JP2015078534A - 合成セグメントおよび合成セグメントの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル軸方向において剛性が均一な合成セグメントおよび合成セグメントの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】トンネル軸方向Ｄに所定の間隔をあけて配されてトンネル周方向Ｄに延びる一対の主桁２，２と、一対の主桁２，２のトンネル周方向Ｃの両端部に一対の主桁２，２間を渡すように接合された継手板３，３と、主桁２，２および継手板３，３のトンネル径方向Ｅ外側に接合されたスキンプレート４と、一対の主桁２，２、継手板３，３およびスキンプレート４で形成された鋼殻５の内部に充填されたコンクリート６と、を備え、コンクリート６の内部には、トンネル径Ｅ方向内側にトンネル周方向Ｃに延びる複数の第１主鉄筋７，７…がトンネル軸方向Ｄに所定の配置間隔をあけて配されていて、複数の第１主鉄筋７，７…のうち配列の両端に配された第１主鉄筋７，７は、主桁２，２との間隔ｗ１が配置間隔（配筋ピッチ）ｗ２以上である。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼製の円弧版状枠体（鋼殻）内にコンクリートを充填して製造された合成セグメントおよび合成セグメントの製造方法に関する。

従来、地山に掘削穴を掘削しつつ、その内面に円弧版状のセグメントをトンネル周方向およびトンネル軸方向に複数連結して筒状壁体を構築することによりトンネルを形成するシールド工法において、鋼製の円弧版状枠体（鋼殻）内にコンクリートを充填して製造された合成セグメントが知られている。
例えば、特許文献１には、トンネルの地山側、内空側および周方向の両側面に鋼板が使用されて、これらの鋼板の内部にコンクリートが充填された合成セグメントが開示されている。この合成セグメントでは、コンクリートの充填性を確保するために、周方向の両側面に設けられた鋼板（主桁）にコンクリート充填用の孔部が形成されているとともに、鋼板とコンクリートの付着性能を向上させるために、地山側、内空側に設けられた鋼板にスタッドが設けられている。

特開平３−２８６０９７号公報

しかしながら、特許文献１の合成セグメントは、合成セグメントの幅方向（トンネルの軸方向）の端部では主に主桁が荷重を負担し、幅方向の中央部では主にコンクリートが荷重を負担するため、幅方向において剛性が均一にならないという問題がある。そして、幅方向の端部近傍（主桁近傍）の方が幅方向の中央部よりも剛性が高いため、幅方向の端部近傍に応力が集中してしまうという問題がある。
これにより、合成セグメントの千鳥配置による添接効果を十分に発揮できず、合成セグメントが複数配列されて形成されたリング構造全体においても荷重に対して均一に対抗することができないという問題がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、トンネルの軸方向において剛性が均一な合成セグメントおよび合成セグメントの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る合成セグメントは、トンネルの掘削穴の内壁に沿ってトンネル周方向およびトンネル軸方向に複数連結される円弧版状の合成セグメントにおいて、前記トンネル軸方向に所定の間隔をあけて配されて前記トンネル周方向に延びる一対の主桁と、該一対の主桁の前記トンネル周方向の両端部に該一対の主桁間を渡すように接合された継手板と、前記主桁および前記継手板の前記トンネル径方向外側に接合されたスキンプレートと、前記一対の主桁、前記継手板および前記スキンプレートで形成された鋼殻の内部に充填されたコンクリートと、を備え、該コンクリートの内部には、前記トンネル径方向内側に前記トンネル周方向に延びる複数の第１主鉄筋が前記トンネル軸方向に所定の配置間隔をあけて配されていて、該複数の第１主鉄筋のうち配列の両端に配された第１主鉄筋は、前記主桁との間隔が前記配置間隔以上であることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る合成セグメントの製造方法は、前記一対の主桁の前記トンネル周方向の両端部に該一対の主桁間を渡すように前記継手板を接合し、前記一対の主桁および前記継手板の前記トンネルの地山側に前記スキンプレートを接合して鋼殻を形成する鋼殻形成工程と、前記鋼殻内部に前記トンネル軸方向の中央に寄せて前記複数の第１主鉄筋を配筋する配筋工程と、前記鋼殻の内部に前記コンクリートを充填するコンクリート充填工程と、を備えることを特徴とする。

従来の合成セグメントは、トンネル軸方向（合成セグメントの幅方向）において均一に配置された複数の鉄筋と中詰めコンクリートが荷重を負担し、さらに、トンネル軸方向の両端部では、主桁が荷重を負担するため、トンネル軸方向の中央部よりも両端部の方が剛性が高く、合成セグメントにおけるトンネル軸方向全体において剛性が均一とならないことがある。
これに対し、本発明による合成セグメントによれば、複数の第１主鉄筋は、主桁との間隔が配置間隔以上であることにより、トンネル軸方向の端部側よりも中央に配されているため、トンネル軸方向の中央部の剛性を高めることができて、合成セグメント全体の剛性をトンネル軸方向において均一にすることができる。

また、本発明に係る合成セグメントでは、前記複数の第１主鉄筋のうち配列の両端に配された第１主鉄筋と前記主桁との間隔は、前記主桁の高さ寸法と略同じ寸法となるように構成されていることが好ましい。

このようにすることにより、合成セグメント全体の剛性をトンネル軸方向においてより均一にすることができる。

また、本発明に係る合成セグメントでは、前記コンクリートの内部には、前記第１主鉄筋を囲繞するフープ筋と、前記スキンプレートに接合されるとともに前記フープ筋が定着可能な定着部材と、が設けられていてもよい。

このようにすることにより、第１主鉄筋がフープ筋に囲繞されていて、このフープ筋がスキンプレートに接合された定着部材に定着（係止）していることにより、第１主鉄筋とスキンプレートとが連結した構造となる。
そして、トンネルに地山側から土水圧が作用すると、合成セグメントには地山側にトンネル周方向の圧縮力が作用し、内空側にトンネル周方向の引張力が作用する。通常、この引張力のトンネル径方向の分力（腹圧力）によって第１主鉄筋が直線状になろうとするとともに、圧縮力のトンネル径方向の分力によってスキンプレートが面外方向に変形しようとするが、本発明では、第１主鉄筋とスキンプレートとが連結されていることにより、それぞれに作用するトンネル径方向反対側の分力が相殺され、第１主鉄筋およびスキンプレートの変形および変位を防止することができる。
これにより、第１主鉄筋が変形・変位してかぶりコンクリートが剥離したり、付着割裂破壊したりするなど、合成セグメントが変形することがないため、合成セグメントを常に所定の耐力に保持することができる。

また、本発明に係る合成セグメントでは、前記定着部材は、頭付きスタッドジベルまたはＴ形鋼またはＬ形鋼またはＣ形鋼またはＪ字状鋼材から構成されていてもよい。

このようにすることにより、定着部材は、フープ筋を確実に定着させることができて、第１主筋とスキンプレートとを確実に連結することができる。
また、定着部材には特殊な部材を使用せずに、通常に流通している部材を使用することができる。

また、本発明に係る合成セグメントでは、前記定着部材は、前記トンネル周方向および前記トンネル軸方向の両方または一方に所定の間隔をあけて複数配列されていて、前記トンネル周方向および前記トンネル軸方向の両方または一方に隣り合う前記定着部材の仮想のコーン破壊面は、それぞれ連続していることが好ましい。

定着部材がコンクリートを破壊してトンネル径方向に抜け出す場合には、コーン破壊することになり、コーン破壊すると、コーン破壊面が生じることになる。本発明では、コーン破壊したと仮想した場合のコーン破壊面を仮想のコーン破壊面としている。
各定着部材による仮想のコーン破壊面がそれぞれ過不足なく連続することにより、仮想のコーン破壊面が効率的に繋がった補剛領域が形成されるため、定着部材の配置を調整することで合成セグメントの補剛領域を容易に形成することができる。そして、この補剛領域によって、トンネル周方向およびトンネル軸方向の両方または一方に伝達される応力に対して確実に抵抗することができるため、コンクリートとスキンプレートとが離間することを防止することができる。

また、本発明に係る合成セグメントでは、前記定着部材と前記スキンプレートとは、溶接されていて、前記定着部材と前記フープ筋とは溶接されている、または前記定着部材に形成された孔部に前記フープ筋が挿入されている、または前記定着部材に形成された突出部に前記フープ筋が掛けられていることが好ましい。

このようにすることにより、定着部材とスキンプレートとが確実かつ強固に接合されるとともに、定着部材とフープ筋とが確実かつ強固に接合されるため、定着部材を介してスキンプレートとフープ筋とを物理的に拘束し、確実かつ強固に連結させることができる。

また、本発明に係る合成セグメントでは、前記フープ筋は、前記複数の第１主鉄筋を１本ずつ囲繞していて、１つずつ前記定着部材に定着していてもよい。

このようにすることにより、第１主鉄筋とスキンプレートとがフープ筋および定着部材を介して確実に連結されるため、第１主鉄筋およびスキンプレートの変形や変位を確実に防止することができる。

また、本発明に係る合成セグメントでは、前記コンクリートの内部には、前記第１主鉄筋よりも前記トンネル径方向外側に、前記トンネル周方向に延びる複数の第２主鉄筋が前記トンネル軸方向に所定の配置間隔をあけて配されていて、該複数の第２主鉄筋のうち配列の両端に配された第２主鉄筋は、前記主桁との間隔が前記複数の第１主鉄筋のうち配列の両端に配された第１主鉄筋と前記主桁との間隔と略同じ寸法としてもよい。

このようにすることにより、合成セグメントの耐力を増大させることができる。
また、第２主鉄筋が第１主鉄筋とともにフープ筋で囲繞され、このフープ筋が定着部材に定着されることで、合成セグメントをスキンプレート、第１主鉄筋および第２主鉄筋それぞれに作用するトンネル径方向の分力を相殺させる構成とすることができる。このため、スキンプレートと第１主鉄筋のみでトンネル径方向の分力を相殺させる構成と比べて、トンネル径方向の分力を確実に相殺させることができ、スキンプレートや第１主鉄筋の変形や変位を確実に防止することができる。

また、本発明に係る合成セグメントでは、前記コンクリートの内部に、略三角形の板状に形成されてその面外方向を前記トンネル周方向とするとともにその端面が前記主桁および前記スキンプレートにそれぞれ連結された連結部材が、１つまたは前記トンネル周方向に所定の間隔をあけて複数設けられていることが好ましい。

このようにすることにより、スキンプレートと主桁とが連結部材によって確実に連結され、スキンプレートに作用する面外方向の力を連結部材を介して主桁に伝達させることができるため、スキンプレートの座屈強度を高めることができる。
また、本発明に係る合成セグメントでは、鉄筋を合成セグメント幅方向（トンネル軸方向）の中央部に寄せていることにより、両端部に鉄筋の無いスペースができるため、このスペースに連結部材を設けることで、このスペースを有効活用して構造性能をさらに高めることができる。

本発明によれば、複数の第１主鉄筋は、主桁との間隔が配置間隔以上であることにより、トンネル軸方向の端部側よりも中央に配されているため、トンネル軸方向の中央部の剛性を高めることができて、合成セグメント全体の剛性をトンネル軸方向において均一にすることができる。

本発明の第１実施形態による合成セグメントの鋼殻の内部の一例を示す図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は第２実施形態による合成セグメントを説明する図で、（ｂ）のＨ−Ｈ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。 定着部材による仮想のコーン破壊面を説明する図である。 第３実施形態による合成セグメントを説明する図である。 第４実施形態による合成セグメントを説明する図である。 第５実施形態による合成セグメントを説明する図である。 第６実施形態による合成セグメントを説明する図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による合成セグメントおよび合成セグメントの製造方法について、図１および図２に基づいて説明する。
図１および図２に示す第１実施形態による合成セグメント１Ａは、例えば、シールド工法における、地山Ｆに掘削されたトンネルの掘削穴の内壁に沿ってトンネルの周方向（図中の矢印Ｃの方向）およびトンネルの軸方向（図中の矢印Ｄの方向、合成セグメント１Ａの幅方向と同じ）に複数連結されて筒状壁体を構築している。合成セグメント１Ａは、トンネルの掘削穴の内面の曲率半径と略等しい曲率半径を備える円弧版状に形成されている。

図２に示すように、合成セグメント１Ａは、合成セグメント１Ａのトンネル軸方向Ｄの両端部にそれぞれ配された一対の主桁２，２と、一対の主桁２，２のトンネル周方向Ｃの両端部にそれぞれ接合された一対の継手板３，３と、主桁２，２および継手板３，３の、トンネルの地山Ｆ側に接合された円弧面状のスキンプレート４と、を備える円弧版状枠体の鋼殻５の内部に、コンクリート６が充填されて形成されている。
そして、このコンクリート６の内部には、内空Ｇ側にトンネル周方向Ｃに延びる複数の第１主鉄筋７，７…が配されて、地山Ｆ側にトンネル周方向Ｃに延びる複数の第２主鉄筋８，８…が配されている。

複数の第１主鉄筋７，７…および第２主鉄筋８，８…は、例えば異形鉄筋などで構成され、トンネル軸方向Ｄに所定の間隔をあけて配列されている。そして、第１主鉄筋７，７…は、主桁２，２近傍には配されておらず、コンクリート６部分におけるトンネル軸方向Ｄの中央に寄せて配されている。
複数の第１主鉄筋７，７…および複数の第２主鉄筋８，８…のうち配列の両端に配された第１主鉄筋７ａ，７ａおよび第２主鉄筋８ａ，８ａと主桁２，２との間隔ｗ１は、複数の第１主鉄筋７，７…および複数の第２主鉄筋８，８…の配置間隔（配筋ピッチ）ｗ２以上であるとともに、主桁２の高さｈの寸法と略同じ寸法となるように構成されている。
第１実施形態では、第１主鉄筋７と第２主鉄筋８とが同じ本数となるように設定されている。また、配列された第１主鉄筋７および第２主鉄筋８とは、トンネルの径方向（図中の矢印Ｅの方向）において重なる位置に配置されている。

続いて、上述した合成セグメント１Ａの製造方法について説明する。
まず、図２に示す一対の主桁２，２のトンネル周方向Ｃの両端部にそれぞれ一対の主桁２，２間を渡すように一対の継手板３，３を接合し、一対の主桁２，２および一対の継手板３，３の地山Ｆ側にスキンプレート４を接合して鋼殻５を形成する（鋼殻形成工程）。
続いて、鋼殻５内部に第１主鉄筋７、第２主鉄筋８を配筋する（配筋工程）。
続いて、鋼殻５の内部にコンクリート６を充填する（コンクリート充填工程）。
そして、コンクリート６が硬化し、所定の強度となることで合成セグメント１Ａが製造される。

次に、上述した第１実施形態による合成セグメント１Ａの作用・効果について図１および図２を用いて説明する。
従来の合成セグメントは、トンネル軸方向Ｄにおいて均一に配置された複数の鉄筋と中詰めコンクリートが荷重を負担し、さらに、トンネル軸方向Ｄの両端部では、主桁が荷重を負担するため、トンネル軸方向Ｄの中央部よりも両端部の方が剛性が高く、合成セグメントにおけるトンネル軸方向Ｄ全体において剛性が均一とならないことがある。
これに対し、第１実施形態による合成セグメント１Ａによれば、複数の第１主鉄筋７，７…が、コンクリート６の内部においてトンネル軸方向Ｄの中央に寄せて配されていることにより、トンネル軸方向Ｄの中央部の剛性を高めることができるため、合成セグメント１Ａ全体の剛性をトンネル軸方向Ｄにおいて均一にすることができる。
また、トンネルにおいて地山Ｆ側から土水圧が作用したときに、合成セグメント１Ａにおける地山Ｆ側にトンネル周方向Ｃの圧縮力のトンネル径方向Ｅの分力がスキンプレート４に作用するが、この分力によってスキンプレート４が面外変形（座屈）する場合、スキンプレート４のトンネル軸方向Ｄの両端部側よりも中央の方が面外変形が大きくなる。
そこで、第１主鉄筋７，７…を合成セグメント１Ａにおけるトンネル軸方向Ｄの中央に配することによって、スキンプレート４の面外方向への変形を防止することができる。

（第２実施形態）
次に、他の実施形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１実施形態と異なる構成について説明する。
図３（ａ）および（ｂ）に示すように、第２実施形態による合成セグメント１Ｂでは、コンクリート６の内部に、内空Ｇ側にトンネル周方向Ｃに延びる複数の第１主鉄筋７，７…が配されて、地山Ｆ側にトンネル周方向Ｃに延びる複数の第２主鉄筋８，８…が配されている。そして、複数の第１主鉄筋７，７…および第２主鉄筋８，８…は、所定の本数ずつフープ筋９に囲繞されて、フープ筋９は、スキンプレート４に接合された定着部材１０に定着されている。

フープ筋９は、例えば丸鋼などが、トンネル周方向Ｄから見て略四角形のフープ状となるように曲げられて形成されている。
すべての第１主鉄筋７，７…および第２主鉄筋８，８…のうち、トンネル軸方向Ｄに連続して配列された複数の第１主鉄筋７，７…および、複数の第２主鉄筋８，８…がフープ筋９の内部に配されていて、これらの複数の第１主鉄筋７，７…および複数の第２主鉄筋８，８…は、フープ筋９に囲繞されて結束されている。

定着部材１０は、頭付スタッドジベルで構成され、トンネル周方向Ｃおよびトンネル軸方向Ｄに所定の間隔をあけて複数配列されている。トンネル周方向Ｃに隣り合う定着部材１０，１０の間隔は、トンネル周方向Ｃに隣り合うフープ筋９の間隔とほぼ同じとなるように設定されている。
定着部材１０は、頭付スタッドジベルの脚部１０ａがスキンプレート４の内空Ｇ側に溶接されていて、頭部１０ｂがフープ筋９と接合されている。
定着部材１０とフープ筋９とは、例えば、溶接されたり、結束線などで結束されたりして接合されている。
また、定着部材１０とフープ筋９とは、定着部材１０に形成された孔部にフープ筋９が挿通されたり、定着部材１０に備えられた突出部にフープ筋９が掛けられたりして、接合されていてもよい。
これにより、フープ筋９が定着部材１０に定着され、フープ筋９および定着部材１０を介して第１主鉄筋７、第２主鉄筋８およびスキンプレート４が連結されている。

ここで、トンネルにおいて地山Ｆ側から土水圧が作用した場合の、合成セグメント１Ｂに作用する応力について説明する。
トンネルにおいて地山Ｆ側から土水圧が作用すると、合成セグメント１Ｂにおける地山Ｆ側にトンネル周方向Ｃの圧縮力が作用し、内空Ｇ側にトンネル周方向Ｃの引張力が作用する。そして、引張力のトンネル径方向Ｅの分力（腹圧力）は、第１主鉄筋７に対してトンネル径方向Ｅ内側に向かって作用し、第１主鉄筋７はトンネル周方向Ｃの中央部が内空Ｇ側に変位して直線状になろうとする。

また、圧縮力のトンネル径方向Ｅの分力は、スキンプレート４に対してトンネル径方向Ｅ外側に向かって作用し、スキンプレートは、トンネル周方向Ｃの中央部が地山Ｆ側へ突出するように面外変形しようとする。
そして、スキンプレート４が面外変形しようとすることにより、スキンプレート４と接合された定着部材１０の頭部１０ｂが地山Ｆ側に変位しようとしてコンクリート６を支圧する。このため、図４に示すように、各定着部材１０の頭部１０ｂから地山Ｆ側のコンクリート６に対して仮想のコーン破壊面６１が形成されている。
そして、第２実施形態では、トンネル周方向Ｃおよびトンネル軸方向Ｄに隣り合う定着部材１０，１０…のコーン破壊面６１，６１…がそれぞれ連続するように定着部材１０の配置が設定されている。

第２実施形態による合成セグメント１Ｂの製造方法は、上述した第１実施形態による合成セグメント１Ａの製造方法における鋼殻形成工程の後に、スキンプレート４に定着部材１０を接合する定着部材接合工程を行う。
続いて、配筋工程において第１主鉄筋７，７…および第２主鉄筋８，８とともにフープ筋９の配筋も行い、フープ筋９と定着部材１０とを接合する。
続いて、コンクリート充填工程を行い、コンクリートが硬化し所定の強度となることで合成セグメント１Ｂが製造される。
なお、予めスキンプレート４に定着部材１０を接合しておき、定着部材１０が接合されたスキンプレート４を一対の主桁２，２および一対の継手板３，３に接合して鋼殻５を形成してもよい。

第２実施形態による合成セグメント１Ｂによれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、スキンプレート４と第１主鉄筋７，７とは、フープ筋９および定着部材１０を介して連結されているため、上述した圧縮力のトンネル径方向Ｅの分力と引張力のトンネル径方向Ｅの分力とが相殺され、スキンプレート４や第１主鉄筋７，７…の変形や変位を防止することができる。
ここで、スキンプレート４と第１主鉄筋７，７…とが連結されていないと、スキンプレート４が、圧縮力のトンネル径方向Ｅの分力によってトンネル周方向Ｃの中央部が地山Ｆ側へ突出するように面外変形し、コンクリート６と離間するとともに、第１主鉄筋７，７…が、引張力のトンネル径方向Ｅの分力によってトンネル周方向Ｃの中央部が内空Ｇ側に移動して直線状になり、コンクリート６の内空Ｇ側表面のかぶりコンクリートが剥離したり、付着割裂破壊したりするなどの事態が起こる虞があるが、第２実施形態では、このような事態が起こることを防止できて、地山Ｆ側から土水圧が作用した場合にも合成セグメント１Ｂの耐力を保持することができる。

また、合成セグメント１Ｂにおける地山Ｆ側に第２主鉄筋８，８が設けられているため、地山Ｆ側から土水圧が作用した場合に、この第２主鉄筋８，８にも圧縮力のトンネル径方向Ｅ外側方向の分力が作用する。そして、第２主鉄筋８，８…が第１主鉄筋７，７…とともにフープ筋９に囲繞されていることにより、第２主鉄筋８，８…に作用する圧縮力のトンネル径方向Ｅ外側方向の分力がスキンプレート４に作用する圧縮力のトンネル径方向Ｅ外側方向の分力とともに第１主鉄筋７，７…に作用する引張力のトンネル径方向Ｅ内側方向の分力を相殺させることができる。

また、トンネル周方向Ｃおよびトンネル軸方向Ｄに隣り合う定着部材１０の仮想のコーン破壊面６１が連続していることにより、仮想のコーン破壊面６１が効率的に繋がった補剛領域が形成されるため、補剛領域を容易に形成することができるとともに、これらの補剛領域が合成セグメント１Ｂに作用するトンネル周方向Ｃおよびトンネル軸方向Ｄの応力に対して確実に抵抗することができる。
これにより、スキンプレート４とコンクリート６とが離間することが防止されるため、スキンプレート４とコンクリート６とが確実に一体化し、高品質の合成構造を形成することができる。
また、定着部材１０は、頭付スタッドジベルで構成されていることにより、スキンプレート４とコンクリート６とを確実に一体化させることができる。

（第３実施形態）
図５に示すように、第３実施形態による合成セグメント１Ｃは、定着部材１０Ｃに、第２実施形態の定着部材１０に使用されたスタッドジベルに代えて、丸鋼などの棒状の鋼材を略Ｊ字状となるように曲げられて形成された部材（Ｊ字状鋼材）が使用されている。そして、この定着部材１０Ｃは、第２実施形態と同様にトンネル軸方向Ｄおよびトンネル周方向Ｃに所定の間隔をあけて複数配列されている。

定着部材１０Ｃは、略Ｊ字状の湾曲部１１に対して一方の端部１２側が他方の端部１３側より長く形成されていて、一方の端部１２がスキンプレート（不図示）に溶接されている。このとき、定着部材１０は、トンネル軸方向Ｄから見て略Ｊ字状となる向きに設置されている。そして、定着部材１０は、湾曲部１１にフープ筋９が掛けられるように構成されていて、湾曲部１１にフープ筋９が掛けられることでフープ筋９が定着されている。
なお、湾曲部１１に掛けられたフープ筋９は、必要に応じて溶接されたり結束線で結束されたりしてもよい。

第３実施形態による合成セグメント１Ｃによれば、第２実施形態と同様の効果を奏するとともに、フープ筋９を定着部材１０Ｃに容易に定着させることができる。

（第４実施形態）
図６に示すように、第４実施形態による合成セグメント１Ｄは、定着部材１０Ｄに、第２実施形態の定着部材１０に使用されたスタッドジベルに代えて、Ｌ形鋼が使用されている。
定着部材１０Ｄは、トンネル周方向Ｃに延在するように設けられて、直交する一対の板部１４，１５のうち一方の板部１４の他方の板部１５と接合されている側と反対側の端面１４ａがスキンプレート（不図示）に溶接されている。

そして、一方の板部１４には、延在方向（トンネル周方向Ｃ）に所定の間隔をあけて複数の孔部１４ｂ，１４ｂ…が形成されていて、この孔部１４ｂ，１４ｂ…にそれぞれフープ筋９が挿通されるように構成されている。このため、トンネル周方向Ｃに隣り合う孔部１４ｂ，１４ｂの間隔は、トンネル軸方向Ｄに隣り合うフープ筋９，９の間隔と略同一となるように設定されている。
そして、定着部材１０Ｄは、各孔部１４ｂ，１４ｂ…にそれぞれフープ筋９，９…が挿通されることでフープ筋９，９…が定着されるように構成されている。

定着部材１０Ｄは、トンネル周方向Ｃに配列されたすべてのフープ筋９，９…が定着可能な長さのＬ形鋼としてもよいし、トンネル周方向Ｃに複数に分割された長さのＬ形鋼としてもよい。
そして、第４実施形態の定着部材１０Ｄにおいても、他方の板部１５による仮想のコーン破壊面が形成されるため、隣り合う定着部材１０による仮想のコーン破壊面が連続するように定着部材１０の形状および配置を設定することが好ましい。

第４実施形態による合成セグメント１Ｄによれば、第２実施形態と同様の効果を奏する。

（第５実施形態）
図７に示すように、第５実施形態による合成セグメント１Ｅは、第２主鉄筋８が配されていないとともに、フープ筋９、９…が複数の第１主鉄筋 ７，７…を１本ずつ囲繞していて、フープ筋９，９…が１つずつ定着部材１０に定着されている。

第５実施形態による合成セグメント１Ｅによれば、第１主鉄筋７，７…とスキンプレート４とがフープ筋９および定着部材１０を介して確実に連結されるため、第１主鉄筋７，７…およびスキンプレート４の変形や変位を確実に防止することができる。

（第６実施形態）
図８に示すように、第６実施形態による合成セグメント１Ｆは、主桁２，２およびスキンプレート４に連結された連結部材（リブ）１６が、トンネル周方向Ｃ（図１参照）に間隔をあけて複数設けられている。
連結部材１６は、例えば鋼板などでトンネル周方向Ｃ視において略三角形の板状に形成されていて、第１の端面１６ａが主桁２に連結され、第２の端面１６ｂがスキンプレート４に接合され、第３の端面１６ｃがコンクリート６に面している。
この連結部材１６は、第２実施形態の合成セグメント１Ｂの製造方法における、鋼殻形成工程または定着部材接合工程において主桁２，２およびスキンプレート４に連結されることが好ましい。

第６実施形態による合成セグメント１Ｆによれば、主桁２とスキンプレート４とが連結部材１６を介して確実に連結され、スキンプレート４に作用する面外方向の力を連結部材１６を介して主桁２，２に伝達させることができるため、スキンプレート４の座屈強度を向上させることができる。

以上、本発明による合成セグメントおよび合成セグメントの製造方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
上記の実施形態では、合成セグメント１Ａ〜１Ｆは、一対の主桁２，２および一対の継手板３，３の地山Ｆ側のみにスキンプレート４が設けられているが、一対の主桁２，２および一対の継手板３，３の内空Ｇ側にも円弧面状のスキンプレートが設けられた構成としてもよい。
また、上記の実施形態では、定着部材１０，１０Ｃ，１０Ｄは、頭付スタッドジベル、Ｊ字状鋼材、Ｌ形鋼などとしているが、他にＴ形鋼やＣ形鋼（チャンネル材）などとしてもよく、定着部材１０とスキンプレート４との接合や、定着部材１０とフープ筋９との接合は、溶接や結束筋による結束以外の方法で行われてもよい。
また、上記の実施形態では、主桁２は、平板で形成され、断面形状が矩形状となっているが、例えば、トンネル径方向Ｅの内空Ｇ側または地山Ｆ側またはその両方の端部に、トンネル軸方向Ｄに突出する突出板（フランジ）が備えられていて、断面形状が略Ｌ字形、略Ｉ字形、略Ｃ字形（略コの字形）などとなるように形成されていてもよい。

また、上記の実施形態では、トンネル周方向Ｃおよび前記トンネル軸方向Ｄに隣り合う定着部材１０，１０の仮想のコーン破壊面６１，６１は、それぞれ連続しているが、連続していなくてもよい。
また、定着部材１０は、スキンプレート４とフープ筋９とを連結できるようであれば、上記の実施形態のような形状以外の部材を使用してもよい。このとき、定着部材１０によって仮想のコーン破壊面６１が形成されなくてもよい。
また、上記の第６実施形態では、合成セグメント１Ｆに連結部材１６が設けられているが、第６実施形態以外の実施形態による合成セグメント１Ａ〜１Ｅに連結部材１６を設けてもよい。

１Ａ〜１Ｆ 合成セグメント
２ 主桁
３ 継手板
４ スキンプレート
５ 鋼殻
６ コンクリート
７，７ａ 第１主鉄筋
８ 第２主鉄筋
９ フープ筋
１０，１０Ｃ，１０Ｄ 定着部材
１６ 連結部材
６１ 仮想のコーン破壊面
Ｃ トンネル周方向
Ｄ トンネル軸方向
Ｅ トンネル径方向
Ｆ 地山
Ｇ 内空
ｗ１ 第１主鉄筋と主桁との間隔
ｗ２ 第１主鉄筋の配置間隔（配筋ピッチ）
ｈ 主桁の高さ

Claims (10)

1. トンネルの掘削穴の内壁に沿ってトンネル周方向およびトンネル軸方向に複数連結される円弧版状の合成セグメントにおいて、
   前記トンネル軸方向に所定の間隔をあけて配されて前記トンネル周方向に延びる一対の主桁と、
   該一対の主桁の前記トンネル周方向の両端部に該一対の主桁間を渡すように接合された継手板と、
   前記主桁および前記継手板の前記トンネル径方向外側に接合されたスキンプレートと、
   前記一対の主桁、前記継手板および前記スキンプレートで形成された鋼殻の内部に充填されたコンクリートと、を備え、
   該コンクリートの内部には、前記トンネル径方向内側に前記トンネル周方向に延びる複数の第１主鉄筋が前記トンネル軸方向に所定の配置間隔をあけて配されていて、
   該複数の第１主鉄筋のうち配列の両端に配された第１主鉄筋は、前記主桁との間隔が前記配置間隔以上であることを特徴とする合成セグメント。
2. 前記複数の第１主鉄筋のうち配列の両端に配された第１主鉄筋と前記主桁との間隔は、前記主桁の高さ寸法と略同じ寸法となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の合成セグメント。
3. 前記コンクリートの内部には、前記第１主鉄筋を囲繞するフープ筋と、前記スキンプレートに接合されるとともに前記フープ筋が定着可能な定着部材と、が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の合成セグメント。
4. 前記定着部材は、頭付きスタッドジベルまたはＴ形鋼またはＬ形鋼またはＣ形鋼またはＪ字状鋼材から構成されていることを特徴とする請求項３に記載の合成セグメント。
5. 前記定着部材は、前記トンネル周方向および前記トンネル軸方向の両方または一方に所定の間隔をあけて複数配列されていて、前記トンネル周方向および前記トンネル軸方向の両方または一方に隣り合う前記定着部材の仮想のコーン破壊面は、それぞれ連続していることを特徴とする請求項３または４に記載の合成セグメント。
6. 前記定着部材と前記スキンプレートとは、溶接されていて、
   前記定着部材と前記フープ筋とは溶接されている、または前記定着部材に形成された孔部に前記フープ筋が挿入されている、または前記定着部材に形成された突出部に前記フープ筋が掛けられていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の合成セグメント。
7. 前記フープ筋は、前記複数の第１主鉄筋を１本ずつ囲繞していて、１つずつ前記定着部材に定着していることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の合成セグメント。
8. 前記コンクリートの内部には、前記第１主鉄筋よりも前記トンネル径方向外側に、前記トンネル周方向に延びる複数の第２主鉄筋が前記トンネル軸方向に所定の配置間隔をあけて配されていて、該複数の第２主鉄筋のうち配列の両端に配された第２主鉄筋は、前記主桁との間隔が前記複数の第１主鉄筋のうち配列の両端に配された第１主鉄筋と前記主桁との間隔と略同じ寸法であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の合成セグメント。
9. 前記コンクリートの内部には、略三角形の板状に形成されてその面外方向を前記トンネル周方向とするとともにその端面が前記主桁および前記スキンプレートにそれぞれ連結された連結部材が、１つまたは前記トンネル周方向に所定の間隔をあけて複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の合成セグメント。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の合成セグメントを製造する合成セグメントの製造方法であって、
    前記一対の主桁の前記トンネル周方向の両端部に該一対の主桁間を渡すように前記継手板を接合し、前記一対の主桁および前記継手板の前記トンネルの地山側に前記スキンプレートを接合して鋼殻を形成する鋼殻形成工程と、
    前記鋼殻内部に前記トンネル軸方向の中央に寄せて前記複数の第１主鉄筋を配筋する配筋工程と、
    前記鋼殻の内部に前記コンクリートを充填するコンクリート充填工程と、を備えることを特徴とする合成セグメントの製造方法。

Images