(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セグメントの端部継手部に取付けられ互いにフランジ面同士が当接するＨ形部材と、該Ｈ形部材のフランジ４枚を貫通して相互に締結する連結ボルトとを継手部に備えたことを特徴とする矩形式鋼製セグメント。
【請求項２】
前記Ｈ形部材がＨ形鋼であることを特徴とする請求項１記載の矩形式鋼製セグメント。
【請求項３】
前記Ｈ形部材が、プレートとＴ形断面の部材で形成したＨ形状の部材であることを特徴とする請求項１記載の矩形式鋼製セグメント。
【請求項４】
セグメントの端部継手部の背面板側にに取付けられ互いに板面が当接しボルト結合する継目板と、セグメントの骨格部材の端部を両面から挟みボルト綴じする添接板とからなる継手を備えたことを特徴とする矩形式鋼製セグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドトンネルの土木技術分野における、シールドトンネルの内側を覆工し土圧を支持する矩形式鋼製セグメントに関し、特にその継手の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地下鉄、地下通路、海底トンネル等を築造する場合に、近年、地下を掘削して進む機械を使用して施工するシールド工法が多くなってきている。
従来のシールド工法は、図１１に示すように、地下５１のトンネル５２を円形断面に掘削し、その内面に円弧状の鋼殻リング５３を円筒状に組み立てて覆工し、その後コンクリート等により矩形断面のトンネル５４を形成し、その中に道路や鉄道を通すものであった。この場合、でき上がりのトンネル５４の断面より円形の半月状の部分を余分に掘削しなければならないため、不経済であった。そこで最近、図１２に示すように、最終的なトンネル５４の断面に合わせた鋼殻リング５６を用い、矩形断面のトンネル５５を始めから地下５１に掘削する矩形式シールドトンネル工法が開発されている。
【０００３】
従来のセグメントでは、図１１のように円弧状の鋼殻リング５３を組み合わせて円形断面にするため、セグメント部材はアーチ作用によって圧縮力のみ作用する。図１２に示す矩形断面を形成する鋼殻リング５６では底版、側版、上版が土圧、水圧により曲げや引張りを受けるようになり、従来のものより応力が大きく、従来のセグメントでは特に継手部分の強度が不足する問題があった。図１３は矩形式のセグメントを組み立てた一例を示すものである。この例では、隅部セグメント６１、６３と、底版セグメント６４と、側版セグメント６３と、上版セグメント６１、６５、６６とから構成されており、各部材の横断面は図１４に示すように、エッジ部の溝形鋼７２、中央部のＨ形鋼７１を骨格部材とし、スキンプレート７４で連結すると共に縦リブ７３を内蔵している。これらのセグメントはそれぞれプレート構造の継手部６７で互いに連結されている。この例では鋼殻リング５６内に切張り柱６８を用いている。セグメントの耐力は、周方面に接続された、Ｈ形鋼７１及び溝形鋼７２の曲げ及び軸力によって発揮される。セグメントの継手部においては、Ｈ形鋼７１や溝形鋼７２の力が一旦、継手６７の端部プレートに伝達され、この端部プレート同士ががボルトによって隣接セグメントと結合され、力は端部プレート相互を介して隣接セグメントのＨ形鋼や溝形鋼に伝達される。矩形セグメントの場合、継手部に強大な力が作用するため、従来の端部プレートでは強度が不足する。すなわち、このようなセグメントの継手６７は、曲げや引張りを生ずるため、従来の圧縮のみ受ける円弧状のセグメントに比べ強度の大きい継手を用いる必要がある。
【０００４】
特開平６−２３５２９９号公報には、このようなセグメントの接続部における防水性能を向上させると共に施工性の向上を図る継手構造として、Ｈ形鋼を用いる継手が開示されている。この構造は継手の強度の面でもプレート構造の継手より優れた特性を発揮するものである。しかし、セグメントの継手部に取付けられたＨ形鋼のウエブをボルトで結合するものであり、継手部の引張り及び曲げに対してさらに強力な継手構造が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、最近、新しく開発された矩形シールドトンネル工法に用いる矩形セグメントの構造、特にその継手構造を提供するものである。解決すべき課題は従来のセグメントでは強度不足となる継手部の構造を十分な強度を有する構造とすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために開発されたもので、セグメントの端部継手部に取付けられ互いにフランジ面同士が当接するＨ形部材と、このＨ形部材のフランジ４枚を貫通して相互に締結する連結ボルトとを継手部に備えたことを特徴とする矩形式鋼製セグメントである。前記Ｈ形部材としては規格品のＨ形鋼を用いることはもちろん、必要強度に応じて、プレートとＴ形断面の部材で形成したＨ形状の部材を用いるとよい。
【０００７】
また本発明の別の継手構造としては、セグメントの端部継手部の背面板側に取付けられ互いに板面が当接しボルト結合する継目板と、セグメントの骨格部材の端部を両面から挟みボルト綴じするガゼットプレートとからなる継手を備えたことを特徴とする矩形式鋼製セグメントを提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１〜図３は実施例の継手構造を示す三面図である。図１は継手部の平面図、図２はそのＡ−Ａ矢視図、図３はＢ−Ｂ矢視図である。隣接するセグメント１ａ、１ｂの端部に、それぞれＨ形部材２ａ、２ｂが取付けられており、これらのＨ形部材２ａ、２ｂはフランジ３、３が互いに隣接するＨ形部材のフランジ外面に当接するように取付けられている。そして、このＨ形部材２ａ、２ｂは、４枚のフランジを貫通する孔５を穿設してあり、この孔５を貫通してＨ形部材を綴じ合わせる多数のボルト４を備えている。従ってこの継手構造は、簡単な構造で、引張り及び曲げに対して強力な継手となる。Ｈ形部材としては、規格品のＨ形鋼を用いてもよく、継手強度に応じてプレートとＴ字断面の部材、例えばカットＴとを組み合わせて形成した合成部材でもよく、プレートとカットＴを用いれば、板厚やウエブ高さを自由に変えることが可能である。Ｈ形部材はプレートより剛性が大きいため、従来のプレート構造では適用できない矩形シールド工法への適用が可能となった。
【０００９】
次に、図４〜図７に、隣接するセグメント１ａ、１ｂの骨格部材である溝形鋼１１やＨ形鋼１２を、添接板２１、２２、２３、２４で直接締結する構造を示した。図４はこの継手部の平面図、図５はそのＣ−Ｃ矢視図、図６はそのＤ−Ｄ矢視図で、溝形鋼１１の継手部の側面図、図７は図４のＥ−Ｅ矢視図でＨ形鋼１２の継手部の側面図である。この構造の継手は、セグメント同士の軸力が端部プレートを介せずに、直接に骨格部材である形鋼から形鋼へ伝達されるため、継手強度は飛躍的に向上する。
【００１０】
図８は、従来の継手と本発明による継手の強度を比較したものである。横軸に継手の伸びを取り、縦軸に継手に作用する引張り力を取ってある。曲線３１は母材の特性を示すものである。曲線３５で示す従来のプレート構造の継手に比べて、端部にカットＴとプレートを用いてＨ形部材としたもの（曲線３４）、Ｈ形鋼を用いたもの（曲線３３）、及び添接板によって接合したもの（曲線３２）が明らかに強度が大きくなることがわかる。
【００１１】
また、図９は種々の継手を有するセグメント１に、図１０に示すように等分布荷重４１を負荷した時の荷重と変形量との関係を示すグラフである。変形量は主桁を支点とするスパン４２（４３５ｍｍ）両端固定梁として算出した。すなわち、変形量Ｓ（ｍｍ）は
Ｓ＝（ｗＬ4 ）／３８４・Ｅ・Ｉ
ｗ＝等分布荷重  ｋｇ／ｃｍ
Ｌ＝スパンｃｍ
Ｅ＝ヤング率  ｋｇ／ｍｍ2
Ｉ＝断面二次モーメント  ｃｍ4
曲線３６はＨ−１１２×２００×８×１２、曲線３７は□−２００×１００×９、曲線３８は、［−２００×９０×８×１３．５、曲線３９は、ＰＬ−２００×２５ｔである。Ｈ形鋼の曲げ剛性が著しく大きいことが示されている。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、矩形シールドトンネルの開発の中で問題視されていたセグメントの継手をＨ形部材を使った構造又は添接板を用いた構造にすることによって強度を向上し、過酷な条件に対応することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の継手部の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】実施例の添接板継手を示す平面図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ矢視図である。
【図６】図４のＤ−Ｄ矢視図である。
【図７】図４のＥ−Ｅ矢視図である。
【図８】発明の効果を示すグラフである。
【図９】種々の継手の曲げ剛性を示すグラフである。
【図１０】図９の曲げの説明図である。
【図１１】従来のシールドトンネル工法の説明図である。
【図１２】矩形式のシールドトンネル工法の説明図である。
【図１３】矩形式のシールドトンネルのセグメントの組立図である。
【図１４】矩形式のシールドトンネルのセグメントの断面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ    セグメント
２ａ、２ｂ    Ｈ形部材
３    フランジ
４    ボルト
５    孔
１１  溝形鋼
１２  Ｈ形鋼
１３  スキンプレート
２１、２２、２３、２４  添接板
２５  継目板
３１、３２、３３、３４、３５  曲線
５１  地下
５２、５４、５５  トンネル
５３、５６  鋼殻リング
６０  セグメント
６１、６２  セグメント（隅部）
６３  セグメント（側版）
６４  セグメント（底版）
６５、６６  セグメント（上版）
６７  継手部
６８  切張り柱
７０  セグメント
７１  Ｈ形鋼
７２  溝形鋼
７３  縦リブ
７４  スキンプレート
【図１】
0003798118.tif 000002
【図２】
0003798118.tif 000003
【図３】
0003798118.tif 000004
【図４】
0003798118.tif 000005
【図５】
0003798118.tif 000006
【図６】
0003798118.tif 000007
【図７】
0003798118.tif 000008
【図８】
0003798118.tif 000009
【図９】
0003798118.tif 000010
【図１０】
0003798118.tif 000011
【図１１】
0003798118.tif 000012
【図１２】
0003798118.tif 000013
【図１３】
0003798118.tif 000014
【図１４】
0003798118.tif 000015