JP3250186B2 - 覆工用セグメントの継手構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に内圧が作用するシ
ールドトンネルの覆工や立坑の覆工等に使用されるセグ
メントの継手構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のシールドトンネルは、図１１に示
すように覆工外からの外圧を主体としたセグメントの設
計が行われ、その結果に基づきセグメント構造及び継手
方法が決定されていた。このため、セグメントには、主
にその軸方向（同図においてＸ軸方向、つまりトンネル
周方向）に圧縮する力が作用し、土圧・水圧のトンネル
深さ方向の増加に伴うトンネル作用荷重変化により、曲
げ力（Ｘ軸を曲げる力）とせん断する力が作用する。そ
の結果、セグメント及びその継手には、大きい圧縮力と
曲げ力が合成され、一般に全断面に圧縮応力が発生する
ことになる。

【０００３】一方、地下河川などのように、外圧に加え
て内圧（覆工内の貯留水による内圧）も作用するセグメ
ントの設計に当たっては、外圧作用に対して上述のよう
な機能が必要であるに加え、外圧及び内圧が同時に作用
する場合には、セグメント及び継手に発生する応力は外
圧のみの作用時と大きく異なるため、それに対応した構
造が必要となる。

【０００４】すなわち、内圧が作用すると、Ｘ軸方向に
引張り力が発生し、これが外圧の作用により発生する圧
縮力と合成され、軸圧縮応力が減少するが、内圧の大き
さによってはセグメント及び継手に引張り力が生ずる。
また、内外圧同時作用時には、セグメント断面には、軸
圧縮力が低減するため曲げ作用が卓越した応力が発生す
る。そのため、セグメント及び継手は曲げと引張りにも
強い構造が必要となる。

【０００５】上述した観点から従来の主なセグメント及
びその継手構造について検討すると、次のとおりであ
る。

【０００６】(1) ＲＣセグメント（一般型） セグメント本体について見ると、本来、ＲＣセグメント
は、コンクリートの特長を生かして圧縮力に対して有効
な構造で、曲げ荷重が作用しても軸圧縮力と合成された
状態では断面内の応力分布は圧縮となる範囲で用いられ
ている。そのため、内圧が作用し、軸引張りと曲げの合
成された引張り応力が大きい構造には不適当である。継
手構造については、図１２に示すように一般にボルト結
合による正曲げに対応した構造となっている。そのた
め、内圧による負の曲げ力や軸引張りには対応が構造上
困難である。また、ボルトには引張り力とせん断力が同
時に作用するので、構造上不適当である。

【０００７】(2) ＲＣホゾ付きセグメント セグメント本体の一方の接合面にはその面に沿って長い
凹ホゾ、他方の接合面にはその面に沿って長い凸ホゾを
設け、セグメント本体相互において凹ホゾと凸ホゾをそ
のまま嵌合させて継手とする構造である。しかし、継手
構造は単純であるが、加工の高精度が要求され、施工の
余裕がないと組み立て不可能であり、内圧が作用すると
セグメント同士が覆工の周方向に離れて開いてしまう欠
点がある。

【０００８】(3) 鋼製セグメント及びタグタイルセグメ
ント セグメント本体は、それぞれ鋼製と鋳鉄製であるため引
張り力には対応可能である。しかし、継手は一般のＲＣ
セグメントと同様にボルト結合されているため、内圧に
対しては構造上不適当である。

【０００９】(4) 合成セグメント（鋼殻内にコンクリー
トを充填し、鋼殻内に設けたリブやジベル等で一体化を
図ったもの） セグメント本体については、正曲げ及び負曲げのいずれ
に対しても大荷重に対応でき、せん断・圧縮・軸引張り
に対しても鋼材とコンクリートの双方により十分に対応
できる。しかし、セグメント本体そのものはこのように
優れていても、その継手に関しては、特開平４−１０６
２９９号公報に記載されているようにボルト結合による
ため、内圧による負の曲げ力や軸引張り（トンネル周方
向の引張り力）には対応が構造上困難であった。一方、
合成セグメントのための継手構造として、特開平４−３
３０１９７号公報に記載されているように、鋼殻の外面
のフランジ部に凹凸嵌合による継手部分を設けたものが
提案されている。これによると、軸圧縮及び正の曲げ力
ばかりでなく負の曲げ力に対しても対応は可能である
が、内圧による軸引張りには対応が困難である。

【００１０】以上述べたいずれの従来例も外圧に対処す
ることを基本思想に設計され、継手については外圧が作
用しても組み立てを簡易に行える構造となっている。と
ころが、貯留水による内圧を考えた場合、内圧が作用す
るのは覆工完成後であるので、内圧に対処するには覆工
完成後に内圧に対応した構造になれば良い。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、このような点を鑑み、覆工に内圧が作用した場合で
も、正曲げ・負曲げ・せん断・軸圧縮ばかりでなく軸引
張りに対しても十分に対応でき、それと同時にまたリン
グ間の引張り剛性も十分に確保できる継手構造を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による継手構造に
おいては、各セグメントのリング間接合面に、覆工の周
方向に間隔をおいて複数のせん断抵抗部を突設するとと
もに、各せん断抵抗部の先端に覆工の周方向に突出する
突部を設け、リング間で接合されるセグメント同士にお
いて、互いのせん断抵抗部が覆工の周方向に個々に食い
違うとともに、せん断抵抗部同士の突部が覆工の軸方向
に食い違うように組み立て、互いのリング間接合面の間
の充填間隙に充填した充填材にせん断抵抗部を埋設す
る。合成セグメントのように、セグメント本体のリング
間接合面に充填用凹部を形成している場合には、先端に
突部を有するＴ形又はＬ形のリブを、この充填用凹部に
突設し、該リブをもってせん断抵抗部としてこれを充填
用凹部内に充填した充填材に埋設する。

【００１３】

【作用】本発明によれば、覆工完成後の形態として、セ
グメントリング間に充填材が充填され、しかもセグメン
トリング間では、セグメント相互の複数のせん断抵抗部
が覆工の周方向に個々に食い違って充填材を周方向に挟
むと同時に、せん断抵抗部同士の突部で充填材を周方向
と直交する覆工軸方向にも挟んだ状態となる。従って、
セグメント同士の摩擦と、充填材とセグメント本体及び
せん断抵抗部との付着力と、充填材の圧縮剛性と、充填
材とせん断抵抗部の覆工周方向及び覆工軸方向のせん断
剛性とにより外圧及び内圧に対抗し、特に内圧が作用し
た場合の覆工周方向の引張り力、覆工軸方向引張り力及
び断面せん断に対して、セグメントリング同士が相互扶
助して有効に対抗する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１はシールドトンネルに使用される合成セグメ
ントの第１例を示す。この合成セグメント１Ａは、全体
として矩形でしかもトンネル周方向に全体が湾曲した鋼
枠２の両面を、湾曲した内外（トンネル内外方向）の鋼
板３・４で閉じて鋼殻５とし、該鋼殻５によるコンクリ
ート充填空間６にコンクリートを充填して構成される。

【００１５】鋼枠２は、例えばＨ形又はＩ形の鋼材で作
られ、その外周面に内外のフランジ部７・８とウエブ９
とによる溝状の充填用凹部１０を形成するとともに、鋼
片による多数のせん断抵抗用リブ１１を充填用凹部１０
に沿って間隔をおいてウエブ９に固着し、またこれらフ
ランジ７・８の外周縁に、図２に示すように互いに対称
の段をなす嵌合部１２・１３を形成している。リブ１１
は、その先端の両側に突部１１a を有するＴ形をなし、
図の例では、これら突部１１a を含む先端部分が充填用
凹部１０から突出する程度の大きさになっている。

【００１６】内側の鋼板３にはコンクリート注入口１
４、鋼枠２のウエブ９には複数の継手用充填口１５がそ
れぞれ設けられ、またパイプによる裏込め注入口１６が
内外の鋼板３・４を貫通して設けられている。更に、鋼
枠２の内側には、トンネル軸方向の複数本の推力伝達部
材１７及びトンネル周方向の複数本の鉄筋１８が配置さ
れている。コンクリート充填空間６内に充填されるコン
クリートとの結合を良くするため、内外の鋼板３・４の
双方又は一方に多数のジベル又はスタッド１９が固着さ
れている。なお、このジベル又はスタッド１９は省略し
ても構わない。

【００１７】第１例の合成セグメント１Ａの組み立て
は、例えば図４に示すように、シールド掘進機のスキン
プレート２０内において従来と同様にエレクタにて合成
セグメント１Ａを把持して位置決めし、既設の合成セグ
メント１Ａと千鳥組になるようにシールド掘進機の内側
から自走式支保装置２１に支保し、コンクリート注入口
１４から鋼殻５のコンクリート充填空間６内にコンクリ
ート２２を充填するとともに、合成セグメント１Ａ相互
を次のように接合し、更に推進ジャッキ２３でシールド
掘進機を推進させながら裏込め注入口１６を通じて裏込
め材２４を注入する。

【００１８】図２及び図３は、トンネル軸方向に隣接す
る２つの合成セグメント１Ａを本発明による継手構造に
より接合した接合例を示す。この場合はいわゆるリング
継手となる。同図において、合成セグメント１Ａ相互の
嵌合部１２・１３をシール材２５を介して嵌合させ、両
合成セグメント１Ａの充填用凹部１０によって形成され
る充填間隙２６内にコンクリートやモルタル等の充填材
２７を充填する。この充填は、図示の例では、鋼殻５の
コンクリート充填空間６内に注入したコンクリート２２
を継手用充填口１５を通じて充填間隙２６へも注入する
ことによって行うことができるが、例えば内側の鋼板３
に充填用凹部１０に連通する継手充填材注入口を別に設
ければ、コンクリート充填空間６内に充填するコンクリ
ートとは別に、充填間隙２６にモルタルを充填すること
が可能である。千鳥組とした両合成セグメント１Ａのリ
ブ１１とリブ１１は、トンネル周方向に食い違いその間
に充填材２７を挟んで一部分がオーバラップするととも
に、トンネル軸方向にもリブ１１同士の突部１１a が充
填材２７を挟んだ状態となって充填材２７に埋設され
る。

【００１９】このような継手構造によると、外圧及び内
圧による特に曲げと引張りに対しても、鋼枠２同士の摩
擦と、嵌合部１２・１３の嵌合と、充填材２７と鋼枠２
及びリブ１１との付着力と、充填材２７の圧縮剛性と、
充填材２７及びリブ１１のトンネル周方向のせん断剛性
と、充填材２７及びリブ１１の突部１１a のトンネル軸
方向のせん断剛性とにより有効に対抗できる。トンネル
周方向に隣接する合成セグメント１Ａ間（いわゆるセグ
メント継手）においても同様である。図５に軸方向の引
張力及び曲げモーメントに対する隣接セグメント間の応
力の伝達パターンを示す。なお、嵌合部１２・１３があ
れば接合剛性が高まるが、本発明においてはこれは必ず
しも必要なものではない。また、作用力の大きさによっ
ては、リブとリブをオーバーラップさせない構造にする
こともできる。

【００２０】図６に示す第２例の合成セグメント１Ｂ
は、第１例の合成セグメント１Ａにおける内側の鋼板３
を省略して鋼殻５の内表面を開口させたもので、その継
手構造については第１例と同じである。これとは逆に、
外側の鋼板４を省略して鋼殻５の外表面を開口させた合
成セグメントに対しても、本発明による継手構造は同様
に適用できる。

【００２１】鋼殻５の内外両表面を鋼板で閉じた合成セ
グメント、これにおける内側の鋼板を省略して鋼殻５の
内表面を開口させた合成セグメント、逆に外側の鋼板を
省略して鋼殻５の外表面を開口させた合成セグメントの
いずれの場合も、せん断抵抗用Ｔ形リブ１１の突設箇所
は上記のように充填用凹部１０の中央部分の一箇所では
なく、図７に示すように両方のフランジ７・８側に寄っ
た二箇所とすることができる。この場合、リブ１１とフ
ランジ７・８との間のコーナー部分に空気抜きのための
隙間１１b を形成すると良い。

【００２２】リブ１１は、図８に示すように先端の片側
のみ突部１１a を有するＬ形でも良い。Ｌ形とした場
合、リブ１１同士の突部１１a はセグメントリング間で
トンネル軸方向にオーバーラップさせても、またさせな
くとも良いが、図８のようにオバーラップさせる場合に
は、セグメントを捩じりながらリングとリングの組み立
てを行う。

【００２３】図９及び図１０はそれぞれタグタイルセグ
メントに適用した例を示す。図９のタグタイルセグメン
ト１Ｄは箱型で、その周壁２９の外面に、トンネル内外
方向に分かれたフランジ３０・３１による充填用凹部３
２を形成し、これらフランジ３０・３１の端縁に対称の
段部である嵌合部３０a ・３１a を設け、また先端の両
側又は片側に突部３３a を有する多数のせん断抵抗用リ
ブ３３を、充填用凹部３２に沿って間隔をおいて周壁２
９に突設したものである。図１０のタグタイルセグメン
ト１Ｅはコルゲート型で、その周壁２９の外面及びフラ
ンジ３０・３１を図９と同様の構造にしたもので、これ
ら２種のタグタイルセグメント１Ｄ・１Ｅのリング継手
構造は上述した合成セグメントの場合と同じになる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の継手構造によれば、覆工完成後
の形態として、セグメントリング間に充填材が充填さ
れ、セグメントリング間では、セグメント相互のせん断
抵抗部が覆工の周方向に食い違って充填材を周方向に挟
むと同時に、せん断抵抗部同士の突部で充填材を覆工軸
方向にも挟んだ状態となるので、セグメント同士の摩擦
と、充填材とセグメント本体及びせん断抵抗部との付着
力と、充填材の圧縮剛性に加えて、充填材とせん断抵抗
部の覆工周方向及び覆工軸方向のせん断剛性も応力に対
抗することになる。従って、特に内圧が作用した場合の
覆工周方向の引張り力、覆工軸軸方向の引張り力及び断
面せん断に対して有効に対抗でき、地下河川や貯水施設
等の内圧が作用する覆工に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による継手構造を適用する合成セグメン
トの第１例の一部切欠斜視図である。

【図２】同合成セグメントに対して適用した本発明によ
る継手構造の垂直断面図である。

【図３】同じく水平断面図である。

【図４】同合成セグメントの組み立て設置例を示す断面
図である。

【図５】隣接するセグメント間における応力の伝達パタ
ーンを示す図である。

【図６】合成セグメントの第２例の断面図である。

【図７】継手部分の変形例の要部断面図である。

【図８】せん断抵抗部であるリブをＬ形とした継手構造
の断面図である。

【図９】本発明の継手構造を適用する箱型タグタイルセ
グメントの断面図である。

【図１０】コルゲート型タグタイルセグメントの断面図
である。

【図１１】シールドトンネルに作用する外圧のモデル図
である。

【図１２】従来のボルト式継手構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１Ａ・１Ｂ・１Ｃ 合成セグメント １Ｄ・１Ｅ タグタイルセグメント ２ 鋼枠 ５ 鋼殻 １０ 充填用凹部 １１ せん断抵抗用リブ １１a 突部 ３３ せん断抵抗用リブ ３３a 突部 ２６ 充填間隙

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各セグメントのリング間接合面に、覆工の
   周方向に間隔をおいて複数のせん断抵抗部を突設すると
   ともに、各せん断抵抗部の先端に覆工の周方向に突出す
   る突部を設け、リング間で接合されるセグメント同士に
   おいて、互いのせん断抵抗部が覆工の周方向に個々に食
   い違うとともに、せん断抵抗部同士の突部が覆工の軸方
   向に食い違うように組み立て、互いのリング間接合面の
   間の充填間隙に充填した充填材にせん断抵抗部を埋設し
   たことを特徴とする覆工用セグメントの継手構造。
2. 【請求項２】前記せん断抵抗部が、セグメントのリング
   間接合面の充填用凹部に突設された先端に突部を有する
   リブであり、このリブを充填用凹部内に充填した充填材
   で埋設したことを特徴とする請求項１に記載の覆工用セ
   グメントの継手構造。
3. 【請求項３】各セグメントがコンクリート充填される鋼
   殻を有し、該鋼殻の外面に前記充填用凹部及びリブを設
   けたことを特徴とする請求項２に記載の覆工用セグメン
   トの継手構造。