(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルを形成する複数のセグメントの境界面をボルトで締結するために、そのセグメントに設けられた箱穴にナットを保持および回転させるナットランナーを挿入してボルトにナットを螺合させるときのボルト締結機構であって、
上記ナットランナーに設けられ、トンネルの構築に使用する最大のボルトに適合するナットを保持することができるソケットと、
そのソケットに装着され、上記ボルトよりも小さいボルトに適合するナットを保持することができる矩形孔を有するサイズ可変金具と、
を備えたことを特徴とするボルト締結機構。
【請求項２】
上記ソケットの奥部に上記ナットを引き寄せる磁石を設け、その磁石のボルト軸方向の長さにより、上記ソケットに保持される上記ナットの位置を調節する、請求項１に記載のボルト締結機構。
【請求項３】
上記箱穴と対峙する箱穴にボルトを保持するボルトホルダーを挿入する場合にも、上記ソケットおよび上記サイズ可変金具を使用する、請求項１または請求項２に記載のボルト締結機構。
【請求項４】
トンネルを形成する複数のセグメントの境界面をボルトで締結するために、そのセグメントに設けられた箱穴にナットを保持および回転させるナットランナーを挿入してボルトにナットを螺合させるときのボルト締結機構であって、
上記ナットランナーに設けられ、トンネルの構築に使用する最大のボルトに適合するナットを保持することができるソケットと、
上記ナットと外形が同一で、上記ボルトよりも小さいボルトに螺合することができるタップ孔を有するサイズ可変ナットと、
を備えたことを特徴とするボルト締結機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法においてセグメント間を締結するときに使用されるボルト締結機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法とは、前面に切羽を有するシールド掘進機を地中に推進させ、周囲の地盤の崩壊を防ぎながら、その内部で安全に掘削、覆工作業を行いつつトンネルを構築する工法である。トンネルとなる部分は、その周方向にセグメントと呼ばれる複数のピースに分割されており、セグメント自動組立ロボットにより組み立てられる。また、組み立てたセグメントが落ちたり、ずれたりしないように、各セグメント間は、セグメント自動組立ロボットに搭載されたボルト締結機によりボルトで締結される。
【０００３】
ここで、図３はセグメントのボルト締結面に対して垂直な面でセグメントを切断したときの断面図である。この図に示すように、セグメント間は、ボルト締結機の先端であってナットをボルトに螺合させるナットランナーにより締結される。セグメントには、ナットランナーを挿入するための箱穴が形成されており、その箱穴のボルト締結面には、セグメントを組み立てたときにボルトが貫通できるようにボルト孔が穿孔されている。また、ボルトは、締結前から破線で示すように一方のセグメントの箱穴にセットされており、締結時には、箱穴に送気される圧縮空気によりボルト孔を貫通するようになっている。なお、図示していないが、ナットランナーの挿入される箱穴と対峙する箱穴（図では圧縮空気が送気される箱穴）に、圧縮空気を送気する代わりにボルト締結機の先端に設けられたボルトホルダーを挿入し、ボルトホルダーとナットランナーとでボルトおよびナットを挟持して螺合させる場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにボルト締結機は、セグメント自動組立ロボットに搭載されるものであるため、軽量化・省スペース化が要望される。また、セグメントの箱穴をできるだけ小さくしたいという要望もある。これは、ボルト締結後に箱穴をコンクリートで埋め込むなどの後処理を施さなければならないこと、セグメント内には鉄筋が配筋されていること、などの関係から要望されることである。したがって、必然的にナットランナーを小型化・簡易化しなければならない。
【０００５】
一方、セグメントの締結に使用されるボルトは、できるだけ統一したサイズのものを使用するようにしているが、トンネルの構築される堆積層や地上構造物などの関係でトンネルに負荷される土圧が異なり、どうしても一部サイズが異なるものを使用せざるを得ない場合がある。かかる場合には、ナットランナーのソケットをボルトのサイズに合わせて交換すればよいが、上述したように、ボルト締結機はかなり小型化・簡易化されており、ソケットを交換することができない状況である。したがって、ボルトのサイズの異なる場合には、（１）手動でボルトを締結する、（２）ボルト締結機自体を交換する、のいずれかの手段を採用しなければならなかった。
【０００６】
しかし、（１）の手段では、狭い場所に足場を設置しなければならず、危険作業であった。また、大きいトンネルでは手が届かない場合もある。（２）の手段では、費用が嵩んでしまう、使用していないボルト締結機を保管する場所を確保しなければならない、複数のボルトサイズを使用する場合にはその分だけボルト締結機を用意しなければならない、などの問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、ボルトサイズが異なっていても１つのボルト締結機でセグメント間を締結することができるボルト締結機構を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、トンネルを形成する複数のセグメントの境界面をボルトで締結するために、そのセグメントに設けられた箱穴にナットを保持および回転させるナットランナーを挿入してボルトにナットを螺合させるときのボルト締結機構であって、上記ナットランナーに設けられ、トンネルの構築に使用する最大のボルトに適合するナットを保持することができるソケットと、そのソケットに装着され、上記ボルトよりも小さいボルトに適合するナットを保持することができる矩形孔を有するサイズ可変金具と、を備えたことを特徴とするボルト締結機構が提供される。また、上記ソケットの奥部に上記ナットを引き寄せる磁石を設け、その磁石のボルト軸方向の長さにより、上記ソケットに保持される上記ナットの位置を調節するようにしてもよく、さらに、上記箱穴と対峙する箱穴にボルトホルダーを挿入する場合にも、上記ソケットおよび上記サイズ可変金具を使用してもよい。
【０００９】
上述した本発明の構成によれば、セグメント間を締結するボルトサイズが変わっても、サイズ可変金具を装着するだけで対処することができ、１つのボルト締結機ですべてのセグメント間を締結することができ、足場を設置する必要もない。また、上記磁石により、確実にナットを保持・回転することができ、強固にナットをボルトに螺合させることができる。さらに、上記ソケットおよび上記サイズ可変金具をボルトホルダーに適用することもできる。
【００１０】
さらに、本発明によれば、トンネルを形成する複数のセグメントの境界面をボルトで締結するために、そのセグメントに設けられた箱穴にナットを保持および回転させるナットランナーを挿入してボルトにナットを螺合させるときのボルト締結機構であって、上記ナットランナーに設けられ、トンネルの構築に使用する使用する最大のボルトに適合するナットを保持することができるソケットと、上記ナットと外形が同一で、上記ボルトよりも小さいボルトに螺合することができるタップ孔を有するサイズ可変ナットと、を備えたことを特徴とするボルト締結機構が提供される。
【００１１】
上述した本発明の構成によれば、セグメント間を締結するボルトサイズが変わっても、ナットをサイズ可変ナットに変更するだけで対処することができ、１つのボルト締結機ですべてのセグメント間を締結することができ、足場を設置する必要もない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図１および図２を参照して説明する。
図１は、本発明のボルト締結機構を示す実施の形態であり、サイズ可変金具を使用したものである。図１において、（Ａ）は最大のボルトに適合するナットを螺合する場合を示し、（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図であり、（Ｃ）は最大のボルトよりも小さいボルトに適合するナットを螺合する場合を示し、（Ｄ）は図１（Ｃ）におけるＤ−Ｄ矢視断面図である。なお、図１（Ｂ），（Ｄ）においてボルトの図は省略している。
【００１３】
この図に示すように、本発明のボルト締結機構は、ボルト締結機のナットランナーに設けられ（図３参照）、トンネルの構築に使用する最大のボルト１ａに適合するナット２ａを保持することができるソケット３と、そのソケット３に装着され、最大のボルト１ａよりも小さいボルト１ｂに適合するナット２ｂを保持することができる矩形孔を有するサイズ可変金具４と、を備えたものである。
【００１４】
例えば、トンネルの大部分をＪＩＳ規格表示でＭ４２のボルトを使用し、その一部分においてのみＪＩＳ規格表示でＭ３６のボルトを使用する場合について説明する。この場合、図１（Ａ），（Ｂ）がＭ４２のボルト１ａを使用する場合の図、図１（Ｃ），（Ｄ）がＭ３６のボルト１ｂを使用する場合の図であると見做すことができる。そして、図１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、Ｍ４２のボルト１ａにはＭ４２のナット２ａ、Ｍ３６のボルト１ｂにはＭ３６のナット２ｂを使用している。このとき、トンネルの構築に使用する最大のボルトサイズがＭ４２であるから、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、ナットランナーのソケット３には、Ｍ４２のナット２ａに密着して嵌合する最適なものを使用している。また、このソケット３の奥部にはナット２ａを引き寄せるためにリング形状の磁石５が設けられている。このソケット３を使用して、そのままＭ３６のナット２ｂを保持・回転させようとしても、直径差が６ｍｍもあるため、ナット２ｂを保持・回転させることができない。そこで、この隙間（直径差）を埋めるためにサイズ可変金具４を使用する。このサイズ可変金具４は、ナット２ｂを回転させるときのトルクに耐えられる強度を持った部材であって、例えば焼き入れなどにより表面硬化されたものである。また、このサイズ可変金具４は、一端にフランジ部４ｆを有する中空の角柱（通常六角柱）形状を有しており、その外周面はソケット３の内周面に密着し、内周面はＭ３６のナット２ｂを保持するのに最適な形状になっている。さらに、フランジ部４ｆには、サイズ可変金具４をソケット３に装着するための単数または複数のボルト孔が穿孔されており、止めボルト６により固着されるようになっている。したがって、セグメント間を締結するボルトサイズが変わっても、サイズ可変金具４を装着するだけで対処することができ、１つのボルト締結機ですべてのセグメント間を締結することができ、足場を設置する必要もない。なお、Ｍ３６のナット２ｂを螺合させる場合には、Ｍ４２のナット２ａと比較して高さが低いため、そのままではＭ３６のナット２ｂをボルト１ｂに強固に螺合させることができない恐れもある。そのような場合には、上述した磁石５のボルト軸方向の長さにより、ソケット３に保持されるナット２ｂの位置を調節するようにすればよい。もちろん、磁石５のさらに奥にスペーサ（図示せず）を挿入してナット２ｂの位置を調節するようにしてもよい。
【００１５】
上述した本発明の実施の形態の説明では、ナットランナーの場合について説明したが、ボルト締結時にボルトホルダーを使用する場合には、そのボルトホルダーに上述したソケット３およびサイズ可変金具４を使用するようにしてもよい。ナットランナーとボルトホルダーとは、ボルトまたはナットを保持することに関しては同一のものだからである。
【００１６】
図２は、本発明のボルト締結機構を示す他の実施の形態であり、サイズ可変ナットを使用したものである。図２において、（Ａ）は最大のボルトに適合するナットを螺合する場合を示し、（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図であり、（Ｃ）は最大のボルトよりも小さいボルトに適合するナットを螺合する場合を示し、（Ｄ）は図２（Ｃ）におけるＤ−Ｄ矢視断面図である。なお、図２（Ｂ），（Ｄ）においてボルトの図は省略している。
【００１７】
この図に示すように、本発明のボルト締結機構は、ボルト締結機のナットランナーに設けられ（図３参照）、使用する最大のボルト７ａに適合するナット８ａを保持することができるソケット９と、そのナット８ａと外形が同一で、最大のボルト７ａよりも小さいボルト７ｂに螺合することができるタップ孔８ｔを有するサイズ可変ナット８ｂと、を備えたものである。
【００１８】
例えば、トンネルの大部分をＪＩＳ規格表示でＭ４２のボルトを使用し、その一部分においてのみＪＩＳ規格表示でＭ３６のボルトを使用する場合について説明する。この場合、図２（Ａ），（Ｂ）がＭ４２のボルト７ａを使用する場合の図、図２（Ｃ），（Ｄ）がＭ３６のボルト７ｂを使用する場合の図であると見做すことができる。そして、図２（Ａ），（Ｃ）に示すように、ナットランナーのソケット３には、Ｍ４２のナット８ａに密着して嵌合する最適なものを使用している。しかし、Ｍ４２のボルト７ａにはＭ４２のナット８ａ、Ｍ３６のボルト７ｂにはＭ３６のナットを使用してしまうと、Ｍ３６のナットとソケット３の直径差が６ｍｍもあるため、Ｍ３６のナットを保持・回転させることができない。そこで、Ｍ３６のナットに代えてサイズ可変ナット８ｂを使用する。このサイズ可変ナット８ｂは、図２（Ｄ）に示すように、図２（Ａ）に示したＭ４２のナット８ａと同一の外形（六角形）を有し、さらにＭ３６のボルト７ｂに螺合できるようにＭ３６のナットと同一のタップ孔８ｔを有している。したがって、セグメント間を締結するボルトサイズが変わっても、ナットをサイズ可変ナット８ｂに変更するだけで対処することができ、１つのボルト締結機ですべてのセグメント間を締結することができ、足場を設置する必要もない。
【００１９】
上述した本発明の他の実施の形態の説明では、ナットランナーの場合について説明したが、ボルト締結時にボルトホルダーを使用する場合には、上述したサイズ可変ナット４と同様なヘッドを有するボルトを使用するようにしてもよいし、図１に示した実施の形態のようにサイズ可変金具４を使用するようにしてもよい。
【００２０】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、ボルトサイズの種類に合わせて複数のサイズ可変金具４やサイズ可変ナット８ｂを使用するようにしてもよい、また磁石５を使用しなくてもよい、など本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
上述したように、本発明のボルト締結機構によれば、トンネルの構築に使用する最大のボルトに合わせてボルト締結機のナットランナー（またはボルトホルダー）のソケットを形成し、それよりも小さいボルトに合わせてサイズ可変金具やサイズ可変ナットを準備しておけば、セグメント間を締結するボルトサイズが変わっても、１つのボルト締結機でセグメント間を締結することができ、容易，迅速，安全かつ安価に対処することができる、などの優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボルト締結機構を示す実施の形態であり、サイズ可変金具を使用したものである。なお、（Ａ）は最大のボルトに適合するナットを螺合する場合を示し、（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図であり、（Ｃ）は最大のボルトよりも小さいボルトに適合するナットを螺合する場合を示し、（Ｄ）は図１（Ｃ）におけるＤ−Ｄ矢視断面図である。
【図２】本発明のボルト締結機構を示す他の実施の形態であり、サイズ可変ナットを使用したものである。なお、（Ａ）は最大のボルトに適合するナットを螺合する場合を示し、（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図であり、（Ｃ）は最大のボルトよりも小さいボルトに適合するナットを螺合する場合を示し、（Ｄ）は図２（Ｃ）におけるＤ−Ｄ矢視断面図である。
【図３】セグメントのボルト締結面に対して垂直な面でセグメントを切断したときの断面図である。
【符号の説明】
１ａ，７ａ  Ｍ４２のボルト（最大のボルト）
１ｂ，７ｂ  Ｍ３６のボルト（小さいボルト）
２ａ，８ａ  Ｍ４２のナット
２ｂ  Ｍ３６のナット
３  ソケット
４  サイズ可変金具
４ｆ  フランジ部
５  磁石
６  止めボルト
８ｂ  サイズ可変ナット
８ｔ  タップ孔
【図１】
0003799583.tif 000002
【図２】
0003799583.tif 000003
【図３】
0003799583.tif 000004