コンクリート中詰鋼製セグメント
【課題】継手部での所望の強度を安定して発揮させることのできる構造信頼性の高い構造を、安価で簡単な構成で実現すること
【解決手段】一対の主板桁１１及び一対の継手板１３とスキンプレートとで構成される鋼殻１０内にコンクリート４１が充填されてコンクリート中詰鋼製セグメント１が構成される。鋼殻１０内でトンネル軸方向と略平行に縦リブ３１が複数配置される。コンクリート４１内でトンネル周方向と略平行に荷重伝達部材３３が配置される。荷重伝達部材３３は、その一端側３３ａが継手板１３に隣り合う縦リブ３１Ａに定着される。継手板１３と縦リブ３１Ａとの間に連結部材３５が配置される。連結部材３５は、一端３５ａが継手板１３に固定され、他端３５ｂが縦リブ３１Ａに固定される。継手板１３の継手部２３に作用する引張荷重等は、連結部材３５を介して縦リブ３１Ａと荷重伝達部材３３に確実に伝達される。
【解決手段】一対の主板桁１１及び一対の継手板１３とスキンプレートとで構成される鋼殻１０内にコンクリート４１が充填されてコンクリート中詰鋼製セグメント１が構成される。鋼殻１０内でトンネル軸方向と略平行に縦リブ３１が複数配置される。コンクリート４１内でトンネル周方向と略平行に荷重伝達部材３３が配置される。荷重伝達部材３３は、その一端側３３ａが継手板１３に隣り合う縦リブ３１Ａに定着される。継手板１３と縦リブ３１Ａとの間に連結部材３５が配置される。連結部材３５は、一端３５ａが継手板１３に固定され、他端３５ｂが縦リブ３１Ａに固定される。継手板１３の継手部２３に作用する引張荷重等は、連結部材３５を介して縦リブ３１Ａと荷重伝達部材３３に確実に伝達される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネル内における覆工体として用いられ、鋼殻内にコンクリートが充填されて構成されるコンクリート中詰鋼製セグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネルの構築時においては、円弧板状のセグメントを複数連結することによってトンネル覆工体としての筒状構造物を構築するシールド工法が一般的に用いられている。このシールド工法に用いられるセグメントとしては、例えば、図１０、図１１に示すような、一対の主桁板１１１及び一対の継手板１１３とスキンプレート１１５とで構成される中空箱型状の鋼殻１１０内にコンクリート１４１が充填されて構成されるコンクリート中詰鋼製セグメント１０１、１０２が広く知られている。
【０００３】
このようなコンクリート中詰鋼製セグメントは、トンネル覆工体としての筒状構造物の構築時において、ボルトや機械式継手等の接合金具を介して他のコンクリート中詰鋼製セグメントとの間で互いに接合することとしている。この接合金具が設けられるコンクリート中詰鋼製セグメントの継手板の継手部には、コンクリート中詰鋼製セグメントの外周側からの土圧、水圧や、水路として使用した場合のコンクリート中詰鋼製セグメントの内周側からの水圧によって大きな曲げモーメントや引張荷重が作用する。このため、この継手部に作用する引張荷重等に対する継手部の強度を向上させることを目的として、様々なコンクリート中詰鋼製セグメントが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１において提案されているコンクリート中詰鋼製セグメント１０１は、図１０に示すように、鋼殻１１０の継手板１１３に内側から当接されて固定される補強板１２５と、コンクリート１４１内に埋設された異形鉄筋からなるアンカー部材１５１とを備えている。アンカー部材１５１は、縦リブ１３１に形成された挿通孔１３２内にその一端側が挿通され、その他端側が補強板１２５に溶接等によって固定されている。これにより、コンクリート中詰鋼製セグメント１０１は、継手板１２５に引張荷重が作用した場合に、アンカー部材１５１が付着によってコンクリート１４１に支持されて反力を取ることができ、継手板１２５に作用する引張力をアンカー部材１５１の及ぶ範囲にあるコンクリート１４１や縦リブ１３１で負担することを可能としている。
【０００５】
また、特許文献２において提案されているコンクリート中詰セグメント１０２は、図１１（ａ）に示すように、主桁板１１１同士の間に複数の縦リブ１３１が配置され、継手板１１３とその継手板１１３に隣り合う縦リブ１３１の間の空間１６１を残して鋼殻１１０内にコンクリート１４１が充填され、その空間１６１にＬ字状の継手手段補強用縦リブ１６３が配置された構成とされている。空間１６１を残して鋼殻１１０内に充填されたコンクリート１４１内には、周方向に略平行な周方向鉄筋１６７が埋設されている。周方向に隣り合うセグメント１０２の接合時においては、図１１（ｂ）に示すように、隣り合うセグメント１０２の継手手段補強用縦リブ１６３同士を接合金具としての連結部材１６５で連結することによって接合することとしている。継手板１１３と縦リブ１３１との間の空間１６１は、連結部材１６５を配置するための作業空間として設けられており、継手部１２３に作用する引張荷重等を周方向鉄筋１６７にまで伝達させるために、周方向に隣り合うセグメント１０２の接合後にコンクリートが充填されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−７６３１７号公報
【特許文献２】特開２００５−２０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した従来技術は、下記の点において問題点を有していた。
【０００８】
特許文献１に開示のセグメント１０１は、アンカー部材１５１とコンクリート１４１との付着によってコンクリート１４１から反力を取ることとしているため、ボルト等の接合金具が取り付けられる継手部１２３の強度は、コンクリート１４１とアンカー部材１５１の付着力によって決定されることになる。継手部１２３の強度を十分に確保するうえでは、アンカー部材１５１の長さを長くして十分な付着力を確保する必要があり、この場合、アンカー部材１５１と縦リブ１３１等の他部材との干渉を避けるためにその他部材に穴あき加工をする等の余計な加工を要し、その分セグメント１０１が高コストなものとなってしまっていた。また、コンクリート１４１とアンカー部材１５１との付着力は、コンクリート１４１の品質に大きく左右されることになるが、一般にコンクリート１４１は品質のばらつきが大きいため、付着力を確保するうえで厳密な品質管理が要求され、その分セグメント１０１が高コストなものとなってしまっていた。
【０００９】
また、特許文献２に開示のセグメント１０２は、継手部１２３の補強のためにＬ字状の継手手段補強用縦リブ１６３を別途配置する必要があり、その分セグメント１０２が高コストなものとなってしまっていた。また、特許文献２に開示のセグメント１０２は、継手板１１３と縦リブ１３１との間の空間１６１を残して鋼殻１１０内にコンクリート１４１を充填し、継手部１２３に作用する引張荷重等を周方向鉄筋１６７にまで伝達させるために、セグメント１０２の接合後にその充填したコンクリート１４１と同等の強度、品質を有するコンクリートをその空間１６１に施工現場にて充填する必要があり、その分セグメント１０２が高コストなものとなってしまっていた。
【００１０】
また、特許文献２に開示のセグメント１０２は、継手手段補強用縦リブ１６３と周方向鉄筋１６７とが互いに固定されているのか非固定とされているのか明確にされておらず、継手手段補強用縦リブ１６３に作用する引張荷重等を周方向鉄筋１６７にコンクリートの付着に依存することなく伝達するとの技術的思想を有するものではなかった。
【００１１】
即ち、特許文献１及び特許文献２の何れに開示のセグメント１０１、１０２も、継手部１２３近傍に作用する引張荷重等をセグメントの他の部位に伝達させる際に、品質のばらつきが大きい継手部１２３近傍のコンクリートとの付着に依存した構造とされているため、継手部１２３での所望の強度を安定して発揮させにくく構造信頼性の低い構成とされていた。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、継手部での所望の強度を安定して発揮させることのできる構造信頼性の高い構造を、安価で簡単な構成で実現することのできるコンクリート中詰鋼製セグメントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の末、下記のコンクリート中詰鋼製セグメントを発明した。
【００１４】
請求項１に係る発明は、一対の主板桁及び一対の継手板と、スキンプレートとで構成される鋼殻内にコンクリートが充填されて構成されたコンクリート中詰鋼製セグメントにおいて、上記鋼殻内でトンネル軸方向と略平行に複数配置された縦リブと、上記コンクリー
ト内でトンネル周方向と略平行に配置され、その一端側が上記継手板に隣り合う縦リブに定着された荷重伝達部材と、一端が上記継手板に固定されるとともに他端が該継手板に隣り合う縦リブに固定された連結部材とを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、上記荷重伝達部材は、上記継手板に隣り合う縦リブを貫通することで該縦リブに定着されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、上記荷重伝達部材は、上記継手板に隣り合う縦リブに対して溶接、ドリルネジ、ボルト、鋲又は接着により定着されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項記載の発明において、上記連結部材は、鋼製板状部材から構成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、上記連結部材は、その外周側端部が上記スキンプレートに固定されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に係る発明において、上記連結部材は、鋼製棒状部材から構成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６の何れか１項に係る発明において、上記継手板は、トンネル周方向に隣り合う他のコンクリート中詰鋼製セグメントと互いに接合するための接合金具が取り付けられる継手部を有し、上記連結部材は、上記継手部が間に配置されるように所定間隔を空けて一対に渡って設けられてなることを特徴とする。
【００２１】
請求項８に係る発明は、請求項１〜６の何れか１項に係る発明において、上記継手板は、トンネル周方向に隣り合う他のコンクリート中詰鋼製セグメントと互いに接合するための接合金具が取り付けられる継手部を有し、上記連結部材は、上記主桁板との間に上記継手部が配置されるように該主桁板と所定間隔を空けて設けられてなることを特徴とする。
【００２２】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８の何れか１項に係る発明において、上記鋼殻内に充填されるコンクリートは、他のコンクリート中詰鋼製セグメントとの接合作業時に上記継手部に接合金具を取り付けるための作業空間として形成されるボルトボックスを除いた部位に予め充填されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に係る発明は、継手板と継手板に隣り合う縦リブとが連結部材により固定されているとともに、その縦リブに荷重伝達部材の一端側が定着されていることから、セグメントの継手板に対して継手板の外側に向けて引張荷重や曲げモーメントが作用した場合に、その引張荷重等を連結部材を介して縦リブと荷重伝達部材とに対して確実に伝達させることが可能となる。これにより、継手板に作用する引張荷重等を、縦リブや荷重伝達部材が及ぶ範囲にあるコンクリートや鋼殻の一部で負担して分散することが可能となり、この結果、セグメントの継手部の強度を向上させることが可能となる。特に、継手板から荷重伝達部材までの間の荷重伝達機構がコンクリートの付着に依らない構造によって形成されているため、継手部での所望の強度を発揮させるうえでコンクリートの強度、品質に依らない構造信頼性の高い構造を、安価で簡単な構成で実現することが可能となっている。
【００２４】
請求項２に係る発明は、荷重伝達部材が縦リブを貫通してその縦リブから突出した突出部が形成されていることにより、その突出部が、継手板と継手板に隣り合う縦リブとこれら継手板及び縦リブとの端部間の主桁板とで囲まれた空間内に充填されているコンクリー
トの動きを拘束するずれ止めとして機能し、これらが合成梁として挙動することになるため、継手部及び継手部を含むセグメントの周方向端部の強度及び剛性が向上することになる。
【００２５】
請求項５に係る発明は、継手板から連結部材に伝達される引張荷重等がスキンプレートに直接伝達され、この結果、セグメントの継手部の強度を更に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るコンクリート中詰鋼製セグメントをコンクリートの一部を省略して示す部分断面底面図である。
【図２】図１のコンクリート中詰鋼製セグメントのコンクリートの一部を省略して示すＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のコンクリート中詰鋼製セグメントのコンクリートの一部を省略して示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】トンネル周方向に隣り合うコンクリート中詰鋼製セグメント同士を接合した状態を示す平面断面図である。
【図５】トンネル周方向に隣り合うコンクリート中詰鋼製セグメント同士を接合する際の状態を示す底面断面図である。
【図６】図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】（ａ）は図１のコンクリート中詰鋼製セグメントの継手板に隣り合う縦リブと荷重伝達部材の一端側との関係について示す側面断面図であり、（ｂ）はその他の実施形態について示す側面断面図であり、（ｃ）は更に他の実施形態について示す側面断面図である。
【図８】（ａ）は連結部材の他の実施形態について示すコンクリート中詰鋼製セグメントの側面断面図であり、（ｂ）は連結部材の更に他の実施形態について示すコンクリート中詰鋼製セグメントの側面断面図である。
【図９】他の実施形態のコンクリート中詰鋼製セグメントをコンクリートの一部を省略して示す部分断面底面図である。
【図１０】従来技術としての第１のコンクリート中詰鋼製セグメントの構成を示す底面断面図である。
【図１１】（ａ）は、従来技術としての第２のコンクリート中詰鋼製セグメントの構成を示す側面断面図であり、（ｂ）はそのセグメント同士を周方向に接合した状態を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るコンクリート中詰鋼製セグメントを実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、本発明に係るコンクリート中詰鋼製セグメントを単にセグメントという。
【００２８】
図１は、本発明に係るセグメント１のコンクリートの一部を省略して示す部分断面底面図である。図２は、図１に示すセグメント１のコンクリートの一部を省略して示すＡ−Ａ線断面図であり、図３は、図１に示すセグメント１のコンクリートの一部を省略して示すＢ−Ｂ線断面図である。図４は、トンネル周方向に隣り合うセグメント１同士を接合した状態を示す底面断面図である。図５は、トンネル周方向に隣り合うセグメント１同士を接合する際の状態を示す側面断面図である。図６は、図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【００２９】
セグメント１は、複数を接合することによって、筒状構造物として構成されるシールドトンネル等のトンネル覆工体を構築するために用いられるものである。セグメント１は、図１〜図３に示すように、側面視において円弧板状に形成され、底面視において矩形状に
形成されている。
【００３０】
セグメント１は、内周側に開口されて中空箱型状に形成される鋼殻１０と、鋼殻１０内に充填されるコンクリート４１とを備えている。
【００３１】
鋼殻１０は、トンネル軸方向に互いに間隔をあけて略平行に配置され、トンネル周方向に延長される一対の主桁板１１と、一対の主桁板１１のトンネル周方向のそれぞれの端部間に渡って配置され、トンネル軸方向に延長される一対の継手板１３と、一対の主桁板１１及び一対の継手板１３の外周側端部に当接されて配置されるスキンプレート１５とを備えている。一対の主桁板１１、一対の継手板１３及びスキンプレート１５は、それぞれ鋼板等から構成されるものであり、溶接等により互いに固定される。スキンプレート１５は、トンネル覆工体の外周面を形成するものである。
【００３２】
主桁板１１は、図示しないボルト挿通用のボルト孔や機械式継手が設けられる。トンネル軸方向に隣り合うセグメント１は、このボルト孔を挿通されるボルトや機械式継手等の接合金具を用いて互いに接合される。
【００３３】
継手板１３は、図４、図５に示すように、所定位置にボルト挿通用のボルト孔１４が形成されている。このボルト孔１４には、トンネル周方向に隣り合うセグメント１同士を接合するための、接合金具２１としてのボルト２１Ａが挿通される。接合金具２１が取り付けられることになるこの継手板１３の継手部２３には、その内側から補強板２５が当接されたうえで溶接等によって固定されている。補強板２５は、継手部２３に作用する荷重に対して抵抗して、継手部２３の強度向上のために固定されるものであり、取り付けることは必須とならない。補強板２５は、継手板１３のボルト孔１４と合致した位置にボルト孔１４が形成されている。
【００３４】
トンネル周方向の両側の継手板１３のうち、一方の継手板１３には、図４、図５に示すように、その内側の補強板２５を介して接合金具２１としての袋ナット２１Ｂが溶接等により固定されている。また、トンネル周方向の両側の継手板１３のうち、他方の継手板１３の継手部２３の内側には、セグメント１の内周側に開口された中空のボルトボックス２７が形成されている。このボルトボックス２７は、他のセグメント１との接合作業時に継手部２３に接合金具２１を取り付け可能とするための作業空間として形成されるものである。このため、本実施形態のように、一方の継手板１３の内側に接合金具２１としての袋ナット２１Ｂを予め固定する場合は、その袋ナット２１Ｂが設けられている側の継手板１３のボルトボックス２７を省略することとにより、その継手板１３の近傍の構造を簡略化することとしてもよい。
【００３５】
セグメント１は、鋼殻１０内において、トンネル軸方向と略平行に複数配置される縦リブ３１と、コンクリート４１内において、トンネル周方向と略平行に複数配置される荷重伝達部材３３とを更に備えている。また、鋼殻１０内に複数配置される縦リブ３１のうち、継手板１３に隣り合うものを縦リブ３１Ａとすると、セグメント１は、継手板１３と縦リブ３１Ａとの間において配置される連結部材３５を更に備えている。
【００３６】
縦リブ３１は、鋼板等の板材から構成されるもので、トンネル軸方向に延長されている。複数の縦リブ３１は、トンネル周方向に間隔を空けて配置されている。縦リブ３１は、図２、図３に示すように、その外周側端部３１ｃがスキンプレート１５に溶接等により固定され、トンネル軸方向の両端部が主桁板１１に溶接等により固定されている。縦リブ３１は、本実施形態において、平板状の鋼板から構成されているが、この他にもトンネル軸方向に直交する断面形状がＬ字状、Ｔ字状等に形成されていてもよい。
【００３７】
荷重伝達部材３３は、図１に示すように、本実施形態においては、鉄筋のような鋼製棒状部材から構成されており、トンネル周方向に延長されている。荷重伝達部材３３は、本実施形態において、トンネル軸方向とトンネル径方向とに間隔を空けて複数に渡って配置されているが、その設けられる本数等について特段限定するものではない。荷重伝達部材３３は、この他にも付着力を有する異形棒鋼のような鋼製棒状部材や、平鋼板又は付着力を有する突起付平鋼板のような鋼製板状部材から構成されていてもよい。
【００３８】
図７（ａ）は、図１に示すセグメント１の縦リブ３１Ａと荷重伝達部材３３の一端側３３ａとの関係について示す側面断面図である。荷重伝達部材３３は、図７（ａ）に示すように、その一端側３３ａが縦リブ３１Ａに形成された挿通孔３２に挿通されることによって、縦リブ３１Ａを貫通した状態となっている。これによって、荷重伝達部材３３の一端側３３ａは、継手板１３に隣り合う縦リブ３１Ａに定着されることになる。
【００３９】
荷重伝達部材３３は、図１に示すように、その一端側３３ａが図１中右側に位置する一方の継手板１３に隣り合う縦リブ３１Ａに定着されることになるが、その他端側３３ｂについては、図１中左側に位置する他方の継手板１３に向けて延長されていればよい。荷重伝達部材３３は、継手板１３の継手部２３の強度向上のためには、複数の縦リブ３１のうち一つの縦リブ３１Ａに対してのみ定着されていればよく、他の縦リブ３１に対して定着されていなくともよい。本実施形態においては、一つの荷重伝達部材３３が総ての縦リブ３１を貫通するようにセグメント１のトンネル周方向長さのほぼ全長に渡って配置されているが、継手板１３の継手部２３の強度向上のためには、特にその長さについて限定するものではない。この場合、荷重伝達部材３３に作用する荷重は、荷重伝達部材３３の延びている範囲で鋼殻１０や鋼殻１０内のコンクリート４１に伝達されることになる。
【００４０】
連結部材３５は、図４、図５に示すように、本実施形態において鋼製の板状部材から構成されている。連結部材３５は、その一端３５ａが継手板１３に固定されるとともに、その他端３５ｂが縦リブ３１Ａに固定される。また、連結部材３５は、接合金具２１が取り付けられる継手板１３の継手部２３が間に配置されるように、トンネル軸方向に所定間隔を空けて一対に渡って設けられる。これにより、例えば、継手板１３の外側に向けて引張荷重が作用した場合に、継手板１３から連結部材３５を介して縦リブ３１Ａにまでその荷重が確実に伝達されることになる。
【００４１】
なお、本実施形態において、連結部材３５は、継手板１３に固定された補強板２５を介して継手板１３に固定されているが、補強板２５を介さずに直接継手板１３に固定されていてよいのは勿論である。
【００４２】
トンネル周方向に隣り合うセグメント１同士の接合時においては、図５に示すように、作業員等がボルトボックス２７内にボルト２１Ａを配置した上で、このボルト２１Ａを継手板１３及び補強板２５のボルト孔１４内にボルト２１Ａを挿通させて、袋ナット２１Ｂに螺合させることによって、これらのセグメント１が互いに接合される。
【００４３】
なお、トンネル周方向に隣り合うセグメント１同士を接合するための接合金具２１としては、ボルト２１Ａ及びナット２１Ｂの他に、雄継手及び雌継手からなる機械式継手を用いることとしてもよい。この場合、セグメント１の接合作業時にボルト２１Ａ等のように接合金具２１を取り付ける必要がないことから、鋼殻１０内にコンクリート４１を充填する際に、継手板１３の継手部２３近傍にボルトボックス２７を形成しなくともよい。
【００４４】
また、トンネル軸方向に隣り合うセグメント１の接合のために主桁板１１にボルト孔を設ける場合、ボルトボックス２７は、主桁板１１の近傍にも形成することになる。
【００４５】
鋼殻１０内のコンクリート４１は、ボルトボックス２７を除いた部位について、工場等で予め充填されるものである。ボルトボックス２７内には、セグメント１の接合作業完了後にコンクリート、無収縮モルタル等の経時硬化性充填材が現場施工により充填される。このボルトボックス２７内に充填される経時硬化性充填材は、継手板１３の継手部２３の強度向上のために充填されるものではなく、ボルトボックス２７内に露出している接合金具２１等の鋼材の腐食防止やセグメント１の内周面の平滑化等を目的として充填されるものであることから、その強度、品質について特段限定するものではない。また、腐食防止の必要がない場合等は、ボルトボックス２７内に経時硬化性充填材を充填することとせずにそのままの状態でセグメント１の接合作業を完了させ、作業工程を簡略化することとしてもよい。また、ボルトボックス２７内に経時硬化性充填材を充填することとせずに、ボルトボックス２７の開口に板材等を取り付けてボルトボックス２７に蓋をすることとしてもよい。
【００４６】
このように構成される本願発明に係るセグメント１の作用効果について説明する。
【００４７】
本発明に係るセグメント１は、継手板１３と継手板１３に隣り合う縦リブ３１Ａとが連結部材３５により固定されているとともに、その縦リブ３１Ａに荷重伝達部材３３の一端側３３ａが定着されていることから、セグメント１の継手板１３に対して継手板１３の外側に向けて引張荷重や曲げモーメントが作用した場合に、その引張荷重等を連結部材３５を介して縦リブ３１Ａと荷重伝達部材３３とに対して確実に伝達させることが可能となる。これにより、継手板１３に作用する引張荷重等を、縦リブ３１Ａや荷重伝達部材３３が及ぶ範囲にあるコンクリート４１や鋼殻１０の一部で負担して分散することが可能となり、この結果、セグメント１の継手部２３の強度を向上させることが可能となる。
【００４８】
特に、本発明に係るセグメント１は、継手板１３から荷重伝達部材３３までの間の荷重伝達機構がコンクリート４１の付着に依らない構造によって形成されているため、鋼殻１０内に充填されるコンクリート４１の強度、品質によらずその荷重伝達機構が成立することになる。また、本発明に係るセグメント１は、現場施工時にコンクリート、無収縮モルタル等の経時硬化性充填材を充填する必要のある箇所がボルトボックス内２７のみとなっており、更にそのボルトボックス２７内に充填する経時硬化性充填材の強度、品質の管理の必要がないものとなっている。このため、本発明に係るセグメント１は、継手部２３での所望の強度を発揮させるうえでコンクリートの強度、品質に依らない構造信頼性の高い構造を、安価で簡単な構成で実現することが可能となっている。
【００４９】
また、本発明に係るセグメント１は、このような構造信頼性の高い構造を、縦リブ３１について特段の加工をしたり、特殊な部材を用いたりすることなく、その分安価で簡単な構成で実現することが可能となっている。
【００５０】
なお、図７（ａ）に示すように、縦リブ３１Ａを荷重伝達部材３３の一端側３３ａが貫通している実施形態の場合、継手板１３から荷重伝達部材３３までの間の荷重伝達をコンクリート４１の付着に依らない構造とするうえで、以下のような構成にすることが好ましい。
【００５１】
縦リブ３１Ａに対して図７（ａ）の方向Ｐに荷重が作用した場合、継手板１３に対向する側に位置する縦リブ３１Ａの側面３１ａからコンクリート４１内で分散して広がるように継手板１３側に向けて支圧力が作用し、この支圧力によって縦リブ３１Ａから突出した荷重伝達部材３３の突出部３４が強固に拘束されることになる。この場合、突出部３４の縦リブ３１Ａからの突出長さが長くなるほど縦リブ３１Ａからの支圧力による突出部３４の拘束力が増大することになる。このため、この実施形態の場合、継手板１３から荷重伝達部材３３までの間の荷重伝達をコンクリート４１の付着に依らない構造とするうえで、
突出部３４の縦リブ３１Ａからの突出長さは長ければ長いほど好ましい。
【００５２】
次に、本発明に係るセグメント１の他の構成について更に詳細に説明する。
【００５３】
図７（ｂ）、図７（ｃ）は、荷重伝達部材３３の他の実施形態について示すセグメントの側面断面図である。上述の実施形態においては、荷重伝達部材３３を縦リブ３１Ａに定着させるための手段として、図７（ａ）に示すように、縦リブ３１Ａに形成された挿通孔３２内に荷重伝達部材３３を貫通させる手段を例として説明した。荷重伝達部材３３を縦リブ３１Ａに定着させるための他の手段としては、例えば、図７（ｂ）に示すように、荷重伝達部材３３の端部３３ａを縦リブ３１Ａの側面に当接させたうえで、荷重伝達部材３３の端部３３ａを縦リブ３１Ａに溶接により定着する手段を採用してもよい。また、この他には、図７（ｃ）に示すように、荷重伝達部材３３を縦リブ３１Ａの内周側に配置したうえでこれらを互いに接触させて、縦リブ３１Ａの内周側端部３１ｂに荷重伝達部材３３を溶接により定着する手段を採用してもよい。
【００５４】
また、この他には、図示しないが、図７（ａ）に示すような態様で、縦リブ３１Ａを貫通している荷重伝達部材３３の一端側端部３３ａに雄ねじ部を設け、この雄ねじ部にナットを螺合させることによって、荷重伝達部材３３と縦リブ３１Ａとをボルト接合する手段を採用してもよい。また、この他に、ドリルネジ、鋲、接着等の手段を採用してもよく、例えば、図７（ｃ）に示すような態様としたうえで、トンネル軸方向に直交する断面形状がＬ字状、Ｔ字状等の縦リブ３１と、板状部材からなる荷重伝達部材３３とを用いて、これらの重合部をドリルネジ等で接合して定着する手段を採用してもよい。
【００５５】
ここで、図７（ａ）に示すように、荷重伝達部材３３が縦リブ３１Ａを貫通してその縦リブ３１から突出した突出部３４が形成されている場合、縦リブ３１Ａがトンネル周方向に変形しようとした際にこの突出部３４が、継手板１３と継手板１３に隣り合う縦リブ３１Ａとこれら継手板１３及び縦リブ３１Ａとの端部間の主桁板１１とで囲まれた、図１や図７（ａ）において一点鎖線で示す範囲の空間Ｓ１内に充填されているコンクリート４１の動きを拘束するずれ止めとして機能することになる。このため、継手板１３と継手板１３に隣り合う縦リブ３１Ａと主桁板１１と、これらに囲まれた空間Ｓ１内に充填されたコンクリート４１とが合成梁として挙動することになり、継手部２３及び継手部２３を含むセグメント１の周方向端部の強度及び剛性が向上することになる。
【００５６】
図８（ａ）、図８（ｂ）は、連結部材３５の他の実施形態について示すセグメントの側面断面図である。連結部材３５は、上述の実施形態において、鋼製の板状部材から構成されている例について説明したが、この場合、図８（ａ）に示すように、連結部材３５の外周側端部３５ｃがスキンプレート１５に溶接等により固定されていてもよい。この場合、継手板１３から連結部材３５に伝達される引張荷重等がスキンプレート１５に直接伝達され、この結果、セグメント１の継手部２３の強度を更に向上させることが可能となる。
【００５７】
また、連結部材３５は、継手板１３と縦リブ３１Ａとにその両端が少なくとも固定されていれば、特にその具体的な構成について限定するものではなく、図８（ｂ）に示すように、鋼製棒状部材から構成されていてもよい。また、連結部材３５は、付着力を有する突起付平鋼板のような鋼製板状部材や、異形棒鋼のような鋼製棒状部材から構成されていてもよい。
【００５８】
図９は、セグメント１の他の実施形態についてコンクリートの一部を省略して示す部分断面底面図である。セグメント１の継手部２３がセグメント１のトンネル軸方向の両端近傍に設けられる場合、一つの継手部２３につき一対の連結部材３５を設ける代わりに、主桁板１１との間に継手部２３が配置されるように主桁板１１と所定間隔を空けて一つの連
結部材３５を設けることとして、連結部材３５の一つを主桁板１１で代用することとしてもよい。これにより、余分な連結部材３５を設ける必要がなく、その分セグメント１のコストの低減を図ることが可能となる。
【００５９】
因みに、本発明に係るセグメント１は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更がされていてもよい。このため、例えば、セグメント１のコンクリート４１内にトンネル軸方向とトンネル周方向とに延長される複数の鉄筋を格子状に配置することとしてもよいし、エレクター連結用兼裏込材注入用孔を有する管体をセグメント１の中央部に設けることとしてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１ コンクリート中詰鋼製セグメント
１０ 鋼殻
１１ 主桁板
１３ 継手板
１４ ボルト孔
１５ スキンプレート
２１ 接合金具
２１Ａ ボルト
２１Ｂ 袋ナット
２３ 継手部
２５ 補強板
２７ ボルトボックス
３１（３１Ａ）縦リブ
３２ 挿通孔
３３ 荷重伝達部材
３４ 突出部
３５ 連結部材
４１ コンクリート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネル内における覆工体として用いられ、鋼殻内にコンクリートが充填されて構成されるコンクリート中詰鋼製セグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネルの構築時においては、円弧板状のセグメントを複数連結することによってトンネル覆工体としての筒状構造物を構築するシールド工法が一般的に用いられている。このシールド工法に用いられるセグメントとしては、例えば、図１０、図１１に示すような、一対の主桁板１１１及び一対の継手板１１３とスキンプレート１１５とで構成される中空箱型状の鋼殻１１０内にコンクリート１４１が充填されて構成されるコンクリート中詰鋼製セグメント１０１、１０２が広く知られている。
【０００３】
このようなコンクリート中詰鋼製セグメントは、トンネル覆工体としての筒状構造物の構築時において、ボルトや機械式継手等の接合金具を介して他のコンクリート中詰鋼製セグメントとの間で互いに接合することとしている。この接合金具が設けられるコンクリート中詰鋼製セグメントの継手板の継手部には、コンクリート中詰鋼製セグメントの外周側からの土圧、水圧や、水路として使用した場合のコンクリート中詰鋼製セグメントの内周側からの水圧によって大きな曲げモーメントや引張荷重が作用する。このため、この継手部に作用する引張荷重等に対する継手部の強度を向上させることを目的として、様々なコンクリート中詰鋼製セグメントが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１において提案されているコンクリート中詰鋼製セグメント１０１は、図１０に示すように、鋼殻１１０の継手板１１３に内側から当接されて固定される補強板１２５と、コンクリート１４１内に埋設された異形鉄筋からなるアンカー部材１５１とを備えている。アンカー部材１５１は、縦リブ１３１に形成された挿通孔１３２内にその一端側が挿通され、その他端側が補強板１２５に溶接等によって固定されている。これにより、コンクリート中詰鋼製セグメント１０１は、継手板１２５に引張荷重が作用した場合に、アンカー部材１５１が付着によってコンクリート１４１に支持されて反力を取ることができ、継手板１２５に作用する引張力をアンカー部材１５１の及ぶ範囲にあるコンクリート１４１や縦リブ１３１で負担することを可能としている。
【０００５】
また、特許文献２において提案されているコンクリート中詰セグメント１０２は、図１１（ａ）に示すように、主桁板１１１同士の間に複数の縦リブ１３１が配置され、継手板１１３とその継手板１１３に隣り合う縦リブ１３１の間の空間１６１を残して鋼殻１１０内にコンクリート１４１が充填され、その空間１６１にＬ字状の継手手段補強用縦リブ１６３が配置された構成とされている。空間１６１を残して鋼殻１１０内に充填されたコンクリート１４１内には、周方向に略平行な周方向鉄筋１６７が埋設されている。周方向に隣り合うセグメント１０２の接合時においては、図１１（ｂ）に示すように、隣り合うセグメント１０２の継手手段補強用縦リブ１６３同士を接合金具としての連結部材１６５で連結することによって接合することとしている。継手板１１３と縦リブ１３１との間の空間１６１は、連結部材１６５を配置するための作業空間として設けられており、継手部１２３に作用する引張荷重等を周方向鉄筋１６７にまで伝達させるために、周方向に隣り合うセグメント１０２の接合後にコンクリートが充填されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−７６３１７号公報
【特許文献２】特開２００５−２０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した従来技術は、下記の点において問題点を有していた。
【０００８】
特許文献１に開示のセグメント１０１は、アンカー部材１５１とコンクリート１４１との付着によってコンクリート１４１から反力を取ることとしているため、ボルト等の接合金具が取り付けられる継手部１２３の強度は、コンクリート１４１とアンカー部材１５１の付着力によって決定されることになる。継手部１２３の強度を十分に確保するうえでは、アンカー部材１５１の長さを長くして十分な付着力を確保する必要があり、この場合、アンカー部材１５１と縦リブ１３１等の他部材との干渉を避けるためにその他部材に穴あき加工をする等の余計な加工を要し、その分セグメント１０１が高コストなものとなってしまっていた。また、コンクリート１４１とアンカー部材１５１との付着力は、コンクリート１４１の品質に大きく左右されることになるが、一般にコンクリート１４１は品質のばらつきが大きいため、付着力を確保するうえで厳密な品質管理が要求され、その分セグメント１０１が高コストなものとなってしまっていた。
【０００９】
また、特許文献２に開示のセグメント１０２は、継手部１２３の補強のためにＬ字状の継手手段補強用縦リブ１６３を別途配置する必要があり、その分セグメント１０２が高コストなものとなってしまっていた。また、特許文献２に開示のセグメント１０２は、継手板１１３と縦リブ１３１との間の空間１６１を残して鋼殻１１０内にコンクリート１４１を充填し、継手部１２３に作用する引張荷重等を周方向鉄筋１６７にまで伝達させるために、セグメント１０２の接合後にその充填したコンクリート１４１と同等の強度、品質を有するコンクリートをその空間１６１に施工現場にて充填する必要があり、その分セグメント１０２が高コストなものとなってしまっていた。
【００１０】
また、特許文献２に開示のセグメント１０２は、継手手段補強用縦リブ１６３と周方向鉄筋１６７とが互いに固定されているのか非固定とされているのか明確にされておらず、継手手段補強用縦リブ１６３に作用する引張荷重等を周方向鉄筋１６７にコンクリートの付着に依存することなく伝達するとの技術的思想を有するものではなかった。
【００１１】
即ち、特許文献１及び特許文献２の何れに開示のセグメント１０１、１０２も、継手部１２３近傍に作用する引張荷重等をセグメントの他の部位に伝達させる際に、品質のばらつきが大きい継手部１２３近傍のコンクリートとの付着に依存した構造とされているため、継手部１２３での所望の強度を安定して発揮させにくく構造信頼性の低い構成とされていた。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、継手部での所望の強度を安定して発揮させることのできる構造信頼性の高い構造を、安価で簡単な構成で実現することのできるコンクリート中詰鋼製セグメントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の末、下記のコンクリート中詰鋼製セグメントを発明した。
【００１４】
請求項１に係る発明は、一対の主板桁及び一対の継手板と、スキンプレートとで構成される鋼殻内にコンクリートが充填されて構成されたコンクリート中詰鋼製セグメントにおいて、上記鋼殻内でトンネル軸方向と略平行に複数配置された縦リブと、上記コンクリー
ト内でトンネル周方向と略平行に配置され、その一端側が上記継手板に隣り合う縦リブに定着された荷重伝達部材と、一端が上記継手板に固定されるとともに他端が該継手板に隣り合う縦リブに固定された連結部材とを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、上記荷重伝達部材は、上記継手板に隣り合う縦リブを貫通することで該縦リブに定着されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、上記荷重伝達部材は、上記継手板に隣り合う縦リブに対して溶接、ドリルネジ、ボルト、鋲又は接着により定着されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項記載の発明において、上記連結部材は、鋼製板状部材から構成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、上記連結部材は、その外周側端部が上記スキンプレートに固定されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に係る発明において、上記連結部材は、鋼製棒状部材から構成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６の何れか１項に係る発明において、上記継手板は、トンネル周方向に隣り合う他のコンクリート中詰鋼製セグメントと互いに接合するための接合金具が取り付けられる継手部を有し、上記連結部材は、上記継手部が間に配置されるように所定間隔を空けて一対に渡って設けられてなることを特徴とする。
【００２１】
請求項８に係る発明は、請求項１〜６の何れか１項に係る発明において、上記継手板は、トンネル周方向に隣り合う他のコンクリート中詰鋼製セグメントと互いに接合するための接合金具が取り付けられる継手部を有し、上記連結部材は、上記主桁板との間に上記継手部が配置されるように該主桁板と所定間隔を空けて設けられてなることを特徴とする。
【００２２】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８の何れか１項に係る発明において、上記鋼殻内に充填されるコンクリートは、他のコンクリート中詰鋼製セグメントとの接合作業時に上記継手部に接合金具を取り付けるための作業空間として形成されるボルトボックスを除いた部位に予め充填されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に係る発明は、継手板と継手板に隣り合う縦リブとが連結部材により固定されているとともに、その縦リブに荷重伝達部材の一端側が定着されていることから、セグメントの継手板に対して継手板の外側に向けて引張荷重や曲げモーメントが作用した場合に、その引張荷重等を連結部材を介して縦リブと荷重伝達部材とに対して確実に伝達させることが可能となる。これにより、継手板に作用する引張荷重等を、縦リブや荷重伝達部材が及ぶ範囲にあるコンクリートや鋼殻の一部で負担して分散することが可能となり、この結果、セグメントの継手部の強度を向上させることが可能となる。特に、継手板から荷重伝達部材までの間の荷重伝達機構がコンクリートの付着に依らない構造によって形成されているため、継手部での所望の強度を発揮させるうえでコンクリートの強度、品質に依らない構造信頼性の高い構造を、安価で簡単な構成で実現することが可能となっている。
【００２４】
請求項２に係る発明は、荷重伝達部材が縦リブを貫通してその縦リブから突出した突出部が形成されていることにより、その突出部が、継手板と継手板に隣り合う縦リブとこれら継手板及び縦リブとの端部間の主桁板とで囲まれた空間内に充填されているコンクリー
トの動きを拘束するずれ止めとして機能し、これらが合成梁として挙動することになるため、継手部及び継手部を含むセグメントの周方向端部の強度及び剛性が向上することになる。
【００２５】
請求項５に係る発明は、継手板から連結部材に伝達される引張荷重等がスキンプレートに直接伝達され、この結果、セグメントの継手部の強度を更に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るコンクリート中詰鋼製セグメントをコンクリートの一部を省略して示す部分断面底面図である。
【図２】図１のコンクリート中詰鋼製セグメントのコンクリートの一部を省略して示すＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のコンクリート中詰鋼製セグメントのコンクリートの一部を省略して示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】トンネル周方向に隣り合うコンクリート中詰鋼製セグメント同士を接合した状態を示す平面断面図である。
【図５】トンネル周方向に隣り合うコンクリート中詰鋼製セグメント同士を接合する際の状態を示す底面断面図である。
【図６】図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】（ａ）は図１のコンクリート中詰鋼製セグメントの継手板に隣り合う縦リブと荷重伝達部材の一端側との関係について示す側面断面図であり、（ｂ）はその他の実施形態について示す側面断面図であり、（ｃ）は更に他の実施形態について示す側面断面図である。
【図８】（ａ）は連結部材の他の実施形態について示すコンクリート中詰鋼製セグメントの側面断面図であり、（ｂ）は連結部材の更に他の実施形態について示すコンクリート中詰鋼製セグメントの側面断面図である。
【図９】他の実施形態のコンクリート中詰鋼製セグメントをコンクリートの一部を省略して示す部分断面底面図である。
【図１０】従来技術としての第１のコンクリート中詰鋼製セグメントの構成を示す底面断面図である。
【図１１】（ａ）は、従来技術としての第２のコンクリート中詰鋼製セグメントの構成を示す側面断面図であり、（ｂ）はそのセグメント同士を周方向に接合した状態を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るコンクリート中詰鋼製セグメントを実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、本発明に係るコンクリート中詰鋼製セグメントを単にセグメントという。
【００２８】
図１は、本発明に係るセグメント１のコンクリートの一部を省略して示す部分断面底面図である。図２は、図１に示すセグメント１のコンクリートの一部を省略して示すＡ−Ａ線断面図であり、図３は、図１に示すセグメント１のコンクリートの一部を省略して示すＢ−Ｂ線断面図である。図４は、トンネル周方向に隣り合うセグメント１同士を接合した状態を示す底面断面図である。図５は、トンネル周方向に隣り合うセグメント１同士を接合する際の状態を示す側面断面図である。図６は、図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【００２９】
セグメント１は、複数を接合することによって、筒状構造物として構成されるシールドトンネル等のトンネル覆工体を構築するために用いられるものである。セグメント１は、図１〜図３に示すように、側面視において円弧板状に形成され、底面視において矩形状に
形成されている。
【００３０】
セグメント１は、内周側に開口されて中空箱型状に形成される鋼殻１０と、鋼殻１０内に充填されるコンクリート４１とを備えている。
【００３１】
鋼殻１０は、トンネル軸方向に互いに間隔をあけて略平行に配置され、トンネル周方向に延長される一対の主桁板１１と、一対の主桁板１１のトンネル周方向のそれぞれの端部間に渡って配置され、トンネル軸方向に延長される一対の継手板１３と、一対の主桁板１１及び一対の継手板１３の外周側端部に当接されて配置されるスキンプレート１５とを備えている。一対の主桁板１１、一対の継手板１３及びスキンプレート１５は、それぞれ鋼板等から構成されるものであり、溶接等により互いに固定される。スキンプレート１５は、トンネル覆工体の外周面を形成するものである。
【００３２】
主桁板１１は、図示しないボルト挿通用のボルト孔や機械式継手が設けられる。トンネル軸方向に隣り合うセグメント１は、このボルト孔を挿通されるボルトや機械式継手等の接合金具を用いて互いに接合される。
【００３３】
継手板１３は、図４、図５に示すように、所定位置にボルト挿通用のボルト孔１４が形成されている。このボルト孔１４には、トンネル周方向に隣り合うセグメント１同士を接合するための、接合金具２１としてのボルト２１Ａが挿通される。接合金具２１が取り付けられることになるこの継手板１３の継手部２３には、その内側から補強板２５が当接されたうえで溶接等によって固定されている。補強板２５は、継手部２３に作用する荷重に対して抵抗して、継手部２３の強度向上のために固定されるものであり、取り付けることは必須とならない。補強板２５は、継手板１３のボルト孔１４と合致した位置にボルト孔１４が形成されている。
【００３４】
トンネル周方向の両側の継手板１３のうち、一方の継手板１３には、図４、図５に示すように、その内側の補強板２５を介して接合金具２１としての袋ナット２１Ｂが溶接等により固定されている。また、トンネル周方向の両側の継手板１３のうち、他方の継手板１３の継手部２３の内側には、セグメント１の内周側に開口された中空のボルトボックス２７が形成されている。このボルトボックス２７は、他のセグメント１との接合作業時に継手部２３に接合金具２１を取り付け可能とするための作業空間として形成されるものである。このため、本実施形態のように、一方の継手板１３の内側に接合金具２１としての袋ナット２１Ｂを予め固定する場合は、その袋ナット２１Ｂが設けられている側の継手板１３のボルトボックス２７を省略することとにより、その継手板１３の近傍の構造を簡略化することとしてもよい。
【００３５】
セグメント１は、鋼殻１０内において、トンネル軸方向と略平行に複数配置される縦リブ３１と、コンクリート４１内において、トンネル周方向と略平行に複数配置される荷重伝達部材３３とを更に備えている。また、鋼殻１０内に複数配置される縦リブ３１のうち、継手板１３に隣り合うものを縦リブ３１Ａとすると、セグメント１は、継手板１３と縦リブ３１Ａとの間において配置される連結部材３５を更に備えている。
【００３６】
縦リブ３１は、鋼板等の板材から構成されるもので、トンネル軸方向に延長されている。複数の縦リブ３１は、トンネル周方向に間隔を空けて配置されている。縦リブ３１は、図２、図３に示すように、その外周側端部３１ｃがスキンプレート１５に溶接等により固定され、トンネル軸方向の両端部が主桁板１１に溶接等により固定されている。縦リブ３１は、本実施形態において、平板状の鋼板から構成されているが、この他にもトンネル軸方向に直交する断面形状がＬ字状、Ｔ字状等に形成されていてもよい。
【００３７】
荷重伝達部材３３は、図１に示すように、本実施形態においては、鉄筋のような鋼製棒状部材から構成されており、トンネル周方向に延長されている。荷重伝達部材３３は、本実施形態において、トンネル軸方向とトンネル径方向とに間隔を空けて複数に渡って配置されているが、その設けられる本数等について特段限定するものではない。荷重伝達部材３３は、この他にも付着力を有する異形棒鋼のような鋼製棒状部材や、平鋼板又は付着力を有する突起付平鋼板のような鋼製板状部材から構成されていてもよい。
【００３８】
図７（ａ）は、図１に示すセグメント１の縦リブ３１Ａと荷重伝達部材３３の一端側３３ａとの関係について示す側面断面図である。荷重伝達部材３３は、図７（ａ）に示すように、その一端側３３ａが縦リブ３１Ａに形成された挿通孔３２に挿通されることによって、縦リブ３１Ａを貫通した状態となっている。これによって、荷重伝達部材３３の一端側３３ａは、継手板１３に隣り合う縦リブ３１Ａに定着されることになる。
【００３９】
荷重伝達部材３３は、図１に示すように、その一端側３３ａが図１中右側に位置する一方の継手板１３に隣り合う縦リブ３１Ａに定着されることになるが、その他端側３３ｂについては、図１中左側に位置する他方の継手板１３に向けて延長されていればよい。荷重伝達部材３３は、継手板１３の継手部２３の強度向上のためには、複数の縦リブ３１のうち一つの縦リブ３１Ａに対してのみ定着されていればよく、他の縦リブ３１に対して定着されていなくともよい。本実施形態においては、一つの荷重伝達部材３３が総ての縦リブ３１を貫通するようにセグメント１のトンネル周方向長さのほぼ全長に渡って配置されているが、継手板１３の継手部２３の強度向上のためには、特にその長さについて限定するものではない。この場合、荷重伝達部材３３に作用する荷重は、荷重伝達部材３３の延びている範囲で鋼殻１０や鋼殻１０内のコンクリート４１に伝達されることになる。
【００４０】
連結部材３５は、図４、図５に示すように、本実施形態において鋼製の板状部材から構成されている。連結部材３５は、その一端３５ａが継手板１３に固定されるとともに、その他端３５ｂが縦リブ３１Ａに固定される。また、連結部材３５は、接合金具２１が取り付けられる継手板１３の継手部２３が間に配置されるように、トンネル軸方向に所定間隔を空けて一対に渡って設けられる。これにより、例えば、継手板１３の外側に向けて引張荷重が作用した場合に、継手板１３から連結部材３５を介して縦リブ３１Ａにまでその荷重が確実に伝達されることになる。
【００４１】
なお、本実施形態において、連結部材３５は、継手板１３に固定された補強板２５を介して継手板１３に固定されているが、補強板２５を介さずに直接継手板１３に固定されていてよいのは勿論である。
【００４２】
トンネル周方向に隣り合うセグメント１同士の接合時においては、図５に示すように、作業員等がボルトボックス２７内にボルト２１Ａを配置した上で、このボルト２１Ａを継手板１３及び補強板２５のボルト孔１４内にボルト２１Ａを挿通させて、袋ナット２１Ｂに螺合させることによって、これらのセグメント１が互いに接合される。
【００４３】
なお、トンネル周方向に隣り合うセグメント１同士を接合するための接合金具２１としては、ボルト２１Ａ及びナット２１Ｂの他に、雄継手及び雌継手からなる機械式継手を用いることとしてもよい。この場合、セグメント１の接合作業時にボルト２１Ａ等のように接合金具２１を取り付ける必要がないことから、鋼殻１０内にコンクリート４１を充填する際に、継手板１３の継手部２３近傍にボルトボックス２７を形成しなくともよい。
【００４４】
また、トンネル軸方向に隣り合うセグメント１の接合のために主桁板１１にボルト孔を設ける場合、ボルトボックス２７は、主桁板１１の近傍にも形成することになる。
【００４５】
鋼殻１０内のコンクリート４１は、ボルトボックス２７を除いた部位について、工場等で予め充填されるものである。ボルトボックス２７内には、セグメント１の接合作業完了後にコンクリート、無収縮モルタル等の経時硬化性充填材が現場施工により充填される。このボルトボックス２７内に充填される経時硬化性充填材は、継手板１３の継手部２３の強度向上のために充填されるものではなく、ボルトボックス２７内に露出している接合金具２１等の鋼材の腐食防止やセグメント１の内周面の平滑化等を目的として充填されるものであることから、その強度、品質について特段限定するものではない。また、腐食防止の必要がない場合等は、ボルトボックス２７内に経時硬化性充填材を充填することとせずにそのままの状態でセグメント１の接合作業を完了させ、作業工程を簡略化することとしてもよい。また、ボルトボックス２７内に経時硬化性充填材を充填することとせずに、ボルトボックス２７の開口に板材等を取り付けてボルトボックス２７に蓋をすることとしてもよい。
【００４６】
このように構成される本願発明に係るセグメント１の作用効果について説明する。
【００４７】
本発明に係るセグメント１は、継手板１３と継手板１３に隣り合う縦リブ３１Ａとが連結部材３５により固定されているとともに、その縦リブ３１Ａに荷重伝達部材３３の一端側３３ａが定着されていることから、セグメント１の継手板１３に対して継手板１３の外側に向けて引張荷重や曲げモーメントが作用した場合に、その引張荷重等を連結部材３５を介して縦リブ３１Ａと荷重伝達部材３３とに対して確実に伝達させることが可能となる。これにより、継手板１３に作用する引張荷重等を、縦リブ３１Ａや荷重伝達部材３３が及ぶ範囲にあるコンクリート４１や鋼殻１０の一部で負担して分散することが可能となり、この結果、セグメント１の継手部２３の強度を向上させることが可能となる。
【００４８】
特に、本発明に係るセグメント１は、継手板１３から荷重伝達部材３３までの間の荷重伝達機構がコンクリート４１の付着に依らない構造によって形成されているため、鋼殻１０内に充填されるコンクリート４１の強度、品質によらずその荷重伝達機構が成立することになる。また、本発明に係るセグメント１は、現場施工時にコンクリート、無収縮モルタル等の経時硬化性充填材を充填する必要のある箇所がボルトボックス内２７のみとなっており、更にそのボルトボックス２７内に充填する経時硬化性充填材の強度、品質の管理の必要がないものとなっている。このため、本発明に係るセグメント１は、継手部２３での所望の強度を発揮させるうえでコンクリートの強度、品質に依らない構造信頼性の高い構造を、安価で簡単な構成で実現することが可能となっている。
【００４９】
また、本発明に係るセグメント１は、このような構造信頼性の高い構造を、縦リブ３１について特段の加工をしたり、特殊な部材を用いたりすることなく、その分安価で簡単な構成で実現することが可能となっている。
【００５０】
なお、図７（ａ）に示すように、縦リブ３１Ａを荷重伝達部材３３の一端側３３ａが貫通している実施形態の場合、継手板１３から荷重伝達部材３３までの間の荷重伝達をコンクリート４１の付着に依らない構造とするうえで、以下のような構成にすることが好ましい。
【００５１】
縦リブ３１Ａに対して図７（ａ）の方向Ｐに荷重が作用した場合、継手板１３に対向する側に位置する縦リブ３１Ａの側面３１ａからコンクリート４１内で分散して広がるように継手板１３側に向けて支圧力が作用し、この支圧力によって縦リブ３１Ａから突出した荷重伝達部材３３の突出部３４が強固に拘束されることになる。この場合、突出部３４の縦リブ３１Ａからの突出長さが長くなるほど縦リブ３１Ａからの支圧力による突出部３４の拘束力が増大することになる。このため、この実施形態の場合、継手板１３から荷重伝達部材３３までの間の荷重伝達をコンクリート４１の付着に依らない構造とするうえで、
突出部３４の縦リブ３１Ａからの突出長さは長ければ長いほど好ましい。
【００５２】
次に、本発明に係るセグメント１の他の構成について更に詳細に説明する。
【００５３】
図７（ｂ）、図７（ｃ）は、荷重伝達部材３３の他の実施形態について示すセグメントの側面断面図である。上述の実施形態においては、荷重伝達部材３３を縦リブ３１Ａに定着させるための手段として、図７（ａ）に示すように、縦リブ３１Ａに形成された挿通孔３２内に荷重伝達部材３３を貫通させる手段を例として説明した。荷重伝達部材３３を縦リブ３１Ａに定着させるための他の手段としては、例えば、図７（ｂ）に示すように、荷重伝達部材３３の端部３３ａを縦リブ３１Ａの側面に当接させたうえで、荷重伝達部材３３の端部３３ａを縦リブ３１Ａに溶接により定着する手段を採用してもよい。また、この他には、図７（ｃ）に示すように、荷重伝達部材３３を縦リブ３１Ａの内周側に配置したうえでこれらを互いに接触させて、縦リブ３１Ａの内周側端部３１ｂに荷重伝達部材３３を溶接により定着する手段を採用してもよい。
【００５４】
また、この他には、図示しないが、図７（ａ）に示すような態様で、縦リブ３１Ａを貫通している荷重伝達部材３３の一端側端部３３ａに雄ねじ部を設け、この雄ねじ部にナットを螺合させることによって、荷重伝達部材３３と縦リブ３１Ａとをボルト接合する手段を採用してもよい。また、この他に、ドリルネジ、鋲、接着等の手段を採用してもよく、例えば、図７（ｃ）に示すような態様としたうえで、トンネル軸方向に直交する断面形状がＬ字状、Ｔ字状等の縦リブ３１と、板状部材からなる荷重伝達部材３３とを用いて、これらの重合部をドリルネジ等で接合して定着する手段を採用してもよい。
【００５５】
ここで、図７（ａ）に示すように、荷重伝達部材３３が縦リブ３１Ａを貫通してその縦リブ３１から突出した突出部３４が形成されている場合、縦リブ３１Ａがトンネル周方向に変形しようとした際にこの突出部３４が、継手板１３と継手板１３に隣り合う縦リブ３１Ａとこれら継手板１３及び縦リブ３１Ａとの端部間の主桁板１１とで囲まれた、図１や図７（ａ）において一点鎖線で示す範囲の空間Ｓ１内に充填されているコンクリート４１の動きを拘束するずれ止めとして機能することになる。このため、継手板１３と継手板１３に隣り合う縦リブ３１Ａと主桁板１１と、これらに囲まれた空間Ｓ１内に充填されたコンクリート４１とが合成梁として挙動することになり、継手部２３及び継手部２３を含むセグメント１の周方向端部の強度及び剛性が向上することになる。
【００５６】
図８（ａ）、図８（ｂ）は、連結部材３５の他の実施形態について示すセグメントの側面断面図である。連結部材３５は、上述の実施形態において、鋼製の板状部材から構成されている例について説明したが、この場合、図８（ａ）に示すように、連結部材３５の外周側端部３５ｃがスキンプレート１５に溶接等により固定されていてもよい。この場合、継手板１３から連結部材３５に伝達される引張荷重等がスキンプレート１５に直接伝達され、この結果、セグメント１の継手部２３の強度を更に向上させることが可能となる。
【００５７】
また、連結部材３５は、継手板１３と縦リブ３１Ａとにその両端が少なくとも固定されていれば、特にその具体的な構成について限定するものではなく、図８（ｂ）に示すように、鋼製棒状部材から構成されていてもよい。また、連結部材３５は、付着力を有する突起付平鋼板のような鋼製板状部材や、異形棒鋼のような鋼製棒状部材から構成されていてもよい。
【００５８】
図９は、セグメント１の他の実施形態についてコンクリートの一部を省略して示す部分断面底面図である。セグメント１の継手部２３がセグメント１のトンネル軸方向の両端近傍に設けられる場合、一つの継手部２３につき一対の連結部材３５を設ける代わりに、主桁板１１との間に継手部２３が配置されるように主桁板１１と所定間隔を空けて一つの連
結部材３５を設けることとして、連結部材３５の一つを主桁板１１で代用することとしてもよい。これにより、余分な連結部材３５を設ける必要がなく、その分セグメント１のコストの低減を図ることが可能となる。
【００５９】
因みに、本発明に係るセグメント１は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更がされていてもよい。このため、例えば、セグメント１のコンクリート４１内にトンネル軸方向とトンネル周方向とに延長される複数の鉄筋を格子状に配置することとしてもよいし、エレクター連結用兼裏込材注入用孔を有する管体をセグメント１の中央部に設けることとしてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１ コンクリート中詰鋼製セグメント
１０ 鋼殻
１１ 主桁板
１３ 継手板
１４ ボルト孔
１５ スキンプレート
２１ 接合金具
２１Ａ ボルト
２１Ｂ 袋ナット
２３ 継手部
２５ 補強板
２７ ボルトボックス
３１（３１Ａ）縦リブ
３２ 挿通孔
３３ 荷重伝達部材
３４ 突出部
３５ 連結部材
４１ コンクリート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の主板桁及び一対の継手板と、スキンプレートとで構成される鋼殻内にコンクリートが充填されて構成されたコンクリート中詰鋼製セグメントにおいて、
上記鋼殻内でトンネル軸方向と略平行に複数配置された縦リブと、
上記コンクリート内でトンネル周方向と略平行に配置され、その一端側が上記継手板に隣り合う縦リブに定着された荷重伝達部材と、
一端が上記継手板に固定されるとともに他端が該継手板に隣り合う縦リブに固定された連結部材とを備えること
を特徴とするコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項２】
上記荷重伝達部材は、上記継手板に隣り合う縦リブを貫通することで該縦リブに定着されていること
を特徴とする請求項１記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項３】
上記荷重伝達部材は、上記継手板に隣り合う縦リブに対して溶接、ドリルネジ、ボルト接合、鋲又は接着により定着されていること
を特徴とする請求項１記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項４】
上記連結部材は、鋼製板状部材から構成されていること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項５】
上記連結部材は、その外周側端部が上記スキンプレートに固定されていること
を特徴とする請求項４記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項６】
上記連結部材は、鋼製棒状部材から構成されていること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項７】
上記継手板は、トンネル周方向に隣り合う他のコンクリート中詰鋼製セグメントと互いに接合するための接合金具が取り付けられる継手部を有し、
上記連結部材は、上記継手部が間に配置されるように所定間隔を空けて一対に渡って設けられてなること
を特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項８】
上記継手板は、トンネル周方向に隣り合う他のコンクリート中詰鋼製セグメントと互いに接合するための接合金具が取り付けられる継手部を有し、
上記連結部材は、上記主桁板との間に上記継手部が配置されるように該主桁板と所定間隔を空けて設けられてなること
を特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項９】
上記鋼殻内に充填されるコンクリートは、他のコンクリート中詰鋼製セグメントとの接合作業時に上記継手部に接合金具を取り付けるための作業空間として形成されるボルトボックスを除いた部位に予め充填されてなること
を特徴とする請求項１〜８の何れか１項記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項１】
一対の主板桁及び一対の継手板と、スキンプレートとで構成される鋼殻内にコンクリートが充填されて構成されたコンクリート中詰鋼製セグメントにおいて、
上記鋼殻内でトンネル軸方向と略平行に複数配置された縦リブと、
上記コンクリート内でトンネル周方向と略平行に配置され、その一端側が上記継手板に隣り合う縦リブに定着された荷重伝達部材と、
一端が上記継手板に固定されるとともに他端が該継手板に隣り合う縦リブに固定された連結部材とを備えること
を特徴とするコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項２】
上記荷重伝達部材は、上記継手板に隣り合う縦リブを貫通することで該縦リブに定着されていること
を特徴とする請求項１記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項３】
上記荷重伝達部材は、上記継手板に隣り合う縦リブに対して溶接、ドリルネジ、ボルト接合、鋲又は接着により定着されていること
を特徴とする請求項１記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項４】
上記連結部材は、鋼製板状部材から構成されていること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項５】
上記連結部材は、その外周側端部が上記スキンプレートに固定されていること
を特徴とする請求項４記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項６】
上記連結部材は、鋼製棒状部材から構成されていること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項７】
上記継手板は、トンネル周方向に隣り合う他のコンクリート中詰鋼製セグメントと互いに接合するための接合金具が取り付けられる継手部を有し、
上記連結部材は、上記継手部が間に配置されるように所定間隔を空けて一対に渡って設けられてなること
を特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項８】
上記継手板は、トンネル周方向に隣り合う他のコンクリート中詰鋼製セグメントと互いに接合するための接合金具が取り付けられる継手部を有し、
上記連結部材は、上記主桁板との間に上記継手部が配置されるように該主桁板と所定間隔を空けて設けられてなること
を特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【請求項９】
上記鋼殻内に充填されるコンクリートは、他のコンクリート中詰鋼製セグメントとの接合作業時に上記継手部に接合金具を取り付けるための作業空間として形成されるボルトボックスを除いた部位に予め充填されてなること
を特徴とする請求項１〜８の何れか１項記載のコンクリート中詰鋼製セグメント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１６８７４４（Ｐ２０１０−１６８７４４Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０１０７（Ｐ２００９−１０１０７）
【出願日】平成２１年１月２０日（２００９．１．２０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２０日（２００９．１．２０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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