(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの内周面に取り付けられて覆工体を構成する鋼製セグメントであって、
スキンプレートと、
当該スキンプレートの前記トンネルの長さ方向の両側縁部に沿って前記トンネルの内側に向かって立設された一対の主桁と、
前記一対の主桁に取付可能な一対の固定部材と、
所定の回転軸を中心に回転させることにより前記一対の固定部材の間に取り付け及び取り外しが可能な補強部材と、を備え、
前記補強部材は、前記回転軸を中心として、前記一対の固定部材の間に取り付けた状態において前記スキンプレート側に向く所定の角度範囲の部分が、半径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離に等しい円弧状に形成され、前記所定の角度範囲以外の部分の径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離以下になるように形成されていることを特徴とする鋼製セグメント。
【請求項２】
請求項１記載の鋼製セグメントであって、
前記一対の固定部材は、夫々、前記回転軸を中心軸とする円柱状の、他方の固定部材側へ突出する突出部を備え、
前記補強部材には、前記突出部を嵌合可能な溝が形成されており、
前記補強部材は前記突出部に前記溝を嵌合させることにより、前記一対の固定部材の間に亘って、前記円柱状の突出部の中心軸を中心として回転可能に取り付けられていることを特徴とする鋼製セグメント。
【請求項３】
請求項２記載の鋼製セグメントであって、
前記一対の固定部材は、前記補強部材の端面と対向する領域の少なくとも一部に、前記所定の回転軸を中心として所定の回転方向に向かうほど前記補強部材に近づくような傾斜部が設けられ、
前記補強部材の端面には、前記所定の回転方向とは逆の回転方向に向かうほど前記固定部材に近づくような傾斜部が設けられ、
前記補強部材は、前記突出部に前記溝を嵌合させた状態で前記所定の回転方向に回転させ、前記固定部材及び前記補強部材の傾斜部が係合することにより、前記一対の固定部材に挟持されて取付られ、前記所定の回転方向とは逆に回転させることにより取り外し可能であることを特徴とする鋼製セグメント。
【請求項４】
トンネルの内周面に取り付けられて覆工面を構成する鋼製セグメントであって、
スキンプレートと、
当該スキンプレートの前記トンネルの長さ方向の両側縁部に沿って取り付けられた一対の主桁と、
両端に一対の固定部材が取り付けられ、所定の回転軸を中心に前記固定部材に対して所定の回転方向に回転させることにより伸長可能であるとともに、前記所定の回転方向と逆に回転させることにより収縮可能な補強部材と、を備え、
前記補強部材は、当該補強部材を伸長させて、前記一対の固定部材を夫々前記一対の主桁に押し付けることにより前記一対の主桁の間に取り付けられており、この状態で、前記回転軸を中心として、前記スキンプレート側に向く所定の角度範囲の部分が、半径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離に等しい円弧状に形成され、前記所定の角度範囲以外の部分の径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離以下になるように形成されていることを特徴とする鋼製セグメント。
【請求項５】
請求項４記載の鋼製セグメントであって、
前記一対の固定部材は夫々内周面に互いに逆向きの螺条が形成された雌螺子部又は外周面に互いに逆向きの螺条が形成された雄螺子部のいずれか一方を備え、前記補強部材は、両端部に前記一対の固定部材の雄螺子部又は雌螺子部に螺合する前記雌螺子部又は前記雄螺子部の他方を備え、
前記固定部材は、前記雌螺子部と前記雄螺子部とが螺合することにより前記補強部材に取り付けられていることを特徴とする鋼製セグメント。
【請求項６】
請求項１から５何れかに記載の鋼製セグメントであって、
前記トンネルの長さ方向に隣接する鋼製セグメント同士は前記主桁をボルト及びナットにより固定することにより連結されており、
前記ボルト及びナットは前記主桁の表面より突出しており、
前記固定部材は、前記ボルト又はナットの前記主桁表面に突出した部分を収容可能な孔を有し、この孔を前記ボルト又はナットの前記主桁表面に突出した部分を収容した状態で前記主桁に取り付けられていることを特徴とする鋼製セグメント。
【請求項７】
シールド掘削装置により地盤を掘削して掘削孔を形成し、新たな鋼製セグメントを、既に取り付けられている鋼製セグメントの掘削進行方向の端部に連結するとともに、内周方向に隣接する当該新たな鋼製セグメント同士を環状に連結することにより、前記掘削孔の表面に当接するように取り付け、前記取り付けた新たな鋼製セグメントに反力を取って、シールド掘削装置を推進させる作業を繰り返すことにより、シールドトンネルを構築する方法であって、
前記鋼製セグメントは、スキンプレートと、当該スキンプレートの前記トンネルの長さ方向の両側縁部に沿って前記トンネルの内側に向かって立設された一対の主桁と、前記一対の主桁に取付可能な一対の固定部材と、所定の回転軸を中心に回転させることにより前記一対の固定部材の間に取り付け及び取り外しが可能な補強部材と、を備え、前記補強部材は、前記回転軸を中心として、前記一対の固定部材の間に取り付けた状態において前記スキンプレート側に向く所定の角度範囲の部分が、半径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離に等しい円弧状に形成され、前記所定の角度範囲以外の部分の径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離以下になるように形成されており、
前記シールド掘削装置が進行し、前記シールド掘削装置から所定距離、離れた位置における前記鋼製セグメントより前記補強部材を取り外すことを特徴とするシールドトンネルの構築方法。
【請求項８】
シールド掘削装置により地盤を掘削して掘削孔を形成し、新たな鋼製セグメントを、既に取り付けられている鋼製セグメントの掘削進行方向の端部に連結するとともに、内周方向に隣接する当該新たな鋼製セグメント同士を環状に連結することにより、前記掘削孔の表面に当接するように取り付け、前記取り付けた新たな鋼製セグメントに反力を取って、シールド掘削装置を推進させる作業を繰り返すことにより、シールドトンネルを構築する方法であって、
前記鋼製セグメントは、スキンプレートと、当該スキンプレートの前記トンネルの長さ方向の両側縁部に沿って取り付けられた一対の主桁と、両端に一対の固定部材が取り付けられ、所定の回転軸を中心に前記固定部材に対して所定の回転方向に回転させることにより伸長可能であるとともに、前記所定の回転方向と逆に回転させることにより収縮可能な補強部材と、を備え、前記補強部材は、当該補強部材を伸長させて前記一対の固定部材を夫々前記一対の主桁に押し付けることにより前記一対の主桁の間に取り付けられており、この状態で、前記回転軸を中心として、前記スキンプレート側に向く所定の角度範囲の部分が、半径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離に等しい円弧状に形成され、前記所定の角度範囲以外の部分の径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離以下になるように形成されており、
前記シールド掘削装置が進行し、前記シールド掘削装置から所定距離、離れた位置における前記鋼製セグメントより前記補強部材を取り外すことを特徴とするシールドトンネルの構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルの構築に用いられる鋼製セグメント及びこの鋼製セグメントを用いたシールドトンネルの構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シールド掘削装置により地盤にトンネルを掘削し、トンネル内周面に鋼製セグメントを周方向に接続するとともに、掘削の進行方向に連結していくことで覆工体を設置するシールド工法が知られている。シールド掘削装置は掘削孔の内周面近傍に位置する複数のジャッキを備えており、設置した鋼製セグメントに反力を取りながらジャッキを伸長させることにより推進する。その際、鋼製セグメントには非常に大きな荷重が作用するため、掘進方向に延びるように縦リブが取り付けられている。この縦リブは、シールド掘削装置が推進する際に鋼製セグメントに作用する反力に対して抵抗するとともに、地盤の土水圧や裏込めモルタルの圧力によりスキンプレートが変形しないように鋼製セグメントを補強している。
【０００３】
しかしながら、上記の反力による荷重は各セグメントから地盤に流れるため、シールド掘削装置から充分に離れた位置の鋼製セグメントには荷重が作用しない。このため、シールド掘削装置から充分に離れた位置の鋼製セグメントとして、縦リブを備えた鋼製セグメントを用いることは非常に不経済である。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１及び２には、縦リブを着脱可能とした鋼製セグメントが記載されている。特許文献１記載の鋼製セグメントでは、縦リブを、ねじ節異形棒鋼と、内周面に螺条を備えた円筒体とが螺合することにより、これらねじ節異形棒鋼及び円筒体を回転させることにより伸縮可能な補強部材により構成している。かかる構成により補強部材を一対の主桁間に亘るように伸長させることにより、一対の主桁に挟持されるため、鋼製セグメントに取り付けることができ、また、補強部材を収縮させることにより取り外すことができる。
【０００５】
また、特許文献２の鋼製セグメントでは、主桁の互いに対向する位置に固定部材を取り付けておき、この固定部材に嵌合させて取り付け可能な板状の補強部材を、トンネルの周方向にスライドさせて固定部材に取り付けている。また、補強部材は、逆方向にスライドさせることにより取り外すことができる。
【特許文献１】特開２００１―７３６９７号公報
【特許文献２】特開２００６−８３６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の鋼製セグメントでは、補強部材はスキンプレートと隙間をあけて設置されており、外部の地盤から土水圧や、裏込めモルタルの外圧がスキンプレートに作用すると、スキンプレートが大きく変形してしまう虞があった。
【０００７】
また、特許文献２記載の方法では、外部から作用する土水圧などによりスキンプレートがトンネル中心に向かって変形した場合に、補強部材をスライドさせることができなくなり、取り外しができなくなる虞があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、土水圧等によるスキンプレートの変形を抑えることができ、スキンプレートに変形が生じた場合であっても、取り外し可能な補強部材を備えた鋼製セグメントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の鋼製セグメントは、トンネルの内周面に取り付けられて覆工体を構成する鋼製セグメントであって、スキンプレートと、当該スキンプレートの前記トンネルの長さ方向の両側縁部に沿って前記トンネルの内側に向かって立設された一対の主桁と、前記一対の主桁に取付可能な一対の固定部材と、所定の回転軸を中心に回転させることにより前記一対の固定部材の間に取り付け及び取り外しが可能な補強部材と、を備え、前記補強部材は、前記回転軸を中心として、前記一対の固定部材の間に取り付けた状態において前記スキンプレート側に向く所定の角度範囲の部分が、半径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離に等しい円弧状に形成され、前記所定の角度範囲以外の部分の径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離以下になるように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記の鋼製セグメントにおいて、前記一対の固定部材は、夫々、前記回転軸を中心軸とする円柱状の、他方の固定部材側へ突出する突出部を備え、前記補強部材には、前記突出部を嵌合可能な溝が形成されており、前記補強部材は前記突出部に前記溝を嵌合させることにより、前記一対の固定部材の間に亘って、前記円柱状の突出部の中心軸を中心として回転可能に取り付けられていてもよい。
【００１１】
また、前記一対の固定部材は、前記補強部材の端面と対向する領域の少なくとも一部に、前記所定の回転軸を中心として所定の回転方向に向かうほど前記補強部材に近づくような傾斜部が設けられ、前記補強部材の端面には、前記所定の回転方向とは逆の回転方向に向かうほど前記固定部材に近づくような傾斜部が設けられ、前記補強部材は、前記突出部に前記溝を嵌合させた状態で前記所定の回転方向に回転させ、前記固定部材及び前記補強部材の傾斜部が係合することにより、前記一対の固定部材に挟持されて取付られ、前記所定の回転方向とは逆に回転させることにより取り外し可能であってもよい。
【００１２】
また、本発明の鋼製セグメントは、トンネルの内周面に取り付けられて覆工面を構成する鋼製セグメントであって、スキンプレートと、当該スキンプレートの前記トンネルの長さ方向の両側縁部に沿って取り付けられた一対の主桁と、両端に一対の固定部材が取り付けられ、所定の回転軸を中心に前記固定部材に対して所定の回転方向に回転させることにより伸長可能であるとともに、前記所定の回転方向と逆に回転させることにより収縮可能な補強部材と、を備え、前記補強部材は、当該補強部材を伸長させて、前記一対の固定部材を夫々前記一対の主桁に押し付けることにより前記一対の主桁の間に取り付けられており、この状態で、前記回転軸を中心として、前記スキンプレート側に向く所定の角度範囲の部分が、半径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離に等しい円弧状に形成され、前記所定の角度範囲以外の部分の径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離以下になるように形成されていることを特徴とする。
【００１３】
上記の鋼製セグメントにおいて、前記一対の固定部材は夫々内周面に互いに逆向きの螺条が形成された雌螺子部又は外周面に互いに逆向きの螺条が形成された雄螺子部のいずれか一方を備え、前記補強部材は、両端部に前記一対の固定部材の雄螺子部又は雌螺子部に螺合する前記雌螺子部又は前記雄螺子部の他方を備え、前記固定部材は、前記雌螺子部と前記雄螺子部とが螺合することにより前記補強部材に取り付けられていてもよい。
【００１４】
また、前記トンネルの長さ方向に隣接する鋼製セグメント同士は前記主桁をボルト及びナットにより固定することにより連結されており、前記ボルト及びナットは前記主桁の表面より突出しており、前記固定部材は、前記ボルト又はナットの前記主桁表面に突出した部分を収容可能な孔を有し、この孔を前記ボルト又はナットの前記主桁表面に突出した部分を収容した状態で前記主桁に取り付けられていてもよい。
【００１５】
また、本発明のトンネルの構築方法は、シールド掘削装置により地盤を掘削して掘削孔を形成し、新たな鋼製セグメントを、既に取り付けられている鋼製セグメントの掘削進行方向の端部に連結するとともに、内周方向に隣接する当該新たな鋼製セグメント同士を環状に連結することにより、前記掘削孔の表面に当接するように取り付け、前記取り付けた新たな鋼製セグメントに反力を取って、シールド掘削装置を推進させる作業を繰り返すことにより、シールドトンネルを構築する方法であって、前記鋼製セグメントは、スキンプレートと、当該スキンプレートの前記トンネルの長さ方向の両側縁部に沿って前記トンネルの内側に向かって立設された一対の主桁と、前記一対の主桁に取付可能な一対の固定部材と、所定の回転軸を中心に回転させることにより前記一対の固定部材の間に取り付け及び取り外しが可能な補強部材と、を備え、前記補強部材は、前記回転軸を中心として、前記一対の固定部材の間に取り付けた状態において前記スキンプレート側に向く所定の角度範囲の部分が、半径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離に等しい円弧状に形成され、前記所定の角度範囲以外の部分の径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離以下になるように形成されており、前記シールド掘削装置が進行し、前記シールド掘削装置から所定距離、離れた位置における前記鋼製セグメントより前記補強部材を取り外すことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のトンネルの構築方法は、シールド掘削装置により地盤を掘削して掘削孔を形成し、新たな鋼製セグメントを、既に取り付けられている鋼製セグメントの掘削進行方向の端部に連結するとともに、内周方向に隣接する当該新たな鋼製セグメント同士を環状に連結することにより、前記掘削孔の表面に当接するように取り付け、前記取り付けた新たな鋼製セグメントに反力を取って、シールド掘削装置を推進させる作業を繰り返すことにより、シールドトンネルを構築する方法であって、前記鋼製セグメントは、スキンプレートと、当該スキンプレートの前記トンネルの長さ方向の両側縁部に沿って取り付けられた一対の主桁と、両端に一対の固定部材が取り付けられ、所定の回転軸を中心に前記固定部材に対して所定の回転方向に回転させることにより伸長可能であるとともに、前記所定の回転方向と逆に回転させることにより収縮可能な補強部材と、を備え、前記補強部材は、当該補強部材を伸長させて前記一対の固定部材を夫々前記一対の主桁に押し付けることにより前記一対の主桁の間に取り付けられており、この状態で、前記回転軸を中心として、前記スキンプレート側に向く所定の角度範囲の部分が、半径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離に等しい円弧状に形成され、前記所定の角度範囲以外の部分の径が前記回転軸と前記スキンプレートとの距離以下になるように形成されており、前記シールド掘削装置が進行し、前記シールド掘削装置から所定距離、離れた位置における前記鋼製セグメントより前記補強部材を取り外すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、補強部材が回転可能であるとともに、所定の角度範囲の部分が回転軸とスキンプレートとの間の距離に等しい円弧状に形成されているため、この部分をスキンプレートに当接させることにより、スキンプレートの変形を抑えることができ、また、この部分以外は径が回転軸とスキンプレートの間の距離より短くなるように形成されているため、補強部材を回転させることにより取り外すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
<第１実施形態>
以下、本発明の鋼製セグメントの第１実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、第１実施形態の鋼製セグメントを１００示す図であって、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は鋼製セグメント１００をトンネル中心側から見た図であり、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＣ−Ｃ´断面図であり、（Ｄ）は（Ｃ）における部分Ｄの拡大図であり、（Ｄ）は（Ｂ）におけるＥ−Ｅ´断面図である。
【００１９】
図１に示すように、鋼製セグメント１００は、トンネルの周方向及び長さ方向に隣接する鋼製セグメント１００とボルト５０及びナット５１により連結されてトンネル表面に覆工体を構成するものである。本実施形態の鋼製セグメント１００は、掘削されたトンネルの内周に沿うように湾曲したスキンプレート１０と、このスキンプレート１０のトンネルの長さ方向両側の縁に沿って立設された一対の主桁１１と、トンネルの周方向両側の縁に沿って立設された一対の継ぎ板１２と、主桁１１に対向するように取り付けられた一対の固定用金具２０と、固定用金具２０の間に取り付けられた補強部材３０と、断面Ｌ字型に形成され主桁１１の間を結ぶように、スキンプレート１１の内面にトンネルの長さ方向に沿って溶接された縦リブ４０と、により構成される。
【００２０】
図２は、固定用金具２０を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図である。同図に示すように、固定用金具２０は、円弧状に形成され、主桁１１表面に突出し、隣接する鋼製セグメント１００同士を接続するナット５１を収容可能な一対のボルト挿通孔２１Ａが形成された板状部材２１と、板状部材２１の補強部材３０の取り付けられる位置に設けられた突出部２２と、補強部材３０の取り付けられる位置のトンネル中心側の部分に設けられた半円状の傾斜部２３とを備える。
【００２１】
突出部２２は、補強部材３０の嵌合溝と嵌合可能な径を有する円柱状に形成されている。傾斜部２３は半円状の部材からなり、後に詳述するように補強部材３０を回転させて取り付ける際に、補強部材３０の回転方向（図２（Ｂ）における矢印の方向）に向かうほど、鋼製セグメント１００の内側に向かって近づくような傾斜が形成されている。
【００２２】
図３は、補強部材３０を示す図であり、（Ａ）は端部を示す斜視図、（Ｂ）は端部を示す平面図である。同図に示すように、補強部材３０は、その外周面に軸方向に伸びるように形成された溝（以下、嵌合溝という）３２が形成された棒状の部材からなり、後述するように、主桁１１に取付られた固定用金具２０の突出部２２をこの嵌合溝３２に嵌合させることにより、突出部２２の中心軸を中心として回転させて取り付け、取り外し可能である。
【００２３】
また、補強部材３０の断面は、その嵌合溝３２に突出部２２を嵌合した状態において、突出部２２の中心軸を中心とした所定の角度範囲（図３（Ｂ）における角度範囲α）の外周が、スキンプレート１０と突出部２２の中心軸との間の距離を半径とする円弧状に形成されている（図３（Ｂ）において斜線を付した部分、以下、この部分を当接部３４という）。また、当接部３４の反対側の部分（図３（Ｂ）において灰色で示した部分、以下、非当接部という）３５は、スキンプレート１０と突出部２２の中心軸との間の距離よりも短い径になるように形成されている。このような断面形状により、補強部材３０の嵌合溝３２を突出部２２に嵌合させて回転する際に、当接部３４がスキンプレート１０側に位置する場合にはスキンプレート１０と補強部材３０が当接し、それ以外の場合にはスキンプレート１０と補強部材３０との間に隙間が生じることとなる。
【００２４】
また、補強部材３０の非当接部３５には、補強部材３０を回転させて取り付ける際に、補強部材３０の回転方向（図３（Ｂ）における矢印の方向）に向かうほど主桁１１に向かって近づくような傾斜部３３が形成されている。なお、この傾斜部３３は、固定用金具２０の傾斜部２３と略等しい勾配に形成されている。
【００２５】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、補強部材３０の取付方法を説明するための図である。図４（Ａ）に示すように、まず、固定用金具２０を、ボルト挿通孔２０Ａに主桁１１表面に突出するナット５１を挿通させて取り付ける。そして、補強部材３０を横方向に移動させて、固定用金具２０の突出部２２を嵌合溝３２に嵌合させる。なお、本実施形態では、ボルト挿通孔２１Ａにナット５１を収容しているが、例えば、図１（Ｂ）の上下の破線で示す鋼製セグメント１００では、ボルト５０の頭部が主桁１１から突出することになるので、このボルト５０の頭部を挿通孔２１Ａに収容すればよい。
【００２６】
次に、図４（Ｂ）に示すように、固定用金具２０の突出部２２に嵌合溝３２を嵌合させたまま、補強部材３０を突出部２２を中心として回転させる。
そして、図４（Ｃ）に示すように、補強部材３０の当接部３４がスキンプレート１０に当接する状態まで回転させると、補強部材３０の傾斜部３３と固定用金物２０の傾斜部２３とが係合する。このように補強部材３０の傾斜部３３と、固定用金物２０の傾斜部２３とが係合することにより、補強部材３０が一対の主桁１１間に挟持される。すなわち、固定用金具２０の傾斜部２３の傾斜角と、補強部材３０の傾斜部３３は、当接部３４がスキンプレート１０に当接した状態で互いに密着し得るように設けられている。なお、補強部材３０は、上記の所定の角度範囲αに含まれる部位がスキンプレート１０側に向いていれば、スキンプレート１０と当接する。このため、補強部材３０や固定用金物２０の製作精度が低く、補強部材３０を設計通りに回転させることができず、補強部材３０のスキンプレート側に向く部位が当接部３４の中央から多少ずれるような場合であっても、補強部材３０をスキンプレート１０に当接させることができる。
【００２７】
図５は、補強部材３０の取り外し方法を説明するための図である。同図に示すように、補強部材３０を取り外す際には、上記の取付方法とは逆方向に補強部材３０を回転させればよい。この際、地盤から作用する土水圧や裏込めモルタルの圧力によりスキンプレート１０に変形が生じていても、補強部材３０の当接部３３は回転軸を中心とした円弧状断面に形成されているため、容易に回転させることができ、また、他の部分は当接部３３に比べて小さな径に形成されているため、スキンプレート１０と補強部材３０との間に隙間が生じ、容易に取り外し作業を行うことができる。
【００２８】
シールドトンネルの構築は、シールド掘削装置により地盤を掘削し、掘削した掘削孔表面に鋼製セグメント１００を内周方向に接続するとともに掘削の進行方向（トンネルの長さ方向）に連結していくことで覆工体を設置していくことにより行われる。
【００２９】
図６は、シールド掘削装置により掘削した直後の掘削孔の表面に取り付けられた鋼製セグメント１００を示す図であり、また、図７は、シールド掘削装置から離れた位置における鋼製セグメント１００を示す図である。各図において、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は鋼製セグメント１００をトンネル中心方向から見た図である。図６及び図７に示すように、鋼製セグメント１００は、これら鋼製セグメント１００同士を周方向にボルト５０及びナット５１により環状に連結するとともに、掘削進行方向にもボルト５０及びナット５１により連結することにより取り付けられる。
【００３０】
シールド掘削装置は、推進力を得るためにジャッキを伸長させる際に鋼製セグメント１００に反力を取りながら推進する。シールド掘削装置のジャッキ２００の位置を図中破線で示す。本実施形態では、ジャッキ２００に当たる箇所において、少なくとも縦リブ４０及び補強部材３０が含まれるようにこれらの位置を決定している。
【００３１】
図６に示すように、シールド掘削装置により掘削した直後のトンネルの内周面には補強部材３０が取り付けられた鋼製セグメント１００を設置する。シールド掘削装置のジャッキ２００が伸長すると、鋼製セグメント１００にはジャッキ２００からの反力が作用するが、補強部材３０及び縦リブ４０がジャッキ２００の反力に抵抗するため、鋼製セグメント１００が座屈するのを防止できる。また、周囲の地盤よりスキンプレート１０に土水圧が作用するが、補強部材３０がトンネル内側よりスキンプレート１０を支持するため、スキンプレート１０の変形を防止できる。
【００３２】
一方、シールド掘削装置から充分に離れた位置の鋼製セグメント１００では、ジャッキ２００の伸長に伴う反力によりトンネルの長さ方向に作用する荷重がなくなる。そこで、図７に示すように、補強部材３０を回転させて固定用金物２０より取り外し、さらに、固定用金物２０を主桁１１より取り外す。なお、上記のようにスキンプレート１０に変形が生じていても、補強部材３０を容易に取り外すことができる。
上記のようにシールド掘削装置から充分に離れた位置では鋼製セグメント１００に作用する反力がなるため、補強部材３０を取り外しても、鋼製セグメント１００は変形することはない。このようにして取り外した補強部材３０及び固定用金物２０は、新たにシールド掘削装置により掘削した掘削孔の内周面に取り付けられる鋼製セグメント１００に利用することができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態の鋼製セグメント１００によれば、補強部材３０の当接部３４がスキンプレート１０に当接するため、スキンプレート１０の変形を抑えることができる。
【００３４】
また、当接部３４が固定用金物２０の突出部２２の中心軸を中心とした円弧状に形成されており、他の部位はこれよりも径が小さく形成されているため、スキンプレート１０に変形が生じた場合であっても、補強部材３０を回転させることができ、容易に取り外すことができる。
【００３５】
また、シールド掘削装置が充分に進行し、シールド掘削装置がジャッキ２００を伸長させても、応力を殆ど受けないような箇所の鋼製セグメント１００の補強部材３０及び固定用金具２０を取り外し、新たに設置される鋼製セグメント１００に再利用することができるため、コストを削減することができる。
なお、本実施形態では、突出部２２を嵌合させる溝３２を、補強部材３０の外周面に軸方向に伸びるように形成するものとしたが、これに限らず、溝３２は少なくとも両端に形成されていればよい。
【００３６】
<第２実施形態>
以下、本発明の鋼製セグメントの第２実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態において第１実施形態に対応する部分には同一の符号を付している。
図８は、第２実施形態の鋼製セグメント３００を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は鋼製セグメント３００をトンネル中心側から見た図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）におけるＣ−Ｃ´断面図であり、（Ｄ）は（Ｃ）におけるＤ−Ｄ´断面図である。
本実施形態の鋼製セグメント３００は、掘削されたトンネルの内周に沿うように湾曲したスキンプレート１０と、このスキンプレート１０のトンネルの長さ方向両側の縁に沿って立設された一対の主桁１１と、トンネルの周方向両側の縁に沿って立設された一対の継ぎ板１２と、互いに対向するように主桁１１に取り付けられた一対の固定用金具１２０と、固定用金具１２０の間に取り付けられた補強部材１３０と、断面Ｌ字型に形成され、主桁１１の間を結ぶようにスキンプレート１０の内面にトンネルの長さ方向に沿って溶接された縦リブ４０と、から構成される。
【００３７】
同図に示すように、補強部材１３０は、内周面に夫々逆向きの螺条が形成された雌螺子部１３２を両端に備えた、棒状の部材である。また、固定用金具１２０は、円弧状に形成され、主桁１１表面に突出する隣接する鋼製セグメント３００同士を接続するナット５１を収納可能な一対のボルト挿通孔１２１Ａが形成された板状部材１２１と、板状部材１２１の補強部材１３０の取り付けられる位置に設けられた外周面に螺条が形成された雄螺子部１２２とを備える。なお、各固定用金具１２０の雄螺子部１２２には、補強部材１３０の雌螺子部１３２に対応して互いに逆向きの螺条が形成されている。
【００３８】
固定用金具１２０は、その雄螺子部１２２が補強部材１３０の両端の雌螺子部１３２に螺合されることにより、補強部材１３０に取り付けられている。上記のように補強部材１３０の両端の雌螺子部１３２には夫々逆向きの螺条が形成されているため、両端の固定用金具１２０を回転しないように拘束した状態で補強部材１３０を所定の方向に回転させると、両端の固定用金具１２０が外側に向かって進出し、また、所定の方向とは逆の方向に回転させると、両端の固定用金具１２０が中心に向かって退行する。
【００３９】
また、図８（Ｄ）に示すように、補強部材３０の断面は、補強部材３０の回転の中心である中心軸を中心とした所定の角度範囲（図８（Ｄ）における角度範囲α）の外周が、スキンプレート１０と当該中心軸との間の距離を半径とする円弧状に形成されている（図８（Ｄ）において斜線を付した部分、以下、この部分を当接部１３４という）。また、その他の部分は回転軸を中心として当接部１３４に比べて径が小さくなるように形成されている。このような断面形状により、後述するように、固定用金物１２０を主桁１１に取り付けて補強部材１３０を回転させる際に、当接部１３４がスキンプレート１０側に位置する場合にはスキンプレート１０と補強部材１３０とが当接し、それ以外の場合にはスキンプレート１０と補強部材１３０との間に隙間が生じることとなる。なお、後述するように、補強部材１３０の当接部１３４は、補強部材１３０を回転させ、固定用金物１２０を進出させて板状部材１２１を主桁１１に当接させた状態において、当接部１３４がスキンプレート１０に当接するような角度に設けられている。なお、本実施形態においても、補強部材１３０は、上記の所定の角度範囲αに含まれる部位がスキンプレート１０側に向いていれば、スキンプレート１０と当接する。
【００４０】
補強部材１３０及び固定用金物１２０は以下のようにして取り付けることができる。まず、固定用金物１２０が回転しないように固定した状態で補強部材１３０を回転させて、固定用金物１２０を補強部材１３０に向かって退行させ、補強部材１３０を主桁１１の間に配置する。
【００４１】
次に、補強部材１３０を回転させ、固定用金物１２０を主桁１１に向かって進出させる。この際、固定用金物１２０のボルト挿通孔１２１Ａにトンネルの長さ方向に隣接する鋼製セグメント３００同士を連結するナット５１を収納させる。そして、固定用金物１２０の板状部材１２１が主桁１１に当接するまで、補強部材１３０を回転させる。この際、固定用金具１２０が板状部材１２１に当接するとともに補強部材１３０の当接部１３４がスキンプレート１０に当接する。なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、ボルト挿通孔１２１Ａにナット５１を収容しているが、例えば、図８（Ｂ）の上下の破線で示す鋼製セグメント３００では、ボルト５０の頭部が主桁１１から突出することになるので、このボルト５０の頭部を挿通孔１２１Ａに収容すればよい。
【００４２】
また、図９は、補強部材１３０の取り外し方法を説明するための図である。同図に示すように、上記の取付方法における回転方向とは逆方向に補強部材１３０を回転させることにより、固定用金具１２０が補強部材１３０に向かって退行するため、補強部材１３０を取り外すことができる。この際、地盤から作用する土水圧や裏込めモルタルの圧力によりスキンプレート１０に変形が生じていても、補強部材１３０の当接部１３４は回転軸を中心とした円弧状断面に形成され、また、他の部分は当接部に比べて小さな径に形成されているため、容易に補強部材１３０を回転させることができる。
【００４３】
図１０は、シールド掘削装置により掘削した直後の掘削孔の表面に取り付けられた鋼製セグメント３００を示す図であり、また、図１１は、シールド掘削装置から離れた位置における鋼製セグメント３００を示す図である。各図において、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は鋼製セグメント３００をトンネル中心方向から見た図である。図１０及び図１１に示すように、鋼製セグメント３００も、第1実施形態と同様に、これら鋼製セグメント３００同士を周方向にボルト５０及びナット５１により環状に連結するとともに、掘削進行方向にもボルト５０及びナット５１により連結することで取り付けられている。また、本実施形態においても、ジャッキ２００に当たる箇所において、少なくとも縦リブ４０及び補強部材１３０が含まれるようにこれらの位置を決定している。
【００４４】
図１０に示すように、シールド掘削装置により掘削した直後のトンネルの内周面には補強部材１３０が取り付けられた鋼製セグメント３００を設置する。これにより、ジャッキ２００が伸長し、鋼製セグメント３００にジャッキ２００からの反力が作用しても、補強部材１３０及び縦リブ４０がジャッキ２００の反力に抵抗するため、鋼製セグメント３００が座屈するのを防止できる。また、周囲の地盤よりスキンプレート１０に土水圧が作用するが、補強部材１３０の当接部１３４がトンネル内側よりスキンプレート１０を支持するため、スキンプレート１０の変形を防止できる。
【００４５】
一方、シールド掘削装置から充分に離れた位置の鋼製セグメント３００では、ジャッキ２００の伸長に伴う反力により、トンネルの長さ方向に作用する荷重はなくなる。このため、図１１に示すように、補強部材１３０を回転させて固定用金物１２０を退行させて、鋼製セグメント３００より補強部材１３０を取り外す。なお、上記のようにスキンプレート１０に変形が生じていても、補強部材１３０を容易に取り外すことができる。
【００４６】
これは、上記のようにシールド掘削装置のジャッキ２００の伸長による荷重がなるため、補強部材１３０を取り外しても、継ぎ板１２の剛性によりこの荷重に抵抗することができ、鋼製セグメント３００は変形することはないからである。このようにして取り外した補強部材１３０は、新たにシールド掘削装置により掘削した掘削孔面に取り付けられる鋼製セグメント３００に利用することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態の鋼製セグメント３００によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４８】
なお、第２実施形態において、補強部材１３０を回転させることにより固定用金物１２０を進退させる構成としたが、これに限らず、補強部材が回転可能であるとともに、伸長可能であればよい。
【００４９】
また、第２実施形態において、固定用金物１２０に雄螺子部１２２が形成され、補強部材１３０に雌螺子部１３２が形成されるものとしたが、これに限らず、固定用金物１２０に雌螺子部が形成され、補強部材１３０に雄螺子部１３２が形成されていてもよい。
【００５０】
また、上記の各実施形態では、補強部材３０、１３０として全長に亘って同一の断面形状を有する部材を用いるものとしたが、これに限らず、例えば、図１２に示すように、所定の径の棒状部材２３０Ｂに適宜間隔を空けて、所定の角度範囲の外周がスキンプレート１０と回転の中心軸との間の距離を半径とする円弧状に形成され、その他の角度範囲の外周がスキンプレート１０と補強部材２３０を回転させる際の中心軸との間の距離よりも短い径になるように形成された部材２３０Ａが取り付けられた部材を用いても良く、要するに、少なくとも一部に上記のような形状の部位を備え、その他の部位がこの部位に比べて径が小さくなるように形成されているような部材であれば、補強部材３０、１３０として用いることができる。
【００５１】
なお、上記の各実施形態では、縦リブ４０及び補強部材３０、１３０を設ける構成としたが、これに限らず、主桁１１、継ぎ板１２、及びスキンプレート１０により充分な強度が得られる場合には、補強部材３０、１３０のみを設ける構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１実施形態の鋼製セグメントを示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は鋼製セグメントをトンネル中心側から見た図であり、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＣ−Ｃ´断面図であり、（Ｄ）は（Ｃ）における部分Ｄの拡大図であり、（Ｄ）は（Ｂ）におけるＥ−Ｅ´断面図である。
【図２】固定用金具を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図である。
【図３】補強部材を示す図であり、（Ａ）は端部を示す斜視図、（Ｂ）は端部を示す平面図である。
【図４】補強部材の取付方法を説明するための図である。
【図５】補強部材の取り外し方法を説明するための図である。
【図６】シールド掘削装置により新たに掘削した掘削孔の表面に取り付けられた第1実施形態の鋼製セグメントを示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は鋼製セグメントをトンネル中心方向から見た図である。
【図７】シールド掘削装置が充分に進行した位置における第１実施形態の鋼製セグメントを示す図であり（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は鋼製セグメントをトンネル中心方向から見た図である。
【図８】第２実施形態の鋼製セグメントを示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）はトンネル中心側から見た鋼製セグメントを示す図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）におけるＣ−Ｃ´断面図であり、（Ｄ）は（Ｃ）におけるＤ−Ｄ´断面図である。
【図９】補強部材の取り外し方法を説明するための図である。
【図１０】シールド掘削装置により新たに掘削した掘削孔の表面に取り付けられた第２実施形態の鋼製セグメントを示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は鋼製セグメントをトンネル中心方向から見た図である。
【図１１】シールド掘削装置が充分に進行した位置における第２実施形態の鋼製セグメントを示す図であり（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は鋼製セグメントをトンネル中心方向から見た図である。
【図１２】補強部材として持ちいれる別の形状の部材を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  スキンプレート
１１  主桁
１２  継ぎ板
２０  固定用金具
２１  板状部材
２１Ａ  ボルト挿通孔
２２  突出部
２３  傾斜部
３０  補強部材
３２  嵌合溝
３３  傾斜部
３４  当接部
４０  縦リブ
５０  ボルト
５１  ナット
１００、３００  鋼製セグメント
１２０  固定用金具
１２１  板状部材
１２２  雄螺子部
１３０  補強部材
１３２  雌螺子部
２００  ジャッキ
【図１】
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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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【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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