JP6028147B2 - セグメントの継手部構造 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの内部覆工に用いられるセグメントを相互に連結するためのものであって、特にはセグメントリングを相互に連結するためのセグメントの継手部構造に関する。

シールド工法よるトンネル構築においては、シールド掘削機の後方側で掘削孔の内周面に沿って円弧版状のセグメントを周方向に連結してセグメントリングを組み立て、このセグメントリングをシールド掘削機の進行に合わせて順次トンネル軸方向に連設することによりトンネル内に覆工がなされている。

従来、このセグメントリング相互の連結は、セグメントリングを構成するセグメントをトンネル軸方向で相互に連結することによりなされ、このセグメント相互間を連結する継手部構造には、互いに連結される一方のセグメントの接合端面より突出したピン状の雄側継手部材と、他方のセグメントの接合部に固定された雌側継手部材部材とを備え、両接合部端面同士を突き合わせるとともに雄側継手部材を開口部より雌側継手部材に挿入し、雌側継手部材に雄側継手部材を抜け出し不能に保持させることによりセグメント相互を連結する構造のものが知られている。

このような継手部構造には、ピン状の雄側継手部材を雌側継手部材に圧入し、その引き抜き抵抗力によりリング軸方向で移動不能に連結されるようにしたもの（例えば特許文献１）や、雌側継手部材内に雄側継手部材の軸径方向で移動可能な係合駒を備え、雄側継手部材を雌側継手部材内に挿入した際に、この係合駒が雄側継手部材の外周部に形成された係合溝にバネの付勢力により係合してピンの軸方向の移動を規制するようにしたもの（例えば特許文献２）等がある。

また、従来の継手部構造には、図７に示すように、接合面側に向けて縮径したテーパ筒状の本体部１００を有する外殻体１０１と、外殻体１０１に内に嵌り込む円錐台状を複数に分割した形状の複数の楔部材１０２，１０２と、外殻体１０１の後端板１０３に反力を取って各楔部材１０２，１０２を接合面側に付勢する反力バネ１０５とを備えた雌側継手部材１０６を使用し、楔部材１０２，１０２で雄側継手部材１０７を把持することにより、雌側継手部材１０６に雄側継手部材１０７を抜け出し不能に保持させるようにしたものも開発されている（例えば、特許文献３、図９を参照）。

特開２０００−２８２７９５号公報 特開２００３−３２８６９３号公報 特開２００８−１５６９９７号公報

しかしながら、上述の特許文献１に示す如き従来の技術では、ピン状の雄側継手部材を雌側継手部材に圧入し、その引抜き抵抗力により連結強度を確保する構造であるため、その圧入に際して高い挿入力を必要とし、作業効率が悪いという問題があった。

また、上述の特許文献２に示す如き従来の技術では、部品点数も多く構造が複雑なため、その分、コストが嵩むという問題があった。

また、上述の特許文献３に示す如き従来の技術では、各楔体をセグメントに固定された外殻体の後端板に反力を取って付勢し、外殻体のテーパ状の内側面に押し当てる構造であるため、楔体は常に外殻体からの反力を受けて雄側継手部材を把持した状態にあるので、外殻体に反力を取った楔体の締め付けと反力バネによる付勢力に抗して挿入しなければならず、高い挿入力を必要としていた。

一方、反力バネによる付勢力が弱いと、雄側継手部材の挿入作業において反力バネが破壊される虞があり、当該破壊を招くと楔体に対する付勢力が消失し、雄側継手部材を保持できない虞があった。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、少ない挿入力で確実に挿入することができるとともに確実にセグメント相互を連結することができ、しかも安価なセグメントの継手部構造の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、互いに連結される一方のセグメントの接合部端面より突出したピン状の雄側継手部材と、他方のセグメントの接合部に固定された雌側継手部材とを備え、前記両接合部端面を突き合わせて前記雄側継手部材を前記雌側継手部材内に挿入し、前記雌側継手部材に前記雄側継手部材を抜け出し不能に保持させることにより前記両セグメントが連結されるようにしてなるセグメントの継手部構造において、 前記雌側継手部材は、前端側が開口部を有する前端板で閉鎖され、後端側が後端板で閉鎖された筒状の外殻体と、中央部に後端側に向けて拡開したテーパ孔状の内楔嵌合部を有する筒状体を複数分割した形状に形成され、前記外殻体内に移動可能に嵌合された複数の可動反力伝達部材と、前記内楔嵌合部に嵌合される後端側に向けて拡開したテーパ状の外側面を有する楔状体を複数分割した形状に形成された複数の内楔部材と、前記後端板に反力を取って前記内楔部材を接合面側に付勢するバネ体とを備え、前記可動反力伝達部材を介して前記外殻体に反力を取った前記各内楔部材に前記雄側継手部材を把持させることにより、前記雌側継手部材に前記雄側継手部材が抜け出し不能に保持させるようにしたセグメントの継手部構造にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記可動反力伝達部材は、挿抜方向長さが前後両端板間距離よりも短く形成され、雄側継手部材の挿抜方向で外殻体内を移動できるようにしたことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、前記内楔嵌合部及び前記内楔部材の互いに嵌合されるテーパ状の嵌合面をそれぞれ滑らかな低摩擦面としてなることにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項１〜３の何れか１の構成に加え、前記雄側継手部材の外側面及び／又は前記内楔部材の把持面に前記雄側継手部材に作用する抜き出し方向の力に対抗するための抜き出し抵抗部が形成されたことにある。

本発明に係るセグメントの継手部構造は、上述したように、互いに連結される一方のセグメントの接合部端面より突出したピン状の雄側継手部材と、他方のセグメントの接合部に固定された雌側継手部材とを備え、前記両接合部端面を突き合わせて前記雄側継手部材を前記雌側継手部材内に挿入し、前記雌側継手部材に前記雄側継手部材を抜け出し不能に保持させることにより前記両セグメントが連結されるようにしてなるセグメントの継手部構造において、 前記雌側継手部材は、前端側が開口部を有する前端板で閉鎖され、後端側が後端板で閉鎖された筒状の外殻体と、中央部に後端側に向けて拡開したテーパ孔状の内楔嵌合部を有する筒状体を複数分割した形状に形成され、前記外殻体内に移動可能に嵌合された複数の可動反力伝達部材と、前記内楔嵌合部に嵌合される後端側に向けて拡開したテーパ状の外側面を有する楔状体を複数分割した形状に形成された複数の内楔部材と、前記後端板に反力を取って前記内楔部材を接合面側に付勢するバネ体とを備え、前記可動反力伝達部材を介して前記外殻体に反力を取った前記各内楔部材に前記雄側継手部材を把持させることにより、前記雌側継手部材に前記雄側継手部材が抜け出し不能に保持させるようにしたことにより、雄側継手部材に挿入力が作用した際、可動反力伝達部材と内楔部材とが互いに摺動し、それによって、内楔部材による雄側継手部材に対する把持力が軽減されるので少ない挿入力で挿入でき、雄側継手部材に抜き出し方向の力が作用した際には、各内楔部材が可動反力伝達部材を介して外殻体に反力をとって確実に雄側継手部材を把持することができる。また、構造が簡素化されているので安価に製造できる。

また、本発明において、前記可動反力伝達部材は、挿抜方向長さが前後両端板間距離よりも短く形成され、雄側継手部材の挿抜方向で外殻体内を移動できるようにしたことにより、雄側継手部材に挿入力が作用した際に、可動反力伝達部材と内楔部材とが互いに円滑に摺動することができる。

また、本発明において、前記内楔嵌合部及び前記内楔部材の互いに嵌合されるテーパ状の嵌合面をそれぞれ滑らかな低摩擦面としてなることにより、雄側継手部材を挿入する際、雄側継手部材に押されて内楔部材が可動反力伝達部材に対し円滑に移動することができる。

更に、本発明において、前記雄側継手部材の外側面及び／又は前記内楔部材の把持面に前記雄側継手部材に作用する抜き出し方向の力に対抗するための抜き出し抵抗部が形成されたことにより、雄側継手部材と内楔部材との間に好適に抵抗力を作用させることができ、雄側継手部材を雌側継手部材に確実に保持させることができる。

（ａ）は本発明に係る継手部構造を使用したセグメントの一例を示す正面図、（ｂ）は同底面図である。 本発明に係るセグメントの継手部構造の一例を示す縦断面図である。 図２中のＡ−Ａ線断面図である。 図２中の雌継手部材を示す縦断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明に係るセグメントの継手部構造の連結工程を説明するための縦断面図である。 本発明に係るセグメントの継手部構造の他の実施例を示す縦断面図である。 従来のセグメントの継手部構造を示す縦断面図である。

次に、本発明に係るセグメントの継手部構造の実施の態様を図１〜図５に示す実施例に基づいて説明する。尚、図中符号１はコンクリートにより円弧版状に形成されたセグメントであって、複数のセグメント１，１...をリング周方向で連結して円環状のセグメントリングを形成するとともに、このセグメントリングをトンネル軸方向に連設することによりトンネル内に覆工をなしている。

また、セグメントリング相互の連結は、各セグメントリングを構成するセグメント１，１...をトンネル軸方向で相互に連結することによりなされている。

セグメント１，１...相互のリング軸方向（トンネル軸方向）を連結する継手部構造Ａは、図２、図３に示すように、互いに連結される一方のセグメント１の接合部端面２ａに突設された雄側継手部材３と、他方のセグメント１の接合端面２ｂ部に固定された雌側継手部材４とをもって構成され、両セグメント１，１の接合部端面２ａ，２ｂを突き合わせ、雄側継手部材３を開口部５より雌側継手部材４内に挿入し、雌側継手部材４に雄側継手部材３を抜け出し不能に保持させることにより、両セグメント１，１をリング軸方向で移動不能に連結するようになっている。

雄側継手部材３は、セグメント１のリング軸方向の一端の接合部端面２ａよりリング軸方向に突出した丸棒状に形成され、リング周方向に間隔を置いて配置されている。

この雄側継手部材３は、一方の端部が必要に応じてコンクリート内に埋設された鉄筋６，６に溶接により固定され、それにより接合部端面２ａより他方端部が突出した状態にセグメント１に固定されている。

この雄側継手部材３の先端部には、先端を面取りした形状のテーパ部３ａが形成され、雌側継手部材４への挿入を容易に行えるようになっている。

また、雄側継手部材３の外周面部には、挿抜方向の力に対抗するための抜き出し抵抗部７が形成され、この抜き出し抵抗部７は、粗面処理や鉄筋棒の如き凹凸面が形成される等の処理が施されることにより形成され、後述する内楔部材１４，１４の把持部１９との間に抜け出し方向の力に対する高い抵抗力が得られるようになっている。

雌側継手部材４は、図４に示すように、両端が端板１０，１１により閉鎖された互いに対向する内側面が平行な筒状の外殻体１２と、外殻体１２内に移動可能に嵌合された複数の可動反力伝達部材１３，１３と、可動反力伝達部材１３，１３の内側に嵌合される複数の内楔部材１４，１４と、後端板１１に反力を取って各内楔部材１４，１４を接合面側に付勢する反力バネ１５とを備え、雄側継手部材３を雌側継手部材４に挿入することにより、可動反力伝達部材１３，１３を介して外殻体１２に反力を取った各内楔部材１４，１４が雄側継手部材３を把持するようになっている。

外殻体１２は、例えば、鋼管等をもって円筒状に形成され、その筒状部１６の前後両端部には、それぞれ前端板１０と後端板１１とが強固に固定され、両端部が閉鎖されている。

前端板１０は、中央に板厚方向に貫通した丸孔状の開口部５を有し、開口部５を通して雄側継手部材３が雌側継手部材４に挿入されるようになっている。

各可動反力伝達部材１３，１３は、鋳鉄材等により中央部に後端側に拡開したテーパ孔状の内楔嵌合部１７を有する円筒状を筒径方向で複数に分割（本実施例では２分割）した形状に形成されている。

各可動反力伝達部材１３，１３は、外周面が外殻体筒状部１６の内周面と互いに平行配置に対向し、外殻体１２の内周部に嵌合されるようになっているとともに、外殻体１２内周面に嵌合した状態、即ち、各可動反力伝達部材１３，１３の外周面が外殻体１２の内周面に当接した状態においては両可動反力伝達部材１３，１３間に隙間が生じるように形成されている。

即ち、各可動反力伝達部材１３，１３は、筒状の軸径方向、即ち、外殻体１２の内周面に対し着脱する方向で移動可能に外殻体１２内に収容されている。

また、各可動反力伝達部材１３，１３は、その挿抜方向長さが前後両端板１０，１１間距離よりも短く形成され、雄側継手部材３の挿抜方向で移動が可能な状態で外殻体１２に収容されている。

内楔嵌合部１７は、各可動反力伝達部材１３，１３の互いに対向する内側面部にそれぞれ形成された一対の嵌合溝１８，１８からなり、内楔部材１４，１４の形状に整合して後端板１１側に拡開し、前後両端に貫通した円錐台テーパ孔状を成している。尚、各嵌合溝１８は、内楔部材１４，１４との嵌合面が研磨等により滑らかな低摩擦面となっている。

各内楔部材１４，１４は、後端側に向けて拡開したテーパ状の外側面を有する円錐台状の楔体を径方向で複数に分割（本実施例では２分割）した形状に形成され、互いに組み合わせて円錐台状を成した状態で内楔嵌合部１７内に移動可能に嵌め込まれている。

また、両内楔部材１４，１４は、テーパ状の外周面が研磨等により研磨等により滑らかな低摩擦面となっており、内楔嵌合部１７に対して円滑に相対移動できるようになっている。

この内楔部材１４，１４には、互いに対向する内側面部に前後に貫通した断面半円溝状の把持部１９が形成され、把持部１９に雄側継手部材３が嵌り込んだ状態で両内楔部材１４，１４が雄側継手部材３を把持するようになっている。

尚、両把持部１９，１９は、雄側継手部材３が嵌り込んだ状態で両内楔部材１４，１４間に若干の隙間が生じるように形成されている。

そして、各把持部１９の前端側開口縁部には、接合面側に拡開したテーパ状の導入部１９ａが形成されている。

反力バネ１５は、例えば、コイルスプリングをもって構成され、後端板１１に反力を取って両内楔部材１４，１４を接合面側に付勢し、更に、内楔部材１４，１４を介して両可動反力伝達部材１３，１３を外側、且つ接合面側に付勢している。

このように構成されたセグメントの継手部構造では、雄側継手部材３を開口部５より雌側継手部材４に挿入すると、まず、雄側継手部材３のテーパ部３ａが各内楔部材１４，１４の導入部１９ａに当接する。

そして、その状態から更に反力バネ１５の付勢力に抗して雄側継手部材３が押し込まれると、テーパ部３ａと導入部１９ａとが互いに摺動するとともに、両内楔部材１４，１４が外向き且つ後端板１１側に内楔嵌合部１７内を摺動し、図５（ａ）に示すように、両把持部１９，１９間に雄側継手部材３の先端が挿入される。

この状態において、両内楔部材１４，１４が反力バネ１５により接合面側に付勢され、それに伴い、内楔部材１４，１４を介して両可動反力伝達部材１３，１３が接合面側且つ外周側に付勢されており、雄側継手部材３に抜け出し方向の力が作用した場合、両内楔部材１４，１４が可動反力伝達部材１３，１３と楔状に噛み合い、両内楔部材１４，１４が可動反力伝達部材１３，１３を介して外殻体筒状部１６の内周面及び前端板１０に反力を取って雄側継手部材３を把持することにより雄側継手部材３を抜け出し方向の移動が規制される。

一方、雄側継手部材３に押し込み方向の挿入力が作用した場合には、先ず、図５（ａ）〜図５（ｂ）に示すように、雄側継手部材３の挿入力（挿入方向の移動）によって可動反力伝達部材１３，１３の前端板１０に対する縁が切られ、可動反力伝達部材１３，１３の後端面が外殻体１２の後端板１１に当接する。

次に、図５（ｂ）〜図５（ｃ）に示すように、可動反力伝達部材１３，１３が前端板１０との縁が切られた状態で後端板１１に反力を取り、且つ、外殻体１２に対し移動可能に嵌合されているので、可動反力伝達部材１３，１３と内楔部材１４，１４とは、互いに嵌合面同士が滑らかに摺動し、挿抜方向の相反する方向に相対移動するとともに、それぞれ可動反力伝達部材１３の外周面と内楔部材１４の把持部１９との間の距離が狭まる方向に相対移動する。

そして、可動反力伝達部材１３の外周面と内楔部材１４の把持部１９との間の距離が狭まるにつれて、両内楔部材１４，１４による雄継手部材３を把持する力が減少するので小さな挿入力で雄側継手部材３を挿入でき、最終的に可動反力伝達部材１３の外殻体筒状部１６の内周面に対する縁が切られ、可動反力伝達部材１３，１３の外周面と外殻体筒状部１６の内周面との間に瞬間的にクリアランスｃ１が生じたような状態となり、可動反力伝達部材１３，１３を介して外殻体１２に反力を取った両内楔部材１４，１４の拘束から雄側継手部材３が解放される。

一方、雄継手部材３とともに、両内楔部材１４，１４が後端側に押し込まれるにつれて、後端板１１に反力を取った反力バネ１５のバネ圧が増加していき、バネ圧と雄側継手部材３に対する両内楔部材１４，１４による把持力との釣り合いにより、図５（ｂ）〜（ｃ）の動作と同時的に、反力バネ１５によるバネ圧により内楔部材１４，１４を前端側に押し戻す。

その際、可動反力伝達部材１３，１３は、外殻体１２内に移動可能に嵌合され、外殻体筒部１６の内周面及び前端板１０に対し縁が切られた状態、即ち、両内楔部材１４，１４は、可動反力伝達部材１３，１３を介して外殻体１２からの反力を受けていない状態にあるので、反力バネ１５は小さなバネ圧で両内楔部材１４，１４を前端側に押し込むことができる。

そして、雄側継手部材３に対し両内楔部材１４，１４が前端側に向けて相対移動するとともに、内楔部材１４，１４に押圧されて可動反力伝達部材１３，１３を前端側及び外側に向けて押し広げ、図５（ｄ）に示すように、雄側継手部材３が挿し込まれた位置で、両内楔部材１４，１４が可動反力伝達部材１３，１３と再度噛み合い、両内楔部材１４，１４が可動反力伝達部材１３，１３を介して外殻体筒状部１６の内周面及び前端板１０に反力を取って雄側継手部材３を把持した状態、即ち、雄側継手部材３のみが後端側に進んだ状態となる。

このように図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す一連の挿入動作を各セグメント１，１の接合端面２ａ，２ｂが互いに突き合わされる位置まで繰り返しつつ、雄側継手部材３が雌側継手部材４に挿入され、図２、図３に示すように、雄側継手部材３と雌側継手部材４とが連結される。

尚、上述の実施例では、外殻体１２を円筒状とし、可動反力伝達部材１３，１３を円筒状を２分割した形状に形成した例について説明したが、外殻体１２及び可動反力伝達部材１３，１３の態様はこれに限定されず、例えば、外殻体１２を角筒状に形成し、可動反力伝達部材１３，１３を直方体状を分割した形状に形成したものであってもよい。

また、上述の実施例では、内楔部材を円錐台状を分割した形状に形成した例について説明したが、内楔部材の態様はこれに限定されず、その他の楔状体を複数分割した形状であってもよい。

また、上述の実施例では、可動反力伝達部材及び内楔部材をそれぞれ筒状体及び円錐台状の楔体を直径方向で二分割した形状とした例について説明したが、分割数はこれに限定されず、三以上に分割した形状であってもよい。

更に、反力バネ１５の態様は、上述の実施例に限定されず、例えば、図６に示すように、板ばねを用いてもよい。

Ａ 継手部構造
１ セグメント
２ａ，２ｂ 接合端面
３ 雄側継手部材
４ 雌側継手部材
５ 開口部
６ 鉄筋
７ 抜き出し抵抗部
１０ 前端板
１１ 後端板
１２ 外殻体
１３ 可動反力伝達部材
１４ 内楔部材
１５ 反力バネ
１６ 筒状部
１７ 内楔嵌合部
１８ 嵌合溝
１９ 把持部

Claims (4)

1. 互いに連結される一方のセグメントの接合部端面より突出したピン状の雄側継手部材と、他方のセグメントの接合部に固定された雌側継手部材とを備え、前記両接合部端面を突き合わせて前記雄側継手部材を前記雌側継手部材内に挿入し、前記雌側継手部材に前記雄側継手部材を抜け出し不能に保持させることにより前記両セグメントが連結されるようにしてなるセグメントの継手部構造において、
   前記雌側継手部材は、前端側が開口部を有する前端板で閉鎖され、後端側が後端板で閉鎖された筒状の外殻体と、中央部に後端側に向けて拡開したテーパ孔状の内楔嵌合部を有する筒状体を複数分割した形状に形成され、前記外殻体内に移動可能に嵌合された複数の可動反力伝達部材と、前記内楔嵌合部に嵌合される後端側に向けて拡開したテーパ状の外側面を有する楔状体を複数分割した形状に形成された複数の内楔部材と、前記後端板に反力を取って前記内楔部材を接合面側に付勢するバネ体とを備え、
   前記可動反力伝達部材を介して前記外殻体に反力を取った前記各内楔部材に前記雄側継手部材を把持させることにより、前記雌側継手部材に前記雄側継手部材が抜け出し不能に保持させるようにしたことを特徴としてなるセグメントの継手部構造。
2. 前記可動反力伝達部材は、挿抜方向長さが前後両端板間距離よりも短く形成され、雄側継手部材の挿抜方向で外殻体内を移動できるようにした請求項１に記載のセグメントの継手部構造。
3. 前記内楔嵌合部及び前記内楔部材の互いに嵌合されるテーパ状の嵌合面をそれぞれ滑らかな低摩擦面としてなる請求項１又は２の何れか１に記載のセグメントの継手部構造。
4. 前記雄側継手部材の外側面及び／又は前記内楔部材の把持面に前記雄側継手部材に作用する抜き出し方向の力に対抗するための抜き出し抵抗部が形成された請求項１〜３の何れか１に記載のセグメントの継手部構造。
   

Images