(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
側板と継手板との両端縁同士を接合して矩形に組み、前記側板と前記継手板の下端にスキンプレートを固着して直方体を形成し、当該直方体の内部に前記側板と互いに平行な主桁を配置して構成され、
トンネル周方向に相隣るセグメントを連結するための添接板を、前記継手板に開孔されてなる挿通孔内に挿通させ、前記主桁の側面に当該添接板を当接して摩擦接合させる鋼製セグメントであって、
前記主桁は、その両端が前記継手板の内側面に当接する位置まで伸長しているとともに、前記添接板を当接する範囲において、前記継手板と前記スキンプレートに対し、非固定的に配設されていることを特徴とする鋼製セグメント。
【請求項２】
前記側板に代えて、トンネル内圧に対する引張力を負担可能に構成された外側主桁を有することを特徴とする請求項１記載の鋼製セグメント。
【請求項３】
前記外側主桁がＬ字形の継手部を有し、かつ前記継手板に止水構造が付設されていることを特徴とする請求項２記載の鋼製セグメント。
【請求項４】
前記スキンプレートと前記側板とが一体加工で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼製セグメント。
【請求項５】
前記スキンプレートと前記継手板とが一体加工で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼製セグメント。
【請求項６】
前記スキンプレートと前記側板と前記継手板とが一体加工で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼製セグメント。
【請求項７】
側板と継手板との両端縁同士を接合して矩形に組み、前記側板と前記継手板の下端にスキンプレートを固着して直方体を形成し、当該直方体の内部に前記側板と互いに平行な主桁を配置して構成される鋼製セグメント同士を接合する方法において、
前記主桁の両端が前記継手板の内側面に当接する位置まで伸長しており、前記主桁の両端が前記継手板と前記スキンプレートに対し非固定に配設され、更に前記継手板に挿通孔が開孔されてなる前記鋼製セグメントを、トンネル周方向に隣接させて配置し、
当該隣接配置させた鋼製セグメントの前記挿通孔内に、添接板を挿通するとともに、非固定とされている範囲の前記主桁の端部側面に対して当該添接板を当接させて摩擦接合させることを特徴とする鋼製セグメントの接合方法。
【請求項８】
側板と継手板との両端縁同士を接合して矩形に組み、前記側板と前記継手板の下端にスキンプレートを固着して直方体を形成し、当該直方体の内部に前記側板と互いに平行な主桁を配置して構成される鋼製セグメント同士を接合する方法において、
前記主桁の両端が前記継手板の内側面に当接する位置まで伸長しており、前記主桁の両端が前記継手板と前記スキンプレートに対し非固定に配設され、更に前記継手板に挿通孔が開孔され、前記側板に代えて、トンネル内圧に対する引張力を負担可能に構成された外側主桁を有してなる前記鋼製セグメントを、トンネル周方向に隣接させて配置し、
当該隣接配置させた鋼製セグメントの前記挿通孔内に、添接板を挿通するとともに、非固定とされている範囲の前記主桁の端部側面に対して当該添接板を当接させて摩擦接合させ、
前記トンネル周方向に隣接配置させた鋼製セグメントの継手板同士をボルト接合することを特徴とする鋼製セグメントの接合方法。
【請求項９】
側板と継手板との両端縁同士を接合して矩形に組み、前記側板と前記継手板の下端にスキンプレートを固着して直方体を形成し、当該直方体の内部に前記側板と互いに平行な主桁を配置して構成される鋼製セグメント同士を接合する方法において、
前記主桁の両端が前記継手板の内側面に当接する位置まで伸長しており、前記主桁の両端が前記継手板と前記スキンプレートに対し非固定に配設され、更に前記継手板に挿通孔が開孔され、前記側板に代えて、トンネル内圧に対する引張力を負担可能に構成された外側主桁を有してなる前記鋼製セグメントを、トンネル周方向に隣接させて配置し、
当該隣接配置させた鋼製セグメントの前記挿通孔内に、添接板を挿通するとともに、非固定とされている範囲の前記主桁の端部側面に対して当該添接板を当接させて摩擦接合させ、
さらに他の前記鋼製セグメントを、トンネル軸方向に隣接させて配置し、
前記トンネル軸方向に隣接配置させた鋼製セグメントの外側主桁同士をボルト接合することを特徴とする鋼製セグメントの接合方法。
【請求項１０】
側板と継手板との両端縁同士を接合して矩形に組み、前記側板と前記継手板の下端にスキンプレートを固着して直方体を形成し、当該直方体の内部に前記側板と互いに平行な主桁を配置して構成される鋼製セグメント同士を接合する方法において、
前記主桁の両端が前記継手板の内側面に当接する位置まで伸長しており、前記主桁の両端が前記継手板と前記スキンプレートに対し非固定に配設され、更に前記継手板に挿通孔が開孔され、前記側板に代えて、トンネル内圧に対する引張力を負担可能に構成された外側主桁を有してなる前記鋼製セグメントを、トンネル周方向に隣接させて配置し、
当該隣接配置させた鋼製セグメントの前記挿通孔内に、添接板を挿通するとともに、非固定とされている範囲の前記主桁の端部側面に対して当該添接板を当接させて摩擦接合させ、
前記トンネル周方向に隣接配置させた鋼製セグメントの継手板同士をボルト接合し、
さらに他の前記鋼製セグメントを、トンネル軸方向に隣接させて配置し、
前記トンネル軸方向に隣接配置させた鋼製セグメントの外側主桁同士をボルト接合することを特徴とする鋼製セグメントの接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドトンネルに使用される鋼製セグメント（および合成セグメント）に係り、特に設計値通りのセグメントを容易に製作できるよう合理的に構成された鋼製セグメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼製セグメントは通常、主桁と継手板とスキンプレートで、一面が開放された直方体に組まれ、かつ内部に縦リブが配置され、これら各部材の接合部が隅肉溶接により固着されて、所要の寸法精度のセグメントが構成される。合成セグメントにあっては、このように組まれた鋼殻の内部にコンクリートを充填して構成される。
【０００３】
鋼製セグメント（合成セグメントも同じ）は、断面が円形又は矩形のトンネル円周方向とトンネル軸方向に隣接するセグメント同士の主桁と継手板を介してボルトを用いて連結することによりトンネル内壁として仕上げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の鋼製セグメントは、前述のように主桁と継手板と縦リブとスキンプレートとを組立て、接合部を溶接して直方体（鋼殻）を構成しているが、セグメント同士の接続は前述の如く、トンネル周方向に隣接する主桁同士は継手板を介したボルトにより接続され、また、トンネル軸方向に隣接する主桁同士はボルトにより接続されていた。近年、シールドトンネルの利用分野の拡大に伴い、断面が円形のシールドトンネル内部に水圧が作用する場合やシールドトンネルの断面が楕円形や矩形の異形断面となる場合に、トンネル周方向の主桁同士の継手に従来のシールドトンネルとは異なり大きな引張力が作用するようになってきた。そこで、トンネル周方向の主桁同士の継手に摩擦接合を適用する例が現れるようになったが、摩擦接合では主桁と添接板の位置を高い精度で合わせて多数のボルトを挿通して締付ける必要がある。さらに、シールドトンネルを完成させるためには多数のセグメントを連結していくことが必要であるため、この摩擦接合による接合を行うには、セグメントに非常に高い製作精度が要求される。
【０００５】
本発明は、主桁同士を摩擦接合する場合に必要となる主桁同士と継手板の位置精度を確保することが容易となる構成セグメント（又は合成セグメント）を提供することを目的とする。
この観点から、鋼製セグメントの製作に際し、主桁とそれ以外のセグメント構成部材を構造力学設計上分離して設計し、結果、部材の高い寸法精度と、溶接の高度の熟練が要求されず、設計値通りのセグメントを容易に製作できる構成とする。
▲１▼  添接板を当接する範囲において、主桁とスキンプレートおよび主桁と継手板を接合しない。
これにより、シールドトンネルの工事現場で鋼製セグメントが配置されたときに発生するトンネル周方向に相隣る主桁同士の位置のずれを、両方の主桁を互いに近づくように力を加えて変形させることにより確実に摩擦接合を行うことが可能となる。
▲２▼  主桁は、鋼製セグメントの外形の内側に配置されることによって、この主桁には高い寸法精度が要求されることがない。
本発明は、前記の要求を満足できる鋼製セグメントを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明は次のように構成した。第１の発明は、
側板と継手板との両端縁同士を接合して矩形に組み、前記側板と前記継手板の下端にスキンプレートを固着して直方体を形成し、当該直方体の内部に前記側板と互いに平行な主桁を配置して構成され、
トンネル周方向に相隣るセグメントを連結するための添接板を、前記継手板に開孔されてなる挿通孔内に挿通させ、前記主桁の側面に当該添接板を当接して摩擦接合させる鋼製セグメントであって、
前記主桁は、その両端が前記継手板の内側面に当接する位置まで伸長しているとともに、前記添接板を当接する範囲において、前記継手板と前記スキンプレートに対し、非固定的に配設されていることを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明において、前記側板に代えて、トンネル内圧に対する引張力を負担可能に構成された外側主桁を有することを特徴とする。
第３の発明は、第２の発明において、 前記外側主桁がＬ字形の継手部を有し、かつ前記継手板に止水構造が付設されていることを特徴とする。
第４の発明は、第１〜第３の発明において、前記スキンプレートと前記側板とが一体加工で形成されていることを特徴とする。
第５の発明は、第１〜第３の発明において、前記スキンプレートと前記継手板とが一体加工で形成されていることを特徴とする。
第６の発明は、第１〜第３の発明において、前記スキンプレートと前記側板と前記継手板とが一体加工で形成されていることを特徴とする。
第７の発明は、側板と継手板との両端縁同士を接合して矩形に組み、前記側板と前記継手板の下端にスキンプレートを固着して直方体を形成し、当該直方体の内部に前記側板と互いに平行な主桁を配置して構成される鋼製セグメント同士を接合する方法において、
前記主桁の両端が継手板の内側面に当接する位置まで伸長しており、前記主桁の両端が前記継手板と前記スキンプレートに対し非固定に配設され、更に前記継手板に挿通孔が開孔されてなる前記鋼製セグメントを、トンネル周方向に隣接させて配置し、
当該隣接配置させた鋼製セグメントの前記挿通孔内に、添接板を挿通するとともに、非固定とされている範囲の前記主桁の端部側面に対して当該添接板を当接させて摩擦接合することを特徴とする。
第８の発明は、側板と継手板との両端縁同士を接合して矩形に組み、前記側板と前記継手板の下端にスキンプレートを固着して直方体を形成し、当該直方体の内部に前記側板と互いに平行な主桁を配置して構成される鋼製セグメント同士を接合する方法において、
前記主桁の両端が前記継手板の内側面に当接する位置まで伸長しており、前記主桁の両端が前記継手板と前記スキンプレートに対し非固定に配設され、更に前記継手板に挿通孔が開孔され、前記側板に代えて、トンネル内圧に対する引張力を負担可能に構成された外側主桁を有してなる前記鋼製セグメントを、トンネル周方向に隣接させて配置し、
当該隣接配置させた鋼製セグメントの前記挿通孔内に、添接板を挿通するとともに、非固定とされている範囲の前記主桁の端部側面に対して当該添接板を当接させて摩擦接合させ、
前記トンネル周方向に隣接配置させた鋼製セグメントの継手板同士をボルト接合することを特徴とする。
第９の発明は、側板と継手板との両端縁同士を接合して矩形に組み、前記側板と前記継手板の下端にスキンプレートを固着して直方体を形成し、当該直方体の内部に前記側板と互いに平行な主桁を配置して構成される鋼製セグメント同士を接合する方法において、
前記主桁の両端が前記継手板の内側面に当接する位置まで伸長しており、前記主桁の両端が前記継手板と前記スキンプレートに対し非固定に配設され、更に前記継手板に挿通孔が開孔され、前記側板に代えて、トンネル内圧に対する引張力を負担可能に構成された外側主桁を有してなる前記鋼製セグメントを、トンネル周方向に隣接させて配置し、
当該隣接配置させた鋼製セグメントの前記挿通孔内に、添接板を挿通するとともに、非固定とされている範囲の前記主桁の端部側面に対して当該添接板を当接させて摩擦接合させ、
さらに他の前記鋼製セグメントを、トンネル軸方向に隣接させて配置し、
前記トンネル軸方向に隣接配置させた鋼製セグメントの外側主桁同士をボルト接合することを特徴とする。
第１０の発明は、側板と継手板との両端縁同士を接合して矩形に組み、前記側板と前記継手板の下端にスキンプレートを固着して直方体を形成し、当該直方体の内部に前記側板と互いに平行な主桁を配置して構成される鋼製セグメント同士を接合する方法において、
前記主桁の両端が前記継手板の内側面に当接する位置まで伸長しており、前記主桁の両端が前記継手板と前記スキンプレートに対し非固定に配設され、更に前記継手板に挿通孔が開孔され、前記側板に代えて、トンネル内圧に対する引張力を負担可能に構成された外側主桁を有してなる前記鋼製セグメントを、トンネル周方向に隣接させて配置し、
当該隣接配置させた鋼製セグメントの前記挿通孔内に、添接板を挿通するとともに、非固定とされている範囲の前記主桁の端部側面に対して当該添接板を当接させて摩擦接合させ、
前記トンネル周方向に隣接配置させた鋼製セグメントの継手板同士をボルト接合し、
さらに他の前記鋼製セグメントを、トンネル軸方向に隣接させて配置し、
前記トンネル軸方向に隣接配置させた鋼製セグメントの外側主桁同士をボルト接合すること
を特徴とする。
【０００７】
第１〜第３の発明にあっては、セグメントの主桁とそれ以外の構成部材とが構造力学的に設計上分離されているので、結果、主桁端部と継手板およびスキンプレートとの溶接が難しい箇所の溶接が不要であり、溶接の高い熟練や部材の寸法精度が要求されることがなく、設計値通りのセグメントを容易に製作できる。さらに、主桁と他の部材を構造的に分離設計できることは、セグメントに作用させる引張力を主桁に負担させ、他の部材に作用させない構成を可能とし、それに伴ない主桁のみを構造材として板厚と強度があるものを使用し、他の部材は主桁よりも薄い板厚で、強度の低い鋼材の使用を可能とし、それによりセグメント設計の自由度が飛躍的に向上し、部材の寸法精度要求も大幅に緩和され、セグメント製作上有利となる。
【０００８】
第４〜第６の発明によると、スキンプレートと側板、スキンプレートと継手板、スキンプレートと側板と継手板とがそれぞれ一体成形される。これにより、第１発明の作用効果に加えて鋼製セグメントの製作効率が一層向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１，図２は第１実施形態に係る鋼製セグメント１を示す。この鋼製セグメント１は、側板２と継手板３を矩形に組み、この側板２と継手板３の下端にスキンプレート４を固着して直方体を形成し、その内部に主桁５と縦リブ６を配置して構成される。主桁５はセグメントに作用する土圧および水圧から算定される発生断面力に抵抗できるように、鋼材の材質と板厚とが決定される。また、縦リブ６はシールドマシンのジャッキ推力に抵抗できるように、鋼材の材質と板厚とが決定される。さらに、スキンプレート４はセグメントに作用する土水圧に抵抗できるように鋼材の材質と板厚とが決定されるか、または、予め決められた鋼材の材質と板厚とされる。
側板２と継手板３は、一般的には予め決められた鋼材の材質と板厚とされる。そのため主桁５と縦リブ６は、一般的にはスキンプレート４、側板２、継手板３に比較すると鋼材の材質が同じであれば板厚の大きい部材となる。
図１または図２は、矩形のシールドトンネルに用いられるセグメントの一例を示した図であり、シールドトンネルの形状が円形または楕円形または多重円形などの異形断面をしている場合には、必要に応じて主桁方向に彎曲したセグメントが用いられる。
【００１０】
さらに説明すると、側板２と継手板３とは、その両端縁同士が接合されて、隅肉溶接により平面からみて矩形に形成され、さらに、側板２と継手板３の下端縁がスキンプレート４の４辺に当てがわれ、隅肉溶接で固着されて一面解放の直方体が形成されている。
ここでも前述したと同様に、シールドトンネルの断面形状によりセグメントには、断面を形成するために必要とされる彎曲が主桁方向に与えられる。
【００１１】
前記側板２には、トンネル軸方向に隣接して配置する鋼製セグメント１間を連結するため、せん断力により両セグメントを一体化させる連結ボルト（図示せず）を挿通するためのボルト挿通孔７が複数開孔されている。また、継手板３にはトンネル周方向に隣接する鋼製セグメントを連結するための、添接板（図示せず）を挿通する添接板挿通孔１０が２孔で１組をなして（図示の形態）、または２孔を連続させた１孔（図示せず）が開孔されている。さらに、継手板３の外面上下部または上部、または下部には止水のためパッキンを設置するための嵌合溝１１が凹状に形成されている。
この嵌合溝１１は、上部または下部の一方のみに設けられる場合もある。また、必要であれば側板２にも嵌合溝１１を外面上下部または下部の任意の位置に設けることができる。
【００１２】
一方、主桁５と縦リブ６は、前記側板２と継手板３とスキンプレート４からなる直方体の内側に配置されている。主桁５は互いに平行な２枚の厚い板厚の鋼板からなり、その両端は、２つの孔で１組をなす添接板挿通孔１０の中間部位において、かつ継手板３の内側面に当接する位置まで伸長しているが、この主桁５の端面は継手板３に対して固着されておらずフリーであり、かつ主桁５の端部下面（つまり、添接板を接合する範囲の下面）もスキンプレート４に対して固着されておらずフリーである。主桁５の両端部には複数のボルト挿通孔１２が開孔されている。主桁５の他の部位はスキンプレート４に対して隅肉溶接で固着されている。
【００１３】
縦リブ６は主桁５に対し直角に配置され、その両端面は側板２または主桁５に隅肉溶接で固着され、縦リブ６の下端面とスキンプレート４との当接面も隅肉溶接で固着されている。図１または図２では、２組の縦リブ６が配置される場合を図示しているが、構造力学上の設計において必要であれば、２組以上の縦リブ６を配置しても本発明の作用効果になんらの問題も起こさない。
【００１４】
第１実施形態の鋼製セグメント１において、トンネル周方向のセグメント間を連結するには、相隣るセグメントの継手板３をメタルタッチで面接触させたうえ、両継手板３の添接板挿通孔１０に２枚１組の添接板を挿通し（特開平９−２９１７９号参照）、その両端部を両セグメント内の主桁５の端部両側面に当てがい、ボルト挿通孔１２を介して両部材を厚み方向に貫通する締結ボルトにより、両部材を摩擦接合で一体的に連結できる。
【００１５】
第１実施形態の鋼製セグメント１では、前記トンネル周方向の連結に際し主桁５の端部が継手板３に対してフリーであるので、セグメント覆工の組立て現場において、トンネル周方向に相隣る鋼製セグメント１がトンネル軸方向に位置ずれがしても、相隣るセグメント１の主桁５同士は、添接板と一体にその位置ずれした分だけトンネル軸方向に対し、セグメント鋼殻本体とは別個に可動的であり、それ故に、この場合でもセグメント鋼殻の変位に拘束されず、主桁５の通り芯を合わせて円滑にセグメント間を連結できる。
【００１６】
また、主桁５の端部が継手板３に対してフリーであって溶接しないので、両部材間を溶接する場合に比べて、溶接熱による継手板３の変形や寸法精度の低下、溶接技術の熟練等が要求されず、セグメント製作上の利点が多い。
【００１７】
さらに、鋼製セグメント１の各部材は分離しているので、それぞれ板厚の異なる材質を選択使用できる。
【００１８】
第１実施形態に係る鋼製セグメント１で構築されたトンネル内周壁には、用途により内圧又は外圧が作用し、特に、内圧が作用する場合において、前記鋼製セグメント１には引張力が作用するが、その引張力は、主として構造材である主桁５が負担し、副次的にスキンプレート４にも引張力が作用する場合もあるものの、縦リブ６と継手板３と側板２とには引張力は作用しない。
【００１９】
つまり、トンネル周方向に隣り合う鋼製セグメント１間は、それぞれの側板２がメタルタッチで水密的に接合され、かつ各セグメント１における各主桁５間が、各継手板３を挿通し、両セグメント間に跨って配設される添接板を介して、ボルト締結による摩擦接合で連結されるので、それ故に、鋼製セグメント１に作用する引張力は構造材である主桁５で負担され、継手板３と側板２は負担しない。
【００２０】
継手板３と、側板２と、スキンプレート４が鋼製セグメント１に作用する引張力を負担しないということは、これらの部材を主桁５よりも薄い鋼板で製作できるということであり、具体的には主桁５と縦リブ６以外の部材には、前述のとおりプレスで曲げ成形可能な薄鋼板が使用されても不具合は生じない。
【００２１】
図３，図４には第２実施形態が示されている。この第２実施形態では、スキンプレート４と、両側の側板２がプレス成形が可能な薄鋼板を用いて一体に曲げ成形されており、これにより両部材間の隅肉溶接が不要となり、水密性も確実となる。継手板３はスキンプレート４および両側の側板２とは別部材で構成されており、その板厚は同じであっても、また、違っていても不具合は生じない。そして、前記一体成形のスキンプレート４と側板２を除き、これらと主桁５と、縦リブ６と、継手板３のそれぞれの接続部は、所定長の隅肉溶接で固定されている。他の構成は第１実施形態と同じである。
【００２２】
図５，図６には第３実施形態が示されている。この第３実施形態では、スキンプレート４と、両側の継手板３がプレス成形が可能な薄鋼板を用いて一体に曲げ成形されており、これにより両部材間の隅肉溶接が不要となり、水密性も確実となる。側板２は別部材で構成され、その板厚はスキンプレート４および両側の側板２と同じであっても、また、違っていても不具合は生じない。そして、前記一体成形のスキンプレート４と継手板３とを除き、これらと主桁５と縦リブ６と側板２のそれぞれの接続部は、所定長の隅肉溶接で固定されている。他の構成は第１実施形態と同じである。
【００２３】
図７，図８には第４実施形態に係る鋼製セグメント１が示されている。この第４実施形態では、主桁５と同様に、側板２（この板厚の厚い側板を以下外側主桁１３と称する）も鋼製セグメント１に作用する引張力を負担するように構造力学的に設計されている。そのため主桁３と側板２と継手板３は、構造力学上必要とされる耐力が発揮できる鋼板厚さとなっている。
【００２４】
第４実施形態の鋼製セグメント１は、外側主桁１３と主桁５が設けられているので、この構成を有しない第１〜第３実施形態よりも剛性と強度が向上しており、鋼製セグメントがより大きい引張りや曲げを受ける箇所でのトンネル覆工を施工するのに適している。
【００２５】
第４実施形態では、外側主桁１３にも鋼製セグメント１に作用する引張力と圧縮力、特に、トンネル内圧に対する引張力を負担させるため、板厚の大きい剛な継手板１５に連結ボルト挿通孔１４を設け、連結ボルトと継手板１５を介して、トンネル周方向に相隣る外側主桁１３同士が引張力を伝達する。他の構成は第１〜第３実施形態と同じである。
【００２６】
第４実施形態において、トンネル周方向に相隣るセグメント間は、第１〜第３実施形態と同様に、継手板１５に２つの孔を１組として開孔するが、２つの孔を連結して１つの孔として開孔された添接板挿通孔１０に連結板（図示せず）を挿入し、添接板を継手板１５の内面に対してフリーな主桁５に当てがい、両部材の当接部を貫通する連結ボルトを締結することで摩擦接合する。これにより、トンネル周方向に相隣る鋼製セグメント同士がトンネル軸方向に位置ずれしていても、主桁５同士は通り芯の合った状態で連結できる。
【００２７】
第４実施形態では、前記の添接板によるセグメント間の連結に加え、トンネル周方向に相隣るセグメントの継手板１５が、これに開孔のボルト挿通孔１４に挿入する連結ボルト（図示せず）で連結されるので、セグメントにトンネル内圧が作用したときこの連結ボルトが引張負荷に耐えるボルトとして機能し、その力は板厚の厚い継手板１５に伝わり、外側主桁１３で受けられる。
【００２８】
さらに、トンネル軸方向に千鳥状配置で相隣るセグメントの外側主桁１３間も、これに開孔のボルト挿通孔８に挿入する連結ボルト（図示せず）で連結されるので、鋼製セグメント１間にトンネル周方向の引張力が作用したときは、このトンネル軸方向連結ボルトが、相隣るセグメント１の外側主桁１３間を摩擦接合で連結しトンネル周方向に作用する引張力に対して引張負荷に耐えるボルトとして機能し、相隣る外側主桁１３間で力を伝達する。
【００２９】
このように、第４実施形態では、第１〜第３実施形態と共通な構成による共通の利点を有することに加え、鋼製セグメント引張剛性がより一層向上しており、より大きな引張力が作用するトンネル覆工に施工するのに適している。
【００３０】
図９，図１０には第５実施形態に係る鋼製セグメント１が示されている。この第５実施形態は、スキンプレート１６が外側主桁１３と同じ板厚の鋼板で形成され、かつ両部材が一体に曲げ成形されている点が、図７，図８の第４実施形態と相違し、他の構成は第４実施形態と同じである。
【００３１】
図１１，図１２には第６実施形態に係る鋼製セグメント１が示されている。この第６実施形態では、スキンプレート１６が継手板１５と同じ板厚の鋼板で形成され、かつ両部材が一体に曲げ成形されている点が、図９，図１０の第５実施形態と相違し、他の構成は第４実施形態と同じである。
【００３２】
第５，第６実施形態では、外側主桁１３や継手板１５が、これらと同一板厚のスキンプレート１６と一体成形されているので、図５，図６に示される第３実施形態の鋼製セグメント１における切離形の各部材を溶接接合する方式よりも製作上有利であり、かつ水密性も正確であるという利点がある。
【００３３】
なお、図示省略するが、１枚のフラットな適正板厚の鋼板をプレスで打抜いて、矩形本体部（これがスキンプレートとなる）と、その長辺に帯状突出部（これがセグメントの側板又は外側主桁となる）を有し、短辺に帯状突出部（これがセグメントの継手板となる）を有する形状に打抜き成形し、前記矩形本体の各辺を折曲げ線として、前記２組の帯状突出部を直角に折曲げて立ち上げ、各帯状突出部の接合部を溶接接合することでスキンプレートと側板と継手板とからなる直方体（鋼殻）を成形することもできる。
【００３４】
図１３，図１４には第７実施形態が示されている。この第７実施形態は、一部が図１，図２に示す第１実施形態と共通し、他の一部が図７，図８に示す第４実施形態と共通している。つまり、側板が第４実施形態と同様に、構造力学上必要な耐力部材として設計され（これを前述のとおり外側主桁１３という）、継手板３は、第１実施形態と同様に主桁５および外側主桁１３よりも板厚の薄い鋼材で成形されている。
【００３５】
第７実施形態では、前記の構成に加え、さらに外側主桁１３の長手方向の端部に、当該外側主桁１３と同じか外側主桁１３よりも大きい板厚の補強継手板１７が、外側主桁１３の全断面積で溶け込み溶接により固着されており、この補強継手板１７は、板厚の薄い継手板３の端部内面に当てがわれ、止水のための隅肉溶接により固着されている。
【００３６】
第７実施形態のセグメントでは、トンネル周方向に相隣るセグメント間は、第１〜第４実施形態と同様に継手板３に開孔の添接板挿通孔１０に添接板を挿通し、その両端を両主桁５の側面に当接し、連結ボルトで摩擦接合する。これによりトンネル周方向に相隣る鋼製セグメント同士がトンネル軸方向に位置ずれしていても、主桁５同士では通り芯の合った状態で連結できる。
【００３７】
第７実施形態では、前記の添接板による連結に加え、トンネル周方向に相隣るセグメントの継手板３の間および、各継手板３に当接配置される補強継手板１７の間が、この各部材に開孔のボルト挿通孔１４，１９に挿入する連結ボルト（図示せず）で連結されるので、セグメントにトンネル内圧が作用したとき、この連結ボルトが引張負荷に耐えるボルトとして機能し、その力は板厚の厚い補強継手板１７に伝わり、相隣る外側主桁１３間で伝達する。したがって、継手板３には力が作用せず、この継手板３が薄板であっても不具合はなく、引張剛性の高い鋼製セグメントを製作できる。
【００３８】
第７実施形態では、前記の作用に加え、鋼製セグメント１におけるトンネル周方向の引張力に対しては、図７〜図１２に示す第３〜第５実施形態と同様に外側主桁１３に開孔のボルト挿通孔７に挿入する連結ボルト（図示せず）が引張負荷に耐えるボルトとして作用し、相隣る外側主桁１３同士の間で伝達する。
【００３９】
このように、第７実施形態では、第１〜第３実施形態および、第４，第５実施形態に共通な構成による共通の利点を有する。つまり、継手板３を板厚の薄い鋼材を使用しても引張剛性の高い鋼製セグメントを製作できる。
【００４０】
図１５には第８実施形態に係る鋼製セグメント１が示されている。この第８実施形態は、スキンプレート４と側板２が一体成形されている点で、図１３，図１４に示すような各部材が分離形の第７実施形態と相違し、他の構成は第７実施形態と同じである。
【００４１】
図１６，図１７には第９実施形態に係る鋼製セグメント１が示されている。この第９実施形態では、図１３，図１４に示す第７実施形態の鋼製セグメント１の隅肉溶接１８で接合された主桁５と補強継手板１７の内隅部に、３角形の補強板２０が当てがわれ隅肉溶接で固定されている。他の構成は図１５の第７実施形態と同じである。
【００４２】
この第９実施形態の鋼製セグメント１は、主桁５と補強継手板１７との隅部が補強され、鋼製セグメント１の矩形をくずす方向の力に対して主桁５がより強力に抵抗できる。
【００４３】
図１８には、第１０実施形態に係る鋼製セグメント１が示されている。この第１０実施形態では、図１６，図１７に示す第９実施形態と同様に、主桁５と補強継手板１７との内角部が３角形の補強板２０で補強されている。また、図１５に示す第８実施形態と同様にスキンプレート４と側板２が一体成形されており、他の構成は前記各実施形態と同じである。
【００４４】
この第１０実施形態によると、前記第９と第１０実施形態の特長とする構成による相乗作用が奏される。なお、本発明において、鋼製セグメントの内部に配置される摩擦接合継手を有する主桁５は一本以上有れば良いが、実用的には３本程度までが望ましい。
【００４５】
【発明の効果】
鋼製セグメントにおいて、すべての主桁を摩擦接合で接合しようとすると鋼製セグメントには高い精度が要求され、また、鋼製セグメントの内部に配置した主桁を摩擦接合するためには、スキンプレートと主桁が継手部まで連結されていると主桁を移動させることができないためやはり高い精度が要求されるが、本発明では、継手部において、主桁とスキンプレートと継手板との連結を解除することにより、主桁の移動が可能となり、施工の誤差および鋼製セグメントの加工の誤差を吸収することが可能であり、よって、部材の高い寸法精度が要求されず、また溶接の高い熟練度も要求されず、設計値通りのセグメントを容易に製作できるという効果がある。
【００４６】
また、側板を兼ねる外側主桁は要求性能から見て、全長にわたってスキンプレートと連結されていることが必要であるため、継手部を摩擦接合とすると上記の誤差を吸収することが出来ないが、本発明では、側板を兼ねる外側主桁の継手部を引張ボルト継手とすることでセグメント同士を接続するための誤差を吸収することが可能となる。なお、主桁と添接板との接合を締結ボルトを用いた摩擦接合継手とするときは、引張ボルト継手に比較してより一層引張や曲げを受けた場合に高い剛性および強度を経済的に実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図２】（Ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】第２実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】第３実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図６】（Ａ）は図５のＤ−Ｄ断面図、（Ｂ）は図５のＥ−Ｅ断面図である。
【図７】第４実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図８】図７のＦ−Ｆ断面図である。
【図９】第５実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図１０】図９のＧ−Ｇ断面図である。
【図１１】第６実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図１２】図１１のＨ−Ｈ断面図である。
【図１３】第７実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図１４】（Ａ）は図１３のＩ−Ｉ断面図、（Ｂ）は図１３のＪ−Ｊ断面図である。
【図１５】第８実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図１６】第９実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図１７】（Ａ）は図１６のＫ−Ｋ断面図、（Ｂ）は図１６のＬ−Ｌ断面図である。
【図１８】第１０実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【符号の説明】
１ 鋼製セグメント
２ 側板
３ 継手板
４ スキンプレート
５ 主桁
６ 縦リブ
７ ボルト挿通孔
８ ボルト挿通孔
１０ 添接板挿通孔
１１ パッキン嵌合溝
１２ ボルト挿通孔
１３ 外側主桁
１４ 連結ボルト挿通孔
１５ 継手板
１６ スキンプレート
１７ 補強継手板
１８ 隅肉溶接
１９ ボルト挿通孔
２０ ３角形補強板
【図１】
0004116727.tif 000002
【図２】
0004116727.tif 000003
【図３】
0004116727.tif 000004
【図４】
0004116727.tif 000005
【図５】
0004116727.tif 000006
【図６】
0004116727.tif 000007
【図７】
0004116727.tif 000008
【図８】
0004116727.tif 000009
【図９】
0004116727.tif 000010
【図１０】
0004116727.tif 000011
【図１１】
0004116727.tif 000012
【図１２】
0004116727.tif 000013
【図１３】
0004116727.tif 000014
【図１４】
0004116727.tif 000015
【図１５】
0004116727.tif 000016
【図１６】
0004116727.tif 000017
【図１７】
0004116727.tif 000018
【図１８】
0004116727.tif 000019