JP6162614B2 - セグメントの構造 - Google Patents

Description

本発明はシールドトンネルに使用するセグメントの構造に関するものである。

シールドトンネルは、シールド掘進機の鋼殻の後方で組み立てたセグメントリングに反力を取ってジャッキによってシールド掘進機を押し出して構築するものである。
その場合に複数の円弧状のセグメントを組み立ててセグメントリングを構成するから、安価なセグメントであること、組み立てが容易であることが要求される。

土木学会第５６回年次学術講演会（平成１３年１０月）の１７２頁「ワンパス継手（コーンコネクター）を用いたセグメントの施工について」

上記の非特許文献１に記載された「コーンコネクターセグメント」などは、ワンパスでの組み立てが可能であり、金具がトンネルの内面に露出しないので防食性にも優れている、と記載してある。
しかしこのようなセグメントの構造にあっては、次のような問題点が存在する。
＜１＞ セグメント間の継手（以下「セグメント継手」）と、セグメントリング間の継手（以下「リング継手」）がまったく別の構造である。このように別部材を製造するのであるから、高価なものとなる。
＜２＞ さらにいずれの継手もその構造が複雑であるために、継手の鋼材自体が高価なものとなる。
＜３＞ リング継手が、軸方向のスリットを持つ円錐台形状の金具の先端に爪を設けた金物と、この金物の先端の爪を収納する壁を備えた金物の組み合わせであるためにリング間結合力が小さい。
＜４＞ リング継手間の結合力が小さい結果、大深度、高水圧下ではＫセグメントが押し出されてセグメントリングから抜け出る可能性がある。ここで「Ｋセグメント」とは、セグメントリングの組み立ての際に最後に押し込むための、平面視が台形のセグメントのことである。

上記のような課題を解決する本発明のセグメントの構造は、シールド掘進機の内部で組み立ててジャッキでシールド掘進機の前進のための反力を取るセグメントの構造であって、セグメントのセグメント継手面とリング継手面とには、オス継手とメス継手を備え、メス継手は、対向する爪板より構成し、両爪板は、弾性によって元の形状に戻る継手であり、オス継手は、メス継手端面に位置する爪板間に挿入する板体であり、メス継手の爪板が挿入可能な係合窓が開口している継手であり、セグメント継手のオス継手の係合窓は、トンネル軸方向に、それと係合するメス継手の幅よりも広い空間を形成してあって、その係合窓の内部で、メス継手がトンネル軸方向に移動が可能であるように構成したことを特徴としたものである。
また上記のセグメントのリング継手面において、シールドジャッキで加圧する面には、オス継手、メス継手ともに、収納室内に収納してリング継手面から外側に突出しないように構成したことを特徴としたものである。
また上記のセグメントのリング継手面において、シールドジャッキで加圧する面には、オス継手あるいはメス継手のいずれをも収納室内に収納してリング継手面から外部に突出しないように構成したことを特徴としたものである。
また上記のセグメントのリング継手面において、シールドジャッキで加圧する面には、メス継手のみを収納室内に収納してリング継手面から外側に突出しないように構成したことを特徴としたものである。
また上記のセグメントのリング継手面において、シールドジャッキで加圧する面には、オス継手のみを収納室内に収納してリング継手面から外側に突出しないように構成したことを特徴としたものである。

本発明のセグメントの構造は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜１＞ セグメントのセグメント継手とリング継手に設けるオス継手、メス継手は同一の構造のものを採用することができる。
＜２＞ このように、従来のようにセグメント継手とリング継手とを別の部材で構成することがないから、安価に製造することができる。
＜３＞ さらにオス継手もメス継手も簡単な構造であるから、継手自体が安価であり、作動も正確である。
＜４＞ セグメント間の接合は、セグメントの側面に設けた継手だけで行うからシールドトンネルの内面は平滑であり、二次覆工を省略できる場合もある。
＜５＞ リング継手間の結合力が大きいために、大深度、高水圧下においてもＫセグメントが押し出されることがない。

本発明のセグメントの構造の実施例の説明図。 セグメントの構造と接合工程の説明図。 セグメントの爪板と係合窓との関係の説明図。 セグメントの組み立て状態の説明図。 継手とジャッキの関係の説明図。 従来の継手の実施例の説明図。

以下図面を参照にしながら本発明のセグメントの構造の好適な実施の形態を詳細に説明する。
なお前記したように、セグメント間の継手は「セグメント継手」と、セグメントリング間の継手は「リング継手」と称する。
そしてセグメント間の接合面は「セグメント継手面」、セグメントリング間の接合面は「リング継手面」、両者を含めてセグメントの「側面」と称する。

＜１＞ 本発明のセグメントの接合の方法。
本発明のセグメントは、二段階でセグメントを接合する構造である。
まず新たなセグメントを円周方向にスライドさせて先行して設置したセグメントのセグメント継手と接合する。
その状態でもセグメントは多少の距離だけトンネル軸方向にスライドが可能であるので、次の工程でセグメントをトンネル軸方向にスライドさせて先行して完成しているセグメントリングと接合する。
そのためにはセグメントにはセグメント継手とリング継手をもうけるが、両継手ともに同一の構造のオス継手１、メス継手２を採用できることが本発明の特徴である。

＜２＞メス継手。
メス継手２は、多少の間隙を介して対向する２枚の爪板２１によって構成する。
各爪板２１は、側面視がＬ字型の鋼材であり、先端の爪が歯で物を噛むような状態で配置してある。
両爪板２１はバネ板を使用するなどの構成によって、元の形状に戻る力を与えてある。
そのために、メス継手２の爪板２１の間にオス継手１の先端を挿入すると、爪板２１の間隔が押し広げられ、さらにそのまま押し込むとオス継手１に開口した係合窓１１にメス継手２の爪板２１が落ち込んで係合が完了する。

＜３＞オス継手。
オス継手１は鋼製の板体からなり、この板体は、メス継手２の端に位置する爪板２１間に挿入できる寸法の板体である。
このオス継手１の一部にはメス継手２の爪板２１が挿入して嵌合することが可能な係合窓１１を開口する。
オス継手１の係合窓１１の寸法とメス継手２の幅の関係は後述する。

＜４＞面取り。
メス継手２の爪板２１の間にオス継手１を挿入しやすい構成とするために、オス継手１の挿入側、あるいはメス継手２の爪板２１の面は斜面１２として構成してある。
すると、爪板２１の間にオス継手１を挿入した場合に、メス継手２の爪板２１がこの斜面１２をすべって、両者の嵌合が容易となり、最終的に爪板２１がオス継手１の係合窓１１に嵌合することになる。

＜５＞係合窓の幅。
セグメント継手においてメス継手２の爪が嵌合するオス継手１の係合窓１１の幅は、メス継手２の爪板２１の幅よりも、少なくとも距離Ｌだけ広く形成してある。(図３）
この場合の「幅」とは、円弧状のセグメントを円弧を下にして寝かした状態における水平方向の長さである。
図３に示すように、爪板２１の幅よりも係合窓１１の幅が少なくともスライド距離Ｌだけ広く構成することによって、爪板２１が係合窓１１に嵌合した後にも両者はトンネルの幅方向にスライドが可能である。

＜６＞継手の設置位置。
セグメントのセグメント継手面、およびリング継手面に、前記したオス継手１、メス継手２を配置する。
その場合に、１枚のセグメントと、隣接するセグメントのオス継手１、メス継手２が相互に嵌合できる位置に配置することは当然である。

＜７＞収納室。
オス継手１でも、メス継手２でも、セグメント継手面、あるいはリング継手面から一方を突出させて配置したら、他方は継手面から突出しない状態で配置することができる。
突出しない状態で配置する場合には、セグメントの側面に継手の収納できる空間を収納室３として形成し、その内部に継手を配置する。
ここで「突出する」とはセグメントを寝かして上から平面視した場合にその側面から突出している状態を意味し、「突出しない」、とは収納室３に配置した継手はセグメントを平面視した場合に上からは見ることができない状態を意味する。

＜８＞シールドジャッキとの関係。
シールド掘進機は、セグメントのセグメントリング面を加圧して前進する構造である。
したがってセグメントの加圧面にオス継手１、あるいはメス継手２が突出していては不都合である。
そのために、加圧面にメス継手２を設ける場合には、収納室３に収納した状態で設置し、セグメントの加圧面からメス継手２が突出しないように配置し、反対側ではオス継手１を突出させて構成する。（図４）
反対に加圧面にオス継手１を設ける場合には、収納室３に収納した状態で設置し、セグメントの加圧面からオス継手１が突出しないように配置し、反対側ではメス継手２を突出させて構成する。（図５）

＜９＞収納室の高さ。
ここでは収納室３の高さについて説明する。
セグメント継手面に設ける収納室３は、各継手の高さに対して、それよりも多少高い寸法に構成する。
ここで「高さ」とはセグメントを円弧を下にして寝かした状態における鉛直方向の長さである。
収納室３の高さを、メス継手２、あるいはオス継手１の高さよりも広く構成する理由は、メス継手２の爪板２１の間にオス継手１を挿入した場合に、メス継手２の爪板２１が上下方向に十分に開いて両者が容易に嵌合できるように構成するためである。

＜１０＞組立工程の説明。
次に本発明のセグメントを組み立てる場合について、工程を２段階に分けて説明する。

＜１１＞セグメント継手の接合。
新たなセグメントをシールド掘進機の鋼殻内で、円周方向にスライドさせて、そのセグメント継手面を、既設のセグメントのセグメント継手面に当接させる。
前記したように収納室３の高さは、メス継手２、あるいはオス継手１の高さよりも広く構成してあるので、オス継手１はメス継手２の爪板２１の間隔を広げて挿入して両者の嵌合が可能となる。
こうして既設のセグメントのメス継手２と、新たなセグメントのオス継手１とが接合し、同時に既設のセグメントのオス継手１と、新たなセグメントのメス継手２とが接合する。

＜１２＞リング継手の接合。
次にセグメントをトンネルの軸方向にスライドさせる。
その場合に、セグメント継手面のオス継手１の係合窓１１の幅は、メス継手２の幅よりもスライド距離Ｌだけ広く形成してある。
したがってセグメント継手においてセグメントが接合した後にも、メス継手２はオス継手１の係合窓１１の内部で、トンネルの軸方向に一定距離Ｌだけスライドが自在である。
すると、リング継手面に突設したオス継手１、あるいはメス継手２を、先行するセグメントリングの端面のメス継手２、あるいはオス継手１に接合することができる。
このように新たなセグメントは、まずセグメント継手の接合、次にリング継手の接合を行って接合が完了する。

１：オス継手
１１：係合窓
２：メス継手
２１：爪板
３：収納室

Claims (5)

1. シールド掘進機の内部で組み立ててジャッキでシールド掘進機の前進のための反力を取るセグメントの構造であって、
   セグメントのセグメント継手面とリング継手面とには、オス継手とメス継手を備え、
   メス継手は、対向する爪板より構成し、両爪板は、弾性によって元の形状に戻る継手であり、
   オス継手は、メス継手端面に位置する爪板間に挿入する板体であり、メス継手の爪板が挿入可能な係合窓が開口している継手であり、
   この係合窓は、トンネル軸方向に、それと係合するメス継手の幅よりも広い空間を形成してあって、
   その係合窓の内部で、メス継手がトンネル軸方向に移動が可能であるように構成したことを特徴とする、
   セグメントの構造。
2. 請求項１記載のセグメントのリング継手面において、
   シールドジャッキで加圧する面には、オス継手、メス継手ともに、収納室内に収納してリング継手面から外側に突出しないように構成したことを特徴とする、
   セグメントの構造。
3. 請求項１記載のセグメントのリング継手面において、
   シールドジャッキで加圧する面には、オス継手あるいはメス継手のいずれをも収納室内に収納してリング継手面から外部に突出しないように構成したことを特徴とする、
   セグメントの構造。
4. 請求項３記載のセグメントのリング継手面において、
   シールドジャッキで加圧する面には、メス継手のみを収納室内に収納してリング継手面から外側に突出しないように構成したことを特徴とする、
   セグメントの構造。
5. 請求項３記載のセグメントのリング継手面において、
   シールドジャッキで加圧する面には、オス継手のみを収納室内に収納してリング継手面から外側に突出しないように構成したことを特徴とする、
   セグメントの構造。

Images