(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドトンネルにおいて、セグメントを構成する各主桁の端部に継手板が取付けられ、該継手板には、主桁と同方向に複数のボルト孔が設けられ、隣接するセグメントは相互に前記継手板同士が突き合わされ、一致したボルト孔へボルトを通しナットを締結して結合されるボルト継手において、
前記ボルトのうち、前記主桁の近傍に位置するボルトは、セグメント相互間へ主桁方向に負荷された引張力による継手板の撓み変形に対し、当該ボルトの取付位置における前記継手板の撓み変形量に相当する伸びが、当該ボルトの引張り強度の許容範囲内に納まる長さの長ボルトとされ、前記長ボルトは前記長さの位置でナットを締結するのに必要とする長さの筒状長ワッシャーを使用してナットによる締結が行われていることを特徴とする、シールドトンネルにおけるセグメントのボルト継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シールドトンネルにおいて、セグメント同士を主桁方向にボルト接合する継手の技術分野に属し、更に云えば、セグメント相互間に主桁方向に負荷された引張力による継手板の撓み変形に起因する「てこ作用力」の悪影響を消滅又は減少した構成のボルト継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールドトンネルの覆工を形成するセグメント相互の接合には、種々な継手が開発され実施されている。その中でも例えば、図４に例示したように主桁２の端部の継手板３、３を主桁２と同方向に配置した複数のボルト５及びナット８で締め付けて接合するボルト継手が、組み立て容易な構造として広く採用実施されている。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
図４に例示したボルト継手の場合、セグメントの主桁２が全体トンネルの引張り部材として大きな引張力を受けるので、図５に示すように、継手板３がボルト５、５を反力支点としてまるで「突き出し梁」の如く主桁２、２の間で撓み変形を生じ、その結果所謂「てこ作用力」を発生してボルト５に負荷される引張力が増幅される欠点がある。
【０００４】
即ち、図６（Ａ）に示したように継手板３を一種の「突き出し梁」と考えた場合、継手板３の撓み変形に際して、支点としてのボルト５に伸びが発生せず（又は無視される程度の微小変形）、その支点位置９が不変であると、主桁２の引張力Ｐによる継手板３の撓み変形の中央部分（変曲点部Ｒ）は引張り方向とは反対側（図の左側）へ突き出ることになる。その結果図４、図５のようにボルト接合によって突き合わされた二つの継手板３、３は、双方の変曲点部Ｒ、Ｒが互いに押し合う形になって反力Ｑを発生する。よって、ボルト５、５に負荷される引張力は、本来の引張力Ｐに反力Ｑが加算されてＰ＋Ｑ／２となり、反力Ｑの分だけ増幅されて過大な引張力をボルト５が負担することになりその安全性が低下する。そのため、前記安全性を確保するために主桁２の近傍に位置するボルト５、５の有効径を太くしたり、配置するボルトの本数を増やすなどの対策を講ずる必要がありコストが掛かる。
【０００５】
そこで、図６（Ｂ）に示すように、セグメントの主桁２が全体トンネルの引張り部材として大きな引張力Ｐを受けた場合に、継手板３が、図中に点線で示したように図６（Ａ）と同様な撓み変形が生じても、支点９を形成するボルト５の位置でδ’の撓み変形、ボルト５にδ’の伸びが発生して、支点９が引張り方向へδ’だけずれると、主桁２の引張力Ｐによる継手板３の撓み変形の中央部分（変曲点部Ｒ）は最初に継手板３、３同士が突き合わされた位置から突き出ないこととなる。従って、反力Ｑを消滅又は減少させることができる。つまり、所謂「てこ作用力」の悪影響を消滅又は減少する結果となり、ボルト５の安全性を維持することができる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、図６（Ｂ）の現象を再現して、所謂「てこ作用力」の悪影響を消滅又は減少することによってボルトの安全性の低下を防ぎ、コストの軽減に寄与して所謂「経済設計」が可能なシールドトンネルにおけるセグメントのボルト継手を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るシールドトンネルにおけるセグメントのボルト継手は、シールドトンネルにおいて、セグメントを構成する各主桁の端部に継手板が取付けられ、該継手板には、主桁と同方向に複数のボルト孔が設けられ、隣接するセグメントは相互に前記継手板同士が突き合わされ、一致したボルト孔へボルトを通しナットを締結して結合されるボルト継手において、
前記ボルトのうち、前記主桁の近傍に位置するボルトは、セグメント相互間へ主桁方向に負荷された引張力による継手板の撓み変形に対し、当該ボルトの取付位置における前記継手板の撓み変形量に相当する伸びが、当該ボルトの引張り強度の許容範囲内に納まる長さの長ボルトとされ、前記長ボルトは前記長さの位置でナットを締結するのに必要とする長さの筒状長ワッシャーを使用してナットによる締結が行われていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、請求項１に記載した発明の実施形態を示している。
【０００９】
セグメント１を構成する３本の主桁２‥の端部に継手板３が溶接で取付けられている。前記継手板３は、セグメント１、１相互間の主桁方向に負荷された引張力による撓み変形が極端に大きくならない程度の剛性を有する。この継手板３には、主桁２と同方向に複数（図１及び図２では、主桁２に近い位置にそれぞれ１箇所、主桁２、２間の中央部位に１箇所で計６箇所）のボルト孔４…が設けられている。
【００１０】
隣接するセグメント１、１は、相互に前記継手板３、３同士を突き合わされ、一致したボルト孔４、４へボルト５又は６を通し、ナット８を締結して結合されている。
【００１１】
前記ボルト５、６のうち、前記主桁２の近傍に位置するボルト５は、セグメント１、１相互間の主桁方向に負荷された引張力による継手板３の撓み変形に対し、当該ボルト５の取付位置における前記継手板３の撓み変形量（図６（Ｂ）のδ’）に相当する伸びが、当該ボルトの引張り強度の許容範囲内に納まる長さの長ボルトとされている。そして、この長ボルト５は、前記長さの位置でナット８を締結するのに必要な長さの筒状長ワッシャー７を使用してナット８による締結が行われている。
【００１２】
前記ボルト５の長さは、シールドトンネルが施工される場所の状態に合わせ、セグメント１、１相互間に負荷される引張力の大きさに基づいて定められる。
【００１３】
例えば、図３に示すように主桁方向の引張力をＰとすると、上下両側の主桁２にはＰ／４、中央部の主桁２にはＰ／２の引張力が分担される。前記の各引張力による継手板３の撓み変形は、図中に点線で示したようになり、主桁２の近傍位置に配置した長ボルト５の位置ではδ’の撓み変形が生じる。そこで、長ボルト５に同じ大きさの伸びδ’を発生させて支点位置９を引張り方向側へδ’ずらすことにより、主桁２の引張力Ｐによる継手板３の撓み変形の中央部分（変曲点部Ｒ）を継手板３、３同士が突き合わされた当初位置から突き出ないようにでき、ひいては反力Ｑを消滅又は減少させることができる。つまり、長ボルト５は負荷される引張力Ｐ／６に基づいてδ’の伸び量を発生させる長さを設定する。こうして、変曲点部Ｒが突き出ないように設計されているので、主桁２、２間の中央部位に配置されるボルト６は、負荷された引張力Ｐ／６による伸びの発生を考慮する必要がない。
【００１４】
ところで、ボルト５、６のひずみは、同ボルトの伸びと長さとの比（イプシロンε）によって求められるので、前記各ボルト５、６の伸びに対してひずみを略同じくし、負荷された引張力に対する強度を略均一にすることが設計上可能である。
【００１５】
一方、上記筒状長ワッシャー７は、長ボルト５の長さに適正な長さに定められる。その結果、前記筒状長ワッシャー７は、ナット８の締結力によるボルト５の伸びと同時に、逆に圧縮されるので、その縮み量により、長ボルト５の伸び量以上に大きな撓み変形を許容することができる。
【００１６】
かくして、図１に示したセグメントのボルト継手は、前記主桁２の近傍に位置するボルトほど長いボルト５が配置されることになる。勿論、想定した引張力Ｐに耐えることができるように、上記各ボルト５、６の材質（ヤング係数Ｅ）、及び有効径が定められている。
【００１７】
上記のように、長ボルト５、５にδ’の伸び量を発生させて支点９の位置を引張り方向手前側へ継手板３の撓み量δ’だけずらすことにより、主桁２の引張力Ｐによる継手板３の撓み変形の中央部分（変曲点部Ｒ）が継手板３、３同士を突き合わせた当初位置から突き出ないようにでき、所謂「てこ作用力」としての反力Ｑを消滅又は減少させることができ、前記長ボルト５、５に負荷される引張力は増幅されることはなく、長ボルト５、５の安全性が低下することはない。と同時に、継手板３、３相互の変曲点部Ｒ、Ｒの位置ないしその近傍に位置するボルトに大して引張力が負荷されないという不均衝も解決されて、構造上の無駄がない。即ち、図３に示したように各ボルト５、６は引張力Ｐを略均一にＰ／６ずつ分担するので、所謂経済設計ができる。
【００１８】
なお、上記ボルト５、６の配置は、上記実施形態では、６箇所になっているが、確実に継手板３、３相互を接合できれば良く、更に各ボルト５、６の長さの設定が容易に行える位置であれば良く、上記実施形態に限定されない。
【００１９】
また、上記セグメント１は、３本の主桁２‥が組み込まれているが、セグメント１自体の強度を確保できる本数であればよく、上記実施形態に限定されない。セグメント自体も、どの様なタイプのものでも使用可能である。
【００２０】
更に、上記実施形態では、引張力を略均一にしているが、変曲点部Ｒ、Ｒが押し合わないように長ボルト５、５の伸び量が確保され、前記伸び量に対して長ボルト５、５が破断しない許容範囲内の強度を発揮すれば良く上記実施形態に限定されない。
【００２１】
【本発明が奏する効果】
請求項１に記載した発明に係るシールドトンネルにおけるセグメントのボルト継手は、各ボルトが配置される位置での継手板の撓み変形を想定して、特に主桁の近傍に位置するボルトの長さを、当該ボルトの取付位置における撓み変形量に相当する伸びが、当該ボルトの引張り強度の許容範囲内に納まる長さとした長ボルトを配置した構成により、同長ボルトによる反力支点の位置を引張り方向側にずらすことができ、主桁方向に負荷された引張力による継手板の撓み変形の中央部分（変曲点部）を継手板同士が突き合わされた当初位置から突き出ないようにして所謂「てこ作用力」の悪影響を消滅又は減少するからボルトの安全性の低下を防ぐことができ、経済的な設計が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシールドトンネルにおけるセグメントのボルト継手の実施形態を示した正面図である。
【図２】本実施形態で用いされる継手板を示した側面図である。
【図３】継手の引張力の関係を示した図である。
【図４】従来の技術を示した正面図である。
【図５】従来の技術に引張力が生じた場合の変形を示した正面図である。
【図６】（Ａ）は、従来技術において課題が生じる原理図を示した正面図である。（Ｂ）は、本発明の原理図を示した正面図である。
【符号の説明】
１  セグメント
２  主桁
３  継手板
４  ボルト孔
５  、６  ボルト
７  ワッシャー
８  ナット
９  支点位置
【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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