(57)【要約】【課題】トンネル軸方向のセグメント幅を長くしても、トンネル軸方向のセグメント間を連結する継手又はその周辺のコンクリートにかかる応力や、施工時にシールドジャッキから受ける曲げモーメントに対して優れた剛性を有するシールド覆工用のセグメント、シールド覆工体及びシールド覆工体の組み立て方法を提供する。【解決手段】シールド覆工用のセグメント１は、セグメント１のトンネル軸方向の両端部間を貫通する鋼管１０と、鋼管１０の端部に設けられ、トンネル軸方向に隣接するセグメント１の鋼管１０を連結するための継手１２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド覆工用のセグメントであって、
前記セグメントのトンネル軸方向の両端部間を貫通する剛性部材と、
前記剛性部材の端部に設けられ、トンネル軸方向に隣接する前記セグメントの剛性部材を連結するための継手構造とを備えることを特徴とするシールド覆工用のセグメント。
【請求項２】
前記剛性部材は、鋼材であることを特徴とする請求項１記載のシールド覆工用のセグメント。
【請求項３】
鋼繊維が混入されたコンクリートを基材として構成されていることを特徴とする請求項１記載のシールド覆工用のセグメント。
【請求項４】
前記セグメントのトンネル周方向の端部には、トンネル周方向に隣接する前記セグメントと嵌合可能なほぞ構造が設けられていることを特徴とする請求項１記載のシールド覆工用のセグメント。
【請求項５】
請求項１〜４に記載のセグメントを用いたシールド覆工体であって、トンネル軸方向に隣接するセグメントの前記剛性部材同士が前記継手構造により連結されていることを特徴とするシールド覆工体。
【請求項６】
前記セグメントは、トンネル周方向の接合部の位置が、トンネル軸方向に隣接するセグメントにおけるトンネル周方向の接合部の位置と異なるような千鳥配置とされており、各セグメントの剛性部材は、前記セグメントが前記千鳥配置された状態でトンネル軸方向に隣接するセグメントの剛性部材と同一直線上に配置されるように設けられていることを特徴とする請求項５記載のシールド覆工体。
【請求項７】
請求項１〜４に記載のセグメントを用いたシールド覆工体の構築方法であって、トンネル軸方向に隣接するセグメントの前記剛性部材同士を前記継手構造により連結することを特徴とするシールド覆工体の構築方法。
【請求項８】
前記セグメントを、トンネル周方向の接合部の位置が、トンネル軸方向に隣接するセグメントにおけるトンネル周方向の接合部の位置と異なるような千鳥状に配置するとともに、各セグメントの剛性部材を、前記セグメントが前記千鳥配置された状態でトンネル軸方向に隣接するセグメントの剛性部材と同一直線上になるように配置することを特徴とする請求項７記載のシールド覆工体の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削後の掘削孔を補強保持するシールド覆工用のセグメント、シールド覆工体及びシールド覆工体の構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の一般的なセグメント構造を示す。セグメント６０は、コンクリート６４を基材として、トンネル周方向に配設される主筋６６と、トンネル軸方向に配設される配力筋６８と、外側と内側の主筋６６を結束するせん断補強筋７０と、トンネル軸方向に隣接するセグメントと連結するための継手７２と、継手７２をコンクリート６４に固定支持するアンカー筋７４とを備えている。
【０００３】
このようなセグメント構造のうち、継手７２の構成として、例えば、特許文献１又は２に開示されるものが知られている。  
すなわち、特許文献１には、２枚のかぎ状の板ばねからなる機械式の雄部材と、その雄部材と係合する雌部材とからなる継手が提案されている。また、特許文献２には、紡錘状に膨らんだ胴部を有する雄部材と、その雄部材と容易に嵌合し、嵌合後は固定支持され、嵌合された雄部材と外れないような形状を有する雌部材とからなる継手が提案されている。
【０００４】
これら特許文献１及び２による継手は、いずれもシールド覆工用のセグメントの連結作業を簡便化し、組み立て後、シールド覆工体全体の構造剛性を向上するものである。
【特許文献１】特開平１１−２２３０９４号公報
【特許文献２】特開２００４−１９３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シールド覆工体を構成するセグメントの設置作業を効率化するべく、セグメントの設置回数を少なくすることが望ましく、そのために、トンネル軸方向のセグメント幅を長くすることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１又は２に記載されるように、継手をセグメントに固定し、この継手でセグメントを連結する構成では、セグメント幅を長くすると、セグメントのトンネル周方向の外周面にかかる地盤や地下水などによる荷重も大きくなり、セグメント間を固定支持する継手にかかる荷重負荷も増大するため、これに伴って継手やその周辺のコンクリートに応力が集中してしまう。さらに、セグメントのトンネル周方向の外周面にかかる荷重が大きくなると、セグメントの構造を強化するために鉄筋量の増加やコンクリート厚を厚くする必要がある。このため、鉄筋量の増加によりセグメントの製造コストが高くなったり、コンクリート厚が厚くなることによりトンネルの切羽径も大きくなるため、掘削量の増大を招き、逆に作業効率が悪くなったりするおそれがある。
【０００７】
さらに、セグメントは、供用時に地盤や地下水から荷重を受けるだけでなく、施工時にも、例えば、トンネルを掘削するシールド機に備えるシールドジャッキなどから荷重を受ける。シールド機は、トンネル軸方向のセグメント端部に、シールド機に備えるシールドジャッキを複数当接して、このジャッキを伸長することにより、セグメントに反力をとって切羽面を掘進する。この時、ジャッキからセグメントにかかる荷重が不均一になって、セグメントにトンネル軸方向を屈曲するような曲げモーメントが生じることがあり、この曲げモーメントがセグメントの曲げ剛性を超える場合、セグメントが損傷し、場合によっては座屈してしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、トンネル軸方向のセグメント幅を長くしても、トンネル軸方向のセグメント間を連結する継手又はその周辺のコンクリートにかかる応力や、施工時にシールドジャッキから受ける曲げモーメントに対して優れた剛性を有するシールド覆工用のセグメント、シールド覆工体及びシールド覆工体の組み立て方法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】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明は、シールド覆工用のセグメントであって、
前記セグメントのトンネル軸方向の両端部間を貫通する剛性部材と、
前記剛性部材の端部に設けられ、トンネル軸方向に隣接する前記セグメントの剛性部材を連結するための継手構造とを備えることを特徴とする（第１の発明）。
【００１０】
本発明によるシールド覆工用のセグメントによれば、トンネル軸方向の両端部間を貫通するように設けられた剛性部材が、その両端に設けられる継手によって、隣接するセグメントの剛性部材と連結されて、各セグメント間を跨って一体化され、シールド覆工体全体を連なって補強する剛性部材となる。これにより、トンネル軸方向に隣接するセグメント間に大きなせん断応力や曲げ応力などが生じた際でも、その応力が、継手やその周辺のコンクリートに集中することなく、連結された全ての剛性部材を伝播し、シールド覆工体全体に分散させることができる。この結果、トンネル軸方向のセグメント幅を長くすることができ、セグメントの設置作業の効率化が図れる。
【００１１】
また、本発明によるシールド覆工用のセグメントによれば、セグメント内にトンネル軸方向の剛性部材が設けられることで、個々のセグメント自体についても、トンネル軸方向の剛性が向上する。これにより、セグメントのコンクリート厚を薄く設計できるため、トンネル切羽径を最小限に抑えることができ、掘削量が低減することから施工期間を短縮化できる。また、コンクリート厚が薄くなると、セグメントの自重も軽くなるため、施工時のセグメント設置用設備であるエレクターにかかるセグメントの重量負荷も少なく済むために、エレクターを小型化できる。さらに、セグメントの製作にあたり、コンクリート量も削減できるので、製作コストを軽減できる。
【００１２】
また、本発明によるシールド覆工用のセグメントによれば、剛性部材は、セグメントの剛性を向上させるだけでなく、継手を固定支持する機能をもつ。これにより、継手にアンカー筋を設ける必要がなく、セグメントの軽量化及び製造コストの軽減に寄与できる。
【００１３】
また、本発明によるシールド覆工用のセグメントによれば、セグメント内にトンネル軸方向の剛性部材が設けられることで、セグメントのトンネル軸方向にかかる曲げモーメントに対する耐荷重性も向上し、シールドジャッキなどの荷重によるセグメントの損傷、ひいては座屈を抑制できる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記剛性部材は、鋼材であることを特徴とする。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明において、鋼繊維が混入されたコンクリートを基材として構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によるシールド覆工用のセグメントによれば、鋼繊維が混入されたコンクリートを基材に用いることで、セグメント全体の強度及び靭性が向上する。すなわち、セグメントの厚さをさらに薄く、また、トンネル軸方向のセグメント幅をさらに長くできる。また、鋼繊維が混入されたコンクリートを基材に用いることで、セグメント内に配設されている配力筋を設ける必要がないため、セグメント内の鉄筋構造が簡素化し、セグメントの製造過程で、コンクリートを隙間なく打設し易くなるため、良質のコンクリート構造物が製造できる。
【００１７】
第４の発明は、第１の発明において、前記セグメントのトンネル周方向の端部には、トンネル周方向に隣接する前記セグメントと嵌合可能なほぞ構造が設けられていることを特徴とする。  
本発明によるシールド覆工用のセグメントによれば、トンネル周方向にかかるせん断応力によるセグメント間のずれを抑制できる。また、トンネル周方向には継手構造を要しないので、セグメントの軽量化及び製作コストの軽減に寄与できる。
【００１８】
第５の発明は、第１〜４の発明に記載のセグメントを用いたシールド覆工体であって、トンネル軸方向に隣接するセグメントの前記剛性部材同士が前記継手構造により連結されていることを特徴とする。
【００１９】
第６の発明は、第５の発明において、前記セグメントは、トンネル周方向の接合部の位置が、トンネル軸方向に隣接するセグメントにおけるトンネル周方向の接合部の位置と異なるような千鳥配置とされており、各セグメントの剛性部材は、前記セグメントが前記千鳥配置された状態でトンネル軸方向に隣接するセグメントの剛性部材と同一直線上に配置されるように設けられていることを特徴とする。  
本発明によるシールド覆工体によれば、セグメントの組立を千鳥組配置にすることによって、構造的脆弱部に相当するセグメントのトンネル周方向の接合部に荷重がかかっても、その荷重は、そのセグメントとトンネル軸方向に隣接するセグメントによって固定及び支持される構造となるために、シールド覆工体のトンネル周方向の剛性を均一化できる。
【００２０】
第７の発明は、第１〜４の発明に記載のセグメントを用いたシールド覆工体の構築方法であって、トンネル軸方向に隣接するセグメントの前記剛性部材同士を前記継手構造により連結することを特徴とする。
【００２１】
第８の発明は、第７の発明において、前記セグメントを、トンネル周方向の接合部の位置が、トンネル軸方向に隣接するセグメントにおけるトンネル周方向の接合部の位置と異なるような千鳥状に配置するとともに、各セグメントの剛性部材を、前記セグメントが前記千鳥配置された状態でトンネル軸方向に隣接するセグメントの剛性部材と同一直線上になるように配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、トンネル軸方向のセグメント幅を長くしても、トンネル軸方向のセグメント間を連結する継手又はその周辺のコンクリートにかかる応力や、施工時にシールドジャッキから受ける曲げモーメントに対して優れた剛性を有するシールド覆工用のセグメント、シールド覆工体及びシールド覆工体の組み立て方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。  
図１は、本実施形態に係るセグメント１の構造の一例であり、(a)にその構造の横断面図を、(b)に(a)のＡ−Ａ線に沿う展開図を示す。また、図２は、セグメント１を組み立てることにより構築されたシールド覆工体２２の一例を示す斜視図である。
【００２４】
図１に示すように、セグメント１は、セグメント１内に、トンネル軸方向の両端部間を貫通する鋼管１０を備え、鋼管１０はその端部に、トンネル軸方向に隣接するセグメント１の鋼管１０を連結するための継手１２を有する。また、セグメント１内には、主筋１４とせん断補強筋１６とが配設される。そして、セグメントを構成するコンクリート基材として好ましくは、鋼繊維を混入した鋼繊維混入コンクリート１８を使用する。さらにセグメント１のトンネル周方向の端部は、好ましくは、周方向に隣接するセグメント１と嵌合可能なほぞ構造２０を有する。
【００２５】
鋼管１０は、セグメント１をトンネル周方向に円環状に接合してなるセグメントリングを形成した時に、周方向に沿って等間隔となるように配設される。例えば、図２では、円周に沿って等間隔に１６個の鋼管１０を設けている。なお、大きさが異なるセグメント１によってセグメントリングが形成される場合には、例えば同図のように、小さなセグメント１内では鋼管１０が１個、大きなセグメント１内では３個配設されるなどと、そのセグメント大きさによって配分される鋼管１０の数が異なる。
【００２６】
これらセグメント１は、例えば、セグメント設置用設備であるエレクター（図示しない）などを用いて所定の位置に移動され、トンネル軸方向には隣接するセグメント同士の鋼管１０の端部を継手１２で連結し、また、トンネル周方向には隣接するセグメント同士のほぞ構造２０を嵌め込むことで設置される。
【００２７】
この時のセグメント１の設置位置は、セグメントリングを形成した時に、セグメントリングを形成するセグメント１のトンネル周方向の接合部の位置が、トンネル軸方向に隣接するセグメントにおけるトンネル周方向の接合部の位置と異なるような千鳥配置であることが好ましい。例えば、図２に示すように、セグメントリング２４ａのトンネル周方向のセグメント間の接合部ａと、セグメントリング２４ａとトンネル軸方向に隣接するセグメントリング２４ｂのトンネル周方向のセグメント間の接合部ｂとが、同一直線上とならないように配置する。なお、上述のように、鋼管１０を、セグメントリングの円周に沿って等間隔となるように配設しているので、セグメント１が千鳥状に設置されても、トンネル軸方向に隣接するセグメント１同士の夫々の鋼管１０が同一直線上に配置されるため、継手１２によって連結できる。これにより、鋼管１０は各セグメント１に跨って一体化され、シールド覆工体２２を連なって補強する剛性部材となる。
【００２８】
このようなセグメント１の設置作業をトンネル周方向に繰り返し行うことによって、セグメントリングを形成し、このセグメントリングをトンネル軸方向に延伸するよう設置することによって、シールド覆工体２２を構築していく。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によるセグメント１によれば、トンネル軸方向の両端部間を貫通するように設けられた鋼管１０が、その両端に設けられる継手１２によって、隣接するセグメントの鋼管１０の継手１２と連結されて、各セグメント１間を跨って一体化され、シールド覆工体２２全体を連なって補強する剛性部材となる。これにより、トンネル軸方向に隣接するセグメント１間に大きなせん断応力や曲げ応力などが生じた際でも、その応力は、継手１２及びその周辺部に集中することなく、連結された全ての鋼管１０を伝播し、シールド覆工体２２全体に分散させることができる。この結果、トンネル軸方向のセグメント幅を長くでき、セグメント１の設置作業の効率化が図れる。
【００３０】
また、本実施形態によるセグメント１によれば、セグメント１内にトンネル軸方向の鋼管１０が設けられることで、個々のセグメント１においても、トンネル軸方向の剛性が向上する。これにより、セグメント１のコンクリート厚を薄く設計できるため、トンネル切羽径を最小限に抑えることができ、掘削量が低減することから施工期間を短縮できる。また、コンクリート厚が薄くなることにより、セグメント１の自重も低減できる。このため、施工時のセグメント設置用設備であるエレクターにかかるセグメントの荷重負荷も少なく済むので、エレクターに小型化に寄与できる。さらに、セグメント１の製作にあたり、コンクリート量も削減できるので、製作コストを軽減できる。
【００３１】
また、本実施形態によるセグメント１によれば、鋼管１０は、セグメント１の剛性を向上させるだけでなく、継手１２を固定支持する機能をもつ。これにより、図６に示すようなアンカー筋７４を設ける必要がなく、セグメントの軽量化及び製造コストの軽減に寄与できる。
【００３２】
また、本実施形態によるセグメント１によれば、例えば、トンネルを掘削するシールド機に備えるシールドジャッキから、セグメント１におけるトンネル軸方向の端部に、不均一な荷重がかかっても、セグメント１内にトンネル軸方向の鋼管１０が設けられることで、曲げモーメントに対する耐荷重性も向上し、セグメント１の損傷、ひいては座屈を抑制できる。
【００３３】
また、本実施形態によるセグメント１によれば、コンクリート基材に鋼繊維混入コンクリート１８を用いることにより、セグメント１全体の強度及び靭性が向上する。すなわち、セグメント１の厚さをさらに薄く、また、トンネル軸方向のセグメント幅をさらに長くできる。また、鋼繊維混入コンクリート１８を用いることで、セグメント１内に図６に示すような配力筋６８を設ける必要がない。これにより、セグメント１内の鉄筋構造が簡素化し、セグメント１の製造過程で、コンクリートを隙間なく打設し易くなるため、良質なコンクリート構造物が製造できる。
【００３４】
また、本実施形態によるセグメント１によれば、セグメント１のトンネル周方向の端部に、周方向に隣接するセグメント１と嵌合可能なほぞ構造２０を有することにより、トンネル周方向にかかるせん断応力によるセグメント１間のずれを抑制できる。また、トンネル周方向には継手構造を要しないので、セグメント１の軽量化及び製作コストの軽減に寄与できる。
【００３５】
また、本実施形態によるシールド覆工体２２によれば、セグメント１の組立を千鳥組配置にすることによって、構造的に脆弱部に相当するセグメント１のトンネル周方向の接合部（例えば、接合部ａ又はｂ）に荷重がかかっても、その荷重は、そのセグメント１とトンネル軸方向に隣接する２つのセグメントによって固定及び支持される構造となるために、シールド覆工体２２のトンネル周方向の剛性を均一化できる。
【００３６】
なお、本実施形態によるトンネル軸方向に隣接するセグメント１同士を連結する継手１２としては、例えば、図３〜図５に示すように、雄部材を雌部材に挿入する構成のものを用いることができる。
【００３７】
図３は、アンカー方式の継手構造例を示す縦断面図である。このアンカー式の継手構造は、金属管からなる雄部材３０を雌部材３２に挿入する構成である。雌部材３２は、雄部材３０の挿入口となる挿入孔３２ａと、挿入孔３２ａの奥部に設けられ、奥にいくほど拡径する環状のガイド孔を有するガイド部材３２ｂとを備え、挿入孔３２ａに挿入された雄部材３０がさらに奥部ガイド部材のガイド孔に沿って挿入される過程で拡径変形することで、雄部材３０が雌部材３２から外れることが防止される。
【００３８】
また、図４は、機械方式の継手構造例を示す縦断面図である。この機械式の継手構造では、雄部材４０が金属管４０ａと、この金属管４０ａの先端外周部に設けられ、内側へ収納可能な複数の羽根板４０ｂとから構成され、一方、雌部材４２は、雄部材４０の挿入口となる挿入孔４２ａと、この挿入孔４２ａの奥部に設けられた係合部４２ｂとにより構成される。そして、雄部材４０が雌部材４２の挿入孔４２ａを通過する過程では羽根板４０ｂが内側へ収納され、挿入孔４２ａを通過すると羽根板４０ｂが外側へ開いて、羽根板４０ｂと係合部４２ｂとが係合することにより、雄部材４０が雌部材４２から外れることが防止される。
【００３９】
また、図５は、圧入方式の継手構造例を示す縦断面図である。この圧入式の継手構造は、雄部材５０が、セグメント１の端部からその一部が突き出るように突設された鋼管１０からなり、雌部材５２が、雄部材５０の挿入口となる挿入ガイド部５２ａと、弾性を有する筒体５２ｃが外周に設けられ、雄部材５０の外径よりも内径が小さく加工された狭小部５２ｂとからなる。すなわち、雄部材５０は、雌部材５２の挿入ガイド部５２ａを通り案内され、その後、狭小部５２ｂを押し広げながら挿着される。したがって、雄部材５０と、変形した鋼管１０の狭小部５２ｂとの間の摩擦により、雄部材５０が雌部材５２から外れることが防止される。
【００４０】
以上、これらの継手構造によれば、連結後、セグメント１の連結が外れない構造を有するので、トンネル軸方向に引っ張り応力が生じた場合にも、セグメント同士が外れない。また、連結に際してボルトやナットなどを用いる必要もなく、例えば、シールドジャッキによる反力を利用してセグメント１同士を連結することも可能であるため、施工作業の効率化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態に係るセグメントの構造の一例であり、(a)はその構造の横断面図であり、(b)は(a)のＡ−Ａ線に沿う展開図である。
【図２】本実施形態に係るセグメントを組み立てることにより構築されたシールド覆工体の一例を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係るアンカー方式の継手構造例を示す縦断面図である。
【図４】本実施形態に係る機械方式の継手構造例を示す縦断面図である。
【図５】本実施形態に係る圧入方式の継手構造例を示す縦断面図である。
【図６】従来の一般的なセグメント構造の一例であり、(a)はその構造の横断面図であり、(b)は(a)のＢ−Ｂ線に沿う展開図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  セグメント
１０  鋼管
１２  継手
１８  鋼繊維混入コンクリート
２０  ほぞ構造
２２  シールド覆工体
２４ａ、２４ｂ  セグメントリング
ａ、ｂ  接合部
【図１】
2007224570.tif 000003
【図２】
2007224570.tif 000004
【図３】
2007224570.tif 000005
【図４】
2007224570.tif 000006
【図５】
2007224570.tif 000007
【図６】
2007224570.tif 000008