(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数連結されることでトンネルが構築されるセグメントであって、
トンネルの軸方向の両端部に配置される一対の主桁板と、トンネルの周方向の両端部に配置される一対の継手板とを備え、中詰めコンクリートが内部に充填される鋼殻が一対の前記主桁板及び一対の前記継手板に取り囲まれることで形成されて、
前記中詰めコンクリートは、火災時に熱で溶融又は消失する合成繊維が混入された耐火コンクリートが用いられて、
一対の前記主桁板は、トンネルの軸方向の一端側に配置された前記主桁板となる一端側主桁板、及び、トンネルの軸方向の他端側に配置された前記主桁板となる他端側主桁板に、トンネルの法線方向に延びる本体部が形成されて、前記本体部からトンネルの軸方向に突出する嵌合凸部が前記一端側主桁板に形成されるとともに、前記本体部からトンネルの軸方向に陥没する嵌合受部が前記他端側主桁板に形成されて、前記一端側主桁板に形成された前記嵌合凸部と前記他端側主桁板に形成された前記嵌合受部とが、トンネルの法線方向で互いに略同一の位置にトンネルの周方向に連続して形成されて、
各々の前記主桁板は、前記中詰めコンクリートに係止される前記嵌合凸部及び前記嵌合受部の何れか一方又は両方が、トンネルの軸方向で前記鋼殻の内部側にも形成され、
トンネルの法線方向で内空側から被覆される耐火被覆材が設けられること
を特徴とするセグメント。
【請求項２】
前記耐火被覆材は、前記主桁板に塗布される不定形材、又は、前記主桁板に貼付される定形板材が用いられて、前記不定形材又は前記定形板材と前記耐火コンクリートとのトンネルの軸方向での境界が、前記主桁板よりもトンネルの軸方向で前記鋼殻の内部側に形成されること
を特徴とする請求項１記載のセグメント。
【請求項３】
前記不定形材又は前記定形板材は、２０ｍｍ以上の被覆厚で形成されること
を特徴とする請求項２記載のセグメント。
【請求項４】
前記不定形材又は前記定形板材と前記耐火コンクリートとのトンネルの軸方向での境界は、前記主桁板から５０ｍｍ以上離間させて、前記主桁板よりもトンネルの軸方向で前記鋼殻の内部側に形成されること
を特徴とする請求項２又は３記載のセグメント。
【請求項５】
前記不定形材又は前記定形板材は、前記耐火コンクリート及び前記主桁板の何れか一方又は両方に、金網を介して固定されて、又は、接着材で固定されること
を特徴とする請求項２〜４の何れか１項記載のセグメント。
【請求項６】
前記耐火被覆材は、前記中詰めコンクリートとなる前記耐火コンクリートが、前記鋼殻の内部側から前記主桁板の内空側まで、トンネルの軸方向に連続させて設けられることで、前記主桁板の内空側を被覆するものとなること
を特徴とする請求項１記載のセグメント。
【請求項７】
前記主桁板の内空側を被覆する前記耐火コンクリートは、５０ｍｍ以上、６５ｍｍ以下の被覆厚で形成されること
を特徴とする請求項６記載のセグメント。
【請求項８】
前記主桁板の内空側を被覆する前記耐火コンクリートは、前記主桁板にジベル若しくは金網を介して固定されて、又は、接着材で固着されること
を特徴とする請求項６又は７記載のセグメント。
【請求項９】
前記耐火被覆材は、トンネルの軸方向又は周方向で互いに隣接させる一方のセグメントにおける前記耐火被覆材と他方のセグメントにおける前記耐火被覆材とを離間させることで、５ｍｍ以上、１３ｍｍ以下の隙間が形成されること
を特徴とする請求項１〜８の何れか１項記載のセグメント。
【請求項１０】
前記主桁板又は前記継手板は、トンネルの軸方向又は周方向で互いに隣接させる一方のセグメントにおける前記主桁板又は前記継手板と他方のセグメントにおける前記主桁板又は前記継手板とが、１ｍｍ以上離間させて配置されること
を特徴とする請求項１〜９の何れか１項記載のセグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数連結されることでトンネルが構築されるセグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、縦リブを備えた鋼殻とセグメント内に充填されたコンクリートとの一体性を確実に向上させて、合成セグメントの終局耐力を高めることを目的として、特許文献１〜３に開示された合成セグメントが提案されている。
【０００３】
特許文献１に開示された合成セグメントは、主桁に縦リブが固定されて、その縦リブにおけるスキンプレート側端部を通るトンネル半径方向の法線を含むトンネル軸方向に延長する面に対して、トンネル軸方向の断面視で、前記縦リブにおける少なくとも一つの折れ曲がり部の中心と、前記縦リブのトンネル内空側の端部とが、トンネル半径方向の法線を含むトンネル軸方向に延長する面を挟むように、その面の一方及び他方に配置される。
【０００４】
特許文献２に開示された合成セグメントは、主桁、継手板、スキンプレート及び縦リブにより構成される鋼製系セグメントにおける主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが固定されて、前記各縦リブに設けられた開孔に渡って棒状鋼材が挿通されるとともに、前記縦リブ及び棒状鋼材を埋め込むようにセグメント内部にコンクリートが充填されることを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９７８１７号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０２７６号公報
【特許文献３】特開２０００−２９１３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１、２に開示された合成セグメントは、トンネルの軸方向及び周方向に隣り合った他の合成セグメントと互いに連結されることで、トンネルが構築されるものとなる。そして、特許文献１、２に開示された合成セグメントは、各々の主桁及び継手板として略平板状の鋼板が用いられる。
【０００７】
このとき、特許文献１、２に開示された合成セグメントは、各々の主桁及び継手板が略平板状に形成されることから、互いに隣り合って連結される他の合成セグメントとの間で、各々の主桁又は継手板が互いに略平坦面で当接されるものとなる。このため、特許文献１、２に開示された合成セグメントは、各々の主桁又は継手板が略平坦面で当接されるに過ぎないため、互いに連結される合成セグメント間の一体性の向上が課題となっていた。
【０００８】
また、特許文献３に開示された合成セグメントは、相対する鋼殻セグメントのトンネル軸方向（セグメントリング間）の連結を、鋼殻側枠のウェブに設けた雄側係合部材と雌側係合部材との止水パッキング（シール材）を介した係合により行うものである。前記係合部を単純に設けることで、互いに連結される合成セグメント間の一体性は向上するものの、セグメントの加工が増加し、製造コストが高いことが課題であった。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであって、その目的とするところは、各々の主桁板又は継手板の高耐力化及び鋼殻と中詰めコンクリートとの一体化の強化を図るとともに、互いに連結される複数のセグメントの一体性を向上させることと製造コストの安価化の両立とを可能とするセグメントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明に係るセグメントは、複数連結されることでトンネルが構築されるセグメントであって、トンネルの軸方向の両端部に配置される一対の主桁板と、トンネルの周方向の両端部に配置される一対の継手板とを備え、中詰めコンクリートが内部に充填される鋼殻が一対の前記主桁板及び一対の前記継手板に取り囲まれることで形成されて、前記中詰めコンクリートは、火災時に熱で溶融又は消失する合成繊維が混入された耐火コンクリートが用いられて、一対の前記主桁板は、トンネルの軸方向の一端側に配置された前記主桁板となる一端側主桁板、及び、トンネルの軸方向の他端側に配置された前記主桁板となる他端側主桁板に、トンネルの法線方向に延びる本体部が形成されて、前記本体部からトンネルの軸方向に突出する嵌合凸部が前記一端側主桁板に形成されるとともに、前記本体部からトンネルの軸方向に陥没する嵌合受部が前記他端側主桁板に形成されて、前記一端側主桁板に形成された前記嵌合凸部と前記他端側主桁板に形成された前記嵌合受部とが、トンネルの法線方向で互いに略同一の位置にトンネルの周方向に連続して形成されて、各々の前記主桁板は、前記中詰めコンクリートに係止される前記嵌合凸部及び前記嵌合受部の何れか一方又は両方が、トンネルの軸方向で前記鋼殻の内部側にも形成され、トンネルの法線方向で内空側から被覆される耐火被覆材が設けられることを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係るセグメントは、第１発明において、前記耐火被覆材は、前記主桁板に塗布される不定形材、又は、前記主桁板に貼付される定形板材が用いられて、前記不定形材又は前記定形板材と前記耐火コンクリートとのトンネルの軸方向での境界が、前記主桁板よりもトンネルの軸方向で前記鋼殻の内部側に形成されることを特徴とする。
【００１２】
第３発明に係るセグメントは、第２発明において、前記不定形材又は前記定形板材は、２０ｍｍ以上の被覆厚で形成されることを特徴とする。
【００１３】
第４発明に係るセグメントは、第２発明又は第３発明において、前記不定形材又は前記定形板材と前記耐火コンクリートとのトンネルの軸方向での境界は、前記主桁板から５０ｍｍ以上離間させて、前記主桁板よりもトンネルの軸方向で前記鋼殻の内部側に形成されることを特徴とする。
【００１４】
第５発明に係るセグメントは、第２発明〜第４発明の何れかにおいて、前記不定形材又は前記定形板材は、前記耐火コンクリート及び前記主桁板の何れか一方又は両方に、金網を介して固定されて、又は、接着材で固定されることを特徴とする。
【００１５】
第６発明に係るセグメントは、第１発明において、前記耐火被覆材は、前記中詰めコンクリートとなる前記耐火コンクリートが、前記鋼殻の内部側から前記主桁板の内空側まで、トンネルの軸方向に連続させて設けられることで、前記主桁板の内空側を被覆するものとなることを特徴とする。
【００１６】
第７発明に係るセグメントは、第６発明において、前記主桁板の内空側を被覆する前記耐火コンクリートは、５０ｍｍ以上、６５ｍｍ以下の被覆厚で形成されることを特徴とする。
【００１７】
第８発明に係るセグメントは、第６発明又は第７発明において、前記主桁板の内空側を被覆する前記耐火コンクリートは、前記主桁板にジベル若しくは金網を介して固定されて、又は、接着材で固着されることを特徴とする。
【００１９】
第９発明に係るセグメントは、第１発明〜第８発明の何れかにおいて、前記耐火被覆材は、トンネルの軸方向又は周方向で互いに隣接させる一方のセグメントにおける前記耐火被覆材と他方のセグメントにおける前記耐火被覆材とを離間させることで、５ｍｍ以上、１３ｍｍ以下の隙間が形成されることを特徴とする。
【００２２】
第１０発明に係るセグメントは、第１発明〜第９発明の何れかにおいて、前記主桁板又は前記継手板は、トンネルの軸方向又は周方向で互いに隣接させる一方のセグメントにおける前記主桁板又は前記継手板と他方のセグメントにおける前記主桁板又は前記継手板とが、１ｍｍ以上離間させて配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
第１発明〜第１０発明によれば、一対の主桁板の各々の嵌合凸部と嵌合受部とが、法線方向で互いに略同一の位置で対応する形状に形成されることで、軸方向に連結される複数のセグメントの一体性を向上させることが可能となる。また、第１発明〜第１０発明によれば、各々の主桁板に所定の断面形状のセグメント形鋼が用いられて、嵌合凸部及び嵌合受部が形成されることで、各々の主桁板の面外方向及び面内方向の剛性が向上して、各々の主桁板の高耐力化を図ることが可能となる。
【００２４】
特に、第３発明、第４発明によれば、耐火被覆材の軸方向の離間距離を５０ｍｍ以上とし、２０ｍｍ以上の被覆厚で耐火被覆材が形成されて、中詰めコンクリートの露出させた表面から主桁板の下端部まで少なくとも７０ｍｍの伝熱距離が確保されることで、中詰めコンクリート及び主桁板の温度上昇を抑制することが可能となる。また、少なくとも７０ｍｍの伝熱距離が確保されることで、主桁板の錆びを防止することが可能となるとともに、中詰めコンクリートの軽石化を防止することが可能となる。
【００２５】
特に、第５発明、第８発明によれば、中詰めコンクリートとなる耐火コンクリート又は主桁板に、耐火被覆材がジベル、金網を介して固定されて、又は、耐火被覆材が接着材で固定されるため、主桁板から内空側への耐火被覆材の落下を防止することが可能となる。
【００２７】
特に、第９発明及び第１０発明によれば、一方のセグメントにおける耐火被覆材と他方のセグメントにおける耐火被覆材との間に、５ｍｍ以上、１３ｍｍ以下の隙間を形成するだけの簡単な構成で、軸方向及び周方向で連結される複数のセグメントの十分な耐火性を確保しながら、耐火被覆材同士の接触による破損を防止することが可能となる。
【００２８】
特に、第９発明によれば、耐火性コーキング材及びバックアップ材が隙間に充填されなくてもよく、必要に応じて、小さな隙間に耐火性コーキング材又はバックアップ材が充填されるに過ぎないため、耐火性コーキング材及びバックアップ材の使用量を極力抑制することで、耐火対策の工期を短縮させるとともに低コストに耐火構造を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を適用したセグメントで構築されるトンネルを示す斜視図である。
【図２】本発明を適用したセグメントを示す斜視図である。
【図３】本発明を適用したセグメントの主桁板を示す周方向の拡大正面図である。
【図４】本発明を適用したセグメントで主桁板として非対称に形成されたセグメント形鋼が用いられた状態を示す周方向の正面図である。
【図５】本発明を適用したセグメントで主桁板として線対称に形成されたセグメント形鋼が用いられた状態を示す周方向の正面図である。
【図６】本発明を適用したセグメントに用いられるセグメント形鋼で図心位置と重心位置とが略一致する状態を示す周方向の拡大正面図である。
【図７】本発明を適用したセグメントに用いられるセグメント形鋼の変形例で図心位置と重心位置とが略一致する状態を示す周方向の拡大正面図である。
【図８】（ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる頭付スタッドのずれ止め部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図９】（ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる鋼板のずれ止め部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１０】（ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる鋼板の補強部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１１】（ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる鉄筋又は棒鋼の補強部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１２】（ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる複数の主鋼材及び配力筋を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１３】本発明を適用したセグメントに設けられる複数の主鋼材及び配力筋を示す周方向の正面図である。
【図１４】（ａ）は、本発明を適用したセグメントで地山側のスキンプレートに当接させた縦リブを示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１５】（ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートから離間させた縦リブを示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１６】（ａ）は、本発明を適用したセグメントで縦リブから離間させた配力筋を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１７】（ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートから離間させた縦リブに当接される配力筋を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１８】（ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートに当接させた縦リブに当接される配力筋を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１９】本発明を適用したセグメントに設けられる縦リブ、複数の主鋼材及び配力筋を示す周方向の正面図である。
【図２０】（ａ）は、本発明を適用したセグメントで三角リブの配置を示す側面図であり、（ｂ）は、その周方向の正面図である。
【図２１】本発明を適用したセグメントが軸方向に複数連結された状態を示す正面図である。
【図２２】本発明を適用したセグメントが軸方向に複数連結された状態の変形例を示す正面図である。
【図２３】本発明を適用したセグメントの各々の主桁板が軸方向に当接された状態を示す周方向の拡大正面図である。
【図２４】（ａ）は、本発明を適用したセグメントで地下水圧が作用する前の止水溝を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、その地下水圧が作用した後の止水溝を示す拡大正面図である。
【図２５】本発明を適用したセグメントで嵌合凸部又は嵌合受部から独立して形成された止水溝を示す拡大正面図である。
【図２６】本発明を適用したセグメントでずれ量と製作難度との関連性を示すグラフである。
【図２７】（ａ）は、本発明を適用したセグメントで非対称に形成されたセグメント形鋼の主桁板の耐火被覆材を示す周方向の正面図であり、（ｂ）は、線対称に形成されたセグメント形鋼の主桁板の耐火被覆材を示す周方向の正面図である。
【図２８】（ａ）は、本発明を適用したセグメントの第１実施形態における不定形材の耐火被覆材を示す正面図であり、（ｂ）は、定形板材の耐火被覆材を示す正面図である。
【図２９】（ａ）は、本発明を適用したセグメントの第１実施形態において金網を介して固定された耐火被覆材を示す正面図であり、（ｂ）は、接着材で固定された耐火被覆材を示す正面図である。
【図３０】（ａ）は、本発明を適用したセグメントの第２実施形態において非対称に形成されたセグメント形鋼の主桁板の耐火被覆材を示す正面図であり、（ｂ）は、線対称に形成されたセグメント形鋼の主桁板の耐火被覆材を示す正面図である。
【図３１】（ａ）は、本発明を適用したセグメントの第２実施形態においてジベルを介して固定された耐火被覆材を示す正面図であり、（ｂ）は、主桁板との間に不織布が挿入された耐火被覆材を示す正面図である。
【図３２】本発明を適用したセグメントで複数のセグメントの主桁板及び耐火被覆材が軸方向に離間することで形成された隙間を示す正面図である。
【図３３】本発明を適用したセグメントで複数のセグメントの継手板及び耐火被覆材が周方向に離間することで形成された隙間を示す正面図である。
【図３４】（ａ）は、本発明を適用したセグメントで耐火性コーキング材のみが充填された耐火被覆材の隙間を示す正面図であり、（ｂ）は、その耐火性コーキング材と併せてバックアップ材が充填された耐火被覆材の隙間を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を適用したセグメント１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
本発明を適用したセグメント１は、図１に示すように、複数のセグメント１がトンネル７の軸方向Ｘ及び周方向Ｙで連結されることで、トンネル７が構築されるものである。
【００３３】
トンネル７は、シールド工法等により地山等を掘削して形成された掘削穴、又は、地山等を開削して形成された開削穴に設けられる。トンネル７は、例えば、軸方向Ｘで略円筒形状に形成されるものであるが、これに限らず、略角筒形状等に形成されてもよい。
【００３４】
トンネル７は、複数のセグメント１が周方向Ｙに連結されて、セグメントリング７０が構築される。また、トンネル７は、複数のセグメントリング７０が軸方向Ｘに連結されることで、トンネル７の延長方向となる軸方向Ｘで略円筒形状等に形成されるものとなる。
【００３５】
トンネル７は、複数のセグメントリング７０が軸方向Ｘに連結されることで、トンネル７の半径方向となる法線方向Ｚで、地山側Ｚ１と内空側Ｚ２とを隔てるように構築されるものとなり、法線方向Ｚの内空側Ｚ２に所定の内部空間Ｓが確保される。
【００３６】
本発明を適用したセグメント１は、図２に示すように、軸方向Ｘの両端部に配置される一対の主桁板３と、周方向Ｙの両端部に配置される一対の継手板４とを備える。
【００３７】
本発明を適用したセグメント１は、軸方向Ｘに所定の間隔を空けて、一対の主桁板３が互いに略平行に配置される。また、本発明を適用したセグメント１は、周方向Ｙに所定の間隔を空けて、一対の継手板４が互いに傾斜等するように配置される。
【００３８】
本発明を適用したセグメント１は、主桁板３の周方向Ｙの両端部が、継手板４の軸方向Ｘの両端部と互いに接合されることで、軸方向Ｘ及び周方向Ｙに所定の間隔を空けた一対の主桁板３及び一対の継手板４に四方を取り囲まれた略箱状の鋼殻６が形成される。
【００３９】
本発明を適用したセグメント１は、一対の主桁板３及び一対の継手板４に取り囲まれることで、中詰めコンクリート６０が内部６ａに充填される鋼殻６が形成される。本発明を適用したセグメント１は、必要に応じて、法線方向Ｚで地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方又は両方に、鋼殻６の内部６ａを覆うようにスキンプレート５が設けられる。
【００４０】
本発明を適用したセグメント１は、特に、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が各々の主桁板３として用いられて、このセグメント形鋼２が周方向Ｙに湾曲等させて形成される。また、本発明を適用したセグメント１は、必要に応じて、各々の継手板４として、このセグメント形鋼２が湾曲等させることなく用いられてもよい。
【００４１】
各々の主桁板３は、図３に示すように、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が用いられることで、周方向Ｙに対する断面方向で、法線方向Ｚに延びる本体部２０と、軸方向Ｘに凸状の嵌合凸部２１と、軸方向Ｘに凹状の嵌合受部２２とが形成される。
【００４２】
各々の主桁板３は、法線方向Ｚに延びる本体部２０に、本体部２０から軸方向Ｘの外側Ａに突出する嵌合凸部２１が形成されるとともに、嵌合凸部２１よりも軸方向Ｘの内側Ｂに配置される嵌合受部２２が形成される。
【００４３】
各々の主桁板３は、必要に応じて、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が、断面略円弧状等の湾曲面２ａが形成されて湾曲状となる。また、各々の主桁板３は、必要に応じて、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が、断面略平坦状等の平坦面２ｂが形成されて平坦状となる。
【００４４】
ここで、一対の主桁板３は、図４に示すように、軸方向Ｘの一端側に配置される主桁板３が一端側主桁板３１となるとともに、軸方向Ｘの他端側に配置される主桁板３が他端側主桁板３２となり、一端側主桁板３１と他端側主桁板３２とが一対の主桁板３となる。
【００４５】
一端側主桁板３１は、鋼殻６の内部６ａの反対側となる軸方向Ｘの外側Ａに向けて突出して、湾曲状の嵌合凸部２１が形成されるとともに、湾曲状の嵌合凸部２１よりも鋼殻６の内部６ａ側となる軸方向Ｘの内側Ｂに、平坦状の嵌合受部２２が形成される。
【００４６】
他端側主桁板３２は、鋼殻６の内部６ａの反対側となる軸方向Ｘの外側Ａに向けて突出して、平坦状の嵌合凸部２１が形成されるとともに、平坦状の嵌合凸部２１よりも鋼殻６の内部６ａ側となる軸方向Ｘの内側Ｂに、湾曲状の嵌合受部２２が形成される。
【００４７】
一対の主桁板３は、軸方向Ｘの両端部に配置される一端側主桁板３１及び他端側主桁板３２の各々に、法線方向Ｚに延びる本体部２０が形成される。このとき、一対の主桁板３は、本体部２０から軸方向Ｘに突出する嵌合凸部２１が一端側主桁板３１に形成されるとともに、本体部２０から軸方向Ｘに陥没する嵌合受部２２が他端側主桁板３２に形成される。
【００４８】
一対の主桁板３は、一端側主桁板３１の湾曲状の嵌合凸部２１と、他端側主桁板３２の湾曲状の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される。また、一対の主桁板３は、一端側主桁板３１の平坦状の嵌合受部２２と、他端側主桁板３２の平坦状の嵌合凸部２１とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される。
【００４９】
各々の主桁板３は、図３に示すように、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が用いられることで、軸方向Ｘで本体部２０の両側面の各々に、湾曲状又は平坦状の嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が形成される。
【００５０】
このとき、各々の主桁板３は、例えば、本体部２０の一方側面２０ａに、湾曲状の嵌合凸部２１及び平坦状の嵌合受部２２が形成されるとともに、本体部２０の他方側面２０ｂに、平坦状の嵌合凸部２１及び湾曲状の嵌合受部２２が形成される。
【００５１】
各々の主桁板３は、本体部２０の一方側面２０ａの湾曲状の嵌合凸部２１と、他方側面２０ｂの湾曲状の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される。また、各々の主桁板３は、本体部２０の一方側面２０ａの平坦状の嵌合受部２２と、他方側面２０ｂの平坦状の嵌合凸部２１とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される。
【００５２】
各々の主桁板３は、法線方向Ｚで本体部２０の両端部の各々で、本体部２０の両側面の各々に、湾曲状の嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が１箇所に形成されるとともに、平坦状の嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が１箇所に形成される。
【００５３】
各々の主桁板３は、図４に示すように、軸方向Ｘで非対称に形成されたセグメント形鋼２が、一対の主桁板３の各々に共通して用いられる。このとき、各々の主桁板３は、本体部２０の一方側面２０ａの嵌合凸部２１と、本体部２０の他方側面２０ｂの嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置で湾曲状又は平坦状に形成されるものとなる。
【００５４】
各々の主桁板３は、これに限らず、図５に示すように、軸方向Ｘで線対称に形成されたセグメント形鋼２が、一対の主桁板３の各々に用いられてもよい。このとき、セグメント形鋼２は、軸方向Ｘに延びる一対のフランジ２５と、法線方向Ｚに延びるウェブ２６とを組み合わせて、法線方向Ｚに延びる本体部２０が形成される。
【００５５】
各々の主桁板３は、軸方向Ｘで線対称に形成されたセグメント形鋼２が用いられる場合に、一対のフランジ２５の各々の両側端に、平坦状等の嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が形成される。このとき、一対の主桁板３は、特に、一端側主桁板３１の嵌合凸部２１と、他端側主桁板３２の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に周方向Ｙに連続して形成される。
【００５６】
各々の主桁板３は、図３に示すように、周方向Ｙに対する断面方向で、セグメント形鋼２の図心位置と重心位置とが略一致するように、法線方向Ｚで本体部２０の両端部の各々で、本体部２０の両側面の所定の位置に、嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が形成される。ここで、重心位置は、周方向Ｙに対する断面方向に関し、軸方向Ｘ、法線方向Ｚに対する幾何学的寸法の釣り合い点を指す。また、図心位置は、周方向Ｙに対する断面方向に関し、軸方向Ｘ、法線方向Ｚに対する断面１次モーメントの釣り合い点を指す。
【００５７】
セグメント形鋼２は、図６に示すように、法線方向Ｚの全高Ｈ又は軸方向Ｘの全幅Ｗに対して、図心位置と重心位置との軸方向Ｘのずれ量Δが８％以下となるときに、図心位置と重心位置とが略一致するものとなる。セグメント形鋼２は、全高Ｈ又は全幅Ｗに対して、図心位置と重心位置とのずれ量Δが、特に、３％以下となることが望ましい。
【００５８】
セグメント形鋼２は、例えば、法線方向Ｚの全高Ｈ＝２２５ｍｍ、軸方向Ｘの全幅Ｗ＝３８ｍｍとする。このとき、セグメント形鋼２は、図６（ａ）に示すように、軸方向Ｘのずれ量Δ＝０．０５５ｍｍとすると、軸方向Ｘの全幅Ｗに対して、軸方向Ｘのずれ量Δが０．１４％（＝０．０５５／３８×１００）となるとともに、法線方向Ｚのずれ量Δ＝０ｍｍであるから、法線方向Ｚの全高Ｈに対して、法線方向Ｚのずれ量Δが０％となるため、図心位置と重心位置とが略一致する。
【００５９】
軸方向Ｘのずれ量のみを示せば、セグメント形鋼２は、図６（ｂ）に示すように、ずれ量Δ＝０．１６０ｍｍ、図６（ｃ）に示すように、ずれ量Δ＝０．２８６ｍｍ、図６（ｄ）に示すように、ずれ量Δ＝１．８２８ｍｍの場合の何れについても、ずれ量Δが８％以下となる。また、セグメント形鋼２は、図７（ａ）に示すように、ずれ量Δ＝０．５２７ｍｍ、図７（ｂ）に示すように、ずれ量Δ＝０．９２３ｍｍの場合の何れについても、ずれ量Δが８％以下となることで、図心位置と重心位置とが略一致するものとなる。なお、セグメント形鋼２は、図７（ｃ）、図７（ｄ）に示すように、ずれ量Δ≒０．０００ｍｍとすることもできる。
【００６０】
本発明を適用したセグメント１は、図８、図９に示すように、鋼殻６の内部６ａに所定のずれ止め部材６１が設けられる。ずれ止め部材６１は、軸方向Ｘの一方の片端部のみが各々の主桁板３に溶接等で固着されるとともに、軸方向Ｘの他方の片端部が鋼殻６の内部６ａに延びて配置されて、中詰めコンクリート６０に埋め込まれる。
【００６１】
ずれ止め部材６１は、図８に示すように、頭付スタッドが用いられるほか、図９に示すように、略平板状に形成された鋼板等が用いられて、一対の主桁板３の各々で、法線方向Ｚの２段程度に亘って、周方向Ｙの４箇所程度に断続的に設けられる。本発明を適用したセグメント１は、ずれ止め部材６１が中詰めコンクリート６０に埋め込まれて係止されて、中詰めコンクリート６０と鋼殻６とのずれ止め機能を発揮することが可能となる。
【００６２】
鋼殻６の内部６ａに設けられるずれ止め部材６１は、主に鋼殻６と中詰めコンクリート６０とをトンネル接線方向に一体化させることを目的に設けられるものである。このとき、本発明を適用したセグメント１は、トンネル外力が作用した場合にも、鋼殻６と中詰めコンクリート６０との間でトンネル接線方向にずれ変形を生じさせる挙動に対して、このずれ変形を略同一状態として、いわゆる一体はり構造の挙動を確保できる。そして、この両者間のずれ変形に抵抗するずれ止め剛性は、トンネル外力に応じてずれ止め部材６１の数量で適宜調整可能となる。トンネル接線方向に対するずれ止め剛性は、セグメント１の外力に対する法線方向Ｚの剛性を飛躍的に高める効果があり、トンネルセグメントの高耐力化、高剛性化を生み、結果的にトンネルセグメントの薄壁化を図ることができる。その結果、大深度トンネルへの適用や、トンネル外径の縮小化に寄与するものとなる。
【００６３】
本発明を適用したセグメント１は、図１０、図１１に示すように、鋼殻６の内部６ａに所定の補強部材６２が設けられる。補強部材６２は、軸方向Ｘの両端部が一対の主桁板３に溶接等で固着されて、鋼殻６の内部６ａで一対の主桁板３に架設された状態で、中詰めコンクリート６０に埋め込まれる。
【００６４】
補強部材６２は、図１０に示すように、略平板状に形成された鋼板等が用いられるほか、図１１に示すように、異形鉄筋等の鉄筋又は棒鋼が用いられて、法線方向Ｚの２段程度に亘って、周方向Ｙの４箇所程度に断続的に設けられる。本発明を適用したセグメント１は、補強部材６２が架設されることで、中詰めコンクリート６０の高耐力化と、主桁板３への確実な荷重伝達とを実現して、幅広のセグメント１にも対応することが可能となる。
【００６５】
本発明を適用したセグメント１は、図１２に示すように、鋼殻６の内部６ａで周方向Ｙに延びる複数の主鋼材６３が設けられるとともに、軸方向Ｘに延びて各々の主鋼材６３に当接される配力筋６４が設けられる。複数の主鋼材６３は、各々に異形鉄筋等の鉄筋又は棒鋼等が用いられて、軸方向Ｘの６箇所程度に断続的に設けられる。
【００６６】
配力筋６４は、異形鉄筋等の鉄筋又は棒鋼等が用いられて、図１３に示すように、複数の主鋼材６３を取り囲むように設けられる。配力筋６４は、図１３（ａ）に示すように、法線方向Ｚで地山側Ｚ１の端部がフック状に形成されてもよく、図１３（ｂ）に示すように、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の主鋼材６３を全周で取り囲むように形成されてもよい。
【００６７】
本発明を適用したセグメント１は、複数の主鋼材６３を配力筋６４で一体化することで、複数の主鋼材６３及び配力筋６４が埋め込まれた中詰めコンクリート６０の補強を実現して、セグメント１に負荷される大深度での高荷重にも対応することが可能となる。
【００６８】
本発明を適用したセグメント１は、図１４〜図１８に示すように、鋼殻６の内部６ａに所定の縦リブ６５が設けられる。縦リブ６５は、略平板状に形成された鋼板が用いられて、軸方向Ｘの両端部が一対の主桁板３に溶接等で固着されて、鋼殻６の内部６ａで一対の主桁板３に架設された状態で、中詰めコンクリート６０に埋め込まれる。
【００６９】
縦リブ６５は、略平板状に形成された鋼板が法線方向Ｚに延びて配置されて、周方向Ｙの４箇所程度に断続的に設けられる。このとき、配力筋６４は、特に、図１６に示すように、縦リブ６５から周方向Ｙに離間させて設けられてもよく、図１７、図１８に示すように、周方向Ｙの両側から縦リブ６５に当接させて設けられてもよい。
【００７０】
本発明を適用したセグメント１は、図１６に示すように、配力筋６４が縦リブ６５から離間させて設けられることで、複数の縦リブ６５の間が配力筋６４で補強されて、中詰めコンクリート６０に耐力の低い箇所が形成されることを回避することが可能となる。また、本発明を適用したセグメント１は、図１７、図１８に示すように、配力筋６４が縦リブ６５に当接させて設けられることで、主鋼材６３、配力筋６４、縦リブ６５及び主桁板３を簡便に固着させて、一体性の高いセグメント１を提供することが可能となる。
【００７１】
配力筋６４は、周方向Ｙの両側から縦リブ６５に当接させて設けられる場合に、図１９（ａ）に示すように、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の複数の主鋼材６３を取り囲むことで、縦リブ６５の上下端部と配力筋６４とで主鋼材６３を法線方向Ｚに挟み込んで拘束する。さらに、配力筋６４は、図１９（ｂ）に示すように、法線方向Ｚの端部を周方向Ｙに折り曲げて、配力筋６４の折り曲げた端部が縦リブ６５の上端部に引っ掛けられてもよい。
【００７２】
本発明を適用したセグメント１は、鋼殻６の内部６ａを覆うように、略平板状の鋼板等を湾曲させたスキンプレート５が地山側Ｚ１に設けられる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、図１５に示すように、法線方向Ｚで縦リブ６５の地山側Ｚ１の上端部が、スキンプレート５から法線方向Ｚに離間させて設けられて、スキンプレート５と縦リブ６５との間に所定の隙間Ｇが形成される。
【００７３】
本発明を適用したセグメント１は、スキンプレート５と縦リブ６５との間に所定の隙間Ｇが形成されることで、中詰めコンクリート６０となるフレッシュコンクリートを鋼殻６の内部６ａに充填するときに、フレッシュコンクリートが隙間Ｇを通過できるものとなる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、フレッシュコンクリートの流動性を隙間Ｇで確保して、鋼殻６の内部６ａへの充填性を向上させることが可能となる。
【００７４】
また、本発明を適用したセグメント１は、スキンプレート５と縦リブ６５との間に所定の隙間Ｇが形成されることで、スキンプレート５と縦リブ６５とが互いに離間するものとなるが、スキンプレート５と主桁板３との接合箇所付近に、図２０に示すように、適宜、両者を接続する三角リブ、四角リブ又は台形リブ６６等の補強材を配置することで、接合箇所付近の剛性が高まるため、セグメント１の性能を向上させる効果が期待できる。なお、三角リブ、四角リブ又は台形リブ６６等の補強材は、縦リブ６５の有無によらずに適宜配置されて、セグメント１の性能向上を図ることができる。
【００７５】
なお、本発明を適用したセグメント１は、必要に応じて、図８〜図１９に示す鋼殻６の内部６ａで、ずれ止め部材６１、補強部材６２、主鋼材６３、配力筋６４及び縦リブ６５が適宜組み合わされた状態で、中詰めコンクリート６０が充填されるものとなる。
【００７６】
本発明を適用したセグメント１は、図２１に示すように、所定のセグメント１の一端側主桁板３１に、軸方向Ｘに隣り合って連結される他のセグメント１の他端側主桁板３２が当接されて、複数のセグメント１が互いに連結されるものとなる。
【００７７】
本発明を適用したセグメント１は、図２１（ａ）に示すように、図４に示す軸方向Ｘで非対称に形成されたセグメント形鋼２を、一対の主桁板３の各々に共通して略同一形状のものとして用いることで、複数のセグメント１が互いに連結される。
【００７８】
また、本発明を適用したセグメント１は、これに限らず、図２１（ｂ）に示すように、図５に示す軸方向Ｘで線対称に形成されたセグメント形鋼２を、一対の主桁板３の各々に用いることで、複数のセグメント１が互いに連結されてもよい。
【００７９】
さらに、本発明を適用したセグメント１は、図２１（ｃ）に示すように、図４に示す非対称に形成されたセグメント形鋼２と、図５に示す線対称に形成されたセグメント形鋼２とを組み合わせて用いることで、複数のセグメント１が互いに連結されてもよい。
【００８０】
なお、本発明を適用したセグメント１は、図２２に示すように、軸方向Ｘに隣り合って連結される他のセグメント１の主桁板３が当接された状態で、一端側主桁板３１に形成された嵌合凸部２１と、他のセグメント１の他端側主桁板３２に形成された嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に周方向Ｙに連続して形成されてもよい。このとき、本発明を適用したセグメント１は、軸方向Ｘに隣り合って連結される各々のセグメント１において、軸方向Ｘの両端部の主桁板３の断面形状を統一させて、主桁板３の断面形状を１種類で済ませることができる。
【００８１】
これにより、本発明を適用したセグメント１は、主桁板３の断面形状が１種類で済むので、主桁板３の製造において製造治具を少なくできることから、製造コストを抑えることが可能となる。また、本発明を適用したセグメント１は、組立時においても主桁板３の向きを統一できるので、組立時の材料管理や組立手間も少なく済ませることが可能となる。
【００８２】
また、本発明を適用したセグメント１は、主桁板３として図７（ｂ）に示すセグメント形鋼２を採用した場合に、図２２（ａ）に示すように、一端側主桁板３１及び他端側主桁板３２が、セグメント１の周方向Ｙの断面での中心点に対して点対称に配置される。このとき、本発明を適用したセグメント１は、中詰めコンクリート６０に係止される嵌合凸部２１が法線方向Ｚの両端部に配置されるため、中詰めコンクリート６０を法線方向Ｚに挟み込む効果が得られ、鋼殻６と中詰めコンクリート６０とをより強固に一体化することができる。さらに、中詰めコンクリート６０と当接する面の嵌合凸部２１が、主桁板３の法線方向Ｚの両端部のみに配置されるため、図１４〜図１９に示す縦リブ６５等の補強材の配置が容易となり、セグメント１の製作コストを低減することが可能となる。
【００８３】
ここで、本発明を適用したセグメント１は、図２３に示すように、軸方向Ｘの両端部で各々の主桁板３が互いに当接されて、一方の主桁板３の嵌合凸部２１が他方の主桁板３の嵌合受部２２に嵌合されることで、複数のセグメント１が互いに連結されるものとなる。
【００８４】
このとき、本発明を適用したセグメント１は、特に、一端側主桁板３１の湾曲状の嵌合凸部２１と、他端側主桁板３２の湾曲状の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成されることで、湾曲状の嵌合凸部２１が嵌合受部２２に確実に嵌め込まれる。さらに、本発明を適用したセグメント１は、他端側主桁板３２の平坦状の嵌合凸部２１も、一端側主桁板３１の平坦状の嵌合受部２２に確実に嵌め込まれる。
【００８５】
本発明を適用したセグメント１は、各々の主桁板３に所定の断面形状のセグメント形鋼２が用いられて、互いに対応する形状で湾曲状等に形成された嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が、一対の主桁板３の各々に形成されて確実かつ強固に嵌合するものとなる。本発明を適用したセグメント１は、特に、一対の主桁板３の各々の嵌合凸部２１と嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置で対応する形状に形成されることで、軸方向Ｘに連結される複数のセグメント１の一体性を向上させることが可能となる。
【００８６】
また、本発明を適用したセグメント１は、一対の主桁板３の各々の嵌合凸部２１と嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置で対応する形状に形成されて確実に嵌合されることで、複数のセグメント１の現場での組立てを容易に実施することが可能となる。さらに、本発明を適用したセグメント１は、複数のセグメント１の現場での組立容易性が向上することで、複数のセグメント１の一体性を確実に向上させて、互いに連結される複数のセグメント１の地震時の高耐久性も実現することが可能となる。
【００８７】
本発明を適用したセグメント１は、図６、図７に示すセグメント形鋼２を各々の主桁板３に用いることで、図２３に示すように、中詰めコンクリート６０に係止される嵌合凸部２１及び嵌合受部２２の何れか一方又は両方が、鋼殻６の内部６ａ側に配置される本体部２０の側面にも形成される。これにより、本発明を適用したセグメント１は、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が鋼殻６の内部６ａ側で中詰めコンクリート６０に係止されることで、鋼殻６の内部６ａに充填される中詰めコンクリート６０と鋼殻６との一体性を向上させることが可能となる。
【００８８】
本発明を適用したセグメント１は、嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が、各々の主桁板３で鋼殻６の内部６ａの反対側に配置される何れか一方の側面のみに形成されるだけでなく、鋼殻６の内部６ａ側に配置される何れか他方の側面にも形成されるものとなる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、鋼殻６の内部６ａ側でも嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が中詰めコンクリート６０に係止されることで、鋼殻６の内部６ａに充填される中詰めコンクリート６０と鋼殻６との一体性を向上させることが可能となる。
【００８９】
また、本発明を適用したセグメント１は、鋼殻６の内部６ａ側でも嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が中詰めコンクリート６０に係止されることで、鋼殻６と中詰めコンクリート６０とが法線方向Ｚに対して一体化されて、トンネル外力に対する鋼殻６の法線方向Ｚのたわみと中詰めコンクリート６０のたわみが略同一状態となり、いわゆる重ねはり構造の挙動を確保することができる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、嵌合凸部２１及び嵌合受部２２と中詰めコンクリート６０との係止部分が周方向Ｙに連続して形成されることで、ずれ止め機能の剛性が極めて高くなり、一体化の効果が格段に高まるものとなる。そして、本発明を適用したセグメント１は、トンネル外力が作用した場合にも、中詰めコンクリート６０がトンネル内部に剥落することを抑止する効果が得られるため、トンネル構造の安全性に大きく寄与するものとなる。
【００９０】
また、本発明を適用したセグメント１は、図４に示すように、軸方向Ｘで非対称に形成されたセグメント形鋼２を、一対の主桁板３の各々で互いに略同一形状のものとして共通して用いることができる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、略同一形状のセグメント形鋼２が各々の主桁板３として用いられることで、主桁板３となるセグメント形鋼２の共通化を図り、セグメント１の製作コストを低減することが可能となる。
【００９１】
本発明を適用したセグメント１は、特に、図２４に示すように、軸方向Ｘに隣り合って連結される他のセグメント１の他端側主桁板３２が、所定のセグメント１の一端側主桁板３１に当接された状態で、軸方向Ｘに凹状となる止水溝２３が形成される。
【００９２】
止水溝２３は、軸方向Ｘで一端側主桁板３１と他端側主桁板３２とが互いに当接された状態で、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２から法線方向Ｚに連続させて、軸方向Ｘの外側Ａから内側Ｂに向けて断面略Ｓ字状に湾曲するように凹状に形成される。
【００９３】
止水溝２３は、図２４（ａ）に示すように、断面略Ｓ字状に湾曲するように形成されることで、比較的大きな間隙となる拡幅部２３ａと、比較的小さな間隙となる狭小部２３ｂとが形成される。止水溝２３は、地山側Ｚ１から地下水圧が作用する前の状態で、ゴム製等のシール材２４が拡幅部２３ａに嵌装されるものとなる。
【００９４】
止水溝２３は、図２４（ｂ）に示すように、地山側Ｚ１から地下水圧が作用することで、地山側Ｚ１から内空側Ｚ２へ地下水等が浸入しようとして、地下水等の水圧でシール材２４が押圧Ｐされる。このとき、シール材２４は、拡幅部２３ａから狭小部２３ｂに飛び出すように変形して、比較的小さな間隙の狭小部２３ｂに密着するように挟み込まれる。
【００９５】
本発明を適用したセグメント１は、軸方向Ｘで一端側主桁板３１と他端側主桁板３２とが互いに当接されて、地山側Ｚ１から地下水圧が作用した後の状態で、比較的小さな間隙の狭小部２３ｂにシール材２４が密着して挟み込まれる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、密着したシール材２４で地下水等の浸入が確実に遮断されるため、複数のセグメント１の連結箇所での止水性能を著しく向上させることが可能となる。
【００９６】
また、本発明を適用したセグメント１は、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２から法線方向Ｚに連続させて、軸方向Ｘに凹状となる止水溝２３が形成されるため、独立した止水構造をセグメント１に設けることが不要となる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、独立した止水構造を不要とすることで、止水構造を設けるためのセグメント１の製作コストを抑制することが可能となる。
【００９７】
また、本発明を適用したセグメント１は、図２５に示すように、止水溝２３が嵌合凸部２１又は嵌合受部２２から独立して形成されて、かつ、軸方向Ｘに隣り合って連結される他のセグメント１の止水溝２３と法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される場合に、シール材２４の幅を自由に選択することが可能となり、さらに、軸方向Ｘに隣り合う２枚のシール材２４が重なり合って地下水圧に抵抗することで、高い止水性能を発揮することが可能となる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、軸方向Ｘで本体部２０の両側面に凹状となる止水溝２３が形成されて、本体部２０の外側Ａで凹状となる止水溝２３と、本体部２０の内側Ｂで凹状となる止水溝２３とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成されてもよい。本発明を適用したセグメント１は、止水溝２３を両面に設けておくことで、内側Ｂの止水溝２３による中詰めコンクリート６０との一体性が飛躍的に向上するだけでなく、主桁板３の形状が対称形となって製造効率が飛躍的に向上して、同時に止水機能の代わりにずれ止めの機能を兼用させることが可能となる。
【００９８】
本発明を適用したセグメント１は、図３〜図７に示すように、各々の主桁板３に所定の断面形状のセグメント形鋼２が用いられて、嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が形成されることで、各々の主桁板３の面外方向及び面内方向の剛性が向上する。これにより、本発明を適用したセグメント１は、各々の主桁板３の面外方向及び面内方向の剛性を向上させて、各々の主桁板３の高耐力化を図ることが可能となる。
【００９９】
本発明を適用したセグメント１は、図２に示すように、各々の主桁板３と同様に、必要に応じて、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２を、各々の継手板４として用いてもよい。各々の継手板４は、図６、図７に示すセグメント形鋼２を用いることで、周方向Ｙの一端側に配置される一端側継手板４１の嵌合凸部２１と、周方向Ｙの他端側に配置される他端側継手板４２の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に軸方向Ｘに連続して形成される。
【０１００】
これにより、本発明を適用したセグメント１は、一対の継手板４の各々の嵌合凸部２１と嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置で対応する形状に形成されることで、周方向Ｙに連結される複数のセグメント１の一体性を向上させることが可能となる。なお、本発明を適用したセグメント１は、例えば、主桁板３及び継手板４の何れか一方においてのみ、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が用いられてもよい。
【０１０１】
本発明を適用したセグメント１は、特に、一対の主桁板３及び一対の継手板４の両方において、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が用いられることで、図１に示すように、複数のセグメント１が軸方向Ｘ及び周方向Ｙで一体的に連結される。このとき、本発明を適用したセグメント１は、複数のセグメント１が周方向Ｙで一体的に連結されてセグメントリング７０が構築されるとともに、複数のセグメントリング７０が軸方向Ｘで一体的に連結されてトンネル７が構築されるものとなる。
【０１０２】
ここで、セグメント１は、図２に示すように、複数の部材の組立工程において、一般的に、鋼板、形鋼等の切断、切削、曲げ加工、溶接等の多様な加工を実施する必要がある。そして、セグメント１は、加工後の製品として、幅、高さ、捻じれ、曲がり等の寸法精度を許容範囲内に収める必要があるものの、各々の部材の強度及び成分等が異なることから、寸法精度の管理が経験によるところが多く、極めて困難を要していた。
【０１０３】
特に、セグメント１の主桁板３は、土水圧等の外荷重に対して抵抗する際の主要部材であり、セグメント１の鋼殻６の外周に配置されるため、品質及び寸法精度として高い水準が要求されている。このため、本発明を適用したセグメント１は、図６、図７に示すように、特に、セグメント形鋼２の全高Ｈ又は全幅Ｗに対して図心位置と重心位置とのずれ量Δを８％以下として、図心位置と重心位置とが略一致するものとする。
【０１０４】
ここで、主桁板３の図心位置と重心位置との軸方向Ｘ（法線方向Ｚ）のずれ量Δが大きいと、曲げ加工や溶接加工に伴う反り、ねじれなどの変形が大きくなり、セグメント１の所要の寸法精度を確保することが難しくなる。一方、主桁板３の軸方向Ｘ（法線方向Ｚ）の全幅Ｗ（全高Ｈ）が大きいと、主桁板３の剛性が大きくなり、曲げ加工や溶接加工に伴う反り、ねじれなどの変形に対する抵抗性が高まり、セグメント１の所要の寸法精度を確保することが容易になる。
【０１０５】
製作難度を示す指標として、全高Ｈ又は全幅Ｗに対する図心位置と重心位置とのずれ量Δを採用すると、ずれ量Δが大きいほど反り、ねじれ変形は大きくなり、製作難度が上がることになる。本発明の発明者は、図２６に示すように、これまでの種々の製作実績により、ずれ量Δが８％以下であれば、簡易な矯正で高い水準の品質及び寸法精度を確保することが可能であり、さらにずれ量Δが３％以下であれば、矯正の必要なくより高い水準の品質及び寸法精度を確保することが可能であることを見出した。なお、ずれ量Δが８％を超えると、通常の矯正で所要の寸法精度を確保することは極めて困難となり、大規模な冶具による加工が必要となるため、組立加工費を大幅に増加させることになる。
【０１０６】
これにより、本発明を適用したセグメント１は、セグメント形鋼２の断面方向で、図心位置と重心位置とが略一致することで、セグメント形鋼２の組立加工が大幅に削減されるだけでなく、高い水準の品質及び寸法精度も確保することが可能となる。そして、本発明を適用したセグメント１は、特に、セグメント形鋼２の図心位置と重心位置とのずれ量Δを３％以下としたとき、より高い水準の品質及び寸法精度を確保することが可能となる。
【０１０７】
本発明を適用したセグメント１の基本思想は、法線方向Ｚのずれ止め剛性を相対的に大きく設定して、トンネル崩壊等の極限的リスクを回避することに重点を置きつつ、図８、図９に示すトンネル接線方向のずれ止め部材６１等を適宜設けることで、トンネルに作用する外力に適切に抵抗するトンネルセグメント構造を提供することにある。さらに、この基本思想に加えて、周方向Ｙに連続する嵌合凸部２１及び嵌合受部２２を主桁板３に形成することで、嵌合機能、止水機能だけでなく、ずれ止め機能を付与することを同時に達成することを可能にしている。しかも、安価に製造するために主桁板３の凹凸形状の配置を工夫することで、低コストと多機能性とを両立させることを可能にしている。
【０１０８】
ここで、本発明を適用したセグメント１は、図２７に示すように、鋼殻６の内部６ａに充填される中詰めコンクリート６０に、特に、ポリプロピレン系繊維又はビニロン系繊維等の火災時に熱で溶融又は消失する合成繊維が混入された耐火コンクリートが用いられる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、一対の主桁板３の何れか一方又は両方に、法線方向Ｚで内空側Ｚ２から被覆される耐火被覆材８が設けられる。
【０１０９】
中詰めコンクリート６０として用いられる耐火コンクリートは、ポリプロピレン系繊維又はビニロン系繊維等の熱溶融性の合成樹脂繊維が混入されることで、火災時に熱で溶融又は消失する合成繊維を混入させたコンクリートとなる。このコンクリートの成分や作製方法は、例えば、“トンネル施工管理要領（繊維補強覆工コンクリート編）、平成１５年９月、日本道路公団”、又は“コンクリート構造物の耐火技術研究小委員会報告ならびにシンポジウム論文集Ｐ７２〜Ｐ７５  土木学会編”等の記載に基づくものでもよい。
【０１１０】
中詰めコンクリート６０として用いられる耐火コンクリートは、例えば、鋼殻６の内部６ａから内空側Ｚ２に露出させるものとする。このとき、耐火被覆材８は、図２７（ａ）に示すように、非対称に形成されたセグメント形鋼２が用いられた主桁板３の内空側Ｚ２に設けられるほか、図２７（ｂ）に示すように、線対称に形成されたセグメント形鋼２が用いられた主桁板３の内空側Ｚ２に設けられてもよい。
【０１１１】
本発明を適用したセグメント１は、第１実施形態において、主桁板３の内空側Ｚ２から被覆される耐火被覆材８として、図２８（ａ）に示すように、主桁板３に塗布される不定形材８１が用いられる。また、本発明を適用したセグメント１は、必要に応じて、主桁板３の内空側Ｚ２から被覆される耐火被覆材８として、図２８（ｂ）に示すように、主桁板３に貼付される定形板材８２が用いられてもよい。
【０１１２】
不定形材８１又は定形板材８２が用いられた耐火被覆材８は、例えば、セメント、セラミック、ひる石又は石膏等の不燃性物質を含有し、必要に応じて、ロックウール、グラスウール、ポリプロピレン系繊維及び水の何れか一以上をさらに含有する。不定形材８１又は定形板材８２が用いられた耐火被覆材８は、主桁板３のフランジ２５の下面等の下端部３ａから内空側Ｚ２に、例えば、２０ｍｍ以上の被覆厚ｔで形成される。
【０１１３】
不定形材８１は、主桁板３のフランジ２５の下面等の下端部３ａに、ロックウール等が塗装、吹付け又は巻付け等されることで、内空側Ｚ２から主桁板３に塗布される。また、定形板材８２は、主桁板３のフランジ２５の下面等の下端部３ａに、セメントボード等の略平板状の板材が取り付けられることで、内空側Ｚ２から主桁板３に貼付される。
【０１１４】
不定形材８１又は定形板材８２は、主桁板３のフランジ２５の下面等の下端部３ａから軸方向Ｘで鋼殻６の内部６ａ側に突出させることで、中詰めコンクリート６０となる耐火コンクリートとの間に軸方向Ｘの境界８ａが形成される。そして、不定形材８１又は定形板材８２は、例えば、主桁板３から境界８ａまで軸方向Ｘに離間させた離間距離ｄを５０ｍｍ以上として、中詰めコンクリート６０となる耐火コンクリートとの軸方向Ｘでの境界８ａが、主桁板３よりも軸方向Ｘで鋼殻６の内部６ａ側に形成されるものとなる。
【０１１５】
不定形材８１又は定形板材８２は、主桁板３から境界８ａまでの離間距離ｄを５０ｍｍ以上とし、２０ｍｍ以上の被覆厚ｔで形成されることで、中詰めコンクリート６０の露出させた表面から主桁板３の下端部３ａまで、少なくとも７０ｍｍ（＝５０ｍｍ＋２０ｍｍ）の伝熱距離となる。ここで、火災時において、一般に、主桁板３のフランジ２５の表面温度を３００℃以下に抑制することが要求されて、中詰めコンクリート６０の表面温度を３５０℃以下に抑制することが要求されるが、７０ｍｍ以上の伝熱距離を確保することで、これらの要求水準を満たすように温度上昇を抑制することが可能となる。
【０１１６】
また、一般に、火災によるＣＯ2ガスがコンクリートに接触すると、アルカリ性であるコンクリートは中性化し、強度が低下するとともに水及び酸素の接触により内部の鋼材が錆びるおそれがある。しかし、最高温度１２００℃が６０分程度継続するトンネル火災では、コンクリートの中性化は表面から５０ｍｍ程度しか進行しないため、少なくとも７０ｍｍの伝熱距離を確保することで、表面から５０ｍｍ中性化しても残りの２０ｍｍの厚みの部分で中性化を防止し、ひいては主桁板３のフランジ２５の錆びを防止することが可能となる。さらに、耐火コンクリートは、混入された合成繊維が熱により溶失して、軽石状になってしまうが、合成繊維の溶失は、最高温度１２００℃、継続時間６０分程度のトンネル火災においては、コンクリート表面から５０ｍｍ程度である。このため、主桁板３のフランジ２５に至るまで、７０ｍｍ以上の伝熱距離を確保することで、表面から５０ｍｍの繊維が溶失しても残りの２０ｍｍの厚みの部分で軽石化を防止することが可能となる。
【０１１７】
不定形材８１又は定形板材８２は、必要に応じて、図２９（ａ）に示すように、中詰めコンクリート６０となる耐火コンクリート及び主桁板３の何れか一方又は両方に金網８３を介して固定される。金網８３は、鉄筋又は棒鋼等が縦筋及び横筋として略格子状に配置されて用いられるほか、複数の網目が略格子状に形成されたエキスパンドメタル又はラス等が用いられて、必要に応じて、縦筋と横筋とが互いに溶接等で固着される。
【０１１８】
金網８３は、中詰めコンクリート６０となる耐火コンクリートに取り付けられる場合に、例えば、中詰めコンクリート６０の表面に穿設されたドリル孔にアンカー部材８３ａが挿入されて、このアンカー部材８３ａに取り付けられる。また、金網８３は、主桁板３に取り付けられる場合に、例えば、主桁板３のフランジ２５に溶接等でアンカー部材８３ａが固着されて、このアンカー部材８３ａに取り付けられる。なお、アンカー部材８３ａは、例えば、頭付きネジが用いられるほか、略Ｌ字状に折り曲げた鋼線等が用いられる。
【０１１９】
不定形材８１又は定形板材８２は、必要に応じて、図２９（ｂ）に示すように、中詰めコンクリート６０となる耐火コンクリート及び主桁板３の何れか一方又は両方に耐火性の接着材８５で固定されてもよい。このとき、不定形材８１又は定形板材８２は、図２９に示すように、中詰めコンクリート６０となる耐火コンクリート又は主桁板３に、金網８３を介して固定されて、又は、接着材８５で固定されることで、主桁板３から内空側Ｚ２への耐火被覆材８の落下を防止することが可能となる。
【０１２０】
また、本発明を適用したセグメント１は、第２実施形態において、図３０に示すように、中詰めコンクリート６０となる耐火コンクリートが、鋼殻６の内部６ａ側から主桁板３の内空側Ｚ２まで軸方向Ｘに連続させて設けられることで、主桁板３の内空側Ｚ２を被覆する耐火被覆材８となる。このとき、主桁板３の内空側Ｚ２を被覆する耐火コンクリートは、主桁板３のフランジ２５の下面等の下端部３ａから内空側Ｚ２に、例えば、５０ｍｍ以上、６５ｍｍ以下の被覆厚ｔで形成される。
【０１２１】
主桁板３の内空側Ｚ２を被覆する耐火コンクリートは、必要に応じて、図３１（ａ）に示すように、スタッドジベル若しくは螺旋ジベル等のジベル８４を介して主桁板３に固定される。ジベル８４は、例えば、主桁板３のフランジ２５に溶接等で固着される。主桁板３の内空側Ｚ２を被覆する耐火コンクリートは、必要に応じて、図２９（ａ）に示す金網８３を介して固定されてもよく、図２９（ｂ）に示す接着材８５で固定されてもよい。
【０１２２】
主桁板３の内空側Ｚ２を被覆する耐火コンクリートは、必要に応じて、図３１（ｂ）に示すように、主桁板３の下端部３ａとの間に不織布８６が挿入されて、耐火コンクリートと主桁板３とが互いを固着しないものとなる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、耐火被覆材８となる耐火コンクリートと主桁板３とが互いに固着されないため、耐火コンクリートが主桁板３に固着されることによるひび割れを防止することが可能となる。
【０１２３】
本発明を適用したセグメント１は、第１実施形態及び第２実施形態の何れにおいても、図３２、図３３に示すように、複数のセグメント１が軸方向Ｘ及び周方向Ｙに連結されて、軸方向Ｘ又は周方向Ｙで一方のセグメント１と他方のセグメント１とが互いに隣接する。そして、本発明を適用したセグメント１は、一方のセグメント１における耐火被覆材８と、他方のセグメント１における耐火被覆材８とを、軸方向Ｘ又は周方向Ｙに離間させることで、５ｍｍ以上、１３ｍｍ以下の隙間Ｇ１が形成される。
【０１２４】
このとき、本発明を適用したセグメント１は、第１実施形態及び第２実施形態の何れにおいても、図３２に示すように、一方のセグメント１における主桁板３と、他方のセグメント１における主桁板３とが、軸方向Ｘで互いに離間させて配置され、１ｍｍ以上の隙間Ｇ２が形成されてもよい。また、本発明を適用したセグメント１は、図３３に示すように、一方のセグメント１における継手板４と、他方のセグメント１における継手板４とが、周方向Ｙで互いに離間させて配置され、１ｍｍ以上の隙間Ｇ２が形成されてもよい。
【０１２５】
このとき、隙間Ｇ１には、図３４に示すように、耐火性コーキング材８７が充填される。耐火性コーキング材８７は、耐火性又は不燃性の充填材が用いられて、例えば、「信越化学工業株式会社製のシーラント４０ＫＫＳ耐火」が用いられる。シーラント４０ＫＫＳ耐火の硬化前の特性は、外観がペースト状で、比重（２０℃）１．５８、タックフリーが２０分、押し出し性（５℃）が８秒、スランプが０ｍｍであって、硬化後の特性は、加熱減量（％）が６．７で、５０％引張り応力Ｎ／ｍｍ2が０．５７で、最大引張り応力Ｎ／ｍｍ2が１．０１で、伸び率％が１２０で、凝集破壊率（％）が１００で、汚染性がなく、耐オゾン性としてオゾンによる亀裂がなく、耐久性のある材料である。
【０１２６】
隙間Ｇ１には、図３４（ａ）に示すように、耐火性コーキング材８７のみが充填されるほか、図３４（ｂ）に示すように、耐火性コーキング材８７と併せてバックアップ材８８が充填されてもよい。このとき、隙間Ｇ１には、法線方向Ｚで地山側Ｚ１となる深部Ｇａにバックアップ材８８が充填されるとともに、法線方向Ｚで内空側Ｚ２となる浅部Ｇｂにバックアップ材８８を被覆するように耐火性コーキング材８７が充填される。
【０１２７】
バックアップ材８８は、例えば、セラミックファイバー等のファイバー、ロックウール等のブランケット、又は、耐火性ボード若しくは不燃性ボード等、耐火性若しくは不燃性の安価な材料で、施工性及び変形追随性が高いものが用いられることが望ましい。バックアップ材８８は、主に、耐火性材料が用いられるが、例えば、バックアップ材８８を被覆する耐火性コーキング材８７が１５００℃対応である場合は、非耐火性材料が用いられてもよい。そして、バックアップ材８８は、必要に応じて、２種以上の耐火性材料等が２段以上に亘って充填される。なお、バックアップ材８８に耐火性材料が用いられる場合には、非耐火性のコーキング材が耐火性コーキング材８７として用いられてもよい。
【０１２８】
本発明を適用したセグメント１は、耐火性コーキング材８７及びバックアップ材８８が隙間Ｇ１に充填されなくてもよく、必要に応じて、小さな隙間Ｇ１に耐火性コーキング材８７又はバックアップ材８８が充填されるに過ぎないため、耐火性コーキング材８７及びバックアップ材８８を５ｍｍ程度の厚みとして、その使用量を極力抑制することで、耐火対策の工期を短縮させるとともに低コストに耐火構造を提供することが可能となる。
【０１２９】
本発明を適用したセグメント１は、一方のセグメント１における耐火被覆材８と、他方のセグメント１における耐火被覆材８との間に、５ｍｍ以上、１３ｍｍ以下の隙間Ｇ１を形成するだけの簡単な構成で、軸方向Ｘ及び周方向Ｙで連結される複数のセグメント１の十分な耐火性を確保しながら、耐火被覆材８同士の接触による破損を防止することが可能となる。そして、本発明を適用したセグメント１は、耐火性コーキング材８７又はバックアップ材８８が隙間Ｇ１に充填されることで、複数のセグメント１の耐火性を向上させることが可能となり、耐火性コーキング材８７又はバックアップ材８８として、高価な材料と安価な材料とを選択的に使用することで、経済的な耐火構造とすることが可能となる。
【０１３０】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。
【符号の説明】
【０１３１】
１      ：セグメント
２      ：セグメント形鋼
２ａ    ：湾曲面
２ｂ    ：平坦面
２０    ：本体部
２０ａ  ：一方側面
２０ｂ  ：他方側面
２１    ：嵌合凸部
２２    ：嵌合受部
２３    ：止水溝
２３ａ  ：拡幅部
２３ｂ  ：狭小部
２４    ：シール材
２５    ：フランジ
２６    ：ウェブ
３      ：主桁板
３１    ：一端側主桁板
３２    ：他端側主桁板
４      ：継手板
４１    ：一端側継手板
４２    ：他端側継手板
５      ：スキンプレート
６      ：鋼殻
６ａ    ：内部
６０    ：中詰めコンクリート
６１    ：ずれ止め部材
６２    ：補強部材
６３    ：主鋼材
６４    ：配力筋
６５    ：縦リブ
６６    ：台形リブ
７      ：トンネル
７０    ：セグメントリング
８      ：耐火被覆材
８ａ    ：境界
８１    ：不定形材
８２    ：定形板材
８３    ：金網
８３ａ  ：アンカー部材
８４    ：ジベル
８５    ：接着材
８６    ：不織布
８７    ：耐火性コーキング材
８８    ：バックアップ材
Ａ      ：外側
Ｂ      ：内側
Ｘ      ：軸方向
Ｙ      ：周方向
Ｚ      ：法線方向
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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