(57)【要約】【課題】スチールセグメント及び合成セグメントにおいて、剛性・強度を確保しながら、曲げ加工を容易にしてコストダウンが図れるようにする。【解決手段】主桁、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接して製作するスチールセグメントであって、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼１・２を曲げ加工して形成する。具体的には、両側及び中間の主桁を、溝形鋼１・２を曲げ加工して形成し、その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼１・２に、継手板３、縦リブ４及びスキンプレート６を溶接してスチールセグメントを製作する。また、そのスチールセグメントに、コンクリートを中詰めして合成セグメントを製作する。【選択図】図２
2012012895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主桁、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接して製作するスチールセグメントであって、
両側及び中間の主桁を、溝形鋼を曲げ加工して形成したことを特徴とするスチールセグメント。
【請求項２】
両側及び中間の主桁を、溝形鋼を曲げ加工して形成し、
その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼に、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接して製作することを特徴とするスチールセグメントの製造方法。
【請求項３】
主桁、継手板及び縦リブを溶接し、コンクリートを打設して製作する合成セグメントであって、
両側及び中間の主桁を、溝形鋼を曲げ加工して形成したことを特徴とする合成セグメント。
【請求項４】
両側及び中間の主桁を、溝形鋼を曲げ加工して形成し、
その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼に、継手板及び縦リブを溶接し、コンクリートを打設して製作することを特徴とする合成セグメントの製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載のスチールセグメントに、コンクリートを中詰めしたことを特徴とする合成セグメント。
【請求項６】
両側及び中間の主桁を、溝形鋼を曲げ加工して形成し、
その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼に、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接し、コンクリートを打設して製作することを特徴とする合成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、スチールセグメントと、その製造方法と、合成セグメントと、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネルの覆工材には、ＲＣセグメント、スチールセグメント、合成セグメントが使用条件に従って使い分けられている。
スチールセグメントは、曲げ加工・切断された鋼板を溶接によって箱状に組み立てられたものであり、下水道では径１．８ｍ〜８．３ｍまで規格化されており、道路や鉄道では重荷重作用部や特殊部に採用されている。
合成セグメントは、上記のスチールセグメントの内側にコンクリートが中詰めされたものであり、道路や鉄道トンネルの大断面に採用されている。合成セグメントの事例としては、主桁に厚い鋼板を使用した中詰め鋼製セグメント、主桁に極厚のＨ形鋼を使用したＮＭセグメント、曲げ加工した主鋼材間を束材で結び鋼材を鉄筋として評価しているＳＢＬ等が使用されている。これらは、厚肉の鋼板を曲げ加工して溶接しており、その製作費は高価なものとなる。
【０００３】
また、特許文献１において、主桁、継手板、スキンプレート、及び縦リブを有する鋼殻に、鉄筋を縦リブに交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントにおいて、両サイドの主桁の断面が、開口部をセグメント内側に有するＣ型形状の部材、具体的には溝形鋼である合成セグメントが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５１０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は、セグメントの主桁としてＨ形鋼を使用する場合、剛性・強度は高まるが、曲げ加工に限界があるため、厚肉鋼板のフランジとウェブを個別に曲げ加工してから溶接してＨ形鋼を成形することで対応しており、高価なものとなっていた。
【０００６】
また、特許文献１のように、両サイドの主桁を溝形鋼としたセグメントでは、剛性・強度が不足する。
【０００７】
本発明の課題は、スチールセグメント及び合成セグメントにおいて、剛性・強度を確保しながら、曲げ加工を容易にしてコストダウンが図れるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、主桁、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接して製作するスチールセグメントであって、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼を曲げ加工して形成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼を曲げ加工して形成し、その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼に、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接してスチールセグメントを製作する、スチールセグメントの製造方法を特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、主桁、継手板及び縦リブを溶接し、コンクリートを打設して製作する合成セグメントであって、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼を曲げ加工して形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼を曲げ加工して形成し、その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼に、継手板及び縦リブを溶接し、コンクリートを打設して合成セグメントを製作する、合成セグメントの製造方法を特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のスチールセグメントに、コンクリートを中詰めして製作した合成セグメントを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼を曲げ加工して形成し、その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼に、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接し、コンクリートを打設して合成セグメントを製作する、合成セグメントの製造方法を特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スチールセグメント及び合成セグメントにおいて、剛性・強度を確保しながら、曲げ加工を容易にしてコストダウンを達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用したセグメントリングの一実施形態の構成を示すもので、正面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図２】図１のＡセグメントの構成を示すもので、側面図（ａ）、平面図（ｂ）、及び断面図（ｃ）である。
【図３】土木学会「山岳トンネル標準示方書」による鋼製支保工に使用される鋼材（Ｈ形鋼）の緒元例を示す図表である。
【図４】土木学会「山岳トンネル標準示方書」による最小曲げ半径と曲げ抵抗の関係を示す図表で、対応する市販の溝形鋼の緒元例を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１は本発明を適用したセグメントリングの一実施形態の構成を示すもので、Ａ・Ｂ・Ｋはセグメント、１は両側の溝形鋼（主桁）、２は中間の溝形鋼（主桁）である。
【００１７】
図示のように、Ａセグメント、Ｂセグメント、Ｋセグメントは、主桁として、両側に溝形鋼１を有するとともに、中間に離間する二本の溝形鋼２を有している。
【００１８】
実施例では、主桁に、市販の溝形鋼［‐３００× ９０×１２／１６（曲げ抵抗Ｉ＝７，８７０ｃｍ4、断面係数Ｚ＝５２５ｃｍ3）の溝形鋼１・２を四本用いた、シールド径１２ｍクラスの合成セグメントにより構成される。
【００１９】
図２はＡセグメントの構成を示すもので、３は継手板、４は縦リブ、５は補強リブ、６はスキンプレート、７はセグメント間継手、８はリング間雄継手、９はリング間雌継手である。
【００２０】
すなわち、主桁として、予め曲げ加工した両側の溝形鋼１とその中間に離間する二本の溝形鋼２に対し、両端の継手板３と、縦リブ４及び補強リブ５と、スキンプレート６を溶接してスチールセグメントが製作される。
【００２１】
ここで、両側の溝形鋼１とその中間の溝形鋼２との間隔は８００ｍｍで、中間の離間する二本の溝形鋼２の間隔は２００ｍｍとなっている。
【００２２】
さらに、継手板３にはセグメント間継手７が設けられている。
また、両側の溝形鋼１の一方にはリング間雄継手８が設けられて、他方にはリング間雌継手９が設けられている。
【００２３】
なお、溝形鋼１・２間にコンクリートを打設して中詰めコンクリートを有する合成セグメントが製作される。
【００２４】
以上の溝形鋼１・２を用いるスチールセグメント及び合成セグメントの製造方法を次に説明する。
【００２５】
（製造方法１）
両側及び中間の主桁を、溝形鋼１・２を曲げ加工して形成し、
その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼１・２に、継手板３、縦リブ４、補強リブ５及びスキンプレート６を溶接して、
スチールセグメントを製作する。
【００２６】
（製造方法２）
両側及び中間の主桁を、溝形鋼１・２を曲げ加工して形成し、
その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼１・２に、継手板３、縦リブ４及び補強リブ５を溶接し、コンクリートを打設して、
合成セグメントを製作する。
【００２７】
（製造方法３）
両側及び中間の主桁を、溝形鋼１・２を曲げ加工して形成し、
その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼１・２に、継手板３、縦リブ４、補強リブ５及びスキンプレート６を溶接し、コンクリートを打設して、
合成セグメントを製作する。
【００２８】
図３は土木学会「山岳トンネル標準示方書」による鋼製支保工に使用される鋼材（Ｈ形鋼）の緒元例を示す図表である。
【００２９】
山岳トンネルにおいては、古くからＨ形鋼を曲げ加工して支保工として用いており、支保工の曲げ半径（トンネル半径）とＨ形鋼のサイズとを図３の表のように規定している（土木学会：山岳トンネル標準示方書より）。
【００３０】
図３の表からＨ形鋼の曲げ半径として、
Ｈ‐１５０×１５０×７×１０    では、最小半径２．０ｍ
Ｈ‐１７５×１７５×７．５×１１では、最小半径３．４ｍ
Ｈ‐２００×２００×８×１２    では、最小半径４．２ｍ
Ｈ‐２５０×２５０×９×１４    では、最小半径５．５ｍ
が分かる。
【００３１】
図４は土木学会「山岳トンネル標準示方書」による最小曲げ半径と曲げ抵抗の関係を示す図表で、対応する市販の溝形鋼の緒元例を示したものである。
【００３２】
鋼材の曲げ抵抗は、断面二次モーメント（Ｉｘ）に比例することより、図４の表から市販されている溝形鋼の曲げ半径を次のように評価できる。
【００３３】
［‐２００×９０×８／１３．５  では、最小半径３．０ｍ
［‐２５０×９０×１１／１４．５では、最小半径４．２ｍ
［‐３００×９０×１２／１６    では、最小半径５．０ｍ
【００３４】
従って、トンネル径に対応した市販の溝形鋼を曲げ加工することで、厚肉の鋼板を曲げ加工・溶接する場合と比較して半額以下となり、安価に主桁構造を構成することが出来る。
【００３５】
（実施例１）
市販されている溝形鋼を曲げ加工した円弧状の部材を主桁とし、継手板や縦リブ、スキンプレートと溶接・組立することで、スチールセグメントを製作する。
【００３６】
（実施例２）
市販されている溝形鋼を曲げ加工した円弧状の部材を主桁とし、継手板や縦リブで溶接・組立したものにコンクリートを打設し、合成セグメントを製作する。
【００３７】
（実施例３）
実施例１で構成されるスチールセグメントにコンクリートを中詰めすることで、五面鋼殻の合成セグメントを製作する。
【００３８】
（実施例のセグメントの特長）
１．主桁の鋼材を主構造とするが、場合によっては中詰めコンクリートも構造部材として評価することもできる。
２．セグメント単体の強度は、セグメント幅の調整や主桁を内側に増設することで容易に対応できる。
３．リング間が溝形鋼ウェブの平坦な面で形成されることになり、ピース問も継手板等で平坦に形成できるので、止水溝や継手金具の設置は従来の技術で対応できる。
４．溝形鋼の曲げ加工でフランジに１〜２ｍｍのソリが生じる可能性があるが、そのままの断面形状とすることで、余分な修正加工は行わない。すなわち、セグメント組立においては、セグメント同士の接合面の仕上がり精度が良好であれば特に問題にはならない。
【００３９】
以上、実施形態のスチールセグメント及び合成セグメントによれば、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼１・２を曲げ加工して形成することで、剛性・強度を確保しながら、曲げ加工を容易にして、Ｈ形鋼と比較して大幅なコストダウンを達成できる。
【００４０】
なお、以上の実施形態においては、中間の溝形鋼を二本としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、中間の溝形鋼は一本または三本以上であっても良い。
また、各部の寸法・形状等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ  セグメント
Ｂ  セグメント
Ｋ  セグメント
１  両側の溝形鋼（主桁）
２  中間の溝形鋼（主桁）
３  継手板
４  縦リブ
５  補強リブ
６  スキンプレート
７  セグメント間継手
８  リング間雄継手
９  リング間雌継手
【図１】
2012012895.tif 000003
【図２】
2012012895.tif 000004
【図３】
2012012895.tif 000005
【図４】
2012012895.tif 000006