JP4306930B2 - セグメント用継手、該継ぎ手を備えるセグメント、セグメント連結方法及び該セグメント用継手に用いる連結部材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドトンネル等の地下空洞の内壁を覆工に関し、より詳細には、セグメント間の連結のために用いられるセグメント用継手、該継手を備えるセグメント、セグメント連結方法及び連結部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法は、トンネルや坑道を構築するために用いられ、トンネルの切羽面に当接するシールド機を用いて地下に穴を掘進し、この穴の内壁をセグメントリングで覆工してトンネルや坑道を構築する工法であり、安全、かつ確実に作業を行えるという特徴がある。
【０００３】
このシールド工法に用いられるセグメントリングは、通常は複数のセグメントに分割された状態で穴の内部に運ばれ、施工現場で穴の内径に沿って組み立てられる。このため、セグメントは、容易に連結できることが望まれている。また、同時に耐久性等の面からトンネル内面に継手部が露出しないことも望まれている。
【０００４】
セグメント間の連結は、例えば特開平６−１４６７９４号公報や特開平８−０２１１９５号公報のようにねじ切りしたピンを一方のセグメントに出没自在に設け、これを他方のセグメントに設けた開口に通してナットで締め付けることにより行われている。
【０００５】
また、特開平３−０２１１９５号公報には、セグメントの対向する面に雄コッター金具または雌コッター金具をそれそれ配設し、また他のセグメントの対向する面には雄ほぞ、雄ほぞを配設し、これらを互いに嵌合し、さらに雌ほぞ、雄ほぞにボルトを通すことによりセグメントを連結する方法が開示されている。
【０００６】
しかし、ピンやボルト、ナットを用いてセグメントを締結する場合は、ナットを締め付ける作業を行う必要がある。また、これらを取り付ける位置や角度がずれるとピンやボルトがナットに填らなくなるため、これらの加工精度、取り付け位置、当該セグメントの設置位置の各々を厳密に管理する必要がある。
【０００７】
また、特開平３−０２１１９５号公報に開示された方法も、同様の理由により、雌ほぞ、雄ほぞの位置がずれるとセグメントを連結できない可能性があるため、これらの設置位置と当該セグメントの設置位置の双方を厳密に管理する必要がある。
【０００８】
また、上述したピンとナットを用いた従来例は、ナットを取り付けるためにセグメントの上面或いは下面の一部を窪ませてボルトやピンの先端を露出させるなど、連結構造を複雑にする必要があるため、セグメントコストが高くなるという問題もある。また、トンネルの使用目的によっては、これらの窪みを埋める二次覆工を行う必要も生じる。またナットには緩みが生じるため、ナットの増し締めという事後工程を行う必要もある。
【０００９】
【発明の解決しようとする課題】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、加工精度、セグメントヘの取り付け位置、セグメントの設置位置に幅を持たせ、また、連結構造を簡略化させ、さらには事後工程を無くすことにより、セグメント間の連結を容易かつ確実に行え、ワンパスでセグメントリングの組立が可能でトンネル内にも各種の金具が露出せず平滑な内面を得ることができ、安価に施工できるセグメント用継手、該セグメント用継手を備えるセグメント、セグメント連結方法及び連結部材を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、本発明のセグメント用継手、該セグメント用継手を備えるセグメント、セグメント連結方法及び連結部材を提供することにより達成される。
【００１１】
すなわち、本発明の請求項１の発明によれば、複数のセグメントを周方向に連結して地下空洞面を覆工するためのセグメント用継手であって、該セグメントの長手方向に延び上記セグメントの長手方向端部から周方向内側に向かって開いた収容溝が設けられていると共に上記長手方向端部に固定された雌部材と、隣接するセグメントの長手方向端部から突出すると共に該長手方向端部に沿って延びる突出部と、保持部と、上記突出部と上記保持部との間に配置された連結部とを備える雄部材とを備え、上記雌部材の上記収容溝に上記雄部材の上記突出部を嵌合させることにより互いに隣接するセグメントを連結することを特徴とするセグメント用継手が提供される。
【００１２】
本発明の請求項２の発明によれば、上記収容溝は、上記セグメントの径方向外側面から径方向内側に向かって長手方向に沿って幅が狭くされており、上記突出部は、上記収容溝に収容可能な寸法とされていることを特徴とするセグメント用継手が提供される。
【００１３】
本発明の請求項３の発明によれば、上記収容溝には、上記セグメント用継手の締結力が上記突出部と上記収容溝の間の長手方向の相対位置により変化するテーパが設けられていることを特徴とするセグメント用継手が提供される。
【００１４】
本発明の請求項４の発明によれば、上記連結部は、上記突出部に対向する側の端部が上記保持部内部に画成された空間内に収容され、弾性部材を介して上記保持部に可動に保持されていることを特徴とするセグメント用継手が提供される。
【００１５】
本発明の請求項５の発明によれば、複数のセグメントを周方向に連結して地下空洞面を覆工するためのセグメント用継手であって、該セグメントの長手方向に延び上記セグメントの長手方向端部から周方向内側に向かって開いた収容溝が設けられていると共に上記長手方向端部に固定された雌部材と、隣接するセグメントの長手方向端部から突出すると共に該長手方向端部に沿って延びる突出部と、保持部と、上記突出部と上記保持部との間に配置された連結部とを備える雄部材とを備え、上記雌部材の上記収容溝に上記雄部材の上記突出部を嵌合させることにより互いに隣接するセグメントを連結することを特徴とするセグメント用継手を備えるセグメントが提供される。
【００１６】
本発明の請求項６の発明によれば、上記収容溝は、上記セグメントの径方向外側面から径方向内側に向かって長手方向に沿って幅が狭くされており、上記突出部は、上記収容溝に収容可能な寸法とされていることを特徴とするセグメントが提供される。
【００１７】
本発明の請求項７の発明によれば、上記収容溝には、上記セグメント用継手の締結力が上記突出部と上記収容溝の間の長手方向の相対位置により変化するテーパが設けられていることを特徴とするセグメントが提供される。
【００１８】
本発明の請求項８の発明によれば、上記連結部は、上記突出部に対向する側の端部が上記保持部内部に画成された空間内に収容され、弾性部材を介して上記保持部に可能に保持されていることを特徴とするセグメントが提供される。
【００１９】
本発明の請求項９の発明によれば、複数のセグメントを周方向に連結して地下空洞面を覆工するためのセグメント連結方法であって、該セグメントの長手方向に延び上記セグメントの長手方向端部から周方向内側に向かって開いた収容溝が設けられていると共に上記長手方向端部に固定された雌部材の上記収容溝に、隣接するセグメントの長手方向端部から突出すると共に該長手方向端部に沿って延びる突出部と、保持部と、上記突出部と上記保持部との間に配置された連結部とを備える雄部材の上記突出部を嵌合させることにより互いに隣接するセグメントを連結することを特徴とするセグメント連結方法が提供される。
【００２０】
本発明の請求項１０の発明によれば、前記収容溝は、前記セグメントの径方向外側面から径方向内側に向かって長手方向に沿って幅が狭くされており、前記突出部は、前記収容溝の径方向内側部に収容可能な寸法とされ、前記収容溝には、前記セグメント用継手の締結力が前記突出部と前記収容溝の間の長手方向の相対位置により変化するようなテーパが設けられており、前記連結部は、前記突出部に対向する側の端部が前記保持部内部に画成された空間内に収容され、弾性部材を介して前記保持部に可能に保持されていることを特徴とするセグメント連結方法が提供される。
【００２１】
本発明の請求項１１の発明によれば、請求項１のセグメント用継手に用いられる連結部材であって、該連結部材は、
収容溝が形成された雌部材と、突出部と保持部と上記突出部と上記保持部との間に配置された連結部と該連結部端部に取付けられ上記保持部に収容されるさらバネとからなる雄部材とを備え、
上記雌部材の上記収容溝に上記雄部材の上記突出部を嵌合させることにより、前記連結部がさらバネと共に移動して互いに隣接するセグメントの長手方向への嵌合に応じて該隣接するセグメントを連結することを特徴とする連結部材が提供される。
【００２２】
本発明の請求項１２の発明によれば、上記収容溝には、上記隣接セグメント用継手の締結力が上記突出部と上記収容溝の間の長手方向の相対位置により変化するテーパが設けられていることを特徴とする連結部材が提供される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面をもって詳細に説明する。図１は、本発明のセグメント用継手を用いて周方向に互いにセグメントを連結してセグメントリングを形成しているところを示した斜視図である。図１（ａ）には、セグメントリング１が複数のセグメント２を互いに連結させて、掘削された穴の周方向に沿って延ばされているのが示されており、セグメントリング１の両端部には、より詳細に後述する本発明のセグメント用継手が固定されているのが示されている。
【００２４】
図１（ｂ）には、セグメントリング１を形成するためのセグメント２が示されており、セグメント２は、周方向に所定の長さとされた周方向端部２ａと、掘削された穴の長手方向に沿って延びた長手方向端部２ｂ，２ｃとを備えている。周方向端部２ａには、図示しない継手が設けられていて、複数のセグメントリング１を長手方向に連結するようにされていても良い。図１（ｂ）に示すセグメント２の長手方向端部２ｂ，２ｃには、本発明のセグメント用継手が固定されており、図１（ｂ）では、長手方向端部２ｂにセグメント用継手のオス部材３が配置され、図に示されていない側の長手方向端部には、図１（ａ）に示されているのと同様のセグメント用継手の雌部材４が配置されている。本発明のセグメント２は、鋼製とされていても良く、また鉄筋コンクリートで形成されていても良い。また、長手方向端部２ｂ，２ｃには、雌部材４に隣接して溝が設けられていて、穴の軸方向からセグメントを連結させる際、突出部５を一時的に収容するようにされている。
【００２５】
セグメントリング１を構築する際には、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したセグメント用継手の雄部材３及び雌部材４が互いに嵌合するようにして配置し、順次周方向へとセグメントリング１が延ばされて行くようにされている。セグメント２の長手方向端部２ｂ，２ｃに固定されるセグメント用継手は、一方の長手方向端部２ｂに雄部材３を配置し、周方向に対向する長手方向端部２ｃに雌部材４を配置することができる。しかしながら、セグメント２の周方向に離間した長手方向端部２ｂ，２ｃの双方に雄部材３を配置することもでき、このようにする場合には、このセグメント２に連結させる他のセグメントには、その長手方向両端部に雌部材４を配置させて連結させることが必要である。また、長手方向端部２ｂ，２ｃには、隣接するセグメントが連結された場合に互いに適合するような段差が形成されていても良い。
【００２６】
図２は、図１において説明したセグメント用継手を構成する雄部材３と、雌部材４とを示した斜視図である。図２に示すように、雄部材３は、突出部５と、連結部６と、保持部７とを備えており、この突出部５が、雌部材４に形成された収容溝８に嵌合されることにより、セグメント２の連結が行われるようにされている。雄部材３は、セグメント２に対して、セグメント２の長手方向端部２ｂ，２いづれかに保持部７の外側端面７ａがセグメント２の長手方向端部２ｂ，２ｃに面一となるようにして固定されている。また、図２では、雄部材３は、長手方向端部２ｂに２つ設けられているのが示されているが、本発明においては必要に応じてセグメント２あたりいかなる数の雄部材３を用いることもできる。また、雌部材４の数は、接合される隣接するセグメント２の雄部材３の数と同一とされている。
【００２７】
また、雌部材４は、同様にセグメント２の長手方向端部２ｂ，２ｃのいずれかに外側端面４ａが面一となるようにして固定されている。セグメント２への雄部材３及び雌部材４の取付は、図示しないアンカー筋を保持部７の端面７ｂ及び雌部材の端面４ｂに溶接する等してセグメント２へと溶接、ボルト、ナット、あるいは、鉄筋コンクリート製のセグメント２を用いる場合には、雄部材３及び雌部材４をコンクリートにのみ込ませて固定することも可能である。図２に示した雌部材４は、収容溝８の外側端面４ａ側が面取り９が設けられているのが示されているが、この面取り９は、必ずしも必要とされるものではなく以後の説明では省略する。また、収容溝８のセグメント２の径方向外側の方向の断面は、突出部５の大きさよりも大きくされており、収容溝８へと突出部５を挿入し易くされている。この詳細な形状については、図４を用いてさらに説明する。
【００２８】
図３は、本発明のセグメント用継手の雄部材３の構造を詳細に示した断面図である。図３に示されるように本発明のセグメント用継手の雄部材３は、断面が略台形とされ、セグメント２の長手方向に沿って延ばされた突出部５と、この突出部５を保持するための保持部７と、突出部５と保持部７の間に配置された連結部６とを備えている。保持部７には、開口１０が形成されていて、この開口１０を通して連結部６が保持部７の内部に画成された空間１１に挿入されて、後述する弾性部材及び連結部６の一部を矢線Ｂの方向に可動に保持しているのが示されている。突出部５は、図３中では、台形の断面とされているのが示されているが、本発明においては、台形の断面の他、球状、円筒状の形状等、適切に収容溝８内に嵌合され締結力を生じさせる形状とすることができる。同様に保持部７の形状は、図３中では矩形の断面形状とされているのが示されているが、適切にセグメントに埋設され、締結力に抗する耐力を生じさせるものであれば、矩形、球形、円筒形といった形状も用いることが可能である。
【００２９】
保持部７に空間１１を画成するためには、鉄や鋼製の板材を溶接、鋳造、ボルト、ナットにより固定するなど、種々の方法を用いることができる。連結部６の一端は、突出部５に固定され、連結部６の他端には、上述した弾性部材として用いられるさらバネ１２が固定されている。このさらバネ１２は、連結部６の端部に螺子を設けてさらバネ１２を螺合させることにより取り付けられていても良いし、連結部６へとボルト締めされて取り付けられていても良いし、又は連結部６に対して溶接されていても良い。また、さらバネ１２には、連結部６に隣接する側に対向する側に部材１３が設けられていて、さらバネ１２による反発力をより一層向上させている。この部材１３は、さらバネ１２と一体として形成されていても良いし、また別部材として形成された後、さらバネ１２と共に連結部６に取り付けることができる。さらバネ１２は、保持部７の内側に画成された空間１１の内側面１４に当接することで突出部５と、連結部６とを保持している。本発明においては、弾性部材としてはさらバネ１２以外でも、本発明の効果を得ることができれば種々のバネ部材を用いることができる。この図３に示したさらバネ１２の連結部６への取付については、従来のいかなる方法でも用いることができる。
【００３０】
図４は、本発明のセグメント用継手に用いる雌部材４の正面図である。図４には、雄部材３の突出部５が破線で示されている。図４に示されているように、収容溝８には、突出部５が挿入される方向を示した矢線Ｃの向きに狭くなるようにガイド機構が形成されており、突出部５の初期の挿入を容易とさせていると共に、収容溝８へと突出部５が適切に挿入された場合には、突出部５と収容溝８とが互いに嵌合して雄部材３と雌部材４とが互いに離間しないようにさせている。
【００３１】
図４に示した収容溝８の形状は、雌部材４の中間部まで細められているのが示されているが、本発明においては、適切に突出部５を収容し、雄部材３と、雌部材４との締結力を調節できるような寸法とされていれば、いかなる寸法、形状でも用いることができる。
【００３２】
図５は、本発明の連結部材の雄部材３の突出部５が、雌部材４の収容溝８と嵌合するように挿入されたところを示した側面断面図である。収容溝８に設けられるガイド機構には、さらに図４の矢線Ｃの向きに突出部５が挿入されるに従って、上述したさらバネ１２による反発力が増加するように、収容溝８の内側壁面１５のテーパ角度がセグメント２の周方向内側に向かって突出部５を移動させるように形成されたテーパが付けられていても良い。このようなテーパを同時に用いることにより、突出部５が径方向へと挿入されるにつれ挿入の程度に応じてさらバネ１２の反発力を増加させることができ、雄部材３を相対的に雌部材４の方向へと引き戻し固定する締結力を増加させることが可能とされる。このようなガイド機構を用いることにより、突出部５と収容溝８との嵌合に加え、バネ弾性により引き抜き抵抗を非常に大きくすることができる。
【００３３】
図６は、図５に示した雄部材３と雌部材４とが互いに嵌合する位置にまで挿入されたセグメント用継手の上面断面図である。図６に示された実施例中では、雌部材４が雄部材３よりも大きく示されているが、本発明においては、雌部材４と雄部材３の大きさは適宜設定することが可能である。図６には、雌部材４の外側壁面４ａから、突出部５の連結部６により連結される面５ａまでの距離がδで示されている。この距離δは、図５において説明したように突出部５の収容溝８への挿入の度合いにより変化させることができ、δが大きくなればなるほどさらバネ１２の反発力が増加し、より締結力が向上することになる。
【００３４】
以下に、本発明のセグメント連結方法を説明する。本発明のセグメント接合方法では、図６の矢線Ｄの方向から雄部材３の突出部５が収容溝８に収容されるような位置に、連結するセグメント２をクレーン等を用いて隣接配置する。次いで、セグメントリング１の長手方向から突出部５を収容溝８に挿入して行き、所定のδとなる位置で挿入を停止する。上述したδと反発力の間の関係を概略的に示したのが図７である。図７は、縦軸がさらバネ１２による反発力Ｐ、すなわち、セグメント用継手の締結力を示し、横軸が、距離δとして示されている。図に示されるように、δを大きくすることにより反発力Ｐが増加することがわかる。また、すなわち、本発明のセグメント連結方法では、突出部５の収容溝８内の長手方向の相対位置を調節することにより締結力を調節することが可能となる。
【００３５】
また、本発明のセグメント用継手は、必ずしも突出部５を収容溝８の最も最端部にまで挿入する必要はなく、必要に応じて突出部５の収容溝８の相対位置を変化させることによりδを変化させ締結力を調節することが可能となる。例えば、なじんだ位置において所定の締結力が生じるようなδ２とするように、セグメント２が地山に出た場合にセグメント用継手がゆるむことを考慮して、予めさらバネ１２の変位量をδ１へと大きくしておくことにより、増し締めも不要とすることができる。また、雄部材３にさらバネ１２を用いることにより比較的長い距離が必要な収容溝８内に弾性部材を配置するよりも弾性部材の大きさを小さくすることができ、いっそう作業性改善し、セグメントのコストを低減させることが可能となる。
【００３６】
これまで本発明を、図面に示した実施例をもって説明してきたが、本発明は、説明した実施例に特に限定されるわけではなく、例えば、長手方向端部２ｂ，２ｃに接合された場合に互いに填り合うような周方向に延びた段差が設けられていても良いし、また、雄部材３，雌部材４の形状、相対的寸法についても適宜設定することができる。
【００３７】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、加工精度、セグメントヘの取り付け位置、セグメントの設置位置に幅を持たせ、また、連結構造を簡略化させ、トンネル内面にも継手が露出せずトンネルといった構造物の内面を平滑とさせることが可能で、セグメント構造も簡易なものとすることができるためコストを低減させることができ、さらには、締結力を調節することが可能となるため増し締めも必要とされず、ワンパスで組立が可能となるため施工の簡便、かつ容易なセグメント用継手、該セグメント継手を備えたセグメント、セグメント連結方法及び連結部材が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により構築されるセグメントリングと、セグメントとを示した図。
【図２】本発明のセグメント用継手の雄部材と雌部材とを示した図。
【図３】本発明のセグメント用継手の雄部材の断面図。
【図４】本発明のセグメント用継手の雌部材の正面図。
【図５】本発明のセグメント用継手の雄部材と雌部材とが嵌合したところを示した側面図。
【図６】本発明のセグメント用継手の雄部材と雌部材とが嵌合したところを示した上面断面図。
【図７】本発明のセグメント用継手の締結力とδの関係を示したグラフ。
【符号の説明】
１…セグメントリング
２…セグメント
２ａ，２ｂ…長手方向端部
３…雄部材
４…雌部材
４ａ…外側端面
４ｂ…端面
５…突出部
６…連結部
７…保持部
７ａ…外側端面
７ｂ…端面
８…収容溝
９…面取り
１０…開口部
１１…空間
１２…さらバネ
１３…部材
１４…内側面
１５…内側壁面

Claims (3)

1. 複数のセグメントを周方向に連結して地下空洞面を覆工するためのセグメント用継手であって、
   該セグメントの長手方向に延び前記セグメントの長手方向端部から周方向内側に向かって開いた収容溝が設けられていると共に前記長手方向端部に固定された雌部材と、
   隣接するセグメントの長手方向端部から突出すると共に該長手方向端部に沿って延びる突出部と、保持部と、前記突出部と前記保持部との間に配置された連結部とを備える雄部材とを備え、
   前記収容溝は、前記セグメントの径方向外側面から径方向内側に向かって長手方向に沿って幅が狭くされ、前記突出部は、前記収容溝に収容可能な寸法とされており、
   前記連結部は、前記突出部に対向する側の端部が前記保持部内部に画成された空間内に収容され、弾性部材を介して前記保持部に可動に保持され、
   前記収容溝の内側壁面には、前記突出部が長手方向に挿入されるに従って前記突出部を前記セグメントの周方向内側に向かって移動させて前記弾性部材の反発力を増加させるためのテーパが形成されており、
   前記雌部材の前記収容溝に前記雄部材の前記突出部を長手方向に挿入して嵌合させることにより互いに隣接するセグメントを連結することを特徴とするセグメント用継手。
2. 複数のセグメントを周方向に連結して地下空洞面を覆工するためのセグメント用継手であって、
   該セグメントの長手方向に延び前記セグメントの長手方向端部から周方向内側に向かって開いた収容溝が設けられていると共に前記長手方向端部に固定された雌部材と、
   隣接するセグメントの長手方向端部から突出すると共に該長手方向端部に沿って延びる突出部と、保持部と、前記突出部と前記保持部との間に配置された連結部とを備える雄部材とを備え、
   前記収容溝は、前記セグメントの径方向外側面から径方向内側に向かって長手方向に沿って幅が狭くされ、前記突出部は、前記収容溝に収容可能な寸法とされており、
   前記連結部は、前記突出部に対向する側の端部が前記保持部内部に画成された空間内に収容され、弾性部材を介して前記保持部に可動に保持され、
   前記収容溝の内側壁面には、前記突出部が長手方向に挿入されるに従って前記突出部を前記セグメントの周方向内側に向かって移動させて前記弾性部材の反発力を増加させるためのテーパが形成されており、
   前記雌部材の前記収容溝に前記雄部材の前記突出部を長手方向に挿入して嵌合させることにより互いに隣接するセグメントを連結することを特徴とするセグメント用継手を備えるセグメント。
3. 複数のセグメントを周方向に連結して地下空洞面を覆工するために、該セグメントの長手方向に延び前記セグメントの長手方向端部から周方向内側に向かって開いた収容溝が設けられていると共に前記長手方向端部に固定された雌部材の前記収容溝に、隣接するセグメントの長手方向端部から突出すると共に該長手方向端部に沿って延びる突出部と、保持部と、前記突出部と前記保持部との間に配置された連結部とを備える雄部材の前記突出部を嵌合させることにより互いに隣接するセグメントを連結するセグメント連結方法であって、
   前記収容溝は、前記セグメントの径方向外側面から径方向内側に向かって長手方向に沿って幅が狭くされ、前記突出部は、前記収容溝に収容可能な寸法とされており、
   前記連結部は、前記突出部に対向する側の端部が前記保持部内部に画成された空間内に収容され、弾性部材を介して前記保持部に可動に保持され、
   前記収容溝の内側壁面には、前記突出部が長手方向に挿入されるに従って前記突出部を前記セグメントの周方向内側に向かって移動させて前記弾性部材の反発力を増加させるためのテーパが形成されており、
   前記雌部材の前記収容溝に前記雄部材の前記突出部を長手方向に挿入して嵌合させることにより互いに隣接するセグメントを連結することを特徴とするセグメント連結方法。

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