JP7217586B2 - Steel segment and shield tunnel - Google Patents
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Description
本発明は、鋼製セグメントと、この鋼製セグメントを少なくとも一部に有するシールドトンネルに関する。 The present invention relates to a steel segment and a shield tunnel having at least a part of the steel segment.
例えば、軟弱な地盤が分布する都市部で道路トンネルを施工する場合、開削工法の適用が一般的であるものの、開削工法は、工事中の騒音や振動、交通規制等の課題を内在している。また、都市部の道路下空間は、複数の地下鉄や共同溝等の埋設物が輻輳していることから、新たに施工しようとするトンネルの設置深度は往々にして深くなる傾向にあり、設置深度の深層化は建設費の増大に直結する。このような背景の下、道路トンネルの施工に際してシールド工法を適用するケースが増加している。ところで、この道路トンネルの施工に当たり、一般の道路トンネルの施工では、例えば一台のシールド掘進機の掘進によって断面円形の本線トンネルが施工されることで足りる。一方、道路トンネルの分合流部の施工では、本線トンネルとランプトンネルの各断面を包括する、極めて大規模な地中拡幅が必要になり、加えて、断面が縦断方向に変化する複雑な構造を有することから、その施工には様々な工夫を講じる必要がある。 For example, when constructing a road tunnel in an urban area where soft ground is distributed, the open-cut method is generally applied, but the open-cut method has inherent problems such as noise and vibration during construction and traffic regulation. . In addition, since the space under the road in urban areas is congested with buried objects such as multiple subways and utility tunnels, the installation depth of new tunnels to be constructed tends to be deep. The deepening of the soil will directly lead to an increase in construction costs. Under such circumstances, the number of cases where the shield construction method is applied to the construction of road tunnels is increasing. By the way, in construction of this road tunnel, in the construction of a general road tunnel, for example, it is sufficient to construct a main tunnel with a circular cross section by excavating with one shield machine. On the other hand, the construction of the junction and junction of a road tunnel requires an extremely large-scale underground widening that encompasses each cross-section of the main tunnel and ramp tunnel. Therefore, it is necessary to take various measures for its construction.
この大断面トンネルの施工方法やトンネル構造には様々な提案がなされている。例えば、互いに平行な2本のシールドトンネル間を鉄筋コンクリート製の躯体で連結する大断面トンネルの構造や、この大断面トンネルに適用されるセグメントリングが提案されている(例えば特許文献1を参照)。特許文献1に記載のシールドトンネルでは、2本のシールドトンネルが鋼製セグメントにて形成されている。この鋼製セグメントで形成される2本のシールドトンネル間を連結する鉄筋コンクリート躯体の剛性を、鋼製セグメントで形成されるシールドトンネルの剛性よりも大きくし、作用荷重によるセグメントリングの変形が鉄筋コンクリート製の躯体の変形で支配されるようにしている。係る構成の大断面トンネルを構成する、鋼製セグメントで形成されるシールドトンネルにおいて、鋼製セグメントの継手部に発生する曲げモーメントが大きくなる部位の鋼製セグメントの桁高を、他の部位よりも小さくしている。
Various proposals have been made for the construction method and tunnel structure of this large-section tunnel. For example, the structure of a large-section tunnel connecting two shield tunnels parallel to each other with a frame made of reinforced concrete, and a segment ring applied to this large-section tunnel have been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the shield tunnel described in
特許文献1に記載の大断面トンネルは、2つの鋼製セグメントから形成されるシールドトンネルを、その中央位置において、相対的に高剛性の鉄筋コンクリート製の躯体にて連結する構造である。すなわち、鉄筋コンクリート製の躯体に荷重を積極的に負担させる設計思想の下で、その左右のシールドトンネルでは、曲げモーメントの大きくなる部位の鋼製セグメントの桁高を相対的に小さくできるという効果が得られる。
しかしながら、例えば、2つの鋼製セグメントから形成されるシールドトンネルを、その中央で鋼製のセグメントからなる切り開き部にて連結するような構成の大断面トンネルでは、トンネルの全構成部材が鋼製セグメントであることから、それぞれの鋼製セグメントが自身の負担すべき荷重を負担しなければ、他の鋼製セグメントに影響を与えてしまう。すなわち、施工過程において、または施工完了の状態において、曲げモーメントが過大になる部位が生じる場合でも、当該部位においてこの過大な曲げモーメントに対処する必要がある。
The large-section tunnel described in
However, for example, in a large-section tunnel constructed such that a shield tunnel formed of two steel segments is connected at its center by a cutout made of a steel segment, all structural members of the tunnel are made of steel segments. Therefore, if each steel segment does not bear its own load, it will affect other steel segments. In other words, even if there is a portion where the bending moment becomes excessive during the construction process or in the state of completion of construction, it is necessary to deal with the excessive bending moment at that portion.
ここで、大断面トンネルの全てが鋼製セグメントにて形成される一例を、図1,2を参照して説明する。図1は、鋼製セグメントで形成される本線トンネルST1と、同様に鋼製セグメントで形成されるランプトンネルST2を、同様に鋼製セグメントで形成される切り開きトンネルCTで連結して大断面トンネルを形成する施工方法を説明する図である。同図において、まず、本線トンネルST1をシールド工法で施工し、ランプトンネルST2も本線トンネルST1と同時もしくは相前後してシールド工法にて施工する。なお、この施工に際して、先行して好適な地盤改良施工が施工エリア周辺に実施されることが一般に行われる。隣接する鋼製セグメントS同士を、継手板とセグメント継ぎボルトから形成される継手部Jを介して接続してセグメントリングを形成し、複数のセグメントリングをトンネル軸方向に並べてリング継ぎボルトで接続することにより、本線トンネルST1とランプトンネルST2がシールド施工される。その後、例えば、不図示のパイプルーフを本線トンネルST1とランプトンネルST2の上方と下方に掛け渡すように施工し、このパイプルーフを支保工として、パイプルーフの下方や上方を透かし掘り等して施工空間を形成し、切り開きトンネルCT用のセグメントS同士を継手部Jを介して接続しながら、本線トンネルST1とランプトンネルST2に掛け渡す。 Here, an example in which all of the large-section tunnel is formed of steel segments will be described with reference to FIGS. In Fig. 1, a main tunnel ST1 formed of steel segments and a ramp tunnel ST2 similarly formed of steel segments are connected by a cut-out tunnel CT similarly formed of steel segments to form a large-section tunnel. It is a figure explaining the construction method to form. In the figure, first, the main tunnel ST1 is constructed by the shield construction method, and the ramp tunnel ST2 is also constructed by the shield construction method at the same time as or before or after the main tunnel ST1. It should be noted that, prior to this construction, suitable ground improvement construction is generally carried out around the construction area. Adjacent steel segments S are connected to each other through joint portions J formed by joint plates and segment joint bolts to form segment rings, and a plurality of segment rings are arranged in the axial direction of the tunnel and connected by ring joint bolts. As a result, the main line tunnel ST1 and the ramp tunnel ST2 are shielded. After that, for example, a pipe roof (not shown) is constructed so as to extend over the main tunnel ST1 and the ramp tunnel ST2, and this pipe roof is used as a shoring, and the pipe roof is constructed by hollowing the bottom and top of the pipe roof. A space is formed, and the segments S for the cut-open tunnel CT are connected to each other via joints J to bridge the main tunnel ST1 and the ramp tunnel ST2.
次に、本線トンネルST1とランプトンネルST2、及び切り開きトンネルCTを連通させる施工を行う。具体的には、図2に示すように、本線トンネルST1とランプトンネルST2双方の外周のスキンプレートを撤去し、双方の周方向に延設する桁を残置する。次に、この桁を撤去して連通施工を完成させるに当たり、図2に示すように、切り開きトンネルCTが本線トンネルST1及びランプトンネルST2と接続する交点から、切り開きトンネルCTの例えば接線方向に延びる補強梁SP1乃至SP4を取り付け、残されている本線トンネルST1とランプトンネルST2双方の桁の撤去を行う。 Next, construction is carried out to connect the main tunnel ST1, the ramp tunnel ST2, and the open tunnel CT. Specifically, as shown in FIG. 2, the outer skin plates of both the main tunnel ST1 and the ramp tunnel ST2 are removed, leaving the girders extending in the circumferential direction of both. Next, in order to remove this girder and complete the connection work, as shown in FIG. Beams SP1 to SP4 are installed, and girders of both the remaining main tunnel ST1 and ramp tunnel ST2 are removed.
桁を撤去することにより、本線トンネルST1とランプトンネルST2、及び切り開きトンネルCTが完全に連通し、大断面トンネルが形成される。ところで、この桁の撤去により、大断面トンネルは上下に潰される方向に変形するが、切り開きトンネルCTに作用する土圧は、補強梁SP1乃至SP4を介して本線トンネルST1とランプトンネルST2に伝達され、大断面トンネル全体として作用土圧に抗することができる。 By removing the girders, the main tunnel ST1, the ramp tunnel ST2, and the cut-away tunnel CT are completely communicated, forming a large-section tunnel. By the way, the removal of these girders deforms the large-section tunnel in the direction of crushing it vertically, but the earth pressure acting on the cut-open tunnel CT is transmitted to the main tunnel ST1 and the ramp tunnel ST2 via the reinforcing beams SP1 to SP4. , the large-section tunnel as a whole can withstand the applied earth pressure.
しかしながら、補強梁SP1乃至SP4から本線トンネルST1とランプトンネルST2に伝達される軸力N1乃至N4は必然的に大きくならざるを得ず、本線トンネルST1とランプトンネルST2においてこの過大な軸力N1乃至N4に突き上げられる箇所やその周辺領域では、この過大な軸力N1乃至N4に起因して過大な曲げモーメントが生じることになる。例えば、図2は、この軸力N1乃至N4にて生じる曲げモーメント分布図をともに示している。図2に示すように、軸力N1にて突き上げられる箇所の近傍には過大な曲げモーメントM1が生じ、軸力N3にて突き上げられる箇所の近傍にも過大な曲げモーメントM2が生じる。従って、当該箇所における本線トンネルST1やランプトンネルST2を形成する鋼製セグメントSや鋼製セグメントS同士を繋ぐ継手部Jは、このように過大な曲げモーメントに抗し得る剛性を有する必要がある。 However, the axial forces N1 to N4 transmitted from the reinforcing beams SP1 to SP4 to the main tunnel ST1 and the ramp tunnel ST2 inevitably increase, and the excessive axial forces N1 to N4 in the main tunnel ST1 and the ramp tunnel ST2 Excessive bending moment is generated at the location pushed up by N4 and its surrounding area due to the excessive axial forces N1 to N4. For example, FIG. 2 also shows a bending moment distribution diagram generated at the axial forces N1 to N4. As shown in FIG. 2, an excessive bending moment M1 is generated in the vicinity of the portion pushed up by the axial force N1, and an excessive bending moment M2 is generated in the vicinity of the portion pushed up by the axial force N3. Therefore, the steel segments S forming the main tunnel ST1 and the ramp tunnel ST2 and the joints J connecting the steel segments S at the relevant locations need to have the rigidity to withstand such an excessive bending moment.
鋼製セグメントにおいて剛性を高めるには、桁高を高くすることが有効である。しかしながら、トンネルの内空側に桁高を高くすると、トンネル内の建築限界と干渉する場合が往々にしてある。一方、トンネルの外側に桁高を高くすると、地盤の掘削量が増加し、排土量が増加することより、その処分費の増加によって工費が上昇してしまう。そこで、桁高を高くすることに代わって、鋼製セグメントの剛性を高めるとともに、鋼製セグメント同士を繋ぐ鋼製セグメント端部の継手部の剛性を高める方策が望まれている。 Increasing the girder height is effective in increasing the rigidity of steel segments. However, if the girder height is increased on the inner side of the tunnel, it often interferes with the construction gauge inside the tunnel. On the other hand, if the girder height is increased outside the tunnel, the amount of excavation of the ground increases, and the amount of excavated soil increases, resulting in an increase in the disposal cost, resulting in an increase in the construction cost. Therefore, instead of increasing the girder height, it is desired to increase the rigidity of the steel segments and increase the rigidity of the joints at the ends of the steel segments that connect the steel segments.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、桁高を高くすることなく、継手部をはじめとする全体の剛性が高められた鋼製セグメントと、この鋼製セグメントを少なくとも一部に有するシールドトンネルを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems. It is intended to provide a shield tunnel.
前記目的を達成すべく、本発明による鋼製セグメントの一態様は、トンネルの周方向に延設するとともに、トンネルの軸方向に間隔を置いて並設される、複数の桁と、
前記周方向に延設するとともに、前記桁の内周側及び/又は外周側に取付けられているフランジと、
前記桁及び前記フランジの両端部に取付けられている継手板と、を有し、
前記フランジは前記桁と同等の剛性を備え、
前記継手板は、
前記桁の近傍において該桁に沿う方向に複数のセグメント継ぎボルト孔を備え、
前記フランジの近傍において該フランジに沿う方向で、かつ前記桁から所定範囲内に複数のセグメント継ぎボルト孔を備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, one aspect of the steel segment according to the present invention is a plurality of girders extending in the circumferential direction of the tunnel and arranged side by side at intervals in the axial direction of the tunnel,
a flange extending in the circumferential direction and attached to the inner peripheral side and/or the outer peripheral side of the girder;
a joint plate attached to both ends of the girder and the flange;
The flange has a rigidity equivalent to that of the girder,
The joint plate is
provided with a plurality of segment joint bolt holes in the vicinity of the girder in a direction along the girder;
A plurality of segment joint bolt holes are provided in the vicinity of the flange in a direction along the flange and within a predetermined range from the beam.
本態様によれば、桁の剛性と同等の剛性のフランジが、桁の内周側及び/又は外周側に取付けられていることにより、桁高を高くすることなく、鋼製セグメントの剛性を高めることができる。ここで、「同等の剛性」とは、桁と同じ剛性、桁と同程度の剛性、もしくは桁よりも大きな剛性を含む意味である。また、桁およびフランジの端部の継手板が、これら桁及びフランジの近傍においてセグメント継ぎボルト孔を備えていることにより、セグメント継ぎボルト孔に挿通されて鋼製セグメント同士を繋ぐセグメント継ぎボルトを介して伝達されてきた軸力を、効果的に桁やフランジに伝達させることができる。さらに、継手板においてフランジ近傍にもセグメント継ぎボルト孔が形成されていることにより、セグメント継ぎボルトの本数を増加させることができ、セグメント継手部の高耐力化を図ることもできる。 According to this aspect, the rigidity of the steel segment is increased without increasing the height of the girder by attaching the flanges having a rigidity equivalent to that of the girder to the inner peripheral side and/or the outer peripheral side of the girder. be able to. Here, "equivalent rigidity" includes the same rigidity as the girder, the same degree of rigidity as the girder, or greater rigidity than the girder. In addition, since the joint plates at the ends of the girders and flanges are provided with segment joint bolt holes in the vicinity of these girders and flanges, the segment joint bolts are inserted through the segment joint bolt holes to connect the steel segments. It is possible to effectively transmit the axial force transmitted through the girders and flanges. Furthermore, since the segment joint bolt holes are also formed in the vicinity of the flange in the joint plate, the number of segment joint bolts can be increased, and the strength of the segment joint portion can be increased.
ここで、「桁の内周側及び/又は外周側に取付けられている」とは、フランジが、桁の内周側(トンネル内空側)にのみ取り付けられている形態、桁の外周側(トンネルの地山側)にのみ取り付けられている形態、双方に取り付けられている形態の全てを含む意味である。桁の内周側にフランジがある鋼製セグメントでは、鋼製セグメントの継手部に対して所謂正の曲げモーメントが作用し、内側引張りとなる外力が作用する。また、桁の外周側にフランジがある鋼製セグメントでは、鋼製セグメントの継手部に対して所謂負の曲げモーメントが作用し、外側引張りとなる外力が作用する。さらに、桁の内周側と外周側の双方にフランジがある鋼製セグメントでは、鋼製セグメントの継手部に対して正の曲げモーメントと負の曲げモーメントが変動するように作用し、内側引張りと外側引張りの外力が変動するように作用する。このような外力の変動は、例えば地下水位の上下変動などにより、作用する土水圧が変動する場合等が挙げられる。 Here, "attached to the inner peripheral side and/or the outer peripheral side of the girder" means that the flange is attached only to the inner peripheral side of the girder (inner hollow side of the tunnel), the outer peripheral side of the girder ( It is meant to include all forms that are attached only to the ground side of the tunnel, and forms that are attached to both sides. In a steel segment having a flange on the inner peripheral side of the girder, a so-called positive bending moment acts on the joint portion of the steel segment, and an external force acting as an inward tension acts. In addition, in the steel segment having the flange on the outer peripheral side of the girder, a so-called negative bending moment acts on the joint portion of the steel segment, and an external force acting as an outward tension acts. Furthermore, in steel segments with flanges on both the inner and outer circumference sides of the girder, positive and negative bending moments act on the joints of the steel segments so that the inner tension and It acts so that the external force of the external pull fluctuates. Such fluctuations in the external force include, for example, fluctuations in the acting soil water pressure due to vertical fluctuations in the groundwater level.
フランジは複数の桁同士を繋ぐ形態であってもよいし、桁同士を繋ぐことなく、桁に対して桁の側方に所定長さ張り出すように取り付けられている形態であってもよい。
継手板に開設されるセグメント継ぎボルト孔は、桁の近傍において桁に沿う方向に開設されることにより、このセグメント継ぎボルト孔に挿通されるセグメント継ぎボルトからの軸力を桁に有効に伝達することができる。さらに、フランジの近傍において該フランジに沿う方向で、かつ桁から所定範囲内に複数のセグメント継ぎボルト孔を有していることにより、このセグメント継ぎボルト孔に挿通されるセグメント継ぎボルトからの軸力をフランジに有効に伝達することができる。また、本態様の鋼製セグメントは、2つの桁を有する2主桁タイプの鋼殻構造を有していてもよいし、3つ以上の桁を有する3主桁以上タイプの鋼殻構造を有していてもよい。
The flanges may be in the form of connecting a plurality of girders together, or may be in the form of being attached to the girders so as to protrude by a predetermined length to the side of the girders without connecting the girders together.
The joint plate bolt holes are formed in the vicinity of the girders in the direction along the girders, so that the axial force from the segment joint bolts inserted through the segment joint bolt holes is effectively transmitted to the girders. be able to. Furthermore, by having a plurality of segment joint bolt holes in the vicinity of the flange in the direction along the flange and within a predetermined range from the girder, the axial force from the segment joint bolts inserted through the segment joint bolt holes is provided. can be effectively transmitted to the flange. In addition, the steel segment of this aspect may have a two-girder type steel shell structure having two girders, or a three or more main girder type steel shell structure having three or more girders. You may have
また、本発明による鋼製セグメントの他の態様は、前記フランジが、前記複数の桁同士を前記外周側のみで繋いでいることを特徴とする。
本態様によれば、桁の剛性と同程度の剛性もしくはそれ以上の剛性のフランジが桁同士を繋いでいることにより、剛性の高い鋼製セグメントが形成できる。そして、桁の外周側にあるフランジが桁同士を繋ぐことにより、スキンプレートを不要にできる。
Another aspect of the steel segment according to the present invention is characterized in that the flange connects the plurality of girders only on the outer peripheral side.
According to this aspect, a steel segment having high rigidity can be formed by connecting the girders together with flanges having a rigidity equal to or higher than that of the girders. And skin plates can be eliminated by connecting the girders with the flanges on the outer peripheral side of the girders.
また、本発明による鋼製セグメントの他の態様は、前記フランジが、前記複数の桁同士を前記内周側のみで繋いでおり、該複数の桁の外周側にスキンプレートが取付けられていることを特徴とする。
本態様によれば、桁の剛性と同程度の剛性もしくはそれ以上の剛性のフランジが桁同士を繋いでいることにより、剛性の高い鋼製セグメントが形成できる。
Another aspect of the steel segment according to the present invention is that the flange connects the plurality of girders only on the inner peripheral side, and a skin plate is attached to the outer peripheral side of the plurality of girders. characterized by
According to this aspect, a steel segment having high rigidity can be formed by connecting the girders together with flanges having a rigidity equal to or higher than that of the girders.
また、本発明による鋼製セグメントの他の態様は、前記フランジが、前記複数の桁同士を前記外周側と前記内周側の双方で繋いでいることを特徴とする。
本態様によれば、桁の内周側と外周側の双方にあるフランジが桁同士を繋ぐことにより、スキンプレートを不要にしながら、極めて剛性の高い鋼製セグメントを形成できる。
Another aspect of the steel segment according to the present invention is characterized in that the flange connects the plurality of girders together on both the outer peripheral side and the inner peripheral side.
According to this aspect, the flanges on both the inner and outer peripheral sides of the girders connect the girders together, thereby making it possible to form steel segments with extremely high rigidity while eliminating the need for skin plates.
また、本発明による鋼製セグメントの他の態様において、前記フランジは前記複数の桁同士を繋いでおらず、前記複数の桁の前記外周側にスキンプレートが取付けられていることを特徴とする。
本態様によれば、フランジが桁同士を繋ぐ幅を有していないことより、フランジの材料費を低減しながら、剛性の高い鋼製セグメントを形成できる。
In another aspect of the steel segment according to the present invention, the flange does not connect the plurality of girders, and a skin plate is attached to the outer peripheral side of the plurality of girders.
According to this aspect, since the flange does not have a width that connects the girders, it is possible to form a steel segment with high rigidity while reducing the material cost of the flange.
また、本発明による鋼製セグメントの他の態様において、前記所定範囲は、前記桁から前記フランジの厚みの16倍以下の範囲であることを特徴とする。
本態様によれば、フランジの有効幅、すなわち、フランジが桁とともに構造部材の主断面として考慮可能な範囲内にセグメント継ぎボルト孔を設定し、セグメント継ぎボルトを挿通することができる。道路橋示方書・同解説 鋼橋編(社団法人日本道路協会)によれば、引張フランジ自由突出部の板厚は、鋼種にかかわらず自由突出幅の1/16以上にすることが規定されている。この規定を言い換えると、板厚の16倍以下の範囲を、引張フランジの有効幅に規定することができる。仮に、フランジが桁同士を繋いでいる形態において、フランジの幅が広すぎる場合は、フランジの全幅を構造部材の主断面として有効な範囲とすることはできない。上記道路橋示方書の規定に則れば、双方の桁から、それぞれフランジの厚みの16倍までの範囲を有効幅にでき、この範囲を上記所定範囲として、継手板の当該所定範囲にセグメント継ぎボルト孔を開設する。
In another aspect of the steel segment according to the present invention, the predetermined range is a range from the girder to 16 times or less the thickness of the flange.
According to this aspect, the segment joint bolt hole can be set within the effective width of the flange, that is, within a range in which the flange can be considered as the main cross section of the structural member together with the girder, and the segment joint bolt can be inserted. According to the Specifications for Highway Bridges and Commentaries for Steel Bridges (Japan Road Association), the plate thickness of the tension flange free protrusion must be 1/16 or more of the free protrusion width regardless of the steel grade. there is In other words, the effective width of the tension flange can be defined as 16 times or less of the plate thickness. If the flanges connect the girders together and the width of the flanges is too wide, the full width of the flanges cannot be an effective range for the main cross section of the structural member. According to the above road bridge specifications, the range from both girders to 16 times the thickness of the flange can be made the effective width. Open a bolt hole.
また、本発明による鋼製セグメントは、前記複数の桁同士を繋ぐ縦リブを有していてもよい。縦リブによって鋼製セグメントの剛性を高めることができる。この縦リブは、周方向に所定間隔を置いて複数配設されるのが好ましい。 Moreover, the steel segment according to the present invention may have longitudinal ribs connecting said plurality of girders. Longitudinal ribs can increase the stiffness of the steel segments. It is preferable that a plurality of vertical ribs be arranged at predetermined intervals in the circumferential direction.
また、本発明による鋼製セグメントは、前記複数の桁の間にコンクリート硬化体を有していてもよい。鋼製の桁とフランジで形成された箱型の鋼製セグメントの鋼殻内に、コンクリート硬化体が配設され、鋼製の桁やフランジとコンクリートが一体となった合成セグメントが形成されることにより、より剛性の高い鋼製セグメントが形成される。 Also, the steel segment according to the present invention may have hardened concrete between said plurality of girders. A composite segment is formed by arranging a hardened concrete body in the steel shell of a box-shaped steel segment formed by steel girders and flanges and integrating the steel girders and flanges with the concrete. forming a stiffer steel segment.
また、本発明によるシールドトンネルの一態様は、複数の前記鋼製セグメントが前記周方向の少なくとも必要な領域に配設され、対向する二つの前記継手板のそれぞれの対応する前記セグメント継ぎボルト孔に前記セグメント継ぎボルトが取付けられてセグメントリングが形成され、
複数の前記セグメントリングが前記軸方向において少なくとも必要な領域に配設され、対向する前記桁のそれぞれの対応する前記リング継ぎボルト孔同士に前記リング継ぎボルトが取付けられて形成されていることを特徴とする。
Further, in one aspect of the shield tunnel according to the present invention, a plurality of the steel segments are arranged in at least the necessary regions in the circumferential direction, and are connected to the corresponding segment joint bolt holes of the two opposing joint plates. A segment ring is formed by attaching the segment joint bolt,
A plurality of the segment rings are arranged in at least a required area in the axial direction, and the ring joint bolts are attached to the corresponding ring joint bolt holes of the facing girders. and
本態様によれば、桁高を高くすることなく、剛性の高められた鋼製セグメント(継手部も剛性が高められている)を少なくとも一部に備えたセグメントリングが、トンネルの軸方向の少なくとも必要な領域に配設されていることにより、例えば曲げモーメントが卓越した領域に効果的に高剛性の鋼製セグメントを配設しながら、工費を増加させることのないシールドトンネルを提供できる。ここで、「複数の前記鋼製セグメントが前記周方向の少なくとも必要な領域に配設され」とは、例えば図2において曲げモーメントが他の領域に比べて卓越している領域に少なくとも本発明の鋼製セグメントが組み込まれたセグメントリングを意味する。特に曲げモーメントが卓越した領域に本発明の鋼製セグメントからなるセグメントリングを配設し、他の領域には通常の鋼製セグメント(スキンプレートと桁から構成される箱型の鋼製セグメント)を配設してセグメントリングを形成するのが合理的であり、経済的である。また、「複数の前記セグメントリングが前記軸方向において少なくとも必要な領域に配設され」とは、軸方向において曲げモーメントの卓越した領域に、本発明の鋼製セグメントが組み込まれたセグメントリングを配設することを意味する。曲げモーメントの卓越した領域においても、鋼製セグメントの桁高は高くならないことから、鋼製セグメントが建築限界と干渉するといった問題もなく、掘削土量及び排土量の増加に起因する工事費の増加の問題もない。 According to this aspect, the segment ring at least partly provided with a steel segment with increased rigidity (the joint portion is also increased in rigidity) without increasing the height of the girder extends at least in the axial direction of the tunnel. By arranging them in the necessary areas, it is possible to provide a shield tunnel without increasing construction costs while effectively arranging high-rigidity steel segments, for example, in areas where the bending moment is prominent. Here, ``the plurality of steel segments are disposed in at least the necessary regions in the circumferential direction'' means, for example, in FIG. It means a segmented ring with embedded steel segments. A segment ring made of the steel segment of the present invention is arranged in a region where the bending moment is particularly prominent, and a normal steel segment (a box-shaped steel segment composed of a skin plate and a girder) is arranged in other regions. Arranging to form a segmented ring is reasonable and economical. In addition, "the plurality of segmented rings are arranged in at least the required region in the axial direction" means that the segmented ring incorporating the steel segment of the present invention is arranged in the region in which the bending moment is prominent in the axial direction. means to set Since the girder height of the steel segments does not increase even in areas where the bending moment is prominent, there is no problem of the steel segments interfering with the construction gauge. No increase problem.
本発明の鋼製セグメントによれば、桁高を高くすることなく、継手部をはじめとする全体の剛性が高められた鋼製セグメントを提供できる。また、本発明のシールドトンネルによれば、本発明の鋼製セグメントを少なくとも一部に有するセグメントリングがトンネルの軸方向に接続されていることにより、鋼製セグメントの桁高を高くすることなく、卓越した外力に抗しながら、経済的なシールドトンネルを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the steel segment of this invention, the steel segment with which the rigidity of the whole including a joint part was improved can be provided, without raising girder height. Further, according to the shield tunnel of the present invention, the segment ring having at least a part of the steel segment of the present invention is connected in the axial direction of the tunnel. An economical shield tunnel can be provided while resisting an outstanding external force.
以下、各実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。 Each embodiment will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and the drawings, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant explanations.
[第1の実施形態に係る鋼製セグメント]
まず、第1の実施形態に係る鋼製セグメントについて説明する。図3は、第1の実施形態に係る鋼製セグメントの組み立て状態と完成した状態をともに示す斜視図である。図3の上図に示すように、鋼製セグメント10は、周方向に延設する所定の曲率を備えた2つの桁1と、2つの桁1の外周側(形成されるセグメントリングの外側(地山側))において桁1同士を繋いで周方向に延設するフランジ2Aと、桁1及びフランジ2Aの両端部に取付けられている継手板3とを有する。フランジ2Aが桁1の外周側に配設されている鋼製セグメント10は、例えば負の曲げモーメントM1が卓越する箇所に配設される鋼製セグメントとなる。実際には、軸力と曲げモーメントによる曲げ圧縮側が厳しくなる箇所に鋼製セグメント10が配設される。
[Steel segment according to the first embodiment]
First, the steel segment according to the first embodiment will be described. FIG. 3 is a perspective view showing both the assembled state and the completed state of the steel segment according to the first embodiment. As shown in the upper diagram of FIG. 3, the
桁1は、側面に複数のリング継ぎボルト孔1aを備えている。2つの桁1同士の間には複数の縦リブ4が配設されており、複数の縦リブ4により、箱型の鋼製セグメント10の剛性が一層高められている。桁1とフランジ2A,桁1とフランジ2Aと縦リブ4、はいずれも隅肉溶接にて溶接され、桁1とフランジ2Aと継手板3は部分溶け込み溶接にて溶接されて、図3の下図で示す鋼製セグメント10が形成される。図示するように、鋼製セグメント10は、フランジ2Aが2つの桁1を外周側で接続しており、したがって、通常の鋼製セグメントの有するスキンプレートを不要としている。
The
桁1の厚みはt1、フランジ2Aの厚みはt2であり、例えば、t1、t2は30乃至70mmの範囲の厚みを有しており、フランジ2Aは、その剛性が桁1の剛性と同等となるように設定されている。例えば、フランジ2Aの剛性が桁1の剛性と同じに設定されている形態、同程度となるように設定されている形態、桁1の剛性よりも大きくなるように設定されている形態である。ちなみに、通常使用されるスキンプレートの厚みは3乃至6mm程度であり、スキンプレートに対してフランジ2Aの厚みは10倍程度も厚く、従って、フランジ2Aは桁1とともに構造部材の主断面を形成する。しかしながら、フランジ2Aが桁1とともに構造部材の主断面として考慮可能な範囲は、フランジ2Aの全幅範囲とは限らない。そこで、まず、フランジ2Aの幅のうち、桁1とともに構造部材の主断面として見込むことのできる幅(これを有効幅とする)を設定する。
The thickness of the
道路橋示方書・同解説 鋼橋編(社団法人日本道路協会)によれば、引張フランジ自由突出部の板厚は、鋼種にかかわらず自由突出幅の1/16以上にすることが規定されている。この規定を言い換えると、フランジ2の厚みt2の16倍の範囲(16t2)以下の範囲を、引張フランジの有効幅に規定することができる。例えば、フランジ2の全幅がこの有効幅以下の幅であれば、フランジ2の全幅を有効幅と見なすことができる。一方、フランジ2の全幅が有効幅よりも広い場合は、桁1からフランジ2の厚みt2の16倍までの範囲を有効幅とし、フランジ2の有効幅範囲を主断面として構造計算上見込むことができる。図3に示す鋼製セグメント10では、フランジ2Aの全幅Sが有効幅である、16t2以下の幅となっており、従って、フランジ2Aの全幅Sを有効幅とすることができる。また、図3に示す鋼製セグメント10は、周方向に直交する断面形状が正方形に近い矩形である。これは、発生する負の曲げモーメントM1が極めて大きく、フランジ2Aの幅を長くすることができない現場状況に対応しているためである。
According to the Specifications for Highway Bridges and Commentaries for Steel Bridges (Japan Road Association), the plate thickness of the tension flange free protrusion must be 1/16 or more of the free protrusion width regardless of the steel grade. there is In other words, the effective width of the tension flange can be defined as a range of 16 times the thickness t2 of the flange 2 (16t2) or less. For example, if the full width of the
次に、継手板3に開設されるセグメント継ぎボルト孔3a、3bの開設位置について説明する。セグメント継ぎボルト孔3aは、桁1の近傍において桁1に沿う方向に複数設けられる。図示例では、各桁1の近傍において、桁1に沿う1つのライン上に4つのセグメント継ぎボルト孔3aが開設されている。なお、図示例のように、1列上に複数のセグメント継ぎボルト孔3aが開設される形態以外にも、例えば2列上に複数のセグメント継ぎボルト孔3aが開設されてもよし、1ラインを中心にラインの左右に千鳥配置に複数のセグメント継ぎボルト孔3aが開設されてもよい。
Next, the opening positions of the segment
一方、セグメント継ぎボルト孔3bは、フランジ2Aの近傍においてフランジ2Aに沿う方向に複数設けられ、かつ、フランジ2Aの有効幅内の範囲に開設される。図示例では、フランジ2Aの全幅が有効幅であることより、フランジ2Aの全幅に複数のセグメント継ぎボルト孔3bが開設されている。なお、セグメント継ぎボルト孔3a、3bの各列の交点のボルト孔は共通しているが、本明細書では、この交点に位置するセグメント継ぎボルト孔を桁1に沿うセグメント継ぎボルト孔3aに含めることにする。
On the other hand, a plurality of segment
継手板3において、セグメント継ぎボルト孔3aは桁1の近傍(離間s1)に設けられ、セグメント継ぎボルト孔3bはフランジ2Aの近傍(離間s2)に設けられるが、この「近傍」を定義する必要がある。まず、セグメント継ぎボルト孔3a,3bが、継手板3において、仮に桁1やフランジ2Aから離れた位置(例えば継手板3の中央近傍位置)に開設されている場合、このセグメント継ぎボルト孔3a、3bに挿通されるセグメント継ぎボルトからの軸力が桁1やフランジ2Aに伝達されるまでの距離が長くなってしまう。このような場合、セグメント継ぎボルトにて相互に接続されている2つの鋼製セグメント10の各継手板3は、セグメント継ぎボルトを中心に両開きするように変形し、この継手板3の変形に伴い、セグメント継ぎボルトからの軸力を継手板3を介して桁1やフランジ2Aに十分に伝達できなくなる。そこで、第1の実施形態を含む、以下全ての実施形態に係る鋼製セグメントでは、セグメント継ぎボルトから桁1やフランジ2に軸力が十分に伝達される位置を、桁1の近傍、及びフランジ2の近傍とする。そして、継手板3において、フランジ2の近傍に開設されるセグメント継ぎボルト孔3bは、フランジ2の有効幅範囲において、フランジ2の近傍に開設されるものとする。
In the
次に、継手板3の板厚の設計手法について説明する。図4は、2つの桁を有する鋼殻構造の継手板の設計手法を説明する図である。2つの桁を有する鋼殻構造の継手板の設計方法は、継手板に曲げモーメントを発生させないよう、コーベル理論に基づいて設計を行う。従って、桁1と継手板3の溶接箇所においても、コーベル理論に基づく反力に対して溶接箇所の照査を行い、溶接箇所の設計を行う。
Next, a method for designing the plate thickness of the
図4に示すように、継手板3の板厚(厚み)をt3とし、桁1から継手板3のセグメント継ぎボルト孔3aまでの離間をs1とした際に、t3/s1≧1を満たす場合に、継手板3に曲げモーメントを発生させない、コーベル理論に基づいた設計が可能になる。なお、離間s1の位置は、詳細には、セグメント継ぎボルトBからの軸力Pに基づく反力分布が三角形状となることより、三角形の重心位置(図示例では、三角形の幅のうち桁1側から1/3の位置)から桁1までの離間がs1になる。このように、コーベル理論に基づいた設計方法により、継手板3の厚みt3を設定する。また、上記算定式には、桁1からセグメント継ぎボルト孔3aまでの離間s1も変数になっていることより、継手板3の厚みt3との関係で、桁1からセグメント継ぎボルト孔3aまでの離間s1(上記する近傍の位置)も種々設定することが可能になる。そして、このことは、フランジ2からセグメント継ぎボルト孔3bまでの離間s2(上記する近傍の位置)の設定においても妥当する。このことより、例えば上記算定式にて継手板3の厚みt3が設定された際に、離間s1,s2は例えば同じ値に設定されるのが合理的であると言える。
As shown in FIG. 4, when the plate thickness (thickness) of the
図3に示す複数の鋼製セグメント10を使用して、当接する継手板3の対応するセグメント継ぎボルト孔3a,3bにセグメント継ぎボルトが挿通されて締め付けられ、セグメントリングが形成される。そして、このセグメントリングは、シールドトンネルのうち、特に負の曲げモーメントM1が卓越する領域に配設されるのが望ましい。図3に示す鋼製セグメント3は、桁1と同程度かそれ以上の剛性を有するフランジ2Aで桁1同士が繋がれて形成され、剛性が高められているものであり、剛性を高めるために桁1の高さを高く調整したものではない。そのため、シールドトンネルを形成するセグメントリングにおいて、少なくとも曲げモーメントが卓越する領域に鋼製セグメント10を配設することにより、鋼製セグメント10がシールドトンネル内の建築限界と干渉するといった問題は生じ得ず、また、掘削土量および排土量を増加させて工事費を増加させるといった問題も生じ得ない。さらに、継手板3において、フランジ2の近傍にもセグメント継ぎボルト孔3bが開設されていることにより、周方向に鋼製セグメント10同士を繋ぐセグメント継ぎボルトの本数も多くすることができ、複数のセグメント継ぎボルトから桁1及びフランジ2の双方にセグメント継ぎボルトからの軸力をスムーズに伝達することができる。そのため、特に、鋼製セグメント10の継手部の強度を高めることができ、過大な曲げモーメントM1に対して十分に抗し得る継手部が形成できる。
Using a plurality of
[第2の実施形態に係る鋼製セグメント]
次に、第2の実施形態に係る鋼製セグメントについて説明する。図5は、第2の実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。図5に示すように、鋼製セグメント20は、周方向に延設する所定の曲率を備えた2つの桁1と、2つの桁1の内周側(形成されるセグメントリングの内空側)において桁1同士を繋いで周方向に延設するフランジ2Bと、桁1及びフランジ2Bの両端部に取付けられている継手板3とを有する。フランジ2Bが桁1の内周側に配設されている鋼製セグメント20は、正の曲げモーメントM2が卓越する箇所に配設される鋼製セグメントとなる。このように、鋼製セグメント20は、鋼製セグメント10とフランジ2Bの配設位置が桁1の内周側に変更されることより、継手板3においてフランジ2Bの近傍に開設されるセグメント継ぎボルト孔3bの開設位置も、内側のセグメント2Bから離間s2の位置に設定される。
[Steel segment according to the second embodiment]
Next, a steel segment according to the second embodiment will be described. FIG. 5 is a perspective view of a steel segment according to a second embodiment; As shown in FIG. 5, the steel segment 20 includes two
鋼製セグメント20では、セグメントリングの地山側となる外周側にフランジを有していないことから、2つの桁1の外周側においては、これら2つの桁1を繋ぐスキンプレート5が配設され、桁1と隅肉溶接等にて接続されている。
Since the steel segment 20 does not have a flange on the outer peripheral side of the segment ring on the ground side, a
図5に示す複数の鋼製セグメント20を使用して、当接する継手板3の対応するセグメント継ぎボルト孔3a,3bにセグメント継ぎボルトが挿通されて締め付けられ、セグメントリングが形成される。複数のセグメントリングがトンネル軸方向にリング継ぎボルトを介して接続されてシールドトンネルが形成されるが、トンネルの軸方向で各セグメントリングにて卓越する正の曲げモーメントが発生する領域は異なる。そこで、セグメントリング毎に、好適な領域に鋼製セグメント20が配設されるのがよい。
Using a plurality of steel segments 20 shown in FIG. 5, segment joint bolts are inserted through the corresponding segment
[第3の実施形態に係る鋼製セグメント]
次に、第3の実施形態に係る鋼製セグメントについて説明する。図6は、第3の実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。図6に示すように、鋼製セグメント30は、周方向に延設する所定の曲率を備えた2つの桁1と、2つの桁1の外周側及び内周側において、桁1同士を繋いで周方向に延設するフランジ2A,2Bと、桁1及びフランジ2A,2Bの両端部に取付けられている継手板3とを有する。
[Steel segment according to the third embodiment]
Next, a steel segment according to the third embodiment will be described. FIG. 6 is a perspective view of a steel segment according to a third embodiment; As shown in FIG. 6, the
2つの桁1が外周側のフランジ2Aと内周側のフランジ2Bにて繋がれ、両端部には継手板3が配設されていることにより、完全に閉合された六面体構造の鋼製セグメント30が形成され、より一層剛性の高い鋼製セグメントになる。また、継手板3の全ての端面が桁1とフランジ2A,2Bとに接続されていることにより、より一層強度の高い継手部を形成することができる。
Two
また、フランジ2Aが桁1の外周側に配設され、フランジ2Bが桁1の内周側に配設されていることより、卓越する曲げモーメントが正の曲げモーメントM2と負の曲げモーメントM1の間で変動するような場合、このように変動する卓越した曲げモーメントが発生するセグメントリング内の領域において、鋼製セグメント30が配設されるのが望ましい。
In addition, since the
[第4の実施形態に係る鋼製セグメント]
次に、第4の実施形態に係る鋼製セグメントについて説明する。図7は、第4の実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。図7に示すように、鋼製セグメント40は、周方向に延設する所定の曲率を備えた2つの桁1と、2つの桁1の外周側において桁1同士を繋いで周方向に延設するフランジ2Cと、桁1及びフランジ2Cの両端部に取付けられている継手板3とを有する。図3に示す鋼製セグメント10と比較すると分かるように、フランジ2Cはフランジ2Aに比べて幅が広くなっており、フランジ2Cの全幅は、左右の桁1からの有効幅(16t2)の2倍よりも広い。
[Steel segment according to the fourth embodiment]
Next, a steel segment according to the fourth embodiment will be described. FIG. 7 is a perspective view of a steel segment according to a fourth embodiment; As shown in FIG. 7, the
このように、幅が有効幅の2倍よりも広いフランジ2Cを有する場合には、フランジ2Cのうち、構造部材として主断面に見込むことのできるフランジ2Cの範囲は左右の有効幅16t2の範囲になる。従って、継手板3においては、この左右の有効幅16t2の範囲に相当する領域において、かつフランジ2Cの近傍において、セグメント継ぎボルト孔3bを開設する。なお、図示を省略するが、正の曲げモーメントが卓越する領域に配設される鋼製セグメントの場合には、桁1の内周側に図示するフランジ2Cに相当する部材が配設され、桁1の外周側には、2つの桁1を繋ぐスキンプレートが配設される。
Thus, when the
[第5の実施形態に係る鋼製セグメント]
次に、第5の実施形態に係る鋼製セグメントについて説明する。図8は、第5の実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。図8に示すように、鋼製セグメント50は、周方向に延設する所定の曲率を備えた2つの桁1と、2つの桁1の外周側及び内周側において、桁1同士を繋がずに周方向に延設するフランジ2D,2Eと、外周側の左右のフランジ2Dの外周側に配設されたスキンプレート5と、桁1及びフランジ2D,2Eの両端部に取付けられている継手板3とを有する。鋼製セグメント50は、これまで説明してきた他の鋼製セグメント10乃至40と異なり、フランジ2D,2Eが2つの桁1同士を繋いでいない点で相違する。
[Steel segment according to the fifth embodiment]
Next, a steel segment according to the fifth embodiment will be described. FIG. 8 is a perspective view of a steel segment according to a fifth embodiment; As shown in FIG. 8, the
フランジ2D,2Eは、せいぜい有効幅16t2の幅を有しており、平面視十字状の継手板3においても、フランジ2D,2Eの近傍で、かつ有効幅16t2の範囲にセグメント継ぎボルト孔3bを有し、桁1の近傍にはセグメント継ぎボルト孔3aを有している。なお、例えば、フランジ2D,2Eのそれぞれ2倍の幅が、2つの桁1間の幅(離間)の50%以上となるようにフランジ2D,2Eの各幅を設定することができる。
The
例えば、2つの鋼製セグメント50が桁1の側面同士で接続された場合を想定すると(リング継ぎボルトにて接続される態様)、双方の鋼製セグメント50の接続部では、2つの桁1が並設され、その上下位置において左右にフランジ2E,2Dが張り出したH型断面形状を形成する。そして、鋼製セグメント50は、双方のフランジ2E,2Dにより、卓越する曲げモーメントが正の曲げモーメントM2と負の曲げモーメントM1の間で変動する場合に対応できる。
For example, assuming a case where two
鋼製セグメントの幅が比較的広い場合には、フランジにて2つの桁1同士を繋ぐまでもなく、例えば有効幅程度の幅を有するフランジ2D,2Eを桁1の外周側及び/又は内周側の側方に張り出した構成を適用することにより、厚みの大きなフランジをコンパクトにしてその材料費を低減しながら、桁高を高くすることなく高剛性の鋼製セグメントを形成することができる。なお、図示を省略するが、外周側のフランジ2Dのみを有する形態や、内周側のフランジ2Eのみを有する形態であってもよく、これらいずれの形態においても、外周側にはスキンプレートの設置を要する。
If the width of the steel segment is relatively wide, it is not necessary to connect the two
[第6の実施形態に係る鋼製セグメント]
次に、第6の実施形態に係る鋼製セグメントについて説明する。図9は、第6の実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。図9に示すように、鋼製セグメント60は、図7に示す鋼製セグメント40と同様に、周方向に延設する所定の曲率を備えた2つの桁1と、2つの桁1の外周側において桁1同士を繋いで周方向に延設するフランジ2Cと、桁1及びフランジ2Cの両端部に取付けられている継手板3とを有する。そして、鋼製セグメント60はさらに、箱型の鋼殻の内部に、コンクリート硬化体6を備えており、桁1、フランジ2C,継手板3、及び縦リブ4とコンクリートが一体となっている合成セグメントを形成している。
[Steel segment according to the sixth embodiment]
Next, a steel segment according to the sixth embodiment will be described. FIG. 9 is a perspective view of a steel segment according to a sixth embodiment; As shown in FIG. 9, the
このように、箱型の鋼殻内にコンクリート硬化体6が配設され、鋼殻とコンクリートが一体となっていることにより、より一層剛性の高い鋼製セグメント60が形成される。さらに、継手板3が桁1に加えてコンクリートと一体になっていることにより、より一層高強度な継手部が形成される。なお、図示を省略するが、これまで説明してきた他の鋼製セグメント10,20,30,50の鋼殻内にコンクリート硬化体が配設されてなる鋼製セグメントであってもよく、これらの鋼製セグメントも鋼製セグメント60と同様に、より一層剛性の高い鋼製セグメントとなり、継手部の強度もより一層高くなる。
In this manner, the hardened concrete body 6 is arranged in the box-shaped steel shell, and the steel shell and the concrete are integrated to form a
[第7の実施形態に係る鋼製セグメント]
次に、第7の実施形態に係る鋼製セグメントについて説明する。図10は、第7の実施形態に係る鋼製セグメントの斜視図である。図10に示すように、鋼製セグメント70は、周方向に延設する所定の曲率を備えた左右および中央に配設された3つの桁1と、左右の桁1の外周側において中央の桁1までの幅を有していない周方向に延設するフランジ2Dと、桁1及びフランジ2Dの両端部に取付けられている継手板3と、3つの桁1の外周側に配設されたスキンプレート5とを有する。例えば、図7に示す鋼製セグメント40よりも幅の広い鋼製セグメント70であり、従って、鋼製セグメント70の剛性を高めるべく、3つの桁1を有している。なお、桁1の数は4つ以上であってもよい。
[Steel segment according to the seventh embodiment]
Next, a steel segment according to the seventh embodiment will be described. FIG. 10 is a perspective view of a steel segment according to a seventh embodiment; As shown in FIG. 10, the
卓越する負の曲げモーメントM1に対抗するべく、図示例の鋼製セグメント70は、左右の桁1の外周側において、中央の桁1まで伸びておらず、有効幅16t2の幅を備えたフランジ2Dを有している。なお、図示を省略するが、左右の桁1と中央の桁1をそれぞれ繋ぐフランジにて鋼製セグメントが形成されていてもよく、また、桁1の内周側にフランジを備えている鋼製セグメントであってもよく、さらには、左右の桁1の内周側及び外周側にフランジを備えている鋼製セグメントであってもよい。また、鋼製セグメント70を形成する箱型の鋼殻内にコンクリート硬化体を有する形態であってもよい。
In order to counteract the prevailing negative bending moment M1, the
次に、継手板3の板厚の設計手法について説明する。3つ(以上)の桁を有する鋼殻構造の継手板の設計においても、図4に示すコーベル理論を適用した設計手法を適用できる場合には、当該コーベル理論を適用した設計手法にて継手板の設計を行う。その一方で、コーベル理論の適用が難しい場合には、継手板に曲げモーメントの発生を許容した上で、その曲げモーメントにより板厚を設計する設計手法があることから、ここでは、この設計手法を概説する。図11は、コーベル理論の適用が難しいことを前提として、3つ(以上)の桁を有する鋼殻構造の継手板の設計手法を説明する図である。3つの桁を有する鋼殻構造の継手板の設計方法は、継手板に曲げモーメントの発生を許容した上で、その曲げモーメントにより板厚を設定する。従って、桁1と継手板3の溶接箇所においても、その曲げモーメントに対して照査し、溶接箇所の設計を行う。
Next, a method for designing the plate thickness of the
図11に示すように、3つ以上の桁を有する鋼殻構造では、両端固定梁によって求められる端部の曲げモーメントMtを、Mt=ΣP×S(L-S)/Lなる式から算定し、算定された曲げモーメントMtを継手板3の曲げ剛性EI(Eは弾性係数、Iは断面2次モーメントで、Iは厚みの3乗に比例)で除して曲げ応力を算定する。算定された曲げ応力が所定の許容応力値以内になるように、継手板3の厚みが設定される。
As shown in Fig. 11, in a steel shell structure having three or more girders, the bending moment Mt at the ends of a beam with both ends fixed is calculated from the formula Mt = ΣP x S(LS)/L. , the calculated bending moment Mt is divided by the bending rigidity EI of the joint plate 3 (E is the modulus of elasticity, I is the geometrical moment of inertia, and I is proportional to the cube of the thickness) to calculate the bending stress. The thickness of the
図示する鋼製セグメント70によれば、左右の桁1間の幅が広幅になっても、中央に他の桁1を有していること、及び、左右の桁1が有効幅16t2のフランジ2Dを有していることにより、桁高を高くすることなく、剛性を高めることができる。
According to the illustrated
[実施形態に係るシールドトンネル]
次に、実施形態に係るシールドトンネルについて説明する。図12は、実施形態に係るシールドトンネルを有する大断面トンネルを説明する断面図である。図12に示す大断面トンネル300は、シールドトンネルからなる本線トンネル100と、シールドトンネルからなるランプトンネル200と、これら本線トンネル100とランプトンネル200を繋ぐ切り開きトンネルCTと、を有する。
[Shield tunnel according to the embodiment]
Next, a shield tunnel according to an embodiment will be described. FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a large-section tunnel having a shield tunnel according to the embodiment. The
図2と同様に、大断面トンネル300の施工過程において、本線トンネル100とランプトンネル200では、切り開きトンネルCTとの連通に際して障害となる箇所のスキンプレートや桁が撤去される。そのため、図2と同様に、切り開きトンネルCTからの荷重を本線トンネル100とランプトンネル200に逃がす補強梁SP1乃至SP4を設置した後に、スキンプレートや桁の撤去が行われる。特に桁の撤去により、切り開きトンネルCTからの荷重が補強梁SP1乃至SP4を介して過大な軸力として本線トンネル100とランプトンネル200に作用する結果、図中の曲げモーメント分布図のように局所的に過大な曲げモーメントが発生することになる。
As in FIG. 2, in the process of constructing the large-
そこで、図示する大断面トンネル300は、本線トンネル100とランプトンネル200において、特に過大な曲げモーメントが発生する箇所に例えば実施形態1に係る鋼製セグメント10が適用されている。すなわち、シールド掘進機内において、エレクタにて、従来一般の鋼製セグメントS(フランジを有していない鋼製セグメント)と、実施形態1に係る鋼製セグメント10からセグメントリングが形成され、地盤内に設置される。トンネル軸方向に多数のセグメントリングがリング間継ぎボルトにて接続されて本線トンネル100やランプトンネル200が形成されるが、図12に示す横断面において、過大な曲げモーメントが生じる領域(トンネル軸方向の位置によって曲げモーメント分布図は変化する)に鋼製セグメント10が適用される。
Therefore, in the illustrated large-
図示する大断面トンネル300によれば、過大な曲げモーメントに対応する領域に鋼製セグメント10が適用されることにより、鋼製セグメント10は桁高を高くして剛性を高めているセグメントでないことより、大断面トンネル300内にある建築限界と干渉する問題は生じ得ない。また、桁高が高くなる場合に、桁高を外側(地山側)に高くする場合に発生する、掘削土量及び排土量の増加とこれに起因する工事費の増加といった問題も生じ得ない。さらに、鋼製セグメント10を形成する継手板3において、フランジ2の近傍にもセグメント継ぎボルト孔3bが形成されていることにより、セグメント同士を繋ぐセグメント継ぎボルトの本数を増加させることができ、継手部の高強度化を図ることができる。なお、図示を省略するが、大断面トンネル300を形成する本線トンネル100やランプトンネル200の適所には、他の実施形態に係る鋼製セグメント20乃至70が適用されてもよく、また、これらの鋼製セグメント10乃至70の二種以上が組み合わせて適用されてもよい。
According to the illustrated large-
本発明者等は、図3に示す実施形態に係る鋼製セグメントにおいて、フランジの近傍にセグメント継ぎボルト孔を具備しない鋼製セグメント(比較例)と、図3に示す実施形態に係る鋼製セグメント(実施例)の双方の許容曲げモーメントを求め、比較した。比較例の鋼製セグメントは、断面寸法が、桁高700mm、桁間の幅が800mmであり、桁の内面から83mm離れた桁に沿うライン上に、147mmピッチで4本のセグメント継ぎボルトを配設する(合計8本のセグメント継ぎボルト)構成である。一方、実施例の鋼製セグメントは、断面寸法が、桁高700mm、桁間の幅が800mmであり、桁の内面から83mm離れた桁に沿うライン上に、147mmピッチで4本のセグメント継ぎボルトを配設し、さらに、フランジの内面から85mm離れたフランジに沿うライン上に、164mmピッチで2本のセグメント継ぎボルトを配設する(合計10本のセグメント継ぎボルト)構成である。 In the steel segment according to the embodiment shown in FIG. 3, the steel segment (comparative example) without segment joint bolt holes near the flange, Both allowable bending moments of (Example) were determined and compared. The steel segment of the comparative example has cross-sectional dimensions of a girder height of 700 mm and a girder width of 800 mm. (total of 8 segment joint bolts). On the other hand, the steel segment of the example has cross-sectional dimensions of a girder height of 700 mm and a girder width of 800 mm. and two segment joint bolts are arranged at a pitch of 164 mm on a line along the flange 85 mm from the inner surface of the flange (10 segment joint bolts in total).
検証の結果、比較例の許容曲げモーメントは-1750kNm(負の曲げモーメント)であり、実施例の許容曲げモーメントは-2700kNmであった。比較例の許容曲げモーメントを100%とした場合、実施例の許容曲げモーメントは154%となり、比較例に比べて許容曲げモーメントが54%も増加することが確認されている。 As a result of verification, the allowable bending moment of the comparative example was -1750 kNm (negative bending moment), and the allowable bending moment of the example was -2700 kNm. Assuming that the allowable bending moment of the comparative example is 100%, the allowable bending moment of the example is 154%, and it has been confirmed that the allowable bending moment is increased by 54% compared to the comparative example.
なお、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。 It should be noted that other embodiments may be possible in which other components are combined with the configurations described in the above embodiments, and the present invention is not limited to the configurations shown here. Regarding this point, it is possible to change without departing from the gist of the present invention, and it can be determined appropriately according to the application form.
10,20,30,40 :鋼製セグメント
50,60,70 :鋼製セグメント
1 :桁
1a :リング継ぎボルト孔
2,2A,2B,2C :フランジ
2D,2E :フランジ
3 :継手板
3a,3b :セグメント継ぎボルト孔
4 :縦リブ
5 :スキンプレート
6 :コンクリート硬化体
100 :シールドトンネル(本線トンネル)
200 :シールドトンネル(ランプトンネル)
300 :大断面トンネル
S :鋼製セグメント
J :継手部
ST1 :シールドトンネル(本線トンネル)
ST2 :シールドトンネル(ランプトンネル)
CT :切り開きトンネル
SP1、SP2 :補強梁
SP3、SP4 :補強梁
10, 20, 30, 40:
200: Shield Tunnel (Ramp Tunnel)
300: Large section tunnel S: Steel segment J: Joint part ST1: Shield tunnel (main line tunnel)
ST2: Shield Tunnel (Ramp Tunnel)
CT: Cut tunnel SP1, SP2: Reinforcement beam SP3, SP4: Reinforcement beam
Claims (6)
前記周方向に延設するとともに、前記桁の内周側及び/又は外周側に取付けられているフランジと、
前記桁及び前記フランジの両端部に取付けられている継手板と、を有し、
前記フランジは前記桁と同等の剛性を備え、
前記継手板は、
前記桁の近傍において該桁に沿う方向に複数のセグメント継ぎボルト孔を備え、
前記フランジの近傍において該フランジに沿う方向で、かつ前記桁から所定範囲内に複数のセグメント継ぎボルト孔を備えており、
前記所定範囲は、前記桁から前記フランジの厚みの16倍以下の範囲であり、
前記継手板の板厚が、前記桁の内面と、該桁に最も近い位置にある前記セグメント継ぎボルト孔に挿通されるセグメント継ぎボルトから該継手板に作用する反力分布の図心との間の距離以上となるように、前記セグメント継ぎボルト孔と該セグメント継ぎボルトの位置が設定されていることを特徴とする、鋼製セグメント。 a plurality of girders extending in the circumferential direction of the tunnel and arranged side by side at intervals in the axial direction of the tunnel;
a flange extending in the circumferential direction and attached to the inner peripheral side and/or the outer peripheral side of the girder;
a joint plate attached to both ends of the girder and the flange;
The flange has a rigidity equivalent to that of the girder,
The joint plate is
provided with a plurality of segment joint bolt holes in the vicinity of the girder in a direction along the girder;
A plurality of segment joint bolt holes are provided in the vicinity of the flange in a direction along the flange and within a predetermined range from the girder,
The predetermined range is a range of 16 times or less the thickness of the flange from the girder ,
The plate thickness of the joint plate is between the inner surface of the girder and the centroid of the reaction force distribution acting on the joint plate from the segment joint bolt inserted through the segment joint bolt hole closest to the girder. A steel segment characterized in that the positions of the segment connection bolt hole and the segment connection bolt are set so that the distance is greater than or equal to .
複数の前記セグメントリングが前記軸方向において少なくとも必要な領域に配設され、対向する前記桁のそれぞれの対応するリング継ぎボルト孔同士にリング継ぎボルトが取付けられて形成されていることを特徴とする、シールドトンネル。 A plurality of steel segments according to any one of claims 1 to 5 are arranged in at least a required region in the circumferential direction, and are arranged in the corresponding segment joint bolt holes of the two opposing joint plates. A segment ring is formed by attaching the segment joint bolt,
A plurality of segment rings are arranged in at least a required region in the axial direction, and ring joint bolts are attached to corresponding ring joint bolt holes of the facing girders. , shield tunnel.
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