０１１５】
図２６及び図２７に示す例では、異なる形状を有する嵌合部４５２，４５４を互いに嵌合したが、第１の実施形態において図３及び図４に示したように、本実施形態でも、同一形状、同一サイズの二つの鋼矢板４５０が嵌合部において互いに嵌合するようにしてもよい。または、第１の実施形態において図９及び図１０に示したように、サイズの異なる鋼矢板４５０が嵌合部において互いに嵌合するようにしてもよい。
【０１１６】
本実施形態のピース間継手構造を用いたセグメント４００の接合方法は、以下のとおりである。即ち、固定されたセグメント４００に、トンネル周方向に隣接するように新たなセグメント１００を設置する場合、固定されたセグメント４００の嵌合部４５２の軸方向一端部に、新たに設置しようとするセグメント４００の嵌合部４５４の軸方向一端部を近接させる。そして、一方の嵌合部４５２に他方の嵌合部４５４を挿入した後、新たに設置するセグメント４００をトンネル半径方向にスライドさせる。そして、新たに設置するセグメント４００の嵌合部４５４の軸方向一端部が、固定されたセグメント４００の嵌合部４５２の軸方向他端部に到達することによって、二つのセグメント４００の接合が完了する。
【０１１７】
以上のように、本実施形態のピース間継手構造によれば、セグメント４００をトンネル半径方向にスライドさせるだけで、トンネル周方向にセグメント４００同士を接合させていくことができ、覆工の急速施工、即ち迅速な組み立てが可能である。
【０１１８】
更に、予め熱間圧延又は冷間加工で成型されたＵ字形断面の鋼矢板４５０を用いることで、高剛性かつ高強度で急速施工可能なピース間継手を低加工コストで製造することができる。
【０１１９】
次に、図２８を参照して、本実施形態のセグメント４００のピース間継手構造と、従来のセグメントのピース間継手構造との相違点について説明する。図２８は、本実施形態のピース間継手構造の接合状態を示す側面図である。図２８では、ピース間継手構造が接合した状態でモーメント又は引張力が作用したときの力の分布図を重ねて示した。
【０１２０】
従来のセグメント同士が同一リング内で接合されると、図３８及び図３９を参照して説明したように、ピース間継手構造では、ボルト１９に引張力が集中する。そのため、継手強度及び継手剛性は低かった。
【０１２１】
一方、本実施形態のピース間継手構造によれば、図２８に示すように鋼矢板４５０の嵌合部４５２，４５４がセグメント４００の内面から外面に向けて線状に設けられている。そのため、ピース間継手構造にモーメント又は引張力が作用したとき、鋼矢板４５０の嵌合部４５２，４５４では、図２８の力の分布図に示すように、引張力が一か所に集中することなく、セグメント４００の高さ方向に引張力が分散する。その結果、本実施形態のピース間継手構造では継手強度及び継手剛性が高くなる。また、嵌合部４５２，４５４がセグメント４００の高さ方向に連続しているため、図２８と反対の曲げモーメントが作用したときも、本実施形態のピース間継手構造は同様に曲げモーメントに抵抗可能であり、本実施形態のピース間継手構造は、正負両方の曲げモーメントに対して高い曲げ剛性・曲げ強度が期待できる。
【０１２２】
［ピース間継手構造の変形例］
次に、図２９〜図３２を参照して、本実施形態のピース間継手構造の変形例について説明する。図２９は、本実施形態のピース間継手構造の変形例を示す斜視図である。図３０は、本実施形態のピース間継手構造の変形例を示す斜視図である。図３１は、本実施形態のピース間継手構造の変形例の接合状態を示す断面図である。図３２は、本実施形態のピース間継手構造の変形例の接合状態を示す断面図である。
【０１２３】
図２９〜図３２の例では、鋼矢板４５０の二つの嵌合部４５２の間に、鋼矢板４５０の軸方向に沿って継手板４３０が設けられる。なお、鋼矢板４５０と継手板４３０で囲まれる空間にはコンクリートを充填してもよい。そして、図２９〜図３２に示す本変形例は、ピース間継手構造にボルト結合を併用する場合である。このとき、鋼矢板４５０にはボルト挿通孔４５３が形成され、継手板４３０にはボルト挿通孔４３２が形成される。セグメント４００が嵌合部４５２，４５４を使用してトンネル周方向に隣接する他のセグメント４００と接合した後、二つのセグメント４００のボルト挿通孔４３２，４５３を貫通するボルト４９０及びボルト４９０を固定するナット４９４によって、二つのセグメント４００が固定される。
【０１２４】
この変形例のように、本実施形態のピース間継手構造は、施工上の迅速性が低減するが、ボルト結合を併用してもよい。ボルト結合を併用しない場合でも、ピース間継手構造の強度及び剛性を向上させることができるが、ボルト結合を併用することによって、更にピース間継手構造の強度及び剛性を増強できる。
【０１２５】
また、図２９及び図３０に示すように、鋼矢板４５０は、アンカー筋４７２（又はアンカープレート）を介して縦リブ１４０と接続され固定されてもよい。これにより、ピース間継手構造の強度及び剛性を更に向上させることができる。
【０１２６】
次に、図３２を参照して、本実施形態のセグメント４００のピース間継手構造と、従来のセグメントのピース間継手構造との相違点について説明する。
【０１２７】
従来のセグメント同士が同一リング内で接合されると、図３８及び図３９を参照して説明したように、ピース間継手構造では、ボルト１９に引張力が集中する。そのため、継手強度及び継手剛性は低かった。
【０１２８】
一方、本実施形態のピース間継手構造によれば、図３２に示すように、鋼矢板４５０が有するＵ字形の断面形状によって、ボルト４９０をナット４９４で締結したとき、ボルト軸力がピース間継手構造の広い範囲に導入される。このように、本実施形態のピース間継手構造では、鋼矢板４５０が有するＵ字形の断面形状とボルト結合によって、アーチ効果が生じるため、継手強度及び継手剛性を更に向上させることができる。
【０１２９】
［ＲＣセグメント］
図３３〜図３５を参照して、本実施形態のピース間継手構造をＲＣセグメント５００に適用した例を説明する。図３３は、本実施形態に係るＲＣセグメント５００のピース間継手構造を示す斜視図である。図３４は、本実施形態に係るＲＣセグメント５００のピース間継手構造を示す断面図である。図３５は、本実施形態に係るＲＣセグメント５００のピース間継手構造の接合状態を示す断面図である。
【０１３０】
ピース間継手構造は、鋼矢板４５０から構成される。鋼矢板４５０は、ＲＣセグメント５００の短手方向に平行な面５３０に沿って設置される。鋼矢板４５０は、鋼矢板４５０に溶接されたアンカー筋５７０を介してコンクリートに定着される。これにより、ピース間継手構造に生じる引張力が主鉄筋（図示せず）に伝達され、ピース間継手構造の強度及び剛性を向上させることができる。
【０１３１】
図３３〜図３５に示したＲＣセグメント５００は、鋼矢板４５０の嵌合部４５２とボルト結合とを併用した場合である。鋼矢板４５０にはボルト挿通孔４５３が形成される。また、図３４及び図３５に示すように、鋼矢板１５０内部にコンクリート５６０が充填されている場合、当該コンクリート部分にボルト挿通孔５６２が形成される。
【０１３２】
図３３〜図３５に示した例では、中空のボルトボックス５８０が鋼矢板４５０に接して形成される。ボルトボックス５８０は、ＲＣセグメント５００がトンネル周方向に設置されたときのトンネル内側方向に開口している。これにより、ＲＣセグメント５００がトンネル周方向に設置された後、トンネル内側から長ボルト５９０をボルト挿通孔４５３に貫通させられる。
【０１３３】
図３３〜図３５に示したＲＣセグメント５００のように、ピース間継手構造は、ボルト結合を併用する場合に限定されず、ボルト結合を併用せず、嵌合部のみによってＲＣセグメント５００同士を接合してもよい。ボルト結合を併用する場合は、ピース間継手構造の強度及び剛性を増強できる。
【０１３４】
なお、ＲＣセグメント５００の長手方向に平行な面５２０には、リング間継手が設けられる。
【０１３５】
図３３では、鋼矢板４５０内部にコンクリートが充填されていない例を示している。コンクリートが充填されず、ＲＣセグメント５００がトンネル周方向に接合される場合は、地山側、即ち図３３の鋼矢板４５０の上面に止水のためプレート（図示せず。）を配置する。これにより、地山からの漏水を防止できる。図３４及び図３５に示すように、コンクリート５６０が充填される場合でも、プレートを設けて鋼矢板４５０と止水溶接する、あるいは地山側にコンクリートかぶりを設けるとなおよい。止水溶接しない場合は、鋼矢板４５０とコンクリート５６０の間の界面から水がトンネル内に浸水するおそれがあるからである。
【０１３６】
次に、図３４及び図３５を参照して、ピース間継手構造にボルト結合を併用する場合のＲＣセグメント５００の接合方法について説明する。図３４及び図３５は、ＲＣセグメント５００の場合に限られず、鋼殻内にコンクリートが充填された合成セグメントの場合にも適用できる。
【０１３７】
セグメント本体５０２には、ボルトボックス５８０に向けて開口したボルト挿通孔５９２が形成されている。図３４に示すように、まず、一方のＲＣセグメント５００側に、ボルト挿通孔５９２を使用して、長ボルト５９０を挿入しておく。そして、鋼矢板４５０同士を嵌合部４５２，４５４の長手方向にスライドさせて接合する。その後、図３５に示すように、二つのＲＣセグメント５００を施工位置に設置できれば、長ボルト５９０をボルト挿通孔５６２内にスライドさせ、ナット５９４を使用して二つのＲＣセグメント５００を固定する。
【０１３８】
ＲＣセグメント５００のピース間継手構造は、ＲＣセグメント５００をトンネル半径方向にスライドさせるだけで、トンネル周方向にＲＣセグメント５００同士を接合させていくことができ、覆工の急速施工、即ち迅速な組み立てが可能である。
【０１３９】
更に、予め熱間圧延又は冷間加工で成型されたＵ字形断面の鋼矢板４５０を用いることで、高剛性かつ高強度で急速施工可能なピース間継手を低加工コストで製造することができる。
【０１４０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明は、セグメント間の継手構造、セグメント及びトンネル覆工体に適用可能であり、特にシールドトンネルの覆工に適したセグメント間の継手構造、セグメント及びトンネル覆工体に適用可能である。
【符号の説明】
【０１４２】
１０      鋼製セグメント
１１，１１０      スキンプレート
１２，１２０，４２０      主桁
１３，１３０，４３０      継手板
１４，１４０，２４０      縦リブ
１５，１６，１２２，１３３，１５３，１５４，４３２，４５３，５６２，５９２      ボルト挿通孔
１８，１９４，５８０      ボルトボックス
１９，４９０，５９０      ボルト
１００，４００      セグメント
１２０ａ      先端面
１５０，１６０，１７０，４５０      鋼矢板
１５２，１５４，１６２，１７２，４５２，４５４      嵌合部
１８２，３８２      リング間継手（雄型）
１８４，３８４      リング間継手（雌型）
１８６      貫通孔
１９２，４７０      アンカープレート
２００      合成セグメント
２０２，３０４，５６０      コンクリート
３００，５００      ＲＣセグメント
３０２，５０２      セグメント本体
３１４      主鉄筋
３１６      せん断補強筋（フープ筋）
３２０，３３０，５２０，５３０      面
３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃ，３３０ｄ      端面
３８７，３９２，４７２，５７０      アンカー筋
４９４，５９４      ナット
５９０      長ボルト
【図１】
2011163018.tif 000003
【図２】
2011163018.tif 000004
【図３】
2011163018.tif 000005
【図４】
2011163018.tif 000006
【図５】
2011163018.tif 000007
【図６】
2011163018.tif 000008
【図７】
2011163018.tif 000009
【図８】
2011163018.tif 000010
【図９】
2011163018.tif 000011
【図１０】
2011163018.tif 000012
【図１１】
2011163018.tif 000013
【図１２】
2011163018.tif 000014
【図１３】
2011163018.tif 000015
【図１４】
2011163018.tif 000016
【図１５】
2011163018.tif 000017
【図１６】
2011163018.tif 000018
【図１７】
2011163018.tif 000019
【図１８】
2011163018.tif 000020
【図１９】
2011163018.tif 000021
【図２０】
2011163018.tif 000022
【図２１】
2011163018.tif 000023
【図２２】
2011163018.tif 000024
【図２３】
2011163018.tif 000025
【図２４】
2011163018.tif 000026
【図２５】
2011163018.tif 000027
【図２６】
2011163018.tif 000028
【図２７】
2011163018.tif 000029
【図２８】
2011163018.tif 000030
【図２９】
2011163018.tif 000031
【図３０】
2011163018.tif 000032
【図３１】
2011163018.tif 000033
【図３２】
2011163018.tif 000034
【図３３】
2011163018.tif 000035
【図３４】
2011163018.tif 000036
【図３５】
2011163018.tif 000037
【図３６】
2011163018.tif 000038
【図３７】
2011163018.tif 000039
【図３８】
2011163018.tif 000040
【図３９】
2011163018.tif 000041
【図４０】
2011163018.tif 000042
【図４１】
2011163018.tif 000043