(57)【要約】【課題】形状保持材に沿って発生するひび割れを抑制したコンクリート一体型セグメントを提案する。【解決手段】トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁４，４と、トンネル周方向の両端に設けられた一対の継手板５，５と、一対の主桁４，４および一対の継手板５，５の地山側の端面を覆うスキンプレート６と、トンネル周方向に沿って間隔をあけて主桁４同士の間に横架された複数の形状保持材７，７，…と、主桁４、継手板５およびスキンプレート６に囲まれた空間に打設されたコンクリート３とを備えるコンクリート一体型鋼製セグメントであって、複数の形状保持材７，７，…のうち、少なくともセグメント中央側に配設された形状保持材７の高さが、セグメント高さの０．４５倍未満である。【選択図】図２
2019056264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁と、
トンネル周方向の両端に設けられた一対の継手板と、
前記一対の主桁および前記一対の継手板の地山側の端面を覆うスキンプレートと、
トンネル周方向に沿って間隔をあけて前記主桁同士の間に横架された複数の形状保持材と、
前記主桁、前記継手板および前記スキンプレートに囲まれた空間に打設されたコンクリートと、を備えるコンクリート一体型鋼製セグメントであって、
前記複数の形状保持材のうち、少なくともセグメント中央側に配設された前記形状保持材のトンネル内空側端部に、当該形状保持材から張り出すフランジが形成されていることを特徴とする、コンクリート一体型鋼製セグメント。
【請求項２】
前記フランジを含めた前記形状保持材のトンネル内空側端部の幅が、当該形状保持材の板厚の１．０倍を超える、より好ましくは１．４倍から６．２倍の範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載のコンクリート一体型鋼製セグメント。
【請求項３】
トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁と、
トンネル周方向の両端に設けられた一対の継手板と、
前記一対の主桁および前記一対の継手板の地山側の端面を覆うスキンプレートと、
トンネル周方向に沿って間隔をあけて前記主桁同士の間に横架された複数の形状保持材と、
前記主桁、前記継手板および前記スキンプレートに囲まれた空間に打設されたコンクリートと、を備えるコンクリート一体型鋼製セグメントであって、
前記複数の形状保持材のうち、少なくともセグメント中央側に配設された前記形状保持材の高さが、セグメント高さの０．５０倍未満であり、より好ましくは０．４５倍未満であることを特徴とする、コンクリート一体型鋼製セグメント。
【請求項４】
トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁と、
トンネル周方向の両端に設けられた一対の継手板と、
前記一対の主桁および前記一対の継手板の地山側の端面を覆うスキンプレートと、
トンネル周方向に沿って間隔をあけて前記主桁同士の間に横架された複数の形状保持材と、
前記主桁、前記継手板および前記スキンプレートに囲まれた空間に打設されたコンクリートと、を備えるコンクリート一体型鋼製セグメントであって、
前記複数の形状保持材のうち、少なくともセグメント中央側に配設された前記形状保持材のトンネル内空側端部に当該形状保持材から張り出すフランジが形成されているとともに、当該形状保持材の高さがセグメント高さの０．４５倍未満であることを特徴とする、コンクリート一体型鋼製セグメント。
【請求項５】
トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁と、
トンネル周方向の両端に設けられた一対の継手板と、
前記一対の主桁および前記一対の継手板の地山側の端面を覆うスキンプレートと、
トンネル周方向に沿って間隔をあけて前記主桁同士の間に横架された複数の形状保持材と、
前記主桁、前記継手板および前記スキンプレートに囲まれた空間に打設されたコンクリートと、を備えるコンクリート一体型鋼製セグメントであって、
前記複数の形状保持材のうち、少なくともセグメント中央側に配設された前記形状保持材のトンネル内空側先端が面取りされていることを特徴とする、コンクリート一体型鋼製セグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート一体型鋼製セグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法やＴＢＭ工法等では、地山の掘削に伴い、筒状のセグメントリングを地中に連設することでトンネルの覆工を形成している。セグメントリングは、複数のセグメントの端面（継手板）同士を連結することにより形成される。
このようなセグメントには、例えば、特許文献１に示すように、スキンプレート、主桁および継手板を備える鋼殻とコンクリートとを一体化したコンクリート一体型鋼製セグメント（合成セグメント）がある。
鋼殻には、コンクリートを打ち込むことにより主桁およびスキンプレートに変形が生じることがないように、主桁のウェブおよびスキンプレートに直交する形状保持材が配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２１６８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンクリート一体型鋼製セグメントでは、セグメント中央付近の形状保持材の位置において、コンクリートの表面にひび割れが発生することがある。
本発明は、形状保持材に沿って発生するひび割れを抑制したコンクリート一体型セグメントを製造することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のコンクリート一体型鋼製セグメントは、トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁と、トンネル周方向の両端に設けられた一対の継手板と、前記一対の主桁および前記一対の継手板の地山側の端面を覆うスキンプレートと、トンネル周方向に沿って間隔をあけて前記主桁同士の間に横架された複数の形状保持材と、前記主桁、前記継手板および前記スキンプレートに囲まれた空間に打設されたコンクリートとを備えるものである。
第一のコンクリート一体型鋼製セグメントは、前記複数の形状保持材のうち少なくともセグメント中央側に配設された前記形状保持材のトンネル内空側端部に当該形状保持材から張り出すフランジが形成されていることを特徴とする。かかるコンクリート一体型鋼製セグメントによれば、形状保持材の端部にフランジを形成して、形状保持材の端部の幅を広げることで、形状保持材の端部に生じる応力を分散させることができる。その結果、コンクリート表面にひび割れが生じ難くなる。フランジを含めた形状保持材の端部の幅は、形状保持材の板厚に対して、１．０倍より大きく、好ましくは１．４倍〜６．２倍程度の範囲内とするのが望ましい。
【０００６】
また、第二のコンクリート一体型鋼製セグメントは、前記複数の形状保持材のうち少なくともセグメント中央側に配設された前記形状保持材の高さが、セグメント高さ（セグメント厚）の０．５０倍未満であり、より好ましくは０．４５倍未満である。かかるコンクリート一体型鋼製セグメントによれば、従来のコンクリート一体型鋼製セグメントと比べて、形状保持材の高さが小さいため、コンクリートの自己収縮時の拘束力を小さくすることができ、ひいては、形状保持材の先端部の周囲においてコンクリートに生じる引張応力を小さくすることができる。その結果、コンクリート表面にひび割れが生じ難くなる。
なお、本明細書では、「セグメント高さ」を、スキンプレートを除いたコンクリート一体型鋼製セグメントの全高さとする。
【０００７】
また、第三のコンクリート一体型鋼製セグメントは、前記複数の形状保持材のうち、少なくともセグメント中央側に配設された前記形状保持材のトンネル内空側端部に当該形状保持材から張り出すフランジが形成されているとともに、当該形状保持材の高さがセグメント高さの０．４５倍未満であることを特徴とする。
【０００８】
さらに、第四のコンクリート一体型鋼製セグメントは、前記複数の形状保持材のうち少なくともセグメント中央側に配設された前記形状保持材のトンネル内空側先端が面取りされていることを特徴とする。かかるコンクリート一体型鋼製セグメントによれば、形状保持材の上端面を弧状にすることで、形状保持材の先端部に応力が集中し難くなるため、コンクリート表面にひび割れが生じ難くなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のコンクリート一体型鋼製セグメントによれば、形状保持材から起因するひび割れを制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一の実施形態に係るコンクリート一体型鋼製セグメントを示す斜視図である。
【図２】（ａ）は図１のＹ−Ｙ矢視図、（ｂ）は同Ｘ−Ｘ矢視図である。
【図３】（ａ）は第二の実施形態に係る形状保持材の断面図、（ｂ）は（ａ）の変形例である。
【図４】第三の実施形態の形状保持材の断面図である。
【図５】本発明に係るコンクリート一体型鋼製セグメントについて実施した解析のモデル図である。
【図６】本発明に係るコンクリート一体型鋼製セグメントについて実施した解析の結果であって、形状保持材の先端幅／板厚とひび割れ指数の関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係るコンクリート一体型鋼製セグメントについて実施した解析の結果であって、形状保持材長さ／セグメント高とひび割れ指数の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第一の実施形態＞
コンクリート一体型鋼製セグメントでは、セグメント中央付近の形状保持材の位置において、コンクリートの表面にひび割れが発生することがある。このひび割れは、コンクリートの自己収縮が鋼殻によって拘束されるため、形状保持材の先端部の周囲においてコンクリートに引張応力が集中することに起因するものと推測される。なお、コンクリートは、一般的に強度が大きいほど水和反応に伴う発熱と自己収縮とが大きくなる。そのため、コンクリートの自己収縮時の拘束を低減することが可能な鋼殻を構成すれば、コンクリートの表面に生じるひび割れを少なくすることが可能であると推測される。本実施形態では、形状保持材の高さを調整することで、コンクリート自己収縮時の拘束力を小さくし、ひいては、形状保持材の先端部の周囲においてコンクリートに生じる引張応力を小さくすることを図るものとする。ここで、従来のコンクリート一体型鋼製セグメントの形状保持材の設計では、形状保持材のせん断耐力に対する照査、形状保持材の溶接部の安全性の確認を行っている。一方、形状保持材の高さについては制約がなく、セグメント高さの１／２程度に設定されるのが一般的であった。
【００１２】
本実施形態では、図１に示すように、鋼殻２と、鋼殻２内に打設されたコンクリート３とにより構成されたコンクリート一体型鋼製セグメント（以下、単に「セグメント１」という）について説明する。セグメント１は、円弧状に湾曲した版状に形成されており、周方向に複数接続することで、セグメントリング（図示せず）が形成される。このセグメントリングを軸方向に順次接合すると、トンネルの覆工が形成される。
鋼殻２は、一対の主桁４，４と、一対の継手板５，５と、スキンプレート６と、複数の形状保持材７，７，…と、継手金物８，８とを備えて構成されている。
【００１３】
一対の主桁４，４は、セグメント１のトンネル軸方向の両端に設けられている。
主桁４は、図２（ａ）に示すように、トンネルの断面形状に応じて円弧状に形成された鋼製部材からなる。
本実施形態の主桁４は、図２（ｂ）に示すように、ウェブ４１と、ウェブ４１の地山側端部およびトンネル内空側端部にそれぞれ設けられたフランジ４２，４２とを備えている。すなわち、本実施形態の主桁４は、ウェブ４１と一対のフランジ４２，４２により、断面視コ字状を呈している。なお、主桁４の構成は限定されるものではなく、必ずしも断面視コ字状である必要はない。
図１に示すように、主桁４には、複数のリング間ジョイント１１，１１，…が形成されている。リング間ジョイント１１は、セグメントリング同士を連結するものである。なお、リング間ジョイント１１の構成、配置および数は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【００１４】
一対の継手板５，５は、図１および図２（ａ）に示すように、セグメント１のトンネル周方向の両端に設けられている。継手板５は、矩形状の鋼板からなり、一対の主桁４，４の端部同士に横架されている。
継手板５には、継手金物８を設置するための二つの開口５１，５１が形成されている。開口５１，５１は、継手板５のトンネル軸方向中心線からの距離が等間隔になるように形成されている。なお、開口５１の形状、数および配置は、継手金物８の位置や形式に応じて適宜設定すればよい。
【００１５】
スキンプレート６は、地山に面する部材であり、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、セグメント１の地山側の端面を覆っている。
スキンプレート６は、主桁４，４および継手板５，５により形成された枠体の外周面側（地山側）を塞ぐように配置された鋼板である。
【００１６】
形状保持材（補剛リブ）７，７，…は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、枠状に組み付けられた主桁４，４および継手板５，５の内空部分にトンネル周方向に沿って間隔（本実施形態では６００ｍｍ間隔）をあけて配置されている。形状保持材７は、スキンプレート６に対して垂直になるように、主桁４同士の間に横架されている。形状保持材７は厚さ９ｍｍの鋼板からなり、地山側端面がスキンプレート６に当接しているとともに、トンネル軸方向両端がそれぞれ主桁４，４の板面に当接している。形状保持材７の外側縁はスキンプレート６との当接箇所において溶接されているとともに、形状保持材７の端部はウェブ４１とフランジ４２に溶接されている。なお、形状保持材７の固定方法は限定されない。また、形状保持材７の板厚および設置間隔も限定されるものではない。
本実施形態の形状保持材７は、スキンプレート６との接合部に凹部７１，７１を有しているとともに、スキンプレート６側の角部（ウェブ４１とフランジ４２の角部）に隅切り部７２，７２を有している。なお、本実施形態では、３つの凹部７１，７１，７１が形成されているが、凹部７１の数は限定されるものではない。また、凹部７１および隅切り部７２は必要に応じて形成すればよい。形状保持材７は、凹部７１以外の部分のスキンプレート６との当接箇所において溶接されているとともに、端部がウェブ４１と地山側（外周側）のフランジ４２に溶接されている。
【００１７】
複数の形状保持材７，７，…のうち、最も継手板５側に位置し、継手金物８と交差する位置に配設された形状保持材７（以下、「端部形状保持材７ａ」という）の高さは、セグメント高さの０．５倍程度以上に設定されている。また、端部形状保持材７ａには、継手金物８（定着部８１ｂ、８２ｂ）の位置に対応して当該継手金物８を挿通可能な溝または貫通孔が形成されている。
端部形状保持材７ａ以外の形状保持材７（以下、「中央部形状保持材７ｂ」という）の高さは、セグメント高さの０．５倍未満であり、好ましくは０．４５倍未満とする。なお、本明細書では、「セグメント高さ」を、スキンプレート６を除いたセグメント１の全高さとする。すなわち、本実施形態の「セグメント高さ」は、主桁４の高さに耐火代コンクリート３２の厚さを加えた値とする。また、耐火代コンクリート３２が無い場合には、主桁４の高さを「セグメント高さ」とする。なお、中央部形状保持材７ｂの先端部（トンネル内空側の端部）は、フランジにより拡幅してもよい。
【００１８】
本実施形態の形状保持材７は、補強部材７３を介してトンネル内空側のフランジ４２に固定されている。補強部材７３は、フランジ４２の板面（地山側のフランジ４２に対向する面）に立設されている。補強部材７３の一端はフランジ４２の板面に溶接されている。また、補強部材７３の他端は、形状保持材７の板面（スキンプレート６に垂直な面）に重ねられた状態で、形状保持材７に溶接されている。
補強部材７３は、一端がトンネル内空側のフランジ４２に固定されているとともに他端が形状保持材７に固定されている。本実施形態の補強部材７３は、矩形断面の棒材により構成する。なお、補強部材７３を構成する棒材の幅寸法は限定されるものではない。また、補強部材７３を構成する棒材の断面形状は矩形に限定されるものではなく、例えば、円形断面、楕円形断面、小判型断面またはその他の多角形断面であってもよい。また、補強部材７３は棒材に限定されるものではない。例えば、板材であってもよいし、Ｌ字状の鋼材であってもよい。また、補強部材７３の配設ピッチは適宜決定すればよい。さらに、補強部材７３は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
【００１９】
継手金物８，８は、セグメント１同士を連結するための部材であり、継手板５に設けられている。本実施形態では、受け金物８１と挿入金物８２とが並設されている。なお、継手板５には、受け金物８１または挿入金物８２のいずれか一方のみが設けられていてもよい。セグメント１同士の連結は、一方のセグメント１の端面に突設された挿入金物８２を、他方のセグメント１の端面に形成された受け金物８１に係止させることにより行う。
受け金物８１は、セグメント１の端面において開口して、挿入金物８２を挿入することが可能な受け部８１ａと、受け部８１ａの背面側（継手板５と反対側）に形成された角柱状の定着部８１ｂと、定着部８１ｂの基端部（継手板５と反対側の端部）に形成された定着板８１ｃとにより構成されている。定着板８１ｃの断面形状は、定着部８１ｂの断面形状よりも大きい。定着部８１ｂは、端部形状保持材７ａとの交差部において、溝または貫通孔を挿通しており、定着板８１ｃは、端部形状保持材７ａの背面側（継手板５の反対側）に配設されている。定着部８１ｂおよび定着板８１ｃは、鋼殻２内においてコンクリート３に埋設されている。
【００２０】
挿入金物８２は、継手板５から他方のセグメント１側に突出する挿入部８２ａと、鋼殻２内に配設された定着部８２ｂと、定着部８２ｂの基端部（継手板５と反対側の端部）に形成された定着板８２ｃとにより構成されている。定着板８２ｃの断面形状は、定着部８２ｂの断面形状よりも大きい。定着部８２ｂは、端部形状保持材７ａとの交差部において、溝または貫通孔を挿通しており、定着板８２ｃは、端部形状保持材７ａの背面側（継手板５の反対側）に配設されている。定着部８２ｂおよび定着板８２ｃは、鋼殻２内においてコンクリート３に埋設されている。
受け金物８１と挿入金物８２は、セグメント１のトンネル軸方向中央から同一の間隔をあけた位置に配設されている。なお、本実施形態の継手金物８は、図１に示すように、鋼殻２の厚さ方向中央付近に形成されているが、継手金物８の形成箇所は限定されるものではない。また、継手金物８は、複数段形成されていてもよい。また、定着部８１ｂ，８２ｂによって十分な定着力を確保できる場合には、定着板８１ｃ，８２ｃは省略してもよい。さらに、セグメント１同士を接合するための継手構造（継手金物８の構成や配置等）は限定されるものではない。
【００２１】
コンクリート３は、一対の主桁４，４、一対の継手板５，５およびスキンプレート６に囲まれた空間内に充填されている。コンクリート３は、図１に示すように、鋼殻２の内部に形成された内部コンクリート３１と、セグメント１の内面側に所定の厚みを有して形成された耐火代コンクリート３２とを備えている。なお、コンクリート３を構成するフレッシュコンクリートの配合は、適宜設定すればよい。
本実施形態の内部コンクリート３１は、無筋コンクリートである。なお、内部コンクリート３１（鋼殻２内）には鉄筋を配筋してもよい。
耐火代コンクリート３２には、補強材として、格子状鉄筋３３が埋設されている。本実施形態では、格子状鉄筋３３として、複数の鉄筋が予め格子状に組み付けられた鉄筋網を採用するが、格子状鉄筋３３は必ずしも網である必要はなく、縦筋および横筋を適宜配筋してもよい。また、内部コンクリート３１の鉄筋と、耐火代コンクリート３２の格子状鉄筋３３とを組み合わせた鉄筋籠を採用してもよい。
なお、耐火代コンクリート３２は、必要に応じて形成すればよい。
【００２２】
本実施形態のセグメント１によれば、端部形状保持材７ａ以外の形状保持材７（中央部形状保持材７ｂ）の高さをセグメント高さの０．４５倍未満にしているため、形状保持材７の高さがセグメント高さの０．５倍程度の従来のコンクリート一体型鋼製セグメントと比べて、コンクリート３の自己収縮時の拘束力を小さくすることができる。そのため、形状保持材７の先端部の周囲においてコンクリート３に生じる引張応力を小さくすることができ、その結果、コンクリート３の表面にひび割れが生じ難くなる。また、形状保持材７の高さを小さくすることで、鋼材量を低減することが可能となり、経済的である。
端部形状保持材７ａの高さをセグメント高さの１／２以上に設定するとともに、継手金物８の定着板８１ｃ，８２ｃを端部形状保持材７ａの背面（継手板５の反対側）に配置しているため、コーン破壊によるせん断面が端部形状保持材７ａによって遮断される。そのため、コンクリート３にコーン破壊が生じることが防止され、その結果、継手部のコンクリート３が一体として挙動し、継手部に作用する応力が主桁４に直接伝達される。
また、形状保持材７が配設されているため、フレッシュコンクリートを鋼殻２内に流し込んだ際の圧力によって主桁４に生じる面外方向の変形が抑制されている。また、形状保持材７はスキンプレート６に溶接されているため、形状保持材７がコンクリート３に埋設されることで、コンクリート３とスキンプレート６とが一体化する。
【００２３】
＜第二の実施形態＞
第二の実施形態では、コンクリート一体型鋼製セグメントにおいて、形状保持材の先端部の形状を調整することで、形状保持材の先端部の周囲においてコンクリートに引張応力が集中することを抑制し、ひいては、形状保持材の位置においてコンクリートの表面にひび割れが発生することを抑制する場合について説明する。
セグメント１（コンクリート一体型鋼製セグメント）は、鋼殻２と、鋼殻２内に打設されたコンクリート３とにより構成されている。鋼殻２は、一対の主桁４，４と、一対の継手板５，５と、スキンプレート６と、複数の形状保持材７，７，…と、継手金物８，８とを備えて構成されている。
ここで、コンクリート３、主桁４、継手板５、スキンプレート６および継手金物８の詳細は、第一の実施形態で示したコンクリート３、主桁４、継手板５、スキンプレート６および継手金物８と同様なため、詳細な説明は省略する。
【００２４】
形状保持材（補剛リブ）７，７，…は、枠状に組み付けられた主桁４，４および継手板５，５の内空部分にトンネル周方向に沿って間隔をあけて配置されている（図２（ａ）および（ｂ）参照）。
複数の形状保持材７，７，…のうち、最も継手板５側であって、継手金物８と交差する位置に配設された形状保持材７（以下、「端部形状保持材７ａ」という）は、スキンプレート６に対して垂直になるように、主桁４同士の間に横架された鋼板からなる。なお、端部形状保持材７ａの詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
端部形状保持材７ａ以外の形状保持材７（中央部形状保持材７ｂ）は、主桁４同士の間に横架されており、図３（ａ）に示すように、スキンプレート６に対して垂直になるように立設された本体部７４と、本体部７４の先端（内空側の端部）に形成されたフランジ部７５，７５とを備えている。
【００２５】
本体部７４は、鋼板からなり、地山側端面がスキンプレート６に当接しているとともに、トンネル軸方向両端がそれぞれ主桁４，４の板面に当接している。本体部７４は、スキンプレート６との当接箇所において溶接されているとともに、端部がウェブ４１とフランジ４２に溶接されている。なお、本体部７４の固定方法は限定されない。本実施形態の本体部７４の高さは、セグメント高さの０．５倍とする。なお、本体部７４の高さは限定されるものではなく、例えば、セグメント高さの０．４５倍未満にしてもよい。
フランジ部７５は、形状保持材７の先端の幅を大きくするように、本体部７４の先端部において、本体部７４の側面に固定されている。本実施形態では、本体部７４の先端部を挟むように、一対のフランジ部７５，７５が固定されている。本実施形態では、フランジ部７５を含めた形状保持材７の先端部の幅が、本体部７４の板厚に対して３．５倍程度になるように設定する。なお、フランジ部７５を含めた形状保持材７の先端部の幅は、本体部７４の板厚の１．０倍を超えていれば（より好ましくは１．４倍から６．２倍程度の範囲内）限定されるものではない。また、フランジ部７５は、図３（ｂ）に示すように、本体部７４の端面に固定された１枚の鋼板であってもよい。さらに、形状保持材７として、鋼板に代えて、Ｉ形鋼等のフランジを有した鋼材を採用してもよい。
この他の中央部形状保持材７ｂの詳細は、第一の実施形態の形状保持材７と同様なため、詳細な説明は省略する。
【００２６】
本実施形態のセグメント１によれば、形状保持材７の端部にフランジ部７５，７５を形成して、形状保持材７の端部の幅を広げているため、形状保持材７の端部に生じる応力を分散させることができる。その結果、コンクリート３の表面にひび割れが生じ難くなる。
【００２７】
＜第三の実施形態＞
第三の実施形態では、コンクリート一体型鋼製セグメントにおいて、形状保持材の端部の形状を調整することで、形状保持材の先端部の周囲においてコンクリートに引張応力が集中することを抑制し、ひいては、形状保持材の位置においてコンクリートの表面にひび割れが発生することを抑制する場合について説明する。
セグメント１（コンクリート一体型鋼製セグメント）は、鋼殻２と、鋼殻２内に打設されたコンクリート３とにより構成されている（図１参照）。鋼殻２は、一対の主桁４，４と、一対の継手板５，５と、スキンプレート６と、複数の形状保持材７，７，…と、継手金物８，８とを備えて構成されている。
ここで、コンクリート３、主桁４、継手板５、スキンプレート６および継手金物８の詳細は、第一の実施形態で示したコンクリート３、主桁４、継手板５、スキンプレート６および継手金物８と同様なため、詳細な説明は省略する。
【００２８】
形状保持材（補剛リブ）７，７，…は、枠状に組み付けられた主桁４，４および継手板５，５の内空部分にトンネル周方向に沿って間隔をあけて配置されている（図２（ａ）および（ｂ）参照）。
複数の形状保持材７，７，…のうち、最も継手板５側において、継手金物８と交差する位置に配設された形状保持材７（以下、「端部形状保持材７ａ」という）は、スキンプレート６に対して垂直になるように、主桁４同士の間に横架された鋼板からなる。なお、端部形状保持材７ａの詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
端部形状保持材７ａ以外の形状保持材７（中央部形状保持材７ｂ）は、主桁４同士の間に横架されており、図４に示すように、スキンプレート６に対して垂直になるように立設された鋼板からなる。中央部形状保持材７ｂのトンネル内空側先端は、面取りされていて、断面弧状を呈している。
この他の中央部形状保持材７ｂの詳細は、第一の実施形態の形状保持材７と同様なため、詳細な説明は省略する。
【００２９】
本実施形態のセグメント１によれば、形状保持材７（中央部形状保持材７ｂ）の上端面（トンネル内空側の縁部）を弧状にすることで、形状保持材７の先端部に応力が集中し難くなる。その結果、コンクリート３の表面にひび割れが生じ難くなる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
セグメント１の用途は限定されるものではなく、例えば、シールドトンネルやＴＢＭの施工に使用すればよい。
前記各実施形態では、端部形状保持材７ａ以外の形状保持材７（中央部形状保持材７ｂ）の高さまたは先端形状を調整させる場合について説明したが、少なくともセグメント中央側に配設された形状保持材７について高さまたは先端形状を調整すればよい。すなわち、セグメント中央側に配設された形状保持材７以外の形状保持材７については、必ずしも高さまたは先端形状を調整する必要はない。もちろん、全ての形状保持材７の高さまたは先端形状を調整してもよい。
【００３１】
次に、本発明に係るコンクリート一体型鋼製セグメントのコンクリート表面におけるひび割れ抑制効果を確認するために実施した解析結果について説明する。
本解析では、トンネル軸方向の幅が２０００ｍｍ、トンネル周方向（最外縁）の長さが４７１２．４ｍｍ、セグメント厚が４０５ｍｍ、形状保持材７の配設ピッチが５１０ｍｍのセグメント１について、高さが１８０ｍｍ、板厚Ｗ１が１６ｍｍの形状保持材７（本体部７４）の先端部にフランジ（フランジ部７５）を設けることで、当該先端部の幅Ｗ２を変化させた場合における最小ひび割れ指数を算出した（図５参照）。
ここで、最小ひび割れ指数とは、コンクリート材の引張強度特性値と引張主応力の比のことである。最小ひび割れ指数が小さくなるにつれてひび割れ危険度が高くなる。なお、最小ひび割れ指数は、許容されるひび割れ発生率に対応するように設定された安全係数よりも大きくなるように設定する。安全係数は、適宜決定すればよい。なお、参考として、表１に示す安全係数を目標値とする場合がある。
解析結果を表２および図６に示す。
【００３２】
【表１】
2019056264.tif 000003
【００３３】
【表２】
2019056264.tif 000004
【００３４】
表２および図６に示すように、形状保持材の先端幅を拡幅させたケース２〜９の最小ひび割れ指数が、先端幅を拡幅していないケース１の最小ひび割れ指数よりも向上する結果となった。したがって、形状保持材７の先端部にフランジ部７５を設けて先端幅を１．０倍よりも大きくすることで、ひび割れを抑制する効果が得られることが確認できた。また、ケース２〜６では、最小ひび割れ指数が０．７０以上となった。さらに、ケース７〜９は、ケース２〜６に比べて、わずかに最小ひび割れ指数が低下した。したがって、形状保持材７の先端部の幅は、形状保持材７の板厚に対して、１．４倍から６．２倍の範囲内とするのが望ましい。
【００３５】
次に、形状保持材７の高さを変化させた場合の、形状保持材７の先端部における最小ひび割れ指数の変化について検証を行った。表３に解析を行った形状保持材７の高さと解析結果を示す。また、図７に形状保持材高さ／セグメント高さと最小ひび割れ指数の関係を示す。
本解析では、トンネル軸方向の幅が２０００ｍｍ、トンネル周方向の長さが４７１２．４ｍｍ、セグメント厚が４０５ｍｍ、形状保持材７の配設ピッチが５１０ｍｍのセグメント１について、形状保持材７の先端部における最小ひび割れ指数を算出した。
【００３６】
【表３】
2019056264.tif 000005
【００３７】
表３および図７に示すように、形状保持材７の高さをセグメント高さの０．５倍未満、好ましくは０．４５倍未満にすることで、セグメント高さの０．５倍以上の場合（従来の形状保持材）よりも最小ひび割れ指数が改善する。また、形状保持材７の高さをセグメント高さの０．３５倍未満にすることで、最小ひび割れ指数が０．７以上になった。さらに、形状保持材７の高さがセグメント高さの０．２倍以下は、ひび割れ指数が略一定となった。したがって、形状保持材７の高さを低くすることで、ひび割れを抑制する効果が得られることが確認できた。
【符号の説明】
【００３８】
１  セグメント（コンクリート一体型鋼製セグメント）
２  鋼殻
３  コンクリート
４  主桁
５  継手板
６  スキンプレート
７  形状保持材
７ａ  端部形状保持材
７ｂ  中央部形状保持材
７５  フランジ部
８    継手金物
【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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