JP4074535B2 - 合成セグメント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドトンネル等の一次覆工体として用いられる鋼製系のセグメント構造にコンクリートを中詰めして構成される合成セグメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、（１）セグメント内部に、コンクリートが充填されている合成セグメントが知られていると共に、（２）図１８および図１９（ａ）に示すように、トンネル周方向に円弧状鉄筋２０を中詰コンクリート２２に埋め込むように配置されている合成セグメント１９、あるいは、（３）図１９（ｂ）に示すように、セグメント幅方向（トンネル軸方向）に鉄筋２１を中詰コンクリート２２に埋め込むように設置されている合成セグメント１９も知られている。
また、（４）図２０および図２１に示すように、トンネル内空側となる縦リブ２３の外側に、円弧状鉄筋２０を載置するように配置した形態の合成セグメント１９、あるいは特開平８−２７７６９８号公報（特許文献１）により公表されているように、縦リブ２３に窪みを設けて、円弧状鉄筋の位置決めを容易にした合成セグメント１９も知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２７７６９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記（１）の鋼製系のセグメント内部にコンクリートが充填されている合成セグメントは、楕円形等の異形断面のトンネルや、偏土圧が大きいトンネル、あるいは内水圧が卓越するトンネル等のように、シールドトンネルの覆工断面に曲げモーメントが卓越する場合、コンクリートが充填された鋼製系のセグメントは一般に薄肉で、主桁と主桁との間隔が大きいため、充填されたコンクリートは、鋼製系セグメントにおける鋼材との一体性が小さく、コンクリートは発生する断面力に十分抵抗できない。このため、セグメントの壁厚を厚くするなど不経済な設計とならざるを得なかった。
【０００５】
また、前記（２）〜（４）の場合のように、鋼製系のセグメント内部に鉄筋２０（２１）が設置され、鉄筋２０（２１）を埋め込むように中詰コンクリート２２が充填された合成セグメント１９においては、セグメント背面の土水圧等の荷重がスキンプレート３に伝達され、スキンプレート３から主桁１または中詰コンクリート２２に伝達されると共に、主桁１から中詰コンクリート２２に伝達されるように構成されているので、土水圧などの荷重により曲げモーメントが作用した場合、図２１に示すように、正曲げモーメント（トンネル内空側に引張力、地山側に圧縮力を作用させようとする方向の曲げモーメント。逆向きの曲げモーメントを負曲げモーメントという）に対して、円弧状鉄筋２０には引張力が作用する場合がある。このような場合、円弧状鉄筋２０は円弧状となっているため、引張力によって、２点鎖線で示すように、真直ぐになろうとし、過大な引張力が鉄筋２０に作用した場合、円弧状鉄筋を被覆しているトンネル内空側のかぶりコンクリート２４を剥落させる恐れがある。これは鉄筋２０が縦リブ２３によってトンネル内空側への移動を拘束されていないためで、したがって、図１８および図２０あるいは特開平８−２７７６９８号公報に示される形態、すなわち、縦リブ２３の外側（トンネル内空側）に、鉄筋２０を載置するように配置した形態の合成セグメント１９は、本発明とは、技術的に全く異なるものである。
【０００６】
本発明は、セグメント内に充填されたコンクリートと、セグメントを構成する鋼材との一体性の高い低コストな覆工を実現可能な合成セグメントを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、セグメントにおける、かぶりコンクリートの剥落を防止可能とし、セグメントの壁厚が薄い場合でも、必要な耐力を確保できる合成セグメントを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、次のように構成する。
【０００９】
第１の発明の合成セグメントは、主桁、継手板、スキンプレートおよび縦リブにより構成される鋼製系セグメントにおける主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが主桁及びスキンプレートに溶接によって固定され、前記各縦リブに開孔が設けられ、前記各縦リブの開孔に渡って棒状鋼材が挿通され、前記縦リブおよび棒状鋼材を埋め込むようにセグメント内部にコンクリートが充填され、前記開孔が縦リブ長手方向に延長する長孔または縦リブに設けた凹部と棒状鋼材を挿通後に溶接などにより固着した押え部材により構成されていることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明における合成セグメントであって、主桁，スキンプレートおよび縦リブに囲まれた中に充填されたコンクリートを補強するため一つの縦リブを跨いで、その両隣の縦リブ近傍に達する、折り曲げた棒状鋼材からなる多数の補強部材を千鳥の位置にさらに配置することを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明の合成セグメントによると、従来の合成セグメントにおける鉄筋や、縦リブに載置した鉄筋の組み合わせでは得られない大きな特徴を有している。すなわち、棒状鋼材が縦リブに定着されているため、セグメントに正曲げモーメントが作用しても、棒状鋼材を被覆するかぶりコンクリートの剥離を防止することができる。また、縦リブと棒状鋼材とスキンプレートに囲まれた中詰コンクリートの部分およびその周辺は拘束されるので、拘束されたコンクリート部分によりコンクリートによる圧縮斜材が形成され、スキンプレートと縦リブとコンクリートによる圧縮斜材とによるトラス機構でせん断力に抵抗できるようになり、大きなせん断力にも抵抗できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１および図２によって本発明を説明する。
【００１３】
図１、図２は、合成セグメントの中央部位置の長手方向縦断面図、図１（ｂ）は、主桁内側面位置の長手方向縦断面図を示す。この合成セグメント１０は、少なくとも２本の主桁１と、２つの継手板（図に表れない）と、スキンプレート３と、両主桁１間に配設され、かつ、継手板方向に所定間隔離して配設される複数の縦リブ４と、前記各縦リブ４に複数もしくは単数個設けられた開孔８にわたって挿通する棒状鋼材５とにより構成され、前記各縦リブ４の開孔８よりトンネル半径方向内側部分が棒状鋼材５のトンネル半径方向中心側に移動するのを拘束するための支承作用をしている棒状鋼材支承部Ａである。棒状鋼材５は各縦リブ４により支承される。
【００１４】
前記各縦リブ４は、トンネルの中心方向に向けて配置され、縦リブ４の巾方向の一端縁（トンネル半径方向外側）は、スキンプレート３と接して配設され、縦リブ４の巾方向の他端縁は、主桁１の一側縁（トンネル内空側縁）と略同じ高さに設けても良く、または、コンクリートに完全に埋め込む場合は、主桁１の一側縁よりも低い位置に設けられる。また、セグメントの主桁１の桁高さｈに対して、縦リブ４は、適宜の範囲内の間隔Ｗで少なくとも２つ以上配置する（図示の場合は、４つ）。さらに、縦リブ４とセグメントの主桁１と継手板２にフランジ部を設けることがある。
【００１５】
前記のように構成されたセグメント枠体において、隣合う縦リブ４における内空側の縦リブ４間または棒状鋼材５間から、主桁１と継手板２とスキンプレート３と縦リブ４で形成されるセグメント内空間に、縦リブ４および棒状鋼材５を埋め込むように中詰コンクリート６が充填されている。
【００１６】
前記構成において、中詰コンクリート６が硬化した後は、縦リブ４と棒状鋼材５とスキンプレート３で囲まれた部分のコンクリート６は拘束された態様となり、図１に符号Ｍで示す負曲げモーメントを受けても、各縦リブ４とスキンプレート３と拘束されたコンクリート６の斜め領域によるコンクリート圧縮斜材（実線または点線で示す符号ロの部分）とによりトラス機構（左右同様なトラス機構）が形成され、拘束されたコンクリート６は圧縮力に強固に抵抗でき、結果的に、中詰コンクリート６とスキンプレート３と縦リブ４が一体化し、合成セグメント１０に圧縮力が作用しても、スキンプレート３および棒状鋼材５は、中詰コンクリート６と剥離せず、外側にはらみ出すことがない。このように縦リブ４に定着された棒状鋼材５が主桁１間に主桁１に並行に間隔をおいて配置されていることにより、セグメント内のコンクリートが全幅有効になる。また、縦リブ４に棒状鋼材５を定着されるので、セグメントの内空側全面を面状鋼材により縦リブ４に定着させる場合より、経済的に安価に定着させることができる。
【００１７】
すなわち、図１（ａ）において、合成セグメントに負曲げモーメントが作用すると、隣合う縦リブ４と棒状鋼材５の隅角部７を固定点として、中詰コンクリート６に図示矢印（イ）の向かい合う力が作用し、中詰コンクリート６に実線および点線の楕円線領域で示す圧縮斜材（ロ）が形成され、セグメント枠体を変形させる力に抵抗する。
【００１８】
また、この圧縮斜材（ロ）の反力として、縦リブ４に図示矢印（ハ）の引張力が発生すると共に、スキンプレート３に図示矢印（ホ）の引張力が発生し、主桁１には、図１（ｂ）に矢印（ニ）で示すように、隣合う縦リブ４と棒状鋼材５の隅角部７であって、中詰コンクリート６の圧縮斜材（ロ）の固定点でない点に向かう引張力が発生するが、この引張力に対しても、縦リブ４と棒状鋼材５を介して主桁１と一体化された中詰コンクリート６が抵抗する。
【００１９】
図２は、縦リブ４が所定の間隔で複数設けられると共に、前記縦リブ４の開孔８に棒状鋼材５が挿通され定着された合成セグメントにおいて、矢印（ホ）方向の荷重を載荷した場合に、セグメントに作用するせん断力に抵抗して中詰コンクリート６に発生する引張力と圧縮力の関係を示している。
【００２０】
すなわち、図２において、内空側から矢印（ホ）方向の力をかけたとき、中詰コンクリート６が充填された各縦リブ４間には、コンクリート圧縮斜材が形成され、これに伴うトラス機構によりせん断力に抵抗するため、大きなせん断力にも抵抗できるようになる。また、向い合う矢印が発生する楕円で示す中詰コンクリート６中の圧縮域（ヘ）と、反対向きの矢印で示す鋼材中の引張域（ト）が形成され、圧縮域（ヘ）と引張域（ト）が合成されて、せん断に抵抗する領域（チ）と曲げに抵抗する領域（リ）が形成され、全体として中詰コンクリート６と縦リブ４を介してスキンプレート３および棒状鋼材５との一体化が図られる。したがって、合成セグメントにせん断力が作用し、その結果、中詰コンクリート６に引張力が作用しても、当該棒状鋼材５が外側にはらみ出すことがなくセグメントの剛性が向上する。
【００２１】
本発明は前述のように機能し、合成セグメントに作用する曲げモーメントが変化する場合には、必ずせん断力が作用しているが、縦リブ４と中詰コンクリート６および棒状鋼材５並びに主桁１により確実に前記のせん断力に抵抗することができる、すなわち、曲げモーメントに抵抗することが可能になっている。
【００２２】
この点に関し、従来の鋼製セグメントにコンクリートを中詰めするだけの場合には、および鉄筋を単にセグメント内に配置する場合、並びにリブの外側に鉄筋を載置するように配置する場合には、コンクリート中に確実に強固な圧縮斜材を形成することができなかったため、合成セグメントにはなり得なかったのである。
【００２３】
本発明の合成セグメントは、前記の作用により鋼材とコンクリートの合成効果を発揮するため、縦リブ４および棒状鋼材５並びにスキンプレート３の仕様（鋼材の板厚、鉄筋径など）は、曲げモーメントとせん断力に対して設計すればよい。
【００２４】
また、本発明の合成セグメントでは、セグメントリング組立てに際し、シールドマシンのジャッキ推力に対しては、中詰コンクリート６により抵抗することを基本とするが、大口径トンネル等において、大型シールドマシンのジャッキ推力が大きい場合には、縦リブ４を推力部材の一部として考慮することができる。
【００２５】
さらに、合成セグメントに作用する土水圧は、スキンプレート３から中詰コンクリート６を介して棒状鋼材８に伝達され、棒状鋼材８から縦リブ４をへて主桁１に伝達される。なお、トンネル外面に配置するスキンプレート３は、止水材の機能も発揮する。
【００２６】
【実施例】
以下本発明の実施例を、図３〜図１３および図１８を参照して説明する。主桁１１，継手板１２，スキンプレート１３および縦リブ１４は、鋼板製材料により構成され、主桁１１と継手板１２とは溶接により固定され、スキンプレート１３は主桁１１と継手板１２に溶接により固定され、縦リブ１４は主桁１１に溶接により固定されると共に、スキンプレート１３に溶接により固定される。
【００２７】
図３〜図５は、実施例１に係る合成セグメント１０を示す。この合成セグメント１０は、断面矩形板状または溝形状あるいはＨ形状等の鋼材を間隔をおいて平行に配置された主桁１１と、主桁１１の両端に固着した鋼板からなる継手板１２と、前記主桁１１間に設けられるとともに、所定の間隔をあけて継手板１２と平行に設けた複数枚の略板状の縦リブ１４と、セグメント外側（地山側）に配置され、主桁１１と継手板１２と縦リブ１４によって支持されたスキンプレート１３とからセグメント本体が構成され、かつ前記縦リブ１４には、縦リブ１４の長手方向（セグメント巾方向）に間隔をおいて複数（図示の場合は、３つ）の円形開孔１８が設けられ、各縦リブ１４の縦リブ長手方向の同じ位置の開孔１８に渡って棒状鋼材１５が挿通配置され、かつ前記各棒状鋼材１５は、各開孔１８のトンネル内空側に位置するように配置されて、縦リブ１４における開孔１８のトンネル半径方向中心側の棒状鋼材支承部Ａにより支承された状態で、開孔１８の周縁部において縦リブ１４に溶接により固定され、また、各棒状鋼材１５の端部は、各継手板１２に溶接により固定してもよく、継手板１２に開孔または内側面に凹部を設けて、縦リブ１４と同様に棒状鋼材支承部Ａを形成して棒状鋼材１５の先端部を係合または溶接により固定してもよい（各棒状鋼材１５の端部を継手板１２の開孔または内側面の凹部トンネル内空側に位置するように配置する点は同様である。）。そして、前記縦リブ１４と棒状鋼材１５を埋め込むようにコンクリート１６がセグメント内に打設されて、このセグメント本体内に中詰コンクリート１６が充填硬化されている。
【００２８】
さらに説明すると、間隔を置いて並行に配置された鋼製板状主桁１１の端部内側に継手板１２の端部を溶接により固定し、予め、前記棒状鋼材１５を複数の縦リブ１４の開孔１８に配置した鋼棒状部材１５と縦リブ１４による梯子状部材を主桁１１間に配置し、また、継手板１２に平行にかつ主桁１１のトンネル半径方向外側面に、縦リブ１４の巾方向一端側が位置するようにして、縦リブ１４の両端部を主桁１１に溶接により固定し、薄鋼板等の鋼製面板からなるスキンプレート１３の周縁部を主桁１１と継手板１２に当接して溶接により固定すると共に、縦リブ１４に当接して、この当接部をセグメント枠内側において隅肉溶接して固定している。
【００２９】
また、縦リブ１４の長手方向に間隔をおいて設けられた開孔１８には、主桁１１と平行に異形鋼棒等の鉄筋からなる棒状鋼材１５が挿通されると共に、前記棒状鋼材１５は、各開孔１８におけるトンネル内周側に位置するように、開孔１８の内面に当接された状態で、棒状鋼材１５を所定の位置に保持するため、開孔１８縁部に溶接により固定されている。このように、各開孔１８におけるトンネル内周側に位置するように、棒状鋼材１５を配置すると、合成セグメントが負曲げモーメントを受けた場合、棒状鋼材１５を縦リブ１４に確実に係合させて、棒状部材１５を縦リブ１４により支持させることができる。前記開孔１８の内面に棒状鋼材１５を当接された状態で開孔１８の縁部に溶接する場合は、棒状鋼材１５を確実に縦リブ１４に固定できるので好ましいが、棒状鋼材１５は、セグメント内に充填されるコンクリート１６によっても定着されているので、この溶接は本発明における必須の要件ではない。
【００３０】
なお、図示を省略するが、主桁１１と継手板１２には、セグメント間およびリング間の継手用ボルトの挿入孔が開設されている。また、嵌合継手でセグメント間およびリング間を結合することがあり、この場合は、ボルトの挿入孔は必要としない。
【００３１】
前記のようにして構成されたセグメント本体における、縦リブ１４の間から中詰コンクリート１６をセグメント内に充填し、合成セグメント１０を完成する。こうして製作された合成セグメント１０にせん断力が作用し、各部材に圧縮力や引張力が作用したとき、セグメント内に充填された中詰コンクリート１６が、縦リブ１４とスキンプレート１３と棒状鋼材１５とで拘束されて、コンクリート圧縮斜材を形成し、このコンクリート圧縮斜材とスキンプレート１３と縦リブ１４によりトラス機構を形成し、前記のせん断力に抵抗する。その結果、各部材と中詰コンクリート１６の一体化が一層強固になり、縦リブ１４に定着された棒状鋼材１５と縦リブ１４の隅角部１７を固定点として、または縦リブ１４とスキンプレート１３の隅角部１７を固定点として、中詰コンクリート１６が各部材に作用する圧縮力や引張力に抵抗し、合成セグメント１０の剛性と強度が向上する。
【００３２】
なお、前記合成セグメント１０において、主桁１１と継手板１２の一方または両方を、Ｈ断面形状の鋼材で構成し、あるいは平板の鋼材で構成してもよい。
また、本発明を矩形断面のトンネル用の合成セグメント１０に実施する場合には、合成セグメント１０の全長をフラットにすればよい。
【００３３】
次に、本発明の変形例について、図６〜図１１によって説明する。これらの変形例は、縦リブ４の開孔８の変形例で、その他の構成は、前記実施例と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を簡単にする。
【００３４】
図６および図７は本発明の第２例の合成セグメント１０を示すものであって、図６は中詰コンクリートの一部を取り除いた状態を示す斜視図、図７（ａ）は、図６に示す合成セグメントに使用されている縦リブを示す正面図、図７（ｂ）は図６の縦断正面図である。
【００３５】
この実施例態では、縦リブ１４の長手方向に間隔をおいて、多数の数の開孔１８を設けると共に、主桁１１の幅寸法よりも縦リブ１４の幅寸法を短くし、縦リブ１４のトンネル内空側をかぶりコンクリート２４により被覆するようにコンクリート１６に完全に埋設して、防錆効果を向上させるようにしている。
【００３６】
また、この実施形態では、縦リブ１４の長手方向に間隔をおいて、５つの円形開孔１８が設けられ、間隔をおいて配置固定されている縦リブ１４に渡って、鉄筋からなる棒状鋼材１５が５本配置されて溶接により固着されているが、その他の構成は、前記第１実施例と同じであるので、実施例１と同等要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３７】
図８および図９は、本発明の第３実施例の合成セグメント１０を示すものであって、図８は中詰コンクリートの一部を取り除いた状態を示す斜視図、図９（ａ）は、図８に示す合成セグメントに使用されている縦リブを示す正面図、（ｂ）は図８の縦断正面図である。
【００３８】
この実施例は、縦リブ１４の長手方向中間部を溶断等により切り落とした連続した凹部１８ａで、かつ縦リブ１４の巾方向に深い凹部からなる開孔１８とし、縦リブ１４の長手方向端縁部を主桁１１に溶接により固定し、縦リブ１４の両端脚部１４ａの下端部をスキンプレート１３に溶接により固定し、縦リブ１４の凹部１８ａとスキンプレート１３とに囲まれた開孔１８とした実施例で、このように連続した開孔１８であると、各縦リブ１４の開孔１８に渡って、予め、あるいは後付けで適宜本数の棒状鋼材１５を比較的容易に配置することができ、縦リブ１４における開孔１８の任意の位置に棒状鋼材１５を容易に配置して、溶接等により取付けることができる。
【００３９】
図１０および図１１は、本発明の第４実施例の合成セグメント１０を示すものであって、図１０は、中詰コンクリートの一部を取り除いた状態を示す斜視図、図１１（ａ）は、図１０に示す合成セグメントに使用されている縦リブ１４を示す正面図、（ｂ）は図１０の縦断正面図である。
【００４０】
この実施例では、縦リブ１４に設ける開孔１８を、縦リブ１４の長手方向中間部に連続した矩形状の長孔からなる開孔１８とした形態である。この例の場合も、各縦リブ１４の開孔１８に渡って、予め、あるいは後付けで適宜本数の棒状鋼材１５を比較的容易に配置することができ、縦リブ１４における開孔１８の任意の位置に棒状鋼材１５を容易に取付けることができる。その他の構成は、前記実施例と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
【００４１】
図１２および図１３は、本発明の第５実施例の合成セグメント１０を示すものであって、図１２は、中詰コンクリート１６の一部を取り除いた状態を示す斜視図、図１３（ａ）は、図１２に示す合成セグメント１０に使用されている縦リブ１４を示す正面図、（ｂ）は図１２の縦断正面図である。
【００４２】
この実施例は、縦リブ１４に設ける開孔１８を、縦リブ１４の長手方向に間隔をおいて複数設けていると共に、縦リブ１４の巾方向に間隔をおいて開孔１８を複数段（図示の場合は２段）設け、各段の開孔１８に、それぞれ棒状鋼材１５を挿通し、棒状鋼材支承部Ａも上下に設けた形態が示されている。このように、縦リブ１４の巾方向に開孔１８を複数段設けて、複数段の棒状部材１５を利用してコンクリート１６を拘束すると、セグメント幅方向および厚さ方向に確実にコンクリート１６を拘束して、コンクリート１６と鋼材との一体性を高めることができる。
【００４３】
図１４〜図１７は本発明の第６実施例の合成セグメント１０を示すものである。この実施例では、図１７（ｂ）に示すように、鉄筋などの棒状鋼材をほぼ逆Ｍ字状にトンネル半径方向に折り曲げて製作した補強部材２５を、一つの縦リブ１４の内空側を跨いで両隣の縦リブ１４とスキンプレート１３の固着部付近にトンネル円周方向に配している。図示例では、前記補強部材２５は棒状鋼材１５に沿って平行に配置され、多数の補強部材２５は千鳥状に配置されている。前記補強部材２５により縦リブ１４または継手板１２とスキンプレート１３，主桁１１で囲まれる内部に充填したコンクリート１６の内部に発生する引張力に対して抵抗することができるので、セグメント幅を大きくすることができ、主桁１１から離れた位置のコンクリート１６の引張力が不足する場合であっても、補強部材２５を配置することにより、合成セグメント１０の耐力が低下するのを防止することが可能となる。
また、この実施例では、各縦リブ１４の長手方向に間隔をおいてＵ字状の開孔１８が設けられ、隣り合う各縦リブ１４の開孔１８に渡って、異径鋼棒等からなる棒状鋼材１５が配置され、前記開孔１８を塞ぐように、トンネル内空側および地山寄り押え部材２６，２６が各縦リブ１４に沿って当接配置されて溶接等により固着され、前記開孔１８は閉塞した開孔１８とされている。前記棒状鋼材１５は、開孔１８周囲の縦リブ１４と押え部材２６に溶接により固着される。
なお、図中２７は、縦リブ１４に挿通されて固着された短尺鋼棒である。
その他の構成は、前記実施例と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
【００４４】
なお、これらの実施例の変形例として、開孔８（１８）を断続した長孔としてもよく、複数段に設ける上段側の開孔と下段側に設ける開孔を、縦リブの長手方向に位置をずらしてもよく、開孔の大きさおよび鉄筋等の棒状鋼材の断面径は、適宜組み合わせればよい。また、縦リブ４に開孔を設ける場合、前記各実施例において示した開孔を適宜組み合わせてもよい。
【００４５】
前記棒状鋼材としては、異形鋼棒等の鉄筋が安価で、コンクリートとの付着がよいが、長尺棒状板材等の他の棒状鋼材でもよい。
【００４６】
前記実施例では、一本ものの鉄筋等の棒状鋼材を使用し、コンクリート充填前において、鋼製セグメント製作時または製作後等の適宜の時期に棒状鋼材を設置するようにすればよく、また、鋼製セグメント製作後に棒状鋼材１５を縦リブ１４の開孔１８内に配置しにくい場合は、短尺の棒状鋼材を開孔１８内に配置した後、棒状鋼材相互を、縦リブ１４間において溶接あるいは連結金具等の適宜の手段により連結して、連続した長尺の棒状鋼材としてもよい。
【００４７】
前記実施形態では、安価な板状鋼板に開孔を設けた縦リブとしたが、縦リブに板材を付属させた断面Ｌ字状鋼材の一辺に開孔を設けて縦リブとして使用するようにしてもよく、あるいは、断面Ｔ字状鋼材の一辺に開孔を設けた縦リブとして使用するようにしてもよい。
【００４８】
本発明の合成セグメントは、大深度用トンネル、あるいは、通常のトンネルにも適用できる。また、本発明の鋼製系セグメントとしては、鋼製セグメント、鋼殻セグメントあるいはダクタイル鋳鉄製セグメント等の鋼製セグメントでもよい。
【００４９】
また、本発明によると、棒状鋼材によって、中詰コンクリートは確実に拘束されることになり、鋼材とコンクリートとが強固に一体化され、従来の合成セグメントに必要であったスキンプレートの内面に設けるジベル筋、突起部材等のコンクリートとスキンプレートの一体化をより強固にするためのずれ止めを無くすることも可能である。
【００５０】
また、本発明の合成セグメントは、シールトンネル工法において、ジャッキ推力が大きい場合には、縦リブを推力部材の一部として考慮することができるので、大口径のトンネル用セグメントにも適している。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係る合成セグメントによれば、鋼製系セグメントにおける主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが主桁及びスキンプレートに溶接によって固定され、前記各縦リブに開孔が設けられ、前記各縦リブの開孔に渡って棒状鋼材が挿通され、前記縦リブおよび棒状鋼材を埋め込むようにセグメント内部にコンクリートが充填されているので、主桁と主桁との間隔が大きくても、セグメント内に充填されたコンクリートと鋼材との一体性を高めることができ、外力を受けた場合に中詰コンクリートに発生する断面力に抵抗できるようになるので、セグメントの壁厚を比較的薄くでき、経済的な設計をすることができる。
【００５２】
また、土水圧などの荷重により正曲げモーメントが作用した場合に、鉄筋に過大な引張力が作用しても、縦リブに定着されているので、鉄筋がトンネル内空側に移動することはなく、かぶりコンクリートを剥落させる恐れを排除させることができる。
【００５３】
また、開孔が設けられた縦リブの両端部が、間隔をおいて対向する主桁に固定され、各縦リブの開孔に渡って棒状鋼材が挿通されると共に、前記主桁間に複数の棒状鋼材が間隔をおいて設けられていると、セグメント内のコンクリートを、セグメント全幅に渡って有効に作用させることができる。
【００５４】
また、前記開孔が縦リブ長手方向に延長する長孔または凹部により構成されていると、縦リブの開孔を単純化できると共に、縦リブの開孔に複数の鉄筋を容易に挿通配置することができる。
【００５５】
また、長手方向に間隔をおいて複数の開孔が設けられた縦リブであると、セグメント幅方向に間隔をおいて複数の鉄筋を配置して、コンクリートとの一体性を高めることができる。
【００５６】
また、前記各縦リブの長手方向に間隔をおいて複数の開孔が設けられていると共に、巾方向に間隔を置いて複数段に開孔が設けられていると、複数段の棒状部材により確実にコンクリートを拘束して、コンクリートと鋼材との一体性を高めることができる。
【００５７】
また、請求項２のように、一つの縦リブを跨いで、その両隣の縦リブ近傍に達するトンネル半径方向に折り曲げ形成した棒状鋼材からなる多数の補強部材をトンネル円周方向に かつ千鳥の位置に配置して、縦リブ間に充填されたコンクリートを補強していると、前記補強部材により縦リブまたは継手板とスキンプレート，主桁で囲まれる内部に充填したコンクリートの内部に発生する引張力に対して抵抗することができるので、セグメント幅を大きくすることができ、主桁から離れた位置のコンクリートの引張力が不足する場合であっても、補強部材を配置することにより、合成セグメントの耐力が低下するのを防止することが可能となる。
【００５８】
また、棒状鋼材として鉄筋を使用すると、コンクリートとの付着が確実な安価な鉄筋を使用して、コンクリートとの一体性を高めた低コストな合成セグメントとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は本発明の合成セグメントにせん断力が作用した場合に鋼材とコンクリートに発生する引張力と圧縮力の関係を示す合成セグメントの中央部位置の長手方向縦断面図、（ｂ）は（ａ）の引張力と圧縮力が発生した場合において、主桁に発生する引張力を示す合成セグメントの主桁内側面位置の長手方向縦断面図である。
【図２】 本発明の合成セグメントに荷重を載荷してせん断力を作用させた場合に鋼材とコンクリートに発生する引張力と圧縮力の関係を示す合成セグメントの中央部位置の長手方向縦断面図である。
【図３】 本発明の第１実施形態の合成セグメントを示すものであって、中詰コンクリートの一部を取り除いた状態を示す斜視図である。
【図４】 （ａ）は図３に示す合成セグメントに使用されている縦リブを示す正面図、（ｂ）は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】 本発明の第１実施形態の合成セグメントにおけるコンクリートを取り除いた状態を示す斜視図である。
【図６】 本発明の第２実施形態の合成セグメントを示すものであって、中詰コンクリートの一部を取り除いた状態を示す斜視図である。
【図７】 （ａ）は図６に示す合成セグメントに使用されている縦リブを示す正面図、（ｂ）は図５の縦断正面図である。
【図８】 本発明の第３実施形態の合成セグメントを示すものであって、中詰コンクリートの一部を取り除いた状態を示す斜視図である。
【図９】 （ａ）は図８に示す合成セグメントに使用されている縦リブを示す正面図、（ｂ）は図８のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１０】 本発明の第４実施形態の合成セグメントを示すものであって、中詰コンクリートの一部を取り除いた状態を示す斜視図である。
【図１１】 （ａ）は図１０に示す合成セグメントに使用されている縦リブを示す正面図、（ｂ）は図１０の縦断正面図である。
【図１２】 本発明の第５実施形態の合成セグメントを示すものであって、中詰コンクリートの一部を取り除いた状態を示す斜視図である。
【図１３】 （ａ）は図１２に示す合成セグメントに使用されている縦リブを示す正面図、（ｂ）は図１２の縦断正面図である。
【図１４】 本発明の第６実施形態の合成セグメントを示すものであって、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は平面図である。
【図１５】 図１４（ａ）の一部を拡大して示す図である。
【図１６】 図１４（ｂ）の一部を拡大すると共にコンクリートの一部を切欠して示す図である。
【図１７】 （ａ）は図１６の縦断正面図、（ｂ）は補強部材を示す正面図である
【図１８】 従来の合成セグメントを示し、コンクリートの一部を取り除いて示す斜視図である。
【図１９】 （ａ）は図１８の縦断正面図、（ｂ）は他の例の縦断正面図である。
【図２０】 縦リブを備えた従来の他の形態の合成セグメントを示し、コンクリートの一部を取り除いて示す斜視図である。
【図２１】 図２０に示す形態の合成セグメントに正曲げモーメントが作用した場合に、鉄筋の挙動を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ 棒状鋼材支承部
１ 主桁
２ 継手板
３ スキンプレート
４ Ｈ形状のずれ止め
５ 棒状鋼材
６ 中詰コンクリート
７ 隅角部
１０ 合成セグメント
１１ 主桁
１２ 継手板
１３ スキンプレート
１４ 縦リブ
１５ 棒状鋼材
１６ 中詰コンクリート
１７ 隅角部
１９ 合成セグメント
２０ 円弧状鉄筋
２１ 鉄筋
２２ 中詰コンクリート
２３ 縦リブ
２４ かぶりコンクリート
２５ 補強部材
２６ 押え部材
２７ 短尺鋼棒

Claims (2)

1. 主桁、継手板、スキンプレートおよび縦リブにより構成される鋼製系セグメントにおける主桁に、
   セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが主桁及びスキンプレートに溶接によって固定され、
   前記各縦リブに開孔が設けられ、
   前記各縦リブの開孔に渡って棒状鋼材が挿通され、
   前記縦リブおよび棒状鋼材を埋め込むようにセグメント内部にコンクリートが充填され、前記開孔が、縦リブ長手方向に延長する長孔または縦リブに設けた凹部と棒状鋼材を挿通後に溶接などにより固着した押え部材により構成されていることを特徴とする合成セグメント。
2. 請求項１に記載の合成セグメントであって、
   一つの縦リブを跨いで、その両隣の縦リブ近傍に達する折り曲げ形成した棒状鋼材からなる多数の補強部材を棒状鋼材に沿って平行にかつ千鳥の位置にさらに配置して、縦リブ間に充填されたコンクリートを補強していることを特徴とする合成セグメント。

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