(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主桁板と継手板と背面板とからなる鋼殻内に複数の主鉄筋とせん断補強筋をそれぞれ配筋するとともにコンクリートを充填し、かつ前記継手板に継手を設けてなる合成セグメントにおいて、前記継手板に主鉄筋定着用の連結部として突起を設け、この突起と前記主鉄筋の端部に取り付けられた定着板の孔とを係合することにより前記主鉄筋の端部を前記継手板に定着し、かつ前記継手を二段に設けてなることを特徴とする合成セグメント。
【請求項２】
主桁板と継手板と背面板とからなる鋼殻内に複数の主鉄筋とせん断補強筋をそれぞれ配筋するとともにコンクリートを充填し、かつ前記継手板に継手を設けてなる合成セグメントにおいて、前記鋼殻の内側部に定着用の孔を有するリブを、前記せん断補強筋の端部に定着用のフックをそれぞれ突設するとともに、前記孔とフックとを係合して前記せん断補強筋の端部を前記鋼殻の内側部に定着し、かつ前記継手を二段に設けてなることを特徴とする合成セグメント。
【請求項３】
継手として、互いに係合し合う蟻溝とコッターとからなる継手を設けてなることを特徴とする請求項１または２記載の合成セグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は鋼製セグメント、鋳鉄製セグメント、さらには球状黒鉛鋳鉄製セグメント（ダクタイルセグメント）も含む鋳鋼製セグメントなどのメタル系セグメント（以下、「鋼殻」という）とその中に充填されたコンクリートとからなる一体構造の合成セグメントに関し、特に常時、大きな内水圧が作用する下水道幹線や地下河川などとして利用される水路用トンネルの覆工材として開発されたものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、下水道幹線や地下河川などとして利用される水路用トンネルの覆工材として、トンネルの内周面を平滑に施工でき、しかも二次覆工を省略できる等の理由から上述するような、鋼材部分とコンクリート部分とが一体構造をなす合成セグメントが広く使用されている。                            この種の合成セグメントにおいては、例えば図７（ａ）に図示するように、トンネルの軸方向の両側部に主桁板３０を、周方向の両端部に継手板３１をそれぞれ配置し、さらにトンネルの地山側にスキンプレート３２を配置することにより、トンネルの周方向に沿って所定の曲率で弧状に湾曲する箱状の鋼殻３３が形成されている。
【０００３】
また、こうして形成された鋼殻３３内に補強筋として必要量の主鉄筋３４とせん断補強筋３５がそれぞれ配筋され、かつコンクリート３６が充填されされている。一方、主桁板３０と継手板３１の外側面部には隣接して組み付けられた際、トンネルの軸方向と周方向にそれぞれ互いに係合し合う継手が設けられている。
【０００４】
トンネルの周方向に係合し合う継手のうち、継手板３１の外側面部に設けられる継手としては、例えば図７（ｂ）に図示するように、継手板３１の外側面部に形成された蟻溝３７とこの蟻溝３７に係合されるコッター３８とからなる継手が知られており、この蟻溝３７とコッター３８とはトンネルの軸方向にスライドさせて係合されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これまでの合成セグメントは、主鉄筋３４の定着方法およびせん断補強筋３５の処理方法として特に確立されたものがなく、また鋼殻３３の表面が平滑な場合は、コンクリート３６の付着力が期待できず、鋼殻３３とコンクリート３６との一体化構造が困難であるため、鋼殻３３の内側面に突起を付加する等して一体化を図ることが行われている。
【０００６】
しかし、このような手段は鋼殻３３と接するコンクリート３６との間でのみ可能であり、反対側のコンクリートがむき出しの部分は引張り応力に対して何らかの補強が必要であった。
【０００７】
特に、水路用トンネルにおいては、セグメントには常時大きな内水圧が作用しているため、コンクリート３６の内面にきれつが発生したり、コンクリート３６が剥離したりするおそれがあり、このため、多くの場合コンクリート３６は単にシールド覆工体の内面を平滑にするとともに、シールドの推進ジャッキの反力受け等としてのみ評価され、また主鉄筋３４およびせん断補強筋３５もコンクリート３６のひび割れ防止材程度に評価されるだけで、ともに覆工材の構造材として評価されないことが多く、きわめて不経済であった。
【０００８】
また、このため大きな内水圧が作用し、トンネルの内面側コンクリートが著しくきびしい状況下でない状態での使用に用いられていた。
また、常時大きな内水圧が作用する水路用トンネルにおいては、特にトンネルの周方向に隣接するセグメント間の継手が、図７（ｂ）に図示するような一段継手では、セグメント間の応力伝達手段として合理的な継手とはいえず、また止水性の面でもきわめて不十分なものであった。
【０００９】
この発明は以上の課題を解決するためになされたもので、コンクリート部分と鋼材部分との一体化構造とセグメント間の合理的継手を可能にし、特に水路用トンネルの覆工材として優れた合成セグメントを提供することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の合成セグメントは、主桁板と継手板と背面板とからなる鋼殻内に複数の主鉄筋とせん断補強筋をそれぞれ配筋するとともにコンクリートを充填し、かつ前記継手板に継手を設けてなる合成セグメントにおいて、前記継手板に主鉄筋定着用の連結部として突起を設け、この突起と前記主鉄筋の端部に取り付けられた定着板の孔とを係合することにより前記主鉄筋の端部を前記継手板に定着し、かつ前記継手を二段に設けてなることを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、鋼殻は原則として、鋳鉄製または球状黒鉛鋳鉄製をも含む鋳鋼製で、主桁板と継手板と背面板は鋳造により一体的に形成されているが、鋼製の場合は主桁板と継手板と背面板をそれぞれ別々に形成し、後から接合する組み立て式も考えられる。
【００１２】
また、鋼殻内には主鉄筋とせん断補強筋の両方が配筋されているが、せん断補強筋を省略して主鉄筋のみが配筋される場合もある。また、主鉄筋とせん断補強筋として、ともに丸鋼や異形鉄筋などが配筋されている。
【００１３】
請求項２記載の合成セグメントは、主桁板と継手板と背面板とからなる鋼殻内に複数の主鉄筋とせん断補強筋をそれぞれ配筋するとともにコンクリートを充填し、かつ前記継手板に継手を設けてなる合成セグメントにおいて、前記鋼殻の内側部に定着用の孔を有するリブを、前記せん断補強筋の端部に定着用のフックをそれぞれ突設するとともに、前記孔とフックとを係合して前記せん断補強筋の端部を前記鋼殻の内側部に定着し、かつ前記継手を二段に設けてなることを特徴とする。
【００１４】
なお、定着用の孔を有するリブは、原則として背面板の上に突設されるが、主桁板の内側部に突設されてもよい。
請求項３記載の合成セグメントは、請求項１または２記載の合成セグメントにおいて、継手として、互いに係合し合う蟻溝とコッターとからなる継手を設けてなることを特徴とする。なお、この場合の継手としては、締結ボルトによるもの、雄雌嵌合方式によるもの等が考えられ、特に限定されるものではない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１〜図６は、この発明に係る合成セグメントの一例を示し、図において、トンネルの軸方向の両側部に主桁板１が、トンネルの周方向の両端部に継手板２が、さらにトンネルの地山側に背面板３がそれぞれ配置されている。
【００１６】
また、両側の主桁板１，１間に縦リブ４が、両端の継手板２，２間に横リブ５がそれぞれ所定間隔おきに複数配置されている。
主桁板１の外側面部には、トンネルの軸方向に隣接するセグメント間の継手として、例えばホールインアンカーの原理を利用し、一方の継手を他方の継手にトンネルの軸方向に挿入することにより、セグメントの組み立てと同時にトンネルの軸方向に隣接するセグメントどうしを、ボルトによる継手と同等以上の引張およびせん断強度を備えて接合できる継手６が設けられている。
【００１７】
また、継手板２の外側面部には、トンネルの周方向に隣接するセグメント間の継手として、蟻溝７とこの蟻溝７に係合されるコッター８とからなるくさび方式の継手で、トンネルの軸方向に挿入することによりトンネルの周方向に隣接するセグメントどうしを、セグメントの組み立て同時に接合できる継手が設けられている。
【００１８】
さらに、主桁板１および継手板２の外側面部には、隣接するセグメント間の一次止水材として、シール部材９が継手の両側に位置し、かつ主桁板１および継手板２の軸方向に連続して（後述する鋼殻１２の周方向に連続して）二重に取り付けられている。
【００１９】
なお、シール部材９の止水性が切断された場合に備えて、継手６やコッター８等の継手部材には全て、塗装や焼付け等の防食対策がとられている。
また、継手板２の上端部には、後述する主鉄筋１３の定着用の連結部として複数の突起１０がトンネルの軸方向に所定間隔おきに突設されている。突起１０の形状としては、図示するような矩形状が最も一般的であるが、特に限定されるもではなく、円形状をなすものでもよい。また、配列も一列である必要はなく、複数列にしかも千鳥に配置されていてもよい。
【００２０】
また、背面板３のトンネル軸方向の両端部には、後述するせん断補強筋１４の定着部として、複数のリブ１１がトンネルの周方向に所定間隔おきに突設され、リブ１１には定着用の孔１１ａが形成されている。なお、定着用の孔１１ａと同様の孔５ａが横リブ５の両端にも形成されている。
【００２１】
蟻溝７とコッター８はともに、いわゆるくさび方式で係合するようにトンネルの軸方向に徐々に小径となる形状に形成され、またいわゆる中立軸Ｘを境にその外側（地山側）と内側（トンネル側）とに、トンネルの径方向に二段に形成され、さらに蟻溝７とコッター８とからなる継手は、トンネルの軸方向の両端部にトンネルの軸方向に所定長さ連続して形成されている。
【００２２】
このように蟻溝７とコッター８とからなる継手が、中立軸Ｘを境に二段に形成されていることで、周囲の土圧によって中立軸Ｘの外側に引張応力が作用する外引っ張り応力状態と、内水圧によって中立軸Ｘの内側に引張応力が作用する内引っ張り応力状態、あるいは全断面引張りの応力状態に対応することができるため、特に水路用トンネルのセグメント間の継手としてきわめて合理的な継手構造であるといえる。
【００２３】
こうしてトンネルの地山に沿って所定の曲率で弧状に湾曲する鋼殻１２が形成され、この鋼殻１２内に補強筋として複数の主鉄筋１３とせん断補強筋１４がそれぞれ配筋され、かつコンクリート１５が充填されている。
【００２４】
なお、鋼殻１２は原則として、鋳鉄製または球状黒鉛鋳鉄製をも含む鋳鋼製で、主桁板１と継手板２と背面板３は鋳造により一体的に形成されているが、鋼製の場合は主桁板１と継手板２と背面板３をそれぞれ別々に形成し、後から接合する組み立て式も考えられる。また、鋼殻１２の表面には腐食しろや防食塗装などの防食対策が施されている。
【００２５】
複数の主鉄筋１３は、両端の継手板２，２間にトンネルの周方向に沿って弧状に配筋され、その両端部１３ａは定着板１６を介して両端の継手板２にそれぞれ定着されている。
【００２６】
定着板１６はトンネルの軸方向に連続する細い帯板状に形成され、その一側寄りに突起１０と係合可能な孔１６ａが突起１０の間隔に対応し、かつトンネルの軸方向に所定間隔おきに形成されている。また、反対側寄りには各主鉄筋１３の端部１３ａが溶接によってそれぞれ連結されている。
【００２７】
さらに、複数の主鉄筋１３と定着板１６とは、例えば図４（ａ），（ｂ）に図示するように、鋼殻１２の平面形状に相当する大きさのパネル状に予め組み立てられ、特にサイズが大型化するときは必要に応じて、図４（ｂ）に図示するようにトンネルの軸方向に２分割ないし３分割に組み立てられている。
【００２８】
このようなパネル状に組み立てられた複数の主鉄筋１３と定着板１６は、鋼殻１２内に配筋され、かつ定着板１６の孔１６ａと突起１０とを係合させて鋼殻１２内に固定されている。その際、複数の主鉄筋１３と定着板１６とがパネル状に予め組み立てられていることで、複数の主鉄筋の配筋作業をきわめて効率的に行なうことができる。
【００２９】
なお、突起１０と孔１６ａ間に隙間があるためにがたつきがあるときは、必要に応じて例えば図４（ｄ）に図示するように孔１６ａにくさび１７が挿入されている。
【００３０】
せん断補強筋１４は、例えば図５（ａ），（ｂ）に図示するように背面板３側（地山側）にコの字状をなす門形に曲げ加工などによって形成され、かつ垂直部分１４ａ，１４ａの下端部にトンネルの周方向に突出するフック１４ｂ，１４ｂがそれぞれ形成されている。なお、両側の垂直部分１４ａ，１４ａは必要に応じて、例えば図５（ｂ）に図示するように内側に少し折り曲げられている。こうすることで、主鉄筋１３およびコンクリート１５の拘束力はより高められる。
【００３１】
また、こうして形成された複数のせん断補強筋１４は、例えば図５（ｃ）に図示するように、両側の主桁板１，１間に複数の主鉄筋１３を抱き込むようにしてトンネルの周方向に所定間隔おきに配筋され、かつ両端のフック１４ｂをリブ１１の定着孔１１ａまたは横リブ５の定着孔５ａに挿入して固定されている。
【００３２】
このように、複数の主鉄筋１３の両端が両端の継手板２に定着され、かつせん断補強筋１４の両端が背面板３の底部に定着されていることで、鋼殻１２と複数の主筋１３およびせん断補強筋１４との完全な一体化が可能になり、これにより主鉄筋１３とせん断補強筋１４はともに、コンクリート１５の単なるひび割れ防止材としてではなく、鋼殻１２と同等に合成セグメントの構造材として評価される。
【００３３】
なお、鋼殻１２は、背面板が波形状（コルゲート状）に形成されることにより、セグメントの両側部にだけでなく中央部にも複数の主桁を有し、また鋼殻１２内にせん断補強材として複数の縦リブが設置されるようなものでも対応可能である。
【００３４】
また、主鉄筋１３の端部１３ａを鋼殻１２の継手板２に定着する方法としては、継手板２の内側に主鉄筋定着用の連結部として筒状の定着部（図省略）を突設し、一方主鉄筋１３の端部１３ａには定着部に差し込み可能なＬ字状のフック（図省略）を設け、このフックを前記定着部に差し込む方法でもよい。この場合の主鉄筋の定着部は主鉄筋１３の配筋間隔に合わせてトンネルの軸方向に所定間隔おきに形成されている。
【００３５】
【発明の効果】
この発明は以上説明したとおりであり、特に鋼殻の継手板に主鉄筋定着用の連結部を設け、この連結部に主鉄筋の端部を定着し、また前記鋼殻の内側部に定着用の孔を有するリブを、せん断補強筋の端部に定着用のフックをそれぞれ突設するとともに、前記孔とフックとを係合して前記せん断補強筋の端部が前記鋼殻の内側部に定着してあるので、鋼殻と複数の主筋およびせん断補強筋との完全な一体化が可能になり、これにより主鉄筋とせん断補強筋はともに、コンクリートの単なるひび割れ防止材としてではなく、鋼殻と同等に合成セグメントの構造材として評価される。
【００３６】
また、トンネルの周方向に隣接するセグメント間の継手として、例えば蟻溝とコッターとからなる継手が二段に配置されていることで、いわゆる外引っ張り応力状態と、内引っ張り応力状態の両方の応力状態に対応することができるため、特に水路用トンネルの覆工材として適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】合成セグメントの一例を示す斜視図である。
【図２】鋼殻を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ、（ａ）におけるイ−イ線、ロ−ロ線、ハ−ハ線断面図である。
【図３】鋼殻に主鉄筋とせん断補強筋を配筋した状態を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ、（ａ）におけるイ−イ線、ロ−ロ線、ハ−ハ線断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）はともに、パネル状に組み立てられた主鉄筋と定着板を示す斜視図、（ｃ）は主鉄筋の定着部を示す分解斜視図、（ｄ）はその縦断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）はともに、せん断補強筋の斜視図、（ｃ）はせん断補強筋の定着部を示す一部斜視図である。
【図６】シールドトンネルの一部斜視図である。
【図７】（ａ）は従来の合成セグメントの一例を示す一部破断斜視図、（ｂ）は継手部の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  主桁板
２  継手板
３  背面板
4   縦リブ
５  横リブ
６  継手
７  蟻溝
８  コッター
９  シール部材
１０  定着用の突起（主鉄筋定着用の連結部）
１１  リブ
11ａ  定着用の孔
１２  鋼殻
１３  主鉄筋
13ａ  主鉄筋の端部
１４  せん断補強筋
14ａ  垂直部分
14ｂ  フック
１５  コンクリート
１６  定着板
16ａ  定着用の孔
１７  くさび
【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】
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