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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-20
(45)【発行日】2023-09-28
(54)【発明の名称】シールド用セグメントシステム
(51)【国際特許分類】
E21D 11/04 20060101AFI20230921BHJP
【ＦＩ】
E21D11/04 Z
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2019134079
(22)【出願日】2019-07-19
(65)【公開番号】P2021017740
(43)【公開日】2021-02-15
【審査請求日】2022-04-11
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000002174
【氏名又は名称】積水化学工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000148346
【氏名又は名称】株式会社錢高組
(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】100152272
【弁理士】
【氏名又は名称】川越 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100147267
【弁理士】
【氏名又は名称】大槻 真紀子
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼見 昂亮
(72)【発明者】
【氏名】坂本 博明
(72)【発明者】
【氏名】竹中 計行
(72)【発明者】
【氏名】西田 与志雄
(72)【発明者】
【氏名】尾関 孝人
(72)【発明者】
【氏名】原田 尚幸
(72)【発明者】
【氏名】八重島 吉典
【審査官】高橋 雅明
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１０００６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０５７１４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０８４３７５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｄ １１／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
シールドトンネルの円筒壁に用いられシールドマシンにより切削されるシールド用セグメントシステムであって、前記シールドトンネルの周方向に互いに突き合わせて配置された第１セグメント及び第２セグメントを備え、
前記第１セグメント及び前記第２セグメントは、
プラスチック発泡体を無機繊維で補強した板状の複数の複合材が、前記複数の複合材の厚さ方向が前記シールドトンネルの径方向に沿って配置され、前記円筒壁の一部を形成するように前記径方向に重ねて配置され、前記径方向において互いに隣り合う前記複合材同士が互いに接合されてなる接合体と、
前記接合体の前記周方向の端面を覆い、前記複数の複合材を互いに固定する樹脂層と、をそれぞれ備え、
前記第１セグメントが備える前記接合体における前記第２セグメントに対向する前記端面には、前記端面から凹んだ凹部が形成され、
前記第２セグメントが備える前記接合体における前記第１セグメントに対向する前記端面には、前記端面から突出し、前記凹部に対して前記径方向の両側にそれぞれ係合する凸部が形成され、
前記凹部は、前記第１セグメントが備える前記複数の複合材に跨って形成され、
前記第１セグメントは、前記複数の複合材それぞれの全てにわたって形成された複数の貫通孔全て内に配置され、前記複数の複合材を互いに固定する軸部材を備え、
前記凹部の前記径方向の長さに対する、前記第１セグメントが備える前記複数の複合材における前記第２セグメントに対向する前記端面と前記複数の貫通孔の軸線との距離の比は、０．５以上３以下であるシールド用セグメントシステム。
【請求項2】
前記凸部の前記径方向の長さに対する、前記第２セグメントの端面と前記軸線との距離の比は、０．５以上３以下である請求項１に記載のシールド用セグメントシステム。
【請求項3】
前記第２セグメントが備える前記複数の複合材における、前記凸部に対して前記径方向に隣り合う凸部隣接部は、前記第２セグメントが備える前記複数の複合材に跨ってそれぞれ形成されている請求項１に記載のシールド用セグメントシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シールド用セグメントシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、シールドマシンを用いてシールドトンネルを構築するシールド工法において、シールドトンネルの円筒壁にシールド用セグメント（セグメント）が用いられている（例えば、特許文献１参照）。シールド用セグメントには、シールドマシンにより切削されるものがある。一対のシールド用セグメントが接続されて構成されるシールド用セグメントシステムは、第１セグメントと、第２セグメントと、を備えている。
【0003】
第１セグメント及び第２セグメントは、複数の複合材と、複数の複合材を互いに固定する連結ボルト（軸部材）と、をそれぞれ備えている。各複合材は、プラスチック発泡体を無機繊維で補強してなる板状に形成され、複合材の厚さ方向がシールドトンネルの軸方向に沿うように配置されて、この軸方向に積層されている。
第１セグメントが備える複数の複合材における第２セグメントに対向する（周方向の）端面には、端面から凹んだ凹部が形成されている。第２セグメントが備える複数の複合材における第１セグメントに対向する端面には、端面から突出し、凹部に対してシールドトンネルの径方向の両側にそれぞれ係合する凸部が形成されている。凹部と凸部とが係合することで、第１セグメントと第２セグメントとが接続されている。
第１セグメントが備える複数の複合材における第２セグメントに対向する（周方向の）端面には、端面から凹んだ凹部が形成されている。第２セグメントが備える複数の複合材における第１セグメントに対向する端面には、端面から突出し、凹部に対してシールドトンネルの径方向の両側にそれぞれ係合する凸部が形成されている。凹部と凸部とが係合することで、第１セグメントと第２セグメントとが接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００４－０３６１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、各セグメントにおいて、複数の複合材が、各複合材の厚さ方向がシールドトンネルの径方向に沿うように配置されて積層されている場合には、各セグメント間の接続を凹部と凸部との係合により行うと、以下のような問題がある。すなわち、シールド用セグメントシステムに径方向のせん断力が作用した場合に、各セグメントの複数の複合材が径方向に剥がれ易くなる。
【0006】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、各セグメントの複数の複合材を径方向に剥がれ難くしたシールド用セグメントシステム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】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のシールド用セグメントシステムは、シールドトンネルの円筒壁に用いられシールドマシンにより切削されるシールド用セグメントシステムであって、前記シールドトンネルの周方向に互いに突き合わせて配置された第１セグメント及び第２セグメントを備え、前記第１セグメント及び前記第２セグメントは、プラスチック発泡体を無機繊維で補強した板状の複数の複合材が、前記複数の複合材の厚さ方向が前記シールドトンネルの径方向に沿って配置され、前記円筒壁の一部を形成するように前記径方向に重ねて配置され、前記径方向において互いに隣り合う前記複合材同士が互いに接合されてなる接合体と、前記接合体の前記周方向の端面を覆い、前記複数の複合材を互いに固定する樹脂層と、をそれぞれ備え、前記第１セグメントが備える前記接合体における前記第２セグメントに対向する前記端面には、前記端面から凹んだ凹部が形成され、前記第２セグメントが備える前記接合体における前記第１セグメントに対向する前記端面には、前記端面から突出し、前記凹部に対して前記径方向の両側にそれぞれ係合する凸部が形成され、前記凹部は、前記第１セグメントが備える前記複数の複合材に跨って形成され、前記第１セグメントは、前記複数の複合材それぞれの全てにわたって形成された複数の貫通孔全て内に配置され、前記複数の複合材を互いに固定する軸部材を備え、前記凹部の前記径方向の長さに対する、前記第１セグメントが備える前記複数の複合材における前記第２セグメントに対向する前記端面と前記複数の貫通孔の軸線との距離の比は、０．５以上３以下であることを特徴としている。
本発明のシールド用セグメントシステムは、シールドトンネルの円筒壁に用いられシールドマシンにより切削されるシールド用セグメントシステムであって、前記シールドトンネルの周方向に互いに突き合わせて配置された第１セグメント及び第２セグメントを備え、前記第１セグメント及び前記第２セグメントは、プラスチック発泡体を無機繊維で補強した板状の複数の複合材が、前記複数の複合材の厚さ方向が前記シールドトンネルの径方向に沿って配置され、前記円筒壁の一部を形成するように前記径方向に重ねて配置され、前記径方向において互いに隣り合う前記複合材同士が互いに接合されてなる接合体と、前記接合体の前記周方向の端面を覆い、前記複数の複合材を互いに固定する樹脂層と、をそれぞれ備え、前記第１セグメントが備える前記接合体における前記第２セグメントに対向する前記端面には、前記端面から凹んだ凹部が形成され、前記第２セグメントが備える前記接合体における前記第１セグメントに対向する前記端面には、前記端面から突出し、前記凹部に対して前記径方向の両側にそれぞれ係合する凸部が形成され、前記凹部は、前記第１セグメントが備える前記複数の複合材に跨って形成され、前記第１セグメントは、前記複数の複合材それぞれの全てにわたって形成された複数の貫通孔全て内に配置され、前記複数の複合材を互いに固定する軸部材を備え、前記凹部の前記径方向の長さに対する、前記第１セグメントが備える前記複数の複合材における前記第２セグメントに対向する前記端面と前記複数の貫通孔の軸線との距離の比は、０．５以上３以下であることを特徴としている。
【0008】
この発明によれば、凹部は第１セグメントが備える複数の複合材に跨って形成されているために、凹部の径方向の長さを調節できて凹部の径方向の強度が高くなる。また、第１セグメントを構成する複数の複合材の端面が樹脂層により覆われることで、複数の複合材が互いに固定されている。このように構成することで、径方向に作用するせん断力が集中しやすい凹部周辺の強度を高め、さらに互いに接合されている複数の複合材を樹脂層により固定して一体化し、第１セグメントの複数の複合材を径方向に剥がれ難くすることができる。
一方で、凸部が形成された第２セグメントについても、樹脂層により複数の複合材を互いに固定して一体化することで、第２セグメントの複数の複合材を径方向に剥がれ難くすることができる。
このように、各セグメントの複数の複合材が径方向に積層されている場合に、各セグメントの複数の複合材を径方向に剥がれ難くすることができる。
また、比を０．５以上にすることで、貫通孔により複数の複合材の周方向の端面の強度が低下するのを抑制することができる。そして、比を３以下にすることで、貫通孔内に配置される軸部材により複数の複合材の周方向の端面を径方向により剥がれ難くすることができる。
一方で、凸部が形成された第２セグメントについても、樹脂層により複数の複合材を互いに固定して一体化することで、第２セグメントの複数の複合材を径方向に剥がれ難くすることができる。
このように、各セグメントの複数の複合材が径方向に積層されている場合に、各セグメントの複数の複合材を径方向に剥がれ難くすることができる。
また、比を０．５以上にすることで、貫通孔により複数の複合材の周方向の端面の強度が低下するのを抑制することができる。そして、比を３以下にすることで、貫通孔内に配置される軸部材により複数の複合材の周方向の端面を径方向により剥がれ難くすることができる。
【0009】
また、上記のシールド用セグメントシステムにおいて、前記凸部の前記径方向の長さに対する、前記第２セグメントの端面と前記軸線との距離の比は、０．５以上３以下であってもよい。
【0010】
また、上記のシールド用セグメントシステムにおいて、前記第２セグメントが備える前記複数の複合材における、前記凸部に対して前記径方向に隣り合う凸部隣接部は、前記第２セグメントが備える前記複数の複合材に跨ってそれぞれ形成されていてもよい。
この発明によれば、凸部隣接部は複数の複合材に跨って形成されているために、凸部隣接部の径方向の長さを調節できて凸部隣接部の径方向の強度が高くなる。また、第２セグメントの複数の複合材の端面が樹脂層により覆われることで、複数の複合材が互いに固定されている。このように構成することで、径方向のせん断力が集中しやすい凸部隣接部周辺の強度を高めて樹脂層により複数の複合材を互いに固定して一体化し、第２セグメントの複数の複合材を径方向に剥がれ難くすることができる。
この発明によれば、凸部隣接部は複数の複合材に跨って形成されているために、凸部隣接部の径方向の長さを調節できて凸部隣接部の径方向の強度が高くなる。また、第２セグメントの複数の複合材の端面が樹脂層により覆われることで、複数の複合材が互いに固定されている。このように構成することで、径方向のせん断力が集中しやすい凸部隣接部周辺の強度を高めて樹脂層により複数の複合材を互いに固定して一体化し、第２セグメントの複数の複合材を径方向に剥がれ難くすることができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明のシールド用セグメントシステムによれば、各セグメントの複数の複合材を径方向に剥がれ難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明に係るシールド用セグメントシステムの一実施形態を、図１から図５を参照しながら説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態のシールド用セグメントシステム（以下、単にセグメントシステムと言う）１は、シールドマシン１１０を用いてシールドトンネル１００を構築するシールド工法において、シールドトンネル１００の円筒壁に用いられるセグメント環状体１０１，１０１Ａに含まれる構造である。例えば、シールドトンネル１００では、セグメント環状体１０１と、セグメント環状体１０１とは構成が異なるセグメント環状体１０１Ａと、がシールドトンネル１００の長手方向に交互に並べて配置されている。
以下ではまず、セグメント環状体１０１の構成について説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態のシールド用セグメントシステム（以下、単にセグメントシステムと言う）１は、シールドマシン１１０を用いてシールドトンネル１００を構築するシールド工法において、シールドトンネル１００の円筒壁に用いられるセグメント環状体１０１，１０１Ａに含まれる構造である。例えば、シールドトンネル１００では、セグメント環状体１０１と、セグメント環状体１０１とは構成が異なるセグメント環状体１０１Ａと、がシールドトンネル１００の長手方向に交互に並べて配置されている。
以下ではまず、セグメント環状体１０１の構成について説明する。
【0014】
以下では、シールドトンネル１００の軸線に直交するシールドトンネル１００の径方向を単に径方向と言い、この軸線回りに周回するシールドトンネル１００の周方向を単に周方向と言う。この軸線に沿うシールドトンネル１００の軸方向を、単に軸方向と言う。
セグメント環状体１０１は、円筒状に形成されている。例えば、セグメント環状体１０１の外径は３ｍ～２０ｍである。セグメント環状体１０１の厚さ（径方向の長さ）は、１００ｍｍ～６００ｍｍである。セグメント環状体１０１の軸方向の長さは、５００ｍｍ～１５００ｍｍである。
セグメント環状体１０１は、円筒状に形成されている。例えば、セグメント環状体１０１の外径は３ｍ～２０ｍである。セグメント環状体１０１の厚さ（径方向の長さ）は、１００ｍｍ～６００ｍｍである。セグメント環状体１０１の軸方向の長さは、５００ｍｍ～１５００ｍｍである。
【0015】
例えば、セグメント環状体１０１は、切削不能構造１０２と、セグメントシステム１と、を備えている。
切削不能構造１０２は、鉄又は鉄筋コンクリート等で形成され、軸方向に見てＣ字状を呈している。切削不能構造１０２は、シールドマシン１１０により切削されない、もしくは切削が困難である。一方で、セグメントシステム１は、シールドマシン１１０により切削される。すなわち、セグメント環状体１０１は、周方向の一部がシールドマシン１１０により切削され、周方向の残部がシールドマシン１１０により切削されない。
なお、セグメント環状体１０１，１０１Ａは、シールドトンネル１００の長手方向の一部に用いられればよい。シールドトンネル１００の長手方向の残部には、周方向のいずれの部分でもシールドマシン１１０により切削されないセグメント環状体が用いられる。
切削不能構造１０２は、鉄又は鉄筋コンクリート等で形成され、軸方向に見てＣ字状を呈している。切削不能構造１０２は、シールドマシン１１０により切削されない、もしくは切削が困難である。一方で、セグメントシステム１は、シールドマシン１１０により切削される。すなわち、セグメント環状体１０１は、周方向の一部がシールドマシン１１０により切削され、周方向の残部がシールドマシン１１０により切削されない。
なお、セグメント環状体１０１，１０１Ａは、シールドトンネル１００の長手方向の一部に用いられればよい。シールドトンネル１００の長手方向の残部には、周方向のいずれの部分でもシールドマシン１１０により切削されないセグメント環状体が用いられる。
【0016】
セグメントシステム１は、周方向に互いに突き合わせて配置された第１セグメント１０及び第２セグメント２０を備えている。すなわち、セグメントシステム１は、２つのセグメント１０，２０を備えている。なお、セグメントシステムは、３つ以上のセグメントを備えていてもよい。
図３及び図４に示すように、第１セグメント１０は、板状に形成された複数の複合材１１と、複数の複合材１１を互いに固定するピン１２及び樹脂層１３と、を備えている。なお、図３では第１セグメント１０と第２セグメント２０とを分解した状態を示している。第１セグメント１０は、２以上の自然数であるＮ１の複合材１１を備えている。第１セグメント１０は、６以上の複合材１１を備えていることが好ましい。
図３及び図４に示すように、第１セグメント１０は、板状に形成された複数の複合材１１と、複数の複合材１１を互いに固定するピン１２及び樹脂層１３と、を備えている。なお、図３では第１セグメント１０と第２セグメント２０とを分解した状態を示している。第１セグメント１０は、２以上の自然数であるＮ１の複合材１１を備えている。第１セグメント１０は、６以上の複合材１１を備えていることが好ましい。
【0017】
複合材１１は、プラスチック発泡体を無機繊維で補強してなる。例えば、プラスチック発泡体は、硬質ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂の発泡体である。無機繊維は、ガラス長繊維等である。複合材１１は、エスロンネオランバーＦＦＵ（登録商標、積水化学工業株式会社製）で形成することが好ましい。複合材１１は、複合材１１の厚さ方向に見たときに矩形状を呈する板状に形成されている。複合材１１には、複合材１１の厚さ方向に貫通する貫通孔１１ａが形成されている。例えば、貫通孔１１ａの内径は２４ｍｍである。
複合材１１は、複合材１１の厚さ方向が径方向に沿って配置されている。複合材１１は、切削不能構造１０２に沿って湾曲した形状に形成されている。
複数の複合材１１は、円筒壁の一部を形成するように径方向に重ねて配置され（積層され）ている。複数の複合材１１全体の厚さ（径方向の長さ）、及び切削不能構造１０２の厚さは、互いに同程度である。複数の複合材１１のうち、最も径方向内側に配置された複合材１１の径方向内側の表面の曲率半径、及び切削不能構造１０２の径方向内側の表面の曲率半径は、互いに同程度である。複数の複合材１１のうち、最も径方向外側に配置された複合材１１の径方向外側の表面の曲率半径、及び切削不能構造１０２の径方向外側の表面の曲率半径は、互いに同程度である。
複合材１１は、複合材１１の厚さ方向が径方向に沿って配置されている。複合材１１は、切削不能構造１０２に沿って湾曲した形状に形成されている。
複数の複合材１１は、円筒壁の一部を形成するように径方向に重ねて配置され（積層され）ている。複数の複合材１１全体の厚さ（径方向の長さ）、及び切削不能構造１０２の厚さは、互いに同程度である。複数の複合材１１のうち、最も径方向内側に配置された複合材１１の径方向内側の表面の曲率半径、及び切削不能構造１０２の径方向内側の表面の曲率半径は、互いに同程度である。複数の複合材１１のうち、最も径方向外側に配置された複合材１１の径方向外側の表面の曲率半径、及び切削不能構造１０２の径方向外側の表面の曲率半径は、互いに同程度である。
【0018】
複数の複合材１１に、さらにＦＲＰ板１５が積層されていてもよい。複数の複合材１１及びＦＲＰ板１５で、接合体１１Ａが構成される。
この例では、複数の複合材１１のさらに径方向内側、複数の複合材１１のさらに径方向外側、複数の複合材１１の間に適宜ＦＲＰ板１５が配置されている。例えば、ＦＲＰ板１５は、ガラス繊維及びエポキシ樹脂を用いて形成されている。ＦＲＰ板１５中のガラス繊維の含有量は、６５～８５質量％であることが好ましい。ＦＲＰ板１５は、シールドマシン１１０により切削される。
接合体１１Ａにおける第２セグメント２０に対向する（周方向の）端面１１Ａａには、端面１１Ａａから複数の複合材１１及の内側に向かって凹んだ第１凹部（凹部）１１Ａｂが形成されている。第１凹部１１Ａｂは、複数の複合材１１及び複数のＦＲＰ板１５の周方向の長さを調節することで形成されている。この例では、第１凹部１１Ａｂは、第１セグメント１０の径方向の中間部に、径方向に隣り合う複数の複合材１１に跨って（わたって）形成されている。より詳しくは、第１凹部１１Ａｂは、接合体１１Ａが備える複数の複合材１１全体の一部であって、複数（２以上（Ｎ１－２）以下）の複合材１１に跨って形成されている。第１凹部１１Ａｂは、２以上（Ｎ１－４）以下の複合材１１に跨って形成されていることが好ましい。
この例では、複数の複合材１１のさらに径方向内側、複数の複合材１１のさらに径方向外側、複数の複合材１１の間に適宜ＦＲＰ板１５が配置されている。例えば、ＦＲＰ板１５は、ガラス繊維及びエポキシ樹脂を用いて形成されている。ＦＲＰ板１５中のガラス繊維の含有量は、６５～８５質量％であることが好ましい。ＦＲＰ板１５は、シールドマシン１１０により切削される。
接合体１１Ａにおける第２セグメント２０に対向する（周方向の）端面１１Ａａには、端面１１Ａａから複数の複合材１１及の内側に向かって凹んだ第１凹部（凹部）１１Ａｂが形成されている。第１凹部１１Ａｂは、複数の複合材１１及び複数のＦＲＰ板１５の周方向の長さを調節することで形成されている。この例では、第１凹部１１Ａｂは、第１セグメント１０の径方向の中間部に、径方向に隣り合う複数の複合材１１に跨って（わたって）形成されている。より詳しくは、第１凹部１１Ａｂは、接合体１１Ａが備える複数の複合材１１全体の一部であって、複数（２以上（Ｎ１－２）以下）の複合材１１に跨って形成されている。第１凹部１１Ａｂは、２以上（Ｎ１－４）以下の複合材１１に跨って形成されていることが好ましい。
【0019】
接合体１１Ａにおいて、第１凹部１１Ａｂに対して径方向に隣り合う部分には、凹部隣接部１１Ａｃがそれぞれ形成されている。この例では、各凹部隣接部１１Ａｃは、接合体１１Ａが備える複数の複合材１１及び複数のＦＲＰ板１５全体の一部である、複合材１１複数及びＦＲＰ板１５複数に跨ってそれぞれ形成されている。より詳しくは、凹部隣接部１１Ａｃは、接合体１１Ａが備える複数の複合材１１全体の一部であって、複数（２以上（（Ｎ１－２）／２）以下）の複合材１１に跨って形成されている。
凹部隣接部１１Ａｃは、第１凹部１１Ａｂの底面よりも周方向に突出している。
凹部隣接部１１Ａｃは、第１凹部１１Ａｂの底面よりも周方向に突出している。
【0020】
径方向に隣り合う複合材１１同士、複合材１１とＦＲＰ板１５とは、エポキシ系等の接着剤（不図示）により互いに接合されている。この接着剤における主剤と硬化剤との配合比率は、質量比で１：１であることが好ましい。
【0021】
ピン１２は、複数の複合材１１の貫通孔１１ａ内及び複数のＦＲＰ板１５の貫通孔（符号省略）内にそれぞれ配置されている。ピン１２は、ＦＲＰ板１５と同一の材料で形成されている。例えば、ピン１２の外径は、（２３．８±０．３）ｍｍである。すなわち、ピン１２の外径は２３．５ｍｍ～２４．１ｍｍである。
ピン１２は、複数の複合材１１及びＦＲＰ板１５を径方向に貫通している。図４に示すように、ピン１２は軸方向に互いに間隔を空けて複数（本実施形態では３つ）配置されている。ピン１２の周囲に設けてピン１２と複合材１１及びＦＲＰ板１５とを接合する接着剤には、前記複合材１１同士等を接合する接着剤等が用いられる。
なお、第１セグメント１０における軸方向の各端部には、リングピン１６が配置されている。
ピン１２は、複数の複合材１１及びＦＲＰ板１５を径方向に貫通している。図４に示すように、ピン１２は軸方向に互いに間隔を空けて複数（本実施形態では３つ）配置されている。ピン１２の周囲に設けてピン１２と複合材１１及びＦＲＰ板１５とを接合する接着剤には、前記複合材１１同士等を接合する接着剤等が用いられる。
なお、第１セグメント１０における軸方向の各端部には、リングピン１６が配置されている。
【0022】
樹脂層１３は、比較的強度が高く形成されている。例えば、樹脂層１３は、ポリオール及びイソシアネートを含むウレタン樹脂に、水酸化アルミニウム粉末等のフィラーを加えた塗料を、端面１１Ａａ及び第１凹部１１Ａｂを規定する複数の複合材１１の表面（以下、第１凹部１１Ａｂの内面と言う）に塗布して形成されている。ポリオール、イソシアネート、フィラー配合比率は、質量比で１：０．３～０．７：１．５～２程度であることが好ましい。樹脂層１３の厚さは、５ｍｍ以上であることが好ましい。
図３に示すように、樹脂層１３は、端面１１Ａａ及び第１凹部１１Ａｂの内面を覆っている。樹脂層１３には、第１凹部１１Ａｂに対応して、第２凹部１３ａが形成されている。
第１セグメント１０は、第１セグメント１０の厚さ方向が径方向に沿うように配置されている。
図３に示すように、樹脂層１３は、端面１１Ａａ及び第１凹部１１Ａｂの内面を覆っている。樹脂層１３には、第１凹部１１Ａｂに対応して、第２凹部１３ａが形成されている。
第１セグメント１０は、第１セグメント１０の厚さ方向が径方向に沿うように配置されている。
【0023】
ここで、第１凹部１１Ａｂの周方向の長さをＤ１（ｍｍ）とし、第１凹部１１Ａｂの径方向の長さをＨ１（ｍｍ）とする。端面１１Ａａと、複合材１１に形成された貫通孔１１ａの軸線との距離を、Ｌ１（ｍｍ）とする。ピン１２は、複数の複合材１１の貫通孔１１ａ内及び複数のＦＲＰ板１５の貫通孔（符号省略）内にそれぞれ配置されている。ピン１２は、複合材１１及び複数のＦＲＰ板１５を互いに固定する。
このとき、長さＨ１は３０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下であることが好ましい。長さＤ１に対する長さＨ１の比（Ｈ１／Ｄ１）は、１以上３以下であることが好ましい。長さＨ１に対する距離Ｌ１の比（Ｌ１／Ｈ１）は、０．５以上３以下であることが好ましい。
このとき、長さＨ１は３０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下であることが好ましい。長さＤ１に対する長さＨ１の比（Ｈ１／Ｄ１）は、１以上３以下であることが好ましい。長さＨ１に対する距離Ｌ１の比（Ｌ１／Ｈ１）は、０．５以上３以下であることが好ましい。
【0024】
図３及び図４に示すように、第２セグメント２０は、第１セグメント１０と同様に構成されている。第２セグメント２０は、第１セグメント１０の複合材１１、ピン１２、樹脂層１３、ＦＲＰ板１５、リングピン１６と同様に構成された複合材２１、ピン２２、樹脂層２３、ＦＲＰ板２５、リングピン２６をそれぞれ備えている。
第２セグメント２０は、２以上の自然数であるＮ２の複合材２１を備えている。第２セグメント２０は、６以上の複合材２１を備えることが好ましい。複数の複合材２１及びＦＲＰ板２５で、接合体２１Ａが構成される。
樹脂層２３、ＦＲＰ板２５の周方向の長さは、樹脂層１３、ＦＲＰ板１５の周方向の長さよりもそれぞれ短い。すなわち、第２セグメント２０の周方向の長さは第１セグメント１０の周方向の長さよりも短い（図１参照）。
接合体２１Ａにおける第１セグメント１０に対向する（周方向の）端面２１Ａａには、端面２１Ａａから突出したほぞである第１凸部（凸部）２１Ａｂが形成されている。第１凸部２１Ａｂは、複数の複合材２１及び複数のＦＲＰ板２５の周方向の長さを調節することで形成されている。この例では、第１凸部２１Ａｂは、第２セグメント２０の径方向の中間部に、複数の複合材２１に跨って形成されている。より詳しくは、第１凸部２１Ａｂは、第２セグメント２０が備える複数の複合材２１全体の一部であって、複数（２以上（Ｎ２－２）以下）の複合材２１に跨って形成されている。
第２セグメント２０は、２以上の自然数であるＮ２の複合材２１を備えている。第２セグメント２０は、６以上の複合材２１を備えることが好ましい。複数の複合材２１及びＦＲＰ板２５で、接合体２１Ａが構成される。
樹脂層２３、ＦＲＰ板２５の周方向の長さは、樹脂層１３、ＦＲＰ板１５の周方向の長さよりもそれぞれ短い。すなわち、第２セグメント２０の周方向の長さは第１セグメント１０の周方向の長さよりも短い（図１参照）。
接合体２１Ａにおける第１セグメント１０に対向する（周方向の）端面２１Ａａには、端面２１Ａａから突出したほぞである第１凸部（凸部）２１Ａｂが形成されている。第１凸部２１Ａｂは、複数の複合材２１及び複数のＦＲＰ板２５の周方向の長さを調節することで形成されている。この例では、第１凸部２１Ａｂは、第２セグメント２０の径方向の中間部に、複数の複合材２１に跨って形成されている。より詳しくは、第１凸部２１Ａｂは、第２セグメント２０が備える複数の複合材２１全体の一部であって、複数（２以上（Ｎ２－２）以下）の複合材２１に跨って形成されている。
【0025】
接合体２１Ａにおいて、第１凸部２１Ａｂに対して径方向に隣り合う部分には、凸部隣接部２１Ａｃがそれぞれ形成されている。この例では、各凸部隣接部２１Ａｃは、接合体２１Ａが備える複数の複合材２１及び複数のＦＲＰ板２５全体の一部である、複合材１１複数及びＦＲＰ板１５複数に跨ってそれぞれ形成されている。より詳しくは、凸部隣接部２１Ａｃは、接合体２１Ａが備える複数の複合材２１全体の一部であって、複数（２以上（（Ｎ２－２）／２）以下）の複合材２１に跨って形成されている。
ピン２２は、複数の複合材２１の貫通孔２１ａ内及び複数のＦＲＰ板２５の貫通孔（符号省略）内にそれぞれ配置されている。ピン２２は、複数の複合材２１及び複数のＦＲＰ板２５を互いに固定している。
ピン２２は、複数の複合材２１の貫通孔２１ａ内及び複数のＦＲＰ板２５の貫通孔（符号省略）内にそれぞれ配置されている。ピン２２は、複数の複合材２１及び複数のＦＲＰ板２５を互いに固定している。
【0026】
ここで、第１凸部２１Ａｂの周方向の長さをＤ２（ｍｍ）とし、第１凸部２１Ａｂの径方向の長さをＨ２（ｍｍ）とする。端面２１Ａａと、複合材２１に形成された貫通孔２１ａの軸線との距離を、Ｌ２（ｍｍ）とする。ピン２２は、複数の複合材２１の貫通孔２１ａ内及び複数のＦＲＰ板２５の貫通孔（符号省略）内にそれぞれ配置されている。ピン２２は、複合材２１及び複数のＦＲＰ板２５を互いに固定する。
このとき、長さＨ２は３０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下であることが好ましい。長さＤ２に対する長さＨ２の比（Ｈ２／Ｄ２）は、１以上３以下であることが好ましい。長さＨ２に対する距離Ｌ２の比（Ｌ２／Ｈ２）は、０．５以上３以下であることが好ましい。
樹脂層２３は、端面２１Ａａ及び第１凸部２１Ａｂの表面に、前記塗料を塗布して形成されている。樹脂層２３は、端面２１Ａａ及び第１凸部２１Ａｂの表面を覆っている。樹脂層２３には、第１凸部２１Ａｂに対応して、第２凸部２３ａが形成されている。
このとき、長さＨ２は３０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下であることが好ましい。長さＤ２に対する長さＨ２の比（Ｈ２／Ｄ２）は、１以上３以下であることが好ましい。長さＨ２に対する距離Ｌ２の比（Ｌ２／Ｈ２）は、０．５以上３以下であることが好ましい。
樹脂層２３は、端面２１Ａａ及び第１凸部２１Ａｂの表面に、前記塗料を塗布して形成されている。樹脂層２３は、端面２１Ａａ及び第１凸部２１Ａｂの表面を覆っている。樹脂層２３には、第１凸部２１Ａｂに対応して、第２凸部２３ａが形成されている。
【0027】
図５に示すように、第２セグメント２０の第２凸部２３ａは、第１セグメント１０の第２凹部１３ａ内に配置されている。第２凸部２３ａは、第２凹部１３ａ（第２凹部１３ａを規定する樹脂層１３の表面）に対して径方向の両側にそれぞれ係合する。すなわち、第１凸部２１Ａｂは、樹脂層１３，２３を介して第１凹部１１Ａｂ（第１凹部１１Ａｂの内面）に対して径方向の両側にそれぞれ係合する。第２凸部２３ａが第２凹部１３ａに係合することで、第１セグメント１０と第２セグメント２０とが接続されている。
【0028】
第１セグメント１０における第２凹部１３ａとは周方向の反対側の端部は、切削不能構造１０２における周方向の第１端部に固定されている。第２セグメント２０における第２凸部２３ａとは周方向の反対側の端部は、切削不能構造１０２における周方向の第１端部とは反対の第２端部に固定されている。
【0029】
次に、セグメント環状体１０１Ａについて説明する。
図２に示すように、セグメント環状体１０１Ａは円筒状に形成されている。セグメント環状体１０１Ａは、セグメント環状体１０１と同様に、切削不能構造１０２及びセグメントシステム１を備えているが、切削不能構造１０２に対するセグメントシステム１の配置がセグメント環状体１０１とは異なる。
セグメント環状体１０１Ａでは、切削不能構造１０２の第１端部には、第２セグメント２０における第２凸部２３ａとは周方向の反対側の端部が固定されている。切削不能構造１０２の第２端部には、第１セグメント１０における第２凹部１３ａとは周方向の反対側の端部が固定されている。セグメント環状体１０１とセグメント環状体１０１Ａとでは、切削不能構造１０２の周方向の位置が変わらないように配置されている。第１セグメント１０の周方向の長さと第２セグメント２０の周方向の長さとは互いに異なるため、セグメント環状体１０１における第１セグメント１０と第２セグメント２０とが接続されている周方向の位置と、セグメント環状体１０１Ａにおける第１セグメント１０と第２セグメント２０とが接続されている周方向の位置とがずれている。
これにより、セグメント環状体１０１，１０１Ａにおける、他の部分よりも強度が低下すると考えられる第１セグメント１０と第２セグメント２０とが接続されている部分が、軸方向に連続しないように構成することができる。
図２に示すように、セグメント環状体１０１Ａは円筒状に形成されている。セグメント環状体１０１Ａは、セグメント環状体１０１と同様に、切削不能構造１０２及びセグメントシステム１を備えているが、切削不能構造１０２に対するセグメントシステム１の配置がセグメント環状体１０１とは異なる。
セグメント環状体１０１Ａでは、切削不能構造１０２の第１端部には、第２セグメント２０における第２凸部２３ａとは周方向の反対側の端部が固定されている。切削不能構造１０２の第２端部には、第１セグメント１０における第２凹部１３ａとは周方向の反対側の端部が固定されている。セグメント環状体１０１とセグメント環状体１０１Ａとでは、切削不能構造１０２の周方向の位置が変わらないように配置されている。第１セグメント１０の周方向の長さと第２セグメント２０の周方向の長さとは互いに異なるため、セグメント環状体１０１における第１セグメント１０と第２セグメント２０とが接続されている周方向の位置と、セグメント環状体１０１Ａにおける第１セグメント１０と第２セグメント２０とが接続されている周方向の位置とがずれている。
これにより、セグメント環状体１０１，１０１Ａにおける、他の部分よりも強度が低下すると考えられる第１セグメント１０と第２セグメント２０とが接続されている部分が、軸方向に連続しないように構成することができる。
【0030】
次に、以上のように構成されたセグメントシステム１を用いた施工の手順について説明する。
まず、シールドマシン１１０の発進時について説明する。シールドトンネル１００に用いられるセグメント環状体１０１，１０１Ａにおけるセグメントシステム１をシールドマシン１１０で切削する。そして、シールドトンネル１００の外側の地盤をシールドマシン１１０で切削し、地盤にシールドトンネルを形成する。例えば、予め分割されている一般的なセグメント環状体をシールドマシン１１０内で組立て、施工する。このようにシールドマシン１１０で地盤を切削しつつ施工し、地中にシールドトンネル１００から延びる別のシールドトンネルを施工していく。
次に、シールドマシン１１０の到達時について説明する。シールドマシン１１０は、シールドトンネル１００、具体的にはその円筒壁を構成するセグメントシステム１に向けて、地盤を切削し別のシールドトンネルを形成しながら進む。シールドマシン１１０がシールドトンネル１００の外方から突き当たると、セグメントシステム１を切削する。そして、シールドトンネル１００と別のシールドトンネルとを連通させる。
まず、シールドマシン１１０の発進時について説明する。シールドトンネル１００に用いられるセグメント環状体１０１，１０１Ａにおけるセグメントシステム１をシールドマシン１１０で切削する。そして、シールドトンネル１００の外側の地盤をシールドマシン１１０で切削し、地盤にシールドトンネルを形成する。例えば、予め分割されている一般的なセグメント環状体をシールドマシン１１０内で組立て、施工する。このようにシールドマシン１１０で地盤を切削しつつ施工し、地中にシールドトンネル１００から延びる別のシールドトンネルを施工していく。
次に、シールドマシン１１０の到達時について説明する。シールドマシン１１０は、シールドトンネル１００、具体的にはその円筒壁を構成するセグメントシステム１に向けて、地盤を切削し別のシールドトンネルを形成しながら進む。シールドマシン１１０がシールドトンネル１００の外方から突き当たると、セグメントシステム１を切削する。そして、シールドトンネル１００と別のシールドトンネルとを連通させる。
【0031】
以上説明したように、本実施形態のセグメントシステム１によれば、第１凸部２１Ａｂは第２セグメント２０が備える複数の複合材２１に跨って形成されているために、第１凸部２１Ａｂの径方向の長さを調節できて第１凸部２１Ａｂの径方向の強度が高くなる。また、第２セグメント２０を構成する複数の複合材２１の端面２１Ａａが樹脂層２３により覆われることで、複数の複合材２１が互いに固定されている。このように構成することで、径方向に作用するせん断力が集中しやすい第１凸部２１Ａｂ周辺の強度を高め、さらに互いに接合されている複数の複合材２１を樹脂層２３により固定して一体化し、第２セグメント２０の複数の複合材２１を径方向に剥がれ難くすることができる。
一方で、第１凹部１１Ａｂが形成された第１セグメント１０についても、樹脂層１３により複数の複合材１１を互いに固定して一体化することで、第１セグメント１０の複数の複合材１１を径方向に剥がれ難くすることができる。
このように、セグメント１０，２０の複数の複合材１１，２１が径方向にそれぞれ積層されている場合に、セグメント１０，２０の複数の複合材１１，２１を径方向に剥がれ難くすることができる。
一方で、第１凹部１１Ａｂが形成された第１セグメント１０についても、樹脂層１３により複数の複合材１１を互いに固定して一体化することで、第１セグメント１０の複数の複合材１１を径方向に剥がれ難くすることができる。
このように、セグメント１０，２０の複数の複合材１１，２１が径方向にそれぞれ積層されている場合に、セグメント１０，２０の複数の複合材１１，２１を径方向に剥がれ難くすることができる。
【0032】
セグメントシステム１が接合体１１Ａ，２１Ａの端面１１Ａａ，２１Ａａを覆う樹脂層１３，２３を備えることで、セグメント１０，２０の周方向の端面が比較的高い精度の平滑面に仕上がる。従って、第２凸部２３ａの片当たりを防止し、セグメント環状体１０１に軸方向に作用する圧縮力を確実に伝達させることができる。
セグメントシステム１のセグメント１０，２０間では、せん断力及び軸方向の圧縮力を伝達できる。さらにセグメント１０，２０間が精度良く接続されているため、セグメント１０，２０間の止水性が確保できる。また、セグメント１０，２０間を接着剤を用いずに接続できるため、セグメントシステム１の組立てに要する時間を短縮することができる。
第２セグメント２０がピン２２を備えることで、径方向に作用するせん断力により第２セグメント２０にクラック（亀裂）が発生するのを防止して、第２セグメント２０の耐力を向上させることができる。
セグメントシステム１のセグメント１０，２０間では、せん断力及び軸方向の圧縮力を伝達できる。さらにセグメント１０，２０間が精度良く接続されているため、セグメント１０，２０間の止水性が確保できる。また、セグメント１０，２０間を接着剤を用いずに接続できるため、セグメントシステム１の組立てに要する時間を短縮することができる。
第２セグメント２０がピン２２を備えることで、径方向に作用するせん断力により第２セグメント２０にクラック（亀裂）が発生するのを防止して、第２セグメント２０の耐力を向上させることができる。
【0033】
凹部隣接部１１Ａｃは複数の複合材１１に跨って形成されているために、凹部隣接部１１Ａｃの径方向の長さを調節できて凹部隣接部１１Ａｃの径方向の強度が高くなる。また、第１セグメント１０を構成する接合体１１Ａの端面１１Ａａが樹脂層１３により覆われることで、複数の複合材１１が互いに固定されている。このように構成することで、径方向のせん断力が集中しやすい凹部隣接部１１Ａｃ周辺の強度を高めて樹脂層１３により複数の複合材１１を互いに固定して一体化し、第１セグメント１０の複数の複合材１１を径方向に剥がれ難くすることができる。
第１凸部２１Ａｂの径方向の長さＨ２に対する端面２１Ａａと貫通孔２１ａの軸線との距離Ｌ２の比（Ｌ２／Ｈ２）は、０．５以上３以下である。この比を０．５以上にすることで、貫通孔２１ａにより複数の複合材２１の周方向の端面の強度が低下するのを抑制することができる。そして、比を３以下にすることで、貫通孔２１ａ内に配置されるピン２２により複数の複合材２１の周方向の端面を径方向により剥がれ難くすることができる。
第１凸部２１Ａｂの径方向の長さＨ２に対する端面２１Ａａと貫通孔２１ａの軸線との距離Ｌ２の比（Ｌ２／Ｈ２）は、０．５以上３以下である。この比を０．５以上にすることで、貫通孔２１ａにより複数の複合材２１の周方向の端面の強度が低下するのを抑制することができる。そして、比を３以下にすることで、貫通孔２１ａ内に配置されるピン２２により複数の複合材２１の周方向の端面を径方向により剥がれ難くすることができる。
【0034】
凸部隣接部２１Ａｃは複数の複合材２１に跨って形成されているために、凸部隣接部２１Ａｃの径方向の長さを調節できて凸部隣接部２１Ａｃの径方向の強度が高くなる。また、第２セグメント２０の複数の複合材２１の端面２１Ａａが樹脂層２３により覆われることで、複数の複合材２１が互いに固定されている。このように構成することで、径方向のせん断力が集中しやすい凸部隣接部２１Ａｃ周辺の強度を高めて樹脂層２３により複数の複合材２１を互いに固定して一体化し、第２セグメント２０の複数の複合材２１を径方向に剥がれ難くすることができる。
第１凹部１１Ａｂの径方向の長さＨ２に対する端面１１Ａａと貫通孔１１ａの軸線との距離Ｌ１の比（Ｌ１／Ｈ１）は、０．５以上３以下である。この比を０．５以上にすることで、貫通孔１１ａにより複数の複合材１１の周方向の端面の強度が低下するのを抑制することができる。そして、比を３以下にすることで、貫通孔１１ａ内に配置されるピン１２により複数の複合材１１の周方向の端面を径方向により剥がれ難くすることができる。
第１凹部１１Ａｂの径方向の長さＨ２に対する端面１１Ａａと貫通孔１１ａの軸線との距離Ｌ１の比（Ｌ１／Ｈ１）は、０．５以上３以下である。この比を０．５以上にすることで、貫通孔１１ａにより複数の複合材１１の周方向の端面の強度が低下するのを抑制することができる。そして、比を３以下にすることで、貫通孔１１ａ内に配置されるピン１２により複数の複合材１１の周方向の端面を径方向により剥がれ難くすることができる。
【0035】
以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、凹部隣接部は、第１セグメント１０が備える１の複合材１１により形成されてもよい。凸部隣接部についても、同様である。
比（Ｌ１／Ｈ１）は、０．５未満であってもよいし、３を超えてもよい。比（Ｌ２／Ｈ２）についても、同様である。
軸部材はピン１２，２２であるとしたが、軸部材はボルト等であってもよい。
第１セグメント１０はピン１２、ＦＲＰ板１５、及びリングピン１６を備えなくてもよいし、第２セグメント２０はピン２２、ＦＲＰ板２５、及びリングピン２６を備えなくてもよい。
例えば、前記実施形態では、凹部隣接部は、第１セグメント１０が備える１の複合材１１により形成されてもよい。凸部隣接部についても、同様である。
比（Ｌ１／Ｈ１）は、０．５未満であってもよいし、３を超えてもよい。比（Ｌ２／Ｈ２）についても、同様である。
軸部材はピン１２，２２であるとしたが、軸部材はボルト等であってもよい。
第１セグメント１０はピン１２、ＦＲＰ板１５、及びリングピン１６を備えなくてもよいし、第２セグメント２０はピン２２、ＦＲＰ板２５、及びリングピン２６を備えなくてもよい。
【符号の説明】
【0036】
１ セグメントシステム（シールド用セグメントシステム）
１０ 第１セグメント
１１，２１ 複合材
１１ａ 貫通孔
１１Ａ，２１Ａ 接合体
１１Ａｂ 第１凹部（凹部）
１２ ピン（軸部材）
１３，２３ 樹脂層
２０ 第２セグメント
２１Ａｂ 第１凸部（凸部）
２１Ａｃ 凸部隣接部
１００ シールドトンネル
１１０ シールドマシン
１０ 第１セグメント
１１，２１ 複合材
１１ａ 貫通孔
１１Ａ，２１Ａ 接合体
１１Ａｂ 第１凹部（凹部）
１２ ピン（軸部材）
１３，２３ 樹脂層
２０ 第２セグメント
２１Ａｂ 第１凸部（凸部）
２１Ａｃ 凸部隣接部
１００ シールドトンネル
１１０ シールドマシン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】