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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022083108
(43)【公開日】2022-06-03
(54)【発明の名称】セグメントピース、セグメントリング及びトンネル覆工体
(51)【国際特許分類】
E21D 11/08 20060101AFI20220527BHJP
E21D 11/04 20060101ALI20220527BHJP
【ＦＩ】
E21D11/08
E21D11/04 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020194375
(22)【出願日】2020-11-24
(71)【出願人】
【識別番号】000231110
【氏名又は名称】ＪＦＥ建材株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】505413255
【氏名又は名称】阪神高速道路株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001461
【氏名又は名称】特許業務法人きさ特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】長岡 省吾
(72)【発明者】
【氏名】崎谷 淨
(72)【発明者】
【氏名】篠田 隆作
(72)【発明者】
【氏名】小川 和花
【テーマコード（参考）】
2D155
【Ｆターム（参考）】
2D155BA01
2D155GC04
2D155GD03
2D155GD05
(57)【要約】 （修正有）
【課題】コンクリートの発生応力を低減できるセグメントピース、セグメントリング及びトンネル覆工体を提供する。
【解決手段】セグメントリングを構成するセグメントピース１０であって、主としてコンクリートからなる本体部２０と、本体部２０の内部に埋設され、セグメントリングの周方向に延びるように配筋された複数の主筋３０と、セグメントリングの径方向、且つ、セグメントリングの軸方向に延びるように配筋され、複数の主筋３０を拘束する複数の配力筋４０と、本体部２０の周方向の端面２０ｆから中央部に向かって内部に延びるように埋設され、棒形状に形成された複数の圧縮鋼材５０と、を備え、複数の圧縮鋼材５０は、径方向における内周側に配置された複数の内周側圧縮鋼材５１と、外周側に配置された複数の外周側圧縮鋼材５２と、の少なくともいずれか一方を有し、複数の圧縮鋼材５０は、径方向において配力筋４０と同等以上のかぶり厚さを有する。
【選択図】図５
【解決手段】セグメントリングを構成するセグメントピース１０であって、主としてコンクリートからなる本体部２０と、本体部２０の内部に埋設され、セグメントリングの周方向に延びるように配筋された複数の主筋３０と、セグメントリングの径方向、且つ、セグメントリングの軸方向に延びるように配筋され、複数の主筋３０を拘束する複数の配力筋４０と、本体部２０の周方向の端面２０ｆから中央部に向かって内部に延びるように埋設され、棒形状に形成された複数の圧縮鋼材５０と、を備え、複数の圧縮鋼材５０は、径方向における内周側に配置された複数の内周側圧縮鋼材５１と、外周側に配置された複数の外周側圧縮鋼材５２と、の少なくともいずれか一方を有し、複数の圧縮鋼材５０は、径方向において配力筋４０と同等以上のかぶり厚さを有する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
環状に配置され周方向に互いに連結されることによりトンネルの掘削面を覆う筒状に形成されたセグメントリングを構成するセグメントピースであって、
主としてコンクリートからなる本体部と、
前記本体部の内部に埋設されており、前記セグメントリングの周方向に延びるように配筋された複数の主筋と、
前記本体部の内部に埋設されており、前記セグメントリングの径方向、且つ、前記セグメントリングの軸方向に延びるように配筋され、前記複数の主筋を拘束する複数の配力筋と、
前記本体部の周方向の端面から中央部に向かって内部に延びるように埋設されており、棒形状に形成された複数の圧縮鋼材と、
を備え、
前記複数の圧縮鋼材は、
前記径方向における内周側に配置された複数の内周側圧縮鋼材と、
前記径方向における外周側に配置された複数の外周側圧縮鋼材と、
の少なくともいずれか一方を有し、
前記複数の内周側圧縮鋼材及び前記複数の外周側圧縮鋼材は、
前記径方向において前記複数の配力筋と同等以上のかぶり厚さを有しているセグメントピース。
主としてコンクリートからなる本体部と、
前記本体部の内部に埋設されており、前記セグメントリングの周方向に延びるように配筋された複数の主筋と、
前記本体部の内部に埋設されており、前記セグメントリングの径方向、且つ、前記セグメントリングの軸方向に延びるように配筋され、前記複数の主筋を拘束する複数の配力筋と、
前記本体部の周方向の端面から中央部に向かって内部に延びるように埋設されており、棒形状に形成された複数の圧縮鋼材と、
を備え、
前記複数の圧縮鋼材は、
前記径方向における内周側に配置された複数の内周側圧縮鋼材と、
前記径方向における外周側に配置された複数の外周側圧縮鋼材と、
の少なくともいずれか一方を有し、
前記複数の内周側圧縮鋼材及び前記複数の外周側圧縮鋼材は、
前記径方向において前記複数の配力筋と同等以上のかぶり厚さを有しているセグメントピース。
【請求項2】
前記複数の主筋の周囲に配置された前記複数の配力筋のうち少なくとも１つの配力筋で囲まれた領域内において、
前記複数の内周側圧縮鋼材は、
前記複数の圧縮鋼材が配置できる位置の中で前記径方向における最内周に配置されており、
前記複数の外周側圧縮鋼材は、
前記複数の圧縮鋼材が配置できる位置の中で前記径方向における最外周に配置された請求項１に記載のセグメントピース。
前記複数の内周側圧縮鋼材は、
前記複数の圧縮鋼材が配置できる位置の中で前記径方向における最内周に配置されており、
前記複数の外周側圧縮鋼材は、
前記複数の圧縮鋼材が配置できる位置の中で前記径方向における最外周に配置された請求項１に記載のセグメントピース。
【請求項3】
前記複数の主筋は、
前記軸方向に沿って配列され、前記径方向の最内周に配置された複数の内周側主筋と、
前記軸方向に沿って配列され、前記径方向の最外周に配置された複数の外周側主筋と、
を有し、
前記複数の内周側圧縮鋼材のそれぞれは、
前記軸方向において、少なくとも一部分が前記複数の内周側主筋同士の間に配置されており、
前記複数の外周側圧縮鋼材のそれぞれは、
前記軸方向において、少なくとも一部分が前記複数の外周側主筋同士の間に配置されている請求項１又は２に記載のセグメントピース。
前記軸方向に沿って配列され、前記径方向の最内周に配置された複数の内周側主筋と、
前記軸方向に沿って配列され、前記径方向の最外周に配置された複数の外周側主筋と、
を有し、
前記複数の内周側圧縮鋼材のそれぞれは、
前記軸方向において、少なくとも一部分が前記複数の内周側主筋同士の間に配置されており、
前記複数の外周側圧縮鋼材のそれぞれは、
前記軸方向において、少なくとも一部分が前記複数の外周側主筋同士の間に配置されている請求項１又は２に記載のセグメントピース。
【請求項4】
前記本体部の前記端面には、シール部材が配置される少なくとも１つのシール溝が形成されており、
前記シール溝は、
前記本体部の内部側に凹むように形成されていると共に、前記軸方向に延びるように形成されており、
前記複数の内周側圧縮鋼材は、
最も内周側に形成された前記シール溝よりも内周側に配置されており、
前記複数の外周側圧縮鋼材は、
最も外周側に形成された前記シール溝よりも外周側に配置されている請求項１～３のいずれか１項に記載のセグメントピース。
前記シール溝は、
前記本体部の内部側に凹むように形成されていると共に、前記軸方向に延びるように形成されており、
前記複数の内周側圧縮鋼材は、
最も内周側に形成された前記シール溝よりも内周側に配置されており、
前記複数の外周側圧縮鋼材は、
最も外周側に形成された前記シール溝よりも外周側に配置されている請求項１～３のいずれか１項に記載のセグメントピース。
【請求項5】
前記本体部は、
前記セグメントリングの内周側の壁面を形成する内周側壁部と、
前記セグメントリングの外周側の壁面を形成する外周側壁部と、
を有し、
前記本体部の軸方向且つ径方向に沿った断面における径方向の厚さである断面厚さにおいて、
前記複数の内周側圧縮鋼材は、
前記内周側壁部から前記断面厚さの３分の１の範囲までに配置されており、
前記複数の外周側圧縮鋼材は、
前記外周側壁部から前記断面厚さの３分の１の範囲までに配置されている請求項１～４のいずれか１項に記載のセグメントピース。
前記セグメントリングの内周側の壁面を形成する内周側壁部と、
前記セグメントリングの外周側の壁面を形成する外周側壁部と、
を有し、
前記本体部の軸方向且つ径方向に沿った断面における径方向の厚さである断面厚さにおいて、
前記複数の内周側圧縮鋼材は、
前記内周側壁部から前記断面厚さの３分の１の範囲までに配置されており、
前記複数の外周側圧縮鋼材は、
前記外周側壁部から前記断面厚さの３分の１の範囲までに配置されている請求項１～４のいずれか１項に記載のセグメントピース。
【請求項6】
前記複数の圧縮鋼材のそれぞれは、
前記端面から延びて直線状に形成された直線部と、
前記直線部の先端部に設けられ、前記直線部の延びる方向に対して傾斜した傾斜部と、
を有する請求項１～５のいずれか１項に記載のセグメントピース。
前記端面から延びて直線状に形成された直線部と、
前記直線部の先端部に設けられ、前記直線部の延びる方向に対して傾斜した傾斜部と、
を有する請求項１～５のいずれか１項に記載のセグメントピース。
【請求項7】
前記複数の圧縮鋼材のそれぞれは、
異形棒鋼であり、
前記複数の圧縮鋼材のそれぞれの長さは、
棒鋼径の１２倍以上の長さに形成されている請求項１～６のいずれか１項に記載のセグメントピース。
異形棒鋼であり、
前記複数の圧縮鋼材のそれぞれの長さは、
棒鋼径の１２倍以上の長さに形成されている請求項１～６のいずれか１項に記載のセグメントピース。
【請求項8】
前記端面に配置され、平板状に形成された複数の基部を有し、
前記複数の基部はそれぞれ、
前記複数の圧縮鋼材のそれぞれと接続されている請求項１～７のいずれか１項に記載のセグメントピース。
前記複数の基部はそれぞれ、
前記複数の圧縮鋼材のそれぞれと接続されている請求項１～７のいずれか１項に記載のセグメントピース。
【請求項9】
前記端面に配置され、前記軸方向に延びるように長尺かつ平板状に形成された複数の基部を有し、
前記複数の基部はそれぞれ、
前記複数の圧縮鋼材と接続されており、
前記複数の圧縮鋼材は、
前記複数の基部の長手方向に沿って配列されている請求項１～７のいずれか１項に記載のセグメントピース。
前記複数の基部はそれぞれ、
前記複数の圧縮鋼材と接続されており、
前記複数の圧縮鋼材は、
前記複数の基部の長手方向に沿って配列されている請求項１～７のいずれか１項に記載のセグメントピース。
【請求項10】
前記複数の基部は、
前記端面から露出しており、前記複数の基部の露出面が防水剤によって覆われている請求項８又は９に記載のセグメントピース。
前記端面から露出しており、前記複数の基部の露出面が防水剤によって覆われている請求項８又は９に記載のセグメントピース。
【請求項11】
請求項１～１０のいずれか１項に記載のセグメントピースを複数有し、
複数の前記セグメントピースが環状に配置され、周方向に互いに連結して形成されたセグメントリング。
複数の前記セグメントピースが環状に配置され、周方向に互いに連結して形成されたセグメントリング。
【請求項12】
請求項１１に記載の前記セグメントリングを複数有し、
複数の前記セグメントリングが、トンネルの延びる方向に連続して接続されたトンネル覆工体。
複数の前記セグメントリングが、トンネルの延びる方向に連続して接続されたトンネル覆工体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネル等の覆工材として用いられるセグメントピース、セグメントリング及びトンネル覆工体に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、地下鉄、道路トンネル、上下水道、電力、通信のとう道、共同溝などの建設工事に、シールド工法が定着している。このシールド工法では、掘削面の覆工体としてＲＣ（Reinforced-Concrete）セグメントが用いられている。
【0003】
ＲＣセグメントは、軸圧縮力をコンクリートと鉄筋とによって負担する。ＲＣセグメントを構成するセグメントピースは、本体部のコンクリートの内部に主鉄筋が配置されている。しかし、従来のセグメントピースの本体部は、本体部の端部であり、セグメントピース同士が相互に連結する継手部にまで主鉄筋が延びていない。そのため、従来のセグメントピースの継手部は、コンクリートのみによって圧縮力を負担することになる。そこで、継手部に鋼材を設置するセグメントピースが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【0004】
継手部に鋼材を設置すると、継手部に作用する圧縮力をコンクリートと鋼材とによって負担することができる。そのため、継手部に鋼材が設置されたセグメントピースは、コンクリートの発生応力を低減させることができ、継手部に鋼材が設置されていない従来のセグメントピースよりも厚さを薄くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２０－１２２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１のように、継手部に鋼材を設置し、コンクリートと鋼材とによってコンクリートの応力負担を低減させる構造案はこれまでも存在した。しかし、実際にどのような鋼材をどの位置、あるいは、どの程度の深さにまで設置すればよいか等の詳細は無く、検証試験等も行われていないのが実情であり鋼材の設置の態様については根拠の薄いものであった。
【0007】
本発明は、上記のような課題を解決するものであり、鋼材の設置の態様を具体化することによりコンクリートの発生応力を低減できるセグメントピース、セグメントリング及びトンネル覆工体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係るセグメントピースは、環状に配置され周方向に互いに連結されることによりトンネルの掘削面を覆う筒状に形成されたセグメントリングを構成するセグメントピースであって、主としてコンクリートからなる本体部と、本体部の内部に埋設されており、セグメントリングの周方向に延びるように配筋された複数の主筋と、本体部の内部に埋設されており、セグメントリングの径方向、且つ、セグメントリングの軸方向に延びるように配筋され、複数の主筋を拘束する複数の配力筋と、本体部の周方向の端面から中央部に向かって内部に延びるように埋設されており、棒形状に形成された複数の圧縮鋼材と、を備え、複数の圧縮鋼材は、径方向における内周側に配置された複数の内周側圧縮鋼材と、径方向における外周側に配置された複数の外周側圧縮鋼材と、の少なくともいずれか一方を有し、複数の内周側圧縮鋼材及び複数の外周側圧縮鋼材は、径方向において複数の配力筋と同等以上のかぶり厚さを有しているものである。
【0009】
本発明に係るセグメントリングは、上記構成のセグメントピースを複数有し、複数のセグメントピースが環状に配置され、周方向に互いに連結して形成されたものである。
【0010】
本発明に係るトンネル覆工体は、上記構成のセグメントリングを複数有し、複数のセグメントリングが、トンネルの延びる方向に連続して接続されたものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明のセグメントピースは、複数の内周側圧縮鋼材及び複数の外周側圧縮鋼材が、配力筋と同等以上のかぶり厚さを有しているものである。当該構成により、セグメントリングの径方向において、圧縮鋼材がセグメントピースの端部側に配置されている。すなわち、圧縮鋼材は、セグメントリングの径方向において、セグメントピースの外側の端部に配置されることになる。セグメントピースは、主筋のように鋼材が外側の端部に配置されるほどセグメントピースの強度を確保することができるため、上記構成を有するセグメントピースは、コンクリートの発生応力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施の形態に係るセグメントリングを軸方向に見た概念図である。
【図2】実施の形態に係るセグメントリングを概念的に表した斜視図である。
【図3】実施の形態に係るセグメントピースをセグメントリングの径方向に見た概念図である。
【図6】圧縮鋼材を設置していないセグメントピースの継手部の拡大図である。
【図7】圧縮鋼材を設置しているセグメントピースの継手部の拡大図である。
【図8】圧縮鋼材の一例を示す拡大図である。
【図9】圧縮鋼材の長さと、実験値と、ＲＣ構造での理論値との関係を示す図である。
【図10】圧縮鋼材長さとコンクリート応力（実験値）を示す図である。
【図11】変形例のセグメントピースをセグメントリングの周方向から見た概念図である。
【図12】実施の形態に係るトンネル覆工体の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、実施の形態に係るセグメントピース１０、セグメントリング１００及びトンネル覆工体２００等について図面等を参照しながら説明する。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係及び形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。また、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば、上、下、左、右、前、後、表及び裏等）を適宜用いるが、それらの表記は、説明の便宜上の記載であり、装置、器具、あるいは部品等の配置、方向及び向きを限定するものではない。
【0014】
実施の形態．
［セグメントリング１００］
図１は、実施の形態に係るセグメントリング１００を軸方向ＡＤに見た概念図である。図２は、実施の形態に係るセグメントリング１００を概念的に表した斜視図である。図１及び図２を用いてセグメントリング１００について説明する。なお、図１及び図２に示す、軸方向ＡＤは、セグメントリング１００の軸方向を表しており、周方向ＣＤは、セグメントリング１００の周方向を表している。また、径方向ＲＤは、セグメントリング１００の径方向を表しており、Ｙ１側は、セグメントリング１００の内周側を表しており、Ｙ２側は、セグメントリング１００の外周側を表している。
［セグメントリング１００］
図１は、実施の形態に係るセグメントリング１００を軸方向ＡＤに見た概念図である。図２は、実施の形態に係るセグメントリング１００を概念的に表した斜視図である。図１及び図２を用いてセグメントリング１００について説明する。なお、図１及び図２に示す、軸方向ＡＤは、セグメントリング１００の軸方向を表しており、周方向ＣＤは、セグメントリング１００の周方向を表している。また、径方向ＲＤは、セグメントリング１００の径方向を表しており、Ｙ１側は、セグメントリング１００の内周側を表しており、Ｙ２側は、セグメントリング１００の外周側を表している。
【0015】
セグメントリング１００は、シールド工法等の施工法において掘削面を覆う構造物である。セグメントリング１００は、筒状に形成されている。セグメントリング１００は、例えば、円筒形状に形成されているが、円筒形状に限定されるものではない。トンネル本体は、複数のセグメントリング１００がトンネルの延びる方向に沿って連結されることで構築される。より詳細には、トンネル本体は、シールド工法において、トンネルの断面の１周分（１リング）ずつセグメントリング１００が配置されることにより構築される。したがって、セグメントリング１００は、トンネル本体において、トンネルの延びる方向の１単位を構成する。
【0016】
［セグメントピース１０］
セグメントピース１０は、環状に配置され周方向ＣＤに互いに連結されることによりトンネルの掘削面を覆う筒状に形成されたセグメントリング１００を構成する。セグメントリング１００は、周方向ＣＤにおいて、複数の構成要素に分割されている。この構成要素は、セグメントピース１０である。セグメントピース１０は、セグメントリング１００の軸方向ＡＤに見た視点において、弧状に形成されており、湾曲した形状に形成されている。複数のセグメントピース１０が環状に配置され、隣接するセグメントピース１０同士が互いに連結されることによりセグメントリング１００が形成される。なお、セグメントピース１０は、周方向ＣＤにおいて全てのセグメントピース１０が同じ大きさに形成されているとは限らない。
セグメントピース１０は、環状に配置され周方向ＣＤに互いに連結されることによりトンネルの掘削面を覆う筒状に形成されたセグメントリング１００を構成する。セグメントリング１００は、周方向ＣＤにおいて、複数の構成要素に分割されている。この構成要素は、セグメントピース１０である。セグメントピース１０は、セグメントリング１００の軸方向ＡＤに見た視点において、弧状に形成されており、湾曲した形状に形成されている。複数のセグメントピース１０が環状に配置され、隣接するセグメントピース１０同士が互いに連結されることによりセグメントリング１００が形成される。なお、セグメントピース１０は、周方向ＣＤにおいて全てのセグメントピース１０が同じ大きさに形成されているとは限らない。
【0017】
図３は、実施の形態に係るセグメントピース１０をセグメントリング１００の径方向ＲＤに見た概念図である。図４は、図３に示すセグメントピース１０のＡ－Ａ線断面から見たセグメントピース１０の概念図である。図５は、図３に示すセグメントピース１０をセグメントリング１００の周方向ＣＤから見た側面図である。図５は、セグメントピース１０を側面から見た場合の各構成部材の位置関係を表すものである。なお、図５は、セグメントピース１０の内部の構成部材を点線で表している。図６は、圧縮鋼材５０を設置していないセグメントピース１０Ｌの継手部１２の拡大図である。なお、図３～図６では、セグメントピース１０の内部構造を明確にするために、コンクリートの内部に配置された鉄筋及び圧縮鋼材等の存在を透過させて表示している。図３～図６を用いて更にセグメントピース１０の構造について説明する。
【0018】
セグメントピース１０は、ＲＣ構造（鉄筋コンクリート構造）である。セグメントピース１０は、本体部２０と、複数の主筋３０と、複数の配力筋４０と、複数の圧縮鋼材５０とを有する。
【0019】
（本体部２０）
本体部２０は、主としてコンクリートからなるブロック状の構造物である。本体部２０は、セグメントリング１００の軸方向ＡＤから見た視点において、円弧状に湾曲している。本体部２０は、径方向ＲＤに幅のある円弧形状の平面が、軸方向ＡＤに連続して構成される立体の構造物である。換言すれば、本体部２０は、円弧形状に湾曲した直方体である。
本体部２０は、主としてコンクリートからなるブロック状の構造物である。本体部２０は、セグメントリング１００の軸方向ＡＤから見た視点において、円弧状に湾曲している。本体部２０は、径方向ＲＤに幅のある円弧形状の平面が、軸方向ＡＤに連続して構成される立体の構造物である。換言すれば、本体部２０は、円弧形状に湾曲した直方体である。
【0020】
本体部２０は、セグメントリング１００の内周側（Ｙ１側）の壁面を形成する内周側壁部２０ａと、セグメントリング１００の外周側（Ｙ２側）の壁面を形成する外周側壁部２０ｂと、を有する。内周側壁部２０ａは、トンネルの内部空間を形成する。外周側壁部２０ｂは、トンネルの外周側（Ｙ２側）の壁を構成し、トンネルの掘削面に沿って配置される側の面を構成する。
【0021】
本体部２０は、セグメントリング１００の軸方向ＡＤにおいて、一方の端部の壁面を構成する軸方向端面２０ｃと、他方の端部の壁面を構成する軸方向端面２０ｄとを有する。軸方向端面２０ｃ及び軸方向端面２０ｄは、トンネルの延びる方向に対する垂直断面を構成する。後述するトンネル覆工体２００は、軸方向端面２０ｃと軸方向端面２０ｄとが当接してセグメントリング１００同士が連なることによって形成される。
【0022】
本体部２０は、セグメントリング１００の周方向ＣＤにおいて、一方の端部の壁面を構成する周方向端面２０ｅと、他方の端部の壁面を構成する周方向端面２０ｆとを有する。セグメントリング１００は、周方向端面２０ｅと周方向端面２０ｆとが接続され、セグメントピース１０同士が連なることによって形成される。
【0023】
本体部２０の軸方向端面２０ｃ、軸方向端面２０ｄ、周方向端面２０ｅ及び周方向端面２０ｆには、シール部材が配置される少なくとも１つのシール溝２３が形成されている。シール溝２３は、本体部２０の内部側に凹むように形成されている。周方向端面２０ｅ及び周方向端面２０ｆに形成されたシール溝２３は、セグメントリング１００の軸方向ＡＤに延びるように形成されている。軸方向端面２０ｃ及び軸方向端面２０ｄに形成されたシール溝２３は、セグメントリング１００の周方向ＣＤに延びるように形成されている。本体部２０は、少なくともセグメントリング１００の径方向ＲＤの外周側（Ｙ２側）にシール溝２３が形成されている。本体部２０は、更にセグメントリング１００の径方向ＲＤの内周側（Ｙ１側）にシール溝２３が形成されてもよい。このシール溝２３には、シール部材（図示せず）が装着される。シール部材は、例えば水膨張性のシール材であるが、水膨張性のシール材に限定されるものではない。
【0024】
（主筋３０）
複数の主筋３０は、主鋼材として本体部２０の内部に埋設されており、セグメントリング１００の周方向ＣＤに延びるように配筋されている。主筋３０は、例えば、鉄筋である。図３～図５に示すセグメントピース１０は、セグメントリング１００の軸方向ＡＤに沿って９本、セグメントリング１００の径方向ＲＤに沿って２本の主筋３０を有しているが、主筋３０の数は、当該数に限定されるものではない。
複数の主筋３０は、主鋼材として本体部２０の内部に埋設されており、セグメントリング１００の周方向ＣＤに延びるように配筋されている。主筋３０は、例えば、鉄筋である。図３～図５に示すセグメントピース１０は、セグメントリング１００の軸方向ＡＤに沿って９本、セグメントリング１００の径方向ＲＤに沿って２本の主筋３０を有しているが、主筋３０の数は、当該数に限定されるものではない。
【0025】
主筋３０は、少なくとも、セグメントリング１００の軸方向ＡＤに沿って配列され、径方向ＲＤの最内周に配置された複数の内周側主筋３１と、軸方向ＡＤに沿って配列され、径方向ＲＤの最外周に配置された複数の外周側主筋３２と、を有する。
【0026】
図３及び図４に示すように、主筋３０の周方向ＣＤの長さは、本体部２０の周方向ＣＤの長さよりも短い。従って、図６のセグメントピース１０Ｌに示すように、主筋３０の両端部と、本体部２０の周方向端面２０ｅ及び周方向端面２０ｆとの間には、それぞれ間隔が設けられている。すなわち、本体部２０の端部であり、セグメントピース１０同士が相互に連結する継手部１２には主筋３０が延びていない。
【0027】
（配力筋４０）
配力筋４０は、本体部２０の内部に埋設されており、セグメントリング１００の径方向ＲＤ且つ軸方向ＡＤに延びるように配筋され、複数の主筋３０を拘束する。配力筋４０は、主筋３０を拘束するフープ筋であり、帯筋である。配力筋４０は、内周側主筋３１と外周側主筋３２とを外側から囲い拘束している。配力筋４０は、主筋３０の延びる方向において、複数設けられている。図３～図５に示すセグメントピース１０は、セグメントリング１００の周方向ＣＤに沿って配力筋４０を９本有しているが、配力筋４０の数は、当該数に限定されるものではない。
配力筋４０は、本体部２０の内部に埋設されており、セグメントリング１００の径方向ＲＤ且つ軸方向ＡＤに延びるように配筋され、複数の主筋３０を拘束する。配力筋４０は、主筋３０を拘束するフープ筋であり、帯筋である。配力筋４０は、内周側主筋３１と外周側主筋３２とを外側から囲い拘束している。配力筋４０は、主筋３０の延びる方向において、複数設けられている。図３～図５に示すセグメントピース１０は、セグメントリング１００の周方向ＣＤに沿って配力筋４０を９本有しているが、配力筋４０の数は、当該数に限定されるものではない。
【0028】
（圧縮鋼材５０）
圧縮鋼材５０は、本体部２０の周方向ＣＤの端面となる周方向端面２０ｅ及び周方向端面２０ｆから中央部２０ｈに向かって本体部２０の内部に延びるように埋設されている。圧縮鋼材５０は、本体部２０の内部に補強鋼材として埋設される。セグメントリング１００は、隣接するセグメントピース１０同士の間で発生する圧縮力が、圧縮鋼材５０に伝わり、圧縮鋼材５０に伝わった力が、圧縮鋼材５０から周辺のコンクリートに分散される。
圧縮鋼材５０は、本体部２０の周方向ＣＤの端面となる周方向端面２０ｅ及び周方向端面２０ｆから中央部２０ｈに向かって本体部２０の内部に延びるように埋設されている。圧縮鋼材５０は、本体部２０の内部に補強鋼材として埋設される。セグメントリング１００は、隣接するセグメントピース１０同士の間で発生する圧縮力が、圧縮鋼材５０に伝わり、圧縮鋼材５０に伝わった力が、圧縮鋼材５０から周辺のコンクリートに分散される。
【0029】
圧縮鋼材５０は、棒形状に形成されている。圧縮鋼材５０は、例えば、鉄筋であり、異形棒鋼である。図３～図５に示すセグメントピース１０は、セグメントリング１００の軸方向ＡＤに沿って８本、セグメントリング１００の径方向ＲＤに沿って２本の圧縮鋼材５０を有しているが、圧縮鋼材５０の数は、当該数に限定されるものではない。
【0030】
図７は、圧縮鋼材５０を設置しているセグメントピース１０の継手部１２の拡大図である。圧縮鋼材５０は、径方向ＲＤにおける内周側（Ｙ１側）に配置された複数の内周側圧縮鋼材５１と、径方向ＲＤにおける外周側（Ｙ２側）に配置された複数の外周側圧縮鋼材５２と、の少なくともいずれか一方を有する。
【0031】
複数の内周側圧縮鋼材５１及び複数の外周側圧縮鋼材５２は、径方向ＲＤにおいて複数の配力筋４０と同等以上のかぶり厚さを有している。すなわち、図７に示すように、セグメントピース１０の内周側（Ｙ１側）に配置された内周側圧縮鋼材５１のかぶり厚さＴ１は、セグメントピース１０の内周側（Ｙ１側）における配力筋４０のかぶり厚さＴ２と同等以上の厚さを有している。同様に、セグメントピース１０の外周側（Ｙ２側）に配置された外周側圧縮鋼材５２のかぶり厚さＴ３は、セグメントピース１０の外周側（Ｙ２側）における配力筋４０のかぶり厚さＴ４と同等以上の厚さを有している。
【0032】
図５に示すように、複数の主筋３０の周囲に配置された複数の配力筋４０のうち少なくとも１つの配力筋４０で囲まれた領域内４５において、複数の内周側圧縮鋼材５１は、複数の圧縮鋼材５０が配置できる位置の中で径方向ＲＤにおける最内周に配置されている。同様に、複数の主筋３０の周囲に配置された複数の配力筋４０のうち少なくとも１つの配力筋４０で囲まれた領域内４５において、複数の外周側圧縮鋼材５２は、複数の圧縮鋼材５０が配置できる位置の中で径方向ＲＤにおける最外周に配置されている。なお、図５において領域内４５は、点線のハッチングで示された領域として示されている。
【0033】
また、図５に示すように、複数の内周側圧縮鋼材５１のそれぞれは、軸方向ＡＤにおいて、少なくとも一部分が複数の内周側主筋３１同士の間に配置されている。また、複数の外周側圧縮鋼材５２のそれぞれは、軸方向ＡＤにおいて、少なくとも一部分が複数の外周側主筋３２同士の間に配置されている。
【0034】
また、図５に示すように、複数の内周側圧縮鋼材５１は、最も内周側（Ｙ１側）に形成されたシール溝２３よりも内周側（Ｙ１側）に配置されている。また、複数の外周側圧縮鋼材５２は、最も外周側（Ｙ２側）に形成されたシール溝２３よりも外周側（Ｙ２側）に配置されている。圧縮鋼材５０は、径方向ＲＤにおいて可能な限り本体部２０の外側の端部に配置されることが望ましいが、２つのシール溝２３に隣接するように、２つのシール溝２３の外側まで寄せて形成されてもよい。なお、圧縮鋼材５０は、当該構成に限定されるものではない。例えば、複数の内周側圧縮鋼材５１は、最も内周側（Ｙ１側）に形成されたシール溝２３よりも外周側（Ｙ２側）に配置されてもよい。また、複数の外周側圧縮鋼材５２は、最も外周側（Ｙ２側）に形成されたシール溝２３よりも内周側（Ｙ１側）に配置されてもよい。すなわち、複数の内周側圧縮鋼材５１及び複数の外周側圧縮鋼材５２は、２つのシール溝２３の間に配置されてもよい。
【0035】
また、図５に示すように、本体部２０の軸方向ＡＤ、且つ、径方向ＲＤに沿った断面において、本体部２０の径方向ＲＤの厚さを断面厚さＳＴと定義する。この場合、複数の内周側圧縮鋼材５１は、内周側壁部２０ａから断面厚さＳＴの３分の１の範囲までに配置されている。また、複数の外周側圧縮鋼材５２は、外周側壁部２０ｂから断面厚さＳＴの３分の１の範囲までに配置されている。
【0036】
図８は、圧縮鋼材５０の一例を示す拡大図である。圧縮鋼材５０は、周方向端面２０ｅ又は周方向端面２０ｆの端面から延びて直線状に形成された直線部５６と、直線部５６の先端部５６ａに設けられ、直線部５６の延びる方向に対して傾斜した傾斜部５７と、を有する。
【0037】
複数の圧縮鋼材５０のそれぞれの長さＬは、圧縮鋼材５０における棒鋼径Ｄの１２倍以上の長さに形成されている。圧縮鋼材５０の長さＬは、圧縮鋼材５０の延びる方向に沿った長さである。そのため、圧縮鋼材５０の長さＬは、直線部５６の長さＬ１と傾斜部５７の長さＬ２との合計の長さである。圧縮鋼材５０は、径の断面積によって負担できる荷重が異なるため、鉄筋径に対する倍率により圧縮鋼材５０の長さＬを特定することによって圧縮鉄筋が分担する力が定まり、コンクリートにかかる応力が分散する力が定まる。
【0038】
上述したように、継手部１２に鋼材を設置し、コンクリートと鋼材とによってコンクリートの応力負担を低減させる構造案はこれまでも存在した。しかし、実際にどのような鋼材をどの程度の深さにまで設置すればよいか等の詳細は無く、検証試験等も行われていないのが実情であり鋼材の設置の態様については根拠の薄いものであった。今回、発明者は、圧縮鋼材５０の設置長さを変えて検証試験を行った。検証試験は、コンクリートの発生応力を低減させるためにどの位の圧縮鋼材５０の設置長さが必要かを検証するためのものである。なお、圧縮鋼材５０の設置長さは、圧縮鋼材５０の埋め込み長さでもある。
【0039】
図９は、圧縮鋼材５０の長さと、実験値と、ＲＣ構造での理論値との関係を示す図である。図１０は、圧縮鋼材長さとコンクリート応力（実験値と理論値）を示す図である。検証試験は、異形鉄筋の圧縮鋼材５０の長さＬをパラメーターとしてその有効性を確認するものとした。検証試験は、棒鋼径Ｄとして鉄筋径を用い、圧縮鋼材５０の長さＬを、鉄筋径の９倍～１５倍の範囲で行った。具体的には、圧縮鋼材５０の長さＬを鉄筋径の９倍、１２倍、１５倍とした場合に、コンクリートに発生する応力を計測した。なお、検証試験は、軸圧縮力４０００ｋＮ、曲げモーメント４８０ｋＮ・ｍ作用時の発生応力を計測している。検証試験の結果は図９及び図１０に示す通りである。
【0040】
試験結果より、圧縮鋼材５０の長さＬは、概ね鉄筋径の１２倍以上でその効果がＲＣ構造での理論値通りに発揮されている。したがって、検証試験の結果、発明者は、圧縮鋼材５０に鉄筋を用いる場合、鉄筋径の１２倍以上で、その効果が表れることを確認した。なお、検証試験は、同じ試験を２回実施し、その再現性も確認されている。
【0041】
図３～図５に示すように、セグメントピース１０は、複数の基部６０を有してもよい。基部６０は、平板状に形成されている。ただし、基部６０の形状は、平板状に形成されたものに限定されない。基部６０は、例えば、アングル状に形成されてもよい。
【0042】
図５に示すように、基部６０は、セグメントピース１０において、周方向端面２０ｅ及び周方向端面２０ｆに露出するように配置されている。複数の基部６０はそれぞれ、複数の圧縮鋼材５０のそれぞれと接続されている。複数の圧縮鋼材５０のそれぞれは、周方向端面２０ｅ又は周方向端面２０ｆ側の端部が基部６０と接続されている。基部６０と、圧縮鋼材５０とは溶接によって固定されている。基部６０は、圧縮鋼材５０を本体部２０に配置する際の位置決めに用いられ、圧縮鋼材５０を本体部２０のコンクリートに埋設する際の製作に用いられる。
【0043】
図１１は、変形例のセグメントピース１０をセグメントリング１００の周方向ＣＤから見た概念図である。変形例のセグメントピース１０は、基部６０Ａの形状が上記に説明した基部６０の形状と異なるものである。
【0044】
基部６０Ａは、平板状に形成されており、セグメントリング１００の軸方向ＡＤに長尺状に形成されている。複数の基部６０Ａはそれぞれ、複数の圧縮鋼材５０と接続されている。複数の圧縮鋼材５０は、周方向端面２０ｅ又は周方向端面２０ｆ側の端部が基部６０Ａに接続されている。複数の圧縮鋼材５０は、基部６０Ａの長手方向に沿って配列されている。すなわち、長尺状に形成された基部６０Ａには、複数の圧縮鋼材５０が接続されている。
【0045】
基部６０及び基部６０Ａは、図４、図５及び図８に示すように、周方向端面２０ｅ及び周方向端面２０ｆ等の端面から露出しており、基部６０及び基部６０Ａの露出面が防水剤７０によって覆われている。防水剤７０は、例えば、弾性エポキシである。防水剤７０は、周方向端面２０ｅ及び周方向端面２０ｆに露出している基部６０及び基部６０Ａを覆うように塗布される。
【0046】
［セグメントピース１０の製作］
まず、本体部２０の型枠が作成される。本体部２０の周方向ＣＤの端部の位置に、圧縮鋼材５０が溶接された基部６０をボルト等の固定具によって固定される。型枠内に、主筋３０及び配力筋４０によって形成された鉄筋篭が配置される。その後、型枠内にコンクリートが打設され、コンクリートが固化した後、本体部２０を型枠から外すことによってセグメントピース１０が形成される。
まず、本体部２０の型枠が作成される。本体部２０の周方向ＣＤの端部の位置に、圧縮鋼材５０が溶接された基部６０をボルト等の固定具によって固定される。型枠内に、主筋３０及び配力筋４０によって形成された鉄筋篭が配置される。その後、型枠内にコンクリートが打設され、コンクリートが固化した後、本体部２０を型枠から外すことによってセグメントピース１０が形成される。
【0047】
［トンネル覆工体２００］
図１２は、実施の形態に係るトンネル覆工体２００の概念図である。トンネル覆工体２００は、セグメントリング１００を複数有し、複数のセグメントリング１００が、トンネルの延びる方向に連続して接続されて形成されている。トンネル覆工体２００は、例えば、地下鉄、道路トンネル、上下水道、電力、通信のとう道、共同溝等を構成するトンネルを構成するために用いられる。
図１２は、実施の形態に係るトンネル覆工体２００の概念図である。トンネル覆工体２００は、セグメントリング１００を複数有し、複数のセグメントリング１００が、トンネルの延びる方向に連続して接続されて形成されている。トンネル覆工体２００は、例えば、地下鉄、道路トンネル、上下水道、電力、通信のとう道、共同溝等を構成するトンネルを構成するために用いられる。
【0048】
［セグメントピース１０の作用効果］
セグメントピース１０は、複数の内周側圧縮鋼材５１及び複数の外周側圧縮鋼材５２が、配力筋４０と同等以上のかぶり厚さを有しているものである。当該構成により、セグメントリング１００の径方向ＲＤにおいて、圧縮鋼材５０は、セグメントピース１０の端部側に配置されている。すなわち、圧縮鋼材５０は、セグメントリング１００の径方向ＲＤにおいて、セグメントピース１０の外側の端部に配置されることになる。セグメントピース１０は、主筋３０のように、鋼材が外側の端部に配置されるほどセグメントピース１０の強度を確保することができるため、上記構成を有するセグメントピース１０は、コンクリートの発生応力を低減できる。
セグメントピース１０は、複数の内周側圧縮鋼材５１及び複数の外周側圧縮鋼材５２が、配力筋４０と同等以上のかぶり厚さを有しているものである。当該構成により、セグメントリング１００の径方向ＲＤにおいて、圧縮鋼材５０は、セグメントピース１０の端部側に配置されている。すなわち、圧縮鋼材５０は、セグメントリング１００の径方向ＲＤにおいて、セグメントピース１０の外側の端部に配置されることになる。セグメントピース１０は、主筋３０のように、鋼材が外側の端部に配置されるほどセグメントピース１０の強度を確保することができるため、上記構成を有するセグメントピース１０は、コンクリートの発生応力を低減できる。
【0049】
また、複数の内周側圧縮鋼材５１は、複数の圧縮鋼材５０が配置できる位置の中で径方向ＲＤにおける最内周に配置されており、複数の外周側圧縮鋼材５２は、複数の圧縮鋼材５０が配置できる位置の中で径方向ＲＤにおける最外周に配置されている。圧縮鋼材５０は、セグメントピース１０の外側の端部に配置されるほどセグメントピース１０の強度を確保することができるため、上記構成を有するセグメントピース１０は、コンクリートの発生応力を低減できる。
【0050】
また、軸方向ＡＤにおいて、複数の内周側圧縮鋼材５１のそれぞれは、少なくとも一部分が複数の内周側主筋３１同士の間に配置されており、複数の外周側圧縮鋼材５２のそれぞれは、少なくとも一部分が複数の外周側主筋３２同士の間に配置されている。圧縮鋼材５０は、セグメントピース１０の外側の端部に配置されるほどセグメントピース１０の強度を確保することができるため、上記構成を有するセグメントピース１０は、コンクリートの発生応力を低減できる。
【0051】
また、一般的に主筋３０は、コンクリートの発生応力に対応する観点から本体部２０の中で最も有利な位置に配筋されている。上記構成によって、内周側圧縮鋼材５１及び外周側圧縮鋼材５２の少なくとも一部分は、軸方向ＡＤにおいて主筋３０と重なる位置に配置されている。すなわち、内周側圧縮鋼材５１及び外周側圧縮鋼材５２は、径方向ＲＤにおいて、主筋３０が配置されている位置と略等しい位置に配置されている。そのため、内周側圧縮鋼材５１及び外周側圧縮鋼材５２は、主筋３０と同様に、コンクリートの発生応力に対応する観点から本体部２０の中で最も有利な位置に配筋されている。したがって、上記構成を有するセグメントピース１０は、コンクリートの発生応力を低減できる。
【0052】
また、複数の内周側圧縮鋼材５１は、最も内周側に形成されたシール溝２３よりも内周側に配置されており、複数の外周側圧縮鋼材５２は、最も外周側に形成されたシール溝２３よりも外周側に配置されている。圧縮鋼材５０は、セグメントピース１０の外側の端部に配置されるほどセグメントピース１０の強度を確保することができるため、上記構成を有するセグメントピース１０は、コンクリートの発生応力を低減できる。
【0053】
また、複数の内周側圧縮鋼材５１は、内周側壁部２０ａから断面厚さＳＴの３分の１の範囲までに配置されており、複数の外周側圧縮鋼材５２は、外周側壁部２０ｂから断面厚さＳＴの３分の１の範囲までに配置されている。圧縮鋼材５０は、セグメントピース１０の外側の端部に配置されるほどセグメントピース１０の強度を確保することができるため、上記構成を有するセグメントピース１０は、コンクリートの発生応力を低減できる。
【0054】
また、複数の圧縮鋼材５０のそれぞれは、直線状に形成された直線部５６と、直線部５６の先端部５６ａに設けられ、直線部５６の延びる方向に対して傾斜した傾斜部５７と、を有する。本体部２０は、円弧形状に形成されており、圧縮鋼材５０が直線部５６のみで形成されている場合には、配力筋４０と干渉する可能性がある。圧縮鋼材５０は、傾斜部５７を有することによって、配力筋４０との干渉を避けることができる。またその結果、圧縮鋼材５０は、埋め込み長さを確保することができる。
【0055】
また、複数の圧縮鋼材５０のそれぞれの長さＬは、棒鋼径Ｄの１２倍以上の長さに形成されている。そのため、上述したように、ＲＣ構造での理論値に沿った効果を発揮させることができ、セグメントピース１０は、コンクリートの発生する応力を低減することができる。
【0056】
また、セグメントピース１０は、平板状に形成された基部６０を有し、複数の圧縮鋼材５０はそれぞれ基部６０に接続されている。圧縮鋼材５０は、基部６０と接続されていることにより、セグメントピース１０の作成時の位置決めが容易となり、セグメントピース１０の製作性を向上させることができる。
【0057】
また、複数の圧縮鋼材５０は、基部６０Ａに接続されており、複数の圧縮鋼材５０は、基部６０Ａの長手方向に沿って配列されている。基部６０Ａは、複数の圧縮鋼材５０と接続されているため、複数の圧縮鋼材５０の位置決めを同時に行うことができる。そのため、基部６０Ａを有するセグメントピース１０は、更に製作性を向上させることができる。
【0058】
また、基部６０及び基部６０Ａは、端面から露出しており、基部６０及び基部６０Ａの露出面が防水剤７０によって覆われている。一般的に、コンクリートと鋼材との界面に水が浸透する場合がある。基部６０及び基部６０Ａの露出面を覆うように防水剤７０が塗布されることにより、水の浸透を防ぐことができる。その結果、圧縮鋼材５０は、径方向ＲＤにおいて、セグメントピース１０に形成されたシール溝２３よりも外側に配置することができる。
【0059】
セグメントリング１００は、上記構成のセグメントピース１０を有するものである。その結果、セグメントリング１００は、実施の形態に係るセグメントピース１０と同様の効果を得ることができる。
【0060】
トンネル覆工体２００は、上記構成のセグメントリング１００を有するものである。その結果、トンネル覆工体２００は、実施の形態に係るセグメントピース１０と同様の効果を得ることができる。
【0061】
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【0062】
１０ セグメントピース、１２ 継手部、２０ 本体部、２０ａ 内周側壁部、２０ｂ 外周側壁部、２０ｃ 軸方向端面、２０ｄ 軸方向端面、２０ｅ 周方向端面、２０ｆ 周方向端面、２０ｈ 中央部、２３ シール溝、３０ 主筋、３１ 内周側主筋、３２ 外周側主筋、４０ 配力筋、４５ 領域内、５０ 圧縮鋼材、５１ 内周側圧縮鋼材、５２ 外周側圧縮鋼材、５６ 直線部、５６ａ 先端部、５７ 傾斜部、６０ 基部、６０Ａ 基部、７０ 防水剤、１００ セグメントリング、２００ トンネル覆工体、ＡＤ 軸方向、ＣＤ 周方向、Ｄ 棒鋼径、ＲＤ 径方向、ＳＴ 断面厚さ、Ｔ１ かぶり厚さ、Ｔ２ かぶり厚さ、Ｔ３ かぶり厚さ、Ｔ４ かぶり厚さ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】