JP4419820B2 - セグメント用リング継手 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル等の土木構造物に用いられるセグメント同士を連結するためのリング継手に関するものである。

トンネル工法として、主要な工法の一つであるシールド工法は、シールドを地中に推進させ、シールド外殻及びセグメントにより保持しながら土砂の崩壊を防ぎ、トンネルを構築する工法である。

シールド工法において、リング状のセグメント部材であるセグメントリングを軸方向に連結していくリング継手の従来技術１として、図７にボルト接合継手を示す。このボルト接合継手は、各セグメントリング１０５、１０６に孔をあけ、ボルト１０１とナット１０３により締め付けを行って接合するものである。図において、１０４はワッシャである。

又、従来技術２として、図８に特許文献１のトンネル覆工用セグメントのリング継手を示す。これは、互いに相対するリング継手面２１６、２１８を有する２つのトンネル覆工用セグメント２１０、２１２を互いに連結するためのリング継手２１４であって、一方のセグメント２１０に固定された該セグメントのリング継手２１６から伸びる、先細の先端部２３４及びくびれ２３８のある胴部２３６を有するピン２２２と、他方のセグメント２１２に設けられた該セグメントのリング面２１８に開放する前記ピン２２２のための挿入空間２２４と、該挿入空間２２４に挿入される前記ピン２２２の横断方向へ互いに挿入可能であるように前記挿入空間２２４に保持された互いに接する一対の可動部材２２６、２２８であって、前記挿入空間２２４に挿入される前記ピン２２２の先端部２３４からその胴部２３６のくびれ２３８までの挿通を許し且つ可動部材２２６、２２８の移動により拡開可能である孔２５２を協同して規定し、又、両可動部材の接触面が前記ピン２２２の挿入方向に関してその前方からその後方へ向けて傾斜（２４４）している一対の可動部材２２６、２２８と、前記他方のセグメント２１２の挿入空間２２４に保持された少なくとも２つのばね部材２３０、２３２であって、両可動部材２２６、２２８に対して前記孔２５２の拡開を制限するようにそれぞればね力を及ぼす、少なくとも２つのばね部材２３０、２３２とを含むリング継手２１４である。

図において、２４０は、セグメント２１０に埋設された、ピン２２２が溶接される補強板、２４２は、ピン２２２に溶接され、且つ、セグメント２１０に埋設されたアンカー筋、２５８は、セグメント２１２に埋設され、リング継手面２１８に露出する補強板、２６０は、セグメント２１２に埋設された板、２６２は、両板２５８、２６０に溶接されたフレーム、２６４、２６６は、両板２５８、２６０に形成された、ピン２２２の通過孔、２６８は、セグメント２１２中に埋設されたアンカー筋である。

又、特許文献２には、円筒形の部材厚が先端部になるに従い徐々に薄く形成されるように内周面にテーパーが設けられた雄型部材を、先端部及び底部に比べ中央部の断面を小さくした雌穴に挿入するようにされた継手が記載され、特許文献３には、鋼殻セグメントにおけるトンネル円周方向継手部材を、相対する部材間で接触可能な、組立時位置決めガイド兼用の係合凹部と係合凸部を有する継手部板状鋼材で構成した複雑な構造の鋼殻セグメントが記載され、特許文献４には、先端に向うほど径が小さくなるテーパー形状の頭部を有する雄継手を、弾性変形可能な板体と、各板体の先部から内側に向って突出して、雄継手の頭部を挿入した際に、雄継手の底部に掛合する掛合部とを備えた雌継手に挿入することにより接合するようにした継手部材が記載され、特許文献５には、円筒くぼみ付き雄と円筒状に配置された引掛けばねを組合せた継手金具が記載され、特許文献６には、円筒くびれ付き雄と円筒状に配置された板ばねを組合せたセグメントの接合構造が記載され、特許文献７には、底部に向かって断面が徐々に広がるテーパー形状の内周面を有する固定孔が設けられた雌型部材と、前記固定孔と嵌合する外形の雄型部材を組合せた継手が記載されている。

特開２００３−３２８６９３号公報 特開２００３−１９３７９７号公報 特開２００２−８１２９７号公報 特開２００２−１０６２９２号公報 特開２００１−１０７６８８号公報 特開平１０−８２２８３号公報 特開２００３−２６２０９２号公報

しかしながら従来技術１のボルト接合継手は、接合面の孔位置を正確に合わせなければならないという問題がある。又、一般に、ボルトの締め付け作業を狭小空間且つ高所で行なう必要がある。このような場合は、ボルトの締め付け作業が煩雑且つ困難となり、多大な時間と費用が必要となる。

一方、従来技術２に関しては、ばね部材２３０、２３２を用いた複雑な機構であり、又、継手２１４の部品数も多いため、継手の加工及び製作がコスト高となる。セグメント工法においては数多くのリング継手が必要であり、継手のコスト高は大きな問題となる。

更に、特許文献２乃至７に記載の従来技術も、構造が複雑だったり、施行が容易でないという問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、安価で、施工が容易であり、引き抜き耐力が大きなセグメント用リング継手を提供することを課題とする。

本発明は、トンネル壁体を構築するセグメントをトンネル軸方向に連結するための継手であって、トンネルの軸方向に位置する２つのセグメント部材のうち、一方のセグメント部材に設けられた雄継手と、前記一方のセグメント部材と相対する面に位置する他方のセグメント部材に設けられた雌継手とにより構成され、前記雄継手は、前記雌継手と嵌合する方向に突出した雄継手頭部、雄継手くびれ部、雄継手軸部を有し、前記雌継手は、前記雄継手頭部、前記雄継手くびれ部、前記雄継手軸部を挿通できる大きさの雌継手孔部を有し、該雌継手孔部の背面に板部材変形部、板部材固定部を有する板部材を配設し、前記雄継手が挿入されたときに、該板部材変形部が挿入方向に変形し、且つ前記雄継手頭部が該板部材変形部に挿通後、前記板部材変形部が弾性復帰して、雄継手くびれ部に掛合し、さらに、前記板部材には、引き抜き力に対する該板部材変形部の変形を抑制するための補強部材が設けられていることを特徴とするセグメント用リング継手により、上記課題を解決したものである。
本発明において、さらに、前記一方のセグメント部材には前記雄継手が貫通できる貫通孔が設けられ、該貫通孔の内周面および前記雄継手軸部の外周面にそれぞれねじ溝が設けられ、前記雄継手軸部と前記貫通孔とが噛合されることにより前記雄継手は前記一方のセグメント部材に固定されており、前記雄継手軸部を回転させて挿入方向と反対方向に後退させることにより、前記板部材変形部と前記雄継手くびれ部との間のクリアランスを調整することができるようにされていてもよい。

又、前記板部材２つを、該雌継手孔部の背面に対をなすように配設してもよい。

又、前記板部材変形部のうち、雄継手くびれ部に掛合する部分に切り欠き部を設けて、嵌合を確実とし、引き抜き耐力を増大させてもよい。

又、前記雄継手と雌継手の係合面に凹凸を形成して、嵌合を確実とし、引き抜き耐力を増大させてもよい。

更に、前記雄継手及び雌継手を鋼製としてもよい。

更に又、前記板部材をばね鋼としてもよい。

本発明によるリング継手においては、雄継手を雌継手に挿入するだけで継手が嵌合し、セグメントの連結が可能となり、ボルト接合継手のようにボルトの締め付け作業が不要となる。又、雄継手軸部に対し、雌継手孔部の径を所定のクリアランスを設けて設定してあるので、２つのセグメント部材間の継手位置に多少のずれが生じている場合でも、セグメントの連結が可能となる。又、板部材に補強部材が設けられており、引き抜き力に対する板部材変形部の変形を抑制することができる。又、一方のセグメント部材に雄継手が貫通できる貫通孔が設けられ、該貫通孔の内周面および雄継手軸部の外周面にそれぞれねじ溝が設けられ、雄継手軸部と貫通孔とが噛合されることにより雄継手が前記一方のセグメント部材に固定されている場合には、雄継手と雌継手の間のクリアランスの微調整が必要な場合にも、比較的簡単に行なうことができる。

以上により、ボルト接合継手など従来技術と比較して現場における施工作業が軽減され、工費と工期の低減効果が得られる。

更に、本発明によるリング継手は、単純な板状の部材を主体として構成され、又、孔あけ加工も単純（深さ方向にテーパーが無く等径）であるため、製作、加工、溶接などの作業が容易である。従って、継手の製作コストの低減、施工性向上の効果が得られ、製作精度の確保も容易となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１（Ａ）、（Ｂ）に、セグメント部材１と２を嵌合する前の本発明の構成要素の一部を備えた参考実施形態の雄継手１０及び雌継手３０の（Ａ）左側面図及び（Ｂ）正面から見た断面図を示す。トンネルの軸方向に位置する２つのセグメント１、２のうち、一方（図の右側）のセグメント部材１には雄継手１０が設けられ、他方（図の左側）のセグメント部材２には雌継手３０が設けられている。

雄継手１０は、雄継手頭部１２、雄継手くびれ部１４、雄継手軸部１６、雄継手ねじ頭部２０から構成され、雄継手ねじ部１８により、セグメント部材１と固定されている。

雌継手３０は、雌継手孔部３２と、板部材固定部３４ａ、板部材変形部３４ｂ、板部材切り欠き部３４ｃを含む板部材３４とから構成され、板部材固定部３４ａを介して、溶接接合等により、セグメント部材２に固定されている。雌継手孔部３２は、雄継手１０が所定のクリアランスをもって挿通できる大きさに設定されている。又、板部材切り欠き部３４ｃは、雄継手挿通後、雄継手くびれ部１４に掛合する大きさに設定されている。

板部材３４は、比較的高い剛性を有し、且つ、板部材変形部３４ｂが、雄継手１０を雌継手３０に挿入した際に変形するように構成されている。又、板部材固定部３４ａは、雄継手挿通の際、あるいは、雄継手挿通後に引き抜き力が働いた場合に、板部材３４がセグメント部材２に固定された状態を保持できる強度を有している。

図２に雄継手１０を雌継手３０に挿入中の状態を示す。雄継手１０を雌継手３０に挿入する際には、板部材変形部３４ｂが、矢印Ａに示す如く、片持ち梁状に変形する。雄継手１０を雌継手３０に挿入する方向に対しては、板部材変形部３４ｂの変形可能長さＬが大きいため、板部材変形部３４ｂが小さい力で変形する。板部材変形部３４ｂが一定量変形したところで、図３に矢印Ｂで示すように、板部材切り欠き部３４ｃが雄継手くびれ部１４に嵌合する。これにより、セグメント部材１、２を連結した状態を維持できる。又、雄継手軸部１６に対し、雌継手孔部３２の径を所定のクリアランスを設けて大きく設定してあるので、セグメント部材１とセグメント部材２間の継手位置に多少のずれが生じている場合でも、セグメントの連結が可能となる。以上により、スムーズな挿入性が得られる。なお、板部材切り欠き部３４ｃは、雄継手くびれ部１４の形状に合わせて設けるものであり、それにより、雄継手くびれ部１４に対する接触面積が増大するため、雄継手くびれ部１４に確実に嵌合でき、且つ引き抜き耐力が増大する。なお、板部材切り欠き部３４ｃを省略することもできる。

雄継手１０と雌継手３０の間にクリアランスの微調整が必要な場合には、図４に示すように、雄継手ねじ頭部２０を矢印Ｃに示す如く回転させて、矢印Ｄに示すように、軸部１６を図の右方に後退させることにより行なう。これにより、雄継手１０と雌継手３０を強固に接合することも可能である。

なお、本実施形態において、雄継手ねじ部１８及び雄継手ねじ頭部２０の形状は、ボルト形状としたが、雄継手１０の長手方向の位置を調整できれば他の形状及び方法としてもよい。又、雄継手１０と雌継手３０の間のクリアランスの微調整を行なう必要がなければ、雄継手ねじ部１８及び雄継手ねじ頭部２０を設けずに、雄継手軸部１６をセグメント部材１に直接固定することも可能である。

更に、雌継手孔部３２、板部材３４、板部材切り欠き部３４ｃの形状は、本実施形態に示されたものに限らず、長方形、円形、楕円形断面等としてもよい。

又、板部材３４の個数も、２個に限定することなく、２個以上の複数個設けても構わない。板部材３４の設置位置については、雌継手３０の背面上であれば特に限定されない。

嵌合後に引き抜き力が作用した状態を図５に示す。引き抜き力に対しては、板部材切り欠き部３４ｃが雄継手くびれ部１４に掛合することにより抵抗する。この際、板部材変形部３４ｂの変形可能長さＬが小さいため、引き抜き力の方向への変形に対して板部材変形部３４ｂは殆んど変形しない。又、変形可能長さ以外の板部材変形部３４ｂは、引き抜き力に対して支圧力で抵抗する。以上により、大きな引き抜き耐力が得られる。

次に、請求項１に係る本発明の実施形態を図６に示す。この実施形態は、引き抜き力に対する板部材３４の抵抗力を増大させるために、板部材３４に補強部材３６を設けたものである。

補強部材３６の設置位置は、引き抜き力に対する板部材３４の変形を抑制できる位置に設ける。例えば、本実施形態においては、雌継手孔部３２の縁端部の直上位置における板部材上に補強部材３６を設置している。

又、図６に示すように、必要に応じて、板部材固定部３４ａを板部材３４の端部で直角方向に折り返して固定したり、あるいは、板部材３４の幅Ｎおよび固定長Ｍを長くすることにより、板部材３４の抵抗力を増大させ、かつ、板部材固定部３４ａの抵抗力も増大させることも可能である。

なお、前記実施形態においては、雄継手１０の頭部１２とくびれ部１４の形状が、断面が２次曲線状のきのこ形とリング状溝の組合せとされていたが、頭部１２の形状は、これに限定されず、図７（Ａ）に示すような、断面が半円状のきのこ形頭部１２ａや、図７（Ｂ）に示すような、円柱形頭部１２ｂや、図７（Ｃ）に示すような、裁頭円錐状頭部１２ｃであっても良い。又、くびれ部１４の形状も、リング状溝に限定されず、図７（Ｄ）や（Ｅ）に示すような、軸部１６と連続する段付部１４ａであって良い。更に、図７（Ｆ）や（Ｇ）に示す如く、雌継手と接する面に細かい凹凸１５を付けて、結合力を高めても良い。なお、凹凸を雌継手側にも設けて、結合力を一層高めたり、あるいは、雌継手側のみ凹凸を設けても良い。

本発明の参考実施形態に係るリング継手の嵌合前の状態を示す（Ａ）雌継手側から見た左側面図及び（Ｂ）正面から見た断面図 参考実施形態の雄継手を雌継手に挿入中の状態を示す正面から見た断面図 同じく嵌合後の状態を示す正面から見た断面図 同じく雄継手と雌継手の間のクリアランスの微調整を行っている状態を示す（Ａ）左側面図及び（Ｂ）正面から見た断面図 同じく引き抜き力に対する抵抗を示す（Ａ）左側面図及び（Ｂ）正面から見た断面図 本発明の請求項１に係るリング継手の実施形態の（Ａ）左側面図及び（Ｂ）正面から見た断面図 雄継手頭部とくびれ部の様々な変形例を示す断面図及び斜視図 従来技術１を示す断面図 従来技術２を示す斜視図

符号の説明

１、２…セグメント部材
１０…雄継手
１２、１２ａ、１２ｂ…雄継手頭部
１４、１４ａ…雄継手くびれ部
１６…雄継手軸部
１８…雄継手ねじ部
２０…雄継手ねじ頭部
３０…雌継手
３２…雌継手孔部
３４…板部材
３４ａ…板部材固定部
３４ｂ…板部材変形部
３４ｃ…板部材切り欠き部
３６…補強部材

Claims (7)

1. トンネル壁体を構築するセグメントをトンネル軸方向に連結するための継手であって、
   トンネルの軸方向に位置する２つのセグメント部材のうち、一方のセグメント部材に設けられた雄継手と、前記一方のセグメント部材と相対する面に位置する他方のセグメント部材に設けられた雌継手とにより構成され、
   前記雄継手は、前記雌継手と嵌合する方向に突出した雄継手頭部、雄継手くびれ部、雄継手軸部を有し、
   前記雌継手は、前記雄継手頭部、前記雄継手くびれ部、前記雄継手軸部を挿通できる大きさの雌継手孔部を有し、該雌継手孔部の背面に板部材変形部、板部材固定部を有する板部材を配設し、
   前記雄継手が挿入されたときに、該板部材変形部が挿入方向に変形し、且つ前記雄継手頭部が該板部材変形部に挿通後、前記板部材変形部が弾性復帰して、雄継手くびれ部に掛合し、
   さらに、前記板部材には、引き抜き力に対する該板部材変形部の変形を抑制するための補強部材が設けられていることを特徴とするセグメント用リング継手。
2. さらに、前記一方のセグメント部材には前記雄継手が貫通できる貫通孔が設けられ、該貫通孔の内周面および前記雄継手軸部の外周面にそれぞれねじ溝が設けられ、前記雄継手軸部と前記貫通孔とが噛合されることにより前記雄継手は前記一方のセグメント部材に固定されており、前記雄継手軸部を回転させて挿入方向と反対方向に後退させることにより、前記板部材変形部と前記雄継手くびれ部との間のクリアランスを調整することができることを特徴とする請求項１に記載のセグメント用リング継手。
3. 前記板部材２つが、該雌継手孔部の背面に対をなすように配設されたことを特徴とする請求項１または２に記載のセグメント用リング継手。
4. 前記板部材変形部のうち、雄継手くびれ部に掛合する部分に切り欠き部を設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセグメント用リング継手。
5. 前記雄継手と雌継手の係合面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセグメント用リング継手。
6. 前記雄継手及び雌継手が鋼製であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセグメント用リング継手。
7. 前記板部材がばね鋼であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のセグメント用リング継手。

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