(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セグメントの妻面のトンネル軸方向両端部にセグメントの側面に開口した切欠を設け、該切欠内に妻面と面一の半割面を有する半割ピンを内蔵し、妻面で隣接するセグメントの半割ピン同士が当接して形成する円形状断面のピンに緊密に外嵌するリング金物を備え、前記半割ピンの外周面は１〜５度のテーパを有し、前記リング金物は該テーパに押込む押込力が一定値を越えたとき降伏して長さが切欠内に収まる寸法となる薄肉の弱め部を備えたことを特徴とするセグメントの円周継ぎ手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート製のトンネルランニングセグメントの円周継ぎ手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート製のトンネルライニングセグメントの継ぎ手はトンネル軸方向継ぎ手とセグメントの円周継ぎ手とがある。セグメントの円周継ぎ手は、セグメントの内面寄りに鋼板を埋め込みボルトで隣接セグメントを締める形式のものやＣ型金物にくさびを打ち込んで締める構造のもの等がある。また、妻面厚さ中央に傾斜金物を配置し隣接セグメント同士を互いにスライドすることにより金物を嵌合させる技術が採られていた。
【０００３】
近年、シールドトンネルの二次覆工省略化が進み、セグメント内面がそのままの状態でトンネル内面仕上面として供用されることが多くなった。上記セグメント内面からボルトで締める形式の前者の技術では、シールドトンネル内面の大きな窪み処理に多大の時間、労力を必要とする問題がある。またこの接続では、トンネルに生ずる正曲げと負曲げとで剛性が大きく違い、円周継ぎ手として問題があった。妻面に傾斜金物を配設する後者の技術は、内面に大きな窪みを生ずる問題を解決した点で好適であるが、金具が高価であるわりに継ぎ手性能が向上しないと言う問題がある。妻面の厚さ中央だけで拘束したのでむしろ組み立てられたトンネルライニングの変形を増長させる場合もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の実状に鑑みてなされたもので、シールドトンネル内面に跡埋めする部分をなくして内面をできるだけ平滑にし、組み立て作業が容易でしかもトンネルの真円精度を向上させ、また、トンネルに生ずる正負曲げに対する剛性を同等にし、セグメントの本来の優れた性能を発揮させる円周継ぎ手を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その技術手段は、セグメントの妻面のトンネル軸方向両端部にセグメントの側面に開口した切欠を設け、該切欠内に妻面と面一の半割面を有する半割ピンを内蔵し、妻面で隣接するセグメントの半割ピン同士が当接して形成する円形状断面のピンに緊密に外嵌するリング金物を備え、前記半割ピンの外周面は１〜５度のテーパを有し、前記リング金物は該テーパに押込む押込力が一定値を越えたとき降伏して長さが切欠内に収まる寸法となる薄肉の弱め部を備えたことを特徴とするセグメントの円周継ぎ手である。
【０００６】
この円周継ぎ手は、トンネルライニングの内面に何らの窪みが露出せず、跡埋め等の問題がなく、また、トンネルに生ずる正曲げと負曲げに対して継ぎ手の剛性が同等であり、円周継ぎ手として好適である。
【０００８】
本発明では、セグメントの円周継ぎ手をトンネル軸方向継ぎ手面（セグメントの側面）の内部で嵌合させる。よってセグメント内面に円周継ぎ手やその窪みが露出することがなく、二次覆工を省略することが可能である。セグメントの妻面のトンネル軸方向両端部に半割ピンの基部を埋め込み、妻面と面一に形成されている隣接セグメントの相対する半割ピンとを合わせて円形ピン状に形成し、この円形ピン状の外径にリング金物を外嵌する。このことにより半割ピン同士を目違い、目開きなく結合することができる。
【０００９】
前記半割ピンの外周面は１〜５度のテーパを有し、前記リング金物はこのテーパに押込む押込力が一定値を越えたとき降伏して長さが切欠内に収まる寸法となるような弱め部を備えると好適である。リング金物は例えば厚肉鋼管を短尺に切ったものを用いればよく、弱め部はその一部の外径又は内径を削って薄肉の部分を作ることによって、大きな軸力が作用したときこの部分が座屈するようにし、嵌合力の制限と嵌合高さの制限をし、均一な出来型を確保するようにすると好ましい。一部を薄くするのは、内径側でも、外径側でも又は双方でもよい。薄くなった部分の中央に円周状のノッチを入れると変形方向が定まり都合がよい。半割ピンは半楕円、半長円、半円の何れでもよい。またリング金物は半割ピンの外周に嵌合する形状とすればよい。
【００１０】
嵌合されたリング金物には左右均等に力が作用するので円周継ぎ手の剛性が高くトンネルの円形断面に作用する正負曲げに対し同等の剛性を示すので、トンネルでのセグメント継ぎ手位置がどの位置にあってもよい。
【００１１】
トンネル軸方向継ぎ手はどのような継ぎ手でもよいが、本出願人が既に特願平１１−３３７８４３号で提供している、一端側に溝断面が矩形の螺旋溝を有し他端側に溝断面が三角形の抜け止め螺旋溝を有する継ぎ手ピンと、一方のセグメント内に埋設され前記螺旋溝に螺合する螺旋部材と、他方のセグメント内に埋設され前記抜け止め溝部が嵌入する樹脂製ソケットから構成されている、ワンタッチ方式のトンネル軸方向継ぎ手を用いることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図３は本発明の実施例のセグメント１０を示す斜視図である。セグメント１０は円弧状に湾曲した矩形状の本体１１を備え、円周継ぎ手端面（セグメント妻面）１２とトンネル軸方向継ぎ手端面（セグメント側面）１３、内面１４、外面１５とからなっている。セグメントの板面の中央にはライニング背面にグラウチングを行うグラウト注入孔１６が設けられている。トンネル軸方向継ぎ手端面（側面）１３は手前側が切り羽側で奥側が坑口側である。トンネル軸方向継ぎ手としては切羽側にメス側ソケット口２１、坑口側にオス側挿入ピン２２を用いた押し込み型のワンタッチジョイントが例示されている。円周継ぎ手端面１２のトンネル軸方向継ぎ手端面（側面）１３との隣接部には、本発明に係る半割ピンを用いる円周継ぎ手３０が露出している。
【００１４】
図４はトンネル構造体としてセグメント１０が組み上がりつつある状態を示す斜視図である。トンネルランニング１００は各セグメント１０からなり、図４の向かって手前が切羽側である。組み立て前のセグメントの円周継ぎ手３０ａ、組み上がり後のセグメントの円周継ぎ手３０ｂが見える。またトンネル軸方向継ぎ手の一例としてワンタッチジョイントのメス側ソケット２１が見えている。
【００１５】
図１、図２は円周方向に隣接するセグメント１０ａ、１０ｂの円周継ぎ手３０の接合を示す説明図である。図１は円周継ぎ手３０の構造を示す斜視図で、円周方向に隣接するセグメント１０ａ、１０ｂの妻面１２の側面１３との境界部に、セグメントの側面１３に開口した切欠５０を設け、この切欠５０内にそれぞれ半円形断面の半割ピン３１を内蔵している。この半割ピン３１はその基部をそれぞれセグメント１０ａ、１０ｂの内部に強固に埋め込まれている。この半割ピン３１は側面１３側には突出しておらず、妻面１２と面一になる半割面３２を有する。この半割ピン３１の半割面３２は、円周方向に隣接するセグメント１０ａ、１０ｂの半割ピン３１同士が当接して円形状断面を形成する。この半割ピン３１が形成する円形断面の外周に緊密に外嵌するリング金物４０を備えている。このリング金物４０は矢印４７方向に移動し、半割ピン３１の形成する円柱に外嵌し、切欠５０内に収納されるようになっている。
【００１６】
図２は図１の状態になる前の状態を示し、セグメント１０ａを切羽側から矢印１７で示す方向に押し込んでいる状態である。隣接セグメント１０ｂの坑口側セグメント継ぎ手３０が見えている。半割ピン３１にリング金物４０が嵌っている様子を示している。セグメント１０ａの下側に隠れて見えない半割ピンは、セグメント１０ａを押し込んで行く過程でリング金物４０内に挿入され相手方の半割ピンと一体となって結合する。
【００１７】
図１は図２のセグメント１０ａが矢印１７方向に押込まれて接続がほぼ終了したときの状態である。新たに接続しようとするグメント円周継ぎ手３０は対向する半割ピン３１が向き合って近接している。ここにリング金物４０を矢印４７で示す方向から圧入すれば接続完了である。実際の作業ではエレクタで図２から図１に移行するときにその継ぎ手部分の推力ジャッキを戻しリング金物４０を半割ピン３１にかぶせて再度推力ジャッキをセットすればよく組み立て工程はワンパスとなる。
【００１８】
このリング金物４０の当たる部分のスプレッダの緩衝材は硬質材がよい。図５は正常に接続された時のトンネル軸方向継ぎ手３０の断面図である。図６は半割ピン３１同士の間に目開き３８又は目違いが発生した場合のトンネル軸方向継ぎ手の断面図である。図６の場合にリング金物４０の頭部がセグメントのトンネル軸方向継ぎ手面より飛び出すのを防ぐため、リング金物４０は部分的に座屈するように形成されている。
【００１９】
図７〜図９はそれぞれ半割ピン３１の全体の側面図、平面図、正面図である。リング金物の挿入を案内する案内部３３はリング金物４０の呼び込み易さ、押込力、矯正力の関係で１０度から２４度の範囲の傾斜を設けるのがよく、１６度がもっとも効果的である。半割ピン３１の外周面すなわちリング金物の挿入面３４には僅かなテーパが施されている。そのテーパ角度（片側の角度）は、締め付け作用、抜け防止の観点から、１度から５度までがよい。テーパ角度が５度以下であれば締付が戻らず抜けが防止される。３度以下であれば確実である。しかし１度未満では締め付け作用が小さくなるので１度以上とする。呼び込み、目合わせ後の最終締め込み状態での目標目開き矯正量を２ｍｍ、許容残留目開き量を１ｍｍ以下とする。図７におけるリング金物挿入面３４の長さをｈとし、このリング金物挿入面の傾斜を１度〜５度としたときの片側傾斜量を表１に、正規押し込み量のときの目開き量矯正量を表２に、正規−１０ｍｍ押し込み量のときの目開き量矯正量を表３に、表３における残留目開き量を表４に示した。表１〜表４から挿入面長さｈが３０ｍｍ以上で傾斜角度２度以上であれば目開き矯正量２ｍｍを満足する。又弱め部４１がつぶれ変形する高さを正規寸法−１０ｍｍとすると、残留目開き量１ｍｍ以下になるのは傾斜角２度以下である。よって最もよいのは、傾斜角度が２度である。このことは挿入面長さｈが３０ｍｍ、傾斜角度２度での試験結果とよく一致する。なお、控え部３５はアンカ３６から水平力を伝達し、半割ピン３１からの曲げモーメントに耐えるような寸法を有し、補強部３７を設け断面効率を向上させている。
【００２０】
【表１】
0003660551.tif 000002
【００２１】
【表２】
0003660551.tif 000003
【００２２】
【表３】
0003660551.tif 000004
【００２３】
【表４】
0003660551.tif 000005
【００２４】
図１０はリング金物４０の断面図、図１１はその平面図である。前述のように、半割ピン３１の外周面３４は１〜５度のテーパを有し、リング金物４０はテーパに押込む押込力が一定値を越えたとき降伏して長さが切欠内に収まる寸法となるように、図１０，図１１に示すように、弱め部４１を形成してある。すなわち、削り込み部４２及びノッチ溝４３を設け、制限荷重以上の押込力が作用すると薄肉部４４が折れ曲がって、リング金物全体が切欠５０内に収まる。制限荷重及び折れ曲がり方は実験により形状寸法を決定すればよい。リング金物４０の内面には押し込みを容易にするための面取り４６を設けるとよい。
【００２５】
図１２は図１０のリング金物４０の部分拡大図である。図１３は過大な押込力を加えたとき座屈４５が生じた状態を示すリング金物４０の説明図である。
【００２６】
半割ピン３１の大きさ、形状、及びリング金物４０の厚さ、高さを適度に調節することにより設計モーメントに対応した継ぎ手３０を構成することが容易にできる。またセグメント内面に切欠を設けボルトで接続する従来のボックス継ぎ手ではトンネルライニングに生ずる正負曲げに対する抵抗モーメントを同等にすることはできなかったが、本発明の構造では正負曲げに対する抵抗モーメントがほぼ同等となり、理想に近い継ぎ手である。さらに、本発明の円周継ぎ手構造はセグメント本体の鉄筋籠を特別加工することなく取り付けることができ、力の流れも合理的でしかもセグメントの組み上がり精度が抜群な継ぎ手である。
【００２７】
【実施例】
本発明の実施例の継ぎ手を用いた外径４４００ｍｍ、厚さ２００ｍｍ、幅１３００ｍｍ、５分割セグメント軸挿入型の組み立て時間と組み上がり精度を確かめるため３リング水平組み立て試験を実施した。トンネル軸方向継ぎ手は本出願人が出願した特願平１１−３３７８４３号のピン挿入型ワンタッチ型継ぎ手を用いた。セグメントの組み立ては千鳥組み立てとした。次の好成績を得た。
【００２８】
組み立て時間        １リング１９分
目違い              ０．６ｍｍ
目開き              ０．７ｍｍ
左右上下の直径差    ４．０ｍｍ
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、セグメントの内面に切欠を設ける必要がなく、セグメントをトンネル仕上内面として形成することができる。本発明の接続構造はワンタッチで強力に接合することができ作業能率の向上に寄与する。また、正曲げと負曲げの剛性が同等であり、構造的に合理的であるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の円周継ぎ手の説明図である。
【図２】本発明の実施例の円周継ぎ手の施工時の説明図である。
【図３】セグメントの斜視図である。
【図４】トンネルライニングの施工を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例の円周継ぎ手部の断面図である。
【図６】本発明の実施例の円周継ぎ手部の断面図である。
【図７】本発明の実施例の円周継ぎ手部のピン側の埋設金具の側面図である。
【図８】本発明の実施例の円周継ぎ手部のピン側の埋設金具の平面図である。
【図９】本発明の実施例の円周継ぎ手部のピン側の埋設金具の正面図である。
【図１０】リング金物の断面図である。
【図１１】リング金物の平面図である。
【図１２】図１０のリング金物の部分拡大図である。
【図１３】過大な軸方向力を加えたとき座屈が生じた状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０（１０ａ、１０ｂ）    セグメント
１１    本体
１２    円周継ぎ手端面（妻面）
１３    トンネル軸方向継ぎ手端面（側面）
１４    内面
１５    外面
１６    グラウト注入孔
１７    矢印
２０    トンネル軸方向継ぎ手
２１    メス側ソケット口
２２    オス側挿入ピン
３０    円周継ぎ手
３１    半割ピン
３２    半割面
３３    案内部
３４    リング金物挿入面
３５    控え部
３６    アンカ
３７    補強部
３８    目開き
４０    リング金物
４１    弱め部
４２    削り込み部
４３    ノッチ溝
４４    薄肉部
４５    座屈
４６    面取り
４７    矢印
５０    切欠
１００    トンネルライニング
【図１】
0003660551.tif 000006
【図２】
0003660551.tif 000007
【図３】
0003660551.tif 000008
【図４】
0003660551.tif 000009
【図５】
0003660551.tif 000010
【図６】
0003660551.tif 000011
【図７】
0003660551.tif 000012
【図８】
0003660551.tif 000013
【図９】
0003660551.tif 000014
【図１０】
0003660551.tif 000015
【図１１】
0003660551.tif 000016
【図１２】
0003660551.tif 000017
【図１３】
0003660551.tif 000018