(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
側板と、継手板と、スキンプレートと、前記側板の内側に配置される主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁は、その端部に接続したＴ字形継手部材の翼板を介して前記継手板に接続されている構成を特徴とする鋼製セグメント。
【請求項２】
スキンプレートと側板を一体成形し、前記スキンプレートと前記側板に継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、翼板を前記継手板の内面に接続させたＴ字形継手部材を端部に有する主桁と、縦リブとを配置し、必要度に応じて所要箇所に、所要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする鋼製セグメントの製作方法。
【請求項３】
スキンプレートと継手板を一体成形し、前記スキンプレートと前記継手板に側板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、翼板を前記継手板の内面に接続させたＴ字形継手部材を端部に有する主桁と、縦リブとを配置し、必要度に応じて所要箇所に、所要の強度を付与できるだけの溶接長の溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする鋼製セグメントの製作方法。
【請求項４】
スキンプレートと側板と継手板とを鋼板による打ち抜きで一体成形して、側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、翼板を前記継手板の内面に接続させたＴ字形継手部材を端部に有する主桁と、縦リブとを配置し、必要度に応じて所要箇所に、所要の強度を付与できるだけの溶接長の溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする鋼製セグメントの製作方法。
【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）とその製作方法に係り、特に設計値通りのセグメントを容易に製作できるように合理的に構成された鋼製セグメントとその製作方法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て、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に構成される。また、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、トンネル軸方向及び、トンネル円周方向に隣接するセグメント同士の主桁と継手板をボルトを用いて連結することにより、断面が円形，矩形等のトンネル覆工として構築される。
【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み立て、接合部を隅肉溶接して直方体（鋼殻）を構成しているが、その製作に際し、設計値通りに製作するには、部材に高い寸法精度が要求され、かつ溶接に高度の熟練が必要とされた。
【０００５】
具体的には、主桁長手方向の端部を継手板に溶接により接合してセグメントを組立てる場合は、溶接熱等により寸法の狂いが生じる場合があり、そのために前述のとおり、溶接の高度の熟練を必要とし、かつ各部材の高い寸法精度が要求されるのである。
【０００６】
本発明は、前記の観点から、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ることなく、設計値通りのセグメントが円滑に製作できる構成にする。
【０００７】
さらに、本発明は主桁を引張構造材として機能させ、それ以外の部材を引張構造材として機能させず、それ故に、主桁以外の部材については強度上の制約から解放し、それに伴ない、
（１）  設計の自由度が飛躍的に高まり、目的に応じたセグメントを合理的に設計できる。
（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く、また必要に応じて調整板を主桁と継手板に介在させることで寸法調整ができるようにする。
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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の鋼製セグメントは、側板と、継手板と、スキンプレートと、前記側板の内側に配置される主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁は、その端部に接続したＴ字形継手部材の翼板を介して前記継手板に接続されている構成を特徴とする。
本発明の鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと側板を一体成形し、前記スキンプレートと前記側板に継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、翼板を前記継手板の内面に接続させたＴ字形継手部材を端部に有する主桁と、縦リブとを配置し、必要度に応じて所要箇所に、所要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
また、本発明の鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと継手板を一体成形し、前記スキンプレートと前記継手板に側板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、翼板を前記継手板の内面に接続させたＴ字形継手部材を端部に有する主桁と、縦リブとを配置し、必要度に応じて所要箇所に、所要の強度を付与できるだけの溶接長の溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
また、本発明の鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと側板と継手板とを鋼板による打ち抜きで一体成形して、側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、翼板を前記継手板の内面に接続させたＴ字形継手部材を端部に有する主桁と、縦リブとを配置し、必要度に応じて所要箇所に、所要の強度を付与できるだけの溶接長の溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【０００９】
第１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、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を有し、他の部材は主桁よりも薄い板厚で強度を有しな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る。
【００１０】
第２，第３、第４の発明によると、スキンプレートと、側板と、継手板とを主桁の板厚より薄い鋼材で成形できることに伴ない、これら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のプレス等による一体成形が可能となり、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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の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。鋼製セグメント１では、側板２と継手板３と、この側板２および継手板３の下端面に接続されるスキンプレート４によって一面が開放された直方体が構成され、この直方体の内側に主桁５と縦リブ６が配置される。主桁５は主桁本体８の両端にＴ字形継手部材７を有しており、縦リブ６は主桁５と直角に配置されている。
【００１２】
第１実施形態の鋼製セグメント１にあっては、前記の主桁５と縦リブ６と継手板３と側板２とスキンプレート４は、分離した鋼材を一面が開放した直方体に組立て、その接合部を溶接して固定される。前述のように鋼製セグメント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個別に選択使用することができる。この利点を生かすことによって、第１実施形態の鋼製セグメント１では、主桁５と、縦リブ６は、板厚が他の部材よりも厚い鋼板が使用され、他の部材、すなわち、側板２と継手板３とスキンプレート４は主桁５等よりも薄い鋼板が使用されている。
【００１３】
さらに説明すると、主桁５にあっては、フラットな厚鋼板である主桁本体８の両端に、当該主桁本体８と同じ板厚の、平面からみてＴ字形の継手部材７の脚部１０がそれぞれ幅方向全長にわたり、全溶け込み溶接１１で固着されている。このＴ字形継手部材７は、例えばＨ形鋼を長手方向に所定の長さに切断し、さらにそのウエブの中間部位を切離することで既製部材を使用できる。このように構成された主桁５は、単一部材として別工程で製作され、これを他部材に組合わせるものである。
【００１４】
前記Ｔ字形継手部材７は、その脚部１０を主桁本体８の端部に全溶け込み溶接１１で接合しているが、これは、前述のとおりＨ形鋼等の既製部材を使用するうえで好都合なだけでなく、次の点で有利である。仮りに、フラットな鋼板である主桁本体８の端部に直角に翼板（図示せず）を当てがい、その接合部を溶接してＴ字形継手部を構成することは可能であるが、この場合、２つのプレートが直交する部位を安定、確実に、しかも円滑に溶接することは溶接技術上困難で熟練を要するが、これに比べ、前述の同一面上の途中の切離箇所を全溶け込み溶接１１で固着する方が有利である。
【００１５】
薄い鋼板からなる継手板３の内面には、平行に配設された２本の主桁５の前記Ｔ字形継手部材７の翼板１２を単に当てがうことで両部材が接続されるが、必要に応じて、その当接部が溶接で固着されることもある。継手板３の外側の上下面には止水パッキン用の嵌合溝１３が形成されている。また、継手板３とＴ字形継手部材７の翼板１２を貫通して、複数の連結ボルト用挿通孔１４が開設されている。
【００１６】
縦リブ６は図示例の場合、２本平行にして主桁５と直角に配設され、両部材の当接部は隅肉溶接で固定されている。薄い鋼板からなる側板２長手方向の途中側面に縦リブ６の端面が当接され、その当接部が隅肉溶接で固定されている。側板２の端部は継手板３の端面および、Ｔ字形継手部材７の翼板１２の端面に隅肉溶接で固着されている。なお、Ｔ字形継手部材７の翼板１２の端面と側板２は前述のように接してもよいし、離れていてもよい。また、側板２には、鋼製セグメント１をトンネル軸方向に連結するための連結ボルトの挿通孔１５が開設されている。
【００１７】
薄い鋼板からなるスキンプレート４は、主桁本体８と、縦リブ６と、側板２と、継手板３の下端部に当てがわれ、その当接部が隅肉溶接により固着され、前記各部材により一面開放の直方体が構成される。
【００１８】
第１実施形態に係る複数の鋼製セグメント１を、トンネル周方向とトンネル軸方向に配設し、各継手板３と側板２をメタルタッチで接触させて、それぞれのボルト挿通孔１４，１５に連結ボルトを挿通し、ナットを締結することで横断面矩形のトンネル内周壁が構築される。
【００１９】
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する。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の各部材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、副次的に縦リブ６が負担し、継手板３と側板２とスキンプレート４等の部材には作用しない。
【００２０】
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、それぞれの継手板３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における主桁５のＴ字形継手部材７の翼板１２のボルト挿通孔１４に連結ボルト（図示せず）を挿通し、ナット締結することで、この連結ボルトを介してトンネル周方向に隣り合うセグメントの主桁５間が連結される。それ故、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とスキンプレート４は負担しない。
【００２１】
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の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、具体的にはプレス成形可能な薄鋼板の使用が可能となる。
【００２２】
第２実施形態以下の各実施形態（但し、図７，図８に示す第４実施形態を除く）には、主桁５と縦リブ６以外の各部材を一体成形した例が示されている。
【００２３】
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いる。この実施形態では、スキンプレート４と側板２の両部材間の隅肉溶接が不要であり、水密性も確実となる。継手板３は側板２と同じ板厚の薄い鋼板からなるが、この側板２とは別部材で成形されている。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。
【００２４】
また、第１，第２実施形態において、前記継手板３の外面に止水パッキン用の嵌合溝１３をプレス加工で成形する場合には、継手板３のセグメント内面側に部分的な凸部ができるので、このセグメント継手板３の内面側とＴ字形継手部材７を有する主桁５との間に調整プレートまたは不定形材料を挿入して、継手板３のセグメント内面側の凹凸の影響をなくすのが良い。
【００２５】
側板２の外面に止水パッキン用の嵌合溝（但し、図示せず）をプレス加工で形成する場合には、縦リブ６の端部に切り欠きを設けて、セグメント内面側の凹凸による影響をなくするのがよい。
【００２６】
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いる。これにより両部材間の隅肉溶接が不要となり、水密性が確実となる。継手板３と同じく板厚の薄い鋼板からなる側板２は、継手板３およびスキンプレート４とは別部材で成形されている。そして、前記プレスによる一体成形のスキンプレート４と継手板３に対し、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。
【００２７】
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のＴ字形継手部材７における脚部１０と、翼板１２とが交わるコーナ部に平面３角形の補強板１６が当てがわれ、隅肉溶接１７で固定されている。この３角形補強板１６を設けることにより、Ｔ字形継手部材７における脚部１０と翼板１２の交差部が補強され、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がより強力に抵抗する。他の構成は、第１実施形態と同じである。
【００２８】
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４と側板２が一体成形されている点で、図３，図４に示す第２実施形態と同じであり、主桁５のＴ字形継手部材７における脚部１０と翼板１２とが交わるコーナ部に平面３角形の補強板１６が当てがわれ、隅肉溶接１７で固定されている点で、図７，図８に示す第４実施形態と同じである。この第５実施形態の鋼製セグメント１では、前記第２，第４実施形態における前記特長的構成による相乗作用が奏される。なお、第５実施形態の変形例として、スキンプレート４と側板２を一体成形するのに代えて、スキンプレート４と継手板３を一体成形することもあるが、これについては、図示省略する。
【００２９】
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４と、両側の側板２と、両側の継手板３がフラットな薄鋼板を図１２に示すように一体に打ち抜き成形し、折曲げ線１８を介して、その外方を直角上方に折曲げ成形してスキンプレート４と側板２と継手板３を一体成形し、かつ鋼製セグメントのコーナ部となる両方の側板２と継手板３の接続部が隅肉溶接により固着されて構成されている。また、他の実施形態と同様に主桁５のＴ字形継手部材７における脚部１０と翼板１２とが交わるコーナ部に、平面３角形の補強板１６が当てがわれ、隅肉溶接１７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。
【００３０】
前述の各図に示す実施形態ではすべて鋼製セグメントの例で説明したが、本発明は合成セグメントにも全く同様に適用できる。その場合は、前記鋼製部材からなる一面開放の直方体の内部にコンクリートを充填するものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る鋼製セグメントは、主桁長手方向の端部のＴ字形継手部材を継手板の側面に溶接するのではなく、単に当接させるだけか、又は仮付け溶接する程度でよいので、従来のように溶接接合してセグメントを組立てる場合における、各部材の寸法精度のくるいが生じる不具合がなく、また、この課題に対処するための高度の溶接の熟練度が要求されず、かつ部材の高い寸法精度が要求されない。なお、必要に応じて、主桁と継手板との間に調整板を介在させてもよい。
【００３２】
また、本発明の鋼製セグメントは、主桁とそれ以外の部材とを構造力学的に分離して設計でき、それに伴って主桁を引張構造材として働かせ、他の部材を引張構造材として働かせないようにできるので、他の部材は必ずしも主桁のような板厚の厚い材料を使用せず、鋼製殻体を形成するのに強度上最小限必要な、例えば、プレス成形加工などで曲げ一体加工可能な材質の選択使用が可能であり、それにより、設計の自由度が飛躍的に高まり、目的に応じたセグメントを合理的に設計できる。なお、鋼製セグメントに圧縮力を負担させる場合は、側板に相当する部位に外枠主桁を設け、この外枠主桁に、主桁の板厚と同じものを使用すると良い。
【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】（Ａ）は図３のＣ−Ｃ断面図、（Ｂ）は図３のＤ−Ｄ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Ｅ−Ｅ断面図、（Ｂ）は図５のＦ−Ｆ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】（Ａ）は図７のＧ−Ｇ断面図、（Ｂ）は図７のＨ−Ｈ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Ｉ−Ｉ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の一体成形されるスキンプレートと側板と継手板の展開斜視図である。
【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  Ｔ字形継手部材
８  主桁本体
１０  脚部
１１  全溶け込み溶接
１２  翼板
１３  嵌合溝
１４  ボルト用挿通孔
１５  ボルト用挿通孔
１６  補強板
１７  隅肉溶接
１８  折曲げ線
【図１】
0004157211.tif 000002
【図２】
0004157211.tif 000003
【図３】
0004157211.tif 000004
【図４】
0004157211.tif 000005
【図５】
0004157211.tif 000006
【図６】
0004157211.tif 000007
【図７】
0004157211.tif 000008
【図８】
0004157211.tif 000009
【図９】
0004157211.tif 000010
【図１０】
0004157211.tif 000011
【図１１】
0004157211.tif 000012
【図１２】
0004157211.tif 000013