特開 2023-57360 セグメント

(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】P2023057360

(43)【公開日】2023-04-21

(54)【発明の名称】セグメント

(51)【国際特許分類】

   E21D 11/08 20060101AFI20230414BHJP

   E21D 11/14 20060101ALI20230414BHJP

【ＦＩ】

E21D11/08

E21D11/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021166851

(22)【出願日】2021-10-11

(71)【出願人】

【識別番号】000198307

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ建材工業

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(74)【代理人】

【識別番号】100188891

【弁理士】

【氏名又は名称】丹野 拓人

(72)【発明者】

【氏名】浅野 裕輔

(72)【発明者】

【氏名】田中 隼

(72)【発明者】

【氏名】峯▲崎▼ 晃洋

【テーマコード（参考）】

2D155

【Ｆターム（参考）】

2D155BA01

2D155BB01

2D155CA01

2D155EB05

2D155EB10

2D155KA00

2D155KB04

2D155LA17

(57)【要約】

【課題】セグメントの耐荷性能を向上させると共に、製作にかかるコストを削減することを目的とする。
【解決手段】セグメント１は、内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠２と、鋼枠２の内側に突出すると共に、鋼枠２の開口２ａに沿って断続的に設けられたフランジ１０と、鋼枠２の内側に打設されたコンクリート３と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠と、
前記鋼枠の内側に突出すると共に、前記開口に沿って断続的に設けられたフランジと、
前記鋼枠の内側に打設されたコンクリートと、を備える、ことを特徴とするセグメント。

【請求項2】

前記鋼枠は、
外周側に設けられると共に、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両側に設けられた一対の継手板と、を備え、
前記フランジは、少なくとも前記一対の主桁に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のセグメント。

【請求項3】

前記フランジは、
前記一対の主桁の一方に設けられた主桁側第１フランジと、
前記一対の主桁の他方に設けられた主桁側第２フランジと、を備え、
前記鋼枠には、前記主桁側第１フランジと前記主桁側第２フランジとの間を幅方向において接続する主桁間接続鋼材が設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載のセグメント。

【請求項4】

前記フランジは、さらに、前記一対の継手板に設けられている、ことを特徴とする請求項２または３に記載のセグメント。

【請求項5】

前記フランジは、
前記一対の継手板の一方に設けられた継手板側第１フランジと、
前記一対の継手板の他方に設けられた継手板側第２フランジと、を備え、
前記鋼枠には、前記継手板側第１フランジと前記継手板側第２フランジとの間を周方向において接続する継手板間接続鋼材が設けられている、ことを特徴とする請求項４に記載のセグメント。

【請求項6】

前記フランジは、平板状に形成され、
前記鋼枠の内側に突出すると共に前記鋼枠の厚み方向に延び、前記フランジに対して直角に接続された補強板を備える、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のセグメント。

【請求項7】

前記鋼枠の内側に配置され、前記補強板を前記鋼枠の外側に向かって押圧する押圧鋼材を備える、ことを特徴とする請求項６に記載のセグメント。

【請求項8】

前記補強板は、前記鋼枠の内側を向く傾斜面を備えており、
前記押圧鋼材は、前記傾斜面を介して前記補強板を前記鋼枠の外側に向かって押圧する、ことを特徴とする請求項７に記載のセグメント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セグメントに関するものである。

【背景技術】

【0002】

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及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。

【0003】

セグメントは、コンクリート製とスチール製とに大きく分けられるが、前者のコンクリート製のセグメントは圧縮に強く、後者のスチール製のセグメントは引っ張りに強いという特性がある。このようなコンクリート製及びスチール製のセグメントの利点を兼ね備えたセグメント（合成セグメント）が、例えば下記特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３３４３０９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般的に合成セグメントは、内周面を除く５面を覆う鋼枠と、鋼枠の内部に充填されたコンクリートと、を備えている。このセグメントは、圧縮に強いコンクリートと引張に強い鋼材によって成立される合成構造により、高い耐荷性能を有している。しかしながら、近年、セグメントに対して更に高い耐荷性能およびトンネルの薄肉化が要求されている。

【0006】

合成セグメントは、円弧状であるが故、本体部で腹圧力が生じて内周面からコンクリートがはらみ出し、高い耐荷性能を維持する事が困難な場合がある。また、合成セグメントは、コンクリートを充填するが故、鋼枠の寸法精度がＲＣ（鉄筋コンクリート製）セグメントと同レベルで要求されるが、ＲＣセグメントと同レベルの鋼枠を製作することはコストおよび労力がかかり、経済性において不利であった。

【0007】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、セグメントの耐荷性能を向上させると共に、製作にかかるコストを削減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様に係るセグメントは、内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠と、前記鋼枠の内側に突出すると共に、前記開口に沿って断続的に設けられたフランジと、前記鋼枠の内側に打設されたコンクリートと、を備える。

【0009】

上記セグメントにおいて、前記鋼枠は、外周側に設けられると共に、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両側に設けられた一対の継手板と、を備え、前記フランジは、少なくとも前記一対の主桁に設けられていてもよい。

【0010】

上記セグメントにおいて、前記フランジは、前記一対の主桁の一方に設けられた主桁側第１フランジと、前記一対の主桁の他方に設けられた主桁側第２フランジと、を備え、前記鋼枠には、前記主桁側第１フランジと前記主桁側第２フランジとの間を幅方向において接続する主桁間接続鋼材が設けられていてもよい。

【0011】

上記セグメントにおいて、前記フランジは、さらに、前記一対の継手板に設けられていてもよい。

【0012】

上記セグメントにおいて、前記フランジは、前記一対の継手板の一方に設けられた継手板側第１フランジと、前記一対の継手板の他方に設けられた継手板側第２フランジと、を備え、前記鋼枠には、前記継手板側第１フランジと前記継手板側第２フランジとの間を周方向において接続する継手板間接続鋼材が設けられていてもよい。

【0013】

上記セグメントにおいて、前記フランジは、平板状に形成され、前記鋼枠の内側に突出すると共に前記鋼枠の厚み方向に延び、前記フランジに対して直角に接続された補強板を備えてもよい。

【0014】

上記セグメントにおいて、前記鋼枠の内側に配置され、前記補強板を前記鋼枠の外側に向かって押圧する押圧鋼材を備えてもよい。

【0015】

上記セグメントにおいて、前記補強板は、前記鋼枠の内側を向く傾斜面を備えており、前記押圧鋼材は、前記傾斜面を介して前記補強板を前記鋼枠の外側に向かって押圧してもよい。

【発明の効果】

【0016】

本発明の一態様によれば、セグメントの耐荷性能を向上させると共に、製作にかかるコストを削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１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。

【図2】本発明の第１実施形態に係るセグメントを内周側から視た平面図である。

【図3】図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係るセグメントを内周側から視た平面図である。

【図5】図４におけるＶ－Ｖ断面図である。

【図6】図４におけるＶＩ－ＶＩ断面図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係るセグメントを内周側から視た平面図である。

【図8】図７におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面図である。

【図9】本発明の第４実施形態に係るセグメントの幅方向断面図である。

【図10】本発明の第４実施形態の一変形例に係る鋼枠の幅方向断面図である。

【図11】本発明の第４実施形態の一変形例に係る鋼枠の幅方向断面図である。

【図12】本発明の第４実施形態の一変形例に係る鋼枠の幅方向断面図である。

【図13】本発明の第４実施形態の一変形例に係るセグメントを内周側から視た図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。

【0019】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１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、掘削穴内に構築されるトンネル１００の一部をなす円弧状をなしており、掘削穴内の周方向及び軸方向に連結されることにより該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。

【0020】

筒状壁体１０１の内周側には、表層覆工体１０２が構築されている。また、筒状壁体１０１の外周側には、筒状壁体１０１と掘削穴との隙間に充填される裏込め材１０３が配設されている。

【0021】

以下では、セグメント１を用いてトンネル１００を構築した場合におけるトンネル１００の周方向をセグメント１の周方向、トンネル１００の軸方向をセグメント１の幅方向、トンネル１００の径方向をセグメント１の厚み方向と称する。

【0022】

図２は、本発明の第１実施形態に係るセグメント１を内周側から視た平面図である。なお、図２においては、視認性を向上させるためセグメント１のコンクリート３を一部取り除いた状態を示している。図３は、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。
図２及び図３に示すように、セグメント１は、内周面を除く５面を覆う鋼枠２と、鋼枠２の内部に充填されたコンクリート３と、を備える合成セグメントである。

【0023】

セグメント１は、内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠２と、鋼枠２の内側に突出すると共に、鋼枠２の開口２ａに沿って断続的に設けられたフランジ１０と、鋼枠２の内側に打設されたコンクリート３と、を備えている。コンクリート３を露出させている鋼枠２の開口２ａは、後述する一対の主桁５及び一対の継手板６によって形成されている。

【0024】

図２に示すように、鋼枠２は、外周側に設けられたスキンプレート４と、このスキンプレート４の側部に配設された一対の主桁５と、スキンプレート４の端部に配設された一対の継手板６とを有しており、一対の主桁５同士の間には複数のリブ７が設けられている。

【0025】

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、周方向に沿って湾曲する湾曲板状をなしている。
一対の主桁５は、このスキンプレート４の幅方向両端から厚み方向内側（内周側）に向かって延設するように互いに平行をなして配置されており、スキンプレート４と同様に周方向に沿った湾曲した形状をなしている。

【0026】

一対の継手板６は、スキンプレート４の周方向両端から厚み方向内側（内周側）に向かって延設された矩形板状をなしており、上述した一対の主桁５の間にわたって配置されている。
なお、これらスキンプレート４、一対の主桁５及び一対の継手板６同士の接続は、溶接によってなされている。

【0027】

また、一対の主桁５には、セグメント１同士を幅方向に連結する図示しない継手部材が挿通する挿通孔５ａが、周方向に所定間隔をあけて複数（本実施形態では３つ）形成されている。さらに、一対の継手板６には、セグメント１同士を周方向に連結する図示しない継手部材が挿通する挿通孔６ａが複数形成されている。

【0028】

リブ７は、幅方向に延在して両端がそれぞれ一対の主桁５に固定された略板状をなしており、板面を周方向に向けた状態で配設されている。このリブ７は、スキンプレート４との間に隙間が形成されるように一対の主桁５の間に配設されている。

【0029】

リブ７は、２つ１組となって、周方向の中央部、一端部（図２において左側）、他端部（図２において右側）の３箇所に設けられている。周方向の中央部に位置するリブ７の間には、上述した一対の主桁５の挿通孔５ａ、及び、注入孔９が配設されている。注入孔９は、スキンプレート４の中央部を貫通し、裏込め材１０３（図１参照）を外周側に注入するための孔である。

【0030】

周方向の一端部に位置するリブ７の間には、上述した一対の主桁５の挿通孔５ａが配設されている。当該リブ７のうち、周方向一端部側（図２において左側）に配置されたリブ７には、補強リブ８が、幅方向に間隔をあけて一対で設けられている。補強リブ８は、周方向に延び、継手板６とリブ７との間を接続している。

【0031】

また、周方向の他端部に位置するリブ７の間には、上述した一対の主桁５の挿通孔５ａが配設されている。当該リブ７のうち、周方向他端部側（図２において左側）に配置されたリブ７には、補強リブ８が、幅方向に間隔をあけて一対で設けられている。補強リブ８は、周方向に延び、継手板６とリブ７との間を接続している。

【0032】

フランジ１０は、上述した鋼枠２の内側に突出すると共に、鋼枠２の開口２ａに沿って断続的に設けられている。フランジ１０は、図２に示す平面視で、矩形板状に形成されており、板面を厚み方向に向けた状態で配設されている。本実施形態のフランジ１０は、一対の主桁５及び一対の継手板６のそれぞれに設けられている。

【0033】

フランジ１０は、一対の主桁５の一方に設けられた主桁側第１フランジ１０Ａと、一対の主桁５の他方に設けられた主桁側第２フランジ１０Ｂと、を備えている。主桁側第１フランジ１０Ａ及び主桁側第２フランジ１０Ｂは、周方向の中央部に配置されたリブ７の両側に、周方向に間隔をあけて配置されている。

【0034】

また、フランジ１０は、一対の継手板６の一方に設けられた継手板側第１フランジ１０Ｃと、一対の継手板６の他方に設けられた継手板側第２フランジ１０Ｄと、を備えている。継手板側第１フランジ１０Ｃ及び継手板側第２フランジ１０Ｄは、幅方向に間隔をあけて配置された補強リブ８の間に、幅方向に間隔をあけて配置されている。

【0035】

上記構成のセグメント１によれば、鋼枠２の内側に突出するフランジ１０が、腹圧力によるコンクリート３のはらみ出しを防止する引っ掛け部分（爪部分）となる。したがって、コンクリート３の拘束効果が得られ、高い耐荷性能をセグメント１に付加することができる。また、フランジ１０は、断続的に設けられており、耐荷性能が必要な部分を補強できるため、鋼枠２全体の耐荷性能や寸法精度を高めるよりも経済的に優位になる。

【0036】

このように、上述した本実施形態のセグメント１は、内周側が開口した箱型に形成された円弧状の鋼枠２と、鋼枠２の内側に突出すると共に、鋼枠２の開口２ａに沿って断続的に設けられたフランジ１０と、鋼枠２の内側に打設されたコンクリート３と、を備える。この構成によれば、セグメント１の耐荷性能を向上させると共に、製作にかかるコストを削減することができる。

【0037】

また、本実施形態において、鋼枠２は、外周側に設けられると共に、周方向に延びたスキンプレート４と、スキンプレート４の幅方向両側に設けられた一対の主桁５と、スキンプレート４の周方向両側に設けられた一対の継手板６と、を備え、フランジ１０は、少なくとも一対の主桁５に設けられている。この構成によれば、一対の主桁５に設けられたフランジ１０によって、周方向の中央部にかかる腹圧力によるコンクリート３のはらみ出しを効果的に防止することができる。

【0038】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

【0039】

図４は、本発明の第２実施形態に係るセグメント１を内周側から視た平面図である。なお、図４においては、視認性を向上させるためセグメント１のコンクリート３を一部取り除いた状態を示している。図５は、図４におけるＶ－Ｖ断面図である。図６は、図４におけるＶＩ－ＶＩ断面図である。

【0040】

これらの図に示すように、第２実施形態の鋼枠２には、主桁側第１フランジ１０Ａと主桁側第２フランジ１０Ｂとの間を幅方向において接続する主桁間接続鋼材１１が設けられている。

【0041】

主桁間接続鋼材１１は、鉄筋や鉄骨等であり、図４に示すように、その両端部は、主桁側第１フランジ１０Ａ及び主桁側第２フランジ１０Ｂに溶接されている。なお、図５及び図６に示すように、主桁間接続鋼材１１は、主桁側第１フランジ１０Ａ及び主桁側第２フランジ１０Ｂの外周側を向く面に溶接されているが、内周側を向く面に溶接されていても構わない。

【0042】

上記構成の第２実施形態によれば、コンクリート３を引っ掛けるフランジ１０同士を主桁間接続鋼材１１で接続することにより、コンクリート３の拘束効果がより高まり、高い耐荷性能をセグメント１に付加することができる。また、一対の主桁５同士を主桁間接続鋼材１１で接続することにより、主桁間接続鋼材１１が形状保持材としても機能するため、鋼枠２の寸法精度が向上し、経済的である。

【0043】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

【0044】

図７は、本発明の第３実施形態に係るセグメント１を内周側から視た平面図である。なお、図７においては、視認性を向上させるためセグメント１のコンクリート３を一部取り除いた状態を示している。図８は、図７におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面図である。

【0045】

これらの図に示すように、第３実施形態の鋼枠２には、継手板側第１フランジ１０Ｃと継手板側第２フランジ１０Ｄとの間を周方向において接続する継手板間接続鋼材１２が設けられている。

【0046】

継手板間接続鋼材１２は、鉄筋や鉄骨等であり、図７に示すように、その両端部は、継手板側第１フランジ１０Ｃ及び継手板側第２フランジ１０Ｄに溶接されている。継手板間接続鋼材１２は、主桁間接続鋼材１１と交差している。なお、継手板間接続鋼材１２は、当該交差部において、主桁間接続鋼材１１に溶接されていてもよい。継手板間接続鋼材１２は、図８に示すように、主桁間接続鋼材１１と厚み方向で位置をずらして配設されている。

【0047】

上記構成の第３実施形態によれば、コンクリート３を引っ掛けるフランジ１０同士をさらに継手板間接続鋼材１２で接続することにより、コンクリート３の拘束効果がより高まり、高い耐荷性能をセグメント１に付加することができる。また、さらに、一対の継手板６同士を継手板間接続鋼材１２で接続することにより、継手板間接続鋼材１２が形状保持材としても機能するため、鋼枠２の寸法精度がより向上する。

【0048】

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

【0049】

図９は、本発明の第４実施形態に係るセグメント１の幅方向断面図である。
図９に示すように、第４実施形態のフランジ１０には、補強板２０が接続され、幅方向から視てＴ型形状となっている。

【0050】

補強板２０は、鋼板等であり、鋼枠２（図９においては一対の主桁５）の内側から幅方向に突出すると共に鋼枠２の厚み方向に延び、平板状のフランジ１０に対して直角に接続されている。補強板２０の板面は、周方向を向いている。
上記構成の第４実施形態によれば、補強板２０によってフランジ１０の強度が高まるため、コンクリート３の拘束効果をより高めることができる。

【0051】

なお、上述した第４実施形態は、以下のような変形例を採用してもよい。

【0052】

図１０は、本発明の第４実施形態の一変形例に係る鋼枠２の幅方向断面図である。なお、図１０に示す鋼枠２は、スキンプレート４を取り付ける前であって、一対の主桁５の幅方向外側には拘束治具３０が配設されている。

【0053】

図１０に示す補強板２０は、鋼枠２の内側を向く傾斜面２１を備えた台形形状を有している。また、鋼枠２の内側には、補強板２０を鋼枠２の外側（拘束治具３０）に向かって押圧する押圧鋼材４０が配設されている。

【0054】

押圧鋼材４０は、鉄筋や鉄骨等であり、鋼枠２の外周側から押し込まれた際に、その両端部４１が傾斜面２１に接触し、傾斜面２１を介して補強板２０を鋼枠２の外側に向かって押圧するようになっている。

【0055】

押圧鋼材４０の両端部４１は、傾斜面２１と同様のテーパ状になっている。また、押圧鋼材４０の両端部４１は、補強板２０を押圧した状態で傾斜面２１に溶接されている。この構成によれば、鋼枠２を製作する際に、一対の主桁５の間の寸法精度を高めることができる。

【0056】

図１１は、本発明の第４実施形態の一変形例に係る鋼枠２の幅方向断面図である。なお、図１１に示す鋼枠２は、スキンプレート４が取り付けられた後であって、内周側が上を向いている。この場合、図１１に示すように、台形形状の補強板２０は、押圧鋼材４０を押し込む方向を逆（内周側から）にする傾斜面２１を有してもよい。

【0057】

図１２は、本発明の第４実施形態の一変形例に係る鋼枠２の幅方向断面図である。図１２に示すように、補強板２０は、幅方向の片側だけに設けてもよい。

【0058】

図１３は、本発明の第４実施形態の一変形例に係るセグメント１を内周側から視た平面図である。なお、図１３おいては、視認性を向上させるためセグメント１のコンクリート３を一部取り除いた状態を示している。図１３に示すように、主桁間接続鋼材１１は、幅方向においてオーバーラップして配設された一対の押圧鋼材１１ａ，１１ｂによって形成されていてもよい。

【0059】

一対の押圧鋼材１１ａ，１１ｂは、幅方向に突っ張り応力をかけた状態で接合されている。一対の押圧鋼材１１ａ，１１ｂのオーバーラップ部分には、点付け溶接等による接合部１１ｃが形成されている。

【0060】

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るものではない。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。

【符号の説明】

【0061】

１…セグメント、２…鋼枠、２ａ…開口、３…コンクリート、４…スキンプレート、５…主桁、６…継手板、１０…フランジ、１０Ａ…主桁側第１フランジ、１０Ｂ…主桁側第２フランジ、１０Ｃ…継手板側第１フランジ、１０Ｄ…継手板側第２フランジ、１１…主桁間接続鋼材、１２…継手板間接続鋼材、２０…補強板、２１…傾斜面２１…押圧鋼材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】