JP7172228B2

JP7172228B2 - 合成セグメント

Info

Publication number: JP7172228B2
Application number: JP2018137686A
Authority: JP
Inventors: 季伸川上; 康人横井
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2018-07-23
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2022-11-16
Anticipated expiration: 2038-07-23
Also published as: JP2020016024A

Description

本発明は、覆工体を構成する合成セグメントに関する。

シールドトンネルを構築する際、シールド掘進機で掘削された地山の壁面に複数のセグメントを組み立てることで、円筒状の覆工体を構築する。この覆工体を構成するセグメントは、その外形が円筒体を周および軸方向に沿って複数に分割した円弧状の曲面を有するブロックに形成されており、なかでも、大断面トンネル用のセグメントとしては、周方向に延在する主鋼材に鉄骨を用いた、鉄筋鉄骨コンクリート造（以下、「ＳＲＣ造」という）が広く知られている。

ＳＲＣ造のセグメントを構成する主鋼材は、一般にウェブ部に隙間を持つ鋼材を採用しており、例えば特許文献１では、トンネル周方向に沿う平鋼梁をセグメントの厚さ方向に対をなして配置し、両者間を所定の離間間隔を設けて配置した複数の鋼板よりなるラチス材で連結して構成している。

特開平４－２２８８００号公報

このようなＳＲＣ造のセグメントは、トンネルが地山の自立性が低い軟弱地盤等に構築されると、図５で示すように、覆工体５０に荷重として自重による反力や地下水圧に加えて土圧等よりなる荷重Ｐが作用する。このため、セグメント５１に曲げ変形が生じて、主鉄骨５２を構成する一対の平鋼梁５３、５４のうち、外周面側の平鋼梁５３にトンネル周方向の圧縮力、内周面側の平鋼梁５４にトンネル周方向の引張力が作用する、いわゆる正曲げが生じることとなる。

このとき、一対の平鋼梁５３、５４を連結する鋼板よりなるラチス材５５は、板面をトンネル軸線方向に対向するよう配置されており、せん断変形することなく一対の平鋼梁５３、５４間のせん断力をスムーズに伝達するため、せん断変形が抑制される。また、対をなす平鋼梁５３、５４の板面には、一般にスタッドジベル５６が設置される、もしくは凹凸形状が形成されるため、これらスタッドジベル５６もしくは凹凸の抵抗により、平鋼梁５３、５４とコンクリート５７との接触面に、ズレ変形を生じることが抑制される。

しかし、平鋼梁５３、５４に、スタッドジベル５６を設置したり凹凸形状を形成する作業は多大な手間を要するとともに、高コストとなりやすい。一方で、大断面および大深度トンネルのニーズの高まりに伴って覆工体５０に作用する荷重Ｐも増大することが予想され、セグメント５１を構成する主鉄骨５２に対してより高い強度が要求される。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、合理的かつ経済的な構造の主鋼材を備える合成セグメントを提供することにある。

かかる目的を達成するため本発明の合成セグメントは、地中に構築されるトンネルの覆工体を構成する合成セグメントであって、トンネル周方向に延在する長尺の主鋼材と、該主鋼材が埋設されたＳＲＣ造のセグメント本体と、を備え、前記主鋼材が、前記セグメント本体の部材厚方向に間隔を有して設置される一対の弧状鋼板と、一対の該弧状鋼板を連結する連結部材とを有し、該連結部材は、複数の溝形鋼よりなり、該溝形鋼が、フランジの板面をトンネル周方向に対向させる態様で、複数を前記弧状鋼板の長手方向に間隔を設けて並列に配置されるとともに、隣り合う該溝形鋼の解放部が、交互にトンネル軸線方向の正逆方向に向けられていることを特徴とする。

本発明の合成セグメントは、地中に構築されるトンネルの覆工体を構成する合成セグメントであって、トンネル周方向に延在する長尺の主鋼材と、該主鋼材が埋設されたＳＲＣ造のセグメント本体と、を備え、前記主鋼材が、前記セグメント本体の部材厚方向に間隔を有して設置される一対の弧状鋼板と、一対の該弧状鋼板を連結する連結部材とを有し、該連結部材は、複数の形鋼よりなり、該形鋼は、フランジの板面をトンネル周方向に向ける態様で、前記弧状鋼板の長手方向に間隔を設け、かつ、該弧状鋼板の軸線を挟んでトンネル軸線方向に所定量ずらして千鳥状に配置されていることを特徴とする。

上述する本発明の合成セグメントによれば、前記主鋼材の連結部材にトンネル周方向に向くコンクリート支圧面を備えることにより、当該連結部材に対して、一対の弧状鋼板間のせん断力を伝達するせん断力伝達機能び加えて、弧状鋼板とコンクリートとのズレ止め機能とを集約させることができる。このため、主鋼材を構成する部材点数を大幅に減少させて、製作容易性を高めるだけでなく、コストを大幅に削減でき、合理的かつ経済的な構造とすることが可能となる。

また、連結部材として一般市場で取り扱われている形鋼を用いることから、専用部材を新たに製作する必要が無いため、主鋼材の剛性を高めながら製造コストをより低減することが可能となる。

さらに、複数の溝形鋼が、フランジの板面をコンクリート支圧面とし、フランジ間の開放部をトンネル軸線方向の正逆方向に交互に向くように配置されることから、連結部材として複数の溝形鋼を採用した場合にも剛性バランスを確保できるとともに、コンクリートより支圧を受ける溝形鋼の局部座屈を抑制することも可能となる。

本発明によれば、主鋼材の連結部材に対して、一対の弧状鋼板間のせん断力を伝達するせん断力伝達機能と、弧状平鋼板とコンクリートとのズレ止め機能とを集約させることができ、主鋼材を構成する部材点数を大幅に減少させて、製作容易性を高めるだけでなく、コストを大幅に削減して、当該主鋼材を備えた合成セグメントを、合理的かつ経済的な構造とすることが可能となる。

本発明の実施の形態における合成セグメントの概略を示す図である。本発明の実施の形態における合成セグメントの側面を示す図である。本発明の実施の形態における主鋼材の平面を示す図である。本発明の実施の形態における主鋼材の他の事例を示す図である。従来の合成セグメント概略を示す図である。

本発明の合成セグメントを、図１～図４を参照しつつ以下に詳細を説明する。

合成セグメント１０は、図１で示すように、シールド掘進機で掘削された地山の壁面に円筒状の覆工体を構築するべく、トンネル周方向およびトンネル軸線方向に沿って組み立てられるものであり、円弧上の外形を有するセグメント本体１と、セグメント本体１のトンネル周方向端部に設置され、継手金具と継手板を有する継手部材５とを備える円弧状ブロックである。なお、継手部材５は、覆工体を構成するセグメントに用いることが可能であれば、いずれに製作された構造のものを採用してもよい。

セグメント本体１は、図２の側面図で示すように、コンクリート４と、コンクリート４に埋設される鉄筋籠３およびトンネル周方向に延在する長尺の主鋼材２を備えるＳＲＣ造よりなり、主鋼材２は、１対の弧状鋼板２１と、一対の弧状鋼板２１を連結する連結部材２２とを備えている。

一対の弧状鋼板２１は、それぞれがトンネル周方向に延在し、セグメント本体１の部材厚方向に板面を向けて所定の空間を設けて設置されており、この空間に連結部材２２が配置されている。連結部材２２は、複数の溝形鋼２３により構成され、溝形鋼２３は弧状鋼板２１の長手方向に間隔を有して配置されている。

これら複数の溝形鋼２３は、図３の主鋼材２の平面図で示すように、ウェブ２３１の板面がトンネル軸線方向と対向し、フランジ２３２の板面がトンネル周方向に対向するよう配置される。また、溝形鋼２３の対をなすフランジ２３２の間に形成される開放部２３３は、交互にトンネル軸線方向の正逆方向に向けられている。

上述する構成の主鋼材２を備えた合成セグメント１０は、図２で示すように、曲げ変形が生じるような荷重Ｐが外周面側から作用すると、セグメント本体１の外周面側にトンネル周方向の圧縮力、内周面側にトンネル周方向の引張力がそれぞれ作用する、いわゆる正曲げを生じる。

すると、弧状鋼板２１とセグメント本体１を構成するコンクリート４との接触面にせん断力が働くこととなるが、弧状鋼板２１にはフランジ２３２の板面をトンネル周方向に対向させた複数の溝形鋼２３が設置されている。このため、弧状鋼板２１とコンクリート４とがトンネル周方向にズレようとする挙動に、フランジ２３２の板面がコンクリート４の支圧面となって抵抗する。

また、一対の弧状鋼板２１のうち、セグメント本体１の外周面側に位置する弧状鋼板２１にはトンネル周方向の圧縮力が、内周面側に位置する弧状鋼板２１にはトンネル周方向の引張力がそれぞれ作用するといった正曲げが生じ、複数の溝形鋼２３各々にはせん断力が伝達されることとなる。しかし、溝形鋼２３はフランジ２３２の表裏面に接触するコンクリート４によって補剛されることから、せん断変形を生じることなく一対の弧状鋼板２１間のせん断力をスムーズに伝達することが可能となる。

本発明の合成セグメント１０によれば、主鋼材２の連結部材２２を複数の溝形鋼２３で構成し、溝形鋼２３のフランジ２３２を板面がトンネル周方向に対向するようにして、コンクリート支圧面とすることから、連結部材２２に対して、一対の弧状鋼板２１間のせん断力を伝達するせん断力伝達機能と、弧状鋼板２１とコンクリート４とのズレ止め機能とを集約させることができる。このため、主鋼材２を構成する部材点数を大幅に減少させて、製作容易性を高めるだけでなく、コストを大幅に削減でき、合理的かつ経済的な構造とすることが可能となる。

また、複数の溝形鋼２３が、フランジ２３２間の開放部２３３をトンネル軸線方向の正逆方向に交互に向くように配置されることから、連結部材２２として複数の溝形鋼２３を採用した場合にも主鋼材２の剛性バランスを確保できるとともに、コンクリート４より支圧を受ける溝形鋼２３の局部座屈を抑制することが可能となる。

本発明の合成セグメント１０は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本実施の形態では、主鋼材２を構成する連結部材２２として複数の溝形鋼２３を採用するにあたり、図３で示すように、これら溝形鋼２３を弧状鋼板２１における軸線Ｃ上に配置した。しかし、図４（ａ）で示すように、弧状鋼板２１の軸線Ｃを挟んでトンネル軸線方向に所定量ずらして千鳥状に配置してもよい。

また、本実施の形態では、主鋼材２を構成する連結部材２２として複数の溝形鋼２３を採用したが、これに限定されるものではない。例えば、図４（ｂ）で示すようにＨ形鋼２４を採用するなど、コンクリート支圧面として機能させることの可能な面を有する形鋼であればいずれの形鋼を採用してもよく、またその数量もいずれであってもよい。このように、連結部材２２として一般市場で取り扱われている溝形鋼２３やＨ形鋼２４等の形鋼を用いると、専用部材を新たに製作する必要が無く、主鋼材２の剛性を高めながら製造コストをより低減することが可能となる。

さらに、本実施の形態では、セグメント本体１に主鋼材２を２体だけトンネル軸線方向に配置しているが、その数量はこれに限定されるものではない。

１０合成セグメント
１セグメント本体
２主鋼材
２１弧状鋼板
２２連結部材
２３溝形鋼
２３１ウェブ
２３２フランジ
２３３開放部
２４Ｈ形鋼
３鉄筋籠
４コンクリート
５継手部材

５０覆工体
５１セグメント
５２主鉄骨
５３平鋼梁
５４平鋼梁
５５ラチス材
５６スタッドジベル
５７コンクリート

Claims

地中に構築されるトンネルの覆工体を構成する合成セグメントであって、
トンネル周方向に延在する長尺の主鋼材と、
該主鋼材が埋設されたＳＲＣ造のセグメント本体と、を備え、
前記主鋼材が、前記セグメント本体の部材厚方向に間隔を有して設置される一対の弧状鋼板と、一対の該弧状鋼板を連結する連結部材とを有し、
該連結部材は、複数の溝形鋼よりなり、
該溝形鋼が、フランジの板面をトンネル周方向に対向させる態様で、複数を前記弧状鋼板の長手方向に間隔を設けて並列に配置されるとともに、
隣り合う該溝形鋼の解放部が、交互にトンネル軸線方向の正逆方向に向けられていることを特徴とする合成セグメント。
地中に構築されるトンネルの覆工体を構成する合成セグメントであって、
トンネル周方向に延在する長尺の主鋼材と、
該主鋼材が埋設されたＳＲＣ造のセグメント本体と、を備え、
前記主鋼材が、前記セグメント本体の部材厚方向に間隔を有して設置される一対の弧状鋼板と、一対の該弧状鋼板を連結する連結部材とを有し、
該連結部材は、複数の形鋼よりなり、
該形鋼は、フランジの板面をトンネル周方向に向ける態様で、前記弧状鋼板の長手方向に間隔を設け、かつ、該弧状鋼板の軸線を挟んでトンネル軸線方向に所定量ずらして千鳥状に配置されていることを特徴とする合成セグメント。