JP2006083657A - 縦リブ着脱式スチールセグメント - Google Patents

Abstract

【課題】 工費の削減及び工期の短縮を図ることが可能で、かつあらゆる施工時荷重に対して十分に抵抗し得るよう構成した縦リブを用いた、縦リブ着脱式スチールセグメントの提供を目的とする。
【解決手段】 本発明は、シールドトンネルを被覆する金属製セグメントであって、
スキンプレートと、該スキンプレートの両側に平行して設置した主桁と、対抗する主桁間に設置する縦リブとより構成し、縦リブの両端と主桁の内側面とは係合解除自在とし、縦リブのスキンプレート側の縁部はスキンプレートのトンネル内側の面と接する位置か、若干の隙間を設けて配置し、縦リブによってスキンプレートに作用する外力に抵抗し得るように構成したことを特徴とする、縦リブ着脱式スチールセグメントである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シールド工法にて用いられるスチールセグメントに関するものであり、着脱自在で転用可能な縦リブを設けた、縦リブ着脱式スチールセグメントに関するものである。

セグメントが考慮しなければならない主な荷重として通常、以下のものが挙げられる。
（１） 土水圧
（２） 自重
（３） 上載荷重の影響
（４） 地盤反力
（５） 内部荷重
（６） その他（地震の影響など）
（７） 施工時荷重

（７）の施工時荷重には、シールドマシン推進のためのジャッキ反力や、裏込め注入圧などが主な荷重として挙げられる。
セグメントの縦リブは、上記のジャッキ反力を、後続するセグメント及び地山に伝達し、また、裏込め注入圧が作用する際、主桁と共にスキンプレートを支持しスキンプレートの過大な変形を抑制する役割がある。
施工時荷重は、完成時の荷重に比べると１．５倍程度大きく、かつ超短期に作用する荷重であり、長期的に作用しない。
その理由として、ジャッキ反力は、シールドマシン後方近傍で縦リブに作用されるものであり、シールドマシンから離れると推進力は裏込め材を通して、摩擦で地山に伝達される点が挙げられる。また、裏込め注入圧はシールドマシンよりセグメントが排出された直後に作用するものであり、水圧＋０．１Ｎ／ｍｍ２程度が通常作用する。この裏込め注入圧は、長期的に作用する土圧よりも大きな圧力であるが、計測事例を調べると、１ヶ月程度で逸散する点が挙げられる。

以上を勘案すると、縦リブはシールドマシンからある程度離れたところから撤去が可能であり、転用が可能である。スチールセグメントがターゲットとしているφ３０００程度以下の径の比較的小さいシールドでは、縦リブの全体に対する重量割合が大きく、転用の効果は非常に大きい。
特許文献１は、ねじ節異形棒鋼とナットと円筒体と端板により伸縮自在に構成される推力受け材を、鋼製セグメントの主桁間にナットを回転させて長さ調整することにより設置し、掘進機の推進反力が減少した後にはナットを回転させて推力受け材の全長を短縮することにより推力受け材を当該鋼製セグメントより取外すことによって、別のセグメントに転用可能な着脱式の推力受け材を提供している。
特許文献２は、セグメントの主桁間に内設して推力を伝達するセグメント用耐推力部材において、該セグメント用耐推力部材を該主桁に当接するアタッチメントと該アタッチメント間に配設する推力材とで構成する。又、該アタッチメントの該推力材との当接部には該推力材の桁高より高い面板を設ける。更に、該面板の後方には該主桁に当接し、推力を伝達するリブを設けると共に該主桁と着脱自在に形成することによって、別のセグメントに転用可能な着脱式の推力受け材を提供している。
特開２００１−７３６９７号公報 特開２００１−３１１３９７号公報

しかしながら、上記のような従来の転用可能な着脱式の推力受け材では、次のような問題点がある。
＜１＞特許文献１，２共に、上記（７）の施工時荷重に含まれる、ジャッキ反力に対しては、推力受け材によって抵抗することが可能だが、裏込め注入圧に対しては、推力受け材がスキンプレートに接していないため、抵抗することができない。
したがって、本来スキンプレートの強度は完成時の荷重を考慮するだけで足りるはずが、施工後１ヶ月程度で逸散する裏込め注入圧をも考慮して、スキンプレートの厚さを決定しなければならず、鋼材の合理化を妨げている。
＜２＞特許文献１，２共に、推力受け材の着脱に、ナットや、ボルトを使用しているため、セグメントから推力受け材をひとつひとつ着脱するのに時間がかかり、労力と工費が必要となってしまう。

本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、工費の削減及び工期の短縮を図ることが可能で、かつあらゆる施工時荷重に対して十分に抵抗し得るよう構成した縦リブを用いた、縦リブ着脱式スチールセグメントの提供を目的とする。

上記のような目的を達成するため、本願の第一発明は、シールドトンネルを被覆する金属製セグメントであって、スキンプレートと、該スキンプレートの両側に平行して設置した主桁と、対抗する主桁間に設置する縦リブとより構成し、縦リブの両端と主桁の内側面とは係合解除自在とし、縦リブのスキンプレート側の縁部はスキンプレートのトンネル内側の面と接する位置に配置し、縦リブによってスキンプレートに作用する外力に抵抗し得るように構成したことを特徴とする、縦リブ着脱式スチールセグメントである。

また、本願の第二発明は、シールドトンネルを被覆する金属製セグメントであって、スキンプレートと、該スキンプレートの両側に平行して設置した主桁と、対抗する主桁間に設置する縦リブとより構成し、縦リブの両端と主桁の内側面とは係合解除自在とし、縦リブのスキンプレート側の縁部はスキンプレートのトンネル内側の面と若干の隙間を持たせた位置に配置し、施工時荷重によりスキンプレートがたわみを起こしたときに、縦リブとスキンプレートが接し、縦リブによってスキンプレートに作用する外力に抵抗し得るように構成したことを特徴とする、縦リブ着脱式スチールセグメントである。

また、本願の第三発明は、本願の第一、第二発明に記載した縦リブ着脱式スチールセグメントにおいて、縦リブは、鋼製の長尺部材で構成し、縦リブの長手方向の両端部には、嵌合板を直交状態で固定し、前記嵌合板は、縦リブの長手方向から直角方向に板厚を連続的に薄くさせたテーパー状に構成し、主桁には定着部を設け、前記定着部は、前記嵌合板が嵌合可能なテーパー溝とフランジとより構成されることを特徴とする、縦リブ着脱式スチールセグメントである。

また、本願の第四発明は、本願の第一、第二発明に記載した縦リブ着脱式スチールセグメントにおいて、縦リブは、鋼製の長尺部材の親リブと、子リブとより構成し、親リブ内に子リブを摺動自在に組み合わせ、親リブと子リブの摺動を拘束する拘束部材を設け、縦リブの長手方向の両端部には、掛止板を直交状態で固定し、主桁には縦リブの掛止板の切り欠き部分と合致する突起部を設けることを特徴とする、縦リブ着脱式スチールセグメントである。

本発明の縦リブ着脱式スチールセグメントは、次のような効果を得ることができる。
＜１＞スキンプレートと縦リブが通常接しているか、または、裏込め注入圧によってスキンプレートが変形することによりスキンプレートと縦リブが接することで、縦リブがスキンプレートに作用する外力に抵抗するようになる。したがって、ジャッキ反力だけでなく、裏込め注入圧に対しても応力緩和することができる。
＜２＞スキンプレートと主桁は、上記の施工時荷重を考慮せずに済むため、鋼材の合理化をより一層図ることができ、工費の節減につながる。
＜３＞縦リブの取り付け部には、ボルトやナットを用いず、主桁と縦リブにテーパーを設け、縦リブをスライドさせて取り付けたり、主桁に設けた突起部に掛止して取り付けたりと、シンプルな機構であるため、縦リブの設置撤去が容易に行うことが可能となり、工期の短縮につながる。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

＜１＞第１の実施例
図１に第１の実施例を示す。本発明によるセグメントは、外郭となるスキンプレート１と、スキンプレート１に溶接接合され該外郭の骨組みを形成する主桁２と、主桁２間に着脱される縦リブ３から形成される。主桁２内の縦リブ３の取り付け場所には、定着部２１を設ける。一つのセグメントに対する縦リブ３の取り付ける本数は、施工時荷重の大きさによって導き出される。

図２に、図１の縦リブ３と定着部２１の取り付け構造を示す。
主桁２の定着部２１に取り付ける縦リブ３には、鋼製の長尺部材で構成し、施工時荷重に対し、座屈しない構造を有するものとする。本実施例ではＬ型鋼を用いているが、ほかにも、ボックス型鋼、Ｈ型鋼、丸型鋼などを用いても良い。
縦リブ３の長手方向の端部には、嵌合板３３を直交状態で固定する。
前記嵌合板３３は、板厚部３３ａから板薄部３３ｂに向かって板厚を連続的に薄くさせたテーパー状に構成する。縦リブ３の他端についても同様の構造を設ける。
主桁に設けた定着部２１には、前記嵌合板３３が嵌合可能なテーパー溝２３とフランジ２４を設ける。また、対向する主桁にも同様の構造を有する定着部２１を設ける。
縦リブ３の嵌合板３３は、主桁２の長手方向にスライドして主桁２の定着部２１に取り付ける構造を有しており、縦リブ３の着脱が容易に行える。
この際、縦リブの縁部３５と、スキンプレート１との間はちょうど接するように取り付けておく。

図３に、図２の縦リブ３の取り付け後の縦リブ３とスキンプレート１との位置関係を示す。
図２では、縦リブ３の縁部３５と、スキンプレート１のトンネル内側の面との間はちょうど接するように取り付けられているため、縦リブ３は、スキンプレート１に作用する施工時荷重に抵抗し得る役割を果たす。

＜２＞第２の実施例
図４に第２の実施例を示す。図４では、縦リブ３のスキンプレート１側の縁部３５とスキンプレート１のトンネル内側の面との間に、若干の隙間５をもたせて取り付けを行っている。

図５に、図４の縦リブ３の取り付け後の縦リブ３とスキンプレート１との位置関係を示す。
図４では、縦リブ３の縁部３５と、スキンプレート１のトンネル内側の面との間に若干の隙間５をもたせるように取り付けられているが、スキンプレート１が、トンネル外周からかかる施工時荷重、たとえば裏込め注入圧によってたわみを起こした場合、縦リブの縁部３５はスキンプレート１のトンネル内側の面と接し、縦リブ３は、スキンプレート１に作用する施工時荷重に抵抗し得る役割を果たす。

＜３＞第３の実施例
図６に第３の実施例を示す。縦リブ３は、鋼製の長尺部材の親リブと、子リブとより構成する。本実施例では子リブ３２にＵ型鋼、親リブ３１に２枚の鋼板を用いているが、ほかにも、ボックス型鋼、Ｈ型鋼、丸型鋼などを用いても良い。
また、親リブ内に子リブを摺動自在に組み合わせ、親リブと子リブの摺動を拘束する拘束部材を設ける。本実施例では、親リブ３１で子リブ３２を挟み込み、主桁間の幅を基準にして親リブと子リブの重なる部分に打ち込み穴４１を設けておく。
縦リブ３を主桁２に取り付けた後、親リブ３１と子リブ３２の打ち込み穴４１の位置を合わせ、打ち込み穴４１にキャンバー４を打ち込む。
キャンバー４が打ち込まれると、キャンバー４のテーパー部によって、主桁２に縦リブ３が突っ張ってより強固に支持される。さらに、キャンバー４を取り除くだけで容易に縦リブ３の取り外しが可能となり、キャンバー４も縦リブ３と共に転用が可能となる。

図７に図６の子リブ３２と主桁２の取り付け構造を示す。縦リブ３の長手方向の端部には、掛止板３４を直交状態で固定する。
主桁２には縦リブの掛止板３４の切り欠き部分と合致する突起部２２を設け、縦リブ３の掛止板３４を主桁の突起部２２に掛止して取り付ける。
本実施例では、掛止版３４に凸型の鋼板を用いているが、掛止板３４には凹型の鋼板などを用いてもよい。いずれの形状においても、当然前記掛止板３４の切り欠き部分と合致する突起部２２を設けるものとする。また、縦リブ３のスキンプレート１側の縁部３５とスキンプレート１のトンネル内側の面との間はちょうど接するように取り付けておく。

図８は、図７の縦リブ３の取り付け後の縦リブ３とスキンプレート１との位置関係を示す。本実施例では、図3と異なり、縦リブの縁部３５が２箇所存在するため、より効果的に応力緩和がなされる。

＜４＞第４の実施例
図９に第４の実施例を示す。図９は、図７の子リブ３２と主桁２の取り付けにおいて、縦リブ３のスキンプレート１側の縁部３５とスキンプレート１のトンネル内側の面との間に、若干の隙間５を持たせる構造を示している。

図１０は、図９の縦リブ３の取り付け後の縦リブ３とスキンプレート１との位置関係を示す。
本実施例も、図８と同様に、縦リブの縁部３５が２箇所存在するため、図４の縦リブより効果的にスキンプレートの応力緩和がなされる。

実施例１のスチールセグメントの斜視図 実施例１の主桁の定着部構造を示す図 実施例１のスキンプレートと縦リブの位置を示す断面図 実施例２の主桁の定着部構造を示す図 実施例２のスキンプレートと縦リブの位置を示す断面図 実施例３のスチールセグメントの斜視図 実施例３の主桁と縦リブの取り付け構造を示す図 実施例３のスキンプレートと縦リブの位置を示す断面図 実施例４の主桁と縦リブの取り付け構造を示す図 実施例４のスキンプレートと縦リブの位置を示す断面図

符号の説明

１・・・・・・・スキンプレート
２・・・・・・・主桁
２１・・・・・・定着部
２２・・・・・・突起部
２３・・・・・・テーパー溝
２４・・・・・・フランジ
３・・・・・・・縦リブ
３１・・・・・・親リブ
３２・・・・・・子リブ
３３・・・・・・嵌合板
３３ａ・・・・・板厚部
３３ｂ・・・・・板薄部
３４・・・・・・掛止板
３５・・・・・・縁部
４・・・・・・・キャンバー
４１・・・・・・打ち込み穴
５・・・・・・・隙間

Claims (4)

1. シールドトンネルを被覆する金属製セグメントであって、
   スキンプレートと、
   該スキンプレートの両側に平行して設置した主桁と、
   対抗する主桁間に設置する縦リブとより構成し、
   縦リブの両端と主桁の内側面とは係合解除自在とし、
   縦リブのスキンプレート側の縁部はスキンプレートのトンネル内側の面と接する位置に配置し、
   縦リブによってスキンプレートに作用する外力に抵抗し得るように構成したことを特徴とする、
   縦リブ着脱式スチールセグメント。
   
2. シールドトンネルを被覆する金属製セグメントであって、
   スキンプレートと、
   該スキンプレートの両側に平行して設置した主桁と、
   対抗する主桁間に設置する縦リブとより構成し、
   縦リブの両端と主桁の内側面とは係合解除自在とし、
   縦リブのスキンプレート側の縁部はスキンプレートのトンネル内側の面と若干の隙間を持たせた位置に配置し、
   施工時荷重によりスキンプレートがたわみを起こしたときに、縦リブとスキンプレートが接し、
   縦リブによってスキンプレートに作用する外力に抵抗し得るように構成したことを特徴とする、
   縦リブ着脱式スチールセグメント。
   
3. 請求項１または請求項２に記載した縦リブ着脱式スチールセグメントにおいて、
   縦リブは、鋼製の長尺部材で構成し、
   縦リブの長手方向の両端部には、嵌合板を直交状態で固定し、
   前記嵌合板は、縦リブの長手方向から直角方向に板厚を連続的に薄くさせたテーパー状に構成し、
   主桁には定着部を設け、
   前記定着部は、前記嵌合板が嵌合可能なテーパー溝とフランジとより構成されることを特徴とする、
   縦リブ着脱式スチールセグメント。
   
4. 請求項１または請求項２に記載した縦リブ着脱式スチールセグメントにおいて、
   縦リブは、鋼製の長尺部材の親リブと、子リブとより構成し、
   親リブ内に子リブを摺動自在に組み合わせ、親リブと子リブの摺動を拘束する拘束部材を設け、
   縦リブの長手方向の両端部には、掛止板を直交状態で固定し、
   主桁には縦リブの掛止板の切り欠き部分と合致する突起部を設けることを特徴とする、
   縦リブ着脱式スチールセグメント。

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