(57)【要約】【目的】  継手金物の小型化、構造の簡素化が可能なセグメントを提供する。【構成】  セグメントの接合すべき端面に埋設された雌金物の開口中空部に、他のセグメント30a1の接合すべき端面に突出、固定される雄金物３３を押し込んで、セグメント同士を接合するセグメントの接合構造において、雄金物は、中実状部材からなり、基端側から先端側に縮径する形の角度1°以下のテーパ部32aと、セグメント中に埋設されるアンカー部32bとを備えている。【選択図】        図１
2005232723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セグメントの接合すべき端面に埋設された雌金物の開口中空部に、他のセグメントの接合すべき端面に突出、固定される雄金物を押し込んで、セグメント同士を接合するセグメントの接合構造において、
前記雄金物は、中実状部材からなり、基端側から先端側に縮径する形の角度1°以下のテーパ部と、
セグメント中に埋設されるアンカー部と、
を備えることを特徴とするセグメントの接合構造。
【請求項２】
セグメントの接合すべき端面に埋設された雌金物の開口中空部に、他のセグメントの接合すべき端面に突出、固定される雄金物を押し込んで、セグメント同士を接合するセグメントの接合構造において、
前記雄金物は、中実状部材からなり、かつ、基端側から先端側に縮径する形の角度1°以下のテーパ部を、支持部を挟んで互いに反対方向に突出する形で複数備える、
ことを特徴とするセグメントの接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセグメント間をワンタッチで相互に接合するためのセグメントの接合構造に係わり、特に、シールド工法によりトンネルを構築する際に使用するセグメント（セグメントピース）の接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法では、外殻（シールド）でトンネル前面の土砂を防ぎながら掘削すると同時に外殻を前方に押出し、これと並行して外殻内の後方でセグメントをリング状に組み立て、該リング状セグメントをトンネル軸方向に順次連続的に建て込むことによりトンネル内壁（ライニング）を形成する。外殻を押し出すには、数百トンから数千トンという大きな力がいるが、セグメントがその反力受けとなり、ジャッキで外殻を前方に送り出す。
【０００３】
図１３は構築中のシールドトンネルの一部破断斜視図であり、１はシールド機、１ａは円筒状鋼製の外殻、１ｂは掘削機のカッタヘッド、２はセグメントリング、２ａはセグメント、3はシールドジャッキである。構築中のトンネルの先頭位置にはシールド機１が配置しており、シールド機は筒状に形成された外殼１ａを有している。外殼１ａの前部には地盤を堀進するためのカッタヘッド１ｂがあり、外殼１ａの後部内周には複数のシールドジャッキ３が装着されている。それぞれのジャッキは選択的にセグメントの最前端に反力を求めることができる形で装着されている。外殼１ａ内の後部空間４にはセグメント組立て用のエレクタ（図示せず）が、セグメント２ａを搬送装置（図示せず）から受け取ってこれを把持し、回転位置決め自在な形で設けられている。シールド外殼１ａの後ろ側にはセグメントリング２からなるトンネルが、筒状に構築形成されている。シールドトンネルは、それぞれが弧状に形成されたセグメント２ａを周方向に接続してセグメントリング２を形成し、該セグメントリング２をシールド機１の堀進に伴ってトンネル軸方向に既に建て込んであるセグメントリングに継ぎ足すことにより構成される。
【０００４】
すなわち、所定幅をなす弧状のセグメント（セグメントピース）2ａをリング状に組み立てゝ１つのセグメントリング２を形成するもので、シールド堀進が１リング分進む毎に、既に建て込んだセグメントリングのトンネル進行方向に新たなセグメントリングを継ぎ足していく形で、セグメントの建て込み行う。従って、シールド機の外殻１ａは、最新のセグメントリングの前端に反力を求める形で前進し、シールド機１が前進したぶんだけ、その後ろにセグメントリングからなるトンネルが構築されていく。
【０００５】
セグメント2ａは材質から、コンクリートセグメント、鋼セグメント、鋼コンクリート合成セグメントなどがある。セグメントとしてコンクリートセグメントを使用する場合、隣接するセグメント同士を締結するには、従来、ボルトボックスといわれる箱状の窪み及び接合用のボルト穴をセグメントに設けておき、これらを利用してボルト締結を行うセグメント継手が一般的であった。
しかし、ボルト締結は作業が面倒となる問題があり、そこで、最近ではセグメント組立ての機械化を図るために、既に建て込まれたセグメントに新たなセグメントを押し当てて、シールド機１のジャッキ３を利用して推進反力により締結出来るワンタッチ式のセグメント間継手による接合方法が知られている（特許文献１、特許文献２参照）
【０００６】
図１４、図１５はかかる従来技術のワンタッチ式セグメント継手部の断面拡大図、図１６は図１５におけるXII−XII矢視断面図であり、図１４は接合前、図１５は接合後の状態を示している。２ａ1，２ａ2は隣接するセグメントリングを構成するセグメントである。この従来のワンタッチ式の継手金物は、接合すべきセグメントの一方のセグメント２ａ1側に雄金物５を突出固着し、他方のセグメント２ａ2側に雌金物６を、凹部７を形成するようにセグメント２ａ2のコンクリート８に埋め込む形で取り付け、機械による押し込み力で雄雌の金物５，６を締結させるものである。すなわち、トンネル軸方向に隣接するセグメント２ａ1，２ａ2相互の接合すべき面に、雄金物５と雌金物６をそれぞれ埋設し、雌金物６の内径を雄金物５の外径より僅かに小さく形成しておき、シールド機１のジャッキ３の力を利用して雄金物５を雌金物６に押し込んで、既に建て込んだセグメント２ａ2に新たに建て込むセグメント２ａ1を接合する。
【０００７】
このリング間継手の雄金物５と雌金物６の係合に際して、双方の位置及び軸心の向きに若干のずれが発生するが、緩衝材（ポリエチレンフォーム）９が該ずれを吸収する。このため、セグメントのコンクリートを破壊することなく両者が正しく締結する。また、雄金物５の外面には粉体塗装が施されているので、雌金物６の接合面に対し円滑に嵌合し、両者が緊密に密着する。そして、雄、雌金物の圧着締結による摩擦が生じても金属表面の耐食性は確保される。尚、１０はコンクリート、１１は接触面に帯状に設けられた止水の為のガスケットである。
【特許文献１】特開2001-90481号公報
【特許文献２】特許第3213814号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、この種セグメント継手は、雄金物５の外形D1より雌金物の内径D2が極僅かに小さくなっていて、既に建てこまれたセグメント２ａ2の雌金物６に新たなセグメント２ａ1の雄金物５を押し込むと、雄金物５が雌金物６を拡径する形となって、相方の金物が摩擦力により定着される。
この定着方式において重要なことは、油圧ジャッキの押し込み力F1によって、雌金物６が極僅かに拡径するか及び又は雄金物５が極僅かに縮径する形で、双方の金物が堅固に嵌合することにある。なお、双方の金物は通常同一材質のものを用いる。従って、(1)継手金物自体が所要の強度を保有し、且つ、(2)それぞれの継手金物がセグメントコンクリートに所要の定着力で定着され、且つ、(3)嵌合時には継手金物が極僅かづつ変形することによって、所要の結合力F2を発現する。
【０００９】
そこで、上記第１〜第３の3つの条件をクリアするために、継手金物はある程度深く埋め込み長をとり（第２の条件のため）、且つ結合力を大きくするために双方の金物の接触面積を大きくとる必要があり（第3の条件のため）、しかも、第3の条件における変形を許し、且つ第1の条件をクリアするということとも相まって、継手金物はかなり大型のものとなっていた。
継手金物が大きいと、セグメント搬送時に雄金物の突出が邪魔であり、また、押し込みにも大きな力が必要となり、これにより、セグメントコンクリートへの負担も大きくなってしまい、なにより、継手自体の価格が高くつく。
さらに、従来技術のものは、第３の条件のために、雄金物５は中空の金属本体にコンクリート等を充填して構成するため、継手付きセグメントの製造時或いは事前に、雄金物の内部に充填材を隙間なく詰めるという、面倒な工程が必要である。
以上より、本発明の目的は、前記3つの条件をクリアしながら、継手金物の小型化、構造の簡素化が可能なセグメントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は本発明によれば、セグメントの接合すべき端面に埋設された雌金物の開口中空部に、他のセグメントの接合すべき端面に突出、固定される雄金物を押し込んで、セグメント同士を接合するセグメントの接合構造において、前記雄金物は、中実状部材からなり、基端側から先端側に縮径する形の角度1°以下のテーパ部と、セグメント中に埋設されるアンカー部とを備えたセグメントの接合構造により達成される。
また、上記課題は本発明によれば、セグメントの接合すべき端面に埋設された雌金物の開口中空部に、他のセグメントの接合すべき端面に突出、固定される雄金物を押し込んで、セグメント同士を接合するセグメントの接合構造において、前記雄金物は、中実状部材からなり、かつ、基端側から先端側に縮径する形の角度1°以下のテーパ部を、支持部を挟んで互いに反対方向に突出する形で複数備えたセグメントの接合構造により達成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、雄金物は、中実状部材からなり、基端側から先端側に縮径する形の角度1°以下のテーパ部を備えているため、該テーパ部をセグメントに埋設された雌金物の開口中空部に押し込んでセグメント同士を接合することができ、小型、簡素で、かつ、結合力の高いセグメント接合構造を提供でき、しかも、製作時に特殊な金型や特殊な工程を不要にできる。
また、本発明によれば、雄金物のテーパ部をセグメントに埋設された雌金物の開口中空部に押し込むことによってセグメント同士を接合することができるため、セグメントのコンクリートにかかる負担が小さくてすみ、ヘアクラックの発生による長期的なセグメントの劣化を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明のセグメントの接合構造における雄金物の最良の構成図で、（A）は平面図、(B)は縦断面図である。雄金物32は、中実状部材からなり、基端側から先端側に縮径する形の角度1°以下のテーパ部32aと、セグメント31中に埋設されるアンカー部32bと、アンカー部とテーパ部間の径が一定の直線部32cを備えている。なお、ネジ部32dは雄金物32をセグメント(コンクリート)30a1に埋設する際に使用する治具を取り付けるためのものである。雄金物32を接合すべきセグメントの端面に埋設された雌金物(図示せず)の開口中空部に、押し込んで、セグメント同士を接合する。
【実施例１】
【００１３】
図２は本発明のワンタッチ式のセグメント接続構造を備えたセグメントの接合方法説明図である。
各セグメント30a1，30a2は湾曲する弧状に形成されたコンクリート製のセグメント本体35を有しており、このセグメント本体35のトンネル軸方向及びトンネル周方向における４つの側面（継ぎ手面）311〜314には継手部が形成される。このうち、周方向に隣接するセグメントの継手部には公知のクイックジョイントが設けられるが、本発明と関係がないため図示及び説明を省略する。トンネル軸方向に隣接するセグメント30a1，30a2の継手部にはワンタッチ式の継手が用いられる。すなわち、セグメント30a1，30a2の継ぎ手面311，312に複数（図では３組）のワンタッチ式の継手部が設けられており、一方のセグメント30a1の継手部における雄部321〜323を他方のセグメント30a2の継手部における雌部331〜333に押し込むことにより両者は接合する。なお、各セグメントのトンネル軸方向の継ぎ手面311，312にそれぞれ３箇所の雌部331〜333と３箇所の雄部32１〜32３が設けられている。
【００１４】
図３は本発明のセグメント接合構造の第１実施例説明図、図４は雄金物３２の平面図と縦断面図、図５は雌金物３３の第1実施例の平面図と縦断面図である。
図３には雄金物32と雌金物33の斜視図を示しているが、図４に示すように雄金物32のアンカー部と直線部の一部はセグメント30a1に埋設しており、また、図5に示すように雌金物33は全体がセグメント30a2に埋設している。
雄金物32は、中実の金属材料で構成され、基端側から先端側に縮径する形の角度1°以下のテーパ部32aと、セグメント30a1中に埋設されるアンカー部32bと、アンカー部とテーパ部間の径が一定の直線部32cと、テーパ部先端に形成されたネジ部32dを備えている。テーパ部32aの周面はサンドプラストをかけた後、メッキしてから、粉体塗装仕上げされている。この表面加工により防錆を可能にし、かつ、雄金物を雌金物に押し込んだ時の雄雌の付着強度を確保するようにしている。ネジ部32dは、雄金物32をセグメント(コンクリート) 30a1に埋設する際に使用する治具を取り付けるためのものである(後述する)。
【００１５】
雌金物33は、金属製のパイプ部材により形成された本体部33aと、軸芯部分にねじ部SCRが形成されたアンカー部33bと、本体部33aの外周に設けられた緩衝材（ポリエチレンフォーム）33cを備えている。本体部33aとアンカー部33b間は溶接WLDにより一体化されて中空部33dを形成し、また、本体部33aには雄金物挿入時に中空部内のエアを抜くエア抜き穴AHLが形成されている。ネジ部SCRは雌金物33をセグメント(コンクリート) 30a2に埋設する際に使用する治具を取り付けるためのものである(後述する)。緩衝材（ポリエチレンフォーム）33cは、トンネル軸方向に隣接するセグメント30a1の雄金物32との係合に際して、双方の位置及び軸心の向きに若干のずれが発生したときにそのずれを吸収することが出来るように、また、雄金物32が押し込まれた雌金物が径方向に膨らむ形で変形する際に緩衝機能を発揮するように、所定の厚さ（実施例では5ｍｍ）周設されている。なお、ポリエチレンフォーム33cにはセグメント製造時に打設されるコンクリートが染み込むことはない。
【００１６】
セグメント30a1，30a2同士の接合は、雄金物32のテーパ部32aを接合すべきセグメント30a2に埋設された雌金物33の開口中空部33dに押し込むことにより行なう。
本発明のセグメント接続構造において一番の特徴は、雄金物32を中実の金属材料から構成し、角度1°以下のテーパ部32a（先に向かって細くなる形）を設けた点にある。テーパ部32aは、雌金物33と嵌合する部位における略全長に亘っていることが望ましい。即ち、このテーパ部32aは、雄金物と雌金物の軸心の位置ずれを補正して正しい位置に案内するためのものではなく、セグメント接合時に雌金物側から内方側に作用する力を適正に緩衝し、双方の金物の結合を実現するためのものである。なお、外方側に作用する力は、雌金物33の外側に周設した緩衝材（ポリエチレンフォーム）の変形によって緩衝する。
実施例においては、図４に示すように長さ50mmのテーパ部32aにおいて、基端部の直径30mmに対し、先端部の直径29.5mmで、テーパ角度は約0.25°であるが、テーパ角度1°以下であれば結合力（雄金物と雌金物の定着力）を損なうことなく、雄金物32と雌金物33をジャッキの押し込みによって適正に嵌合されることが出来る。
【００１７】
・雌金物の変形例
図6は雌金物33の第１の変形例であり、図５の雌金物と異なる点は、アンカー部33bのネジ部SCRをなくして、代わりにナット33eをアンカー部33bの上面軸芯部分に溶接WLDで取り付けた点である。ナット33eには、雌金物33をセグメント(コンクリート) 30a2に埋設する際に使用する治具を取り付けるためのネジTRDが形成されている。
図7は雌金物33の第２の変形例であり、図５の雌金物と異なる点は、ネジ部SCRをなくして、代わりにアンカー部33bの軸芯部分に貫通穴HLを形成すると共に該貫通穴と連通するネジ部TRDを備えたナット33fをアンカー部の裏面に溶接WLDにより設けた点である。ネジ部TRDは、雌金物33をセグメント(コンクリート) 30a2に埋設する際に使用する治具を取り付けるために使用する。
【００１８】
・セグメント製造法
図８、図９は雄金物32及び雌金物33が埋設されたセグメントの製造方法説明図である。セグメントを製造するには、図８に示すように型枠41のトンネル軸方向一方の端面に所定数の雄金物32を、他方に同数の雌金物33を、該雄金物と雌金物の位置及び軸心の向きを一致させた形でセットする。このとき、図９に示すように、雄金物32のネジ部32dに、位置決め／固定用治具50の位置決めボルト51をナット52、キャップ53を介してねじ込んで型枠41にセットする。キャップ53は突起部保護及び雄金物位置決め用として機能する。すなわち、雄金物32の非埋設部分がセグメント端面から所定長さ突出する形となるようセグメントを製造するため、樹脂製のキャップ53を雄金物32にかぶせ、保持する。
また、雌金物33のナット33eに形成したネジ部TRD(図６参照)に、位置決め／固定用治具60の位置決めボルト61を、ナット62、押えプレート63を介してねじ込んで型枠41にセットする。以上により、型枠41に雄金物32、雌金物33を正確且つ容易に位置決めセットすることが出来る。そして、型枠41に全雄金物32及び全雌金物33を取り付けた状態で図８に矢印で示すようにコンクリートを型枠41のコンクリート打設空間42に打設する。
【００１９】
以上のようにして製造された本発明のセグメントにおいて、雄金物32、雌金物33はアンカー部32b、33bがコンクリートの所定深さ位置に埋設された形で定着される。このため、セグメント接合時、または、セグメント接合後にセグメントを構成するコンクリートに局所的な応力を生じさせることがなく、ワンタッチ式継手によるセグメント接合を行うことが出来る。即ち、雌金物33のパイプ状の本体周囲に設けられたポリエチレンフォーム33cで、雄金物32との軸心のずれを適切に吸収しながら、アンカー部32b、33bにより定着された状態を呈するので、シールドジャッキで機械的に押し込むだけでセグメント同士を適格に継手接合し、摩擦力によって堅固に係合することができる。
【実施例２】
【００２０】
図１０は本発明のセグメント接合構造の第２実施例説明図である。
第2実施例では、セグメント30a1，30a2の接合すべき（トンネル軸方向）両端面311及び312に同一の雌金物33を埋設してセグメントを構成している。第2実施例の雌金物33は第1実施例の雌金物と同一の構成を備え、同一方法によりセグメントは製造される。
セグメント間の接合は、棒状の金属塊である雄金物50を用意し、この雄金物50をセグメント30a1，30a2の接合すべき雌金物33、33に差し込むことにより行われる。雄金物50は、支持部51を挟んで両側に突出する形の直線／テーパ部52，53を有している。
【００２１】
図１１は第２実施例のセグメント接合構造の雄金物50及び雌金物33の説明図で、それぞれの斜視図を示している。雌金物33は実際には全体がセグメント30a2に埋設しており、図3と同一構成を有している。雄金物50は、支持部51を挟んで両側に突出する形の直線／テーパ部52，53を備え、これら直線／テーパ部52，53は、図３、図４に示した第１実施例の雄金物32cと同一の構成（テーパ部52a，53a、直線部52c，53c）を備えている。ただし、ネジ部はない。すなわち、直線／テーパ部52，53は、中実の金属材料で構成され、基端側から先端側に縮径する形の角度1°以下のテーパ部52a，53aと、径が一定の直線部52c，53cを備え、テーパ部52a，53aの周面はサンドプラストをかけた後、メッキしてから、粉体塗装仕上げされている。
【００２２】
図１２は第２実施例のセグメント接合構造の施工手順説明図であり、セグメント30a2（（A）参照）に埋設された雌金物33の中空部33dに雄金物50の一方の直線／テーパ部52を押し込み（(B)参照）、しかる後、セグメント30a1に埋設された雌金物33を雄金物50の直線／テーパ部53に押し込み、セグメント30a1とセグメント30a2を一体に接合する（（C），(D)参照）。
第1実施例のようにセグメント端面から雄金物32を突出させた状態にしておくと、セグメントの搬送或いは保管中に、該雄金物32の突出部が破損したり、あるいは該突出部を介してコンクリートセグメントが破損する恐れがある。しかし、第2実施例のように構成し、セグメント接合直前に、セグメントの雌金物に雄金物を差し込んでから、ジャッキを介してセグメントを接合するようにすれば、こうした事態を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のセグメント接続構造における雄金物の最良の形態説明図である。
【図２】本発明のセグメント接合構造の接合方法説明図である。
【図３】セグメント接合構造の第１実施例説明図である。
【図４】本発明における雄金物の平面図と縦断面図である。
【図５】本発明における雌金物の第1実施例の平面図と縦断面図である。
【図６】本発明における雌金物の第２実施例の平面図と縦断面図である。
【図７】本発明における雌金物の第３実施例の平面図と縦断面図である。
【図８】本発明における雄金物と雌金物のセグメント型枠への第１の取付方法説明図である。
【図９】本発明における雄金物と雌金物のセグメント型枠への第２の取付方法説明図である。
【図１０】本発明のセグメント接合構造の第２実施例説明図である。
【図１１】第２実施例のセグメント接合構造の雄金物及び雌金物の説明図である。
【図１２】第２実施例のセグメント接合構造の施工手順説明図である。
【図１３】本発明で構築中のシールドトンネルの全体斜視図である。
【図１４】従来技術のワンタッチ式セグメント継手部の断面拡大図(接合前)である。
【図１５】従来技術のワンタッチ式セグメント継手部の断面拡大図(接合後)である。
【図１６】図１５におけるXII−XII矢視断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
３２  雄金物
３２ａ  基端側から先端側に縮径する形の角度1°以下のテーパ部
３２ｂ  アンカー部
３２ｃ  テーパ部間の径が一定の直線部
３２ｄ  ネジ部
３３  雌金物
【図１】
2005232723.tif 000003
【図２】
2005232723.tif 000004
【図３】
2005232723.tif 000005
【図４】
2005232723.tif 000006
【図５】
2005232723.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005232723.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005232723.tif 000012
【図１１】
2005232723.tif 000013
【図１２】
2005232723.tif 000014
【図１３】
2005232723.tif 000015
【図１４】
2005232723.tif 000016
【図１５】
2005232723.tif 000017
【図１６】
2005232723.tif 000018