スチールセグメント、合成セグメント、及びそれらの製造方法

【課題】スチールセグメント及び合成セグメントにおいて、剛性・強度を確保しながら、曲げ加工を容易にしてコストダウンが図れるようにする。
【解決手段】主桁、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接して製作するスチールセグメントであって、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼1・2を曲げ加工して形成する。具体的には、両側及び中間の主桁を、溝形鋼1・2を曲げ加工して形成し、その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼1・2に、継手板3、縦リブ4及びスキンプレート6を溶接してスチールセグメントを製作する。また、そのスチールセグメントに、コンクリートを中詰めして合成セグメントを製作する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スチールセグメントと、その製造方法と、合成セグメントと、その製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
シールドトンネルの覆工材には、RCセグメント、スチールセグメント、合成セグメントが使用条件に従って使い分けられている。
スチールセグメントは、曲げ加工・切断された鋼板を溶接によって箱状に組み立てられたものであり、下水道では径1.8m〜8.3mまで規格化されており、道路や鉄道では重荷重作用部や特殊部に採用されている。
合成セグメントは、上記のスチールセグメントの内側にコンクリートが中詰めされたものであり、道路や鉄道トンネルの大断面に採用されている。合成セグメントの事例としては、主桁に厚い鋼板を使用した中詰め鋼製セグメント、主桁に極厚のH形鋼を使用したNMセグメント、曲げ加工した主鋼材間を束材で結び鋼材を鉄筋として評価しているSBL等が使用されている。これらは、厚肉の鋼板を曲げ加工して溶接しており、その製作費は高価なものとなる。
【0003】
また、特許文献1において、主桁、継手板、スキンプレート、及び縦リブを有する鋼殻に、鉄筋を縦リブに交差して設置し、中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントにおいて、両サイドの主桁の断面が、開口部をセグメント内側に有するC型形状の部材、具体的には溝形鋼である合成セグメントが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005−351035号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来は、セグメントの主桁としてH形鋼を使用する場合、剛性・強度は高まるが、曲げ加工に限界があるため、厚肉鋼板のフランジとウェブを個別に曲げ加工してから溶接してH形鋼を成形することで対応しており、高価なものとなっていた。
【0006】
また、特許文献1のように、両サイドの主桁を溝形鋼としたセグメントでは、剛性・強度が不足する。
【0007】
本発明の課題は、スチールセグメント及び合成セグメントにおいて、剛性・強度を確保しながら、曲げ加工を容易にしてコストダウンが図れるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、主桁、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接して製作するスチールセグメントであって、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼を曲げ加工して形成したことを特徴とする。
【0009】
請求項2に記載の発明は、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼を曲げ加工して形成し、その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼に、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接してスチールセグメントを製作する、スチールセグメントの製造方法を特徴とする。
【0010】
請求項3に記載の発明は、主桁、継手板及び縦リブを溶接し、コンクリートを打設して製作する合成セグメントであって、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼を曲げ加工して形成したことを特徴とする。
【0011】
請求項4に記載の発明は、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼を曲げ加工して形成し、その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼に、継手板及び縦リブを溶接し、コンクリートを打設して合成セグメントを製作する、合成セグメントの製造方法を特徴とする。
【0012】
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載のスチールセグメントに、コンクリートを中詰めして製作した合成セグメントを特徴とする。
【0013】
請求項6に記載の発明は、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼を曲げ加工して形成し、その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼に、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接し、コンクリートを打設して合成セグメントを製作する、合成セグメントの製造方法を特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、スチールセグメント及び合成セグメントにおいて、剛性・強度を確保しながら、曲げ加工を容易にしてコストダウンを達成できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明を適用したセグメントリングの一実施形態の構成を示すもので、正面図(a)と平面図(b)である。
【図2】図1のAセグメントの構成を示すもので、側面図(a)、平面図(b)、及び断面図(c)である。
【図3】土木学会「山岳トンネル標準示方書」による鋼製支保工に使用される鋼材(H形鋼)の緒元例を示す図表である。
【図4】土木学会「山岳トンネル標準示方書」による最小曲げ半径と曲げ抵抗の関係を示す図表で、対応する市販の溝形鋼の緒元例を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図1は本発明を適用したセグメントリングの一実施形態の構成を示すもので、A・B・Kはセグメント、1は両側の溝形鋼(主桁)、2は中間の溝形鋼(主桁)である。
【0017】
図示のように、Aセグメント、Bセグメント、Kセグメントは、主桁として、両側に溝形鋼1を有するとともに、中間に離間する二本の溝形鋼2を有している。
【0018】
実施例では、主桁に、市販の溝形鋼[‐300× 90×12/16(曲げ抵抗I=7,870cm4、断面係数Z=525cm3)の溝形鋼1・2を四本用いた、シールド径12mクラスの合成セグメントにより構成される。
【0019】
図2はAセグメントの構成を示すもので、3は継手板、4は縦リブ、5は補強リブ、6はスキンプレート、7はセグメント間継手、8はリング間雄継手、9はリング間雌継手である。
【0020】
すなわち、主桁として、予め曲げ加工した両側の溝形鋼1とその中間に離間する二本の溝形鋼2に対し、両端の継手板3と、縦リブ4及び補強リブ5と、スキンプレート6を溶接してスチールセグメントが製作される。
【0021】
ここで、両側の溝形鋼1とその中間の溝形鋼2との間隔は800mmで、中間の離間する二本の溝形鋼2の間隔は200mmとなっている。
【0022】
さらに、継手板3にはセグメント間継手7が設けられている。
また、両側の溝形鋼1の一方にはリング間雄継手8が設けられて、他方にはリング間雌継手9が設けられている。
【0023】
なお、溝形鋼1・2間にコンクリートを打設して中詰めコンクリートを有する合成セグメントが製作される。
【0024】
以上の溝形鋼1・2を用いるスチールセグメント及び合成セグメントの製造方法を次に説明する。
【0025】
(製造方法1)
両側及び中間の主桁を、溝形鋼1・2を曲げ加工して形成し、
その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼1・2に、継手板3、縦リブ4、補強リブ5及びスキンプレート6を溶接して、
スチールセグメントを製作する。
【0026】
(製造方法2)
両側及び中間の主桁を、溝形鋼1・2を曲げ加工して形成し、
その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼1・2に、継手板3、縦リブ4及び補強リブ5を溶接し、コンクリートを打設して、
合成セグメントを製作する。
【0027】
(製造方法3)
両側及び中間の主桁を、溝形鋼1・2を曲げ加工して形成し、
その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼1・2に、継手板3、縦リブ4、補強リブ5及びスキンプレート6を溶接し、コンクリートを打設して、
合成セグメントを製作する。
【0028】
図3は土木学会「山岳トンネル標準示方書」による鋼製支保工に使用される鋼材(H形鋼)の緒元例を示す図表である。
【0029】
山岳トンネルにおいては、古くからH形鋼を曲げ加工して支保工として用いており、支保工の曲げ半径(トンネル半径)とH形鋼のサイズとを図3の表のように規定している(土木学会:山岳トンネル標準示方書より)。
【0030】
図3の表からH形鋼の曲げ半径として、
H‐150×150×7×10 では、最小半径2.0m
H‐175×175×7.5×11では、最小半径3.4m
H‐200×200×8×12 では、最小半径4.2m
H‐250×250×9×14 では、最小半径5.5m
が分かる。
【0031】
図4は土木学会「山岳トンネル標準示方書」による最小曲げ半径と曲げ抵抗の関係を示す図表で、対応する市販の溝形鋼の緒元例を示したものである。
【0032】
鋼材の曲げ抵抗は、断面二次モーメント(Ix)に比例することより、図4の表から市販されている溝形鋼の曲げ半径を次のように評価できる。
【0033】
[‐200×90×8/13.5 では、最小半径3.0m
[‐250×90×11/14.5では、最小半径4.2m
[‐300×90×12/16 では、最小半径5.0m
【0034】
従って、トンネル径に対応した市販の溝形鋼を曲げ加工することで、厚肉の鋼板を曲げ加工・溶接する場合と比較して半額以下となり、安価に主桁構造を構成することが出来る。
【0035】
(実施例1)
市販されている溝形鋼を曲げ加工した円弧状の部材を主桁とし、継手板や縦リブ、スキンプレートと溶接・組立することで、スチールセグメントを製作する。
【0036】
(実施例2)
市販されている溝形鋼を曲げ加工した円弧状の部材を主桁とし、継手板や縦リブで溶接・組立したものにコンクリートを打設し、合成セグメントを製作する。
【0037】
(実施例3)
実施例1で構成されるスチールセグメントにコンクリートを中詰めすることで、五面鋼殻の合成セグメントを製作する。
【0038】
(実施例のセグメントの特長)
1.主桁の鋼材を主構造とするが、場合によっては中詰めコンクリートも構造部材として評価することもできる。
2.セグメント単体の強度は、セグメント幅の調整や主桁を内側に増設することで容易に対応できる。
3.リング間が溝形鋼ウェブの平坦な面で形成されることになり、ピース問も継手板等で平坦に形成できるので、止水溝や継手金具の設置は従来の技術で対応できる。
4.溝形鋼の曲げ加工でフランジに1〜2mmのソリが生じる可能性があるが、そのままの断面形状とすることで、余分な修正加工は行わない。すなわち、セグメント組立においては、セグメント同士の接合面の仕上がり精度が良好であれば特に問題にはならない。
【0039】
以上、実施形態のスチールセグメント及び合成セグメントによれば、両側及び中間の主桁を、市販の溝形鋼1・2を曲げ加工して形成することで、剛性・強度を確保しながら、曲げ加工を容易にして、H形鋼と比較して大幅なコストダウンを達成できる。
【0040】
なお、以上の実施形態においては、中間の溝形鋼を二本としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、中間の溝形鋼は一本または三本以上であっても良い。
また、各部の寸法・形状等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【0041】
A セグメント
B セグメント
K セグメント
1 両側の溝形鋼(主桁)
2 中間の溝形鋼(主桁)
3 継手板
4 縦リブ
5 補強リブ
6 スキンプレート
7 セグメント間継手
8 リング間雄継手
9 リング間雌継手

【特許請求の範囲】
【請求項1】
主桁、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接して製作するスチールセグメントであって、
両側及び中間の主桁を、溝形鋼を曲げ加工して形成したことを特徴とするスチールセグメント。
【請求項2】
両側及び中間の主桁を、溝形鋼を曲げ加工して形成し、
その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼に、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接して製作することを特徴とするスチールセグメントの製造方法。
【請求項3】
主桁、継手板及び縦リブを溶接し、コンクリートを打設して製作する合成セグメントであって、
両側及び中間の主桁を、溝形鋼を曲げ加工して形成したことを特徴とする合成セグメント。
【請求項4】
両側及び中間の主桁を、溝形鋼を曲げ加工して形成し、
その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼に、継手板及び縦リブを溶接し、コンクリートを打設して製作することを特徴とする合成セグメントの製造方法。
【請求項5】
請求項1に記載のスチールセグメントに、コンクリートを中詰めしたことを特徴とする合成セグメント。
【請求項6】
両側及び中間の主桁を、溝形鋼を曲げ加工して形成し、
その曲げ加工した両側及び中間の溝形鋼に、継手板、縦リブ及びスキンプレートを溶接し、コンクリートを打設して製作することを特徴とする合成セグメントの製造方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate


【公開番号】特開2012−12895(P2012−12895A)
【公開日】平成24年1月19日(2012.1.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−152573(P2010−152573)
【出願日】平成22年7月5日(2010.7.5)
【出願人】(000201478)前田建設工業株式会社 (358)
【出願人】(000112749)フジミ工研株式会社 (24)
【Fターム(参考)】