鋼製セグメント及び合成セグメント
【課題】連結構造が強固で連結作業が容易なセグメントを提供する。
【解決手段】合成セグメント１は矩形状の枠体２（主桁５及び継手板６）とスキンプレート３と縦リブ４とを備える。主桁５は主桁本体１０とその両端に位置する連結部２０とからなる。主桁本体１０は外側フランジ１１と内側フランジ１２とウェブ１３とを含んでコ字状に形成される。連結部２０は連結段差部３０と連結突出部４０とからなる。連結段差部３０は段差側連結板３１と段差側仕切板３２とを備え、連結板３１には係合突起３３が設けられている。連結突出部４０は突出側連結板４１と突出側仕切板４２とを備え、連結板４１には係合孔４３が貫通形成されている。そしてトンネル周方向に連結されるセグメント同士を、互いの継手板６にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させることにより、一方のセグメントの係合突起３３を他方のセグメントの係合孔４３に嵌合させる。
【解決手段】合成セグメント１は矩形状の枠体２（主桁５及び継手板６）とスキンプレート３と縦リブ４とを備える。主桁５は主桁本体１０とその両端に位置する連結部２０とからなる。主桁本体１０は外側フランジ１１と内側フランジ１２とウェブ１３とを含んでコ字状に形成される。連結部２０は連結段差部３０と連結突出部４０とからなる。連結段差部３０は段差側連結板３１と段差側仕切板３２とを備え、連結板３１には係合突起３３が設けられている。連結突出部４０は突出側連結板４１と突出側仕切板４２とを備え、連結板４１には係合孔４３が貫通形成されている。そしてトンネル周方向に連結されるセグメント同士を、互いの継手板６にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させることにより、一方のセグメントの係合突起３３を他方のセグメントの係合孔４３に嵌合させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルの覆工に用いられる鋼製セグメント及び合成セグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
上下水道、共同溝、道路、鉄道等の管路として用いられるシールドトンネルは、シールド工法により形成される。
【０００３】
シールド工法では、例えば、地山に発進立坑と到達立坑とを構築し、発進立坑から到達立坑へ向けてシールド掘進機で地山を掘削しながら、シールド掘進機の後方で次々にセグメントを組み立てて、推進方向に連結することで筒状の覆工体を構築する。
【０００４】
この覆工体は、トンネルに作用する土・水圧を支保する構造物であると共に、シールド掘進時のシールド掘進機の掘進ジャッキの反力体としての機能を有している。
【０００５】
また、この覆工体は、複数のセグメントをトンネル周方向及びトンネル軸方向に連結させることにより構築される。それゆえ、坑内で行われるセグメント同士の連結作業に要する作業量は大きく、従って、セグメント同士の連結が容易であることが要求されている。
【０００６】
この連結の簡易化に関する技術としては、例えば、特許文献１，２に記載の技術を挙げることができる。
【０００７】
特許文献１では、鋼殻セグメントにおいて、その略四角形状の枠体（鋼殻本体）が、Ｈ形鋼からなる一対の円弧状の主桁（鋼殻側面板）と、これら主桁の円弧状端部同士を接続する継手板（端面板）とを含んで構成されている。主桁のＨ形断面は、ウェブと、このウェブの両端に一体に設けられた内側フランジ及び外側フランジとにより形成されている。枠体の四隅のうち一の対角位置では、主桁のウェブの一端部に、連結板が、端面よりトンネル周方向に突出するように接合されている。この連結板には係合孔がトンネル軸方向に貫通形成されている。また、枠体の四隅のうち他の対角位置では、主桁のウェブの他端部に、トンネル軸方向に突出するように係合突起が設けられている。そして、トンネル周方向に連結される鋼殻セグメントの継手板同士をトンネル軸一方向にずらして面接触させた後に、トンネル軸他方向に移動させることで、係合突起を係合孔に嵌合させる。
【０００８】
また、特許文献１には、トンネル軸方向に連結される鋼殻セグメントの主桁同士（ウェブ、外側フランジ及び内側フランジ）によって区画される空間内にモルタルを充填することが記載されている。
【０００９】
特許文献２では、方舟状の鋼枠内にコンクリートを充填してなる合成セグメントにおいて、鋼枠を構成する主桁（桁部材）が、トンネル軸方向に連結されるセグメント同士の接触面を形成している。この主桁の一端側には段差部が形成されている一方、他端側には突出部が形成されている。段差部にはトンネル軸方向外方に突出する複数のピンが設けられている。突出部には上記ピンに対応する複数のピン孔が貫通形成されている。そして、トンネル周方向に隣接するセグメント同士の段差部と突出部とを互いに組み合わせると、段差部による凹状部と突出部による凸状部とが相補的に解消されて、この結果、互いの主桁が面一になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３３７３１１０号公報
【特許文献２】特開平９−１０５２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、近年、セグメント組立の自動化と共に、シールド掘進機の掘進とセグメントの組立とを同時に行う掘進組立同時施工法が多用されるに至っている。従前よりシールド掘進においては、シールド掘進機の推進ジャッキの圧力制御（動作制御）を行っているが、掘進組立同時施工法においては、組立中のセグメントに対応する推進ジャッキ以外の推進ジャッキにより圧力制御（動作制御）を行うため、覆工体を構成するセグメントに加わる偏圧はより大きくなる傾向がある。
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載のセグメントを用いて上述の掘進組立同時施工を行う場合には、トンネル周方向にセグメントを連結させてセグメントリングを形成すると、当該リングにて隣接する主桁同士が面一に連結されることにより、当該リングにて主桁を介して伝達される応力の流れが連続的になるので、セグメントに加わる上記偏圧が主桁を介してセグメント同士の連結箇所（係合箇所）に集中する可能性があり、それゆえ、連結箇所が推進ジャッキからの圧力に対して十分に耐えられない可能性がある。
【００１３】
また、特許文献１に記載のセグメントを用いて上述の掘進組立同時施工を行う場合には、トンネル軸方向に連結されたセグメントの主桁間にモルタルが充填される前に、上記偏圧がセグメントに加わる。このため、トンネル軸方向でのセグメント同士の連結が、互いに主桁の外側フランジ及び内側フランジを介して行われることになるので、接触面積が比較的小さく、それゆえ、上記偏圧に対してセグメントの耐力が不足する可能性がある。
【００１４】
また、特許文献２に記載のセグメントを用いて上述の掘進組立同時施工を行う場合には、セグメント同士の連結箇所（突出部）が主桁と面一に形成されているので、セグメントに加わる上記偏圧が主桁を介して連結箇所に集中する可能性があり、それゆえ、連結箇所が推進ジャッキからの圧力に対して十分に耐えられない可能性がある。
【００１５】
また、特許文献２ではピン孔が主桁の突出部に設けられているので、このピン孔に段差部のピンを嵌合させた場合、ピンの先端部はピン孔より突き出すことができない。そのため、上記偏圧がセグメントに加わった場合にはピンとピン孔との嵌合部が外れる場合や、外れない場合でもガタツク等の強度的な弱部になる虞がある。
【００１６】
本発明は、このような実状に鑑み、反力体として推進ジャッキの圧力に対して十分な耐力を有すると共に、連結構造が強固で、連結作業が容易な鋼製セグメント及び合成セグメントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
そのため本発明に係る鋼製セグメントは、トンネル周方向及びトンネル軸方向に複数連結されてトンネル内に筒状の覆工体を構成するものであり、略四角形状の鋼製の枠体と、この枠体の地山側を塞ぐように配置されるスキンプレートと、を含んで構成される。枠体は、トンネル軸方向に互いに離間して平行に配置される一対の主桁と、トンネル周方向に互いに離間して配置されて主桁の端部同士を接続する一対の継手板と、を含んで構成される。主桁は、主桁本体と、この主桁本体の両端に位置する連結部と、からなる。主桁本体は、トンネル径方向外側にてトンネル軸方向に幅を有してトンネル周方向に延在する外側フランジと、トンネル径方向内側にてトンネル軸方向に幅を有してトンネル周方向に延在する内側フランジと、外側フランジの幅方向外側の外縁部と内側フランジの幅方向外側の外縁部とに接合されてトンネル周方向に延在するウェブと、を含んでコ字状に形成される。連結部は、枠体の四隅のうち一の対角位置に形成される連結段差部と、他の対角位置に形成される連結突出部と、からなる。連結段差部は、主桁本体の一端より延設された外側フランジの幅方向中間部と内側フランジの幅方向中間部とに接合されてトンネル周方向に延在し、かつ、一端部が継手板の一端部に接合する段差側連結板と、この段差側連結板の他端部とウェブの一端部とを接続する段差側仕切板と、段差側連結板に設けられてトンネル軸方向外方に突出する係合突起と、を含んで構成される。連結突出部は、主桁本体の他端より延設された外側フランジの幅方向中間部と内側フランジの幅方向中間部とに接合されてトンネル周方向に延在し、かつ、一端部が継手板の他端部に接合されてさらにトンネル周方向外方に延長されて突出部をなす突出側連結板と、この突出側連結板の他端部とウェブの他端部とを接続する突出側仕切板と、突出側連結板の突出部にトンネル軸方向に貫通形成された係合孔と、を含んで構成される。そして、トンネル周方向に連結されるセグメント同士を、互いの継手板にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させることにより、一方のセグメントの連結段差部の係合突起を、他方のセグメントの連結突出部の係合孔に嵌合させる。
【００１８】
また、本発明に係る合成セグメントは、本発明に係る鋼製セグメントの枠体内にコンクリートを充填してなる。
【００１９】
尚、ここでいう「フランジの幅方向外側の外縁部」とは、トンネル軸方向で見て、フランジの両縁部のうち、枠体の中央（主桁間の中央）より離れている側（枠体の外側）に位置する縁部を意味する。
また、ここでいう「フランジの幅方向中間部」とは、トンネル軸方向で見て、フランジの両縁部間の領域を意味する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、主桁を構成するウェブは、その一端部が段差側仕切板を介して段差側連結板に接続される一方、他端部が突出側仕切板を介して突出側連結板に接続される。すなわち、主桁のウェブが、段差側連結板及び突出側連結板に対して、トンネル軸方向に離間して、面一ではない構成になっている。これにより、ウェブを介して伝達される応力の流れの連続性が段差側仕切板及び突出側仕切板にて阻害されるので、ウェブからの応力が段差側連結板及び突出側連結板に直接的に作用することを抑制することができる。従って、セグメント同士の連結箇所（係合箇所）における応力集中の発生を抑制することができるので、反力体として推進ジャッキの圧力に対して十分な耐力を有することができる。
【００２１】
また本発明によれば、トンネル周方向にセグメントが連結されると、その連結箇所に、外側フランジと、内側フランジと、段差側連結板と、突出側連結板と、段差側仕切板と、突出側仕切板とにより、ボックス状の連結構造を形成することができる。すなわち、トンネル周方向に連結されるセグメント同士の連結段差部と連結突出部とが一体的にボックス状の連結構造を形成するので、比較的強固な連結構造を実現することができる。
【００２２】
また本発明によれば、主桁本体は、外側フランジ、内側フランジ、及びウェブからなるコ字状断面を有することにより、ウェブが、トンネル軸方向に連結されるセグメント同士の接触面（接合面）を形成する。これにより、トンネル軸方向でのセグメント同士の連結が、互いにウェブを介して面接触で行われるため、接触面積が比較的大きく、それゆえ、シールド掘削機の推進ジャッキからの圧力に対して十分な耐力を有することができる。
【００２３】
また本発明によれば、トンネル周方向に連結されるセグメント同士を、互いの継手板にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させることにより、対応する連結段差部と連結突出部とを連結させることができるので、比較的簡易に、セグメントの連結作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態における合成セグメントの斜視図
【図２】合成セグメントの概略構成を示す図
【図３】合成セグメントの概略構成を示す図
【図４】連結部の部分拡大図
【図５】合成セグメントをトンネル周方向に連結する直前の状態を示す図
【図６】合成セグメントの組立方法を示す図
【図７】係合突起及び係合孔の変形例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態における合成セグメントの概略構成を示す斜視図である。図２（ａ）は合成セグメントの正面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図３（ｂ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図３（ｃ）は合成セグメントの側面図である。図４（ａ）は図１の部分Ｐの部分拡大図である。図４（ｂ）は図１の部分Ｑの部分拡大図である。
【００２７】
図１及び図２に示すように、合成セグメント１は、湾曲した矩形状の鋼製の枠体２と、この枠体２の地山側を塞ぐように配置されるスキンプレート３と、複数（図では８本）の縦リブ４と、を備える。そして、枠体２とスキンプレート３とによって囲まれる空間内には、図示しないコンクリートが充填されている。換言すれば、合成セグメント１は、枠体２とスキンプレート３と縦リブ４とを備える鋼製セグメントの内部空間にコンクリートが充填されて形成されている。
【００２８】
枠体２は、一対の主桁５，５と、一対の継手板６，６により構成される。
主桁５，５は、それぞれ、円弧状の鋼材であり、トンネル軸方向に互いに離間して平行に配置されている。
【００２９】
継手板６，６は、トンネル周方向に互いに離間して配置されており、主桁５，５の端部同士を連結している。
継手板６，６間にて主桁５，５同士を接続する８本の縦リブ４は鋼製の板状部材であり、トンネル周方向に並列配置されて、トンネル軸方向に延在している。
【００３０】
図２に示すように、主桁５は、主桁本体１０と、その両端に位置する連結部２０と、からなる。
【００３１】
図２及び図３に示すように、主桁本体１０は、外側フランジ１１、内側フランジ１２、及びウェブ１３により構成されてコ字状断面を有する。
【００３２】
外側フランジ１１はトンネル軸方向に幅を有する板状部材であり、主桁本体１０のトンネル径方向外側にてトンネル周方向に延在している。
内側フランジ１２はトンネル軸方向に幅を有する板状部材であり、主桁本体１０のトンネル径方向内側にてトンネル周方向に延在している。
【００３３】
ウェブ１３は板状部材であり、外側フランジ１１の幅方向外側の外縁部１１ａと内側フランジ１２の幅方向外側の外縁部１２ａとに接合されてトンネル周方向に延在している。ここで、ウェブ１３は、セグメントリング間の接合面として機能する。
【００３４】
ウェブ１３には、所定の間隔をおいて複数（図では３つ）のリング間継手１４が設けられている。リング間継手１４としては、例えば、施工が容易なプッシュグリップ式継手が用いられる。ここで、プッシュグリップ式継手とは、楔を応用したピン方式の継手で、挿入側のピンボルトを受入側の孔部に挿入して締結力を得る継手であり、ピンボルトと受入れ孔部にはそれぞれ噛合可能な鋸歯状の突部と凹部が連続して形成される。
【００３５】
連結部２０は、枠体２の四隅のうち一の対角位置に形成される連結段差部３０と、他の対角位置に形成される連結突出部４０と、からなる。
【００３６】
図２〜図４に示すように、連結段差部３０は、段差側連結板３１と、段差側仕切板３２と、を備える。
【００３７】
段差側連結板３１は、主桁本体１０の一端１０ａより延設された外側フランジ１１の幅方向中間部と内側フランジ１２の幅方向中間部とに接合されており、トンネル周方向に延在している。また、段差側連結板３１は、その一端部３１ａが継手板６の一端部６ａに接合している。
【００３８】
段差側連結板３１の外面には、トンネル軸方向外方に突出する係合突起３３が設けられている。係合突起３３は、その先端がウェブ１３の表面よりトンネル軸方向外方に突出しない程度の高さを有する。尚、本実施形態では、円形断面を有する２つの係合突起３３が、トンネル径方向に互いに離間して配置されているが、係合突起３３の個数や配置形態はこれに限らない。
【００３９】
段差側仕切板３２は、外側フランジ１１と内側フランジ１２との間にて段差側連結板３１の他端部３１ｂとウェブ１３の一端部１３ａとを接続するものであり、段差側連結板３１及びウェブ１３に対して垂直に（すなわち、トンネル軸方向に）延在している。
【００４０】
連結突出部４０は、突出側連結板４１と、突出側仕切板４２と、を備える。
突出側連結板４１は、主桁本体１０の他端１０ｂより延設された外側フランジ１１の幅方向中間部と内側フランジ１２の幅方向中間部とに接合されており、トンネル周方向に延在している。ここで、突出側連結板４１は、段差側連結板３１に比べて、フランジ１１，１２の外縁側（フランジ１１，１２の幅方向外側）に配置されている。また、突出側連結板４１は、合成セグメント１同士のトンネル周方向連結時に段差側連結板３１に面接触するように配置されている。
【００４１】
突出側連結板４１は、その一端部４１ａが継手板６の他端部６ｂに接合されてさらにトンネル周方向外方に延長されて突出部４１ｂをなしている。この突出部４１ｂには、合成セグメント１同士のトンネル周方向連結時に係合突起３３が対応する位置に、円形の係合孔４３がトンネル軸方向に貫通形成されている。
【００４２】
突出側仕切板４２は、外側フランジ１１と内側フランジ１２との間にて突出側連結板４１の他端部４１ｃとウェブ１３の他端部１３ｂとを接続するものであり、突出側連結板４１及びウェブ１３に対して垂直に（すなわち、トンネル軸方向に）延在している。
【００４３】
連結段差部３０と連結突出部４０との双方において、外側フランジ１１及び内部フランジ１２は、各々の外縁部１１ａ，１２ａより、ウェブ１３と面一に主桁５の中心線に向けて張り出すフランジ張出部１１ｂ，１２ｂを有する。また、外側フランジ１１及び内部フランジ１２には、継手板６の端部よりフランジ張出部１１ｂ，１２ｂの各々に接続するように、フランジ張出部１１ｃ，１２ｃが設けられている。
【００４４】
突出側連結板４１は、その突出部４１ｂが、フランジ張出部１１ｂ，１２ｂ間と、フランジ張出部１１ｃ，１２ｃ間とをそれぞれ通過可能なように、幅狭に形成されている。
【００４５】
枠体２の外周面のうちトンネル径方向外側の部分（ウェブ１３の表面のうちトンネル径方向外側の部分、フランジ張出部１１ｂ，１１ｃ、及び、継手板６の表面のうちトンネル径方向外側の部分）には、止水ゴム装着用の溝２１が凹設されている。
【００４６】
同様に、枠体２の外周面のうちトンネル径方向内側の部分（ウェブ１３の表面のうちトンネル径方向内側の部分、フランジ張出部１２ｂ，１２ｃ、及び、継手板６の表面のうちトンネル径方向内側の部分）には、止水ゴム装着用の溝２２が凹設されている。
【００４７】
ここで、フランジ張出部１１ｂ，１１ｃ，１２ｂ，１２ｃは、止水ゴムの後ろ支えとして機能している。
従って、溝２１，２２が矩形状の枠体２の外周面に対応した閉ループ構造であるので、溝２１，２２への止水ゴムの装着が比較的容易である。
【００４８】
継手板６の表面には、その一端部６ａにガイドほぞ用凹部６１が設けられている一方、他端部６ｂにガイドほぞ用凸部６２が設けられている。合成セグメント１同士のトンネル周方向連結時には、一方のセグメントのガイドほぞ用凹部６１に他方のセグメントのガイドほぞ用凸部６２を沿わせた状態で互いの継手板６にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させる。
【００４９】
次に、２つの合成セグメント１，１’をトンネル周方向に連結させる方法について図５を用いて説明する。
図５は、合成セグメント１，１’をトンネル周方向に連結させる直前の状態を示す。
【００５０】
まず、合成セグメント１，１’を互いにトンネル軸方向に若干ずらした状態で、合成セグメント１のガイドほぞ用凹部６１／ガイドほぞ用凸部６２に、合成セグメント１’のガイドほぞ用凸部６２／ガイドほぞ用凹部６１を沿わせる。
【００５１】
次に、合成セグメント１，１’を、互いの継手板６にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させる。具体的には、合成セグメント１に対して切羽側に位置する合成セグメント１’を坑口側に移動させる。
【００５２】
この後、合成セグメント１の切羽側の係合突起３３が合成セグメント１’の切羽側の係合孔４３に嵌合する。これと同時に、合成セグメント１’の坑口側の係合突起３３が合成セグメント１の坑口側の係合孔４３に嵌合する。
【００５３】
そして、合成セグメント１の切羽側の段差側連結板３１と合成セグメント１’の切羽側の突出側連結板４１とが面接触する。これと同時に、合成セグメント１’の坑口側の段差側連結板３１と合成セグメント１の坑口側の突出側連結板４１とが面接触する。
以上のようにして、２つの合成セグメント１，１’がトンネル周方向に連結される。
【００５４】
次に、合成セグメント１の組立方法について図６を用いて説明する。
図６（ａ）は、合成セグメント１を含んで構成されるセグメントリング５０を示す。図６（ｂ）は、セグメントリング５０の展開図であり、トンネル内側を紙面手前側としている。
【００５５】
セグメントリング５０は、８ピースの合成セグメントＰ１〜Ｐ８をリング状に連結して構成される。
【００５６】
Ｐ２，Ｐ４は、上述のセグメント１である。
Ｐ１は、セグメント１のうち、坑口側の連結段差部３０を連結突出部４０に代え、さらに、切羽側の連結突出部４０を連結段差部３０に代えたものである。
【００５７】
Ｐ３，Ｐ５は、セグメント１のうち、連結段差部３０の位置と連結突出部４０の位置とを交換したものである。
Ｐ６は、セグメント１のうち、枠体２が、切羽側と短辺の上底とし、坑口側を長辺の下底とする台形状になっている。また、この台形の斜辺が、Ｐ８に接触する継手板６に対応している。
【００５８】
Ｐ７は、Ｐ３のうち、枠体２が、切羽側を短辺の上底とし、坑口側を長辺の下底とする台形状になっている。また、この台形の斜辺が、Ｐ８に接触する継手板６に対応している。
Ｐ８は、セグメント１のうち、枠体２が、坑口側を短辺の上底とし、切羽側を長辺の下底とする等脚台形状になっており、さらに、坑口側の連結突出部４０を連結段差部３０に代えると共に、切羽側の連結段差部３０を連結突出部４０に代えたものである。
【００５９】
セグメントリング５０は、合成セグメントＰ１〜Ｐ８を以下のように組立てることで構築される。尚、セグメントの連結時には、連結させる側（後から取り付ける側）のセグメントを、切羽側から坑口側にトンネル軸方向に移動させる。
【００６０】
まず、Ｐ１を既設のセグメントリング（図示せず）の切羽側端面に連結させる。
次に、Ｐ１の一側に、Ｐ２を連結させる。
次に、Ｐ１の他側に、Ｐ３を連結させる。
次に、Ｐ２のＰ１と反対の側に、Ｐ４を連結させる。
次に、Ｐ３のＰ１と反対の側に、Ｐ５を連結させる。
次に、Ｐ４のＰ２と反対の側に、Ｐ６を連結させる。
次に、Ｐ５のＰ３と反対の側に、Ｐ７を連結させる。
最後に、Ｐ６とＰ７の間にＰ８を挿入して、Ｐ８をＰ６及びＰ７に連結させる。
このようにして、セグメントリング５０が構築される。
このセグメントリング５０がトンネル軸方向に順次構築されることにより、円筒状の覆工体（図示せず）が構築される。
【００６１】
本実施形態によれば、合成セグメント１は、湾曲した矩形状（略四角形状）の鋼製の枠体２と、この枠体２の地山側を塞ぐように配置されるスキンプレート３と、を含んで構成される。枠体２は、トンネル軸方向に互いに離間して平行に配置される一対の主桁５，５と、トンネル周方向に互いに離間して配置されて主桁５，５の端部同士を接続する一対の継手板６，６と、を含んで構成される。主桁５は、主桁本体１０と、この主桁本体１０の両端に位置する連結部２０と、からなる。主桁本体１０は、トンネル径方向外側にてトンネル軸方向に幅を有してトンネル周方向に延在する外側フランジ１１と、トンネル径方向内側にてトンネル軸方向に幅を有してトンネル周方向に延在する内側フランジ１２と、外側フランジ１１の幅方向外側の外縁部１１ａと内側フランジ１２の幅方向外側の外縁部１２ａとに接合されてトンネル周方向に延在するウェブ１３と、を含んでコ字状に形成される。連結部２０は、枠体の四隅のうち一の対角位置に形成される連結段差部３０と、他の対角位置に形成される連結突出部４０と、からなる。連結段差部３０は、主桁本体１０の一端１０ａより延設された外側フランジ１１の幅方向中間部と内側フランジ１２の幅方向中間部とに接合されてトンネル周方向に延在し、かつ、一端部３１ａが継手板６の一端部６ａに接合する段差側連結板３１と、この段差側連結板３１の他端部３１ｂとウェブ１３の一端部１３ａとを接続する段差側仕切板３２と、段差側連結板３１に設けられてトンネル軸方向外方に突出する係合突起３３と、を含んで構成される。連結突出部４０は、主桁本体１０の他端１０ｂより延設された外側フランジ１１の幅方向中間部と内側フランジ１２の幅方向中間部とに接合されてトンネル周方向に延在し、かつ、一端部４１ａが継手板６の他端部６ｂに接合されてさらにトンネル周方向外方に延長されて突出部４１ｂをなす突出側連結板４１と、この突出側連結板４１の他端部４１ｃとウェブ１３の他端部１３ｂとを接続する突出側仕切板４２と、突出側連結板４１の突出部４１ｂにトンネル軸方向に貫通形成された係合孔４３と、を含んで構成される。そして、トンネル周方向に連結されるセグメント同士を、互いの継手板６にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させることにより、一方のセグメントの連結段差部３０の係合突起３３を、他方のセグメントの連結突出部４０の係合孔４３に嵌合させる。これにより、トンネル周方向に連結されるセグメント同士を、トンネル軸方向に相対移動させることのみで、対応する連結段差部３０と連結突出部４０とを連結させることができるので、比較的簡易に、セグメントの連結作業を行うことができる。
【００６２】
また本実施形態によれば、主桁５を構成するウェブ１３は、その一端部１３ａが段差側仕切板３２を介して段差側連結板３１に接続される一方、他端部１３ｂが突出側仕切板４２を介して突出側連結板４１に接続される。すなわち、主桁５のウェブ１３が、段差側連結板３１及び突出側連結板４１に対して、トンネル軸方向に離間して、面一ではない構成になっている。これにより、ウェブ１３を介して伝達される応力の流れの連続性が段差側仕切板３２及び突出側仕切板４２にて阻害されるので、ウェブ１３からの応力が段差側連結板３１及び突出側連結板４１に直接的に作用することを抑制することができる。従って、セグメント同士の連結箇所（係合箇所）における応力集中の発生を抑制することができるので、反力体として推進ジャッキの圧力に対して十分な耐力を有することができる。
【００６３】
また本実施形態によれば、トンネル周方向に合成セグメント１が連結されると、その連結箇所に、外側フランジ１１と、内側フランジ１２と、段差側連結板３１と、突出側連結板４１と、段差側仕切板３２と、突出側仕切板４２とにより、ボックス状の連結構造を形成することができる。すなわち、トンネル周方向に連結されるセグメント同士の連結段差部３０と連結突出部４０とが一体的にボックス状の連結構造を形成するので、比較的強固な連結構造を実現することができる。
【００６４】
また本実施形態によれば、主桁本体１０は、外側フランジ１１、内側フランジ１２、及びウェブ１３からなるコ字状断面を有することにより、ウェブ１３が、トンネル軸方向に連結されるセグメント同士の接触面（接合面）を形成する。これにより、トンネル軸方向でのセグメント同士の連結が、互いにウェブ１３を介して面接触で行われるため、接触面積が比較的大きく、それゆえ、シールド掘削機の推進ジャッキからの圧力に対して十分な耐力を有することができる。
【００６５】
また本実施形態によれば、外側フランジ１１は、そのトンネル周方向端部（連結部２０）に、内側フランジ１２に向けて張り出すフランジ張出部１１ｂ，１１ｃ（外側フランジ張出部）を有する。これらフランジ張出部は、例えば、止水ゴムの後ろ支えとして機能させることができる。
【００６６】
また本実施形態によれば、内側フランジ１２は、そのトンネル周方向端部（連結部２０）に、外側フランジ１１に向けて張り出すフランジ張出部１２ｂ，１２ｃ（内側フランジ張出部）を有する。これらフランジ張出部は、例えば、止水ゴムの後ろ支えとして機能させることができる。
【００６７】
尚、本実施形態では、係合突起３３及び係合孔４３の断面形状が円形である場合を用いて説明したが、係合突起及び係合孔の断面形状はこれに限らず、例えば、トンネル周方向が長辺方向となる楕円形（長円形）であってもよい。
【００６８】
図７は、係合突起３３及び係合孔４３の変形例（係合突起３３’及び係合孔４３’）を示しており、上述の図４に対応している。この変形例では、係合突起３３’及び係合孔４３’が、それぞれ、楕円形断面を有している。
【００６９】
また、本実施形態では、枠体２とスキンプレート３とによって囲まれる空間内にコンクリートが充填された合成セグメント１について説明したが、当該空間内にコンクリートが充填されない鋼製セグメントであっても、本実施形態と同様の効果を有する。すなわち、合成セグメント１との構成上の相違点がコンクリートの充填の有無のみである鋼製セグメントが本発明に包含されることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７０】
１，１’ 合成セグメント
２ 枠体
３ スキンプレート
４ 縦リブ
５ 主桁
６ 継手板
６ａ 一端部
６ｂ 他端部
１０ 主桁本体
１０ａ 一端
１０ｂ 他端
１１ 外側フランジ
１１ａ 外縁部
１１ｂ，１１ｃ フランジ張出部
１２ 内側フランジ
１２ａ 外縁部
１２ｂ，１２ｃ フランジ張出部
１３ ウェブ
１３ａ 一端部
１３ｂ 他端部
１４ リング間継手
２０ 連結部
２１，２２ 溝
３０ 連結段差部
３１ 段差側連結板
３１ａ 一端部
３１ｂ 他端部
３２ 段差側仕切板
３３，３３’ 係合突起
４０ 連結突出部
４１ 突出側連結板
４１ａ 一端部
４１ｂ 突出部
４１ｃ 他端部
４２ 突出側仕切板
４３，４３’ 係合孔
５０ セグメントリング
６１ ガイドほぞ用凹部
６２ ガイドほぞ用凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルの覆工に用いられる鋼製セグメント及び合成セグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
上下水道、共同溝、道路、鉄道等の管路として用いられるシールドトンネルは、シールド工法により形成される。
【０００３】
シールド工法では、例えば、地山に発進立坑と到達立坑とを構築し、発進立坑から到達立坑へ向けてシールド掘進機で地山を掘削しながら、シールド掘進機の後方で次々にセグメントを組み立てて、推進方向に連結することで筒状の覆工体を構築する。
【０００４】
この覆工体は、トンネルに作用する土・水圧を支保する構造物であると共に、シールド掘進時のシールド掘進機の掘進ジャッキの反力体としての機能を有している。
【０００５】
また、この覆工体は、複数のセグメントをトンネル周方向及びトンネル軸方向に連結させることにより構築される。それゆえ、坑内で行われるセグメント同士の連結作業に要する作業量は大きく、従って、セグメント同士の連結が容易であることが要求されている。
【０００６】
この連結の簡易化に関する技術としては、例えば、特許文献１，２に記載の技術を挙げることができる。
【０００７】
特許文献１では、鋼殻セグメントにおいて、その略四角形状の枠体（鋼殻本体）が、Ｈ形鋼からなる一対の円弧状の主桁（鋼殻側面板）と、これら主桁の円弧状端部同士を接続する継手板（端面板）とを含んで構成されている。主桁のＨ形断面は、ウェブと、このウェブの両端に一体に設けられた内側フランジ及び外側フランジとにより形成されている。枠体の四隅のうち一の対角位置では、主桁のウェブの一端部に、連結板が、端面よりトンネル周方向に突出するように接合されている。この連結板には係合孔がトンネル軸方向に貫通形成されている。また、枠体の四隅のうち他の対角位置では、主桁のウェブの他端部に、トンネル軸方向に突出するように係合突起が設けられている。そして、トンネル周方向に連結される鋼殻セグメントの継手板同士をトンネル軸一方向にずらして面接触させた後に、トンネル軸他方向に移動させることで、係合突起を係合孔に嵌合させる。
【０００８】
また、特許文献１には、トンネル軸方向に連結される鋼殻セグメントの主桁同士（ウェブ、外側フランジ及び内側フランジ）によって区画される空間内にモルタルを充填することが記載されている。
【０００９】
特許文献２では、方舟状の鋼枠内にコンクリートを充填してなる合成セグメントにおいて、鋼枠を構成する主桁（桁部材）が、トンネル軸方向に連結されるセグメント同士の接触面を形成している。この主桁の一端側には段差部が形成されている一方、他端側には突出部が形成されている。段差部にはトンネル軸方向外方に突出する複数のピンが設けられている。突出部には上記ピンに対応する複数のピン孔が貫通形成されている。そして、トンネル周方向に隣接するセグメント同士の段差部と突出部とを互いに組み合わせると、段差部による凹状部と突出部による凸状部とが相補的に解消されて、この結果、互いの主桁が面一になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３３７３１１０号公報
【特許文献２】特開平９−１０５２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、近年、セグメント組立の自動化と共に、シールド掘進機の掘進とセグメントの組立とを同時に行う掘進組立同時施工法が多用されるに至っている。従前よりシールド掘進においては、シールド掘進機の推進ジャッキの圧力制御（動作制御）を行っているが、掘進組立同時施工法においては、組立中のセグメントに対応する推進ジャッキ以外の推進ジャッキにより圧力制御（動作制御）を行うため、覆工体を構成するセグメントに加わる偏圧はより大きくなる傾向がある。
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載のセグメントを用いて上述の掘進組立同時施工を行う場合には、トンネル周方向にセグメントを連結させてセグメントリングを形成すると、当該リングにて隣接する主桁同士が面一に連結されることにより、当該リングにて主桁を介して伝達される応力の流れが連続的になるので、セグメントに加わる上記偏圧が主桁を介してセグメント同士の連結箇所（係合箇所）に集中する可能性があり、それゆえ、連結箇所が推進ジャッキからの圧力に対して十分に耐えられない可能性がある。
【００１３】
また、特許文献１に記載のセグメントを用いて上述の掘進組立同時施工を行う場合には、トンネル軸方向に連結されたセグメントの主桁間にモルタルが充填される前に、上記偏圧がセグメントに加わる。このため、トンネル軸方向でのセグメント同士の連結が、互いに主桁の外側フランジ及び内側フランジを介して行われることになるので、接触面積が比較的小さく、それゆえ、上記偏圧に対してセグメントの耐力が不足する可能性がある。
【００１４】
また、特許文献２に記載のセグメントを用いて上述の掘進組立同時施工を行う場合には、セグメント同士の連結箇所（突出部）が主桁と面一に形成されているので、セグメントに加わる上記偏圧が主桁を介して連結箇所に集中する可能性があり、それゆえ、連結箇所が推進ジャッキからの圧力に対して十分に耐えられない可能性がある。
【００１５】
また、特許文献２ではピン孔が主桁の突出部に設けられているので、このピン孔に段差部のピンを嵌合させた場合、ピンの先端部はピン孔より突き出すことができない。そのため、上記偏圧がセグメントに加わった場合にはピンとピン孔との嵌合部が外れる場合や、外れない場合でもガタツク等の強度的な弱部になる虞がある。
【００１６】
本発明は、このような実状に鑑み、反力体として推進ジャッキの圧力に対して十分な耐力を有すると共に、連結構造が強固で、連結作業が容易な鋼製セグメント及び合成セグメントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
そのため本発明に係る鋼製セグメントは、トンネル周方向及びトンネル軸方向に複数連結されてトンネル内に筒状の覆工体を構成するものであり、略四角形状の鋼製の枠体と、この枠体の地山側を塞ぐように配置されるスキンプレートと、を含んで構成される。枠体は、トンネル軸方向に互いに離間して平行に配置される一対の主桁と、トンネル周方向に互いに離間して配置されて主桁の端部同士を接続する一対の継手板と、を含んで構成される。主桁は、主桁本体と、この主桁本体の両端に位置する連結部と、からなる。主桁本体は、トンネル径方向外側にてトンネル軸方向に幅を有してトンネル周方向に延在する外側フランジと、トンネル径方向内側にてトンネル軸方向に幅を有してトンネル周方向に延在する内側フランジと、外側フランジの幅方向外側の外縁部と内側フランジの幅方向外側の外縁部とに接合されてトンネル周方向に延在するウェブと、を含んでコ字状に形成される。連結部は、枠体の四隅のうち一の対角位置に形成される連結段差部と、他の対角位置に形成される連結突出部と、からなる。連結段差部は、主桁本体の一端より延設された外側フランジの幅方向中間部と内側フランジの幅方向中間部とに接合されてトンネル周方向に延在し、かつ、一端部が継手板の一端部に接合する段差側連結板と、この段差側連結板の他端部とウェブの一端部とを接続する段差側仕切板と、段差側連結板に設けられてトンネル軸方向外方に突出する係合突起と、を含んで構成される。連結突出部は、主桁本体の他端より延設された外側フランジの幅方向中間部と内側フランジの幅方向中間部とに接合されてトンネル周方向に延在し、かつ、一端部が継手板の他端部に接合されてさらにトンネル周方向外方に延長されて突出部をなす突出側連結板と、この突出側連結板の他端部とウェブの他端部とを接続する突出側仕切板と、突出側連結板の突出部にトンネル軸方向に貫通形成された係合孔と、を含んで構成される。そして、トンネル周方向に連結されるセグメント同士を、互いの継手板にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させることにより、一方のセグメントの連結段差部の係合突起を、他方のセグメントの連結突出部の係合孔に嵌合させる。
【００１８】
また、本発明に係る合成セグメントは、本発明に係る鋼製セグメントの枠体内にコンクリートを充填してなる。
【００１９】
尚、ここでいう「フランジの幅方向外側の外縁部」とは、トンネル軸方向で見て、フランジの両縁部のうち、枠体の中央（主桁間の中央）より離れている側（枠体の外側）に位置する縁部を意味する。
また、ここでいう「フランジの幅方向中間部」とは、トンネル軸方向で見て、フランジの両縁部間の領域を意味する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、主桁を構成するウェブは、その一端部が段差側仕切板を介して段差側連結板に接続される一方、他端部が突出側仕切板を介して突出側連結板に接続される。すなわち、主桁のウェブが、段差側連結板及び突出側連結板に対して、トンネル軸方向に離間して、面一ではない構成になっている。これにより、ウェブを介して伝達される応力の流れの連続性が段差側仕切板及び突出側仕切板にて阻害されるので、ウェブからの応力が段差側連結板及び突出側連結板に直接的に作用することを抑制することができる。従って、セグメント同士の連結箇所（係合箇所）における応力集中の発生を抑制することができるので、反力体として推進ジャッキの圧力に対して十分な耐力を有することができる。
【００２１】
また本発明によれば、トンネル周方向にセグメントが連結されると、その連結箇所に、外側フランジと、内側フランジと、段差側連結板と、突出側連結板と、段差側仕切板と、突出側仕切板とにより、ボックス状の連結構造を形成することができる。すなわち、トンネル周方向に連結されるセグメント同士の連結段差部と連結突出部とが一体的にボックス状の連結構造を形成するので、比較的強固な連結構造を実現することができる。
【００２２】
また本発明によれば、主桁本体は、外側フランジ、内側フランジ、及びウェブからなるコ字状断面を有することにより、ウェブが、トンネル軸方向に連結されるセグメント同士の接触面（接合面）を形成する。これにより、トンネル軸方向でのセグメント同士の連結が、互いにウェブを介して面接触で行われるため、接触面積が比較的大きく、それゆえ、シールド掘削機の推進ジャッキからの圧力に対して十分な耐力を有することができる。
【００２３】
また本発明によれば、トンネル周方向に連結されるセグメント同士を、互いの継手板にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させることにより、対応する連結段差部と連結突出部とを連結させることができるので、比較的簡易に、セグメントの連結作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態における合成セグメントの斜視図
【図２】合成セグメントの概略構成を示す図
【図３】合成セグメントの概略構成を示す図
【図４】連結部の部分拡大図
【図５】合成セグメントをトンネル周方向に連結する直前の状態を示す図
【図６】合成セグメントの組立方法を示す図
【図７】係合突起及び係合孔の変形例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態における合成セグメントの概略構成を示す斜視図である。図２（ａ）は合成セグメントの正面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図３（ｂ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図３（ｃ）は合成セグメントの側面図である。図４（ａ）は図１の部分Ｐの部分拡大図である。図４（ｂ）は図１の部分Ｑの部分拡大図である。
【００２７】
図１及び図２に示すように、合成セグメント１は、湾曲した矩形状の鋼製の枠体２と、この枠体２の地山側を塞ぐように配置されるスキンプレート３と、複数（図では８本）の縦リブ４と、を備える。そして、枠体２とスキンプレート３とによって囲まれる空間内には、図示しないコンクリートが充填されている。換言すれば、合成セグメント１は、枠体２とスキンプレート３と縦リブ４とを備える鋼製セグメントの内部空間にコンクリートが充填されて形成されている。
【００２８】
枠体２は、一対の主桁５，５と、一対の継手板６，６により構成される。
主桁５，５は、それぞれ、円弧状の鋼材であり、トンネル軸方向に互いに離間して平行に配置されている。
【００２９】
継手板６，６は、トンネル周方向に互いに離間して配置されており、主桁５，５の端部同士を連結している。
継手板６，６間にて主桁５，５同士を接続する８本の縦リブ４は鋼製の板状部材であり、トンネル周方向に並列配置されて、トンネル軸方向に延在している。
【００３０】
図２に示すように、主桁５は、主桁本体１０と、その両端に位置する連結部２０と、からなる。
【００３１】
図２及び図３に示すように、主桁本体１０は、外側フランジ１１、内側フランジ１２、及びウェブ１３により構成されてコ字状断面を有する。
【００３２】
外側フランジ１１はトンネル軸方向に幅を有する板状部材であり、主桁本体１０のトンネル径方向外側にてトンネル周方向に延在している。
内側フランジ１２はトンネル軸方向に幅を有する板状部材であり、主桁本体１０のトンネル径方向内側にてトンネル周方向に延在している。
【００３３】
ウェブ１３は板状部材であり、外側フランジ１１の幅方向外側の外縁部１１ａと内側フランジ１２の幅方向外側の外縁部１２ａとに接合されてトンネル周方向に延在している。ここで、ウェブ１３は、セグメントリング間の接合面として機能する。
【００３４】
ウェブ１３には、所定の間隔をおいて複数（図では３つ）のリング間継手１４が設けられている。リング間継手１４としては、例えば、施工が容易なプッシュグリップ式継手が用いられる。ここで、プッシュグリップ式継手とは、楔を応用したピン方式の継手で、挿入側のピンボルトを受入側の孔部に挿入して締結力を得る継手であり、ピンボルトと受入れ孔部にはそれぞれ噛合可能な鋸歯状の突部と凹部が連続して形成される。
【００３５】
連結部２０は、枠体２の四隅のうち一の対角位置に形成される連結段差部３０と、他の対角位置に形成される連結突出部４０と、からなる。
【００３６】
図２〜図４に示すように、連結段差部３０は、段差側連結板３１と、段差側仕切板３２と、を備える。
【００３７】
段差側連結板３１は、主桁本体１０の一端１０ａより延設された外側フランジ１１の幅方向中間部と内側フランジ１２の幅方向中間部とに接合されており、トンネル周方向に延在している。また、段差側連結板３１は、その一端部３１ａが継手板６の一端部６ａに接合している。
【００３８】
段差側連結板３１の外面には、トンネル軸方向外方に突出する係合突起３３が設けられている。係合突起３３は、その先端がウェブ１３の表面よりトンネル軸方向外方に突出しない程度の高さを有する。尚、本実施形態では、円形断面を有する２つの係合突起３３が、トンネル径方向に互いに離間して配置されているが、係合突起３３の個数や配置形態はこれに限らない。
【００３９】
段差側仕切板３２は、外側フランジ１１と内側フランジ１２との間にて段差側連結板３１の他端部３１ｂとウェブ１３の一端部１３ａとを接続するものであり、段差側連結板３１及びウェブ１３に対して垂直に（すなわち、トンネル軸方向に）延在している。
【００４０】
連結突出部４０は、突出側連結板４１と、突出側仕切板４２と、を備える。
突出側連結板４１は、主桁本体１０の他端１０ｂより延設された外側フランジ１１の幅方向中間部と内側フランジ１２の幅方向中間部とに接合されており、トンネル周方向に延在している。ここで、突出側連結板４１は、段差側連結板３１に比べて、フランジ１１，１２の外縁側（フランジ１１，１２の幅方向外側）に配置されている。また、突出側連結板４１は、合成セグメント１同士のトンネル周方向連結時に段差側連結板３１に面接触するように配置されている。
【００４１】
突出側連結板４１は、その一端部４１ａが継手板６の他端部６ｂに接合されてさらにトンネル周方向外方に延長されて突出部４１ｂをなしている。この突出部４１ｂには、合成セグメント１同士のトンネル周方向連結時に係合突起３３が対応する位置に、円形の係合孔４３がトンネル軸方向に貫通形成されている。
【００４２】
突出側仕切板４２は、外側フランジ１１と内側フランジ１２との間にて突出側連結板４１の他端部４１ｃとウェブ１３の他端部１３ｂとを接続するものであり、突出側連結板４１及びウェブ１３に対して垂直に（すなわち、トンネル軸方向に）延在している。
【００４３】
連結段差部３０と連結突出部４０との双方において、外側フランジ１１及び内部フランジ１２は、各々の外縁部１１ａ，１２ａより、ウェブ１３と面一に主桁５の中心線に向けて張り出すフランジ張出部１１ｂ，１２ｂを有する。また、外側フランジ１１及び内部フランジ１２には、継手板６の端部よりフランジ張出部１１ｂ，１２ｂの各々に接続するように、フランジ張出部１１ｃ，１２ｃが設けられている。
【００４４】
突出側連結板４１は、その突出部４１ｂが、フランジ張出部１１ｂ，１２ｂ間と、フランジ張出部１１ｃ，１２ｃ間とをそれぞれ通過可能なように、幅狭に形成されている。
【００４５】
枠体２の外周面のうちトンネル径方向外側の部分（ウェブ１３の表面のうちトンネル径方向外側の部分、フランジ張出部１１ｂ，１１ｃ、及び、継手板６の表面のうちトンネル径方向外側の部分）には、止水ゴム装着用の溝２１が凹設されている。
【００４６】
同様に、枠体２の外周面のうちトンネル径方向内側の部分（ウェブ１３の表面のうちトンネル径方向内側の部分、フランジ張出部１２ｂ，１２ｃ、及び、継手板６の表面のうちトンネル径方向内側の部分）には、止水ゴム装着用の溝２２が凹設されている。
【００４７】
ここで、フランジ張出部１１ｂ，１１ｃ，１２ｂ，１２ｃは、止水ゴムの後ろ支えとして機能している。
従って、溝２１，２２が矩形状の枠体２の外周面に対応した閉ループ構造であるので、溝２１，２２への止水ゴムの装着が比較的容易である。
【００４８】
継手板６の表面には、その一端部６ａにガイドほぞ用凹部６１が設けられている一方、他端部６ｂにガイドほぞ用凸部６２が設けられている。合成セグメント１同士のトンネル周方向連結時には、一方のセグメントのガイドほぞ用凹部６１に他方のセグメントのガイドほぞ用凸部６２を沿わせた状態で互いの継手板６にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させる。
【００４９】
次に、２つの合成セグメント１，１’をトンネル周方向に連結させる方法について図５を用いて説明する。
図５は、合成セグメント１，１’をトンネル周方向に連結させる直前の状態を示す。
【００５０】
まず、合成セグメント１，１’を互いにトンネル軸方向に若干ずらした状態で、合成セグメント１のガイドほぞ用凹部６１／ガイドほぞ用凸部６２に、合成セグメント１’のガイドほぞ用凸部６２／ガイドほぞ用凹部６１を沿わせる。
【００５１】
次に、合成セグメント１，１’を、互いの継手板６にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させる。具体的には、合成セグメント１に対して切羽側に位置する合成セグメント１’を坑口側に移動させる。
【００５２】
この後、合成セグメント１の切羽側の係合突起３３が合成セグメント１’の切羽側の係合孔４３に嵌合する。これと同時に、合成セグメント１’の坑口側の係合突起３３が合成セグメント１の坑口側の係合孔４３に嵌合する。
【００５３】
そして、合成セグメント１の切羽側の段差側連結板３１と合成セグメント１’の切羽側の突出側連結板４１とが面接触する。これと同時に、合成セグメント１’の坑口側の段差側連結板３１と合成セグメント１の坑口側の突出側連結板４１とが面接触する。
以上のようにして、２つの合成セグメント１，１’がトンネル周方向に連結される。
【００５４】
次に、合成セグメント１の組立方法について図６を用いて説明する。
図６（ａ）は、合成セグメント１を含んで構成されるセグメントリング５０を示す。図６（ｂ）は、セグメントリング５０の展開図であり、トンネル内側を紙面手前側としている。
【００５５】
セグメントリング５０は、８ピースの合成セグメントＰ１〜Ｐ８をリング状に連結して構成される。
【００５６】
Ｐ２，Ｐ４は、上述のセグメント１である。
Ｐ１は、セグメント１のうち、坑口側の連結段差部３０を連結突出部４０に代え、さらに、切羽側の連結突出部４０を連結段差部３０に代えたものである。
【００５７】
Ｐ３，Ｐ５は、セグメント１のうち、連結段差部３０の位置と連結突出部４０の位置とを交換したものである。
Ｐ６は、セグメント１のうち、枠体２が、切羽側と短辺の上底とし、坑口側を長辺の下底とする台形状になっている。また、この台形の斜辺が、Ｐ８に接触する継手板６に対応している。
【００５８】
Ｐ７は、Ｐ３のうち、枠体２が、切羽側を短辺の上底とし、坑口側を長辺の下底とする台形状になっている。また、この台形の斜辺が、Ｐ８に接触する継手板６に対応している。
Ｐ８は、セグメント１のうち、枠体２が、坑口側を短辺の上底とし、切羽側を長辺の下底とする等脚台形状になっており、さらに、坑口側の連結突出部４０を連結段差部３０に代えると共に、切羽側の連結段差部３０を連結突出部４０に代えたものである。
【００５９】
セグメントリング５０は、合成セグメントＰ１〜Ｐ８を以下のように組立てることで構築される。尚、セグメントの連結時には、連結させる側（後から取り付ける側）のセグメントを、切羽側から坑口側にトンネル軸方向に移動させる。
【００６０】
まず、Ｐ１を既設のセグメントリング（図示せず）の切羽側端面に連結させる。
次に、Ｐ１の一側に、Ｐ２を連結させる。
次に、Ｐ１の他側に、Ｐ３を連結させる。
次に、Ｐ２のＰ１と反対の側に、Ｐ４を連結させる。
次に、Ｐ３のＰ１と反対の側に、Ｐ５を連結させる。
次に、Ｐ４のＰ２と反対の側に、Ｐ６を連結させる。
次に、Ｐ５のＰ３と反対の側に、Ｐ７を連結させる。
最後に、Ｐ６とＰ７の間にＰ８を挿入して、Ｐ８をＰ６及びＰ７に連結させる。
このようにして、セグメントリング５０が構築される。
このセグメントリング５０がトンネル軸方向に順次構築されることにより、円筒状の覆工体（図示せず）が構築される。
【００６１】
本実施形態によれば、合成セグメント１は、湾曲した矩形状（略四角形状）の鋼製の枠体２と、この枠体２の地山側を塞ぐように配置されるスキンプレート３と、を含んで構成される。枠体２は、トンネル軸方向に互いに離間して平行に配置される一対の主桁５，５と、トンネル周方向に互いに離間して配置されて主桁５，５の端部同士を接続する一対の継手板６，６と、を含んで構成される。主桁５は、主桁本体１０と、この主桁本体１０の両端に位置する連結部２０と、からなる。主桁本体１０は、トンネル径方向外側にてトンネル軸方向に幅を有してトンネル周方向に延在する外側フランジ１１と、トンネル径方向内側にてトンネル軸方向に幅を有してトンネル周方向に延在する内側フランジ１２と、外側フランジ１１の幅方向外側の外縁部１１ａと内側フランジ１２の幅方向外側の外縁部１２ａとに接合されてトンネル周方向に延在するウェブ１３と、を含んでコ字状に形成される。連結部２０は、枠体の四隅のうち一の対角位置に形成される連結段差部３０と、他の対角位置に形成される連結突出部４０と、からなる。連結段差部３０は、主桁本体１０の一端１０ａより延設された外側フランジ１１の幅方向中間部と内側フランジ１２の幅方向中間部とに接合されてトンネル周方向に延在し、かつ、一端部３１ａが継手板６の一端部６ａに接合する段差側連結板３１と、この段差側連結板３１の他端部３１ｂとウェブ１３の一端部１３ａとを接続する段差側仕切板３２と、段差側連結板３１に設けられてトンネル軸方向外方に突出する係合突起３３と、を含んで構成される。連結突出部４０は、主桁本体１０の他端１０ｂより延設された外側フランジ１１の幅方向中間部と内側フランジ１２の幅方向中間部とに接合されてトンネル周方向に延在し、かつ、一端部４１ａが継手板６の他端部６ｂに接合されてさらにトンネル周方向外方に延長されて突出部４１ｂをなす突出側連結板４１と、この突出側連結板４１の他端部４１ｃとウェブ１３の他端部１３ｂとを接続する突出側仕切板４２と、突出側連結板４１の突出部４１ｂにトンネル軸方向に貫通形成された係合孔４３と、を含んで構成される。そして、トンネル周方向に連結されるセグメント同士を、互いの継手板６にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させることにより、一方のセグメントの連結段差部３０の係合突起３３を、他方のセグメントの連結突出部４０の係合孔４３に嵌合させる。これにより、トンネル周方向に連結されるセグメント同士を、トンネル軸方向に相対移動させることのみで、対応する連結段差部３０と連結突出部４０とを連結させることができるので、比較的簡易に、セグメントの連結作業を行うことができる。
【００６２】
また本実施形態によれば、主桁５を構成するウェブ１３は、その一端部１３ａが段差側仕切板３２を介して段差側連結板３１に接続される一方、他端部１３ｂが突出側仕切板４２を介して突出側連結板４１に接続される。すなわち、主桁５のウェブ１３が、段差側連結板３１及び突出側連結板４１に対して、トンネル軸方向に離間して、面一ではない構成になっている。これにより、ウェブ１３を介して伝達される応力の流れの連続性が段差側仕切板３２及び突出側仕切板４２にて阻害されるので、ウェブ１３からの応力が段差側連結板３１及び突出側連結板４１に直接的に作用することを抑制することができる。従って、セグメント同士の連結箇所（係合箇所）における応力集中の発生を抑制することができるので、反力体として推進ジャッキの圧力に対して十分な耐力を有することができる。
【００６３】
また本実施形態によれば、トンネル周方向に合成セグメント１が連結されると、その連結箇所に、外側フランジ１１と、内側フランジ１２と、段差側連結板３１と、突出側連結板４１と、段差側仕切板３２と、突出側仕切板４２とにより、ボックス状の連結構造を形成することができる。すなわち、トンネル周方向に連結されるセグメント同士の連結段差部３０と連結突出部４０とが一体的にボックス状の連結構造を形成するので、比較的強固な連結構造を実現することができる。
【００６４】
また本実施形態によれば、主桁本体１０は、外側フランジ１１、内側フランジ１２、及びウェブ１３からなるコ字状断面を有することにより、ウェブ１３が、トンネル軸方向に連結されるセグメント同士の接触面（接合面）を形成する。これにより、トンネル軸方向でのセグメント同士の連結が、互いにウェブ１３を介して面接触で行われるため、接触面積が比較的大きく、それゆえ、シールド掘削機の推進ジャッキからの圧力に対して十分な耐力を有することができる。
【００６５】
また本実施形態によれば、外側フランジ１１は、そのトンネル周方向端部（連結部２０）に、内側フランジ１２に向けて張り出すフランジ張出部１１ｂ，１１ｃ（外側フランジ張出部）を有する。これらフランジ張出部は、例えば、止水ゴムの後ろ支えとして機能させることができる。
【００６６】
また本実施形態によれば、内側フランジ１２は、そのトンネル周方向端部（連結部２０）に、外側フランジ１１に向けて張り出すフランジ張出部１２ｂ，１２ｃ（内側フランジ張出部）を有する。これらフランジ張出部は、例えば、止水ゴムの後ろ支えとして機能させることができる。
【００６７】
尚、本実施形態では、係合突起３３及び係合孔４３の断面形状が円形である場合を用いて説明したが、係合突起及び係合孔の断面形状はこれに限らず、例えば、トンネル周方向が長辺方向となる楕円形（長円形）であってもよい。
【００６８】
図７は、係合突起３３及び係合孔４３の変形例（係合突起３３’及び係合孔４３’）を示しており、上述の図４に対応している。この変形例では、係合突起３３’及び係合孔４３’が、それぞれ、楕円形断面を有している。
【００６９】
また、本実施形態では、枠体２とスキンプレート３とによって囲まれる空間内にコンクリートが充填された合成セグメント１について説明したが、当該空間内にコンクリートが充填されない鋼製セグメントであっても、本実施形態と同様の効果を有する。すなわち、合成セグメント１との構成上の相違点がコンクリートの充填の有無のみである鋼製セグメントが本発明に包含されることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７０】
１，１’ 合成セグメント
２ 枠体
３ スキンプレート
４ 縦リブ
５ 主桁
６ 継手板
６ａ 一端部
６ｂ 他端部
１０ 主桁本体
１０ａ 一端
１０ｂ 他端
１１ 外側フランジ
１１ａ 外縁部
１１ｂ，１１ｃ フランジ張出部
１２ 内側フランジ
１２ａ 外縁部
１２ｂ，１２ｃ フランジ張出部
１３ ウェブ
１３ａ 一端部
１３ｂ 他端部
１４ リング間継手
２０ 連結部
２１，２２ 溝
３０ 連結段差部
３１ 段差側連結板
３１ａ 一端部
３１ｂ 他端部
３２ 段差側仕切板
３３，３３’ 係合突起
４０ 連結突出部
４１ 突出側連結板
４１ａ 一端部
４１ｂ 突出部
４１ｃ 他端部
４２ 突出側仕切板
４３，４３’ 係合孔
５０ セグメントリング
６１ ガイドほぞ用凹部
６２ ガイドほぞ用凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル周方向及びトンネル軸方向に複数連結されてトンネル内に筒状の覆工体を構成する鋼製セグメントであって、
略四角形状の鋼製の枠体と、
この枠体の地山側を塞ぐように配置されるスキンプレートと、
を含んで構成され、
前記枠体は、
トンネル軸方向に互いに離間して平行に配置される一対の主桁と、
トンネル周方向に互いに離間して配置されて前記主桁の端部同士を接続する一対の継手板と、
を含んで構成され、
前記主桁は、主桁本体と、この主桁本体の両端に位置する連結部と、からなり、
前記主桁本体は、トンネル径方向外側にてトンネル軸方向に幅を有してトンネル周方向に延在する外側フランジと、トンネル径方向内側にてトンネル軸方向に幅を有してトンネル周方向に延在する内側フランジと、前記外側フランジの幅方向外側の外縁部と前記内側フランジの幅方向外側の外縁部とに接合されてトンネル周方向に延在するウェブと、を含んでコ字状に形成され、
前記連結部は、前記枠体の四隅のうち一の対角位置に形成される連結段差部と、他の対角位置に形成される連結突出部と、からなり、
前記連結段差部は、前記主桁本体の一端より延設された前記外側フランジの幅方向中間部と前記内側フランジの幅方向中間部とに接合されてトンネル周方向に延在し、かつ、一端部が前記継手板の一端部に接合する段差側連結板と、この段差側連結板の他端部と前記ウェブの一端部とを接続する段差側仕切板と、前記段差側連結板に設けられてトンネル軸方向外方に突出する係合突起と、を含んで構成され、
前記連結突出部は、前記主桁本体の他端より延設された前記外側フランジの幅方向中間部と前記内側フランジの幅方向中間部とに接合されてトンネル周方向に延在し、かつ、一端部が前記継手板の他端部に接合されてさらにトンネル周方向外方に延長されて突出部をなす突出側連結板と、この突出側連結板の他端部と前記ウェブの他端部とを接続する突出側仕切板と、前記突出側連結板の突出部にトンネル軸方向に貫通形成された係合孔と、を含んで構成され、
トンネル周方向に連結されるセグメント同士を、互いの前記継手板にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させることにより、一方のセグメントの前記連結段差部の前記係合突起を、他方のセグメントの前記連結突出部の前記係合孔に嵌合させることを特徴とする、鋼製セグメント。
【請求項２】
前記外側フランジは、そのトンネル周方向端部に、前記内側フランジに向けて張り出す外側フランジ張出部を有することを特徴とする、請求項１に記載の鋼製セグメント。
【請求項３】
前記内側フランジは、そのトンネル周方向端部に、前記外側フランジに向けて張り出す内側フランジ張出部を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の鋼製セグメント。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の鋼製セグメントの前記枠体内にコンクリートを充填してなる合成セグメント。
【請求項１】
トンネル周方向及びトンネル軸方向に複数連結されてトンネル内に筒状の覆工体を構成する鋼製セグメントであって、
略四角形状の鋼製の枠体と、
この枠体の地山側を塞ぐように配置されるスキンプレートと、
を含んで構成され、
前記枠体は、
トンネル軸方向に互いに離間して平行に配置される一対の主桁と、
トンネル周方向に互いに離間して配置されて前記主桁の端部同士を接続する一対の継手板と、
を含んで構成され、
前記主桁は、主桁本体と、この主桁本体の両端に位置する連結部と、からなり、
前記主桁本体は、トンネル径方向外側にてトンネル軸方向に幅を有してトンネル周方向に延在する外側フランジと、トンネル径方向内側にてトンネル軸方向に幅を有してトンネル周方向に延在する内側フランジと、前記外側フランジの幅方向外側の外縁部と前記内側フランジの幅方向外側の外縁部とに接合されてトンネル周方向に延在するウェブと、を含んでコ字状に形成され、
前記連結部は、前記枠体の四隅のうち一の対角位置に形成される連結段差部と、他の対角位置に形成される連結突出部と、からなり、
前記連結段差部は、前記主桁本体の一端より延設された前記外側フランジの幅方向中間部と前記内側フランジの幅方向中間部とに接合されてトンネル周方向に延在し、かつ、一端部が前記継手板の一端部に接合する段差側連結板と、この段差側連結板の他端部と前記ウェブの一端部とを接続する段差側仕切板と、前記段差側連結板に設けられてトンネル軸方向外方に突出する係合突起と、を含んで構成され、
前記連結突出部は、前記主桁本体の他端より延設された前記外側フランジの幅方向中間部と前記内側フランジの幅方向中間部とに接合されてトンネル周方向に延在し、かつ、一端部が前記継手板の他端部に接合されてさらにトンネル周方向外方に延長されて突出部をなす突出側連結板と、この突出側連結板の他端部と前記ウェブの他端部とを接続する突出側仕切板と、前記突出側連結板の突出部にトンネル軸方向に貫通形成された係合孔と、を含んで構成され、
トンネル周方向に連結されるセグメント同士を、互いの前記継手板にて面接触させつつトンネル軸方向に相対移動させることにより、一方のセグメントの前記連結段差部の前記係合突起を、他方のセグメントの前記連結突出部の前記係合孔に嵌合させることを特徴とする、鋼製セグメント。
【請求項２】
前記外側フランジは、そのトンネル周方向端部に、前記内側フランジに向けて張り出す外側フランジ張出部を有することを特徴とする、請求項１に記載の鋼製セグメント。
【請求項３】
前記内側フランジは、そのトンネル周方向端部に、前記外側フランジに向けて張り出す内側フランジ張出部を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の鋼製セグメント。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の鋼製セグメントの前記枠体内にコンクリートを充填してなる合成セグメント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９１９９０（Ｐ２０１３−９１９９０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５１１８（Ｐ２０１１−２３５１１８）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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