JP2006249814A - 合成セグメント - Google Patents

Abstract

【課題】鋼材の使用量が少なく低コストであると共に薄肉で高強度である。
【解決手段】合成セグメント１は、鋼殻２が、略円弧状に湾曲して外周面の対向する二辺に設けた一対の第一鋼材１０と、略円弧状に湾曲して内周面の対向する二辺に設けた一対の第二鋼材１３とを備えている。第一及び第二鋼材１０、１３の木端面１０ａ、１３ａがそれぞれ外部に露出すると共にシール溝２０、２０を形成した。第一及び第二鋼材１０、１３の内側には、第三鋼材１５と第四鋼材１６をそれぞれ連結し、これら第三鋼材１５及び第四鋼材１６をラチス１８で連結した。鋼殻２の内部にコンクリート３を打設し、外周面にスキンプレート２３を溶接する。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼製の円弧板状枠体の内部にコンクリートを打設してなる合成セグメントの製造方法及び合成セグメントに関する。

従来、トンネルの構築に用いられる方法として、トンネル状の掘削穴を掘削しつつ、その内面に円弧板状のセグメントを複数連結して筒状の壁体を構築する、いわゆるシールド工法が一般的である。掘削穴内でのセグメントの連結に際しては、各セグメントのセグメント継手とリング継手を他のセグメントのセグメント継手とリング継手にそれぞれ連結させ、しかも掘削穴の軸方向に隣り合う各セグメントを周方向に例えば１/２の長さづつずらして連結するようにしている。
シールド工法に用いられるセグメントとして、例えばＲＣ（鉄筋コンクリート製）セグメント、鋼製（スチール製）セグメント、鋼材（スチール）とコンクリートを複合使用した合成セグメントの３種類のセグメントが知られている。これらセグメントのうち、合成セグメントは鋼製の円弧板状枠体(鋼殻）内にコンクリートを充填して製造されている。

ところで、今後、需要の増大が予測される道路用トンネルを構築する場合、工事全体としてコストの低減が要求されており、そのために掘削機の掘削外径の縮小や掘削土量の低減、工期の短縮等が必要とされている。このような要求を実現するためには、道路トンネルの桁高さを従来より低くすることが必要であり、トンネルの壁面を構成するセグメントも薄肉で高強度のものが開発されてきている。
このようなセグメントとしてＲＣセグメントを用いた場合、合成セグメントやスチールと同一強度を確保するためには厚みがより大きくなり、上述した薄肉高強度という要求に合致しないという欠点がある。また、ＲＣセグメントを用いてトンネルを構築した場合、地下水等がトンネル内に侵入するのを防止するためのシール材用のシール溝を形成する必要があるが、ＲＣセグメントの主桁面や継手面において外周面（地盤側の面）や内周面（内側）近傍にシール溝を形成するとクラックが入るおそれがあり、厚さ方向中央寄りに形成せざるを得なかった。そのため、ＲＣセグメントの薄肉化は困難であった。しかもＲＣセグメント製造用の型枠は高価であった。

また、鋼製セグメントを用いた場合、セグメント全面をスチールの枠で覆うために高強度で薄肉化を図ることはできるが、鋼材の使用量が多くコスト高になる欠点がある。しかもシール溝は鋼製の板材からなる主桁面や継手面に形成していた。また、セグメントが大型化すると溶接等による歪みが起き易く矯正が必要になる等、精度の低下を来すおそれが高かった。
これに対し、合成セグメントは、ＲＣセグメントより高コストではあるが、鋼製セグメントより低コストで薄肉高強度のものを製造することができる。このような合成セグメントの一例として、特許文献１に記載のものがある。
特許文献１に記載の合成セグメントは、湾曲形成された主桁面や平面状の継手面が断面視コの字形状の鋼板で形成され、これらの主桁面や継手面に機械加工等でシール溝を形成していた。
また、他の合成セグメントとして先行する特願２００４−２０７３５０号出願に記載されたものがある。この合成セグメントでは、鋼殻を構成する外周面と内周面の対向する角部の２辺に円弧状に湾曲する断面略Ｌ字形状の鋼材を対向配置させ、断面Ｌ字状の鋼材のうち主桁面に位置する一方の面にシール溝を形成するようにしている。そして主桁面の角部に設けた二つのＬ字状の鋼材の各一方の面の間に継手やほぞを設けていた。
特開平１１−１５９２９３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の合成セグメントは、主桁面と継手面の全面を覆う鋼板にシール溝を形成する構成であるため、セグメントにおける鋼材の使用面積が大きくなり、製造コストが増大する欠点がある。
また、先行する特願２００４−２０７３５０号出願記載の他の合成セグメントでは、主桁面に断面Ｌ字状の鋼材の各一方の面が位置するために継手やほぞを設けるスペースが小さいという欠点がある。そのため、厚みの小さい薄肉のセグメントにおいては高い連結強度が得られないという不具合がある。

本発明は、このような実情に鑑みて、鋼材の使用量が小さく低コストであると共に薄肉で高強度の合成セグメントを提供することを目的とする。

本発明による合成セグメントは、鋼殻の内部にコンクリートが打設されてなり、周方向及び軸方向に複数連結されることで筒状壁体を構成する略円弧板状に湾曲した合成セグメントであって、鋼殻は、略円弧状に湾曲して外周面の対向する二辺に設けた一対の第一鋼材と、略円弧状に湾曲して内周面の対向する二辺に設けた一対の第二鋼材とを備えており、第一及び第二鋼材の木端面がそれぞれ外部に露出すると共に該木端面にシール溝が形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、合成セグメントの構造体として外周面と内周面の各二辺に設けた第一及び第二鋼材の木端面にシール溝を形成したから、鋼殻として使用する鋼材が主桁面と継手面を覆うような従来のものと比較して少ないために低コストであり、しかも合成セグメントを薄肉構造にできると共に主桁面等におけるほぞや継手を設けるスペースを大きく設定できて高強度である。

また、第一及び第二鋼材は長手方向に直交する断面が略四角形とされていることが好ましい。
第一及び第二鋼材を圧延加工等で容易に製造できると共に小型化できる。
また、鋼殻には、第一鋼材の両端と第二鋼材の両端をそれぞれ連結する継手部材が設けられ、該継手部材にそれぞれシール溝が形成されている。
第一鋼材及び第二鋼材のシール溝と共にシール材を装着することで、合成セグメントの全周をシールして漏水等を確実に防止できる。

また、第一鋼材の内側には第一鋼材にそれぞれ連結または分離して円弧状に湾曲する第三鋼材が設けられ、第二鋼材の内側には第二鋼材にそれぞれ連結または分離して円弧状に湾曲する第四鋼材が設けられていてもよい。
第三及び第四鋼材は第一及び第二鋼材と共に合成セグメントの構造材を構成し、薄肉構造でも高強度にできる。
また、第三鋼材と第四鋼材は、それぞれ対向して配設されていて接続部材によって連結されていてもよい。
これによって一層合成セグメントの強度を向上できる。

本発明による合成セグメントによれば、鋼殻を構成する第一及び第二鋼材の木端面にシール溝を形成したため、鋼材の使用量が小さく低コストであると共に薄肉構造であっても第一及び第二鋼材間に所要の大きさの継手やほぞを設けることができ、高強度である。

次に本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１乃至図４は第一の実施の形態による合成セグメントを示すもので、図１は合成セグメントの斜視図、図２は図１に示す合成セグメントのＡ−Ａ線縦断面図、図３は鋼殻の斜視図、図４は合成セグメントからスキンプレートを分離した分解斜視図である。
図１に示すように、本実施の形態による合成セグメント１は、例えばシールド工法によって大断面の道路用トンネルの内壁に構築されるトンネル覆工体を形成するもので、薄肉の略長方形板状のものを略円筒周面形状（以下、円弧板状という）に湾曲させている。図１乃至図３において、この合成セグメント１は鋼殻２とその内部に充填されるコンクリート３とを有している。
そして合成セグメント１の短辺側側面である継手面４にはトンネルの周方向の連結のためのセグメント間継手５が設けられ、このセグメント間継手５は中継継手部５ａとインサート継手部５ｂとを有している。また長辺側側面である主桁面６にはトンネルの軸方向の連結のためのリング間継手７の雄部７ａが例えば４個設けられ、対向する主桁面６には雄部７ａが嵌合する雌部７ｂが設けられている。対向する各主桁面６、６には互いに嵌合するほぞ８としてほぞ凸部８ａとほぞ凹部８ｂとが設けられている(図２参照）。

次に合成セグメント１の鋼殻２について図２及び図３により説明する。図３に示す鋼殻２において、トンネル内に装着した状態で地山側に位置する外周面には、合成セグメント１の外周面の枠部を構成する四辺からなる外側枠体部９（第一枠体部）が形成されている。この外側枠体部９は長辺が略円筒周面形状に湾曲して形成されていて断面略長方形をなす一対の第一鋼材１０、１０とされている。一対の第一鋼材１０，１０の両側端部は継手面４に位置する板状の継手板１１、１１で連結されている。
また、合成セグメント１においてトンネル内に装着状態で内側に位置する内周面には、外側枠体部９に対向して内周面の枠部を構成する四辺からなる内側枠体部１２（第二枠体部）が形成されている。この内側枠体部１２は長辺が略円筒周面形状に湾曲して形成されていて断面略長方形をなす一対の第二鋼材１３、１３とされている。一対の第二鋼材１３，１３の両側端部は継手面４に位置する板状の継手板１４、１４で連結されている。継手板１１、１４は例えば第一及び第二鋼材１０、１３の厚みと同一幅に設定されている。
外側枠体部９と内側枠体部１２はいずれも鋼材で構成されていて、好ましくは同一寸法とされている。

各第一鋼材１０、１０間の内側には、各第一鋼材１０に連結されて一体となる板状の第三鋼材１５、１５がそれぞれ設けられている。各第三鋼材１５は好ましくは第一鋼材１０と同様な断面形状で同様に湾曲して形成されている。また、各第二鋼材１３、１３の内側には、各第二鋼材１３に連結されて一体となる板状の第四鋼材１６、１６が連結されている。各第四鋼材１６も第二鋼材１３と同様な断面形状で同様に湾曲して形成されている。
そして、鋼殻２の厚み方向に対向する第三鋼材１５と第四鋼材１６とは例えば略Ｖ字状をなすラチス１８（接続部材）によって互いに連結されている。ラチス１８は第三鋼材１５と第四鋼材１６の長手方向に連続して複数配列されている。
図２及び図３に示す外側枠体部９及び内側枠体部１２において、第一鋼材１０と第二鋼材１３の各主桁板６に露出する木端面１０ａ、１３ａ（厚みに相当する）には、その長手方向に沿ってシール溝２０、２０が形成されている。同様に継手板１１、１４にも木端面１０ａ、１３ａのシール溝２０、２０に連続するシール溝２１、２１が形成されているため、各シール溝２０，２１が四辺全周に亘って形成されている。これらのシール溝２０、２１には、シール材が嵌合する。

そして、図４に示すように、外側枠体部９にはスキンプレート２３が水密溶接により溶接されている。
なお、図２に示すリング間継手７は例えばプッシュグリップで構成され、雄部７ａはピンボトル２５、袋ナット部２６、アンカー筋２７等を備え、雌部７ｂはピンボトル２５を嵌合係止させる楔部２８、アンカー筋２９等を備えている。
また、第一鋼材１０及び第二鋼材１３は例えば圧延によって製造される。即ち、板状の鋼材を加熱圧延ロール間で挟んで繰り出すことで、鋼材を第一鋼材１０及び第二鋼材１３の所定厚み及び幅寸法に引き延ばす。これと同時に、圧延時にこの鋼材からなる第一鋼材１０及び第二鋼材１３の厚み方向の側面である木端面１０ａ、１３ａに木端面１０ａ、１３ａの厚みよりわずかに幅の小さい車輪状の圧延部材を押し当てることで鋼材の長さ方向に凹溝を形成し、シール溝２０とする。そしてこの鋼材を所定の曲率で湾曲させることで第一鋼材１０及び第二鋼材１３が形成される。

本実施の形態による合成セグメント１は上述の構成を有しているから、鋼殻２を構成する第一鋼材１０及び第二鋼材１３は略板状の鋼材であって主桁面６，６に露出する木端面１０ａ、１３ａにシール溝２０、２０を形成したから、従来の合成セグメントの鋼殻のように断面Ｌ字の鋼材の一方の面にシール溝を形成したものと比較して、鋼材の使用量が少なくてすみ、低コストである。
しかも、合成セグメント１の主桁面６において、長手方向の角部に第一及び第二鋼材１０，１３を配設してシール溝２０を形成した木端面１０ａ、１３ａを位置させたから、内外周面の角部からシール溝２０までの距離が短く、木端面１０ａ、１３ａ間のほぞ８やリング間継手７を相対的に大きく形成することができ、合成セグメント１を厚みの小さい薄肉板状に形成してもセグメント１、１同士の連結強度が高い。

また、合成セグメント１において、割れや欠けが生じやすい外周面及び内周面の四辺の角部を断面略長方形状の第一鋼材１０及び第二鋼材１３によって構成しているので、合成セグメント１の全体を鋼材で覆わなくても所望の強度を得ることができる。また、第一鋼材１０及び第二鋼材１３の内側に同様な湾曲形状を有する第三鋼材１５及び第四鋼材１６を一体形成したので、トンネルを形成した場合、地山側等からの円弧方向の外力及び合成セグメント１の外周面から内周面に向かう方向への外力に対し、更に高い強度を発揮することができる。
更に、第三鋼材１５及び第四鋼材１６をラチス１８で接続すると共に、第一鋼材１０３と第三鋼材１５、及び第二鋼材１３と第四鋼材１６をそれぞれ一体化する構成としているので、合成セグメント１の製造時に型枠内での構造部材の位置ずれを生じることが無く、合成セグメント１を安価に安定して製造することができる。
また、第一鋼材１０及び第二鋼材１３と継手板１４、１４にシール溝２０、２１をそれぞれ形成してシール材を設けることで、他の合成セグメント１と連結して道路用トンネル等の内側への地下水等の漏水を確実に防止することができる。しかもこの合成セグメント１を道路用トンネルに適用するとセグメント１の厚み分だけ桁高を小さくできる。

次に、本発明の第二の実施形態を図２と同様な断面図である図５に基づいて説明する。なお、この第二の実施形態において、第一の実施形態と共通する部分には同一の符号を用いて説明を省略する。
第二実施形態による合成セグメント３０において、第一実施形態と相違する点は第一鋼材１０と第三鋼材１５、そして第二鋼材１３と第四鋼材１６をそれぞれ分離した構成を採用したことである。
従って、本実施形態による合成セグメント３０においては、中央部で発生する応力を、第一及び第二鋼材１０，１３とは分離して設けられた第三及び第四鋼材１５、１６によって分担させることができるので、幅広の合成セグメントへの適用に好適である。

なお、上述した各実施形態において、第一鋼材１０及び第二鋼材１３、第三鋼材１５及び第四鋼材１６はそれぞれ合成セグメント１の構造材を構成する。また、ラチス１８は、合成セグメント１の製造時に型枠内に鋼殻２を配置する際、第三鋼材１５と第四鋼材１６をつなぐために設けられるものであるが、必ずしも設けなくても良い。また第三鋼材１５及び第四鋼材１６自体も必ずしも設けなくてもよい。
また、上述の各実施形態では、第一鋼材１０及び第二鋼材１３の木端面１０ａ、１３ａに設けたシール溝２０は各鋼材１０，１３の圧延加工時に車輪状の部材で同時に圧延形成したが、これに代えて第一鋼材１０及び第二鋼材１３の形成後に切削等の機械加工によって形成してもよい。
また第一の実施形態においてラチス１８は、複数の板状または棒状部材を略Ｖ字状に配列した構造とされているが、コンクリート３の充填性が良好な隙間を有する形状であれは、必ずしも当該形状である必要はなく、任意の形状の接続部材を採用できる。
また、主桁面６，６にほぞ８としてほぞ凸部８ａとほぞ凹部８ｂを配設したが、リング間継手７だけでもよい。

本発明の第一の実施の形態による合成セグメントの斜視図である。 図１に示す合成セグメントのＡ−Ａ線縦断面図である。 図１に示す合成セグメントの鋼殻を示す斜視図である。 図１に示す合成セグメントからスキンプレートを分離した分解斜視図である。 第二の実施の形態による合成セグメントの図２と同様な縦断面図である。

符号の説明

１、３０ 合成セグメント
２ 鋼殻
３ コンクリート
４ 継手面
６ 主桁面
１０ 第一鋼材
１０ａ、１３ａ 木端面
１３ 第二鋼材
１４ 継手部材
１５ 第三鋼材
１６ 第四鋼材
１８ ラチス（接続部材）
２０、２１ シール溝

Claims (5)

1. 鋼殻の内部にコンクリートが打設されてなり、周方向及び軸方向に複数連結されることで筒状壁体を構成する略円弧板状に湾曲した合成セグメントであって、
   前記鋼殻は、略円弧状に湾曲して外周面の対向する二辺に設けた一対の第一鋼材と、略円弧状に湾曲して内周面の対向する二辺に設けた一対の第二鋼材とを備えており、
   前記第一及び第二鋼材の木端面がそれぞれ外部に露出すると共に該木端面にシール溝が形成されていることを特徴とする合成セグメント。
2. 前記第一及び第二鋼材は長手方向に直交する断面が略四角形とされている請求項１に記載の合成セグメント。
3. 前記鋼殻には、一対の前記第一鋼材の両端と一対の前記第二鋼材の両端をそれぞれ連結する継手部材が設けられ、該継手部材にそれぞれシール溝が形成されている請求項１または２に記載の合成セグメント。
4. 前記第一鋼材の内側には、該第一鋼材にそれぞれ連結または分離して円弧状に湾曲する第三鋼材が設けられ、
   前記第二鋼材の内側には、該第二鋼材にそれぞれ連結または分離して円弧状に湾曲する第四鋼材が設けられている請求項１乃至３のいずれかに記載の合成セグメント。
5. 前記第三鋼材と第四鋼材は、それぞれ対向して配設されていて接続部材によって連結されていることを特徴とする請求項４に記載の合成セグメント。
   
   

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