JP4724332B2 - 耐震性に優れた鋼製セグメントおよびセグメントリング構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法用の鋼製セグメントにおいて、地震や不等沈下などにより生じるトンネル軸方向の引張力に対して有効に即応でき、止水性と伸張性を有するコスト的に有利な構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、耐震または不等沈下などに有効に即応できるセグメントとして、特開平6−146792号公報により公表されているようなシールド工法用可撓セグメントが用いられている。このセグメントは、図11に示すようにトンネル軸方向における前後約1/3ピースをその間の空隙部に配した多数の耐力バー21によって連結して1ピースとし、各耐力バーの可撓性によってトンネル軸方向に生じるひずみをセグメント自体で負担・吸収するようにしたものである。
【0003】
またトンネル軸方向のひずみの対策に供するコスト的に有利な耐震セグメントとして、特開平9−235995号公報により公表されているような耐震セグメントが用いられている。このセグメントは、図12に示すようにトンネル軸方向に分割した1/2ピースに相当する一対の半躯体22a,22bを構成し、これら半躯体間にゴム部材23を介在させると共にPC鋼棒24によってプレストレスを導入して当該ゴム部材23に圧縮ひずみを蓄積させて1ピースとしてなることを特徴とし、トンネル軸方向の引張ひずみをゴム部材の弾性伸張によって吸収させるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平6−146792号公報により公表されているシールド工法用可撓セグメントの場合は、上記耐力バーの他にも上記空隙部の止水機構などにより、構造上複雑となることからコストが高いという問題があり、1リング換算では通常のセグメントに比べ10倍程度のコストとなってしまう。
【0005】
また、特開平9−235995号公報により公表されている耐震セグメントの場合は、コスト的に最も有利となるセグメントの材料は、鉄筋コンクリート(RC)であり、セグメントの材料がスチールとなった場合、コスト的に有利となるかについて明確ではない。
【0006】
そこで本発明は、以上の問題点を解決するため、シールド工法用の鋼製セグメントにおいて、地震や不等沈下などにより生じるトンネル軸方向の引張力に対し有効に即応でき、止水性と伸張性を有するコスト的に有利な構造を実現することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本願発明の要旨は、平行に配置された主桁間に縦リブが挿入され、前記縦リブの一端が一方の主桁に固着され、前記縦リブの他端をトンネル軸方向の引張力に対して摺動可能に支持するとともに、トンネル軸方向以外の方向への動きを拘束する縦リブガイド材が他方の主桁に固着され、前記縦リブ並びに前記縦リブガイド材が鋼管で構成されており、トンネル軸方向に間隔をおいて継手板が前記各主桁のトンネル周方向端部にそれぞれ接合されており、かつ前記の各部材に固着されたスキンプレートは前記間隔に相当する長さだけ断面が波型に形成されることにより、トンネル軸方向に伸張性が付与されたことを特徴とする耐震性に優れた鋼製セグメントならびに当該鋼製セグメントで構築したセグメントリング構造である。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
<第1実施形態>
図1は本発明の第1実施形態における鋼製セグメントを示す一部断面斜視図である。第1実施形態の鋼製セグメント1は、平行に配置した2本の主桁2a,2bのトンネル円周方向両端部には継手板3a,3bがそれぞれ固着されている。主桁2a,2bに固着された継手板3a,3bはトンネル軸方向に間隙を有している。なお、ボルト孔8を主桁2a,2bならびに継手板3a,3bに適宜設置することも可能である。
【0009】
また、一方の主桁2aには、シールドマシンの推進反力を受ける縦リブ4として、その軸線がトンネル軸方向となるL字型形状の鋼材5aが、トンネル円周方向に離間して複数固着されている。他方の主桁2bには、縦リブ4のガイド材6としてL字型形状の鋼材5b,5cが、主桁2aにおけるL字型形状の鋼材5aの取付位置に対応する位置に設置され、縦リブ4とガイド材6とが係合状態となっている。
【0010】
図2、図3は、L字型形状の鋼材5a(縦リブ4)とL字型形状の鋼材5b,5c(ガイド材6)との係合状態を示した図である。L字型形状の鋼材5b,5cは、同方向に間隔をおいて主桁2bに固着されており、L字型形状の鋼材5aを挟み込むようにして鋼材5aの他端(主桁2b側の端部)を保持できるようになっている。鋼材5aの他端はフリーであるため、縦リブ4はトンネル軸方向に摺動可能となっている。なお、ガイド材6については、縦リブをトンネル軸方向に摺動可能に保持する一方で、それ以外の方向への動きを拘束できる形状であれば、L字型形状の鋼材5b,5c以外の形状の鋼材を用いてもよい。
【0011】
また、主桁2a,2bならびに継手板3の地山側上端部には、平鋼のスキンプレート7aが固着されている。また、継手板3相互間のトンネル軸方向間隙部分には、波鋼板のスキンプレート7bが設置されている。なお、波板状のスキンプレート7bの材質は、鋼以外の材料であってもよい。
【0012】
図4は、波板状のスキンプレート7bの断面形状例を示す図である。スキンプレート7bの波の形状については、図4(a)から(c)に例示されたいずれの形状であってもよい。なお、鋼製セグメント1の製作において、トンネル軸方向に隣接する平鋼のスキンプレート7aと波板状のスキンプレート7bは、別部材を固着して構成してもよいし、一枚の平鋼製スキンプレートの中間部に波加工を施してもよい。
【0013】
図5は、本発明の鋼製セグメント1ならびにトンネル円周方向に隣接する本発明の鋼製セグメント10をトンネルの地山側からみた正面図である。波板状のスキンプレート7bは、そのトンネル円周方向の弧長が鋼製セグメント1の地山側の弧長より長く設定されている。トンネル円周方向に鋼製セグメント1と鋼製セグメント10とを連結する場合には、鋼製セグメント1のスキンプレート7b延長部分を隣接するセグメント10のスキンプレート7bに重ね合わせておく。
【0014】
また図6は、波板のスキンプレート7bの一部斜視図であり、スキンプレート7bのトンネル内空側の一部には、トンネル円周方向に隣接する鋼製セグメント1と鋼製セグメント10との接続後の止水性を確保するためにスキンプレート用止水ゴム12が取り付けられている。
【0015】
図7は鋼製セグメント1をトンネル円周方向からみた側面図である。縦リブ4(L字型形状の鋼材5a)と主桁2a側のスキンプレート7aとを固着して、波板のスキンプレート7bの谷13の位置が縦リブであるL型形状の鋼材5aの地山側上端部の位置と一致するように設定してもよい。
【0016】
以上の機構により、シールドトンネルを施工する際のシールドマシンを掘進する時には、主桁2a,2bの間にトンネルの円周方向に離間して配置した縦リブ4(L字型形状の鋼材5a)がシールドマシンの推進反力に抵抗する。また常時作用する地山からの外荷重により縦リブ4に生じるトンネル円周方向の力とトンネル半径方向の力には、縦リブ4のガイド材6(主桁2bに固着したL型形状の鋼材5b,5c)がせん断抵抗する。
【0017】
また、地震や不等沈下によりトンネル軸方向に引張力が生じた場合には、▲1▼波板状のスキンプレート7bが伸張すること、および▲2▼一方の主桁2aに固着した縦リブ4(L字型形状の鋼材5a)と、他方の主桁2bに固着したガイド材6(L型形状の鋼材5b,5c)とがスライドすることにより、鋼製セグメント1のトンネル軸方向に引張力を生じさせない。
【0018】
以上のようにして本発明の第1実施形態は構成されており、以下の実施形態において第1実施形態と同一の構成には同一符号を付して説明を省略する。
【0019】
<第2実施形態>
図8は本発明の第2実施形態における鋼製セグメントを示す一部断面斜視図である。第2実施形態の鋼製セグメント14では、縦リブ4として鋼管15aを一方の主桁2aに固着し、他方の主桁2bには縦リブ4のガイド材6として鋼管15bが固着されており、鋼管15aと鋼管15bとを摺動可能に組み合わせてなる。鋼管15aの外径は鋼管15bの内径よりも2−3mm程度小さく設定され、鋼管15bの内部に鋼管15aの端部を挿入できるようになっている(図9参照)。
【0020】
<第3実施形態>
図10は本発明の第3実施形態における鋼製セグメントを示す一部断面斜視図である。第3実施形態の鋼製セグメント16では、外主桁17a,17bの間に中主桁18a,18bが配置されており、4本の平行な主桁を有している。
【0021】
また、外主桁17aおよび中主桁18a、外主桁17bおよび中主桁18bは、それぞれ継手板3a,3bによりトンネル円周方向両端部が接続されている。そして、中主桁18aと中主桁18bとはトンネル軸方向に間隙をおいて配置されている。
【0022】
さらに、外主桁17aおよび中主桁18aの間には、軸線がトンネル軸方向である縦リブ19aがトンネル円周方向に離間して複数配置され、縦リブ19aの端部は外主桁17aと中主桁18aとに固着されている。同様にして外主桁17bおよび中主桁18bの間には、軸線がトンネル軸方向である縦リブ19bがトンネル円周方向に離間して複数配置され、縦リブ19bの端部は外主桁17bと中主桁18bとに固着されている。そして、上記各部材の地山側上端部には、平鋼のスキンプレート7aが固着されている。
【0023】
また、中主桁18aには、軸線がトンネル軸方向である縦リブ19cがトンネル円周方向に離間して複数固着されており、中主桁18bにおける縦リブ19cの取付位置に対応する位置にガイド材20が設置されており、縦リブ19cとガイド材20とがトンネル軸方向へ摺動自在に係合している。そして、中主桁18aおよび中主桁18b間の地山側上端部には、波鋼板のスキンプレート7bが設置されている。
【0024】
第3実施形態において、縦リブ19a,19b,19cは、その軸線が全て同じになるように設置される。なお、縦リブ19cとガイド材20としては、第1実施形態のL字型形状の鋼材や第2実施形態である鋼管を用いてもよい。
【0025】
第3実施形態では、トンネルの外径の増大やトンネルの断面形状が扁平になることによりトンネルのセグメントに作用する外荷重が増加する場合に、主桁の板厚に制限があってもセグメントの耐力、剛性を上げることができる点で有利である。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による鋼製セグメントは以下の効果を奏する。
(1)シールドマシンの掘進時などにおいては、トンネルの円周方向に離間して配置した主桁間の縦リブが圧縮力に抵抗する。
(2)また常時作用する地山からの外荷重により縦リブに生じるトンネル円周方向の力とトンネル半径方向の力には、縦リブのガイド材がせん断抵抗する。
(3)さらに地震や不等沈下によりトンネル軸方向に引張力が生じた場合には、▲1▼波板状のスキンプレートが伸張すること、および▲2▼一方の主桁に固着した縦リブと、他方の主桁に固着したガイド材とがスライドすることにより、鋼製セグメントのトンネル軸方向には引張力が生じない。
【0027】
すなわち、縦リブおよびガイド材は、トンネル円周方向の力とトンネル半径方向の力とトンネル軸方向の圧縮力に対しては抵抗するが、トンネル軸方向の引張力に対してはスライドすることにより抵抗しないため、地震や不等沈下などにより生じるトンネル軸方向の引張力に対し有効に即応でき、止水性と伸張性を有するコスト的に有利な構造を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における鋼製セグメントを示す一部断面斜視図である。
【図2】本発明の第1実施形態における縦リブ材とガイド材の係合状態を示す斜視図である。
【図3】本発明の第1実施形態における縦リブ材とガイド材の係合状態を示す断面図である。
【図4】波板状のスキンプレートの断面形状例を示す図である。
【図5】トンネル円周方向に隣接する本発明の鋼製セグメントの正面図である。
【図6】波板状のスキンプレートの一部斜視図である。
【図7】本発明の第1実施形態における鋼製セグメントの側面図である。
【図8】本発明の第2実施形態における鋼製セグメントを示す一部断面斜視図である。
【図9】本発明の第2実施形態における縦リブ材とガイド材の係合状態を示す斜視図である。
【図10】本発明の第3実施形態における鋼製セグメントを示す一部断面斜視図である。
【図11】従来のシールド工法用可撓セグメントの形態を示す図である。
【図12】従来の耐震セグメントの形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 鋼製セグメント
2a,b 主桁
3 継手板
3a,b 継手板
4 縦リブ
5a L型形状の鋼材(縦リブ)
5b,c L型形状の鋼材(ガイド材)
6 ガイド材
7a スキンプレート(平板状)
7b スキンプレート(波板状)
8 ボルト孔
10 鋼製セグメント
12 スキンプレート用止水ゴム
13 谷
14 鋼製セグメント
15a 鋼管(縦リブ)
15b 鋼管(ガイド材)
16 鋼製セグメント
17a,b 外主桁
18a,b 中主桁
19a,b,c 縦リブ
20 ガイド材
21 耐力バー
22a,b 半躯体
23 ゴム部材
24 PC鋼棒
Claims (2)
- 平行に配置された主桁間に縦リブが挿入され、前記縦リブの一端が一方の主桁に固着され、前記縦リブの他端をトンネル軸方向の引張力に対して摺動可能に支持するとともに、トンネル軸方向以外の方向への動きを拘束する縦リブガイド材が他方の主桁に固着され、前記縦リブ並びに前記縦リブガイド材が鋼管で構成されており、トンネル軸方向に間隔をおいて継手板が前記各主桁のトンネル周方向端部にそれぞれ接合されており、かつ前記の各部材に固着されたスキンプレートは前記間隔に相当する長さだけ断面が波型に形成されることにより、トンネル軸方向に伸張性が付与されたことを特徴とする耐震性に優れた鋼製セグメント。
- 請求項1に記載の耐震性に優れた鋼製セグメントで構築したセグメントリング構造。
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