(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
継手の一方に設けられ断面が概略Ｔ字状のフランジ部分及びウェブ部分を有する雄継手と、
前記継手の他方に設けられ前記雄継手の前記フランジ部分及び前記ウェブ部分を移動しつつ嵌入する溝を有する雌継手と、
前記溝内で前記雄継手の前記フランジ部分の嵌入が進むに従って前記雄継手の前記フランジ部分との接触力が増加するテーパー面を有し且つ前記溝の一部に配置される接触部と、
前記雌継手に設けられ且つ前記接触部に接する摺動面と、
前記摺動面上の前記接触部を保持し、前記雄継手の移動方向への前記接触力が所定値を越えて大きくなると破壊を生じて前記摺動面上で前記接触部の摺動を生じさせるように設けられた保持部と
を有することを特徴とする摺動楔型継手。
【請求項２】
前記保持部は、前記接触部に設けられ且つ前記破壊が生じる剪断キーと、前記摺動面に設けられて前記剪断キーが嵌め込まれるキー溝とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の摺動楔型継手。
【請求項３】
前記保持部は、前記接触部に設けられる孔と、前記雌継手から前記孔に差し込まれ且つ前記破壊が生じる剪断ピンとから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の摺動楔形継手。
【請求項４】
前記保持部は、前記接触部のうち前記雄継手の嵌入方向に対して後方の端部に設けられるネジ孔と、前記雌継手の端部から前記ネジ孔にねじ込まれ且つ前記破壊が生じる引っ張りピンとから構成されていることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の摺動楔型継手。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかの摺動楔型継手の前記雌継手と前記雌継手のうち少なくとも一方が端部に取り付けられているコンクリート躯体を有することを特徴とするセグメントピース。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば上下水道などのシールドトンネルとして用いられるセグメントなどに用いられる継手の構造と、その継手を有するセグメントピースに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばシールドトンネルとして用いられるセグメントは、トンネルの軸方向のみならず、トンネルの円周方向にも複数個に分割されたセグメントピースを、軸方向のみならず円周方向ににも締結しつつ施行工事を行う。この円周方向の締結に用いられる継手について、出願人は、既に特許出願を行っている（特願平７−１８７３５１号公報）。この出願に係る継手においては、一方のセグメントピースの継手面に設けられた雄継手が、他方のセグメントピースの継手面に設けられた雌継手へ嵌入されて締結が行われる。
【０００３】
この継手の拡大図を図１２に示す。すなわち、雄継手１０１は断面が概略Ｔ字状を成し、雌継手１０３は、雄継手１０１の嵌入を許すように、断面が概略Ｔ字状の溝１０５を有する。雄継手１０１のＴ字状のフランジ部分１０７を支えるウェブ部分１０９は嵌入が進む方向（図中下方向）にしたがって短くなっており、逆に、雌継手１０３の溝１０５のＴ字状のフランジ部分を構成する顎部分１１１が、嵌入が進む方向にしたがって厚くなる。
【０００４】
このような二つのテーパー形状の楔効果により、嵌入に伴う接触が起きる際に、顎部分１１１は圧縮力を受け、反作用としてウェブ部分１０９に張力が発生する。この張力により、２つのセグメントピースの継手面は、十分に大きな力で引きつけられ締結が行われるものである。
このような継手は、大きな締結力が得られ、ボルトナットなどを必要とせずに済み、セグメントの組立作業が簡単になるなどの利点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上の継手がしっかりと締結されるために必要な力、すなわちウェブ部分１０９に発生する張力が、設計上必要な範囲の値を得るためには、継手に高い寸法精度が要求される。しかしながら、雄継手１１や雌継手１３には設計誤差や取付誤差が発生し、少しの誤差が楔効果により張力の大きな誤差として現れてしまう。このため設計上必要な範囲の張力を得にくいものであった。そして、設計上必要な範囲の張力に比べ、大きすぎると、嵌入に必要な力が大きくなりすぎ締結が完了しない可能性が考えられる。また、ウェブ部分に導入される応力度が降伏点を超えたり、極端な場合は破断する可能性がある。
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、継手の誤差を吸収できる摺動楔型継手と、その摺動楔型継手を有するセグメントピースを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、第一の発明は、継手の一方に設けられ断面が概略Ｔ字状のフランジ部分及びウェブ部分を有する雄継手と、前記継手の他方に設けられ前記雄継手の前記フランジ部分及び前記ウェブ部分を移動しつつ嵌入する溝を有する雌継手と、前記溝内で前記雄継手の前記フランジ部分の嵌入が進むに従って前記雄継手の前記フランジ部分との接触力が増加するテーパー面を有し且つ前記溝の一部に配置される接触部と、前記雌継手に設けられ且つ前記接触部に接する摺動面と、前記摺動面上の前記接触部を保持し、前記雄継手の移動方向への前記接触力が所定値を越えて大きくなると破壊を生じて前記摺動面上で前記接触部の摺動を生じさせるように設けられた保持部とを有することを特徴とする摺動楔型継手である。
【０００７】
第二の発明は、さらに、前記保持部は、前記接触部に設けられ且つ前記破壊が生じる剪断キーと、前記摺動面に設けられて前記剪断キーが嵌め込まれるキー溝とから構成されていることを特徴とする摺動楔型継手である。
【０００８】
第三の発明は、さらに、前記保持部は、前記接触部に設けられる孔と、前記雌継手から前記孔に差し込まれ且つ前記破壊が生じる剪断ピンとから構成されていることを特徴とする摺動楔形継手である。
【０００９】
第四の発明は、さらに、前記保持部は、前記接触部のうち前記雄継手の嵌入方向に対して後方の端部に設けられるネジ孔と、前記雌継手の端部から前記ネジ孔にねじ込まれ且つ前記破壊が生じる引っ張りピンとから構成されていることを特徴とすることを特徴とする摺動楔型継手である。
【００１０】
第五の発明は、さらに、上記のいずれかの摺動楔型継手の前記雌継手と前記雌継手のうち少なくとも一方が端部に取り付けられているコンクリート躯体を有することを特徴とするセグメントピースである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を、図１乃至図４において説明する。
まず、図２は、この実施形態に係る継手が用いられるシールドセグメント１の全体斜視図である。円周方向に分割された５つのセグメントピースＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｋが、それぞれ、この実施形態に係る継手により締結され、リング体３が形成される。このリング体３は更に軸方向に締結される。なお、リング体３間の締結は別の継手によって行われる。
【００１２】
図３に、図２のシールドセグメント１を構成するセグメントピースＢ１、Ｋ、Ｂ２を周方向に締結するための継手の構造を示す。これらのセグメントピースＢ１、Ｋ、Ｂ２は、鋼材とコンクリートからなる合成セグメントである。コンクリート躯体５の内部には、コンクリートとの食い付きをよくするための突起７が設けられた鋼板９が周方向に配置され、この鋼板９の両端部に継手１１、１３が溶接され、コンクリート面から露出される。
【００１３】
図３、図１、および図５に示すように、継手には雄継手１１と雌継手１３とがあり、共に概略Ｔ字状の断面を成し、嵌入が行われるように設計される。雄継手１１のＴ字状を構成するウェブ部分１５は、嵌入が進む方向、すなわち図３中の略左方向にしたがって短くなっており、逆に、雌継手１３の溝１７のＴ字状のフランジ部分を構成する顎部分１９が、嵌入が進む方向にしたがって厚くなる。このように雄継１１および雌継手１３がそれぞれテーパー形状を成していることから、嵌入が進むと、雄継手１１のＴ字状を構成するフランジ部分２１の下面２１Ａと、雌継手１３の顎部分１９の上面１９Ａが互いに接近し接触する。このようにテーパー形状（１５）（１９）により、嵌入の際に楔効果が得られ、しっかりとした締結が図られる。
【００１４】
これら２つの接触部分のうち一方の接触部分、すなわちこの実施例においては、雌継手１３の顎部分１９の上面１９Ａを含んだ接触部分２３が、他の部分から分離され、嵌入方向に摺動可能な構造となっている。この摺動分離が行われる摺動面２５においては、接触部分２３側に剪断キー２７が形成され、顎部分１９の他の部分の側にキー溝２９が形成されている。この剪断キー２７の断面積は、嵌入に伴う接触力が所定値を超えるまでは耐えられ、所定値を超えた場合に破壊を生じる設計寸法となっている。
【００１５】
なお、接触部分２３は、キー溝２９あるいは摺動面２５に対し接着剤などで接着し仮止めして、締結作業のハンドリングの際に脱落してしまうのを防止する。後述する他の実施形態も同様である。
【００１６】
図４は、このようなセグメントピースＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｋが締結される配置図を、シールドセグメント１の展開図として表したものである。各リング体３についてそれぞれ５種類のセグメントピースＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｋが設けられる。なお、図中のＭは雄継手を表し、Ｆは雌継手を表す。
【００１７】
これらのセグメントピースのうちＡ１型Ａ２型は、共に展開図が長方形であり、雄継手Ｍと雌継手Ｆの配置のみが異なる。Ｂ１型とＢ２型は、共に台形であり、台形のうち２つの角は直角となって、この直角に挟まれたまっすぐな辺が前記Ａ１型またはＡ２型のセグメントピースに接する継手面となる。Ｂ１型Ｂ２型の台形の斜辺は、共にＫ型のセグメントピースの斜辺に接する継手面となる。このＫＡ型は２つの斜辺を有する台形であり、５つのセグメントピースのうち最後に圧入力が与えられて押し込まれ締結が行われ、リング体３が完成する。
【００１８】
各リング体３は、円周方向に所定量だけずらされ、このずらしが千鳥状に行われる。この千鳥状のずらしにより、継手面が一列にならんでしまい全体の強度を極めてしまうのを避ける。
【００１９】
（実施形態の作用効果）
図６において、この実施形態の作用効果を説明する。
雄継手１１が雌継手１３に嵌入されると（同図（Ａ））、雄継手１１の接触部分（フランジ部分２１の下面２１Ａ）と雌継手１３の接触部分２３（顎部分１９の上面１９Ａ）が互いに接近し、やがて接触する（同図（Ｂ））。嵌入が進むにつれて（同図（Ｃ））、この接触力は大きくなり、雄継手１１のウェブ部分１５は若干伸び、雌継手１３の顎部分１９は若干縮む。更に嵌入が進み、接触力が所定値を超えて大きくなると、剪断キー２７に加わる剪断力が限界を超え破壊を生じる。この破壊により、雌継手１３の接触部分２３は摺動面２５において摺動分離を開始し、上述した所定の接触力を維持したまま嵌入が続き、やがて所定位置までの嵌入が完了する（同図（Ｄ））。
【００２０】
（他の実施形態）
摺動面２５は、摺動が滑らかに行われるように、嵌入方向と一致することが望ましい。以上の実施形態では、嵌入方向と継手面３１が同方向を向いていた。図４で説明するとセグメントピースのＡ１型とＡ２型との間、Ａ１型とＢ１型との間、Ｂ２型とＡ２型の間の継手面に設けられる継手であった。
【００２１】
しかしながら他の実施形態、例えば図４のＫ型とＢ１型との間、あるいはＫ型とＢ２型の間の継手面に設けられる継手においては、図７に示すように嵌入方向３３に対し継手面３１が角度θだけ傾斜しているので、摺動面２５を嵌入方向３３に一致させるために、雌継手１３の顎部分１９のうち接触部分２３を除いた他の部分１９Ｂの形状は、角度θ分だけテーパー形状となるものである。
【００２２】
また、以上の実施形態においては、雌継手１３に接触部分２３を保持するための保持部は、剪断キー２７であったが、他の実施形態においては、種々の保持部材を採用することが可能である。
【００２３】
例えば図８に示すように、剪断ピン３５とすることが可能となる。この剪断ピン３５は、雌継手１３の側面に貫通した貫通孔３７と、接触部分２３の側面に開けたネジ孔３９を連通させ、これらに剪断ピン３５を挿入し、剪断ピン３５の先端に形成された雄ネジ４１を螺合したものとすることが可能である。この場合、接触力が所定を超えて大きくなると、剪断ピンが３５剪断破壊を生じるように、剪断ピン３５の断面積を設計する。
【００２４】
（実施例）
この剪断ピン３５を用いた実施形態を、実際のセグメントの締結に実施した実施例を説明する。
すなわち、直径３８００ｍｍ、幅１０００ｍｍ、厚さ１５０ｍｍの下水道用トンネル用のセグメントにこの実施形態の継手を適用した。セグメント形状は４等分割の等脚台形とし継手面のトンネル軸（嵌入方向３３）に対する傾きθは１／５０とした。また、図示しないリング間の継手は差込式のピン継手とした。
【００２５】
継手部に導入すべき張力は、従来のボルト式継手（Ｍ２４×２本、強度区分８．８）の場合と同等と考えると２５ｔｆ程度となる。
一方、室内実験で継手面の傾きが１／５０の場合、嵌入力Ｆとウェブ部分の張力Ｔとの間には、
Ｔ＝３・Ｆ
の関係が成り立つことが確認されている。したがって、２５／３＝８．３ｔｆでちょうど破断するようにすればよい。剪断ピンの方式をとり、１本の接触部分２３あたり２本の剪断ピン３５を用いるものとすれば、剪断ピン１本あたりの剪断耐力は、
８３００ｋｇｆ／（２×２）＝２０８０ｋｇｆ
剪断ピンとして強度区分８．８のピンを用いるとすると、必要な直径ｄは
ｄ＝０．７５７ｃｍ
となる。なお、剪断ピン３５の材料の剪断試験を実施し、直径を７５ｍｍとすればほぼ２０８０ｋｇｆで剪断破壊が生じることを確認した。
【００２６】
この実施例の継手をピース間に取り付けたセグメントの組立て順序は、セグメントピースの形状を全て同一形状の等脚台形とし、１ピ−スおきに２ピースを組立てた後、残り２ピースをこの既設ピース間に押込むようにして締結させた。継手１個所あたりおおよそ８．３ｔｆ程度で、４本の剪断ピン３５が同時に剪断破壊し、継手に所定の張力が導入されたことが確認された。また、強度面でもボルト式継手の場合と同等であることを確認した。
【００２７】
また、他の実施形態では図９に示すように保持部を、引っ張り力によって破壊を生じる引っ張りピン４３とすることが可能である。すなわち、雌継手１３の顎部分１９のうち嵌入が行われる側（入口側）の端部に、起立したアンカー部４５を設け、このアンカー部４５に嵌入方向の貫通孔４７を形成し、接触部分２３の後端に嵌入方向のネジ孔４９を形成し、両者を連通させた状態で引っ張りピン４３を挿入し、引っ張りピン４３の先端に形成した雄ネジ５１を螺合する。引っ張りピン４３の後端にはフランジ５３が形成され、アンカー部４５に係止される。この場合にも接触力が所定値を超えて大きくなると、引っ張りピン４３は引っ張り力によって破壊を生じ、接触部２３が摺動面２５に沿って摺動分離を起こす。
【００２８】
引っ張りピン４３の代わりに、引っ張り力によって破壊を生じる他の引っ張り部材を採用することも可能である。すなわち、引っ張り力が一定値に達したとき、ほとんど変形せずに破断するような材料または形状であれば、どのような部材でもかまわない。
【００２９】
なお、参考例として、図１０に示すように保持部を、圧縮力によって座屈破壊を生じる座屈材５５とする構造がある。すなわち、雌継手１３の顎部分１９のうち嵌入方向の奥端に起立部５７を設け、この起立部５７と接触部分２３の先端部との間に座屈材５５を配置する。この座屈材は円筒形状を有するもの（同図（Ｃ））である。
【００３０】
もっとも、座屈材５５の形状は座屈を生じ得るものであればどのようなものでも構わない。例えば面座屈を起こす板材でもよいし（同図（Ｄ））、柱座屈を起こす棒材（同図（Ｅ））であっても良い。
なお、座屈破壊を生じる座屈荷重は、一定しており、容易に求めることができる。
【００３１】
また、他の実施形態では、図１１に示すように摺動面２５に細かな波状の凹凸５９を設け、互いに嵌合させておくことも可能である。接触力が所定値を超えると、細かな凹凸５９に破壊が生じ、接触部分２３に摺動分離が生じる。
【００３２】
また、以上の実施形態においては、摺動面２５において摺動分離が生じる接触部分２３は雌継手１３の側に設けられるものであったが、他の実施形態においては、雄継手１１の側に設けることも可能である。すなわち、例えば雄継手１１のフランジ部分２１を肉厚とし、嵌入方向に形成された摺動面によって摺動分離が生じ得る構成とし、この摺動面に前述した各種の保持部のうちいずれかを設けることが可能である。
【００３３】
また、以上の第一実施形態など（図１、図６、図７、図８）においては、継手は継手面３１のほぼ全長（トンネルの軸方向（嵌入方向）のほぼ全長）に設けられるものであったが、他の実施形態においては継手面３１の一部に設けるもの（図９、図１１）に設けることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、第１、２、３、４、または５の発明によれば、雌継手への嵌入が進み、継手の誤差が原因となって嵌入に伴う接触力が所定値を超えて大きくなると、保持部が破壊を生じ、これにより摺動面において接触部分が摺動し分離が生じる。この摺動分離により、所定の接触力を維持したまま嵌入が完了することができる。この所定の接触力が維持できることで、楔効果により発生する張力の誤差が少なくなり、設計上必要な範囲の張力を得られる。このようにして摺動面における摺動分離により、継手の誤差を吸収できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一実施形態に係る摺動楔型継手を示すもので
（Ａ）は縦断面図
（Ｂ）は（Ａ）の嵌入方向手前側の端面図
（Ｃ）は（Ａ）の嵌入方向奥側の端面図
（Ｄ）は（Ａ）の要部を示す斜視図である。
【図２】図１の継手を用いて締結したシールドセグメント全体の斜視図である。
【図３】図２のシールドセグメントを構成するセグメントピースを示す斜視図である。
【図４】図２の展開図である。
【図５】図１の継手が嵌入を行う前の状態を示す全体概略斜視図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は図１（Ａ）の作用を嵌入の経過と共に示す図である。
【図７】この発明の第二実施形態を示すもので
（Ａ）は縦断面図
（Ｂ）は（Ａ）の嵌入方向手前側の端面図
（Ｃ）は（Ａ）の嵌入方向奥側の端面図である。
【図８】この発明の第三実施形態を示すもので
（Ａ）は縦断面図
（Ｂ）は（Ａ）の嵌入方向手前側の端面図
（Ｃ）は（Ａ）の嵌入方向奥側の端面図
（Ｄ）は（Ｂ）の剪断ピンを示す斜視図である。
【図９】この発明の第四実施形態を示すもので
（Ａ）は縦断面図
（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図
（Ｃ）は（Ｂ）の引張ピンを示す斜視図である。
【図１０】参考例を示すもので
（Ａ）は縦断面図
（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図
（Ｃ）は（Ｂ）の座屈材を示す斜視図
（Ｄ）は他の座屈材を示す斜視図
（Ｅ）はその他の座屈材を示す斜視図である。
【図１１】この発明の第五実施形態を示すもので
（Ａ）は縦断面図
（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。
【図１２】従来例を示す継手の嵌入前の状態を示す全体概略斜視図である。
【符号の説明】
１  シールドセグメント
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｋ  セグメントピース
３  リング体
５  コンクリート躯体
７  突起
９  鋼板
１１  雄継手
１３  雌継手
１５  ウェブ部分
１７  溝
１９  顎部分
２１  フランジ部分
２３  接触部分
２５  摺動面
２７  剪断キー
２９  キー溝
３１  継手面
３３  嵌入方向
３５  剪断ピン
３７  貫通孔
３９  ネジ孔
４１  雄ネジ
４３  引っ張りピン
４５  アンカー部
４７  貫通孔
４９  ネジ孔
５１  雄ネジ
５３  フランジ
５５  座屈材
５７  起立部
５９  細かな凹凸
【図１】
0003707981.tif 000002
【図２】
0003707981.tif 000003
【図３】
0003707981.tif 000004
【図４】
0003707981.tif 000005
【図５】
0003707981.tif 000006
【図６】
0003707981.tif 000007
【図７】
0003707981.tif 000008
【図８】
0003707981.tif 000009
【図９】
0003707981.tif 000010
【図１０】
0003707981.tif 000011
【図１１】
0003707981.tif 000012
【図１２】
0003707981.tif 000013