JP6650684B2 - セグメント - Google Patents

Description

本発明は、相互に複数連結することによりトンネルの覆工体を構成するセグメントに関する。

シールド工法やＴＢＭ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（端板）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１００は、外周面を形成するスキンプレート１０１と、トンネル軸方向の両端に設けられる主桁１０２と、トンネル周方向の両端に設けられる端板（図示せず）と、を備えているのが一般的である（図５参照）。

曲げ変形が大きくなることが予想される区間では、図５に示すように、主桁（ウェブ１０２）にフランジ１０３を形成して、剛性および強度を高める場合がある。フランジ１０３により主桁の断面積を大きくすれば、セグメント１００の剛性および強度をより高めることが可能となる。なお、図５において符号１０４は形状保持材である。
フランジ１０３を有するセグメント１００に腹圧力Ｐが生じると、トンネル内空側へのフランジ１０３の面外変形が大きくなる傾向にある。コンクリートが中詰されたセグメントや、内面側に被りコンクリート１０５を有するセグメント１００においてフランジ１０３に大きな面外変形が生じると、コンクリート１０５にひび割れが生じるおそれや、コンクリート１０５が剥落するおそれがある。
また、腹圧力により、フランジ１０３が面外変形を起こすと、コンクリートのひびわれやフランジ１０３とコンクリートとの剥離が発生し、主桁１０３と中詰コンクリートとの一体的な挙動が損なわれ、覆工全体の剛性、耐力が低下することが懸念される。

そのため、特許文献１には、主桁のフランジとウェブとを接続部材で連結することによりフランジの面外変形を抑制するセグメントが開示されている。また、特許文献１には、主桁のフランジとスキンプレート、または、主桁の上下（外内）に配設されたフランジ同士を接続部材により接続することでフランジの面外変形を抑制するセグメントも開示されている。

特開２０１１−４７２６７号公報

腹圧力によるフランジの面外変形は、セグメント端部（ウェブ）の回転力に起因するため、フランジとウェブとの固定度を高めた場合であっても抑制することはできない。
また、接続部材の形状を断面コ字状の主桁に納まる形状に成形する必要があるため、高い加工精度が要求され、製造に手間がかかる。また、フランジとスキンプレートまたはフランジ同士の間隔に応じた高さの接続部材を用いるため、鋼材量が増加してしまう。

このような観点から、本発明は、簡易かつ安価にフランジの面外変形を抑制することを可能としたセグメント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、本発明のセグメントは、トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁と、トンネル周方向の両端に設けられた一対の端板と、前記一対の主桁および前記一対の端板の地山側の端面を覆うスキンプレートと、前記端板と平行に間隔をあけて前記主桁同士の間に横架された複数の形状保持材と、前記主桁のトンネル内面側に形成されたフランジに内空側端部が固定されているとともに前記形状保持材に地山側端部が固定された補強部材とを備えていることを特徴としている。
前記補強部材は、前記フランジの板面に立設されているとともに前記形状保持材の板面に重ねられた棒材または板材である。

かかるセグメントによれば、補強部材がフランジの面外変形に対して引張力で抵抗するため、フランジの変形を抑制することができる。
補強部材は、フランジと形状保持材との間に配設されているため、鋼材量を最小限に抑えることができる。また、補強部材は、形状保持材の板面に固定すればよいため、製造時に高い精度を要求する必要がなく、比較的容易に製造することができる。

本発明の継手構造によれば、簡易かつ安価にフランジの面外変形を抑制することが可能となる。

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。 （ａ）は図１のＸ−Ｘ矢視図、（ｂ）は同Ｙ−Ｙ矢視図である。 （ａ）は形状保持材とスキンプレートとの接合部を示す拡大図、（ｂ）は補強部材と形状保持材との接合部を示す拡大図である。 （ａ）は他の形態に係る補強部材を示す拡大縦断図、（ｂ）はその他の形態に係る補強部材を示す拡大縦断図である。 従来のセグメントを示す断面図である。

本実施形態では、図１に示すように、鋼殻２と、鋼殻２内に打設されたコンクリート３とにより構成されたコンクリート一体型鋼製セグメント（以下、端に「セグメント１」という）について説明する。
セグメント１は、円弧状に湾曲した版状に形成されており、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）を形成する。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。
鋼殻２は、一対の主桁４，４と、一対の端板５，５と、スキンプレート６と、複数の形状保持材７，７，…と、補強部材８とを備えて構成されている。

一対の主桁４，４は、セグメント１のトンネル軸方向の両端に設けられている。
主桁４は、トンネルの断面形状に応じて円弧状に形成された鋼製部材からなる。
本実施形態の主桁４は、図２（ａ）に示すように、ウェブ４１と、ウェブ４１の地山側端部およびトンネル内空側端部にそれぞれ設けられたフランジ４２，４２とを備えている。すなわち、本実施形態の主桁４は、ウェブ４１と一対のフランジ４２，４２により、断面視コ字状を呈している。
本実施形態の主桁４は、ウェブ４１を構成する鋼板と、フランジ４２を構成する鋼板とを溶接することにより形成されているが、主桁４の形成方法は限定されない。また、主桁４は、少なくともトンネル内空側にフランジ４２が形成されていればよく、必ずしも地山側のフランジ４２を備えている必要はない。

図１に示すように、主桁４には、複数のリング間ジョイント１１，１１，…が形成されている。リング間ジョイント１１は、セグメントリング同士を連結するものである。なお、リング間ジョイント１１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。
主桁４の一方の端部には、継手部材１３の位置に対応して矩形状の切欠き４３が形成されている。なお、切欠き４３は、継手部材１３の構成に応じて形成すればよく、切欠き４３の配置、形状および有無は限定されるものではない。

一対の端板５，５は、図１に示すように、トンネル周方向の両端に設けられている。端板５は、矩形状の鋼板からなり、一対の主桁４，４の端部に横架されている。
端板５のトンネル軸方向の一方の端部には矩形状の貫通孔５１が形成されていて他方の端部には矩形状の切欠き５２が形成されている。すなわち、端板５の両端部には、継手部材１２，１３の位置に対応して貫通孔５１または切欠き５２がそれぞれ形成されている。端板５の切欠き５２と主桁４の切欠き４３とにより、セグメント１の角部に開口が形成されている。なお、貫通孔５１および切欠き５２は、継手部材１２，１３の構成に応じて形成すればよい。すなわち、貫通孔５１および切欠き５２の配置、形状および有無は継手部材１２，１３の構成に応じて適宜設定すればよい。

継手部材１２，１３は、セグメント１同士を連結するための部材である。本実施形態では、一方のセグメント１の端面に突設された継手部材１２を、他方のセグメント１の端面に形成された継手部材１３に係止させることで、セグメント１同士が連結される。
本実施形態の継手部材１２，１３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、継手部材１２，１３の形成箇所は限定されるものではない。また、継手部材１２，１３は、複数段形成されていてもよい。
さらに、セグメント１同士を接合するための継手構造（継手部材１２，１３の構成）は限定されるものではない。

スキンプレート６は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、セグメント１の地山側の端面を覆っている。
スキンプレート６は、枠状に組み付けられた主桁４，４および端板５，５の開口部の外周面側（地山側）を塞ぐように配置された鋼板である（図２（ａ）および（ｂ）参照）。

形状保持材７，７，…は、図１に示すように、枠状に組み付けられた主桁４，４および端板５，５の内空部分に間隔をあけて配置されている。形状保持材７は、端板５と平行となるように、主桁４同士の間に横架されている。
形状保持材７は鋼板からなり、図２（ａ）に示すように、地山側端面がスキンプレート６に当接しているとともに、トンネル軸方向両端がそれぞれ主桁４，４の板面に当接している。

形状保持材７は、スキンプレート６との接合部に凹部７１，７１を有しているとともに、スキンプレート側の角部（ウェブ４１とフランジ４２の角部）に隅切り部７２，７２を有している。なお、本実施形態では、３つの凹部７１，７１，７１が形成されているが、凹部７１の数は限定されるものではない。また、凹部７１および隅切り部７２は必要に応じて形成すればよい。
形状保持材７は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、凹部７１以外の部分のスキンプレート６との当接箇所７３において溶接されているとともに、端部７４がウェブ４１とフランジ４２に溶接されている。
なお、本実施形態では、スキンプレート６に対して、形状保持材７の一方の面と他方の面において、千鳥状に溶接しているが、形状保持材７の固定方法は限定されない。

補強部材８は、図３（ｂ）に示すように、一端８１がトンネル内空側のフランジ４２に固定されているとともに他端８２が形状保持材７に固定されている。
本実施形態の補強部材８は、矩形断面の棒材により構成する。なお、補強部材８を構成する棒材の幅寸法は限定されるものではない。また、補強部材８を構成する棒材の断面形状は矩形に限定されるものではなく、例えば、円形断面、楕円形断面、小判型断面またはその他の多角形断面であってもよい。
また、補強部材８は棒材に限定されるものではない。例えば、図４（ａ）に示すように板材であってもよいし、図４（ｂ）に示すようにＬ字状の鋼材であってもよい。なお、補強部材８として、板材を使用する場合には、補強部材８の板厚および板幅は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
図３（ｂ）に示すように、補強部材８は、フランジ４２の板面に立設されている。補強部材８の一端８１はフランジ４２の板面に溶接されている。また、補強部材８の他端８２は、形状保持材７の板面に重ねた状態で、形状保持材７に溶接されている。

コンクリート３は、図１に示すように、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の内部に形成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。

本実施形態のセグメント１によれば、フランジ４２と形状保持材７とを連結する補強部材８が、フランジ４２の面外変形に対して引張力で抵抗するため、フランジ４２の変形を抑制すること（最小限に抑えること）ができる。そのため、セグメント１に腹圧力が作用した場合であっても、フランジ４２の面外変形に起因するコンクリート３のひびわれや剥落を防止することができる。

補強部材８は、フランジ４２と形状保持材７との間に配設されているため、鋼材量を最小限に抑えることができる。
また、補強部材８は、形状保持材７の板面に固定すればよいため、比較的容易に製造することができる。すなわち、補強部材８は、形状保持材７と接合するために必要な重ね代を確保していればよいため、製造時に高い精度を要求する必要がない。

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、補強部材８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、補強部材８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。
また、前記実施形態では、鋼殻２の内部にもコンクリート３（内部コンクリート３２）が打設されている場合について説明したが、コンクリート３は、鋼殻の２の表面（内空側の面）のみに打設されていてもよい。
例えば、コンクリート３は、トンネル覆工に作用する応力やトンネルの断面形状等に応じて、普通コンクリート、高強度コンクリート、高流動コンクリート、繊維補強コンクリート等の中から、適宜選択して使用すればよい。
前記実施形態では、棒状部材からなる補強部材８をフランジ４２に溶接する場合について説明したが、補強部材８の固定方法は限定されるものではなく、例えば、ナットを介してネジ加工が施された補強部材８をフランジ４２に螺着してもよい。

１ セグメント
２ 鋼殻
３ コンクリート
４ 主桁
４１ ウェブ
４２ フランジ
５ 端板
６ スキンプレート
７ 形状保持材
８ 補強部材

Claims (1)

1. トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁と、
   トンネル周方向の両端に設けられた一対の端板と、
   前記一対の主桁および前記一対の端板の地山側の端面を覆うスキンプレートと、
   前記端板と平行に間隔をあけて前記主桁同士の間に横架された複数の形状保持材と、
   前記主桁のトンネル内面側に形成されたフランジに内空側端部が固定されているとともに前記形状保持材に地山側端部が固定された補強部材と、を備えるセグメントであって、
   前記補強部材が、前記フランジの板面に立設されているとともに前記形状保持材の板面に重ねられた棒材または板材であることを特徴とする、セグメント。

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