(57)【要約】【課題】シールドトンネルにコンクリート躯体を連結する大断面トンネル構築の際、セグメントリングの継手の目開きを防止するセグメントリング構造を提供すること。【解決手段】互いに平行な２本のシールドトンネル間を鉄筋コンクリートまたは鉄筋鉄骨コンクリート製のコンクリート躯体で連結するに際し、コンクリート躯体の剛性をシールドトンネルを構築する複数の鉄系セグメントにより構成されるセグメントリングの剛性より大きくし、荷重によるセグメントリングの変形がコンクリート躯体の変形に支配されるセグメントリング構造において、セグメントの継手部に発生する曲げモーメントが大きくなる部位の鉄系セグメントの桁高を他の部位より小さくしたことを特徴とするセグメントリング構造。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な２本のシールドトンネル間を鉄筋コンクリートまたは鉄筋鉄骨コンクリート製のコンクリート躯体で連結するに際し、コンクリート躯体の剛性をシールドトンネルを構築する複数の鉄系セグメントにより構成されるセグメントリングの剛性より大きくし、荷重によるセグメントリングの変形がコンクリート躯体の変形に支配されるセグメントリング構造において、セグメントの継手部に発生する曲げモーメントが大きくなる部位の鉄系セグメントの桁高を他の部位より小さくしたことを特徴とするセグメントリング構造。
【請求項２】
前記セグメントリングのコンクリート躯体と連結される部位の鉄系セグメントを撤去することを特徴とする請求項１に記載のセグメントリング構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２本の平行に伸びるシールドトンネルの間をコンクリート躯体で連結して大断面トンネルを構築する際、コンクリート躯体の剛性をシールドトンネルを構築する複数の鉄系セグメントを連結して構成されるセグメントリングの剛性より大きくし、荷重によるセグメントリングの変形がコンクリート躯体の変形により支配されるセグメントリング構造において、曲げモーメントによる鉄系セグメントの継手部の目開きを抑制するためのセグメントリング構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここで、鉄系セグメントは、鋼板を溶接で組み立てて鋼殻を構成したものや、鋳造等にて製造したものなどを指す。
２本の平行に伸びるシールドトンネルの間を鉄筋コンクリートまたは鉄筋鉄骨コンクリート製のコンクリート躯体で連結して大断面トンネルを構築する際、コンクリート躯体の剛性はシールドトンネルを構成する鉄系セグメントリングの剛性より大きく、荷重による鋼製セグメントリングの変形はコンクリート躯体の変形に支配され、セグメントリング内で大きな曲げモーメントが発生する継手に目開きが発生する。従来、この継手の目開きに対する対応としては、目開きを許容し、継手の強度を高耐力継手を採用して大きくしたり、継手に弾性ワッシャーを採用して継手に発生する曲げモーメントの大きさを低減するようなことが実施されてきた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１８８３９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
継手の強度を高耐力継手を採用して大きくする対応策は、継手用ボルトの大きさを大きくしたり、引張力に対応するために主桁と継手板との溶接部の強度を高める必要がありコストアップにつながるという問題を有する。また、継手に弾性ワッシャ−を用いる対応策は、弾性ワッシャ−という部品を必要とし、継手の連結作業にも時間を要するという問題がある。
【０００５】
本発明は、従来技術の持つ前記課題を解決するセグメントリング構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
本第１発明は、前記課題を解決するために、セグメントリング構造において、互いに平行な２本のシールドトンネル間を鉄筋コンクリートまたは鉄筋鉄骨コンクリート製のコンクリート躯体で連結するに際し、コンクリート躯体の剛性をシールドトンネルを構築する複数の鉄系セグメントにより構成されるセグメントリングの剛性より大きくし、荷重によるセグメントリングの変形がコンクリート躯体の変形に支配されるセグメントリング構造において、鉄系セグメントの継手に発生する曲げモーメントが大きくなる部位の鉄系セグメントの桁高を他の部位より小さくしたことを特徴とする。
【０００７】
本第２発明は、本第１発明のセグメントリング構造において、前記セグメントリングのコンクリート躯体と連結する部位の鉄系セグメントを撤去することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図により説明する。
図１に示されるように、互いに平行な2本のシールドトンネル１、２間を鉄筋コンクリートまたは鉄筋鉄骨コンクリート製のコンクリート躯体３で連結し、大断面のトンネルを構築する。シールドトンネル１、２は、複数の鉄系セグメント４を連結したセグメントリング５により構成される。コンクリート躯体３の剛性はセグメントリング５の剛性より大きく、図２に示されるようにコンクリート躯体３が荷重により変形した場合、セグメントリング５の変形はコンクリート躯体３の変形に支配される。
図２は、コンクリート躯体３の荷重による変形によりセグメントリング５が変形する場合の、曲げモーメントの分布を示すもので、コンクリート躯体３の下部とセグメントリング５の連結部近傍に大きな曲げモーメントが発生していることを示している。
【０００９】
部材の曲げ曲率φと発生曲げモーメントＭは、次の（１）式の関係がある。
Ｍ＝ＥＩ×φ  ・・・・（１）
（Ｍは曲げモーメント、ＥＩは部材の曲げ剛性、Ｅは弾性係数、Ｉは断面２次モーメント）
コンクリート躯体３による鉄系セグメント４の曲げ変形量（部材曲げ曲率φと等価）が変化しない（部材曲げ曲率φが変化しない）と仮定すると、弾性係数Ｅは鉄系セグメントの材料を同様のものとした場合変化しないから、曲げモーメントの大きさを左右するのは断面２次モーメントＩである。断面２次モーメントＩは鉄系セグメント４の桁高Ｈの３乗に比例するから、鉄系セグメント４の桁高を１／２とすれば断面２次モーメントＩは１／８となり、発生する曲げモーメントＭは１／８となる。すなわち、コンクリート躯体３に支配される鉄系セグメント４の変形が変わらない場合に、鉄系セグメント４の桁高Ｈを小さくすれば、発生する曲げモーメントＭを小さくすることができる。
【００１０】
図５及び図６は、鉄系セグメント４の継手に応力が作用し、目開きを起こした状態とその際の継手板の変形状体を示すものである。
鉄系セグメント４の継手の目開きは、継手断面に働く軸力Ｎと曲げモーメントＭと鉄系セグメント４の桁高Ｈにより決定される。
鉄系セグメント４の継手に目開きを起こさせる曲げモーメントＭａの大きさは断面の力学的釣り合いから、次の（２）式の関係がある。
Ｍａ＝ｅ×Ｈ×Ｎ・・・・（２）
（ｅは偏芯釣り合いの距離で、鉄系セグメントの場合が１／２、ＲＣセグメントの場合は１／６、Ｈはセグメントの桁高、Ｎは軸力）
上記（２）式から発生する曲げモーメントＭを目開きを起こさせる曲げモーメントＭａより小さくなるように鉄系セグメント４の桁高Ｈを決定すれば鉄系セグメント４の継手に目開きは起こらないことになる。
【００１１】
例えば、桁高Ｈが０．５ｍの鉄系セグメントにおいて、軸力Ｎが３０００ｋＮ、発生する曲げモーメントＭが１２００ｋＮｍである継手に対して上記（２）式を適用すると、
Ｍａ＝１／２×０．５×３０００＝７５０ｋＮｍ＜Ｍ＝１２００ｋＮｍ
となり、発生する曲げモーメントＭがＭaより大きいので継手目開きが発生する。
【００１２】
大きな曲げモーメントの発生する部位のセグメントの桁高Ｈを０．４ｍとすれば断面２次モーメントは桁高０．５ｍのときの約０．５倍となるから、発生する曲げモーメントＭは、
Ｍ＝１２００ｋＮｍ×０．５＝６００ｋＮｍ＜Ｍａ＝７５０ｋＮｍ
となり、発生する曲げモーメントＭがＭaより小さいので、継手に目開きが発生しない。
【００１３】
このような状況で、発生応力度σは、次の（３）式の関係となる。
σ＝Ｅ×Ｈ／２×φ    ・・・（３）
（Eは弾性係数、Ｈはセグメントの桁高、φは部材の曲げ曲率）
φは一定であり、Eも鉄系セグメントの材料で決まる値であるからセグメントの桁高Ｈを少なくするほうが応力度も小さくなり、断面は有利となるため、鉄系セグメントの薄肉化が図れる。
【００１４】
図４は、前記考察に基づいて、互いに平行な２本のシールドトンネル１、２間を鉄筋コンクリートまたは鉄筋鉄骨コンクリート製のコンクリート躯体３で連結するに際し、コンクリート躯体３の剛性をシールドトンネル１、２を構築する複数の鉄系セグメント４により構成されるセグメントリング５の剛性より大きくし、荷重によるセグメントリング５の変形がコンクリート躯体の変形に支配されるセグメントリング構造において、セグメントの継手部に発生する曲げモーメントが大きくなる部位すなわちコンクリート躯体３とセグメントリング５との連結部近傍の鉄系セグメント４’の桁高を３００ｍｍとし、他の部位の鉄系セグメント４の桁高５００ｍｍより小さくした例を示すものである。
【００１５】
セグメントリング５を構成する鉄系セグメント４の内、コンクリート躯体３との連結部近傍の鉄系セグメント４’の桁高Ｈをその他の部位の鉄系セグメント４の桁高より小さくし且つ薄肉化が可能であるため、コンクリート躯体３により２つのシールドトンネル１、２を連結する際、コンクリート躯体３との連結部の鉄系セグメント４の切断撤去作業が容易になる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の構成により、互いに平行な２本のシールドトンネルをコンクリート躯体で連結して大断面トンネルを構築する際、コンクリート躯体の剛性がシールドトンネルを構成するセグメントリングの剛性より大きく、セグメントリングの変形がコンクリート躯体の変形により支配されるという条件で、コンクリート躯体とセグメントリングの連結部近傍の鉄系セグメントの桁高を他の部位の桁高より小さくすることにより、コンクリート躯体との連結部近傍に発生する曲げモーメントを小さくすることができ、鉄系セグメントの継手の目開きを抑制すると共に、継手に発生する応力度も小さくすることができ、鉄系セグメントの薄肉化が可能となる。
鉄系セグメントのコンクリート躯体との連結部近傍の桁高を小さくし且つ薄肉化により、大断面トンネル構築のためその部分の切断撤去のための作業が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のシールトンネルとコンクリート躯体との連結構造を示す図。
【図２】コンクリート躯体の変形によりセグメントリングが変形することを示す図。
【図３】セグメントリングの変形による曲げモーメントの発生状況を示す図。
【図４】本発明のシールドトンネルとコンクリート躯体の連結構造を示す図。
【図５】鉄系セグメントの継手の目開き状態を示す図。
【図６】鉄系セグメントの継手の目開きの際の継手板の変形状態を示す図。
【符号の説明】
１：シールドトンネル
２：シールドトンネル
３：コンクリート躯体
４：鉄系セグメント
４’：桁高を小さくした鉄系セグメント
５：セグメントリング
【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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