JP2023092846A - 合成セグメント及び土留構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼殻の強度及び剛性を維持しつつ、コンクリートに生じる腹圧力を抑えることができる合成セグメント及び土留構造物を提供するものである。【解決手段】本発明は、土留構造物の周方向及び軸方向に複数連結されることにより、土留構造物を構築する合成セグメントであって、鋼殻と、鋼殻の内部に充填されたコンクリートと、を備え、鋼殻は、軸方向に離間して設けられた一対の主桁と、一対の主桁の外周側に接合されたスキンプレートと、一対の主桁の周方向の両端部に接合された一対の継手板と、一対の主桁間に接合された形状保持材と、を備え、形状保持材は、矩形の鋼板の軸方向の中央部に切り欠きを設けて形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、地中に埋設された土留構造物を形成する合成セグメントに関するものである。

従来、鉛直方向の地下構造物を構築する土留構造物の圧入工法として、アーバンリング工法（登録商標）が知られている。アーバンリング工法は、土留パネルを沈設地点でリング状の構造物に組み立てて、圧入装置でリング状の構造物を地中に圧入する。そして、リング状の構造物を地中に圧入した後、リング状の構造物の内部を掘削して排土し、その上に新たなリング状の構造物を増設するといった作業工程を所定の深度まで繰り返すことにより、立坑等の地下構造物を構築するものである。

また、トンネル構築法の一つにシールド工法がある。シールド工法とは、立坑内に設置した掘進機を一定長さ掘進させる毎に、その後部で、例えば、円弧状の合成セグメントをリング状に組み立ててセグメントリングを構築し、これを順次、延長させて円筒形の覆工を形成してシールドトンネルを構築する工法である。

上記のような立坑又はトンネル等に用いられる合成セグメントは、土留構造物の軸方向端面を形成する主桁、周方向の端面を形成する継手板及び外周面を形成するスキンプレートを有する鋼殻の内部にコンクリート等の充填材を充填して形成されている。合成セグメントは、鋼殻と充填コンクリートとを一体に形成することにより、強度及び剛性を確保することにより、周囲の地盤からの土圧に対し対抗することができる。また、合成セグメントは、土留方向の軸方向に引張応力又は圧縮応力が掛かるため、鋼殻の内部に土留構造物の軸方向に沿った方向に形状保持材が設けられており、対向して配置された主桁の間に接合されている。鋼殻は、形状保持材により主桁間の寸法が安定して保持される。

合成セグメントに形状保持材が設けられていた場合、鋼殻自体の強度及び剛性は確保できるものの、形状保持材の間及び形状保持材よりも土留構造の内側にある充填コンクリートは、土留構造の周方向の荷重を受けて土留構造の内側にはらみ出すように変位する。そこで、特許文献１においては、一対の主桁のそれぞれから対向する方向にフランジを突出させて充填したコンクリートのずれ止めとし、形状保持材よりも内側に位置する充填コンクリートの内部に周方向に延びる鉄筋を配置することによってコンクリートを補強している（特許文献１参照）。

特開２００９－７４２９１号公報

しかし、土留構造の外周側に位置する充填コンクリートは、鋼殻に形状保持材が配置されているため形状保持材を避けて周方向にわたって鉄筋を配置しており、コンクリートの強度が比較的低いという課題があった。また、形状保持材よりも内側に位置する鉄筋に作用する引張応力により鉄筋が変位し、コンクリートに生じる腹圧力を抑えることができないという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するものであり、鋼殻の強度及び剛性を維持しつつ、コンクリートに生じる腹圧力を抑えることができる合成セグメント及び土留構造物を提供するものである。

本発明に係る合成セグメントは、土留構造物の周方向及び軸方向に複数連結されることにより、前記土留構造物を構築する合成セグメントであって、鋼殻と、前記鋼殻の内部に充填されたコンクリートと、を備え、前記鋼殻は、前記軸方向に離間して設けられた一対の主桁と、前記一対の主桁の外周側に接合されたスキンプレートと、前記一対の主桁の前記周方向の両端部に接合された一対の継手板と、前記一対の主桁間に接合された形状保持材と、を備え、前記形状保持材は、矩形の鋼板の前記軸方向の中央部に切り欠きを設けて形成されているものである。

本発明の土留構造物は、上記の合成セグメントを前記周方向及び前記軸方向に複数組み合わせて形成されたものである。

本発明の合成セグメントは、一対の主桁間に接合された形状保持材の中央部に切り欠きを備えている。そして、形状保持材の切り欠きの内側に例えば鉄筋等を配置できるように構成されているため、形状保持材により主桁間の距離を保持するようにしつつ、コンクリートを補強する鉄筋の配置の自由度が向上する。これにより、コンクリートの内部に配置できる鉄筋の自由度が向上し、鋼殻の内側に設置されたコンクリートに生じる腹圧力に有利な鉄筋の配置が可能となる。

実施の形態１に係る土留構造物２００の概念図である。 実施の形態１に係るセグメントリング１５０を孔軸方向ＡＤに見た概念図である。 実施の形態１に係る合成セグメント１００の一例を示す斜視図である。 実施の形態１に係る合成セグメント１００の内部構造の一例を示す斜視図である。 図３の合成セグメント１００を土留構造物２００の外周側から見たときの斜視図である。 実施の形態１に係る合成セグメント１００の断面構造の模式図である。 実施の形態１に係る合成セグメント１００の比較例である合成セグメント１０００の模式図である。 実施の形態１に係る合成セグメント１００の模式図である。 実施の形態２に係る合成セグメント１０１の断面構造の模式図である。 実施の形態３に係る合成セグメント１０２の断面構造の模式図である。

以下、実施の形態に係る土留構造物について図面等を参照しながら説明する。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係及び形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。また、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば、上、下、左、右、前、後、表及び裏等）を適宜用いるが、それらの表記は、説明の便宜上の記載であり、装置、器具、あるいは部品等の配置、方向及び向きを限定するものではない。

実施の形態１．
［土留構造物２００］
図１は、実施の形態１に係る土留構造物２００の概念図である。なお、図１に示す、孔軸方向ＡＤは、土留構造物２００の軸方向を表しており、周方向ＣＤは、土留構造物２００の周方向を表している。また、径方向ＲＤは、土留構造物２００の径方向を表しており、Ｙ１側は、土留構造物２００の内周側を表しており、Ｙ２側は、土留構造物２００の外周側を表している。

土留構造物２００は、例えばトンネルの覆工に用いられ、地山を掘削して形成された掘削孔の壁面に沿って設置される。土留構造物２００は、地盤９０に設置され、例えば、地下鉄、道路トンネル、上下水道、電力、通信のとう道、共同溝等を構成するトンネル、立坑として用いられる。土留構造物２００は、筒状体であり、中空の部分を有している。土留構造物２００は、少なくとも１つのセグメントリング１５０を有するか、又は複数のセグメントリング１５０をトンネルの延びる方向に連続して接続して形成されている。

また、土留構造物２００は、圧入ケーソン工法の土留壁として用いられる構造物であってもよい。土留構造物２００は、圧入工法等の施工法において地中の掘削面を覆う構造物である。土留構造物２００は、地盤９０に沈設される。土留構造物２００は、筒状体であり、中空の部分である空間９１を形成する。土留構造物２００が立坑に用いられる場合は、地中において筒状の孔軸方向ＡＤが上下方向となるように配置される。

土留構造物２００は、孔軸方向ＡＤに見た場合に円形状に形成されており、全体として円筒形状に形成されているが、円筒形状に限定されるものではない。土留構造物２００は、筒状に形成されていれば、例えば、孔軸方向ＡＤに見た場合に、長円形状あるいは小判形状等、他の形状に形成されていてもよい。

［セグメントリング１５０］
図２は、実施の形態１に係るセグメントリング１５０を孔軸方向ＡＤに見た概念図である。セグメントリング１５０は、地中の掘削面を覆う構造物である。セグメントリング１５０は、孔軸方向ＡＤに見た場合に環状に形成されており、全体として筒状に形成されている。セグメントリング１５０は、例えば、円筒形状に形成されているが、円筒形状に限定されるものではない。

土留構造物２００は、複数のセグメントリング１５０が土留構造物２００の延びる方向、すなわち、孔軸方向ＡＤに沿って連結されることで構築される。土留構造物２００が例えばシールド工法に用いられる場合には、土留構造物２００は、トンネルの断面の１周分（１リング）ずつセグメントリング１５０が配置されることにより構築される。したがって、セグメントリング１５０は、土留構造物２００において、トンネルの延びる方向の１単位を構成する。

セグメントリング１５０は、周方向ＣＤにおいて、複数個の合成セグメント１００に分割されている。すなわち、複数の合成セグメント１００が環状に配置され、隣接する合成セグメント１００同士が互いに連結されることによりセグメントリング１５０が形成される。なお、図２に示すセグメントリング１５０は、周方向ＣＤにおいて、合成セグメント１００の大きさが略等しいように記載されているが、合成セグメント１００の大きさは周方向ＣＤにおける設置位置によってそれぞれ異なる大きさに形成されてもよい。

図１に示すように、土留構造物２００において、孔軸方向ＡＤに隣接するセグメントリング１５０は、セグメントリング１５０を構成する合成セグメント１００の位置が周方向ＣＤにずれた配置状態で組み立てられている。より具体的には、土留構造物２００において、セグメントリング１５０を構成する合成セグメント１００が千鳥配置の関係となるように構築されている。

［合成セグメント１００］
図３は、実施の形態１に係る合成セグメント１００の一例を示す斜視図である。図４は、実施の形態１に係る合成セグメント１００の内部構造の一例を示す斜視図である。図５は、図３の合成セグメント１００を土留構造物２００の外周側から見たときの斜視図である。図３～図５を用いて合成セグメント１００について説明する。

合成セグメント１００は、環状に配置され周方向ＣＤに互いに連結されることにより地中の掘削面を覆う筒状に形成されたセグメントリング１５０を構成する。合成セグメント１００は、複数の鋼材を組み合わせて構成される箱形の構造である。合成セグメント１００は、セグメントリング１５０の孔軸方向ＡＤに見た場合に円弧状に形成されており、全体として湾曲した形状に形成されている。

合成セグメント１００は、鋼殻１０と、鋼殻１０内に打設されたコンクリート８０とを有する。合成セグメント１００は、箱状に形成された鋼殻１０と、鋼殻１０の内部に充填材として充填されたコンクリート８０との合成構造であり、鋼殻１０とコンクリート８０とが一体化されて構成されている。また、合成セグメント１００は、コンクリート８０の内部に鉄筋４０及び鉄筋４１を備えている。鉄筋４０は、主筋４２及び配力筋４４を接合して構成されている。鉄筋４１は、主筋４３と配力筋４５とを接合して構成されている。

合成セグメント１００の鋼殻１０は、図４に示すように、一対の主桁１１と、一対の継手板１２と、スキンプレート１６と、を備えている。鋼殻１０は、これらの主桁１１と、継手板１２と、スキンプレート１６とを互いに溶接固定して一体化することで箱状に形成されている。

一対の主桁１１は、土留構造物２００及びセグメントリング１５０の孔軸方向ＡＤにおいて、隣り合う合成セグメント１００同士が当接する部分であり、隣り合う合成セグメント１００同士が接続される軸方向連結部９３（図１参照）を構成する部分である。一対の主桁１１は、土留構造物２００及びセグメントリング１５０の孔軸方向ＡＤにおいて、合成セグメント１００の両端に位置するものである。すなわち、主桁１１は、土留構造物２００及びセグメントリング１５０の孔軸方向ＡＤにおいて、スキンプレート１６及び継手板１２の両端に設けられている。主桁１１は、孔軸方向ＡＤにおいて、合成セグメント１００の一方の面と他方の面とを形成する。

主桁１１は、平板状に形成されている。主桁１１は、トンネルの断面形状に応じて孔軸方向ＡＤに見た平面視において円弧状に形成されており、環状の扇形状に形成されている。主桁１１は、周方向ＣＤ且つ径方向ＲＤに延びるように形成されている。

一対の主桁１１の内、一方の主桁１１には、孔軸方向ＡＤに積み重ねた上下に隣り合う合成セグメント１００同士を連結するためのボルト孔１３が複数形成されている。ボルト孔１３は、一例として形状保持材２０で仕切られた各間隔において、１つずつ形成されている。また、図３に示すように、コンクリート８０において、ボルト孔１３に対応する箇所には、ボルトボックス８１が設けられている。ボルトボックス８１は、合成セグメント１００において、コンクリート８０と主桁１１との間にボルト孔１３を露出させる空間を形成する。ボルトボックス８１は、孔軸方向ＡＤにおいて、隣接する合成セグメント１００の主桁１１同士を締結するためのボルトを締結するために利用される作業用の空間となる。

一対の主桁１１の内、他方の主桁１１には、孔軸方向ＡＤに積み重ねた上下に隣り合う合成セグメント１００同士を連結するためのボス１４が複数形成されている。ボス１４には、ボルトを螺設するための雌ねじを有する取付孔１４ａ（図６参照）が形成されている。

孔軸方向ＡＤにおいて隣り合う合成セグメント１００は、主桁１１を突き合わせ、ボルトボックス８１を利用し、ボス１４に設けられたボルトであって、ボルト孔１３に挿通したボルトの軸部をナットで締結することで連結される。なお、ボルト孔１３及びボス１４の形成数は、図示例に限定されず、例えば合成セグメント１００の大きさ及び形状等を考慮して決定される。また、隣接する合成セグメント１００の連結構造は、上記に限定されるものではなく、例えばボルトとナット又はワンタッチ継手により行っても良い。合成セグメント１００は、主桁１１同士を突き合わせて連結されて、土留構造物１の軸方向連結部９３を形成する。

一対の継手板１２は、土留構造物２００及びセグメントリング１５０の周方向ＣＤにおいて、隣り合う合成セグメント１００同士が当接する部分であり、隣り合う合成セグメント１００同士が周方向連結部９２（図１参照）を構成する部分である。一対の継手板１２は、周方向ＣＤにおいて、合成セグメント１００の両端に取り付けられている部材である。

継手板１２は、板状に形成されており、矩形状の鋼板からなる。継手板１２は、孔軸方向ＡＤ且つ径方向ＲＤに延びるように形成されている。継手板１２は、一対の主桁１１の長手方向の両端部同士の間に架け渡され、固定されている。主桁１１の長手方向は、周方向ＣＤである。継手板１２が位置する合成セグメント１００の端部には、１つのセグメントリング１５０を形成するための合成セグメント１００同士を連結するための継手が取り付けられていてもよい。

継手板１２は、合成セグメント１００の周方向ＣＤの両端において、一対の主桁１１と、一対の主桁１１の間に配置されたスキンプレート１６とによって形成された開口を覆うように配置されている。継手板１２は、スキンプレート１６の円弧方向の両端に設けられて合成セグメント１００の左右の側面を形成する。

図３に示すように、継手板１２には、掘削孔の周方向ＣＤに配置した左右に隣り合う合成セグメント１００を連結するためのボルト孔１５が複数形成されている。また、図３に示すように、コンクリート８０において、ボルト孔１５に対応する箇所には、ボルトボックス８２が設けられている。ボルトボックス８２は、合成セグメント１００において、コンクリート８０と継手板１２との間にボルト孔１５を露出させる空間を形成する。ボルトボックス８２は、周方向ＣＤにおいて、隣接する合成セグメント１００の継手板１２同士を締結するためのボルトを締結するために利用される作業用の空間となる。なお、周方向ＣＤの連結は、ボルト及びナットを用いて連結する構造のみに限定されず、例えば軸方向連結部９３と同様にボルトとそれと螺合する取付孔１４ａを有するボス１４を用いても良いし、ワンタッチ継手を用いても良い。

周方向において左右に隣り合う合成セグメント１００は、継手板１２を突き合わせ、ボルト孔１５に挿通したボルトの軸部をナットで締結することで連結される。なお、図示したボルト孔１５の形成数は一例であって、これに限定されるものではなく、例えば合成セグメント１００の大きさ及び形状等を考慮して決定される。

スキンプレート１６は、合成セグメント１００の地山側に面する板状の部材であり、矩形の鋼板を面方向に円弧状に曲げて成形したものである。スキンプレート１６は、曲面を有する板状に形成されている。スキンプレート１６は、周方向ＣＤ且つ孔軸方向ＡＤに延びるように形成されている。スキンプレート１６は、孔軸方向ＡＤに見た平面視で円弧状に形成されていると共に、径方向ＲＤに見た側面視で四角形状に形成されている。

図４に示すように、スキンプレート１６は、一対の主桁１１及び一対の継手板１２を接合して得られた枠体の地山側の端面の開口部を塞ぐように接合される。すなわち、スキンプレート１６は、合成セグメント１００を構成する主桁１１及び継手板１２の外周側に取り付けられている。スキンプレート１６は、合成セグメント１００が地中に設置された状態において、掘削孔の壁面に面しており、土留構造物２００の外周側の周壁を構成する。

合成セグメント１００の内部、すなわち、箱形状に形成された鋼殻１０の内部には、形状保持材２０が設けられている。また、形状保持材２０は、合成セグメント１００の製作上、主桁１１間の寸法を確保するために設けられている。

形状保持材２０は、孔軸方向ＡＤに延びる部材である。形状保持材２０は、主桁４及びスキンプレート６の面の法線方向に立設されており、孔軸方向ＡＤにおいて、形状保持材２０の端部が主桁１１に接合されている。形状保持材２０は、例えば鋼板等から成る図示したような板状部材、又は図示省略の鉄筋棒等から成る棒状部材で構成されている。形状保持材２０は、図示例の場合、周方向ＣＤに間隔を開けて６つ配置されている。形状保持材２０の設置個数及び配置は、図示例に限定されず、例えば合成セグメント１００の大きさ及び形状等を考慮して決定される。

図６は、実施の形態１に係る合成セグメント１００の断面構造の模式図である。図６は、合成セグメント１００の土留構造物２００の中心Ｃを含む断面を示しており、図中の上側に中心Ｃが位置する。また、図６において、コンクリート８０の外形を二点鎖線で示している。

形状保持材２０は、矩形の板の孔軸方向ＡＤの中央部に切り欠き２１を設けた形状になっている。切り欠き２１は、形状保持材２０の内側を向いた端縁２２を切り欠いて形成された矩形の切り欠きである。切り欠き２１の底に相当する端縁２１ａは、土留構造物２００の孔軸方向ＡＤと平行である。端縁２１ａの孔軸方向ＡＤの両端から径方向ＲＤに向かって垂直に端縁２１ｂが立ち上がっている。

実施の形態１において、形状保持材２０の端縁２１ａは、径方向ＲＤにおける鋼殻１０の幅の中央Ｎ（図８参照）よりも外側に位置している。切り欠き２１は、隅部が直角に形成されているが、例えば隅部にＲ形状又は傾斜部が設けられていても良い。

鉄筋４０は、径方向ＲＤにおいて最も内側に配置された鉄筋であり、鉄筋４１は、最も外側に配置された鉄筋である。鉄筋４０及び鉄筋４１は、コンクリート８０を補強するためにコンクリート８０の内部に埋設されるものである。鉄筋４０は、それぞれ周方向ＣＤに延びる主筋４２と孔軸方向ＡＤに延びる配力筋４４とを備える。主筋４２と配力筋４４とは、例えば溶接により接合される。鉄筋４１は、それぞれ周方向ＣＤに延びる主筋４３と孔軸方向ＡＤに延びる配力筋４５とを備える。主筋４３と配力筋４５とは、例えば溶接により接合される。主筋４２、主筋４３、配力筋４４及び配力筋４５は、例えば、棒鋼、異形棒鋼などにより構成される。鉄筋４０は、径方向ＲＤの最内周に配置された鉄筋であり、内側鉄筋４０とも称する。鉄筋４１は、径方向ＲＤの最外周に配置された鉄筋であり、外側鉄筋４１とも称する。なお、主筋４２、主筋４３、配力筋４４及び配力筋４５は、溶接接合以外にも、例えば針金等の結束線を用いて結束して接合される場合があり、接合の形態は限定されない。

主筋４２及び主筋４３は、主鋼材としてコンクリート８０の内部に埋設されており、合成セグメント１００の周方向ＣＤに延びるように配筋されている。図４に示す合成セグメント１００の鉄筋４０及び鉄筋４１は、それぞれ主筋４２又は主筋４３を孔軸方向ＡＤに沿って４本ずつ有しているが、主筋４２及び主筋４３の数は、当該数に限定されるものではない。

配力筋４４及び配力筋４５は、コンクリート８０の内部に埋設されており、合成セグメント１００の孔軸方向ＡＤに延びるように配筋される。配力筋４４は、複数の主筋４２に直交して配置され、複数の主筋４２同士を連結するように溶接等により接合されている。配力筋４５も同様に複数の主筋４３同士を連結するように接合されている。実施の形態１において、合成セグメント１００は、配力筋４４及び配力筋４５が周方向ＣＤに８本ずつ配置されているが、配力筋４４及び配力筋４５の数は、当該数に限定されるものではない。

外側鉄筋４１は、形状保持材２０に形成された切り欠き２１の端縁２１ａに接して配置されている。詳しくは、外側鉄筋４１のうち、径方向ＲＤにおいて内側に配置された主筋４３が切り欠き２１の端縁２１ａに接するように配置されている。端縁２１ａは、切り欠き２１の内側を向いた端縁である。主筋４３は、接している端縁２１ａに溶接により接合されている。主筋４３は、図４に示す６か所の形状保持材２０に接合され、コンクリート８０が充填される前に鋼殻１０と一体に形成されている。

図６に示すように、内側鉄筋４０の配力筋４４は、孔軸方向ＡＤに延び、形状保持材２０の切り欠き２１の孔軸方向ＡＤの幅よりも長くなっている。配力筋４４の孔軸方向ＡＤの両方の端部４４ａは、形状保持材２０の板面２３に溶接により接合されていても良い。つまり、周方向ＣＤにおいて、複数の配力筋４４のうちの少なくとも２本の配力筋４４は、形状保持材２０の板面２３に隣接するように配置され、形状保持材２０の板面２３に接合される。これにより、鉄筋４０は、形状保持材２０の径方向ＲＤにおける内側の端縁２２付近に固定され、合成セグメント１００内の位置が決まる。この場合、複数の形状保持材２０と複数の配力筋４４との配置を調整し、各形状保持材２０に配力筋４４が接合されるように構成してもよい。

また、外側鉄筋４１の配力筋４５も同様に形状保持材２０の切り欠き２１の孔軸方向ＡＤの幅よりも長く形成され、形状保持材２０の板面２３に接合されていても良い。これにより、鉄筋４１と鋼殻１０との結合が強くなる。外側鉄筋４１の配力筋４４も、形状保持材２０の位置に合わせて配置されることにより、外側鉄筋４１と形状保持材２０との接合箇所を増やすことができる。

［実施の形態１に係る合成セグメント１００の作用］
図７は、実施の形態１に係る合成セグメント１００の比較例である合成セグメント１０００の模式図である。図７は、土留構造物２００を孔軸方向ＡＤから見た図であり、土留構造物２００を構成する合成セグメント１０００を模式的に表している。比較例に係る合成セグメント１０００は、鋼殻１０１０、鋼殻１０１０の内部に充填されたコンクリート８０及びコンクリート８０の内部に配筋された主筋４２を備える。合成セグメント１０００は、径方向ＲＤにおいて外側に形状保持材１０２０を備えるため、主筋４２が合成セグメント１０００の内側部分のみに配置されている。なお、形状保持材１０２０は、通常の矩形の鋼板により構成され、主桁１１の間を接続している。

合成セグメント１０００によって構成されるセグメントリング１５０に、例えば地盤９０から土圧が掛かった場合、合成セグメント１０００は、図７に示される荷重Ｆを受ける。そして、合成セグメント１０００は、中央部に荷重Ｆを受けるため、全体的に曲げモーメントＭを受ける。なお、図７においては合成セグメント１０００に掛かる荷重Ｆは、模式的に表示されているが、実際には合成セグメント１０００の外周側に分布して掛かるものである。

合成セグメント１０００に曲げモーメントＭが生じると、コンクリート８０は、図７の矢印ｆで示される腹圧力が生じ、形状保持材１０２０の間において外形Ｐで示すような変形を生じる。つまり、コンクリート８０は、形状保持材１０２０の間の中央部において径方向ＲＤの内側に向かってはらみ出すように変形する。このとき、コンクリート８０は、周方向ＣＤにおいて、２つの形状保持材１０２０の間の中央部及び形状保持材１０２０と継手板１２との間の中央部において、鋼殻１０１０からはらみ出し、鋼殻１０１０との間にずれが生じる。

また、コンクリート８０の内部には主筋４２が配置されており、主筋４２は、曲げモーメントＭによってコンクリート８０に生じる引張応力Ｔに対し対抗できる。しかし、周方向ＣＤに沿って円弧状に形成された主筋４２は、引張応力Ｔによって全体的に曲率が小さくなる方向に変形する。つまり、主筋４２は、合成セグメント１０００の中央部において径方向ＲＤにおいて内側方向に変位する。この主筋４２の変位が図７に矢印ｆで示される腹圧力となる。これが、比較例の合成セグメント１０００において、コンクリート８０を鋼殻１０１０から内周側にはらみ出す原因の１つである。一方、図７においてコンクリート８０は、２つの形状保持材１０２０の間において楔形状になっており、内側にはらみ出す変形が抑えられている。すなわち、形状保持材１０２０は、コンクリート８０と鋼殻１０１０とのずれ止めとして作用する。しかし、２つの形状保持材１０２０の板面が成す角度は小さいため、コンクリート８０が半径方向にはらみ出す変形を抑える効果が小さい。よって、比較例の合成セグメント１０００においては、コンクリート８０が鋼殻１０１０からはらみ出すように変形するのを抑えるのが難しい。

このように、コンクリート８０が鋼殻１０１０からはらみ出す変形が抑えらず、鋼殻１０１０とコンクリート８０との間にずれが生じると、鋼殻１０１０とコンクリート８０との一体化が図れなくなるばかりでなく、コンクリート８０によりトンネル周方向の圧縮力を負担できなくなるので、合成セグメント１０００としての耐力が急激に低下するようになるという問題が生じる。したがって、比較例に係る合成セグメント１０００は、鋼殻１０１０とコンクリート８０とのずれを如何に抑えるかが課題となる。

図８は、実施の形態１に係る合成セグメント１００の模式図である。図８は、図７に対応する合成セグメント１００の模式図であり、合成セグメント１００の構造を部分的に省略して表示している。実施の形態１に係る合成セグメント１００は、比較例と異なり、主筋４２よりも径方向ＲＤの外側に位置する主筋４３を備える。主筋４３は、形状保持材２０の切り欠き２１の端縁２１ａに接合されており、鋼殻１０と一体になっている。図８においては、接合部Ｗが主筋４３と形状保持材２０とが固定されている箇所を示している。これにより、合成セグメント１００は、比較例よりもコンクリート８０と鋼殻１０との結合力が向上している。つまり、主筋４３は、接合部Ｗにおいて鋼殻１０に支持され、コンクリート８０が接合部Ｗの間の主筋４３の一部に支持される。なお、形状保持材２０は、切り欠き２１を有し主筋４３を配置できるように構成されているが、一対の主桁１１の間に亘って配置されており、コンクリート８０のずれ止めとして機能する。

主筋４３は、形状保持材２０により鋼殻１０に固定されている。そのため、主筋４３は合成セグメント１００に曲げモーメントＭが作用したときに圧縮応力又は引張応力を受けた場合であっても土留構造物２００の内側に向かって変位しにくくなっている。これによりコンクリート８０に発生する腹圧力を抑えることが可能となる。なお、外側鉄筋４１は、主筋４３に変わって配力筋４５の端部４５ａを、形状保持材２０の板面２３に接合しても良い。この場合であっても主筋４３は、間接的であるが形状保持材２０に接合される。また、外側鉄筋４１は、主筋４３と配力筋４５の両方を形状保持材２０に接合しても良い。

実施の形態１に係る合成セグメント１００は、主筋４２に接合された配力筋４４の端部４４ａを形状保持材２０に接合することもできる。この場合であっても、径方向ＲＤにおいて内側に位置する内側鉄筋４０も鋼殻１０に一体となり、内側鉄筋４０の主筋４２が間接的に鋼殻１０に固定される。これにより、引張応力Ｔによる主筋４２の変位を抑えることができるため、コンクリート８０に生ずる腹圧力も抑えることができる。

また、コンクリート８０の内部において径方向ＲＤに離れて配置される内側鉄筋４０及び外側鉄筋４１が形状保持材２０に接合されている場合、内側鉄筋４０及び外側鉄筋４１は、形状保持材２０を介して連結される。つまり、外側に位置する主筋４３と内側に位置する主筋４２とが拘束され、コンクリート８０は、径方向ＲＤにおいて内側に膨らむような変形が抑えられ、腹圧力が抑制される。外側に位置する主筋４３と内側に位置する主筋４２とは、鋼殻１０の径方向ＲＤの中央Ｎを挟んで配置されていることにより、コンクリート８０の曲げモーメントＭに対する強度が向上する。

実施の形態１に係る合成セグメント１００は、形状保持材２０により鋼殻１０の剛性及び強度を確保しつつ、切り欠き２１に周方向に延びる主筋４２又は４３を配置できるため、コンクリート８０の強度が向上し、全体としての強度も向上する。また、合成セグメント１００は、切り欠き２１の内側にさらに鉄筋を配置することもでき、例えば内側鉄筋４０と外側鉄筋４１との間にもう一層の主筋及び配力筋から成る鉄筋を配置しても良い。

また、実施の形態１に係る合成セグメント１００は、形状保持材２０に径方向ＲＤの内側を向いた切り欠き２１を有するため、製造時において鉄筋４０及び鉄筋４１を配置する作業が容易で、接合の作業性も優れているという利点がある。

実施の形態２．
実施の形態２に係る合成セグメント１０１について説明する。合成セグメント１０１は、実施の形態１に係る合成セグメント１００に対し、鉄筋４０の固定構造を変更したものである。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図９は、実施の形態２に係る合成セグメント１０１の断面構造の模式図である。実施の形態２に係る合成セグメント１０１は、鉄筋４０を構成する主筋４２と鋼殻１０のスキンプレート１６とに接合された径方向連結部材４６を備える。径方向連結部材４６は、コの字形に形成されており、径方向ＲＤの外側の端部においてスキンプレート１６と接合される鋼殻側接合部４６ａ及び径方向ＲＤの内側の端部において主筋４２と接合される主筋側接合部４６ｂを備える。径方向連結部材４６は、スキンプレート１６と主筋４２との距離の変動を抑える。なお、径方向連結部材４６は、径方向鉄筋と称する場合もある。

図９においては、径方向連結部材４６が孔軸方向ＡＤの両端に位置する主筋４２のみに設けられているが、この形態のみに限定されない。例えば、径方向連結部材４６は、中央部に位置する主筋４２に設けられていても良く、設置数及び設置箇所を適宜変更できる。

径方向連結部材４６の位置を変更することにより、合成セグメント１０１は、主筋４２とスキンプレート１６とを連結する箇所を自由に設定できる。例えば、２つの形状保持材２０の中央部に径方向連結部材４６を設置することにより、図７において説明した主筋４２の径方向ＲＤ内側方向への変位を効果的に抑制できるため、腹圧力が抑制され、コンクリート８０が内側にはらみ出す変形を抑える効果が向上する。径方向連結部材４６は、周方向ＣＤにおいて形状保持材２０の間に設置することにより、腹圧力の抑制効果をより向上させることができる。

径方向連結部材４６は、例えばコの字に曲げられた棒鋼により構成されるが、形状及び材料を限定するものではない。例えば、径方向連結部材４６は、鋼殻側接合部４６ａと主筋側接合部４６ｂとが異なる方向を向くように構成されていても良い。また、径方向連結部材４６は、鋼板を折り曲げて形成しても良い。

径方向連結部材４６は、径方向ＲＤに延びるように配置されるものに限定されず、例えば径方向ＲＤに対し周方向ＣＤ又は孔軸方向ＡＤに傾斜させて設置されても良い。また、１つの径方向連結部材４６を用いて複数の主筋４２とスキンプレート１６とを連結しても良い。径方向連結部材４６は、鋼殻側接合部４６ａ又は主筋側接合部４６ｂを複数備えていても良い。

なお、径方向連結部材４６は、内側鉄筋４０の主筋４２の代わりに配力筋４４に接合されていても良い。配力筋４４の径方向ＲＤへの変位を抑えることにより間接的に主筋４２の変位を抑えられる。このとき、径方向連結部材４６と配力筋４４とが一体に構成されていても良い。つまり、配力筋４４の一部を径方向ＲＤに伸ばし、鋼殻１０と接合させても良い。

径方向連結部材４６は、内側鉄筋４０に接合され、さらに外側鉄筋４１にも接合されていても良い。これにより、内側鉄筋４０及び外側鉄筋４１と鋼殻１０とがより強固に一体化されるため、内側鉄筋４０と共に外側鉄筋４１の変位も抑えられ、腹圧力の抑制効果をより向上させることができる。

また、鉄筋４０の径方向ＲＤにおける位置をさらに内側にすることもできる。これにより、合成セグメント１０１に掛かる曲げモーメントＭによりコンクリート８０の引張応力が高い部分を主筋４２により補強しつつ、主筋４２の変位を抑えることができる。

以上のように、実施の形態２に係る合成セグメント１０１によれば、内側に位置する鉄筋４０と鋼殻１０とを連結することにより、鋼殻１０に対する鉄筋４０の変位を抑えることができる。そのため、合成セグメント１０１は、腹圧力を抑制できる。なお、実施の形態２においては、スキンプレート１６と鉄筋４０とを連結しているが、径方向連結部材４６の鋼殻側接合部４６ａは、鋼殻１０の構造に応じて鋼殻１０を構成する他の部材に連結しても良い。

実施の形態３．
実施の形態３に係る合成セグメント１０２について説明する。合成セグメント１０２は、実施の形態２に係る合成セグメント１０１に対し、径方向連結部材４６により連結させる対象を変更したものである。なお、実施の形態１又は実施の形態２と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１０は、実施の形態３に係る合成セグメント１０２の断面構造の模式図である。実施の形態３に係る合成セグメント１０２は、径方向連結部材４６により内側鉄筋４０と外側鉄筋４１とを連結したものである。これにより、内側鉄筋４０は、外側鉄筋４１との間の距離の変動が抑えられる。外側鉄筋４１は、形状保持材２０に設けられた切り欠き２１の端縁２１ａに接合されて鋼殻１０に固定されているため、間接的に内側鉄筋４０の鋼殻１０に対する変位を抑えることができる。これにより、合成セグメント１０２は、腹圧力を抑えることができる。

また、合成セグメント１０２は、径方向ＲＤにおいて内側鉄筋４０の位置を内側に移動できる。これにより、合成セグメント１０２に掛かる曲げモーメントＭによりコンクリート８０の引張応力が高い部分を主筋４２により補強しつつ、主筋４２の変位を抑えることができる。

実施の形態３の径方向連結部材４６は、内側鉄筋４０又は外側鉄筋４１の配力筋４４又は４５の一部によって構成されていても良い。つまり、配力筋４４又は４５を径方向ＲＤに延ばして主筋４２又は４３と接合しても良い。この場合、内側鉄筋４０と外側鉄筋４１とは一体の鉄筋かごとして形成されていることになる。

以上のように、実施の形態３に係る合成セグメント１０２によれば、内側に位置する鉄筋４０と外側に位置する鉄筋４１とを連結することにより、鉄筋４０と鉄筋４１との結合力が高まり、コンクリート８０の強度も向上する。また、形状保持材２０に固定された鉄筋４１を介して鉄筋４０も鋼殻１０に固定されるため、鉄筋４０の変位を抑えることができる。そのため、合成セグメント１０２は、腹圧力を抑制できる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、各実施の形態に示された構成は組み合わせることができる。また、各実施の形態に別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 土留構造物、４ 主桁、６ スキンプレート、１０ 鋼殻、１１ 主桁、１２ 継手板、１３ ボルト孔、１４ ボス、１４ａ 取付孔、１５ ボルト孔、１６ スキンプレート、２０ 形状保持材、２１ 切り欠き、２１ａ 端縁、２１ｂ 端縁、２２ 端縁、２３ 板面、４０ （内側）鉄筋、４１ （外側）鉄筋、４２ 主筋、４３ 主筋、４４ 配力筋、４４ａ 端部、４５ 配力筋、４５ａ 端部、４６ 径方向連結部材、４６ａ 鋼殻側接合部、４６ｂ 主筋側接合部、８０ コンクリート、８１ ボルトボックス、８２ ボルトボックス、９０ 地盤、９１ 空間、９２ 周方向連結部、９３ 軸方向連結部、１００ 合成セグメント、１０１ 合成セグメント、１０２ 合成セグメント、１５０ セグメントリング、２００ 土留構造物、１０００ 合成セグメント、１０１０ 鋼殻、１０２０ 形状保持材、ＡＤ 孔軸方向、Ｃ 中心、ＣＤ 周方向、Ｍ 曲げモーメント、Ｐ 外形、ＲＤ 径方向、Ｔ 引張応力、Ｗ 接合部。

Claims (13)

1. 土留構造物の周方向及び軸方向に複数連結されることにより、前記土留構造物を構築する合成セグメントであって、
   鋼殻と、
   前記鋼殻の内部に充填されたコンクリートと、を備え、
   前記鋼殻は、
   前記軸方向に離間して設けられた一対の主桁と、
   前記一対の主桁の外周側に接合されたスキンプレートと、
   前記一対の主桁の前記周方向の両端部に接合された一対の継手板と、
   前記一対の主桁間に接合された形状保持材と、を備え、
   前記形状保持材は、
   矩形の鋼板の前記軸方向の中央部に切り欠きを設けて形成されている、合成セグメント。
2. 前記周方向に延びる主筋及び前記軸方向に延びる配力筋を有する鉄筋を、更に備え、
   前記鉄筋は、
   少なくとも一部が前記切り欠きの内側に配置され、前記形状保持材に固定されている、請求項１に記載の合成セグメント。
3. 前記鉄筋は、
   前記土留構造物の径方向において外側に配置される外側鉄筋と、内側に配置される内側鉄筋と、を備える、請求項２に記載の合成セグメント。
4. 前記外側鉄筋は、
   前記形状保持材の前記切り欠きの前記径方向の端縁に接合されている、請求項３に記載の合成セグメント。
5. 前記切り欠きの前記径方向を向いた端縁は、
   前記鋼殻の前記径方向の幅の中心よりも外側に位置する、請求項４に記載の合成セグメント。
6. 前記外側鉄筋は、
   前記鋼殻の前記径方向の幅の中心よりも外側に位置する、請求項５に記載の合成セグメント。
7. 前記内側鉄筋の前記主筋と前記配力筋とは、
   互いに接合され、
   前記配力筋の前記軸方向の端部は、
   前記形状保持材の板面に接合されている、請求項３～６の何れか１項に記載の合成セグメント。
8. 前記外側鉄筋及び前記内側鉄筋のそれぞれの前記主筋は、
   前記径方向に連結されている、請求項３～７の何れか１項に記載の合成セグメント。
9. 前記鉄筋は、
   前記径方向に延びる径方向連結部材を更に備え、
   前記径方向連結部材は、
   前記外側鉄筋及び前記内側鉄筋のそれぞれの前記主筋を連結する、請求項８に記載の合成セグメント。
10. 前記鉄筋は、
    前記径方向に延びる径方向連結部材を更に備え、
    前記径方向連結部材の一端が前記鋼殻と連結されている、請求項３～８の何れか１項に記載の合成セグメント。
11. 前記径方向連結部材は、
    前記内側鉄筋の前記主筋と前記スキンプレートとを連結する、請求項１０に記載の合成セグメント。
12. 前記径方向連結部材は、
    前記内側鉄筋の前記配力筋と前記スキンプレートとを連結する、請求項１０に記載の合成セグメント。
13. 請求項１～１２の何れか１項に記載の合成セグメントを前記周方向及び前記軸方向に複数組み合わせて形成された、土留構造物。

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