(57)【要約】【課題】板材を使うことで軽量かつ安価に製作できるセグメントの継手構造を提供する。【解決手段】トンネル１の外殻を形成するセグメント２の周方向の一方の端面２ａに設けられた挿入金具３と、他方の端面２ｂに設けられた受け金具４とを嵌め合わせるセグメントの継手構造である。  そして、挿入金具３は、板状の本体部３１と、本体部の両側の板面の対向する位置に延設される突条部３２，３２とを備え、受け金具４は、一対の平行板４１ａ，４１ａによって形成される収容部４１と、平行板の対向する板面に延設される一対の歯部４２，４２とを備え、挿入金具の突条部の内側面を受け金具の歯部の内側面に当接させてセグメントの一方を移動させると、挿入金具と受け金具とが嵌め合わされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの外殻を形成するセグメントの周方向の一方の端面に設けられた挿入金具と、他方の端面に設けられた受け金具とを嵌め合わせるセグメントの継手構造であって、
前記挿入金具は、前記トンネルの軸方向と前記周方向とに板面が広がる板状の本体部と、前記一方の端面から前記周方向に突出させた前記本体部の両側の板面の対向する位置に前記軸方向に向けて延設される突条部と、前記セグメントの内部に埋設される前記本体部の板面に対して突出した状態で前記軸方向に延設される定着部とを備え、
前記受け金具は、前記本体部の厚さに前記突条部の厚さを加えた突条厚さより広い間隔を開けた一対の平行板によって形成される収容部と、前記他方の端面付近の前記平行板の対向する板面に前記本体部の厚さより広く前記突条厚さより狭い間隔で前記軸方向に延設される一対の歯部と、前記平行板間を前記歯部よりも前記セグメントの内部側で連結させる間隔保持部と、前記セグメントの内部に埋設される前記収容部の外側面に対して突出した状態で前記軸方向に延設される定着部とを備え、
前記挿入金具の前記突条部の内側面を前記受け金具の前記歯部の内側面に当接させて前記軸方向に前記セグメントの一方を移動させると、前記挿入金具と前記受け金具とが嵌め合わされることを特徴とするセグメントの継手構造。
【請求項２】
前記突条部は、前記一方の端面に対して斜めに延設されるとともに、前記歯部は、前記突条部の角度に合致する角度で前記他方の端面に対して斜めに延設されることを特徴とする請求項１に記載のセグメントの継手構造。
【請求項３】
前記挿入金具と前記受け金具とが当接する面には、四フッ化樹脂塗装又は粉体塗装がそれぞれ施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメントの継手構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルの覆工に使用されるセグメントの周方向の継手構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の円弧板状のセグメントを周方向に接合していくことで円筒状のトンネルの覆工を組み立てるに際して、嵌合方式の連結具が使用されることが知られている（特許文献１，２など参照）。
【０００３】
この特許文献１，２には、スリットの奥に空洞が形成された鋳物の受け金具に対して、スリットの幅程度の支持体部の先に拡幅された頭部が形成された鋳物の挿入金具を嵌め込むことで連結される嵌合方式の継手構造が開示されている。
【０００４】
このように一方のセグメントの端面に設けられた受け金具に対して、端面に挿入金具が設けられた他方のセグメントをトンネルの軸方向にスライドさせ、受け金具と挿入金具とを嵌合させる継手構造は、様々な構造が提案され、開示されている（非特許文献１など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１６２３４号公報
【特許文献２】特開２００５−１６２３５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】藤野豊、外５名，「フック継手（セグメント間継手）の開発  −継手曲げ試験−」，土木学会第５９回年次学術講演会講演概要集，平成１６年９月，ｐ．７７９−７８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２に開示されているような嵌合方式の継手構造に使用される連結具は、一体に成形された鋳物の特注品が多く、製造コストが高くなる傾向にある。また、一体成形される鋳物は、重量が大きくなる傾向にあり、セグメントの軽量化の阻害要因となる。
【０００８】
また、非特許文献１には、板材を組み合わせることによって挿入金具（Ｍ金物）と受け金具（Ｆ金物）とが製作されるセグメント間継手が開示されているが、受け金具の平行板の間隔が開く方向（セグメントの厚さ方向）に大きな外力が作用すると、受け金具が変形するおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明は、板材を使うことで軽量かつ安価に製作できるうえに剛性の高いセグメントの継手構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明のセグメントの継手構造は、トンネルの外殻を形成するセグメントの周方向の一方の端面に設けられた挿入金具と、他方の端面に設けられた受け金具とを嵌め合わせるセグメントの継手構造であって、前記挿入金具は、前記トンネルの軸方向と前記周方向とに板面が広がる板状の本体部と、前記一方の端面から前記周方向に突出させた前記本体部の両側の板面の対向する位置に前記軸方向に向けて延設される突条部と、前記セグメントの内部に埋設される前記本体部の板面に対して突出した状態で前記軸方向に延設される定着部とを備え、前記受け金具は、前記本体部の厚さに前記突条部の厚さを加えた突条厚さより広い間隔を開けた一対の平行板によって形成される収容部と、前記他方の端面付近の前記平行板の対向する板面に前記本体部の厚さより広く前記突条厚さより狭い間隔で前記軸方向に延設される一対の歯部と、前記平行板間を前記歯部よりも前記セグメントの内部側で連結させる間隔保持部と、前記セグメントの内部に埋設される前記収容部の外側面に対して突出した状態で前記軸方向に延設される定着部とを備え、前記挿入金具の前記突条部の内側面を前記受け金具の前記歯部の内側面に当接させて前記軸方向に前記セグメントの一方を移動させると、前記挿入金具と前記受け金具とが嵌め合わされることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記突条部は、前記一方の端面に対して斜めに延設されるとともに、前記歯部は、前記突条部の角度に合致する角度で前記他方の端面に対して斜めに延設される構成とすることができる。
【００１２】
また、前記挿入金具と前記受け金具とが当接する面には、四フッ化樹脂塗装又は粉体塗装をそれぞれ施すことができる。
【発明の効果】
【００１３】
このように構成された本発明のセグメントの継手構造は、挿入金具及び受け金具の双方が鋼板などの板材を使って製作される。
【００１４】
このため、軽量かつ安価に継手構造に使用する金具を製作することができる。また、受け金具の平行板間が歯部よりも内部側で間隔保持部によって連結されているため、平行板の間隔が開く方向（セグメントの厚さ方向）の外力に対して確実に抵抗させることができる。
【００１５】
さらに、板材に延設される突条部及び歯部の取付位置並びに平行板の間隔は、容易に調整することができるので、様々な形状や大きさのセグメントに迅速に対応させることができる。
【００１６】
また、挿入金具の突条部と受け金具の歯部とをセグメントの端面に対して斜めに延設させることで、金具の挿入がし易くなり、セグメントの接合を短時間でおこなうことができるようになり、高速施工が実現できる。
【００１７】
さらに、挿入金具と受け金具とが当接する面に四フッ化樹脂塗装又は粉体塗装を施すことで、受け金具に対する挿入金具の摺動時の摩擦抵抗が大幅に低減される。この結果、セグメントの内部に無理な応力を発生させることなく、セグメントをスムーズにトンネルの軸方向に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態のセグメントの継手構造を構築するためにセグメントを組み付ける工程を説明する斜視図である。
【図２】挿入金具の構成を説明する図であって、（ａ）はトンネル軸方向に見た側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ方向で見た平面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ方向（トンネル周方向）で見た正面図である。
【図３】受け金具の構成を説明する図であって、（ａ）はトンネル軸方向に見た側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ方向で見た断面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ−Ｄ方向（トンネル周方向）で受け金具を見た正面図である。
【図４】セグメントの構成を説明する図であって、（ａ）はトンネル軸方向に見た側面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ方向で見た内周面図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ方向（トンネル周方向）で見た正面図である。
【図５】セグメントが組み付けられたトンネルの構成を説明する横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態のセグメント２の継手構造が設けられるセグメント２，・・・を組み合わせてトンネル１を構築する工程を説明する斜視図である。
【００２１】
このセグメント２は、円筒状のトンネル１の外殻を形成する円弧板状の部材で、その周方向の一方の端面２ａには、挿入金具３と受け金具４とが並んで設けられ、他方の端面２ｂには、受け金具４と挿入金具３とが並んで設けられている。
【００２２】
この挿入金具３は、図２に示すように、矩形板状の鋼板によって形成される本体部３１と、本体部３１の両側の板面にそれぞれ延設される四角柱状の鋼製角材によって形成される突条部３２，３２と、本体部３１の端面に板面に直交する向きで固定される定着部としての定着プレート３３とから主に構成される。
【００２３】
この本体部３１は、板面がトンネル１の軸方向と周方向とに広がる向きでセグメント２に取り付けられる。すなわち、図２（ｂ）の上下方向がトンネル１の軸方向となり、左右方向がトンネル１の周方向となる。
【００２４】
また、突条部３２は、図２（ａ）に示すように、本体部３１の厚さ方向となる板面に直交する方向で突出している。この本体部３１の厚さ方向は、セグメント２にとっても厚さ方向（トンネル１の径方向）となる。
【００２５】
さらに、突条部３２は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、本体部３１のトンネル１周方向の端面付近に設けられる。この突条部３２が延設される部分は、図１に示すように、セグメント２の端面２ａから周方向に突出されて、セグメント２の外部に露出している。
【００２６】
また、この突条部３２は、図２（ｂ）に示すように、本体部３１の端面に対して角度θ１で斜めに傾いて延設されている。この本体部３１の端面は、セグメント２の端面２ａと平行になるので、この突条部３２は端面２ａに対して斜めに延設されていることになる。
【００２７】
さらに、この挿入金具３に対しては、図２（ｂ）で見て下から上に向けて受け金具４が摺動することになるので、この突条部３２は、受け金具４への挿入量が増える方向のトンネル１の軸方向に延びるに従って、端面２ａから離隔するように斜めに延設されることになる。なお、図２の向きの挿入金具３は、図１では、左側のセグメント２の端面２ａの手前側に設けられている。
【００２８】
また、この突条部３２は、その外側面と本体部３１の板面との間に盛られた隅肉の溶接部３４Ａによって本体部３１に固着されている。さらに、突条部３２の長手方向端面は、本体部３１の側面よりも少し内側に入った位置で留まっている。
【００２９】
また、定着プレート３３は、本体部３１の厚さに突条部３２，３２の厚さを加えた突条厚さより幅の広い矩形の鋼板によって形成されている。この定着プレート３３は、本体部３１の突条部３２，３２が延設された側の端面とは反対側のセグメント２の内部に埋設される端面に固定される。
【００３０】
すなわち、この定着プレート３３は、本体部３１の板面に直交する向きで本体部３１の端面に当接され、溶接部３４Ｂ，３４Ｂを介して本体部３１に固着される。
【００３１】
一方、図３に示した受け金具４は、上記突条厚さより広い間隔を開けた一対の平行板４１ａ，４１ａによって形成される収容部４１と、平行板４１ａ，４１ａの対向する板面に延設される一対の歯部４２，４２と、歯部４２，４２よりもセグメント２の内部側で平行板４１ａ，４１ａ間に架け渡される間隔保持部としての連結板４４，４４と、平行板４１ａ，４１ａの端面間に架け渡される定着部としての台座プレート４３とから主に構成される。
【００３２】
これらの平行板４１ａ，４１ａは、それらの間に収容される挿入金具３の本体部３１と板面が略平行になるように並設され、セグメント２の内部側の平行板４１ａ，４１ａの端面間には平行板４１ａ，４１ａの間隔よりも幅の広い鋼板が台座プレート４３として取り付けられる。
【００３３】
すなわち、この台座プレート４３は、セグメント２の内部に埋設される平行板４１ａ，４１ａのそれぞれの外側面に対して直交する方向（セグメント２の厚さ方向）で突出している。そして、台座プレート４３の突出した側面と平行板４１ａの外側面との間は、隅肉の溶接部４５Ｂを介して接合されている。ここで、この台座プレート４３は、定着部として設けられるが、平行板４１ａ，４１ａの間隔を保持する間隔保持部としても機能する。
【００３４】
また、連結板４４は、矩形の鋼板によって形成されており、連結板４４の長手方向の両端部を、それぞれ平行板４１ａ，４１ａの側端面に固着することで、平行板４１ａ，４１ａの間隔は一定に保持される。
【００３５】
さらに、歯部４２，４２は、四角柱状の鋼製角材によって形成され、図３（ａ），（ｂ）に示すように、台座プレート４３を取り付けた収容部４１の端面とは反対側の端面付近に延設される。そして、この歯部４２，４２が設けられる側の収容部４１の端面は、セグメント２の他方の端面２ｂと面一となるように位置合わせされる。
【００３６】
また、この一対の歯部４２，４２は、挿入金具３の本体部３１の厚さより広く、かつ上記突条厚さより狭い間隔を開けて対向して延設される。例えばこの歯部４２，４２間の間隔は、本体部３１の厚さより僅かに広く、2ｍｍ以下程度の隙間が嵌合後の本体部３１との間に確保できる広さとする。
【００３７】
さらに、歯部４２は、図３（ｂ）に示すように平行板４１ａの端面に対して角度θ２で斜めに傾いて延設されている。この平行板４１ａの端面は、上述したようにセグメント２の端面２ｂと面一になるので、この歯部４２は端面２ｂに対して斜めに延設されていることになる。
【００３８】
また、この受け金具４に対して、図３（ｂ）で見て下から上に向けて挿入金具３が摺動することになるので、この歯部４２は、挿入金具３を挿入する側からトンネル１の軸方向に延びるに従って、端面２ｂから離隔するように斜めに延設されることになる。なお、図３の向きの受け金具４は、図１では、右側のセグメント２の端面２ｂの手前側に設けられている。
【００３９】
さらに、この歯部４２は、その外側面と平行板４１ａの内側面となる板面との間に盛られた隅肉の溶接部４５Ａによって平行板４１ａに固着されている。
【００４０】
また、挿入金具３と受け金具４は、表面に四フッ化樹脂塗装又は粉体塗装が施されている。このように四フッ化樹脂塗装又は粉体塗装を施すことによって、挿入金具３と受け金具４とが当接する面間の摩擦抵抗が低減されるうえに、防食効果を得ることができる。
【００４１】
そして、以上で説明した挿入金具３と受け金具４は、図４に示すようにセグメント２の端面２ａ，２ｂにそれぞれ取り付けられる。なお、このセグメント２は、鋼材とコンクリートとによって工場で一体に製作されるが、図４では鋼材部分の構成を明確にするために、内部に充填されるコンクリートの図示は省略されている。
【００４２】
このセグメント２は、図４（ａ）に示すように鋼板を側面視円弧状に曲げたスキンプレート２１を外周面として形成される。また、スキンプレート２１の周方向の端部には、スキンプレート２１の内周面に対して略直交する端面２ａ，２ｂが鋼板によって形成される。
【００４３】
そして、この端面２ａ，２ｂには、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、挿入金具３と受け金具４とがトンネル１の軸方向に一直線に並んで取り付けられる。
【００４４】
また、挿入金具３は、図４（ａ）のセグメント２の右側の端面２ａに示すように、突条部３２が端面２ａから周方向に突出するように取り付けられている。この挿入金具３の周方向の突出長さは、一方のセグメント２の端面２ａと他方のセグメント２の端面２ｂとが当接する状態で、挿入金具３と受け金具４とが嵌合して突条部３２の内側面と歯部４２，４２の内側面が当接する長さに設定される。
【００４５】
さらに、セグメント２の端面２ａ，２ｂには、図４（ｃ）に示すように、受け金具４に隣接して挿入口４０となる凹部が形成されている。この挿入口４０は、収容部４１の平行板４１ａ，４１ａ間の空間に連通されており、挿入口４０に挿入金具３の先端を挿入し、セグメント２をトンネル１の軸方向に移動させると、挿入金具３の突条部３２，３２が受け金具４の収容部４１内に収容されることになる。
【００４６】
また、セグメント２のスキンプレート２１の内周面からは、複数の形状保持板２２，・・・がトンネル１の中心に向けて延設されている。さらに、セグメント２の内部には、鉄筋２３が配筋されている。また、セグメント２の中央には、スキンプレート２１の内周面側に、エレクタ装置によってセグメント２を把持させるための把持金具２４が取り付けられている。
【００４７】
さらに、セグメント２には、トンネル１の軸方向に円弧状の側面２ｃ，２ｄが形成されている。また、この側面２ｃ，２ｄには、トンネル１の周方向に間隔を置いて複数のリング間継手口５１，・・・とリング間継手棒５２，・・・とがそれぞれ設けられている。
【００４８】
このリング間継手棒５２は、セグメント２をトンネル１の軸方向に移動させると、対向する位置に先行して配置されているセグメント２のリング間継手口５１に挿入されて、トンネル１の軸方向のセグメント２，２間が接合されることになる。
【００４９】
そして、図５は、以上において説明した５体の円弧板状のセグメント２，・・・と、２体のセグメント６，６と、頂上に配置する平面視台形状のセグメント７とによって円筒状に組み立てられたトンネル１の断面図である。
【００５０】
ここで、挿入金具３と受け金具４とを嵌合させるには、まずセグメント２を周方向に移動させて挿入金具３を挿入口４０に挿入し、その後、トンネル１の軸方向にセグメント２を移動させることになる。このため、トンネル１の一周すべてのセグメントの継手構造を、挿入金具３と受け金具４とによって構成することはできない。
【００５１】
そこで、トンネル１の下側に配置するセグメント２，・・・は、両端面２ａ，２ｂに挿入金具３と受け金具４とを取り付け、最後に挿入するセグメント７は、トンネル１の軸方向の移動のみによって組み付けが行なえるように軸方向の全長にわたる継手にする。
【００５２】
そして、セグメント２とセグメント７との間に配置されるセグメント６の端面には、それぞれ接合させるセグメント２，７の継手に嵌合する継手を設け、これらのセグメント２，・・・，６，７を組み合わせることで円筒状の覆工が形成できるようにする。
【００５３】
次に、本実施の形態のセグメント２の継手構造の作用について説明する。
【００５４】
このように構成された本実施の形態のセグメント２の継手構造は、挿入金具３及び受け金具４の双方が鋼板を使って製作される。このため、軽量かつ安価に継手構造に使用する金具（３，４）を製作することができる。
【００５５】
また、受け金具４の平行板４１ａ，４１ａ間が歯部４２，４２よりも内部側で連結板４４によって連結されているため、挿入金具３の本体部３１を介して収容部４１の内側から平行板４１ａ，４１ａの間隔が開く方向（セグメント２の厚さ方向）の外力が作用しても、確実に抵抗させることができる。そして、このように平行板４１ａ，４１ａ間を連結板４４で繋ぐ構成であれば、剛性の高い受け金具４を精度よく容易に製作することができる。
【００５６】
さらに、本体部３１に延設される突条部３２及び平行板４１ａに延設される歯部４２は、鋼板に角材や鋼棒を固着させることで形成されるので、その取付位置又は角度は、設計に応じて容易に変更することができる。さらに、平行板４１ａ，４１ａの間隔も、容易に調整することができる。このため、トンネル１の大きさ、又はセグメント２の形状が変更になって、所望される挿入金具３及び受け金具４の形状が変更になっても、迅速に対応させることができる。
【００５７】
また、挿入金具３の突条部３２と受け金具４の歯部４２とをセグメント２の端面２ａ，２ｂに対して斜めに延設させることで、金具（３，４）の挿入がし易くなり、セグメント２，２同士の接合を短時間でおこなうことができるようになる。さらに、挿入金具３と受け金具４の嵌合がしやすい構成であれば、セグメント２の組み付け作業の自動化も可能になり、トンネル１工事全体の高速施工が実現できる。
【００５８】
また、挿入金具３と受け金具４とが当接する面に、四フッ化樹脂塗装又は粉体塗装を施すことで、受け金具４に対する挿入金具３の摺動時の摩擦抵抗が大幅に低減される。この摩擦抵抗が大きいと、挿入金具３又は受け金具４を固定しているセグメント２の内部にねじれや曲げなどに伴う大きな応力が発生し、セグメント２を損傷させる原因になるが、摩擦抵抗が小さくなれば、セグメント２の内部に無理な応力を発生させることもなくなる。さらに、摩擦抵抗が小さければ、セグメント２を小さな力でスムーズにトンネル１の軸方向に移動させることができる。
【００５９】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００６０】
例えば、前記実施の形態では、鋼材とコンクリートとが一体になるように予め工場等で製作される合成セグメントに挿入金具３と受け金具４とを設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、コンクリート製のセグメント又は鋼製のセグメントに工場等で挿入金具３と受け金具４とを取り付けておくこともできる。また、鋼製のセグメントを使用する場合は、組み付け後にコンクリートを充填することもできる。
【００６１】
また、前記実施の形態では、セグメント２の端面２ａ，２ｂのそれぞれに挿入金具３と受け金具４を一つずつ設けたが、これに限定されるものではなく、一方の端面２ａに一つ又は複数の挿入金具３を設け、他方の端面２ｂに一つ又は複数の受け金具４を設けるという構成であってもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１              トンネル
２              セグメント
２ａ，２ｂ      端面
３              挿入金具
３１            本体部
３２            突条部
３３            定着プレート（定着部）
４              受け金具
４１            収容部
４１ａ          平行板
４２            歯部
４３            台座プレート（定着部、間隔保持部）
４４            連結板（間隔保持部）
θ１，θ２      角度（斜め）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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