JP4585203B2

JP4585203B2 - 合成セグメント構造

Info

Publication number: JP4585203B2
Application number: JP2004046002A
Authority: JP
Inventors: 裕章中山; 正人三宅
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2024-02-23
Also published as: JP2005232899A

Description

本発明は、シールドトンネル内に覆工体として用いられるセグメント構造であって、特に、中詰めコンクリートと継手板の定着構造に特徴を有する合成セグメント構造に関するものである。

合成セグメントには、主桁、継手板、スキンプレートからなる鋼殻に中詰めコンクリートを充填してなる鋼製系のセグメントまたは、継手板、補強筋、コンクリートより構成されるコンクリート系セグメントがある。

例えば、鋼製系のセグメントにあっては、鋼製の主桁、継手板、スキンプレート、縦リブ等からなる鋼殻内に中詰コンクリートを充填して構成されるが、この場合、コンクリートの補強およびコンクリートと鋼殻との一体化、特に主桁および継手板とコンクリートとの一体化が重要であり、このため従来は、中詰コンクリート内に補強筋を配筋すると共に、継手板と一体のアンカー筋を埋設するため、鋼殻内部の構成が複雑化すると共に、コンクリートが鋼殻内部でコンクリートが隅部まで円滑、迅速に行き渡らない等の問題があった。

図５、図６によって説明する。図５はコンクリート中詰め合成セグメント１を千鳥状に配置しリング状に組み立てたトンネル内の覆工体２を示す斜視図である。

合成セグメント１は、図６に示すように、主桁３の間を複数の縦リブ４で結合すると共に、主桁４の端部間を継手板５で結合し、主桁３と継手板５の外側にスキンプレート６を結合して鋼殻７を構成し、鋼殻７の内部に中詰めコンクリート８を充填して構成され、中詰コンクリート８には縦筋１０と横筋１１からなる補強筋１２及び継手板５と主桁３に結合された複数のアンカー筋１３が埋設されている。アンカー筋１３は基端部にネジを有していて、継手板５と主桁３の内面に溶接された連結金具１４のネジ穴にねじ込むことで継手板５および主桁３に結合されている。また、他のケースでは、アンカー筋を直接継手板や主桁に溶接して結合している場合もある。

前記の合成セグメント１では、中詰めコンクリート８を補強する多数の縦筋１０と横筋１１が鋼殻７内で交差していることに加えて、継手板５および主桁３のアンカー筋１３が縦筋１０と横筋１１と干渉しないように配置されるが、鋼殻７内で縦筋１０および横筋１１とアンカー筋１３を互いに干渉しないように複雑に配置するには多くの手間が掛り、合成セグメント１の製作時間とコストの増大につながる。

なお、合成セグメントにおいて継手板を中詰めコンクリートに定着する方法として、アンカー材を設けコンクリートとの付着によるか、またはアンカー材にフックを付けて中詰めコンクリートに定着する方法が行われている（特開平６−１４６７９４）。
特開平６−１４６７９４号公報

セグメント間やセグメントリング間に大きな引張り荷重が作用する合成セグメントの使用形態において、継手板や主桁を介してセグメント全幅または全長に均一に力の伝達を可能とするためには、継手板と主桁の内面に沿って密にアンカー材を配置し、或いはアンカー材の長さや径を増やす必要があるが、中詰めコンクリート本体を補強するための多数本の補強筋（棒状鋼材）と重なり合うことがあった。このため均一にアンカー材を配置できなかったり、十分な定着力を確保するためにアンカー材の長さや本数を増したり、アンカー材の径を増やすことができないという問題があった。また、補強筋やアンカー材が複雑に配置されると中詰めコンクリートが迅速かつ円滑に鋼殻内の隅々に充填されない問題があった。

さらに、継手板や主桁にアンカー材を取付けるために手間がかかり、アンカー材の材料費を含めてコストアップの要因となっていた。本発明は前記の問題を解決した合成セグメントを提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために本発明は、次のように構成する。

第１発明は、継手板、主桁、スキンプレートからなる鋼殻に中詰めコンクリートを充填してなる鋼製系の合成セグメントにおいて、相対するセグメント継手板間を、コンクリート補強筋及び継手部アンカー筋を兼用する棒状鋼材で連結してセグメント本体を構成し、前記棒状鋼材が埋設されるように中詰めコンクリートが充填され、前記継手板に前記棒状鋼材の挿通穴が設けられ、前記挿通穴の継手板外側部分は前記挿通穴の径よりも大きな棒状鋼材定着用穴となっており、前記棒状鋼材の雄ねじ状端部が前記棒状鋼材定着用穴部においてナットの締付けにより定着され、前記継手板は前記ナットが該継手板の外面からはみださないよう所定の板厚を有するとともに、その内面が平面状に形成された一枚の板から構成されていることを特徴とする合成セグメント構造である。

第２発明は、第１発明において、前記棒状鋼材の一端または両端が前記ナットで継手板に定着されていることを特徴とする。

第３発明は、第１発明において、前記棒状鋼材の一端が前記ナットで継手板に定着され、他端が溶接手段にて継手板に定着されていることを特徴とする。

本発明に係る合成セグメント構造によると、相対するセグメント継手板間を棒状鋼材で連結することでセグメント本体を構成しており、セグメント本体の一要素である棒状鋼材が、既存の合成セグメントにおける中詰めコンクリート補強筋および、継手部アンカー筋を兼ねる構造であり、このように棒状鋼材にセグメント本体の主要構造部材の機能を持たせることで、セグメント本体の構造を極限まで簡略化でき、セグメント製作費のコスト削減と製作に要する時間の削減を実現できる。また、セグメントの継手板に引張り荷重が作用した際に、棒状鋼材を介してセグメント両側の継手板を引張り合い中詰めコンクリートを拘束するため、コンクリートと継手板の一体構造としての剛性が高まりセグメントの薄肉化、軽量化が可能となる。

さらに、セグメント本体の一部である棒状鋼材に継手板からの荷重を直接伝達するため、継手板とセグメント本体とが別々に挙動することなく合成セグメントとしての一体性が高められる。また、棒状鋼材を対面する継手板の外側から締付ける構造とすることによって、継手板と棒状鋼材を連結するための溶接を省略し、溶接の熱影響による加工時の曲がり反り等の変形の発生を防ぐことができる。

以下、本発明の実施形態を鋼製系の合成セグメントについて図を参照して説明する。

図１は、第１実施形態に係る合成セグメント構造の一部破断斜視図、図２（ａ）は、図１の合成セグメント構造のＡ−Ａ線に沿う断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿うコンクリート充填した状態の断面図である。

図１、図２に示す第１実施形態に係る合成セグメント１５において、セグメント本体１６は、棒状鋼材（主筋）１７を継手板１８に直接取り付け、また、継手板１８の間は主桁２７で結合され、さらにスキンプレート２２を設けて構成されている。棒状鋼材１７と継手板１８との定着部１９は、第１実施形態では溶接手段２０で固着されている。また、第２、第３実施形態（後述する）に示すように、棒状鋼材（主筋）１７にネジを切って継手板１８に雌ネジ穴を設けて繋げてもよい。さらに、継手板１８にもネジ構造を有するボルトや棒状鋼材１７を取り付け、ネジを切ったボルトで繋げてもよい。鋼殻内部には中詰めコンクリート２１が充填されている。

このように本発明では、棒状鋼材１７にセグメント本体１６の主要構造部材としての機能を持たせたことにより、従来の合成セグメントにおけるコンクリート補強筋や継手部のアンカー筋を一切不要にでき、セグメント本体１６の構造を極限まで簡略化できる。

図３（ａ）は、第２実施形態に係る合成セグメント構造の縦断面図、（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ線に沿うコンクリート充填した状態の断面図である。第２実施形態では、棒状鋼材１７の両端部を継手板１８に設けた棒状鋼材挿通用穴２３を通して継手板１８の外側に延長し、穴から突出した棒状鋼材１７の端部に設けたネジ構造部２４をナット２５で締付け、平行に相対する継手板１８間を拘束する構造としている。なお、ナット２５に代えて定着用鋼板を棒状鋼材１７の端部に溶接その他の固定手段で固定してもよい（但し、図示を省略する）。

前記ナット２５（または定着用鋼板）が継手板１８の外面からはみ出さないように、所定の板厚を有する継手板１８に設けた前記棒状鋼材挿通用穴２３の継手板外側部分は、前記挿通用穴２３の径よりも大きな棒状鋼材定着用穴２６となっており、棒状鋼材１７の雄ネジ状端部が、前記棒状鋼材定着用穴部２６においてナット２５により定着されている。これにより隣り合うセグメント継手板１８が接合されたとき、前記ナット２５や棒状鋼材１７の端部が継手板１８から突出せず、セグメント接合の障害にならないようにする。

図４（ａ）は、第３実施形態に係る合成セグメント構造の縦断面図、（ｂ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ線に沿うコンクリート充填した状態の断面図である。第３実施形態では、棒状鋼材１７を継手板１８に固定する手段として、棒状鋼材１７の一端側は、第１実施形態における溶接手段２０を用い、他端は第２実施形態におけるボルト・ナット２５の固定手段を用いた例を示す。したがって、第１、第２実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

第３実施形態においても、第１、第２実施形態と同様に、従来の合成セグメントにおけるコンクリート補強筋および、継手部アンカー筋を兼ねる棒状鋼材１７と継手板１８と主桁２７、スキンプレート２２でセグメント本体１６を構成するから、該セグメント本体１６の構造を極限にまで簡略化できる。

第１実施形態に係る合成セグメント構造の一部破断斜視図である。（ａ）は、図１の合成セグメント構造のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿うコンクリート充填した状態の断面図である。（ａ）は第２実施形態に係る合成セグメント構造の縦断面図、（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ線に沿うコンクリート充填した状態の断面図である。（ａ）は、第３実施形態に係る合成セグメント構造の縦断面図、（ｂ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ線に沿うコンクリート充填した状態の断面図である。従来例の合成セグメントで構築したトンネル内覆工体の斜視図である。（ａ）は、従来例の合成セグメント構造の縦断面図、（ｂ）は、図６（ａ）のＥ−Ｅ線に沿うコンクリート充填した状態の断面図である。

符号の説明

１合成セグメント
２覆工体
３主桁
４縦リブ
５継手板
６スキンプレート
７鋼殻
８中詰めコンクリート
１０縦筋
１１横筋
１２補強筋
１３継手部アンカー筋
１４連結金具
１５合成セグメント
１６セグメント本体
１７棒状鋼材（主筋）
１８継手板
１９定着部
２０溶接手段
２１中詰めコンクリート
２２スキンプレート
２３棒状鋼材挿通用穴
２５ナット
２６棒状鋼材定着用穴
２７主桁
２８ボルト挿入孔
２９作業用凹部

Claims

継手板、主桁、スキンプレートからなる鋼殻に中詰めコンクリートを充填してなる鋼製系の合成セグメントにおいて、相対するセグメント継手板間を、コンクリート補強筋及び継手部アンカー筋を兼用する棒状鋼材で連結してセグメント本体を構成し、前記棒状鋼材が埋設されるように中詰めコンクリートが充填され、前記継手板に前記棒状鋼材の挿通穴が設けられ、前記挿通穴の継手板外側部分は前記挿通穴の径よりも大きな棒状鋼材定着用穴となっており、前記棒状鋼材の雄ねじ状端部が前記棒状鋼材定着用穴部においてナットの締付けにより定着され、前記継手板は前記ナットが該継手板の外面からはみださないよう所定の板厚を有するとともに、その内面が平面状に形成された一枚の板から構成されていることを特徴とする合成セグメント構造。
前記棒状鋼材の一端または両端が前記ナットで継手板に定着されていることを特徴とする請求項１に記載の合成セグメント構造。
前記棒状鋼材の一端が前記ナットで継手板に定着され、他端が溶接手段にて継手板に定着されていることを特徴とする請求項１に記載の合成セグメント構造。