合成セグメント
【課題】主桁間の間隔を広幅化された合理的な合成セグメントを提供すること。
【解決手段】 主桁１と継手板２とスキンプレート３とで形成される鋼殻１５内にコンクリート４を中詰めし、鋼殻１５とコンクリート４の合成構造を形成するようにした合成セグメントであって、主桁１のウェブ１６に対して垂直方向に主桁１のウェブ１５からセグメント内部方向へ突出するフランジ５ａを、少なくともトンネル内空面側に有する主桁２本をセグメントの幅方向両側側部に設置し、主桁長手方向の両端部に主桁１と直角方向に配置された各継手板２を結合し、前記各主桁１と継手板２の地山側を塞ぐようにスキンプレート３を各主桁１と継手板２に固着し、地山側または内空面側の少なくともどちらか一方に主桁１間を渡すように鉄筋または鋼板等の長尺鋼材１３を各主桁１に固着し、前記主桁１における少なくとも内空面側フランジ５ａの内側にずれ止め１２を有する合成セグメント。
【解決手段】 主桁１と継手板２とスキンプレート３とで形成される鋼殻１５内にコンクリート４を中詰めし、鋼殻１５とコンクリート４の合成構造を形成するようにした合成セグメントであって、主桁１のウェブ１６に対して垂直方向に主桁１のウェブ１５からセグメント内部方向へ突出するフランジ５ａを、少なくともトンネル内空面側に有する主桁２本をセグメントの幅方向両側側部に設置し、主桁長手方向の両端部に主桁１と直角方向に配置された各継手板２を結合し、前記各主桁１と継手板２の地山側を塞ぐようにスキンプレート３を各主桁１と継手板２に固着し、地山側または内空面側の少なくともどちらか一方に主桁１間を渡すように鉄筋または鋼板等の長尺鋼材１３を各主桁１に固着し、前記主桁１における少なくとも内空面側フランジ５ａの内側にずれ止め１２を有する合成セグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル等の地下構造物に使用される合成セグメントに関し、特に高耐力広幅合成セグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、合成セグメントとしては、主桁のウェブにずれ止めを設けた構造の合成セグメントが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、図４１（ａ）に示すような合成セグメントＢが知られている。このような合成セグメントＢは、下記（１）〜（６）のような基本構造を有している。
（１）セグメントの全体構造として、トンネル軸方向に間隔をおいた両端部の各主桁１と継手板２の地山側の面を塞ぐようにスキンプレート３を設置し、内部の地山側に両主桁１間をつなぐ縦リブ１１を設けてあり、これらにより構成される鋼殻１５の内部に中詰めコンクリート４を充填した構造である。
（２）主桁１として、２枚の主桁１をセグメント側部に隔てて設置する構造であり、主桁１にフランジ構造を有する断面性能（特に曲げ性能）に優れる断面形状である。
（３）中詰めコンクリート４としては、主桁１の間に中詰めコンクリート４を打設しただけでは、耐曲げ性能の低い構造物である。
（４）縦リブ１１を有する構造は、鋼殻１５の寸法精度を確保する機能があり、（ａ）スキンプレート３側から1方向にかかる地山側から伝達される荷重Ｐを主桁１に伝達する応力伝達部材としての機能を有する。（ｂ）縦リブ１１をトンネル内空面側に設置すると縦リブ縁端面と中詰めコンクリート４との被りが小さくなるため、中詰めコンクリート４のひび割れを誘発する弊害が出る。
前記の（ａ），（ｂ）の理由により、縦リブ１１は地山側に限定して設置する構造が理想的とされている構造の合成セグメントＢである。
（５）地山側構造としては、鋼殻１５に閉塞された拘束度合いの高い構造である。
（６）内空面側構造としては、コンクリート面が露出するとともに縦リブ１１やスキンプレート３を有しない拘束度合いの低い構造である。
【０００４】
主桁１にフランジ５ａ，５ｂを有し地山側に縦リブ１１を持った合成セグメントＢは、前記のような従来技術を用いることで、セグメント幅1.5mまでは既に使用されている。
【特許文献１】特開２００２−３８８８８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セグメントは、トンネル軸方向に順次延長するように組み立てられるため、トンネル軸方向の幅寸法を拡大できると、トンネル全体における組立工程を格段に低減できる施工工法になる。例えば、従来、合成セグメントとしては、トンネル方向の幅が、１．２ｍで、最大でも、１．５ｍ幅であり、これを１．８ｍ、２ｍ、２．５ｍに拡大した合成セグメントになると、トンネル等の地下構造物を構築する場合に、セグメント数およびトンネル軸線方向の組立工程数が格段に低減することができるため、施工コストおよび施工工期を格段に低減することができる。
【０００６】
また、トンネル軸方向のセグメント幅を拡大する場合に、セグメントの主桁１の仕様を変えないで、合成セグメントの広幅化が可能になると、一層経済的に既存の主桁を有効に活用でき、低コストな合成セグメントを製造または製作することも可能になる。
【０００７】
前記のような観点から従来のような合成セグメントＢにおける主桁１の仕様を変更しないで、トンネル軸方向の間隔を広げた場合、図４１（ｂ）に示すような構造になる。
このようにトンネル軸方向のセグメント幅を広幅化したときの荷重の負担状態について検討すると、次の（１）〜（４）のようなことが言える。
（１）荷重Ｐはスキンプレート３および主桁１の地山側に一様に載荷される。
（２）セグメントの幅を拡げても主桁１の幅は変わらないので、主桁１の載荷荷重は変わらないが、中詰めコンクリート４の幅は広くなるので、載荷荷重Ｐは大きくなり、例えば、下記表１に示すように、構造の幅に応じた荷重（分担割合）がかかる。
（３）断面性能の低い中詰めコンクリート部４は荷重負担が大きくなり、断面性能の高い主桁構造は荷重負担が変化しないために、主桁１の高い断面性能を有効に活用できない。
（４）この現象を解決するためには、荷重負担状態を主桁１および中詰めコンクリート４各々の断面性能に応じて適正に分配することが必要不可欠である。
【表１】
【０００８】
フランジを有する主桁１および主桁１を連結する縦リブ１１を有する構造の合成セグメントＢを、トンネル軸方向に広幅化構造とした場合の技術課題としては、下記の、（Ａ）主桁と中詰めコンクリートとの高耐力荷重伝達構造(曲げ伝達性能)と、（Ｂ）中詰めコンクリート部のトンネル軸方向の高耐力部材性能との２つの課題がある。
【０００９】
前記（Ａ）の主桁と中詰めコンクリートとの高耐力荷重伝達構造(曲げ伝達性能)とするためには、下記の（１）〜（７）点を考慮する必要がある。
（１）トンネル軸方向のセグメント幅を大きくすることでセグメントが受ける載荷荷重Ｐが大きくなり、中詰めコンクリート４から主桁１へ伝達すべき力も大きくなる。
（２）地山側から1方向に中詰めコンクリート４に載荷された荷重Ｐは、コンクリート４の内部を伝播して主桁１へと伝わるが、セグメントの桁高さ方向に向けて点線で示すように放射状に力の流れが発生するために、トンネル半径方向のずれ止めの位置としてはトンネル内空面側に配置したほうが、トンネル半径方向の多くの伝達荷重を受け止められるので、広幅化による大きな荷重を受けるような場合には合理的である。
（３）しかしながら、地山側にのみ設置したトンネル周方向のずれ止めは、ずれ止め耐力を大きく期待できず広幅化への対応が困難となる。
（４）加えて、トンネル内空面側にはトンネル周方向のずれ止めがないために、主桁１と中詰めコンクリート４とのずれ力が大きく発生し、主桁１とコンクリート４との一体化がますます困難になる。
（５）図４２に示すように、セグメント断面の中に発生する曲げモーメント・軸力・せん断力を中詰めコンクリート４から主桁１へ確実に伝達する必要があるが、中でも曲げモーメントによるずれ力ΔMの伝達は、セグメントの構造特性上、困難な問題である。
（６）曲げモーメントによるずれ力ΔMの伝達は、図４２（ａ）（ｂ）に示すように、偶力を形成する圧縮力（圧縮偶力）Cと引張力（引張偶力）Tをずれ止めを介して伝達する。
（７）このトンネル周方向に発生する圧縮力Cと引張力Tは、セグメントに設置される縦リブ１１により縦リブ構造を用いて伝達される。
ところが、合成セグメントＢの縦リブ１１を有する縦リブ構造は、地山側に限定して設置することが合理的であるため、曲げモーメントによるずれ力ΔMの伝達により発生する偶力（Ｃ、Ｔ）を処理する縦リブ１１のセグメント高さ方向のアーム長（偶力の作用距離）λが長く取れないことが、伝達力を大きく出来ない最大の要因である。
一方、セグメント断面の中に発生する前記の軸力とせん断力は、それぞれ縦リブ面および主桁フランジ面に対して垂直に力を受ける構造であり、構造上の問題とはならない。
したがって、前記（A）の広幅化構造に伴う伝達曲げ性能の高耐力化が大きな課題である。
【００１０】
前記（Ｂ）の中詰めコンクリート部４のトンネル軸方向の高耐力部材性能の課題については、下記のような課題がある。
【００１１】
図４３（ａ）（ｂ）に示すように、円形トンネルは構造の形状特性からトンネル周方向の剛性が高く、トンネルの周囲から載荷される荷重Ｐはトンネル周方向に、すなわちセグメント軸方向へと流れる特性を持っている。
ところが、現在志向している広幅構造は、断面合成の高い主桁１が、トンネル軸方向に隔てて配置されているために、中詰めコンクリート部４に載荷された荷重Pは、トンネル軸方向に、すなわちセグメント幅方向へと流れる性質が生じる。
上記の荷重伝達の特異性から、中詰めコンクリート４にトンネル軸方向の面外変形が発生し、中詰めコンクリート４の曲げ破壊が懸念される。従来のセグメントの断面性能向上のための施策は、もっぱら中詰めコンクリート４のトンネル周方向の性質を向上させるために、例えば、図４４に示すように、トンネル周方向の鉄筋２２の鉄筋量を増加するなどの施策がとられてきたが、この技術ではトンネル軸方向の面外変形に対して適切な施策を施すことが出来ていない。
その結果、トンネル軸方向の面外変形に対して適切な施策を施すためには、トンネル軸方向における性能を向上させる必要に迫られる。
そこで、中詰めコンクリート４にこれまでにない上記部位における補強構造を設けることが必要不可欠な課題となる。
【００１２】
（従来技術による対応）
前記のような課題に対して従来の対応方法として、下記（１）〜（３）のような方法が考えられている。
（１）中詰めコンクリートの断面性能を増加する構造。
この方法は、図４４に示すように、主桁１間に鉄筋２２および配力筋２１を中詰めコンクリート４内に埋め込むように配置して、中詰めコンクリート４の断面性能を増加させる方法である。
（２）中詰めコンクリートとスキンプレートの一体化を図る構造。
この構造は、例えば、図４５に示すように、スキンプレート３にスタッドジベル２３を多数固定して、スキンプレート３と中詰めコンクリート４との一体化を図るようにする構造である。
（３）中主桁を増設する構造。
この構造は、図４６に示すように、主桁１間に中主桁２４を設けて、断面性能を増加させる構造である。
【００１３】
図４４から図４６に示すいずれの形態も、中詰めコンクリート４のトンネル周方向の補強を目的にトンネル周方向の中詰めコンクリート部４の仕様を増加させる方法であるが、
中詰めコンクリート４と主桁１とは、ずれ止めを有していないため、断面の一体化は達成できず、主構造たる主桁１の性能は余ったままであり、セグメント全体では、コスト増になるばかりであり前記の課題（Ａ）（Ｂ）は、まったく解決していない。
【００１４】
また、従来、（２）主桁ウェブにずれ止めを有する構造が知られている(例えば、特許文献１参照)
このような構造によると、主桁にずれ止めを有するために中詰めコンクリートの荷重をずれ止めを介して主桁へと伝達することができる利点がある。しかしながら、ずれ耐力を大きくしようとすると、ずれ止めを多数設置する必要があるので、ずれ止め耐力を大きく設定できない欠点がある。また、主桁ウェブ中央にずれ止め構造を設ける構造では、偶力のアーム長が確保できない為、特に曲げによるずれ力の伝達性能が小さくなることが課題である。即ち、前記の課題（A）がある。
また、中詰めコンクリートのトンネル軸方向の破壊(幅中央部の曲げ)に対して対応が取れない点が課題である。すなわち、前記の課題（B）がある。
【００１５】
また、従来、（３）主桁にフランジを有し地山側に縦リブを持った合成セグメントが知られている。
このような構造によると、主桁フランジ構造と縦リブ構造を介して主桁へと伝達することができる利点がある。しかしながら、トンネル内空面側のずれ止め効果が期待できず一体化に限界がある点が弱点である。すなわち前記（A）の課題がある。
また、中詰めコンクリートのトンネル軸方向の破壊(幅中央部の曲げ)に対して対応が取れない点が課題である。すなわち前記（B）の課題がある。
【００１６】
前記のような課題を合理的に解決するためには、高耐力合成セグメントの合理的(低コスト)な広幅化構造であり、中詰めコンクリート部のトンネル周方向の仕様を増加せずに両側の主桁構造の持つ高い断面性能を余すことなく有効活用し、セグメントの断面性能の増加を図る構造であり、主桁仕様を増加せずに主桁の設置間隔を広くしてセグメントの断面性能の増加を図り、高耐力性能と低コスト性能を両立する構造となるような合成セグメントであることが望まれる。
【００１７】
そこで本発明では、鋼殻と中詰めコンクリート間のトンネル半径方向(法線方向)とトンネル周方向(接線方向)のずれを抑制とともに、トンネル軸方向の一体性を向上させる合成セグメントを提供することを目的とする。
また、トンネル軸方向への面外曲げ変形に対して中詰めコンクリートが抵抗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】
【００１８】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明の合成セグメントにおいては、
主桁と継手板とスキンプレートとで形成される鋼殻内にコンクリートを中詰めし、鋼殻とコンクリートの合成構造を形成するようにした合成セグメントであって、
（１）主桁のウェブに対して垂直方向に主桁のウェブからセグメント内部方向へ突出するフランジを、少なくともトンネル内空面側に有する主桁２本をセグメントの幅方向両側側部に設置し、
主桁長手方向の両端部に主桁と直角方向に配置された各継手板を結合し、
前記各主桁と継手板の地山側を塞ぐようにスキンプレートを各主桁と継手板に固着し、
地山側または内空面側の少なくともどちらか一方に主桁間を渡すように鉄筋または鋼板等の長尺鋼材を各主桁に固着し、
前記主桁における少なくとも内空面側フランジの内側にずれ止めを有することを特徴とする合成セグメント。
第２発明では、第１発明の合成セグメントにおいて、前記長尺鋼材の両端部は、各主桁のフランジ内側に固着されていることを特徴とする。
第３発明では第１発明または第２発明の合成セグメントにおいて、前記の地山側に設置する主桁間に渡す長尺鋼材は、縦リブであることを特徴とする。
第４発明では、第１発明〜第３発明のいずれかの合成セグメントにおいて、前記内空面側の主桁間に渡す鉄筋または鋼板等の長尺鋼材が、前記内空面側のずれ止め機能を兼ねることを特徴とする。
第５発明では、第１発明〜第４発明の合成セグメントにおいて、主桁形状は、L形または逆T形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態を有することを特徴とする。
第６発明では、第１発明〜第５発明のいずれかに記載の合成セグメントにおいて、ずれ止めに、鉄筋または鋼板等の短尺鋼材またはスタッドジベルの少なくともいずれか１つを用いたことを特徴とする。
第７発明では、第１発明〜第６発明のいずれかの合成セグメントにおいて、ずれ止めに用いる短尺鋼材の断面形状が、L形または逆L形、逆T形またはT形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態であることを特徴とする。
第８発明では、主桁間に渡す長尺鋼材の形状が、L形または逆L形、逆T形またはT形、溝形、IまたはH形のいずれかの断面形態を有することを特徴とする第１発明〜第６発明のいずれかに記載の合成セグメント。
【発明の効果】
【００１９】
第１発明によると、主桁のトンネル内空面側にフランジを設置することで、広幅化による中詰めコンクリートの荷重負担増加を、フランジと中詰めコンクリートの接触面で受けることで、トンネル半径方向（法線方向）のずれを抑制し、トンネル内空面側のフランジの内側にずれ止めを設置することで、トンネル周方向（接線方向）のずれを抑制し、さらに鋼殻と中詰めコンクリートのトンネル軸方向の一体性を向上させることができる。
また、トンネル軸方向への曲げには、長尺鋼材で抵抗できる構造になり、また、トンネル内空面側フランジの内側に主桁間を渡すようにトンネル軸方向に鉄筋または鋼板等の長尺鋼材を設置することで、トンネル軸方向の中央部の曲げに対する補強効果もある合成セグメントとすることができる。
したがって、合成セグメントに土水圧などの外荷重が作用した場合に、合成セグメントに作用する曲げモーメントから生じるずれ力を、中詰めコンクリートから主桁側にずれ止めを介して効率よく伝達することができる。そのため、セグメントを広幅化しても効率よく中詰めコンクリートから主桁に応力を伝達することができる。
また、前記のような合成セグメントの構造とすると、従来公知の主桁仕様を変えることなく、トンネル軸方向のセグメント幅寸法を格段に拡大し広幅化した使用可能な合成セグメントとなり、トンネルを構築する場合に組立工数およびセグメント数の少ないトンネルとすることができるため、安価なトンネルを短工期で施工することも可能になる。
第２発明によると、長尺鋼材の両端部が、各主桁のフランジ内側に固着されているので、広幅化による中詰めコンクリートの荷重負担増加を、長尺鋼材によって支承すると共にトンネル軸方向の曲げに対して補強し、さらに中詰めコンクリートと鋼殻との一体性を高めることができる。また、トンネル軸方向の曲げ力に対して、抵抗することができ、合成セグメントの曲げ剛性を高めることができる等の効果がある。
第３発明によると、主桁間に設ける長尺鋼材が、縦リブであるので、前記の縦リブを利用して、土水圧などの外荷重が合成セグメントに作用した場合に、トンネル軸方向の曲げ力に対して、前記縦リブにより抵抗することができる。
第４発明によると、鉄筋または鋼板等の長尺鋼材が、前記内空面側のずれ止め機能を兼ねているので、広幅化による中詰めコンクリートの荷重負担増加を、長尺鋼材によって支承すると共にトンネル軸方向の曲げに対して補強し、さらに中詰めコンクリートと鋼殻との一体性を高めることができる。また、前記の長尺鋼材の両端部をずれ止め部材として利用して、フランジ内空面側のずれ止めを省略することも可能になる。さらに、トンネル軸方向の曲げ力に対して、抵抗することができ、合成セグメントの曲げ剛性を高めることができ、縦リブがある場合には、これと共同してトンネル軸方向の曲げに対して抵抗できる構造とすることができる等の効果がある。
第５発明によると、主桁形状は、L形または逆T形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態であるので、簡単な断面形状の部材を使用して、主桁を構成することができる。
第６発明によると、主桁の内側フランジに設けるずれ止めを、鉄筋または鋼板等の短尺鋼材またはスタッドジベルの少なくともいずれか１つを用いたので、安価な簡単な形状の市販の部材を使用して、ずれ止め部材とすることができる。
第７発明によると、ずれ止めに用いる短尺鋼材の断面形状が、L形または逆L形、逆T形またはT形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態であるので、簡単な形状で市販の安価な部材を使用して、短尺鋼材をずれ止めとして利用することができ、合成セグメントを安価に製作することができる。
第８発明によると、主桁間に渡す長尺鋼材の形状が、L形または逆L形、逆T形またはT形、溝形、IまたはH形のいずれかの断面形態であるので、簡単な形状で市販の安価な部材を使用して、長尺鋼材として利用することができ、合成セグメントを安価に製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
先ず、各種の実施形態と図面の配列について簡単に説明すると、図１〜図５にはそれぞれ主桁形状が異なる各種合成セグメントの形態が斜視図または正面図として示され、図６〜図９には図１〜図５に対応した断面形態が示され、図１０〜図１７には、各種形態の合成セグメントにおける中詰めコンクリートを取り除いた状態が斜視図または正面図として示され、図１８〜図２４には長尺鋼材を備えた形態の合成セグメントが示され、図２５〜図２９には、縦リブを備えた形態の合成セグメントの形態が、図３０には縦リブの形態が、図３１には主桁１のフランジに設ける各種の短尺鋼材の断面形態または主桁間に渡って配置される各種長尺鋼材の断面形態が示されている。図３２〜図４０には、本発明の合成セグメントの一仕様の形態が示されている。
【００２２】
図１、図６、図１０は、本発明の一実施形態を示すものであって、トンネル周方向に平行に配置された主桁１の長手方向の両端部に、前記主桁１と直角方向に配置された各継手板２が溶接等により固着されて一体に結合され、前記各主桁１と継手板２の地山側を塞ぐようにスキンプレート３を各主桁１と継手板２に溶接等により一体に固着している。前記の各主桁１と継手板２とスキンプレート３とにより鋼殻１５が構成されている。
【００２３】
前記各主桁１には、そのウェブ１６の面に対して垂直方向に主桁１のウェブ１６からセグメント内部方向へ突出する内空面側のフランジ５ａと地山側フランジ５ｂが設けられている。前記のフランジは、主桁１におけるウェブ１６の少なくともトンネル内空面側に設けられていることが必要であり、図示の形態では、トンネル内空面側およびトンネル地山側の両方にフランジが設けられている形態が示されている。
【００２４】
主桁１のウェブ１６に対して垂直方向に主桁１のウェブ１６からセグメント内部方向へ突出するフランジ５a，５ｂを、少なくともトンネル内空面側に有する主桁１を２本セグメントの幅方向両側側部（トンネル軸方向に間隔をおいて）に設置している。
【００２５】
トンネル内空面側に位置するフランジであって、かつセグメント内部方向へウェブ１６から垂直方向に突出しているフランジ５ａを有する主桁１である必要がある理由は、前記のフランジ５ａにより中詰めコンクリート４をフランジ５ａにより支承する構造とすることによりトンネル半径方向の中詰めコンクリート４のずれを抑制する構造とすること。
また、前記のフランジ５ａの内空面側に、ずれ止め１２を設ける構造とすることが可能になり、またその部分にずれ止め１２ を設けることで、中詰めコンクリート４と主桁１とのトンネル周方向のずれを抑制し、さらに鋼殻１５と中詰めコンクリート４とのトンネル軸方向の一体化性を向上できること。
また、図１８、図１９、図２５、図２６に示すように、トンネル内空面側の主桁１間に長尺鉄筋１０または長尺鋼板９等の長尺鋼材１３を固定する場合に、前記フランジ５ａの内空面に溶接等により固定できることである。
【００２６】
前記の各主桁１は、合成セグメントにおいては、土水圧などの外荷重を、スキンプレート３と中詰めコンクリート４を介して最終的に主桁１により受持つ構造であるので、主桁１に、土水圧などの外荷重を、如何に効率よく合理的に受持たせるかで、広幅化の成否がかかってくる。
【００２７】
また、主桁１と継手板２とスキンプレート３とで形成される鋼殻１５内にコンクリート４を中詰めして、鋼殻１５と中詰めコンクリート４の合成構造を形成するようにした合成セグメントＡとされている。
【００２８】
また、地山側または内空面側の少なくともどちらか一方に主桁１間を渡すように鉄筋または鋼板等の長尺鋼材１３を、各主桁１に固着している。図示の形態では、長尺鉄筋１０からなる長尺鋼材１３を前記の各主桁１のフランジ５ａの内側（セグメントの内側）に溶接により固着している。前記の長尺鋼材１３は主桁１の長手方向に間隔をおいて複数設けられている。
【００２９】
また、前記の主桁１における少なくとも内空面側フランジ５ａの内側に、短尺鉄筋６からなるずれ止め１２が、主桁１の長手方向に間隔をおいて複数溶接により固着されている。
【００３０】
前記の長尺鋼材１３は、継手板２と平行に主桁1間を渡すように設置されたトンネル軸方向鉄筋としてもよく、あるいはトンネル軸方向の縦リブ１１等の鋼板としてもよく、縦リブ１１のみでは、剛性上不足する場合には、さらにトンネル内空面側フランジ５ａ内側に設置することができる。
【００３１】
鋼殻１５は、平行に配置された主桁1の両端部を継手板２で結合し、両主桁1と継手板2の地山側を塞ぐように、スキンプレート３を、主桁１と継手板２に連結されている。
継手板２と平行に主桁1間を渡すように長尺鉄筋１０または長尺鋼板9または長尺鋼材１３を少なくともトンネル内空面側に設置する。
【００３２】
主桁１におけるトンネル内空面側フランジ5a内側に、ずれ止め１２を有している。図示の形態では、短尺鉄筋６からなる短尺鋼材１４が、内空面側フランジ５ａの内側に固着されている。
鋼殻１５内に、コンクリートを充填して中詰めコンクリート４が形成され、鋼殻１５と中詰めコンクリート4との合成構造を形成している。
【００３３】
主桁１は、図１、図６に示すような断面形状になるように、平板形鋼を溶接等により結合させて組立形成しても良いが、合成セグメントＡの品質，製造コストを考慮すると、形鋼を用いることが好ましい。
【００３４】
前記のような本発明の実施形態では、主桁１における内空面側フランジ５ａの内側には、ずれ止め１２が設置されていることを必須とし、前記のずれ止め１２は長尺鋼材１３の端部が固定されることで置き換えることができ、このような主桁１における内空面側フランジ５ａのずれ止め１２が設けられている条件下で、かつ、合成セグメントＡ内において主桁１間に渡って設置される長尺鋼材１３の組み合わせ構成であり、また、主桁１間に渡って設置される前記長尺鋼材１３の形態としては、（１）縦リブ１１の場合、（２）縦リブ１１とは別個に主桁１間の地山側に設置される鋼材の場合、（３）縦リブ１１および地山側に設置される鋼材とは別個に内空面側に設置される部材の場合と、これら（１）〜（３）の組み合わせ形態がある。
前記のように構成された本発明の合成セグメントＡでは、トンネル周方向と平行に設置する主桁１にフランジ５ａ（または５ａと５ｂ）を設置することで広幅化による荷重負担増加をフランジ５ａ（または５ｂ）とコンクリート４の接触面で受けることができ、トンネル半径方向(法線方向)のずれを抑制し、トンネル内空面側フランジ５ａの内側にずれ止め１２を設置することで、トンネル周方向(接線方向)のずれを抑制し、さらに鋼殻１５と中詰めコンクリート４のトンネル軸方向の一体性を向上させる。
トンネル軸方向への曲げには縦リブ１１等の長尺鋼材１３で抵抗し、広幅化により増加するトンネル軸方向の曲げに従来技術の縦リブ１１で抵抗不可能な場合は、トンネル内空面側フランジ５ａの内側に主桁１間を渡すようにトンネル軸方向に平行に鉄筋または鋼板等の別個の長尺鋼材１３を設置することで、トンネル軸方向の中央部の曲げに対する補強効果を有する合成セグメントＡとすることができる。
【００３５】
前記の主桁１またはずれ止め１２あるいは長尺鋼材１３の断面形状については、各種の変形形態が可能であるので、次に、これらの変形形態の合成セグメントについて説明する。
【００３６】
主桁１の断面形状としては、図２〜図４または図７〜図９あるいは図１３〜図１５に示すように、L形，逆T形，C形等の溝形の断面形状を有する主桁１を備えた合成セグメントＡ１、Ａ２、Ａ３でもよく、これ以外にも、図１等に示すI形あるいはＨ形のいずれかの断面形状を有する主桁１であればよい。地山側フランジ５ｂを備えていない形態の主桁１では、ウェブ１６の上端部と継手板２にスキンプレート３は固定される形態となる。
図２〜図４または図７〜図９あるいは図１３〜図１５に示す形態の合成セグメントＡ１、A２、A３においても、主桁ウェブ１６に対して垂直方向にセグメント内部方向へ突出するフランジ５ａを少なくとも備えている構成およびフランジの設け方は、前記の実施形態と同様である。
【００３７】
主桁１を組み立てる場合の前記の平板形鋼の結合方法としては、接着剤を用いたり、ボルトにより結合させても良いが、合成セグメントＡの強度と止水性を考慮すると溶接により固着するのが好ましい。
【００３８】
なお、I形または逆T形の断面形状を有する主桁１を用いる際、図５（ａ）（ｂ）に示すように、止水性を向上させるために、主桁１の地山側フランジ５ｂおよび内空面側フランジ５ａに、トンネル軸方向一端部にトンネル軸方向に張り出す一対の雄型の嵌合爪１７を有し、トンネル軸方向他端部の地山側フランジ５ｂおよび内空面側フランジ５ａに、トンネル軸方向に凹む雌型の嵌合爪１８を有する各フランジ５ａ，５ｂを用いても良い。
なお、図示を省略するが、前記の嵌合爪１７および１８の凹部には、適宜、水膨張ゴム等の止水材が設けられる。
また、図示を省略するが、トンネル軸方向に隣り合う合成セグメントＡ相互は、公知の連結係止金具（図示を省略した）により連結される。
【００３９】
トンネル軸方向に延長するように配置される前記の長尺鋼材１３としては、図１８に示すように、トンネル軸方向に長尺の鉄筋１０を使用して配置してもよく、中詰めコンクリート4との一体的な付着あるいは固着を考慮すると、長尺鋼材１３として、異形棒鋼を使用するのが好ましい。
【００４０】
前記の長尺鋼材１３を前記フランジ５ａ（または５ｂ）の内側に結合させる方法としては、接着剤や溶接を用いることができる。長尺鋼材１３とフランジ５ａとの結合部の品質と強度を考慮すると、結合方法は溶接が好ましく、溶接方法は、のど厚がa/√2(但し、aは鉄筋半径寸法)である両側フレアー溶接とすることが好ましい。
溶接長が充分確保できない場合は、溶接を全周に施すことが好ましい。
【００４１】
また、トンネル軸方向に延長するように配置される前記の長尺鋼材１３の断面形状は、図３０〜図３１に示すように、平板形、I形，L形，逆T形，T形、H形，C形等の溝形のいずれかの断面形状を有するようにすると、市販の安価な形鋼を使用することができる。
前記の長尺鋼材１３として、図１９に示すように、トンネル軸方向に延長する鋼板（トンネル軸方向鋼板９）を用いる場合、平板形鋼から製作しても良いが、コストを考慮すると形鋼を用いることが好ましい。
長尺鋼材１３を主桁１のフランジ５ａ（５ｂ）内側に結合させる方法としては、接着剤やボルト結合や溶接を用いることができる。
長尺鋼材１３を主桁１のフランジ５ａ（５ｂ）内側に結合させる場合、製作性，コスト，品質を考慮すると結合方法は、溶接が好ましく、溶接方法は、のど厚がa/√2(但し、aは鋼板厚寸法)である両側隅肉溶接とすることが好ましい。
溶接長が充分確保できない場合は、溶接を全周に施すことが好ましい。
【００４２】
図１０〜図１９，図２３（ｃ），図２４（ｃ），図２５あるいは図２６に示すように、主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に設けるずれ止め１２、または図１６，図１７，図２３（ｂ），図２４（ｂ）に示すように主桁１の地山側フランジ５ｂの内側に設けるずれ止め１２に使用する鉄筋または鋼板等の短尺鋼材１４に関しても、主桁１のフランジ５a，５ｂへの結合方法は、トンネル軸方向に設置する鉄筋または鋼板等の前記の長尺鋼材１３の場合と同様な結合手段により固着することができる。これらの形態では、短尺鋼材１４を、主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、主桁１の長手方向に間隔をおいて設置したり、主桁１の地山側フランジ５ｂの内側に、主桁１の長手方向に間隔をおいて設置したり、これらを組み合わせたりしている。
【００４３】
前記の長尺鋼材１３として、さらに、地山側のずれ止めに縦リブ１１を用いることもでき、この縦リブ１１の断面形状としては、図３０（ａ）〜（ｄ）に示すように、帯状の平板形、I形，L形，逆T形，溝形（C形等）のいずれの断面形状を有しても良い。
前記の縦リブ１１等の長尺鋼材１３の固着方法は、強度と品質を考慮すると溶接が好ましい。
前記の縦リブ１１として長尺鋼材１３をスキンプレート３に固着する場合は、スキンプレート３の精度を考慮すると、千鳥状に、断続したすみ肉溶接により固着するのが好ましい。
縦リブ１１として長尺鋼材１３を主桁１のウェブ１６もしくはフランジ５ｂに固着する方法としては、縦リブ１１の両側をすみ肉溶接により固着するのが好ましい。
縦リブ１１等の長尺鋼材１３の高さを大きくすると、中詰めコンクリート４の被り（内空面側の被り）が充分確保できなくなり、中詰めコンクリート４の乾燥収縮によるひび割れの発生が懸念されるため、縦リブ１１等の地山側に配置する長尺鋼材１３の高さ寸法は、最大で、主桁１の高さの6割程度とし、スキンプレート３側に変位した位置に配置するのがよく、このようにすると、縦リブ１１等の長尺鋼材１３と主桁１のフランジ５ａに固定されるずれ止め１２あるいは縦リブ１１以外の長尺鋼材１３との干渉を防止し、縦リブ１１以外の長尺鋼材１３を配置することができる。
【００４４】
縦リブ１１もしくは主桁1間を渡すように設置するトンネル軸方向に延長する鉄筋6または鋼板7等の長尺鋼材１３としては、鋼殻１５の製作において、精度を確保するために、少なくとも１mピッチで設置するとよく、これ以外にもより細かいピッチで設置するようにしてもよい。
【００４５】
主桁１のフランジ内空面側に設置する鉄筋6または鋼板7等の長尺鋼材１３またはスタッド8等のずれ止め１２を設置する場合のトンネル周方向の最小間隔は、中詰めコンクリート４に混入させる最大骨材寸法の4/3以上、かつ鉄筋の直径以上とする。このように設定する理由は、中詰めコンクリート４として充填されるコンクリートの充填性、ずれ止めの効果、付着強度を充分に発揮させるためである。
【００４６】
次に、主桁１に設ける短尺鋼材１４によるずれ止め１２または主桁１間に渡って設ける長尺鋼材１３の形態を主に図１０〜図３１まで形態の構成について説明する。
【００４７】
図１０では、短尺の鉄筋６からなるずれ止め１２がI形断面の主桁１のフランジ５ａの内側に、トンネル軸方向に鉄筋６の軸線が向くように設置され、トンネル周方向に間隔をおいてに複数設置されている形態である。
【００４８】
図１１では、矩形状の鋼板７からなるずれ止め１２がI形断面の主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。鋼板７の形状としては、台形、半円形、菱形等の形状でもよい。
【００４９】
図１２では、スタッド８からなるずれ止め１２がI形断面の主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。スタッド８としては、頭付きスタッドでもよい。フランジの長手方向に交互にフランジ幅方向に変位するように千鳥状に設置する形態でもよい。
【００５０】
図１３（ａ）では、短尺の鉄筋６からなるずれ止め１２がL型または逆L形断面の主桁１のフランジ５ａの内側に、トンネル軸方向に鉄筋６の軸線が向くように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている形態である。図１３（ｂ）では、矩形状の鋼板７からなるずれ止め１２が主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。鋼板７の形状としては、前記のように、台形、半円形、菱形等の形状でもよい。図１３（ｃ）では、スタッド８からなるずれ止め１２が主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。スタッド８としては、頭付きスタッドでもよい。フランジの長手方向に交互にフランジ幅方向に変位するように千鳥状に設置する形態でもよい。
【００５１】
図１４（ａ）では、短尺の鉄筋６からなるずれ止め１２が逆T形断面の主桁１のフランジ５ａの内側に、トンネル軸方向に鉄筋６の軸線が向くように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている形態である。図１４（ｂ）では、矩形状の鋼板７からなるずれ止め１２が主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。鋼板７の形状としては、前記のように、台形、半円形、菱形等の形状でもよい。図１４（ｃ）では、スタッド８からなるずれ止め１２が主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。スタッド８としては、頭付きスタッドでもよい。フランジの長手方向に交互にフランジ幅方向に変位するように千鳥状に設置する形態でもよい。
【００５２】
図１５（ａ）では、短尺の鉄筋６からなるずれ止め１２がC形等の溝形断面の主桁１のフランジ５ａの内側に、トンネル軸方向に鉄筋６の軸線が向くように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている形態である。図１５（ｂ）では、矩形状の鋼板７からなるずれ止め１２が主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。鋼板７の形状としては、前記のように、台形、半円形、菱形等の形状でもよい。図１５（ｃ）では、スタッド８からなるずれ止め１２が主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。スタッド８としては、頭付きスタッドでもよい。フランジの長手方向に交互にフランジ幅方向に変位するように千鳥状に設置する形態でもよい。
【００５３】
図１６（ａ）では、短尺の鉄筋６または鋼板７からなるずれ止め１２がI形断面の主桁１の地山側フランジ５ｂの内側および内空面側フランジ５ａの内側に、トンネル軸方向に鉄筋６の軸線が向くように設置するか、または鋼板７の板厚方向が向くように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて設置されている形態である。鋼板７の形状としては、前記のように、台形、半円形、菱形等の形状でもよい。図１５（ｂ）では、スタッド８からなるずれ止め１２が主桁１の地山側フランジ５ｂの内側および内空面側フランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。スタッド８としては、頭付きスタッドでもよい。また、フランジの長手方向に交互にフランジ幅方向に変位するように千鳥状に設置する形態でもよい。
【００５４】
図１７（ａ）では、短尺の鉄筋６または鋼板７からなるずれ止め１２がC形等の溝形断面の主桁１の地山側フランジ５ｂの内側および内空面側フランジ５ａの内側に、トンネル軸方向に鉄筋６の軸線が向くように設置するか、または鋼板７の板厚方向が向くように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて設置されている形態である。鋼板７の形状としては、前記のように、台形、半円形、菱形等の形状でもよい。図１７（ｂ）では、スタッド８からなるずれ止め１２が主桁１の地山側フランジ５ｂの内側および内空面側フランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。スタッド８としては、頭付きスタッドでもよい。また、フランジの長手方向に交互にフランジ幅方向に変位するように千鳥状に設置する形態でもよい。
【００５５】
図１８では、図１０のセグメントにおいて内空面側フランジ5a内側に、主桁１間に渡ってトンネル軸方向の長尺鉄筋１０またはからなる長尺鋼材１３をさらに設置した形態であり、前記の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
【００５６】
図１９では、図１０のセグメントにおいて内空面側フランジ5a内側に、主桁１間に渡ってトンネル軸方向の長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置した形態であり、前記の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。なお、長尺鋼板９の表面を粗面あるいは凹凸面としてコンクリートとの付着を高めるようにしてもよい。
【００５７】
図２０では、主桁1の断面形状がL形または逆L形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
【００５８】
図２１では、主桁1の断面形状が逆T形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
【００５９】
図２２では、主桁1の断面形状がC形等の溝形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
【００６０】
図２３（ａ）では、主桁1の断面形状がI形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側および地山側フランジ５ｂの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。縦リブ１１を設ける場合には、地山側の長尺鋼材１３と縦リブ１１は主桁１の長手方向に位置をずらして設けられる。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。各長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、各長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
図２３（ｂ）では、主桁1の断面形状がI形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置し、かつ主桁１の地山側フランジ５ｂの内側に、短尺鉄筋６（図示の場合）または鋼板７あるいはスタッド８等の短尺鋼材１４をさらに設置する形態である。このように地山側にもずれ止めを設けると一層地山側のコンクリートと一体化を図り主桁長手方向のずれ力に抵抗する構造にできる。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。各長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、各長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
図２３（ｃ）では、主桁1の断面形状がI形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、短尺鉄筋６（図示の場合）または鋼板７あるいはスタッド８等の短尺鋼材１４を設置し、かつ主桁１の地山側フランジ５ｂの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。このように地山側にも長尺鋼材１３を設けるとトンネル軸線方向の曲げに一層抵抗できる構造となるばかりでなく、一層地山側の中詰めコンクリート４との一体化を図り、主桁長手方向のずれ力に抵抗する構造になる。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。各長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、各長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
【００６１】
図２４（ａ）では、主桁1の断面形状がC形等の溝形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側および地山側フランジ５ｂの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。縦リブ１１を設ける場合には、地山側の長尺鋼材１３とは主桁１の長手方向に位置をずらして設けられる。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。各長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、各長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
図２４（ｂ）では、主桁1の断面形状がC形等の溝形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置し、かつ主桁１の地山側フランジ５ｂの内側に、短尺鉄筋６（図示の場合）または鋼板７あるいはスタッド８等の短尺鋼材１４をさらに設置する形態である。このように地山側にもずれ止め１２を設けると一層地山側の中詰めコンクリート４との一体化を図り主桁長手方向のずれ力に抵抗する構造にできる。
図２４（ｃ）では、主桁1の断面形状がC形等の溝形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、短尺鉄筋６（図示の場合）または鋼板７あるいはスタッド８等の短尺鋼材１４を設置し、かつ主桁１の地山側フランジ５ｂの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。このように地山側にも長尺鋼材１３を設けるとトンネル軸線方向の曲げに一層抵抗できる構造となるばかりでなく、一層地山側のコンクリートと一体化を図り主桁長手方向のずれ力に抵抗する構造になる。
【００６２】
図２５では、セグメントの地山側に縦リブ１１を有する主桁1の断面形状がI形であるセグメントであり、内空面側フランジ5a内側に、主桁１間に渡ってトンネル軸方向の長尺鋼板９または長尺鉄筋１０からなる長尺鋼材１３をさらに設置した形態である。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。なお、長尺鋼板９または長尺鉄筋１０の表面を粗面あるいは凹凸面としてコンクリートとの付着を高めるようにしてもよい。
【００６３】
図２６では、前記の図２５の形態から長尺鋼材１３を省略した形態であり、縦リブ１１等を設置することにより、内空面側の長尺鋼材１３を省略できる場合には、このような形態でもよい。
【００６４】
図２７では、セグメントの地山側に縦リブ１１を有する主桁1の断面形状がL形または逆L形であるセグメントＡ１であり、内空面側フランジ5a内側に、主桁１間に渡ってトンネル軸方向の長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置した形態である。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。なお、長尺鉄筋１０または長尺鋼板９の表面を粗面あるいは凹凸面としてコンクリートとの付着を高めるようにしてもよい。
【００６５】
図２８では、セグメントの地山側に縦リブ１１を有する主桁1の断面形状が逆T形であるセグメントＡ２であり、内空面側フランジ5a内側に、主桁１間に渡ってトンネル軸方向の長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置した形態である。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。なお、長尺鉄筋１０または長尺鋼板９の表面を粗面あるいは凹凸面としてコンクリートとの付着を高めるようにしてもよい。
【００６６】
図２９では、セグメントの地山側に縦リブ１１を有する主桁1の断面形状がC形などの溝形であるセグメントＡ３であり、内空面側フランジ5a内側に、主桁１間に渡ってトンネル軸方向の長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置した形態である。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。なお、長尺鉄筋１０または長尺鋼板９の表面を粗面あるいは凹凸面としてコンクリート４との付着を高めるようにしてもよい。
【００６７】
図３０には、図２５〜２９に示したセグメントの縦リブ１１の断面形状が示されている。（ａ）では板状の縦リブ１１とされ、縦リブ１１の上端部がスキンプレート３に溶接により固定され、縦リブ１１の長手方向の両端部は、それぞれ主桁１のウェブ１６および地山側フランジ５ｂがある形態の主桁１では、これらに固着される。
また、（ｂ）図では、断面逆L字状の縦リブ１１とされ、一辺を脚部１９としてこれをスキンプレート３に固着し、横向きの他辺２０を中詰めコンクリート４の中間層に埋め込み固定するようにしている。このように他辺２０を中詰めコンクリート４の中間層に埋め込む形態では、他辺２０がトンネル内空面側の曲げに対して中詰めコンクリート４を確実に支承する機能を有し、中詰めコンクリート４と鋼殻１５との一体性を向上させるとともに、トンネル軸方向の曲げ性能を向上させることができる。
また、（ｃ）図では、断面逆T字状の縦リブ１１とされ、ウェブの一辺を脚部１９としてこれをスキンプレート３に固着し、横向きのフランジからなる他辺２０を中詰めコンクリート４の中間層に埋め込み固定するようにしている。このように他辺２０を中詰めコンクリート４の中間層に埋め込む形態では、他辺２０がトンネル内空面側の曲げに対して確実に中詰めコンクリート４を支承する機能を有し、中詰めコンクリート４と鋼殻１５との一体性を向上させるとともに、トンネル軸方向の曲げ性能を向上させることができる。
また、（ｄ）図では、断面C形などの溝形形態の縦リブ１１とされ、フランジの一辺を脚部１９としてこれをスキンプレート３に固着し、横向きのフランジからなる他辺２０を中詰めコンクリート４の中間層に埋め込み固定するようにしている。このように他辺２０を中詰めコンクリート４の中間層に埋め込む形態では、他辺２０がトンネル内空面側の曲げに対して確実に中詰めコンクリート４を支承する機能を有し、中詰めコンクリート４と鋼殻１５との一体性を向上させるとともに、トンネル軸方向の曲げ性能を向上させることができる。
【００６８】
図３１（ａ）（ｂ）には、短尺鉄筋とスタッドを除く短尺鋼材１４からなるずれ止め１２の各種断面形態が示されていると共に、長尺鉄筋１０を除く長尺鋼材１３の各種断面形態が示されている。短尺鋼材１４および長尺鋼材１３は、部材の外形寸法および断面積並びに長さ寸法が異なる以外は、共通である。
（ａ）の（イ）には、断面L形の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３の一辺全面を主桁フランジに当接して溶接により固定する場合が示され、（ロ）には、断面L形の一辺の先端面を主桁フランジに当接して溶接により固定する場合が示され、（ハ）には、断面L形のニ辺の先端面を主桁フランジに当接して溶接により固定する場合が示され、（ニ）には断面C形などの溝形の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３のウェブを当接して溶接により固定する場合が示され、（ホ）には、断面C形などの溝形断面の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３のフランジを当接して溶接により固定する場合が示され、（ヘ）には、断面C形などの溝形断面の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３の両フランジ先端を当接して溶接により固定する場合が示され、（ｂ）の（ト）には、断面逆T形の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３のフランジを当接して溶接により固定する場合が示され、（チ）には、断面T形の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３のウェブ先端を当接して溶接により固定する場合が示され、（リ）には、断面H形の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３の各フランジ先端を当接して溶接により固定する場合が示され、（ヌ）には、断面Iの短尺鋼材１４および長尺鋼材１３の各フランジを当接して溶接により固定する場合が示されている。
【００６９】
なお、図３２には、本発明の合成セグメントの実施例で仕様を決定したセグメント全体の鳥瞰図を示したものであり、図３３は、図３２において、継手板２を取り除いたセグメントの鳥瞰図を示したものであり、図３４は図３２で示したセグメントのスキンプレート3，中詰めコンクリート4を取り除いた図を示したものである。図３５は、図３４で示したセグメントの継手板、縦リブ１１を取り除いた図を示したものである。図３７は図３２で示したセグメントの断面図を示したものであり、図３８は縦リブ１１の断面仕様を示したものであり、図３９は、主桁１の断面図と仕様を示したものであり、図４０は、短尺鉄筋6の溶接仕様断面図を示したものである。
【００７０】
なお、図３６は、図３４で示したセグメントの継手板２、縦リブ１１を取り除いた形態で、さらに短尺鉄筋６などの短尺鋼材１４を省略し、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３のみとした形態の合成セグメントＡの変形形態を示す図である。
【００７１】
前記のような本発明の実施形態では、トンネル周方向と平行に設置する主桁にフランジを設置することで広幅化による荷重負担増加を、フランジとコンクリートの接触面で受けることでトンネル半径方向(法線方向)のずれを抑制し、トンネル内空面側フランジ５aの内側にずれ止め１４（１２）を設置することで、鋼殻１５と中詰コンクリート４のトンネル周方向(接線方向)のずれを抑制し、さらに鋼殻１５と中詰コンクリート４のトンネル軸方向の一体性を向上させている。
また、トンネル軸方向への曲げには、縦リブ１１を含む長尺鋼材１３で抵抗し、広幅化により増加するトンネル軸方向の曲げに従来技術の縦リブ１１で抵抗不可能な場合は、トンネル内空面側フランジの内側に主桁間を渡すようにトンネル軸方向に平行に長尺鉄筋１０または長尺鋼板９等の長尺鋼材１３を設置することで、トンネル軸方向の中央部の曲げに対する補強効果を有する、合成セグメントとなっている。
【００７２】
本発明を実施する場合、主桁１のフランジ５ａまたは５ｂの内側に設けるずれ止めとしては、主桁１の製造時に圧延加工時に、フランジ内側面を長手方向に断面角波形あるいは波形に成形加工してずれ止めとしてもよく、あるいは、フランジ内側面に、帯状縞鋼板の平坦側を設置すると共に縞鋼板の凹凸面がフランジ内側面と反対側となるように設置して、ずれ止めとしてもよい。このようにすると、短尺鋼材１４の設置コストを低減することができる。
【００７３】
（従来の合成セグメントを広幅化する場合の具体的な検討）
次に、従来の合成セグメントを広幅化する場合について、具体的に検討する。
前記のように、従来技術を用いることで、セグメント幅1.5mまでは既に使用されている。主桁１の構造を変更することなく広幅化をした際の限界を、施工面，運搬面，構造面から検討した結果、各項目においてセグメント幅が約２．５mとなった。
そこで、本発明の広幅構造とされた合成セグメントの効果を、広幅セグメントである幅２．５mと、従来技術であるセグメント幅１．５ｍとで比較する。
前記課題（Ａ）の広幅化した場合における曲げにより生じるずれ力に抵抗するずれ止め効果についての、（１）負担荷重の算定、（２）ずれ力の算定、（３）仕様の決め方の３項目について試算結果を以下に示す。
＜ずれ止め仕様算定方法＞
（１）負担荷重の算定について
図４７に示すように、主桁１と中詰めコンクリート４は、同図に示すような負担幅で荷重を負担する。
（２）ずれ力の算定について
主桁１と中詰めコンクリート４が各々負担する荷重割合(入力値)と、主桁１と中詰めコンクリート４が各々負担する発生断面力の比(出力値)の差を、荷重伝達する力をずれ力とし算定する。
（３）仕様の決め方について
図４８に示すように、前記（２）で算定した曲げモーメントΔMによるずれ力(C，T)に対し、地山側ずれ止め（縦リブ１１）による抵抗力(C’)と内空面側ずれ止め１２（１４）による抵抗力(T’)にて曲げモーメントによるずれ力ΔMに対し対抗する仕様を決定する。
また、図４９に示すように、縦リブ１１が中詰めコンクリート４に対し剛性が高いことから、応力度照査は、コンクリート４の許容支圧強度で行う。
仕様を決定する条件は、以下の通りである
（１）C<C’＝bf×tf×コンクリートの許容支圧強度×縦リブ枚数÷トンネル周方向長さ
（２）T<T’＝b×t×コンクリートの許容支圧強度×ずれ止め個数÷トンネル周方向長さ
以上の手順で曲げによるずれ力に対するずれ止め１１，１４の仕様を決定する。
なお、ずれ力とは、図５０に示すように、主桁１と中詰めコンクリート４が各々負担する荷重割合(入力値)と、主桁１と中詰めコンクリート４が各々負担する発生断面力の比(出力値)の差を荷重伝達する力とし、これをずれ力とする。
【００７４】
（計算例）
次に、図５１〜図６４を順に参照して、具体的な計算例について説明する。
図５１に検討したトンネル埋設位置の断面を示すように、トンネル外径13m、全土被り25mの軟弱地盤内の円形断面トンネル２５において、主桁仕様を一定にし、従来セグメントと広幅セグメントに必要なずれ止め構造を、１リング（Ring）あたりで比較検討した。
検討断面の発生断面力は、以下の通りである。
曲げモーメント：M=509kN・m/Ring
軸力 ：N=3211kN/Ring
せん断力 ：S=299kN/Ring
せん断スパン ：M/S=1.7m
セグメントトンネル周方向長さ：4.0m
【００７５】
また、図５２には、合成セグメントＢ，Ａの一断面形態が示されている。図５２（ａ）に示すように主桁１の寸法形態は、図５２（ｂ）〜（ｄ）において同じ断面形態である。
各部の寸法は下記の通りである。
セグメント断面について＜共通事項＞
セグメントについて
桁高 ：h=300mm
幅 ：B=1500mm
主桁について、
フランジ：tf=36mm bf=150mm
ウェブ ：tw=19mm
縦リブ仕様 ht=175mm tf=20mm
【００７６】
上記の計算例における保有曲げ耐力を基に、図５３に示すような合成セグメントＢ，Ａにおいて、トンネル周方向の保有曲げ耐力を算定すると、次のようになる。
セグメント幅1.5m：保有曲げ耐力 509kN・m/Ring
セグメント幅2.0m：保有曲げ耐力 678kN・m/Ring
セグメント幅2.5m：保有曲げ耐力 848kN・m/Ring
【００７７】
トンネル周方向の単位長さ当りの曲げによる鋼殻１５とコンクリート４間に発生するずれ力ΔM（曲げモーメント）を算定すると以下の表２のようになる。
【表２】
【００７８】
従来技術による鋼・コンクリート合成セグメントで、セグメント幅1.5mでは、曲げにより発生するずれ力に対し、縦リブ１１で抵抗するため、抵抗機構は、図５４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようになる。
縦リブ１１の剛性がコンクリート４よりも高いことより、曲げモーメントΔＭにより発生するずれ力Ｃ，Ｔの伝達性能は、コンクリート強度に依存する。
曲げモーメントΔＭにより発生するずれ力Ｃ，Ｔを縦リブ１１で伝えきれなくなる時はコンクリート４の破壊によりずれ力を伝達できなくなる。
そこでコンクリート強度に対し、ずれ力Ｃ，Ｔにより発生するコンクリート４の許容支圧応力度で伝達性能の照査を実施する。
セグメント幅1.5m時の曲げによるずれ力Ｃ，Ｔが発生している状態の応力度σを算定する。
この曲げ応力度がコンクリートの許容支圧強度より小さければ曲げによるずれ力を縦リブで伝達することになる。各セグメント幅の曲げ応力度は下記のようになる。
セグメント幅1.5m時 σ=ΔM/Z=11×106/(282×1752/6)=7 (N/mm2)<16 (N/mm2)
セグメント幅2.0m時 σ=ΔM/Z=37×106/(282×1752/6)=25 (N/mm2)>16 (N/mm2)
セグメント幅2.5m時 σ=ΔM/Z=62×106/(282×1752/6)=43 (N/mm2)>16 (N/mm2)
前記から縦リブ１１のみでの曲げ力によるずれ抵抗力抵抗機能保有度については、下記表３のように評価される。○は合格、×は不合格。
【表３】
【００７９】
セグメント幅1.5m(従来技術)では、ずれ止め１４を有しなくても曲げによるずれ力に抵抗可能であるが、セグメント幅2.0m、2.5m(広幅セグメント)では、従来技術のように縦リブ１１のみで曲げによるずれ力Ｃ，Ｔを伝達することは不可能になる。
【００８０】
ずれ力とセグメント幅の関係の概念図を、図５５に示す。
ここで、セグメント幅2.5m時において必要になるずれ止め仕様を検討する。
セグメント幅2.5mにおけるずれ止め仕様を鉄筋径32mm、幅70mmを約90mmピッチ(セグメント単位長さあたりで鋼重9.3kgの増加のみ)で設置することで曲げによるずれ力に対し抵抗可能になる。
【００８１】
セグメント幅2.5mにおけるずれ止め仕様検討結果を、図５６に示す。
ΔM=62kN・m=C・λ=T・λ → C＝T＝387kN
ずれ止め６（１２）の断面は高さ32mm、幅70mmの鉄筋とする。
縦リブ１１が保有するずれ止め耐力C’およびずれ止め６（１２）が有するずれ止め耐力T’は、コンクリートの支圧強度を用いて算定する。
C’=(縦リブ高さ)×(縦リブ幅)×(許容支圧強度)/1000
=175×282×16/1000
=789kN
T’=(ずれ止め高さ)×(ずれ止め幅)×(許容支圧強度)×(ずれ止め数)/1000
=32×70×16×11/1000
=394 kN
【００８２】
また、上記ずれ止め６（１２，１４）にスタッド８を用い、上記ずれ止めと同程度の配置ピッチにするためには、図５８に示すように、長さ100mm、径19mmの鋼製のスタッドを用いればよい。
【００８３】
次に、図５９に示すように、縦リブ１１を地山側に設置することにより、トンネル軸方向に伝達される荷重は、縦リブ１１を介し主桁１へ伝達されるようになる。
【００８４】
図６０に示すように、トンネル軸方向に伝達させる荷重により幅中央部Ｃの曲げに対し従来技術の縦リブ１１で伝達可能であるか検討を行うと、図６０（ｂ）に示すように、面的にかかる土水圧荷重Ｐのうちトンネル軸方向に伝達される荷重を算定すると、トンネル外径13mを10分割することを想定しているため、トンネル周方向を長さ(セグメントピース長さ)4.0mの単純支持梁とし載荷荷重を算定すると、図６０（ｃ）に示すように、トンネル軸方向のセグメントピース長さを４．０ｍとし場合、次のようになる。
セグメント幅1.5m P=1014kN(169kN／m２)
セグメント幅2.0m P=1352kN(169kN／m２)
セグメント幅2.5m P=1690kN(169kN／m２)
これらの載荷荷重Pのうち中詰めコンクリート４から主桁１
へ伝達される荷重について検討すると、下記のようになる。
（１）セグメント幅1.5m Ps＝81 kN
（２）セグメント幅2.0m Ps＝256 kN
（３）セグメント幅2.5m Ps＝422 kN
【００８５】
このトンネル軸方向に伝達される荷重により発生するトンネル軸方向の幅中央位置の曲げに対し、内空面側フランジ５ａの内側に長尺鉄筋１０を設置する効果を検討するにあたって、先ず、検討に用いる有効断面を図６１に示す。また、図６２に示すように、トンネル軸方向の曲げモーメントの算定には、単純支持梁モデルを用いている。下記（１）〜（４）のようになる。
（１） 縦リブ1枚が有する保有曲げ耐力
曲げ耐力 21kN・m
（２）セグメント幅1.5m時のトンネル軸方向に伝達される力により発生する曲げモーメント
曲げ 15kN・m
（３）セグセグメント幅2.0m時のトンネル軸方向に伝達される力により発生する曲げモーメント
曲げ 64kN・m
（４）セグメント幅2.5m時のトンネル軸方向に伝達される力により発生する曲げモーメント
曲げ 131kN・m
【００８６】
また、縦リブ(従来技術)のみのトンネル軸方向の曲げモーメントの抵抗機能保有度を評価した結果を、満足するものを〇印で、満足しないものを×印を用いて表４に示す。
【表４】
【００８７】
しかし、鉄筋D32（直径Dが３２ｍｍ）を約200mmピッチ(単位長さ当りで80kgの増加のみ)で設置することで上記有効断面の保有曲げ耐力が147kN・mとなり、内空面側フランジ５ａの内側に設置した長尺鉄筋１０がトンネル軸方向の曲げに対し効果を発揮する。
【００８８】
従来技術のセグメント幅1.5mでは、トンネル軸方向に平行に両主桁間を渡すように鉄筋または鋼板を設置しても、トンネル軸方向の面外曲げ挙動に有効に効果を発揮しないが、セグメントを広幅化することで、トンネル軸方向に設置する鉄筋または鋼板が面外曲げ挙動に有効に効果発揮する。
【００８９】
次に、トンネル軸方向の荷重伝達ルートについて、図６３（ａ）に示すような合成セグメントBで下記のような条件である場合について検討する。
従来の合成セグメント：セグメント幅1.5mで縦リブ１１のみでトンネル軸方向に生じる曲げモーメントを伝達するとした場合と、図６３（ｂ）に示すように、広幅セグメントでセグメント幅2.0mと2.5mの場合で、縦リブ１１とトンネル軸方向鉄筋１０でトンネル軸方向に生じる曲げモーメントを伝達するとした場合。
【００９０】
図６４を参照して、1例として従来技術により広幅化した場合の断面仕様の検討した結果について説明する。
トンネル周方向の鉄筋２２を増やす手法でセグメント幅2.5mへの広幅化を試みる場合のセグメント仕様を検討する。
検討では中詰めコンクリート部４の引張側にのみに鉄筋１０からなる長尺鋼材１３を設置させている。
【００９１】
検討結果
中詰めコンクリート部４に、D32（直径３２ｍｍ）の鉄筋２２をトンネル周方向に100本設置すれば、ずれ力が発生せずにトンネル軸方向(セグメント幅方向)一様に挙動する。
この手法を採ると、鋼重（鋼材重量）は、トンネル周方向1m当り623kg増加する。
しかし、構造上この手法を採ると構造上断面が成立しない。
【００９２】
また、本発明技術と従来技術による広幅化による鋼材量の増加量比較した表５を下記に示す。
【表５】
【００９３】
以上より、本発明の技術を用いることで、広幅化をしても中詰めコンクリート４と鋼殻１５の一体性を図れるとともに、トンネル周方向の単位長さ当りの鉄筋増加量を、従来技術の約85%削減することができ、格段に合理的な断面を形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】主桁にI型断面を有する主桁を用いたセグメントの鳥瞰図である。
【図２】主桁にL型形状の断面形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図である。
【図３】主桁に逆T形形状の断面形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図である。
【図４】主桁にC形形状等の断面溝形の形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図である。
【図５】主桁の断面形状がI形もしくは逆T形で主桁フランジ部に嵌合詰めを有する主桁の断面図である。
【図６】図1のセグメントにおいて継手板を取りのぞいたセグメントの鳥瞰図である。
【図７】主桁にL形形状の断面形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図である。
【図８】主桁に逆T形形状の断面形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図である。
【図９】主桁にC形等の溝形形状の断面形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図である。
【図１０】図１のセグメントにおいて、内空面側フランジの内側にずれ止めに短尺鉄筋からなるずれ止めを有するセグメントの鳥瞰図である。
【図１１】図１のセグメントにおいて内空面側フランジの内側にずれ止めに鋼板を有するセグメントの鳥瞰図である。
【図１２】図１のセグメントにおいて内空面側フランジの内側にずれ止めにスタッドを有するセグメントの鳥瞰図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、主桁にL形形状の断面形態の主桁にずれ止め設けた合成セグメントの断面図であり、（ａ）は短尺鉄筋からなるずれ止めの場合、（ｂ）は鋼板の場合、（ｃ）はスタッドの場合である。
【図１４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、主桁に逆T形形状を有する主桁を用いたセグメントの断面図であり、（ａ）は短尺鉄筋からなるずれ止めの場合、（ｂ）は鋼板の場合、（ｃ）はスタッドの場合である。
【図１５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、主桁にC形形状等の溝形断面形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図であり、（ａ）は短尺鉄筋からなるずれ止めの場合、（ｂ）は鋼板の場合、（ｃ）はスタッドの場合である。
【図１６】（ａ）（ｂ）は、図１０または図１１あるいは図１２のセグメントにおいて地山側フランジの内側にもずれ止めを有するセグメントの断面図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）は、図１５（ａ），図１５（ｂ）のセグメントにおいて地山側フランジの内側にもずれ止めを有するセグメントの断面図である。
【図１８】図１０のセグメントにおいて内空面側フランジの内側にトンネル軸方向鉄筋の長尺鋼材を有するセグメントの鳥瞰図である。
【図１９】図１０のセグメントにおいて内空面側フランジの内側にトンネル軸方向鋼板の長尺鋼材を有するセグメントの鳥瞰図である。
【図２０】図１８および図１９のセグメントにおいて主桁の断面形態がL形であるセグメントの断面図である。
【図２１】図１８および図１９のセグメントにおいて主桁の断面形態が逆T形であるセグメントの断面図である。
【図２２】図１８および図１９のセグメントにおいて主桁の断面形状がC形等の溝形であるセグメントの断面図である。
【図２３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図１８および図１９のセグメントにおいて地山側フランジの内側にもトンネル軸方向鉄筋またはトンネル軸方向鋼板等の長尺鋼材または短尺鋼材を有するセグメントの断面図である。
【図２４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図２２のセグメントにおいて地山側フランジの内側にもトンネル軸方向鉄筋またはトンネル軸方向鋼板等の長尺鋼材または短尺鋼材を有するセグメントの断面図である。
【図２５】セグメントの地山側に縦リブを有する主桁の断面形状がI形であるセグメントの鳥瞰図である。
【図２６】図２５から長尺鋼材を削除した形態のセグメントの鳥瞰図である。
【図２７】セグメントの地山側に縦リブを有する主桁の断面形状がL形であるセグメントの断面図である。
【図２８】セグメントの地山側に縦リブを有する主桁の断面形状が逆T形であるセグメントの断面図である。
【図２９】セグメントの地山側に縦リブを有する主桁の断面形状がC形等の溝形であるセグメントの断面図である。
【図３０】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の合成セグメントにおいて設ける縦リブの各種の断面形状を示す断面図である。
【図３１】主桁間に渡すように設置される長尺鋼材の各種断面形態、または、地山側または内空面側フランジの内側に設ける短尺鋼材のずれ止めの各種断面形態を示す図である。
【図３２】実施例で仕様を決定したセグメント全体の鳥瞰図である。
【図３３】図３２の継手板を取り除いたセグメントの鳥瞰図である。
【図３４】図３２で示したセグメントの継手板，スキンプレート，中詰めコンクリートを取り除いた図である。
【図３５】図３４で示したセグメントの縦リブを取り除いた図である。
【図３６】図３５で示したセグメントからさらに長尺鉄筋からなる長尺鋼材を取り除いた形態のセグメントの形態を示す図である。
【図３７】図３２で示したセグメントの断面図である。
【図３８】縦リブの断面仕様を示す図である。
【図３９】主桁部の断面図と仕様を示す図である。
【図４０】鉄筋の溶接仕様を示す断面図である。
【図４１】（ａ）は従来の狭巾の合成セグメントを示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示す主桁の仕様を変更しないで、トンネル軸方向の主桁間隔を広げて広幅化した場合の断面図である。
【図４２】セグメント断面の中に発生する曲げモーメントとこれによる圧縮力（圧縮偶力）と引張力（引張偶力）と関係を説明するための説明図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図４３】トンネル周方向の剛性が高い構造特性有する合成セグメントにトンネルの周囲から載荷される荷重の流れる特性を説明するための説明図である。
【図４４】トンネル周方向の鉄筋量を増加させた従来の合成セグメントを示す一部縦断斜視図である。
【図４５】スキンプレートにスタッドジベルを多数固定した従来の合成セグメントの形態を示す一部縦断斜視図である。
【図４６】主桁間に中主桁を設けて断面性能を増加させる構造の従来の合成セグメントの形態を示す一部縦断斜視図である。
【図４７】ずれ止め仕様算定方法を説明するための断面説明図である。
【図４８】曲げモーメントによるずれ力と抵抗力を説明するための側面説明図である。
【図４９】（ａ）はずれ止めの仕様を決定するための説明図、（ｂ）はその一部を拡大して示す図である。
【図５０】合成セグメントに作用する曲げモーメントおよびその曲げモーメントによるずれ力と、軸力によるずれ力と、せん断力によるずれ力とが作用することの説明図である。
【図５１】計算例の説明図であり、トンネル埋設位置の断面図である。
【図５２】（ａ）は主桁の仕様を示す図、（ｂ）は狭巾セグメントの主桁間と縦リブとの寸法関係を示す断面図、（ｂ）は狭巾セグメントの主桁間寸法と中詰めコンクリートおよびセグメント有効幅寸法の関係を示す断面説明図、（ｄ）は広幅合成セグメントとした場合の計算例の断面図である。
【図５３】狭巾セグメントにおける保有曲げ耐力を説明するための説明図である。
【図５４】曲げモーメントによるずれ力に対する狭巾セグメントの抵抗機構を説明するための説明図である。
【図５５】ずれ力とセグメント幅の関係を示す概念図である。
【図５６】広幅セグメントとした場合のずれ止め仕様検討結果を示すものであって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図５７】主桁の地山側に設置する縦リブのピッチと内空面側フランジの内側に設ける短尺鉄筋のずれ止めのピッチとを示す斜視図である。
【図５８】主桁の地山側に設置する縦リブのピッチと内空面側フランジの内側に設けるスタッドのずれ止めのピッチとを示す斜視図である。
【図５９】トンネル軸方向に伝達される荷重が、縦リブを介して主桁に伝達されることを説明するための説明図である。
【図６０】（ａ）はトンネル軸方向に伝達させる荷重により幅中央部の曲げに対し従来技術の縦リブで伝達可能であるか検討するための説明図、（ｂ）は面的にかかる土水圧荷重のうちトンネル軸方向に伝達される荷重を算定するための斜視説明図、（ｃ）は載荷荷重とトンネル軸方向のセグメントピース長を示す荷重分布図である。
【図６１】トンネル周方向の縦リブとずれ止めの有効断面を説明するための説明図である。
【図６２】トンネル軸方向の曲げモーメントを算定するために、単純支持梁として説明する説明図である。
【図６３】合成セグメントについてのトンネル軸方向の荷重伝達ルートを説明するための説明図であり、（ａ）は狭巾の合成セグメントの場合を示し、（ｂ）は広幅の合成セグメントの場合を示す説明図である。
【図６４】従来技術により広幅化した場合の断面仕様を検討するための説明図である。
【符号の説明】
【００９５】
Ａ 合成セグメント
Ａ１ 合成セグメント
Ａ２ 合成セグメント
Ａ３ 合成セグメント
１ 主桁
２ 継手板
３ スキンプレート
４ 中詰めコンクリート
５ａ 内空面側のフランジ
５ｂ 地山側のフランジ
６ 短尺鉄筋
７ 鋼板
８ スタッド
９ 長尺鋼板
１０ 長尺鉄筋
１１ 縦リブ
１２ ずれ止め
１３ 長尺鋼材
１４ 短尺鋼材
１５ 鋼殻
１６ ウェブ
１７ 雄型の嵌合爪
１８ 雌型の嵌合爪
１９ 脚部
２０ 他辺
２１ 配力筋
２２ 鉄筋
２３ スタッドジベル
２４ 中主桁
２５ トンネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル等の地下構造物に使用される合成セグメントに関し、特に高耐力広幅合成セグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、合成セグメントとしては、主桁のウェブにずれ止めを設けた構造の合成セグメントが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、図４１（ａ）に示すような合成セグメントＢが知られている。このような合成セグメントＢは、下記（１）〜（６）のような基本構造を有している。
（１）セグメントの全体構造として、トンネル軸方向に間隔をおいた両端部の各主桁１と継手板２の地山側の面を塞ぐようにスキンプレート３を設置し、内部の地山側に両主桁１間をつなぐ縦リブ１１を設けてあり、これらにより構成される鋼殻１５の内部に中詰めコンクリート４を充填した構造である。
（２）主桁１として、２枚の主桁１をセグメント側部に隔てて設置する構造であり、主桁１にフランジ構造を有する断面性能（特に曲げ性能）に優れる断面形状である。
（３）中詰めコンクリート４としては、主桁１の間に中詰めコンクリート４を打設しただけでは、耐曲げ性能の低い構造物である。
（４）縦リブ１１を有する構造は、鋼殻１５の寸法精度を確保する機能があり、（ａ）スキンプレート３側から1方向にかかる地山側から伝達される荷重Ｐを主桁１に伝達する応力伝達部材としての機能を有する。（ｂ）縦リブ１１をトンネル内空面側に設置すると縦リブ縁端面と中詰めコンクリート４との被りが小さくなるため、中詰めコンクリート４のひび割れを誘発する弊害が出る。
前記の（ａ），（ｂ）の理由により、縦リブ１１は地山側に限定して設置する構造が理想的とされている構造の合成セグメントＢである。
（５）地山側構造としては、鋼殻１５に閉塞された拘束度合いの高い構造である。
（６）内空面側構造としては、コンクリート面が露出するとともに縦リブ１１やスキンプレート３を有しない拘束度合いの低い構造である。
【０００４】
主桁１にフランジ５ａ，５ｂを有し地山側に縦リブ１１を持った合成セグメントＢは、前記のような従来技術を用いることで、セグメント幅1.5mまでは既に使用されている。
【特許文献１】特開２００２−３８８８８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セグメントは、トンネル軸方向に順次延長するように組み立てられるため、トンネル軸方向の幅寸法を拡大できると、トンネル全体における組立工程を格段に低減できる施工工法になる。例えば、従来、合成セグメントとしては、トンネル方向の幅が、１．２ｍで、最大でも、１．５ｍ幅であり、これを１．８ｍ、２ｍ、２．５ｍに拡大した合成セグメントになると、トンネル等の地下構造物を構築する場合に、セグメント数およびトンネル軸線方向の組立工程数が格段に低減することができるため、施工コストおよび施工工期を格段に低減することができる。
【０００６】
また、トンネル軸方向のセグメント幅を拡大する場合に、セグメントの主桁１の仕様を変えないで、合成セグメントの広幅化が可能になると、一層経済的に既存の主桁を有効に活用でき、低コストな合成セグメントを製造または製作することも可能になる。
【０００７】
前記のような観点から従来のような合成セグメントＢにおける主桁１の仕様を変更しないで、トンネル軸方向の間隔を広げた場合、図４１（ｂ）に示すような構造になる。
このようにトンネル軸方向のセグメント幅を広幅化したときの荷重の負担状態について検討すると、次の（１）〜（４）のようなことが言える。
（１）荷重Ｐはスキンプレート３および主桁１の地山側に一様に載荷される。
（２）セグメントの幅を拡げても主桁１の幅は変わらないので、主桁１の載荷荷重は変わらないが、中詰めコンクリート４の幅は広くなるので、載荷荷重Ｐは大きくなり、例えば、下記表１に示すように、構造の幅に応じた荷重（分担割合）がかかる。
（３）断面性能の低い中詰めコンクリート部４は荷重負担が大きくなり、断面性能の高い主桁構造は荷重負担が変化しないために、主桁１の高い断面性能を有効に活用できない。
（４）この現象を解決するためには、荷重負担状態を主桁１および中詰めコンクリート４各々の断面性能に応じて適正に分配することが必要不可欠である。
【表１】
【０００８】
フランジを有する主桁１および主桁１を連結する縦リブ１１を有する構造の合成セグメントＢを、トンネル軸方向に広幅化構造とした場合の技術課題としては、下記の、（Ａ）主桁と中詰めコンクリートとの高耐力荷重伝達構造(曲げ伝達性能)と、（Ｂ）中詰めコンクリート部のトンネル軸方向の高耐力部材性能との２つの課題がある。
【０００９】
前記（Ａ）の主桁と中詰めコンクリートとの高耐力荷重伝達構造(曲げ伝達性能)とするためには、下記の（１）〜（７）点を考慮する必要がある。
（１）トンネル軸方向のセグメント幅を大きくすることでセグメントが受ける載荷荷重Ｐが大きくなり、中詰めコンクリート４から主桁１へ伝達すべき力も大きくなる。
（２）地山側から1方向に中詰めコンクリート４に載荷された荷重Ｐは、コンクリート４の内部を伝播して主桁１へと伝わるが、セグメントの桁高さ方向に向けて点線で示すように放射状に力の流れが発生するために、トンネル半径方向のずれ止めの位置としてはトンネル内空面側に配置したほうが、トンネル半径方向の多くの伝達荷重を受け止められるので、広幅化による大きな荷重を受けるような場合には合理的である。
（３）しかしながら、地山側にのみ設置したトンネル周方向のずれ止めは、ずれ止め耐力を大きく期待できず広幅化への対応が困難となる。
（４）加えて、トンネル内空面側にはトンネル周方向のずれ止めがないために、主桁１と中詰めコンクリート４とのずれ力が大きく発生し、主桁１とコンクリート４との一体化がますます困難になる。
（５）図４２に示すように、セグメント断面の中に発生する曲げモーメント・軸力・せん断力を中詰めコンクリート４から主桁１へ確実に伝達する必要があるが、中でも曲げモーメントによるずれ力ΔMの伝達は、セグメントの構造特性上、困難な問題である。
（６）曲げモーメントによるずれ力ΔMの伝達は、図４２（ａ）（ｂ）に示すように、偶力を形成する圧縮力（圧縮偶力）Cと引張力（引張偶力）Tをずれ止めを介して伝達する。
（７）このトンネル周方向に発生する圧縮力Cと引張力Tは、セグメントに設置される縦リブ１１により縦リブ構造を用いて伝達される。
ところが、合成セグメントＢの縦リブ１１を有する縦リブ構造は、地山側に限定して設置することが合理的であるため、曲げモーメントによるずれ力ΔMの伝達により発生する偶力（Ｃ、Ｔ）を処理する縦リブ１１のセグメント高さ方向のアーム長（偶力の作用距離）λが長く取れないことが、伝達力を大きく出来ない最大の要因である。
一方、セグメント断面の中に発生する前記の軸力とせん断力は、それぞれ縦リブ面および主桁フランジ面に対して垂直に力を受ける構造であり、構造上の問題とはならない。
したがって、前記（A）の広幅化構造に伴う伝達曲げ性能の高耐力化が大きな課題である。
【００１０】
前記（Ｂ）の中詰めコンクリート部４のトンネル軸方向の高耐力部材性能の課題については、下記のような課題がある。
【００１１】
図４３（ａ）（ｂ）に示すように、円形トンネルは構造の形状特性からトンネル周方向の剛性が高く、トンネルの周囲から載荷される荷重Ｐはトンネル周方向に、すなわちセグメント軸方向へと流れる特性を持っている。
ところが、現在志向している広幅構造は、断面合成の高い主桁１が、トンネル軸方向に隔てて配置されているために、中詰めコンクリート部４に載荷された荷重Pは、トンネル軸方向に、すなわちセグメント幅方向へと流れる性質が生じる。
上記の荷重伝達の特異性から、中詰めコンクリート４にトンネル軸方向の面外変形が発生し、中詰めコンクリート４の曲げ破壊が懸念される。従来のセグメントの断面性能向上のための施策は、もっぱら中詰めコンクリート４のトンネル周方向の性質を向上させるために、例えば、図４４に示すように、トンネル周方向の鉄筋２２の鉄筋量を増加するなどの施策がとられてきたが、この技術ではトンネル軸方向の面外変形に対して適切な施策を施すことが出来ていない。
その結果、トンネル軸方向の面外変形に対して適切な施策を施すためには、トンネル軸方向における性能を向上させる必要に迫られる。
そこで、中詰めコンクリート４にこれまでにない上記部位における補強構造を設けることが必要不可欠な課題となる。
【００１２】
（従来技術による対応）
前記のような課題に対して従来の対応方法として、下記（１）〜（３）のような方法が考えられている。
（１）中詰めコンクリートの断面性能を増加する構造。
この方法は、図４４に示すように、主桁１間に鉄筋２２および配力筋２１を中詰めコンクリート４内に埋め込むように配置して、中詰めコンクリート４の断面性能を増加させる方法である。
（２）中詰めコンクリートとスキンプレートの一体化を図る構造。
この構造は、例えば、図４５に示すように、スキンプレート３にスタッドジベル２３を多数固定して、スキンプレート３と中詰めコンクリート４との一体化を図るようにする構造である。
（３）中主桁を増設する構造。
この構造は、図４６に示すように、主桁１間に中主桁２４を設けて、断面性能を増加させる構造である。
【００１３】
図４４から図４６に示すいずれの形態も、中詰めコンクリート４のトンネル周方向の補強を目的にトンネル周方向の中詰めコンクリート部４の仕様を増加させる方法であるが、
中詰めコンクリート４と主桁１とは、ずれ止めを有していないため、断面の一体化は達成できず、主構造たる主桁１の性能は余ったままであり、セグメント全体では、コスト増になるばかりであり前記の課題（Ａ）（Ｂ）は、まったく解決していない。
【００１４】
また、従来、（２）主桁ウェブにずれ止めを有する構造が知られている(例えば、特許文献１参照)
このような構造によると、主桁にずれ止めを有するために中詰めコンクリートの荷重をずれ止めを介して主桁へと伝達することができる利点がある。しかしながら、ずれ耐力を大きくしようとすると、ずれ止めを多数設置する必要があるので、ずれ止め耐力を大きく設定できない欠点がある。また、主桁ウェブ中央にずれ止め構造を設ける構造では、偶力のアーム長が確保できない為、特に曲げによるずれ力の伝達性能が小さくなることが課題である。即ち、前記の課題（A）がある。
また、中詰めコンクリートのトンネル軸方向の破壊(幅中央部の曲げ)に対して対応が取れない点が課題である。すなわち、前記の課題（B）がある。
【００１５】
また、従来、（３）主桁にフランジを有し地山側に縦リブを持った合成セグメントが知られている。
このような構造によると、主桁フランジ構造と縦リブ構造を介して主桁へと伝達することができる利点がある。しかしながら、トンネル内空面側のずれ止め効果が期待できず一体化に限界がある点が弱点である。すなわち前記（A）の課題がある。
また、中詰めコンクリートのトンネル軸方向の破壊(幅中央部の曲げ)に対して対応が取れない点が課題である。すなわち前記（B）の課題がある。
【００１６】
前記のような課題を合理的に解決するためには、高耐力合成セグメントの合理的(低コスト)な広幅化構造であり、中詰めコンクリート部のトンネル周方向の仕様を増加せずに両側の主桁構造の持つ高い断面性能を余すことなく有効活用し、セグメントの断面性能の増加を図る構造であり、主桁仕様を増加せずに主桁の設置間隔を広くしてセグメントの断面性能の増加を図り、高耐力性能と低コスト性能を両立する構造となるような合成セグメントであることが望まれる。
【００１７】
そこで本発明では、鋼殻と中詰めコンクリート間のトンネル半径方向(法線方向)とトンネル周方向(接線方向)のずれを抑制とともに、トンネル軸方向の一体性を向上させる合成セグメントを提供することを目的とする。
また、トンネル軸方向への面外曲げ変形に対して中詰めコンクリートが抵抗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】
【００１８】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明の合成セグメントにおいては、
主桁と継手板とスキンプレートとで形成される鋼殻内にコンクリートを中詰めし、鋼殻とコンクリートの合成構造を形成するようにした合成セグメントであって、
（１）主桁のウェブに対して垂直方向に主桁のウェブからセグメント内部方向へ突出するフランジを、少なくともトンネル内空面側に有する主桁２本をセグメントの幅方向両側側部に設置し、
主桁長手方向の両端部に主桁と直角方向に配置された各継手板を結合し、
前記各主桁と継手板の地山側を塞ぐようにスキンプレートを各主桁と継手板に固着し、
地山側または内空面側の少なくともどちらか一方に主桁間を渡すように鉄筋または鋼板等の長尺鋼材を各主桁に固着し、
前記主桁における少なくとも内空面側フランジの内側にずれ止めを有することを特徴とする合成セグメント。
第２発明では、第１発明の合成セグメントにおいて、前記長尺鋼材の両端部は、各主桁のフランジ内側に固着されていることを特徴とする。
第３発明では第１発明または第２発明の合成セグメントにおいて、前記の地山側に設置する主桁間に渡す長尺鋼材は、縦リブであることを特徴とする。
第４発明では、第１発明〜第３発明のいずれかの合成セグメントにおいて、前記内空面側の主桁間に渡す鉄筋または鋼板等の長尺鋼材が、前記内空面側のずれ止め機能を兼ねることを特徴とする。
第５発明では、第１発明〜第４発明の合成セグメントにおいて、主桁形状は、L形または逆T形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態を有することを特徴とする。
第６発明では、第１発明〜第５発明のいずれかに記載の合成セグメントにおいて、ずれ止めに、鉄筋または鋼板等の短尺鋼材またはスタッドジベルの少なくともいずれか１つを用いたことを特徴とする。
第７発明では、第１発明〜第６発明のいずれかの合成セグメントにおいて、ずれ止めに用いる短尺鋼材の断面形状が、L形または逆L形、逆T形またはT形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態であることを特徴とする。
第８発明では、主桁間に渡す長尺鋼材の形状が、L形または逆L形、逆T形またはT形、溝形、IまたはH形のいずれかの断面形態を有することを特徴とする第１発明〜第６発明のいずれかに記載の合成セグメント。
【発明の効果】
【００１９】
第１発明によると、主桁のトンネル内空面側にフランジを設置することで、広幅化による中詰めコンクリートの荷重負担増加を、フランジと中詰めコンクリートの接触面で受けることで、トンネル半径方向（法線方向）のずれを抑制し、トンネル内空面側のフランジの内側にずれ止めを設置することで、トンネル周方向（接線方向）のずれを抑制し、さらに鋼殻と中詰めコンクリートのトンネル軸方向の一体性を向上させることができる。
また、トンネル軸方向への曲げには、長尺鋼材で抵抗できる構造になり、また、トンネル内空面側フランジの内側に主桁間を渡すようにトンネル軸方向に鉄筋または鋼板等の長尺鋼材を設置することで、トンネル軸方向の中央部の曲げに対する補強効果もある合成セグメントとすることができる。
したがって、合成セグメントに土水圧などの外荷重が作用した場合に、合成セグメントに作用する曲げモーメントから生じるずれ力を、中詰めコンクリートから主桁側にずれ止めを介して効率よく伝達することができる。そのため、セグメントを広幅化しても効率よく中詰めコンクリートから主桁に応力を伝達することができる。
また、前記のような合成セグメントの構造とすると、従来公知の主桁仕様を変えることなく、トンネル軸方向のセグメント幅寸法を格段に拡大し広幅化した使用可能な合成セグメントとなり、トンネルを構築する場合に組立工数およびセグメント数の少ないトンネルとすることができるため、安価なトンネルを短工期で施工することも可能になる。
第２発明によると、長尺鋼材の両端部が、各主桁のフランジ内側に固着されているので、広幅化による中詰めコンクリートの荷重負担増加を、長尺鋼材によって支承すると共にトンネル軸方向の曲げに対して補強し、さらに中詰めコンクリートと鋼殻との一体性を高めることができる。また、トンネル軸方向の曲げ力に対して、抵抗することができ、合成セグメントの曲げ剛性を高めることができる等の効果がある。
第３発明によると、主桁間に設ける長尺鋼材が、縦リブであるので、前記の縦リブを利用して、土水圧などの外荷重が合成セグメントに作用した場合に、トンネル軸方向の曲げ力に対して、前記縦リブにより抵抗することができる。
第４発明によると、鉄筋または鋼板等の長尺鋼材が、前記内空面側のずれ止め機能を兼ねているので、広幅化による中詰めコンクリートの荷重負担増加を、長尺鋼材によって支承すると共にトンネル軸方向の曲げに対して補強し、さらに中詰めコンクリートと鋼殻との一体性を高めることができる。また、前記の長尺鋼材の両端部をずれ止め部材として利用して、フランジ内空面側のずれ止めを省略することも可能になる。さらに、トンネル軸方向の曲げ力に対して、抵抗することができ、合成セグメントの曲げ剛性を高めることができ、縦リブがある場合には、これと共同してトンネル軸方向の曲げに対して抵抗できる構造とすることができる等の効果がある。
第５発明によると、主桁形状は、L形または逆T形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態であるので、簡単な断面形状の部材を使用して、主桁を構成することができる。
第６発明によると、主桁の内側フランジに設けるずれ止めを、鉄筋または鋼板等の短尺鋼材またはスタッドジベルの少なくともいずれか１つを用いたので、安価な簡単な形状の市販の部材を使用して、ずれ止め部材とすることができる。
第７発明によると、ずれ止めに用いる短尺鋼材の断面形状が、L形または逆L形、逆T形またはT形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態であるので、簡単な形状で市販の安価な部材を使用して、短尺鋼材をずれ止めとして利用することができ、合成セグメントを安価に製作することができる。
第８発明によると、主桁間に渡す長尺鋼材の形状が、L形または逆L形、逆T形またはT形、溝形、IまたはH形のいずれかの断面形態であるので、簡単な形状で市販の安価な部材を使用して、長尺鋼材として利用することができ、合成セグメントを安価に製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
先ず、各種の実施形態と図面の配列について簡単に説明すると、図１〜図５にはそれぞれ主桁形状が異なる各種合成セグメントの形態が斜視図または正面図として示され、図６〜図９には図１〜図５に対応した断面形態が示され、図１０〜図１７には、各種形態の合成セグメントにおける中詰めコンクリートを取り除いた状態が斜視図または正面図として示され、図１８〜図２４には長尺鋼材を備えた形態の合成セグメントが示され、図２５〜図２９には、縦リブを備えた形態の合成セグメントの形態が、図３０には縦リブの形態が、図３１には主桁１のフランジに設ける各種の短尺鋼材の断面形態または主桁間に渡って配置される各種長尺鋼材の断面形態が示されている。図３２〜図４０には、本発明の合成セグメントの一仕様の形態が示されている。
【００２２】
図１、図６、図１０は、本発明の一実施形態を示すものであって、トンネル周方向に平行に配置された主桁１の長手方向の両端部に、前記主桁１と直角方向に配置された各継手板２が溶接等により固着されて一体に結合され、前記各主桁１と継手板２の地山側を塞ぐようにスキンプレート３を各主桁１と継手板２に溶接等により一体に固着している。前記の各主桁１と継手板２とスキンプレート３とにより鋼殻１５が構成されている。
【００２３】
前記各主桁１には、そのウェブ１６の面に対して垂直方向に主桁１のウェブ１６からセグメント内部方向へ突出する内空面側のフランジ５ａと地山側フランジ５ｂが設けられている。前記のフランジは、主桁１におけるウェブ１６の少なくともトンネル内空面側に設けられていることが必要であり、図示の形態では、トンネル内空面側およびトンネル地山側の両方にフランジが設けられている形態が示されている。
【００２４】
主桁１のウェブ１６に対して垂直方向に主桁１のウェブ１６からセグメント内部方向へ突出するフランジ５a，５ｂを、少なくともトンネル内空面側に有する主桁１を２本セグメントの幅方向両側側部（トンネル軸方向に間隔をおいて）に設置している。
【００２５】
トンネル内空面側に位置するフランジであって、かつセグメント内部方向へウェブ１６から垂直方向に突出しているフランジ５ａを有する主桁１である必要がある理由は、前記のフランジ５ａにより中詰めコンクリート４をフランジ５ａにより支承する構造とすることによりトンネル半径方向の中詰めコンクリート４のずれを抑制する構造とすること。
また、前記のフランジ５ａの内空面側に、ずれ止め１２を設ける構造とすることが可能になり、またその部分にずれ止め１２ を設けることで、中詰めコンクリート４と主桁１とのトンネル周方向のずれを抑制し、さらに鋼殻１５と中詰めコンクリート４とのトンネル軸方向の一体化性を向上できること。
また、図１８、図１９、図２５、図２６に示すように、トンネル内空面側の主桁１間に長尺鉄筋１０または長尺鋼板９等の長尺鋼材１３を固定する場合に、前記フランジ５ａの内空面に溶接等により固定できることである。
【００２６】
前記の各主桁１は、合成セグメントにおいては、土水圧などの外荷重を、スキンプレート３と中詰めコンクリート４を介して最終的に主桁１により受持つ構造であるので、主桁１に、土水圧などの外荷重を、如何に効率よく合理的に受持たせるかで、広幅化の成否がかかってくる。
【００２７】
また、主桁１と継手板２とスキンプレート３とで形成される鋼殻１５内にコンクリート４を中詰めして、鋼殻１５と中詰めコンクリート４の合成構造を形成するようにした合成セグメントＡとされている。
【００２８】
また、地山側または内空面側の少なくともどちらか一方に主桁１間を渡すように鉄筋または鋼板等の長尺鋼材１３を、各主桁１に固着している。図示の形態では、長尺鉄筋１０からなる長尺鋼材１３を前記の各主桁１のフランジ５ａの内側（セグメントの内側）に溶接により固着している。前記の長尺鋼材１３は主桁１の長手方向に間隔をおいて複数設けられている。
【００２９】
また、前記の主桁１における少なくとも内空面側フランジ５ａの内側に、短尺鉄筋６からなるずれ止め１２が、主桁１の長手方向に間隔をおいて複数溶接により固着されている。
【００３０】
前記の長尺鋼材１３は、継手板２と平行に主桁1間を渡すように設置されたトンネル軸方向鉄筋としてもよく、あるいはトンネル軸方向の縦リブ１１等の鋼板としてもよく、縦リブ１１のみでは、剛性上不足する場合には、さらにトンネル内空面側フランジ５ａ内側に設置することができる。
【００３１】
鋼殻１５は、平行に配置された主桁1の両端部を継手板２で結合し、両主桁1と継手板2の地山側を塞ぐように、スキンプレート３を、主桁１と継手板２に連結されている。
継手板２と平行に主桁1間を渡すように長尺鉄筋１０または長尺鋼板9または長尺鋼材１３を少なくともトンネル内空面側に設置する。
【００３２】
主桁１におけるトンネル内空面側フランジ5a内側に、ずれ止め１２を有している。図示の形態では、短尺鉄筋６からなる短尺鋼材１４が、内空面側フランジ５ａの内側に固着されている。
鋼殻１５内に、コンクリートを充填して中詰めコンクリート４が形成され、鋼殻１５と中詰めコンクリート4との合成構造を形成している。
【００３３】
主桁１は、図１、図６に示すような断面形状になるように、平板形鋼を溶接等により結合させて組立形成しても良いが、合成セグメントＡの品質，製造コストを考慮すると、形鋼を用いることが好ましい。
【００３４】
前記のような本発明の実施形態では、主桁１における内空面側フランジ５ａの内側には、ずれ止め１２が設置されていることを必須とし、前記のずれ止め１２は長尺鋼材１３の端部が固定されることで置き換えることができ、このような主桁１における内空面側フランジ５ａのずれ止め１２が設けられている条件下で、かつ、合成セグメントＡ内において主桁１間に渡って設置される長尺鋼材１３の組み合わせ構成であり、また、主桁１間に渡って設置される前記長尺鋼材１３の形態としては、（１）縦リブ１１の場合、（２）縦リブ１１とは別個に主桁１間の地山側に設置される鋼材の場合、（３）縦リブ１１および地山側に設置される鋼材とは別個に内空面側に設置される部材の場合と、これら（１）〜（３）の組み合わせ形態がある。
前記のように構成された本発明の合成セグメントＡでは、トンネル周方向と平行に設置する主桁１にフランジ５ａ（または５ａと５ｂ）を設置することで広幅化による荷重負担増加をフランジ５ａ（または５ｂ）とコンクリート４の接触面で受けることができ、トンネル半径方向(法線方向)のずれを抑制し、トンネル内空面側フランジ５ａの内側にずれ止め１２を設置することで、トンネル周方向(接線方向)のずれを抑制し、さらに鋼殻１５と中詰めコンクリート４のトンネル軸方向の一体性を向上させる。
トンネル軸方向への曲げには縦リブ１１等の長尺鋼材１３で抵抗し、広幅化により増加するトンネル軸方向の曲げに従来技術の縦リブ１１で抵抗不可能な場合は、トンネル内空面側フランジ５ａの内側に主桁１間を渡すようにトンネル軸方向に平行に鉄筋または鋼板等の別個の長尺鋼材１３を設置することで、トンネル軸方向の中央部の曲げに対する補強効果を有する合成セグメントＡとすることができる。
【００３５】
前記の主桁１またはずれ止め１２あるいは長尺鋼材１３の断面形状については、各種の変形形態が可能であるので、次に、これらの変形形態の合成セグメントについて説明する。
【００３６】
主桁１の断面形状としては、図２〜図４または図７〜図９あるいは図１３〜図１５に示すように、L形，逆T形，C形等の溝形の断面形状を有する主桁１を備えた合成セグメントＡ１、Ａ２、Ａ３でもよく、これ以外にも、図１等に示すI形あるいはＨ形のいずれかの断面形状を有する主桁１であればよい。地山側フランジ５ｂを備えていない形態の主桁１では、ウェブ１６の上端部と継手板２にスキンプレート３は固定される形態となる。
図２〜図４または図７〜図９あるいは図１３〜図１５に示す形態の合成セグメントＡ１、A２、A３においても、主桁ウェブ１６に対して垂直方向にセグメント内部方向へ突出するフランジ５ａを少なくとも備えている構成およびフランジの設け方は、前記の実施形態と同様である。
【００３７】
主桁１を組み立てる場合の前記の平板形鋼の結合方法としては、接着剤を用いたり、ボルトにより結合させても良いが、合成セグメントＡの強度と止水性を考慮すると溶接により固着するのが好ましい。
【００３８】
なお、I形または逆T形の断面形状を有する主桁１を用いる際、図５（ａ）（ｂ）に示すように、止水性を向上させるために、主桁１の地山側フランジ５ｂおよび内空面側フランジ５ａに、トンネル軸方向一端部にトンネル軸方向に張り出す一対の雄型の嵌合爪１７を有し、トンネル軸方向他端部の地山側フランジ５ｂおよび内空面側フランジ５ａに、トンネル軸方向に凹む雌型の嵌合爪１８を有する各フランジ５ａ，５ｂを用いても良い。
なお、図示を省略するが、前記の嵌合爪１７および１８の凹部には、適宜、水膨張ゴム等の止水材が設けられる。
また、図示を省略するが、トンネル軸方向に隣り合う合成セグメントＡ相互は、公知の連結係止金具（図示を省略した）により連結される。
【００３９】
トンネル軸方向に延長するように配置される前記の長尺鋼材１３としては、図１８に示すように、トンネル軸方向に長尺の鉄筋１０を使用して配置してもよく、中詰めコンクリート4との一体的な付着あるいは固着を考慮すると、長尺鋼材１３として、異形棒鋼を使用するのが好ましい。
【００４０】
前記の長尺鋼材１３を前記フランジ５ａ（または５ｂ）の内側に結合させる方法としては、接着剤や溶接を用いることができる。長尺鋼材１３とフランジ５ａとの結合部の品質と強度を考慮すると、結合方法は溶接が好ましく、溶接方法は、のど厚がa/√2(但し、aは鉄筋半径寸法)である両側フレアー溶接とすることが好ましい。
溶接長が充分確保できない場合は、溶接を全周に施すことが好ましい。
【００４１】
また、トンネル軸方向に延長するように配置される前記の長尺鋼材１３の断面形状は、図３０〜図３１に示すように、平板形、I形，L形，逆T形，T形、H形，C形等の溝形のいずれかの断面形状を有するようにすると、市販の安価な形鋼を使用することができる。
前記の長尺鋼材１３として、図１９に示すように、トンネル軸方向に延長する鋼板（トンネル軸方向鋼板９）を用いる場合、平板形鋼から製作しても良いが、コストを考慮すると形鋼を用いることが好ましい。
長尺鋼材１３を主桁１のフランジ５ａ（５ｂ）内側に結合させる方法としては、接着剤やボルト結合や溶接を用いることができる。
長尺鋼材１３を主桁１のフランジ５ａ（５ｂ）内側に結合させる場合、製作性，コスト，品質を考慮すると結合方法は、溶接が好ましく、溶接方法は、のど厚がa/√2(但し、aは鋼板厚寸法)である両側隅肉溶接とすることが好ましい。
溶接長が充分確保できない場合は、溶接を全周に施すことが好ましい。
【００４２】
図１０〜図１９，図２３（ｃ），図２４（ｃ），図２５あるいは図２６に示すように、主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に設けるずれ止め１２、または図１６，図１７，図２３（ｂ），図２４（ｂ）に示すように主桁１の地山側フランジ５ｂの内側に設けるずれ止め１２に使用する鉄筋または鋼板等の短尺鋼材１４に関しても、主桁１のフランジ５a，５ｂへの結合方法は、トンネル軸方向に設置する鉄筋または鋼板等の前記の長尺鋼材１３の場合と同様な結合手段により固着することができる。これらの形態では、短尺鋼材１４を、主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、主桁１の長手方向に間隔をおいて設置したり、主桁１の地山側フランジ５ｂの内側に、主桁１の長手方向に間隔をおいて設置したり、これらを組み合わせたりしている。
【００４３】
前記の長尺鋼材１３として、さらに、地山側のずれ止めに縦リブ１１を用いることもでき、この縦リブ１１の断面形状としては、図３０（ａ）〜（ｄ）に示すように、帯状の平板形、I形，L形，逆T形，溝形（C形等）のいずれの断面形状を有しても良い。
前記の縦リブ１１等の長尺鋼材１３の固着方法は、強度と品質を考慮すると溶接が好ましい。
前記の縦リブ１１として長尺鋼材１３をスキンプレート３に固着する場合は、スキンプレート３の精度を考慮すると、千鳥状に、断続したすみ肉溶接により固着するのが好ましい。
縦リブ１１として長尺鋼材１３を主桁１のウェブ１６もしくはフランジ５ｂに固着する方法としては、縦リブ１１の両側をすみ肉溶接により固着するのが好ましい。
縦リブ１１等の長尺鋼材１３の高さを大きくすると、中詰めコンクリート４の被り（内空面側の被り）が充分確保できなくなり、中詰めコンクリート４の乾燥収縮によるひび割れの発生が懸念されるため、縦リブ１１等の地山側に配置する長尺鋼材１３の高さ寸法は、最大で、主桁１の高さの6割程度とし、スキンプレート３側に変位した位置に配置するのがよく、このようにすると、縦リブ１１等の長尺鋼材１３と主桁１のフランジ５ａに固定されるずれ止め１２あるいは縦リブ１１以外の長尺鋼材１３との干渉を防止し、縦リブ１１以外の長尺鋼材１３を配置することができる。
【００４４】
縦リブ１１もしくは主桁1間を渡すように設置するトンネル軸方向に延長する鉄筋6または鋼板7等の長尺鋼材１３としては、鋼殻１５の製作において、精度を確保するために、少なくとも１mピッチで設置するとよく、これ以外にもより細かいピッチで設置するようにしてもよい。
【００４５】
主桁１のフランジ内空面側に設置する鉄筋6または鋼板7等の長尺鋼材１３またはスタッド8等のずれ止め１２を設置する場合のトンネル周方向の最小間隔は、中詰めコンクリート４に混入させる最大骨材寸法の4/3以上、かつ鉄筋の直径以上とする。このように設定する理由は、中詰めコンクリート４として充填されるコンクリートの充填性、ずれ止めの効果、付着強度を充分に発揮させるためである。
【００４６】
次に、主桁１に設ける短尺鋼材１４によるずれ止め１２または主桁１間に渡って設ける長尺鋼材１３の形態を主に図１０〜図３１まで形態の構成について説明する。
【００４７】
図１０では、短尺の鉄筋６からなるずれ止め１２がI形断面の主桁１のフランジ５ａの内側に、トンネル軸方向に鉄筋６の軸線が向くように設置され、トンネル周方向に間隔をおいてに複数設置されている形態である。
【００４８】
図１１では、矩形状の鋼板７からなるずれ止め１２がI形断面の主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。鋼板７の形状としては、台形、半円形、菱形等の形状でもよい。
【００４９】
図１２では、スタッド８からなるずれ止め１２がI形断面の主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。スタッド８としては、頭付きスタッドでもよい。フランジの長手方向に交互にフランジ幅方向に変位するように千鳥状に設置する形態でもよい。
【００５０】
図１３（ａ）では、短尺の鉄筋６からなるずれ止め１２がL型または逆L形断面の主桁１のフランジ５ａの内側に、トンネル軸方向に鉄筋６の軸線が向くように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている形態である。図１３（ｂ）では、矩形状の鋼板７からなるずれ止め１２が主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。鋼板７の形状としては、前記のように、台形、半円形、菱形等の形状でもよい。図１３（ｃ）では、スタッド８からなるずれ止め１２が主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。スタッド８としては、頭付きスタッドでもよい。フランジの長手方向に交互にフランジ幅方向に変位するように千鳥状に設置する形態でもよい。
【００５１】
図１４（ａ）では、短尺の鉄筋６からなるずれ止め１２が逆T形断面の主桁１のフランジ５ａの内側に、トンネル軸方向に鉄筋６の軸線が向くように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている形態である。図１４（ｂ）では、矩形状の鋼板７からなるずれ止め１２が主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。鋼板７の形状としては、前記のように、台形、半円形、菱形等の形状でもよい。図１４（ｃ）では、スタッド８からなるずれ止め１２が主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。スタッド８としては、頭付きスタッドでもよい。フランジの長手方向に交互にフランジ幅方向に変位するように千鳥状に設置する形態でもよい。
【００５２】
図１５（ａ）では、短尺の鉄筋６からなるずれ止め１２がC形等の溝形断面の主桁１のフランジ５ａの内側に、トンネル軸方向に鉄筋６の軸線が向くように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている形態である。図１５（ｂ）では、矩形状の鋼板７からなるずれ止め１２が主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。鋼板７の形状としては、前記のように、台形、半円形、菱形等の形状でもよい。図１５（ｃ）では、スタッド８からなるずれ止め１２が主桁１のフランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。スタッド８としては、頭付きスタッドでもよい。フランジの長手方向に交互にフランジ幅方向に変位するように千鳥状に設置する形態でもよい。
【００５３】
図１６（ａ）では、短尺の鉄筋６または鋼板７からなるずれ止め１２がI形断面の主桁１の地山側フランジ５ｂの内側および内空面側フランジ５ａの内側に、トンネル軸方向に鉄筋６の軸線が向くように設置するか、または鋼板７の板厚方向が向くように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて設置されている形態である。鋼板７の形状としては、前記のように、台形、半円形、菱形等の形状でもよい。図１５（ｂ）では、スタッド８からなるずれ止め１２が主桁１の地山側フランジ５ｂの内側および内空面側フランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。スタッド８としては、頭付きスタッドでもよい。また、フランジの長手方向に交互にフランジ幅方向に変位するように千鳥状に設置する形態でもよい。
【００５４】
図１７（ａ）では、短尺の鉄筋６または鋼板７からなるずれ止め１２がC形等の溝形断面の主桁１の地山側フランジ５ｂの内側および内空面側フランジ５ａの内側に、トンネル軸方向に鉄筋６の軸線が向くように設置するか、または鋼板７の板厚方向が向くように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて設置されている形態である。鋼板７の形状としては、前記のように、台形、半円形、菱形等の形状でもよい。図１７（ｂ）では、スタッド８からなるずれ止め１２が主桁１の地山側フランジ５ｂの内側および内空面側フランジ５ａの内側に、直角に立設するように設置され、トンネル周方向に間隔をおいて複数設置されている。スタッド８としては、頭付きスタッドでもよい。また、フランジの長手方向に交互にフランジ幅方向に変位するように千鳥状に設置する形態でもよい。
【００５５】
図１８では、図１０のセグメントにおいて内空面側フランジ5a内側に、主桁１間に渡ってトンネル軸方向の長尺鉄筋１０またはからなる長尺鋼材１３をさらに設置した形態であり、前記の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
【００５６】
図１９では、図１０のセグメントにおいて内空面側フランジ5a内側に、主桁１間に渡ってトンネル軸方向の長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置した形態であり、前記の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。なお、長尺鋼板９の表面を粗面あるいは凹凸面としてコンクリートとの付着を高めるようにしてもよい。
【００５７】
図２０では、主桁1の断面形状がL形または逆L形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
【００５８】
図２１では、主桁1の断面形状が逆T形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
【００５９】
図２２では、主桁1の断面形状がC形等の溝形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
【００６０】
図２３（ａ）では、主桁1の断面形状がI形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側および地山側フランジ５ｂの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。縦リブ１１を設ける場合には、地山側の長尺鋼材１３と縦リブ１１は主桁１の長手方向に位置をずらして設けられる。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。各長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、各長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
図２３（ｂ）では、主桁1の断面形状がI形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置し、かつ主桁１の地山側フランジ５ｂの内側に、短尺鉄筋６（図示の場合）または鋼板７あるいはスタッド８等の短尺鋼材１４をさらに設置する形態である。このように地山側にもずれ止めを設けると一層地山側のコンクリートと一体化を図り主桁長手方向のずれ力に抵抗する構造にできる。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。各長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、各長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
図２３（ｃ）では、主桁1の断面形状がI形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、短尺鉄筋６（図示の場合）または鋼板７あるいはスタッド８等の短尺鋼材１４を設置し、かつ主桁１の地山側フランジ５ｂの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。このように地山側にも長尺鋼材１３を設けるとトンネル軸線方向の曲げに一層抵抗できる構造となるばかりでなく、一層地山側の中詰めコンクリート４との一体化を図り、主桁長手方向のずれ力に抵抗する構造になる。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。各長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、各長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
【００６１】
図２４（ａ）では、主桁1の断面形状がC形等の溝形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側および地山側フランジ５ｂの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。縦リブ１１を設ける場合には、地山側の長尺鋼材１３とは主桁１の長手方向に位置をずらして設けられる。前記と同様、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３の設置にあたっては、主桁１の製造後、鋼殻１５の組立時において設置するようにすればよい。各長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、各長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。
図２４（ｂ）では、主桁1の断面形状がC形等の溝形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置し、かつ主桁１の地山側フランジ５ｂの内側に、短尺鉄筋６（図示の場合）または鋼板７あるいはスタッド８等の短尺鋼材１４をさらに設置する形態である。このように地山側にもずれ止め１２を設けると一層地山側の中詰めコンクリート４との一体化を図り主桁長手方向のずれ力に抵抗する構造にできる。
図２４（ｃ）では、主桁1の断面形状がC形等の溝形とされている主桁１の内空面側フランジ５ａの内側に、短尺鉄筋６（図示の場合）または鋼板７あるいはスタッド８等の短尺鋼材１４を設置し、かつ主桁１の地山側フランジ５ｂの内側に、主桁１間に渡って長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置する形態である。このように地山側にも長尺鋼材１３を設けるとトンネル軸線方向の曲げに一層抵抗できる構造となるばかりでなく、一層地山側のコンクリートと一体化を図り主桁長手方向のずれ力に抵抗する構造になる。
【００６２】
図２５では、セグメントの地山側に縦リブ１１を有する主桁1の断面形状がI形であるセグメントであり、内空面側フランジ5a内側に、主桁１間に渡ってトンネル軸方向の長尺鋼板９または長尺鉄筋１０からなる長尺鋼材１３をさらに設置した形態である。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。なお、長尺鋼板９または長尺鉄筋１０の表面を粗面あるいは凹凸面としてコンクリートとの付着を高めるようにしてもよい。
【００６３】
図２６では、前記の図２５の形態から長尺鋼材１３を省略した形態であり、縦リブ１１等を設置することにより、内空面側の長尺鋼材１３を省略できる場合には、このような形態でもよい。
【００６４】
図２７では、セグメントの地山側に縦リブ１１を有する主桁1の断面形状がL形または逆L形であるセグメントＡ１であり、内空面側フランジ5a内側に、主桁１間に渡ってトンネル軸方向の長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置した形態である。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。なお、長尺鉄筋１０または長尺鋼板９の表面を粗面あるいは凹凸面としてコンクリートとの付着を高めるようにしてもよい。
【００６５】
図２８では、セグメントの地山側に縦リブ１１を有する主桁1の断面形状が逆T形であるセグメントＡ２であり、内空面側フランジ5a内側に、主桁１間に渡ってトンネル軸方向の長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置した形態である。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。なお、長尺鉄筋１０または長尺鋼板９の表面を粗面あるいは凹凸面としてコンクリートとの付着を高めるようにしてもよい。
【００６６】
図２９では、セグメントの地山側に縦リブ１１を有する主桁1の断面形状がC形などの溝形であるセグメントＡ３であり、内空面側フランジ5a内側に、主桁１間に渡ってトンネル軸方向の長尺鉄筋１０または長尺鋼板９からなる長尺鋼材１３をさらに設置した形態である。長尺鋼材１３の設置部分の両端部は、短尺鋼材１４によるずれ止め１２を兼ねることができるため、長尺鋼材１３を設置する部分では、短尺鋼材１４を省略することができる。なお、長尺鉄筋１０または長尺鋼板９の表面を粗面あるいは凹凸面としてコンクリート４との付着を高めるようにしてもよい。
【００６７】
図３０には、図２５〜２９に示したセグメントの縦リブ１１の断面形状が示されている。（ａ）では板状の縦リブ１１とされ、縦リブ１１の上端部がスキンプレート３に溶接により固定され、縦リブ１１の長手方向の両端部は、それぞれ主桁１のウェブ１６および地山側フランジ５ｂがある形態の主桁１では、これらに固着される。
また、（ｂ）図では、断面逆L字状の縦リブ１１とされ、一辺を脚部１９としてこれをスキンプレート３に固着し、横向きの他辺２０を中詰めコンクリート４の中間層に埋め込み固定するようにしている。このように他辺２０を中詰めコンクリート４の中間層に埋め込む形態では、他辺２０がトンネル内空面側の曲げに対して中詰めコンクリート４を確実に支承する機能を有し、中詰めコンクリート４と鋼殻１５との一体性を向上させるとともに、トンネル軸方向の曲げ性能を向上させることができる。
また、（ｃ）図では、断面逆T字状の縦リブ１１とされ、ウェブの一辺を脚部１９としてこれをスキンプレート３に固着し、横向きのフランジからなる他辺２０を中詰めコンクリート４の中間層に埋め込み固定するようにしている。このように他辺２０を中詰めコンクリート４の中間層に埋め込む形態では、他辺２０がトンネル内空面側の曲げに対して確実に中詰めコンクリート４を支承する機能を有し、中詰めコンクリート４と鋼殻１５との一体性を向上させるとともに、トンネル軸方向の曲げ性能を向上させることができる。
また、（ｄ）図では、断面C形などの溝形形態の縦リブ１１とされ、フランジの一辺を脚部１９としてこれをスキンプレート３に固着し、横向きのフランジからなる他辺２０を中詰めコンクリート４の中間層に埋め込み固定するようにしている。このように他辺２０を中詰めコンクリート４の中間層に埋め込む形態では、他辺２０がトンネル内空面側の曲げに対して確実に中詰めコンクリート４を支承する機能を有し、中詰めコンクリート４と鋼殻１５との一体性を向上させるとともに、トンネル軸方向の曲げ性能を向上させることができる。
【００６８】
図３１（ａ）（ｂ）には、短尺鉄筋とスタッドを除く短尺鋼材１４からなるずれ止め１２の各種断面形態が示されていると共に、長尺鉄筋１０を除く長尺鋼材１３の各種断面形態が示されている。短尺鋼材１４および長尺鋼材１３は、部材の外形寸法および断面積並びに長さ寸法が異なる以外は、共通である。
（ａ）の（イ）には、断面L形の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３の一辺全面を主桁フランジに当接して溶接により固定する場合が示され、（ロ）には、断面L形の一辺の先端面を主桁フランジに当接して溶接により固定する場合が示され、（ハ）には、断面L形のニ辺の先端面を主桁フランジに当接して溶接により固定する場合が示され、（ニ）には断面C形などの溝形の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３のウェブを当接して溶接により固定する場合が示され、（ホ）には、断面C形などの溝形断面の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３のフランジを当接して溶接により固定する場合が示され、（ヘ）には、断面C形などの溝形断面の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３の両フランジ先端を当接して溶接により固定する場合が示され、（ｂ）の（ト）には、断面逆T形の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３のフランジを当接して溶接により固定する場合が示され、（チ）には、断面T形の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３のウェブ先端を当接して溶接により固定する場合が示され、（リ）には、断面H形の短尺鋼材１４および長尺鋼材１３の各フランジ先端を当接して溶接により固定する場合が示され、（ヌ）には、断面Iの短尺鋼材１４および長尺鋼材１３の各フランジを当接して溶接により固定する場合が示されている。
【００６９】
なお、図３２には、本発明の合成セグメントの実施例で仕様を決定したセグメント全体の鳥瞰図を示したものであり、図３３は、図３２において、継手板２を取り除いたセグメントの鳥瞰図を示したものであり、図３４は図３２で示したセグメントのスキンプレート3，中詰めコンクリート4を取り除いた図を示したものである。図３５は、図３４で示したセグメントの継手板、縦リブ１１を取り除いた図を示したものである。図３７は図３２で示したセグメントの断面図を示したものであり、図３８は縦リブ１１の断面仕様を示したものであり、図３９は、主桁１の断面図と仕様を示したものであり、図４０は、短尺鉄筋6の溶接仕様断面図を示したものである。
【００７０】
なお、図３６は、図３４で示したセグメントの継手板２、縦リブ１１を取り除いた形態で、さらに短尺鉄筋６などの短尺鋼材１４を省略し、長尺鉄筋１０等の長尺鋼材１３のみとした形態の合成セグメントＡの変形形態を示す図である。
【００７１】
前記のような本発明の実施形態では、トンネル周方向と平行に設置する主桁にフランジを設置することで広幅化による荷重負担増加を、フランジとコンクリートの接触面で受けることでトンネル半径方向(法線方向)のずれを抑制し、トンネル内空面側フランジ５aの内側にずれ止め１４（１２）を設置することで、鋼殻１５と中詰コンクリート４のトンネル周方向(接線方向)のずれを抑制し、さらに鋼殻１５と中詰コンクリート４のトンネル軸方向の一体性を向上させている。
また、トンネル軸方向への曲げには、縦リブ１１を含む長尺鋼材１３で抵抗し、広幅化により増加するトンネル軸方向の曲げに従来技術の縦リブ１１で抵抗不可能な場合は、トンネル内空面側フランジの内側に主桁間を渡すようにトンネル軸方向に平行に長尺鉄筋１０または長尺鋼板９等の長尺鋼材１３を設置することで、トンネル軸方向の中央部の曲げに対する補強効果を有する、合成セグメントとなっている。
【００７２】
本発明を実施する場合、主桁１のフランジ５ａまたは５ｂの内側に設けるずれ止めとしては、主桁１の製造時に圧延加工時に、フランジ内側面を長手方向に断面角波形あるいは波形に成形加工してずれ止めとしてもよく、あるいは、フランジ内側面に、帯状縞鋼板の平坦側を設置すると共に縞鋼板の凹凸面がフランジ内側面と反対側となるように設置して、ずれ止めとしてもよい。このようにすると、短尺鋼材１４の設置コストを低減することができる。
【００７３】
（従来の合成セグメントを広幅化する場合の具体的な検討）
次に、従来の合成セグメントを広幅化する場合について、具体的に検討する。
前記のように、従来技術を用いることで、セグメント幅1.5mまでは既に使用されている。主桁１の構造を変更することなく広幅化をした際の限界を、施工面，運搬面，構造面から検討した結果、各項目においてセグメント幅が約２．５mとなった。
そこで、本発明の広幅構造とされた合成セグメントの効果を、広幅セグメントである幅２．５mと、従来技術であるセグメント幅１．５ｍとで比較する。
前記課題（Ａ）の広幅化した場合における曲げにより生じるずれ力に抵抗するずれ止め効果についての、（１）負担荷重の算定、（２）ずれ力の算定、（３）仕様の決め方の３項目について試算結果を以下に示す。
＜ずれ止め仕様算定方法＞
（１）負担荷重の算定について
図４７に示すように、主桁１と中詰めコンクリート４は、同図に示すような負担幅で荷重を負担する。
（２）ずれ力の算定について
主桁１と中詰めコンクリート４が各々負担する荷重割合(入力値)と、主桁１と中詰めコンクリート４が各々負担する発生断面力の比(出力値)の差を、荷重伝達する力をずれ力とし算定する。
（３）仕様の決め方について
図４８に示すように、前記（２）で算定した曲げモーメントΔMによるずれ力(C，T)に対し、地山側ずれ止め（縦リブ１１）による抵抗力(C’)と内空面側ずれ止め１２（１４）による抵抗力(T’)にて曲げモーメントによるずれ力ΔMに対し対抗する仕様を決定する。
また、図４９に示すように、縦リブ１１が中詰めコンクリート４に対し剛性が高いことから、応力度照査は、コンクリート４の許容支圧強度で行う。
仕様を決定する条件は、以下の通りである
（１）C<C’＝bf×tf×コンクリートの許容支圧強度×縦リブ枚数÷トンネル周方向長さ
（２）T<T’＝b×t×コンクリートの許容支圧強度×ずれ止め個数÷トンネル周方向長さ
以上の手順で曲げによるずれ力に対するずれ止め１１，１４の仕様を決定する。
なお、ずれ力とは、図５０に示すように、主桁１と中詰めコンクリート４が各々負担する荷重割合(入力値)と、主桁１と中詰めコンクリート４が各々負担する発生断面力の比(出力値)の差を荷重伝達する力とし、これをずれ力とする。
【００７４】
（計算例）
次に、図５１〜図６４を順に参照して、具体的な計算例について説明する。
図５１に検討したトンネル埋設位置の断面を示すように、トンネル外径13m、全土被り25mの軟弱地盤内の円形断面トンネル２５において、主桁仕様を一定にし、従来セグメントと広幅セグメントに必要なずれ止め構造を、１リング（Ring）あたりで比較検討した。
検討断面の発生断面力は、以下の通りである。
曲げモーメント：M=509kN・m/Ring
軸力 ：N=3211kN/Ring
せん断力 ：S=299kN/Ring
せん断スパン ：M/S=1.7m
セグメントトンネル周方向長さ：4.0m
【００７５】
また、図５２には、合成セグメントＢ，Ａの一断面形態が示されている。図５２（ａ）に示すように主桁１の寸法形態は、図５２（ｂ）〜（ｄ）において同じ断面形態である。
各部の寸法は下記の通りである。
セグメント断面について＜共通事項＞
セグメントについて
桁高 ：h=300mm
幅 ：B=1500mm
主桁について、
フランジ：tf=36mm bf=150mm
ウェブ ：tw=19mm
縦リブ仕様 ht=175mm tf=20mm
【００７６】
上記の計算例における保有曲げ耐力を基に、図５３に示すような合成セグメントＢ，Ａにおいて、トンネル周方向の保有曲げ耐力を算定すると、次のようになる。
セグメント幅1.5m：保有曲げ耐力 509kN・m/Ring
セグメント幅2.0m：保有曲げ耐力 678kN・m/Ring
セグメント幅2.5m：保有曲げ耐力 848kN・m/Ring
【００７７】
トンネル周方向の単位長さ当りの曲げによる鋼殻１５とコンクリート４間に発生するずれ力ΔM（曲げモーメント）を算定すると以下の表２のようになる。
【表２】
【００７８】
従来技術による鋼・コンクリート合成セグメントで、セグメント幅1.5mでは、曲げにより発生するずれ力に対し、縦リブ１１で抵抗するため、抵抗機構は、図５４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようになる。
縦リブ１１の剛性がコンクリート４よりも高いことより、曲げモーメントΔＭにより発生するずれ力Ｃ，Ｔの伝達性能は、コンクリート強度に依存する。
曲げモーメントΔＭにより発生するずれ力Ｃ，Ｔを縦リブ１１で伝えきれなくなる時はコンクリート４の破壊によりずれ力を伝達できなくなる。
そこでコンクリート強度に対し、ずれ力Ｃ，Ｔにより発生するコンクリート４の許容支圧応力度で伝達性能の照査を実施する。
セグメント幅1.5m時の曲げによるずれ力Ｃ，Ｔが発生している状態の応力度σを算定する。
この曲げ応力度がコンクリートの許容支圧強度より小さければ曲げによるずれ力を縦リブで伝達することになる。各セグメント幅の曲げ応力度は下記のようになる。
セグメント幅1.5m時 σ=ΔM/Z=11×106/(282×1752/6)=7 (N/mm2)<16 (N/mm2)
セグメント幅2.0m時 σ=ΔM/Z=37×106/(282×1752/6)=25 (N/mm2)>16 (N/mm2)
セグメント幅2.5m時 σ=ΔM/Z=62×106/(282×1752/6)=43 (N/mm2)>16 (N/mm2)
前記から縦リブ１１のみでの曲げ力によるずれ抵抗力抵抗機能保有度については、下記表３のように評価される。○は合格、×は不合格。
【表３】
【００７９】
セグメント幅1.5m(従来技術)では、ずれ止め１４を有しなくても曲げによるずれ力に抵抗可能であるが、セグメント幅2.0m、2.5m(広幅セグメント)では、従来技術のように縦リブ１１のみで曲げによるずれ力Ｃ，Ｔを伝達することは不可能になる。
【００８０】
ずれ力とセグメント幅の関係の概念図を、図５５に示す。
ここで、セグメント幅2.5m時において必要になるずれ止め仕様を検討する。
セグメント幅2.5mにおけるずれ止め仕様を鉄筋径32mm、幅70mmを約90mmピッチ(セグメント単位長さあたりで鋼重9.3kgの増加のみ)で設置することで曲げによるずれ力に対し抵抗可能になる。
【００８１】
セグメント幅2.5mにおけるずれ止め仕様検討結果を、図５６に示す。
ΔM=62kN・m=C・λ=T・λ → C＝T＝387kN
ずれ止め６（１２）の断面は高さ32mm、幅70mmの鉄筋とする。
縦リブ１１が保有するずれ止め耐力C’およびずれ止め６（１２）が有するずれ止め耐力T’は、コンクリートの支圧強度を用いて算定する。
C’=(縦リブ高さ)×(縦リブ幅)×(許容支圧強度)/1000
=175×282×16/1000
=789kN
T’=(ずれ止め高さ)×(ずれ止め幅)×(許容支圧強度)×(ずれ止め数)/1000
=32×70×16×11/1000
=394 kN
【００８２】
また、上記ずれ止め６（１２，１４）にスタッド８を用い、上記ずれ止めと同程度の配置ピッチにするためには、図５８に示すように、長さ100mm、径19mmの鋼製のスタッドを用いればよい。
【００８３】
次に、図５９に示すように、縦リブ１１を地山側に設置することにより、トンネル軸方向に伝達される荷重は、縦リブ１１を介し主桁１へ伝達されるようになる。
【００８４】
図６０に示すように、トンネル軸方向に伝達させる荷重により幅中央部Ｃの曲げに対し従来技術の縦リブ１１で伝達可能であるか検討を行うと、図６０（ｂ）に示すように、面的にかかる土水圧荷重Ｐのうちトンネル軸方向に伝達される荷重を算定すると、トンネル外径13mを10分割することを想定しているため、トンネル周方向を長さ(セグメントピース長さ)4.0mの単純支持梁とし載荷荷重を算定すると、図６０（ｃ）に示すように、トンネル軸方向のセグメントピース長さを４．０ｍとし場合、次のようになる。
セグメント幅1.5m P=1014kN(169kN／m２)
セグメント幅2.0m P=1352kN(169kN／m２)
セグメント幅2.5m P=1690kN(169kN／m２)
これらの載荷荷重Pのうち中詰めコンクリート４から主桁１
へ伝達される荷重について検討すると、下記のようになる。
（１）セグメント幅1.5m Ps＝81 kN
（２）セグメント幅2.0m Ps＝256 kN
（３）セグメント幅2.5m Ps＝422 kN
【００８５】
このトンネル軸方向に伝達される荷重により発生するトンネル軸方向の幅中央位置の曲げに対し、内空面側フランジ５ａの内側に長尺鉄筋１０を設置する効果を検討するにあたって、先ず、検討に用いる有効断面を図６１に示す。また、図６２に示すように、トンネル軸方向の曲げモーメントの算定には、単純支持梁モデルを用いている。下記（１）〜（４）のようになる。
（１） 縦リブ1枚が有する保有曲げ耐力
曲げ耐力 21kN・m
（２）セグメント幅1.5m時のトンネル軸方向に伝達される力により発生する曲げモーメント
曲げ 15kN・m
（３）セグセグメント幅2.0m時のトンネル軸方向に伝達される力により発生する曲げモーメント
曲げ 64kN・m
（４）セグメント幅2.5m時のトンネル軸方向に伝達される力により発生する曲げモーメント
曲げ 131kN・m
【００８６】
また、縦リブ(従来技術)のみのトンネル軸方向の曲げモーメントの抵抗機能保有度を評価した結果を、満足するものを〇印で、満足しないものを×印を用いて表４に示す。
【表４】
【００８７】
しかし、鉄筋D32（直径Dが３２ｍｍ）を約200mmピッチ(単位長さ当りで80kgの増加のみ)で設置することで上記有効断面の保有曲げ耐力が147kN・mとなり、内空面側フランジ５ａの内側に設置した長尺鉄筋１０がトンネル軸方向の曲げに対し効果を発揮する。
【００８８】
従来技術のセグメント幅1.5mでは、トンネル軸方向に平行に両主桁間を渡すように鉄筋または鋼板を設置しても、トンネル軸方向の面外曲げ挙動に有効に効果を発揮しないが、セグメントを広幅化することで、トンネル軸方向に設置する鉄筋または鋼板が面外曲げ挙動に有効に効果発揮する。
【００８９】
次に、トンネル軸方向の荷重伝達ルートについて、図６３（ａ）に示すような合成セグメントBで下記のような条件である場合について検討する。
従来の合成セグメント：セグメント幅1.5mで縦リブ１１のみでトンネル軸方向に生じる曲げモーメントを伝達するとした場合と、図６３（ｂ）に示すように、広幅セグメントでセグメント幅2.0mと2.5mの場合で、縦リブ１１とトンネル軸方向鉄筋１０でトンネル軸方向に生じる曲げモーメントを伝達するとした場合。
【００９０】
図６４を参照して、1例として従来技術により広幅化した場合の断面仕様の検討した結果について説明する。
トンネル周方向の鉄筋２２を増やす手法でセグメント幅2.5mへの広幅化を試みる場合のセグメント仕様を検討する。
検討では中詰めコンクリート部４の引張側にのみに鉄筋１０からなる長尺鋼材１３を設置させている。
【００９１】
検討結果
中詰めコンクリート部４に、D32（直径３２ｍｍ）の鉄筋２２をトンネル周方向に100本設置すれば、ずれ力が発生せずにトンネル軸方向(セグメント幅方向)一様に挙動する。
この手法を採ると、鋼重（鋼材重量）は、トンネル周方向1m当り623kg増加する。
しかし、構造上この手法を採ると構造上断面が成立しない。
【００９２】
また、本発明技術と従来技術による広幅化による鋼材量の増加量比較した表５を下記に示す。
【表５】
【００９３】
以上より、本発明の技術を用いることで、広幅化をしても中詰めコンクリート４と鋼殻１５の一体性を図れるとともに、トンネル周方向の単位長さ当りの鉄筋増加量を、従来技術の約85%削減することができ、格段に合理的な断面を形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】主桁にI型断面を有する主桁を用いたセグメントの鳥瞰図である。
【図２】主桁にL型形状の断面形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図である。
【図３】主桁に逆T形形状の断面形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図である。
【図４】主桁にC形形状等の断面溝形の形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図である。
【図５】主桁の断面形状がI形もしくは逆T形で主桁フランジ部に嵌合詰めを有する主桁の断面図である。
【図６】図1のセグメントにおいて継手板を取りのぞいたセグメントの鳥瞰図である。
【図７】主桁にL形形状の断面形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図である。
【図８】主桁に逆T形形状の断面形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図である。
【図９】主桁にC形等の溝形形状の断面形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図である。
【図１０】図１のセグメントにおいて、内空面側フランジの内側にずれ止めに短尺鉄筋からなるずれ止めを有するセグメントの鳥瞰図である。
【図１１】図１のセグメントにおいて内空面側フランジの内側にずれ止めに鋼板を有するセグメントの鳥瞰図である。
【図１２】図１のセグメントにおいて内空面側フランジの内側にずれ止めにスタッドを有するセグメントの鳥瞰図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、主桁にL形形状の断面形態の主桁にずれ止め設けた合成セグメントの断面図であり、（ａ）は短尺鉄筋からなるずれ止めの場合、（ｂ）は鋼板の場合、（ｃ）はスタッドの場合である。
【図１４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、主桁に逆T形形状を有する主桁を用いたセグメントの断面図であり、（ａ）は短尺鉄筋からなるずれ止めの場合、（ｂ）は鋼板の場合、（ｃ）はスタッドの場合である。
【図１５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、主桁にC形形状等の溝形断面形態を有する主桁を用いたセグメントの断面図であり、（ａ）は短尺鉄筋からなるずれ止めの場合、（ｂ）は鋼板の場合、（ｃ）はスタッドの場合である。
【図１６】（ａ）（ｂ）は、図１０または図１１あるいは図１２のセグメントにおいて地山側フランジの内側にもずれ止めを有するセグメントの断面図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）は、図１５（ａ），図１５（ｂ）のセグメントにおいて地山側フランジの内側にもずれ止めを有するセグメントの断面図である。
【図１８】図１０のセグメントにおいて内空面側フランジの内側にトンネル軸方向鉄筋の長尺鋼材を有するセグメントの鳥瞰図である。
【図１９】図１０のセグメントにおいて内空面側フランジの内側にトンネル軸方向鋼板の長尺鋼材を有するセグメントの鳥瞰図である。
【図２０】図１８および図１９のセグメントにおいて主桁の断面形態がL形であるセグメントの断面図である。
【図２１】図１８および図１９のセグメントにおいて主桁の断面形態が逆T形であるセグメントの断面図である。
【図２２】図１８および図１９のセグメントにおいて主桁の断面形状がC形等の溝形であるセグメントの断面図である。
【図２３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図１８および図１９のセグメントにおいて地山側フランジの内側にもトンネル軸方向鉄筋またはトンネル軸方向鋼板等の長尺鋼材または短尺鋼材を有するセグメントの断面図である。
【図２４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図２２のセグメントにおいて地山側フランジの内側にもトンネル軸方向鉄筋またはトンネル軸方向鋼板等の長尺鋼材または短尺鋼材を有するセグメントの断面図である。
【図２５】セグメントの地山側に縦リブを有する主桁の断面形状がI形であるセグメントの鳥瞰図である。
【図２６】図２５から長尺鋼材を削除した形態のセグメントの鳥瞰図である。
【図２７】セグメントの地山側に縦リブを有する主桁の断面形状がL形であるセグメントの断面図である。
【図２８】セグメントの地山側に縦リブを有する主桁の断面形状が逆T形であるセグメントの断面図である。
【図２９】セグメントの地山側に縦リブを有する主桁の断面形状がC形等の溝形であるセグメントの断面図である。
【図３０】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の合成セグメントにおいて設ける縦リブの各種の断面形状を示す断面図である。
【図３１】主桁間に渡すように設置される長尺鋼材の各種断面形態、または、地山側または内空面側フランジの内側に設ける短尺鋼材のずれ止めの各種断面形態を示す図である。
【図３２】実施例で仕様を決定したセグメント全体の鳥瞰図である。
【図３３】図３２の継手板を取り除いたセグメントの鳥瞰図である。
【図３４】図３２で示したセグメントの継手板，スキンプレート，中詰めコンクリートを取り除いた図である。
【図３５】図３４で示したセグメントの縦リブを取り除いた図である。
【図３６】図３５で示したセグメントからさらに長尺鉄筋からなる長尺鋼材を取り除いた形態のセグメントの形態を示す図である。
【図３７】図３２で示したセグメントの断面図である。
【図３８】縦リブの断面仕様を示す図である。
【図３９】主桁部の断面図と仕様を示す図である。
【図４０】鉄筋の溶接仕様を示す断面図である。
【図４１】（ａ）は従来の狭巾の合成セグメントを示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示す主桁の仕様を変更しないで、トンネル軸方向の主桁間隔を広げて広幅化した場合の断面図である。
【図４２】セグメント断面の中に発生する曲げモーメントとこれによる圧縮力（圧縮偶力）と引張力（引張偶力）と関係を説明するための説明図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図４３】トンネル周方向の剛性が高い構造特性有する合成セグメントにトンネルの周囲から載荷される荷重の流れる特性を説明するための説明図である。
【図４４】トンネル周方向の鉄筋量を増加させた従来の合成セグメントを示す一部縦断斜視図である。
【図４５】スキンプレートにスタッドジベルを多数固定した従来の合成セグメントの形態を示す一部縦断斜視図である。
【図４６】主桁間に中主桁を設けて断面性能を増加させる構造の従来の合成セグメントの形態を示す一部縦断斜視図である。
【図４７】ずれ止め仕様算定方法を説明するための断面説明図である。
【図４８】曲げモーメントによるずれ力と抵抗力を説明するための側面説明図である。
【図４９】（ａ）はずれ止めの仕様を決定するための説明図、（ｂ）はその一部を拡大して示す図である。
【図５０】合成セグメントに作用する曲げモーメントおよびその曲げモーメントによるずれ力と、軸力によるずれ力と、せん断力によるずれ力とが作用することの説明図である。
【図５１】計算例の説明図であり、トンネル埋設位置の断面図である。
【図５２】（ａ）は主桁の仕様を示す図、（ｂ）は狭巾セグメントの主桁間と縦リブとの寸法関係を示す断面図、（ｂ）は狭巾セグメントの主桁間寸法と中詰めコンクリートおよびセグメント有効幅寸法の関係を示す断面説明図、（ｄ）は広幅合成セグメントとした場合の計算例の断面図である。
【図５３】狭巾セグメントにおける保有曲げ耐力を説明するための説明図である。
【図５４】曲げモーメントによるずれ力に対する狭巾セグメントの抵抗機構を説明するための説明図である。
【図５５】ずれ力とセグメント幅の関係を示す概念図である。
【図５６】広幅セグメントとした場合のずれ止め仕様検討結果を示すものであって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図５７】主桁の地山側に設置する縦リブのピッチと内空面側フランジの内側に設ける短尺鉄筋のずれ止めのピッチとを示す斜視図である。
【図５８】主桁の地山側に設置する縦リブのピッチと内空面側フランジの内側に設けるスタッドのずれ止めのピッチとを示す斜視図である。
【図５９】トンネル軸方向に伝達される荷重が、縦リブを介して主桁に伝達されることを説明するための説明図である。
【図６０】（ａ）はトンネル軸方向に伝達させる荷重により幅中央部の曲げに対し従来技術の縦リブで伝達可能であるか検討するための説明図、（ｂ）は面的にかかる土水圧荷重のうちトンネル軸方向に伝達される荷重を算定するための斜視説明図、（ｃ）は載荷荷重とトンネル軸方向のセグメントピース長を示す荷重分布図である。
【図６１】トンネル周方向の縦リブとずれ止めの有効断面を説明するための説明図である。
【図６２】トンネル軸方向の曲げモーメントを算定するために、単純支持梁として説明する説明図である。
【図６３】合成セグメントについてのトンネル軸方向の荷重伝達ルートを説明するための説明図であり、（ａ）は狭巾の合成セグメントの場合を示し、（ｂ）は広幅の合成セグメントの場合を示す説明図である。
【図６４】従来技術により広幅化した場合の断面仕様を検討するための説明図である。
【符号の説明】
【００９５】
Ａ 合成セグメント
Ａ１ 合成セグメント
Ａ２ 合成セグメント
Ａ３ 合成セグメント
１ 主桁
２ 継手板
３ スキンプレート
４ 中詰めコンクリート
５ａ 内空面側のフランジ
５ｂ 地山側のフランジ
６ 短尺鉄筋
７ 鋼板
８ スタッド
９ 長尺鋼板
１０ 長尺鉄筋
１１ 縦リブ
１２ ずれ止め
１３ 長尺鋼材
１４ 短尺鋼材
１５ 鋼殻
１６ ウェブ
１７ 雄型の嵌合爪
１８ 雌型の嵌合爪
１９ 脚部
２０ 他辺
２１ 配力筋
２２ 鉄筋
２３ スタッドジベル
２４ 中主桁
２５ トンネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主桁と継手板とスキンプレートとで形成される鋼殻内にコンクリートを中詰めし、鋼殻とコンクリートの合成構造を形成するようにした合成セグメントであって、
主桁のウェブに対して垂直方向に主桁のウェブからセグメント内部方向へ突出するフランジを、少なくともトンネル内空面側に有する主桁２本をセグメントの幅方向両側側部に設置し、
主桁長手方向の両端部に主桁と直角方向に配置された各継手板を結合し、
前記各主桁と継手板の地山側を塞ぐようにスキンプレートを各主桁と継手板に固着し、
地山側または内空面側の少なくともどちらか一方に主桁間を渡すように鉄筋または鋼板等の長尺鋼材を各主桁に固着し、
前記主桁における少なくとも内空面側フランジの内側にずれ止めを有することを特徴とする合成セグメント。
【請求項２】
前記長尺鋼材の両端部は、各主桁のフランジ内側に固着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】
前記の地山側に設置する主桁間に渡す長尺鋼材は、縦リブであ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４】
前記内空面側の主桁間に渡す鉄筋または鋼板等の長尺鋼材が、前記内空面側のずれ止め機能を兼ねる請求項１〜３のいずれかに記載の合成セグメント。
【請求項５】
主桁形状は、L形または逆T形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態を有する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。
第５発明によると、主桁形状は、L形または逆T形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態であるので、簡単な断面形状の部材を使用して、主桁を構成することができる。
【請求項６】
ずれ止めに、鉄筋または鋼板等の短尺鋼材またはスタッドジベルの少なくともいずれか１つを用い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。
【請求項７】
ずれ止めに用いる短尺鋼材の断面形状が、L形または逆L形、逆T形またはT形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の合成セグメント。
【請求項８】
主桁間に渡す長尺鋼材の形状が、L形または逆L形、逆T形またはT形、溝形、IまたはH形のいずれかの断面形態を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の合成セグメント。
【請求項１】
主桁と継手板とスキンプレートとで形成される鋼殻内にコンクリートを中詰めし、鋼殻とコンクリートの合成構造を形成するようにした合成セグメントであって、
主桁のウェブに対して垂直方向に主桁のウェブからセグメント内部方向へ突出するフランジを、少なくともトンネル内空面側に有する主桁２本をセグメントの幅方向両側側部に設置し、
主桁長手方向の両端部に主桁と直角方向に配置された各継手板を結合し、
前記各主桁と継手板の地山側を塞ぐようにスキンプレートを各主桁と継手板に固着し、
地山側または内空面側の少なくともどちらか一方に主桁間を渡すように鉄筋または鋼板等の長尺鋼材を各主桁に固着し、
前記主桁における少なくとも内空面側フランジの内側にずれ止めを有することを特徴とする合成セグメント。
【請求項２】
前記長尺鋼材の両端部は、各主桁のフランジ内側に固着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】
前記の地山側に設置する主桁間に渡す長尺鋼材は、縦リブであ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４】
前記内空面側の主桁間に渡す鉄筋または鋼板等の長尺鋼材が、前記内空面側のずれ止め機能を兼ねる請求項１〜３のいずれかに記載の合成セグメント。
【請求項５】
主桁形状は、L形または逆T形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態を有する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。
第５発明によると、主桁形状は、L形または逆T形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態であるので、簡単な断面形状の部材を使用して、主桁を構成することができる。
【請求項６】
ずれ止めに、鉄筋または鋼板等の短尺鋼材またはスタッドジベルの少なくともいずれか１つを用い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。
【請求項７】
ずれ止めに用いる短尺鋼材の断面形状が、L形または逆L形、逆T形またはT形、溝形、I形またはH形のいずれかの断面形態であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の合成セグメント。
【請求項８】
主桁間に渡す長尺鋼材の形状が、L形または逆L形、逆T形またはT形、溝形、IまたはH形のいずれかの断面形態を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに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２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【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２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【公開番号】特開２００７−２７７８９３（Ｐ２００７−２７７８９３Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０４５４５（Ｐ２００６−１０４５４５）
【出願日】平成１８年４月５日（２００６．４．５）
【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１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月５日（２００６．４．５）
【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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