合成セグメントの連結構造及びこれを備えた合成セグメント
【課題】軸方向壁を鋼管で構成することにより、構造が簡単で構成部品が少なく、製造が簡単でコストを低減することができ、施工性を向上することができる合成セグメントの連結構造及びこれを備えた合成セグメントを提供すること。
【解決手段】トンネルの軸方向に所定の間隔で設けられて軸方向壁を形成する一対の鋼管１ａ，１ｂと、この一対の鋼管１ａ，１ｂの外周側及び内周側の両者又はいずれか一方に接合されたスキンプレート１０と、鋼管１ａ，１ｂ及びスキンプレート１０の両端部に接合されて周方向壁を形成する継手板１５ａ，１５ｂと、これらで囲まれた領域に打設されたコンクリート６０とからなり、上記一対の鋼管１ａ，１ｂに、直接又は部材を介して周方向連結手段２ａ，２ｂ及び軸方向連結手段を設け、合成セグメントをトンネル周方向及び軸方向に連結するように構成した。
【解決手段】トンネルの軸方向に所定の間隔で設けられて軸方向壁を形成する一対の鋼管１ａ，１ｂと、この一対の鋼管１ａ，１ｂの外周側及び内周側の両者又はいずれか一方に接合されたスキンプレート１０と、鋼管１ａ，１ｂ及びスキンプレート１０の両端部に接合されて周方向壁を形成する継手板１５ａ，１５ｂと、これらで囲まれた領域に打設されたコンクリート６０とからなり、上記一対の鋼管１ａ，１ｂに、直接又は部材を介して周方向連結手段２ａ，２ｂ及び軸方向連結手段を設け、合成セグメントをトンネル周方向及び軸方向に連結するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成セグメントの連結構造及びこれを備えた合成セグメントに係り、より詳しくは、軸方向壁を鋼管で構成した合成セグメントの連結構造及びこれを備えた合成セグメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のトンネル用セグメントとして、トンネル周方向で隣合うセグメントに対向すべくトンネル軸方向に沿った一対の軸方向壁と、トンネル周方向に沿うほぼ扇形で一対以上の周方向壁と、トンネル壁を構成するためにトンネル周方向に沿った周壁、周方向壁と同形の一対の縦リブとの壁からなる箱状を呈すると共に、周方向壁において、トンネル径方向に関して周壁が配置される部分とは反対側となる部分に、周方向壁のトンネル周方向長さの全域又はほぼ全域にわたってトンネル軸方向に突出するフランジ部を形成してダクタイル鋳鉄製のセグメントを構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０７１００号公報（第３，４頁、図１−７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のトンネル用セグメントにおいては、鋼板をほぼ扇形状に切り出しして溶接するか、又はほぼ扇形状の鋳鉄を別途製作して設置することにより、セグメントの曲率を実現しているが、この方法では製作コストが嵩むばかりでなく、製作に時間がかかるという問題がある。
また、セグメント本体構造に加えて、別途、トンネル周方向及びトンネル軸方向に複数並べて互いに連結するためのセグメント継手及びリング継手を設置する必要があるため、製作コストがさらに嵩むことになる。
【０００５】
さらに、セグメントの製作時に、コンクリートの打設荷重に耐えるため、トンネル周方向に沿った周壁を構成する背面板又はスキンプレートの面外変形を抑制する補剛材が多数必要となり、これに加えて、セグメントの施工時には、セグメントをジャッキ等で押し込むため、トンネル周方向に沿うほぼ扇形状の軸方向壁（セグメント側面）の強度が問題となる。特に、大深度対応のトンネル用セグメントの場合、セグメント１体当りの重量の増加に比例してジャッキ等の押し込み力も増加する。この押し込み力に対応するためにも補剛材を多数設置する必要があり、セグメント１体当りの重量がさらに増加し、その結果施工性が悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために、軸方向壁を鋼管で構成することにより、構造が簡単で構成部品が少なく、製造が簡単でコストを低減することができ、施工性を向上することができる合成セグメントの連結構造及びこれを備えた合成セグメントを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る合成セグメントの連結構造は、トンネルの軸方向に所定の間隔で設けられて軸方向壁を形成する一対の鋼管と、該一対の鋼管の外周側及び内周側の両者又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記鋼管及びスキンプレートの両端部に接合されて周方向壁を形成する継手板と、これらで囲まれた領域に打設されたコンクリートからなり、前記一対の鋼管に、直接又は部材を介して周方向連結手段及び軸方向連結手段を設け、合成セグメントをトンネルの周方向及び軸方向に連結するように構成したものである。
【０００８】
また、本発明に係る合成セグメントの連結構造は、上記の周方向連結手段を、前記一対の鋼管の両端部側の内周側フランジをそれぞれ切除して設けた開口部と、前記鋼管の端部に対応してそれぞれボルト挿通穴が設けられ前記一対の鋼管の両端部に接合された継手板とによって形成された継手ボックスを有し、隣接する合成セグメントの継手板を当接又は近接させて、前記継手ボックスの前記ボルト挿通穴にボルトを挿通してナットにより両者を一体に連結するようにしたものである。
【０００９】
また、本発明に係る合成セグメントの連結構造は、周方向連結手段を、所定の間隔で設けられた断面四角形状の側壁の間に案内溝が形成された本体部と、該本体部の一方の端部側において前記案内溝と係合鋼板との間に形成された係合部と、前記本体部の他方の端部近傍において前記案内溝に取付けられ、前記側壁の上面から前記案内溝の深さとほぼ等しい高さで突出した係合突部とからなる周方向継手部材を有し、該周方向継手部材を係合突部が互いに軸方向の反対側に位置するように前記継手板に接合して、隣接する合成セグメントの周方向継手部材の係合突部相手方の案内溝にそれぞれ嵌合して該係合突部を前記係合部に係止させ、両者を一体に連結するようにしたものである。
【００１０】
上記の周方向連結部材に、抜け止め手段を設けた。
【００１１】
本発明に係る合成セグメントの連結構造は、上記の軸方向連結手段を、外側フランジの長手方向に所定の間隔でボルト挿通穴が設けられ、前記一対の鋼管の外側ウエブに開口部を内周側にしてそれぞれ接合された断面ほぼＵ字状の軸方向継手部材を有し、隣接する合成セグメントの軸方向継手部材を当接又は近接させて、前記ボルト挿通穴にボルトを挿通してナットにより両者を一体に連結するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明に係る合成セグメントの連結構造は、上記の軸方向連結手段を、鋼パイプ又は丸鋼棒からなり長手方向のほぼ２分の１が一方の鋼管の外側ウエブから突出して該鋼管に接合された第１の軸方向継手部材と、該第１の軸方向継手部材が嵌入される鋼パイプからなり、その端部が他方の鋼管の外側ウエブに開口して該鋼管に接合された第２の軸方向継手部材とを有し、隣接する合成セグメントの第２の軸方向継手部材に第１の軸方向継手部材を嵌入して両者を一体に連結するようにしたものである。
【００１３】
上記の第１の軸方向継手部材と第２の軸方向継手部材に、抜け止め手段を設けた。
【００１４】
本発明に係る合成セグメントは、トンネルの軸方向に所定の間隔で設けられて軸方向壁を形成する一対の鋼管と、該一対の鋼管の外周側及び内周側の両者又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記鋼管及びスキンプレートの両端部に接合されて周方向壁を形成する継手板と、これらで囲まれた領域に打接されたコンクリ−トからなり、前記一対の鋼管に、上記いずれかの周方向連結手段及び軸方向連結手段の両者又はいずれか一方を直接又は部材を介して設けたものである。
【００１５】
本発明に係る合成セグメントは、上記の一対の鋼管内にコンクリートを充填したものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、トンネル軸方向壁を鋼管で構成したセグメントを、簡単な構造の連結手段により、隣接するセグメントをトンネル周方向及び又はトンネル軸方向に強固かつ確実に連結できるので、コストを低減できるばかりでなく、施工性が向上し、信頼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】
【００１７】
本発明に係る合成セグメント（以下、単にセグメントという）は、図７に示すように、地中に掘削されたトンネル内に、複数のセグメントＳを周方向連結手段によりリング状に連結してトンネル周方向壁を構成し、このトンネル周方向壁を軸方向連結手段により順次トンネル軸方向に連結してトンネル周壁を構築するためのものである。
【００１８】
このようなセグメントＳのトンネル周方向及び軸方向の連結手順の一例を図８により説明する。トンネル周壁に設置されたセグメントＳ1の周方向には、周方向連結手段によりセグメントＳ2（以下、第１の既設セグメントという）が連結されており、また、セグメントＳ1の軸方向には、軸方向連結手段によりセグメントＳ3（以下、第２の既設セグメントという）が連結されている。
【００１９】
このような状態において、次のセグメントＳ4（以下、連結セグメントという）を、セグメントＳ1及び／又は第１の既設セグメントＳ2と第２の既設セグメントＳ3に連結するにあたっては、連結セグメントＳ4の周方向壁を第２の既設セグメントＳ3の周方向壁に沿って矢印方向に押し込み、セグメントＳ1及び／又は第１の既設セグメントＳ2の軸方向壁に、軸方向連結手段により連結セグメントＳ4の軸方向壁を連結する。このとき、連結セグメントＳ4の手前側の軸方向壁は、破線で示すように、第２の既設セグメントＳ3の手前側の軸方向壁とほぼ同一平面上に位置する。
【００２０】
また、連結セグメントＳ4を押し込むと同時に、又は連結セグメントＳ4をセグメントＳ1及び／又は第１の既設セグメントＳ2と連結したのち、第２の既設セグメントＳ3と連結セグメントＳ4の周方向壁を、周方向連結手段により連結する。なお、連結セグメントＳ4の押し込みにあたっては、トンネルの掘削に用いるシールドマシンに装備されているジャッキの推進力を利用することができる。
本発明は、上記のようなセグメントのトンネル周方向及び軸方向の連結構造及びこれを備えたセグメントに関するものである。
【００２１】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントの説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１の鋼管の要部の説明図、図４は図１の鋼管に設けた継手ボックスの説明図、図５は図４の右側面図及びＢ−Ｂ断面図である。
【００２２】
図１、図２において、１ａ，１ｂは合成セグメントＳのトンネル軸方向壁を構成する一対の角形鋼管（以下、単に鋼管という）で、トンネルの周方向に沿って半径ｒ（図７参照）でほぼ円弧状に曲げ加工されており、内部にはコンクリート６０が充填されている。なお、鋼管１ａ，１ｂは一般に市販のものを使用できるが、大きさや板厚などに制限があるため軸方向壁に適用できない場合がある。このような場合は、４枚の鋼板の端縁部を溶接接合し、あるいは鋼板をＬ字状やコ字状に曲げ加工した鋼材を溶接接合し、さらには市販のアングルやチャンネル等の鋼材を溶接接合するなどして、鋼管状の軸方向壁を構成してもよく、また、多角形状の軸方向壁を構成する場合は、複数枚の鋼板の端縁部を溶接接合してもよい（他の実施の形態においても同様である）。
【００２３】
この鋼管１ａ，１ｂはトンネル軸方向に所定の間隔Ｄで配設され、両鋼管１ａ，１ｂの外周側又はその間には、外周側スキンプレート１０が溶接接合されて一体化されている。なお、図示してないが、両鋼管１ａ，１ｂの間において、長手方向に所定の間隔でダイヤフラムや丸棒などを接合して両者の間隔を保持するようにしてもよい。また、図示してないが、鋼管１ａ，１ｂの内周側又はその間にも内周側スキンプレートを接合してもよく、これら外周側スキンプレート１０や内周側スキンプレートの内面側には、長手方向に所定の間隔で複数列のスタッド１１、あるいは網鉄筋などのコンクリート定着部材が設けられている。
【００２４】
１５ａ，１５ｂは鋼管１ａ，１ｂと外周側スキンプレート１０の両端部に溶接接合された周方向壁を構成する継手板で、鋼管１ａ，１ｂの端部に対応してそれぞれボルト挿通穴１６が設けられている。そして、これら鋼管１ａ，１ｂ、外周側スキンプレート１０及び継手板１５ａ，１５ｂで囲まれ、内周側が開放された箱状の領域１７には、コンクリート６０が打設されている。なお、内周側にも内周側スキンプレートが接合されている場合は、箱状の領域は閉鎖断面となるので、この場合は、先ず一方の継手板（例えば、１５ｂ）を接合し、他方の開放された端部から箱状の領域１７内にコンクリート６０を充填し、コンクリート６０が固化したのち他方の継手板１５ａを接合してもよく、あるいは、継手板１５ａ，又は１５ｂにコンクリート注入用穴を設けておき、両端部を継手板１５ａ，１５ｂで閉塞したのちコンクリート注入用穴からコンクリート６０を注入し充填してもよい。
【００２５】
ところで、本実施の形態においては、鋼管１ａ，１ｂの両端部に周方向の連結手段を形成する継手ボックス２ａ，２ｂが設けられている。この継手ボックス２ａ，２ｂは、図３に示すように（図３、図４は外周側が図の上側に位置している）、鋼管１ａ，１ｂ（以下、符号１で示すことがある）の両端部側の内周側壁（以下、内周側フランジという）を切除して開口し（開口部３ａ，３ｂ）、開口部３ａ，３ｂの両端部から反対側（鋼管１の長手方向の中央部側）に、穴５を有する仕切板４ａ，４ｂを溶接接合し、両開口部３ａ，３ｂの間を閉塞する。
【００２６】
そして、仕切板４ａ（又は４ｂ）に設けた穴５にホース（図示せず）を挿入し、他方の仕切板４ｂ（又は４ａ）の穴５を塞いで、ホースを介して両仕切板４ａ，４ｂの間、したがって鋼管１内にコンクリート６０（図２参照）を充填する。このように、両開口部３ａ，３ｂの間を仕切板４ａ，４ｂで閉塞し、鋼管１内にコンクリート６０を充填することにより、鋼管１とコンクリート６０が一体化され、鋼管１の曲げ耐力、曲げ剛性を向上することができる。
【００２７】
鋼管１内に充填したコンクリート６０が固化したのち、図１に示すように、両鋼管１ａ，１ｂの外周側に外周側スキンプレート１０を接合し、ついで、その両端部に継手板１５ａ，１５ｂを接合する。これにより、図４、図５に示すように、鋼管１の両端部において、外周側フランジと両ウエブ、仕切板４ａ，４ｂ及び継手板１５ａ，１５ｂで囲まれ、内周側が開口（３ａ，３ｂ）した継手ボックス２ａ，２ｂが形成される。このとき、継手板１５ａ，１５ｂに設けたボルト挿通穴１６は、継手ボックス２ａ，２ｂ内に開口する。なお、鋼管１内へのコンクリート６０の充填は、鋼管１にスキンプレート１０や継手板１５ａ，１５ｂを接合したのちに行ってもよい。
【００２８】
この場合、継手板１５ａ，１５ｂの内面側（箱状の領域１７側）に、外形が鋼管１ａ，１ｂとほぼ等しいかこれより小さく、長さが鋼管１ａ，１ｂの間隔Ｄとほぼ等しい短管を溶接接合し、この短管を両鋼管１ａ，１ｂの端部の間に挿入して、鋼管１ａ，１ｂ及び外周側スキンプレート１０の両端部に継手板１５ａ，１５ｂ（短管を含む）を接合してもよい。
このように構成することにより、継手板１５ａ，１５ｂの剛性を高めると共に、両鋼管１ａ，１ｂの間隔Ｄを保持することができる。
【００２９】
ところで、鋼管１ａ，１ｂ内及び箱状の領域１７に充填するコンクリート６０は、セグメントＳの曲げ耐力や曲げ剛性を確保するために、隅々まで確実に充填されることが必要である。そこで、本実施の形態においては、最大骨材寸法：２０ｍｍ、スランプフロー：６０ｃｍ±１０ｃｍ、空気量：２％±１％の高流動コンクリート（以下、単にコンクリートと記すことがある）を使用した。これにより、鋼管１ａ，１ｂ内及び箱状の領域１７の隅々まで確実にコンクリート６０を充填することができた（他の実施の形態においても同様である）。
【００３０】
次に、上記のように構成したセグメントＳのトンネル周方向の連結手順の一例を、図６により説明する。前述の図８において、第１の既設セグメントＳ2のトンネル軸方向に連結セグメントＳ4が連結されると、図６（ａ）に示すように、その継手板１５ｂが第２の既設セグメントＳ3の継手板１５ａに当接又は近接して位置し、両者に設けたボルト挿通穴１６が整合する。
【００３１】
この状態で、図６（ｂ）に示すように、一方の継手ボックス（例えば２ｂ）の開口部３ｂからボルト８を挿入し、両継手板１５ｂ，１５ａに設けたボルト挿通穴１６に挿通する。そして、他方の継手ボックス２ａの開口部３ａから挿入したナット９をボルト８に螺合して締め付けることにより、連結セグメントＳ4は第２の既設セグメントＳ3のトンネル周方向に強固に固定され、連結される。
この場合、継手板１５ａ，１５ｂに設けたボルト挿通穴１６の径を、ボルト８の径より若干大きくしておけば、第２の既設セグメントＳ3と連結セグメントＳ4との間に軸方向又は周方向の僅かなずれがある場合でも、ボルト８を容易に挿通することができる。なお、継手板１５ａ，１５ｂのいずれか一方のボルト挿通穴１６の継手ボックス２ａ，２ｂ側に、あらかじめナット９を溶接接合しておいてもよい。
【００３２】
このように、複数のボルト８とナット９により、第２の既設セグメントＳ3の周方向に連結セグメントＳ4を連結したのち、図６（ｃ）に示すように、継手ボックス２ａ，２ｂ内にコンクリート６０を充填すれば、両者の連結が完了する。
【００３３】
本実施の形態によれば、トンネル軸方向壁を鋼管１ａ，１ｂで構成したセグメントＳにおいて、鋼管１ａ，１ｂの両端部側とこれに接合された継手板１５ａ，１５ｂとの間に、内周側に開口する継手ボックス２ａ，２ｂを設け、隣接するセグメントＳの当接又は近接して位置する継手板１５ａと１５ｂを、これに設けたボルト挿通穴１６に挿通したボルト８とナット９により、一体に固定して連結するようにしたので、簡単な構造の連結手段により、隣接するセグメントＳをトンネル周方向に強固かつ確実に連結することができる。このため、連結手段のコストを低減できるばかりでなく、施工性が向上し信頼性を高めることができる。
【００３４】
［実施の形態２］
図９は本発明の実施の形態２に係るトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、トンネル周方向に沿ってほぼ円弧状に形成され、両端部側に内周側に開口する継手ボックス２ａ，２ｂを有し、継手ボックス２ａ，２ｂの間にコンクリート６０が充填された一対の鋼管１ａ，１ｂの間に、内部にコンクリート６０が充填された複数本（図には２本の場合が示してある）の鋼管１ｃ，１ｄを配設し、隣接する鋼管１ａ〜１ｄどうしを溶接接合して一体化して、両端部にボルト挿通穴１６を有する継手板１５ａ，１５ｂを接合して、セグメントＳを構成したものである。
【００３５】
本実施の形態による隣接するセグメントのトンネル周方向の連結手順及びその効果は実施の形態１の場合とほぼ同様である。なお、本実施の形態に係るセグメントＳによれば、構成部品が少なく製造が容易でコストを低減することができ、その上施工時のジャッキの押し込み力に抵抗することができる。
【００３６】
［実施の形態３］
図１０は本発明の実施の形態３に係るトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態においては、軸方向壁を構成する鋼管１ａ，１ｂ内にはコンクリートが充填されており、その外周側にはスキンプレート１０（図示せず）が接合され、鋼管１ａ，１ｂとスキンプレート１０の両端部には継手板１５ａ，１５ｂが接合されている。そして、これらで形成された箱状の領域１７には、コンクリート６０が打設されている。
【００３７】
図１０において、２０はセグメントＳのトンネル周方向の両端部に設けられた周方向継手部材で、その一例を図１１に示す。
この周方向継手部材２０を構成する本体部２１は、長方形の鋼板の幅方向の両側を互いに内側に折曲げて、長手方向に断面四角形状の側壁２２ａ，２２ｂを形成すると共に、両側壁２２ａ，２２ｂの間の長手方向に案内溝２３を形成したものである。なお、本体部２１は、例えば短冊状の幅方向の両側の長手方向に、角形鋼管、チャンネル状の鋼材あるいは断面四角形の鋼棒を接合して、その間に継手板を接合して案内溝２３を設けてもよい。
本体部２１の長さＬは、セグメントＳの幅とほぼ等しいか又はこれより若干短かく、また、幅ＷはセグメントＳの厚み、したがって鋼管１の一辺の幅とほぼ等しく選ばれている。
【００３８】
２５は本体部２１の一方の端部において、案内溝２３を覆って両側壁２２ａ，２２ｂに溶接接合された係合鋼板で、その上面は側壁２２ａ，２２ｂの上面（以下、フランジという）と同一平面又はこれより若干低くなっており、案内溝２３と係合鋼板２５とにより後述の係合突部２６の係合部２４が形成されている。なお、係合部２４は、例えば鋼板をコ字状に折曲げて案内溝２３に挿入し、その両側板を側壁２２ａ，２２ｂの内壁面に溶接接合して形成してもよい。
【００３９】
２６は本体部２１の他方の端部側において案内溝２３に取付けられた係合突部で、図１２に示すように、鋼板を折曲げて、天板２７と側板２８ａ，２８ｂとによりほぼコ字状に形成し、天板２７の幅Ｗ2を案内溝２３の幅Ｗ1とほぼ等しく、側板２８ａ，２８ｂの高さｈを案内溝２３の深さｔのほぼ２倍の高さとする。そして、側板２８ａ，２８ｂの一端（以下、先端部という）から長手方向のほぼ中央部付近まで、下端部から側板２８ａ，２８ｂのほぼ２分の１より若干高い位置から、後部になるにしたがって下方に傾斜して段部３０につながる係止部２９を設け、天板２７の先端部側及び係止部２９の上方の側板２８ａ，２８ｂをそれぞれ斜め内側に折曲げて、先端部がやや細い嵌入部３１を形成したものである。
【００４０】
この係合突部２６は、本体部２１の他端（係合部２４の反対側）から若干係合部２４側に寄った位置（係合鋼板２５の長さより内側の位置）において案内溝２３内に挿入され、両側板２８ａ，２８ｂが両側壁２２ａ，２２ｂに溶接接合されて一体に取付けられる。このとき、係合突部２６の両側壁２２ａ，２２ｂのフランジ面からの突出長ｈ1は、案内溝２３の深さｔとほぼ等しくなっている。
このように、本体部２１に係合部２４が設けられ係合突部２６が取付けられた周方向継手部材２０は、幅方向が左右対称構造となっている。
【００４１】
上記のように構成した周方向継手部材２０は、図１０に示すように、セグメントＳの一方の継手板（例えば、１５ａ）に、これと平行に係合部２６を手前にして溶接接合し、取付ける。そして、セグメントＳの他方の継手板１５ｂには、上記の周方向継手部材２０と同じ構造の周方向継手部材２０を、係合部２６を奥側にして、したがって、継手板１５ａに接合した周方向継手部材２０の係合部２６と反対側になるように、上記と同様の要領で接合する。
【００４２】
次に、上記のように周方向継手部材２０が両端部に取付けられたセグメントＳのトンネル周方向への連結手順の一例について、図１３により説明する。なお、Ｓ3は図８で説明したトンネル周方向に既に設置された第２の既設セグメント（以下、単に既設セグメントという）、Ｓ4はこの既設セグメントＳ3に連結する連結セグメントである。
【００４３】
先ず、図１３（ａ）に示すように、連結セグメントＳ4を矢印ａ方向に移動させ、両者の係合突部２６ａ，２６ｂを相手方の案内溝２３ｂ，２３ａにそれぞれ嵌入する。このとき、両セグメントＳ3，Ｓ4の周方向継手部材２０ａ，２０ｂの側壁２２ａ，２２ｂのフランジ面が当接し、また、係合突部２６ａ，２６ｂの天板２７が相手方の案内溝２３ｂ，２３ａの底部にほぼ接触する。
【００４４】
そして、連結セグメントＳ4を矢印ｂ方向（トンネルの軸方向）に押圧し、図１３（ｂ）に示すように、既設セグメントＳ3の係合突部２６ａを連結セグメントＳ4の係合部２４ａに、連結セグメントＳ4の係合突部２６ｂを既設セグメントＳ3の係合部２４ａにそれぞれ嵌入し、連結セグメントＳ4の軸方向壁１ｂが既設セグメントＳ3の軸方向壁１ｂとほぼ同一平面上に位置するまで押込む。このとき、両セグメントＳ3，Ｓ4の係合突部２６ａ，２６ｂの係止部２９ａ，２９ｂが相手方の係合鋼板２５ｂ，２５ａに係止する。
これにより、既設セグメントＳ3への連結セグメントＳ4の連結が終了する。以下同様にして、既設セグメントに連結セグメントを順次連結して、トンネル周方向壁を構築する。
【００４５】
上記のように両端部に周方向継手部材２０が取付けられたセグメントＳは、既設セグメントＳ3の係合突部２６ａが連結セグメントＳ4の案内溝２３ｂに沿って係合部２４ｂ内に嵌入されて、その天板２７が案内溝２３ｂの底面に接触し、また、係止部２９ａが係合部２４ｂの係合鋼板２５ｂに係止する。同様に、連結セグメントＳ4の係合突部２６ｂが既設セグメントＳ3の係合部２４ａに嵌入され、係止部２９ｂが係合鋼板２５ａに係止するので、係合突部２６ａ，２６ｂの天板２７と案内溝２３ｂ，２３ａの底部とが接触し、また、両者の係止部２９ａ，２９ｂとこれが係止する係合鋼板２５ｂ，２５ａとの楔作用により、連結セグメントＳ4は既設セグメントＳ3に強固に連結される。
【００４６】
図１４は本実施の形態の他の例を示す説明図である。本例においては、図１４（ａ）に示すように、一方のセグメントＳ3（以下の説明では、既設セグメントＳ3と連結セグメントＳ4について記す）に設けた周方向継手部材２０ａの係合突部２６ａの天板２７に、先端部から後端部に向って高くなる傾斜面を有する側面三角形状の係止突起３２を設けると共に、連結セグメントＳ4の周方向継手部材２０ｂの案内溝２３ｂの底部の、両セグメントＳ3，Ｓ4を連結したときに係合突部２６ａに設けた係止突起３２が係止する位置に、係合突部２６ｂ側から係止部２４ｂに向って高くなる傾斜面を有する側面三角形状の係止突起３３を設けて抜け止め手段を形成したものである。なお、図示してないが、連結セグメントＳ4に設けた周方向継手部材２０ｂの係合突部２６ｂの天板２７、及び既設セグメントＳ3に設けた周方向継手部材２０ａの案内溝２３ａの底部にも同様にして係止突起３２，３３が設けられている。
【００４７】
このように周方向継手部材２０ａ，２０ｂに抜け止め手段を設けたので、既設セグメントＳ3に連結セグメントＳ4を連結すると、図１４（ｂ）に示すように、両者の周方向継手部材２０ａ，２０ｂの係合突部２６ａ，２６ｂの天板２７に設けた係合突起３２が、相手方の案内溝２３ｂ，２３ａの底部に設けた係止突起３３に係止するので、連結セグメントＳ4がトンネル軸方向に抜け出すのを確実に防止することができる。
【００４８】
本実施の形態によれば、周方向継手部材２０は幅方向が左右対称構造となっているため、セグメントＳの周方向の両端部に、同じ構造の周方向継手部材２０を係合突部２６の位置を変えるだけで取付ければよいので、一種類の周方向継手部材２０を準備すればよく、このため、周方向継手部材２０の製造、在庫管理、セグメントＳへの取付けなどがきわめて容易であり、コストを低減することができる。
【００４９】
また、セグメントＳのトンネル周方向の連結にあたっては、既設セグメントＳ3の周方向継手部材２０ａの係合部２４ａと係合突部２６ａとの間の適宜位置に、連結セグメントＳ3の周方向継手部材２０ｂの係合突部２６ｂを位置させ、両係合突部２６ａ，２６ｂを案内溝２３ｂ，２３ａに嵌入して押し込めばよいので、連結セグメントＳ4の位置合わせの自由度を大幅に拡大することができ、このため施工がきわめて容易である。
【００５０】
さらに、既設セグメントＳ3と連結セグメントＳ4は、両者の周方向継手部材２０ａ，２０ｂの係合突部２６ａ，２６ｂが相手方の案内溝２３ｂ，２３ａに嵌入されて、その係止部２９ａ，２９ｂに相手方の係合部２４ｂ，２４ａの係合鋼板２５ｂ，２５ａが楔状に係止するので、係合突部２６ａ，２６ｂや係合鋼板２５ａ，２５ｂの変形が防止されるばかりでなく、連結セグメントＳ4が押込み方向や押込み方向と直角方向に抜け出すことがない。
【００５１】
［実施の形態４］
図１５は本発明の実施の形態４に係るトンネル軸方向の連結構造を備えた説明図、図１６は図１５のＣ−Ｃ断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態に係るセグメントＳは、実施の形態１に係るセグメントＳとほぼ同じ構造であるが、鋼管１ａ，１ｂの両端部には継手ボックス２ａ，２ｂが設けられておらず、鋼管１ａ，１ｂのトンネル軸方向の外壁（以下、外側ウエブという）に、軸方向継手部材４０ａ，４０ｂを設けたものである。
【００５２】
軸方向継手部材４０ａ，４０ｂは、例えば、断面ほぼＵ字状の溝形鋼からなり、鋼管１ａ，１ｂとほぼ同じ長さで、高さは鋼管１ａ，１ｂのウエブ高さと同じかこれより若干低く形成され、鋼管１ａ，１ｂの形状に対応して、開口部４２を内周側にしてほぼ円弧状に曲げ加工したものである。
そして、その一方の片（以下、外側フランジという）の長手方向には、所定の間隔で、それぞれ１個又は複数個のボルト挿通穴４１が設けられている。
【００５３】
このように構成した軸方向継手部材４０ａ，４０ｂは、鋼管１ａ，１ｂの外側ウエブに、開口部４２を内周側にして他方の片（以下、内側フランジという）を当接し、溶接により一体に接合する。そして、鋼管１ａ，１ｂの両端部又は鋼管１ａ，１ｂと軸方向継手部材４０ａ，４０ｂの両端部に、周方向壁である継手板１５ａ，１５ｂを接合し、鋼管１ａ，１ｂ、外周側スキンプレート１０及び継手板１５ａ，１５ｂで形成された箱状の領域１７にコンクリート６０を打設して軸方向継手部材４０ａ，４０ｂを有するセグメントＳを構成する。なお、セグメントＳを構成したのち、その鋼管１ａ，１ｂの外側ウエブに軸方向継手部材４０ａ，４０ｂを接合してもよい。
【００５４】
上記のように構成した本実施の形態においては、図８で説明した連結手順によって、セグメントＳ1及び第１の既設セグメントＳ2に向って連結セグメントＳ4を矢印方向に押し込む。そして、図１７に示すように、第１の既設セグメントＳ2の鋼管１ａに接合した軸方向継手部材４０ａに、連結セグメントＳ4の鋼管１ｂに接合した軸方向継手部材４０ｂを当接又は近接して位置させ、それぞれの外側フランジに設けたボルト挿通穴４１を整合させる。
【００５５】
ついで、軸方向継手部材４０ａ又は４０ｂの開口部４２からボルト８を挿入し、実施の形態１の場合と同様に、両者のボルト挿通穴４１にボルト８を挿通し、他方の開口部４２から挿入したナット９を螺入して両軸方向継手部材４０ａ，４０ｂを一体に固定する。これにより、連結セグメントＳ4は第１の既設セグメントＳ2の軸方向に連結される。なお、連結後に、軸方向継手部材４０ａ，４０ｂに開口部４２からコンクリート６０を充填してもよい。
本実施の形態によれば、簡単な構造でトンネル軸方向に隣接するセグメントＳを、容易かつ確実に連結できるので、連結手段のコストを低減できるばかりでなく、施工性を向上することができる。
【００５６】
［実施の形態５］
図１８は本発明の実施の形態５に係る一部を省略して示したトンネル軸方向の連結構造を備えた合成セグメントの斜視図、図１９はそのＤ−Ｄ断面図である。なお、以下の説明では、実施の形態１に係るセグメントにトンネルの軸方向の連結構造を設けた場合を示してあるが、さらに内周側に内周側スキンプレート１０ａを接合した場合が示してあり、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
【００５７】
両図において、セグメントＳの一方の鋼管（例えば、１ａ）の軸方向には、所定の間隔で内径ｄ1の複数の第１の取付穴４５が設けられており、他方の鋼管１ｂには、この第１の取付穴４５と対向して、その内径ｄ2が第１の取付穴４５の内径より大きい第２の取付穴４６が設けられている。この第１、第２の取付穴４５，４６の数は特に限定しないが、それぞれ４個以上の偶数個であることが望ましい。
【００５８】
４７は鋼管１ａに設けた第１の取付穴４５に、長手方向の中央部近傍まで挿入して鋼管１ａの外側ウエブに溶接接合された軸方向連結手段を構成する第１の軸方向継手部材、４８は鋼管１ｂに設けた第２の取付穴４６に、その端部が鋼管１ｂの外側ウエブの外面とほぼ同一平面になるまで挿入されて、外側ウエブに溶接接合された軸方向連結手段を構成する第２の軸方向継手部材である。
【００５９】
第１、第２の軸方向継手部材４７，４８の一例を図２０に示す。第１の軸方向継手部材４７は外径ｄ3が鋼管１ａに設けた第１の取付穴４５の内径ｄ1とほぼ等しい鋼パイプ（鋼管）からなり、その先端部の外周は面取りされている。また、第２の軸方向継手部材４８はその長さが第１の軸方向継手部材４７より短かく（例えば、２分の１程度）、外径ｄ4が鋼管１ｂに設けた第２の取付穴４６の内径ｄ2とほぼ等しく、内径ｄ5が第１の軸方向継手部材４７の外径ｄ3とほぼ等しい鋼パイプ（鋼管）からなっている。なお、第１の軸方向継手部材４７は丸鋼棒で形成してもよい。
【００６０】
このような第１、第２の軸方向継手部材４７，４８を有するセグメントＳの製造にあたっては、実施の形態１の場合と同様に、第１の取付穴４５と第２の取付穴４６を有し、所定の半径ｒで円弧状に曲げ加工された鋼管１ａ，１ｂを所定の間隔Ｄで配置し、その外周側に外周側スキンプレート１０を、必要に応じて内周側に内周側スキンプレート１０ａを溶接接合して、一方の周方向の端部の開口部を継手板１５ａで閉塞する。
【００６１】
そして、鋼管１ａ，１ｂにコンクリート６０を充填する前に、鋼管１ａに設けた第１の取付穴４５に、それぞれ第１の軸方向継手部材４７を長手方向の中央部近傍まで挿入し、鋼管１ａに溶接接合する。また、鋼管１ｂに設けた第２の取付穴４６に、それぞれ第２の軸方向継手部材４８をその端部が鋼管１ｂの外側ウエブの面とほぼ同一平面になるまで挿入し、鋼管１ｂに溶接接合して、鋼管１ａ，１ｂ内にコンクリート６０を充填する。これにより、第１、第２の軸方向継手部材４７，４８は、図１９（ｂ）に示すように、鋼管１ａ，１ｂへの溶接と内部に充填されたコンクリート６０とにより、強固に固定される。
【００６２】
ついで、開口された周方向の他方の端部の開口部から箱状の領域１７内にコンクリート６０を充填し、コンクリート６０が固化したのち他方の継手板１５ｂにより開口部を閉塞する。なお、第１、第２の軸方向継手部材４７，４８が設けられた鋼管１ａ，１ｂ内に、先ずコンクリート６０を充填し、ついで両鋼管１ａ，１ｂの外周側又は外周側と内周側にスキンプレート１０（又は１０と１０ａ）を接合してその両端部（又は一方の端部）に継手板１５ａ（又は１５ｂ）を接合し、これらによって形成された箱状の領域１７にコンクリート６０を打設してもよい。
【００６３】
次に、上記のような軸方向継手部材４７，４８を備えたセグメントＳの軸方向の連結手順の一例について、図２１により説明する。
図２１（ａ）において、Ｓ2は図８で説明したトンネル内に設置された既設セグメント、Ｓ4はこの既設セグメントＳ2のトンネル軸方向に連結する連結セグメントで、既設セグメントＳ2は第２の軸方向継手部材４８が設けられた鋼管１ｂが手前側に位置しており、第１の軸方向継手部材４７が設けられた鋼管１ａを既設セグメントＳ2と対向させて連結セグメントＳ4を搬入する。そして、連結セグメントＳ4を矢印方向に移動させて第１の軸方向継手部材４７と第２の軸方向継手部材４８を整合させ、引続き連結セグメントＳ4を矢印方向に押し込んで第１の軸方向継手部材４７を第２の軸方向継手部材４８に嵌入すれば、図２１（ｂ）に示すように、両者は一体に連結される。
【００６４】
図２２は第１の軸方向継手部材４７と第２の軸方向継手部材４８の他の例を示す説明図である。第１の軸方向継手部材４７の長手方向のほぼ中央部から先端部側（鋼管１ａ又は１ｂから突出する部分）には、円周上にほぼ等間隔でスリット４９が設けられて、それぞれ弾性が付与された弾性片５０が形成されており、弾性片５０の先端部外周には先端部側に傾斜面を有する係止突部５１がそれぞれ設けられている。また、第２の軸方向継手部材４８の先端部側の内周面は拡径（拡径部５２）されて、係止突部５１に対応して係止段部５３が設けられており、これらにより抜け止め手段を構成している。
【００６５】
既設セグメントＳ2に連結セグメントＳ4を連結するために、第１の軸方向継手部材４７を第２の軸方向継手部材４８に挿入すると、係止突部５１が第２の軸方向継手部材４８の内壁に当るが、弾性片５０が撓んで縮径されるため、容易に挿入することができる。さらに挿入されて係止突部５１が第２の軸方向継手部材４８の拡径部５２に達すると、各弾性片５０が元の状態に戻って拡径され、図２３に示すように、係止突部５１が係止段部５３に係止する。
これにより、第１の軸方向継手部材４７が第２の軸方向継手部材４８から抜け出すことがないので、連結セグメントＳ4は既設セグメントＳ2に強固に連結される。なお、係止突部５１は、各弾性片５０に設けた突起で形成してもよい。
【００６６】
本実施の形態によれば、セグメントＳをトンネルの軸方向に連結するために、一方の鋼管（例えば、１ａ）に第１の軸方向継手部材４７を設け、他方の鋼管１ｂに第２の軸方向継手部材４８を設けたので、連結セグメントＳ4の第１の軸方向継手部材４７を、既設セグメントＳ2の第２の軸方向継手部材４８に挿入することにより連結セグメントＳ4を既設セグメントＳ2にワンタッチで連結することができる。この場合、第１の軸方向継手部材４７と第２の軸方向継手部材４８との間に、例えば、図２２、図２３で説明したような抜け止め手段を設ければ、連結セグメントＳ4を既設セグメントＳ2により強固に連結することができる。なお、図２２、図２３は抜け出し防止手段の一例を示すもので、これに限定するものではなく、他の手段によってもよい。
【００６７】
本実施の形態によれば、軸方向連結手段を鋼管１ａ，１ｂに設けたので、製造が容易で既設セグメントＳ2のトンネル軸方向に、連結セグメントＳ4をワンタッチで連結することができる。このためセグメントの製造が容易であるばかりでなく、トンネル軸方向への連結作業性を大幅に向上することができる。
【００６８】
上記の各実施の形態においては、セグメントＳを構成する鋼管１ａ，１ｂを、円形断面のトンネルの半径ｒに対応して円弧状に曲げ加工して形成した場合を示したが、例えば、直線状の鋼管を複数に分割し、これらを溶接接合して円弧状に近似した軸方向壁である鋼管１ａ，１ｂを構成してもよい。
また、本発明は、例えば楕円形断面のトンネルのトンネル壁の構築するセグメントＳにも実施することができる。この場合は、セグメントＳのトンネル周方向への設置位置に応じて、円弧状の曲げ半径ｒを変えればよい。
【００６９】
さらに、本発明に係るセグメントＳは、四角形断面のトンネルにも実施することができる。この場合は、鋼管１ａ，１ｂ等を曲げ加工することなくセグメントＳを平版状に形成すればよい。
なお、上記の実施の形態では、鋼管１ａ，１ｂ又は１ａ〜１ｄ内にコンクリート６０を充填する場合を示したが、一部の鋼管又はすべての鋼管内へのコンクリート６０の充填を省略してもよい。
【００７０】
また、上記の説明では、実施の形態１〜３ではトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントＳを、実施の形態４，５ではトンネル軸方向の連結構造を備えたセグメントＳについて示したが、これらを適宜組合わせてセグメントＳを構成することができる。
また、トンネル周方向の連結構造に実施の形態１〜３のいずれかの周方向連結構造を適用し、トンネル軸方向の連結構造には、公知の連結構造を適宜採用してもよく、あるいは、トンネル軸方向の連結構造に実施の形態４又は５の軸方向連結構造を適用し、トンネル周方向の連結構造には公知の連結構造を適宜採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の鋼管の要部の説明図である。
【図４】図１の鋼管に設けた継手ボックスの説明図である。
【図５】図４の右側面図及びＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図１のセグメントの周方向の連結手順を示す説明図である。
【図７】図１のセグメントをトンネル周方向に連結した状態を示す説明図である。
【図８】セグメントをトンネル軸方向及び周方向に連結する手順の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係るトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。
【図１１】図１０の周方向継手部材の斜視図である。
【図１２】図１１の係合突部の斜視図である。
【図１３】図１０のセグメントの周方向の連結手順を示す説明図である。
【図１４】抜け出し防止手段を備えた周方向継手部材の作用説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係るトンネル軸方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。
【図１６】図１５のＣ−Ｃ断面図である。
【図１７】図１５のセグメントの軸方向への連結状態を示す説明図である。
【図１８】本発明の実施の形態５に係るトンネル軸方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。
【図１９】図１８のＤ−Ｄ断面図である。
【図２０】図１９の第１、第２の軸方向継手部材の一例の説明図である。
【図２１】図１８のセグメントのトンネル軸方向への連結手順を示す説明図である。
【図２２】図１９の第１、第２の軸方向継手部材の他の例の説明図である。
【図２３】図２２の第１、第２の軸方向継手部材の作用説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ａ，１ｂ 鋼管、２ａ，２ｂ 継手ボックス、４ａ，４ｂ 仕切板、８ ボルト、１０ 外周側スキンプレート、１５ａ，１５ｂ 継手板、１６，４１ ボルト挿通穴、１７ 箱状の領域、２０ 周方向継手部材、２３ 案内溝、２４ 係合部、２６ 係合突部、３２，３３ 係止突起、４０ａ，４０ｂ 軸方向継手部材、４７ 第１の軸方向継手部材、４８ 第２の軸方向継手部材、５１ 係止突部、５３ 係止段部、６０ コンクリート、Ｓ セグメント。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成セグメントの連結構造及びこれを備えた合成セグメントに係り、より詳しくは、軸方向壁を鋼管で構成した合成セグメントの連結構造及びこれを備えた合成セグメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のトンネル用セグメントとして、トンネル周方向で隣合うセグメントに対向すべくトンネル軸方向に沿った一対の軸方向壁と、トンネル周方向に沿うほぼ扇形で一対以上の周方向壁と、トンネル壁を構成するためにトンネル周方向に沿った周壁、周方向壁と同形の一対の縦リブとの壁からなる箱状を呈すると共に、周方向壁において、トンネル径方向に関して周壁が配置される部分とは反対側となる部分に、周方向壁のトンネル周方向長さの全域又はほぼ全域にわたってトンネル軸方向に突出するフランジ部を形成してダクタイル鋳鉄製のセグメントを構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０７１００号公報（第３，４頁、図１−７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のトンネル用セグメントにおいては、鋼板をほぼ扇形状に切り出しして溶接するか、又はほぼ扇形状の鋳鉄を別途製作して設置することにより、セグメントの曲率を実現しているが、この方法では製作コストが嵩むばかりでなく、製作に時間がかかるという問題がある。
また、セグメント本体構造に加えて、別途、トンネル周方向及びトンネル軸方向に複数並べて互いに連結するためのセグメント継手及びリング継手を設置する必要があるため、製作コストがさらに嵩むことになる。
【０００５】
さらに、セグメントの製作時に、コンクリートの打設荷重に耐えるため、トンネル周方向に沿った周壁を構成する背面板又はスキンプレートの面外変形を抑制する補剛材が多数必要となり、これに加えて、セグメントの施工時には、セグメントをジャッキ等で押し込むため、トンネル周方向に沿うほぼ扇形状の軸方向壁（セグメント側面）の強度が問題となる。特に、大深度対応のトンネル用セグメントの場合、セグメント１体当りの重量の増加に比例してジャッキ等の押し込み力も増加する。この押し込み力に対応するためにも補剛材を多数設置する必要があり、セグメント１体当りの重量がさらに増加し、その結果施工性が悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために、軸方向壁を鋼管で構成することにより、構造が簡単で構成部品が少なく、製造が簡単でコストを低減することができ、施工性を向上することができる合成セグメントの連結構造及びこれを備えた合成セグメントを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る合成セグメントの連結構造は、トンネルの軸方向に所定の間隔で設けられて軸方向壁を形成する一対の鋼管と、該一対の鋼管の外周側及び内周側の両者又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記鋼管及びスキンプレートの両端部に接合されて周方向壁を形成する継手板と、これらで囲まれた領域に打設されたコンクリートからなり、前記一対の鋼管に、直接又は部材を介して周方向連結手段及び軸方向連結手段を設け、合成セグメントをトンネルの周方向及び軸方向に連結するように構成したものである。
【０００８】
また、本発明に係る合成セグメントの連結構造は、上記の周方向連結手段を、前記一対の鋼管の両端部側の内周側フランジをそれぞれ切除して設けた開口部と、前記鋼管の端部に対応してそれぞれボルト挿通穴が設けられ前記一対の鋼管の両端部に接合された継手板とによって形成された継手ボックスを有し、隣接する合成セグメントの継手板を当接又は近接させて、前記継手ボックスの前記ボルト挿通穴にボルトを挿通してナットにより両者を一体に連結するようにしたものである。
【０００９】
また、本発明に係る合成セグメントの連結構造は、周方向連結手段を、所定の間隔で設けられた断面四角形状の側壁の間に案内溝が形成された本体部と、該本体部の一方の端部側において前記案内溝と係合鋼板との間に形成された係合部と、前記本体部の他方の端部近傍において前記案内溝に取付けられ、前記側壁の上面から前記案内溝の深さとほぼ等しい高さで突出した係合突部とからなる周方向継手部材を有し、該周方向継手部材を係合突部が互いに軸方向の反対側に位置するように前記継手板に接合して、隣接する合成セグメントの周方向継手部材の係合突部相手方の案内溝にそれぞれ嵌合して該係合突部を前記係合部に係止させ、両者を一体に連結するようにしたものである。
【００１０】
上記の周方向連結部材に、抜け止め手段を設けた。
【００１１】
本発明に係る合成セグメントの連結構造は、上記の軸方向連結手段を、外側フランジの長手方向に所定の間隔でボルト挿通穴が設けられ、前記一対の鋼管の外側ウエブに開口部を内周側にしてそれぞれ接合された断面ほぼＵ字状の軸方向継手部材を有し、隣接する合成セグメントの軸方向継手部材を当接又は近接させて、前記ボルト挿通穴にボルトを挿通してナットにより両者を一体に連結するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明に係る合成セグメントの連結構造は、上記の軸方向連結手段を、鋼パイプ又は丸鋼棒からなり長手方向のほぼ２分の１が一方の鋼管の外側ウエブから突出して該鋼管に接合された第１の軸方向継手部材と、該第１の軸方向継手部材が嵌入される鋼パイプからなり、その端部が他方の鋼管の外側ウエブに開口して該鋼管に接合された第２の軸方向継手部材とを有し、隣接する合成セグメントの第２の軸方向継手部材に第１の軸方向継手部材を嵌入して両者を一体に連結するようにしたものである。
【００１３】
上記の第１の軸方向継手部材と第２の軸方向継手部材に、抜け止め手段を設けた。
【００１４】
本発明に係る合成セグメントは、トンネルの軸方向に所定の間隔で設けられて軸方向壁を形成する一対の鋼管と、該一対の鋼管の外周側及び内周側の両者又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記鋼管及びスキンプレートの両端部に接合されて周方向壁を形成する継手板と、これらで囲まれた領域に打接されたコンクリ−トからなり、前記一対の鋼管に、上記いずれかの周方向連結手段及び軸方向連結手段の両者又はいずれか一方を直接又は部材を介して設けたものである。
【００１５】
本発明に係る合成セグメントは、上記の一対の鋼管内にコンクリートを充填したものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、トンネル軸方向壁を鋼管で構成したセグメントを、簡単な構造の連結手段により、隣接するセグメントをトンネル周方向及び又はトンネル軸方向に強固かつ確実に連結できるので、コストを低減できるばかりでなく、施工性が向上し、信頼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】
【００１７】
本発明に係る合成セグメント（以下、単にセグメントという）は、図７に示すように、地中に掘削されたトンネル内に、複数のセグメントＳを周方向連結手段によりリング状に連結してトンネル周方向壁を構成し、このトンネル周方向壁を軸方向連結手段により順次トンネル軸方向に連結してトンネル周壁を構築するためのものである。
【００１８】
このようなセグメントＳのトンネル周方向及び軸方向の連結手順の一例を図８により説明する。トンネル周壁に設置されたセグメントＳ1の周方向には、周方向連結手段によりセグメントＳ2（以下、第１の既設セグメントという）が連結されており、また、セグメントＳ1の軸方向には、軸方向連結手段によりセグメントＳ3（以下、第２の既設セグメントという）が連結されている。
【００１９】
このような状態において、次のセグメントＳ4（以下、連結セグメントという）を、セグメントＳ1及び／又は第１の既設セグメントＳ2と第２の既設セグメントＳ3に連結するにあたっては、連結セグメントＳ4の周方向壁を第２の既設セグメントＳ3の周方向壁に沿って矢印方向に押し込み、セグメントＳ1及び／又は第１の既設セグメントＳ2の軸方向壁に、軸方向連結手段により連結セグメントＳ4の軸方向壁を連結する。このとき、連結セグメントＳ4の手前側の軸方向壁は、破線で示すように、第２の既設セグメントＳ3の手前側の軸方向壁とほぼ同一平面上に位置する。
【００２０】
また、連結セグメントＳ4を押し込むと同時に、又は連結セグメントＳ4をセグメントＳ1及び／又は第１の既設セグメントＳ2と連結したのち、第２の既設セグメントＳ3と連結セグメントＳ4の周方向壁を、周方向連結手段により連結する。なお、連結セグメントＳ4の押し込みにあたっては、トンネルの掘削に用いるシールドマシンに装備されているジャッキの推進力を利用することができる。
本発明は、上記のようなセグメントのトンネル周方向及び軸方向の連結構造及びこれを備えたセグメントに関するものである。
【００２１】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントの説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１の鋼管の要部の説明図、図４は図１の鋼管に設けた継手ボックスの説明図、図５は図４の右側面図及びＢ−Ｂ断面図である。
【００２２】
図１、図２において、１ａ，１ｂは合成セグメントＳのトンネル軸方向壁を構成する一対の角形鋼管（以下、単に鋼管という）で、トンネルの周方向に沿って半径ｒ（図７参照）でほぼ円弧状に曲げ加工されており、内部にはコンクリート６０が充填されている。なお、鋼管１ａ，１ｂは一般に市販のものを使用できるが、大きさや板厚などに制限があるため軸方向壁に適用できない場合がある。このような場合は、４枚の鋼板の端縁部を溶接接合し、あるいは鋼板をＬ字状やコ字状に曲げ加工した鋼材を溶接接合し、さらには市販のアングルやチャンネル等の鋼材を溶接接合するなどして、鋼管状の軸方向壁を構成してもよく、また、多角形状の軸方向壁を構成する場合は、複数枚の鋼板の端縁部を溶接接合してもよい（他の実施の形態においても同様である）。
【００２３】
この鋼管１ａ，１ｂはトンネル軸方向に所定の間隔Ｄで配設され、両鋼管１ａ，１ｂの外周側又はその間には、外周側スキンプレート１０が溶接接合されて一体化されている。なお、図示してないが、両鋼管１ａ，１ｂの間において、長手方向に所定の間隔でダイヤフラムや丸棒などを接合して両者の間隔を保持するようにしてもよい。また、図示してないが、鋼管１ａ，１ｂの内周側又はその間にも内周側スキンプレートを接合してもよく、これら外周側スキンプレート１０や内周側スキンプレートの内面側には、長手方向に所定の間隔で複数列のスタッド１１、あるいは網鉄筋などのコンクリート定着部材が設けられている。
【００２４】
１５ａ，１５ｂは鋼管１ａ，１ｂと外周側スキンプレート１０の両端部に溶接接合された周方向壁を構成する継手板で、鋼管１ａ，１ｂの端部に対応してそれぞれボルト挿通穴１６が設けられている。そして、これら鋼管１ａ，１ｂ、外周側スキンプレート１０及び継手板１５ａ，１５ｂで囲まれ、内周側が開放された箱状の領域１７には、コンクリート６０が打設されている。なお、内周側にも内周側スキンプレートが接合されている場合は、箱状の領域は閉鎖断面となるので、この場合は、先ず一方の継手板（例えば、１５ｂ）を接合し、他方の開放された端部から箱状の領域１７内にコンクリート６０を充填し、コンクリート６０が固化したのち他方の継手板１５ａを接合してもよく、あるいは、継手板１５ａ，又は１５ｂにコンクリート注入用穴を設けておき、両端部を継手板１５ａ，１５ｂで閉塞したのちコンクリート注入用穴からコンクリート６０を注入し充填してもよい。
【００２５】
ところで、本実施の形態においては、鋼管１ａ，１ｂの両端部に周方向の連結手段を形成する継手ボックス２ａ，２ｂが設けられている。この継手ボックス２ａ，２ｂは、図３に示すように（図３、図４は外周側が図の上側に位置している）、鋼管１ａ，１ｂ（以下、符号１で示すことがある）の両端部側の内周側壁（以下、内周側フランジという）を切除して開口し（開口部３ａ，３ｂ）、開口部３ａ，３ｂの両端部から反対側（鋼管１の長手方向の中央部側）に、穴５を有する仕切板４ａ，４ｂを溶接接合し、両開口部３ａ，３ｂの間を閉塞する。
【００２６】
そして、仕切板４ａ（又は４ｂ）に設けた穴５にホース（図示せず）を挿入し、他方の仕切板４ｂ（又は４ａ）の穴５を塞いで、ホースを介して両仕切板４ａ，４ｂの間、したがって鋼管１内にコンクリート６０（図２参照）を充填する。このように、両開口部３ａ，３ｂの間を仕切板４ａ，４ｂで閉塞し、鋼管１内にコンクリート６０を充填することにより、鋼管１とコンクリート６０が一体化され、鋼管１の曲げ耐力、曲げ剛性を向上することができる。
【００２７】
鋼管１内に充填したコンクリート６０が固化したのち、図１に示すように、両鋼管１ａ，１ｂの外周側に外周側スキンプレート１０を接合し、ついで、その両端部に継手板１５ａ，１５ｂを接合する。これにより、図４、図５に示すように、鋼管１の両端部において、外周側フランジと両ウエブ、仕切板４ａ，４ｂ及び継手板１５ａ，１５ｂで囲まれ、内周側が開口（３ａ，３ｂ）した継手ボックス２ａ，２ｂが形成される。このとき、継手板１５ａ，１５ｂに設けたボルト挿通穴１６は、継手ボックス２ａ，２ｂ内に開口する。なお、鋼管１内へのコンクリート６０の充填は、鋼管１にスキンプレート１０や継手板１５ａ，１５ｂを接合したのちに行ってもよい。
【００２８】
この場合、継手板１５ａ，１５ｂの内面側（箱状の領域１７側）に、外形が鋼管１ａ，１ｂとほぼ等しいかこれより小さく、長さが鋼管１ａ，１ｂの間隔Ｄとほぼ等しい短管を溶接接合し、この短管を両鋼管１ａ，１ｂの端部の間に挿入して、鋼管１ａ，１ｂ及び外周側スキンプレート１０の両端部に継手板１５ａ，１５ｂ（短管を含む）を接合してもよい。
このように構成することにより、継手板１５ａ，１５ｂの剛性を高めると共に、両鋼管１ａ，１ｂの間隔Ｄを保持することができる。
【００２９】
ところで、鋼管１ａ，１ｂ内及び箱状の領域１７に充填するコンクリート６０は、セグメントＳの曲げ耐力や曲げ剛性を確保するために、隅々まで確実に充填されることが必要である。そこで、本実施の形態においては、最大骨材寸法：２０ｍｍ、スランプフロー：６０ｃｍ±１０ｃｍ、空気量：２％±１％の高流動コンクリート（以下、単にコンクリートと記すことがある）を使用した。これにより、鋼管１ａ，１ｂ内及び箱状の領域１７の隅々まで確実にコンクリート６０を充填することができた（他の実施の形態においても同様である）。
【００３０】
次に、上記のように構成したセグメントＳのトンネル周方向の連結手順の一例を、図６により説明する。前述の図８において、第１の既設セグメントＳ2のトンネル軸方向に連結セグメントＳ4が連結されると、図６（ａ）に示すように、その継手板１５ｂが第２の既設セグメントＳ3の継手板１５ａに当接又は近接して位置し、両者に設けたボルト挿通穴１６が整合する。
【００３１】
この状態で、図６（ｂ）に示すように、一方の継手ボックス（例えば２ｂ）の開口部３ｂからボルト８を挿入し、両継手板１５ｂ，１５ａに設けたボルト挿通穴１６に挿通する。そして、他方の継手ボックス２ａの開口部３ａから挿入したナット９をボルト８に螺合して締め付けることにより、連結セグメントＳ4は第２の既設セグメントＳ3のトンネル周方向に強固に固定され、連結される。
この場合、継手板１５ａ，１５ｂに設けたボルト挿通穴１６の径を、ボルト８の径より若干大きくしておけば、第２の既設セグメントＳ3と連結セグメントＳ4との間に軸方向又は周方向の僅かなずれがある場合でも、ボルト８を容易に挿通することができる。なお、継手板１５ａ，１５ｂのいずれか一方のボルト挿通穴１６の継手ボックス２ａ，２ｂ側に、あらかじめナット９を溶接接合しておいてもよい。
【００３２】
このように、複数のボルト８とナット９により、第２の既設セグメントＳ3の周方向に連結セグメントＳ4を連結したのち、図６（ｃ）に示すように、継手ボックス２ａ，２ｂ内にコンクリート６０を充填すれば、両者の連結が完了する。
【００３３】
本実施の形態によれば、トンネル軸方向壁を鋼管１ａ，１ｂで構成したセグメントＳにおいて、鋼管１ａ，１ｂの両端部側とこれに接合された継手板１５ａ，１５ｂとの間に、内周側に開口する継手ボックス２ａ，２ｂを設け、隣接するセグメントＳの当接又は近接して位置する継手板１５ａと１５ｂを、これに設けたボルト挿通穴１６に挿通したボルト８とナット９により、一体に固定して連結するようにしたので、簡単な構造の連結手段により、隣接するセグメントＳをトンネル周方向に強固かつ確実に連結することができる。このため、連結手段のコストを低減できるばかりでなく、施工性が向上し信頼性を高めることができる。
【００３４】
［実施の形態２］
図９は本発明の実施の形態２に係るトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、トンネル周方向に沿ってほぼ円弧状に形成され、両端部側に内周側に開口する継手ボックス２ａ，２ｂを有し、継手ボックス２ａ，２ｂの間にコンクリート６０が充填された一対の鋼管１ａ，１ｂの間に、内部にコンクリート６０が充填された複数本（図には２本の場合が示してある）の鋼管１ｃ，１ｄを配設し、隣接する鋼管１ａ〜１ｄどうしを溶接接合して一体化して、両端部にボルト挿通穴１６を有する継手板１５ａ，１５ｂを接合して、セグメントＳを構成したものである。
【００３５】
本実施の形態による隣接するセグメントのトンネル周方向の連結手順及びその効果は実施の形態１の場合とほぼ同様である。なお、本実施の形態に係るセグメントＳによれば、構成部品が少なく製造が容易でコストを低減することができ、その上施工時のジャッキの押し込み力に抵抗することができる。
【００３６】
［実施の形態３］
図１０は本発明の実施の形態３に係るトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態においては、軸方向壁を構成する鋼管１ａ，１ｂ内にはコンクリートが充填されており、その外周側にはスキンプレート１０（図示せず）が接合され、鋼管１ａ，１ｂとスキンプレート１０の両端部には継手板１５ａ，１５ｂが接合されている。そして、これらで形成された箱状の領域１７には、コンクリート６０が打設されている。
【００３７】
図１０において、２０はセグメントＳのトンネル周方向の両端部に設けられた周方向継手部材で、その一例を図１１に示す。
この周方向継手部材２０を構成する本体部２１は、長方形の鋼板の幅方向の両側を互いに内側に折曲げて、長手方向に断面四角形状の側壁２２ａ，２２ｂを形成すると共に、両側壁２２ａ，２２ｂの間の長手方向に案内溝２３を形成したものである。なお、本体部２１は、例えば短冊状の幅方向の両側の長手方向に、角形鋼管、チャンネル状の鋼材あるいは断面四角形の鋼棒を接合して、その間に継手板を接合して案内溝２３を設けてもよい。
本体部２１の長さＬは、セグメントＳの幅とほぼ等しいか又はこれより若干短かく、また、幅ＷはセグメントＳの厚み、したがって鋼管１の一辺の幅とほぼ等しく選ばれている。
【００３８】
２５は本体部２１の一方の端部において、案内溝２３を覆って両側壁２２ａ，２２ｂに溶接接合された係合鋼板で、その上面は側壁２２ａ，２２ｂの上面（以下、フランジという）と同一平面又はこれより若干低くなっており、案内溝２３と係合鋼板２５とにより後述の係合突部２６の係合部２４が形成されている。なお、係合部２４は、例えば鋼板をコ字状に折曲げて案内溝２３に挿入し、その両側板を側壁２２ａ，２２ｂの内壁面に溶接接合して形成してもよい。
【００３９】
２６は本体部２１の他方の端部側において案内溝２３に取付けられた係合突部で、図１２に示すように、鋼板を折曲げて、天板２７と側板２８ａ，２８ｂとによりほぼコ字状に形成し、天板２７の幅Ｗ2を案内溝２３の幅Ｗ1とほぼ等しく、側板２８ａ，２８ｂの高さｈを案内溝２３の深さｔのほぼ２倍の高さとする。そして、側板２８ａ，２８ｂの一端（以下、先端部という）から長手方向のほぼ中央部付近まで、下端部から側板２８ａ，２８ｂのほぼ２分の１より若干高い位置から、後部になるにしたがって下方に傾斜して段部３０につながる係止部２９を設け、天板２７の先端部側及び係止部２９の上方の側板２８ａ，２８ｂをそれぞれ斜め内側に折曲げて、先端部がやや細い嵌入部３１を形成したものである。
【００４０】
この係合突部２６は、本体部２１の他端（係合部２４の反対側）から若干係合部２４側に寄った位置（係合鋼板２５の長さより内側の位置）において案内溝２３内に挿入され、両側板２８ａ，２８ｂが両側壁２２ａ，２２ｂに溶接接合されて一体に取付けられる。このとき、係合突部２６の両側壁２２ａ，２２ｂのフランジ面からの突出長ｈ1は、案内溝２３の深さｔとほぼ等しくなっている。
このように、本体部２１に係合部２４が設けられ係合突部２６が取付けられた周方向継手部材２０は、幅方向が左右対称構造となっている。
【００４１】
上記のように構成した周方向継手部材２０は、図１０に示すように、セグメントＳの一方の継手板（例えば、１５ａ）に、これと平行に係合部２６を手前にして溶接接合し、取付ける。そして、セグメントＳの他方の継手板１５ｂには、上記の周方向継手部材２０と同じ構造の周方向継手部材２０を、係合部２６を奥側にして、したがって、継手板１５ａに接合した周方向継手部材２０の係合部２６と反対側になるように、上記と同様の要領で接合する。
【００４２】
次に、上記のように周方向継手部材２０が両端部に取付けられたセグメントＳのトンネル周方向への連結手順の一例について、図１３により説明する。なお、Ｓ3は図８で説明したトンネル周方向に既に設置された第２の既設セグメント（以下、単に既設セグメントという）、Ｓ4はこの既設セグメントＳ3に連結する連結セグメントである。
【００４３】
先ず、図１３（ａ）に示すように、連結セグメントＳ4を矢印ａ方向に移動させ、両者の係合突部２６ａ，２６ｂを相手方の案内溝２３ｂ，２３ａにそれぞれ嵌入する。このとき、両セグメントＳ3，Ｓ4の周方向継手部材２０ａ，２０ｂの側壁２２ａ，２２ｂのフランジ面が当接し、また、係合突部２６ａ，２６ｂの天板２７が相手方の案内溝２３ｂ，２３ａの底部にほぼ接触する。
【００４４】
そして、連結セグメントＳ4を矢印ｂ方向（トンネルの軸方向）に押圧し、図１３（ｂ）に示すように、既設セグメントＳ3の係合突部２６ａを連結セグメントＳ4の係合部２４ａに、連結セグメントＳ4の係合突部２６ｂを既設セグメントＳ3の係合部２４ａにそれぞれ嵌入し、連結セグメントＳ4の軸方向壁１ｂが既設セグメントＳ3の軸方向壁１ｂとほぼ同一平面上に位置するまで押込む。このとき、両セグメントＳ3，Ｓ4の係合突部２６ａ，２６ｂの係止部２９ａ，２９ｂが相手方の係合鋼板２５ｂ，２５ａに係止する。
これにより、既設セグメントＳ3への連結セグメントＳ4の連結が終了する。以下同様にして、既設セグメントに連結セグメントを順次連結して、トンネル周方向壁を構築する。
【００４５】
上記のように両端部に周方向継手部材２０が取付けられたセグメントＳは、既設セグメントＳ3の係合突部２６ａが連結セグメントＳ4の案内溝２３ｂに沿って係合部２４ｂ内に嵌入されて、その天板２７が案内溝２３ｂの底面に接触し、また、係止部２９ａが係合部２４ｂの係合鋼板２５ｂに係止する。同様に、連結セグメントＳ4の係合突部２６ｂが既設セグメントＳ3の係合部２４ａに嵌入され、係止部２９ｂが係合鋼板２５ａに係止するので、係合突部２６ａ，２６ｂの天板２７と案内溝２３ｂ，２３ａの底部とが接触し、また、両者の係止部２９ａ，２９ｂとこれが係止する係合鋼板２５ｂ，２５ａとの楔作用により、連結セグメントＳ4は既設セグメントＳ3に強固に連結される。
【００４６】
図１４は本実施の形態の他の例を示す説明図である。本例においては、図１４（ａ）に示すように、一方のセグメントＳ3（以下の説明では、既設セグメントＳ3と連結セグメントＳ4について記す）に設けた周方向継手部材２０ａの係合突部２６ａの天板２７に、先端部から後端部に向って高くなる傾斜面を有する側面三角形状の係止突起３２を設けると共に、連結セグメントＳ4の周方向継手部材２０ｂの案内溝２３ｂの底部の、両セグメントＳ3，Ｓ4を連結したときに係合突部２６ａに設けた係止突起３２が係止する位置に、係合突部２６ｂ側から係止部２４ｂに向って高くなる傾斜面を有する側面三角形状の係止突起３３を設けて抜け止め手段を形成したものである。なお、図示してないが、連結セグメントＳ4に設けた周方向継手部材２０ｂの係合突部２６ｂの天板２７、及び既設セグメントＳ3に設けた周方向継手部材２０ａの案内溝２３ａの底部にも同様にして係止突起３２，３３が設けられている。
【００４７】
このように周方向継手部材２０ａ，２０ｂに抜け止め手段を設けたので、既設セグメントＳ3に連結セグメントＳ4を連結すると、図１４（ｂ）に示すように、両者の周方向継手部材２０ａ，２０ｂの係合突部２６ａ，２６ｂの天板２７に設けた係合突起３２が、相手方の案内溝２３ｂ，２３ａの底部に設けた係止突起３３に係止するので、連結セグメントＳ4がトンネル軸方向に抜け出すのを確実に防止することができる。
【００４８】
本実施の形態によれば、周方向継手部材２０は幅方向が左右対称構造となっているため、セグメントＳの周方向の両端部に、同じ構造の周方向継手部材２０を係合突部２６の位置を変えるだけで取付ければよいので、一種類の周方向継手部材２０を準備すればよく、このため、周方向継手部材２０の製造、在庫管理、セグメントＳへの取付けなどがきわめて容易であり、コストを低減することができる。
【００４９】
また、セグメントＳのトンネル周方向の連結にあたっては、既設セグメントＳ3の周方向継手部材２０ａの係合部２４ａと係合突部２６ａとの間の適宜位置に、連結セグメントＳ3の周方向継手部材２０ｂの係合突部２６ｂを位置させ、両係合突部２６ａ，２６ｂを案内溝２３ｂ，２３ａに嵌入して押し込めばよいので、連結セグメントＳ4の位置合わせの自由度を大幅に拡大することができ、このため施工がきわめて容易である。
【００５０】
さらに、既設セグメントＳ3と連結セグメントＳ4は、両者の周方向継手部材２０ａ，２０ｂの係合突部２６ａ，２６ｂが相手方の案内溝２３ｂ，２３ａに嵌入されて、その係止部２９ａ，２９ｂに相手方の係合部２４ｂ，２４ａの係合鋼板２５ｂ，２５ａが楔状に係止するので、係合突部２６ａ，２６ｂや係合鋼板２５ａ，２５ｂの変形が防止されるばかりでなく、連結セグメントＳ4が押込み方向や押込み方向と直角方向に抜け出すことがない。
【００５１】
［実施の形態４］
図１５は本発明の実施の形態４に係るトンネル軸方向の連結構造を備えた説明図、図１６は図１５のＣ−Ｃ断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態に係るセグメントＳは、実施の形態１に係るセグメントＳとほぼ同じ構造であるが、鋼管１ａ，１ｂの両端部には継手ボックス２ａ，２ｂが設けられておらず、鋼管１ａ，１ｂのトンネル軸方向の外壁（以下、外側ウエブという）に、軸方向継手部材４０ａ，４０ｂを設けたものである。
【００５２】
軸方向継手部材４０ａ，４０ｂは、例えば、断面ほぼＵ字状の溝形鋼からなり、鋼管１ａ，１ｂとほぼ同じ長さで、高さは鋼管１ａ，１ｂのウエブ高さと同じかこれより若干低く形成され、鋼管１ａ，１ｂの形状に対応して、開口部４２を内周側にしてほぼ円弧状に曲げ加工したものである。
そして、その一方の片（以下、外側フランジという）の長手方向には、所定の間隔で、それぞれ１個又は複数個のボルト挿通穴４１が設けられている。
【００５３】
このように構成した軸方向継手部材４０ａ，４０ｂは、鋼管１ａ，１ｂの外側ウエブに、開口部４２を内周側にして他方の片（以下、内側フランジという）を当接し、溶接により一体に接合する。そして、鋼管１ａ，１ｂの両端部又は鋼管１ａ，１ｂと軸方向継手部材４０ａ，４０ｂの両端部に、周方向壁である継手板１５ａ，１５ｂを接合し、鋼管１ａ，１ｂ、外周側スキンプレート１０及び継手板１５ａ，１５ｂで形成された箱状の領域１７にコンクリート６０を打設して軸方向継手部材４０ａ，４０ｂを有するセグメントＳを構成する。なお、セグメントＳを構成したのち、その鋼管１ａ，１ｂの外側ウエブに軸方向継手部材４０ａ，４０ｂを接合してもよい。
【００５４】
上記のように構成した本実施の形態においては、図８で説明した連結手順によって、セグメントＳ1及び第１の既設セグメントＳ2に向って連結セグメントＳ4を矢印方向に押し込む。そして、図１７に示すように、第１の既設セグメントＳ2の鋼管１ａに接合した軸方向継手部材４０ａに、連結セグメントＳ4の鋼管１ｂに接合した軸方向継手部材４０ｂを当接又は近接して位置させ、それぞれの外側フランジに設けたボルト挿通穴４１を整合させる。
【００５５】
ついで、軸方向継手部材４０ａ又は４０ｂの開口部４２からボルト８を挿入し、実施の形態１の場合と同様に、両者のボルト挿通穴４１にボルト８を挿通し、他方の開口部４２から挿入したナット９を螺入して両軸方向継手部材４０ａ，４０ｂを一体に固定する。これにより、連結セグメントＳ4は第１の既設セグメントＳ2の軸方向に連結される。なお、連結後に、軸方向継手部材４０ａ，４０ｂに開口部４２からコンクリート６０を充填してもよい。
本実施の形態によれば、簡単な構造でトンネル軸方向に隣接するセグメントＳを、容易かつ確実に連結できるので、連結手段のコストを低減できるばかりでなく、施工性を向上することができる。
【００５６】
［実施の形態５］
図１８は本発明の実施の形態５に係る一部を省略して示したトンネル軸方向の連結構造を備えた合成セグメントの斜視図、図１９はそのＤ−Ｄ断面図である。なお、以下の説明では、実施の形態１に係るセグメントにトンネルの軸方向の連結構造を設けた場合を示してあるが、さらに内周側に内周側スキンプレート１０ａを接合した場合が示してあり、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
【００５７】
両図において、セグメントＳの一方の鋼管（例えば、１ａ）の軸方向には、所定の間隔で内径ｄ1の複数の第１の取付穴４５が設けられており、他方の鋼管１ｂには、この第１の取付穴４５と対向して、その内径ｄ2が第１の取付穴４５の内径より大きい第２の取付穴４６が設けられている。この第１、第２の取付穴４５，４６の数は特に限定しないが、それぞれ４個以上の偶数個であることが望ましい。
【００５８】
４７は鋼管１ａに設けた第１の取付穴４５に、長手方向の中央部近傍まで挿入して鋼管１ａの外側ウエブに溶接接合された軸方向連結手段を構成する第１の軸方向継手部材、４８は鋼管１ｂに設けた第２の取付穴４６に、その端部が鋼管１ｂの外側ウエブの外面とほぼ同一平面になるまで挿入されて、外側ウエブに溶接接合された軸方向連結手段を構成する第２の軸方向継手部材である。
【００５９】
第１、第２の軸方向継手部材４７，４８の一例を図２０に示す。第１の軸方向継手部材４７は外径ｄ3が鋼管１ａに設けた第１の取付穴４５の内径ｄ1とほぼ等しい鋼パイプ（鋼管）からなり、その先端部の外周は面取りされている。また、第２の軸方向継手部材４８はその長さが第１の軸方向継手部材４７より短かく（例えば、２分の１程度）、外径ｄ4が鋼管１ｂに設けた第２の取付穴４６の内径ｄ2とほぼ等しく、内径ｄ5が第１の軸方向継手部材４７の外径ｄ3とほぼ等しい鋼パイプ（鋼管）からなっている。なお、第１の軸方向継手部材４７は丸鋼棒で形成してもよい。
【００６０】
このような第１、第２の軸方向継手部材４７，４８を有するセグメントＳの製造にあたっては、実施の形態１の場合と同様に、第１の取付穴４５と第２の取付穴４６を有し、所定の半径ｒで円弧状に曲げ加工された鋼管１ａ，１ｂを所定の間隔Ｄで配置し、その外周側に外周側スキンプレート１０を、必要に応じて内周側に内周側スキンプレート１０ａを溶接接合して、一方の周方向の端部の開口部を継手板１５ａで閉塞する。
【００６１】
そして、鋼管１ａ，１ｂにコンクリート６０を充填する前に、鋼管１ａに設けた第１の取付穴４５に、それぞれ第１の軸方向継手部材４７を長手方向の中央部近傍まで挿入し、鋼管１ａに溶接接合する。また、鋼管１ｂに設けた第２の取付穴４６に、それぞれ第２の軸方向継手部材４８をその端部が鋼管１ｂの外側ウエブの面とほぼ同一平面になるまで挿入し、鋼管１ｂに溶接接合して、鋼管１ａ，１ｂ内にコンクリート６０を充填する。これにより、第１、第２の軸方向継手部材４７，４８は、図１９（ｂ）に示すように、鋼管１ａ，１ｂへの溶接と内部に充填されたコンクリート６０とにより、強固に固定される。
【００６２】
ついで、開口された周方向の他方の端部の開口部から箱状の領域１７内にコンクリート６０を充填し、コンクリート６０が固化したのち他方の継手板１５ｂにより開口部を閉塞する。なお、第１、第２の軸方向継手部材４７，４８が設けられた鋼管１ａ，１ｂ内に、先ずコンクリート６０を充填し、ついで両鋼管１ａ，１ｂの外周側又は外周側と内周側にスキンプレート１０（又は１０と１０ａ）を接合してその両端部（又は一方の端部）に継手板１５ａ（又は１５ｂ）を接合し、これらによって形成された箱状の領域１７にコンクリート６０を打設してもよい。
【００６３】
次に、上記のような軸方向継手部材４７，４８を備えたセグメントＳの軸方向の連結手順の一例について、図２１により説明する。
図２１（ａ）において、Ｓ2は図８で説明したトンネル内に設置された既設セグメント、Ｓ4はこの既設セグメントＳ2のトンネル軸方向に連結する連結セグメントで、既設セグメントＳ2は第２の軸方向継手部材４８が設けられた鋼管１ｂが手前側に位置しており、第１の軸方向継手部材４７が設けられた鋼管１ａを既設セグメントＳ2と対向させて連結セグメントＳ4を搬入する。そして、連結セグメントＳ4を矢印方向に移動させて第１の軸方向継手部材４７と第２の軸方向継手部材４８を整合させ、引続き連結セグメントＳ4を矢印方向に押し込んで第１の軸方向継手部材４７を第２の軸方向継手部材４８に嵌入すれば、図２１（ｂ）に示すように、両者は一体に連結される。
【００６４】
図２２は第１の軸方向継手部材４７と第２の軸方向継手部材４８の他の例を示す説明図である。第１の軸方向継手部材４７の長手方向のほぼ中央部から先端部側（鋼管１ａ又は１ｂから突出する部分）には、円周上にほぼ等間隔でスリット４９が設けられて、それぞれ弾性が付与された弾性片５０が形成されており、弾性片５０の先端部外周には先端部側に傾斜面を有する係止突部５１がそれぞれ設けられている。また、第２の軸方向継手部材４８の先端部側の内周面は拡径（拡径部５２）されて、係止突部５１に対応して係止段部５３が設けられており、これらにより抜け止め手段を構成している。
【００６５】
既設セグメントＳ2に連結セグメントＳ4を連結するために、第１の軸方向継手部材４７を第２の軸方向継手部材４８に挿入すると、係止突部５１が第２の軸方向継手部材４８の内壁に当るが、弾性片５０が撓んで縮径されるため、容易に挿入することができる。さらに挿入されて係止突部５１が第２の軸方向継手部材４８の拡径部５２に達すると、各弾性片５０が元の状態に戻って拡径され、図２３に示すように、係止突部５１が係止段部５３に係止する。
これにより、第１の軸方向継手部材４７が第２の軸方向継手部材４８から抜け出すことがないので、連結セグメントＳ4は既設セグメントＳ2に強固に連結される。なお、係止突部５１は、各弾性片５０に設けた突起で形成してもよい。
【００６６】
本実施の形態によれば、セグメントＳをトンネルの軸方向に連結するために、一方の鋼管（例えば、１ａ）に第１の軸方向継手部材４７を設け、他方の鋼管１ｂに第２の軸方向継手部材４８を設けたので、連結セグメントＳ4の第１の軸方向継手部材４７を、既設セグメントＳ2の第２の軸方向継手部材４８に挿入することにより連結セグメントＳ4を既設セグメントＳ2にワンタッチで連結することができる。この場合、第１の軸方向継手部材４７と第２の軸方向継手部材４８との間に、例えば、図２２、図２３で説明したような抜け止め手段を設ければ、連結セグメントＳ4を既設セグメントＳ2により強固に連結することができる。なお、図２２、図２３は抜け出し防止手段の一例を示すもので、これに限定するものではなく、他の手段によってもよい。
【００６７】
本実施の形態によれば、軸方向連結手段を鋼管１ａ，１ｂに設けたので、製造が容易で既設セグメントＳ2のトンネル軸方向に、連結セグメントＳ4をワンタッチで連結することができる。このためセグメントの製造が容易であるばかりでなく、トンネル軸方向への連結作業性を大幅に向上することができる。
【００６８】
上記の各実施の形態においては、セグメントＳを構成する鋼管１ａ，１ｂを、円形断面のトンネルの半径ｒに対応して円弧状に曲げ加工して形成した場合を示したが、例えば、直線状の鋼管を複数に分割し、これらを溶接接合して円弧状に近似した軸方向壁である鋼管１ａ，１ｂを構成してもよい。
また、本発明は、例えば楕円形断面のトンネルのトンネル壁の構築するセグメントＳにも実施することができる。この場合は、セグメントＳのトンネル周方向への設置位置に応じて、円弧状の曲げ半径ｒを変えればよい。
【００６９】
さらに、本発明に係るセグメントＳは、四角形断面のトンネルにも実施することができる。この場合は、鋼管１ａ，１ｂ等を曲げ加工することなくセグメントＳを平版状に形成すればよい。
なお、上記の実施の形態では、鋼管１ａ，１ｂ又は１ａ〜１ｄ内にコンクリート６０を充填する場合を示したが、一部の鋼管又はすべての鋼管内へのコンクリート６０の充填を省略してもよい。
【００７０】
また、上記の説明では、実施の形態１〜３ではトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントＳを、実施の形態４，５ではトンネル軸方向の連結構造を備えたセグメントＳについて示したが、これらを適宜組合わせてセグメントＳを構成することができる。
また、トンネル周方向の連結構造に実施の形態１〜３のいずれかの周方向連結構造を適用し、トンネル軸方向の連結構造には、公知の連結構造を適宜採用してもよく、あるいは、トンネル軸方向の連結構造に実施の形態４又は５の軸方向連結構造を適用し、トンネル周方向の連結構造には公知の連結構造を適宜採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の鋼管の要部の説明図である。
【図４】図１の鋼管に設けた継手ボックスの説明図である。
【図５】図４の右側面図及びＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図１のセグメントの周方向の連結手順を示す説明図である。
【図７】図１のセグメントをトンネル周方向に連結した状態を示す説明図である。
【図８】セグメントをトンネル軸方向及び周方向に連結する手順の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係るトンネル周方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。
【図１１】図１０の周方向継手部材の斜視図である。
【図１２】図１１の係合突部の斜視図である。
【図１３】図１０のセグメントの周方向の連結手順を示す説明図である。
【図１４】抜け出し防止手段を備えた周方向継手部材の作用説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係るトンネル軸方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。
【図１６】図１５のＣ−Ｃ断面図である。
【図１７】図１５のセグメントの軸方向への連結状態を示す説明図である。
【図１８】本発明の実施の形態５に係るトンネル軸方向の連結構造を備えたセグメントの説明図である。
【図１９】図１８のＤ−Ｄ断面図である。
【図２０】図１９の第１、第２の軸方向継手部材の一例の説明図である。
【図２１】図１８のセグメントのトンネル軸方向への連結手順を示す説明図である。
【図２２】図１９の第１、第２の軸方向継手部材の他の例の説明図である。
【図２３】図２２の第１、第２の軸方向継手部材の作用説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ａ，１ｂ 鋼管、２ａ，２ｂ 継手ボックス、４ａ，４ｂ 仕切板、８ ボルト、１０ 外周側スキンプレート、１５ａ，１５ｂ 継手板、１６，４１ ボルト挿通穴、１７ 箱状の領域、２０ 周方向継手部材、２３ 案内溝、２４ 係合部、２６ 係合突部、３２，３３ 係止突起、４０ａ，４０ｂ 軸方向継手部材、４７ 第１の軸方向継手部材、４８ 第２の軸方向継手部材、５１ 係止突部、５３ 係止段部、６０ コンクリート、Ｓ セグメント。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの周方向及び軸方向に連結してトンネル壁を構築する合成セグメントの連結構造であって、
トンネルの軸方向に所定の間隔で設けられて軸方向壁を形成する一対の鋼管と、該一対の鋼管の外周側及び内周側の両者又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記鋼管及びスキンプレートの両端部に接合されて周方向壁を形成する継手板と、これらで囲まれた領域に打設されたコンクリートからなり、
前記一対の鋼管に、直接又は部材を介して周方向連結手段及び軸方向連結手段を設け、合成セグメントをトンネルの周方向及び軸方向に連結するように構成したことを特徴とする合成セグメントの連結構造。
【請求項２】
前記周方向連結手段を、前記一対の鋼管の両端部側の内周側フランジをそれぞれ切除して設けた開口部と、前記鋼管の端部に対応してそれぞれボルト挿通穴が設けられ前記一対の鋼管の両端部に接合された継手板とによって形成された継手ボックスを有し、隣接する合成セグメントの継手板を当接又は近接させて、前記継手ボックスの前記ボルト挿通穴にボルトを挿通してナットにより両者を一体に連結するように構成したことを特徴とする請求項１記載の合成セグメントの連結構造。
【請求項３】
前記周方向連結手段を、所定の間隔で設けられた断面四角形状の側壁の間に案内溝が形成された本体部と、該本体部の一方の端部側において前記案内溝と係合鋼板との間に形成された係合部と、前記本体部の他方の端部近傍において前記案内溝に取付けられ、前記側壁の上面から前記案内溝の深さとほぼ等しい高さで突出した係合突部とからなる周方向継手部材を有し、該周方向継手部材を係合突部が互いに軸方向の反対側に位置するように前記継手板に接合して、隣接する合成セグメントの周方向継手部材の係合突部を相手方の案内溝にそれぞれ嵌合して該係合突部を前記係合部に係止させ、両者を一体に連結するように構成したことを特徴とする請求項１記載の合成セグメントの連結構造。
【請求項４】
前記周方向連結部材に、抜け止め手段を設けたことを特徴とする請求項３記載の合成セグメントの連結構造。
【請求項５】
前記軸方向連結手段を、外側フランジの長手方向に所定の間隔でボルト挿通穴が設けられ、前記一対の鋼管の外側ウエブに開口部を内周側にしてそれぞれ接合された断面ほぼＵ字状の軸方向継手部材を有し、隣接する合成セグメントの軸方向継手部材を当接又は近接させて、前記ボルト挿通穴にボルトを挿通してナットにより両者を一体に連結するように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の合成セグメントの連結構造。
【請求項６】
前記軸方向連結手段を、鋼パイプ又は丸鋼棒からなり長手方向のほぼ２分の１が一方の鋼管の外側ウエブから突出して該鋼管に接合された第１の軸方向継手部材と、該第１の軸方向継手部材が嵌入される鋼パイプからなり、その端部が他方の鋼管の外側ウエブに開口して該鋼管に接合された第２の軸方向継手部材とを有し、隣接する合成セグメントの第２の軸方向継手部材に第１の軸方向継手部材を嵌入して両者を一体に連結するように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の合成セグメントの連結構造。
【請求項７】
前記第１の軸方向継手部材と第２の軸方向継手部材に、抜け止め手段を設けたことを特徴とする請求項６記載の合成セグメントの連結構造。
【請求項８】
トンネルの周方向及び軸方向に連結してトンネル壁を構築する合成セグメントであって、
トンネルの軸方向に所定の間隔で設けられて軸方向壁を形成する一対の鋼管と、該一対の鋼管の外周側及び内周側の両者又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記鋼管及びスキンプレートの両端部に接合されて周方向壁を形成する継手板と、これらで囲まれた領域に打接されたコンクリ−トからなり、
前記一対の鋼管に、請求項２〜７のいずれかの周方向連結手段及び軸方向連結手段の両者又はいずれか一方を直接又は部材を介して設けたことを特徴とする合成セグメント。
【請求項９】
前記一対の鋼管内にコンクリートを充填したことを特徴とする請求項８記載の合成セグメント。
【請求項１】
トンネルの周方向及び軸方向に連結してトンネル壁を構築する合成セグメントの連結構造であって、
トンネルの軸方向に所定の間隔で設けられて軸方向壁を形成する一対の鋼管と、該一対の鋼管の外周側及び内周側の両者又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記鋼管及びスキンプレートの両端部に接合されて周方向壁を形成する継手板と、これらで囲まれた領域に打設されたコンクリートからなり、
前記一対の鋼管に、直接又は部材を介して周方向連結手段及び軸方向連結手段を設け、合成セグメントをトンネルの周方向及び軸方向に連結するように構成したことを特徴とする合成セグメントの連結構造。
【請求項２】
前記周方向連結手段を、前記一対の鋼管の両端部側の内周側フランジをそれぞれ切除して設けた開口部と、前記鋼管の端部に対応してそれぞれボルト挿通穴が設けられ前記一対の鋼管の両端部に接合された継手板とによって形成された継手ボックスを有し、隣接する合成セグメントの継手板を当接又は近接させて、前記継手ボックスの前記ボルト挿通穴にボルトを挿通してナットにより両者を一体に連結するように構成したことを特徴とする請求項１記載の合成セグメントの連結構造。
【請求項３】
前記周方向連結手段を、所定の間隔で設けられた断面四角形状の側壁の間に案内溝が形成された本体部と、該本体部の一方の端部側において前記案内溝と係合鋼板との間に形成された係合部と、前記本体部の他方の端部近傍において前記案内溝に取付けられ、前記側壁の上面から前記案内溝の深さとほぼ等しい高さで突出した係合突部とからなる周方向継手部材を有し、該周方向継手部材を係合突部が互いに軸方向の反対側に位置するように前記継手板に接合して、隣接する合成セグメントの周方向継手部材の係合突部を相手方の案内溝にそれぞれ嵌合して該係合突部を前記係合部に係止させ、両者を一体に連結するように構成したことを特徴とする請求項１記載の合成セグメントの連結構造。
【請求項４】
前記周方向連結部材に、抜け止め手段を設けたことを特徴とする請求項３記載の合成セグメントの連結構造。
【請求項５】
前記軸方向連結手段を、外側フランジの長手方向に所定の間隔でボルト挿通穴が設けられ、前記一対の鋼管の外側ウエブに開口部を内周側にしてそれぞれ接合された断面ほぼＵ字状の軸方向継手部材を有し、隣接する合成セグメントの軸方向継手部材を当接又は近接させて、前記ボルト挿通穴にボルトを挿通してナットにより両者を一体に連結するように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の合成セグメントの連結構造。
【請求項６】
前記軸方向連結手段を、鋼パイプ又は丸鋼棒からなり長手方向のほぼ２分の１が一方の鋼管の外側ウエブから突出して該鋼管に接合された第１の軸方向継手部材と、該第１の軸方向継手部材が嵌入される鋼パイプからなり、その端部が他方の鋼管の外側ウエブに開口して該鋼管に接合された第２の軸方向継手部材とを有し、隣接する合成セグメントの第２の軸方向継手部材に第１の軸方向継手部材を嵌入して両者を一体に連結するように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の合成セグメントの連結構造。
【請求項７】
前記第１の軸方向継手部材と第２の軸方向継手部材に、抜け止め手段を設けたことを特徴とする請求項６記載の合成セグメントの連結構造。
【請求項８】
トンネルの周方向及び軸方向に連結してトンネル壁を構築する合成セグメントであって、
トンネルの軸方向に所定の間隔で設けられて軸方向壁を形成する一対の鋼管と、該一対の鋼管の外周側及び内周側の両者又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記鋼管及びスキンプレートの両端部に接合されて周方向壁を形成する継手板と、これらで囲まれた領域に打接されたコンクリ−トからなり、
前記一対の鋼管に、請求項２〜７のいずれかの周方向連結手段及び軸方向連結手段の両者又はいずれか一方を直接又は部材を介して設けたことを特徴とする合成セグメント。
【請求項９】
前記一対の鋼管内にコンクリートを充填したことを特徴とする請求項８記載の合成セグメント。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【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】
【公開番号】特開２００８−１４４５０５（Ｐ２００８−１４４５０５Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３４３８７（Ｐ２００６−３３４３８７）
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【出願人】（０００２３１１１０）ＪＦＥ建材株式会社 (150)
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【出願人】（０００２３１１１０）ＪＦＥ建材株式会社 (150)
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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