JP3708759B2 - シールド管路のセグメントリング間継手 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法によって施工されるトンネル等シールド管路のセグメント間継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法は、シールド技術の高度の発展により上下水道等の水路トンネルのみならず、鉄道、道路、共同溝等の分野においても広く採用され普及している。
【０００３】
シールド工法によって施工されるトンネル等のシールド管路は、ブロックに分割されたセグメントを組み合わせて掘削した部分の内面を覆工し、これによって支保工を構築する。セグメントは、トンネル断面の所定幅のリングをその円周方向に複数に分割した形状であって、通常コンクリートまたは鋼鉄によって形成されている。トンネル断面のリングを形成するセグメントとセグメント、セグメントにより構成されるリングどうしの結合は、ボルトナットによる締付が一般的である。
【０００４】
図７に示すように、従来のシールド管路のセグメントリングを構成する鋼製セグメントｂは、並行に配置された左右一対の弧状主桁ｃ（図７では左側の主桁ｃのみを示す）、これらの主桁ｃと直交するようにして所定間隔で配置され左右の主桁ｃの裏面に溶接された複数の縦リブｄ、一対の主桁ｃの両端部に形成されたセグメント間継手部（図示省略）、セグメントの頂部を覆うスキンプレートｅを備えており、セグメントリング間継手ａは、隣接する一対の鋼製セグメントｂ、ｂ'の主桁ｃ、ｃ'どうしをリング間ボルトｇ（図７（ｂ））およびこれに螺着されるナットｈによって締付固定してなるものである。なお図７において、鋼製セグメントｂの各部に対応する鋼製セグメントｂ'の各部は鋼製セグメントｂの各部に付した符号に「'」を付けて示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、シールド管路には、地震や地盤の不等沈下等に起因して管路に対し過大な力が作用することがある。地震時にセグメントリングを構成する鋼製セグメントに発生する応力を応答変位法等により計算すると、一般に圧縮方向軸力によりセグメント縦リブに発生する圧縮応力度は地震時許容応力度以下であるが、引張り方向軸力によりセグメント主桁に発生する引張り応力度は非常に大きい。これは、引張り方向軸力に抵抗する部材（主桁、リング間ボルトその他の部材）の剛性に差があるからである。このため、鋼製セグメントの主桁として標準タイプの厚みのものを使用すると、引張り方向軸力により地震時許容応力度を超える引張り方向応力度が発生し、主桁に変形又は破損が生じ易く、その結果リング間に隙間が生じるとともに二次覆工面に亀裂が生じ、漏水や浸入水によるトラブルが発生しがちである。
【０００６】
このため、耐震性の向上を目的として鋼製セグメントの主桁の板厚を標準タイプのものよりも厚くしたものが使用されているが、これはシールド管路の施工コストを増大させる上に、シールド管路全体の重量を増加させ、強度設計上管路を大きくしなければならない上に施工も面倒になる等の不都合を生じる。
【０００７】
また、耐震性を向上させたシールド管路として、実開昭６３ー１０８４９８号公報に記載される可撓性セグメントがある。これは、トンネル軸方向に分断した二つのセグメント構成部材間に可撓部材を一体に介装したものであり、この可撓セグメントをリング状に組み立てた可撓セグメントリングを、通常のセグメントにより組み立てられたセグメントリング間に介装するように用いられ、地盤の不等沈下等により変位、変形させようとする力が作用すると、可撓部材がせん断方向に撓むことによってこれを許容し、剛体であるセグメントリングの破損を防ぐように作用する。
【０００８】
しかしながら、この可撓性セグメントは、通常のセグメントと可撓セグメントの２種類のセグメントを用意してこれらを定められた順序で施工しなければならず、コストが増大するとともに施工が複雑で面倒となるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来のセグメントリング間継手の問題点にかんがみなされたものであって、鋼製セグメント主桁の板厚を標準タイプのもの以上に厚くすることなく、簡単で低コストな構造でありながら、地震時に過大な引張り方向軸力が作用した場合でも鋼製セグメントの主桁に変形、破損が生じない、耐震性が改良されたシールド管路のセグメントリング間継手を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決する手段】
上記課題を解決する本発明のシールド管路のセグメント間継手は、それぞれが複数の鋼製セグメントからなる複数のセグメントリングの隣接するものどうしをリング間ボルトによって接続してなるシールド管路のリング間継手であって、相互に接続される一対の鋼製セグメントの各主桁に、ボルト挿通孔が形成された基部の一方の側の両端部に一対の突起部を備える鋼製補強板を、該一対の突起部が該主桁に当接し、該基部が該主桁から離間するようにして配置し、この鋼製補強板を、該ボルト挿通孔および該主桁の対応するボルト挿通孔に挿通したリング間ボルトおよび該ボルトに螺着したナットにより該主桁に対し締付け固定したことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明によれば、相互に接続される一対の鋼製セグメントの各主桁に、ボルト挿通孔が形成された基部の一方の側の両端部に一対の突起部を備える鋼製補強板を、該一対の突起部が該主桁に当接し、該基部が該主桁から離間するようにして配置し、この鋼製補強板を、該ボルト挿通孔および該主桁の対応するボルト挿通孔に挿通したリング間ボルトおよび該ボルトに螺着したナットにより該主桁に対し締付け固定することにより、（１）主桁にかかる引張り荷重が、従来の継手のようにリング間ボルトによる締結部１箇所でなく、鋼製補強板の一対の突起部という２箇所にかかるので、同一荷重に対して主桁に発生する曲げモーメントが従来の継手にくらべて低減し、それによって主桁に発生する応力度が低減するとともに、（２）リング間ボルトが従来の継手に使用されるボルトよりも長くなるので、リング間ボルトのバネ定数（伸び剛性）がその分小さくなり、ボルトが引張られることにより一定量伸びた時に発生する力はその分小さくなる結果、主桁にかかる引張り荷重がそれだけ低減される。したがって、上記（１）、（２）の効果により、主桁の板厚を標準タイプの板厚よりも大きくする必要もなく、きわめて簡単な構成で、主桁に発生する応力度を低減することができ、地震時に大きな引張り方向軸力が作用した場合でも、鋼製セグメントの主桁の変形、破損を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１および図２は本発明の１実施形態を示すもので、図１は継手部を示す斜視図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ矢視図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ矢視図、図２（ｃ）は図１のＣ−Ｃ矢視図、図２（ｄ）は鋼製補強板の斜視図、図２（ｅ）は引張り荷重がかかった状態を示す図２（ｃ）と同様の図である。
【００１４】
図１に示すように、シールド管路のセグメントリングを構成する鋼製セグメント２は、並行に配置された左右一対の弧状主桁３（図１では左側の主桁３のみを示す）、これらの主桁３と直交するようにして所定間隔で配置され左右の主桁３の裏面に溶接された複数の縦リブ４、一対の主桁３の両端部に形成されたセグメント間継手部（図示省略）、セグメント２の頂部を覆うスキンプレート５を備えており、セグメントリング間継手１は、隣接する一対の鋼製セグメント２、２'の主桁３、３'どうしを、本発明の特徴をなす鋼製補強板７、７'を介してリング間ボルト８およびこれに螺着されるナット９によって締付固定してなるものである。なお図１において、鋼製セグメント２の各部に対応する鋼製セグメント２'の各部は構成セグメント２の各部に付した符号に「'」を付けて示す。
【００１５】
図１の実施形態においては、鋼製補強板７は、図２（ｄ）に示すように、矩形の鋼板からなり中央やや下部にリング間ボルト挿通孔７ｂが形成された基部７ａの一方の側の長手方向両端部を、基部７ａの端縁に沿って同一方向に折り曲げて一対の突起部７ｃを形成してなるものである。この鋼製補強板７、７'を相互に接続される一対の鋼製セグメント２、２'の各主桁３、３'の裏面に一対の突起部７ｃ、７'ｃが当接し、基部７ａ、７'ａが主桁３，３'の裏面から離間するようにして配置し、これら鋼製補強板７、７'を、ボルト挿通孔７ｂ、７'ｂおよびこれに対応する主桁のボルト挿通孔３ａ，３'ａ（図２（ｃ））に挿通したリング間ボルト８およびそのボルトヘッド８ａの反対側の端部に螺着されたナット９により主桁３、３'に対し締付け固定することによりセグメントリング間継手１が完成する。なお、１０、１０'はワッシャーである。
【００１６】
次にこの継手の作用について説明する。
【００１７】
上記実施形態の継手においては、図２（ｅ）に示すように、地震等により主桁３、３'を離間させる方向に引張り力Ｆ、Ｆが作用すると、主桁３、３'はリング間ボルト８による固定部を中心として図中左右両側においてたわみ量６だけたわみ、主桁３、３'間には微小な目開き２２が生じる。これによって、主桁にかかる引張り荷重が、鋼製補強板７、７'の一対の突起部７ｃ、７'ｃという２箇所にかかるので、同一荷重に対して主桁に発生する曲げモーメントが従来の継手にくらべて低減する。すなわち、主桁にかかる引張り荷重がリング間ボルトによる締結部１箇所である従来の継手においては、主桁３に発生する最大曲げモーメントＭは、引張り荷重をＰ、両側の縦リブ４、４間の距離をＬとすれば、図８（ａ）に示す計算モデルにより、Ｍ＝Ｐ・Ｌ/８であるのに対し、本実施形態の継手においては、図８（ｂ）に示す計算モデルにより、最大曲げモーメントＭは、Ｍ＝Ｐ・Ｌ/１０．７となり、従来の継手にくらべて最大モーメントが約２５％低減する。したがって、主桁に発生する応力度もそれだけ低減する。
【００１８】
また、補強板７、７'を介してリング間ボルト８とナット９を締付けるように構成したので、リング間ボルト８は、主桁３、３'の裏面と補強板７、７'の基部７ａ、７'ａとの間の空間および基部７ａ、７'ａの板厚を合わせた長さだけ長くなり、従来のリング間ボルトにくらべて３〜５倍長くなるので、リング間ボルトのバネ定数（伸び剛性）が従来のリング間ボルトの３分の１〜５分の１に低減する。したがって、従来のリング間ボルトが一定量伸びた時に発生する力を１とすれば、本実施形態のリング間ボルトが一定量伸びた時に発生する力は３分の１〜５分の１に低減する。
【００１９】
図３〜図６は本発明の他の実施の形態を示す。図３〜図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）にそれぞれ対応する位置の図である。また、図３〜６の実施形態において、図１および図２の実施形態と同一構成要素は同一符号で示し、その説明を省略する。
【００２０】
図３の実施形態において、鋼製補強板１１は、図３（ｄ）に示すように、矩形の鋼板からなり中央やや下部にリング間ボルト挿通孔１１ｂが形成された基部１１ａの一方の側の長手方向両端部に、基部１１ａの端縁に沿って、一対の突起部１１ｃを構成する鋼製丸棒を溶接してなるものである。図３（ｃ）において、主桁３、３'と鋼製補強板１１の基部１１ａ、１１'ａとの間の空間には二次覆工コンクリートの侵入を防ぐためスポンジ１２、１２'が充填されている。この空間がコンクリートで充填されると、両端部の一対の突起部により曲げモーメントを分散する効果が失われるからである。
【００２１】
図４の実施形態において、鋼製補強板１３は、図４（ｄ）に示すように、矩形の鋼板からなり中央やや下部にリング間ボルト挿通孔１３ｂが形成された基部１３ａの上端部１３ｄおよび下端部１３ｅを主桁３側に折り曲げ、基部１３ａの長手方向両端部に、基部１３ａの端縁に沿って、一対の突起部１３ｃを構成する鋼板を上端部１３ｄおよび下端部１３ｅの主桁側端縁よりも主桁側に突出するようにして溶接してなるものである。
【００２２】
図５の実施形態において、鋼製補強板１４は、図５（ｄ）に示すように、矩形の鋼板からなり中央やや下部にリング間ボルト挿通孔１４ｂが形成された基部１４ａの上端部１４ｄおよび下端部１４ｅを主桁３側に折り曲げるとともに、左右の側端部を上端部１４ｄ、下端部１４ｅの主桁側端縁よりも主桁側に突出するようにして主桁３側に折り曲げて一対の突起部１４ｃを形成してなるものである。この鋼製補強板１４は、図５（ｅ）に示すような一枚の鋼板２０の４隅２０ａを切り落とした後この鋼板２０を折り目２１に沿って同一方向に折り曲げることによって形成することができる。
【００２３】
図６の実施形態において、鋼製補強板１５は、図６（ｄ）に示すように、矩形の鋼板からなり中央やや下部にリング間ボルト挿通孔１５ｂが形成された基部１５ａの上端部１５ｄおよび下端部１５ｅを主桁３と反対側に折り曲げるとともに、左右の側端部を主桁３側に折り曲げて一対の突起部１５ｃを形成してなるものである。 この鋼製補強板１５も、図５（ｅ）に示すものと同様に一枚の鋼板の４隅を切り落とした後この鋼板を折り曲げることによって形成することができる。
【００２４】
図３〜図６の各実施形態の継手は図１の継手と同様に作用することができる。
【００２５】
補強板の形状は矩形に限らず、セグメントの形状、二次覆工の有無等により適当な形状を選択することができる。また、補強板の寸法は、セグメントの寸法、材質、地震時変形量、弾性ワッシャーの併用の有無等を考慮して適宜決定すことができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、主桁の板厚を標準タイプの板厚よりも大きくする必要もなく、きわめて簡単な構成で、主桁に発生する応力度を低減することができ、地震時に大きな引張り方向軸力が作用した場合でも、鋼製セグメントの主桁の変形、破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるセグメント間継手の１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ各矢視図および鋼製補強板の斜視図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態を示す図である。
【図７】従来のセグメントリング間継手を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ矢視図である。
【図８】従来のセグメントリング間継手および本発明のセグメントリング間継手の主桁に発生する最大曲げモーメントを原理的に示す図である。
【符号の説明】
１ 継手
２、２' 鋼製セグメント
３、３' 主桁
４、４' 縦リブ
７、１１、１３、１４、１５ 鋼製補強板
７ａ、１１ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ 基部
７ｂ、１１ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ ボルト挿通孔
７ｃ、１１ｃ、１３ｃ、１４ｃ、１５ｃ 突起部
８ リング間ボルト
９ ナット

Claims (1)

1. それぞれが複数の鋼製セグメントからなる複数のセグメントリングの隣接するものどうしをリング間ボルトによって接続してなるシールド管路のリング間継手であって、相互に接続される一対の鋼製セグメントの各主桁に、ボルト挿通孔が形成された基部の一方の側の両端部に一対の突起部を備える鋼製補強板を、該一対の突起部が該主桁の裏面に当接し、該基部が該主桁の裏面から離間するようにして配置し、この鋼製補強板を、該ボルト挿通孔および該主桁の対応するボルト挿通孔に挿通したリング間ボルトおよび該ボルトに螺着したナットにより該主桁に対し締付け固定したことを特徴とするシールド管路のセグメントリング間継手。

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