JPH1068297A

JPH1068297A - 覆工材

Info

Publication number: JPH1068297A
Application number: JP8242529A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Toida; 浩戸井田; Katsuto Oguchi; 克人大口
Original assignee: Nippon Kokan Light Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Kokan Light Steel Co Ltd
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】トンネル内壁に沿って複数の覆工材１が隣接
し連結されてトンネル内壁を支える場合に、土圧による
剪断力が連結面で有効に伝達されるようにする。【解決手段】覆工材１の連結が行われる向かいあった
面は、互いに平行な傾斜面１１、１１、１３、１３とな
っている。各傾斜面には、鋸歯形状の凹凸１５が形成さ
れる。鋸歯形状の凹凸は、連結が行われた状態で、鋸歯
形状の短辺と短辺、長辺と長辺が互いに噛み合う。この
噛み合う方向は、剪断力によって斜面の上側が下側に対
し上方に動こうとする状態で、短辺同士が係合し合う方
向を向いている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、掘削されたトンネ
ルの内壁を支える覆工材に関し、特に覆工材同士を連結
するための構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、従来のＴＢＭ（トンネルボーリ
ングマシーン）により掘削されるトンネルにおいても、
軟弱地盤におけるトンネル工法の１つであるシールド工
法が行なわれ、トンネル内壁を支える覆工材である鋼製
セグメントが用いられることが多かった。

【０００３】上記鋼製セグメントの例を図８に示す。鋼
製セグメント５０は、主桁５２と副桁５１を枠状に溶接
し、更に外側にスキンプレート５３を溶接し、内側に縦
リブ５４を取り付け、補強したものである。また、副桁
５１と主桁５２にはボルト締結のための孔５１ａ，５２
ａが設けられている。

【０００４】そして、図９（ａ）（ｂ）に示すように、
上記鋼製セグメント５０は副桁５１同士、及び主桁５２
同士をボルト５５により締結することで連結し、トンネ
ル内壁を覆工する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の覆工材
である鋼製セグメントの構造は、主桁同士及び副桁同士
をボルトによって締結しなければならず、ボルト締結箇
所が非常に多くなるため締結作業に多大の時間をが要す
る。そこで、本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、ボルト締結を行わずに、あるいはボルト
締結の数を少なくして、複数を容易に連結することがで
きる覆工材を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、下記の発明を提供する。第１の発明は、トンネル
内壁に沿って複数の覆工材が隣接し連結されてトンネル
内壁を支えるための前記覆工材において、トンネルの軸
方向の連結が行われる向かい合った面が平行な傾斜面と
なっており、各傾斜面には鋸歯形状の凹凸が形成され、
鋸歯形状は、前記向かい合う面で鋸歯形状の短辺と短
辺、長辺と長辺が互いに噛み合う方向で、傾斜面の上側
が下側に対し上方に動こうとする状態で短辺同士が係合
し合う方向に向いていることを特徴とする覆工材であ
る。

【０００７】第２の発明は、上記覆工材が、トンネルの
周方向に設けられた２本の主桁と、トンネルの略長手方
向に設けられた２本の副桁とが結合されてなる四角形の
枠体に、スキンプレートが張り渡された構成を有し、主
桁に前記鋸歯形状の傾斜面が設けられていることを特徴
とする覆工材である。

【０００８】第３の発明は、上記覆工材が、トンネルの
周方向に平行な２辺を含む互いに平行な３組の桁が結合
されてなる六角形の枠体と、その枠対にスキンプレート
が張り渡された構成を有し、少なくともトンネルの周方
向に平行な２辺に前記鋸歯形状の傾斜面が設けられてい
ることを特徴とする覆工体である。

【０００９】第４の発明は、トンネル内壁に沿って隣接
し、連結されてトンネル内壁を支えるための覆工材にお
いて、連結が行われる向かい合った面が平行な傾斜面と
なっており、各傾斜面には鋸歯形状の凹凸が形成され、
鋸歯形状は、前記向かい合う面で鋸歯形状の短辺と短
辺、長辺と長辺が互いに噛み合う方向で、傾斜面の上側
が下側に対し上方に動こうとする状態で短辺同士が係合
し合う方向に向いていることを特徴とする覆工材であ
る。

【００１０】第５の発明は、上記第４の発明において、
覆工材はトンネルの周方向に設けられた２本の主桁と、
トンネルの略長手方向に設けられた２本の副桁とが結合
されてなる四角形の枠体に、スキンプレートが張り渡さ
れた構成を有し、主桁および副桁に前記鋸歯形状の傾斜
面が設けられていることを特徴とする覆工材である。

【００１１】第６の発明は、上記第４の発明において、
覆工材がトンネルの周方向に平行な２辺を含む互いに平
行な３組の桁が結合されてなる六角形の枠体と、その枠
体にスキンプレートが張り渡された構成を有し、少なく
ともトンネルの周方向に平行な２辺に、前記鋸歯形状の
傾斜面が設けられていることを特徴とする記載された覆
工体である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
覆工材を図１乃至図７において説明する。この覆工材
は、ＴＢＭにより掘削される山岳トンネルの先進導坑の
内壁を支え、軽度な土圧に対し先進導坑を保護するため
のものである。

【００１３】図３、４に示すように、この覆工材１は、
トンネル（先進導坑）の内壁をトンネル軸方向に分割し
てリング状にし、更に図３、５に示すように各リングを
円周方向に五つに分割したものである。

【００１４】トンネル内壁の展開図である図５におい
て、覆工材１は３種類のもの（Ａ，Ｂ，Ｃ）が存在し、
平面形状が長方形の覆工材１（Ａ）が先にトンネル内壁
に取り付けられ、次に一辺のみが斜辺となっている覆工
材１（Ｂ）が隣接して設けられ、更に２辺が斜辺となっ
ている覆工材１（Ｃ）が最後に図中左方向に嵌め込まれ
るようにして隣接され、連結が行われる。なお、図５中
の下方向がトンネルの掘削方向である切羽側で、上方向
が坑口側である。

【００１５】次に、図１、図２に、３種類の覆工材１の
うち長方形の覆工材１（Ａ）を代表として示す。トンネ
ルの周方向に２本の湾曲した主桁３が平行に設けられ、
トンネルの軸方向に２本の副桁５が平行に設けられる。
各桁３、５は溶接により結合されて平面形状が長方形の
枠体を作る。この枠体に、更に３本の縦リブ７が補強と
して設けられ、全体にスキンプレート９（図２参照）が
張り渡される。このようにして覆工材１の概略が構成さ
れる。

【００１６】主桁３及び副桁５には、傾斜面１１、１３
が設けられる。この傾斜面１１、１３において、隣接す
る覆工材１との間で連結が行われる。連結では、この傾
斜面１１、１３は相手側の傾斜面１１、１３と平行に向
かい合った状態となる。この傾斜面１１は、一つの覆工
材１（Ａ）が有する２つの主桁３では、方向が異なる
（図２（Ａ））。すなわち図中左側の主桁３の傾斜面１
１がトンネルの外を向き、図中右側の主桁３の傾斜面１
１はトンネルの内側を向く。

【００１７】これにより、覆工材１がリング状に連結さ
れた状態で、このリングの一方の端面が、円錐形状の一
部を構成するような凸形状となる。また、リングの他方
の端面が、円錐形状の一部を構成するような凹形状とな
る。このような凸形状と凹形状が順に嵌合することでリ
ング間の連結（トンネル長手方向の連結）が行われる
（図４）。

【００１８】副桁５の傾斜面１３の方向は、この実施形
態では図２（Ｂ）に示すように、方向が異なる。すなわ
ち、図中左側の副桁５の傾斜面１３がトンネルの内側を
向き、右側の副桁５の傾斜面１３がトンネルの外側を向
く。しかしながら、この副桁５における傾斜面１３の方
向は必ずしも図２（Ｂ）のように定められる必要はな
く、他の実施例においては共にトンネルの内側を向いて
も良いし、共にトンネルの外側を向いても良い。

【００１９】以上のように、１つの覆工材１には４つの
傾斜面１１、１１、１３、１３が設けられるが、各傾斜
面には図６に示す（主桁３の傾斜面１１を例示する）よ
うに鋸歯形状の凹凸１５が形成される。この鋸歯形状の
凹凸１５は、短辺１７と長辺１９とからなるもので、連
結が行われた状態では、短辺１７と短辺１７、及び長辺
１９と長辺１９が互いに噛み合うように、向かい合う面
での鋸歯形状の凹凸１５の設定が行われる。

【００２０】そして、この鋸歯形状の凹凸１５噛み合う
方向は、剪断力によって傾斜面の上側が下側に対し上方
に動こうとする状態（図７（Ｂ））で、短辺１７同士が
係合し圧縮し合う方向を向いている。これらの傾斜面１
１、１３や鋸歯形状の凹凸１５は、ボルト締結によらず
に連結を行うためのものであるが、さらにセグメント組
立時においてこの連結を補助するため、主桁３には連結
用のピン２１とピン穴２３が設けられる（図１、図
２）。

【００２１】以下、この実施形態における傾斜面１１、
１３や鋸歯形状の凹凸１５の作用を説明する。

【００２２】すなわち、図−３のように連結された覆工
材１のそれぞれのリングには、トンネル土圧、水圧によ
り曲げモーメントと軸力が発生する。この時、覆工材１
のトンネル軸方向継手が図−３に示すように千鳥状にな
っている為にリング間継手部には剪断力が発生する。剪
断力の向きとしては、傾斜面１１の上側を下側に対し下
方に動かそうとする場合（図７（Ａ））とその逆の場合
（図７（Ｂ））とがある。剪断力の向きが前者の場合、
ＴＢＭジャキ２５の推力により、向かいあった平行な傾
斜面１１には圧縮力が働いており、傾斜面１１がずれる
ような剪断変形は生じない。

【００２３】一方剪断力の向きが後者の場合、傾斜面１
１自体はあまり剪断力を受けるものとはならないもの
の、鋸歯形状の凹凸１５の働きにより剪断力は十分に受
けられ有効に伝達される。すなわち、ＴＢＭのジャッキ
２５（図４図３）の推力により、向かい合った平行な傾
斜面１１には圧縮力が働いており、鋸歯形状の凹凸１５
は互いに強く噛み合う方向に押し付けられている。

【００２４】この押し付けられた状態で剪断力が働く
と、鋸歯形状の凹凸１５の短辺１７同士が係合し圧縮し
あう。このため大きな力（剪断力）が傾斜面１１をずら
す方向に働いても、短辺１７同士がしっかりと係合しあ
い、力を十分に受けることができる。

【００２５】このようにしてリング間の剪断力は有効に
伝達され得る。以上の説明は主桁３の傾斜面１１におけ
る剪断力の伝達、すなわちリング間の連結における剪断
力の伝達について説明した（図４および図７）が、副桁
５の傾斜面１３（図２（Ｂ））における剪断力の伝達、
すなわち覆工材１のトンネル周方向の連結における剪断
力の伝達についても同様の作用が発揮される。

【００２６】このようにして覆工材１が連結される四つ
の連結面１１、１１、１３、１３において剪断力を有効
に伝達することが可能となり、したがって連結部分にお
ける強度が向上し、ボルト締結を全く行わなくても、あ
るいは従来のように多数のボルト締結を行わなくても連
結が行えることとなる。

【００２７】つまり、土圧が弱い場合にはボルト締結を
行わずに傾斜面１１、１３、および傾斜面１１、１３に
形成された鋸歯形状の凹凸１５によってのみ連結を行う
ことが可能となる。また、ボルト締結を補助的な連結手
段としてのみ採用することにより、全体としてボルト締
結の数を少なくすることが可能となる。

【００２８】特に、ＴＢＭにより掘削される山岳トンネ
ルで掘削された先進導坑における軽度な土圧に対し、こ
の先進導坑を保護するために用いられる覆工材について
は、ほとんどボルト締結を必要としないことも可能とな
る。このようにして施工速度を向上することができ、ひ
いては施工のコストダンウンを図れることになる。

【００２９】なお、補助として行われるボルト締結は複
数の覆工材１を互いに組み立てる際に用い、その後に土
圧が働くようになってからは、実際上ボルト締結による
補助はなくても傾斜面１１、１３および鋸歯形状の凹凸
１５によって十分に土圧を支えることが可能となる。こ
のため、なるべく早い時期に土圧が加わるように、裏込
（覆工材とトンネルとの間にモルタルや土砂を注入する
こと）を早く行い、土圧が加わるようになるまでには覆
工材１を仮に保持しておくための専用の保持機を用いる
ことも可能である。

【００３０】

【実施例】以下、この発明を実験的に実施した例の説明
を行う。上記実施形態に示した覆工材１（鋼製セグメン
ト）を用い、実際に掘削された下水道用のトンネルの内
壁を支えた。トンネルの直径は３ｍで、覆工材１のトン
ネル長手方向の寸法は１ｍで、厚さ（すなわち桁３、５
の高さ）は１２５ｍｍである。覆工材１の周方向の連結
にはボルト締結などの特別の締結用具は用いなかった。
トンネル長手方向の連結すなわちリング間の連結は、上
記実施形態のように２本のピン２１とピン穴２３を補助
的に用いた。

【００３１】このような実施例において覆工材１は十分
に覆工材１としての機能を発揮し実施は成功した。な
お、本実施例においては、特に漏水防止のためのシール
材を用いなかったが、漏水防止が必要なトンネルの場合
には、通常の鋼製セグメントの場合と同様、水膨張性シ
ールを用いればよい。この場合ボルト締結を用いずに水
膨張性シールを用いたのみであっても、ＴＢＭのジャキ
推力によってトンネル長手方向の覆工材１に加えられる
力により、十分に止水機能が発揮される。

【００３２】なお、以上の実施形態および実施例は、覆
工材１の桁３、５、リブ７、スキンプレート９などの鋼
材によってのみ構成される鋼製セグメントである場合を
説明した（図１）が、他の実施形態などにおいては、更
に鉄筋を配し又は、鉄筋を配しないで内側にコンクリー
トを打設した鋼製セグメントについてもこの発明を実施
することは可能である。また、主桁３のみに傾斜面１１
及び傾斜面１１に形成された鋸歯形状の凹凸１５を施
し、副桁５は従来のようなボルト締結式の平板状副桁５
１であっても良い。

【００３３】図８に他の実施形態を示す。覆工材３１
は、互いに向きあう２辺が平行な６角形の形状をしてお
り、各辺を形成する桁３３、３５が鋸歯状凹凸１５を有
する傾斜面１１をもっている。桁３３、３５の傾斜の向
きは、図８に示すように組立てる場合、隣接する覆工材
３１と図７に示すような接合が実現できるよう、互いに
向きあう２辺の桁３３、３５で逆にしてある。このよう
にすれば、全く同一の覆工材３１を制作すればよい。

【００３４】本実施例においては、覆工材３１の形状を
６角形としたために組立時に枠同士（図８の３３と３
５、３５と３３）が強固に結合されるため、組立用の補
助的ボルト、ピンが必要でなかった。覆工材３１は全く
同一寸法形状のため覆工材自動組立も比較的容易であ
り、また組立と掘進の同時施工も可能で、施工の大幅な
合理化ができた。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の覆工材
によれば、覆工材の連結が、傾斜面、及び傾斜面に形成
された鋸歯形状の凹凸によって行われるので、連結のた
めにボルト締結を行わずに済み、あるいはボルト締結の
数を少なくすることが可能となり、連結が容易に行え
る。

【００３６】すなわち、トンネル内壁を支える覆工材
は、トンネルの土圧による剪断力を受ける。この剪断力
は覆工材の連結が行われる面でも有効に伝達されなけれ
ばならない。この剪断力が、傾斜面の上側が下側に対し
下方に動こうとするものである場合には、傾斜面、及び
傾斜面に形成された凹凸による摩擦力で有効に伝達され
る。

【００３７】剪断力が、傾斜面の上側が下側に対し上方
に動こうとするものである場合には、鋸歯形状の短辺同
士が係合しあうことで、有効に伝達される。土圧によっ
て剪断力が働く場合には、必ず圧縮力が伴い、したがっ
て連結が行われる平行な傾斜面は互いに押し付けられる
圧縮力を受け、鋸歯形状は、短辺と短辺、長辺と長辺が
互いに噛み合った状態が維持されるから、前記係合は有
効に行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る覆工材の１つを示す
全体斜視図である。

【図２】図１の側面図であり、（Ａ）は図１をトンネル
の周方向から見た図、（Ｂ）はトンネル軸方向から見た
図である。

【図３】複数の覆工材が連結され組み立てられた状態を
示す外観側面図である。

【図４】図３の縦断面図である。

【図５】図３の展開図である。

【図６】本実施形態の要部である鋸歯形状の凹凸を示す
断面図である。

【図７】図６の作用を説明する図であり、（Ａ）と
（Ｂ）は各々逆向きに剪断力が働いた状態での作用を示
す図である。

【図８】他の実施形態を示す展開図である。

【図９】従来の覆工材の全体概略斜視図である。

【図１０】図９に示すボルト締結の状態を示す拡大断面
図である。

【符号の説明】

１、３１覆工材３主桁５副桁７縦リブ９スキンプレート１１、１３傾斜面１５鋸歯形状の凹凸１７短辺１９長辺３３、３５桁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トンネル内壁に沿って隣接し、連結され
てトンネル内壁を支えるための覆工材において、トンネ
ルの軸方向の連結が行われる向かい合った面が平行な傾
斜面となっており、各傾斜面には鋸歯形状の凹凸が形成
され、鋸歯形状は、前記向かい合う面で鋸歯形状の短辺
と短辺、長辺と長辺が互いに噛み合う方向で、傾斜面の
上側が下側に対し上方に動こうとする状態で短辺同士が
係合し合う方向に向いていることを特徴とする覆工材。
【請求項２】前記覆工材が、トンネルの周方向に設け
られた２本の主桁と、トンネルの軸方向に設けられた２
本の副桁とが結合されてなる四角形の枠体に、スキンプ
レートが張り渡された構成を有し、主桁に前記鋸歯形状
の傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項１記
載の覆工材。
【請求項３】前記覆工材が、トンネルの周方向に平行
な２辺を含む互いに平行な３組の桁が結合されてなる六
角形の枠体と、その枠対にスキンプレートが張り渡され
た構成を有し、少なくともトンネルの周方向に平行な２
辺に前記鋸歯形状の傾斜面が設けられていることを特徴
とする請求項１に記載された覆工体。
【請求項４】トンネル内壁に沿って隣接し、連結され
てトンネル内壁を支えるための覆工材において、連結が
行われる向かい合った面が平行な傾斜面となっており、
各傾斜面には鋸歯形状の凹凸が形成され、鋸歯形状は、
前記向かい合う面で鋸歯形状の短辺と短辺、長辺と長辺
が互いに噛み合う方向で、傾斜面の上側が下側に対し上
方に動こうとする状態で短辺同士が係合し合う方向に向
いていることを特徴とする覆工材。
【請求項５】前記覆工材は、トンネルの周方向に設け
られた２本の主桁と、トンネルの略長手方向に設けられ
た２本の副桁とが結合されてなる四角形の枠体に、スキ
ンプレートが張り渡された構成を有し、主桁および副桁
に前記鋸歯形状の傾斜面が設けられていることを特徴と
する請求項４記載の覆工材。
【請求項６】前記覆工材が、トンネルの周方向に平行
な２辺を含む互いに平行な３組の桁が結合されてなる六
角形の枠体と、その枠体にスキンプレートが張り渡され
た構成を有し、少なくともトンネルの周方向に平行な２
辺に前記鋸歯形状の傾斜面が設けられていることを特徴
とする請求項４に記載された覆工体。