(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主トンネルの外郭を形成する外郭先行シールド工法に使用するスチールセグメントの継手において、
スチールセグメントは、少なくとも両側位置に主桁を備え、各主桁は地盤側のスキンプレートを介して一体的に構成されており、前記主桁のウエブとフランジがセグメントの主桁軸線方向の端面に露出されていること、
前記主桁の軸線方向に隣接するスチールセグメント同士の接合は、前記主桁のウエブ同士を突き合わせ、同ウエブの内面側に配置した添接板を介して隣接のウエブ同士がボルト止めされ、フランジ同士もその両面を挟む２枚の添接板を介してボルト止めされること、
トンネル縦断方向に隣接するスチールセグメント同士の接合は、各スチールセグメントの主桁のウエブ外面同士をトンネル縦断方向に当接させ、各主桁のウエブ同士を前記添接板を介して主桁軸線方向にボルト止めする高力ボルトで接合されること、
をそれぞれ特徴とする、外郭先行シールド工法用スチールセグメントの継手。
【請求項２】
スチールセグメントは両側位置の主桁の中間部に位置する中間主桁を備えた構成であり、中間主桁の接合は、その軸線方向に隣接するスチールセグメントにおける中間主桁のウエブ同士を突き合わせ、同ウエブの両面を挟む２枚の添接板を介してボルト止めされ、フランジ同士もその両面を挟む２枚の添接板を介してボルト止めされることをそれぞれ特徴とする、請求項１に記載した外郭先行シールド工法用スチールセグメントの継手。
【請求項３】
主桁および中間主桁の軸線方向の両端面部、及び両側位置の主桁における外側面の地盤側部位に、それぞれ止水用シール材が貼付されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した外郭先行シールド工法用スチールセグメントの継手。
【請求項４】
主桁および中間主桁の軸線方向の両端面部に、仮止め用の接合板が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した外郭先行シールド工法用スチールセグメントの継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、図１のように主たる大口径のトンネル１を掘削するにあたり、同トンネルの外郭部分２を外郭先行シールド工法により形成する際に実施されるスチールセグメント相互間の継手の技術分野に属し、更に言えば、外郭先行シールド工法により組み立てた外郭部分２のスチールセグメントが形成する空洞部に中詰コンクリート３が打設された所謂スチール・コンクリート構造体（ＳＣ構造体）が地山から受ける荷重（特に曲げモーメントＭ＝図１参照）に対し、スチールセグメントに発生する軸引張り応力を確実に隣接するスチールセグメント間へ伝達する構造に改良した継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（１） 従来、円形のスチールセグメント相互間の継手としては、主桁の端面部に溶接された継手板同士を高力ボルトで接合し、主桁の応力は継手板を介して伝達する構造が一般的に実施されている。
（２） 従来、前記端面部の継手板のほか、主桁にＨ形鋼を採用し、従前のＨ形鋼の曲げに対する接続法に準じて、同Ｈ形鋼のフランジ部を添接板を介してボルト接合することも行われている。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
Ｉ）上記（１）の継手構造は、曲げ引張りに対して継手板が比較的容易に変形、降伏してしまい、曲げ剛性が小さく、引張り応力を主桁間で確実に伝達できない。のみならず、継手板に配置出来るボルトの本数に設計上の制約があり、大きな曲げモーメントに耐えるだけの能力を確保できない。また、セグメントの組み立て完成後に、内圧等によりセグメントに引張り応力が作用する場合にも、前記同様にボルトの本数に制約を受けて、大きな引張り応力、及び曲げモーメントに耐えるだけの耐力性能がない。
II）上記（２）の継手構造は、セグメントの組み立て完成後に作用する大きな曲げモーメントに耐えるだけの力学能力を有するが、当該セグメントが形成する空洞部内にコンクリートを打設した後の引張り応力に対しては、接合位置（フランジ部）が重心（主桁の中立位置）からかなり離れているため、併用の継手板に偏心による曲げモーメントが発生し、局所的な応力集中が発生する。従って、大きな引張り応力負荷には耐えられない構造であった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、局所的な応力発生が少なく、セグメントの組み立て完成後に作用する曲げモーメントによる残留応力が小さく、施工性の良いスチールセグメントの継手を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る外郭先行シールド工法用スチールセグメントの継手は、
主トンネルの外郭を形成する外郭先行シールド工法に使用するスチールセグメントの継手において、
スチールセグメント７は、少なくとも両側位置に主桁８を備え、各主桁８は地盤側のスキンプレート９を介して一体的に構成されており、前記主桁８のウエブとフランジがセグメント７の主桁軸線方向の端面に露出されていること、
前記主桁８の軸線方向に隣接するスチールセグメント７、７同士の接合は、前記主桁８のウエブ８ａ同士を突き合わせ、同ウエブの内側面に配置した添接板１０を介して隣接のウエブ同士がボルト止めされ、フランジ８ｂ同士もその両面を挟む２枚の添接板１２を介してボルト止めされること、
トンネル縦断方向に隣接するスチールセグメント７、７同士の接合は、各スチールセグメント７の主桁８のウエブ外面同士をトンネル縦断方向に当接させ、各主桁８のウエブ８ａ同士を前記添接板１０を介して主桁軸線方向にボルト止めする高力ボルトで接合されること、をそれぞれ特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した外郭先行シールド工法用スチールセグメントの継手において、
スチールセグメント７は両側位置の主桁８、８の中間部に位置する中間主桁１６を備えた構成であり、中間主桁１６の接合は、その軸線方向に隣接するスチールセグメント７における中間主桁１６のウエブ１６ａ同士を突き合わせ、同ウエブの両面を挟む２枚の添接板１７を介してボルト止めされ、フランジ１６ｂ同士もその両面を挟む２枚の添接板１８を介してボルト止めされることをそれぞれ特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した外郭先行シールド工法用スチールセグメントの継手において、
主桁８および中間主桁１６の軸線方向の両端面部、及び両側位置の主桁８における外側面の地盤側部位に、それぞれ止水用シール材１４が貼付されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記請求項１〜３のいずれか一に記載した外郭先行シールド工法用スチールセグメントの継手において、
主桁８および中間主桁１６の軸線方向の両端面部に、仮止め用の接合板２０が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施形態及び実施例】
請求項１記載の発明に係る外郭先行シールド工法用スチールセグメントは、図１に示したように、１辺が１５〜３０ｍ程度の大規模な主トンネル１の外郭構造体２を形成するものとして、外郭先行シールド工法において好適に使用されるものである。外郭構造体２は、スチールセグメントを図２及び図３のように組み立てて構成されている。外郭構造体２は、図３のように見た縦、横寸法が３×７ｍ程度の大きさに構成され、支保工として中柱４を立てることにより地山の負荷に対する曲げモーメントｍの発生を極力抑制している。そして、この外郭構造体２に作用する曲げモーメントｍの正曲げ、負曲げの変曲点近傍の位置に継手５、６が設けられている。正曲げを受ける横辺の継手５は互い違いのラップ継手とされる。
【０００９】
１単位としてのスチールセグメント７は、図４に例示したように、その両側位置に主桁８、８を備え、更にこれらの主桁８、８の中間部に中間主桁１６を備え、各主桁８、８は地盤側のスキンプレート９を介して一体的に結合した構成とされている。前記主桁８は、ウエブ８ａの高さが３００mm程度の大きさであり、このウエブ８ａとフランジ８ｂは、スチールセグメント７の軸方向端面、即ち、スチールセグメント同士の接合を行う端面に露出されており、従前のセグメントが有していた継手板は存在しない（図４）。
【００１０】
要するに、前記主桁８及び中間主桁１６の軸線方向に隣接するスチールセグメント７同士の接合は、前記各主桁８、および中間主桁１６同士を直接突き合わせてボルト止めする継手構造により行われる。この継手は第１に、前記主桁８及び中間主桁１６のウエブ８ａ、１６ａ同士を主桁軸線方向に突き合わせ、図５と図６に示したように、主桁８のウエブ８ａにはその内面側に１枚の添接板１０を配置し、中間主桁１６のウエブ１６ａには両側に２枚の添接板１０を配置して、それぞれ添接板１０を介して軸線方向に隣接するウエブ同士が高力ボルト１１で締め付けて強固に接合される。第２に、主桁８及び中間主桁１６のフランジ８ｂ、１６ｂ同士も同様に主桁軸線方向に突き合わせ、その内外の両面を挟むように２枚の添接板１２、１２を当てがい、やはり高力ボルト１１で締め付けて接合される。このため前記主桁８及び中間主桁１６のウエブ８ａと１６ａ及びフランジ８ｂと１６ｂの端部には、高力ボルト接合のために、複数のボルト孔１５が市松模様状の配置に設けられている。
【００１１】
また、前記継手によるスチールセグメントの接合において、隣接するスチールセグメント７，７同士の継手間の止水処理を行う手段として、スチールセグメント７には前記主桁８及び中間主桁１６の軸線方向の両端面部の地盤側部位に、図４と図６で明らかなように、厚さ１０ｍｍ、高さが５０ｍｍ程度の当て板１３を固定して立て、その外面にシール材１４が貼りつけられている。また、トンネル縦断方向に隣接するセグメント間の止水処理を行う手段として、両側位置の主桁８における外側面の地盤側部位にも、止水用のシール材１４が貼り付けられている（図４と図５参照）。従って、主桁軸線方向およびトンネル縦断方向に隣接するスチールセグメント間の継手による止水が当然に、確実に行われる。そして、図８に示したように、トンネル縦断方向に隣接するスチールセグメント同士の接合は、両側位置の主桁８，８のウエブ外面同士をトンネル縦断方向に当接させ、各主桁８のウエブ８ａ同士は、上記したように添接板１０を介して主桁軸線方向にボルト止めする高力ボルト１１で共通に接合して行う。こうしてトンネル縦断方向に隣接するスチールセグメント同士の接合には固有の添接板も継手板も使用しない構成を特徴とする。
【００１２】
上記のスチールセグメント７は、通例の幅寸を１２００ｍｍ位の大きさとされ、前記両側位置の主桁８、８のほかに１本の中間主桁１６が付加的に設けられている。つまり、セグメント７の幅寸の大きさ、或いは要求される強度、剛性の大きさに応じて中間主桁１６が付加され、その本数が増減される。これら中間主桁１６同士の接合も、上記した両側位置の主桁８と全く同様に、主桁軸線方向に隣接するスチールセグメント７のウエブ１６ａ同士を突き合わせ、その両面を挟む２枚の添接板１７、１７を高力ボルト１１で止めて接合される。また、フランジ１６ｂ同士も主桁軸線方向に突き合わせてその両面を挟む２枚の添接板１８を高力ボルト１１で止めて接合される。
【００１３】
かくして本発明の継手は、スチールセグメント７を構成する主桁８及び中間主桁１６の軸線方向の端部をそれぞれ隣接するスチールセグメントと直接に突き合わせ、各ウエブ８ａ、１６ａ及びフランジ８ｂ、１６ｂをそれぞれ添接板１０、１２、１７、１８を介して高力ボルト１１で締結して強固に接合するから、主桁８及び中間主桁１６がそのウエブ及びフランジの形状特性を最も有効に発揮した接合となり、特に引張り応力を確実に主桁本体に伝達できる。
【００１４】
その結果、図１に示したように外郭先行シールド工法で形成した外郭構造体２がその空洞部に中詰コンクリート３を充填されて構成されるスチールコンクリート構造体（ＳＣ構造体）が地山から受ける曲げモーメントＭ（図１）に対して主桁全体が引張られる場合は、主桁８、中間主桁１６の重心位置に近いウエブ８ａ、１６ａが添接板を介してボルト接合されているので、主桁８および中間主桁１６に発生する局所的な応力が小さい。また、大きな引張り応力に対しては、各添接板１０、１２、１７、１８と高力ボルトによる摩擦接合により抵抗するので、セグメント本体に確実に引張り応力を伝達可能な能力を備えた構造となる。
【００１５】
そして、図７のように組み立てたセグメント構造体（外郭構造体２）の千鳥組のラップ幅が小さくても、その間を多数本の高力ボルト１１で縫うが如くに接合できるので、ラップ幅間のリング継手として機能することができ、そのせん断剛性が大きく、トンネル縦断方向に隣接するセグメント間へ曲げモーメントが確実に伝達できる。
【００１６】
セグメント７を組み立てた際の正曲げモーメントｍ（図３）に対しては、トンネル内側のフランジ８ｂ、１６ｂを添接板１２、１８を介してボルト接合しているので、曲げ引張りに効果的に耐える構造となる。即ち、セグメント７の組み立て時には正の曲げモーメントが発生する位置にこの継手が用いられているのである。
【００１７】
なお、図９に示したスチールセグメントは、軸方向の端面に仮止め用の接合板２０を設けた構成とされている。主桁軸線方向のスチールセグメント同士の接合において、前記接合板２０のボルト孔２１を利用してボルトによる仮止めを行うと、セグメントの組立て作業を比較的楽に容易に行えるのである。勿論、本発明の技術的思想を害さないように、主桁８及び中間主桁１６のウエブ８ａ、１６ａに沿う位置には、添接板を配置するための切欠き２２が用意されている。
【００１８】
【本発明が奏する効果】
本願発明に係る外郭先行シールド工法用スチールセグメントの継手は、下記の効果を奏する。
(１) セグメント組み立て後に受ける曲げモーメントに対しては、両側位置の主桁及び中間主桁のフランジ及びウエブを添接板を介してボルト接合しているので、外郭構造体２の空洞部内にコンクリート打設した後に作用する引張り応力に対しては、構造重心に近いウエブの接合が局所的な応力の発生を抑制し、主桁断面の全体で引張り応力を負担でき、セグメント組み立て時の曲げモーメントによる残留応力を小さく抑制する。
(２) 各主桁のウエブは、スチールセグメントを外郭構造体２として組み立てた後は、地山の荷重によって多少のせん断力を受けるが、該せん断力を受ける方向と、前記外郭構造体２の空洞部へコンクリート打設した後に発生する引張り力とは力の作用する方向が異なるため、両者を合力として受ける大きさは小さくなる。
(３) トンネル縦断方向に隣接するスチールセグメント間では、主桁同士を千鳥組のラップ部において多数本の高力ボルトで接合するため、リング間継手としてのせん断剛性が大きく、曲げモーメントを隣接セグメント間へ確実に伝達できる。ラップ幅が短くても千鳥組の効果が大きく、リング全体の剛性の大きいセグメント構造体が得られる。
(４) トンネル縦断方向に隣接するセグメントの主桁間の接合に必要な添接板は１枚であるため、施工性が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  外郭先行シールド工法により構築された外郭構造体と主トンネルを示した正面図である。
【図２】  本発明に係るスチールセグメントの継手が実施される外郭構造体の斜視図である。
【図３】  本発明に係るスチールセグメントの継手が実施される外郭構造体の正面図である。
【図４】  本発明に係るスチールセグメントの主要部を主桁の軸線方向の一側端部から見て示した斜視図である。
【図５】  本発明に係るスチールセグメントの継手を接合構造で示した正面図である。
【図６】  本発明に係るスチールセグメントの継手を図４の６−６線矢視方向に見て接合構造を示した断面図である。
【図７】  図２の外郭構造体を構成するスチールセグメントの継手構造をトンネル縦断方向に見た平面図である。
【図８】  図７を８−８線矢視方向に見たトンネル縦断方向のセグメント接合状態を示した断面図である。
【図９】  図４とは異なるスチールセグメントの実施例を主桁の軸線方向の一側端部から見て示した斜視図である。
【符号の説明】
１        主トンネル
２        外郭構造体
７        スチールセグメント
８        主桁
９        スキンプレート
８ａ      ウエブ
８ｂ      フランジ
１０      添接板
１１      高力ボルト
１２      添接板
１６      中間主桁
１６ａ    ウエブ
１６ｂ    フランジ
１７      添接板
１８      添接板
１３      シール材
２０     仮止め用の接合板
【図１】
0003950202.tif 000002
【図２】
0003950202.tif 000003
【図３】
0003950202.tif 000004
【図４】
0003950202.tif 000005
【図５】
0003950202.tif 000006
【図６】
0003950202.tif 000007
【図７】
0003950202.tif 000008
【図８】
0003950202.tif 000009
【図９】
0003950202.tif 000010