JP5314903B2 - セグメント - Google Patents

Description

本発明は、トンネルに用いるセグメントに関する。

従来、シールドトンネルに用いられるセグメントとして、鉄筋コンクリート製セグメントや鋼製セグメント、コンクリートと鋼材による合成セグメントがある。
このようなセグメントにおいて、従来のセグメント同士の接続構造は、力学的な観点からピース間の継手位置が隣接するリング間で同じ位置にならない（イモ継ぎにならない）ようにし、セグメント継手はリング間とピース間に設けている（例えば、特許文献１参照）。
また、ピース間接合面の形状については、接合面が一直線にならないように段差形状にしているものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−２４０３９８号公報 特開２００７−１６２４５２号公報

ところで、例えば矩形シールドトンネルにおいて、特許文献１のような方法でピース間継手位置を変えるとすると、少なくとも２つのリング組立形式が存在することになる。この場合、使用するセグメントが多種類必要となり、組立時の施工管理でもより多くの注意を払うことが必要となる。そこで、特許文献２のように、ピース間接合面を段差形状にすれば、１つのリング組立形式でピース間の接合面が一直線にならないですむ。しかし、その場合でも、より簡単で効果的なピース間継手を有するセグメントが望まれていた。さらには、セグメント自体でも合理的かつ経済的なセグメントが望まれていた。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、簡単で合理的な構造とすることで、組立時の施工が簡略化でき、望ましくはコスト低減できるセグメントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るセグメントでは、トンネル周方向の端部のピース間接合面に、トンネル軸方向に沿って階段状に形成された段差部を有し、ピース間接合面同士を接合させるとき、段差部に形成されるトンネル周方向に沿った段差部側面同士を当接させ、段差部側面に設けた接合部材同士を接合させるように構成され、接合部材は、一方のピース間接合面における段差部側面からトンネル軸方向に沿って突出してなる係合凸部と、他方のピース間接合面における段差部側面に設けられていて係合凸部と係合してなる係合凹部と、からなり、一方のピース間接合面には、段差部のトンネル周方向に対して直交する面に沿ったトンネル周方向端面から突出してなる第１端面係合部が設けられ、他方のピース間接合面には、トンネル周方向端面に前記第１端面係合部と係合してなる第２端面係合部が設けられていることを特徴としている。
本発明では、ピース間接合面に段差部を形成させ、この段差部に形成される段差部側面同士を当接させつつ、その段差部側面に設けた継手（接合部材）を接合することにより、セグメントのトンネル周方向に作用する力（セグメント外方より受ける土圧等の外力）をその段差部側面を介して伝達させることができ、従来のようにピース間接合面に継手部材のほかに、上述したトンネル周方向に作用する力を伝達させるために剛性を有する継手板を設ける必要がなくなり、簡単な構造とすることができる。
また、例えばピン状に突出する係合凸部を係合凹部に挿入させるといった簡単な接合構造により係合させることができる。そして、係合凸部と係合凹部とを段差部の段差部側面に固定させて製造することができるで、上述したように継手板が不要になるうえ、ボルトボックスを用いない継手構造となることから、セグメントの内面が平滑となり、従来のようにセグメントの設置後にボルトボックスの穴埋め作業を行なう必要がなく、手間がかからないため、作業効率を向上させることができる。
また、セグメントのピース間接合面同士を接合した状態で、トンネル周方向に作用する力を、段差部側面を介して伝達することができる。

また、本発明に係るセグメントでは、複数本の角型鋼管を並列に配置させて相互に固定されてなり、それら複数本の角型鋼管の長手方向端面の位置をそれぞれ違えることで前記段差部が形成されていることが好ましい。
本発明では、セグメントの製造時において、例えば市販されている角型鋼管を使用することが可能であり、それら角型鋼管を並列に配置させて相互に固定することで、セグメントの外殻体を形成することができることから、簡単な構造にすることができる。そのため、多くの鋼材を組み合わせて外殻体を加工する作業を簡略化させることができ、作業にかかる手間や時間を低減させることができるとともに、セグメントの製造コストの低減を図ることができる。

また、本発明に係るセグメントでは、角型鋼管の内部にコンクリートが充填されていることが好ましい。
本発明では、角型鋼管からなる外殻体内にコンクリートを充填させた構造とすることで、セグメントの厚さ寸法を変えることなく、より強固なセグメントとすることができる。

また、本発明に係るセグメントでは、セグメントは、鋼製枠体からなり、段差部側面を鋼製とするセグメントであることが好ましい。
本発明では、セグメントが鋼製枠体のみから形成されるので、セグメントの重量を小さくすることができ、例えば運搬や組み立て時の施工性を向上させることができる。

また、本発明に係るセグメントでは、鋼製枠体の内部にコンクリートが充填されていることが好ましい。
本発明では、上述した鋼製枠体のみのセグメントよりも強度を大きくすることができるうえ、耐火性の向上を図ることができる。

また、本発明に係るセグメントでは、第１端面係合部と第２端面係合部とは、互いに係合した状態でセグメントの厚さ方向の少なくとも一方への相対移動が規制されていることが好ましい。
本発明では、第１端面係合部と第２端面係合部とが係合することで、セグメントの厚さ方向への相対移動が規制されることから、セグメントの厚さ方向に作用するせん断力に抵抗することができ、ピース間の接合構造の強度を向上させることができる。

また、本発明に係るセグメントでは、セグメントは、トンネル軸方向の中心軸線を中心にして左右対称の形状をなし、トンネル軸方向の一方から他方に向けて段階的に角型鋼管の長さ寸法が短くなることが好ましい。
また、本発明に係るセグメントでは、セグメントは、トンネル軸方向の中心軸線を中心にして左右対称の形状をなすとともに、トンネル周方向の中心軸線を中心にして左右対称の形状をなし、トンネル周方向の中心軸線から離れるにしたがって段階的に角型鋼管の長さ寸法が短くなることが好ましい。
本発明では、組み付ける一方のセグメントの段差部の段差部側面が既設のセグメントの角型鋼管の前端面に当接した状態で接合されることになり、セグメントのトンネル周方向に作用する力をその側面材を介して伝達させることができることから、ピース間接合面に継手部材のほかに高い剛性を有する継手板を省略することが可能となり、簡単な構造とすることができる。そして、例えば、既設のセグメントの前方端面の略中央部にトンネル掘削機の推進ジャッキを押し付けて掘進しつつ、推進ジャッキを使用していない空間に新たなセグメントを組み立てることができ、掘削工程とセグメントの組み立て工程とを並行して行う連続掘削ができるので、掘進効率が向上され、工期短縮を図ることができる。

本発明のセグメントによれば、段差部の段差部側面同士が当接した状態で接合されることになり、セグメントのトンネル周方向に作用する力をその側面材を介して伝達させることができることから、ピース間接合面に継手部材のほかに高い剛性を有する継手板を省略することが可能となり、簡単な構造とすることができる。

以下、本発明の第１の実施の形態によるセグメントについて、図１乃至図９に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態による矩形断面セグメントの斜視図、図２は図１に示す矩形断面セグメントの正面図、図３は図２に示す矩形断面セグメントのＡ−Ａ線矢視図、図４は図２に示す矩形断面セグメントのＢ−Ｂ線矢視図、図５は横型セグメントを示す平面図、図６（ａ）は図５に示すＣ−Ｃ線矢視図、（ｂ）は図５に示すＤ−Ｄ線矢視図、図７は縦型セグメントを示す図であって、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図、図８はＬ型セグメントの側面図、図９（ａ）は図８に示すＥ−Ｅ線矢視図、（ｂ）は図８に示すＦ−Ｆ線矢視図である。

図１に示すように、本第１の実施の形態によるセグメント１、２、３は、例えば道路トンネルやアンダーパス、共同溝といった用途で構築される矩形断面のトンネルに設置される矩形断面セグメントＳに採用したものである。

図１乃至図４に示すように、矩形断面に形成される１リング分の矩形断面セグメントＳは、上下方向に一対の横型セグメント１（１Ａ、１Ｂ）と、左右一対の縦型セグメント２（２Ａ、２Ｂ）とを矩形の四辺に配置するとともに、これらセグメント１、２に接合されるとともに矩形の四隅にＬ型セグメント３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）を配置して矩形断面の筒状に形成されている。この矩形断面セグメントＳは、正面視（図２）で横方向が縦方向より大きい矩形とされ、軸方向（トンネルの軸方向に同じ、図２で紙面に垂直な方向）の長さ（各セグメント１、２、３の幅に同じ）が前記縦、横方向の寸法に比べてかなり小さく設定された矩形枠状体をなしている。

図５乃至図７に示すように、横型、縦型セグメント１、２は、それぞれ、複数本（本実施の形態では３本）の中空をなす角型鋼管１０（１１、１２、１３）を並列に配置させて相互に固定させるとともに、それら角型鋼管１１〜１３の長手方向の両端面（後述する端板１１ａ、１２ａ、１３ａ）の位置をそれぞれ違えて段差部Ｔが形成され、角型鋼管１１〜１３の内部にコンクリート４が充填されている。つまり、横型、縦型セグメント１、２における各ピース間接合面の段差部Ｔは、トンネル軸方向に沿って階段状に形成されている。

そして、それら角型鋼管１１〜１３の両端面には、その開口を塞ぐようにして端板１１ａ、１２ａ、１３ａが固定されている。また、角型鋼管１１〜１３同士の間には、介在プレート１０ａが挟持された状態で配されている。なお、角型鋼管１０（１１、１２、１３）として、市販されている部材を使用することができる。

図４、図５、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、横型セグメント１Ａ、１Ｂは、長さ寸法が異なる角型鋼管１１、１２、１３がその長さ寸法の長い順（図では符号１１の角型鋼管が最も長いものとなっている）に並列に配置され、そのセグメント１Ａ、１Ｂの短辺（トンネルの軸方向に沿う辺側、ピース間側の辺）をなす両端部に左右対称をなす段差部Ｔが形成されている。つまり、段差部Ｔは、角型鋼管１１〜１３の端面（上述した端板１１ａ、１２ａ、１３ａ）と、角型鋼管１１、１２の一部をなす段差部側面１０ｂ（本発明の「角型鋼管の側面」に相当する）とから形成されている。

また、図３、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、縦型セグメント２Ａ、２Ｂは、同一の長さ寸法の角型鋼管１１、１２、１３のそれぞれの端面を階段状に段違いとなるようにして配置された段差部Ｔが形成されている。つまり、縦型セグメント２Ａ、２Ｂに形成される段差部Ｔ、Ｔの向きは、その一方の段差部Ｔが切羽側で、他方の段差部Ｔが切羽と反対側となり左右で異なった向きになっている。そして、縦型セグメント２Ａ、２Ｂにおける段差部Ｔの構成については、横型セグメント１Ａ、１Ｂと同様である。

横型、縦型セグメント１、２のトンネル軸方向ｙ（図１参照）の両端のリング間側面１ａ、２ａには、図２に示す矩形断面セグメントＳのトンネル軸方向ｙに隣接するものどうしを接合するためのリング間継手２０が設けられている。リング間継手２０は、各リング間側面１ａ、２ａの長手方向に沿って所定間隔をもって配置されている。リング間継手２０は、リング間側面１ａ、２ａから外方に突出するピン状の雄型リング間継手２１と、その雄型リング間継手２１を挿通させて係合させるナット形状をなす雌型リング間継手２２とからなる。

また、横型、縦型セグメント１、２の段差部Ｔにおける段差部側面１０ｂには、矩形断面セグメントＳのトンネル周方向に隣接するものどうしを接合するためのピース間継手３０（接合部材）が設けられている。ピース間継手３０は、段差部側面１０ｂからトンネル軸方向ｙ（図１参照）で外側に突出するピン状の雄型ピース間継手３１（係合凸部）と、その雄型ピース間継手３１を挿通させて係合させるナット形状をなす雌型ピース間継手３２（係合凹部）とからなる。

横型、縦型セグメント１、２における角型鋼管１１、１２、１３の端面に設けた端板１１ａ、１２ａ、１３ａは、角型鋼管１１、１２、１３の内部に充填されるコンクリート４の流出を防止させるとともに、角型鋼管１１、１２、１３とコンクリート４とを一体構造とする役割をも果たすようになっている。

図８、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｌ型セグメント３Ａ〜３Ｄは、上述したように矩形断面セグメントＳ（図１、図２参照）の隅部に配置され、Ｌ型をなす両端部（トンネル周方向の端部）に上述した横型、縦型セグメント１、２の段差部Ｔに係合可能な段差部Ｔ´が形成されている。
そして、Ｌ型セグメント３Ａ〜３Ｄは、Ｌ型の角型鋼管を並列に配置させた状態と同じように形成させた外殻体４０（本発明の角型鋼管に相当する）と、その外殻体４０の内部に充填されるコンクリート４とからなる。外殻体４０は、トンネルの内周側と外周側とに所定の間隔をもって平行に配置された平板状の外側スキンプレート４１、内側スキンプレート４２と、それらスキンプレート４１、４２の周縁部同士を接続する側板４３とから略Ｌ型箱形状に形成されている。そして、外殻体４０は、外側、内側スキンプレート４１、４２と側板４３とに囲まれた内部を角型状に仕切るように配置されたリブ体４４が設けられている。

そして、Ｌ型セグメント３Ａ〜３Ｄについても、上述した横型、縦型セグメント１、２と同様にトンネル軸方向ｙ（図１参照）の両端のリング間側面３ａには、矩形断面セグメントＳのトンネル軸方向ｙに隣接するものどうしを接合するためのリング間継手２０（雄型リング間継手２１、雌型リング間継手２２）が設けられている。

また、Ｌ型セグメント３Ａ〜３Ｄの段差部Ｔ´における段差部側面４０ａには、矩形断面セグメントＳのトンネル周方向に隣接するものどうしを接合するためのピース間継手３０（接合部材）が設けられている。ピース間継手３０は、段差部側面４０ａからトンネル軸方向ｙで外側に突出するピン状の雄型ピース間継手３１（係合凸部）と、その雄型ピース間継手３１を挿通させて係合させるナット形状をなす雌型ピース間継手３２（係合凹部）とからなる。

なお、雄型の継手２１、３１と雌型の継手２２、３２とは、隣接して接合されるセグメント１、２、３の雄型の継手２１、３１と雌型の継手２２、３２にそれぞれ係合し得る寸法関係に設定されている。例えば先行して組み立てられた矩形断面セグメントＳの切羽側の端面（一方のリング間側面１ａ、２ａ、３ａ）が雌型の継手２２、３２である場合には、組み立てる矩形断面セグメントＳの切羽と反対側の端面（他方のリング間側面１ａ、２ａ、３ａ）は雄型の継手２１、３１となる。

次に、このような構成による横型、縦型、Ｌ型セグメントの作用、およびそれらのセグメントの接合方法について図面に基づいて説明する。
まず、図１に示す矩形断面セグメントＳは、紙面に向かって奥側が切羽方向であって掘削進行方向（セグメント組み立て方向）とされる。そして、図１及び図２に示すように、各セグメント１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄの組み立て順序は、はじめに下側の横型セグメント１Ａを組み立て、次いでその横型セグメント１Ａの両端部（両段差部Ｔ、Ｔ）に両下方隅部に位置するＬ型セグメント３Ａ、３Ｂを接合し、さらに縦型セグメント２Ａ、２Ｂ、両上方隅部に位置するＬ型セグメント３Ｃ、３Ｄ、上側の横型セグメント１Ｂの順で接合して矩形断面セグメントＳが構築される（この場合、セグメント１Ｂは紙面奥側から手前に向かって嵌め込まれる）。

そして、横型、縦型セグメント１、２とＬ型セグメント３との段差部Ｔ、Ｔ´同士の接合は、トンネル周方向の端面を当接しつつ、段差部側面１０ｂに設けられている雄型ピース間継手３１と雌型ピース間継手３２とを係合させることでピース間のセグメント同士の接合がなされることになる。このとき、雄型ピース間継手３１を雌型ピース間継手３２に挿入させる際には、例えばジャッキ（図示省略）で組み立てる側のセグメントを設置済みのセグメントに対して押し込むことで接合させることができる。
そして、この接合状態において、段差部側面１０ｂは、角型鋼管１０の鋼材であり、ピース間継手３０にかかる外力に耐え得るように設けられる継手板と同様の作用をなすことになる。

横型、縦型セグメント１、２では、その製造時において、市販されている角型鋼管１０（１１〜１３）を使用することが可能となり、それら角型鋼管１１〜１３を並列に配置させて相互に固定することで、セグメントの外殻体を形成することができることから、構造の簡易化を図ることができる。そのため、多くの鋼材を組み合わせて外殻体を加工する作業を簡略化させることができ、作業にかかる手間や時間を少なくすることができるうえ、セグメントの製造コストの低減を図ることができる。

また、段差部Ｔに形成される角型鋼管１１〜１３の段差部側面１０ｂにピース間継手３０を設けて接合することで、角型鋼管１１〜１３の段差部側面１０ｂの鋼材同士が当接した状態で接合されることになり、矩形断面セグメントＳのトンネル周方向に作用する力（セグメント外方より受ける土圧等の外力）をその段差部側面１０ｂの鋼材を介して伝達させることができ、従来のように継手部材のほかに接合面に剛性を有する継手板を設ける必要がなくなり、簡単な構造とすることができる。

さらにまた、横型、縦型セグメント１、２は、複数の角型鋼管１１〜１３を並列に接合するだけの簡易な構造によって、外殻体を形成できるうえ、その内部にもリブが形成されたものであり、曲げに強く耐力が増加される構造を実現することができる。
さらに、ボルトボックスを使用しない継手構造となることから、各セグメント１、２、３の内面が平滑となり、従来のようにセグメントの設置後にボルトボックスの穴埋め作業を行なう必要がなく、手間がかからないため、作業効率を向上させることができる。
この他、リング間継手２０とピース間継手３０が同様な形式のため、リング間継手２０とピース間継手３０を別々にすることなく一種類にすることが可能となる。そのため、コスト低減が図れる効果がある。それから、リング間とピース間の接合作業が同一方向での同時作業であるため、施工管理面で簡略化できることもある。

上述のように本実施の形態によるセグメントでは、段差部Ｔの段差部側面１０ｂ、１０ｂ同士が当接した状態で接合されることになり、矩形断面セグメントＳのトンネル周方向に作用する力をその側面材を介して伝達させることができることから、ピース間接合面に継手部材のほかに高い剛性を有する継手板を設ける必要がなくなり、簡単な構造とすることができ、製造コストの低減を図ることができる。

次に、本発明の第１の実施の形態の変形例、第２乃至第４の実施の形態について、図１０乃至図１６に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。
図１０は本第１の実施の形態の第１変形例による角型鋼管のピース間継手の接合状態を示す斜視図、図１１は図１０に示す接合状態の平面図、図１２は第２変形例による角型鋼管のピース間継手の接合状態を示す斜視図、図１３は図１２に示すピース間継手の接合時の側面図、図１４は第３変形例による角型鋼管のピース間継手の接合状態を示す側面図であって、図１３に対応する図、図１５は第４変形例による角型鋼管のピース間継手の接合状態を示す斜視図、図１６（ａ）は図１５に示す接合状態の平面図、（ｂ）は一方のセグメントの一部側面図である。

図１０〜図１６に示す第１乃至第４変形例は、上述した実施の形態による角型鋼管１１〜１３の長手方向両端面（端板１１ａ、１２ａ、１３ａに相当）の形状を代えたものであり、並列配置される各角型鋼管１１〜１３の端部に段差部Ｔが形成される形態は実施の形態と同様である。なお、図１０〜図１６では、実施の形態で示した端板、リング間継手、ピース間継手が省略されている。また、第１乃至第４変形例では、セグメントのピース間継手同士の接合方法についても実施の形態と同様である。

図１０及び図１１に示す第１変形例によるセグメント５０（５０Ａ、５０Ｂ）を構成する角型鋼管５１、５２、５３では、一方のセグメント５０Ａにおける角型鋼管５１〜５３のそれぞれ長手方向端面に第１傾斜面５０ａ（第１端面係合部）が形成され、他方のセグメント５０Ｂにおける角型鋼管５１〜５３のそれぞれの長手方向端面に前記第１傾斜面５０ａに係合可能な第２傾斜面５０ｂ（第２端面係合部）が形成されている。各第１、第２傾斜面５０ａ、５０ｂは、それぞれの角型鋼管５１〜５３の軸方向に直交する垂直面をトンネル軸方向を中心にして傾斜させた形状をなしている。そして、これら傾斜面５０ａ、５０ｂの向きは、角型鋼管５１、５２、５３の配置順にセグメント５０の内周面側と外周面側とに交互に向けた状態となっている。

第１変形例では、セグメント５０Ａ、５０Ｂのピース間継手同士を接合した状態で、上述した実施の形態と同様に段差部側面５０ｃの鋼材同士が当接してトンネル周方向に作用する力を段差部側面５０ｃの鋼材を介して伝達することができるうえ、接合するセグメント５０Ａ、５０Ｂのそれぞれの第１、第２傾斜面５０ａ、５０ｂ同士が係合した状態で互いにセグメント５０Ａ、５０Ｂの厚さ方向への相対移動が規制されるため、セグメント５０の厚さ方向に作用するせん断力に抵抗することができ、ピース間継手構造の強度を向上させることができる。

また、図１２及び図１３に示す第２変形例によるセグメント６０（６０Ａ、６０Ｂ）を構成する角型鋼管６１、６２、６３では、一方のセグメント６０Ａにおける角型鋼管６１〜６３のそれぞれ長手方向端面にその厚さ方向の略中央が突出する凸部６０ａ（第１端面係合部）が形成され、他方のセグメント６０Ｂにおける角型鋼管６１〜６３のそれぞれの長手方向端面に凸部６０ａに係合可能な凹部６０ｂが形成されている。

また、図１４に示す第３変形例によるセグメント７０（７０Ａ、７０Ｂ）は、上述した第２変形例の凸部６０ａ、凹部６０ｂの位置を代えたものであって、一方のセグメント７０Ａにおける角型鋼管７１のそれぞれの長手方向端面の内周面寄り（図１４では紙面に向かって上側）の位置から突出する第１突出部７０ａ（第１端面係合部）が形成され、他方のセグメント７０Ｂにおける角型鋼管７２のそれぞれの長手方向端面の外周面寄り（図１４では紙面に向かって下側）の位置から突出する第２突出部７０ｂ（第２端面係合部）が形成されている。
第２、第３変形例では、第１変形例と同様にセグメント６０、７０の厚さ方向への相対移動が規制されることから、セグメント６０、７０の厚さ方向に作用するせん断力に抵抗することができ、ピース間継手構造の強度を向上させることができる。

さらにまた、図１５及び図１６に示す第４変形例によるセグメント８０を構成する角型鋼管８１、８２、８３では、一方のセグメント８０Ａ側で角型鋼管８１〜８３の長手方向に突出する第１突出部８０ａ（第１端面係合部）が設けられ、他方のセグメント８０Ｂ側に同じく突出してなる第２突出部８０ｂ（第２端面係合部）が設けられている。第１、第２突出部８０ａ、８０ｂは、角型鋼管８１〜８３の配置順にセグメント８０の内周面寄りと外周面寄りとに交互に突出した状態となっている。

そして、各突出部８０ａ、８０ｂによって形成される段差は、鋭角状に突出側に切り込まれた切込み部８０ｃが形成されている。切込み部８０ｃは、セグメント８０の短辺方向（つまり、組み立てた状態でトンネル軸方向）に向かって厚さ方向に傾斜するテーパ面が形成されている。つまり、本角型鋼管８１〜８３では、互いに接合するセグメント８０Ａ、８０Ｂの突出部８０ａ、８０ｂ同士が係合される構成、すなわち一方の切り込み部８０ｃと他方の突出頂部８０ｄとが噛み合うようにして係合される構成となっている。
第４変形例では、上述した第１乃至第３変形例と同様にセグメント８０の厚さ方向に作用するせん断力に抵抗することができるとともに、ピース間接合部に作用する曲げに対しても抵抗することができ、ピース間継手構造の強度をより一層向上させることができる。

次に、図１７は第２の実施の形態によるセグメントの組立状態を示す展開図である。
図１７は、円形断面のトンネル壁面に沿って配置される１リング分のセグメントを展開した状態を示している。つまり、第２の実施の形態によるセグメント５は、トンネル壁面に沿ってアーチ状に湾曲しており、１リングを構成するすべてのセグメントピースが同形状をなし、同じ断面形状で長さ寸法の異なる２本（偶数本）の角型鋼管５Ａ、５Ｂ（図１７では符号５Ａの角型鋼管が符号５Ｂより短い長さ寸法となっている）を平行に配列させている。セグメント５の両端部には、トンネル軸方向（矢印Ｘ方向）を中心にして左右対称となる段差部Ｔ、Ｔを有している。そして、本セグメント５は、組み立てた状態で、長さ寸法の短い第１角型鋼管５Ａが既設セグメント側（後方側）に向け、第２角型鋼管５Ｂをトンネル前方側に向けた状態で配置されている。
第１角型鋼管５Ａの両端面には、トンネル内に組み立てた状態でセグメント５の後方から前方に向けてトンネル軸方向（矢印Ｘ方向）に沿う中心軸線Ｏから離れるように傾斜するテーパ面５ａが形成されている。一方、第２角型鋼管５Ｂの両端面には、セグメント５の前方から後方に向けてトンネル軸方向（矢印Ｘ方向）に沿う中心軸線Ｏから離れるように傾斜するテーパ面５ｂが形成されている。

そして、トンネル周方向（矢印Ｙ方向）に隣接されるセグメント５、５どうしは、トンネル前後方向（トンネル軸方向）に１本分の角型鋼管の幅寸法だけずらした状態で交互に組み立てられる。つまり、一方のセグメント５の第１角型鋼管５Ａの端部（テーパ面５ａ）と、他方のセグメント５の第２角型鋼管５Ｂの端部（テーパ面５ｂ）とが接合される構成となっている。
このように構成されるセグメント５の組み立て方法は、既設のセグメント５（これを符号５Ｓとする）の前方端面の略中央部５ｃにトンネル掘削機の推進ジャッキ（図示省略）を押し付けて掘進しつつ、推進ジャッキを使用していない空間に新たなセグメント５（符号５Ｎとする）を組み立てる。つまり、掘削工程とセグメント５の組み立て工程とを並行して行う連続掘削ができるので、掘進効率が向上され、工期短縮が図れるという効果を奏する。

そして、本第２の実施の形態では、組み付ける一方のセグメント５Ｎの段差部Ｔの段差部側面５ｄが既設のセグメント５Ｓの第２角型鋼管５Ｂの前端面５ｅに当接した状態で接合されることになり、セグメント５のトンネル周方向に作用する力をその側面材を介して伝達させることができることから、上述した第１の実施の形態と同様にピース間接合面に継手部材のほかに高い剛性を有する継手板を省略することが可能となり、簡単な構造とすることができる。

また、図１８は第５変形例によるセグメントの組立状態を示す展開図である。
上述した第２の実施の形態では２本の角型鋼管５Ａ、５Ｂ（図１７参照）から構成したセグメントとしているが、図１８に示す本変形例（第５変形例）のセグメント６では所定の長さ寸法の４本（偶数本）の角型鋼管６Ａ〜６Ｄを平行に配列させた構造をなしている。
つまり、セグメント６は、４本の角型鋼管６Ａ〜６Ｄのうち中央に２本が長尺で同じ長さ寸法の第２、３角型鋼管６Ｂ、６Ｃをなし、それら第２、３角型鋼管６Ｂ、６Ｃを挟んだ前後方向に短尺で同じ長さ寸法をなす第１、４角型鋼管６Ａ、６Ｄが配置されている。そして、第１角型鋼管６Ａ、第２角型鋼管６Ｂの両端面には、セグメント６の後方から前方に向けてトンネル軸方向（矢印Ｘ方向）に沿う中心軸線から離れるように傾斜するテーパ面６ａ、６ｂが形成されている。一方、第３角型鋼管６Ｃ、第４角型鋼管６Ｄの両端面には、セグメント６の前方から後方に向けてトンネル軸方向（矢印Ｘ方向）に沿う中心軸線から離れるように傾斜するテーパ面６ｃ、６ｄが形成されている。このように構成されるセグメント６は、トンネル軸方向に沿う中心軸線Ｏを中心にして左右対称の形状をなすとともに、トンネル周方向（矢印Ｙ方向）に沿う中心軸線Ｏ´を中心にして左右対称の形状になっている。

本第５変形例では、トンネル周方向（矢印Ｙ方向）に隣接されるセグメント６、６どうしは、トンネル前後方向（トンネル軸方向）に２本分の角型鋼管の幅寸法だけずらした状態で交互に組み立てられる。つまり、一方のセグメント６の第１及び第２角型鋼管６Ａ、６Ｂの端部（テーパ面６ａ、６ｂ）と、他方の第３及び第４角型鋼管６Ｃ、６Ｄの端部（テーパ面６ｃ、６ｄ）とが連結される構成となっている。そして、接合される両セグメント６の段差部Ｔの段差部側面６ｅどうしが当接した状態で接合されるようになっている。
第５変形例のセグメント６では、上述した第２の実施の形態と同様の方法により組み立てられ、同様の作用、効果が得られる。

さらに、図１９は第６変形例によるセグメントの組立状態を示す展開図である。
図１９に示す本変形例（第６変形例）のセグメント７は、角型鋼管の本数を６本にした点が上述した第５変形例との異なる構成となっている。すなわち、第６変形例では、所定の長さ寸法の６本（偶数本）の角型鋼管を平行に配列させた構造をなしている。つまり、セグメント７は、６本の角型鋼管のうち中央の２本が長尺で同じ長さ寸法の第３、４角型鋼管７Ｃ、７Ｄが配置され、それら第３、４角型鋼管７Ｃ、７Ｄに対してトンネル周方向の中心軸線Ｏ´から離れるにしたがって段階的に短くなる角型鋼管７Ａ、７Ｂ、７Ｅ、７Ｆが配置されている。
このように構成されるセグメント７は、トンネル軸方向に沿う中心軸線Ｏを中心にして左右対称の形状をなすとともに、トンネル周方向に沿う中心軸線Ｏ´を中心にして左右対称の形状になっている。

本第６変形例では、トンネル周方向に隣接されるセグメント７、７どうしは、トンネル前後方向（トンネル軸方向）に３本分の角型鋼管の幅寸法だけずらした状態で交互に組み立てられる。つまり、一方のセグメントの第１〜第３角型鋼管７Ａ、７Ｂ、７Ｃの端部と、他方の第４〜第６角型鋼管７Ｄ、７Ｅ、７Ｆの端部とが連結される構成となっている。
そして、接合される両セグメント７、７の段差部Ｔの段差部側面７ａどうしが当接した状態で接合されるようになっている。
第６変形例のセグメント７では、上述した第２の実施の形態及び第５変形例と同様の方法により組み立てられ、同様の作用、効果が得られる。

以上、本発明によるセグメントの第１、第２の実施の形態及び各変形例について説明したが、本発明は上記の第１、第２の実施の形態及び各変形例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では横型セグメント１Ａ、１Ｂがそれぞれ異なる長さ寸法の角型鋼管１１〜１３を使用して左右対称となるように段差部Ｔを形成させた構成とし、縦型セグメント２Ａ、２Ｂが同一の長さ寸法の角型鋼管１１〜１３を使用して両端に位置する段差部Ｔの形成される向きが異なる構成としているが、このような形態に限定されることない。要は、複数の角型鋼管１０を並列に配置させて、それらの端面の位置を違えて段差部Ｔを形成した構成となっていればよいのである。
なお、本第１の実施の形態などにおいてセグメントの段差部側面に設けた接合部材（ピース間継手）は省略可能である。

また、本第１の実施の形態及び第１〜第４変形例では、横型セグメント１及び縦型セグメント２として角型鋼管を外殻体とし、その内部にコンクリートを充填させたセグメントとしているが、例えば、角型鋼管の内部にコンクリートを充填しないものや、鋼板を適宜組合せて鋼製枠体としその枠体内に鋼製補強リブを設けた鋼製セグメント、その鋼製セグメントの鋼製枠体内にコンクリートを充填した合成セグメント、一般的な鉄筋コンクリート（ＲＣ）セグメント、さらにはセグメント端面に角型鋼管を配置し内部は鉄筋コンクリートとしたセグメント等、本発明の作用効果を奏する限りにおいていかなる材質のものも採用できる。この中でＲＣセグメントは変形形状に対する適応性が高く、鋼製セグメントはセグメントピスの重量の観点からメリットを有し、合成セグメントは強度と耐火性においてメリットを有する。付け加えると、角型鋼管以外のこれらセグメントにおいては、接合部材が設けられた段差部側面を鋼製にすることが接合部の強度向上が図れる点で好ましい。

また、本第１の実施の形態及び第１〜第４変形例の矩形断面セグメントＳにおいて、横型セグメント１と縦型セグメント２は、それぞれ矩形断面の四辺のそれぞれに、１つの横型セグメント１又は縦型セグメント２を配置させた構成となっているが、各辺において横型セグメント１又は縦型セグメント２を複数に分割させた構成としてもかまわない。

そして、本第１の実施の形態及び第１〜第４変形例では角型鋼管１０は横型、縦型セグメント１、２共に３本を使用しているが、この数量に限定されることはい。例えば、矩形断面が小さなセグメントの場合には、２本の角型鋼管１０であってもよいし、４本以上を配置させるようにしてもかまわない。
また、第２の実施の形態及び第５、第６変形例のようにトンネル周方向に交互に組み立て可能とするセグメントを構成する角型鋼管の本数は２本、４本、６本であることに限定されることはなく、８本、或いは１０本など他の偶数本を並列に配置させてセグメントを構成することができる。

そして、第１の実施の形態及び第１〜第４変形例におけるＬ型セグメント３の形状、構成は、角型鋼管を使用してＬ型に加工して製造したものであってもかまわない。
また、リング間継手２０とピース間継手３０の構成もピン状の雄型の継手２１、３１を凹状の雌型の継手２２、３２に挿入させて係合させるといった本第１の実施の形態及び第１〜第４変形例に限定されることはなく、適宜設定することができる。また、これら継手の取り付け数量についても適宜設定することができる。

その他、本第１の実施の形態及び第１〜第４変形例では矩形断面トンネルとし、第２の実施の形態及び第５、第６変形例では円形断面トンネルとしているが、トンネル断面形状はこれに限るものではなく、矩形、円形、楕円形など如何なるトンネル断面形状であってもよい。ただ、円形以外の矩形を含めた変形断面のトンネルに本発明は効果的に採用することができる。

第２の実施の形態及び第５、第６変形例では、各角型鋼管の両端面にテーパ面を形成させているが、テーパ面を形成させない構成であってもかまわない。

本発明の第１の実施の形態による矩形断面セグメントの斜視図である。 図１に示す矩形断面セグメントの正面図である。 図２に示す矩形断面セグメントのＡ−Ａ線矢視図である。 図２に示す矩形断面セグメントのＢ−Ｂ線矢視図である。 横型セグメントを示す平面図である。 （ａ）は図５に示すＣ−Ｃ線矢視図、（ｂ）は図５に示すＤ−Ｄ線矢視図である。 縦型セグメントを示す図であって、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその平面図である。 Ｌ型セグメントの側面図である。 （ａ）は図８に示すＥ−Ｅ線矢視図、（ｂ）は図８に示すＦ−Ｆ線矢視図である。 本実施の形態の第１変形例による角型鋼管のピース間継手の接合状態を示す斜視図である。 図１０に示す接合状態の平面図である。 第２変形例による角型鋼管のピース間継手の接合状態を示す斜視図である。 図１２に示すピース間継手の接合時の側面図である。 第３変形例による角型鋼管のピース間継手の接合状態を示す側面図であって、図１３に対応する図である。 第４変形例による角型鋼管のピース間継手の接合状態を示す斜視図である。 （ａ）は図１５に示す接合状態の平面図、（ｂ）は一方のセグメントの一部側面図である。 第２の実施の形態によるセグメントの組立状態を示す展開図である。 第５変形例によるセグメントの組立状態を示す展開図である。 第６変形例によるセグメントの組立状態を示す展開図である。

符号の説明

Ｓ 矩形断面セグメント
１、１Ａ、１Ｂ 横型セグメント（セグメント）
２、２Ａ、２Ｂ 縦型セグメント（セグメント）
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ Ｌ型セグメント（セグメント）
４ コンクリート
５、６、７ セグメント
１０、１１、１２、１３ 角型鋼管
１１ｂ、１２ｂ 段差部側面
２０ リング間継手
３０ ピース間継手（接合部材）
３１ 雄型ピース間継手（係合凸部）
３２ 雌型ピース間継手（係合凹部）
４０ 外殻体（角型鋼管）
５０、６０、７０、８０ セグメント
５１〜５３、６１〜６３、７１〜７３、８１〜８３ 角型鋼管
５０ａ 第１傾斜面（第１端面係合部）
５０ｂ 第２傾斜面（第２端面係合部）
６０ａ 凸部（第１端面係合部）
６０ｂ 凹部（第２端面係合部）
７０ａ、８０ａ 第１突出部（第１端面係合部）
７０ｂ、８０ｂ 第２突出部（第２端面係合部）
Ｔ、Ｔ´ 段差部

Claims (8)

1. トンネル周方向の端部のピース間接合面に、トンネル軸方向に沿って階段状に形成された段差部を有し、
   前記ピース間接合面同士を接合させるとき、前記段差部に形成される前記トンネル周方向に沿った段差部側面同士を当接させ、前記段差部側面に設けた接合部材同士を接合させるように構成され、
   前記接合部材は、一方の前記ピース間接合面における前記段差部側面から前記トンネル軸方向に沿って突出してなる係合凸部と、他方の前記ピース間接合面における前記段差部側面に設けられていて前記係合凸部と係合してなる係合凹部と、からなり、
   一方の前記ピース間接合面には、前記段差部の前記トンネル周方向に対して直交する面に沿ったトンネル周方向端面から突出してなる第１端面係合部が設けられ、
   他方の前記ピース間接合面には、前記トンネル周方向端面に前記第１端面係合部と係合してなる第２端面係合部が設けられていることを特徴とするセグメント。
2. 前記セグメントは、複数本の角型鋼管を並列に配置させて相互に固定されてなり、それら複数本の角型鋼管の長手方向端面の位置をそれぞれ違えることで前記段差部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセグメント。
3. 前記角型鋼管の内部にコンクリートが充填されていることを特徴とする請求項２に記載のセグメント。
4. 前記セグメントは、鋼製枠体からなり、前記段差部側面を鋼製とするセグメントである請求項１に記載のセグメント。
5. 鋼製枠体の内部にコンクリートが充填されていることを特徴とする請求項４に記載のセグメント。
6. 前記第１端面係合部と前記第２端面係合部とは、互いに係合した状態で前記セグメントの厚さ方向の少なくとも一方への相対移動が規制されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセグメント。
7. 前記セグメントは、トンネル軸方向の中心軸線を中心にして左右対称の形状をなし、トンネル軸方向の一方から他方に向けて段階的に前記角型鋼管の長さ寸法が短くなることを特徴とする請求項２又は３に記載のセグメント。
8. 前記セグメントは、トンネル軸方向の中心軸線を中心にして左右対称の形状をなすとともに、トンネル周方向の中心軸線を中心にして左右対称の形状をなし、前記トンネル周方向の中心軸線から離れるにしたがって段階的に前記角型鋼管の長さ寸法が短くなることを特徴とする請求項２又は３に記載のセグメント。

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