JP2005042361A

JP2005042361A - セグメントの接続方法及びセグメント

Info

Publication number: JP2005042361A
Application number: JP2003201883A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Kido; 義和木戸; Masaru Kawagoe; 勝河越; Shinji Masuzawa; 伸司増澤; Hideki Tanaka; 秀樹田中; Keiichi Watanabe; 敬一渡辺; Yutaka Fujino; 豊藤野
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Geostr Corp
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Geostr Corp
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】シールド推進時における欠けやクラックの発生を低減することのできるセグメントの接続方法と、これに使用されるセグメントを提供する。
【解決手段】セグメント１１の切羽側の側面１１ａと坑口側の側面１１ｂとに複数の凹部１２をそれぞれ設け、更に、上記凹部１２の底面と側面とにそれぞれ当接する、断面がＬ字状のアングル３０を設置し、上記セグメント１１と既設のセグメントリング１０Ｚのセグメント１１Ｚとを、上記凹部１２，１２間に配置される、弾性材料から成る挿入部材４０を介して接続するとともに、トンネル円周方向に隣接するセグメントを、一端側が円周方向の各突き合わせ端面側にそれぞれ開口する凹部１２ａ，１２ｃ内に収納される、上記凹部１２ａ，１２ｃに跨って配置される連結板、及び、セグメントに予め埋設されたインサート部材に螺入されるボルトを備えた連結部材を用いて連結するようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドトンネルに使用されるセグメントの接続方法に関するもので、特に、シールドの推進力による目開きやクラックの発生等を低減する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールド工法においては、シールド掘進機の後方にて組立てたセグメントの切羽側の面をシールドジャッキにて押し、その反力でシールド掘進機を前進させながら地山の掘削を行っている。このため、上記セグメントは、トンネル覆工体としての役割に加えて、仮設時の反力部材としての役割を有している。そして、近年、シールド工事の大深度化により、この推進時の反力が大きくなってきていることから、本来は永久構造物であるセグメントに、仮設時の荷重によるクラック等の、構造体として有害な障害の発生が問題となっている。
また、建設工事費のコスト削減のため、二次覆工を省略するシールド工事が増加する傾向にある。従来のように二次覆工を行う場合には、構造的に問題とならない程度のクラックであれば二次覆工により覆工されるため留意されなかったが、二次覆工を省略する場合は、セグメント内面がそのまま仕上がり面となるため、二次覆工を行う場合には問題とされなかったクラックまで問題になるようになった。
【０００３】
ところで、セグメントリング間、すなわち、セグメントのトンネル軸方向の接続方法として、図８に示すように、セグメント５１のトンネル軸方向の切羽側の側面５１ａに複数の係合ピン５２を設け、坑口側の側面５１ｂに複数のチャック５３を設け、上記係合ピン５２と上記チャック５３とを係合することにより、従来のボルト等による連結を省略して工期の短縮を図る方法が用いられている。
しかしながら、上記のような継手締結力が小さなセグメント５１にシールドの推進力が作用した場合には、図９に示すように、セグメント５１の坑口側の側面５１ｂは図示しない既製リングとリング継手により拘束されているが、切羽側の側面５１ａはテール内の外圧が作用していないため、組立直後のセグメントリング５０が円周方向に押し開かれてラッパ状に開くといった現象が発生する。これにより、セグメント５１，５１の目違い・目開きによる移動や回転、セグメント５１と図示しないシールドジャッキとの偏心が発生するため、上記セグメント５１には様々な荷重が作用し、これらの荷重がクラック発生の大きな要因となっている。
【０００４】
そこで、例えば、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、隣接する２つのセグメント５１（５１Ａ，５１Ｂ）の切羽側の側面５１ａの端部にそれぞれ埋込金具５４，５４を埋設するとともに、上記埋込金具５４，５４の挿入空間５５に連結部材であるコッタ５６を挿入して、上記セグメント５１Ａ，５１Ｂ間の目違い・目開きを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、同図において、５７はセグメント５１のトンネル軸方向の切羽側の側面５１ａに設けられた複数の穴、５８は坑口側の側面５１ｂに設けられた複数の突起、５９ａ，５９ｂはセグメント５１の円周方向の突き合わせ端面５１ｃ，５１ｄにそれぞれ設けられた、接続用の突起部と溝である。
また、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、セグメント６１（６１Ａ，６１Ｂ）の切羽側の側面の、セグメント６１Ａ，６１Ｂの円周方向の突き合わせ端面６１ｃ，６１ｄ側に凹部６２を設け、この凹部６２の底面に雌ネジ付きインサート部材６３，６３を埋設した後、上記凹部６２の底面に上記セグメント６１Ａ，６１Ｂに跨って切羽止め金具６４の継手鋼板６４ａを配置し、この継手鋼板６４ａの両端からボルト６４ｂ，６４ｂを上記インサート部材６３，６３に螺入して上記セグメント６１Ａ，６１Ｂを締結し、セグメントリング６０を組立てることにより、上記セグメント６１Ａ，６１Ｂ間の目違い・目開きを防止する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３４５７９５号公報
【特許文献２】
特開平１１−３５０８８６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、セグメント間の目違い・目開きを防止することは可能であるが、シールド推進時に作用するリング円周方向の剪断力を緩和することができないため、クラックの発生やセグメントリングの継手面におけるコンクリート同士の接触による欠けの発生を防止することが困難であった。
【０００７】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、シールドの推進力による目開きや目違いを防止するとともに、セグメントリングの円周方向に作用する剪断力を緩和してセグメントリング面におけるクラックや欠けの発生を低減することのできるセグメントの接続方法と、これに使用されるセグメント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】
本発明の請求項１に記載のセグメントの接続方法は、セグメントの切羽側及び坑口側の側面に、一端側が円周方向の各突き合わせ端面側にそれぞれ開口する２つの接合用凹部を含む複数の凹部を設けて、トンネル軸方向のセグメント同士を、上記セグメントの互いに対向する凹部に挿入される弾性材料から成る挿入部材により接続するとともに、上記接合用凹部内に収納された、トンネル円周方向に隣接するセグメントの接合用凹部間に跨る連結部材を用いて、トンネル円周方向に隣接するセグメント同士を連結するようにしたことを特徴とするものである。すなわち、本発明においては、セグメントの切羽側及び坑口側の側面に、少なくともセグメントピース間を跨ぐようなほぞ（凹部）を含む複数の部分的なほぞを形成して、このほぞに剪断抵抗部材を挿入して、セグメント間の回転剛性を高める構成としたので、シールド推進時におけるコンクリートの欠けやクラックの発生を大幅に低減することが可能となる。また、トンネル円周方向に隣接するセグメント同士を接合用凹部間に収納される連結部材で接合することにより、セグメント内面側への露出物がなくなるようにしたので、リング継手には緩衝せずに、セグメント間の目違いや目開きを確実に防止することが可能となる。
請求項２に記載のセグメントの接続方法は、上記凹部に、上記凹部の底面と側面とに当接する、断面がＬ字状またはコの字状のアングルを取付けたことを特徴とするもので、上記アングルが上記弾性材料から成る挿入部材の枠部材となるので、上記挿入部材の剪断抵抗力を更に向上させることが可能となる。
【０００９】
請求項３に記載のセグメントの接続方法は、請求項１または請求項２に記載のセグメントの接続方法であって、上記接合用凹部内に雌ネジ付きインサート部材を埋設するとともに、トンネル円周方向に隣接するセグメント同士を、隣接するセグメントの接合用凹部間に跨る連結板と、この連結板に設けられた挿入孔から上記インサート部材に螺入されるボルトとを用いて連結したことを特徴とする。
また、請求項４に記載のセグメントの接続方法は、請求項１または請求項２に記載のセグメントの接続方法であって、上記接合用凹部内に孔部を設けるとともに、トンネル円周方向に隣接するセグメント同士を、上記隣接するセグメントの接合用凹部間に跨る連結板と、この連結板に設けられた挿入孔から上記孔部に挿入されるホールインアンカーとを用いて連結したことを特徴とする。
請求項５に記載のセグメントの接続方法は、請求項１または請求項２に記載のセグメントの接続方法であって、上記接合用凹部内に孔部を設けるとともに、トンネル円周方向に隣接するセグメント同士を、両足部が上記隣接するセグメントの上記孔部にそれぞれ挿入される鎹を用いて連結したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項６に記載のセグメントは、切羽側及び坑口側の側面のそれぞれに、弾性材料から成る挿入部材を挿入するための、一端側が円周方向の各突き合わせ端面側にそれぞれ開口する凹部を含む複数の凹部が形成されており、かつ、上記各凹部に、上記凹部の底面と側面とに当接する、断面がＬ字状またはコの字状のアングルが取付けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施の形態を示す図で、各図において、１０Ｚは既設のセグメントリング、１１，１１Ｚは切羽側の側面１１ａ及び坑口側の側面１１ｂにそれぞれ複数（ここでは、３個）の凹部１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１２ｐ，１２ｑ，１２ｒ）が形成されたセグメントで、凹部１２ａ，１２ｃ及び凹部１２ｐ，１２ｒはセグメントの円周方向の突き合わせ端面１１ｃ，１１ｄ側に開口する凹部であり、凹部１２ｂ，１２ｑは上記側面１１ａ，１１ｂの中央部に形成された凹部である。上記凹部１２ａ，１２ｃ及び凹部１２ｐ，１２ｒの開口部とは反対側の端部の底部には、雌ネジ付きのインサート部材１３がそれぞれ埋設されている。
２０は円周方向に隣接するセグメント１１（１１Ａ，１１Ｂ）の凹部１２ａ，１２ｃに跨って配置された、両端側に上記インサート部材１３，１３に対応する位置にボルト挿入孔２１ｓ，２１ｓが設けられた連結板２１と、上記ボルト挿入孔２１ｓ，２１ｓから上記インサート部材１３，１３に螺入されるボルト２２，２２とからなる連結部材、３０は水平片３０ａと垂直片３０ｂとが上記各凹部１２（１２ａ〜１２ｃ、１２ｐ〜１２ｒ）の底面と側面とにそれぞれ当接する、断面がＬ字状のアングル、４０は片面側に上記ボルト２２，２２の各頭部２２ｋ、２２ｋを収納するための凹状の収納部４０ｓ，４０ｓを有し、上記セグメント１１の切羽側の側面１１ａに形成された凹部１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）と、上記セグメント１１と軸方向で接続されるセグメント１１Ｙの坑口側の側面１１ａに形成された凹部１２（１２ｐ，１２ｑ，１２ｒ）とにより形成される空隙に挿入される、ゴムなどの弾性材料から成る挿入部材である。なお、詳細には、上記挿入部材４０は上記凹部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び凹部１２ｐ，１２ｑ，１２ｒにそれぞれ取付けられた上記アングル３０の内周側に配置される。すなわち、上記アングル３０は上記挿入部材４０の周囲を囲む枠部材となるので、上記挿入部材４０は上記アングル３０により補強される。
【００１２】
次に、セグメントの接続方法について説明する。
なお、一般には、セグメント１１とセグメント１１Ｚとは、大きさが必ずしも同じではなく、また、円周方向に所定角度だけずれた位置において接続されるが、本例では、説明を簡単にするために、切羽側のセグメント１１と坑口側に位置する既設のセグメントリング１０Ｚを構成するセグメント１１Ｚとを同じ大きさにし、かつ、上記セグメント１１の坑口側の側面１１ｂがセグメント１１Ｚの切羽側の側面１１ａに接合されるものとして説明する。
まず、セグメント１１の上記坑口側の側面１１ｂ側の凹部１２（１２ｐ，１２ｑ，１２ｒ）に、セグメント１１Ｚの切羽側の側面１１ａ側の凹部１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）にその坑口側が挿入されている挿入部材４０の切羽側を挿入してセグメント１１とセグメント１１Ｚとを接合することにより、既設のセグメントリング１０Ｚにセグメント１１を取付ける。
次に、トンネル円周方向に隣接して配置されたセグメント１１Ａとセグメント１１Ｂとを、連結部材２０を用いて接続する。具体的には、セグメント１１Ａの切羽側の凹部１２ａに埋設されたインサート部材１３と、上記凹部１２ａに対向する、セグメント１１Ｂの切羽側の凹部１２ｃに埋設されたインサート部材１３とに、連結板２１のボルト挿入孔２１ｓ，２１ｓを介して、ボルト２２，２２をそれぞれ螺着することによりセグメント１１Ａとセグメント１１Ｂとを連結する。
このとき、図３（ｂ），図４（ｂ）に示すように、上記ボルト２２の頭部２２ｋは、上記挿入部材４０の凹状の収納部４０ｓ，４０ｓに収納される。また、上記連結板２１の厚さと、Ｌ字状のアングル３０の厚さを等しくしておくことにより、上記挿入部材４０を隙間なくセグメント１１の凹部１２に配置することができる。
【００１３】
このように、挿入部材４０を介してセグメント１１とセグメント１１Ｚとを接合するとともに、セグメント１１を円周方向に順次組上げて切羽側に新たにセグメントリングを構築する。これにより、セグメント１１Ｚの切羽側の側面１１ａとセグメント１１の坑口側の側面１１ｂとは、弾性材料から成る挿入部材４０を介して接続されるので、セグメント１１とセグメント１１Ｚ間にシールド推進時に作用するリング円周方向の剪断力が作用した場合でも、上記挿入部材４０が剪断抵抗部材となるので、上記剪断力を緩和することができる。したがって、上記剪断力によるクラックの発生やセグメントリングの継手面におけるコンクリート同士の接触による欠けの発生を大幅に低減することができる。
このとき、上記挿入部材４０は枠部材としての上記アングル３０により補強されているので、挿入部材４０を単に凹部１２に挿入した場合に比べて、上記剪断抵抗力を大幅に向上させることができる。
また、上記セグメント１１Ａ，１１Ｂを円周方向に接合する連結部材２０は、セグメント１１Ａ，１１Ｂの凹部１２ａ，１２ｃ内に収納されるので、リング継手には緩衝せずに、セグメント１１Ａ，１１Ｂ間の目違いや目開きを確実に防止することができる。
なお、新たなセグメントリングの構築後には、上記セグメントリングの各セグメント１１の切羽側の凹部１２ａ，１２ｂ，１２ｃにそれぞれ挿入部材４０の坑口側を挿入し、次のセグメント１１Ｙの凹部１２ｐ，１２ｑ，１２ｒに上記挿入部材４０の切羽側を挿入して次のセグメント１１Ｙの取付けを行う。
【００１４】
このように、本実施の形態では、セグメント１１の切羽側の側面１１ａと坑口側の側面１１ｂとに複数の凹部１２をそれぞれ設けるとともに、上記凹部１２の底面と側面とにそれぞれ当接する、断面がＬ字状のアングル３０を設置し、上記セグメント１１と既設のセグメントリング１０Ｚのセグメント１１Ｚとを、上記凹部１２，１２間に配置される、弾性材料から成る挿入部材４０を介して接続するようにしたので、上記アングル３０で補強された挿入部材４０がシールド推進時における剪断抵抗部材となり、シールド推進時におけるコンクリートの欠けやクラックの発生を大幅に低減することができる。
また、トンネル円周方向に隣接するセグメント１１Ａ，１１Ｂを、一端側が円周方向の各突き合わせ端面側にそれぞれ開口する凹部１２ａ，１２ｃ内に収納される、上記凹部１２ａ，１２ｃに跨って配置される連結板２１、及び、セグメント１１Ａ，１１Ｂに予め埋設されたインサート部材１３，１３に螺入されるボルト２２，２２を備えた連結部材２０を用いて連結するようにしたので、リング継手には緩衝せずに、セグメント間の目違いや目開きを確実に防止することができる。
【００１５】
なお、上記実施の形態では、セグメントリングを、全て、セグメントの円周方向の突き合わせ端面１１ｃ，１１ｄ側に開口する凹部１２ａ，１２ｃと、中央部に形成される凹部１２ｂの３つの凹部を有するセグメント１１により構築する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、図５（ａ）に示すように、セグメントリング１０Ｘを構成するセグメントとしては、少なくとも、セグメントの円周方向の突き合わせ端面１１ｃ，１１ｄ側に開口する凹部１２ａ，１２ｃを有していればよく、セグメント１１Ｐのように、中央部に形成される凹部１２ｂは２個以上でもよいし、また、セグメント１１Ｑのように凹部１２ｂがなくてもよい。また、図５（ｂ）に示すように、上記セグメントリング１０Ｘの切羽側に構築されるセグメントリング１０Ｙの各セグメントの配置としては、例えば、上記セグメント１１Ｐにセグメント１１ｐを対応させ、セグメント１１Ｑにセグメント１１ｑを対応させるなど、セグメントリング１０Ｘのセグメントの切場側の側面１１ａとセグメントリング１０Ｙのセグメントの坑口側の側面１１ｂの形状とを同一とすることが望ましい。
【００１６】
また、上記例では、セグメント１１Ａ，１１Ｂに予め、ボルト２２，２２を螺入するためのインサート部材１３，１３を埋設したが、図６（ａ），（ｂ）に示すように、ボルト２２，２２に代えてホールインアンカー２３，２３を用いるようにすれば、セグメント１１Ａ，１１Ｂに挿入孔２４，２４のみを形成するだけでよいので、セグメントの構成を簡易化できる。
あるいは、図７（ａ），（ｂ）に示すように、連結部材として鎹（かすがい）２５を用いてもよい。これにより、連結板２１を省略することができるので、容易に上記セグメント１１Ａ，１１Ｂを接続することができる。また、セグメント１１Ａ，１１Ｂに形成する挿入孔２６，２６を、奥にいくにしたがってセグメント１１Ａ，１１Ｂの接合面側に傾斜するように形成するようにすれば、上記セグメント１１Ａ，１１Ｂ間を引き付ける力が期待できるので、接合強度を更に向上させることができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、セグメントの切羽側及び坑口側の側面に、一端側が円周方向の各突き合わせ端面側にそれぞれ開口する２つの接合用凹部を含む複数の凹部を設けて、トンネル軸方向のセグメント同士を、上記セグメントの互いに対向する凹部に挿入される弾性材料から成る挿入部材により接続するようにしたので、シールド推進時におけるコンクリートの欠けやクラックの発生を大幅に低減することができる。
また、トンネル円周方向に隣接するセグメント同士を、上記凹部内に収納される連結部材を用いて連結するようにしたので、リング継手には緩衝せずに、セグメント間の目違いや目開きを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】本実施の形態に係るセグメントリングを示す図である。
【図３】本実施の形態に係るセグメントの接続方法を示す図である。
【図４】本実施の形態に係るセグメントの接続方法を示す図である。
【図５】本発明に係るセグメントリングの他の例を示す図である。
【図６】本発明によるセグメントの接続方法の他の例を示す図である。
【図７】本発明によるセグメントの接続方法の他の例を示す図である。
【図８】従来のセグメントの接続方法を示す図である。
【図９】セグメントの目開き状態を示す模式図である。
【図１０】従来のセグメントの接続方法を示す図である。
【図１１】従来の他のセグメントの接続方法を示す図である。
【符号の説明】
１０Ｚ既設のセグメントリング、１１，１１Ｚセグメント、
１１ａ切羽側の側面、１１ｂ坑口側の側面、
１１ｃ，１１ｄ円周方向の突き合わせ端面、１２凹部、
１３インサート部材、１４シール溝、２０連結部材、２１連結板、
２１ｓボルト挿入孔、２２ボルト、２２ｋボルトの頭部、
３０Ｌ字状のアングル、４０挿入部材、４０ｓ収納部。

Claims

セグメントの切羽側及び坑口側の側面に、一端側が円周方向の各突き合わせ端面側にそれぞれ開口する２つの接合用凹部を含む複数の凹部を設けて、トンネル軸方向のセグメント同士を、上記セグメントの互いに対向する凹部に挿入される弾性材料から成る挿入部材により接続するとともに、上記接合用凹部内に収納された、トンネル円周方向に隣接するセグメントの接合用凹部間に跨る連結部材を用いて、トンネル円周方向に隣接するセグメント同士を連結するようにしたことを特徴とするセグメントの接続方法。
上記凹部に、上記凹部の底面と側面とに当接する、断面がＬ字状またはコの字状のアングルを取付けたことを特徴とする請求項１に記載のセグメントの接続方法。
上記接合用凹部内に雌ネジ付きインサート部材を埋設するとともに、トンネル円周方向に隣接するセグメント同士を、隣接するセグメントの接合用凹部間に跨る連結板と、この連結板に設けられた挿入孔から上記インサート部材に螺入されるボルトとを用いて連結したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセグメントの接続方法。
上記接合用凹部内に孔部を設けるとともに、トンネル円周方向に隣接するセグメント同士を、上記隣接するセグメントの接合用凹部間に跨る連結板と、この連結板に設けられた挿入孔から上記孔部に挿入されるホールインアンカーとを用いて連結したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセグメントの接続方法。
上記接合用凹部内に孔部を設けるとともに、トンネル円周方向に隣接するセグメント同士を、両足部が上記隣接するセグメントの上記孔部にそれぞれ挿入される鎹を用いて連結したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセグメントの接続方法。
切羽側及び坑口側の側面のそれぞれに、弾性材料から成る挿入部材を挿入するための、一端側が円周方向の各突き合わせ端面側にそれぞれ開口する凹部を含む複数の凹部が形成されており、かつ、上記各凹部に、上記凹部の底面と側面とに当接する、断面がＬ字状またはコの字状のアングルが取付けられていることを特徴とするセグメント。