JP3798118B2 - Rectangular steel segment - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドトンネルの土木技術分野における、シールドトンネルの内側を覆工し土圧を支持する矩形式鋼製セグメントに関し、特にその継手の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
地下鉄、地下通路、海底トンネル等を築造する場合に、近年、地下を掘削して進む機械を使用して施工するシールド工法が多くなってきている。
従来のシールド工法は、図11に示すように、地下51のトンネル52を円形断面に掘削し、その内面に円弧状の鋼殻リング53を円筒状に組み立てて覆工し、その後コンクリート等により矩形断面のトンネル54を形成し、その中に道路や鉄道を通すものであった。この場合、でき上がりのトンネル54の断面より円形の半月状の部分を余分に掘削しなければならないため、不経済であった。そこで最近、図12に示すように、最終的なトンネル54の断面に合わせた鋼殻リング56を用い、矩形断面のトンネル55を始めから地下51に掘削する矩形式シールドトンネル工法が開発されている。
【0003】
従来のセグメントでは、図11のように円弧状の鋼殻リング53を組み合わせて円形断面にするため、セグメント部材はアーチ作用によって圧縮力のみ作用する。図12に示す矩形断面を形成する鋼殻リング56では底版、側版、上版が土圧、水圧により曲げや引張りを受けるようになり、従来のものより応力が大きく、従来のセグメントでは特に継手部分の強度が不足する問題があった。図13は矩形式のセグメントを組み立てた一例を示すものである。この例では、隅部セグメント61、63と、底版セグメント64と、側版セグメント63と、上版セグメント61、65、66とから構成されており、各部材の横断面は図14に示すように、エッジ部の溝形鋼72、中央部のH形鋼71を骨格部材とし、スキンプレート74で連結すると共に縦リブ73を内蔵している。これらのセグメントはそれぞれプレート構造の継手部67で互いに連結されている。この例では鋼殻リング56内に切張り柱68を用いている。セグメントの耐力は、周方面に接続された、H形鋼71及び溝形鋼72の曲げ及び軸力によって発揮される。セグメントの継手部においては、H形鋼71や溝形鋼72の力が一旦、継手67の端部プレートに伝達され、この端部プレート同士ががボルトによって隣接セグメントと結合され、力は端部プレート相互を介して隣接セグメントのH形鋼や溝形鋼に伝達される。矩形セグメントの場合、継手部に強大な力が作用するため、従来の端部プレートでは強度が不足する。すなわち、このようなセグメントの継手67は、曲げや引張りを生ずるため、従来の圧縮のみ受ける円弧状のセグメントに比べ強度の大きい継手を用いる必要がある。
【0004】
特開平6−235299号公報には、このようなセグメントの接続部における防水性能を向上させると共に施工性の向上を図る継手構造として、H形鋼を用いる継手が開示されている。この構造は継手の強度の面でもプレート構造の継手より優れた特性を発揮するものである。しかし、セグメントの継手部に取付けられたH形鋼のウエブをボルトで結合するものであり、継手部の引張り及び曲げに対してさらに強力な継手構造が望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、最近、新しく開発された矩形シールドトンネル工法に用いる矩形セグメントの構造、特にその継手構造を提供するものである。解決すべき課題は従来のセグメントでは強度不足となる継手部の構造を十分な強度を有する構造とすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために開発されたもので、セグメントの端部継手部に取付けられ互いにフランジ面同士が当接するH形部材と、このH形部材のフランジ4枚を貫通して相互に締結する連結ボルトとを継手部に備えたことを特徴とする矩形式鋼製セグメントである。前記H形部材としては規格品のH形鋼を用いることはもちろん、必要強度に応じて、プレートとT形断面の部材で形成したH形状の部材を用いるとよい。
【0007】
また本発明の別の継手構造としては、セグメントの端部継手部の背面板側に取付けられ互いに板面が当接しボルト結合する継目板と、セグメントの骨格部材の端部を両面から挟みボルト綴じするガゼットプレートとからなる継手を備えたことを特徴とする矩形式鋼製セグメントを提供する。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1〜図3は実施例の継手構造を示す三面図である。図1は継手部の平面図、図2はそのA−A矢視図、図3はB−B矢視図である。隣接するセグメント1a、1bの端部に、それぞれH形部材2a、2bが取付けられており、これらのH形部材2a、2bはフランジ3、3が互いに隣接するH形部材のフランジ外面に当接するように取付けられている。そして、このH形部材2a、2bは、4枚のフランジを貫通する孔5を穿設してあり、この孔5を貫通してH形部材を綴じ合わせる多数のボルト4を備えている。従ってこの継手構造は、簡単な構造で、引張り及び曲げに対して強力な継手となる。H形部材としては、規格品のH形鋼を用いてもよく、継手強度に応じてプレートとT字断面の部材、例えばカットTとを組み合わせて形成した合成部材でもよく、プレートとカットTを用いれば、板厚やウエブ高さを自由に変えることが可能である。H形部材はプレートより剛性が大きいため、従来のプレート構造では適用できない矩形シールド工法への適用が可能となった。
【0009】
次に、図4〜図7に、隣接するセグメント1a、1bの骨格部材である溝形鋼11やH形鋼12を、添接板21、22、23、24で直接締結する構造を示した。図4はこの継手部の平面図、図5はそのC−C矢視図、図6はそのD−D矢視図で、溝形鋼11の継手部の側面図、図7は図4のE−E矢視図でH形鋼12の継手部の側面図である。この構造の継手は、セグメント同士の軸力が端部プレートを介せずに、直接に骨格部材である形鋼から形鋼へ伝達されるため、継手強度は飛躍的に向上する。
【0010】
図8は、従来の継手と本発明による継手の強度を比較したものである。横軸に継手の伸びを取り、縦軸に継手に作用する引張り力を取ってある。曲線31は母材の特性を示すものである。曲線35で示す従来のプレート構造の継手に比べて、端部にカットTとプレートを用いてH形部材としたもの(曲線34)、H形鋼を用いたもの(曲線33)、及び添接板によって接合したもの(曲線32)が明らかに強度が大きくなることがわかる。
【0011】
また、図9は種々の継手を有するセグメント1に、図10に示すように等分布荷重41を負荷した時の荷重と変形量との関係を示すグラフである。変形量は主桁を支点とするスパン42(435mm)両端固定梁として算出した。すなわち、変形量S(mm)は
S=(wL4 )/384・E・I
w=等分布荷重 kg/cm
L=スパンcm
E=ヤング率 kg/mm2
I=断面二次モーメント cm4
曲線36はH−112×200×8×12、曲線37は□−200×100×9、曲線38は、[−200×90×8×13.5、曲線39は、PL−200×25tである。H形鋼の曲げ剛性が著しく大きいことが示されている。
【0012】
【発明の効果】
本発明によれば、矩形シールドトンネルの開発の中で問題視されていたセグメントの継手をH形部材を使った構造又は添接板を用いた構造にすることによって強度を向上し、過酷な条件に対応することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の継手部の平面図である。
【図2】図1のA−A矢視図図である。
【図3】図1のB−B矢視図である。
【図4】実施例の添接板継手を示す平面図である。
【図5】図4のC−C矢視図である。
【図6】図4のD−D矢視図である。
【図7】図4のE−E矢視図である。
【図8】発明の効果を示すグラフである。
【図9】種々の継手の曲げ剛性を示すグラフである。
【図10】図9の曲げの説明図である。
【図11】従来のシールドトンネル工法の説明図である。
【図12】矩形式のシールドトンネル工法の説明図である。
【図13】矩形式のシールドトンネルのセグメントの組立図である。
【図14】矩形式のシールドトンネルのセグメントの断面図である。
【符号の説明】
1a、1b セグメント
2a、2b H形部材
3 フランジ
4 ボルト
5 孔
11 溝形鋼
12 H形鋼
13 スキンプレート
21、22、23、24 添接板
25 継目板
31、32、33、34、35 曲線
51 地下
52、54、55 トンネル
53、56 鋼殻リング
60 セグメント
61、62 セグメント(隅部)
63 セグメント(側版)
64 セグメント(底版)
65、66 セグメント(上版)
67 継手部
68 切張り柱
70 セグメント
71 H形鋼
72 溝形鋼
73 縦リブ
74 スキンプレート
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rectangular steel segment that covers the inner side of a shield tunnel and supports earth pressure in the field of civil engineering of shield tunnels, and more particularly to the structure of the joint.
[0002]
[Prior art]
In recent years, when constructing subways, underground passages, submarine tunnels, etc., there are an increasing number of shield methods that are constructed using machines that excavate underground.
In the conventional shield method, as shown in FIG. 11, a tunnel 52 in the underground 51 is excavated into a circular cross section, and an arc-shaped steel shell ring 53 is assembled into a cylindrical shape on the inner surface, and then covered with a rectangular shape by concrete or the like. A tunnel 54 having a cross section was formed, and a road and a railroad were passed through it. In this case, it is uneconomical because an extra-circular half-moon-shaped portion must be excavated from the cross section of the completed tunnel 54. Recently, as shown in FIG. 12, a rectangular shield tunneling method has been developed in which a tunnel 55 having a rectangular cross section is excavated from the beginning to the underground 51 using a steel shell ring 56 that matches the cross section of the final tunnel 54. .
[0003]
In the conventional segment, since the arc-shaped steel shell ring 53 is combined into a circular cross section as shown in FIG. 11, the segment member acts only on the compression force by the arch action. In the steel shell ring 56 having a rectangular cross section shown in FIG. 12, the bottom plate, the side plate, and the upper plate are subjected to bending and tension by earth pressure and water pressure, and the stress is larger than the conventional one. There was a problem that the strength of the portion was insufficient. FIG. 13 shows an example in which rectangular segments are assembled. In this example, it is composed of corner segments 61, 63, a bottom plate segment 64, a side plate segment 63, and upper plate segments 61, 65, 66. As shown in FIG. The edge-shaped groove-shaped steel 72 and the center-shaped H-shaped steel 71 are used as a skeleton member, and are connected by a skin plate 74 and a vertical rib 73 is incorporated. These segments are connected to each other by a joint portion 67 having a plate structure. In this example, a tension column 68 is used in the steel shell ring 56. The yield strength of the segment is exhibited by the bending and axial force of the H-section steel 71 and the channel steel 72 connected to the circumferential surface. In the joint portion of the segment, the force of the H-section steel 71 and the groove-shape steel 72 is once transmitted to the end plate of the joint 67, and these end plates are connected to the adjacent segment by the bolt, and the force is the end portion. It is transmitted to the H-section steel and the channel steel of the adjacent segment through the plates. In the case of a rectangular segment, since a strong force acts on the joint portion, the strength of the conventional end plate is insufficient. That is, since the joint 67 of such a segment causes bending and tension, it is necessary to use a joint having a higher strength than the arc-shaped segment that receives only the conventional compression.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-235299 discloses a joint using H-section steel as a joint structure for improving the waterproof performance at the connecting portion of such a segment and improving workability. This structure exhibits characteristics superior to those of the plate structure in terms of the strength of the joint. However, the H-shaped steel web attached to the joint part of the segment is connected with a bolt, and a joint structure that is stronger against tension and bending of the joint part is desired.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a rectangular segment structure for use in a newly developed rectangular shield tunneling method, particularly a joint structure thereof. The problem to be solved is to make the structure of the joint part, which has insufficient strength in the conventional segment, a structure having sufficient strength.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been developed to solve the above-described problems. The H-shaped member attached to the end joint portion of the segment and in which the flange surfaces abut each other, and the four flanges of the H-shaped member are passed through. It is a rectangular steel segment characterized in that the joint portion is provided with connecting bolts that are fastened to each other. As the H-shaped member, a standard H-shaped steel is used, and an H-shaped member formed of a plate and a member having a T-shaped cross section may be used depending on the required strength.
[0007]
As another joint structure of the present invention, a joint plate which is attached to the back plate side of the end joint portion of the segment and which has a plate surface contacting each other and bolted together, and an end portion of the skeleton member of the segment are sandwiched from both sides and bolted. The present invention provides a rectangular steel segment characterized by comprising a joint comprising a gusset plate.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 3 are three views showing the joint structure of the embodiment. 1 is a plan view of the joint, FIG. 2 is a view taken along the line AA, and FIG. 3 is a view taken along the line BB. H-shaped members 2a and 2b are respectively attached to the ends of the adjacent segments 1a and 1b, and these H-shaped members 2a and 2b are in contact with the flange outer surfaces of the adjacent H-shaped members. As installed. The H-shaped members 2a and 2b are formed with holes 5 penetrating the four flanges and provided with a large number of bolts 4 that pass through the holes 5 and bind the H-shaped members. Therefore, this joint structure is a simple structure and is a strong joint against tension and bending. As the H-shaped member, standard H-shaped steel may be used, or a composite member formed by combining a plate and a member having a T-shaped cross section, for example, a cut T, according to the joint strength. If used, it is possible to freely change the plate thickness and the web height. Since the H-shaped member has higher rigidity than the plate, it can be applied to a rectangular shield method that cannot be applied to the conventional plate structure.
[0009]
Next, FIGS. 4 to 7 show a structure in which the grooved steel 11 and the H-shaped steel 12 which are skeleton members of the adjacent segments 1a and 1b are directly fastened by the attachment plates 21, 22, 23 and 24. . 4 is a plan view of the joint, FIG. 5 is a view taken along the line CC, FIG. 6 is a view taken along the line DD, a side view of the joint of the channel steel 11, and FIG. It is a side view of the joint part of H section steel 12 by an EE arrow line view. In the joint having this structure, the axial force between the segments is directly transmitted from the structural steel, which is a skeleton member, to the structural steel without passing through the end plate, so that the joint strength is greatly improved.
[0010]
FIG. 8 compares the strength of a conventional joint and the joint according to the present invention. The horizontal axis shows the joint elongation, and the vertical axis shows the tensile force acting on the joint. A curve 31 shows the characteristics of the base material. Compared to the conventional plate structure joint shown by the curve 35, an H-shaped member using a cut T and a plate at the end (curve 34), an H-shaped steel (curve 33), and an attachment It can be seen that the strength of the material joined by the plate (curve 32) is clearly increased.
[0011]
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the load and the deformation amount when the equally distributed load 41 is applied to the segment 1 having various joints as shown in FIG. The amount of deformation was calculated as a span 42 (435 mm) both-end fixed beam with the main girder as a fulcrum. That is, the deformation amount S (mm) is S = (wL 4 ) / 384 · E · I.
w = Uniform load kg / cm
L = span cm
E = Young's modulus kg / mm 2
I = Sectional moment of inertia cm 4
Curve 36 is H-112 × 200 × 8 × 12, curve 37 is □ -200 × 100 × 9, curve 38 is [-200 × 90 × 8 × 13.5, curve 39 is PL-200 × 25t. is there. It is shown that the bending rigidity of H-section steel is remarkably large.
[0012]
【The invention's effect】
According to the present invention, the strength of the segment joint, which has been regarded as a problem in the development of the rectangular shield tunnel, is improved by using a structure using an H-shaped member or a structure using an attachment plate. It became possible to correspond to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a joint portion according to an embodiment.
FIG. 2 is a view taken along the line AA in FIG.
FIG. 3 is a view taken along arrow BB in FIG. 1;
FIG. 4 is a plan view showing an attachment plate joint of an embodiment.
FIG. 5 is a view taken along the line CC in FIG. 4;
6 is a view taken along the line DD in FIG. 4;
FIG. 7 is a view taken along the line EE of FIG.
FIG. 8 is a graph showing the effect of the invention.
FIG. 9 is a graph showing the bending rigidity of various joints.
FIG. 10 is an explanatory diagram of the bending of FIG. 9;
FIG. 11 is an explanatory diagram of a conventional shield tunnel method.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a rectangular shield tunnel method.
FIG. 13 is an assembly drawing of a segment of a rectangular shield tunnel.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a segment of a rectangular shield tunnel.
[Explanation of symbols]
1a, 1b Segment 2a, 2b H-shaped member 3 Flange 4 Bolt 5 Hole 11 Channel steel 12 H-shaped steel 13 Skin plate 21, 22, 23, 24 Joint plate 25 Seam plate 31, 32, 33, 34, 35 Curve 51 Underground 52, 54, 55 Tunnel 53, 56 Steel shell ring 60 Segment 61, 62 Segment (corner)
63 segments (side version)
64 segments (bottom plate)
65, 66 segments (upper version)
67 Joint portion 68 Cutting column 70 Segment 71 H-section steel 72 Channel-shaped steel 73 Vertical rib 74 Skin plate

Claims (4)

セグメントの端部継手部に取付けられ互いにフランジ面同士が当接するH形部材と、該H形部材のフランジ4枚を貫通して相互に締結する連結ボルトとを継手部に備えたことを特徴とする矩形式鋼製セグメント。The joint portion includes an H-shaped member attached to the end joint portion of the segment and in which the flange surfaces abut each other, and a connecting bolt that passes through four flanges of the H-shaped member and fastens to each other. Rectangular steel segment to be used. 前記H形部材がH形鋼であることを特徴とする請求項1記載の矩形式鋼製セグメント。The rectangular steel segment according to claim 1, wherein the H-shaped member is an H-shaped steel. 前記H形部材が、プレートとT形断面の部材で形成したH形状の部材であることを特徴とする請求項1記載の矩形式鋼製セグメント。2. The rectangular steel segment according to claim 1, wherein the H-shaped member is an H-shaped member formed of a plate and a member having a T-shaped cross section. セグメントの端部継手部の背面板側にに取付けられ互いに板面が当接しボルト結合する継目板と、セグメントの骨格部材の端部を両面から挟みボルト綴じする添接板とからなる継手を備えたことを特徴とする矩形式鋼製セグメント。A joint comprising a seam plate that is attached to the back plate side of the end joint portion of the segment and that has a plate surface that abuts each other and is bolted together, and an attachment plate that sandwiches the end of the skeleton member of the segment from both sides and binds the bolt. A rectangular steel segment characterized by that.
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