説明

合成セグメント

【課題】鋼材の使用量が小さく低コストであると共に、薄肉、高強度であって幅広化が可能な合成セグメントを提供する。
【解決手段】合成セグメント1は、トンネルの地山側と内空側の二面に設けた一対の鋼製のスキンプレート2a,2bの間にコンクリート3を充填して円弧版状に形成され、各スキンプレート2a,2bが、トンネルの軸方向における両端辺に沿って基端部を固定され、先端部を対向するスキンプレート2a,2b側に向けて延出された円弧状の継手板(リング間継手板)4a,4bと、トンネルの周方向における両端辺に沿って基端部を固定され、先端部を対向するスキンプレート2a,2b側に向けて延出された直線状の継手板(セグメント間継手板)と、対向するスキンプレート2a,2b側に突き出して固定された複数のジベル6とを備えた構成とされている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネルの地山側と内空側のスキンプレートの内側にコンクリートを充填して円弧版状に形成され、トンネルの周方向及び軸方向に複数連結されることにより筒状壁体を構成する合成セグメントに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、地山に掘削穴を掘削しつつ、その内面に円弧版状のセグメントを周方向および軸方向に複数連結して筒状壁体を構築することによりトンネルを形成するシールド工法において、鋼製の円弧版状枠体(鋼殻)内にコンクリートを充填して製造された合成セグメントが用いられることが、例えば、特許文献1、特許文献2によって知られている。
上記特許文献1に記載の合成セグメントは、湾曲形成された主桁板や平面状の継手板が断面視コの字形状の鋼板で形成され、これらをスキンプレートに結合して、スキンプレートの対向側に開口部を有する箱形構造の鋼殻を備えている。
また、特許文献2に記載の合成セグメントは、断面コの字形状の主桁板と継手板とスキンプレートとを結合してスキンプレートの対向側に開口部を有する円弧版状の箱形に形成されると共に、2つの主桁板間に複数の略H字状のずれ止めを配置した構成の鋼殻を備えている。
【0003】
ところで、今後、需要の増大が予測される道路用トンネルを構築する場合、工事全体としてコストの低減が要求されており、そのために掘削機の掘削外径の縮小や掘削土量の低減、工期の短縮等が必要とされている。このような要求を実現するためには、道路トンネルの桁高さを従来より低くすることが必要であり、トンネルの壁面を構成するセグメントも薄肉で高強度のものが要求されている。
【特許文献1】特開平11−159293号公報
【特許文献2】特開2003−27894号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に記載の合成セグメントは、鋼製セグメントより低コストで薄肉高強度のものを製造することができるが、主桁面と継手面の全面を鋼板で覆う構成であるため、セグメントにおける鋼材の使用量が多く、重量が大きくなって取り扱いにくいと共に、製造コストが増大する欠点がある。また、特許文献2に記載の合成セグメントは、開口部以外の周囲全てを鋼材で覆うと共に主桁板間に複数のずれ止めが配置されているので、強度は満足できても、一層、鋼材の使用量が多くなり、取扱性が悪く、コスト低減の要請に応えることが困難である。
そこで、本願の発明者らは、先行する特願2004−207350号出願や特願2005−69020号出願によって、鋼殻を構成する外周面と内周面の対向する二辺に、それぞれ略円弧状に湾曲する略L字形状断面または四角形状断面の各一対の第一鋼材と第二鋼材を対向配置すると共に、一対の第一鋼材の両端部どうし、一対の第二鋼材の両端部どうしをそれぞれ継手部材で連結した構成として、鋼殻の鋼材の使用量を少なくし、低コストであると共に薄肉構造であっても高強度である合成セグメントを提案した。
しかし、先行する特願出願の合成セグメントでは、合成セグメントに作用する外力を外周面と内周面の外端部の二辺に配置された第一鋼材と第二鋼材によって分担して負担するものであるため、合成セグメントが幅広になった場合には、各鋼材が外力の過大な負担を余議されることとなり、高い強度が得られないおそれがある。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、鋼材の使用量が小さく低コストであると共に、薄肉、高強度であって幅広化が可能な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】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明による合成セグメントは、トンネルの地山側と内空側の二面に設けた一対の鋼製のスキンプレートの間にコンクリートを充填して円弧版状に形成され、トンネルの周方向及び軸方向に複数連結されることにより筒状壁体を構成する合成セグメントであって、前記各スキンプレートが、トンネルの軸方向における両端辺に沿って外周部を固定され、内周部を対向するスキンプレート側に向けて延出された円弧状のリング間継手板と、トンネルの周方向における両端辺に沿って外端を部固定され、内端部を対向するスキンプレート側に向けて延出された直線状のセグメント間継手板と、対向するスキンプレート側に突き出して固定されたジベルとを備えていることを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、トンネルの地山側と内空側の二面に一対の鋼製のスキンプレートがそれらの対向面側にジベルを有して設けられ、各スキンプレートのトンネル軸方向における両端辺とトンネルの周方向における両端辺に沿って、それぞれリング間継手板とセグメント間継手板が固定されて設けられているので、前記各スキンプレートの全面と前記各継手板とが合成セグメントに作用する引っ張り応力に強力に対抗し、各スキンプレート間に充填されて前記ジベルと前記各継手板とにより各スキンプレートに一体化されたコンクリートが合成セグメントに作用する圧縮応力に強力に対抗する。
これにより、合成セグメントの薄肉、高強度、幅広化構造が確実に実現されると共に、主桁面と継手面の全面を覆って箱形構造とした鋼殻を備えた従来の合成セグメントと比較して使用する鋼材が少なくて済み、低コストであり、合成セグメントが軽量化されて取扱性が向上される。
【0008】
前記合成セグメントにおいて、前記リング間継手板の外面にはその円弧方向に沿ってシール溝が形成され、前記セグメント間継手板の外面にはその直線方向に沿ってシール溝が形成されていることが好ましい。
このようにすると、前記リング間継手板とセグメント間継手板に機械加工によって正精度良くシール溝を形成することができて、シール材による合成セグメントどうしの接合面のシールと、合成セグメントが連結されてなるリングどうしの接合面のシールとを良好に行うことができる。
【0009】
また、前記合成セグメントにおいて、前記内空側のスキンプレートの内周面に耐火層が設けられた構成とすることができる。
このにようにすると、万一、トンネル内で火災が発生した場合でも、トンネルの内空側のスキンプレートが火炎によって劣化、損傷するのを確実に抑えることができると共に、前記内空側のスキンプレートの内周面に塗装等による多重の防錆処理をしなくて済む。
【発明の効果】
【0010】
本発明による合成セグメントによれば、トンネルの地山側と内空側の二面に一対の鋼製のスキンプレートがそれらの対向面側にジベルを有して設けられ、各スキンプレートのトンネル軸方向における両端辺とトンネルの周方向における両端辺に沿って、それぞれリング間継手板とセグメント間継手板が固定されて設けられた構成とされているので、前記各スキンプレートの全面と前記各継手板とが合成セグメントに作用する引っ張り応力に強力に対抗し、各スキンプレート間に充填されて前記ジベルと前記各継手板とにより各スキンプレートに一体化されたコンクリートが合成セグメントに作用する圧縮応力に強力に対抗して合成セグメントの強度を高めることができる。
これにより、合成セグメントの薄肉、高強度、幅広化構造を確実に実現するすることができると共に、従来の合成セグメントと比較して使用する鋼材が少なくて済み、低コストを図ることができでき、軽量化による取扱性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
次に、本発明の実施の形態に係る合成セグメントついて添付図面を参照して説明する。
図1〜図4は本発明の第一の実施の形態に係る合成セグメント1を示す。この合成セグメント1は、例えば、シールド工法によって大断面の道路用トンネルの内壁に構築されるトンネル覆工体を形成するものであり、薄肉の長方形状の鋼板を円弧面状に湾曲して形成された一対のスキンプレート2a,2bが、それぞれトンネルの地山側となる位置と内空側となる位置に平行に対向して配置され、かつ前記スキンプレート2a,2bの相互間にコンクリート3が充填されて略円筒周面形状(以下、「円弧版状」という)に構成されている。
【0012】
そして、前記地山側のスキンプレート2aにおけるトンネルの周方向に沿う二つの長辺(トンネルの軸方向における両端辺)には、それらに沿って外周部(基端部)を固定され、内周部(先端部)を対向する内空側のスキンプレート2b側に向けて延出され、スキンプレート2aの円弧に沿った円弧状の継手板(リング間継手板)4a,4aが設けられている。また、前記内空側のスキンプレート2bにおけるトンネルの周方向に沿う二つの長辺(トンネルの軸方向における両端辺)には、それらに沿って内周部(基端部)を固定され、外周部(先端部)を対向する地山側のスキンプレート2a側に向けて延出され、スキンプレート2bの円弧に沿った円弧状の継手板(リング間継手板)4b,4bが設けられている。
【0013】
また、前記地山側のスキンプレート2aにおけるトンネルの軸方向に沿う二つの短辺(トンネルの周方向における両端辺)には、それらに沿って外端部(基端部)を固定され、内端部(先端部)を対向する内空側のスキンプレート2b側に向けて延出された直線状の継手板(セグメント間継手板)5a,5aが設けられている。また、前記内空側のスキンプレート2bにおけるトンネルの軸方向に沿う二つの短辺(トンネルの周方向における両端辺)には、それらに沿って外端部(基端部)を固定され、内端部(先端部)を対向する地山側のスキンプレート2a側に向けて延出された直線状の継手板(セグメント間継手板)5b,5bが設けられている。
【0014】
そして、前記各スキンプレート2a,2bには、頭部を対向するスキンプレート側に所定長さだけ突き出して固定された複数個のジベル6が、スキンプレート2a,2bの長辺方向と短辺方向に整列して設けられている。該ジベル6を設ける個数、ピッチ間隔や配列方法は、スキンプレート2a,2bの大きさ等によって適宜に設定される。
前記ジベル6は、前記各スキンプレート2a,2bとそれらの間に充填されたコンクリートとを密着性を良くして一体化するするものであり、ボルトの雄ねじ部を各スキンプレート2a,2bに形成した有底または貫通のねじ孔に螺合して構成したもの、大径の頭部を有するピンを、スキンプレート2a,2bに設けた前記ピンの軸部より小さくした有底穴または貫通穴に圧入して構成したものや、その他の適宜の構成を有するものを採用することができる。前記ボルトを螺合するねじ孔やピンを圧入する穴がスキンプレート2a,2bを貫通している場合には、前記ボルトやピンがスキンプレート2aの外周面、スキンプレート2bの内周面に突き出さないようにするのが望ましい。
【0015】
また、前記合成セグメント1の短辺側の側面である継手面7には、前記各継手板5a,5bの対向する先端部どうしの間に位置して、トンネルの周方向に隣接するセグメントどうしを連結するためのセグメント間継手8(図3では図示を省略)が設けられ、このセグメント間継手8は中継継手部8aとインサート継手部8bとを有している。また、長辺側の側面である主桁面9には、前記各継手板4a,4bの対向する先端部どうしの間に位置して、トンネルの軸方向に隣接するセグメントどうしを連結するためのリング間継手10の雄部10aが複数個(図示の例では4個)設けられ、対向する主桁面9には雄部10aが嵌合する雌部10bが設けられている。対向する各主桁面9,9には互いに嵌合するほぞ11としてほぞ凸部11aとほぞ凹部11bとが設けられている(図2参照)。
【0016】
さらに、前記継手板4a,4bにおける外面(前記各主桁面9,9の外側に露出する面)には、その長手方向(スキンプレート2a,2bの長辺方向)に沿って円弧状のシール溝12a,12bが形成されている。同様に、前記継手板5a,5bにもその外面(前記各継手面7,7の外側に露出する面)には、その長手方向(スキンプレート2a,2bの短辺方向)に沿って前記シール溝12a,12bにそれぞれ連続する直線状のシール溝13a,13bが形成されている。これにより、各シール溝12a,13aと各シール溝12b,13bが合成セグメント1の四辺の全周に亘って形成され、それらのシール溝12a,12b,13a,13bに、シール材(図示せず)が嵌合されるようになっている。
【0017】
また、前記リング間継手10は、例えば、図2に示すように、プッシュグリップで構成され、雄部10aはピンボルト14、袋ナット部15、アンカー筋16等を備え、雌部10bは前記ピンボルト14を嵌合して係止させる楔部17、アンカー筋18等を備えている。
また、前記各継手板4a,4b、5a,5bは例えば圧延によって製造される。即ち、鋼板を加熱圧延ロール間で挟んで繰り出すことにより、鋼板を各継手板4a,4b、5a,5bを所定厚み及び幅寸法に引き延ばす。これと同時に、前記継手板4a,4bの場合には、鋼板の継手板4a,4bの前記外面に相当する面にシール溝形成用の車輪状の圧延部材を押し当てることにより、鋼板の長さ方向に凹溝が形成されて前記シール溝12a,12bとされ、この鋼板を所定の曲率で湾曲させることにより、前記各継手板4a,4bが形成される。
なお、前内空側のスキンプレート2bの内周面には、塗装、その他による多重の防錆処理が施されている。
【0018】
前記のように、第一の実施の形態に係る合成セグメント1は、トンネルの地山側と内空側の二面に一対の鋼製のスキンプレート2a,2bがそれらの対向面側に複数のジベル6を有して設けられ、各スキンプレート2a,2bのトンネル軸方向における両端辺とトンネルの周方向における両端辺に沿って、それぞれ継手板(リング間継手板)4a,4bと継手板(セグメント間継手板)5a,5bが固定されて設けられているので、前記各スキンプレート2a,2bの全面と前記各継手板4a,4b,5a,5bとが合成セグメント1に作用する引っ張り応力に強力に対抗し、各スキンプレート2a,2b間に充填されて前記ジベル6と前記各継手板4a,4b,5a,5bとにより各スキンプレート2a,2bに一体化されたコンクリート3が合成セグメント1に作用する圧縮応力に強力に対抗する。
【0019】
これにより、合成セグメント1の薄肉、高強度、幅広化構造が確実に実現されると共に、主桁面9と継手面7の全面を覆って箱形構造とした鋼殻を備えた従来の合成セグメントと比較して使用する鋼材が少なくて済み、低コストであり、合成セグメント1が軽量化されてその取扱性が向上される。
しかも、合成セグメント1の主桁面9,9において、長手方向(長辺方向)に沿う角部に、シール溝12a,12bを形成した外面を有する継手板4a,4bを配設したから、合成セグメント1の内外周面の角部からシール溝12a,12bまでの距離が短く、前記継手板4a,4bの先端部どうしの間の間隔が広くなり、前記主桁面9,9に設けるほぞ11やリング間継手10を相対的に大きく形成することができ、合成セグメント1を厚みの小さい薄肉版状に形成しても合成セグメント1,1どうしの連結強度を高めることができる。
【0020】
また、前記合成セグメント1において、割れや欠けが生じやすい外周面及び内周面の四辺の角部を前記継手板4a,4b、5a,5bによって構成しているので、合成セグメント1の全体を鋼板で覆わなくても所望の強度を得ることができる。
さらに、前記各継手板4a,4b、5a,5bにシール溝12a,12b、13a,13bをそれぞれ機械加工によって精度良く形成して、それらにシール材を設けることにより、合成セグメント1どうしの接合面のシールと、合成セグメント1を周方向に連結してなるリングどうしのシールとを良好に行え、道路用トンネル等の内側への地下水等の漏水を確実に防止することができる。
なお、前記合成セグメント1は、前記継手板4a,5aと継手板4b、5bを外周囲に固定すると共に、対向面側にジベル6を固定した各スキンプレート2a,2bを型枠の内に所定間隔をあけて設置して、前記継手板4a,5aどうし、または継手板4b、5bどうしの間において型枠に設けた充填口からコンクリートを充填することにより、繰り返し精度の良く、安価に製造することができる。
【0021】
次に、図5は本発明の第二の実施の形態に係る合成セグメント1Aを示す。
この第二の実施の形態に係る合成セグメント1Aは、第一の実施の形態に係る合成セグメント1における内空側のスキンプレート2bの内周面に、その全面にわたって所定厚さの耐火コンクリート(耐火層)19を固着して設けたものである。その他の構成は、前記合成セグメント1と同様であるので、同一または同様の構成部分には同一の符号を付してそれらについての説明は省略する。
前記耐火コンクリート19は、例えば、ポリプロピレン繊維、鋼繊維等の繊維を混入した繊維入りコンクリートからなるもので、前記繊維を混入することにより、通常のコンクリートと比較して引っ張り強度が向上され、これにより熱膨張が生じても、クラック等の損傷が抑えられる。そして、前記耐火層は、前記合成セグメント1を型枠において製造する際に、内空側のスキンプレート2bの内周面と型枠の内面との間に前記耐火コンクリート19を充填して形成してもよく、耐火コンクリート19を円弧板状のパネルに形成して、これを接着剤によって前記スキンプレート2bの内周面に貼り付けて形成してもよい。
【0022】
第二の実施の形態に係る合成セグメント1Aによれば、前記合成セグメント1と同様な作用、効果が奏されるほかに、万一、トンネル内で火災が発生した場合でも、トンネルの内空側のスキンプレート2bが火炎によって劣化したり、熱膨張して変形、損傷するのを確実に抑えることができると共に、前記合成セグメント1Aの内周面側に内空側のスキンプレート2bが露出しないので、該スキンプレート2bの内周面に塗装等による多重の防錆処理をしなくて済む。
なお、前記各実施の形態に係る合成セグメント1,1Aにおいては、主桁面9,9にほぞ11としてほぞ凸部11aとほぞ凹部11bを配設したが、リング間継手10だけでもよい。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の第一の実施の形態による合成セグメントの斜視図である。
【図2】図1のイ−イ断面図である。
【図3】図1のロ−ロ断面図である。
【図4】図1に示す合成セグメントの鋼殻を示す斜視図である。
【図5】本発明の第二の実施の形態による合成セグメントの図2に対応する断面図である。
【符号の説明】
【0024】
1,1A 合成セグメント
2a,2b スキンプレート
3 コンクリート
4a,4b 継手板(セグメント間継手板)
5a,5b 継手板(リング間継手板)
6 ジベル
7 継手面
8 セグメント間継手
9 主桁面
10 リング間継手
12a,12b,13a,13b シール溝
19 耐火コンクリート(耐火層)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネルの地山側と内空側の2面に設けた一対の鋼製のスキンプレートの間にコンクリートを充填して円弧版状に形成され、トンネルの周方向及び軸方向に複数連結されることにより筒状壁体を構成する合成セグメントであって、
前記各スキンプレートは、トンネルの軸方向における両端辺に沿って基端部を固定され、先端部を対向するスキンプレート側に向けて延出された円弧状のリング間継手板と、トンネルの周方向における両端辺に沿って基端部を固定され、先端部を対向するスキンプレート側に向けて延出された直線状のセグメント間継手板と、対向するスキンプレート側に突き出して固定されたジベルとを備えていることを特徴とする合成セグメント。
【請求項2】
前記リング間継手板の外面にはその円弧方向に沿ってシール溝が形成され、前記セグメント間継手板の外面にはその直線方向に沿ってシール溝が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の合成セグメント。
【請求項3】
前記内空側のスキンプレートの内周面に耐火層が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の合成セグメント。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2007−270485(P2007−270485A)
【公開日】平成19年10月18日(2007.10.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−96587(P2006−96587)
【出願日】平成18年3月31日(2006.3.31)
【出願人】(000198307)石川島建材工業株式会社 (139)
【出願人】(000001373)鹿島建設株式会社 (1,387)
【Fターム(参考)】