JP6905813B2 - 合成セグメント及びリング体 - Google Patents

Description

本発明は、沈設構造物を構成し、鋼材と中詰材とを備える合成セグメント、及び当該合成セグメントを複数連結して形成したリング体に関する。

立坑や橋脚補強等の沈設構造物を地中に構築するために、複数のセグメントを連結してリング体を構築し、リング体をその軸線方向に重ねて複数連結した、地中に沈設される沈設体が知られている。

沈設体を地中に沈設する際には、施工場所の地表面上に刃口リングを設け、刃口リングの内側の地盤を掘削した後、刃口リングの上端を沈設装置によって地盤に向けて押圧し、刃口リングを地中に沈設していく。ある程度の深さまで刃口リングを沈設させた後、刃口リングの上端に別のリング体を連結し、リング体の内側を掘削し、リング体の上端を沈設装置によって地盤に向けて押圧し、リング体を地中に沈設していく。このように、複数のリング体の連結による沈設体の組み立てと、地盤の掘削及び沈設体の押圧とを順に繰り返すことで、沈設体を地中に沈設することができる。

リング体を構成するセグメントとしては、沈設構造物の壁面となる湾曲形成されたプレートと、プレートの上端部及び下端部に設けられた主桁と、プレートの左端部及び右端部に設けられた継手とを備えるリング体を構築するセグメントが公知になっている。プレート、主桁及び継手は、全て板状に形成されている（例えば、特許文献１参照）。

また、リング体として、内側から内枠として圧入型枠、鉄筋、外枠としてスチール構造体が配置されたリング体が公知になっている。圧入型枠、スチール構造体の二重枠の間の鉄筋が配置されている空間には、コンクリートが打ち込まれている。スチール構造体が、鉄筋及びコンクリートと一体になっている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３９６７４９４号公報 特許第４３１３８７１号公報

近年、大断面での沈設構造物の施工の需要が増加している。大断面の施工になると、沈設構造物を構成するセグメントも必要な断面性能を確保するために大きくする必要がある。また、沈設構造物として長く使用するため将来の劣化を考慮した維持管理性に適した仕様が望まれる。

しかし、トラックやトレーラー等の輸送機器には、積載可能な大きさに制限があるため、従来の構造のセグメントを単に大きくするだけでは、セグメントを作成した後に施工現場まで運搬することが困難である。また、施工現場で一から沈設構造物を作成することは施工効率の低下を招き好ましくない。さらに、空気や湿気に曝露される面が鋼材である場合、塗装等の防食措置が必要となることも考慮しなければならない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、大断面での沈設構造物の施工に対応することができ、施工効率の低下を抑制することができ、かつ維持管理性に優れた合成セグメント及び複数の合成セグメントを連結したリング体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、地中に埋設される沈設構造物を構成する合成セグメントであって、前記沈設構造物の外壁を形成する外側ピースと、前記沈設構造物の内壁を形成する内側ピースと、前記外側ピース及び前記内側ピースそれぞれの長手方向における両端部間において、前記外側ピース及び前記内側ピースを互いに連結する中間連結部材と、前記外側ピースと前記内側ピースとの間に設けられた中詰材と、を備え、前記外側ピース及び前記内側ピースのうち少なくとも一方がコンクリートにより形成されていることを特徴とする。

また、前記外側ピースの長手方向における少なくとも一方の端部と、前記内側ピースの長手方向における少なくとも一方の端部とを互いに連結する端部連結部材を有することが好ましい。

また、前記端部連結部材は、少なくとも厚さ１６ｍｍのプレートであり、前記端部連結部材は、互いに最大１８ｍの間隔をおいて設けられていることが好ましい。

また、前記外側ピースには、周方向に隣接する他の外側ピースと連結する外側連結部材が設けられており、前記内側ピースには、周方向に隣接する他の内側ピースと連結する内側連結部材が設けられており、前記外側連結部材及び前記内側連結部材の連結端は、嵌合機構を有することが好ましい。

また、前記外側連結部材は、前記外側ピースの周方向における両端部に設けられており、前記内側連結部材は、前記内側ピースの周方向における両端部に設けられていることが好ましい。

また、前記中間連結部材は、断面積が少なくとも１９．０５ｍｍ^２の棒材であり、前記中間連結部材は複数設けられており、隣接する中間連結部材に対して、前記外側ピース及び前記内側ピースの長手方向及び短手方向に、最大０．６ｍの間隔をおいて設けられていることが好ましい。

また、前記外側ピース及び前記内側ピースの少なくとも一方は、前記中詰材と接触する面に、前記中詰材に係止する係止部材を有することが好ましい。

また、前記外側ピースが鋼製であり、壁面を形成するプレートと、該プレートの上端部及び下端部に立設された主桁と、これらの主桁間に設けられた補剛材とを備えており、
前記内側ピースがコンクリート製であり、長手方向に配置した複数の主鉄筋と、該主鉄筋を束ねる複数の帯鉄筋と、を備えていることが好ましい。

また、前記鋼製の外側ピース及び前記コンクリート製の内側ピースそれぞれの長手方向における両端部間において、前記鋼製の外側ピースと前記コンクリート製の内側ピースとを連結する中間連結部材は、一端が前記鋼製の外側ピースの補剛材に固定されており、もう一端が前記コンクリート製の内側ピースのコンクリート部分に定着されていることが好ましい。

また、前記中間連結部材は、一端が前記外側ピースに固定されている棒材と、一端が前記内側ピースに固定されている棒材とを備え、前記両棒材の他端同士を繋ぐ連結具を備えていることが好ましい。

また、前記中詰材はコンクリート、ソイルセメント、モルタル又はスラグであることが好ましい。

さらに、本発明は、地中に沈設される沈設構造物の外壁を形成する鋼製の外側ピースと、前記沈設構造物の内壁を形成するコンクリート製の内側ピースと、前記外側ピース及び前記内側ピースそれぞれの長手方向における両端部間において、前記鋼製の外側ピースと前記コンクリート製の内側ピースとを互いに連結する複数の中間連結部材と、前記鋼製の外側ピースと前記コンクリート製の内側ピースの間に設けられている中詰材と、を備え、外側ピース及び内側ピースのうち少なくとも一方がコンクリートにより形成されている合成セグメントを複数連結して構成することを特徴とする。

また、前記外側ピースの長手方向における少なくとも一方の端部と、前記内側ピースの長手方向における少なくとも一方の端部とを互いに連結する端部連結部材を有し、前記端部連結部材は、隣接する前記端部連結部材と、前記沈設構造物の周方向において互いに最大１８ｍの間隔をおいて設けられていることが好ましい。

本発明によれば、大断面での沈設構造物の施工に対応することができ、施工効率の低下を抑制することができ、かつ優れた維持管理性を達成することができる。

地中に沈設された沈設構造物の一部を断面視した概略正面図である。 セグメントの斜視図である。 中詰材がないセグメントの平面図である。 図２に示すセグメントから中詰材を部分的に除去して示す斜視図である。 図２のV−V線上におけるセグメントの断面図である。 セグメントの曲げモーメントと曲率の関係を示すグラフである。

本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施の形態は一つの例示であり、本発明の範囲において、種々の形態をとりうる。

図１は、地中に沈設された沈設構造物１００の一部を断面視した概略正面図であり、沈設構造物１００を立坑に適用した例を示している。図２は、セグメント５の斜視図である。図３は、二重リング４４を形成する互いに連結されたセグメント５の平面図であり、中詰材５４を充填する前の状態を示す。図４は、図２に示すセグメント５から中詰材５４を部分的に除去して示す斜視図であり、一部を透視可能に描いた。図５は、図２に示すセグメント５のV−V線上における断面図であり、一部を透視可能に描いた。

［沈設構造物の構成］
図１に示すように、沈設構造物１００は、シールド工法等によって地中に構築されるトンネルＴの掘削開始地点や中間地点等に設けられ、沈設構造物１００の内側の空間Ｓがシールドマシンの搬送路や換気口となる。
沈設構造物１００は、地中に沈設された沈設体１と、沈設体１の内側の底部に設けられた底盤部２と、を備えている。

＜沈設体＞
図１に示すように、沈設体１は、円筒状に構築されており、その軸線が鉛直方向に沿うように地中に沈設される。沈設体１は、平面視円環状のリング体４をその軸線方向に複数連結して組み立てたものである。沈設体１を構成するリング体４は、刃口リング４１と、ガイドリング４２と、作業台リング４３と、二重リング４４とが上下方向に積み上げられて構成されている。

刃口リング４１は、沈設体１の最下端に設けられるリング体であり、その下端に刃口を有している。刃口リング４１は、その歯先（先端）を外側に有している。ガイドリング４２は、刃口リング４１の上端に複数連結されて、沈設体１の沈設をガイドする。作業台リング４３は、ガイドリング４２の上端に連結されている。作業台リング４３は、上端面が下端面よりも大きくなるように形成されており、上端面が作業台リング４３の内側に張り出すように形成されている。作業台リング４３の上端面は、少なくとも二重リング４４が載置できる程度の大きさに形成されている。二重リング４４は、作業台リング４３の上端に連結されている。作業台リング４３の上方には、二重リング４４が複数段に亘って設けられている。

なお、刃口リング４１と作業台リング４３との間に設けられているガイドリング４２は、刃口リング４１から作業台リング４３に向かうにつれて徐々に軸線方向の端面の幅が広がるように形成されているとより好ましい。すなわち、上方のガイドリング４２になるほどその上端面の幅が作業台リング４３の幅に近づくように形成されていることが好ましい。

上下に隣接するリング４１，４２において、上方のリング４２の各セグメントと下方のリング４１の各セグメントとは、互いにリング４１，４２の周方向にずれて千鳥状に配置されている。なお、この配置は、リング４２とリング４３、リング４３とリング４４、及びリング４４，４４においても同様である。リング体４は、セグメント５をその壁面方向に沿って連結して組み立てることにより形成される。

＜二重リングのセグメント＞
リング体４のうち二重リング４４は、複数のセグメント５を連結して、最終的に環状に形成したものである。各セグメント５は、連結して二重リング４４を形成した場合に、二重リング４４の外径が、例えば３０ｍになるような曲率半径をもって周方向に湾曲して構成されていることが好ましい。また、セグメント５の、二重リング４４の径方向に見た幅は、例えば０．９ｍ〜３．０ｍであることが好ましく、特に２．５ｍであるとよい。
図２から図５に示すように、二重リング４４のセグメント５は、沈設構造物１００の外壁を形成する鋼製の外側ピース５１と、沈設構造物１００の内壁を形成するコンクリート製の内側ピース５２と、外側ピース５１及び内側ピース５２を連結する連結部材５３と、鋼製の外側ピース５１とコンクリート製の内側ピース５２との間の空間を埋める中詰材５４とを備える、合成セグメントである。
また、鋼製の外側ピース５１及びコンクリート製の内側ピース５２の、セグメント５の厚さ方向での高さは、例えば０．５ｍ〜２．５ｍ、より具体的には、０．９ｍ〜１．５ｍであることが好ましく、特に１．０ｍであるとよく、両ピース５１，５２の間隔は、例えば０．４ｍ〜２．５ｍ、より具体的には、１．０ｍ〜２．０ｍであることが好ましく、特に１．９ｍであるとよい。

（外側ピース）
外側ピース５１は、二重リング４４の外壁面をなす円弧状に湾曲形成された矩形状のプレート６１と、プレート６１の湾曲に沿った外縁に立設された２つの主桁６２と、２つの主桁６２の両端部間を結ぶように主桁６２の長手方向（長さ又は延在方向）における両端に立設された継手板６３と、２つの主桁６２間を結ぶように継手板６３に略平行にプレート６１の内面側に設けられた補剛材６４と、プレート６１の周方向における両端に設けられた外側連結部材６５と、中詰材５４と外側ピース５１との固定を図るための係止部材６６とを備えている。
図１に示すように、外側ピース５１は、刃口リング４１の上方に設置されている。具体的には、刃口リング４１及び外側ピース５１の外周面は、沈設体１の同一径上にある。これにより、リング体４を地中に沈設する際に、外側ピース５１の上方に力を加えるので、リング体４を沈設させようとする押圧力を、外側ピース５１を介して刃口リング４１に効率よく伝達することができる。
外側ピース５１の材質は、地中への埋設時の荷重に対する耐性を備えていればよく、特に鋼製であることが好ましい。

プレート６１は鋼板であって、例えばスキンプレートとも呼ばれ、二重リング４４の外壁面をなし、２つの主桁６２の間を結ぶように、かつ二重リング４４の径方向外側の、主桁６２の端面に接合されている。プレート６１の、板厚は、例えば３ｍｍ〜２６ｍｍであることが好ましく、特に９ｍｍであるとよく、また、プレート６１の、セグメント５の厚さ方向で見た幅は、例えば０．５ｍ〜２．５ｍであることが好ましく、特に１．０ｍであるとよい。

主桁６２は、鋼製の板材として形成されており、プレート６１の上端部及び下端部に立設されている。主桁６２の、板厚は、例えば６ｍｍ〜２５ｍｍであることが好ましく、特に１７．４ｍｍであるとよく、また、主桁６２の、セグメント５の幅方向で見た幅は、例えば０．１ｍ〜０．５ｍであるとよく、特に０．３ｍであるとよい。

各主桁６２には、その長手（延在）方向に沿って所定の間隔をあけて、ボルトを挿通する複数の貫通孔６２ａが形成されている。ここで、両主桁６２の貫通孔６２ａは、互いに貫通孔６２ａが二重リング４４の軸線に平行な同一軸線上に沿って貫通するように形成されており、二重リング４４を上下に積み重ねた際に、各主桁６２の各貫通孔６２ａ同士が対向するように形成されている。二重リング４４同士を連結する際には、上下に隣接する二重リング４４の主桁６２同士を突き合わせ、双方の貫通孔６２ａにボルトを挿通してナットで締め付けることにより、隣接する二重リング４４同士を連結し、沈設体１を構築することができる。
また、沈設体の施工をより速く行うためには、上記の上下に隣接する二重リング４４の主桁６２同士を突き合わせ、双方の貫通孔６２ａにボルトを挿通してナットで締め付ける方法に替えて、一方の主桁６２の貫通孔６２ａに外面に向けた雄継手と、他方の主桁６２の貫通孔６２ａの内面に雌継手を設置し、上下に隣接する二重リング４４の主桁６２同士を、一方のセグメント５の雄継手が他方のセグメント５の雌継手に挿入されて係止する機構とすることが望ましい。両継手は相対して互いに同心に位置している。雄継手は、例えば、くさび状に形成されており、くさび状に形成された部分が弾性変形した状態で雌継手に挿入され、雄継手の復元力によって雌継手内に保持される。
なお、雄継手及び雌継手には公知のものを使用することができ、上記の構成には限定されない。

継手板６３は、鋼製の板材として形成されており、２つの主桁６２の両端部の間において主桁６２の左右の両端に立設されている。継手板６３の板厚は、例えば４ｍｍ〜２５ｍｍであることが好ましく、特に９．５ｍｍであるとよく、また、継手板６３のセグメント５の幅方向で見た幅は、例えば０．１ｍ〜０．５ｍであることが好ましく、特に０．３ｍであるとよい。さらに、継手板６３のセグメント５の厚さ方向で見た長さは、０．５ｍ〜２．５ｍであることが好ましく、特に１．０ｍであるとよい。

補剛材６４は、横断面形状がＬ字形の鋼製の板材として形成されている。補剛材６４の板厚は、例えば３ｍｍ〜２５ｍｍであることが好ましく、特に１６ｍｍであるとよく、また、補剛材６４のセグメント５の幅方向で見た幅は、例えば０．１ｍ〜０．５ｍであることが好ましく、特に０．３ｍであるとよい。さらに、補剛材６４のセグメント５の厚さ方向で見た長さは、例えば０．５ｍ〜２．５ｍであることが好ましく、特に１．０ｍであるとよい。
補剛材６４は、外側ピース５１の剛性を高める機能、及び後述する連結部材５３を取り付ける機能の２つの機能を兼ね備えている。補剛材６４は、プレート６１の湾曲方向（長手方向）に沿って所定の間隔をあけて、継手板６３に対して略平行にプレート６１の内周面に立設されている。補剛材６４は、プレート６１の内周面に溶接等により連結されている。
なお、補剛材６４の横断面形状は、セグメント５の剛性を高め、連結部材５３との連結を可能にするのであれば、例えば矩形であってもよく、その形状については限定されない。
補剛材６４は、連結部材５３の後述する中間連結部材５３ｂと連結する。補剛材６４には、中間連結部材５３ｂとの連結を可能にする締結具用の貫通孔が形成されている。補剛材６４側の貫通孔と、中間連結部材５３ｂ側の締結具用の貫通孔とにボルトが挿通されて、挿通されたボルトにナットを締め付けることにより、中間連結部材５３ｂと補剛材６４とが相対的に不動に締結される。

なお、主桁６２及び補剛材６４は、いずれもプレート６１に溶接によって接合されていてもよいし、一部がプレート６１と一体に形成されていてもよい。また、継手板６３は、主桁６２に溶接によって接合されていてもよいし、一部が主桁６２と一体に形成されていてもよい。

外側ピース５１の外側連結部材６５は、周方向に隣接するセグメント５同士を嵌合により連結するためのものであり、プレート６１の周方向における両端部に設けられていて、プレート６１の幅方向に亘って延在している。外側ピース５１の外側連結部材６５の一端はプレート６１に溶接等によって接合されており、他端は鉤状に形成されている。セグメント５同士の連結は、隣接するセグメント５のプレート６１における外側連結部材６５と先端部同士を噛み合わせて行う。つまりセグメント５は、外側ピース５１の外側連結部材６５を鉤状の他端において、周方向に隣接するセグメント５の外側ピース５１の外側連結部材６５の鉤状の他端と連結させることで、周方向に隣接するセグメント５に連結することができる。
なお、外側ピース５１の外側連結部材６５は別部材としてプレート６１に溶接によって接合されていてもよいし、プレート６１に一体に形成されていてもよい。

図４及び図５に示す係止部材６６は鋼製の部材として形成されており、中詰材５４と鋼製の外側ピース５１との一体化ずれ止め効果（ジベル効果）を奏するものである。係止部材６６は、例えばスタッドジベルであり、軸部と、軸部よりも軸方向投影面積が大きい抜け出し防止用の頭部を有する。
係止部材６６は、鋼製の外側ピース５１の中詰材５４と接触する面に取り付けられている。具体的には、係止部材６６は、プレート６１の内周面、主桁６２の内面、継手板６３の内面及び補剛材６４の主面の少なくとも一つに、溶接等により接合されていればよい。例えば図４及び図５においては、係止部材６６は、隣接する補剛材６４の間においてプレート６１の内周面に取り付けられている。

（内側ピース）
図２から図４に示すように、内側ピース５２は、二重リング４４の内壁面をなす円弧状に湾曲形成された平面視矩形状のセグメント本体７１と、セグメント本体７１に設けられている内側ピース５２の内側連結部材７６と、を備えている。
セグメント本体７１はコンクリートにより形成されている。セグメント本体７１は、セグメント５を連結して二重リング４４にした際の環の中心を通る軸線方向に沿った周方向側の両端面に、後述する内側ピース５２の内側連結部材７６を収容するための凹部７１ａを備えている。
また、セグメント本体７１は、二重リング４４の軸線方向に貫通するとともに互いに平行に等間隔に配置された複数の貫通孔７１ｂを有する。ここで、「軸線方向に貫通する」とは、貫通孔７１ｂが、セグメント５の軸線に平行な同一軸線上に沿って、セグメント本体７１の上端面からセグメント本体７１の下端面にまで貫通していることを意味する。

セグメント本体７１の内部には、円弧状に湾曲形成された複数の主筋７３と該主筋７３を束ねる複数の配力筋７５を備えている。湾曲形成されたコンクリート製の内側ピース５２の長手方向（延在方向）における両端には、二重リング４４の内壁面を繋ぐための内側ピース５２の内側連結部材７６を備えている。コンクリート製の内側ピース５２、鋼製の外側ピース５１、及び中詰材５４との一体化を図るために、中間連結部材５３ｂの一方の端部が外側ピース５１の補剛材６４に固定されており、他方の端部がセグメント本体７１に定着されている。
内側ピース５２は、セグメント５の幅方向で見た幅は、例えば０．１ｍ〜０．５ｍであるとよく、特に０．３ｍであるとよい。

図５に示すセグメント５において、主筋７３は、セグメント５の短手（高さ）方向に５本、幅方向に３段配置されているが、少なくともセグメント５の短手方向に３本、幅方向に２段配置されていればよく、例えば鉄筋を用いる場合、直径が１３ｍｍ〜５１ｍｍであることが好ましく、特に直径が３８ｍｍであるとよく、各段で異なる直径であってもよい。例えば最内空側の主筋７３の直径を３８ｍｍとし、その他の主筋７３の直径を２９ｍｍとするとよい。
図５に示すように、主筋７３は、主筋７３の延在方向に対して直角を成すように配置した配力筋７５によって取り囲まれている。より具体的には、配力筋７５は、セグメント本体７１の内部に配置した主筋７３を取り囲むように配置した部分と、セグメント本体７１の鋼製の外側ピース５１側に露出して中詰材５４中に配置する主筋７３をも取り囲むように配置した部分とを備えている。セグメント本体７１と中詰材５４とは、セグメント本体７１中に配置する主筋７３と中詰材５４中に配置する主筋７３とを取り囲むように配置した配力筋７５により一体化され、より高い補強機能を果たすようになっている。

図４に示すように、セグメント本体７１の周方向における両端部には、セグメント５の軸線方向に所定の長さに沿って内側ピース５２の内側連結部材７６が設けられている。より具体的には、内側ピース５２の内側連結部材７６は、主筋７３に発生する軸力を伝達するように配置されており、例えば、主筋７３に溶接する、あるいは、主筋７３群と配力筋７５群とで囲まれるコンクリート中に定着する。すなわち、周方向に隣り合うコンクリート製の内側ピース５２を連結するため、内側ピース５２の内側連結部材７６の一端は、隣のコンクリート製の内側ピース５２の内側連結部材７６の一端と互いに噛み合って嵌合する鉤形状となっており、他端はセグメント本体７１内に埋め込まれている。内側ピース５２の内側連結部材７６は、主筋７３に発生する軸力を伝達すればよいため、軸力の大きさに応じて、セグメント５の短手方向全長に亘る長さであってもよく、内側ピース５２の短い内側連結部材７６を複数併設してもよい。

（連結部材）
連結部材５３は、図３及び図４に示すように、外側ピース５１と内側ピース５２との間に複数設けられて、セグメント５のせん断強度を高めるものである。さらに、連結部材５３は、中詰材５４と接合することで、外側ピース５１及び内側ピース５２と、中詰材５４との一体性を高める。
連結部材５３は、外側ピース５１及び内側ピース５２の長手方向における少なくとも一方の端部同士を連結する端部連結部材５３ａと、外側及び内側ピース５１，５２の両端部の間で両ピース５１，５２を連結する中間連結部材５３ｂとを有する。

端部連結部材５３ａは、鋼製の板材として形成されており、例えば直線鋼矢板である。端部連結部材５３ａは、外側及び内側ピース５１，５２の両端部に、セグメント５の高さ方向に亘って設けられている。端部連結部材５３ａは、外側ピース５１の継手板６３と内側ピース５２のセグメント本体７１との間に設けられていて、継手板６３に、例えば溶接により接合され、セグメント本体７１に当接しているか、又は埋設されている。端部連結部材５３ａの板厚は、例えば１６ｍｍ〜５０ｍｍであることが好ましく、特に４０ｍｍであるとよく、また、端部連結部材５３ａの、セグメント５の厚さ方向で見た幅は、例えば０．５ｍ〜２．５ｍであることが好ましく、特に１．０ｍであるとよい。さらに、隣接する端部連結部材５３ａ間の間隔は、例えば３ｍ〜１８ｍであることが好ましく、特に４ｍであるとよい。
ここで「隣接する端部連結部材５３ａとの間隔」とは、１つのセグメント５において２つの端部連結部材５３ａが設けられている場合の端部連結部材５３ａ同士の間隔である。端部連結部材５３ａ同士の間隔は、外側ピース５１と内側ピース５２との間の中間位置においてセグメント５の延在方向に沿って測定する間隔であり、つまり、セグメント５の長手方向両端部間における中立線（面）の長さから測定した間隔である。
なお、互いに隣接する一方のセグメント５に１つの端部連結部材５３ａが設けられ、他方のセグメント５に１つの端部連結部材５３ａが設けられてもよい。

中間連結部材５３ｂは、図４及び図５に示すように、鋼製の外側ピース５１とコンクリート製の内側ピース５２との間に複数設けられて、セグメント５のせん断強度を高めるものである。さらに、中間連結部材５３ｂは、中詰材５４と接合することで、鋼製の外側ピース５１及びコンクリート製の内側ピース５２と、中詰材５４との一体性を高める。
隣接する中間連結部材５３ｂは、外側及び内側ピース５１，５２の湾曲方向（長手方向）及びセグメント５の厚さ方向（短手方向）沿って、互いに所定の間隔をあけて設けられている。具体的には、隣接する中間連結部材５３ｂは互いに、上記の各方向に、例えば０．１ｍ〜０．６ｍの間隔をあけて設けられていることが好ましく、特に０．６ｍの間隔をあけて設けられているとよい。

中間連結部材５３ｂは、運搬性を高めるため、セグメント本体７１近傍で分割されていることが望ましく、図５に示すように、鋼製の棒材５３ｃと、この棒材５３ｃの鋼製の外側ピース５１側に設けられた鋼製の矩形状の板材５３ｄと、ねじ式の連結具７４と、コンクリート製の内側ピース５２に埋設し一体化された鋼製の棒材５３ｅと、を備えている。
板材５３ｄが設けられている側とは反対側の棒材５３ｃの端部、及び、コンクリート製の内側ピース５２内に埋設されていない棒材５３ｅの端部には、ねじ山（図示せず）が形成されている。
棒材５３ｅは、コンクリート製の内側ピース５２内への定着性を考慮して、内側ピース５２内に埋設されている端部同士が互いに連結されたＵ字状の一体の構成物として形成されている。具体的には、棒材５３ｅは、セグメント５の厚さ方向において上下位置に配置された２つの腕部５３ｆ，５３ｆと、これらの腕部５３ｆ，５３ｆを連結する連結部５３ｇとを備える。厚さ方向に所定の間隔をあけて設けられた棒材５３ｃ同士は、連結具７４、Ｕ字状の棒材５３ｅの腕部５３ｆ及び連結部５３ｇを介して厚さ方向に連結されている。
板材５３ｄには、連結時に補剛材６４に形成された貫通孔と同心となる貫通孔が形成されている。セグメント５の組立て時に、板材５３ｄ及び補剛材６４は、同心に整合した貫通孔にボルトが挿入されて、挿入側とは反対側に突き出たボルトにナットを締め付けることによって互いに連結されている。つまり、中間連結部材５３ｂは、その板材５３ｄをボルト及びナットを介して鋼製の外側ピース５１の補剛材６４に連結される。

また、ねじ式の連結具７４は、例えば長ナットであり、鋼製の外側ピース５１の補剛材６４に固定された棒材５３ｃのねじ山が形成された端部と、コンクリート製の内側ピース５２のセグメント本体７１から露出した鋼製の棒材５３ｅのねじ山が形成された端部とを、軸線を中心に回すことにより互いの距離を伸縮させて連結する。
中間連結部材５３ｂの棒材５３ｃ及び５３ｅは、例えば鋼製の棒状の鉄筋（棒材）として形成されている。中間連結部材５３ｂの棒材５３ｃ及び棒材５３ｅの断面積は、例えば１９．０５ｍｍ^２〜５０．８ｍｍ^２であることが好ましく、特に３１．８ｍｍ^２であってよい。

（中詰材）
中詰材５４は、セグメント５の外側ピース５１と内側ピース５２との間に充填されるものであり、例えば、コンクリートが用いられる。
中詰材５４は、外側ピース５１と内側ピース５２との間に設けられており、より具体的には、鋼製の外側ピース５１及びコンクリート製の内側ピース５２と、端部連結部材５３ａとにより画成された空間内に充填されている。したがって、中詰材５４内に中間連結部材５３ｂ、補剛材６４，連結具７４、外側ピース５１の端部連結部材５３ａ、ならびにコンクリート製の内側ピース５２の外に配置される部分の主筋７３及び配力筋７５は埋没していることになり、中詰材５４の固化後には、中間連結部材５３ｂ、補剛材６４，連結具７４、外側ピース５１の端部連結部材５３ａ、ならびにコンクリート製の内側ピース５２の外に配置される部分の主筋７３及び配力筋７５は中詰材５４と接合する。これにより、鋼製の外側ピース５１及びコンクリート製の内側ピース５２と中詰材５４とは一体に結合されて、外側及び内側ピース５１，５２と中詰材５４との相対的なずれが抑制される。
なお、図５において、中間連結部材５３ｂ、補剛材６４、係止部材６６、連結具７４、外側ピース５１の端部連結部材５３ａ、ならびにコンクリート製の内側ピース５２の外に配置される部分の主筋７３及び配力筋７５はこれらを見やすくするために、中詰材５４に埋もれていないように描いた。

＜底盤部＞
図１に示すように、底盤部２は、沈設構造物１００の基礎になるとともに、地中の地下水が沈設体１の内側に湧き出すことを防止する。
底盤部２は、例えば、水中コンクリートによって構築されている。底盤部２は、その上面がほぼ水平面に沿うように構築されている。

＜沈設アンカー＞
沈設アンカー３は、沈設体１を地中に沈設する工程において、最上端のリング体４の上方からそのリング体４に力を加えて地中に押し込む際に、地盤に反力をとるものである。図１に示すように、沈設アンカー３は、沈設体１の沈設位置の外側かつ下方に掘削された地盤に埋設、固定される定着部３１と、定着部３１に連結され、沈設体１の外壁面に沿って地表まで延び、リング体４を押し込む沈設装置（図示せず）の不動部分（基礎部等）に連結される連結部３２とを有している。

［本発明に係るセグメントの曲げ性能試算］
次に、図６は、セグメント５の曲げ性能を評価するため、実物大の立坑を想定して、外側ピースと内側ピースの両方が鋼製の場合（比較例１）、及び、片方がコンクリート製の場合（実施例１〜４）におけるセグメントの立坑軸方向周りの曲げモーメントと曲率との関係を示すグラフであり、外側ピース及び内側ピースのうち片方がコンクリート製のピースの場合は、コンクリート製のピースが圧縮側となる方向に曲げた場合と引張側となる方向に曲げた場合、鉄筋量が異なる合計４つの実施例１〜４を示している。つまり、片方がコンクリート製のピースの場合は、コンクリート製のピースが圧縮側となる場合と、コンクリート製のピースが引張側となる場合とで曲げ性能が異なるため、双方の試算結果を示している。

比較例１は両側ピースが鋼製の場合の試算結果を示している。また、実施例１と実施例２とは片側ピースがコンクリート製でもう一方のピースが鋼製の同じ構造であり、実施例１がコンクリート製のピースが引張となる曲げ力を受けた場合、実施例２がコンクリート製のピースが圧縮となる曲げ力を受けた場合をそれぞれ示している。また、実施例３と実施例４とは片側ピースがコンクリート製でもう一方のピースが鋼製の同じ構造であり、実施例３がコンクリート製のピースが引張となる曲げ力を受けた場合、ケース実施例４がコンクリート製のピースが圧縮となる曲げ力を受けた場合をそれぞれ示している。
なお、セグメント５の各構成要素の寸法は、以下に示すように、実際の寸法を想定して構成したものである。

試算に用いたセグメント５の具体的な構成は以下の通りである。
（比較例１：両側ピースが鋼製）
作用軸力：４５３１ｋＮ
セグメントの幅：２５００ｍｍ
セグメントの高さ：１０００ｍｍ
ピースのプレートの板厚：９ｍｍ
両ピースの間隔：１９００ｍｍ
主桁の幅：３００ｍｍ
主桁の板厚：２５ｍｍ
中間連結部材の断面積：６４２．４ｍｍ^２
中間連結部材の、セグメント５の長さ方向での設置間隔：６００ｍｍ
中間連結部材の、セグメント５の高さ方向での設置間隔：７００ｍｍ
中詰材の圧縮強度：２７Ｎ／ｍｍ^２
主桁の降伏強度：３１５Ｎ／ｍｍ^２
（実施例１：引張側ピースのみコンクリート製、及び、実施例２：圧縮側ピースのみコンクリート製）
作用軸力：４５３１ｋＮ
セグメントの幅：２５００ｍｍ
セグメントの高さ：１０００ｍｍ
ピースのプレートの板厚：９ｍｍ
両ピースの間隔：１９００ｍｍ
主桁の幅：３００ｍｍ
主桁の板厚：２５ｍｍ
中間連結部材の断面積：６４２．４ｍｍ^２
中間連結部材の、セグメント５の長さ方向での設置間隔：６００ｍｍ
中間連結部材の、セグメント５の高さ方向での設置間隔：７００ｍｍ
中詰材の圧縮強度：２７Ｎ／ｍｍ^２
主桁の降伏強度：３１５Ｎ／ｍｍ^２
主筋のセグメント幅方向の段数：３段
主筋のセグメント高さ方向の本数：６本
最外縁の主筋の直径：５１ｍｍ
その他の主筋の直径：３８ｍｍ
最外縁の主筋のセグメント外面からの距離：１００ｍｍ
最外縁から２段目の主筋のセグメント外面からの距離：２２０ｍｍ
最外縁から３段目の主筋のセグメント外面からの距離：３８０ｍｍ
（実施例３：引張側ピースのみコンクリート製、及び実施例４：圧縮側ピースのみコンクリート製）
作用軸力：４５３１ｋＮ
セグメントの幅：２５００ｍｍ
セグメントの高さ：１０００ｍｍ
ピースのプレートの板厚：９ｍｍ
両ピースの間隔：１９００ｍｍ
主桁の幅：３００ｍｍ
主桁の板厚：２５ｍｍ
中間連結部材の断面積：６４２．４ｍｍ^２
中間連結部材の、セグメント５の長さ方向での設置間隔：６００ｍｍ
中間連結部材の、セグメント５の高さ方向での設置間隔：７００ｍｍ
中詰材の圧縮強度：２７Ｎ／ｍｍ^２
主桁の降伏強度：３１５Ｎ／ｍｍ^２
主筋のセグメント幅方向の段数：３段
主筋のセグメント高さ方向の本数：５本
最外縁の主筋の直径：３８ｍｍ
その他の主筋の直径：２９ｍｍ
最外縁の主筋のセグメント外面からの距離：１００ｍｍ
最外縁から２段目の主筋のセグメント外面からの距離：２２０ｍｍ
最外縁から３段目の主筋のセグメント外面からの距離：３８０ｍｍ

図５に示したように、実施例１のＭ−φ曲線が比較例１のＭ−φ曲線を超えていること、実施例２のＭ−φ曲線が比較例１のＭ−φ曲線とほぼ同じであること、及び、実施例４のＭ−φ曲線が比較例１のＭ−φ曲線を僅かに下回っているだけでほぼ同じであることから、片側のピースがコンクリート製であっても、両側ピースが鋼製である場合と同等あるいはそれ以上の曲げモーメントと曲率との関係が得られることが分かった。すなわち、片側のピースがコンクリート製であっても、両側ピースが鋼製である場合と同等の曲げ性能を実現できると言える。
また、実施例３のＭ−φ曲線は、同様に引張側ピースのみをコンクリート製とする実施例１のＭ−φ曲線とは大きく異なり、比較例１のＭ−φ曲線を大きく下回った。実施例１と実施例３との構成上の相違は、セグメント高さ方向での主筋の本数、及び最外縁に設けられた主筋の直径である。かくして、両側が鋼製のピースの断面形状が製作上の理由等、曲げ性能以外の理由により決定されている場合、コンクリート製の引張側ピースに求められる曲げ性能を鋼製の引張側ピースに求められる曲げ性能に近似させるために、鉄筋量、具体的には主筋の本数及び直径等により調整することが可能であることが分かった。

以上のような、地中に埋設される沈設構造物１００を構成するセグメント５によれば、鋼製の外側ピース５１とコンクリート製の内側ピース５２とを中間連結部材５３ｂで連結する構成となっているので、大断面の施工に際しても、鋼製の外側ピース５１とコンクリート製の内側ピース５２とを別個に作成して施工現場に搬送し、施工現場で中間連結部材５３ｂによって連結して大きなセグメント５を形成することができる。

また、中間連結部材５３ｂは、セグメント５のせん断補強材として用いることができるほか、鋼製の外側ピース５１及びコンクリート製の内側ピース５２の相互のずれや傾きを防止することができる。

また、沈設構造物１００の内側の空間Ｓを臨むコンクリート製の内側ピース５２は、コンクリート製であれば必要となる防錆用の塗装を空間Ｓ方向の面に施す必要がないので、セグメント５を作製する際の作業負担を大幅に軽減することができるとともに、将来の塗装劣化の際の塗膜塗替えが不要となり、維持管理性を向上させることができる。

また、所定の厚さの端部連結部材５３ａが、外側ピース５１及び内側ピース５２それぞれの両端部に設けられていて、互いに所定の間隔をおいて設けられていることにより、中詰材５４と外側ピース５１との分離、及び中詰材５４と内側ピース５２との分離を防ぐとともに、中詰材５４のひび割れ分散性を向上させることができる。

また、中間連結部材５３ｂを、セグメント５の、その軸線方向における両端部に、つまり上側及び下側にそれぞれ設けることにより、外側ピース５１とコンクリート製の内側ピース５２との間の空間にコンクリートを打設する場合であっても、外側ピース５１とコンクリート製の内側ピース５２の相対的な移動を抑制することができ、外側ピース５１及びコンクリート製の内側ピース５２を常に初期の位置関係に維持することができる。また、中間連結部材５３ｂは、棒材５３ｃと一端の板材５３ｄと、他端の連結具７４と、コンクリート製の内側ピース５２に埋設し一体化された鋼製の棒材５３ｅとを備えているので、外側ピース５１とコンクリート製の内側ピース５２との間の空間が完全に仕切られることがなく、コンクリート打設時に一箇所からコンクリートを打設するだけで外側ピース５１とコンクリート製の内側ピース５２との間の空間全域にコンクリートを行き渡らせることができるとともに、セグメント５の軽量化を図ることもできる。

また、外側ピース５１の、中詰材５４と接触する面に、中詰材５４に係止する係止部材６６を設けることにより、外側ピース５１と中詰材５４との強固な結合が得られるので、セグメント５の一体性を向上させることができる。特に、係止部材６６をプレート６１の内周面に設けることにより、プレート６１と中詰材５４との、セグメント５の周方向に沿った結合が得られる。

また、主筋７３を取り囲む配力筋７５を有することにより、セグメント本体７１の剛性をさらに高めることができる。

外側ピース５１と内側ピース５２とを連結する中間連結部材５３ｂが、２つの棒材５３ｃ，５３ｅを備え、当該棒材５３ｃ，５３ｅを連結具７４により互いに連結することで外側ピース５１と内側ピース５２とを簡単に連結することができる。かくして、外側ピース５１と内側ピース５２とは互いに分解された状態で施工現場まで運搬することができセグメント５の運搬性が向上するとともに、施工現場において簡単に連結することができる施工性も向上する。

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られるものではない。例えば、二重リング４４は、平面視円形状に限らず、平面視長円形状（小判形状）、平面視多角形状に形成してもよい。

また、空気や水に触れる面が外側ピース５１の外面であれば、外側ピース５１をコンクリート製にしてもよく、空気や水に触れる面が外側ピース５１の外面と内側ピース５２の内面の両方であれば、外側ピースの５１外面と内側ピース５２の内面の両方を、コンクリート製にしてもよい。

また、棒材５３ｅとしては、内側ピース５２内の端部が互いに連結されておらず、厚さ方向に所定の間隔をあけて別体の２本の直線形の棒材５３ｅが設けられていてもよい。

また、連結具７４は、ねじ式の長ナットに限られることはなく、ワンタッチ式の機械式継手であっても、ボルト接合であっても、現場溶接であってもよい。

また、中間連結部材５３ｂと補剛材６４との連結は、互いに連結されていればよく、ボルト及びナットによる連結方法には限られない。

５ セグメント
４４ 二重リング
５１ 鋼製の外側ピース
５２ コンクリート製の内側ピース
５３ 連結部材
５３ａ 端部連結部材
５３ｂ 中間連結部材
５４ 中詰材
６１ プレート
６２ 主桁
６３ 継手板
６４ 補剛材
６５ 外側ピースの外側連結部材
６６ 係止部材
７１ セグメント本体
７３ 主筋
７４ 連結具
７５ 配力筋
７６ 内側ピースの内側連結部材
１００ 沈設構造物

Claims (13)

1. 地中に埋設される沈設構造物を構成する合成セグメントであって、
   前記沈設構造物の外壁を形成する外側ピースと、
   前記外側ピースとは別部材であって前記沈設構造物の内壁を形成する内側ピースと、
   前記外側ピース及び前記内側ピースとは別部材であって、前記外側ピース及び前記内側ピースそれぞれの長手方向における両端部間において、前記外側ピース及び前記内側ピースを互いに連結する中間連結部材と、
   前記外側ピースと前記内側ピースとの間に設けられた中詰材と、
   を備え、前記外側ピース及び前記内側ピースのうち少なくとも一方がコンクリートにより形成されていることを特徴とする合成セグメント。
2. 前記外側ピースの長手方向における少なくとも一方の端部と、前記内側ピースの長手方向における少なくとも一方の端部とを互いに連結する端部連結部材を有することを特徴とする請求項１に記載の合成セグメント。
3. 前記端部連結部材は、少なくとも厚さ１６ｍｍのプレートであり、
   前記端部連結部材は、互いに最大１８ｍの間隔をおいて設けられていることを特徴とする請求項２に記載の合成セグメント。
4. 前記外側ピースには、周方向に隣接する他の外側ピースと連結する外側連結部材が設けられており、前記内側ピースには、周方向に隣接する他の内側ピースと連結する内側連結部材が設けられており、前記外側連結部材及び前記内側連結部材の連結端は、嵌合機構を有すること
   を特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の合成セグメント。
5. 前記外側連結部材は、前記外側ピースの周方向における両端部に設けられており、前記内側連結部材は、前記内側ピースの周方向における両端部に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の合成セグメント。
6. 前記中間連結部材は、断面積が少なくとも１９．０５ｍｍ２の棒材であり、
   前記中間連結部材は複数設けられており、隣接する中間連結部材に対して、前記外側ピース及び前記内側ピースの長手方向及び短手方向に、最大０．６ｍの間隔をおいて設けられていることを特徴とする請求項５に記載の合成セグメント。
7. 前記外側ピース及び前記内側ピースの少なくとも一方は、前記中詰材と接触する面に、前記中詰材に係止する係止部材を有することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の合成セグメント。
8. 前記外側ピースが鋼製であり、壁面を形成するプレートと、該プレートの上端部及び下端部に立設された主桁と、これらの主桁間に設けられた補剛材とを備えており、
   前記内側ピースがコンクリート製であり、長手方向に配置した複数の主鉄筋と、該主鉄筋を束ねる複数の帯鉄筋と、を備えていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の合成セグメント。
9. 前記鋼製の外側ピース及び前記コンクリート製の内側ピースそれぞれの長手方向における両端部間において、前記鋼製の外側ピースと前記コンクリート製の内側ピースとを連結する中間連結部材は、一端が前記鋼製の外側ピースの補剛材に固定されており、もう一端が前記コンクリート製の内側ピースのコンクリート部分に定着されていることを特徴とする請求項８に記載の合成セグメント。
10. 前記中間連結部材は、一端が前記外側ピースに固定されている棒材と、一端が前記内側ピースに固定されている棒材とを備え、前記両棒材の他端同士を繋ぐ連結具を備えていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載の合成セグメント。
11. 前記中詰材はコンクリート、ソイルセメント、モルタル又はスラグであることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一項に記載の合成セグメント。
12. 地中に沈設される沈設構造物の外壁を形成する鋼製の外側ピースと、前記沈設構造物の内壁を形成するコンクリート製の内側ピースと、前記外側ピース及び前記内側ピースそれぞれの長手方向における両端部間において、前記鋼製の外側ピースと前記コンクリート製の内側ピースとを互いに連結する複数の中間連結部材と、前記鋼製の外側ピースと前記コンクリート製の内側ピースの間に設けられている中詰材と、を備え、外側ピース及び内側ピースのうち少なくとも一方がコンクリートにより形成されている合成セグメントを複数連結して構成することを特徴とするリング体。
13. 前記外側ピースの長手方向における少なくとも一方の端部と、前記内側ピースの長手方向における少なくとも一方の端部とを互いに連結する端部連結部材を有し、
    前記端部連結部材は、隣接する前記端部連結部材と、前記沈設構造物の周方向において互いに最大１８ｍの間隔をおいて設けられていることを特徴とする請求項１２に記載のリング体。

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