(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
後続セグメントの前端面に突設した継手雄部材を先行セグメントの後端面に設けた継手雌部材に嵌入させて両セグメントを接続するセグメントの継手装置において、前記雄部材は、先端を含む前半側に穴を形成したロッドと、該ロッドの穴に後部側が挿入保持されると共に前半側が紡錘状に膨らんだ胴部を有するキーピンを具備して形成され、前記雌部材は、前記雄部材を挿入できる穴を具備した筒体であって、その穴内面の断面形状が、当該穴の深さ方向において入口から中間部までは、入口が最大内径でそこからテーパ状に径が小さくなった最小内径の中間部になり、かつ、当該中間部が前記ロッドを密に遊挿できる内面形状に形成されていると共に、この最小径の中間部から穴の底までは、前記ロッドの穴に前記キーピンが圧入されることにより外面が膨出した当該ロッドが密に嵌入される内面形状であって、その中間部分の内径が大きくその前後部は漸次内径が小さくなる穴を形成した筒体により形成したことを特徴とするセグメントの継手装置。
【請求項２】
雄部材のロッドの先端はほぼ球面に形成すると共に、雌部材の筒体の穴入口はその穴の内部側から逆テーパ状に拡開形成することにより、雄部材挿入時の調芯機能を持たせ、かつ、嵌入後は雌部材の筒体の穴入口において雄部材のロッドとの隙間が形成されるようにした請求項１のセグメントの継手装置。
【請求項３】
筒体の穴は、その入口に雌螺子を切り、その螺子を継手結合前におけるキャップ部材の取付け部として利用したり、セグメント取扱い時の工具装着部として利用できるようにした請求項１又は２のセグメントの継手装置。
【請求項４】
セグメントに埋設される雄部材及び／又は雌部材の周囲に緩衝材を設置することにより、「目違い」や「目開き」に対応すると共に、応力集中を緩和するようにした請求項１〜３のいずれかのセグメントの継手装置。
【請求項５】
キーピンが入るロッドの穴には、外部に通じた空気抜き孔を設けた請求項１〜４のいずれかのセグメントの継手装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地中に埋設されるセグメントの継手装置に関し、より具体的には、工具を使用せずにシールドマシン等による圧入操作だけで結合することを可能にした継手装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、トンネルや各種用途の地下隧道（以下、単にトンネルという）の建設においてセグメント工法が多用されている。セグメント工法では、トンネルの断面形状、並びに、トンネルの長さ方向に沿って分割形成されたセグメントを、シールドマシンでトンネル状に推進掘削される部位に当該マシンによって逐次セットしつつ、セットされた各セグメント同士を結合一体化してトンネル内壁を形成していく施工形態が採られるが、セグメントをトンネルの長さ方向で結合するための継手装置に問題がある。
【０００３】
即ち、最も一般的なセグメント結合のための継手装置は、ボルトとナットを用いて、隣合うセグメント同士を結合する型式のものであるが、ボルトとナットの取付けは人手による手作業による締結であるため、小径のトンネル内であると作業場所が狭い、或は、作業位置が大径トンネルの天井側だと高所作業になるという作業環境や安全性の問題、或は、手作業であるため作業効率の面で、シールド工法によるトンネル建設のネックとなっていた。
【０００４】
上記の問題点に鑑み、最近ではシールドマシンが具備したセグメントのセット用ジャッキの押圧力を利用して継手を結合させるようにした圧入式継手が提案され、一部実用にも供されている。圧入式継手では、セグメント同士のトンネルの長さ方向での結合が所定の結合力を以てなされるように、きわめて複雑な継手構造となっているものが大半であり、それ故に継手自体の価格が、ボルト，ナット継手のコストやその手作業における人件費ではカバーできない高価なものとなっており、この面で採用し難いという難点がある。
【０００５】
従来の圧入式継手が高価になる理由は、次の点にあると考えられる。
各セグメントはシールドマシンのセット用ジャッキによって逐次先行セグメントに後続セグメントが結合されつつセットされていくが、施工上の誤差などがあると、先行したセグメントの継手部材（雌部材）に後続セグメントの継手部材（雄部材）を結合させても、例えば両セグメントの間に「目開き」と称される間隙が生じると、前記継手が離れる方向にズレるおそれがある。従来の圧入式継手は、この「目開き」が生じても圧入した継手が抜けることがないように、例えば分割形式のクサビ部材と、ズレにより生じるクリアランスに対応して前記クサビ部材の機能を発揮させるために、バネを継手の雌部材側に内蔵させた構造を採っているものがある。しかし、継手の雌部材側にクサビ部材やバネを内蔵させると、それぞれの部材のコストが半端ではない上に、組立精度も要求されるため、これらが結局コストに反映されて圧入式継手自体の価格を押上げているからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のようなセグメント用の圧入式継手の問題点に鑑み、いたって簡潔な構造で十分な結合力が得られてせん断方向での拘束も大きく、また、簡潔な構造ゆえに容易かつ低コストで製造でき安価に供給することが可能なセグメント用の圧入式継手を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することを目的としてなされた本発明圧入式継手の構成は、後続セグメントの前端面に突設した継手雄部材を先行セグメントの後端面に設けた継手雌部材に嵌入させて両セグメントを接続するセグメントの継手装置において、前記雄部材は、先端を含む前半側に穴を形成したロッドと、該ロッドの穴に後部側が挿入保持されると共に前半側が紡錘状に膨らんだ胴部を有するキーピンを具備して形成され、前記雌部材は、前記雄部材を挿入できる穴を具備した筒体であって、その穴内面の断面形状が、当該穴の深さ方向において入口から中間部までは、入口が最大内径でそこからテーパ状に径が小さくなった最小内径の中間部になり、かつ、当該中間部が前記ロッドを密に遊挿できる内面形状に形成されていると共に、この最小径の中間部から穴の底までは、前記ロッドの穴に前記キーピンが圧入されることにより外面が膨出した当該ロッドが密に嵌入される内面形状であって、その中間部分の内径が大きくその前後部は漸次内径が小さくなる穴を形成した筒体により形成したことを特徴とするものである。
【０００８】
上記の本発明圧入式継手においては、雌，雄部材の後部に、これらの部材をセグメントに埋設するために異形棒鋼などによるアタッチメントを設けた構成とする。また、雄部材のロッドの先端を、ほぼ球面にすると共に、雌部材の筒体に設けた穴の入口を穴の内部から見て逆テーパ状に拡開形成することにより、雌部材との「目違い」やセグメントの「目開き」に対応し易く、調芯効果が得られる形態としている。更に、雌部材の筒体はその穴の入口に雌螺子を切り、その螺子を継手結合前におけるキャップ部材の取付け部として利用したり、セグメントの運搬，移動，組立てなどの取扱い時の工具装着部として利用できるように形成する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明継手の実施の形態例について、図を参照しつつ説明する。図１は本発明圧入式継手の雌，雄両部材の要部を説明するための断面図、図２は本発明継手の雌部材に雄部材が挿入される状態の断面図、図３は雌部材に雄部材が圧入された状態の断面図、図４は本発明継手をセグメントのリング継手部に適用した例の断面図、図５は雌部材に異形鋼棒によるアタッチメントを取付けた例の要部の断面図である。
【００１０】
図１〜図３において、Ｍは、本発明継手における雄部材で、丸鋼棒などにより形成したロッド１と、このロッド１の先端側に装備させた大略砲弾状をなすキーピン２とから形成されている。
【００１１】
ここで、上記ロッド１の前半部には先端側から断面円形のピン装着用の穴３（以下、ピン穴３という）が設けられ、前記キーピン２がその後部の円柱状部をゆるく挿入して装着できるように形成されている。また、ロッド１の先端は球面４に形成されている。
【００１２】
一方、キーピン２は、その後部2aが前記ロッド１のピン穴３に密に遊挿できる外形の円柱状に形成されているが、このピン２の前半側はその中間部分2bの外周がロッド１の外径よりは小さいがピン穴３の内径よりも大きい直径でほぼ紡錘状に膨出形成されており、この膨出部2bより前方部2cがテーパ状をなして細く形成されている。このピン２の後部2aと膨出した中間部2bまでの間は逆テーパ面2dで連続している。また、ピン２の先端は、截頭されて後部2aの外径とほぼ同等の径の平坦面2eに形成されている。なお、ピン２の先端を平坦面2eに形成するかどうかは任意である。
【００１３】
上記ロッド１の後部には、この雄部材ＭをセグメントＳに埋設して設けるために異形棒鋼などによる埋設アタッチメントAtが、ロッド１の後部に外嵌された形で設けられる（図４参照）。
【００１４】
一方、Ｆは本発明継手における雌部材で、ここでは鋼製筒体５を主要部材として形成されている。そして、この筒体５はその穴６（以下、結合穴６という）が、上記の雄部材Ｍを図２の状態を経て図３の状態に結合することにより、両部材Ｍ，Ｆを結合一体化するため、次のような断面形状に形成されている。
【００１５】
結合穴６は、上記ロッド１が所定通り嵌入されたとき、このロッド１における埋設アタッチメントAtの前端がこの穴６の入口に達する程度の穴の深さを有する。そしてこの穴６の内周面は、まず、深さ方向のほぼ中間部6a（やゝ底７寄り）を、前記ロッド１の外径Ａより僅かに大きい内径A′に形成し、この内径A′の中間部6aを最小径部とする。
【００１６】
上記の結合穴６において、中間部6aの手前側は、この穴６の入口6bを前記ロッド１の外径Ａよりも十分に大きい最大内径Ｂとし、この部に雌ネジ6cが設けられ、このネジ部6cの終端から中間部6aまでがテーパ面で連続している。
【００１７】
一方、結合穴６の前記中間部6aからこの穴６の底７までの穴の内面は、この部位の中間部分6dが、前記ロッド１における穴３の肉厚t1の値とキーピン２の最大外径部2bの直径t2の値を加算した値（２・t1＋t2）と同等乃至は僅かに大き目の内径Ｃに形成されている。即ち、中間部分6dの内径はＣ≒２・t1＋t2に形成される。そして、内径Ｃの部分6dと結合穴６の最小径A′の部位である中間部6aとが逆テーパ面6eで連続していると共に、内径Ｃの部分6dとこの穴６の底７の間は、ロッド１の外径Ａよりも小さい径に収斂するテーパ面6fに形成されている。
【００１８】
上記結合穴６における最小径A′の中間部6aより先端側、即ち、底７に近い側の内周面形状（上記の中間部分6dとこれを挟んだ逆テーパ面6eとテーパ面6fがなす穴６の内周面形状）は、上述の雄部材Ｍにおけるキーピン２の断面形状に倣った形状であり、従って、この部分の深さは、図１に示したロッド１のピン穴３から露出しているキーピン２の長さとほぼ同等かそれより少し小さい値である。なお、雌部材Ｆにおいては、底７に代え、図５に例示するように、セグメントＳに埋設するための異形棒鋼などによるアタッチメントAtを、螺着や嵌合構造などによって穴６の底部側に同軸上で設けることがある。
【００１９】
次に、上記のように形成された本発明圧入式継手の作用について説明する。
図１の雄部材Ｍは、そのままの姿勢で雌部材Ｆに挿入すると、雄部材Ｍにおける最大径部であるロッド１の外径Ａと雌部材Ｆの結合穴６における中間部6aに最小径A′がＡ＞A′の関係にあるので、図２の状態になるまでは格別な挿入力を要することなく、雌部材Ｆの穴６に雄部材Ｍのピン２を装着したロッド１を挿入できる。この挿入状態でロッド１のピン２の先端2eは筒体５の結合穴６の底７に当接する。
【００２０】
図２の状態の雄部材Ｍに、更に結合穴６の底７に向う押込み圧力をかけると、ロッド１における先端側、つまりこのロッド１のピン穴３の外周壁は、ピン２の先端2eが既に底７に当接しているので、ピン２は変位できず、従って、ピン穴３の周壁は不動のピン２の逆テーパ面2dと結合穴６の逆テーパ面6eにより内外両面から作用を受けて変形されつつ、結合穴６のこの部分の内面とピン２の外面の間に存在する空隙内部に押込まれる。この挙動は、ピン２の逆テーパ面2dの部分が、このロッド１のピン穴３に圧入されることを意味する。なお、ピン２のピン穴３への圧入を円滑にするため、図には示さないが、この穴３の底を外部に連通するための空気孔を設ける。
【００２１】
更に、押込み圧力がロッド１に作用すると、該ロッド１の結合穴６の内奥への変形しつつの進入と、ピン２のピン穴３内への圧入が更に進行し、遂には図３の状態になって、両部材Ｍ，Ｆの結合は完了する。
【００２２】
本発明継手において雌，雄部材Ｍ，Ｆが図３の状態に結合されると、ロッド１のピン穴３の中にピン２がほぼ完全に圧入されてしまい、これによってロッド１の外面が膨らんだ部分は、筒体５の結合穴６における最小径部である中間部6aより奥に位置し、かつ、該中間部6aの内径よりも十分に大径であるから、雄部材Ｍは雌部材Ｆに強固に結合されることになるのである。因みに、穴６の底７の近くがロッド１の外径Ａよりも小さい径に収斂するテーパ面6fに形成されていることにより、ピン２がピン穴３の中に圧入されて膨出するロッド１のこの膨出部位を、その膨出を許容してよく抱持することができ、強固な結合力を発現する。
【００２３】
また、本発明継手の雌，雄部材Ｍ，ＦをセグメントＳに埋設するとき、図４に例示したように、雌，雄部材Ｍ，Ｆの一方又は双方に、一例として合成ゴム製などの緩衝材Q1，Q2を巻いておけば、「目違い」や「目開き」に対応できると共に、応力集中の緩和を図ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明圧入式継手は以上の通りであって、継手を構成する雄部材は鋼棒等によるロッドとそのロッドに明けた穴に装着した中膨らみの砲弾状のピンで形成される一方、雌部材は、肉厚鋼管の穴の内面を必要な断面形状に内面旋削したり、鋼棒の中心をフライス等により前記断面形状の穴に刳り貫いて形成した筒体により形成されるので、これらの部材以外のクサビやスプリング等の後付け部品を全く必要とせず、従って、至って簡単な構造であるから、容易かつ低コストで供給できるという利点がある。
【００２５】
また、本発明圧入式継手は、雄部材と雌部材に与えた断面形状によって極めて高い結合力が得られるので、セグメント工法におけるセグメントのトンネルの長さ方向での接続を行うための継手としてきわめて有用である。
【００２６】
更に、本発明圧入式継手では、大きな結合力が得られるのでセグメント「目開き」に対応できることは無論のこと、雌部材の穴の入口を最大径に形成すると共に、雄部材のロッド先端を球面にして「目違い」にも対応できるようにしたので、簡単な構造であっても十分に実用上必要な機能をも発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明圧入式継手の雌，雄両部材の要部を説明するための断面図。
【図２】本発明継手の雌部材に雄部材が挿入される状態の断面図。
【図３】雌部材に雄部材が圧入された状態の断面図。
【図４】本発明継手をセグメントのリング継手部に適用した例の断面図。
【図５】雌部材に異形鋼棒によるアタッチメントを設けた例の要部の断面図。
【符号の説明】
Ｍ    雄部材
１    雄部材のロッド
２    キーピン
2a    ピンの後部
2b    ピンの中間部
2c    ピンの前方部
2d    ピンのテーパ面
2e    ピン先端の平坦面
３    ピン穴
４    球面
Ｆ    雌部材
５    雌部材の筒体
６    筒体の結合穴
6a    結合穴の中間部
6b    結合穴の入口
6c    結合穴の雌ネジ
6d    結合穴の中間部分
6e    結合穴の逆テーパ面
6f    結合穴のテーパ面
７    底
At    アタッチメント
Ｓ  セグメント
【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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