(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの周方向に沿って設置された主桁板と、トンネルの軸方向に沿って設置された継手板と、当該主桁板および継手板の地山側に設置された背板とからなる鋼殻内に複数の主補強材とせん断補強材を設置し、かつコンクリートを充填してなる合成セグメントにおいて、前記主補強材は前記トンネルの周方向に沿って設置され、当該主補強材の端部は前記継手板に、当該主補強材の端部と前記継手板の内側部にそれぞれ形成された係合部と定着部とを係合して定着され、前記係合部と前記定着部はそれぞれ断面略Ｔ字状と断面略リップ溝状に形成されてなることを特徴とする合成セグメント。
【請求項２】
トンネルの周方向に沿って設置された主桁板と、トンネルの軸方向に  沿って設置された継手板と、当該主桁板および継手板の地山側に設置された背板とからなる鋼殻内に複数の主補強材とせん断補強材を設置し、かつコンクリートを充填してなる合成セグメントにおいて、前記主補強材は前記トンネルの周方向に沿って設置され、当該主補強材の端部は前記継手板に、当該主補強材の端部と前記継手板の内側部にそれぞれ形成された係合部と定着部とを係合して定着され、前記係合部と前記定着部はそれぞれＬ字状と筒状に形成されてなることを特徴とする合成セグメント。
【請求項３】
トンネルの周方向に沿って設置された主桁板と、トンネルの軸方向に沿って設置された継手板と、当該主桁板および継手板の地山側に設置された背板とからなる鋼殻内に複数の主補強材とせん断補強材を設置し、かつコンクリートを充填してなる合成セグメントにおいて、前記主補強材は前記トンネルの周方向に沿って設置され、当該主補強材の端部は前記継手板に、当該主補強材の端部と前記継手板の内側部にそれぞれ形成された係合部と定着部とを係合して定着され、前記係合部と前記定着部はそれぞれＬ字状とリング状に形成されてなることを特徴とする合成セグメント。
【請求項４】
主補強材は、鉄筋、異形鉄筋、孔開き鋼板、縞付き鋼板、菱目突起付き鋼板から形成されてなることを特徴とする請求項１記載の合成セグメント。
【請求項５】
主補強材は、鉄筋、異形鉄筋から形成されてなることを特徴とする請求項２または３記載の合成セグメント。
【請求項６】
主補強材は、トラス梁状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の合成セグメント。
【請求項７】
主桁板、継手板および／または背板の内側面にリブが多数突設してあることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の合成セグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋼製セグメント、鋳鉄製セグメント、さらには球状黒鉛鋳鉄製セグメント（ダクタイルセグメント）も含む鋳鋼製セグメントなどのメタル系セグメント（以下、「鋼殻」という）とその中に充填されたコンクリートとからなる一体構造の合成セグメントに関し、特にトンネルの内周面を平滑に施工できて共同溝や下水道幹線、さらには地下河川などとして利用されるトンネルの覆工材として広く利用できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、トンネルの地山を覆工するセグメントとしては、ＲＣセグメントの他に例えば図１２に図示するような合成セグメントが知られている。
【０００３】
この種の合成セグメントにおいては、トンネルの軸方向の両側部と周方向の両端部をそれぞれ形成する主桁板３０と継手板３１をトンネルの周方向と軸方向に沿ってそれぞれ設置し、またその地山側にスキンプレート３２を設置することにより、鋼殻３３がトンネルの周方向に沿って所定の曲率で弧状に湾曲する箱状に形成されている。また、必要に応じて内側に複数の補強リブ３４が取り付けられている。そして、こうして形成された鋼殻３３内にコンクリート３５が充填されている。
【０００４】
ところで、最近では、地下鉄のトンネル用としてだけでなく、共同溝や下水道幹線、さらには地下河川などとして利用されるトンネル用の覆工材としても、セグメントが広く使用され、特に下水道幹線や地下河川として利用されるトンネルの覆工には、トンネルの内周面を平滑に施工できる等の理由から、上述するような鋼材部分とコンクリート部分が一体構造をなす合成セグメントが広く使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この種の合成セグメントでは、鋼殻３３の表面が平滑でコンクリート３５の付着力が期待できないため、鋼殻３３とコンクリート３５との一体化構造がきわめて困難であった。
【０００６】
このため、コンクリート３５は単にシールド覆工体の内面を平滑にし、シールドの推進ジャッキの反力受け等としてのみ利用できる程度で、シールド覆工体の構造材としては評価できず、きわめて不経済であった。
【０００７】
また、コンクリート３５をシールド覆工体の構造材として評価できないことから、主桁板３０や継手板３１などの部材断面を相当大きくする必要があるため、セグメントの大型化が免れないだけでなく、鋼材使用量が大幅に増えてセグメントの製作コストが大幅に嵩む等の課題があった。
【０００８】
この発明は以上の課題を解決するためになされたもので、特にコンクリート部分も鋼材部分と同様にシールド覆工体の構造材として評価できるようにすることで、鋼材使用量の低減などによる経済性を高めた合成セグメントを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の合成セグメントは、トンネルの周方向に沿って設置された主桁板と、トンネルの軸方向に沿って設置された継手板と、当該主桁板および継手板の地山側に設置された背板とからなる鋼殻内に複数の主補強材とせん断補強材を設置し、かつコンクリートを充填してなる合成セグメントにおいて、前記主補強材は前記トンネルの周方向に沿って設置され、当該主補強材の端部は前記継手板に、当該主補強材の端部と前記継手板の内側部にそれぞれ形成された係合部と定着部とを係合して定着され、前記係合部と定着部はそれぞれ断面略Ｔ字状と断面略リップ溝状に形成されてなることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２記載の合成セグメントは、トンネルの周方向に沿って設置された主桁板と、トンネルの軸方向に沿って設置された継手板と、当該主桁板および継手板の地山側に設置された背板とからなる鋼殻内に複数の主補強材とせん断補強材を設置し、かつコンクリートを充填してなる合成セグメントにおいて、前記主補強材は前記トンネルの周方向に沿って設置され、当該主補強材の端部は前記継手板に、当該主補強材の端部と前記継手板の内側部にそれぞれ形成された係合部と定着部とを係合して定着され、前記係合部と定着部はそれぞれＬ字状と筒状に形成されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３記載の合成セグメントは、トンネルの周方向に沿って設置された主桁板と、トンネルの軸方向に沿って設置された継手板と、当該主桁板および継手板の地山側に設置された背板とからなる鋼殻内に複数の主補強材とせん断補強材を設置し、かつコンクリートを充填してなる合成セグメントにおいて、前記主補強材は、前記トンネルの周方向に沿って設置され、当該主補強材の端部は前記継手板に、当該主補強材の端部と前記継手板の内側部にそれぞれ形成された係合部と定着部とを係合して定着され、前記係合部と前記定着部はそれぞれＬ字状とリング状に形成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４記載の合成セグメントは、請求項１記載の合成セグメントにおいて、主補強材は、鉄筋、異形鉄筋、孔開き鋼板、縞付き鋼板、菱目突起付き鋼板から形成されてなることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５記載の合成セグメントは、請求項２または３記載の合成セグメントにおいて、主補強材は、鉄筋、異形鉄筋から形成されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６記載の合成セグメントは、請求項１記載の合成セグメントにおいて、主補強材は、トラス梁状に形成されてなることを特徴とするものである。
請求項７記載の合成セグメントは、請求項１〜６のいずれかに記載の合成セグメントにおいて、主桁板、継手板および／または背板の内側面にリブが多数突設してあることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明において、鋼殻は原則として、鋳鉄製または球状黒鉛鋳鉄製をも含む鋳鋼製で、主桁板と継手板と背板は鋳造により一体的に形成されているが、鋼製の場合は主桁板と継手板と背板をそれぞれ別々に形成し、後から連結する組み立て式も考えられる。
【００１６】
また、鋼殻内には主補強材とせん断補強材の両方が設置されているが、せん断補強材を省略して主補強材のみが設置される場合もある。また、主補強材とせん断補強材はともに鉄筋、異形鉄筋、孔開き鋼板、縞付き鋼板、菱目突起付き鋼板などで形成され、特に主補強材の例としては、例えば上弦材と下弦材とからなるもの、上弦材と下弦材とこの二部材間に設置された複数の斜材とからトラス梁状に形成されているもの、さらには軸方向に複数に分割され、かつ互いが連結されて１本の主補強材として形成されているもの等がある。
【００１７】
また、係合部と定着部との係合手段としては、さらにフックとフック受けとによる引っ掛け方式などが考えられる。また、主桁板、継手板および背板の内側にその全面にわたってリブが多数突設されていてもよい。
【００１８】
リブとしては、縦縞状に突出するものの他にエンボス状に突出するものでもよい。また、リブは必ずしも主桁板、継手板および背板の全てに突設されている必要はなく、例えば主桁板、継手板または背板のいずれか、または複数の部材に突設されていてもよい。
【００１９】
背板は波板状（コルゲート状）に形成されていてもよい。背板が波板状に形成されていることで、主桁板がセグメントの両側部と中央部に設置される。また、せん断補強材として継手板の軸方向に連続する補強リブが、主桁板の軸方向に所定間隔おきに設置されてもよい。
【００２０】
さらに、継手板２の内側部には、後述する主補強材４の端部が定着される定着部５が、主桁板１と背板３とのコーナ部には、後述するせん断補強材６の端部が定着される定着部７がそれぞれ突設されている。
【００２１】
こうしてトンネルの地山に沿って所定の曲率で弧状に湾曲する鋼殻８が形成されている。そして、この鋼殻８内に複数の主補強材４とせん断補強材６がそれぞれ設置され、さらにコンクリート９が充填されて鋼殻８とコンクリート９と主補強材４とせん断補強材６とが一体をなす合成セグメントが形成されている。
【００２２】
主桁板１、継手板２および背板３の各内側面、すなわち鋼殻８の内側面には鋼殻８とコンクリート９との完全な一体化を図るために、リブ１０が各部材の全面にわたって多数突設されている。
【００２３】
この場合のリブ１０としては、図示するような縦縞状のリブが考えられるが、必ずしもこのような形状に限られるものではなく、リブの代わりにエンボス状の突起が多数突設されていてもよい。
【００２４】
また、主桁板１の外側にはトンネルの軸方向に隣接する鋼殻８どうしを接合するためのリング継手１１が、継手板２の外側にはトンネルの周方向に隣接する鋼殻８どうしを接合するためのセグメント継手１２がそれぞれ形成されている。
【００２５】
さらに、主桁板１および継手板２の外側には隣接する鋼殻８，８間の隙間を塞いで、この間の止水を図るためのシール部材１３がこれらの軸方向に連続して（鋼殻８の周方向に連続して）取り付けられている。
【００２６】
この場合のリング継手１１は、例えばくさびの原理を利用し、一方の継手を他方の継手にトンネルの軸方向に沿って挿入することにより、セグメントの組み立てと同時にセグメントどうしを接合できるように形成されている。
【００２７】
また、セグメント継手１２は、例えばホールインアンカーの原理を利用し、一方の継手を他方の継手にトンネルの軸方向に沿って挿入することにより、セグメントの組み立てと同時にセグメントどうしを接合できるように形成されている。
【００２８】
そして、シール部材１３は、例えば主桁板１および継手板２の外側にこれらの部材の軸方向に沿って（鋼殻８の全周）紐状または帯状に連続して取り付けられた止水ゴム等でよい。
【００２９】
なお、ここで鋼殻８の主桁板１、継手板２および背板３は、原則として定着部５、７およびリブ１０とともに鋳造により一体的に形成されているが、鋼板などで別々に形成され、後から組み立てられていてもよい。
【００３０】
主補強材４は主桁板１と同じ曲率でトンネルの周方向に沿って弧状に湾曲する棒状または帯板状に形成され、かつ継手板２，２間にトンネルの周方向に沿って設置され、さらにその両端が継手板２の定着部５に定着されている。
【００３１】
一方、せん断補強材６は地山側に（背板３側に）コの字状をなす門形に形成され、かつ背板３の上に複数の主補強材４を抱き込むように設置され、さらにその両端が定着部７に定着されている。
【００３２】
また、主補強材４とせん断補強材６はともに鉄筋、異形鉄筋、孔開き鋼板、縞付き鋼板、菱目突起付き鋼板などから形成され、特に主補強材４としては、例えば図４（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ図示するような孔開き鋼板、縞付き鋼板、菱目突起付き鋼板などから形成されている。
【００３３】
また、主補強材４の他の例としては、例えば図４（ｄ）に図示するような両端が一体的に連結された上弦材４ａと下弦材４ｂとからなるもの、図４（ｅ）に図示するように上弦材４ａと下弦材４ｂとこの二部材間に設置された複数の斜材４ｃとからトラス梁状に形成されているもの、さらに図４（ｆ），（ｇ）に図示するように軸方向に複数に分割され、かつ互いが連結されて１本の主補強材として形成されているもの等がある。
【００３４】
また、主補強材４の端部を定着部５に定着する方法としては、特にボルト等による機械的連結手段が利用され、例えば図５（ａ）に図示するように断面略リップ溝状に形成された定着部５に主補強材４の端部に略Ｔ字状に形成された係合部１４を係合する方法、図５（ｂ）に図示するように板状に突設された定着部５に主補強材４の端部を定着ボルト１５でボルト止めする方法などが考えられる。
【００３５】
その他の方法としては、特に主補強材４が鉄筋の場合にあっては、例えば図５（ｃ），（ｄ）にそれぞれ図示するようにリング状または筒状に形成された定着部５に主補強材４の端部にＬ字状に形成された係合部１４を差し込む方法などがある。この場合、リング状の定着部５は鉄筋などから形成され、筒状の定着部５は鋼管などから形成されている。
【００３６】
このように、主補強材４の端部を定着部５に定着する方法として、特にボルト等による機械的連結手段を利用することで、溶接による接合が困難な鋳鉄製の鋼殻の場合でも、主補強材４の端部を定着部５に確実にしかもきわめて簡単に定着することができる。
【００３７】
さらに、主補強材４として鉄筋などを多数設置する場合には、例えば図６（ａ）に図示するように各主補強材４の端部を一枚の定着板１６に溶接し、この定着板１６を継手板２の内側に突設された複数の定着金具１７に溶接することにより、主補強材４として鉄筋が多数設置されても、各主補強材４の端部を継手板２にきわめて簡単にかつ確実に定着することができる。
【００３８】
なお、図６（ａ）の例では、主補強材４として１本材ではなく、重ね継ぎにより繋いだものが多数設置されている。また、定着金具１７は主補強材４の端部を定着部５に定着する方法（図５（ａ）〜（ｄ）参照）と同じ方法により継手板２の内側に定着されている。
【００３９】
せん断補強材６の端部を定着部７に定着する方法としては、例えば図３（ｃ）に図示するようにせん断補強材６の端部を定着部７に定着ボルト１８でボルト止めして定着する方法などが考えられる。
【００４０】
なお、定着部７はせん断補強材６の端部を定着するとともに、鋼殻８の剛性を高めるための補強材としても機能するもので、図示するような三角形板などの板状に形成され、かつ主桁板１の軸方向に所定間隔おきに突設されている。また、定着部７は例えば図６（ａ）に図示するように背板３の上に突設される場合もある。
【００４１】
さらに、図６（ｂ）は、セグメント継手１２を介して継手板２に作用するトンネル周方向への、主に引張力に対し、継手板２の面外抵抗力を高めるために、継手板２の内側部に補剛材１９が突設されている例を示したものである。
【００４２】
補剛材１９は鉄筋、異形鉄筋、孔開き鋼板、縞付き鋼板、菱目突起付き鋼板などで形成され、コンクリート９内に深く埋設されていることにより継手板２の面外抵抗力を高めるものである。
【００４３】
なお、補鋼材１９は、主補強材４の端部を定着部５に定着する方法（図５（ａ）〜（ｄ）参照）と同じ方法で継手板２の内側に突設されている。
【００４４】
こうして鋼殻８内に複数の主補強材４とせん断補強筋６が設置され、さらにコンクリート９が充填されることで、鋼殻８と主補強材４とせん断補強筋６とコンクリート９とが完全に一体化された合成セグメントが形成されている。
【００４５】
したがって、これまでの合成セグメントとは異なり、コンクリート９の部分を鋼殻８と同様にシールド覆工体の構造部材として評価できるので、上記の合成セグメントをトンネルの覆工材として利用すれば、単にシールド覆工体の内周を平滑にできるだけでなく、主桁板１や継手板２などの部材断面を小さくできることで部材断面の合理化が図れ、また鋼材使用量を低減できることで経済性が図れ、さらにシールド覆工体の外径を低減できることで、シールド工事のトータルコストが大幅に低減される等の効果が期待できる。
【００４６】
図７〜図１１は合成セグメントの他の例を示し、このうち図７と図８に図示する合成セグメントは、特に鋼殻８の背板３が波形状（コルゲート状）に形成されていることにより、セグメントの両側部にだけでなく中央部にも複数の主桁板１を有し、さらに鋼殻８内に複数の主補強材４とせん断補強材として複数の縦リブ２０がそれぞれ設置されている例を示したものである。
【００４７】
主補強材４としては、図示するような孔開き鋼板で形成されたものが設置され、また縦リブ２０としては、継手板２の軸方向に連続する縦リブが主桁板１の軸方向に所定間隔おきに設置されている。
【００４８】
また、図９に図示する合成セグメントは、図７と図８に図示する合成セグメントにおいて、さらに主補強材４として孔開き鋼板で形成されたものが２枚、抱き合わせて設置され、かつ主補強材４と背板３との間に複数のせん断補強材６が設置されている例を示したものである。
【００４９】
この場合、せん断補強材６としては、例えば鉄筋や帯鋼などが主補強材４の軸方向に所定間隔おきに設置され、その両端は背板３と主補強材４にボルト等による機械式連結手段によってそれぞれ連結されている。
【００５０】
なお、図では、各せん断補強材６の下端部は背板３の上に突設された定着部７に定着ボルト１８でボルト止めすることによりそれぞれ定着されている。
【００５１】
さらに、図１０に図示する合成セグメントは、鋼殻８の背板３が波形状（コルゲート状）に形成されていることにより、セグメントの両側部にだけでなく中央部にも複数の主桁板１を有し、さらに鋼殻８内に複数の主補強材４とせん断補強材６がそれぞれ設置され、またせん断補強材６が主補強材４と背板３との間に縦格子状（図（ａ），（ｃ）参照）またはラチス状（図（ｂ）参照）に設置されている例を示したものである。
【００５２】
この場合、主補強材４とせん断補強材６としては、孔開き鋼板、縞付き鋼板、あるいは菱目突起付き鋼板などで形成されたものが設置されている。また、各せん断補強材６の両端は、背板３と主補強材４にボルト等による機械式連結手段によってそれぞれ連結されている。
【００５３】
なお、図では、各せん断補強材６の下端部は背板３の上に突設された定着部７に定着ボルト１８でボルト止め、または各せん断補強材６の下端部に突設したフック６ａを背板３の上に突設された定着部７のフック受け（孔）７ａに係止することによりそれぞれ定着されている。
【００５４】
そして、図１１に図示する合成セグメントは、鋼殻８の背板３が波形状（コルゲート状）に形成されていることにより、セグメントの両側部にだけでなく中央部にも複数の主桁板１を有し、また鋼殻８内にせん断補強材として複数の縦リブ２０がそれぞれ設置され、さらに継手板２の内側に、セグメント継手１２を介して継手板２に作用するトンネル周方向への、主に引張力に対し、継手板２の面外抵抗力を高めるために、継手板２の内側部に補剛リブ２１が突設されている例を示したものである。
【００５５】
この場合、縦リブ２０としては、継手板２の軸方向に連続する縦リブが主桁板１の軸方向に所定間隔おきに設置されている。また、補剛リブ２１は両側の主桁板１と継手板２との間に斜めに設置されている。
【００５６】
なお、図７〜図１１に図示する合成セグメントの鋼殻８も、主桁板１と継手板２とコルゲート状の背板３が、補強リブ２０と補剛リブ２１を含めて鋳造により一体的に形成されているが、組み立て方式により形成されていてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
この発明は以上説明した通りであり、鋼殻内にコンクリートが充填されることで、鋼殻と主補強材とせん断補強材とコンクリートとが完全な一体構造をなす合成セグメントが形成されるため、これまでの合成セグメントとは全く異なり、コンクリートの部分を鋼殻部分と同様にシールド覆工体の構造部材として評価することが可能になり、したがって、単にシールド覆工体の内周を平滑にできるだけでなく、主桁板や継手板などの部材断面を小さくできることで部材断面の合理化を図ることができ、また鋼材使用量を大幅に低減できることで経済性も図ることができ、さらにシールド覆工体の外径を低減できることで、シールド工事のトータルコストも大幅に低減できる等の効果がある。
【００５８】
また、主補強材とせん断補強材の定着方式は、雄雌嵌合方式などの機械式連結手段によるので、主補強材とせん断補強材を鋼殻内に確実にかつ簡単に定着することができ、特に溶接が困難な鋳鉄製の鋼殻に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】合成セグメントからなるシールド覆工体の一部斜視図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は合成セグメントの斜視図である。
【図３】合成セグメントの一例を示し、（ａ），（ｂ）はその縦断面図、（ｃ）はその横断面図である。
【図４】主補強材の一例を示し、（ａ）〜（ｅ）はその正面図、（ｆ），（ｇ）はその平面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、主補強材の定着部を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は鋼殻内に主補強材が設置されている状態を示す一部斜視図、（ｂ）は継手板の内側に補剛材が突設されている状態を示す一部斜視図である。
【図７】合成セグメントの一例を示す斜視図である。
【図８】合成セグメントの一例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図９】合成セグメントの一例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１０】合成セグメントの一例を示し、（ａ），（ｂ），（ｃ）はその縦断面図、（ｄ）はその横断面図である。
【図１１】合成セグメントの一例を示す斜視図である。
【図１２】従来の合成セグメントの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  主桁板
２  継手板
３  背板
４  主補強材
５  定着部
６  せん断補強材
７  定着部
８  鋼殻
９  コンクリート
１０  リブ
１１  リング継手
１２  セグメント継手
１３  シール部材
１４  係合部
１５  定着ボルト
１６  定着板
１７  定着金具
１８  定着ボルト
１９  補剛材
２０  縦リブ
２１  補剛リブ
【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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