(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリート部材と鋼製部材とを組み合わせて構成されるとともに、所定方向の主軸に沿って延びる合成構造体であって、
前記鉄筋コンクリート部材は、コンクリートと、このコンクリートに埋設されて前記主軸に沿って延びる複数の主筋と、これら複数の主筋のうちの所定組の主筋との定着のために巻回されるせん断補強筋とを備えて構成され、
前記複数の主筋は、部材高さ方向に上下に離隔する第１主筋および第２主筋を有した複数段で構成され、
前記鋼製部材は、前記コンクリートに埋設されるとともに前記主軸と直交する複数の補強板を備えて構成され、
前記複数の主筋は、前記補強板に形成された挿通孔に挿通され、前記せん断補強筋は、隣り合う前記補強板間において、当該一方の補強板から他方の補強板に向かって前記主軸と傾斜して設けられ、
前記せん断補強筋は、前記一方の補強板側において前記第１主筋に巻回されるとともに前記他方の補強板側において前記第２主筋に巻回される第１せん断補強筋と、前記一方の補強板側において前記第２主筋に巻回されるとともに前記他方の補強板側において前記第１主筋に巻回される第２せん断補強筋とを有し、これら第１および第２のせん断補強筋がＸ字状に交差して設けられていることを特徴とする合成構造体。
【請求項２】
トンネル周方向の主軸に沿った所定長さと、トンネル延長方向の第１交差軸に沿った所定幅と、トンネル径方向の第２交差軸に沿った所定厚さと、を有したピースを複数組み合わせてトンネル覆工に利用されるとともに、鉄筋コンクリート部材と鋼製部材とを組み合わせて構成されるセグメントであって、
前記鉄筋コンクリート部材は、コンクリートと、このコンクリートに埋設されて前記主軸に沿って延びる複数の主筋と、これら複数の主筋のうちの所定組の主筋に巻回されるせん断補強筋とを備えて構成され、
前記複数の主筋は、部材高さ方向に上下に離隔する第１主筋および第２主筋を有した複数段で構成され、
前記鋼製部材は、前記主軸と直交する複数の補強板とを備えて構成され、
前記複数の主筋は、前記補強板に形成された挿通孔に挿通され、前記せん断補強筋は、隣り合う前記補強板間において、前記一方の補強板側において前記第１主筋に巻回されるとともに前記他方の補強板側において前記第２主筋に巻回される第１せん断補強筋と、前記一方の補強板側において前記第２主筋に巻回されるとともに前記他方の補強板側において前記第１主筋に巻回される第２せん断補強筋とを有し、これら第１および第２のせん断補強筋がＸ字状に交差して設けられていることを特徴とするセグメント。
【請求項３】
請求項２に記載のセグメントにおいて、
前記補強板の断面寸法が当該セグメントの断面寸法よりも小さくされ、前記主筋の前記主軸方向の長さ寸法が当該セグメントの主軸方向長さ寸法よりも小さくされ、前記コンクリートによるかぶりが設けられるとともに、前記主軸および第２交差軸に平行な一対のリング間側面と、前記第１および第２の交差軸に平行な一対のセグメント間側面と、の少なくとも一方の側面には、当該側面から凹んだシール溝が形成され、リング間側面におけるシール溝の底面と前記補強板の端縁との間に所定厚さの前記コンクリートが介在し、セグメント間側面におけるシール溝の底面と前記主筋の端部との間に所定厚さの前記コンクリートが介在して設けられていることを特徴とするセグメント。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のセグメントにおいて、  前記補強板には、他のセグメントと接続するためのリング間継手部材が固定されていることを特徴とするセグメント。
【請求項５】
少なくともトンネル周方向に略円弧状に延びる２枚の主桁と、トンネル軸方向に延びて前記主桁の両端部に渡って固定される２枚の継手板と、トンネル外面側にて前記継手板と前記主桁とに４辺を固定される少なくとも１枚のスキンプレートと、を有した鋼殻によってトンネル内空面側を除く少なくとも五面が覆われ、鋼殻内部の構造が鉄筋コンクリート構造であるコンクリート中詰め合成セグメントであるセグメントであって、
前記鉄筋コンクリート部材は、コンクリートと、このコンクリートに埋設されて前記主軸に沿って延びる複数の主筋と、これら複数の主筋のうちの所定組の主筋に巻回されるせん断補強筋とを備えて構成され、
前記複数の主筋は、部材高さ方向に上下に離隔する第１主筋および第２主筋を有した複数段で構成され、
前記鋼殻内部には、前記主軸と直交する複数の補強板が設けられ、
前記複数の主筋は、前記補強板に形成された挿通孔に挿通され、前記せん断補強筋は、隣り合う前記補強板間において、前記一方の補強板側において前記第１主筋に巻回されるとともに前記他方の補強板側において前記第２主筋に巻回される第１せん断補強筋と、前記一方の補強板側において前記第２主筋に巻回されるとともに前記他方の補強板側において前記第１主筋に巻回される第２せん断補強筋とを有し、これら第１および第２のせん断補強筋がＸ字状に交差して設けられているコンクリート中詰め合成セグメントであることを特徴とするセグメント。
【請求項６】
トンネル周方向の主軸に沿った所定長さと、トンネル延長方向の第１交差軸に沿った所定幅と、トンネル径方向の第２交差軸に沿った所定厚さと、を有したピースを複数組み合わせてトンネル覆工に利用されるとともに、鉄筋コンクリート部材と鋼製部材とを組み合わせて構成されるセグメントの製造方法であって、
前記主軸と交差しかつ前記第１および第２の交差軸に対して平行に延びる複数の補強板を設置し、前記隣り合う補強板間のうち一方から他方に向かって前記主軸と傾斜させたせん断補強筋を予め仮設材によって設置した後に、前記補強板に形成した挿通孔に複数の主筋を挿通するとともに、これら複数の主筋のうちの所定組の主筋に対し予め設置された前記せん断補強筋の口字形内にも主筋を挿通して、これらの主筋にせん断補強筋が巻回されるようにしてから前記主筋と前記せん断補強筋を固定し、前記主筋、せん断補強筋および補強板を覆う型枠内にコンクリートを打設することを特徴とするセグメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼製部材と鉄筋コンクリート部材とを組み合わせて構成される合成構造体、複数のピースを組み合わせてトンネル覆工に利用されるセグメント、およびセグメントの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、土木、建築分野における構造体として、鉄筋コンクリート造や鉄骨造の他に、これらを組み合わせた鉄骨鉄筋コンクリート造等の合成構造が用いられており、このような合成構造の一例として、シールドトンネル覆工に利用される合成セグメントが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載された合成セグメントは、内空側以外の５面が囲まれた鋼殻と、この鋼殻内部に充填されるコンクリートとを有し、コンクリート内には主筋および補強筋が設けられている。鋼殻は、トンネル周方向に沿った一対の主桁と、その端部同士を連結する一対の継手板と、これらの地山側に四周が固定される地山側スキンプレートと、一対の主桁間に架設される複数の縦リブとを有し、縦リブには主筋を挿通させる挿通孔が形成されている。補強筋は、略Ｍ字形に曲げ加工されるとともに主筋に沿って縦リブ間に複数配置されており、これらの補強筋によってコンクリートをせん断補強することで、合成セグメントの耐力向上を図ることができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７０２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の合成セグメントは、縦リブの挿通孔に主筋を挿通させることで、縦リブと主筋とで囲まれたコンクリートにトラス機構が形成されるとともに、補強筋によるせん断補強が付加されることによって、合成セグメントのせん断耐力を高めることができるものの、略Ｍ字形の補強筋が主筋に沿って主筋とは定着されずに別々に配置されているため、補強筋による主筋の拘束効果については考慮されておらず、主筋の変形が進行し、耐力が落ちることが考えられた。すなわち、従来の補強構造では、トラス機構のうちのコンクリートに引張力が作用する引張方向ではコンクリートを補強して補強筋が引張力を負担するものの、圧縮斜材となる側では補強筋が負担する圧縮力は小さく、補強効果については考慮していないため、補強筋のうちの半数が有効に機能しないという構造であり、大きなせん断力が作用する場合には部材断面の桁高を高くしたり、コンクリート強度を大きくしたりするなど、コストアップにつながる可能性があった。このため、正負両方向の荷重による作用応力や土圧を受けた場合の複雑な作用応力など、様々な応力状態に対応して補強効果を十分に発揮させるためには、負担する引張力に対して２倍の補強筋を配置する必要があり、補強筋の使用量が増えて材料コストや加工手間、加工コストが増加したり、多数の補強筋を配置することでコンクリートの充填性が低下したりなどの不都合があり、製品の品質にも悪影響を及ぼすことも懸念される。
【０００５】
本発明の目的は、様々な応力状態に対しても補強効果を十分に高めて材料コストや加工手間、加工コストが抑制できるとともに、コンクリートの充填性を確保した高品質な合成構造体、セグメントおよびセグメントの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の合成構造体は、鉄筋コンクリート部材と鋼製部材とを組み合わせて構成されるとともに、所定方向の主軸に沿って延びる合成構造体であって、前記鉄筋コンクリート部材は、コンクリートと、このコンクリートに埋設されて前記主軸に沿って延びる複数の主筋と、これら複数の主筋のうちの所定組の主筋との定着のために巻回されるせん断補強筋とを備えて構成され、前記複数の主筋は、部材高さ方向に上下に離隔する第１主筋および第２主筋を有した複数段で構成され、前記鋼製部材は、前記コンクリートに埋設されるとともに前記主軸と直交する複数の補強板を備えて構成され、前記複数の主筋は、前記補強板に形成された挿通孔に挿通され、前記せん断補強筋は、隣り合う前記補強板間において、当該一方の補強板から他方の補強板に向かって前記主軸と傾斜して設けられ、前記せん断補強筋は、前記一方の補強板側において前記第１主筋に巻回されるとともに前記他方の補強板側において前記第２主筋に巻回される第１せん断補強筋と、前記一方の補強板側において前記第２主筋に巻回されるとともに前記他方の補強板側において前記第１主筋に巻回される第２せん断補強筋とを有し、これら第１および第２のせん断補強筋がＸ字状に交差して設けられていることを特徴とする。
【０００７】
以上の本発明によれば、補強板の挿通孔に挿通された複数の主筋のうちの所定組の主筋にせん断補強筋を巻回すとともに、このせん断補強筋を一方の補強板から他方の補強板に向かって主軸と傾斜して設置することで、この傾斜方向がトラス機構の引張側になった際にはせん断補強筋によって引張力を負担することができ、圧縮斜材側になった際にはせん断補強筋で主筋の局所的な変形を拘束することで、鉄筋コンクリートのディープビームで見られるような圧縮応力を分散させる載荷板の効果によって圧縮斜材となるコンクリートの負担圧縮力を高めることができる。すなわち、様々な応力状態に対して引張側および圧縮斜材側のいずれになった場合にも、せん断補強筋を有効に機能させて補強効果を十分に発揮させることができ、大きなせん断力が作用する場合においても桁高アップやコンクリート強度アップをしなくても十分なせん断耐力を有した経済的な断面で設計することができる。従って、補強に必要なせん断補強筋を過剰に配置をしなくてもよいことから、材料コストや加工手間、加工コストが抑制できるとともに、コンクリートの充填性を確保することができる。
なお、本発明の合成構造体は、上述のような鉄筋コンクリート部材と鋼製部材とを組み合わせて構成されるものであれば、その用途や使用部位等は特に限定されるものではなく、例えば、橋脚を含む柱や橋桁を含む梁などの棒状部材であってもよいし、床版や壁等の平板部材であってもよく、さらには適宜な曲線状部材や曲面状部材であってもよい。
【０００８】
この際、本発明の合成構造体では、上下二段などの複数段で主筋を配置した場合に、これらの複数段の主筋（第１主筋および第２主筋）に渡ってせん断補強筋を巻回すとともに、このせん断補強筋を互いにＸ字状となる第１および第２のせん断補強筋で構成することで、前述のようなトラス機構における引張側および圧縮斜材側の両方に対してせん断補強筋を有効に配置することができ、補強効果を向上させることができる。さらに、第１および第２のせん断補強筋は、一方および他方の補強板側に離隔した位置にて主筋に巻回され、第１および第２の主筋の中間位置で互いにＸ字状に交差することから、主筋やせん断補強筋の重なる位置を分散させることができる。従って、配筋の混み合った部分を削減することで、製造上の作業手間を軽減することができるとともに、コンクリートの充填性を良好にすることができる。
さらには、前記せん断補強筋による補強効果を効率よく発揮させるためには、前記一方の補強板と前記他方の補強板との間隔ｓと、本構造の上縁から下段の主筋（第２主筋）までの距離ｄとの比ｓ／ｄを１．５以上とすることが好ましい。
【０００９】
また、本発明のセグメントは、トンネル周方向の主軸に沿った所定長さと、トンネル延長方向の第１交差軸に沿った所定幅と、トンネル径方向の第２交差軸に沿った所定厚さと、を有したピースを複数組み合わせてトンネル覆工に利用されるとともに、鉄筋コンクリート部材と鋼製部材とを組み合わせて構成されるセグメントであって、前記鉄筋コンクリート部材は、コンクリートと、このコンクリートに埋設されて前記主軸に沿って延びる複数の主筋と、これら複数の主筋のうちの所定組の主筋に巻回されるせん断補強筋とを備えて構成され、前記複数の主筋は、部材高さ方向に上下に離隔する第１主筋および第２主筋を有した複数段で構成され、前記鋼製部材は、前記主軸と直交する複数の補強板とを備えて構成され、前記複数の主筋は、前記補強板に形成された挿通孔に挿通され、前記せん断補強筋は、隣り合う前記補強板間において、前記一方の補強板側において前記第１主筋に巻回されるとともに前記他方の補強板側において前記第２主筋に巻回される第１せん断補強筋と、前記一方の補強板側において前記第２主筋に巻回されるとともに前記他方の補強板側において前記第１主筋に巻回される第２せん断補強筋とを有し、これら第１および第２のせん断補強筋がＸ字状に交差して設けられていることを特徴とする。
また、本発明のセグメントは、少なくともトンネル周方向に略円弧状に延びる２枚の主桁と、トンネル軸方向に延びて前記主桁の両端部に渡って固定される２枚の継手板と、トンネル外面側にて前記継手板と前記主桁とに４辺を固定される少なくとも１枚のスキンプレートと、を有した鋼殻によってトンネル内空面側を除く少なくとも五面が覆われ、鋼殻内部の構造が鉄筋コンクリート構造であるコンクリート中詰め合成セグメントであるセグメントであって、前記鉄筋コンクリート部材は、コンクリートと、このコンクリートに埋設されて前記主軸に沿って延びる複数の主筋と、これら複数の主筋のうちの所定組の主筋に巻回されるせん断補強筋とを備えて構成され、前記複数の主筋は、部材高さ方向に上下に離隔する第１主筋および第２主筋を有した複数段で構成され、前記鋼殻内部には、前記主軸と直交する複数の補強板が設けられ、前記複数の主筋は、前記補強板に形成された挿通孔に挿通され、前記せん断補強筋は、隣り合う前記補強板間において、前記一方の補強板側において前記第１主筋に巻回されるとともに前記他方の補強板側において前記第２主筋に巻回される第１せん断補強筋と、前記一方の補強板側において前記第２主筋に巻回されるとともに前記他方の補強板側において前記第１主筋に巻回される第２せん断補強筋とを有し、これら第１および第２のせん断補強筋がＸ字状に交差して設けられていることを特徴とするコンクリート中詰めセグメントであってもよい。なお、トンネル内空側にもスキンプレートを有した鋼殻よって全六面が覆われたものであってもよい。
【００１０】
このような本発明のセグメントによれば、前述の合成構造体と同様に、セグメントに作用する土圧によって生じる様々な応力状態に対し、補強板間のコンクリートにトラス機構が形成され、その引張側および圧縮斜材側のいずれになった場合にも、せん断補強筋を有効に機能させて補強効果を十分に発揮させることができる。従って、補強に必要なせん断補強筋を無駄なく配置することができ、材料コストや加工手間、加工コストが抑制できるとともに、コンクリートの充填性を確保することができる。
【００１１】
さらに、本発明のセグメントでは、前記補強板の断面寸法が当該セグメントの断面寸法よりも小さくされ、前記主筋の前記主軸方向の長さ寸法が当該セグメントの主軸方向長さ寸法よりも小さくされ、前記コンクリートによるかぶりが設けられるとともに、前記主軸および第２交差軸に平行な一対のリング間側面と、前記第１および第２の交差軸に平行な一対のセグメント間側面と、の少なくとも一方の側面には、当該側面から凹んだシール溝が形成され、リング間側面におけるシール溝の底面と前記補強板の端縁との間に所定厚さの前記コンクリートが介在し、セグメント間側面におけるシール溝の底面と前記主筋の端部との間に所定厚さの前記コンクリートが介在して設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、セグメントの側面におけるコンクリートのかぶり部分にシール溝を形成してシール材で他のセグメントとの隙間をシールすることで、セグメントを組み合わせて構築した覆工の止水性を確保することができる。さらに、シール溝の底面と補強板や主筋との間に所定厚さのコンクリートを介在させる、つまりセグメントの断面寸法よりも補強板や主筋の寸法を小さくし、セグメントの外端と補強板や主筋との間に適宜なかぶり厚さを確保することで、補強板や主筋の錆を防止することができ、セグメントの耐久性を高めることができる。
【００１２】
また、本発明のセグメントでは、前記補強板には、他のセグメントと接続するためのリング間継手部材が固定されていることが好ましい。
このような構成によれば、リング間継手部材を補強板に固定することで、トンネル延長方向に隣接する他のセグメントと接続する際のジャッキ反力を補強板に伝達し、この補強板を介してさらに他のセグメントに伝達することができ、覆工施工時におけるジャッキ反力が確実に支持できることから、施工精度や施工効率を高めることができる。さらに、トンネル軸方向の伝達性能が確保できることから、耐震性能も高めることができる。
【００１３】
また、本発明のセグメントの製造方法は、トンネル周方向の主軸に沿った所定長さと、トンネル延長方向の第１交差軸に沿った所定幅と、トンネル径方向の第２交差軸に沿った所定厚さと、を有したピースを複数組み合わせてトンネル覆工に利用されるとともに、鉄筋コンクリート部材と鋼製部材とを組み合わせて構成されるセグメントの製造方法であって、前記主軸と交差しかつ前記第１および第２の交差軸に対して平行に延びる複数の補強板を設置し、前記隣り合う補強板間のうち一方から他方に向かって前記主軸と傾斜させたせん断補強筋を予め仮設材によって設置した後に、前記補強板に形成した挿通孔に複数の主筋を挿通するとともに、これら複数の主筋のうちの所定組の主筋に対し予め設置された前記せん断補強筋の口字形内にも主筋を挿通して、これらの主筋にせん断補強筋が巻回されるようにしてから前記主筋と前記せん断補強筋を固定し、前記主筋、せん断補強筋および補強板を覆う型枠内にコンクリートを打設することを特徴とする。
このような本発明の製造方法によれば、前述のセグメントと同様に、補強に必要なせん断補強筋を無駄なく配置することができ、セグメント製造にかかる材料コストや加工手間、加工コストが抑制できるとともに、コンクリートの充填性を向上させ、製品の品質を確保することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のような本発明の合成構造体、セグメントおよびセグメントの製造方法によれば、合成構造体やセグメントに作用する様々な応力状態に対し、補強板間のコンクリートにトラス機構が形成され、その引張側および圧縮斜材側のいずれになった場合にも、せん断補強筋を有効に機能させて補強効果を十分に発揮させることができることから、大きなせん断力が作用する場合においても桁高アップやコンクリート強度アップをしなくても十分なせん断耐力を有した経済的な断面で設計することができる。そのため、過剰に補強筋を配置しなくてもよく、必要とされる量のせん断補強筋を無駄なく配置することができ、材料コストや加工手間、加工コストが抑制できるとともに、コンクリートの充填性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態のセグメントを一部断面して示す斜視図である。
【図２】前記セグメントの一部断面して示す平面図である。
【図３】前記セグメントの主軸方向に沿った側面図である。
【図４】前記セグメントの主軸直交方向の断面図であり、図２にIV−IV線で示す位置の断面図である。
【図５】図２の一部を拡大して示す平面図である。
【図６】図３の一部を拡大して前記セグメントの作用を説明する図である。
【図７】図６の作用を詳しく説明する図である。
【図８】第２実施形態のセグメントのリング間接合構造を示す平面図である。
【図９】前記セグメントを一部断面して示す平面図である。
【図１０】前記セグメントの主軸直交方向の断面図であり、図９にＸ−Ｘ線で示す位置の断面図である。
【図１１】第３実施形態のセグメントを一部断面して示す平面図である。
【図１２】前記セグメントの主軸直交方向の断面図であり、図１１にXII−XII線で示す位置の断面図である。
【図１３】第４実施形態のセグメントを一部断面して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、第２実施形態以降において、次の第１実施形態で説明する構成部材と同じ構成部材、および同様な機能を有する構成部材には、第１実施形態の構成部材と同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。
【００１７】
〔第１実施形態〕
図１において、本発明の合成構造体でもあるセグメント１は、掘削した地山の内部にて複数組み合わされてシールドトンネル覆工を構成するセグメントピースであり、トンネル覆工は、シールドマシンで地山を掘削してから、シールドマシンの後方にてセグメント１をリング状に組み立てるとともに、組み立てたセグメントリングをジャッキで押してシールドマシンを前進させ、さらに地山を掘削するという手順を繰り返して構築される。このトンネル覆工は、トンネル延長方向（Ｘ方向）に延びる円筒状に形成され、地山とトンネル内空とを仕切り、地山からの土圧や水圧に抵抗してトンネル内空の空間を確保するようになっている。そして、セグメント１は、トンネル周方向（θ方向）の主軸θに沿った所定長さＬと、トンネル延長方向（Ｘ方向）の第１交差軸Ｘに沿った所定幅Ｂと、トンネル径方向（Ｒ方向）の第２交差軸Ｒに沿った所定厚さＴとを有して形成されている。
【００１８】
セグメント１は、鉄筋コンクリート部材と鋼製部材とを組み合わせて構成される合成セグメントであって、鉄筋コンクリート部材としては、当該セグメント１の外形を構成するコンクリート２と、このコンクリート２に埋設されて主軸θに沿って延びる複数の主筋３と、これら複数の主筋３のうちの所定組の主筋３に巻回されるせん断補強筋４とを備え、鋼製部材としては、コンクリート２に埋設されるとともに第１および第２の交差軸Ｘ，Ｒに平行な複数の補強板５を備えて構成されている。これら複数の補強板５には、それぞれ主筋３を挿通させる複数の挿通孔５１が形成され、主筋３は、挿通孔５１に挿通されることで、セグメント１の略全長に渡って連続して設置されている。そして、コンクリート２で形成されるセグメント１の外形表面は、トンネル内空に面する内周面１１と、トンネル地山に面する外周面１２と、トンネル延長方向に隣接して接合される他のセグメントに対向する一対の第１側面１３と、トンネル周方向に隣接して接合される他のセグメントに対向する一対の第２側面１４と、の６面で構成されている。
【００１９】
主筋３は、第２交差軸Ｒに沿った方向に離隔する複数段（２段）で構成され、トンネル内空側にて内周面１１に沿って複数列（例えば、６列）で配置される第１主筋３１と、トンネル地山側にて外周面１２に沿って複数列（例えば、６列）で配置される第２主筋３２とを有して構成されている。そして、第２交差軸Ｒに対向する各１本ずつの第１主筋３１および第２主筋３２が一組とされ、これら一組の主筋３１，３２のうちの所定組にせん断補強筋４が巻回されている。すなわち、本実施形態では、６列の主筋３１，３２のうち、最外列の一組ずつ二組の主筋３１，３２と、外から２列目の一組ずつ二組の主筋３１，３２と、内側２列の一組ずつ二組の主筋３１，３２と、の３グループの各々において、せん断補強筋４が複数列の主筋３１，３２に渡って巻回されている。これらのせん断補強筋４は、溶接等で端部が連結されて口字形に形成された閉鎖型のものでもよいし、所定のラップ長だけ両端部が重ね合わされて口字形に形成された非閉鎖型のものでもよい。
【００２０】
各組のせん断補強筋４は、図５に示すように、それぞれ隣り合う一対の補強板５間において、一方（図５の左側）の補強板５近傍で第１主筋３１に巻回されるとともに他方（図５の右側）の補強板５近傍で第２主筋３２に巻回される第１せん断補強筋４１と、一方の補強板５近傍で第２主筋３２に巻回されるとともに他方の補強板５近傍で第１主筋３１に巻回される第２せん断補強筋４２とを有して構成されている。すなわち、図１および図３に示すように、第１せん断補強筋４１は、一方の補強板５から他方の補強板５に向かって図３の右下がりに主軸θと傾斜して設けられ、第２せん断補強筋４２は、一方の補強板５から他方の補強板５に向かって図３の右上がりに主軸θと傾斜して設けられ、これら第１および第２のせん断補強筋４１，４２が、一方および他方の補強板５の中間位置かつ第１および第２の主筋３１，３２の中間位置において、Ｘ字状に交差して設けられている。
【００２１】
また、セグメント１における一対の第１側面１３には、トンネル周方向に連続して当該第１側面１３の全長に渡る凹溝状のシール溝１５が形成されている。このシール溝１５には、図４に示すように、リング間に隣接する他のセグメントに当接して当該リング間をシールするシール材６が設けられている。なお、これらのシール溝１５やシール材６は、一対の第１側面１３の両方に設けられるものに限らず、一方の第１側面１３に設けられていてもよいし、一対の第２側面１４の両方または一方に設けられていてもよい。そして、図５に示すように、シール溝１５の底面と補強板５の端縁との間には、所定厚さのコンクリート２が介在して設けられ、つまりコンクリート２の表面のうちの最も内部側の表面においても補強板５や主筋３、せん断補強筋４との間に所定のかぶり厚さ（例えば、４０mm〜５０mm）が確保されるようになっている。
【００２２】
以上のセグメント１の製造方法としては、先ず、内周面１１以外の５面に対応した型枠を準備し、この型枠内部に複数の補強板５を仮止め設置するとともに、補強板５間にせん断補強筋４を適宜な仮設材を用いて設置しておく。次に、一方の第２側面１４に対応した側から型枠内部に向かって主筋３を差し入れ、補強板５の挿通孔５１に主筋３を挿通するとともに、せん断補強筋４の口字形内にも主筋３を挿通して主筋３にせん断補強筋４が巻回されるようにする。次に、型枠内部にコンクリート２を注入し、このコンクリート２が硬化してから型枠を撤去してセグメント１の製造が完了する。なお、せん断補強筋４が非閉鎖型の鉄筋から構成される場合には、補強板５および主筋３を型枠内に設置した後に、この主筋３に巻回すようにしてせん断補強筋４を設置してもよい。また、鋼殻を有する合成セグメントの場合、後述する図１３のように、トンネル周方向に略円弧状に延びる２枚の主桁９１と、トンネル軸方向に延びて主桁９１の両端部に渡って固定される２枚の継手板９２と、トンネル外面側にて継手板９２と主桁９１とに４辺を固定される１枚のスキンプレート９３とでトンネル内空面側以外の五面を構成する鋼殻９を型枠の代わりに用いてよい。さらに、全六面を鋼殻で覆うために、コンクリート打設後にトンネル内空面側にもスキンプレート９３を固定してもよい。
【００２３】
以上のような本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
すなわち、セグメント１において、第１主筋３１と第２主筋３２とに渡りかつ一方の補強板５から他方の補強板５に向かって傾斜させてせん断補強筋４を巻回すとともに、このせん断補強筋４を互いにＸ字状となる第１および第２のせん断補強筋４１，４２で構成することで、図６および図７に示すように、補強板５間に形成されるトラス機構に対して、引張側ではせん断補強筋４が引張力を負担し、圧縮斜材側ではせん断補強筋４が主筋３の局所的な変形を拘束するようにできる。従って、トラス機構における引張側および圧縮斜材側の両方向に対してせん断補強筋４を有効に配置することができ、補強効果を十分に発揮させてセグメント１のせん断耐力を向上させることができ、大きなせん断力が作用する場合においても桁高アップやコンクリート強度アップをしなくても十分なせん断耐力を有した経済的な断面で設計することができる。従って、補強に必要なせん断補強筋４を無駄なく配置することができ、過剰に補強筋を配置をしなくてもよいことから、材料コストや加工手間、加工コストが抑制できるとともに、コンクリート２の充填性を確保することができる。
【００２４】
また、補強板５の外形寸法および主筋３の長さ寸法をセグメント１の断面寸法よりも小さくし、コンクリート２によるかぶりを設けることによって、セグメント１の第１側面１３にシール溝１５が形成され、このシール溝１５に設けたシール材６を介してリング間に隣接する他のセグメントとの隙間がシールされることで、セグメント１を組み合わせて構築したトンネル覆工の止水性を確保することができる。さらに、シール溝１５の底面と補強板５の端縁との間に所定のかぶり厚さを確保することで、補強板５の錆を防止することができ、セグメント１の耐久性を高めることができる。
【００２５】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態のセグメント１Ａを図８〜図１０に基づいて説明する。
本実施形態のセグメント１Ａは、せん断補強筋４の配筋形状が前記第１実施形態と相違するものの、その他の構成は第１実施形態と略同様である。以下、相違点について詳しく説明する。
図８〜図１０において、せん断補強筋４は、隣り合う２本ずつの第１主筋３１および第２主筋３２に巻回されるものであって、６列の主筋３のうち２本ずつ３組の第１主筋３１および第２主筋３２にそれぞれ別々のせん断補強筋４が巻回されている。これらのせん断補強筋４は、閉鎖型や非閉鎖型のループ形状のものが利用可能である。そして、せん断補強筋４は、第１実施形態と同様に、一方および他方の補強板５の中間位置かつ第１および第２の主筋３１，３２の中間位置において、Ｘ字状に交差して設けられる第１せん断補強筋４１および第２せん断補強筋４２を有して構成されている。
【００２６】
また、図８に示すように、セグメント１Ａにおいて、一方の第１側面１３側と他方の第１側面１３側には、それぞれリング間に隣接する他のセグメントと接合するためのリング間継手部材である雄継手部材７および雌継手部材８が設けられている。これらのリング間継手部材のうち、雄継手部材７は、補強板５の端部に溶接等によって固定されている。なお、リング間継手部材としては、例えば、互いに機械的に係合して接合される機械式継手が例示できるが、その他にも雄継手部材７がボルト等で構成されて雌継手部材８がスリーブ等で構成され、これらのボルトとスリーブとの間にグラウト材を注入して固化させることで互いに接合されるものであってもよい。さらに、図８の例では、雄継手部材７を補強板５に固定したが、雌継手部材８を補強板５に固定してもよいし、雄継手部材７および雌継手部材８の両方を補強板５に固定してもよい。さらに、継手部材は、補強板５に直接的に固定されるものに限らず、連結部材等を介して固定されてもよく、この場合には補強板５の平面位置からトンネル周方向にずれた位置に継手部材が設けられていてもよい。このようなリング間継手部材の雄継手部材７が補強板５に固定されているので、リング間に隣接する他のセグメントと接続する際のジャッキ反力が補強板５を介して伝達され、覆工施工時におけるジャッキ反力が確実に支持できることから、施工精度や施工効率を高めることができる。さらに、トンネル軸方向の伝達性能が確保できることから、耐震性能も高めることができる。
【００２７】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態のセグメント１Ｂを図１１、図１２に基づいて説明する。
本実施形態のセグメント１Ｂは、せん断補強筋４の配筋形状が前記第１および第２実施形態と相違するものの、その他の構成は第１および第２実施形態と略同様である。以下、相違点について詳しく説明する。
図１１、図１２において、せん断補強筋４は、各１本ずつの第１主筋３１および第２主筋３２に巻回されるものであって、６列の主筋３全ての第１主筋３１および第２主筋３２にそれぞれ別々のせん断補強筋４が巻回されている。これらのせん断補強筋４は、閉鎖型や非閉鎖型のループ形状のものの他に、両端部を曲げ加工して所定長さのフックを形成したものでもよく、この場合には両端部のフックをそれぞれ第１主筋３１および第２主筋３２に引っ掛けるようにして巻回せばよい。そして、せん断補強筋４は、第１および第２実施形態と同様に、一方および他方の補強板５の中間位置かつ第１および第２の主筋３１，３２の中間位置において、Ｘ字状に交差して設けられる第１せん断補強筋４１および第２せん断補強筋４２を有して構成されている。
【００２８】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態のセグメント１Ｃを図１３に基づいて説明する。
本実施形態のセグメント１Ｃは、トンネル周方向（θ方向）に略円弧状に延びる２枚の主桁９１と、トンネル延長方向（Ｘ方向）に延びて主桁９１の両端部に渡って固定される２枚の継手板９２と、トンネル外面側（地山側）にて主桁９１と継手板９２とに４辺を固定されるスキンプレート９３と、を有した鋼殻９によってトンネル内空面側を除く五面が覆われ、鋼殻９内部の構造が前記セグメント１，１Ａ，１Ｂと同様に構成されたコンクリート中詰め合成セグメントである。なお、セグメント１Ｃとしては、トンネル内空側にもスキンプレートを有した鋼殻９によって全六面が覆われたものであってもよい。また、補強板５は溶接等によって、スキンプレート９３および主桁９１のうち、少なくともスキンプレート９３に固着させることが好ましい。さらに、コンクリート２に作用する圧縮力および引張力を主桁９１にも負担させるために、溶接等によって補強板５を主桁９１に固着させてもよい。補強板５と少なくとも主桁９１を固着させることで、外面を覆う鋼殻９の拘束効果によってさらにせん断耐力の向上を図ることができる。
【００２９】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、シールドトンネル覆工を構成するセグメント１を例示したが、本発明の合成構造体は、セグメント１に限らず、鉄筋コンクリート部材と鋼製部材とを組み合わせて構成されるものであれば、その用途や使用部位等は特に限定されるものではない。すなわち、本発明の合成構造体は、例えば、橋脚を含む柱や橋桁を含む梁などの棒状部材であってもよいし、床版や壁等の平板部材であってもよく、さらには適宜な曲線状部材や曲面状部材であってもよい。
【００３０】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３１】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…セグメント、２…コンクリート、３…主筋、４…せん断補強筋、５…補強板、６…シール材、７…雄継手部材（リング間継手部材）、９…鋼殻、１３…第１側面、１４…第２側面、１５…シール溝、３１…第１主筋、３２…第２主筋、４１…第１せん断補強筋、４２…第２せん断補強筋、９１…主桁、９２…継手板、９３…スキンプレート、θ…主軸。
【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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