(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】P2023082586
(43)【公開日】2023-06-14
(54)【発明の名称】主桁及びその製造方法、並びにセグメント
(51)【国際特許分類】
E21D 11/04 20060101AFI20230607BHJP
E21D 11/14 20060101ALI20230607BHJP
【ＦＩ】
E21D11/04 Z
E21D11/14
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021196459
(22)【出願日】2021-12-02
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】中島 正整
(72)【発明者】
【氏名】石田 宗弘
【テーマコード（参考）】
2D155
【Ｆターム（参考）】
2D155BA01
2D155BB01
2D155CA01
2D155EB05
2D155EB10
2D155KA00
2D155KB04
2D155KB07
(57)【要約】
【課題】バウシンガー効果による軟化を抑制することができる安価な主桁を提供する。
【解決手段】トンネルを構築するセグメントに用いられる主桁２である。主桁２の長さ方向Ｌ（周方向Ｙ）は、トンネル１００の曲率に対応する円弧形状を有する。円弧形状の曲率を小さくする曲げを正曲げ、円弧形状の曲率を大きくする曲げを負曲げとした場合に、負曲げにおける初期曲げ剛性が、正曲げにおける初期曲げ剛性よりも小さい。
【選択図】図２
【解決手段】トンネルを構築するセグメントに用いられる主桁２である。主桁２の長さ方向Ｌ（周方向Ｙ）は、トンネル１００の曲率に対応する円弧形状を有する。円弧形状の曲率を小さくする曲げを正曲げ、円弧形状の曲率を大きくする曲げを負曲げとした場合に、負曲げにおける初期曲げ剛性が、正曲げにおける初期曲げ剛性よりも小さい。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネルを構築するセグメントに用いられる主桁であって、
前記主桁の長さ方向は、前記トンネルの曲率に対応する円弧形状を有し、
前記円弧形状の曲率を小さくする曲げを正曲げ、前記円弧形状の曲率を大きくする曲げを負曲げとした場合に、前記負曲げにおける初期曲げ剛性が、前記正曲げにおける初期曲げ剛性よりも小さい主桁。
前記主桁の長さ方向は、前記トンネルの曲率に対応する円弧形状を有し、
前記円弧形状の曲率を小さくする曲げを正曲げ、前記円弧形状の曲率を大きくする曲げを負曲げとした場合に、前記負曲げにおける初期曲げ剛性が、前記正曲げにおける初期曲げ剛性よりも小さい主桁。
【請求項2】
前記主桁の桁高方向端部に少なくとも１つのフランジ部を有する、請求項１に記載の主桁。
【請求項3】
形鋼から構成される、請求項１又は２に記載の主桁。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか一項に記載の主桁を備えるセグメント。
【請求項5】
前記主桁は、トンネルの軸方向の両端部に一対となるように配設される、請求項４に記載のセグメント。
【請求項6】
コンクリートを更に備える、請求項４又は５に記載のセグメント。
【請求項7】
トンネルを構築するセグメントに用いられる主桁の製造方法であって、
鋼材の長さ方向を前記トンネルの曲率よりも大きな曲率に曲げ加工する工程と、
前記鋼材の長さ方向を、前記トンネルの曲率に対応する設定曲率に曲げ戻すように曲げ加工する工程と
を含む製造方法。
鋼材の長さ方向を前記トンネルの曲率よりも大きな曲率に曲げ加工する工程と、
前記鋼材の長さ方向を、前記トンネルの曲率に対応する設定曲率に曲げ戻すように曲げ加工する工程と
を含む製造方法。
【請求項8】
前記曲げ加工がロールベンダーによって行われる、請求項７に記載の製造方法。
【請求項9】
前記曲げ加工がプレス曲げによって行われる、請求項７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、主桁及びその製造方法、並びにセグメントに関する。
【背景技術】
【0002】
地山などに掘削穴を掘削又は開削穴を開削しつつ、当該穴の内面にセグメントを当該穴の周方向及び軸方向に複数連結して筒状壁体を形成することによってトンネルを構築するシールド工法が知られている。
このシールド工法に用いられるセグメントとしては、主桁、継手板などの部材から構成される鋼殻内にコンクリートを充填したセグメントが広く知られている。このセグメントに用いられる主桁は、トンネルの軸方向の両端に一対となるように配設されることから、その長さ方向がトンネルの曲率に対応する円弧形状に曲げ加工されている（特許文献１）。
このシールド工法に用いられるセグメントとしては、主桁、継手板などの部材から構成される鋼殻内にコンクリートを充填したセグメントが広く知られている。このセグメントに用いられる主桁は、トンネルの軸方向の両端に一対となるように配設されることから、その長さ方向がトンネルの曲率に対応する円弧形状に曲げ加工されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１２－１２８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、円弧形状の主桁を曲げ加工によって作製すると、バウシンガー効果によって主桁が早期に軟化してしまい、セグメントの強度が低下してしまう。なお、バウシンガー効果とは、所定の方向に応力を加えて塑性変形させた後、逆方向に応力を加えると、再び所定の応力を加えたときよりも小さい応力で塑性変形する現象のことをいう。
そのため、設計上必要な強度を確保するために、主桁の厚みを大きくすることにより、バウシンガー効果による強度の低下を抑制することが必要となる。しかしながら、主桁の厚みを大きくすると、セグメントの重量が増すため、セグメントの取扱い性が低下するとともに製造コストも増大する。
そのため、設計上必要な強度を確保するために、主桁の厚みを大きくすることにより、バウシンガー効果による強度の低下を抑制することが必要となる。しかしながら、主桁の厚みを大きくすると、セグメントの重量が増すため、セグメントの取扱い性が低下するとともに製造コストも増大する。
【0005】
他方、曲げ加工の代わりに、厚板材から円弧形状の主桁を切り出す方法を用いることが考えられる。しかしながら、この方法は、主桁を切り出した後の厚板材の無駄が多いため、歩留まりが低く、製造コストが増大する。
【0006】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、バウシンガー効果による軟化を抑制することができる安価な主桁及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、強度低下が起こり難い安価なセグメントを提供することを目的とする。
また、本発明は、強度低下が起こり難い安価なセグメントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、鋼材をトンネルの曲率よりも大きな曲率に曲げ加工した後に、トンネルの曲率に対応する設定曲率に曲げ戻すように曲げ加工することにより、バウシンガー効果による主桁の軟化を抑制し得るという知見を得た。また、本発明者らは、このようにして製造された主桁が、従来の主桁とは異なる特徴を有しているという知見を得た。本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至ったものである。
【0008】
すなわち、本発明は、トンネルを構築するセグメントに用いられる主桁であって、
前記主桁の長さ方向は、前記トンネルの曲率に対応する円弧形状を有し、
前記円弧形状の曲率を小さくする曲げを正曲げ、前記円弧形状の曲率を大きくする曲げを負曲げとした場合に、前記負曲げにおける初期曲げ剛性が、前記正曲げにおける初期曲げ剛性よりも小さい主桁である。
前記主桁の長さ方向は、前記トンネルの曲率に対応する円弧形状を有し、
前記円弧形状の曲率を小さくする曲げを正曲げ、前記円弧形状の曲率を大きくする曲げを負曲げとした場合に、前記負曲げにおける初期曲げ剛性が、前記正曲げにおける初期曲げ剛性よりも小さい主桁である。
【0009】
また、本発明は、前記主桁を備えるセグメントである。
【0010】
さらに、本発明は、トンネルを構築するセグメントに用いられる主桁の製造方法であって、
鋼材の長さ方向を前記トンネルの曲率よりも大きな曲率に曲げ加工する工程と、
前記鋼材の長さ方向を、前記トンネルの曲率に対応する設定曲率に曲げ戻すように曲げ加工する工程と
を含む製造方法である。
鋼材の長さ方向を前記トンネルの曲率よりも大きな曲率に曲げ加工する工程と、
前記鋼材の長さ方向を、前記トンネルの曲率に対応する設定曲率に曲げ戻すように曲げ加工する工程と
を含む製造方法である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、バウシンガー効果による軟化を抑制することができる安価な主桁及びその製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、強度低下が起こり難い安価なセグメントを提供することができる。
また、本発明によれば、強度低下が起こり難い安価なセグメントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態に係る主桁を備えるセグメントから構築されるトンネルの斜視図である。
【図2】本発明の実施形態に係る主桁を備えるセグメントの斜視図である。
【図3】本発明の実施形態に係る主桁の製造工程を説明するための概略図である。
【図4】２段階の曲げ加工によって製造された本発明の実施形態に係る主桁の曲率と曲げモーメントとの関係を表すグラフである。
【図5】１段階の曲げ加工によって製造された従来の主桁の曲率と曲げモーメントとの関係を表すグラフである。
【図6】２段階の曲げ加工によって製造された本発明の実施形態に係る主桁を備えるセグメントの曲率と曲げモーメントとの関係を表すグラフである。
【図7】１段階の曲げ加工によって製造された従来の主桁を備えるセグメントの曲率と曲げモーメントとの関係を表すグラフである。
【図8】異形形鋼の断面形状の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
【0014】
図１は、本発明の実施形態に係る主桁を備えるセグメントから構築されるトンネルの斜視図である。
図１に示されるように、トンネル１００は、複数のセグメント１がトンネル１００の軸方向Ｘ及び周方向Ｙで連結されることで構築される。すなわち、トンネル１００は、複数のセグメント１を組み合わせることによって構築される。
図１に示されるように、トンネル１００は、複数のセグメント１がトンネル１００の軸方向Ｘ及び周方向Ｙで連結されることで構築される。すなわち、トンネル１００は、複数のセグメント１を組み合わせることによって構築される。
【0015】
トンネル１００は、シールド工法などにより地山などを掘削して形成された掘削穴、又は地山などを開削して形成された開削穴に設けられる。トンネル１００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、その形状はこれに限定されず、略角筒形状などに形成されてもよい。
【0016】
トンネル１００は、複数のセグメント１が周方向Ｙに連結され、セグメントリング５０を形成することによって構築される。また、トンネル１００は、複数のセグメントリング５０が軸方向Ｘに連結されることで、トンネル１００の延長方向となる軸方向Ｘで略円筒形状などに形成される。
【0017】
トンネル１００は、複数のセグメントリング５０が軸方向Ｘに連結されることにより、トンネル１００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、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。
【0018】
セグメント１は、本発明の実施形態に係る主桁を備える。セグメント１において、主桁は、トンネル１００の軸方向Ｘの両端部に一対となるように配設することができる。セグメント１はコンクリートを更に備えることができる。
【0019】
ここで、典型的なセグメント１の斜視図を図２に示す。
図２に示されるように、セグメント１は、軸方向Ｘの両端部に配設される一対の主桁２と、周方向Ｙの両端部に配設される一対の継手板３とを備える。一対の主桁２は、軸方向Ｘに所定の間隔を空けて、互いに略平行に配設される。一対の継手板３は、周方向Ｙに所定の間隔を空けて、互いに傾斜などするように配設される。主桁２の周方向Ｙの両端部が、継手板３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２及び一対の継手板３に四方を取り囲まれた略箱状の鋼殻４が形成される。
図２に示されるように、セグメント１は、軸方向Ｘの両端部に配設される一対の主桁２と、周方向Ｙの両端部に配設される一対の継手板３とを備える。一対の主桁２は、軸方向Ｘに所定の間隔を空けて、互いに略平行に配設される。一対の継手板３は、周方向Ｙに所定の間隔を空けて、互いに傾斜などするように配設される。主桁２の周方向Ｙの両端部が、継手板３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２及び一対の継手板３に四方を取り囲まれた略箱状の鋼殻４が形成される。
【0020】
一対の主桁２及び一対の継手板３に取り囲まれた鋼殻４の内部にはコンクリート６が配置（充填）される。このようにして配置されたコンクリート６は、中詰めコンクリートと一般に称される。また、コンクリート６が配置されたセグメント１は、合成セグメントと一般に称される。
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のいずれか一方又は両方に、鋼殻４の内部を覆うようにスキンプレート５を設けることができる。
なお、図２は、地山側Ｚ１にスキンプレート５を設けた５面鋼殻を一例として示している。また、鋼殻４は、一対の主桁２から形成される２面鋼殻であってもよいし、一対の主桁２及び一対の継手板３から形成される４面鋼殻などであってもよい。さらに、図２において、コンクリート６は、一対の主桁２の間に配置されているが、コンクリート６内に主桁２を埋設するような構成としてもよい。
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のいずれか一方又は両方に、鋼殻４の内部を覆うようにスキンプレート５を設けることができる。
なお、図２は、地山側Ｚ１にスキンプレート５を設けた５面鋼殻を一例として示している。また、鋼殻４は、一対の主桁２から形成される２面鋼殻であってもよいし、一対の主桁２及び一対の継手板３から形成される４面鋼殻などであってもよい。さらに、図２において、コンクリート６は、一対の主桁２の間に配置されているが、コンクリート６内に主桁２を埋設するような構成としてもよい。
【0021】
主桁２は、長さ方向（周方向Ｙ）が、トンネル１００の曲率ｒBに対応する円弧形状を有する。このような形状を有する主桁２は、図３に示されるように、鋼材２０の長さ方向Ｌをトンネル１００の曲率ｒBよりも大きな曲率ｒAに曲げ加工する工程（以下、「第１曲げ加工工程」という）と、鋼材２０の長さ方向Ｌを、トンネル１００の曲率ｒBに対応する設定曲率に曲げ戻すように曲げ加工する工程（以下、「第２曲げ加工工程」という）とを含む方法によって製造することができる。このような２段階の曲げ加工を行うことにより、バウシンガー効果による主桁２の軟化を抑制することができる。そのため、鋼材２０の厚みを必要以上に大きくする必要がなく、製造コストを低減することができる。
【0022】
第１曲げ加工工程で曲げ加工される曲率ｒAは、トンネル１００の曲率ｒBよりも大きければ特に限定されず、トンネル１００の曲率ｒB、鋼材２０の厚みや材質などに応じて適宜設定すればよい。この曲率ｒAは、トンネル１００の曲率ｒBに対して、典型的に５％以上大きく、好ましくは７％以上大きく、より好ましくは９％以上大きい。
【0023】
第２曲げ加工工程において「トンネル１００の曲率ｒBに対応する設定曲率」とは、トンネル１００の曲率ｒBの±３％以内、好ましくは±２％以内の曲率のことを意味する。これは、実際の主桁２の製造においては、曲げ加工によるスプリングバック現象や、セグメント１を製造する際の主桁２の変形などを考慮する必要があるためである。したがって、第２曲げ加工工程では、トンネル１００の曲率ｒBに曲げ戻すように曲げ加工してもよいし、上記の点を考慮してトンネル１００の曲率ｒBよりも僅かに大きい又は小さい曲率に曲げ戻すように曲げ加工してもよい。
【0024】
第１曲げ加工工程及び第２曲げ加工工程において、曲げ加工の方法は、特に限定されず、公知の方法を用いて行うことができる。例えば、曲げ加工は、ロールベンダーによって行うことができる。ロールベンダーは、曲げ加工の設定量に自由度があるため、製造コストを低減することができる。また、曲げ加工は、プレス曲げによって行うことができる。プレス曲げは、曲げ加工量を一定とすることができるため、主桁２の品質を安定化させることができる。
【0025】
ここで、２段階の曲げ加工によって製造された主桁２の曲率と曲げモーメントとの関係を表すグラフを図４に示す。なお、主桁２は、ＪＩＳ Ｇ３１０１：２０１５に規定される一般構造用圧延鋼材（厚み２７ｍｍ）を用いて作製し、第１曲げ加工工程で曲げ加工される曲率ｒAは、トンネル１００の曲率ｒBに対して３０％大きくした。
また、１段階の曲げ加工によって製造された従来の主桁の曲率と曲げモーメントとの関係を表すグラフを図５に示す。なお、従来の主桁に用いた鋼材は、主桁２と同じものを用いた。
また、１段階の曲げ加工によって製造された従来の主桁の曲率と曲げモーメントとの関係を表すグラフを図５に示す。なお、従来の主桁に用いた鋼材は、主桁２と同じものを用いた。
【0026】
図４に示されるように、２段階の曲げ加工によって製造された主桁２は、負曲げにおける初期曲げ剛性が、正曲げにおける初期曲げ剛性よりも小さい。これに対して、１段階の曲げ加工（従来の曲げ加工）によって製造された従来の主桁は、図５に示されるように、負曲げにおける初期曲げ剛性が、正曲げにおける初期曲げ剛性よりも大幅に大きい。
ここで、本明細書において「正曲げ」とは、主桁２の曲率を小さくする曲げを意味し、「負曲げ」とは、主桁２の曲率を大きくする曲げを意味する。
また、本明細書において「初期曲げ剛性」とは、曲率が０～φmax（最大曲率）［ｍ-1］の領域の曲げモーメントの傾きのことを意味する。φmaxは、主桁２に用いられる鋼材２０の種類や主桁２の桁高に依存する。具体的には、φmaxは、以下の式（１）によって算出される。
φmax＝２εy／Ｈ ・・・（１）
式（１）中、εyは、鋼材２０の降伏応力度に達するときの歪を表し、Ｈは主桁２の桁高［ｍ］を表す。また、εyは、以下の式（２）によって算出される。
εy＝ｆy／Ｅ ・・・（２）
式（２）中、ｆyは鋼材２０の降伏応力度［Ｎ／ｍｍ2］を表し、Ｅは鋼材２０のヤング係数［Ｎ／ｍｍ2］を表す。
ここで、本明細書において「正曲げ」とは、主桁２の曲率を小さくする曲げを意味し、「負曲げ」とは、主桁２の曲率を大きくする曲げを意味する。
また、本明細書において「初期曲げ剛性」とは、曲率が０～φmax（最大曲率）［ｍ-1］の領域の曲げモーメントの傾きのことを意味する。φmaxは、主桁２に用いられる鋼材２０の種類や主桁２の桁高に依存する。具体的には、φmaxは、以下の式（１）によって算出される。
φmax＝２εy／Ｈ ・・・（１）
式（１）中、εyは、鋼材２０の降伏応力度に達するときの歪を表し、Ｈは主桁２の桁高［ｍ］を表す。また、εyは、以下の式（２）によって算出される。
εy＝ｆy／Ｅ ・・・（２）
式（２）中、ｆyは鋼材２０の降伏応力度［Ｎ／ｍｍ2］を表し、Ｅは鋼材２０のヤング係数［Ｎ／ｍｍ2］を表す。
【0027】
図４及び図５からわかるように、１段階の曲げ加工によって製造された従来の主桁は、バウシンガー効果により、正曲げにおける初期曲げ剛性が大きく低下してしまい、負曲げにおける初期曲げ剛性が正曲げにおける初期曲げ剛性よりも大きくなっている。これに対して、２段階の曲げ加工によって製造された主桁２は、正曲げにおける初期曲げ剛性が低下せず、負曲げにおける初期曲げ剛性が正曲げにおける初期曲げ剛性よりも小さくなっているが、その差異は１段階の曲げ加工によって製造された従来の主桁における差異と比較してかなり小さい。また、２段階の曲げ加工によって製造された主桁２は、正曲げ及び負曲げにおける曲げモーメントの両方を高く維持できているため、バウシンガー効果による軟化（強度低下）を抑制できていると考えられる。
【0028】
次に、２段階の曲げ加工によって製造された主桁２を備えるセグメント１の曲率と曲げモーメントとの関係を表すグラフを図６に示す。また、１段階の曲げ加工によって製造された従来の主桁の曲率と曲げモーメントとの関係を表すグラフを図７に示す。なお、この評価で用いた各セグメントは、スキンプレートを除く４面鋼殻を有し、その内部にコンクリートを配置した。
【0029】
図６に示されるように、２段階の曲げ加工によって製造された主桁２を備えるセグメント１は、負曲げモーメント及び正曲げモーメントの両方のピーク値が、平板（曲げ加工していない鋼材２０を用いて作製したセグメント）よりも大きい。したがって、２段階の曲げ加工によって製造された主桁２を用いることにより、正曲げ及び負曲げの両方に対する強度が良好であり、強度低下を起こり難くすることが可能となる。
これに対して、１段階の曲げ加工によって製造された従来の主桁を備えるセグメントは、図７に示されるように、負曲げモーメントのピーク値が平板よりも大きいものの、正曲げモーメントのピーク値が平板よりも小さくなっているとともに、負曲げモーメントと正曲げモーメントとのピーク値の差も大きい。したがって、１段階の曲げ加工によって製造された従来の主桁を用いた場合、正曲げに対する強度は良好であるものの、負曲げに対する強度が十分とはいえない。
これに対して、１段階の曲げ加工によって製造された従来の主桁を備えるセグメントは、図７に示されるように、負曲げモーメントのピーク値が平板よりも大きいものの、正曲げモーメントのピーク値が平板よりも小さくなっているとともに、負曲げモーメントと正曲げモーメントとのピーク値の差も大きい。したがって、１段階の曲げ加工によって製造された従来の主桁を用いた場合、正曲げに対する強度は良好であるものの、負曲げに対する強度が十分とはいえない。
【0030】
主桁２の製造に用いられる鋼材２０としては、特に限定されないが、形鋼を用いることが好ましい。形鋼を用いることにより、主桁２の製造が容易になる。
形鋼の例としては、平鋼、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼、山形鋼（Ｌ字鋼）などが挙げられる。特に、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼などを用いることにより、主桁２の桁高（幅）方向（法線方向Ｚ）端部に少なくとも１つのフランジ部を設けることができる。フランジ部を設けることにより、厚みを増大させることなく強度を高めることができるため、主桁２の製造コストを低減することができる。例えば、鋼材２０としてＨ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼などを用いることにより、主桁２の桁高方向に２つのフランジ部を設けることができる。また、鋼材２０として山形鋼（Ｌ字鋼）などを用いることにより、主桁２の桁高方向に１つのフランジ部を設けることができる。
形鋼の例としては、平鋼、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼、山形鋼（Ｌ字鋼）などが挙げられる。特に、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼などを用いることにより、主桁２の桁高（幅）方向（法線方向Ｚ）端部に少なくとも１つのフランジ部を設けることができる。フランジ部を設けることにより、厚みを増大させることなく強度を高めることができるため、主桁２の製造コストを低減することができる。例えば、鋼材２０としてＨ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼などを用いることにより、主桁２の桁高方向に２つのフランジ部を設けることができる。また、鋼材２０として山形鋼（Ｌ字鋼）などを用いることにより、主桁２の桁高方向に１つのフランジ部を設けることができる。
【0031】
或いは、鋼材２０として平鋼を用い、フランジ部となる鋼材を平鋼の桁高（幅）方向端部に接合することにより、主桁２の桁高方向（法線方向Ｚ）端部にフランジ部を設けてもよい。
フランジ部は、２段階の曲げ加工が行われていてもよいし行われていなくてもよい。フランジ部に２段階の曲げ加工を行う場合、フランジ部となる鋼材を平鋼の桁高方向端部に接合した後に、２段階の曲げ加工を行えばよい。また、フランジ部に２段階の曲げ加工を行わない場合、平鋼を２段階の曲げ加工した後に、フランジ部となる鋼材を平鋼の桁高方向端部に接合すればよい。
フランジ部は、２段階の曲げ加工が行われていてもよいし行われていなくてもよい。フランジ部に２段階の曲げ加工を行う場合、フランジ部となる鋼材を平鋼の桁高方向端部に接合した後に、２段階の曲げ加工を行えばよい。また、フランジ部に２段階の曲げ加工を行わない場合、平鋼を２段階の曲げ加工した後に、フランジ部となる鋼材を平鋼の桁高方向端部に接合すればよい。
【0032】
また、形鋼として異形形鋼を用いてもよい。なお、異形形鋼とは、非対称の断面形状を有する鋼材２０のことを意味する。異形形鋼としては、特に限定されないが、例えば、図８に示す断面形状のものが挙げられる。所定の断面形状の異形形鋼を用いることにより、所定の機能（コンクリート６と鋼殻４とのずれ止め、止水機能など）を主桁２に付与することができるため、セグメント１に必要とされる各種部品を省略化することができる。なお、異形形鋼を曲げ加工によって作製した主桁２の形状は、厚板材から当該形状を切り出すことによって作製することが難しいため、当該形状の主桁を、性能を担保しつつ低コストで作製するためには、２段階の曲げ加工を用いることが必要となる。
【0033】
主桁２に用いられる鋼材２０の種類としては、特に限定されないが、構造用鋼材を用いることができる。構造用鋼材の例としては、ＪＩＳ Ｇ３１０１：２０１５に規定される一般構造用圧延鋼材、ＪＩＳ Ｇ３１０６：２００８に規定される溶接構造用圧延鋼材などが挙げられる。
【0034】
主桁２（鋼材２０）の厚みとしては、トンネル１００の大きさなどに応じて適宜設定すればよいが、強度及び製造コストの観点から、典型的に９～６０ｍｍ、好ましくは１２～５０ｍｍである。
【0035】
上記のような特徴を有する主桁２は、バウシンガー効果による軟化を抑制することができ、しかも安価であるため、トンネル１００を構築するセグメント１に用いるのに適している。また、主桁２を備えるセグメント１は、バウシンガー効果による主桁２の軟化が抑制されているため、強度低下が起こり難く、しかも安価である。
【符号の説明】
【0036】
１ セグメント
２ 主桁
３ 継手板
４ 鋼殻
５ スキンプレート
６ コンクリート
２０ 鋼材
５０ セグメントリング
１００ トンネル
Ｌ 長さ方向
Ｓ 内部空間
Ｘ 軸方向
Ｙ 周方向
Ｚ 法線方向
Ｚ１ 地山側
Ｚ２ 内空側
２ 主桁
３ 継手板
４ 鋼殻
５ スキンプレート
６ コンクリート
２０ 鋼材
５０ セグメントリング
１００ トンネル
Ｌ 長さ方向
Ｓ 内部空間
Ｘ 軸方向
Ｙ 周方向
Ｚ 法線方向
Ｚ１ 地山側
Ｚ２ 内空側
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
