JPH1136792A

JPH1136792A - 鋼製セグメント

Info

Publication number: JPH1136792A
Application number: JP9205530A
Authority: JP
Inventors: Minoru Inada; 実鰰田; Yoichi Sano; 陽一佐野; Michio Sasaki; 道夫佐々木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-07-16
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 1999-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】地震等によりセグメントに大きな応力が発生
した場合、セグメント全体の変位で吸収し、しかも構造
が簡単な鋼製セグメントを提供する。【解決手段】平行配置の主桁２０と、左右の主桁２０
間を連結する縦リブ２３及び継手板２１と、前記の各部
材に固着するスキンプレート２２とからなる鋼製セグメ
ントにおいて、前記主桁２０を構造用圧延鋼材で構成
し、主桁２０を除く、継手板とスキンプレート２２等の
主要部材を、外部応力によりトンネル軸方向変位及び、
外部応力吸収可能な低降伏点鋼又は極低降伏点鋼で構成
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上下水道，地下鉄
道，地下道路，電力電信管路，地下水路，あるいは共同
溝等のトンネルを、シールド工法等で築造する場合に使
用する鋼製セグメント（坑道覆工体）に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、トンネル覆工に用いられる鋼製セ
グメントに使用される鋼材は、一般構造用圧延鋼材及
び、溶接構造用圧延鋼材である。

【０００３】一方、この種の鋼製セグメントが施工され
た後における地震や地盤の不等沈下等対策として、図１
８〜図２０に示すように、鋼製セグメントに可とうゴム
を取り付けたものがあった。

【０００４】図１８には異なる地層を横方向に貫通する
トンネル１を鋼製セグメント２によって構築した例が示
されている。同図において、基盤層３に接して軟弱地盤
４と地盤改良部５があり、地表面においては図示の位置
に、建物６、河川７、伏越し部８、構造物廻り１０など
が存在し、又所定の間隔で地表面からトンネル１にかけ
て立坑１１が掘削されている。

【０００５】前記のトンネル１において、鋼製セグメン
ト２の間にはゴムリングからなる可撓セグメント１２が
次の理由で設けられる。すなわち、地層の境目、地盤
急変部における不等沈下。軟弱地盤における圧密沈
下。河川、運河、道路等の伏越し部における変位およ
び応力吸収。構造物との取り合い部における変位およ
び応力吸収。上記箇所における地震時の伸縮、曲げ、
捩じれ、剪断等の複雑な応力解放のために可撓セグメン
ト１２が設置される。

【０００６】前記の可撓セグメント１２は、図１９，図
２０に示すように蛇腹状のゴム体１３の両端に固定ボル
ト１４により主リング１５を取付けて構成され、主リン
グ１５と鋼製セグメント２とが固定ボルトで結合され
る。なお、前記固定ボルト１４及び、ゴム体１３とその
外側のスキンプレート１６を除く特殊部材や補助部材は
図示省略する。

【０００７】前記において、地盤に地震、不等沈下等に
より、トンネルを構成する各鋼製セグメント２に変位及
び、応力が作用したとき、前記可撓セグメント１２が伸
縮し、又は折り曲がって、その両側の鋼製セグメント２
間が伸縮し又は折り曲がることにより、各鋼製セグメン
ト２に加わるトンネル軸方向変位や応力が吸収される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、地盤
の不等沈下等により鋼製セグメントに働く応力を、鋼製
セグメント自体で吸収できるようにした構造的改良方法
は存在せず、セグメント間にゴム体１３からなる可撓セ
グメント１２を介設する方法が唯一の手段として採用さ
れている。しかし、この可撓セグメント１２は、可とう
ゴム体１３をはじめとする特殊部材や、所定の強度を得
るための補強部材が多く、通常のセグメントと比較して
極端に製造コストが高く不経済である。さらに、可撓セ
グメント１２は構造が複雑で、鋼製セグメント２との接
続作業その他において施工性に難があった。

【０００９】本発明は、前記の課題を解決したもので、
鋼製セグメント自体に前記地盤の不等沈下等により作用
する応力吸収機能を付与し、さらに、構造が簡潔で、低
コスト，施工容易性を実現した鋼製セグメントを提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明に係る鋼製セグメントは、平行配置の主桁
と、左右の主桁間を連結する縦リブ及び継手板と、前記
の各部材に固着するスキンプレートとからなる鋼製セグ
メントにおいて、前記主桁を構造用圧延鋼材で構成し、
主桁を除く、継手板とスキンプレート等の主要部材を、
外部応力によりトンネル軸方向変位及び、応力吸収可能
に低降伏点鋼と極低降伏点鋼のいずれかで構成したこと
を特徴とする。また、本発明において、前記平行配置の
主桁の間には、この主桁と同一材料からなる中間主桁を
配設するとよい。また、本発明において、前記主桁と主
桁の間又は、主桁と中間主桁の間に、トンネル軸方向に
ジャッキ反力を伝達する仮設縦リブを取外し自在に配設
するとよい。この仮設縦リブは、両端部に逆雄ねじ部を
有し、中間部に回転操作部を有する駆動軸と、駆動軸両
端の前記逆雄ねじ部にそれぞれ雌ねじ部が螺合する押圧
杆とから構成するとよい。

【００１１】本発明の鋼製セグメントによると、地盤の
不等沈下その他の原因で鋼製セグメントに一定値以上の
応力が作用したとき、前記主桁を除く他の低降伏点鋼又
は極低降伏点鋼からなる継手板、スキンプレート等の主
要部材が前記応力によって、降伏し、塑性変形を起こす
ことにより、セグメント全体で応力吸収して構造物の安
全を確保する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１〜図５は本発明の第１実施形態
に係る鋼製セグメント１９を示し、各図において、一対
の主桁２０が平行に配設され、左右の主桁２０の両端部
間が継手板２１で連結されており、前記の主桁２０と継
手板２１とで組まれた矩形のセグメント枠の外端面にス
キンプレート２２が溶接で固定される。さらに、左右の
主桁２０の間には、トンネル円周方向に所定の間隔をあ
けて複数の補強用の縦リブ２３が配設されその両端が溶
接で固定されている。

【００１３】さらに、継手板２１には、鋼製セグメント
１９をトンネル円周方向にボルト接合するための複数の
ボルト孔２４が開設され、主桁２０には、複数の鋼製セ
グメント１９をトンネル円周方向に接合して構成される
セグメントリング間をトンネル軸方向にボルト接合する
ためのボルト孔２５が開設されている。また、鋼製セグ
メントの内側中央位置において、セグメント組立時にシ
ールド機械のエレクター装置でつり上げるためのつり手
金具２６が縦リブ２３とスキンプレート２２の内面に溶
接で固定され、さらに、スキンプレート２２を内外に貫
通して、セグメントリングの背面に裏込めを行うための
グラウト注入孔２７が設けられている。

【００１４】本発明では前記の鋼製セグメント１９にお
いて、主桁２０は、一般構造用圧延鋼材（JIS G 3101）
及び、溶接構造用圧延鋼材（JIS G 3106）で構成され、
この主桁２０を除く縦リブ２３と、継手板２１と、スキ
ンプレート２２は低降伏点鋼又は、極低降伏点鋼で構成
されている。低降伏点鋼とは、降伏点を低くすることに
より伸び性能を大幅に向上させ、地震時や地盤沈下が激
しい箇所等に適応する大きな変形性能を有する鋼材であ
る。具体的には、実験結果から、0.２％耐力（Ｎ／m
m²）が９０〜１３０，引張強さ（Ｎ／mm²）が２００
〜３００，伸び（％）が５０以上の低降伏点鋼又は、極
低降伏点鋼がよいことが確認され、この範囲の特性を有
する材料として、ＢＴ−ＬＹＰ１００（新日本製鉄
（株）商品名）がある。

【００１５】前記鋼製セグメント１９において、継手板
２１は低降伏点鋼又は極低降伏点鋼が使用されているの
で、トンネル円周方向にボルト接合する際、ボルト本数
が少ないと、この少数のボルトの周辺にのみ極部的に力
が作用して、外からの応力に対して継手板２１の全体が
均等に力を負担して塑性変形できず、応力吸収機能が十
分発揮できない不具合が考えられる。そこで、第１の実
施形態では、継手板２１に多数のボルト孔２４を開設
し、図４に示すようにトンネル円周方向に接合する鋼製
セグメント１９のこの継手板２１同士を接合し、この継
手板２１に開設の多数のボルト孔２４に接合用ボルト２
８を挿入し、ナット３０を締結してセグメント同士を結
合するように構成される。

【００１６】つまり本発明では、溶接構造用圧延鋼材か
らなる主桁２０と、低降伏点鋼又は極低降伏点鋼からな
る縦リブ２３と、継手板２１と、スキンプレート２２を
具備する鋼製セグメント１９は、トンネルの周壁を所定
の力で支える強度を有し、なおかつ、地震等によりセグ
メントを変位させるような一定以上の応力が作用すると
きにはじめて、前記縦リブ２３と継手板２１とスキンプ
レート２２が降伏し、塑性変形を起こすことで、鋼製セ
グメント全体で応力を吸収し、構造物の安全を確保す
る。

【００１７】本発明の第１実施形態の鋼製セグメント１
９において、主桁２０を除く、縦リブ２３と継手体２１
とスキンプレート２２のすべてを低降伏点鋼又は極低降
伏点鋼で構成しているが、これらのうちの一部を同降伏
点鋼で構成することで、本発明の技術思想を具体化する
ことも可能である。また、前記において、主桁２０と縦
リブ２３と継手板２１とスキンプレート２２の接合に
は、通常の軟鋼用溶接材料を使用し一般的な溶接施工が
可能である。

【００１８】本発明の第１実施形態における変形例とし
て、前記主桁２０の間に中間主桁（図示せず）が配設さ
れた鋼製セグメントにおいて、縦リブ２３と継手板２１
とスキンプレート２２を低降伏点鋼又は、極低降伏点鋼
で構成した場合も発明の第１実施形態と同様の作用効果
を奏する。

【００１９】図６〜図８には、本発明の第２実施形態に
係る鋼製セグメント１９ａが示されている。この第２実
施形態では、主桁２０ａを溝形鋼で構成し、かつ左右の
主桁２０ａの開口部３１を対向配置した点が、第１実施
形態における平板からなる主桁２０と相異しており、各
部材に使用される鋼材と、他の構成は第１実施形態と同
じである。第２実施形態では主桁２０ａは溝形鋼からな
るので、その強度が第１実施形態の主桁２０よりも強
く、かつ主桁２０ａと他の部材、つまり縦リブ２３と継
手板２１とスキンプレート２２との結合強度が一層向上
する。

【００２０】図９〜図１２には、発明の第３実施形態に
係る鋼製セグメント１９ｂが示されている。この第３実
施形態では、平板状の左右の主桁２０ｂの円弧両端部を
対向側に直角に折曲げることで、この折曲げ部を両端部
継手板３２とし、中間部継手板２１ａと両端部継手板３
２を接合部３９で軟鋼用溶接材料を使用して一般溶接施
工により溶接している。つまり、第３実施形態では低降
伏点鋼または極低降伏点鋼からなる中間部継手板２１ａ
と、溶接構造用圧延鋼材からなる両端部継手板３２とか
らセグメント継手板が構成され、それぞれにボルト孔２
４，２４ａが開設されている。

【００２１】本発明の第３実施形態では、中間部継手板
２１ａと両端部継手板３９に開設のボルト孔２４，２４
ａに接合用ボルトを挿入して、トンネル円周方向に隣接
のセグメント同士を接合するので、第１実施形態におけ
る低降伏点鋼の継手板２１のみを介してボルト接合する
構造に比べ、継手部強度が上がるので、より強度が要求
される場合など、用途に応じて第３実施形態の鋼製セグ
メント１９ｂを選択使用できる。なお、他の構成は発明
の第１実施形態と同じであるので、同等要素に同一符号
を付して説明を省略する。

【００２２】図１３〜図１５は発明の第４実施形態を示
す。この第４実施形態に係る鋼製セグメント１９ｃで
は、左右の主桁２０ｃのそれぞれの内側にこの主桁２０
ｃと同じ溶接構造用圧延鋼材からなる中主桁３３が設け
られていて、主桁２０ｃと中主桁３３とは所定間隔で配
設の複数の連結梁３４で連結されている。また、左右の
中主桁３３の間に伸縮可能な仮設縦リブ３５が配設して
あり、これらの構成が、発明の第１実施形態と相異す
る。

【００２３】さらに説明すると、主桁２０ｃと内側平行
主桁３３との間は前記連結梁３４で連結するだけでな
く、さらに底板（図示せず）で連結してその外側にスキ
ンプレート２２を接合し、或いは、図示のように底板を
設けないで、直に主桁２０ｃと中主桁３３にスキンプレ
ート２２を接合してもいずれでもよい。また、主桁と中
主桁３３の円弧両端部における桁間には、これらと同じ
溶接構造用圧延鋼材からなり、ボルト孔２４ｂを有する
端部補強継手板３７と、これと一体の内側折り返し部３
８が設けられている。

【００２４】また、左右の中主桁３３の端部間には、低
降伏点鋼からなる中間部継手板２１ａが端部補強継手板
３７と同一面上に設けられており、この補強継手板３７
と中主桁３３との接合部３９は溶接で固着されている。

【００２５】左右の中主桁３３の間において、隣合う縦
リブ２３間の空間に伸縮自在な仮設縦リブ３５が着脱自
在に設けられている。仮設縦リブ３５の伸縮構造は任意
でよいが、図示例では、両端に逆雄ねじ部４０を有し、
中間に回転工具嵌着用角形部４１又は、操作軸４７の挿
入孔４２を有する駆動軸４３と、前記逆雄ねじ部４０に
螺合する雌ねじ部４４を一端に有し、他端に押圧板４５
を有する押圧杆４６とから構成されている。その他の構
成、つまり、縦リブ２３、中間部継手板２１ａ、スキン
プレート２２が低降伏点鋼又は極低降伏点鋼で構成され
ることは第１の実施形態と同じである。

【００２６】この第４実施形態の鋼製セグメント１９ｃ
は、主桁２０ｃの強度と継手部の強度が第１実施形態の
鋼製セグメント１９よりも増強されている。

【００２７】さらに、トンネル内においてセグメントを
リングに組立てながら、これに反力をとってジャッキを
トンネル軸方向に伸長させることで掘削機（図示せず）
を掘進させる際、前記鋼製セグメント１９ｃでは、トン
ネル軸方向のジャッキ反力は、掘削機側（これを前側と
する）に位置する主桁２０ｃ→中主桁３３→仮設縦リブ
３５→中主桁３３→後側の主桁２０ｃと伝わるので、そ
の反力が低降伏点鋼からなる縦リブ２３と、中間継手板
２１ａと、スキンプレート２２に及ばず、円滑に掘進機
を前進させることができる。また、トンネル後方で、前
記反力を受ける必要がなくなった鋼製セグメント１９ｃ
から順に、前記仮設縦リブ３５を取外すものであり、以
後、この鋼製セグメント１９ｃは応力吸収セグメントと
して機能する。仮設縦リブ３５は、第１〜第３実施形態
にも適用できる。

【００２８】本発明の鋼製セグメント１９は、これら鋼
製セグメント１９〜１９ｃのみでトンネル全体を覆工し
てもよいし、各部材が全て溶接構造用圧延鋼材からなる
一般の鋼製セグメントと適宜組合わせて使用してもよ
い。例えば、地盤の不等沈下や、圧密沈下等が予想され
る場所において、一定の間隔で、この鋼製セグメント１
９〜１９ｃでセグメントリングを構築する、つまり、従
来のゴム体を用いた可とうセグメントと同様の施工配置
もできる。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係る鋼製セグメントは、地震等
により大きな外力がセグメントに集中して作用した場
合、スキンプレート、継手板等が塑性変形することによ
りその応力を吸収することができ、しかもセグメントに
発生する大荷重をセグメント全体で負担するため、セグ
メントの局所変位が小さく、荷重作用後も安定した構造
を保持できる。さらに、可とうゴムや特殊な補強部材を
必要としないため、セグメント構造が極めてシンプル
で、製造・施工が容易である。さらに、本発明に係る鋼
製セグメントの製造コストが飛躍的に削減でき、安価で
高性能な耐震・耐地盤沈下用の鋼製セグメントを提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図で
ある。

【図２】図１の鋼製セグメントの中央部長手方向断面図
である。

【図３】図１の鋼製セグメントの幅方向断面図である。

【図４】図１の鋼製セグメントのトンネル円周方向の接
合部構造を示すセグメント長手方向の断面図である。

【図５】図１の鋼製セグメントの各部材の分離斜視図で
ある。

【図６】第２実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図で
ある。

【図７】図６の鋼製セグメントの中央部長手方向断面図
である。

【図８】図６の鋼製セグメントの幅方向断面図である。

【図９】第３実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図で
ある。

【図１０】図９の鋼製セグメントの中央部長手方向断面
図である。

【図１１】図９の鋼製セグメントの幅方向断面図であ
る。

【図１２】図９の鋼製セグメントの各部材の分離斜視図
である。

【図１３】第４実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図
である。

【図１４】図１３における仮設リブの斜視図である。

【図１５】図１３における仮設リブの取付け構造を示す
鋼製セグメントの幅方向の断面図である。

【図１６】図１３の一部拡大破断平面図である。

【図１７】図１３の鋼製セグメントの端部幅方向の断面
図である。

【図１８】従来の地盤の不等沈下対応構造のトンネル覆
工の説明図である。

【図１９】図１８における可撓セグメントの拡大破断斜
視図である。

【図２０】図１９の可撓セグメントにおけるゴム体とそ
の結合構造を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１トンネル２鋼製セグメント３基盤層４軟弱地盤５地盤改良部６建物７河川８伏越し部１０構造物廻り１１立坑１２可撓セグメント１３ゴム体１４固定ボルト１５主リング１６スキンプレート１９鋼製セグメント２０主桁２１縦手板２２スキンプレート２３縦リブ２４ボルト孔２５ボルト孔２６吊り手金具２７グラウト注入孔２８接合用ボルト３０ナット３１開口部３２両端部継手板３３中主桁３４連結梁３５仮設縦リブ３６底板３７端部補強継手板３８内側折り返し部３９接合部４０逆雄ねじ部４１角形部４２操作棒挿入孔４３駆動軸４４雌ねじ部４５押圧板４６押圧杆４７操作軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平行配置の主桁と、左右の主桁間を連結
する縦リブ及び継手板と、前記の各部材に固着するスキ
ンプレートとからなる鋼製セグメントにおいて、前記主
桁を構造用圧延鋼材で構成し、主桁を除く、継手板とス
キンプレート等の主要部材を、外部応力によりトンネル
軸方向変位及び、外部応力吸収可能に低降伏点鋼と極低
降伏点鋼のいずれかで構成したことを特徴とする鋼製セ
グメント。
【請求項２】前記平行配置の主桁の間には、この主桁
と同一材料からなる中間主桁が配設されている請求項１
記載の鋼製セグメント。
【請求項３】前記主桁と主桁の間又は、主桁と中間主
桁の間に、トンネル軸方向にジャッキ反力を伝達する仮
設縦リブを取外し自在に配設することを特徴とする請求
項１又は２記載の鋼製セグメント。
【請求項４】前記仮設縦リブは、両端部に逆雄ねじ部
を有し、中間部に回転操作部を有する駆動軸と、駆動軸
両端の前記逆雄ねじ部にそれぞれ螺合する雌ねじ部を有
する押圧杆とからなる構成を特徴とする請求項３記載の
鋼製セグメント。