JP3257502B2 - 鋼製セグメント及びトンネル覆工体の施工方法 - Google Patents

鋼製セグメント及びトンネル覆工体の施工方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、トンネルの内周
に単にトンネルの地山を保持する仮設材として、あるい
は後から打設されるコンクリートと一体をなして、さら
には単体で本設のトンネル覆工体を構成する鋼製セグメ
ントおよびトンネル覆工体の施工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】当出願人はこれまで、例えば図12に図示
するようにトンネルAの内周に一次覆工材として鋼製セ
グメント30をトンネルAの周方向と軸方向に互いに接合
しながら複数設置して鋼製ライニングを形成し、その内
側に二次覆工材としてコンクリート31を所定の厚さに打
設してコンクリートライニングを形成することにより、
鋼製ライニングとコンクリートライニングとからなる鋼
コンクリート合成構造のトンネル覆工体を構築するシー
ルドトンネルの施工方法を開発した。
【0003】ここで使用される鋼製セグメント30は、例
えば図13に図示するようにトンネルAの周方向と軸方向
にそれぞれ連続する複数本の主桁32と縦リブ35、継手板
33と地山に接するスキンプレート34を有して形成され、
特に主桁32は形鋼や平鋼などから形成され、鋼コンクリ
ート合成構造のトンネル覆工体の場合はRC構造の主筋
に相当するものとして設置されている。
【0004】また、鋼製セグメント30を、後から打設さ
れるコンクリート31と特に一体化せずに、単にトンネル
Aを掘進する際の地山を保護する仮設材として使用し、
その内側に鉄筋コンクリートで本設のトンネル覆工体を
構築するシールドトンネルの施工方法はこれまで広く知
られている。
【0005】さらに、部分的ではあるが鋼製セグメント
30だけでトンネルの内周を覆工するシールド工法も行わ
れている。
【0006】いずれの施工方法においても、主桁32,32
間にはシールドジャッキ(図省略)の推進反力を得るた
めにトンネルの軸方向に沿って縦リブ35が多数取り付け
られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、主桁32,32 間
に縦リブ35が多数あると、特に鋼コンクリート合成構造
のトンネル覆工体を構築する場合、コンクリート31の充
填性がきわめて悪いために施工効率が低下し、またいず
れの施工方法においても鋼材使用量が大幅に増えて鋼製
セグメント30の製作が面倒になるだけでなく、コストが
相当嵩む等の課題があった。
【0008】また、縦リブ35はシールドジャッキの推進
反力を得るためにのみ必要な部材で、コンクリート31の
充填ではむしろ邪魔になり、また特に縦リブ35がなくて
も、充分な強度が得られることから、縦リブ35は省略す
る方向で当出願人は考えている。その一方で、縦リブ35
がないとシールドジャッキの充分な推進反力が得られ
ず、セグメントが変形してしまうおそれがあった。
【0009】この発明は、以上の課題を解決するために
なされたもので、特にコンクリートの充填性がよく、施
工性の向上を可能にした鋼製セグメントおよびトンネル
覆工体の施工方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の鋼製セグ
メントは、少なくともトンネルの周方向と軸方向にそれ
ぞれ連続する複数本の主桁と縦リブを有し、かつ前記縦
リブを隣接する前記主桁間に取り外しできるように取り
付けてなる鋼製セグメントにおいて、一方の主桁の内側
に複数の位置決め部材を、他方の主桁の内側に複数の取
付フランジをそれぞれ突設し、かつ前記縦リブの一端を
前記位置決め部材間に、他端を前記取付フランジ間にそ
れぞれ挿入すると共に、前記縦リブの他端と前記取付フ
ランジを接合ボルトで連結してなることを特徴とするも
のである。
【0011】請求項2記載の鋼製セグメントは、請求項
1記載の鋼製セグメントにおいて、地山側にスキンプレ
ートを有し、このスキンプレートと縦リブとを当接さ
せ、かつこの当接部に互いに噛み合う歯形または凹凸を
突設してなることを特徴とするものである。
【0012】請求項3記載の鋼製セグメントは、請求項
1または2記載の鋼製セグメントにおいて、縦リブを複
数に分割して形成し、かつ分割された縦リブ同士を接合
プレートと接合ボルトで接合してなることを特徴とする
ものである。
【0013】請求項4記載のトンネル覆工体の施工方法
は、トンネルの内周に、請求項1、2または3記載の鋼
製セグメントを前記トンネルの周方向と軸方向に互いに
接合しながら複数取り付けてなるトンネル覆工体の施工
方法において、前記縦リブを取り付けること、前記縦リ
ブを反力受けにしてシールド機を前進させること、およ
び前記縦リブを取り外すことを繰り返し行うことを特徴
とするものである。
【0014】請求項5記載のトンネル覆工体の施工方法
は、トンネルの内周に、請求項1、2または3記載の鋼
製セグメントを前記トンネルの周方向と軸方向に互いに
接合しながら複数設置し、その内側にコンクリートを打
設してなるトンネル覆工体の施工方法において、前記縦
リブを取り付けること、前記縦リブを反力受けにしてシ
ールド機を前進させること、前記縦リブを取り外すこ
と、および前記コンクリートを打設することを繰り返し
行うことを特徴とするものである。
【0015】請求項6記載のトンネル覆工体の施工方法
は、請求項5記載のトンネル覆工体の施工方法におい
て、トンネル覆工体を連設して施工することを特徴とす
るものである。
【0016】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態1.図1〜図10
は、この発明の実施の一形態を示し、図において、トン
ネルAの内周に鋼製セグメント1がトンネルAの周方向
と軸方向に互いに接合しながら二重に設置され、かつ二
重に設置された外側と内側の鋼製セグメント1,1 間にコ
ンクリート2が所定の厚さに打設されている。また、外
側と内側の鋼製セグメント1,1 間にせん断補強材3が複
数設置されている。
【0017】こうして、二重に構成された外側と内側の
鋼製ライニング1Aとその内側のコンクリートライニン
グ2Aとからなる鋼コンクリート合成構造の大断面トン
ネル覆工体が構築されている。
【0018】鋼製セグメント1はトンネルAの周方向に
平行に延在する複数本の主桁4とトンネルAの軸方向に
延在する複数本の継手板5および縦リブ6とトンネルA
の地山に接するスキンプレート7とから形成されてい
る。
【0019】せん断補強材3は外側と内側の鋼製セグメ
ント1の主桁4,4 間に、図2(a),(b) に図示するように
垂直または斜めに設置され、その上下両端は主桁4にそ
れぞれ溶接またはボルト接合によって連結されている。
また、必要に応じてせん断補強材3の表面にはコンクリ
ート2を付着させるための凹凸として、軸直角方向に連
続する凹溝3aが全体にわたって多数形成されている。
【0020】継手板5は主桁4の両端部に主桁4,4 間を
跨いでそれぞれ設置され、かつ各主桁4の端部にそれぞ
れ溶接して固着されている。
【0021】また、継手板5には、トンネルAの周方向
に隣接する鋼製セグメント1の主桁4同士を接合する接
合プレート8を挿通するための開口部9が各主桁4の両
側に位置してそれぞれ形成され、さらに、継手板5同士
を接合する接合ボルト10を挿通するためのボルト孔11が
開口部9,9 間に所定間隔に複数形成されている。
【0022】縦リブ6は隣接する各主桁4,4 間に材軸が
一致するようにトンネルAの軸方向に沿って取り付けら
れ、またトンネルAの周方向に所定間隔に取り付けられ
ている。
【0023】その際、縦リブ6の両端は両側の主桁4の
側部にそれぞれ平行に突設された2本の位置決め部材1
2,12 間と取付フランジ13,13 間にそれぞれ挿入され、
かつ一端が取付フランジ13,13 に複数本の取付ボルト14
によって連結されている。こうして、各縦リブ6は隣接
する各主桁4,4 間に自由に取り外しできるように取り付
けられている。
【0024】なお、せん断補強材3、主桁4、継手板5
および縦リブ6はいずれも、形鋼、平鋼、又は平鋼など
を組み合わせたビルトアップ鋼材などから形成され、ス
キンプレート7は鋼板から形成されている。
【0025】特に、縦リブ6は圧縮強度が大きく、シー
ルドジャッキの大きな推進反力を得るために、例えば図
5(a),(b),(c),(d),(e) に図示するような十字形、H形
又は溝形などの、きわめて変形(座屈)しにくい断面形
状に形成されている。
【0026】また、図6(a) に図示するように縦リブ6
は、特にスキンプレート7の内側に当接されていない
が、周囲の地山の土圧がきわめて大きいときは、図6
(b) に図示するように周囲の土圧に対する補強材を兼ね
ることができるようにスキンプレート7の内側に当接し
て取り付けられている。
【0027】さらに、図6(c) に図示するように、縦リ
ブ6とスキンプレート7との当接面に、互いに噛み合う
歯形または凹凸15を形成して縦リブ6とスキンプレート
7とが一体をなすT形鋼にシールドジャッキの推進反力
を負担させることも行われ、また必要に応じて、主桁4
の下端部に補強リブ4aを水平に突設して主桁4の曲げ
剛性を高めることもなされている。
【0028】図7も、縦リブの他の例を示し、縦リブ6
は縦リブ6aと6bとから2分割に形成されている。ま
た、縦リブ6aと6bの一端は一方の主桁4の内側に突
設された2本の位置決め部材12,12 間にそれぞれ挿入さ
れ、かつ他端は接合プレート16と複数本の接合ボルト
(高力ボルト)17によって互いに接合されている。
【0029】その際、接合プレート16は縦リブ6aと6
bの片側または両側に添え付けられ、接合ボルト17は接
合プレート16と縦リブ6aおよび6bの端部にそれぞれ
形成されたボルト孔18に挿通されている。
【0030】また、ボルト孔18を長孔またはやや大きめ
に形成することにより、主桁4,4 間の間隔に応じて縦リ
ブ6の長さをある程度調節できるようになっている。
【0031】図8と図9は、位置決め部材12の他の例を
示し、図8(a),(b) に図示するものは縦リブ6の端部を
全周にわたって保持できるように縦リブ6の外径より一
回り大きい内径を有する縦長の穴状に形成したものであ
る。
【0032】一方、図9(a),(b) に図示するものは縦リ
ブ6端部の各コーナ部を保持できるように、縦リブ6端
部の各コーナ部に対応する部分にL字状に突設したもの
である。
【0033】いずれのタイプも、周囲の地山の土圧が特
に大きいときに、縦リブ6を図6(b) に図示するように
周囲の土圧に対する補強材を兼ねるようにスキンプレー
ト7の内側に当接して取り付ける場合に適している。
【0034】また、図10に図示するものは、縦リブ6と
スキンプレート7との一体化を図るために、縦リブ6と
スキンプレート7との当接部にに互いに係合し合うフッ
ク19と断面略凹溝状のフック受け20をそれぞれ突設した
ものである。
【0035】このような構成において、特に鋼コンクリ
ート合成構造のトンネル覆工体の場合、図2(a),(b) に
図示するように鋼製セグメント1を、トンネルAの周方
向と軸方向に互いに接合しながら複数設置することによ
り、トンネルAの周方向と軸方向に連続する鋼製ライニ
ング1Aが二重に形成され、さらに外側と内側の鋼製ラ
イニング1A,1A間にコンクリート2を打設して鋼製
ライニング1Aと一体のコンクリートライニング2Aが
形成されている。
【0036】その際、トンネルAの周方向に隣接する鋼
製セグメント1同士は、図4(a),(b) に図示するように
双方の主桁4の端部間の片側又は両側に接合プレート8
を開口部9を挿通させて設置すると共に、主桁4と接合
プレート8を複数本の接合ボルト(高力ボルト)21で接
合し、さらに双方の継手板5をボルト孔11を貫通する複
数本の接合ボルト(高力ホルト)10で接合することによ
り接合されている。
【0037】また、トンネルAの軸方向に隣接する鋼製
セグメント1同士は、特に図4(a)に図示するように接
合プレート8と接合ボルト21でトンネルAの周方向に隣
接する主桁4と一緒に接合されている。
【0038】その際、主桁4と接合プレート8との当接
面に互いに噛み合うような凹凸(高さが0.5 mm程度有
するもの)を形成しておけば、主桁4,4 間の高力摩擦接
合による接合強度はより向上する。
【0039】また、鋼コンクリート合成構造のトンネル
覆工体を構築するために使用される鋼製セグメントの場
合、特に主桁4の表面にコンクリート2を付着させるた
めの凹凸が全面に渡って多数形成され、さらに必要に応
じて継手板5の内側とスキンプレート7の内側にも同様
の目的で凹凸が多数形成されている。
【0040】なお、主桁4、継手板5およびスキンプレ
ート7の表面にコンクリート2を付着できるものであれ
ば、スタッド等のシャコネクターを多数突設したもので
もよい。
【0041】発明の実施の形態2.図11(a),(b) は、鋼
コンクリート合成構造のトンネル覆工体の他の例を示
し、図において、トンネルAの内周に一次覆工材として
鋼製セグメント1がトンネルAの周方向と軸方向に互い
に接合しながら複数設置され、かつその内側に二次覆工
材としてコンクリート2が所定の厚さに打設されてい
る。
【0042】こうして、鋼製ライニング1Aとコンクリ
ートライニング2Aとからなる鋼コンクリート合成構造
のトンネル覆工体が構築されている。
【0043】なお、図11(a) は矩形断面形に、図11(b)
は特に主桁4に所定の曲率を付けて形成した鋼製セグメ
ントを使用して円形断面形にそれぞれ構築されたトンネ
ル覆工体を示したものである。
【0044】いずれの場合も、せん断補強材が設置され
ていない以外は、鋼製セグメント1の構成、鋼製セグメ
ント1同士の接合部の構造など、他の構成は発明の実施
の形態1で説明したものと略同じである。
【0045】発明の実施の形態3.次に図11(a),(b) に
図示するトンネル覆工体の施工方法を説明する。
【0046】 最初に、シールド機(図省略)のテー
ル部において、すでに施工が終了したトンネル覆工体の
先端部に、縦リブ6のない鋼製セグメント1をトンネル
Aの地山に沿ってトンネルAの周方向および軸方向に互
いに接合しながら複数設置してトンネルAの周方向に連
続する単位鋼製リングを形成する。また、各鋼製セグメ
ント1の主桁4,4 間に縦リブ6を取り付ける。
【0047】 次に、各鋼製セグメント1の外主桁4
の外側にシールドジャッキの先端を当てる。その際、各
シールドジャッキの先端は縦リブ6を有する位置にそれ
ぞれ当てる。
【0048】 次に、各縦リブ6をシールド機の推進
反力受けにして、シールドジャッキを徐々に伸長してシ
ールド機を前進させることによりシールドジャッキの1
ストローク分のトンネルを掘進する。
【0049】 次に、各鋼製セグメント1の縦リブ6
を撤去し、その後にコンクリート2を打設する。こうす
ることで、トンネル覆工体の一部が新たに施工されたこ
とになる。
【0050】 次に、伸長したシールドジャッキを元
の位置まで縮め、その後にの要領で新たに縦リブ6の
ない鋼製セグメント1を設置してトンネルAの周方向に
連続する鋼製リングを新たに形成する。そして、主桁4,
4 間にの工程で撤去した縦リブ6を取り付ける。
【0051】 次に、〜の工程を行ってトンネル
覆工体の一部を、さらに新たに施工する。以下の要領
で、〜の作業を繰り返し行ってトンネル覆工体の全
長を施なお、縦リブ6の取り付けと取り外しは、1つの
鋼製リングごとに行う必要はなく、20〜30リング分まと
めて行うこともある。
【0052】また、工場又は現地の作業ヤードで、あら
かじめ縦リブ6を取り付け、その後にトンネルAの内周
に設置することもある。
【0053】なお、図1に図示するような大断面トンネ
ル覆工体を構築するには、最初に〜の工程により小
断面シールドトンネルaを大断面の矩形状に連設して施
工すると共に、各小断面シールドトンネルa内にコンク
リートを打設して大断面トンネルの外殻を構築した後、
外核の内側を掘進する。
【0054】その際、コンクリートは隣接する小断面シ
ールドトンネルa,a間の隔壁b(例えば、鋼製セグメ
ント1の主桁4のみを残しスキンプレート7を撤去す
る)を撤去してから打設するものとする。
【0055】
【発明の効果】この発明は以上説明した構成からなり、
隣接する主桁間に縦リブが自由に取り外しできるように
取り付けてあるので、特に鋼コンクリート合成構造のト
ンネル覆工体を構築する場合、縦リブを撤去した後にコ
ンクリートを打設できるので、コンクリートの充填性が
よく、施工性の大幅な向上が図れる等の効果がある。ま
た、鋼材使用量が大幅に減ってコストの低減化が図れ
る。
【0056】トンネルの内周に単にトンネルの地山を保
持する仮設材として、あるいは単体で本設のトンネル覆
工体を構築する場合も、縦リブを省略できるか、あるい
は大幅に節約できるので、鋼製セグメントの製作がきわ
めて容易になるだけでなく、鋼材使用量が大幅に減って
コストの低減化が図れる等の効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】大断面シールドトンネルの断面図である。
【図2】図1に示す大断面トンネルの外核の一部斜視図
である。
【図3】(a),(b) は 鋼製セグメントの連結部の構造を
示す斜視図である。
【図4】(a) は鋼製セグメントの連結部の構造を示すト
ンネル軸方向の断面図、(b) はトンネル周方向の断面図
である。
【図5】(a) 〜(e) はいずれも縦リブの断面図である。
【図6】(a),(b),(c) は鋼製セグメントの断面図であ
る。
【図7】鋼製セグメントの断面図である。
【図8】(a),(b) は位置決め部材を示す断面図である。
【図9】(a),(b) は位置決め部材を示す断面図である。
【図10】縦リブとスキンプレートとの連結部の構造を
示す断面図である。
【図11】(a),(b) はそれぞれ矩形断面形、円形断面形
に構築されたシールドトンネルの断面図である。
【図12】矩形断面形に構築されたシールドトンネルの
断面図である。
【図13】鋼製セグメントの一部斜視図である。
【符号の説明】
1 鋼製セグメント 1A 鋼製ライニング 2 コンクリート 2A コンクリートライニング 3 せん断補強材 3a 凹溝(凹凸) 4 主桁 5 継手板 6 縦リブ 6a 縦リブ 6b 縦リブ 7 スキンプレート 8 接合プレート 9 開口部 10 接合ボルト 11 ボルト孔 12 位置決め部材 13 取付フランジ 14 取付ボルト 15 歯形または凹凸 16 接合プレート 17 接合ボルト(高力ボルト) 18 ボルト孔 19 フック 20 フック受け 21 接合ボルト(高力ボルト)
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21D 11/14

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともトンネルの周方向と軸方向に
    それぞれ連続する複数本の主桁と縦リブを有し、かつ前
    記縦リブを隣接する前記主桁間に取り外しできるように
    取り付けてなる鋼製セグメントにおいて、一方の主桁の
    内側に複数の位置決め部材を、他方の主桁の内側に複数
    の取付フランジをそれぞれ突設し、かつ前記縦リブの一
    端を前記位置決め部材間に、他端を前記取付フランジ間
    にそれぞれ挿入すると共に、前記縦リブの他端と前記取
    付フランジを接合ボルトで連結してなることを特徴とす
    る鋼製セグメント。
  2. 【請求項2】 地山側にスキンプレートを有し、このス
    キンプレートと縦リブとを当接させ、かつこの当接部に
    互いに噛み合う歯形または凹凸を突設してなることを特
    徴とする請求項1記載の鋼製セグメント。
  3. 【請求項3】 縦リブを複数に分割して形成し、かつ分
    割された縦リブ同士を接合プレートと接合ボルトで接合
    してなることを特徴とする請求項1または2記載の鋼製
    セグメント。
  4. 【請求項4】 トンネルの内周に、請求項1、2または
    3記載の鋼製セグメントを、前記トンネルの周方向と軸
    方向に互いに接合しながら複数取り付けてなるトンネル
    覆工体の施工方法において、前記縦リブを取り付けるこ
    と、前記縦リブを反力受けにしてシールド機を前進させ
    ること、および前記縦リブを取り外すことを繰り返し行
    うことを特徴とするトンネル覆工体の施工方法。
  5. 【請求項5】 トンネルの内周に、請求項1、2または
    3記載の鋼製セグメントを、前記トンネルの周方向と軸
    方向に互いに接合しながら複数取り付け、その内側にコ
    ンクリートを打設してなるトンネル覆工体の施工方法に
    おいて、前記縦リブを取り付けること、前記縦リブを反
    力受けにしてシールド機を前進させること、前記縦リブ
    を取り外すこと、および前記コンクリートを打設するこ
    とを繰り返し行うことを特徴とするトンネル覆工体の施
    工方法。
  6. 【請求項6】 トンネル覆工体を連設して施工すること
    を特徴とする請求項5記載のトンネル覆工体の施工方
    法。
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