(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された主桁間に縦リブが挿入され、前記縦リブの一端が一方の主桁に固着され、前記縦リブの他端をトンネル軸方向の引張力に対して摺動可能に支持するとともに、トンネル軸方向以外の方向への動きを拘束する縦リブガイド材が他方の主桁に固着され、前記縦リブ並びに前記縦リブガイド材が鋼管で構成されており、トンネル軸方向に間隔をおいて継手板が前記各主桁のトンネル周方向端部にそれぞれ接合されており、かつ前記の各部材に固着されたスキンプレートは前記間隔に相当する長さだけ断面が波型に形成されることにより、トンネル軸方向に伸張性が付与されたことを特徴とする耐震性に優れた鋼製セグメント。
【請求項２】
請求項１に記載の耐震性に優れた鋼製セグメントで構築した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、シールド工法用の鋼製セグメントにおいて、地震や不等沈下などにより生じるトンネル軸方向の引張力に対して有効に即応でき、止水性と伸張性を有するコスト的に有利な構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐震または不等沈下などに有効に即応できるセグメントとして、特開平６−１４６７９２号公報により公表されているようなシールド工法用可撓セグメントが用いられている。このセグメントは、図１１に示すようにトンネル軸方向における前後約１／３ピースをその間の空隙部に配した多数の耐力バー２１によって連結して１ピースとし、各耐力バーの可撓性によってトンネル軸方向に生じるひずみをセグメント自体で負担・吸収するようにしたものである。
【０００３】
またトンネル軸方向のひずみの対策に供するコスト的に有利な耐震セグメントとして、特開平９−２３５９９５号公報により公表されているような耐震セグメントが用いられている。このセグメントは、図１２に示すようにトンネル軸方向に分割した１／２ピースに相当する一対の半躯体２２ａ，２２ｂを構成し、これら半躯体間にゴム部材２３を介在させると共にＰＣ鋼棒２４によってプレストレスを導入して当該ゴム部材２３に圧縮ひずみを蓄積させて１ピースとしてなることを特徴とし、トンネル軸方向の引張ひずみをゴム部材の弾性伸張によって吸収させるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−１４６７９２号公報により公表されているシールド工法用可撓セグメントの場合は、上記耐力バーの他にも上記空隙部の止水機構などにより、構造上複雑となることからコストが高いという問題があり、１リング換算では通常のセグメントに比べ１０倍程度のコストとなってしまう。
【０００５】
また、特開平９−２３５９９５号公報により公表されている耐震セグメントの場合は、コスト的に最も有利となるセグメントの材料は、鉄筋コンクリート（ＲＣ）であり、セグメントの材料がスチールとなった場合、コスト的に有利となるかについて明確ではない。
【０００６】
そこで本発明は、以上の問題点を解決するため、シールド工法用の鋼製セグメントにおいて、地震や不等沈下などにより生じるトンネル軸方向の引張力に対し有効に即応でき、止水性と伸張性を有するコスト的に有利な構造を実現することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本願発明の要旨は、平行に配置された主桁間に縦リブが挿入され、前記縦リブの一端が一方の主桁に固着され、前記縦リブの他端をトンネル軸方向の引張力に対して摺動可能に支持するとともに、トンネル軸方向以外の方向への動きを拘束する縦リブガイド材が他方の主桁に固着され、前記縦リブ並びに前記縦リブガイド材が鋼管で構成されており、トンネル軸方向に間隔をおいて継手板が前記各主桁のトンネル周方向端部にそれぞれ接合されており、かつ前記の各部材に固着されたスキンプレートは前記間隔に相当する長さだけ断面が波型に形成されることにより、トンネル軸方向に伸張性が付与されたことを特徴とする耐震性に優れた鋼製セグメントならびに当該鋼製セグメントで構築したセグメントリング構造である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態における鋼製セグメントを示す一部断面斜視図である。第１実施形態の鋼製セグメント１は、平行に配置した２本の主桁２ａ，２ｂのトンネル円周方向両端部には継手板３ａ，３ｂがそれぞれ固着されている。主桁２ａ，２ｂに固着された継手板３ａ，３ｂはトンネル軸方向に間隙を有している。なお、ボルト孔８を主桁２ａ，２ｂならびに継手板３ａ，３ｂに適宜設置することも可能である。
【０００９】
また、一方の主桁２ａには、シールドマシンの推進反力を受ける縦リブ４として、その軸線がトンネル軸方向となるＬ字型形状の鋼材５ａが、トンネル円周方向に離間して複数固着されている。他方の主桁２ｂには、縦リブ４のガイド材６としてＬ字型形状の鋼材５ｂ，５ｃが、主桁２ａにおけるＬ字型形状の鋼材５ａの取付位置に対応する位置に設置され、縦リブ４とガイド材６とが係合状態となっている。
【００１０】
図２、図３は、Ｌ字型形状の鋼材５ａ（縦リブ４）とＬ字型形状の鋼材５ｂ，５ｃ（ガイド材６）との係合状態を示した図である。Ｌ字型形状の鋼材５ｂ，５ｃは、同方向に間隔をおいて主桁２ｂに固着されており、Ｌ字型形状の鋼材５ａを挟み込むようにして鋼材５ａの他端（主桁２ｂ側の端部）を保持できるようになっている。鋼材５ａの他端はフリーであるため、縦リブ４はトンネル軸方向に摺動可能となっている。なお、ガイド材６については、縦リブをトンネル軸方向に摺動可能に保持する一方で、それ以外の方向への動きを拘束できる形状であれば、Ｌ字型形状の鋼材５ｂ，５ｃ以外の形状の鋼材を用いてもよい。
【００１１】
また、主桁２ａ，２ｂならびに継手板３の地山側上端部には、平鋼のスキンプレート７ａが固着されている。また、継手板３相互間のトンネル軸方向間隙部分には、波鋼板のスキンプレート７ｂが設置されている。なお、波板状のスキンプレート７ｂの材質は、鋼以外の材料であってもよい。
【００１２】
図４は、波板状のスキンプレート７ｂの断面形状例を示す図である。スキンプレート７ｂの波の形状については、図４（ａ）から（ｃ）に例示されたいずれの形状であってもよい。なお、鋼製セグメント１の製作において、トンネル軸方向に隣接する平鋼のスキンプレート７ａと波板状のスキンプレート７ｂは、別部材を固着して構成してもよいし、一枚の平鋼製スキンプレートの中間部に波加工を施してもよい。
【００１３】
図５は、本発明の鋼製セグメント１ならびにトンネル円周方向に隣接する本発明の鋼製セグメント１０をトンネルの地山側からみた正面図である。波板状のスキンプレート７ｂは、そのトンネル円周方向の弧長が鋼製セグメント１の地山側の弧長より長く設定されている。トンネル円周方向に鋼製セグメント１と鋼製セグメント１０とを連結する場合には、鋼製セグメント１のスキンプレート７ｂ延長部分を隣接するセグメント１０のスキンプレート７ｂに重ね合わせておく。
【００１４】
また図６は、波板のスキンプレート７ｂの一部斜視図であり、スキンプレート７ｂのトンネル内空側の一部には、トンネル円周方向に隣接する鋼製セグメント１と鋼製セグメント１０との接続後の止水性を確保するためにスキンプレート用止水ゴム１２が取り付けられている。
【００１５】
図７は鋼製セグメント１をトンネル円周方向からみた側面図である。縦リブ４（Ｌ字型形状の鋼材５ａ）と主桁２ａ側のスキンプレート７ａとを固着して、波板のスキンプレート７ｂの谷１３の位置が縦リブであるＬ型形状の鋼材５ａの地山側上端部の位置と一致するように設定してもよい。
【００１６】
以上の機構により、シールドトンネルを施工する際のシールドマシンを掘進する時には、主桁２ａ，２ｂの間にトンネルの円周方向に離間して配置した縦リブ４（Ｌ字型形状の鋼材５ａ）がシールドマシンの推進反力に抵抗する。また常時作用する地山からの外荷重により縦リブ４に生じるトンネル円周方向の力とトンネル半径方向の力には、縦リブ４のガイド材６（主桁２ｂに固着したＬ型形状の鋼材５ｂ，５ｃ）がせん断抵抗する。
【００１７】
また、地震や不等沈下によりトンネル軸方向に引張力が生じた場合には、▲１▼波板状のスキンプレート７ｂが伸張すること、および▲２▼一方の主桁２ａに固着した縦リブ４（Ｌ字型形状の鋼材５ａ）と、他方の主桁２ｂに固着したガイド材６（Ｌ型形状の鋼材５ｂ，５ｃ）とがスライドすることにより、鋼製セグメント１のトンネル軸方向に引張力を生じさせない。
【００１８】
以上のようにして本発明の第１実施形態は構成されており、以下の実施形態において第１実施形態と同一の構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００１９】
＜第２実施形態＞
図８は本発明の第２実施形態における鋼製セグメントを示す一部断面斜視図である。第２実施形態の鋼製セグメント１４では、縦リブ４として鋼管１５ａを一方の主桁２ａに固着し、他方の主桁２ｂには縦リブ４のガイド材６として鋼管１５bが固着されており、鋼管１５ａと鋼管１５ｂとを摺動可能に組み合わせてなる。鋼管１５ａの外径は鋼管１５ｂの内径よりも２−３ｍｍ程度小さく設定され、鋼管１５ｂの内部に鋼管１５ａの端部を挿入できるようになっている（図９参照）。
【００２０】
＜第３実施形態＞
図１０は本発明の第３実施形態における鋼製セグメントを示す一部断面斜視図である。第３実施形態の鋼製セグメント１６では、外主桁１７ａ，１７ｂの間に中主桁１８ａ，１８ｂが配置されており、４本の平行な主桁を有している。
【００２１】
また、外主桁１７ａおよび中主桁１８ａ、外主桁１７ｂおよび中主桁１８ｂは、それぞれ継手板３ａ，３ｂによりトンネル円周方向両端部が接続されている。そして、中主桁１８ａと中主桁１８ｂとはトンネル軸方向に間隙をおいて配置されている。
【００２２】
さらに、外主桁１７ａおよび中主桁１８ａの間には、軸線がトンネル軸方向である縦リブ１９ａがトンネル円周方向に離間して複数配置され、縦リブ１９ａの端部は外主桁１７ａと中主桁１８ａとに固着されている。同様にして外主桁１７ｂおよび中主桁１８ｂの間には、軸線がトンネル軸方向である縦リブ１９ｂがトンネル円周方向に離間して複数配置され、縦リブ１９ｂの端部は外主桁１７ｂと中主桁１８ｂとに固着されている。そして、上記各部材の地山側上端部には、平鋼のスキンプレート７ａが固着されている。
【００２３】
また、中主桁１８ａには、軸線がトンネル軸方向である縦リブ１９ｃがトンネル円周方向に離間して複数固着されており、中主桁１８ｂにおける縦リブ１９ｃの取付位置に対応する位置にガイド材２０が設置されており、縦リブ１９ｃとガイド材２０とがトンネル軸方向へ摺動自在に係合している。そして、中主桁１８ａおよび中主桁１８ｂ間の地山側上端部には、波鋼板のスキンプレート７ｂが設置されている。
【００２４】
第３実施形態において、縦リブ１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、その軸線が全て同じになるように設置される。なお、縦リブ１９ｃとガイド材２０としては、第１実施形態のＬ字型形状の鋼材や第２実施形態である鋼管を用いてもよい。
【００２５】
第３実施形態では、トンネルの外径の増大やトンネルの断面形状が扁平になることによりトンネルのセグメントに作用する外荷重が増加する場合に、主桁の板厚に制限があってもセグメントの耐力、剛性を上げることができる点で有利である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による鋼製セグメントは以下の効果を奏する。
（１）シールドマシンの掘進時などにおいては、トンネルの円周方向に離間して配置した主桁間の縦リブが圧縮力に抵抗する。
（２）また常時作用する地山からの外荷重により縦リブに生じるトンネル円周方向の力とトンネル半径方向の力には、縦リブのガイド材がせん断抵抗する。
（３）さらに地震や不等沈下によりトンネル軸方向に引張力が生じた場合には、▲１▼波板状のスキンプレートが伸張すること、および▲２▼一方の主桁に固着した縦リブと、他方の主桁に固着したガイド材とがスライドすることにより、鋼製セグメントのトンネル軸方向には引張力が生じない。
【００２７】
すなわち、縦リブおよびガイド材は、トンネル円周方向の力とトンネル半径方向の力とトンネル軸方向の圧縮力に対しては抵抗するが、トンネル軸方向の引張力に対してはスライドすることにより抵抗しないため、地震や不等沈下などにより生じるトンネル軸方向の引張力に対し有効に即応でき、止水性と伸張性を有するコスト的に有利な構造を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における鋼製セグメントを示す一部断面斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態における縦リブ材とガイド材の係合状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態における縦リブ材とガイド材の係合状態を示す断面図である。
【図４】波板状のスキンプレートの断面形状例を示す図である。
【図５】トンネル円周方向に隣接する本発明の鋼製セグメントの正面図である。
【図６】波板状のスキンプレートの一部斜視図である。
【図７】本発明の第１実施形態における鋼製セグメントの側面図である。
【図８】本発明の第２実施形態における鋼製セグメントを示す一部断面斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態における縦リブ材とガイド材の係合状態を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における鋼製セグメントを示す一部断面斜視図である。
【図１１】従来のシールド工法用可撓セグメントの形態を示す図である。
【図１２】従来の耐震セグメントの形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１        鋼製セグメント
２ａ，ｂ  主桁
３        継手板
３ａ，ｂ  継手板
４        縦リブ
５ａ      Ｌ型形状の鋼材（縦リブ）
５ｂ，ｃ  Ｌ型形状の鋼材（ガイド材）
６        ガイド材
７ａ      スキンプレート（平板状）
７ｂ      スキンプレート（波板状）
８        ボルト孔
１０      鋼製セグメント
１２      スキンプレート用止水ゴム
１３      谷
１４      鋼製セグメント
１５ａ    鋼管（縦リブ）
１５ｂ    鋼管（ガイド材）
１６      鋼製セグメント
１７ａ，ｂ  外主桁
１８ａ，ｂ  中主桁
１９ａ，ｂ，ｃ  縦リブ
２０      ガイド材
２１      耐力バー
２２ａ，ｂ  半躯体
２３      ゴム部材
２４      ＰＣ鋼棒
【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】
0004724332.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004724332.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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