(57)【要約】【課題】鋼材の使用量が小さく低コストであると共に、薄肉、高強度であって幅広化が可能な合成セグメントを提供する。【解決手段】合成セグメント１は、トンネルの地山側と内空側の二面に設けた一対の鋼製のスキンプレート２ａ，２ｂの間にコンクリート３を充填して円弧版状に形成され、各スキンプレート２ａ，２ｂが、トンネルの軸方向における両端辺に沿って基端部を固定され、先端部を対向するスキンプレート２ａ，２ｂ側に向けて延出された円弧状の継手板（リング間継手板）４ａ，４ｂと、トンネルの周方向における両端辺に沿って基端部を固定され、先端部を対向するスキンプレート２ａ，２ｂ側に向けて延出された直線状の継手板（セグメント間継手板）と、対向するスキンプレート２ａ，２ｂ側に突き出して固定された複数のジベル６とを備えた構成とされている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの地山側と内空側の２面に設けた一対の鋼製のスキンプレートの間にコンクリートを充填して円弧版状に形成され、トンネルの周方向及び軸方向に複数連結されることにより筒状壁体を構成する合成セグメントであって、
前記各スキンプレートは、トンネルの軸方向における両端辺に沿って基端部を固定され、先端部を対向するスキンプレート側に向けて延出された円弧状のリング間継手板と、トンネルの周方向における両端辺に沿って基端部を固定され、先端部を対向するスキンプレート側に向けて延出された直線状のセグメント間継手板と、対向するスキンプレート側に突き出して固定されたジベルとを備えていることを特徴とする合成セグメント。
【請求項２】
前記リング間継手板の外面にはその円弧方向に沿ってシール溝が形成され、前記セグメント間継手板の外面にはその直線方向に沿ってシール溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の合成セグメント。
【請求項３】
前記内空側のスキンプレートの内周面に耐火層が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の合成セグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの地山側と内空側のスキンプレートの内側にコンクリートを充填して円弧版状に形成され、トンネルの周方向及び軸方向に複数連結されることにより筒状壁体を構成する合成セグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地山に掘削穴を掘削しつつ、その内面に円弧版状のセグメントを周方向および軸方向に複数連結して筒状壁体を構築することによりトンネルを形成するシールド工法において、鋼製の円弧版状枠体(鋼殻）内にコンクリートを充填して製造された合成セグメントが用いられることが、例えば、特許文献１、特許文献２によって知られている。
上記特許文献１に記載の合成セグメントは、湾曲形成された主桁板や平面状の継手板が断面視コの字形状の鋼板で形成され、これらをスキンプレートに結合して、スキンプレートの対向側に開口部を有する箱形構造の鋼殻を備えている。
また、特許文献２に記載の合成セグメントは、断面コの字形状の主桁板と継手板とスキンプレートとを結合してスキンプレートの対向側に開口部を有する円弧版状の箱形に形成されると共に、２つの主桁板間に複数の略Ｈ字状のずれ止めを配置した構成の鋼殻を備えている。
【０００３】
ところで、今後、需要の増大が予測される道路用トンネルを構築する場合、工事全体としてコストの低減が要求されており、そのために掘削機の掘削外径の縮小や掘削土量の低減、工期の短縮等が必要とされている。このような要求を実現するためには、道路トンネルの桁高さを従来より低くすることが必要であり、トンネルの壁面を構成するセグメントも薄肉で高強度のものが要求されている。
【特許文献１】特開平１１−１５９２９３号公報
【特許文献２】特開２００３−２７８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の合成セグメントは、鋼製セグメントより低コストで薄肉高強度のものを製造することができるが、主桁面と継手面の全面を鋼板で覆う構成であるため、セグメントにおける鋼材の使用量が多く、重量が大きくなって取り扱いにくいと共に、製造コストが増大する欠点がある。また、特許文献２に記載の合成セグメントは、開口部以外の周囲全てを鋼材で覆うと共に主桁板間に複数のずれ止めが配置されているので、強度は満足できても、一層、鋼材の使用量が多くなり、取扱性が悪く、コスト低減の要請に応えることが困難である。
そこで、本願の発明者らは、先行する特願２００４−２０７３５０号出願や特願２００５−６９０２０号出願によって、鋼殻を構成する外周面と内周面の対向する二辺に、それぞれ略円弧状に湾曲する略Ｌ字形状断面または四角形状断面の各一対の第一鋼材と第二鋼材を対向配置すると共に、一対の第一鋼材の両端部どうし、一対の第二鋼材の両端部どうしをそれぞれ継手部材で連結した構成として、鋼殻の鋼材の使用量を少なくし、低コストであると共に薄肉構造であっても高強度である合成セグメントを提案した。
しかし、先行する特願出願の合成セグメントでは、合成セグメントに作用する外力を外周面と内周面の外端部の二辺に配置された第一鋼材と第二鋼材によって分担して負担するものであるため、合成セグメントが幅広になった場合には、各鋼材が外力の過大な負担を余議されることとなり、高い強度が得られないおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、鋼材の使用量が小さく低コストであると共に、薄肉、高強度であって幅広化が可能な合成セグメントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明による合成セグメントは、トンネルの地山側と内空側の二面に設けた一対の鋼製のスキンプレートの間にコンクリートを充填して円弧版状に形成され、トンネルの周方向及び軸方向に複数連結されることにより筒状壁体を構成する合成セグメントであって、前記各スキンプレートが、トンネルの軸方向における両端辺に沿って外周部を固定され、内周部を対向するスキンプレート側に向けて延出された円弧状のリング間継手板と、トンネルの周方向における両端辺に沿って外端を部固定され、内端部を対向するスキンプレート側に向けて延出された直線状のセグメント間継手板と、対向するスキンプレート側に突き出して固定されたジベルとを備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、トンネルの地山側と内空側の二面に一対の鋼製のスキンプレートがそれらの対向面側にジベルを有して設けられ、各スキンプレートのトンネル軸方向における両端辺とトンネルの周方向における両端辺に沿って、それぞれリング間継手板とセグメント間継手板が固定されて設けられているので、前記各スキンプレートの全面と前記各継手板とが合成セグメントに作用する引っ張り応力に強力に対抗し、各スキンプレート間に充填されて前記ジベルと前記各継手板とにより各スキンプレートに一体化されたコンクリートが合成セグメントに作用する圧縮応力に強力に対抗する。
これにより、合成セグメントの薄肉、高強度、幅広化構造が確実に実現されると共に、主桁面と継手面の全面を覆って箱形構造とした鋼殻を備えた従来の合成セグメントと比較して使用する鋼材が少なくて済み、低コストであり、合成セグメントが軽量化されて取扱性が向上される。
【０００８】
前記合成セグメントにおいて、前記リング間継手板の外面にはその円弧方向に沿ってシール溝が形成され、前記セグメント間継手板の外面にはその直線方向に沿ってシール溝が形成されていることが好ましい。
このようにすると、前記リング間継手板とセグメント間継手板に機械加工によって正精度良くシール溝を形成することができて、シール材による合成セグメントどうしの接合面のシールと、合成セグメントが連結されてなるリングどうしの接合面のシールとを良好に行うことができる。
【０００９】
また、前記合成セグメントにおいて、前記内空側のスキンプレートの内周面に耐火層が設けられた構成とすることができる。
このにようにすると、万一、トンネル内で火災が発生した場合でも、トンネルの内空側のスキンプレートが火炎によって劣化、損傷するのを確実に抑えることができると共に、前記内空側のスキンプレートの内周面に塗装等による多重の防錆処理をしなくて済む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による合成セグメントによれば、トンネルの地山側と内空側の二面に一対の鋼製のスキンプレートがそれらの対向面側にジベルを有して設けられ、各スキンプレートのトンネル軸方向における両端辺とトンネルの周方向における両端辺に沿って、それぞれリング間継手板とセグメント間継手板が固定されて設けられた構成とされているので、前記各スキンプレートの全面と前記各継手板とが合成セグメントに作用する引っ張り応力に強力に対抗し、各スキンプレート間に充填されて前記ジベルと前記各継手板とにより各スキンプレートに一体化されたコンクリートが合成セグメントに作用する圧縮応力に強力に対抗して合成セグメントの強度を高めることができる。
これにより、合成セグメントの薄肉、高強度、幅広化構造を確実に実現するすることができると共に、従来の合成セグメントと比較して使用する鋼材が少なくて済み、低コストを図ることができでき、軽量化による取扱性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態に係る合成セグメントついて添付図面を参照して説明する。
図１〜図４は本発明の第一の実施の形態に係る合成セグメント１を示す。この合成セグメント１は、例えば、シールド工法によって大断面の道路用トンネルの内壁に構築されるトンネル覆工体を形成するものであり、薄肉の長方形状の鋼板を円弧面状に湾曲して形成された一対のスキンプレート２ａ，２ｂが、それぞれトンネルの地山側となる位置と内空側となる位置に平行に対向して配置され、かつ前記スキンプレート２ａ，２ｂの相互間にコンクリート３が充填されて略円筒周面形状（以下、「円弧版状」という）に構成されている。
【００１２】
そして、前記地山側のスキンプレート２ａにおけるトンネルの周方向に沿う二つの長辺（トンネルの軸方向における両端辺）には、それらに沿って外周部（基端部）を固定され、内周部（先端部）を対向する内空側のスキンプレート２ｂ側に向けて延出され、スキンプレート２ａの円弧に沿った円弧状の継手板（リング間継手板）４ａ，４ａが設けられている。また、前記内空側のスキンプレート２ｂにおけるトンネルの周方向に沿う二つの長辺（トンネルの軸方向における両端辺）には、それらに沿って内周部（基端部）を固定され、外周部（先端部）を対向する地山側のスキンプレート２ａ側に向けて延出され、スキンプレート２ｂの円弧に沿った円弧状の継手板（リング間継手板）４ｂ，４ｂが設けられている。
【００１３】
また、前記地山側のスキンプレート２ａにおけるトンネルの軸方向に沿う二つの短辺（トンネルの周方向における両端辺）には、それらに沿って外端部（基端部）を固定され、内端部（先端部）を対向する内空側のスキンプレート２ｂ側に向けて延出された直線状の継手板（セグメント間継手板）５ａ，５ａが設けられている。また、前記内空側のスキンプレート２ｂにおけるトンネルの軸方向に沿う二つの短辺（トンネルの周方向における両端辺）には、それらに沿って外端部（基端部）を固定され、内端部（先端部）を対向する地山側のスキンプレート２ａ側に向けて延出された直線状の継手板（セグメント間継手板）５ｂ，５ｂが設けられている。
【００１４】
そして、前記各スキンプレート２ａ，２ｂには、頭部を対向するスキンプレート側に所定長さだけ突き出して固定された複数個のジベル６が、スキンプレート２ａ，２ｂの長辺方向と短辺方向に整列して設けられている。該ジベル６を設ける個数、ピッチ間隔や配列方法は、スキンプレート２ａ，２ｂの大きさ等によって適宜に設定される。
前記ジベル６は、前記各スキンプレート２ａ，２ｂとそれらの間に充填されたコンクリートとを密着性を良くして一体化するするものであり、ボルトの雄ねじ部を各スキンプレート２ａ，２ｂに形成した有底または貫通のねじ孔に螺合して構成したもの、大径の頭部を有するピンを、スキンプレート２ａ，２ｂに設けた前記ピンの軸部より小さくした有底穴または貫通穴に圧入して構成したものや、その他の適宜の構成を有するものを採用することができる。前記ボルトを螺合するねじ孔やピンを圧入する穴がスキンプレート２ａ，２ｂを貫通している場合には、前記ボルトやピンがスキンプレート２ａの外周面、スキンプレート２ｂの内周面に突き出さないようにするのが望ましい。
【００１５】
また、前記合成セグメント１の短辺側の側面である継手面７には、前記各継手板５ａ，５ｂの対向する先端部どうしの間に位置して、トンネルの周方向に隣接するセグメントどうしを連結するためのセグメント間継手８（図３では図示を省略）が設けられ、このセグメント間継手８は中継継手部８ａとインサート継手部８ｂとを有している。また、長辺側の側面である主桁面９には、前記各継手板４ａ，４ｂの対向する先端部どうしの間に位置して、トンネルの軸方向に隣接するセグメントどうしを連結するためのリング間継手１０の雄部１０ａが複数個（図示の例では４個）設けられ、対向する主桁面９には雄部１０ａが嵌合する雌部１０ｂが設けられている。対向する各主桁面９，９には互いに嵌合するほぞ１１としてほぞ凸部１１ａとほぞ凹部１１ｂとが設けられている(図２参照）。
【００１６】
さらに、前記継手板４ａ，４ｂにおける外面（前記各主桁面９，９の外側に露出する面）には、その長手方向（スキンプレート２ａ，２ｂの長辺方向）に沿って円弧状のシール溝１２ａ，１２ｂが形成されている。同様に、前記継手板５ａ，５ｂにもその外面（前記各継手面７，７の外側に露出する面）には、その長手方向（スキンプレート２ａ，２ｂの短辺方向）に沿って前記シール溝１２ａ，１２ｂにそれぞれ連続する直線状のシール溝１３ａ，１３ｂが形成されている。これにより、各シール溝１２ａ，１３ａと各シール溝１２ｂ，１３ｂが合成セグメント１の四辺の全周に亘って形成され、それらのシール溝１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂに、シール材（図示せず）が嵌合されるようになっている。
【００１７】
また、前記リング間継手１０は、例えば、図２に示すように、プッシュグリップで構成され、雄部１０ａはピンボルト１４、袋ナット部１５、アンカー筋１６等を備え、雌部１０ｂは前記ピンボルト１４を嵌合して係止させる楔部１７、アンカー筋１８等を備えている。
また、前記各継手板４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂは例えば圧延によって製造される。即ち、鋼板を加熱圧延ロール間で挟んで繰り出すことにより、鋼板を各継手板４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂを所定厚み及び幅寸法に引き延ばす。これと同時に、前記継手板４ａ，４ｂの場合には、鋼板の継手板４ａ，４ｂの前記外面に相当する面にシール溝形成用の車輪状の圧延部材を押し当てることにより、鋼板の長さ方向に凹溝が形成されて前記シール溝１２ａ，１２ｂとされ、この鋼板を所定の曲率で湾曲させることにより、前記各継手板４ａ，４ｂが形成される。
なお、前内空側のスキンプレート２ｂの内周面には、塗装、その他による多重の防錆処理が施されている。
【００１８】
前記のように、第一の実施の形態に係る合成セグメント１は、トンネルの地山側と内空側の二面に一対の鋼製のスキンプレート２ａ，２ｂがそれらの対向面側に複数のジベル６を有して設けられ、各スキンプレート２ａ，２ｂのトンネル軸方向における両端辺とトンネルの周方向における両端辺に沿って、それぞれ継手板（リング間継手板）４ａ，４ｂと継手板（セグメント間継手板）５ａ，５ｂが固定されて設けられているので、前記各スキンプレート２ａ，２ｂの全面と前記各継手板４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂとが合成セグメント１に作用する引っ張り応力に強力に対抗し、各スキンプレート２ａ，２ｂ間に充填されて前記ジベル６と前記各継手板４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂとにより各スキンプレート２ａ，２ｂに一体化されたコンクリート３が合成セグメント１に作用する圧縮応力に強力に対抗する。
【００１９】
これにより、合成セグメント１の薄肉、高強度、幅広化構造が確実に実現されると共に、主桁面９と継手面７の全面を覆って箱形構造とした鋼殻を備えた従来の合成セグメントと比較して使用する鋼材が少なくて済み、低コストであり、合成セグメント１が軽量化されてその取扱性が向上される。
しかも、合成セグメント１の主桁面９，９において、長手方向（長辺方向）に沿う角部に、シール溝１２ａ，１２ｂを形成した外面を有する継手板４ａ，４ｂを配設したから、合成セグメント１の内外周面の角部からシール溝１２ａ，１２ｂまでの距離が短く、前記継手板４ａ，４ｂの先端部どうしの間の間隔が広くなり、前記主桁面９，９に設けるほぞ１１やリング間継手１０を相対的に大きく形成することができ、合成セグメント１を厚みの小さい薄肉版状に形成しても合成セグメント１，１どうしの連結強度を高めることができる。
【００２０】
また、前記合成セグメント１において、割れや欠けが生じやすい外周面及び内周面の四辺の角部を前記継手板４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂによって構成しているので、合成セグメント１の全体を鋼板で覆わなくても所望の強度を得ることができる。
さらに、前記各継手板４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂにシール溝１２ａ，１２ｂ、１３ａ，１３ｂをそれぞれ機械加工によって精度良く形成して、それらにシール材を設けることにより、合成セグメント１どうしの接合面のシールと、合成セグメント１を周方向に連結してなるリングどうしのシールとを良好に行え、道路用トンネル等の内側への地下水等の漏水を確実に防止することができる。
なお、前記合成セグメント１は、前記継手板４ａ，５ａと継手板４ｂ、５ｂを外周囲に固定すると共に、対向面側にジベル６を固定した各スキンプレート２ａ，２ｂを型枠の内に所定間隔をあけて設置して、前記継手板４ａ，５ａどうし、または継手板４ｂ、５ｂどうしの間において型枠に設けた充填口からコンクリートを充填することにより、繰り返し精度の良く、安価に製造することができる。
【００２１】
次に、図５は本発明の第二の実施の形態に係る合成セグメント１Ａを示す。
この第二の実施の形態に係る合成セグメント１Ａは、第一の実施の形態に係る合成セグメント１における内空側のスキンプレート２ｂの内周面に、その全面にわたって所定厚さの耐火コンクリート（耐火層）１９を固着して設けたものである。その他の構成は、前記合成セグメント１と同様であるので、同一または同様の構成部分には同一の符号を付してそれらについての説明は省略する。
前記耐火コンクリート１９は、例えば、ポリプロピレン繊維、鋼繊維等の繊維を混入した繊維入りコンクリートからなるもので、前記繊維を混入することにより、通常のコンクリートと比較して引っ張り強度が向上され、これにより熱膨張が生じても、クラック等の損傷が抑えられる。そして、前記耐火層は、前記合成セグメント１を型枠において製造する際に、内空側のスキンプレート２ｂの内周面と型枠の内面との間に前記耐火コンクリート１９を充填して形成してもよく、耐火コンクリート１９を円弧板状のパネルに形成して、これを接着剤によって前記スキンプレート２ｂの内周面に貼り付けて形成してもよい。
【００２２】
第二の実施の形態に係る合成セグメント１Ａによれば、前記合成セグメント１と同様な作用、効果が奏されるほかに、万一、トンネル内で火災が発生した場合でも、トンネルの内空側のスキンプレート２ｂが火炎によって劣化したり、熱膨張して変形、損傷するのを確実に抑えることができると共に、前記合成セグメント１Ａの内周面側に内空側のスキンプレート２ｂが露出しないので、該スキンプレート２ｂの内周面に塗装等による多重の防錆処理をしなくて済む。
なお、前記各実施の形態に係る合成セグメント１，１Ａにおいては、主桁面９，９にほぞ１１としてほぞ凸部１１ａとほぞ凹部１１ｂを配設したが、リング間継手１０だけでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第一の実施の形態による合成セグメントの斜視図である。
【図２】図１のイ−イ断面図である。
【図３】図１のロ−ロ断面図である。
【図４】図１に示す合成セグメントの鋼殻を示す斜視図である。
【図５】本発明の第二の実施の形態による合成セグメントの図２に対応する断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１，１Ａ  合成セグメント
２ａ，２ｂ  スキンプレート
３  コンクリート
４ａ，４ｂ  継手板（セグメント間継手板）
５ａ，５ｂ  継手板（リング間継手板）
６  ジベル
７  継手面
８  セグメント間継手
９  主桁面
１０  リング間継手
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ  シール溝
１９  耐火コンクリート（耐火層）
【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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