353セグメントピース及びこのセグメントピースを備えた覆工体、並びにトンネルセグメントピース及びこのセグメントピースを備えた覆工体、並びにトンネル【課題】継手を取り付ける箇所は肉厚で、それ以外は最小限の厚さからなり、かつ、所定の建築限界を確保しつつ、掘削断面径を小さくすることが可能なセグメントピース及びこのセグメントピースを備えた覆工体、並びにこの覆工体を備えたトンネルを提供する。【解決手段】セグメントピースA1及びA2、B1、B2は、土水圧等の外力に対抗して円形トンネル1の形状を保持するために必要な最小限の厚さの薄肉部9と、この薄肉部9よりも肉厚で、周方向に隣接するセグメントピースA1、A2、B1、B2、Kを連結するためのピース継手11が取り付けられるピース継手用肉厚部13と、薄肉部9よりも肉厚で、軸方向に隣接するセグメントピースA1’、A2’、B1’、B2’、Kを連結するためのリング継手15が取り付けられるリング継手用肉厚部17とをそれぞれ備える。矩形の必要内空断面(以下、建築限界という)が設定されたトンネルは、矩形シールド機でトンネルを掘削するとともに、矩形セグメントでトンネル内を覆工し、この矩形用セグメントの内周断面形状が建築限界と略同一になるように構築されていた。【0003】しかし、矩形シールド機及び矩形セグメントは高価なために、設備や材料等にコストがかかりトンネルの施工費が高くなるという問題点があった。【0004】そこで、矩形の建築限界が設定されたトンネルを安価に構築することを目的として、円形シールド機でトンネルを掘削するとともに、環状セグメントでトンネル内を覆工し、底部にインバートを設けて、環状セグメント及びインバートにて囲まれた内周断面形状が建築限界よりもやや大きくなるようにトンネルを構築する方法が用いられている。特許文献1には、円形シールド機でトンネルを掘削して同一厚さの環状セグメント及びインバート用セグメントでトンネル内を覆工し、トンネルを構築する方法が開示されている。これは、インバート部の形状を有するセグメントを新たに製作し、このインバート用セグメントを環状セグメントと同時にトンネル内に覆工することにより短時間でトンネルを構築する方法である。【0005】しかしながら、円形シールド機でトンネルを掘削するとともに、同一厚さの環状セグメントでトンネル内を覆工する場合において、直径が約3〜4m以下のトンネルでは、トンネルの形状を保持するために必要な最小限の厚さを有するセグメントピースで環状セグメントを構築しようとすると、セグメントピース同士を連結するための継手をセグメントピースに取り付けることが困難になる。継手を取り付けるには継手の寸法に加えて所定の被り厚が必要であり、この厚さ(=継手の寸法+所定の被り厚)より薄いセグメントピースの連結部には継手を取り付けることができないという問題点があった。そこで、継手を取り付けることができる程度にセグメントピースを厚くしなければならず、必要以上にコンクリート、骨材等の材料費がかかるという問題点があった。【0006】さらに、建築限界に環状セグメントがはみ出すことは許されないので、セグメントピースが厚くなった分だけ掘削断面径を大きくしなければならず、掘削土量が多くなる。掘削土量が多くなると工期が長くなるとともに、施工費が高くなるという問題点があった。【0007】そこで、本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、継手を取り付ける箇所は肉厚で、それ以外は最小限の厚さからなり、かつ、所定の建築限界を確保しつつ、掘削断面径を小さくすることが可能なセグメントピース及びこのセグメントピースを備えた覆工体、並びにこの覆工体を備えたトンネルを提供することを目的とする。前記目的を達成するため、本発明のセグメントピースは、トンネルの周方向及び軸方向に連結されて環状の覆工体を形成するためのセグメントピースであって、前記トンネルの径方向の厚さが他部位より小さい少なくとも一つの薄肉部を周方向の所定の位置に有することを特徴とする(第1の発明)。本発明によるセグメントピースによれば、径方向の厚さが周方向に不均一で、薄肉部は薄く、他部位は必要に応じて薄肉部よりも肉厚に形成されているため、従来よりも少ない量の材料でセグメントピースを製作することが可能となる。したがって、材料費を削減することが可能となる。第2の発明は、第1の発明において、前記薄肉部は、土水圧等の外力に対抗して前記トンネルの形状を保持するために必要な最小限の厚さを有することを特徴とする。本発明によるセグメントピースによれば、薄肉部はトンネルの形状を保持するために必要な最小限の厚さを有していることに加え、他部位は薄肉部よりも肉厚であるため、このセグメントピースを用いることによりトンネルを確実に保持することが可能な覆工体を構築することが可能となる。第3の発明は、第1の発明において、前記他部位は、周方向に隣接するセグメントピースを連結するためのピース継手が取り付けられるピース継手用肉厚部と、軸方向に隣接するセグメントピースを連結するためのリング継手が取り付けられるリング継手用肉厚部とを含むことを特徴とする。本発明によるセグメントピースによれば、薄肉部よりも肉厚なピース継手用肉厚部及びリング継手用肉厚部を有するので、ピース継手及びリング継手をセグメントピースに取り付けることが可能となる。第4の発明は、第3の発明において、前記ピース継手用肉厚部は、前記セグメントピースの周方向の両端部に設けられることを特徴とする。本発明によるセグメントピースによれば、ピース継手用肉厚部をセグメントピースの周方向の両端部に設けることにより、セグメントピース同士の連結部周辺の強度を大きくすることができる。したがって、土水圧により発生し、連結部に作用する断面力に対する耐力を向上させることが可能となる。第5の発明は、第3の発明において、前記リング継手用肉厚部は、前記セグメントピースの軸方向の両端部に設けられることを特徴とする。本発明によるセグメントピースによれば、リング継手用肉厚部をセグメントピースの軸方向の両端部に設けることにより、セグメントピース同士の連結部周辺の強度を大きくすることができる。したがって、土水圧により発生し、連結部に作用する断面力に対する耐力を向上させることが可能となる。第6の発明は、第1の発明において、前記所定の位置は、前記覆工体が所定の建築限界に最も近接する位置であることを特徴とする。本発明によるセグメントピースによれば、薄肉部は、覆工体が所定の建築限界に最も近接する位置に配置されることにより、所定の建築限界を確保しつつ、従来よりも小さな径の覆工体を構築することが可能となる。したがって、トンネル掘削時における掘削土量を少なくすることができるので、工期が短くなり施工費を削減することが可能となる。第7の発明の覆工体は、セグメントピースを周方向及び軸方向に連結して構築される環状の覆工体であって、前記トンネルの径方向の厚さが他部位より小さい少なくとも一つの薄肉部を周方向に有するセグメントピースが周方向に少なくとも一以上設置されることを特徴とする。本発明による覆工体によれば、径方向の厚さが周方向に不均一で、薄肉部は薄く、他部位は必要に応じて薄肉部よりも肉厚に形成されたセグメントピースを用いるため、従来よりも少ない量の材料で覆工体を構築することが可能となる。したがって、材料費を削減することが可能となる。第8の発明は、第7の発明において、前記セグメントピースの前記薄肉部は、前記覆工体が所定の建築限界に最も近接する位置に配置されることを特徴とする。本発明による覆工体によれば、薄肉部は、覆工体が所定の建築限界に最も近接する位置に、建築限界にはみ出さないように配置されることにより、所定の建築限界を確保しつつ、従来よりも小さな径の覆工体を構築することが可能となる。したがって、トンネル掘削時における掘削土量を少なくすることができるので、工期が短くなり施工費を削減することが可能となる。第9の発明は、第8の発明において、前記所定の建築限界は、矩形の断面形状を有することを特徴とする。本発明による覆工体によれば、所定の建築限界が矩形の断面形状を有するので、矩形の角部に対向する位置にはセグメントピースの薄肉部が配置される。したがって、所定の建築限界を確保しつつ、従来よりも小さな径の覆工体を構築することが可能となる。第10の発明のトンネルは、第7〜9のいずれかの発明の覆工体を備えることを特徴とする。本発明によるトンネルによれば、所定の建築限界を確保しつつ、従来よりも小さな径のトンネルを構築することが可能となる。したがって、トンネル掘削時における掘削土量を少なくすることができるので、工期が短くなり施工費を削減することが可能となる。本発明のセグメントピースを用いることにより、所定の建築限界を確保しつつ、従来よりも小さな径の覆工体を構築することが可能となる。したがって、トンネル掘削断面を小さくして掘削時における掘削土量を少なくすることができるので、短期間で安価にトンネルを構築することが可能となる。以下、本発明に係るセグメントピースの好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図1は、本実施形態に係るセグメントピースを連結して覆工体である環状セグメントを構築した状態を示す斜視図である。図1に示すように、円形トンネル1内の環状セグメント3は、例えば、複数のセグメントピースA1’、A2’、B1’、B2’、Kを円形トンネル1の周方向に連結してセグメントリング5eを構築し、このセグメントリング5eに他の複数のセグメントピースA1、A2、B1、B2、Kを円形トンネル1の軸方向に連結するとともに、周方向にも連結してセグメントリング5fを構築し、これを繰り返すことにより組み立てられる。環状セグメント3は、セグメントピース同士の周方向の連結部が、軸方向に隣接するセグメントリング間で千鳥状になるように構築される。図2は、本実施形態に係る環状セグメント3の展開図である。図2に示すように、セグメントピースA1、A2、A1’、A2’の展開図は長方形で、セグメントピースB1、B2、B1’、B2’、Kの展開図は台形である。このセグメントピースB1、B2、B1’、B2’、Kの台形の斜辺部(実際は、テーパー面)は、セグメントリング5a〜5fの組み立て時において、セグメントピースA1、A2、B1、B2又はA1’、A2’、B1’、B2’を組み付けた後に、図3に示すように、セグメントピースKの斜辺部がセグメントピースB1及びB2又はB1’及びB2’の斜辺部に当接するように、セグメントピースKを切羽側から坑口側に圧入して組み付ける際に利用される。図4は、図1のM−M’矢視図で、セグメントリング5dの断面を示す図である。図4に示すように、セグメントリング5dは、矩形の建築限界7を確保するために、周方向の位置に異なる厚さを有する。矩形の建築限界7の角部に最も近接するセグメントリング5dの部位C1、C2、C3、C4を薄くする、一方、建築限界7の上下左右部に対向するセグメントリング5dの部位D1、D2、D3、D4を厚くする(詳細は後述する)。【0033】また、セグメントリング5dの外周形状は、円形トンネル1の内径と略同一径の円形に形成される、一方、セグメントリング5dの内周形状は、半径の異なる複数の円弧を接続して形成され、これによりセグメントリング5dの厚さは、内周が凹凸を形成することで変化することとなる。本実施形態において、例えば、セグメントリング5dの外周形状は直径2900mmの円形で、セグメントリングの内周形状は、半径がそれぞれ1996.8mm、1769.5mm、1350mmの円弧(中心点はそれぞれ異なる)を接続して形成される。【0034】セグメントリング5dは、5つのセグメントピースA1、A2、B1、B2、Kが周方向に連結されることにより構築される。本実施形態においては、セグメントリング5dは、円形トンネル1の中心点を通る鉛直軸を中心として左右対称であって、22.5°の角度を有するセグメントピースKと、セグメントピースKの一端に隣接し、90°の角度を有するセグメントピースB1と、セグメントピースB1の一端に隣接し、90°の角度を有するセグメントピースA1と、セグメントピースA1の一端に隣接し、90°の角度を有するセグメントピースA2と、セグメントピースA2の一端に隣接するとともにセグメントピースKの他端にも隣接し、67.5°の角度を有するセグメントピースB2とから構成される。【0035】なお、本実施形態においては、セグメントリング5dが5つのセグメントピースA1、A2、B1、B2、Kにて構成される場合について説明したが、5つに限定されるものではなく、トンネルの径、運搬や組み立ての施工性等を考慮して設計により決定される。図5〜図7は、本実施形態に係るセグメントピースA1及びA2、B1、B2をそれぞれ示す図である。図5〜図7に示すように、セグメントピースA1及びA2、B1、B2は、土水圧等の外力に対抗して円形トンネル1の形状を保持するために必要な最小限の厚さを有する薄肉部9(=C1、C2、C3、C4のいずれか)と、この薄肉部9よりも肉厚で、周方向に隣接するセグメントピースA1、A2、B1、B2、Kを連結するためのピース継手11が取り付けられるピース継手用肉厚部13(=D1、D2、D3、D4のいずれか)と、薄肉部9よりも肉厚で、軸方向に隣接するセグメントピースA1、A2、B1、B2、Kを連結するためのリング継手15が取り付けられるリング継手用肉厚部17とをそれぞれ備える。本実施形態においては、セグメントピースA1、A2、B1、B2、A1’、A2’、B1’、B2’、Kは、鋼繊維等で補強された繊維補強コンクリートからなるものである。【0039】なお、セグメントピースA1とセグメントピースA2とは同一形状であり、ピース継手11の雄金物11Mと雌金物11F(雄金物11M及び雌金物11Fについては後述する)の配置が異なるものである。薄肉部9の厚さは、この厚さからなるセグメントピースで環状セグメント3を構築しても円形トンネル1の形状を保持することができるように設計等により決定される。本実施形態においては、薄肉部9の厚さを、例えば、100mmとした。薄肉部9の厚さは、トンネルの径、土水圧等の現場条件により異なる。【0041】ピース継手用肉厚部13はセグメントピースA1、A2、B1、B2、Kの周方向の両端部に設けられ、この両端部にピース継手11が埋め込まれている。図8は、本実施形態に係るピース継手11を示す図である。図8に示すように、ピース継手11は、セグメントピースA1、A2、B1、B2、Kの一端部に埋め込まれたC型の雌金物11Fに、隣接するセグメントピースA1、A2、B1、B2、Kの他端部に埋め込まれたH型の雄金物11Mを挿入して係合することにより締結力を得て、セグメントピースA1、A2、B1、B2、K同士を連結する。【0043】ピース継手用肉厚部13は、ピース継手11に土圧等によるせん断力が作用してもセグメントピースA1、A2、B1、B2、Kが破損しない程度の被り厚を有する。本実施形態においては、ピース継手用肉厚部13の厚さを、例えば、168.1mm又は170.5mmとした。【0045】リング継手用肉厚部17は、セグメントピースA1、A2、B1、B2、Kの軸方向の両端部に設けられ、この両端部にリング継手15が埋め込まれている。図9は、本実施形態に係るリング継手15を示す図である。図9に示すように、リング継手用肉厚部17は、セグメントピースA1、A2、B1、B2、Kの一端部に埋め込まれたナット15Fに、隣接するセグメントピースA1’、A2’、B1’、B2’、Kの他端部に埋め込まれたボルト15Mを挿入して、くさび効果より締結力を得て、セグメントピースA1、A2、B1、B2、Kと隣接するセグメントピースA1’、A2’、B1’、B2’、Kとを連結する。【0047】リング継手用肉厚部17は、リング継手15に土圧等によるせん断力が作用してもセグメントピースA1、A2、B1、B2が破損しない程度の被り厚を有する。本実施形態においては、リング継手用肉厚部17の厚さを、例えば、約150mm〜約200mmとした。図10は、本実施形態に係るセグメントピースKを示す図である。図10に示すように、セグメントピースKは、坑口側端部の幅が切羽側端部の幅よりも狭くなるようなテーパー形状を成している。セグメントピースKの周方向の端部は、隣接するセグメントピースB1の端部、セグメントピースB2の端部とそれぞれ同じ厚さを有し、それぞれピース継手11の雄金物11M、雌金物11Fが埋め込まれている。セグメントピースKの軸方向の端部は、隣接するセグメントピースKの端部と同じ厚さを有し、それぞれリング継手15のボルト15M、ナット15Fが埋め込まれている。図11は、図1のN−N’矢視図で、セグメントリング5eの断面を示す図である。図11に示すように、セグメントリング5eの外周形状及び内周形状は上記セグメントリング5d(図4参照)と同一であるが、セグメントピースA1’、A2’、B1’、B2’、K同士の連結位置が異なっており、セグメントリング5eは、円形トンネル1の中心点を通る鉛直軸を中心として左右対称なセグメントピースKと、セグメントピースKの一端に隣接し、67.5°の角度を有するセグメントピースB1’と、セグメントピースB1’の一端に隣接し、90°の角度を有するセグメントピースA1’と、セグメントピースA1’の一端に隣接し、90°の角度を有するセグメントピースA2’と、セグメントピースA2’の一端に隣接するとともにセグメントピースKの他端にも隣接し、90°の角度を有するセグメントピースB2’とから構成される。【0051】このセグメントピースA1’、A2’、B1’、B2’、K同士の連結位置は、上記鉛直軸を中心に、上記セグメントリング5dにおける連結位置を左右反転させた場合と同一になるように設定される。図12〜図14は、本実施形態に係るセグメントピースA1’及びA2’、B1’、B2’をそれぞれ示す図である。図12〜図14に示すように、セグメントピースA1’及びA2’、B1’、B2’は、セグメントピースA1、A2、B1、B2と同様に、薄肉部9と、ピース継手用肉厚部13と、リング継手用肉厚部17とをそれぞれ備え、これらピース継手用肉厚部13及びリング継手用肉厚部17には、それぞれピース継手11、リング継手15が埋め込まれている。【0053】なお、セグメントピースA1’とセグメントピースA2’とは同一形状であり、ピース継手11の雄金物11Mと雌金物11Fの配置が異なるものである。【0054】このセグメントピースA1’、A2’、B1’、B2’、Kの連結位置は、上記セグメントリング5dの連結位置を左右反転させた場合と同一になるように設定しているので、セグメントピースA1’及びA2’は、上記セグメントピースA1(A2)と同一形状である。ピース継手11の雄金物11M及び雌金物11Fの配置が異なる。【0055】また、上記と同様に、セグメントピースB1’、B2’は、それぞれ上記セグメントピースB2、B1と形状が似ており、セグメントピースB2、B1のテーパー形状を逆になるように形成するとセグメントピースB1’、B2’と同一の形状になる。ピース継手11の雄金物11M及び雌金物11Fの配置が異なる。次に、本発明の他の実施例について説明する。以下の説明において、上記の実施例に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。第二実施例におけるセグメントピースA1”、A2”、B1”、B2”は、ピース継手11及びリング継手15を取り付ける部位のみが薄肉部9よりも肉厚に形成されているものである。図15は、セグメントピースA1”、A2”、B1”、B2”、Kにより構築されたセグメントリング25の断面図である。図15に示すように、セグメントリング25の外周形状は上記セグメントリング5d、5e(図4、図11参照)と同一径であるが、内周形状は、ピース継手11及びリング継手15をそれぞれ取り付けるためのピース継手用肉厚部23、リング継手用肉厚部27のみが肉厚となるように形成される。本実施形態におけるピース継手用肉厚部23及びリング継手用肉厚部27は、例えば、ピース継手11及びリング継手15の被り厚75mm((外径φ2900−B.P.C.D.φ2750)/2)と同じ厚みを内周側に有している。Diameterの略語で、ボルト穴の中心を結んで描かれる円の直径を示している。以上説明した本実施形態におけるセグメントピースA1、A2、B1、B2、A1’、A2’、B1’、B2’、A1”、A2”、B1”、B2”(以下、A1〜B2”と示す。)によれば、円形トンネル1の形状を保持するために必要な最小限の厚さの薄肉部9よりも肉厚なピース継手用肉厚部13、23及びリング継手用肉厚部17、27を有するので、ピース継手11及びリング継手15を各セグメントピースA1〜B2”に取り付けることが可能となる。【0061】また、ピース継手用肉厚部13、23及びリング継手用肉厚部17、27をそれぞれセグメントピースA1〜B2”の周方向の両端部、軸方向の両端部に設けることにより、セグメントピースA1〜B2”同士の連結部周辺の強度を大きくすることができる。したがって、土水圧により発生し、連結部に作用する断面力に対する耐力を向上させることが可能となる。【0062】また、ピース継手用肉厚部13、23及びリング継手用肉厚部17、27を除いた部位は、トンネルを保持するために必要な最小限の厚さの薄肉部9であるため、従来よりも少ない量の材料でセグメントピースA1〜B2”を製作することが可能となる。したがって、材料費を削減することが可能となる。【0063】さらに、矩形の建築限界7の角部に最も近接する位置に薄肉部9が配置され、上下左右部に対向する位置にピース継手用肉厚部13、23及びリング継手用肉厚部17、27が配置されるため、所定の建築限界7を確保しつつ、従来よりも小さな径の環状セグメント3を構築することが可能となる。したがって、円形トンネル1掘削時における掘削土量を少なくすることができるので、工期が短くなり施工費を削減することが可能となる。【0064】なお、本実施形態において、セグメントピースA1、A2、B1、B2、A1’、A2’、B1’、B2’、A1”、A2”、B1”、B2”、Kは、繊維補強コンクリートからなるものとしたが、これに限定されるものではなく、コンクリートを鉄筋等にて補強した鉄筋コンクリートや繊維補強コンクリートをさらに鉄筋にて補強した繊維補強鉄筋コンクリートを用いてもよい。【図1】本実施形態に係るセグメントピースを連結して覆工体である環状セグメントを構築した状態を示す斜視図である。【図2】本実施形態に係る環状セグメントの展開図である。【図3】本実施形態に係るセグメントピースKをセグメントピースB1、B2間に組み付ける状態を示す図である。【図4】図1のM−M’矢視図で、セグメントリングの断面を示す図である。【図5】本実施形態に係るセグメントピースA1及びA2を示す図である。【図6】本実施形態に係るセグメントピースB1を示す図である。【図7】本実施形態に係るセグメントピースB2を示す図である。【図8】本実施形態に係るピース継手を示す図である。【図9】本実施形態に係るリング継手を示す図である。【図10】本実施形態に係るセグメントピースKを示す図である。【図11】図1のN−N’矢視図で、セグメントリングの断面を示す図である。【図12】本実施形態に係るセグメントピースA1’及びA2’を示す図である。【図13】本実施形態に係るセグメントピースB1’を示す図である。【図14】本実施形態に係るセグメントピースB2’を示す図である。【図15】他の実施例のセグメントリングの断面を示す図である。前記トンネルの径方向の厚さが他部位より小さい少なくとも一つの薄肉部を周方向の所定の位置に有することを特徴とするセグメントピース。前記薄肉部は、土水圧等の外力に対抗して前記トンネルの形状を保持するために必要な最小限の厚さを有することを特徴とする請求項1に記載のセグメントピース。前記他部位は、周方向に隣接するセグメントピースを連結するためのピース継手が取り付けられるピース継手用肉厚部と、軸方向に隣接するセグメントピースを連結するためのリング継手が取り付けられるリング継手用肉厚部とを含むことを特徴とする請求項1に記載のセグメントピース。前記ピース継手用肉厚部は、前記セグメントピースの周方向の両端部に設けられることを特徴とする請求項3に記載のセグメントピース。前記リング継手用肉厚部は、前記セグメントピースの軸方向の両端部に設けられることを特徴とする請求項3に記載のセグメントピース。前記所定の位置は、前記覆工体が所定の建築限界に最も近接する位置であることを特徴とする請求項1に記載のセグメントピース。前記トンネルの径方向の厚さが他部位より小さい少なくとも一つの薄肉部を周方向に有するセグメントピースが周方向に少なくとも一以上設置されることを特徴とする覆工体。前記セグメントピースの前記薄肉部は、前記覆工体が所定の建築限界に最も近接する位置に配置されることを特徴とする請求項7に記載の覆工体。前記所定の建築限界は、矩形の断面形状を有することを特徴とする請求項8に記載の覆工体。請求項7〜9のいずれかに記載の覆工体を備えることを特徴とするトンネル。ekouhou.net。