JP6570503B2 - セグメントの継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、セグメントの継手構造に関する。

シールド工法やＴＭＢ工法等では、地山の掘削に伴い、筒状のセグメントリングを地中に連設することでトンネルの覆工を形成している。
セグメントリングは、複数のセグメントの端面同士を連結することにより形成される。このようなセグメント同士の連結部として、嵌合方式の継手構造が採用されている。

例えば、特許文献１には、一方のセグメントに設けられた挿入金具と、他方のセグメントに設けられた受け金具とを嵌め合わせるセグメントの継手構造が開示されている。挿入金具は、一方のセグメントのコンクリート部分に定着するとともに一方のセグメントの端面（端板）から突出している。受け金具は、セグメントのコンクリート部分に定着している。
また、特許文献２には、一方のセグメントと他方のセグメントとにそれぞれ設けられた継手部材同士を嵌め合わせるセグメントの継手構造が開示されている。各継手部材は、セグメントの端板には固定されておらず、端板と略平行に設けられた補強リブにアンカー部材を介して固定されている。補強リブの両端は、セグメントの主桁に固定されている。

特許第５３３５５２４号公報 特開２０１２−２４１４５０号公報

特許文献１に記載の継手構造は、コンクリートを介して主桁に引張力を伝達させる構造である。
特許文献２に記載の継手構造は、補強リブを介して力を伝達する構造のため、継手構造を挟んで対向する各セグメントの補強リブ同士の間隔によって引張バネ値を算出することとなる。引張バネ値は、継手構造を構成する鋼材の断面積と長さによって算出するため、補強リブ同士の間隔が大きいと、引張バネ値が小さくなってしまう。そのため、特許文献２の継手構造では、トンネルの覆工として必要な剛性を確保するために、セグメントの仕様を大きくする必要がある。

このような観点から、本発明は、継手部の高剛性化を図ることを可能とした継手構造を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、一方のセグメントに設けられた挿入部材を、トンネル周方向に隣接する他方のセグメントの端面に設けられた受け部材に係止させるセグメントの継ぎ手構造であって、前記挿入部材は前記一方のセグメントの主桁のウェブの内面に直接固定されており、前記受け部材は前記他方のセグメントの主桁のウェブの内面に直接固定されていることを特徴としている。

かかるセグメントの継手構造によれば、挿入部材および受け部材が、主桁に固定されているため、引張力を主桁に直接伝達させることが可能となる。
また、主桁に直接固定することにより、挿入部材および受け部材の必要長さを短くすることが可能となり、ひいては鋼材量の低減化を図るとともに高い引張バネ値を得ることが可能となる。

本発明のセグメントの継手構造によれば、コストの低減化および継手部の高剛性化を図ることができるとして、鋼材量の低減に伴うコスト低減も可能である。

本発明の実施形態に係るセグメントを示す斜視図である。 挿入部材と受け部材との取付状況を示す斜視図である。 （ａ）は図１のＡ部分を示す部分拡大図、（ｂ）は（ａ）の背面側から望む部分拡大図である。 挿入部材を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ矢視図である。 （ａ）は図１のＢ部分を示す部分拡大図、（ｂ）は（ａ）の背面側から望む部分拡大図である。 受け部材を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。 （ａ）は他の形態に係る受け部材の平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図、（ｃ）は他の形態に係る挿入部材の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＨ−Ｈ矢視図である。

本実施形態では、コンクリート一体型鋼製セグメント（以下、単に「セグメント１」という）同士を接続するためのセグメントの継手構造（以下、単に「継手構造４」という）について説明する（図１および図２参照）。
セグメント１は、図１に示すように、円弧状に湾曲した版状に形成されており、円周方向に複数接続することで、セグメントリング（図示せず）を構成する。このセグメントリングを軸方向に順次接合すると、トンネルの覆工が形成される。
本実施形態のセグメント１は、鋼殻２と、鋼殻２内に打設されたコンクリート３とにより構成されている。

鋼殻２は、トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁２１，２１（図１では一方の主桁２１のみを表示）と、トンネル周方向の両端に設けられた一対の端板２２，２２（図１では一方の端板２２のみを表示）と、外面を覆うスキンプレート２３とを備えて構成されている。
主桁２１，２１と端板２２，２２は枠状に組み付けられており、スキンプレート２３は、この主桁２１，２１および端板２２，２２の開口部の外周面側（地山側）を塞ぐように配置されている。

鋼殻２の内部には、複数の形状保持材２４，２４，…が配設されている。形状保持材２４は、端板２２と平行となるように、トンネル軸方向に沿って配設された板材である。形状保持材２４は、スキンプレート２３上に立設されている。また、形状保持材２４の両端は、それぞれ主桁２１，２１の板面に当接している。
主桁２１には、複数のリング間ジョイント２５，２５，…が形成されている。リング間ジョイント２５は、セグメントリング同士を連結する。なお、リング間ジョイント２５の構成、配置および数は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。

端板２２のトンネル軸方向の一方の端部には矩形状の貫通孔２６が形成されていて（図３参照）、他方の端部には矩形状の切欠き２７が形成されている（図５参照）。すなわち、端板２２の両端部には、継手構造４の位置に対応して貫通孔２６または切欠き２７がそれぞれ形成されている。
主桁２１には、端板２２の切欠き２７の位置に対応して矩形状の切欠き２８が形成されている（図５参照）。端板２２の切欠き２７と主桁２１の切欠き２８とにより、セグメント１の角部に開口が形成されている。

コンクリート３は、セグメント１の内面側に所定の厚みを有して形成された表層部３１と、鋼殻２の内部に打設された内部コンクリート部３２とを備えている。
また、表層部３１には、補強材として、鉄筋３３が埋設されている。本実施形態では、補強材として、鉄筋を格子状に組み付けることにより形成された鉄筋網を採用するが、鉄筋３３は、必ずしも網である必要はなく、縦筋および横筋を適宜配筋してもよい。また、内部コンクリート部３２（鋼殻２内）にも鉄筋を配筋してもよい。

継手構造４は、挿入部材５と受け部材６とを備えている。図２に示すように、一方のセグメント１の端面に突設された挿入部材５を、他方のセグメント１の端面に形成された受け部材６に係止させることで、セグメント１同士が接合される。
本実施形態の継手構造４（挿入部材５および受け部材６）は、図１に示すように、鋼殻２の厚さ方向中央付近に形成されているが、継手構造４の形成箇所は限定されるものではない。また、継手構造４は、複数段形成されていてもよい。

挿入部材５は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、セグメント１の端面（端板２２）から突出している。
挿入部材５は、セグメント１の主桁２１に固定された挿入板部５１と、挿入板部５１の先端部に突設された挿入係止部５２とを備えている。

挿入板部５１は、鋼板により形成されていて、端板２２の貫通孔２６を貫通している。挿入板部５１の基端部は、鋼殻２の内部において主桁２１に溶接されている。
図４に示すように、挿入板部５１は、基端部側（鋼殻２内に配設される部分）の幅寸法が基端に向うに従って小さくなるように形成されていて、台形状を呈している。なお、挿入板材５１は、必ずしも台形状である必要はなく、例えば矩形状であってもよい。また、挿入板材５１の板厚は限定されるものではなく、セグメント１同士を接合するために必要な強度を発現することが可能であればよい。さらに、挿入板材５１の主桁２１への固定方法は限定されるものではない。

挿入係止部５２は、挿入板部５１の板面に固定された鋼製部材である。本実施形態では、一対の挿入係止部５２，５２が、挿入板部５１の先端部（セグメント１の端面から突出する部分）を挟んで対向するように、挿入板部５１に溶接されている。
本実施形態の挿入係止部５２は、四角柱状の鋼製部材により形成されているが、挿入係止部５２を構成する材料は限定されるものではなく、例えば円柱状の部材や、板材であってもよい。
挿入係止部５２は、図４（ｃ）に示すように、挿入板部５１の先端面に対してわずかに傾斜しているが、挿入係止部５２は挿入板部５１の先端面と平行であってもよい。

受け部材６は、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、セグメント１の端面（周方向端部）に形成されている。
受け部材６は、受け本体部６１と、受け係止部６２と、補強材６３とを備えていて、鋼殻２の内部に配置されている。
受け本体部６１は、セグメント１の主桁２１と端板２２との角部に固定された箱型部材であって、当該角部において、トンネル軸方向とトンネル周方向とに向けて開口している。

本実施形態の受け本体部６１は、複数の鋼板を組み合わせることにより形成されている。受け本体部６１は、主桁２１と端板２２との角部に形成された切欠き２７，２８を覆うように、主桁２１および端板２２の内面に固定（溶接）されている。なお、受け本体部６１は、少なくとも主桁２１に固定（溶接）されていればよく、必ずしも端板２２に固定されている必要はない。受け本体部６１の固定方法は限定されない。
受け本体部６１は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、対向する一対の板材６４，６４と、一対の板材６４，６４の基端側に横架された底板６５と、一対の板材６４，６４および底板６５の内側端部を遮蔽する止め板６６とにより形成されている。底板６５は端板２２と平行で、止め板６６は主桁２１と平行である（図５（ａ）および（ｂ）参照）。
なお、受け本体部６１の構成は限定されるものではない。

受け係止部６２は、挿入係止部５２と係止可能な部材であり、受け本体部６１の内面に形成されている。
受け係止部６２は、一対の板材６４，６４の対向する面に溶接された一対の四角柱状の鋼製部材により構成されている。なお、受け係止部６２を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、例えば円柱状の部材や、板材であってもよい。
受け係止部６２は、図６（ｃ）に示すように、受け本体部６１の先端面に対してわずかに傾斜しているが、受け係止部６２は受け本体部６１の先端面と平行であってもよい。

補強材６３は、図５（ｂ）に示すように、受け本体部６１の基端部において、セグメント１の主桁２１に固定されている。
補強材６３は、受け本体部６１（底板６５）と主桁２１との角部に配設された鋼板であって、底板６５と主桁２１に溶接されている。本実施形態の補強材６３は、図６（ｃ）に示すように、受け本体部６１から離れるに従って、高さが低くなるように三角形状に形成されているが、補強材６３は矩形状であってもよい。

セグメント１同士を接合する際には、図２に示すように、一方のセグメント１の挿入部材５の先端部を、他方のセグメント１の受け部材６に主桁２１に面した開口部から挿入するとともに、トンネル軸方向（主桁２１と交差する方向）にずらす。このとき、挿入部材５の挿入係止部５２は、受け部材６の受け係止部６２の補強材６３側に沿って摺動させる。

本実施形態の継手構造４によれば、挿入部材５および受け部材６が、主桁２１に固定されているため、引張力を主桁２１に直接伝達させることが可能となる。そのため、セグメント１同士の固定度が高い。
また、挿入部材５および受け部材６を主桁２１に固定することで継手構造４の自由長（固定されていない部分の長さ）が短くなるため、継手の引張バネ値が高く、継手部の剛性が高い。そのため、トンネル外殻の変形を抑制することができる。
また、挿入部材５および受け部材６を主桁２１に固定することで継手構造４を構成する鋼材量を最小限に抑えることができるため、経済的である。

挿入板部５１が台形状に形成されているため、矩形状の場合に比べて使用鋼材量が低減されている。
同様に、補強材６３が三角形状に形成されているため、矩形状の場合に比べて使用鋼材量が低減されている。
また、主桁２１に直接固定することにより、挿入部材５および受け部材６の必要長さを短くすることが可能となり、鋼材量の低減化を図るとともに高い引張バネ値を得ることができる。
なお、受け本体部６の基端部に補強材６３が形成されているため、主桁２１との固定度を高められている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
前記実施形態では、継手構造４をコンクリート一体型鋼製セグメントに適用した場合について説明したが、継手構造４が適用可能のセグメントはこれに限定されるものではなく、例えば、スチールセグメントやその他の合成セグメントに採用してよい。

前記実施形態では、受け部材６２が補強材６３を有している場合について説明したが、補強材６３は必要に応じて形成すればよい。また、前記実施形態では、１枚の補強材６３が配設されている場合について説明したが、複数の補強材６３を配設してもよい。
また、前記実施形態では、鋼材を組み合わせることにより受け部材６を形成する場合について説明したが、受け部材６の構成は限定されるものではなく、例えば、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、鍛造により一体成形されていてもよい。
また、受け本体部６１は、断面視Ｃ字状であってもよい。

前記実施形態では、鋼材を組み合わせることにより挿入部材５を形成する場合について、挿入部材５の構成は限定されるものではなく、例えば、図７（ｃ）および（ｄ）に示すように、鍛造により一体成形されていてもよい。
また、前記実施形態では、挿入部材５の断面形状が十字状（ｔ字状）の場合について説明したが、挿入部材５の断面形状は限定されるものではなく、例えばＴ字状であってもよい（図７（ｃ）参照）。

前記実施形態では、セグメント１の端面に挿入部材５と受け部材６との両方が形成されている場合について説明したが、セグメント１の端面には挿入部材５および受け部材６のうちのいずれか一方のみが形成されていてもよい。
また、セグメント１は、セグメント１は、両端面に挿入部材５および受け部材６のうちのいずれか一方のみが形成されていてもよい。この場合、挿入部材５のみが形成されたセグメント１と受け部材６のみが形成されたセグメント１とを交互に配設すればよい。

１ セグメント
２ 鋼殻
２１ 主桁
２２ 端板
２３ スキンプレート
３ コンクリート
４ 継手構造
５ 挿入部材
５１ 挿入板部
５２ 挿入係止部
６ 受け部材
６１ 受け本体部
６２ 受け係止部
６３ 補強材

Claims (1)

1. 一方のセグメントに設けられた挿入部材を、トンネル周方向に隣接する他方のセグメントの端面に設けられた受け部材に係止させるセグメントの継ぎ手構造であって、
   前記挿入部材は、前記一方のセグメントの主桁のウェブの内面に直接固定されており、
   前記受け部材は、前記他方のセグメントの主桁のウェブの内面に直接固定されている、ことを特徴とするセグメントの継ぎ手構造。

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