(57)【要約】【課題】セグメント相互の嵌合初期においての位置関係は高い精度を必要としないようにして製作コストを低減し、作業性良好な小径トンネルの覆工に適した継手構造を提供することである。【解決手段】隣接したセグメントは相互に対向する結合面１４、１５を備え、その一方の結合面１４に円筒形覆工の中心線と平行の長穴１８が設けられ、他方の結合面１５には、その長穴１８に対向したノックピン１９が設けられ、前記長穴１８は一端部にノックピン１９の直径より広い差込部２６、他端部にノックピン１９の直径より狭い係合部２７を備え、長穴側縁２８、２８’の間隔は差込部２６から係合部２７に至るに従いテーパ状に縮小し、一方の長穴側縁２８にアンダーカット部２９が設けられ、ノックピン１９に設けられた切欠き部３３を前記アンダーカット部２９に嵌合させつつ係合部２７まで押し込むようにした。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセグメント(１１〜１３)を組み合わせて円筒形覆工を構成するセグメントの継手構造において、
隣接したセグメント(１１)と(１２)、(１２)と(１３)は相互に対向する結合面(１４、１５)を備え、その一方の結合面(１４)には前記円筒形覆工の中心線の方向に間隔をおいて該中心線と平行の長穴(１８)が少なくとも２箇所に設けられ、他方の結合面(１５)には、前記長穴(１８)に対向したピン形結合部材が同数突き出して設けられ、
前記長穴(１８)は、前記セグメント(１１〜１３)の押し込み側端部(１７)に寄った一端部において前記ピン形結合部材の直径より広い幅の差込部(２６)、他端部において該ピン形結合部材の直径より狭い幅の係合部(２７)をそれぞれ備え、
前記長穴(１８)の両方の長穴側縁(２８、２８’)の間隔は前記差込部(２６)から係合部(２７)に至るに従いテーパ状に縮小し、その一方の長穴側縁(２８)にアンダーカット部(２９)が設けられ、
前記ピン形結合部材に前記アンダーカット部(２９)に嵌合する切欠き部(３３)が設けられたことを特徴とするセグメントの継手構造。
【請求項２】
前記一つのセグメント(１３)は、その両側の結合面(１５、１５)の間隔が前記押し込み側端部(１７)から前記中心線と平行の押し込み方向に次第に狭くなるテーパ状に形成され、その両側に隣接した他のセグメント(１２)の結合面(１４、１４)も、前記結合面(１５、１５)に対応してテーパ状に形成された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】
前記長穴(１８)のアンダーカット部(２９)は、セグメント(１１、１２)の結合面(１４)に当該長穴(１８)の長さと同等かそれ以上で、かつ、その幅が長穴(１８)の幅より大きい開口をもったボックス(２４)を埋設し、その開口を覆う側面板(２３)に前記長穴(１８)を設けることにより、前記一方の長穴側縁(２８)の下面に沿って形成された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。
【請求項４】
前記セグメント(１１〜１３)の相互に対向した結合面(１４、１５)の間にシール部材(３７)が介在されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のセグメントの継手構造。
【請求項５】
前記ピン形結合部材がノックピン(１９)により構成され、該ノックピン(１９)は、頭部(３２)と当該セグメント(１２、１３)の結合面(１５)から突き出した脚部(２５)を有し、該脚部(２５)に前記の切欠き部(３３)が設けられたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のセグメントの継手構造。
【請求項６】
前記切欠き部(３３)は、前記一方の長穴側縁(２８)に対向した底面(３４)と、その長穴側縁(２８)の上下両面に対向した上面(３５)と下面(３６)とを有し、その上面(３５)と下面(３６)の間隔が前記長穴(１８)の差込部(２６)側の端部において最狭部となり、当該最狭部から長穴(１８)の係合部(２７)の方向にその間隔がテーパ状に増大するように形成され、前記最狭部の間隔(ａ)が前記長穴側縁(２８)の厚さ(ｂ)より大に設定されたことを特徴とする請求項５に記載のセグメントの継手構造。
【請求項７】
前記切欠き部(３３)の最狭部における下面(３６)と当該セグメント(１２、１３)の結合面(１５)までの距離(ｄ)が、前記長穴側縁(２８)の厚さ(ｂ)と、シール部材(３７)の圧縮時の厚さ(ｃ)との和に設定されたことを特徴とする請求項５又は６に記載のセグメントの継手構造。
【請求項８】
前記切欠き部(３３)の底面(３４)からセグメント(１２、１３)の外表面までの距離(ｅ)が、前記長穴(１８)の係合部(２７)における長穴側縁(２８)からセグメント(１１、１２)の外表面までの距離(ｅ)と等しく設定されたことを特徴とする請求項５から７のいずれか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】
この発明は、シールド工法における覆工を構成するセグメントの継手構造に関し、特に小径トンネルの覆工の場合に適するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られているセグメントの継手構造は、ボルト・ナットを用いてセグメント相互を結合する手段のほかに、コッターを半径方向に打ち込む垂直コッター方式やトンネル軸心方向に打ち込む水平コッター方式がある。しかし、これらの継手構造は、ボルトの締め付けや、コッターの打ち込み作業のための作業スペースが必要となるため、いずれも小径トンネル（１０００ｍｍ〜２０００ｍｍ程度）の場合には適さない構造である。
【０００３】
一方、前記のような作業を不要とした継手構造も開発されている（特許文献１の「従来の技術」の項参照）。即ち、セグメントの結合面の両端部に軸線方向のアリ溝を設け、その一端のアリ溝に連結具を嵌合する。連結具は、軸方向に平行な両側部にアリ部を有し、その一側部のアリ部を前記アリ溝に嵌合する。他側部のアリ部は結合面から突き出した状態に保持される。前記の連結具のアリ部と、これに嵌合されたアリ溝との対向面には、それぞれ軸線方向逆向きのテーパ面が設けられる。
【０００４】
隣接した他方のセグメントの結合面においても、前記と同様にその両端部にアリ溝が設けられるが、この場合の連結具は前記とは反対側のアリ溝に嵌合される。
【０００５】
前記の継手構造は、セグメント相互の結合面を相対的に軸線方向反対向きに嵌合させることによって、一方のセグメントの突き出した状態にある連結具のアリ部と、他方のセグメントのアリ溝を係合させることにより、両方のテーパ面の面接触の進行にともなって、セグメントが相互に引き寄せられて結合される。
【０００６】
前記の継手構造は、コッター等を打ち込む作業が不要であり、セグメント結合面の連結具と他方のセグメントのアリ溝との嵌合だけによりセグメント相互を結合できる利点がある。
【０００７】
しかし、前記の継手構造は、連結具とアリ溝を嵌合させる際に、両方の端部が干渉することがあり、それによって欠損が生じる不具合がある。
【０００８】
この問題を解決するために、セグメントの結合面に、前記の連結具とアリ溝のほかに、ガイド溝とこれに嵌合される突起を前後方向に間隔をおいて設け、他方の結合面にも同様のガイド溝と突起を前記の配置とは前後逆の配置に設けた構造を採ったものが知られている（特許文献１、「課題を解決するための手段」の項参照）。
【０００９】
この場合の継手構造は、連結具とアリ溝の嵌合が開始されるよりも前に、ガイド溝と突起を先に嵌合させることにより、あらかじめ両方のセグメントの姿勢を正確な嵌合位置に整えたうえで、連結具とアリ溝の嵌合を開始させることにより、両者の嵌合がスムーズに行われる。その結果、連結具とアリ溝の干渉がなくなり、干渉による欠損の発生が防止される。
【００１０】
前記の連結具は、軸方向から自由に装着されるものであるから、結合作業の際に簡単に脱落するおそれがある。
【００１１】
なお、結合面の相互間のシールは、シール部材が結合面に埋め込まれ、相互に面接触させる構造であると認められる。
【特許文献１】特開平１１−２００７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記の継手構造は、ガイド溝と突起の嵌合が進んだ状態において、連結具とアリ溝の位置関係が正確に定まるように、結合面の構造を精度よく製作する必要があり、製作コストが高くなる問題がある。また、連結具を所定位置に逐一装着する作業が必要であり、また、その連結具が外れないように注意を払う必要もあり、作業性が低い問題もある。
【００１３】
そこで、この発明は、小径トンネルの覆工に適したセグメント継手構造において、嵌合の最終段階においてのみ位置関係の精度が出るように製作すればよく、嵌合のそれ以外の段階においては、左程精度を必要としないようにして製作コストを低減すること、作業性が良好であり、しかもシール性に優れたセグメントの継手構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の課題を解決するために、この発明は、複数のセグメント１１〜１３を組み合わせて円筒形覆工を構成するセグメントの継手構造において、隣接したセグメント１１と１２、１２と１３は相互に対向する結合面１４、１５を備え、その一方の結合面１４には前記円筒形覆工の中心線の方向に間隔をおいて該中心線と平行の長穴１８が少なくとも２箇所に設けられ、他方の結合面１５には、前記長穴１８に対向したピン形結合部材が同数突き出して設けられ、前記長穴１８は、前記セグメント１１〜１３の押し込み側端部１７に寄った一端部において前記ピン形結合部材の直径より広い幅の差込部２６、他端部において該ピン形結合部材の直径より狭い幅の係合部２７をそれぞれ備え、前記長穴１８の両方の長穴側縁２８、２８’の間隔は前記差込部２６から係合部２７に至るに従いテーパ状に縮小し、その一方の長穴側縁２８にアンダーカット部２９が設けられ、前記ピン形結合部材に前記アンダーカット部２９に嵌合する切欠き部３３が設けられた構成を採ったものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明は以上のような構成であるから、セグメント相互は、アンダーカット部２９を有する長穴１８と、そのアンダーカット部２９に係合される切欠き部３３を有するピン形結合部材との係合によって結合されるので、先に設置された下位のセグメントに対し、その結合面に載置した他のセグメントを円筒形覆工の中心線の方向に押し込むだけでセグメント相互の結合が行われる。このため、作業空間に余裕のない小径トンネルの場合の覆工に適する。
【００１６】
また、前記長穴１８はテーパ状に形成されるので、結合作業の開始時はその長穴１８にピン形結合部材をルーズに挿入するだけでよく、その後はセグメントの押し込み作業によって結合が完了するので、嵌合開始構造の精度を高く設定する必要がなく、また作業性も良好である。また、結合面１４、１５間に介在したシール部材３７がセグメント相互の結合力によって圧縮されるため、シール性が良好である。
【００１７】
さらに、長穴１８の狭小端部に形成される係合部２７の位置と、その係合部２７のアンダーカット部２９に係合されるピン形結合部材の位置及びピン形結合部材の切欠き部３３の位置を正確に設定しておくことにより、結合作業の完了時と同時にセグメント相互が精度よく結合される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１及び図２に、円筒形覆工を構成する４分割されたセグメント１１〜１３を示す。一つのセグメント１１は円筒形覆工の中心線と平行の結合面１４、１４を備え、その両側に隣接した一対のセグメント１２、１２は前記の結合面１４に対応した平行の結合面１５と、一方向に幅が拡大するテーパ状の結合面１４を有する。また残りのセグメント１３は、前記セグメント１２、１２の各結合面１４、１４に対向し、一端から他端に至るに従い幅がテーパ状に縮小する結合面１５、１５を備える。
【００２０】
ここに、「結合面１４」と称する面は、後述のように、長穴１８が設けられた面を指し、「結合面１５」と称する面は、後述のように、ノックピン１９が設けられた面を指す。両方の結合面１４、１５は円筒形覆工の中心線を通る分割面で分割された角度、即ち、円筒形覆工の外表面における接線に直角の角度をもった面である。
【００２１】
また、前記セグメント１３の幅が広い方の端部及びこれと同方向となる他のセグメント１１、１２の端部を「押し込み側端部１７」と総称する。
【００２２】
各セグメント１１〜１３は、鉄筋コンクリート製、鋼板型枠被覆鉄筋コンクリート製のものがあるが、この実施例１の場合は、後者の鋼板型枠被覆鉄筋コンクリート製である。鋼板型枠内に配筋を行い遠心成形法によりコンクリートを充填固化させたのち、鋼板型枠を外すことなく、そのままセグメントの部材として使用するようにしたものである。
【００２３】
なお、鉄筋コンクリート製の場合は、遠心成形後に型枠から外された形状をなし、後述の外面板２１、端面板２２は無く、コンクリートが露出する。
【００２４】
図１及び図２に示したように、セグメント１１の各結合面１４には、それぞれ円筒形覆工の中心線方向に間隔をおいて結合用の長穴１８が２箇所に設けられる。また、前記の各結合面１４に対向した隣接セグメント１２の結合面１５には、前記の各長穴１８に対向したノックピン１９が２箇所に設けられる。当該セグメント１２の他方の結合面１４には前記と同様の長穴１８が２箇所に設けられる。残り１つのセグメント１３の各結合面１５、１５には、それぞれ前記両セグメント１２、１２の各結合面１４、１４の長穴１８に対向したノックピン１９が２箇所に設けられる。
【００２５】
なお、ノックピン１９は、特許請求の範囲にいう「ピン形結合部材」の一例であり、「だぼピン」と呼ばれる場合がある。ピン形結合部材としては、他に、ボルトの脚部を結合面１５から突き出したものがある。
【００２６】
前記の長穴１８とノックピン１９による継手構造をセグメント１１とセグメント１２との間の継手構造について説明する。
【００２７】
即ち、セグメント１１は、図３に示したように、鋼板によって構成された外面板２１、軸方向両端の端面板２２及び両側の結合面１４を構成する側面板２３からなる鋼板製型枠が予め製作される。その側面板２３の内面において円筒形覆工の中心線の方向に所定の間隔をおいてボックス２４が２箇所に設けられる。ボックス２４の開口は側面板２３によって閉塞される。
【００２８】
ボックス２４は、前記の鋼板製型枠内に遠心成形法によってコンクリートが充填される際にそのコンクリートの内部に埋没する。
【００２９】
前記各ボックス２４を覆う側面板２３の部分に円筒形覆工の中心線と平行に前述の長穴１８が設けられる。長穴１８は、前記の押し込み側端部１７に寄った一端部において前記ノックピン１９の脚部２５の直径より広い幅の差込部２６を有し、他端部において該脚部２５の直径より狭い幅の係合部２７を有する（図３及び図４参照）。前記差込部２６から係合部２７に至るに従い両方の長穴側縁２８、２８’の間隔はテーパ状に減少し、係合部２７において最も狭く、かつ平行となる。
【００３０】
前記ボックス２４の開口の長さ及び幅が前記長穴１８の全体を含み得る大きさに形成されることにより、一方の長穴側縁２８とボックス２４の開口縁の範囲にアンダーカット部２９が形成される。他方の長穴側縁２８’とボックス２４の開口縁との間にもアンダーカット部２９’が生じるが、このアンダーカット部２９’は格別の機能を持たない。
【００３１】
なお、ボックス２４の深さは、ノックピン１９の脚部２５を受け入れ、その自由な移動を許容できる深さに形成される。
【００３２】
他方のセグメント１２も、図３に示したように、鋼板によって構成された外面板２１、軸方向両端の端面板２２及び両側の結合面１５を構成する側面板２３からなる鋼板製型枠が予め製作される。その側面板２３に、前述の長穴１８に対応したノックピン１９が突き出して設けられる。
【００３３】
ノックピン１９は、図６に示したように、前述の脚部２５とこれより大径の頭部３２とからなり、その脚部２５をセグメント１２の側面板２３に設けた穴にその内側から挿入し、頭部３２を該側面板２３の内面に溶接により固定する（図７参照）。脚部２５は側面板２３から所要長さ突き出す。側面板２３から突き出した脚部２５にコの字形の切欠き部３３が設けられる。
【００３４】
切欠き部３３は、長穴側縁２８に対向した底面３４と、その長穴側縁２８の上下両面に対向した上面３５と下面３６とを有する。上面３５は、脚部２５の軸線に対して直角に形成され、下面３６は、上面３５に対して傾斜した面となっている。上面３５と下面３６の間隔は、長穴１８の差込部２６側の端部において最狭部となり、他端において最広部となっている。最狭部の間隔ａは、長穴側縁２８の厚さｂ（即ち、側面板２３の厚さｂと一致。図５参照）より大に設定され、これにより切欠き部３３に長穴側縁２８が余裕をもって嵌合される。
【００３５】
ノックピン１９の切欠き部３３の最狭部における下面３６と、そのノックピン１９が設けられたセグメント１２の結合面１５までの距離ｄ（図５参照）が、前記結合面１４を形成する前記側面板２３の厚さｂ（即ち、長穴側縁２８の厚さｂと一致）と、シール部材３７の圧縮時の厚さｃの和に設定される。
【００３６】
また、切欠き部３３の底面３４からセグメント１２の外表面までの距離ｅ（図５参照）が、前記長穴１８の係合部２７における長穴側縁２８からセグメント１１の外表面までの距離ｅ（図４参照）と等しくなるように設定される。
【００３７】
さらに、図７に示したように、セグメント１１の長穴１８の係合部２７の内端壁３１から、当該セグメント１１の押し込み側端部１７までの長さｆは、隣接するセグメント１２のノックピン１９の脚部２５のセンターから、当該セグメント１２の押し込み側端部１７までの長さｇに脚部２５の半径ｈを加えた長さ（ｇ＋ｈ）と等しくなるように設定される。
【００３８】
なお、ノックピン１９を取り付けた前記の鋼板製型枠の内部に、前述の場合と同様、遠心成形法によりコンクリートが充填される。
【００３９】
一方、セグメント１２とセグメント１３の間の継手構造は、相互に対向する結合面１４、１５が円筒形覆工の中心線に対し、テーパ角θをもって形成されている（図１０（ａ）参照）。長穴１８は前記中心線に対し平行に形成され、その長穴１８とノックピン１９は、相対的に平行移動して結合される（図１０（ｂ）参照）。また、前後２箇所の長穴１８及び２箇所のノックピン１９は、それぞれ前記テーパ角θと、両長穴１８間又は両ノックピン１９間の間隔によって定まる円周方向の平面視距離Ｒだけ位置を異にして設けられる。
【００４０】
このように、テーパ角θをもった結合面１４、１５における継手構造は、前後２箇所の長穴１８相互、及び前後２箇所のノックピン１９相互が円周方向に平面視距離Ｒだけ離れている点で、前記の継手構造と相違するが、その他の構造は同一である。
【００４１】
実施例１の継手構造は以上のようなものであり、次にその作用について説明する。
【００４２】
まず、セグメント１１を所定の覆工位置に設置し、その両側の結合面１４、１４の長穴１８の外径側に帯状のシール部材３７を接着する。そのうえで、図８（ａ）（ｂ）及び図１１（ａ）に示したように、両側の結合面１４、１４に合わせて左右のセグメント１２の結合面１５、１５を、セグメント１１の押し込み側端部１７から若干後方へずらせた位置に搭載し、各長穴１８の一端部に設けられた差込部２６にセグメント１２のノックピン１９をルーズに挿入する。
【００４３】
次に、前記セグメント１２を先端部の方向に押し込むと（図８（ａ）、図１１（a）の矢印Ａ参照）、ノックピン１９の脚部２５は長穴１８に沿って係合部２７の方向に移動する。その移動の途中において脚部２５の切欠き部３３が長穴側縁２８のアンダーカット部２９に係合してガイドされ、係合部２７に達する（図９（ａ）（ｂ）、図１１（ｂ）参照）。切欠き部３３がアンダーカット部２９に嵌合される当初は、切欠き部３３の最広部から嵌合されるので、その切欠き部３３が長穴側縁２８に干渉することなく、円滑に嵌合される。
【００４４】
セグメント１１の長穴１８の内端壁３１から、当該セグメント１１の押し込み側端部１７までの長さｆ（図９（ａ）（ｂ）参照）は、前述のように、隣接するセグメント１２のノックピン１９の脚部２５のセンターから、当該セグメント１２の押し込み側端部１７までの長さｇに脚部２５の半径ｈを加えた長さ（ｇ＋ｈ）と等しくなるように設定されているから、脚部２５が係合部２７の内端壁３１に達することにより、両セグメント１１、１２の押し込み側端部１７が揃う。
【００４５】
また、図５に示したように、ノックピン１９の切欠き部３３の最狭部（間隔ａの部分）における下面３６と、そのノックピン１９が設けられたセグメント１２の結合面１５までの距離ｄが、セグメント１１側の結合面１４を形成する側面板２３の厚さｂと、シール部材３７の圧縮時の厚さｃの和に設定されていることから、セグメント１１の結合面１４とセグメント１２の結合面１５がシール部材３７を圧縮した状態でセグメント１１、１２相互が結合される。
【００４６】
さらに、前述のように、切欠き部３３の底面３４からセグメント１２の外表面までの距離ｅ（図５参照）が、長穴１８の係合部２７における長穴側縁２８からセグメント１１の外表面までの距離ｅ（図４参照）と等しく設定されていることから、両セグメント１１、１２の外面板２１、２１の外表面が揃う。
【００４７】
次に、残りのセグメント１３の左右の結合面１５、１５を、両側のセグメント１２の各結合面１４、１４間に前記の要領で軸方向に押し込む（図１０、図１１（ｃ）の矢印Ｂ参照）。この場合もノックピン１９の脚部２５が差込部２６に、当初は浅く、かつルーズに挿入され、セグメント１３の押し込みにつれて脚部２５は深く嵌合されつつ長穴１８内を係合部２７の方向に移動する。この場合も、切欠き部３３は、その最広部からアンダーカット部２９に嵌合するので、干渉を生ずることなく、円滑に嵌合される。
【００４８】
セグメント１３の押し込みが完了した際に、隣接セグメント１２と押し込み側端部１７が揃うこと、シール部材３７を圧縮状態に挟着すること、セグメント１３とセグメント１２の外表面が揃うことは、前記の場合と同様である。
【００４９】
以上のようにしてすべてのセグメント１１、１２、１３の結合が完了すると、円筒形の覆工が完成する（図１１（ｄ）参照）。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例１の分解斜視図
【図２】同上の分解正面図
【図３】同上の一部分解拡大斜視図
【図４】同上の結合面部分の断面図
【図５】図４のＸ１−Ｘ１線の断面図
【図６】（a）は、ノックピンの正面図、（ｂ）は、ノックピンの側面図
【図７】セグメントの結合前の分解断面図
【図８】（a）は、セグメントの結合途中の断面図、（ｂ）は、（a）図のＸ２−Ｘ２線の断面図
【図９】（a）は、セグメントの結合完了状態の断面図、（ｂ）は、（a）図のＸ３−Ｘ３線の断面図
【図１０】（ａ）は、テーパ角を有するセグメントの結合前の分解平面図、（ｂ）は、（ａ）図のＹ矢視図
【図１１】（a）〜（ｄ）は、セグメントの組み立ての順序を示す平面図
【符号の説明】
【００５１】
１１、１２、１３  セグメント
１４、１５  結合面
１７  押し込み側端部
１８  長穴
１９  ノックピン
２１  外面板
２２  端面板
２３  側面板
２４  ボックス
２５  脚部
２６  差込部
２７  係合部
２８、２８’  長穴側縁
２９、２９’  アンダーカット部
３１  内端壁
３２  頭部
３３  切欠き部
３４  底面
３５  上面
３６  下面
３７  シール部材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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