JPH11270293A - 鋼製セグメント及び鋼製セグメントからなるトンネル覆工体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンクリートとの一体性を高めることによ
り、周囲の土水圧に対してきわめて強度の大きい鋼製セ
グメントおよびトンネル覆工体を提供する。 【解決手段】 トンネルＡの周方向と軸方向にそれぞれ
連続する複数本の主桁３と継手板４とトンネルＡの地山
に接するスキンプレート５を有し、主桁３の表面にコン
クリート２を付着させるための凹凸として凹溝10を多数
有する。凹溝10は継手板４とスキンプレート５の内側に
も有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はトンネルの内周に
設置され、後から打設されるコンクリートと一体をなし
てトンネル覆工体を構成する鋼製セグメントに関する。

【０００２】

【従来の技術】当出願人はこれまで、例えば図６に図示
するようにトンネルＡの内周に一次覆工材として鋼製セ
グメント20をトンネルＡの周方向と軸方向に互いに接合
しながら複数設置して鋼製ライニングを形成し、その内
側に二次覆工材としてコンクリート21を所定の厚さに打
設してコンクリートライニングを形成することにより、
鋼製セライニングとコンクリートライニングとからなる
鋼コンクリート合成構造のトンネル覆工体を構築するシ
ールドトンネルの覆工方法を開発した。

【０００３】ここで使用される鋼製セグメント20は、例
えば図７に図示するようにトンネルＡの周方向と軸方向
にそれぞれ連続する複数本の主桁22と縦リブ25、継手板
23と地山に接するスキンプレート24を有して形成され、
特に主桁22は形鋼や平鋼などから形成され、ＲＣ構造の
主筋に相当するものとして設置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成では、特に主桁22の表面が平坦なためにコンクリート
21が付着しにくく、コンクリート21との一体性が図れな
い。

【０００５】そこでこれまでは、主桁22,22 間にシール
ドジャッキの推進反力を得るためにトンネルＡの軸方向
に沿って設置される縦リブ25によって鋼製セグメント１
とコンクリート21との一体化を図っていた。

【０００６】しかし、主桁22,22 間に縦リブ25がある
と、コンクリート21の充填性が悪く、施工効率が低下す
るだけでなく、鋼材使用量が大幅に増えて製品コストが
嵩む等の課題があった。

【０００７】また、縦リブ25はシールドジャッキの推進
反力を得るためにのみ必要な部材で、コンクリート21の
充填ではむしろ邪魔になり、しかも特に縦リブ25がなく
ても、充分な強度が得られることから、縦リブ25は省略
する方向で当出願人は考えている。

【０００８】この発明は、以上の課題を解決するために
なされたもので、特にコンクリートの充填性がよく、ま
たコンクリートとの一体性が高く、周囲の土水圧に対し
てきわめて強度が大きく、しかもひび割れ分散性がよく
耐久性の高い鋼製セグメントおよびトンネル覆工体を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、この発明に係る請求項１記載の鋼製セグメント
は、少なくともトンネルの周方向に連続する主桁を有
し、かつこの主桁の表面にコンクリートを付着させるた
めの凹凸を多数有する。

【００１０】請求項２記載の鋼製セグメントは、少なく
ともトンネルの周方向に連続する主桁と地山に接するス
キンプレートを有し、かつこのスキンプレートの表面に
コンクリートを付着させるための凹凸を多数有する。

【００１１】請求項３記載の鋼製セグメントは、少なく
ともトンネルの周方向に連続する主桁および継手板と地
山に接するスキンプレートを有し、かつ継手板の表面に
コンクリートを付着させるための凹凸を多数有する。

【００１２】請求項４記載の鋼製セグメントは、少なく
ともトンネルの周方向に連続する主桁および継手板と地
山に接するスキンプレートを有し、かつ前記主桁、スキ
ンプレートおよび継手板の表面にそれぞれコンクリート
を付着させるための凹凸を多数有する。

【００１３】請求項５記載の鋼製セグメントは、請求項
１、２、３又は４の記載において、凹凸として凹溝を多
数有する。

【００１４】この発明に係る請求項６記載のトンネル覆
工体は、トンネルの内周に請求項１、２、３、４又は５
記載の鋼製セグメントをトンネルの周方向と軸方向に互
いに接合しながら複数設置し、かつその内側にコンクリ
ートを打設して構築する。

【００１５】請求項７記載のトンネル覆工体は、トンネ
ルの内周に請求項１、２、３、４又は５記載の鋼製セグ
メントをトンネルの周方向と軸方向に互いに接合しなが
ら二重に設置し、この二重に設置された外側と内側の鋼
製セグメント間にせん断補強材を複数設置し、かつコン
クリートを打設して構築する。

【００１６】請求項８記載のトンネル覆工体は、請求項
７の記載において、外側と内側の鋼製セグメント間に剪
断補強材を斜めに複数設置する。

【００１７】そして、請求項９記載のトンネル覆工体
は、請求項７又は８の記載において、せん断補強材の表
面にコンクリートを付着させるための凹凸を多数有す
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態１．図１〜図３
は、この発明の実施の一形態を示し、図において、トン
ネルＡの内周に一次覆工材として鋼製セグメント１がト
ンネルＡの周方向と軸方向に互いに接合しながら複数設
置され、かつその内側に二次覆工材としてコンクリート
２が所定の厚さに打設されている。

【００１９】こうして、鋼製ライニング１Ａとコンクリ
ートライニング２Ａとからなる鋼コンクリート合成構造
のトンネル覆工体が構築されている。

【００２０】鋼製セグメント１はトンネルＡの周方向に
平行に延在する複数本の主桁３とトンネルＡの軸方向に
延在する複数本の継手板４とトンネルＡの地山に接する
スキンプレート５とから形成されている。

【００２１】継手板４は主桁３の両端部に主桁3,3 間を
跨いで設置され、かつ各主桁３の端部にそれぞれ溶接し
て固着されている。

【００２２】また、継手板４には、トンネルＡの周方向
に隣接する鋼製セグメント１の主桁３同士を接合する接
合プレート６を挿通するための開口部７が各主桁３の両
側に位置してそれぞれ形成され、さらに、継手板４同士
を接合する接合ボルト８を挿通するためのボルト孔９が
開口部7,7 間に所定間隔に複数形成されている。

【００２３】スキンプレート５も、継手板４と同様に周
囲の地山が安定していない場合など、特に必要な場合に
主桁３と継手板４の地山側に添え付けられ、かつ主桁３
と継手板４にそれぞれ溶接して固着されている。

【００２４】これらの主桁３と継手板４は共に形鋼、平
鋼又は平鋼などを組み合わせたビルトアップ鋼材などか
ら、スキンプレート５は鋼板などからそれぞれ形成され
ている。

【００２５】外側に位置する主桁３の内側、中央に位置
する主桁３の両側には、それぞれコンクリート２を付着
させるための凹凸として凹溝10が主桁３の全面に渡って
多数形成されている。また、必要に応じて継手板４の内
側とスキンプレート５の内側にも同様の目的で凹溝10が
多数形成されている。さらに、継手板４またはスキンプ
レート５、あるいはこれらの両方にのみ凹溝10を多数形
成し、主桁３に形成されないこともある。

【００２６】その際、主桁３、継手板４およびスキンプ
レート５の凹溝10はいずれも、これらの部材の短辺方向
に連続して形成されている。

【００２７】なお、主桁３、継手板４およびスキンプレ
ート５の表面にコンクリート２を付着できるものであれ
ば、必ずしも凹溝10である必要はなく突起でもよい。ま
た、表面にスタッド等のシャコネクターを多数突設した
ものでもよい。

【００２８】こうして形成された鋼製セグメント１をト
ンネルＡの周方向と軸方向に互いに接合しながら複数設
置することによりトンネルＡの周方向と軸方向に連続す
る鋼製ライニングが形成され、さらにその内側にコンク
リート２を所定の厚さに打設してコンクリートライニン
グが形成されている。

【００２９】その際、トンネルＡの周方向に隣接する鋼
製セグメント１同士は、図３(a),(b) に図示するように
双方の主桁３の端部間の片側又は両側に接合プレート６
を開口部７を挿通させて設置すると共に、主桁３と接合
プレート６を複数本の接合ボルト（高力ボルト）11で接
合し、さらに双方の継手板４をボルト孔９を貫通する複
数本の接合ボルト（高力ボルト）８で接合することによ
り接合されている。

【００３０】また、トンネルＡの軸方向に隣接する鋼製
セグメント１同士は、特に図３(a)に図示するように接
合プレート６と接合ボルト11でトンネルＡの周方向に隣
接する主桁３と一緒に接合されている。

【００３１】その際、主桁３と接合プレート６との当接
面に互いに噛み合うような凹凸（高さが0.5 ｍｍ程度の
高さ）を形成しておけば、主桁3,3 間の高力摩擦接合に
よる接合強度はより向上する。

【００３２】このような構成において、主桁３の表面、
さらに継手板４とスキンプレート５の内側に凹凸として
凹溝10が多数形成されていることにより、鋼製セグメン
ト１とコンクリート２との完全一体性が保持される。

【００３３】したがって、周囲の土水圧に対してきわめ
て強度の大きいトンネル覆工体を構築でき、その上、シ
ールドジャッキの推進反力を得るためにのみ主桁3,3 間
に設置されている縦リブ（図省略）も、用が済みしだい
速やかに撤去でき、縦リブを撤去できることによりコン
クリート２の充填性も著しく向上する。

【００３４】発明の実施の形態２．図４と図５は、この
発明の実施の一形態を示し、図において、トンネルＡの
内周に鋼製セグメント１がトンネルＡの周方向と軸方向
に互いに接合しながら二重に設置され、かつ二重に設置
された外側と内側の鋼製セグメント1,1 間にコンクリー
ト２が打設されている。

【００３５】また、外側と内側の鋼製セグメント1,1 間
に剪断補強材12が複数設置されている。こうして、二重
に構成された鋼製ライニング２Ａとコンクリートライニ
ング２Ｂとからなる鋼コンクリート合成構造の大断面ト
ンネル覆工体が構築されている。

【００３６】剪断補強材12は外側と内側の鋼製セグメン
ト１の主桁3,3 間に、図５(a),(b)に図示するように垂
直又は斜めに設置され、その上下両端は主桁３にそれぞ
れ溶接またはボルト接合によって連結されている。

【００３７】また、剪断補強材12は形鋼などの鋼材から
形成され、その表面にも凹凸としてその短辺方向（軸直
角方向）に連続する凹溝10が多数形成されている。その
他の構成は、図１〜図３で説明したものと全く同じであ
る。

【００３８】トンネル覆工体がこのように構築されてい
ることで、鋼製セグメント１とコンクリート２との完全
一体性が保持され、さらに剪断補強材12が主桁3,3 間に
斜めに複数設置されていることにより、剪断補強材12を
ラチス材とするトラスばりが形成されるので、周囲の土
水圧に対してさらに強度のきわめて大きく、ひび割れ分
散性がよく、かつ耐久性の大きいトンネル覆工体とする
ことができる。

【００３９】また、コンクリート２の打設時には、シー
ルドジャッキの推進反力を得るために主桁3,3 間に設置
される縦リブ（図省略）を撤去できるため、コンクリー
ト２の充填作業もし易い。

【００４０】なお、これまで説明した鋼製セグメント１
は、主桁３の表面、さらには継手板４とスキンプレート
５の表面にコンクリート２を付着させるための凹凸とし
て、凹溝10を多数形成するだけでよいので、鋼製セグメ
ント１に所定の曲率を付けることにより、円形トンネル
の内周を覆工する鋼製セグメントとしても利用できるこ
とはいうまでもない。

【００４１】また、図４に図示する大断面トンネル覆工
体の施工方法を簡単に説明すると、最初に図１に図示す
るような構成をなす小断面シールドトンネルａを大断面
の矩形状に連設して施工すると共に、各小断面シールド
トンネルａ内にコンクリート２を打設して大断面トンネ
ルの外殻を構築し、その後、外郭の内側を在来工法によ
って掘進する。

【００４２】その際、コンクリート２は隣接する小断面
シールドトンネルａ，ａ間の隔壁ｂ（例えば、鋼製セグ
メント１の主桁３のみを残しスキンプレート５を撤去す
る）を撤去してから打設することにより、コンクリート
２の一体的連続性を図るものとする。

【００４３】

【発明の効果】この発明は以上説明した構成からなり、
特に主桁の表面、さらには継手板、スキンプレート、剪
断補強材の表面にも、コンクリートを付着させるための
凹凸が多数形成されているので、鋼製セグメントとコン
クリートとの完全一体性を保持できて、周囲の土水圧に
対してきわめて強度が大きく、かつひび割れ分散性が良
く耐久性の高いトンネル覆工体を構築できる。

【００４４】また、鋼製セグメントとコンクリートとの
完全一体化が可能になったことにより、これまで、シー
ルドジャッキの推進反力を得るためにのみ設置されてい
た縦リブも、用が済みしだい速やかに撤去できるため使
用鋼材量も大幅に少なくなって材料費の節約による製作
コストの低減が可能である。さらに、コンクリートの充
填がし易くなって施工性の大幅な向上が図れる。

【００４５】また、コンクリートを付着させるための凹
凸として、凹溝が多数形成されているので、凹凸の加工
も簡単にできる。

【００４６】さらに、トンネルの内周に鋼製セグメント
をトンネルの周方向と軸方向に互いに接合しながら二重
に設置し、この二重に設置された外側と内側の鋼製セグ
メント間にせん断補強材を垂直又は斜めに複数設置し、
かつコンクリートを打設して構築することにより、周囲
の土水圧に対してさらに強度のきわめて大きいトンネル
覆工体を構築できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】矩形断面形に構築されたシールドトンネルの断
面図である。

【図２】(a) は鋼製セグメントの連結部の構造を示す斜
視図、(b) はその接合状態を示す斜視図である。

【図３】(a) は鋼製セグメントの連結部の構造を示すト
ンネル軸方向の断面図、(b) はトンネル周方向の縦断面
図である。

【図４】矩形断面形に構築された大断面シールドトンネ
ルの断面図である。

【図５】(a),(b) は大だ断面シールドトンネルの外殻部
の一部斜視図である。

【図６】矩形断面形に構築されたシールドトンネルの断
面図である。

【図７】従来の鋼製セグメントの一部斜視図である。

【符号の説明】

１ 鋼製セグメント ２ コンクリート ３ 主桁 ４ 継手板 ５ スキンプレート ６ 接合プレート ７ 開口部 ８ 接合ボルト ９ ボルト孔 10 凹溝（凹凸） 11 接合ボルト（高力ボルト） 12 剪断補強材 １Ａ 鋼製ライニング ２Ａ コンクリートライニング

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネルの内周に設置され、後から打設
   されるコンクリートと一体をなしてトンネル覆工体を構
   成する鋼製セグメントにおいて、少なくともトンネルの
   周方向に連続する主桁を有し、かつこの主桁の表面にコ
   ンクリートを付着させるための凹凸を多数有することを
   特徴とする鋼製セグメント。
2. 【請求項２】 トンネルの内周に設置され、後から打設
   されるコンクリートと一体をなしてトンネル覆工体を構
   成する鋼製セグメントにおいて、少なくともトンネルの
   周方向に連続する主桁とトンネルの地山に接するスキン
   プレートを有し、かつ前記スキンプレートの表面にコン
   クリートを付着させるための凹凸を多数有することを特
   徴とする鋼製セグメント。
3. 【請求項３】 トンネルの内周に設置され、後から打設
   されるコンクリートと一体をなしてトンネル覆工体を構
   成する鋼製セグメントにおいて、少なくともトンネルの
   周方向に連続する主桁及び継手板とトンネルの地山に接
   するスキンプレートを有し、かつ前記継手板の表面にコ
   ンクリートを付着させるための凹凸を多数有することを
   特徴とする鋼製セグメント。
4. 【請求項４】 トンネルの内周に設置され、後から打設
   されるコンクリートと一体をなしてトンネル覆工体を構
   成する鋼製セグメントにおいて、少なくともトンネルの
   周方向に連続する主桁及び継手板とトンネルの地山に接
   するスキンプレートを有し、かつ前記主桁、スキンプレ
   ートおよび継手板の表面にコンクリートを付着させるた
   めの凹凸を多数有することを特徴とする鋼製セグメン
   ト。
5. 【請求項５】 凹凸として凹溝を多数有することを特徴
   とする請求項１、２、３又は４記載の鋼製セグメント。
6. 【請求項６】 トンネルの内周に請求項１、２、３、４
   又は５記載の鋼製セグメントを、トンネルの周方向と軸
   方向に互いに接合しながら複数設置し、かつその内側に
   コンクリートを所定の厚さに打設して構築してあること
   を特徴とするトンネル覆工体。
7. 【請求項７】 トンネルの内周に請求項１、２、３、４
   又は５記載の鋼製セグメントを、トンネルの周方向と軸
   方向に互いに接合しながら二重に設置し、この二重に設
   置された外側と内側の鋼製セグメント間にせん断補強材
   を複数設置し、かつコンクリートを打設して構築してあ
   ることを特徴とするトンネル覆工体。
8. 【請求項８】 剪断補強材は外側と内側の鋼製セグメン
   ト間に斜めに複数設置してあることを特徴とする請求項
   ７記載のトンネル覆工体。
9. 【請求項９】 剪断補強材の表面にコンクリートを付着
   させるための凹凸を多数有することを特徴とする請求項
   ７又は８記載のトンネル覆工体。