JP2023057362A - セグメント - Google Patents

Abstract

【課題】セグメントの耐荷性能を向上させると共に、製作にかかるコストを削減することを目的とする。
【解決手段】セグメント１は、内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠２と、鋼枠２の内側に打設されたコンクリート３と、を備え、鋼枠２は、外周側に設けられると共に、周方向に延びたスキンプレート４と、スキンプレート４の幅方向両側に設けられた一対の主桁５と、スキンプレート４の周方向両側に設けられた一対の継手板６と、幅方向に延び、一対の主桁５同士を接続するリブ７と、周方向に延び、リブ７と継手板６とを接続する第１の補強リブ８と、第１の補強リブ８と継手板６との角部において、第１の補強リブ８と継手板６とを接続する第２の補強リブ１０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、セグメントに関するものである。

トンネル工法としては、シールドマシンによって地盤を掘削しながら、その後方において円弧状のセグメントを周方向及び軸方向に順次据え付けて円筒状のトンネル壁体（筒状壁体）を構築するシールド工法が一般的である。

セグメントは、コンクリート製とスチール製とに大きく分けられるが、前者のコンクリート製のセグメントは圧縮に強く、後者のスチール製のセグメントは引っ張りに強いという特性がある。このようなコンクリート製及びスチール製のセグメントの利点を兼ね備えたセグメント（合成セグメント）が、例えば下記特許文献１に開示されている。

特許第３３４３０９０号公報

一般的に合成セグメントは、内周面を除く５面を覆う鋼枠と、鋼枠の内部に充填されたコンクリートと、を備えている。このセグメントは、圧縮に強いコンクリートと引張に強い鋼材によって成立される合成構造により、高い耐荷性能を有している。しかしながら、近年、セグメントに対して更に高い耐荷性能およびトンネルの薄肉化が要求されている。

合成セグメントは、周方向の両側に一対の継手板を備え、ボルト等の継手部材によって周方向に連結される。しかしながら、この継手部材で継手板を連結する際に、継手板が変形してしまい、高い耐荷性能を維持することが困難な場合があった。一方で、継手板が変形しないように、継手板の厚みを増す等して鋼枠を頑強に製作することはコストおよび労力がかかり、経済性において不利であった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、セグメントの耐荷性能を向上させると共に、製作にかかるコストを削減することを目的とする。

本発明の一態様に係るセグメントは、内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠と、前記鋼枠の内側に打設されたコンクリートと、を備え、前記鋼枠は、外周側に設けられると共に、周方向に延びたスキンプレートと、前記スキンプレートの幅方向両側に設けられた一対の主桁と、前記スキンプレートの周方向両側に設けられた一対の継手板と、幅方向に延び、前記一対の主桁同士を接続するリブと、周方向に延び、前記リブと前記継手板とを接続する第１の補強リブと、前記第１の補強リブと前記継手板との角部において、前記第１の補強リブと前記継手板とを接続する第２の補強リブと、を備える。

上記セグメントにおいて、前記継手板には、継手部材が設置される継手設置部が設けられ、前記第１の補強リブは、前記継手設置部の近傍に配置されており、前記第２の補強リブは、前記第１の補強リブの前記継手設置部側とは反対側に配置されていてもよい。

上記セグメントにおいて、前記継手板には、継手部材が設置される継手設置部が設けられ、前記第１の補強リブは、前記継手設置部を挟むように一対で配置され、前記第２の補強リブは、前記一対の第１の補強リブのそれぞれの前記継手設置部側とは反対側に配置されていてもよい。

上記セグメントにおいて、前記主桁の近くに配置された前記第２の補強リブは、前記主桁から離れて配置された前記第２の補強リブよりも小さくてもよい。

上記セグメントにおいて、前記第２の補強リブは、厚み方向から視て、直角三角形状を有してもよい。

上記セグメントにおいて、前記第２の補強リブは、厚み方向から視て、幅方向に対し斜めに延びた板形状を有してもよい。

本発明によれば、セグメントの耐荷性能を向上させると共に、製作にかかるコストを削減することができる。

本発明の第１実施形態に係るセグメントで構築されたトンネルを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るセグメントを内周側から視た平面図である。 本発明の第１実施形態に係る継手板の補強構造を示す拡大図である。 第１の比較例として、第２の補強リブを設けなかった場合の継手板の補強構造を示す拡大図である。 第２の比較例として、リブと第１の補強リブとの角部に第２の補強リブを設けた場合の継手板の補強構造を示す拡大図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る継手板の補強構造を示す拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る継手板の補強構造を示す拡大図である。 本発明の第２実施形態の変形例に係る継手板の補強構造を示す拡大図である。 本発明の第２実施形態の他の変形例に係る継手板の補強構造を示す拡大図である。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るセグメント１で構築されたトンネル１００を示す斜視図である。
図１に示すように、セグメント１は、掘削穴内に構築されるトンネル１００の一部をなす円弧状をなしており、掘削穴内の周方向及び軸方向に連結されることにより該掘削穴内にトンネル１００を構築する筒状壁体１０１を形成している。

筒状壁体１０１の内周側には、表層覆工体１０２が構築されている。また、筒状壁体１０１の外周側には、筒状壁体１０１と掘削穴との隙間に充填される裏込め材１０３が配設されている。

以下では、セグメント１を用いてトンネル１００を構築した場合におけるトンネル１００の周方向をセグメント１の周方向、トンネル１００の軸方向をセグメント１の幅方向、トンネル１００の径方向をセグメント１の厚み方向と称する。

図２は、本発明の第１実施形態に係るセグメント１を内周側から視た平面図である。なお、図２においては、視認性を向上させるためセグメント１のコンクリート３を一部取り除いた状態を示している。
図２に示すように、セグメント１は、内周面を除く５面を覆う鋼枠２と、鋼枠２の内部に充填されたコンクリート３と、を備える合成セグメントである。

セグメント１は、内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠２と、鋼枠２の内側に打設されたコンクリート３と、を備えている。

図２に示すように、鋼枠２は、外周側に設けられたスキンプレート４と、このスキンプレート４の側部に配設された一対の主桁５と、スキンプレート４の端部に配設された一対の継手板６とを有しており、一対の主桁５同士の間には複数のリブ７が設けられている。

スキンプレート４は、トンネル構築時に掘削穴の壁面と接触する部材であって、周方向に沿って湾曲する湾曲板状をなしている。
一対の主桁５は、このスキンプレート４の幅方向両端から厚み方向内側（内周側）に向かって延設するように互いに平行をなして配置されており、スキンプレート４と同様に周方向に沿った湾曲した形状をなしている。

一対の継手板６は、スキンプレート４の周方向両端から厚み方向内側（内周側）に向かって延設された矩形板状をなしており、上述した一対の主桁５の間にわたって配置されている。
なお、これらスキンプレート４、一対の主桁５、一対の継手板６、リブ、さらには後述する第１の補強リブ８及び第２の補強リブ１０の接続は、溶接によってなされている。

また、一対の主桁５には、セグメント１同士を幅方向に連結する図示しない継手部材が挿通する挿通孔５ａが、周方向に所定間隔をあけて複数（本実施形態では３つ）形成されている。

さらに、一対の継手板６には、セグメント１同士を周方向に連結する図示しない継手部材が挿通する挿通孔６ａ（継手設置部）が複数形成されている。
コンクリート３には、挿通孔５ａ及び挿通孔６ａに対応する位置に、継手部材を配置する凹部３ａが形成されている。

リブ７は、幅方向に延在して両端がそれぞれ一対の主桁５に固定された略板状をなしており、板面を周方向に向けた状態で配設されている。このリブ７は、スキンプレート４との間に隙間が形成されるように一対の主桁５の間に配設されている。

リブ７は、２つ１組となって、周方向の中央部、一端部（図２において左側）、他端部（図２において右側）の３箇所に設けられている。周方向の中央部に位置するリブ７の間には、上述した一対の主桁５の挿通孔５ａ、及び、注入孔９が配設されている。注入孔９は、スキンプレート４の中央部を貫通し、裏込め材１０３（図１参照）を外周側に注入するための孔である。

周方向の一端部に位置するリブ７の間には、上述した一対の主桁５の挿通孔５ａが配設されている。当該リブ７のうち、周方向一端部側（図２において左側）に配置されたリブ７には、第１の補強リブ８が、幅方向に間隔をあけて一対で設けられている。第１の補強リブ８は、周方向に延び、継手板６とリブ７との間を接続している。

また、周方向の他端部に位置するリブ７の間には、上述した一対の主桁５の挿通孔５ａが配設されている。当該リブ７のうち、周方向他端部側（図２において左側）に配置されたリブ７には、第１の補強リブ８が、幅方向に間隔をあけて一対で設けられている。第１の補強リブ８は、周方向に延び、継手板６とリブ７との間を接続している。

図３は、本発明の第１実施形態に係る継手板６の補強構造を示す拡大図である。なお、図３は、図２に示すセグメント１の周方向他端部側（図２において右側）の拡大図であって、視認性を向上させるためセグメント１のコンクリート３を取り除いた状態を示している。
図３に示すように、継手板６は、上述した第１の補強リブ８と、第２の補強リブ１０によって補強されている。

第２の補強リブ１０は、第１の補強リブ８と継手板６とが略直角に交わる角部において、第１の補強リブ８と継手板６とを接続している。第２の補強リブ１０は、図３に示すように、厚み方向から視た平面視で、直角三角形状を有する。

なお、図３に示す第２の補強リブ１０の直角三角形状の斜辺は、幅方向に対して４５度方向に延びているが、この角度及びこの形状に限定されるものではない。第２の補強リブ１０は、板面を厚み方向に向けた状態で配設されている。

第２の補強リブ１０は、厚み方向で間隔をあけて複数設けられていてもよい。また、第２の補強リブ１０の少なくとも一つは、厚み方向で継手板６に設けられた挿通孔６ａと同じ位置（同じ深さ）にあるとよい。また、第２の補強リブ１０は、厚み方向に延びる直角三角柱であっても構わない。

第２の補強リブ１０は、第１の補強リブ８の幅方向内側に配置されている。第１の補強リブ８の幅方向外側には、継手板６の挿通孔６ａが配置されている。挿通孔６ａに対応する位置には、図２に示すように、コンクリート３の凹部３ａが形成されるため、第２の補強リブ１０は、凹部３ａに配置される継手部材と干渉しないように、第１の補強リブ８の凹部３ａ側とは反対側に配置されている。

続いて、上記構成のセグメント１の作用について、図４及び図５に示す比較例を参照しつつ説明する。

図４は、第１の比較例として、第２の補強リブ１０を設けなかった場合の継手板６の補強構造を示す拡大図である。
図４に示す継手板６の補強構造において、継手部材によって荷重Ｆを加えると、継手板６の挿通孔６ａ付近が周方向外側に引っ張られ、継手板６が波打つように変形してしまう（符号６Ａで示す破線参照）。

図４に示す比較例では、第１の補強リブ８があるものの、第１の補強リブ８のみでは、継手板６に対する幅方向の接合範囲が狭いため、第１の補強リブ８と継手板６との角部における直角度を維持できない。したがって、継手板６が変形し、継手構造が耐荷性能を発揮できない。

図５は、第２の比較例として、リブと第１の補強リブ８との角部に第２の補強リブ１０を設けた場合の継手板６の補強構造を示す拡大図である。
図５に示す継手板６の補強構造において、継手部材によって荷重Ｆを加えると、継手板６の挿通孔６ａ付近が周方向外側に引っ張られ、図４と同様に、継手板６が波打つように変形してしまう（符号６Ａ参照）。

図５に示す比較例のように、第２の補強リブ１０をリブと第１の補強リブ８との角部に設けても、継手板６に対する幅方向の接合範囲が狭いのは変わらないため、継手板６が変形を抑制できず、継手構造が耐荷性能を発揮できない。

一方で、図３に示す、本実施形態の継手板６の補強構造によれば、第２の補強リブ１０が継手板６側に設けられているため、第１の補強リブ８と継手板６との角部における直角度を維持することができる。したがって、継手板６の変形を抑制することができ（符号６Ａ参照）、継手構造が耐荷性能を発揮できるようになる。

具体的に、図３に示す第２の補強リブ１０によれは、継手板６に対する幅方向の接合範囲が、第１の補強リブ８の端面における接合範囲と比べて倍以上（本実施形態では３倍以上）になる。このため、継手板６の変形を抑制することができる。また、この補強構造によれば、第２の補強リブ１０を追加するだけで継手板６の変形を抑制できるため、継手板６の厚みを増す等して鋼枠２を頑強に製作するよりも経済的に優位になる。

このように、上述した本実施形態のセグメント１は、内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠２と、鋼枠２の内側に打設されたコンクリート３と、を備え、鋼枠２は、外周側に設けられると共に、周方向に延びたスキンプレート４と、スキンプレート４の幅方向両側に設けられた一対の主桁５と、スキンプレート４の周方向両側に設けられた一対の継手板６と、幅方向に延び、一対の主桁５同士を接続するリブ７と、周方向に延び、リブ７と継手板６とを接続する第１の補強リブ８と、第１の補強リブ８と継手板６との角部において、第１の補強リブ８と継手板６とを接続する第２の補強リブ１０と、を備える。この構成によれば、セグメント１の耐荷性能を向上させると共に、製作にかかるコストを削減することができる。

また、本実施形態において、継手板６には、継手部材が設置される挿通孔６ａが形成され、コンクリート３には、挿通孔６ａに対応する位置に、継手部材を配置する凹部３ａが形成され、第１の補強リブ８は、凹部３ａの近傍に配置されており、第２の補強リブ１０は、第１の補強リブ８の凹部３ａ側とは反対側に配置されている。この構成によれば、コンクリート３の凹部３ａに配置される継手部材と干渉しないように、第２の補強リブ１０を配置できる。

また、本実施形態において、第２の補強リブ１０は、厚み方向から視て、直角三角形状を有する。この構成によれば、必要最小限の形状で、第１の補強リブ８と継手板６との角部における直角度を維持することができ、経済的に優位になる。

なお、第２の補強リブ１０は、図６に示すような形状を有してもよい。

図６は、本発明の第１実施形態の変形例に係る継手板６の補強構造を示す拡大図である。なお、図６は、図３と同様に、セグメント１の周方向他端部側（図２において右側）の拡大図であって、視認性を向上させるためセグメント１のコンクリート３を取り除いた状態を示している。

図６に示す第２の補強リブ１０Ａは、厚み方向から視て、幅方向に対し斜め４５度方向に延びた板形状を有する。この構成によれば、上述した図３に示す第２の補強リブ１０と同様に、第１の補強リブ８と継手板６との角部における直角度を好適に維持することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図７は、本発明の第２実施形態に係る継手板６の補強構造を示す拡大図である。なお、図７は、図３と同様に、セグメント１の周方向他端部側（図２において右側）の拡大図であって、視認性を向上させるためセグメント１のコンクリート３を取り除いた状態を示している。

図７に示すように、第２実施形態では、第１の補強リブ８は、継手板６の挿通孔６ａを挟むように一対で配置されている。つまり、第１の補強リブ８は、２つ１組となって、継手板６の２つの挿通孔６ａに対し、幅方向の一端部（図７において上側）、他端部（図７において下側）の２箇所に設けられている。

第２の補強リブ１０は、一対の第１の補強リブ８のそれぞれの挿通孔６ａ側とは反対側に配置されている。一対の第１の補強リブ８のそれぞれの挿通孔６ａ側には、上述したようにコンクリート３の凹部３ａが形成されるため、第２の補強リブ１０は、凹部３ａに配置される継手部材と干渉しないように、第１の補強リブ８の挿通孔６ａの側とは反対側に配置されている。

上記構成の第２実施形態によれば、継手板６には、継手部材が挿通する挿通孔６ａが形成され、第１の補強リブ８は、挿通孔６ａを挟むように一対で配置され、第２の補強リブ１０は、一対の第１の補強リブ８のそれぞれの挿通孔６ａ側とは反対側に配置されている。この構成によれば、第１の補強リブ８及び第２の補強リブ１０による、継手板６に対する幅方向の接合範囲が、第１実施形態と比べて倍になる。このため、継手板６の変形をより確実に抑制することができる。

なお、第２の補強リブ１０は、図８や図９に示すような形状を有してもよい。

図８は、本発明の第２実施形態の変形例に係る継手板６の補強構造を示す拡大図である。なお、図８は、図３と同様に、セグメント１の周方向他端部側（図２において右側）の拡大図であって、視認性を向上させるためセグメント１のコンクリート３を取り除いた状態を示している。

図８に示す第２の補強リブ１０Ａは、厚み方向から視て、幅方向に対し斜め４５度方向に延びた板形状を有する。この構成によれば、上述した図７に示す第２の補強リブ１０と同様に、第１の補強リブ８と継手板６との角部における直角度を好適に維持することができる。

図９は、本発明の第２実施形態の他の変形例に係る継手板６の補強構造を示す拡大図である。なお、図９は、図３と同様に、セグメント１の周方向他端部側（図２において右側）の拡大図であって、視認性を向上させるためセグメント１のコンクリート３を取り除いた状態を示している。

図９に示す第２の補強リブ１０は、主桁５の近くに配置された第２の補強リブ１０ａが、主桁５から離れて配置された第２の補強リブ１０ｂよりも小さくなっている。主桁５は、継手板６と接合されているため、主桁５の近くでは継手板６の変形が少ない。このため、主桁５の近くに配置された第２の補強リブ１０ａを小さくすることで、より経済的に優位になる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上述した各実施形態では、継手部材としてボルトを例示し、その継手部材が設置される継手設置部として、継手板６の挿通孔６ａを例示したが、この構成に限定されない。継手部材としては、例えば、特許第５０９７７３４号公報に示されるような、平鋼板状の雄型継手金具、その雄型継手金具を受け入れる雌型継手金具であってもよし、継手設置部は、継手板６に設置されたその雄型継手金具またはその雌型継手金具であってもよい。また、継手部材としては、例えば、特許第６４２５３３５号公報に示されるような、外表面に歯部が複数形成された雄型継手金具、その雄型継手金具を受け入れる雌型継手金具であってもよし、継手設置部は、継手板６に設置されたその雄型継手金具またはその雌型継手金具であってもよい。

また、例えば、上述した各実施形態及び各変形例の構成の組み合わせや置換は適宜可能である。

１…セグメント、２…鋼枠、３…コンクリート、３ａ…凹部、４…スキンプレート、５…主桁、５ａ…挿通孔、６…継手板、６ａ…挿通孔、７…リブ、８…第１の補強リブ、８…第１の補強リブ、１０…第２の補強リブ、１０Ａ…第２の補強リブ、１０ａ…第２の補強リブ、１０ｂ…第２の補強リブ

Claims (6)

1. 内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠と、
   前記鋼枠の内側に打設されたコンクリートと、を備え、
   前記鋼枠は、
   外周側に設けられると共に、周方向に延びたスキンプレートと、
   前記スキンプレートの幅方向両側に設けられた一対の主桁と、
   前記スキンプレートの周方向両側に設けられた一対の継手板と、
   幅方向に延び、前記一対の主桁同士を接続するリブと、
   周方向に延び、前記リブと前記継手板とを接続する第１の補強リブと、
   前記第１の補強リブと前記継手板との角部において、前記第１の補強リブと前記継手板とを接続する第２の補強リブと、を備える、ことを特徴とするセグメント。
2. 前記継手板には、継手部材が設置される継手設置部が設けられ、
   前記第１の補強リブは、前記継手設置部の近傍に配置されており、
   前記第２の補強リブは、前記第１の補強リブの前記継手設置部側とは反対側に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のセグメント。
3. 前記継手板には、継手部材が設置される継手設置部が設けられ、
   前記第１の補強リブは、前記継手設置部を挟むように一対で配置され、
   前記第２の補強リブは、前記一対の第１の補強リブのそれぞれの前記継手設置部側とは反対側に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のセグメント。
4. 前記主桁の近くに配置された前記第２の補強リブは、前記主桁から離れて配置された前記第２の補強リブよりも小さい、ことを特徴とする請求項３に記載のセグメント。
5. 前記第２の補強リブは、厚み方向から視て、直角三角形状を有する、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のセグメント。
6. 前記第２の補強リブは、厚み方向から視て、幅方向に対し斜めに延びた板形状を有する、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のセグメント。

Images