JP2017106306A - セグメント - Google Patents

Abstract

【課題】各々の主桁板又は継手板の高耐力化を図るとともに、トンネルを構築するために互いに連結される複数のセグメントの一体性を向上させたセグメントを提供する。【解決手段】本発明を適用したセグメント１は、複数連結されることでトンネルが構築されるものであり、軸方向Ｘの両端部に配置される一対の主桁板３と、周方向Ｙの両端部に配置される一対の継手板とを備える。一対の主桁板３は、軸方向Ｘの一端側に配置された一端側主桁板３１、及び、軸方向Ｘの他端側に配置された他端側主桁板３２に、法線方向Ｚに延びる本体部２０が形成されて、本体部２０から軸方向Ｘに突出する嵌合凸部２１が一端側主桁板３１に形成されるとともに、本体部２０から軸方向Ｘに陥没する嵌合受部２２が他端側主桁板３２に形成されて、一端側主桁板３１の嵌合凸部２１と他端側主桁板３２の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に周方向Ｙに連続して形成される。【選択図】図４

Description

本発明は、複数連結されることでトンネルが構築されるセグメントに関する。

従来から、縦リブを備えた鋼殻とセグメント内に充填されたコンクリートとの一体性を確実に向上させて、合成セグメントの終局耐力を高めることを目的として、特許文献１〜３に開示された合成セグメントが提案されている。

特許文献１に開示された合成セグメントは、主桁に縦リブが固定されて、その縦リブにおけるスキンプレート側端部を通るトンネル半径方向の法線を含むトンネル軸方向に延長する面に対して、トンネル軸方向の断面視で、前記縦リブにおける少なくとも一つの折れ曲がり部の中心と、前記縦リブのトンネル内空側の端部とが、トンネル半径方向の法線を含むトンネル軸方向に延長する面を挟むように、その面の一方及び他方に配置される。

特許文献２に開示された合成セグメントは、主桁、継手板、スキンプレート及び縦リブにより構成される鋼製系セグメントにおける主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが固定されて、前記各縦リブに設けられた開孔に渡って棒状鋼材が挿通されるとともに、前記縦リブ及び棒状鋼材を埋め込むようにセグメント内部にコンクリートが充填されることを特徴とする。

特開２００８−２９７８１７号公報 特開２００４−２７０２７６号公報 特開２０００−２９１３８９号公報

ここで、特許文献１、２に開示された合成セグメントは、トンネルの軸方向及び周方向に隣り合った他の合成セグメントと互いに連結されることで、トンネルが構築されるものとなる。そして、特許文献１、２に開示された合成セグメントは、各々の主桁及び継手板として略平板状の鋼板が用いられる。

このとき、特許文献１、２に開示された合成セグメントは、各々の主桁及び継手板が略平板状に形成されることから、互いに隣り合って連結される他の合成セグメントとの間で、各々の主桁又は継手板が互いに略平坦面で当接されるものとなる。このため、特許文献１、２に開示された合成セグメントは、各々の主桁又は継手板が略平坦面で当接されるに過ぎないため、互いに連結される合成セグメント間の一体性の向上が課題となっていた。

また、特許文献３に開示された合成セグメントは、相対する鋼殻セグメントのトンネル軸方向（セグメントリング間）の連結を、鋼殻側枠のウェブに設けた雄側係合部材と雌側係合部材との止水パッキング（シール材）を介した係合により行うものである。前記係合部を単純に設けることで、互いに連結される合成セグメント間の一体性は向上するものの、セグメントの加工が増加し、製造コストが高いことが課題であった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであって、その目的とするところは、各々の主桁板又は継手板の高耐力化及び鋼殻と中詰めコンクリートとの一体化の強化を図るとともに、互いに連結される複数のセグメントの一体性を向上させることと製造コストの安価化の両立とを可能とするセグメントを提供することにある。

第１発明に係るセグメントは、複数連結されることでトンネルが構築されるセグメントであって、トンネルの軸方向の両端部に配置される一対の主桁板と、トンネルの周方向の両端部に配置される一対の継手板とを備え、中詰めコンクリートが内部に充填される鋼殻が一対の前記主桁板及び一対の前記継手板に取り囲まれることで形成されて、一対の前記主桁板は、トンネルの軸方向の一端側に配置された前記主桁板となる一端側主桁板、及び、トンネルの軸方向の他端側に配置された前記主桁板となる他端側主桁板に、トンネルの法線方向に延びる本体部が形成されて、前記本体部からトンネルの軸方向に突出する嵌合凸部が前記一端側主桁板に形成されるとともに、前記本体部からトンネルの軸方向に陥没する嵌合受部が前記他端側主桁板に形成されて、前記一端側主桁板に形成された前記嵌合凸部と前記他端側主桁板に形成された前記嵌合受部とが、トンネルの法線方向で互いに略同一の位置にトンネルの周方向に連続して形成されて、前記鋼殻の内部では、一対の前記主桁板の片方に固着されるずれ止め部材、又は、一対の前記主桁板の両方に架設される補強部材が設けられることを特徴とする。

第２発明に係るセグメントは、第１発明において、前記ずれ止め部材は、トンネルの法線方向で地山側及び内空側の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレートと前記主桁板とに固着される補強材、又は、前記スキンプレートに固着されない鉄筋、鋼板、形鋼、頭付スタッド若しくはＵ字ジベルが用いられることを特徴とする。

第３発明に係るセグメントは、第１発明において、前記ずれ止め部材は、略Ｌ字状に折曲させたＬ字ジベルが用いられて、前記Ｌ字ジベルの一部となる一辺が前記主桁板に固着されるとともに、前記Ｌ字ジベルの残部となる他辺に、トンネルの軸方向に延びる配力筋が連結されることを特徴とする。

第４発明に係るセグメントは、第１発明において、前記ずれ止め部材は、略コの字状に折曲させた変形コ字ジベルが用いられて、前記変形コ字ジベルの一部がトンネルの法線方向で地山側及び内空側の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレートと前記主桁板とに固着されるとともに、前記変形コ字ジベルの残部にトンネルの軸方向に延びる配力筋が連結されることを特徴とする。

第５発明に係るセグメントは、第１発明において、前記ずれ止め部材は、略コの字状の折曲部分と略Ｓ字状の折曲部分とが形成された複合変形ジベルが用いられて、前記複合変形ジベルの一部がトンネルの法線方向で地山側及び内空側の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレートと前記主桁板とに固着されるとともに、前記複合変形ジベルの残部にトンネルの軸方向に延びる配力筋が連結されることを特徴とする。

第６発明に係るセグメントは、第２発明〜第５発明の何れかにおいて、前記ずれ止め部材は、前記一端側主桁板及び前記他端側主桁板の各々に固着されることで一対となって設けられて、トンネルの軸方向に延びる配力筋の両端部が一対の前記ずれ止め部材に連結されることを特徴とする。

第７発明に係るセグメントは、第２発明〜第６発明の何れかにおいて、前記ずれ止め部材は、トンネルの周方向に所定の離間距離で離間させた複数の前記ずれ止め部材が前記鋼殻の内部に設けられて、トンネルの周方向の中央側での前記離間距離が、トンネルの周方向の両端側での前記離間距離よりも小さくなることを特徴とする。

第８発明に係るセグメントは、第１発明において、前記補強部材は、トンネルの軸方向の両端部が一対の前記主桁板に固着される鉄筋、鋼板又は形鋼が用いられることを特徴とする。

第９発明に係るセグメントは、第１発明において、前記補強部材は、トンネルの軸方向の両端部が一対の前記主桁板に固着される略平板状の縦リブが用いられて、トンネルの軸方向で両端側よりも中央側で、前記縦リブの下端部がトンネルの法線方向で地山側に配置された切欠部が形成されることを特徴とする。

第１０発明に係るセグメントは、第９発明において、前記縦リブは、前記切欠部がトンネルの軸方向で略直線状に延びて形成されるとともに、前記切欠部から両端部まで略テーパ状に傾斜させて形成されることを特徴とする。

第１１発明に係るセグメントは、第９発明又は第１０発明において、前記縦リブは、トンネルの法線方向で地山側の地山側縦リブと、トンネルの法線方向で内空側の内空側縦リブとが併せて設けられて、前記地山側縦リブと前記内空側縦リブとが、トンネルの法線方向で互いに離間させて配置されることを特徴とする。

第１２発明に係るセグメントは、第９発明〜第１１発明の何れかにおいて、前記縦リブは、トンネルの法線方向で地山側の隅角部が切り欠かれることを特徴とする。

第１３発明に係るセグメントは、第８発明〜第１２発明の何れかにおいて、前記補強部材は、トンネルの周方向に所定の離間距離で離間させた複数の前記補強部材が前記鋼殻の内部に設けられて、トンネルの周方向の中央側での前記離間距離が、トンネルの周方向の両端側での前記離間距離よりも小さくなることを特徴とする。

第１４発明に係るセグメントは、第１発明〜第１３発明の何れかにおいて、前記鋼殻の内部では、トンネルの法線方向で地山側及び内空側の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレートに、トンネルの法線方向に傾斜する略Ｓ字状に折曲させたＳ字ジベルが固着されることを特徴とする。

第１発明〜第１４発明によれば、一対の主桁板の各々の嵌合凸部と嵌合受部とが、法線方向で互いに略同一の位置で対応する形状に形成されることで、軸方向に連結される複数のセグメントの一体性を向上させることが可能となる。また、各々の主桁板に所定の断面形状のセグメント形鋼が用いられて、嵌合凸部及び嵌合受部が形成されることで、各々の主桁板の面外方向及び面内方向の剛性が向上して、各々の主桁板の高耐力化を図ることが可能となる。

特に、第２発明〜第７発明によれば、鋼殻の内部に所定のずれ止め部材が設けられることで、ずれ止め部材が中詰めコンクリートに埋め込まれて係止されて、中詰めコンクリートと鋼殻とのずれ止め機能を発揮することが可能となる。さらに、ずれ止め部材に配力筋が連結されることにより、配力筋に高い切断精度を要求することなく、低コストでセグメントのさらなる高耐力化が可能となる。

特に、第８発明〜第１３発明によれば、鋼殻の内部に所定の補強部材が設けられて、補強部材が架設されることで、中詰めコンクリートの高耐力化と、主桁板への確実な荷重伝達とを実現して、幅広のセグメントにも対応することが可能となる。

特に、第７発明、第１３発明によれば、各々の主桁板の周方向の中央側が大きく撓み易くなるものの、複数のずれ止め部材又は補強部材が、主桁板の周方向の中央側に密に設けられることで、主桁板の周方向の中央側を補強するとともにその撓みを防止して、セグメントの軸方向の寸法精度を向上させて高品質なセグメントとなり、また、複数のセグメントが略千鳥状に配置されたトンネル全体を高強度化することが可能となる。さらにはセグメントの厚みを薄くすることができるため、トンネル外径の縮小、建設用地の縮小、トンネルの土砂掘削量の縮小、トンネル工事の工期の縮小が可能となる。

特に、第１４発明によれば、トンネルの法線方向に傾斜するＳ字ジベルがスキンプレートに固着されることで、中詰コンクリートと鋼殻の一体化が高められ、セグメントの高耐力化が可能となる。さらに、外荷重に対してスキンプレートが抵抗する有効幅を拡大してセグメントの耐荷性能を高めるとともに、外荷重に対してコンクリートのせん断補強性能を効果的に向上させることが可能となる。

本発明を適用したセグメントで構築されるトンネルを示す斜視図である。 本発明を適用したセグメントを示す斜視図である。 本発明を適用したセグメントの主桁板を示す周方向の拡大正面図である。 本発明を適用したセグメントで主桁板として非対称に形成されたセグメント形鋼が用いられた状態を示す周方向の正面図である。 本発明を適用したセグメントで主桁板として線対称に形成されたセグメント形鋼が用いられた状態を示す周方向の正面図である。 本発明を適用したセグメントに用いられるセグメント形鋼で図心位置と重心位置とが略一致する状態を示す周方向の拡大正面図である。 本発明を適用したセグメントに用いられるセグメント形鋼の変形例で図心位置と重心位置とが略一致する状態を示す周方向の拡大正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる複数の主鋼材及び配力筋を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 本発明を適用したセグメントに設けられる複数の主鋼材及び配力筋を示す周方向の正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる頭付スタッドのずれ止め部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる鋼板のずれ止め部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 本発明を適用したセグメントに設けられるＵ字ジベルのずれ止め部材を示す周方向の正面図である。 本発明を適用したセグメントに設けられるＵ字ジベルのずれ止め部材に連結される配力筋を示す周方向の正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントで台形リブの配置を示す側面図であり、（ｂ）は、その周方向の正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントで略六角形リブの配置を示す側面図であり、（ｂ）は、その周方向の正面図である。 本発明を適用したセグメントに設けられる台形リブのずれ止め部材に連結される配力筋を示す周方向の正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントで非対称に形成されたセグメント形鋼の主桁板に固着されるずれ止め部材を示す正面図であり、（ｂ）は、線対称に形成されたセグメント形鋼の主桁板に固着されるずれ止め部材を示す正面図である。 本発明を適用したセグメントに設けられるＬ字ジベルを示す正面図である。 本発明を適用したセグメントに設けられる変形コ字ジベルを示す正面図である。 本発明を適用したセグメントに設けられる複合変形ジベルを示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントで中央側での離間距離を小さくした複数のずれ止め部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる鋼板の補強部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントに設けられる鉄筋の補強部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 本発明を適用したセグメントで切欠部が形成された縦リブを示す正面図である。 本発明を適用したセグメントで地山側縦リブと内空側縦リブとを法線方向で互いに離間させた縦リブを示す正面図である。 本発明を適用したセグメントで隅角部が切り欠かれた縦リブを示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントで中央側での離間距離を小さくした複数の補強部材を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントで地山側のスキンプレートに当接させた縦リブを示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートから離間させた縦リブを示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントで縦リブから離間させた配力筋を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートから離間させた縦リブに当接される配力筋を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントでスキンプレートに当接させた縦リブに当接される配力筋を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 本発明を適用したセグメントに設けられるＳ字ジベルを示す正面図である。 本発明を適用したセグメントに設けられる縦リブ、複数の主鋼材及び配力筋を示す周方向の正面図である。 本発明を適用したセグメントが軸方向に複数連結された状態を示す正面図である。 本発明を適用したセグメントが軸方向に複数連結された状態の変形例を示す正面図である。 本発明を適用したセグメントの各々の主桁板が軸方向に当接された状態を示す周方向の拡大正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントで地下水圧が作用する前の止水溝を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、その地下水圧が作用した後の止水溝を示す拡大正面図である。 本発明を適用したセグメントで嵌合凸部又は嵌合受部から独立して形成された止水溝を示す拡大正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したセグメントで周方向の中央側が大きく撓み易くなる主桁板を示す底面図であり、（ｂ）は、略千鳥状に配置された複数のセグメントを示す概略平面図である。 本発明を適用したセグメントでずれ量と製作難度との関連性を示すグラフである。

以下、本発明を適用したセグメント１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用したセグメント１は、図１に示すように、複数のセグメント１がトンネル７の軸方向Ｘ及び周方向Ｙで連結されることで、トンネル７が構築されるものである。

トンネル７は、シールド工法等により地山等を掘削して形成された掘削穴、又は、地山等を開削して形成された開削穴に設けられる。トンネル７は、例えば、軸方向Ｘで略円筒形状に形成されるものであるが、これに限らず、略角筒形状等に形成されてもよい。

トンネル７は、複数のセグメント１が周方向Ｙに連結されて、セグメントリング７０が構築される。また、トンネル７は、複数のセグメントリング７０が軸方向Ｘに連結されることで、トンネル７の延長方向となる軸方向Ｘで略円筒形状等に形成されるものとなる。

トンネル７は、複数のセグメントリング７０が軸方向Ｘに連結されることで、トンネル７の半径方向となる法線方向Ｚで、地山側Ｚ１と内空側Ｚ２とを隔てるように構築されるものとなり、法線方向Ｚの内空側Ｚ２に所定の内部空間Ｓが確保される。

本発明を適用したセグメント１は、図２に示すように、軸方向Ｘの両端部に配置される一対の主桁板３と、周方向Ｙの両端部に配置される一対の継手板４とを備える。

本発明を適用したセグメント１は、軸方向Ｘに所定の間隔を空けて、一対の主桁板３が互いに略平行に配置される。また、本発明を適用したセグメント１は、周方向Ｙに所定の間隔を空けて、一対の継手板４が互いに傾斜等するように配置される。

本発明を適用したセグメント１は、主桁板３の周方向Ｙの両端部が、継手板４の軸方向Ｘの両端部と互いに接合されることで、軸方向Ｘ及び周方向Ｙに所定の間隔を空けた一対の主桁板３及び一対の継手板４に四方を取り囲まれた略箱状の鋼殻６が形成される。

本発明を適用したセグメント１は、一対の主桁板３及び一対の継手板４に取り囲まれることで、中詰めコンクリート６０が内部６ａに充填される鋼殻６が形成される。本発明を適用したセグメント１は、必要に応じて、法線方向Ｚで地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方又は両方に、鋼殻６の内部６ａを覆うようにスキンプレート５が設けられる。

本発明を適用したセグメント１は、特に、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が各々の主桁板３として用いられて、このセグメント形鋼２が周方向Ｙに湾曲等させて形成される。また、本発明を適用したセグメント１は、必要に応じて、各々の継手板４として、このセグメント形鋼２が湾曲等させることなく用いられてもよい。

各々の主桁板３は、図３に示すように、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が用いられることで、周方向Ｙに対する断面方向で、法線方向Ｚに延びる本体部２０と、軸方向Ｘに凸状の嵌合凸部２１と、軸方向Ｘに凹状の嵌合受部２２とが形成される。

各々の主桁板３は、法線方向Ｚに延びる本体部２０に、本体部２０から軸方向Ｘの外側Ａに突出する嵌合凸部２１が形成されるとともに、嵌合凸部２１よりも軸方向Ｘの内側Ｂに配置される嵌合受部２２が形成される。

各々の主桁板３は、必要に応じて、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が、断面略円弧状等の湾曲面２ａが形成されて湾曲状となる。また、各々の主桁板３は、必要に応じて、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が、断面略平坦状等の平坦面２ｂが形成されて平坦状となる。

ここで、一対の主桁板３は、図４に示すように、軸方向Ｘの一端側に配置される主桁板３が一端側主桁板３１となるとともに、軸方向Ｘの他端側に配置される主桁板３が他端側主桁板３２となり、一端側主桁板３１と他端側主桁板３２とが一対の主桁板３となる。

一端側主桁板３１は、鋼殻６の内部６ａの反対側となる軸方向Ｘの外側Ａに向けて突出して、湾曲状の嵌合凸部２１が形成されるとともに、湾曲状の嵌合凸部２１よりも鋼殻６の内部６ａ側となる軸方向Ｘの内側Ｂに、平坦状の嵌合受部２２が形成される。

他端側主桁板３２は、鋼殻６の内部６ａの反対側となる軸方向Ｘの外側Ａに向けて突出して、平坦状の嵌合凸部２１が形成されるとともに、平坦状の嵌合凸部２１よりも鋼殻６の内部６ａ側となる軸方向Ｘの内側Ｂに、湾曲状の嵌合受部２２が形成される。

一対の主桁板３は、軸方向Ｘの両端部に配置される一端側主桁板３１及び他端側主桁板３２の各々に、法線方向Ｚに延びる本体部２０が形成される。このとき、一対の主桁板３は、本体部２０から軸方向Ｘに突出する嵌合凸部２１が一端側主桁板３１に形成されるとともに、本体部２０から軸方向Ｘに陥没する嵌合受部２２が他端側主桁板３２に形成される。

一対の主桁板３は、一端側主桁板３１の湾曲状の嵌合凸部２１と、他端側主桁板３２の湾曲状の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される。また、一対の主桁板３は、一端側主桁板３１の平坦状の嵌合受部２２と、他端側主桁板３２の平坦状の嵌合凸部２１とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される。

各々の主桁板３は、図３に示すように、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が用いられることで、軸方向Ｘで本体部２０の両側面の各々に、湾曲状又は平坦状の嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が形成される。

このとき、各々の主桁板３は、例えば、本体部２０の一方側面２０ａに、湾曲状の嵌合凸部２１及び平坦状の嵌合受部２２が形成されるとともに、本体部２０の他方側面２０ｂに、平坦状の嵌合凸部２１及び湾曲状の嵌合受部２２が形成される。

各々の主桁板３は、本体部２０の一方側面２０ａの湾曲状の嵌合凸部２１と、他方側面２０ｂの湾曲状の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される。また、各々の主桁板３は、本体部２０の一方側面２０ａの平坦状の嵌合受部２２と、他方側面２０ｂの平坦状の嵌合凸部２１とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される。

各々の主桁板３は、法線方向Ｚで本体部２０の両端部の各々で、本体部２０の両側面の各々に、湾曲状の嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が１箇所に形成されるとともに、平坦状の嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が１箇所に形成される。

各々の主桁板３は、図４に示すように、軸方向Ｘで非対称に形成されたセグメント形鋼２が、一対の主桁板３の各々に共通して用いられる。このとき、各々の主桁板３は、本体部２０の一方側面２０ａの嵌合凸部２１と、本体部２０の他方側面２０ｂの嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置で湾曲状又は平坦状に形成されるものとなる。

各々の主桁板３は、これに限らず、図５に示すように、軸方向Ｘで線対称に形成されたセグメント形鋼２が、一対の主桁板３の各々に用いられてもよい。このとき、セグメント形鋼２は、軸方向Ｘに延びる一対のフランジ２５と、法線方向Ｚに延びるウェブ２６とを組み合わせて、法線方向Ｚに延びる本体部２０が形成される。

各々の主桁板３は、軸方向Ｘで線対称に形成されたセグメント形鋼２が用いられる場合に、一対のフランジ２５の各々の両側端に、平坦状等の嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が形成される。このとき、一対の主桁板３は、特に、一端側主桁板３１の嵌合凸部２１と、他端側主桁板３２の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に周方向Ｙに連続して形成される。

各々の主桁板３は、図３に示すように、周方向Ｙに対する断面方向で、セグメント形鋼２の図心位置と重心位置とが略一致するように、法線方向Ｚで本体部２０の両端部の各々で、本体部２０の両側面の所定の位置に、嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が形成される。ここで、重心位置は、周方向Ｙに対する断面方向に関し、軸方向Ｘ、法線方向Ｚに対する幾何学的寸法の釣り合い点を指す。また、図心位置は、周方向Ｙに対する断面方向に関し、軸方向Ｘ、法線方向Ｚに対する断面１次モーメントの釣り合い点を指す。

セグメント形鋼２は、図６に示すように、法線方向Ｚの全高Ｈ又は軸方向Ｘの全幅Ｗに対して、図心位置と重心位置との軸方向Ｘのずれ量Δが８％以下となるときに、図心位置と重心位置とが略一致するものとなる。セグメント形鋼２は、全高Ｈ又は全幅Ｗに対して、図心位置と重心位置とのずれ量Δが、特に、３％以下となることが望ましい。

セグメント形鋼２は、例えば、法線方向Ｚの全高Ｈ＝２２５ｍｍ、軸方向Ｘの全幅Ｗ＝３８ｍｍとする。このとき、セグメント形鋼２は、図６（ａ）に示すように、軸方向Ｘのずれ量Δ＝０．０５５ｍｍとすると、軸方向Ｘの全幅Ｗに対して、軸方向Ｘのずれ量Δが０．１４％（＝０．０５５／３８×１００）となるとともに、法線方向Ｚのずれ量Δ＝０ｍｍであるから、法線方向Ｚの全高Ｈに対して、法線方向Ｚのずれ量Δが０％となるため、図心位置と重心位置とが略一致する。

軸方向Ｘのずれ量のみを示せば、セグメント形鋼２は、図６（ｂ）に示すように、ずれ量Δ＝０．１６０ｍｍ、図６（ｃ）に示すように、ずれ量Δ＝０．２８６ｍｍ、図６（ｄ）に示すように、ずれ量Δ＝１．８２８ｍｍの場合の何れについても、ずれ量Δが８％以下となる。また、セグメント形鋼２は、図７（ａ）に示すように、ずれ量Δ＝０．５２７ｍｍ、図７（ｂ）に示すように、ずれ量Δ＝０．９２３ｍｍの場合の何れについても、ずれ量Δが８％以下となることで、図心位置と重心位置とが略一致するものとなる。なお、セグメント形鋼２は、図７（ｃ）、図７（ｄ）に示すように、ずれ量Δ≒０．０００ｍｍとすることもできる。

本発明を適用したセグメント１は、図８に示すように、鋼殻６の内部６ａで周方向Ｙに延びる複数の主鋼材６３が設けられて、また、軸方向Ｘに延びて各々の主鋼材６３に当接される配力筋６４が設けられる。複数の主鋼材６３は、各々に異形鉄筋又は異形棒鋼等の鉄筋が用いられて、軸方向Ｘの６箇所程度に断続的に設けられる。

配力筋６４は、異形鉄筋又は異形棒鋼等の鉄筋が用いられて、図９に示すように、複数の主鋼材６３を取り囲むように設けられる。このとき、配力筋６４は、図９（ａ）に示すように、地山側Ｚ１における端部がフック状に形成されてもよく、図９（ｂ）に示すように、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の主鋼材６３を全周で取り囲むように形成されてもよい。

本発明を適用したセグメント１は、複数の主鋼材６３を配力筋６４で一体化することで、複数の主鋼材６３及び配力筋６４が埋め込まれた中詰めコンクリート６０の補強を実現して、セグメント１に負荷される大深度での高荷重にも対応することが可能となる。

本発明を適用したセグメント１は、鋼殻６の内部６ａで、図１０〜図２１に示すように、一対の主桁板３の片方に固着されるずれ止め部材６１が設けられる。本発明を適用したセグメント１は、図２２〜図２７に示すように、鋼殻６の内部６ａで、一対の主桁板３の両方に架設される補強部材６２が設けられてもよい。このとき、本発明を適用したセグメント１は、ずれ止め部材６１及び補強部材６２の何れか一方又は両方が設けられる。

ここで、ずれ止め部材６１は、図１０〜図２１に示すように、軸方向Ｘの一方の片端部のみが各々の主桁板３に溶接等で固着されるとともに、軸方向Ｘの他方の片端部が鋼殻６の内部６ａに延びて配置されて、中詰めコンクリート６０に埋め込まれる。

ずれ止め部材６１は、図１０〜図１３に示すように、各々の主桁板３に溶接等で部分的に固着されるものの、スキンプレート５に溶接等で固着されないものとして、鉄筋、鋼板、形鋼、頭付スタッド若しくはＵ字ジベルが用いられる。

ずれ止め部材６１は、図１０に示すように、頭付スタッドが用いられるほか、図１１に示すように、略平板状に形成された鋼板等が用いられて、一対の主桁板３の各々で、法線方向Ｚの２段程度に亘って、周方向Ｙの４箇所程度に断続的に設けられる。ずれ止め部材６１は、頭付スタッド及び鋼板に限らず、異形鉄筋若しくは異形棒鋼等の鉄筋、又は、Ｈ形鋼、溝形鋼若しくは山形鋼等の形鋼が用いられる。ずれ止め部材６１は、必要に応じて、図１２、図１３に示すように、鉄筋を略Ｕ字状に折り曲げたＵ字ジベルが用いられてもよい。

ずれ止め部材６１は、Ｕ字ジベル等の一部６１ａが主桁板３に固着されることで、Ｕ字ジベル等の残部６１ｂがスキンプレート５に固着されない状態で鋼殻６の内部６ａに突出して配置される。ずれ止め部材６１は、Ｕ字ジベル等の残部６１ｂが中詰めコンクリート６０に埋め込まれて係止されて、Ｕ字ジベル等の一部６１ａが主桁板３に固着されることで、中詰めコンクリート６０と鋼殻６とのずれ止め機能を発揮することが可能となる。

ずれ止め部材６１は、一端側主桁板３１及び他端側主桁板３２の各々に固着されることで、軸方向Ｘで一対となって設けられることが望ましい。このとき、ずれ止め部材６１は、図１２（ｂ）、図１３に示すように、軸方向Ｘに延びる鉄筋等の配力筋６４の両端部が、一対のずれ止め部材６１の各々に連結されてもよい。

ずれ止め部材６１は、内空側Ｚ２及び地山側Ｚ１の何れか一方又は両方に配力筋６４が設けられて、配力筋６４の両端部が溶接接合、番線等による緊結、又は近接させたのみの状態で連結される。また、ずれ止め部材６１は、図１３（ａ）に示すように、Ｕ字ジベル等の一対となった残部６１ｂの片方に、内空側Ｚ２又は地山側Ｚ１の配力筋６４の両端部が連結されるほか、図１３（ｂ）に示すように、Ｕ字ジベル等の一対となった残部６１ｂの両方に、内空側Ｚ２及び地山側Ｚ１の配力筋６４の両端部が連結されてもよい。なお、ずれ止め部材６１は、例えば、図１２（ｂ）に示すように、Ｕ字ジベル等の一対となった残部６１ｂの両方に、配力筋６４の両端部が架設されるように連結されてもよい。

ずれ止め部材６１は、図１４、図１５に示すように、スキンプレート５と主桁板３とに固着される三角リブ、四角リブ、台形リブ又は略六角形リブ等の補強材６６が用いられてもよい。ずれ止め部材６１は、スキンプレート５、主桁板３及び補強材６６の間に所定の隙間Ｇが形成されて、中詰めコンクリート６０となるフレッシュコンクリートを鋼殻６の内部６ａに充填するときに、フレッシュコンクリートが隙間Ｇを通過できるものとなる。そして、ずれ止め部材６１は、補強材６６がスキンプレート５と主桁板３とに固着されることで、フレッシュコンクリートの打設圧によるスキンプレート５の変形が抑制される。

ずれ止め部材６１は、三角リブ、四角リブ、台形リブ又は略六角形リブ等の補強材６６が用いられる場合にも、図１６に示すように、配力筋６４の両端部が各々の補強材６６に連結されてもよい。このとき、ずれ止め部材６１は、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、鉄筋等の配力筋６４が用いられるほか、図１６（ｃ）に示すように、スキンプレート５に溶接等で固着された平鋼等が、スキンプレート５の剛性も向上させる配力筋６４として用いられてもよい。

ずれ止め部材６１は、図１７（ａ）に示すように、非対称に形成されたセグメント形鋼２の主桁板３において、各々の主桁板３の本体部２０の側面に固着されるとともに、必要に応じて、スキンプレート５に固着される。また、ずれ止め部材６１は、図１７（ｂ）に示すように、線対称に形成されたセグメント形鋼２の主桁板３において、各々の主桁板３のウェブ２６に固着される。そして、ずれ止め部材６１は、必要に応じて、スキンプレート５又は各々の主桁板３の地山側Ｚ１若しくは内空側Ｚ２のフランジ２５に固着される。

ずれ止め部材６１は、図１８（ａ）に示すように、略Ｌ字状に折曲させたＬ字ジベル８１が用いられて、Ｌ字ジベル８１の一部６１ａとなる一辺が主桁板３に固着されてもよい。そして、ずれ止め部材６１は、必要に応じて、図１８（ｂ）に示すように、Ｌ字ジベル８１の残部６１ｂとなる他辺に、軸方向Ｘに延びる配力筋６４が連結されてもよい。

また、ずれ止め部材６１は、図１９（ａ）に示すように、略コの字状に折曲させて傾斜部分を有する変形コ字ジベル８２が用いられてもよい。このとき、変形コ字ジベル８２の一部６１ａは、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレート５と主桁板３とに、傾斜部分の両側で固着されてもよい。そして、ずれ止め部材６１は、必要に応じて、図１９（ｂ）に示すように、変形コ字ジベル８２の軸方向Ｘに延びる残部６１ｂに、軸方向Ｘに延びる配力筋６４が連結されてもよい。なお、変形コ字ジベル８２に連結される配力筋６４は、必要に応じて、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方又は両方で、スキンプレート５に固着されてもよい。

さらに、ずれ止め部材６１は、図２０（ａ）に示すように、略コの字状の折曲部分及び略Ｓ字状の折曲部分の各々が傾斜部分を有するものとして形成された複合変形ジベル８３が用いられてもよい。このとき、複合変形ジベル８３の一部６１ａは、略コの字状の折曲部分及び略Ｓ字状の折曲部分の各々で、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレート５と主桁板３とに固着されてもよい。そして、ずれ止め部材６１は、必要に応じて、図２０（ｂ）に示すように、複合変形ジベル８３の残部６１ｂとなる略Ｓ字状の折曲部分に、軸方向Ｘに延びる配力筋６４が連結されてもよい。

鋼殻６の内部６ａに設けられるずれ止め部材６１は、主に鋼殻６と中詰めコンクリート６０とをトンネル接線方向に一体化させることを目的に設けられるものである。このとき、本発明を適用したセグメント１は、トンネル外力が作用した場合にも、鋼殻６と中詰めコンクリート６０との間でトンネル接線方向にずれ変形を生じさせる挙動に対して、このずれ変形を略同一状態として、いわゆる一体はり構造の挙動を確保できる。そして、この両者間のずれ変形に抵抗するずれ止め剛性は、トンネル外力に応じてずれ止め部材６１の数量で適宜調整可能となる。トンネル接線方向に対するずれ止め剛性は、セグメント１の外力に対する法線方向Ｚの剛性を飛躍的に高める効果があり、トンネルセグメントの高耐力化、高剛性化を生み、結果的にトンネルセグメントの薄壁化を図ることができる。その結果、大深度トンネルへの適用や、トンネル外径の縮小化に寄与するものとなる。

ずれ止め部材６１は、図２１に示すように、周方向Ｙに所定の離間距離ｄで離間させた複数のずれ止め部材６１が鋼殻６の内部６ａに設けられる。そして、ずれ止め部材６１は、鋼殻６の内部６ａにおける周方向Ｙの中央側での離間距離ｄ１が、鋼殻６の内部６ａにおける周方向Ｙの両端側での離間距離ｄ２、ｄ３よりも小さくなることが望ましい。

本発明を適用したセグメント１は、図２２、図２３に示すように、鋼殻６の内部６ａに所定の補強部材６２が設けられる。補強部材６２は、軸方向Ｘの両端部が一対の主桁板３に溶接等で固着されて、鋼殻６の内部６ａで一対の主桁板３に架設された状態で、中詰めコンクリート６０に埋め込まれる。補強部材６２は、鋼殻６の内部６ａに架設されることで、中詰めコンクリート６０の高耐力化と主桁板３への確実な荷重伝達とを実現するため、幅広のセグメント１にも対応することが可能となる。

補強部材６２は、図２２に示すように、略平板状に形成された鋼板等が用いられるほか、図２３に示すように、異形鉄筋又は異形棒鋼等の鉄筋が用いられて、法線方向Ｚの２段程度に亘って、周方向Ｙの４箇所程度に断続的に設けられる。また、補強部材６２は、鋼板及び鉄筋に限らず、Ｈ形鋼等の形鋼が用いられてもよい。

補強部材６２は、図２４に示すように、略平板状に形成された鋼板が縦リブ６５として用いられる場合に、軸方向Ｘで両端側よりも中央側で、縦リブ６５の下端部が法線方向Ｚで地山側Ｚ１に配置された切欠部６２ａが形成されてもよい。このとき、縦リブ６５は、軸方向Ｘの中央側で切欠部６２ａが軸方向Ｘに略直線状に延びて形成される。また、縦リブ６５は、図２４（ａ）に示すように、軸方向Ｘの両端側で切欠部６２ａから両端部まで略テーパ状に傾斜させて形成されるほか、図２４（ｂ）に示すように、軸方向Ｘの両端側で切欠部６２ａから両端部まで略直線状に形成されるものとなる。

補強部材６２は、図２５に示すように、略平板状に形成された縦リブ６５が用いられる場合に、例えば、法線方向Ｚで地山側Ｚ１の地山側縦リブ６５ａと、法線方向Ｚで内空側Ｚ２の内空側縦リブ６５ｂとが併せて設けられてもよい。そして、縦リブ６５は、地山側縦リブ６５ａと内空側縦リブ６５ｂとが法線方向Ｚで互いに離間させて配置されて、必要に応じて、内空側縦リブ６５ｂの内空側Ｚ２の下端部に切欠部６２ａが形成される。

補強部材６２は、図２５（ａ）に示すように、非対称に形成されたセグメント形鋼２の主桁板３において、各々の主桁板３の本体部２０の側面に固着されるとともに、必要に応じて、スキンプレート５に固着される。また、補強部材６２は、図２５（ｂ）に示すように、線対称に形成されたセグメント形鋼２の主桁板３において、各々の主桁板３のウェブ２６に固着される。そして、補強部材６２は、必要に応じて、スキンプレート５又は各々の主桁板３の地山側Ｚ１若しくは内空側Ｚ２のフランジ２５に固着される。

補強部材６２は、図２６（ａ）に示すように、縦リブ６５の隅角部が切り欠かれることで、地山側Ｚ１に所定の隙間Ｇが形成されてもよい。このとき、補強部材６２は、必要に応じて、図２６（ｂ）に示すように、Ｌ字ジベル８１等のずれ止め部材６１の一部６１ａが、主桁板３とともに縦リブ６５にも固着されてもよい。

補強部材６２は、図２７に示すように、周方向Ｙに所定の離間距離ｄで離間させた複数の補強部材６２が鋼殻６の内部６ａに設けられてもよい。そして、補強部材６２は、鋼殻６の内部６ａにおける周方向Ｙの中央側での離間距離ｄ１が、鋼殻６の内部６ａにおける周方向Ｙの両端側での離間距離ｄ２、ｄ３よりも小さくなることが望ましい。

縦リブ６５は、図２８、図２９に示すように、略平板状に形成された鋼板が法線方向Ｚに延びて配置されて、周方向Ｙの４箇所程度に断続的に設けられる。また、本発明を適用したセグメント１は、必要に応じて、図３０〜図３２に示すように、縦リブ６５と配力筋６４とが併せて鋼殻６の内部６ａに設けられてもよい。このとき、配力筋６４は、図３０に示すように、縦リブ６５から周方向Ｙに離間させて設けられてもよく、図３１、図３２に示すように、周方向Ｙの両側から縦リブ６５に当接させて設けられてもよい。

鋼殻６の内部６ａでは、図３３（ａ）に示すように、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレート５に、法線方向Ｚに傾斜する略Ｓ字状に折曲させたＳ字ジベル８４が固着されてもよい。このとき、Ｓ字ジベル８４は、必要に応じて、図３３（ｂ）に示すように、変形コ字ジベル８２の軸方向Ｘに延びる残部６１ｂに連結されて、軸方向Ｘに延びる配力筋６４が連結されてもよい。このとき、本発明を適用したセグメント１は、Ｓ字ジベル８４が分割されて部品化されたものとなるため、セグメント製造時の組み立て性を向上させることが可能となる。

本発明を適用したセグメント１は、図２０、図３３に示すように、複合変形ジベル８３又はＳ字ジベル８４における略Ｓ字状の折曲部分がスキンプレート５に固着されることで、外荷重に対してスキンプレート５が抵抗する有効幅を拡大してセグメント１の耐荷性能を高めるとともに、外荷重に対してコンクリートのせん断補強性能を効果的に向上させることが可能となる。また、セグメント製造時のコンクリート打設圧によるスキンプレート５の面外変形においては、軸方向Ｘの中央付近のスキンプレート５が最もたわみ易いものの、略Ｓ字状等の斜材状に折り曲げた複合変形ジベル８３等を主桁板３近傍で抵抗させることで、スキンプレート５のたわみ変形を効果的に抑制することが可能となる。

本発明を適用したセグメント１は、図３０に示すように、配力筋６４が縦リブ６５から離間させて設けられることで、複数の縦リブ６５の間が配力筋６４で補強されて、中詰めコンクリート６０に耐力の低い箇所が形成されることを回避することが可能となる。また、本発明を適用したセグメント１は、図３１、図３２に示すように、配力筋６４が縦リブ６５に当接させて設けられることで、主鋼材６３、配力筋６４、縦リブ６５及び主桁板３を簡便に固着させて、一体性の高いセグメント１を提供することが可能となる。

配力筋６４は、周方向Ｙの両側から縦リブ６５に当接させて設けられる場合に、図３４（ａ）に示すように、地山側Ｚ１及び内空側Ｚ２の複数の主鋼材６３を取り囲むことで、縦リブ６５の上下端部と配力筋６４とで主鋼材６３を法線方向Ｚに挟み込んで拘束する。さらに、配力筋６４は、図３４（ｂ）に示すように、法線方向Ｚの端部を周方向Ｙに折り曲げて、配力筋６４の折り曲げた端部が縦リブ６５の上端部に引っ掛けられてもよい。

本発明を適用したセグメント１は、鋼殻６の内部６ａを覆うように、略平板状の鋼板等を湾曲させたスキンプレート５が地山側Ｚ１に設けられる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、図２９に示すように、法線方向Ｚで縦リブ６５の地山側Ｚ１の上端部が、スキンプレート５から法線方向Ｚに離間させて設けられて、スキンプレート５と縦リブ６５との間に所定の隙間Ｇが形成される。

本発明を適用したセグメント１は、スキンプレート５と縦リブ６５との間に所定の隙間Ｇが形成されることで、中詰めコンクリート６０となるフレッシュコンクリートを鋼殻６の内部６ａに充填するときに、フレッシュコンクリートが隙間Ｇを通過できるものとなる。また、本発明を適用したセグメント１は、図２５に示すように、地山側縦リブ６５ａをスキンプレート５に固着させてスキンプレート５の剛性を向上させながら、地山側縦リブ６５ａと内空側縦リブ６５ｂとを離間させて所定の隙間Ｇが形成されることでも、フレッシュコンクリートが隙間Ｇを通過できるものとなる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、フレッシュコンクリートの流動性を隙間Ｇで確保して、鋼殻６の内部６ａへの充填性を向上させることが可能となる。

また、本発明を適用したセグメント１は、スキンプレート５と縦リブ６５との間に所定の隙間Ｇが形成されることで、スキンプレート５と縦リブ６５とが互いに離間するものとなるが、スキンプレート５と主桁板３との接合箇所付近に、図１４、図１５に示すように、適宜、両者を接続する三角リブ、四角リブ又は台形リブ等の補強材６６を配置することで、接合箇所付近の剛性が高まるため、セグメント１の性能を向上させる効果が期待できる。なお、三角リブ、四角リブ又は台形リブ等の補強材６６は、縦リブ６５の有無によらずに適宜配置されて、セグメント１の性能向上を図ることができる。

なお、本発明を適用したセグメント１は、必要に応じて、図８〜図３４に示す鋼殻６の内部６ａで、ずれ止め部材６１、補強部材６２、主鋼材６３、配力筋６４及び縦リブ６５が適宜組み合わされた状態で、中詰めコンクリート６０が充填されるものとなる。

本発明を適用したセグメント１は、図３５に示すように、所定のセグメント１の一端側主桁板３１に、軸方向Ｘに隣り合って連結される他のセグメント１の他端側主桁板３２が当接されて、複数のセグメント１が互いに連結されるものとなる。

本発明を適用したセグメント１は、図３５（ａ）に示すように、図４に示す軸方向Ｘで非対称に形成されたセグメント形鋼２を、一対の主桁板３の各々に共通して略同一形状のものとして用いることで、複数のセグメント１が互いに連結される。

また、本発明を適用したセグメント１は、これに限らず、図３５（ｂ）に示すように、図５に示す軸方向Ｘで線対称に形成されたセグメント形鋼２を、一対の主桁板３の各々に用いることで、複数のセグメント１が互いに連結されてもよい。

さらに、本発明を適用したセグメント１は、図３５（ｃ）に示すように、図４に示す非対称に形成されたセグメント形鋼２と、図５に示す線対称に形成されたセグメント形鋼２とを組み合わせて用いることで、複数のセグメント１が互いに連結されてもよい。

なお、本発明を適用したセグメント１は、図３６に示すように、軸方向Ｘに隣り合って連結される他のセグメント１の主桁板３が当接された状態で、一端側主桁板３１に形成された嵌合凸部２１と、他のセグメント１の他端側主桁板３２に形成された嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に周方向Ｙに連続して形成されてもよい。このとき、本発明を適用したセグメント１は、軸方向Ｘに隣り合って連結される各々のセグメント１において、軸方向Ｘの両端部の主桁板３の断面形状を統一させて、主桁板３の断面形状を１種類で済ませることができる。

これにより、本発明を適用したセグメント１は、主桁板３の断面形状が１種類で済むので、主桁板３の製造において製造治具を少なくできることから、製造コストを抑えることが可能となる。また、本発明を適用したセグメント１は、組立時においても主桁板３の向きを統一できるので、組立時の材料管理や組立手間も少なく済ませることが可能となる。

また、本発明を適用したセグメント１は、主桁板３として図７（ｂ）に示すセグメント形鋼２を採用した場合に、図３６（ａ）に示すように、一端側主桁板３１及び他端側主桁板３２が、セグメント１の周方向Ｙの断面での中心点に対して点対称に配置される。このとき、本発明を適用したセグメント１は、中詰めコンクリート６０に係止される嵌合凸部２１が法線方向Ｚの両端部に配置されるため、中詰めコンクリート６０を法線方向Ｚに挟み込む効果が得られ、鋼殻６と中詰めコンクリート６０とをより強固に一体化することができる。さらに、中詰めコンクリート６０と当接する面の嵌合凸部２１が、主桁板３の法線方向Ｚの両端部のみに配置されるため、図８〜図３４に示す縦リブ６５等の配置が容易となり、セグメント１の製作コストを低減することが可能となる。

ここで、本発明を適用したセグメント１は、図３７に示すように、軸方向Ｘの両端部で各々の主桁板３が互いに当接されて、一方の主桁板３の嵌合凸部２１が他方の主桁板３の嵌合受部２２に嵌合されることで、複数のセグメント１が互いに連結されるものとなる。

このとき、本発明を適用したセグメント１は、特に、一端側主桁板３１の湾曲状の嵌合凸部２１と、他端側主桁板３２の湾曲状の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成されることで、湾曲状の嵌合凸部２１が嵌合受部２２に確実に嵌め込まれる。さらに、本発明を適用したセグメント１は、他端側主桁板３２の平坦状の嵌合凸部２１も、一端側主桁板３１の平坦状の嵌合受部２２に確実に嵌め込まれる。

本発明を適用したセグメント１は、各々の主桁板３に所定の断面形状のセグメント形鋼２が用いられて、互いに対応する形状で湾曲状等に形成された嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が、一対の主桁板３の各々に形成されて確実かつ強固に嵌合するものとなる。本発明を適用したセグメント１は、特に、一対の主桁板３の各々の嵌合凸部２１と嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置で対応する形状に形成されることで、軸方向Ｘに連結される複数のセグメント１の一体性を向上させることが可能となる。

また、本発明を適用したセグメント１は、一対の主桁板３の各々の嵌合凸部２１と嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置で対応する形状に形成されて確実に嵌合されることで、複数のセグメント１の現場での組立てを容易に実施することが可能となる。さらに、本発明を適用したセグメント１は、複数のセグメント１の現場での組立容易性が向上することで、複数のセグメント１の一体性を確実に向上させて、互いに連結される複数のセグメント１の地震時の高耐久性も実現することが可能となる。

本発明を適用したセグメント１は、図６、図７に示すセグメント形鋼２を各々の主桁板３に用いることで、図３７に示すように、中詰めコンクリート６０に係止される嵌合凸部２１及び嵌合受部２２の何れか一方又は両方が、鋼殻６の内部６ａ側に配置される本体部２０の側面にも形成される。これにより、本発明を適用したセグメント１は、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２が鋼殻６の内部６ａ側で中詰めコンクリート６０に係止されることで、鋼殻６の内部６ａに充填される中詰めコンクリート６０と鋼殻６との一体性を向上させることが可能となる。

本発明を適用したセグメント１は、嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が、各々の主桁板３で鋼殻６の内部６ａの反対側に配置される何れか一方の側面のみに形成されるだけでなく、鋼殻６の内部６ａ側に配置される何れか他方の側面にも形成されるものとなる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、鋼殻６の内部６ａ側でも嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が中詰めコンクリート６０に係止されることで、鋼殻６の内部６ａに充填される中詰めコンクリート６０と鋼殻６との一体性を向上させることが可能となる。

また、本発明を適用したセグメント１は、鋼殻６の内部６ａ側でも嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が中詰めコンクリート６０に係止されることで、鋼殻６と中詰めコンクリート６０とが法線方向Ｚに対して一体化されて、トンネル外力に対する鋼殻６の法線方向Ｚのたわみと中詰めコンクリート６０のたわみが略同一状態となり、いわゆる重ねはり構造の挙動を確保することができる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、嵌合凸部２１及び嵌合受部２２と中詰めコンクリート６０との係止部分が周方向Ｙに連続して形成されることで、ずれ止め機能の剛性が極めて高くなり、一体化の効果が格段に高まるものとなる。そして、本発明を適用したセグメント１は、トンネル外力が作用した場合にも、中詰めコンクリート６０がトンネル内部に剥落することを抑止する効果が得られるため、トンネル構造の安全性に大きく寄与するものとなる。

また、本発明を適用したセグメント１は、図４に示すように、軸方向Ｘで非対称に形成されたセグメント形鋼２を、一対の主桁板３の各々で互いに略同一形状のものとして共通して用いることができる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、略同一形状のセグメント形鋼２が各々の主桁板３として用いられることで、主桁板３となるセグメント形鋼２の共通化を図り、セグメント１の製作コストを低減することが可能となる。

本発明を適用したセグメント１は、特に、図３８に示すように、軸方向Ｘに隣り合って連結される他のセグメント１の他端側主桁板３２が、所定のセグメント１の一端側主桁板３１に当接された状態で、軸方向Ｘに凹状となる止水溝２３が形成される。

止水溝２３は、軸方向Ｘで一端側主桁板３１と他端側主桁板３２とが互いに当接された状態で、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２から法線方向Ｚに連続させて、軸方向Ｘの外側Ａから内側Ｂに向けて断面略Ｓ字状に湾曲するように凹状に形成される。

止水溝２３は、図３８（ａ）に示すように、断面略Ｓ字状に湾曲するように形成されることで、比較的大きな間隙となる拡幅部２３ａと、比較的小さな間隙となる狭小部２３ｂとが形成される。止水溝２３は、地山側Ｚ１から地下水圧が作用する前の状態で、ゴム製等のシール材２４が拡幅部２３ａに嵌装されるものとなる。

止水溝２３は、図３８（ｂ）に示すように、地山側Ｚ１から地下水圧が作用することで、地山側Ｚ１から内空側Ｚ２へ地下水等が浸入しようとして、地下水等の水圧でシール材２４が押圧Ｐされる。このとき、シール材２４は、拡幅部２３ａから狭小部２３ｂに飛び出すように変形して、比較的小さな間隙の狭小部２３ｂに密着するように挟み込まれる。

本発明を適用したセグメント１は、軸方向Ｘで一端側主桁板３１と他端側主桁板３２とが互いに当接されて、地山側Ｚ１から地下水圧が作用した後の状態で、比較的小さな間隙の狭小部２３ｂにシール材２４が密着して挟み込まれる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、密着したシール材２４で地下水等の浸入が確実に遮断されるため、複数のセグメント１の連結箇所での止水性能を著しく向上させることが可能となる。

また、本発明を適用したセグメント１は、嵌合凸部２１又は嵌合受部２２から法線方向Ｚに連続させて、軸方向Ｘに凹状となる止水溝２３が形成されるため、独立した止水構造をセグメント１に設けることが不要となる。これにより、本発明を適用したセグメント１は、独立した止水構造を不要とすることで、止水構造を設けるためのセグメント１の製作コストを抑制することが可能となる。

また、本発明を適用したセグメント１は、図３９に示すように、止水溝２３が嵌合凸部２１又は嵌合受部２２から独立して形成されて、かつ、軸方向Ｘに隣り合って連結される他のセグメント１の止水溝２３と法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成される場合に、シール材２４の幅を自由に選択することが可能となり、さらに、軸方向Ｘに隣り合う２枚のシール材２４が重なり合って地下水圧に抵抗することで、高い止水性能を発揮することが可能となる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、軸方向Ｘで本体部２０の両側面に凹状となる止水溝２３が形成されて、本体部２０の外側Ａで凹状となる止水溝２３と、本体部２０の内側Ｂで凹状となる止水溝２３とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に形成されてもよい。本発明を適用したセグメント１は、止水溝２３を両面に設けておくことで、内側Ｂの止水溝２３による中詰めコンクリート６０との一体性が飛躍的に向上するだけでなく、主桁板３の形状が対称形となって製造効率が飛躍的に向上して、同時に止水機能の代わりにずれ止めの機能を兼用させることが可能となる。

本発明を適用したセグメント１は、図３〜図７に示すように、各々の主桁板３に所定の断面形状のセグメント形鋼２が用いられて、嵌合凸部２１及び嵌合受部２２が形成されることで、各々の主桁板３の面外方向及び面内方向の剛性が向上する。これにより、本発明を適用したセグメント１は、各々の主桁板３の面外方向及び面内方向の剛性を向上させて、各々の主桁板３の高耐力化を図ることが可能となる。

本発明を適用したセグメント１は、図２に示すように、各々の主桁板３と同様に、必要に応じて、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２を、各々の継手板４として用いてもよい。各々の継手板４は、図６、図７に示すセグメント形鋼２を用いることで、周方向Ｙの一端側に配置される一端側継手板４１の嵌合凸部２１と、周方向Ｙの他端側に配置される他端側継手板４２の嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置に軸方向Ｘに連続して形成される。

これにより、本発明を適用したセグメント１は、一対の継手板４の各々の嵌合凸部２１と嵌合受部２２とが、法線方向Ｚで互いに略同一の位置で対応する形状に形成されることで、周方向Ｙに連結される複数のセグメント１の一体性を向上させることが可能となる。なお、本発明を適用したセグメント１は、例えば、主桁板３及び継手板４の何れか一方においてのみ、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が用いられてもよい。

本発明を適用したセグメント１は、特に、一対の主桁板３及び一対の継手板４の両方において、所定の断面形状で形成されたセグメント形鋼２が用いられることで、図１に示すように、複数のセグメント１が軸方向Ｘ及び周方向Ｙで一体的に連結される。このとき、本発明を適用したセグメント１は、複数のセグメント１が周方向Ｙで一体的に連結されてセグメントリング７０が構築されるとともに、複数のセグメントリング７０が軸方向Ｘで一体的に連結されてトンネル７が構築されるものとなる。

本発明を適用したセグメント１は、図１８〜図３４に示すように、鋼殻６の内部６ａに縦リブ６５等の補強部材６２が設けられる。そして、補強部材６２の軸方向Ｘの両端部が一対の主桁板３に溶接等で固着されると、図４０（ａ）に示すように、各々の主桁板３の周方向Ｙの中央側が大きく撓み易くなる。

さらに、一般的に、複数のセグメント１が略千鳥状に配置されるため、図４０（ｂ）に示すように、軸方向Ｘに隣り合った他方のセグメント１の継手板４の位置が、軸方向Ｘに隣り合った一方のセグメント１の主桁板３の周方向Ｙの略中央となる。このとき、一方のセグメント１の主桁板３の周方向Ｙの略中央が、他方のセグメント１の継手板４の位置となり構造的弱点となるため、各々の主桁板３の周方向Ｙの中央側を補強する必要がある。

このように、各々の主桁板３の周方向Ｙの中央側が大きく撓み易くなるものの、本発明を適用したセグメント１は、図２１、図２７に示すように、複数のずれ止め部材６１又は補強部材６２が設けられて、周方向Ｙの中央側での離間距離ｄ１が両端側での離間距離ｄ２、ｄ３よりも小さくなることで、主桁板３の周方向Ｙの中央側でずれ止め部材６１又は補強部材６２が密に設けられる。このとき、本発明を適用したセグメント１は、主桁板３の周方向Ｙの中央側でずれ止め部材６１又は補強部材６２が密に設けられることで、各々の主桁板３の周方向Ｙの中央側を補強するとともにその撓みを防止して、セグメント１の軸方向Ｘの寸法精度を向上させて高品質なセグメント１となり、また、複数のセグメント１が略千鳥状に配置されたトンネル全体を高強度化することが可能となる。

ここで、セグメント１は、図２に示すように、複数の部材の組立工程において、一般的に、鋼板、形鋼等の切断、切削、曲げ加工、溶接等の多様な加工を実施する必要がある。そして、セグメント１は、加工後の製品として、幅、高さ、捻じれ、曲がり等の寸法精度を許容範囲内に収める必要があるものの、各々の部材の強度及び成分等が異なることから、寸法精度の管理が経験によるところが多く、極めて困難を要していた。

特に、セグメント１の主桁板３は、土水圧等の外荷重に対して抵抗する際の主要部材であり、セグメント１の鋼殻６の外周に配置されるため、品質及び寸法精度として高い水準が要求されている。このため、本発明を適用したセグメント１は、図６、図７に示すように、特に、セグメント形鋼２の全高Ｈ又は全幅Ｗに対して図心位置と重心位置とのずれ量Δを８％以下として、図心位置と重心位置とが略一致するものとする。

ここで、主桁板３の図心位置と重心位置との軸方向Ｘ（法線方向Ｚ）のずれ量Δが大きいと、曲げ加工や溶接加工に伴う反り、ねじれなどの変形が大きくなり、セグメント１の所要の寸法精度を確保することが難しくなる。一方、主桁板３の軸方向Ｘ（法線方向Ｚ）の全幅Ｗ（全高Ｈ）が大きいと、主桁板３の剛性が大きくなり、曲げ加工や溶接加工に伴う反り、ねじれなどの変形に対する抵抗性が高まり、セグメント１の所要の寸法精度を確保することが容易になる。

製作難度を示す指標として、全高Ｈ又は全幅Ｗに対する図心位置と重心位置とのずれ量Δを採用すると、ずれ量Δが大きいほど反り、ねじれ変形は大きくなり、製作難度が上がることになる。本発明の発明者は、図４１に示すように、これまでの種々の製作実績により、ずれ量Δが８％以下であれば、簡易な矯正で高い水準の品質及び寸法精度を確保することが可能であり、さらにずれ量Δが３％以下であれば、矯正の必要なくより高い水準の品質及び寸法精度を確保することが可能であることを見出した。なお、ずれ量Δが８％を超えると、通常の矯正で所要の寸法精度を確保することは極めて困難となり、大規模な冶具による加工が必要となるため、組立加工費を大幅に増加させることになる。

これにより、本発明を適用したセグメント１は、セグメント形鋼２の断面方向で、図心位置と重心位置とが略一致することで、セグメント形鋼２の組立加工が大幅に削減されるだけでなく、高い水準の品質及び寸法精度も確保することが可能となる。そして、本発明を適用したセグメント１は、特に、セグメント形鋼２の図心位置と重心位置とのずれ量Δを３％以下としたとき、より高い水準の品質及び寸法精度を確保することが可能となる。

本発明を適用したセグメント１の基本思想は、法線方向Ｚのずれ止め剛性を相対的に大きく設定して、トンネル崩壊等の極限的リスクを回避することに重点を置きつつ、図１０〜図３４に示すトンネル接線方向のずれ止め部材６１等を適宜設けることで、トンネルに作用する外力に適切に抵抗するトンネルセグメント構造を提供することにある。さらに、この基本思想に加えて、周方向Ｙに連続する嵌合凸部２１及び嵌合受部２２を主桁板３に形成することで、嵌合機能、止水機能だけでなく、ずれ止め機能を付与することを同時に達成することを可能にしている。しかも、安価に製造するために主桁板３の凹凸形状の配置を工夫することで、低コストと多機能性とを両立させることを可能にしている。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。

１ ：セグメント
２ ：セグメント形鋼
２ａ ：湾曲面
２ｂ ：平坦面
２０ ：本体部
２０ａ ：一方側面
２０ｂ ：他方側面
２１ ：嵌合凸部
２２ ：嵌合受部
２３ ：止水溝
２３ａ ：拡幅部
２３ｂ ：狭小部
２４ ：シール材
２５ ：フランジ
２６ ：ウェブ
３ ：主桁板
３１ ：一端側主桁板
３２ ：他端側主桁板
４ ：継手板
４１ ：一端側継手板
４２ ：他端側継手板
５ ：スキンプレート
６ ：鋼殻
６ａ ：内部
６０ ：中詰めコンクリート
６１ ：ずれ止め部材
６１ａ ：一部
６１ｂ ：残部
６２ ：補強部材
６２ａ ：切欠部
６３ ：主鋼材
６４ ：配力筋
６５ ：縦リブ
６５ａ ：地山側縦リブ
６５ｂ ：内空側縦リブ
６６ ：補強材
７ ：トンネル
７０ ：セグメントリング
８１ ：Ｌ字ジベル
８２ ：変形コ字ジベル
８３ ：複合変形ジベル
８４ ：Ｓ字ジベル
Ａ ：外側
Ｂ ：内側
Ｘ ：軸方向
Ｙ ：周方向
Ｚ ：法線方向

Claims (14)

1. 複数連結されることでトンネルが構築されるセグメントであって、
   トンネルの軸方向の両端部に配置される一対の主桁板と、トンネルの周方向の両端部に配置される一対の継手板とを備え、中詰めコンクリートが内部に充填される鋼殻が一対の前記主桁板及び一対の前記継手板に取り囲まれることで形成されて、
   一対の前記主桁板は、トンネルの軸方向の一端側に配置された前記主桁板となる一端側主桁板、及び、トンネルの軸方向の他端側に配置された前記主桁板となる他端側主桁板に、トンネルの法線方向に延びる本体部が形成されて、前記本体部からトンネルの軸方向に突出する嵌合凸部が前記一端側主桁板に形成されるとともに、前記本体部からトンネルの軸方向に陥没する嵌合受部が前記他端側主桁板に形成されて、前記一端側主桁板に形成された前記嵌合凸部と前記他端側主桁板に形成された前記嵌合受部とが、トンネルの法線方向で互いに略同一の位置にトンネルの周方向に連続して形成されて、
   前記鋼殻の内部では、一対の前記主桁板の片方に固着されるずれ止め部材、又は、一対の前記主桁板の両方に架設される補強部材が設けられること
   を特徴とするセグメント。
2. 前記ずれ止め部材は、トンネルの法線方向で地山側及び内空側の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレートと前記主桁板とに固着される補強材、又は、前記スキンプレートに固着されない鉄筋、鋼板、形鋼、頭付スタッド若しくはＵ字ジベルが用いられること
   を特徴とする請求項１記載のセグメント。
3. 前記ずれ止め部材は、略Ｌ字状に折曲させたＬ字ジベルが用いられて、前記Ｌ字ジベルの一部となる一辺が前記主桁板に固着されるとともに、前記Ｌ字ジベルの残部となる他辺に、トンネルの軸方向に延びる配力筋が連結されること
   を特徴とする請求項１記載のセグメント。
4. 前記ずれ止め部材は、略コの字状に折曲させた変形コ字ジベルが用いられて、前記変形コ字ジベルの一部がトンネルの法線方向で地山側及び内空側の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレートと前記主桁板とに固着されるとともに、前記変形コ字ジベルの残部にトンネルの軸方向に延びる配力筋が連結されること
   を特徴とする請求項１記載のセグメント。
5. 前記ずれ止め部材は、略コの字状の折曲部分と略Ｓ字状の折曲部分とが形成された複合変形ジベルが用いられて、前記複合変形ジベルの一部がトンネルの法線方向で地山側及び内空側の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレートと前記主桁板とに固着されるとともに、前記複合変形ジベルの残部にトンネルの軸方向に延びる配力筋が連結されること
   を特徴とする請求項１記載のセグメント。
6. 前記ずれ止め部材は、前記一端側主桁板及び前記他端側主桁板の各々に固着されることで一対となって設けられて、トンネルの軸方向に延びる配力筋の両端部が一対の前記ずれ止め部材に連結されること
   を特徴とする請求項２〜５の何れか１項記載のセグメント。
7. 前記ずれ止め部材は、トンネルの周方向に所定の離間距離で離間させた複数の前記ずれ止め部材が前記鋼殻の内部に設けられて、トンネルの周方向の中央側での前記離間距離が、トンネルの周方向の両端側での前記離間距離よりも小さくなること
   を特徴とする請求項２〜６の何れか１項記載のセグメント。
8. 前記補強部材は、トンネルの軸方向の両端部が一対の前記主桁板に固着される鉄筋、鋼板又は形鋼が用いられること
   を特徴とする請求項１記載のセグメント。
9. 前記補強部材は、トンネルの軸方向の両端部が一対の前記主桁板に固着される略平板状の縦リブが用いられて、トンネルの軸方向で両端側よりも中央側で、前記縦リブの下端部がトンネルの法線方向で地山側に配置された切欠部が形成されること
   を特徴とする請求項１記載のセグメント。
10. 前記縦リブは、前記切欠部がトンネルの軸方向で略直線状に延びて形成されるとともに、前記切欠部から両端部まで略テーパ状に傾斜させて形成されること
    を特徴とする請求項９記載のセグメント。
11. 前記縦リブは、トンネルの法線方向で地山側の地山側縦リブと、トンネルの法線方向で内空側の内空側縦リブとが併せて設けられて、前記地山側縦リブと前記内空側縦リブとが、トンネルの法線方向で互いに離間させて配置されること
    を特徴とする請求項９又は１０記載のセグメント。
12. 前記縦リブは、トンネルの法線方向で地山側の隅角部が切り欠かれること
    を特徴とする請求項９〜１１の何れか１項記載のセグメント。
13. 前記補強部材は、トンネルの周方向に所定の離間距離で離間させた複数の前記補強部材が前記鋼殻の内部に設けられて、トンネルの周方向の中央側での前記離間距離が、トンネルの周方向の両端側での前記離間距離よりも小さくなること
    を特徴とする請求項８〜１２の何れか１項記載のセグメント。
14. 前記鋼殻の内部では、トンネルの法線方向で地山側及び内空側の何れか一方又は両方に設けられたスキンプレートに、トンネルの法線方向に傾斜する略Ｓ字状に折曲させたＳ字ジベルが固着されること
    を特徴とする請求項１〜１３の何れか１項記載のセグメント。

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