(57)【要約】【課題】セグメント間継手面におけるせん断力に抵抗して目違いを抑制しつつ、セグメントリング周方向の引張力に抵抗しないことで、セグメント本体の負担を軽減し、損傷、破壊を防止する目違い抑制装置を提供する。【解決手段】リング間継手面１ｂに軸方向挿入型のピン継手を設けるなどして、雄継手２２を雌継手２１に嵌合し、トンネル軸方向にセグメント１を連結して行く。セグメント間継手面１ａには、切羽寄りの位置に目違い抑制装置を構成する雌金物１１と雄金物１２を設ける。雌金物１１はトンネル軸方向に延びる溝部１１ａを有し、その切羽側端部がリング間継手面１ｂに開口している。セグメント１の連結の際、この溝部１１ａに雄金物１２の突出部１２ａが嵌入し、トンネル軸方向にスライドする。雌金物１１と雄金物１２の係合により、せん断力に抵抗して目違いを抑制する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル覆工用セグメントのセグメント間継手面のずれを抑制するための目違い抑制装置であって、互いに接合される一方のセグメントのセグメント間継手面に開口し、トンネル軸方向に延びる溝部を有する雌金物と、他方のセグメントのセグメント間継手面より突出し、前記雌金物の溝部内に嵌入され、トンネル径方向のせん断力に抵抗しつつ、該雌金物の溝部内でトンネル軸方向およびトンネル周方向に相対移動可能な突出部を有する雄金物とからなることを特徴とするセグメントの目違い抑制装置。
【請求項２】
前記雌金物は前記溝部を構成する溝部材と該溝部材をセグメント本体に定着させるためのアンカー部材とからなることを特徴とする請求項１記載のセグメントの目違い抑制装置。
【請求項３】
前記雄金物は前記突出部としての棒状または板状部材と、該棒状または板状部材をセグメント本体に定着させるためのアンカー部材とからなることを特徴とする請求項１または２記載のセグメントの目違い抑制装置。
【請求項４】
雄金物の前記突出部の突出長を、セグメントリングを組み立てた際に許容されるセグメント間継手面どうしの離間距離以上としてあることを特徴とする請求項１、２または３記載のセグメントの目違い抑制装置。
【請求項５】
雄金物の前記突出部には該突出部に所定以上のせん断力が作用したときに該突出部を破断または変形させるための断面縮小部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセグメントの目違い抑制装置。
【請求項６】
前記雌金物および雄金物は互いに接合されるセグメントのそれぞれ切羽側端部に設けられており、前記雌金物の溝部の切羽側端部がセグメントのリング間継手面に開口し、該リング間継手面の開口部より前記雄金物の突出部を雌金物の溝部に嵌入可能としてあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のセグメントの目違い抑制装置。
【請求項７】
セグメントのリング間継手面には、トンネル軸方向に嵌合する雄継手と雌継手とからなる軸方向挿入型のピン継手が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のセグメントの目違い抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、覆工用セグメントをリング状に組み立てる際のセグメント間継手面において、セグメントの位置決めに利用されるとともにセグメント間のずれを抑制する目違い抑制装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法用のセグメントに関しては、従来の継手ボックスと直ボルトによる継手や曲がりボルトを用いた継手に対し、継手金具あるいは凹凸面による突き合わせ継手等を継手面に内蔵または突出させてセグメントのトンネル内周面を平滑にしたものが種々開発されている。これらの継手は完成系における継手機能と組立て時の位置決め機能を兼ね備えたものが普通である。
【０００３】
継手がセグメントの内面側に露出しないタイプのセグメント間継手（ピース間継手）については、トンネル軸方向にスライドして嵌合するコッター式の継手や、継手面に形成された凹凸どうしの噛み合わせでずれを防止する突き合わせ方式の継手が一般的である。
【０００４】
コッター式の継手としては、例えば特許文献１に示されるようにセグメント間継手面に開口するテーパー付きの溝に他方の継手面から突出する形鋼を係合させるもの、特許文献２に示されるように雌継手としてのテーパー付きの溝に雄継手としてのボルトの頭部を係合させるもの、特許文献３に示されるようにＨ形断面の楔で継手面どうしを引き寄せながら接合するものなどがある。
【０００５】
また、突き合わせ方式の継手としては、特許文献４や特許文献５に示されるように継手面に互いに嵌合する円弧状あるいは台形状断面の凹部と凸部を形成したものがあり、特許文献５の図面には組立て時の仮止め用に凹凸部分を貫通させて組立てボルトを取り付けた状態が記載されている。
【０００６】
また、リング間継手については、軸方向挿入型の各種ピン継手（楔を利用したものや、バネ、その他で係止するものなど）が多用されている（例えば、特許文献６〜８）。
【０００７】
さらに、以上述べたようなセグメント間継手およびリング間継手の組み合わせにおいては、セグメントをトンネル方向にスライドさせると同時に自動的にセグメントどうしの接続組立てがなされるようにしたものが種々開発されている（非特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３２６８８号公報
【特許文献２】
特開２０００−５４７９５号公報
【特許文献３】
特開平９−１９５６８９号公報
【特許文献４】
特開平１１−１４１２８８公報
【特許文献５】
特開２００１−３２３７８９号公報
【特許文献６】
特開平８−２９６３９６公報
【特許文献７】
特開２０００−２４８８９８号公報
【特許文献８】
特開２００１−９０４８５号公報
【非特許文献１】
「土木工法事典改訂Ｖ」，初版第２刷，産業調査会，２００１年９月，ｐ．６６１−６６９
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
継手ボックスによる短ボルト式継手の場合、セグメントを組み立てた時の目違い（ずれ）は、ボルトとボルト孔の隙間によって発生する。その場合のボルト孔はボルト径＋３ｍｍ程度が一般的であり、従って、最大でも目違いは３ｍｍ程度である。
【００１０】
これに対し、突き合わせ継手の場合、目違い方向への変形を抑制するのは、仮設として設けられる斜め方向の組立てボルト等であり、ボルト孔との関係で目違い発生の要因の一つとなっている。
【００１１】
一方、コッター式の継手では、セグメントリングを組み立てる際に、隣接するセグメントどうしを強制的に引き寄せて接合し、継手金具で継手面における引張力、せん断力の双方に抵抗させることでリング接合面を密着させようとしている。
【００１２】
しかし、継手金具に作用する引張力、せん断力や曲げ力が大きい場合、継手金具を取り付けているセグメント本体がその引張力等に耐えきれずに破損する恐れがあり、セグメント本体が破損した場合には、その交換等に非常に手間がかかり、工期を遅らせたり、コストが嵩むことになる。
【００１３】
すなわち、覆工の完成系では、地山からの土圧を受けて安定した応力状態となっているが、セグメントリングの組立て途中および組み立てたリングがシールドテールから出るまでは、セグメントの自重やシールド機の推進力なども影響して不安定な状態にあり、セグメントに作用する力によってリング頂部等でセグメント間継手面どうしに目開きが生じ、また継手面の面内方向にもずれが生ずる恐れがある。
【００１４】
これに対し、従来のコッター式継手等では、上述のようにセグメントどうしを強制的に引き寄せるため、セグメントに過大な引張力やせん断力、曲げ力が生じ、セグメント本体が部分的に破損する恐れがある。
【００１５】
本願発明は、従来技術における上述のような課題の解決を図ったものであり、セグメント間継手について継手面におけるせん断力に抵抗することでセグメントリングを組み立てたときのリング形状を維持し組み立て作業およびシールドの推進施工を容易にしつつ、セグメントリング周方向の引張力についてはセグメント間継手面に隙間が生ずることを許容し、継手が抵抗しない、あるいは少なくとも所定の間隔までは抵抗しない構造とし、また所定のせん断力までは抵抗しつつ、それを越えるせん断力に対しては雄金物に設けた断面縮小部を破断または変形させるなどして、セグメントに過大な負担を与えず、セグメントの損傷、破壊を防止することを目的としたものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明は、トンネル覆工用セグメントのセグメント間継手面のずれを抑制するための目違い抑制装置であって、互いに接合される一方のセグメントのセグメント間継手面に開口し、トンネル軸方向に延びる溝部を有する雌金物と、他方のセグメントのセグメント間継手面より突出し、前記雌金物の溝部内に嵌入され、トンネル径方向のせん断力に抵抗しつつ、該雌金物の溝部内でトンネル軸方向およびトンネル周方向に相対移動可能な突出部を有する雄金物とからなることを特徴とするものである。
【００１７】
セグメント間継手の表面については、フラットでもよいし、組み立てたセグメントリングが直接地山から土圧を受ける完成系において突き合わせ継手等を構成するための凹凸が形成されていてもよい。
【００１８】
なお、完成系においては、リング間継手によるセグメントどうしの拘束があるため、特に継手金具等を設けなくてもよいが、必要であれば、別途、セグメント間継手用の継手金具を埋め込んでおくことも可能である。
【００１９】
本願発明は、セグメントリングの組立て時において、セグメント間に作用するトンネル径方向のせん断力に対し、雌金物の溝部に嵌入された雄金物が抵抗することで、継手トンネル径方向の目違いを抑制するものであるが、トンネル軸方向およびトンネル周方向については雄金物の相対移動が少なくとも特定の範囲では拘束されないことで、ある程度セグメントリングの真円（セグメントリングが円形の場合）あるいは所定の断面形状を保ちつつ、目開きは許容してセグメントに過大な引張力や曲げ力が作用しないようにして、セグメントの破損を防止することができる。
【００２０】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る目違い抑制装置において、前記雌金物が前記溝部を構成する溝部材と該溝部材をセグメント本体に定着させるためのアンカー部材とからなることを特徴とするものである。
【００２１】
セグメント本体がコンクリート系あるいは鋼コンクリート合成構造等の場合、雌金物にアンカー部材として異形棒鋼等からなるアンカー部材を溶接等により固着させ、コンクリートに定着させることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る目違い抑制装置において、前記雄金物が前記突出部としての棒状または板状部材と、該棒状または板状部材をセグメント本体に定着させるためのアンカー部材とからなることを特徴とするものである。
【００２３】
雄金物についても同様に、アンカー部材等によりコンクリートに定着させることがができる。雄金物の突出部は通常は鋼棒などの棒状部材が適するが、鋼板等の板状の部材からなるものでもよい。
【００２４】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３に係る目違い抑制装置において、雄金物の前記突出部の突出長を、セグメントリングを組み立てた際に許容されるセグメント間継手面どうしの離間距離以上としてあることを特徴とするものである。
【００２５】
本願発明では、セグメント本体の破損を防止するために、組立て時におけるセグメント継手面での目開きを許容するが、雄金物の突出部が雌金物の溝部から完全に抜け出してしまうと、目違い抑止の機能を発揮できないため、請求項４では雄金物の突出部の突出長を、許容されるセグメント間継手面どうしの離間距離以上としている。
【００２６】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４に係る目違い抑制装置において、雄金物の前記突出部に、該突出部に所定以上のせん断力が作用したときに該突出部を破断または変形させるための断面縮小部が形成されていることを特徴とするものである。
【００２７】
本願発明は、基本的には雄金物がセグメント間継手面におけるせん断力に抵抗することで、目違いを抑止するものであるが、何らかの原因で雄金物が非常に大きなせん断力を受けた場合はセグメント本体に破損が生ずる可能性が考えられるため、請求項５に係る発明は、雄金物の突出部に断面縮小部を設けることで雄金物にシアピンの機能を与え、セグメント本体の破損を防止することとしたものである。
【００２８】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５に係る目違い抑制装置において、前記雌金物および雄金物が互いに接合されるセグメントのそれぞれ切羽側端部に設けられており、前記雌金物の溝部の切羽側端部がセグメントのリング間継手面に開口し、該リング間継手面の開口部より前記雄金物の突出部を雌金物の溝部に嵌入可能としてあることを特徴とするものである。
【００２９】
セグメントの組立てにおいて、既に組み上がっているセグメントリングに接続する側は、既設のセグメントリングに拘束されるため、大きな目違い、目開きが生ずるのは切羽側である。
【００３０】
従って、目違い抑止の効果としては、雌金物および雄金物を切羽寄りに設けるのが望ましく、特に雌金物の溝部の端部をリング間継手面に開口させることで、雄金物の突出部を切羽側から溝部へ直接スライドさせて嵌入することができ、作業性が向上する。
【００３１】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６に係る目違い抑制装置において、セグメントのリング間継手面に、トンネル軸方向に嵌合する雄継手と雌継手とからなる軸方向挿入型のピン継手が設けられていることを特徴とするものである。
【００３２】
本願発明において、リング間継手の構造は特に限定されないが、従来の技術の項で説明したような軸方向挿入型のピン継手とすれば、セグメントの組立てにおいて、セグメントをトンネル軸方向にスライドさせるだけで、リング間継手面におけるセグメントの連結と、本願発明の目違い抑制装置の雌金物の溝部への雄金物の突出部の嵌入を行うことができ、セグメントの組立てがワンパスの作業となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は、シールド工法によるトンネル覆工の構築において、本願発明の目違い抑制装置を用いてセグメント１を組み立てて行く様子を概略的に示したものである。この例ではセグメントを千鳥配置で組み立てているが、イモ継ぎでもよい。
【００３４】
図１（ａ）  はリング状に組み立てられて行く覆工Ａに、シールド機内で次のセグメント１を取り付ける様子を示したもので、図１（ｂ）  に要部となる目違い抑制装置部分を示している。
【００３５】
図２（ａ）  、（ｂ）  にも示されるように、この例で、セグメント１のリング間継手面１ｂには、軸方向挿入型のピン継手の雌継手２１と雄継手２２が設けられており、トンネル軸方向には雄継手２２を雌継手２１の嵌合孔２１ａに嵌合することで、セグメント１が連結されて行く。
【００３６】
一方、セグメント間継手面１ａについては、特に継手金具を設けずに、切羽寄りの位置に本願発明の目違い抑制装置を構成する雌金物１１と雄金物１２が設けられている。
【００３７】
雌金物１１は詳細が図２（ｃ）  、（ｄ）  や図３に示されるように、セグメント間継手面１ａでトンネル軸方向に延びる溝部１１ａを有し、図示した例では溝部１１ａの切羽側端部がリング間継手面１ｂに開口している。
【００３８】
この雌金物１１の本体となる溝部１１ａを構成する金具には異形棒鋼等からなるアンカー部材１１ｂ（図示の例では２本）が溶接され、セグメント１本体のコンクリート中に定着されている。
【００３９】
雄金物１２は詳細が図２（ｃ）  、（ｄ）  や図４に示されるように、雌金物１１の溝部１１ａに嵌入される棒状の突出部１２ａを有し、この例では例えば図５に示すような形でアンカー部材１２ｃが溶接され、セグメント１本体のコンクリート中に定着されたインサート部材１２ａに対し、突出部１２ａをねじ式に螺合している。
【００４０】
なお、この突出部１２ａは一端に雄ねじを切ったピン部材からなり、インサーと部材１２ｃに対し現場で着脱自在となっている。また、突出部１２ａには、溝を切って断面縮小部１３を形成し、非常に大きなせん断力が作用した場合には、断面縮小部で折れるか破断するようにしてシアピンの機能を持たせている。
【００４１】
図６は、セグメント１の組立てと目違い抑制装置の雌金物１１の溝部１１ａへの雄金物１２の突出部１２ａの嵌入を概略的に示したものであり、セグメント１を切羽側からトンネル軸方向にスライドさせることで、リング間継手面１ｂにおいては１つ前のセグメントリング２を構成するセグメント１の雌継手２１に、新たに接合されるセグメント１の雄継手２２が嵌合されるとともに、既に接合された隣接するセグメント１のセグメント間継手面１ａの切羽寄りに設けられた雌金物１１の溝部１１ａに新たに接合されるセグメント１の雄金物１２の棒状の突出部１２ａが嵌入される。
【００４２】
その状態において雄金物の突出部１２ａは雌金物１１の溝部１１ａ内でトンネル径方向の移動が拘束され、せん断力に抵抗して目違いを抑制するが、トンネル軸方向およびトンネル周方向については相対移動可能であり、トンネル周方向に隣接するセグメント１どうしの間での目開きを許容し、セグメント１のシールド機内での組立て時およびシールドテールから出ていく時点において、セグメント１本体に無理な力が作用しないようにしている。
【００４３】
なお、セグメント１単体について見た場合、セグメント間継手面の一方に雌金物１１、他方に雄金物１２を取り付ける場合と、セグメント間継手面の両方に雌金物１１または雄金物１２を取り付ける場合とが考えられ、特に限定されないがセグメントリング２の組立ての最後に挿入されるＫセグメントについては、セグメント間継手面の両方に雄金物１２を取り付けるのが効率的である。
【００４４】
図７は、目違い抑制装置の変形例として、雄金物１２に拡大頭部１２ｄを設けた場合を示している。この場合も、従来のコッター式継手のようにセグメント１どうしを引き寄せるのではなく、セグメント１間の目開きｄを許容し、また雌継手１１の溝部１１ａ内に遊びｒが生じるようにしている。
【００４５】
【発明の効果】
本願発明では、目違い抑制装置を構成する雌金物と雄金物の係合によりセグメント継手面における目違いが効果的に抑制され、かつ雌金物の溝内で雄金物の突出部が相対移動可能であることで、完成系に至る前の状態においてセグメントに無理な力が作用せず、セグメント本体の損傷を防止することができる。
【００４６】
また、溝と棒状または板状の突出部との係合関係であるため、せん断力に抵抗させるための遊びは小さくてよく、発生する目違い量を最小限に抑えることができる。
【００４７】
また、請求項５に係る発明では、断面縮小部によりシアピンの機能が与えられ、過大なせん断力が作用した場合には雄金物が折れ曲がるか破断することでセグメント本体の損傷を防止することができる。
【００４８】
さらに、請求項７に係る発明のように、リング間継手として軸方向挿入型のピン継手を併用すれば、組立て作業をワンパスで行うことができ、施工性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シールド工法によるトンネル覆工の構築において、本願発明の目違い抑制装置を用いてセグメントを組み立てて行く様子を概略的に示したものであり、（ａ）  はセグメントリング全体の斜視図、（ｂ）  は目違い抑制装置部分の斜視図である。
【図２】図１に対応する図であり、（ａ）  は単一のセグメントを雌金物側から見た斜視図、（ｂ）  は雄金物（図中、左端部の棒状突起）側から見た斜視図、（ｃ）  および（ｄ）  は雌金物への雄金物の嵌入の様子を示す斜視図である。
【図３】本願発明の一実施形態における雌金物の詳細を示したもので、（ａ）  はセグメント間継手面側から見た図、（ｂ）  はリング間継手面側から見た図、（ｃ）  はセグメントを寝かせた状態における水平断面図である。
【図４】本願発明の一実施形態における雄金物として、雄金物の突出部があらかじめセグメントに埋め込んだインサート部材に固定される場合の例を示したもので、（ａ）  は突出部をインサート部材に取り付ける前の正面図、（ｂ）  はねじ式に取り付けた状態を示す一部断面図である。
【図５】図４の雄金物のインサート部材に対するアンカー部材の配置例を示したもので、（ａ）  は側面図、（ｂ）  は正面図である。
【図６】セグメントの組立てと目違い抑制装置の雌金物への雄金物の嵌入の関係を示す説明図である。
【図７】本願発明の目違い抑制装置の変形例を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ…覆工、
１…セグメント、１ａ…セグメント間継手面、１ｂ…リング間継手面、２…セグメントリング、
１１…雌金物、１１ａ…溝部、１１ｂ…アンカー部材、１２…雄金物、１２ａ…突出部、１２ｂ…インサート部材、１２ｃ…アンカー部材、１２ｄ…頭部、１３…断面縮小部、
２１…雌継手、２１ａ…嵌合孔、２１ｂ…アンカー部材、２２…雄継手
【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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