JP4494585B2 - シールドトンネル用セグメントとその製作方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路トンネル等の大きな断面のトンネルの覆工構造をシールド工法で構築する場合に使用される鋼製または、合成構造のシールドトンネル用セグメントとその製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールド工法では、主として土水圧に抵抗する一次覆工構造として、鋼製セグメント・コンクリートセグメント・もしくは合成セグメントを現場でリング状に組立てて、その内側に防食・防火・止水・美観等の目的のために、必要に応じて現場打ちコンクリート等で二次覆工を施して、トンネル覆工構造を構築していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
シールド工法は、これまで設計や施工技術の進歩により、様々なトンネルに適用されており、様々な断面形状のトンネルや大断面のトンネル等が構築されている。しかし、トンネル断面の大型化、断面形状の複雑化にしたがって、トンネル覆工に作用する断面力が増大し、それに対応すべく、トンネルの一次覆工構造を構築するセグメントの大型化、重量増大を招き、これが輸送性、搬送性、施工性の低下、重機の大型化等の問題や、それに伴う建設コストアップが課題となっている。
【０００４】
本発明者の研究結果によると、従来の鋼製セグメントでは、主桁と側板と継手板は、各々がセグメントに必要な土水圧抵抗機能、止水機能、継手機能など複数の機能を負担するように構成されており、それが各部材の構成の複雑化と、それによる製作コストの高騰等をもたらす要因となっているとの知見を得た。
【０００５】
本発明者は、前記の知見にもとづいて、さらに研究した結果、セグメント各部材の機能を分担化することによりセグメント構成の簡潔化、製作コストの低廉化等の面で改良できることが分かった。
【０００６】
【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、前記の知見にもとづいて、次のように構成した。
第１の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁端部に主桁に垂直な突出板がT字状になるように設けられ、T字状突出板には隣接するセグメントと連結するためのボルト挿通孔が設けられ、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に前記ボルト挿通孔に挿通される高力ボルトによる引張り接合によって同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とする。
第２の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁がスキンプレート側に設けられた上フランジ部材または／および主桁のトンネル内空側に設けられた下フランジ部材とウェブ部材で構成され、前記フランジ端部には主桁に垂直な突出板が設けられ、当該突出板には隣接するセグメントと連結するためのボルト挿通孔が設けられており、かつ、ウェブ端部には複数列・複数段にボルト挿通孔を設け、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に添接板を介して前記ボルト挿通孔に挿通される高力ボルトによる摩擦接合によって同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とする。
第３の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられ、トンネル内空側がスキンプレートに平行で、主桁に固着された開口のない鋼板で閉塞されていることを特徴とする。
第４の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられ、前記主桁間または主桁と側板間に、断面U字形状または角断面鋼管からなる縦リブが固着されていることを特徴とする。
第５の発明に係るシールドトンネル用合成セグメントは、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられ、前記鋼製セグメントの一部分または全体にコンクリートが充填され、ウェブ部材が、上フランジ部材と下フランジ部材のフランジ直角方向に配置され、前記上フランジ部材と前記下フランジ部材とを連結するせん断補強筋（鉄筋、鋼板、形鋼、または鋼管）であることを特徴とする。
【００１７】
第６の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと側板を一体成形し、前記スキンプレートと側板に継手板を溶接により水密的に固着して、一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置し、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００１８】
第７の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと継手板を一体成形し、前記スキンプレートと継手板に側板を溶接により水密的に固着して、一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置し、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００１９】
第８の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと側板と継手板を鋼板による打ち抜きで一体成形し、前記側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２０】
第９の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと側板とを一体成形し、前記側板とスキンプレートに継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２１】
第１０の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと継手板を一体成形し、前記スキンプレートと継手板に側板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２２】
第１１の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと側板と継手板を鋼板による打ち抜きで一体成形し、前記側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２３】
第１２の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと側板を一体成形し、前記スキンプレートと前記側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けたフランジ部材と、複数列・複数段にボルト挿通孔を有するウェブ部材とで構成される前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２４】
第１３の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと継手板を一体成形し、前記スキンプレートと継手板に側板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有するフランジ部材と、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有するウェブ部材とで構成される、前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２５】
第１４の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと側板と継手板を鋼板による打ち抜きで一体成形し、前記側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有するフランジ部材と、複数列・複数段にボルト挿通孔を有するウェブ部材とで構成される、前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２６】
第１５の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、スキンプレートと継手板と側板と縦リブと、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板より大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられ、前記スキンプレートと前記継手板と縦リブとで構成される一面開放の直方体の内部に、主桁を取付けるためのガイドを有する縦リブが配置されたことを特徴とする。
【００２７】
第１６の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、第１発明〜第１５発明のいずれか１つの発明において、前記鋼製セグメントが、主桁を取付ける前にあっては仮設用の鋼製セグメントであり、当該仮設用の鋼製セグメントに本設用の主桁を取付けるためのガイドを有することを特徴とする。
【００２８】
【作用】
第１〜第１６の発明では、シールドトンネル用鋼製セグメントの構成要素である主桁と、スキンプレートと、継手板と、側板の各構造の機能を次のように分離した。
【００２９】
▲１▼、主桁：この主桁をセグメントの主構造として位置づけ、当該主桁には、土水圧に抵抗する機能を持たせ、端部に継手構造を有している。
▲２▼、スキンプレート：止水機能および、土水圧の主桁への伝達機能を持たせる。
▲３▼、継手板：止水機能を持たせる。
▲４▼、側板：止水機能および、リング継手機能を持たせる。
▲５▼、縦リブ：側板に接して縦リブを設けるときは、この縦リブが、シールドマシンの推力ジャッキの反力受け機能を持つ。
【００３０】
因みに、従来の鋼製セグメントでは、主桁と側板が共に、セグメントの主構造をなしており、両者が共働して土水圧に抵抗しており、かつ、止水およびリング継手の機能を果たしており、また、継手板は、止水およびセグメント継手機能を有している。つまり、従来の鋼製セグメントでは、前述のように、主桁と側板と継手板は、それぞれが前述の複数の機能を果し得るために必要な構成とされており、それが各部材の構成の複雑化、製作コストの高騰等をもたらしている。
【００３１】
本発明では、これら各部材の機能の分担化により構成の簡潔化、製作コストの低廉化等の面で改良されている。
【００３２】
まず、第１〜第５の発明の作用を説明する。第１発明〜第５発明では、前記のように、鋼製セグメントの各構成部材の機能を分離したことにより、以下のような作用効果がある。（なお、第１〜第５の発明の作用は、第６発明以下においても、共通している。）
【００３３】
（１）、主構造である主桁を別ラインで加工してから、セグメント外殻に組み込めるため加工しやすく、加工精度も高い。
（なお、この場合、セグメント継手、リング継手構造は特に限定せず、ボルト引張り接合、高力ボルト摩擦接合、現場溶接接合など、何れでもよい。）
（２）、側板と継手板の強度は、止水のため最低限度でよいので、低コストである。
（３）、側板と継手板とスキンプレートの溶接および、継手板と主桁とスキンプレートの溶接が止水溶接でよいため、セグメント外殻の加工精度が高い。
（４）、鋼製セグメントの全体構成が、シンプルである。
【００３５】
第２の発明にあっては、主桁を上下フランジ部材およびウェブ部材で構成したことによる、作用は以下の通りである。
つまり、道路トンネルや鉄道トンネルなどの大断面のシールドトンネルは、空間を有効利用するために、異形断面（矩形断面や楕円形など）となることが多い。このようなトンネルでは曲げモーメントが卓越することが多いが、
（１）、この曲げモーメントが卓越する場合、前記本発明の構成によると、覆工厚を薄くすることができる。（上下フランジ部材＋ウェブ部材は曲げに対して、効率的な形状（つまり、断面係数が大きい）である。）
（２）、ウェブ部材は、鋼板、H形鋼などの形鋼や、鋼管等を用いることができる。
【００３７】
第１発明にあっては、セグメント継手を、T字形状の突出板を有するボルト引張り接合としたことによる作用は以下の通りである。
（１）、高強度、高剛性な継手構造であるため、覆工厚を薄くすることができる。
（２）、格段に少ないボルト本数で、高強度、高剛性な継手にできるので、それにより、急速施工が可能となる。その上、土水圧によりトンネル周方向に圧縮力が卓越する場合には、圧縮側フランジ付近のボルトを省略して、突出板同士の支圧接合構造としたり、継手断面に引張り力が作用しない場合には、ボルトを省略することが可能である。それにより、一層の急速施工が可能になる。
（３）、第１発明の継手構造は、ボルト締めにより、セグメント同士を前後に引き寄せることができるため、主桁の前後（長手方向）の精度管理は比較的ルーズでよいため、低い施工精度で製作することが可能である。
（５）、引張りボルト接合であるため、高い止水性能が容易に得られる。
（６）、突出板を別ラインで製造してからセグメント鋼殻に組み込むことが可能なため、加工精度が高く、生産性も高い。
【００３８】
第２発明の鋼製セグメントによる作用効果は、次のとおりである。
（１）、断面に作用する曲げモーメントによって発生する、トンネル周方向の引張力をボルト引張接合によって伝達し、断面に作用するせん断力を添接板を介しての高力ボルト摩擦接合によって伝達するので、前述の第１発明と同様の作用効果が奏される。
【００３９】
第３発明にあっては、主桁を介して、スキンプレートと平行にトンネル内空側に開口のない鋼板（後述の発明の実施形態では仕上げ部材という）を配設した場合の作用効果は、次のとおりである。
（１）、鋼製セグメントを接合する際の、作業者の足場となる。
（２）、曲げ性能が高い鋼製セグメントが実現できる。
（３）、防食、耐火工が容易である。
（４）、局部座屈、横倒れ座屈し難い。
（５）、加工度が小さいため、製造コストが低い。
（６）、セグメント内部にコンクリートを打設して、合成セグメントとする場合の型枠の 代りとなる。
【００４１】
第４の発明にあっては、U字状または角鋼管の縦リブを設けたことによる作用効果は、次のとおりである。
従来、鋼製セグメントの縦リブは、セグメント組立て時、推進力（圧縮力）による縦リブの座屈防止のために、L字形状をしているので、大断面のトンネルをシールドマシンで構築する場合、過大な推進力を伝えるために多くの縦リブが必要となり、リング継手の締付けのためのスペースを確保することができず、リング継手の締付けが困難あった。しかるに、第４発明のように、縦リブがU字状または角鋼管であることで、リング継手の締付けが容易である。
【００４２】
第５の発明にあっては、鋼製セグメントの一部分または全体にコンクリートが充填されることで当該鋼製セグメントの強度が一層向上する。
【００４３】
第５の発明にあっては、主桁のウェブ部材が、上フランジ部材と下フランジ部材とを連結するせん断補強筋であるので、主桁が軽量でしかも強度が向上し、コンクリートとの結合が確実である。
【００４４】
第６の発明にあっては、スキンプレートと側板とを一体に成形する場合の作用効果は、次のとおりである。すなわち、溶接量が少く済ませられるので、高い加工精度でセグメントの製造が可能である。（例えば、プレスなどにより、スキンプレートと側板を一体成形してよい。）
【００４５】
第７の発明にあっては、スキンプレートと継手板とを一体に成形する場合の作用効果は、次のとおりである。すなわち、前記と同様に溶接量が少く済ませられるので、高い加工精度でセグメントの製造が可能である。（例えば、プレスなどにより、スキンプレートと継手板を一体成形してよい。）
【００４６】
第８の発明にあっては、スキンプレートと側板と継手板とを一体に成形する場合の作用効果は、次のとおりである。すなわち、第６、７発明よりも、さらに溶接量が少く済ませられるので、一層高い加工精度でセグメントの製造が可能である。（例えば、プレスなどにより、スキンプレートと継手板と側板を一体成形してよい。）
【００４７】
第９の発明にあっては、第６発明の高い加工精度でのセグメント製造の可能性に加えて、第１発明の高力ボルト引張り接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が相乗的に奏される。
【００４８】
第１０の発明にあっては、第７発明の高い加工精度でのセグメント製造の可能性に加えて、第１発明の高力ボルト引張り接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が相乗的に奏される。
【００４９】
第１１の発明にあっては、第８発明の高い加工精度でのセグメント製造の可能性に加えて、第１発明の高力ボルト引張り接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が相乗的に奏される。
【００５０】
第１２の発明にあっては、第６発明の高い加工精度でのセグメント製造の可能性に加えて、第１発明の高力ボルト引張り接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が相乗的に奏される。
【００５１】
第１３の発明にあっては、第７発明の高い加工精度でのセグメント製造の可能性に加えて、第１発明の高力ボルト引張り接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が相乗的に奏される。
【００５２】
第１４の発明にあっては、第８発明の高い加工精度でのセグメント製造の可能性に加えて、第１発明の高力ボルト引張り接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が相乗的に奏される。
【００５３】
第１５の発明にあっては、縦リブと主桁との溶接量がないので、加工精度、コスト的に有利である。つまり、従来の鋼殻内部に主桁を複数配置する鋼製セグメントの場合は、特に、縦リブと主桁との溶接量が非常に多くなり、加工精度、コストなどが悪化するが、本発明ではこのような不具合がない。
【００５４】
第１６の発明にあっては、仮設用のセグメントを組立ててから、本設の主桁構造となる主桁を後で増設するトンネル構築する工法を実施する際において、セグメントに本設時の土水圧に抵抗できる主桁を増設するためのガイドを予め設けておくことで、施工の省力化、工期の短縮が可能である。
【００５５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメント構造と、これを施工する実施の形態を図を参照して詳細に説明する。
【００５６】
図１〜図４は、実施形態１として、本発明の基本構造を示し、図１は、複数の鋼製セグメント１を用いて、断面矩形でかつ、大断面の道路トンネル（以下、トンネルという）２を構築する工程における仮設状態を示す一部縦断正面図、図２は、図１において、覆工内面に構築された鋼製セグメントに、コンクリートが充填された状態の拡大断面図、図３は、図２のＡ−Ａ断面図、図４は鋼製セグメントの構築前の斜視図と側面図と断面図である。
【００５７】
図１において、鋼製セグメント１は、トンネル２の１次覆工としてトンネル内面に配置されて支保工３で仮設支持され、型枠１３を介してかつ内外の主鉄筋１４、１５で補強されて、鋼製セグメント１内にコンクリートが打設される。このコンクリート９が硬化した後、支保工３は撤去され、鋼製セグメント１は本設構となる。なお、図１では、トンネル２内に所定間隔で構築される複数本の柱は図示省略されている。
【００５８】
鋼製セグメント１は、図４に示すように、スキンプレート４と、継手板５および側板６と、前記側板６の内側に配置される複数本の主桁７を組立てて構成される。
【００５９】
ところで、前記実施形態１を始め、後述の各実施形態の全体に共通する特徴的な構成は、鋼製セグメント１が、主桁７と、スキンプレー４と、継手板５と、側板６の各構造の機能が分離するように構成されていることである。そして、主桁７には専ら強度を負担させることで、当該主桁７をセグメントの主要構造として位置づけており、スキンプレー４と、継手板５と、側板６には、専ら止水機能、継手機能のみを負担させるもので、それ故、これら部材の強度は、止水機能、継手機能を発揮させる上で、必要最小限度に構成されていることである。
【００６０】
各実施形態に共通する点と、相異する点を、図４を参照して説明する。図において、鋼製セグメント１の主桁７の桁高が側板６および、継手板５よりも大きく設けられている点が各実施形態に共通する点である。また、各実施形態において相異する点は、主桁７等の具体的構造がそれぞれ相異することである。
【００６１】
図４の実施形態１から説明すると、前記主桁７は、フラットな鋼板７ａで構成されると共に、この主桁７の桁高は継手板５および側板６よりも大きく、また、当該主桁７の両端部には、同一リングの隣接するセグメントと連結するためのセグメント継手構造として、継手板５が設けられている。また、前記側板６と主桁７との間および、主桁７と主桁７の間には先端が彎曲した鉤状の縦リブ８が溶接されている。
【００６２】
前記鋼製セグメント１は、図３に示すように、トンネル２の地山１０側にスキンプレート４を配置し、同一リングの隣接するセグメント間では、継手板５同士を当接し、継手板５に設けられたボルト挿通孔１２（このボルト挿通孔は、複数段、複数列に設けても良い。）に例えば、ボルト１１を挿通して各鋼製セグメント１が引張り接合される。また、図２に示すようにリング間も前記と同様に、トンネル軸方向に隣接する鋼製セグメント１の側板６同士を当接し、ボルト挿通孔１２にボルト１１を挿通して引張り接合される。
【００６３】
また、図２、図３の例では、スキンプレート４と所定の間隔離して、トンネル内空側にトンネル内面仕上げ用の２次覆工を兼ねる型枠１３が配置され、また、前記主桁７の間において、これと平行に複数の外側主鉄筋１４と内側主鉄筋１５が配置される。
【００６４】
前述のように配置された鋼製セグメント１の内部にコンクリートが打設されて、トンネル覆工が構築される。
【００６５】
図１の実施形態１の鋼製セグメント１では、前述の通り、主桁７と、スキンプレー４と、継手板５と、側板６の各構造の機能が分離するように構成されていて、鋼製セグメント１の主構造として位置づけられる主桁７には、土水圧に抵抗する機能を持たせ、端部に継手板５を溶接している。スキンプレート４には、止水機能および、土水圧の主桁７への伝達機能を持たせ、継手板５には止水機能を持たせている。また、側板６には、止水機能および、リング継手機能を持たせる。側板６に接して設けられる縦リブ８には、シールドマシンの推力ジャッキの反力受け機能を持たせている。
【００６６】
したがって、実施形態１の鋼製セグメント１において、側板６と継手板５の強度は、止水のため最低限度でよいので、低コストである。また、側板６と継手板５とスキンプレート４の溶接および、継手板５と主桁７とスキンプレート４の溶接は止水溶接でよいため、セグメント外殻の加工精度が高い。また、主構造である主桁７を別ラインで加工してから、セグメント外殻に組み込めるため加工しやすく、加工精度も高い。
【００６７】
前記の場合、セグメント継手、リング継手の構造は特に限定されず、前述のボルトの引張り接合のほか、高力ボルト摩擦接合、現場溶接接合など、何れでもよい。
【００６８】
図５は、実施形態２を示す。この実施形態２では、主桁７が、複数の斜材７ｂで構成されるトラス構造であること、また、斜材７ｂを介してトンネル内空側にスキンプレート４と平行に型枠を兼ね、平板状の仕上げ鋼板１７が設けられていること、この点が実施形態１と相異する。前記スキンプレート４の下面と、前記仕上げ鋼板１７の上面には長手方向に所定間隔で、上下で配置位置を一つ置きにずらしながら、かつ、幅方向に複数平行にガセットプレート１８が溶接されていて、斜材７ｂの上端と下端は、前記ガセットプレート１８の両側を挟むように配置され、両部材に連結ボルト１９を挿通することで、斜材７ｂを介してスキンプレート４と仕上げ鋼板１７が結合された鋼製セグメント１が構成される。
【００６９】
実施形態２の鋼製セグメント１でも、実施形態１と同様にトンネル内面に仮設され、複数の補強鉄筋で補強されてコンクリート９が打設され、その硬化により本設となり、覆工構造が完成する。この場合、トラス構造の主桁７がコンクリートと一体となって、鋼製セグメント１の強度を専ら負担するので、スキンプレート４と、側板６と継手板５などは、強度を必要としない止水機能や、継手機能を分担すればよく、これら部材の構造を簡易化でき、低コスト化できる。
【００７０】
さらに、実施形態２によると、主桁をトラス構造としたことにより、以下の作用も奏される。
（１）、各部材が、小型、軽量であり、現場でボルト接合により主桁を組立てるので、セグメントを現場で組立てて、仮設後に本設構造とすることが可能である。
（２）、セグメント重量が軽量であるため、輸送、搬送、組立てコストが安い。
（３）、トラスの各部材間と仕上げ鋼板１７を利用して、作業者や、様々な部品、工具等が移動できるので、作業性がよい。
【００７１】
図６、図７、図８は実施形態３、４，５を示す。図６の実施形態３には、鋼製セグメント１の主桁７が側板６および継手板５よりも桁高のH形鋼７ｃで構成された例が示されている。H形鋼７ｃの上フランジ部材２０は、スキンプレート４の内側に溶接され、下フランジ部材２１とウェブ部材２２はトンネル内空側に位置している。
【００７２】
図７の実施形態４には、鋼製セグメント１の主桁７が上下のH形鋼２３、２４および、両H形鋼２３、２４を溶接部２６を介して連結する連結鋼板２５で構成された例が示されている。上部のＨ形鋼２３の上フランジ部材２３ａは、スキンプレート４の内側に溶接され、連結鋼板２５と上、下部のＨ形鋼２３、２４はトンネル内空側に位置している。
【００７３】
図８の実施形態５には、鋼製セグメント１の主桁７が上下の厚鋼材２７、２８および両厚鋼材２７、２８を溶接部２６で連結する連結鋼板２５で構成された例が示されている。上部の厚鋼材２７は、スキンプレート４の内側に溶接され、連結鋼板２５と上、下部の厚鋼材２７、２８は、トンネル内空側に位置している。
【００７４】
実施形態３、４、５の各鋼製セグメント１でも、実施形態１、２と同様にトンネル内面に仮設され、複数の内外の主鉄筋１４，１５で補強されてコンクリート９が打設され、その硬化により本設となり、覆工構造が完成する。
【００７５】
実施形態３、４、５において、図６に示すＨ形鋼７ｃの主桁７、図７に示す上下のＨ形鋼２３、２４および両Ｈ形鋼２３、２４を連結する連結鋼板２５からなる主桁７、図８に示す上下の厚鋼材２７、２８および、両厚鋼材２７、２８を連結する連結鋼板２５からなる主桁７は、いずれもコンクリート９と一体となって、鋼製セグメント１の強度を専ら負担するので、スキンプレート４と、側板６と継手板５などは、強度を必要としない止水機能や、継手機能を分担すればよく、これら部材の構造を簡易化でき、低コスト化できる。
【００７６】
図９は実施形態６を示す。図９の実施形態６には、セグメントの主桁７が、図８と同じ上下の厚鋼材２７、２８および両厚鋼材２７、２８が溶接部２６で連結する連結鋼板２５で構成され、この主桁７の端部には、添接板（図示省略）を介してセグメント間を高力ボルト摩擦接合により連結するためのボルト挿通孔２９が複数列・複数段に設けられている。
【００７７】
実施形態６において、セグメント継手を高力ボルト摩擦接合としたことにより、以下の作用を奏する。
（１）、高強度、高剛性な継手構造であるため、覆工厚を薄くすることができる。
（２）、主桁７を鋼殻内部に設置するため、２面摩擦接合とすることができ、コストダウンが可能である。（つまり、従来のボルト削減、主桁と側板を兼ねているセグメント構造では、１面摩擦接合となり、本構造の２倍のボルト本数が必要）
（３）、ボルト締めにより、セグメント同士を前後に引き寄せることができるので、主桁の前後（長手方向）の精度管理は比較的ルーズでよく、低い施工精度で製作することが可能である。
【００７８】
図１０は、請求項１に対応するものとして、実施形態７を示す。図１０の実施形態７では、セグメントの主桁７が、図８と同じ上下の厚鋼材２７、２８および両厚鋼材２７、２８を溶接部２６で連結する連結鋼板２５で構成され、この主桁７の端部に当該主桁７に垂直な突出板３２が主桁７と相俟って横断面T字状になるように設けられ、このT字状突出板３２には、隣接するセグメントと連結するためのボルト挿通孔２９が設けられている。隣接する両セグメントの突出板３２を接合し、各ボルト挿通孔２９に高力ボルトを挿通して締結することで、当該高力ボルトによる引張り接合によって隣接するセグメントと連結される。
【００７９】
実施形態７において、セグメント継手を、主桁７と相俟ってＴ字形状となる突出板３２を有するボルト引張り接合としたことにより、以下の作用を奏する。
（１）、高強度、高剛性な継手構造であるため、覆工厚を薄くすることができる。
（２）、少ないボルト本数で、高強度、高剛性の引張りボルト接合のセグメント継手とすることができる。そのため急速施工が可能となる。その上、土水圧によりトンネル周方向に圧縮力が卓越する場合には、圧縮側フランジ付近のボルトを省略して、突出板同士の支圧接合構造としたり、継手断面に引張り力が作用しない場合には、ボルトを省略することが可能である。それにより、一層の急速施工が可能になる。
【００８０】
図１１は、請求項２に対応するものとして、実施形態８を示す。図１１の実施形態８には、セグメントの主桁７が、上部の厚鋼材２７および下部の仕上げ鋼板１７を溶接部２６で連結する連結鋼板２５で構成される。この主桁７の端部において、両厚鋼材２７、２８の端部には主桁７に垂直な突出板３２が設けられ、当該突出板３２には隣接するセグメントと連結するためのボルト挿通孔２９が設けられている。また、連結鋼板２５の端部には複数列・複数段にボルト挿通孔３３を設け、添接板（図示省略）を介して、高力ボルト摩擦接合によって隣接するセグメントと連結されている。
【００８１】
実施形態８では、隣接する両セグメントの突出部３２を接合し、ボルト挿通孔２９に連結ボルト１９を挿通して締結することで、隣接する両セグメントをボルト引張り接合すると共に、更に、添接板を隣接する両セグメントの主桁７間に跨って添接し、添接板と主桁７の各ボルト挿通孔２９に高力ボルト３０を挿通して締結することで、当該高力ボルト３０による摩擦接合によって隣接するセグメントと連結される。
【００８２】
実施形態８においては、あたかも実施形態６、７の継手構造を組み合わせたごとき鋼製セグメントにより、これら実施形態６、７と同様の作用効果が奏される。
【００８３】
図１２は、請求項３に対応するものとして、実施形態９を示す。図１２の実施形態９には、セグメントの主桁７が、図８と同じ上部の厚鋼材２７および当該厚鋼材２７に溶接部２６で連結する連結鋼板２５で構成され、この連結鋼板２５のトンネル内空側の内端縁にスキンプレート４に平行な、開口のない内空側鋼板３４（図５の仕上げ鋼板１７に相当する）で閉塞されている例を示す。
【００８４】
実施形態９において、主桁７を介して、スキンプレート４と平行にトンネル内空側に内空側鋼板３４を配設することで、次の作用を奏する。
（１）、鋼製セグメント１を接合する際の、作業者の足場となる。
（２）、曲げ性能が高い鋼製セグメントが実現できる。
（３）、防食、耐火工が容易である。
（４）、局部座屈、横倒れ座屈し難い。
（５）、加工度が小さいため、製造コストが低い。
（６）、セグメント内部にコンクリートを打設して、合成セグメントとする場合の型枠代わりとなる。
【００８５】
図１３、図１４、図１５は実施形態１０、１１，１２を示す。各実施形態において、セグメントの主桁７は、連結鋼板２５の上下部にそれぞれ、上部鋼部材３５と下部鋼部材３６を溶接して構成され、かつ、隣接する下部鋼部材３６間に隙間３７が設けられ、トンネル内空側が開放断面とされている。なお、図１３〜図１５の各実施形態において、下部鋼部材３６の断面形状が、図示のように、縦長矩形断面、逆Ｔ字状断面、角鋼管断面等の相異する点を除いて、他の構成は各実施形態で共通である
【００８６】
実施形態１０，１１，１２において、主桁７が設けられるスキンプレート４の内側、つまり、トンネル内空側に隙間３７を有する場合の作用効果は、次のとおりである。
（１）、トンネル内空側からアクセスして鋼製セグメントを接合する際の作業が容易である。
（この場合、下フランジ部材の形状は、（トンネル内空側に開口を有する限り）どのような形状でもよい。例えば、前述のように鋼板を用いて縦長（スキンプレートに垂直）にしても良いし、Ｔ字形状でも良いし、鋼管や形鋼を用いても良い。）
【００８７】
図１６、図１７は、いずれも請求項４に対応するものとして、実施形態１３、１４を示す。各実施形態において、セグメントの主桁７は、連結鋼板２５の上下部にそれぞれ上部鋼部材３５と下部鋼部材３６を溶接して構成され、かつ、隣接する下部鋼部材３６間に隙間３７が設けられ、トンネル内空側が開放断面とされている点は、先の実施形態と同じである。そして、図１６、図１７の実施形態１３、１４における特徴的な構成は、前記主桁７間または主桁７と側板６間に、断面U字形状の縦リブ３８または角断面鋼管からなる縦リブ３９が固着されていることである。
【００８８】
実施形態１３，１４のＵ字状縦リブ３８または角鋼管の縦リブ３９を設けたことによる作用効果は、次のとおりである。すなわち、従来、鋼製セグメントの縦リブは、セグメント組立て時、推進力（圧縮力）による縦リブの座屈防止のために、Ｌ字形状をしているので、大断面のトンネルをシールドマシンで構築する場合、過大な推進力を伝えるために多くの縦リブが必要となり、リング継手の締付けのためのスペースを確保することができず、リング継手の締付けが困難あった。しかるに、実施形態１３，１４のように、縦リブ３８，３９がＵ字状またはボックス断面であることで、リング継手の締付けが容易である。
【００８９】
図１８、図１９は実施形態１５、１６を示す。各実施形態において、セグメントの主桁７は鋼板７ａで構成され、上部フランジ部材２０がスキンプレート４に固着されると共に、下端縁には内空側を閉塞するように、スキンプレート４と平行に仕上げ鋼板１７が固着されている。また、図１８の実施形態１５では、鋼製セグメント１の全体にコンクリート４０が充填されており、図１９の実施形態１６では、スキンプレート４の内側に接して、鋼製セグメント１の一部分にコンクリート４０が充填されている。
【００９０】
図１８、図１９の実施形態１５、１６によると、鋼製セグメント１が合成構造とされているので、セグメント強度が向上するとともに、現場でのコンクリート打設作業を低減できる。
【００９１】
図２０、図２１は、それぞれ請求項５に対応するものとして、実施形態１７、１８を示す。この実施形態１７、１８では、鋼製セグメント１の全体にコンクリート４０が充填されている点と、内空側に仕上げ鋼板１７が、スキンプレート４と平行に設けられている点は図１８の実施形態９と同じであるが、主桁７の構成が実施形態９と相異している。
【００９２】
すなわち、図２０の実施形態１７では、主桁７は、上フランジ部材４１および下フランジ部材４２と、当該上下のフランジ部材４１、４２と直角方向に配置され、かつ、長手方向に一定間隔毎に配置されて、両フランジ部材を面上で溶接部４３を介して連結する、Ｌ形鋼からなるウェブ部材４４とから構成される。ウェブ部材４４は、せん断補強筋として機能し、図示例ではＬ形鋼からなるが、鉄筋、鋼板、または鋼管でもよい。上フランジ部材４１は、スキンプレート４の内側に溶接され、下フランジ部材４２は内空側に仕上げ鋼板１７に溶接されている。
【００９３】
図２１の実施形態１８では、主桁７の上フランジ部材４１および下フランジ部材４２と、ウェブ部材４４との結合構造が、図２０の実施形態１７と若干相異している。図２１の実施形態１８では、当該上下のフランジ部材４１、４２と直角方向に配置されるＬ形鋼の２つのウェブ部材４４の上下端部で、それぞれ上下のフランジ部材４１、４２を挟み、各部材のボルト挿通孔にボルト４５を挿通することで、上下のフランジ部材４１、４２とウェブ部材４４とが結合される。
【００９４】
図２０、図２１の実施形態１７、１８によると、主桁７は、上下のフランジ部材４１、４２とウェブ部材４４からなるので、鋼製セグメント１の強度が一層向上すると共に、合成構造とされているので、この点でもセグメント強度が向上し、さらに、現場でのコンクリート打設作業を低減できる。
【００９５】
図２２以下は、請求項６以下の鋼製セグメントの製作方法に対応し、これらの実施形態を示す。
【００９６】
図２２は、請求項６に対応する実施形態１９を示す。この実施形態１９では、スキンプレート４と側板６を一体成形し、前記スキンプレート４と側板６に継手板５を溶接により水密的に固着して、一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板６よりも桁高の大きな複数本の主桁７と、縦リブ８とを配置し、必要度に応じて部材間の当接する所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させている。
【００９７】
実施形態１９では、スキンプレート４と側板６とを一体に成形することで、溶接量が少く済ませられるので、高い加工精度でセグメントの製造が可能である。例えば、プレスなどにより、スキンプレート４と側板６を一体成形してよい。実施形態１９おいて、高力ボルト摩擦接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が奏される構成については、図示省略する。
【００９８】
図２３は、請求項７に対応する実施形態２０を示す。この実施形態２０では、 スキンプレート４と継手板５を一体成形し、前記スキンプレート４と継手板５に側板６を溶接により水密的に固着して、一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板６よりも桁高の大きな複数本の主桁７と、縦リブ（図示省略）を配置し、必要度に応じて各部材が当接する所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させている。
【００９９】
実施形態２０では、スキンプレート４と継手板５とを一体に成形することで、溶接量が少く済ませられるので、高い加工精度でセグメントの製造が可能である。例えば、プレスなどにより、スキンプレート４と継手板５を一体成形してよい。実施形態２０でも、高力ボルト摩擦接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が奏される構成については、図示省略する。
【０１００】
図２４は、請求項８に対応する実施形態２１を示す。この実施形態２１では、 スキンプレート４と側板６と継手板５を鋼板による打ち抜きで一体成形し、前記側板６と継手板５を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板６よりも桁高の大きな複数本の主桁７と、縦リブ８とを配置して、必要度に応じて各部材を当接する所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させている。
【０１０１】
実施形態２１では、スキンプレート４と側板６と継手板５とを一体に成形することで、溶接量が少く済ませられるので、実施形態１９、２０比べて、さらに高い加工精度でセグメントの製造が可能である。例えば、プレスなどにより、スキンプレート４と側板６と継手板５を一体成形してよい。実施形態２１でも、高力ボルト摩擦接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が奏される構成については、図示省略する。
【０１０２】
なお、請求項９〜１４は、図２２、２３、２４に示す実施形態１９、２０、２１と、図１０、１１に示す実施形態７、８とを組合わせてなるものであり、これらについては、図示説明を省略する。
【０１０３】
図２５、図２６、図２７は、請求項１５、１６に対応するものとして、実施形態２２、２３，２４を示す。図２５の実施形態２２では、スキンプレート４と、継手板５と、側板６と、縦リブ３８と、前記側板６の内側に配置される複数本の主桁７とを組立てて構成される鋼製セグメント１において、前記スキンプレート４と、継手板５と、側板６で構成される一面開放の直方体の内部において、前記スキンプレート４の内面に断面U字形の縦リブ３８が溶接され、縦リブ３８に主桁７を取付けるためのガイド部材５０が溶接されている。
【０１０４】
さらに説明すると、図２５の実施形態２２では、Ｈ形鋼７ｃからなる各主桁７の上フランジ５１が、鉤部５０ａが所定間隔はなれて対向した一対のガイド部材５０の間で抱持され、かつ、鉤部５０ａのボルト孔を挿通して螺合する固定ボルト５２の先端で、主桁７の上フランジ５１下面を縦リブ３８側に押し付けることで、当該主桁７を縦リブ３８側に固定している。
【０１０５】
図２６の実施形態２３では、所定間隔離れて平行する一対のＨ形鋼７ｃからなる主桁７の下フランジ同士が繋がって、仕上げ鋼板１７を形成しており、この点が実施形態２２と相異し、他の点では、実施形態２２と同じである。
【０１０６】
図２７の実施形態２４では、所定間隔離れて平行する、一対のＨ形鋼７ｃからなる主桁７の上下フランジ同士がそれぞれ繋がって上部連結フランジ５１を形成しており、この点が実施形態２２、２３と相異し、他の点では、実施形態２２、２３と同じである。
【０１０７】
なお、本発明は前記の実施形態に限定されず、これらを適宜変形して実施することができる。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、主桁と、スキンプレートと、継手板と、側板の各構造の機能を分離して、主構造となる主桁には、土水圧に抵抗する機能と、端部に継手機能を持たせ、スキンプレートには、止水機能および、土水圧の主桁への伝達機能をもたせ、継手板には、止水機能を持たせ、側板には止水機能および、リング継手機能を持たせ、また、側板に接して縦リブを設けるときは、この縦リブに、セグメント組立て用ジャッキの推力伝達機能を持たせるように構成した。それにより、本発明に係る鋼製セグメントは、従来に比べて、構成が簡潔で、加工し易く、加工精度も高く、また、側板と継手板の強度は、止水のため最低限度でよく、これらが相俟って製作費が低コストとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図３の鋼製セグメントを用いて、矩形断面でかつ、大断面の道路トンネルを構築する際の仮設状態を示す一部縦断正面図である。
【図２】図１において、覆工内面に構築された鋼製セグメントに、コンクリートが充填された状態の拡大断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、本発明の基本構造を示す実施形態１の鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、実施形態２に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、実施形態３に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、実施形態４に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、実施形態５に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、実施形態６に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、実施形態７に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態８に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図である。
【図１２】実施形態９に係る鋼製セグメントの説明図である。
【図１３】実施形態１０に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図１４】実施形態１１に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図１５】実施形態１２に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図１６】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態１３に係る鋼製セグメントの正面図と側断面図である。
【図１７】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態１４に係る鋼製セグメントの正面図と側断面図である。
【図１８】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態１５に係る鋼−コンクリート合成セグメントの断面図と側断面図である。
【図１９】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態１６に係る鋼−コンクリート合成セグメントの断面図である。
【図２０】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態１７に係る鋼−コンクリートの合成セグメントの断面図と側断面図である。
【図２１】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態１８に係る鋼−コンクリートの合成セグメントの断面図と側断面図である。
【図２２】実施形態１９に係る鋼製セグメントの製作過程を示す分解斜視図である。
【図２３】実施形態２０に係る鋼製セグメントの製作過程を示す分解斜視図である。
【図２４】実施形態２１に係る鋼製セグメントの製作過程を示す分解斜視図である。
【図２５】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態２２に係る鋼製セグメントの縦断面図と側断面図と横断平面図である。
【図２６】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態２３に係る鋼製セグメントの断面図と側断面図である。
【図２７】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態２４に係る鋼製セグメントの断面図と側断面図である。
【符号の説明】
１ 鋼製セグメント
２ トンネル
３ 支保工
４ スキンプレート
５ 継手板
６ 側板
７ 主桁
８ 縦リブ
９ コンクリート
１０ 地上
１１ ボルト
１２ ボルト挿通孔
１３ 型枠
１４ 外側主鉄筋
１５ 内側主鉄筋
１７ 仕上げ鋼板
１８ ガッセットプレート
１９ 連結ボルト
２０ 上フランジ部材
２１ 下フランジ部材
２２ ウェブ部材
２３ 上部Ｈ形鋼
２４ 下部Ｈ形鋼
２５ 連結鋼板
２６ 溶接部
２７ 上部厚鋼板
２８ 下部厚鋼板
２９ ボルト挿通孔
３２ 突出板
３３ ボルト挿通孔
３４ 内空側鋼板
３５ 上部鋼部材
３６ 下部鋼部材
３７ 隙間
３８ 縦リブ
３９ 縦リブ
４０ コンクリート
４１ 上フランジ
４２ 下フランジ
４３ 溶接部
４４ ウェブ部材
４５ ボルト
４６ 係止板
４７ 外れ防止板
４８ 係止溝
４９ せん断補強筋
５０ ガイド部材
５０ａ 鉤部
５１ 上フランジ
５１ａ 下フランジ
５２ 固定ボルト
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路トンネル等の大きな断面のトンネルの覆工構造をシールド工法で構築する場合に使用される鋼製または、合成構造のシールドトンネル用セグメントとその製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールド工法では、主として土水圧に抵抗する一次覆工構造として、鋼製セグメント・コンクリートセグメント・もしくは合成セグメントを現場でリング状に組立てて、その内側に防食・防火・止水・美観等の目的のために、必要に応じて現場打ちコンクリート等で二次覆工を施して、トンネル覆工構造を構築していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
シールド工法は、これまで設計や施工技術の進歩により、様々なトンネルに適用されており、様々な断面形状のトンネルや大断面のトンネル等が構築されている。しかし、トンネル断面の大型化、断面形状の複雑化にしたがって、トンネル覆工に作用する断面力が増大し、それに対応すべく、トンネルの一次覆工構造を構築するセグメントの大型化、重量増大を招き、これが輸送性、搬送性、施工性の低下、重機の大型化等の問題や、それに伴う建設コストアップが課題となっている。
【０００４】
本発明者の研究結果によると、従来の鋼製セグメントでは、主桁と側板と継手板は、各々がセグメントに必要な土水圧抵抗機能、止水機能、継手機能など複数の機能を負担するように構成されており、それが各部材の構成の複雑化と、それによる製作コストの高騰等をもたらす要因となっているとの知見を得た。
【０００５】
本発明者は、前記の知見にもとづいて、さらに研究した結果、セグメント各部材の機能を分担化することによりセグメント構成の簡潔化、製作コストの低廉化等の面で改良できることが分かった。
【０００６】
【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、前記の知見にもとづいて、次のように構成した。
第１の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁端部に主桁に垂直な突出板がT字状になるように設けられ、T字状突出板には隣接するセグメントと連結するためのボルト挿通孔が設けられ、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に前記ボルト挿通孔に挿通される高力ボルトによる引張り接合によって同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とする。
第２の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁がスキンプレート側に設けられた上フランジ部材または／および主桁のトンネル内空側に設けられた下フランジ部材とウェブ部材で構成され、前記フランジ端部には主桁に垂直な突出板が設けられ、当該突出板には隣接するセグメントと連結するためのボルト挿通孔が設けられており、かつ、ウェブ端部には複数列・複数段にボルト挿通孔を設け、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に添接板を介して前記ボルト挿通孔に挿通される高力ボルトによる摩擦接合によって同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とする。
第３の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられ、トンネル内空側がスキンプレートに平行で、主桁に固着された開口のない鋼板で閉塞されていることを特徴とする。
第４の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられ、前記主桁間または主桁と側板間に、断面U字形状または角断面鋼管からなる縦リブが固着されていることを特徴とする。
第５の発明に係るシールドトンネル用合成セグメントは、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられ、前記鋼製セグメントの一部分または全体にコンクリートが充填され、ウェブ部材が、上フランジ部材と下フランジ部材のフランジ直角方向に配置され、前記上フランジ部材と前記下フランジ部材とを連結するせん断補強筋（鉄筋、鋼板、形鋼、または鋼管）であることを特徴とする。
【００１７】
第６の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと側板を一体成形し、前記スキンプレートと側板に継手板を溶接により水密的に固着して、一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置し、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００１８】
第７の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと継手板を一体成形し、前記スキンプレートと継手板に側板を溶接により水密的に固着して、一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置し、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００１９】
第８の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと側板と継手板を鋼板による打ち抜きで一体成形し、前記側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２０】
第９の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと側板とを一体成形し、前記側板とスキンプレートに継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２１】
第１０の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと継手板を一体成形し、前記スキンプレートと継手板に側板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２２】
第１１の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと側板と継手板を鋼板による打ち抜きで一体成形し、前記側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２３】
第１２の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと側板を一体成形し、前記スキンプレートと前記側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けたフランジ部材と、複数列・複数段にボルト挿通孔を有するウェブ部材とで構成される前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２４】
第１３の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと継手板を一体成形し、前記スキンプレートと継手板に側板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有するフランジ部材と、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有するウェブ部材とで構成される、前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２５】
第１４の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法は、スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、スキンプレートと側板と継手板を鋼板による打ち抜きで一体成形し、前記側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有するフランジ部材と、複数列・複数段にボルト挿通孔を有するウェブ部材とで構成される、前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とする。
【００２６】
第１５の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、スキンプレートと継手板と側板と縦リブと、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板より大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられ、前記スキンプレートと前記継手板と縦リブとで構成される一面開放の直方体の内部に、主桁を取付けるためのガイドを有する縦リブが配置されたことを特徴とする。
【００２７】
第１６の発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、第１発明〜第１５発明のいずれか１つの発明において、前記鋼製セグメントが、主桁を取付ける前にあっては仮設用の鋼製セグメントであり、当該仮設用の鋼製セグメントに本設用の主桁を取付けるためのガイドを有することを特徴とする。
【００２８】
【作用】
第１〜第１６の発明では、シールドトンネル用鋼製セグメントの構成要素である主桁と、スキンプレートと、継手板と、側板の各構造の機能を次のように分離した。
【００２９】
▲１▼、主桁：この主桁をセグメントの主構造として位置づけ、当該主桁には、土水圧に抵抗する機能を持たせ、端部に継手構造を有している。
▲２▼、スキンプレート：止水機能および、土水圧の主桁への伝達機能を持たせる。
▲３▼、継手板：止水機能を持たせる。
▲４▼、側板：止水機能および、リング継手機能を持たせる。
▲５▼、縦リブ：側板に接して縦リブを設けるときは、この縦リブが、シールドマシンの推力ジャッキの反力受け機能を持つ。
【００３０】
因みに、従来の鋼製セグメントでは、主桁と側板が共に、セグメントの主構造をなしており、両者が共働して土水圧に抵抗しており、かつ、止水およびリング継手の機能を果たしており、また、継手板は、止水およびセグメント継手機能を有している。つまり、従来の鋼製セグメントでは、前述のように、主桁と側板と継手板は、それぞれが前述の複数の機能を果し得るために必要な構成とされており、それが各部材の構成の複雑化、製作コストの高騰等をもたらしている。
【００３１】
本発明では、これら各部材の機能の分担化により構成の簡潔化、製作コストの低廉化等の面で改良されている。
【００３２】
まず、第１〜第５の発明の作用を説明する。第１発明〜第５発明では、前記のように、鋼製セグメントの各構成部材の機能を分離したことにより、以下のような作用効果がある。（なお、第１〜第５の発明の作用は、第６発明以下においても、共通している。）
【００３３】
（１）、主構造である主桁を別ラインで加工してから、セグメント外殻に組み込めるため加工しやすく、加工精度も高い。
（なお、この場合、セグメント継手、リング継手構造は特に限定せず、ボルト引張り接合、高力ボルト摩擦接合、現場溶接接合など、何れでもよい。）
（２）、側板と継手板の強度は、止水のため最低限度でよいので、低コストである。
（３）、側板と継手板とスキンプレートの溶接および、継手板と主桁とスキンプレートの溶接が止水溶接でよいため、セグメント外殻の加工精度が高い。
（４）、鋼製セグメントの全体構成が、シンプルである。
【００３５】
第２の発明にあっては、主桁を上下フランジ部材およびウェブ部材で構成したことによる、作用は以下の通りである。
つまり、道路トンネルや鉄道トンネルなどの大断面のシールドトンネルは、空間を有効利用するために、異形断面（矩形断面や楕円形など）となることが多い。このようなトンネルでは曲げモーメントが卓越することが多いが、
（１）、この曲げモーメントが卓越する場合、前記本発明の構成によると、覆工厚を薄くすることができる。（上下フランジ部材＋ウェブ部材は曲げに対して、効率的な形状（つまり、断面係数が大きい）である。）
（２）、ウェブ部材は、鋼板、H形鋼などの形鋼や、鋼管等を用いることができる。
【００３７】
第１発明にあっては、セグメント継手を、T字形状の突出板を有するボルト引張り接合としたことによる作用は以下の通りである。
（１）、高強度、高剛性な継手構造であるため、覆工厚を薄くすることができる。
（２）、格段に少ないボルト本数で、高強度、高剛性な継手にできるので、それにより、急速施工が可能となる。その上、土水圧によりトンネル周方向に圧縮力が卓越する場合には、圧縮側フランジ付近のボルトを省略して、突出板同士の支圧接合構造としたり、継手断面に引張り力が作用しない場合には、ボルトを省略することが可能である。それにより、一層の急速施工が可能になる。
（３）、第１発明の継手構造は、ボルト締めにより、セグメント同士を前後に引き寄せることができるため、主桁の前後（長手方向）の精度管理は比較的ルーズでよいため、低い施工精度で製作することが可能である。
（５）、引張りボルト接合であるため、高い止水性能が容易に得られる。
（６）、突出板を別ラインで製造してからセグメント鋼殻に組み込むことが可能なため、加工精度が高く、生産性も高い。
【００３８】
第２発明の鋼製セグメントによる作用効果は、次のとおりである。
（１）、断面に作用する曲げモーメントによって発生する、トンネル周方向の引張力をボルト引張接合によって伝達し、断面に作用するせん断力を添接板を介しての高力ボルト摩擦接合によって伝達するので、前述の第１発明と同様の作用効果が奏される。
【００３９】
第３発明にあっては、主桁を介して、スキンプレートと平行にトンネル内空側に開口のない鋼板（後述の発明の実施形態では仕上げ部材という）を配設した場合の作用効果は、次のとおりである。
（１）、鋼製セグメントを接合する際の、作業者の足場となる。
（２）、曲げ性能が高い鋼製セグメントが実現できる。
（３）、防食、耐火工が容易である。
（４）、局部座屈、横倒れ座屈し難い。
（５）、加工度が小さいため、製造コストが低い。
（６）、セグメント内部にコンクリートを打設して、合成セグメントとする場合の型枠の 代りとなる。
【００４１】
第４の発明にあっては、U字状または角鋼管の縦リブを設けたことによる作用効果は、次のとおりである。
従来、鋼製セグメントの縦リブは、セグメント組立て時、推進力（圧縮力）による縦リブの座屈防止のために、L字形状をしているので、大断面のトンネルをシールドマシンで構築する場合、過大な推進力を伝えるために多くの縦リブが必要となり、リング継手の締付けのためのスペースを確保することができず、リング継手の締付けが困難あった。しかるに、第４発明のように、縦リブがU字状または角鋼管であることで、リング継手の締付けが容易である。
【００４２】
第５の発明にあっては、鋼製セグメントの一部分または全体にコンクリートが充填されることで当該鋼製セグメントの強度が一層向上する。
【００４３】
第５の発明にあっては、主桁のウェブ部材が、上フランジ部材と下フランジ部材とを連結するせん断補強筋であるので、主桁が軽量でしかも強度が向上し、コンクリートとの結合が確実である。
【００４４】
第６の発明にあっては、スキンプレートと側板とを一体に成形する場合の作用効果は、次のとおりである。すなわち、溶接量が少く済ませられるので、高い加工精度でセグメントの製造が可能である。（例えば、プレスなどにより、スキンプレートと側板を一体成形してよい。）
【００４５】
第７の発明にあっては、スキンプレートと継手板とを一体に成形する場合の作用効果は、次のとおりである。すなわち、前記と同様に溶接量が少く済ませられるので、高い加工精度でセグメントの製造が可能である。（例えば、プレスなどにより、スキンプレートと継手板を一体成形してよい。）
【００４６】
第８の発明にあっては、スキンプレートと側板と継手板とを一体に成形する場合の作用効果は、次のとおりである。すなわち、第６、７発明よりも、さらに溶接量が少く済ませられるので、一層高い加工精度でセグメントの製造が可能である。（例えば、プレスなどにより、スキンプレートと継手板と側板を一体成形してよい。）
【００４７】
第９の発明にあっては、第６発明の高い加工精度でのセグメント製造の可能性に加えて、第１発明の高力ボルト引張り接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が相乗的に奏される。
【００４８】
第１０の発明にあっては、第７発明の高い加工精度でのセグメント製造の可能性に加えて、第１発明の高力ボルト引張り接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が相乗的に奏される。
【００４９】
第１１の発明にあっては、第８発明の高い加工精度でのセグメント製造の可能性に加えて、第１発明の高力ボルト引張り接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が相乗的に奏される。
【００５０】
第１２の発明にあっては、第６発明の高い加工精度でのセグメント製造の可能性に加えて、第１発明の高力ボルト引張り接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が相乗的に奏される。
【００５１】
第１３の発明にあっては、第７発明の高い加工精度でのセグメント製造の可能性に加えて、第１発明の高力ボルト引張り接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が相乗的に奏される。
【００５２】
第１４の発明にあっては、第８発明の高い加工精度でのセグメント製造の可能性に加えて、第１発明の高力ボルト引張り接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が相乗的に奏される。
【００５３】
第１５の発明にあっては、縦リブと主桁との溶接量がないので、加工精度、コスト的に有利である。つまり、従来の鋼殻内部に主桁を複数配置する鋼製セグメントの場合は、特に、縦リブと主桁との溶接量が非常に多くなり、加工精度、コストなどが悪化するが、本発明ではこのような不具合がない。
【００５４】
第１６の発明にあっては、仮設用のセグメントを組立ててから、本設の主桁構造となる主桁を後で増設するトンネル構築する工法を実施する際において、セグメントに本設時の土水圧に抵抗できる主桁を増設するためのガイドを予め設けておくことで、施工の省力化、工期の短縮が可能である。
【００５５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメント構造と、これを施工する実施の形態を図を参照して詳細に説明する。
【００５６】
図１〜図４は、実施形態１として、本発明の基本構造を示し、図１は、複数の鋼製セグメント１を用いて、断面矩形でかつ、大断面の道路トンネル（以下、トンネルという）２を構築する工程における仮設状態を示す一部縦断正面図、図２は、図１において、覆工内面に構築された鋼製セグメントに、コンクリートが充填された状態の拡大断面図、図３は、図２のＡ−Ａ断面図、図４は鋼製セグメントの構築前の斜視図と側面図と断面図である。
【００５７】
図１において、鋼製セグメント１は、トンネル２の１次覆工としてトンネル内面に配置されて支保工３で仮設支持され、型枠１３を介してかつ内外の主鉄筋１４、１５で補強されて、鋼製セグメント１内にコンクリートが打設される。このコンクリート９が硬化した後、支保工３は撤去され、鋼製セグメント１は本設構となる。なお、図１では、トンネル２内に所定間隔で構築される複数本の柱は図示省略されている。
【００５８】
鋼製セグメント１は、図４に示すように、スキンプレート４と、継手板５および側板６と、前記側板６の内側に配置される複数本の主桁７を組立てて構成される。
【００５９】
ところで、前記実施形態１を始め、後述の各実施形態の全体に共通する特徴的な構成は、鋼製セグメント１が、主桁７と、スキンプレー４と、継手板５と、側板６の各構造の機能が分離するように構成されていることである。そして、主桁７には専ら強度を負担させることで、当該主桁７をセグメントの主要構造として位置づけており、スキンプレー４と、継手板５と、側板６には、専ら止水機能、継手機能のみを負担させるもので、それ故、これら部材の強度は、止水機能、継手機能を発揮させる上で、必要最小限度に構成されていることである。
【００６０】
各実施形態に共通する点と、相異する点を、図４を参照して説明する。図において、鋼製セグメント１の主桁７の桁高が側板６および、継手板５よりも大きく設けられている点が各実施形態に共通する点である。また、各実施形態において相異する点は、主桁７等の具体的構造がそれぞれ相異することである。
【００６１】
図４の実施形態１から説明すると、前記主桁７は、フラットな鋼板７ａで構成されると共に、この主桁７の桁高は継手板５および側板６よりも大きく、また、当該主桁７の両端部には、同一リングの隣接するセグメントと連結するためのセグメント継手構造として、継手板５が設けられている。また、前記側板６と主桁７との間および、主桁７と主桁７の間には先端が彎曲した鉤状の縦リブ８が溶接されている。
【００６２】
前記鋼製セグメント１は、図３に示すように、トンネル２の地山１０側にスキンプレート４を配置し、同一リングの隣接するセグメント間では、継手板５同士を当接し、継手板５に設けられたボルト挿通孔１２（このボルト挿通孔は、複数段、複数列に設けても良い。）に例えば、ボルト１１を挿通して各鋼製セグメント１が引張り接合される。また、図２に示すようにリング間も前記と同様に、トンネル軸方向に隣接する鋼製セグメント１の側板６同士を当接し、ボルト挿通孔１２にボルト１１を挿通して引張り接合される。
【００６３】
また、図２、図３の例では、スキンプレート４と所定の間隔離して、トンネル内空側にトンネル内面仕上げ用の２次覆工を兼ねる型枠１３が配置され、また、前記主桁７の間において、これと平行に複数の外側主鉄筋１４と内側主鉄筋１５が配置される。
【００６４】
前述のように配置された鋼製セグメント１の内部にコンクリートが打設されて、トンネル覆工が構築される。
【００６５】
図１の実施形態１の鋼製セグメント１では、前述の通り、主桁７と、スキンプレー４と、継手板５と、側板６の各構造の機能が分離するように構成されていて、鋼製セグメント１の主構造として位置づけられる主桁７には、土水圧に抵抗する機能を持たせ、端部に継手板５を溶接している。スキンプレート４には、止水機能および、土水圧の主桁７への伝達機能を持たせ、継手板５には止水機能を持たせている。また、側板６には、止水機能および、リング継手機能を持たせる。側板６に接して設けられる縦リブ８には、シールドマシンの推力ジャッキの反力受け機能を持たせている。
【００６６】
したがって、実施形態１の鋼製セグメント１において、側板６と継手板５の強度は、止水のため最低限度でよいので、低コストである。また、側板６と継手板５とスキンプレート４の溶接および、継手板５と主桁７とスキンプレート４の溶接は止水溶接でよいため、セグメント外殻の加工精度が高い。また、主構造である主桁７を別ラインで加工してから、セグメント外殻に組み込めるため加工しやすく、加工精度も高い。
【００６７】
前記の場合、セグメント継手、リング継手の構造は特に限定されず、前述のボルトの引張り接合のほか、高力ボルト摩擦接合、現場溶接接合など、何れでもよい。
【００６８】
図５は、実施形態２を示す。この実施形態２では、主桁７が、複数の斜材７ｂで構成されるトラス構造であること、また、斜材７ｂを介してトンネル内空側にスキンプレート４と平行に型枠を兼ね、平板状の仕上げ鋼板１７が設けられていること、この点が実施形態１と相異する。前記スキンプレート４の下面と、前記仕上げ鋼板１７の上面には長手方向に所定間隔で、上下で配置位置を一つ置きにずらしながら、かつ、幅方向に複数平行にガセットプレート１８が溶接されていて、斜材７ｂの上端と下端は、前記ガセットプレート１８の両側を挟むように配置され、両部材に連結ボルト１９を挿通することで、斜材７ｂを介してスキンプレート４と仕上げ鋼板１７が結合された鋼製セグメント１が構成される。
【００６９】
実施形態２の鋼製セグメント１でも、実施形態１と同様にトンネル内面に仮設され、複数の補強鉄筋で補強されてコンクリート９が打設され、その硬化により本設となり、覆工構造が完成する。この場合、トラス構造の主桁７がコンクリートと一体となって、鋼製セグメント１の強度を専ら負担するので、スキンプレート４と、側板６と継手板５などは、強度を必要としない止水機能や、継手機能を分担すればよく、これら部材の構造を簡易化でき、低コスト化できる。
【００７０】
さらに、実施形態２によると、主桁をトラス構造としたことにより、以下の作用も奏される。
（１）、各部材が、小型、軽量であり、現場でボルト接合により主桁を組立てるので、セグメントを現場で組立てて、仮設後に本設構造とすることが可能である。
（２）、セグメント重量が軽量であるため、輸送、搬送、組立てコストが安い。
（３）、トラスの各部材間と仕上げ鋼板１７を利用して、作業者や、様々な部品、工具等が移動できるので、作業性がよい。
【００７１】
図６、図７、図８は実施形態３、４，５を示す。図６の実施形態３には、鋼製セグメント１の主桁７が側板６および継手板５よりも桁高のH形鋼７ｃで構成された例が示されている。H形鋼７ｃの上フランジ部材２０は、スキンプレート４の内側に溶接され、下フランジ部材２１とウェブ部材２２はトンネル内空側に位置している。
【００７２】
図７の実施形態４には、鋼製セグメント１の主桁７が上下のH形鋼２３、２４および、両H形鋼２３、２４を溶接部２６を介して連結する連結鋼板２５で構成された例が示されている。上部のＨ形鋼２３の上フランジ部材２３ａは、スキンプレート４の内側に溶接され、連結鋼板２５と上、下部のＨ形鋼２３、２４はトンネル内空側に位置している。
【００７３】
図８の実施形態５には、鋼製セグメント１の主桁７が上下の厚鋼材２７、２８および両厚鋼材２７、２８を溶接部２６で連結する連結鋼板２５で構成された例が示されている。上部の厚鋼材２７は、スキンプレート４の内側に溶接され、連結鋼板２５と上、下部の厚鋼材２７、２８は、トンネル内空側に位置している。
【００７４】
実施形態３、４、５の各鋼製セグメント１でも、実施形態１、２と同様にトンネル内面に仮設され、複数の内外の主鉄筋１４，１５で補強されてコンクリート９が打設され、その硬化により本設となり、覆工構造が完成する。
【００７５】
実施形態３、４、５において、図６に示すＨ形鋼７ｃの主桁７、図７に示す上下のＨ形鋼２３、２４および両Ｈ形鋼２３、２４を連結する連結鋼板２５からなる主桁７、図８に示す上下の厚鋼材２７、２８および、両厚鋼材２７、２８を連結する連結鋼板２５からなる主桁７は、いずれもコンクリート９と一体となって、鋼製セグメント１の強度を専ら負担するので、スキンプレート４と、側板６と継手板５などは、強度を必要としない止水機能や、継手機能を分担すればよく、これら部材の構造を簡易化でき、低コスト化できる。
【００７６】
図９は実施形態６を示す。図９の実施形態６には、セグメントの主桁７が、図８と同じ上下の厚鋼材２７、２８および両厚鋼材２７、２８が溶接部２６で連結する連結鋼板２５で構成され、この主桁７の端部には、添接板（図示省略）を介してセグメント間を高力ボルト摩擦接合により連結するためのボルト挿通孔２９が複数列・複数段に設けられている。
【００７７】
実施形態６において、セグメント継手を高力ボルト摩擦接合としたことにより、以下の作用を奏する。
（１）、高強度、高剛性な継手構造であるため、覆工厚を薄くすることができる。
（２）、主桁７を鋼殻内部に設置するため、２面摩擦接合とすることができ、コストダウンが可能である。（つまり、従来のボルト削減、主桁と側板を兼ねているセグメント構造では、１面摩擦接合となり、本構造の２倍のボルト本数が必要）
（３）、ボルト締めにより、セグメント同士を前後に引き寄せることができるので、主桁の前後（長手方向）の精度管理は比較的ルーズでよく、低い施工精度で製作することが可能である。
【００７８】
図１０は、請求項１に対応するものとして、実施形態７を示す。図１０の実施形態７では、セグメントの主桁７が、図８と同じ上下の厚鋼材２７、２８および両厚鋼材２７、２８を溶接部２６で連結する連結鋼板２５で構成され、この主桁７の端部に当該主桁７に垂直な突出板３２が主桁７と相俟って横断面T字状になるように設けられ、このT字状突出板３２には、隣接するセグメントと連結するためのボルト挿通孔２９が設けられている。隣接する両セグメントの突出板３２を接合し、各ボルト挿通孔２９に高力ボルトを挿通して締結することで、当該高力ボルトによる引張り接合によって隣接するセグメントと連結される。
【００７９】
実施形態７において、セグメント継手を、主桁７と相俟ってＴ字形状となる突出板３２を有するボルト引張り接合としたことにより、以下の作用を奏する。
（１）、高強度、高剛性な継手構造であるため、覆工厚を薄くすることができる。
（２）、少ないボルト本数で、高強度、高剛性の引張りボルト接合のセグメント継手とすることができる。そのため急速施工が可能となる。その上、土水圧によりトンネル周方向に圧縮力が卓越する場合には、圧縮側フランジ付近のボルトを省略して、突出板同士の支圧接合構造としたり、継手断面に引張り力が作用しない場合には、ボルトを省略することが可能である。それにより、一層の急速施工が可能になる。
【００８０】
図１１は、請求項２に対応するものとして、実施形態８を示す。図１１の実施形態８には、セグメントの主桁７が、上部の厚鋼材２７および下部の仕上げ鋼板１７を溶接部２６で連結する連結鋼板２５で構成される。この主桁７の端部において、両厚鋼材２７、２８の端部には主桁７に垂直な突出板３２が設けられ、当該突出板３２には隣接するセグメントと連結するためのボルト挿通孔２９が設けられている。また、連結鋼板２５の端部には複数列・複数段にボルト挿通孔３３を設け、添接板（図示省略）を介して、高力ボルト摩擦接合によって隣接するセグメントと連結されている。
【００８１】
実施形態８では、隣接する両セグメントの突出部３２を接合し、ボルト挿通孔２９に連結ボルト１９を挿通して締結することで、隣接する両セグメントをボルト引張り接合すると共に、更に、添接板を隣接する両セグメントの主桁７間に跨って添接し、添接板と主桁７の各ボルト挿通孔２９に高力ボルト３０を挿通して締結することで、当該高力ボルト３０による摩擦接合によって隣接するセグメントと連結される。
【００８２】
実施形態８においては、あたかも実施形態６、７の継手構造を組み合わせたごとき鋼製セグメントにより、これら実施形態６、７と同様の作用効果が奏される。
【００８３】
図１２は、請求項３に対応するものとして、実施形態９を示す。図１２の実施形態９には、セグメントの主桁７が、図８と同じ上部の厚鋼材２７および当該厚鋼材２７に溶接部２６で連結する連結鋼板２５で構成され、この連結鋼板２５のトンネル内空側の内端縁にスキンプレート４に平行な、開口のない内空側鋼板３４（図５の仕上げ鋼板１７に相当する）で閉塞されている例を示す。
【００８４】
実施形態９において、主桁７を介して、スキンプレート４と平行にトンネル内空側に内空側鋼板３４を配設することで、次の作用を奏する。
（１）、鋼製セグメント１を接合する際の、作業者の足場となる。
（２）、曲げ性能が高い鋼製セグメントが実現できる。
（３）、防食、耐火工が容易である。
（４）、局部座屈、横倒れ座屈し難い。
（５）、加工度が小さいため、製造コストが低い。
（６）、セグメント内部にコンクリートを打設して、合成セグメントとする場合の型枠代わりとなる。
【００８５】
図１３、図１４、図１５は実施形態１０、１１，１２を示す。各実施形態において、セグメントの主桁７は、連結鋼板２５の上下部にそれぞれ、上部鋼部材３５と下部鋼部材３６を溶接して構成され、かつ、隣接する下部鋼部材３６間に隙間３７が設けられ、トンネル内空側が開放断面とされている。なお、図１３〜図１５の各実施形態において、下部鋼部材３６の断面形状が、図示のように、縦長矩形断面、逆Ｔ字状断面、角鋼管断面等の相異する点を除いて、他の構成は各実施形態で共通である
【００８６】
実施形態１０，１１，１２において、主桁７が設けられるスキンプレート４の内側、つまり、トンネル内空側に隙間３７を有する場合の作用効果は、次のとおりである。
（１）、トンネル内空側からアクセスして鋼製セグメントを接合する際の作業が容易である。
（この場合、下フランジ部材の形状は、（トンネル内空側に開口を有する限り）どのような形状でもよい。例えば、前述のように鋼板を用いて縦長（スキンプレートに垂直）にしても良いし、Ｔ字形状でも良いし、鋼管や形鋼を用いても良い。）
【００８７】
図１６、図１７は、いずれも請求項４に対応するものとして、実施形態１３、１４を示す。各実施形態において、セグメントの主桁７は、連結鋼板２５の上下部にそれぞれ上部鋼部材３５と下部鋼部材３６を溶接して構成され、かつ、隣接する下部鋼部材３６間に隙間３７が設けられ、トンネル内空側が開放断面とされている点は、先の実施形態と同じである。そして、図１６、図１７の実施形態１３、１４における特徴的な構成は、前記主桁７間または主桁７と側板６間に、断面U字形状の縦リブ３８または角断面鋼管からなる縦リブ３９が固着されていることである。
【００８８】
実施形態１３，１４のＵ字状縦リブ３８または角鋼管の縦リブ３９を設けたことによる作用効果は、次のとおりである。すなわち、従来、鋼製セグメントの縦リブは、セグメント組立て時、推進力（圧縮力）による縦リブの座屈防止のために、Ｌ字形状をしているので、大断面のトンネルをシールドマシンで構築する場合、過大な推進力を伝えるために多くの縦リブが必要となり、リング継手の締付けのためのスペースを確保することができず、リング継手の締付けが困難あった。しかるに、実施形態１３，１４のように、縦リブ３８，３９がＵ字状またはボックス断面であることで、リング継手の締付けが容易である。
【００８９】
図１８、図１９は実施形態１５、１６を示す。各実施形態において、セグメントの主桁７は鋼板７ａで構成され、上部フランジ部材２０がスキンプレート４に固着されると共に、下端縁には内空側を閉塞するように、スキンプレート４と平行に仕上げ鋼板１７が固着されている。また、図１８の実施形態１５では、鋼製セグメント１の全体にコンクリート４０が充填されており、図１９の実施形態１６では、スキンプレート４の内側に接して、鋼製セグメント１の一部分にコンクリート４０が充填されている。
【００９０】
図１８、図１９の実施形態１５、１６によると、鋼製セグメント１が合成構造とされているので、セグメント強度が向上するとともに、現場でのコンクリート打設作業を低減できる。
【００９１】
図２０、図２１は、それぞれ請求項５に対応するものとして、実施形態１７、１８を示す。この実施形態１７、１８では、鋼製セグメント１の全体にコンクリート４０が充填されている点と、内空側に仕上げ鋼板１７が、スキンプレート４と平行に設けられている点は図１８の実施形態９と同じであるが、主桁７の構成が実施形態９と相異している。
【００９２】
すなわち、図２０の実施形態１７では、主桁７は、上フランジ部材４１および下フランジ部材４２と、当該上下のフランジ部材４１、４２と直角方向に配置され、かつ、長手方向に一定間隔毎に配置されて、両フランジ部材を面上で溶接部４３を介して連結する、Ｌ形鋼からなるウェブ部材４４とから構成される。ウェブ部材４４は、せん断補強筋として機能し、図示例ではＬ形鋼からなるが、鉄筋、鋼板、または鋼管でもよい。上フランジ部材４１は、スキンプレート４の内側に溶接され、下フランジ部材４２は内空側に仕上げ鋼板１７に溶接されている。
【００９３】
図２１の実施形態１８では、主桁７の上フランジ部材４１および下フランジ部材４２と、ウェブ部材４４との結合構造が、図２０の実施形態１７と若干相異している。図２１の実施形態１８では、当該上下のフランジ部材４１、４２と直角方向に配置されるＬ形鋼の２つのウェブ部材４４の上下端部で、それぞれ上下のフランジ部材４１、４２を挟み、各部材のボルト挿通孔にボルト４５を挿通することで、上下のフランジ部材４１、４２とウェブ部材４４とが結合される。
【００９４】
図２０、図２１の実施形態１７、１８によると、主桁７は、上下のフランジ部材４１、４２とウェブ部材４４からなるので、鋼製セグメント１の強度が一層向上すると共に、合成構造とされているので、この点でもセグメント強度が向上し、さらに、現場でのコンクリート打設作業を低減できる。
【００９５】
図２２以下は、請求項６以下の鋼製セグメントの製作方法に対応し、これらの実施形態を示す。
【００９６】
図２２は、請求項６に対応する実施形態１９を示す。この実施形態１９では、スキンプレート４と側板６を一体成形し、前記スキンプレート４と側板６に継手板５を溶接により水密的に固着して、一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板６よりも桁高の大きな複数本の主桁７と、縦リブ８とを配置し、必要度に応じて部材間の当接する所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させている。
【００９７】
実施形態１９では、スキンプレート４と側板６とを一体に成形することで、溶接量が少く済ませられるので、高い加工精度でセグメントの製造が可能である。例えば、プレスなどにより、スキンプレート４と側板６を一体成形してよい。実施形態１９おいて、高力ボルト摩擦接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が奏される構成については、図示省略する。
【００９８】
図２３は、請求項７に対応する実施形態２０を示す。この実施形態２０では、 スキンプレート４と継手板５を一体成形し、前記スキンプレート４と継手板５に側板６を溶接により水密的に固着して、一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板６よりも桁高の大きな複数本の主桁７と、縦リブ（図示省略）を配置し、必要度に応じて各部材が当接する所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させている。
【００９９】
実施形態２０では、スキンプレート４と継手板５とを一体に成形することで、溶接量が少く済ませられるので、高い加工精度でセグメントの製造が可能である。例えば、プレスなどにより、スキンプレート４と継手板５を一体成形してよい。実施形態２０でも、高力ボルト摩擦接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が奏される構成については、図示省略する。
【０１００】
図２４は、請求項８に対応する実施形態２１を示す。この実施形態２１では、 スキンプレート４と側板６と継手板５を鋼板による打ち抜きで一体成形し、前記側板６と継手板５を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板６よりも桁高の大きな複数本の主桁７と、縦リブ８とを配置して、必要度に応じて各部材を当接する所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させている。
【０１０１】
実施形態２１では、スキンプレート４と側板６と継手板５とを一体に成形することで、溶接量が少く済ませられるので、実施形態１９、２０比べて、さらに高い加工精度でセグメントの製造が可能である。例えば、プレスなどにより、スキンプレート４と側板６と継手板５を一体成形してよい。実施形態２１でも、高力ボルト摩擦接合によるセグメント継手部の高強度、高剛性、高止水性等の作用が奏される構成については、図示省略する。
【０１０２】
なお、請求項９〜１４は、図２２、２３、２４に示す実施形態１９、２０、２１と、図１０、１１に示す実施形態７、８とを組合わせてなるものであり、これらについては、図示説明を省略する。
【０１０３】
図２５、図２６、図２７は、請求項１５、１６に対応するものとして、実施形態２２、２３，２４を示す。図２５の実施形態２２では、スキンプレート４と、継手板５と、側板６と、縦リブ３８と、前記側板６の内側に配置される複数本の主桁７とを組立てて構成される鋼製セグメント１において、前記スキンプレート４と、継手板５と、側板６で構成される一面開放の直方体の内部において、前記スキンプレート４の内面に断面U字形の縦リブ３８が溶接され、縦リブ３８に主桁７を取付けるためのガイド部材５０が溶接されている。
【０１０４】
さらに説明すると、図２５の実施形態２２では、Ｈ形鋼７ｃからなる各主桁７の上フランジ５１が、鉤部５０ａが所定間隔はなれて対向した一対のガイド部材５０の間で抱持され、かつ、鉤部５０ａのボルト孔を挿通して螺合する固定ボルト５２の先端で、主桁７の上フランジ５１下面を縦リブ３８側に押し付けることで、当該主桁７を縦リブ３８側に固定している。
【０１０５】
図２６の実施形態２３では、所定間隔離れて平行する一対のＨ形鋼７ｃからなる主桁７の下フランジ同士が繋がって、仕上げ鋼板１７を形成しており、この点が実施形態２２と相異し、他の点では、実施形態２２と同じである。
【０１０６】
図２７の実施形態２４では、所定間隔離れて平行する、一対のＨ形鋼７ｃからなる主桁７の上下フランジ同士がそれぞれ繋がって上部連結フランジ５１を形成しており、この点が実施形態２２、２３と相異し、他の点では、実施形態２２、２３と同じである。
【０１０７】
なお、本発明は前記の実施形態に限定されず、これらを適宜変形して実施することができる。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明に係るシールドトンネル用鋼製セグメントは、主桁と、スキンプレートと、継手板と、側板の各構造の機能を分離して、主構造となる主桁には、土水圧に抵抗する機能と、端部に継手機能を持たせ、スキンプレートには、止水機能および、土水圧の主桁への伝達機能をもたせ、継手板には、止水機能を持たせ、側板には止水機能および、リング継手機能を持たせ、また、側板に接して縦リブを設けるときは、この縦リブに、セグメント組立て用ジャッキの推力伝達機能を持たせるように構成した。それにより、本発明に係る鋼製セグメントは、従来に比べて、構成が簡潔で、加工し易く、加工精度も高く、また、側板と継手板の強度は、止水のため最低限度でよく、これらが相俟って製作費が低コストとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図３の鋼製セグメントを用いて、矩形断面でかつ、大断面の道路トンネルを構築する際の仮設状態を示す一部縦断正面図である。
【図２】図１において、覆工内面に構築された鋼製セグメントに、コンクリートが充填された状態の拡大断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、本発明の基本構造を示す実施形態１の鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、実施形態２に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、実施形態３に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、実施形態４に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、実施形態５に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、実施形態６に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）（Ｃ）は、実施形態７に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図と断面図である。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態８に係る鋼製セグメントの斜視図と側面図である。
【図１２】実施形態９に係る鋼製セグメントの説明図である。
【図１３】実施形態１０に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図１４】実施形態１１に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図１５】実施形態１２に係る鋼製セグメントの斜視図である。
【図１６】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態１３に係る鋼製セグメントの正面図と側断面図である。
【図１７】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態１４に係る鋼製セグメントの正面図と側断面図である。
【図１８】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態１５に係る鋼−コンクリート合成セグメントの断面図と側断面図である。
【図１９】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態１６に係る鋼−コンクリート合成セグメントの断面図である。
【図２０】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態１７に係る鋼−コンクリートの合成セグメントの断面図と側断面図である。
【図２１】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態１８に係る鋼−コンクリートの合成セグメントの断面図と側断面図である。
【図２２】実施形態１９に係る鋼製セグメントの製作過程を示す分解斜視図である。
【図２３】実施形態２０に係る鋼製セグメントの製作過程を示す分解斜視図である。
【図２４】実施形態２１に係る鋼製セグメントの製作過程を示す分解斜視図である。
【図２５】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態２２に係る鋼製セグメントの縦断面図と側断面図と横断平面図である。
【図２６】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態２３に係る鋼製セグメントの断面図と側断面図である。
【図２７】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態２４に係る鋼製セグメントの断面図と側断面図である。
【符号の説明】
１ 鋼製セグメント
２ トンネル
３ 支保工
４ スキンプレート
５ 継手板
６ 側板
７ 主桁
８ 縦リブ
９ コンクリート
１０ 地上
１１ ボルト
１２ ボルト挿通孔
１３ 型枠
１４ 外側主鉄筋
１５ 内側主鉄筋
１７ 仕上げ鋼板
１８ ガッセットプレート
１９ 連結ボルト
２０ 上フランジ部材
２１ 下フランジ部材
２２ ウェブ部材
２３ 上部Ｈ形鋼
２４ 下部Ｈ形鋼
２５ 連結鋼板
２６ 溶接部
２７ 上部厚鋼板
２８ 下部厚鋼板
２９ ボルト挿通孔
３２ 突出板
３３ ボルト挿通孔
３４ 内空側鋼板
３５ 上部鋼部材
３６ 下部鋼部材
３７ 隙間
３８ 縦リブ
３９ 縦リブ
４０ コンクリート
４１ 上フランジ
４２ 下フランジ
４３ 溶接部
４４ ウェブ部材
４５ ボルト
４６ 係止板
４７ 外れ防止板
４８ 係止溝
４９ せん断補強筋
５０ ガイド部材
５０ａ 鉤部
５１ 上フランジ
５１ａ 下フランジ
５２ 固定ボルト
Claims (16)
- スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁端部に主桁に垂直な突出板がT字状になるように設けられ、T字状突出板には隣接するセグメントと連結するためのボルト挿通孔が設けられ、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に前記ボルト挿通孔に挿通される高力ボルトによる引張り接合によって同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメント。
- スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁がスキンプレート側に設けられた上フランジ部材または／および主桁のトンネル内空側に設けられた下フランジ部材とウェブ部材で構成され、前記フランジ端部には主桁に垂直な突出板が設けられ、当該突出板には隣接するセグメントと連結するためのボルト挿通孔が設けられており、かつ、ウェブ端部には複数列・複数段にボルト挿通孔を設け、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に添接板を介して前記ボルト挿通孔に挿通される高力ボルトによる摩擦接合によって同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメント。
- スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられ、トンネル内空側がスキンプレートに平行で、主桁に固着された開口のない鋼板で閉塞されていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメント。
- スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられ、前記主桁間または主桁と側板間に、断面U字形状または角断面鋼管からなる縦リブが固着されていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメント。
- スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられ、前記鋼製セグメントの一部分または全体にコンクリートが充填され、ウェブ部材が、上フランジ部材と下フランジ部材のフランジ直角方向に配置され、前記上フランジ部材と前記下フランジ部材とを連結するせん断補強筋（鉄筋、鋼板、形鋼、または鋼管）であることを特徴とするシールドトンネル用合成セグメント。
- スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、
スキンプレートと側板を一体成形し、前記スキンプレートと側板に継手板を溶接により水密的に固着して、一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置し、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法。 - スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、
スキンプレートと継手板を一体成形し、前記スキンプレートと継手板に側板を溶接により水密的に固着して、一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置し、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法。 - スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、
スキンプレートと側板と継手板を鋼板による打ち抜きで一体成形し、前記側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法。 - スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、
スキンプレートと側板とを一体成形し、前記側板とスキンプレートに継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法。 - スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、
スキンプレートと継手板を一体成形し、前記スキンプレートと継手板に側板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法。 - スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、
スキンプレートと側板と継手板を鋼板による打ち抜きで一体成形し、前記側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有する前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法。 - スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、
スキンプレートと側板を一体成形し、前記スキンプレートと前記側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けたフランジ部材と、複数列・複数段にボルト挿通孔を有するウェブ部材とで構成される前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法。 - スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、
スキンプレートと継手板を一体成形し、前記スキンプレートと継手板に側板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有するフランジ部材と、端部に複数列・複数段にボルト挿通孔を有するウェブ部材とで構成される、前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法。 - スキンプレートと、継手板および側板と、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成され、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられていることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法であって、
スキンプレートと側板と継手板を鋼板による打ち抜きで一体成形し、前記側板と継手板を溶接により水密的に固着して一面開放の直方体を形成し、この直方体の内部に、端部にボルト挿通孔を設けた主桁に垂直な突出板を有するフランジ部材と、複数列・複数段にボルト挿通孔を有するウェブ部材とで構成される、前記側板よりも桁高の大きな複数本の主桁と、縦リブとを配置して、必要度に応じて所要個所に、必要の強度を付与できるだけの溶接長をもって溶接を行って、前記各部材を一体化させることを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメントの製作方法。 - スキンプレートと継手板と側板と縦リブと、前記側板の内側に配置される複数本の主桁とを組立てて構成される鋼製セグメントであって、前記主桁の桁高は前記側板よりも大きく、前記主桁の両端部には、前記継手板よりトンネル内空側に同一リングの隣接するセグメントと連結するための継手（セグメント継手）構造が設けられ、前記スキンプレートと前記継手板と縦リブとで構成される一面開放の直方体の内部に、主桁を取付けるためのガイドを有する縦リブが配置されたことを特徴とするシールドトンネル用鋼製セグメント。
- 前記鋼製セグメントが、主桁を取り付ける前にあっては、仮設用の鋼製セグメントであり、当該仮設用の鋼製セグメントに本設用の主桁を取付けるためのガイドを有する請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載のシールドトンネル用鋼製セグメント。
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