JP4332058B2 - トンネル用鉄系セグメントの主桁部分補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、シールドトンネルにＲＣ躯体が併設される道路用又は鉄道用トンネルに用いられる鉄系セグメントや、シールドトンネル内部に斜め柱材が設置されるトンネルに用いられる鉄系セグメントの主桁部分の補強構造に関する。（本発明における鉄系セグメントとは、鋼板を溶接組み立てセグメント形状としたもの、鋳物でセグメント形状としたものを意味する。）

従来、トンネル用鉄系セグメントの補強構造として、主桁の板厚を厚くする補強構造が実施されている。
実開平５−２７２００号公報には、両側の外主桁と、これと直交する継手板によって枠形を形成し、外面の一方の湾曲面にスキンプレートを設け、かつ前記外主桁に直交する複数の縦リブを所定の間隔をおいて配置し、前記外主桁の内側に所定の間隔をおいて２本の中主桁を設けて補強した鋼製セグメントを複数周方向に連接したトンネル用セグメントリングが開示されている。
また、特開平１１−６１８６１号公報には、複数個連続されることにより、地中に構築される構造体である沈設体を構成するものであって、所定の間隔をおいて平行に配置される一対の主桁と、該一対の主桁の両端を連結して平行に配置される一対の継手板と、該継手板の間に配置される両端が該一対の主桁に連結する複数の縦リブと、該主桁、該継手板及び該縦リブの外側に連結され地盤に面する外殻板とを有する沈設体用セグメントピースにおいて、前記継手板又は前記縦リブと、前記外殻板とに連結され、前記外殻体が地盤の圧力を受ける内側に変形するのを抑制する補強材を有する沈設体用セグメントピースが開示されている。
実開平５−２７２００号公報 特開平１１−６１８６１号公報

主桁の板厚を厚くする補強構造においては、板厚が厚くなると高い溶接技術が要求され、かつ、溶接による熱ひずみによるセグメント変形が発生するため、変形を矯正する作業が必要となり、セグメント製造コストが増加するという問題を有する。
主桁の枚数を増設する補強構造においては、荷重伝達を考慮してトンネル用セグメントリング全体で主桁を増設しなければならず、補強の必要がない部位まで補強することになり、不経済になるという問題を有する。

本発明は、前記課題を解決する、簡単な構造で、低コストでセグメントリングの局所に作用する大きい曲げモーメントや周方向軸力等の断面力に対して耐力を有するトンネル用鉄系セグメントの主桁部分補強構造を提供することを目的とする。

本第１発明は、前記課題を解決するために、シールドトンネルにＲＣ躯体が併設される道路用又は鉄道用トンネルに用いられる鉄系セグメント、又はシールドトンネル内部に斜め柱材が設置されるトンネルに用いられる鉄系セグメントの主桁部分補強構造において、主桁、継手板、縦リブ、スキンプレートにより構成される複数のトンネル用鉄系セグメントを円周方向に連結して形成されるトンネルセグメントリングの中で、局所的に大きな断面力が発生する部分の主桁部分のみを補強し、前記トンネル用鉄系セグメントの主桁に挟まれて前記主桁に対して平行な増設主桁を少なくとも１枚以上、セグメント１ピース内の部分的範囲に設け、前記増設主桁を増設した補強区間に、縦リブに比較し板厚、板幅の少なくともいずれか一方が大きい補強板を主桁に対して直角にトンネル周方向に所定間隔をおいて複数枚設けることを特徴とする。

本第２発明は、本第１発明のトンネル用鉄系セグメントの主桁部分補強構造において、板幅の方向がセグメントの高さ方向に対して平行に設ける補強板と板幅方向がセグメントの高さ方向に対して直角に設ける補強板の少なくともいずれか一方の補強板を設けることを特徴とする。

本第３発明は、本第１又は第２発明のトンネル用鉄系セグメントの主桁部分補強構造において、前記主桁及び前記増設主桁と前記各補強板が剛に接続されていることを特徴とする。

本第４発明は、本第１〜第３発明のいずれか１つの発明のトンネル用鉄系セグメントの主桁部分補強構造において、所定板厚の補強天板をトンネル地山側に主桁を繋いでトンネル周方向に連続して設けることを特徴とする。

本第５発明は、本第１〜第４発明のいずれか１つの発明のトンネル用鉄系セグメントの主桁部分補強構造において、前記トンネル用鉄系セグメント内にコンクリートを充填したことを特徴とする。

本第７発明は、第４又は第６発明のトンネル用セグメントにおいて、前記トンネル用セグメント内部に配置される管を主桁又は縦リブとして兼用することを特徴とする。

本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、複数のトンネル用鉄系セグメントを接続して構築される２つのシールドトンネル１、２の上部に、開削により鉄筋コンクリート製の開削トンネル３を構築し、２つのシールドトンネル１、２の上部と開削トンネル３を接続する際、開削トンネル３の荷重により２つのシールドトンネル１、２の断面に発生する曲げモーメントの分布を示すものである。図１からみて、シールドトンネル１、２と開削トンネル３の接続部の近傍に大きな曲げモーメントが作用し、それ以外の部分にはそれほど大きな曲げモーメントが作用しないことが分かる。

図２は、シールドトンネル１、２の内部に内部支保工４を介して斜め支保工５を設置した場合の周方向軸力の分布を示すものである。図２からみて、斜め支保工５を設置した部分の周方向軸力は、それ以外の部分の周方向軸力よりも小さくなっているのが分かる。

図１、図２に示されるように、トンネル断面に発生する曲げモーメントや周方向軸力等の断面力は、大きな断面力が作用する部分はトンネル断面の局所に偏在し、大きな断面力が作用する部分の断面力を基準として全体のトンネル用鉄系セグメントの強度を設計すると、大きな断面力が作用しない部分にも強度の大きいトンネル用鉄系セグメントを使用することになり、シールドトンネルの構築コストが高価なものとなる。本発明は、このような従来技術の問題点を解決するために、局所的に大きな断面力が発生する部分のみの主桁部分を補強することを特徴とする。

図３は、トンネル用鉄系セグメント６の主桁部分補強構造の一実施形態を示すものである。トンネル用鉄系セグメント６は、主桁７、継手板８、縦リブ９、スキンプレート１０により構成される。継手板８には、トンネル周方向にセグメントを接続するためのボルト孔１１が形成され、主桁７には、トンネル軸方向にセグメントを接続するためのボルト孔１２が形成される。図３に示される実施形態は、１つのトンネル用鉄系セグメント６内の一部を補強するものである。トンネル用鉄系セグメント６の補強区間には、主桁７と平行な増設主桁１３が設置される。また、前記増設主桁を増設した補強区間には、縦リブ９に比較し板厚、板幅の少なくともいずれか一方が大きく、その板幅方向がセグメント高さ方向に対して平行な直線形補強板１４を主桁７に対して直角にトンネル周方向に所定間隔をおいて複数枚設置する。（直線形補強板１４の板幅方向に対して平行、主桁７に対して直角とは、ほぼ平行、ほぼ直角も含まれる。）また、補強区間のスキンプレート１０上には、所定板厚の補強天板１５を設置する。直線形補強板１４、補強天板１５は、主桁７及び増設桁１３に剛に接続する。増設主桁１３に土水圧による曲げモーメントが負荷されると、増設主桁１３は、セグメント高さ方向に変形するが、板幅の方向がセグメント高さ方向に対して平行な向きに設置された直線形補強板１４が増設主桁１３の変形に抵抗する形で荷重を主桁７に伝達する。

図４は、トンネル用鉄系セグメント６内の一部を補強する他の実施形態を示すものである。この実施形態においては、トンネル用鉄系セグメント６の補強区間に主桁７と平行な増設主桁１３を設置し、その板幅方向がセグメント高さ方向に対して平行な直線形補強板１４を主桁７に対して直角にトンネル周方向に所定間隔をおいて複数枚設置し、スキンプレート１０上に所定板厚の補強天板１５を設置する構成は、図３に示される実施形態と同様である。図４に示される実施形態では、直線形補強板１４の上端に、その板幅方向がセグメント高さ方向に対して直角な向きの補強板１６を、その板幅の中央部が位置するように設置したものである。補強板１６は、主桁７及び増設主桁１３に剛に接続する。直線形補強板１４と補強板１６を一体に形成し、断面Ｔ字形の形状に形成してもよい。補強板１６の設置により、増設主桁１３に周方向軸力が負荷されたときに、増設主桁１３の変形に抵抗する形で荷重を主桁７に伝達する。（補強板１６の板幅方向に対して直角とは、ほぼ直角も含まれる。）

図５は、トンネル用鉄系セグメント６内の一部を補強するさらに別の実施形態を示すものである。この実施形態においては、トンネル用鉄系セグメント６の補強区間に主桁７と平行な増設主桁１３を設置し、その板幅方向がセグメント高さ方向に対して平行な直線形補強板１４を主桁７に対して直角にトンネル周方向に所定間隔をおいて複数枚設置し、スキンプレート１０上に所定板厚の補強天板１５を設置する構成は、図３に示される実施形態と同様である。図５に示される実施形態では、直線形補強板１４の上端に、その板幅方向がセグメント高さ方向に対して直角な向きの補強板１６を、その板幅の一方の端部が位置するように設置したものである。補強板１６は、主桁７及び増設桁１３に剛に接続する。直線形補強板１４と補強板１６を一体に形成し、断面Ｌ字形の形状に形成してもよい。

図示しないが、トンネル用鉄系セグメント６内にコンクリートを充填し、補強板１４，１６と補強天板１５と一体構造としてもよい。

通常、トンネル用鉄系セグメント６において、縦リブ９の板厚は、トンネル外径が２〜３ｍの下水道用セグメントにおいては、７〜１０ｍｍ程度であり、トンネル外径が２５ｍ程度の道路用セグメントにおいては、１３〜１５ｍｍ程度である。
本発明の板幅方向がセグメント高さ方向に対して平行な直線形補強板１４は、板幅が縦リブウェブ高さ〜セグメント桁高の範囲であり、板厚が１５〜５０ｍｍの範囲である。
また、本発明の板幅の方向がセグメント高さ方向に対して直角な補強板１６は、板幅が１００ｍｍ〜（縦リブピッチ−１００ｍｍ）の範囲であり、板厚が１５〜５０ｍｍの範囲である。
補強天板１５の板厚は６〜５０ｍｍの範囲である。

断面力としての曲げモーメントの分布状態を示す図である。 断面力としての周方向軸力の分布状態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。

符号の説明

１：シールドトンネル
２：シールドトンネル
３：開削トンネル
４：内部支保工
５：斜め支保工
６：トンネル用鉄系セグメント
７：主桁
８：継手板
９：縦リブ
１０：スキンプレート
１１：ボルト孔
１２：ボルト孔
１３：増設主桁
１４：直線形補強板
１５：補強天板
１６：補強板

Claims (5)

1. シールドトンネルにＲＣ躯体が併設される道路用又は鉄道用トンネルに用いられる鉄系セグメント、又はシールドトンネル内部に斜め柱材が設置されるトンネルに用いられる鉄系セグメントにおいて、主桁、継手板、縦リブ、スキンプレートにより構成される複数のトンネル用鉄系セグメントを円周方向に連結して形成されるトンネルセグメントリングの中で、局所的に大きな断面力が発生する部分の主桁部分のみを補強し、前記トンネル用鉄系セグメントの主桁に挟まれて前記主桁に対して平行な増設主桁を少なくとも１枚以上、セグメント１ピース内の部分的範囲に設け、前記増設主桁を増設した補強区間に、縦リブに比較し板厚、板幅の少なくともいずれか一方が大きい補強板を主桁に対して直角にトンネル周方向に所定間隔をおいて複数枚設けることを特徴とするトンネル用鉄系セグメントの主桁部分補強構造。
2. 板幅の方向がセグメントの高さ方向に対して平行に設ける補強板と板幅方向がセグメントの高さ方向に対して直角に設ける補強板の少なくともいずれか一方の補強板を設けることを特徴とする請求項１に記載のトンネル用鉄系セグメントの主桁部分補強構造。
3. 前記主桁及び前記増設主桁と前記各補強板が剛に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル用鉄系セグメントの主桁部分補強構造。
4. 所定板厚の補強天板をトンネル地山側に主桁を繋いでトンネル周方向に連続して設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のトンネル用鉄系セグメントの主桁部分補強構造。
5. 前記トンネル用鉄系セグメント内にコンクリートを充填したことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のトンネル用鉄系セグメントの主桁部分補強構造。

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