JPH11125099A - 鋼製セグメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼製セグメントの主桁の両端部に予め補強鋼
材を溶け込み溶接接合した接続部を設けることにより、
引張力に対して高い強度を有し、かつ、寸法精度のよい
鋼製セグメントを提供する。 【解決手段】 鋼製セグメントの主桁の両端部に鋼板ま
たは平面形状がＬ字形状またはＴ字形状をした部材を予
め溶け込み溶接し、この予め加工を施した主桁を用い、
隅肉溶接にて鋼製セグメントを鋼製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールドトンネル
に使用される鋼製セグメントまたは合成セグメントに関
するものであり、特にシールドトンネルに内圧が作用す
る場合や、シールドトンネルの断面形状が従来の円形形
状ではなく、矩形や楕円形状などの異形断面となってセ
グメントに引張力が卓越して作用する場合に好適な鋼製
セグメントおよび合成セグメントに関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、シールドトンネルは地下鉄や電気洞
道および上下水道として用いられてきた。このシールド
トンネルの内壁は円筒を軸方向および周方向に分割した
形状のセグメントを多数連結して構成されており、これ
らのセグメントとして、鋼製、ダクタイル鋳鉄製、コン
クリート製、鋼コンクリート合成構造製のものなど種々
のものが用いられている。これまで円形断面のシールド
トンネルが主として都市部の地下空間の構築のために施
工されているが、シールドトンネルには土圧、水圧が作
用し、内壁を構成するセグメントにはこの土圧および水
圧に起因する圧縮力が主として作用するため、シールド
トンネル用セグメントはこの圧縮力に対して効果的に抵
抗するように設計、製作がなされてきた。

【０００３】セグメントには、土圧、水圧に起因する円
形断面の周方向の圧縮力と掘進を行うためのシールドマ
シンのジャッキ推力に起因する円形断面直角方向（トン
ネル軸方向）の圧縮力が作用する。鋼製セグメントの場
合、周方向の圧縮力に対して主桁断面を、シールドマシ
ンのジャッキ推力によるトンネル軸方向の圧縮力に対し
て縦リブおよび継手板の断面を設計し、図１２にその斜
視図として示すように、主桁３、縦リブ４、継手板５、
スキンプレート６を隅肉溶接により所要の寸法精度に組
み立ててセグメントを製作している。鋼製セグメントは
隣接するセグメントと継手板５を介してボルト７を用い
て連結することにより円筒状のトンネル内壁に組み上げ
られるが、圧縮力の伝達は主として継手板および主桁の
メタルタッチにより行われている。

【０００４】ところで上下水道用のシールドトンネルで
はトンネルの外側から土圧、水圧に加えてトンネル内を
流れる水によりトンネル内側にも水圧が作用するが、通
常、セグメントの内側に鉄筋コンクリート製の二次覆工
を施されるため、セグメントにはこの内水圧による引張
力は作用しない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、都市部の河川の
氾濫を抑制するためシールドトンネルによる地下河川の
建設や、トンネル断面を有効に活用するために円形断面
以外の矩形断面や楕円形断面のシールドトンネルの建設
などが行われあるいは計画されている。

【０００６】さらに、シールドトンネルによる地下河川
の建設の場合は、トンネル断面積を小さくして建設費用
を削減するために上述したような上下水道用のトンネル
の内側に構築される二次覆工を省略することが検討され
ている。

【０００７】このような場合には上述のように地下河川
内を流下する水によりセグメントには内水圧に起因する
引張力が作用するため、セグメント本体およびセグメン
ト間の継手はこの引張力に効果的に抵抗できるセグメン
トが必要である。

【０００８】また、円形断面のシールドトンネルでは、
先に述べたようにトンネルの外側から土圧、水圧が作用
してもセグメントには主として円周方向の圧縮力が作用
することとなるが、トンネル断面が矩形断面あるいは楕
円形断面などの場合は、トンネル断面には土圧、水圧に
起因する曲げモーメントが主として作用するため、セグ
メントに引張力が発生するのでセグメント本体のみばか
りでなく継手部においてもこの引張力に効果的に抵抗す
ることが必要である。

【０００９】従来の鋼製セグメントまたは合成セグメン
トは、先に述べたように各部材がすべて隅肉溶接により
接合されて組み立てられているため、引張力が作用する
と特に、主桁３と継手板５との隅肉溶接部分が破断しや
すく大きな引張力には抵抗できないという問題がある。

【００１０】これを防止する手段として、主桁と継手板
とを溶け込み溶接によって接合する方法が考えられる
が、鋼製または合成セグメントにおいて主桁と継手板と
を溶け込み溶接によって接合してセグメントを組み立て
ようとすると、溶接による入熱量が大きくならざるを得
ないため、溶接の過程において主桁及び継手板が溶接熱
により変形し、所要の寸法精度のセグメントを組み立て
ることはできない。

【００１１】また、従来用いられている隅肉溶接部分の
脚長を大きくして抵抗力を大きくしようとしても、やは
り入熱量が大きくなるため、溶接熱による変形が発生す
るという同様の問題が残る。

【００１２】特開平２−１１２５２１号公報には、引張
性能に優れた鋼製セグメントを提供することを目的とし
て主桁および縦リブを添接板を用いて高力ボルト摩擦接
合によって隣接するセグメントと接合する方法が開示さ
れているが、このような添接板を用いた高力ボルト摩擦
接合は、接合のための作業量が極めて多くなる上、セグ
メント間の止水の為の構造などに特別な配慮を必要とす
ること、さらに施工現場において多数のボルト孔を一致
させる高い施工精度が要求されるなどの理由から効率的
な方法とは言い難い。

【００１３】本発明は、所要の寸法精度と効果的な引張
性能を有し、かつ施工現場においては、従来の鋼製セグ
メントと同等の作業性を有する鋼製セグメントおよび合
成セグメントを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明においては鋼製セグメントを以下の構成とす
るものである。すなわち （１） 少なくとも主桁と継手板とを有する鋼製セグメ
ントにおいて、前記主桁はその端部に、主桁の長手方向
と直交しかつ、継手板の長手方向に沿って延びた部材を
溶け込み溶接により接合した接続部を有することを特徴
とする鋼製セグメント。

【００１５】（２） 少なくとも主桁と継手板とを有す
る鋼製セグメントにおいて、前記主桁はその端部近傍
に、主桁の長手方向に延びた部材とこの延びた部材の先
端において主桁の長手方向と直交しかつ継手板の長手方
向に沿って延びた部材とからなる平面形状がＬ字形状ま
たはＴ字形状の部材を、溶け込み溶接により接合した接
続部を有することを特徴とする鋼製セグメント。

【００１６】（３） 前記平面形状がＬ字形状あるいは
Ｔ字形状の部材は、主桁の長手方向に延びた部材とこの
延びた部材の先端において主桁の長手方向と直交しかつ
継手板の長手方向に沿って延びた部材とが溶け込み溶接
により接合されていることを特徴とする（２）の鋼製セ
グメント。

【００１７】（４） 前記平面形状がＬ字形状あるいは
Ｔ字形状の部材は、前記主桁の長手方向に延びた部材と
この延びた部材の先端において主桁の長手方向と直交し
かつ継手板の長手方向に沿って延びた部材とが、一体成
形されていることを特徴とする（２）の鋼製セグメン
ト。

【００１８】（５） 前記平面形状がＬ字形状あるいは
Ｔ字形状の部材は、不等辺山形鋼もしくはＣＴ形鋼をそ
の軸方向に垂直な面で所要の長さに切断したものである
ことを特徴とする（４）の鋼製セグメント。

【００１９】（６） 前記主桁と、その端部に主桁の長
手方向と直交しかつ、継手板の長手方向に沿って延びた
部材とを溶け込み溶接により接合して形成された隅角部
に、一端を主桁に、他端を主桁の長手方向と直交しかつ
継手板の長手方向に沿って延びた部材とに溶け込み溶接
または隅肉溶接により接合した補強部材を設けた（１）
の鋼製セグメント。

【００２０】（７） 前記主桁の長手方向に延びた部材
とこの延びた部材の先端において主桁の長手方向と直交
し、かつ継手板の長手方向に沿って延びた部材とからな
る平面形状がＬ字形状またはＴ字形状の部材の隅角部
に、一端を主桁の長手方向に延びた部材に、他端をこの
延びた部分の先端において主桁の長手方向と直交しかつ
継手板の長手方向に沿って延びた部材に溶け込み溶接ま
たは隅肉溶接により接合した補強部材を設けた（２）な
いし（５）のいずれかに記載の鋼製セグメント。

【００２１】（８） 前記（１）ないし（７）のいずれ
かに記載の鋼製セグメントにコンクリートを充填して合
成セグメントとしたことを特徴とする合成セグメント。

【００２２】本発明においては、少なくとも主桁と、継
手板とを有する鋼製セグメントにおいて、前記主桁には
その端部に、主桁の長手方向と直交しかつ、継手板の長
手方向に沿って延びた部材、例えば鋼板、が溶け込み溶
接により接合された接続部を有しており、この主桁の接
続部が継手板と隅肉接合されるとともに、主桁と縦リ
ブ、スキンプレートが従来と同様に隅肉溶接により組み
立てられて鋼製セグメントが製作される。

【００２３】この接続部の継手板の長手方向に延びた部
材には継手板のボルト孔と対応する位置にボルト孔が設
けられ、隣接するセグメントの継手板とは、この接続部
のボルト孔を介して継手板と共にボルト接合される。

【００２４】すなわち、接続部は主桁の端部に、主桁の
長手方向と直交する部材、鋼板を溶け込み溶接接合して
形成するか、あるいは主桁の長手方向に延びる部材とそ
の先端に主桁の長手方向と直交しかつ継手板の長手方向
に延びる部材とを、溶け込み溶接、あるいは一体形成な
どにより平面形状がＬ字形状、Ｔ字形状の部材に形成
し、この部材を主桁の端部近傍に溶け込み溶接接合して
形成されている。接続部の継手板の長手方向に延びた部
材並びに継手板に設けられたボルト孔を挿通するボルト
によって隣接するセグメントとボルト接合され、主桁の
荷重はこの接続部に十分に伝えられると共に、この接続
部を介して隣り合うセグメントの接続部に伝達される。

【００２５】すなわち、主桁と継手板が直接、溶け込み
溶接によって接合されるのではなく、主桁は溶け込み溶
接により主桁と強固に接合された上記の接続部を介して
継手板と隅肉溶接により接合される。したがって主桁と
継手板とは溶け込み溶接接合した場合の溶接熱による変
形を排除できるとともに、引張力に対して十分な抵抗力
を有することとなり、前述のように内水圧による引張力
が作用するような状況においても有利となる。

【００２６】この接続部は、主桁の端部に、主桁の長手
方向と直交しかつ継手板の長手方向に延びた鋼板を接合
して形成する他に、主桁方向に延びた部材とこの延びた
部材の先端において主桁の長手方向と直交しかつ継手板
の長手方向に沿って延びた部材とからなる部材、すなわ
ち平面形状がＬ字形状（外主桁の場合）またはＴ字形状
（中主桁の場合）の部材を主桁の端部近傍に溶け込み溶
接して形成することができる。すなわち主桁の一部を含
んで接続部を形成し、この接続部を主桁の端部近傍に溶
け込み溶接してもよい。

【００２７】後者の場合接続部は、主桁の長手方向に延
びた部材と、この延びた部材の先端において主桁の長手
方向と直交し、かつ継手板の長手方向に沿って延びた部
材のそれぞれを例えば鋼板で構成し、両者を溶け込み溶
接接合して、平面形状がＬ字形状またはＴ字形状の部材
としこれを主桁端部近傍に溶け込み溶接で接合して形成
してもよい。

【００２８】あるいは、接続部は、主桁方向に延びた部
材と、この延びた部材の先端において主桁の長手方向と
直交しかつ継手板の長手方向に沿って延びた部材とを一
体形成した、平面形状がＬ字形状またはＴ字形状の部材
とし、これを主桁端部近傍に溶け込み溶接で接合しても
よい。

【００２９】好ましくは、この部材を軸に垂直な断面の
形状がＬ字形状あるいはＴ字形状の形鋼を軸方向にその
垂直な面で所要の長さに切断した部材で構成してもよ
い。これを主桁の端部近傍に溶け込み溶接することによ
って、強固な接続部を容易に形成することができる。

【００３０】また、接続部の隅角部に補強材を設けるこ
とも好ましい。すなわち、主桁と、この主桁の端部にお
いて接合された部材、例えば鋼板、とで形成される接続
部の隅角部において、例えば鋼板或いは棒鋼などを、一
端を主桁に、他端を鋼板に溶け込み溶接または隅肉溶接
して補強部材を設けるものである。

【００３１】またあるいは、主桁の長手方向に延びた部
材とこの延びた部材の先端において主桁の長手方向と直
交し、かつ継手板の長手方向に沿って延びた部材とによ
って構成される接続部の隅角部においては、一端を主桁
の長手方向に延びた部材に、他端をこの延びた部材の先
端において主桁の長手方向と直交しかつ継手板の長手方
向に沿って延びる部材に、それぞれ溶け込み溶接または
隅肉溶接して補強部材を設けるものである。接続部の板
厚が小さい場合でも、主桁と接続部との間の荷重伝達を
円滑に行うことができる。

【００３２】接続部を構成する鋼材、および鋼材の厚さ
は、ボルトと主桁軸心との偏心によって隅角部に発生す
る曲げモーメントに耐え得るものであればよく、主桁と
同じ材質、同じ板厚でも、また、主桁と異なる材質、異
なる厚さとすることもできる。

【００３３】本発明の鋼製セグメントにコンクリートを
充填することによって合成セグメントとしても、引張力
に対する優れた抵抗力を発揮し、極めて有用である。

【００３４】

【発明の実施の形態】図５は本発明の鋼製セグメントの
第１の実施例を示す斜視図である。

【００３５】鋼製セグメントは、主桁３ａと継手板５、
および縦リブ４、スキンプレート６とからなっている。
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施例の鋼製セグ
メントの接続部８の形態を示す斜視図である。図１
（ａ）において、外主桁３ａの長手方向の端部には、主
桁３ａの長手方向と直交し、継手板５の長手方向に延び
る鋼板８ａが溶け込み溶接１５で接合されて接続部８が
形成されている。また、図１（ｂ）は中主桁における接
続部を示したもので、中主桁３ｂの長手方向の端部には
中主桁３ｂの長手方向と直交し、継手板の長手方向に沿
って延びた鋼板８ｂが溶け込み溶接１５で接合されて、
接続部８が形成されている。この鋼板８ａ、８ｂには、
継手板のボルト孔１０の位置と対応する位置にほぼ同径
のセグメントを連結するためのボルト結合用ボルト孔９
が設けられている。鋼板８ａ、８ｂとの溶け込み溶接
は、主桁３ａあるいは３ｂの荷重を伝達するに必要な断
面積で行えばよいが、好ましくは主桁の全断面積で行
う。

【００３６】図５は、図１（ａ）に示されたような接続
部８が形成された本発明の構成セグメントの斜視図であ
って、外主桁３ａと継手板５、縦リブ４、スキンプレー
ト６は従来の隅肉溶接により所要寸法の鋼製セグメント
に組み立てられる。このようにして製作されたセグメン
トは、図６に示すように施工現場において接続部の鋼板
８ａおよび継手板５を挿通するボルト７、ナット１１に
より隣接するセグメントと接続される。必要に応じてこ
れにコンクリートを充填すれば合成セグメントとするこ
とも可能である。

【００３７】本発明の鋼製セグメントは、主桁の端部に
溶け込み溶接で予め形成された接続部を有しており、こ
れを介して主桁の荷重が隣接するセグメントに伝達され
るため、引張力に対して十分な抵抗力を持つこととな
り、内水圧による引張力が作用するような状況において
も対応できる。

【００３８】図５の実施例では、外径寸法で高さｈが３
００ｍｍ、幅ｂが１２００ｍｍ、長さｌが１５００ｍｍ
の鋼製セグメントであり、主桁および継手板の板厚は９
ｍｍ、縦リブの板厚は６ｍｍ、スキンプレートの板厚は
４．５ｍｍとして、主桁の両端部に板厚２０ｍｍの鋼板
を主桁の全断面積で溶け込み溶接して接続部を形成した
ものである。なお、セグメントの組立はそれぞれの鋼板
の板厚と同じ脚長の隅肉溶接により行った。

【００３９】この鋼製セグメントの引張試験を実施した
結果、引張荷重７０ｔで隅角部を形成する主桁が主桁軸
心とボルト位置の偏心により発生する曲げモーメントの
ために面外に塑性変形を起こした。しかしながら、主桁
の変形後も隅角部の溶接部は健全であり、所要の引張耐
力を得た。一方、比較例としてすべて隅肉溶接で組み立
てた鋼製セグメントの引張実験を実施した結果、引張荷
重３５ｔで主桁と継手板の隅肉溶接部が破断し、所要の
引張耐力４０ｔを得ることができなかった。

【００４０】図７は、本発明の第２の実施例の鋼製セグ
メントを示す斜視図である。

【００４１】この実施例においては、主桁３ａの長手方
向に延びた部材８ｃの先端部に、この延びた部材の先端
において主桁の長手方向と直交しかつ継手板５の長手方
向に延びた部材８ａを溶け込み溶接１５で接合した平面
形状がＬ字形状の部材を、主桁３ａの端部ではなく端部
近傍に溶け込み溶接１５接合して、セグメントの接続部
８を設けたものである。すなわち、主桁の一部に相当す
る部材８ｃを含む形で接続部を形成し、この接続部を主
桁の端部近傍に溶け込み溶接したものである。

【００４２】図２（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施
例の鋼製セグメントの接続部８の実施の形態を示した斜
視図である。図２（ａ）において、外主桁３ａの端部近
傍には、主桁の長手方向に延びた部材８ｃの先端に、こ
の延びた部材の先端において主桁方向と直交しかつ継手
板の長手方向に延びた部材８ａを溶け込み溶接１５で溶
接した平面形状がＬ字形状の部材が溶け込み溶接１５で
接合され接続部８が形成されている。また、図２（ｂ）
は中主桁における接続部８を示したもので、中主桁３ｂ
の端部近傍には、主桁の長手方向に延びた部材８の先端
に、この延びた部材の先端において主桁の長手方向と直
交しかつ継手板の長手両方向に延びた部材８ｂを溶け込
み溶接１５で接合した平面形状がＴ字形状の部材が溶け
込み溶接１５で接合されて、接続部８が形成されてい
る。

【００４３】継手板の長手方向に延びた鋼板８ａ、８ｂ
には、継手板のボルト孔１０の位置と対応する位置にほ
ぼ同径のセグメントを連結するためのボルト結合用ボル
ト孔９が設けられている。平面形状がＬ字形状あるいは
Ｔ字形状の部材と主桁３ａ或いは３ｂとの溶け込み溶接
は、主桁３ａあるいは３ｂの荷重を伝達するに必要な断
面積で行えばよいが、好ましくは主桁の全断面積で行
う。なお、端部近傍とは、主桁の端部より主桁の長手方
向中央よりの位置を示すもので、通常、端部から主桁長
さの２０〜４０％以内の範囲が好ましい。このような構
成においては、隅角部に作用する曲げモーメントに抵抗
するため８Ｃの板厚を主桁の板厚よりも大きくすること
ができるので主桁を含めて接続部近傍を強化することが
できる。

【００４４】図７の実施例は、図２（ａ）に示した形態
の接続部を有する本発明のセグメントであり、他の構成
は第１の実施例の図５と同じ符号で示している。

【００４５】図７の実施例では、外径寸法で高さｈが３
００ｍｍ、幅ｂが１２００ｍｍ、長さｌが１５００ｍｍ
の鋼製セグメントであり、主桁および継手板の板厚は９
ｍｍ、縦リブの板厚は６ｍｍ、スキンプレートの板厚は
４．５ｍｍとして、主桁の両端において、端部から１５
０ｍｍの位置で板厚２０ｍｍの鋼板８ｃを主桁３ａに主
桁の全断面積で溶け込み溶接し、この鋼板８ｃの端部に
おいて主桁と直交し、継手板５の方向に延びる継手板と
同じ高さ３００ｍｍ、長さ１００ｍｍ、板厚２０ｍｍの
鋼板８ａを溶け込み溶接して接続部を形成したものであ
る。なお、セグメントの組立はそれぞれの鋼板の板厚と
同じ脚長の隅肉溶接により行った。

【００４６】この鋼製セグメントの引張試験を実施した
結果、引張荷重７０ｔで主桁が主桁軸心とボルト位置の
偏心により発生する曲げモーメントのために面外に塑性
変形を起こした。しかしながら、主桁の変形後も隅角部
の溶接部は健全であり、所要の引張耐力を得た。

【００４７】図８は、本発明の第３の実施例の鋼製セグ
メントを示す斜視図である。

【００４８】この実施例はセグメントの接続部８を、第
２の実施例の図７においては主桁の長手方向に延びた部
材８ｃと、この延びた部材の先端において主桁の長手方
向と直交しかつ継手板５の長手方向に延びた部材８ａが
溶け込み溶接により、平面形状がＬ字形状の部材が形成
されていたものを、一体形成して構成したものである。
一体成形されたものとして、軸方向に垂直な断面の形状
がＬ字形状である不等辺山形鋼をその軸方向の垂直な断
面で所要の長さに切断した部材１２を用い、主桁３ａの
端部近傍に溶け込み溶接１５接合して設けたものであ
る。

【００４９】図３（ａ）、（ｂ）は本発明の第３の実施
例の鋼製セグメントの接続部の形態を示した斜視図であ
る。図３（ａ）は外主桁の場合を示したもので、第２の
実施例の図２（ａ）における主桁の長手方向に延びた部
材８ｃの先端に、この延びた部材の先端において主桁の
長手方向と直交しかつ継手板の長手方向に延びた部材８
ａとが一体形成され、平面形状がＬ字形状の部材１２と
して、外主桁３ａの端部近傍に予め溶け込み溶接１５で
接合されて、接続部８が形成されている。

【００５０】また、図３（ｂ）は中主桁の場合を示した
もので、第２の実施例の図２（ｂ）における主桁の長手
方向に延びた部材８と、この延びた部材の先端において
主桁の長手方向と直交しかつ継手板の長手両方向に延び
た部材８ｂとが一体形成され、平面形状がＴ字形状の部
材１３が中主桁３ｂの端部近傍に溶け込み溶接１５で接
合されて、接続部８形成されている。

【００５１】この部材１２、１３には、継手板のボルト
孔１０の位置と対応する位置にほぼ同径のセグメントを
連結するためのボルト結合用ボルト孔９が設けられてい
る。

【００５２】平面形状がＬ字形状の部材１２あるいはＴ
字形状の部材１３と主桁との溶け込み溶接は、主桁３ａ
あるいは３ｂの荷重を伝達するに必要な断面積で行えば
よいが、好ましくは主桁の全断面積で行う。

【００５３】一体形成した平面形状がＬ字形状の部材１
２あるいはＴ字形状の部材１３は、鋳造、鍛造圧延等で
所要の形状に成形してもよいが、軸方向に垂直な断面形
状がＬ字形状あるいはＴ字形状となっている形鋼、たと
えば不等辺山形鋼あるいはＣＴ形鋼をその軸に垂直な断
面で切断し、その切断片を用いることができる。これに
よって容易に上記平面形状を有する部材を得ることがで
きる。

【００５４】図８の実施例は、図３（ａ）に示した形態
の接続部を有する本発明のセグメントであり、他の構成
は第２の実施例の図７と同じ符号で示している。

【００５５】図８の実施例では、外径寸法で高さｈが３
００ｍｍ、幅ｂが１２００ｍｍ、長さｌが１５００ｍｍ
の鋼製セグメントであり、主桁および継手板の板厚は９
ｍｍ、縦リブの板厚は６ｍｍ、スキンプレートの板厚は
４．５ｍｍとして、主桁の両端において、端部から１５
０ｍｍの位置で不等辺山形鋼（１５０ｍｍ×９０ｍｍ×
板厚１５ｍｍ）を軸に垂直な断面で切断した長さ３００
ｍｍの部材を主桁３ａに主桁の全断面積で溶け込み溶接
し接続部を形成したものである。なお、セグメントの組
立はそれぞれの鋼板の板厚と同じ脚長の隅肉溶接により
行った。

【００５６】この鋼製セグメントの引張試験を実施した
結果、引張荷重７０ｔで主桁が主桁軸心とボルト位置の
偏心により発生する曲げモーメントのために面外に塑性
変形を起こした。

【００５７】図９は本発明の第４の実施例の鋼製セグメ
ントを示す斜視図である。

【００５８】この実施例では第２の実施例の図２（ａ）
における主桁の長手方向に延びた部材８ｃの先端に、こ
の延びた部材の先端において主桁の長手方向と直交しか
つ継手板の長手方向に延びた部材８ａを溶け込み溶接し
て平面形状がＬ字形状の部材とし、これを主桁の端部近
傍に接合して接続部８を形成しているが、さらにこのＬ
字形状部の隅角部に補強部材１６を設けたものである。
すなわち、補強部材１６の一端は主桁方向に延びる部材
８ｃに、他端はこの延びた部材の先端において主桁の長
手方向と直交しかつ継手板５の長手方向に沿って延びた
部材８ａに、それぞれ、溶け込み溶接１５で接合されて
いる。このようにして構成した平面形状がＬ字形状の部
材を、主桁３ａの端部近傍に溶込み溶接１５で接合し
て、セグメントの接続部を形成したものである。接続部
の板厚が小さい場合でも、主桁と接続部との間の荷重伝
達を円滑に行うことができる。図４（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）は、本発明のセグメントの接続部に補強
部材を設けた実施の形態を示す斜視図である。図４
（ａ）は図１（ａ）の接続部の実施例において補強部材
１６を設けた例、図４（ｂ）は図２（ａ）の接続部の実
施例において補強部材１６を２箇所設けた例、図４
（ｃ）は図２（ｂ）の接続部の実施例において補強部材
１６を設けた例、図４（ｄ）は図３（ａ）の接続部の実
施例において補強部材１６を設けた例である。

【００５９】補強部材は溶け込み溶接により接続部を形
成する部材間に設けられるが、図４（ｄ）の場合は、補
強部材を接続部とともに一体に成形しても良いことは言
うまでもない。図９の実施例は、図４（ａ）に示した形
態の補強部材を設けた本発明のセグメントであり、他の
構成は第２の実施例の図７と同じ符号で示している。

【００６０】図９の実施例では、外形寸法で高さｈが３
００ｍｍ、幅ｂが１２００ｍｍ、長さｌが１５００ｍｍ
の鋼製セグメントであり、主桁および継手板の板厚は９
ｍｍ、縦リブの板厚は６ｍｍ、スキンプレートの板厚は
４．５ｍｍとして、主桁の両端において、端部から１５
０ｍｍの位置で板厚２０ｍｍの鋼板８ｃを主桁３ａに主
桁の全断面積で溶け込み溶接し、この鋼板８ｃの端部に
おいて主桁の長手方向と直交し、継手板５の長手方向に
延びた継手板と同じ高さ３００ｍｍ、長さ１００ｍｍ、
板厚２０ｍｍの鋼板８ａを溶け込み溶接して接続部８を
形成したものである。補強部材１６は板厚２０ｍｍの鋼
板を用い補強部材の全断面積で溶け込み溶接して設け
た。本実施例では補強部材の全断面積で溶け込み溶接し
て設けているが、接続部の強度が十分な場合には隅肉溶
接により補強部材を設けてもよい。

【００６１】なお、この他のセグメントの組立に必要な
接合はそれぞれの板厚と同じ脚長の隅肉溶接により行っ
た。

【００６２】この鋼製セグメントの引張試験を実施し
た。図５〜８の実施例と比較して接続部の補強がなされ
ているので、主桁が主桁軸心とボルト位置の偏心により
発生する曲げモーメントのために面外に塑性変形を起こ
した引張荷重は８０ｔと大きく向上した。

【００６３】図１０は本発明の第５の実施例の鋼製セグ
メントを示す斜視図である。

【００６４】この実施例では、第２の実施例の図２
（ａ）の接続部の形態と同様に、外主桁３ａの主桁の長
手方向に延びた部材８ｃの先端近傍に、この延びた部材
の先端において主桁の長手方向と直交しかつ継手板の長
手方向に沿って延びた部材８ａを溶け込み溶接１５によ
り接合し平面形状がＬ字形状とした部材を、溶け込み溶
接１５により接合して接続部８を形成したものである。
さらに隈角部に補強部材１６を設けたものである。補強
部材１６の一端は主桁の長手方向に延びた部分に、他端
はこの延びた部分の先端において主桁の長手方向と直交
し、かつ継手板の長手方向に沿って延びた部分に、それ
ぞれ隅肉溶接或いは溶け込み溶接されている。更に、中
主桁３ｂの端部には、この中主桁の主桁の長手方向と直
交し、かつ継手板５の長手両方向に延びる部材８ｂを溶
け込み溶接１５により接合し、平面形状がＴ字形状の接
続部８を形成している。

【００６５】図１０の実施例では、外形寸法で高さｈが
３００ｍｍ、幅ｂが１２００ｍｍ、長さｌが１５００ｍ
ｍの鋼製セグメントであり、外主桁、中主桁および継手
板の板厚は９ｍｍ、縦リブの板厚は６ｍｍ、スキンプレ
ートの板厚は４．５ｍｍ、として、外主桁３ａの両端部
において端部から１５０ｍｍの位置で、板厚２０ｍｍの
鋼板８Ｃを外主桁３ａに主桁の全断面積で溶け込み溶接
し接続部を形成したものである。このとき、Ｌ字形状の
接続部の隅角部に板厚２０ｍｍの鋼板を全断面積で溶け
込み溶接して補強部材１６を設けた。

【００６６】更に、中主桁３ｂの端部には板厚２０ｍ
ｍ、長さの２００ｍｍ、高さ３００ｍｍの鋼板を主桁の
全断面積で溶け込み溶接し、平面形状がＴ字形状の接続
部を形成した。なお、この他のセグメントの組立に必要
な接合はそれぞれの板厚と同じ脚長の隅肉溶接により行
った。

【００６７】中主桁を付加したことにより本実施例は第
１から第４の実施例（図５〜８）のセグメントの引張耐
力を大きく上回った。この鋼製セグメントの引張試験を
実施した結果、図５〜８の実施例と比較して接続部の補
強がなされているため引張荷重１６０ｔで主桁が主桁軸
心とボルト位置の偏心により発生する曲げモーメントの
ために面外に塑性変形を起こした。また、比較例として
主桁と継手板を隅肉溶接して作製した試験体では、引張
荷重６０ｔで中主桁と継手板の隅肉溶接部が破断した。

【００６８】図１１は本発明の第６の実施例の鋼製セグ
メントを示す斜視図である。

【００６９】この実施例では、第３の実施例と同様に、
第２の実施例の図２（ａ）における外主桁３ａの主桁の
長手方向に延びた部材８ｃと、この延びた部材の先端に
おいて主桁の長手方向と直交しかつ継手板の長手方向に
延びた部材８ａとを第３の実施例の図３（ａ）のように
一体に形成したもので、一体成形したものとして軸に垂
直な断面形状がＬ字形状である不等辺山形鋼を軸方向の
垂直な断面で所要の長さに切断した部材１２を用い、こ
の部材１２の隅角部に補強部材１６を設けたものであ
る。補強部材１６の一端は外主桁の長手方向に延びた部
分に、他端はこの延びた部分の先端において外主桁の長
手方向と直交しかつ継手板の長手方向に沿って延びた部
分に、それぞれ溶け込み溶接されている。このようにし
て構成した平面形状がＬ字形状の部材１２を、外主桁３
ａの端部近傍に溶込み溶接１５で接合して、セグメント
の接続部８を形成したものである。

【００７０】さらに、中間主桁３ｂの端部近傍には、第
２の実施例の図２（ｂ）に示されるように、中主桁の主
桁の長手方向に延びた部材８と、この延びた部材の先端
において主桁の長手方向と直交しかつ継手板の長手方向
に沿って両方向に延びた部材８ｂとを第３の実施例の図
３（ｂ）のように一体に形成した部材１３を、溶け込み
溶接１５により接合し接続部８を形成している。なお、
一体成形した部材１３として軸に垂直な断面形状がＴ字
形状であるＣＴ形鋼をその軸方向に垂直な断面で所要の
長さに切断したものを用いた。

【００７１】図１１の実施例では、図１０の実施例と同
様に、外形寸法で高さｈが３００ｍｍ、幅ｂが１２００
ｍｍ、長さｌが１５００ｍｍの鋼製セグメントである。
外主桁、中主桁および継手板の板厚は９ｍｍ、縦リブの
板厚は６ｍｍ、スキンプレートの板厚は４．５ｍｍとし
て、外主桁３ａの両端部において端部から１５０ｍｍの
位置で、不等辺山形鋼（１５０ｍｍ×９０ｍｍ×板厚１
５ｍｍ）を軸に垂直な断面で切断した長さ３００ｍｍの
部材をＬ字形状部材１２として用い、外主桁３ａに主桁
の全断面積で溶け込み溶接して接続部８を形成した。さ
らにＬ字形状部材１２の隅角部には隅肉溶接により補強
部材１６を設けた。

【００７２】更に、中間主桁３ｂの両端部において端部
から２００ｍｍの位置で、ＣＴ形鋼（２００ｍｍ×２０
０ｍｍ×板厚₁９ｍｍ×板厚₂１９ｍｍ）を軸に垂直な断
面で切断した長さ３００ｍｍの部材をＴ字形状部材１３
として用い、中間主桁の全断面積で溶け込み溶接し、平
面形状がＴ字形状の接続部８を形成した。さらにＬ字形
状部材１３の隅角部には隅肉溶接により補強部材１６を
設けた。なお、この他のセグメントの組立に必要な接合
はそれぞれの板厚と同じ脚長の隅肉溶接により行った。

【００７３】中主桁を付加したこと、および隅角部を補
強したことにより本実施例は実施例１から（図５〜１
０）の実施例のいずれの引張耐力をも大きく上回った。
この鋼製セグメントの引張試験を実施した結果、主桁が
主桁軸心とボルト位置の偏心により発生する曲げモーメ
ントのために面外に塑性変形を起こしたのは、引張荷重
１８０ｔの時であった。

【００７４】また、本発明の実施の１から６の鋼製セグ
メントに、コンクリートを充損して合成セグメントと
し、上記と同様の引張試験を行ったところコンクリート
が主桁の変形を拘束するために主桁の塑性変形が抑制さ
れ、コンクリートを充填することにより何れの場合でも
引張耐力を向上させることが可能であった。しかしなが
ら、比較例として主桁と継手板を隅肉溶接により接合し
た通常の鋼製セグメントの内部にコンクリートを充填し
て合成セグメントとした試験体について引張試験を実施
した結果、何れの場合でも、主桁と継手板の隅肉溶接部
が破断し引張耐力の向上は見られなかった。

【００７５】

【発明の効果】本発明による鋼製セグメントおよび合成
セグメントは、従来のセグメントに比較して高い引張耐
力を得ることができる。そのため、地下河川あるいは上
下水道に使用されるシールドトンネルの二次覆工を省略
することができ、地下河川あるいは上下水道などのシー
ルドトンネルを経済的に建設できる。

【００７６】さらに、異形断面のシールドトンネルに本
発明の鋼製セグメントあるいは合成セグメントを使用す
ることにより、曲げモーメントに起因する引張力に効果
的に抵抗でき、セグメント同士を従来と同様のボルト接
合を行うことにより高強度のシールドトンネルを実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋼製セグメントにおける接続部の形成
状況の実施形態を示す斜視図であり、（ａ）は外主桁、
（ｂ）は中主桁の場合の例を示す図である。

【図２】本発明の鋼製セグメントにおける接続部の形成
状況の他の実施形態を示す斜視図であり、（ａ）は外主
桁、（ｂ）は中主桁の場合の例を示す図である。

【図３】本発明の鋼製セグメントにおける接続部の形成
状況の他の実施形態を示す斜視図であり、（ａ）は外主
桁、（ｂ）は中主桁の場合の例を示す図である。

【図４】本発明の鋼製セグメントにおける接続部の隅角
部への補強部材の形成状況の実施形態を示す斜視図であ
り、（ａ）、（ｂ）、（ｄ）は外主桁、（ｃ）は中間主
桁の場合の例を示す図である。

【図５】本発明の第１実施例の鋼製セグメントの斜視図
である。

【図６】本発明の鋼製セグメントと隣接する鋼製セグメ
ントとの接続状況を示す断面図である。

【図７】本発明の第２実施例の鋼製セグメントの斜視図
である。

【図８】本発明の第３実施例の鋼製セグメントの斜視図
である。

【図９】本発明の第４実施例の鋼製セグメントの斜視図
である。

【図１０】本発明の第５実施例の鋼製セグメントの斜視
図である。

【図１１】本発明の第６実施例の鋼製セグメントの斜視
図である。

【図１２】従来のセグメントの構成を示す（ａ）は斜視
図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ矢視図である。

【符号の説明】

１ 鋼製セグメント ２ 合成セグメント ３ 主桁 ３ａ 外主桁 ３ｂ 中間主桁 ４ 縦リブ ５ 継手板 ６ スキンプレート ７ ボルト ８ 接続部 ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ 接続部の鋼板（部材） ９ ボルト孔 １０ ボルト孔 １１ ナット １２ 平面形状がＬ字形状の鋼材 １３ 平面形状がＴ字形状の鋼材 １４ コンクリート １５ 溶け込み溶接接合部 １６ 補強部材

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも主桁と継手板とを有する鋼製
   セグメントにおいて、前記主桁はその端部に、主桁の長
   手方向と直交しかつ、継手板の長手方向に沿って延びた
   部材を溶け込み溶接により接合した接続部を有すること
   を特徴とする鋼製セグメント。
2. 【請求項２】 少なくとも主桁と継手板とを有する鋼製
   セグメントにおいて、前記主桁はその端部近傍に、主桁
   の長手方向に延びた部材とこの延びた部材の先端におい
   て主桁の長手方向と直交しかつ継手板の長手方向に沿っ
   て延びた部材とからなる平面形状がＬ字形状またはＴ字
   形状の部材を、溶け込み溶接により接合した接続部を有
   することを特徴とする鋼製セグメント。
3. 【請求項３】 前記平面形状がＬ字形状あるいはＴ字形
   状の部材は、主桁の長手方向に延びた部材とこの延びた
   部材の先端において主桁の長手方向と直交しかつ継手板
   の長手方向に沿って延びた部材とが溶け込み溶接により
   接合されていることを特徴とする請求項２に記載の鋼製
   セグメント。
4. 【請求項４】 前記平面形状がＬ字形状あるいはＴ字形
   状の部材は、前記主桁の長手方向に延びた部材とこの延
   びた部分の先端において主桁の長手方向と直交しかつ継
   手板の長手方向に沿って延びた部材とが、一体成形され
   ていることを特徴とする請求項２に記載の鋼製セグメン
   ト。
5. 【請求項５】 前記平面形状がＬ字形状あるいはＴ字形
   状の部材は、不等辺山形鋼もしくはＣＴ形鋼をその軸方
   向に垂直な面で所要の長さに切断したものであることを
   特徴とする請求項４に記載の鋼製セグメント。
6. 【請求項６】 前記主桁と、その端部に主桁の長手方向
   と直交しかつ、継手板の長手方向に沿って延びた部材と
   を溶け込み溶接により接合して形成された隅角部に、一
   端を主桁に、他端を主桁の長手方向と直交しかつ継手板
   の長手方向に沿って延びた部材に溶け込み溶接または隅
   肉溶接により接合した補強部材を設けた請求項１に記載
   の鋼製セグメント。
7. 【請求項７】 前記主桁の長手方向に延びた部材とこの
   延びた部材の先端において主桁の長手方向と直交し、か
   つ継手板の長手方向に沿って延びた部材とからなる平面
   形状がＬ字形状またはＴ字形状の部材の隅角部に、一端
   を主桁の長手方向に延びた部材に、他端をこの延びた部
   材の先端において主桁の長手方向と直交しかつ継手板の
   長手方向に沿って延びた部材とに溶け込み溶接または隅
   肉溶接により接合した補強部材を設けた請求項２ないし
   ５のいずれかに記載の鋼製セグメント。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかに記載の鋼
   製セグメントにコンクリートを充填して合成セグメント
   としたことを特徴とする合成セグメント。