トンネル覆工用のセグメントリング構造
【課題】トンネル覆工用のセグメントリング構造において、セグメントの種類を低減することができるようにする。
【解決手段】少なくとも４隅に角部が形成され１８０°の回転対称性を有するトンネル軸直角断面のトンネル覆工を形成するためのトンネル覆工用のセグメントリング構造であって、セグメントリングの対向する２辺上に、それぞれ周方向接合面７がトンネル掘進方向側に離間する傾斜を有するＫ型セグメントＫ１、Ｋ２を備えるとともに、セグメントリングの雄型継手３が、中心軸Ｏに対して１８０°回転対称となるように配置された構成とする。
【解決手段】少なくとも４隅に角部が形成され１８０°の回転対称性を有するトンネル軸直角断面のトンネル覆工を形成するためのトンネル覆工用のセグメントリング構造であって、セグメントリングの対向する２辺上に、それぞれ周方向接合面７がトンネル掘進方向側に離間する傾斜を有するＫ型セグメントＫ１、Ｋ２を備えるとともに、セグメントリングの雄型継手３が、中心軸Ｏに対して１８０°回転対称となるように配置された構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル覆工用のセグメントリング構造に関する。例えば、矩形断面などの少なくとも４隅に角部が形成され１８０°の回転対称性を有するトンネル軸直角断面のトンネル覆工を形成するためのトンネル覆工用のセグメントリング構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルのシールド工法において、地山を矩形断面に掘削し、セグメントを矩形状に接合して、矩形状のセグメントリングを組み立てて、トンネル軸方向に延設し、矩形断面のトンネル覆工を形成していく工法が知られている。
この場合、円断面のシールドトンネルとは異なり、セグメントリングの形状に方向性があるため、一般には、まず底面部、側面部を接合し、それぞれの側面部から天面部の中間部側に向けてセグメントを接合し、最後に、天面部の中間部のセグメントをはめ込んで接合する。この場合、最後にはめ込むセグメントは、組立誤差の影響を低減するため、接合面が傾斜面とされている。
また、各セグメントは、角部を形成するＬ型のものと、平面状のものとからなり、トンネル軸方向に隣接するセグメントリングのそれぞれの周方向の接合面を互いに千鳥状に配列するようにしている。
例えば、特許文献１には、このような構成を有するトンネル覆工用のセグメントリング構造の一例である矩形シールド用セグメントとその組立手順が記載されている。特許文献１では、最後にはめ込むセグメントは、トンネル軸に対する軸直角断面が台形とされている。
【特許文献１】特開平６−１４６７９６号公報（図４、５、８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来のトンネル覆工用のセグメントリング構造には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、１つのセグメントが軸直角断面において台形断面のセグメントであること、また隣接するセグメント間の接合部を千鳥状に配置すること、という条件を満足させるために、１６種類の形状のセグメントを用いている。
また、このような構成でトンネルをカーブさせる場合には、セグメントリングの形状は、カーブさせる平面内でテーパ状とする必要があるので、左右上下のカーブ方向に合わせて、４種類のセグメントが必要となるため、セグメントの種類も、さらに４倍に増えてしまうものである。
そのため、例えば、コンクリートセグメントの場合には、型枠の種類が膨大となり、製造効率が悪化してしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、セグメントの種類を低減することができるトンネル覆工用のセグメントリング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】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、複数のセグメントを周方向に接合してセグメントリングを形成し、該セグメントリングをその軸方向に接合して、少なくとも４隅に角部が形成され１８０°の回転対称性を有するトンネル軸直角断面のトンネル覆工を形成するためのトンネル覆工用のセグメントリング構造であって、前記セグメントリングの対向する２辺上に、それぞれ前記周方向の各接合面が前記トンネル掘進方向側に向けて離間する傾斜を有するくさびセグメントを備え、前記セグメントリングの軸方向の接合継手が、前記セグメントリングの軸方向の接合面の中心に対して１８０°回転対称となるように配置された構成とする。
この発明によれば、セグメントリングに最後にはめ込むキーセグメントとして用いることができるとともに軸方向に円滑な接合が可能となる、周方向の各接合面が前記トンネル掘進方向側に向けて離間する傾斜を有するくさびセグメントを、セグメントリングの対向する２辺上にそれぞれ備え、かつ、セグメントリングの軸方向の接合継手が、軸方向の接合面の中心に対して１８０°回転対称となっている。そのため、１つのセグメントリングに対して、同じ構成の他のセグメントリングをその軸方向の接合面の中心に対して１８０°回転して軸方向に接合することができる。その際、いずれのセグメントリングでも、組立の最後にくさびセグメントをはめ込む位置を、例えば天面側の辺部などのように、統一することができる。
そのため、例えば、トンネルの直線部を形成するセグメントリングにおいて、周方向の接合部の配置を千鳥状に構成するために、１つのセグメントリングを隣接位置で１８０°回転して接合することができる。また、トンネルの湾曲部を形成するセグメントリングにおいて、１つのセグメントを１８０°回転して配置することで、湾曲方向が反対となるセグメントリングに共通利用することができる。
なお、対向する２辺上に配置するくさびセグメントを同形状として、共通化すれば、より好ましい。
【０００６】
なお、本明細書では、少なくとも４隅部が形成され１８０°の回転対称性を有するトンネル軸直角断面は、矩形断面に限定されるものではない。
例えば、４隅の角部は、適宜の丸みが設けられていてもよく、角部間の辺部は、湾曲や屈曲を有していてもよい。例えば、各辺がアーチ状に湾曲したような膨らみを有する略矩形状の断面形状や、長円形の断面形状でもよい。長円形の場合、４隅の角部は、直線と円弧との接合部として定義される。また、辺部が山形に形成され、六角形状断面や八角形状断面となるような断面形状も含むものとする。ただし、台形状断面などはこれらより矩形に近い場合でも、１８０°の回転対称性を有しないため除外される。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造において、前記セグメントリングが、トンネルの湾曲部を形成するために前記セグメントリングの軸方向に直交する側面方向から見て台形状とされたテーパセグメントリングである構成とする。
この発明によれば、１つのテーパセグメントリングを１８０°回転して配置することで、湾曲部を形成するセグメントリングを、上方向と下方向と、または左方向と右方向とでそれぞれ兼用することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造において、前記セグメントリングを構成する複数のセグメントが、角部を形成する断面Ｌ字状のＬ型セグメントと、前記周方向の各接合面の傾斜角の大きさが一定の前記くさびセグメントとの組み合わせからなる構成とする。
この発明によれば、各セグメントの周方向の接合部における接合継手を共通化することができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造において、前記セグメントリングの軸方向の接合面が、その中心に対して９０°回転対称であり、かつ、前記軸方向の接合継手が、前記セグメントリングの軸方向の接合面の中心に対して９０°回転対称となるように配置された構成とする。
この発明によれば、セグメントリングの軸方向の接合面よび軸方向の接合継手がそれぞれセグメントリングの軸方向の接合面の中心に対して９０°回転対称となるので、左右方向および上下方向の湾曲部を形成するセグメントリングを兼ねることができる。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造において、前記セグメントリングが、前記トンネル軸直角断面の４隅を形成する角部セグメントと、前記トンネル軸直角断面の辺部を形成する辺部セグメントとからなり、前記角部セグメントが、前記トンネル軸直角断面の上下および左右の対称面に対して非対称な形状に構成され、互いに軸方向に隣接するセグメントリングの間で、それぞれのセグメントリングの前記角部セグメントおよび辺部セグメントの配置が、前記トンネル軸直角断面の上下または左右の対称面に対して互いに面対称となるように配置した構成とする。
この発明によれば、角部セグメントが、トンネル軸直角断面の上下および左右の対称面に対して非対称な形状とされるので、トンネル軸直角断面の上下または左右の対称面に対して面対称な位置関係に配置したセグメントリングを隣接させることにより、周方向の接合部を軸方向には、互いに千鳥状をなすように配置することができる。したがって、隣接するセグメントリングの間で、辺部セグメントを共通化しても千鳥状の配列とすることができるので、セグメントの種類を低減することができる。
例えば、軸方向幅が一定のセグメントリングの場合、隣接するセグメントリング間のセグメントを全く共通にすることができる。
セグメントリングが、テーパセグメントリングの場合、角部セグメントは、隣接するセグメントリング間で形状が異なるものの、面対称な形状とすることができるので、型枠の製作が容易である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のトンネル覆工用のセグメントリング構造によれば、１つのセグメントリングに、同じ構成のセグメントリングを１８０°回転して軸方向に接合することができるので、セグメントの種類を低減することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
本発明の実施形態に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造の平面図、およびそのＡ視の側面図である。図２は、図１（ａ）のＢ視正面図である。図３は、図１（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【００１３】
本実施形態のセグメントリング構造は、図１〜３に示すように、例えば、中心軸Ｏに直交する断面が矩形状で、天面および底面側の側面がテーパ状とされたテーパリング１、２（テーパセグメントリング）が、トンネル軸方向に隣接して、それぞれの軸方向接合面６を合わせて配置され、軸方向の接合継手である雄型継手３と不図示の雌型継手とにより軸方向に接合されたものである。そして、それらを複数、連結して、左（右）方向にカーブする湾曲部を備えるトンネル覆工を形成するものである。
ただし、トンネルのカーブする方向は、左右方向に限定されるものではなく、上下方向であってもよい。その場合の構成は、左右方向にカーブする場合の実施形態から容易に理解されるので、以下では、左右方向にカーブさせる場合の例で説明する。
各テーパリング１、２は、周知のシールド掘削機などにより掘進されたトンネルの坑口側から組み立てられ、シールド掘削機の掘進にしたがって、切羽側に延設される。
【００１４】
テーパリング１は、図２に示すように、矩形断面の左上側、右上側、左下側、右下側のそれぞれの隅に角部を形成する角部セグメントとして、それぞれ軸方向断面がＬ字状で、対向する各周方向接合面７がトンネル掘進方向に向かうにつれて周方向のセグメント内側に傾斜するＬ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４が配置されている。
そして、それぞれに挟まれた天面側、右側面側、底面側、左側面側の各辺部には、辺部セグメントとして、両端の周方向接合面７がトンネル掘進方向側に向かって離間する傾斜を有するＫ型セグメントＫ１、Ｓ２、Ｋ２、Ｓ１（くさびセグメント）が配置されている。
本実施形態では、各周方向接合面７の傾斜角は、中心軸Ｏに対して角度θ（＞０）とされている。
周方向に隣接する角部セグメントと辺部セグメントとは、それぞれの周方向接合面７に設けられた周方向継手部４によって接合されている。
周方向継手部４の詳細構成は、特に図示しないが、辺部セグメントをテーパリング１の軸方向にガイドして、挿入することにより接合する周知の継手構造を好適に採用することができる。
いずれの場合でも、周方向接合面７がすべて中心軸Ｏに対して角度θだけ傾斜されているので、周方向継手部４の構成はすべて共通化することが可能であり、継手構造によってすべて共通化できない場合でも面対称な２種類に抑えることができる。そのため、周方向接合面７の傾斜角θが複数ある場合、例えば、θ＝０の接合面とθ＞０の接合面とが混在する場合に比べて、周方向継手部４の部品種類の数を低減することができる。
【００１５】
各角部セグメントと各辺部セグメントの軸方向接合面６に設けられた雄型継手３は、図２に示すように、テーパリング１の軸方向接合面の中心軸Ｏに対して１８０°回転対称な配置とされている。また、特に図示しないが、紙面裏側の軸方向接合面６に設けられた雌型継手も、雄型継手３と係合するため同様の配置とされている。
このため、テーパリング１は、中心軸Ｏを中心として、１８０°回転した姿勢で、坑口側の他のセグメントリングと接合できるようになっている。この場合、天面側と底面側との構成が反転するため、トンネルの天面から見たテーパは、図１（ａ）と反対向きのテーパとなり、掘進方向が右側に湾曲する場合のセグメントリングとして用いることができるものである。
【００１６】
Ｌ型セグメントＬＡ１は、図１（ａ）、図２に示すように、トンネル左側が、幅ｐ１、長さａ、厚さｔｓ、トンネル天面側が、トンネル右側に向けて拡幅するテーパを有する長さｂ、厚さｔｋのＬ字状とされている。ただし、ａ、ｂは、坑口側の軸方向接合面６上での寸法である。また、本実施形態では、ａ＞ｂ、ｔｋ＞ｔｓである。
雄型継手３は、トンネル左側に２個、トンネル天面側に１個設けられている。
Ｋ型セグメントＫ１は、坑口側の軸方向接合面６が長さｃ、厚さｔｋの平板状とされている。そして、雄型継手３は、２個設けられている。
【００１７】
Ｌ型セグメントＬＡ２は、図１（ａ）、（ｂ）、図２に示すように、トンネルの右側が、幅ｐ２（ただし、ｐ２＞ｐ１）、長さｅ、厚さｔｓ、天面側が、トンネル左側に向けて縮幅するテーパを有する長さｄ、厚さｔｋのＬ字状とされている。ただし、ｄ、ｅは、坑口側の軸方向接合面６上での寸法である。また、本実施形態では、ｄ＞ｅである。
雄型継手３は、トンネル右側に１個、トンネル天面側に２個設けられている。
Ｋ型セグメントＳ２は、坑口側の軸方向接合面６が長さｆ、厚さｔｓの平板状とされている。そして、雄型継手３は、２個設けられている。
【００１８】
Ｌ型セグメントＬＡ４は、図１（ｂ）、図２に示すように、トンネル右側が、幅ｐ２、長さｇ、厚さｔｓ、トンネル底面側が、トンネル左側に向けて縮幅するテーパを有する長さｈ、厚さｔｋのＬ字状とされている。ただし、ｇ、ｈは、坑口側の軸方向接合面６上での寸法である。また、本実施形態では、ｇ＞ｈである。
雄型継手３は、トンネル右側に２個、トンネル底面側に１個設けられている。
Ｋ型セグメントＫ２は、坑口側の軸方向接合面６が長さｉ、厚さｔｋの平板状とされている。そして、雄型継手３は、２個設けられている。
【００１９】
Ｌ型セグメントＬＡ４は、図２に示すように、トンネルの左側が、幅ｐ１、長さｍ、厚さｔｓ、トンネル底面側が、トンネル右側に向けて拡幅するテーパを有する長さｊ、厚さｔｋのＬ字状とされている。ただし、ｍ、ｊは、坑口側の軸方向接合面６上での寸法である。また、本実施形態では、ｊ＞ｍである。
雄型継手３は、トンネル左側に１個、トンネル底面側に２個設けられている。
Ｋ型セグメントＳ１は、坑口側の軸方向接合面６が長さｎ、厚さｔｓの平板状とされている。そして、雄型継手３は、２個設けられている。
なお、ｂ＋ｃ＋ｄ＝ｊ＋ｉ＋ｋ、ａ＋ｎ＋ｍ＝ｅ＋ｆ＋ｇである。
【００２０】
本実施形態のテーパリング１の構成によれば、各角部セグメントのＬ字の短辺および長辺の長さが、テーパリング１の矩形断面の左右方向の対称面Ｖと、同じく上下方向の対称面Ｈとのいずれに対しても非対称となるような長さとされている。
【００２１】
テーパリング２は、図１（ａ）、（ｂ）、図２に示すように、テーパリング１の各セグメントの形状を対称面Ｈに関して面対称な形状として構成されている。すなわち、テーパリング１のＬ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４に代えて、角部セグメントであるＬ型セグメントＬＢ３、ＬＢ４、ＬＢ２、ＬＢ１を備え、それに対応して、Ｋ型セグメントＫ１、Ｋ２の位置を交換したものである。
Ｌ型セグメントＬＢ３は、Ｌ型セグメントＬＡ１の長さａ、ｂを長さｍ、ｊに置き換え、それに応じて、雄型継手３を、トンネル右側に１個、トンネル天面側に２個設けたものである。
Ｌ型セグメントＬＢ４は、Ｌ型セグメントＬＡ２の長さｄ、ｅを長さｈ、ｇに置き換え、それに応じて、雄型継手３を、トンネル左側に２個、トンネル天面側に１個設けたものである。
Ｌ型セグメントＬＢ２は、Ｌ型セグメントＬＡ３の長さｍ、ｊを長さａ、ｂに置き換え、それに応じて、雄型継手３を、トンネル左側に２個、トンネル底面側に１個設けたものである。
Ｌ型セグメントＬＢ１は、Ｌ型セグメントＬＡ４の長さｇ、ｈを長さｅ、ｄに置き換え、それに応じて、雄型継手３を、トンネル右側に１個、トンネル底面側に２個設けたものである。
【００２２】
次に、本実施形態のセグメントリング構造の組立工程の一例について説明する。
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造の組立順序の一例について説明する工程説明図である。
【００２３】
テーパリング１の組立工程は、地山をシールド掘削機などで掘削した後方のシールドの底面部の隅に、Ｌ型セグメントＬＡ３、ＬＡ４を設置する。すなわち、既設のセグメントリングの雌型継手の位置に、それぞれの雄型継手３を配置して軸方向に押し込み、軸方向接合面６を密着させ、軸方向に接合する（図４（ａ）参照）。
次に、Ｌ型セグメントＬＡ３、ＬＡ４の間の底面部にＫ型セグメントＫ２を軸方向に挿入して設置する。このとき、Ｌ型セグメントＬＡ３、ＬＡ４とＫ型セグメントＫ２とのそれぞれの周方向接合面７には、Ｋ型セグメントＫ２の軸方向への挿入をガイドするとともに、周方向に接合する周方向継手部５４設けられているので、軸方向に挿入して軸方向接合面６において軸方向の接合が完了すると同時に、周方向の接合が完了する。
【００２４】
次に、坑口側のシールドの天面部の隅に、Ｌ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２を設置する。そして既設のセグメントリングの雌型継手の位置に、それぞれの雄型継手３を配置して軸方向に押し込み、軸方向接合面６を密着させ、軸方向に接合する（図４（ｂ）参照）
そして、Ｌ型セグメントＬＡ３、ＬＡ１の間に、Ｋ型セグメントＳ１を挿入して、軸方向および周方向に接合し、Ｌ型セグメントＬＡ４、ＬＡ２の間に、Ｋ型セグメントＳ２を挿入して軸方向および周方向に接合する。
【００２５】
次に、Ｌ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２の間に、Ｋ型セグメントＫ１を挿入して、軸方向および周方向に接合する。この場合の、Ｋ型セグメントＫ１は、テーパリング１の周方向の接合を完了させるための最後のピースであり、いわゆるキーセグメントになっている。
キーセグメントは、それまでの接合による組立誤差や、各セグメントの部品バラツキなどにより生じるＬ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２の間の隙間のバラツキに対応する必要があるが、本実施形態のＫ型セグメントＫ１の周方向接合面７は、中心軸Ｏに対して角度θをなしてトンネル掘進方向に向けて離間しており、挿入方向である坑口側が縮幅しているため、Ｌ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２の間の隙間のバラツキがあっても円滑な挿入を行うことができる。
また、本実施形態では、辺部セグメントがすべて、このような軸方向に挿入して周方向と軸方向とを同時に接合するくさびセグメントであるため、例えば、軸直角断面が台形状の径方向の内側から接合するセグメントに比べて、作業効率に優れるという利点がある。
【００２６】
テーパリング１の組立が終了すると、テーパリング２を同様にして組み立てる。
このとき、同一の角部に配置される角部セグメントのＬ字の長辺と短辺との長さが、テーパリング１、２とでは異なっているので、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、周方向接合面７が側面視で千鳥状に配置される。
このようにして接合されたテーパリング１、２のなすセグメントリング構造は、掘進方向を左側にカーブさせるトンネル覆工の一部を形成するものである。したがって、さらに、テーパリング１、２を順次同様にして接合していくことにより、所定の湾曲量を有する左方向にカーブしたトンネル覆工が形成される。
カーブの曲率を変えるには、これらの間に、テーパリング１、２において、ｐ１＝ｐ２とした直線部用のセグメントリングを挿入するか、幅ｐ１、ｐ２の比を変えることでテーパの大きさの異なる他のテーパリングを挿入すればよい。
【００２７】
トンネルのカーブの方向を変えるには、ｐ１＞ｐ２である右カーブ用のセグメントリングを用いればよく、従来は、そのような右カーブ用のセグメントリングが用意されていた。
しかしながら、本実施形態のセグメントリング構造では、テーパリング１、２を中心軸Ｏ回りに１８０°回転させて接合することができるので、テーパリング１、２を左右の両方向のカーブ用として兼用することができる。したがって、左右のカーブ用にセグメントリングを作り分ける場合に比べて、セグメントの種類を半減することができ、型枠数の半減できる。
この場合、組立は、底面部側から上記と同様に行うことができる。例えば、テーパリング１を１８０°回転した場合では、図４（ａ）、（ｂ）にカッコ書きしたように、（１）Ｌ型セグメントＬＡ２、ＬＡ１、（２）Ｋ型セグメントＫ１、（３）Ｌ型セグメントＬＡ４、ＬＡ３、（４）Ｋ型セグメントＳ２、Ｓ１、（５）Ｋ型セグメントＫ２のような順序で組み立てる。
ここで、Ｋ型セグメントＫ２は、Ｋ型セグメントＫ１と同様に、周方向接合面７がテーパを有するセグメントなので、容易に組み立てることができ、キーセグメントとして好適なものとなっている。
【００２８】
このように、本実施形態では、セグメントリングの上下方向において対向する２辺上に、それぞれの周方向接合面７がトンネル掘進方向側に向けて離間する傾斜を有するＫ型セグメントＫ１、Ｋ２を備えるため、テーパリング１、２を１８０°回転して配置しても、同様に底面部側から組み立て、天面部にキーセグメントを配置する構成とすることができるので、いずれの場合も容易かつ良好な組立を行うことができる。
【００２９】
また、８個で構成される従来のテーパセグメントリングは、セグメントの接合面を千鳥状に配列するために軸方向に２種類、左右のカーブの方向に応じて２種類で、合計３２種類のセグメントから構成されていたのに対して、本実施形態では、多くとも１２種類のセグメントで構成することができ、格段にセグメントの種類が低減される。そのため、型枠の数が減少し、製造効率が向上する。
【００３０】
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態の第１変形例に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造の平面図、およびそのＤ視の側面図である。
【００３１】
本変形例のセグメントリング構造は、上記実施形態のテーパリング１、２に代えて、テーパリング１０、２０（テーパセグメントリング）を備える。
テーパリング１０は、Ｌ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４、Ｋ型セグメントＳ１、Ｓ２に代えて、それぞれＬ型セグメントＬＡ１０、ＬＡ２０、ＬＡ３０、ＬＡ４０、矩形型セグメントＳ１０、Ｓ２０（辺部セグメント）を備える。
テーパリング２０は、Ｌ型セグメントＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３、ＬＢ４、Ｋ型セグメントＳ１、Ｓ２に代えて、それぞれＬ型セグメントＬＢ１０、ＬＢ２０、ＬＢ３０、ＬＢ４０、矩形型セグメントＳ１０、Ｓ２０を備える。
【００３２】
矩形型セグメントＳ１０、Ｓ２０は、それぞれＫ型セグメントＳ１、Ｓ２において、周方向接合面７の代わりにθ＝０の周方向接合面８を備える平面視矩形のセグメントである。
Ｌ型セグメントＬＡ１０、ＬＡ２０、ＬＡ３０、ＬＡ４０、ＬＢ１０、ＬＢ２０、ＬＢ３０、ＬＢ４０は、矩形型セグメントＳ１０、Ｓ２０との接合面が周方向接合面８とされている点が、上記の各角部セグメントと異なる。
いずれのセグメントにも、周方向接合面８には、θ＝０に応じた周方向継手部５が設けられている。
【００３３】
本変形例は、組立順序上、１８０°回転してもキーセグメントの位置とならない左側側面、右側側面にある上記実施形態のＫ型セグメントＳ１、Ｓ２を、矩形型セグメントＳ１０、Ｓ２０に代えたものであり、周方向継手部が２種類になる点以外は、上記実施形態と同様の作用効果を有する。
この場合、Ｋ型セグメントＳ１、Ｓ２は、Ｌ型セグメントＬＡ３０、ＬＡ４０の次に接合し、その後、Ｌ型セグメントＬＡ１０、ＬＡ２０を接合することにより円滑に組み立てることができる。
また、トンネルの開口面積が大きくなり、セグメントリングを８個以上のセグメントから構成する必要がある場合、上下方向の辺部セグメントとして、このような矩形型セグメントや、Ｋ型セグメントＫ１、Ｋ２と接合するための片側に周方向接合面７、片側に周方向接合面８を有する台形型セグメントを組み合わせるように変形してもよい。
【００３４】
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
本変形例は、特に図示しないが、上記実施形態のテーパリング１、２において、Ｗ＝ｂ＋ｃ＋ｄ＝ｊ＋ｉ＋ｋ＝ａ＋ｎ＋ｍ＝ｅ＋ｆ＋ｇ、ｔｓ＝ｔｋ、として、トンネルをＷ×Ｗの正方形断面とするとともに、雄型継手３の配置を、中心軸Ｏを中心として９０°回転対称となる位置に設定したものである。
【００３５】
本変形例によれば、テーパリング１、２を９０°回転しても接合できるので、上下方向のカーブを形成するセグメントリングとして用いることができるので、セグメントの種類を著しく低減することができる。また、Ｋ型セグメントＫ１、Ｋ２を共通化すればより型枠数を低減できる。
この場合、上下方向にカーブするセグメントリングを組み立てるには、Ｋ型セグメントＳ１、Ｓ２のいずれかが、天面側に位置するため、キーセグメントとなるが、Ｋ型セグメントＫ１、Ｋ２と軸方向の幅が異なるのみで、それぞれの周方向接合面７は、同様な傾斜を有しているくさびセグメントとなっているので、キーセグメントとして好適となっている。
【００３６】
なお、上記の説明では、少なくとも４隅に角部が形成され１８０°の回転対称性を有するトンネル軸直角断面として、角部に丸みが設けられた矩形断面の場合の例で説明したが、本発明はこのような矩形断面に限定されるものではない。
例えば、各辺がアーチ状に湾曲したような膨らみを有する略矩形状の断面形状や、長円形の断面形状でもよい。また、辺部が山形に形成され、六角形状断面や八角形状断面となるような断面形状でもよい。
【００３７】
また、上記の説明では、一例として、セグメントリングが、ｐ１＜ｐ２のようなテーパセグメントリングの場合の例で説明したが、ｐ１＝ｐ２としたトンネルの直線部などを形成するセグメントリングに、上記実施形態と同様の技術的思想を適用することができる。
その場合、例えば、軸方向の幅が等しくなるため、角部セグメント、辺部セグメントの形状をさらに共通化して、セグメントの種類を低減することができる。
【００３８】
また、上記の説明では、一例として、トンネルの天面部で最後のセグメントをはめ込む場合の例で説明したが、可能ならば、底面部、左側面部、右側面部などを最後のセグメントをはめ込む位置としてもよい。本発明では、いずれの場合にも、１８０°回転したセグメントリングにおいても、それぞれと同じ位置に最後のセグメントをはめ込むことができるので、作業効率のよい接合を行うことができる。
【００３９】
また、上記の説明では、セグメントの配置が、トンネル軸直角断面の対称面Ｈ、Ｖに対して非対称な配置とした場合の例で説明したが、軸直角断面における、各セグメントの長さを変えて、対称面Ｈ、Ｖに対して対称な構成を採用してもよい。例えば、対称面Ｈに関して対称なセグメントの配置をとることにより、テーパセグメントであっても、Ｋ型セグメントＫ１、Ｋ２の形状を共通化することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造の平面図、およびそのＡ視の側面図である。
【図２】図１（ａ）のＢ視正面図である。
【図３】図１（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造の組立順序の一例について説明する工程説明図である。
【図５】本発明の実施形態の第１変形例に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造の平面図、およびそのＤ視の側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１、２、１０、２０ テーパリング（テーパセグメントリング）
３ 雄型継手（軸方向の接合継手）
４、５ 周方向継手部
６ 軸方向接合面
７、８ 周方向接合面
Ｋ１、Ｋ２ Ｋ型セグメント（くさびセグメント）
ＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４、ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３、ＬＢ４、ＬＡ１０、ＬＡ２０、ＬＡ３０、ＬＡ４０、ＬＢ１０、ＬＢ２０、ＬＢ３０、ＬＢ４０ Ｌ型セグメント（角部セグメント）
Ｓ１、Ｓ２ Ｋ型セグメント（くさびセグメント）
Ｓ１０、Ｓ２０ 矩形型セグメント（辺部セグメント）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル覆工用のセグメントリング構造に関する。例えば、矩形断面などの少なくとも４隅に角部が形成され１８０°の回転対称性を有するトンネル軸直角断面のトンネル覆工を形成するためのトンネル覆工用のセグメントリング構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルのシールド工法において、地山を矩形断面に掘削し、セグメントを矩形状に接合して、矩形状のセグメントリングを組み立てて、トンネル軸方向に延設し、矩形断面のトンネル覆工を形成していく工法が知られている。
この場合、円断面のシールドトンネルとは異なり、セグメントリングの形状に方向性があるため、一般には、まず底面部、側面部を接合し、それぞれの側面部から天面部の中間部側に向けてセグメントを接合し、最後に、天面部の中間部のセグメントをはめ込んで接合する。この場合、最後にはめ込むセグメントは、組立誤差の影響を低減するため、接合面が傾斜面とされている。
また、各セグメントは、角部を形成するＬ型のものと、平面状のものとからなり、トンネル軸方向に隣接するセグメントリングのそれぞれの周方向の接合面を互いに千鳥状に配列するようにしている。
例えば、特許文献１には、このような構成を有するトンネル覆工用のセグメントリング構造の一例である矩形シールド用セグメントとその組立手順が記載されている。特許文献１では、最後にはめ込むセグメントは、トンネル軸に対する軸直角断面が台形とされている。
【特許文献１】特開平６−１４６７９６号公報（図４、５、８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来のトンネル覆工用のセグメントリング構造には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、１つのセグメントが軸直角断面において台形断面のセグメントであること、また隣接するセグメント間の接合部を千鳥状に配置すること、という条件を満足させるために、１６種類の形状のセグメントを用いている。
また、このような構成でトンネルをカーブさせる場合には、セグメントリングの形状は、カーブさせる平面内でテーパ状とする必要があるので、左右上下のカーブ方向に合わせて、４種類のセグメントが必要となるため、セグメントの種類も、さらに４倍に増えてしまうものである。
そのため、例えば、コンクリートセグメントの場合には、型枠の種類が膨大となり、製造効率が悪化してしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、セグメントの種類を低減することができるトンネル覆工用のセグメントリング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】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、複数のセグメントを周方向に接合してセグメントリングを形成し、該セグメントリングをその軸方向に接合して、少なくとも４隅に角部が形成され１８０°の回転対称性を有するトンネル軸直角断面のトンネル覆工を形成するためのトンネル覆工用のセグメントリング構造であって、前記セグメントリングの対向する２辺上に、それぞれ前記周方向の各接合面が前記トンネル掘進方向側に向けて離間する傾斜を有するくさびセグメントを備え、前記セグメントリングの軸方向の接合継手が、前記セグメントリングの軸方向の接合面の中心に対して１８０°回転対称となるように配置された構成とする。
この発明によれば、セグメントリングに最後にはめ込むキーセグメントとして用いることができるとともに軸方向に円滑な接合が可能となる、周方向の各接合面が前記トンネル掘進方向側に向けて離間する傾斜を有するくさびセグメントを、セグメントリングの対向する２辺上にそれぞれ備え、かつ、セグメントリングの軸方向の接合継手が、軸方向の接合面の中心に対して１８０°回転対称となっている。そのため、１つのセグメントリングに対して、同じ構成の他のセグメントリングをその軸方向の接合面の中心に対して１８０°回転して軸方向に接合することができる。その際、いずれのセグメントリングでも、組立の最後にくさびセグメントをはめ込む位置を、例えば天面側の辺部などのように、統一することができる。
そのため、例えば、トンネルの直線部を形成するセグメントリングにおいて、周方向の接合部の配置を千鳥状に構成するために、１つのセグメントリングを隣接位置で１８０°回転して接合することができる。また、トンネルの湾曲部を形成するセグメントリングにおいて、１つのセグメントを１８０°回転して配置することで、湾曲方向が反対となるセグメントリングに共通利用することができる。
なお、対向する２辺上に配置するくさびセグメントを同形状として、共通化すれば、より好ましい。
【０００６】
なお、本明細書では、少なくとも４隅部が形成され１８０°の回転対称性を有するトンネル軸直角断面は、矩形断面に限定されるものではない。
例えば、４隅の角部は、適宜の丸みが設けられていてもよく、角部間の辺部は、湾曲や屈曲を有していてもよい。例えば、各辺がアーチ状に湾曲したような膨らみを有する略矩形状の断面形状や、長円形の断面形状でもよい。長円形の場合、４隅の角部は、直線と円弧との接合部として定義される。また、辺部が山形に形成され、六角形状断面や八角形状断面となるような断面形状も含むものとする。ただし、台形状断面などはこれらより矩形に近い場合でも、１８０°の回転対称性を有しないため除外される。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造において、前記セグメントリングが、トンネルの湾曲部を形成するために前記セグメントリングの軸方向に直交する側面方向から見て台形状とされたテーパセグメントリングである構成とする。
この発明によれば、１つのテーパセグメントリングを１８０°回転して配置することで、湾曲部を形成するセグメントリングを、上方向と下方向と、または左方向と右方向とでそれぞれ兼用することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造において、前記セグメントリングを構成する複数のセグメントが、角部を形成する断面Ｌ字状のＬ型セグメントと、前記周方向の各接合面の傾斜角の大きさが一定の前記くさびセグメントとの組み合わせからなる構成とする。
この発明によれば、各セグメントの周方向の接合部における接合継手を共通化することができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造において、前記セグメントリングの軸方向の接合面が、その中心に対して９０°回転対称であり、かつ、前記軸方向の接合継手が、前記セグメントリングの軸方向の接合面の中心に対して９０°回転対称となるように配置された構成とする。
この発明によれば、セグメントリングの軸方向の接合面よび軸方向の接合継手がそれぞれセグメントリングの軸方向の接合面の中心に対して９０°回転対称となるので、左右方向および上下方向の湾曲部を形成するセグメントリングを兼ねることができる。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造において、前記セグメントリングが、前記トンネル軸直角断面の４隅を形成する角部セグメントと、前記トンネル軸直角断面の辺部を形成する辺部セグメントとからなり、前記角部セグメントが、前記トンネル軸直角断面の上下および左右の対称面に対して非対称な形状に構成され、互いに軸方向に隣接するセグメントリングの間で、それぞれのセグメントリングの前記角部セグメントおよび辺部セグメントの配置が、前記トンネル軸直角断面の上下または左右の対称面に対して互いに面対称となるように配置した構成とする。
この発明によれば、角部セグメントが、トンネル軸直角断面の上下および左右の対称面に対して非対称な形状とされるので、トンネル軸直角断面の上下または左右の対称面に対して面対称な位置関係に配置したセグメントリングを隣接させることにより、周方向の接合部を軸方向には、互いに千鳥状をなすように配置することができる。したがって、隣接するセグメントリングの間で、辺部セグメントを共通化しても千鳥状の配列とすることができるので、セグメントの種類を低減することができる。
例えば、軸方向幅が一定のセグメントリングの場合、隣接するセグメントリング間のセグメントを全く共通にすることができる。
セグメントリングが、テーパセグメントリングの場合、角部セグメントは、隣接するセグメントリング間で形状が異なるものの、面対称な形状とすることができるので、型枠の製作が容易である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のトンネル覆工用のセグメントリング構造によれば、１つのセグメントリングに、同じ構成のセグメントリングを１８０°回転して軸方向に接合することができるので、セグメントの種類を低減することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
本発明の実施形態に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造の平面図、およびそのＡ視の側面図である。図２は、図１（ａ）のＢ視正面図である。図３は、図１（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【００１３】
本実施形態のセグメントリング構造は、図１〜３に示すように、例えば、中心軸Ｏに直交する断面が矩形状で、天面および底面側の側面がテーパ状とされたテーパリング１、２（テーパセグメントリング）が、トンネル軸方向に隣接して、それぞれの軸方向接合面６を合わせて配置され、軸方向の接合継手である雄型継手３と不図示の雌型継手とにより軸方向に接合されたものである。そして、それらを複数、連結して、左（右）方向にカーブする湾曲部を備えるトンネル覆工を形成するものである。
ただし、トンネルのカーブする方向は、左右方向に限定されるものではなく、上下方向であってもよい。その場合の構成は、左右方向にカーブする場合の実施形態から容易に理解されるので、以下では、左右方向にカーブさせる場合の例で説明する。
各テーパリング１、２は、周知のシールド掘削機などにより掘進されたトンネルの坑口側から組み立てられ、シールド掘削機の掘進にしたがって、切羽側に延設される。
【００１４】
テーパリング１は、図２に示すように、矩形断面の左上側、右上側、左下側、右下側のそれぞれの隅に角部を形成する角部セグメントとして、それぞれ軸方向断面がＬ字状で、対向する各周方向接合面７がトンネル掘進方向に向かうにつれて周方向のセグメント内側に傾斜するＬ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４が配置されている。
そして、それぞれに挟まれた天面側、右側面側、底面側、左側面側の各辺部には、辺部セグメントとして、両端の周方向接合面７がトンネル掘進方向側に向かって離間する傾斜を有するＫ型セグメントＫ１、Ｓ２、Ｋ２、Ｓ１（くさびセグメント）が配置されている。
本実施形態では、各周方向接合面７の傾斜角は、中心軸Ｏに対して角度θ（＞０）とされている。
周方向に隣接する角部セグメントと辺部セグメントとは、それぞれの周方向接合面７に設けられた周方向継手部４によって接合されている。
周方向継手部４の詳細構成は、特に図示しないが、辺部セグメントをテーパリング１の軸方向にガイドして、挿入することにより接合する周知の継手構造を好適に採用することができる。
いずれの場合でも、周方向接合面７がすべて中心軸Ｏに対して角度θだけ傾斜されているので、周方向継手部４の構成はすべて共通化することが可能であり、継手構造によってすべて共通化できない場合でも面対称な２種類に抑えることができる。そのため、周方向接合面７の傾斜角θが複数ある場合、例えば、θ＝０の接合面とθ＞０の接合面とが混在する場合に比べて、周方向継手部４の部品種類の数を低減することができる。
【００１５】
各角部セグメントと各辺部セグメントの軸方向接合面６に設けられた雄型継手３は、図２に示すように、テーパリング１の軸方向接合面の中心軸Ｏに対して１８０°回転対称な配置とされている。また、特に図示しないが、紙面裏側の軸方向接合面６に設けられた雌型継手も、雄型継手３と係合するため同様の配置とされている。
このため、テーパリング１は、中心軸Ｏを中心として、１８０°回転した姿勢で、坑口側の他のセグメントリングと接合できるようになっている。この場合、天面側と底面側との構成が反転するため、トンネルの天面から見たテーパは、図１（ａ）と反対向きのテーパとなり、掘進方向が右側に湾曲する場合のセグメントリングとして用いることができるものである。
【００１６】
Ｌ型セグメントＬＡ１は、図１（ａ）、図２に示すように、トンネル左側が、幅ｐ１、長さａ、厚さｔｓ、トンネル天面側が、トンネル右側に向けて拡幅するテーパを有する長さｂ、厚さｔｋのＬ字状とされている。ただし、ａ、ｂは、坑口側の軸方向接合面６上での寸法である。また、本実施形態では、ａ＞ｂ、ｔｋ＞ｔｓである。
雄型継手３は、トンネル左側に２個、トンネル天面側に１個設けられている。
Ｋ型セグメントＫ１は、坑口側の軸方向接合面６が長さｃ、厚さｔｋの平板状とされている。そして、雄型継手３は、２個設けられている。
【００１７】
Ｌ型セグメントＬＡ２は、図１（ａ）、（ｂ）、図２に示すように、トンネルの右側が、幅ｐ２（ただし、ｐ２＞ｐ１）、長さｅ、厚さｔｓ、天面側が、トンネル左側に向けて縮幅するテーパを有する長さｄ、厚さｔｋのＬ字状とされている。ただし、ｄ、ｅは、坑口側の軸方向接合面６上での寸法である。また、本実施形態では、ｄ＞ｅである。
雄型継手３は、トンネル右側に１個、トンネル天面側に２個設けられている。
Ｋ型セグメントＳ２は、坑口側の軸方向接合面６が長さｆ、厚さｔｓの平板状とされている。そして、雄型継手３は、２個設けられている。
【００１８】
Ｌ型セグメントＬＡ４は、図１（ｂ）、図２に示すように、トンネル右側が、幅ｐ２、長さｇ、厚さｔｓ、トンネル底面側が、トンネル左側に向けて縮幅するテーパを有する長さｈ、厚さｔｋのＬ字状とされている。ただし、ｇ、ｈは、坑口側の軸方向接合面６上での寸法である。また、本実施形態では、ｇ＞ｈである。
雄型継手３は、トンネル右側に２個、トンネル底面側に１個設けられている。
Ｋ型セグメントＫ２は、坑口側の軸方向接合面６が長さｉ、厚さｔｋの平板状とされている。そして、雄型継手３は、２個設けられている。
【００１９】
Ｌ型セグメントＬＡ４は、図２に示すように、トンネルの左側が、幅ｐ１、長さｍ、厚さｔｓ、トンネル底面側が、トンネル右側に向けて拡幅するテーパを有する長さｊ、厚さｔｋのＬ字状とされている。ただし、ｍ、ｊは、坑口側の軸方向接合面６上での寸法である。また、本実施形態では、ｊ＞ｍである。
雄型継手３は、トンネル左側に１個、トンネル底面側に２個設けられている。
Ｋ型セグメントＳ１は、坑口側の軸方向接合面６が長さｎ、厚さｔｓの平板状とされている。そして、雄型継手３は、２個設けられている。
なお、ｂ＋ｃ＋ｄ＝ｊ＋ｉ＋ｋ、ａ＋ｎ＋ｍ＝ｅ＋ｆ＋ｇである。
【００２０】
本実施形態のテーパリング１の構成によれば、各角部セグメントのＬ字の短辺および長辺の長さが、テーパリング１の矩形断面の左右方向の対称面Ｖと、同じく上下方向の対称面Ｈとのいずれに対しても非対称となるような長さとされている。
【００２１】
テーパリング２は、図１（ａ）、（ｂ）、図２に示すように、テーパリング１の各セグメントの形状を対称面Ｈに関して面対称な形状として構成されている。すなわち、テーパリング１のＬ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４に代えて、角部セグメントであるＬ型セグメントＬＢ３、ＬＢ４、ＬＢ２、ＬＢ１を備え、それに対応して、Ｋ型セグメントＫ１、Ｋ２の位置を交換したものである。
Ｌ型セグメントＬＢ３は、Ｌ型セグメントＬＡ１の長さａ、ｂを長さｍ、ｊに置き換え、それに応じて、雄型継手３を、トンネル右側に１個、トンネル天面側に２個設けたものである。
Ｌ型セグメントＬＢ４は、Ｌ型セグメントＬＡ２の長さｄ、ｅを長さｈ、ｇに置き換え、それに応じて、雄型継手３を、トンネル左側に２個、トンネル天面側に１個設けたものである。
Ｌ型セグメントＬＢ２は、Ｌ型セグメントＬＡ３の長さｍ、ｊを長さａ、ｂに置き換え、それに応じて、雄型継手３を、トンネル左側に２個、トンネル底面側に１個設けたものである。
Ｌ型セグメントＬＢ１は、Ｌ型セグメントＬＡ４の長さｇ、ｈを長さｅ、ｄに置き換え、それに応じて、雄型継手３を、トンネル右側に１個、トンネル底面側に２個設けたものである。
【００２２】
次に、本実施形態のセグメントリング構造の組立工程の一例について説明する。
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造の組立順序の一例について説明する工程説明図である。
【００２３】
テーパリング１の組立工程は、地山をシールド掘削機などで掘削した後方のシールドの底面部の隅に、Ｌ型セグメントＬＡ３、ＬＡ４を設置する。すなわち、既設のセグメントリングの雌型継手の位置に、それぞれの雄型継手３を配置して軸方向に押し込み、軸方向接合面６を密着させ、軸方向に接合する（図４（ａ）参照）。
次に、Ｌ型セグメントＬＡ３、ＬＡ４の間の底面部にＫ型セグメントＫ２を軸方向に挿入して設置する。このとき、Ｌ型セグメントＬＡ３、ＬＡ４とＫ型セグメントＫ２とのそれぞれの周方向接合面７には、Ｋ型セグメントＫ２の軸方向への挿入をガイドするとともに、周方向に接合する周方向継手部５４設けられているので、軸方向に挿入して軸方向接合面６において軸方向の接合が完了すると同時に、周方向の接合が完了する。
【００２４】
次に、坑口側のシールドの天面部の隅に、Ｌ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２を設置する。そして既設のセグメントリングの雌型継手の位置に、それぞれの雄型継手３を配置して軸方向に押し込み、軸方向接合面６を密着させ、軸方向に接合する（図４（ｂ）参照）
そして、Ｌ型セグメントＬＡ３、ＬＡ１の間に、Ｋ型セグメントＳ１を挿入して、軸方向および周方向に接合し、Ｌ型セグメントＬＡ４、ＬＡ２の間に、Ｋ型セグメントＳ２を挿入して軸方向および周方向に接合する。
【００２５】
次に、Ｌ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２の間に、Ｋ型セグメントＫ１を挿入して、軸方向および周方向に接合する。この場合の、Ｋ型セグメントＫ１は、テーパリング１の周方向の接合を完了させるための最後のピースであり、いわゆるキーセグメントになっている。
キーセグメントは、それまでの接合による組立誤差や、各セグメントの部品バラツキなどにより生じるＬ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２の間の隙間のバラツキに対応する必要があるが、本実施形態のＫ型セグメントＫ１の周方向接合面７は、中心軸Ｏに対して角度θをなしてトンネル掘進方向に向けて離間しており、挿入方向である坑口側が縮幅しているため、Ｌ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２の間の隙間のバラツキがあっても円滑な挿入を行うことができる。
また、本実施形態では、辺部セグメントがすべて、このような軸方向に挿入して周方向と軸方向とを同時に接合するくさびセグメントであるため、例えば、軸直角断面が台形状の径方向の内側から接合するセグメントに比べて、作業効率に優れるという利点がある。
【００２６】
テーパリング１の組立が終了すると、テーパリング２を同様にして組み立てる。
このとき、同一の角部に配置される角部セグメントのＬ字の長辺と短辺との長さが、テーパリング１、２とでは異なっているので、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、周方向接合面７が側面視で千鳥状に配置される。
このようにして接合されたテーパリング１、２のなすセグメントリング構造は、掘進方向を左側にカーブさせるトンネル覆工の一部を形成するものである。したがって、さらに、テーパリング１、２を順次同様にして接合していくことにより、所定の湾曲量を有する左方向にカーブしたトンネル覆工が形成される。
カーブの曲率を変えるには、これらの間に、テーパリング１、２において、ｐ１＝ｐ２とした直線部用のセグメントリングを挿入するか、幅ｐ１、ｐ２の比を変えることでテーパの大きさの異なる他のテーパリングを挿入すればよい。
【００２７】
トンネルのカーブの方向を変えるには、ｐ１＞ｐ２である右カーブ用のセグメントリングを用いればよく、従来は、そのような右カーブ用のセグメントリングが用意されていた。
しかしながら、本実施形態のセグメントリング構造では、テーパリング１、２を中心軸Ｏ回りに１８０°回転させて接合することができるので、テーパリング１、２を左右の両方向のカーブ用として兼用することができる。したがって、左右のカーブ用にセグメントリングを作り分ける場合に比べて、セグメントの種類を半減することができ、型枠数の半減できる。
この場合、組立は、底面部側から上記と同様に行うことができる。例えば、テーパリング１を１８０°回転した場合では、図４（ａ）、（ｂ）にカッコ書きしたように、（１）Ｌ型セグメントＬＡ２、ＬＡ１、（２）Ｋ型セグメントＫ１、（３）Ｌ型セグメントＬＡ４、ＬＡ３、（４）Ｋ型セグメントＳ２、Ｓ１、（５）Ｋ型セグメントＫ２のような順序で組み立てる。
ここで、Ｋ型セグメントＫ２は、Ｋ型セグメントＫ１と同様に、周方向接合面７がテーパを有するセグメントなので、容易に組み立てることができ、キーセグメントとして好適なものとなっている。
【００２８】
このように、本実施形態では、セグメントリングの上下方向において対向する２辺上に、それぞれの周方向接合面７がトンネル掘進方向側に向けて離間する傾斜を有するＫ型セグメントＫ１、Ｋ２を備えるため、テーパリング１、２を１８０°回転して配置しても、同様に底面部側から組み立て、天面部にキーセグメントを配置する構成とすることができるので、いずれの場合も容易かつ良好な組立を行うことができる。
【００２９】
また、８個で構成される従来のテーパセグメントリングは、セグメントの接合面を千鳥状に配列するために軸方向に２種類、左右のカーブの方向に応じて２種類で、合計３２種類のセグメントから構成されていたのに対して、本実施形態では、多くとも１２種類のセグメントで構成することができ、格段にセグメントの種類が低減される。そのため、型枠の数が減少し、製造効率が向上する。
【００３０】
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態の第１変形例に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造の平面図、およびそのＤ視の側面図である。
【００３１】
本変形例のセグメントリング構造は、上記実施形態のテーパリング１、２に代えて、テーパリング１０、２０（テーパセグメントリング）を備える。
テーパリング１０は、Ｌ型セグメントＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４、Ｋ型セグメントＳ１、Ｓ２に代えて、それぞれＬ型セグメントＬＡ１０、ＬＡ２０、ＬＡ３０、ＬＡ４０、矩形型セグメントＳ１０、Ｓ２０（辺部セグメント）を備える。
テーパリング２０は、Ｌ型セグメントＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３、ＬＢ４、Ｋ型セグメントＳ１、Ｓ２に代えて、それぞれＬ型セグメントＬＢ１０、ＬＢ２０、ＬＢ３０、ＬＢ４０、矩形型セグメントＳ１０、Ｓ２０を備える。
【００３２】
矩形型セグメントＳ１０、Ｓ２０は、それぞれＫ型セグメントＳ１、Ｓ２において、周方向接合面７の代わりにθ＝０の周方向接合面８を備える平面視矩形のセグメントである。
Ｌ型セグメントＬＡ１０、ＬＡ２０、ＬＡ３０、ＬＡ４０、ＬＢ１０、ＬＢ２０、ＬＢ３０、ＬＢ４０は、矩形型セグメントＳ１０、Ｓ２０との接合面が周方向接合面８とされている点が、上記の各角部セグメントと異なる。
いずれのセグメントにも、周方向接合面８には、θ＝０に応じた周方向継手部５が設けられている。
【００３３】
本変形例は、組立順序上、１８０°回転してもキーセグメントの位置とならない左側側面、右側側面にある上記実施形態のＫ型セグメントＳ１、Ｓ２を、矩形型セグメントＳ１０、Ｓ２０に代えたものであり、周方向継手部が２種類になる点以外は、上記実施形態と同様の作用効果を有する。
この場合、Ｋ型セグメントＳ１、Ｓ２は、Ｌ型セグメントＬＡ３０、ＬＡ４０の次に接合し、その後、Ｌ型セグメントＬＡ１０、ＬＡ２０を接合することにより円滑に組み立てることができる。
また、トンネルの開口面積が大きくなり、セグメントリングを８個以上のセグメントから構成する必要がある場合、上下方向の辺部セグメントとして、このような矩形型セグメントや、Ｋ型セグメントＫ１、Ｋ２と接合するための片側に周方向接合面７、片側に周方向接合面８を有する台形型セグメントを組み合わせるように変形してもよい。
【００３４】
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
本変形例は、特に図示しないが、上記実施形態のテーパリング１、２において、Ｗ＝ｂ＋ｃ＋ｄ＝ｊ＋ｉ＋ｋ＝ａ＋ｎ＋ｍ＝ｅ＋ｆ＋ｇ、ｔｓ＝ｔｋ、として、トンネルをＷ×Ｗの正方形断面とするとともに、雄型継手３の配置を、中心軸Ｏを中心として９０°回転対称となる位置に設定したものである。
【００３５】
本変形例によれば、テーパリング１、２を９０°回転しても接合できるので、上下方向のカーブを形成するセグメントリングとして用いることができるので、セグメントの種類を著しく低減することができる。また、Ｋ型セグメントＫ１、Ｋ２を共通化すればより型枠数を低減できる。
この場合、上下方向にカーブするセグメントリングを組み立てるには、Ｋ型セグメントＳ１、Ｓ２のいずれかが、天面側に位置するため、キーセグメントとなるが、Ｋ型セグメントＫ１、Ｋ２と軸方向の幅が異なるのみで、それぞれの周方向接合面７は、同様な傾斜を有しているくさびセグメントとなっているので、キーセグメントとして好適となっている。
【００３６】
なお、上記の説明では、少なくとも４隅に角部が形成され１８０°の回転対称性を有するトンネル軸直角断面として、角部に丸みが設けられた矩形断面の場合の例で説明したが、本発明はこのような矩形断面に限定されるものではない。
例えば、各辺がアーチ状に湾曲したような膨らみを有する略矩形状の断面形状や、長円形の断面形状でもよい。また、辺部が山形に形成され、六角形状断面や八角形状断面となるような断面形状でもよい。
【００３７】
また、上記の説明では、一例として、セグメントリングが、ｐ１＜ｐ２のようなテーパセグメントリングの場合の例で説明したが、ｐ１＝ｐ２としたトンネルの直線部などを形成するセグメントリングに、上記実施形態と同様の技術的思想を適用することができる。
その場合、例えば、軸方向の幅が等しくなるため、角部セグメント、辺部セグメントの形状をさらに共通化して、セグメントの種類を低減することができる。
【００３８】
また、上記の説明では、一例として、トンネルの天面部で最後のセグメントをはめ込む場合の例で説明したが、可能ならば、底面部、左側面部、右側面部などを最後のセグメントをはめ込む位置としてもよい。本発明では、いずれの場合にも、１８０°回転したセグメントリングにおいても、それぞれと同じ位置に最後のセグメントをはめ込むことができるので、作業効率のよい接合を行うことができる。
【００３９】
また、上記の説明では、セグメントの配置が、トンネル軸直角断面の対称面Ｈ、Ｖに対して非対称な配置とした場合の例で説明したが、軸直角断面における、各セグメントの長さを変えて、対称面Ｈ、Ｖに対して対称な構成を採用してもよい。例えば、対称面Ｈに関して対称なセグメントの配置をとることにより、テーパセグメントであっても、Ｋ型セグメントＫ１、Ｋ２の形状を共通化することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造の平面図、およびそのＡ視の側面図である。
【図２】図１（ａ）のＢ視正面図である。
【図３】図１（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造の組立順序の一例について説明する工程説明図である。
【図５】本発明の実施形態の第１変形例に係るトンネル覆工用のセグメントリング構造の平面図、およびそのＤ視の側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１、２、１０、２０ テーパリング（テーパセグメントリング）
３ 雄型継手（軸方向の接合継手）
４、５ 周方向継手部
６ 軸方向接合面
７、８ 周方向接合面
Ｋ１、Ｋ２ Ｋ型セグメント（くさびセグメント）
ＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４、ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３、ＬＢ４、ＬＡ１０、ＬＡ２０、ＬＡ３０、ＬＡ４０、ＬＢ１０、ＬＢ２０、ＬＢ３０、ＬＢ４０ Ｌ型セグメント（角部セグメント）
Ｓ１、Ｓ２ Ｋ型セグメント（くさびセグメント）
Ｓ１０、Ｓ２０ 矩形型セグメント（辺部セグメント）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセグメントを周方向に接合してセグメントリングを形成し、該セグメントリングをその軸方向に接合して、少なくとも４隅に角部が形成され１８０°の回転対称性を有するトンネル軸直角断面のトンネル覆工を形成するためのトンネル覆工用のセグメントリング構造であって、
前記セグメントリングの対向する２辺上に、それぞれ前記周方向の各接合面が前記トンネル掘進方向側に向けて離間する傾斜を有するくさびセグメントを備え、
前記セグメントリングの軸方向の接合継手が、前記セグメントリングの軸方向の接合面の中心に対して１８０°回転対称となるように配置されたことを特徴とするトンネル覆工用のセグメントリング構造。
【請求項２】
前記セグメントリングが、トンネルの湾曲部を形成するために前記セグメントリングの軸方向に直交する側面方向から見て台形状とされたテーパセグメントリングであることを特徴とする請求項１に記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造。
【請求項３】
前記セグメントリングを構成する複数のセグメントが、
角部を形成する断面Ｌ字状のＬ型セグメントと、前記周方向の各接合面の傾斜角の大きさが一定の前記くさびセグメントとの組み合わせからなることを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造。
【請求項４】
前記セグメントリングの軸方向の接合面が、その中心に対して９０°回転対称であり、かつ、前記軸方向の接合継手が、前記セグメントリングの軸方向の接合面の中心に対して９０°回転対称となるように配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造。
【請求項５】
前記セグメントリングが、前記トンネル軸直角断面の４隅を形成する角部セグメントと、前記トンネル軸直角断面の辺部を形成する辺部セグメントとからなり、
前記角部セグメントが、前記トンネル軸直角断面の上下および左右の対称面に対して非対称な形状に構成され、
互いに軸方向に隣接するセグメントリングの間で、それぞれのセグメントリングの前記角部セグメントおよび辺部セグメントの配置が、前記トンネル軸直角断面の上下または左右の対称面に対して互いに面対称となるように配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造。
【請求項１】
複数のセグメントを周方向に接合してセグメントリングを形成し、該セグメントリングをその軸方向に接合して、少なくとも４隅に角部が形成され１８０°の回転対称性を有するトンネル軸直角断面のトンネル覆工を形成するためのトンネル覆工用のセグメントリング構造であって、
前記セグメントリングの対向する２辺上に、それぞれ前記周方向の各接合面が前記トンネル掘進方向側に向けて離間する傾斜を有するくさびセグメントを備え、
前記セグメントリングの軸方向の接合継手が、前記セグメントリングの軸方向の接合面の中心に対して１８０°回転対称となるように配置されたことを特徴とするトンネル覆工用のセグメントリング構造。
【請求項２】
前記セグメントリングが、トンネルの湾曲部を形成するために前記セグメントリングの軸方向に直交する側面方向から見て台形状とされたテーパセグメントリングであることを特徴とする請求項１に記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造。
【請求項３】
前記セグメントリングを構成する複数のセグメントが、
角部を形成する断面Ｌ字状のＬ型セグメントと、前記周方向の各接合面の傾斜角の大きさが一定の前記くさびセグメントとの組み合わせからなることを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造。
【請求項４】
前記セグメントリングの軸方向の接合面が、その中心に対して９０°回転対称であり、かつ、前記軸方向の接合継手が、前記セグメントリングの軸方向の接合面の中心に対して９０°回転対称となるように配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造。
【請求項５】
前記セグメントリングが、前記トンネル軸直角断面の４隅を形成する角部セグメントと、前記トンネル軸直角断面の辺部を形成する辺部セグメントとからなり、
前記角部セグメントが、前記トンネル軸直角断面の上下および左右の対称面に対して非対称な形状に構成され、
互いに軸方向に隣接するセグメントリングの間で、それぞれのセグメントリングの前記角部セグメントおよび辺部セグメントの配置が、前記トンネル軸直角断面の上下または左右の対称面に対して互いに面対称となるように配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のトンネル覆工用のセグメントリング構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２１５３（Ｐ２００８−２１５３Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７２６２０（Ｐ２００６−１７２６２０）
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【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２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【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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