(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内空側とトンネル地山側に間隔をあけて配置される一対の面材とこれらの面材に固着されるとともにこれらの面材の間隔を保持する連結材とで構成したシールドトンネル用鋼製セグメントであって、前記面材のトンネル軸方向一端部で前記連結材により保持される面に、トンネル軸方向に隣接するセグメント側にその凹部が突出するようにトンネル軸方向係合金具を固着し、前記面材のトンネル軸方向他端部で前記連結材により保持される面に、係止突起を有する係止金具をヒンジ機構で支持しかつ該係止金具を前記面に押さえるばね機構を有する支持金具を固着するとともに、前記鋼製セグメントをトンネル軸方向に隣接するセグメント側に移動させることにより、前記係止突起が前記係合金具の凹部と嵌合できるようにしたことを特徴とするトンネル軸方向の機械式連結構造を有する鋼製セグメント。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル軸方向の機械式連結構造を有する鋼製セグメントであって、かつ、その孔軸がトンネル軸方向になるように形成された係合孔とその軸線がトンネル軸方向になるように形成された係合突起とを有する連結板を、前記面材のトンネル円周方向両端部で前記連結材により保持される面に、前記係合孔が円周方向に隣接するセグメント側に突出するように固着するとともに、トンネル円周方向に連結すべき前記鋼製セグメントの面材端面同士をトンネル円周方向にずらして面接触させたうえ、トンネル軸方向に移動することにより、前記係合孔と前記係合突起とを連結すべき前記鋼製セグメントに固着した連結板の係合突起と係合孔とにそれぞれ嵌合できるようにしたトンネル円周方向の機械式連結構造を有する鋼製セグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来の直径６ｍ以下のシールドトンネルに比べてセグメントに作用する荷重が大きい場合およびその断面形状が従来の円形のみならず楕円形、馬蹄形、矩形などの異形断面となりセグメントに作用する曲げモーメントが大きい場合に適した大断面のシールドトンネル用の覆工体である鋼製セグメントに用いられるトンネル円周方向及びトンネル軸方向の機械式連結構造を有する鋼製セグメントに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、直径が１５ｍ以上にも達するような大断面のシールドトンネルでは、トンネル円周方向および軸方向に隣接する鋼製セグメントの連結構造として、特開２０００−１４５３８５号公報により公表されているように、図１に示すような隣り合う鋼製セグメントを突き合わせて、額縁材１，１ａをトンネル円周方向及びトンネル軸方向に隣り合うセグメント相互の連結板として用い、額縁材１，１ａに設けたボルト孔２を用いてボルトにより結合した連結構造が知られている。
【０００３】
また特開平９−１４４４９１号公報により公表されているように、図２に示すような円周方向側端面のトンネル軸方向に平行であり、該円周方向側端面のトンネル軸方向端部に、Ｌ字状の雄部３が、該Ｌ字の先端辺をトンネル軸方向に向けて形成され、円周方向側端面のトンネル軸方向の反対側の端部に、前記Ｌ字状の雄部に嵌合する雌部４が、該Ｌ字の先端辺を受けるようにトンネル軸方向に向けて形成されていることを特徴とする略箱状の鋼殻を有する合成セグメントの連結構造が知られている。またトンネル覆工の分野では、機械化、省力化の要望が推進される中、セグメントによるトンネル覆工におけるセグメントの連結作業の占める割合は無視できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開２０００−１４５３８５号公報により公表されている鋼製セグメントの連結構造の場合は、多数のボルトをそれぞれ回転して締め付けなければならないので、現場におけるボルト・ナットを用いた連結操作が煩雑であり、連結作業にかなりの時間を有し、シールド工法全体の工期短縮を図る際の支障となっていた。
【０００５】
また前記特開平９−１４４４９１号公報により公表されている合成セグメントの連結構造の場合は、前記Ｌ字状の雄部、及び雄部に嵌合する雌部が形成されているため、連結作業には時間を有しないものの、継手の強度は、トンネル円周方向に作用する軸力に対しては、抵抗可能であるものの、曲げモーメントに対しては、抵抗を期待できない。このため大断面のシールドトンネルである場合、及びその断面形状が、従来の円形のみならず楕円形、馬蹄形、矩形などの異形断面となりセグメントに作用する曲げモーメントが大きい場合の鋼製セグメントには、この継手構造は使用できない。
【０００６】
そこで本発明は、以上の問題点を解決するため近年、大断面化および異形断面化が進むシールドトンネルに使用される鋼製セグメントの連結構造として、効率的に連結作業を行なえる機械式連結構造を有する鋼製セグメントを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のトンネル軸方向の機械式連結構造を有する鋼製セグメントは、トンネル内空側とトンネル地山側に間隔をあけて配置される一対の面材７，８とこれらの面材７，８に固着されるとともにこれらの面材７，８の間隔を保持する連結材９とで構成したシールドトンネル用鋼製セグメントであって、前記面材７，８のトンネル軸方向一端部で前記連結材９により保持される面に、トンネル軸方向に隣接するセグメント側にその凹部２５が突出するようにトンネル軸方向係合金具１３を固着し、前記面材７，８のトンネル軸方向他端部で前記連結材９により保持される前記面に、係止突起２２を有する係止金具１５をヒンジ機構で支持しかつ該係止金具１５を前記面に押さえるばね機構を有する支持金具１４を前記面に固着するとともに、前記鋼製セグメントをトンネル軸方向に隣接するセグメント側に移動させることにより、前記係止突起２２が前記係合金具１３の凹部２５と嵌合できるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、前記のトンネル軸方向の機械式連結構造を有する鋼製セグメントであって、かつ、その孔軸がトンネル軸方向になるように形成された係合孔１０とその軸線がトンネル軸方向になるように形成された係合突起１２とを有する連結板１１を、前記面材７，８のトンネル円周方向両端部で前記連結材９により保持される面に、前記係合孔１０が円周方向に隣接するセグメント側に突出するように固着するとともに、トンネル円周方向に連結すべき前記鋼製セグメントの面材端面同士をトンネル円周方向にずらして面接触させたうえ、トンネル軸方向に移動することにより、前記係合孔１０と前記係合突起１２とを連結すべき前記鋼製セグメントに固着した連結板１１の係合突起１２と係合孔１０とにそれぞれ嵌合できるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図を参照して説明する。図３は本発明の鋼製セグメントの連結構造における第１の実施形態を示す斜視図である。この実施形態の鋼製セグメントの連結構造は、トンネル円周方向の連結構造として、係合孔１０と係合突起１２を有する連結板１１が、面材７，８のトンネル円周方向両端部で連結材９により保持される面に、係合孔１０が円周方向に隣接するセグメント側に突出するように固着されている。またトンネル軸方向の連結構造として、面材７，８のトンネル軸方向一端部で連結材９により保持される面に、トンネル軸方向に隣接するセグメント側に凹部２５が突出するようにトンネル軸方向係合金具１３を固着し、面材７，８のトンネル軸方向他端部で連結材９により保持される面に、係止金具１５をヒンジ機構で支持した支持金具１４を固着している。
【００１０】
図３の鋼製セグメント一対を隣接し、トンネル軸方向から見た鋼製セグメントの連結部分を図６に示す。また図６の鋼製セグメントの連結部分をトンネル内空側から周方向に見た図を図７に示す。図６及び図７において、その孔軸がトンネル軸方向になるように形成された係合孔１０を有する連結板１１が、鋼製セグメント５及び鋼製セグメント６の面材である外側フランジ７及び内側フランジ８の連結材であるウェブ９で固定された面のトンネル円周方向端部で、かつ２つのウェブ９の間に固着されている。また連結板１１は鋼製セグメント５又は鋼製セグメント６のトンネル円周方向端部より円周方向に隣接する鋼製セグメント６又は鋼製セグメント５側に突出位置している。連結板１１の側面には、その軸線がトンネル軸方向になるように形成された係合突起１２が、外側フランジ７及び内側フランジ８の連結板１１が固着されている側に固着されている。
【００１１】
前記鋼製セグメント５をトンネル円周方向に隣接する鋼製セグメント６と連結するには、図７，図８，図９に示した順序で行なう。図８，図９は、図７と同様に鋼製セグメントの連結部分をトンネル内空側から周方向に見た図である。
まず図７に示すように一対の鋼製セグメントを、一方の鋼製セグメント５に固着された連結板の先端が、他方の鋼製セグメント６のウェブ９及び連結板１１に固着された嵌合突起１２にぶつからないようにして、この鋼製セグメント５をトンネル軸方向にずらした状態で、外側フランジ７及び内側フランジ８の円周方向端部同士がトンネル円周方向に接近するように配置する。
【００１２】
次に、図８に示すように、外側フランジ７及び内側フランジ８のトンネル円周方向端部同士が面接触するまで鋼製セグメント５をトンネル円周方向に鋼製セグメント６に接近させる。このとき鋼製セグメント５と鋼製セグメント６に固着されたそれぞれの連結板１１の係合突起１２と係合孔１０の軸線が揃う。
【００１３】
最後に図９に示すように、外側フランジ７及び内側フランジ８の円周方向端部同士をスライドさせながら、鋼製セグメント５をトンネル軸方向に移動させる。このとき、鋼製セグメント５及び鋼製セグメント６の外側フランジ７及び内側フランジ８のトンネル円周方向端部において、係合突起１２と係合孔１０が嵌り合うことにより、鋼製セグメント５及び鋼製セグメント６がトンネル円周方向に連結される。
本発明のトンネル円周方向の連結構造は、２つないしはそれ以上の個数の連結板１１の係合突起１２が係合孔１０にそれぞれ嵌合されているため、鋼製セグメントに発生する軸力に抵抗できるだけでなく曲げモーメントにも抵抗でき、大断面のシールドトンネルである場合およびその断面形状が、従来の円形のみならず楕円形、馬蹄形、矩形などの異形断面となり鋼製セグメントに作用する曲げモーメントが大きい場合に使用できる。なおこの鋼製セグメントの連結構造の場合は、連結板の板厚ｔ＝３０ｍｍで材質ＳＭ４９０材を使用しており、１組の連結板２６の引張耐力は５３０ｋＮ程度である。
【００１４】
本実施形態には図示していないが、前記トンネル円周方向に固着された連結板を、外側フランジならびに内側フランジ上のトンネル円周方向端部に追加及び設置位置変更を行なう連結方法も可能である。
【００１５】
図１０は、トンネル軸方向に隣接する鋼製セグメント５及び鋼製セグメント６の連結部をトンネル円周方向から見た図である。同図において、凹部２５を有するトンネル軸方向係合金具１３が、一方の鋼製セグメント５の外側フランジ７及び内側フランジ８の連結材であるウェブ９により保持されている面のトンネル軸方向端部に固着されている。また支持金具１４が、他方の鋼製セグメント６の外側フランジ７及び内側フランジ８の連結材であるウェブ９により保持されている面のトンネル軸方向端部に固着されている。前記トンネル軸方向係合金具１３はそれぞれ外側フランジ７及び内側フランジ８のトンネル軸方向に突出位置している。そのトンネル軸方向係合金具１３は、外側フランジ７及び内側フランジ８から係止金具１５が離れるように傾斜する係合誘導斜面１６を有するトンネル軸方向係合突起１７を有する。また前記支持金具１４は、孔軸がトンネル円周方向になるヒンジ孔１８及び板ばね１９を有する。板ばね１９には、係止金具１５を外側フランジ７又は内側フランジ８に押さえるため、押さえ金具２０が固着されている。さらにヒンジ孔１８、支持アーム２１、係止突起２２及び係止誘導斜面２３を有する係止金具１５と支持金具１４は、ヒンジ孔１８に挿入された支持ヒンジ２４によりヒンジ機構により支持される。係止誘導斜面２３は、外側フランジ６又は内側フランジ７から係止金具１５が離れるように傾斜している。
【００１６】
前記鋼製セグメント５と前記鋼製セグメント６をトンネル軸方向に連結するには、図１０，図１１，図１２に示した順序で行なう。図１１，図１２は図１０と同様にトンネル軸方向に隣接する鋼製セグメント５及び鋼製セグメント６の連結部をトンネル円周方向から見た図である。
まず図１０のように鋼製セグメント５をトンネル軸方向に移動させ、図１１のように係止金具１５の係止誘導斜面２３と、トンネル軸方向係合金具１３の係合誘導斜面１６が接触し、係止金具１５が支持ヒンジ２４を中心に、外側フランジ７又は内側フランジ８から離れるように回転する。
さらに鋼製セグメント５をトンネル軸方向に移動させると、図１２のように係止突起２２がトンネル軸方向係合金具１３の凹部２５に嵌合し、鋼製セグメント５が鋼製セグメント６とトンネル軸方向に連結される。板ばね１９は係止突起２２がトンネル軸方向係合突起１７に嵌合した後、係止金具１５が支持ヒンジ２４を中心に、外側フランジ７又は内側フランジ８から離れるように回転することを押さえるため、押さえ金具２０により係止金具１５を押さえるように設けられたものである。
図１３は、図１１，図１２に示した鋼製セグメントのトンネル軸方向の連結構造であり、トンネル半径方向から見た図である。係止突起２２をトンネル軸方向係合金具１３の凹部２５に嵌合した状態を示す。
【００１７】
また鋼製セグメント５のトンネル円周方向の移動はエレクター(図示せず)で行ない、トンネル軸方向への移動は推進ジャッキ(図示せず)の反力を利用するため、本発明の鋼製セグメントの連結構造には、ボルト締め付け作業が一切無くすべて機械的手段により、容易に鋼製セグメント５のトンネル円周方向及びトンネル軸方向の連結を行うことができる。
【００１８】
図４は本発明の鋼製セグメントの連結構造における参考形態を示す斜視図である。この実施形態の鋼製セグメントの連結構造は、トンネル円周方向の連結構造として機械式である連結板１１を用い、トンネル軸方向の連結構造として前記特開２０００−１４５３８５号公報により公表されている額縁材１及びボルトを用いたものである。
この実施形態では、鋼製セグメント５のトンネル円周方向の移動はエレクター(図示せず)で行なうもので、トンネル円周方向の連結には、ボルト締め付け作業が無く、機械的手段により及び容易に鋼製セグメント５のトンネル円周方向の連結を行うことができる。
【００１９】
図５は本発明の鋼製セグメントの連結構造における第２の実施形態を示す斜視図である。この実施形態の鋼製セグメントの連結構造は、トンネル軸方向の連結構造として機械式であるトンネル軸方向係合金具及び係止金具を用い、トンネル円周方向の連結構造として前記特開２０００−１４５３８５号公報により公表されている額縁材１ａ及びボルトを用いたものである。
この実施形態では、鋼製セグメント５のトンネル軸方向の移動は推進ジャッキ(図示せず)の反力を利用するもので、トンネル軸方向の連結にはボルト締め付け作業が無く機械的手段により、及び容易な動作で鋼製セグメント５のトンネル軸方向の連結を行うことができる。
【００２０】
本実施形態には図示していないが、一対のセグメントリングの連結方法が、千鳥組みまたは、所謂、いも継ぎ方法である場合も、前記トンネル軸方向連結箇所を、面板である外側フランジ７及び内側フランジ８の連結材であるウェブ９で固定された面のトンネル円周方向に、追加及び位置を変更するのみであり、一対のセグメントリングの連結方法は、本発明の効果になんら支障を与えるものではない。
【００２１】
なお鋼製セグメント接続部からの漏水を防止するためには、外側フランジ７及び内側フランジ８のトンネル円周方向端面ならびにトンネル軸方向端面に、シール材を設置するための溝を設けることもできる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による鋼製セグメントの連結構造は、トンネル円周方向の鋼製セグメントの連結に、機械式である連結板を用い、またトンネル軸方向の鋼製セグメントの連結に、機械式であるトンネル軸方向係合金具及び係止金具を用いる連結構造であるため、トンネル軸方向係合金具及び係止金具またはこれらと連結板との両方を用いることにより、多数のボルトをそれぞれ回転して締め付ける連結操作が少なく又は無くなり、シールド工法全体の工期短縮を図ることができる効果がある。
【００２３】
またトンネル円周方向の連結構造は、面板上の円周方向端部に固着された連結板により、係合突起と係合孔が嵌り合うことにより、鋼製セグメントに発生する曲げモーメントに抵抗でき、大断面のシールドトンネルである場合及びその断面形状が、従来の円形のみならず楕円形、馬蹄形、矩形などの異形断面となりセグメントに作用する曲げモーメントが大きい場合にも使用できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の鋼製セグメントの形態を示す斜視図である。
【図２】  従来の合成セグメントの形態を示す斜視図である。
【図３】  本発明の鋼製セグメントの連結構造の第１実施例を示す斜視図である。
【図４】  本発明の鋼製セグメントの連結構造の参考例を示す斜視図である。
【図５】  本発明の鋼製セグメントの連結構造の第２実施例を示す斜視図である。
【図６】  図３〜図５の鋼製セグメントのトンネル円周方向端部からみた一部断面で示す連結構造の側面図である。
【図７】  図３及び図４の鋼製セグメントの一対をトンネル円周方向に接近させた場合のトンネル円周方向端部の状態を示す一部省略平面図である。
【図８】  図３及び図４の鋼製セグメントの一対をトンネル円周方向外側フランジ及び内側フランジ端面同士を接触した場合の状態を示す一部省略平面図である。
【図９】  図３及び図４の鋼製セグメントをトンネル軸方向に移動し、係合突起を係合孔に嵌合した状態を示す一部省略側面図である。
【図１０】  図３及び図５の鋼製セグメントの一対をトンネル軸方向に接近させた場合のトンネル円周方向端部の状態を示す一部省略側面図である。
【図１１】  図３及び図５の鋼製セグメントの一対をトンネル軸方向に接触させた場合のトンネル円周方向端部の状態を示す一部省略側面図である。
【図１２】  図３及び図５の鋼製セグメントをトンネル軸方向に移動し、係止突起を係合突起に嵌合した状態を示す一部省略側面図である。
【図１３】  図３及び図５の鋼製セグメントをトンネル軸方向に移動し、係止突起を係合突起に嵌合した状態を示す一部省略平面図である。
【符号の説明】
１，１ａ  額縁材
２  ボルト孔
３  雄部
４  雌部
５，６  鋼製セグメント
７  面材(外側フランジ)
８  面材(内側フランジ)
９  連結材(ウェブ)
１０  係合孔
１１  連結板
１２  係合突起
１３  トンネル軸方向係合金具
１４  支持金具
１５  係止金具
１６  係合誘導斜面
１７  トンネル軸方向係合突起
１８  ヒンジ孔
１９  板ばね
２０  押え金具
２１  支持アーム
２２  係止突起
２３  係止誘導斜面
２４  支持ヒンジ
２５  凹部
２６  一組の連結板
【図１】
0004150156.tif 000002
【図２】
0004150156.tif 000003
【図３】
0004150156.tif 000004
【図４】
0004150156.tif 000005
【図５】
0004150156.tif 000006
【図６】
0004150156.tif 000007
【図７】
0004150156.tif 000008
【図８】
0004150156.tif 000009
【図９】
0004150156.tif 000010
【図１０】
0004150156.tif 000011
【図１１】
0004150156.tif 000012
【図１２】
0004150156.tif 000013
【図１３】
0004150156.tif 000014