簡易合成セグメント
【課題】セグメントとしての十分な耐力を確保しつつ、簡単な構造で安価な簡易合成セグメントを提供すること。
【解決手段】主桁３、継手板４、スキンプレート５および縦リブ６を備えた鋼製系セグメントにおける主桁３に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブ６が固定され、前記各縦リブ６のトンネル内空側に渡ってトンネル周方向に棒状鋼材７が配置され、前記セグメントにおけるトンネル周方向に間隔をおいて配置されている縦リブ６間の中間部のみにおいて、間隔をおいて対向する各主桁３に、これらの主桁の対向面側に向けて突出するように少なくとも一対のずれ止め９が設けられ、前記縦リブ６および棒状鋼材７並びにずれ止め９を埋め込むようにセグメント内部に中詰めコンクリート８が充填・固化されて合成一体化されている。
【解決手段】主桁３、継手板４、スキンプレート５および縦リブ６を備えた鋼製系セグメントにおける主桁３に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブ６が固定され、前記各縦リブ６のトンネル内空側に渡ってトンネル周方向に棒状鋼材７が配置され、前記セグメントにおけるトンネル周方向に間隔をおいて配置されている縦リブ６間の中間部のみにおいて、間隔をおいて対向する各主桁３に、これらの主桁の対向面側に向けて突出するように少なくとも一対のずれ止め９が設けられ、前記縦リブ６および棒状鋼材７並びにずれ止め９を埋め込むようにセグメント内部に中詰めコンクリート８が充填・固化されて合成一体化されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦リブを有する鋼殻内に中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントに関し、特に、合成セグメントの構造を簡素にし、より安価な合成セグメントとした簡易合成セグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１４に示すような合成セグメント１Ａが知られている。この合成セグメント１Ａの構造は、主桁３と継手板４とスキンプレート５および縦リブ６を備えた鋼殻２の内部において前記主桁３に、主桁長手方向に間隔をおいて並行に複数の縦リブ６を固定した構造である。
【０００３】
そして、前記各縦リブ６の外側に渡ってトンネル周方向に棒状鋼材７が配置され、前記縦リブ６および棒状鋼材７を埋め込むようにセグメント内部に中詰めコンクリート８を充填・固化した構造の合成セグメント１Ａである。
【０００４】
このような合成セグメント１Ａを地中の所定の位置に設置してセグメントリングによるトンネルを構築する。このようなトンネルに地山側からの土水圧Ｐ（例えば、図１３における設計荷重Ｐ参照）が作用した場合、中詰めコンクリート８がはらみだすような２次曲げモーメントが作用するようになり、中詰めコンクリート８がトンネル内空側にはらみ出し、図１４に２点鎖線で示すように分離するようになる。
【０００５】
このようになると、鋼殻２と中詰めコンクリート８との一体化が図れなくなるばかりでなく、中詰めコンクリート８によりトンネル周方向の圧縮力を負担することができなくなるので、合成セグメント１Ａとしての耐力が急激に低下するようになる。
【０００６】
通常、合成セグメント１Ａでは、中詰めコンクリートによりトンネル周方向の圧縮力を負担し、主桁等の鋼殻２によりトンネル周方向の引張力を負担し、トンネル軸方向のジャッキ推力を、縦リブ６または中詰めコンクリート８により負担するようにしている。
【０００７】
前記の縦リブ６は、トンネル半径方向に角度間隔をおいて配置されているため、縦リブ６がトンネル半径方向中心に向かう板状の縦リブ６であっても、トンネル周方向に隣り合う縦リブ６により、中詰めコンクリート８は、トンネル中心側に向かって狭くなるようにクサビ状に支持されてはいるが、隣り合う各縦リブ６とトンネル中心を結ぶ間の角度は、３０度以上の楔角度ではなく、１０度〜２０度程度の小さい角度である。
継手板４とトンネル中心と縦リブ６を結ぶ間の角度も前記と同様に小さい角度である。そのため、隣り合う各縦リブ６間の中詰めコンクリート８は、隣り合う各縦リブ６に強固に支持されているものではない。同様に継手板４と縦リブ６間の中詰めコンクリート８も同様に、継手板４と縦リブ６により強固に支持されているものではない。
セグメントにおける隣り合う縦リブ６または継手板４と縦リブ６は、前記のような楔角度があっても、トンネル半径寸法が大きくなるにつれて、平行に近い状態になり、前記の楔角度によって、縦リブ６または継手板４を利用した中詰めコンクリート８の支持作用が小さくなる。
【０００８】
そして、前記のような鋼殻２と中詰めコンクリート８との分離する状態を防止する手段として、下記のようなことも知られている。
【０００９】
すなわち、主桁と中詰めコンクリートの合成化を図るために主桁内面側に多数のずれ止めを配置する構造が知られている（例えば、特許文献１〜２参照）。
【００１０】
前記のようにセグメントを構成する鋼殻と、その鋼殻内に充填されるコンクリートとの、合成一体化を図るために、鋼殻側に、間隔をおいて多数のずれ止めを設けて一体化することが一般的に知られている。
【００１１】
前記のずれ止めの設け方としては、鋼殻におけるトンネル周方向あるいはトンネル軸方向の構造材である主桁または継手板あるいは縦リブ等の各構造材に間隔をおいて、それぞれ多数のずれ止めを設けるようにしている。
【００１２】
前記のように多数のずれ止めを設ける合成セグメントは、鋼殻と中詰めコンクリートとを強固な一体化を図るようにした構造である。
【００１３】
前記のようにセグメントを構成する各構造材に、多数のずれ止めを設けるようにすると、その溶接作業等に多大な時間を要すると共に、高度の熟練を必要とし、しかも施工が煩雑であり、合成セグメントのコストが格段に高くなる要因をなしているという問題がある。
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−３８８８８号公報（合成セグメント）
【特許文献２】特開平８−２９６３９８号公報（鋼製セグメント）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
また、主桁を断面溝形あるいは断面Ｌ型または断面Ｈ形にし、主桁におけるトンネル内空側にフランジを配置する構造にして、前記フランジを中詰めコンクリートのトンネル内空側へのはらみだすのを防止することも考えられるが、このような主桁を断面溝形またはＬ形あるいは断面Ｈ形にすると、主桁のコストが格段に高くなるため、合成セグメントが高価になるという問題がある。
【００１６】
合成セグメントにおける主桁間に渡って配置されている縦リブに支持される中詰めコンクリートは、ずれ止めを配置しなければ、縦リブ間隔の中央位置を最大とする２次曲げが発生する。
そのため、主桁に比べて大きな作用力がコンクリートに発生し、耐力低下を引き起こす。
【００１７】
本発明者は、主桁間に渡って配置されているトンネル周方向の縦リブ間において、複数または多数のずれ止めが配置されている技術に着目するとともに、そのようにトンネル周方向における縦リブ間に複数または多数のずれ止めを設ける必要性について種々検討した。
【００１８】
主桁内面側のずれ止めを最小限としながらも中詰めコンクリートの２次曲げを抑制することが可能になると、セグメント鋼殻とコンクリートとの合成化を図りながら、合成セグメントを安価に製作することが可能になることを知見した。
【００１９】
そしてまた、縦リブ間に複数のずれ止めを設ける形態では、施工手間がかかり、製作費用が高くなること。また、縦リブ間に１対または１本のずれ止めを設けても、セグメント鋼殻とコンクリートとの合成化を図ることが可能なことを知見した。したがって、少なくともトンネル周方向の縦リブ６間の中間部にずれ止め９を設けて、中詰めコンクリート８と鋼殻２とのずれ止め９を介した簡易な合成一体化を図る必要がある。
【００２０】
本発明は、前記のように、鋼殻セグメントとその中に充填されるコンクリートとの合成一体化を簡易に図りながら、セグメントとしての十分な耐力を確保しつつ、簡単な構造で安価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】
【００２１】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明の簡易合成セグメントでは、主桁、継手板、スキンプレートおよび縦リブを備えた鋼製系セグメントにおける前記主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが固定され、前記各縦リブのトンネル内空側に渡ってトンネル周方向に棒状鋼材が配置され、前記セグメントにおけるトンネル周方向に間隔をおいて配置されている少なくとも縦リブ間の中間部のみにおいて、間隔をおいて対向する各主桁に、これらの主桁の対向面側に向けて突出するように少なくとも一対のずれ止めが設けられ、前記縦リブおよび棒状鋼材並びにずれ止めを埋め込むようにセグメント内部に中詰めコンクリートが充填・固化されて合成一体化されていることを特徴とする簡易合成セグメント。
また、第２発明の簡易合成セグメントでは、主桁、継手板、スキンプレートおよび縦リブを備えた鋼製系セグメントにおける前記主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが固定され、前記各縦リブのトンネル内空側に渡ってトンネル周方向に棒状鋼材が配置され、前記セグメントにおけるトンネル周方向に間隔をおいて配置されている少なくとも縦リブ間の中間部のみにおいて、間隔をおいて対向する各主桁を互いに対向面側へ向けて架け渡すように連結するずれ止めが少なくとも１本設けられ、前記縦リブおよび棒状鋼材並びにずれ止めを埋め込むようにセグメント内部に中詰めコンクリートが充填・固化されて合成一体化されていることを特徴とする。
また、第３発明では、第１発明または第２発明の簡易合成セグメントにおいて、ずれ止めがトンネル周方向の棒状鋼材よりもトンネル内空面側に位置するように設けられて、コンクリートに埋め込まれていることを特徴とする。
また第４発明では、第１発明〜第３発明に記載の簡易合成セグメントにおいて、前記棒状鋼材が鉄筋であることを特徴とする。
また第５発明では、第１発明〜第４発明に記載の簡易合成セグメントにおいて、前記ずれ止めが山形鋼であることを特徴とする。
また第６発明では、第１発明〜第５発明に記載の簡易合成セグメントにおいて、前記主桁が板状鋼材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、次のような効果が得られる。
（１）トンネル周方向の少なくとも縦リブ間の中間部のみにおいて、主桁に向かって突出するようにずれ止めを設けたり、主桁に渡ってずれ止めを設けて、中詰めコンクリートに埋め込むだけで、鋼殻と周方向の棒状鋼材と中詰めコンクリートとを簡単に一体化した簡易な合成セグメントとすることができる効果が得られる。
（２）ずれ止めを多数設けることがなく、トンネル周方向に隣合う縦リブ間のほぼ中間位置のみにおいてずれ止めを設ければよいので、ずれ止めの設置が容易で設置費用も安価であり、製作も容易で安価で簡易な合成セグメントとすることができる。
（３）合成セグメントに地山側から土水圧が作用しても、ずれ止めを備えているので、中詰めコンクリートの２次曲げ（トンネル内空側への曲げ）を抑制することができ、このような中詰めコンクリートの２次曲げ抑制によるトンネル構造安全性の向上を図ることができる。
（４）ずれ止めによる中詰めコンクリートの２次曲げ抑制作用があるため、中詰めコンクリートのひび割れ幅を軽減することができ、その中詰めコンクリートのひび割れ幅の軽減により、トンネル耐久性の向上を図ることができる。
（５）主桁間を連結するずれ止めであると、縦リブ間における主桁を補強することができると共に、より確実に中詰めコンクリートのはらみ出しを防止することができ、より確実に鋼殻と中詰めコンクリートとの一体化を図ることができる。
（６）トンネル周方向の棒状鋼材よりもトンネル半径方向内空側に位置するようにずれ止めを主桁間に渡って配置していると、トンネル周方向の棒状鋼材をトンネル半径方向内空側に移動しないように拘束することができる。
（７）トンネル周方向の棒状鋼材として鉄筋を使用し、主桁として板状鋼材を使用している簡易合成セグメントであると、市販の安価な鋼材を使用してより安価で簡易な簡易合成セグメントとすることができる。
（８）ずれ止めとして山形鋼を使用し、主桁として板状鋼材を使用している簡易合成セグメントであると、市販の安価な鋼材を使用してより安価で簡易な簡易合成セグメントとすることができる。この場合、トンネル周方向の棒状鋼材として鉄筋を使用すると、さらに一段と安価で簡易な簡易合成セグメントとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
図１〜図３は、本発明の第１実施形態の簡易合成セグメント１を示すものである。鋼殻２は、トンネル周方向に延長する鋼板製で円弧状の一対の主桁３と、これらの主桁３の端部に渡って配置され溶接等により一体に固着された鋼板製の継手板４と、これらに溶接により固定される地山側の鋼製のスキンプレート５と、主桁３におけるトンネル周方向に間隔をおいて並行に配置されると共にトンネル軸方向に架け渡すように配置され、主桁３に溶接により固定された複数の縦リブ６により構成されている。
【００２５】
また、前記鋼殻２における各縦リブ６よりもトンネル内空側に位置するように、各縦リブ６に渡って、トンネル周方向に架け渡すようにトンネル周方向の棒状鋼材７が配置されている。
【００２６】
図示の形態では、トンネル軸方向に平行に複数（図示の場合には、５本）の異形鉄筋からなるトンネル周方向の棒状鋼材７が縦リブ６に載置されて、セグメント内に充填される中詰めコンクリート８に埋め込み固定されている。
【００２７】
そして、トンネル周方向に間隔をおいて隣り合う各縦リブ６間の中間部（好ましくは、ほぼ中央位置の１箇所のみ）のみにおいて、トンネル軸方向に間隔をおいて対向する各主桁３に、これらの主桁３の対向面側に向けて突出するように、短尺な一対のずれ止め９が配置されて、各ずれ止め９の基端側が溶接により主桁３に固定されている。
同様に、トンネル周方向に隣り合う継手板４と縦リブ６間の中間部（好ましくは、ほぼ中央位置の１箇所）のみにおいて、トンネル軸方向に間隔をおいて対向する各主桁３に、これらの主桁３の対向面側に向けて突出するように、短尺な一対のずれ止め９が設けられ、前記各ずれ止め９は、中詰めコンクリート８に埋め込まれている。
前記のずれ止め９の突出長さは、例えば、図２に示すように、主桁３に最も近い位置に配置されているトンネル周方向の棒状鋼材７に達する程度でよい。前記の各ずれ止め９は片持ち式に主桁３に支持されている形態であるので、長くすると曲げ応力が大きく作用するので好ましくない。
なお、継手板４と縦リブ６間の寸法が、小さい寸法（例えば、隣り合う縦リブ４間の寸法の１／２以下の狭い間隔であって、中詰めコンクリート８のはらみだしを防止できる場合）である場合には、ずれ止め９を省略する場合がある。したがって、少なくともトンネル周方向の縦リブ６間の中央部にずれ止め９を設けて、中詰めコンクリート８と鋼殻２とのずれ止め９を介した簡易な合成一体化を図る必要がある。
【００２８】
前記のずれ止め９は、等辺山形鋼９Ａ等の形鋼からなり、等辺山形鋼９Ａの一端側を鋼殻２内の主桁３の側面に溶接により固定している。ずれ止め９のトンネル半径方向の配置位置としては、スキンプレート５からトンネル内空側に離れた位置とされ、好ましくは、セグメントの桁高の中央付近あるいは、より内空側に位置するように配置される。前記のずれ止め９としては、等辺山形鋼９Ａ以外にも、他の形鋼あるいは、鉄筋、異形鋼棒等の鋼材を使用することができる。
ずれ止め９としての等辺山形鋼９Ａにおける溝部をスキンプレート５側に向くように配置しているので、等辺山形鋼９Ａの各辺より地山側の中詰めコンクリート８を広く確実に支承することができる。そのため、地山側からの土水圧Ｐによる中詰めコンクリート８のはらみ出しを確実に防止することができる。
そして、前記の縦リブ４および棒状鋼材７並びに各ずれ止め９は、中詰めコンクリート８に埋め込まれ、棒状鋼材７は中詰めコンクリート８に埋め込み固定されて、鋼殻２側と棒状鋼材７と中詰めコンクリート８が一体に固定されて、簡易合成セグメント１とされている。
【００２９】
なお、前記のずれ止め９あるいは縦リブ６の表面を粗面としたり、あるいは前記ずれ止め９あるいは縦リブ６の表面に凹部または貫通する透孔を設けたりして、より強固な中詰めコンクリート７との一体化を図るようにしてもよい。
【００３０】
図示の形態では、前記のずれ止め９は、トンネル周方向の棒状鋼材７よりもトンネル半径方向で地山側（外側）に位置するように配置されている。前記のずれ止め９は、トンネル周方向の棒状鋼材７よりもトンネル内空側に位置するように配置して、ずれ止め９に対する中詰めコンクリート８のかぶり厚が少なくなるような場合は好ましくない。
【００３１】
本発明では、以下に示すように、トンネル周方向の棒状鋼材７を縦リブ６に、単に載置するようにすることにより、簡易合成セグメント１の製作が容易になるばかりでなく、製作費用を安価にすることができる。
【００３２】
簡易合成セグメント１を製作する場合は、ずれ止め９を取り付けた鋼殻２を製作した後、内空側を上にして、各縦リブ６のトンネル内空側に渡って所定の曲率に彎曲したトンネル周方向の棒状鋼材７を載置し、必要に応じ、トンネル周方向の各棒状鋼材７の位置ずれを防止するために、結束線等により仮止めする。
【００３３】
なお、鋼殻２内側凹部を上にして鋼殻２内にコンクリートが充填される時に、トンネル周方向の各棒状鋼材７の位置ずれを防止するために、組立鉄筋を配置するようにして、トンネル周方向の各棒状鋼材７の位置決めするようにしてもよい。
【００３４】
前記のように、所定の位置にずれ止め９およびトンネル周方向の棒状鋼材７が配置された状態で、中詰めコンクリート８が充填・固化され、鋼殻２と中詰めコンクリート８との一体化が図られるようにしている。
前記の中詰めコンクリート８が硬化した状態では、ずれ止め９により中詰めコンクリート８のはらみだしが防止されるため、棒状鋼材７は縦リブ６上に載置するだけであっても、棒状鋼材７は縦リブ６上に載置された所定の位置を保持される。また、前記のように棒状鋼材７は所定の位置に保持されるため、中詰めコンクリート８と共同して圧縮あるいは引張に抵抗するようになる。そのため、ずれ止め９を備えていない従来の合成セグメントの場合に比べて、合成セグメントとしての耐力を向上させることができる。
【００３５】
なお、前記のトンネル周方向の各棒状鋼材７は、各縦リブ６に挿通するように設ける形態あるいは、各縦リブ６に棒状鋼材７を挿通して溶接等により固定する形態は、セグメントの加工コストが高くなるので、前記のように縦リブ６のトンネル内空側に配置するのが、より安価に簡易合成セグメント１を製作できるのでよい。
【００３６】
前記実施形態のように、鋼板製の一対の主桁３、継手板４、スキンプレート５、縦リブ６および棒状鋼材７を備えた鋼製系セグメントに、トンネル周方向の縦リブ６間の中間部にずれ止め９を主桁３に設けた状態で、中詰めコンクリート８を充填・固化する。このようにして、鋼殻２側と中詰めコンクリート８を一体化するだけで、中詰めコンクリート８のはらみ出しを防止した簡易に合成一体化した簡易合成セグメント１とすることができる。
【００３７】
なお、前記の縦リブ６としては、鋼製板状の縦リブ６以外にも、断面Ｌ形の縦リブとすることも考えられるが、前記のように平板状の鋼板を使用するほうが、安価な簡易合成セグメント１とすることができる。
【００３８】
また、図示を省略するが、前記段落００１５に記載したように、主桁を断面溝形あるいは断面Ｌ型または断面Ｈ形にし、主桁におけるトンネル内空側にフランジを配置する構造では、主桁のコストが格段に高くなるため、合成セグメントが高価になる。しかし、図示の前記実施形態のように、主桁３におけるセグメントの内側面に、セグメント内に張り出すような突出フランジを備えていない形態の鋼殻２内に中詰めコンクリート８を充填・固化して棒状部材７を埋め込むように合成セグメントを製作する場合、前記のようなずれ止め９を設けて、鋼殻２と中詰めコンクリート８との簡易な合成化一体化を図ると、容易に安価で簡易な合成セグメント１を構成することができる。
【００３９】
前記のように構成された簡易合成セグメント１では、地山側から土水圧Ｐが作用した場合、縦リブ６間のほぼ中央に配置されたずれ止め９により、縦リブ６間に充填されている中詰めコンクリート８のトンネル内空側へのはらみ出しが防止され、簡易合成セグメント１の耐力の低下を防止するようにされている。
【００４０】
前記の主桁３としては、断面板状の主桁あるいは鋼殻の内側に張り出すようなフランジを備えていない鋼殻では、本発明のようなずれ止め９を設けるようにするとよい。
【００４１】
前記のずれ止め９は、縦リブ６間において、トンネル周方向に１箇所のみ、例えば前記実施形態のように対向するように一対あればよいが、トンネル周方向に縦リブ６間の中央部付近においてトンネル周方向に２箇所等複数個所あってもよいが、経済的でなくなるため、極力１箇所にするのがよい（後記の実施形態においても同様である）。
【００４２】
図４〜図６は、本発明の第２実施形態の簡易合成セグメント１を示すものであって、この形態では、トンネル周方向における縦リブ６間の中間部において、主桁３に渡って、長尺の一本の山形鋼からなるずれ止め９の両端部が溶接により各主桁３に溶接により固定されている。また、トンネル周方向における継手板４と縦リブ６間の中間部において、主桁３に渡って、長尺の一本の山形鋼からなるずれ止め９の両端部が溶接により各主桁３に溶接により固定されている。前記山形鋼からなるずれ止め９における山部がトンネル半径方向の内空側に位置するように配置されている。
【００４３】
このような形態では、主桁３間がずれ止め９により連結されているので、縦リブ６間における主桁３を補強することができると共に、より確実に中詰めコンクリート８のはらみ出しを防止することができ、より確実に鋼殻２と中詰めコンクリート８との一体化を図ることができる。
前記の山形鋼からなるずれ止め９に代えて、断面矩形状棒鋼等の棒状鋼材のずれ止め９としてもよい。その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には同様な符号を付した。
【００４４】
図７〜図９は、本発明の第３実施形態の簡易合成セグメント１を示すものであって、この形態では、板状の主桁３間に渡って、異形鉄筋からなるずれ止め９を設けた形態である。
【００４５】
また、この形態では、トンネル周方向の棒状鋼材７よりもトンネル半径方向内空側に位置するようにずれ止め９を主桁３間に渡って配置し、ずれ止め９の両端部を主桁３のセグメント内側面に溶接により固定し、トンネル周方向の棒状鋼材７をトンネル半径方向内空側に移動しないように拘束するずれ止め９とされている。
このような形態とする場合には、トンネル周方向の棒状鋼材７を配置した後、その棒状鋼材７に載置するようにトンネル内空側にずれ止め９を配置し、各ずれ止め９の両端部をそれぞれ主桁３に溶接により固着すればよい。
この形態のように、トンネル周方向の棒状鋼材７よりもトンネル半径方向内空側に位置するようにずれ止め９が配置されている分、合成セグメント１におけるトンネル周方向の中立軸が、ずれ止め９がない場合に比べて、よりトンネル内空側よりに位置するようになる。そのため、地山側からの土水圧Ｐにより、合成セグメントをトンネル内空側にはらみ出すような曲げが作用した場合に、前記中立軸を境とする合成セグメントの内空側に位置する引張領域が少なくなる分、圧縮領域が多くなり有利になる。
【００４６】
また、図示の形態では、例えば、直径（Ｄ）が２５ｍｍの異形鉄筋からなるずれ止め９とされ、市販の安価な異形鉄筋を使用できるため、安価な簡易合成セグメント１とすることができる。なお、前記のずれ止め９としては、断面矩形状の棒状の鋼材を使用するようにしてもよい。
【００４７】
本発明を実施する場合、前記トンネル周方向の棒状鋼材７として鉄筋を使用し、前記ずれ止め９として山形鋼を使用し、前記主桁３として板状鋼材を使用している簡易合成セグメント１であると、市販の安価な鋼材を使用した安価な簡易合成セグメントとすることができる。
【００４８】
次に、図７〜図９に示す形態の異形鉄筋からなるずれ止め９を備えた本発明の第３実施形態の簡易合成セグメント１と、そのようなずれ止め９を備えていない図１４に示す合成セグメント１Ａとを数値解析により比較した結果について説明する。
【００４９】
図１０は、本発明の簡易合成セグメント１と比較例の合成セグメント１Ａの数値解析した部分を示す説明図であり、前記各セグメントにおけるトンネル周方向で１／２部分のみであり、かつトンネル軸方向で１／２部分のみで、セグメント全体として１／４部分の寸法の領域について数値解析の対象とし、その部分における各部の寸法を示す一部概略斜視図である。
【００５０】
図１１は、図１０に示すセグメントの１／４部分で図１４に示す比較例の合成セグメント１Ａにおける中詰めコンクリート８を取り除いた状態を示す有限要素法解析を説明するための斜視図である。
【００５１】
また、図１２は、図１０に示すセグメントの１／４部分で図７に示す本発明の第３実施形態の簡易合成セグメント１における中詰めコンクリート８を取り除いた状態を示す有限要素法解析を説明するための斜視図である。本数値解析では効果を明確にするためにずれ止め９をセグメント１Ａのトンネル周方向センターライン位置Ａの１箇所のみに設けた場合を想定している。なお、実際の本発明ではこの１箇所以外にも継手板４と縦リブ６との間並びに縦リブ同士の間にもずれ止めがある。
【００５２】
図１４は、本発明第３実施形態の簡易合成セグメント１と、比較例として、ずれ止め９を設けていない場合の合成セグメント１Ａのそれぞれについて、トンネル周方向一端側を固定するように支持して、トンネル周方向他端側に荷重を付加させる形態を示す斜視図である。
【００５３】
本発明の簡易合成セグメント１と、比較例としての合成セグメント１Ａの主要部の寸法は、以下の通りである。
セグメント幅６５０ｍｍ、主桁高さ８６ｍｍ、スキンプレート５の鋼板の板厚ｔは３ｍｍ、縦リブ６の板厚ｔ６ｍｍ、主桁３の板厚ｔは９ｍｍ
セグメントにより構成されるトンネル外径３．３ｍに、トンネル地山側から設計荷重として７．５ｋＮが負荷されている場合を想定した。
図１３にトンネル周方向の１／２部分でトンネル軸方向の１／２部分の１／４部分を示すように、継手板側を支持するように支点として、セグメント周方向中央部に等分布荷重の設計荷重Ｐ（７．５ｋＮ）を付加させた３点曲げ状況が示されている。そして、合成セグメント１および合成セグメント１Ａについて解析した。
【００５４】
図１２に示す本発明の簡易合成セグメント１の測定地点は、主桁３については、トンネル半径方向の内空側で、トンネル周方向切断端部の位置Ａで、矢印Ａ１で示すトンネル周方向の伸びを解析すると共に、トンネル周方向の鉄筋からなる棒状鋼材７におけるトンネル周方向の切断端部側の位置Ｂで矢印Ｂ１で示すトンネル周方向の伸びを解析した。
【００５５】
比較例の合成セグメント１Ａの場合も、前記の本発明の合成セグメント１の測定位置と同様で、主桁３については、トンネル半径方向の内空側で、トンネル周方向切断端部の位置Ａで矢印Ａ１で示すトンネル周方向の伸びを解析すると共に、トンネル周方向の棒状鋼材におけるトンネル周方向の切断端部側の位置Ｂで、矢印Ｂ１で示すトンネル周方向の伸びを解析した。
【００５６】
解析結果および主桁３と鉄筋からなる周方向の棒状鋼材７との伸びを比較し、その結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１に示すように、ずれ止め９を設けた本発明の簡易合成セグメント１の場合は、ずれ止めがない比較例の合成セグメント１Ａに比べて、主桁３および周方向の鉄筋（周方向の）のひずみが小さいことがわかる。このように、主桁３および周方向の鉄筋のひずみが小さい分、中詰めコンクリート８を含めてセグメント幅方向で平均的に負担していることがわかる。また、前記実施形態の本発明の簡易合成セグメント１の場合は、主桁３とトンネル周方向の棒状鋼材７との負担割合が近く、幅方向で均等に負担していることがわかる。
【００５９】
図示の実施形態のように、間隔をおいた一対の主桁３と継手板４と縦リブ６とが平板状の鋼板であり、このような鋼殻２内に中詰めコンクリート８を充填・固化すると、鋼製系セグメントにおける縦リブ６と中詰めコンクリート８とをずれ止め９を介して極めて合理的に合成一体化した簡易合成セグメントとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施形態の簡易合成セグメントを示すものであって、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】図１（ｃ）を拡大して示す断面図である。
【図３】図１に示す本発明の第１実施形態の簡易合成セグメントにおける中詰めコンクリートおよびスキンプレートを省略して地山側から見た透視斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態の簡易合成セグメントを示すものであって、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図５】図４（ｃ）を拡大して示す断面図である。
【図６】図４に示す本発明の第２実施形態の簡易合成セグメントにおける中詰めコンクリートおよびスキンプレートを省略して地山側から見た透視斜視図である。
【図７】本発明の第３実施形態の簡易合成セグメントを示すものであって、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【図８】図７（ｃ）を拡大して示す断面図である。
【図９】図７に示す本発明の第３実施形態の簡易合成セグメントにおける中詰めコンクリートおよびスキンプレートを省略して地山側から見た透視斜視図である。
【図１０】合成セグメントを数値解析するための寸法を示す斜視図である。
【図１１】ずれ止めを備えていない合成セグメントの寸法および測定位置を示す説明図である。
【図１２】ずれ止めを備えている本発明の合成セグメントの寸法および測定位置を示す説明図である。
【図１３】セグメントの荷重を付加させる状態を示す説明図である。
【図１４】従来または比較例の合成セグメントを示すものであって、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 簡易合成セグメント１
１Ａ 合成セグメント
２ 鋼殻
３ 主桁
４ 継手板
５ スキンプレート
６ 縦リブ
７ トンネル周方向の棒状鋼材
８ 中詰めコンクリート
９ ずれ止め
９Ａ 等辺形鋼
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦リブを有する鋼殻内に中詰めコンクリートを充填してなる合成セグメントに関し、特に、合成セグメントの構造を簡素にし、より安価な合成セグメントとした簡易合成セグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１４に示すような合成セグメント１Ａが知られている。この合成セグメント１Ａの構造は、主桁３と継手板４とスキンプレート５および縦リブ６を備えた鋼殻２の内部において前記主桁３に、主桁長手方向に間隔をおいて並行に複数の縦リブ６を固定した構造である。
【０００３】
そして、前記各縦リブ６の外側に渡ってトンネル周方向に棒状鋼材７が配置され、前記縦リブ６および棒状鋼材７を埋め込むようにセグメント内部に中詰めコンクリート８を充填・固化した構造の合成セグメント１Ａである。
【０００４】
このような合成セグメント１Ａを地中の所定の位置に設置してセグメントリングによるトンネルを構築する。このようなトンネルに地山側からの土水圧Ｐ（例えば、図１３における設計荷重Ｐ参照）が作用した場合、中詰めコンクリート８がはらみだすような２次曲げモーメントが作用するようになり、中詰めコンクリート８がトンネル内空側にはらみ出し、図１４に２点鎖線で示すように分離するようになる。
【０００５】
このようになると、鋼殻２と中詰めコンクリート８との一体化が図れなくなるばかりでなく、中詰めコンクリート８によりトンネル周方向の圧縮力を負担することができなくなるので、合成セグメント１Ａとしての耐力が急激に低下するようになる。
【０００６】
通常、合成セグメント１Ａでは、中詰めコンクリートによりトンネル周方向の圧縮力を負担し、主桁等の鋼殻２によりトンネル周方向の引張力を負担し、トンネル軸方向のジャッキ推力を、縦リブ６または中詰めコンクリート８により負担するようにしている。
【０００７】
前記の縦リブ６は、トンネル半径方向に角度間隔をおいて配置されているため、縦リブ６がトンネル半径方向中心に向かう板状の縦リブ６であっても、トンネル周方向に隣り合う縦リブ６により、中詰めコンクリート８は、トンネル中心側に向かって狭くなるようにクサビ状に支持されてはいるが、隣り合う各縦リブ６とトンネル中心を結ぶ間の角度は、３０度以上の楔角度ではなく、１０度〜２０度程度の小さい角度である。
継手板４とトンネル中心と縦リブ６を結ぶ間の角度も前記と同様に小さい角度である。そのため、隣り合う各縦リブ６間の中詰めコンクリート８は、隣り合う各縦リブ６に強固に支持されているものではない。同様に継手板４と縦リブ６間の中詰めコンクリート８も同様に、継手板４と縦リブ６により強固に支持されているものではない。
セグメントにおける隣り合う縦リブ６または継手板４と縦リブ６は、前記のような楔角度があっても、トンネル半径寸法が大きくなるにつれて、平行に近い状態になり、前記の楔角度によって、縦リブ６または継手板４を利用した中詰めコンクリート８の支持作用が小さくなる。
【０００８】
そして、前記のような鋼殻２と中詰めコンクリート８との分離する状態を防止する手段として、下記のようなことも知られている。
【０００９】
すなわち、主桁と中詰めコンクリートの合成化を図るために主桁内面側に多数のずれ止めを配置する構造が知られている（例えば、特許文献１〜２参照）。
【００１０】
前記のようにセグメントを構成する鋼殻と、その鋼殻内に充填されるコンクリートとの、合成一体化を図るために、鋼殻側に、間隔をおいて多数のずれ止めを設けて一体化することが一般的に知られている。
【００１１】
前記のずれ止めの設け方としては、鋼殻におけるトンネル周方向あるいはトンネル軸方向の構造材である主桁または継手板あるいは縦リブ等の各構造材に間隔をおいて、それぞれ多数のずれ止めを設けるようにしている。
【００１２】
前記のように多数のずれ止めを設ける合成セグメントは、鋼殻と中詰めコンクリートとを強固な一体化を図るようにした構造である。
【００１３】
前記のようにセグメントを構成する各構造材に、多数のずれ止めを設けるようにすると、その溶接作業等に多大な時間を要すると共に、高度の熟練を必要とし、しかも施工が煩雑であり、合成セグメントのコストが格段に高くなる要因をなしているという問題がある。
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−３８８８８号公報（合成セグメント）
【特許文献２】特開平８−２９６３９８号公報（鋼製セグメント）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
また、主桁を断面溝形あるいは断面Ｌ型または断面Ｈ形にし、主桁におけるトンネル内空側にフランジを配置する構造にして、前記フランジを中詰めコンクリートのトンネル内空側へのはらみだすのを防止することも考えられるが、このような主桁を断面溝形またはＬ形あるいは断面Ｈ形にすると、主桁のコストが格段に高くなるため、合成セグメントが高価になるという問題がある。
【００１６】
合成セグメントにおける主桁間に渡って配置されている縦リブに支持される中詰めコンクリートは、ずれ止めを配置しなければ、縦リブ間隔の中央位置を最大とする２次曲げが発生する。
そのため、主桁に比べて大きな作用力がコンクリートに発生し、耐力低下を引き起こす。
【００１７】
本発明者は、主桁間に渡って配置されているトンネル周方向の縦リブ間において、複数または多数のずれ止めが配置されている技術に着目するとともに、そのようにトンネル周方向における縦リブ間に複数または多数のずれ止めを設ける必要性について種々検討した。
【００１８】
主桁内面側のずれ止めを最小限としながらも中詰めコンクリートの２次曲げを抑制することが可能になると、セグメント鋼殻とコンクリートとの合成化を図りながら、合成セグメントを安価に製作することが可能になることを知見した。
【００１９】
そしてまた、縦リブ間に複数のずれ止めを設ける形態では、施工手間がかかり、製作費用が高くなること。また、縦リブ間に１対または１本のずれ止めを設けても、セグメント鋼殻とコンクリートとの合成化を図ることが可能なことを知見した。したがって、少なくともトンネル周方向の縦リブ６間の中間部にずれ止め９を設けて、中詰めコンクリート８と鋼殻２とのずれ止め９を介した簡易な合成一体化を図る必要がある。
【００２０】
本発明は、前記のように、鋼殻セグメントとその中に充填されるコンクリートとの合成一体化を簡易に図りながら、セグメントとしての十分な耐力を確保しつつ、簡単な構造で安価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】
【００２１】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明の簡易合成セグメントでは、主桁、継手板、スキンプレートおよび縦リブを備えた鋼製系セグメントにおける前記主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが固定され、前記各縦リブのトンネル内空側に渡ってトンネル周方向に棒状鋼材が配置され、前記セグメントにおけるトンネル周方向に間隔をおいて配置されている少なくとも縦リブ間の中間部のみにおいて、間隔をおいて対向する各主桁に、これらの主桁の対向面側に向けて突出するように少なくとも一対のずれ止めが設けられ、前記縦リブおよび棒状鋼材並びにずれ止めを埋め込むようにセグメント内部に中詰めコンクリートが充填・固化されて合成一体化されていることを特徴とする簡易合成セグメント。
また、第２発明の簡易合成セグメントでは、主桁、継手板、スキンプレートおよび縦リブを備えた鋼製系セグメントにおける前記主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが固定され、前記各縦リブのトンネル内空側に渡ってトンネル周方向に棒状鋼材が配置され、前記セグメントにおけるトンネル周方向に間隔をおいて配置されている少なくとも縦リブ間の中間部のみにおいて、間隔をおいて対向する各主桁を互いに対向面側へ向けて架け渡すように連結するずれ止めが少なくとも１本設けられ、前記縦リブおよび棒状鋼材並びにずれ止めを埋め込むようにセグメント内部に中詰めコンクリートが充填・固化されて合成一体化されていることを特徴とする。
また、第３発明では、第１発明または第２発明の簡易合成セグメントにおいて、ずれ止めがトンネル周方向の棒状鋼材よりもトンネル内空面側に位置するように設けられて、コンクリートに埋め込まれていることを特徴とする。
また第４発明では、第１発明〜第３発明に記載の簡易合成セグメントにおいて、前記棒状鋼材が鉄筋であることを特徴とする。
また第５発明では、第１発明〜第４発明に記載の簡易合成セグメントにおいて、前記ずれ止めが山形鋼であることを特徴とする。
また第６発明では、第１発明〜第５発明に記載の簡易合成セグメントにおいて、前記主桁が板状鋼材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、次のような効果が得られる。
（１）トンネル周方向の少なくとも縦リブ間の中間部のみにおいて、主桁に向かって突出するようにずれ止めを設けたり、主桁に渡ってずれ止めを設けて、中詰めコンクリートに埋め込むだけで、鋼殻と周方向の棒状鋼材と中詰めコンクリートとを簡単に一体化した簡易な合成セグメントとすることができる効果が得られる。
（２）ずれ止めを多数設けることがなく、トンネル周方向に隣合う縦リブ間のほぼ中間位置のみにおいてずれ止めを設ければよいので、ずれ止めの設置が容易で設置費用も安価であり、製作も容易で安価で簡易な合成セグメントとすることができる。
（３）合成セグメントに地山側から土水圧が作用しても、ずれ止めを備えているので、中詰めコンクリートの２次曲げ（トンネル内空側への曲げ）を抑制することができ、このような中詰めコンクリートの２次曲げ抑制によるトンネル構造安全性の向上を図ることができる。
（４）ずれ止めによる中詰めコンクリートの２次曲げ抑制作用があるため、中詰めコンクリートのひび割れ幅を軽減することができ、その中詰めコンクリートのひび割れ幅の軽減により、トンネル耐久性の向上を図ることができる。
（５）主桁間を連結するずれ止めであると、縦リブ間における主桁を補強することができると共に、より確実に中詰めコンクリートのはらみ出しを防止することができ、より確実に鋼殻と中詰めコンクリートとの一体化を図ることができる。
（６）トンネル周方向の棒状鋼材よりもトンネル半径方向内空側に位置するようにずれ止めを主桁間に渡って配置していると、トンネル周方向の棒状鋼材をトンネル半径方向内空側に移動しないように拘束することができる。
（７）トンネル周方向の棒状鋼材として鉄筋を使用し、主桁として板状鋼材を使用している簡易合成セグメントであると、市販の安価な鋼材を使用してより安価で簡易な簡易合成セグメントとすることができる。
（８）ずれ止めとして山形鋼を使用し、主桁として板状鋼材を使用している簡易合成セグメントであると、市販の安価な鋼材を使用してより安価で簡易な簡易合成セグメントとすることができる。この場合、トンネル周方向の棒状鋼材として鉄筋を使用すると、さらに一段と安価で簡易な簡易合成セグメントとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
図１〜図３は、本発明の第１実施形態の簡易合成セグメント１を示すものである。鋼殻２は、トンネル周方向に延長する鋼板製で円弧状の一対の主桁３と、これらの主桁３の端部に渡って配置され溶接等により一体に固着された鋼板製の継手板４と、これらに溶接により固定される地山側の鋼製のスキンプレート５と、主桁３におけるトンネル周方向に間隔をおいて並行に配置されると共にトンネル軸方向に架け渡すように配置され、主桁３に溶接により固定された複数の縦リブ６により構成されている。
【００２５】
また、前記鋼殻２における各縦リブ６よりもトンネル内空側に位置するように、各縦リブ６に渡って、トンネル周方向に架け渡すようにトンネル周方向の棒状鋼材７が配置されている。
【００２６】
図示の形態では、トンネル軸方向に平行に複数（図示の場合には、５本）の異形鉄筋からなるトンネル周方向の棒状鋼材７が縦リブ６に載置されて、セグメント内に充填される中詰めコンクリート８に埋め込み固定されている。
【００２７】
そして、トンネル周方向に間隔をおいて隣り合う各縦リブ６間の中間部（好ましくは、ほぼ中央位置の１箇所のみ）のみにおいて、トンネル軸方向に間隔をおいて対向する各主桁３に、これらの主桁３の対向面側に向けて突出するように、短尺な一対のずれ止め９が配置されて、各ずれ止め９の基端側が溶接により主桁３に固定されている。
同様に、トンネル周方向に隣り合う継手板４と縦リブ６間の中間部（好ましくは、ほぼ中央位置の１箇所）のみにおいて、トンネル軸方向に間隔をおいて対向する各主桁３に、これらの主桁３の対向面側に向けて突出するように、短尺な一対のずれ止め９が設けられ、前記各ずれ止め９は、中詰めコンクリート８に埋め込まれている。
前記のずれ止め９の突出長さは、例えば、図２に示すように、主桁３に最も近い位置に配置されているトンネル周方向の棒状鋼材７に達する程度でよい。前記の各ずれ止め９は片持ち式に主桁３に支持されている形態であるので、長くすると曲げ応力が大きく作用するので好ましくない。
なお、継手板４と縦リブ６間の寸法が、小さい寸法（例えば、隣り合う縦リブ４間の寸法の１／２以下の狭い間隔であって、中詰めコンクリート８のはらみだしを防止できる場合）である場合には、ずれ止め９を省略する場合がある。したがって、少なくともトンネル周方向の縦リブ６間の中央部にずれ止め９を設けて、中詰めコンクリート８と鋼殻２とのずれ止め９を介した簡易な合成一体化を図る必要がある。
【００２８】
前記のずれ止め９は、等辺山形鋼９Ａ等の形鋼からなり、等辺山形鋼９Ａの一端側を鋼殻２内の主桁３の側面に溶接により固定している。ずれ止め９のトンネル半径方向の配置位置としては、スキンプレート５からトンネル内空側に離れた位置とされ、好ましくは、セグメントの桁高の中央付近あるいは、より内空側に位置するように配置される。前記のずれ止め９としては、等辺山形鋼９Ａ以外にも、他の形鋼あるいは、鉄筋、異形鋼棒等の鋼材を使用することができる。
ずれ止め９としての等辺山形鋼９Ａにおける溝部をスキンプレート５側に向くように配置しているので、等辺山形鋼９Ａの各辺より地山側の中詰めコンクリート８を広く確実に支承することができる。そのため、地山側からの土水圧Ｐによる中詰めコンクリート８のはらみ出しを確実に防止することができる。
そして、前記の縦リブ４および棒状鋼材７並びに各ずれ止め９は、中詰めコンクリート８に埋め込まれ、棒状鋼材７は中詰めコンクリート８に埋め込み固定されて、鋼殻２側と棒状鋼材７と中詰めコンクリート８が一体に固定されて、簡易合成セグメント１とされている。
【００２９】
なお、前記のずれ止め９あるいは縦リブ６の表面を粗面としたり、あるいは前記ずれ止め９あるいは縦リブ６の表面に凹部または貫通する透孔を設けたりして、より強固な中詰めコンクリート７との一体化を図るようにしてもよい。
【００３０】
図示の形態では、前記のずれ止め９は、トンネル周方向の棒状鋼材７よりもトンネル半径方向で地山側（外側）に位置するように配置されている。前記のずれ止め９は、トンネル周方向の棒状鋼材７よりもトンネル内空側に位置するように配置して、ずれ止め９に対する中詰めコンクリート８のかぶり厚が少なくなるような場合は好ましくない。
【００３１】
本発明では、以下に示すように、トンネル周方向の棒状鋼材７を縦リブ６に、単に載置するようにすることにより、簡易合成セグメント１の製作が容易になるばかりでなく、製作費用を安価にすることができる。
【００３２】
簡易合成セグメント１を製作する場合は、ずれ止め９を取り付けた鋼殻２を製作した後、内空側を上にして、各縦リブ６のトンネル内空側に渡って所定の曲率に彎曲したトンネル周方向の棒状鋼材７を載置し、必要に応じ、トンネル周方向の各棒状鋼材７の位置ずれを防止するために、結束線等により仮止めする。
【００３３】
なお、鋼殻２内側凹部を上にして鋼殻２内にコンクリートが充填される時に、トンネル周方向の各棒状鋼材７の位置ずれを防止するために、組立鉄筋を配置するようにして、トンネル周方向の各棒状鋼材７の位置決めするようにしてもよい。
【００３４】
前記のように、所定の位置にずれ止め９およびトンネル周方向の棒状鋼材７が配置された状態で、中詰めコンクリート８が充填・固化され、鋼殻２と中詰めコンクリート８との一体化が図られるようにしている。
前記の中詰めコンクリート８が硬化した状態では、ずれ止め９により中詰めコンクリート８のはらみだしが防止されるため、棒状鋼材７は縦リブ６上に載置するだけであっても、棒状鋼材７は縦リブ６上に載置された所定の位置を保持される。また、前記のように棒状鋼材７は所定の位置に保持されるため、中詰めコンクリート８と共同して圧縮あるいは引張に抵抗するようになる。そのため、ずれ止め９を備えていない従来の合成セグメントの場合に比べて、合成セグメントとしての耐力を向上させることができる。
【００３５】
なお、前記のトンネル周方向の各棒状鋼材７は、各縦リブ６に挿通するように設ける形態あるいは、各縦リブ６に棒状鋼材７を挿通して溶接等により固定する形態は、セグメントの加工コストが高くなるので、前記のように縦リブ６のトンネル内空側に配置するのが、より安価に簡易合成セグメント１を製作できるのでよい。
【００３６】
前記実施形態のように、鋼板製の一対の主桁３、継手板４、スキンプレート５、縦リブ６および棒状鋼材７を備えた鋼製系セグメントに、トンネル周方向の縦リブ６間の中間部にずれ止め９を主桁３に設けた状態で、中詰めコンクリート８を充填・固化する。このようにして、鋼殻２側と中詰めコンクリート８を一体化するだけで、中詰めコンクリート８のはらみ出しを防止した簡易に合成一体化した簡易合成セグメント１とすることができる。
【００３７】
なお、前記の縦リブ６としては、鋼製板状の縦リブ６以外にも、断面Ｌ形の縦リブとすることも考えられるが、前記のように平板状の鋼板を使用するほうが、安価な簡易合成セグメント１とすることができる。
【００３８】
また、図示を省略するが、前記段落００１５に記載したように、主桁を断面溝形あるいは断面Ｌ型または断面Ｈ形にし、主桁におけるトンネル内空側にフランジを配置する構造では、主桁のコストが格段に高くなるため、合成セグメントが高価になる。しかし、図示の前記実施形態のように、主桁３におけるセグメントの内側面に、セグメント内に張り出すような突出フランジを備えていない形態の鋼殻２内に中詰めコンクリート８を充填・固化して棒状部材７を埋め込むように合成セグメントを製作する場合、前記のようなずれ止め９を設けて、鋼殻２と中詰めコンクリート８との簡易な合成化一体化を図ると、容易に安価で簡易な合成セグメント１を構成することができる。
【００３９】
前記のように構成された簡易合成セグメント１では、地山側から土水圧Ｐが作用した場合、縦リブ６間のほぼ中央に配置されたずれ止め９により、縦リブ６間に充填されている中詰めコンクリート８のトンネル内空側へのはらみ出しが防止され、簡易合成セグメント１の耐力の低下を防止するようにされている。
【００４０】
前記の主桁３としては、断面板状の主桁あるいは鋼殻の内側に張り出すようなフランジを備えていない鋼殻では、本発明のようなずれ止め９を設けるようにするとよい。
【００４１】
前記のずれ止め９は、縦リブ６間において、トンネル周方向に１箇所のみ、例えば前記実施形態のように対向するように一対あればよいが、トンネル周方向に縦リブ６間の中央部付近においてトンネル周方向に２箇所等複数個所あってもよいが、経済的でなくなるため、極力１箇所にするのがよい（後記の実施形態においても同様である）。
【００４２】
図４〜図６は、本発明の第２実施形態の簡易合成セグメント１を示すものであって、この形態では、トンネル周方向における縦リブ６間の中間部において、主桁３に渡って、長尺の一本の山形鋼からなるずれ止め９の両端部が溶接により各主桁３に溶接により固定されている。また、トンネル周方向における継手板４と縦リブ６間の中間部において、主桁３に渡って、長尺の一本の山形鋼からなるずれ止め９の両端部が溶接により各主桁３に溶接により固定されている。前記山形鋼からなるずれ止め９における山部がトンネル半径方向の内空側に位置するように配置されている。
【００４３】
このような形態では、主桁３間がずれ止め９により連結されているので、縦リブ６間における主桁３を補強することができると共に、より確実に中詰めコンクリート８のはらみ出しを防止することができ、より確実に鋼殻２と中詰めコンクリート８との一体化を図ることができる。
前記の山形鋼からなるずれ止め９に代えて、断面矩形状棒鋼等の棒状鋼材のずれ止め９としてもよい。その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には同様な符号を付した。
【００４４】
図７〜図９は、本発明の第３実施形態の簡易合成セグメント１を示すものであって、この形態では、板状の主桁３間に渡って、異形鉄筋からなるずれ止め９を設けた形態である。
【００４５】
また、この形態では、トンネル周方向の棒状鋼材７よりもトンネル半径方向内空側に位置するようにずれ止め９を主桁３間に渡って配置し、ずれ止め９の両端部を主桁３のセグメント内側面に溶接により固定し、トンネル周方向の棒状鋼材７をトンネル半径方向内空側に移動しないように拘束するずれ止め９とされている。
このような形態とする場合には、トンネル周方向の棒状鋼材７を配置した後、その棒状鋼材７に載置するようにトンネル内空側にずれ止め９を配置し、各ずれ止め９の両端部をそれぞれ主桁３に溶接により固着すればよい。
この形態のように、トンネル周方向の棒状鋼材７よりもトンネル半径方向内空側に位置するようにずれ止め９が配置されている分、合成セグメント１におけるトンネル周方向の中立軸が、ずれ止め９がない場合に比べて、よりトンネル内空側よりに位置するようになる。そのため、地山側からの土水圧Ｐにより、合成セグメントをトンネル内空側にはらみ出すような曲げが作用した場合に、前記中立軸を境とする合成セグメントの内空側に位置する引張領域が少なくなる分、圧縮領域が多くなり有利になる。
【００４６】
また、図示の形態では、例えば、直径（Ｄ）が２５ｍｍの異形鉄筋からなるずれ止め９とされ、市販の安価な異形鉄筋を使用できるため、安価な簡易合成セグメント１とすることができる。なお、前記のずれ止め９としては、断面矩形状の棒状の鋼材を使用するようにしてもよい。
【００４７】
本発明を実施する場合、前記トンネル周方向の棒状鋼材７として鉄筋を使用し、前記ずれ止め９として山形鋼を使用し、前記主桁３として板状鋼材を使用している簡易合成セグメント１であると、市販の安価な鋼材を使用した安価な簡易合成セグメントとすることができる。
【００４８】
次に、図７〜図９に示す形態の異形鉄筋からなるずれ止め９を備えた本発明の第３実施形態の簡易合成セグメント１と、そのようなずれ止め９を備えていない図１４に示す合成セグメント１Ａとを数値解析により比較した結果について説明する。
【００４９】
図１０は、本発明の簡易合成セグメント１と比較例の合成セグメント１Ａの数値解析した部分を示す説明図であり、前記各セグメントにおけるトンネル周方向で１／２部分のみであり、かつトンネル軸方向で１／２部分のみで、セグメント全体として１／４部分の寸法の領域について数値解析の対象とし、その部分における各部の寸法を示す一部概略斜視図である。
【００５０】
図１１は、図１０に示すセグメントの１／４部分で図１４に示す比較例の合成セグメント１Ａにおける中詰めコンクリート８を取り除いた状態を示す有限要素法解析を説明するための斜視図である。
【００５１】
また、図１２は、図１０に示すセグメントの１／４部分で図７に示す本発明の第３実施形態の簡易合成セグメント１における中詰めコンクリート８を取り除いた状態を示す有限要素法解析を説明するための斜視図である。本数値解析では効果を明確にするためにずれ止め９をセグメント１Ａのトンネル周方向センターライン位置Ａの１箇所のみに設けた場合を想定している。なお、実際の本発明ではこの１箇所以外にも継手板４と縦リブ６との間並びに縦リブ同士の間にもずれ止めがある。
【００５２】
図１４は、本発明第３実施形態の簡易合成セグメント１と、比較例として、ずれ止め９を設けていない場合の合成セグメント１Ａのそれぞれについて、トンネル周方向一端側を固定するように支持して、トンネル周方向他端側に荷重を付加させる形態を示す斜視図である。
【００５３】
本発明の簡易合成セグメント１と、比較例としての合成セグメント１Ａの主要部の寸法は、以下の通りである。
セグメント幅６５０ｍｍ、主桁高さ８６ｍｍ、スキンプレート５の鋼板の板厚ｔは３ｍｍ、縦リブ６の板厚ｔ６ｍｍ、主桁３の板厚ｔは９ｍｍ
セグメントにより構成されるトンネル外径３．３ｍに、トンネル地山側から設計荷重として７．５ｋＮが負荷されている場合を想定した。
図１３にトンネル周方向の１／２部分でトンネル軸方向の１／２部分の１／４部分を示すように、継手板側を支持するように支点として、セグメント周方向中央部に等分布荷重の設計荷重Ｐ（７．５ｋＮ）を付加させた３点曲げ状況が示されている。そして、合成セグメント１および合成セグメント１Ａについて解析した。
【００５４】
図１２に示す本発明の簡易合成セグメント１の測定地点は、主桁３については、トンネル半径方向の内空側で、トンネル周方向切断端部の位置Ａで、矢印Ａ１で示すトンネル周方向の伸びを解析すると共に、トンネル周方向の鉄筋からなる棒状鋼材７におけるトンネル周方向の切断端部側の位置Ｂで矢印Ｂ１で示すトンネル周方向の伸びを解析した。
【００５５】
比較例の合成セグメント１Ａの場合も、前記の本発明の合成セグメント１の測定位置と同様で、主桁３については、トンネル半径方向の内空側で、トンネル周方向切断端部の位置Ａで矢印Ａ１で示すトンネル周方向の伸びを解析すると共に、トンネル周方向の棒状鋼材におけるトンネル周方向の切断端部側の位置Ｂで、矢印Ｂ１で示すトンネル周方向の伸びを解析した。
【００５６】
解析結果および主桁３と鉄筋からなる周方向の棒状鋼材７との伸びを比較し、その結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１に示すように、ずれ止め９を設けた本発明の簡易合成セグメント１の場合は、ずれ止めがない比較例の合成セグメント１Ａに比べて、主桁３および周方向の鉄筋（周方向の）のひずみが小さいことがわかる。このように、主桁３および周方向の鉄筋のひずみが小さい分、中詰めコンクリート８を含めてセグメント幅方向で平均的に負担していることがわかる。また、前記実施形態の本発明の簡易合成セグメント１の場合は、主桁３とトンネル周方向の棒状鋼材７との負担割合が近く、幅方向で均等に負担していることがわかる。
【００５９】
図示の実施形態のように、間隔をおいた一対の主桁３と継手板４と縦リブ６とが平板状の鋼板であり、このような鋼殻２内に中詰めコンクリート８を充填・固化すると、鋼製系セグメントにおける縦リブ６と中詰めコンクリート８とをずれ止め９を介して極めて合理的に合成一体化した簡易合成セグメントとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施形態の簡易合成セグメントを示すものであって、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】図１（ｃ）を拡大して示す断面図である。
【図３】図１に示す本発明の第１実施形態の簡易合成セグメントにおける中詰めコンクリートおよびスキンプレートを省略して地山側から見た透視斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態の簡易合成セグメントを示すものであって、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図５】図４（ｃ）を拡大して示す断面図である。
【図６】図４に示す本発明の第２実施形態の簡易合成セグメントにおける中詰めコンクリートおよびスキンプレートを省略して地山側から見た透視斜視図である。
【図７】本発明の第３実施形態の簡易合成セグメントを示すものであって、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【図８】図７（ｃ）を拡大して示す断面図である。
【図９】図７に示す本発明の第３実施形態の簡易合成セグメントにおける中詰めコンクリートおよびスキンプレートを省略して地山側から見た透視斜視図である。
【図１０】合成セグメントを数値解析するための寸法を示す斜視図である。
【図１１】ずれ止めを備えていない合成セグメントの寸法および測定位置を示す説明図である。
【図１２】ずれ止めを備えている本発明の合成セグメントの寸法および測定位置を示す説明図である。
【図１３】セグメントの荷重を付加させる状態を示す説明図である。
【図１４】従来または比較例の合成セグメントを示すものであって、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 簡易合成セグメント１
１Ａ 合成セグメント
２ 鋼殻
３ 主桁
４ 継手板
５ スキンプレート
６ 縦リブ
７ トンネル周方向の棒状鋼材
８ 中詰めコンクリート
９ ずれ止め
９Ａ 等辺形鋼
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主桁、継手板、スキンプレートおよび縦リブを備えた鋼製系セグメントにおける前記主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが固定され、前記各縦リブのトンネル内空側に渡ってトンネル周方向に棒状鋼材が配置され、前記セグメントにおけるトンネル周方向に間隔をおいて配置されている少なくとも縦リブ間の中間部のみにおいて、間隔をおいて対向する各主桁に、これらの主桁の対向面側に向けて突出するように少なくとも一対のずれ止めが設けられ、前記縦リブおよび棒状鋼材並びにずれ止めを埋め込むようにセグメント内部に中詰めコンクリートが充填・固化されて合成一体化されていることを特徴とする簡易合成セグメント。
【請求項２】
主桁、継手板、スキンプレートおよび縦リブを備えた鋼製系セグメントにおける前記主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが固定され、前記各縦リブのトンネル内空側に渡ってトンネル周方向に棒状鋼材が配置され、前記セグメントにおけるトンネル周方向に間隔をおいて配置されている少なくとも縦リブ間の中間部のみにおいて、間隔をおいて対向する各主桁を互いに対向面側へ向けて架け渡すように連結するずれ止めが少なくとも１本設けられ、前記縦リブおよび棒状鋼材並びにずれ止めを埋め込むようにセグメント内部に中詰めコンクリートが充填・固化されて合成一体化されていることを特徴とする簡易合成セグメント。
【請求項３】
ずれ止めがトンネル周方向の棒状鋼材よりもトンネル内空面側に位置するように設けられて、コンクリートに埋め込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の簡易合成セグメント。
【請求項４】
前記棒状鋼材が鉄筋であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の簡易合成セグメント。
【請求項５】
前記ずれ止めが山形鋼であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の簡易合成セグメント。
【請求項６】
前記主桁が板状鋼材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の簡易合成セグメント。
【請求項１】
主桁、継手板、スキンプレートおよび縦リブを備えた鋼製系セグメントにおける前記主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが固定され、前記各縦リブのトンネル内空側に渡ってトンネル周方向に棒状鋼材が配置され、前記セグメントにおけるトンネル周方向に間隔をおいて配置されている少なくとも縦リブ間の中間部のみにおいて、間隔をおいて対向する各主桁に、これらの主桁の対向面側に向けて突出するように少なくとも一対のずれ止めが設けられ、前記縦リブおよび棒状鋼材並びにずれ止めを埋め込むようにセグメント内部に中詰めコンクリートが充填・固化されて合成一体化されていることを特徴とする簡易合成セグメント。
【請求項２】
主桁、継手板、スキンプレートおよび縦リブを備えた鋼製系セグメントにおける前記主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが固定され、前記各縦リブのトンネル内空側に渡ってトンネル周方向に棒状鋼材が配置され、前記セグメントにおけるトンネル周方向に間隔をおいて配置されている少なくとも縦リブ間の中間部のみにおいて、間隔をおいて対向する各主桁を互いに対向面側へ向けて架け渡すように連結するずれ止めが少なくとも１本設けられ、前記縦リブおよび棒状鋼材並びにずれ止めを埋め込むようにセグメント内部に中詰めコンクリートが充填・固化されて合成一体化されていることを特徴とする簡易合成セグメント。
【請求項３】
ずれ止めがトンネル周方向の棒状鋼材よりもトンネル内空面側に位置するように設けられて、コンクリートに埋め込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の簡易合成セグメント。
【請求項４】
前記棒状鋼材が鉄筋であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の簡易合成セグメント。
【請求項５】
前記ずれ止めが山形鋼であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の簡易合成セグメント。
【請求項６】
前記主桁が板状鋼材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の簡易合成セグメント。
【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】
【公開番号】特開２００９−７４２９１（Ｐ２００９−７４２９１Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４４０１５（Ｐ２００７−２４４０１５）
【出願日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【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２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【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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