セグメント
【課題】コンクリートの密実性を確保しながら薄壁化を図ることができる、トンネル、立杭、坑道、又はアンダーパス用のＲＣセグメント又は合成セグメントの薄壁化を図ることができるセグメントを提供することを目的とする。
【解決手段】トンネル、立杭、坑道、又はアンダーパス用のＲＣセグメント又は合成セグメントであって、当該セグメントのコンクリートの外縁側及び内縁側に、平鋼板からなりセグメント長さに略等しいエッジ材が、前記セグメントの幅方向において、当該幅方向の中央を通る前記セグメントの長手方向線に対し略線対称となるように複数本間隔を置いて配置され、且つ、前記各エッジ材におけるセグメント幅方向の寸法は、前記各エッジ材におけるセグメントの桁高方向の寸法よりも大きくする。
【解決手段】トンネル、立杭、坑道、又はアンダーパス用のＲＣセグメント又は合成セグメントであって、当該セグメントのコンクリートの外縁側及び内縁側に、平鋼板からなりセグメント長さに略等しいエッジ材が、前記セグメントの幅方向において、当該幅方向の中央を通る前記セグメントの長手方向線に対し略線対称となるように複数本間隔を置いて配置され、且つ、前記各エッジ材におけるセグメント幅方向の寸法は、前記各エッジ材におけるセグメントの桁高方向の寸法よりも大きくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネル内に覆工体として用いられるＲＣセグメント若しくは合成セグメント、または、立抗、坑道、若しくはアンダーパス等の土木構造物に用いられるＲＣセグメント若しくは合成セグメントに関し、特にセグメント桁高の薄壁化を図ることができるセグメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネル、立抗、坑道、又はアンダーパス等において、都市部等で特に施工コスト増の大きな要因となる用地買収費用を抑えるための設置容積の低減や、施工時の掘削土量の削減及び掘削機やセグメント設置に用いる機械の小型化等による施工費削減のために、セグメントの薄壁化を図る試みがなされている。
【０００３】
そのため、従来技術では、（１）薄壁化の際に生じるセグメントの剛性低下防止やセグメントの曲げ耐力向上を図るために、主として使用鉄筋量を増やすことで対応している。
【０００４】
また、（２）ＲＣセグメントでは、図１３に示すような、セグメント３０の中に鉄筋の代わりに鉄筋と同じ位置にフラットバー２０と呼ばれる平鋼を用いることで、鉄筋単独使用時よりも主筋の有効高さを増すことができ、少ない鋼材量で同程度の耐力を得ることができる方法も開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
また、（３）鉄筋を全く使用しないでＲＣセグメントを構成する技術も、特許文献１に開示されており、これは、板状の鋼板をセグメント幅方向に波状に複数箇所折り曲げて、セグメントの内縁側及び外縁側に帯状部を形成すると共にセグメント内に複数箇所の台形状の空間を形成し、当該複数の台形状の空間内にコンクリートを充填してＲＣセグメントを形成している。
【特許文献１】特開平１０−２８０８９０号公報
【非特許文献１】小泉淳監修「セグメントの新技術」土木工学社、２０００年２月１０日、p.１０１−１０3
【非特許文献２】コンクリート標準示方書［施工編］（土木学会発行２００２年制定）p.１２０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、セグメントの薄壁化の際に問題となる剛性低下を、従来技術（１）のように使用鉄筋量を増やすことで抑制しようとすると、鉄筋間隔が狭くなることにより、コンクリートの打設性、コンクリートの密実性が損なわれるという問題がある。
【０００７】
また非特許文献１にあるような前記（２）の鉄筋と鉄筋の代わりにフラットバー２０を用いたＲＣセグメント３０では、セグメントの桁高を小さくするとフラットバー２０の距離が近くなる為にフラットバー２０間にコンクリート４を充填しづらくなり、コンクリート４の未充填箇所が発生し易いといった問題が懸念される。
【０００８】
また、特許文献１のような板状の鋼板を使用した形態の構造では、鉄筋は無いものの、コンクリートはＲＣセグメント内の複数の空間に縁が切られて充填されているため、コンクリートと鋼板が一体挙動できず、また、波状に折り曲げるため板厚が薄い鋼板しか使用できないため（実施例では厚さ２．７ｍｍ）、薄壁化に耐えられるセグメント構造とすることは困難であった。
【０００９】
本発明は、上述のような従来技術の問題を解決し、コンクリートの密実性を確保しながら薄壁化を図ることができる、トンネル、立杭、坑道、若しくはアンダーパス用のＲＣセグメント又は合成セグメント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】
【００１０】
前記の課題を解決する為、本発明は以下の手段を特徴とする。
【００１１】
(１)第１発明では、トンネル、立杭、坑道、又はアンダーパス用のＲＣセグメント又は合成セグメントであって、当該セグメントのコンクリートの外縁側及び内縁側に、平鋼板からなりセグメント周方向である長手方向のセグメント長さに略等しいエッジ材が、前記セグメントの幅方向において、当該幅方向の中央を通る前記セグメントの長手方向線に対し略線対称となるように複数本間隔を置いて配置され、且つ、前記各エッジ材におけるセグメント幅方向の寸法は、前記各エッジ材におけるセグメントの桁高方向の寸法よりも大きいことを特徴とする。
(２)第２発明では、前記(１) に記載のセグメントにおいて、主桁、継手板、スキンプレート、及び縦リブを有する鋼殻に、中詰めコンクリートを充填してなり、前記エッジ材を縦リブの内縁側と外縁側のそれぞれに、縦リブに交差させて配置し、前記内縁側のエッジ材を前記縦リブ及び前記継手板に接合し、前記外縁側のエッジ材を前記縦リブ、前記継手板、及び前記スキンプレートに接合していることを特徴とする。
(３)第３発明では、前記(１)又は(２)に記載のセグメントにおいて、前記エッジ材に孔あき鋼板ジベル、スタッドジベルの少なくともいずれかからなるコンクリートとのずれ止めを設けることを特徴とする。
(４)第４発明では、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のセグメントにおいて、前記エッジ材として、平鋼板に替えて、Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の断面形状を有する鋼材を用いることを特徴とする。
(５)第５発明では、前記(４)に記載のセグメントにおいて、前記Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の断面形状を有する鋼材のセグメント内面側に、ずれ止めの機能を有するフランジを備えることを特徴とする。
(６)第６発明では、前記(１)〜(５)のいずれかに記載のセグメントにおいて、前記エッジ材の少なくともコンクリートに接していない部分に防食を施すことを特徴とする。
(７)第７発明では、前記(１)〜(６)のいずれかに記載のセグメントにおいて、前記セグメントの幅方向に設置するエッジ材の設置間隔を、使用するコンクリートの最大骨材寸法の少なくとも２倍とし、且つ、前記エッジ材幅を大きくとも５００mmとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセグメントによると、エッジ材をセグメントにおけるコンクリートの内縁側と外縁側のそれぞれに配置することで、セグメント内部の鉄筋を不要とすることができ、これにより内部空間（特に桁高方向の内部空間）を広くとることができるようになるため、セグメントを薄壁化した際にも、コンクリートの未充填箇所の発生を防止できることから、使用鋼材や中詰めコンクリートを有効に機能させることができるようになるため、セグメントの桁高を低くしても剛性を確保することが可能で、トンネル、立杭、坑道、若しくはアンダーパス用ＲＣセグメント又は合成セグメントの薄壁化を図ることができるようになる。また、本発明のＲＣセグメントまたは合成セグメントでは、セグメント幅方向に均一に力を分担させることができる。
また、第２発明によると、主桁、継手板、スキンプレート、及び縦リブを有する鋼殻に、中詰めコンクリートを充填してなり、前記エッジ材を縦リブの内縁側と外縁側のそれぞれに、縦リブに交差させて配置し、前記内縁側のエッジ材を前記縦リブ及び前記継手板に接合し、前記外縁側のエッジ材を前記縦リブ、前記継手板、及び前記スキンプレートに接合しているので、鋼殻の内側であって、縦リブの内縁側と外縁側にエッジ材を設けて中詰めコンクリートとの一体化を高めることができる。
また、第３発明では、エッジ材に孔あき鋼板ジベル、スタッドジベルの少なくともいずれかからなるコンクリートとのずれ止めを設けるので、コンクリートとエッジ材の一体化を高めることができる。
また、第４発明によると、平鋼板に替えて、Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の断面形状を有する鋼材を用いるので、平鋼板から突出するように設けられる突出部により剛性を高めたり、その突出部に透孔を設けて孔開きジベルとすることができる。
また、第５発明によると、前記Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の断面形状を有する鋼材のセグメント内面側に、ずれ止めの機能を有するフランジを備えるので、エッジ材とコンクリートのトンネル半径方向のずれを抑制することができ、エッジ材とコンクリートとの一体性をより向上させることができる。
また、第６発明によると、エッジ材の少なくともコンクリートに接していない部分に防食を施すので、エッジ材の防錆性能を高め、しいては、セグメントの防錆性能を高めることができる。
また、第７発明によると、セグメントの幅方向に設置するエッジ材の設置間隔を、使用するコンクリートの最大骨材寸法の少なくとも２倍とし、前記エッジ材幅を大きくとも５００mmとしたので、コンクリートの充填性を低下させることなく、コンクリート４内の空隙（気泡）を追い出すために用いる内部振動機の挿入間隔を、５００ｍｍ以下に収め、コンクリートの密実性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて、本発明に係る実施形態を説明する。
尚、以下の説明においては、断面が矩形のトンネル用のセグメントを例に説明するが、本発明は断面矩形トンネル用のセグメントに限定されるものではなく、トンネル等の曲率に併せて湾曲している断面円形トンネル等用セグメントにも問題無く適用できるものである。
【００１４】
図１、図２に本発明に係る第一実施形態のＲＣセグメント１７を示す。
図１は、その断面透過斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。
【００１５】
本発明に係る第一の実施形態においては、ＲＣセグメント１７は、図１、図２に示すように、ＲＣセグメント１７を構成するコンクリート４の外縁側及び内縁側に、平鋼版からなりセグメント周方向である長手方向のセグメント長さに略等しいエッジ材３が、セグメントの幅方向（トンネル等を構成した際のトンネルの軸方向に相当）において、当該幅方向の中央を通る前記セグメントの長手方向（トンネル等を構成した際のトンネルの周方向に相当）線に対し略線対称となるように複数本間隔を置いて一体に埋め込み配置され、且つ、コンクリート断面のセグメント外縁側１とセグメント内縁側２に、エッジ材３のセグメント幅方向の寸法が、セグメント自体のセグメント桁高方向の寸法より大きい平鋼板の形状を有する内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂを、セグメント長手方向に設置し、該内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂを、間隔をあけ配置することを特徴とするセグメントである。
【００１６】
前記各内縁側エッジ材３ａおよび外縁側エッジ材３ｂを、セグメント幅方向の中央を通るセグメントの長手方向線Ｃ）に対し略線対称となるように複数本間隔を置いて配置する理由は、セグメント幅方向に均一に力を分担させることができるようにするためである。
【００１７】
また、前記各内縁側エッジ材３ａおよび外縁側エッジ材３ｂの幅方向の寸法を、セグメントの桁高方向の寸法より長くする理由は、セグメントの断面図心から該内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂの重心までの距離を大きくするほうが、セグメントの剛性を高くすることが出来るからである。
【００１８】
エッジ材３ａ，３ｂとしては、通常は、そのセグメント幅方向の寸法が、セグメント自体の桁高方向の寸法と同様もしくは長い形状を有する平鋼板を用いるが、平鋼板を用いる場合は、コンクリート４と内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂの付着を考慮すると縞鋼板を用いるのが望ましい。
【００１９】
図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に本発明に係る第二の実施形態の合成セグメント１８を示す。
図１２（ａ）は鳥瞰図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、図１２（ｃ）は図１２（ａ）のセグメントをセグメント内縁側２から見た平面図である。
【００２０】
本発明に係る第二の実施形態においては、合成セグメント１８は、図１２（ａ）と図１２（ｂ）に示すように、エッジ材３と平行に、エッジ材３と同じ長さの主桁１４を設置すると共に、エッジ材３の両端部にエッジ材３に対し直角方向に継手板１６を設置し、エッジ材３及び主桁１４と溶接により接合し、また外縁側エッジ材３ｂの地山側にスキンプレート１３を設置し、スキンプレート１３を主桁１４、継手板１６、外縁側エッジ材３ｂと溶接により接合することを特徴とするセグメントである。
なお、図示の形態では、前記主桁１４、継手板１６、スキンプレート１３、及び縦リブ１５を有する鋼殻とされ、その鋼殻に、中詰めコンクリート４を充填してなる合成セグメント１８であり、エッジ材３を縦リブ１５の内縁側と外縁側のそれぞれに、縦リブ１５に交差させて配置し、内縁側のエッジ材３ａを縦リブ１５及び継手板１６に接合し、外縁側のエッジ材３（３ｂ）を縦リブ１５、前記継手板１６、及び前記スキンプレート１３に接合している形態の合成セグメント１８である。
【００２１】
本実施形態においても、エッジ材３の配置間隔や幅の設定に関しては、第一実施形態のＲＣセグメントの場合と同様である。
【００２２】
図３（ａ）〜（ｂ）と図４（ａ）〜（ｂ）に本発明に係る第三の実施形態のセグメントを示す。
本実施形態のセグメントは、ＲＣセグメント、合成セグメントのどちらでも構わないが、以下の説明においては、ＲＣセグメント１７を例として説明する。
【００２３】
図３（ａ）は、図１のＲＣセグメント１７において、内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂにスタッドジベル５を設置する場合のＡ−Ａ’線に沿う断面図あり、図３（ｂ）は図３（ａ）のセグメントのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００２４】
図４（ａ）は、図１のＲＣセグメント１７において、内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂに孔あき鋼板ジベル６を設置する場合のＡ−Ａ’線に沿う断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のセグメントのエッジ材の鳥瞰図である。
【００２５】
本第三の実施形態のセグメントにおいては、内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂに、エッジ材３の長手方向に亘って、図３（ａ）、（ｂ）に示すスタッドジベル５、または図４（ａ）、（ｂ）に示す孔あき鋼板ジベル６を、エッジ材３に対し垂直方向に設置する。
【００２６】
エッジ材３にスタッドジベル５や孔あき鋼板ジベル６を設置する理由は、トンネル周方向とトンネル半径方向におけるエッジ材３とコンクリート４とのずれを抑制し、エッジ材３とコンクリート４とを一体化し一体挙動させるためである。スタッドジベル５の設置方法は、品質と強度を考慮すると、エッジ材３に溶植することが好ましい。
スタッドジベル５の設置位置は、コンクリートの充填性を考慮すると、図３（ｂ）に示すように、内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂに設置するスタッドジベル５の位置をセグメント長手方向に千鳥配置することが好ましい。また、スタッドジベル５は、該内縁側エッジ材３ａと該外縁側エッジ材３ｂに、セグメント幅方向に複数列設置してもよいが、コンクリート４の未充填箇所の発生、コンクリート４の打設負荷、セグメント製作コスト等を考慮すると、スタッドジベル５の設置列数は少ないほうが良く、エッジ材１本当たり１列又は２列が好ましい。
スタッドジベル５とは、鋼材（例えば、この実施形態ではエッジ材）とコンクリート４を一体化することを目的とし、鋼材に溶植されるずれ止めスタッドのことを意味する。
【００２７】
また、孔あき鋼板ジベル６に関しては、図４（ｂ）のように、エッジ材３の長手方向に連続して設置しても、断続的に間隔を置いて設置してもいずれでも構わない。孔あき鋼板ジベル６とエッジ材３の接合方法は、強度を考慮すると溶接が好ましく、溶接方法は、両側隅肉溶接が好ましい。
尚、スタッドジベル５と孔あき鋼板ジベル６を組み合わせて、エッジ材３（３ａ，３ｂ）に設置することも可能である。
【００２８】
図５（ａ）〜（ｄ）に本発明に係る第四の実施形態のセグメントを示す。
本実施形態においては、前記実施形態のエッジ材３に対応するエッジ材として、平鋼に替えて、断面がＣ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の鋼材を使用する。本実施形態のセグメントは、ＲＣセグメント、合成セグメントのどちらでも構わないが、以下の説明においては、ＲＣセグメント１７を例として説明する。
【００２９】
図５（ａ）は、断面Ｃ形のエッジ材７を設置するセグメントの断面図である。図５（ｂ）は、断面Ｔ形のエッジ材８を設置するセグメントの断面図である。図５（ｃ）は、断面Ｌ形のエッジ材９を設置するセグメントの断面図である。図５（ｄ）は断面Ｅ形のエッジ材１０を設置するセグメントの断面図である。
本第四の実施形態のセグメント１７においては、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、断面Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、Ｅ形のエッジ材７〜１０を、当該エッジ材７〜１０のウエブとなる突出部１９が、セグメントの内面側を向くように設置する。エッジ材を断面Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、Ｅ形のエッジ材７〜１０とする理由は、トンネル周方向の力やトンネル背面からの圧力が大きく、内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂの座屈が懸念される場合に、エッジ材７〜１０の座屈を防止するためである。断面Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形のエッジ材７〜９は、品質を考慮すると形鋼を用いることが好ましいが、複数の平鋼を互いに接合させて、ビルトアップして製造しても良い。断面Ｅ形のエッジ材１０は、ビルトアップして製造する。
【００３０】
ビルトアップによりエッジ材７〜１０を形成する方法は、溶接、ボルト接合、接着剤のいずれの方法を用いてもよいが、鋼材の加工手間、コスト等を考慮すると溶接が好ましい。溶接では、座屈、ずれ止めの機能を確実に発揮させることを考えると、全長溶接することが好ましい。エッジ材３の寸法上、両側隅肉溶接が困難である場合は、片側開先溶接でも良い。
【００３１】
また、断面Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、Ｅ形のエッジ材３におけるウエブ（突出部１９）は、開孔して孔あき鋼板ジベル６としても良い。孔あき鋼板ジベル６とすることで、エッジ材３とコンクリート４とのずれを抑制することが出来、また、一体化して一体挙動させることが出来る。
【００３２】
図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）〜（ｂ）、図８（ａ）〜（ｃ）、図９（ａ）〜（ｂ）に本発明に係る第五の実施形態のセグメントを示す。
【００３３】
本実施形態のセグメントは、ＲＣセグメント、合成セグメントのどちらでも構わないが、以下の説明においては、ＲＣセグメントを例として説明する。
【００３４】
図６（ａ）〜（ｃ）は前述の図５（ａ）のエッジ材７（３ａ,３ｂ）のウェブ先端（突出部１９先端）に、更にフランジ２１を設置するセグメントの断面図である。図７（ａ）〜（ｂ）は、前述図５（ｂ）のエッジ材８（３ａ,３ｂ）のウェブ先端（突出部１９先端）にフランジ２１を設置するセグメントの断面図である。図８（ａ）〜（ｃ）は、前述図５（ｃ）のエッジ材９（３ａ,３ｂ）のウェブ先端（突出部１９先端）にフランジ２１を設置するセグメントの断面図である。図９（ａ）〜（ｂ）は前述図５（ｄ）のエッジ材１０（３ａ,３ｂ）のウェブ先端（突出部１９先端）にフランジ２１を設置するセグメントの断面図である。いずれの形態もエッジ材における突出部１９の先端部に一体にフランジ２１が設けられている。
【００３５】
本第五の実施形態においては、図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）〜（ｂ）、図８（ａ）〜（ｃ）、図９（ａ）〜（ｂ）に示すように、エッジ材７〜１０（３ａ,３ｂ）のウェブ部先端（突出部１９先端）にフランジ２１を有することを特徴としたセグメントである。エッジ材７〜１０（３ａ,３ｂ）のウェブ部先端（突出部１９先端）にフランジ２１を設置する理由は、エッジ材７〜１０とコンクリート４のトンネル半径方向のずれを抑制するためである。また、フランジ２１を有することで、曲げ剛性を高めることが出来る。このフランジ２１を有するエッジ材は、本発明に係る第四の実施形態において形成されるエッジ材７〜１０（３ａ,３ｂ）に、フランジ２１を接合し形成すればよい。接合方法は強度を考慮すると溶接が好ましい。
【００３６】
図には示さないが、本発明に係る第六の実施形態は、該内縁側エッジ材３ａと該外縁側エッジ材３ｂの少なくともコンクリートに接していない部分に防食を施すことを特徴としたＲＣセグメント又は合成セグメントである。
【００３７】
防食を施す理由は、RCセグメントでは、鉄筋をコンクリート４の内部に埋め込むことで鉄筋の腐食を防止できる構造になっているが、本発明のセグメントでは、エッジ材をセグメントの外縁側と内縁側に設置することで、鋼材が直接空気と水に接することになり、該内縁側エッジ材３ａと該外縁側エッジ材３ｂが錆びる可能性が高いからである。そのため、該内縁側エッジ材３ａと該外縁側エッジ材３ｂの少なくともコンクリート４に接していない部分に、さび止め用のペイントによる防食・防せいを施すことが好ましい。
【００３８】
尚、本発明に係るセグメントにおいては、複数本のエッジ材３の幅方向に設置する間隔を、使用するコンクリート４の最大骨材寸法の２倍以上（少なくともコンクリート４の最大骨材寸法の２倍）とし、また、該エッジ材３の幅を５００ｍｍ以下とすることが好ましい。
これは、該内縁側エッジ材３ａおよび該外縁側エッジ材３ｂ同士の隙間に、骨材が詰まりコンクリート４の密実性が損なわれることがないようにするためと、コンクリート４の打設後に、コンクリート４内の空隙（気泡）を追い出すために用いる内部振動機の最大挿入間隔を、一般に５００ｍｍ以下（大きくとも５００ｍｍ）にすることで、コンクリート４の密実性を高めることができるためである（例えば、非特許文献２参照）。
【００３９】
また、エッジ材３（７〜１０）の幅方向設置間隔の上限は、セグメント幅、並びに必要とされるエッジ材３の幅及び本数とから決まるものであり、設計により適宜設定される。例えば、セグメント幅が１０００ｍｍの場合に、幅３５ｍｍのエッジ材３を使用する前提とすると、必要なエッジ材３の本数が設計により求まることとなり（要求される条件により異なるが、仮に６本とする）、エッジ材３の幅方向設置間隔が決定される（約１１０ｍｍ＝（1000-（35×6））／7）。但し、幅方向設置間隔が最大骨材寸法の２倍未満となる場合は、幅が３５ｍｍよりも大きなエッジ材３に変えて必要本数を減らし、エッジ材３（７〜１０）の幅方向設置間隔が少なくとも最大骨材寸法の２倍となるように、幅方向設置間隔を大きくすることがより好ましい。
また、エッジ材３（７〜１０）の幅の下限は特に限定しないが、一般的に入手可能な鋼材を使用することが好ましく、例えば平鋼を使用する場合は、２５ｍｍ以上が好ましい。また、本発明に係るセグメントの幅方向に設置する該内縁側エッジ材３ａおよび該外縁側エッジ材３ｂにおいては、使用する鋼材量を、プロジェクトの諸条件により、RC断面計算を用いて決定させる。その後、計算より得られた鉄筋量と同等の鋼材量を有し、セグメント桁高を薄くできるようなエッジ材断面を決定し、所要の間隔で設置する。
また、該内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂを用いることでセグメント幅方向均一に力分担をさせるという狙いから、セグメント幅方向に左右対称に該内縁側エッジ材３ａおよび該外縁側エッジ材３ｂを設置する。
【００４０】
また、上記実施形態におけるセグメントが、合成セグメントの場合においては、該内縁側エッジ材３ａおよび該外縁側エッジ材３ｂの両端部を継手板１６に接合するには、該内縁側エッジ材３ａおよび該外縁側エッジ材３ｂと鋼殻の一体性を確保するために、全周隅肉溶接をすることが望ましい。主桁の形状は平鋼の他、図には示さないが、断面がI形、C形のいずれの形状でも良い。但し、製作性とコンクリート４の充填性を考慮すると平鋼が望ましい。
【００４１】
（実施例）
従来技術の鉄筋を使用したＲＣセグメント３１に対して、本発明のエッジ材３（３ａ,３ｂ）を使用したＲＣセグメント１７を用いると、どれだけ薄壁化を図れるかを算定した結果を以下に示す。
【００４２】
従来技術のＲＣセグメント３１は、幅１２００mm、桁高3００mm、鉄筋D２５（SD3４５）を圧縮側（圧縮鉄筋１１ａ）および引張側（引張鉄筋１１ｂ）にそれぞれ４本づつ設置したコンクリート系セグメント(許容圧縮応力σc=４２N/mm２)において、曲げ耐力の算定を実施した。その断面図を図１０に示す。
上記従来技術のＲＣセグメント３１で得られた許容曲げ耐力と、同等の耐力を有する本発明のエッジ材として平鋼を使用したＲＣセグメント１７で算出した。
【００４３】
前提条件としては、幅５１mm、厚さ１０mmの平鋼からなるエッジ材(SM４９０)を圧縮側、引張側にそれぞれ４本をエッジ材端部間隔２４９mmで設置した場合の本発明のセグメントにおける桁高の薄壁化を試設計した結果、図１１に示す本発明のセグメントでは桁高を２３０mmまで薄くでき、従来のＲＣセグメント３１と比べて、約２割の薄壁化を図れる結果となった。
【００４４】
また、本発明の構造では、セグメント桁高を約２割薄くしても、セグメント高さ方向のエッジ材間隔が、従来のセグメント３１におけるセグメント高さ方向の鉄筋間隔よりも２.５mm広く取れることから、コンクリートの打設性は損なわれないことも判った。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のセグメント構造の一部破断斜視図である。
【図２】図１のセグメントにおけるＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図３】（ａ）は図１のセグメントにおいて内縁側エッジ材と外縁側エッジ材にスタッドジベルを設置する場合のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。（ｂ）は図３（ａ）のセグメントにおけるB-B線に沿う断面図である。
【図４】（a）は図１のセグメントにおいて内縁側エッジ材と外縁側エッジ材に孔あき鋼板ジベルを設置する場合のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。（ｂ）は図４(a)のセグメントにおけるエッジ材の図である。
【図５】（ａ）はC形のエッジ材を有するセグメントの断面図である。（ｂ）はT形のエッジ材を有するセグメントの断面図である。（ｃ）はL形のエッジ材を有するセグメントの断面図である。（ｄ）はE形のエッジ材を有するセグメントの断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）はC形のエッジ材にずれ止めを有するセグメントの断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｂ）はT形のエッジ材にずれ止めを有するセグメントの断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）はL形のエッジ材にずれ止めを有するセグメントの断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｂ）はE形のエッジ材にずれ止めを有するセグメントの断面図である。
【図１０】比較例に用いたセグメント断面図である。
【図１１】実施例に用いたエッジ材を有するセグメント断面図である。
【図１２】（ａ）は合成構造にした場合のセグメント鳥瞰図である。（ｂ）は図１２（ａ）のセグメントにおけるＡ−Ａ’線に沿う断面図である。（ｃ）は図１２（ａ）のセグメントにおけるセグメント内縁側から見た平面図である。
【図１３】従来のフラットバーを用いたRCセグメントの断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１：セグメント外縁側
２：セグメント内縁側
３：エッジ材
３ａ：内縁側エッジ材
３ｂ：外縁側エッジ材
４：コンクリート
５：スタッドジベル
６：孔あき鋼板ジベル
７：断面C形のエッジ材
８：断面T形のエッジ材
９：断面L形のエッジ材
１０：断面E形のエッジ材
１１a：圧縮鉄筋
１１b：引張鉄筋
１３：スキンプレート
１４：主桁
１５：縦リブ
１６：継手板
１７：ＲＣセグメント
１８：合成セグメント
１９：突出部
２０：フラットバー
２１：フランジ
３０：ＲＣセグメント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネル内に覆工体として用いられるＲＣセグメント若しくは合成セグメント、または、立抗、坑道、若しくはアンダーパス等の土木構造物に用いられるＲＣセグメント若しくは合成セグメントに関し、特にセグメント桁高の薄壁化を図ることができるセグメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネル、立抗、坑道、又はアンダーパス等において、都市部等で特に施工コスト増の大きな要因となる用地買収費用を抑えるための設置容積の低減や、施工時の掘削土量の削減及び掘削機やセグメント設置に用いる機械の小型化等による施工費削減のために、セグメントの薄壁化を図る試みがなされている。
【０００３】
そのため、従来技術では、（１）薄壁化の際に生じるセグメントの剛性低下防止やセグメントの曲げ耐力向上を図るために、主として使用鉄筋量を増やすことで対応している。
【０００４】
また、（２）ＲＣセグメントでは、図１３に示すような、セグメント３０の中に鉄筋の代わりに鉄筋と同じ位置にフラットバー２０と呼ばれる平鋼を用いることで、鉄筋単独使用時よりも主筋の有効高さを増すことができ、少ない鋼材量で同程度の耐力を得ることができる方法も開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
また、（３）鉄筋を全く使用しないでＲＣセグメントを構成する技術も、特許文献１に開示されており、これは、板状の鋼板をセグメント幅方向に波状に複数箇所折り曲げて、セグメントの内縁側及び外縁側に帯状部を形成すると共にセグメント内に複数箇所の台形状の空間を形成し、当該複数の台形状の空間内にコンクリートを充填してＲＣセグメントを形成している。
【特許文献１】特開平１０−２８０８９０号公報
【非特許文献１】小泉淳監修「セグメントの新技術」土木工学社、２０００年２月１０日、p.１０１−１０3
【非特許文献２】コンクリート標準示方書［施工編］（土木学会発行２００２年制定）p.１２０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、セグメントの薄壁化の際に問題となる剛性低下を、従来技術（１）のように使用鉄筋量を増やすことで抑制しようとすると、鉄筋間隔が狭くなることにより、コンクリートの打設性、コンクリートの密実性が損なわれるという問題がある。
【０００７】
また非特許文献１にあるような前記（２）の鉄筋と鉄筋の代わりにフラットバー２０を用いたＲＣセグメント３０では、セグメントの桁高を小さくするとフラットバー２０の距離が近くなる為にフラットバー２０間にコンクリート４を充填しづらくなり、コンクリート４の未充填箇所が発生し易いといった問題が懸念される。
【０００８】
また、特許文献１のような板状の鋼板を使用した形態の構造では、鉄筋は無いものの、コンクリートはＲＣセグメント内の複数の空間に縁が切られて充填されているため、コンクリートと鋼板が一体挙動できず、また、波状に折り曲げるため板厚が薄い鋼板しか使用できないため（実施例では厚さ２．７ｍｍ）、薄壁化に耐えられるセグメント構造とすることは困難であった。
【０００９】
本発明は、上述のような従来技術の問題を解決し、コンクリートの密実性を確保しながら薄壁化を図ることができる、トンネル、立杭、坑道、若しくはアンダーパス用のＲＣセグメント又は合成セグメント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】
【００１０】
前記の課題を解決する為、本発明は以下の手段を特徴とする。
【００１１】
(１)第１発明では、トンネル、立杭、坑道、又はアンダーパス用のＲＣセグメント又は合成セグメントであって、当該セグメントのコンクリートの外縁側及び内縁側に、平鋼板からなりセグメント周方向である長手方向のセグメント長さに略等しいエッジ材が、前記セグメントの幅方向において、当該幅方向の中央を通る前記セグメントの長手方向線に対し略線対称となるように複数本間隔を置いて配置され、且つ、前記各エッジ材におけるセグメント幅方向の寸法は、前記各エッジ材におけるセグメントの桁高方向の寸法よりも大きいことを特徴とする。
(２)第２発明では、前記(１) に記載のセグメントにおいて、主桁、継手板、スキンプレート、及び縦リブを有する鋼殻に、中詰めコンクリートを充填してなり、前記エッジ材を縦リブの内縁側と外縁側のそれぞれに、縦リブに交差させて配置し、前記内縁側のエッジ材を前記縦リブ及び前記継手板に接合し、前記外縁側のエッジ材を前記縦リブ、前記継手板、及び前記スキンプレートに接合していることを特徴とする。
(３)第３発明では、前記(１)又は(２)に記載のセグメントにおいて、前記エッジ材に孔あき鋼板ジベル、スタッドジベルの少なくともいずれかからなるコンクリートとのずれ止めを設けることを特徴とする。
(４)第４発明では、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のセグメントにおいて、前記エッジ材として、平鋼板に替えて、Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の断面形状を有する鋼材を用いることを特徴とする。
(５)第５発明では、前記(４)に記載のセグメントにおいて、前記Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の断面形状を有する鋼材のセグメント内面側に、ずれ止めの機能を有するフランジを備えることを特徴とする。
(６)第６発明では、前記(１)〜(５)のいずれかに記載のセグメントにおいて、前記エッジ材の少なくともコンクリートに接していない部分に防食を施すことを特徴とする。
(７)第７発明では、前記(１)〜(６)のいずれかに記載のセグメントにおいて、前記セグメントの幅方向に設置するエッジ材の設置間隔を、使用するコンクリートの最大骨材寸法の少なくとも２倍とし、且つ、前記エッジ材幅を大きくとも５００mmとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセグメントによると、エッジ材をセグメントにおけるコンクリートの内縁側と外縁側のそれぞれに配置することで、セグメント内部の鉄筋を不要とすることができ、これにより内部空間（特に桁高方向の内部空間）を広くとることができるようになるため、セグメントを薄壁化した際にも、コンクリートの未充填箇所の発生を防止できることから、使用鋼材や中詰めコンクリートを有効に機能させることができるようになるため、セグメントの桁高を低くしても剛性を確保することが可能で、トンネル、立杭、坑道、若しくはアンダーパス用ＲＣセグメント又は合成セグメントの薄壁化を図ることができるようになる。また、本発明のＲＣセグメントまたは合成セグメントでは、セグメント幅方向に均一に力を分担させることができる。
また、第２発明によると、主桁、継手板、スキンプレート、及び縦リブを有する鋼殻に、中詰めコンクリートを充填してなり、前記エッジ材を縦リブの内縁側と外縁側のそれぞれに、縦リブに交差させて配置し、前記内縁側のエッジ材を前記縦リブ及び前記継手板に接合し、前記外縁側のエッジ材を前記縦リブ、前記継手板、及び前記スキンプレートに接合しているので、鋼殻の内側であって、縦リブの内縁側と外縁側にエッジ材を設けて中詰めコンクリートとの一体化を高めることができる。
また、第３発明では、エッジ材に孔あき鋼板ジベル、スタッドジベルの少なくともいずれかからなるコンクリートとのずれ止めを設けるので、コンクリートとエッジ材の一体化を高めることができる。
また、第４発明によると、平鋼板に替えて、Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の断面形状を有する鋼材を用いるので、平鋼板から突出するように設けられる突出部により剛性を高めたり、その突出部に透孔を設けて孔開きジベルとすることができる。
また、第５発明によると、前記Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の断面形状を有する鋼材のセグメント内面側に、ずれ止めの機能を有するフランジを備えるので、エッジ材とコンクリートのトンネル半径方向のずれを抑制することができ、エッジ材とコンクリートとの一体性をより向上させることができる。
また、第６発明によると、エッジ材の少なくともコンクリートに接していない部分に防食を施すので、エッジ材の防錆性能を高め、しいては、セグメントの防錆性能を高めることができる。
また、第７発明によると、セグメントの幅方向に設置するエッジ材の設置間隔を、使用するコンクリートの最大骨材寸法の少なくとも２倍とし、前記エッジ材幅を大きくとも５００mmとしたので、コンクリートの充填性を低下させることなく、コンクリート４内の空隙（気泡）を追い出すために用いる内部振動機の挿入間隔を、５００ｍｍ以下に収め、コンクリートの密実性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて、本発明に係る実施形態を説明する。
尚、以下の説明においては、断面が矩形のトンネル用のセグメントを例に説明するが、本発明は断面矩形トンネル用のセグメントに限定されるものではなく、トンネル等の曲率に併せて湾曲している断面円形トンネル等用セグメントにも問題無く適用できるものである。
【００１４】
図１、図２に本発明に係る第一実施形態のＲＣセグメント１７を示す。
図１は、その断面透過斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。
【００１５】
本発明に係る第一の実施形態においては、ＲＣセグメント１７は、図１、図２に示すように、ＲＣセグメント１７を構成するコンクリート４の外縁側及び内縁側に、平鋼版からなりセグメント周方向である長手方向のセグメント長さに略等しいエッジ材３が、セグメントの幅方向（トンネル等を構成した際のトンネルの軸方向に相当）において、当該幅方向の中央を通る前記セグメントの長手方向（トンネル等を構成した際のトンネルの周方向に相当）線に対し略線対称となるように複数本間隔を置いて一体に埋め込み配置され、且つ、コンクリート断面のセグメント外縁側１とセグメント内縁側２に、エッジ材３のセグメント幅方向の寸法が、セグメント自体のセグメント桁高方向の寸法より大きい平鋼板の形状を有する内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂを、セグメント長手方向に設置し、該内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂを、間隔をあけ配置することを特徴とするセグメントである。
【００１６】
前記各内縁側エッジ材３ａおよび外縁側エッジ材３ｂを、セグメント幅方向の中央を通るセグメントの長手方向線Ｃ）に対し略線対称となるように複数本間隔を置いて配置する理由は、セグメント幅方向に均一に力を分担させることができるようにするためである。
【００１７】
また、前記各内縁側エッジ材３ａおよび外縁側エッジ材３ｂの幅方向の寸法を、セグメントの桁高方向の寸法より長くする理由は、セグメントの断面図心から該内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂの重心までの距離を大きくするほうが、セグメントの剛性を高くすることが出来るからである。
【００１８】
エッジ材３ａ，３ｂとしては、通常は、そのセグメント幅方向の寸法が、セグメント自体の桁高方向の寸法と同様もしくは長い形状を有する平鋼板を用いるが、平鋼板を用いる場合は、コンクリート４と内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂの付着を考慮すると縞鋼板を用いるのが望ましい。
【００１９】
図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に本発明に係る第二の実施形態の合成セグメント１８を示す。
図１２（ａ）は鳥瞰図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、図１２（ｃ）は図１２（ａ）のセグメントをセグメント内縁側２から見た平面図である。
【００２０】
本発明に係る第二の実施形態においては、合成セグメント１８は、図１２（ａ）と図１２（ｂ）に示すように、エッジ材３と平行に、エッジ材３と同じ長さの主桁１４を設置すると共に、エッジ材３の両端部にエッジ材３に対し直角方向に継手板１６を設置し、エッジ材３及び主桁１４と溶接により接合し、また外縁側エッジ材３ｂの地山側にスキンプレート１３を設置し、スキンプレート１３を主桁１４、継手板１６、外縁側エッジ材３ｂと溶接により接合することを特徴とするセグメントである。
なお、図示の形態では、前記主桁１４、継手板１６、スキンプレート１３、及び縦リブ１５を有する鋼殻とされ、その鋼殻に、中詰めコンクリート４を充填してなる合成セグメント１８であり、エッジ材３を縦リブ１５の内縁側と外縁側のそれぞれに、縦リブ１５に交差させて配置し、内縁側のエッジ材３ａを縦リブ１５及び継手板１６に接合し、外縁側のエッジ材３（３ｂ）を縦リブ１５、前記継手板１６、及び前記スキンプレート１３に接合している形態の合成セグメント１８である。
【００２１】
本実施形態においても、エッジ材３の配置間隔や幅の設定に関しては、第一実施形態のＲＣセグメントの場合と同様である。
【００２２】
図３（ａ）〜（ｂ）と図４（ａ）〜（ｂ）に本発明に係る第三の実施形態のセグメントを示す。
本実施形態のセグメントは、ＲＣセグメント、合成セグメントのどちらでも構わないが、以下の説明においては、ＲＣセグメント１７を例として説明する。
【００２３】
図３（ａ）は、図１のＲＣセグメント１７において、内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂにスタッドジベル５を設置する場合のＡ−Ａ’線に沿う断面図あり、図３（ｂ）は図３（ａ）のセグメントのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００２４】
図４（ａ）は、図１のＲＣセグメント１７において、内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂに孔あき鋼板ジベル６を設置する場合のＡ−Ａ’線に沿う断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のセグメントのエッジ材の鳥瞰図である。
【００２５】
本第三の実施形態のセグメントにおいては、内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂに、エッジ材３の長手方向に亘って、図３（ａ）、（ｂ）に示すスタッドジベル５、または図４（ａ）、（ｂ）に示す孔あき鋼板ジベル６を、エッジ材３に対し垂直方向に設置する。
【００２６】
エッジ材３にスタッドジベル５や孔あき鋼板ジベル６を設置する理由は、トンネル周方向とトンネル半径方向におけるエッジ材３とコンクリート４とのずれを抑制し、エッジ材３とコンクリート４とを一体化し一体挙動させるためである。スタッドジベル５の設置方法は、品質と強度を考慮すると、エッジ材３に溶植することが好ましい。
スタッドジベル５の設置位置は、コンクリートの充填性を考慮すると、図３（ｂ）に示すように、内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂに設置するスタッドジベル５の位置をセグメント長手方向に千鳥配置することが好ましい。また、スタッドジベル５は、該内縁側エッジ材３ａと該外縁側エッジ材３ｂに、セグメント幅方向に複数列設置してもよいが、コンクリート４の未充填箇所の発生、コンクリート４の打設負荷、セグメント製作コスト等を考慮すると、スタッドジベル５の設置列数は少ないほうが良く、エッジ材１本当たり１列又は２列が好ましい。
スタッドジベル５とは、鋼材（例えば、この実施形態ではエッジ材）とコンクリート４を一体化することを目的とし、鋼材に溶植されるずれ止めスタッドのことを意味する。
【００２７】
また、孔あき鋼板ジベル６に関しては、図４（ｂ）のように、エッジ材３の長手方向に連続して設置しても、断続的に間隔を置いて設置してもいずれでも構わない。孔あき鋼板ジベル６とエッジ材３の接合方法は、強度を考慮すると溶接が好ましく、溶接方法は、両側隅肉溶接が好ましい。
尚、スタッドジベル５と孔あき鋼板ジベル６を組み合わせて、エッジ材３（３ａ，３ｂ）に設置することも可能である。
【００２８】
図５（ａ）〜（ｄ）に本発明に係る第四の実施形態のセグメントを示す。
本実施形態においては、前記実施形態のエッジ材３に対応するエッジ材として、平鋼に替えて、断面がＣ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の鋼材を使用する。本実施形態のセグメントは、ＲＣセグメント、合成セグメントのどちらでも構わないが、以下の説明においては、ＲＣセグメント１７を例として説明する。
【００２９】
図５（ａ）は、断面Ｃ形のエッジ材７を設置するセグメントの断面図である。図５（ｂ）は、断面Ｔ形のエッジ材８を設置するセグメントの断面図である。図５（ｃ）は、断面Ｌ形のエッジ材９を設置するセグメントの断面図である。図５（ｄ）は断面Ｅ形のエッジ材１０を設置するセグメントの断面図である。
本第四の実施形態のセグメント１７においては、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、断面Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、Ｅ形のエッジ材７〜１０を、当該エッジ材７〜１０のウエブとなる突出部１９が、セグメントの内面側を向くように設置する。エッジ材を断面Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、Ｅ形のエッジ材７〜１０とする理由は、トンネル周方向の力やトンネル背面からの圧力が大きく、内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂの座屈が懸念される場合に、エッジ材７〜１０の座屈を防止するためである。断面Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形のエッジ材７〜９は、品質を考慮すると形鋼を用いることが好ましいが、複数の平鋼を互いに接合させて、ビルトアップして製造しても良い。断面Ｅ形のエッジ材１０は、ビルトアップして製造する。
【００３０】
ビルトアップによりエッジ材７〜１０を形成する方法は、溶接、ボルト接合、接着剤のいずれの方法を用いてもよいが、鋼材の加工手間、コスト等を考慮すると溶接が好ましい。溶接では、座屈、ずれ止めの機能を確実に発揮させることを考えると、全長溶接することが好ましい。エッジ材３の寸法上、両側隅肉溶接が困難である場合は、片側開先溶接でも良い。
【００３１】
また、断面Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、Ｅ形のエッジ材３におけるウエブ（突出部１９）は、開孔して孔あき鋼板ジベル６としても良い。孔あき鋼板ジベル６とすることで、エッジ材３とコンクリート４とのずれを抑制することが出来、また、一体化して一体挙動させることが出来る。
【００３２】
図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）〜（ｂ）、図８（ａ）〜（ｃ）、図９（ａ）〜（ｂ）に本発明に係る第五の実施形態のセグメントを示す。
【００３３】
本実施形態のセグメントは、ＲＣセグメント、合成セグメントのどちらでも構わないが、以下の説明においては、ＲＣセグメントを例として説明する。
【００３４】
図６（ａ）〜（ｃ）は前述の図５（ａ）のエッジ材７（３ａ,３ｂ）のウェブ先端（突出部１９先端）に、更にフランジ２１を設置するセグメントの断面図である。図７（ａ）〜（ｂ）は、前述図５（ｂ）のエッジ材８（３ａ,３ｂ）のウェブ先端（突出部１９先端）にフランジ２１を設置するセグメントの断面図である。図８（ａ）〜（ｃ）は、前述図５（ｃ）のエッジ材９（３ａ,３ｂ）のウェブ先端（突出部１９先端）にフランジ２１を設置するセグメントの断面図である。図９（ａ）〜（ｂ）は前述図５（ｄ）のエッジ材１０（３ａ,３ｂ）のウェブ先端（突出部１９先端）にフランジ２１を設置するセグメントの断面図である。いずれの形態もエッジ材における突出部１９の先端部に一体にフランジ２１が設けられている。
【００３５】
本第五の実施形態においては、図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）〜（ｂ）、図８（ａ）〜（ｃ）、図９（ａ）〜（ｂ）に示すように、エッジ材７〜１０（３ａ,３ｂ）のウェブ部先端（突出部１９先端）にフランジ２１を有することを特徴としたセグメントである。エッジ材７〜１０（３ａ,３ｂ）のウェブ部先端（突出部１９先端）にフランジ２１を設置する理由は、エッジ材７〜１０とコンクリート４のトンネル半径方向のずれを抑制するためである。また、フランジ２１を有することで、曲げ剛性を高めることが出来る。このフランジ２１を有するエッジ材は、本発明に係る第四の実施形態において形成されるエッジ材７〜１０（３ａ,３ｂ）に、フランジ２１を接合し形成すればよい。接合方法は強度を考慮すると溶接が好ましい。
【００３６】
図には示さないが、本発明に係る第六の実施形態は、該内縁側エッジ材３ａと該外縁側エッジ材３ｂの少なくともコンクリートに接していない部分に防食を施すことを特徴としたＲＣセグメント又は合成セグメントである。
【００３７】
防食を施す理由は、RCセグメントでは、鉄筋をコンクリート４の内部に埋め込むことで鉄筋の腐食を防止できる構造になっているが、本発明のセグメントでは、エッジ材をセグメントの外縁側と内縁側に設置することで、鋼材が直接空気と水に接することになり、該内縁側エッジ材３ａと該外縁側エッジ材３ｂが錆びる可能性が高いからである。そのため、該内縁側エッジ材３ａと該外縁側エッジ材３ｂの少なくともコンクリート４に接していない部分に、さび止め用のペイントによる防食・防せいを施すことが好ましい。
【００３８】
尚、本発明に係るセグメントにおいては、複数本のエッジ材３の幅方向に設置する間隔を、使用するコンクリート４の最大骨材寸法の２倍以上（少なくともコンクリート４の最大骨材寸法の２倍）とし、また、該エッジ材３の幅を５００ｍｍ以下とすることが好ましい。
これは、該内縁側エッジ材３ａおよび該外縁側エッジ材３ｂ同士の隙間に、骨材が詰まりコンクリート４の密実性が損なわれることがないようにするためと、コンクリート４の打設後に、コンクリート４内の空隙（気泡）を追い出すために用いる内部振動機の最大挿入間隔を、一般に５００ｍｍ以下（大きくとも５００ｍｍ）にすることで、コンクリート４の密実性を高めることができるためである（例えば、非特許文献２参照）。
【００３９】
また、エッジ材３（７〜１０）の幅方向設置間隔の上限は、セグメント幅、並びに必要とされるエッジ材３の幅及び本数とから決まるものであり、設計により適宜設定される。例えば、セグメント幅が１０００ｍｍの場合に、幅３５ｍｍのエッジ材３を使用する前提とすると、必要なエッジ材３の本数が設計により求まることとなり（要求される条件により異なるが、仮に６本とする）、エッジ材３の幅方向設置間隔が決定される（約１１０ｍｍ＝（1000-（35×6））／7）。但し、幅方向設置間隔が最大骨材寸法の２倍未満となる場合は、幅が３５ｍｍよりも大きなエッジ材３に変えて必要本数を減らし、エッジ材３（７〜１０）の幅方向設置間隔が少なくとも最大骨材寸法の２倍となるように、幅方向設置間隔を大きくすることがより好ましい。
また、エッジ材３（７〜１０）の幅の下限は特に限定しないが、一般的に入手可能な鋼材を使用することが好ましく、例えば平鋼を使用する場合は、２５ｍｍ以上が好ましい。また、本発明に係るセグメントの幅方向に設置する該内縁側エッジ材３ａおよび該外縁側エッジ材３ｂにおいては、使用する鋼材量を、プロジェクトの諸条件により、RC断面計算を用いて決定させる。その後、計算より得られた鉄筋量と同等の鋼材量を有し、セグメント桁高を薄くできるようなエッジ材断面を決定し、所要の間隔で設置する。
また、該内縁側エッジ材３ａと外縁側エッジ材３ｂを用いることでセグメント幅方向均一に力分担をさせるという狙いから、セグメント幅方向に左右対称に該内縁側エッジ材３ａおよび該外縁側エッジ材３ｂを設置する。
【００４０】
また、上記実施形態におけるセグメントが、合成セグメントの場合においては、該内縁側エッジ材３ａおよび該外縁側エッジ材３ｂの両端部を継手板１６に接合するには、該内縁側エッジ材３ａおよび該外縁側エッジ材３ｂと鋼殻の一体性を確保するために、全周隅肉溶接をすることが望ましい。主桁の形状は平鋼の他、図には示さないが、断面がI形、C形のいずれの形状でも良い。但し、製作性とコンクリート４の充填性を考慮すると平鋼が望ましい。
【００４１】
（実施例）
従来技術の鉄筋を使用したＲＣセグメント３１に対して、本発明のエッジ材３（３ａ,３ｂ）を使用したＲＣセグメント１７を用いると、どれだけ薄壁化を図れるかを算定した結果を以下に示す。
【００４２】
従来技術のＲＣセグメント３１は、幅１２００mm、桁高3００mm、鉄筋D２５（SD3４５）を圧縮側（圧縮鉄筋１１ａ）および引張側（引張鉄筋１１ｂ）にそれぞれ４本づつ設置したコンクリート系セグメント(許容圧縮応力σc=４２N/mm２)において、曲げ耐力の算定を実施した。その断面図を図１０に示す。
上記従来技術のＲＣセグメント３１で得られた許容曲げ耐力と、同等の耐力を有する本発明のエッジ材として平鋼を使用したＲＣセグメント１７で算出した。
【００４３】
前提条件としては、幅５１mm、厚さ１０mmの平鋼からなるエッジ材(SM４９０)を圧縮側、引張側にそれぞれ４本をエッジ材端部間隔２４９mmで設置した場合の本発明のセグメントにおける桁高の薄壁化を試設計した結果、図１１に示す本発明のセグメントでは桁高を２３０mmまで薄くでき、従来のＲＣセグメント３１と比べて、約２割の薄壁化を図れる結果となった。
【００４４】
また、本発明の構造では、セグメント桁高を約２割薄くしても、セグメント高さ方向のエッジ材間隔が、従来のセグメント３１におけるセグメント高さ方向の鉄筋間隔よりも２.５mm広く取れることから、コンクリートの打設性は損なわれないことも判った。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のセグメント構造の一部破断斜視図である。
【図２】図１のセグメントにおけるＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図３】（ａ）は図１のセグメントにおいて内縁側エッジ材と外縁側エッジ材にスタッドジベルを設置する場合のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。（ｂ）は図３（ａ）のセグメントにおけるB-B線に沿う断面図である。
【図４】（a）は図１のセグメントにおいて内縁側エッジ材と外縁側エッジ材に孔あき鋼板ジベルを設置する場合のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。（ｂ）は図４(a)のセグメントにおけるエッジ材の図である。
【図５】（ａ）はC形のエッジ材を有するセグメントの断面図である。（ｂ）はT形のエッジ材を有するセグメントの断面図である。（ｃ）はL形のエッジ材を有するセグメントの断面図である。（ｄ）はE形のエッジ材を有するセグメントの断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）はC形のエッジ材にずれ止めを有するセグメントの断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｂ）はT形のエッジ材にずれ止めを有するセグメントの断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）はL形のエッジ材にずれ止めを有するセグメントの断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｂ）はE形のエッジ材にずれ止めを有するセグメントの断面図である。
【図１０】比較例に用いたセグメント断面図である。
【図１１】実施例に用いたエッジ材を有するセグメント断面図である。
【図１２】（ａ）は合成構造にした場合のセグメント鳥瞰図である。（ｂ）は図１２（ａ）のセグメントにおけるＡ−Ａ’線に沿う断面図である。（ｃ）は図１２（ａ）のセグメントにおけるセグメント内縁側から見た平面図である。
【図１３】従来のフラットバーを用いたRCセグメントの断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１：セグメント外縁側
２：セグメント内縁側
３：エッジ材
３ａ：内縁側エッジ材
３ｂ：外縁側エッジ材
４：コンクリート
５：スタッドジベル
６：孔あき鋼板ジベル
７：断面C形のエッジ材
８：断面T形のエッジ材
９：断面L形のエッジ材
１０：断面E形のエッジ材
１１a：圧縮鉄筋
１１b：引張鉄筋
１３：スキンプレート
１４：主桁
１５：縦リブ
１６：継手板
１７：ＲＣセグメント
１８：合成セグメント
１９：突出部
２０：フラットバー
２１：フランジ
３０：ＲＣセグメント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル、立杭、坑道、又はアンダーパス用のＲＣセグメント又は合成セグメントであって、当該セグメントのコンクリートの外縁側及び内縁側に、平鋼板からなりセグメント周方向である長手方向のセグメント長さに略等しいエッジ材が、前記セグメントの幅方向において、当該幅方向の中央を通る前記セグメントの長手方向線に対し略線対称となるように複数本間隔を置いて配置され、且つ、前記各エッジ材におけるセグメント幅方向の寸法は、前記各エッジ材におけるセグメントの桁高方向の寸法よりも大きいことを特徴とするセグメント。
【請求項２】
前記合成セグメントは、主桁、継手板、スキンプレート、及び縦リブを有する鋼殻に、中詰めコンクリートを充填してなり、前記エッジ材を縦リブの内縁側と外縁側のそれぞれに、縦リブに交差させて配置し、前記内縁側のエッジ材を前記縦リブ及び前記継手板に接合し、前記外縁側のエッジ材を前記縦リブ、前記継手板、及び前記スキンプレートに接合していることを特徴とする請求項１記載のセグメント。
【請求項３】
前記エッジ材に孔あき鋼板ジベル、スタッドジベルの少なくともいずれかからなるコンクリートとのずれ止めを設けることを特徴とする請求項１又は２記載のセグメント。
【請求項４】
前記エッジ材として、平鋼板に替えて、Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の断面形状を有する鋼材を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセグメント。
【請求項５】
前記Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の断面形状を有する鋼材のセグメント内面側に、ずれ止めの機能を有するフランジを備えることを特徴とした請求項４記載のセグメント。
【請求項６】
前記エッジ材の少なくともコンクリートに接していない部分に防食を施すことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセグメント。
【請求項７】
前記セグメントの幅方向に設置するエッジ材の設置間隔を、使用するコンクリートの最大骨材寸法の少なくとも２倍とし、且つ、エッジ材幅を大きくとも５００mmとすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のセグメント。
【請求項１】
トンネル、立杭、坑道、又はアンダーパス用のＲＣセグメント又は合成セグメントであって、当該セグメントのコンクリートの外縁側及び内縁側に、平鋼板からなりセグメント周方向である長手方向のセグメント長さに略等しいエッジ材が、前記セグメントの幅方向において、当該幅方向の中央を通る前記セグメントの長手方向線に対し略線対称となるように複数本間隔を置いて配置され、且つ、前記各エッジ材におけるセグメント幅方向の寸法は、前記各エッジ材におけるセグメントの桁高方向の寸法よりも大きいことを特徴とするセグメント。
【請求項２】
前記合成セグメントは、主桁、継手板、スキンプレート、及び縦リブを有する鋼殻に、中詰めコンクリートを充填してなり、前記エッジ材を縦リブの内縁側と外縁側のそれぞれに、縦リブに交差させて配置し、前記内縁側のエッジ材を前記縦リブ及び前記継手板に接合し、前記外縁側のエッジ材を前記縦リブ、前記継手板、及び前記スキンプレートに接合していることを特徴とする請求項１記載のセグメント。
【請求項３】
前記エッジ材に孔あき鋼板ジベル、スタッドジベルの少なくともいずれかからなるコンクリートとのずれ止めを設けることを特徴とする請求項１又は２記載のセグメント。
【請求項４】
前記エッジ材として、平鋼板に替えて、Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の断面形状を有する鋼材を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセグメント。
【請求項５】
前記Ｃ形、Ｔ形、Ｌ形、又はＥ形の断面形状を有する鋼材のセグメント内面側に、ずれ止めの機能を有するフランジを備えることを特徴とした請求項４記載のセグメント。
【請求項６】
前記エッジ材の少なくともコンクリートに接していない部分に防食を施すことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセグメント。
【請求項７】
前記セグメントの幅方向に設置するエッジ材の設置間隔を、使用するコンクリートの最大骨材寸法の少なくとも２倍とし、且つ、エッジ材幅を大きくとも５００mmとすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のセグメント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−３２１４５８（Ｐ２００７−３２１４５８Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５３４４３（Ｐ２００６−１５３４４３）
【出願日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【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１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【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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