JP2005120661A - セグメント用継手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 シールドトンネル等の一次覆工として用いられる鋼製セグメント同士を周方向及び延長方向に容易にかつ確実に連結することができる継手構造を提供する。
【解決手段】 シールドトンネル１のトンネル延長方向に連結されるリング状をなすセグメント３の一方の側の主桁面４に、セグメント３の周方向に位置調整可能な支持部を介して突設された複数の継手ピン１０と、セグメントの他の側の主桁面４に、継手ピン１０が挿入された際にピン保持部の摩擦抵抗によりピンを内部に保持可能なピン穴部２０とを備え、既に組み立てられたセグメント側のピン穴２０に、これから組み立てるセグメント３側の継手ピン１０を挿入してセグメントの連結を図るようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明はセグメント用継手構造に係り、特にシールドトンネル等の一次覆工として用いられる鋼製セグメント同士を容易にかつ確実に連結することができるようにしたセグメント用継手構造に関する。

シールド工事では、一般に一次覆工としてセグメントがシールド掘削機のテール部で掘削地山面に倣ってリング状等に組み立てられる。セグメントとしては鉄筋コンクリート（ＲＣ）セグメント、鋼製セグメント、鋳鉄セグメント、合成セグメント等の各種のセグメントが開発され、トンネル規模等が勘案され、ふさわしい種類のセグメントが採用されている。従来、これらのセグメント間のトンネル延長方向、トンネル周方向（図１参照）の各継手部の連結には両方向ともボルト接合が多く用いられていたが、近年、施工の迅速化のために、トンネル延長方向に関しては、ボルト締結等の手間を省略できるピン−ホゾ構造からなるワンタッチで接合可能な連結具（ワンタッチ継手）が開発されている（特許文献１参照）。このワンタッチ継手を有するセグメントでは、セグメントをエレクタ等の搬入、組立機械を用いて所定の建込み位置に設置し、ピン−ホゾを合わせた状態でシールドジャッキの推進力等を利用してはめ込むことにより既組立セグメントとの連結が容易に行える。

特許文献１に記載のワンタッチ継手は、雄部材としての継手ピンと、継手ピン外径よりわずかに小さな円孔が中心位置に形成され、円孔周縁に、継手ピンの挿入によってわずかに折れて変形する爪が形成された複数枚の嵌合金具としての薄鋼板と、嵌合金具間のスペーサとしての有孔薄鋼板とを交互に積層してハウジングの中に収めてなる雌部材としてのピン穴（ホゾ）とから構成され、組み立てられるセグメントの接合側端面に設けられた継手ピンを、リング状に組み立てられ、覆工の一部となっているセグメント（以下、既組立セグメントと記す。）の端面に設けられたピン穴に挿入するだけでセグメントの連結が容易に行える。

ところで、一次覆工としてトンネル形状に合わせてリング状をなすように周方向に連結された複数のセグメントおよびセグメントの各継手位置には土圧等によって曲げモーメントが作用し、大きな曲げ応力が作用することが予想される。たとえば鋼製セグメントの場合、隣接したセグメントの継手板としてのウェブ同士を突合わせて両者を接合ボルトで締結するようになってだけであり、接合部が弱点となっていた。これを解消するために、セグメントの周方向の接合部位置で合わされる継手板をボルト接合するとともに、接合によって連続する主桁に接合プレートを宛うようにして補強し、主桁と接合プレートとを高力ボルトで締結することによって高力ボルト摩擦接合を果たすようにしたセグメントの継手構造が開示されている（特許文献２参照）。

特開平１０−２３１６９５号公報。

特開平１１−２００７８９号公報。

上述したワンタッチ継手等のような連結が容易な構造の継手構造は、ＲＣセグメント内に埋設された継手ボックス内に組み込まれて使用されるものがほとんどで、鋼板を組み立てて製作する鋼製セグメントでは、主桁面同士を突合わせ、多数の短ボルトを用いたボルト接合が行われている。しかし、大断面シールドトンネルの一次覆工に使用される鋼製セグメントでは、十分な応力伝達のために１リング当たりに非常に多い本数のボルトが使用され、またボルト径も太くなる。このため、手作業によるボルト締結作業は効率が悪い上、作業員の負担が多い。また大断面トンネルではセグメントの締結作業が足場を使った高所作業となるため、安全面でも十分な配慮が必要となる。

同様に、セグメントの周方向の接合においても接合プレートの取付のために多数のボルト締結作業を要し、迅速なセグメント組み立て作業が行えないという問題を有する。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、鋼製セグメントの継手部接合において、簡単にかつ確実にセグメントの連結ができるようにしたセグメント用継手構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明はトンネル延長方向に連結されるリング状をなすセグメントの一方の側の主桁面に、該セグメントの周方向に位置調整可能な支持部を介して突設された複数の継手ピンと、セグメントの他の側の主桁面に、前記継手ピンが挿入された際にピン保持部の摩擦抵抗によりピンを内部に保持可能なピン穴部とを備え、既組立セグメント側の前記ピン穴に、組立セグメント側の前記継手ピンを挿入して前記セグメントを連結するようにしたことを特徴とする。

トンネル延長方向に連結されるリング状をなすセグメントの一方の側の主桁面に固着された複数の継手ピンと、セグメントの他の側の主桁面に、該セグメントの周方向に位置調整可能な支持部を介して設けられた、前記継手ピンが挿入された際にピン保持部の摩擦抵抗によりピンを内部に保持可能なピン穴部とを備え、既組立セグメント側の前記ピン穴に、組立セグメント側の前記継手ピンを挿入して前記セグメントを連結するようにしたことを特徴とする。

トンネル延長方向に連結されるリング状をなすセグメントの一方の側の主桁面に、該セグメントの周方向に位置調整可能な支持部を介して突設された複数の継手ピンと、セグメントの他の側の主桁面に、前記継手ピンが挿入される開口と、該開口に挿入されて突出した前記継手ピンの先端に係止して前記継手ピンの脱落を阻止する留め金部材とを備え、既組立セグメント側の前記開口に、組立セグメント側の前記継手ピンを挿入し、前記留め金部材による固定により、前記セグメントを連結するようにしたことを特徴とする。

トンネル周方向にリング状をなすように連結されるセグメントの周方向端面の主桁と面板に沿って設けられた継手板と、前記主桁に沿って形成された継手板を挟持し、継手部形状がクサビ状となるように取り付けられるクサビ状部材と、該クサビ状部材を覆う締付け部材とを備え、該締付け部材を前記クサビ状部材で挟持された前記継手部に押圧固定して前記セグメントの連結を行うようにしたことを特徴とする。

前記継手ピンあるいは前記ピン穴部は、前記主桁面に形成された長孔内にスペーサを介して前記支持部の所定位置に位置保持されるようにすることが好ましい。

前記クサビ部材に、前記主桁に沿って形成された継手板に形成された切欠部に嵌合するせん断突起を設けることが好ましい。

本発明によれば、シールドトンネルの一次覆工を構成するセグメントの、トンネル延長方向と周方向の連結を容易かつ確実に行うことができ、作業時間の短縮、作業時の安全性、締結部材の低減等を図れるという効果を奏する。

以下、本発明のセグメント用継手構造の実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。図１は、シールドトンネル工事において、図示しないシールド掘削機のテール位置でリング状に組み立てられたセグメント２（既組立セグメント）によるトンネル部１及び組立途中のセグメント３とを示した模式斜視図である。同図に示したように、各セグメント２，３には、トンネル延長方向に連結するために主桁４（４Ａ，４Ｂ）の外面の所定位置に設けられた２組の継手構造１０，２０が周方向に所定の間隔をあけて配設され、さらにトンネル周方向に連結するために端面の継手板５と主桁４の端部とを覆うようにクサビ形状の継手構造５０が設けられている。以下、トンネル延長方向のセグメント連結とトンネル周方向のセグメント連結に用いられるそれぞれの継手構造の構成の実施例について分けて説明する。

［トンネル延長方向のセグメント用継手構造］

図２は、図１に示したセグメント３の一部（○印部）を拡大して示した部分断面図である。図２に示したように、セグメント３は、トンネル掘進方向の前方側の主桁４Ａの所定位置に継手構造としてのピン穴１０が設けられ、ピン穴１０の軸線に一致する軸線上の後方側の主桁４Ｂに継手構造としての継手ピン２０が設けられている。ピン穴１０は、主桁４Ａに形成された所定径の貫通穴６に嵌着された、一端が蓋板１２で閉塞された円筒形のハウジング１１内に収容され所定位置に保持された公知のピン保持部１３から構成されている。ピン保持部１３は後述する継手ピン２０の外径よりわずかに小さい口径の円孔が形成されたリング状の薄板鋼板製のブレード１５とブレード１５の円孔よりわずかに大きな口径の円孔を有するスペーサ１６とを交互に軸線方向に複数枚積層した構造からなり、ハウジング１１内で口金リング１７とリテーナリング１８との間に保持されている。本実施例ではリテーナリング１８はハウジング１１内に嵌着され、口金リング１２は螺着されている。

このピン保持部１３は、公知のピン保持機構と同様の構成からなる。すなわちリング状のブレード１５の円孔周縁には周方向に沿って複数個所の放射方向の切欠（図示せず）が形成されており、この切欠間の円孔周縁部が円弧状の爪（図示せず）となっている。このピン保持部１３の複数枚積層されたブレード１５の円孔の周縁に形成された爪は、ピン穴１０に継手ピン２０のピン本体２１が挿入された際、ピン本体２１に押されて順次１枚ずつ変形していき、継手ピン２０は小さな押込み力で挿入される。また継手ピン２０がピン穴１０に完全に挿入された状態では、ピン保持部１３のすべてのブレード１５の爪が継手ピン２０の表面に密着して引抜き抵抗力を発揮するので、大きな引抜き抵抗力が発揮される。

一方、継手ピン２０は、図２に示したように、ピン穴１０の軸線と同軸上の後方側主桁４Ｂに取り付けられている。ピン本体２１はピン穴挿入部２１ａと、ピン穴挿入部２１ａより細径のネジ部２１ｂとからなり、ネジ部２１ｂは、主桁４Ｂに形成された長孔７を塞ぐように取り付けられる所定寸法のスペーサ２２によって長孔７内の適正な位置に位置決め調整できる。この位置調整機構によりセグメント３の継手ピン２０と既組立セグメント２のピン穴１０との位置合わせを容易に行え、セグメントのローリングによって生じた位置ずれを容易に修正することができる。このためにネジ部２１ｂを挟むように取り付けられるスペーサ２２（２２Ａ，２２Ｂ）は、継手ピン２０位置に合致し、長孔７を閉塞できる２種の寸法のピース２２Ａ，２２Ｂを組み合わせて取り付けることが好ましい（図２（ｃ））。セグメント４Ｂの内面には矩形ワッシャ２３が溶接されている（図２（ｂ））。矩形ワッシャ２３には長孔２４が形成されるとともに、長手方向縁に沿ってフランジ２５が形成されている。このフランジ２５によって継手ピン２０を固定するナット２６の共回りを防止できる。

図３各図は、図２に示したセグメントを既組立セグメントに建て込む際の継手構造の状態を示した説明図である。図３（ａ）に示したように、エレクタ（図示せず）に支持されたセグメントの継手ピン２０の位置を既組立セグメント２の主桁４Ａのピン穴１０の芯に合わせるようにして、図示しないシールドジャッキ等の推進により、主桁４Ａ，４Ｂの外面を接するように押圧することにより容易かつ確実に継手部が結合する。セグメントの連結後に図３（ｂ）に示したように、止水ボックス２７でナット２６の取付け面を覆い、トンネル周囲の地下水が主桁外面、ネジ部を伝わってセグメント内部に浸水するのを防止することが好ましい。

図４，図５は他の実施例としてピン穴１０側のピン保持部１３の位置調整を行うようにした継手構造を示した部分断面図である。図４は組立セグメント３の継手ピン２０と既組立セグメント２のピン穴１０との接合状態を示した側面断面図を、図５は継手構造全体の平断面と、ピン保持部１３を支持するハウジング支持プレート３２、ベースプレート３６の正面図を合わせて示している。

本実施例では、継手ピン２０は、図４（ａ）に示したように、ピン穴挿入部２１ａと細径ネジ部２１ｂとが一体的に形成された構成からなり、セグメント３の主桁４Ｂの外面に形成された雌ネジ部に直接ネジ止めされている。一方、既組立セグメント２側に設けられたピン穴１０は、図２に示したピン保持部１３と同じ構成が組み込まれたハウジング１１が、同図（ａ）の右半及び図５に示したように、主桁４Ａに形成された長方形状の開口８に組み込まれたハウジング支持プレート３２の開口に固着された構成からなる。このハウジング支持プレート３２は、図５に示したように、セグメント周方向長さが開口８の幅より短く設定されるとともに、長孔３４に挿通された貫通ボルト３５によりセグメント外側に配置されたベースプレート３６に対してセグメント周方向の位置調整可能に支持されている。そしてピン保持部１３が所定位置に固定され、ハウジング支持プレート３２の両側に生じている隙間がスペーサ３７で閉塞され、図４（ｂ）に示したように、継手ピン２０がピン保持部１３に挿入される。最終的にベースプレート３６はセグメント外面に溶接等により固定される。

図６，図７は、上述した円柱状の継手ピン２０とこの継手ピン２０が挿入保持されるピン保持部１３に代えて、係止ピン４１と係止ピン４１の先端４１ａを固定する留め金部材４７とからなる継手構造４０の実施例を示している。係止ピン４１は、図７両図に示したように、ピン根元部４２から２本の平行なピン本体が延びた平面視してΠ（パイ）字形に加工された溶接構造用鋼材（ＳＭ材）で、図６（ａ），図７（ａ）に示した既組立セグメント２側に形成されたピン保持開口９にその先端４１ａが挿入され、図６（ｂ），図７両図に示したように、開口９から突出した先端４１ａに留め金部材４７が固着されるようになっている。ピン根元部４２は図７（ａ）に示したように、セグメント周方向長さが開口８の幅より短く設定されるとともに、貫通ボルト４３によりセグメント内側に配置されたベースプレート４４に対してセグメント周方向に位置調整可能に支持されている。そして係止ピン４１が所定位置に固定された状態で、ピン根元部４２の両側の隙間がスペーサ４５で閉塞される。

このとき係止ピン４１の先端４１ａに留め金部材４７を確実に固定するために、係止ピン４１と留め金部材４７とが当接する面を目粗ししておき、係止時の摩擦抵抗を大きくするとともに、留め金部材４７にわずかにテーパをつけて２本の係止ピン４１に係止させる際にクサビ効果を発揮させ、留め金部材４７が係止部分から脱落しないようにすることが好ましい。

留め金部材４７の形状としては、２本の係止ピンの間に挟むように係止するＨ字形タイプ（図７（ａ））、２本の係止ピンの外側にはめ込むように係止する□形タイプ（図７（ｂ））がある。

［トンネル周方向のセグメント用継手構造］
シールドトンネルの一次覆工では、図１に示したように、トンネル延長方向に複数のリング状のセグメントが連続して連結され、トンネルが構築されるが、セグメントがリング状になるように、複数基のセグメントを周方向に連結する際、各セグメントの周方向の端面を突け合わせてセグメントを連結するための継手構造について、図８〜図１０を参照して説明する。

図８は、隣接した２基のセグメントの周方向の端部を拡大して示した斜視図である。セグメントの端面には両側の主桁４Ａ，４Ｂ及び面板３Ａに沿って略コ字形をなすリブ状の継手板５が取り付けられる。この継手板５は図８に示したように、主桁４Ａ，４Ｂに沿った辺５ａの中間位置に四角形状の切欠部５ｃが形成されている。そして継手板５の辺５ａに沿って鋼製（たとえばＳＭ材）のクサビ部材５１，５２が皿ねじ５３によって固定されている。このクサビ部材５１，５２は、図示したように、ともに面板３Ａ側がわずかに厚いテーパ状をなし、クサビ部材５２は、図８，図１０（ａ）に示したように、凸状突起５２ａが形成され、この突起５２ａが継手板５の切欠部５ｃに嵌合して、せん断キーとしての役目及びセグメント連結時の調芯機能の役目を果たすことができる。皿ねじ５３の頭部はクサビ部材５１，５２内に完全にねじ込まれるため、クサビ部材５１，５２の取付完了後、主桁に沿って一体化した継手部５４状は側面視して台形状をなす角錐台となる。なお、図８では継手板５の近傍に取り付けられた縦リブ５８（図９参照）の図示を省略している。

この略角錐台状のクサビ状をした継手部５４には、図８に示したように、締付け金物５５が被せられ、継手部５４全体の固定が図られる。この締付け金物５５は、内部に継手部５４とほぼ同形の内空部５６を有した、同様の略角錐台形状部材で、本実施例では鋳造部材（ＦＣＤ材）が用いられている。この締付け金物５５は、図８に示したように、クサビ部材５１，５２が取り付けられた継手部５４に被せられ、図示しない圧入ジャッキで継手部５４全体を完全に覆うまで押圧され、固定される。これにより、図９、図１０（ｂ）に示したように、隣接したセグメントの主桁４Ａ，４Ｂの継手板５ａが確実に一体化し、連結される。

本発明の継手構造を用いて組み立てられたセグメントからなるシールドトンネルの一次覆工の斜視図。 図１に示したセグメントの延長方向の継手構造部分を拡大して示した部分断面図及び端面図。 図２に示したセグメントの継手構造の連結状態を側方から見た断面図。 第２実施例のセグメントの継手構造による連結状態を側方から見た断面図。 図４に示した継手構造を平面視した断面図およびセグメント内外面から見た端面図。 第３実施例のセグメントの継手構造の連結状態を側方から見た断面図。 図６に示した継手構造を平面視した断面図およびセグメント内面から見た端面図。 周方向継手構造の組立状態を示した斜視図。 図８に示した継手構造による連結状態を示した斜視図。 図８，図９に示した継手構造の端面を示した部分端面図。

符号の説明

１ シールドトンネル
２ 既組立セグメント
３ 組立セグメント
４，４Ａ，４Ｂ 主桁
５ 継手板
７，８，９ 開口
１０ ピン穴（継手構造）
１１ ハウジング
１３ ピン保持部
２０ 継手ピン（継手構造）
２１ ピン本体
２２，３７，４５ スペーサ
２３ 矩形ワッシャ
２４，３４ 長孔
３０，４０，５０ 継手構造
３２ ハウジング支持プレート
３５，４３ 貫通ボルト
３６，４４ ベースプレート
４１ 係止ピン
４７ 留め金部材
５１，５２ クサビ部材
５４ 継手部
５５ 締付け金物

Claims (7)

1. トンネル延長方向に連結されるリング状をなすセグメントの一方の側の主桁面に、該セグメントの周方向に位置調整可能な支持部を介して突設された複数の継手ピンと、セグメントの他の側の主桁面に、前記継手ピンが挿入された際にピン保持部の摩擦抵抗によりピンを内部に保持可能なピン穴部とを備え、既組立セグメント側の前記ピン穴に、組立セグメント側の前記継手ピンを挿入して前記セグメントを連結するようにしたことを特徴とするセグメント用継手構造。
2. トンネル延長方向に連結されるリング状をなすセグメントの一方の側の主桁面に固着された複数の継手ピンと、セグメントの他の側の主桁面に、該セグメントの周方向に位置調整可能な支持部を介して設けられた、前記継手ピンが挿入された際にピン保持部の摩擦抵抗によりピンを内部に保持可能なピン穴部とを備え、既組立セグメント側の前記ピン穴に、組立セグメント側の前記継手ピンを挿入して前記セグメントを連結するようにしたことを特徴とするセグメント用継手構造。
3. トンネル延長方向に連結されるリング状をなすセグメントの一方の側の主桁面に、該セグメントの周方向に位置調整可能な支持部を介して突設された複数の継手ピンと、セグメントの他の側の主桁面に、前記継手ピンが挿入される開口と、該開口に挿入されて突出した前記継手ピンの先端に係止して前記継手ピンの脱落を阻止する留め金部材とを備え、既組立セグメント側の前記開口に、組立セグメント側の前記継手ピンを挿入し、前記留め金部材による固定により、前記セグメントを連結するようにしたことを特徴とするセグメント用継手構造。
4. トンネル周方向にリング状をなすように連結されるセグメントの周方向端面の主桁と面板に沿って設けられた継手板と、前記主桁に沿って形成された継手板を挟持し、継手部形状がクサビ状となるように取り付けられるクサビ状部材と、該クサビ状部材を覆う締付け部材とを備え、該締付け部材を前記クサビ状部材で挟持された前記継手部に押圧固定して前記セグメントの連結を行うようにしたことを特徴とするセグメント用継手構造。
5. 前記継手ピンは、前記主桁面に形成された長孔内にスペーサを介して前記支持部の所定位置に位置保持されたことを特徴とする請求項１または請求項３に記載のセグメント用継手構造。
6. 前記ピン穴部は、前記主桁面に形成された長孔内にスペーサを介して前記支持部の所定位置に位置保持されたことを特徴とする請求項２に記載のセグメント用継手構造。
7. 前記クサビ部材は、前記主桁に沿って形成された継手板に形成された切欠部に嵌合するせん断突起を備えたことを特徴とする請求項４に記載のセグメント用継手構造。

Images