(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドトンネルを構築するためのセグメントであって、
トンネルの奥行方向及び周方向に延びる鋼殻と、前記鋼殻に設けられる補剛鋼材とを備え、
前記鋼殻は、トンネルの周方向に延びる一対の主桁と、トンネルの周方向で一対の前記主桁の両端部に架設される一対の継手板と、一対の前記主桁に架設される１又は複数の縦リブと、トンネルの地山側で前記主桁に取り付けられるスキンプレートとを有し、
前記補剛鋼材は、トンネルの周方向に延びる丸棒鋼材の一端部が、前記スキンプレートに接するように配置され、前記丸棒鋼材の他端部が、前記縦リブにおけるトンネルの地山側の端部に接するように配置されること
を特徴とするセグメント。
【請求項２】
シールドトンネルを構築するためのセグメントであって、
トンネルの奥行方向及び周方向に延びる鋼殻と、前記鋼殻に設けられる補剛鋼材とを備え、
前記鋼殻は、トンネルの周方向に延びる一対の主桁と、トンネルの周方向で一対の前記主桁の両端部に架設される一対の継手板と、一対の前記主桁に架設される１又は複数の縦リブと、トンネルの地山側で前記主桁に取り付けられるスキンプレートとを有し、
前記補剛鋼材は、トンネルの周方向に延びる波形鋼材の凸端部が、前記スキンプレートに接するように配置され、前記波形鋼材の凹端部が、前記縦リブにおけるトンネルの地山側の端部に接するように配置されること
を特徴とするセグメント。
【請求項３】
前記スキンプレートは、トンネルの地山側に突出してトンネルの周方向に延びる１又は複数の溝条突部が形成されること
を特徴とする請求項１又は２記載のセグメント。
【請求項４】
前記補剛鋼材は、トンネルの奥行方向で、前記スキンプレートの両側端から構造設計上有効とされる有効幅で離間した位置よりも、前記スキンプレートの中央側に設けられること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のセグメント。
【請求項５】
前記鋼殻は、一対の前記主桁と、一対の前記継手板と、前記スキンプレートとによって形成された鋼殻内部に、充填材が充填されること
を特徴とする請求項１〜４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、複数のセグメントピースが組み合わせられて、シールドトンネルを構築するためのセグメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地下河川や道路トンネル等においては、複数のセグメントピースを組み合わせてシールドトンネル覆工体を構築することが行われており、そのようなセグメントピースとして、特許文献１に開示されるセグメントが提案されている。
【０００３】
特許文献１に開示されたセグメントは、一対の主桁と、一対の主桁の端部同士に連結される一対の継手板と、トンネルの地山側で四辺が主桁及び継手板に固定されるスキンプレートとを有する鋼殻を備えるものである。特許文献１に開示されたセグメントでは、トンネルの内空側以外の５面が取り囲まれた鋼殻を備えるもののほか、トンネルの内空側にもスキンプレートが設けられることで、６面が取り囲まれた鋼殻を備えるものとしたものも提案されている。
【０００４】
特許文献１に開示されたセグメントでは、スキンプレートの所定幅を主桁の有効断面として算入することで、主桁の断面性能を適切に評価して、合理的な構造を目指すことができるものとなる。また、特許文献１に開示されたセグメントでは、トンネルの内空側で、主桁に沿った方向に凹凸溝又は突条がスキンプレートに形成されることで、トンネルの周方向に対する断面形状を矩形断面とした場合と比較して、有効断面を増加させることができるものとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１５７８０９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、近年においては、トンネルの高速施工ニーズの要請から、一度の組立作業によって構築されるトンネルの奥行方向の延長を増加させるものとして、各々のセグメントの奥行方向の延長を増大させたセグメントの幅広化が志向されている。
【０００７】
このとき、各々のセグメントのスキンプレートも、奥行方向の延長が増大して幅広化させたものとなるが、有効断面として算入することのできる所定幅が、スキンプレートの板厚寸法のみから決定されるものであるため、スキンプレートを幅広化させても、鋼材重量が増大するのみで、有効断面として算入することのできる所定幅を増大させることができないものとなる。
【０００８】
また、特許文献１に開示されたセグメントでは、トンネルの内空側に突出させた凹凸溝又は突条がスキンプレートに形成されることで、スキンプレートが取り付けられる継手板に、凹凸溝又は突条の形状に合わせた高度な加工が要求されるものとなることから、セグメントの製造に要する製造手間及び製造コストが増大するおそれがあり、また止水性に悪影響を及ぼす可能性もあった。
【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り、その目的とするところは、セグメントの製造手間や製造コストの増大を抑制すると同時に、セグメントの有効断面を増加させて合理的な構造を実現することのでき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、シールドトンネルを構築するためのセグメントであって、トンネルの奥行方向及び周方向に延びる鋼殻と、前記鋼殻に設けられる補剛鋼材とを備え、前記鋼殻は、トンネルの周方向に延びる一対の主桁と、トンネルの周方向で一対の前記主桁の両端部に架設される一対の継手板と、一対の前記主桁に架設される１又は複数の縦リブと、トンネルの地山側で前記主桁に取り付けられるスキンプレートとを有し、前記補剛鋼材は、トンネルの周方向に延びる丸棒鋼材の一端部が、前記スキンプレートに接するように配置され、前記丸棒鋼材の他端部が、前記縦リブにおけるトンネルの地山側の端部に接するように配置されることを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係るセグメントは、シールドトンネルを構築するためのセグメントであって、トンネルの奥行方向及び周方向に延びる鋼殻と、前記鋼殻に設けられる補剛鋼材とを備え、前記鋼殻は、トンネルの周方向に延びる一対の主桁と、トンネルの周方向で一対の前記主桁の両端部に架設される一対の継手板と、一対の前記主桁に架設される１又は複数の縦リブと、トンネルの地山側で前記主桁に取り付けられるスキンプレートとを有し、前記補剛鋼材は、トンネルの周方向に延びる波形鋼材の凸端部が、前記スキンプレートに接するように配置され、前記波形鋼材の凹端部が、前記縦リブにおけるトンネルの地山側の端部に接するように配置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１発明又は第２発明において、前記スキンプレートは、トンネルの地山側に突出してトンネルの周方向に延びる１又は複数の溝条突部が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１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記補剛鋼材は、トンネルの奥行方向で、前記スキンプレートの両側端から構造設計上有効とされる有効幅で離間した位置よりも、前記スキンプレートの中央側に設けられることを特徴とする。
【００１６】
第５発明に係るセグメントは、第１発明〜第４発明の何れかにおいて、前記鋼殻は、一対の前記主桁と、一対の前記継手板と、前記スキンプレートとによって形成された鋼殻内部に、充填材が充填されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１発明、第２発明によれば、スキンプレートに高い自由度で安価に補剛鋼材を設けることで、セグメントの断面性能を著しく向上させて曲げ剛性及び曲げ耐力を効率的に向上させることができるため、鋼材調達コストや加工手間の増大を防止して、セグメントの製造手間や製造コストの増大を抑制すると同時に、セグメントの有効断面を増加させて合理的な構造を実現することが可能となる。
【００１８】
第１発明、第２発明によれば、スキンプレートの曲げ剛性及び曲げ耐力を向上させるために、汎用的かつ容易に入手可能な丸棒鉄筋や山形鋼板を用いて、高い自由度で安価に補剛鋼材を設けることができることから、各々のセグメントの桁高減、幅広化等の様々なニーズに容易かつ的確に対応することが可能となる。
【００１９】
特に、第２発明によれば、補剛鋼材に波形鋼材が用いられて、複数の波形条部が一体的に形成された波形鋼材を、スキンプレートの奥行方向又は周方向の両端等のみに溶接接合等させることで容易に設けることができるため、セグメントの製造効率を著しく向上させることが可能となる。
【００２０】
第３発明によれば、トンネルの地山側に突出する１又は複数の溝条突部がスキンプレートに形成されることから、スキンプレートの剛性を向上させて、セグメントの曲げ変形に対してスキンプレートの略全断面を有効断面として算入することができるものとして、スキンプレートや主桁の板厚寸法を小さくすることができるため、スキンプレートが略平板状に形成される場合と比較して、セグメントに設けられるスキンプレートの鋼材重量を低減させることが可能となる。
【００２１】
第４発明によれば、スキンプレートの両側端から所定の距離で離間させた位置よりも、スキンプレートの中央側に、丸棒鋼材、波形鋼材又は溝条突部を重点的に設けることができることから、従来、セグメントの構造設計上の有効断面として算入されることのなかったスキンプレートの中央側を、丸棒鋼材等で集中的に補強して、丸棒鋼材等の数量を過剰に増大させることなく、セグメントの製造手間や製造コストの増大を抑制すると同時に、セグメントの有効断面を合理的に増加させることが可能となる。
【００２３】
第５発明によれば、鋼殻内部を空洞とした鋼製セグメントだけでなく、中詰めコンクリート等の充填材が鋼殻内部に充填されたものとすることもできるため、鋼材とコンクリート等とにより製造されたコンクリート中詰鋼製セグメントを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用したセグメントで構築されるシールド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の第１実施形態で丸棒鋼材が設けられた状態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第１実施形態で丸棒鋼材が設けられた状態をトンネルの奥行方向に対する縦断面で示す側面図である。
【図４】本発明を適用したセグメントの第１実施形態で丸棒鋼材が設けられた状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す正面図である。
【図５】本発明を適用したセグメントの第１実施形態で丸棒鋼材が設けられた状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す拡大正面図である。
【図６】本発明を適用したセグメントの第１実施形態で波形鋼材が設けられた状態を示す斜視図である。
【図７】本発明を適用したセグメントの第１実施形態で波形鋼材が設けられた状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す正面図である。
【図８】本発明を適用したセグメントの第１実施形態で波形鋼材が設けられた状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す拡大正面図である。
【図９】本発明を適用したセグメントの第１実施形態で溝条突部が形成された状態を示す斜視図である。
【図１０】本発明を適用したセグメントの第１実施形態で丸棒鋼材が設けられるとともに溝条突部が形成された状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す正面図である。
【図１１】本発明を適用したセグメントの第１実施形態で波形鋼材が設けられるとともに溝条突部が形成された状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す正面図である。
【図１２】本発明を適用したセグメントの第２実施形態で溝条突部が形成された状態を示す斜視図である。
【図１３】本発明を適用したセグメントの第２実施形態で溝条突部が形成された状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す正面図である。
【図１４】本発明を適用したセグメントの第１実施形態で鋼殻内部に充填材が充填された状態をトンネルの奥行方向に対する縦断面で示す側面図である。
【図１５】本発明を適用したセグメントの第２実施形態で鋼殻内部に充填材が充填された状態をトンネルの奥行方向に対する縦断面で示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
本発明を適用したセグメント１は、図１に示すように、トンネルの奥行方向Ｘ及び周方向Ｗに、複数のものが組み合わせられて、シールドトンネル７が地中８に構築されるものである。
【００２７】
シールドトンネル７は、シールドマシン７０で地中８を掘削してから、シールドマシン７０の後方で、複数のセグメント１がリング状に組み合わせられることで、トンネルの周方向Ｗでリング状に形成されたセグメントリング７１が組み立てられるものである。
【００２８】
シールドトンネル７は、複数のセグメント１を組み合わせることでセグメントリング７１を組み立てて、また、シールドマシン７０を地中８で前進させて、さらに、シールドマシン７０の後方で、セグメントリング７１を組み立てるという手順を繰り返すことにより構築される。
【００２９】
シールドトンネル７は、トンネルの地山側Ａと内空側Ｂとが、トンネルの奥行方向Ｘに連結された複数のセグメントリング７１で仕切られる。シールドトンネル７は、トンネルの地山側Ａからの土圧や水圧に対して、複数のセグメントリング７１を抵抗させるものとすることで、トンネルの内空側Ｂに内側空間Ｓが確保されるものとなる。
【００３０】
本発明を適用したセグメント１は、図２に示すように、第１実施形態において、トンネルの奥行方向Ｘ及び周方向Ｗに所定の延長で延びる鋼殻２と、鋼殻２に設けられる補剛鋼材３とを備える。
【００３１】
鋼殻２は、トンネルの周方向Ｗに延びる一対の主桁２１と、トンネルの奥行方向Ｘに延びる一対の継手板２２と、トンネルの奥行方向Ｘに延びる１又は複数の縦リブ２３と、トンネルの奥行方向Ｘ及び周方向Ｗに延びるスキンプレート２４とを有する。鋼殻２は、一対の主桁２１と、一対の継手板２２と、スキンプレート２４とによって、５つの面が取り囲まれた略中空状の鋼殻内部２０が形成される。
【００３２】
一対の主桁２１は、トンネルの周方向Ｗに所定の曲率で湾曲させることによって形成された２枚の鋼板等が、トンネルの奥行方向Ｘに所定の間隔を空けて略平行に並べられて設けられるものである。各々の主桁２１は、例えば、板厚寸法を１６ｍｍ程度とするとともに、トンネルの径方向Ｙの高さ寸法を２５０ｍｍ程度とした鋼板が用いられる。
【００３３】
主桁２１は、トンネルの径方向Ｙに延びて断面略Ｉ形状に形成されるとともに、トンネルの周方向Ｗに延びて略円弧状に形成される。主桁２１は、トンネルの奥行方向Ｘに隣り合う他のセグメント１と連結させるために、鋼殻内部２０に突出する１又は複数のボルトボックス２５が設けられる。ボルトボックス２５は、トンネルの奥行方向Ｘに隣り合わせる他のセグメント１のボルトボックス２５と、接合用の短ボルト等で接合されることで、トンネルの奥行方向Ｘに隣り合う複数のセグメント１を機械的に連結させるものとなる。
【００３４】
一対の継手板２２は、略平板状に形成された２枚の鋼板等が、トンネルの奥行方向Ｘで互いに略平行に、トンネルの周方向Ｗに所定の間隔を空けて並べられて設けられるものである。各々の継手板２２は、例えば、板厚寸法を１６ｍｍ程度とするとともに、トンネルの径方向Ｙの高さ寸法を２５０ｍｍ程度とした鋼板が用いられる。各々の継手板２２は、トンネルの周方向Ｗにおける一対の主桁２１の両端部２１ａに、溶接接合等により固定されて架設される。
【００３５】
継手板２２は、トンネルの奥行方向Ｘ及び径方向Ｙに延びて略矩形状に形成される。継手板２２は、トンネルの周方向Ｗに隣り合う他のセグメント１と連結させるために、鋼殻内部２０に突出する１又は複数のボルトボックス２５が設けられる。ボルトボックス２５は、トンネルの周方向Ｗに隣り合わせる他のセグメント１のボルトボックス２５と、接合用の短ボルト等で接合されることで、トンネルの周方向Ｗに隣り合う複数のセグメント１を機械的に連結させるものとなる。
【００３６】
縦リブ２３は、略平板状に形成された複数の鋼板等が、トンネルの奥行方向Ｘで互いに略平行に、トンネルの周方向Ｗに所定の間隔を空けて並べられて設けられるものである。各々の縦リブ２３は、トンネルの奥行方向Ｘ及び径方向Ｙに延びて略矩形状に形成される。各々の縦リブ２３は、例えば、板厚寸法を６ｍｍ程度として、滑り止め用に複数の突起２６が形成された縞鋼板等が用いられる。各々の縦リブ２３は、鋼殻内部２０において、一対の継手板２２とトンネルの奥行方向Ｘで互いに略平行に設けられて、一対の主桁２１に溶接接合等により固定して架設される。
【００３７】
スキンプレート２４は、トンネルの奥行方向Ｘ及び周方向Ｗに延びて略平板状に形成されるとともに、トンネルの周方向Ｗに所定の曲率で湾曲させることによって形成された湾曲鋼板等が用いられるものである。スキンプレート２４は、例えば、板厚寸法ｔｓを３ｍｍ〜６ｍｍ程度とした湾曲鋼板等を、トンネルの地山側Ａで、主桁２１に取り付けることにより設けられて、また、必要に応じて、トンネルの内空側Ｂでも、所定の板厚寸法ｔｓを有する湾曲鋼板等を、主桁２１に取り付けることにより設けられる。スキンプレート２４は、一対の主桁２１及び一対の継手板２２に、四辺を溶接接合等により固定して架設される。
【００３８】
補剛鋼材３は、図３に示すように、トンネルの周方向Ｗに延びる１又は複数の丸棒鋼材３１が、トンネルの周方向Ｗに所定の曲率で湾曲させて、スキンプレート２４に接するようにして配置されて設けられる。各々の丸棒鋼材３１は、トンネルの周方向Ｗの全長に亘って、又は、トンネルの周方向Ｗの一部のみで、スキンプレート２４に溶接接合等により固定される。
【００３９】
丸棒鋼材３１は、図４に示すように、例えば、呼び径をＤ１３〜Ｄ２９程度とした丸棒鉄筋等が用いられて、スキンプレート２４におけるトンネルの内空側Ｂで、スキンプレート２４に固定される。丸棒鋼材３１は、これに限らず、スキンプレート２４におけるトンネルの地山側Ａで、スキンプレート２４に固定されるものであってもよい。
【００４０】
丸棒鋼材３１は、一対の主桁２１の間に所定の数量で、トンネルの奥行方向Ｘに所定の間隔を空けて、一対の主桁２１と略平行となるように設けられる。複数の丸棒鋼材３１は、一対の主桁２１の間に設けられる数量が、トンネルの奥行方向Ｘにおけるセグメント１の幅寸法Ｈ、及び、スキンプレート２４の板厚寸法ｔｓにより定められるものであり、例えば、セグメント１の幅寸法Ｈが１０００ｍｍである場合に、８本の丸棒鋼材３１が設けられるものとなる。
【００４１】
丸棒鋼材３１は、トンネルの奥行方向Ｘで、スキンプレート２４の両側端２４ａから所定の距離ｈで離間させた位置Ｎよりも、スキンプレート２４の両端側Ｇに設けられないものとして、スキンプレート２４の中央側Ｆのみに設けられるものとなる。なお、丸棒鋼材３１は、これに限らず、スキンプレート２４の両側端２４ａから所定の距離ｈで離間した位置Ｎを境界に、スキンプレート２４の中央側Ｆ及び両端側Ｇの両方に設けられるものとされてもよい。
【００４２】
丸棒鋼材３１は、図５に示すように、トンネルの周方向Ｗに対する横断面視において、丸棒鋼材３１の一端部３１ａが、スキンプレート２４に接するように配置されて、また、丸棒鋼材３１の他端部３１ｂが、縦リブ２３の地山側Ａの端部２３ａに接するように配置される。丸棒鋼材３１は、丸棒鋼材３１の他端部３１ｂと縦リブ２３の端部２３ａとが接する当接箇所Ｃを、仮付け溶接等によって接合することで、縦リブ２３に簡易に固定されるものとなる。
【００４３】
丸棒鋼材３１は、丸棒鋼材３１の一端部３１ａと他端部３１ｂとによって、スキンプレート２４と縦リブ２３とを離間させて、トンネルの奥行方向Ｘに隣り合った丸棒鋼材３１の間で、スキンプレート２４と縦リブ２３との間に、所定の大きさの間隙４を形成させるものとなる。
【００４４】
補剛鋼材３は、図６に示すように、変形例において、トンネルの周方向Ｗに延びる波形鋼材３２が、トンネルの周方向Ｗに所定の曲率で湾曲させて、スキンプレート２４に接するようにして配置されて設けられる。波形鋼材３２は、トンネルの径方向Ｙで断面略三角形状等に凹凸させた１又は複数の波形条部３３が、トンネルの奥行方向Ｘに連続させて形成される。波形鋼材３２は、トンネルの周方向Ｗの全長に亘って、又は、トンネルの周方向Ｗの一部のみで、スキンプレート２４に溶接接合等により固定される。
【００４５】
波形鋼材３２は、図７に示すように、スキンプレート２４におけるトンネルの内空側Ｂで、例えば、板厚寸法を２ｍｍ程度とした山形鋼板等が、スキンプレート２４に固定される。波形鋼材３２は、これに限らず、スキンプレート２４におけるトンネルの地山側Ａで、所定の板厚寸法を有する山形鋼板等が、スキンプレート２４に固定されるものであってもよい。
【００４６】
波形鋼材３２は、複数の波形条部３３が、一対の主桁２１と略平行となるように形成される。波形鋼材３２は、一対の主桁２１の間に設けられる複数の波形条部３３の数量が、トンネルの奥行方向Ｘにおけるセグメント１の幅寸法Ｈ、及び、スキンプレート２４の板厚寸法ｔｓにより定められるものであり、例えば、セグメント１の幅寸法Ｈが１０００ｍｍである場合に、８条の波形条部３３が形成されるものとなる。
【００４７】
波形鋼材３２は、トンネルの奥行方向Ｘで、スキンプレート２４の両側端２４ａから所定の距離ｈで離間させた位置Ｎよりも、スキンプレート２４の両端側Ｇに設けられないものとして、スキンプレート２４の中央側Ｆのみに設けられるものとなる。なお、波形鋼材３２は、これに限らず、スキンプレート２４の両側端２４ａから所定の距離ｈで離間した位置Ｎを境界に、スキンプレート２４の中央側Ｆ及び両端側Ｇの両方に設けられるものとされてもよい。
【００４８】
波形鋼材３２は、図８に示すように、トンネルの周方向Ｗに対する横断面視において、波形条部３３の凸端部３３ａが、スキンプレート２４に接するように配置されて、また、波形条部３３の凹端部３３ｂが、縦リブ２３の地山側Ａの端部２３ａに接するように配置される。波形鋼材３２は、波形条部３３の凹端部３３ｂと縦リブ２３の端部２３ａとが接する当接箇所Ｃを、仮付け溶接等によって接合することで、縦リブ２３に簡易に固定されるものとなる。
【００４９】
波形鋼材３２は、波形条部３３の凸端部３３ａと凹端部３３ｂとによって、スキンプレート２４と縦リブ２３とを離間させて、トンネルの奥行方向Ｘに隣り合った波形条部３３の間で、スキンプレート２４と縦リブ２３との間に、所定の大きさの間隙４を形成させるものとなる。
【００５０】
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、図２、図６に示すように、丸棒鋼材３１又は波形鋼材３２が、スキンプレート２４に接するようにして配置されて設けられる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、丸棒鋼材３１又は波形鋼材３２が配置されることによってスキンプレート２４の剛性が向上して、セグメント１の曲げ変形に対してスキンプレート２４の略全断面を有効断面として算入することができるものとして、セグメント１の断面性能を著しく向上させることができる。また、本発明を適用したセグメント１は、突条を有する形鋼とした鋼板をスキンプレート２４として用いるまでもなく、汎用的かつ容易に入手可能な丸棒鉄筋や山形鋼板が補剛鋼材３として用いられることで、スキンプレート２４に高い自由度で安価に補剛鋼材３を設けることができる。
【００５１】
本発明を適用したセグメント１は、スキンプレート２４に高い自由度で安価に補剛鋼材３を設けることで、セグメント１の断面性能を著しく向上させて曲げ剛性及び曲げ耐力を効率的に向上させることができるため、鋼材調達コストや加工手間の増大を防止して、セグメント１の製造手間や製造コストの増大を抑制すると同時に、セグメント１の有効断面を増加させて合理的な構造を実現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、曲げ剛性及び曲げ耐力を向上させるために、汎用的かつ容易に入手可能な丸棒鉄筋や山形鋼板を用いて、高い自由度で安価に補剛鋼材３を設けることができることから、各々のセグメント１の桁高減、幅広化等の様々なニーズに容易かつ的確に対応することが可能となる。
【００５２】
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、特に、波形鋼材３２が補剛鋼材３として用いられることで、複数の波形条部３３が連続的かつ一体的に形成されることから、各別の丸棒鋼材３１が設けられる場合と比較して、補剛鋼材３の断面性能を著しく向上させ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、複数の丸棒鋼材３１が補剛鋼材３として用いられる場合に、各々の丸棒鋼材３１をスキンプレート２４の複数箇所で溶接接合等するものとなる。これに対して、本発明を適用したセグメント１は、補剛鋼材３に波形鋼材３２が用いられる場合に、複数の波形条部３３が一体的に形成された波形鋼材３２を、スキンプレート２４の奥行方向Ｘ又は周方向Ｗの両端等のみに溶接接合等させることで容易に設けることができるため、セグメント１の製造効率を著しく向上させることが可能となる。
【００５３】
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、図９に示すように、トンネルの径方向Ｙに１５ｍｍ〜３０ｍｍ程度の高さ寸法で、トンネルの地山側Ａに突出する１又は複数の溝条突部３０がスキンプレート２４に形成されてもよい。各々の溝条突部３０は、略平板状の鋼板等を部分的に屈曲等させることで、トンネルの周方向Ｗに対する横断面視において、略矩形状等に形成される。各々の溝条突部３０は、トンネルの周方向Ｗでスキンプレート２４の全長に亘って、又は、トンネルの周方向Ｗでスキンプレート２４の一部のみで、トンネルの周方向Ｗに所定の曲率で湾曲させて、トンネルの周方向Ｗに延びて設けられる。
【００５４】
溝条突部３０は、図１０、図１１に示すように、一対の主桁２１の間に所定の数量で、トンネルの奥行方向Ｘに所定の間隔を空けて、一対の主桁２１と略平行となるように設けられる。複数の溝条突部３０は、一対の主桁２１の間に設けられる数量が、トンネルの奥行方向Ｘにおけるセグメント１の幅寸法Ｈ、及び、スキンプレート２４の板厚寸法ｔｓにより定められるものであり、例えば、セグメント１の幅寸法Ｈが１０００ｍｍである場合に、８条の溝条突部３０が設けられるものとなる。
【００５５】
溝条突部３０は、トンネルの奥行方向Ｘで、スキンプレート２４の両側端２４ａから所定の距離ｈで離間させた位置Ｎよりも、スキンプレート２４の両端側Ｇに設けられないものとして、スキンプレート２４の中央側Ｆのみに設けられるものとなる。なお、溝条突部３０は、これに限らず、スキンプレート２４の両側端２４ａから所定の距離ｈで離間した位置Ｎを境界に、スキンプレート２４の中央側Ｆ及び両端側Ｇの両方に設けられるものとされてもよい。
【００５６】
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、トンネルの地山側Ａに突出する１又は複数の溝条突部３０がスキンプレート２４に形成されることで、スキンプレート２４の剛性を向上させて、セグメント１の曲げ変形に対してスキンプレート２４の略全断面を有効断面として算入することができるものとして、セグメント１の断面性能を著しく向上させることができる。本発明を適用したセグメント１は、スキンプレート２４の略全断面を有効断面として算入することで、スキンプレート２４の板厚寸法ｔｓや主桁２１の板厚寸法を小さくすることができるため、スキンプレート２４が略平板状に形成される場合と比較して、セグメント１に設けられるスキンプレート２４の鋼材重量を低減させることが可能となる。
【００５７】
次に、本発明を適用したセグメント１の第２実施形態について説明する。なお、上述した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。
【００５８】
本発明を適用したセグメント１は、図１２に示すように、第２実施形態において、トンネルの奥行方向Ｘ及び周方向Ｗに所定の延長となるように延びる鋼殻２を備える。
【００５９】
鋼殻２は、トンネルの周方向Ｗに延びる一対の主桁２１と、トンネルの奥行方向Ｘに延びる一対の継手板２２と、トンネルの奥行方向Ｘに延びる１又は複数の縦リブ２３と、トンネルの奥行方向Ｘ及び周方向Ｗに延びるスキンプレート２４とを有する。鋼殻２は、一対の主桁２１と、一対の継手板２２と、スキンプレート２４とによって、５つの面が取り囲まれた略中空状の鋼殻内部２０が形成される。
【００６０】
スキンプレート２４は、トンネルの奥行方向Ｘ及び周方向Ｗに延びて略平板状に形成されるとともに、トンネルの周方向Ｗに所定の曲率で湾曲させることによって形成された湾曲鋼板等が用いられるものである。スキンプレート２４は、例えば、板厚寸法ｔｓを３ｍｍ〜６ｍｍ程度とした湾曲鋼板等を、トンネルの地山側Ａで、主桁２１に取り付けることにより設けられて、また、必要に応じて、トンネルの内空側Ｂでも、所定の板厚寸法ｔｓを有する湾曲鋼板等を、主桁２１に取り付けることにより設けられる。スキンプレート２４は、一対の主桁２１及び一対の継手板２２に、四辺を溶接接合等により固定して架設される。
【００６１】
スキンプレート２４は、丸棒鉄筋や山形鋼板等が設けられることなく、トンネルの地山側Ａに突出する１又は複数の溝条突部３０が形成される。溝条突部３０は、トンネルの周方向Ｗでスキンプレート２４の全長に亘って、又は、トンネルの周方向Ｗでスキンプレート２４の一部のみで、トンネルの周方向Ｗに所定の曲率で湾曲させて、トンネルの周方向Ｗに延びて設けられる。溝条突部３０は、図１３に示すように、例えば、トンネルの径方向Ｙに１５ｍｍ〜３０ｍｍ程度の高さ寸法で、略平板状の鋼板等を部分的に屈曲等させることで、トンネルの周方向Ｗに対する横断面視において、略矩形状等に形成される。
【００６２】
溝条突部３０は、一対の主桁２１の間に所定の数量で、トンネルの奥行方向Ｘに所定の間隔を空けて、一対の主桁２１と略平行となるように設けられる。複数の溝条突部３０は、一対の主桁２１の間に設けられる数量が、トンネルの奥行方向Ｘにおけるセグメント１の幅寸法Ｈ、及び、スキンプレート２４の板厚寸法ｔｓにより定められるものであり、例えば、セグメント１の幅寸法Ｈが１０００ｍｍである場合に、８条の溝条突部３０が設けられるものとなる。
【００６３】
溝条突部３０は、トンネルの奥行方向Ｘで、スキンプレート２４の両側端２４ａから所定の距離ｈで離間させた位置Ｎよりも、スキンプレート２４の両端側Ｇに設けられないものとして、スキンプレート２４の中央側Ｆのみに設けられるものとなる。なお、溝条突部３０は、これに限らず、スキンプレート２４の両側端２４ａから所定の距離ｈで離間した位置Ｎを境界に、スキンプレート２４の中央側Ｆ及び両端側Ｇの両方に設けられるものとされてもよい。
【００６４】
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１２に示すように、トンネルの地山側Ａに突出する１又は複数の溝条突部３０がスキンプレート２４に形成されることから、スキンプレート２４の剛性を向上させて、セグメント１の曲げ変形に対してスキンプレート２４の略全断面を有効断面として算入することができるものとして、セグメント１の断面性能を著しく向上させることができる。本発明を適用したセグメント１は、スキンプレート２４の略全断面を有効断面として算入することで、スキンプレート２４の板厚寸法ｔｓや主桁２１の板厚寸法を小さくすることができるため、スキンプレート２４が略平板状に形成される場合と比較して、セグメント１に設けられるスキンプレート２４の鋼材重量を低減させることが可能となる。
【００６５】
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、トンネルの地山側Ａのみに突出させた１又は複数の溝条突部３０がスキンプレート２４に形成されて、溝条突部３０が鋼殻内部２０に突出しないものとなる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、鋼殻内部２０でスキンプレート２４が略平坦状に形成されるため、縦リブ２３の端部２３ａ及び継手板２２の端部に複雑な切削加工等を実施することなく、スキンプレート２４に縦リブ２３を当接させて配置することができる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、必要以上に縦リブ２３の加工コストを増加させることなく、スキンプレート２４に縦リブ２３を当接させることができるものとして、セグメント１の製造手間や製造コストの増大を抑制すること及び止水性を向上することが可能となる。
【００６６】
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、スキンプレート２４に溝条突部３０を設けることで、セグメント１の断面性能を著しく向上させて曲げ剛性及び曲げ耐力を効率的に向上させることができるため、セグメント１の製造手間や製造コストの増大を抑制すると同時に、セグメント１の有効断面を増加させて合理的な構造を実現することが可能となる。
【００６７】
本発明を適用したセグメント１は、図４、図７に示すように、第１実施形態において、トンネルの奥行方向Ｘで、スキンプレート２４の両側端２４ａから所定の距離ｈで離間させた位置Ｎよりも、スキンプレート２４の中央側Ｆに、丸棒鋼材３１又は波形鋼材３２が設けられる。また、本発明を適用したセグメント１は、図１３に示すように、第２実施形態において、トンネルの奥行方向Ｘで、スキンプレート２４の両側端２４ａから所定の距離ｈで離間させた位置Ｎよりも、スキンプレート２４の中央側Ｆに、溝条突部３０が設けられる。
【００６８】
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、スキンプレート２４の両側端２４ａからの所定の距離ｈが、スキンプレート２４の板厚寸法ｔｓから算出されて、セグメント１における構造設計上有効とされる有効幅（ｈ＝２５×ｔｓ）となる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、スキンプレート２４の両側端２４ａからの所定の距離ｈが、セグメント１の構造設計上の有効断面として算入されるものとなる。
【００６９】
ここで、近年においては、特に、トンネルの高速施工ニーズの要請によって、各々のセグメント１の奥行方向Ｘの延長を増大させたセグメント１の幅広化が志向されている。このとき、各々のセグメント１のスキンプレート２４も、奥行方向Ｘの延長が増大して幅広化させたものとなるが、構造設計上有効とされる有効幅（ｈ＝２５×ｔｓ）が、スキンプレート２４の板厚寸法ｔｓのみから決定されるものであるため、スキンプレート２４を単純に幅広化させても、セグメント１の有効断面を増加させることができずに、スキンプレート２４の鋼材重量のみが増大するものとなる。
【００７０】
本発明を適用したセグメント１は、図４、図７、図１３に示すように、スキンプレート２４の両側端２４ａから所定の距離ｈで離間させた位置Ｎよりも、スキンプレート２４の中央側Ｆに、丸棒鋼材３１、波形鋼材３２又は溝条突部３０を重点的に設けることができることから、従来、セグメント１の構造設計上の有効断面として算入されることのなかったスキンプレート２４の中央側Ｆを、丸棒鋼材３１等で集中的に補強することができる。
【００７１】
これにより、本発明を適用したセグメント１は、スキンプレート２４を奥行方向Ｘに幅広化させた場合においても、従来、有効断面として算入されることのなかったスキンプレート２４の中央側Ｆを、丸棒鋼材３１等で集中的に補強することで、スキンプレート２４の略全断面を有効断面として算入することができるものとして、スキンプレート２４の幅広化をセグメント１の有効断面の増加に貢献させ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、丸棒鋼材３１等の数量を過剰に増大させることなく、丸棒鋼材３１等でスキンプレート２４の中央側Ｆを集中的に補強して、セグメント１の製造手間や製造コストの増大を抑制すると同時に、セグメント１の有効断面を合理的に増加させることが可能となる。
【００７２】
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、鋼殻内部２０を空洞とした鋼製セグメントだけでなく、図１４、図１５に示すように、中詰めコンクリート等の充填材５が鋼殻内部２０に充填されたものとすることもできる。このとき、充填材５は、中詰めコンクリートに限らず、無収縮モルタル等、適宜な強度及び剛性を有したものであれば利用することができる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、鋼殻２の鋼殻内部２０に、充填材５が充填されることで、鋼材とコンクリート等とにより製造されたコンクリート中詰鋼製セグメントを提供することが可能となる。
【００７３】
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ものである。
【符号の説明】
【００７４】
１      ：セグメント
２      ：鋼殻
３      ：補剛鋼材
４      ：間隙
５      ：充填材
７      ：シールドトンネル
８      ：地中
２０    ：鋼殻内部
２１    ：主桁
２１ａ  ：両端部
２２    ：継手板
２３    ：縦リブ
２３ａ  ：端部
２４    ：スキンプレート
２４ａ  ：両側端
２５    ：ボルトボックス
２６    ：突起
３０    ：溝条突部
３１    ：丸棒鋼材
３１ａ  ：一端部
３１ｂ  ：他端部
３２    ：波形鋼材
３３    ：波形条部
３３ａ  ：凸端部
３３ｂ  ：凹端部
７０    ：シールドマシン
７１    ：セグメントリング
Ａ      ：地山側
Ｂ      ：内空側
Ｗ      ：周方向
Ｘ      ：奥行方向
Ｙ      ：径方向
【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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