JP3766834B2 - トンネルセグメントのモルタル注入管を兼ねる把持金具 - Google Patents

Description

この発明は、シールド工法によるトンネル工事において、トンネルセグメントと地山（掘削面）との間の空隙にセメントモルタルを注入する注入管を兼ねる把持金具に関する。

従来、掘削機をつけた断面が円、楕円、双胴、矩形等の筒体（シールドマシン１）を地山（掘削面）に押し付けながら掘削して進むシールド工法によるトンネル工事において、図１に示すように該シールドマシン１が掘り進んだ後、シールドマシン１の背後で露出している掘削孔面３の土砂の崩落を防護すると同時に、シールドマシン１を前方に押し出して掘削せしめる油圧ジャッキ８の推進力を支える鉄材、又はコンクリートのブロックが図２に示すように筒状に組立てられ、これが後方長手方向に連続して構成されることでトンネルの内壁となっている。

上記ブロックがトンネルセグメント２である。
然して、セグメント２はシールドマシン１内で筒状に組立てられるため、シールドマシン１が掘り進んでセグメント２がシールドマシン１から長手方向に外に出るときは図１に示すようにシールドマシン１の厚み分（通常外板の厚さ５ｃｍ）、セグメント２と掘削孔面３との間に空隙４ができる不都合がある。
このため、シールドマシン１から筒状に組立てられたセグメント２が、シールドマシン１から出ると同時にその隙間４を埋める必要がある。
該空隙４を埋める方法として、セメントモルタルの
（１）同時注入法
（２）即時注入法 の２種類が行われている。
は図１に示すようにシールドマシン１内に設けられた注入管５０より、シールドマ
シン１の進行に伴ってセグメント２と掘削孔面３の間の空隙４にセメントモルタルを注入してゆく。
は予めセグメント２に設けられた注入管５から、セグメント２と掘削孔面３との空
隙４にセメントモルタルを注入してゆく。
形態としては（１）の方法で注入されることが望ましいが、現在は注入管５０が詰まったり、注入管５０出口の突起部が掘削の妨げになったりすることで、トラブルが多いため（１）、（２）が併用されることが多い。

然してセグメント２の組立ては、同じシールドマシン１内に図２に示すようにエレクターと呼ばれる組立て機械１０が設けられ、その機械のアーム６がセグメント２を把持して前後左右自在に回転などしながらセグメント２を筒状に組立ててゆく。
この組立てに係るセグメント２の把持金具５は、図１２に示すようにネジ式が一般的で、前記アーム６に設けられる雄ネジ１１と対応する雌ネジ９構造の注入管を兼ねる把持金具５がセグメント２の所定の箇所に埋め込まれている。
把持金具（注入管）５は特殊な把持装置を使用する以外は注入管と把持金具が兼用されることが多い。
即ち図１４に示すように該雌ネジ９にモルタル供給ホース２５がニップル２６で接続される。

把持金具（注入管）５は通常セグメント２の重心線の位置に設けられ、且つセグメント２を組立てるため、セグメント２の自重及び組立て時に発生する大きなモーメントに充分耐えることができる強度と、セグメント２を構成するコンクリートセメントから脱落しない抜け止め機能が必要とされる。

従来の把持金具５は、図１２に示すように単純な筒状のものを、図１３のように把持金具５に鉄筋１２を溶接した後セグメント２に埋め込んでいるために、前記モーメントに対する機能は満足するものであるが、製作の手数が大変でコストが掛かる問題があった。

更に、把持金具（注入管）をセグメントの所定の位置に埋設するために、該把持金具をセグメント型枠２７にセットする際、図１１、図１６（イ）に示すように把持金具を設けるセグメント底型枠２８の所定の位置に穴を穿け、先ずボルト１６を差し込み、そのボルト１６に把持金具５の内径に添うアダプター２３をセットした後、把持金具５を被せ、そして把持金具５の上部に押え用のコーン２９を乗せ、上下のボルトナット１６を絞め込むことでセグメント型枠２７、セグメント底型枠２８に把持金具５がセットされる。
この時従来の把持金具では押え用のコーン２９が図１５に示すように把持金具５の管の肉厚部のみに乗っている。このためセグメント型枠２７にコンクリート打設するときに使用される強力なバイブレーターの振動で、把持金具５とコーン２９との間にズレや隙間が発生し、液状のコンクリートが把持金具５の内部に浸透して把持金具５の雌ネジ９が埋まったり、汚れたりすることがある。
この汚れた把持金具の内部を清掃整備に大変な手間が掛かる問題があった。

更に、土中から構築されるセグメント２には絶えず大きな水圧が掛かるために、注入管を兼ねる把持金具から洩れが生じることが多々あることから、水が浸入しない工夫が種々なされ、常に改良されている。

例えば図１２に示す特開平８−０１３９８４号、特開平１１−０６２４８６号ではセグメントの注入管（把持金具）５に逆止弁１３が設けられている。

把持金具５を注入管として使用されないときは、図１４に示すように出口側にキャップ２２を置いてからモルタル２４を塗布して封じている。
この従来のキャップ２２では垂直な内径にキャップ２２を押し込むだけのため管の内径公差とキャップの外径公差とが加算されて誤差が拡大されることにより、現実は大きな隙間でも許容され、完全な密着を保つことができずに漏水を生じることになる。
従来、これを防ぐために接着剤を併用しなければならなかった。
即ちコストが掛かっていた。

特開平１１−０６２４８６号 特開平０８−０１３９８４号

この発明が解決しようとする課題は、従来からのシールド工法において必ず生じるシールドマシン１が掘削した掘削孔面３とセグメント２との間隙４を、効率よく埋めることができると同時に、止水効果が確実なモルタル注入管を兼ねるセグメント２の把持金具５を安価に提供することである。

そしてセグメント２への把持金具５の埋込みを容易にすると同時に、セグメント組立て時に発生する大きなモーメントに耐えると共にセグメントのセメントコンクリートからの抜け止め、及びコンクリートとの接合強度に優れた把持金具と、この把持金具を備えたセグメントを廉価に提供することである。

この課題の解決はトンネルセグメントにおける把持金具５の少なくとも一端を図３に示すように内外共にラッパ状の拡大部７とすることによって解決される。
更に必要に応じて図６に示すようにこれに鍔１５と凹凸部１７、又は図９に示すようにタコ足２０を設けることによって解決される。

この発明は把持金具５が１本の金属管(鋼管)から成り、その掘削孔面３側の一端が内外共にラッパ状７に拡大されたものであるため、製造が極めて容易なばかりでなく、セグメント２における注入管を兼ねる把持金具５となる。
該把持金具５の掘削孔面３側の一端の内側がラッパ状７に拡大されることによって、こ
のテーパー部で図１１に示すようにコーン２９が把持金具５に完全に密着し、コンクリート打設でバイブレーターの強い振動があってもコーン２９と把持金具５との間にズレや隙間が発生しないため把持金具５の内面にコンクリートや地下水が浸透する不都合が無くなる。

該把持金具５の掘削孔面３側の一端がラッパ状に拡大されることによって、この拡大さ
れた部分７が、コンクリートからの抜け止め、及びコンクリートとの接合強度を増加し、更には該拡大部７の一部又は延長して鍔状凹凸部１７又はタコ足２０を設けることによ
って、エレクター（組立て機械１０）のアーム６に把持されて前後左右振り回される際に
生じる大きなモーメントと、セグメント２からの引抜き力に耐えることができる。

前記把持金具５をコンクリートセグメント２に埋込むことによって、従来の把持金具５に必要であった鉄筋１２の溶接が必ずしも必要でなくなり、その分手間が掛からないばかりでなく、製造が簡単、取り扱いが容易になる。

更に、把持金具５の拡大部７とその延長部分が、一本の鋼管から一体化した製造ができるために安価になる。

従来と同様にシールド工法によるトンネル工事に用いられるトンネルセグメント２は、シールドマシン１で掘削されたトンネルの中、更にそのシールドマシン１の中で複数個組合わされて、筒状に組立てられ、これが長手方向に連続して耐圧筒即ちトンネル内壁となる。
そして前記シールドマシン１の掘削によって生成された掘削孔面３とセグメント２との間隙４にセメントモルタルが注入され、該セメントモルタルが硬化してコンクリートとなることで、掘削孔面３とセグメント２が結合、トンネルが完成する。

ここで用いられるセグメント２は、厚さ２００〜７００ｍｍの鋼鉄、ダクタイル鋳鉄、
又は鉄筋コンクリート等から構成される円弧状に湾曲した板面で、外周面にはボルトナッ
ト等によりセグメント２を固定及び接続するための外周固定用穴が設けられている。
またセグメント２の底型枠２８である板面には把持金具５取り付け用の穴が予め開設さ
れており、該穴にモルタル注入管を兼ねる把持金具５が嵌合される。

セグメント２が鋼鉄製のときには、モルタル注入管を兼ねる把持金具５は、セグメント
２の該穴に嵌合溶接され、セグメント２がコンクリート製のときには、把持金具５をセグ
メント２の該穴に嵌合配置した後、型枠２７．２８にコンクリートを流し込んで硬化固定
される。

実施例１の把持金具５は円筒状で一本の鋼管から成り、一端に雌ネジ９が切られ、他の
一端（掘削孔面側）が内外共にラッパ状に拡大７せしめられている。
このラッパ状の拡大部７が抜け止め機能となる。

円筒状の把持金具５の一端をラッパ状に拡大７させる方法として、図３に示すように把
持金具５となる鋼管を把持金具５の内径から円錐台形に拡大する金型３０で押圧プレスし
てラッパ状７に拡大させる。
或いは、把持金具５となる鋼管の一端からローラーを用いたセートル（拡管機）を回転させてラッパ状７に拡大させる。
この拡大部７は必要に応じて旋削加工して仕上げられる。
把持金具を鋼鉄製のセグメント２に溶接する場合はこのもので充分である。

更に、把持金具５には従来と同様である図１２の位置に逆止弁１３が設けられる。
即ち、把持金具５のラッパ状の拡大部７の根元から地盤の掘削孔面反対側の端部までの間に逆止弁１３が設けられる。

そして図１４に示すように、モルタル供給ホース２５からニップル２６を把持金具５の
雌ネジ９に螺合接続し、注入管を兼ねる把持金具５から掘削孔面３とセグメント２との間
に形成された間隙４にセメントモルタルが注入充填される。

この実施例は図１０に示す。把持金具５は注入管としては使用せず、セグメント２を筒
状に組立てる把持金具５としてだけに使用するものである。
即ち、把持金具５の拡大部７の内側面には円錐台形の金属、合成樹脂或いはゴム栓２１
が設けられ、これがテーパー状の拡大部７に嵌合することで、地下水等の洩れが確実に封
止される。
そして該ラッパ状の拡大部７が抜け止め機能となる。

この実施例は把持金具５をセグメント２の所定の位置に埋設する過程を説明する。
図１１と図１６（イ）、（ロ）に示すようにセグメント底型枠２８の所定の位置に穴を穿け、先ずボルト１６を差し込み、そのボルト１６に把持金具５の内径に添うアダプター２３をセットした後、該アダプター２３に把持金具５を嵌合配設する。そして把持金具５の上部に押え用のコーン２９を乗せ上下のボルトナット１６を締めこむことでセグメント底型枠２８に把持金具５がセットされる。そしてコンクリートが打設され硬化した後、ボルト１６、アダプター２３、型枠２７、底型枠２８を取り外すことでセグメント２となる。
図１６（ハ）は型枠２７、底型枠２８、ボルトナット１６、コーン２９、アダプター２
３を外して完成したセグメント２を断面図で示したものである。
この実施例でも把持金具５の拡大部７には円錐台形の合成樹脂栓、ゴム栓２１、コーン
２９或いは金属栓が設けられ、これが拡大部７の内側面に嵌合することで、コンクリート
打設時に行われる激しいバイブレーターの振動に対しても確実な密閉をすることができる。

この実施例は更に凹凸形のアンカーを備えた請求項２の把持金具と、その製造過程を説
明する。
図４に示すように
（１）鋼管製の把持金具５の組立てアーム６側の一端には所定の雌ネジ９が切られる。
（２）先端が円錐台形になった金型３０を、把持金具５の端縁から軸方向に押込んで鍔部
１５とし、更に押込んで拡大部７を構成する。
該鍔部１５は図５、図６に示すように適宜形状にカット又は変形して凹凸１７が設けら
れアンカーとなる。

この実施例はタコ足２０のアンカーを備えた請求項３の把持金具５と、その製造過程を説明する。
即ち、図７に示すように
（１）鋼管製の把持金具５の組立てアーム６側には所定の雌ネジ９が切られる。
（２）アームの反対側、即ち掘削孔面側の一端から５０ｍｍ、円周を８等分して直径方
向に６ｍｍの錐穴１８が設けられる。
（３）一端から前記錐穴まで幅が２ｍｍの鋸歯でスリット１９が切られる。
（４）先端が円錐形になった金型３１を、（３）のスリット１９が切られた一端から軸方
向に押込み、スリット１９を押し広げてタコ足２０とし、続いてプレスすることで金型３１の円錐台３２が全面で把持金具５の内面に当接し、把持金具５の所定部分がラッパ状７に拡大成形される。

前記広げられたタコ足２０は図９（点線）のタコ足３３のように、交互に曲率を変化させることでセメントコンクリートとの接合強度が増大する。
或いは捻ってもよい。

この実施例は実施例３の錐穴１８を穿けないでスリット１９を設け、これをタコ足２０に押し広げ更に金型３１の円錐台３２が前面で把持金具５の内面に当接し、把持金具５の所定部分がラッパ状７に拡大成形されて把持金具５としたものである。

この実施例は実施例３の錐穴を必ずしも穿けないでスリット１９を設け、これをタコ足２０に押し広げて把持金具５としたものである。スリット１９は必ずしも直線でなく曲線であっても良い。

上記実施例の説明は、この発明の１実施例を説明したものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではなく、又各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形応用が可能なことは勿論である。

図１はシールドマシンとトンネルセグメント及びトンネル掘削孔面の関係を示す説明図である。 図２は筒状に組立てられるトンネルセグメントと該セグメントの把持金具及びアームの関係を示す説明図である。 図３はこの発明の把持金具の成形態様を示す縦断面図である。 図４は実施例４の把持金具の成形態様を示す縦断面図である。 図５は実施例４のＡ−Ａ線で切断した平面図である。 図６は実施例４の斜視図である。 図７は実施例５の加工工程を示す断面図である。 図８は実施例５の次の加工工程を示す断面図である。 図９は実施例５の斜視図である。 図１０（イ）は金属栓で拡大部を閉じる態様を示す断面図である。 （ロ）は逆止弁で内径部を閉じる態様を示す断面図である。 図１１はコーンで拡大部を閉じる態様を示す断面図である。 図１２は従来の把持金具とその使用例を示す断面図である。 図１３は図１２のＡ−Ａ線縦断平面図である。 図１４は従来の他の把持金具を示す断面図である。 図１５は従来の把持金具にコーンを押し付けた態様の説明図である。 （イ）はセグメント製造時、型枠に把持金具をセットする説明図である。（ロ）は図１６（イ）の平面図である。 (ハ)は完成したセグメントを示す図１６（イ）の断面図である。

符号の説明

１．シールドマシン
２．セグメント
３．掘削孔面
４．空隙
５．把持金具(注入管）
６．アーム
７．拡大部
８．ジャッキ
９．雌ネジ
１０．組立て機械
１１．雄ネジ
１２．鉄筋
１３．逆止弁
１４．金属栓
１５．鍔部
１６．ボルトナット
１７．凹凸
１８．錐穴
１９．スリット
２０．タコ足
２１．ゴム栓
２２．キャップ
２３．アダプター
２４．モルタル
２５．ホース
２６．ニップル
２７．セグメント型枠
２８．セグメント底型枠
２９．コーン
３０．金型
３１．金型
３２．円錐台
３３．タコ足
５０．注入管

Claims (3)

1. トンネルセグメントと地盤の掘削孔面との間の空隙に、トンネルセグメント内からセメントモルタルを注入するために、トンネルセグメントに設けられる注入管であって、該注入管は、セグメントを筒状に組み立てる機械(エレクターと呼ばれる)のアームで把持される把持金具とを兼ねる機能を有するものであって、該注入管即ち把持金具は一本の金属管 から成り、一端に雌ネジが切られ、他の一端（掘削孔面側）が内外共にラッパ状に拡大せしめられてセグメントに埋設されることを特徴とするトンネルセグメントにおけるモルタル注入管を兼ねる把持金具。
2. 前記把持金具は一本の金属管から成り、一端に雌ネジが切られ、他の一端（掘削孔面側）が内外共にラッパ状に拡大せしめられた把持金具であって、該拡大部を延長して鍔となし、該鍔のまま、或いは該鍔の一部又は全部に凹凸を設け、又はタコ足状とした請求項１に記載のトンネルセグメントにおけるモルタル注入管を兼ねる把持金具。
3. 前記把持金具の該ラッパ状の拡大部の根元から地盤の掘削孔面反対側の端部までの間に逆 止弁を設け、注入されたモルタルが該ラッパ状の拡大部の内側面に侵入するように構成さ れていることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載のトンネルセグメントにおけるモルタル注入管を兼ねる把持金具。

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