(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セグメントどうしが接合端面を互いに当接させて接合されたセグメントの接合構造において、一方のセグメントの雄金具が、他方のセグメントの雌金具に、セグメントどうしの接合方向と交差する方向のセグメントの相対移動によって嵌合凸部と嵌合凹部を互いに嵌合させて挿入されてなり、
嵌合凸部と嵌合凹部は、それらが形成された金具表面から離れるにしたがって幅が狭くなる台形とされ、雌金具と雄金具に形成された透孔に、結合ボルトが、セグメントの厚さ方向に形成された締込孔から挿入されてナットに螺着されたことを特徴とするセグメントの接合構造。
【請求項２】
嵌合凸部と嵌合凹部は、それらの嵌合方向に傾斜した楔状とされたことを特徴とする請求項１に記載のセグメントの接合構造。
【請求項３】
雄金具と雌金具の両方又はいずれか一方がアンカー筋に固定された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接合構造。
【請求項４】
嵌合凹部の側壁と嵌合凸部の側壁の間に弾性材が挟み込まれたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のセグメントの接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル等の構築に用いられるセグメントの接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、シールド工法でトンネルを構築する場合のセグメントどうしの接合は、従来、セグメントの接合端面を構成するフランジプレートに予めボルト挿通孔を形成しておき、そのボルト挿通孔にボルトをセグメントどうしの接合方向に挿通させてナットに螺着することにより行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
セグメントどうしの接合には、良好な作業性と大きい強度を求められているが、上記従来の接合方式では、ボルトを、セグメント接合方向に移動させてボルト挿通孔に挿通させ、ボルト軸方向に、直交する方向（位置）においてボルトを周方向に回さなければならないため、手間がかかる。また接合強度も満足すべきものではない。
【０００４】
本発明の課題は上記従来の問題点を解決することであり、作業性が良く、また強固な接合強度が得られるセグメントの接合構造を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、耐震性に優れたセグメントの接合構造を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の少なくとも１つの目的を達成するために、請求項１記載の発明は、セグメントどうしが接合端面を互いに当接させて接合されたセグメントの接合構造において、一方のセグメントの雄金具を、他方のセグメントの雌金具に、セグメントどうしの接合方向と交差する方向のセグメントの相対移動によって嵌合凸部と嵌合凹部を互いに嵌合させて挿入されてなり、嵌合凸部と嵌合凹部は、それらが形成された金具表面から離れるにしたがって幅が狭くなる台形とされ、雌金具と雄金具に形成された透孔に、結合ボルトが、セグメントの厚さ方向に形成された締込孔から挿入されてナットに螺着された構成とした。
【０００６】
この手段では、嵌合凸部と嵌合凹部が、雄金具と雌金具とを結合する。このため強固な接合力が得られる。セグメントどうしの接合方向と交差する方向にセグメントを相対移動させるだけで接合が完了するので、作業性が良好で接合作業を迅速に行うことができる。
【０００７】
上述した構成では、結合ボルトをセグメントの厚さ方向に移動させて透孔に挿入し、結合ボルトの軸方向においてその結合ボルトを回転させてナットに螺着することができるので、能率良く接合作業を行うことができる。
【００１０】
請求項１に記載のセグメントの接合構造において、嵌合凸部と嵌合凹部を、それらの嵌合方向に傾斜した楔状とすることが好ましい（請求項２）。この構成では、嵌合凸部と嵌合凹部の嵌合が進むにつれて両者間の遊びが小さくなり、最終的に嵌合凸部と嵌合凹部が緊密に嵌合する。したがって、嵌合凸部と嵌合凹部の嵌合が容易になり、また雌金具と雄金具が緩みなく緊密に結合されて接合力を高める。
【００１１】
請求項１または２に記載のセグメントの接合構造において、雄金具と雌金具の両方又はいずれか一方をアンカー筋に固定することが好ましい（請求項３）。この構成では、セグメントと雄金具又は雌金具の結合がアンカー筋によって強化されるので、セグメント接合の信頼性が向上する。
【００１２】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載のセグメントの接合構造において、嵌合凹部の側壁と嵌合凸部の側壁の間に弾性材を挟み込む構成とすることが好ましい（請求項４）。この構成では、弾性材が嵌合凹部と嵌合凸部の成形上の誤差や変形等を吸収して接合力を均等に分散し、また緩衝に働いて耐震性を高める。弾性材は、通常、嵌合凹部と嵌合凸部のいずれか一方、又は両方に接着剤等の取付手段で取り付ける。弾性材には、ゴム又はこれと同効材料が用いられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１ないし図３は本発明に係るセグメントの接合構造の第１の実施の形態を示す。このセグメントの接合構造には、雄金具１と雌金具２と結合ボルト３及びナット４が用いられている。
【００１４】
雄金具１は、四角形状の平板１ａに円形の透孔１ｂと嵌合凹部１ｃを形成して成り、コンクリート製セグメントＳａの接合端面Ｓａｔから突き出した状態でアンカー筋６に溶接されてセグメントＳａに一体に固定されている。
雄金具１の厚さ方向はセグメントＳａの厚さ方向（図１で上下方向）に一致し、透孔１ｂはセグメントＳａの厚さ方向に貫通している。また嵌合凹部１ｃは、セグメントＳａ，Ｓｂの接合方向（図１と図２で左右方向）と直交する方向（図１で紙面に垂直な方向、図２で上下方向）に傾斜する楔状に平板１ａの上面に形成されている。嵌合凹部１ｃの横断面形状は、嵌合凹部１ｃが形成された平板１ａの上面から離れるにしたがって幅が狭くなる台形となっている。
【００１５】
雌金具２は、円形の透孔２ｂと嵌合凸部２ｃを形成した四角形状の平板２ａｖと、透孔２ｂのみを形成した四角形状の平板２ａｗとを、それらの間に隙間Ｃをあけて基板２ｄに溶接して成り、アンカー筋７に基板２ｄを溶接されてコンクリート製セグメントＳｂの接合端面Ｓｂｔに一体に埋設されている。
【００１６】
２枚の平板２ａｖ，２ａｗの厚さ方向はセグメントＳｂの厚さ方向にそれぞれ一致し、２個の透孔２ｂは互いの中心を一致させてセグメントＳｂの厚さ方向に平板２ａｖ，２ａｗを貫通している。隙間Ｃは、雄金具１の厚さよりも僅かに大きく形成されるとともに、接合端面Ｓｂｔの挿入溝Ｓｂｂに連通されて雄金具１の挿入を自由にしている。なお、挿入溝Ｓｂｂは、雄金具１を隙間Ｃに導くもので、その連通部分は図３のようにテーパ状にされ、隙間Ｃへの雄金具１の挿入を容易にしている。
【００１７】
また、透孔２ｂの直径は雄金具１の透孔１ｂの直径とほぼ同一とされており、雌金具２の隙間Ｃに雄金具１を挿入して２枚のセグメントＳａ，Ｓｂの接合端面Ｓａｔ，Ｓｂｔどうしを互いに当接させた状態で、３個の透孔１ｂ，２ｂ，２ｂが互いの中心をほぼ一致させてセグメントの厚さ方向に直線状に重なるようになっている。
【００１８】
また、嵌合凸部２ｃは、平板２ａｖの下面に、嵌合凹部１ｃと同様にセグメントＳａ，Ｓｂの接合方向と直交する方向に傾斜する楔状に形成されている。嵌合凸部２ｃの横断面形状は、嵌合凸部２ｃが形成された平板２ａｖの下面から離れるにしたがって幅が狭くなる台形にされている。雄金具１の嵌合凹部１ｃと雌金具２の嵌合凸部２ｃとは、セグメント接合方向と直交する方向に雄金具１と雌金具２を相対移動させて雌金具２の隙間Ｃに雄金具１を挿入すると、互いに嵌合するようになっている。
【００１９】
結合ボルト３は、雄金具１と雌金具２の直線状に連通された透孔１ｂ，２ｂ，２ｂに挿通され、一端のねじ部３ａをナット４に螺着されて雄金具１と雌金具２とを結合するものである。結合ボルト３の頭部３ｂにはレンチ（図示せず）が嵌め付けられるレンチ穴３ｃが形成されている。
【００２０】
セグメントＳｂの一側（図１で下側）には結合ボルト３を透孔に挿通させるための締込孔Ｓｂａが埋込パイプ９によって形成されている。
ナット４は袋ナットとされ、平板２ａｖの上面に溶接されている。
【００２１】
符号１０はシール部材であり、セグメントＳａ，Ｓｂの接合端面Ｓａｔ，Ｓｂｔの溝に嵌め込まれ、セグメントの接合部を液密にする。また１１は埋込みパイプ９に着脱自在に嵌着された閉塞キャップである。
【００２２】
上記の構成とされたセグメントＳａ，Ｓｂどうしを接合するには、例えばセグメントＳｂに対して他のセグメントＳａをそれらの接合方向と直交する方向、換言すれば接合端面Ｓａｔ，Ｓｂｔ方向（図２で上方、図３で右方向）に移動させ、雄金具１を挿入溝Ｓｂｂから雌金具２の隙間Ｃに、嵌合凸部２ｃと嵌合凹部１ｃを嵌合させて図２のように挿入し、接合端面Ｓａｔ，Ｓｂｔどうしを互いに当接させる。
この際、楔状の嵌合凸部１ｃと嵌合凹部２ｃとはそれらの嵌合の進行にしたがって徐々に遊びを小さくし、最後に緊密に嵌合して強固に結合する（楔効果）。
【００２３】
上記の状態で結合ボルト３を締込孔Ｓｂａから金具１，２の透孔１ｂ，２ｂ，２ｂに挿入し、そのねじ部３ａをナット４に螺着する。その後、埋込パイプ９に閉塞キャップ１１を嵌着して締込孔Ｓｂａをふさぎ、セグメントの接合を完了する。
【００２４】
上記の接合状態では、雄金具１と雌金具２の嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃが互いに嵌合し、また結合ボルト３が雄金具１と雌金具２とを一体に結合しているため、強固な接合力が得られる。
また、ボルトをセグメントの接合方向に移動させてボルト挿通孔に挿通させなければならなかった従来方式と違って、締込孔ＳｂａがセグメントＳｂの下側に開口しているため、透孔１ｂ，２ｂに対する結合ボルト３の挿入が容易であり、しかも結合ボルト３をその軸方向において周方向に回転させてナット４に螺着することも無理なく容易に行うことができる。
【００２５】
なお、セグメントＳａ，Ｓｂの接合端面Ｓａｔ，Ｓｂｔは、セグメントをリング状に接合する場合のセグメントＳａ，Ｓｂの湾曲方向に並ぶ端面、及びセグメントのリングどうしを接合する場合のセグメントＳａ，Ｓｂの幅方向に並ぶ側面のいずれも対象となる。
セグメントのリング状接合において、上述のように固定状態のセグメントＳｂに対してセグメントＳａを移動させる場合は、通常、図２で上側が坑口側、下側が切羽側７となり、固定状態のセグメントＳａに対してセグメントＳｂを移動（図２で下側移動）させるときは、上記の逆になる。
【００２６】
図４は図１ないし図３のセグメントの接合構造の変形例を示す。このセグメントの接合構造には、平板１ａの両面に嵌合凹部１ｃを形成した雄金具１と、平板２ａｖ，２ａｗの両方に嵌合凸部２ｃを形成した雌金具２が使用されている。
他の構造は、図１ないし図３のセグメントの接合構造と同一であるので、同一の部材等に同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２７】
上記のセグメントの接合構造においては、嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃの数が増えた分、雄金具１と雌金具２が強固に結合されるようになり、セグメントどうしの接合力が向上する。
【００２８】
図５は図１ないし図３のセグメントの接合構造の他の変形例を示す。このセグメントの接合構造には、平板１ａのアンカー筋６（図１参照）に溶接された基端まで嵌合凹部１ｃとした雄金具１と、平板２ａｖの先端まで嵌合凸部２ｃとした雌金具２が用いられている。
他の構造は、図１ないし図３のセグメントの接合構造と同一であるので、同一の部材等に同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
この接合構造では、平板１ａ，２ａｖの断面形状が単純になり、製造コストの点で有利になる。
【００３０】
図６は本発明の第２の実施の形態を示す。このセグメントの接合構造には、嵌合凹部１ｃの側壁１ｅを平板１ａの表面に対して垂直にした雄金具１と、嵌合凸部２ｃの側壁２ｅを平板２ａｖの表面に対して垂直にした雌金具２が用いられている。
【００３１】
この接合構造においては、図１〜図５の接合構造と違って、雄金具１を図６で右に引き抜く方向の力が平板２ａｖ，２ａｗの隙間Ｃを広がらせるようには作用しないので、結合ボルトを省くことが可能になる。このため、作業性が一層良くなり、また構造が簡単になる。
他の構造は、図１〜図３の接合構造と同じである。
【００３２】
図６の接合構造において、図７に示すように、平板１ａの基端まで嵌合凹部１ｃとし、平板２ａｖの先端まで嵌合凸部２ｃとすることも、図８に示すように、図７の嵌合凹部１ｃを平板１ａの両面に形成するとともに、図７の嵌合凸部２ｃを平板２ａｗにも形成した構造とすることもできる。
【００３３】
図７の接合構造によれば平板１ａ，２ａｖの断面形状が単純になり、また図８の接合構造によれば、接合力が強化される。また図７と図８のいずれの構造においても図６の接合構造と同様に結合ボルトが不要となる。
【００３４】
図９は本発明の第３の実施の形態を示す。このセグメントの接合構造には、嵌合凹部１ｃを蟻溝とした雄金具１と、平板２ａｖの嵌合凸部２ｃを蟻とした雌金具２が用いられている。この接合構造においても、結合ボルトが不要になる上、雄金具１と雌金具２の結合が一層強固になる。
他の構造は、図１〜図３の接合構造と同じである。
【００３５】
図９の接合構造において、図１０に示すように、平板１ａの基端まで蟻溝の嵌合凹部１ｃとし、平板２ａｖの先端まで蟻の嵌合凸部２ｃとすることも、また、図９の嵌合凹部１ｃを平板１ａの両面に形成するとともに、図９の嵌合凸部２ｃを平板２ａｗにも形成した構造とすることもできる。
前者の図１０の場合は平板１ａ，２ａｖの断面形状が単純になり、また後者の場合は、結合力が強固になる。
【００３６】
上記以外に、雄金具１の平板１ａの一面又は両面に嵌合凸部を形成し、雌金具２の平板２ａｖ，２ａｗの一方又は両方に嵌合凹部を形成することができる。また、雄金具１の平板１ａの一面に嵌合凸部を他面に嵌合凹部をそれぞれ形成し、雌金具２の平板２ａｖ，２ａｗの一方に嵌合凹部を、他方に嵌合凸部をそれぞれ形成することもできる。
【００３７】
図の嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃとは、両縁部がほぼ同一角度で逆方向に傾斜した楔状となっているが、嵌合凹部と嵌合凸部の形状はこれに限られるものではなく、例えば、嵌合凹部１ｃの内側（図２で右側）の縁部と、嵌合凸部２ｃの外側（図２で右側）の縁部が傾斜せずに接合端面Ｓａｔ，Ｓｂｔと平行になっているような楔形状であってもよい。場合によっては嵌合凸部と嵌合凹部を楔状にしないこともあり得る。
【００３８】
セグメントＳａ，Ｓｂの接合端面Ｓａｔ，Ｓｂｔに対する雄金具１又は雌金具２の設備数は任意で、セグメントの大きさ等を考慮して決定する。
雄金具１と雌金具２、結合ボルト３及びナット４等は、鋼等の金属材料で製造される。閉塞キャップ１１をモルタル等の充填材とすることもある。
【００３９】
図１１と図１２は本発明の第４の実施の形態を示す。このセグメントの接合構造では、蟻溝の嵌合凹部１ｃは、雄金具１の平板１ａに溶接されたブロックＢによって形成され、また蟻の嵌合凸部２ｃは、雌金具２の平板２ａｖ，２ａｗに溶接されたブロックＢとされている。
【００４０】
雄金具１のブロックＢと雌金具２のブロックＢとは同一形状で、いずれも図１１のように、前述の楔効果が生じるように傾斜状態で溶接されている。ブロックＢの孔Ｂａは、ブロックＢを軽量化するとともに、溶接強度を強化している。なお、図の蟻と蟻溝の角度θ（図１２）は７０度となっているが、これよりも小さくすることも、大きくすることもある。
他の構造と変形例及び付記事項等は図１〜図３の接合構造と同じである。
【００４１】
このセグメントの接合構造によれば、嵌合凸部と嵌合凹部の加工が容易になり、コストの低減が可能となる。
雄金具１のブロックＢと雌金具２のブロックＢとを同一形状にしないこともある。嵌合凸部と嵌合凹部のブロック化は、図１〜図９の接合構造においても採用することができる。
【００４２】
図１３〜図１６に示すように、図１、図６、図９、図１２のセグメントの接合構造において、嵌合凹部１ｃの側壁１ｅと嵌合凸部２ｃの側壁２ｅの間に、ゴム又はこれと同効材料から成る帯状等の弾性材１３を挟み込むことができる。
このようにすると、嵌合凹部１ｃと嵌合凸部２ｃの成形上の誤差や組立上の誤差、或いは変形等が弾性材１３によって吸収されて接合力が均等に分散され、これによって接合強度が強化される一方、弾性材１３の緩衝機能によって耐震性が向上する。
【００４３】
弾性材１３は、側壁１ｅ，２ｅのいずれか一方又は両方に接着剤等の取付手段で取り付けるのが普通である。弾性材１３の厚さは、一般に、側壁１ｅ，２ｅの想定される隙間よりも少し厚くする。
なお、図４、図５、図７、図８、図１０の嵌合凹部の側壁と嵌合凸部の側壁の間にも弾性材を挟み込んで、上記の効果をあげることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、作業性が良好で、しかも接合力の強いセグメントの接合構造を得ることができる。
【００４５】
しかも、嵌合凸部と嵌合凹部を、それらが形成された金具表面から離れるにしたがって幅が狭くなる台形とし、雌金具と雄金具に形成された透孔に、結合ボルトを、セグメントの厚さ方向に形成された締込孔から挿入してナットに螺着した構成とすると、結合ボルトをセグメントの厚さ方向に移動させて透孔に挿入し、結合ボルトの軸方向においてその結合ボルトを回転させてナットに螺着することができるので、能率良く接合作業を行うことができる効果がある。
【００４６】
請求項１に記載のセグメントの接合構造において、嵌合凸部と嵌合凹部を、それらの嵌合方向に傾斜した楔状とすると、嵌合凸部と嵌合凹部の嵌合が容易に、かつ緊密になるので、作業性と接合強度が一層向上する。
【００４７】
請求項１または２に記載のセグメントの接合構造において、雄金具と雌金具の両方又はいずれか一方をアンカー筋に固定した構成では、セグメントと雄金具又は雌金具の結合力が強まり、セグメント接合の信頼性が高くなる。
【００４８】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載のセグメントの接合構造において、嵌合凹部の側壁と嵌合凸部の側壁の間に弾性材が挟み込まれた構成では、弾性材が嵌合凹部と嵌合凸部の成形上の誤差や組立上の誤差或いは変形等を吸収して接合力を均等に分散するので、強い接合強度が得られる。また、弾性材は衝撃や振動を吸収するので、耐震性が高まる。その上、弾性材によって接合部の液密性が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るセグメントの接合構造の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】 雌金具に対する雄金具の挿入途中の状態を示す断面図である。
【図３】 雌金具を備えたセグメントの接合端面の図である。
【図４】 図１ないし図３のセグメントの接合構造の変形例を示す断面図である。
【図５】 図１ないし図３のセグメントの接合構造の他の変形例を示す断面図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図７】 図６のセグメントの接合構造の変形例を示す図である。
【図８】 図６のセグメントの接合構造の他の変形例を示す図である。
【図９】 本発明の第３の実施の形態を示す図である。
【図１０】 図９のセグメントの接合構造の変形例を示す図である。
【図１１】 本発明の第４の実施の形態を示す図である。
【図１２】 図１１の（XII−XII）部分の断面図である。
【図１３】 図１の接合構造に弾性材を用いた例を示す断面図である。
【図１４】 図６の接合構造に弾性材を用いた例を示す断面図である。
【図１５】 図９の接合構造に弾性材を用いた例を示す断面図である。
【図１６】 図１２の接合構造に弾性材を用いた例を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｓａ，Ｓｂ セグメント Ｓａｔ，Ｓｂｔ 接合端面  Ｓｂａ 締込孔 Ｃ 隙間  １ 雄金具 ２ 雌金具  １ａ，２ａｖ，２ａｗ 平板 １ｂ，２ｂ 透孔１ｃ 嵌合凹部 １ｅ，２ｅ 側壁２ｃ 嵌合凸部 ２ｄ 基板３ 結合ボルト ３ａ ねじ部４ ナット ６，７ アンカー筋１３ 弾性材 Ｂ ブロック
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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