(57)【要約】  【課題】  限られたセグメント桁高の中でのＰＣ鋼材の配置を工夫し、プレストレスを導入したシールドトンネルが外圧に対し、無理なく対処できるようにする。  【解決手段】  セグメントリング２内の２以上のＰＣ鋼材４を、ＰＣ鋼材４どうしがセグメントリング３内の上部および下部で交差するように、トンネル円周方向に対し斜めに配置する。各ＰＣ鋼材４が上下に偏平な楕円を形成するため、ＰＣ鋼材４の緊張によるプレストレスと土水圧等の外圧とをバランスさせることで、円周方向の荷重の均一化を図ることができる。その結果、セグメントリング３が正円に近い形態に維持され、応力的にも安定した構造となる。  【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドトンネルを構成する円形断面のセグメントリングについて、各セグメントリングの円周方向に２以上のＰＣ鋼材が配置されており、該ＰＣ鋼材が１つのセグメントリング内の上部および下部で交差するように円周方向に対し斜めに配置され、該ＰＣ鋼材の緊張によりプレストレスを導入してあることを特徴とするシールドトンネル。
【請求項２】
前記セグメントリングは円周方向に接続した複数のセグメントによって形成されている請求項１記載のシールドトンネル。
【請求項３】
シールドトンネルを構成する円形断面のセグメントリングにプレストレスを導入する方法であって、１つのセグメントリングに対し、２以上のＰＣ鋼材どうしを、該セグメントリングの上部および下部で交差するように、円周方向に対して傾斜させて配置し、該ＰＣ鋼材の緊張によりシールドトンネル円周方向のプレストレスを導入することを特徴とするシールドトンネルのプレストレス導入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、プレストレスを導入したシールドトンネルおよびシールドトンネルのプレストレス導入方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネルを構成するセグメントリングの円周方向をＰＣ鋼材にて緊張し、軸力を導入することで、その耐力を増強する工法は周知である（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
ただし、既往の技術では、図４に示すように、１つのセグメントリング３の円周方向に配置されるＰＣ鋼材４は平行に数本配置されるのが通常である。
【特許文献１】特開平１０−２３８２９４号公報
【特許文献２】特開平１１−０８１８９１号公報
【特許文献３】特開平０８−２１８７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に円形断面のシールドトンネルを考えた場合（図４参照）、セグメントリング３に作用する荷重（鉛直荷重Ｖ1 ，Ｖ2 、水平荷重Ｈ1 ，Ｈ2 ）は、図５(a) に示すように鉛直方向の荷重の方が大きいため、図５(b) のようにセグメントリングが鉛直方向に押し潰されるような変形を生じる傾向にある。
【０００５】
前述した既往の技術では、ＰＣ鋼材４の緊張により、円周方向に均等に軸力を導入することができるが、セグメントリング３を構成するセグメント２の曲げに対して寄与するものではない。
【０００６】
仮に、既往の平行に配置されたＰＣ鋼材４によって曲げに抵抗させるためには、限られたセグメント桁高の中で、ＰＣ鋼材４を、例えば上下のセグメントについてはトンネル内面側に、左右のセグメントについてはトンネル外面側に偏心させて配置する等、複雑な対処が必要となり、設計が難しい。
【０００７】
本願発明は、このような課題の解決を図ったものであり、限られたセグメント桁高の中でのＰＣ鋼材の配置を工夫し、プレストレスを導入したシールドトンネルが外圧に対し、無理なく対処できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の請求項１に係るシールドトンネルは、シールドトンネルを構成する円形断面のセグメントリングについて、各セグメントリングの円周方向に２以上のＰＣ鋼材が配置されており、該ＰＣ鋼材が１つのセグメントリング内の上部および下部で交差するように円周方向に対し斜めに配置され、該ＰＣ鋼材の緊張によりプレストレスを導入してあることを特徴とするものである。
【０００９】
従来の一般的な円形断面のセグメントリングでは、各ＰＣ鋼材はほぼトンネル軸方向と直交する平面内に配置され、複数のＰＣ鋼材が平行に配置されている。
【００１０】
この場合、ＰＣ鋼材はセグメントリングの断面形状と同じ円を形成し、発明が解決しようとする課題の項で述べたように、ＰＣ鋼材を緊張することで、セグメントリング、すなわちシールドトンネルには、円周方向の軸力によりプレストレスが均等に導入される。
【００１１】
これに対し、本願発明では、ＰＣ鋼材を円周方向に対し斜めに配置されているため、ＰＣ鋼材の形成する形状は円ではなく楕円となる。また、複数のＰＣ鋼材どうしは１つのセグメントリング内の上部および下部で交差するように配置されており、この楕円は上下方向が短径、水平方向が長径となる上下に偏平な楕円である。
【００１２】
このような上下に偏平な楕円形状に配置したＰＣ鋼材に緊張力を導入すると、セグメントリング円周方向のプレストレスは均等ではなく、セグメントリングの水平方向内向きに作用する分力が鉛直方向内向きに作用する分力より大きくなるため、セグメントリングに対する外圧（土水圧等）がなければ、セグメントリングが水平方向に潰されるような変形が生ずることになる。
【００１３】
一方、セグメントリングに作用する外圧は、前述のように鉛直方向の荷重の方が大きいため、本願発明の場合、外圧としての荷重とプレストレスによる内向きの荷重が合わさることで、円周方向の荷重の均一化が図れ、その結果、セグメントリングが正円に近い形態に維持され、応力的にも安定した構造となる。
【００１４】
なお、円形断面のセグメントリングで構成されるシールドトンネルの場合、通常は、各セグメントリングについて、ＰＣ鋼材の配置は同一であり、その場合、各セグメントリングについて、ＰＣ鋼材がセグメントリング内の上部および下部で交差するように円周方向に対し斜めに配置されることになるが、シールドトンネルの一部の断面が変わる場合、その他、部分的に異なるＰＣ鋼材の配置となる場合もあり得る。
【００１５】
請求項２は、請求項１に係るシールドトンネルにおいて、前記セグメントリングが円周方向に接続した複数のセグメントによって形成されていることを限定したものである。
【００１６】
一般的なシールドトンネルの場合、シールド機の後部でセグメントを円周方向およびトンネル軸方向に接続して行くことにより、シールドトンネルが組み立てられて行くが、請求項２はそのようなセグメントの組立てによりシールドトンネルが形成されている場合である。
【００１７】
請求項３に係るシールドトンネルのプレストレス導入方法は、シールドトンネルを構成する円形断面のセグメントリングにプレストレスを導入する方法であって、１つのセグメントリングに対し、２以上のＰＣ鋼材どうしを、該セグメントリングの上部および下部で交差するように、円周方向に対して傾斜させて配置し、該ＰＣ鋼材の緊張によりシールドトンネル円周方向のプレストレスを導入することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項３は、請求項１に係るシールドトンネルに対応するプレストレスの導入方法を規定したものであり、原理は請求項１に係る発明について説明した通りである。
【発明の効果】
【００１９】
本願発明では、セグメントリング内のＰＣ鋼材どうしが、セグメントリング内の上部および下部で交差するように円周方向に対し斜めに配置され、各ＰＣ鋼材が上下に偏平な楕円を形成しているため、ＰＣ鋼材の緊張によるプレストレスと外圧とをバランスさせることで、円周方向の荷重の均一化を図ることができる。また、その結果、セグメントリングが正円に近い形態に維持され、応力的にも安定した構造となる。
【００２０】
シールドリングを構成するセグメント等の桁高内での配置については、ＰＣ鋼材を部分的に偏心させなくてもよいため、設計およびセグメントの製造が容易である。
【００２１】
円周方向に対してＰＣ鋼材を斜めに配置するため、結果的にＰＣ鋼材の挿入口が坑口側に傾斜することになり、ＰＣ鋼材の挿入も容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本願発明におけるＰＣ鋼材１の配置を概念的に示したもので、(a) は正面ＰＣ鋼材配置図、(b) は側面ＰＣ鋼材配置図、(c) は平面ＰＣ鋼材配置図である。
【００２３】
この例では、シールドトンネル１の各セグメントリング３に、それぞれ２本のＰＣ鋼材４が配置されており、この２本のＰＣ鋼材４が、セグメントリング３の上下で交差するように、円周方向に対して傾けて配置されている。
【００２４】
ＰＣ鋼材４は、各セグメント２に埋め込まれたシース５を貫通しており、セグメントリング３の下部に位置するセグメント２から挿入して、同じセグメント２から引き出され、その両端で緊張することで、セグメントリング３にプレストレスを導入している。
【００２５】
図１におけるＰＣ鋼材４の配置は概念的に示したものであるが、図１(c) とそのＡ−Ａ断面におけるＰＣ鋼材４の形状を、説明上、誇張して表示した図２(a) に示されるように、トンネル軸方向に対して傾いた鉛直面内において楕円形状をなしている。
【００２６】
この状態で、図１(a) のように緊張力Ｔを加えると、前述のように、セグメントリング３の水平方向内向きに作用する分力が鉛直方向内向きに作用する分力より大きくなるため、セグメントリング３に対する土水圧等の外圧を無視して考えると、図２(b) に示すように、セグメントリング３が水平方向に潰されるような変形が生ずることになる。
【００２７】
一方、前述したように、外圧によるセグメントリング３の変形は、図５(b) に示すように、セグメントリング３が上下方向に潰されるような形になるため、両者が作用することで、セグメントリング３が円形に近い状態に保持され、安定した応力状態が得られる。
【００２８】
図３は、本願発明の別の効果を示したものである。すなわち、ＰＣ鋼材４が、円周方向に対して傾けて配置されるため、結果的に、ＰＣ鋼材の挿入口６も、図に示すように、坑口側に傾斜することになり、ＰＣ鋼材４の挿入が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本願発明におけるＰＣ鋼材の配置を概念的に示したもので、(a) は正面ＰＣ鋼材配置図、(b) は側面ＰＣ鋼材配置図、(c) は平面ＰＣ鋼材配置図である。
【図２】本願発明の原理を概念的に示したもので、(a) は図１(c) のＡ−Ａ断面におけるＰＣ鋼材配置形状を誇張して示した図、(b) はそのＰＣ鋼材配置においてプレストレスを導入した場合のセグメントの変形を誇張して示した図である。
【図３】シールドトンネル下部におけるＰＣ鋼材の挿入方向を示す図である。
【図４】従来の一般的なＰＣ鋼材の配置を本願発明との比較において概念的に示したもので、(a) は正面ＰＣ鋼材配置図、(b) は側面ＰＣ鋼材配置図である。
【図５】(a) は円形断面のシールドトンネルに作用する外圧を概念的に示した図、(b) は外圧によるシールドトンネルの変形を概念的に示した図である。
【符号の説明】
【００３０】
Ｔ…緊張力、Ｖ1 ，Ｖ2 …鉛直荷重、  Ｈ1 ，Ｈ2 …水平荷重、
１…シールドトンネル、２…セグメント、３…セグメントリング、４…ＰＣ鋼材、５…シース、６…挿入口
【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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