(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の主桁および一対の継手板と、スキンプレートと、セグメント内に継手板と平行に形成された縦リブとで構成された鋼殻セグメントの内部に、セグメント継手用のボルトボックスを有し、トンネル周方向に主桁と平行に配置された周方向の鉄筋および前記周方向の鉄筋を埋め込むように鋼殻セグメントに設けられる中詰めコンクリートにより、前記周方向の鉄筋および鋼殻とが一体化されている合成セグメントにおいて、
前記ボルトボックスを主桁に近接させて配置すると共に前記ボルトボックスを挟んで主桁と平行に、補強材を前記ボルトボックスに近接させて配置し、かつ前記補強材を継手板から少なくとも前記継手板に隣接する第１の縦リブから数えて第ｎ（ｎは2以上）の縦リブまで設置し、前記補強材が当接する継手板および縦リブとの当接部をその継手板および縦リブに固定し、前記周方向の鉄筋を前記第ｎの縦リブよりも継手板寄りの位置まで伸びるように設けたことを特徴とする合成セグメント。
【請求項２】
複数の主桁および一対の継手板と、スキンプレートと、セグメント内に継手板と平行に形成された縦リブとで構成された鋼殻セグメントの内部に、セグメント継手用のボルトボックスを有し、トンネル周方向に主桁と平行に配置された周方向の鉄筋および前記周方向の鉄筋を埋め込むように鋼殻セグメントに設けられる中詰めコンクリートにより、前記周方向の鉄筋および鋼殻とが一体化されている合成セグメントにおいて、
補強材を、継手板から少なくともその継手板に隣接する第１の縦リブまで主桁と平行に設置し、前記補強材の継手板および縦リブとの当接部を固定し、さらに、前記継手板に隣接する第１の縦リブと前記主桁と前記補強材との間に、横補強板をスキンプレートと略平行に配置し、前記横補強板を少なくとも前記主桁および前記補強材に溶接により固定することを特徴とする合成セグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルのセグメントに関し、特に軟弱地盤中のトンネルや内水圧が作用するトンネル、異形断面トンネル等のセグメントのリング間継手に引張力が作用するトンネル用の合成セグメントの構造に関し、特に継手部に作用する引張力を鋼殻や中詰めコンクリート部分に効率的に伝達可能な高強度・高剛性な合成セグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤中のトンネルや内水圧が作用するトンネル、異形断面トンネル等に用いられるセグメントでは、セグメント継手には大きな曲げモーメントや引張力が作用する。そのため、ボルトや機械式継手等のセグメント継手材に作用する引張り力を、鋼殻や中詰めコンクリート部分に効率的に伝達する必要がある。
【０００３】
前記の曲げモーメントとしては、例えば、地山側からの土圧あるいは水圧による曲げモーメントがある。また、前記の引張力としては、例えば、トンネル軸方向に直角な断面で、内水圧による引張力がある。
【０００４】
また、土水圧等の外力に対して、止水性を確保し、また、トンネルの変形を抑制するために、セグメント継手は高い剛性（回転剛性や引張剛性）が要求される。さらに、セグメント継手は外力によって発生する断面力に耐え得る高い強度が必要とされる。
【０００５】
前記のような用途に用いられるセグメントとして合成セグメントおよびこれに用いられるセグメント継手がある。
例えば、合成セグメントの一形態としては、図１２（ａ）に示すように、一対の主桁２および一対の継手板３と、スキンプレート４とによる鋼殻５と、その鋼５殻内に継手板と平行に形成された縦リブ６とで構成されたセグメント鋼殻１６内部に、セグメント継手用のボルトボックス７を有し、トンネル周方向に主桁２と平行に配置された周方向の鉄筋１１および前記周方向の鉄筋を埋め込むように鋼殻セグメントに設けられる中詰めコンクリート９により、前記周方向の鉄筋１１および鋼殻５とが一体化されている合成セグメント１５が知られている。
前記の合成セグメント１５は、一対の主桁２および一対の継手板３と、スキンプレート４との５面により鋼殻（５面鋼殻）５が形成され、その鋼殻５内に縦リブ６を設けて５面鋼殻セグメント１６を構成し、その５面鋼殻セグメント１６と周方向の鉄筋１１と中詰めコンクリート９で構成される合成セグメント１５である。
また、そのような合成セグメント１５に用いられる高強度・高剛性継手部付近の構造としては、継手材に発生する引張力を周方向の鉄筋１１と鋼殻５とに分散して伝達する必要がある。
前記のように継手材に発生する引張力を周方向の鉄筋１１と鋼殻５とに分散して伝達する構造にしなければ、力学的には単なる鋼製セグメントにコンクリートが充填されただけの構造、あるいは鉄筋コンクリートセグメントに鋼製の枠が付いただけのセグメントとなる。
【０００６】
前記の高強度・高剛性継手部付近の構造の一形態として、図１２に示すように、５面鋼殻セグメント１６内に、コンクリートが充填され、鋼殻５内部に周方向の鉄筋１１が配置された合成セグメント１５があり、その継手として、継手板３に補強板１７および定着鉄筋１８などからなる継手金物１９を設置したものがある。この継手金物１９の構成の各部の作用は以下のとおりであり、セグメント継手の引張材である継手材（ボルトや機械式継手）に作用する引張力を鋼殻および周方向の鉄筋に伝達することができ、高強度かつ高剛性な継手とすることができる。
前記の補強板１７の作用は、補強板１７の剛性によって、継手の剛性を高めている。また、定着鉄筋１８により、補強板１７を介して、継手の引張力を鋼殻内部の周方向の鉄筋１１に（鉄筋の重ね継手で）伝達するようにしている。また、補強板１７と継手板３との溶接により、ボルト等の継手材（連結杆）に作用する引張力を鋼殻に伝達するようにしている。
【０００７】
また、図示を省略するが、前記のような５面鋼殻セグメントにコンクリートが充填され、鋼殻内部に周方向の鉄筋が配置された合成セグメントの継手板を補強する他の形態として、鋼殻内側であって、継手板に空間規定部材を設け、その空間規定部材に鉄筋からなる連結部材を連結し、その連結部材をコンクリートに埋め込むことにより、継手材に発生する引張力を鋼殻および周方向の鉄筋に伝達するようにし、高強度かつ高剛性な継手を有する合成セグメントとする形態も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、５面鋼殻セグメントにコンクリートが充填され、合成セグメントの継手板を、側板を設けた補強板により補強する形態も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−２２８７９３号公報
【特許文献２】特開２００５−７６３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１２に示すような継手金物を使用する場合には、中詰めコンクリートを介して付着により周方向の鉄筋に継手材に作用する引張力を伝達することが出来るが、主桁の曲げ剛性が小さいため、主桁には十分に引張力を伝達できない問題がある。また、継手金物自体の加工工数が多く高価になるという問題もある。
また、空間規定部材とこれに固定される定着鉄筋との組み合わせの場合には、セグメント内部の周方向の鉄筋に力を伝達するに際し、空間規定部材に接合された定着鉄筋には力の伝達が可能であるが、もっと多くの周方向の鉄筋が必要になった場合、その周方向の鉄筋に力の伝達ができない。また、このような構造では、主桁への力の伝達は継手板から行われることになるが、継手板の曲げ剛性が小さいため継手板を補強しないと十分な力の伝達ができない。その結果として、大きな曲げモーメントや引張力に対して、十分な継手強度・剛性を確保できないという問題がある。また、空間規定部材を曲げ加工してから定着鉄筋を溶接するため、溶接ひずみによる変形が生じ矯正工程が必要になるなど加工度が高く、製造コストが高くなってしまうという問題もある。
また、前記の継手板を補強する形態では、ボルトなどの継手材の引張力を内部の周方向の鉄筋（周方向の鉄筋を配置した場合）には力の伝達することが出来る。しかしながら、継手板の曲げ剛性が小さいため鋼殻には十分に力の伝達することができない。さらに、周方向の鉄筋を配置した場合でも、補強部材（補強板）を溶接により固定したり、穴あけ加工する縦リブの加工度が高く、合成セグメントの製造コストが高くなってしまうという問題がある。
すなわち、上記いずれの形態にも共通する課題としては、継手材に作用する引張力を鋼殻と中詰めコンクリートに埋設された周方向の鉄筋の何れかには伝達可能であるが、両方にバランスよく伝達することができないので、セグメント幅方向にひずみが均一でなく主桁あるいは周方向の鉄筋のいずれか一方のひずみや応力が大きくなってしまうため、さらには複数の周方向の鉄筋のひずみや応力が幅方向に不均一になってしまうため、セグメント本体の断面が効率的に活用できなくなってしまう上に、継手の剛性や強度が低下するだけでなく、セグメントの幅方向に応力の分布によって、合成セグメントの特徴であるセグメント本体の高強度及び高剛性といった特徴が十分に発揮できない問題点があった。
土水圧あるいは内水圧による大きな曲げモーメントや引張力に対して継手部材（ボルトや機械式継手の連結材）に作用する引張力を、鋼殻と中詰めコンクリートに埋設された周方向の鉄筋の両方にバランスよく伝達でき、且つ高剛性・高強度に伝達できる合成セグメントであって、より高剛性・高強度で安価な合成セグメントが求められている。
【００１０】
本発明では、セグメント継手がボルト式の場合で、セグメント継手用のボルトボックスを有し、セグメント外面を覆う鋼殻とコンクリートと周方向の鉄筋で構成された合成セグメントを対象としている。そして、前記のようなボルトボックスを有する合成セグメントでは、継手板とこれに隣接している第１の縦リブとの間にコンクリートを充填して中詰めコンクリートを形成しても、ボルトボックスの強度は低いため、これに接触している中詰めコンクリートに、強固なコンクリート圧縮斜材を形成することができない特徴がある。
【００１１】
前記の合成セグメントとは、セグメントの地山側に形成されたスキンプレートと、セグメントの外周にトンネル周方向に形成された主桁およびトンネル軸方向に形成された継手板と、セグメント内に継手板と平行に形成された縦リブとで構成された鋼殻セグメントの内部に、トンネル周方向に主桁と平行に配置された周方向の鉄筋および中詰めコンクリートからなるいわゆる５面鋼殻の合成セグメントを対象としている。
本発明は、前記のように、大きな曲げモーメントや引張力に対して継手部材（ボルトや機械式継手の連結材）に作用する引張力を主桁と中詰めコンクリートに埋設された周方向の鉄筋の両方にバランスよく伝達し、且つ高剛性・高強度に伝達ですることで高剛性・高強度で安価な合成セグメントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明の合成セグメントでは、複数の主桁および一対の継手板と、スキンプレートと、セグメント内に継手板と平行に形成された縦リブとで構成された鋼殻セグメントの内部に、セグメント継手用のボルトボックスを有し、トンネル周方向に主桁と平行に配置された周方向の鉄筋および前記周方向の鉄筋を埋め込むように鋼殻セグメントに設けられる中詰めコンクリートにより、前記周方向の鉄筋および鋼殻とが一体化されている合成セグメントにおいて、
前記ボルトボックスを主桁に近接させて配置すると共に前記ボルトボックスを挟んで主桁と平行に、補強材を前記ボルトボックスに近接させて配置し、かつ前記補強材を継手板から少なくとも前記継手板に隣接する第１の縦リブから数えて第ｎ（ｎは２以上）の縦リブまで設置し、前記補強材が当接する継手板および縦リブとの当接部をその継手板および縦リブに固定し、前記周方向の鉄筋を前記第ｎの縦リブよりも継手板寄りの位置まで伸びるように設けたことを特徴とする。
第２発明では、複数の主桁および一対の継手板と、スキンプレートと、セグメント内に継手板と平行に形成された縦リブとで構成された鋼殻セグメントの内部に、セグメント継手用のボルトボックスを有し、トンネル周方向に主桁と平行に配置された周方向の鉄筋および前記周方向の鉄筋を埋め込むように鋼殻セグメントに設けられる中詰めコンクリートにより、前記周方向の鉄筋および鋼殻とが一体化されている合成セグメントにおいて、補強材を、継手板から少なくともその継手板に隣接する第１の縦リブまで主桁と平行に設置し、前記補強材の継手板および縦リブとの当接部を固定し、さらに、継手板に隣接する第１の縦リブと前記主桁と前記補強材との間に、横補強板をスキンプレートと略平行に配置し、前記横補強板を少なくとも前記主桁および前記補強材に溶接により固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１発明によると、複数の主桁および一対の継手板と、スキンプレートと、セグメント内に継手板と平行に形成された縦リブとで構成された鋼殻セグメントの内部に、セグメント継手用のボルトボックスを有し、トンネル周方向に主桁と平行に配置された周方向の鉄筋および前記周方向の鉄筋を埋め込むように鋼殻セグメントに設けられる中詰めコンクリートにより、前記周方向の鉄筋および鋼殻とが一体化されている合成セグメントにおいて、
前記ボルトボックスを主桁に近接させて配置すると共に前記ボルトボックスを挟んで主桁と平行に補強材を、前記ボルトボックスに近接させて配置し、かつ前記補強材を継手板から少なくとも前記継手板に隣接する第１の縦リブから数えて第ｎ（ｎは2以上）の縦リブまで設置し、前記補強材が当接する継手板および縦リブとの当接部をその継手板および縦リブに固定し、前記周方向の鉄筋を前記第ｎの縦リブよりも継手板寄りの位置まで伸びるように設けたので、単に、補強材をボルトボックスに近接させて設置するだけで、大きな曲げモーメントや引張力に対して継手部材（ボルトからなる連結材）に作用する引張力を主桁と中詰めコンクリートに埋設された周方向の鉄筋の両方にバランスよく十分に伝達でき、継手部付近の構造が高剛性・高強度で安価な合成セグメントを簡易な加工で実現することができる。
第２発明によると、複数の主桁および一対の継手板と、スキンプレートと、セグメント内に継手板と平行に形成された縦リブとで構成された鋼殻セグメントの内部に、セグメント継手用のボルトボックスを有し、トンネル周方向に主桁と平行に配置された周方向の鉄筋および前記周方向の鉄筋を埋め込むように鋼殻セグメントに設けられる中詰めコンクリートにより、前記周方向の鉄筋および鋼殻とが一体化されている合成セグメントにおいて、補強材を、継手板から少なくともその継手板に隣接する第１の縦リブまで主桁と平行に設置し、前記補強材の継手板および縦リブとの当接部を固定し、さらに、前記継手板に隣接する第１の縦リブと前記主桁と前記補強材との間に、横補強板をスキンプレートと略平行に配置し、前記横補強板を少なくとも前記主桁および前記補強材に溶接により固定したので、トンネル周方向に隣り合うセグメント相互を接合するボルトまたは継手に引張力が作用した場合、前記横補強板から主桁に伝達することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１〜図４には、本発明の第１実施形態の合成セグメント１が示されている。この第１実施形態では、継手板３の内側にボルトボックス７を備えているために、コンクリート圧縮斜材が形成されにくいため、補強材８を、継手板３からその継手板３に隣接する第１の縦リブ６ａよりも延長し、第２の縦リブ６ｂまで伸びるように設け、第１の縦リブ６ａと第２の縦リブ６ｂとの間で、コンクリート圧縮斜材を形成するようにした形態である。
そして、図１は、本発明の第１実施形態の合成セグメントを示すものであって、中詰めコンクリートを一部取り除いて示すトンネル内空側から見た底面図である。図２は、図１に示す合成セグメントの応力の伝達経路を説明するための説明図である。図３（ａ）は図２の一部を省略してコンクリート圧縮斜材が形成されることを説明するための説明図、図３（ｂ）は図１に示す合成セグメントの縦断正面図である。図４は図１に示す合成セグメントにおけるボルトボックスの部分で切断した場合の縦断正面図である。
【００１６】
トンネル軸方向に間隔をおいて平行に配置されていると共にトンネル周方向に伸びるように一対の主桁２（図示の場合は外主桁２ａ）が配置され、前記各主桁２（２ａ）のトンネル周方向の一端側および他端側の端部に渡ってそれぞれ継手板３が配置されて溶接により固定され、また各主桁２（２ａ）と各継手板３とにスキンプレート４が溶接により固定されて鋼殻５が形成されている。前記の主桁２（２ａ）と継手板３との溶接としては全溶け込み溶接とされる。
【００１７】
前記鋼殻５内には、主桁２（２ａ）に渡ってトンネル軸方向に伸びるように縦リブ６が、トンネル周方向に間隔をおいて平行に複数（図示の場合は４本）配置されている。前記の縦リブ６のトンネル半径方向地山側の基端部は、スキンプレート４に溶接により固定されている。また、縦リブ６のトンネル軸方向の端部は、主桁２（２ａ）に溶接により固定されている。
【００１８】
主桁２（２ａ）と継手板３との各４隅のコーナー部内側には、箱抜きにより形成され、トンネル内空側が開口しているボルトボックス７が、それぞれ主桁２に近接した状態で設けられている。
この形態のセグメント継手の継手材（ボルト）にトンネル周方向の引張力が作用すると、継手板３に隣接する第１の縦リブ６ａと補強材８との接合部Ａと、継手板３と主桁２（２ａ）との接合部Ｂとを結ぶ対角方向に、中詰めコンクリート９によるコンクリート圧縮斜材の領域が形成されにくいと共に、第１の縦リブ６ａに隣接する第２の縦リブ６ｂと補強材８との接合部Ｃと、第１の縦リブ６ａと主桁２との接合部Ｄとを結ぶ対角方向にコンクリート圧縮斜材１０の領域が形成されることになる。
前記のボルトボックス７を主桁２（２ａ）に近接させて配置することにより、後記の補強材８を主桁２（２ａ）に近い位置に配置することにつながり、中詰めコンクリート９にコンクリート圧縮斜材１０の領域を形成する場合に、コンクリート圧縮斜材１０の主桁２に対する傾斜角αが小さくなることにつながり、主桁２（２ａ）に引張力を効率よく伝達する上で、重要である。補強材８が主桁２（２ａ）から離れるほど、前記のコンクリート圧縮斜材１０の傾斜角αが、大きくなり、主桁２（２ａ）と補強材８と第１の縦リブ６ａと第２の縦リブ６ｂとで囲まれたコンクリートのせん断変形が大きくなり、また、主桁２（２ａ）と補強材８との間の継手板３の曲げ変形が大きくなり、セグメント継手の剛性が低下してしまう。
【００１９】
前記のボルトボックス７に近接するように、また、主桁２（２ａ）よりも長さの短い棒状の補強材８が、ボルトボックス７を中心として、主桁２（２ａ）の反対側に、ほぼ対称にトンネル周方向に伸びるように配置されている。補強材８としては、鋼材が使用される。
【００２０】
前記の補強材８は、継手板３に隣接する第１の縦リブ６ａに挿通されていると共にこれに間隔をおいて隣接する第２の縦リブ６ｂにまで伸ばされて、補強材８の一端側が当接されて溶接により固定されている。また、前記補強材８は、主桁２（２ａ）に平行に配置されていると共に、その他端部は、継手板３の内側に当接されて溶接により固定されている。
なお、補強材８と第１の縦リブ６ａとは、その当接部において溶接により固定されている。
【００２１】
この形態で、補強材８を第２の縦リブ６ｂまで伸ばしている理由は、次の理由による。
この形態では、継手板３と第１の縦リブ６ａとの間で、主桁２（２ａ）寄りに補強材８を配置して、主桁２（２ａ）と継手板３と補強材８と第１の縦リブ６ａとスキンプレート４とにより囲まれる部分にコンクリートを打設しても、第１の縦リブ６ａと補強材８との接合部Ａと、継手板３と主桁２との接合部Ｂとを結ぶ対角方向に、中詰めコンクリート９による確実なコンクリート圧縮斜材を形成することができないため、ボルトなどのセグメント継手の継手材に作用する引張力を効率的に主桁２（２ａ）に伝達することができない。
【００２２】
さらに説明すると、トンネル周方向に隣り合うセグメント相互がボルト・ナットの締結により接合されている場合に、トンネル周方向に継手板３を引き剥がすような力が作用した場合に、継手板３に接合されている補強材８にはトンネル周方向の引張力Ｔ（図２参照）が作用し、第１の縦リブ６ａに伝達される。
そして、主桁２（２ａ）と継手板３と補強材８と第１の縦リブ６ａとにより中詰めコンクリート９が拘束されている場合には、強固なコンクリート圧縮斜材を形成でき、前記のコンクリート圧縮斜材と第１の縦リブ６ａと主桁１とにより、またはコンクリート圧縮斜材と継手板３と補強材８とによりトラス機構を形成することも可能であるが、ボルトボックス７の空間部が大きいため、コンクリートによる、コンクリート圧縮斜材を形成することができない。また、ボルトボックス７は、手作業によりボルト・ナットを配置する作業空間形成用の空間であるから、中詰めコンクリート９を確実に拘束することが出来ない。
【００２３】
前記のボルトボックス７が、継手板３と第１の縦リブ６ａとの間に配置されて空間部が形成されているために、この空間部の周りにコンクリートを打設して中詰めコンクリート９を形成しても、本発明において期待するコンクリート圧縮斜材を形成することができない。
【００２４】
そのため、この形態においては、補強材８を第２の縦リブ６ｂまで延長するように配置して、主桁２（２ａ）と第１の縦リブ６ａと補強材８と第２の縦リブ６ｂにより囲まれる中詰めコンクリート９を拘束するようにしている。このようにすると、前記と同じように、ボルト接合されたセグメント相互の接合部にトンネル周方向の引張力が作用した場合、第２の縦リブ６ｂと補強材８との交差部Ｃと、主桁２（２ａ）と第１の縦リブ６ａとの交差部Ｄとを結ぶ対角方向の領域イに、中詰めコンクリート９によるコンクリート圧縮斜材１０が形成されて抵抗するようになり、その反力として主桁２（２ａ）に引張力が伝達されるようになる。
また、第２の縦リブ６ｂと主桁２（２ａ）とコンクリート圧縮斜材１０によりトラス機構が形成されていると共に、コンクリート圧縮斜材１０と第１の縦リブ６ａと補強材８とによりトラス機構を形成し、強固なコンクリート圧縮斜材１０となる。
そして、本発明では、中詰めコンクリート９によるコンクリート圧縮斜材１０が、主桁２（２ａ）に直接接触している中詰めコンクリート９により形成され、しかも主桁２（２ａ）にコンクリート圧縮斜材１０が近接して形成され、コンクリート圧縮斜材１０の主桁２（２ａ）に対する交差角（傾斜角α）が小さいため、コンクリート圧縮斜材１０に作用する圧縮力の反力として、主桁２（２ａ）に効率よく引張力ｔを伝達することができる。すなわち、補強材８に作用する引張力を、コンクリート圧縮斜材１０に圧縮力に変換し主桁２（２ａ）に引張力を作用させるようにしている。
また、補強材８が第１の縦リブ６ａおよび第２の縦リブ６ｂに連結され、また、トンネル周方向で補強材８と第１の縦リブ６ａと第２の縦リブ６ｂとに渡って配置され中詰めコンクリート９に埋め込まれるように配置されている周方向の鉄筋１１に、第２の縦リブ６ｂからコンクリートの付着を介して引張応力を伝達するようにされている。
前記の周方向の鉄筋１１を設ける長さについて説明すると、前記の周方向の鉄筋１１に、縦リブから中詰めコンクリート９を介して引張り応力を伝達させるために、前記周方向の鉄筋を前記第２の縦リブ６ｂよりも継手板３寄りの位置まで伸びるように設けている。前記の周方向の鉄筋１１は継手板３まで伸びていることは必ずしも必要ではなく、引張り応力を伝達させるためのコンクリートとの付着長がとれていればよい。そして、この第１実施形態では、第１の縦リブ６ａと継手板３の間まで伸びるように周方向の鉄筋１１を配置しているが、第２の縦リブ６ｂと第１の縦リブ６ａの間で、継手板３側寄りの位置まで伸びるように周方向の鉄筋１１を配置するようにしてもよい。
【００２５】
前記のようにコンクリート圧縮斜材１０の圧縮抵抗作用により、主桁２（２ａ）にトンネル周方向の引張力を効率よく伝達するため、さらに主桁２（２ａ）と補強材８との間の継手板３の曲げ変形を小さくし、継手の剛性を高めるには、図３（ａ）に示すように、前記の対角方向の領域イの対角線１２と、主桁２とのなす角度、すなわち、コンクリート圧縮斜材１０の主桁２に対する傾斜角αは、小さい角度であるほうが、継手板３の曲げ変形を小さくなるので、継手の剛性を高めることが出来る。さらに、コンクリート９のせん断変形を小さくするため、補強材の引張力を高剛性に主桁２（２ａ）に伝達できるため効率的に主桁２（２ａ）に引張力を伝達することができる。
前記の傾斜角αは、構造的には可能な限り小さくするが好ましいが、その角度は設計により決定される。すなわち、ボルトボックス７はボルトを締結するための治具や手およびボルトが入る大きさ、つまり通常１５〜２０ｃｍ角以下とし、セグメントの縦リブの設置位置や寸法は耐震設計により決定される。通常、約３０ｃｍピッチ以上で配置される。上記設計により決定される最小寸法とすることが好ましいが、一般的には前記の傾斜角αが２５°より小さくては、ボルトボックス７を主桁２（２ａ）と補強材８との間に配置することが困難になり、また３５°以上では、傾斜角αが大きくなりすぎて、コンクリート圧縮斜材１０から主桁２に伝達させる分力が相対的に小さくなり、コンクリート９のせん断変形が大きくなり、継手材の引張力を補強材８から主桁２（２ａ）に伝達する経路において、剛性が低下するため効率的に分担させることができない。
また、セグメント内には、中詰めコンクリート９により埋設されている周方向の鉄筋１１が、トンネル周方向に延長するように、少なくとも第２の縦リブ６ｂ間よりも長く継手板３近傍間に渡って配置されていると共に、トンネル軸方向に間隔をおいて平行に複数配置されている。
そのため、補強材８に作用する前記の引張力は、縦リブ６（少なくとも第２の縦リブ６ｂ）を介して中詰めコンクリート９に伝達され、その中詰めコンクリート９から周方向の鉄筋１１を介して他端側の中詰めコンクリート９および縦リブ６ならびに補強材および継手板を介して、隣接するセグメントに伝達させることができる。
【００２６】
前記の補強材８は、この実施形態では、異径鉄筋等の棒状鋼材からなる補強材８とされ、後記するように、補強材８としては、鋼棒あるいは鋼材等、適宜の形態が可能である。
【００２７】
前記実施形態では、一対の外主桁２ａの場合を示したが、他の実施形態として主桁２として中主桁２ｂを有する場合を図１６に示す。この場合前記実施形態に加え、中主桁２ｂがセグメント１の幅方向中央に外主桁２ａに平行に設けられ、中主桁２ｂの左右にボルトボックス７が近接して設けられ、補強材８がボルトボックス７を挟んでこれに近接して中主桁２ｂとは対称の位置に継手板３から第２の縦リブ６ｂに渡り設けられ、補強材８の継手板および縦リブ６（６ａ、６ｂ）との当接部は、例えば溶接により固定されている。また、鋼殻の内部にコンクリート９が充填されている点は前記実施形態と同じである。作用効果は前記実施形態の外主桁２ａと同じであるので省略する。なお、本実施形態は複数の主桁２（２ａ，２ｂ）として３本の主桁の例を示したが、主桁２（２ａ，２ｂ）の数が４本以上になっても同様の構成により同様の作用効果を発揮することはもちろんである。
【００２８】
さらにまた、前記実施形態の変形形態として、縦リブ６の断面形態としては図３および図４に示すように板状の縦リブ６としてもよいが、図５に示すように、断面Ｌ字状の縦リブ６としてもよく、あるいは、図６に示すように、断面Ｔ字状の縦リブ６としてもよい。
【００２９】
また、前記実施形態における棒状の補強材８に代えて、図７に示すように、第１の縦リブ６に切り欠き溝１３を設けて板状の補強材８を第１の縦リブ６の切り欠き溝１３に挿通配置して交差部を溶接により固定するようにしてもよい。また、図示を省略するが、他の形態としては、継手板３に隣接する第１の縦リブ６ａと交差する部分は、高さ方向（トンネル半径方向）で半分づつ互いに切り欠き溝（前記切り欠き溝１３の半分の深さの溝）を設けて嵌合するように配置し、交差部を溶接により固定するようにしてもよい。
また、図示を省略するが、継手板３と第１の縦リブ６ａとの間と、第１の縦リブ６ａと第２の縦リブ６ｂとに、それぞれ独立した補強材を直列に配置すると共に、継手板３と第１の縦リブ６ａに、および第１の縦リブ６ａと第２の縦リブ６ｂに、それぞれ溶接により固定する形態でもよい。このような形態では、第１の縦リブ６ａの板厚部分を、直列に配置された独立した補強材相互を接続する形態になる。
【００３０】
前記第１実施形態では、合成セグメント１の幅方向で、継手板３と、第１の縦リブ６ａと、これらの間の主桁２（２ａ）と、各補強材８およびこれらに囲まれた領域に充填される中詰めコンクリート９により、セグメント幅方向端部側が各補強材８により強化された第１の合成梁２０を形成している。また、第２の縦リブ６ｂと、第１の縦リブ６ａと、これらの間の主桁２と、各補強材８およびこれらに囲まれた領域に充填される中詰めコンクリート９により、セグメント幅方向端部側が各補強材８により強化された第２の合成梁２１を形成している。さらに、前記第１の合成梁と第２の合成梁は一体化されていることにより２つの合成梁が一体化されて、セグメント幅方向端部側が強化された高剛性の合成梁２２を形成している。
この合成梁２０，２１により、ボルトなどの継手材に引張力が作用した場合でも、上記継手材の引張力を縦リブ６（６ａ、６ｂ）からコンクリート９を介して付着により周方向鉄筋１１に伝達することが可能となる。さらに、合成梁の高い曲げ剛性により、図１４に２点鎖線で示すようなセグメント幅方向の曲げ変形を大幅に抑止でき、それ故、周方向鉄筋１１のひずみおよび応力をセグメント１の幅方向にほぼ均一に伝達することが出来るので、合成セグメント１のセグメント本体の高強度及び高剛性といった特徴が十分に発揮できる。
なお、補強材８の設置については、補強材８の形態により、縦リブ６（６ａ，６ｂ）と同時に設置するようにしてもよく、縦リブ６（６ａ，６ｂ）の設置後でもよい。例えば、板状の補強材８では、縦リブ６（６ａ，６ｂ）と同時に組み込み、棒状鋼材等の補強材８では、縦リブ６と同時に組み込んだり、縦リブ６の設置後に組み込んでもよい。縦リブ６ａに予め、補強材８の直径以上の幅寸法で、トンネル半径方向に伸びる長孔を第１の縦リブ６ａに設けてある形態では、第１の縦リブ６ａの設置後に補強材８を挿通配置するようにすればよい。
なお、図示の形態では、鋼殻セグメントの側周面に設けられる止水材設置用の溝および止水材を省略した。
【００３１】
本実施例によれば、補強材８を主桁２に近接して設置しているので、主桁２と補強材８との間の継手板３の曲げ変形を小さくするとともに、主桁２（２ａ）と補強材８と第１の縦リブ６ａと第２の縦リブとで囲まれるコンクリートのせん断変形も小さくすることが出来るので、ボルトなどの継手材に引張力が作用した場合、継手材に作用する引張力を高剛性に主桁に伝達することが出来る。
さらにまた、セグメント幅方向の合成梁２０、２１を形成するので、ボルトなどの継手材に引張力が作用した場合、合成梁の高い曲げ剛性によりセグメント幅方向の変形を抑制し、ボルトなどの継手材に作用する引張力を縦リブ６（６ａ、６ｂ）から中詰めコンクリート９を介して高剛性に周方向鉄筋１１に伝達することが出来る。即ち、上記高い曲げ剛性の合成梁２０、２１により、セグメント継手の設計時に継手部の耐力や剛性を低下させる原因となるてこ反力を抑止できるため、図示省略するボルト等の継手材の引張力を高強度・高剛性に周方向の鉄筋１１に伝達することが可能となる。また、図１４に示すようなセグメントの幅方向の変形を抑制するため、継手材に引張力が作用した際に主桁２や周方向の鉄筋１１に生じるひずみや応力度が幅方向にほぼ同じになるので、継手材に作用した引張力を主桁２と周方向の鉄筋１１にバランスよく伝達できる。
上記のように、前記実施形態によれば、継手材に作用する引張力を主桁と中詰めコンクリート９に埋め込まれた周方向の鉄筋１１にバランスよく、且つ高強度・高剛性に伝達することが出来る。
また、前記実施形態の上記構成によれば、継手部付近の構造が簡素なため、継手材に作用する引張力をセグメントの主桁や鉄筋に高強度・高剛性に伝達可能な合成セグメントを安価に実現することができる。
なお、前記実施形態では補強材８は主桁２と平行に、継手板３と継手板３に隣接する第１の縦リブ６ａ及び第１の縦リブに隣接する第２の縦リブ６ｂに、当接・固定しているが、補強材８は継手板３と第２の縦リブ６ｂに当接・固定されていればよく、またさらに延長してもよい。図示省略するが、例えば、第２の縦リブ６ｂに隣接する縦リブ６まで延長して当接・固定してもよい。
【００３２】
次に、図８〜図１０を参照して、本発明の第２実施形態の合成セグメント１について説明する。
【００３３】
図８は、第２実施形態の合成セグメント１における中詰めコンクリート９を一部取り除いてトンネル内空側から見た底面図である。また、図９は、図８に示す合成セグメント１の応力の伝達経路の説明図である。図１０は、横補強板１４を設ける場合の一形態を示す部分斜視図である。
【００３４】
図１０には、少なくとも主桁２（２ａ）と補強材８に固定される横補強板１４を、スキンプレート４と略平行に配置される横補強板１４を溶接により固定した一形態が示されている。
【００３５】
この形態では、ボルトボックス７を備えた合成セグメント１であって、前記第１の実施形態と同様に、主桁２（２ａ）と継手板３と補強材８と第１の縦リブ６ａにより囲まれた部分に中詰めコンクリート９を充填しても、中詰めコンクリート９によるコンクリート圧縮斜材１０を形成できないので、コンクリート圧縮斜材１０に代わって、横補強板１４を設けるようにした形態である。
具体的には、第１の縦リブ６ａと補強材８と主桁２（２ａ）とに、横補強板１４を直角に配置すると共にスキンプレート４に略平行に配置し、これらに溶接により固定するように設けている。前記の横補強板１４は、少なくとも主桁２（２ａ）と補強材８に溶接により固定され、さらに必要に応じ、第１の縦リブ６ａあるいはスキンプレート４に溶接により固定されて接合強度を高めるようにしてもよい。
前記の横補強板１４のトンネル半径方向の配置位置としては、図１０に示すように第１の縦リブ６ａの高さ方向の中間部に位置するように配置してもよく、図１２に示すように、スキンプレート４に近接または当接するように配置してもよい。また、図示を省略するが、横補強板１４を縦リブ６の高さ方向のトンネル内空側に位置するように配置してもよい。横補強板１４は、中詰めコンクリート９に埋め込むようにしたほうが、防食上好ましい。
横補強板１４の設置位置は、トンネル半径方向のどの位置でも良いが、そのような横補強板１４を備えたセグメントに正曲げ（合成セグメントにおけるトンネル内空側が引張となる曲げ）が作用する場合には、引張力を効率的に伝達するには、トンネル内空側に近い方がよい。また、そのようなセグメント１に負曲げ（合成セグメントにおけるトンネル地山側が引張となる曲げ）の場合は、スキンプレート４が同じ役目を果たすことができるので、スキンプレート側に近づけるよりも、トンネル内空側に近づけるようにするとよい。
また、図１０（ｂ）に示すように、横補強板１４に、トンネル半径方向に貫通する孔を設けて、中詰めコンクリート９の充填性を向上させ、また、コンクリートとのずれ止め効果を発揮させるようにするとよい。
【００３６】
このように、横補強板１４を設けるようにすると、前記実施形態と同様に補強材８に引張り力が作用した場合に、その引張力の反力として横補強板１４に圧縮力を作用させるようにして、コンクリート圧縮斜材と同様に機能させることができる。また、横補強板１４はせん断補強鋼板としての作用もしている。
横補強板１４は、例えば鋼製とされ、その板厚は設計により設定される。
このように、横補強板１４を設ける場合には、ボルトボックス７の存在により、中詰めコンクリート９によるコンクリート圧縮斜材１０が形成できない場合にも、横補強板１４によりコンクリート圧縮斜材１０と同様に機能させることができる。
また、横補強板１４を設ける形態では、第１の縦リブ６ａまで補強材８を設ければよく、第２の縦リブ６ｂまで延長する必要がないので、構造が簡単になる。なお、補強材８及び横補強板１４を第２の縦リブまで、あるいは第３の縦リブまで延長してもよいことは勿論である。
横補強板１４は、補強材８の設置後に配置するようにすればよい。なお、この形態では、補強材８は板状または棒状の形態にかかわらず、補強材８を、第１の縦リブ６ａの設置後に、継手板３と第１の縦リブ６ａとの間の空間で適宜回動して所定の位置に設置することができる。
前記の実施形態では、合成セグメント１の幅方向で、継手板３と、第１の縦リブ６ａと、これらの間の主桁２（２ａ）と、各補強材８、および横補強板１４とにより、セグメント幅方向端部側が各補強材８および横補強板１４により強化された合成梁２０を形成している。
なお、前記実施形態と同様な要素には同様な符号を付して説明を省略する。
【００３７】
本発明を実施する場合、横補強板１４は、中詰めコンクリート９に埋まっていてもよく、埋め込み配置されていなくても良い。
【００３８】
本実施形態によれば、補強材８を主桁２（２ａ）に近接して設置しているので、主桁２（２ａ）と補強材８との間の継手板３の曲げ変形を小さくするとともに、主桁２（２ａ）と補強材８と第１の縦リブ６ａとで囲まれる主桁２と補強材８に横補強板１４を溶接により固定しているので、ボルトなどの継手材に引張力が作用した場合、継手材に作用する引張力を高剛性に主桁に伝達することが出来る。
さらにまた、セグメント幅方向の合成梁２０を形成するので、図示省略するボルトなどの継手材に引張力が作用した場合、合成梁２０の高い曲げ剛性によりセグメント幅方向の変形を抑制し、ボルトなどの継手材に作用する引張力を縦リブ６（６ａ）から中詰めコンクリート９を介して高剛性に周方向鉄筋１１に伝達することが出来る。
なお図示省略するが、本実施形態の場合でも、中主桁２ｂを設け、中主桁２ｂの左右に中主桁２ｂに近接して、継手板３と第１の縦リブ６ａとの間に補強材８を当接・固定することも出来る。また、補強材８や横補強板１４を第１の縦リブ６ａよりも延長する事が出来ること、縦リブ６の断面形状をＴ形やＬ形などに出来ることは勿論である。
【００３９】
以上のように、本発明によれば、高強度および高剛性を実現できるセグメント継手を有する合成構造セグメントを得ることが出来、ボルトなどの継手材に作用する引張力を効率よく主桁と鉄筋の両方にバランスよく伝達する構造を、加工コストを低くして得ることが可能である。
【００４０】
本発明を実施する場合、さらに高強度かつ高剛性なセグメント継手とすることを目的として、図１５（ａ）または（ｂ）に示すように、継手板３を補強するために、継手板３に重ねるようにボルト孔付き継手補強鋼板２３や棒状鋼材２４を配置し、少なくとも主桁２（２ａ）および補強材８に溶接により固定するように設けてもよく、継手板３にも固定するようにしてもよい。
【００４１】
また、図示省略するが、本発明を実施する場合、横補強板１４を設ける場合には、主桁２（２ａ）と補強材８と継手板３と第１の縦リブ６ａで囲まれる部分のコンクリートを省略しても、横補強材１４が前記囲まれる部分のコンクリートを代用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態の合成セグメントを示すものであって、中詰めコンクリートを一部取り除いて示すトンネル内空側から見た底面図である。
【図２】図１に示す合成セグメントの応力の伝達経路を説明するための説明図である。
【図３】（ａ）はコンクリート圧縮斜材が形成されることを示す説明図、（ｂ）は図１に示す合成セグメントの縦断正面図である。
【図４】図１に示す合成セグメントにおけるボルトボックスの部分で切断した場合の縦断正面図である。
【図５】縦リブが断面Ｌ字状の形態の合成セグメントを示す縦断正面図である。
【図６】縦リブが断面Ｔ字状の形態の合成セグメントを示す縦断正面図である。
【図７】板状の補強材を用いた形態の合成セグメントを示す縦断正面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の合成セグメントを示すものであって、中詰めコンクリートを一部取り除いてトンネル内空側から見た底面図である。
【図９】図８に示す合成セグメントの応力の伝達経路を説明するための説明図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は横補強板を設ける場合の形態を示す部分斜視図である。
【図１１】横補強板を設ける場合の他の形態を示す部分斜視図である。
【図１２】従来の鋼製セグメントを示すものであって、（ａ）は片側の底面図、（ｂ）は継手金物を取り出して示す底面図である。
【図１３】図１２（ａ）にける周方向の鉄筋の配置位置を示す断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態を示す図であると共に鋼製セグメントにおける継手および縦リブの変形説明図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、継手板の補強形態を示す部分斜視図である。
【図１６】本発明の第１実施形態の変形形態として中主桁を有する実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  合成セグメント
２  主桁
２ａ  継手板に隣接する縦リブ（第１の縦リブ）
２ｂ  第１の縦リブに隣接する縦リブ（第２の縦リブ）
３  継手板
４  スキンプレート
５  鋼殻
６  縦リブ
６ａ  第１の縦リブ
６ｂ  第２の縦リブ
７  ボルトボックス
８  補強材
９  中詰めコンクリート
１０  圧縮斜材
１１  周方向の鉄筋
１２  対角線
１３  切り欠き溝
１４  横補強板
１５  合成セグメント
１６  鋼殻セグメント
１７  補強板
１８  定着鉄筋
１９  継手金物
２０  合成梁
２１  合成梁
２２  合成梁
２３  継手補強鋼板
２４  棒状鋼材
Ａ  第１の縦リブと補強材との接合部
Ｂ  継手板と主桁との接合部
Ｃ  第２の縦リブと補強材との交差部
Ｄ  主桁と第１の縦リブとの交差部
イ  第２の縦リブと補強材との交差部Ｃと、主桁と第１の縦リブとの交差部Ｄとを結ぶ対角方向の領域
【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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