(57)【要約】【課題】各々の主桁板又は継手板の高耐力化を図るとともに、トンネルを構築するために互いに連結される複数のセグメントの一体性を向上させたセグメントを提供する。【解決手段】本発明を適用したセグメント１は、複数連結されることでトンネルが構築されるものであり、軸方向Ｘの両端部に配置される一対の主桁板３と、周方向Ｙの両端部に配置される一対の継手板とを備える。一対の主桁板３は、軸方向Ｘの一端側に配置された一端側主桁板３１、及び、軸方向Ｘの他端側に配置された他端側主桁板３２に、法線方向Ｚに延びる本体部２０が形成されて、本体部２０から軸方向Ｘに突出する嵌合凸部２１が一端側主桁板３１に形成されるとともに、本体部２０から軸方向Ｘに陥没する嵌合受部２２が他端側主桁板３２に形成されて、一端側主桁板３１の嵌合凸部２１と他端側主桁板３２の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に周方向Ｙに連続して形成される。【選択図】図４
2017106307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数連結されることでトンネルが構築されるセグメントであって、
トンネルの軸方向の両端部に配置される一対の主桁板と、トンネルの周方向の両端部に配置される一対の継手板と、トンネルの法線方向で地山側及び内空側の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレートとを備え、中詰めコンクリートが内部に充填される鋼殻が一対の前記主桁板及び一対の前記継手板に取り囲まれることで形成されて、
一対の前記主桁板は、トンネルの軸方向の一端側に配置された前記主桁板となる一端側主桁板、及び、トンネルの軸方向の他端側に配置された前記主桁板となる他端側主桁板に、トンネルの法線方向に延びる本体部が形成されて、前記本体部からトンネルの軸方向に突出する嵌合凸部が前記一端側主桁板に形成されるとともに、前記本体部からトンネルの軸方向に陥没する嵌合受部が前記他端側主桁板に形成されて、前記一端側主桁板に形成された前記嵌合凸部と前記他端側主桁板に形成された前記嵌合受部とが、トンネルの法線方向で互いに略同一の位置にトンネルの周方向に連続して形成されること
を特徴とするセグメント。
【請求項２】
前記スキンプレートは、トンネルの軸方向に延びる軸方向補剛材及びトンネルの周方向に延びる周方向補剛材の何れか一方又は両方が、前記鋼殻の内部側に固着されること
を特徴とする請求項１記載のセグメント。
【請求項３】
前記軸方向補剛材及び前記周方向補剛材の何れか一方又は両方は、孔開き鋼板、略Ｔ字状のＴ字状鋼板、略Ｌ字状のＬ字状鋼板又は略Ｃ字状のＣ字状鋼板が用いられること
を特徴とする請求項２記載のセグメント。
【請求項４】
前記スキンプレートは、トンネルの法線方向に略棒状に突出する複数の突出部材が、前記鋼殻の内部側に固着されること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のセグメント。
【請求項５】
前記スキンプレートは、トンネルの周方向に隣り合って配設された複数の前記突出部材の周方向の離間距離を、トンネルの軸方向に隣り合って配設された複数の前記突出部材の軸方向の離間距離よりも小さくして、前記突出部材が前記鋼殻の内部側に固着されること
を特徴とする請求項４記載のセグメント。
【請求項６】
前記スキンプレートは、トンネルの周方向に隣り合う複数の前記突出部材でトンネルの軸方向の位置を互いに異ならせて、複数の前記突出部材が略千鳥状に配設されること
を特徴とする請求項４又は５記載のセグメント。
【請求項７】
前記スキンプレートは、トンネルの軸方向の両端側よりも中央側で多数の前記突出部材が配設されること
を特徴とする請求項４〜６の何れか１項記載のセグメント。
【請求項８】
前記突出部材は、頭付きスタッド、Ｔ形鋼、Ｌ形鋼、Ｃ形鋼又は略Ｊ字状のＪ字状鋼材が用いられること
を特徴とする請求項４〜７の何れか１項記載のセグメント。
【請求項９】
前記スキンプレートは、トンネルの法線方向に略トラス状に突出するトラス部材が、前記鋼殻の内部側に固着されること
を特徴とする請求項１〜８の何れか１項記載のセグメント。
【請求項１０】
前記スキンプレートは、トンネルの法線方向で地山側及び内空側に設けられて、地山側及び内空側の何れか一方の前記スキンプレートに、トンネルの法線方向に略棒状に突出する突出部材が固着されるとともに、地山側及び内空側の何れか他方の前記スキンプレートに、トンネルの法線方向に略トラス状に突出するトラス部材が固着されること
を特徴とする請求項４〜９の何れか１項記載のセグメント。
【請求項１１】
前記鋼殻の内部でトンネルの周方向に延びる複数の主鋼材が設けられるとともに、トンネルの軸方向に延びて各々の前記主鋼材に当接される配力筋が設けられて、
前記配力筋は、前記突出部材の側面に形成された貫通孔に挿通されて、前記突出部材に溶接されて、又は、前記突出部材の先端に形成された頭部に引っ掛けられること
を特徴とする請求項４〜１０の何れか１項記載のセグメント。
【請求項１２】
前記鋼殻の内部でトンネルの周方向に延びる複数の主鋼材が設けられるとともに、トンネルの軸方向に延びて各々の前記主鋼材に当接される配力筋が設けられて、
前記配力筋は、トンネルの法線方向で地山側及び内空側の何れか一方の前記スキンプレートに、前記鋼殻の内部側で固着されること
を特徴とする請求項１〜１１の何れか１項記載のセグメント。
【請求項１３】
前記鋼殻の内部でトンネルの周方向に延びる複数の主鋼材が設けられるとともに、トンネルの軸方向に延びて各々の前記主鋼材に当接される配力筋が設けられて、
前記配力筋は、前記鋼殻の内部でトンネルの軸方向の両端部が一対の前記主桁板に固着されること
を特徴とする請求項１〜１２の何れか１項記載のセグメント。
【請求項１４】
前記鋼殻の内部でトンネルの周方向に延びる複数の主鋼材が設けられるとともに、トンネルの軸方向に延びて各々の前記主鋼材に当接される配力筋が設けられて、
前記スキンプレートは、トンネルの法線方向に略Ｕ字状に突出するＵ字ジベルが、前記鋼殻の内部側に固着されて、前記Ｕ字ジベルに前記配力筋が固着されること
を特徴とする請求項１〜１３の何れか１項記載のセグメント。
【請求項１５】
前記鋼殻の内部では、略Ｌ字状に折曲させたＬ字ジベルが設けられて、前記Ｌ字ジベルの一部となる一辺が前記主桁板に固着されるとともに、前記Ｌ字ジベルの残部となる他辺に、トンネルの軸方向に延びる配力筋が連結されること
を特徴とする請求項１〜１４の何れか１項記載のセグメント。
【請求項１６】
前記鋼殻の内部では、略コの字状に折曲させた変形コ字ジベルが設けられて、前記変形コ字ジベルの一部が前記スキンプレートと前記主桁板とに固着されるとともに、前記変形コ字ジベルの残部にトンネルの軸方向に延びる配力筋が連結されること
を特徴とする請求項１〜１４の何れか１項記載のセグメント。
【請求項１７】
前記鋼殻の内部では、略コの字状の折曲部分と略Ｓ字状の折曲部分とが形成された複合変形ジベルが設けられて、前記複合変形ジベルの一部が前記スキンプレートと前記主桁板とに固着されるとともに、前記複合変形ジベルの残部にトンネルの軸方向に延びる配力筋が連結されること
を特徴とする請求項１〜１４の何れか１項記載のセグメント。
【請求項１８】
前記鋼殻の内部では、トンネルの軸方向の両端部が一対の前記主桁板に固着される略平板状の縦リブが設けられて、トンネルの法線方向の地山側で前記縦リブの隅角部が切り欠かれるとともに、前記Ｌ字ジベル、前記変形コ字ジベル又は前記複合変形ジベルの一部が前記縦リブに固着されること
を特徴とする請求項１５〜１７の何れか１項記載のセグメント。
【請求項１９】
前記鋼殻の内部では、トンネルの法線方向に傾斜する略Ｓ字状に折曲させたＳ字ジベルが設けられて、前記Ｓ字ジベルが前記スキンプレートに固着されること
を特徴とする請求項１〜１８の何れか１項記載のセグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数連結されることでトンネルが構築されるセグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、縦リブを備えた鋼殻とセグメント内に充填されたコンクリートとの一体性を確実に向上させて、合成セグメントの終局耐力を高めることを目的として、特許文献１〜３に開示された合成セグメントが提案されている。
【０００３】
特許文献１に開示された合成セグメントは、主桁に縦リブが固定されて、その縦リブにおけるスキンプレート側端部を通るトンネル半径方向の法線を含むトンネル軸方向に延長する面に対して、トンネル軸方向の断面視で、前記縦リブにおける少なくとも一つの折れ曲がり部の中心と、前記縦リブのトンネル内空側の端部とが、トンネル半径方向の法線を含むトンネル軸方向に延長する面を挟むように、その面の一方及び他方に配置される。
【０００４】
特許文献２に開示された合成セグメントは、主桁、継手板、スキンプレート及び縦リブにより構成される鋼製系セグメントにおける主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが固定されて、前記各縦リブに設けられた開孔に渡って棒状鋼材が挿通されるとともに、前記縦リブ及び棒状鋼材を埋め込むようにセグメント内部にコンクリートが充填されることを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９７８１７号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０２７６号公報
【特許文献３】特開２０００−２９１３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１、２に開示された合成セグメントは、トンネルの軸方向及び周方向に隣り合った他の合成セグメントと互いに連結されることで、トンネルが構築されるものとなる。そして、特許文献１、２に開示された合成セグメントは、各々の主桁及び継手板として略平板状の鋼板が用いられる。
【０００７】
このとき、特許文献１、２に開示された合成セグメントは、各々の主桁及び継手板が略平板状に形成されることから、互いに隣り合って連結される他の合成セグメントとの間で、各々の主桁又は継手板が互いに略平坦面で当接されるものとなる。このため、特許文献１、２に開示された合成セグメントは、各々の主桁又は継手板が略平坦面で当接されるに過ぎないため、互いに連結される合成セグメント間の一体性の向上が課題となっていた。
【０００８】
また、特許文献３に開示された合成セグメントは、相対する鋼殻セグメントのトンネル軸方向（セグメントリング間）の連結を、鋼殻側枠のウェブに設けた雄側係合部材と雌側係合部材との止水パッキング（シール材）を介した係合により行うものである。前記係合部を単純に設けることで、互いに連結される合成セグメント間の一体性は向上するものの、セグメントの加工が増加し、製造コストが高いことが課題であった。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであって、その目的とするところは、各々の主桁板又は継手板の高耐力化及び鋼殻と中詰めコンクリートとの一体化の強化を図るとともに、互いに連結される複数のセグメントの一体性を向上させることと製造コストの安価化の両立とを可能とするセグメントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明に係るセグメントは、複数連結されることでトンネルが構築されるセグメントであって、トンネルの軸方向の両端部に配置される一対の主桁板と、トンネルの周方向の両端部に配置される一対の継手板と、トンネルの法線方向で地山側及び内空側の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレートとを備え、中詰めコンクリートが内部に充填される鋼殻が一対の前記主桁板及び一対の前記継手板に取り囲まれることで形成されて、一対の前記主桁板は、トンネルの軸方向の一端側に配置された前記主桁板となる一端側主桁板、及び、トンネルの軸方向の他端側に配置された前記主桁板となる他端側主桁板に、トンネルの法線方向に延びる本体部が形成されて、前記本体部からトンネルの軸方向に突出する嵌合凸部が前記一端側主桁板に形成されるとともに、前記本体部からトンネルの軸方向に陥没する嵌合受部が前記他端側主桁板に形成されて、前記一端側主桁板に形成された前記嵌合凸部と前記他端側主桁板に形成された前記嵌合受部とが、トンネルの法線方向で互いに略同一の位置にトンネルの周方向に連続して形成されることを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係るセグメントは、第１発明において、前記スキンプレートは、トンネルの軸方向に延びる軸方向補剛材及びトンネルの周方向に延びる周方向補剛材の何れか一方又は両方が、前記鋼殻の内部側に固着されることを特徴とする。
【００１２】
第３発明に係るセグメントは、第２発明において、前記軸方向補剛材及び前記周方向補剛材の何れか一方又は両方は、孔開き鋼板、略Ｔ字状のＴ字状鋼板、略Ｌ字状のＬ字状鋼板又は略Ｃ字状のＣ字状鋼板が用いられることを特徴とする。
【００１３】
第４発明に係るセグメントは、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記スキンプレートは、トンネルの法線方向に略棒状に突出する複数の突出部材が、前記鋼殻の内部側に固着されることを特徴とする。
【００１４】
第５発明に係るセグメントは、第４発明において、前記スキンプレートは、トンネルの周方向に隣り合って配設された複数の前記突出部材の周方向の離間距離を、トンネルの軸方向に隣り合って配設された複数の前記突出部材の軸方向の離間距離よりも小さくして、前記突出部材が前記鋼殻の内部側に固着されることを特徴とする。
【００１５】
第６発明に係るセグメントは、第４発明又は第５発明において、前記スキンプレートは、トンネルの周方向に隣り合う複数の前記突出部材でトンネルの軸方向の位置を互いに異ならせて、複数の前記突出部材が略千鳥状に配設されることを特徴とする。
【００１６】
第７発明に係るセグメントは、第４発明〜第６発明の何れかにおいて、前記スキンプレートは、トンネルの軸方向の両端側よりも中央側で多数の前記突出部材が配設されることを特徴とする。
【００１７】
第８発明に係るセグメントは、第４発明〜第７発明の何れかにおいて、前記突出部材は、頭付きスタッド、Ｔ形鋼、Ｌ形鋼、Ｃ形鋼又は略Ｊ字状のＪ字状鋼材が用いられることを特徴とする。
【００１８】
第９発明に係るセグメントは、第１発明〜第８発明の何れかにおいて、前記スキンプレートは、トンネルの法線方向に略トラス状に突出するトラス部材が、前記鋼殻の内部側に固着されることを特徴とする。
【００１９】
第１０発明に係るセグメントは、第４発明〜第９発明の何れかにおいて、前記スキンプレートは、トンネルの法線方向で地山側及び内空側に設けられて、地山側及び内空側の何れか一方の前記スキンプレートに、トンネルの法線方向に略棒状に突出する突出部材が固着されるとともに、地山側及び内空側の何れか他方の前記スキンプレートに、トンネルの法線方向に略トラス状に突出するトラス部材が固着されることを特徴とする。
【００２０】
第１１発明に係るセグメントは、第４発明〜第１０発明の何れかにおいて、前記鋼殻の内部でトンネルの周方向に延びる複数の主鋼材が設けられるとともに、トンネルの軸方向に延びて各々の前記主鋼材に当接される配力筋が設けられて、前記配力筋は、前記突出部材の側面に形成された貫通孔に挿通されて、前記突出部材に溶接されて、又は、前記突出部材の先端に形成された頭部に引っ掛けられることを特徴とする。
【００２１】
第１２発明に係るセグメントは、第１発明〜第１１発明の何れかにおいて、前記鋼殻の内部でトンネルの周方向に延びる複数の主鋼材が設けられるとともに、トンネルの軸方向に延びて各々の前記主鋼材に当接される配力筋が設けられて、前記配力筋は、トンネルの法線方向で地山側及び内空側の何れか一方の前記スキンプレートに、前記鋼殻の内部側で固着されることを特徴とする。
【００２２】
第１３発明に係るセグメントは、第１発明〜第１２発明の何れかにおいて、前記鋼殻の内部でトンネルの周方向に延びる複数の主鋼材が設けられるとともに、トンネルの軸方向に延びて各々の前記主鋼材に当接される配力筋が設けられて、前記配力筋は、前記鋼殻の内部でトンネルの軸方向の両端部が一対の前記主桁板に固着されることを特徴とする。
【００２３】
第１４発明に係るセグメントは、第１発明〜第１３発明の何れかにおいて、前記鋼殻の内部でトンネルの周方向に延びる複数の主鋼材が設けられるとともに、トンネルの軸方向に延びて各々の前記主鋼材に当接される配力筋が設けられて、前記スキンプレートは、トンネルの法線方向に略Ｕ字状に突出するＵ字ジベルが、前記鋼殻の内部側に固着されて、前記Ｕ字ジベルに前記配力筋が固着されることを特徴とする。
【００２４】
第１５発明に係るセグメントは、第１発明〜第１４発明の何れかにおいて、前記鋼殻の内部では、略Ｌ字状に折曲させたＬ字ジベルが設けられて、前記Ｌ字ジベルの一部となる一辺が前記主桁板に固着されるとともに、前記Ｌ字ジベルの残部となる他辺に、トンネルの軸方向に延びる配力筋が連結されることを特徴とする。
【００２５】
第１６発明に係るセグメントは、第１発明〜第１４発明の何れかにおいて、前記鋼殻の内部では、略コの字状に折曲させた変形コ字ジベルが設けられて、前記変形コ字ジベルの一部が前記スキンプレートと前記主桁板とに固着されるとともに、前記変形コ字ジベルの残部にトンネルの軸方向に延びる配力筋が連結されることを特徴とする。
【００２６】
第１７発明に係るセグメントは、第１発明〜第１４発明の何れかにおいて、前記鋼殻の内部では、略コの字状の折曲部分と略Ｓ字状の折曲部分とが形成された複合変形ジベルが設けられて、前記複合変形ジベルの一部が前記スキンプレートと前記主桁板とに固着されるとともに、前記複合変形ジベルの残部にトンネルの軸方向に延びる配力筋が連結されることを特徴とする。
【００２７】
第１８発明に係るセグメントは、第１５発明〜第１７発明の何れかにおいて、前記鋼殻の内部では、トンネルの軸方向の両端部が一対の前記主桁板に固着される略平板状の縦リブが設けられて、トンネルの法線方向の地山側で前記縦リブの隅角部が切り欠かれるとともに、前記Ｌ字ジベル、前記変形コ字ジベル又は前記複合変形ジベルの一部が前記縦リブに固着されることを特徴とする。
【００２８】
第１９発明に係るセグメントは、第１発明〜第１８発明の何れかにおいて、前記鋼殻の内部では、トンネルの法線方向に傾斜する略Ｓ字状に折曲させたＳ字ジベルが設けられて、前記Ｓ字ジベルが前記スキンプレートに固着されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
第１発明〜第１９発明によれば、一対の主桁板の各々の嵌合凸部と嵌合受部とが、法線方向で互いに略同一の位置で対応する形状に形成されることで、軸方向に連結される複数のセグメントの一体性を向上させることが可能となる。また、第１発明〜第１９発明によれば、各々の主桁板に所定の断面形状のセグメント形鋼が用いられて、嵌合凸部及び嵌合受部が形成されることで、各々の主桁板の面外方向及び面内方向の剛性が向上して、各々の主桁板の高耐力化を図ることが可能となる。
【００３０】
特に、第２発明又は第３発明によれば、軸方向補剛材又は周方向補剛材でスキンプレートが補剛されることで、フレッシュコンクリートを鋼殻の内部に充填するときに、コンクリートの打設圧に伴うスキンプレートの変形が抑制されて、高品質なセグメントを提供することが可能となり、また、トンネル供用後に作用する土水圧に対してもスキンプレートが補剛されるため、高強度なセグメントを提供することが可能となる。さらには、コンクリートの打設圧に対抗してセグメントを固定しておく製造治具が簡略化され、セグメントの製作コストの低減が可能となる。
【００３１】
特に、第４発明又は第５発明によれば、スキンプレートの面外変形の主な原因が周方向の軸力における半径方向成分の力により引き起こされるため、複数の突出部材の周方向の離間距離を軸方向の離間距離よりも小さくことで、その面外変形を効率的に抑制することができ、合成セグメントとしての耐力、剛性を効果的に高めることが可能となる。
【００３２】
特に、第６発明によれば、複数の突出部材が略千鳥状に配設されることで、鋼殻の内部においてコンクリートに発生し得る各々の突出部材によるコーン破壊線が重ならないものとなるため、各々の突出部材の定着耐力を効率的に確保することが可能となる。
【００３３】
特に、第７発明によれば、軸方向の両端側ではスキンプレートの面外変形を主桁板で抑制できるとともに、負荷の大きい軸方向の中央側では多数の突出部材を配設することで、スキンプレートの面外変形を効率的に抑制して、スキンプレートの有効幅を確保することが可能となる。
【００３４】
特に、第９発明又は第１０発明によれば、内空側が曲げ引張を受ける正曲げの場合は、内空側のスキンプレートにコンクリートから剥離する方向の力が働き、地山側が曲げ引張を受ける負曲げの場合は、地山側のスキンプレートからコンクリートを押え付ける方向の力が働くものの、せん断補強として有効に作用するトラス部材が内空側等のスキンプレートに固着され、取付けが容易な突出部材が地山側等のスキンプレートに固着されることで、セグメントの製作コストを抑制しながら、スキンプレートの剛性向上による剥離防止効果と、コンクリートとのずれ止め効果を得ることが可能となる。
【００３５】
特に、第１１発明〜第１４発明によれば、鋼殻の内部で周方向に延びる複数の主鋼材と、軸方向に延びて各々の主鋼材に当接される配力筋とが設けられて、複数の主鋼材を配力筋で一体化することで、複数の主鋼材及び配力筋が埋め込まれた中詰めコンクリートの補強を実現し、セグメントに負荷される大深度での高荷重にも対応することが可能となる。
【００３６】
特に、第１１発明又は第１２発明によれば、配力筋とスキンプレートとが直接的に又は突出部材で連結されることで、配力筋が変形、変位してかぶりコンクリートが剥離したり付着割裂破壊したりする等によりセグメントが変形することがないため、セグメントを常に所定の耐力に保持することが可能となる。また、スキンプレートの変形を防止することで、一般に設計で用いられるスキンプレートの板厚の２５倍というスキンプレートの有効幅を、さらに増加させることが可能となる。
【００３７】
特に、第１３発明によれば、主桁板同士が幅止め筋状の配力筋で連結されることで、セグメント全体の精度向上が可能となり、コンクリート打設時には型枠として機能する主桁板の精度を保持するための型枠抑え材が不要となる。また、主桁板同士が幅止め筋状の配力筋で連結されることで、主桁板自体が補強されるため、主桁板として薄い鋼板を用いることで十分となり、鋼材量及び溶接量が削減され、コンクリートに対する定着機能も発揮するため、セグメント全体としての強度増強することが可能となる。さらに、シールドマシンから作用するジャッキ推力に対して配力筋が抵抗力するため、コンクリートに発生するひび割れが抑止され、セグメントの損傷が低減される。
【００３８】
特に、第１４発明によれば、Ｕ字ジベルの一対の突出辺が中詰めコンクリートに埋め込まれて係止されて、Ｕ字ジベルの底辺がスキンプレート又は主桁板に固着されることで、中詰めコンクリートと鋼殻とのずれ止め機能を発揮することが可能となり、また、中詰めコンクリートの高耐力化と、主桁板への確実な荷重伝達とを実現して、幅広のセグメントにも対応することが可能となる。さらに、シールドマシンから作用するジャッキ推力に対してＵ字ジベルが抵抗力するため、コンクリートに発生するひび割れが抑止され、セグメントの損傷が低減される。
【００３９】
特に、第１５発明によれば、Ｌ字ジベルの一辺が主桁板に固着されることで、中詰めコンクリートと鋼殻とのずれ止め機能を発揮することが可能となり、セグメントの高耐力化が可能となる。さらに、Ｌ字ジベルの残部となる他辺に配力筋が連結されることにより、配力筋に高い切断精度を要求することなく、低コストでセグメントのさらなる高耐力化が可能となる。また、ジベル形状をＬ字とすることで、Ｕ字よりも曲げ加工回数を低減することが可能となり、製造コストをさらに低減可能となる。
【００４０】
特に、第１６発明によれば、コの字ジベルの一辺が主桁板に固着されることで、中詰めコンクリートと鋼殻とのずれ止め機能を発揮することが可能となり、セグメントの高耐力化が可能となる。さらに、コの字ジベルの残部の一端がスキンプレートと固着されることで、縦リブなどの部材を追加することなくスキンプレートを補強することが可能となり、低コストでセグメントの高耐力化が可能となる。さらに、コの字ジベルの残部となる他辺に配力筋が連結されることにより、配力筋に高い切断精度を要求することなく、低コストでセグメントのさらなる高耐力化が可能となる。
【００４１】
特に、第１７発明によれば、コの字とＳ字の折曲部が形成された複合変形ジベルがスキンプレートと主桁板に固着されることで、中詰コンクリートと鋼殻とのずれ止め機能を発揮するとともに、スキンプレートを効果的に補強することが可能となり、セグメントの高耐力化および主桁板への確実な荷重伝達を実現することが可能となる。さらに、複合変形ジベルの残部に配力筋が連結されることにより、配力筋に高い切断精度を要求することなく、低コストでセグメントのさらなる高耐力化が可能となる。
【００４２】
特に、第１８発明によれば、地山側隅角部が切欠かれた縦リブが主桁板およびスキンプレートに固着されることで、フレッシュコンクリートを鋼殻の内部に充填するときに、コンクリートの充填性を確保しつつ、コンクリートの打設圧に伴うスキンプレートの変形が抑制されて、高品質なセグメントを提供することが可能となる。また、トンネル供用後に作用する土水圧に対してもスキンプレートが補剛されるため、高強度なセグメントを提供することが可能となる。さらには、コンクリートの打設圧に対抗してセグメントを固定しておく製造治具が簡略化され、セグメントの製作コストの低減が可能となる。さらに、Ｌ字ジベル、コの字ジベル又は複合変形ジベルの一部が縦リブに固着されることで、中詰コンクリートと鋼殻とのずれ止め機能をより強固に発揮することが可能となり、セグメントのさらなる高耐力化が可能となる。
【００４３】
特に、第１９発明によれば、トンネルの法線方向に傾斜するＳ字ジベルがスキンプレートに固着されることで、外荷重に対してスキンプレートが抵抗する有効幅を拡大してセグメントの耐荷性能を高めるとともに、外荷重に対してコンクリートのせん断補強性能を効果的に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を適用したセグメントで構築されるトンネルを示す斜視図である。
【図２】本発明を適用したセグメントを示す斜視図である。
【図３】本発明を適用したセグメントの主桁板を示す周方向の拡大正面図である。
【図４】本発明を適用したセグメントで主桁板として非対称に形成されたセグメント形鋼が用いられた状態を示す周方向の正面図である。
【図５】本発明を適用したセグメントで主桁板として線対称に形成されたセグメント形鋼が用いられた状態を示す周方向の正面図である。
【図６】本発明を適用したセグメントに用いられるセグメント形鋼で図心位置と重心位置とが略一致する状態を示す周方向の拡大正面図である。
【図７】本発明を適用したセグメントに用いられるセグメント形鋼の変形例で図心位置と重心位置とが略一致する状態を示す周方向の拡大正面図である。
【図８】（ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる頭付きスタッドのずれ止め部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図９】（ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる鋼板のずれ止め部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１０】（ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる鋼板の補強部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１１】（ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる鉄筋又は棒鋼の補強部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１２】（ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる複数の主鋼材及び配力筋を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１３】本発明を適用したセグメントに設けられる複数の主鋼材及び配力筋を示す周方向の正面図である。
【図１４】（ａ）は、本発明を適用したセグメントで地山側のスキンプレートに当接させた縦リブを示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１５】（ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートから離間させた縦リブを示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１６】（ａ）は、本発明を適用したセグメントで縦リブから離間させた配力筋を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１７】（ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートから離間させた縦リブに当接される配力筋を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１８】（ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートに当接させた縦リブに当接される配力筋を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１９】本発明を適用したセグメントに設けられる縦リブ、複数の主鋼材及び配力筋を示す周方向の正面図である。
【図２０】（ａ）は、本発明を適用したセグメントで三角リブの配置を示す側面図であり、（ｂ）は、その周方向の正面図である。
【図２１】本発明を適用したセグメントが軸方向に複数連結された状態を示す正面図である。
【図２２】本発明を適用したセグメントが軸方向に複数連結された状態の変形例を示す正面図である。
【図２３】本発明を適用したセグメントの各々の主桁板が軸方向に当接された状態を示す周方向の拡大正面図である。
【図２４】（ａ）は、本発明を適用したセグメントで地下水圧が作用する前の止水溝を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、その地下水圧が作用した後の止水溝を示す拡大正面図である。
【図２５】本発明を適用したセグメントで嵌合凸部又は嵌合受部から独立して形成された止水溝を示す拡大正面図である。
【図２６】本発明を適用したセグメントでずれ量と製作難度との関連性を示すグラフである。
【図２７】本発明を適用したセグメントで地山側及び内空側に設けられたスキンプレートを示す斜視図である。
【図２８】（ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートに固着された軸方向補剛材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図であり、（ｃ）は、その正面図である。
【図２９】（ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートに固着された周方向補剛材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図であり、（ｃ）は、その正面図である。
【図３０】（ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートに固着された軸方向補剛材及び周方向補剛材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図であり、（ｃ）は、その正面図である。
【図３１】（ａ）は、本発明を適用したセグメントで軸方向補剛材又は周方向補剛材となる孔開き鋼板を示す斜視図であり、（ｂ）は、軸方向補剛材又は周方向補剛材となるＴ字状鋼板を示す斜視図である。
【図３２】（ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートに固着された軸方向補剛材及び突出部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図であり、（ｃ）は、その正面図である。
【図３３】（ａ）は、本発明を適用したセグメントで突出部材となる頭付きスタッド、（ｂ）は、突出部材となるＴ形鋼、（ｃ）は、突出部材となるＬ形鋼、（ｄ）は、突出部材となるＣ形鋼、（ｅ）は、突出部材となるＪ字状鋼材を示す斜視図である。
【図３４】本発明を適用したセグメントで複数の突出部材の周方向の離間距離を軸方向の離間距離よりも小さくした状態を示す拡大底面図である。
【図３５】本発明を適用したセグメントで複数の突出部材が略千鳥状に配設された状態を示す拡大底面図である。
【図３６】本発明を適用したセグメント全体における軸方向の両端側よりも中央側で多数の突出部材が配設された状態を示す底面図である。
【図３７】（ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートに固着された突出部材及びトラス部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図であり、（ｃ）は、その正面図である。
【図３８】本発明を適用したセグメントでスキンプレートに固着された突出部材及びトラス部材を示す拡大側面図である。
【図３９】（ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートに固着されたフープ筋状の配力筋を示す正面図であり、（ｂ）は、一対の主桁板に固着された幅止め筋状の配力筋を示す正面図である。
【図４０】本発明を適用したセグメントでスキンプレートに固着された突出部材及び配力筋を示す正面図である。
【図４１】（ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレート及び一対の主桁板に固着されたＵ字ジベルに連結される配力筋を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図であり、（ｃ）は、その正面図である。
【図４２】本発明を適用したセグメントに設けられるＵ字ジベルのずれ止め部材を示す周方向の正面図である。
【図４３】本発明を適用したセグメントに設けられるＵ字ジベルのずれ止め部材に連結される配力筋を示す周方向の正面図である。
【図４４】本発明を適用したセグメントに設けられるＬ字ジベルを示す正面図である。
【図４５】本発明を適用したセグメントに設けられる変形コ字ジベルを示す正面図である。
【図４６】本発明を適用したセグメントに設けられる複合変形ジベルを示す正面図である。
【図４７】本発明を適用したセグメントで隅角部が切り欠かれた縦リブを示す正面図である。
【図４８】本発明を適用したセグメントに設けられるＳ字ジベルを示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明を適用したセグメント１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４６】
本発明を適用したセグメント１は、図１に示すように、複数のセグメント１がトンネル７の軸方向Ｘ及び周方向Ｙで連結されることで、トンネル７が構築されるものである。
【００４７】
トンネル７は、シールド工法等により地山等を掘削して形成された掘削穴、又は、地山等を開削して形成された開削穴に設けられる。トンネル７は、例えば、軸方向Ｘで略円筒形状に形成されるものであるが、これに限らず、略角筒形状等に形成されてもよい。
【００４８】
トンネル７は、複数のセグメント１が周方向Ｙに連結されて、セグメントリング７０が構築される。また、トンネル７は、複数のセグメントリング７０が軸方向Ｘに連結されることで、トンネル７の延長方向となる軸方向Ｘで略円筒形状等に形成されるものとなる。
【００４９】
トンネル７は、複数のセグメントリング７０が軸方向Ｘに連結されることで、トンネル７の半径方向となる法線方向Ｚで、地山側Ｚ１と内空側Ｚ２とを隔てるように構築されるものとなり、法線方向Ｚの内空側Ｚ２に所定の内部空間Ｓが確保される。
【００５０】
本発明を適用したセグメント１は、図２に示すように、軸方向Ｘの両端部に配置される一対の主桁板３と、周方向Ｙの両端部に配置される一対の継手板４とを備える。
【００５１】
本発明を適用したセグメント１は、軸方向Ｘに所定の間隔を空けて、一対の主桁板３が互いに略平行に配置される。また、本発明を適用したセグメント１は、周方向Ｙに所定の間隔を空けて、一対の継手板４が互いに傾斜等するように配置される。
【００５２】
本発明を適用したセグメント１は、主桁板３の周方向Ｙの両端部が、継手板４の軸方向Ｘの両端部と互いに接合されることで、軸方向Ｘ及び周方向Ｙに所定の間隔を空けた一対の主桁板３及び一対の継手板４に四方を取り囲まれた略箱状の鋼殻６が形成される。
【００５３】
本発明を適用したセグメント１は、一対の主桁板３及び一対の継手板４に取り囲まれることで、中詰めコンクリート６０が内部６ａに充填される鋼殻６が形成される。本発明を適用したセグメント１は、法線方向Ｚで地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方又は両方に、鋼殻６の内部６ａを覆うようにスキンプレート５が設けられる。
【００５４】
本発明を適用したセグメント１は、特に、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が各々の主桁板３として用いられて、このセグメント形鋼２が周方向Ｙに湾曲等させて形成される。また、本発明を適用したセグメント１は、必要に応じて、各々の継手板４として、このセグメント形鋼２が湾曲等させることなく用いられてもよい。
【００５５】
各々の主桁板３は、図３に示すように、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が用いられることで、周方向Ｙに対する断面方向で、法線方向Ｚに延びる本体部２０と、軸方向Ｘに凸状の嵌合凸部２１と、軸方向Ｘに凹状の嵌合受部２２とが形成される。
【００５６】
各々の主桁板３は、法線方向Ｚに延びる本体部２０に、本体部２０から軸方向Ｘの外側Ａに突出する嵌合凸部２１が形成されるとともに、嵌合凸部２１よりも軸方向Ｘの内側Ｂに配置される嵌合受部２２が形成される。
【００５７】
各々の主桁板３は、必要に応じて、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が、断面略円弧状等の湾曲面２ａが形成されて湾曲状となる。また、各々の主桁板３は、必要に応じて、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が、断面略平坦状等の平坦面２ｂが形成されて平坦状となる。
【００５８】
ここで、一対の主桁板３は、図４に示すように、軸方向Ｘの一端側に配置される主桁板３が一端側主桁板３１となるとともに、軸方向Ｘの他端側に配置される主桁板３が他端側主桁板３２となり、一端側主桁板３１と他端側主桁板３２とが一対の主桁板３となる。
【００５９】
一端側主桁板３１は、鋼殻６の内部６ａの反対側となる軸方向Ｘの外側Ａに向けて突出して、湾曲状の嵌合凸部２１が形成されるとともに、湾曲状の嵌合凸部２１よりも鋼殻６の内部６ａ側となる軸方向Ｘの内側Ｂに、平坦状の嵌合受部２２が形成される。
【００６０】
他端側主桁板３２は、鋼殻６の内部６ａの反対側となる軸方向Ｘの外側Ａに向けて突出して、平坦状の嵌合凸部２１が形成されるとともに、平坦状の嵌合凸部２１よりも鋼殻６の内部６ａ側となる軸方向Ｘの内側Ｂに、湾曲状の嵌合受部２２が形成される。
【００６１】
一対の主桁板３は、軸方向Ｘの両端部に配置される一端側主桁板３１及び他端側主桁板３２の各々に、法線方向Ｚに延びる本体部２０が形成される。このとき、一対の主桁板３は、本体部２０から軸方向Ｘに突出する嵌合凸部２１が一端側主桁板３１に形成されるとともに、本体部２０から軸方向Ｘに陥没する嵌合受部２２が他端側主桁板３２に形成される。
【００６２】
一対の主桁板３は、一端側主桁板３１の湾曲状の嵌合凸部２１と、他端側主桁板３２の湾曲状の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される。また、一対の主桁板３は、一端側主桁板３１の平坦状の嵌合受部２２と、他端側主桁板３２の平坦状の嵌合凸部２１とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される。
【００６３】
各々の主桁板３は、図３に示すように、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が用いられることで、軸方向Ｘで本体部２０の両側面の各々に、湾曲状又は平坦状の嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が形成される。
【００６４】
このとき、各々の主桁板３は、例えば、本体部２０の一方側面２０ａに、湾曲状の嵌合凸部２１及び平坦状の嵌合受部２２が形成されるとともに、本体部２０の他方側面２０ｂに、平坦状の嵌合凸部２１及び湾曲状の嵌合受部２２が形成される。
【００６５】
各々の主桁板３は、本体部２０の一方側面２０ａの湾曲状の嵌合凸部２１と、他方側面２０ｂの湾曲状の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される。また、各々の主桁板３は、本体部２０の一方側面２０ａの平坦状の嵌合受部２２と、他方側面２０ｂの平坦状の嵌合凸部２１とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される。
【００６６】
各々の主桁板３は、法線方向Ｚで本体部２０の両端部の各々で、本体部２０の両側面の各々に、湾曲状の嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が１箇所に形成されるとともに、平坦状の嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が１箇所に形成される。
【００６７】
各々の主桁板３は、図４に示すように、軸方向Ｘで非対称に形成されたセグメント形鋼２が、一対の主桁板３の各々に共通して用いられる。このとき、各々の主桁板３は、本体部２０の一方側面２０ａの嵌合凸部２１と、本体部２０の他方側面２０ｂの嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置で湾曲状又は平坦状に形成されるものとなる。
【００６８】
各々の主桁板３は、これに限らず、図５に示すように、軸方向Ｘで線対称に形成されたセグメント形鋼２が、一対の主桁板３の各々に用いられてもよい。このとき、セグメント形鋼２は、軸方向Ｘに延びる一対のフランジ２５と、法線方向Ｚに延びるウェブ２６とを組み合わせて、法線方向Ｚに延びる本体部２０が形成される。
【００６９】
各々の主桁板３は、軸方向Ｘで線対称に形成されたセグメント形鋼２が用いられる場合に、一対のフランジ２５の各々の両側端に、平坦状等の嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が形成される。このとき、一対の主桁板３は、特に、一端側主桁板３１の嵌合凸部２１と、他端側主桁板３２の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に周方向Ｙに連続して形成される。
【００７０】
各々の主桁板３は、図３に示すように、周方向Ｙに対する断面方向で、セグメント形鋼２の図心位置と重心位置とが略一致するように、法線方向Ｚで本体部２０の両端部の各々で、本体部２０の両側面の所定の位置に、嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が形成される。ここで、重心位置は、周方向Ｙに対する断面方向に関し、軸方向Ｘ、法線方向Ｚに対する幾何学的寸法の釣り合い点を指す。また、図心位置は、周方向Ｙに対する断面方向に関し、軸方向Ｘ、法線方向Ｚに対する断面１次モーメントの釣り合い点を指す。
【００７１】
セグメント形鋼２は、図６に示すように、法線方向Ｚの全高Ｈ又は軸方向Ｘの全幅Ｗに対して、図心位置と重心位置との軸方向Ｘのずれ量Δが８％以下となるときに、図心位置と重心位置とが略一致するものとなる。セグメント形鋼２は、全高Ｈ又は全幅Ｗに対して、図心位置と重心位置とのずれ量Δが、特に、３％以下となることが望ましい。
【００７２】
セグメント形鋼２は、例えば、法線方向Ｚの全高Ｈ＝２２５ｍｍ、軸方向Ｘの全幅Ｗ＝３８ｍｍとする。このとき、セグメント形鋼２は、図６（ａ）に示すように、軸方向Ｘのずれ量Δ＝０．０５５ｍｍとすると、軸方向Ｘの全幅Ｗに対して、軸方向Ｘのずれ量Δが０．１４％（＝０．０５５／３８×１００）となるとともに、法線方向Ｚのずれ量Δ＝０ｍｍであるから、法線方向Ｚの全高Ｈに対して、法線方向Ｚのずれ量Δが０％となるため、図心位置と重心位置とが略一致する。
【００７３】
軸方向Ｘのずれ量のみを示せば、セグメント形鋼２は、図６（ｂ）に示すように、ずれ量Δ＝０．１６０ｍｍ、図６（ｃ）に示すように、ずれ量Δ＝０．２８６ｍｍ、図６（ｄ）に示すように、ずれ量Δ＝１．８２８ｍｍの場合の何れについても、ずれ量Δが８％以下となる。また、セグメント形鋼２は、図７（ａ）に示すように、ずれ量Δ＝０．５２７ｍｍ、図７（ｂ）に示すように、ずれ量Δ＝０．９２３ｍｍの場合の何れについても、ずれ量Δが８％以下となることで、図心位置と重心位置とが略一致するものとなる。なお、セグメント形鋼２は、図７（ｃ）、図７（ｄ）に示すように、ずれ量Δ≒０．０００ｍｍとすることもできる。
【００７４】
本発明を適用したセグメント１は、図８、図９に示すように、鋼殻６の内部６ａに所定のずれ止め部材６１が設けられる。ずれ止め部材６１は、軸方向Ｘの一方の片端部のみが各々の主桁板３に溶接等で固着されるとともに、軸方向Ｘの他方の片端部が鋼殻６の内部６ａに延びて配置されて、中詰めコンクリート６０に埋め込まれる。
【００７５】
ずれ止め部材６１は、図８に示すように、頭付きスタッドが用いられるほか、図９に示すように、略平板状に形成された鋼板等が用いられて、一対の主桁板３の各々で、法線方向Ｚの２段程度に亘って、周方向Ｙの４箇所程度に断続的に設けられる。本発明を適用したセグメント１は、ずれ止め部材６１が中詰めコンクリート６０に埋め込まれて係止されて、中詰めコンクリート６０と鋼殻６とのずれ止め機能を発揮することが可能となる。
【００７６】
鋼殻６の内部６ａに設けられるずれ止め部材６１は、主に鋼殻６と中詰めコンクリート６０とをトンネル接線方向に一体化させることを目的に設けられるものである。このとき、本発明を適用したセグメント１は、トンネル外力が作用した場合にも、鋼殻６と中詰めコンクリート６０との間でトンネル接線方向にずれ変形を生じさせる挙動に対して、このずれ変形を略同一状態として、いわゆる一体はり構造の挙動を確保できる。そして、この両者間のずれ変形に抵抗するずれ止め剛性は、トンネル外力に応じてずれ止め部材６１の数量で適宜調整可能となる。トンネル接線方向に対するずれ止め剛性は、セグメント１の外力に対する法線方向Ｚの剛性を飛躍的に高める効果があり、トンネルセグメントの高耐力化、高剛性化を生み、結果的にトンネルセグメントの薄壁化を図ることができる。その結果、大深度トンネルへの適用や、トンネル外径の縮小化に寄与するものとなる。
【００７７】
本発明を適用したセグメント１は、図１０、図１１に示すように、鋼殻６の内部６ａに所定の補強部材６２が設けられる。補強部材６２は、軸方向Ｘの両端部が一対の主桁板３に溶接等で固着されて、鋼殻６の内部６ａで一対の主桁板３に架設された状態で、中詰めコンクリート６０に埋め込まれる。
【００７８】
補強部材６２は、図１０に示すように、略平板状に形成された鋼板等が用いられるほか、図１１に示すように、異形鉄筋等の鉄筋又は棒鋼が用いられて、法線方向Ｚの２段程度に亘って、周方向Ｙの４箇所程度に断続的に設けられる。本発明を適用したセグメント１は、補強部材６２が架設されることで、中詰めコンクリート６０の高耐力化と、主桁板３への確実な荷重伝達とを実現して、幅広のセグメント１にも対応することが可能となる。
【００７９】
本発明を適用したセグメント１は、図１２に示すように、鋼殻６の内部６ａで周方向Ｙに延びる複数の主鋼材６３が設けられるとともに、軸方向Ｘに延びて各々の主鋼材６３に当接される配力筋６４が設けられる。複数の主鋼材６３は、各々に異形鉄筋等の鉄筋又は棒鋼等が用いられて、軸方向Ｘの６箇所程度に断続的に設けられる。
【００８０】
配力筋６４は、異形鉄筋等の鉄筋又は棒鋼等が用いられて、図１３に示すように、複数の主鋼材６３を取り囲むように設けられる。配力筋６４は、図１３（ａ）に示すように、法線方向Ｚで地山側Ｚ１の端部がフック状に形成されてもよく、図１３（ｂ）に示すように、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の主鋼材６３を全周で取り囲むように形成されてもよい。
【００８１】
本発明を適用したセグメント１は、複数の主鋼材６３を配力筋６４で一体化することで、複数の主鋼材６３及び配力筋６４が埋め込まれた中詰めコンクリート６０の補強を実現して、セグメント１に負荷される大深度での高荷重にも対応することが可能となる。
【００８２】
本発明を適用したセグメント１は、図１４〜図１８に示すように、鋼殻６の内部６ａに所定の縦リブ６５が設けられる。縦リブ６５は、略平板状に形成された鋼板が用いられて、軸方向Ｘの両端部が一対の主桁板３に溶接等で固着されて、鋼殻６の内部６ａで一対の主桁板３に架設された状態で、中詰めコンクリート６０に埋め込まれる。
【００８３】
縦リブ６５は、略平板状に形成された鋼板が法線方向Ｚに延びて配置されて、周方向Ｙの４箇所程度に断続的に設けられる。このとき、配力筋６４は、特に、図１６に示すように、縦リブ６５から周方向Ｙに離間させて設けられてもよく、図１７、図１８に示すように、周方向Ｙの両側から縦リブ６５に当接させて設けられてもよい。
【００８４】
本発明を適用したセグメント１は、図１６に示すように、配力筋６４が縦リブ６５から離間させて設けられることで、複数の縦リブ６５の間が配力筋６４で補強されて、中詰めコンクリート６０に耐力の低い箇所が形成されることを回避することが可能となる。また、本発明を適用したセグメント１は、図１７、図１８に示すように、配力筋６４が縦リブ６５に当接させて設けられることで、主鋼材６３、配力筋６４、縦リブ６５及び主桁板３を簡便に固着させて、一体性の高いセグメント１を提供することが可能となる。
【００８５】
配力筋６４は、周方向Ｙの両側から縦リブ６５に当接させて設けられる場合に、図１９（ａ）に示すように、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の複数の主鋼材６３を取り囲むことで、縦リブ６５の上下端部と配力筋６４とで主鋼材６３を法線方向Ｚに挟み込んで拘束する。さらに、配力筋６４は、図１９（ｂ）に示すように、法線方向Ｚの端部を周方向Ｙに折り曲げて、配力筋６４の折り曲げた端部が縦リブ６５の上端部に引っ掛けられてもよい。
【００８６】
本発明を適用したセグメント１は、鋼殻６の内部６ａを覆うように、略平板状の鋼板等を湾曲させたスキンプレート５が地山側Ｚ１に設けられる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、図１５に示すように、法線方向Ｚで縦リブ６５の地山側Ｚ１の上端部が、スキンプレート５から法線方向Ｚに離間させて設けられて、スキンプレート５と縦リブ６５との間に所定の隙間Ｇが形成される。
【００８７】
本発明を適用したセグメント１は、スキンプレート５と縦リブ６５との間に所定の隙間Ｇが形成されることで、中詰めコンクリート６０となるフレッシュコンクリートを鋼殻６の内部６ａに充填するときに、フレッシュコンクリートが隙間Ｇを通過できるものとなる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、フレッシュコンクリートの流動性を隙間Ｇで確保して、鋼殻６の内部６ａへの充填性を向上させることが可能となる。
【００８８】
また、本発明を適用したセグメント１は、スキンプレート５と縦リブ６５との間に所定の隙間Ｇが形成されることで、スキンプレート５と縦リブ６５とが互いに離間するものとなるが、スキンプレート５と主桁板３との接合箇所付近に、図２０に示すように、適宜、両者を接続する三角リブ、四角リブ又は台形リブ６６等の補強材を配置することで、接合箇所付近の剛性が高まるため、セグメント１の性能を向上させる効果が期待できる。なお、三角リブ、四角リブ又は台形リブ６６等の補強材は、縦リブ６５の有無によらずに適宜配置されて、セグメント１の性能向上を図ることができる。
【００８９】
なお、本発明を適用したセグメント１は、必要に応じて、図８〜図１９に示す鋼殻６の内部６ａで、ずれ止め部材６１、補強部材６２、主鋼材６３、配力筋６４及び縦リブ６５が適宜組み合わされた状態で、中詰めコンクリート６０が充填されるものとなる。
【００９０】
本発明を適用したセグメント１は、図２１に示すように、所定のセグメント１の一端側主桁板３１に、軸方向Ｘに隣り合って連結される他のセグメント１の他端側主桁板３２が当接されて、複数のセグメント１が互いに連結されるものとなる。
【００９１】
本発明を適用したセグメント１は、図２１（ａ）に示すように、図４に示す軸方向Ｘで非対称に形成されたセグメント形鋼２を、一対の主桁板３の各々に共通して略同一形状のものとして用いることで、複数のセグメント１が互いに連結される。
【００９２】
また、本発明を適用したセグメント１は、これに限らず、図２１（ｂ）に示すように、図５に示す軸方向Ｘで線対称に形成されたセグメント形鋼２を、一対の主桁板３の各々に用いることで、複数のセグメント１が互いに連結されてもよい。
【００９３】
さらに、本発明を適用したセグメント１は、図２１（ｃ）に示すように、図４に示す非対称に形成されたセグメント形鋼２と、図５に示す線対称に形成されたセグメント形鋼２とを組み合わせて用いることで、複数のセグメント１が互いに連結されてもよい。
【００９４】
なお、本発明を適用したセグメント１は、図２２に示すように、軸方向Ｘに隣り合って連結される他のセグメント１の主桁板３が当接された状態で、一端側主桁板３１に形成された嵌合凸部２１と、他のセグメント１の他端側主桁板３２に形成された嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に周方向Ｙに連続して形成されてもよい。このとき、本発明を適用したセグメント１は、軸方向Ｘに隣り合って連結される各々のセグメント１において、軸方向Ｘの両端部の主桁板３の断面形状を統一させて、主桁板３の断面形状を１種類で済ませることができる。
【００９５】
これにより、本発明を適用したセグメント１は、主桁板３の断面形状が１種類で済むので、主桁板３の製造において製造治具を少なくできることから、製造コストを抑えることが可能となる。また、本発明を適用したセグメント１は、組立時においても主桁板３の向きを統一できるので、組立時の材料管理や組立手間も少なく済ませることが可能となる。
【００９６】
また、本発明を適用したセグメント１は、主桁板３として図７（ｂ）に示すセグメント形鋼２を採用した場合に、図２２（ａ）に示すように、一端側主桁板３１及び他端側主桁板３２が、セグメント１の周方向Ｙの断面での中心点に対して点対称に配置される。このとき、本発明を適用したセグメント１は、中詰めコンクリート６０に係止される嵌合凸部２１が法線方向Ｚの両端部に配置されるため、中詰めコンクリート６０を法線方向Ｚに挟み込む効果が得られ、鋼殻６と中詰めコンクリート６０とをより強固に一体化することができる。さらに、中詰めコンクリート６０と当接する面の嵌合凸部２１が、主桁板３の法線方向Ｚの両端部のみに配置されるため、図１４〜図１９に示す縦リブ６５等の補強材の配置が容易となり、セグメント１の製作コストを低減することが可能となる。
【００９７】
ここで、本発明を適用したセグメント１は、図２３に示すように、軸方向Ｘの両端部で各々の主桁板３が互いに当接されて、一方の主桁板３の嵌合凸部２１が他方の主桁板３の嵌合受部２２に嵌合されることで、複数のセグメント１が互いに連結されるものとなる。
【００９８】
このとき、本発明を適用したセグメント１は、特に、一端側主桁板３１の湾曲状の嵌合凸部２１と、他端側主桁板３２の湾曲状の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成されることで、湾曲状の嵌合凸部２１が嵌合受部２２に確実に嵌め込まれる。さらに、本発明を適用したセグメント１は、他端側主桁板３２の平坦状の嵌合凸部２１も、一端側主桁板３１の平坦状の嵌合受部２２に確実に嵌め込まれる。
【００９９】
本発明を適用したセグメント１は、各々の主桁板３に所定の断面形状のセグメント形鋼２が用いられて、互いに対応する形状で湾曲状等に形成された嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が、一対の主桁板３の各々に形成されて確実かつ強固に嵌合するものとなる。本発明を適用したセグメント１は、特に、一対の主桁板３の各々の嵌合凸部２１と嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置で対応する形状に形成されることで、軸方向Ｘに連結される複数のセグメント１の一体性を向上させることが可能となる。
【０１００】
また、本発明を適用したセグメント１は、一対の主桁板３の各々の嵌合凸部２１と嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置で対応する形状に形成されて確実に嵌合されることで、複数のセグメント１の現場での組立てを容易に実施することが可能となる。さらに、本発明を適用したセグメント１は、複数のセグメント１の現場での組立容易性が向上することで、複数のセグメント１の一体性を確実に向上させて、互いに連結される複数のセグメント１の地震時の高耐久性も実現することが可能となる。
【０１０１】
本発明を適用したセグメント１は、図６、図７に示すセグメント形鋼２を各々の主桁板３に用いることで、図２３に示すように、中詰めコンクリート６０に係止される嵌合凸部２１及び嵌合受部２２の何れか一方又は両方が、鋼殻６の内部６ａ側に配置される本体部２０の側面にも形成される。これにより、本発明を適用したセグメント１は、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が鋼殻６の内部６ａ側で中詰めコンクリート６０に係止されることで、鋼殻６の内部６ａに充填される中詰めコンクリート６０と鋼殻６との一体性を向上させることが可能となる。
【０１０２】
本発明を適用したセグメント１は、嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が、各々の主桁板３で鋼殻６の内部６ａの反対側に配置される何れか一方の側面のみに形成されるだけでなく、鋼殻６の内部６ａ側に配置される何れか他方の側面にも形成されるものとなる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、鋼殻６の内部６ａ側でも嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が中詰めコンクリート６０に係止されることで、鋼殻６の内部６ａに充填される中詰めコンクリート６０と鋼殻６との一体性を向上させることが可能となる。
【０１０３】
また、本発明を適用したセグメント１は、鋼殻６の内部６ａ側でも嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が中詰めコンクリート６０に係止されることで、鋼殻６と中詰めコンクリート６０とが法線方向Ｚに対して一体化されて、トンネル外力に対する鋼殻６の法線方向Ｚのたわみと中詰めコンクリート６０のたわみが略同一状態となり、いわゆる重ねはり構造の挙動を確保することができる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、嵌合凸部２１及び嵌合受部２２と中詰めコンクリート６０との係止部分が周方向Ｙに連続して形成されることで、ずれ止め機能の剛性が極めて高くなり、一体化の効果が格段に高まるものとなる。そして、本発明を適用したセグメント１は、トンネル外力が作用した場合にも、中詰めコンクリート６０がトンネル内部に剥落することを抑止する効果が得られるため、トンネル構造の安全性に大きく寄与するものとなる。
【０１０４】
また、本発明を適用したセグメント１は、図４に示すように、軸方向Ｘで非対称に形成されたセグメント形鋼２を、一対の主桁板３の各々で互いに略同一形状のものとして共通して用いることができる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、略同一形状のセグメント形鋼２が各々の主桁板３として用いられることで、主桁板３となるセグメント形鋼２の共通化を図り、セグメント１の製作コストを低減することが可能となる。
【０１０５】
本発明を適用したセグメント１は、特に、図２４に示すように、軸方向Ｘに隣り合って連結される他のセグメント１の他端側主桁板３２が、所定のセグメント１の一端側主桁板３１に当接された状態で、軸方向Ｘに凹状となる止水溝２３が形成される。
【０１０６】
止水溝２３は、軸方向Ｘで一端側主桁板３１と他端側主桁板３２とが互いに当接された状態で、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２から法線方向Ｚに連続させて、軸方向Ｘの外側Ａから内側Ｂに向けて断面略Ｓ字状に湾曲するように凹状に形成される。
【０１０７】
止水溝２３は、図２４（ａ）に示すように、断面略Ｓ字状に湾曲するように形成されることで、比較的大きな間隙となる拡幅部２３ａと、比較的小さな間隙となる狭小部２３ｂとが形成される。止水溝２３は、地山側Ｚ１から地下水圧が作用する前の状態で、ゴム製等のシール材２４が拡幅部２３ａに嵌装されるものとなる。
【０１０８】
止水溝２３は、図２４（ｂ）に示すように、地山側Ｚ１から地下水圧が作用することで、地山側Ｚ１から内空側Ｚ２へ地下水等が浸入しようとして、地下水等の水圧でシール材２４が押圧Ｐされる。このとき、シール材２４は、拡幅部２３ａから狭小部２３ｂに飛び出すように変形して、比較的小さな間隙の狭小部２３ｂに密着するように挟み込まれる。
【０１０９】
本発明を適用したセグメント１は、軸方向Ｘで一端側主桁板３１と他端側主桁板３２とが互いに当接されて、地山側Ｚ１から地下水圧が作用した後の状態で、比較的小さな間隙の狭小部２３ｂにシール材２４が密着して挟み込まれる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、密着したシール材２４で地下水等の浸入が確実に遮断されるため、複数のセグメント１の連結箇所での止水性能を著しく向上させることが可能となる。
【０１１０】
また、本発明を適用したセグメント１は、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２から法線方向Ｚに連続させて、軸方向Ｘに凹状となる止水溝２３が形成されるため、独立した止水構造をセグメント１に設けることが不要となる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、独立した止水構造を不要とすることで、止水構造を設けるためのセグメント１の製作コストを抑制することが可能となる。
【０１１１】
また、本発明を適用したセグメント１は、図２５に示すように、止水溝２３が嵌合凸部２１又は嵌合受部２２から独立して形成されて、かつ、軸方向Ｘに隣り合って連結される他のセグメント１の止水溝２３と法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される場合に、シール材２４の幅を自由に選択することが可能となり、さらに、軸方向Ｘに隣り合う２枚のシール材２４が重なり合って地下水圧に抵抗することで、高い止水性能を発揮することが可能となる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、軸方向Ｘで本体部２０の両側面に凹状となる止水溝２３が形成されて、本体部２０の外側Ａで凹状となる止水溝２３と、本体部２０の内側Ｂで凹状となる止水溝２３とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成されてもよい。本発明を適用したセグメント１は、止水溝２３を両面に設けておくことで、内側Ｂの止水溝２３による中詰めコンクリート６０との一体性が飛躍的に向上するだけでなく、主桁板３の形状が対称形となって製造効率が飛躍的に向上して、同時に止水機能の代わりにずれ止めの機能を兼用させることが可能となる。
【０１１２】
本発明を適用したセグメント１は、図３〜図７に示すように、各々の主桁板３に所定の断面形状のセグメント形鋼２が用いられて、嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が形成されることで、各々の主桁板３の面外方向及び面内方向の剛性が向上する。これにより、本発明を適用したセグメント１は、各々の主桁板３の面外方向及び面内方向の剛性を向上させて、各々の主桁板３の高耐力化を図ることが可能となる。
【０１１３】
本発明を適用したセグメント１は、図２に示すように、各々の主桁板３と同様に、必要に応じて、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２を、各々の継手板４として用いてもよい。各々の継手板４は、図６、図７に示すセグメント形鋼２を用いることで、周方向Ｙの一端側に配置される一端側継手板４１の嵌合凸部２１と、周方向Ｙの他端側に配置される他端側継手板４２の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に軸方向Ｘに連続して形成される。
【０１１４】
これにより、本発明を適用したセグメント１は、一対の継手板４の各々の嵌合凸部２１と嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置で対応する形状に形成されることで、周方向Ｙに連結される複数のセグメント１の一体性を向上させることが可能となる。なお、本発明を適用したセグメント１は、例えば、主桁板３及び継手板４の何れか一方においてのみ、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が用いられてもよい。
【０１１５】
本発明を適用したセグメント１は、特に、一対の主桁板３及び一対の継手板４の両方において、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が用いられることで、図１に示すように、複数のセグメント１が軸方向Ｘ及び周方向Ｙで一体的に連結される。このとき、本発明を適用したセグメント１は、複数のセグメント１が周方向Ｙで一体的に連結されてセグメントリング７０が構築されるとともに、複数のセグメントリング７０が軸方向Ｘで一体的に連結されてトンネル７が構築されるものとなる。
【０１１６】
ここで、セグメント１は、図２に示すように、複数の部材の組立工程において、一般的に、鋼板、形鋼等の切断、切削、曲げ加工、溶接等の多様な加工を実施する必要がある。そして、セグメント１は、加工後の製品として、幅、高さ、捻じれ、曲がり等の寸法精度を許容範囲内に収める必要があるものの、各々の部材の強度及び成分等が異なることから、寸法精度の管理が経験によるところが多く、極めて困難を要していた。
【０１１７】
特に、セグメント１の主桁板３は、土水圧等の外荷重に対して抵抗する際の主要部材であり、セグメント１の鋼殻６の外周に配置されるため、品質及び寸法精度として高い水準が要求されている。このため、本発明を適用したセグメント１は、図６、図７に示すように、特に、セグメント形鋼２の全高Ｈ又は全幅Ｗに対して図心位置と重心位置とのずれ量Δを８％以下として、図心位置と重心位置とが略一致するものとする。
【０１１８】
ここで、主桁板３の図心位置と重心位置との軸方向Ｘ（法線方向Ｚ）のずれ量Δが大きいと、曲げ加工や溶接加工に伴う反り、ねじれなどの変形が大きくなり、セグメント１の所要の寸法精度を確保することが難しくなる。一方、主桁板３の軸方向Ｘ（法線方向Ｚ）の全幅Ｗ（全高Ｈ）が大きいと、主桁板３の剛性が大きくなり、曲げ加工や溶接加工に伴う反り、ねじれなどの変形に対する抵抗性が高まり、セグメント１の所要の寸法精度を確保することが容易になる。
【０１１９】
製作難度を示す指標として、全高Ｈ又は全幅Ｗに対する図心位置と重心位置とのずれ量Δを採用すると、ずれ量Δが大きいほど反り、ねじれ変形は大きくなり、製作難度が上がることになる。本発明の発明者は、図２６に示すように、これまでの種々の製作実績により、ずれ量Δが８％以下であれば、簡易な矯正で高い水準の品質及び寸法精度を確保することが可能であり、さらにずれ量Δが３％以下であれば、矯正の必要なくより高い水準の品質及び寸法精度を確保することが可能であることを見出した。なお、ずれ量Δが８％を超えると、通常の矯正で所要の寸法精度を確保することは極めて困難となり、大規模な冶具による加工が必要となるため、組立加工費を大幅に増加させることになる。
【０１２０】
これにより、本発明を適用したセグメント１は、セグメント形鋼２の断面方向で、図心位置と重心位置とが略一致することで、セグメント形鋼２の組立加工が大幅に削減されるだけでなく、高い水準の品質及び寸法精度も確保することが可能となる。そして、本発明を適用したセグメント１は、特に、セグメント形鋼２の図心位置と重心位置とのずれ量Δを３％以下としたとき、より高い水準の品質及び寸法精度を確保することが可能となる。
【０１２１】
本発明を適用したセグメント１の基本思想は、法線方向Ｚのずれ止め剛性を相対的に大きく設定して、トンネル崩壊等の極限的リスクを回避することに重点を置きつつ、図８、図９に示すトンネル接線方向のずれ止め部材６１等を適宜設けることで、トンネルに作用する外力に適切に抵抗するトンネルセグメント構造を提供することにある。さらに、この基本思想に加えて、周方向Ｙに連続する嵌合凸部２１及び嵌合受部２２を主桁板３に形成することで、嵌合機能、止水機能だけでなく、ずれ止め機能を付与することを同時に達成することを可能にしている。しかも、安価に製造するために主桁板３の凹凸形状の配置を工夫することで、低コストと多機能性とを両立させることを可能にしている。
【０１２２】
本発明を適用したセグメント１は、図２７に示すように、法線方向Ｚで地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方又は両方に、周方向Ｙに湾曲させた鋼板等のスキンプレート５が設けられる。スキンプレート５は、例えば、セグメント１の地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の両方に設けられるほか、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方にのみ設けられる。
【０１２３】
スキンプレート５は、図２８〜図３０に示すように、軸方向Ｘに延びる軸方向補剛材５０及び周方向Ｙに延びる周方向補剛材５１の何れか一方又は両方が、鋼殻６の内部６ａ側に溶接等で固着される。軸方向補剛材５０又は周方向補剛材５１は、鉄筋、鋼板又は形鋼等が用いられる。軸方向補剛材５０又は周方向補剛材５１は、形鋼が用いられる場合には、例えば、Ｈ形鋼、溝形鋼又は山形鋼等の形鋼が用いられる。
【０１２４】
スキンプレート５は、図２８に示すように、軸方向補剛材５０のみが固着される場合に、１又は複数の軸方向補剛材５０が固着させて設けられる。このとき、軸方向補剛材５０は、各々の軸方向補剛材５０の軸方向Ｘの両端部が、一対の主桁板３に固着されないものとなるが、必要に応じて、軸方向Ｘに延びて一対の主桁板３に固着されてもよい。軸方向補剛材５０はセグメント１の軸方向Ｘの幅を広くした場合に土水圧荷重をセグメント１の両側部に配置する主桁板３に伝達する性能を高める効果がある。また、セグメント１を製作する際にフレッシュコンクリートを打設する圧力に対してスキンプレート５の変形を抑止する効果が高まる。
【０１２５】
スキンプレート５は、図２９に示すように、周方向補剛材５１のみが固着される場合に、１又は複数の周方向補剛材５１が固着させて設けられる。このとき、周方向補剛材５１は、各々の周方向補剛材５１の周方向Ｙの両端部が、周方向Ｙに延びて一対の継手板４に固着されるものとなるが、必要に応じて、一対の継手板４に固着されなくてもよい。周方向補剛材５１はセグメント１に土水圧荷重が作用した際にスキンプレート５自体の面外変形を抑制する効果を高めて、設計においてスキンプレート５の有効幅を広げることができる。
【０１２６】
スキンプレート５は、図３０に示すように、軸方向補剛材５０及び周方向補剛材５１が固着される場合に、１又は複数の軸方向補剛材５０及び周方向補剛材５１が、略格子状に組み合わせて設けられる。このとき、スキンプレート５は、例えば、各々の軸方向補剛材５０の軸方向Ｘの両端部は一対の主桁板３に固着されないが、各々の周方向補剛材５１の周方向Ｙの両端部は一対の継手板４に固着されるものとなる。
【０１２７】
軸方向補剛材５０又は周方向補剛材５１は、鋼板が用いられる場合には、図３１に示すように、例えば、孔開き鋼板５２、略Ｔ字状のＴ字状鋼板５３、図３３（ｃ）に示すＬ形鋼８２と同様の断面形状となる略Ｌ字状のＬ字状鋼板、又は図３３（ｄ）に示すＣ形鋼８３と同様の断面形状となる略Ｃ字状のＣ字状鋼板が用いられる。このとき、孔開き鋼板５２は、図３１（ａ）に示すように、鋼板を軸方向Ｘ又は周方向Ｙに貫通させた１又は複数の孔部が形成される。また、Ｔ字状鋼板５３は、図３１（ｂ）に示すように、基端部がスキンプレート５に固着されて、先端部が拡幅させて形成されて、必要に応じて、鋼板を軸方向Ｘ又は周方向Ｙに貫通させた孔部が形成されてもよい。
【０１２８】
本発明を適用したセグメント１は、図２８〜図３０に示すように、特に、線状の連続した軸方向補剛材５０及び周方向補剛材５１の何れか一方又は両方が、スキンプレート５に固着されることで、軸方向補剛材５０又は周方向補剛材５１でスキンプレート５が広範囲に補剛される。このとき、本発明を適用したセグメント１は、フレッシュコンクリートを鋼殻６の内部６ａに充填するときに、コンクリートの打設圧に伴うスキンプレート５の変形が抑制されて、高品質なセグメント１を提供することが可能となる。また、本発明を適用したセグメント１は、トンネル供用後に作用する土水圧に対してもスキンプレート５が補剛されるため、高強度なセグメント１を提供することが可能となる。
【０１２９】
スキンプレート５は、図３２に示すように、軸方向Ｘに延びる複数の軸方向補剛材５０及び法線方向Ｚに略棒状に突出する複数の突出部材８の何れか一方又は両方が、鋼殻６の内部６ａ側に固着されてもよい。スキンプレート５は、例えば、複数の軸方向補剛材５０が周方向Ｙに所定の間隔ｄで離間させて配置されて、複数の軸方向補剛材５０の周方向Ｙの間隔ｄが、セグメント１の軸方向Ｘの全幅Ｗよりも小さくなる。
【０１３０】
スキンプレート５は、複数の軸方向補剛材５０の周方向Ｙの間隔ｄが、セグメント１の軸方向Ｘの全幅Ｗよりも小さくなることで、セグメント１の周方向Ｙの座屈耐力を軸方向Ｘの座屈耐力よりも大きくすることが可能となる。このとき、軸方向Ｘの軸力を受けてもスキンプレート５に面内方向の座屈が生じないものとなり、土水圧による荷重を主桁板３に流す前にセグメント１全体の耐力が低下しないため、セグメント１とコンクリートとの一体性が損なわれるのを防止することができる。
【０１３１】
スキンプレート５は、軸方向補剛材５０及び突出部材８の両方が固着されて設けられるが、必要に応じて、軸方向補剛材５０のみが設けられてもよく、また、突出部材８のみが設けられてもよい。突出部材８は、例えば、図３３に示すように、頭付きスタッド８０、Ｔ形鋼８１、Ｌ形鋼８２、Ｃ形鋼８３又は略Ｊ字状のＪ字状鋼材８４等が用いられる。
【０１３２】
スキンプレート５は、図３４に示すように、複数の突出部材８が軸方向Ｘ及び周方向Ｙに所定の離間距離で離間させて配設される。このとき、スキンプレート５は、周方向Ｙに隣り合って配設された複数の突出部材８の周方向Ｙの離間距離ｄｙを、軸方向Ｘに隣り合って配設された複数の突出部材８の軸方向Ｘの離間距離ｄｘよりも小さくして、突出部材８が鋼殻６の内部６ａ側に固着される。
【０１３３】
スキンプレート５は、面外変形の主たる原因が周方向Ｙの軸力における半径方向成分の力により引き起こされるため、複数の突出部材８の周方向Ｙの離間距離ｄｙを軸方向Ｘの離間距離ｄｘよりも小さくことで、スキンプレート５の面外変形を効率的に抑制することができ、合成セグメントとしての耐力、剛性を効果的に高めることが可能となる。
【０１３４】
スキンプレート５は、図３５に示すように、特に、周方向Ｙに隣り合う複数の突出部材８において、軸方向Ｘの位置を互いに異ならせることで、複数の突出部材８が略千鳥状に配設されてもよい。このとき、スキンプレート５は、軸方向Ｘに隣り合う複数の突出部材８においても、周方向Ｙの位置を互いに異ならせて、必要に応じて、複数の突出部材８の周方向Ｙの離間距離ｄｙを軸方向Ｘの離間距離ｄｘよりも小さくすることができる。
【０１３５】
スキンプレート５は、複数の突出部材８が略千鳥状に配設されることで、鋼殻６の内部６ａにおいてコンクリートに発生し得る各々の突出部材８によるコーン破壊線が重ならないものとなるため、各々の突出部材８の定着耐力を効率的に確保することが可能となる。
【０１３６】
スキンプレート５は、図３６に示すように、特に、セグメント１全体における軸方向Ｘの両端側よりも中央側で、多数の突出部材８が配設されてもよい。このとき、突出部材８は、図３６（ａ）に示すように、軸方向Ｘの中央側にのみ配設されるほか、図３６（ｂ）に示すように、軸方向Ｘの中央側における単位面積当たりの数量を、軸方向Ｘの両端側における単位面積当たりの数量よりも多くして配設されてもよい。
【０１３７】
スキンプレート５は、軸方向Ｘの両端側ではスキンプレート５の面外変形を主桁板３で抑制することができる。そして、スキンプレート５は、負荷の大きい軸方向Ｘの中央側では多数の突出部材８を配設することで、スキンプレート５の面外変形を効率的に抑制して、スキンプレート５の有効幅を確保することが可能となる。
【０１３８】
スキンプレート５は、図３７に示すように、法線方向Ｚに略棒状に突出する突出部材８及び法線方向Ｚに略トラス状に突出するトラス部材８５の何れか一方又は両方が、鋼殻６の内部６ａ側に固着されてもよい。スキンプレート５は、突出部材８及びトラス部材８５の両方が固着されて設けられるが、例えば、トラス部材８５のみが設けられてもよい。
【０１３９】
ここで、スキンプレート５は、特に、法線方向Ｚで地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の両方に設けられる。このとき、スキンプレート５は、地山側Ｚ１のスキンプレート５に突出部材８が固着される場合には、内空側Ｚ２のスキンプレート５にトラス部材８５が固着される。なお、スキンプレート５は、内空側Ｚ２のスキンプレート５に突出部材８が固着される場合には、地山側Ｚ１のスキンプレート５にトラス部材８５が固着されるものとなる。
【０１４０】
スキンプレート５は、１又は複数の突出部材８及びトラス部材８５が鋼殻６の内部６ａ側に固着される。このとき、スキンプレート５は、例えば、複数の突出部材８が周方向Ｙに並べられて配列されるとともに、各々のトラス部材８５が周方向Ｙに延びて形成される。また、スキンプレート５は、必要に応じて、複数の突出部材８の周方向Ｙの配列と各々のトラス部材８５とが、軸方向Ｘの位置を異ならせて交互に配置される。
【０１４１】
トラス部材８５は、図３８に示すように、周方向Ｙに延びて形成されて、法線方向Ｚで交互に傾斜等させながら屈曲することで、法線方向Ｚに略トラス状に突出するものとなる。トラス部材８５は、例えば、法線方向Ｚに屈曲した底部８５ａは一方のスキンプレート５に固着されるものの、法線方向Ｚに突出した頂部８５ｂは他方のスキンプレート５から離間させて配置されるものとなる。
【０１４２】
ここで、内空側Ｚ２が曲げ引張を受ける正曲げの場合は、内空側Ｚ２のスキンプレート５にコンクリートから剥離する方向の力が働き、地山側Ｚ１が曲げ引張を受ける負曲げの場合は、地山側Ｚ１のスキンプレート５からコンクリートを押え付ける方向の力が働く。そして、せん断補強として有効に作用するトラス部材８５が内空側Ｚ２のスキンプレート５に固着され、取付けが容易な突出部材８が地山側Ｚ１のスキンプレート５に固着されることで、セグメント１の製作コストを抑制しながら、スキンプレート５の剛性向上による剥離防止効果と、コンクリートとのずれ止め効果を得ることが可能となる。トラス部材８５の法線方向Ｚに突出した頂部８５ｂは、正曲げ又は負曲げ荷重が作用する際にコンクリートの圧縮応力が作用する領域まで延長して定着されることが望ましい。
【０１４３】
本発明を適用したセグメント１は、図３９に示すように、スキンプレート５で覆われた鋼殻６の内部６ａで、必要に応じて、周方向Ｙに延びる複数の主鋼材６３が設けられるとともに、軸方向Ｘに延びて各々の主鋼材６３に当接される配力筋６４が設けられる。このとき、配力筋６４は、法線方向Ｚで地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方のみのスキンプレート５に、鋼殻６の内部６ａ側で固着されてもよい。
【０１４４】
配力筋６４は、例えば、図３９（ａ）に示すように、鋼殻６の内部６ａで複数の主鋼材６３を取り囲むことで、フープ筋状に設けられる。また、配力筋６４は、図３９（ｂ）に示すように、鋼殻６の内部６ａで軸方向Ｘの両端部が一対の主桁板３に固着されることで、幅止め筋状に設けられてもよい。なお、配力筋６４は、フープ筋状に設けられた場合であっても、軸方向Ｘの両端部を一対の主桁板３に固着させることができる。
【０１４５】
スキンプレート５は、複数の主鋼材６３がフープ筋状の配力筋６４に取り囲まれ、この配力筋６４がスキンプレート５に固着されることで、複数の主鋼材６３とスキンプレート５とが連結された構造となる。そして、セグメント１に地山側Ｚ１から土水圧が作用すると、地山側Ｚ１に周方向Ｙの圧縮力が作用し、内空側Ｚ２に周方向Ｙの引張力が作用する。通常、この引張力の半径方向の分力（腹圧力）によって主鋼材６３が直線状になろうとし、圧縮力の半径方向の分力によってスキンプレート５が面外方向に変形しようとするが、主鋼材６３とスキンプレート５とが連結されることで、それぞれに作用する半径方向の分力が相殺され、主鋼材６３及びスキンプレート５の変形及び変位を防止することが可能となる。そして、主鋼材６３が変形、変位してかぶりコンクリートが剥離したり付着割裂破壊したりする等によりセグメント１が変形することがないため、セグメント１を常に所定の耐力に保持することができる。さらに、スキンプレート５の変形を防止することで、一般に設計で用いられるスキンプレート５の板厚の２５倍というスキンプレート５の有効幅を、さらに増加させることができ、経済的な設計が可能となる。
【０１４６】
また、主桁板３同士が幅止め筋状の配力筋６４で連結されることで、セグメント１全体の精度向上が可能となり、コンクリート打設時には型枠として機能する主桁板３の精度を保持するための型枠抑え材が不要となる。また、主桁板３同士が幅止め筋状の配力筋６４で連結されることで、主桁板３自体が補強されるため、主桁板３として薄い鋼板を用いることで十分となり、鋼材量及び溶接量が削減され、コンクリートに対する定着機能も発揮するため、セグメント１全体としての強度増強することが可能となる。
【０１４７】
また、スキンプレート５は、図４０に示すように、鋼殻６の内部６ａ側に配力筋６４が設けられるだけでなく、鋼殻６の内部６ａ側に突出部材８が固着されてもよい。このとき、配力筋６４は、突出部材８に溶接されるほか、図３３（ａ）、図３３（ｅ）に示すように、頭付きスタッド８０又はＪ字状鋼材８４の突出部材８の先端に形成された頭部８ａに引っ掛けられて、突出部材８に連結させてもよい。また、配力筋６４は、図３３（ｂ）〜図３３（ｄ）に示すように、Ｔ形鋼８１、Ｌ形鋼８２又はＣ形鋼８３の突出部材８の側面に形成された貫通孔８ｂに挿通されて、突出部材８に連結させてもよい。
【０１４８】
スキンプレート５は、配力筋６４とスキンプレート５とが、直接的に固着されて、又は突出部材８で連結されることで、配力筋６４が変形、変位してかぶりコンクリートが剥離したり付着割裂破壊したりする等によりセグメント１が変形することがないため、セグメント１を常に所定の耐力に保持することが可能となる。また、スキンプレート５の変形を防止することで、一般に設計で用いられるスキンプレート５の板厚の２５倍というスキンプレート５の有効幅を、さらに増加させることが可能となる。
【０１４９】
本発明を適用したセグメント１は、図４１に示すように、法線方向Ｚに略Ｕ字状に突出するＵ字ジベル８６が、鋼殻６の内部６ａ側でスキンプレート５に固着させて設けられてもよい。このとき、本発明を適用したセグメント１は、必要に応じて、軸方向Ｘに延びる１又は複数の配力筋６４がＵ字ジベル８６に固着させて設けられる。
【０１５０】
Ｕ字ジベル８６は、鉄筋等を略Ｕ字状に折り曲げて形成されて、Ｕ字ジベル８６の底辺８６ａがスキンプレート５に固着されるとともに、Ｕ字ジベル８６の一対の突出辺８６ｂがスキンプレート５に固着されない状態で鋼殻６の内部６ａに突出して配置される。このとき、Ｕ字ジベル８６は、スキンプレート５に固着させて設けられるほか、必要に応じて、ずれ止め部材６１として一対の主桁板３の各々にも固着させて設けられる。
【０１５１】
なお、ずれ止め部材６１として設けられた各々のＵ字ジベル８６は、軸方向Ｘに延びる配力筋６４の両端部が、溶接接合、番線等による緊結、又は近接させたのみの状態で固着される。そして、ずれ止め部材６１として設けられた各々のＵ字ジベル８６は、法線方向Ｚの地山側Ｚ１又は内空側Ｚ２で、一対の突出辺８６ｂの片方にのみ配力筋６４の両端部が連結されるほか、一対の突出辺８６ｂの両方に配力筋６４の両端部が連結される。
【０１５２】
Ｕ字ジベル８６は、一対の突出辺８６ｂが中詰めコンクリート６０に埋め込まれて係止されて、Ｕ字ジベル８６の底辺８６ａがスキンプレート５又は主桁板３に固着されることで、中詰めコンクリート６０と鋼殻６とのずれ止め機能を発揮することが可能となる。
【０１５３】
本発明を適用したセグメント１は、スキンプレート５に略Ｕ字状に突出するＵ字ジベル８６が固着されて、Ｕ字ジベル８６に配力筋６４が固着されることで、スキンプレート５が補剛される。このとき、本発明を適用したセグメント１は、フレッシュコンクリートを鋼殻６の内部６ａに充填するときに、コンクリートの打設圧に伴うスキンプレート５の変形が抑制されて、高品質なセグメント１を提供することが可能となる。また、本発明を適用したセグメント１は、トンネル供用後に作用する土水圧に対してもスキンプレート５が補剛されるため、高強度なセグメント１を提供することが可能となる。
【０１５４】
鋼殻６の内部６ａでは、図４２、図４３に示すように、主に、ずれ止め部材６１としてＵ字ジベル８６等が設けられる。鋼殻６の内部６ａでは、Ｕ字ジベル８６等の一部６１ａが主桁板３に固着されることで、Ｕ字ジベル８６等の残部６１ｂがスキンプレート５に固着されない状態で突出して配置される。鋼殻６の内部６ａでは、Ｕ字ジベル８６等の残部６１ｂが中詰めコンクリート６０に埋め込まれて係止されて、Ｕ字ジベル８６等の一部６１ａが主桁板３に固着されることで、中詰めコンクリート６０と鋼殻６とのずれ止め機能を発揮することが可能となる。
【０１５５】
鋼殻６の内部６ａでは、一端側主桁板３１及び他端側主桁板３２の各々にずれ止め部材６１としてＵ字ジベル８６等が固着されることで、Ｕ字ジベル８６等が軸方向Ｘで一対となって設けられることが望ましい。このとき、ずれ止め部材６１となるＵ字ジベル８６等は、図４２（ｂ）、図４３に示すように、軸方向Ｘに延びる鉄筋等の配力筋６４の両端部が、一対のずれ止め部材６１の各々に連結されてもよい。
【０１５６】
鋼殻６の内部６ａでは、内空側Ｚ２及び地山側Ｚ１の何れか一方又は両方に配力筋６４が設けられて、配力筋６４の両端部が溶接接合、番線等による緊結、又は近接させたのみの状態でＵ字ジベル８６等に連結される。また、鋼殻６の内部６ａでは、図４３（ａ）に示すように、Ｕ字ジベル８６等の一対となった残部６１ｂの片方に、内空側Ｚ２又は地山側Ｚ１の配力筋６４の両端部が連結されるほか、図４３（ｂ）に示すように、Ｕ字ジベル８６等の一対となった残部６１ｂの両方に、内空側Ｚ２及び地山側Ｚ１の配力筋６４の両端部が連結されてもよい。なお、鋼殻６の内部６ａでは、例えば、図４２（ｂ）に示すように、Ｕ字ジベル８６等の一対となった残部６１ｂの両方に、配力筋６４の両端部が架設されるように連結されてもよい。
【０１５７】
鋼殻６の内部６ａでは、図４４（ａ）に示すように、略Ｌ字状に折曲させたＬ字ジベル７１がずれ止め部材６１として設けられて、Ｌ字ジベル７１の一部６１ａとなる一辺が主桁板３に固着されてもよい。そして、鋼殻６の内部６ａでは、必要に応じて、図４４（ｂ）に示すように、Ｌ字ジベル７１の残部６１ｂとなる他辺に、軸方向Ｘに延びる配力筋６４が連結されてもよい。
【０１５８】
鋼殻６の内部６ａでは、図４５（ａ）に示すように、略コの字状に折曲させて傾斜部分を有する変形コ字ジベル７２がずれ止め部材６１として設けられてもよい。このとき、変形コ字ジベル７２の一部６１ａは、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレート５と主桁板３とに、傾斜部分の両側で固着されてもよい。そして、鋼殻６の内部６ａでは、必要に応じて、図４５（ｂ）に示すように、変形コ字ジベル７２の軸方向Ｘに延びる残部６１ｂに、軸方向Ｘに延びる配力筋６４が連結されてもよい。なお、変形コ字ジベル７２に連結される配力筋６４は、必要に応じて、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方又は両方で、スキンプレート５に固着されてもよい。
【０１５９】
鋼殻６の内部６ａでは、図４６（ａ）に示すように、略コの字状の折曲部分及び略Ｓ字状の折曲部分の各々が傾斜部分を有するものとして形成された複合変形ジベル７３がずれ止め部材６１として設けられてもよい。このとき、複合変形ジベル７３の一部６１ａは、略コの字状の折曲部分及び略Ｓ字状の折曲部分の各々で、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレート５と主桁板３とに固着されてもよい。そして、鋼殻６の内部６ａでは、必要に応じて、図４６（ｂ）に示すように、複合変形ジベル７３の残部６１ｂとなる略Ｓ字状の折曲部分に、軸方向Ｘに延びる配力筋６４が連結されてもよい。
【０１６０】
鋼殻６の内部６ａでは、図４７（ａ）に示すように、縦リブ６５の地山側Ｚ１の隅角部が切り欠かれることで、縦リブ６５の地山側Ｚ１に所定の隙間Ｇが形成されてもよい。このとき、鋼殻６の内部６ａでは、必要に応じて、図４７（ｂ）に示すように、Ｌ字ジベル７１、変形コ字ジベル７２又は複合変形ジベル７３等のずれ止め部材６１の一部６１ａが、主桁板３とともに縦リブ６５にも固着されてもよい。
【０１６１】
鋼殻６の内部６ａでは、図４８（ａ）に示すように、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレート５に、法線方向Ｚに傾斜する略Ｓ字状に折曲させたＳ字ジベル７４が固着されてもよい。このとき、Ｓ字ジベル７４は、必要に応じて、図４８（ｂ）に示すように、変形コ字ジベル７２の軸方向Ｘに延びる残部６１ｂに連結されて、軸方向Ｘに延びる配力筋６４が連結されてもよい。このとき、本発明を適用したセグメント１は、Ｓ字ジベル７４が分割されて部品化されたものとなるため、セグメント製造時の組み立て性を向上させることが可能となる。
【０１６２】
本発明を適用したセグメント１は、図４６、図４８に示すように、複合変形ジベル７３又はＳ字ジベル７４における略Ｓ字状の折曲部分がスキンプレート５に固着されることで、外荷重に対してスキンプレート５が抵抗する有効幅を拡大してセグメント１の耐荷性能を高めるとともに、外荷重に対してコンクリートのせん断補強性能を効果的に向上させることが可能となる。また、セグメント製造時のコンクリート打設圧によるスキンプレート５の面外変形においては、軸方向Ｘの中央付近のスキンプレート５が最もたわみ易いものの、略Ｓ字状等の斜材状に折り曲げた複合変形ジベル７３等を主桁板３近傍で抵抗させることで、スキンプレート５のたわみ変形を効果的に抑制することが可能となる。
【０１６３】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。
【符号の説明】
【０１６４】
１      ：セグメント
２      ：セグメント形鋼
２ａ    ：湾曲面
２ｂ    ：平坦面
２０    ：本体部
２０ａ  ：一方側面
２０ｂ  ：他方側面
２１    ：嵌合凸部
２２    ：嵌合受部
２３    ：止水溝
２３ａ  ：拡幅部
２３ｂ  ：狭小部
２４    ：シール材
２５    ：フランジ
２６    ：ウェブ
３      ：主桁板
３１    ：一端側主桁板
３２    ：他端側主桁板
４      ：継手板
４１    ：一端側継手板
４２    ：他端側継手板
５      ：スキンプレート
５０    ：軸方向補剛材
５１    ：周方向補剛材
５２    ：孔開き鋼板
５３    ：Ｔ字状鋼板
６      ：鋼殻
６ａ    ：内部
６０    ：中詰めコンクリート
６１    ：ずれ止め部材
６２    ：補強部材
６３    ：主鋼材
６４    ：配力筋
６５    ：縦リブ
６６    ：台形リブ
７      ：トンネル
７０    ：セグメントリング
７１    ：Ｌ字ジベル
７２    ：変形コ字ジベル
７３    ：複合変形ジベル
７４    ：Ｓ字ジベル
８      ：突出部材
８ａ    ：頭部
８ｂ    ：貫通孔
８０    ：頭付きスタッド
８１    ：Ｔ形鋼
８２    ：Ｌ形鋼
８３    ：Ｃ形鋼
８４    ：Ｊ字状鋼材
８５    ：トラス部材
８５ａ  ：底部
８５ｂ  ：頂部
８６    ：Ｕ字ジベル
８６ａ  ：底辺
８６ｂ  ：突出辺
Ａ      ：外側
Ｂ      ：内側
Ｘ      ：軸方向
Ｙ      ：周方向
Ｚ      ：法線方向
【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】
2017106307.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2017106307.tif 000012
【図１１】
2017106307.tif 000013
【図１２】
2017106307.tif 000014
【図１３】
2017106307.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2017106307.tif 000019
【図１８】
2017106307.tif 000020
【図１９】
2017106307.tif 000021
【図２０】
2017106307.tif 000022
【図２１】
2017106307.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2017106307.tif 000027
【図２６】
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【図２７】
2017106307.tif 000029
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
2017106307.tif 000037
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
2017106307.tif 000040
【図３９】
2017106307.tif 000041
【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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