補強リブを有する合成セグメントおよびトンネル
【課題】充填材との一体化による合成効果を高めつつセグメントの高性能化が実現できる補強リブを有する合成セグメント、この合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えるトンネルを提供すること。
【解決手段】地山側表面板15の内面に固定した複数の地山側リブ材16が主桁13と平行にトンネル周方向に沿って設けられているので、これらの地山側リブ材16によって主桁13を補強することができ、地山からの土圧や地下水の水圧に対して地山側リブ材16が抵抗できることにより、合成セグメント10の強度および剛性を向上させることができる。また、地山側リブ材16が中詰めコンクリート12とのずれ止めとして機能することで、中詰めコンクリート12との一体性を高めることができ、鋼殻11と中詰めコンクリート12とを一体的に挙動させる合成効果が得られ、合成セグメント10の剛性や耐力をさらに向上させることができる。
【解決手段】地山側表面板15の内面に固定した複数の地山側リブ材16が主桁13と平行にトンネル周方向に沿って設けられているので、これらの地山側リブ材16によって主桁13を補強することができ、地山からの土圧や地下水の水圧に対して地山側リブ材16が抵抗できることにより、合成セグメント10の強度および剛性を向上させることができる。また、地山側リブ材16が中詰めコンクリート12とのずれ止めとして機能することで、中詰めコンクリート12との一体性を高めることができ、鋼殻11と中詰めコンクリート12とを一体的に挙動させる合成効果が得られ、合成セグメント10の剛性や耐力をさらに向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のセグメントピースを組み合わせてトンネル覆工に利用される補強リブを有する合成セグメントであって、この合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えるトンネルに関するものである。
【背景技術】
【0002】
対向する主桁主桁と、主桁の両端部に渡って固定される継手板と、トンネル地山側にて対向する主桁に渡って設けられる地山側のスキンプレートとを有し、それらの内部に中詰めコンクリートを充填して構成される合成セグメントが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載された合成セグメントでは、対向する主桁に渡ってH形鋼からなるずれ止めが複数架設され、このずれ止めにおけるフランジとウェブとで囲まれた中詰めコンクリートが拘束されることにより、ずれ止めを介して主桁と中詰めコンクリートとの間で応力が確実に伝達できるように構成されている。このように主桁などの鋼材と中詰めコンクリートとのずれを防止し、外力に対して一体的に挙動させる合成効果が得られることで、剛性や耐力を向上させつつ薄型化が可能な高性能の合成セグメントが実現できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2003−27894号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載されたような従来の合成セグメントでは、中詰めコンクリートとのずれ止めとしてH形鋼を用いているため、鋼材とコンクリートとを一体化することができるものの、使用する鋼材量や接合のための溶接量が多大になってしまう。また、従来の合成セグメントでは、ずれ止めであるH形鋼が対向する主桁に渡る方向、つまりトンネル軸方向に架設されているため、これらのH形鋼がセグメントの強度および剛性の向上に寄与させることが難しく、合成セグメントの高性能化および薄型化を促進させる点で十分ではない。さらに近年、セグメント幅を広げてトンネル延長全体におけるセグメントの組み立て数の削減を達成させるニーズが高まってきており、トンネル軸延長方向に架設されるずれ止めによる構成では、充分にスキンプレートを補強することが困難となりつつある課題が発生している。
【0005】
本発明の目的は、充填材との一体化による合成効果を高めつつセグメントの高性能化が実現できる補強リブを有する合成セグメント、この合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えるトンネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の補強リブを有する合成セグメントは、鋼殻と、その内部に充填される充填材とを有して構成されるとともに、複数のピースを組み合わせてトンネル覆工に利用される合成セグメントであって、前記鋼殻は、トンネル周方向に沿って延びて互いに対向する主桁と、これら対向する主桁のトンネル周方向両端部同士を連結する一対の継手板と、トンネル内空側およびトンネル地山側の少なくとも一方にて前記対向する主桁に渡って設けられる表面板とを少なくとも備え、これらの主桁、継手板および表面板で5面または6面が囲まれた内部に前記充填材が充填され、前記表面板における前記鋼殻の内部表面には、当該表面から突出するとともにトンネル周方向に沿って延びる複数の地山側もしくは内空側リブ材が設けられ、前記表面板に固着されていることを特徴とする。
【0007】
以上の本発明によれば、表面板の内面に固定した複数の地山側もしくは内空側リブ材がトンネル周方向に沿って設けられ、つまり少なくとも一対設けられた主桁と平行に複数の地山側もしくは内空側リブ材が設けられているので、これらの地山側もしくは内空側リブ材によって主桁を補強することができる。すなわち、地山からの土圧や地下水の水圧によって当該合成セグメントには、トンネル周方向の応力が生じることとなるが、この応力に対して地山側もしくは内空側リブ材が抵抗できることにより、セグメントの強度および剛性を向上させることができる。また、地山側もしくは内空側リブ材が充填材との一体性を高めることで、表面板や主桁と充填材とを一体的に挙動させる合成効果が得られ、合成セグメントの剛性や耐力をさらに向上させることができる。従って、地山側もしくは内空側リブ材自体の補強効果と、充填材との合成効果とが得られることで、合成セグメントを高性能化させて薄型化を図ることができる。さらに、複数設けられる地山側もしくは内空側リブ材同士の間隔を小さくすることでセグメントの幅広化のニーズに対応することができる。
【0008】
この際、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記複数のリブ材のうち、互いに隣り合う一対の地山側もしくは内空側リブ材同士は、前記表面板側の基端部から突出先端側に向かって互いに接近する方向に傾斜して設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、隣り合う地山側もしくは内空側リブ材の先端側の間隔距離が基端側よりも小さく設定されていることで、隣り合う地山側もしくは内空側リブ材と充填される充填材(例えば、コンクリート)とを楔状に係合させることができる。従って、表面板と充填材とが互いに離れる方向に移動する抜け出しが防止でき、地山側もしくは内空側リブ材および表面板を介して主桁と充填材とを一体的に挙動させる合成効果が高まり、合成セグメントの剛性や耐力をさらに向上させることができる。
【0009】
この際、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記複数の地山側もしくは内空側リブ材は、それぞれ平板材から構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、地山側もしくは内空側リブ材を平板材から構成することで、その加工や溶接手間が低減できるとともに、使用する鋼材量や接合のための溶接量を抑制することができる。
【0010】
また、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記複数の地山側もしくは内空側リブ材のうち、トンネル軸方向両端部の少なくとも片方の端部に設けられる地山側もしくは内空側リブ材と前記主桁との間には、前記主桁、継手板および表面板のうちの少なくともいずれかに固定されるとともに前記鋼殻の内部側に突出する突出部材が設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、複数の地山側もしくは内空側リブ材のうちの両端部の地山側もしくは内空側リブ材と主桁との間に突出部材を設けたことで、この突出部材と充填材とが機械的に係合することによって、突出部材を抜け止めとして機能させることができる。従って、両端部の地山側もしくは内空側リブ材と主桁とがトンネル径方向地山側に向かって互いに開くような角度で設けられていても、突出部材によって充填材と表面板および主桁との一体性を確保することができる。
【0011】
さらに、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記突出部材は、前記表面板に固定されるジベル、前記主桁に内設されてトンネル軸方向に隣接する他の合成セグメントとの接合に用いられるリング間継手部材、および前記継手板に内設されてトンネル周方向に隣接する他の合成セグメントとの接合に用いられるピース間継手部材、の少なくとも1つで構成されることが好ましい。
このような構成によれば、頭付きスタッドボルトに代表されるジベルや継手部材で突出部材を構成することで、比較的容易に端部側の抜け止めを構成することができる。ここで、継手部材としては、合成セグメントのセグメントピース間ボルトボックスやセグメントピース間継手定着材などが利用でき、このような継手部材を抜け止めとして併用することで、別途の抜け止めを省略することもでき、使用鋼材量や溶接量をさらに低減させることができる。
【0012】
また、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記表面板は、トンネル内空側にて前記対向する主桁に渡って設けられる内空側表面板と、トンネル地山側にて前記対向する主桁に渡って設けられる地山側表面板とで構成され、前記地山側表面板に設けられる地山側リブ材は、前記内空側表面板に設けられる内空側リブ材とトンネル径方向に対向しないずれた位置に設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、ひび割れ誘発点となるリブ材の相互距離が長く確保されることから、ひび割れ長を長くすることができ、中詰めコンクリートのひび割れ耐性向上、ひいてはセグメントの性能が向上する。
【0013】
また、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記表面板は、トンネル内空側にて前記対向する主桁に渡って設けられる内空側表面板と、トンネル地山側にて前記対向する主桁に渡って設けられる地山側表面板とで構成され、前記内空側表面板に固定される内空側リブ材と前記地山側表面板に固定される地山側リブ材とがせん断補強材で連結されていることが好ましい。
このような構成によれば、内空側表面板と地山側表面板のリブ材同士をせん断補強材で連結したことで、このせん断補強材によって充填材をせん断補強することができ、合成セグメント全体の強度を向上させて、さらなる高性能化および薄型化を実現することができる。
【0014】
一方、本発明のトンネルは、前記いずれかの補強リブを有する合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えることを特徴とする。
このような構成によれば、前述のようにリブ材による補強効果および充填材との合成効果を確保して高性能化および薄型化した合成セグメントを組み合わせることで、地山の掘削工事における掘削量が削減でき、施工コスト低減および工期短縮を図ることができる。あるいは、従来の合成セグメントを用いたトンネル覆工と比較して、トンネル内空の内径を拡大してトンネルの有効利用を促進させることができる。また、セグメントの幅広化にも対応でき、トンネル全体におけるセグメント数の削減が可能となるため、工期の短縮を図ることができる。
【発明の効果】
【0015】
以上のような本発明の合成セグメントによれば、表面板に固定する地山側もしくは内空側リブ材をトンネル周方向に沿って設けたことによって主桁の補強効果が得られるとともに、地山側もしくは内空側リブ材が充填材とのずれ止めとして機能することで鋼殻と充填材との一体化による合成効果が得られることで、合成セグメントの高性能化および薄型化を実現することができる。さらに、本発明のトンネルによれば、高性能化および薄型化した合成セグメントを用いることで、地山の掘削量を削減して施工コスト低減および工期短縮を図ることができるか、トンネル内空を拡大して有効利用を促進させることができる。また、セグメントの幅広化にも対応でき、トンネル全体におけるセグメント数の削減が可能となるため、工期の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の合成セグメントを用いたトンネル覆工とそのセグメントが現場架設される状況を示す概略斜視図である。
【図2】第1実施形態に係る合成セグメントを示す斜視図である。
【図3】前記合成セグメントを示す断面図である。
【図4】前記合成セグメントを示す図3と直交方向の断面図である。
【図5】第1実施形態の変形例に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図6】前記合成セグメントを示す図5と直交方向の断面図である。
【図7】第1実施形態の他の変形例に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図8】前記合成セグメントを示す図7と直交方向の断面図である。
【図9】第2実施形態に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図10】第3実施形態に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図11】第4実施形態に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図12】第5実施形態に係る合成セグメントを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、第2実施形態以降において、次の第1実施形態で説明する構成部材と同じ構成部材、および同様な機能を有する構成部材には、第1実施形態の構成部材と同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。
【0018】
図1は、本発明の合成セグメントを用いたトンネル覆工1とそのセグメントが現場架設される状況を示す概略斜視図である。
トンネル覆工1は、掘削した地山Gの内部にて複数のセグメントピースPを組み合わせて構成されている。なお、以下の説明において、トンネル軸方向をX方向と表現し、トンネル径方向をR方向と表現し、トンネル周方向をθ方向と表現することとする。地山Gを掘削するシールドマシンMは、その後方に複数のジャッキJを有し、ジャッキJでトンネル覆工1を押してX方向に前進し、前進しつつ掘削した空間にてセグメントピースPが円筒状に組み立てられてトンネル覆工1が構築される。このトンネル覆工1は、地山Gとトンネル内空Sとを仕切り、地山Gからの土圧や水圧に抵抗してトンネル内空Sの空間を確保するようになっている。なお、トンネル断面形状としては、一般的な円形のみに限定されるものではなく、矩形トンネルをはじめとする異形トンネル断面でも、トンネル覆工は円弧形のみならず、平板形でも本発明の効果は発揮される。
以下、セグメントピースPを構成する各形態の合成セグメント10,20,30,40,50に関し、その構造を詳しく説明する。
【0019】
〔第1実施形態〕
図2は、第1実施形態に係る合成セグメント10を示す斜視図であり、図3および図4は、それぞれ合成セグメント10を示す断面図である。
図2〜図4において、合成セグメント10は、5つの面が囲まれてR方向トンネル内空S側が開放された鋼殻11と、この鋼殻11内部に充填される充填材としての中詰めコンクリート12とを有し、これらの鋼殻11および中詰めコンクリート12が一体化されて構成されている。鋼殻11は、θ方向に沿って延びて互いに対向する主桁13,13と、これら対向する主桁13,13のθ方向両端部同士を連結する一対の継手板14,14と、トンネル地山G側にて対向する主桁13,13に渡って設けられる地山側表面板15とを備え、これらの主桁13、継手板14および地山側表面板15を互いに溶接固定して一体化することで箱状に形成されている。なお、本実施形態では主桁13が2枚のみで構成される2主桁構造を示すが、3枚以上で構成される多他主桁構造であっても互いに対向する主桁が複数存在する構造を呈することに他ならないので、本発明の効果は変わらず発揮される。
【0020】
主桁13は、X方向に直交してR方向およびθ方向に沿った円弧板状の鋼板から構成され、主桁13の途中位置複数箇所には、X方向に隣り合う他の合成セグメント10と接合するための継手部材としてのリング間ボルトボックス13Aが一体的に固定されている。すなわち、隣り合う他の合成セグメント10にも同様のリング間ボルトボックス13Aが固定されており、これらのリング間ボルトボックス13A同士を図示しない接合材(接合用の短ボルト)で固定することで、X方向に隣り合う合成セグメント10同士が機械的に連結されるようになっている。
【0021】
継手板14は、X方向およびR方向に沿った直板状の鋼板から構成され、その内面の途中位置2箇所には、鋼殻11の内方に突出してピース間ボルトボックス14Aが固定されている。これらのピース間ボルトボックス14Aは、θ方向に隣り合う他の合成セグメント10と接合するための継手部材であって、隣り合う他の合成セグメント10にも同様のピース間ボルトボックス14Aが固定されており、これらのピース間ボルトボックス14A同士を図示しない接合材(接合用の短ボルト)で固定することで、θ方向に隣り合う合成セグメント10同士が機械的に連結されるようになっている。
【0022】
地山側表面板15は、R方向に略直交してX方向およびθ方向に沿った板状の湾曲鋼板から構成され、そのトンネル径方向内空側表面には、複数(本実施形態では、4枚)の地山側リブ材16が鋼殻11の内方に突出して固定されている。これらの地山側リブ材16は、平板状の鋼材から構成され、地山側表面板15に沿ってθ方向に延びるとともに地山側表面板15の内面に溶接固定され、その両端部がそれぞれ継手板14の内面に溶接固定されている。あるいは地山側リブ材16の地山側表面板15に当接する位置に図示しないフランジ材を突出させ、内空側表面板15とボルトもしくはドリルネジ(いずれも図示せず)により係合した後に螺合部を止水処理することでもよい。
【0023】
地山側リブ材16は、図3に示すように、R方向に沿って突出して設けられており、すなわち複数の地山側リブ材16同士が互いに平行に設けられている。この地山側リブ材16には、その長手方向に沿って適宜な間隔で複数の孔16Aが当該地山側リブ材16をX方向に貫通して設けられており、これらの孔16Aが中詰めコンクリート12とのずれ止めとして機能するようになっている。
【0024】
以上のような本実施形態の合成セグメント10によれば、以下の効果を得ることができる。
すなわち、地山側表面板15の内面に固定した複数の地山側リブ材16が主桁13と平行にθ方向(トンネル周方向)に沿って設けられているので、これらの地山側リブ材16によって主桁13を補強することができ、地山Gからの土圧や地下水の水圧に対して地山側リブ材16が抵抗できることにより、合成セグメント10の強度および剛性を向上させることができる。また、地山側リブ材16に設けられた複数の孔16Aが中詰めコンクリート12とのずれ止めとして機能することで、中詰めコンクリート12との一体性を高めることができ、鋼殻11と中詰めコンクリート12とを一体的に挙動させる合成効果が得られ、合成セグメント10の剛性や耐力をさらに向上させることができる。従って、地山側リブ材16自体の補強効果と、中詰めコンクリート12との合成効果とが得られることで、合成セグメント10を高性能化させて薄型化を図ることができる。
【0025】
なお、本実施形態の合成セグメントとしては、図2〜図4に示す合成セグメント10に限らず、図5、6に示す合成セグメント10Aや、図7、8に示す合成セグメント10Bであってもよい。
図5、6に示す合成セグメント10Aの鋼殻11は、前記地山側表面板15に代えて、トンネル内空S側にて対向する主桁13,13に渡って設けられる内空側表面板17を備えて構成されている。この内空側表面板17は、R方向に略直交してX方向およびθ方向に沿った板状の湾曲鋼板から構成され、そのトンネル径方向地山側表面には、複数(本実施形態では、4枚)の内空側リブ材18が鋼殻11の内方に突出して固定されている。これらの内空側リブ材18は、平板状の鋼材を円弧状に曲げ加工して構成され、内空側表面板17に沿ってθ方向に延びるとともに内空側表面板17の内面に溶接固定され、その両端部がそれぞれ継手板14の内面に溶接固定されている。あるいは前記地山側リブ16と同様な方法により、フランジ材を介してボルトもしくはドリルネジにより係合してもよく、さらに当該箇所を止水処理することで止水性能が向上する。
【0026】
内空側リブ材18は、図5に示すように、R方向に沿って突出して設けられており、すなわち複数の内空側リブ材18同士が互いに平行に設けられている。この内空側リブ材18には、その長手方向に沿って適宜な間隔で複数の孔18Aが当該内空側リブ材18をX方向に貫通して設けられており、これらの孔18Aが中詰めコンクリート12とのずれ止めとして機能するようになっている。
【0027】
一方、図7、8に示す合成セグメント10Bの鋼殻11は、前記地山側表面板15と、前記内空側表面板17との両方の表面板を備えて構成され、6面が囲まれた当該鋼殻11の内部に中詰めコンクリート12が充填されている。このような地山側表面板15および内空側表面板17において、地山側リブ材16と内空側リブ材18とは、互いにR方向に対向してつまりX方向の略同一位置に設けられている。
以上のような合成セグメント10A,10Bによっても、前記合成セグメント10と同様の効果を得ることができる。
【0028】
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態に係る合成セグメント20,20A,20Bを図9に基づいて説明する。
合成セグメント20,20A,20Bは、前記第1実施形態の合成セグメント10,10A,10Bと同様の鋼殻21および中詰めコンクリート22を有して構成されている。すなわち、合成セグメント20の鋼殻21は、合成セグメント10の鋼殻11と同様に、対向する主桁23,23、一対の継手板(不図示)および地山側表面板25を有し、合成セグメント20Aの鋼殻21は、合成セグメント10Aの鋼殻11と同様に、対向する主桁23,23、一対の継手板(不図示)および内空側表面板27を有し、合成セグメント20Bの鋼殻21は、合成セグメント10Bの鋼殻11と同様に、対向する主桁23,23、一対の継手板(不図示)、地山側表面板25および内空側表面板27を有して構成されている。これらの合成セグメント20,20A,20Bでは、地山側リブ材26および内空側リブ材28の構成が第1実施形態と相違する。以下、相違点について詳しく説明する。
【0029】
合成セグメント20,20Bにおいて、複数の地山側リブ材26は、それぞれ地山側表面板25への固定位置から所定の傾斜角度を有して突出して設けられ、互いに隣り合う一対の地山側リブ材26同士は、その基端部から突出先端側(R方向トンネル内空S側)に向かって互いに接近する方向に傾斜して設けられている。具体的には、4枚の地山側リブ材26のうち、内側2枚の地山側リブ材26は、それぞれ図9中の破線A1に沿って突出しており、これらの破線A1は、R方向内空側(つまりトンネル内空S側)に延長した位置で交差し、R方向地山側(つまり地山G側)では交差しないようになっている。また、4枚の地山側リブ材26のうち、外側2枚の地山側リブ材26は、それぞれ図9中の破線B1に沿って突出しており、互いに隣り合う破線A1と破線B1とは、R方向内空側に延長した位置で交差し、R方向地山側では交差しないようになっている。
【0030】
一方、合成セグメント20A,20Bにおいて、複数の内空側リブ材28は、それぞれ内空側表面板27への固定位置から所定の傾斜角度を有して突出して設けられ、互いに隣り合う一対の内空側リブ材28同士は、その基端部から突出先端側(R方向地山G側)に向かって互いに接近する方向に傾斜して設けられている。具体的には、4枚の内空側リブ材28のうち、内側2枚の内空側リブ材28は、それぞれ図9中の破線A2に沿って突出しており、これらの破線A2は、R方向地山側(つまり地山G側)に延長した位置で交差し、R方向内空側(つまりトンネル内空S側)では交差しないようになっている。また、4枚の内空側リブ材28のうち、外側2枚の内空側リブ材28は、それぞれ図9中の破線B2に沿って突出しており、互いに隣り合う破線A2と破線B2とは、R方向地山側に延長した位置で交差し、R方向内空側では交差しないようになっている。
【0031】
以上のような傾斜角度を有して地山側リブ材26や内空側リブ材28が設けられていることで、地山側リブ材26間に挟まれる位置の中詰めコンクリート22は、地山G側に向かって角度が大きくなる楔状に形成され、内空側リブ材28間に挟まれる位置の中詰めコンクリート22は、トンネル内空S側に向かって角度が大きくなる楔状に形成されることから、隣り合う地山側リブ材26や内空側リブ材28によって中詰めコンクリート22の移動が拘束されるようになっている。一般的に鋼殻と中詰めコンクリートとの一体性、さらには骨材を含有する中詰めコンクリート12の充填性を念頭にすれば、このR方向に対する各リブ材26,28との傾斜角度は、3度〜60度の範囲に設定すれば充分効果が得られる。本実施形態はセグメントピースのθ方向中央に向かってリブ材26,28が傾斜する例を示しているが、前記のようなリブ材間の相互関係が成立していれば良く、例えば全てのリブ材がθ方向片側に向かって傾斜していても本発明の効果は発揮される。
【0032】
また、合成セグメント20,20A,20Bにおいて、X方向端部側の地山側リブ材26と主桁23との間の地山側表面板25の内面には、鋼殻21の内方に突出した突出部材としての頭付きスタッドボルト25Aが固定され、X方向端部側の内空側リブ材28と主桁23との間の内空側表面板27の内面には、鋼殻21の内方に突出した突出部材としての頭付きスタッドボルト27Aが固定されている。これらの頭付きスタッドボルト25A,27Aは、中詰めコンクリート22とのずれ止めとして機能するようになっている。さらに、主桁23の内面には、鋼殻21の内方に突出した突出部材23Aが固定され、継手板の内面には、鋼殻21の内方に突出した突出部材24Aが固定されている。これらの突出部材23A,24Aは、適宜な形状の鋼材を溶接固定したもので、中詰めコンクリート22とのずれ止めとして機能するようになっている。もちろん頭つきスタッドボルト15Aに代わりL形鋼や溝形鋼など一般的に使用されるジベルであれば本発明の効果は発揮される。
【0033】
以上のような本実施形態の合成セグメント20,20A,20Bによれば、前記第1実施形態と略同様の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
すなわち、地山側表面板25や内空側表面板27の内面に設けた複数の地山側リブ材26や内空側リブ材28のうち、互いに隣り合う一対の地山側リブ材26同士や内空側リブ材28同士が互いに接近する方向に傾斜して設けられているので、中詰めコンクリート22と楔状に係合させることができ、これにより中詰めコンクリート22と地山側表面板25や内空側表面板27との乖離が防止できる。また、主桁23側においても頭付きスタッドボルト25A,27Aや23A,24Aによって、中詰めコンクリート22の抜け出しが防止できる。従って、中詰めコンクリート22と鋼殻21とを一体的に挙動させる合成効果を高めることができ、合成セグメント20,20A,20Bの剛性や耐力を一層向上させてさらなる薄型化を図ることができる。
【0034】
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態に係る合成セグメント30,30A,30Bを図10に基づいて説明する。
合成セグメント30,30A,30Bは、前記第2実施形態の合成セグメント20,20A,20Bと同様の鋼殻31および中詰めコンクリート32を有して構成されている。すなわち、合成セグメント30の鋼殻31は、合成セグメント20の鋼殻21と同様に、対向する主桁33,33、一対の継手板(不図示)、地山側表面板35および地山側リブ材36を有し、合成セグメント30Aの鋼殻31は、合成セグメント20Aの鋼殻21と同様に、対向する主桁33,33、一対の継手板(不図示)、内空側表面板37および内空側リブ材38を有し、合成セグメント30Bの鋼殻31は、合成セグメント20Bの鋼殻21と同様に、対向する主桁33,33、一対の継手板(不図示)、地山側表面板35、内空側表面板37、地山側リブ材36および内空側リブ材38を有して構成されている。
【0035】
本実施形態の合成セグメント30,30A,30Bでは、X方向端部側(主桁33側)におけるずれ止めとして、前記第2実施形態の頭付きスタッドボルト25A,27Aや突出部材23A,24Aに代えて、リング間継手33Aおよび定着材33Bを利用する点が第2実施形態と相違する。以下、相違点について詳しく説明する。
合成セグメント30,30A,30Bの主桁33には、第1実施形態のボルトボックス13Aに代えてリング間継手33Aが固定され、このリング間継手33Aには、鋼殻31の内側に突出して中詰めコンクリート32に定着される定着材33Bが固定されている。これらのリング間継手33Aは、X方向に隣り合う他の合成セグメント30,30A,30Bと接合するための継手部材であって、隣り合う他の合成セグメント30,30A,30Bにも略同様で雄雌逆のリング間継手33Aが固定されており、これらのリング間継手33A同士を機械的に嵌め合わせることで、X方向に隣り合う合成セグメント30,30A,30B同士が連結されるようになっている。そして、リング間継手33Aおよび定着材33Bは、鋼殻31の内側に突出して設けられていることで、中詰めコンクリート32とのずれ止めとしても機能するようになっている。
【0036】
〔第4実施形態〕
次に、本発明の第4実施形態に係る合成セグメント40を図11に基づいて説明する。
合成セグメント40は、第2、3実施形態の合成セグメント20B,30Bと同様の鋼殻41および中詰めコンクリート42を有して構成されている。すなわち、合成セグメント40の鋼殻41は、合成セグメント20B,30Bの鋼殻21,31と同様に、対向する主桁43,43、一対の継手板(不図示)、地山側表面板45、内空側表面板47、地山側リブ材46および内空側リブ材48を有して構成されている。地山側リブ材46と内空側リブ材48とは、R方向に対向して設けられ、互いに対向する地山側リブ材46と内空側リブ材48との間に複数のせん断補強材49が設けられている。せん断補強材49は、両端にフックを有した鉄筋で構成され、その両端のフックがそれぞれ地山側リブ材46および内空側リブ材48の貫通孔に挿通されて係合されている。
このような本実施形態の合成セグメント40によれば、地山側リブ材46と内空側リブ材48とをせん断補強材49で連結したことで、このせん断補強材49によって中詰めコンクリート42のせん断強度を高めることができ、合成セグメント40全体の強度を向上させて、さらなる高性能化および薄型化を実現することができる。
【0037】
〔第5実施形態〕
次に、本発明の第5実施形態に係る合成セグメント50,50Aを図12に基づいて説明する。
合成セグメント50,50Aは、第1、3実施形態の合成セグメント10B,30Bと同様の鋼殻51および中詰めコンクリート52を有して構成されている。すなわち、合成セグメント50,50Aの鋼殻51は、合成セグメント10B,30Bの鋼殻11,31と同様に、対向する主桁53,53、一対の継手板(不図示)、地山側表面板55、内空側表面板57、地山側リブ材56および内空側リブ材58を有して構成されている。合成セグメント50Aの主桁53には、リング間継手53Aおよび定着材53Bが固定されている。そして、合成セグメント50,50Aにおいて、地山側リブ材56と内空側リブ材58とは、互いにX方向にずれた位置に設けられている。
このような本実施形態の合成セグメント50,50Aによれば、内空側表面板57の内空側リブ材58と地山側表面板55の地山側リブ材56とを、R方向に対向しないずれた位置に設けたことで、内空側リブ材58および地山側リブ材56を起点としたひび割れが重ならないようにでき、ひび割れ長さを長くすることができるため、中詰めコンクリート52の強度を高めることができる。
【0038】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態では、地山側リブ材16,26,36,46,56および内空側リブ材18,28,38,48,58として平板状の鋼材を用いたが、これらのリブ材として用いる鋼材は、屈折状や屈曲状のものでもよく、また表面に凹凸を有したものなどでもよい。さらに、リブ材としては、平板状の鋼材を複数組み合わせて、例えばV字形やT字形に形成したものなどが利用可能である。
また、充填材としては、コンクリートに限らず、無収縮モルタルなど、適宜な強度および剛性を有したものであれば利用可能である。
また、前記実施形態では、頭付きスタッドボルト25A,27Aや突出部材23A,24Aをずれ止めとして用いたが、ずれ止めとして利用する突出部材としては、前記実施形態のものに限らず、適宜な形状のものが利用可能であるとともに、その個数も特に限定されない。さらに、突出部材は本発明の必須要件ではなく適宜に省略することができる。
【0039】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【0040】
1…トンネル覆工、10,10A,10B,20,20A,20B,30、30A,30B,40,50,50A…合成セグメント、11,21,31、41,51…鋼殻、12,22,32,42,52…中詰めコンクリート(充填材)、13,23,33,43,53…主桁、23A,24A…突出部材、14…継手板、15,25,35,45,55…地山側表面板、16,26,36,46,56…地山側リブ材、17,27,37,47,57…内空側表面板、18,28,38,48,58…内空側リブ材、25A,27A…頭付きスタッドボルト(突出部材)、33A…リング間継手(継手部材)、33B…定着材(突出部材)、49…せん断補強材、G…地山、S…トンネル内空。
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のセグメントピースを組み合わせてトンネル覆工に利用される補強リブを有する合成セグメントであって、この合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えるトンネルに関するものである。
【背景技術】
【0002】
対向する主桁主桁と、主桁の両端部に渡って固定される継手板と、トンネル地山側にて対向する主桁に渡って設けられる地山側のスキンプレートとを有し、それらの内部に中詰めコンクリートを充填して構成される合成セグメントが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載された合成セグメントでは、対向する主桁に渡ってH形鋼からなるずれ止めが複数架設され、このずれ止めにおけるフランジとウェブとで囲まれた中詰めコンクリートが拘束されることにより、ずれ止めを介して主桁と中詰めコンクリートとの間で応力が確実に伝達できるように構成されている。このように主桁などの鋼材と中詰めコンクリートとのずれを防止し、外力に対して一体的に挙動させる合成効果が得られることで、剛性や耐力を向上させつつ薄型化が可能な高性能の合成セグメントが実現できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2003−27894号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載されたような従来の合成セグメントでは、中詰めコンクリートとのずれ止めとしてH形鋼を用いているため、鋼材とコンクリートとを一体化することができるものの、使用する鋼材量や接合のための溶接量が多大になってしまう。また、従来の合成セグメントでは、ずれ止めであるH形鋼が対向する主桁に渡る方向、つまりトンネル軸方向に架設されているため、これらのH形鋼がセグメントの強度および剛性の向上に寄与させることが難しく、合成セグメントの高性能化および薄型化を促進させる点で十分ではない。さらに近年、セグメント幅を広げてトンネル延長全体におけるセグメントの組み立て数の削減を達成させるニーズが高まってきており、トンネル軸延長方向に架設されるずれ止めによる構成では、充分にスキンプレートを補強することが困難となりつつある課題が発生している。
【0005】
本発明の目的は、充填材との一体化による合成効果を高めつつセグメントの高性能化が実現できる補強リブを有する合成セグメント、この合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えるトンネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の補強リブを有する合成セグメントは、鋼殻と、その内部に充填される充填材とを有して構成されるとともに、複数のピースを組み合わせてトンネル覆工に利用される合成セグメントであって、前記鋼殻は、トンネル周方向に沿って延びて互いに対向する主桁と、これら対向する主桁のトンネル周方向両端部同士を連結する一対の継手板と、トンネル内空側およびトンネル地山側の少なくとも一方にて前記対向する主桁に渡って設けられる表面板とを少なくとも備え、これらの主桁、継手板および表面板で5面または6面が囲まれた内部に前記充填材が充填され、前記表面板における前記鋼殻の内部表面には、当該表面から突出するとともにトンネル周方向に沿って延びる複数の地山側もしくは内空側リブ材が設けられ、前記表面板に固着されていることを特徴とする。
【0007】
以上の本発明によれば、表面板の内面に固定した複数の地山側もしくは内空側リブ材がトンネル周方向に沿って設けられ、つまり少なくとも一対設けられた主桁と平行に複数の地山側もしくは内空側リブ材が設けられているので、これらの地山側もしくは内空側リブ材によって主桁を補強することができる。すなわち、地山からの土圧や地下水の水圧によって当該合成セグメントには、トンネル周方向の応力が生じることとなるが、この応力に対して地山側もしくは内空側リブ材が抵抗できることにより、セグメントの強度および剛性を向上させることができる。また、地山側もしくは内空側リブ材が充填材との一体性を高めることで、表面板や主桁と充填材とを一体的に挙動させる合成効果が得られ、合成セグメントの剛性や耐力をさらに向上させることができる。従って、地山側もしくは内空側リブ材自体の補強効果と、充填材との合成効果とが得られることで、合成セグメントを高性能化させて薄型化を図ることができる。さらに、複数設けられる地山側もしくは内空側リブ材同士の間隔を小さくすることでセグメントの幅広化のニーズに対応することができる。
【0008】
この際、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記複数のリブ材のうち、互いに隣り合う一対の地山側もしくは内空側リブ材同士は、前記表面板側の基端部から突出先端側に向かって互いに接近する方向に傾斜して設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、隣り合う地山側もしくは内空側リブ材の先端側の間隔距離が基端側よりも小さく設定されていることで、隣り合う地山側もしくは内空側リブ材と充填される充填材(例えば、コンクリート)とを楔状に係合させることができる。従って、表面板と充填材とが互いに離れる方向に移動する抜け出しが防止でき、地山側もしくは内空側リブ材および表面板を介して主桁と充填材とを一体的に挙動させる合成効果が高まり、合成セグメントの剛性や耐力をさらに向上させることができる。
【0009】
この際、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記複数の地山側もしくは内空側リブ材は、それぞれ平板材から構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、地山側もしくは内空側リブ材を平板材から構成することで、その加工や溶接手間が低減できるとともに、使用する鋼材量や接合のための溶接量を抑制することができる。
【0010】
また、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記複数の地山側もしくは内空側リブ材のうち、トンネル軸方向両端部の少なくとも片方の端部に設けられる地山側もしくは内空側リブ材と前記主桁との間には、前記主桁、継手板および表面板のうちの少なくともいずれかに固定されるとともに前記鋼殻の内部側に突出する突出部材が設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、複数の地山側もしくは内空側リブ材のうちの両端部の地山側もしくは内空側リブ材と主桁との間に突出部材を設けたことで、この突出部材と充填材とが機械的に係合することによって、突出部材を抜け止めとして機能させることができる。従って、両端部の地山側もしくは内空側リブ材と主桁とがトンネル径方向地山側に向かって互いに開くような角度で設けられていても、突出部材によって充填材と表面板および主桁との一体性を確保することができる。
【0011】
さらに、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記突出部材は、前記表面板に固定されるジベル、前記主桁に内設されてトンネル軸方向に隣接する他の合成セグメントとの接合に用いられるリング間継手部材、および前記継手板に内設されてトンネル周方向に隣接する他の合成セグメントとの接合に用いられるピース間継手部材、の少なくとも1つで構成されることが好ましい。
このような構成によれば、頭付きスタッドボルトに代表されるジベルや継手部材で突出部材を構成することで、比較的容易に端部側の抜け止めを構成することができる。ここで、継手部材としては、合成セグメントのセグメントピース間ボルトボックスやセグメントピース間継手定着材などが利用でき、このような継手部材を抜け止めとして併用することで、別途の抜け止めを省略することもでき、使用鋼材量や溶接量をさらに低減させることができる。
【0012】
また、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記表面板は、トンネル内空側にて前記対向する主桁に渡って設けられる内空側表面板と、トンネル地山側にて前記対向する主桁に渡って設けられる地山側表面板とで構成され、前記地山側表面板に設けられる地山側リブ材は、前記内空側表面板に設けられる内空側リブ材とトンネル径方向に対向しないずれた位置に設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、ひび割れ誘発点となるリブ材の相互距離が長く確保されることから、ひび割れ長を長くすることができ、中詰めコンクリートのひび割れ耐性向上、ひいてはセグメントの性能が向上する。
【0013】
また、本発明の補強リブを有する合成セグメントでは、前記表面板は、トンネル内空側にて前記対向する主桁に渡って設けられる内空側表面板と、トンネル地山側にて前記対向する主桁に渡って設けられる地山側表面板とで構成され、前記内空側表面板に固定される内空側リブ材と前記地山側表面板に固定される地山側リブ材とがせん断補強材で連結されていることが好ましい。
このような構成によれば、内空側表面板と地山側表面板のリブ材同士をせん断補強材で連結したことで、このせん断補強材によって充填材をせん断補強することができ、合成セグメント全体の強度を向上させて、さらなる高性能化および薄型化を実現することができる。
【0014】
一方、本発明のトンネルは、前記いずれかの補強リブを有する合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えることを特徴とする。
このような構成によれば、前述のようにリブ材による補強効果および充填材との合成効果を確保して高性能化および薄型化した合成セグメントを組み合わせることで、地山の掘削工事における掘削量が削減でき、施工コスト低減および工期短縮を図ることができる。あるいは、従来の合成セグメントを用いたトンネル覆工と比較して、トンネル内空の内径を拡大してトンネルの有効利用を促進させることができる。また、セグメントの幅広化にも対応でき、トンネル全体におけるセグメント数の削減が可能となるため、工期の短縮を図ることができる。
【発明の効果】
【0015】
以上のような本発明の合成セグメントによれば、表面板に固定する地山側もしくは内空側リブ材をトンネル周方向に沿って設けたことによって主桁の補強効果が得られるとともに、地山側もしくは内空側リブ材が充填材とのずれ止めとして機能することで鋼殻と充填材との一体化による合成効果が得られることで、合成セグメントの高性能化および薄型化を実現することができる。さらに、本発明のトンネルによれば、高性能化および薄型化した合成セグメントを用いることで、地山の掘削量を削減して施工コスト低減および工期短縮を図ることができるか、トンネル内空を拡大して有効利用を促進させることができる。また、セグメントの幅広化にも対応でき、トンネル全体におけるセグメント数の削減が可能となるため、工期の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の合成セグメントを用いたトンネル覆工とそのセグメントが現場架設される状況を示す概略斜視図である。
【図2】第1実施形態に係る合成セグメントを示す斜視図である。
【図3】前記合成セグメントを示す断面図である。
【図4】前記合成セグメントを示す図3と直交方向の断面図である。
【図5】第1実施形態の変形例に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図6】前記合成セグメントを示す図5と直交方向の断面図である。
【図7】第1実施形態の他の変形例に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図8】前記合成セグメントを示す図7と直交方向の断面図である。
【図9】第2実施形態に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図10】第3実施形態に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図11】第4実施形態に係る合成セグメントを示す断面図である。
【図12】第5実施形態に係る合成セグメントを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、第2実施形態以降において、次の第1実施形態で説明する構成部材と同じ構成部材、および同様な機能を有する構成部材には、第1実施形態の構成部材と同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。
【0018】
図1は、本発明の合成セグメントを用いたトンネル覆工1とそのセグメントが現場架設される状況を示す概略斜視図である。
トンネル覆工1は、掘削した地山Gの内部にて複数のセグメントピースPを組み合わせて構成されている。なお、以下の説明において、トンネル軸方向をX方向と表現し、トンネル径方向をR方向と表現し、トンネル周方向をθ方向と表現することとする。地山Gを掘削するシールドマシンMは、その後方に複数のジャッキJを有し、ジャッキJでトンネル覆工1を押してX方向に前進し、前進しつつ掘削した空間にてセグメントピースPが円筒状に組み立てられてトンネル覆工1が構築される。このトンネル覆工1は、地山Gとトンネル内空Sとを仕切り、地山Gからの土圧や水圧に抵抗してトンネル内空Sの空間を確保するようになっている。なお、トンネル断面形状としては、一般的な円形のみに限定されるものではなく、矩形トンネルをはじめとする異形トンネル断面でも、トンネル覆工は円弧形のみならず、平板形でも本発明の効果は発揮される。
以下、セグメントピースPを構成する各形態の合成セグメント10,20,30,40,50に関し、その構造を詳しく説明する。
【0019】
〔第1実施形態〕
図2は、第1実施形態に係る合成セグメント10を示す斜視図であり、図3および図4は、それぞれ合成セグメント10を示す断面図である。
図2〜図4において、合成セグメント10は、5つの面が囲まれてR方向トンネル内空S側が開放された鋼殻11と、この鋼殻11内部に充填される充填材としての中詰めコンクリート12とを有し、これらの鋼殻11および中詰めコンクリート12が一体化されて構成されている。鋼殻11は、θ方向に沿って延びて互いに対向する主桁13,13と、これら対向する主桁13,13のθ方向両端部同士を連結する一対の継手板14,14と、トンネル地山G側にて対向する主桁13,13に渡って設けられる地山側表面板15とを備え、これらの主桁13、継手板14および地山側表面板15を互いに溶接固定して一体化することで箱状に形成されている。なお、本実施形態では主桁13が2枚のみで構成される2主桁構造を示すが、3枚以上で構成される多他主桁構造であっても互いに対向する主桁が複数存在する構造を呈することに他ならないので、本発明の効果は変わらず発揮される。
【0020】
主桁13は、X方向に直交してR方向およびθ方向に沿った円弧板状の鋼板から構成され、主桁13の途中位置複数箇所には、X方向に隣り合う他の合成セグメント10と接合するための継手部材としてのリング間ボルトボックス13Aが一体的に固定されている。すなわち、隣り合う他の合成セグメント10にも同様のリング間ボルトボックス13Aが固定されており、これらのリング間ボルトボックス13A同士を図示しない接合材(接合用の短ボルト)で固定することで、X方向に隣り合う合成セグメント10同士が機械的に連結されるようになっている。
【0021】
継手板14は、X方向およびR方向に沿った直板状の鋼板から構成され、その内面の途中位置2箇所には、鋼殻11の内方に突出してピース間ボルトボックス14Aが固定されている。これらのピース間ボルトボックス14Aは、θ方向に隣り合う他の合成セグメント10と接合するための継手部材であって、隣り合う他の合成セグメント10にも同様のピース間ボルトボックス14Aが固定されており、これらのピース間ボルトボックス14A同士を図示しない接合材(接合用の短ボルト)で固定することで、θ方向に隣り合う合成セグメント10同士が機械的に連結されるようになっている。
【0022】
地山側表面板15は、R方向に略直交してX方向およびθ方向に沿った板状の湾曲鋼板から構成され、そのトンネル径方向内空側表面には、複数(本実施形態では、4枚)の地山側リブ材16が鋼殻11の内方に突出して固定されている。これらの地山側リブ材16は、平板状の鋼材から構成され、地山側表面板15に沿ってθ方向に延びるとともに地山側表面板15の内面に溶接固定され、その両端部がそれぞれ継手板14の内面に溶接固定されている。あるいは地山側リブ材16の地山側表面板15に当接する位置に図示しないフランジ材を突出させ、内空側表面板15とボルトもしくはドリルネジ(いずれも図示せず)により係合した後に螺合部を止水処理することでもよい。
【0023】
地山側リブ材16は、図3に示すように、R方向に沿って突出して設けられており、すなわち複数の地山側リブ材16同士が互いに平行に設けられている。この地山側リブ材16には、その長手方向に沿って適宜な間隔で複数の孔16Aが当該地山側リブ材16をX方向に貫通して設けられており、これらの孔16Aが中詰めコンクリート12とのずれ止めとして機能するようになっている。
【0024】
以上のような本実施形態の合成セグメント10によれば、以下の効果を得ることができる。
すなわち、地山側表面板15の内面に固定した複数の地山側リブ材16が主桁13と平行にθ方向(トンネル周方向)に沿って設けられているので、これらの地山側リブ材16によって主桁13を補強することができ、地山Gからの土圧や地下水の水圧に対して地山側リブ材16が抵抗できることにより、合成セグメント10の強度および剛性を向上させることができる。また、地山側リブ材16に設けられた複数の孔16Aが中詰めコンクリート12とのずれ止めとして機能することで、中詰めコンクリート12との一体性を高めることができ、鋼殻11と中詰めコンクリート12とを一体的に挙動させる合成効果が得られ、合成セグメント10の剛性や耐力をさらに向上させることができる。従って、地山側リブ材16自体の補強効果と、中詰めコンクリート12との合成効果とが得られることで、合成セグメント10を高性能化させて薄型化を図ることができる。
【0025】
なお、本実施形態の合成セグメントとしては、図2〜図4に示す合成セグメント10に限らず、図5、6に示す合成セグメント10Aや、図7、8に示す合成セグメント10Bであってもよい。
図5、6に示す合成セグメント10Aの鋼殻11は、前記地山側表面板15に代えて、トンネル内空S側にて対向する主桁13,13に渡って設けられる内空側表面板17を備えて構成されている。この内空側表面板17は、R方向に略直交してX方向およびθ方向に沿った板状の湾曲鋼板から構成され、そのトンネル径方向地山側表面には、複数(本実施形態では、4枚)の内空側リブ材18が鋼殻11の内方に突出して固定されている。これらの内空側リブ材18は、平板状の鋼材を円弧状に曲げ加工して構成され、内空側表面板17に沿ってθ方向に延びるとともに内空側表面板17の内面に溶接固定され、その両端部がそれぞれ継手板14の内面に溶接固定されている。あるいは前記地山側リブ16と同様な方法により、フランジ材を介してボルトもしくはドリルネジにより係合してもよく、さらに当該箇所を止水処理することで止水性能が向上する。
【0026】
内空側リブ材18は、図5に示すように、R方向に沿って突出して設けられており、すなわち複数の内空側リブ材18同士が互いに平行に設けられている。この内空側リブ材18には、その長手方向に沿って適宜な間隔で複数の孔18Aが当該内空側リブ材18をX方向に貫通して設けられており、これらの孔18Aが中詰めコンクリート12とのずれ止めとして機能するようになっている。
【0027】
一方、図7、8に示す合成セグメント10Bの鋼殻11は、前記地山側表面板15と、前記内空側表面板17との両方の表面板を備えて構成され、6面が囲まれた当該鋼殻11の内部に中詰めコンクリート12が充填されている。このような地山側表面板15および内空側表面板17において、地山側リブ材16と内空側リブ材18とは、互いにR方向に対向してつまりX方向の略同一位置に設けられている。
以上のような合成セグメント10A,10Bによっても、前記合成セグメント10と同様の効果を得ることができる。
【0028】
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態に係る合成セグメント20,20A,20Bを図9に基づいて説明する。
合成セグメント20,20A,20Bは、前記第1実施形態の合成セグメント10,10A,10Bと同様の鋼殻21および中詰めコンクリート22を有して構成されている。すなわち、合成セグメント20の鋼殻21は、合成セグメント10の鋼殻11と同様に、対向する主桁23,23、一対の継手板(不図示)および地山側表面板25を有し、合成セグメント20Aの鋼殻21は、合成セグメント10Aの鋼殻11と同様に、対向する主桁23,23、一対の継手板(不図示)および内空側表面板27を有し、合成セグメント20Bの鋼殻21は、合成セグメント10Bの鋼殻11と同様に、対向する主桁23,23、一対の継手板(不図示)、地山側表面板25および内空側表面板27を有して構成されている。これらの合成セグメント20,20A,20Bでは、地山側リブ材26および内空側リブ材28の構成が第1実施形態と相違する。以下、相違点について詳しく説明する。
【0029】
合成セグメント20,20Bにおいて、複数の地山側リブ材26は、それぞれ地山側表面板25への固定位置から所定の傾斜角度を有して突出して設けられ、互いに隣り合う一対の地山側リブ材26同士は、その基端部から突出先端側(R方向トンネル内空S側)に向かって互いに接近する方向に傾斜して設けられている。具体的には、4枚の地山側リブ材26のうち、内側2枚の地山側リブ材26は、それぞれ図9中の破線A1に沿って突出しており、これらの破線A1は、R方向内空側(つまりトンネル内空S側)に延長した位置で交差し、R方向地山側(つまり地山G側)では交差しないようになっている。また、4枚の地山側リブ材26のうち、外側2枚の地山側リブ材26は、それぞれ図9中の破線B1に沿って突出しており、互いに隣り合う破線A1と破線B1とは、R方向内空側に延長した位置で交差し、R方向地山側では交差しないようになっている。
【0030】
一方、合成セグメント20A,20Bにおいて、複数の内空側リブ材28は、それぞれ内空側表面板27への固定位置から所定の傾斜角度を有して突出して設けられ、互いに隣り合う一対の内空側リブ材28同士は、その基端部から突出先端側(R方向地山G側)に向かって互いに接近する方向に傾斜して設けられている。具体的には、4枚の内空側リブ材28のうち、内側2枚の内空側リブ材28は、それぞれ図9中の破線A2に沿って突出しており、これらの破線A2は、R方向地山側(つまり地山G側)に延長した位置で交差し、R方向内空側(つまりトンネル内空S側)では交差しないようになっている。また、4枚の内空側リブ材28のうち、外側2枚の内空側リブ材28は、それぞれ図9中の破線B2に沿って突出しており、互いに隣り合う破線A2と破線B2とは、R方向地山側に延長した位置で交差し、R方向内空側では交差しないようになっている。
【0031】
以上のような傾斜角度を有して地山側リブ材26や内空側リブ材28が設けられていることで、地山側リブ材26間に挟まれる位置の中詰めコンクリート22は、地山G側に向かって角度が大きくなる楔状に形成され、内空側リブ材28間に挟まれる位置の中詰めコンクリート22は、トンネル内空S側に向かって角度が大きくなる楔状に形成されることから、隣り合う地山側リブ材26や内空側リブ材28によって中詰めコンクリート22の移動が拘束されるようになっている。一般的に鋼殻と中詰めコンクリートとの一体性、さらには骨材を含有する中詰めコンクリート12の充填性を念頭にすれば、このR方向に対する各リブ材26,28との傾斜角度は、3度〜60度の範囲に設定すれば充分効果が得られる。本実施形態はセグメントピースのθ方向中央に向かってリブ材26,28が傾斜する例を示しているが、前記のようなリブ材間の相互関係が成立していれば良く、例えば全てのリブ材がθ方向片側に向かって傾斜していても本発明の効果は発揮される。
【0032】
また、合成セグメント20,20A,20Bにおいて、X方向端部側の地山側リブ材26と主桁23との間の地山側表面板25の内面には、鋼殻21の内方に突出した突出部材としての頭付きスタッドボルト25Aが固定され、X方向端部側の内空側リブ材28と主桁23との間の内空側表面板27の内面には、鋼殻21の内方に突出した突出部材としての頭付きスタッドボルト27Aが固定されている。これらの頭付きスタッドボルト25A,27Aは、中詰めコンクリート22とのずれ止めとして機能するようになっている。さらに、主桁23の内面には、鋼殻21の内方に突出した突出部材23Aが固定され、継手板の内面には、鋼殻21の内方に突出した突出部材24Aが固定されている。これらの突出部材23A,24Aは、適宜な形状の鋼材を溶接固定したもので、中詰めコンクリート22とのずれ止めとして機能するようになっている。もちろん頭つきスタッドボルト15Aに代わりL形鋼や溝形鋼など一般的に使用されるジベルであれば本発明の効果は発揮される。
【0033】
以上のような本実施形態の合成セグメント20,20A,20Bによれば、前記第1実施形態と略同様の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
すなわち、地山側表面板25や内空側表面板27の内面に設けた複数の地山側リブ材26や内空側リブ材28のうち、互いに隣り合う一対の地山側リブ材26同士や内空側リブ材28同士が互いに接近する方向に傾斜して設けられているので、中詰めコンクリート22と楔状に係合させることができ、これにより中詰めコンクリート22と地山側表面板25や内空側表面板27との乖離が防止できる。また、主桁23側においても頭付きスタッドボルト25A,27Aや23A,24Aによって、中詰めコンクリート22の抜け出しが防止できる。従って、中詰めコンクリート22と鋼殻21とを一体的に挙動させる合成効果を高めることができ、合成セグメント20,20A,20Bの剛性や耐力を一層向上させてさらなる薄型化を図ることができる。
【0034】
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態に係る合成セグメント30,30A,30Bを図10に基づいて説明する。
合成セグメント30,30A,30Bは、前記第2実施形態の合成セグメント20,20A,20Bと同様の鋼殻31および中詰めコンクリート32を有して構成されている。すなわち、合成セグメント30の鋼殻31は、合成セグメント20の鋼殻21と同様に、対向する主桁33,33、一対の継手板(不図示)、地山側表面板35および地山側リブ材36を有し、合成セグメント30Aの鋼殻31は、合成セグメント20Aの鋼殻21と同様に、対向する主桁33,33、一対の継手板(不図示)、内空側表面板37および内空側リブ材38を有し、合成セグメント30Bの鋼殻31は、合成セグメント20Bの鋼殻21と同様に、対向する主桁33,33、一対の継手板(不図示)、地山側表面板35、内空側表面板37、地山側リブ材36および内空側リブ材38を有して構成されている。
【0035】
本実施形態の合成セグメント30,30A,30Bでは、X方向端部側(主桁33側)におけるずれ止めとして、前記第2実施形態の頭付きスタッドボルト25A,27Aや突出部材23A,24Aに代えて、リング間継手33Aおよび定着材33Bを利用する点が第2実施形態と相違する。以下、相違点について詳しく説明する。
合成セグメント30,30A,30Bの主桁33には、第1実施形態のボルトボックス13Aに代えてリング間継手33Aが固定され、このリング間継手33Aには、鋼殻31の内側に突出して中詰めコンクリート32に定着される定着材33Bが固定されている。これらのリング間継手33Aは、X方向に隣り合う他の合成セグメント30,30A,30Bと接合するための継手部材であって、隣り合う他の合成セグメント30,30A,30Bにも略同様で雄雌逆のリング間継手33Aが固定されており、これらのリング間継手33A同士を機械的に嵌め合わせることで、X方向に隣り合う合成セグメント30,30A,30B同士が連結されるようになっている。そして、リング間継手33Aおよび定着材33Bは、鋼殻31の内側に突出して設けられていることで、中詰めコンクリート32とのずれ止めとしても機能するようになっている。
【0036】
〔第4実施形態〕
次に、本発明の第4実施形態に係る合成セグメント40を図11に基づいて説明する。
合成セグメント40は、第2、3実施形態の合成セグメント20B,30Bと同様の鋼殻41および中詰めコンクリート42を有して構成されている。すなわち、合成セグメント40の鋼殻41は、合成セグメント20B,30Bの鋼殻21,31と同様に、対向する主桁43,43、一対の継手板(不図示)、地山側表面板45、内空側表面板47、地山側リブ材46および内空側リブ材48を有して構成されている。地山側リブ材46と内空側リブ材48とは、R方向に対向して設けられ、互いに対向する地山側リブ材46と内空側リブ材48との間に複数のせん断補強材49が設けられている。せん断補強材49は、両端にフックを有した鉄筋で構成され、その両端のフックがそれぞれ地山側リブ材46および内空側リブ材48の貫通孔に挿通されて係合されている。
このような本実施形態の合成セグメント40によれば、地山側リブ材46と内空側リブ材48とをせん断補強材49で連結したことで、このせん断補強材49によって中詰めコンクリート42のせん断強度を高めることができ、合成セグメント40全体の強度を向上させて、さらなる高性能化および薄型化を実現することができる。
【0037】
〔第5実施形態〕
次に、本発明の第5実施形態に係る合成セグメント50,50Aを図12に基づいて説明する。
合成セグメント50,50Aは、第1、3実施形態の合成セグメント10B,30Bと同様の鋼殻51および中詰めコンクリート52を有して構成されている。すなわち、合成セグメント50,50Aの鋼殻51は、合成セグメント10B,30Bの鋼殻11,31と同様に、対向する主桁53,53、一対の継手板(不図示)、地山側表面板55、内空側表面板57、地山側リブ材56および内空側リブ材58を有して構成されている。合成セグメント50Aの主桁53には、リング間継手53Aおよび定着材53Bが固定されている。そして、合成セグメント50,50Aにおいて、地山側リブ材56と内空側リブ材58とは、互いにX方向にずれた位置に設けられている。
このような本実施形態の合成セグメント50,50Aによれば、内空側表面板57の内空側リブ材58と地山側表面板55の地山側リブ材56とを、R方向に対向しないずれた位置に設けたことで、内空側リブ材58および地山側リブ材56を起点としたひび割れが重ならないようにでき、ひび割れ長さを長くすることができるため、中詰めコンクリート52の強度を高めることができる。
【0038】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態では、地山側リブ材16,26,36,46,56および内空側リブ材18,28,38,48,58として平板状の鋼材を用いたが、これらのリブ材として用いる鋼材は、屈折状や屈曲状のものでもよく、また表面に凹凸を有したものなどでもよい。さらに、リブ材としては、平板状の鋼材を複数組み合わせて、例えばV字形やT字形に形成したものなどが利用可能である。
また、充填材としては、コンクリートに限らず、無収縮モルタルなど、適宜な強度および剛性を有したものであれば利用可能である。
また、前記実施形態では、頭付きスタッドボルト25A,27Aや突出部材23A,24Aをずれ止めとして用いたが、ずれ止めとして利用する突出部材としては、前記実施形態のものに限らず、適宜な形状のものが利用可能であるとともに、その個数も特に限定されない。さらに、突出部材は本発明の必須要件ではなく適宜に省略することができる。
【0039】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【0040】
1…トンネル覆工、10,10A,10B,20,20A,20B,30、30A,30B,40,50,50A…合成セグメント、11,21,31、41,51…鋼殻、12,22,32,42,52…中詰めコンクリート(充填材)、13,23,33,43,53…主桁、23A,24A…突出部材、14…継手板、15,25,35,45,55…地山側表面板、16,26,36,46,56…地山側リブ材、17,27,37,47,57…内空側表面板、18,28,38,48,58…内空側リブ材、25A,27A…頭付きスタッドボルト(突出部材)、33A…リング間継手(継手部材)、33B…定着材(突出部材)、49…せん断補強材、G…地山、S…トンネル内空。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼殻と、その内部に充填される充填材とを有して構成されるとともに、複数のピースを組み合わせてトンネル覆工に利用される合成セグメントであって、
前記鋼殻は、トンネル周方向に沿って延びて互いに対向する主桁と、これら対向する主桁のトンネル周方向両端部同士を連結する一対の継手板と、トンネル内空側およびトンネル地山側の少なくとも一方にて前記対向する主桁に渡って設けられる表面板とを少なくとも備え、これらの主桁、継手板および表面板で5面または6面が囲まれた内部に前記充填材が充填され、
前記表面板における前記鋼殻の内部表面には、当該表面から突出するとともにトンネル周方向に沿って延びる複数の地山側もしくは内空側リブ材が設けられ、前記表面板に固着されていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項2】
請求項1に記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記複数の地山側もしくは内空側リブ材のうち、互いに隣り合う一対のリブ材同士は、前記表面板側の基端部から突出先端側に向かって互いに接近する方向に傾斜して設けられていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記複数の地山側もしくは内空側リブ材は、それぞれ平板材から構成されていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項4】
請求項1から請求項3のいずれかに記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記複数の地山側もしくは内空側リブ材のうち、トンネル軸方向両端部の少なくとも片方の端部に設けられるリブ材と前記主桁との間には、前記主桁、継手板および表面板のうちの少なくともいずれかに固定されるとともに前記鋼殻の内部側に突出する突出部材が設けられていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項5】
請求項4に記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記突出部材は、前記表面板に固定されるジベル、前記主桁に内設されてトンネル軸方向に隣接する他の合成セグメントとの接合に用いられるリング間継手部材、および前記継手板に内設されてトンネル周方向に隣接する他の合成セグメントとの接合に用いられるピース間継手部材、の少なくとも1つで構成されることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項6】
請求項1から請求項5のいずれかに記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記表面板は、トンネル内空側にて前記対向する主桁に渡って設けられる内空側表面板と、トンネル地山側にて前記対向する主桁に渡って設けられる地山側表面板とで構成され、
前記地山側表面板に設けられる地山側リブ材は、前記内空側表面板に設けられる内空側リブ材とトンネル径方向に対向しないずれた位置に設けられていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項7】
請求項1から請求項6のいずれかに記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記表面板は、トンネル内空側にて前記対向する主桁に渡って設けられる内空側表面板と、トンネル地山側にて前記対向する主桁に渡って設けられる地山側表面板とで構成され、
前記内空側表面板に固定される内空側リブ材と前記地山側表面板に固定される地山側リブ材とがせん断補強材で連結されていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項8】
請求項1から請求項7のいずれかに記載の補強リブを有する合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えることを特徴とするトンネル。
【請求項1】
鋼殻と、その内部に充填される充填材とを有して構成されるとともに、複数のピースを組み合わせてトンネル覆工に利用される合成セグメントであって、
前記鋼殻は、トンネル周方向に沿って延びて互いに対向する主桁と、これら対向する主桁のトンネル周方向両端部同士を連結する一対の継手板と、トンネル内空側およびトンネル地山側の少なくとも一方にて前記対向する主桁に渡って設けられる表面板とを少なくとも備え、これらの主桁、継手板および表面板で5面または6面が囲まれた内部に前記充填材が充填され、
前記表面板における前記鋼殻の内部表面には、当該表面から突出するとともにトンネル周方向に沿って延びる複数の地山側もしくは内空側リブ材が設けられ、前記表面板に固着されていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項2】
請求項1に記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記複数の地山側もしくは内空側リブ材のうち、互いに隣り合う一対のリブ材同士は、前記表面板側の基端部から突出先端側に向かって互いに接近する方向に傾斜して設けられていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記複数の地山側もしくは内空側リブ材は、それぞれ平板材から構成されていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項4】
請求項1から請求項3のいずれかに記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記複数の地山側もしくは内空側リブ材のうち、トンネル軸方向両端部の少なくとも片方の端部に設けられるリブ材と前記主桁との間には、前記主桁、継手板および表面板のうちの少なくともいずれかに固定されるとともに前記鋼殻の内部側に突出する突出部材が設けられていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項5】
請求項4に記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記突出部材は、前記表面板に固定されるジベル、前記主桁に内設されてトンネル軸方向に隣接する他の合成セグメントとの接合に用いられるリング間継手部材、および前記継手板に内設されてトンネル周方向に隣接する他の合成セグメントとの接合に用いられるピース間継手部材、の少なくとも1つで構成されることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項6】
請求項1から請求項5のいずれかに記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記表面板は、トンネル内空側にて前記対向する主桁に渡って設けられる内空側表面板と、トンネル地山側にて前記対向する主桁に渡って設けられる地山側表面板とで構成され、
前記地山側表面板に設けられる地山側リブ材は、前記内空側表面板に設けられる内空側リブ材とトンネル径方向に対向しないずれた位置に設けられていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項7】
請求項1から請求項6のいずれかに記載の補強リブを有する合成セグメントにおいて、
前記表面板は、トンネル内空側にて前記対向する主桁に渡って設けられる内空側表面板と、トンネル地山側にて前記対向する主桁に渡って設けられる地山側表面板とで構成され、
前記内空側表面板に固定される内空側リブ材と前記地山側表面板に固定される地山側リブ材とがせん断補強材で連結されていることを特徴とする補強リブを有する合成セグメント。
【請求項8】
請求項1から請求項7のいずれかに記載の補強リブを有する合成セグメントを組み合わせたトンネル覆工を備えることを特徴とするトンネル。
【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2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
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【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2010−242398(P2010−242398A)
【公開日】平成22年10月28日(2010.10.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−92944(P2009−92944)
【出願日】平成21年4月7日(2009.4.7)
【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22年10月28日(2010.10.28)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年4月7日(2009.4.7)
【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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