JP2016008447A - セグメント - Google Patents

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Abstract

【課題】セグメントの製造手間や製造コストの増大を抑制すると同時に、セグメントの有効断面を増加させて合理的な構造を実現することのできるセグメントを提供する。【解決手段】シールドトンネルを構築するためのセグメント1に関する。本発明を適用したセグメント1は、トンネルの奥行方向X及び周方向Wに延びる鋼殻2と、鋼殻2に設けられる補剛鋼材3とを備える。鋼殻2は、トンネルの周方向Wに延びる一対の主桁21と、トンネルの周方向Wで一対の主桁21の両端部21aに架設される一対の継手板22と、一対の主桁21に架設される1又は複数の縦リブ23と、トンネルの地山側Aで主桁21に取り付けられるスキンプレート24とを有する。補剛鋼材3は、トンネルの周方向Wに延びる丸棒鋼材31が、スキンプレート24に接するように配置されて設けられる。【選択図】図2

Description

本発明は、複数のセグメントピースが組み合わせられて、シールドトンネルを構築するためのセグメントに関するものである。
従来から、地下河川や道路トンネル等においては、複数のセグメントピースを組み合わせてシールドトンネル覆工体を構築することが行われており、そのようなセグメントピースとして、特許文献1に開示されるセグメントが提案されている。
特許文献1に開示されたセグメントは、一対の主桁と、一対の主桁の端部同士に連結される一対の継手板と、トンネルの地山側で四辺が主桁及び継手板に固定されるスキンプレートとを有する鋼殻を備えるものである。特許文献1に開示されたセグメントでは、トンネルの内空側以外の5面が取り囲まれた鋼殻を備えるもののほか、トンネルの内空側にもスキンプレートが設けられることで、6面が取り囲まれた鋼殻を備えるものとしたものも提案されている。
特許文献1に開示されたセグメントでは、スキンプレートの所定幅を主桁の有効断面として算入することで、主桁の断面性能を適切に評価して、合理的な構造を目指すことができるものとなる。また、特許文献1に開示されたセグメントでは、トンネルの内空側で、主桁に沿った方向に凹凸溝又は突条がスキンプレートに形成されることで、トンネルの周方向に対する断面形状を矩形断面とした場合と比較して、有効断面を増加させることができるものとしている。
特開2011−157809号公報
ここで、近年においては、トンネルの高速施工ニーズの要請から、一度の組立作業によって構築されるトンネルの奥行方向の延長を増加させるものとして、各々のセグメントの奥行方向の延長を増大させたセグメントの幅広化が志向されている。
このとき、各々のセグメントのスキンプレートも、奥行方向の延長が増大して幅広化させたものとなるが、有効断面として算入することのできる所定幅が、スキンプレートの板厚寸法のみから決定されるものであるため、スキンプレートを幅広化させても、鋼材重量が増大するのみで、有効断面として算入することのできる所定幅を増大させることができないものとなる。
また、特許文献1に開示されたセグメントでは、トンネルの内空側に突出させた凹凸溝又は突条がスキンプレートに形成されることで、スキンプレートが取り付けられる継手板に、凹凸溝又は突条の形状に合わせた高度な加工が要求されるものとなることから、セグメントの製造に要する製造手間及び製造コストが増大するおそれがあり、また止水性に悪影響を及ぼす可能性もあった。
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、セグメントの製造手間や製造コストの増大を抑制すると同時に、セグメントの有効断面を増加させて合理的な構造を実現することのできるセグメントを提供することにある。
第1発明に係るセグメントは、シールドトンネルを構築するためのセグメントであって、トンネルの奥行方向及び周方向に延びる鋼殻と、前記鋼殻に設けられる補剛鋼材とを備え、前記鋼殻は、トンネルの周方向に延びる一対の主桁と、トンネルの周方向で一対の前記主桁の両端部に架設される一対の継手板と、一対の前記主桁に架設される1又は複数の縦リブと、トンネルの地山側で前記主桁に取り付けられるスキンプレートとを有し、前記補剛鋼材は、トンネルの周方向に延びる丸棒鋼材が、前記スキンプレートに接するように配置されて設けられることを特徴とする。
第2発明に係るセグメントは、シールドトンネルを構築するためのセグメントであって、トンネルの奥行方向及び周方向に延びる鋼殻と、前記鋼殻に設けられる補剛鋼材とを備え、前記鋼殻は、トンネルの周方向に延びる一対の主桁と、トンネルの周方向で一対の前記主桁の両端部に架設される一対の継手板と、一対の前記主桁に架設される1又は複数の縦リブと、トンネルの地山側で前記主桁に取り付けられるスキンプレートとを有し、前記補剛鋼材は、トンネルの周方向に延びる波形鋼材が、前記スキンプレートに接するように配置されて設けられることを特徴とする。
第3発明に係るセグメントは、第1発明又は第2発明において、前記スキンプレートは、トンネルの地山側に突出してトンネルの周方向に延びる1又は複数の溝条突部が形成されることを特徴とする。
第4発明に係るセグメントは、第1発明〜第3発明の何れかにおいて、前記補剛鋼材は、トンネルの奥行方向で、前記スキンプレートの両側端から構造設計上有効とされる有効幅で離間した位置よりも、前記スキンプレートの中央側に設けられることを特徴とする。
第5発明に係るセグメントは、シールドトンネルを構築するためのセグメントであって、トンネルの奥行方向及び周方向に延びる鋼殻を備え、前記鋼殻は、トンネルの周方向に延びる一対の主桁と、トンネルの周方向で一対の前記主桁の両端部に架設される一対の継手板と、一対の前記主桁に架設される1又は複数の縦リブと、トンネルの地山側で前記主桁に取り付けられるスキンプレートとを有し、前記スキンプレートは、トンネルの地山側に突出してトンネルの周方向に延びる1又は複数の溝条突部が形成されることを特徴とする。
第6発明に係るセグメントは、第5発明において、前記溝条突部は、トンネルの奥行方向で、前記スキンプレートの両側端から構造設計上有効とされる有効幅で離間した位置よりも、前記スキンプレートの中央側に形成されることを特徴とする。
第7発明に係るセグメントは、第1発明〜第6発明の何れかにおいて、前記鋼殻は、一対の前記主桁と、一対の前記継手板と、前記スキンプレートとによって形成された鋼殻内部に、充填材が充填されることを特徴とする。
第1発明、第2発明によれば、スキンプレートに高い自由度で安価に補剛鋼材を設けることで、セグメントの断面性能を著しく向上させて曲げ剛性及び曲げ耐力を効率的に向上させることができるため、鋼材調達コストや加工手間の増大を防止して、セグメントの製造手間や製造コストの増大を抑制すると同時に、セグメントの有効断面を増加させて合理的な構造を実現することが可能となる。
第1発明、第2発明によれば、スキンプレートの曲げ剛性及び曲げ耐力を向上させるために、汎用的かつ容易に入手可能な丸棒鉄筋や山形鋼板を用いて、高い自由度で安価に補剛鋼材を設けることができることから、各々のセグメントの桁高減、幅広化等の様々なニーズに容易かつ的確に対応することが可能となる。
特に、第2発明によれば、補剛鋼材に波形鋼材が用いられて、複数の波形条部が一体的に形成された波形鋼材を、スキンプレートの奥行方向又は周方向の両端等のみに溶接接合等させることで容易に設けることができるため、セグメントの製造効率を著しく向上させることが可能となる。
第3発明によれば、トンネルの地山側に突出する1又は複数の溝条突部がスキンプレートに形成されることから、スキンプレートの剛性を向上させて、セグメントの曲げ変形に対してスキンプレートの略全断面を有効断面として算入することができるものとして、スキンプレートや主桁の板厚寸法を小さくすることができるため、スキンプレートが略平板状に形成される場合と比較して、セグメントに設けられるスキンプレートの鋼材重量を低減させることが可能となる。
第4発明、第6発明によれば、スキンプレートの両側端から所定の距離で離間させた位置よりも、スキンプレートの中央側に、丸棒鋼材、波形鋼材又は溝条突部を重点的に設けることができることから、従来、セグメントの構造設計上の有効断面として算入されることのなかったスキンプレートの中央側を、丸棒鋼材等で集中的に補強して、丸棒鋼材等の数量を過剰に増大させることなく、セグメントの製造手間や製造コストの増大を抑制すると同時に、セグメントの有効断面を合理的に増加させることが可能となる。
第5発明によれば、トンネルの地山側のみに突出させた1又は複数の溝条突部がスキンプレートに形成されて、溝条突部が鋼殻内部に突出しないものとなるため、縦リブ及び継手板の端部に複雑な切削加工等を実施することなく、スキンプレートに縦リブを当接させることができるものとして、セグメントの製造手間や製造コストの増大を抑制すること及び止水性を向上することが可能となる。
第7発明によれば、鋼殻内部を空洞とした鋼製セグメントだけでなく、中詰めコンクリート等の充填材が鋼殻内部に充填されたものとすることもできるため、鋼材とコンクリート等とにより製造されたコンクリート中詰鋼製セグメントを提供することが可能となる。
本発明を適用したセグメントで構築されるシールドトンネルを示す斜視図である。 本発明を適用したセグメントの第1実施形態で丸棒鋼材が設けられた状態を示す斜視図である。 本発明を適用したセグメントの第1実施形態で丸棒鋼材が設けられた状態をトンネルの奥行方向に対する縦断面で示す側面図である。 本発明を適用したセグメントの第1実施形態で丸棒鋼材が設けられた状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す正面図である。 本発明を適用したセグメントの第1実施形態で丸棒鋼材が設けられた状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す拡大正面図である。 本発明を適用したセグメントの第1実施形態で波形鋼材が設けられた状態を示す斜視図である。 本発明を適用したセグメントの第1実施形態で波形鋼材が設けられた状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す正面図である。 本発明を適用したセグメントの第1実施形態で波形鋼材が設けられた状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す拡大正面図である。 本発明を適用したセグメントの第1実施形態で溝条突部が形成された状態を示す斜視図である。 本発明を適用したセグメントの第1実施形態で丸棒鋼材が設けられるとともに溝条突部が形成された状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す正面図である。 本発明を適用したセグメントの第1実施形態で波形鋼材が設けられるとともに溝条突部が形成された状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す正面図である。 本発明を適用したセグメントの第2実施形態で溝条突部が形成された状態を示す斜視図である。 本発明を適用したセグメントの第2実施形態で溝条突部が形成された状態をトンネルの周方向に対する横断面で示す正面図である。 本発明を適用したセグメントの第1実施形態で鋼殻内部に充填材が充填された状態をトンネルの奥行方向に対する縦断面で示す側面図である。 本発明を適用したセグメントの第2実施形態で鋼殻内部に充填材が充填された状態をトンネルの奥行方向に対する縦断面で示す側面図である。
以下、本発明を適用したセグメント1を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明を適用したセグメント1は、図1に示すように、トンネルの奥行方向X及び周方向Wに、複数のものが組み合わせられて、シールドトンネル7が地中8に構築されるものである。
シールドトンネル7は、シールドマシン70で地中8を掘削してから、シールドマシン70の後方で、複数のセグメント1がリング状に組み合わせられることで、トンネルの周方向Wでリング状に形成されたセグメントリング71が組み立てられるものである。
シールドトンネル7は、複数のセグメント1を組み合わせることでセグメントリング71を組み立てて、また、シールドマシン70を地中8で前進させて、さらに、シールドマシン70の後方で、セグメントリング71を組み立てるという手順を繰り返すことにより構築される。
シールドトンネル7は、トンネルの地山側Aと内空側Bとが、トンネルの奥行方向Xに連結された複数のセグメントリング71で仕切られる。シールドトンネル7は、トンネルの地山側Aからの土圧や水圧に対して、複数のセグメントリング71を抵抗させるものとすることで、トンネルの内空側Bに内側空間Sが確保されるものとなる。
本発明を適用したセグメント1は、図2に示すように、第1実施形態において、トンネルの奥行方向X及び周方向Wに所定の延長で延びる鋼殻2と、鋼殻2に設けられる補剛鋼材3とを備える。
鋼殻2は、トンネルの周方向Wに延びる一対の主桁21と、トンネルの奥行方向Xに延びる一対の継手板22と、トンネルの奥行方向Xに延びる1又は複数の縦リブ23と、トンネルの奥行方向X及び周方向Wに延びるスキンプレート24とを有する。鋼殻2は、一対の主桁21と、一対の継手板22と、スキンプレート24とによって、5つの面が取り囲まれた略中空状の鋼殻内部20が形成される。
一対の主桁21は、トンネルの周方向Wに所定の曲率で湾曲させることによって形成された2枚の鋼板等が、トンネルの奥行方向Xに所定の間隔を空けて略平行に並べられて設けられるものである。各々の主桁21は、例えば、板厚寸法を16mm程度とするとともに、トンネルの径方向Yの高さ寸法を250mm程度とした鋼板が用いられる。
主桁21は、トンネルの径方向Yに延びて断面略I形状に形成されるとともに、トンネルの周方向Wに延びて略円弧状に形成される。主桁21は、トンネルの奥行方向Xに隣り合う他のセグメント1と連結させるために、鋼殻内部20に突出する1又は複数のボルトボックス25が設けられる。ボルトボックス25は、トンネルの奥行方向Xに隣り合わせる他のセグメント1のボルトボックス25と、接合用の短ボルト等で接合されることで、トンネルの奥行方向Xに隣り合う複数のセグメント1を機械的に連結させるものとなる。
一対の継手板22は、略平板状に形成された2枚の鋼板等が、トンネルの奥行方向Xで互いに略平行に、トンネルの周方向Wに所定の間隔を空けて並べられて設けられるものである。各々の継手板22は、例えば、板厚寸法を16mm程度とするとともに、トンネルの径方向Yの高さ寸法を250mm程度とした鋼板が用いられる。各々の継手板22は、トンネルの周方向Wにおける一対の主桁21の両端部21aに、溶接接合等により固定されて架設される。
継手板22は、トンネルの奥行方向X及び径方向Yに延びて略矩形状に形成される。継手板22は、トンネルの周方向Wに隣り合う他のセグメント1と連結させるために、鋼殻内部20に突出する1又は複数のボルトボックス25が設けられる。ボルトボックス25は、トンネルの周方向Wに隣り合わせる他のセグメント1のボルトボックス25と、接合用の短ボルト等で接合されることで、トンネルの周方向Wに隣り合う複数のセグメント1を機械的に連結させるものとなる。
縦リブ23は、略平板状に形成された複数の鋼板等が、トンネルの奥行方向Xで互いに略平行に、トンネルの周方向Wに所定の間隔を空けて並べられて設けられるものである。各々の縦リブ23は、トンネルの奥行方向X及び径方向Yに延びて略矩形状に形成される。各々の縦リブ23は、例えば、板厚寸法を6mm程度として、滑り止め用に複数の突起26が形成された縞鋼板等が用いられる。各々の縦リブ23は、鋼殻内部20において、一対の継手板22とトンネルの奥行方向Xで互いに略平行に設けられて、一対の主桁21に溶接接合等により固定して架設される。
スキンプレート24は、トンネルの奥行方向X及び周方向Wに延びて略平板状に形成されるとともに、トンネルの周方向Wに所定の曲率で湾曲させることによって形成された湾曲鋼板等が用いられるものである。スキンプレート24は、例えば、板厚寸法tsを3mm〜6mm程度とした湾曲鋼板等を、トンネルの地山側Aで、主桁21に取り付けることにより設けられて、また、必要に応じて、トンネルの内空側Bでも、所定の板厚寸法tsを有する湾曲鋼板等を、主桁21に取り付けることにより設けられる。スキンプレート24は、一対の主桁21及び一対の継手板22に、四辺を溶接接合等により固定して架設される。
補剛鋼材3は、図3に示すように、トンネルの周方向Wに延びる1又は複数の丸棒鋼材31が、トンネルの周方向Wに所定の曲率で湾曲させて、スキンプレート24に接するようにして配置されて設けられる。各々の丸棒鋼材31は、トンネルの周方向Wの全長に亘って、又は、トンネルの周方向Wの一部のみで、スキンプレート24に溶接接合等により固定される。
丸棒鋼材31は、図4に示すように、例えば、呼び径をD13〜D29程度とした丸棒鉄筋等が用いられて、スキンプレート24におけるトンネルの内空側Bで、スキンプレート24に固定される。丸棒鋼材31は、これに限らず、スキンプレート24におけるトンネルの地山側Aで、スキンプレート24に固定されるものであってもよい。
丸棒鋼材31は、一対の主桁21の間に所定の数量で、トンネルの奥行方向Xに所定の間隔を空けて、一対の主桁21と略平行となるように設けられる。複数の丸棒鋼材31は、一対の主桁21の間に設けられる数量が、トンネルの奥行方向Xにおけるセグメント1の幅寸法H、及び、スキンプレート24の板厚寸法tsにより定められるものであり、例えば、セグメント1の幅寸法Hが1000mmである場合に、8本の丸棒鋼材31が設けられるものとなる。
丸棒鋼材31は、トンネルの奥行方向Xで、スキンプレート24の両側端24aから所定の距離hで離間させた位置Nよりも、スキンプレート24の両端側Gに設けられないものとして、スキンプレート24の中央側Fのみに設けられるものとなる。なお、丸棒鋼材31は、これに限らず、スキンプレート24の両側端24aから所定の距離hで離間した位置Nを境界に、スキンプレート24の中央側F及び両端側Gの両方に設けられるものとされてもよい。
丸棒鋼材31は、図5に示すように、トンネルの周方向Wに対する横断面視において、丸棒鋼材31の一端部31aが、スキンプレート24に接するように配置されて、また、丸棒鋼材31の他端部31bが、縦リブ23の地山側Aの端部23aに接するように配置される。丸棒鋼材31は、丸棒鋼材31の他端部31bと縦リブ23の端部23aとが接する当接箇所Cを、仮付け溶接等によって接合することで、縦リブ23に簡易に固定されるものとなる。
丸棒鋼材31は、丸棒鋼材31の一端部31aと他端部31bとによって、スキンプレート24と縦リブ23とを離間させて、トンネルの奥行方向Xに隣り合った丸棒鋼材31の間で、スキンプレート24と縦リブ23との間に、所定の大きさの間隙4を形成させるものとなる。
補剛鋼材3は、図6に示すように、変形例において、トンネルの周方向Wに延びる波形鋼材32が、トンネルの周方向Wに所定の曲率で湾曲させて、スキンプレート24に接するようにして配置されて設けられる。波形鋼材32は、トンネルの径方向Yで断面略三角形状等に凹凸させた1又は複数の波形条部33が、トンネルの奥行方向Xに連続させて形成される。波形鋼材32は、トンネルの周方向Wの全長に亘って、又は、トンネルの周方向Wの一部のみで、スキンプレート24に溶接接合等により固定される。
波形鋼材32は、図7に示すように、スキンプレート24におけるトンネルの内空側Bで、例えば、板厚寸法を2mm程度とした山形鋼板等が、スキンプレート24に固定される。波形鋼材32は、これに限らず、スキンプレート24におけるトンネルの地山側Aで、所定の板厚寸法を有する山形鋼板等が、スキンプレート24に固定されるものであってもよい。
波形鋼材32は、複数の波形条部33が、一対の主桁21と略平行となるように形成される。波形鋼材32は、一対の主桁21の間に設けられる複数の波形条部33の数量が、トンネルの奥行方向Xにおけるセグメント1の幅寸法H、及び、スキンプレート24の板厚寸法tsにより定められるものであり、例えば、セグメント1の幅寸法Hが1000mmである場合に、8条の波形条部33が形成されるものとなる。
波形鋼材32は、トンネルの奥行方向Xで、スキンプレート24の両側端24aから所定の距離hで離間させた位置Nよりも、スキンプレート24の両端側Gに設けられないものとして、スキンプレート24の中央側Fのみに設けられるものとなる。なお、波形鋼材32は、これに限らず、スキンプレート24の両側端24aから所定の距離hで離間した位置Nを境界に、スキンプレート24の中央側F及び両端側Gの両方に設けられるものとされてもよい。
波形鋼材32は、図8に示すように、トンネルの周方向Wに対する横断面視において、波形条部33の凸端部33aが、スキンプレート24に接するように配置されて、また、波形条部33の凹端部33bが、縦リブ23の地山側Aの端部23aに接するように配置される。波形鋼材32は、波形条部33の凹端部33bと縦リブ23の端部23aとが接する当接箇所Cを、仮付け溶接等によって接合することで、縦リブ23に簡易に固定されるものとなる。
波形鋼材32は、波形条部33の凸端部33aと凹端部33bとによって、スキンプレート24と縦リブ23とを離間させて、トンネルの奥行方向Xに隣り合った波形条部33の間で、スキンプレート24と縦リブ23との間に、所定の大きさの間隙4を形成させるものとなる。
本発明を適用したセグメント1は、第1実施形態において、図2、図6に示すように、丸棒鋼材31又は波形鋼材32が、スキンプレート24に接するようにして配置されて設けられる。このとき、本発明を適用したセグメント1は、丸棒鋼材31又は波形鋼材32が配置されることによってスキンプレート24の剛性が向上して、セグメント1の曲げ変形に対してスキンプレート24の略全断面を有効断面として算入することができるものとして、セグメント1の断面性能を著しく向上させることができる。また、本発明を適用したセグメント1は、突条を有する形鋼とした鋼板をスキンプレート24として用いるまでもなく、汎用的かつ容易に入手可能な丸棒鉄筋や山形鋼板が補剛鋼材3として用いられることで、スキンプレート24に高い自由度で安価に補剛鋼材3を設けることができる。
本発明を適用したセグメント1は、スキンプレート24に高い自由度で安価に補剛鋼材3を設けることで、セグメント1の断面性能を著しく向上させて曲げ剛性及び曲げ耐力を効率的に向上させることができるため、鋼材調達コストや加工手間の増大を防止して、セグメント1の製造手間や製造コストの増大を抑制すると同時に、セグメント1の有効断面を増加させて合理的な構造を実現することが可能となる。また、本発明を適用したセグメント1は、曲げ剛性及び曲げ耐力を向上させるために、汎用的かつ容易に入手可能な丸棒鉄筋や山形鋼板を用いて、高い自由度で安価に補剛鋼材3を設けることができることから、各々のセグメント1の桁高減、幅広化等の様々なニーズに容易かつ的確に対応することが可能となる。
本発明を適用したセグメント1は、第1実施形態において、特に、波形鋼材32が補剛鋼材3として用いられることで、複数の波形条部33が連続的かつ一体的に形成されることから、各別の丸棒鋼材31が設けられる場合と比較して、補剛鋼材3の断面性能を著しく向上させることが可能となる。また、本発明を適用したセグメント1は、複数の丸棒鋼材31が補剛鋼材3として用いられる場合に、各々の丸棒鋼材31をスキンプレート24の複数箇所で溶接接合等するものとなる。これに対して、本発明を適用したセグメント1は、補剛鋼材3に波形鋼材32が用いられる場合に、複数の波形条部33が一体的に形成された波形鋼材32を、スキンプレート24の奥行方向X又は周方向Wの両端等のみに溶接接合等させることで容易に設けることができるため、セグメント1の製造効率を著しく向上させることが可能となる。
本発明を適用したセグメント1は、第1実施形態において、図9に示すように、トンネルの径方向Yに15mm〜30mm程度の高さ寸法で、トンネルの地山側Aに突出する1又は複数の溝条突部30がスキンプレート24に形成されてもよい。各々の溝条突部30は、略平板状の鋼板等を部分的に屈曲等させることで、トンネルの周方向Wに対する横断面視において、略矩形状等に形成される。各々の溝条突部30は、トンネルの周方向Wでスキンプレート24の全長に亘って、又は、トンネルの周方向Wでスキンプレート24の一部のみで、トンネルの周方向Wに所定の曲率で湾曲させて、トンネルの周方向Wに延びて設けられる。
溝条突部30は、図10、図11に示すように、一対の主桁21の間に所定の数量で、トンネルの奥行方向Xに所定の間隔を空けて、一対の主桁21と略平行となるように設けられる。複数の溝条突部30は、一対の主桁21の間に設けられる数量が、トンネルの奥行方向Xにおけるセグメント1の幅寸法H、及び、スキンプレート24の板厚寸法tsにより定められるものであり、例えば、セグメント1の幅寸法Hが1000mmである場合に、8条の溝条突部30が設けられるものとなる。
溝条突部30は、トンネルの奥行方向Xで、スキンプレート24の両側端24aから所定の距離hで離間させた位置Nよりも、スキンプレート24の両端側Gに設けられないものとして、スキンプレート24の中央側Fのみに設けられるものとなる。なお、溝条突部30は、これに限らず、スキンプレート24の両側端24aから所定の距離hで離間した位置Nを境界に、スキンプレート24の中央側F及び両端側Gの両方に設けられるものとされてもよい。
本発明を適用したセグメント1は、第1実施形態において、トンネルの地山側Aに突出する1又は複数の溝条突部30がスキンプレート24に形成されることで、スキンプレート24の剛性を向上させて、セグメント1の曲げ変形に対してスキンプレート24の略全断面を有効断面として算入することができるものとして、セグメント1の断面性能を著しく向上させることができる。本発明を適用したセグメント1は、スキンプレート24の略全断面を有効断面として算入することで、スキンプレート24の板厚寸法tsや主桁21の板厚寸法を小さくすることができるため、スキンプレート24が略平板状に形成される場合と比較して、セグメント1に設けられるスキンプレート24の鋼材重量を低減させることが可能となる。
次に、本発明を適用したセグメント1の第2実施形態について説明する。なお、上述した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。
本発明を適用したセグメント1は、図12に示すように、第2実施形態において、トンネルの奥行方向X及び周方向Wに所定の延長となるように延びる鋼殻2を備える。
鋼殻2は、トンネルの周方向Wに延びる一対の主桁21と、トンネルの奥行方向Xに延びる一対の継手板22と、トンネルの奥行方向Xに延びる1又は複数の縦リブ23と、トンネルの奥行方向X及び周方向Wに延びるスキンプレート24とを有する。鋼殻2は、一対の主桁21と、一対の継手板22と、スキンプレート24とによって、5つの面が取り囲まれた略中空状の鋼殻内部20が形成される。
スキンプレート24は、トンネルの奥行方向X及び周方向Wに延びて略平板状に形成されるとともに、トンネルの周方向Wに所定の曲率で湾曲させることによって形成された湾曲鋼板等が用いられるものである。スキンプレート24は、例えば、板厚寸法tsを3mm〜6mm程度とした湾曲鋼板等を、トンネルの地山側Aで、主桁21に取り付けることにより設けられて、また、必要に応じて、トンネルの内空側Bでも、所定の板厚寸法tsを有する湾曲鋼板等を、主桁21に取り付けることにより設けられる。スキンプレート24は、一対の主桁21及び一対の継手板22に、四辺を溶接接合等により固定して架設される。
スキンプレート24は、丸棒鉄筋や山形鋼板等が設けられることなく、トンネルの地山側Aに突出する1又は複数の溝条突部30が形成される。溝条突部30は、トンネルの周方向Wでスキンプレート24の全長に亘って、又は、トンネルの周方向Wでスキンプレート24の一部のみで、トンネルの周方向Wに所定の曲率で湾曲させて、トンネルの周方向Wに延びて設けられる。溝条突部30は、図13に示すように、例えば、トンネルの径方向Yに15mm〜30mm程度の高さ寸法で、略平板状の鋼板等を部分的に屈曲等させることで、トンネルの周方向Wに対する横断面視において、略矩形状等に形成される。
溝条突部30は、一対の主桁21の間に所定の数量で、トンネルの奥行方向Xに所定の間隔を空けて、一対の主桁21と略平行となるように設けられる。複数の溝条突部30は、一対の主桁21の間に設けられる数量が、トンネルの奥行方向Xにおけるセグメント1の幅寸法H、及び、スキンプレート24の板厚寸法tsにより定められるものであり、例えば、セグメント1の幅寸法Hが1000mmである場合に、8条の溝条突部30が設けられるものとなる。
溝条突部30は、トンネルの奥行方向Xで、スキンプレート24の両側端24aから所定の距離hで離間させた位置Nよりも、スキンプレート24の両端側Gに設けられないものとして、スキンプレート24の中央側Fのみに設けられるものとなる。なお、溝条突部30は、これに限らず、スキンプレート24の両側端24aから所定の距離hで離間した位置Nを境界に、スキンプレート24の中央側F及び両端側Gの両方に設けられるものとされてもよい。
本発明を適用したセグメント1は、第2実施形態において、図12に示すように、トンネルの地山側Aに突出する1又は複数の溝条突部30がスキンプレート24に形成されることから、スキンプレート24の剛性を向上させて、セグメント1の曲げ変形に対してスキンプレート24の略全断面を有効断面として算入することができるものとして、セグメント1の断面性能を著しく向上させることができる。本発明を適用したセグメント1は、スキンプレート24の略全断面を有効断面として算入することで、スキンプレート24の板厚寸法tsや主桁21の板厚寸法を小さくすることができるため、スキンプレート24が略平板状に形成される場合と比較して、セグメント1に設けられるスキンプレート24の鋼材重量を低減させることが可能となる。
また、本発明を適用したセグメント1は、第2実施形態において、トンネルの地山側Aのみに突出させた1又は複数の溝条突部30がスキンプレート24に形成されて、溝条突部30が鋼殻内部20に突出しないものとなる。このとき、本発明を適用したセグメント1は、鋼殻内部20でスキンプレート24が略平坦状に形成されるため、縦リブ23の端部23a及び継手板22の端部に複雑な切削加工等を実施することなく、スキンプレート24に縦リブ23を当接させて配置することができる。これにより、本発明を適用したセグメント1は、必要以上に縦リブ23の加工コストを増加させることなく、スキンプレート24に縦リブ23を当接させることができるものとして、セグメント1の製造手間や製造コストの増大を抑制すること及び止水性を向上することが可能となる。
本発明を適用したセグメント1は、第2実施形態において、スキンプレート24に溝条突部30を設けることで、セグメント1の断面性能を著しく向上させて曲げ剛性及び曲げ耐力を効率的に向上させることができるため、セグメント1の製造手間や製造コストの増大を抑制すると同時に、セグメント1の有効断面を増加させて合理的な構造を実現することが可能となる。
本発明を適用したセグメント1は、図4、図7に示すように、第1実施形態において、トンネルの奥行方向Xで、スキンプレート24の両側端24aから所定の距離hで離間させた位置Nよりも、スキンプレート24の中央側Fに、丸棒鋼材31又は波形鋼材32が設けられる。また、本発明を適用したセグメント1は、図13に示すように、第2実施形態において、トンネルの奥行方向Xで、スキンプレート24の両側端24aから所定の距離hで離間させた位置Nよりも、スキンプレート24の中央側Fに、溝条突部30が設けられる。
本発明を適用したセグメント1は、第1実施形態、及び、第2実施形態の何れにおいても、スキンプレート24の両側端24aからの所定の距離hが、スキンプレート24の板厚寸法tsから算出されて、セグメント1における構造設計上有効とされる有効幅(h=25×ts)となる。このとき、本発明を適用したセグメント1は、スキンプレート24の両側端24aからの所定の距離hが、セグメント1の構造設計上の有効断面として算入されるものとなる。
ここで、近年においては、特に、トンネルの高速施工ニーズの要請によって、各々のセグメント1の奥行方向Xの延長を増大させたセグメント1の幅広化が志向されている。このとき、各々のセグメント1のスキンプレート24も、奥行方向Xの延長が増大して幅広化させたものとなるが、構造設計上有効とされる有効幅(h=25×ts)が、スキンプレート24の板厚寸法tsのみから決定されるものであるため、スキンプレート24を単純に幅広化させても、セグメント1の有効断面を増加させることができずに、スキンプレート24の鋼材重量のみが増大するものとなる。
本発明を適用したセグメント1は、図4、図7、図13に示すように、スキンプレート24の両側端24aから所定の距離hで離間させた位置Nよりも、スキンプレート24の中央側Fに、丸棒鋼材31、波形鋼材32又は溝条突部30を重点的に設けることができることから、従来、セグメント1の構造設計上の有効断面として算入されることのなかったスキンプレート24の中央側Fを、丸棒鋼材31等で集中的に補強することができる。
これにより、本発明を適用したセグメント1は、スキンプレート24を奥行方向Xに幅広化させた場合においても、従来、有効断面として算入されることのなかったスキンプレート24の中央側Fを、丸棒鋼材31等で集中的に補強することで、スキンプレート24の略全断面を有効断面として算入することができるものとして、スキンプレート24の幅広化をセグメント1の有効断面の増加に貢献させることが可能となる。さらに、本発明を適用したセグメント1は、丸棒鋼材31等の数量を過剰に増大させることなく、丸棒鋼材31等でスキンプレート24の中央側Fを集中的に補強して、セグメント1の製造手間や製造コストの増大を抑制すると同時に、セグメント1の有効断面を合理的に増加させることが可能となる。
本発明を適用したセグメント1は、第1実施形態、及び、第2実施形態の何れにおいても、鋼殻内部20を空洞とした鋼製セグメントだけでなく、図14、図15に示すように、中詰めコンクリート等の充填材5が鋼殻内部20に充填されたものとすることもできる。このとき、充填材5は、中詰めコンクリートに限らず、無収縮モルタル等、適宜な強度及び剛性を有したものであれば利用することができる。これにより、本発明を適用したセグメント1は、鋼殻2の鋼殻内部20に、充填材5が充填されることで、鋼材とコンクリート等とにより製造されたコンクリート中詰鋼製セグメントを提供することが可能となる。
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
1 :セグメント
2 :鋼殻
3 :補剛鋼材
4 :間隙
5 :充填材
7 :シールドトンネル
8 :地中
20 :鋼殻内部
21 :主桁
21a :両端部
22 :継手板
23 :縦リブ
23a :端部
24 :スキンプレート
24a :両側端
25 :ボルトボックス
26 :突起
30 :溝条突部
31 :丸棒鋼材
31a :一端部
31b :他端部
32 :波形鋼材
33 :波形条部
33a :凸端部
33b :凹端部
70 :シールドマシン
71 :セグメントリング
A :地山側
B :内空側
W :周方向
X :奥行方向
Y :径方向

Claims (7)

  1. シールドトンネルを構築するためのセグメントであって、
    トンネルの奥行方向及び周方向に延びる鋼殻と、前記鋼殻に設けられる補剛鋼材とを備え、
    前記鋼殻は、トンネルの周方向に延びる一対の主桁と、トンネルの周方向で一対の前記主桁の両端部に架設される一対の継手板と、一対の前記主桁に架設される1又は複数の縦リブと、トンネルの地山側で前記主桁に取り付けられるスキンプレートとを有し、
    前記補剛鋼材は、トンネルの周方向に延びる丸棒鋼材が、前記スキンプレートに接するように配置されて設けられること
    を特徴とするセグメント。
  2. シールドトンネルを構築するためのセグメントであって、
    トンネルの奥行方向及び周方向に延びる鋼殻と、前記鋼殻に設けられる補剛鋼材とを備え、
    前記鋼殻は、トンネルの周方向に延びる一対の主桁と、トンネルの周方向で一対の前記主桁の両端部に架設される一対の継手板と、一対の前記主桁に架設される1又は複数の縦リブと、トンネルの地山側で前記主桁に取り付けられるスキンプレートとを有し、
    前記補剛鋼材は、トンネルの周方向に延びる波形鋼材が、前記スキンプレートに接するように配置されて設けられること
    を特徴とするセグメント。
  3. 前記スキンプレートは、トンネルの地山側に突出してトンネルの周方向に延びる1又は複数の溝条突部が形成されること
    を特徴とする請求項1又は2記載のセグメント。
  4. 前記補剛鋼材は、トンネルの奥行方向で、前記スキンプレートの両側端から構造設計上有効とされる有効幅で離間した位置よりも、前記スキンプレートの中央側に設けられること
    を特徴とする請求項1〜3の何れか1項記載のセグメント。
  5. シールドトンネルを構築するためのセグメントであって、
    トンネルの奥行方向及び周方向に延びる鋼殻を備え、
    前記鋼殻は、トンネルの周方向に延びる一対の主桁と、トンネルの周方向で一対の前記主桁の両端部に架設される一対の継手板と、一対の前記主桁に架設される1又は複数の縦リブと、トンネルの地山側で前記主桁に取り付けられるスキンプレートとを有し、
    前記スキンプレートは、トンネルの地山側に突出してトンネルの周方向に延びる1又は複数の溝条突部が形成されること
    を特徴とするセグメント。
  6. 前記溝条突部は、トンネルの奥行方向で、前記スキンプレートの両側端から構造設計上有効とされる有効幅で離間した位置よりも、前記スキンプレートの中央側に形成されること
    を特徴とする請求項5記載のセグメント。
  7. 前記鋼殻は、一対の前記主桁と、一対の前記継手板と、前記スキンプレートとによって形成された鋼殻内部に、充填材が充填されること
    を特徴とする請求項1〜6の何れか1項記載のセグメント。
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