JP7840133B2 - セグメント - Google Patents

Description

本発明は、セグメントに関する。

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およ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。

特許文献１に記載されたセグメントは、鋼殻（枠体）と、鋼殻内に充てんされたコンクリートとを備える合成セグメントである。鋼殻は、スキンプレートと、主桁と、端板と、形状保持材とを備える。このセグメントは、スキンプレートの中央に形成された打設口から鋼殻内にコンクリートを流し込み、打設口を蓋で閉止することによって作製される。

特許第６５７６０９５号公報

前記セグメントでは、枠体（鋼枠）内にコンクリートが十分に行き渡らず、充てんが不十分となる可能性があった。

本発明の一態様は、枠体内のコンクリートの充てんを十分に行うことができるセグメントを提供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、内周側が開口した円弧状の枠体と、前記枠体の内側に打設されたコンクリートと、を備え、前記枠体は、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の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の両側に設けられた一対の継手板と、前記幅方向に延びて一対の前記主桁どうしを接続する１または複数の板状のリブと、を備え、前記スキンプレートに、前記コンクリートを前記枠体内に打設するための開口窓部が形成され、前記リブは、前記リブに対向する部分の前記スキンプレートに沿う姿勢とされた主板部を備える。

前記セグメントにおいて、複数の前記リブは、１または複数のリブ群を構成し、前記リブ群を構成する複数の前記リブは、前記スキンプレートの厚み方向に間隔をおいて配置されていてもよい。

本発明の他の態様に係るセグメントは、内周側が開口した円弧状の枠体と、前記枠体の内側に打設されたコンクリートと、を備え、前記枠体は、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の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の両側に設けられた一対の継手板と、前記幅方向に延びて一対の前記主桁どうしを接続する複数の板状のリブと、を備え、前記スキンプレートに、前記コンクリートを前記枠体内に打設するための開口窓部が形成され、複数の前記リブは、１または複数のリブ群を構成し、前記リブ群を構成する複数の前記リブは、前記スキンプレートの厚み方向に間隔をおいて配置されている。

本発明の一態様によれば、枠体内のコンクリートの充てんを十分に行うことができる。

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。 実施形態のセグメントの斜視図である。 実施形態のセグメントの分解斜視図である。 実施形態のセグメントの断面を示す模式図である。 実施形態のセグメントの製造工程を示す斜視図である。 前図に続く製造工程を示す斜視図である。 前図に続く製造工程を示す斜視図である。 前図に続く製造工程を示す斜視図である。 前図に続く製造工程を示す斜視図である。 コンクリートを打設する工程を示す模式図である。 比較形態のセグメントの製造工程を示す模式図である。 第１変形例のリブを有するセグメントの断面を示す模式図である。 第２変形例のリブを有するセグメントの断面を示す模式図である。 他の実施形態のセグメントの断面を示す模式図である。

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。

［セグメント］
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、トンネル１００の一部をなす円弧状とされている。複数のセグメント１は、掘削穴内の周方向および軸方向に連結される。複数のセグメント１は、この掘削穴内に、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の内周面には、表層覆工体１０２が設けられている。筒状壁体１０１の外周面には、筒状壁体１０１と掘削穴との隙間に充てんされる裏込め材１０３が設けられている。トンネル１００の周方向はセグメント１の周方向である。トンネル１００の軸方向はセグメント１の幅方向である。トンネル１００の径方向はセグメント１の厚み方向である。

図２は、セグメント１の斜視図である。図３は、セグメント１の分解斜視図である。図４は、セグメント１の断面を示す模式図である。図４は、図３の矢視Ｉ－Ｉを示す図である。
図２および図３に示すように、セグメント１は、鋼枠５と、鋼枠５の内部に充てんされたコンクリートＣと、を備える合成セグメントである。鋼枠５は、内周面を除くコンクリートＣの５つの面を覆う。

鋼枠５は、スキンプレート４と、一対の主桁２と、一対の継手板３と、格子鉄筋６と、複数のリブ９とを有している。鋼枠５は、全体として円弧板状に形成されている。鋼枠５は、内周側が開口した箱型に形成されている。鋼枠５は、鋼材などの金属で形成された枠体である。

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、周方向に沿って円弧状に湾曲する湾曲板状をなしている。スキンプレート４は、例えば、鋼材などの金属で形成されている。
以下、スキンプレート４の厚み方向（セグメント１の厚み方向）を単に「厚み方向」ということがある。スキンプレート４の周方向（セグメント１の周方向）を単に「周方向」ということがある。スキンプレート４の幅方向（セグメント１の幅方向）を単に「幅方向」ということがある。

一対の主桁２は、スキンプレート４の側部に配設されている。一対の主桁２は、スキンプレート４の幅方向の両側に設けられている。すなわち、一対の主桁２のうち一方の主桁２は、スキンプレート４の幅方向の一方の端に設けられている。一対の主桁２のうち他方の主桁２は、スキンプレート４の幅方向の他方の端に設けられている。一対の主桁２は、スキンプレート４の幅方向の両端から、スキンプレート４の厚み方向内側（内周側）に向かって突出する。一対の主桁２は、互いに平行に配置されている。主桁２は、スキンプレート４と同様に周方向に沿って湾曲した形状をなしている。主桁２は、例えば、鋼材などの金属で形成されている。一対の主桁２には、セグメント１どうしを軸方向（幅方向）に連結するための継手としてリング継手７が設けられている（図２参照）。

一対の継手板３は、スキンプレート４の端部に配設されている。一対の継手板３は、スキンプレート４の周方向の両側に設けられている。すなわち、一対の継手板３のうち一方の継手板３は、スキンプレート４の周方向の一方の端に設けられている。一対の継手板３のうち他方の継手板３は、スキンプレート４の周方向の他方の端に設けられている。一対の継手板３は、スキンプレート４の周方向の両端から、スキンプレート４の厚み方向の内側（内周側）に向かって突出する。継手板３は、矩形板状をなす。一対の継手板３は、一対の主桁２の間にわたって配置されている。継手板３は、例えば、鋼材などの金属で形成されている。一対の継手板３には、セグメント１どうしを周方向に連結するための継手としてセグメント継手８が設けられている（図２参照）。

スキンプレート４、一対の主桁２、および一対の継手板３の接続は、例えば、溶接によってなされている。

図３に示すように、スキンプレート４は、スキンプレート本体４Ａと、開口枠１１と、蓋体１４（図２参照）とを備える。スキンプレート本体４Ａの長手方向の中央部に、矩形状の開口部１０が形成されている。開口部１０は、コンクリートＣを鋼枠５内に打設するために形成されている。

開口枠１１は、開口部１０の内側に配設されている。開口枠１１は、矩形状の外形を有する。開口枠１１は、矩形状の開口窓部１１ａを有する。開口窓部１１ａは、コンクリートＣを鋼枠５内に打設するために形成されている。

開口枠１１は、例えば、鋼材などの金属で形成されている。開口枠１１の四辺は溶接等によってスキンプレート４の開口部１０の縁部に固定されることが好ましい。開口枠１１には、鋼枠５内の気体を排出するための排気口（図示略）が形成されていてもよい。
図２に示すように、蓋体１４は、開口窓部１１ａを閉止する。

図３および図４に示すように、複数のリブ９は、一対の主桁２どうしの間に架け渡されている。リブ９は、スキンプレート４の幅方向に延びる長板状（長方形状）とされている。リブ９は、平板状とされている。リブ９は、例えば、鋼材などの金属で形成されている。リブ９の一端は、一方の主桁２に対して溶接等により接合されている。リブ９の他端は、他方の主桁２に対して溶接等により接合されている。リブ９は、主桁２どうしを接続する。リブ９は、全体が主板部１３である。

複数のリブ９は、複数のリブ群１５を構成する。詳しくは、複数のリブ９は、第１リブ群１５Ａと、第２リブ群１５Ｂとを備える。第１リブ群１５Ａおよび第２リブ群１５Ｂは、リブ群１５の例である。

第１リブ群１５Ａと、第２リブ群１５Ｂとは、スキンプレート４の周方向に間隔をおいて設けられている。第１リブ群１５Ａは、セグメント１の中央よりも周方向の一端５ａ寄りに位置する。第２リブ群１５Ｂは、セグメント１の中央よりも周方向の他端５ｂ寄りに位置する。

第１リブ群１５Ａは、スキンプレート４の厚み方向に並ぶ２つのリブ９を備える。第１リブ群１５Ａを構成する２つのリブ９のうち一方のリブ９を第１リブ９Ａ１という。２つのリブ９のうち他方のリブ９を第２リブ９Ａ２という。２つのリブ９（９Ａ１，９Ａ２）は、スキンプレート４の厚み方向に間隔をおいて配置されている。２つのリブ９（９Ａ１，９Ａ２）は、スキンプレート４の厚み方向から見て、少なくとも一部が重なる位置にある。２つのリブ９（９Ａ１，９Ａ２）は互いに同じ形状を有する。

第１リブ９Ａ１は、鋼枠５の内部空間において、厚み方向の中央よりも内周寄りに位置する。第１リブ９Ａ１は、コンクリートＣの内周面Ｃ１（図４参照）に対して外周側に離れて位置する。第２リブ９Ａ２は、鋼枠５の内部空間において、厚み方向の中央よりも外周寄りに位置する。第２リブ９Ａ２は、スキンプレート４に対して内周側に離れて位置する。

第２リブ群１５Ｂは、スキンプレート４の厚み方向に並ぶ２つのリブ９を備える。第２リブ群１５Ｂを構成する２つのリブ９のうち一方のリブ９を第１リブ９Ｂ１という。２つのリブ９のうち他方のリブ９を第２リブ９Ｂ２という。２つのリブ９（９Ｂ１，９Ｂ２）は、スキンプレート４の厚み方向に間隔をおいて配置されている。２つのリブ９（９Ｂ１，９Ｂ２）は、スキンプレート４の厚み方向から見て、少なくとも一部が重なる位置にある。２つのリブ９（９Ｂ１，９Ｂ２）は互いに同じ形状を有する。

第１リブ９Ｂ１は、鋼枠５の内部空間において、厚み方向の中央よりも内周寄りに位置する。第１リブ９Ｂ１は、コンクリートＣの内周面Ｃ１（図４参照）に対して外周側に離れて位置する。第２リブ９Ｂ２は、鋼枠５の内部空間において、厚み方向の中央よりも外周寄りに位置する。第２リブ９Ｂ２は、スキンプレート４に対して内周側に離れて位置する。

第１リブ９Ａ１と、第１リブ９Ｂ１とは、コンクリートＣの内周面Ｃ１（図４参照）からの距離が互いに等しいことが好ましい。第２リブ９Ａ２と、第２リブ９Ｂ２とは、スキンプレート４からの距離が互いに等しいことが好ましい。

リブ９（９Ａ１，９Ａ２，９Ｂ１，９Ｂ２）は、このリブ９と対向する部分のスキンプレート４に沿う姿勢をとる。リブ９の厚さ方向は、このリブ９と対向する部分の中央におけるスキンプレート４の厚さ方向と同じである。「リブ９と対向する部分のスキンプレート４」は、スキンプレート４の厚さ方向から見たときにスキンプレート４とリブ９とが重なる領域をいう。

リブ９の厚さ方向は、このリブ９と対向する部分の中央におけるスキンプレート４の厚さ方向に対して傾斜していても、その傾斜角度が１０°以内であれば、そのリブ９はスキンプレート４に沿う姿勢であると認めることができる。リブ９と対向する部分のスキンプレート４の中央は、例えば、スキンプレート４の幅方向から見たときの中央である。

図３に示すように、格子鉄筋６は、鋼枠５内に設けられている。格子鉄筋６は、主筋と配力筋とが互いに直交する方向に配設されて構成されている。詳しくは、格子鉄筋６は、周方向に延びる周方向鉄筋２１と、幅方向に延びる幅方向鉄筋２２とを備える。格子鉄筋６はコンクリートＣに埋設される。

図４に示すように、鋼枠５内には、コンクリートＣが充てんされている。セグメント１の内周面Ｃ１は、コンクリートＣによって形成されている。

［セグメントの製造方法］
セグメント１の製造方法について図５～図１０を参照して説明する。この製造方法は、背面打設方法を採用する。この製造方法では、図５に示す打設用型１６を用いる。打設用型１６の主面１６ａは、セグメント１（図２参照）の内周面に即した湾曲凸面（円周面）である。

図５に示すように、主桁２および継手板３で形成された主枠１２の内部に格子鉄筋６を収納する。主枠１２に開口枠１１を設置する。
図６に示すように、主枠１２および格子鉄筋６を、打設用型１６の主面１６ａの上に設置する。主枠１２の内周側の開口は、打設用型１６の主面１６ａによって塞がれる。

図７に示すように、主枠１２の外周面側にスキンプレート本体４Ａを設置する。主枠１２の外周側の開口は、スキンプレート本体４Ａによって塞がれる。この状態で、スキンプレート本体４Ａの長手方向中央部は、最も高い位置にある。

図８に示すように、ホッパ１８を用いて、開口窓部１１ａを介して鋼枠５内にコンクリートＣを打設する。コンクリートＣは鋼枠５内で流動し、鋼枠５内の空間に充てんされる。

図１０は、コンクリートを打設する工程を示す模式図である。
図１０に示すように、開口窓部１１ａから鋼枠５内に投入されたコンクリートＣは、鋼枠５の周方向の中央から一端５ａおよび他端５ｂに向かって周方向に流れる。リブ９はスキンプレート４に沿う姿勢であるため、コンクリートＣの流れがリブ９によって妨げられるのを抑えることができる。コンクリートＣは、鋼枠５の内部空間の全体に行き渡り、鋼枠５内に充てんされる。

図９に示すように、コンクリートＣの充てん完了後、養生によりコンクリートＣを硬化させる。コンクリートＣの硬化後に、蓋体１４で開口窓部１１ａを閉止する。蓋体１４は、開口枠１１に溶接などにより固定する。

［実施形態のセグメントが奏する効果］
セグメント１は、リブ９がスキンプレート４に沿う姿勢とされているため、コンクリートＣを鋼枠５内に充てんするにあたり、コンクリートＣの流れがリブ９によって妨げられるのを抑えることができる。そのため、コンクリートＣを鋼枠５内に十分に充てんすることができる。よって、セグメント１の機械的強度を高めることができる。

リブ群１５は、スキンプレート４の厚み方向に間隔をおいて配置された複数のリブ９を備えるため、セグメント１の機械的強度を高めることができる。

比較のため、リブがスキンプレートに対して直交する姿勢であるセグメントを想定する。図１１は、比較形態のセグメントの製造工程を示す模式図である。
図１１に示すように、比較形態のセグメントでは、リブ５９はスキンプレート４に対して直交する姿勢である。鋼枠５内に投入されたコンクリートＣは周方向に流れるが、その流れはリブ５９によって妨げられる可能性がある。そのため、鋼枠５内のコンクリートＣの充てんが不十分となる可能性がある。

リブは、図１２および図１３に示すような構成であってもよい。
図１２は、リブ９の第１変形例であるリブ１９を有するセグメント３１の断面を示す模式図である。
図１２に示すように、リブ１９は、主板部１９ａと、主板部１９ａに対して垂直な突出板部１９ｂとを備えるＬ字形状に形成されている。主板部１９ａは、このリブ１９と対向する部分のスキンプレート４に沿う姿勢をとる。突出板部１９ｂは、主板部１９ａの幅方向の一端から、セグメント１の内周側に突出している。リブ１９は、Ｌ字形状であるため、機械的強度が高い。

図１３は、リブ９の第２変形例であるリブ２９を有するセグメント４１の断面を示す模式図である。
図１３に示すように、リブ２９は、主板部２９ａと、主板部２９ａに対して垂直な２つの突出板部２９ｂとを備える。主板部２９ａは、このリブ２９と対向する部分のスキンプレート４に沿う姿勢をとる。２つの突出板部２９ｂは、それぞれ主板部２９ａの幅方向の一端および他端から、セグメント１の外周側に突出している。リブ２９は、突出板部２９ｂを有するため、機械的強度が高い。

図１４は、他の実施形態のセグメント５１の断面を示す模式図である。
図１４に示すように、複数のリブ３９は、第１リブ群３５Ａと、第２リブ群３５Ｂとを備える。第１リブ群３５Ａは、スキンプレート４の厚み方向に並ぶ２つのリブ３９（３９Ａ１，３９Ａ２）を備える。２つのリブ３９（３９Ａ１，３９Ａ２）は、スキンプレート４の厚み方向に間隔をおいて配置されている。第２リブ群３５Ｂは、スキンプレート４の厚み方向に並ぶ２つのリブ３９（３９Ｂ１，３９Ｂ２）を備える。２つのリブ３９（３９Ｂ１，３９Ｂ２）は、スキンプレート４の厚み方向に間隔をおいて配置されている。
リブ３９（３９Ａ１，３９Ａ２，３９Ｂ１，３９Ｂ２）は、スキンプレート４に直交する姿勢をとる。

セグメント５１では、スキンプレート４の厚み方向に並ぶ複数のリブ３９は、間隔をおいて配置されているため、コンクリートＣを鋼枠５内に充てんするにあたり、コンクリートＣの流れがリブ３９によって妨げられるのを抑えることができる。そのため、コンクリートＣを鋼枠５内に十分に充てんすることができる。よって、セグメント５１の機械的強度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、図２に示すセグメント１は、２つのリブ群１５を備えるが、リブ群の数は２に限らず、１でもよいし、複数（２以上の任意の数）であってもよい。１つのリブ群を構成するリブの数は、複数（２以上の任意の数）であってよい。セグメント１は複数のリブ９を備えるが、リブの数は１でもよいし、複数でもよい。リブの延在方向はスキンプレートの幅方向に限らない。リブの延在方向はスキンプレートの幅方向に対して傾斜していてもよい。

１，３１，４１，５１…セグメント、２…主桁、３…継手板、４…スキンプレート、５…鋼枠（枠体）、９，３９…リブ、１１ａ…開口窓部、１３，１９ａ，２９ａ…主板部、１５，３５…リブ群、１５Ａ，３５Ａ…第１リブ群、１５Ｂ，３５Ｂ…第２リブ群。

Claims (2)

1. 内周側が開口した円弧状の枠体と、
   前記枠体の内側に打設されたコンクリートと、を備え、
   前記枠体は、
   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の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の両側に設けられた一対の継手板と、
   前記幅方向に延びて、前記スキンプレートおよび前記コンクリートの内周面ならびに前記継手板から離れた状態で一対の前記主桁どうしを接続する１または複数の板状のリブと、
   を備え、
   前記スキンプレートに、前記コンクリートを前記枠体内に打設するための開口窓部が形成され、
   前記リブは、前記リブに対向する部分の前記スキンプレートに沿う姿勢とされた主板部を備える、ことを特徴とするセグメント。
2. 複数の前記リブは、１または複数のリブ群を構成し、
   前記リブ群を構成する複数の前記リブは、前記スキンプレートの厚み方向に間隔をおいて配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のセグメント。