(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の覆工体の一部をなすセグメントであって、
前記覆工体の円周方向両側を向いた一対の第一衝合面及び前記覆工体の軸方向両側を向いた一対の第二衝合面を有し、
前記各第二衝合面はそれぞれ円周方向中間にあって軸方向に互いに対称な凹面部及びその両側の凸面部が段差部を介して形成された起伏形状を呈し、
前記凹面部は円周方向に隣接した一対のセグメントの互いに衝合した凸面部と嵌合可能であり、
前記嵌合時に互いに衝合される前記段差部のうちの一方に、支持凹部と、この支持凹部に突没自在に支持された係合突起と、この係合突起を前記支持凹部から常時突出する方向に付勢する弾性体が設けられ、
前記嵌合時に互いに衝合される前記段差部のうちの他方に前記支持凹部と対応する係合凹部が設けられたことを特徴とする掘削壁覆工用セグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法によって掘削されるトンネル等の坑内壁の一次覆工や、あるいは立坑の土留め壁として使用されるセグメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法によるトンネルの施工は、図８に示すように、シールド掘進機によって行われる。シールド掘進機は、基本的には略円筒形のシールドフレーム１の掘進方向前端で円盤状のカッタヘッド２を回転させることによって地盤Ｇを掘削し、これによって発生した掘削土（ズリ）Ｇ’を、カッタヘッド２に形成されたスリットからその背面のチャンバ３内に導入して、カッタヘッド２の回転に伴って撹拌し、このチャンバ３から後方へ延在されたスクリュコンベア４を介して排土ゲート５に連続的に搬送し、更にそこから適宜搬送手段を介して地上へ排出するようになっている。また、シールドフレーム１の掘進方向後端では、掘削された坑内壁に、図示されていないエレクタによって複数のセグメント８Ｓで円筒状の覆工体８を組み立て、これによって、土圧に耐えるための一次覆工を施している。
【０００３】
そして、このセグメント８Ｓで覆工体８を例えば１リング分だけ組み立てたら、この覆工体８の前端に推進用油圧ジャッキ６を当てて押圧することによって、その反力でシールド掘進機を前記１リング分の軸方向幅に相当する一定距離だけ掘進してから、次の１リング分だけ覆工体８の組み立てを行うといった行程のサイクルが繰り返される。
【０００４】
各セグメント８Ｓは、例えば図９に示すように、円筒状の覆工体８の周壁の一部をなす円弧状に湾曲した鋳鉄又はコンクリート板からなり、前記覆工体８の軸方向に対して隣接するセグメント８Ｓ，８Ｓ，・・・ 同士は軸方向に反復的に起伏した凹凸形状の衝合面８１において互いに嵌合状態に衝合し、前記覆工体８の円周方向に対して隣接するセグメント８Ｓ，８Ｓ，・・・ 同士は前記覆工体８の軸心を通る平面に対して一定角度で傾斜した衝合面８２において互いに衝合している。また、前記軸方向に対して隣接するセグメント８Ｓ，８Ｓ，・・・ 同士は、それぞれ複数のボルト８３を介して互いに連結される（例えば特開昭５１−７８０３７号公報等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術によれば、覆工体８の軸方向に対して隣接するセグメント８Ｓ，８Ｓ，・・・ 同士が軸方向に反復的に起伏した凹凸形状の衝合面８１において互いに嵌合される形状としたことによって、円周方向に対する結合力が得られるので、ボルト８３による連結作業が少なくて済むようになっているものである。しかしながら、セグメント８Ｓを新設して組み立てる度に、互いの連結部に複数のボルト８３を挿通して締結するといった作業は依然として必要であり、このため、覆工体８の組立工程は依然として煩雑で時間のかかるものであった。
【０００６】
本発明は、上記のような事情のもとになされたもので、その技術的課題とするところは、ボルトの挿入・締結によるセグメントの連結作業をなくすことによってトンネルの一次覆工工程を迅速に行い、トンネル施工の工期を短縮することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題は、本発明によって有効に解決することができる。
すなわち本発明は、円筒状の覆工体の一部をなすセグメントにおいて、覆工体の円周方向両側を向いた一対の第一衝合面及び前記覆工体の軸方向両側を向いた一対の第二衝合面を有し、前記各第二衝合面はそれぞれ円周方向中間にあって軸方向に互いに対称な凹面部及びその両側の凸面部が段差部を介して形成された起伏形状を呈し、前記凹面部は円周方向に隣接した一対のセグメントの互いに衝合した凸面部と嵌合可能となっている。そして、前記凸面部と凹面部との嵌合状態において互いに衝合される前記段差部のうちの一方に、支持凹部と、この支持凹部に突没自在に支持された係合突起と、この係合突起を前記支持凹部から常時突出する方向に付勢する弾性体が設けられ、前記段差部のうちの他方に前記支持凹部と対応する係合凹部が設けられたものである。
【０００８】
上記構成によれば、第一衝合面同士が衝合した状態で円周方向に隣接した一対のセグメントの互いに衝合した凸面部に、軸方向一側から他のセグメントの第二衝合面における凹面部を嵌合させると、一方のセグメントの第二衝合面における段差部に設けられた係合突起が、他方のセグメントの第二衝合面における段差部との干渉によって支持凹部内にいったん没入され、前記凸面部と凹面部が完全に嵌合状態になった時点で、支持凹部内の係合突起が弾性体の付勢力によって前記係合凹部内に突出して係合状態になり、これによって双方のセグメントが互いに結合される。また、この結合状態では、前記凸面部と凹面部の嵌合によって、双方のセグメントは円周方向に対しても互いに固定される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明に係る掘削壁覆工用セグメントの典型的な実施形態を示すものであり、図３はこのセグメントによって円筒状の覆工体１０を組み立てる過程を示すものである。図１に示すセグメント１０ＳA と、図２に示すセグメント１０ＳB とは、後述するように、支持凹部１６に支持された係合ピン１７と係合凹部１５の位置関係が相違するものである。
【００１０】
セグメント１０ＳA ，１０ＳB は、円筒状を呈する覆工体１０の周壁の一部をなす一定の曲率で湾曲したコンクリート成形体からなり、前記覆工体１０の円周方向両側を向いた一対の第一衝合面１１，１２及び前記覆工体１０の軸方向両側を向いた一対の第二衝合面１３，１４を有する。第一衝合面１１，１２は、覆工体１０の軸心（円筒中心線）を通る平面を対称面として互いに対称に傾斜しており、第二衝合面１３，１４はそれぞれ、円周方向中間にあって前記軸心と直交する平面を対称面として互いに対称な凹面部１３１，１４１と、その円周方向両側の凸面部１３２，１３３，１４２，１４３を有する起伏形状を呈する。
【００１１】
一方の第二衝合面１３における凹面部１３１とその両側の凸面部１３２，１３３との間には、それぞれ前記軸心を通る平面を対称面として互いに対称かつ軸方向外側へ向けて開く方向に傾斜した段差部１３４，１３５が形成され、同様に、他方の第二衝合面１３における凹面部１４１とその両側の凸面部１４２，１４３との間には、それぞれ段差部１３４，１３５と対称に傾斜した段差部１４４，１４５が形成されている。
【００１２】
第二衝合面１３，１４における凹面部１３１，１４１の円周方向の幅Ｗ1 は、前記第二衝合面１３，１４の円周方向の幅の和の１／４に相当し、言い換えれば凸面部１３２（１３３）の円周方向の幅Ｗ2 と凸面部１４２（１４３）の円周方向の幅Ｗ3 との和に等しい。また、先に述べたように段差部１３４，１３５，１４４，１４５は互いに対称な傾斜面をなし、その段差の高さＨも互いに等しい。このため図３に示すように、一方の第二衝合面１３における凹面部１３１には、円周方向に互いに隣接している他の一対のセグメント１０ＳA ，１０ＳB の凸面部１３２，１４２が嵌合可能であり、他方の第二衝合面１４における凹面部１４１には、円周方向に互いに隣接している他の一対のセグメント１０ＳA ，１０ＳB の凸面部１３３，１４３が嵌合可能となっている。
【００１３】
図１に示すセグメント１０ＳA は、第二衝合面１４における段差部１４４，１４５の互いに対応する位置に、それぞれ覆工体１０の円周に対するほぼ接線方向に延びる支持凹部１５が形成され、またその反対側の第二衝合面１３における段差部１３４，１３５の互いに対応する位置であって前記支持凹部１５と対応する位置に、それぞれ覆工体１０の円周に対するほぼ接線方向に延びる係合凹部１６が形成され、これら支持凹部１５及び係合凹部１６は、セグメント１０ＳA の成形の際に埋設された有底円筒状のインサート金具からなる。各支持凹部１５には前記係合凹部１６に挿入可能な係合ピン１７が突没自在に支持されると共に、この係合ピン１７を常時突出する方向に付勢するバネ（コイルスプリング）１８が内蔵されている。
【００１４】
これに対し、図２に示すセグメント１０ＳB は、上記セグメント１０ＳA とは逆に、係合ピン１７が突没自在に支持されると共にこの係合ピン１７を常時突出する方向に付勢するバネ１８が内蔵された支持凹部１５が、第二衝合面１３における段差部１３４，１３５に形成され、係合凹部１６が第二衝合面１４における段差部１４４，１４５に形成されている。
【００１５】
図３に示すように、覆工体１０はその軸方向各段１０n ，１０n+1 ，１０n+2 ，・・・ 毎にセグメント１０ＳA ，１０ＳB が円周方向交互に配置されている。またセグメント１０ＳA ，１０ＳB は、円周方向両側の第一衝合面１１，１２が覆工体１０の軸心（円筒中心線）を通る平面を対称面として互いに対称な傾斜面をなすため、軸方向に対して互いに逆向きに配置され、これによって、円周方向に互いに隣接するセグメント１０ＳA ，１０ＳB は、第一衝合面１１，１１同士及び第一衝合面１２，１２同士で衝合している。またこのため、セグメント１０ＳA は第二衝合面１３側が先端を向いた状態にあり、セグメント１０ＳB は逆に第二衝合面１４側が先端を向いた状態にあり、言い換えればセグメント１０ＳA ，１０ＳB は、いずれも係合凹部１６を有する側が先端を向くように組み付けられる。
【００１６】
また、例えば１０n+1 段目において互いに隣接するセグメント１０ＳA の凸面部１４２とセグメント１０ＳB の凸面部１３２は、１０n 段目におけるセグメント１０ＳA の凹面部１３１と嵌合されている。同様に、１０n+1 段目において互いに隣接するセグメント１０ＳA の凸面部１３２とセグメント１０ＳB の凸面部１４２は、１０n+2 段目におけるセグメント１０ＳB の凹面部１３１と嵌合され、１０n+1 段目において互いに隣接するセグメント１０ＳA の凸面部１４３とセグメント１０ＳB の凸面部１３３は、１０n 段目のリングにおけるセグメント１０ＳB の凹面部１４１と嵌合され、１０n+1 段目において互いに隣接するセグメント１０ＳA の凸面部１３３とセグメント１０ＳB の凸面部１４３は、１０n+2 段目におけるセグメント１０ＳA の凹面部１４１と嵌合されている。
【００１７】
この実施形態においては、シールド掘進機（図８参照）の後端部に位置する覆工体１０の最先端にある既設セグメント１０ＳA ，１０ＳB は、上述した理由から、係合凹部１６を有する側が先端を向くように取り付けられている。したがって、覆工体１０の先端に、前記シールド掘進機のエレクタによってセグメント１０ＳA ，１０ＳB を新設して組み立てるには、これらの新設セグメント１０ＳA ，１０ＳB は、その第二衝合面１３，１４のうち係合ピン１７を有する側を覆工体１０の先端の第二衝合面１３，１４と嵌合するように軸方向に押し付ければ良い。
【００１８】
図４は、覆工体１０の先端に新設セグメント１０ＳB を結合する過程を部分的に示すものである。まず（Ａ）においては、新設セグメント１０ＳB の第二衝合面１３における段差部１３５に設けられた係合ピン１７が覆工体１０の先端と未干渉であって、バネ１８の付勢力によって支持凹部１５から最も突出した状態にある。新設セグメント１０ＳB の第二衝合面１３における凹面部１３１は、覆工体１０の先端において互いに円周方向に隣接した既設セグメント１０ＳA の凸面部１３３及び既設セグメント１０ＳB の凸面部１４３と軸方向に対向されている。
【００１９】
この状態から新設セグメント１０ＳB を覆工体１０側へ軸方向に移動させて行くと、図４（Ｂ）に示すように、係合ピン１７が覆工体１０の先端における既設セグメント１０ＳA の傾斜面状の段差部１３５と干渉し摺動することによって、バネ１８の付勢力に抗して支持凹部１５に没入されて行く。そして、図４（Ｃ）に示すように、新設セグメント１０ＳB の凹面部１３１が、既設セグメント１０ＳA の凸面部１３３及び既設セグメント１０ＳB の凸面部１４３と完全に嵌合され、段差部１３５，１３５同士が互いに衝合する位置まで新設セグメント１０ＳB が軸方向移動されると、この時点で前記係合ピン１７が、既設セグメント１０ＳA 側の係合凹部１６と対応する位置に達するため、圧縮状態にあるバネ１８の付勢力によって前記係合凹部１６に挿入されて係合状態となる。そしてこれによって新設セグメント１０ＳB は、その第二衝合面１３における凹面部１３１が円周方向に互いに隣接した既設セグメント１０ＳA ，１０ＳB の凸面部１３３，１４３と嵌合した状態で互いに連結される。
【００２０】
図４は新設セグメント１０ＳB を結合する過程を例示したが、覆工体１０の先端に新設セグメント１０ＳA を結合する過程も全く同様である。
【００２１】
図５及び図６は、本発明に係る他の実施形態を示すものである。このうち図５に示すセグメント１０ＳC は、係合ピン１７が突没自在に支持されると共にこの係合ピン１７を常時突出する方向に付勢するバネ１８が内蔵された支持凹部１５が、第二衝合面１３，１４の全ての段差部１３４，１３５，１４４，１４５に設けられたものであり、図６に示すセグメント１０ＳD は、前記係合ピン１７の係合相手である係合凹部１６が、第二衝合面１３，１４の全ての段差部１３４，１３５，１４４，１４５に設けられたものである。
【００２２】
この実施形態においては、覆工体１０の軸方向に対してはセグメント１０ＳC とセグメント１０ＳD が交互に配置されると共に、円周方向に対しては同一種類のセグメント、すなわちセグメント１０ＳC のみ、又はセグメント１０ＳD のみが配置されることになる。
【００２３】
また、各セグメントの係合手段としては、上述のような係合ピン１７と係合凹部１６とによるもののほか、例えば図７に示すように、支持凹部１９に、軸２０を中心に揺動可能に設けられてバネ１８により前記支持凹部１９から常時突出する方向に付勢された片持ち状の係合片２１が、相手段差部の係合凹部２２と係合される構成とすることができる。
【００２４】
この構成によるセグメントの結合過程は、先に説明した図４とほぼ同様であって、すなわちまず図７（Ａ）の未結合状態においては、新設セグメント側の係合片２１がバネ１８の付勢力によって支持凹部１９から最も突出した状態にある。そしてこの状態から新設セグメントを覆工体１０側へ軸方向に移動させて行くと、図７（Ｂ）に示すように、係合片２１は、覆工体１０の先端の既設セグメントの段差部と干渉し摺動することによって、バネ１８の付勢力に抗して支持凹部１９への没入方向に角変位される過程を経て、図７（Ｃ）に示すように、新設セグメントの第二衝合面が、覆工体１０側の相手衝合面に嵌合状態となった時点で、係合片２１が、相手側の係合凹部２２と係合状態となる。
【００２５】
その他、係合手段の形状等は種々のものが考えられ、例えばバネ１８は、板バネやゴム等の他の弾性体に代えても良い。また、上述の各実施形態は、シールドトンネルの一次覆工用として説明したが、例えば立坑の内周壁面の土留め壁として使用されるものについても同様に構成することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によると、覆工体の先端にセグメントを新設して組み立てる際に、この新設セグメントを複数のボルトの挿通・締結により覆工体の既設セグメントに連結する必要がなく、前記既設セグメントに嵌合するだけで自動的に連結されるため、トンネル等の内周掘削面の覆工工程が迅速に行われ、工期を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の典型的な実施形態におけるセグメント１０ＳA を単体で示す説明図である。
【図２】上記実施形態におけるセグメント１０ＳB を単体で示す説明図である。
【図３】上記実施形態のセグメント１０ＳA ，１０ＳB による覆工体１０の組立過程を部分的に示す説明図である。
【図４】上記実施形態による組立過程において、覆工体１０側の係合凹部１６と新設セグメント１０ＳB 側の係合ピン１７の係合動作を示す説明図である。
【図５】本発明の典型的な他の実施形態におけるセグメント１０ＳC を単体で示す説明図である。
【図６】上記他の実施形態におけるセグメント１０ＳD を単体で示す説明図である。
【図７】本発明の第三の実施形態として、覆工体１０側の係合凹部２２と新設セグメント側の係合片２１の係合動作を示す説明図である。
【図８】シールド工法によるトンネルの施工状況を概略的に示す説明図である。
【図９】従来のセグメントによる覆工体の組立形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  覆工体
１０ＳA ，１０ＳB ，１０ＳC ，１０ＳD   セグメント
１１，１２  第一衝合面
１３，１４  第二衝合面
１３１，１４１  凹面部
１３２，１３３，１４２，１４３  凸面部
１３４，１３５，１４４，１４５  段差部
１５，１９  支持凹部
１６，２２  係合凹部
１７  係合ピン（係合突起）
１８  バネ
２１  係合片（係合突起）
【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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