JP2023057363A - セグメント - Google Patents

Abstract

【課題】セグメントの耐荷性能を向上させると共に、製作にかかるコストを削減することを目的とする。【解決手段】セグメント１は、内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠２と、鋼枠２の内側に打設されたコンクリート３と、を備え、鋼枠２は、外周側に設けられると共に、周方向に延びたスキンプレート４と、スキンプレート４の幅方向両側に設けられた一対の主桁５と、スキンプレート４の周方向両側に設けられた一対の継手板と、幅方向に延び、一対の主桁５同士を接続するリブ７と、一対の継手板に設けられた継手部材と、を備え、継手部材は、コンクリート３に埋設されるアンカー材１１を備え、リブ７は、アンカー材１１が挿入され、当該挿入されたアンカー材１１を拘束する第１孔部３１と、アンカー材１１が挿入されずにコンクリート３を拘束する第２孔部３２と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、セグメントに関するものである。

トンネル工法としては、シールドマシンによって地盤を掘削しながら、その後方において円弧状のセグメントを周方向及び軸方向に順次据え付けて円筒状のトンネル壁体（筒状壁体）を構築するシールド工法が一般的である。

セグメントは、コンクリート製とスチール製とに大きく分けられるが、前者のコンクリート製のセグメントは圧縮に強く、後者のスチール製のセグメントは引っ張りに強いという特性がある。このようなコンクリート製及びスチール製のセグメントの利点を兼ね備えたセグメント（合成セグメント）が、例えば下記特許文献１に開示されている。

特許第３３４３０９０号公報

一般的に合成セグメントは、内周面を除く５面を覆う鋼枠と、鋼枠の内部に充填されたコンクリートと、を備えている。このセグメントは、圧縮に強いコンクリートと引張に強い鋼材によって成立される合成構造により、高い耐荷性能を有している。しかしながら、近年、セグメントに対して更に高い耐荷性能およびトンネルの薄肉化が要求されている。

合成セグメントは、鋼枠とコンクリートとを一体化させることで高い耐荷性能を発揮する。鋼枠とコンクリートの一体化を促進させる方法として、例えば、スタッドジベル等の定着部材を用いて鋼枠にコンクリートを拘束する方法があるが、使用する鋼材量が増えてしまい、経済性において不利であった。

また、合成セグメントは、周方向の両側の一対の継手板に、セグメントを連結する継手部材を備える。この継手部材の引き抜き耐力を向上させるために、継手部材にアンカー材を取り付ける場合があるが、この継手部材が引っ張られ、コンクリートの中でアンカー材が動いてしまうと、コンクリートにひび割れを発生させることがあった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、セグメントの耐荷性能を向上させると共に、製作にかかるコストを削減することを目的とする。

本発明の一態様に係るセグメントは、内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠と、前記鋼枠の内側に打設されたコンクリートと、を備え、前記鋼枠は、外周側に設けられると共に、周方向に延びたスキンプレートと、前記スキンプレートの幅方向両側に設けられた一対の主桁と、前記スキンプレートの周方向両側に設けられた一対の継手板と、幅方向に延び、前記一対の主桁同士を接続するリブと、前記一対の継手板に設けられた継手部材と、を備え、前記継手部材は、前記コンクリートに埋設されるアンカー材を備え、前記リブは、前記アンカー材が挿入され、当該挿入された前記アンカー材を拘束する第１孔部と、前記アンカー材が挿入されずに前記コンクリートを拘束する第２孔部と、を備える。

上記セグメントにおいて、前記第１孔部と前記第２孔部は、同一の形状を有してもよい。

上記セグメントにおいて、前記第１孔部と前記第２孔部は、丸孔もしくは長孔の形状を有してもよい。

上記セグメントにおいて、前記第１孔部は、幅方向に離間して設けられており、前記第２孔部の少なくとも一つは、幅方向において前記第１孔部の間に設けられていてもよい。

上記セグメントにおいて、前記第２孔部の少なくとも一つは、厚み方向において前記第１孔部と異なる位置に設けられていてもよい。

上記セグメントにおいて、前記第２孔部の少なくとも一つは、厚み方向において前記第１孔部よりも前記鋼枠の開口側に設けられていてもよい。

上記セグメントにおいて、前記第１孔部に挿入された前記アンカー材を、前記リブに固定する固定部を有してもよい。

本発明によれば、セグメントの耐荷性能を向上させると共に、製作にかかるコストを削減することができる。

本発明の一実施形態に係るセグメントで構築されたトンネルを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るセグメントの周方向の一端部側を厚み方向に破断した断面図である。 図２に示す矢視ＩＩＩ－ＩＩＩ図である。 本発明の一実施形態に係るリブの変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリブの変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリブの変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る第１孔部及び第２孔部の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る第１孔部及び第２孔部の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る第１孔部及び第２孔部の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る第１孔部及び第２孔部の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る固定部の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る固定部の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る固定部の変形例を示す図である。 アンカー材の挙動と、コンクリートのひび割れの関係を説明する説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るセグメント１で構築されたトンネル１００を示す斜視図である。
図１に示すように、セグメント１は、掘削穴内に構築されるトンネル１００の一部をなす円弧状をなしており、掘削穴内の周方向及び軸方向に連結されることにより該掘削穴内にトンネル１００を構築する筒状壁体１０１を形成している。

筒状壁体１０１の内周側には、表層覆工体１０２が構築されている。また、筒状壁体１０１の外周側には、筒状壁体１０１と掘削穴との隙間に充填される裏込め材１０３が配設されている。

以下では、セグメント１を用いてトンネル１００を構築した場合におけるトンネル１００の周方向をセグメント１の周方向、トンネル１００の軸方向をセグメント１の幅方向、トンネル１００の径方向をセグメント１の厚み方向と称する。

図２は、本発明の一実施形態に係るセグメント１の周方向の一端部側を厚み方向に破断した断面図である。図３は、図２に示す矢視ＩＩＩ－ＩＩＩ図である。
図２及び図３に示すように、セグメント１は、内周面を除く５面を覆う鋼枠２と、鋼枠２の内部に充填されたコンクリート３と、を備える合成セグメントである。

セグメント１は、内周側（図２及び図３において紙面下側）が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠２と、鋼枠２の内側に打設されたコンクリート３と、を備えている。

図２及び図３に示すように、鋼枠２は、外周側に設けられたスキンプレート４と、このスキンプレート４の側部に配設された一対の主桁５と、スキンプレート４の端部に配設された一対の継手板６（なお、図２ではセグメント１の周方向の一端部側の継手板６のみを図示している）とを有している。

また、一対の主桁５同士の間には、複数のリブ７が設けられている。
なお、これらスキンプレート４、一対の主桁５、一対の継手板６、及びリブ７の接続は、溶接によってなされている。

スキンプレート４は、トンネル構築時に掘削穴の壁面と接触する部材であって、周方向に沿って湾曲する湾曲板状をなしている。

一対の主桁５は、このスキンプレート４の幅方向両端から厚み方向内側（内周側）に向かって延設するように互いに平行をなして配置されており、スキンプレート４と同様に周方向に沿った湾曲した形状をなしている。この一対の主桁５には、セグメント１同士を幅方向に連結する図示しない継手部材が設けられている。

一対の継手板６は、スキンプレート４の周方向両端から厚み方向内側（内周側）に向かって延設された矩形板状をなしており、上述した一対の主桁５の間にわたって配置されている。この一対の継手板６には、セグメント１同士を周方向に連結する継手部材１０が設けられている。なお、本実施形態の継手部材１０は、不図示であるが一枚の継手板６に対して幅方向に離間して一対で設けられている。なお、継手部材１０の数、配置は、セグメント１の仕様に応じて適宜変更され得る。例えば、継手部材１０は、厚み方向において継手板６に２段で配置されてもよい。

図２に示す継手部材１０は、継手板６から周方向外側に突出する雄型継手金具である。本実施形態の継手部材１０は、継手板６の板面に対し略垂直に設けられている。なお、図２に示すセグメント１は、Ａ型セグメントであるが、筒状壁体１０１の円筒部の最後に軸方向に楔状に挿入されるＫ型セグメントや、Ｋ型セグメントの周方向両側に配置されるＢ型セグメントの場合には、継手部材１０と継手板６は垂直にならない場合もある。また、継手部材１０は、連結する相手側のセグメント１が雄型継手金具である場合、その雄型継手金具を受け入れる雌型継手金具であってもよい。

なお、継手部材１０としては、例えば、特許第５０９７７３４号公報に示されるような、平鋼板状の雄型継手金具、またはその雄型継手金具を受け入れる雌型継手金具であってもよい。なお、特許第５０９７７３４号公報に示されるようなスライド式の継手構造においても、継手部材１０と継手板６とが垂直にならならず、傾けて取り付ける場合がある。

継手部材１０は、コンクリート３に埋設されるアンカー材１１を備えている。アンカー材１１は、例えば、鉄筋により形成されている。なお、アンカー材１１を構成する材料は、鉄筋に限定されるものではなく、例えば、板材や筒材、鋼の撚り線、ボルト等であってもよい。アンカー材１１は、継手部材１０に固定されている。なお、アンカー材１１の固定方法は特に限定されるものではなく、例えば、溶接や治具を介して固定してもよい。本実施形態では、一つの継手部材１０に対して、１本のアンカー材１１が設けられているが、アンカー材１１の本数や配置は限定されるものではない。

リブ７は、図３に示すように、幅方向に延在して両端がそれぞれ一対の主桁５に固定された略板状をなしており、板面を周方向に向けた状態で配設されている。このリブ７は、スキンプレート４との間に隙間が形成されるように一対の主桁５の間に配設されている。

図２に示すように、リブ７とスキンプレート４との隙間には、周方向に延びる周方向鉄筋２１が配設されている。また、リブ７より内周側にも、周方向に延びる周方向鉄筋２１が配設されている。

また、リブ７と継手板６との隙間には、幅方向に延びる幅方向鉄筋２２が配設されている。幅方向鉄筋２２は、リブ７の外周側と内周側に配設されたそれぞれの周方向鉄筋２１と交差すると共にそれらを囲うように配設されている。なお、図２では、一部しか図示していないが、幅方向鉄筋２２は、例えば、特許第５７３２２１５号公報、特許第５９６０９４２４号公報のようにセグメント１の周方向の全周に亘り配置されている。なお、幅方向鉄筋２２は、Ｕ字状に曲げられ、リブ７の外周側と内周側に配設された周方向鉄筋２１のいずれか一方と交差し、且つ、その両端がリブ７にも交差するように曲げられた３次元形状であっても構わない。

図３に示すように、リブ７には、アンカー材１１が挿入され、当該挿入されたアンカー材１１を拘束する第１孔部３１と、アンカー材１１が挿入されずにコンクリート３を拘束する第２孔部３２と、を備えている。第１孔部３１及び第２孔部３２は、リブ７の周方向を向く板面を貫通して形成されている。

本実施形態の第１孔部３１と第２孔部３２は、同一の形状を有する。なお、第１孔部３１と第２孔部３２は、異なる形状、異なるサイズであっても構わない。本実施形態の第１孔部３１と第２孔部３２は、丸孔の形状を有する。この丸孔の内径は、少なくともアンカー材１１の外径よりも大きく形成されている。なお、丸孔の内径が大きすぎると、アンカー材１１の拘束力が緩まるため、アンカー材１１の外径を考慮して丸孔の内径を決定するとよい。

第１孔部３１は、幅方向に離間して一対で設けられている。また、第２孔部３２は、幅方向において第１孔部３１の間に一つ設けられている。つまり、本実施形態のリブ７には、幅方向に間隔をあけて３つの孔部が設けられ、幅方向両側の２つの孔部（第１孔部３１）にアンカー材１１が挿入され、幅方向中央の１つの孔部（第２孔部３２）には、アンカー材１１が挿入されずにコンクリート３が充填されている。なお、孔部の数や配置は、後述する変形例に示すように、適宜変更され得る。また、孔部の数や配置は、セグメント１のサイズによって適宜変更され得るため、後述する変形例に限定されないことは言うまでもない。例えば、第１孔部３１及び第２孔部３２は、丸孔でも長孔でもよく、多段になってもよく、整列していなくてもよい。

なお、リブ７は、図４～図６に示すような構成であってもよい。
図４～図６は、本発明の一実施形態に係るリブ７の変形例を示す図である。

図４に示すリブ７は、厚み方向に延びる第１部分７ａと、第１部分７ａから屈曲し周方向の片側に延びる第２部分７ｂと、を有するＬ字状に形成されている。
図５に示すリブ７は、厚み方向に延びる第１部分７ａと、第１部分７ａの端部に接合され第１部分７ａから周方向両側に延びる第３部分７ｃと、を有するＴ字状に形成されている。
図６に示すリブ７は、スキンプレート４と溶接により接合された接合部７ｄを有している。なお、図４に示すＬ字状のリブ７や、図５に示すＴ字状のリブ７においても、スキンプレート４と溶接により接合された接合部７ｄを有してもよい。

また、第１孔部３１及び第２孔部３２は、図７～図１０に示すような構成であってもよい。
図７～図１０は、本発明の一実施形態に係る第１孔部３１及び第２孔部３２の変形例を示す図である。

図７に示す第１孔部３１及び第２孔部３２は、厚み方向に延びる長孔の形状を有している。
図８に示す第１孔部３１及び第２孔部３２は、幅方向に延びる長孔の形状を有している。
なお、図７及び図８に示す第１孔部３１及び第２孔部３２は、厚み方向で位置が異なるように千鳥状に配置されていてもよい。

図９に示す第１孔部３１及び第２孔部３２は、リブ７に厚み方向に離間して２段で設けられている。具体的に、リブ７には、外周側の１段目において、幅方向に間隔をあけて３つの孔部が設けられ、幅方向両側の２つの孔部が第１孔部３１となり、その幅方向中央の１つの孔部が第２孔部３２となっている。さらに、リブ７には、内周側の２段目においても、幅方向において１段目と同じ間隔で３つの孔部が設けられ、それら３つの孔部が第２孔部３２となっている。

図１０に示す第１孔部３１及び第２孔部３２は、リブ７に厚み方向に離間して２段で千鳥状に設けられている。具体的に、リブ７には、外周側の１段目において、幅方向に間隔をあけて３つの孔部が設けられ、幅方向両側の２つの孔部が第１孔部３１となり、その幅方向中央の１つの孔部が第２孔部３２となっている。さらに、リブ７には、内周側の２段目において、１段目の第１孔部３１と第２孔部３２との間及び当該第２孔部３２ともう一つの第１孔部３１との間に配置されるように２つの孔部が設けられ、それら２つの孔部が第２孔部３２となっている。

また、セグメント１は、図１１～図１３に示すような、アンカー材１１をリブ７に固定する固定部３０を備えていてもよい。
図１１～図１３は、本発明の一実施形態に係る固定部３０の変形例を示す図である。

図１１に示す固定部３０は、アンカー材１１の周面に設けられた雄ネジ部１２と、第１孔部３１に設けられ雄ネジ部１２が螺合する雌ネジ部３１ａと、を有している。
図１２に示す固定部３０は、アンカー材１１の周面に設けられた雄ネジ部１２と、第１孔部３１を通過した雄ネジ部１２に装着されたテーパワッシャー１５と、テーパワッシャー１５を介してリブ７の継手部材１０とは反対側の板面に着座するナット１３と、を有している。
図１３に示す固定部３０は、第１孔部３１に挿入されたアンカー材１１をリブ７に溶接により接合する接合部１４を有している。なお、図１３においてアンカー材１１は、リブ７に直接溶接されているが、部材を介してリブ７に溶接されていてもよい。

続いて、アンカー材１１の挙動と、コンクリート３のひび割れの関係について、図１４を参照して説明する。
図１４は、アンカー材１１の挙動と、コンクリート３のひび割れの関係を説明する説明図である。

図１４に示すように、セグメント１とセグメント１との継手部分にクリアランスがある場合、周方向で連結される継手部材１０には、角折れした状態で荷重に抵抗することとなる。この状態で継手部材１０が引っ張られると、角折れした継手部材１０が真っすぐになろうとし、アンカー材１１が図１４において点線で示すように挙動する。このように、図１４に示すようにアンカー材１１が挙動すると、コンクリート３が径方向内側に***しようとし、その結果、コンクリート３にひび割れが発生する場合がある。

これに対し、本実施形態のセグメント１は、図２に示すように、リブ７に第１孔部３１を設け、この第１孔部３１に継手部材１０のアンカー材１１を挿入しているため、アンカー材１１を拘束することができる。したがって、図１４に示すようなアンカー材１１の挙動が制限され、アンカー材１１の挙動によるコンクリート３の径方向内側への***が抑制されるため、コンクリート３のひび割れが発生しないようにすることができる。

さらに、本実施形態のセグメント１は、図３に示すように、リブ７にアンカー材１１が挿入されずにコンクリート３を拘束する第２孔部３２を設けている。鋼枠２の構造の一部として一般的に備えられるリブ７に第２孔部３２を設けることで、使用する鋼材量を増やさずにコンクリート３との一体化を促進させることができる。また、図２に示すように、継手部材１０から離れたリブ７にも孔部を設けることで、当該リブ７においてもコンクリート３のずれ止め効果が得られる。

このように、上述した本実施形態のセグメント１は、内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠２と、鋼枠２の内側に打設されたコンクリート３と、を備え、鋼枠２は、外周側に設けられると共に、周方向に延びたスキンプレート４と、スキンプレート４の幅方向両側に設けられた一対の主桁５と、スキンプレート４の周方向両側に設けられた一対の継手板６と、幅方向に延び、一対の主桁５同士を接続するリブ７と、一対の継手板６に設けられた継手部材１０と、を備え、継手部材１０は、コンクリート３に埋設されるアンカー材１１を備え、リブ７は、アンカー材１１が挿入され、当該挿入されたアンカー材１１を拘束する第１孔部３１と、アンカー材１１が挿入されずにコンクリート３を拘束する第２孔部３２と、を備える。この構成によれば、セグメント１の耐荷性能を向上させると共に、製作にかかるコストを削減することができる。

また、本実施形態において、第１孔部３１と第２孔部３２は、同一の形状を有する。この構成によれば、第１孔部３１及び第２孔部３２を同じ工程で製作できるため、経済的に優位になる。

また、本実施形態において、第１孔部３１と第２孔部３２は、丸孔もしくは長孔の形状を有する。第１孔部３１と第２孔部３２が、丸孔の形状の場合、アンカー材１１の拘束力を高めることができる。また、第１孔部３１と第２孔部３２が、長孔の形状の場合、コンクリート３で充填される部分が増えるため、コンクリート３のずれ止め効果を高めることができる。

また、本実施形態において、第１孔部３１は、幅方向に離間して設けられており、第２孔部３２の少なくとも一つは、幅方向において第１孔部３１の間に設けられている。この構成によれば、幅方向両側でアンカー材１１の挙動を抑制しつつ、コンクリート３のずれ止めを抑制することができる。

また、本実施形態において、第２孔部３２の少なくとも一つは、厚み方向において第１孔部３１と異なる位置に設けられている（図９及び図１０参照）。この構成によれば、コンクリート３を厚み方向において少なくとも２段で拘束できるため、コンクリート３のずれ止め効果を高めることができる。

また、本実施形態において、第２孔部３２の少なくとも一つは、厚み方向において第１孔部３１よりも鋼枠２の開口側に設けられている（図９参照）。この構成によれば、仮に、図１４に示すように、アンカー材１１が内径側に移動しようとしても、その近傍に配置された第２孔部３２においてコンクリート３が拘束されているため、コンクリート３の***に起因するひび割れを効果的に抑制できる。

また、本実施形態において、第１孔部３１に挿入されたアンカー材１１を、リブ７に固定する固定部３０を有する（図１１～図１３参照）。この構成によれば、アンカー材１１の拘束力を高めることができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上述した各実施形態及び各変形例の構成の組み合わせや置換は適宜可能である。

１…セグメント、２…鋼枠、３…コンクリート、４…スキンプレート、５…主桁、６…継手板、７…リブ、７ａ…第１部分、７ｂ…第２部分、７ｃ…第３部分、７ｄ…接合部、１０…継手部材、１１…アンカー材、１２…雄ネジ部、１３…ナット、１４…接合部、２１…周方向鉄筋、２２…幅方向鉄筋、３０…固定部、３１…第１孔部、３１ａ…雌ネジ部、３２…第２孔部

Claims (7)

1. 内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠と、
   前記鋼枠の内側に打設されたコンクリートと、を備え、
   前記鋼枠は、
   外周側に設けられると共に、周方向に延びたスキンプレートと、
   前記スキンプレートの幅方向両側に設けられた一対の主桁と、
   前記スキンプレートの周方向両側に設けられた一対の継手板と、
   幅方向に延び、前記一対の主桁同士を接続するリブと、
   前記一対の継手板に設けられた継手部材と、を備え、
   前記継手部材は、前記コンクリートに埋設されるアンカー材を備え、
   前記リブは、前記アンカー材が挿入され、当該挿入された前記アンカー材を拘束する第１孔部と、前記アンカー材が挿入されずに前記コンクリートを拘束する第２孔部と、を備える、ことを特徴とするセグメント。
2. 前記第１孔部と前記第２孔部は、同一の形状を有している、ことを特徴とする請求項１に記載のセグメント。
3. 前記第１孔部と前記第２孔部は、丸孔もしくは長孔の形状を有している、ことを特徴とする請求項２に記載のセグメント。
4. 前記第１孔部は、幅方向に離間して設けられており、
   前記第２孔部の少なくとも一つは、幅方向において前記第１孔部の間に設けられている、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のセグメント。
5. 前記第２孔部の少なくとも一つは、厚み方向において前記第１孔部と異なる位置に設けられている、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のセグメント。
6. 前記第２孔部の少なくとも一つは、厚み方向において前記第１孔部よりも前記鋼枠の開口側に設けられている、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のセグメント。
7. 前記第１孔部に挿入された前記アンカー材を、前記リブに固定する固定部を有する、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のセグメント。

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