JP2000226997A - 鋼製セグメントとその製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各部材の寸法精度や高度の溶接の熟練が要求
されず、かつ設計の自由度が飛躍的に向上する鋼製セグ
メントを提供する。 【解決手段】 側板２と、継手板３と、スキンプレート
４と、前記側板２の内側に配置される主桁５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５は、
その端部に接続したＴ字形継手部材７の翼板１２を介し
て前記継手板３に接続されている構成を特徴とする。

Description

【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立方体（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、 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。 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
継手板に主桁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
とけ込み溶接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が
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１
２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設計分離して設計でき、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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 道夫 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 今福 健一郎 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 2D055 BA01 BB03 EB10 KB04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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主桁を溶接により水
   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。
4. 【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。