JP4939803B2 - 切削可能な繊維強化樹脂製セグメント及びシールドトンネルの壁体 - Google Patents

Description

本発明は、一般には、地中を掘削するシールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体の構造に関するものであり、特に、本発明は、シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメント及び斯かるセグメントにて構築されるシールドトンネルの壁体に関するものである。

従来、シールド掘進機により地中を掘削しながら道路や鉄道などのトンネルを構築するシールド工法によれば、シールド掘進機の掘削により、シールド掘進機の後方に形成された掘削部には、掘削部の内壁面に沿ってセグメントを組み立てて設置し、セグメントトンネル壁体を構築することが行われる。

即ち、図２７に示すように、セグメント１００は、掘削部の円周方向内壁面の円周方向に沿って複数に、例えば６分割されてリング状に配置され、円筒状のシールドトンネル壁体２００を構築している。セグメント１００は、シールド掘進機３００のＸ方向への進行と共に、トンネルの延長方向（ａ方向）及び周方向（ｂ方向）に順次継ぎ足されて、円筒状に構築されて行く。

通常、セグメント１００は、鉄筋コンクリート製のセグメント、或いは、鋼板製のセグメント、或いは、鋼殻内にコンクリートを充填した鋼殻セグメントなどが使用される。

一方、シールド工法にてトンネルを構築した後に、このトンネルとは異なる方向に更に分岐トンネルを構築することなどが要求されることがある。

この場合には、先に構築したトンネルのセグメント壁体２００を一部切削することが必要となる。そのためには、鉄筋コンクリート製のセグメント、鋼板製のセグメント、或いは、鋼殻セグメントなどは、シールド掘進機による切削が極めて困難であり、作業性の点から問題がある。又、場合によって、シールド掘進機による切削が不可能である。

そのために、従来、図２７に斜線を施して示すように、掘削が必要とされる所要のトンネル壁体領域には、シールド掘進機による切削可能なセグメント１００を使用することが提案されている。

また、場合によっては、図２８に示すように、既設のトンネルのセグメント壁体２００の一部を、斜線を施して示すように、予めシールド掘進機による切削可能なセグメント１００にて構成し、既設のトンネルを掘削するシールド掘進機とは別のシールド掘進機４００にて切削してランプ部や拡幅部を構築することもある。

シールド掘進機３００、４００による切削可能なセグメントとしては、例えば、炭素繊維やガラス繊維などの強化繊維に樹脂を含浸させたロープ状の繊維強化樹脂製補強筋（ＦＲＰ筋）を鉄筋の代わりに使用したＲＣセグメント、ＲＣ部をＦＲＵ（Fiber Reinforcing Urethane）に置き換えたＦＲＵセグメント、短繊維で強化した無筋のコンクリート製セグメントなどが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２など参照）。
特開平５−３０２４１９０号公報 特開平４−２１３６９５号公報

一般に、シールド工法に用いられる、リング状（円筒状）に組み立てられた各セグメント１００には外周囲から円筒状セグメント壁体２００の中心に向かう側圧がかかり、そのために、セグメント１００には、円周方向（ｂ方向）に軸力（圧縮力）及び曲げモーメント、更には、剪断力が発生する。

更に、円筒状壁体２００、即ち、セグメント１００には、掘削時にシールド掘進機３００に付与されるジャッキ推力に対する押圧力がトンネル延長方向（ａ方向）に発生する。

従来の上記切削可能なセグメントは、この円周方向（ｂ方向）の軸力（圧縮力）、曲げモーメント、剪断力、また、トンネル延長方向（ａ方向）の押圧力に対する強度が十分とは言えず、更なる軸力（圧縮力）、曲げモーメント、剪断力に対する強度の増大、更には、押圧力に対する強度の増大が望まれていた。

又、特に、ＲＣセグメントは、シールド掘進機により掘削が可能であるという特長を有しているが、ＲＣセグメントを掘削側から地山側へとシールド掘進機３００により切削して行った場合に、或いは、ＲＣセグメントを、図２８に示すように、別ルートからのシールド掘進機４００により掘削した場合に、ＲＣセグメント中のＦＲＰ筋が必ずしもシールド掘進機３００、４００により細片状に切削されるとは限らず、長尺の状態の切り屑が発生することが分かった。

このような長尺の切り屑は、コンクリート塊と共にシールド掘進機３００、４００のチャンバーに取り込まれ、チャンバーから排出される際に、チャンバー部取込口を閉鎖することがある。その場合には、シールド掘進機３００、４００を完全に停止し、人手でそのコンクリート塊を取り除くことをしなければならない。

また、地盤が軟弱な場合には、シールド掘進機３００、４００のチャンバに取り込まれないコンクリート塊がシールド掘進機３００、４００の切削用回転盤と一緒に廻ることもあり、地盤の緩み、延いては地盤の沈下を引き起こすこととなり、好ましくない。

従って、本発明の目的は、シールド工法に使用するセグメントの軸力（圧縮力）、曲げモーメント、剪断力、及び、押圧力に対する強度を大幅に増大することのできるシールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントを提供することである。

本発明の他の目的は、シールド掘進機による切削屑の細片化を促進し、シールド掘進機への取り込み性を向上させ、作業性を向上させることのできる、シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントを提供することである。

本発明の他の目的は、上記繊維強化樹脂製セグメントにて極めて施工性良く、構築することのできるシールド掘進機により切削可能なシールドトンネルの壁体を提供することである。

上記目的は本発明に係る繊維強化樹脂製セグメント及びシールドトンネルの壁体にて達成される。要約すれば、第１の本発明によれば、シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントにおいて、
湾曲状に形成された繊維強化樹脂製主桁材をトンネルの延長方向に複数整列させ、前記複数の繊維強化樹脂製主桁材にて形成される内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に繊維強化樹脂製スキンプレートを接着して一体とし、
前記繊維強化樹脂製主桁材は、その長手方向に延在する軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされ、
前記繊維強化樹脂製主桁材の長手軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされる場合に、長手軸線方向に延在する中央ウェブ材の両端に一体に形成された端ウェブ材の間に、前記主桁材の長手軸線方向に所定の距離の間隔を持って、繊維強化樹脂製のリブ材を配置し、隣接する前記端ウェブ材を互いに連結することを特徴とする繊維強化樹脂製セグメントが提供される。

第２の本発明によれば、シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントにおいて、
湾曲状に形成された繊維強化樹脂製主桁材をトンネルの延長方向に複数整列させ、前記複数の繊維強化樹脂製主桁材にて形成される内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に繊維強化樹脂製スキンプレートを接着して一体とし、
前記繊維強化樹脂製主桁材は、その長手方向に延在する軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされ、
隣接する複数の前記繊維強化樹脂製主桁材の間に切削可能の充填材が一体に充填硬化されていることを特徴とする繊維強化樹脂製セグメントが提供される。

第３の本発明によれば、シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントにおいて、
湾曲状に形成された繊維強化樹脂製主桁材をトンネルの延長方向に複数整列させ、前記複数の繊維強化樹脂製主桁材にて形成される内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に繊維強化樹脂製スキンプレートを接着して一体とし、
前記繊維強化樹脂製主桁材は、その長手方向に延在する軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされ、
前記繊維強化樹脂製主桁材の長手軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされる場合に、長手軸線方向に延在する中央ウェブ材の両端に一体に形成された端ウェブ材の間に、前記主桁材の長手軸線方向に所定の距離の間隔を持って、繊維強化樹脂製のリブ材を配置し、隣接する前記端ウェブ材を互いに連結し、
隣接する複数の前記繊維強化樹脂製主桁材の間に切削可能の充填材が一体に充填硬化されていることを特徴とする繊維強化樹脂製セグメントが提供される。

第２及び第３の本発明の一実施態様によれば、前記充填材は、セメントミルク、ＦＲＵ、モルタル、コンクリート、ソイルモルタル、スチレン、スチロール、ウレタン、又は、これら材料を空気により発泡させたものである。

第４の本発明によれば、シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントにおいて、
湾曲状に形成された繊維強化樹脂製主桁材をトンネルの延長方向に複数整列させ、前記複数の繊維強化樹脂製主桁材にて形成される内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に繊維強化樹脂製スキンプレートを接着して一体とし、
剥離防止部材が、前記繊維強化樹脂製主桁材に形成されることを特徴とする繊維強化樹脂製セグメントが提供される。

第４の本発明の一実施態様によれば、剥離防止部材が、前記繊維強化樹脂製スキンプレートに形成される。

第５の本発明によれば、シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントにおいて、
湾曲状に形成された繊維強化樹脂製主桁材をトンネルの延長方向に複数整列させ、前記複数の繊維強化樹脂製主桁材にて形成される内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に繊維強化樹脂製スキンプレートを接着して一体とし、
前記繊維強化樹脂製主桁材は、その長手方向に延在する軸線に対して直交する方向に、互いに密接して、或いは、所定の距離だけ離間して整列され、
前記繊維強化樹脂製主桁材が、その長手方向に延在する軸線に対して直交する方向に、所定の距離だけ離間して整列される場合に、隣接する前記繊維強化樹脂製主桁材の間に、前記主桁材の長手軸線方向に所定の距離の間隔を持って、繊維強化樹脂製の横桁材を配置し、隣接する前記繊維強化樹脂製主桁材を互いに連結し、
前記繊維強化樹脂製横桁材は、強化繊維を軸線方向に沿って配列するか、或いは、軸線方向に対して所定の角度にて傾斜して配列した強化繊維シートであるか、又は、クロス状或いはマット状の強化繊維シートであり、樹脂を含浸して形成されることを特徴とする繊維強化樹脂製セグメントが提供される。

第５の本発明の一実施態様によれば、前記繊維強化樹脂製主桁材は、その長手軸線方向に延在する中空の管状体である。

第５の本発明の他の実施態様によれば、前記繊維強化樹脂製主桁材は、その横断面形状が三角形状、矩形状若しくはその他の多角形状、又は、円形状、又は、楕円形状とされる。

第５の本発明の他の実施態様によれば、少なくとも前記繊維強化樹脂製主桁材の内部に切削可能の充填材が充填硬化されている。

第５の本発明の他の実施態様によれば、前記繊維強化樹脂製主桁材は、その長手方向に延在する軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされる。

第５の本発明の他の実施態様によれば、前記繊維強化樹脂製主桁材の長手軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされる場合に、長手軸線方向に延在する中央ウェブ材の両端に一体に形成された端ウェブ材の間に、前記主桁材の長手軸線方向に所定の距離の間隔を持って、繊維強化樹脂製のリブ材を配置し、隣接する前記端ウェブ材を互いに連結する。

第５の本発明の他の実施態様によれば、隣接する複数の前記繊維強化樹脂製主桁材の間に切削可能の充填材が一体に充填硬化されている。

第５の本発明の他の実施態様によれば、前記充填材は、セメントミルク、ＦＲＵ、モルタル、コンクリート、ソイルモルタル、スチレン、スチロール、ウレタン、又は、これら材料を空気により発泡させたものである。

第５の本発明の他の実施態様によれば、剥離防止部材が、前記繊維強化樹脂製主桁材に形成される。

第５の本発明の他の実施態様によれば、剥離防止部材が、前記繊維強化樹脂製スキンプレートに形成される。

第６の本発明によれば、シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントにて構築された壁領域を備えたシールドトンネルの壁体において、
前記繊維強化樹脂製セグメントは、湾曲状に形成された繊維強化樹脂製主桁材をトンネルの延長方向に複数整列させ、この整列された前記複数の繊維強化樹脂製主桁材にて形成される内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に繊維強化樹脂製スキンプレートを接着して一体に形成されており、
前記繊維強化樹脂製主桁材は、トンネルの円周方向に沿ってその長手方向に延在する中空の管状体であり、
トンネルの円周方向において互いに隣接する前記繊維強化樹脂製セグメントは、隣接する前記繊維強化樹脂製セグメントにて互いに対向した前記繊維強化樹脂製主桁材の中空部に中子継手の両端部をそれぞれ嵌合させることにより接続される、
ことを特徴とするシールドトンネルの壁体が提供される。

第６の本発明の一実施態様によれば、前記繊維強化樹脂製主桁材の外形横断面形状は、三角形状、矩形状若しくはその他の多角形状、又は、円形状、又は、楕円形状とされ、前記繊維強化樹脂製主桁材の中空部横断面形状は、円形状とされる。

第６の本発明の他の実施態様によれば、前記中子継手の外形横断面形状は、三角形状、矩形状若しくはその他の多角形状、又は、円形状、又は、楕円形状とされる。

第６の本発明の他の実施態様によれば、前記繊維強化樹脂製主桁材と前記中子継手との嵌合部には、環状空間部又は遊間部が形成され、この環状空間部には膨張破砕剤が充填され、遊間部には間詰め材が充填される。

本発明によれば、
（１）シールド工法に使用するセグメントの軸力（圧縮力）、曲げモーメント、剪断力、及び、押圧力に対する強度を大幅に増大することができる。
（２）シールド掘進機による切削屑の細片化を促進し、シールド掘進機への取り込み性を向上させ、作業性を向上させることができる。
（３）シールド掘進機にて切削可能なシールドトンネルの壁体を、施工性良く構築することができる。

以下、本発明に係るシールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメント及びシールドトンネルの壁体を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１及び図２に、本発明に係る繊維強化樹脂製セグメント１００の一実施例を示す。本実施例の繊維強化樹脂製セグメント１００は、図２７を参照して上述したように、シールド工法にてシールド掘進機３００の後方に形成されたセグメントトンネル壁体（円筒状壁体）２００の一部を構成するものであり、特に、シールド掘進機により掘削可能なセグメントである。

本実施例にて、図１に示すように、繊維強化樹脂製セグメント１００は、シールドトンネル壁体２００の湾曲した円周部の一部を構成するものであるので、所定の半径（Ｒ）、中心角（θ）、及び、トンネルの延長方向（即ち、図１にてａ方向）に沿って幅（Ｗ）にて延在した円弧状のセグメントとされる。通常、内周面半径（Ｒ）は、１〜１０ｍ、厚さ（Ｈ）は、０．１〜２ｍ、中心角（θ）は、１０°〜１００°、幅（Ｗ）は、０．３〜３ｍ、とされる。

本実施例の繊維強化樹脂製セグメント１００は、シールド掘進機により切削可能な、円弧状に形成された複数の、本実施例では、４本の繊維強化樹脂製主桁材１を備え、各繊維強化樹脂製主桁材１は、図示するように、トンネルの延長方向、即ち、ａ方向に互いに隣接して配列されている。図１に示す本実施例では、主桁材１は、４本とされるが、これに限定されるものではない。通常、１本〜２０本とされる。

詳しくは後述するが、繊維強化樹脂製主桁材１は、強化繊維を軸線方向に沿って配列するか、或いは、軸線方向に対して所定の角度にて傾斜して配列した強化繊維シートであるか、又は、クロス状の強化繊維シートであり、樹脂を含浸して形成される。

各主桁材１は、図示するように、ａ方向に互いに密接して配置しても良く、又、図３に示すように、ａ方向に所定の距離Ｐ１だけ離間して配置しても良い。密接して配置した場合に、隣り合った主桁材１は、接着剤で互いに接合しても良い。

また、距離Ｐ１だけ離間して配置した場合には、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、主桁材１の長手軸線方向に直交するような態様にて、互いに隣接する主桁材１、１の間に、主桁材１の長手軸線方向（即ち、図１にてｂ方向）に所定の距離Ｐ２の間隔を持って、繊維強化樹脂製の横桁材９を配置し、隣接する主桁材１、１を互いに連結しても良い。

前記繊維強化樹脂製横桁材９は、主桁材１と同様に、強化繊維を軸線方向に沿って配列するか、或いは、軸線方向に対して所定の角度にて傾斜して配列した強化繊維シートであるか、又は、クロス状の強化繊維シートであり、樹脂を含浸して形成することができる。横桁材９は、更に、強化繊維シートとしてマット状の強化繊維シートをも使用することができる。

又、距離Ｐ１だけ離間して配置した場合には、上記横桁９を配置せずに、或いは、横桁９を配置した上で、更に、図８、図１０、図１６などに関連して説明するように、各主桁材１、１の間に充填材２２、即ち、セメントミルク、ＦＲＵ（Fiber Reinforcing Urethane）、モルタル、コンクリート、ソイルモルタル、スチレン、スチロール、ウレタン、又は、これら材料を空気により発泡させたものを充填することができる。

更に、本実施例の繊維強化樹脂製セグメント１００によれば、前記複数の整列された繊維強化樹脂製主桁材１の内周面側及び外周面側に繊維強化樹脂製スキンプレート６、７が接着剤で接着される。勿論、接着剤で接合せず、詳しくは後述するが、主桁材１とスキンプレート６、７を未硬化な状態で樹脂を含浸させて作製した場合には、このような主桁材１とスキンプレート６、７を同時に組立硬化させても良い。

繊維強化樹脂製スキンプレート６、７は、繊維強化樹脂製主桁材１と同様に、強化繊維を軸線方向に沿って配列するか、或いは、軸線方向に対して所定の角度にて傾斜して配列した強化繊維シートであるか、又は、クロス状の強化繊維シートであり、樹脂を含浸して形成される。

スキンプレート６、７は、図１には、複数の繊維強化樹脂製主桁材１にて形成される内周面側と外周面側の両側の周面に配置されているが、内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に設けることもできる。この場合、通常、内周面側のスキンプレート６を省略することが多い。

上記構成の繊維強化樹脂製セグメント１００は、トンネルの延長方向（即ち、図１にてａ方向）に他の繊維強化樹脂製セグメント１００を配列して切削可能なトンネル壁体２００を構築しても良く、また、図１に一点鎖線で示すように、トンネルの円周方向（即ち、図１にてｂ方向）に他の繊維強化樹脂製セグメント１００を接続して切削可能なトンネル壁体２００を構築することもできる。

各繊維強化樹脂製セグメント１００は、図１に示すように、鋼板、或いは、切削可能なＦＲＰ板などの連結部材とされる継手部１０を使用して接着剤にて接合することができる。

また、繊維強化樹脂製セグメント１００に対して周方向にて隣接するセグメントが、従来の鋼板セグメントとか、コンクリートセグメント１００ａとされる場合には、図４に示すように、連結金具１０ａ及び定着治具１０ｂ等を備えた継手部１０を介してこれらセグメント１００ａに接続することができる。

つまり、例えば、連結金具１０ａ及び定着治具１０ｂ等を備えた継手部１０は、図４では一方端しか図示されていないが、繊維強化樹脂製セグメント１００の円周方向両端に一体に形成することができる。連結金具１０ａの他端は、鋼板セグメント１００ａの鋼部材に溶接、ボルトなどにより接続される。継手部１０の構造は、これに限定されるものではなく、当業者には周知のその他種々の構造が可能である。

（繊維強化樹脂製主桁材）
図１及び図２を参照して、本実施例の繊維強化樹脂製主桁材１について説明する。

本実施例の繊維強化樹脂製主桁材１は、その長手方向に延在した中空の管状体とされる。また、繊維強化樹脂製主桁材１の長手方向に延在する軸線に対して直交する横断面形状は、円形状、楕円形状、矩形状、三角形状、その他の多角形状、その他種々の形状とすることができる。

本実施例によると、図１及び図２に示すように、繊維強化樹脂製主桁材１は、所定の幅の平面部を有し、円周方向、即ち、図１にてｂ方向に延在する複数のウェブ材２、３、４、５を矩形状に一体に成形した中空の湾曲状に成形された繊維強化樹脂材とされる。

即ち、繊維強化樹脂製主桁材１は、所定の幅にて円周方向に沿って延在する平板状のウェブ材、即ち、幅Ｗ１とされる内周部及び外周部ウェブ材２、３と、内周部及び外周部ウェブ材２、３の側部を形成する幅Ｗ２を有する側部ウェブ材４、５と、にて形成される。通常、幅Ｗ１は、０．０５〜２．５ｍ、幅（Ｗ２）は、０．１〜２ｍとされる。

又、図３を参照して説明した横桁材９も又、上記主桁材１と同様の断面形状を有した構造とすることができる。ただ、主桁材１と異なり、長手軸線方向に直線状とされ、湾曲状に成形する必要はない。勿論、横桁材９は、断面形状が主桁材１と同じ中空管形状とすることは必須ではなく、例えば、後述の実施例２にて説明する断面形状がＨ形、或いは、Ｉ形の主桁材１と同様に、Ｈ形、或いは、Ｉ形の断面形状とすることもできる。

次に、繊維強化樹脂製主桁材１の製造方法の一実施例について説明する。

（繊維強化樹脂製主桁材の製造方法）
繊維強化樹脂製主桁材１は、種々の方法にて作製し得るが、例えば、矩形断面の湾曲したモールド（型）にプリプレグシートを貼り付けて成形することによって作製することができる。

プリプレグシートは、図５に示す連続強化繊維シート１１を使用して好適に作製し得る。

先ず、本実施例にて使用した連続強化繊維シート１１について説明する。

本実施例では、連続強化繊維シート１１は、図５及び図６に示すように、メッシュ状支持体シート１２を強化繊維層１３の片面に積層し、次いで、加熱加圧することにより作製した。

本実施例にて、連続強化繊維シート１１は、樹脂透過性の支持体シート１２と、この支持体シート１２にて保持された強化繊維層１３とを有する。強化繊維層１３は、主軸に対して所定の角度（α）にて配列され、実質的に、即ち、連続強化繊維シート１１の先頭端と最後尾端を除いて一定の所定長さ（Ｆ）とされる長繊維の強化繊維１４にて形成される。

シート形状とされる連続強化繊維シート１１にマトリクス樹脂を含浸してプリプレグシートとされる。

本明細書にて「主軸」とは、連続強化繊維シート１１の長手方向に沿った軸を意味するものとする。樹脂透過性支持体シート１２は、図５及び図６に示す本実施例では、強化繊維層１３の片面に配置されているが、強化繊維層１３の両面に配置することもできる。

本実施例の連続強化繊維シート１１は、幅（Ｗ０）が１０〜１５０ｃｍ、長さ（Ｌ０）が１０ｍ以上とされる。

本実施例にて、強化繊維層１３を構成する強化繊維１４は、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされるものを使用することができる。

上記樹脂透過性支持体シート１２は、２軸又は３軸などのメッシュ状体或いはクロスとすることができるが、本実施例では図示するように、２軸メッシュ状体を使用した。２軸メッシュ状体１２の糸条１５、１６の間隔（ｗ１、ｗ２）は、通常１〜１００ｍｍ程度であるが、好ましくは２〜５０ｍｍである。

メッシュ状支持体シート１２にて強化繊維層１３を保持する方法としては、例えば、メッシュ状支持体シート１２を構成する縦糸１５及び横糸１６の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート１２を強化繊維層１３の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート１２の縦糸１５及び横糸１６の部分を強化繊維層１３に溶着する。

樹脂透過性支持体シート１２としてクロスを使用した場合にも同様の方法にて、強化繊維層１３を保持することができる。

本実施例では、連続強化繊維シート１１における強化繊維層１３は、強化繊維１４として平均径７μｍ、収束本数１２０００本のＰＡＮ系炭素繊維ストランドを用い、繊維目付３００ｇ／ｍ²にて配列した。メッシュ状支持体シート１２は、縦糸１５及び横糸１６としてガラス繊維（番手３００ｄ、打ち込み本数１本／１０ｍｍ）を用いた２軸メッシュ状体であった。２軸メッシュ状体の糸条の間隔（ｗ１、ｗ２）は、１０ｍｍとした。

メッシュ状支持体シート１２の縦糸１５及び横糸１６には、熱可塑性樹脂を、含有量３０重量％の割合で含浸させた。

このようにして作製した連続強化繊維シート１１は、幅（Ｗ０）が５０ｃｍ、長さ（Ｌ０）が１００ｍ、強化繊維の主軸に対する角度αは４５°と、０°のものを使用した。以後、角度αが４５°のものをバイアス強化繊維シート１１ａと呼び、角度αが０°のものを一方向配列強化繊維シート１１ｂと呼ぶ。

図７に示すように、バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂを、断面が矩形状とされ、且つ、長手方向に（即ち、図１及び図７にてｂ方向に）円弧状に湾曲した繊維強化樹脂製主桁材１を作製した。

バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂは、マトリクス樹脂を予め含浸してあるプリプレグを使用した。バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂにおける樹脂含有量は、３５重量％であった。バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂは、強化繊維として炭素繊維を使用した。

マトリクス樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することができる。本実施例では、常温硬化型エポキシ樹脂を使用した。

ハンドレイアップにより成形された中空状の繊維強化樹脂製主桁材１は、幅（Ｗ１）２５０ｍｍ、幅（Ｗ２）３００ｍｍ、厚み（Ｔ）１０ｍｍ、主桁材内周面の半径（Ｒ）６ｍ、主桁材内周長（Ｌ）４．２ｍ（即ち、中心角（θ）４０°）のものであった。

（スキンプレート）
次に、上記と同じ材料、即ち、バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂ、並びに、マトリクス樹脂を使用して、プリプレグシートを作製した。

このようにして作製したプリプレグシートを複数枚積層し、本実施例では、バイアス強化繊維シート１１ａ、一方向配列強化繊維シート１１ｂ、及びバイアス強化繊維シート１１ａを積層し、厚さ（Ｔ）が６ｍｍのスキンプレート６、７を作製した。

このスキンプレート６、７を、図１に示すように、互いに密接配置した４本の中空状の繊維強化樹脂製主桁材１の円周面側及び外周面側に接着剤にて固着した。

本実施例では、上記構成の繊維強化樹脂製主桁材１の両端には、図４に示すように、通常のコンクリートセグメントに接続するための継手部１０を一体に形成した。

このようにして作製した、切削可能な繊維強化樹脂製セグメント１００は、図２７に示すように、セグメントトンネル壁体２００の一部に使用することができる。

上記構成の本実施例の繊維強化樹脂製セグメント１００は、軸力、曲げモーメント、剪断力、及び、押圧力に対する強度を大幅に増大することができる。

更に、本実施例の変更態様（変更実施例）によると、上記実施例では、中空とされた繊維強化樹脂製主桁材１の内部に、図８に示すように、切削可能の充填材２２を充填し、硬化することができる。

勿論、図３に示すように、各主桁材１が互いに離間して配置された場合には、上記充填材２２は、互いに隣接する主桁材１、１の間の空間部にも充填し、硬化することができる。

充填材２２としては、セメントミルク、ＦＲＵ、モルタル、コンクリート、ソイルモルタル、スチレン、スチロール、ウレタン、又は、これら材料を空気により発泡させたものとすることができる。本実施例では、発泡セメントミルクを使用した。

この変更実施例の構成とすることにより、繊維強化樹脂製セグメント１００軸力、曲げモーメント、剪断力、及び、押圧力に対する強度を更に増大することができる。同時に、セグメントに使用した繊維強化樹脂材をシールド掘進機のビットで切断し易くすることができる。

上記実施例では、繊維強化樹脂製主桁材１は、複数のウェブ材２、３、４、５を、主桁材１の長手軸線方向（即ち、セグメント１００の周方向（ｂ方向））に対して直交する横断面形状が矩形状となるように一体に成形した中空の繊維強化樹脂材であるとして説明した。

しかし、本発明の繊維強化樹脂製主桁材１は、上記実施例で説明した形状に限定されるものではなく、繊維強化樹脂製主桁材１の長手方向に延在する軸線に対して直交する横断面形状は、円形状、楕円形状、三角形状、その他の多角形状、その他種々の形状とすることができる。

例えば、図９（ａ）の繊維強化樹脂製主桁材１は、外面及び内面形状が円形状とされ、図９（ｂ）の繊維強化樹脂製主桁材１は、外面形状は角部が湾曲とされた矩形状であり、内面形状が円形とされており、図９（ｃ）の繊維強化樹脂製主桁材１は、外面及び内面形状が三角形状とされている。勿論、これ以外の形状とすることも可能である。

勿論、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す中空とされた繊維強化樹脂製主桁材１の内部に、或いは、隣接する各主桁材１の間に空間が存在する場合には、上述と同様に、主桁材１の内部及び各主桁材１、１間の空間部にも、充填材２２を充填し、硬化することができる。

斯かる図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す変更実施例においても、上記図１〜図８に示す実施例と同様の作用効果を奏し得る。

実施例２
図１１（ａ）、（ｂ）に、本発明の繊維強化樹脂製セグメント１００の他の実施例を示す。

実施例１では、繊維強化樹脂製主桁材１は、複数のウェブ材２、３、４、５を、主桁材１の長手軸線方向（即ち、セグメント１００の周方向（ｂ方向））に対して直交する横断面形状が矩形状となるように一体に成形した中空の繊維強化樹脂材であるとして説明した。

しかし、本発明の繊維強化樹脂製主桁材１は、実施例１で説明した形状に限定されるものではなく、例えば、図１１に示す本実施例のように、繊維強化樹脂製主桁材１は、所定の幅の平面部を有し、主桁材１の長手軸線方向（即ち、セグメント１００の周方向（ｂ方向））に延在する複数のウェブ材２、３、４を、例えば、Ｈ形若しくはＩ形形状に一体に成形した繊維強化樹脂材とすることもできる。

即ち、本実施例にて、繊維強化樹脂製主桁材１は、所定の幅にて主桁材１の長手軸線方向に沿って延在する平板状のウェブ材、即ち、幅（Ｗ２）とされる中央ウェブ材２と、中央ウェブ材２の幅方向両端部において中央ウェブ材２に対して直交配置して主桁材１の長手軸線方向に沿って延在し、中央ウェブ材２と一体に形成された平板状のウェブ材、即ち、幅（Ｗ１）を有した端ウェブ材３、４とにて形成される。

本実施例においても、実施例１の場合と同様に、各主桁材１は、図１１に示すように、ａ方向に互いに密接して配置しても良く、又、図１２に示すように、ａ方向に所定の距離Ｐ１だけ離間して配置しても良い。

距離Ｐ１だけ離間して配置した場合には、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、主桁材１の長手軸線方向に直交するような態様にて、互いに隣接する主桁材１、１の間に、主桁材１の長手軸線方向（図１２にてｂ方向）に所定の距離Ｐ２の間隔を持って、繊維強化樹脂製の横桁材９を配置し、隣接する主桁材１、１を互いに連結しても良い。

又、横桁材９は、実施例１にて図３を参照して説明した横桁材９のように、断面形状が中空管形状とすることもできるが、本実施例の主桁材１と同様に、Ｈ形若しくはＩ形形状とすることもできる。

更に、図１３に示すように、繊維強化樹脂製主桁材１がＨ形若しくはＩ形とされる場合には、長手軸線方向に延在する中央ウェブ材２の両端に一体に形成された端ウェブ材３、４の間に、主桁材１の長手軸線方向（即ち、周方向ｂ方向）に所定の距離Ｐ３の間隔を持って、繊維強化樹脂製の板状とされるリブ材１９を配置し、隣接する端ウェブ材３、４を互いに連結することもできる。リブ材１９の板厚は、要求される強度を満足するように適宜決定されるが、通常、後述する主桁材１の端ウェブ材３、４或いは、スキンプレート６、７の厚さ（Ｔ）と同程度とされる。

前記繊維強化樹脂製リブ材１９は、前記横桁材９と同様に、強化繊維を軸線方向に沿って配列するか、或いは、軸線方向に対して所定の角度にて傾斜して配列した強化繊維シートであるか、又は、クロス状或いはマット状の強化繊維シートであり、樹脂を含浸して形成することができる。

図１３にて、リブ材１９は、図面上右側の主桁材１の外側にのみ配置されて図示されているが、リブ材１９は、これに限定されるものではなく、必要に応じて、任意の主桁材１の任意の位置に配置することができる。また、リブ材１９は、図１２に示す横桁材９を配置した上に加えて、更に設けても良い。

次に、Ｈ形若しくはＩ形形状の繊維強化樹脂製主桁材１の製造方法の一実施例について説明する。

（繊維強化樹脂製主桁材の製造方法）
繊維強化樹脂製主桁材１は、図５及び図６を参照して実施例１で説明した連続強化繊維シート１１を使用したプリプレグシートを用いて、実施例１と同様にモールド成形により作製することができる。

つまり、本実施例においても、強化繊維の主軸に対する角度αが４５°のバイアス強化繊維シート１１ａと、角度αが０°の一方向配列強化繊維シート１１ｂとを使用した。また、バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂは、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を予め含浸してあるプリプレグを使用した。バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂにおける樹脂含有量は、３５重量％であった。バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂは、強化繊維として炭素繊維を使用した。

そして、図１４及び図１５に概略示すように、プリプレグシートとされるバイアス強化繊維シート１１ａ、及び、一方向配列強化繊維シート１１ｂを概略Ｈ形或いはＩ形形状に組合せて、ハンドレイアップによりモールド成形し、その後硬化して、Ｈ形或いはＩ形の繊維強化樹脂製主桁材１を作製した。

ハンドレイアップにより成形された繊維強化樹脂製主桁材１は、幅（Ｗ１）３００ｍｍ、幅（Ｗ２）４００ｍｍ、厚み（Ｔ）１２ｍｍ、主桁材内周面の半径（Ｒ）５ｍ、主桁材内周長（Ｌ）３４ｍ（即ち、中心角（θ）４０°）のものであった。

Ｈ形或いはＩ形の繊維強化樹脂製横桁材９も、上記主桁材１と同様にして作製することができる。但し、横桁材９は、長手軸線方向において湾曲されることはなく、直線状とされる。

（スキンプレート）
次に、上記と同じ材料、即ち、バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂ、並びに、マトリクス樹脂を使用して、プリプレグシートを作製した。

このようにして作製したプリプレグシートを複数枚積層し、本実施例では、バイアス強化繊維シート１１ａ、一方向配列強化繊維シート１１ｂ、及びバイアス強化繊維シート１１ａを積層し、厚さ（Ｔ）が１０ｍｍのスキンプレート６、７を作製した。

このスキンプレート６、７を、図１１に示すように、互いに隣接して配置したＨ形或いはＩ形形状の４本の繊維強化樹脂製主桁材１の円周面側及び外周面側に接着剤にて固着した。

上記構成の繊維強化樹脂製主桁材１の両端には、図４に示すように、通常のコンクリートセグメントに接続するための継手部１０を一体に形成した。

このようにして作製した、切削可能な繊維強化樹脂製セグメント１００は、図２７に示すように、セグメントトンネル壁体２００の一部に使用される。

上記構成の本実施例の繊維強化樹脂製セグメント１００は、軸力及び押圧力に対する強度を大幅に増大することができる。

更に、本実施例の変更態様（変更実施例）によると、各繊維強化樹脂製主桁材１とスキンプレート６、７にて画成される空間部に、図１６に示すように、切削可能の充填材２２を充填し、硬化することができる。

充填材２２としては、実施例１で説明したと同様に、セメントミルク、ＦＲＵ、モルタル、コンクリート、ソイルモルタル、スチレン、スチロール、ウレタン、又は、これら材料を空気により発泡させたものとすることができる。本実施例では、発泡セメントミルクを使用した。

この変更実施例の構成とすることにより、繊維強化樹脂製セグメント１００の軸力（圧縮力）、曲げモーメント、剪断力、及び、押圧力に対する強度を更に増大することができる。

実施例３
図１７に、本発明の繊維強化樹脂製セグメント１００の他の実施例を示す。図１７に示す繊維強化樹脂製セグメント１００は、実施例１で説明した繊維強化樹脂製セグメント１００であり、本実施例では、ウェブ材２、３に剥離防止部材８が設けられた点で実施例１と異なり、その他の構成は同じである。従って、同じ構成及び機能をなす部材には同じ参照番号を付し、実施例１の説明を援用する。

本実施例によると、実施例１で説明した繊維強化樹脂製セグメント１００において、少なくとも、平面部がシールド掘進機３００のシールド掘進方向Ｘに対して略直交して配置されたウェブ材には、本実施例では、ウェブ材２、３には、剥離防止部材８が一体に形成される。剥離防止部材８は、繊維強化樹脂製主桁材１と同様に繊維強化樹脂材にて作製され、繊維強化樹脂製主桁材１を作製する時に一体に成形することもできるし、又は、別部材として作製し、接着剤にて一体に固着することもできる。

（剥離防止部材）
本実施例にて剥離防止部材８は、中空とされる繊維強化樹脂製主桁材１の内面側に、且つ、円周方向に沿って延在して形成される。

剥離防止部材８の延在する方向、即ち、剥離防止部材８の軸線方向に直交する横断面形状は、本実施例では、図１７及び図１８（ａ）に示すように、Ｌ形とされる。即ち、ウェブ材２、３に対して直交する方向に延在する部材８ａと、その先端にて所定の方向へと直角に延在する部材８ｂと、にて形成される。

図１７に示す実施例では、剥離防止部材８は、そのＬ形状が、幅方向の中心線Ａ−Ａに対して両側にて対称の形状となるように形成されているが、Ｌ形状は、全てが同じ向きに形成しても良い。また、剥離防止部材８は、中心線Ａ−Ａに対して両側にて対称に、それぞれ二つずつ設けられているが、これに限定されるものではない。即ち、二つ以上設けることもでき、又、一つでも良い。また、両側にて異なる個数としても良い。

さらに、剥離防止部材８の形状は、図１８（ａ）に示す上記Ｌ形の他に、図１８（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、Ｔ形、Ｊ形、Ｆ形、又はＣ形とすることもできる。しかし、これらの形状に限定されるものではなく、その他種々の形状を採用し得る。

本実施例にて、重要なことは、シールド掘進機の先行ビットによって切削される部位以外のウェブ材２、３が簡単に剥がれずメインビットで細片状になることを助けることにある。

つまり、本実施例によれば、シールド掘進機により切削されるウェブ材２、３がシールド掘進機の切削力に対して撓むことと、或いは、先行ビットにて一部切断させた場合に帯状の大きな切削片となることとを防止することである。その結果、ウェブ材２、３が、繊維強化樹脂製主桁材１から細片状に切削されずに、切削屑が大きな砕片として繊維強化樹脂製主桁材１から剥離することを防止することができる。

つまり、剥離防止部材８は、ウェブ材２、３が細片状に切削されるように、シールド掘進機のビット部が当接して切削を開始するウェブ材２、３に対して剛性を付与し、また、充填材２２を用いる場合には充填材からの剥離を防止することにある。

上記説明にて理解されるように、本実施例にて繊維強化樹脂製主桁材１を構成する両側のウェブ材４、５は、平面部がシールド掘進機の進行方向Ｘ方向に沿って配置されているために、ウェブ材４、５がシールド掘進機の切削力に対してより大きな剛性を有している。従って、ウェブ材４、５は、細片状に切削され、そのために、ウェブ材４、５には剥離防止部材８を必ずしも設ける必要はないが、勿論、必要により設けても良い。

本実施例によると、実施例１の作用効果を奏し得ると共に、更に、シールド掘進機による切削屑は細片化され、そのために、シールド掘進機への取り込み性を向上させ、作業性を向上させることができた。

更に、実施例１で説明したように、中空とされた繊維強化樹脂製主桁材１の内部に、図８に示すと同様に、切削可能の充填材２２を充填し、硬化することができる。

充填材２２としては、セメントミルク、ＦＲＵ、モルタル、コンクリート、ソイルモルタル、スチレン、スチロール、ウレタン、又は、これら材料を空気により発泡させたものとすることができる。

この変更実施例の構成とすることにより、繊維強化樹脂製セグメント１００の軸力（圧縮力）、曲げモーメント、剪断力、及び、押圧力に対する強度を更に増大することができる。また、上述のように、ウェブ材が充填材２２から剥離するのを防止することができる。更に、シールド掘進機による切削屑は細片化され、そのために、シールド掘進機への取り込み性を向上させ、作業性を向上させることができる。

実施例４
図１９に、本発明の繊維強化樹脂製セグメント１００の他の実施例を示す。図１９に示す繊維強化樹脂製セグメント１００は、実施例２で説明した繊維強化樹脂製セグメント１００と同様にＨ形或いはＩ形形状の主桁材１を使用しており、ただ、主桁材１が、図１２を参照して説明したように、互いに距離Ｐ１だけ離間して配置されている点で異なる。又、本実施例では、ウェブ材２、３及びスキンプレート６、７に、実施例３で説明した剥離防止部材８が設けられた点で実施例２と異なり、その他の構成は同じである。従って、同じ構成及び機能をなす部材には同じ参照番号を付し、実施例２、３の説明を援用する。

本実施例にて剥離防止部材８は、ウェブ材２、３及びスキンプレート６、７の内面側に、ウェブ材２、３の長手軸線方向に沿って延在して形成される。

図１９に示す実施例では、剥離防止部材８は、そのＬ形状が中央ウェブ材４に対して両側にて対称の形状となるように形成されているが、Ｌ形状は、全てが同じ向きとなるように形成しても良い。また、剥離防止部材８は、中央ウェブ材４に対して両側にて対称に、それぞれ一つずつ設けられているが、これに限定されるものではない。即ち、二つ以上設けることもできる。また、両側にて異なる個数としても良い。

さらに、剥離防止部材８の形状は、先に説明した図１８（ａ）に示す上記Ｌ形の他に、図１８（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、Ｔ形、Ｊ形、Ｆ形、或いは、Ｃ形とすることもできる。しかし、これらの形状に限定されるものではなく、その他種々の形状を採用し得ることは上述の通りである。

本実施例においても重要なことは、シールド掘進機３００により切削されるウェブ材２、３がシールド掘進機の切削力に対して撓むことと、或いは、先行ビットにて一部切断させた場合に帯状の大きな切削片となることとを防止することである。その結果、ウェブ材２、３が、繊維強化樹脂製主桁材１から細片状に切削されずに、切削屑が大きな砕片として繊維強化樹脂製主桁材１から剥離することを防止することができる。

つまり、剥離防止部材８は、ウェブ材２、３が細片状に切削されるように、シールド掘進機のビット部が当接して切削を開始するウェブ材２、３に対して剛性を付与し、また、充填材２２を用いる場合には充填材からの剥離を防止することにある。

上記説明にて理解されるように、本実施例にて繊維強化樹脂製主桁材１を構成する中央ウェブ材４は、平面部がシールド掘進機の進行方向Ｘ方向に配置されているために、ウェブ材２がシールド掘進機の切削力に対して撓むことが少なく、その結果、ウェブ材２は、細片状に切削され易く、そのために、ウェブ材２には剥離防止部材８を必ずしも設ける必要はないが、勿論、必要により設けても良い。

本実施例によると、実施例２の作用効果を奏し得ると共に、更に、シールド掘進機による切削屑は細片化され、そのために、シールド掘進機への取り込み性を向上させ、作業性を向上させることができた。

更に、本実施例の変更態様（変更実施例）によると、各繊維強化樹脂製主桁材１とスキンプレート６、７にて画成される空間部に、図１３に示す実施例２の場合と同様に、シールド掘進機により切削可能の充填材２２を充填し、硬化することができる。

充填材２２としては、実施例２で説明したと同様に、セメントミルク、ＦＲＵ、モルタル、コンクリート、ソイルモルタル、スチレン、スチロール、ウレタン、又は、これら材料を空気により発泡させたものとすることができる。

この変更実施例の構成とすることにより、繊維強化樹脂製セグメント１００の軸力（圧縮力）、曲げモーメント、剪断力、及び、押圧力に対する強度を更に増大することができる。また、上述のように、ウェブ材が充填材２２から剥離するのを防止することができる。更に、シールド掘進機による切削屑は細片化され、そのために、シールド掘進機への取り込み性を向上させ、作業性を向上させることができる。

実施例５
上記実施例では、各繊維強化樹脂製セグメント１００は、図１に示すように、鋼板、或いは、切削可能なＦＲＰ板などの連結部材とされる継手部１０を使用して接着剤にて接合するものとした。

また、繊維強化樹脂製セグメント１００に対して周方向にて隣接するセグメントが、従来の鋼板セグメントとか、コンクリートセグメント１００ａとされる場合には、図４に示すように、連結金具１０ａ及び定着治具１０ｂ等を備えた継手部１０を介してこれらセグメント１００ａに接続するものとした。

本実施例は、改良された継手部１０の構造を示す。本実施例の継手部１０を使用すれば、極めて施工性良く、各繊維強化樹脂製セグメント１００を接続して、シールドトンネル壁体２００を構築するすることができる。

図２０及び図２１を参照して、本実施例による継手部１０の構造を説明する。

本実施例にて、繊維強化樹脂製セグメント１００は、上記実施例１〜４にて説明した構成とすることができる。つまり、繊維強化樹脂製セグメント１００は、湾曲状に形成された繊維強化樹脂製主桁材１をトンネルの延長方向（ａ方向）に複数整列させ、この整列された複数の繊維強化樹脂製主桁材１にて形成される内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に繊維強化樹脂製スキンプレートを接着して一体に形成される。本実施例にて、セグメント１００は、内周面側と外周面側の両側周面にスキンプレート６、７が配置されている。

本実施例にて、互いに隣接して配置されたセグメント１００（１００Ａ、１００Ｂ）を構成する繊維強化樹脂製主桁材１（１Ａ、１Ｂ）は、トンネルの円周方向（ｂ方向）に沿ってその長手方向に延在する中空の管状体とされる。本実施例では、主桁材１は、図９（ｂ）の繊維強化樹脂製主桁材１とされ、外面形状は角部が湾曲とされた矩形状であり、内面形状が円形とされている。また、各主桁材は、トンネルの延長方向（ａ方向）に離間して配置されている。勿論、繊維強化樹脂製主桁材１の形状、配置は、これに限定されるものではなく、先の実施例にて説明した種々の形状及び配置とすることができる。

図２０は、セグメント１００の一方端に、中子継手４１が半分嵌合された状態を示す。又、図２１は、二つのセグメント１００Ａ、１００Ｂが中子継手４１により接続される途中を示している。

更に説明すると、本実施例にて、継手部１０は、継手部１０は、中子継手４１を有しており、トンネルの円周方向（図２１にてｂ方向）に互いに隣接して配置されたセグメント１００Ａ、１００Ｂを接合する。

継手部１０は、中子継手４１を複数備えている。各中子継手４１は、本実施例では、中空管形状とされ、その長手軸線は、繊維強化樹脂製主桁材１の長手軸線と略一致している。各中子継手４１は、その一端の半分４１ａを、互いに隣接するセグメント１００Ａ、１００Ｂの一方のセグメント、本実施例では、セグメント１００Ａの繊維強化樹脂製主桁材１Ａの中空部に嵌合される。また、中子継手４１の他方端の半分４１ｂは、他方のセグメント１００Ｂの繊維強化樹脂製主桁材１Ｂの中空部に嵌合される。

図２１にて、右側のセグメント１００Ｂを更にセグメント１００Ａ側へと移動させることによって、両セグメント１００Ａ、１００Ｂは、中子継手４１により接続され、且つ、互いに円周方向（ｂ方向）に密接配置される。

図２１にて、右側のセグメント１００Ｂは、その右側端部に嵌合された中子継手４１により、更に右側に配置されるセグメント（図示せず）と接続することができる。一方、左側のセグメント１００Ａの左側端部には、中子継手が図示されていないが、必要により、セグメント１００Ａに隣接配置される更に左側のセグメント（図示せず）に対して、中子継手を利用して接続することも可能である。

図２０、図２１に示すように、中子継手４１は、その外形横断面形状が円形状とされる管状体とされるが、必要に応じて中実の断面が円形の棒状態とすることも可能である。勿論、中子継手４１の外形横断面形状は、円形状に限定されるものではなく、その他、楕円形状、三角形状、矩形状、その他の多角形状、その他種々の形状とすることができる。

一方、繊維強化樹脂製主桁材１（１Ａ、１Ｂ）は、本実施例では、図２２に示すように、内面形状が円形とされ、中子継手４１との嵌合部には、環状空間部５０が形成される。また、この環状空間部５０に膨張破砕剤が充填される。これによって、隣接するセグメント１００Ａ、１００Ｂの繊維強化樹脂製主桁材１Ａ、１Ｂが膨張破砕剤を介して中子継手部４１と強固に接続される。

更に、繊維強化樹脂製主桁材１と中子継手部４１との接続を膨張破砕剤を介して強固に固定するために、図２３に示すように、少なくとも繊維強化樹脂製主桁材１と中子継手４１との嵌合部における、中子継手４１の外周面には、所定のピッチにて、螺旋状の凸状突起４２（図２３（ａ））又は環状の凸状突起４３（図２３（ｂ））が形成されるのが好ましい。又は、図示してはいないが、凸状突起４２、４３の代わりに、螺旋状又は環状の凹状溝を形成しても良い。

又、別法としては、少なくとも繊維強化樹脂製主桁材１と中子継手４１との嵌合部における、繊維強化樹脂製主桁材１の内周面に、所定のピッチにて、螺旋状又は環状の凸状突起、又は、螺旋状又は環状の凹状溝を形成しても、同様の効果を達成し得る。

上記実施例１〜４にて説明したように、繊維強化樹脂製主桁材１の内部、更には、各隣接配置された繊維強化樹脂製主桁材１、１の間の空間部には、切削可能の充填材を充填し、硬化することができる。同様に、中子継手４１が、中空の管状体とされる場合には、その内部にも切削可能の充填材を充填し、硬化しても良い。

前記充填材として、上述の実施例にて説明したように、セメントミルク、ＦＲＵ、モルタル、コンクリート、ソイルモルタル、スチレン、スチロール、ウレタン、又は、これら材料を空気により発泡させたものとされる。

本実施例による、中子継手４１は、上記実施例で説明した繊維強化樹脂製主桁材１と同様に作製することができる。即ち、、強化繊維を軸線方向に沿って配列するか、或いは、軸線方向に対して所定の角度にて傾斜して配列した強化繊維シートであるか、又は、クロス状の強化繊維シートであり、樹脂を含浸して形成される。

強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされる。また、前記樹脂は、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むことができる。

ただ、シールド掘進機により切削されることのない継手部１０においては、中子継手４１は、鋼管などの金属製とすることも可能である。

更に、図２４に示すように、中子継手４１及びセグメント１００を貫通して配置されたボルトを利用してボルト締めすることにより、更に継手部１０をより強固に接続することも可能である。この場合には、ナット６１を外側繊維強化樹脂製スキンプレート７に設け、内側繊維強化樹脂製スキンプレート６側からボルト６２を挿通するのがよい。このとき、ボルト６２の先端は、外側繊維強化樹脂製スキンプレート７より外方へと突出しないようにするのが好ましい。

上記実施例では、繊維強化樹脂製主桁材１の形状は、中空管形状とされるものとして説明したが、図１１などを参照して説明したＨ形或いはＩ形形状とすることもできる。

この場合には、隣接する主桁材１、１の間に形成される空間部に、上記中子継手４１を装入、嵌合させ、必要により、空間部に充填材、或いは、上記膨張破砕剤を充填することによって、隣接するセグメント１００Ａ、１００Ｂを強固に接続することができる。

又、上記説明では、図２２に示すように、繊維強化樹脂製主桁材１と中子継手４１との嵌合部に形成される環状空間部５０は、狭いものとし、この環状空間部５０に膨張破砕剤が充填されるものとして説明した。この環状空間部５０は、繊維強化樹脂製主桁材１と中子継手との嵌合部の空隙Ｇが最大数ｍｍ程度とされた。

これに対して、図２５に示すように、繊維強化樹脂製主桁材１と中子継手との嵌合部の空隙Ｇが最小で数ｃｍ程度とされる遊間部５０Ａを持たせることも可能である。

この場合には、図２６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、隣接するセグメントを接合する時に、両セグメント１００Ａ、１００Ｂを軸方向（図１にてａ方向）に移動させてセグメントの組み立て、及び、調整を行うことができ、施工性を一段と容易なものとすることができる。組み立て後、遊間部５０Ａには、上記セメントモルタル等の充填材と同様の間詰め材が充填される。

本発明に係る繊維強化樹脂製セグメントの一実施例を示す斜視図である。 図１に示す繊維強化樹脂製セグメントの分解斜視図である。 本発明に係る繊維強化樹脂製セグメントの他の実施例を示す斜視図である。 本発明に係る繊維強化樹脂製セグメントの周方向継手部の一実施例を示す斜視図である。 繊維強化樹脂製主桁材を作製するための強化繊維シートの一実施例を示す斜視図である。 繊維強化樹脂製主桁材を作製するための強化繊維シートの一実施例を示す分解斜視図である。 繊維強化樹脂製主桁材の一実施例を示す部分断面斜視図である。 本発明に係る繊維強化樹脂製セグメントの他の実施例を示す斜視図である。 繊維強化樹脂製セグメントの他の実施例を示す断面図である。 繊維強化樹脂製セグメントの他の実施例を示す断面図である。 図１１（ａ）は、本発明に係る繊維強化樹脂製セグメントの他の実施例を示す斜視図であり、図１１（ｂ）は、繊維強化樹脂製セグメントの分解斜視図である。 本発明に係る繊維強化樹脂製セグメントの他の実施例を示す斜視図である。 本発明に係る繊維強化樹脂製セグメントの他の実施例を示す斜視図である。 繊維強化樹脂製主桁材の他の実施例を示す部分断面斜視図である。 繊維強化樹脂製主桁材の製造法を説明するための説明図である。 本発明に係る繊維強化樹脂製セグメントの他の実施例を示す斜視図である。 剥離防止部材を備えた本発明に係る繊維強化樹脂製セグメントの一実施例を示す断面図である。 剥離防止部材の他の実施例を示す斜視図である。 剥離防止部材を備えた本発明に係る繊維強化樹脂製セグメントの他の実施例を示す断面図である。 本発明のシールドトンネル壁体を構成するセグメントの一実施例を示す斜視図である。 本発明のシールドトンネル壁体の一実施例を示す斜視図である。 本発明に従って構成される継手部の一実施例を示す断面図である。 継手部の中子継手の一実施例を示す断面図である。 継手部の他の実施例を示す断面図である。 継手部の他の実施例を示す断面図である。 図２５に示す本発明に従って構成される継手部を使用した場合の施工法を説明する概略図である。 従来のシールドトンネル壁体の一例を示す斜視図である。 従来のシールドトンネル壁体の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１ 繊維強化樹脂製主桁材
２、３、４、５ ウェブ材
６、７ スキンプレート
８ 剥離防止部材
２２ 充填材
１０ 継手部
４１ 中子継手
１００ 繊維強化樹脂製セグメント
２００ シールドトンネルの壁体

Claims (20)

1. シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントにおいて、
   湾曲状に形成された繊維強化樹脂製主桁材をトンネルの延長方向に複数整列させ、前記複数の繊維強化樹脂製主桁材にて形成される内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に繊維強化樹脂製スキンプレートを接着して一体とし、
   前記繊維強化樹脂製主桁材は、その長手方向に延在する軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされ、
   前記繊維強化樹脂製主桁材の長手軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされる場合に、長手軸線方向に延在する中央ウェブ材の両端に一体に形成された端ウェブ材の間に、前記主桁材の長手軸線方向に所定の距離の間隔を持って、繊維強化樹脂製のリブ材を配置し、隣接する前記端ウェブ材を互いに連結することを特徴とする繊維強化樹脂製セグメント。
2. シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントにおいて、
   湾曲状に形成された繊維強化樹脂製主桁材をトンネルの延長方向に複数整列させ、前記複数の繊維強化樹脂製主桁材にて形成される内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に繊維強化樹脂製スキンプレートを接着して一体とし、
   前記繊維強化樹脂製主桁材は、その長手方向に延在する軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされ、
   隣接する複数の前記繊維強化樹脂製主桁材の間に切削可能の充填材が一体に充填硬化されていることを特徴とする繊維強化樹脂製セグメント。
3. シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントにおいて、
   湾曲状に形成された繊維強化樹脂製主桁材をトンネルの延長方向に複数整列させ、前記複数の繊維強化樹脂製主桁材にて形成される内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に繊維強化樹脂製スキンプレートを接着して一体とし、
   前記繊維強化樹脂製主桁材は、その長手方向に延在する軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされ、
   前記繊維強化樹脂製主桁材の長手軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされる場合に、長手軸線方向に延在する中央ウェブ材の両端に一体に形成された端ウェブ材の間に、前記主桁材の長手軸線方向に所定の距離の間隔を持って、繊維強化樹脂製のリブ材を配置し、隣接する前記端ウェブ材を互いに連結し、
   隣接する複数の前記繊維強化樹脂製主桁材の間に切削可能の充填材が一体に充填硬化されていることを特徴とする繊維強化樹脂製セグメント。
4. 前記充填材は、セメントミルク、ＦＲＵ、モルタル、コンクリート、ソイルモルタル、スチレン、スチロール、ウレタン、又は、これら材料を空気により発泡させたものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の繊維強化樹脂製セグメント。
5. シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントにおいて、
   湾曲状に形成された繊維強化樹脂製主桁材をトンネルの延長方向に複数整列させ、前記複数の繊維強化樹脂製主桁材にて形成される内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に繊維強化樹脂製スキンプレートを接着して一体とし、
   剥離防止部材が、前記繊維強化樹脂製主桁材に形成されることを特徴とする繊維強化樹脂製セグメント。
6. 剥離防止部材が、前記繊維強化樹脂製スキンプレートに形成されることを特徴とする請求項５の繊維強化樹脂製セグメント。
7. シールド掘進機によって掘削されるシールドトンネルの壁体を構築するセグメントであって、シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントにおいて、
   湾曲状に形成された繊維強化樹脂製主桁材をトンネルの延長方向に複数整列させ、前記複数の繊維強化樹脂製主桁材にて形成される内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に繊維強化樹脂製スキンプレートを接着して一体とし、
   前記繊維強化樹脂製主桁材は、その長手方向に延在する軸線に対して直交する方向に、互いに密接して、或いは、所定の距離だけ離間して整列され、
   前記繊維強化樹脂製主桁材が、その長手方向に延在する軸線に対して直交する方向に、所定の距離だけ離間して整列される場合に、隣接する前記繊維強化樹脂製主桁材の間に、前記主桁材の長手軸線方向に所定の距離の間隔を持って、繊維強化樹脂製の横桁材を配置し、隣接する前記繊維強化樹脂製主桁材を互いに連結し、
   前記繊維強化樹脂製横桁材は、強化繊維を軸線方向に沿って配列するか、或いは、軸線方向に対して所定の角度にて傾斜して配列した強化繊維シートであるか、又は、クロス状或いはマット状の強化繊維シートであり、樹脂を含浸して形成されることを特徴とする繊維強化樹脂製セグメント。
8. 前記繊維強化樹脂製主桁材は、その長手軸線方向に延在する中空の管状体であることを特徴とする請求項７に記載の繊維強化樹脂製セグメント。
9. 前記繊維強化樹脂製主桁材は、その横断面形状が三角形状、矩形状若しくはその他の多角形状、又は、円形状、又は、楕円形状とされることを特徴とする請求項８の繊維強化樹脂製セグメント。
10. 少なくとも前記繊維強化樹脂製主桁材の内部に切削可能の充填材が充填硬化されていることを特徴とする請求項８又は９の繊維強化樹脂製セグメント。
11. 前記繊維強化樹脂製主桁材は、その長手方向に延在する軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされることを特徴とする請求項７に記載の繊維強化樹脂製セグメント。
12. 前記繊維強化樹脂製主桁材の長手軸線に対して直交する横断面形状がＨ形若しくはＩ形とされる場合に、長手軸線方向に延在する中央ウェブ材の両端に一体に形成された端ウェブ材の間に、前記主桁材の長手軸線方向に所定の距離の間隔を持って、繊維強化樹脂製のリブ材を配置し、隣接する前記端ウェブ材を互いに連結することを特徴とする請求項１１の繊維強化樹脂製セグメント。
13. 隣接する複数の前記繊維強化樹脂製主桁材の間に切削可能の充填材が一体に充填硬化されていることを特徴とする請求項１１又は１２の繊維強化樹脂製セグメント。
14. 前記充填材は、セメントミルク、ＦＲＵ、モルタル、コンクリート、ソイルモルタル、スチレン、スチロール、ウレタン、又は、これら材料を空気により発泡させたものであることを特徴とする請求項１０又は１３に記載の繊維強化樹脂製セグメント。
15. 剥離防止部材が、前記繊維強化樹脂製主桁材に形成されることを特徴とする請求項７〜１４のいずれかの項に記載の繊維強化樹脂製セグメント。
16. 剥離防止部材が、前記繊維強化樹脂製スキンプレートに形成されることを特徴とする請求項１５の繊維強化樹脂製セグメント。
17. シールド掘進機により切削可能な繊維強化樹脂製セグメントにて構築された壁領域を備えたシールドトンネルの壁体において、
    前記繊維強化樹脂製セグメントは、湾曲状に形成された繊維強化樹脂製主桁材をトンネルの延長方向に複数整列させ、この整列された前記複数の繊維強化樹脂製主桁材にて形成される内周面側と外周面側の少なくとも一側の周面に繊維強化樹脂製スキンプレートを接着して一体に形成されており、
    前記繊維強化樹脂製主桁材は、トンネルの円周方向に沿ってその長手方向に延在する中空の管状体であり、
    トンネルの円周方向において互いに隣接する前記繊維強化樹脂製セグメントは、隣接する前記繊維強化樹脂製セグメントにて互いに対向した前記繊維強化樹脂製主桁材の中空部に中子継手の両端部をそれぞれ嵌合させることにより接続される、
    ことを特徴とするシールドトンネルの壁体。
18. 前記繊維強化樹脂製主桁材の外形横断面形状は、三角形状、矩形状若しくはその他の多角形状、又は、円形状、又は、楕円形状とされ、前記繊維強化樹脂製主桁材の中空部横断面形状は、円形状とされることを特徴とする請求項１７のシールドトンネルの壁体。
19. 前記中子継手の外形横断面形状は、三角形状、矩形状若しくはその他の多角形状、又は、円形状、又は、楕円形状とされることを特徴とする請求項１８のシールドトンネルの壁体。
20. 前記繊維強化樹脂製主桁材と前記中子継手との嵌合部には、環状空間部又は遊間部が形成され、この環状空間部には膨張破砕剤が充填され、遊間部には間詰め材が充填されることを特徴とする請求項１９のシールドトンネルの壁体。

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