JP3995793B2 - セグメント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相互に連結することにより、掘削穴の軸方向にトンネル壁体を構築するセグメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルを構築する方法としては、掘削穴の内面側にセグメント（主にコンクリート製あるいはスチール製）を組み立てて筒状壁体（トンネル壁体）を構築する、いわゆるシールド工法が一般的である。
このシールド工法に用いられるセグメントとしては平面視長方形状で円弧版状のものが主流であり、これらセグメント同士をボルトによって接合していた。
このボルトでセグメント同士を接合する構造としては、セグメントの接合面の近傍に、セグメントの接合面同士を当接させた際に、互いに連通する孔部を有する継手を埋め込んでおき、これら継手の孔部同士が連通するように、セグメントの接合面を当接させた状態にて、孔部へボルトを挿通させ、このボルトへナットを締結させて接合させる構造が一般的である。また、相互のセグメントにナット部材であるインサート金具を埋め込んでおき、隣接するセグメントに貫通させたボルトを締結させて互いに接合させる構造もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構造では、構築現場にて継手の接合面に形成された孔部へボルトを挿通させ、このボルトへナットを締結させたり、相互のセグメントに埋め込んだインサート金具へボルトを締結させるという極めて煩雑な作業を要するため組み立て時間の短縮には限界があり、また、ロボットによる自動組み付けへの適応が困難であった。前記ボルトの締結作業は、軸方向へのセグメントの接合、周方向へのセグメントの接合の双方について行う必要があり、一つのセグメントの接合に多くの工数を要する。また、軸方向の接合と周方向の接合とでは、締結作業方向が異なることも、自動組み付けへの適応を困難にしていた。
さらに、二次覆工を省略する場合にも、ボルト・ナットを設置するためにセグメントに形成したボルトボックスの閉塞作業を行わなければならず、施工の高速化、省力化を目指す上で新たな接合技術の開発が急務となっているのが現状であった。
【０００４】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、接合作業を極めて簡便に行うことができ、しかも、軸方向への接合作業によって、軸方向、周方向の両方向に同時に接合することができ、組み付けの自動化が容易になるセグメントを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、互いの接合端面同士を合わせた状態で接合されることにより、トンネル壁体を構成するセグメントであって、前記トンネル壁体の軸方向への接合端面には、前記接合端面からピン状に突設される弾性変形可能な一対の挿入部と、前記一対の挿入部を連結する連結部とからなる取付部品を備え、前記一対の挿入部は、前記連結部付近の離間距離が最大となるとともに、前記連結部から離間するにしたがって互いに接近するように弓状に湾曲してなり、前記接合端面に対向する別の軸方向の接合端面に、前記一対の挿入部のそれぞれが挿入可能な直線状をなす嵌合穴を開口してなり、前記嵌合穴に挿入した前記挿入部が、該嵌合穴内にて弾性変形して嵌合することにより、互いに接合されることを特徴とするセグメントを前記課題の解決手段とした。
このセグメントは、相手側のセグメントの接合端面に対して押圧し、軸方向の接合端面に突設した取付部品を嵌合穴に挿入して嵌合させることで、軸方向に簡便に接合することができる。相手側のセグメントの嵌合穴へ挿入、嵌合された取付部品は、軸方向に互いに接合された両セグメントに固定されることとなるので、接合端面間の軸方向への固定のみならず、周方向にも固定力を発揮する。これにより、このセグメントは、軸方向に接合するだけで、軸方向および周方向の２方向に接合される。
また、このセグメントでは、予め周方向に接合されたセグメントのそれぞれに形成された嵌合穴に、前記一対の挿入部をそれぞれ挿入、嵌合することで、セグメント間の周方向への接合力をこの取付部品によって確保することができる。また、予め接合状態のセグメントの嵌合穴に挿入部を挿入嵌合して、この取付部品を嵌合固定することで、合計３個のセグメント間の接合力が取付部品によって確保され、このセグメントによって構築されるトンネル壁体の強度を向上できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、セグメント１によって構築されるトンネル壁体２の一例を示す斜視図である。図１において、セグメント１は、コンクリートから円弧版状に形成され、周方向、および軸方向に接合されることで、円筒状壁体のトンネル壁体２を構成する。なお、図中、仮想線Ｘは軸方向、この仮想線Ｘ回りは周方向である。
【０００９】
以下、本発明の１実施形態を、図２から図６を参照して説明する。
図２はトンネル壁体２を示す平面図、図３はトンネル壁体２を軸方向から見た図である。
図２および図３において、セグメント１は、軸方向の一方の接合端面３に、取付部品４、５を突設し、軸方向の他方の接合端面６に、前記取付部品４が挿入、嵌合される嵌合穴８ａ、８ｂと、取付部品５が挿入、嵌合される嵌合穴７ａ、７ｂとを開口している。そして、このセグメント１は、その接合端面３を、組み付けの完了したセグメント１（図２、図３中では、説明の便宜上１ａ、１ｂの符号を付している）の接合端面６に向けて軸方向に押圧して、取付部品４を、嵌合穴８ａ、８ｂに挿入、嵌合し、取付部品５を嵌合穴７ａ、７ｂに挿入、嵌合することで、接合される。
【００１０】
図４は、接合端面３の中央部に突設される取付部品４を示す。
図４において、この取付部品４は、全体がバネ材から形成されており、弓形に湾曲された一対の挿入部４ａ、４ｂを連結部４ｃにより連結したＨ形になっている。挿入部４ａ、４ｂは、連結部４ｃ付近の離間距離が最も大きく、連結部４ｃから離間するにしたがって互いに接近するように湾曲されている。
図２において、接合端面３の対向する両端部に突設される取付部品５は、全体がバネ材から弓形のピン状に湾曲して形成されている。
【００１１】
取付部品４、５は、セグメント１を別のセグメントに接合する際に、予め、このセグメント１の接合端面３に突出状態に取り付けられる。取付部品４は、接合端面３の中央部に開口する一対の嵌合穴９ａ、９ｂに挿入部４ａ、４ｂの約半分の長さを挿入、嵌合することで、突出状態に取り付けられる。挿入部４ａ、４ｂを嵌合穴９ａ、９ｂに挿入、嵌合すると、連結部４ｃが接合端面３に当接することで、取付部品４が接合端面３に位置決めされる。
取付部品５は、接合端面３の対向する両側に開口する嵌合穴１０ａ、１０ｂに、約半分の長さを挿入、嵌合して突出状態に取り付ける。
【００１２】
取付部品４は、挿入部４ａ、４ｂを嵌合穴９ａ、９ｂに挿入すると、この嵌合穴９ａ、９ｂの最も奥側（挿入部４ａ、４ｂの挿入方向奥側）に形成した係合凹部１１ａ、１１ｂに、挿入部４ａ、４ｂ先端の係合部４ｄ、４ｄがそれぞれ係合することで、嵌合穴９ａ、９ｂからの引き抜きが規制される。
図５は、取付部品４の挿入部４ｂの嵌合穴９ｂへの挿入、嵌合工程を示す。
図５において、嵌合穴９ｂは、挿入部４ｂの係合部４ｄ近傍が挿入可能な大きさであり、挿入部４ｂは、嵌合穴９ｂの開口部近傍のテーパ部９ｃによって嵌合穴９ｂ内にスムーズに挿入される。嵌合穴９ｂに挿入された挿入部４ｂは、当初、係合部４ｄと、挿入部４ｂの外面４ｆとが、嵌合穴９ｂの対向する両側の内面に当接することで、若干弾性変形されて、湾曲状態から直線状に変形される。そして、挿入を継続すると、係合部４ｄが係合凹部１１ｂに入り込んで係合、嵌合する。この時、挿入部外面４ｆの嵌合穴９ｂ内面に対する当接状態が維持されるため、挿入部４ｂの弾性によって、係合部４ｄが係合凹部１１ｂに押圧された状態が維持され、係合状態が解除されず、これにより、挿入部４ｂが嵌合穴９ｂ内に嵌合する。また、係合部４ｄが係合凹部１１ｂに入り込んで係合すると同時に、挿入部４ｂは、直線に近い状態から湾曲状態に戻り、連結部４ｃから係合部４ｄまでの距離が若干縮小するため、これにより、連結部４ｃが接合端面３に圧接状態となり、挿入部４ｂはぐらつくこと無く、安定に固定される。
挿入部４ａの嵌合穴９ａに対する挿入、嵌合についても、挿入部４ｂと同様である。
【００１３】
取付部品４の両側の挿入部４ａ、４ｂは、嵌合穴９ａ、９ｂに同時に挿入、嵌合されることで、嵌合穴９ａ、９ｂ間の中間壁１２を両側から挟み込んで嵌合するため、各挿入部４ａ、４ｂが嵌合穴９ａ、９ｂに嵌合、固定された状態がより確実に維持される。両挿入部４ａ、４ｂの挿入、嵌合が完了すると、取付部品４が接合端面３の目的位置に突出状態に固定される。
なお、ここで、連結部４ｃは、接合端面３に当接されるため、これにより、挿入部４ａ、４ｂの嵌合穴７ａ、７ｂへの挿入寸法および接合端面３からの突出寸法が設定され、接合端面３からは、目的の長さの挿入部４ａ、４ｂがピン状に突出される。
【００１４】
取付部品５の、嵌合穴１０ａ、１０ｂに対する挿入、嵌合も、取付部品４の挿入部４ａ、４ｂの嵌合穴９ａ、９ｂへの嵌合と同様である。すなわち、取付部品５は、湾曲状態を直線状に弾性変形させつつ嵌合穴１０ａ、１０ｂに挿入し、嵌合穴１０ａ、１０ｂの最も奥側（取付部品５の挿入方向奥側）に形成した係合凹部１３ａ、１３ｂに、取付部品５先端の係合部５ａを係合することで、嵌合穴１０ａ、１０ｂ内に嵌合、固定され、引き抜きが規制されるようになっている。また、取付部品５は、その約半分の長さが嵌合穴１０ａ、１０ｂに挿入され、残りの約半分の長さが、接合端面３から突出した状態になる。
【００１５】
一方、接合端面６側の中央部の嵌合穴７ａ、７ｂには、別のセグメント１の接合端面３に突出状態に取り付けられた取付部品５が、挿入、嵌合されるようになっている。この嵌合穴７ａ、７ｂに挿入された取付部品５は、嵌合穴１０ａ、１０ｂへの挿入、嵌合と同様に、嵌合穴７ａ、７ｂに嵌合、固定される。すなわち、取付部品５は、湾曲状態を直線状に弾性変形させつつ嵌合穴７ａ、７ｂに挿入することで、その先端の係合部５ｂが、嵌合穴７ａ、７ｂの最も奥側に形成された係合凹部１４ａ、１４ｂに係合することで引き抜きが規制されるとともに、嵌合穴７ａ、７ｂ内に嵌合、固定される。
また、嵌合穴７ａ、７ｂは、接合端面６近傍に固着した補強プレート１５に連通されているので、これら嵌合穴７ａ、７ｂに挿入した取付部品５、５は、補強プレート１５によって互いに離間しないように拘束される。
【００１６】
接合端面６の一端部の嵌合穴８ａには、別のセグメント１の接合端面３に突出状態に取り付けられた取付部品４の挿入部４ｂが挿入、嵌合され、他端部の嵌合穴８ｂには、前記取付部品４の挿入部４ａが挿入、嵌合される。嵌合穴８ａ、８ｂへの挿入部４ａまたは４ｂの挿入、嵌合は、嵌合穴９ａ、９ｂへの挿入、嵌合と同様になされる。すなわち、挿入部４ａ、４ｂは、湾曲状態から直線状にするように弾性変形させつつ嵌合穴８ａ、８ｂに挿入され、その先端の係合部５ｂが、嵌合穴８ａ、８ｂの最も奥側に形成された係合凹部１７ａ、１７ｂに係合し、この係合状態が、取付部品５自身の弾性力によって維持され、嵌合穴８ａ、８ｂ内に嵌合、固定される。
また、嵌合穴８ａ、８ｂは、接合端面６近傍に、取付部品４の補強プレート１５の約半分を収納するプレート収納部１６ａまたは１６ｂを備えている。セグメント１を周方向に接合すると、隣接した嵌合穴９ａ、９ｂのプレート収納部１６ａ、１６ｂが連続して、補強プレート１５を収納する形状となる。
【００１７】
このセグメント１を軸方向、周方向に接合して筒状のトンネル壁体を構築するには、まず、先行して組み付けたセグメント１に対して、予め、接合端面３に取付部品４、５が突出状態に取り付けられたセグメント１を、軸方向に押圧するようにして接合する。
すなわち、既設のセグメント１に対して接合するセグメント１には、接合前に予め、接合端面３に開口する嵌合穴９ａ、９ｂに取付部品４を嵌合固定し、嵌合穴１０ａ、１０ｂに取付部品５を嵌合固定し、取付部品４、５を、それぞれ、接合端面３から突出状態に取り付ける。次いで、取付部品４、５の取り付けを完了したセグメント１を、周方向に接合された既設のセグメント１、１（以下、説明の便宜上、セグメント１ａ、１ｂの符号を付す）の接合境界に、接合端面３の中央部を位置決めして押圧する。そして、セグメント１の嵌合穴１０ａに挿入、嵌合した取付部品５の接合端面３からの突出部分を、セグメント１ａの接合端面６の中央部に開口した嵌合穴７ｂに挿入、嵌合し、セグメント１の嵌合穴１０ｂに挿入、嵌合した取付部品５の接合端面３からの突出部分を、セグメント１ｂの接合端面６の中央部に開口した嵌合穴７ａに挿入、嵌合する。
【００１８】
また、セグメント１に突出状態に取り付けた取付部品４の両挿入部４ａ、４ｂを、セグメント１ａ、１ｂの接合境界近傍にて、互いに近接配置された一対の嵌合穴１０ｂ、１０ａに一括して挿入、嵌合する。詳述すると、挿入部４ａをセグメント１ａの嵌合穴１０ｂに挿入、嵌合し、挿入部４ｂをセグメント１ｂの嵌合穴１０ａに挿入、嵌合する。また、周方向に接合されたセグメント１ａ、１ｂ間では、嵌合穴１０ｂ、１０ａのプレート収納部１６ｂ、１６ａが連続されているので、このプレート収納部１６ｂ、１６ａに、取付部品４の補強プレート１５を収納、嵌合する。
これにより、取付部品４、５が、セグメント１ａ、１ｂの嵌合穴９ｂ、１０ｂ、１０ａ、９ａに嵌合、固定することで、セグメント１がセグメント１ａ、１ｂに対して接合される。
【００１９】
取付部品４、５は、その先端の係合部４ｅ、５ｂが、セグメント１ａ、１ｂ側の嵌合穴９ｂ、１０ｂ、１０ａ、９ａの係合凹部１４ｂ、１７ｂ、１７ａ、１４ａに係合すると同時に、自身の弾性変形によって、曲率が小さくなるように湾曲し、嵌合穴９ｂ、１０ｂ、１０ａ、９ａへの挿入長が若干短縮したようになるので、これにより、セグメント１、１ａ、１ｂの接合端面３、６間に圧接力が与えられ、軸方向の接合力が得られる。また、取付部品４、５は、軸方向に接合したセグメント１、１ａ、１ｂ間に連通状態になるので、セグメント１ａ、１ｂに対して接合したセグメント１の周方向への変位も規制される。これにより、セグメント１は、軸方向および周方向の両方向に接合される。
【００２０】
しかも、取付部品４の連結部４ｃによって連結された両挿入部４ａ、４ｂを、周方向に接合したセグメント１ａ、１ｂの嵌合穴１０ｂ、１０ａに挿入、嵌合するので、セグメント１ａ、１ｂ間が、取付部品４によって連結された状態になり、セグメント１ａ、１ｂ間の接合力が向上する。この時、取付部品４の連結部４ｃが応力を負担することにより、セグメント１ａ、１ｂ間に高い接合力が得られる。
【００２１】
セグメント１ａの嵌合穴７ｂの近傍の嵌合穴７ａには、セグメント１の周方向に連接する別のセグメント１ｃの接合端面３に突出状態に取り付けた取付部品５が挿入、嵌合される。セグメント１ａでは、嵌合穴７ｂに嵌合固定した、セグメント１の取付部品５と、嵌合穴７ａに嵌合固定した、セグメント１ｃの取付部品５とを、補強プレート１５により拘束するので、これにより、周方向に接合されたセグメント１、１ｃ間に接合力が与えられる。
セグメント１ｂにおいても、同様に、嵌合穴７ａ、７ｂに挿入、嵌合した取付部品５、５を補強プレート１５により拘束することで、周方向に接合したセグメント同士間に接合力を与えることができる。
なお、補強プレート１５によって、取付部品５から作用する応力がセグメント１ａ、１ｂの広い範囲に分散伝達されるので、嵌合穴１０ａ、１０ｂ近傍では、十分な強度を確保できる。
【００２２】
このように、このセグメント１によれば、取付部品４、５を、接合する相手側のセグメント１ａ、１ｂの嵌合穴７ｂ、８ｂ、８ａ、７ｂに挿入、嵌合するだけで、軸方向および周方向の両方向に固定することができるので、筒状のトンネル壁体２を短時間で構築することができる。
また、軸方向の作業のみによって、セグメント１を接合することができるので、接合作業は極めて単純であり、自動化も容易である。
さらに、接合作業前に、接合端面３に開口する嵌合穴９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂに、取付部品４、５を予め嵌合してから、接合作業を行うようになっているので、取付部品４、５を選択使用することで、既設のセグメント１ａ、１ｂの嵌合穴形状や、接合角度、誤差修正等に容易に対応することができる。嵌合穴９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂへの取付部品４、５の嵌合は、現場近くにおいても可能であるから、使用する取付部品の選択は、実際の接合作業状況に柔軟に対応して行うことができる。
【００２３】
なお、前記実施形態では、コンクリート製のセグメントについて説明したが、本発明はこれに限定されず、鉄骨からなるもの、スキンプレートを有するもの等、各種構成のセグメントに適用可能である。
取付部品は、前記実施形態に限定されず、各種構成が採用可能である。
例えば、取付部品の素材としては、バネ材に限定されず、樹脂等も採用可能である。また、取付部品に適用される金属としては、各種鋼材、鋳物等が採用可能である。
セグメントには、周方向への接合継手を別途設けることも可能である。この場合、トンネル軸方向への接合作業のみによって、接合可能な構造を採用する。
【００２４】
取付部品５に代えて、例えば、図６、図７に示す取付部品２１、２２も採用可能である。
図５に示す取付部品２１は、バネ材から弓形に湾曲された２本の挿入部２１ａを連結し、連結部２１ｂから対向する両側へ末広がりに成形したバネ体であり、図６に示す取付部品２２は、鋼製パイプの長手方向両端を二つ割り形状にしてなる挿入部２２ａを備えている。いずれの取付部品２１、２２を適用するにも、セグメントの接合端面に開口する嵌合穴を、取付部品２１、２２を挿入、嵌合可能な形状に変更することは言うまでも無い。
【００２５】
また、取付部品４に代えて、例えば、図８、図９に示す取付部品２３、２４を採用することも可能である。
図８に示す取付部品２３は、図６に示した取付部品２１と同様の構成に構成された挿入部２３ａを、連結部２３ｂの両側に対向配置して連結した構成であり、図９に示す取付部品２４は、図７に示した取付部品２２と同様の構成に構成された挿入部２４ａを、連結部２４ｂの両側に対向配置して連結した構成である。
いずれの取付部品２３、２４を適用するにも、セグメントの接合端面に開口する嵌合穴を、取付部品２３、２４を挿入、嵌合可能な形状に変更することは言うまでも無い。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のセグメントによれば、トンネル壁体の軸方向に押圧して、相手側のセグメントの接合端面に開口した嵌合穴に、ピン状の挿入部を挿入して嵌合させることで、軸方向に簡便に接合することができる。しかも、接合した両セグメント間にわたって連通状態の取付部品によって、軸方向のみならず周方向にも固定され、軸方向、周方向の両方向の接合力が、接合と同時に得られる。また、軸方向のみの接合作業によって接合することが可能であるので、極めて単純な作業により筒状のトンネル壁体を構築することができ、接合作業の自動化も容易であるといった優れた効果を奏する。
また、接合端面の中央部に取り付けられる取付部品が、それぞれ前記接合端面からピン状に突出され、かつ予め互いに周方向に接合されたセグメントのそれぞれに形成された嵌合穴に挿入、嵌合される一対の挿入部を連結部により連結してなる構成であるので、前記挿入部を、別の二つのセグメントに形成した嵌合穴にそれぞれ挿入、嵌合することで、これら二つのセグメント間を連結して接合力を高めることができ、トンネル壁体の強度を向上できるといった優れた効果を奏する。
【００２７】
そして、接合前のセグメントの接合端面に開口された嵌合穴に、取付部品を予め挿入、嵌合してから、セグメント同士を接合することが可能なので、接合するセグメントの形状等に適合する取付部品を選択使用することが可能になり、セグメントの汎用性が向上するといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のセグメントによって組み立てられるトンネル壁体の一例を示す斜視図である。
【図２】 本発明の１実施形態のセグメントによって組み立てられるトンネル壁体を示す平面図である。
【図３】 図２のトンネル壁体を軸方向から見た側面図である。
【図４】 図２のセグメントに適用する取付部品の一例を示す斜視図である。
【図５】 セグメントの接合端面に開口した嵌合穴への取付部品の挿入、嵌合工程を示す図であって、嵌合穴近傍を示す断面図である。
【図６】 本発明のセグメントに適用する取付部品の別態様を示す斜視図である。
【図７】 本発明のセグメントに適用する取付部品の別態様を示す斜視図である。
【図８】 本発明のセグメントに適用する取付部品の別態様を示す斜視図である。
【図９】 本発明のセグメントに適用する取付部品の別態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ セグメント、
２ トンネル壁体、
３ 接合端面、
４、５ 取付部品、
４ａ、４ｂ 挿入部、
６ 接合端面、
７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ 嵌合穴、
９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ 嵌合穴、
２１ 取付部品、
２１ａ 挿入部、
２２ 取付部品、
２２ａ 挿入部、
２３ 取付部品、
２３ａ 挿入部、
２３ｂ 連結部、
２４ 取付部品、
２４ａ 挿入部、
２４ｂ 連結部。

Claims (1)

1. 互いの接合端面同士を合わせた状態で接合されることにより、トンネル壁体を構成するセグメントであって、
   前記トンネル壁体の軸方向への接合端面には、
   前記接合端面からピン状に突設される弾性変形可能な一対の挿入部と、
   前記一対の挿入部を連結する連結部と、
   からなる取付部品を備え、
   前記一対の挿入部は、前記連結部付近の離間距離が最大となるとともに、前記連結部から離間するにしたがって互いに接近するように弓状に湾曲してなり、
   前記接合端面に対向する別の軸方向の接合端面に、前記一対の挿入部のそれぞれが挿入可能な直線状をなす嵌合穴を開口してなり、
   前記嵌合穴に挿入した前記挿入部が、該嵌合穴内にて弾性変形して嵌合することにより、互いに接合されることを特徴とするセグメント。

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