JP2013130036A - 鋼製セグメント - Google Patents

Abstract

【課題】シールドトンネルのセグメントに作用するトンネル軸方向の圧縮力を吸収する。
【解決手段】鋼製セグメント１は主桁２ａ，２ｂと継手板３，３とスキンプレート４と縦リブ５とストッパ機構６とを備える。主桁２ａ，２ｂの端部同士を連結する継手板３は２つの継手板部材に分割され、これら部材間には継手連結板が介装される。スキンプレート４は２つのスキンプレート部材に分割され、これら部材間の間隙を塞ぐようにカバープレートが配置される。縦リブ５は継手板３，３間にて主桁２ａ，２ｂ同士を連結する。ストッパ機構６はその一端が主桁２ａに接続され、他端が主桁２ｂとの間に所定距離Ｌの間隙を有する。鋼製セグメント１に作用するトンネル軸方向の圧縮力が所定値以上である場合に縦リブ５が塑性座屈することで当該圧縮力を吸収する。縦リブ５の塑性座屈が進行してストッパ機構６が主桁２ｂに接触すると、ストッパ機構６が当該圧縮力を支持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地山に掘削形成されるシールドトンネル用の鋼製セグメントに関する。

上下水道、共同溝、道路、鉄道等の管路として用いられるシールドトンネルは、シールド工法により形成される。
シールド工法では、例えば、地山に発進立坑と到達立坑とを構築し、発進立坑から到達立坑へ向けてシールド掘進機で地山を掘削しながら、シールド掘進機の後部で次々にセグメントを組み立てて、推進方向に連結することでシールドトンネルを形成する。この工法では、シールド掘進機は、その後方の既設セグメントをジャッキで後方へ押圧し、その反力として発生する推力によって、地山を掘削しながら前進する。

また、シールドトンネルでは、地震や地盤の不等沈下等による変位や応力を吸収するために、その途中部に可撓セグメントが設置され得る。この可撓セグメントの一例としては、特許文献１に記載の可撓セグメントを挙げることができる。
特許文献１に記載の可撓セグメントは、一対の環状体と一次止水部材と二次止水ゴムとを備えている。環状体は、円弧状の板状部材である主桁と、主桁に接続されて可撓セグメントの外周面をなすスキンプレートと、により構成されている。一対の環状体は、互いに所定間隔離して対向させた状態で配置されている。一次止水部材は、一対の環状体における一対のスキンプレート間に介装されている。二次止水ゴムは可撓性を有し、一対のスキンプレート間に張設されている。

また、シールドトンネルでは、地震等による変位や応力を吸収するために、その途中部に、特許文献２に記載の鋼製セグメントが設置され得る。
特許文献２に記載の鋼製セグメントは、トンネル軸方向に互いに離間して平行に配置される一対の主桁と、トンネル周方向に互いに離間して配置されて一対の主桁の端部同士を連結する一対の継手板と、一対の主桁及び一対の継手板の地山側を塞ぐように配置されるスキンプレートと、一対の継手板間にて一対の主桁同士を連結する縦リブと、を備えている。また、主桁を除く、縦リブ、継手板、及びスキンプレートは、それぞれ、低降伏点鋼又は極低降伏点鋼で構成されている。そして、例えば地震発生時に、鋼製セグメントに対して、それを変形させるような応力が作用すると、縦リブ、継手板、及びスキンプレートが降伏し、塑性変形することで、鋼製セグメント全体で応力を吸収する。

特開２００５−２６１９号公報（段落番号００１５〜００１７、図１） 特開平１１−３６７９２号公報（段落番号００１２、００１４、００１６、図１）

ところで、シールドトンネルには、地震発生時に、トンネル軸方向の圧縮力（圧縮応力）が集中的に作用し得る箇所（以下、「圧縮力集中箇所」という）が存在する。ここで、圧縮力集中箇所としては、地震発生時の地盤の応答変位が比較的大きな箇所、あるいは、セグメント構造の変化箇所（例えば、主にコンクリートからなるＲＣセグメントリングと、主に鋼材からなる鋼製セグメントリングとの接続箇所等の、剛性の差が比較的大きな箇所、又は、桁高の差が比較的大きな箇所）を挙げることができる。
このような圧縮力集中箇所にて、トンネル軸方向の圧縮力を吸収するためには、当該箇所に、例えば、特許文献１に記載の可撓セグメント、又は、特許文献２に記載の鋼製セグメントを設置することが考えられる。

しかしながら、特許文献１に記載の可撓セグメントは、一次止水部材及び二次止水ゴム等を有することにより、構造が比較的複雑であり、これら構成部品を現場で取り付ける必要があるので、現場作業に時間を要する。
また、特許文献２に記載の鋼製セグメントでは、それを変形させるような比較的大きな圧縮力が作用すると、縦リブ等が広範囲にわたって塑性変形する可能性がある。それゆえ、シールドトンネルでは、当該鋼製セグメント箇所が大変形し得るので、この大変形時には、シールドトンネル全体の強度が大幅に低下する可能性がある。

本発明は、このような実状に鑑み、地震発生時におけるシールドトンネルの強度低下を抑制すべく、比較的簡易な構成の鋼製セグメントにより、トンネル軸方向の圧縮力を吸収することを課題とする。

そのため本発明では、鋼製セグメントは、トンネル軸方向に互いに離間して平行に配置される一対の第１及び第２の主桁と、トンネル周方向に互いに離間して配置されて第１及び第２の主桁の端部同士を連結する一対の継手板と、第１及び第２の主桁及び継手板の地山側を塞ぐように配置されるスキンプレートと、を有する。また、鋼製セグメントは、一対の継手板間にて第１及び第２の主桁同士を連結するリブ構造部と、一対の継手板間にて一端が第１の主桁に接続されて他端が第２の主桁との間に所定距離の間隙を有するストッパ機構と、を備える。そして、鋼製セグメントに作用するトンネル軸方向の圧縮力が所定値以上である場合に、リブ構造部は、そのトンネル軸方向長さを不可逆的に短縮させて上記圧縮力を吸収し、ストッパ機構は、上記短縮によってストッパ機構と第２の主桁との間の間隙が無くなると、第２の主桁に接触して上記圧縮力を支持する。

本発明によれば、継手板間にて第１及び第２の主桁同士を連結するリブ構造部が、そのトンネル軸方向長さを不可逆的に短縮させて上記圧縮力を吸収する。これにより、上述の止水ゴム等を用いることなく、比較的簡易な構成で上記圧縮力を吸収することができる。

また、本発明によれば、上記圧縮力が所定値以上である場合に、まず、リブ構造部にてそのトンネル軸方向長さを不可逆的に短縮させて上記圧縮力を吸収し、この後に、ストッパ機構にて上記圧縮力を支持する。これにより、リブ構造部での圧縮力吸収時には鋼製セグメントが変形する一方、ストッパ機構での圧縮力支持時には鋼製セグメントの変形が大幅に抑制されるので、鋼製セグメントの大変形を防ぐことができ、ひいては、シールドトンネルの破壊を抑制することができる。

本発明の第１実施形態における鋼製セグメントの概略構成を示す斜視図 図１のＡ−Ａ断面図及び図１の部分Ｂの部分底面図 継手板の概略構成を示す図 縦リブの概略構成を示す図 ストッパ機構の概略構成を示す図 本発明の第２実施形態における鋼製セグメントの概略構成を示す図

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明の第１実施形態における鋼製セグメントの概略構成を示す図である。図３、図４、図５は、本実施形態における鋼製セグメントを構成する継手板、縦リブ、ストッパ機構の概略構成を示す図である。

図示の鋼製セグメント１は、シールド工法によって形成されるシールドトンネル（図示せず）に設置されるものである。
シールド工法では、シールド掘進機（図示せず）の掘進に伴って、円弧状のセグメント（図示せず）をトンネル周方向及びトンネル軸方向に相互に連結することにより、筒状のシールドトンネルを形成する。このシールドトンネルを構成するセグメントは、主にコンクリートからなるＲＣセグメント、主に鋼材からなる鋼製セグメント、主にコンクリートと鋼材とからなる合成セグメントであり得る。

このシールドトンネルの圧縮力集中箇所に上述のＲＣセグメント等を設置すると、当該セグメントの変形時にそのコンクリートが脆性破壊を起こす可能性があり、ひいてはトンネルが崩壊する危険性がある。このような破壊を抑制するために、圧縮力集中箇所では、上述のＲＣセグメント等の代わりとして、図示の鋼製セグメント１が設置される。詳しくは、圧縮力集中箇所に、鋼製セグメント１をトンネル周方向に相互に連結させることにより、耐震用の鋼製セグメントリングが形成される。ここで、圧縮力集中箇所とは、例えば、地震発生時の地盤の応答変位が比較的大きな箇所、あるいは、セグメント構造の変化箇所（例えば、主にコンクリートからなるＲＣセグメントリングと、主に鋼材からなる鋼製セグメントリングとの接続箇所等の、剛性の差が比較的大きな箇所、又は、桁高の差が比較的大きな箇所）である。

図１及び図２に示すように、鋼製セグメント１は、一対の主桁２ａ，２ｂと、一対の継手板３，３と、スキンプレート４と、複数（図では１２本）の縦リブ５と、複数（図では６つ）のストッパ機構６と、を備える。尚、縦リブ５の本数及びストッパ機構６の個数はこれに限らない。

主桁２ａ，２ｂは、それぞれ、トンネル周方向に延在する円弧状の板状部材であり、鋼材（例えば、ＳＳ材、ＳＭ材等の圧延鋼材）により構成される。主桁２ａ，２ｂは、トンネル軸方向に互いに離間して平行に配置されている。ここで、切羽側の主桁２ａが、本発明における第１の主桁に対応する一方、坑口側の主桁２ｂが、本発明における第２の主桁に対応する。主桁２ａ，２ｂには、それぞれ、トンネル軸方向に貫通する複数の貫通孔（図４（Ａ）に示す貫通孔２１）が形成されている。貫通孔２１は、トンネル軸方向に隣接するセグメントリング同士をボルト接合するためのボルト挿入孔である。尚、貫通孔２１は、トンネル軸方向で見て、主桁２ａ，２ｂのうちストッパ機構６に対してトンネル周方向にずれた位置に形成されている。換言すれば、貫通孔２１は、主桁２ａ，２ｂのうちストッパ機構６が作用しない箇所（図４（Ａ）に示す箇所）に形成されているが、ストッパ機構６が作用する箇所（図５（Ｂ）に示す箇所）には形成されていない。

図１に戻り、継手板３，３は、トンネル周方向に互いに離間して配置されており、主桁２ａ，２ｂの端部同士を連結している。

ここで、本実施形態での継手板３の概略構成を、図３を用いて説明する。
図３（Ａ）は、図１のＣ−Ｃ矢視図である。図３（Ｂ）は、図１の部分Ｄの部分底面図である。
継手板３は、トンネル軸方向に直列に配置される切羽側の継手板部材３１及び坑口側の継手板部材３２と、これら継手板部材３１，３２間の間隙に装着される継手連結板３３と、に分割されている。継手板部材３１，３２及び継手連結板３３は、鋼材（例えば、ＳＳ材、ＳＭ材等の圧延鋼材）により構成される。

継手板部材３１は、その切羽側端部が主桁２ａに接続している一方、坑口側端部が、所定距離Ｌの間隙を空けて、継手板部材３２の切羽側端部に対向している。そして、継手板部材３２の坑口側端部が、主桁２ｂに接続している。ここで、所定距離Ｌとは、例えば、レベル２の地震動に比べて更に大きな地震動の発生時に当該地震動によって鋼製セグメント１のトンネル軸方向長さが短縮される場合の当該短縮の許容範囲を表す境界値（最大値）であり、トンネル軸方向の耐震解析（縦断耐震解析）の結果等に基づいて設定され得る。

継手板部材３１の坑口側端部と継手板部材３２の切羽側端部とは、互いの間隙が鋼製セグメント１の外側から内側に向けて拡張されるように、テーパ状に形成されている。このテーパ状の間隙に、継手連結板３３が装着されている。尚、本実施形態では、継手板部材３１の坑口側端部と継手板部材３２の切羽側端部と間にテーパ状の間隙が形成されているが、当該間隙の形状はこれに限らない。

継手連結板３３は、その厚さが、継手板部材３１，３２の厚さに比べて薄い板状部材である。継手連結板３３は、鋼製セグメント１の外表面にて、継手板部材３１，３２と面一になるように、継手板３１，３２間に介装されている。
継手連結板３３は、継手板部材３１の坑口側端部と、継手板部材３２の切羽側端部とに溶接固定されている。従って、地震等の影響が無い通常時には、継手板３は、溶接固定された継手板部材３１，３２及び継手連結板３３により、主桁２ａ，２ｂの端部同士を連結する。

継手板３（継手板部材３１，３２及び継手連結板３３）の外表面には、切羽側端部から坑口側端部まで平行に延びる２本の溝部３４が凹設されている。この溝部３４には止水ゴム（図示せず）が装着される。ここで、継手連結板３３は、継手板部材３１，３２間にて、止水ゴムのいわゆる後ろ支えとして機能している。
継手板部材３１，３２には、それぞれ、溝部３４，３４間にてトンネル周方向に貫通する複数（図では４つ）の貫通孔３５が形成されている。これら貫通孔３５は、トンネル周方向に隣接する鋼製セグメント１同士をボルト接合するためのボルト挿入孔である。

図１〜図３に示すように、スキンプレート４は、主桁２ａ，２ｂ及び継手板３，３の地山側を塞ぐものであり、トンネル軸方向に直列に配置される切羽側のスキンプレート部材４１及び坑口側のスキンプレート部材４２と、これらスキンプレート部材４１，４２間の間隙を地山側で塞ぐように配置されるカバープレート４３と、に分割されている。スキンプレート部材４１，４２及びカバープレート４３は、鋼材（例えば、ＳＳ材、ＳＭ材等の圧延鋼材）により構成される。

スキンプレート部材４１は、主桁２ａ及び継手板部材３１の地山側を塞ぐように、主桁２ａ及び継手板部材３１に取り付けられている。
同様に、スキンプレート部材４２は、主桁２ｂ及び継手板部材３２の地山側を塞ぐように、主桁２ｂ及び継手板部材３２に取り付けられている。
スキンプレート部材４１，４２間には、上述の所定距離Ｌの間隙が空いている。この間隙は、上述の継手板部材３１，３２間の間隙と連続して、帯状の間隙を構成している。

カバープレート４３は、その厚さが、スキンプレート部材４１，４２の厚さに比べて薄い。
カバープレート４３は、その切羽側端部がスキンプレート部材４１の外表面に止水溶接されている。一方、カバープレート４３の坑口側端部は、スキンプレート部材４２の外表面に、止水溶接よりも強固に溶接固定されている。このため、カバープレート４３とスキンプレート部材４１との固定強度に比べて、カバープレート４３とスキンプレート部材４２との固定強度が高くなっている。

このようにして、スキンプレート４は、スキンプレート部材４１，４２及びカバープレート４３により、主桁２ａ，２ｂ及び継手板３の地山側を塞いでいる。従って、地震等の影響が無い通常時には、スキンプレート４は、地山からの外荷重を支持して、トンネル内部への土砂の流入を防止する。

次に、縦リブ５の概略構成を、図４を用いて説明する。
図４（Ａ）は、図１のＥ−Ｅ断面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＦ−Ｆ断面に対応する部分断面図である。
本実施形態では、１２本の縦リブ５が、継手板３，３間にてトンネル周方向に互いに離間して平行に配置されている。ここで、縦リブ５は、本発明における第１のリブ部材及びリブ構造部に対応する。

縦リブ５は、図４（Ｂ）に示すように、長辺がトンネル径方向に沿う矩形断面を有するリブウェブ５１と、長辺がトンネル周方向に沿う矩形断面を有するリブフランジ５２とからなり、縦リブ５全体での断面は、略Ｌ字形の非対称形状を有する。換言すれば、縦リブ５全体の断面中心が、リブウェブ５１の断面中心よりトンネル周方向にずれている。縦リブ５は、鋼材（例えば、ＳＳ材、ＳＭ材等の圧延鋼材）により構成されている。
縦リブ５（リブウェブ５１及びリブフランジ５２）は、その両端が、それぞれ、主桁２ａ，２ｂに接続している。
このようにして、縦リブ５は、継手板３，３間にて主桁２ａ，２ｂ同士を連結している。
また、縦リブ５は、スキンプレート部材４１，４２に固定され得る。

次に、ストッパ機構６の概略構成を、図５を用いて説明する。
図５（Ａ）は、図２（Ａ）の部分Ｇの部分拡大図である。図５（Ｂ）は、図１のＨ−Ｈ断面図である。図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）のＫ−Ｋ断面に対応する部分断面図である。
本実施形態では、６つのストッパ機構６が、平行配置された１２本の縦リブ５の間に一つ置きに配置されている。

ストッパ機構６は、トンネル周方向に離間して対向配置される一対の軸力伝達部材６１，６１と、軸力伝達部材６１，６１の中央部同士を連結するビーム部材６２と、軸力伝達部材６１，６１の坑口側端部同士を連結する端板６３と、を備える。
軸力伝達部材６１は、本発明における第２のリブ部材に対応するものであり、その切羽側端部が主桁２ａに接続する一方、坑口側端部が主桁２ｂに上述の所定距離Ｌの間隙を空けて対向する。

軸力伝達部材６１は、図５（Ｃ）に示すように、長辺がトンネル径方向に沿う矩形断面を有する。軸力伝達部材６１は、鋼材（例えば、ＳＳ材、ＳＭ材等の圧延鋼材）により構成されており、その厚さｔ１が、縦リブ５のリブウェブ５１の厚さｔ２に比べて同等かそれ以上である（図５（Ａ）参照）。
端板６３は、鋼材（例えば、ＳＳ材、ＳＭ材等の圧延鋼材）により構成されている。

次に、本実施形態の作用の一例について説明する。
レベル２の地震動に比べて更に大きな地震動の発生時に、鋼製セグメント１に作用するトンネル軸方向の圧縮力が所定値以上になると、鋼製セグメント１では、主に縦リブ５の塑性座屈によって当該圧縮力を吸収する。ここで、所定値とは、鋼製セグメント１のトンネル軸方向長さが短縮し得る圧縮力の最小値であり、縦断耐震解析の結果等に基づいて設定され得る。

この圧縮力吸収時に、継手板３では、継手板部材３１，３２と継手連結板３３との接続部（溶接箇所の近傍）にて応力集中が発生し、この結果、当該接続部にて破断する。そして、継手板部材３１，３２からの圧縮力が上記テーパ状の端部を介して継手連結板３３に作用して、継手連結板３３が、鋼製セグメント１の外側から内側へと押し出される。この後に鋼製セグメント１に作用するトンネル軸方向の圧縮力により、継手板部材３１，３２間の間隙が所定距離Ｌより小さくなり、やがて、継手板部材３１，３２が互いに接触する。このように、継手板３に比較的大きな圧縮荷重が作用する場合には、継手板部材３１，３２間の間隙が継手板３の変形を誘発することにより、継手板３の変形箇所が、主として継手板部材３１，３２間に限定されるので、継手板３の大変形を抑制することができる。

また、圧縮力吸収時に、スキンプレート４では、スキンプレート部材４１とカバープレート４３との接続部（止水溶接箇所の近傍）にて応力集中が発生し、この結果、当該接続部にて破断する。そして、鋼製セグメント１に作用するトンネル軸方向の圧縮力により、スキンプレート部材４１の外表面上をカバープレート４３がスライドしつつ、スキンプレート部材４１，４２間の間隙が所定距離Ｌより小さくなり、やがて、スキンプレート部材４１，４２が互いに接触する。このように、スキンプレート４に比較的大きな圧縮荷重が作用する場合には、スキンプレート部材４１とカバープレート４３との接続部、及び、スキンプレート部材４１，４２間の間隙がスキンプレート４の変形を誘発することにより、スキンプレート４の変形箇所が、主としてスキンプレート部材４１，４２間に限定されるので、スキンプレート４の大変形を抑制することができる。また、スキンプレート部材４１，４２間の間隙が狭まるに従い、カバープレート４３が、当該間隙を覆いつつ、スキンプレート部材４１の外表面上をスライドするので、鋼製セグメント１の変形時においても、トンネル内部への土砂の流入を抑制することができる。

また、圧縮力吸収時に、縦リブ５は、そのトンネル軸方向長さを不可逆的に短縮させることにより、トンネル軸方向の圧縮力を吸収する。詳しくは、縦リブ５は、主桁２ａ，２ｂからの圧縮力により塑性変形して座屈することで（すなわち、塑性座屈することで）トンネル軸方向の圧縮力を吸収し、この際に、縦リブ５のトンネル軸方向長さが不可逆的に短縮される。

縦リブ５のトンネル軸方向長さの短縮は、ストッパ機構６によって制限される。
縦リブ５の塑性座屈が進行してストッパ機構６と主桁２ｂとの間の間隙が無くなると（すなわち、縦リブ５のトンネル軸方向長さの短縮によりストッパ機構６と主桁２ｂとの間の間隙が無くなると）、ストッパ機構６は、主桁２ｂに接触しつつ、トンネル軸方向の圧縮力を支持する。このときに、ストッパ機構６は、その軸力伝達部材６１及び端板６３を介して主桁２ｂに面接触するので、ストッパ機構６と主桁２ｂとの接触部での応力集中を抑制することができる。
また、トンネル軸方向で見て、主桁２ａ，２ｂのうちストッパ機構６に対してトンネル周方向にずれた位置に貫通孔２１が形成されている。これにより、貫通孔２１に挿入されたボルト（図示せず）が縦リブ５の座屈時にストッパ機構６に接触することを抑制できるので、当該ボルトがストッパ機構６と主桁２ｂとの面接触を阻害する可能性を低くすることができる。

ここで、縦リブ５の座屈方向について、図５（Ａ）を用いて説明する。
本発明者は、縦リブ５全体の断面中心を、リブウェブ５１の断面中心よりトンネル周方向にずらした場合に、このずらした方向に縦リブ５が座屈しやすいという性質を見出した。この性質に基づいて、本実施形態では、縦リブ５と、それに隣り合うストッパ機構６とに関して、リブフランジ５２の断面中心とストッパ機構６との間の距離を、リブウェブ５１の断面中心とストッパ機構６との間の距離よりも長くすることによって、縦リブ５全体の断面中心を、ストッパ機構６より離間する側にずらしている。これにより、縦リブ５は、ストッパ機構６に隣り合う側とは反対の側に座屈しやすくなるので、縦リブ５の座屈時における縦リブ５とストッパ機構６との衝突を抑制することができる。

本実施形態によれば、継手板３，３間にて主桁２ａ，２ｂ同士を連結する縦リブ５（リブ構造部を構成する第１のリブ部材）が、そのトンネル軸方向長さを不可逆的に短縮させることにより（具体的には、塑性座屈することにより）、トンネル軸方向の圧縮力を吸収する。これにより、特許文献１に記載の止水ゴム等を用いることなく、比較的簡易な構成で、トンネル軸方向の圧縮力を吸収することができる。

また本実施形態によれば、トンネル軸方向の圧縮力が所定値以上である場合に、まず、縦リブ５（リブ構造部を構成する第１のリブ部材）にてそのトンネル軸方向長さを不可逆的に短縮させてトンネル軸方向の圧縮力を吸収し、この後に、ストッパ機構６にてトンネル軸方向の圧縮力を支持する。これにより、縦リブ５での圧縮力吸収時には鋼製セグメント１が変形する一方、ストッパ機構６での圧縮力支持時には鋼製セグメント１の変形が大幅に抑制されるので、鋼製セグメント１の大変形を防ぐことができ、ひいては、シールドトンネルの破壊を抑制することができる。

また本実施形態によれば、ストッパ機構６は、一端が主桁２ａに接続されて他端が主桁２ｂに所定距離Ｌの間隙を空けて対向する軸力伝達部材６１（第２のリブ部材）を備える。これにより、比較的簡素にストッパ機構６を構成することができるので、鋼製セグメント１の大変形の抑制を比較的低コストで実現することができる。

また本実施形態によれば、スキンプレート４は、トンネル軸方向に直列に配置されるスキンプレート部材４１，４２により構成され、隣接するスキンプレート部材間に所定距離Ｌの間隙を有する。これにより、スキンプレート４に比較的大きな圧縮荷重が作用する場合には、スキンプレート部材４１，４２間の間隙がスキンプレート４の変形を誘発することにより、スキンプレート４の変形箇所が、主としてスキンプレート部材４１，４２間に限定されるので、スキンプレート４の大変形を抑制することができる。

また本実施形態によれば、継手板３は、トンネル軸方向に直列に配置される継手板部材３１，３２により構成され、隣接する継手板部材間に所定距離Ｌの間隙を有する。これにより、継手板３に比較的大きな圧縮荷重が作用する場合には、継手板部材３１，３２間の間隙が継手板３の変形を誘発することにより、継手板３の変形箇所が、主として継手板部材３１，３２間に限定されるので、継手板３の大変形を抑制することができる。

尚、本実施形態では、ストッパ機構６は、その一端が主桁２ｂに所定距離Ｌの間隙を空けて対向し、他端が主桁２ａに接続されているが、ストッパ機構６の配置はこれに限らず、例えば、ストッパ機構６は、その一端が主桁２ａに所定距離Ｌの間隙を空けて対向し、他端が主桁２ｂに接続されてもよい。

図６は、本発明の第２実施形態における鋼製セグメントの概略構成を示す。図６（Ａ）は、本実施形態における鋼製セグメントの断面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＰ−Ｐ断面図である。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）の部分Ｑの部分底面図である。

図１〜図５に示した第１実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態では、第１実施形態における縦リブ５及びストッパ機構６の代わりとして、複数（図では５つ）の縦リブ構造部７が、継手板３，３間にてトンネル周方向に互いに離間して平行に配置されている。尚、縦リブ構造部７の個数はこれに限らない。ここで、縦リブ構造部７は、本発明におけるリブ構造部に対応する。

縦リブ構造部７は、リブ部材７１と、リブ部材７１の一部を挟むように対向配置される一対のリブ部材７２，７２と、これらリブ部材をボルト締結する締結部材としてのボルト７３及びナット７４と、を備える。ここで、リブ部材７１，７２は、鋼材（例えば、ＳＳ材、ＳＭ材等の圧延鋼材）により構成されている。

リブ部材７１は、本発明における第４のリブ部材に対応するものであり、その一端が主桁２ｂに接続され、他端が主桁２ａに上記所定距離Ｌの間隙を空けて対向している。
リブ部材７１には、その切羽側端部から中央部までの範囲内に、トンネル周方向に貫通する複数（図では１５個）のボルト挿入孔（図示せず）が形成されている。

リブ部材７２は、本発明における第３のリブ部材に対応するものであり、その一端が主桁２ａに接続され、他端が主桁２ｂに上記所定距離Ｌの間隙を空けて対向している。
リブ部材７２には、その中央部から坑口側端部までの範囲内に、トンネル周方向に貫通する複数（図では１５個）のボルト挿入孔（図示せず）が形成されている。
リブ部材７１とリブ部材７２，７２とは、各々のボルト挿入孔を介して、ボルト７３及びナット７４によって互いにボルト締結されている。

次に、本実施形態の作用の一例について説明する。
レベル２の地震動に比べて更に大きな地震動の発生時に、鋼製セグメント１に作用するトンネル軸方向の圧縮力が所定値以上になると、鋼製セグメント１では、主にボルト７３の破壊（破断）によって当該圧縮力を吸収する。

この圧縮力吸収時に、縦リブ構造部７では、ボルト７３にて応力集中が発生し、この結果、ボルト７３が破断する。すなわち、縦リブ構造部７は、主桁２ａ，２ｂからの圧縮力によりボルト７３が破断することでトンネル軸方向の圧縮力を吸収し、更にこの圧縮力によってリブ部材７１がリブ部材７２に対して切羽方向にスライドすることにより、縦リブ構造部７のトンネル軸方向長さが不可逆的に短縮される。換言すれば、縦リブ構造部７は、そのボルト７３を破断させつつ、縦リブ構造部７のトンネル軸方向長さを不可逆的に短縮させて、トンネル軸方向の圧縮力を吸収する。

縦リブ構造部７のトンネル軸方向長さの短縮は、リブ部材７１，７２によって制限される。
ボルト７３が破断してリブ部材７１の切羽方向へのスライドが進行し、リブ部材７１と主桁２ａとの間の間隙、及び、リブ部材７２と主桁２ｂとの間の間隙が無くなると（すなわち、縦リブ構造部７のトンネル軸方向長さの短縮により、リブ部材７１と主桁２ａとの間の間隙、及び、リブ部材７２と主桁２ｂとの間の間隙が無くなると）、リブ部材７１が主桁２ａに接触すると共に、リブ部材７２が主桁２ｂに接触して、トンネル軸方向の圧縮力を支持する。すなわち、主桁２ａ，２ｂが、本発明におけるストッパ機構として機能して、トンネル軸方向の圧縮力を支持する。

特に本実施形態によれば、縦リブ構造部７のトンネル軸方向長さの短縮によって、リブ部材７１と主桁２ａとの間の間隙、及び、リブ部材７２と主桁２ｂとの間の間隙が無くなると、リブ部材７１，７２が本発明におけるストッパ機構として機能して、トンネル軸方向の圧縮力を支持するので、本発明におけるリブ構造部としての機能とストッパ機構としての機能とを、比較的簡易な構成の縦リブ構造部７により実現することができる。

尚、本実施形態では、リブ部材７１の他端が主桁２ａに上記所定距離Ｌの間隙を空けて対向しているが、リブ部材７２と主桁２ｂとの間の間隙が所定距離Ｌであれば、リブ部材７１と主桁２ａとの間の間隙は、所定距離Ｌより長くてもよい。この場合には、縦リブ構造部７のトンネル軸方向長さの短縮によってリブ部材７２と主桁２ｂとの間の間隙が無くなると、リブ部材７２が本発明におけるストッパ機構として機能して、主桁２ｂに接触して、トンネル軸方向の圧縮力を支持することができる。

また、本実施形態では、リブ部材７２の他端が主桁２ｂに上記所定距離Ｌの間隙を空けて対向しているが、リブ部材７１と主桁２ａとの間の間隙が所定距離Ｌであれば、リブ部材７２と主桁２ｂとの間の間隙は、所定距離Ｌより長くてもよい。この場合には、縦リブ構造部７のトンネル軸方向長さの短縮によって、リブ部材７１と主桁２ａとの間の間隙が無くなると、リブ部材７１が本発明におけるストッパ機構として機能して、主桁２ａに接触して、トンネル軸方向の圧縮力を支持することができる。尚、この場合には、主桁２ａが、本発明における第２の主桁に対応する一方、主桁２ｂが、本発明における第１の主桁に対応する。また、リブ部材７２が、本発明における第４のリブ部材に対応する一方、リブ部材７１が、本発明における第３のリブ部材に対応することになるので、リブ部材７１が本発明におけるストッパ機構として機能することになる。

また、本実施形態では、ボルト７３の破断によりトンネル軸方向の圧縮力を吸収しているが、当該圧縮力の吸収手法はこれに限らず、例えば、リブ部材７１のボルト挿入孔を、トンネル軸方向に延びる長穴形状で予め形成しておき、ボルト７３及びナット７４の締め付け力によりリブ部材７１，７２同士を密着させた上で、当該圧縮力が所定値以上になった場合に、リブ部材７１の上記長穴形状のボルト挿入孔内でボルト７３をスライドさせつつリブ部材７１に対してリブ部材７２をスライドさせて互いの接触面で摩擦熱を発生させることにより、当該圧縮力を吸収するようにしてもよい。

１ 鋼製セグメント
２ａ，２ｂ 主桁
３ 継手板
４ スキンプレート
５ 縦リブ
６ ストッパ機構
７ 縦リブ構造部
２１ 貫通孔
３１，３２ 継手板部材
３３ 継手連結板
３４ 溝部
３５ 貫通孔
４１，４２ スキンプレート部材
４３ カバープレート
５１ リブウェブ
５２ リブフランジ
６１ 軸力伝達部材
６２ ビーム部材
６３ 端板
７１，７２ リブ部材
７３ ボルト
７４ ナット

Claims (7)

1. 地山に掘削形成されるシールドトンネル用の鋼製セグメントであって、
   トンネル軸方向に互いに離間して平行に配置される一対の第１及び第２の主桁と、
   トンネル周方向に互いに離間して配置されて前記第１及び第２の主桁の端部同士を連結する一対の継手板と、
   前記第１及び第２の主桁及び前記継手板の地山側を塞ぐように配置されるスキンプレートと、
   を有するものにおいて、
   前記継手板間にて前記第１及び第２の主桁同士を連結するリブ構造部と、
   前記継手板間にて一端が前記第１の主桁に接続されて他端が前記第２の主桁との間に所定距離の間隙を有するストッパ機構と、
   を備え、
   前記鋼製セグメントに作用するトンネル軸方向の圧縮力が所定値以上である場合に、
   前記リブ構造部は、そのトンネル軸方向長さを不可逆的に短縮させて前記圧縮力を吸収し、
   前記ストッパ機構は、前記短縮によって前記ストッパ機構と前記第２の主桁との間の間隙が無くなると、前記第２の主桁に接触して前記圧縮力を支持することを特徴とする鋼製セグメント。
2. 前記リブ構造部は、前記圧縮力が前記所定値以上である場合に塑性変形可能な第１のリブ部材により構成されることを特徴とする請求項１記載の鋼製セグメント。
3. 前記ストッパ機構は、一端が前記第１の主桁に接続されて他端が前記第２の主桁に前記所定距離の間隙を空けて対向する第２のリブ部材を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の鋼製セグメント。
4. 前記リブ構造部は、一端が前記第１の主桁に接続されて他端が前記第２の主桁に間隙を空けて対向する第３のリブ部材と、一端が前記第２の主桁に接続されて他端が前記第１の主桁に間隙を空けて対向する第４のリブ部材と、前記第３及び第４のリブ部材を互いに締結固定する締結部材と、を備えることを特徴とする請求項１記載の鋼製セグメント。
5. 前記第３のリブ部材は、前記第２の主桁との間に前記所定距離の間隙を有し、前記第４のリブ部材は、前記第１の主桁との間に前記所定距離以上の間隙を有し、
   前記短縮によって前記第３のリブ部材と前記第２の主桁との間の間隙が無くなると、前記第３のリブ部材が前記ストッパ機構として機能して、前記第２の主桁に接触して前記圧縮力を支持することを特徴とする請求項４記載の鋼製セグメント。
6. 前記スキンプレートは、トンネル軸方向に直列に配置される複数のスキンプレート部材により構成され、隣接するスキンプレート部材間に間隙を有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の鋼製セグメント。
7. 前記継手板は、トンネル軸方向に直列に配置される複数の継手板部材により構成され、隣接する継手板部材間に間隙を有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の鋼製セグメント。