JP2004044296A

JP2004044296A - Steel segment and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP2004044296A
Application number: JP2002205356A
Authority: JP
Inventors: Minoru Inada; 鰰田　実
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-07-15
Also published as: JP4074488B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel segment which is excellent in structure and economy. <P>SOLUTION: The segment 1 is formed of a skin plate 2 and two main girders 3, 3. The segment 1 has circumferential joint portions 2a arranged at respective tunnel circumferential edges of the skin plate 2, which are each formed by bending the skin plate 2 toward a tunnel interior space. The main girders 3 are arranged in parallel in a tunnel circumferential direction, and they are welded to tunnel axial edges 2b and the circumferential joint portions 2a of the skin plate 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上下水道、地下鉄、電力・通信ケーブル共同溝、放水トンネルなどの管渠をシールド工法などで構築する場合に使用される鋼製セグメントであって、特に構造的により優れ、かつ経済性にも優れた鋼製セグメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上下水道、地下鉄、電力・通信ケーブル共同溝、放水トンネルなどを地下に敷設する場合には、シールドマシン等で掘削孔を形成し、シールドマシンの後方で鋼製セグメントを組み立ててトンネルを構築するシールド工法が従来から広く適用されている。
【０００３】
このシールド工法に使用される鋼製セグメントは、一般に主桁、継手板、縦リブ、スキンプレートから構成されており、スキンプレートの四方の端縁に主桁および継手板が隅肉溶接で固定されて、トンネル内空側が開放された箱型構造体となっている。そして鋼製セグメントは、施工時にはシールドマシン推進の反力を受け持ち、施工完了時にはトンネルの一次覆工体となるため、シールド工法において非常に重要な役割を果たす。
【０００４】
さらに鋼製セグメントの各構成要素について説明すると、スキンプレートは、トンネル内への地下水の浸入を防止するとともに、主桁と一体となってトンネルに作用する土水圧に抵抗する役目を果たしている。また主桁は、トンネル周方向断面の圧縮力、曲げモーメントおよびせん断力に抵抗し、かつトンネル軸方向に隣接するセグメントとの連結材としても機能する。
【０００５】
さらに鋼製セグメントの継手板は、主にトンネルの円周方向に隣接するセグメントとの連結材として使用される。また、縦リブは主桁およびスキンプレートに溶接接合されており、鋼製セグメントの一部として一体化されている。縦リブは土水圧が直接作用するスキンプレートの固定点としての機能と、シールドトンネルの施工時にシールドマシンを推進するためのジャッキの反力を受ける機能とを有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の鋼製セグメントでは、製造時に継手板とスキンプレートとの隅肉溶接部でひび割れ、アンダーカット、スラグ巻き込み等の溶接欠陥が生じやすく、１次覆工体としての水密性確保の点から改善の余地があった。特に大深度で用いられるシールドトンネルではセグメント径に比べて土被りが大きくなるので、従来のシールド工事用標準セグメントでは継手板の部分で溶接欠陥による漏水が出易くなる傾向がある。
【０００７】
また継手板の設計自由度は材料調達の関係等から制限されることもあり、高い土圧に対応させるためには、板厚が過剰となって不経済となる場合もある。すなわち、トンネル覆工における鋼製セグメント間の結合強度は、専ら鋼製セグメントのトンネル軸方向（セグメントリング間）の結合構造が担っており、トンネル周方向（セグメント間）の結合構造では殆ど負担していない。したがって、継手板によるトンネル周方向の接合構造では、主桁によるセグメントリング間のような強固な係合構造が要求されているわけではないので、継手板の板厚が過剰に設定されている場合もある。
【０００８】
一方、継手板は縦リブと同様に、シールドジャッキ推力の伝達とスキンプレートに作用する外荷重を主桁に流す役目とを果たしているが、これらはあくまで副次的な役目にすぎない。すなわち、継手板によるトンネル周方向の接合構造では、止水性が確保できれば薄肉の板状構造でも不具合はさほど大きくはない。
【０００９】
本発明は前記従来技術の課題を解消するためにされたものであり、その目的はスキンプレートと継手板とを連続的に一体成形することで、構造的により優れ、かつ経済性にも優れた鋼製セグメントを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の鋼製セグメントは、スキンプレート２および２本の主桁３，３から構成された鋼製セグメント１であって、前記スキンプレート２のトンネル周方向端部には前記スキンプレート２をトンネル内空側に屈曲して形成された周方向継手部２ａが設けられており、前記主桁３はトンネル周方向に伸長して並行配置され、かつ前記主桁３，３は前記スキンプレート２のトンネル軸方向端部２ｂおよび周方向継手部２ａに溶接されていることを特徴とする。この本発明の鋼製セグメント１では、周方向継手部２ａのセグメント内側面にトンネル軸方向に伸長する縦リブ４を取り付けてもよい。
【００１１】
また本発明の鋼製セグメント１は次のようにして製造される。すなわち、プレス加工によってスキンプレート２のトンネル周方向の両端部を折り曲げてスキンプレートに周方向継手部２ａを形成した後、前記スキンプレート２のトンネル軸方向端部２ｂにトンネル周方向に伸長する前記主桁３，３を並行配置し、前記スキンプレート２のトンネル軸方向端部２ｂおよび周方向継手部２ａに前記主桁３，３を溶接して製造される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。本発明の鋼製セグメント１は、スキンプレート２と、２本の主桁３，３と、複数本の縦リブ４とから構成されている。そして、鋼製セグメント１はトンネル周方向に連結されてセグメントリングを構成し、このセグメントリングをトンネル軸方向に連結してトンネルの覆工体とするものである。
【００１３】
スキンプレート２は、トンネル周方向に沿って円弧状に湾曲した矩形鋼板であって、トンネル周方向の両端にスキンプレート２と連続的した周方向継手部２ａが形成されたものである。
【００１４】
スキンプレート２のトンネル周方向の両端は、トンネル内空側（円弧の内側方向）に向けてプレス加工でほぼ直角に折り曲げられており、このスキンプレート２の折曲部で周方向継手部２ａが構成されている。すなわち、本発明ではスキンプレート２と周方向継手部２ａとをプレス加工で連続的に成形しているので、従来の鋼製セグメントのようにトンネル周方向の結合構造の部分から溶接欠陥に起因する水もれが生じることはない。
【００１５】
また各周方向継手部２ａのセグメント内側面には、Ｌ字形断面の縦リブ４が面接触状態で背中合わせに取り付けられている。この縦リブ４は平鋼を折り曲げて形成してもよく、また市販のアングル材を用いてもよい。
【００１６】
縦リブ４は各周方向継手部２ａと一体となって、周方向継手部２ａに作用するシールドジャッキの推力や、スキンプレートに作用する土水圧などの外力を主桁３に伝達する役割を果たしている。従来技術のセグメントでは、シールドジャッキの推力やスキンプレートに作用する土水圧などの外力を継手板でも伝達させていたため、継手板の板厚が必要以上に厚くなっていた。そこで、本発明では周方向継手部２ａを縦リブ４で補強することで、従来の継手板に相当する部分の板厚を容易に調整可能とし、高い水密性を確保しつつ設計の自由度を向上させている。
【００１７】
なお、周方向継手部２ａおよび縦リブ４にはボルト挿通孔５が開孔されており、このボルト挿通孔５にボルトや連結ピンなどを挿入することで、トンネル周方向に隣接するセグメントを相互に連結できるようになっている。
【００１８】
またスキンプレート２のトンネル内空側には、トンネル周方向に沿って並行に伸長する円弧状の２本の主桁３，３が、トンネル軸方向端部２ｂにそれぞれ配置されている。なお、主桁３にはボルト挿通孔５が開孔されており、このボルト挿通孔５にボルトや連結ピンなどを挿入することで、トンネル軸方向に隣接するセグメントを相互に連結できるようになっている。
【００１９】
各主桁３，３は、スキンプレート２のトンネル軸方向端部２ｂと周方向継手部２ａ、および縦リブ４とに隅肉溶接で固着されている。本発明の鋼製セグメント１では、周方向継手部２ａおよび主桁３がスキンプレート２の周縁を囲むようにトンネル内空側に立設されており、スキンプレート２、周方向継手部２ａおよび主桁３で、トンネル内空側が開放された箱状の鋼殻を構成するようになっている。なお、必要に応じてセグメント内部には、トンネル軸方向に伸長する縦リブ６を適宜取り付けてもよい。この縦リブ６には、周方向継手部に取り付けた縦リブ４と同じものを使用してもよく、また前記の縦リブ４とは寸法や断面形状が異なるものを使用してもよい。
【００２０】
また本発明の鋼製セグメントの製造は、以下の工程で行なわれる。
（１）まず、プレス加工によってスキンプレート２のトンネル周方向両端部を折り曲げてスキンプレート２に周方向継手部２ａを形成する。
（２）２つの周方向継手部２ａのセグメント内側面に、Ｌ字形断面の縦リブ４を面接触状態で背中合わせに取り付ける。また必要に応じて、トンネル軸方向に伸長する縦リブ５をスキンプレート２のトンネル内空側に配置する。
（３）スキンプレート２のトンネル軸方向端部２ｂにトンネル周方向に伸長する主桁３，３を並行配置する。そしてスキンプレート２のトンネル軸方向端部２ｂおよび周方向継手部２ａに主桁３，３を溶接する。また鋼製セグメント１に縦リブ６がある場合には、主桁３と縦リブ６とを溶接する。
【００２１】
【発明の効果】
本発明ではスキンプレートと周方向継手部とをプレス加工で連続的に成形しているので、従来の鋼製セグメントのようにトンネル周方向の結合構造の部分から溶接欠陥に起因する水もれが生じることはない。
【００２２】
また各周方向継手部のセグメント内側面には、Ｌ字形断面の縦リブが面接触状態で背中合わせに取り付けられており、周方向継手部を縦リブで補強することで、従来の継手板に相当する部分の板厚を容易に調整可能とし、高い水密性を確保しつつ設計の自由度が向上しており、経済性の高いセグメントが実現できる。なお、本発明の鋼製セグメントは設計の自由度と経済性とに優れていることから、耐用年数が短い仮設構造用のセグメントに適しており、また補強を施すことで永久構造物にも使用できるので、適用範囲が極めて広いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の鋼製セグメントのトンネル内空側からの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の鋼製セグメントのトンネル地山側からの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）をトンネル周方向からみた一部拡大図である。
【図３】本発明の鋼製セグメントの分解図である。
【符号の説明】
１　　鋼製セグメント
２　　スキンプレート
２ａ　周方向継手部
２ｂ　トンネル軸方向端部
３　　主桁
４　　縦リブ
５　　ボルト挿通孔
６　　縦リブ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a steel segment used when constructing a sewer such as a water supply and sewage system, a subway, a power / communication cable common gutter, a drainage tunnel, etc. by a shield method, and is particularly structurally superior and economical. Also regarding excellent steel segments.
[0002]
[Prior art]
When laying underground water and sewage systems, subway lines, power / communication cable gutters, and drainage tunnels, a shield machine is used to form a drill hole, and a steel segment is assembled behind the shield machine to form a tunnel. The construction method has been widely applied.
[0003]
The steel segment used in this shield method is generally composed of a main girder, a joint plate, a vertical rib, and a skin plate.The main girder and the joint plate are fixed to the four edges of the skin plate by fillet welding. Thus, it has a box-shaped structure with the open side inside the tunnel. The steel segment plays a very important role in the shielding method because it takes on the reaction force of propulsion of the shield machine during construction and becomes the primary lining of the tunnel when construction is completed.
[0004]
Describing each of the components of the steel segment further, the skin plate serves to prevent the infiltration of groundwater into the tunnel and to resist the earth pressure acting on the tunnel integrally with the main girder. The main girder also resists a compressive force, a bending moment, and a shear force in a cross section in the circumferential direction of the tunnel, and also functions as a connecting member with the adjacent segment in the axial direction of the tunnel.
[0005]
Further, the joint plate of the steel segment is mainly used as a connecting material with the segment adjacent in the circumferential direction of the tunnel. The vertical ribs are welded to the main girder and the skin plate, and are integrated as a part of the steel segment. The vertical rib has a function as a fixing point of the skin plate to which the soil pressure acts directly and a function to receive a reaction force of a jack for propelling the shield machine at the time of constructing the shield tunnel.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional steel segment, welding defects such as cracks, undercuts, slag entrapment, and the like are likely to occur at the fillet welds between the joint plate and the skin plate at the time of manufacturing, in order to ensure watertightness as a primary lining body. There was room for improvement. In particular, in a shield tunnel used at a large depth, the earth covering becomes larger than the segment diameter, so that in a conventional standard segment for shield work, water leakage due to a welding defect tends to easily occur at a joint plate portion.
[0007]
In addition, the degree of freedom of design of the joint plate may be limited due to the relationship of material procurement and the like, and in order to cope with a high earth pressure, the plate thickness may become excessive and uneconomical. In other words, the joint strength between the steel segments in the tunnel lining is borne exclusively by the joint structure of the steel segments in the tunnel axial direction (between the segment rings), and is almost borne by the joint structure in the tunnel circumferential direction (between the segments). Not. Therefore, in the joining structure of the joint plate in the circumferential direction of the tunnel, a strong engagement structure like that between the segment rings by the main girder is not required, so that the thickness of the joint plate is set excessively. There is also.
[0008]
On the other hand, the joint plate plays the role of transmitting the thrust of the shield jack and flowing the external load acting on the skin plate to the main girder similarly to the longitudinal rib, but these are only secondary roles. That is, in the joint structure in the circumferential direction of the tunnel using the joint plate, even if the waterproof structure can be ensured, the problem is not so large even with a thin plate-like structure.
[0009]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its object is to form a skin plate and a joint plate continuously and integrally with each other, so that the structure is more excellent, and the economy is also excellent. To provide steel segments.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The steel segment of the present invention is a steel segment 1 composed of a skin plate 2 and two main girders 3, 3. At the circumferential end of the skin plate 2 in the tunnel direction, the skin plate 2 is tunneled. A circumferential joint 2a is formed to be bent inwardly, and the main girder 3 extends in the tunnel circumferential direction and is arranged in parallel with the main girder 3, and the main girder 3, 3 of the skin plate 2 It is characterized in that it is welded to the tunnel axial end 2b and the circumferential joint 2a. In the steel segment 1 of the present invention, a longitudinal rib 4 extending in the tunnel axial direction may be attached to the inner surface of the segment of the circumferential joint 2a.
[0011]
The steel segment 1 of the present invention is manufactured as follows. That is, after bending both ends of the skin plate 2 in the tunnel circumferential direction by press working to form a circumferential joint portion 2a on the skin plate, the skin plate 2 extends in the tunnel circumferential direction to the tunnel axial end 2b of the skin plate 2. The main girders 3 and 3 are arranged in parallel, and the main girders 3 and 3 are manufactured by welding the main girders 3 and 3 to the tunnel axial end 2b and the circumferential joint 2a of the skin plate 2.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The steel segment 1 of the present invention includes a skin plate 2, two main girders 3 and 3, and a plurality of vertical ribs 4. The steel segments 1 are connected in the circumferential direction of the tunnel to form a segment ring, and the segment rings are connected in the axial direction of the tunnel to form a lining of the tunnel.
[0013]
The skin plate 2 is a rectangular steel plate curved in an arc shape along the tunnel circumferential direction, and has a circumferential joint 2a continuous with the skin plate 2 formed at both ends in the tunnel circumferential direction.
[0014]
The both ends of the skin plate 2 in the circumferential direction of the tunnel are bent at a substantially right angle by press working toward the inside of the tunnel (inside of the arc), and the circumferential joint 2a is formed at the bent portion of the skin plate 2. It is configured. That is, in the present invention, since the skin plate 2 and the circumferential joint portion 2a are continuously formed by press working, the weld defect is caused by a portion of the connection structure in the tunnel circumferential direction like a conventional steel segment. No water leakage occurs.
[0015]
In addition, a longitudinal rib 4 having an L-shaped cross section is attached to the inner side surface of the segment of each circumferential joint portion 2a back to back in a surface contact state. The vertical rib 4 may be formed by bending a flat steel, or a commercially available angle material may be used.
[0016]
The vertical ribs 4 are integrated with the respective circumferential joints 2a, and serve to transmit external forces such as the thrust of the shield jack acting on the circumferential joints 2a and the soil water pressure acting on the skin plate to the main girder 3. I have. In the segment of the prior art, since the external force such as the thrust of the shield jack and the soil water pressure acting on the skin plate is also transmitted to the joint plate, the plate thickness of the joint plate becomes unnecessarily thick. Therefore, in the present invention, by reinforcing the circumferential joint portion 2a with the vertical ribs 4, the thickness of the portion corresponding to the conventional joint plate can be easily adjusted, and the degree of design freedom can be increased while ensuring high watertightness. Have improved.
[0017]
A bolt insertion hole 5 is formed in the circumferential joint portion 2a and the vertical rib 4, and a bolt or a connecting pin is inserted into the bolt insertion hole 5 so that adjacent segments in the tunnel circumferential direction can be mutually connected. It can be connected to.
[0018]
Two arc-shaped main girders 3 and 3 extending in parallel along the tunnel circumferential direction are arranged at the tunnel axial end 2b on the inner side of the skin plate 2 in the tunnel. The main girder 3 is provided with a bolt insertion hole 5. By inserting a bolt, a connecting pin, or the like into the bolt insertion hole 5, adjacent segments in the tunnel axial direction can be connected to each other. ing.
[0019]
The main girders 3 are fixed to the tunnel axial end 2b of the skin plate 2, the circumferential joint 2a, and the longitudinal ribs 4 by fillet welding. In the steel segment 1 of the present invention, the circumferential joint 2a and the main girder 3 are erected on the inner side of the tunnel so as to surround the periphery of the skin plate 2, and the skin plate 2, the circumferential joint 2a and the main The girder 3 constitutes a box-shaped steel shell having an open space inside the tunnel. If necessary, a vertical rib 6 extending in the tunnel axis direction may be appropriately attached inside the segment. The vertical rib 6 may be the same as the vertical rib 4 attached to the circumferential joint, or may be different from the vertical rib 4 in dimensions and cross-sectional shape.
[0020]
The production of the steel segment of the present invention is performed in the following steps.
(1) First, both ends of the skin plate 2 in the tunnel circumferential direction are bent by press working to form a circumferential joint 2a on the skin plate 2.
(2) The longitudinal ribs 4 having an L-shaped cross section are attached to the inner surfaces of the segments of the two circumferential joints 2a back to back in a surface-contact state. If necessary, the vertical ribs 5 extending in the tunnel axis direction are arranged on the inner side of the skin plate 2 in the tunnel.
(3) The main girders 3, 3 extending in the tunnel circumferential direction are arranged in parallel at the tunnel axial direction end 2b of the skin plate 2. Then, the main girders 3 and 3 are welded to the tunnel axial end 2b and the circumferential joint 2a of the skin plate 2. When the steel segment 1 has the vertical rib 6, the main beam 3 and the vertical rib 6 are welded.
[0021]
【The invention's effect】
In the present invention, since the skin plate and the circumferential joint are continuously formed by press working, water leakage due to welding defects is caused from the portion of the tunnel circumferential joining structure like a conventional steel segment. Will not occur.
[0022]
In addition, longitudinal ribs with an L-shaped cross section are attached to the inner surface of the segment of each circumferential joint part back to back in surface contact. The thickness of the part to be adjusted can be easily adjusted, the degree of freedom of design is improved while ensuring high watertightness, and a highly economical segment can be realized. Since the steel segment of the present invention is excellent in design flexibility and economical efficiency, it is suitable for a segment for a temporary structure having a short service life, and is also used for a permanent structure by providing reinforcement. As a result, the applicable range is extremely wide.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view of a steel segment of the present invention as viewed from the inside of a tunnel, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
FIG. 2 (a) is a perspective view of the steel segment of the present invention from the side of the tunnel ground, and FIG. 2 (b) is a partially enlarged view of FIG.
FIG. 3 is an exploded view of the steel segment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steel segment 2 Skin plate 2a Circumferential joint 2b Tunnel axial end 3 Main girder 4 Vertical rib 5 Bolt insertion hole 6 Vertical rib

Claims

A steel segment comprising a skin plate and two main girders, a circumferential joint formed by bending the skin plate toward the inside of the tunnel at both ends of the skin plate in the circumferential direction of the tunnel. Wherein the main girder extends in the tunnel circumferential direction and is arranged in parallel, and the main girder is welded to a tunnel axial end portion and a circumferential joint portion of the skin plate. Steel segment.

The steel segment according to claim 1, wherein a vertical rib extending in the tunnel axial direction is attached to an inner side surface of the segment of the circumferential joint.

After forming a circumferential joint on the skin plate by bending the tunnel circumferential end of the skin plate by pressing, the main girders extending in the tunnel circumferential direction are arranged in parallel at the tunnel axial end of the skin plate, A method for manufacturing a steel segment, comprising welding the main girder to a tunnel axial end portion and a circumferential joint portion of the skin plate.