説明

セグメント及びその製造方法

【課題】簡便かつ安価に製造することが可能な鋼製セグメント及びその製造方法を提供する。
【解決手段】鋼製セグメント10は、トンネル軸方向の両端部に配置される一対の主桁12と、主桁12間に配設され、トンネル周方向に湾曲するスキンプレート14と、 スキンプレート14のトンネル周方向両端部に配設される一対の継手板16と、スキンプレート14の背面に打設されるコンクリート18と、主桁12間に配設される複数本の縦リブ20とを備え、主桁12は、矩形状の鋼板22から、同形の等脚台形のピース24を複数切り出され、切り出された複数のピース24のうち所定数のピース24を用いて、等脚台形の斜辺同士を接合したものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はセグメントに係り、特に簡便で安価に製造することが可能な技術に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、 鉄道や道路等に用いられる地下トンネルを構築する方法として, 掘削壁の内壁に円弧状のセグメントを組み立て覆工するシールド工法が多用されている。
このようなシールドトンネルに用いられるセグメントのうち鋼製セグメントは, 鋼板及び平鋼などを溶接して組み立てられた箱型構造を有している。
【0003】
図11は、一般的な鋼製セグメントの構造を示す斜視図である。
図11に示すように、鋼製セグメント100は、外周側に配設される断面が円弧状のスキンプレート114と、 トンネル軸方向の両端部にスキンプレート114の外側に周方向に沿って配置される一対の主桁112と、 スキンプレート114の周方向両端部に軸方向に沿って配設される一対の継手板116とを、 一面が開放された箱型に組み立て、その内側に主桁112間を軸方向に連結する縦リブ120を設置し、 これら各部材の接合部を隅肉溶接により接合して製造される。さらに、合成セグメントにあっては、このように製造された鋼製セグメント100の内部にコンクリートを充填して構成される。
【0004】
これら構成部材のうち、主桁112については、主桁112の板厚が厚い場合、又は曲げ半径が小さい場合、一枚の矩形状の鋼板22から複数枚切り出すことにより作製される。
【0005】
図12は、一枚の矩形状の鋼板22から複数枚の主桁112を切り出すためのレイアウトの一例を示す図である。
図12に示すように、一枚の鋼板22から円弧状の主桁を効率良く切り出すためには、隣接する主桁112同士の間隔をできるだけ狭めた配置にする必要がある。
【0006】
しかしながら、各主桁112をどのように配置しても、矩形状の鋼板22から円弧状の主桁112を複数枚切り出す場合には、円弧形状の内側、外側、及び端部に使いきれない残片22bが生じることにあり、材料ロスとなっていた。
【0007】
これに対し、従来よりセグメントリングの断面形状に多角形を採用することにより、材料ロスを軽減させる鋼製セグメントが提案されている。
【0008】
例えば、特許文献1には、鋼板を所要の形に切断し、それを冷間で折り曲げ加工を施すことにより、周方向の断面が台形又は三日月形の箱体を形成し、これらを周方向に連結することによりセグメントリングが形成することが可能な鋼製セグメント及びその製造方法が開示されている。
【特許文献1】特開2002−122000号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献1の図22に記載された鋼製セグメントでは、先に述べた本願の図12の主桁と同様に、鋼板から湾曲する主桁を切り出す際に残片が生じることになり、材料ロスが生じてしまう。
【0010】
また、特許文献1の図21に記載された鋼製セグメントでは、鋼板から、三日月形の箱体を形成する複雑な形状の展開図形を切り出したり、折り曲げ加工を施したりするのに労力を費やすとともに、これら切り出しや折り曲げを行うための設備が必要となり製造コストが嵩む。また、ここで切り出される展開図形のうち、隣接する主桁間には切り込みを入れる必要があり、残片が生じることになり、材料ロスが生じてしまう。
【0011】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、安価で簡便に製造することが可能なセグメント及びその製造方法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】
【0012】
上記の目的を達成するため、本発明は、セグメントであって、矩形状の鋼板から切れ出された、同形の等脚台形の複数のピースの、前記等脚台形の斜辺同士を接合してなる湾曲状の平板により主桁が構成されていることを特徴とする。
本発明のセグメントによれば、主桁を構成するピースを矩形状の鋼板から等脚台形状で切り出すことにより、残片をほとんど生じさせることなく鋼板を効率良く利用することができるので、材料コストを低減させることができる。
【0013】
また、本発明において、前記ピースは、横方向に隣接する同形の等脚台形向きが交互に反転するとともに、これら等脚台形の斜辺同士が共通するように、前記鋼板から切り出されてなることとしてもよい。
また、本発明において、前記主桁の外周側の縁部よりも背面側に、時間の経過とともに硬化して所定の圧縮強度を発現する硬化体を、トンネル周方向に湾曲する円弧形状になるように形成したこととしてもよい。
【0014】
特許文献1に記載されるような多角形状を有するセグメントリングをトンネル覆工に使用する場合、セグメントリングの外周面と、シールドマシンのスキンプレートの内周面との離間距離が一様ではなくなるため、テールシール部におけるテールブラシとセグメントリングの外周面の密着が困難となり、シール性を確保できないことがあるが、本構成によれば、セグメントリングの外周面にトンネル周方向に湾曲する円弧形状の硬化体が形成され、シールドマシンのスキンプレートの内周面との離間距離が一様になるので、テールブラシによるシール性を確保することができる。
【0015】
また、シールドマシンは、掘進するための推進力を、マシン後方に備えるシールドジャッキをセグメントの主桁に押し当てることにより得ているが、本構成によれば、主桁間に硬化体が設けられていることにより、マシン推進時に作用するセグメントへの軸力に対する耐力が向上する。これにより、かかる軸力に抵抗するために設置される縦リブの量を低減することができる。
【0016】
また、本発明において、前記硬化体として、コンクリートを用いたこととしてもよい。
【0017】
また、本発明は、セグメントの製造方法であって、矩形状の鋼板から、同形の等脚台形のピースを複数切り出す第1の工程と、前記切り出された複数のピースの前記等脚台形の斜辺同士を接合して湾曲する平板状の主桁を作製する第2の工程と、板面が対向するように互いに平行に配置された一対の前記主桁間に、前記主桁の湾曲形状に沿うように湾曲するスキンプレートを固定する第3の工程と、前記スキンプレートの背面に、前記主桁の外周側の縁部よりも背面側に、時間の経過とともに硬化して所定の圧縮強度を発現する硬化体を、トンネル周方向に湾曲する円弧形状になるように形成する第4の工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、簡便かつ安価に製造することが可能なセグメント及びその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明の好ましい一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る鋼製セグメント10を示し、同図(a)はセグメントの内側から見た斜視図、同図(b)はセグメントの背面から見た斜視図である。
【0020】
図1に示すように、鋼製セグメント10は、トンネル軸方向の両端部に配置される一対の主桁12と、主桁12間に配設され、トンネル周方向に湾曲するスキンプレート14と、 スキンプレート14のトンネル周方向両端部に配設される一対の継手板16と、スキンプレート14の背面に打設されるコンクリート18と、主桁12間に配設される複数本の縦リブ20とを備えている。
【0021】
図2は、本実施形態に係る鋼製セグメント10の製造工程を示すフローである。
図2に示すように、鋼製セグメント10の製造方法は、ピースを切り出す第1の工程S10と、主桁を作製する第2の工程S20と、鋼部材を組み立てる第3の工程S30と、コンクリートを打設する第4の工程S40と、を備える。以下、各工程について順に説明する。
【0022】
本実施形態に係る主桁12は、通常のセグメントの主桁112(図11又は図12参照)のように、主桁が円弧曲線状ではなく、複数の等脚台形状の平板を周方向に連結して構成されており、第1の工程S10では、矩形状の鋼板22から、同形の等脚台形状のピース24を複数切り出して作製する。
【0023】
図3は、矩形状の鋼板22から、主桁12を構成するピース24を複数枚切り出すためのレイアウトの一例を示す図である。
図3に示すように、同形の等脚台形を有するピース24を鋼板22から複数枚切り出すべく、切り出すための切断線を次に説明するように設定する。
【0024】
まず、矩形状の鋼板22の横辺LHに平行する横切断線L1を、縦方向に等間隔に設定する(S12)。なお、図3では、3本の横切断線L1を設定している。次に、横辺LHと横切断線L1間、又は各横切断線L1間に、等角度に傾斜する斜切断線L2を、横方向にその傾斜の向きが交互に反転するように、等間隔に設定する(S14)。すなわち、横方向に隣接する同形の等脚台形向きが交互に反転するとともに、これら等脚台形の斜辺同士が共通するように、等脚台形の輪郭の切断線が設定されることになる。
【0025】
このように、ピース24の切り出すための切断線を設定することにより、ピース24を切り出し後、ピース24間における鋼板22のロスがなくなる。なお、図3のレイアウトの例では、鋼板22から16枚の同形の等脚台形が作製され、ここで矩形状の鋼板22から生じる残片22aは、鋼板22の横方向両端の小部分のみとなる。
【0026】
第2の工程S20では、切り出された複数のピース24を使って主桁12を作製する。
図4は、ピース24により構成される主桁12の平面図である。
【0027】
図4に示すように、切り出された複数のピース24のうち所定数のピース24を、各等脚台形の互いに平行な辺のうち短辺を内周側に配置するとともに、隣接する等脚台形の斜辺同士を溶接等により接合することにより、湾曲する平板状の主桁12を作製する。図3、図4の例では、4枚のピース24から1枚の主桁12が構成され、1枚の鋼板22から4枚の主桁12を作製することができる。なお、図12に示す従来技術では、同じ寸法の矩形状の鋼板22から、同様の寸法の円弧状の主桁12を3枚しか作製することができない。
【0028】
以上のように作製した主桁12に、覆工時にトンネル軸方向のセグメントと連結するためのボルトを挿通する孔26を所定の位置に設ける。
【0029】
第3の工程S30では、鋼製セグメント10を構成する、主桁12と、スキンプレート14と、継手板16とを組み立てる。
【0030】
図5は、鋼部材組立の際の主桁12の配置を示し、同図(a)はセグメントの内側から見た斜視図、同図(b)はセグメントの背面から見た斜視図である。
図5に示すように、作製された複数の主桁12のうち一対の主桁12を、鋼製セグメントにおけるトンネル軸方向の両端に、板面が対向するように互いに平行に配置する。
【0031】
図6は、鋼部材組立の際のスキンプレート14の設置状況を示し、同図(a)はセグメントの内側から見た斜視図、同図(b)はセグメントの背面から見た斜視図である。
図6に示すように、配置された主桁12間に、トンネル周方向に湾曲するスキンプレート14を設置し、例えば、主桁12と溶接することより主桁12間に固定する。ここで、スキンプレート14は、後述の鋼製セグメントの背面側に打設されるコンクリート18の内型枠としての役割も有する。スキンプレート14は、主桁12間であれば、外周側の縁部、内周側の縁部、或いは外周と内周との中間部のどの位置に設置してもよい(本実施形態では中間部)。また、スキンプレート14のトンネル周方向の断面形状は、湾曲する形状であれば円弧状や折れ線状等など特に限定されない(本実施形態では円弧状)。
【0032】
図7は、鋼部材組立の際の継手板16の設置状況を示し、同図(a)はセグメントの内側から見た斜視図、同図(b)はセグメントの背面から見た斜視図である。
図7に示すように、継手板設置工程S50では、一対の継手板16を、スキンプレート14のトンネル周方向両端の辺に沿ってスキンプレート14に対して垂直に配設し、スキンプレート14に溶接等で固定する。この継手板16は、矩形状を有し、例えば、鋼板等から切り出されたものである。なお、継手板16にも、トンネル覆工時にトンネル周方向のセグメントと連結するためのボルトを挿通する孔26を所定の位置に設ける。
【0033】
図8は、鋼部材組立の際の縦リブ20の設置状況を示し、同図(a)はセグメントの内側から見た斜視図、同図(b)はセグメントの背面から見た斜視図である。
【0034】
図8に示すように、縦リブ設置工程S60では、主桁12間に複数本の縦リブ20を、主桁12又はスキンプレート14と溶接することにより設置する。縦リブ20としては、例えば、平板をL字に屈曲させたものを用いることができる。
【0035】
図9は、第4の工程S40におけるコンクリート打設状況を示し、同図(a)はセグメントの内側から見た斜視図、同図(b)はセグメントの背面から見た斜視図である。
図9に示すように、第4の工程S40では、コンクリート18を、スキンプレート14の背面側に、その外周面がトンネル周方向に湾曲する円弧形状になるように打設する。ここでコンクリート18の厚みが、主桁12の外周側の縁部よりも背面側の位置にまで形成されるようにする。
【0036】
このように、鋼製セグメント10に円弧状の背面が形成されることにより、セグメントリングとして組み立ててトンネル壁面を覆工した場合に、セグメントリングの外周面と、シールドマシンのスキンプレート14の内周面との離間距離が一様になる。これにより、テールシール部におけるテールブラシとセグメントリングの外周面の密着が着実になされ、テールブラシによるシール性が確保される。
【0037】
また、シールドマシンは、掘進するための推進力を、マシン後方に備えるシールドジャッキをセグメント10の主桁12に押し当てることにより得ているが、本実施形態では、主桁12間にコンクリート18が打設されていることにより、マシン推進時に作用するセグメント10への軸力に対する耐力が向上する。これにより、かかる軸力に抵抗するために設置される縦リブ20の量の低減を実現している。
【0038】
なお、本実施形態では、スキンプレート14の背面側にコンクリート18を打設するとしたが、これに限らず、スキンプレート14の内面側にもコンクリート18を打設してもよい。これにより、さらに一層、マシン推進時に作用するセグメント10への軸力に対する耐力が向上する。
【0039】
ただし、主桁12又は継手板16のボルトを挿通するための孔26が閉塞されてしまうような場合には、図10に示すように、鋼製セグメントの内面側にコンクリート18を打設する際、各孔26の位置に角材28を設けることにより、その部分にコンクリート18が充填されないようにし、コンクリート18が硬化後、角材28等を脱型することにより孔26の閉塞を防ぐ。
【0040】
また、本実施形態では、鋼製セグメント10の背面又は内面に打設するものとしてコンクリート18を用いたが、これに限らず、時間の経過とともに硬化して所定の圧縮強度を発現する硬化体であればどのようなものを用いてもよい。ここで所定の圧縮強度とは、少なくとも、トンネル覆工時にシールドマシンのテールブラシが擦れても破損しない程度の強度のことをいう。このような硬化体としては、例えば、合成樹脂やモルタル等を用いることができる。
【0041】
以上説明した本実施形態に係る鋼製セグメント10によれば、矩形状の鋼板22から、同形の等脚台形のピース24を複数切り出し、切り出された複数のピース24のうち所定数のピース24を用いて、等脚台形の斜辺同士を接合して湾曲状の平板を作製し、湾曲状の平板を主桁12として用いる。ここで、ピース24は、横方向に隣接する同形の等脚台形向きが交互に反転するとともに、これら等脚台形の斜辺同士が共通するような配置で、等脚台形の輪郭の切断線が鋼板22に画定され、鋼板22から切断線に沿って切り出される。これにより、矩形状の鋼板22から、主桁12部材となる同形の等脚台形のピース24を、残片をほとんど生じさせることなく、効率良く複数枚切り出すことができるので、鋼板22の材料コストを低減させることができる。
【0042】
なお、本実施形態に係る鋼製セグメント10では、主桁12を鋼板22から切り出すことにより作製したが、これに限らず、例えば、断面がC形を有するCチャンネル材を用いて、Cチャンネル材を軸方向に等脚台形状に切断し、これら等脚台形状に切り出されたCチャンネルの部材の斜辺同士を接合することにより主桁12を作製してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本実施形態に係る鋼製セグメントを示し、同図(a)はセグメントの内側から見た斜視図、同図(b)はセグメントの背面から見た斜視図である。
【図2】本実施形態に係る鋼製セグメントの製造工程を示すフローである。
【図3】矩形状の鋼板22から、主桁12を構成するピース24を複数枚切り出すためのレイアウトの一例を示す図である。
【図4】ピース24により構成される主桁12の平面図である。
【図5】鋼部材組立の際の主桁12の配置を示し、同図(a)はセグメントの内側から見た斜視図、同図(b)はセグメントの背面から見た斜視図である。
【図6】鋼部材組立の際のスキンプレート14の設置状況を示し、同図(a)はセグメントの内側から見た斜視図、同図(b)はセグメントの背面から見た斜視図である。
【図7】鋼部材組立の際の継手板16の設置状況を示し、同図(a)はセグメントの内側から見た斜視図、同図(b)はセグメントの背面から見た斜視図である。
【図8】鋼部材組立の際の縦リブ20の設置状況を示し、同図(a)はセグメントの内側から見た斜視図、同図(b)はセグメントの背面から見た斜視図である。
【図9】第4の工程S40におけるコンクリート打設状況を示し、同図(a)はセグメントの内側から見た斜視図、同図(b)はセグメントの背面から見た斜視図である。
【図10】スキンプレート14の内面側にコンクリート18を打設した場合における鋼製セグメントを内面から見た斜視図である。
【図11】一般的な鋼製セグメントの構造を示す斜視図である。
【図12】一枚の矩形状の鋼板22から複数枚の主桁12を切り出すためのレイアウトの一例を示す図である。
【符号の説明】
【0044】
10、100 鋼製セグメント
12、112 主桁
14、114 スキンプレート
16、116 継手板
18 コンクリート
20、120 縦リブ
22 鋼板
24 ピース
S10 第1の工程
S20 第2の工程
S30 第3の工程
S40 第4の工程

【特許請求の範囲】
【請求項1】
矩形状の鋼板から切れ出された、同形の等脚台形の複数のピースの、前記等脚台形の斜辺同士を接合してなる湾曲状の平板により主桁が構成されていることを特徴とするセグメント。
【請求項2】
前記ピースは、横方向に隣接する同形の等脚台形向きが交互に反転するとともに、これら等脚台形の斜辺同士が共通するように、前記鋼板から切り出されてなることを特徴とする請求項1に記載のセグメント。
【請求項3】
前記主桁の外周側の縁部よりも背面側に、時間の経過とともに硬化して所定の圧縮強度を発現する硬化体を、トンネル周方向に湾曲する円弧形状になるように形成し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。
【請求項4】
前記硬化体として、コンクリートを用いたことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のセグメント。
【請求項5】
セグメントの製造方法であって、
矩形状の鋼板から、同形の等脚台形のピースを複数切り出す第1の工程と、
前記切り出された複数のピースの前記等脚台形の斜辺同士を接合して湾曲する平板状の主桁を作製する第2の工程と、
板面が対向するように互いに平行に配置された一対の前記主桁間に、前記主桁の湾曲形状に沿うように湾曲するスキンプレートを固定する第3の工程と、
前記スキンプレートの背面に、前記主桁の外周側の縁部よりも背面側に、時間の経過とともに硬化して所定の圧縮強度を発現する硬化体を、トンネル周方向に湾曲する円弧形状になるように形成する第4の工程と、を備えることを特徴とするセグメントの製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【公開番号】特開2009−293223(P2009−293223A)
【公開日】平成21年12月17日(2009.12.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−146166(P2008−146166)
【出願日】平成20年6月3日(2008.6.3)
【出願人】(000000549)株式会社大林組 (1,758)
【Fターム(参考)】