(57)【要約】  【課題】  トンネル壁体を構成するセグメントあるいは継手により接合された複数のセグメントからなるセグメント複合体の強度等を、その形状によらず確実かつ容易に試験する。  【解決手段】  トンネル内壁面を構成する略円弧版状のセグメント１０の試験に用いられるセグメントの試験用治具２０を、上記セグメント１０の長さ方向に延び、該セグメント１０の内面に固定されるアングル部材２１と、該アングル部材２１で上記セグメント１０を支持する支承部と該支承部が固定された支承台本体とを有する支承台２２とを備える構成とする。  【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内壁面を構成する曲面形状のセグメントの強度試験に用いられる治具であって、
上記セグメントの曲面に沿う方向に交差して延び、該セグメントの内面に固定されるアングル部材と、
該アングル部材で上記セグメントを支持する支承部と、該支承部が固定された支承台本体とを有する支承台とを備えることを特徴とするセグメントの試験用治具。
【請求項２】
トンネル内壁面を構成する曲面形状のセグメントが複数個、継手により相互に接合されてなる曲面形状のセグメント複合体の強度試験に用いられる治具であって、
上記セグメント複合体の曲面に沿う方向に交差して延び、該セグメント複合体の内面に固定されるアングル部材と、
該アングル部材で上記セグメント複合体を支持する支承部と、該支承部が固定された支承台本体とを有する支承台とを備えることを特徴とするセグメント複合体の試験用治具。
【請求項３】
上記アングル部材および上記支承部が、上記セグメントあるいはセグメント複合体の全長にわたって設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメント又はセグメント複合体の試験用治具。
【請求項４】
上記支承台本体の下部に、上記支承台をその載置面に対して滑動可能とするための滑動部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のセグメント又はセグメント複合体の試験用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル内面を覆工するセグメントおよびセグメント間の継手部分の強度等を試験するための治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルの覆工方法として、シールドマシンによって地盤を掘り進み、その後方にて複数の円弧版状のセグメントを組み立てて覆工体を構築する、シールド工法が知られている。
このシールド工法において、トンネル壁体を構成するセグメントは、長方形状の版体を湾曲させた円弧版状に成形したもの（たとえば特許文献１参照）が一般的であるが、近年では、一種類のセグメントでトンネルを構成できることやセグメントの組み立て順序に制約がない等の利点を有する種々の異形セグメントが提案されている。この異形セグメントの形状には、六角形状（たとえば特許文献２参照）あるいは台形状（たとえば特許文献３参照）等がある。
【特許文献１】特開２００３−２４７３９６号公報
【特許文献２】特開平０７−００４１９１号公報
【特許文献３】特開平１１−０９３５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなセグメントにより構成されるトンネルでは、トンネル壁体を構成する各セグメントおよび各セグメント間を接続する継手部分において、トンネル径方向の強度が所定値以上であることが求められる。セグメントおよび継手部分は、たとえば、単体のセグメントあるいは継手により互いに固定された複数のセグメントからなるセグメント複合体を供試体として、上方に凸面側、下方に凹面側（トンネル内面側）を向けて平面上に載置し、上方から下方に向けて荷重をかけることにより、荷重に対する供試体各部位の変位量、クラック発生、セグメント間を接合するボルトの歪み、セグメント自体の歪み等の状態変化や、供試体の破壊荷重等を検査・測定する試験が行われる。
【０００４】
しかしながら、ボルト等の継手で接合された複数のセグメントからなるセグメント複合体を試験する場合には曲面に沿う方向（トンネル周方向、以下幅方向と呼ぶ）両端部に凹凸等の段差が形成されるため、また上述した六角形状のセグメントを試験する場合には幅方向両端部が下方に向けて尖った角部となるため、セグメントやセグメント複合体を平面上に載置してい荷重試験を行うと、荷重をかけたときにこの角部に荷重が集中してセグメントの破壊強度まで耐えられずに破損してしまい、セグメントやセグメント複合体自体の強度を試験することが困難となるという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたもので、トンネル壁体を構成するセグメントあるいは継手により接合された複数のセグメントからなるセグメント複合体を、その形状によらず確実かつ容易に試験できるようにしたセグメントまたはセグメント複合体の試験用治具を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のセグメントの試験用治具は、トンネル内壁面を構成する曲面形状のセグメントの強度試験に用いられる治具であって、上記セグメントの曲面に沿う方向（幅方向）に交差して延び、該セグメントの内面に固定されるアングル部材と、該アングル部材で上記セグメントを支持する支承部と該支承部が固定された支承台本体とを有する支承台とを備えることを特徴とする。
また、本発明のセグメント複合体の試験用治具は、複数個のセグメントが継手により相互に接合されてなる曲面形状のセグメント複合体の強度試験に用いられる治具であって、上記セグメント複合体の曲面に沿う方向（幅方向）に交差して延び、該セグメント複合体の内面に固定されるアングル部材と、該アングル部材で上記セグメント複合体を支持する支承部と該支承部が固定された支承台本体とを有する支承台とを備えることを特徴とする。
なお、この試験用治具では、上記アングル部材および上記支承部が、上記セグメントあるいはセグメント複合体の全長にわたって設けられることが好ましい。
さらに、上記支承台をその載置面に対して滑動可能とするために、上記支承台本体の下部に滑動部を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、試験対象とするセグメント単体あるいは複数のセグメントで構成されたセグメント複合体を、アングル部材で支承台によって支持することができ、セグメントやセグメント複合体の曲面形状両端で荷重を受けないようにできる。
したがって、供試体を形状に関わらず安定して支持でき、破壊荷重よりも小さい荷重でのセグメントやセグメント複合体の局所破壊を防ぎ、供試体の強度等を容易に試験することができる。
【０００８】
また、アングル部材および支承部を供試体の全長にわたって設けることにより、供試体に対して加えられた荷重を一様に支承することができる。
さらに、本発明の試験用治具では、支承台本体の下部に滑動部を設けて、支承台を載置面に対して滑動可能とすることにより、セグメント又はセグメント複合体に荷重を加えたときの撓みに応じてセグメントに固定されたアングル部材とともに支承台を変位、移動させることができるので、試験荷重による支承台の破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、トンネル内壁面を構成するセグメントを安定して支持することにより、セグメント単体あるいは複数のセグメントで構成されたセグメント複合体の強度を安定して試験するための試験用治具である。以下、強度試験を実施するための本発明に係る試験用治具の最良の形態について説明する。
【００１０】
本実施例における供試体は、図１に示すように、互いに接合されてトンネル内壁面Ｗを構成する六角形円弧版状のセグメント１０単体である。
各セグメント１０は、鉄筋（図示せず）を内部に埋設したコンクリートからなる略六角形板状であり、トンネル周方向に六角形の頂点（稜線）を向けて組み合わされ、互いに継手（ボルト）３１によって接合される。以下、トンネル内壁面Ｗを構成する各セグメント１０において、トンネルの周方向をセグメント１０における幅方向、トンネルの長さ方向（軸線Ｏ方向）をセグメント１０における長さ方向、トンネルの径方向をセグメント１０における厚さ方向と呼ぶものとする。
【００１１】
図２および図３に示すように、このセグメント１０は、六角形曲面状の凹面１１と、この凹面１１に対して厚さ方向に対向する六角形曲面状の凸面１２とが円筒内外面を形成した円弧版状に形成されている。凹面１１と凸面１２との間には、セグメント１０の長さ方向に対向する側面１３，１３と、側面１３，１３に連なりセグメント１０の幅方向両端部でそれぞれ稜線ｐ，ｐで交差する斜面１４，１４…の計６面が形成されている。
【００１２】
このセグメント１０を支持する試験用治具２０は、図２に示すように、セグメント１０に固定されたアングル部材２１と、このアングル部材２１を用いてセグメント１０を支承する支承台２２とを備えている。
【００１３】
アングル部材２１は、図３に示すように、セグメント１０の中心線ｌ（セグメント１０の長さ方向に延びる中心線）方向に沿ってセグメント１０の全長にわたり延びる断面Ｌ字状の鋼材であり、図４に示すようにセグメント１０の凹面１１に設けられたアンカー１０ａ，１０ａ…と各アンカー１０ａに螺合するボルトＢとによって、凹面１１の幅方向両端部近傍に各１本ずつ固定されている。
そして、セグメント１０に対する各アングル部材２１の固定位置は、セグメント１０の円弧両端部にそれぞれ斜面１４，１４により形成された角部１５よりも中心側、すなわち側面１３，１３間であり、セグメント１０の中心線ｌに対して対称となっている。凹面１１のこのような位置にアングル部材２１が取り付けられることにより、このセグメント１０が水平に配置されたとき、下方に向かい広がる屋根状の支承受け部２３が形成される。
【００１４】
支承台２２は、図４に示すように、支承台受け部２３でセグメント１０を支持する支承部２２ａと、支承部２２ａが固定された支承台本体２２ｂと、支承台本体２２ｂ下部に設けられた滑動部２２ｃとを備えている。
支承部２２ａは、アングル部材２１とセグメント１０の凹面１１とに当接するたとえば丸棒材であり、アングル部材２１と略等しい長さを有している。
支承台本体２２ｂは、水平方向に延びる断面略台形の柱状材であり、その上面に支持部２２ａが全長にわたって固定されている。
この支承台本体２２ｂの下部に取り付けられた滑動部２２ｃは、たとえばローラ部材からなり、セグメント１０の変形等によるアングル部材２１の変位に応じて、支承台２２をその載置面Ａ上で滑動させることができる。
【００１５】
次に、アングル部材２１と支承台２２とを備えた試験用治具２０を用いた試験について説明する。
まず、図２に示すように、単体のセグメント１０の幅方向両端部に形成された支承受け部２３，２３を、２台の支承台２２，２２それぞれの支承部２２ａ上に載置させる。これにより、セグメント１０は角部１５，１５が接地することなく水平に支持され、セグメント１０の変形に応じて両端部（アングル部材２１）が変位可能な状態となる。なお、セグメント１０の各部位に、変位計、歪みゲージ等の測定手段（図示せず）を取り付けておく。
【００１６】
そして、以上のように配置されたセグメント１０に対して、強度試験を行う。すなわち、図２に示すように、凸面１２に対して上方から下方へ向けて荷重を加える。この荷重を段階的に（たとえば５ｋＮずつ）増加させながら、セグメント１０に取り付けた各測定手段の測定値やクラックの発生状況等をチェックする。なお、荷重位置は、セグメント１０の中心線ｌを中心として線対称位置に２点（長さ方向に一様に荷重）とする。
このようにしてトンネル径方向に相当する方向の荷重を加えられたセグメント１０は、荷重の大きさに応じて両端部間すなわちアングル部材２１，２１間距離が広がるように変形する。そして、この荷重がある大きさを越えると破壊されるので、このときの荷重が供試体であるセグメント１０の破壊荷重であることが確認できる。
【００１７】
この試験において、セグメント１０は、稜線ｐ，ｐの一端で斜面１４，１４と凹面１１とによって形成された鋭角で破損しやすい角ｑ，ｑが接地しておらず、長さ方向に延びるアングル部材２１，２１を用いて支承台２２に支持されているので、破壊荷重よりも小さな荷重で角ｑ，ｑが破損してしまうことがない。また、滑動部２２ｃを備える支承台２２が載置面Ａに対して移動できるので、荷重を受けたセグメント１０の反力等により支承台２２が破損するおそれはほとんど無い。
【００１８】
このようにして、セグメント１０に加えた荷重の大きさとセグメント１０の各部位の変位、歪み等の測定値との関係やセグメント１０破壊時の荷重の大きさ等、セグメント１０の強度を、本発明に係る試験用治具２０を用いることにより容易かつ確実に確認することができる。しかも、試験に際してセグメント１０の両端の角部１５を破損することがない。
【００１９】
次に、複数のセグメント１０で構成されたセグメント複合体３０を供試体とする強度試験について説明する。
セグメント複合体３０は、図５に示すように、六角形円弧版状のセグメント１０，１０と、セグメント１０を周方向に二分割した半割形状である半割型のセグメント１０Ａ，１０Ｂが互いに接合された構成となっている。
このセグメント複合体３０を構成する各セグメント１０，１０Ａ，１０Ｂは、上記実施例におけるセグメント１０と同様に、鉄筋（図示せず）を内部に埋設したコンクリートからなる円弧版状であって、周方向両端に角部の頂点（稜線）を向けて組み合わされ、互いに継手（ボルト）３１によって接合されている。
【００２０】
セグメント１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ、セグメント１０の稜線ｐ，ｐを含む平面でセグメント１０を二分割して得られる形状となっている。
つまり、セグメント１０Ａは、六角形を二分割した台形曲面状の凹面１１Ａと、この凹面１１Ａに対して厚さ方向に対向する凸面１２Ａとが円筒内外面をなし、これら凹面１１Ａ、凸面１２Ａ間に側面１３Ａ，１６Ａと斜面１４Ａ，１４Ａとが設けられた台形円弧版状である。セグメント１０Ａの幅方向両端部には、それぞれ、側面１６Ａと斜面１４Ａとにより、稜線ｒが形成されている。
同様に、セグメント１０Ｂは、六角形を二分割した台形曲面状の凹面１１Ｂと、この凹面１１Ｂに対して厚さ方向に対向する凸面１２Ｂとが円筒内外面をなし、これら凹面１１Ｂ、凸面１２Ｂ間に側面１３Ｂ，１６Ｂと斜面１４Ｂ，１４Ｂとが設けられた台形円弧版状である。セグメント１０Ｂの幅方向両端部には、それぞれ、側面１６Ｂと斜面１４Ｂとにより、稜線ｓが形成されている。
【００２１】
図６に示すように、本実施形態におけるセグメント複合体３０は、４ピースのセグメント、すなわち各側面１３が平行となるように斜面１４同士を突き合わせた各セグメント１０，１０と、一方のセグメント１０の側面１３および他方のセグメント１０の斜面１４にそれぞれ側面１３Ａおよび斜面１４Ａを突き合わせたセグメント１０Ａと、一方のセグメント１０の斜面１４および他方のセグメント１０の側面１３にそれぞれ側面１３Ｂおよび斜面１４Ｂを突き合わせたセグメント１０Ｂとで構成されて、凹面３３および凸面３４からなる円弧状版体となっている。このセグメント複合体３０の湾曲方向両端は、各セグメント１０，１０Ａ，１０Ｂの角部１５，１５Ａ，１５Ｂで凹凸形状をなしている。各セグメント間は、トンネル施工状態と同様にセグメント内部での継手（ボルト）３１，３１を用いたボルト接合により接合されるとともに、拘束治具３２によって長さ方向（トンネル軸線Ｏ方向）に拘束される。
【００２２】
拘束治具３２は、セグメント複合体３０をセグメント複合体３０の中心線Ｌ（セグメント１０の長さ方向に延びるセグメント複合体３０の中心線）方向に挟む板状部材３２ａ，３２ａと、これら板状部材３２ａ同士を接続する接続ボルト３２ｂとで構成され、セグメント複合体３０を構成するセグメント同士の長さ方向離間を抑止している。なお、この拘束治具３２は、セグメント複合体３０の幅方向両端部および中央部の３カ所に設けられる。
【００２３】
このセグメント複合体３０を支持する試験用治具４０も、試験用治具２０と同様、図５に示すように、セグメント複合体３０に固定されたアングル部材４１と、このアングル部材４１を用いてセグメント複合体３０を支承する支承台４２とを備えている。
【００２４】
アングル部材４１は、図６に示すように、中心線Ｌ方向（長さ方向）に沿って、セグメント複合体３０の全長にわたり延びる断面Ｌ字状の鋼材であり、図７に示すようにセグメント複合体３０の凹面３３に設けられたアンカー３０ａ，３０ａ…と各アンカー３０ａに螺合するボルトＢとによって、凹面３３の幅方向両端部近傍に各１本ずつ固定されている。
そして、セグメント複合体３０に対する各アングル部材４１の固定位置は、セグメント複合体３０の幅方向両端部にそれぞれ斜面１４，１４Ａ，１４Ｂにより形成された角部１５，１５Ａ，１５Ｂよりも中心側、すなわち側面１３，１３Ａ，１３Ｂ，１６Ａ，１６Ｂの間であり、セグメント複合体３０の中心線Ｌに対して対称となっている。凹面３３のこのような位置にアングル部材４１が取り付けられることにより、セグメント複合体３０が水平に配置されたとき、下方に向かい広がる屋根状の支承受け部４３が形成される。
【００２５】
支承台４２は、図７に示すように、支承台受け部４３でセグメント複合体３０を支持する支承部４２ａと、支承部４２ａが固定された支承台本体４２ｂと、支承台本体４２ｂ下部に設けられた滑動部４２ｃとを備えている。
支承部４２ａは、アングル部材４１とセグメント複合体３０の凹面３３とに当接するたとえば丸棒材であり、アングル部材４１と略等しい長さを有している。
支承台本体４２ｂは、水平方向に延びる断面略台形の柱状材であり、その上面に支持部４２ａが全長にわたって固定されている。
この支承台本体４２ｂの下部に取り付けられた滑動部４２ｃは、たとえばローラ部材からなり、荷重をかけられたセグメント複合体３０の変形等によるアングル部材４１の変位に応じて、支承台４２をその載置面Ａ上で滑動させることができる。
【００２６】
次に、アングル部材４１と支承台４２とを備えた試験用治具４０を用いた試験について説明する。
まず、図５に示すように、セグメント複合体３０の幅方向両端部に形成された支承受け部４３，４３を、２台の支承台４２，４２それぞれの支承部４２ａ上に載置させる。これにより、セグメント複合体３０は角部１５，１５Ａ，１５Ｂが接地することなく水平に支持され、各セグメント１０や継手３１の歪み等、セグメント複合体３０の変形に応じて両端部（アングル部材４１）が変位可能な状態となる。なお、セグメント複合体３０の各部位に、変位計、歪みゲージ等の測定手段（図示せず）を取り付けておく。
【００２７】
そして、以上のように配置されたセグメント複合体３０に対して、強度試験を行う。すなわち、図５に示すように、凸面３４に対して上方から下方へ向けて荷重を加える。この荷重を段階的に（たとえば５ｋＮずつ）増加させながら、セグメント複合体３０に取り付けた各測定手段の測定値やクラックの発生状況等をチェックする。なお、荷重位置は、セグメント複合体３０の中心線Ｌを中心として線対称位置に２点（長さ方向に一様に荷重）とする。
このようにしてトンネル径方向に相当する方向の荷重を加えられたセグメント複合体３０では、各セグメント１０，１０，１０Ａ，１０Ｂがそれぞれ撓むだけでなく、継手３１の螺合が弱まったり継手３１自体が変形したりすることにより各セグメント１０間が目開きする。そして、この荷重がある大きさを越えると、セグメント１０，１０，１０Ａ，１０Ｂおよび継手３１のいずれかが破壊されるので、このときの荷重がセグメント複合体３０の破壊荷重であることが確認できる。
【００２８】
この試験において、セグメント複合体３０は、稜線ｐ，ｒ，ｓの一端で斜面１４，１４Ａ，１４Ｂと凹面３３とによって形成される鋭角で破損しやすい角ｑ，ｔ，ｕが接地しておらず、長さ方向に延びるアングル部材４１，４１を用いて支承台４２に支持されているので、破壊荷重よりも小さな荷重で角ｑ，ｔ，ｕが破損してしまうことがない。また、滑動部４２ｃを備える支承台４２が載置面Ａに対して移動できるので、セグメント複合体３０全体としては幅方向両端部間が広がるように変形するが、荷重を受けたセグメント複合体３０の反力等により支承台４４が破損するおそれはほとんど無い。
【００２９】
このようにして、セグメント複合体３０に加えた荷重の大きさとセグメント複合体３０の各部位の変位、歪み等の測定値との関係やセグメント複合体３０破壊時の荷重の大きさ等、セグメント複合体３０の強度を、本発明に係る試験用治具４０を用いることにより容易かつ確実に確認試験することができる。しかも、試験に際してセグメント複合体３０の両端の角部１５，１５Ａ，１５Ｂを破損することがない。
【００３０】
なお、上記各実施例において、支承台２２，４２の滑動部２２ｃ，４２ｃはローラとしたが、セグメント１０およびセグメント複合体３０の変形に応じて載置面Ａに対して移動できればよく、たとえば載置面Ａとの間に生じる摩擦力が小さい低摩擦部材であってもよい。
また、試験の実施条件によっては、支承台本体２２ｂ，４２ｂが載置面Ａに載置されている、あるいは載置面Ａに固定されているなど、上記滑動部２２ｃ，４２ｃは必ずしも必要ではない。この場合、セグメント１０およびセグメント複合体３０にはより大きな圧縮応力が発生し、支承台２２，４２にも相応の応力が生じることになる。
【００３１】
また、アングル部材２１，４１は、上記各実施例のような断面Ｌ字状に限定されず、セグメント１０およびセグメント複合体３０を支承部２２ａ，４２ａ上に載置可能にすることができる形状であればよい。支承部２２ａ，４２ａも、上記各実施例のような丸棒材に限定されず、アングル部材２１，４１とセグメント１０あるいはセグメント複合体３０の形状に応じて、これらを安定して載置できる形状であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】セグメントにより構成されたトンネルを示す斜視図である。
【図２】本発明に係る試験用治具により支持されたセグメントを示す測面図である。
【図３】図２に示すセグメントの下面図である。
【図４】本発明に係る試験用治具を示す図である。
【図５】本発明に係る試験用治具により支持されたセグメント複合体を示す測面図である。
【図６】図５に示すセグメント複合体の下面図である。
【図７】本発明に係る試験用治具を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  セグメント
１０Ａ，１０Ｂ  セグメント
１０ａ  アンカー
１１，１１Ａ，１１Ｂ  凹面
１２，１２Ａ，１２Ｂ  凸面
１３，１３Ａ，１３Ｂ  側面
１４，１４Ａ，１４Ｂ  斜面
１５，１５Ａ，１５Ｂ  角部
２０，４０  試験用治具
２１，４１  アングル部材
２２，４２  支承台
２２ａ，４２ａ  支承部
２２ｂ，４２ｂ  支承台本体
２２ｃ，４２ｃ  滑動部
２３，４３  支承受け部
３０  セグメント複合体
３１  継手（ボルト）
３２  拘束治具
３２ａ  板状部材
３２ｂ  接続ボルト
３３  凹面
３４  凸面
Ａ  載置面
Ｂ  ボルト
ｌ，Ｌ  中心線
Ｏ  トンネル軸線
ｐ，ｒ，ｓ  稜線
ｑ，ｔ，ｕ  角
【図１】
2005188119.tif 000003
【図２】
2005188119.tif 000004
【図３】
2005188119.tif 000005
【図４】
2005188119.tif 000006
【図５】
2005188119.tif 000007
【図６】
2005188119.tif 000008
【図７】
2005188119.tif 000009