JP4719057B2 - セグメントの連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、下水道、鉄道、地下河川等のトンネル覆工用セグメントや、ボックスカルバートなどを構築するセグメントの連結構造に関するものである。

下水道、鉄道、地下河川等のトンネルをシールド工法によって建設する場合、円弧状のセグメントを多数連結することによりこれを構築する。このようなトンネル覆工に使用されるセグメントや、ボックスカルバート等に使用されるセグメントには、鋼製セグメント、鋼−コンクリートの合成セグメント、コンクリートセグメント等が適用される。これらのセグメントには継手部が設けられている。この継手部は、一般にセグメントのコンクリート中にアンカー鉄筋を介して固定されるものであり、この継手部を介して多数のセグメントを周方向と軸方向に連結してトンネルやボックスカルバートが構築されることになる。従ってこの継手部は、セグメントを用いた施工を行う上で特に重要な役割を果たすものであり、従来において数多くの提案がされている。

従来提案されている継手構造も改良の主眼点は種々異なっている。例えば、（１）継手部の構造を簡潔にすることを主な改良点とするもの、（２）継手部の止水性を向上することを主な改良点とするもの、（３）継手部の連結操作を容易にすることを主な改良点とするもの、（４）継手部の強度をセグメント本体と同程度に向上することを主な改良点とするもの、（５）前記の複数の点を同時に改良することを主な改良点とするもの等がある。また、この改良技術も、鋼製セグメント、鋼−コンクリートの合成セグメント、コンクリートセグメントによっておのずから構造が相異している。

従来、この種のセグメント連結構造に関しては、特許文献１〜特許文献３などが提案されている。

特許文献１には、接続する一方のセグメントのＨ形状連結部材のウエブに溶接された開孔部を有する連結板に、他方のセグメントのＨ形状連結部材のウエブに溶接された係合突起が、前記セグメントの連結板の開孔部に嵌合することで、両セグメントを連結する。この従来技術によると、簡単な構造で少ない移動範囲で、しかもセグメント端面同士を面接触させて鋼殻セグメントをトンネル円周方向に連結できるというメリットもある。

特許文献２には、セグメントの端部に互いにフランジ面同士が当接するＨ形鋼又はプレートとカットＴからなるＨ形部材を取り付け、このＨ形部材のフランジ４枚を貫通する連結ボルトで継手を締結する、セグメント継手構造が開示されている。この継手構造は、引張りと曲げに対応する十分な強度を有するというメリットもある。

特許文献３には、条鋼材の連結部分を包囲する形状の中空継手を使用し、これを一方の条鋼材の連結部分に、端部から継手部分が張り出した状態であらかじめ溶接等により接合しておき、現場において他方の条鋼材の連結部分を張り出した継手部分に挿入して連結するようにした継手構造が開示されている。この従来は条鋼間の連結を容易にし、現場における作業時間を短縮するというメリットもある。
特開平９−２４２４８７号公報 特開平１０−３３９０９９号公報 特開平９−１７７１８６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているセグメントの連結構造では、単に孔の空いた板材に突起を嵌め込むだけなので、接続作業は容易であるが、接続後のセグメント継手部の剛性、強度が小さく、大きな曲げモーメントが作用するような場所には適用できないという問題があった。

特許文献２に開示のセグメントの連結構造では、添接板の部材数を多く必要とし、加工手間がかかる。セグメント本体と同程度での高強度のセグメント継手とするためには、摩擦接合とする場合多くのボルト本数が必要になり、加工手間やコストがかかる。添接板及びボルト頭部がセグメントの面外方向に突出するため、セグメントの平坦性を確保できないという問題があった。

特許文献３に開示のセグメントの連結構造では、高強度、高剛性のセグメント継手を実現できるが、中空継手部材は、条鋼全体を包み込む必要があり、セグメントの主桁を取り囲むことができず、セグメント継手部には適用できない。また、中空継手部材が、セグメントの面外方向に突出しセグメント平坦性を確保できないという問題があった。

本発明は、継手部が引っ張り荷重や曲げ荷重に対してセグメント本体と同程度の高剛性、高耐力を有する構成とし、しかも、構成が簡潔でかつ継手部がセグメント本体の面外に出張らず、セグメントの平坦性を確保できるように構成することで従来の問題点を解決したセグメントの連結構造を提供することを目的とする

本発明者は、上述した課題を解決するとともに、さらに〔１〕セグメントの継手部の強度を向上、〔２〕継手部に作用する曲げ荷重に対する抵抗力の向上、〔３〕構造の簡潔化、〔３〕施工性の向上、〔４〕止水性の向上を図るべく、主桁にＨ形状部材またはＣ形状部材を用いフランジとウエブで囲まれた開口部を外側に有するセグメントの継手部において、セグメント間または、セグメント間及びリング間を連結する連結部材として、開口部内面のフランジとウエブに沿わせて、フランジとウエブを有するＣ形状または箱形状またはＨ形状を有する連結部材を配置し、該連結部材と主桁のそれぞれのフランジとウエブの当接部を連結することにより前記の目的を達成できるセグメントの連結構造を発明した。

第１の発明は、主桁にＨ形状部材またはＣ形状部材を適用するとともに、そのフランジとウエブで囲まれた開口部を外側に形成させたトンネル又はボックスカルバート用の鋼殻に中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントの継手部において、フランジとウエブを有するＣ形状または箱形状またはＨ形状を有する連結部材を、前記開口部内面のフランジとウエブに沿わせて配置すると共に、トンネル又はボックスカルバート周方向に隣接するセグメントの継手部に跨って配置し、前記連結部材のフランジと前記主桁のフランジとが連結され、前記開口部並びに前記連結部材によって囲まれる空間、又は前記連結部材のみによって囲まれる空間には前記中詰めコンクリートが非充填とされていることを特徴とする。

また、第２の発明は、前記連結部材が、隣接するセグメントのトンネル又はボックスカルバート軸方向に突出し、リング継手を兼ねていることを特徴とする。

第３の発明は、第１〜２の何れかの発明において、前記連結部材と前記主桁のフランジに孔を有し、前記連結が、当該孔部におけるボルト接合、又は当該孔部に挿通されたねじ山を有する棒状鋼材とナットによるねじ接合であることを特徴とする。

第４の発明は、第１〜３の何れかの発明において、前記連結部材のウエブと前記主桁のウエブとの連結が、前記主桁のウエブに予めボルト又はねじ山を有する棒状鋼材を固定した後、前記ボルト又は棒状鋼材に対応する位置のウエブに孔を有する前記連結部材を、前記孔部に前記ボルト又は棒状鋼材を挿入して、ナットにて前記主桁と固定することを特徴とする。

第５の発明は、第１〜３の発明において、前記配置された連結部材の周方向両端部における２つの隣接するセグメントのそれぞれの主桁のウエブに、ＰＣ鋼棒の留め具を固着し、当該２つのＰＣ鋼棒留め具間にＰＣ鋼棒を渡して締結することで、前記隣接するセグメント間を緊結することを特徴とする。

第６の発明は、第１〜３、５の発明において、前記配置された連結部材には、前記周方向の片側端部にねじ孔を有する抑え板が固着されると共に、前記連結部材のウエブには、前記周方向に隣接するセグメントの継手部を挟んで、１箇所ずつ孔が設けられ、当該孔部に対応する位置の前記それぞれの主桁のウエブには、接合用突起が設けられて、前記連結部材のウエブの孔に挿入され、更に、前記抑え板の孔部にボルトが螺合されて、当該ボルトが前記片方の接合用突起を押し付けることで、前記もう一方の接合用突起を前記連結部材のウエブの孔端部に押し付けて、前記２つの押し付けの反力で前記隣接するセグメント間を緊結することを特徴とする。

第７の発明は、第１〜３、５の発明において、前記配置された連結部材のウエブには、前記周方向に隣接するセグメントの継手部を挟んで、１箇所ずつ孔が設けられ、当該孔部に対応する位置の前記それぞれの主桁のウエブには、接合用突起が設けられて、前記連結部材のウエブの孔に挿入され、前記接合用突起の一方はテーパー部を有すると共に、当該接合用突起位置における主桁の内空面側のフランジには、ねじ孔が設けられ、前記主桁内空面側のフランジのねじ孔には、ボルトが螺合されていると共に、当該ボルトと前記テーパー部を有する接合用突起との間には、前記テーパー形状と対応する楔が設置されて、前記ボルトの螺合により前記楔が前記テーパー部を有する接合用突起を周方向に押し付けることで、前記もう一方の接合用突起を前記連結部材のウエブの孔端部に押し付けて、前記２つの押し付けの反力で前記隣接するセグメント間を緊結することを特徴とする。

第８の発明は、第１〜７の発明において、前記連結部材の断面２次モーメントは、主桁の断面２次モーメント以上であり、セグメント本体の断面２次モーメントの略１／２以上であることを特徴とする。

第９の発明は、第１〜８の発明において、前記連結部材における降伏抵抗曲げモーメントは、主桁の降伏抵抗曲げモーメント以上であり、セグメント本体の降伏抵抗曲げモーメントの略１／２以上であることを特徴とする。

第１０の発明は、第１〜９の発明において、前記連結部材は、形鋼であることを特徴とする。

第１１の発明は、第１〜１０の発明に係るセグメントの連結構造を有するセグメントの連結方法であって、先行リングのセグメントと後行リングのセグメントの連結前に、先行リングにおいて後行リングのセグメント継手が来る位置に予め連結部材を取り付けておき、その連結部材を後行リングのセグメントの主桁のフランジとウエブで囲まれた開口部内面と連結することを特徴とするセグメントの連結方法である。

本発明によると、主桁の外側のフランジとウエブで形成された開口部（凹部）を利用して連結部材を設けたので、少ない部材数でセグメント間、またはセグメント間及びリング間を接続でき、セグメント組み立て時の加工手間が少なくてすむと共に、セグメント継手部でのセグメント面外方向の平坦性が確保でき、さらに、継手部はセグメント本体と同じ高剛性、高強度を発揮できる。連結部材がリング間に跨る場合は、リング継手としての役割も果たし、かつリング継手に作用するせん断力に抵抗し、従来に比べて高強度で施工性に優れたセグメント継手部の連結構造を実現できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明をする。

先ず、図１〜図４と図１１,１２を参照して実施形態の概要を説明する。本実施形態は、図１に示す形態でセグメント２を周方向に連結してセグメントリングを構成し、このセグメントリングを図４に示すようにトンネル軸方向に連結してボックスカルバート２４（図１１、図１２に示す）を構築する場合において、該セグメント２の周方向とトンネル軸方向の継手部の構成に特徴がある。

ボックスカルバート２４におけるセグメント２の組み立て方法は次の２通りがある。第１の方法では、例えば図１１に示すように、最初にセグメントリングとしての先行リング１４を設置しておき、次にセグメントリングとしての後行リング１５を別工程で組み立て、これを先行リング１４に連結する。即ち、この第１の方法は、互いに別工程で組み立てた先行リング１４と後行リング１５とをリング単位で組み立てていく方法である。

第２の方法では、図１２に示すように、先行リング１４に後続のセグメント２を一つずつ組み立てる。即ち、この第２の方法では、セグメント単位でこれを組み立てていく方法である。本発明の継手構造は前記の何れにも対応できるように構成されている。

セグメント２は、図１,２に示すように、主桁１と継手板５とスキンプレート４からなる鋼殻に中詰めコンクリート６を充填してなる合成セグメントとして構成されている。主桁１はＨ形状またはＣ形状からなり、セグメント幅方向の両外側に開口部（凹部）３が形成されている。周方向に隣接するセグメント２の端部はセグメント間連結部材７により連結される。セグメント間連結部材７は、主桁１の開口部３に内接可能な断面形状からなり、主桁１に対してそのフランジ１６から突出しないようにして主桁の開口部内面のフランジ及びウエブに沿って配設され、且つ、ボックスカルバート周方向に隣接するセグメントの継手部に跨って配置される。

セグメント間連結部材７は、Ｃ形状またはＨ形状または箱形状からなる部材が適用される。以下の実施形態では、このセグメント間連結部材７として、Ｃ形状セグメント間連結部材７ａを適用する場合を例にとる。このＣ形状セグメント間連結部材７ａが周方向に隣接するセグメント２の突き合せ部２５を周方向に跨った状態で主桁１の開口部３に嵌合配置される。Ｃ形状セグメント間連結部材７ａは、ウエブ２１の背面を主桁１のウエブ１７に当接してボルト１１にて固着されると共に、上下フランジ２０の外面をセグメント主桁フランジ１６内面に接するように配置しボルト１１にて取り付けられている。ウエブ２１と主桁１のウエブ１７に取り付けるボルトは、主に位置固定用に用いられ強度上外しても問題なく、無くても構わない。

また逆に図１４に示すように、フランジに取り付けるボルトを省略して、ウエブにのみにボルト１１を取り付ける形態としても構わない。

本実施形態の連結構造では、連結部材のフランジ外面と主桁フランジ内面との間に隙間を設けることにより施工余裕分を確保し、かつセグメント継手間の初期剛性を確保するために、主桁ウエブ面１７と連結材ウエブ面２１とを摩擦接合にて締め付けることが好ましい。

上記施工余裕分を埋めるだけの変形が継手部で生じた後は、連結材フランジと主桁フランジとが互いに接し面圧により力の伝達が行われるため、いわゆる高耐力、高剛性継手となりうる。

図１４のような実施形態とする場合は、図１５に示すようにボルト１１を予め主桁ウエブ１７に取り付けて置くことが施工上好ましい。実際ボルトで２つのセグメントを連結材を通してつなぐ際、ボルトを後から挿入する方法ではナットを予め固定しておくか連結材にタップを切っておく必要がある。このため、ボルトの本数が多くなると施工時のボルトの位置合わせ作業が煩雑となり、セグメントの加工誤差によっては、予め開削しておいた挿通孔にボルトを挿入することができなくなる危険性がある。但し、ナットで施工誤差を少しでも吸収できるよう袋ナットを用いればより好適となる。

これに対して図１５のように予め主桁ウエブ１７にボルト１１を固定し、連結材のウエブ２１に開けるボルト孔１２をボルト１１の断面よりも若干大きくしておき、連結材ウエブ２１にボルト１１を挿入しやすくするようにし、ボルト１１を挿入後ナットで締結する方法とすれば、連結作業が容易となる。

主桁１７に取り付けるボルト１１は、主桁ウエブ面１７のセグメント本体側にボルト頭部が来るように配置し、該ボルト頭部をウエブ面１７に溶接にて取り付けるようにしてもよい。

またボルト１１を利用する場合に限定されるものではなく、ねじ切りをしてある棒状鋼材を、連結材が取り付く側の主桁ウエブ面１７に溶接にて取り付けても構わない。

ボルトの本数、材質は、設計上セグメント間継手で必要とされる引張り力に耐えられるように定める。

主桁ウエブ１７にのみボルトを取り付ける場合は、リング間の接続手段としては、別途特開平１１−３１５６９８号公報に開示されているようなワンサイド形式のリング継手３７、３８を用いるのがよい（図２７）。

Ｃ形状セグメント間連結部材７ａと主桁１とは、前記のボルト１１に代えて、図６の下側の連結部で示すように隅肉溶接２２にて固着してもよい。また、Ｃ形状セグメント間連結部材７ａは、施工現場において取り付けるようにしてもよいし、予め工場においてこれを取り付けた後に、これを施工現場へ搬入するようにしてもよい。

また連結部材は２つのセグメントに跨るが、両方のセグメントの主桁に対してボルト接合する必要はなく、セグメントを組み立てて構造物を構築する前に、片側のセグメントの主桁には予め溶接にて連結部材を取り付けておいても構わない。連結部材が重い場合、施工時の連結部材の運搬を重機により吊り下げて行えるようにするために、図１６に示すように、連結部材端部に吊り金具２７を設けてもいい。

セグメント２間において形成される継手構造が、セグメント２間の引っ張り荷重に耐えるためには、Ｃ形状セグメント間連結部材７ａのフランジ２０と主桁のフランジ１６とをボルト１１による摩擦接合することが望ましい。ただし、支圧接合としてボルトの本数、ボルトの径を調整しても構わない。このとき、セグメント２の平坦性を確保するために、ボルト１１の頭部がセグメントの面外方向飛び出さないように、ボルト挿入孔１２には座刳り１３を設けるようにしてもよい。

但し、引張り荷重に耐えるためにボルトの本数が増加すると、施工時の負担が増し、また加工コストも増加してしまうため、図１７に示すように、連結部材に取り付けるボルトの数を極力減らし、セグメント間の引っ張り荷重に抵抗するために、主桁側面にＰＣ鋼棒留め２９（図２８）を設置し、ＰＣ鋼棒２８にてセグメント間を緊結しても構わない。

ＰＣ鋼棒２８を併用することで、連結部材に用いるボルトの数を、セグメント間連結部材７を継手部に位置合わせ用に固定できる程度に減らすことができる。

ＰＣ鋼棒留め２９を、セグメントを運搬するときに使用する吊り金具と併用するとより好適である。

またＰＣ鋼棒２８を用いてセグメント間を締め付けることにより、セグメント間３３で止水ゴムなどを挟んだ場合、止水ゴムをより強固に圧迫でき、止水性の向上に繋がる。

また止水性の向上のみならず、ＰＣ鋼棒２８を用いることで、セグメント継手間の初期剛性を高めることもできる。

ＰＣ鋼棒２８はセグメント間を強固に締め付ける方法として好適であるが、別の方法として、ＰＣ鋼棒２８より安価なボルト１１を用いた方法に拠ってもよい。

まずセグメント主桁に対して、図１９に示すように接合するそれぞれのセグメントの主桁ウエブ１７に接合用突起３０を設ける。

また連結部材８ｄに対して、接合用突起３０に対応する位置の連結部材ウエブ２１にセグメント継手箇所３３を挟んで両側に、図２０に示すようにそれぞれ１箇所ずつ接合用突起挿入用の孔３１を設け、また連結部材８ｄの長手方向の片側端部にねじ切りしたボルト挿入孔を有する抑え板３２を設置する。

以上の接合用突起３０を有する主桁と、連結部材８ｄを用いて図１９に示すように接続部を形成する。まず、１）接続する２つのセグメントを接触させる。次に、２）接合用突起３０の位置に接合用突起挿入用の孔３１を合わせ、連結部材８ｄを主桁内空へ挿入する。そして最後に、３）抑え板３２の外側からボルト１１を挿入し、抑え板３２から近い位置にある接合用突起３０を押し込む。このような連結仕様とすることで、図２１に示すように、連結部材８ｄと接合用突起３０ａ間とで抑え板３２から遠い方の位置で支圧により荷重伝達され、また連結部材８ｄは抑え板３２を介して接合用突起３０ｂを接合用突起３０ａ側へとボルト１１により押し込むことができるため、セグメント間３３の幅を狭めることが可能となる。連結部材８ｄと接合用突起３０ａとの間で、確実に支圧により荷重伝達されるようにするため、例えば図２１において、右側の孔３１の最左部に接合用突起３０ｂが接触しこれ以上ボルト１１を押し込むことが出来ず、左側の孔３１の最左部において接合用突起３０ａが接触しない状態を避けるように、各接合用突起、接合用突起挿入用の孔３１の大きさと位置を、セグメント間で縮める隙間の量を考慮して設計する。

本方法の主目的は、セグメント間継手３３に止水ゴムを挟んだ場合に、止水ゴムを潰し止水性を高めることにあるため、接合用突起３０と主桁ウエブ１７とは、止水ゴムの反発力以上に耐えられる程度の溶接で構わない。より強固に初期剛性まで高める必要がある場合は、前述のＰＣ鋼棒を併用する方が好ましい。当方法を用いた場合のリング間の接続は、別途特開平１１−３１５６９８に開示されているようなワンサイド形式のジョイントを用いても構わないし、主桁フランジでボルト接合とする方法でも構わない。上記の接続方法は、坑口側の主桁側面が開放され人手の挿入が出来る側では可能であるが、切羽側ではリング同士が接続する箇所では、主桁側面からの手の挿入ができないため、セグメント内面、もしくはセグメント外面からセグメント間を引き込む方法が必要となる。

そこで、図２４に示すように、接続する片方のセグメントの主桁ウエブ１７に取り付ける接合用突起として三角形状の三角形状接合用突起３０ｃを固着する。三角形状接合用突起３０ｃの斜面３６と対向する主桁フランジ１６にねじ切りした孔１２ｃを空け、三角形状接合用突起３０ｃと孔１２ｃとの間に、三角形状接合用突起３０ｃの斜面３６に沿わせるように楔３４を挿入し（図２５）、図２６に示すように楔３４が落ちてこない程度に番線３５でゆるく周囲を固定する。
この楔３４の固定作業は、施工現場で継手接合直前に行うことが好ましい。片方のセグメントを図２５のような状態にした後に、図２３に示すように、接合用突起挿入用の孔３１を有する連結部材８ｄに、三角形状接合用突起３０ｃと楔３４を挿入し、主桁フランジのねじ切りした孔１２ｃからボルトを締め込み、図２２に示すように、楔３４を反対側のフランジ方向へ押し込むことによって、接合用突起３０ｃともう片方のセグメントに取り付けた接合用突起３０ａとの距離を縮め、セグメント間３３の幅を狭める。三角形状接合用突起３０ｃと楔３４を挿入する接合用突起挿入用の孔３１は両者が可動可能となるように、余裕代を確保した大きめの形状とする。

またボルト頭部が主桁フランジ１６外面から飛び出さないよう、また楔３４の可動範囲を考慮して、主桁フランジ１６に座刳りを設ける。

また、Ｃ形状セグメント間連結部材７ａは、セグメント２本体と同等の曲げ強度を確保するために、その断面２次モーメントが主桁１における断面２次モーメント以上であり、セグメント２本体の断面２次モーメントの略１／２以上であるようにする。Ｃ形状セグメント間連結部材７ａの断面２次モーメントを大きくするためには、該Ｃ形状セグメント間連結部材７ａのフランジ２０の板厚を増やすことが最も効果的である。または、Ｃ形状セグメント間連結部材７ａに高強度の材質を用い、そのときの降伏抵抗曲げモーメントが、主桁の降伏抵抗曲げモーメントと同等以上であり、セグメント本体の降伏抵抗曲げモーメントの略１／２以上となるようにする。

但し、セグメントがトンネルやボックスカルバートの軸方向で千鳥配置され、セグメント継手部において設計上セグメント本体の剛性まで必要としないときは、設計に見合った断面形状とし、連結材の板厚を薄くし、コスト削減することは一向に構わない。

また、図１０に示すように、セグメント主桁１のフランジ１６とウエブ１７の接合部にＲ部１８がある場合は、Ｃ形状セグメント間連結部材７ａのフランジ２０とウエブ１７との角部が干渉しないように、該連結部材７ａのフランジ２０とウエブ２１の角部にも同様のＲ加工部１９を形成することが好ましい。

本実施形態によると、セグメント間連結部材７により周方向に連結部されたセグメント２の継手部は、構成が簡潔で、かつ継手部に作用する引っ張り荷重と曲げ荷重に対してセグメント本体と同程度の高剛性、高耐力を発揮でき、かつセグメントの平坦性を確保できる。なお、Ｃ形状セグメント間連結部材７ａは、セグメント継手の強度を確保する目的から、セグメント幅方向両側部に取り付けることが望ましい。

セグメント間連結部材７を用いて組み立てられた先行リング１４と後行リング１５間を連結するためにセグメント２には、リング間連結部材が設けられる。そして、図１１に示す施工手順のように、後行リング１５を別工程で組み立ててから先行リング１４に取り付ける場合は、セグメント間連結部材７は、Ｃ形状セグメント間連結部材７ａのように、主桁７のフランジ１６とウエブ１７に囲まれた開口部（凹部空間）２５に全てが納まっているタイプを用いることが、リング間接続の容易さと、セグメント運搬時に障害とならない点で好ましい。したがって、セグメント間連結部材７を用いて、かつ図１１に示す施工手順を実行する場合のリング継手としては、別途特開平１１−３１５６９８に開示されているようなリング継手を用いるのがよい。

図１１に示す施工手順において、特開平１１−３１５６９８に開示されているようなリング継手に代えて図４〜図９に示すリング間連結部材８をセグメント主桁１に設けてもよい。このリング間連結部材８は、図１２に示す施工手順を適用する場合において、より一層好適となる。

図４〜図９によって更に説明する。図４は、複数のセグメント２を周方向とトンネル軸方向に連結した態様を示す斜視図で、図の矢印Ａ方向がトンネル軸方向、矢印Ｂ方向が周方向である。図５はその継手部の断面図で、図６は継手部の他の実施例の断面図である。

本実施形態では、セグメント幅方向の一側の中央部に後行リング１５のセグメント２を先行リング１４に連結するためのリング間連結部材８が設けられている。リング間連結部材８はＣ形状またはＨ形状または箱形断面形状の何れでもよい。図４〜図６の実施形態では、Ｃ形状リング間連結部材８ａが示されている。このＣ形状リング間連結部材８ａのフランジ９の先端と主桁フランジ１６の内面の間を隅肉溶接２２にて固着する。または、図５に示すようにＣ形状リング間連結部材８ａのフランジ９と主桁フランジ１６を挿通するボルト１１で固着してもよい。リング間連結部材８は、隣接するセグメント１４のトンネル又はボックスカルバート軸方向に突出し、隣接するセグメントのセグメント継手を兼ねている。

主桁１に固着するＣ形状リング間連結部材８ａは、先行リング１４における後行リング１５を接続する側の一側中央部に設けられ、かつ、先行リング１４と後行リング１５のそれぞれのセグメント主桁１のフランジ１６先端同士を突き合せする際の障害とならない長さで、セグメント主桁１のフランジ１６先端から突出している。また、Ｃ形状リング間連結部材８ａの幅寸法は、後行リング１５のセグメント２の周方向の端部に跨って配置され、かつ両側に一定の長さに亘って伸長する寸法に設けてある。

したがって、図６に断面で示すように、先行リング１４のＣ形状リング間連結部材８ａの外面に後行リング１５のセグメント主桁１の開口部３を嵌合し、Ｃ形状リング間連結部材８ａのフランジ９と主桁フランジ１６を挿通するボルト１１とナット２６を締結することで、先行リング１４の主桁１と後行リング１５の主桁１を該Ｃ形状リング間連結部材８ａを介してボルト接合により連結できる。このときＣ形状リング間連結部材８ａは、後行リング１５におけるセグメント間連結部材を兼用しており、後行リング１５の隣接するセグメント２の周方向の端部は、同時にこのＣ形状リング間連結部材８ａにボルト接合される。

このようにＣ形状リング間連結部材８ａで先行リング１４と後行リング１５を結合して構成されるリング間継手部は、構成が簡潔でかつこの継手部に作用する引っ張り荷重と曲げ荷重に対してセグメント本体と同程度の高剛性、高耐力を発揮でき、かつセグメントの平坦性を確保できる。

Ｃ形状リング間連結部材８ａは、図７に示すようにウエブ１０の背面を主桁ウエブ１７に当てがい、両部材の各フランジ１６、９にボルトを挿通させて互いに固定し、該Ｃ形状リング間連結部材８ａのフランジ９先端を主桁フランジ１６から外部へ突出させるように設けてもよい。

図８は、先行リング１４における後行リング１５連結側の一側に予め取り付けるリング間連結部材８をＨ形状リング間連結部材８ｂで構成した例を示す。この場合もＨ形状リング間連結部材８ｂのフランジ９を主桁１のフランジ１６内面に当てがい、両部材のフランジ１６、９にボルト１１を挿通させてこれらを固定し、該Ｈ形状リング間連結部材８ｂのフランジ９先端側を主桁１のフランジ１６端縁から外部へ突出させるように設けてもよい。そして、図８に示すように、先行リング１４のＨ形状リング間連結部材８ｂの外面に後行リング１５のセグメント主桁１の開口部３を嵌合し、該Ｈ形状リング間連結部材８ｂのフランジ９と主桁フランジ１６を挿通するボルト１１とナット２６を締結することで、先行リング１４と後行リング１５の主桁１１同士をＨ形状リング間連結部材８ｂを介してボルト接合により連結できる。

図９は、先行リング１４に予め取り付けるリング間連結部材８を箱形状リング間連結部材８ｃで構成した例を示す。この場合も箱形状リング間連結部材８ｃのフランジ１０を主桁フランジ１６の内面に当てがい両部材のフランジ１６、９を挿通するボルト１１にて固定し、該箱形状リング間連結部材８ｃのフランジ９先端を主桁フランジ１６から外方に突出させるように設けてもよい。そして、図９に断面で示すように、先行リング１４の箱形状リング間連結部材８ｃの外面に後行リング１５のセグメント主桁１の開口部３を嵌合し、箱形状リング間連結部材８ｃのフランジ９と主桁のフランジ１６を挿通するボルト１１とナット２６を締結することで、先行リングと後行リングの主桁同士を箱形状リング間連結部材８ｃを介してボルト接合により連結できる。

また、高強度のリング継手を実現するためには、Ｃ形状、Ｈ形状、箱形状等の各リング間連結部材８を、各セグメント主桁１の全長に亘ってＣ形状を取り付け全周に渡って取り付けるようにしてもよい。この場合は当該リング継手がセグメント間連結部材７を兼用することになる。さらに、リング間の継手部に高い止水性を付与する場合は、図１３に示すように、各セグメント主桁１の全長に渡って取り付けたＣ形状セグメント間連結部材８ａ等のフランジ９外面にリング間境界に沿って止水ゴム設置用溝部２３を設け、そこに止水ゴムを設置することが望ましい。

各形態を示したリング間連結部材８（８ａ〜８ｃ）は、第１の方法、第２の方法の何れの施工手順にも適用することができるが、特に、第２の方法では、後行リング１５におけるセグメントの主桁フランジ１のボルト挿入孔１２とＣ形状やＨ形状や箱形状のリング間連結部材８ａ〜８ｃの各々のフランジ９に開設のボルト挿入孔１２との位置合せが容易であり、両部材のフランジ１６、９のボルト挿入孔１２にボルト１１を挿入し、ナット２６に締結することで、先行リング１４と後行リング１５を連結できると同時に、後行リング１５の周方向のセグメント間も同時に連結できる。

図１〜図１５に実施形態に示す継手構造は、次の条件を満たすように構成する。すなわち、セグメント間連結部材７及びリング間連結部材８は、設計引張り荷重に耐えられるように、摩擦接合または支圧接合それぞれに対してボルト１１の強度、直径、本数を決定する。ボルト１１の配置方法に関しては、例えば、「道路橋示方書・同解説 鋼橋編（社団法人 日本道路協会）」に示されているように、ボルト挿入孔１２の径は、ボルト直径に応じて施工誤差を吸収するためにボルト呼び径に３ｍｍ加えた値とし、ボルト間隔は、規定されているボルトの最小間隔から最大間隔までの間とし、ボルト１１とセグメント間連結部材７及びリング間連結部材８との縁端距離は、縁端部が破壊しないよう規定にある最小縁端距離以上とする。但し、施工上ボルトを挿入しやすくするために、ボルト孔として、引張り荷重が作用する方向と直角方向に対しては図１８に示すように長孔（１２ａ、１２ｂ）としても構わない。図１５のように主桁ウエブ１７にボルト１１を取り付ける場合は、連結材のウエブ２１のボルト挿入孔１２を、セグメント間で引張り荷重が作用する方向と直角方向に長孔としても構わない。セグメント間連結部材７及びリング間連結部材８のセグメント周方向の必要最低長さは、上記のボルトの孔の径、ボルト間隔、ボルトと連結部材端部との縁端距離の累計とする。

本発明は、セグメント間連結部材７とリング間連結部材８を適宜組み合わせて実施してもよいし、セグメント間連結部材７と従来のリング間連結部材とを組み合わせて実施しても構わない。また、本発明のセグメント間とセグメントリング間の継手部は、構成が簡潔で、かつ継手部に作用する引っ張り荷重と曲げ荷重に対してセグメント本体と同程度の高剛性、高耐力を発揮でき、かつセグメントの平坦性を確保できる。本発明は、ボックスカルーバートなどを構成するフラットなセグメントを組付ける場合の継手部に適用できる。また、実施形態を適宜設計変更して実施してもよいことは勿論である。

図４に示すタイプの２つのセグメントをセグメント継手において連結し、隣接するリングのセグメントとも連結した主桁部分の模型を製作し、継手曲げ試験を実施した。主桁はH型形状部材を用い、連結部材としてはＣ形状連結部材を用いた。主桁は２列配置し、片方の列においては、主桁は連続した１本ものを用い、もう片方の列においては、セグメント継手において分断されたH型形状部材を用いた。H型形状部材の断面形状は高さ１７０ｍｍ、幅１０２ｍｍであり、フランジ厚さ９ｍｍ、ウエブ厚さ６ｍｍとし、Ｃ形状連結部材の断面形状は高さ１５０ｍｍ、幅９０ｍｍ、フランジ厚さ１２ｍｍ、ウエブ厚さ９ｍｍとした。これらの寸法は、Ｃ形状連結部材の断面耐力、剛性が、H型形状部材の７５％以上となるように設定し、また施工時にC型形状部材をH型形状部材のフランジとウエブで囲まれた空間内に挿入できるよう、H型形状部材の上下フランジ内面間距離と、Ｃ形状連結部材の上下フランジ外面間距離との差を２ｍｍ設けた。Ｃ形状連結部材をH型形状部材のフランジ同士をボルトにて接続した。当該試験体を用いて、継手に曲げ荷重が与えたところ、Ｃ形状連結部材が主桁のH型形状部材と一体化して曲げに抵抗し、Ｃ形状連結部材とH型形状部材との合計値以上の耐力、断面剛性を発揮することを確認し、Ｃ形状連結部材の断面の設定次第で、セグメント本体と同程度の耐力、剛性を有する継手を形成できることが確認された。

また図４に示すタイプの連結構造を用いて、内寸高さ２ｍ、内寸幅１．５ｍのボックスカルバート用セグメントを製作した。個々のセグメントの桁高は２００ｍｍであり、主桁には、高さ２００ｍｍ、幅１５０ｍｍ、フランジ厚さ３６ｍｍ、ウエブ厚さ１９ｍｍのH型形状部材を用いた。連結部材としては、高さ１２６ｍｍ、幅１５１ｍｍ、フランジ厚さ２８ｍｍ、ウエブ厚さ１６ｍｍのＣ形状連結部材を使用した。１リング当り隅角部を有する４個のセグメントを組み合わせ、合計５リング組み立てた。地下１０ｍの位置で、当該セグメントを用いて本発明による連結構造にて組み立てたが、セグメントの平坦性が確保され、組立て後土圧が作用した後でも、リングの変形が生じない強固なボックスカルバートを構築することができた。

実施形態に係るＣ形状連結部材を用いてセグメントを周方向に連結した態様を示す斜視図である。 図１のセグメント継手部のセグメント幅方向断面図である。 図１のセグメント継手部の側面図である。 実施形態に係るセグメント間連結部材およびリング間連結部材を用いて多数のセグメントを周方向とトンネル軸方向に連結した態様の斜視図である。 Ｃ形状リング間連結部材をセグメント主桁にボルト接合する態様を示す断面図である。 実施形態に係るセグメント間連結部材およびリング間連結部材を用いてトンネル軸方向に連接するセグメント主桁と連結した態様を示すトンネル軸方向に沿う断面図である。 主桁との連結形態を図５と反対にしたＣ形状リング間連結部材を主桁にボルト接合する態様を示す断面図である。 Ｈ形状リング間連結部材とセグメント主桁との連結態様を示す断面図である。 箱形状リング間連結部材とセグメント主桁との連結態様を示す断面図である。 Ｃ形状セグメント間連結部材の角部にＲ加工を施して主桁開口部に嵌合する態様を示す断面図である。 予め組み立てたセグメントの後行リングを先行リングに連結する施工手順を示す斜視図である。 先行リングに個々のセグメントを連結するセグメント単位での施工手順を示す斜視図である。 C形状リング間連結部材のフランジ外面に止水材取り付け溝部を設けた態様を示す斜視図である。 C形状連結部材のウエブと主桁ウエブとをボルトで接続した断面図である。 図１４のタイプにおいて、主桁のウエブに予めボルトを挿入し固定し、ウエブにボルト挿入用の孔を設けたC形状連結部材を挿入してナットで固定する形態を示す斜視図である。 連結部材に吊り金具を取り付けた場合の斜視図である。 セグメント間継手において、ＰＣ鋼棒と連結部材とを併用した場合の側面図である。 ボルト孔として長孔とした場合の斜視図である。 セグメント間継手において、接合用突起を利用した場合の組立て斜視図である。 セグメント間継手において、接合用突起を利用する場合の、C形状連結部材を用いた場合の、C形状連結部材の正面図である。 セグメント間継手において、接合用突起を利用した場合の、組立て後の正面図である。 セグメント間継手において、三角形状接合用突起を利用した場合の、組立て後の正面図である。 セグメント間継手において、三角形状接合用突起を利用した場合の組立て斜視図である。 セグメント間継手において、三角形状接合用突起を利用した場合の、楔の取り付け状況を示した片側のセグメントの正面図である。 セグメント間継手において、三角形状接合用突起を利用した場合の、楔の取り付け後の状態を示した片側のセグメントの正面図である。 セグメント間継手において、三角形状接合用突起を利用した場合の、三角形状接合用突起と楔とを番線で連結した後の状態を示した部品図である。 リング間継手にワンサイドジョイントを用いた場合のスキンプレート側から見た図である。 セグメント間継手にPC鋼棒を用いる場合のＰＣ鋼棒留めを示す部品図である。

符号の説明

１ 主桁
２ セグメント
３ 開口部
４ スキンプレート
５ 継手板
６ 中詰めコンクリート
７ セグメント間連結部材
７ａ C形状セグメント間連結部材
８ リング間連結部材
８ａ C形状リング間連結部材
８ｂ H形状リング間連結部材
８ｃ 箱形状リング間連結部材
８ｄ 孔付きC形状リング間連結部材
９ リング間連結部材のフランジ
１０ リング間連結部材のウエブ
１１ ボルト
１２ ボルト挿入孔
１２ａ セグメント間継手ボルト挿入用長孔
１２ｂ リング間継手ボルト挿入用長孔
１２ｃ 楔用ボルト挿入孔
１３ 座刳り
１４ 先行リング
１５ 後行リング
１６ 主桁のフランジ
１７ 主桁のウエブ
１８ 主桁のフランジとウエブの接続部のＲ部
１９ セグメント間連結部材のフランジとウエブの接続部のＲ加工部
２０ セグメント間連結部材のフランジ
２１ セグメント間連結部材のウエブ
２２ 隅肉溶接
２３ 止水材設置用の溝部
２４ ボックスカルバート
２５ 突き合せ部
２６ ナット
２７ 吊り金具
２８ ＰＣ鋼棒
２９ ＰＣ鋼棒留め
３０ 接合用突起
３０ａ 三角形状接合用突起
３０ｂ 三角形状接合用突起
３０ｃ 三角形状接合用突起
３１ 接合用突起挿入用孔
３２ 抑え板
３３ セグメント継手境界
３４ 楔
３５ 番線
３６ 三角形状接合用突起の斜面
３７ ワンサイドジョイントオス
３８ ワンサイドジョイントメス
３９ PC鋼棒挿通用の孔
４０ リング間継手境界

Claims (11)

1. 主桁にＨ形状部材またはＣ形状部材を適用するとともに、そのフランジとウエブで囲まれた開口部を外側に形成させたトンネル又はボックスカルバート用の鋼殻に中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントの継手部において、フランジとウエブを有するＣ形状または箱形状またはＨ形状を有する連結部材を、前記開口部内面のフランジとウエブに沿わせて配置すると共に、トンネル又はボックスカルバート周方向に隣接するセグメントの継手部に跨って配置し、前記連結部材のフランジと前記主桁のフランジとが連結され、
   前記開口部並びに前記連結部材によって囲まれる空間、又は前記連結部材のみによって囲まれる空間には前記中詰めコンクリートが非充填とされていること
   を特徴とするセグメントの連結構造。
2. 前記連結部材が、隣接するセグメントのトンネル又はボックスカルバート軸方向に突出し、リング継手を兼ねていることを特徴とする請求項１記載のセグメントの連結構造。
3. 前記連結部材と前記主桁のフランジに孔を有し、前記連結が、当該孔部におけるボルト接合、又は当該孔部に挿通されたねじ山を有する棒状鋼材とナットによるねじ接合であることを特徴とする請求項１又は２記載のセグメントの連結構造。
4. 請求項１〜３のうち何れか１項記載のセグメント連結構造において、前記連結部材のウエブと前記主桁のウエブとの連結が、前記主桁のウエブに予めボルト又はねじ山を有する棒状鋼材を固定した後、前記ボルト又は棒状鋼材に対応する位置のウエブに孔を有する前記連結部材を、前記孔部に前記ボルト又は棒状鋼材を挿入して、ナットにて前記主桁と固定することを特徴とするセグメントの連結構造。
5. 前記配置された連結部材の周方向両端部における２つの隣接するセグメントのそれぞれの主桁のウエブに、ＰＣ鋼棒の留め具を固着し、当該２つのＰＣ鋼棒留め具間にＰＣ鋼棒を渡して締結することで、前記隣接するセグメント間を緊結することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセグメントの連結構造。
6. 前記配置された連結部材には、前記周方向の片側端部にねじ孔を有する抑え板が固着されると共に、前記連結部材のウエブには、前記周方向に隣接するセグメントの継手部を挟んで、１箇所ずつ孔が設けられ、当該孔部に対応する位置の前記それぞれの主桁のウエブには、接合用突起が設けられて、前記連結部材のウエブの孔に挿入され、
   更に、前記抑え板の孔部にボルトが螺合されて、当該ボルトが前記片方の接合用突起を押し付けることで、前記もう一方の接合用突起を前記連結部材のウエブの孔端部に押し付けて、前記２つの押し付けの反力で前記隣接するセグメント間を緊結することを特徴とする請求項１〜３、５のいずれか１項に記載のセグメントの連結構造。
7. 前記配置された連結部材のウエブには、前記周方向に隣接するセグメントの継手部を挟んで、１箇所ずつ孔が設けられ、当該孔部に対応する位置の前記それぞれの主桁のウエブには、接合用突起が設けられて、前記連結部材のウエブの孔に挿入され、
   前記接合用突起の一方はテーパー部を有すると共に、当該接合用突起位置における主桁の内空面側のフランジには、ねじ孔が設けられ、
   前記主桁内空面側のフランジのねじ孔には、ボルトが螺合されていると共に、当該ボルトと前記テーパー部を有する接合用突起との間には、前記テーパー形状と対応する楔が設置されて、前記ボルトの螺合により前記楔が前記テーパー部を有する接合用突起を周方向に押し付けることで、前記もう一方の接合用突起を前記連結部材のウエブの孔端部に押し付けて、前記２つの押し付けの反力で前記隣接するセグメント間を緊結することを特徴とする請求項１〜３、５のいずれか１項に記載のセグメントの連結構造。
8. 前記連結部材の断面２次モーメントは、主桁の断面２次モーメント以上であり、セグメント本体の断面２次モーメントの略１／２以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のセグメントの連結構造。
9. 前記連結部材における降伏抵抗曲げモーメントは、主桁の降伏抵抗曲げモーメント以上であり、セグメント本体の降伏抵抗曲げモーメントの略１／２以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のセグメントの連結構造。
10. 前記連結部材は、形鋼であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のセグメントの連結構造。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセグメントの連結構造を有するセグメントの連結方法であって、先行リングのセグメントと後行リングのセグメントの連結前に、先行リングにおいて後行リングのセグメント継手が来る位置に予め連結部材を取り付けておき、その連結部材を後行リングのセグメントの主桁のフランジとウエブで囲まれた開口部内面と連結することを特徴とするセグメントの連結方法。

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