JP2003307100A - トンネル用セグメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セグメント厚みの増加無く強度向上すると
か、強度や機能を損なわずに厚みが減らせる等、比強度
の向上するセグメントを提供する。 【解決手段】 トンネル周方向で隣合うセグメントに対
面すべくトンネル軸方向に沿った一対の軸方向壁１，２
と、トンネル周方向に沿う略扇形で一対以上の周方向壁
３，４と、トンネル壁を構成すべくトンネル周方向に沿
った周壁５、周方向壁３，４と同形の一対の縦リブ６，
６との７壁から成る箱形（四主桁型）を呈するととも
に、周方向壁３，４において、トンネル径方向に関して
周壁５が配置される部分とは反対側となる部分に、周方
向壁３，４のトンネル周方向長さの全域又はほぼ全域に
亘ってトンネル軸方向に突出するフランジ部３ｆ，４ｆ
を形成して、ダクタイル鋳鉄製のセグメントＳを構成す
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、トンネル周方向及
びトンネル軸方向に多数並べて互いに連結することでト
ンネル壁を形成するためのトンネル用セグメントに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】トンネル用セグメントの基本構造として
は種々のものがあるが、従来、一般的には特開２００１
−３２３７９６号公報にて示される主桁型セグメント
と、特開平１０−１９６２９０号公報にて示されるコル
ゲート型セグメントとが多用されている。

【０００３】前者の主桁型セグメントは、前記前者の公
報における図１に示されたように、トンネル軸方向で隣
合うセグメントに対面すべく、トンネル周方向に沿った
一対の扇形のトンネル軸方向端壁（両端の３，３）、ト
ンネル周方向で隣合うセグメントに対面すべく、トンネ
ル軸方向に沿った一対のトンネル周方向端壁（４，
４）、及び外周壁（２）の５面から成る箱形であり、か
つ、両トンネル周方向端壁（４，４）に亘る２本の縦リ
ブ（中間の３，３）、及び両トンネル軸方向端壁（両端
の３，３）と縦リブ（中間の３，３）とに跨る多数の横
リブ（５）が形成された金属製のセグメント（このよう
に縦リブが２個のものを一般に四主桁型セグメントと呼
ぶ）である。このような金属セグメントの材質として
は、溶接による鋼板製のものや鋳鉄製のものが多い。
尚、カッコ内の符号は、特開２００１−３２３７９６号
公報の図面に付記されたものを用いている。

【０００４】又、後者のコルゲート型セグメントは、前
記後者の公報における図１に示されたように、一対のト
ンネル軸方向端壁（１０，１０）、一対のトンネル周方
向端壁（１，１）、及びトンネル軸方向で中央部分がト
ンネル径方向の内径側に寄った段差状の外周壁（７，１
２）の５面を有し、かつ、両トンネル軸方向端壁（１
０，１０）と外周壁（７，１２）の段差部（７）とに亘
る多数の横リブ（付記されず）が形成された金属製のセ
グメント本体と、外周壁（７，１２）２５における段差
部（７）の外周側にコンクリート（部分的に斜線が描か
れた部分）が充填された金属とコンクリートとによる合
成セグメントである。尚、カッコ内の符号は、特開平１
０−１９６２９０号公報の図面に付記されたものを用い
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】セグメントを多数連結
してトンネルを作成した場合、最も強度条件の厳しいセ
グメントは、自重及び下向きの土圧による曲げモーメン
トが作用するトンネル上端部に位置するセグメントであ
り、そのセグメントからトンネル周方向に遠いセグメン
トほど強度条件は緩くなって行く。通常のトンネルは断
面円形であるから、最も強度条件の厳しいトンネル上端
部に配置される場合を強度条件の基準としてセグメント
が設計される。

【０００６】セグメントに要求される強度は、トンネル
が設定されるところの土質によっても左右されるもので
あり、山地等の硬い岩盤にトンネルを設ける場合には、
地盤自体に保形強度があるので比較的強度条件の緩いセ
グメントでも良いが、湖沼や川の下等の軟弱地盤では、
地盤の重量や土圧が直にトンネルに作用するようになる
ので、セグメントには相当な強度が要求される。

【０００７】一方、トンネルの下掘りはシールドマシン
を用いることが殆どであり、その掘削断面積に対するト
ンネル完成後のトンネル内断面積の割合が大であればあ
るほど、小型のシールドマシンで済む等、建設コストは
下がる。従って、強度を落とすことなく、或いは向上さ
せながらセグメントの厚み寸法（トンネル径方向寸法）
をコンパクト化させることが、トンネルコストを抑える
ための急務となってきている。

【０００８】本発明の目的は、セグメントの厚みを増や
すことなく強度アップできるとか、強度や機能を損なう
ことなく厚みが減らせるといった具合に、比強度の向上
するセグメントを提供する点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の構成は、図１
〜図３に例示する如く、トンネル周方向及びトンネル軸
方向に多数並べて互いに連結することでトンネル壁Ｗを
形成するためのトンネル用セグメントにおいて、トンネ
ル周方向で隣合うセグメントＳに対面すべくトンネル軸
方向に沿った一対の軸方向壁１，２と、トンネル周方向
に沿う略扇形で一対以上の周方向壁ａと、トンネル壁Ｗ
（図１０参照）を構成すべくトンネル周方向に沿った周
壁ｂとの少なくとも５壁から成る箱形を呈するととも
に、周方向壁ａにおいて、トンネル径方向に関して周壁
ｂが配置される部分とは反対側となる部分に、周方向壁
ａのトンネル周方向長さの全域又はほぼ全域に亘ってト
ンネル軸方向に突出するフランジ部Ｆを形成してあるこ
とを特徴とする。

【００１０】請求項１の構成によれば、トンネル軸方向
に沿った一対の軸方向壁と、トンネル周方向に沿う略扇
形で一対以上の周方向壁と、トンネル壁を構成すべくト
ンネル周方向に沿った周壁との少なくとも５壁から成る
箱形のセグメントにおいて、周方向壁において、トンネ
ル径方向に関して周壁が配置される部分とは反対側とな
る部分に、周方向壁のトンネル周方向長さの全域又はほ
ぼ全域に亘ってトンネル軸方向に突出するフランジ部を
形成してあるから、セグメントの厚み（トンネル径方向
長さ）を増すことなく、周方向壁における周壁の無い開
放側となる側の強度が向上するようになる。特に、セグ
メントとしてのトンネル周方向の耐曲げモーメントが向
上する作用が得られるようになる。

【００１１】請求項２の構成は、図１〜図３に例示する
如く、請求項１の構成において、一対以上の周方向壁ａ
を、トンネル軸方向で隣合うセグメントに対面すべくト
ンネル軸方向で両端に位置する一対の軸端面壁３，４
と、これら軸端面壁３，４どうしの間においてトンネル
周方向に延びる縦リブ６とで構成し、一対の軸端面壁
３，４において、トンネル径方向に関して周壁ｂが配置
される部分とは反対側となる部分に、周方向壁ａのトン
ネル周方向長さの全域又はほぼ全域に亘ってトンネル軸
方向におけるセグメント内側に突出するフランジ部３
ｆ，４ｆを形成するとともに、縦リブ６において、トン
ネル径方向に関して周壁ｂが接続される部分とは反対側
となる部分に、縦リブ６のトンネル周方向長さの全域又
はほぼ全域亘ってトンネル軸方向に突出したフランジ部
６ｆを形成してあることを特徴とするものである。

【００１２】請求項２の構成によれば、一対の軸端面壁
間にトンネル周方向に延びる縦リブが配置された構造、
所謂「主桁型セグメント」において、一対の軸端面壁、
及び縦リブにおける開放側端に、トンネル周方向長さの
全域又はほぼ全域亘ってトンネル軸方向に突出したフラ
ンジ部が形成されているから、この主桁型セグメントに
おいても、全ての周方向壁における周壁の無い開放側と
なる側の強度が向上するようになり、特に、セグメント
としてのトンネル周方向の耐曲げモーメントが向上する
作用が得られるようになる。

【００１３】請求項３の構成は、図３，図８，図９に例
示する如く、請求項１又は２の構成において、周壁ｂと
フランジ部Ｆとの間で、かつ、一対の軸方向壁１，２と
一対の周方向壁とによって囲まれた部分にコンクリート
を充填してあることを特徴とするものである。

【００１４】請求項３の構成によれば、請求項１の構成
による主桁型セグメント、及び請求項２の構成によるコ
ルゲート型セグメントにおける空間部にコンクリートを
充填して成るコンクリート部が備わっているから、コン
クリート部による強度がプラスされて、セグメントとし
ての大きさを大きくすること無く強度・剛性を向上させ
ることができる。

【００１５】尚、上述のように、図面との対照を便利に
するために符号を記したが、該記入により本発明は添付
図面の構成に限定されるものではない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１０に、本発明によるトンネル
用セグメントＳを複数用いて構成されるトンネルリング
ｔｒ、及びトンネルＴが、そして、図１〜図７にはその
トンネル用セグメントＳが夫々示されている。尚、図
１，図２，図７はセグメント本体ｓｈのみを示し、図３
〜図６においては、セグメント本体ｓｈのみを（イ）
に、そして、コンクリート部ｃを有した状態を（ロ）に
夫々描いてある。

【００１７】トンネル軸方向（矢印イ方向）の幅が、セ
グメント１個分であるトンネルとしての一単位であるト
ンネルリングｔｒは、例えば９個のセグメントＳをトン
ネル周方向（矢印ロ方向）に連結して、トンネル壁Ｗが
形成される状態に構成されており、トンネルリングｔｒ
をトンネル軸方向に多数連結することでトンネルＴが形
成される。この場合のトンネルリングｔｒは、６個の普
通型セグメントＳｎと、トンネル周方向両端がテーパ面
に形成されたキーセグメントＳｋと、キーセグメントの
隣に配置される計２個の片テーパ型の接合セグメントＳ
ｓとの９個のセグメントＳから構成されている。

【００１８】図１〜図７に示すように、トンネル用セグ
メントＳは、トンネル周方向で隣合うセグメントに対面
すべくトンネル軸方向に沿った一対の軸方向壁１，２
と、トンネル周方向に沿う略扇形で一対の軸端面壁（周
方向壁ａの一例）３，４と、トンネル壁を構成すべくト
ンネル周方向に沿った外周壁（周壁ｂの一例）５とから
成るダクタイル鋳鉄製で箱形のセグメント本体ｓｈと、
このセグメント本体ｓｈに充填されるコンクリート部ｃ
とから成る変形四主桁型の合成セグメントに構成されて
いる。

【００１９】セグメント本体ｓｈには、一対の軸方向壁
１，２に亘る状態で外周壁５の内面側に配置された２箇
所の略扇形の縦リブ（周方向壁ａの一例）６，６と、軸
端面壁３，４及び縦リブ６，６に跨って配置される複数
の横リブ７とが一体形成されている。そして、軸端面壁
３，４と縦リブ６，６における内径側端（「トンネル径
方向に関して周壁が配置される部分とは反対側となる部
分」の一例）に、セグメントＳとしてのトンネル周方向
長さの全域に亘ってトンネル軸方向に突出するフランジ
部３ｆ，４ｆ，６ｆが一体形成されている。

【００２０】縦リブ６のフランジ部６ｆは、トンネル軸
方向で両側に突出する両突出型に形成されており、軸端
面壁３，４のフランジ部３ｆ，４ｆは、隣のセグメント
との連結都合上から、セグメント内方側にのみ突出する
片突出型に形成されている。軸端面壁３，４の外面側に
おけるトンネル径方向の２箇所には、隣合うセグメント
Ｓとの間を埋めるシール材を充填する為の帯状凹溝８，
８を形成してある。

【００２１】トンネル周方向で隣合う横リブ７，７間に
は、セグメント本体ｓｈに根元側が係合された補強用の
配筋材９を設けてあり、コンクリート部ｃは複数の配筋
材９を伴った状態で充填されている。縦リブ６，６のト
ンネル径方向で内側端の位置は、軸端面壁３，４のトン
ネル径方向で内側端の位置よりもトンネル径方向で外側
に寄せてあり、一対の縦リブ６，６はコンクリート部ｃ
に埋設されるようにしてある。尚、コンクリート部ｃの
トンネル径方向で内側端面ｃｔの位置は、軸端面壁３，
４のトンネル径方向で内側端の位置よりも、若干トンネ
ル径方向で内側に寄せてある。

【００２２】配筋材９は、棒状の鉄筋をコ字状に折り曲
げて成る本体材９Ａに、同じく棒状の鉄筋による一対の
脚部９ｂ、９ｂが固着されたフォーク状を呈するものに
形成されており、本体材９Ａにおける一対の脚部部分９
ａ，９ａ、及び一対の脚部９ｂ、９ｂ夫々の先端折り曲
げ部を、各軸端面壁３，４及び各縦リブ６，６と外周壁
５とに亘って形成された部分横リブ１０の貫通孔１０ａ
に挿入した係合状態として、コンクリート部ｃとセグメ
ント本体ｓｈとの接合強度を向上させてある。

【００２３】各フランジ部３ｆ，４ｆ，６ｆは、軸端面
壁３，４及び各縦リブ６，６、即ち、セグメント本体ｓ
ｈの強度向上の他、コンクリート部ｃのセグメント本体
ｓｈからの抜け出しを阻止する機能も有している。

【００２４】横リブ７は、一対の横リブ６，６間に位置
する中央横リブ７ａと、そのトンネル軸方向で両側に位
置する一対のサイド横リブ７ｂ，７ｂとから成り、図
４、図６、図７に示すように、いずれの横リブ７ａ，７
ｂも全て同じ高さに形成されるのが基本である。但し、
図示は省略するが、コンクリート部ｃに鉄筋を入れる為
や、鋳造都合等の理由により、中央横リブ７ａの高さを
低くし、かつ、サイド横リブ７ｂ，７ｂの高さを内側ほ
ど低くなる傾斜端面とする構造を採ることもある。ま
た、セグメントとしてのトンネル周方向で中央部分に
は、高さの低い中央横リブ７ａのみで成る横リブ７が、
補強のために２箇所に形成されている。

【００２５】尚、詳細な説明は割愛するが、一部が軸端
面壁３，４に跨る状態で軸方向壁１，２のトンネル軸方
向端部には、トンネル周方向で隣合うセグメントＳと連
結するための連結溝１１，１１が形成されており、一対
の軸端面壁３，４には連結用孔１２が複数形成されてい
る。この連結用孔１２を用いた連結手段としては、アン
カージョイントのようなワンタッチ操作式の継手やボル
トナットによる連結具等が考えられる。また、サイド横
リブ７ｂにおける周壁ｂ側端の適所に水抜き穴１３を形
成してあるとともに、トンネル周方向で１つ飛ばし毎の
サイド横リブ７ｂにおける軸端面壁３，４側に、連結用
孔１２を含む厚肉部１４が形成されている。

【００２６】〔別実施形態〕 《１》 図８に示すように、縦リブ６，６におけるフラ
ンジ部６ｆを、リブ高さの中間位置にも形成したダブル
フランジ構造のものとしても良い。これによれば、セグ
メントＳとしての強度向上、並びにコンクリート部ｃの
セグメント本体ｓｈからの抜け出し阻止作用の強化が図
れる利点がある。

【００２７】《２》 コルゲート型セグメントを基本と
した合成セグメントＳにも本発明を適用しても良い。即
ち、図９に示すように、トンネル周方向両端の一対の軸
方向壁（図示省略）と、トンネル軸方向両端の一対の軸
端面壁２３，２４（周方向壁ａの一例）と、これら両軸
端面壁２３，２４に亘って形成されたトンネル周方向に
延びる２個の縦リブ部２６，２６と、各軸端面壁２３，
２４とその隣の縦リブ部２６とを連結する左右一対の部
分外壁２５Ａ（周壁ｂの一例）と、隣合う縦リブ部２
６，２６どうしを連結する部分内壁２５Ｂ（周壁ｂの一
例）と、を有した箱状で、かつ、各軸端面壁２３，２４
とその隣の縦リブ部２６と部分外壁２５Ａとで囲まれた
部分、及び部分内壁２５Ｂとこれに連結される両縦リブ
部２６，２６とで囲まれた部分とにコンクリートが充填
された構造の合成セグメントＳである。

【００２８】この変形コルゲート型セグメントの場合
は、一対の軸端面壁２３，２４の先端にフランジ部２３
ｆ，２４ｆを一体形成するとともに、各縦リブ２６，２
６の外周側端にフランジ部２６ｆを一体形成するのであ
る。このように４箇所にフランジ部２３ｆ，２４ｆ，２
６ｆ，２６ｆを形成したことにより、３箇所のコンクリ
ート部ｃ１，ｃ２，ｃ３のセグメント本体ｓｈからの抜
け出しを有効に阻止しながら、合成セグメントＳの強
度、特にトンネル周方向の耐曲げモーメントを強化させ
てある。

【００２９】尚、図９に示すように、各縦リブ２６，２
６における内周側端に、両端のコンクリート部ｃ１，ｃ
３側に突出するフランジ部２５ｆ，２５ｆを設けて、セ
グメントＳの強度改善作用と、コンクリート部ｃ１，ｃ
３の抜け出し阻止作用との強化を図るようにしても良
い。

【００３０】《３》 以下、図示しないが、本発明によ
るトンネル用セグメントＳとしては、図１〜図７に示す
構造の第１合成セグメントＳ、図８に示す構造の第２合
成セグメントＳ、及び図９に示す構造の第３合成セグメ
ントＳの夫々において、コンクリート部ｃを除いたも
の、即ち、セグメント本体ｓｈのみで構成されるもので
も良い。又、図１〜図７に示す構造のセグメントにおい
て、コンクリート部ｃの内側端面（図３におけるｃｔ）
が、フランジ部６ｆの内側端面よりもトンネル径方向で
外径側に寄った位置となるように設定されたものでのも
良い。

【００３１】

【発明の効果】請求項１に記載のトンネル用セグメント
では、トンネル径方向に関して周方向壁における周壁が
配置される部分とは反対側となる部分に、周方向壁のト
ンネル周方向長さの全域又はほぼ全域に亘ってトンネル
軸方向に突出するフランジ部を形成する工夫により、ト
ンネル径方向でのセグメント厚みを大きくすることな
く、強度や剛性を向上できるとか、強度や機能を損なう
ことなくセグメント厚みが減らせるといった具合に、比
強度の向上するセグメントを提供することができた。

【００３２】請求項２に記載のトンネル用セグメントで
は、主桁型のものにおける周方向壁の全てにおいて前述
のトンネル軸方向に突出するフランジ部が形成されてい
るので、請求項１の構成による前記効果をより強化する
ことができた。

【００３３】請求項３に記載のトンネル用セグメントで
は、請求項１又は２の構成による前記効果を奏するとと
もに、空間部にコンクリートが充填されたコンクリート
部を有した合成セグメントに形成されているので、コン
クリート部分の強度・剛性がより向上するので、大型化
すること無く強度・剛性を大きく改善できる合理的なも
のにできた。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳鉄のみによるトンネル用セグメントの底面図

【図２】（イ）は図１のｉ−ｉ線断面図、（ロ）は図１
のii−ii線断面図

【図３】（イ）は図１のiii −iii 線断面図、（ロ）は
図１に示すセグメントにコンクリート部が付加された合
成セグメントでのiii −iii 線断面図

【図４】（イ）は図１のiv−iv線断面図、（ロ）は図１
に示すセグメントにコンクリート部が付加された合成セ
グメントでのiv−iv線断面図

【図５】（イ）は図１のｖ−ｖ線断面図、（ロ）は図１
に示すセグメントにコンクリート部が付加された合成セ
グメントでのｖ−ｖ線断面図

【図６】（イ）は図１のvi−vi線断面図、（ロ）は図１
に示すセグメントにコンクリート部が付加された合成セ
グメントでのvi−vi線断面図

【図７】図１に示すセグメントの斜視図

【図８】縦リブにフランジ部が２箇所形成されたセグメ
ントの断面図

【図９】変形コルゲート型のセグメントを示す断面図

【図１０】トンネルの構造を示す斜視図

【符号の説明】

１，２ 軸方向壁 ３，４ 周方向壁 ３ｆ，４ｆ フランジ部 ６ 縦リブ ６ｆ フランジ部 ａ 周方向壁 ｂ 周壁 Ｆ フランジ部 Ｓ セグメント Ｗ トンネル壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻本 和則 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号 株式会社クボタ内 (72)発明者 渡邉 崇志 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号 株式会社クボタ内 (72)発明者 浜田 要 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号 株式会社クボタ内 Ｆターム(参考） 2D055 BB01 EB01 EB05 KB03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル周方向及びトンネル軸方向に多
   数並べて互いに連結することでトンネル壁を形成するた
   めのトンネル用セグメントであって、 トンネル周方向で隣合うセグメントに対面すべくトンネ
   ル軸方向に沿った一対の軸方向壁と、トンネル周方向に
   沿う略扇形で一対以上の周方向壁と、トンネル壁を構成
   すべくトンネル周方向に沿った周壁との少なくとも５壁
   から成る箱形を呈するとともに、前記周方向壁におい
   て、トンネル径方向に関して前記周壁が配置される部分
   とは反対側となる部分に、前記周方向壁のトンネル周方
   向長さの全域又はほぼ全域に亘ってトンネル軸方向に突
   出するフランジ部を形成してあるトンネル用セグメン
   ト。
2. 【請求項２】 一対以上の前記周方向壁を、トンネル軸
   方向で隣合うセグメントに対面すべくトンネル軸方向で
   両端に位置する一対の軸端面壁と、これら軸端面壁どう
   しの間においてトンネル周方向に延びる縦リブとで構成
   し、一対の前記軸端面壁において、トンネル径方向に関
   して前記周壁が配置される部分とは反対側となる部分
   に、前記周方向壁のトンネル周方向長さの全域又はほぼ
   全域に亘ってトンネル軸方向におけるセグメント内側に
   突出するフランジ部を形成するとともに、前記縦リブに
   おいて、トンネル径方向に関して前記周壁が接続される
   部分とは反対側となる部分に、前記縦リブのトンネル周
   方向長さの全域又はほぼ全域に亘ってトンネル軸方向に
   突出したフランジ部を形成してある請求項１に記載のト
   ンネル用セグメント。
3. 【請求項３】 前記周壁と前記フランジ部との間で、か
   つ、一対の前記軸方向壁と一対の前記周方向壁とによっ
   て囲まれた部分にコンクリートを充填してある請求項１
   又は２に記載のトンネル用セグメント。