(57)【要約】【課題】セグメントの継手構造において、セグメントの接合が容易でありながら、セグメントの引抜き力を受ける場合でも、セグメントの離間を防止することができ、耐震性能を向上できるようにする。【解決手段】セグメント１Ａに雄型継手として筒状のアネクター２を設け、覆工版裏面１Ｂに雌型継手としてコンダクター３を設け、それらを圧入して接合する。一方、アネクター２の先端部に拡張側アンカー６を設け、コンダクター３の穴部の奥側にアンカープラグ７を設ける。アネクター２の挿入の完了間際にアンカープラグ７と拡張側アンカー６が係合されてアンカー８が構成され、アンカー８が引抜き力を分担することにより、耐震性能を向上できる。【選択図】      図１
2004285598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方のセグメントに軸状突起を有する雄型継手が設けられ、他方のセグメントに前記雄型継手を圧入可能な穴部を有する雌型継手が設けられ、前記雄型継手を前記雌型継手に圧入して、前記それぞれのセグメントを接合するセグメントの継手構造であって、
前記雄型継手の先端部および前記雌型継手の前記穴部に、雄型継手を雌型継手に挿入したときに互いに係合して、前記雄型継手および前記雌型継手が離間する方向に移動する場合の抵抗となる引抜き抵抗手段を設けたことを特徴とするセグメントの継手構造。
【請求項２】
前記引抜き抵抗手段が係合時に振動減衰特性を有す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】
前記引抜き抵抗手段がアンカーであることを特徴とする請求項１または２に記載のセグメントの継手構造。
【請求項４】
前記引抜き抵抗手段が、
引抜き方向に抵抗する弾性部材と、
該弾性部材に係合するための係合部材からなることを特徴とする請求項１または２に記載のセグメントの継手構造。
【請求項５】
前記引抜き抵抗手段が、
引抜き方向に縮径するテーパ孔を有するとともに前記穴部の奥側に弾性部材を介して引抜き方向に弾性支持された第１の係止部材と、
前記雄型継手の先端部に設けられた軸状係止部材と、
中心部に前記軸状係止部材を挿入して係止可能な穴係止部を有するとともに、外周面が前記第１の係止部材のテーパ孔に押圧して係止可能なテーパ面を有し、該テーパ面を前記テーパ孔に向けて前記穴部の奥側に配置した第２の係止部材とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のセグメントの継手構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セグメントの継手構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、トンネルの覆工体を構成するセグメントの接合構造としては、ボルト・ナットに代わって、セグメント同士を突き合わさせることにより、互いに接合するものが用いられている（例えば特許文献１）。
特許文献１に従来の技術として記載されたセグメントの接合構造は、雄型継手金具と雌型継手金具との嵌合によるセグメントの継手構造を備えている。具体的には、一方のセグメントに、円筒状に形成されセグメントの接合端面から突出された雄型継手金具を設け、他方のセグメントに、雄型継手金具よりもわずかに小径の円筒状に形成され、その周囲に雄型継手金具挿入時の膨張を吸収する樹脂フォームを配した雌型継手金具を設け、雄型継手金具、雌型継手金具を互いに嵌合させながら、セグメント同士を接合端面で突き合わせてなるものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３２６２１２号公報（第２頁、図９）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のセグメントの継手構造には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術によれば、互いに円筒状の雄型継手金具と雌型継手金具とを嵌合させるので、セグメントの接合が容易であるという利点があるものの、引抜き方向には、互いに嵌合する円筒面の摩擦力のみで抵抗しているため、例えばボルト・ナットで固定されたり、段状にかみ合う係合部などで係合されたりする場合に比べて、引抜き方向に接合端面が離間しやすくなっている。通常のトンネル使用状態ではセグメントを引き抜く力は生じないが、地震発生時には、瞬間的または周期的に大きな引抜き力が作用する場合がある。したがって、耐震性能が劣るという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、セグメントの接合が容易でありながら、セグメントの引抜き力を受ける場合でも、セグメントの離間を防止することができ、耐震性能を向上できるセグメントの継手構造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】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、一方のセグメントに軸状突起を有する雄型継手が設けられ、他方のセグメントに前記雄型継手を圧入可能な穴部を有する雌型継手が設けられ、前記雄型継手を前記雌型継手に圧入して、前記それぞれのセグメントを接合するセグメントの継手構造であって、前記雄型継手の先端部および前記雌型継手の前記穴部に、雄型継手を雌型継手に挿入したときに互いに係合して、前記雄型継手および前記雌型継手が離間する方向に移動する場合の抵抗となる引抜き抵抗手段を設けた構成とする。
この発明によれば、雄型継手を雌型継手に挿入してセグメント同士を接合する際、雄型継手と雌型継手とが、雄型継手の先端部と雌型継手の穴部との間で引抜き抵抗手段により係合され、それぞれ離間しようとすると抵抗が生じるので、セグメント間に引抜き力が発生した場合でも抜けるのを防止することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のセグメントの継手構造において、前記引抜き抵抗手段が係合時に振動減衰特性を有する。
この発明によれば、引抜き抵抗手段が振動減衰特性を有するので、引抜き力が、例えば地震動などの振動により発生する場合、振動エネルギーを減衰して引抜き力を低減することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のセグメントの継手構造において、前記引抜き抵抗手段がアンカーである。
この発明によれば、アンカーを引抜き抵抗手段とするので簡易かつ安価に引抜き抵抗手段を設けることができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載のセグメントの継手構造において、前記引抜き抵抗手段が、引抜き方向に抵抗する弾性部材と、該弾性部材に係合するための係合部材からなる。
この発明によれば、引抜き抵抗手段が引抜き方向に抵抗する弾性部材とそれに係合する係合部材からなるので、引抜き力が振動する場合などでも弾性復元力が働いて引き抜かれようとするたびに抵抗するので、例えば地震動などが作用した場合でも引抜き力に抵抗することができる。また、引抜き方向に位置がずれたとしても、引抜き力が消失すれば、弾性復元力により元の位置に復帰することができる。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項１または２に記載のセグメントの継手構造において、前記引抜き抵抗手段が、引抜き方向に縮径するテーパ孔を有するとともに前記穴部の奥側に弾性部材を介して引抜き方向に弾性支持された第１の係止部材と、前記雄型継手の先端部に設けられた軸状係止部材と、中心部に前記軸状係止部材を挿入して係止可能な穴係止部を有するとともに、外周面が前記第１の係止部材のテーパ孔に押圧して係止可能なテーパ面を有し、該テーパ面を前記テーパ孔に向けて前記穴部の奥側に配置した第２の係止部材とを備える。
この発明によれば、雄型継手を雌型継手に挿入すると、軸状係止部材が第２の係止部材の穴係止部に係止される。その結果、引抜き力を受けて雄型継手と雌型継手とが離間する方向に移動しようとすると、第２の係止部材のテーパ面が第１の係止部材のテーパ孔に押圧されて係止され、第１の係止部材が弾性部材に押圧されることにより引抜き力に抵抗することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、実施形態が異なる場合でも、同一または相当する部材には同一符号を付し、共通する説明は省略する。
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係るセグメントの継手構造について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るセグメントの継手構造について説明するためのセグメント厚み方向の断面説明図である。図２は、同じく接合前の継手の様子を示すセグメント厚み方向の断面説明図である。
本実施形態のセグメントの継手構造は、アネクター２（雄型継手）を備えるセグメント１Ａと、コンダクター３（雌型継手）を備えるセグメント１Ｂとを、それぞれの接合面１ａ、１ａを対向させてアネクター２をコンダクター３に挿入することにより互いに接合するものである。そして、拡張側アンカー６とアンカープラグ７とからなるアンカー８（引抜き抵抗手段）を備えることにより、引抜き力に対して抵抗せしめるものである。セグメント１Ａ、１Ｂは、鉄筋コンクリートセグメントや合成セグメントなどが採用できる。
なお、アネクター２とコンダクター３とは、接合面１ａ上に複数設けられているが、いずれも同様の構成を有するので、以下では１対の継手構造について説明する。
【００１２】
アネクター２は、先端が丸みを帯び、後端の外周側にフランジ部２ｃを備えた、例えば鋼管などの筒状部材内部にモルタルなどが打設されてなる。先端側の突出部２ａが接合面１ａから接合面１ａに対して垂直方向に突出させられ、後端側の埋込部２ｂがセグメント１Ａの内部に埋め込まれている。アネクター２は、フランジ部２ｃによりセグメント１Ａに定着されている。
【００１３】
コンダクター３は、アネクター２の突出部２ａの外径よりわずかに小さい内径を有する筒部３ａと一方にフランジ部３ｂとが設けられた筒状部材からなる。そして、フランジ部３ｂを奥側にした状態で、接合面１ａに対して中心軸が垂直となるような姿勢で、コンダクター３の先端側が接合面１ａからわずかに没する状態でセグメント１Ｂに埋め込まれている。コンダクター３の先端から接合面１ａの間は接合面１ａ側に拡径するコーン状の面取り部１ｂが設けられている。
【００１４】
筒部３ａの内部は、アネクター２の突出部２ａの長さにより深い穴部が形成され、その底部に中心に開口を有する底板５が設けられている。筒部３ａの外周部とセグメント１Ｂとの間には、例えばポリエチレンフォームなどからなる発泡樹脂４が配置されている。発泡樹脂４は、アネクター２がコンダクター３に挿入されたとき、筒部３ａの膨張を吸収して、セグメント１Ｂのひび割れを防止するための緩衝部材である。
【００１５】
拡張側アンカー６は、鋼製の管状部材の一端に軸方向のスリットを設け、内部側から荷重を受けたとき短冊状の鋼片が外周方向に広がって撓むようにし、他端側をアネクター２と同軸上に揃えて先端部の内部に埋設して固定したものである。拡張側アンカー６の外径は少なくともアネクター２の外径よりも小径とされている。
【００１６】
アンカープラグ７は、先割れ部６ａが拡張可能な外径よりも小さい内径を有する筒状壁部７ａを備える有底円筒の底部中心に、拡張側アンカー６の内径より外径の大きい軸状のプラグ部７ｂを設けたものである。そして、筒状壁部７ａの開口側が底板５に当接した状態で、筒部３ａと同軸上に位置決めされて、セグメント１Ｂの内部に埋め込まれている。
筒状壁部７ａの内周面は、先割れ部６ａが当接したとき軸方向に高い摩擦力が発生するような粗面とされている。このような粗面はどのように形成してもよいが、例えば、雌ねじ面としたり、複数の周方向溝を隣接して配置したり、多数の微小突起を設けたりすることにより形成することができる。
【００１７】
本実施形態のセグメントの継手構造の作用について説明する。
本実施形態のセグメントの継手構造は、図２に示したように、アネクター２をコンダクター３と同軸に揃えて挿入することにより形成される。セグメント１Ａをセグメント１Ｂに近づけていくと、拡張側アンカー６が筒部３ａ内部に進入し、アネクター２の先端部が面取り部１ｂにガイドされて筒部３ａ内部に挿入される。このとき、芯ずれがあっても、面取り部１ｂの傾斜に沿ってアネクター２の先端部がガイドされることにより、調芯されながら挿入される。
筒部３ａの内径は、突出部２ａの外径よりわずかに小さいので、突出部２ａは圧入され、摩擦嵌合する。筒部３ａは、径方向の外側に膨張するが、発泡樹脂４が圧縮されることにより、膨張分が吸収されるから、セグメント１Ｂにひび割れなどが発生することはない。
所定距離挿入されると、先割れ部６ａがプラグ部７ｂに当接し、プラグ部７ｂの外径により先割れ部６ａが外周側に押し開かれつつ挿入される。そして、接合面１ａ同士が当接する挿入が完了した状態では、先割れ部６ａの先端が筒状壁部７ａに径方向に食い込んで係止されることにより、引抜き方向に抵抗する結合力を有するアンカー８が形成される。
【００１８】
このような本実施形態のセグメントの継手構造によれば、セグメント１Ａをセグメント１Ｂ側に押し込むだけの簡単な操作でセグメント同士の接合ができる。そして、アネクター２の先端とコンダクター３の穴部の奥側でアンカー８が形成されるので、セグメント間の引抜き力に対して、アネクター２とコンダクター３との摩擦嵌合の他に、アンカー８の結合力により引抜き方向に抵抗することができる。
【００１９】
アネクター２とコンダクター３とは、突出部２ａの長さにわたる面接触による摩擦嵌合なので、例えば地震動の場合など、瞬間的または周期的に大きな荷重がかかる異常時を想定した引抜き力に耐えるように設計すると、挿入工程中にそれに対応した大きな荷重を加え続ける必要があり、著しく作業性を損ねることになる。
一方、本実施形態では、引抜き力に対する耐荷重をアネクター２とコンダクター３との摩擦力とアンカー８の結合力とに分散させることができる。そして、アンカー８は、先割れ部６ａのみで発生するので、挿入の最終段階で初めて挿入力が増大するものである。したがって、挿入工程の大部分の挿入力を低減することができるから、作業性が著しく改善される。その結果、接合が容易でありながら、引抜き力に対する抵抗を向上することができるセグメントの継手構造とすることができるという利点がある。
また、アンカー８は、簡素な構成からなり、結合力の信頼性も高く、安価に製作することができるという利点がある。
【００２０】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係るセグメントの継手構造について説明する。
図３（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るセグメントの継手構造に用いる継手の構成について説明するためのセグメント厚み方向断面の模式説明図である。図３（ｂ）は、同じく接合状態の継手の様子を示すセグメント厚み方向断面の模式説明図である。
本実施形態のセグメントの継手構造は、第１の実施形態の拡張側アンカー６に代えてフック９（係合部材）を備え、アンカープラグ７に代えてばね１０（弾性部材）を備え、それらにより引抜き抵抗手段を構成するものである。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に簡単に説明する。
【００２１】
フック９は、鉤型状の金具をアネクター２の先端部に埋め込んだものである。
ばね１０は、コンダクター３の底部に設けられた底板１１上に固定されたばね本体１０ａと、ばね本体１０ａの接合面１ａ側の先端に設けられた、フック９と係合可能なフックリング１０ｂとからなる。ばね本体１０ａは、弾性体である金属、合成樹脂、合成ゴムなどからなるどのようなばねでもよいが、例えば、コイルばねなどを好適に採用することができる。
【００２２】
本実施形態の作用を説明する。
アネクター２をコンダクター３に挿入して、セグメント１Ａとセグメント１Ｂとを接合する際、挿入の終了間際の段階で、フック９がフックリング１０ｂに近接し、フック９がばね本体１０ａを押圧しつつ前進する。フック９がフックリング１０ｂの端部を乗り越えて前進すると、ばね本体１０ａが接合面１ａ側にわずかに押し戻されることにより、フック９の鉤部がフックリング１０ｂと係合し合い、アネクター２の先端部とコンダクター３の穴部とがばね１０を介して係合される。
したがって、セグメント間に引抜き力が作用すると、ばね本体１０ａが引き伸ばされるため、ばね本体１０ａに弾性復元力が発生し、引抜き力に対する抵抗力が発生する。
なお、ばね本体１０ａは、想定される引抜き力の範囲で弾性変形するようなばね特性としておくことは言うまでもない。
【００２３】
したがって、本実施形態によれば、引抜き力に対して弾性的な抵抗力が発生するので、引抜き力が消失すると、弾性復元力により元の位置に復帰する。その結果、引抜き力が反復して作用することにより徐々に引き抜かれていくといったヒステリシス特性を持たない引抜き抵抗手段とすることができ、特に地震動などの振動外力が作用する場合にも効果的に引抜き力に抵抗することができるという利点がある。
【００２４】
なお、ばね１０と並列して適宜のダンパなどの振動減衰手段を設けたり、ばね１０自体に振動減衰特性の備えた材質を用いたりすれば、振動外力に抵抗するだけでなく、振動外力を減衰することができるので、一層好ましい。
【００２５】
〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態に係るセグメントの継手構造について説明する。
図４（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るセグメントの継手構造に用いる継手の構成について説明するためのセグメント厚み方向の模式断面図である。図４（ｂ）は、同じく接合状態の継手の様子を示すセグメント厚み方向の模式断面図である。
本実施形態のセグメントの継手構造は、第１の実施形態の拡張側アンカー６に代えて軸突起１２（軸状係止部材）を備え、アンカープラグ７に代えて、テーパリング１４（第１の係止部材）、テーパブロック１５（第２の係止部材）およびウレタンゴム１３（弾性部材）からなる係止機構を備えることにより引抜き抵抗手段を構成するものである。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に簡単に説明する。
【００２６】
軸突起１２は、後述するテーパブロック１５と係合しやすいように、先端から適宜長さにわたって、適宜ピッチの雄ねじまたは複数の周方向溝などを外周に形成した係止部１２ａを有する軸状部材であり、アネクター２の先端部にアネクター２と同軸に埋設されている。
ウレタンゴム１３は、中心に軸突起１２が貫通可能な貫通孔を有する筒状に成形されたウレタンゴム製のブロック部材である。そして、コンダクター３で形成される穴部の奥側の少なくとも突出部２ａの長さより深い位置に設けられた中央に貫通孔を有する底板１６によって係止され、コンダクター３で形成される穴部のさらに奥側に配置されている。
【００２７】
テーパリング１４は、ウレタンゴム１３のさらに奥側に、ウレタンゴム１３に当接して配置され、接合面１ａ側に向けて縮径する円錐状のテーパ孔１４ａを有する環状部材である。
テーパブロック１５は、テーパ孔１４ａに略密着して当接可能なテーパ面１５ａを有する円錐台ブロックの中心に軸突起１２よりもわずかに小さい内径を有する貫通孔を設け、その孔内面に雌ねじまたは軸方向に複数隣接する周方向溝を形成し、その中心軸を含む平面で周方向に複数に分割し、その分割面を周方向に所定厚さ削った部分円錐台状のブロック部材からなる。
このため、テーパブロック１５は、テーパ面１５ａをテーパ孔１４ａ内に向けて複数個配置したとき、テーパリング１４の中心軸上に貫通する孔部１５ｂを形成し、各テーパブロック１５の軸方向の移動に伴って孔部１５ｂの開口の大きさを可変でき、いわゆるコレットチャックと同様な動作が可能なものである。
テーパブロック１５の奥側は、わずかの隙間を隔ててコンダクター３の底部３ｃが形成されている。
【００２８】
本実施形態の作用を説明する。
アネクター２をコンダクター３に挿入して、セグメント１Ａとセグメント１Ｂとを接合する際、挿入の中間段階で、係止部１２ａは、底板１６、ウレタンゴム１３の中央に設けられた貫通孔を通過する。そして、挿入の終了間際の段階で、係止部１２ａが孔部１５ｂ内に進入する。孔部１５ｂの開口の大きさが係止部１２ａより小さい場合は、軸突起１２によりテーパブロック１５が奥側に押し戻される。このとき、テーパ面１５ａとテーパ孔１４ａは離れる方向にあるので、抵抗することなく後退する。
テーパブロック１５が後退すると押圧される孔部１５ｂは広がり、底部３ｃに当接してテーパブロック１５が最も後退した状態で、係止部１２ａと孔部１５ｂがわずかに干渉しあう状態となる。この状態では、干渉していても干渉量が少ないので比較的軽荷重で挿入を継続することができる。
そして、接合面１ａ、１ａが接合する挿入完了状態では、係止部１２ａは、孔部１５ｂとわずかに干渉して軽く係合する状態となる。
【００２９】
例えば地震動などの外力により、セグメント間に引抜き力が生じる場合には、テーパブロック１５が係合された軸突起１２が引抜き方向に移動し始める。このとき、テーパブロック１５は、コレットチャックと同様の動作をして、孔部１５ｂの開口面積が縮小され、孔部１５ｂが係止部１２ａに食い込むようにして互いの係合が強化される。そして、くさび効果によりテーパ面１５ａがテーパ孔１４ａに対して係止され一体化される。テーパリング１４は、ウレタンゴム１３を介して底板１６に係止されているので、ウレタンゴム１３の弾性復元力により、引抜き力とバランスし、引抜き移動が阻止され、引抜き力が消失すると元の位置に戻される。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、テーパリング１４、テーパブロック１５およびウレタンゴム１３（弾性部材）からなる係止機構を引抜き抵抗手段とすることにより、外力によって生じる引抜き力に抵抗することができ、セグメントの接合面１ａ、１ａが離間することを防止することができる。
また、ウレタンゴム１３の粘弾性効果により衝撃を吸収したり、振動を減衰したりすることができるので、例えば地震動を受けた場合などでも優れた耐振性を発揮することができるという利点がある。
【００３１】
なお、上記の第１の実施形態の説明では、アンカー８として、金属拡張アンカーと同様の機構を有する例で説明したが、アネクター２の先端部とコンダクター３により形成された穴部に設けることができるアンカーであれば、他の機構によるアンカーであっても好適に採用できる。例えば、ケミカルアンカーを用いて、セグメントの接合後、所定時間経過した後に高強度に係合されるものであってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明のセグメントの継手構造によれば、セグメントの接合が容易でありながら、セグメントの引抜き力を受ける場合でも、セグメントの離間を防止することができ、耐震性能を向上できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るセグメントの継手構造について説明するためのセグメント厚み方向の断面説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るセグメントの継手構造の接合前の継手の様子を示すセグメント厚み方向の断面説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るセグメントの継手構造に用いる継手の構成およびその接合状態の継手の様子を説明するためのセグメント厚み方向断面の模式説明図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るセグメントの継手構造に用いる継手の構成およびその接合状態の継手の様子を説明するためのセグメント厚み方向断面の模式説明図である。
【符号の説明】
１Ａ  セグメント（一方のセグメント）
１Ｂ  セグメント（他方のセグメント）
１ａ  接合面
２  アネクター（雄型継手）
３  コンダクター（雌型継手）
６  拡張側アンカー
７  アンカープラグ
８  アンカー
９  フック（係合部材）
１０  ばね（弾性部材）
１２  軸突起（軸状係止部材）
１３  ウレタンゴム（弾性部材）
１４  テーパリング（第１の係止部材）
１４ａ  テーパ孔
１５  テーパブロック（第２の係止部材）
１５ａ  テーパ面
【図１】
2004285598.tif 000003
【図２】
2004285598.tif 000004
【図３】
2004285598.tif 000005
【図４】
2004285598.tif 000006