(57)【要約】【課題】構造的により優れ、かつ経済性にも優れた鋼製セグメントを提供する。【解決手段】スキンプレート２および２本の主桁３，３から構成された鋼製セグメント１であって、前記スキンプレート２のトンネル周方向端部には前記スキンプレート２をトンネル内空側に屈曲して形成された周方向継手部２ａが設けられており、前記主桁３はトンネル周方向に伸長して並行配置され、かつ前記主桁３，３は前記スキンプレート２のトンネル軸方向端部２ｂおよび周方向継手部２ａに溶接されていることを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキンプレートおよび２本の主桁から構成された鋼製セグメントであって、前記スキンプレートのトンネル周方向の両端部には前記スキンプレートをトンネル内空側に屈曲して形成された周方向継手部が設けられており、前記主桁はトンネル周方向に伸長して並行配置され、かつ前記主桁は前記スキンプレートのトンネル軸方向端部および周方向継手部に溶接されていることを特徴とする鋼製セグメント。
【請求項２】
周方向継手部のセグメント内側面にトンネル軸方向に伸長する縦リブを取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の鋼製セグメント。
【請求項３】
プレス加工によってスキンプレートのトンネル周方向端部を折り曲げてスキンプレートに周方向継手部を形成した後、前記スキンプレートのトンネル軸方向端部にトンネル周方向に伸長する前記主桁を並行配置し、前記スキンプレートのトンネル軸方向端部および周方向継手部に前記主桁を溶接してなることを特徴とする鋼製セグメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上下水道、地下鉄、電力・通信ケーブル共同溝、放水トンネルなどの管渠をシールド工法などで構築する場合に使用される鋼製セグメントであって、特に構造的により優れ、かつ経済性にも優れた鋼製セグメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上下水道、地下鉄、電力・通信ケーブル共同溝、放水トンネルなどを地下に敷設する場合には、シールドマシン等で掘削孔を形成し、シールドマシンの後方で鋼製セグメントを組み立ててトンネルを構築するシールド工法が従来から広く適用されている。
【０００３】
このシールド工法に使用される鋼製セグメントは、一般に主桁、継手板、縦リブ、スキンプレートから構成されており、スキンプレートの四方の端縁に主桁および継手板が隅肉溶接で固定されて、トンネル内空側が開放された箱型構造体となっている。そして鋼製セグメントは、施工時にはシールドマシン推進の反力を受け持ち、施工完了時にはトンネルの一次覆工体となるため、シールド工法において非常に重要な役割を果たす。
【０００４】
さらに鋼製セグメントの各構成要素について説明すると、スキンプレートは、トンネル内への地下水の浸入を防止するとともに、主桁と一体となってトンネルに作用する土水圧に抵抗する役目を果たしている。また主桁は、トンネル周方向断面の圧縮力、曲げモーメントおよびせん断力に抵抗し、かつトンネル軸方向に隣接するセグメントとの連結材としても機能する。
【０００５】
さらに鋼製セグメントの継手板は、主にトンネルの円周方向に隣接するセグメントとの連結材として使用される。また、縦リブは主桁およびスキンプレートに溶接接合されており、鋼製セグメントの一部として一体化されている。縦リブは土水圧が直接作用するスキンプレートの固定点としての機能と、シールドトンネルの施工時にシールドマシンを推進するためのジャッキの反力を受ける機能とを有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の鋼製セグメントでは、製造時に継手板とスキンプレートとの隅肉溶接部でひび割れ、アンダーカット、スラグ巻き込み等の溶接欠陥が生じやすく、１次覆工体としての水密性確保の点から改善の余地があった。特に大深度で用いられるシールドトンネルではセグメント径に比べて土被りが大きくなるので、従来のシールド工事用標準セグメントでは継手板の部分で溶接欠陥による漏水が出易くなる傾向がある。
【０００７】
また継手板の設計自由度は材料調達の関係等から制限されることもあり、高い土圧に対応させるためには、板厚が過剰となって不経済となる場合もある。すなわち、トンネル覆工における鋼製セグメント間の結合強度は、専ら鋼製セグメントのトンネル軸方向（セグメントリング間）の結合構造が担っており、トンネル周方向（セグメント間）の結合構造では殆ど負担していない。したがって、継手板によるトンネル周方向の接合構造では、主桁によるセグメントリング間のような強固な係合構造が要求されているわけではないので、継手板の板厚が過剰に設定されている場合もある。
【０００８】
一方、継手板は縦リブと同様に、シールドジャッキ推力の伝達とスキンプレートに作用する外荷重を主桁に流す役目とを果たしているが、これらはあくまで副次的な役目にすぎない。すなわち、継手板によるトンネル周方向の接合構造では、止水性が確保できれば薄肉の板状構造でも不具合はさほど大きくはない。
【０００９】
本発明は前記従来技術の課題を解消するためにされたものであり、その目的はスキンプレートと継手板とを連続的に一体成形することで、構造的により優れ、かつ経済性にも優れた鋼製セグメントを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の鋼製セグメントは、スキンプレート２および２本の主桁３，３から構成された鋼製セグメント１であって、前記スキンプレート２のトンネル周方向端部には前記スキンプレート２をトンネル内空側に屈曲して形成された周方向継手部２ａが設けられており、前記主桁３はトンネル周方向に伸長して並行配置され、かつ前記主桁３，３は前記スキンプレート２のトンネル軸方向端部２ｂおよび周方向継手部２ａに溶接されていることを特徴とする。この本発明の鋼製セグメント１では、周方向継手部２ａのセグメント内側面にトンネル軸方向に伸長する縦リブ４を取り付けてもよい。
【００１１】
また本発明の鋼製セグメント１は次のようにして製造される。すなわち、プレス加工によってスキンプレート２のトンネル周方向の両端部を折り曲げてスキンプレートに周方向継手部２ａを形成した後、前記スキンプレート２のトンネル軸方向端部２ｂにトンネル周方向に伸長する前記主桁３，３を並行配置し、前記スキンプレート２のトンネル軸方向端部２ｂおよび周方向継手部２ａに前記主桁３，３を溶接して製造される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。本発明の鋼製セグメント１は、スキンプレート２と、２本の主桁３，３と、複数本の縦リブ４とから構成されている。そして、鋼製セグメント１はトンネル周方向に連結されてセグメントリングを構成し、このセグメントリングをトンネル軸方向に連結してトンネルの覆工体とするものである。
【００１３】
スキンプレート２は、トンネル周方向に沿って円弧状に湾曲した矩形鋼板であって、トンネル周方向の両端にスキンプレート２と連続的した周方向継手部２ａが形成されたものである。
【００１４】
スキンプレート２のトンネル周方向の両端は、トンネル内空側（円弧の内側方向）に向けてプレス加工でほぼ直角に折り曲げられており、このスキンプレート２の折曲部で周方向継手部２ａが構成されている。すなわち、本発明ではスキンプレート２と周方向継手部２ａとをプレス加工で連続的に成形しているので、従来の鋼製セグメントのようにトンネル周方向の結合構造の部分から溶接欠陥に起因する水もれが生じることはない。
【００１５】
また各周方向継手部２ａのセグメント内側面には、Ｌ字形断面の縦リブ４が面接触状態で背中合わせに取り付けられている。この縦リブ４は平鋼を折り曲げて形成してもよく、また市販のアングル材を用いてもよい。
【００１６】
縦リブ４は各周方向継手部２ａと一体となって、周方向継手部２ａに作用するシールドジャッキの推力や、スキンプレートに作用する土水圧などの外力を主桁３に伝達する役割を果たしている。従来技術のセグメントでは、シールドジャッキの推力やスキンプレートに作用する土水圧などの外力を継手板でも伝達させていたため、継手板の板厚が必要以上に厚くなっていた。そこで、本発明では周方向継手部２ａを縦リブ４で補強することで、従来の継手板に相当する部分の板厚を容易に調整可能とし、高い水密性を確保しつつ設計の自由度を向上させている。
【００１７】
なお、周方向継手部２ａおよび縦リブ４にはボルト挿通孔５が開孔されており、このボルト挿通孔５にボルトや連結ピンなどを挿入することで、トンネル周方向に隣接するセグメントを相互に連結できるようになっている。
【００１８】
またスキンプレート２のトンネル内空側には、トンネル周方向に沿って並行に伸長する円弧状の２本の主桁３，３が、トンネル軸方向端部２ｂにそれぞれ配置されている。なお、主桁３にはボルト挿通孔５が開孔されており、このボルト挿通孔５にボルトや連結ピンなどを挿入することで、トンネル軸方向に隣接するセグメントを相互に連結できるようになっている。
【００１９】
各主桁３，３は、スキンプレート２のトンネル軸方向端部２ｂと周方向継手部２ａ、および縦リブ４とに隅肉溶接で固着されている。本発明の鋼製セグメント１では、周方向継手部２ａおよび主桁３がスキンプレート２の周縁を囲むようにトンネル内空側に立設されており、スキンプレート２、周方向継手部２ａおよび主桁３で、トンネル内空側が開放された箱状の鋼殻を構成するようになっている。なお、必要に応じてセグメント内部には、トンネル軸方向に伸長する縦リブ６を適宜取り付けてもよい。この縦リブ６には、周方向継手部に取り付けた縦リブ４と同じものを使用してもよく、また前記の縦リブ４とは寸法や断面形状が異なるものを使用してもよい。
【００２０】
また本発明の鋼製セグメントの製造は、以下の工程で行なわれる。
（１）まず、プレス加工によってスキンプレート２のトンネル周方向両端部を折り曲げてスキンプレート２に周方向継手部２ａを形成する。
（２）２つの周方向継手部２ａのセグメント内側面に、Ｌ字形断面の縦リブ４を面接触状態で背中合わせに取り付ける。また必要に応じて、トンネル軸方向に伸長する縦リブ５をスキンプレート２のトンネル内空側に配置する。
（３）スキンプレート２のトンネル軸方向端部２ｂにトンネル周方向に伸長する主桁３，３を並行配置する。そしてスキンプレート２のトンネル軸方向端部２ｂおよび周方向継手部２ａに主桁３，３を溶接する。また鋼製セグメント１に縦リブ６がある場合には、主桁３と縦リブ６とを溶接する。
【００２１】
【発明の効果】
本発明ではスキンプレートと周方向継手部とをプレス加工で連続的に成形しているので、従来の鋼製セグメントのようにトンネル周方向の結合構造の部分から溶接欠陥に起因する水もれが生じることはない。
【００２２】
また各周方向継手部のセグメント内側面には、Ｌ字形断面の縦リブが面接触状態で背中合わせに取り付けられており、周方向継手部を縦リブで補強することで、従来の継手板に相当する部分の板厚を容易に調整可能とし、高い水密性を確保しつつ設計の自由度が向上しており、経済性の高いセグメントが実現できる。なお、本発明の鋼製セグメントは設計の自由度と経済性とに優れていることから、耐用年数が短い仮設構造用のセグメントに適しており、また補強を施すことで永久構造物にも使用できるので、適用範囲が極めて広いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の鋼製セグメントのトンネル内空側からの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の鋼製セグメントのトンネル地山側からの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）をトンネル周方向からみた一部拡大図である。
【図３】本発明の鋼製セグメントの分解図である。
【符号の説明】
１　　鋼製セグメント
２　　スキンプレート
２ａ　周方向継手部
２ｂ　トンネル軸方向端部
３　　主桁
４　　縦リブ
５　　ボルト挿通孔
６　　縦リブ
【図１】
2004044296.tif 000003
【図２】
2004044296.tif 000004
【図３】
2004044296.tif 000005