(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルを形成するセグメントの両端部にボルト締結用の箱穴を形成し、隣接するセグメントの境界面を挟んで対峙する箱穴を連通するボルト孔を形成し、その一方の箱穴およびボルト孔に予め一端に締結用ナットを螺合させた両端に雄ねじの切られたボルトを収納しておき、そのボルトをセグメント締結時に他方の箱孔まで貫通させ、前記一方の箱穴に供給された圧縮空気により、ボルトの前記一端の締結用ナットの座面を前記一方の箱穴の壁面に当接させた状態で、そのボルトの他端に締付用ナットを螺合させることによりセグメント間を締結するためのセグメント締結機構であって、
上記締結用ナットの座面に中心部から半径方向に広がる放射状の溝を形成した、ことを特徴とするセグメント締結機構。
【請求項２】
トンネルを形成するセグメントの両端部にボルト締結用の箱穴を形成し、隣接するセグメントの境界面を挟んで対峙する箱穴を連通するボルト孔を形成し、その一方の箱穴およびボルト孔に予め一端に締結用ナットを螺合させた両端に雄ねじの切られたボルトを収納しておき、そのボルトをセグメント締結時に他方の箱孔まで貫通させ、前記一方の箱穴に供給された圧縮空気により、ボルトの前記一端の締結用ナットの座面を前記一方の箱穴の壁面に当接させた状態で、そのボルトの他端に締付用ナットを螺合させることによりセグメント間を締結するためのセグメント締結機構であって、
上記締結用ナットの座面に中心部から拡径する渦巻き状の溝が形成され、その渦巻きは上記締結用ナットの座面側から見て右回りに拡径するようになっている、ことを特徴とするセグメント締結機構。
【請求項３】
前記締付用ナットの回転方向に沿った前記溝の断面形状は、複数の略直角三角形状を連続させた形状であり、各略直角三角形状の斜辺の一端が溝の山となり該斜辺の他端が溝の谷となり、該斜辺の前記一端から前記他端の方向は、締付用ナットの回転方向と相反する成分を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメント締結機構。
【請求項４】
トンネルを形成するセグメントの両端部にボルト締結用の箱穴を形成し、隣接するセグメントの境界面を挟んで対峙する箱穴を連通するボルト孔を形成し、その一方の箱穴およびボルト孔に予め一端に締結用ナットを螺合させた両端に雄ねじの切られたボルトを収納しておき、そのボルトをセグメント締結時に他方の箱孔まで貫通させ、前記一方の箱穴に供給された圧縮空気により、ボルトの前記一端の締結用ナットの座面を前記一方の箱穴の壁面に当接させた状態で、そのボルトの他端に締付用ナットを螺合させることによりセグメント間を締結するセグメント締結方法であって、
上記締結用ナットの座面に中心部から半径方向に広がる放射状の溝が形成されている、ことを特徴とするセグメント締結方法。
【請求項５】
トンネルを形成するセグメントの両端部にボルト締結用の箱穴を形成し、隣接するセグメントの境界面を挟んで対峙する箱穴を連通するボルト孔を形成し、その一方の箱穴およびボルト孔に予め一端に締結用ナットを螺合させた両端に雄ねじの切られたボルトを収納しておき、そのボルトをセグメント締結時に他方の箱孔まで貫通させ、前記一方の箱穴に供給された圧縮空気により、ボルトの前記一端の締結用ナットの座面を前記一方の箱穴の壁面に当接させた状態で、そのボルトの他端に締付用ナットを螺合させることによりセグメント間を締結するセグメント締結方法であって、
上記締結用ナットの座面に中心部から拡径する渦巻き状の溝が形成され、その渦巻きは上記締結用ナットの座面側から見て右回りに拡径するようになっている、ことを特徴とするセグメント締結方法。
【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、セグメント間をボルトで締結するときのセグメント締結機構及び方法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】
従来は、セグメントの両端部に設けられた箱穴から、組み立てられたセグメント間の締結面に両端に雄ねじの切られたボルトを挿入し、その両端にナットを挿入し、一方の箱穴にボルトホルダーを装着するとともに他方の箱穴にナットランナーを装着し、ボルトホルダーでボルトの供回りを防止しつつナットランナーでナットをボルトに螺合させていた。しかし、最近では、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、などの理由から箱穴をできるだけ小さくしたいという要望があり、ボルトホルダーを使用しないセグメント締結方法（例えば、特開平３−４７３９９号など）が提案されている。なお、ナットランナーは、ナットを磁石などにより吸着して収容する複数のソケットを備え、そのソケットをアイドラー，伝達ギア，駆動ギア，モータなどにより周方向に回転駆動させるものであり、ボルトホルダーは、ソケットの回転駆動機構を備えていないボルト把持装置である。
【０００４】
ここで、図４は、ボルトホルダーを使用しないセグメント締結方法の概要を示す図であり、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、トンネルを形成するセグメントには、両端部にボルト締結用の箱穴が形成されるとともに、隣接するセグメントの境界面を挟んで対峙する箱穴を連通するボルト孔が形成されている。そして、境界面を挟んで対峙する一方の箱穴およびボルト孔に予め一端に締結用ナットを螺合させたボルトを破線で示すように収納しておく。セグメント締結時には、ボルトの収納された箱穴を蓋で塞いだ状態で圧縮空気を送気し、その圧力で収納されていたボルトを他方の箱穴に押し出して貫通させ、他方の箱穴に突出したボルトの他端にボルト締結機（図示せず）の先端に設けられたナットランナーで締付用ナットを螺合させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したセグメント締結方法では、予めセグメントの箱穴に収納されたボルトの一端に螺合された締結用ナットを保持または固定する手段がなく、他端に螺合される締付用ナットをナットランナーで螺合させるときに、ボルトが供回りしてしまい、締付用ナットを締め付けることが困難であった。そこで、実開平４−１８７１６号に記載されているように、締結用ナットの座面に箱穴の壁面に食い込む尖鋭な突起を設けたセグメント締結機構などが提案されている。また、突起を締結用ナットの座面に設ける手段として、（１）締結用ナットの座面にピンを埋設する手段、（２）締結用ナットと突起とを一体に形成する手段、が開示されている。
【０００６】
しかし、トンネルを形成する全てのセグメントを締結するためには大量の締結用ナットを必要とするため、上記（１）のように締結用ナットに機械加工を施す手段では、工期が長引き、費用も嵩んでしまう。また、上記提案のように、締結用ナットの座面に突起を設ける機構では、ボルトが供回りしにくくなる方向の回転拘束力を高めるように突起を設けることが困難であった。
【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、容易かつ安価に製造でき、さらにボルトが供回りしにくくなる方向の回転拘束力を高めることができるセグメント締結機構及び方法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セグメントの両端部にボルト締結用の箱穴を形成し、隣接するセグメントの境界面を挟んで対峙する箱穴を連通するボルト孔を形成し、その一方の箱穴およびボルト孔に予め一端に締結用ナットを螺合させた両端に雄ねじの切られたボルトを収納しておき、そのボルトをセグメント締結時に他方の箱孔まで貫通させ、前記一方の箱穴に供給された圧縮空気により、ボルトの前記一端の締結用ナットの座面を前記一方の箱穴の壁面に当接させた状態で、そのボルトの他端に締付用ナットを螺合させることによりセグメント間を締結するためのセグメント締結機構であって、上記締結用ナットの座面に中心部から半径方向に広がる放射状の溝を形成した、ことを特徴とするセグメント締結機構が提供される。
また、本発明によれば、トンネルを形成するセグメントの両端部にボルト締結用の箱穴を形成し、隣接するセグメントの境界面を挟んで対峙する箱穴を連通するボルト孔を形成し、その一方の箱穴およびボルト孔に予め一端に締結用ナットを螺合させた両端に雄ねじの切られたボルトを収納しておき、そのボルトをセグメント締結時に他方の箱孔まで貫通させ、前記一方の箱穴に供給された圧縮空気により、ボルトの前記一端の締結用ナットの座面を前記一方の箱穴の壁面に当接させた状態で、そのボルトの他端に締付用ナットを螺合させることによりセグメント間を締結するセグメント締結方法であって、上記締結用ナットの座面に中心部から半径方向に広がる放射状の溝が形成されている、ことを特徴とするセグメント締結方法が提供される。
【０００９】
上述した本発明によれば、上記締結用ナットの座面全体に放射状の溝を形成したことにより、セグメント締結面における箱穴壁面との摩擦力を高めることができ、締結用ナットの回転拘束力を高めることができ、特別な手段を講じることなくボルトの供回りを抑制することができる。
【００１０】
さらに、本発明によれば、トンネルを形成するセグメントの両端部にボルト締結用の箱穴を形成し、隣接するセグメントの境界面を挟んで対峙する箱穴を連通するボルト孔を形成し、その一方の箱穴およびボルト孔に予め一端に締結用ナットを螺合させた両端に雄ねじの切られたボルトを収納しておき、そのボルトをセグメント締結時に他方の箱孔まで貫通させ、前記一方の箱穴に供給された圧縮空気により、ボルトの前記一端の締結用ナットの座面を前記一方の箱穴の壁面に当接させた状態で、そのボルトの他端に締付用ナットを螺合させることによりセグメント間を締結するためのセグメント締結機構であって、上記締結用ナットの座面に中心部から拡径する渦巻き状の溝が形成され、その渦巻きは上記締結用ナットの座面側から見て右回りに拡径するようになっている、ことを特徴とするセグメント締結機構が提供される。
また、トンネルを形成するセグメントの両端部にボルト締結用の箱穴を形成し、隣接するセグメントの境界面を挟んで対峙する箱穴を連通するボルト孔を形成し、その一方の箱穴およびボルト孔に予め一端に締結用ナットを螺合させた両端に雄ねじの切られたボルトを収納しておき、そのボルトをセグメント締結時に他方の箱孔まで貫通させ、前記一方の箱穴に供給された圧縮空気により、ボルトの前記一端の締結用ナットの座面を前記一方の箱穴の壁面に当接させた状態で、そのボルトの他端に締付用ナットを螺合させることによりセグメント間を締結するセグメント締結方法であって、上記締結用ナットの座面に中心部から拡径する渦巻き状の溝が形成され、その渦巻きは上記締結用ナットの座面側から見て右回りに拡径するようになっている、ことを特徴とするセグメント締結方法が提供される。
【００１１】
上述した本発明によれば、上記締結用ナットの座面全体に渦巻き状の溝を形成したことにより、セグメント締結面における箱穴壁面との摩擦力を高めることができ、締結用ナットの回転拘束力を高めることができ、特別な手段を講じることなくボルトの供回りを抑制することができる。また、その渦巻きを上記締結用ナットの座面側から見て右回りに拡径するように形成したことにより、とくにボルトが供回りしにくくなる方向の回転拘束力を高めることができる。
【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から図３を参照して説明する。
図１は、本発明のセグメント締結機構を示す一つの実施の形態であり、（Ａ）は締結用ナットの側面図、（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＢ矢視図である。また、図２は、締結用ナットと箱穴壁面との接触面の拡大断面図である。
【００１３】
この図に示すように、本発明のセグメント締結機構は、締結用ナット１の座面２に中心部から半径方向に広がる放射状の溝を形成したことを特徴とするものである。一般に、締結用ナット１は、いわゆるナット３と座金４とが一体に形成されたものであり、座金４の座面が締結用ナット１の座面２になっている。また、座面２に形成された溝は、図２（Ａ）に示すように略二等辺三角形状であってもよいし、図２（Ｂ）に示すように略直角三角形状であってもよい。とくに、図２（Ｂ）において、ナットランナー（図４参照）により回転される締付用ナットの回転方向が下向きの矢印の場合に、溝の山５から斜面に添って谷６に向かう方向が締付用ナットの回転方向（下向きの矢印方向）と相反する成分を有するように溝を形成すれば、座面２と箱穴壁面との摩擦力（すなわち上向きの矢印方向の回転拘束力）を高めることができる。
【００１４】
図３は、本発明のセグメント締結機構を示す他の実施の形態であり、（Ａ）は締結用ナットの側面図、（Ｂ）は図３（Ａ）におけるＢ矢視図である。この図に示す本発明のセグメント締結機構は、締結用ナット１の座面２に中心部から拡径する渦巻き状の溝が形成され、その渦巻きは、図２（Ｂ）に示すように、締結用ナット１の座面２側から見て右回りに拡径するようになっていることを特徴とするものである。セグメント締結時において、締付用ナットをナットランナーで螺合させるときには、ナットランナー側から見て締付用ナットを右回りに回転させるため、ボルトの供回り（すなわち、ナットランナー側から見て右回りに回転すること）を抑制するためには、ボルトに対してナットランナー側から見て左回りに回転拘束力を負荷させればよい。そこで、本発明では、箱穴壁面に接触する締結用ナット１の座面２に、ナットランナー側から見て右回りに拡径する渦巻き状の溝を形成して、箱穴壁面と締結用ナット１の座面２との食い込みを良くしている。なお、図１に示した実施の形態と同様に、座面に形成された溝は、図２（Ａ）に示すように略二等辺三角形状であってもよいし、図２（Ｂ）に示すように略直角三角形状であってもよい。
【００１５】
上述した本発明の両実施の形態は、図４に示したように、ボルトホルダーを使用しないセグメント締結方法において使用される締結用ナット１に採用するものである。すなわち、本発明の実施がなされた締結用ナット１は、セグメントを組み立てる前に予めボルトに螺合されて箱穴に収納され、送気される圧縮空気によりボルトが押し出されて締結用ナット１の座面２が箱穴壁面に当接する（図４参照）。そして、ナットランナーにより締付用ナットがボルトに螺合される。このとき、ボルトがナットランナーによる締付用ナットの回転方向に供回りしようとすると、座面２に形成された溝が箱穴壁面に密接し、その山５が塑性変形し、摩擦力が高まる。とくに図３に示した実施の形態では、ボルトが供回りしようとする方向が渦巻きの逆目となり、より一層摩擦力が高められる。また、締結用ナット１と箱穴壁面との食い込みを良くするために、箱穴壁面に締結用ナット１の座面２に形成された溝と歯合する溝や凹凸を形成してもよいし、塑性変形しやすい鉄板などを使用するようにしてもよい。
【００１６】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、六角ボルトなどの座面にも適用することができるなど、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。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、締結用ナットの座面全体に放射状または渦巻き状の溝を形成したことにより、セグメント締結面における箱穴壁面との摩擦力を高めることができ、締結用ナットの回転拘束力を高めることができ、特別な手段を講じることなくボルトの供回りを抑制することができる。また、座面に溝を形成しただけであるので、鍛造などにより大量に必要な締結用ナットを容易かつ安価に製造することができる。さらに、溝の方向や形状によりボルトが供回りしにくくなる方向の回転拘束力を高めることができる、などの優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセグメント締結機構を示す一つの実施の形態であり、（Ａ）は締結用ナットの側面図、（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＢ矢視図である。
【図２】締結用ナットと箱穴壁面との接触面の拡大断面図であり、（Ａ）は溝が略二等辺三角形状である場合を示し、（Ｂ）は溝が略直角三角形状である場合を示している。
【図３】本発明のセグメント締結機構を示す他の実施の形態であり、（Ａ）は締結用ナットの側面図、（Ｂ）は図３（Ａ）におけるＢ矢視図である。
【図４】ボルトホルダーを使用しないセグメント締結方法の概要を示す図であり、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】
１  締結用ナット
２  座面
３  ナット
４  座金
５  溝の山
６  溝の谷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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