JP5906277B2

JP5906277B2 - セグメント

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Publication number: JP5906277B2
Application number: JP2014095481A
Authority: JP
Inventors: 晃司山田; 毅志久米; 橋本　博英; 博英橋本
Original assignee: IHI Construction Materials Co Ltd
Current assignee: IHI Construction Materials Co Ltd
Priority date: 2014-05-02
Filing date: 2014-05-02
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2030-09-01
Also published as: JP2014139404A

Description

本発明は、相互に複数連結することにより掘削穴の軸方向に筒状壁体を構成するセグメントに関する。

トンネル工法としては、シールドマシンによって地盤を掘削しながら、その後方において円弧版状のセグメントを周方向及び軸方向に順次据え付けて円筒状のトンネル壁体（筒状壁体）を構築するシールド工法が一般的である。

セグメントは、コンクリート製とスチール製とに大きく分けられるが、前者のコンクリート製のセグメントは圧縮に強く、後者のスチール製のセグメントは引っ張りに強いという特性がある。このようなコンクリート製及びスチール製のセグメントの利点を兼ね備えたセグメント（合成セグメント）が、例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１に係るセグメントは、スチール製の枠体の内部にコンクリートを打設することにより構成されている。そして、枠体の軸方向両端にそれぞれ設けられて周方向に延びる一対の主桁板間には枠体の軸方向に延びるリブが複数掛け渡され、当該リブの上下両方又は上下片方にスチール製の円弧版状のメッシュが張られている。

特許第３３３０６６４号公報

このような合成セグメントには、十分な強度が望まれており、例えば、大きな内水圧荷重がかかった場合にも十分な強度を確保できることが望まれている。
また、合成セグメントは、コンクリート製セグメントや、スチール製セグメントと比べて材料費や加工費などのコストがかかるため、製作にかかるコストの削減が望まれている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、十分な強度を確保できるとともに、製作にかかるコストを削減することが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は、周方向へ連結され、さらに軸方向へ連結されることにより、掘削穴内に筒状壁体を構成するセグメントであって、
前記セグメントは、内周側が開口された箱型に形成された枠体と、該枠体内に打設されたコンクリートとから構成されてなり、前記枠体は、外周側に設けられた湾曲板状のスキンプレートと、該スキンプレートの前記軸方向両端にそれぞれ設けられた一対の主桁板と、前記スキンプレートの前記周方向両端にそれぞれ設けられた一対の継手板とを備え、前記セグメントの前記内周側、又は前記セグメントの前記内周側および前記外周側には、前記周方向に延びる複数の主鋼材が前記軸方向に配列され、該複数の主鋼材の少なくとも一部の配列を固定する配力筋が設けられていて、前記一対の主桁板には、複数の補強部材がそれぞれ連結されて、前記補強部材は前記一対の主桁板間の寸法よりも短い寸法に形成され前記一対の主桁板のいずれか一方に連結されていて、前記補強部材は略台形状に形成されていて一方の斜辺が前記主桁板に固定され、他方の斜辺が前記スキンプレートに固定され、前記配力筋の両端部が前記補強部材に固定されていることを特徴とする。

本発明では、一対の主桁板間の寸法よりも短い寸法に形成され一対の主桁板のいずれか一方に連結された複数の補強部材が、一対の主桁板にそれぞれ連結されている。このため、補強部材は、配力筋に拘束された主鋼材とともにセグメント自体に作用する荷重に対して有効に対抗することができて、セグメントの強度を確保することができる。また、補強部材は、一対の主桁板間の寸法よりも短い寸法に形成されているため、補強部材が一対の主桁板間の寸法に形成されて一対の主桁板の両方に固定されている従来のセグメントと比べて補強部材に係る材料が少なく製造コストを削減することができる。

また、複数の補強部材のうちの一部に代わって、前記一対の主桁板の両方のウェブにそれぞれ連結され且つスキンプレートに連結されないリブが設けられていることを特徴とする。
複数の補強部材のうちの一部に代わって、一対の主桁板の両方のウェブにそれぞれ連結されたリブが設けられていることにより、枠体の剛性を高めることができる。

また、本発明に係るセグメントでは、前記補強部材は、鋼板であって前記スキンプレートと連結されていてもよい。
このように、補強部材は、鋼板であって前記スキンプレートと連結されていていることにより、補強部材が主桁板およびスキンプレートと一体化するため、セグメント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、前記補強部材は、アンカー鉄筋であってもよい。
このように、補強部材はアンカー鉄筋であることにより、枠体とコンクリートとを効率よく一体化させることができ、セグメント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、前記配力筋は、前記補強部材に連結されていることが好ましい。
このように、配力筋は、前記補強部材に連結されているため、配力筋が固定された主鋼材と補強部材との一体化を図ることができ、セグメントの大幅な強度向上を図ることができる。

本発明によれば、補強部材が配力筋に拘束された主鋼材とともにセグメント自体に作用する荷重に対して有効に対抗することができて、セグメントの強度を確保することができる。
また、補強部材は、一対の主桁板間の寸法よりも短い寸法に形成されているため、全ての補強部材が一対の主桁板間の寸法に形成された従来のセグメントと比べてコストを削減することができる。

しかも、複数の補強部材のうちの一部に代わって、一対の主桁板の両方に連結されたリブが設けられていることにより、枠体の剛性を高めることができる。

本発明の第１実施形態によるセグメントのコンクリートを一部除いた状態を示す図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。図２のＢ−Ｂ線断面図である。本発明の第２実施形態によるセグメントのコンクリートを一部除いた状態を示す図である。図４のＣ−Ｃ線断面図である。図５のＤ−Ｄ線断面図である。本発明の第３実施形態によるセグメントのコンクリートを一部除いた状態を示す図である。図７のＥ−Ｅ線断面図である。図８のＦ−Ｆ線断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態によるセグメントについて、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１乃至図３に示す第１実施形態によるセグメント１Ａは、掘削穴内に構築されるトンネル（筒状壁体）の一部をなす円弧版状をなしており、掘削穴内の周方向及び軸方向に連結されることにより該掘削穴内にトンネルを構築する建材として使用される。
以下では、セグメント１Ａを用いてトンネルを構築した場合におけるトンネル軸方向をセグメント１Ａの軸方向（図１の矢印Ａの方向）、トンネル周方向をセグメント１Ａの周方向（図２の矢印Ｂの方向）と称する。

本実施形態におけるセグメント１Ａは、鋼板から構成された枠体２と、この枠体２内に配設された主鉄筋（主鋼材）８及び配力筋２０と、枠体２の内部において主鉄筋８及び配力筋２０を埋没するように打設されたコンクリート３（図１および図２参照）とからなる合成セグメントである。

図１乃至図３に示すように、枠体２は、外周側に設けられたスキンプレート４と、このスキンプレート４の側部に配設された一対の主桁板５，５と、スキンプレート４の端部に配設された一対の継手板６，６（図１および図２参照）とを備えており、スキンプレート４および主桁板５に連結された複数の斜めリブ（補強部材）７が設けられている。

スキンプレート４は、トンネル構築時に掘削穴の壁面と接触する部材であって、周方向に沿って湾曲する湾曲版状（円弧版状）をなしている。
また、一対の主桁板５，５は、このスキンプレート４の軸方向両端に連結され、スキンプレート４と略直交する向きに配置されている。

さらに、図１および図２に示すように、一対の継手板６，６はスキンプレート４の周方向両端に連結された矩形板状をなしており、上記一対の主桁板５，５間にわたって配置されている。
なお、これらスキンプレート４、主桁板５及び継手板６同士の接続は、溶接によってなされている。

また、一対の主桁板５，５にはセグメント１Ａ同士を軸方向に連結する継手部材が挿通する挿通孔５ａが、周方向に所定間隔を空けて複数形成されている。さらに、一対の継手板６，６には、セグメント１Ａ同士を周方向に連結する継手部材が挿通する挿通孔６ａが複数形成されている。

図３に示すように、斜めリブ７は、略台板形状に形成された部材で、略台形状の一方の斜辺７ａが主桁板５と溶接され、他方の斜辺７ｂがスキンプレート４と溶接されている。
斜めリブ７は、一対の主桁板５，５にそれぞれ溶接されている。
また、周方向に隣り合う斜めリブ７は、互いに周方向へ間隔をあけて配設されている。

図１乃至図３に示すように、主鉄筋８は、セグメント１Ａの周方向内側（内周側）において、軸方向に所定間隔を空けた状態で複数配列されている。

配力筋２０は、複数の主鉄筋８を拘束する棒状の鋼材であって、主鉄筋８の配列を固定するように複数配設されている。
この配力筋２０は、図３に示すように、主鉄筋８の配列方向（軸方向）に延びて斜めリブ７の内周側に配列された主鉄筋８を固定する拘束部２０ａと、この拘束部２０ａの両端部で略直角に曲げられた一対の固着部２０ｂ，２０ｂとを備えている。

そして、配力筋２０は、その固着部２０ｂ，２０ｂが、それぞれ斜めリブ７の板面に固着されている。このため、配力筋２０に拘束された主鉄筋８は、当該配力筋２０を介して各斜めリブ７に一体化される。
なお、配力筋２０の固着部２０ｂ，２０ｂを斜めリブ７に固着する方法としては、固着部２０ｂ，２０ｂを斜めリブ７に対して溶接することが好ましいが、その他、例えば、ナットなどの止め具等を用いて固着部２０ｂ，２０ｂを斜めリブ７に固定してもよく、配力筋２０を斜めリブ７に巻きつけたり引っ掛けたりしてもよい。

そして、図１及び図２に示すように、上記主鉄筋８及び配力筋２０が配設された枠体２内部にコンクリート３が打設されており、このコンクリート３における挿通孔５ａ，５ｂ周辺には継手部材を収納するための継手凹所３ａが形成されている。
また、上記枠体２の内面には接着剤が塗布されており、これにより枠体２内に打設されるコンクリート３と当該枠体２との一体化が図られている。なお、この接着剤は、枠体２における主桁板５の内面にのみ塗布されていてもよい。

次に、上述したセグメント１Ａの作用効果について説明する。
上述した第１実施形態のセグメント１Ａによれば、斜めリブ７が設けられているとともに、複数の主鉄筋８の配列を配力筋２０が固定しているため、当該配力筋２０が主鉄筋８を一体に拘束し、セグメント１Ａに作用する荷重に対して有効に対抗することができる。
さらに、主鉄筋８を固定している配力筋２０の固着部２０ｂ，２０ｂが斜めリブ７に固定されているため、主鉄筋８は配力筋２０を介して斜めリブ７に固定されることになる。
即ち、主鉄筋８と斜めリブ７との一体化を図ることができるため、この一体化された主鉄筋８によるセグメント１Ａの大幅な強度向上を図ることができる。
また、複数の斜めリブ７は、主桁板５およびスキンプレート４に斜辺７ａ，７ｂ（図３参照）が接触する略台形状に形成されていて、一対の主桁板５，５間の寸法よりも短い寸法に形成されているため、一対の主桁板５，５の両方に固定されて一対の主桁板５，５間の寸法に形成されたリブを備える従来のセグメントと比べて、コストを削減することができる。

次に、他の実施形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１実施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実施形態と異なる構成について説明する。

（第２実施形態）
図４乃至図６に示すように、第２実施形態によるセグメント１Ｂは、第１実施形態の斜めリブ７（図１乃至図３参照）に代わって、アンカー鉄筋（補強部材）２１が主桁板５に溶接されている。
アンカー鉄筋２１は、ジベルとして使用され、セグメント１Ｂの径方向（図５および図６の矢印Ｃの方向）に延在する中間部２１ａと、この中間部２１ａの両端部でそれぞれ軸方向に折り曲げられた折曲部２１ｂ，２１ｂとからなる略Ｕ字状に形成されて、その中間部２１ａが主桁板５に溶接されている。なお、アンカー鉄筋２１の中間部２１ａは、溶接以外の方法で主桁板５に固着されていてもよい。

第２実施形態による配力筋２２は、図１乃至図３に示す第１実施形態の配力筋２０と同様に、拘束部２２ａと一対の固着部２２ｂ，２２ｂとを備えており、更に固着部２２ｂ，２２ｂと連続してセグメント１Ｂの周方向に延びる所定長さの折曲部２２ｃ（図４および図５参照）が形成されている。配力筋２２は、折曲部２２ｃが形成されていることにより、コンクリート３とより一体化することができる。
なお、配力筋２２は、折曲部２２ｃが形成されていなくてもよい。
そして、アンカー鉄筋２１には、配力筋２２の固着部２２ｂ，２２ｂが溶接されている。

第２実施形態によるセグメント１Ｂによれば、アンカー鉄筋２１が設けられているとともに、アンカー鉄筋２１に配力筋２２が溶接されていることにより、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
図７乃至図９に示すように、第３実施形態によるセグメント１Ｃでは、第１実施形態によるセグメント１Ａ（図１乃至図３参照）の複数の斜めリブ７のうちの略半数に代わって、軸方向に延在して一対の主桁板５，５の両方のウェブに固定された略板状の縦リブ３１が配設されて、斜めリブ７と縦リブ３１とが混在している。縦リブ３１は内周側で主鋼材８に当接し外周側でスキンプレート４と非接触とされている。
斜めリブ７と縦リブ３１とは、交互に周方向へ間隔をあけて配設されている。そして、斜めリブ７および縦リブ３１には、配力筋２０の固着部２０ｂが溶接されている。
本実施形態では、隣り合う斜めリブ７と縦リブ３１との間隔は、２００ｍｍ〜５００ｍｍの範囲内に設定されている。

第３実施形態によるセグメント１Ｃによれば、斜めリブ７と縦リブ３１が混在して配設されていることにより、第１実施形態と比べると材料コストが高くなるが、強度を高めることができる。

以上、本発明によるセグメントの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態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、上述した第１実施形態では、斜めリブ７をスキンプレート４に溶接しているが、スキンプレート４と溶接されていなくてもよい。
また、上述した第１実施形態では、斜めリブ７に配力筋２０が固定されているが、斜めリブ７に配力筋２０が固定されていなくてもよい。
また、上述した第２実施形態では、アンカー鉄筋２１に配力筋２０が固定されているが、アンカー鉄筋２１に配力筋が固定されていなくてもよい。

また、上述した実施形態では、主鉄筋８は、セグメント１Ａ〜１Ｃの周方向内側（内周側）において、軸方向に所定間隔を空けた状態で複数配列されているが、セグメント１Ａ〜１Ｃの周方向内側および周方向外側（外周側）に複数配列されていてもよい。この場合、斜めリブ７の周方向内側および周方向外側に配力筋２０が配列されていてもよい。
また、上述した第２実施形態では、枠体２内に主鉄筋８が配設されているが、主鉄筋８に代わって、例えば、鋼板や、鋼板の板面に該鋼板の延在方向に直交する方向に延びる複数の突起を設けた突起付き鋼板、あるいは、鋼板の板面に波状に延びる突起を設けた波状突起突き鋼板等の主鋼材を枠体２内に配設してもよい。

また、上述した実施形態では、斜めリブ７またはアンカー鉄筋２１が補強部材として使用されているが、斜めリブ７とアンカー鉄筋２１とを、例えば周方向に交互に配置するなど併せて使用してもよい。
また、上述した第３実施形態では、斜めリブ７と縦リブ３１とをセグメント１Ｃの周方向に交互に配設しているが、斜めリブ７に代わってアンカー鉄筋２１と縦リブ３１とセグメント１Ｃの周方向に交互に配設してもよい。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃセグメント
２枠体
３コンクリート
３ａ継手凹所
４スキンプレート
５主桁板
５ａ挿通孔
６継手板
６ａ挿通孔
７斜めリブ（補強部材）
８主鉄筋（主鋼材）
２０，２２配力筋
２１アンカー鉄筋（補強部材）
３１縦リブ（リブ）

Claims

周方向へ連結され、さらに軸方向へ連結されることにより、掘削穴内に筒状壁体を構成するセグメントであって、
前記セグメントは、内周側が開口された箱型に形成された枠体と、該枠体内に打設されたコンクリートとから構成されてなり、
前記枠体は、外周側に設けられた湾曲板状のスキンプレートと、該スキンプレートの前記軸方向両端にそれぞれ設けられた一対の主桁板と、前記スキンプレートの前記周方向両端にそれぞれ設けられた一対の継手板とを備え、
前記セグメントの前記内周側、又は前記セグメントの前記内周側および前記外周側には、前記周方向に延びる複数の主鋼材が前記軸方向に配列され、
該複数の主鋼材の少なくとも一部の配列を固定する配力筋が設けられていて、
前記一対の主桁板には、複数の補強部材がそれぞれ連結されて、前記補強部材は前記一対の主桁板間の寸法よりも短い寸法に形成され前記一対の主桁板のいずれか一方に連結されていて、
前記補強部材は略台形状に形成されていて一方の斜辺が前記主桁板に固定され、他方の斜辺が前記スキンプレートに固定され、前記配力筋の両端部が前記補強部材に固定されていることを特徴とするセグメント。
前記複数の補強部材のうちの一部に代わって、前記一対の主桁板の両方のウェブにそれぞれ連結され且つスキンプレートに連結されないリブが設けられている請求項１に記載されたセグメント。