セグメントリングの継手構造
【課題】セグメントリングの脚部における軸力を確実に伝達可能であるとともに、曲げモーメント及びこれにより生じる応力を分散させて、セグメントリングの強度を向上させることが可能なセグメントリングの継手構造を提供する。
【解決手段】シールドトンネルに構築された扁平セグメントリング２の断面視斜め下方に位置するトンネル脚部Ｋ１における扁平セグメントリング２の継手構造１０であって、側壁部セグメント２２の接合端部２２ａに、接合端部２２ａ外側に向かって突出してトンネル方向に延在する凸曲面１１ａを有する雄継手１１を設け、脚部セグメント２１の接合端部２１ａに、接合端部２１ａ内側に向かって凹んでトンネル方向に延在する凹曲面１２ａを有する雌継手１２を設け、雄継手１１の凸曲面１１ａの曲率を雌継手１２の凹曲面１２ａの曲率よりも僅かに大きくする。
【解決手段】シールドトンネルに構築された扁平セグメントリング２の断面視斜め下方に位置するトンネル脚部Ｋ１における扁平セグメントリング２の継手構造１０であって、側壁部セグメント２２の接合端部２２ａに、接合端部２２ａ外側に向かって突出してトンネル方向に延在する凸曲面１１ａを有する雄継手１１を設け、脚部セグメント２１の接合端部２１ａに、接合端部２１ａ内側に向かって凹んでトンネル方向に延在する凹曲面１２ａを有する雌継手１２を設け、雄継手１１の凸曲面１１ａの曲率を雌継手１２の凹曲面１２ａの曲率よりも僅かに大きくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法によって構築されたセグメントリングを補強するセグメントリングの継手構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、道路、鉄道などの用途で施工されるシールドトンネルは、プレキャスト床版を設置している。そして、一般的に、トンネルの断面は、円形断面で施工されている。しかし、円形断面のうち実際に利用されるスペースは、上下部分を除いた内空断面であることが多いことから略横長のトンネル空間を形成させた略楕円形状或いは馬蹄形状などの異形断面（以下、これらを「扁平トンネル」と記述する）のトンネルが施工される場合が増えている。
【０００３】
このような扁平トンネルに構築される扁平セグメントリングには、内部鉄筋を配設したコンクリートセグメント又は合成セグメントが用いられており、断面円形のセグメントリングと比較して外方からの土圧やセグメントの自重によって上下方向の圧縮力が作用することになる。とくに、扁平セグメントリングに作用する曲げモーメントは、断面の斜め下方に位置するトンネル脚部近傍においてトンネル外側に向けた応力が集中して最大曲げモーメントが発生する。
【０００４】
従来の扁平セグメントリングにおいては、このような曲げモーメントを減少させる方法として、扁平セグメントリングに大きな強度をもたせることが行なわれ、例えば鉄筋量を多くしてセグメントの厚さ寸法を大きくしてセグメントの強度を上げていた。
ところが、セグメントの厚さ寸法を大きくすることは、セグメントが高価になるうえ、トンネルの掘削断面が大きくなるといった欠点があり、経済的ではなかった。
【０００５】
そこで、扁平セグメントリング自体の強度を上げることなく、上述した扁平による曲げモーメントに対応した構造が、例えば特許文献１、特許文献２に提案されている。
この特許文献１に記載の構造は、扁平トンネルの内空側において、水平方向に引張力を受けもち略水平方向に配置された弦材をなす補強部材（第１補強部材）を設けることで、セグメントに水平方向に圧縮力を与えるものである。
さらに、縦方向（上下方向）に圧縮力を受けもち該縦方向に配置された棒状の補強部材（第２補強部材）を設けることで、扁平セグメントリングに作用する集中応力を減少させている。
【０００６】
一方、特許文献２に記載の構造は、特許文献１に記載の構造の特徴に加え、より曲げモーメントを小さくさせることで扁平セグメントの厚さ寸法を小さくすることを可能とするものである。
この特許文献２に記載の構造によれば、扁平セグメントリングの断面視斜め下方に位置するトンネル脚部に、扁平セグメントリングのセグメント間を周方向に連結するヒンジ継手を設け、さらにトンネル脚部から底盤部までのセグメント厚さ寸法を扁平セグメントリングの上方部より大きくすることで、応力の集中を緩和させるとともに曲げモーメントを小さくさせる。
【特許文献１】特許第２５２００３４号公報
【特許文献２】特開２００７―２３９３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、扁平セグメントリングには、上述のようにトンネル脚部付近にトンネルの外側に向けた応力が集中して最大曲げモーメントが発生するが、この曲げモーメントの値は、トンネル施工時や地震発生時等のトンネル自体に外力が加わる場合に特に大きなものとなる。
この際、上記従来の扁平セグメントリングのトンネル脚部においては、コンクリートからなるセグメントの接合面同士が直接的に接触して連結される構造とされているため、当該セグメントに直接的に応力が生じるとともに曲げモーメントを十分に分散することができず、場合によってはセグメントの連結箇所にクラック等が生じるおそれがあった。また、扁平セグメントリングにおいては、このような大きな曲げモーメントが生じた場合であっても、周方向の軸力を確実に伝達できることが望まれる。
なお、扁平セグメントリングのみならず、断面円形をなす円形セグメントリングについても、上記同様の問題点及び要望があった。
【０００８】
この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、扁平状又は円形状をなすセグメントリングの軸力を確実に伝達可能であるとともに、セグメントに作用する応力及び曲げモーメントを分散させて、セグメントリングの強度を向上させることが可能なセグメントリングの継手構造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】
【０００９】
前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係るセグメントリングの継手構造は、シールドトンネルに構築されたセグメントリングの断面視斜め下方に位置するトンネル脚部におけるセグメントリングの継手構造であって、前記トンネル脚部で連結される一方のセグメントの接合端部に、該接合端部の外側に向かって突出してトンネル方向に沿って延びる凸曲面を有する雄継手が設けられるとともに、他方のセグメントの接合端部に、該接合端部の内側に向かって凹んでトンネル方向に沿って延びる凹曲面を有し前記雄継手と連結される雌継手が設けられ、前記雄継手及び前記雌継手は、鋼材又は硬質樹脂から形成されており、前記雄継手の前記凸曲面の曲率が前記雌継手の前記凹曲面の曲率よりも僅かに大きくされていることを特徴としている。
【００１０】
このような特徴のセグメントリングの継手構造によれば、両セグメントは雄継手の凸曲面と雌継手の凹曲面とが線接触することでセグメントリング周方向の軸力が伝達されることになり、両セグメントの接合面同士が直接的に接触するのを避けてこれらセグメントに応力が集中するのを防止することができる。
また、当該雄継手及び雌継手の線接触部に生じる応力は、雄継手及び雌継手の厚みに応じて分散されて両セグメントに伝達されるため、これら両セグメントに生じる応力を低減させることが可能となる。
さらに、セグメントに曲げモーメントが作用した際には、両セグメントが凸曲面及び凹曲面に沿って揺動することによって曲げモーメントによる力を逃がし、応力の集中を緩和させることができる。
また、大きな圧縮力が作用した際には、雄継手の凸曲面が広がるように撓むことによって当該雄継手の凸曲面と雌継手の凹曲面とが面接触することになり、これら雄継手及び雌継手に生じる応力を分散させることができる。さらに、このように面接触した場合、セグメントリング周方向の軸力をより確実に伝達することが可能となる。
なお、上記セグメントリングには、断面略楕円形状或いは馬蹄形状などの異形断面をなす扁平セグメントリングや断面円形をなす円形セグメントリングが含まれる。
【００１１】
また、本発明に係るセグメントリングの継手構造においては、前記雄継手及び前記雌継手が、前記鋼材又は前記硬質樹脂に代えて、繊維補強高硬度コンクリート、セラミック及び鋳鉄のいずれかから形成されているものであってもよい。この場合であっても、上記同様の作用効果を奏する。
【００１２】
また、本発明に係るセグメントリングの継手構造においては、前記雄継手及び前記雌継手を、それぞれ前記一方のセグメント又は前記他方のセグメントに対して固定するインサートが設けられていることを特徴としている。
【００１３】
このような特徴のセグメントリングの継手構造によれば、雄継手及び雌継手がそれぞれ両セグメントに強固に固定一体化されることになるため、両セグメントの接合端面に生じるせん断力に対向して、雄継手及び雌継手をセグメントに保持することが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係るセグメントリングの継手構造は、前記一方のセグメント、前記雄継手、前記雌継手及び前記他方のセグメントを連続して貫通するように一定の曲率で延びて、前記一方のセグメント及び前記他方のセグメントの内周面にそれぞれ開口する曲がり孔と、該曲がり孔に挿入されて該曲がり孔の開口部にてそれぞれ締結固定される曲がりボルトとが設けられたものであってもよい。
【００１５】
このような特徴のセグメントリングの継手構造によれば、曲がりボルトによって雄継手及び雌継手がそれぞれ両セグメントに強固に固定一体化されることから、より耐震性を向上させることが可能となる。
【００１６】
さらに、本発明に係るセグメントリングの継手構造においては、前記雄継手及び前記雌継手が、円管状の部材を該円管の軸線方向に分割することで形成された瓦状をなしていることを特徴としている。
円管状の部材に簡易な加工を施すことのみもって雄継手及び雌継手を構成することができるため、加工容易性及び生産性を担保することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るセグメントリングの継手構造によれば、二つのセグメントを凸曲面を備えた雄継手と凹曲面を備えた雌継手とによって接合することにより、軸力を確実に伝達することができるとともに、応力や曲げモーメントを分散させてセグメントリングの強度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態である扁平セグメントリングの継手構造について、図１から図４に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る扁平セグメントリングを示す断面図、図２は扁平セグメントリングの断面形状の構成を示す説明図、図３は扁平セグメントリングの脚部付近を示す拡大図、図４は本実施形態の扁平セグメントリングに係る継手構造の拡大図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態による扁平セグメントリングの補強構造１は、道路、鉄道、共同溝などに採用されるトンネルであって、シールド工法によって地山内に延設された断面馬蹄形状（以下、この形状を「扁平」と称する）をなす扁平セグメントリング２に適用される。扁平セグメントリング２は、湾曲した複数の内部に鉄筋を配設したコンクリートセグメント２０が環状に組み合わされて構築されている。
【００２０】
ここで、馬蹄形状をなす扁平セグメントリング２の詳細構成について図面に基づいて説明する。
図２に示すように、扁平セグメントリング２の断面形状は、それぞれが所定位置に円心を有する４つの円の円弧の一部を繋いた形状に設計されたものであり、略上半部の円弧領域の一部を形成する半径Ｒ１の中円２Ａと、底盤部の円弧領域の一部を形成する半径Ｒ２の大円２Ｂと、側部から底盤部にかけて断面視左右斜め下方に位置する円弧領域の一部を形成する半径Ｒ３の小円２Ｃ、２Ｃとから構成されている。この小円２Ｃ、２Ｃの円弧領域を、「トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２」として以下説明する。
【００２１】
次に、図１に示すように、扁平セグメントリング２の補強構造１について説明する。
各トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２の領域には、扁平セグメントリング２の周方向に配置されるセグメント２０、２０間を連結する継手構造１０が設けられている。ここで、この継手構造１０の下方側に配置されたセグメントを脚部セグメント２１とし、同じく上方側に配置されたセグメントを側壁部セグメント２２とする。
【００２２】
そして、扁平セグメントリング２は、断面視で左右に位置する脚部セグメント２１、２１から底盤部２３に向かうにしたがってセグメントの厚さ寸法が大きくなっている。
また、図１に示すように、扁平セグメントリング２には、脚部セグメント２１、２１の内空側の間を略水平方向に延在させて水平方向に引張力を受けもつＰＣ鋼材３０（水平補強部材）と、水平方向の圧縮力を受けもつ床版４０とが設けられている。
【００２３】
次に、継手構造１０の詳細構成について図面に基づいて説明する。
図３及び図４示すように、継手構造１０は、側壁部セグメント２２の下端接合面２２ａに埋設されている雄継手１１と、雄継手１１と対向する位置で脚部セグメント２１の上端接合面２１ａに埋設されている雌継手１２とから構成されている。
【００２４】
雄継手１１は、例えば鋼材や硬質樹脂等からなる円管状の部材が縦方向に分割されることにより形成された瓦状をなしており、当該瓦状の外周面である凸曲面１１ａが上記下端接合面２２ａの外側を向くように、かつ当該凸曲面１１ａがトンネル方向（紙面に直行する方向）に延在するように埋設されることによって、側壁部セグメント２２に取り付けられている。これによって、雄継手１１の凸曲面１１ａの頂部は、トンネル方向に延在することになる。
なお、この雄継手１１は、上記鋼材や硬質樹脂に代えて繊維補強高硬度コンクリート、セラミック、鋳鉄等から形成されていてもよい。
【００２５】
また、雄継手１１が下端接合面２２ａに埋設された際には、側壁部セグメント２２内の鉄筋（図示省略）に固定されたインサート１３が雄継手１１の内周面１１ｂに連結されることによって、当該雄継手１１が側壁部セグメント２２に対して強固に固定されている。
【００２６】
雌継手１２は、雄継手１１と同様に、例えば鋼材や硬質樹脂等からなる円管状の部材が縦方向に分割されることにより形成された瓦状をなしており、当該瓦状の内周面である凹曲面１２ａが、脚部セグメント２１の上端接合面１２ａの外側を向くように、かつ当該凹曲面１２ａがトンネル方向に延在するように埋設されることによって、脚部セグメント２１に取り付けられている。これによって、雌継手１２の凹曲面１２ａの底頂部は、トンネル方向に延在することになる。
また、この雌継手１２についても、雄継手１１と同様に、上記鋼材や硬質樹脂に代えて繊維補強高硬度コンクリート、セラミック、鋳鉄等から形成されていてもよい。
【００２７】
なお、雌継手１２の凹曲面１２ａの曲率と、雄継手１１の凸曲面１１ａの曲率とを比較すると、雄継手１１の凸局面１１ａの方が雌継手１２の凹曲面１２ａよりも僅かに大きなものとなるように形成されている。
【００２８】
また、詳しくは図４に示すように、雌継手１２が脚部セグメント２１の上端接合面２１ａに埋設された際には、脚部セグメント２１内の鉄筋（図示省略）に固定されたインサート１４が雌継手１２の外周面１２ｂに連結されることによって、当該雌継手１２が脚部セグメント２１に対して強固に固定されている。
【００２９】
そして、上記のような雄継手１１の凸曲面１１ａが雌継手１２の凹曲面１２ａに嵌り込むことによって雄継手１１と雌継手１２が連結される。この際、上記のように凸曲面１１ａと凹曲面１２ａの曲率が異なることから、雄継手１１の凸曲面１１ａの頂部のみが雌継手１２の凹曲面１２ａの頂底部に当接する。したがって、雄継手１１と雌継手１２とは互いに線接触することになり、当該接触部を介して扁平セグメントリング２の周方向の軸力が伝達される。
なお、このように雄継手１１及び雌継手１２によって側壁部セグメント２１と脚部セグメント２２とが連結された際には、当該雄継手１１と雌継手１２とが接触する以外は、側壁部セグメント２２の下端接合面２２ａと脚部セグメント２１の上端接合面２１ａが接触することはなく、一定の隙間１５が形成されている。これにより、側壁部セグメント２１と脚部セグメント２２との軸力は当該雄継手１１及び雌継手１２のみを介して伝達されることなる。
【００３０】
図１に示すように、床版４０は、予め工場などで製造されるプレキャスト製であり、略長方形状をなし、トンネル軸方向に連結され、その長手方向をトンネル軸方向に直交させる方向に配置させ、扁平セグメントリング２の底盤部２３に設けられた支柱３上に所定の高さとなるように載置させている。
そして、図３に示すように、床版４０には、その長手方向に貫通した挿通孔４１が形成され、その挿通孔４１に円筒形状のシース管４２が挿入され、そのシース管４２内にＰＣ鋼材３０が挿通されている。このようにＰＣ鋼材３０を床版４０に内蔵させた構成とすることで、トンネル空間を有効に使うことができる。
【００３１】
また、図１及び図３に示すように、脚部セグメント２１の内周面２１ｂと床版４０の側面４０ａ（すなわち、脚部セグメント２１、２１側の面）との間には、鋼材などからなる圧縮伝達部材５０が設けられている。扁平セグメントリング２に略水平方向の圧縮力が作用するとき、この圧縮力が圧縮伝達部材５０を介して床版４０に伝達される作用をなしている。さらに、圧縮伝達部材５０は、床版４０の側方下端部４０ｂ、４０ｂを下方より支持するように、横方向中心に向けて張り出して形成されている。
【００３２】
さらに図３に示すように、ＰＣ鋼材３０は、雄ネジを形成させた両端部３０ａ、３０ａを床版４０の両側面４０ａ、４０ａより突出させ、ＰＣ鋼材３０の両端部３０ａ、３０ａを脚部セグメント２１、２１に一体となるように固定させている。
つまり、脚部セグメント２１、２１には、床版４０を所定の位置に設置した状態で、ＰＣ鋼材３０と同軸となるように棒状の異形鋼材６１が埋設されている。この異形鋼材６１は、雄ネジが形成された端部６１ａを、脚部セグメント２１の内周面２１ｂを切り欠いて形成させた切欠部（図示省略）で露出させている。
【００３３】
そして、異形鋼材６１とＰＣ鋼材３０とを連結させる手段として、円筒形状のカップラー６２が設けられている。このカップラー６２は、内面に雌ネジを形成させ、一方の内面に異形鋼材６１の端部６１ａを螺合させ、他方の内面にＰＣ鋼材３０の端部３０ａを螺合させている。このように、両トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２において、ＰＣ鋼材３０と異形鋼材６１とを螺合させた状態でカップラー６２を締め付けると、異形鋼棒６１とＰＣ鋼材３０とを均一に締め付けることができ、ＰＣ鋼材３０に水平方向の引張力を受けもたせることができる。
【００３４】
そして、水平方向に引張力を負担させたＰＣ鋼材３０によって扁平セグメントリング２に水平方向の圧縮力が発生するが、この圧縮力を上述した床版４０によって受けもたせることができる。このように、床版４０は、ＰＣ鋼材３０を補強する効果を有し、ＰＣ鋼材３０に与える圧縮力を抑制することができる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る扁平セグメントリング２の作用について継手構造１０の作用を中心として説明する。
扁平セグメントリング２には、その断面形状が扁平であることから土圧やセグメント自重により上下方向にトンネル断面が潰れるようにして圧縮力が作用し、トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２付近にトンネルの外側に向けた応力が集中して最大曲げモーメントが発生し、特にトンネル施工時や地震発生時等の外力が加わる場合には曲げモーメントの値は大きなものとなる。
なお、このトンネル脚部Ｋ１、Ｋ２付近には、セグメントリング２を外周側に張り出すように撓ませる、いわゆる負のモーメントが作用する。
【００３６】
ここで、本実施形態における継手構造１０においては、扁平セグメントリング２に上下方向の圧縮力が作用したときには、脚部セグメント２１の雌継手１２と側壁部セグメント２２の雄継手１１とが、それぞれの凸曲面及び凹曲面に沿って揺動し、当該凸曲面１１ａ及び凹曲面１２ａにおける線接触箇所をずらすように相対移動する。これにより、扁平セグメントリング２の外周側の隙間１５を大きくさせ、反対に内周側の隙間１５を小さくさせるように作用し、曲げモーメントによる力を適宜逃がして応力の集中を緩和させることが可能となる。
【００３７】
また、トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２の所定位置において、ＰＣ鋼材３０を設け、このＰＣ鋼材３０に、扁平セグメントリング２を内空側に引っ張る方向（水平方向に圧縮力を作用させる方向）に引張力を受けもたせことでより、トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２付近に作用する負の曲げモーメントさらに小さくさせることができる。さらにこれに加え、曲げモーメントが大きなトンネル脚部から底盤部までの扁平セグメントリング２の厚さ寸法をその上方部より大きくしておくことで、より曲げモーメントを小さくさせることができる。
【００３８】
一方、本実施形態に係る扁平セグメントリングの継手構造１０においては、トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２における側壁部セグメント２１及び脚部セグメント２２とは、雄継手１１の凸曲面１１ａと雌継手１２の凹曲面１２ａとが線接触することによってセグメントリング周方向の軸力が伝達され、両セグメント２１、２２の上端接合面２１ａと下端接合面２２ａが直接的に接触することはない。したがって、トンネルへの圧縮力や曲げモーメントによる応力が直接的に両セグメント２１、２２に生じることはなく応力が集中するのを防ぐことができるため、クラック等の発生を抑制することが可能となる。
【００３９】
また、雄継手１１及び雌継手１２の接触部より生じる応力は、当該雄継手１１及び雌継手１２の厚みに応じて分散されて側壁部セグメント２２又は脚部セグメント２１に伝達されるため、これら両セグメント２１、２２に生じる応力をより低減させることが可能となる。
【００４０】
さらに、より大きな圧縮力がトンネルに作用した際には、当該圧縮力及びこれによる曲げモーメントにより、鋼材又は硬質樹脂等からなる雄継手１１の凸曲面１１ａが広がるように撓むことによって、当該雄継手１１の凸曲面１１ａと雌継手１２の凹曲面１２ａとが線接触から面接触に移行する。
これによって、連結箇所に生じる応力をより分散させることができ、両セグメント２１、２２に伝達されて生じる応力をより低減させることが可能となる。さらに、このように雄継手１１及び雌継手１２が面接触した場合、扁平セグメントリング２周方向の軸力をより確実に伝達することが可能となる。
【００４１】
また、雄継手１１及び雌継手１２はそれぞれインサート１３、１４によって側壁部セグメント２１又は脚部セグメント２２に強固に固定一体化されているため、曲げモーメントにより当該雄継手１１及び雌継手１２に生じるせん断力に対抗することができる。
【００４２】
さらに、雄継手１１及び雌継手１２が、鋼材や硬質樹脂等からなる円管状の部材を該円管の軸線方向に分割することで形成された瓦状をなしているため、上記円管状の部材に簡易な加工を施すことのみをもって雄継手１１及び雌継手１２を製作することができるため、加工容易性及び生産性を担保することができる。
【００４３】
上述のように、本実施形態に係る扁平セグメントリング２の継手構造１０によれば、脚部セグメント２１と側壁部セグメント２２とを、凸曲面１１ａを備えた雄継手１１と凹曲面１２ａを備えた雌継手１２とによって連結することにより、軸力を確実に伝達することができるとともに、応力や曲げモーメントを分散させて扁平セグメントリング２の強度を向上させることが可能となる。
従って、たとえ施工時や地震発生時等にトンネルに大きな圧縮力が作用し、これによってトンネル脚部Ｋ１、Ｋ２に大きな曲げモーメントが発生したとしても、コンクリートセグメント２０にクラック等の損傷を発生させずしてトンネル構造を維持することが可能となる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態の扁平セグメントリング２の継手構造１０について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、雄継手１１及び雌継手１２の厚みは、図３及び図４に示す比較的厚みの大きなものから、図５に示すような比較的厚みの小さなものまで適宜選択可能である。
【００４５】
また、扁平セグメントリング２の継手構造１０の変形例として、例えば図６に示すような構成であってもよい。
即ち、図６における継手構造１０においては、上述の構成に加えて、側壁部セグメント２２の内周面２２ｂ及び脚部セグメント２１の内周面２１ｂに、それぞれ切欠部７１、７１が形成されている。そして、この２つの切欠部７１、７１を連通するようにして側壁部セグメント２２、雄継手１１、雌継手１２及び脚部セグメント２１を連続して貫通する曲がり孔７２が穿設されている。この曲がり孔７２は一定の曲率でもって滑らかな円弧を描くように形成されており、その円弧の頂部付近が雄継手１１及び雌継手１２を通過するように構成されている。
さらに、この曲がり孔７２には、該曲がり孔７２と等しい曲率を有する曲がりボルト７３が挿入されており、該曲がりボルト７３の両端はそれぞれ切欠部７１、７１から突出した状態で固定ナット７４及び座金７５等の締結手段により締結固定されている。
以上のような構成の変形例の継手構造１０においては、曲がりボルト７３によって、雄継手１１及び雌継手１２がそれぞれ両セグメント２１、２２に強固に固定一体化される。これにより、耐震性を向上させることが可能となる。
【００４６】
さらに、上端接合面２１ａ及び下端接合面２２ａにおける雄継手１１及び雌継手１２のが設けられる範囲は上記実施形態に限定されず、例えばこれら上端接合面２１ａ及び下端接合面２２ａ全体を範囲とするものや、図３、図４及び図５よりも小さな範囲に設けられているものであってもよい。
【００４７】
また、本実施形態においては、側壁部セグメント２２に雄継手１１が、脚部セグメント２１に雌継手１２が設けられた構成とされているが、これとは逆に、脚部セグメント２１に雄継手１１が、側壁部セグメント２２に雌継手１２が設けられた構成であってもよい。
【００４８】
さらにまた、上記説明した継手構造１０は、扁平セグメントリング２のみならず、断面略円形のトンネル空間を形成する円形セグメントリングにも適用可能である。この場合であっても、上記同様に、軸力を確実に伝達させるとともに応力や曲げモーメントを分散させて円形セグメントリングの強度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態に係る扁平セグメントリングを示す断面図である。
【図２】扁平セグメントリングの断面形状の構成を示す説明図である。
【図３】扁平セグメントリングの脚部付近を示す拡大図である。
【図４】本実施形態の扁平セグメントリングに係る継手構造の拡大図である。
【図５】雄継手及び雌継手の厚みが比較的薄い場合の継手構造の拡大図である
【図６】変形例の扁平セグメントリングの継手構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２ 扁平セグメントリング（セグメントリング）
１０ 継手構造
１１ 雄継手
１１ａ 凸曲面
１２ 雌継手
１２ａ 凹曲面
１３、１４ インサート
２０ コンクリートセグメント（セグメント）
２１ 脚部セグメント（セグメント）
２１ａ 上端接合面（接合端面）
２２ 側壁部セグメント(セグメント)
２２ａ 下端接合面（接合端面）
Ｋ１、Ｋ２ トンネル脚部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法によって構築されたセグメントリングを補強するセグメントリングの継手構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、道路、鉄道などの用途で施工されるシールドトンネルは、プレキャスト床版を設置している。そして、一般的に、トンネルの断面は、円形断面で施工されている。しかし、円形断面のうち実際に利用されるスペースは、上下部分を除いた内空断面であることが多いことから略横長のトンネル空間を形成させた略楕円形状或いは馬蹄形状などの異形断面（以下、これらを「扁平トンネル」と記述する）のトンネルが施工される場合が増えている。
【０００３】
このような扁平トンネルに構築される扁平セグメントリングには、内部鉄筋を配設したコンクリートセグメント又は合成セグメントが用いられており、断面円形のセグメントリングと比較して外方からの土圧やセグメントの自重によって上下方向の圧縮力が作用することになる。とくに、扁平セグメントリングに作用する曲げモーメントは、断面の斜め下方に位置するトンネル脚部近傍においてトンネル外側に向けた応力が集中して最大曲げモーメントが発生する。
【０００４】
従来の扁平セグメントリングにおいては、このような曲げモーメントを減少させる方法として、扁平セグメントリングに大きな強度をもたせることが行なわれ、例えば鉄筋量を多くしてセグメントの厚さ寸法を大きくしてセグメントの強度を上げていた。
ところが、セグメントの厚さ寸法を大きくすることは、セグメントが高価になるうえ、トンネルの掘削断面が大きくなるといった欠点があり、経済的ではなかった。
【０００５】
そこで、扁平セグメントリング自体の強度を上げることなく、上述した扁平による曲げモーメントに対応した構造が、例えば特許文献１、特許文献２に提案されている。
この特許文献１に記載の構造は、扁平トンネルの内空側において、水平方向に引張力を受けもち略水平方向に配置された弦材をなす補強部材（第１補強部材）を設けることで、セグメントに水平方向に圧縮力を与えるものである。
さらに、縦方向（上下方向）に圧縮力を受けもち該縦方向に配置された棒状の補強部材（第２補強部材）を設けることで、扁平セグメントリングに作用する集中応力を減少させている。
【０００６】
一方、特許文献２に記載の構造は、特許文献１に記載の構造の特徴に加え、より曲げモーメントを小さくさせることで扁平セグメントの厚さ寸法を小さくすることを可能とするものである。
この特許文献２に記載の構造によれば、扁平セグメントリングの断面視斜め下方に位置するトンネル脚部に、扁平セグメントリングのセグメント間を周方向に連結するヒンジ継手を設け、さらにトンネル脚部から底盤部までのセグメント厚さ寸法を扁平セグメントリングの上方部より大きくすることで、応力の集中を緩和させるとともに曲げモーメントを小さくさせる。
【特許文献１】特許第２５２００３４号公報
【特許文献２】特開２００７―２３９３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、扁平セグメントリングには、上述のようにトンネル脚部付近にトンネルの外側に向けた応力が集中して最大曲げモーメントが発生するが、この曲げモーメントの値は、トンネル施工時や地震発生時等のトンネル自体に外力が加わる場合に特に大きなものとなる。
この際、上記従来の扁平セグメントリングのトンネル脚部においては、コンクリートからなるセグメントの接合面同士が直接的に接触して連結される構造とされているため、当該セグメントに直接的に応力が生じるとともに曲げモーメントを十分に分散することができず、場合によってはセグメントの連結箇所にクラック等が生じるおそれがあった。また、扁平セグメントリングにおいては、このような大きな曲げモーメントが生じた場合であっても、周方向の軸力を確実に伝達できることが望まれる。
なお、扁平セグメントリングのみならず、断面円形をなす円形セグメントリングについても、上記同様の問題点及び要望があった。
【０００８】
この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、扁平状又は円形状をなすセグメントリングの軸力を確実に伝達可能であるとともに、セグメントに作用する応力及び曲げモーメントを分散させて、セグメントリングの強度を向上させることが可能なセグメントリングの継手構造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】
【０００９】
前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係るセグメントリングの継手構造は、シールドトンネルに構築されたセグメントリングの断面視斜め下方に位置するトンネル脚部におけるセグメントリングの継手構造であって、前記トンネル脚部で連結される一方のセグメントの接合端部に、該接合端部の外側に向かって突出してトンネル方向に沿って延びる凸曲面を有する雄継手が設けられるとともに、他方のセグメントの接合端部に、該接合端部の内側に向かって凹んでトンネル方向に沿って延びる凹曲面を有し前記雄継手と連結される雌継手が設けられ、前記雄継手及び前記雌継手は、鋼材又は硬質樹脂から形成されており、前記雄継手の前記凸曲面の曲率が前記雌継手の前記凹曲面の曲率よりも僅かに大きくされていることを特徴としている。
【００１０】
このような特徴のセグメントリングの継手構造によれば、両セグメントは雄継手の凸曲面と雌継手の凹曲面とが線接触することでセグメントリング周方向の軸力が伝達されることになり、両セグメントの接合面同士が直接的に接触するのを避けてこれらセグメントに応力が集中するのを防止することができる。
また、当該雄継手及び雌継手の線接触部に生じる応力は、雄継手及び雌継手の厚みに応じて分散されて両セグメントに伝達されるため、これら両セグメントに生じる応力を低減させることが可能となる。
さらに、セグメントに曲げモーメントが作用した際には、両セグメントが凸曲面及び凹曲面に沿って揺動することによって曲げモーメントによる力を逃がし、応力の集中を緩和させることができる。
また、大きな圧縮力が作用した際には、雄継手の凸曲面が広がるように撓むことによって当該雄継手の凸曲面と雌継手の凹曲面とが面接触することになり、これら雄継手及び雌継手に生じる応力を分散させることができる。さらに、このように面接触した場合、セグメントリング周方向の軸力をより確実に伝達することが可能となる。
なお、上記セグメントリングには、断面略楕円形状或いは馬蹄形状などの異形断面をなす扁平セグメントリングや断面円形をなす円形セグメントリングが含まれる。
【００１１】
また、本発明に係るセグメントリングの継手構造においては、前記雄継手及び前記雌継手が、前記鋼材又は前記硬質樹脂に代えて、繊維補強高硬度コンクリート、セラミック及び鋳鉄のいずれかから形成されているものであってもよい。この場合であっても、上記同様の作用効果を奏する。
【００１２】
また、本発明に係るセグメントリングの継手構造においては、前記雄継手及び前記雌継手を、それぞれ前記一方のセグメント又は前記他方のセグメントに対して固定するインサートが設けられていることを特徴としている。
【００１３】
このような特徴のセグメントリングの継手構造によれば、雄継手及び雌継手がそれぞれ両セグメントに強固に固定一体化されることになるため、両セグメントの接合端面に生じるせん断力に対向して、雄継手及び雌継手をセグメントに保持することが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係るセグメントリングの継手構造は、前記一方のセグメント、前記雄継手、前記雌継手及び前記他方のセグメントを連続して貫通するように一定の曲率で延びて、前記一方のセグメント及び前記他方のセグメントの内周面にそれぞれ開口する曲がり孔と、該曲がり孔に挿入されて該曲がり孔の開口部にてそれぞれ締結固定される曲がりボルトとが設けられたものであってもよい。
【００１５】
このような特徴のセグメントリングの継手構造によれば、曲がりボルトによって雄継手及び雌継手がそれぞれ両セグメントに強固に固定一体化されることから、より耐震性を向上させることが可能となる。
【００１６】
さらに、本発明に係るセグメントリングの継手構造においては、前記雄継手及び前記雌継手が、円管状の部材を該円管の軸線方向に分割することで形成された瓦状をなしていることを特徴としている。
円管状の部材に簡易な加工を施すことのみもって雄継手及び雌継手を構成することができるため、加工容易性及び生産性を担保することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るセグメントリングの継手構造によれば、二つのセグメントを凸曲面を備えた雄継手と凹曲面を備えた雌継手とによって接合することにより、軸力を確実に伝達することができるとともに、応力や曲げモーメントを分散させてセグメントリングの強度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態である扁平セグメントリングの継手構造について、図１から図４に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る扁平セグメントリングを示す断面図、図２は扁平セグメントリングの断面形状の構成を示す説明図、図３は扁平セグメントリングの脚部付近を示す拡大図、図４は本実施形態の扁平セグメントリングに係る継手構造の拡大図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態による扁平セグメントリングの補強構造１は、道路、鉄道、共同溝などに採用されるトンネルであって、シールド工法によって地山内に延設された断面馬蹄形状（以下、この形状を「扁平」と称する）をなす扁平セグメントリング２に適用される。扁平セグメントリング２は、湾曲した複数の内部に鉄筋を配設したコンクリートセグメント２０が環状に組み合わされて構築されている。
【００２０】
ここで、馬蹄形状をなす扁平セグメントリング２の詳細構成について図面に基づいて説明する。
図２に示すように、扁平セグメントリング２の断面形状は、それぞれが所定位置に円心を有する４つの円の円弧の一部を繋いた形状に設計されたものであり、略上半部の円弧領域の一部を形成する半径Ｒ１の中円２Ａと、底盤部の円弧領域の一部を形成する半径Ｒ２の大円２Ｂと、側部から底盤部にかけて断面視左右斜め下方に位置する円弧領域の一部を形成する半径Ｒ３の小円２Ｃ、２Ｃとから構成されている。この小円２Ｃ、２Ｃの円弧領域を、「トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２」として以下説明する。
【００２１】
次に、図１に示すように、扁平セグメントリング２の補強構造１について説明する。
各トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２の領域には、扁平セグメントリング２の周方向に配置されるセグメント２０、２０間を連結する継手構造１０が設けられている。ここで、この継手構造１０の下方側に配置されたセグメントを脚部セグメント２１とし、同じく上方側に配置されたセグメントを側壁部セグメント２２とする。
【００２２】
そして、扁平セグメントリング２は、断面視で左右に位置する脚部セグメント２１、２１から底盤部２３に向かうにしたがってセグメントの厚さ寸法が大きくなっている。
また、図１に示すように、扁平セグメントリング２には、脚部セグメント２１、２１の内空側の間を略水平方向に延在させて水平方向に引張力を受けもつＰＣ鋼材３０（水平補強部材）と、水平方向の圧縮力を受けもつ床版４０とが設けられている。
【００２３】
次に、継手構造１０の詳細構成について図面に基づいて説明する。
図３及び図４示すように、継手構造１０は、側壁部セグメント２２の下端接合面２２ａに埋設されている雄継手１１と、雄継手１１と対向する位置で脚部セグメント２１の上端接合面２１ａに埋設されている雌継手１２とから構成されている。
【００２４】
雄継手１１は、例えば鋼材や硬質樹脂等からなる円管状の部材が縦方向に分割されることにより形成された瓦状をなしており、当該瓦状の外周面である凸曲面１１ａが上記下端接合面２２ａの外側を向くように、かつ当該凸曲面１１ａがトンネル方向（紙面に直行する方向）に延在するように埋設されることによって、側壁部セグメント２２に取り付けられている。これによって、雄継手１１の凸曲面１１ａの頂部は、トンネル方向に延在することになる。
なお、この雄継手１１は、上記鋼材や硬質樹脂に代えて繊維補強高硬度コンクリート、セラミック、鋳鉄等から形成されていてもよい。
【００２５】
また、雄継手１１が下端接合面２２ａに埋設された際には、側壁部セグメント２２内の鉄筋（図示省略）に固定されたインサート１３が雄継手１１の内周面１１ｂに連結されることによって、当該雄継手１１が側壁部セグメント２２に対して強固に固定されている。
【００２６】
雌継手１２は、雄継手１１と同様に、例えば鋼材や硬質樹脂等からなる円管状の部材が縦方向に分割されることにより形成された瓦状をなしており、当該瓦状の内周面である凹曲面１２ａが、脚部セグメント２１の上端接合面１２ａの外側を向くように、かつ当該凹曲面１２ａがトンネル方向に延在するように埋設されることによって、脚部セグメント２１に取り付けられている。これによって、雌継手１２の凹曲面１２ａの底頂部は、トンネル方向に延在することになる。
また、この雌継手１２についても、雄継手１１と同様に、上記鋼材や硬質樹脂に代えて繊維補強高硬度コンクリート、セラミック、鋳鉄等から形成されていてもよい。
【００２７】
なお、雌継手１２の凹曲面１２ａの曲率と、雄継手１１の凸曲面１１ａの曲率とを比較すると、雄継手１１の凸局面１１ａの方が雌継手１２の凹曲面１２ａよりも僅かに大きなものとなるように形成されている。
【００２８】
また、詳しくは図４に示すように、雌継手１２が脚部セグメント２１の上端接合面２１ａに埋設された際には、脚部セグメント２１内の鉄筋（図示省略）に固定されたインサート１４が雌継手１２の外周面１２ｂに連結されることによって、当該雌継手１２が脚部セグメント２１に対して強固に固定されている。
【００２９】
そして、上記のような雄継手１１の凸曲面１１ａが雌継手１２の凹曲面１２ａに嵌り込むことによって雄継手１１と雌継手１２が連結される。この際、上記のように凸曲面１１ａと凹曲面１２ａの曲率が異なることから、雄継手１１の凸曲面１１ａの頂部のみが雌継手１２の凹曲面１２ａの頂底部に当接する。したがって、雄継手１１と雌継手１２とは互いに線接触することになり、当該接触部を介して扁平セグメントリング２の周方向の軸力が伝達される。
なお、このように雄継手１１及び雌継手１２によって側壁部セグメント２１と脚部セグメント２２とが連結された際には、当該雄継手１１と雌継手１２とが接触する以外は、側壁部セグメント２２の下端接合面２２ａと脚部セグメント２１の上端接合面２１ａが接触することはなく、一定の隙間１５が形成されている。これにより、側壁部セグメント２１と脚部セグメント２２との軸力は当該雄継手１１及び雌継手１２のみを介して伝達されることなる。
【００３０】
図１に示すように、床版４０は、予め工場などで製造されるプレキャスト製であり、略長方形状をなし、トンネル軸方向に連結され、その長手方向をトンネル軸方向に直交させる方向に配置させ、扁平セグメントリング２の底盤部２３に設けられた支柱３上に所定の高さとなるように載置させている。
そして、図３に示すように、床版４０には、その長手方向に貫通した挿通孔４１が形成され、その挿通孔４１に円筒形状のシース管４２が挿入され、そのシース管４２内にＰＣ鋼材３０が挿通されている。このようにＰＣ鋼材３０を床版４０に内蔵させた構成とすることで、トンネル空間を有効に使うことができる。
【００３１】
また、図１及び図３に示すように、脚部セグメント２１の内周面２１ｂと床版４０の側面４０ａ（すなわち、脚部セグメント２１、２１側の面）との間には、鋼材などからなる圧縮伝達部材５０が設けられている。扁平セグメントリング２に略水平方向の圧縮力が作用するとき、この圧縮力が圧縮伝達部材５０を介して床版４０に伝達される作用をなしている。さらに、圧縮伝達部材５０は、床版４０の側方下端部４０ｂ、４０ｂを下方より支持するように、横方向中心に向けて張り出して形成されている。
【００３２】
さらに図３に示すように、ＰＣ鋼材３０は、雄ネジを形成させた両端部３０ａ、３０ａを床版４０の両側面４０ａ、４０ａより突出させ、ＰＣ鋼材３０の両端部３０ａ、３０ａを脚部セグメント２１、２１に一体となるように固定させている。
つまり、脚部セグメント２１、２１には、床版４０を所定の位置に設置した状態で、ＰＣ鋼材３０と同軸となるように棒状の異形鋼材６１が埋設されている。この異形鋼材６１は、雄ネジが形成された端部６１ａを、脚部セグメント２１の内周面２１ｂを切り欠いて形成させた切欠部（図示省略）で露出させている。
【００３３】
そして、異形鋼材６１とＰＣ鋼材３０とを連結させる手段として、円筒形状のカップラー６２が設けられている。このカップラー６２は、内面に雌ネジを形成させ、一方の内面に異形鋼材６１の端部６１ａを螺合させ、他方の内面にＰＣ鋼材３０の端部３０ａを螺合させている。このように、両トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２において、ＰＣ鋼材３０と異形鋼材６１とを螺合させた状態でカップラー６２を締め付けると、異形鋼棒６１とＰＣ鋼材３０とを均一に締め付けることができ、ＰＣ鋼材３０に水平方向の引張力を受けもたせることができる。
【００３４】
そして、水平方向に引張力を負担させたＰＣ鋼材３０によって扁平セグメントリング２に水平方向の圧縮力が発生するが、この圧縮力を上述した床版４０によって受けもたせることができる。このように、床版４０は、ＰＣ鋼材３０を補強する効果を有し、ＰＣ鋼材３０に与える圧縮力を抑制することができる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る扁平セグメントリング２の作用について継手構造１０の作用を中心として説明する。
扁平セグメントリング２には、その断面形状が扁平であることから土圧やセグメント自重により上下方向にトンネル断面が潰れるようにして圧縮力が作用し、トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２付近にトンネルの外側に向けた応力が集中して最大曲げモーメントが発生し、特にトンネル施工時や地震発生時等の外力が加わる場合には曲げモーメントの値は大きなものとなる。
なお、このトンネル脚部Ｋ１、Ｋ２付近には、セグメントリング２を外周側に張り出すように撓ませる、いわゆる負のモーメントが作用する。
【００３６】
ここで、本実施形態における継手構造１０においては、扁平セグメントリング２に上下方向の圧縮力が作用したときには、脚部セグメント２１の雌継手１２と側壁部セグメント２２の雄継手１１とが、それぞれの凸曲面及び凹曲面に沿って揺動し、当該凸曲面１１ａ及び凹曲面１２ａにおける線接触箇所をずらすように相対移動する。これにより、扁平セグメントリング２の外周側の隙間１５を大きくさせ、反対に内周側の隙間１５を小さくさせるように作用し、曲げモーメントによる力を適宜逃がして応力の集中を緩和させることが可能となる。
【００３７】
また、トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２の所定位置において、ＰＣ鋼材３０を設け、このＰＣ鋼材３０に、扁平セグメントリング２を内空側に引っ張る方向（水平方向に圧縮力を作用させる方向）に引張力を受けもたせことでより、トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２付近に作用する負の曲げモーメントさらに小さくさせることができる。さらにこれに加え、曲げモーメントが大きなトンネル脚部から底盤部までの扁平セグメントリング２の厚さ寸法をその上方部より大きくしておくことで、より曲げモーメントを小さくさせることができる。
【００３８】
一方、本実施形態に係る扁平セグメントリングの継手構造１０においては、トンネル脚部Ｋ１、Ｋ２における側壁部セグメント２１及び脚部セグメント２２とは、雄継手１１の凸曲面１１ａと雌継手１２の凹曲面１２ａとが線接触することによってセグメントリング周方向の軸力が伝達され、両セグメント２１、２２の上端接合面２１ａと下端接合面２２ａが直接的に接触することはない。したがって、トンネルへの圧縮力や曲げモーメントによる応力が直接的に両セグメント２１、２２に生じることはなく応力が集中するのを防ぐことができるため、クラック等の発生を抑制することが可能となる。
【００３９】
また、雄継手１１及び雌継手１２の接触部より生じる応力は、当該雄継手１１及び雌継手１２の厚みに応じて分散されて側壁部セグメント２２又は脚部セグメント２１に伝達されるため、これら両セグメント２１、２２に生じる応力をより低減させることが可能となる。
【００４０】
さらに、より大きな圧縮力がトンネルに作用した際には、当該圧縮力及びこれによる曲げモーメントにより、鋼材又は硬質樹脂等からなる雄継手１１の凸曲面１１ａが広がるように撓むことによって、当該雄継手１１の凸曲面１１ａと雌継手１２の凹曲面１２ａとが線接触から面接触に移行する。
これによって、連結箇所に生じる応力をより分散させることができ、両セグメント２１、２２に伝達されて生じる応力をより低減させることが可能となる。さらに、このように雄継手１１及び雌継手１２が面接触した場合、扁平セグメントリング２周方向の軸力をより確実に伝達することが可能となる。
【００４１】
また、雄継手１１及び雌継手１２はそれぞれインサート１３、１４によって側壁部セグメント２１又は脚部セグメント２２に強固に固定一体化されているため、曲げモーメントにより当該雄継手１１及び雌継手１２に生じるせん断力に対抗することができる。
【００４２】
さらに、雄継手１１及び雌継手１２が、鋼材や硬質樹脂等からなる円管状の部材を該円管の軸線方向に分割することで形成された瓦状をなしているため、上記円管状の部材に簡易な加工を施すことのみをもって雄継手１１及び雌継手１２を製作することができるため、加工容易性及び生産性を担保することができる。
【００４３】
上述のように、本実施形態に係る扁平セグメントリング２の継手構造１０によれば、脚部セグメント２１と側壁部セグメント２２とを、凸曲面１１ａを備えた雄継手１１と凹曲面１２ａを備えた雌継手１２とによって連結することにより、軸力を確実に伝達することができるとともに、応力や曲げモーメントを分散させて扁平セグメントリング２の強度を向上させることが可能となる。
従って、たとえ施工時や地震発生時等にトンネルに大きな圧縮力が作用し、これによってトンネル脚部Ｋ１、Ｋ２に大きな曲げモーメントが発生したとしても、コンクリートセグメント２０にクラック等の損傷を発生させずしてトンネル構造を維持することが可能となる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態の扁平セグメントリング２の継手構造１０について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、雄継手１１及び雌継手１２の厚みは、図３及び図４に示す比較的厚みの大きなものから、図５に示すような比較的厚みの小さなものまで適宜選択可能である。
【００４５】
また、扁平セグメントリング２の継手構造１０の変形例として、例えば図６に示すような構成であってもよい。
即ち、図６における継手構造１０においては、上述の構成に加えて、側壁部セグメント２２の内周面２２ｂ及び脚部セグメント２１の内周面２１ｂに、それぞれ切欠部７１、７１が形成されている。そして、この２つの切欠部７１、７１を連通するようにして側壁部セグメント２２、雄継手１１、雌継手１２及び脚部セグメント２１を連続して貫通する曲がり孔７２が穿設されている。この曲がり孔７２は一定の曲率でもって滑らかな円弧を描くように形成されており、その円弧の頂部付近が雄継手１１及び雌継手１２を通過するように構成されている。
さらに、この曲がり孔７２には、該曲がり孔７２と等しい曲率を有する曲がりボルト７３が挿入されており、該曲がりボルト７３の両端はそれぞれ切欠部７１、７１から突出した状態で固定ナット７４及び座金７５等の締結手段により締結固定されている。
以上のような構成の変形例の継手構造１０においては、曲がりボルト７３によって、雄継手１１及び雌継手１２がそれぞれ両セグメント２１、２２に強固に固定一体化される。これにより、耐震性を向上させることが可能となる。
【００４６】
さらに、上端接合面２１ａ及び下端接合面２２ａにおける雄継手１１及び雌継手１２のが設けられる範囲は上記実施形態に限定されず、例えばこれら上端接合面２１ａ及び下端接合面２２ａ全体を範囲とするものや、図３、図４及び図５よりも小さな範囲に設けられているものであってもよい。
【００４７】
また、本実施形態においては、側壁部セグメント２２に雄継手１１が、脚部セグメント２１に雌継手１２が設けられた構成とされているが、これとは逆に、脚部セグメント２１に雄継手１１が、側壁部セグメント２２に雌継手１２が設けられた構成であってもよい。
【００４８】
さらにまた、上記説明した継手構造１０は、扁平セグメントリング２のみならず、断面略円形のトンネル空間を形成する円形セグメントリングにも適用可能である。この場合であっても、上記同様に、軸力を確実に伝達させるとともに応力や曲げモーメントを分散させて円形セグメントリングの強度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態に係る扁平セグメントリングを示す断面図である。
【図２】扁平セグメントリングの断面形状の構成を示す説明図である。
【図３】扁平セグメントリングの脚部付近を示す拡大図である。
【図４】本実施形態の扁平セグメントリングに係る継手構造の拡大図である。
【図５】雄継手及び雌継手の厚みが比較的薄い場合の継手構造の拡大図である
【図６】変形例の扁平セグメントリングの継手構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２ 扁平セグメントリング（セグメントリング）
１０ 継手構造
１１ 雄継手
１１ａ 凸曲面
１２ 雌継手
１２ａ 凹曲面
１３、１４ インサート
２０ コンクリートセグメント（セグメント）
２１ 脚部セグメント（セグメント）
２１ａ 上端接合面（接合端面）
２２ 側壁部セグメント(セグメント)
２２ａ 下端接合面（接合端面）
Ｋ１、Ｋ２ トンネル脚部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドトンネルに構築されたセグメントリングの断面視斜め下方に位置するトンネル脚部におけるセグメントリングの継手構造であって、
前記トンネル脚部で連結される一方のセグメントの接合端部に、該接合端部の外側に向かって突出してトンネル方向に沿って延びる凸曲面を有する雄継手が設けられるとともに、
他方のセグメントの接合端部に、該接合端部の内側に向かって凹んでトンネル方向に沿って延びる凹曲面を有し前記雄継手と連結される雌継手が設けられ、
前記雄継手及び前記雌継手は、鋼材又は硬質樹脂から形成されており、
前記雄継手の前記凸曲面の曲率が前記雌継手の前記凹曲面の曲率よりも僅かに大きくされていることを特徴とするセグメントリングの継手構造。
【請求項２】
前記雄継手及び前記雌継手が、前記鋼材又は前記硬質樹脂に代えて、繊維補強高硬度コンクリート、セラミック及び鋳鉄のいずれかから形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセグメントリングの継手構造。
【請求項３】
前記雄継手及び前記雌継手を、それぞれ前記一方のセグメント又は前記他方のセグメントに対して固定するインサートが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメントリングの継手構造。
【請求項４】
前記一方のセグメント、前記雄継手、前記雌継手及び前記他方のセグメントを連続して貫通するように一定の曲率で延びて、前記一方のセグメント及び前記他方のセグメントの内周面にそれぞれ開口する曲がり孔と、
該曲がり孔に挿入されて該曲がり孔の開口部にてそれぞれ締結固定される曲がりボルトとが設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメントリングの継手構造。
【請求項５】
前記雄継手及び前記雌継手が、円管状の部材を該円管の軸線方向に分割することで形成された瓦状をなしていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のセグメントリングの継手構造。
【請求項１】
シールドトンネルに構築されたセグメントリングの断面視斜め下方に位置するトンネル脚部におけるセグメントリングの継手構造であって、
前記トンネル脚部で連結される一方のセグメントの接合端部に、該接合端部の外側に向かって突出してトンネル方向に沿って延びる凸曲面を有する雄継手が設けられるとともに、
他方のセグメントの接合端部に、該接合端部の内側に向かって凹んでトンネル方向に沿って延びる凹曲面を有し前記雄継手と連結される雌継手が設けられ、
前記雄継手及び前記雌継手は、鋼材又は硬質樹脂から形成されており、
前記雄継手の前記凸曲面の曲率が前記雌継手の前記凹曲面の曲率よりも僅かに大きくされていることを特徴とするセグメントリングの継手構造。
【請求項２】
前記雄継手及び前記雌継手が、前記鋼材又は前記硬質樹脂に代えて、繊維補強高硬度コンクリート、セラミック及び鋳鉄のいずれかから形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセグメントリングの継手構造。
【請求項３】
前記雄継手及び前記雌継手を、それぞれ前記一方のセグメント又は前記他方のセグメントに対して固定するインサートが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメントリングの継手構造。
【請求項４】
前記一方のセグメント、前記雄継手、前記雌継手及び前記他方のセグメントを連続して貫通するように一定の曲率で延びて、前記一方のセグメント及び前記他方のセグメントの内周面にそれぞれ開口する曲がり孔と、
該曲がり孔に挿入されて該曲がり孔の開口部にてそれぞれ締結固定される曲がりボルトとが設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメントリングの継手構造。
【請求項５】
前記雄継手及び前記雌継手が、円管状の部材を該円管の軸線方向に分割することで形成された瓦状をなしていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のセグメントリングの継手構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−４３４５８（Ｐ２０１０−４３４５８Ａ）
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０７７９４（Ｐ２００８−２０７７９４）
【出願日】平成２０年８月１２日（２００８．８．１２）
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【出願人】（０００１９８３０７）石川島建材工業株式会社 (139)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１２日（２００８．８．１２）
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【出願人】（０００１９８３０７）石川島建材工業株式会社 (139)
【Ｆターム（参考）】
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