JPH0893393A

JPH0893393A - 覆工用セグメント

Info

Publication number: JPH0893393A
Application number: JP6254411A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Nomoto; 寿野元; Kenji Mito; 憲二三戸
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 1996-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の台形セグメントをさらに発展させ、ピ
ース間継手面のモーメントの伝達が充分に行なえ、鋭角
部の角度を損傷原因とならない程度に大きく設定できる
ようになした覆工用セグメントを提供する。【構成】セグメント本体の幅方向の平行両辺を一方が
長円弧辺、他端が短円弧辺となし、周方向両端は長円弧
辺の両端から短円弧辺の中間まで達する一対の第一立上
辺と、両第一立上辺の先端より長円弧辺及び短円弧辺に
略平行に中央側に向かう一定距離の一対の略平行段辺
と、この略平行段辺の中央側先端より短円弧辺に達する
一対の第二立上辺とで外観略凸の字形に構成し、このセ
グメント本体は、長円弧辺側と短円弧辺側とを交互に向
きを代えて複数個を組みあわせることで所定の幅及び径
の覆工リングを形成できる大きさとなす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル掘削等に使用
される覆工用セグメントに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、覆工用セグメントは、完成する覆
工リングを複数の弧面体に分割した形状となしてあり、
通常は、覆工リングを縦方向（トンネル軸方向）に数分
割した方形円弧面形状（以下、方形セグメントとい
う。）となしてある。

【０００３】また、最近は上記方形セグメントに代え、
幅方向の平行両辺を一方が長円弧辺、他端が短円弧辺と
なし、周方向両端は長円弧辺の両端から短円弧辺に向か
って順次間隔を狭めるようになした台形円弧面形状のセ
グメント（以下、台形セグメントという。）も提案（例
えば、実開昭６２−６０６９６、特開平３−２４７８９
８、実公平５−４５６７７、特開平４−２１３６９６号
等）されている。

【０００４】なお、従来、セグメントの設計に際して
は、外圧によって発生する断面力及び変形に対して、セグメントリングの剛性を向上させて対処する。多ヒンジ構造となし、セグメントリングの剛性を低
減させ、周囲の地盤バネを積極的に利用する。という、二つの方法が採用されているが、大きな地盤バ
ネが期待できない軟弱地盤または一般土砂地盤では、セ
グメントリングが大きく変形してしまい、漏水、クラッ
ク発生等の原因となるので、上記の方法は採用でき
ず、軟弱地盤または一般土砂地盤が多い我が国ではの
方法を採用するのが基本となっている。

【０００５】そして、上記の方法によっている我が国
では、継手の存在による剛性低下を補うため、方形セグ
メントは千鳥組みにすることが必要不可欠な条件となっ
ている。そして、方形セグメントリングを千鳥組みにし
ても、継手の存在によって継手のないリングに比べて変
形しやすいので、修正慣用計算法では、この点を考慮し
て、方形セグメントリングをセグメント単体の曲げ剛性
ＥＩよりも剛性の低い一様なリング（曲げ剛性ηＥＩ、
η＜＝１）と考え、従来の慣用計算法に準じて断面力を
算出するものである。なお、このηを曲げ剛性の有効率
と呼んでいる。

【０００６】さらに、ピース間継手（セグメント本体と
隣接するセグメント本体とを連結する継手）は一継手箇
所以外の部分に比べて曲げ剛性が低いので、曲げモーメ
ントの全てがピース間継手を通じて伝達されるのではな
く、その一部はリング間継手（セグメント本体を組み立
てたリングと隣接するリングとを連結する継手）の剪断
抵抗によって隣接セグメントに伝達される。このため、
一様な曲げ剛性ηＥＩを持つリングと考えて求めた断面
力のうち、曲げモーメントだけを割り増して（１＋ζ）
Ｍとし、その位置での軸力Ｎと組みあわせて、主桁の設
計に当てるのが合理的と考えている。なお、ζは隣接セ
グメントに伝達される曲げモーメントと剛性一様リング
として算出した曲げモーメントとの比であり、曲げモー
メントの割増率と呼んでいる。この場合、隣接セグメン
ト一般部に作用する曲げモーメントはＭ＋Ｍ２＝（１＋
ζ）Ｍ、ピース間継手に作用する曲げモーメントはＭ₁
＝（１−ζ）Ｍで表される。

【０００７】なお、上記において、Ｍは：剛性一様リングとして算出されるセグメント幅ｂ
あたりの曲げモーメントＭ₁は：ピース間継手面に作用するセグメント幅ｂあた
りの曲げモーメントＭ₂は：ピース間継手断面においてリング間継手を介し
て隣接セグメントに伝達されるセグメント幅ｂあたりの
曲げモーメントである。そして、これらは次の「表１」の関係にある。

【０００８】

【表１】

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】したがって、上記従来
の方形セグメントによるセグメントリングの断面力設計
法はピース間継手の剛性の低さを千鳥組みによって緩和
し、セグメントリングを曲げ剛性一様なリングとして取
り扱うものなので、セグメント幅が著しく広い場合は、
ピース間継手の変形を隣接セグメントで補えなくなるこ
とから適用に限界を有し、セグメント幅を狭く設定せざ
るを得ないでいるという課題を有している。

【００１０】上記に対して、従来の台形セグメントは、
ピース間継手面に傾きを有しているため、曲げモーメン
トに対して円周方向長さを持って接合し、継手曲げ剛性
が低くても剪断剛性である程度の曲げモーメントを伝達
できる。しかし、この台形セグメントは性能試験の結果
では方形セグメントと同等の結果は得られているも、ピ
ース間継手面の傾き（トンネル軸に対する傾き）が少な
いとこの部位での曲げモーメントの伝達が充分でなく、
該傾きを大きくすると、台形セグメントの底辺両角に鋭
角部分が発生し、この鋭角部分が破損し易くなるという
課題を有することが実験の結果認められた。

【００１１】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、従来の台形セグメントをさらに発展させ、ピー
ス間継手面のモーメントの伝達が充分に行なえ、かつ、
鋭角部の角度を損傷原因とならない程度に大きく設定で
きるようになし、幅が広くて、施工の高速化、セグメン
ト構造の単一化による経済化に有効な覆工用セグメント
を提供することを目的としたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的に沿い、先述
特許請求の範囲を要旨とする本発明の構成は前述課題を
解決するために、覆工リングを複数の弧面体に分割した
形状となす覆工用セグメントにおいて、セグメント本体
１０の幅方向の平行両辺を一方が長円弧辺１１、他端が
短円弧辺１２となし、周方向両端は長円弧辺１１の両端
から短円弧辺１２の中間まで達する一対の第一立上辺１
３，１３と、両第一立上辺１３の先端より長円弧辺１１
及び短円弧辺１２に略平行に中央側に向かう一定距離の
一対の略平行段辺１４，１４と、この略平行段辺１４，
１４の中央側先端より短円弧辺１２に達する一対の第二
立上辺１５，１５とで外観略凸の字形に構成し、上記セ
グメント本体１０は、長円弧辺１１側と短円弧辺１２側
とを交互に向きを代えて複数個を組みあわせることで所
定の幅及び径の覆工リングを形成できる大きさとなした
技術的手段を講じたものである。

【００１３】また、「請求項２」の発明は、覆工リング
を複数の弧面体に分割した形状となす覆工用セグメント
において、セグメント本体１０の幅方向の平行両辺を一
方が長円弧辺１１他端が短円弧辺１２となし、周方向両
端は長円弧辺１１の両端から短円弧辺１２へ向かうにし
たがって順次間隔を狭めて長円弧辺１１と短円弧辺１２
の中間まで達する一対の第一立上辺１３，１３と、両第
一立上辺１３の先端より長円弧辺１１及び短円弧辺１２
と略平行に中央側に向かう一定距離の一対の略平行段辺
１４，１４と、この略平行段辺１４，１４の中央側先端
より短円弧辺１２へ向かうにしたがって順次間隔を狭め
る一対の第二立上辺１５，１５とで外観略凸の字形に構
成し、上記セグメント本体１０は、長円弧辺１１側と短
円弧辺１２側とを交互に向きを代えて複数個を組みあわ
せることで所定の幅及び径の覆工リングを形成できる大
きさとなした技術的手段を講じたものである。

【００１４】また、「請求項３」の発明は、覆工リング
を複数の弧面体に分割した形状となす覆工用セグメント
において、セグメント本体１０の周方向両端は長円弧辺
１１の両端から短円弧辺１２へ向かうにしたがって順次
間隔を狭めて長円弧辺１１と短円弧辺１２の中央に達す
る一対の第一立上辺１３，１３と、両第一立上辺１３の
先端より長円弧辺１１及び短円弧辺１２と略平行に中央
側に向かう一定距離の一対の略平行段辺１４，１４と、
この略平行段辺１４，１４の中央側先端より短円弧辺１
２へ向かうにしたがって順次間隔を狭める一対の第二立
上辺１５，１５とで外観略凸の字形に構成し、上記セグ
メント本体１０は、長円弧辺１１側と短円弧辺１２側と
を交互に向きを代えて複数個を組みあわせることで所定
の幅及び径の覆工リングを形成できる大きさとなし、上
記第一立上辺１３，１３と平行段辺１４，１４と第二立
上辺１５，１５との夫々の中央部位にピース間継手２
０，２０，２０・・・を設け、さらに、長円弧辺１１と
短円弧辺１２とには、短円弧辺１２の中央に次ぎの覆工
リングの長円弧辺１１の一端が一値してリング接続され
る位置にリング間継手２１，２１，２１・・・を設けた
技術的手段を講じたものである。

【００１５】

【作用】次に、本発明の作用を説明する。本発明の作用
の説明に先立ち、従来の方形セグメントは、隣接セグメ
ントを組み立てることでピース間継手の変形を隣接セグ
メントで補えることになり、千鳥組効果が得られること
になるが、本発明覆工用セグメントは一リングでこの作
用を呈することになる。すなわち、順次互いに向きを変
えて隣り合うセグメント本体１０は相互に曲げモーメン
トを伝達し合うことになる。

【００１６】また、本発明覆工用セグメントをリングに
を組み立てると、該覆工用セグメントは略凸の字形に構
成し、セグメント本体１０は長円弧辺１１側と短円弧辺
１２側とを交互に向きを代えて複数個を組みあわせるこ
とで所定の幅及び径の覆工リングを形成できる大きさと
なしてあるので、この所定の幅をｂとして、幅がｂ／２
の方形セグメントを二組組み立てた場合とを比較する
と、後者の幅がｂ／２の方形セグメントのリング間継手
の剛性が無限大となした状態に匹敵する作用を呈する。

【００１７】上記作用を逆に理解するならば、本発明覆
工用セグメントは従来の方形セグメントの幅が１／２以
下の千鳥組効果を得られ、その分、ピース間継手の剛性
低下、セグメント幅の倍増を許容するよう作用するもの
で、セグメント幅を従来の２倍に拡大しても従来と同等
の千鳥組効果を得られるよう作用するものである。

【００１８】そして、従来の台形セグメントでは、傾斜
面でピース間継手の剛性を補っているが、本発明の場合
は「図５」に示すように、ボルトＡ，Ｂの距離Ｌで堅固
に接合したとすると、この距離Ｌを充分大きくとること
で、ピース間継手によって伝達される曲げモーメントを
高く設定できる。これを従来の台形セグメントで実現す
るには、同図に破線Ｒ１で示す傾斜面を有する台形を用
意しなくてはならないが、この傾斜面を得るため傾斜角
を小さくすると角Θ１は鋭角となり、この鋭角部位に応
力集中が生じ強度確保が困難となるが、凸形の本発明で
は、該鋭角部を形成しないで上記距離Ｌを確保するよう
作用するものである。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図中、１０が本発明の主要部を構成す
るセグメント本体である。

【００２０】上記セグメント本体１０は、本実施例では
プレキャストコンクリート製のものを想定しているが、
無論従来公知なその他の材質で構成しても差し支えはな
い。

【００２１】そして、このセグメント本体１０は、その
幅方向の平行両辺を一方が長円弧辺１１、他端が短円弧
辺１２となし、周方向両端は長円弧辺１１の両端から短
円弧辺１２の中間まで達する一対の第一立上辺１３，１
３と、両第一立上辺１３の先端より長円弧辺１１及び短
円弧辺１２に略平行に中央側に向かう一定距離の一対の
略平行段辺１４，１４と、この略平行段辺１４，１４の
中央側先端より短円弧辺１２に達する一対の第二立上辺
１５，１５とで外観略凸の字形に構成してある。

【００２２】上記第一立上辺１３，１３と第二立上辺１
５，１５とは、長円弧辺１１及び短円弧辺１２に対し
て、夫々直角となせばよいが、図示実施例及び「請求項
２」の発明では、短円弧辺１２へ向かうにしたがって順
次間隔を狭めよるうになしてある。

【００２３】すなわち、「請求項２」の発明は、セグメ
ント本体１０の幅方向の平行両辺を一方が長円弧辺１
１、他端が短円弧辺１２となし、周方向両端は長円弧辺
１１の両端から短円弧辺１２へ向かうにしたがって順次
間隔を狭めて長円弧辺１１と短円弧辺１２の中間まで達
する一対の第一立上辺１３，１３と、両第一立上辺１３
の先端より長円弧辺１１及び短円弧辺１２と略平行に中
央側に向かう一定距離の一対の略平行段辺１４，１４
と、この略平行段辺１４，１４の中央側先端より短円弧
辺１２へ向かうにしたがって順次間隔を狭める一対の第
二立上辺１５，１５とで外観略凸の字形に構成してあ
る。

【００２４】上記のごとく、第一立上辺１３，１３と第
二立上辺１５，１５とを、短円弧辺１２へ向かうにした
がって順次間隔を狭めるようになしておくと、組み立て
作業が効率的となるもので、従来すでに実施されてい
る、シールド掘進機の推進とセグメントの組立を並行す
る際に、すでに立坑側に短円弧辺１２を切羽側に向けて
組み立ててある二つのセグメント間に、後から短円弧辺
１２を先にして（立坑側に向けて）切羽側より別のセグ
メントを嵌め込むのに、この嵌め込み作業が容易となる
ものである。

【００２５】また、上記略平行段辺１４，１４とは、通
常は図示したように、長円弧辺１１及び短円弧辺１２に
対して平行となすが、必ずしも平行でなくてもよく、中
央側に向かうにしたがって長円弧辺１１より遠ざかり短
円弧辺１２に近づくように傾斜させても実質的に同じで
ある。

【００２６】そして、本発明は上記セグメント本体１０
は、長円弧辺１１側と短円弧辺１２側とを交互に向きを
代えて複数個を組みあわせることで所定の幅及び径の覆
工リングを形成できる大きさとなしてある。

【００２７】すなわち、上記セグメント本体１０は従来
の台形セグメント同様に、形成される覆工リングを複数
分割する形状に構成されるもので、特に奇数個に分割す
るのではなく、偶数個に分割する形状となすと、セグメ
ント本体１０の形状は単一でよいのは従来の台形セグメ
ントと同じである。なお、図示実施例では６分割方式
（２分割は搬入等の点で実際には困難であるが、３分割
以上であればよい。）となし、６個のセグメント本体１
０を組みあわせることで一つの覆工リングを構成できる
ようになしてある。

【００２８】なお、上記した長円弧辺１１と短円弧辺１
２の関係は図示例では、長円弧辺１１が短円弧辺１２の
略二倍の長さとなしてあるが、上記覆工リングを複数分
割する形状の条件を満足する範囲で適宜変更してもよい
のは無論である。

【００２９】また、上記した第一立上辺１３，１３と第
二立上辺１５，１５との長さは、上記覆工リングを複数
分割する形状の条件を満足するさせるために、両者は同
一寸法となる。

【００３０】また、上記平行段辺１４，１４の長さは、
図示例では、長円弧辺１１の略１／４、短円弧辺１２の
略１／２となしてあるが、これも上記と同様に上記覆工
リングを複数分割する形状の条件を満足する範囲で、適
宜に設定することができる。なお、この距離（長さ）は
大きくとることで前記作用で説明した「図５」の距離Ｌ
を大きく設定できるものである。

【００３１】次に、「請求項３」の発明は、上記構成に
加え、上記第一立上辺１３，１３と平行段辺１４，１４
と第二立上辺１５，１５との夫々の中央部位にピース間
継手２０，２０，２０・・・を設けてある。

【００３２】すなわち、上記の位置にピース間継手２
０，２０，２０・・・を設けることで、同一リング内で
セグメント本体１０の凸型の細幅面部（第一立上辺１
３，１３と平行段辺１４，１４と第二立上辺１５，１５
との各面部）が一体となって挙動するようになしてい
る。

【００３３】さらに、上記長円弧辺１１と短円弧辺１２
とには、短円弧辺１２の中央に次ぎの覆工リングの長円
弧辺１１の一端が一致してリング接続される位置にリン
グ間継手２１，２１，２１・・・を設けてある。

【００３４】上記のようにリング間継手２１，２１，２
１・・・の位置を設定したのは、千鳥組を実現するため
のもので、本発明は、長円弧辺１１と短円弧辺１２とに
寸法差を設けてあるので、必ずしも千鳥組にする必要性
はなく、同一パターンで各リングを連結してもピース間
継手が一直線上に位置しないので、千鳥組効果を得られ
るが、さらに、ピース間継手を「図４」に示すように最
も一直線上からずらすことで千鳥組効果を得るようにな
したものである。なお、「図４」の展開図から明らかな
ように、一連続パターンの矢印Ｘ，Ｘ，Ｘ・・・部位で
は全てピース間継手が二箇所となり、より一様リングと
して取り扱えるものである。

【００３５】なお、ピース間継手２０とリング間継手２
１とは、本実施例では螺子継手を使用したが、その他の
従来公知な各種継手を使用してもよいのは無論である。
また、「図３」中３０は、継手のボルトを締着するため
の欠部を示すものである。

【００３６】

【発明の効果】本発明は上記のごときで、従来の方形セグメントに比較しては、セグメント幅
を２倍まで拡大することができる。従来の方形セグメントに比べ、ピース間継手に対す
る負担が小さいため、ピース間継手の性能を低減でき
る。セグメント幅を拡大することでリング間継手の個数
が低減できる。という効果を有し、その結果セグメント組立の効率化、
自動組立機構の簡略化が可能となり、工期短縮、工費節
減を図ることができる覆工セグメントを提供できるもの
である。

【００３７】また、本発明はセグメント本体を覆工リン
グを偶数個に分割した大きさとなすことで、該セグメン
トリングを種類が１つですむため、セグメント製造の経
済化、シールドトンネル掘進機の推進とセグメント組立
を並行する施工の高速化が可能となる覆工セグメントを
提供できるものである。

【００３８】さらにまた、本発明は凸型となすことで、
応力が集中する鋭角部を有することなく、ピース間継手
の固定距離を大きく設定でき、ピース間継手の剛性を高
めることのできる覆工セグメントを提供できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明覆工用セグメントで組み立てたセグメン
トリングの正面図である。

【図２】同セグメントリングの側面図である。

【図３】同セグメントリングの外観図である。

【図４】同セグメントリングの展開図である。

【図５】「図４」の一部拡大図である。

【図６】方形セグメントにおける千鳥組の曲げモーメン
トの伝達を説明する模式図である。

【符号の説明】

１０セグメント本体１１長円弧辺１２短円弧辺１３第一立上辺１４略平行段辺１５第二立上辺２０ピース間継手２１リング間継手

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】覆工リングを複数の弧面体に分割した形
状となす覆工用セグメントにおいて、セグメント本体（１０）の幅方向の平行両辺を一方が長
円弧辺（１１）、他端が短円弧辺（１２）となし、周方
向両端は長円弧辺（１１）の両端から短円弧辺（１２）
の中間まで達する一対の第一立上辺（１３，１３）と、
両第一立上辺（１３）の先端より長円弧辺（１１）及び
短円弧辺（１２）に略平行に中央側に向かう一定距離の
一対の略平行段辺（１４，１４）と、この略平行段辺
（１４，１４）の中央側先端より短円弧辺（１２）に達
する一対の第二立上辺（１５，１５）とで外観略凸の字
形に構成し、上記セグメント本体（１０）は、長円弧辺（１１）側と
短円弧辺（１２）側とを交互に向きを代えて複数個を組
みあわせることで所定の幅及び径の覆工リングを形成で
きる大きさとなした覆工用セグメント。
【請求項２】覆工リングを複数の弧面体に分割した形
状となす覆工用セグメントにおいて、セグメント本体（１０）の幅方向の平行両辺を一方が長
円弧辺（１１）他端が短円弧辺（１２）となし、周方向
両端は長円弧辺（１１）の両端から短円弧辺（１２）へ
向かうにしたがって順次間隔を狭めて長円弧辺（１１）
と短円弧辺（１２）の中間まで達する一対の第一立上辺
（１３，１３）と、両第一立上辺（１３）の先端より長
円弧辺（１１）及び短円弧辺（１２）と略平行に中央側
に向かう一定距離の一対の略平行段辺（１４，１４）
と、この略平行段辺（１４，１４）の中央側先端より短
円弧辺（１２）へ向かうにしたがって順次間隔を狭める
一対の第二立上辺（１５，１５）とで外観略凸の字形に
構成し、上記セグメント本体（１０）は、長円弧辺（１１）側と
短円弧辺（１２）側とを交互に向きを代えて複数個を組
みあわせることで所定の幅及び径の覆工リングを形成で
きる大きさとなした覆工用セグメント。
【請求項３】覆工リングを複数の弧面体に分割した形
状となす覆工用セグメントにおいて、セグメント本体（１０）の周方向両端は長円弧辺（１
１）の両端から短円弧辺（１２）へ向かうにしたがって
順次間隔を狭めて長円弧辺（１１）と短円弧辺（１２）
の中央に達する一対の第一立上辺（１３，１３）と、両
第一立上辺（１３）の先端より長円弧辺（１１）及び短
円弧辺（１２）と略平行に中央側に向かう一定距離の一
対の略平行段辺（１４，１４）と、この略平行段辺（１
４，１４）の中央側先端より短円弧辺（１２）へ向かう
にしたがって順次間隔を狭める一対の第二立上辺（１
５，１５）とで外観略凸の字形に構成し、上記セグメント本体（１０）は、長円弧辺（１１）側と
短円弧辺（１２）側とを交互に向きを代えて複数個を組
みあわせることで所定の幅及び径の覆工リングを形成で
きる大きさとなし、上記第一立上辺（１３，１３）と平行段辺（１４，１
４）と第二立上辺（１５，１５）との夫々の中央部位に
ピース間継手（２０，２０，２０・・・）を設け、さらに、長円弧辺（１１）と短円弧辺（１２）とには、
短円弧辺（１２）の中央に次ぎの覆工リングの長円弧辺
（１１）の一端が一致してリング接続される位置にリン
グ間継手（２１，２１，２１・・・）を設けた覆工用セ
グメント。