セグメントの連結構造
【課題】施工期間の短縮化を図りつつ、トンネル双方の組立施工誤差を吸収可能としたセグメントの連結構造を提供する。
【解決手段】
一のセグメント２には、箱抜き部２１を有する雌構造部材２０が形成されているとともに、他のセグメント３には、箱抜き部２１に対して施工誤差を吸収可能な間隙をもって遊嵌可能な雄構造部材３０が形成され、雌構造部材２０は、雄構造部材３０の遊嵌時において第１のエンドプレート３５と対面可能な箱抜き部２１側壁面において第２のエンドプレート２５が形成され、また箱抜き部２１側壁面と対向する側には、雄構造部材２０における突出部と互いに係止可能なコ字状溝部２７が設けられ、雄構造部材３０と雌構造部材２０とは、少なくとも２本に亘り応力伝達桁２６、３６がトンネル軸方向へそれぞれ設けられている。
【解決手段】
一のセグメント２には、箱抜き部２１を有する雌構造部材２０が形成されているとともに、他のセグメント３には、箱抜き部２１に対して施工誤差を吸収可能な間隙をもって遊嵌可能な雄構造部材３０が形成され、雌構造部材２０は、雄構造部材３０の遊嵌時において第１のエンドプレート３５と対面可能な箱抜き部２１側壁面において第２のエンドプレート２５が形成され、また箱抜き部２１側壁面と対向する側には、雄構造部材２０における突出部と互いに係止可能なコ字状溝部２７が設けられ、雄構造部材３０と雌構造部材２０とは、少なくとも２本に亘り応力伝達桁２６、３６がトンネル軸方向へそれぞれ設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣接するセグメントを互いに周方向へ連結してトンネルを構成する際に用いられるセグメントの連結構造に関し、特に２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部の外周を構成する際に好適なセグメントの連結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールド工法に基づいて構築されるいわゆるシールドトンネルは、構造的に安定した円形断面のトンネルが主流である。しかし、近年における都市部の地下道路網の整備が進展するにつれて、２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部が必要となるケースが増加している。特にこのトンネル分岐合流部は、１本の本線トンネルに対して１本のランプトンネルを連結させるケースにおいて頻繁に利用されている。
【０００３】
従来においてトンネル分岐合流部は、地表から地面を掘り下げて施工を行う開削工法が主流であった。この開削工法では、トンネル間の地盤を取り除くために施工時にトンネルに作用する土水圧を比較的小さくすることができるという利点はある。
【０００４】
しかしながら、この開削工法では、トンネル分岐合流部の施工箇所が地表からの開削工事ができる場所に限定されてしまう。即ち、開削工法に基づいて施工を行う場合には、トンネル分岐合流部を構築するための用地を確保しなければならないという問題点があった。また大深度地下においてこのようなトンネル分岐合流部を施工しなければならないときには、かかる開削の掘削労力が過大となり、地下水対策も含めて工費が割高になるという問題点があった。
【０００５】
このため、用地節約の問題や、大深度のトンネル施工に適するという観点から、特に近年におけるトンネル分岐合流部の構築方法は、上述した開削工法からいわゆる非開削工法へと移行しつつある。
【０００６】
この非開削工法は、図３０に示すように、地表から地盤を掘削することなく、あくまで地中に開けた横穴２０１を利用して本線トンネル２０２とランプトンネル２０３を連結するためのトンネル分岐合流部を構築する。このとき、トンネル２０２、２０３上部の地盤２０４からの上載荷重が作用するために、トンネル分岐合流部の施工時に各トンネル２０２、２０３に作用する土水圧が大きく発生する。なお、この非開削工法に基づいてトンネル分岐合流部を構築する方法は、限られたスペースの中で確実にセグメント同士を現場接続可能な高耐力の連結構造が必要とされていた。
【０００７】
図３１(a)は、この非開削工法に基づいて構築された、本線トンネル２０２とランプトンネル２０３とが分岐又は合流するためのトンネル分岐合流部２０６の完成図を示している。このトンネル分岐合流部２０６が、地盤２０４における土被りが５０ｍを超える大深度トンネルに適用される場合には、土圧に加えて０．５ＭＰａ以上の大きな地下水圧が作用することになる。図３１(b)は、トンネル分岐合流部２０６に作用する曲げモーメントの分布を示している。トンネル分岐合流部２０６は、本線トンネル２０２並びにランプトンネル２０３を包含する横長形状のトンネル断面として構成されるところ、当該横長形部に大きな正曲げが発生する。この正曲げはトンネル内空面側へ引張力が負荷される形で作用することになる。このため、トンネル分岐合流部２０６では、このような大きな正曲げに対抗し得る、高耐力、高剛性のセグメント間連結構造を確立する必要があり、更には高止水性能をも兼ね備えたセグメント間連結構造とする必要もあった。
【０００８】
従来においては、鉄筋コンクリート（ＲＣ）部材からなるセグメントにより、トンネル分岐合流部２０６を構成する方法が提案されている。しかしながら、このＲＣ部材により高剛性のセグメント構造を構成するためには、ＲＣ部材の桁高さを２〜３ｍ程度としなければならず、トンネル内空の建築限界を侵す虞があった。
【０００９】
また従来においては、例えば図３２に示すような本線トンネル１０１とランプトンネル１０３の接続構造１１９も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。本線トンネル１０１とランプトンネル１０３との間隔は、徐々に変化することになるが、この本線トンネル１０１を構成するセグメント１２５とランプトンネル１０３を構成するセグメント１３１間を、この接続構造１１９を介して連結していくことになる。
【００１０】
図３３(a)は、この図３２における接合構造１１９のＡ部分の水平方向の断面図を、また図３３(b)は、接合構造１１９のＢ部分の水平方向の断面図を示している。
【００１１】
この接続構造１１９では、本線トンネル１０１のセグメント１２５の端面１２６と、ランプトンネル１０３のセグメント１３１の端面１２８との間に設置されるものである。また、この接続構造１１９は、一端がセグメント１２５の端面１２６に固定されたコマ材１２７を備え、このコマ材１２７は、セグメント１２５のリング間の継手面の延長上に固定される。また、このコマ材１２７は、例えばＨ形鋼の両端に継手板１３３を固定したものである。
【００１２】
ちなみに、図３３(a)に示すＡ部分では、本線トンネル１０１とランプトンネル１０３の間隔は一定であるため、長方形状のコマ材１２７を介装することになる。これに対して、図３３(b)に示すＢ部分では、本線トンネル１０１とランプトンネル１０３の間隔が拡大又は縮小することから、コマ材１２７を台形状に構成する。そして、コマ材１２７の継手板１３３とＨ形鋼１２９の継手板との間には、誤差吸収プレート１４１を挟み込む。
【特許文献１】特開平２００６−２８３２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、シールド工法に基づいて構築されるシールドトンネルのセグメントの連結構造は、例えばシールドマシンの姿勢制御時やセグメントリングを組み立てる際の組立施工誤差が発生する場合が多い。この組立施工誤差は、トンネル軸方向、トンネル周方向に対して最大４０〜５０ｍｍ程度の範囲内で管理される場合が多い。特に、２本のトンネルが分岐又は合流される場合には、本線トンネル、ランプトンネルの双方に組立施工誤差が既に生じている。このため、これらを互いに分岐合流させるトンネル分岐合流部を構成するセグメントにおいては、これら本線トンネル、ランプトンネル双方の組立施工誤差を吸収する必要が出てくる。
【００１４】
しかしながら、上述した従来の特許文献１の開示技術では、このような組立施工誤差を吸収するためには、接続部材としてのＨ形鋼１２９やコマ材１２７を、現場接続に必要な所定の寸法に切り込み、さらに接続時における部材同士の位置合わせを行うために誤差吸収プレート１４１を挟み込む必要がある。特にこの特許文献１の開示技術では、実際に現場において配設されたトンネル分岐合流部を構成するセグメントにおいて、現場測量に基づき組立施工誤差の詳細な寸法を調査した上で、これに見合ったコマ材１２７等を製作し、これを現場搬入してセグメント１２５のリング間の継手面の延長上に固定する必要がある。
【００１５】
即ち、この特許文献１の開示技術では、このトンネル分岐合流部付近の土砂を排除し、現場測量、コマ材１２７等の製作に長期間を要し、その間工事を中断しなければならないという問題点があった。従って、特に近年において高まりつつある施工期間を短縮化の要請に応えることができなかった。また誤差吸収プレート１４１を挟む界面では、せん断伝達性能に乏しいことから、構造力学的観点から不都合が生じる可能性も高かった。
【００１６】
また特にトンネル軸方向に直交する主桁を有するセグメントにより、本線トンネルとランプトンネルを構成する際において、上述したＢ部分に示すような本線トンネルとランプトンネルの間隔が拡大又は縮小する区間では、図３４に示すように、本線トンネル側から延長されてくる主桁１５１と、ランプトンネル側から延長されてくる主桁１５２間で互いに異なる角度で交差することになる。このような主桁１５１、１５２間における角度のズレを解消するためには、上述の如きコマ材等を現場測量結果に基づいてその都度製作するステップを排除し、あくまで組めば即座に上記角度のズレを解消しつつ互いのセグメントを強固に連結可能な構成とすることにより、施工期間の短縮化を図る必要性もあった。
【００１７】
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、２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部の外周を構成するセグメントの連結構造において、施工期間の短縮化を図りつつ、トンネル双方の組立施工誤差を吸収可能としたセグメントの連結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決するために、本発明に係るセグメントの連結構造は、トンネル軸方向に直交する複数の主桁を有するセグメントの端部を互いに連結する際に適用されるトンネル用のセグメントの連結構造において、互いに連結すべき一のセグメントには、矩形凹部が形成されるように開削された箱抜き部を有する雌構造部材が形成されているとともに、他のセグメントには、上記箱抜き部に対して施工誤差を吸収可能な間隙をもって遊嵌可能な雄構造部材が形成され、上記雄構造部材は、第１のエンドプレートが先端に形成され、さらに後端に向けて突出された突出部が設けられ、上記雌構造部材は、上記雄構造部材の遊嵌時において上記第１のエンドプレートと対面可能な箱抜き部側壁面において第２のエンドプレートが形成され、また上記箱抜き部側壁面と対向する側には、上記雄構造部材における突出部と互いに係止可能なコ字状溝部が設けられ、上記雄構造部材と上記雌構造部材には、少なくとも２本の応力伝達桁がトンネル軸方向に沿って上記主桁間にそれぞれ設けられ、そのうち一対の応力伝達桁は、上記雄構造部材の突出部と上記雌構造部材のコ字状溝部周囲にそれぞれ設けられてなり、さらに互いに遊嵌された上記雌構造部材と上記雄構造部材との間隙には、充填材が充填されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
上述した構成からなる本発明では、雌構造部材と雄構造部材とを互いに遊嵌させることにより、トンネル分岐合流部を構成する２本のトンネル双方の組立施工誤差を吸収することが可能となる。
【００２０】
また、上述した構成からなる本発明では、負荷された軸力、曲げモーメントやせん断力を応力伝達桁や、エンドプレート等を介して伝達させることができることから、応力の伝達性能を向上させることが可能となる。
【００２１】
さらに、本発明では、セグメントを互いに連結する際においても、従来技術の如きコマ材等を現場測量結果に基づいてその都度製作するステップを排除し、あくまで組めば即座に施工誤差を解消しつつ互いのセグメントを強固に連結することが可能となる。このため、施工期間の短縮化を図ることが可能となる。
【００２２】
特に、本発明では、トンネル軸方向に対する施工誤差吸収性能に優れる。ちなみに曲げモーメントやせん断力の伝達可能な性能は、主桁全強度の６０％程度である。また、本発明では、主桁同士を嵌め合わせる必要が無いため、連結すべきセグメントの主桁の数に支配されることなく接続を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部の外周を構成するセグメントの連結構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
本発明を適用したセグメントの連結構造が適用されるトンネル分岐合流部１は、例えば図１に示すように、本線トンネル１１とランプトンネル１２とが合流して１本のトンネル１３へと連結する。換言すれば、１本のトンネル１３から本線トンネル１１とランプトンネル１２へ分岐する部分である。因みに、この図１(a)は、１本のトンネル１３から、本線トンネル１１並びにランプトンネル１２へと２本に分岐するまでの構成を示しており、図１(b)は、この図１(a)におけるＡ−Ａ断面図、図１(c)は、Ｂ−Ｂ断面図、図１(d)は、Ｃ−Ｃ断面図、図１(e)は、Ｄ−Ｄ断面図である。
【００２５】
ここで、本線トンネル１１とランプトンネル１２とが合流して１本のトンネル１３へと連結する場合を例に挙げて説明をする。本線トンネル１１とランプトンネル１２は、Ｄ−Ｄ断面図で示されるように、円形筒状のセグメントリングをトンネル軸方向に連続させる形で地中に埋設されている。ここで図１(a)に示す対象区間ｋ１は、本線トンネル１１並びにランプトンネル１２が合流する区間である。対象区間ｋ１に入り、トンネル１１、１２を互いに合流させる場合には、例えばＣ−Ｃ断面図（図１(d)）に示すように、本線トンネル１１の外周を構成していたセグメントの残置部１１ａと、ランプトンネル１２の外周を構成していたセグメントの残置部１２ａとの間に、新たにセグメントを新設し、さらに仕切壁１５を設けていくことになる。この新設されたセグメントが連続する領域を新設部１４という。
【００２６】
この対象区間ｋ１においては、本線トンネル１１とランプトンネル１２の各中心軸が徐々に接近してゆき、これに伴って新設部１４の長さは、Ｂ−Ｂ断面図（図１(c)）に示すように徐々に短縮化され、また仕切壁１５も取り外される。そして、最終的にＡ−Ａ断面図（図１(b)）に示されるような１本の円形筒状のトンネル１３へと連結され、対象区間ｋ１は終了することになる。
【００２７】
本発明を適用したセグメントの連結構造は、この新設部１４を構成するセグメントと、
本線トンネル１１、ランプトンネル１２を構成するセグメントの残置部１１ａ、１２ａとの間で互いに隣接するセグメント周方向へ連結する際に用いられる。
【００２８】
図２は、残置部１１ａ、１２ａにおけるセグメント２と、新設部１４におけるセグメント３との連結構造を例示したものである。セグメント２、３は、それぞれ鋼殻の内部にコンクリートを充填した合成セグメントである。また、このセグメント２は、残置部１１ａ、１２ａにおける上端、下端に位置するものであり、新設部１４との連結箇所に位置するセグメントである。またセグメント３は、新設部１４の両端部に位置するものであり、残置部１１ａ、１２ａとの連結箇所に位置するセグメントである。
【００２９】
セグメント２（一のセグメント）には、矩形凹部が形成されるように開削された箱抜き部２１を有する雌構造部材２０が形成されている。また、セグメント２の連結すべきセグメント３（他のセグメント）には、箱抜き部２１に対して施工誤差を吸収可能な間隙をもって遊嵌可能な雄構造部材３０が形成されている。
【００３０】
図３は、雌構造部材２０が形成されているセグメント２の拡大斜視図を示している。ちなみに、この図３に示すセグメント２は、図２におけるＨ部分を構成するセグメント２を例に挙げているが、他のＩ，Ｊ、Ｋ部分を構成するセグメント２も同様の構成により具体化されるものとする。但し、下側のＪ、Ｋ部分においては、通常のＲＣセグメントを用いるようにしてもよい。セグメント２は、トンネルの軸方向に直交する主桁２２と、周方向に隣接する残置部１１ａにおけるセグメントと連結可能とするための図示しないセグメントボルト孔が穿設された継手板２３と、主桁２２を被覆するスキンプレート２４と、箱抜き部２１側壁面に形成された第２のエンドプレート２５と、２本の応力伝達桁２６ａ、２６ｂとを備えている。
【００３１】
主桁２２は、セグメント２におけるトンネル軸方向両端に形成された外主桁２２ａ、２２ｃと、この外主桁２２ａ、２２ｃの中間に配設された中主桁２２ｂの３枚で構成されるが、これに限定されるものではなく、いかなる枚数で構成されていてもよいが、通常は２枚乃至４枚で構成される。各主桁２２ａ〜２２ｃは、互いに同一形状となるように成形、加工が施された鋼板で構成される。この主桁２２ａ〜２２ｃは、箱抜き部２１の形状に応じた矩形凹部を有する形状とされる。これら各主桁２２ａ〜２２ｃは、箱抜き部２１を包囲するようにした鍵型状の形状からなる。また、この主桁２２の板厚は３０〜１００ｍｍ程度で構成されている。
【００３２】
スキンプレート２４は、それぞれ主桁２２の地山側表面を被覆するためのスキンプレート２４ａと、箱抜き部２１の底面を被覆するためのスキンプレート２４ｂとを有する。このスキンプレート２４は、地山側から浸透してくる雨水等の水分が内空面側へ漏洩するのを防止すべく配設されるものである。また、このスキンプレート２４ｂの存在により後述する充填材４１が雌構造部材２０内に漏洩してしまうのを防止することができる。このスキンプレート２４は、例えば、厚さ３〜１０ｍｍ程度の鋼板で構成される。
【００３３】
箱抜き部２１側壁面に位置する第２のエンドプレート２５は、主桁２２ａ〜２２ｃ並びにスキンプレート２４ａに取り付けられ、その板厚は３０〜１００ｍｍ程度で構成される。また、この第２のエンドプレート２５が設けられている箱抜き部２１側壁面と対向する側は、コ字状溝部２７が設けられている。このコ字状溝部２７は、深さ方向がトンネル周方向となるように延長されている。このようなコ字状溝部２７は、鍵型状の形状からなる主桁２２ａ〜２２ｃにより、その周が形成されることになる。また、このコ字状溝部２７から地山側には、先細状の形状からなるとともに、第２のエンドプレート２５側に突出された突出部２８が形成されている。この突出部２８は、その地山側においてさらにスキンプレート２４ｃが配設されている。
【００３４】
応力伝達桁２６ａ、２６ｂは、上下フランジとウェブとからなるＨ形鋼で構成される。このうち、応力伝達桁２６ａは、コ字状溝部２７の周囲に配設されてなり、具体的には、コ字状溝部２７周囲の突出部２８においてトンネル軸方向に向けて延長される形で配設されている。もう一方の応力伝達桁２６ｂは、箱抜き部２１の底面を被覆するスキンプレート２４ｂ底部において、トンネル軸方向に向けて延長される形で配設されている。
【００３５】
図４は、雄構造部材３０が形成されているセグメント３の拡大斜視図を示している。ちなみに、この図４に示すセグメント３は、図２におけるＨ部分を構成するセグメント３を例に挙げているが、他のＩ，Ｊ、Ｋ部分を構成するセグメント３も同様の構成により具体化されるものとする。但し、下側のＪ、Ｋ部分においては、通常のＲＣセグメントを用いるようにしてもよい。セグメント３は、トンネルの軸方向に直交する主桁３２と、主桁３２を被覆するスキンプレート３４と、雄構造部材３０の先端に形成された第１のエンドプレート３５と、この雄構造部材３０の後端に向けて突出された突出部３７と、２本の応力伝達桁３６ａ、３６ｂとを備えている。
【００３６】
主桁３２は、セグメント３におけるトンネル軸方向両端に形成された外主桁３２ａ、３２ｃと、この外主桁３２ａ、３２ｃの中間に配設された中主桁３２ｂの３枚で構成されるが、これに限定されるものではなく、いかなる枚数で構成されていてもよい。通常、この主桁３２は、２枚乃至４枚で構成される。各主桁３２ａ〜３２ｃは、互いに同一形状となるように成形、加工が施された鋼板で構成される。この主桁３２ａ〜３２ｃは、箱抜き部２１の形状に応じた矩形を有する形状とされる。また、この主桁３２の板厚は３０〜１００ｍｍ程度で構成されている。
【００３７】
スキンプレート３４は、それぞれ主桁３２の地山側表面を被覆することにより、地山側から浸透してくる雨水等の水分が内空面側へ漏洩するのを防止する。第１のエンドプレート３５は、主桁３２ａ〜３２ｃ並びにスキンプレート３４に取り付けられる。
【００３８】
第１のエンドプレート３５は、主桁３２ａ〜３２ｃに溶接等により固着され、その板厚は３０〜１００ｍｍ程度で構成される。
【００３９】
突出部３７は、トンネル周方向に向けて延長される形で突出されてなる。この突出部３７は、主桁３２ａ〜３２ｃにより、その周が形成されることになる。突出部３７は、雌構造部材２０におけるコ字状溝部２７と互いに係止可能な形状となるように構成されている。また、この突出部３７を形成させることにより、その上方には凹部３９が形成されることになる。
【００４０】
応力伝達桁３６ａ、３６ｂは、上下フランジとウェブとからなるＨ形鋼で構成される。このうち、応力伝達桁３６ａは、各主桁３２ａ〜３２ｃにおける突出部３７間においてトンネル軸方向に向けて架設されてなる。もう一方の応力伝達桁３６ｂは、その下フランジ底面が雄構造部材３０の底部と面一となる位置において、トンネル軸方向に向けて延長される形で配設されている。
【００４１】
なお、応力伝達桁２６、３６は、曲げ剛性に優れる断面Ｈ形状或いは断面箱型形状で構成されていてもよいが、さらに断面Ｔ型、Ｃ型、Ｌ型で構成されていてもよい。
【００４２】
上述の如き構成からなるセグメント２と、セグメント３を連結する際には、雌構造部材２０と雄構造部材３０とを互いに遊嵌させることにより行う。具体的には、図５に示すように、雌構造部材２０における箱抜き部２１に対して雄構造部材３０を互いに間隙が形成される状態で、遊びを持った状態で嵌められる。このとき、雌構造部材２０における箱抜き部２１に対して雄構造部材３０とが互いに動くことができる程度の間隙が形成されていることが必要となる。この間隙を設ける理由は、互いの施工誤差を吸収するためである。
【００４３】
図５の例では、少なくとも第１のエンドプレート３５と第２のエンドプレート２５との間に間隙が形成されるように調整されているとともに、雄構造部材３０の底部と箱抜き部２１底面（スキンプレート２４ｂ）との間に間隙が形成されるように調整がなされているものである。このような間隙が形成されることにより、セグメント２とセグメント３は、互いにトンネル軸方向、トンネル周方向、更には、内空面側から地山側へと、水平移動又は垂直移動することができる。また、特にこのような間隙が形成されていることにより、セグメント２を構成する主桁２２とセグメント３を構成する主桁３２が互いに斜めに角度を持たせて配置することも可能となる。
【００４４】
なお、互いに遊嵌された雌構造部材２０と雄構造部材３０との間隙には、充填材４１が充填されている。この充填材４１の材料としては、例えば高強度モルタルやコンクリート等の経時固化材等が適用される。ちなみに、充填性を良好にするためには、例えば、ＡＥ（Air Entrain）減水剤等の流動化剤を添加したスランプフロー５０ｃｍ以上の高流動タイプのものを適用するようにしてもよい。この充填材４１を充填する際には、例えば現場で型枠を設置して充填されることになる。箱抜き部２１にスキンプレートを設置する際には、当該型枠を兼用させることも可能となる。
【００４５】
ちなみに、このセグメント２とセグメント３との連結時においては、雄構造部材３０の先端に形成された第１のエンドプレート３５が、雌構造部材２０の側壁面に形成されている第２のエンドプレート２５と間隙を介して対面することになり、当該間隙には、充填材４１が充填されることから、この第１のエンドプレート３５と第２のエンドプレート２５とは互いに充填材４１を介して対面することになる。また、雄構造部材３０に形成された応力伝達桁３６ａと、雌構造部材２０に形成された応力伝達桁２６ａとが上下方向に並ぶことになり、また雄構造部材３０に形成された応力伝達桁３６ｂと、雌構造部材２０に形成された応力伝達桁２６ｂとが上下方向に並ぶことになる。また、このセグメント２とセグメント３との連結時には、雌構造部材２０の後端に形成されたコ字状溝部２７に対して雄構造部材３０における突出部３７が互いに係止されることになる。これにより、セグメント２とセグメント３とは、互いに主桁２２、３３同士斜めに角度を持った状態で配置すると共に互いに離脱しないように強固に係止させることが可能となる。
【００４６】
なお、コ字状溝部２７に対する突出部３７の係止ととともに、凹部３９に対して突出部２８を係止させることもできる。但し、この凹部３９に対する突出部２８の係止は、セグメント２、３を互いに離脱不能に固定する上で必須とはならない。
【００４７】
上述の如く連結されるセグメント２、３において例えば図６(a)に示すような方向で軸力Ｄが主桁２２、３２を介して伝わってきた場合には、第１のエンドプレート３５と第２のエンドプレート２５とを互いに向かい合わせに配置し、その間隙には充填材４１を介装していることから、当該軸力Ｄを第１のエンドプレート３５（第２のエンドプレート２５）、充填材４１、第２のエンドプレート２５（第１のエンドプレート３５）の順で伝達させることが可能となる。そして、この伝達させた軸力は、相手側のセグメント２、３の主桁２２、３２を介して伝達されていくことになる。
【００４８】
また、上述の如く連結されるセグメント２、３において例えば図６(b)に示すような方向で曲げモーメントＥが加わった場合には、偶力が形成されてこれに基づく伝達力Ｆが負荷されることになる。同様にせん断力Ｇが加わった場合にもこれに基づく伝達力Ｆが負荷される。
【００４９】
しかし、本発明では、セグメント２、３の連結時において応力伝達桁３６ａと応力伝達桁２６ａとが上下方向に並び、また応力伝達桁３６ｂと、応力伝達桁２６ｂとが上下方向に並ぶことになるため、内空面側から地山側、或いは地山側から内空面側へと伝達してくる伝達力Ｆは、この上下方向に配列した応力伝達桁３６ａ、２６ａ、応力伝達桁３６ｂ、２６ｂを介してそれぞれ上下方向へと伝達させることが可能となる。
【００５０】
特に本発明においては、この雄構造部材３０と雌構造部材２０には、少なくとも２本に亘り応力伝達桁３６、２６をトンネル軸方向へそれぞれ設けている。そして、一対の応力伝達桁３６ａ、２６ａは、雄構造部材３０の突出部３７と雌構造部材２０のコ字状溝部２７周囲にそれぞれ設けられている。即ち、この一対の応力伝達桁３６ａ、２６ａは、雄構造部材３０、雌構造部材２０の右端部近傍に設けられている。従って、もう一対の応力伝達桁３６ｂ、２６ｂと、この応力伝達桁３６ａ、２６ａとの距離を極力離間させることが可能となり、曲げモーメントＥやせん断力Ｇに基づく伝達力Ｆをより効果的に伝達させることが可能となる。
【００５１】
本発明を適用したセグメントの連結構造は、例えば図７に示すような形態に適用することも可能である。
【００５２】
この図７に示す形態において上述した図３〜５に示す形態と同一の構成要素、部材に関しては同一の符号を付すことにより、以下での説明を省略する。
【００５３】
セグメント２における第２のエンドプレート２５には、さらにトンネル周方向に向けて延長されている補剛プレート４３が形成されている。この補剛プレート４３は、トンネル周方向に向けて複数枚に亘り形成されていてもよい。また、このセグメント２には、地山側から内空面側にかけて縦リブ４６が所定の間隔をおいて設けられている。
【００５４】
セグメント３における第１のエンドプレート３５には、さらにトンネル周方向に向けて延長されている補剛プレート４４が形成されている。この補剛プレート４４は、トンネル周方向に向けて複数枚に亘り形成されていてもよい。また、このセグメント３には、地山側から内空面側にかけて縦リブ４７が所定の間隔をおいて設けられている。
【００５５】
ちなみに、これら補剛プレート４３、４４はそれぞれ主桁２２、３２に溶接により固着され、主桁２２、３２における応力伝達を補完する上でも機能を発揮させることが可能となる。補剛プレート４３、４４の板厚は３０〜１００ｍｍ程度である。
【００５６】
なお、セグメント２、３においては、図中紙面奥行き方向に相当するトンネル軸方向に向けてリングボルト孔４５がそれぞれ縦リブ４６、４７の間に設けられている。このリングボルト孔４５はトンネル軸方向に隣接する他のセグメントと連結する際に用いられるものである。
【００５７】
このような図７に示す形態においては、軸力Ｄを第１のエンドプレート３５（第２のエンドプレート２５）、充填材４１、第２のエンドプレート２５（第１のエンドプレート３５）の順で伝達させる際において、第１のエンドプレート３５、第２のエンドプレート２５の剛性を補うことが可能となる。
【００５８】
本発明を適用したセグメントの連結構造は、例えば図８(a)に示すような形態に適用することも可能である。
【００５９】
この図８(a)に示す形態において上述した図３〜５、７に示す形態と同一の構成要素、部材に関しては同一の符号を付すことにより、以下での説明を省略する。
【００６０】
セグメント２には、さらに応力伝達桁２６ｃ、２６ｄが、またセグメント３には、さらに応力伝達桁３６ｃ、３６ｄが設けられている。
【００６１】
応力伝達桁２６ｃ、２６ｄは、上下フランジとウェブとからなるＨ形鋼で構成される。このうち応力伝達桁２６ｃは、コ字状溝部２７の底部に配設され、応力伝達桁２６ｄは、その上フランジが突出部２８の上面と面一となる位置に配設されている。
【００６２】
また、応力伝達桁３６ｃ、３６ｄは、上下フランジとウェブとからなるＨ形鋼で構成される。このうち応力伝達桁３６ｃは、突出部３７の底部に設けられ、応力伝達桁３６ｄは、応力伝達桁２６ｄと対向する位置に配設されている。
【００６３】
これにより、応力伝達桁２６ｃと応力伝達桁３６ｃが上下方向に近接する形となり、また応力伝達桁２６ｄと応力伝達桁３６ｄが互いに近接する形となる。そして、上述の如く曲げモーメントＥやせん断力Ｇが負荷された場合に、これに基づく伝達力Ｆが作用しても、これを一対の応力伝達桁３６ｃ、２６ｃ、一対の応力伝達桁３６ｄ、２６ｄを介して伝達させることが可能となる。特にこのような応力伝達桁２６、３６の本数を増加させることにより伝達力Ｆの伝達性能を向上させることが可能となる。特にこの図８(a)の形態では、応力伝達桁３６、２６を４ペア形成させることにより、正負交番の曲げ伝達にも対応可能となる。
【００６４】
なお、図８(b)は、図８(a)の形態からセグメント２とセグメント３の位置を入れ替えたものである。このように雌構造部材２０と雄構造部材３０とを入れ替えても同様の機能を発揮させることができるのは勿論である。但し、図８(b)の形態では、周囲の地盤凍結等による干渉を受けやすいことから、図８(a)の形態で具体化されることが望ましい。
【００６５】
本発明を適用したセグメントの連結構造は、例えば図９に示すような形態に適用することも可能である。
【００６６】
この図９に示す形態において上述した図３〜５、７、８に示す形態と同一の構成要素、
部材に関しては同一の符号を付すことにより、以下での説明を省略する。
【００６７】
セグメント３における雄構造部材３０の周囲は、スキンプレート４８により被覆されている構成としている。具体的には、このスキンプレート４８は、雄構造部材３０の底面、突出部３７の周囲、凹部３９の周囲に配設されている。これにより、充填材４１が雄構造部材３０内に入り込むのを防止することが可能となり、ひいては充填材４１の充填量を減らすことによる材料費の低減を図ることが可能となる。
【００６８】
本発明を適用したセグメントの連結構造は、例えば図１０に示すような形態に適用することも可能である。
【００６９】
この図１０に示す形態において上述した図９に示す形態と同一の構成要素、部材に関しては同一の符号を付すことにより、以下での説明を省略する。
【００７０】
第１のエンドプレート３５はトンネル内空面側を突出するように傾斜して形成され、第２のエンドプレート２５はトンネル地山側を突出するように傾斜して形成されている。但し、この傾斜角θは、１５〜４５°で構成されていることが望ましい。トンネル周方向から軸力が加わった場合において傾斜角θがセグメントの板厚方向（θ＝０°）で構成されている場合には、充填材４１に対して第１のエンドプレート３５、第２のエンドプレート２５が両側から平行に押圧力が負荷されることになり、その結果当該充填材４１が押圧方向に対する垂直方向としての地山側へと飛び出してしまう虞が出てくる。しかし、この図１０の構成を採用することにより、充填材４１に対して負荷される応力のベクトル方向を変えることができることから、当該充填材４１が地山側へと飛び出してしまうのを防止することが可能となる。
【００７１】
次に、本発明を適用したセグメント連結構造の施工方法について図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００７２】
先ず、図１１に示すように、トンネル分岐合流部１を構成する本線トンネル１１とランプトンネル１２について、残置部１１ａ、１２ａにおいて雌構造部材２０を有するセグメント２を予め設けておく。この段階においては、本線トンネル１１、ランプトンネル１２において、今後撤去すべき撤去部５を構成するセグメントが連結されたままの状態にある。また、この段階におけるセグメント２は、図１２(a),(b)に示すように接続部保護部材５１が装着されている。
【００７３】
接続部保護部材５１は、セグメント２における箱抜き部２１に対して嵌合可能な形状とされている。接続部保護部材５１は、図１２(b)に示すようにスキンプレート５２により表面が被覆されてなるとともに、縦リブ５３が板厚方向へ設けられている。この接続部保護部材５１は、セグメント２に対してセグメント３を連結するまでの間、シールドマシンのジャッキ反力の伝達と、この箱抜き部２１内に地中の土砂が入り込むのを防止するべく、配設されるものである。
【００７４】
次に、図１３(a)に示すように接続部保護部材５１を撤去する。ちなみに、この接続部保護部材５１の装着並びに撤去は、トンネル軸方向へ当該接続部保護部材５１を押圧することにより実行するようにしてもよい。なお、この接続部保護部材５１を撤去する段階においては、トンネル周囲の地盤等を凍結させる等して補強しておくことが望ましい。その理由としては、接続部保護部材５１を撤去した後に、この箱抜き部２１内に地中の土砂が入り込むのを防止するためである。
【００７５】
次に、図１３(b)に示すように、セグメント２における雌構造部材２０に対して、新設部１４を構成するセグメント３の雄構造部材３０を徐々に接近させる。この段階においては、セグメント２に対してセグメント３を鉛直方向にスライドさせることにより、雌構造部材２０における箱抜き部２１底面近傍まで雄構造部材３を近接させることになる。
【００７６】
次に、図１３(c)に示すように、雄構造部材３を水平方向へスライドさせる。このとき、上記雄構造部材３０の突出部３７が、雌構造部材２０におけるコ字状溝部２７と互いに係止可能な状態になるまで当該雄構造部材３をスライドさせることになる。その結果、雌構造部材２０と雄構造部材３０とは互いに遊嵌された状態となる。このため、セグメント２とセグメント３における施工誤差を吸収するように、雌構造部材２０と雄構造部材３０の位置合わせを行うことが可能となる。
【００７７】
次に、図１３(d)に示すように、互いに遊嵌された雌構造部材２０と雄構造部材３０との間隙に、充填材４１を充填する。上述の如くセグメント２とセグメント３とは互いに施工誤差が吸収された状態にあり、かかる状態においてこれらを固定するために充填材４１を充填することになる。この充填材４１を隙間なく充填させることにより、止水性をも確保することが可能となる。
【００７８】
なお、図１３(c)における、施工誤差吸収のための位置合わせは、図１４(a)に示すように、新設部１４を構成するセグメントを連結している段階、或いは図１４(b)に示すように、新設部１４を構成するセグメントを介して本線トンネル１１、ランプトンネル１２が連結された段階の何れにおいても実施するようにしてもよい。ちなみに、この新設部１４のセグメントを構成する際には、重機を用いて実行することになるが、かかる段階において施工誤差が具体的にどれくらい発生しているかが比較的明るみに出てくる場合もあるため、雌構造部材２０と雄構造部材３０の位置合わせをその段階において実行することが望ましい。
【００７９】
また、図１４(a)の段階においては、ランプトンネル１２側のセグメント２とセグメント３とをボルトにより仮固定しておき、続けて新設部１４を構成するセグメントを順次連結してゆき、図１４(b)の段階における本線トンネル１１側のセグメント２、３において互いに施工誤差を吸収できるように雌構造部材２０と雄構造部材３０の位置合わせを行い、また、これに引き続いてランプトンネル１２側において仮固定したあるセグメント２、３間で位置合
わせを再度実行するようにしてもよい。
【００８０】
なお、充填材４１を充填する段階と前後して、図１４(c)に示すように、撤去部５を構成するセグメントを撤去することになる。
【００８１】
上述の如き本発明を適用したセグメント連結構造の施工方法では、従来技術の如きコマ材等を現場測量結果に基づいてその都度製作するステップを排除し、あくまで組めば即座に施工誤差を解消しつつ互いのセグメントを強固に連結することが可能となる。このため、施工期間の短縮化を図ることが可能となる。また、誤差吸収プレートを配設する必要性も無くなることから、工期をさらに短縮化することができる。
【００８２】
ちなみに本発明を適用したセグメントの連結構造は、この新設部１４を構成するセグメントと、本線トンネル１１、ランプトンネル１２を構成するセグメントの残置部１１ａ、１２ａとの間で互いに周方向へ連結する際に用いられる場合に限定されるものではなく、例えば図１５に示すように、新設部１４を構成するセグメント間においても適用可能である。
【００８３】
この図１５に示す形態では、ランプトンネル１２側から延長されてきた新設部１４においてセグメント２を設け、また本線トンネル１１側から延長されてきた新設部１４においてセグメント３を設ける。そして、このセグメント２、３を上述した方法と同様に連結させる。このとき、この新設部１４の中央付近にこのセグメント２、３の連結構造を１箇所設けることが望ましい。その理由として、ランプトンネル１２側から延長されてきた新設部１４のセグメントを構成する主桁と、本線トンネル１１側から延長されてきた新設部１４のセグメントを構成する主桁は、特に本線トンネル１１とランプトンネル１２の間隔が拡大又は縮小する区間において互いに異なる角度で交差することになる。このような主桁間の角度のズレを解消するためには、角度のズレを解消しつつ互いのセグメントを強固に連結可能な本発明をこの新設部の中央付近に設けることにより対処することが可能となるためである。
【００８４】
図１６は、この新設部１４の中央において適用される本発明の拡大断面図を示している。この図１６に示す形態において上述した図３〜５、７に示す形態と同一の構成要素、部材に関しては同一の符号を付すことにより、以下での説明を省略する。
【００８５】
セグメント２には段差６１が新たに形成されている。そして、この段差表面からさらに内空面側において箱抜き部２１が形成されている。
【００８６】
セグメント３における雄構造部材３０は、平面状に形成された本体の途中から内空面側に分岐された分岐部６２が形成されている。この分岐部６２は、箱抜き部２１に対して遊嵌可能な形状、サイズで構成されている。ちなみに、分岐部の先端には、応力伝達桁３６ａが配設される。
【００８７】
実際にセグメント２、３を連結させる際には、このセグメント２における段差６１上に雄構造部材３０を載せる。このとき、上述の如く第１のエンドプレート３５と、第２のエンドプレート２５とが互いに対面するように位置制御を行う。次に、箱抜き部２１に分岐部６２を遊嵌させる。この段階において、間隙は、第１のエンドプレート３５と第２のエンドプレート間、並びに箱抜き部２１と分岐部６２間に少なくとも形成されていることから、互いの施工誤差を吸収可能なように位置合わせを自在に行うことも可能となる。最後に、この間隙に充填材４１を充填させる。
【００８８】
また、図１７は、応力伝達桁２６、３６の本数を増加させた例である。これにより曲げモーメントＥやせん断力Ｇに基づく伝達力の伝達性能をより向上させることが可能となる。
【００８９】
また、図１８は、さらにセグメント３における雄構造部材３０の周囲を、スキンプレート４８により被覆した例である。これにより、充填材４１が雄構造部材３０内に入り込むのを防止することが可能となり、ひいては充填材４１の充填量を減らすことによる材料費の低減を図ることが可能となる。
【００９０】
更に、図１９は、地山側が引張となる負曲げの伝達に対応する例を示している。コの字形状と応力伝達桁の配置位置を変更することで対応できる。
【００９１】
なお、本発明を適用したセグメント２、３をセグメントの連結構造に適用する際に、図２０に示すように他のセグメント７も併用するようにしてもよい。
【００９２】
この図２０に示す形態では、ランプトンネル１２側から延長されてきた新設部１４においてセグメント２を設け、また本線トンネル１１側から延長されてきた新設部１４においてセグメント３を設ける。また、新設部１４と残置部１１ａ、１２ａとの連結部位においては、セグメント７を適用する。即ち、新設部１４から延長されてきたセグメント７と、残置部１１ａ、１２ａから延長されてきたセグメント７を互いに連結することにより連結構造を構成するものである。セグメント２は、例えば図１６〜１９において説明した実施の形態を適用するようにしてもよい。
【００９３】
図２１、２２は、セグメント７の拡大斜視図を示している。この図２１、２２に示すセグメント７は、トンネルの軸方向に直交する主桁７２と、主桁７２先端に設けられた支圧プレート７４と、トンネル軸方向に隣接する主桁７２間を連結するエンドプレート７５と、エンドプレート７５と支圧プレート７４との中間に設けられた２本の応力伝達桁７６とを備えている。
【００９４】
主桁７２は、図２１に示す形態においては２枚で構成されており、図２２に示す形態では、トンネル軸方向両端に形成された外主桁と、この外主桁の中間に配設された中主桁の３枚で構成される場合を示しているが、これに限定されるものではなく、いかなる枚数で構成されていてもよい。通常、この主桁２２は、２枚乃至４枚で構成される。各主桁７２は、互いに同一形状となるように成形、加工が施された鋼板で構成される。この主桁７２は、先端の桁高縮小区間ｋ２において桁高さが小さくなるように設定されている。この桁高縮小区間ｋ２よりも後端側は、桁高さが大きく設定されている。また、この主桁７２の板厚は３０〜１００ｍｍ程度で構成されている。ちなみに、この主桁７２には、所定の間隔をおいて開口孔７７が形成されていてもよい。
【００９５】
支圧プレート７４は、主桁に対して溶接等の手段により固着されるものであり、その板厚は３０〜１００ｍｍ程度である。支圧プレート７４からトンネル周方向に向けて主桁７２側面に補剛プレート７８が取り付けられている。この補剛プレート７８の板厚も３０〜１００ｍｍ程度であり、主桁７２並びに支圧プレート７４に対して溶接等により固着されている。
【００９６】
エンドプレート７５は、主桁７２に対して直交する方向、換言すればトンネル軸方向に向けて延長される形で配設され、その板厚は３０〜１００ｍｍ程度で構成される。また、このエンドプレート７５は、主桁７２間を架設するように配設され、これに溶接等により固着されている。また、エンドプレート７５から後端側へ向けて主桁７２側面に補剛プレート７９が取り付けられている。この補剛プレート７９の板厚も３０〜１００ｍｍ程度であり、主桁７２並びに支圧プレート７４に対して互いに直交する向きで溶接等により固着されている。
【００９７】
応力伝達桁７６ａ、７６ｂは、上下フランジとウェブとからなるＨ形鋼で構成される。ちなみに、この応力伝達桁７６ａ、７６ｂは、エンドプレート７５と支圧プレート７４との中間において配設されていればよいが、桁高縮小区間ｋ２よりも後端側において配設されていることが必須となる。応力伝達桁７６ａ、７６ｂは、主桁７２側面を架設するように配設され、溶接等の手段により固着されている。応力伝達桁７６ａ、７６ｂは、曲げ剛性に優れる断面Ｈ形状或いは断面箱型形状で構成されていてもよいが、さらに断面Ｔ型、Ｃ型、Ｌ型で構成されていてもよい。また、応力伝達桁７６ａ、７６ｂは、２本に亘って設けられる場合に限定されるものではなく、少なくとも１本以上で構成されていればよい。
【００９８】
上述の如き構成からなるセグメント７を連結する際には、互いに連結すべき一方のセグメント７を構成する主桁７２間に、他方のセグメント７の主桁７２が施工誤差を吸収可能な間隙をもって遊嵌させることにより行う。具体的には、図２３に示すように、一方のセグメント７を構成する主桁７２と、他方のセグメント７の主桁７２との間で互いに間隙が形成される状態で、遊びを持った状態で嵌められる。このとき、一方のセグメント７を構成する主桁７２と、他方のセグメント７の主桁７２との間で互いに動くことができる程度の間隙が形成されていることが必要となる。この間隙を設ける理由は、互いの施工誤差を吸収するためである。
【００９９】
図２３の例では、一方のセグメント７の主桁７２間のエンドプレート７５が他方のセグメント７の主桁７２先端の支圧プレート７４に対面する形とされている。このとき、エンドプレート７５と支圧プレート７４との間に間隙が形成されるように調整されている。同様に、一方のセグメント７の主桁７２と、他方のセグメント７の主桁７２とは互いに間隙が形成されるように調整されている。このような間隙が形成されることにより、セグメント７間同士で、互いにトンネル軸方向、トンネル周方向、更には、内空面側から地山側へと、水平移動又は垂直移動することができる。また、とくにこのような間隙が形成されていることにより、一方のセグメント７を構成する主桁７２と、他方のセグメント７を構成する主桁７２とを互いに斜めに角度を持たせて配置することも可能となる。
【０１００】
このようにして連結されるセグメント７において例えば軸力が主桁７２を介して伝わってきた場合には、支圧プレート７４とエンドプレート７５とを互いに向かい合わせに配置し、その間隙には充填材７１を介装していることから、当該軸力Ｄを支圧プレート７４（エンドプレート７５）、充填材７１、エンドプレート７５（支圧プレート７４）の順で伝達させることが可能となる。そして、この伝達させた軸力は、相手側のセグメント７の主桁７２を介して伝達されていくことになる。
【０１０１】
また、上述の如く連結されるセグメント７において例えば曲げモーメントが加わった場合には、これに基づく伝達力が負荷されることになるが、これらも応力伝達桁７６を介してそれぞれ上下方向へと伝達させることが可能となる。
【０１０２】
さらに、このセグメント７を互いに連結する際においても、従来技術の如きコマ材等を現場測量結果に基づいてその都度製作するステップを排除し、あくまで組めば即座に施工誤差を解消しつつ互いのセグメントを強固に連結することが可能となる。このため、施工期間の短縮化を図ることが可能となる。
【０１０３】
特に、このセグメント７は、簡易な応力伝達構造により曲げモーメントやせん断力の伝達を可能とするものである。ちなみに曲げモーメントやせん断力の伝達可能な性能は、主桁全強度の７０％程度である。
【０１０４】
またセグメント７の代替として、例えば図２４、２５に示すようなセグメント８、９を用いるようにしてもよい。
【０１０５】
セグメント８は、いわゆる雄構造部材として構成されるものであって、トンネルの軸方向に直交する主桁８２と、主桁８２先端に設けられた支圧プレート８４と、トンネル軸方向に隣接する主桁８２間を連結するエンドプレート８５とを備えている。
【０１０６】
主桁８２は、図２４に示す形態においては２枚で構成されているが、これに限定されるものではなく、いかなる枚数で構成されていてもよい。この主桁８２の上下には、支圧フランジ８３ａ、８３ｂが設けられている。支圧フランジ８３ａ、８３ｂは、主桁８２に対して溶接等の手段により固着されている。ちなみに、この主桁２２には、所定の間隔をおいて開口孔８７が形成されていてもよい。
【０１０７】
支圧プレート８４は、主桁に対して溶接等の手段により固着されるものであり、その板厚は３０〜１００ｍｍ程度である。支圧プレート８４からトンネル周方向に向けて主桁８２側面に補剛プレート８８が取り付けられている。
【０１０８】
エンドプレート８５は、主桁８２に対して直交する方向、換言すればトンネル軸方向に向けて延長される形で配設される。また、このエンドプレート８５は、主桁８２間を架設するように配設され、これに溶接等により固着されている。また、エンドプレート８５から後端側へ向けて主桁８２側面に補剛プレート８９が取り付けられている。
【０１０９】
図２５は、セグメント９の拡大斜視図を示している。セグメント９は、いわゆる雌構造部材として構成されるものである。セグメント９は、トンネルの軸方向に直交する主桁８２と、主桁８２先端に設けられた支圧プレート８４と、トンネル軸方向に隣接する主桁８２間を連結するエンドプレート８５とを備えている。上述したセグメント８と同一の構成要素、部材に関しては同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。
【０１１０】
主桁８２は、図２５に示す形態においては、トンネル軸方向両端に形成された外主桁と、この外主桁の中間に配設された中主桁の３枚で構成される場合を示しているが、これに限定されるものではなく、いかなる枚数で構成されていてもよい。この主桁８２の上下には、当該主桁８２の上下を連続するようにフランジ鋼板９１が設けられている。フランジ鋼板９１は、主桁８２に対して溶接等の手段により固着されている。即ち、このセグメント３は、主桁８２間の上下を連続するようにフランジ鋼板９１が配設されて中空閉断面が形成されていることになる。フランジ鋼板９１が配設されることにより、曲げモーメント並びにせん断力の伝達性能を向上させることが可能となる。
【０１１１】
上述の如き構成からなるセグメント８、９を連結する際には、互いに連結すべき一方のセグメント８を構成する主桁２２間に、他方のセグメント９の主桁２２が施工誤差を吸収可能な間隙をもって遊嵌させることにより行う。具体的には、図２６に示すように、セグメント８を構成する主桁２２と、他方のセグメント９の主桁２２との間で互いに間隙が形成される状態で、遊びを持った状態で嵌められる。
【０１１２】
図２６の例では、一方のセグメント８の主桁８２間のエンドプレート８５が他方のセグメント９の主桁８２先端の支圧プレート８４に対面する形とされている。このとき、エンドプレート８５と支圧プレート８４との間に間隙が形成されるように調整されている。同様に、一方のセグメント８の主桁８２と、他方のセグメント９の主桁８２とは互いに間隙が形成されるように調整されている。このような間隙が形成されることにより、セグメント８、９間同士で、互いにトンネル軸方向、トンネル周方向、更には、内空面側から地山側へと、水平移動又は垂直移動することができる。また、とくにこのような間隙が形成されていることにより、一方のセグメント８を構成する主桁８２と、他方のセグメント９を構成する主桁８２とを互いに斜めに角度を持たせて配置することも可能となる。
【０１１３】
なお、互いに遊嵌された主桁８２、並びにエンドプレート８５、支圧プレート８４との間隙には、充填材４１が同様に充填される。
【０１１４】
このようにして連結されるセグメント８、９において例えば軸力が主桁８２を介して伝わってきた場合には、支圧プレート８４とエンドプレート８５とを互いに向かい合わせに配置し、その間隙には充填材を介装していることから、当該軸力を支圧プレート８４（エンドプレート８５）、充填材、エンドプレート８５（支圧プレート８４）の順で伝達させることが可能となる。そして、この伝達させた軸力は、相手側のセグメント８、９の主桁８２を介して伝達されていくことになる。
【０１１５】
また、上述の如く連結されるセグメント８、９において例えば曲げモーメントが加わった場合には、これに基づく伝達力が負荷されることになるが、これらも応力伝達桁８６を介してそれぞれ上下方向へと伝達させることが可能となる。
【０１１６】
さらに、このセグメント８、９を互いに連結する際においても、従来技術の如きコマ材等を現場測量結果に基づいてその都度製作するステップを排除し、あくまで組めば即座に施工誤差を解消しつつ互いのセグメントを強固に連結することが可能となる。このため、施工期間の短縮化を図ることが可能となる。
【０１１７】
特に、このセグメント８、９は、閉断面構造により曲げモーメントやせん断力の伝達性能に優れるものである。ちなみに曲げモーメントやせん断力の伝達可能な性能は、主桁全強度の１００％程度である。
【０１１８】
上述の如き構成からなる、セグメント７又はセグメント８、９を新設部１４と残置部１１ａ、１２ａとの連結部位に設けるとともに、新設部１４においてセグメント２、３を設けることにより、施工誤差吸収をより効果的に行うことが可能となる。
【０１１９】
なお、図２７(a)に示すように、セグメント７又はセグメント８、９を新設部１４において設けるとともに、セグメント２、３を新設部１４と残置部１１ａ、１２ａとの連結部位に設けることにより、同様の効果を得ることが可能となる。
【０１２０】
図２７(b)は、新設部１４において鋼製部材の周囲を鉄筋コンクリート１２１で覆い鉄骨鉄筋コンクリート構造断面を構成する例を示している。本構成は新設部１４を構成する鋼製部材の現場組立が完了した後に、その周囲に図示しない鉄筋および型枠を設置し型枠の内部にコンクリートを充填することで完成させることができる。この鉄筋コンクリート１２１で覆う構成により新設部１４の部材耐力および剛性が高められ、トンネル分岐合流部断面の変形抑制などの効果を得ることが可能となる。なお、この鉄筋コンクリート１２１で覆う構成は連結部の構成には拘わらないため、本発明の効果とするところの連結構造の性能には影響はない。
【０１２１】
図２８は、新設部１４においてセグメント２、３を設けるとともに、新設部１４と残置部１１ａ、１２ａとの連結部位において、ボルト接合によりセグメントを互いに固定したボルト接合連結部２０１により構成する例を示している。この構成によっても上述と同様の効果を得ることができる。
【実施例１】
【０１２２】
トンネル分岐合流部１の仕様としては、本線トンネル１１の外径が１２．３ｍ、ランプトンネル１２の外径が９．９ｍ、双方のトンネル１１、１２の中心間の距離が９．４ｍ、セグメント２、３を構成する主桁２２、３２の設計断面力は、軸力が８３９１ｋＮ、曲げが１８００ｋＮｍである。
【０１２３】
本発明を適用した場合に、本線トンネル１１、ランプトンネル１２のセグメントの桁高は７００ｍｍ、接続部材の桁高が６００ｍｍであるのに対して、接続部材をＲＣ構造とした場合に、本線トンネル１１、ランプトンネル１２のセグメントの桁高は７００ｍｍ、接続部材の桁高が４０００ｍｍとなり、トンネル必要内空を侵すことが判明した。
【０１２４】
また、セグメント２における箱抜き部２１に対する、セグメント３における雄構造部材２０の間隙を図２９(a)に示すサイズで設定をする。即ち、図中に示す座標系においてＺ方向には±５０ｍｍ移動可能とし、また、Ｘ方向にも±５０ｍｍ移動可能とし、さらに紙面奥行き方向（トンネル軸方向）には、セグメント２、３の幅を超える距離を移動可能としている。また、図２９(b)に示すように角度θｙは、＋２．７°、−４．２°変動可能としている。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明を適用したセグメントの連結構造が適用されるトンネル分岐合流部を示す図である。
【図２】残置部におけるセグメントと、新設部におけるセグメントとの連結構造を例示した図である。
【図３】雌構造部材が形成されているセグメントの拡大斜視図である。
【図４】雄構造部材が形成されているセグメントの拡大斜視図である。
【図５】雌構造部材と雄構造部材とを互いに遊嵌させることにより、セグメントを連結する例を示す図である。
【図６】各応力の伝達メカニズムについて説明するための図である。
【図７】さらに補剛プレートや縦リブを設けたセグメントの連結構造を示す図である。
【図８】応力伝達桁の本数を増加させたセグメントの連結構造を示す図である。
【図９】セグメントにおける雄構造部材の周囲にスキンプレートを被覆した構成について説明するための図である。
【図１０】第１のエンドプレート並びに第２のエンドプレートは、互いにセグメントの板厚方向に対して傾斜させた例を示す図である。
【図１１】接続部保護部材が装着されたセグメントを最初に敷設する例を示す図である。
【図１２】接続部保護部材の構成図である。
【図１３】接続部保護部材を撤去後、雄構造部材を雌構造部材内に遊嵌させるまでの工程について説明するための図である。
【図１４】本発明を適用したセグメントの連結構造の施工方法について説明するための図である。
【図１５】新設部を構成するセグメント間において本発明を適用する例を示す図である。
【図１６】新設部の中央において適用される本発明の拡大断面図である。
【図１７】新設部の中央において適用される本発明の他の拡大断面図である。
【図１８】新設部の中央において適用される本発明の更なる他の拡大断面図である。
【図１９】負曲げに対応する例を示す図である。
【図２０】他のセグメントも併用して構築したセグメントの連結構造を示す図である。
【図２１】図２０における他のセグメントの拡大斜視図である。
【図２２】図２０における他のセグメントの異なる方向からの拡大斜視図である。
【図２３】図２１、２２に示す他のセグメントの接合形態を示す図である。
【図２４】支圧フランジとフランジ鋼板をさらに備えた他のセグメントの拡大斜視図である。
【図２５】図２４における他のセグメントの異なる方向からの拡大斜視図である。
【図２６】図２４、２５に示す他のセグメントの接合形態を示す図である。
【図２７】(a)は、他のセグメントも併用して構築したセグメントの連結構造の他の構成例を示す図であり、(b)は、新設部を鉄骨鉄筋コンクリート部材として構成した例を示す図である。
【図２８】新設部と残置部との連結部位において、ボルト接合によりセグメントを互いに固定する例を示す図である。
【図２９】本発明を適用したセグメントの連結構造の実施例について示す図である。
【図３０】非開削工法の従来例について説明するための図である。
【図３１】非開削工法に基づいて構築された本線トンネルとランプトンネルとのトンネル分岐合流部の完成図を示す図である。
【図３２】従来における本線トンネルとランプトンネルの接続構造を示す図である。
【図３３】(a)は、図３２における接合構造のＡ部分の水平方向の断面図であり、(b)は、接合構造のＢ部分の水平方向の断面図である。
【図３４】本線トンネル側から延長されてくる主桁と、ランプトンネル側から延長されてくる主桁間で互いに異なる角度で交差する例を示す図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１ トンネル分岐合流部
２、３、７〜９ セグメント
５ 撤去部
１１ 本線トンネル
１２ ランプトンネル
１３ トンネル
１４ 新設部
１５ 仕切壁
２０ 雌構造部材
３０ 雄構造部材
２１ 箱抜き部
２２ 主桁
２３ 継手板
２４ スキンプレート
２５ 第２のエンドプレート
２６ａ、２６ｂ 応力伝達桁
２７ コ字状溝部
２８ 突出部
３２ 主桁
３４ スキンプレート
３５ 第１のエンドプレート
３６ａ、３６ｂ 応力伝達桁
３７ 突出部
４１ 充填材
４３、４４ 補剛プレート
４５ リングボルト孔
４６、４７、５３ 縦リブ
４８、５２ スキンプレート
５１ 接続部保護部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣接するセグメントを互いに周方向へ連結してトンネルを構成する際に用いられるセグメントの連結構造に関し、特に２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部の外周を構成する際に好適なセグメントの連結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールド工法に基づいて構築されるいわゆるシールドトンネルは、構造的に安定した円形断面のトンネルが主流である。しかし、近年における都市部の地下道路網の整備が進展するにつれて、２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部が必要となるケースが増加している。特にこのトンネル分岐合流部は、１本の本線トンネルに対して１本のランプトンネルを連結させるケースにおいて頻繁に利用されている。
【０００３】
従来においてトンネル分岐合流部は、地表から地面を掘り下げて施工を行う開削工法が主流であった。この開削工法では、トンネル間の地盤を取り除くために施工時にトンネルに作用する土水圧を比較的小さくすることができるという利点はある。
【０００４】
しかしながら、この開削工法では、トンネル分岐合流部の施工箇所が地表からの開削工事ができる場所に限定されてしまう。即ち、開削工法に基づいて施工を行う場合には、トンネル分岐合流部を構築するための用地を確保しなければならないという問題点があった。また大深度地下においてこのようなトンネル分岐合流部を施工しなければならないときには、かかる開削の掘削労力が過大となり、地下水対策も含めて工費が割高になるという問題点があった。
【０００５】
このため、用地節約の問題や、大深度のトンネル施工に適するという観点から、特に近年におけるトンネル分岐合流部の構築方法は、上述した開削工法からいわゆる非開削工法へと移行しつつある。
【０００６】
この非開削工法は、図３０に示すように、地表から地盤を掘削することなく、あくまで地中に開けた横穴２０１を利用して本線トンネル２０２とランプトンネル２０３を連結するためのトンネル分岐合流部を構築する。このとき、トンネル２０２、２０３上部の地盤２０４からの上載荷重が作用するために、トンネル分岐合流部の施工時に各トンネル２０２、２０３に作用する土水圧が大きく発生する。なお、この非開削工法に基づいてトンネル分岐合流部を構築する方法は、限られたスペースの中で確実にセグメント同士を現場接続可能な高耐力の連結構造が必要とされていた。
【０００７】
図３１(a)は、この非開削工法に基づいて構築された、本線トンネル２０２とランプトンネル２０３とが分岐又は合流するためのトンネル分岐合流部２０６の完成図を示している。このトンネル分岐合流部２０６が、地盤２０４における土被りが５０ｍを超える大深度トンネルに適用される場合には、土圧に加えて０．５ＭＰａ以上の大きな地下水圧が作用することになる。図３１(b)は、トンネル分岐合流部２０６に作用する曲げモーメントの分布を示している。トンネル分岐合流部２０６は、本線トンネル２０２並びにランプトンネル２０３を包含する横長形状のトンネル断面として構成されるところ、当該横長形部に大きな正曲げが発生する。この正曲げはトンネル内空面側へ引張力が負荷される形で作用することになる。このため、トンネル分岐合流部２０６では、このような大きな正曲げに対抗し得る、高耐力、高剛性のセグメント間連結構造を確立する必要があり、更には高止水性能をも兼ね備えたセグメント間連結構造とする必要もあった。
【０００８】
従来においては、鉄筋コンクリート（ＲＣ）部材からなるセグメントにより、トンネル分岐合流部２０６を構成する方法が提案されている。しかしながら、このＲＣ部材により高剛性のセグメント構造を構成するためには、ＲＣ部材の桁高さを２〜３ｍ程度としなければならず、トンネル内空の建築限界を侵す虞があった。
【０００９】
また従来においては、例えば図３２に示すような本線トンネル１０１とランプトンネル１０３の接続構造１１９も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。本線トンネル１０１とランプトンネル１０３との間隔は、徐々に変化することになるが、この本線トンネル１０１を構成するセグメント１２５とランプトンネル１０３を構成するセグメント１３１間を、この接続構造１１９を介して連結していくことになる。
【００１０】
図３３(a)は、この図３２における接合構造１１９のＡ部分の水平方向の断面図を、また図３３(b)は、接合構造１１９のＢ部分の水平方向の断面図を示している。
【００１１】
この接続構造１１９では、本線トンネル１０１のセグメント１２５の端面１２６と、ランプトンネル１０３のセグメント１３１の端面１２８との間に設置されるものである。また、この接続構造１１９は、一端がセグメント１２５の端面１２６に固定されたコマ材１２７を備え、このコマ材１２７は、セグメント１２５のリング間の継手面の延長上に固定される。また、このコマ材１２７は、例えばＨ形鋼の両端に継手板１３３を固定したものである。
【００１２】
ちなみに、図３３(a)に示すＡ部分では、本線トンネル１０１とランプトンネル１０３の間隔は一定であるため、長方形状のコマ材１２７を介装することになる。これに対して、図３３(b)に示すＢ部分では、本線トンネル１０１とランプトンネル１０３の間隔が拡大又は縮小することから、コマ材１２７を台形状に構成する。そして、コマ材１２７の継手板１３３とＨ形鋼１２９の継手板との間には、誤差吸収プレート１４１を挟み込む。
【特許文献１】特開平２００６−２８３２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、シールド工法に基づいて構築されるシールドトンネルのセグメントの連結構造は、例えばシールドマシンの姿勢制御時やセグメントリングを組み立てる際の組立施工誤差が発生する場合が多い。この組立施工誤差は、トンネル軸方向、トンネル周方向に対して最大４０〜５０ｍｍ程度の範囲内で管理される場合が多い。特に、２本のトンネルが分岐又は合流される場合には、本線トンネル、ランプトンネルの双方に組立施工誤差が既に生じている。このため、これらを互いに分岐合流させるトンネル分岐合流部を構成するセグメントにおいては、これら本線トンネル、ランプトンネル双方の組立施工誤差を吸収する必要が出てくる。
【００１４】
しかしながら、上述した従来の特許文献１の開示技術では、このような組立施工誤差を吸収するためには、接続部材としてのＨ形鋼１２９やコマ材１２７を、現場接続に必要な所定の寸法に切り込み、さらに接続時における部材同士の位置合わせを行うために誤差吸収プレート１４１を挟み込む必要がある。特にこの特許文献１の開示技術では、実際に現場において配設されたトンネル分岐合流部を構成するセグメントにおいて、現場測量に基づき組立施工誤差の詳細な寸法を調査した上で、これに見合ったコマ材１２７等を製作し、これを現場搬入してセグメント１２５のリング間の継手面の延長上に固定する必要がある。
【００１５】
即ち、この特許文献１の開示技術では、このトンネル分岐合流部付近の土砂を排除し、現場測量、コマ材１２７等の製作に長期間を要し、その間工事を中断しなければならないという問題点があった。従って、特に近年において高まりつつある施工期間を短縮化の要請に応えることができなかった。また誤差吸収プレート１４１を挟む界面では、せん断伝達性能に乏しいことから、構造力学的観点から不都合が生じる可能性も高かった。
【００１６】
また特にトンネル軸方向に直交する主桁を有するセグメントにより、本線トンネルとランプトンネルを構成する際において、上述したＢ部分に示すような本線トンネルとランプトンネルの間隔が拡大又は縮小する区間では、図３４に示すように、本線トンネル側から延長されてくる主桁１５１と、ランプトンネル側から延長されてくる主桁１５２間で互いに異なる角度で交差することになる。このような主桁１５１、１５２間における角度のズレを解消するためには、上述の如きコマ材等を現場測量結果に基づいてその都度製作するステップを排除し、あくまで組めば即座に上記角度のズレを解消しつつ互いのセグメントを強固に連結可能な構成とすることにより、施工期間の短縮化を図る必要性もあった。
【００１７】
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、２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部の外周を構成するセグメントの連結構造において、施工期間の短縮化を図りつつ、トンネル双方の組立施工誤差を吸収可能としたセグメントの連結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決するために、本発明に係るセグメントの連結構造は、トンネル軸方向に直交する複数の主桁を有するセグメントの端部を互いに連結する際に適用されるトンネル用のセグメントの連結構造において、互いに連結すべき一のセグメントには、矩形凹部が形成されるように開削された箱抜き部を有する雌構造部材が形成されているとともに、他のセグメントには、上記箱抜き部に対して施工誤差を吸収可能な間隙をもって遊嵌可能な雄構造部材が形成され、上記雄構造部材は、第１のエンドプレートが先端に形成され、さらに後端に向けて突出された突出部が設けられ、上記雌構造部材は、上記雄構造部材の遊嵌時において上記第１のエンドプレートと対面可能な箱抜き部側壁面において第２のエンドプレートが形成され、また上記箱抜き部側壁面と対向する側には、上記雄構造部材における突出部と互いに係止可能なコ字状溝部が設けられ、上記雄構造部材と上記雌構造部材には、少なくとも２本の応力伝達桁がトンネル軸方向に沿って上記主桁間にそれぞれ設けられ、そのうち一対の応力伝達桁は、上記雄構造部材の突出部と上記雌構造部材のコ字状溝部周囲にそれぞれ設けられてなり、さらに互いに遊嵌された上記雌構造部材と上記雄構造部材との間隙には、充填材が充填されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
上述した構成からなる本発明では、雌構造部材と雄構造部材とを互いに遊嵌させることにより、トンネル分岐合流部を構成する２本のトンネル双方の組立施工誤差を吸収することが可能となる。
【００２０】
また、上述した構成からなる本発明では、負荷された軸力、曲げモーメントやせん断力を応力伝達桁や、エンドプレート等を介して伝達させることができることから、応力の伝達性能を向上させることが可能となる。
【００２１】
さらに、本発明では、セグメントを互いに連結する際においても、従来技術の如きコマ材等を現場測量結果に基づいてその都度製作するステップを排除し、あくまで組めば即座に施工誤差を解消しつつ互いのセグメントを強固に連結することが可能となる。このため、施工期間の短縮化を図ることが可能となる。
【００２２】
特に、本発明では、トンネル軸方向に対する施工誤差吸収性能に優れる。ちなみに曲げモーメントやせん断力の伝達可能な性能は、主桁全強度の６０％程度である。また、本発明では、主桁同士を嵌め合わせる必要が無いため、連結すべきセグメントの主桁の数に支配されることなく接続を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部の外周を構成するセグメントの連結構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
本発明を適用したセグメントの連結構造が適用されるトンネル分岐合流部１は、例えば図１に示すように、本線トンネル１１とランプトンネル１２とが合流して１本のトンネル１３へと連結する。換言すれば、１本のトンネル１３から本線トンネル１１とランプトンネル１２へ分岐する部分である。因みに、この図１(a)は、１本のトンネル１３から、本線トンネル１１並びにランプトンネル１２へと２本に分岐するまでの構成を示しており、図１(b)は、この図１(a)におけるＡ−Ａ断面図、図１(c)は、Ｂ−Ｂ断面図、図１(d)は、Ｃ−Ｃ断面図、図１(e)は、Ｄ−Ｄ断面図である。
【００２５】
ここで、本線トンネル１１とランプトンネル１２とが合流して１本のトンネル１３へと連結する場合を例に挙げて説明をする。本線トンネル１１とランプトンネル１２は、Ｄ−Ｄ断面図で示されるように、円形筒状のセグメントリングをトンネル軸方向に連続させる形で地中に埋設されている。ここで図１(a)に示す対象区間ｋ１は、本線トンネル１１並びにランプトンネル１２が合流する区間である。対象区間ｋ１に入り、トンネル１１、１２を互いに合流させる場合には、例えばＣ−Ｃ断面図（図１(d)）に示すように、本線トンネル１１の外周を構成していたセグメントの残置部１１ａと、ランプトンネル１２の外周を構成していたセグメントの残置部１２ａとの間に、新たにセグメントを新設し、さらに仕切壁１５を設けていくことになる。この新設されたセグメントが連続する領域を新設部１４という。
【００２６】
この対象区間ｋ１においては、本線トンネル１１とランプトンネル１２の各中心軸が徐々に接近してゆき、これに伴って新設部１４の長さは、Ｂ−Ｂ断面図（図１(c)）に示すように徐々に短縮化され、また仕切壁１５も取り外される。そして、最終的にＡ−Ａ断面図（図１(b)）に示されるような１本の円形筒状のトンネル１３へと連結され、対象区間ｋ１は終了することになる。
【００２７】
本発明を適用したセグメントの連結構造は、この新設部１４を構成するセグメントと、
本線トンネル１１、ランプトンネル１２を構成するセグメントの残置部１１ａ、１２ａとの間で互いに隣接するセグメント周方向へ連結する際に用いられる。
【００２８】
図２は、残置部１１ａ、１２ａにおけるセグメント２と、新設部１４におけるセグメント３との連結構造を例示したものである。セグメント２、３は、それぞれ鋼殻の内部にコンクリートを充填した合成セグメントである。また、このセグメント２は、残置部１１ａ、１２ａにおける上端、下端に位置するものであり、新設部１４との連結箇所に位置するセグメントである。またセグメント３は、新設部１４の両端部に位置するものであり、残置部１１ａ、１２ａとの連結箇所に位置するセグメントである。
【００２９】
セグメント２（一のセグメント）には、矩形凹部が形成されるように開削された箱抜き部２１を有する雌構造部材２０が形成されている。また、セグメント２の連結すべきセグメント３（他のセグメント）には、箱抜き部２１に対して施工誤差を吸収可能な間隙をもって遊嵌可能な雄構造部材３０が形成されている。
【００３０】
図３は、雌構造部材２０が形成されているセグメント２の拡大斜視図を示している。ちなみに、この図３に示すセグメント２は、図２におけるＨ部分を構成するセグメント２を例に挙げているが、他のＩ，Ｊ、Ｋ部分を構成するセグメント２も同様の構成により具体化されるものとする。但し、下側のＪ、Ｋ部分においては、通常のＲＣセグメントを用いるようにしてもよい。セグメント２は、トンネルの軸方向に直交する主桁２２と、周方向に隣接する残置部１１ａにおけるセグメントと連結可能とするための図示しないセグメントボルト孔が穿設された継手板２３と、主桁２２を被覆するスキンプレート２４と、箱抜き部２１側壁面に形成された第２のエンドプレート２５と、２本の応力伝達桁２６ａ、２６ｂとを備えている。
【００３１】
主桁２２は、セグメント２におけるトンネル軸方向両端に形成された外主桁２２ａ、２２ｃと、この外主桁２２ａ、２２ｃの中間に配設された中主桁２２ｂの３枚で構成されるが、これに限定されるものではなく、いかなる枚数で構成されていてもよいが、通常は２枚乃至４枚で構成される。各主桁２２ａ〜２２ｃは、互いに同一形状となるように成形、加工が施された鋼板で構成される。この主桁２２ａ〜２２ｃは、箱抜き部２１の形状に応じた矩形凹部を有する形状とされる。これら各主桁２２ａ〜２２ｃは、箱抜き部２１を包囲するようにした鍵型状の形状からなる。また、この主桁２２の板厚は３０〜１００ｍｍ程度で構成されている。
【００３２】
スキンプレート２４は、それぞれ主桁２２の地山側表面を被覆するためのスキンプレート２４ａと、箱抜き部２１の底面を被覆するためのスキンプレート２４ｂとを有する。このスキンプレート２４は、地山側から浸透してくる雨水等の水分が内空面側へ漏洩するのを防止すべく配設されるものである。また、このスキンプレート２４ｂの存在により後述する充填材４１が雌構造部材２０内に漏洩してしまうのを防止することができる。このスキンプレート２４は、例えば、厚さ３〜１０ｍｍ程度の鋼板で構成される。
【００３３】
箱抜き部２１側壁面に位置する第２のエンドプレート２５は、主桁２２ａ〜２２ｃ並びにスキンプレート２４ａに取り付けられ、その板厚は３０〜１００ｍｍ程度で構成される。また、この第２のエンドプレート２５が設けられている箱抜き部２１側壁面と対向する側は、コ字状溝部２７が設けられている。このコ字状溝部２７は、深さ方向がトンネル周方向となるように延長されている。このようなコ字状溝部２７は、鍵型状の形状からなる主桁２２ａ〜２２ｃにより、その周が形成されることになる。また、このコ字状溝部２７から地山側には、先細状の形状からなるとともに、第２のエンドプレート２５側に突出された突出部２８が形成されている。この突出部２８は、その地山側においてさらにスキンプレート２４ｃが配設されている。
【００３４】
応力伝達桁２６ａ、２６ｂは、上下フランジとウェブとからなるＨ形鋼で構成される。このうち、応力伝達桁２６ａは、コ字状溝部２７の周囲に配設されてなり、具体的には、コ字状溝部２７周囲の突出部２８においてトンネル軸方向に向けて延長される形で配設されている。もう一方の応力伝達桁２６ｂは、箱抜き部２１の底面を被覆するスキンプレート２４ｂ底部において、トンネル軸方向に向けて延長される形で配設されている。
【００３５】
図４は、雄構造部材３０が形成されているセグメント３の拡大斜視図を示している。ちなみに、この図４に示すセグメント３は、図２におけるＨ部分を構成するセグメント３を例に挙げているが、他のＩ，Ｊ、Ｋ部分を構成するセグメント３も同様の構成により具体化されるものとする。但し、下側のＪ、Ｋ部分においては、通常のＲＣセグメントを用いるようにしてもよい。セグメント３は、トンネルの軸方向に直交する主桁３２と、主桁３２を被覆するスキンプレート３４と、雄構造部材３０の先端に形成された第１のエンドプレート３５と、この雄構造部材３０の後端に向けて突出された突出部３７と、２本の応力伝達桁３６ａ、３６ｂとを備えている。
【００３６】
主桁３２は、セグメント３におけるトンネル軸方向両端に形成された外主桁３２ａ、３２ｃと、この外主桁３２ａ、３２ｃの中間に配設された中主桁３２ｂの３枚で構成されるが、これに限定されるものではなく、いかなる枚数で構成されていてもよい。通常、この主桁３２は、２枚乃至４枚で構成される。各主桁３２ａ〜３２ｃは、互いに同一形状となるように成形、加工が施された鋼板で構成される。この主桁３２ａ〜３２ｃは、箱抜き部２１の形状に応じた矩形を有する形状とされる。また、この主桁３２の板厚は３０〜１００ｍｍ程度で構成されている。
【００３７】
スキンプレート３４は、それぞれ主桁３２の地山側表面を被覆することにより、地山側から浸透してくる雨水等の水分が内空面側へ漏洩するのを防止する。第１のエンドプレート３５は、主桁３２ａ〜３２ｃ並びにスキンプレート３４に取り付けられる。
【００３８】
第１のエンドプレート３５は、主桁３２ａ〜３２ｃに溶接等により固着され、その板厚は３０〜１００ｍｍ程度で構成される。
【００３９】
突出部３７は、トンネル周方向に向けて延長される形で突出されてなる。この突出部３７は、主桁３２ａ〜３２ｃにより、その周が形成されることになる。突出部３７は、雌構造部材２０におけるコ字状溝部２７と互いに係止可能な形状となるように構成されている。また、この突出部３７を形成させることにより、その上方には凹部３９が形成されることになる。
【００４０】
応力伝達桁３６ａ、３６ｂは、上下フランジとウェブとからなるＨ形鋼で構成される。このうち、応力伝達桁３６ａは、各主桁３２ａ〜３２ｃにおける突出部３７間においてトンネル軸方向に向けて架設されてなる。もう一方の応力伝達桁３６ｂは、その下フランジ底面が雄構造部材３０の底部と面一となる位置において、トンネル軸方向に向けて延長される形で配設されている。
【００４１】
なお、応力伝達桁２６、３６は、曲げ剛性に優れる断面Ｈ形状或いは断面箱型形状で構成されていてもよいが、さらに断面Ｔ型、Ｃ型、Ｌ型で構成されていてもよい。
【００４２】
上述の如き構成からなるセグメント２と、セグメント３を連結する際には、雌構造部材２０と雄構造部材３０とを互いに遊嵌させることにより行う。具体的には、図５に示すように、雌構造部材２０における箱抜き部２１に対して雄構造部材３０を互いに間隙が形成される状態で、遊びを持った状態で嵌められる。このとき、雌構造部材２０における箱抜き部２１に対して雄構造部材３０とが互いに動くことができる程度の間隙が形成されていることが必要となる。この間隙を設ける理由は、互いの施工誤差を吸収するためである。
【００４３】
図５の例では、少なくとも第１のエンドプレート３５と第２のエンドプレート２５との間に間隙が形成されるように調整されているとともに、雄構造部材３０の底部と箱抜き部２１底面（スキンプレート２４ｂ）との間に間隙が形成されるように調整がなされているものである。このような間隙が形成されることにより、セグメント２とセグメント３は、互いにトンネル軸方向、トンネル周方向、更には、内空面側から地山側へと、水平移動又は垂直移動することができる。また、特にこのような間隙が形成されていることにより、セグメント２を構成する主桁２２とセグメント３を構成する主桁３２が互いに斜めに角度を持たせて配置することも可能となる。
【００４４】
なお、互いに遊嵌された雌構造部材２０と雄構造部材３０との間隙には、充填材４１が充填されている。この充填材４１の材料としては、例えば高強度モルタルやコンクリート等の経時固化材等が適用される。ちなみに、充填性を良好にするためには、例えば、ＡＥ（Air Entrain）減水剤等の流動化剤を添加したスランプフロー５０ｃｍ以上の高流動タイプのものを適用するようにしてもよい。この充填材４１を充填する際には、例えば現場で型枠を設置して充填されることになる。箱抜き部２１にスキンプレートを設置する際には、当該型枠を兼用させることも可能となる。
【００４５】
ちなみに、このセグメント２とセグメント３との連結時においては、雄構造部材３０の先端に形成された第１のエンドプレート３５が、雌構造部材２０の側壁面に形成されている第２のエンドプレート２５と間隙を介して対面することになり、当該間隙には、充填材４１が充填されることから、この第１のエンドプレート３５と第２のエンドプレート２５とは互いに充填材４１を介して対面することになる。また、雄構造部材３０に形成された応力伝達桁３６ａと、雌構造部材２０に形成された応力伝達桁２６ａとが上下方向に並ぶことになり、また雄構造部材３０に形成された応力伝達桁３６ｂと、雌構造部材２０に形成された応力伝達桁２６ｂとが上下方向に並ぶことになる。また、このセグメント２とセグメント３との連結時には、雌構造部材２０の後端に形成されたコ字状溝部２７に対して雄構造部材３０における突出部３７が互いに係止されることになる。これにより、セグメント２とセグメント３とは、互いに主桁２２、３３同士斜めに角度を持った状態で配置すると共に互いに離脱しないように強固に係止させることが可能となる。
【００４６】
なお、コ字状溝部２７に対する突出部３７の係止ととともに、凹部３９に対して突出部２８を係止させることもできる。但し、この凹部３９に対する突出部２８の係止は、セグメント２、３を互いに離脱不能に固定する上で必須とはならない。
【００４７】
上述の如く連結されるセグメント２、３において例えば図６(a)に示すような方向で軸力Ｄが主桁２２、３２を介して伝わってきた場合には、第１のエンドプレート３５と第２のエンドプレート２５とを互いに向かい合わせに配置し、その間隙には充填材４１を介装していることから、当該軸力Ｄを第１のエンドプレート３５（第２のエンドプレート２５）、充填材４１、第２のエンドプレート２５（第１のエンドプレート３５）の順で伝達させることが可能となる。そして、この伝達させた軸力は、相手側のセグメント２、３の主桁２２、３２を介して伝達されていくことになる。
【００４８】
また、上述の如く連結されるセグメント２、３において例えば図６(b)に示すような方向で曲げモーメントＥが加わった場合には、偶力が形成されてこれに基づく伝達力Ｆが負荷されることになる。同様にせん断力Ｇが加わった場合にもこれに基づく伝達力Ｆが負荷される。
【００４９】
しかし、本発明では、セグメント２、３の連結時において応力伝達桁３６ａと応力伝達桁２６ａとが上下方向に並び、また応力伝達桁３６ｂと、応力伝達桁２６ｂとが上下方向に並ぶことになるため、内空面側から地山側、或いは地山側から内空面側へと伝達してくる伝達力Ｆは、この上下方向に配列した応力伝達桁３６ａ、２６ａ、応力伝達桁３６ｂ、２６ｂを介してそれぞれ上下方向へと伝達させることが可能となる。
【００５０】
特に本発明においては、この雄構造部材３０と雌構造部材２０には、少なくとも２本に亘り応力伝達桁３６、２６をトンネル軸方向へそれぞれ設けている。そして、一対の応力伝達桁３６ａ、２６ａは、雄構造部材３０の突出部３７と雌構造部材２０のコ字状溝部２７周囲にそれぞれ設けられている。即ち、この一対の応力伝達桁３６ａ、２６ａは、雄構造部材３０、雌構造部材２０の右端部近傍に設けられている。従って、もう一対の応力伝達桁３６ｂ、２６ｂと、この応力伝達桁３６ａ、２６ａとの距離を極力離間させることが可能となり、曲げモーメントＥやせん断力Ｇに基づく伝達力Ｆをより効果的に伝達させることが可能となる。
【００５１】
本発明を適用したセグメントの連結構造は、例えば図７に示すような形態に適用することも可能である。
【００５２】
この図７に示す形態において上述した図３〜５に示す形態と同一の構成要素、部材に関しては同一の符号を付すことにより、以下での説明を省略する。
【００５３】
セグメント２における第２のエンドプレート２５には、さらにトンネル周方向に向けて延長されている補剛プレート４３が形成されている。この補剛プレート４３は、トンネル周方向に向けて複数枚に亘り形成されていてもよい。また、このセグメント２には、地山側から内空面側にかけて縦リブ４６が所定の間隔をおいて設けられている。
【００５４】
セグメント３における第１のエンドプレート３５には、さらにトンネル周方向に向けて延長されている補剛プレート４４が形成されている。この補剛プレート４４は、トンネル周方向に向けて複数枚に亘り形成されていてもよい。また、このセグメント３には、地山側から内空面側にかけて縦リブ４７が所定の間隔をおいて設けられている。
【００５５】
ちなみに、これら補剛プレート４３、４４はそれぞれ主桁２２、３２に溶接により固着され、主桁２２、３２における応力伝達を補完する上でも機能を発揮させることが可能となる。補剛プレート４３、４４の板厚は３０〜１００ｍｍ程度である。
【００５６】
なお、セグメント２、３においては、図中紙面奥行き方向に相当するトンネル軸方向に向けてリングボルト孔４５がそれぞれ縦リブ４６、４７の間に設けられている。このリングボルト孔４５はトンネル軸方向に隣接する他のセグメントと連結する際に用いられるものである。
【００５７】
このような図７に示す形態においては、軸力Ｄを第１のエンドプレート３５（第２のエンドプレート２５）、充填材４１、第２のエンドプレート２５（第１のエンドプレート３５）の順で伝達させる際において、第１のエンドプレート３５、第２のエンドプレート２５の剛性を補うことが可能となる。
【００５８】
本発明を適用したセグメントの連結構造は、例えば図８(a)に示すような形態に適用することも可能である。
【００５９】
この図８(a)に示す形態において上述した図３〜５、７に示す形態と同一の構成要素、部材に関しては同一の符号を付すことにより、以下での説明を省略する。
【００６０】
セグメント２には、さらに応力伝達桁２６ｃ、２６ｄが、またセグメント３には、さらに応力伝達桁３６ｃ、３６ｄが設けられている。
【００６１】
応力伝達桁２６ｃ、２６ｄは、上下フランジとウェブとからなるＨ形鋼で構成される。このうち応力伝達桁２６ｃは、コ字状溝部２７の底部に配設され、応力伝達桁２６ｄは、その上フランジが突出部２８の上面と面一となる位置に配設されている。
【００６２】
また、応力伝達桁３６ｃ、３６ｄは、上下フランジとウェブとからなるＨ形鋼で構成される。このうち応力伝達桁３６ｃは、突出部３７の底部に設けられ、応力伝達桁３６ｄは、応力伝達桁２６ｄと対向する位置に配設されている。
【００６３】
これにより、応力伝達桁２６ｃと応力伝達桁３６ｃが上下方向に近接する形となり、また応力伝達桁２６ｄと応力伝達桁３６ｄが互いに近接する形となる。そして、上述の如く曲げモーメントＥやせん断力Ｇが負荷された場合に、これに基づく伝達力Ｆが作用しても、これを一対の応力伝達桁３６ｃ、２６ｃ、一対の応力伝達桁３６ｄ、２６ｄを介して伝達させることが可能となる。特にこのような応力伝達桁２６、３６の本数を増加させることにより伝達力Ｆの伝達性能を向上させることが可能となる。特にこの図８(a)の形態では、応力伝達桁３６、２６を４ペア形成させることにより、正負交番の曲げ伝達にも対応可能となる。
【００６４】
なお、図８(b)は、図８(a)の形態からセグメント２とセグメント３の位置を入れ替えたものである。このように雌構造部材２０と雄構造部材３０とを入れ替えても同様の機能を発揮させることができるのは勿論である。但し、図８(b)の形態では、周囲の地盤凍結等による干渉を受けやすいことから、図８(a)の形態で具体化されることが望ましい。
【００６５】
本発明を適用したセグメントの連結構造は、例えば図９に示すような形態に適用することも可能である。
【００６６】
この図９に示す形態において上述した図３〜５、７、８に示す形態と同一の構成要素、
部材に関しては同一の符号を付すことにより、以下での説明を省略する。
【００６７】
セグメント３における雄構造部材３０の周囲は、スキンプレート４８により被覆されている構成としている。具体的には、このスキンプレート４８は、雄構造部材３０の底面、突出部３７の周囲、凹部３９の周囲に配設されている。これにより、充填材４１が雄構造部材３０内に入り込むのを防止することが可能となり、ひいては充填材４１の充填量を減らすことによる材料費の低減を図ることが可能となる。
【００６８】
本発明を適用したセグメントの連結構造は、例えば図１０に示すような形態に適用することも可能である。
【００６９】
この図１０に示す形態において上述した図９に示す形態と同一の構成要素、部材に関しては同一の符号を付すことにより、以下での説明を省略する。
【００７０】
第１のエンドプレート３５はトンネル内空面側を突出するように傾斜して形成され、第２のエンドプレート２５はトンネル地山側を突出するように傾斜して形成されている。但し、この傾斜角θは、１５〜４５°で構成されていることが望ましい。トンネル周方向から軸力が加わった場合において傾斜角θがセグメントの板厚方向（θ＝０°）で構成されている場合には、充填材４１に対して第１のエンドプレート３５、第２のエンドプレート２５が両側から平行に押圧力が負荷されることになり、その結果当該充填材４１が押圧方向に対する垂直方向としての地山側へと飛び出してしまう虞が出てくる。しかし、この図１０の構成を採用することにより、充填材４１に対して負荷される応力のベクトル方向を変えることができることから、当該充填材４１が地山側へと飛び出してしまうのを防止することが可能となる。
【００７１】
次に、本発明を適用したセグメント連結構造の施工方法について図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００７２】
先ず、図１１に示すように、トンネル分岐合流部１を構成する本線トンネル１１とランプトンネル１２について、残置部１１ａ、１２ａにおいて雌構造部材２０を有するセグメント２を予め設けておく。この段階においては、本線トンネル１１、ランプトンネル１２において、今後撤去すべき撤去部５を構成するセグメントが連結されたままの状態にある。また、この段階におけるセグメント２は、図１２(a),(b)に示すように接続部保護部材５１が装着されている。
【００７３】
接続部保護部材５１は、セグメント２における箱抜き部２１に対して嵌合可能な形状とされている。接続部保護部材５１は、図１２(b)に示すようにスキンプレート５２により表面が被覆されてなるとともに、縦リブ５３が板厚方向へ設けられている。この接続部保護部材５１は、セグメント２に対してセグメント３を連結するまでの間、シールドマシンのジャッキ反力の伝達と、この箱抜き部２１内に地中の土砂が入り込むのを防止するべく、配設されるものである。
【００７４】
次に、図１３(a)に示すように接続部保護部材５１を撤去する。ちなみに、この接続部保護部材５１の装着並びに撤去は、トンネル軸方向へ当該接続部保護部材５１を押圧することにより実行するようにしてもよい。なお、この接続部保護部材５１を撤去する段階においては、トンネル周囲の地盤等を凍結させる等して補強しておくことが望ましい。その理由としては、接続部保護部材５１を撤去した後に、この箱抜き部２１内に地中の土砂が入り込むのを防止するためである。
【００７５】
次に、図１３(b)に示すように、セグメント２における雌構造部材２０に対して、新設部１４を構成するセグメント３の雄構造部材３０を徐々に接近させる。この段階においては、セグメント２に対してセグメント３を鉛直方向にスライドさせることにより、雌構造部材２０における箱抜き部２１底面近傍まで雄構造部材３を近接させることになる。
【００７６】
次に、図１３(c)に示すように、雄構造部材３を水平方向へスライドさせる。このとき、上記雄構造部材３０の突出部３７が、雌構造部材２０におけるコ字状溝部２７と互いに係止可能な状態になるまで当該雄構造部材３をスライドさせることになる。その結果、雌構造部材２０と雄構造部材３０とは互いに遊嵌された状態となる。このため、セグメント２とセグメント３における施工誤差を吸収するように、雌構造部材２０と雄構造部材３０の位置合わせを行うことが可能となる。
【００７７】
次に、図１３(d)に示すように、互いに遊嵌された雌構造部材２０と雄構造部材３０との間隙に、充填材４１を充填する。上述の如くセグメント２とセグメント３とは互いに施工誤差が吸収された状態にあり、かかる状態においてこれらを固定するために充填材４１を充填することになる。この充填材４１を隙間なく充填させることにより、止水性をも確保することが可能となる。
【００７８】
なお、図１３(c)における、施工誤差吸収のための位置合わせは、図１４(a)に示すように、新設部１４を構成するセグメントを連結している段階、或いは図１４(b)に示すように、新設部１４を構成するセグメントを介して本線トンネル１１、ランプトンネル１２が連結された段階の何れにおいても実施するようにしてもよい。ちなみに、この新設部１４のセグメントを構成する際には、重機を用いて実行することになるが、かかる段階において施工誤差が具体的にどれくらい発生しているかが比較的明るみに出てくる場合もあるため、雌構造部材２０と雄構造部材３０の位置合わせをその段階において実行することが望ましい。
【００７９】
また、図１４(a)の段階においては、ランプトンネル１２側のセグメント２とセグメント３とをボルトにより仮固定しておき、続けて新設部１４を構成するセグメントを順次連結してゆき、図１４(b)の段階における本線トンネル１１側のセグメント２、３において互いに施工誤差を吸収できるように雌構造部材２０と雄構造部材３０の位置合わせを行い、また、これに引き続いてランプトンネル１２側において仮固定したあるセグメント２、３間で位置合
わせを再度実行するようにしてもよい。
【００８０】
なお、充填材４１を充填する段階と前後して、図１４(c)に示すように、撤去部５を構成するセグメントを撤去することになる。
【００８１】
上述の如き本発明を適用したセグメント連結構造の施工方法では、従来技術の如きコマ材等を現場測量結果に基づいてその都度製作するステップを排除し、あくまで組めば即座に施工誤差を解消しつつ互いのセグメントを強固に連結することが可能となる。このため、施工期間の短縮化を図ることが可能となる。また、誤差吸収プレートを配設する必要性も無くなることから、工期をさらに短縮化することができる。
【００８２】
ちなみに本発明を適用したセグメントの連結構造は、この新設部１４を構成するセグメントと、本線トンネル１１、ランプトンネル１２を構成するセグメントの残置部１１ａ、１２ａとの間で互いに周方向へ連結する際に用いられる場合に限定されるものではなく、例えば図１５に示すように、新設部１４を構成するセグメント間においても適用可能である。
【００８３】
この図１５に示す形態では、ランプトンネル１２側から延長されてきた新設部１４においてセグメント２を設け、また本線トンネル１１側から延長されてきた新設部１４においてセグメント３を設ける。そして、このセグメント２、３を上述した方法と同様に連結させる。このとき、この新設部１４の中央付近にこのセグメント２、３の連結構造を１箇所設けることが望ましい。その理由として、ランプトンネル１２側から延長されてきた新設部１４のセグメントを構成する主桁と、本線トンネル１１側から延長されてきた新設部１４のセグメントを構成する主桁は、特に本線トンネル１１とランプトンネル１２の間隔が拡大又は縮小する区間において互いに異なる角度で交差することになる。このような主桁間の角度のズレを解消するためには、角度のズレを解消しつつ互いのセグメントを強固に連結可能な本発明をこの新設部の中央付近に設けることにより対処することが可能となるためである。
【００８４】
図１６は、この新設部１４の中央において適用される本発明の拡大断面図を示している。この図１６に示す形態において上述した図３〜５、７に示す形態と同一の構成要素、部材に関しては同一の符号を付すことにより、以下での説明を省略する。
【００８５】
セグメント２には段差６１が新たに形成されている。そして、この段差表面からさらに内空面側において箱抜き部２１が形成されている。
【００８６】
セグメント３における雄構造部材３０は、平面状に形成された本体の途中から内空面側に分岐された分岐部６２が形成されている。この分岐部６２は、箱抜き部２１に対して遊嵌可能な形状、サイズで構成されている。ちなみに、分岐部の先端には、応力伝達桁３６ａが配設される。
【００８７】
実際にセグメント２、３を連結させる際には、このセグメント２における段差６１上に雄構造部材３０を載せる。このとき、上述の如く第１のエンドプレート３５と、第２のエンドプレート２５とが互いに対面するように位置制御を行う。次に、箱抜き部２１に分岐部６２を遊嵌させる。この段階において、間隙は、第１のエンドプレート３５と第２のエンドプレート間、並びに箱抜き部２１と分岐部６２間に少なくとも形成されていることから、互いの施工誤差を吸収可能なように位置合わせを自在に行うことも可能となる。最後に、この間隙に充填材４１を充填させる。
【００８８】
また、図１７は、応力伝達桁２６、３６の本数を増加させた例である。これにより曲げモーメントＥやせん断力Ｇに基づく伝達力の伝達性能をより向上させることが可能となる。
【００８９】
また、図１８は、さらにセグメント３における雄構造部材３０の周囲を、スキンプレート４８により被覆した例である。これにより、充填材４１が雄構造部材３０内に入り込むのを防止することが可能となり、ひいては充填材４１の充填量を減らすことによる材料費の低減を図ることが可能となる。
【００９０】
更に、図１９は、地山側が引張となる負曲げの伝達に対応する例を示している。コの字形状と応力伝達桁の配置位置を変更することで対応できる。
【００９１】
なお、本発明を適用したセグメント２、３をセグメントの連結構造に適用する際に、図２０に示すように他のセグメント７も併用するようにしてもよい。
【００９２】
この図２０に示す形態では、ランプトンネル１２側から延長されてきた新設部１４においてセグメント２を設け、また本線トンネル１１側から延長されてきた新設部１４においてセグメント３を設ける。また、新設部１４と残置部１１ａ、１２ａとの連結部位においては、セグメント７を適用する。即ち、新設部１４から延長されてきたセグメント７と、残置部１１ａ、１２ａから延長されてきたセグメント７を互いに連結することにより連結構造を構成するものである。セグメント２は、例えば図１６〜１９において説明した実施の形態を適用するようにしてもよい。
【００９３】
図２１、２２は、セグメント７の拡大斜視図を示している。この図２１、２２に示すセグメント７は、トンネルの軸方向に直交する主桁７２と、主桁７２先端に設けられた支圧プレート７４と、トンネル軸方向に隣接する主桁７２間を連結するエンドプレート７５と、エンドプレート７５と支圧プレート７４との中間に設けられた２本の応力伝達桁７６とを備えている。
【００９４】
主桁７２は、図２１に示す形態においては２枚で構成されており、図２２に示す形態では、トンネル軸方向両端に形成された外主桁と、この外主桁の中間に配設された中主桁の３枚で構成される場合を示しているが、これに限定されるものではなく、いかなる枚数で構成されていてもよい。通常、この主桁２２は、２枚乃至４枚で構成される。各主桁７２は、互いに同一形状となるように成形、加工が施された鋼板で構成される。この主桁７２は、先端の桁高縮小区間ｋ２において桁高さが小さくなるように設定されている。この桁高縮小区間ｋ２よりも後端側は、桁高さが大きく設定されている。また、この主桁７２の板厚は３０〜１００ｍｍ程度で構成されている。ちなみに、この主桁７２には、所定の間隔をおいて開口孔７７が形成されていてもよい。
【００９５】
支圧プレート７４は、主桁に対して溶接等の手段により固着されるものであり、その板厚は３０〜１００ｍｍ程度である。支圧プレート７４からトンネル周方向に向けて主桁７２側面に補剛プレート７８が取り付けられている。この補剛プレート７８の板厚も３０〜１００ｍｍ程度であり、主桁７２並びに支圧プレート７４に対して溶接等により固着されている。
【００９６】
エンドプレート７５は、主桁７２に対して直交する方向、換言すればトンネル軸方向に向けて延長される形で配設され、その板厚は３０〜１００ｍｍ程度で構成される。また、このエンドプレート７５は、主桁７２間を架設するように配設され、これに溶接等により固着されている。また、エンドプレート７５から後端側へ向けて主桁７２側面に補剛プレート７９が取り付けられている。この補剛プレート７９の板厚も３０〜１００ｍｍ程度であり、主桁７２並びに支圧プレート７４に対して互いに直交する向きで溶接等により固着されている。
【００９７】
応力伝達桁７６ａ、７６ｂは、上下フランジとウェブとからなるＨ形鋼で構成される。ちなみに、この応力伝達桁７６ａ、７６ｂは、エンドプレート７５と支圧プレート７４との中間において配設されていればよいが、桁高縮小区間ｋ２よりも後端側において配設されていることが必須となる。応力伝達桁７６ａ、７６ｂは、主桁７２側面を架設するように配設され、溶接等の手段により固着されている。応力伝達桁７６ａ、７６ｂは、曲げ剛性に優れる断面Ｈ形状或いは断面箱型形状で構成されていてもよいが、さらに断面Ｔ型、Ｃ型、Ｌ型で構成されていてもよい。また、応力伝達桁７６ａ、７６ｂは、２本に亘って設けられる場合に限定されるものではなく、少なくとも１本以上で構成されていればよい。
【００９８】
上述の如き構成からなるセグメント７を連結する際には、互いに連結すべき一方のセグメント７を構成する主桁７２間に、他方のセグメント７の主桁７２が施工誤差を吸収可能な間隙をもって遊嵌させることにより行う。具体的には、図２３に示すように、一方のセグメント７を構成する主桁７２と、他方のセグメント７の主桁７２との間で互いに間隙が形成される状態で、遊びを持った状態で嵌められる。このとき、一方のセグメント７を構成する主桁７２と、他方のセグメント７の主桁７２との間で互いに動くことができる程度の間隙が形成されていることが必要となる。この間隙を設ける理由は、互いの施工誤差を吸収するためである。
【００９９】
図２３の例では、一方のセグメント７の主桁７２間のエンドプレート７５が他方のセグメント７の主桁７２先端の支圧プレート７４に対面する形とされている。このとき、エンドプレート７５と支圧プレート７４との間に間隙が形成されるように調整されている。同様に、一方のセグメント７の主桁７２と、他方のセグメント７の主桁７２とは互いに間隙が形成されるように調整されている。このような間隙が形成されることにより、セグメント７間同士で、互いにトンネル軸方向、トンネル周方向、更には、内空面側から地山側へと、水平移動又は垂直移動することができる。また、とくにこのような間隙が形成されていることにより、一方のセグメント７を構成する主桁７２と、他方のセグメント７を構成する主桁７２とを互いに斜めに角度を持たせて配置することも可能となる。
【０１００】
このようにして連結されるセグメント７において例えば軸力が主桁７２を介して伝わってきた場合には、支圧プレート７４とエンドプレート７５とを互いに向かい合わせに配置し、その間隙には充填材７１を介装していることから、当該軸力Ｄを支圧プレート７４（エンドプレート７５）、充填材７１、エンドプレート７５（支圧プレート７４）の順で伝達させることが可能となる。そして、この伝達させた軸力は、相手側のセグメント７の主桁７２を介して伝達されていくことになる。
【０１０１】
また、上述の如く連結されるセグメント７において例えば曲げモーメントが加わった場合には、これに基づく伝達力が負荷されることになるが、これらも応力伝達桁７６を介してそれぞれ上下方向へと伝達させることが可能となる。
【０１０２】
さらに、このセグメント７を互いに連結する際においても、従来技術の如きコマ材等を現場測量結果に基づいてその都度製作するステップを排除し、あくまで組めば即座に施工誤差を解消しつつ互いのセグメントを強固に連結することが可能となる。このため、施工期間の短縮化を図ることが可能となる。
【０１０３】
特に、このセグメント７は、簡易な応力伝達構造により曲げモーメントやせん断力の伝達を可能とするものである。ちなみに曲げモーメントやせん断力の伝達可能な性能は、主桁全強度の７０％程度である。
【０１０４】
またセグメント７の代替として、例えば図２４、２５に示すようなセグメント８、９を用いるようにしてもよい。
【０１０５】
セグメント８は、いわゆる雄構造部材として構成されるものであって、トンネルの軸方向に直交する主桁８２と、主桁８２先端に設けられた支圧プレート８４と、トンネル軸方向に隣接する主桁８２間を連結するエンドプレート８５とを備えている。
【０１０６】
主桁８２は、図２４に示す形態においては２枚で構成されているが、これに限定されるものではなく、いかなる枚数で構成されていてもよい。この主桁８２の上下には、支圧フランジ８３ａ、８３ｂが設けられている。支圧フランジ８３ａ、８３ｂは、主桁８２に対して溶接等の手段により固着されている。ちなみに、この主桁２２には、所定の間隔をおいて開口孔８７が形成されていてもよい。
【０１０７】
支圧プレート８４は、主桁に対して溶接等の手段により固着されるものであり、その板厚は３０〜１００ｍｍ程度である。支圧プレート８４からトンネル周方向に向けて主桁８２側面に補剛プレート８８が取り付けられている。
【０１０８】
エンドプレート８５は、主桁８２に対して直交する方向、換言すればトンネル軸方向に向けて延長される形で配設される。また、このエンドプレート８５は、主桁８２間を架設するように配設され、これに溶接等により固着されている。また、エンドプレート８５から後端側へ向けて主桁８２側面に補剛プレート８９が取り付けられている。
【０１０９】
図２５は、セグメント９の拡大斜視図を示している。セグメント９は、いわゆる雌構造部材として構成されるものである。セグメント９は、トンネルの軸方向に直交する主桁８２と、主桁８２先端に設けられた支圧プレート８４と、トンネル軸方向に隣接する主桁８２間を連結するエンドプレート８５とを備えている。上述したセグメント８と同一の構成要素、部材に関しては同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。
【０１１０】
主桁８２は、図２５に示す形態においては、トンネル軸方向両端に形成された外主桁と、この外主桁の中間に配設された中主桁の３枚で構成される場合を示しているが、これに限定されるものではなく、いかなる枚数で構成されていてもよい。この主桁８２の上下には、当該主桁８２の上下を連続するようにフランジ鋼板９１が設けられている。フランジ鋼板９１は、主桁８２に対して溶接等の手段により固着されている。即ち、このセグメント３は、主桁８２間の上下を連続するようにフランジ鋼板９１が配設されて中空閉断面が形成されていることになる。フランジ鋼板９１が配設されることにより、曲げモーメント並びにせん断力の伝達性能を向上させることが可能となる。
【０１１１】
上述の如き構成からなるセグメント８、９を連結する際には、互いに連結すべき一方のセグメント８を構成する主桁２２間に、他方のセグメント９の主桁２２が施工誤差を吸収可能な間隙をもって遊嵌させることにより行う。具体的には、図２６に示すように、セグメント８を構成する主桁２２と、他方のセグメント９の主桁２２との間で互いに間隙が形成される状態で、遊びを持った状態で嵌められる。
【０１１２】
図２６の例では、一方のセグメント８の主桁８２間のエンドプレート８５が他方のセグメント９の主桁８２先端の支圧プレート８４に対面する形とされている。このとき、エンドプレート８５と支圧プレート８４との間に間隙が形成されるように調整されている。同様に、一方のセグメント８の主桁８２と、他方のセグメント９の主桁８２とは互いに間隙が形成されるように調整されている。このような間隙が形成されることにより、セグメント８、９間同士で、互いにトンネル軸方向、トンネル周方向、更には、内空面側から地山側へと、水平移動又は垂直移動することができる。また、とくにこのような間隙が形成されていることにより、一方のセグメント８を構成する主桁８２と、他方のセグメント９を構成する主桁８２とを互いに斜めに角度を持たせて配置することも可能となる。
【０１１３】
なお、互いに遊嵌された主桁８２、並びにエンドプレート８５、支圧プレート８４との間隙には、充填材４１が同様に充填される。
【０１１４】
このようにして連結されるセグメント８、９において例えば軸力が主桁８２を介して伝わってきた場合には、支圧プレート８４とエンドプレート８５とを互いに向かい合わせに配置し、その間隙には充填材を介装していることから、当該軸力を支圧プレート８４（エンドプレート８５）、充填材、エンドプレート８５（支圧プレート８４）の順で伝達させることが可能となる。そして、この伝達させた軸力は、相手側のセグメント８、９の主桁８２を介して伝達されていくことになる。
【０１１５】
また、上述の如く連結されるセグメント８、９において例えば曲げモーメントが加わった場合には、これに基づく伝達力が負荷されることになるが、これらも応力伝達桁８６を介してそれぞれ上下方向へと伝達させることが可能となる。
【０１１６】
さらに、このセグメント８、９を互いに連結する際においても、従来技術の如きコマ材等を現場測量結果に基づいてその都度製作するステップを排除し、あくまで組めば即座に施工誤差を解消しつつ互いのセグメントを強固に連結することが可能となる。このため、施工期間の短縮化を図ることが可能となる。
【０１１７】
特に、このセグメント８、９は、閉断面構造により曲げモーメントやせん断力の伝達性能に優れるものである。ちなみに曲げモーメントやせん断力の伝達可能な性能は、主桁全強度の１００％程度である。
【０１１８】
上述の如き構成からなる、セグメント７又はセグメント８、９を新設部１４と残置部１１ａ、１２ａとの連結部位に設けるとともに、新設部１４においてセグメント２、３を設けることにより、施工誤差吸収をより効果的に行うことが可能となる。
【０１１９】
なお、図２７(a)に示すように、セグメント７又はセグメント８、９を新設部１４において設けるとともに、セグメント２、３を新設部１４と残置部１１ａ、１２ａとの連結部位に設けることにより、同様の効果を得ることが可能となる。
【０１２０】
図２７(b)は、新設部１４において鋼製部材の周囲を鉄筋コンクリート１２１で覆い鉄骨鉄筋コンクリート構造断面を構成する例を示している。本構成は新設部１４を構成する鋼製部材の現場組立が完了した後に、その周囲に図示しない鉄筋および型枠を設置し型枠の内部にコンクリートを充填することで完成させることができる。この鉄筋コンクリート１２１で覆う構成により新設部１４の部材耐力および剛性が高められ、トンネル分岐合流部断面の変形抑制などの効果を得ることが可能となる。なお、この鉄筋コンクリート１２１で覆う構成は連結部の構成には拘わらないため、本発明の効果とするところの連結構造の性能には影響はない。
【０１２１】
図２８は、新設部１４においてセグメント２、３を設けるとともに、新設部１４と残置部１１ａ、１２ａとの連結部位において、ボルト接合によりセグメントを互いに固定したボルト接合連結部２０１により構成する例を示している。この構成によっても上述と同様の効果を得ることができる。
【実施例１】
【０１２２】
トンネル分岐合流部１の仕様としては、本線トンネル１１の外径が１２．３ｍ、ランプトンネル１２の外径が９．９ｍ、双方のトンネル１１、１２の中心間の距離が９．４ｍ、セグメント２、３を構成する主桁２２、３２の設計断面力は、軸力が８３９１ｋＮ、曲げが１８００ｋＮｍである。
【０１２３】
本発明を適用した場合に、本線トンネル１１、ランプトンネル１２のセグメントの桁高は７００ｍｍ、接続部材の桁高が６００ｍｍであるのに対して、接続部材をＲＣ構造とした場合に、本線トンネル１１、ランプトンネル１２のセグメントの桁高は７００ｍｍ、接続部材の桁高が４０００ｍｍとなり、トンネル必要内空を侵すことが判明した。
【０１２４】
また、セグメント２における箱抜き部２１に対する、セグメント３における雄構造部材２０の間隙を図２９(a)に示すサイズで設定をする。即ち、図中に示す座標系においてＺ方向には±５０ｍｍ移動可能とし、また、Ｘ方向にも±５０ｍｍ移動可能とし、さらに紙面奥行き方向（トンネル軸方向）には、セグメント２、３の幅を超える距離を移動可能としている。また、図２９(b)に示すように角度θｙは、＋２．７°、−４．２°変動可能としている。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明を適用したセグメントの連結構造が適用されるトンネル分岐合流部を示す図である。
【図２】残置部におけるセグメントと、新設部におけるセグメントとの連結構造を例示した図である。
【図３】雌構造部材が形成されているセグメントの拡大斜視図である。
【図４】雄構造部材が形成されているセグメントの拡大斜視図である。
【図５】雌構造部材と雄構造部材とを互いに遊嵌させることにより、セグメントを連結する例を示す図である。
【図６】各応力の伝達メカニズムについて説明するための図である。
【図７】さらに補剛プレートや縦リブを設けたセグメントの連結構造を示す図である。
【図８】応力伝達桁の本数を増加させたセグメントの連結構造を示す図である。
【図９】セグメントにおける雄構造部材の周囲にスキンプレートを被覆した構成について説明するための図である。
【図１０】第１のエンドプレート並びに第２のエンドプレートは、互いにセグメントの板厚方向に対して傾斜させた例を示す図である。
【図１１】接続部保護部材が装着されたセグメントを最初に敷設する例を示す図である。
【図１２】接続部保護部材の構成図である。
【図１３】接続部保護部材を撤去後、雄構造部材を雌構造部材内に遊嵌させるまでの工程について説明するための図である。
【図１４】本発明を適用したセグメントの連結構造の施工方法について説明するための図である。
【図１５】新設部を構成するセグメント間において本発明を適用する例を示す図である。
【図１６】新設部の中央において適用される本発明の拡大断面図である。
【図１７】新設部の中央において適用される本発明の他の拡大断面図である。
【図１８】新設部の中央において適用される本発明の更なる他の拡大断面図である。
【図１９】負曲げに対応する例を示す図である。
【図２０】他のセグメントも併用して構築したセグメントの連結構造を示す図である。
【図２１】図２０における他のセグメントの拡大斜視図である。
【図２２】図２０における他のセグメントの異なる方向からの拡大斜視図である。
【図２３】図２１、２２に示す他のセグメントの接合形態を示す図である。
【図２４】支圧フランジとフランジ鋼板をさらに備えた他のセグメントの拡大斜視図である。
【図２５】図２４における他のセグメントの異なる方向からの拡大斜視図である。
【図２６】図２４、２５に示す他のセグメントの接合形態を示す図である。
【図２７】(a)は、他のセグメントも併用して構築したセグメントの連結構造の他の構成例を示す図であり、(b)は、新設部を鉄骨鉄筋コンクリート部材として構成した例を示す図である。
【図２８】新設部と残置部との連結部位において、ボルト接合によりセグメントを互いに固定する例を示す図である。
【図２９】本発明を適用したセグメントの連結構造の実施例について示す図である。
【図３０】非開削工法の従来例について説明するための図である。
【図３１】非開削工法に基づいて構築された本線トンネルとランプトンネルとのトンネル分岐合流部の完成図を示す図である。
【図３２】従来における本線トンネルとランプトンネルの接続構造を示す図である。
【図３３】(a)は、図３２における接合構造のＡ部分の水平方向の断面図であり、(b)は、接合構造のＢ部分の水平方向の断面図である。
【図３４】本線トンネル側から延長されてくる主桁と、ランプトンネル側から延長されてくる主桁間で互いに異なる角度で交差する例を示す図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１ トンネル分岐合流部
２、３、７〜９ セグメント
５ 撤去部
１１ 本線トンネル
１２ ランプトンネル
１３ トンネル
１４ 新設部
１５ 仕切壁
２０ 雌構造部材
３０ 雄構造部材
２１ 箱抜き部
２２ 主桁
２３ 継手板
２４ スキンプレート
２５ 第２のエンドプレート
２６ａ、２６ｂ 応力伝達桁
２７ コ字状溝部
２８ 突出部
３２ 主桁
３４ スキンプレート
３５ 第１のエンドプレート
３６ａ、３６ｂ 応力伝達桁
３７ 突出部
４１ 充填材
４３、４４ 補剛プレート
４５ リングボルト孔
４６、４７、５３ 縦リブ
４８、５２ スキンプレート
５１ 接続部保護部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル軸方向に直交する複数の主桁を有するセグメントの端部を互いに連結する際に適用されるトンネル用のセグメントの連結構造において、
互いに連結すべき一のセグメントには、矩形凹部が形成されるように開削された箱抜き部を有する雌構造部材が形成されているとともに、他のセグメントには、上記箱抜き部に対して施工誤差を吸収可能な間隙をもって遊嵌可能な雄構造部材が形成され、
上記雄構造部材は、第１のエンドプレートが先端に形成され、さらに後端に向けて突出された突出部が設けられ、
上記雌構造部材は、上記雄構造部材の遊嵌時において上記第１のエンドプレートと対面可能な箱抜き部側壁面において第２のエンドプレートが形成され、また上記箱抜き部側壁面と対向する側には、上記雄構造部材における突出部と互いに係止可能なコ字状溝部が設けられ、
上記雄構造部材と上記雌構造部材には、少なくとも２本の応力伝達桁がトンネル軸方向に沿って上記主桁間にそれぞれ設けられ、そのうち一対の応力伝達桁は、上記雄構造部材の突出部と上記雌構造部材のコ字状溝部周囲にそれぞれ設けられてなり、
さらに互いに遊嵌された上記雌構造部材と上記雄構造部材との間隙には、充填材が充填されていること
を特徴とするセグメントの連結構造。
【請求項２】
上記雄構造部材は、上記第１のエンドプレートの背面において補剛プレートが配設され、
更に上記雌構造部材は、上記第２のエンドプレートの背面において補剛プレートが配設されていること
を特徴とする請求項１記載のセグメントの連結構造。
【請求項３】
上記第１のエンドプレートがトンネル内空面側を突出するように傾斜して形成され、並びに上記第２のエンドプレートがトンネル地山側を突出するように傾斜して形成されていること
を特徴とする請求項１又は２記載のセグメントの連結構造。
【請求項４】
上記雌構造部材は、その箱抜き部の底面並びに側壁面がスキンプレートにより被覆されていること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載のセグメントの連結構造。
【請求項５】
上記雄構造部材は、スキンプレートにより被覆されていること
を特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載のセグメントの連結構造。
【請求項１】
トンネル軸方向に直交する複数の主桁を有するセグメントの端部を互いに連結する際に適用されるトンネル用のセグメントの連結構造において、
互いに連結すべき一のセグメントには、矩形凹部が形成されるように開削された箱抜き部を有する雌構造部材が形成されているとともに、他のセグメントには、上記箱抜き部に対して施工誤差を吸収可能な間隙をもって遊嵌可能な雄構造部材が形成され、
上記雄構造部材は、第１のエンドプレートが先端に形成され、さらに後端に向けて突出された突出部が設けられ、
上記雌構造部材は、上記雄構造部材の遊嵌時において上記第１のエンドプレートと対面可能な箱抜き部側壁面において第２のエンドプレートが形成され、また上記箱抜き部側壁面と対向する側には、上記雄構造部材における突出部と互いに係止可能なコ字状溝部が設けられ、
上記雄構造部材と上記雌構造部材には、少なくとも２本の応力伝達桁がトンネル軸方向に沿って上記主桁間にそれぞれ設けられ、そのうち一対の応力伝達桁は、上記雄構造部材の突出部と上記雌構造部材のコ字状溝部周囲にそれぞれ設けられてなり、
さらに互いに遊嵌された上記雌構造部材と上記雄構造部材との間隙には、充填材が充填されていること
を特徴とするセグメントの連結構造。
【請求項２】
上記雄構造部材は、上記第１のエンドプレートの背面において補剛プレートが配設され、
更に上記雌構造部材は、上記第２のエンドプレートの背面において補剛プレートが配設されていること
を特徴とする請求項１記載のセグメントの連結構造。
【請求項３】
上記第１のエンドプレートがトンネル内空面側を突出するように傾斜して形成され、並びに上記第２のエンドプレートがトンネル地山側を突出するように傾斜して形成されていること
を特徴とする請求項１又は２記載のセグメントの連結構造。
【請求項４】
上記雌構造部材は、その箱抜き部の底面並びに側壁面がスキンプレートにより被覆されていること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載のセグメントの連結構造。
【請求項５】
上記雄構造部材は、スキンプレートにより被覆されていること
を特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載のセグメントの連結構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【公開番号】特開２００８−２６７１１７（Ｐ２００８−２６７１１７Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８８４５３（Ｐ２００７−２８８４５３）
【出願日】平成１９年１１月６日（２００７．１１．６）
【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２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月６日（２００７．１１．６）
【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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